CN101473456B

CN101473456B - 发光二极管驱动电路

Info

Publication number: CN101473456B
Application number: CN2007800224763A
Authority: CN
Inventors: 山口公一; 铃木大介
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2027-06-13
Also published as: WO2007148581A1; CN101473456A; JP2008004706A

Abstract

本发明的目的是提供一种发光二极管驱动电路，其能够高精度地调整发光二极管的发光亮度，而且能够抑制电路规模的增大。发光二极管驱动电路，由生成基准电流的基准电流部、和使用电流反射镜电路生成基于基准电流的驱动电流来供给发光二极管的电流输出部组成，基准电流部具有：运算放大器，其控制基准电流以使通过基准电流流过电阻电路发生的电压和一定的基准电压变得相同；和基准电流切换电路，其为与基准电阻并联多个电阻和晶体管的串联电路形成的电阻电路，它根据控制信号使所述串联电路的晶体管导通或者关断来切换通过基准电流的流动发生的电压，并切换基准电流。

Description

发光二极管驱动电路

技术领域

本发明涉及发光二极管驱动电路，涉及驱动被排列的多个发光二极管各个的发光二极管驱动电路。

背景技术

作为打印机等中使感光体感光的部件，有使用把发光二极管(以下称为“LED”)进行直线排列的LED阵列。作为驱动这样的LED阵列的各LED的驱动电路，例如有在专利文献1、2等中记载的驱动电路。

图3表示现有的发光二极管驱动电路的一例的电路结构图。该驱动电路是被半导体集成化了的。

在该图中，在运算放大器10的反相输入端子上由基准电压源11施加了基准电压Vref。运算放大器10的输出端子连接p沟道MOS场效应晶体管(以下简称为“MOS晶体管”)M0的栅极，同时连接p沟道MOS晶体管M1的栅极，另外，通过模拟开关等的开关12、13连接p沟道MOS晶体管M2、M3的栅极。MOS晶体管M0、M1、M2、M3的源极连接电源Vdd1。MOS晶体管M0、M1构成电流反射镜电路，在开关12、13接通时MOS晶体管M0与MOS晶体管M1～M3一起构成电流反射镜电路。

MOS晶体管M0的漏极连接运算放大器10的非反相输入端子，同时通过电阻R1接地。MOS晶体管M1、M2、M3的漏极共同连接n沟道MOS晶体管M4的漏极。开关12、13，根据从端子14a、14b各个供给的亮度控制用的开关控制信号切换导通/关断。

MOS晶体管M4的漏极共同连接n沟道MOS晶体管M4、M5的栅极，MOS晶体管M4、M5的源极接地，MOS晶体管M4、M5构成电流反射镜电路。

MOS晶体管M5的漏极连接p沟道MOS晶体管M6的栅极和漏极。MOS晶体管M6的栅极通过模拟开关等的开关15、16各个连接p沟道MOS晶体管M7、M8的栅极。MOS晶体管M6、M7、M8的源极连接电源Vdd2，MOS晶体管M7、M8的漏极连接LED(发光二极管)18的阳极，LED18的阴极接地。

开关15、16，根据从端子17a、17b各个供给的灰度控制用的开关控制信号切换导通/关断。MOS晶体管M7、M8，在开关15、16接通时和MOS晶体管M6构成电流反射镜电路。开关15在使LED18发光的定时接通，开关16在使LED18的发光亮度增大进行灰度表现的场合接通。

运算放大器10，使通过基准电压Vref和电阻R1，用(1)式表示的第一基准电流Iref1流入MOS晶体管M0的漏极，如果MOS晶体管M0、M1的栅极面积比为1:A，则电流A×Iref1流过MOS晶体管M4的漏极(开关13接通的状态)。

Iref1＝Vref/R1 ...(1)

在MOS晶体管M1和MOS晶体管M2、M3的栅极面积比为10：1的场合，当使开关12接通来使MOS晶体管M2导通时，在MOS晶体管M1的漏极电流上加上MOS晶体管M2的漏极电流成为MOS晶体管M4的漏极电流(1.1×A×Iref1)。另外，当使开关12、13接通来使MOS晶体管M2、M3导通时，在MOS晶体管M1的漏极电流上加上MOS晶体管M2、M3的漏极电流成为MOS晶体管M4的漏极电流(1.2×A×Iref1)。因为该MOS晶体管M4的漏极电流成为第二基准电流来决定MOS晶体管M5、M6的漏极电流，所以不管灰度表现，流过LED18的电流通过开关12的接通成为1.1倍，而使LED18的发光亮度成为约1.1倍，通过开关12、13的接通成为1.2倍，而使LED18的发光亮度成为约1.2倍。

