JP3759133B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、電源電圧を昇圧してデバイス駆動電圧を供給する電源装置に関する。

携帯電話機やＰＤＡ（Personal Data Assistant）などの電池駆動型の携帯機器のＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネルを駆動するためには、リチウムイオン電池などによる３．６Ｖ程度の電池電圧を１５Ｖ程度の高電圧に昇圧し、駆動電圧として供給する必要がある。また、携帯機器では、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）素子をＬＣＤのバックライトや付属のＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラのフラッシュとして用いたり、発光色の異なるＬＥＤ素子を点滅させてイルミネーションとして用いるなど、各種の目的でＬＥＤ素子が利用されている。ＬＥＤ素子の駆動には２０〜１００ｍＡ程度の大電流が必要であるが、駆動電圧は４．５Ｖ程度の低電圧でよい。このようにＬＣＤパネルとＬＥＤ素子では駆動電圧に差がある。

ＬＣＤパネルの駆動電圧は、電池電圧に比べてかなり大きいため、チャージポンプ回路などにより多段階で昇圧する必要がある。たとえば、特許文献１には、ＬＣＤパネルの駆動用ドライバＩＣのロジック部の電源電圧を入力電圧として用いて、多数のコンデンサを用いたチャージポンプ回路にて多段昇圧してＬＣＤパネル駆動用の高電圧を生成する液晶表示装置用電源回路が開示されている。
特開２００１−１２５０６２号公報

電池電圧をチャージポンプ回路により昇圧する場合、昇圧段数に応じて多数のコンデンサが必要となり、携帯機器の小型化、薄型化のニーズの中で、部品実装上の大きな課題となる。また、駆動電圧の異なるＬＣＤパネルおよびＬＥＤ素子用に、電池電圧をそれぞれの駆動電圧に昇圧する昇圧回路を設けると、電源ＩＣの実装面積が大きくなり、携帯機器の小型化、軽量化を進める上で障害となる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたもので、その目的は、電源電圧を昇圧して複数のデバイスの各々の駆動電圧を供給することのできる電源装置の提供にある。

本発明のある態様は電源装置に関し、この電源装置は、液晶パネルと、少なくとも前記液晶パネルのための発光手段とは別の発光素子とが組み込まれる電子装置に搭載されるものであって、前記液晶パネル駆動用に電源電圧を昇圧するための昇圧回路を有し、この昇圧回路が前記発光素子のための昇圧回路としても共用されるよう構成されている。この電源装置によれば、昇圧回路を共有することで、液晶パネルを駆動するとともに、発光素子も駆動することができる。

本発明の別の態様も電源装置に関する。この電源装置は、電源電圧を昇圧して発光素子および液晶パネルの駆動に共用される予備昇圧電圧を出力する共用昇圧回路と、前記予備昇圧電圧をもとに発光素子駆動電圧を供給する発光素子駆動回路と、前記予備昇圧電圧をもとに液晶駆動電圧を供給する液晶駆動回路とを含む。前記発光素子駆動回路は、前記発光素子を定電流で駆動する定電流回路を含んでもよい。

前記共用昇圧回路は、並列接続される発光素子の駆動電圧まで前記電源電圧を昇圧して前記予備昇圧電圧を生成し、前記液晶駆動回路は、前記予備昇圧電圧をさらに昇圧して所望の前記液晶駆動電圧に変換する液晶駆動用昇圧回路を含んでもよい。ここで並列接続される発光素子の数は任意であるが、発光素子が一つの場合も含むものとする。液晶駆動用昇圧回路は、たとえばスイッチング方式による昇圧コンバータであるが、いったん予備的に昇圧された電圧を昇圧するため、電源電圧から昇圧する場合に比べて昇圧段数が少ない。

前記共用昇圧回路は、直列接続される発光素子の駆動電圧まで前記電源電圧を昇圧して前記予備昇圧電圧を生成し、前記液晶駆動回路は、前記予備昇圧電圧を低ドロップアウト制御により所望の前記液晶駆動電圧に変換する低ドロップアウト制御回路を含んでもよい。ここで直列接続される発光素子の数は任意であるが、駆動電圧が比較的高い発光素子が一つの場合も含むものとする。低ドロップアウト制御回路は、リニアレギュレータの一種であり、簡単な構造で予備昇圧電位を降圧することができる。

本発明のさらに別の態様も電源装置に関する。この電源装置は、電源電圧を昇圧して発光素子および液晶の駆動に共用される予備昇圧電圧を出力する共用昇圧回路と、前記予備昇圧電圧をもとに発光素子駆動電圧を供給する発光素子駆動回路と、前記予備昇圧電圧をもとに液晶駆動電圧を供給する液晶駆動回路とを含み、前記発光素子を並列接続するタイプと直列接続するタイプを切り替え可能に構成される。並列接続タイプの場合、前記共用昇圧回路は並列接続される前記発光素子の駆動用に予備昇圧された低電圧を生成し、前記液晶駆動回路は前記低電圧を昇圧して前記液晶駆動電圧に変換し、直列接続タイプの場合、前記共用昇圧回路は直列接続される前記発光素子用に予備昇圧された高電圧を生成し、前記液晶駆動回路は前記高電圧を降圧して前記液晶駆動電圧に変換する。

本発明のさらに別の態様も電源装置に関する。この電源装置は、電源電圧を昇圧して複数のデバイスの駆動に共用される予備昇圧電圧を出力する共用昇圧回路と、前記予備昇圧電圧を前記複数のデバイスの各々の駆動電圧に変換するデバイス毎に設けられた複数のデバイス駆動回路とを含む。この電源装置によれば、昇圧回路を共有する形でＬＣＤドライバやＬＥＤドライバなどの複数のデバイスドライバを一体化して、実装面積を小さくし、製造コストを抑えることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、電源電圧を効率よく昇圧し、複数のデバイスの各々に必要とされる駆動電圧を供給することができる。

本発明の実施の形態に係る電源装置として、図１、図２において共用昇圧コンバータ１００の構成例を説明し、図３で共用昇圧コンバータ１００を含むＬＣＤパネルモジュール１３０の構成例を説明する。

図１は、共用昇圧コンバータ１００の構成例を説明する図である。共用昇圧コンバータ１００は、リチウムイオン電池１１の電池電圧Ｖｂａｔを入力電圧として、入力電圧をスイッチング方式により昇圧して、予備昇圧電圧Ｖｆを出力する。共用昇圧コンバータ１００にはＬＥＤドライバ２００、ＬＣＤドライバ３００など各種デバイスドライバが接続され、共用昇圧コンバータ１００から出力される予備昇圧電圧Ｖｆがこれらのデバイスドライバに供給される。各デバイスドライバは、予備昇圧電圧Ｖｆをそのまま駆動電圧として利用するか、予備昇圧電圧Ｖｆを昇圧または降圧して駆動電圧に変換する。

たとえば、予備昇圧電圧ＶｆがＬＥＤ素子駆動用に低電圧で供給されている場合、ＬＥＤドライバ２００は予備昇圧電圧ＶｆをＬＥＤ素子の駆動電圧として利用し、ＬＣＤドライバ３００は、予備昇圧電圧Ｖｆをさらに昇圧してＬＣＤパネルの駆動電圧に変換する。ＬＣＤドライバ３００は、電池電圧Ｖｂａｔを直接昇圧する場合に比べて、より少ない昇圧段数でＬＣＤパネルの駆動電圧を生成できる。

昇圧チョッパ回路１８は、トランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ動作により、コイルＬへのエネルギーの蓄積、コイルＬからのエネルギーの放出を行い、電池電圧Ｖｂａｔを昇圧して予備昇圧電圧Ｖｆに変換する。昇圧チョッパ回路１８において、トランジスタＴｒがＯＮの期間、コイルＬを経由してドレイン電流が抵抗Ｒ３に流れ、電池電圧ＶｂａｔによってコイルＬに磁気エネルギーが蓄えられる。次に、トランジスタＴｒがＯＦＦになると、トランジスタＴｒがＯＮの期間にコイルＬに蓄えられた磁気エネルギーが電気エネルギーとして放出され、ショットキーバリアダイオードＳＢＤを流れる電流となる。コイルＬで発生する電圧は電池電圧Ｖｂａｔに直列に加算され、平滑用コンデンサＣにより安定化され、予備昇圧電圧Ｖｆとして出力される。

昇圧チョッパ回路１８が出力する予備昇圧電圧Ｖｆの昇圧率は、スイッチとして動作するトランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦの時間比により決まる。ＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）回路１０は、このスイッチのＯＮ／ＯＦＦの時間比を作り出す回路であり、スイッチのＯＮ／ＯＦＦの切り替え周期をＴ、スイッチのＯＮの時間をＴｏｎとすると、デューティ比Ｔｏｎ／Ｔのパルス信号を発生する。ドライバ１２は、ＰＷＭ回路１０が発生するパルス信号に応じて、トランジスタＴｒをＯＮ／ＯＦＦさせる。すなわち、パルス信号がＨレベルであれば、トランジスタＴｒはＯＮし、パルス信号がＬレベルであれば、トランジスタＴｒはＯＦＦする。