专利文献1：特许第3296882号公报

专利文献2：特许第2516236号公报

在现有的发光二极管驱动电路中，与MOS晶体管M1并列地设置开关12以及MOS晶体管M2、M3，通过进行开关12、13的接通/关断控制，来调整LED18的发光亮度。

在该场合，当要更细致地调整LED18的发光亮度时，必须使与MOS晶体管M1并列地设置的开关以及MOS晶体管的级数从十几级增加到几十级，有电路规模变大这样的问题。

发明内容

本发明鉴于上述问题做出的，其目的是提供一种发光二极管驱动电路，其能够高精度地调整发光二极管的发光亮度，而且还能够抑制电路规模的增大。

本发明的发光二极管驱动电路，由生成基准电流的基准电流部、和使用电流反射镜电路生成基于所述基准电流的驱动电流供给发光二极管的电流输出部组成，

所述基准电流部，

具有：

运算放大器，其控制所述基准电流以使通过所述基准电流流过电阻电路发生的电压和固定的基准电压变得相同；和

基准电流切换电路，其为与基准电阻并联多个电阻和晶体管的串联电路形成的电阻电路，根据控制信号使所述串联电路的晶体管导通或者关断来切换通过所述基准电流的流动发生的电压，并切换所述基准电流，

由此，能够高精度地调整发光二极管的发光亮度，而且能够抑制电路规模的增大。

在所述发光二极管驱动电路中，

所述多个串联电路的电阻可以具有与所述基准电阻不同的电阻值。

根据本发明，能够高精度地调整发光二极管的发光亮度，而且能够抑制电路规模的增大。

附图说明

图1是使用本发明的发光二极管驱动电路的LED阵列装置的一个实施形态的方块结构图。

图2是本发明的发光二极管驱动电路的一个实施形态的电路结构图。

图3是现有的发光二极管驱动电路的一例的电路结构图。

符号说明

30 运算放大器

31 基准电压源电路

33 基准电流部

34、35 电压源

36、38、40 开关

44 电流输出部

45 LED

M11～M33 MOS晶体管

R11～R23 电阻

Vdd1、Vdd2 电源

具体实施方式

下面根据附图说明本发明的实施形态。

<LED阵列驱动电路的结构>

图1表示使用本发明的发光二极管驱动电路的LED阵列装置的一个实施形态的方块结构图。该LED阵列装置例如是48通道结构。

在该图中，在移位寄存器20中，对于1通道例如以48通道数量的时间序列供给6位的发光时间数据、该数据在移位寄存器20中被顺序移位并被锁存后，被供给脉宽调制电路22。该脉宽调制电路22，对于每一通道生成用发光时间数据指示的脉宽的发光脉冲，向LED阵列驱动电路26供给48通道数量的发光脉冲。

给移位寄存器24对于1通道例如以48通道数量的时间序列供给6位的发光时间数据，该数据在移位寄存器24中被顺序移位并被锁定中，被供给LED阵列驱动电路26。LED阵列驱动电路26，对于每一通道解码发光亮度数据，生成n系统的开关控制信号，通过上述n系统的开关控制信号决定对于每通道用发光脉冲使之导通的MOS晶体管。LED阵列驱动电路26以通道单位驱动构成LED阵列28的48通道的LED。

<发光二极管驱动电路的结构>

图2是本发明的发光二极管驱动电路的一个实施形态的电路结构图。该驱动电路被半导体集成电路化了。

在该图中，给运算放大器30的反相输入端子上通过基准电压源电路31施加基准电压Vref。运算放大器30的输出端子连接p沟道MOS晶体管M11、M12各个的栅极。MOS晶体管M11、M12各自的源极分别通过R11、R12连接电源Vdd1构成电流反射镜电路。MOS晶体管M11、M12各自的漏极分别连接p沟道MOS晶体管M13、M14的源极。

MOS晶体管M13、M14的栅极共同连接到MOS晶体管M13的漏极构成电流反射镜电路。MOS晶体管M13的漏极连接运算放大器30的非反相输入端子，同时连接电阻13、R14、R15、R16各个的一端。电阻13的另一端接地。

MOS晶体管M11～M14，通过做成级联电流反射镜电路的结构，MOS晶体管M11、M12的漏极电位大体相同，在栅极面积相同的场合，MOS晶体管M13、M14的漏极电流大体相同。

电阻R14、R15、R16各自的另一端连接n沟道MOS晶体管M31、M32、M33的漏极，MOS晶体管M31、M32、M33的源极接地。从端子32a、32b、32c给MOS晶体管M31、M32、M33的栅极供给亮度控制用的开关控制信号。

MOS晶体管M14的漏极连接n沟道MOS晶体管M15的漏极。MOS晶体管M15的栅极连接n沟道MOS晶体管M16的栅极构成电流反射镜电流。

MOS晶体管M15、M16各自的源极分别连接n沟道MOS晶体管M17、M18的漏极。MOS晶体管M17、M18的栅极共同连接MOS晶体管M15的漏极构成电流反射镜电路，MOS晶体管M17、M18的源极接地。

MOS晶体管M15～M18，通过做成级联电流反射镜电路的结构，MOS晶体管M15、M16的源极电位大体相同，在栅极面积相同的场合，MOS晶体管M15、M16的漏极电流大体相同。另外，通过在MOS晶体管M15、M16的栅极上用电压源34施加定电压Va，MOS晶体管M17、M18的漏极电位成为Va-Vgs1(Vgs1是n沟道MOS晶体管的栅极·漏极间电压)。

上述的运算放大器30、基准电压源电路31、MOS晶体管M11～M15以及M17，构成了基准电流部33。运算放大器30，差动放大通过MOS晶体管M13的漏极电流流过电阻R13、R14、R15、R16产生的MOS晶体管M13的漏极电压和来自基准电压源电路31的基准电压Vref，使两者成为相同那样来控制MOS晶体管M11的漏极电流，使一定的基准电流Iref流过MOS晶体管M13的漏极。另外，通过电流反射镜电路，与基准电流Iref成比例的电流流过MOS晶体管M16的漏极。

MOS晶体管M16的漏极连接p沟道MOS晶体管M22的漏极。MOS晶体管M22的源极连接p沟道MOS晶体管M21的漏极。MOS晶体管M21的源极通过电阻R15连接电源Vdd2。

MOS晶体管M21的栅极连接MOS晶体管M22的漏极，同时，通过模拟开关等的开关36、38、40连接p沟道MOS晶体管M23、M25、M27的栅极。当开关36、38、40接通时，MOS晶体管M23、M25、M27的栅极电位与MOS晶体管M21的栅极电压相同，MOS晶体管M23、M25、M27导通，当开关36、38、40关断时，MOS晶体管M23、M25、M27的栅极电位为电源电压Vdd2，MOS晶体管M23、M25、M27关断。

MOS晶体管M23、M25、M27各自的源极分别通过电阻R21、R22、R23连接电源Vdd2，MOS晶体管M23、M25、M27在开关36、38、40接通时和MOS晶体管M21构成电流反射镜电路。

MOS晶体管M22的栅极连接p沟道MOS晶体管M24、M26、M28的栅极。MOS晶体管M23、M25、M27各自的漏极分别连接MOS晶体管M24、M26、M28的源极，MOS晶体管M22、M24、M26、M28构成电流反射镜电路。

MOS晶体管M21～M28，通过做成级联电流反射镜电路的结构，MOS晶体管M21、M23、M25、M27的漏极电位大体相同，在栅极面积相同的场合，MOS晶体管M22、M24、M26、M28的漏极电流大体相同。这里，为进行灰度表现，例如相对于MOS晶体管M21、M22的栅极面积，分别让MOS晶体管M23、M24的栅极面积为6倍，MOS晶体管M25、M26的栅极面积为3倍，MOS晶体管M27、M28的栅极面积为2倍，来使栅极面积各异。

另外，在MOS晶体管M22、M24、M26、M28的栅极上通过电压源35施加定电压Vb，使MOS晶体管M22、M24、M26、M28的源极电位为Vb+Vgs2(Vgs2是p沟道MOS晶体管的栅极·漏极间电压)。

开关36、38、40各自根据分别从端子37、39、41供给的n(这里n＝3)系统的开关控制信号进行切换导通/关断。另外，n不限于3。MOS晶体管M24、M26、M28的漏极连接LED45的阳极，LED45的阴极接地。

这里，开关36、38、40关断时MOS晶体管M23、M25、M27关断，LED45不流过电流。当开关36接通时MOS晶体管M23的漏极电流流过LED45，当开关36、38接通时MOS晶体管M23、M25的漏极电流的和流过LED45，当开关36、38、40接通时MOS晶体管M23、M25、M27的漏极电流的和流过LED45，流过LED45的电流越大，发光亮度越大。

上述的开关36、38、40、MOS晶体管M16、M18～M28构成1通道的电流输出部44，48通道的同一结构的电流输出部44被连接在基准电流部33。各通道的电流输出部44驱动各自连接的LED45(LED阵列28的一部分)。

<发光二极管的亮度调整>

这里，电阻R13、R14、R15、R16各个的电阻值的比，如取1:2:4:8。在来自端子32a～32c的开关控制信号都是低电平时，MOS晶体管M31～M33关断，MOS晶体管M13的漏极通过电阻R13接地。