ＰＷＭ回路１０が発生するパルス信号のパルス幅は誤差増幅器１４の出力に応じて変化する。誤差増幅器１４は、基準電圧源からの基準電圧Ｖｒｅｆと、予備昇圧電圧Ｖｆを２つの分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧することにより得られる検出電圧Ｖｓとを比較し、基準電圧Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｓの誤差を増幅してＰＷＭ回路１０にフィードバックする。ＰＷＭ回路１０は、誤差増幅器１４の出力に応じてスイッチのＯＮ時間幅Ｔｏｎを制御することにより、パルス信号のパルス幅を変調し、フィードバック制御により検出電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｒｅｆに一致させる。

図２は、共用昇圧コンバータ１００の別の構成例を説明する図である。この例では、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を用いたチャージポンプ回路１６を用いてリチウムイオン電池１１の電池電圧Ｖｂａｔを昇圧して、予備昇圧電圧Ｖｆを出力する。図１と同符号の共通する構成については説明を省略して、チャージポンプ回路１６の構成と動作を説明する。

チャージポンプ回路１６は、内部に設けられたスイッチとして動作するトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ動作により、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２を選択的に充放電して、電池電圧Ｖｂａｔを予備昇圧電圧Ｖｆに変換する。誤差増幅器１４の誤差出力は、チャージポンプ回路１６に入力され、フィードバック制御により検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆに一致するように、チャージポンプ回路１６への入力電圧が制御される。チャージポンプ回路１６は、所定の発振周波数でチャージポンプ回路１６内部のトランジスタをＯＮ／ＯＦＦさせ、２つのコンデンサの充放電の切り替えのタイミングを制御する。

たとえば、２倍昇圧の場合、チャージポンプ回路１６は、スイッチングの第１のタイミングにおいて、２つのコンデンサＣ１とＣ２を並列接続して電池電圧Ｖｂａｔにより充電し、第２のタイミングにおいて、２つのコンデンサＣ１とＣ２のいずれかに電池電圧Ｖｂａｔを加えて放電することにより、２倍に昇圧された予備昇圧電圧Ｖｆを生成する。また、１．５倍昇圧の場合、チャージポンプ回路１６は、第１のタイミングで２つのコンデンサＣ１とＣ２を直列接続して電池電圧Ｖｂａｔにより充電し、第２のタイミングで２つのコンデンサＣ１とＣ２のいずれかに電池電圧Ｖｂａｔを加えて放電することにより、１．５倍に昇圧された予備昇圧電圧Ｖｆを生成する。

一般に、チャージポンプ回路１６が出力する予備昇圧電圧Ｖｆの昇圧率は、昇圧用コンデンサの個数とその切り替え接続の形態、昇圧段数など、昇圧用コンデンサのスイッチング構成により決まる。ここでは、一例としてチャージポンプ回路１６の昇圧用コンデンサの個数を２個としたが、昇圧用コンデンサは所望の予備昇圧電圧Ｖｆの昇圧率に応じて増えることも減ることもある。

図１または図２のいずれの共用昇圧コンバータ１００にも複数のデバイスドライバを接続して、各デバイスドライバが共通の予備昇圧電圧Ｖｆをもとに所定の駆動電圧に変換するように構成することができるため、デバイス毎に別個の昇圧回路を外付け部品として構成する必要がなくなる。

図３は、図１または図２の共用昇圧コンバータ１００を用いたＬＣＤパネルモジュール１３０の構成例を説明する図である。ＬＣＤパネルモジュール１３０は図１または図２の共用昇圧コンバータ１００にＬＥＤドライバ２００およびＬＣＤドライバ３００の電圧生成回路の構成を加え、電源ＩＣとして一体化したものであり、ＬＣＤパネル１４０に駆動電圧を供給するとともに、並列接続されたＬＥＤ素子（以下、単に並列ＬＥＤ素子という）１１２または直列接続されたＬＥＤ素子（以下、単に直列ＬＥＤ素子という）１２２に駆動電圧を供給する。