在来自端子32a的开关控制信号是高电平时MOS晶体管M31导通，MOS晶体管M13的漏极通过电阻R13和电阻R14的并联接地。同样，在来自端子32b的开关控制信号是高电平时MOS晶体管M32导通，MOS晶体管M13的漏极通过电阻R13和电阻R15的并联接地，在来自端子32c的开关控制信号是高电平时，MOS晶体管M33导通，MOS晶体管M13的漏极通过电阻R13和电阻R16的并联接地。

另外，在来自端子32a、32b的开关控制信号是高电平时MOS晶体管M31、M32导通，MOS晶体管M13的漏极通过电阻R13和电阻R14和R15的并联接地，在来自端子32b、32c的开关控制信号是高电平时MOS晶体管M32、M33导通，MOS晶体管M13的漏极通过电阻R13和电阻R15和电阻R16的并联接地，在来自端子32a、32c的开关控制信号是高电平时MOS晶体管M31、M33导通，MOS晶体管M13的漏极通过电阻R13和电阻R14和电阻R16的并联接地，在来自端子32a、32b、32c的开关控制信号是高电平时MOS晶体管M31、M32、M33导通，MOS晶体管M13的漏极通过电阻R13和电阻R14和电阻R15和电阻R16的并联接地。

亦即，可以把MOS晶体管M13的漏极电阻最大做成电阻R13、最小做成(R13//R14//R15//R16)。另外，R13//R14//R15//R16表示电阻R13、R14、R15、R16的并联的合成电阻。

由此，流过MOS晶体管M13的漏极的第一基准电流Iref的最小值Iref(min)用(2)式表示，最大值Iref(max)用(3)式表示。

Iref(min)＝Vref/R13 ...(2)

Iref(max)＝Vref/(R13//R14//R15//R16) ...(3)

在本发明中，通过来自端子32a～32c的开关控制信号调整流过MOS晶体管M13的漏极的第一基准电流Iref，以使LED45的发光亮度为希望值。

在现有技术中，当要更细致地调整LED18的发光亮度时，必须把与MOS晶体管M1并列设置的MOS晶体管的级数从十几级增加到几十级，但是在本发明中使用MOS晶体管M31、M32、M33和电阻R14、R15、R16的简单的结构，假定开关信号的位数为N时就能够进行2N种的亮度调整。

另外，电阻R13与权利要求所述的基准电阻相当，电阻R13～R16、MOS晶体管M31～M33与电阻电路和基准电流切换电路相当。

以上详细说明了本发明的优选的实施例，但是本发明不限于这样的特定的实施形态，在权利要求的范围内记载的本发明的宗旨的范围内可以进行各种变形·变更。

本申请要求基于2006年6月21日提交的日本国专利申请第2006—171848号的优先权，在本申请中通过参照引用该日本申请的全部内容。

Claims

1.一种发光二极管驱动电路，其由生成基准电流的基准电流部、和使用电流反射镜电路生成基于所述基准电流的驱动电流供给发光二极管的电流输出部组成，其特征在于，

所述基准电流部，

具有：

运算放大器，其控制所述基准电流以使通过所述基准电流流过电阻电路而发生的电压和一定的基准电压变得相同；和

基准电流切换电路，其为与基准电阻并联多个电阻和晶体管的串联电路所形成的电阻电路，它根据控制信号使所述串联电路的晶体管导通或者关断来切换由于流过所述基准电流而发生的电压，并切换所述基准电流，其中所述串连连接的晶体管包括第一至第五MOS晶体管(M11-M15)及第七MOS晶体管(M17)，运算放大器(30)的输出端子连接第一MOS晶体管(M11)、第二MOS晶体管(M12)各个的栅极，第一MOS晶体管(M11)、第二MOS晶体管(M12)各自的源极分别通过第一电阻(R11)和第二电阻(R12)连接电源构成电流反射镜电路；第一MOS晶体管(M11)、第二MOS晶体管(M12)各自的漏极分别连接第三MOS晶体管(M13)、第四MOS晶体管(M14)的源极，第三MOS晶体管(M13)、第四MOS晶体管(M14)的栅极共同连接到第三MOS晶体管(M13)的漏极构成电流反射镜电路，第三MOS晶体管(M13)的漏极连接运算放大器的非反相输入端子，第四MOS晶体管(M14)的漏极连接第五MOS晶体管(M15)的漏极，第五MOS晶体管(M15)的栅极连接第六MOS晶体管(M16)的栅极构成电流反射镜电流，第五MOS晶体管(M15)的源极连接第七MOS晶体管(M17)的漏极，第七MOS晶体管(M17)的栅极连接第五MOS晶体管(M15)的漏极构成电流反射镜电路，第七MOS晶体管(M17)的源极接地。

2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动电路，其特征在于，

所述多个串联电路的电阻的电阻值与所述基准电阻不同。