ＬＣＤパネルモジュール１３０は、共用昇圧コンバータ１００と、ＬＣＤ用昇圧回路１１０と、ＬＤＯ（Low Drop Out）制御回路１２０と、並列ＬＥＤ素子１１２用の定電流回路１１４と、直列ＬＥＤ素子１２２用の定電流回路１２４と、タイプ切り替え部１０８とを含む。ＬＣＤパネルモジュール１３０は、タイプ切り替え部１０８により、並列ＬＥＤ素子１１２を外部接続するタイプ１と、直列ＬＥＤ素子１２２を外部接続するタイプ２とを切り替え可能に構成される。

たとえば、並列ＬＥＤ素子１１２は、ＬＣＤのバックライトや異なる発光色のＬＥＤ素子の点滅によるイルミネーションのために利用され、直列ＬＥＤ素子１２２は、ＣＣＤカメラのフラッシュやＬＣＤのバックライトのために利用される。ＬＣＤパネルモジュール１３０を携帯電話機などの携帯機器に実装する段階で、目的に応じて並列ＬＥＤ素子１１２または直列ＬＥＤ素子１２２をＬＣＤパネルモジュール１３０に外部接続し、それに合わせてタイプ１またはタイプ２のどちらかを選んで利用する。

リチウムイオン電池１１の電池電圧Ｖｂａｔはおおよそ３．６Ｖであり、通常３．０Ｖ〜４．２Ｖの範囲の値をとる。並列ＬＥＤ素子１１２を外部接続するタイプ１の場合、共用昇圧コンバータ１００は、リチウムイオン電池１１の電池電圧Ｖｂａｔを４．５〜５Ｖの予備低電圧Ｖ１に昇圧し、並列ＬＥＤ素子１１２の駆動電圧として供給する。並列ＬＥＤ素子１１２の各々を流れる電流は定電流回路１１４により２０ｍＡの定電流に調整される。

タイプ１の場合、ＬＣＤ用昇圧回路１１０は、共用昇圧コンバータ１００が出力する予備低電圧Ｖ１をさらに４倍に昇圧して、１８Ｖの高電位Ｖｈｉｇｈを出力し、また、予備低電圧Ｖ１をさらに−２倍に昇圧して−７Ｖの低電位Ｖｌｏｗを出力する。タイプ切り替え部１０８において、タイプ１用接続部１１６ａ、１１６ｂを介して、ＬＣＤ用昇圧回路１１０の高電位Ｖｈｉｇｈ、低電位Ｖｌｏｗの出力端子がそれぞれＬＣＤパネル１４０の駆動高電位ＶＨ、駆動低電位ＶＬの入力端子に接続され、ＬＣＤパネル１４０に所望の駆動電圧が供給される。

直列ＬＥＤ素子１２２を駆動するタイプ２の場合、共用昇圧コンバータ１００は、リチウムイオン電池１１の電池電圧Ｖｂａｔを２０Ｖの予備高電圧Ｖ２に昇圧し、直列ＬＥＤ素子１２２の駆動電圧として供給する。直列ＬＥＤ素子１２２の各々を流れる電流は定電流回路１２４により２０ｍＡの定電流に調整される。

タイプ２の場合、ＬＤＯ制御回路１２０は、共用昇圧コンバータ１００が出力する予備高電圧Ｖ２を低ドロップアウト制御および反転コンバータにより、１８Ｖの高電位Ｖｈｉｇｈと−７Ｖの低電位Ｖｌｏｗに降圧して出力する。タイプ切り替え部１０８において、タイプ２用接続部１２６ａ、１２６ｂを介して、ＬＤＯ制御回路１２０の高電位Ｖｈｉｇｈ、低電位Ｖｌｏｗの出力端子がそれぞれＬＣＤパネル１４０の駆動高電位ＶＨ、駆動低電位ＶＬの入力端子に接続され、ＬＣＤパネル１４０に所望の駆動電圧が供給される。

本実施の形態によれば、ＬＣＤパネルモジュール１３０内にＬＣＤドライバとＬＥＤドライバが共用昇圧コンバータ１００からの予備昇圧電圧を共有する形で一体化されており、ＬＣＤパネルとＬＥＤ素子に分けて個別の電源装置を設ける必要がなく、実装面積を小さくするとともに、消費電力を抑えることができる。

また、本実施の形態のＬＣＤパネルモジュール１３０では、目的に応じて、低電圧で駆動できる並列ＬＥＤ素子１１２と、高電圧の必要な直列ＬＥＤ素子１２２のどちらの形態にもタイプ切り替えにより対応でき、どちらのタイプを選んだ場合でも、ＬＥＤ素子を駆動するための予備昇圧電圧を適宜昇圧もしくは降圧することにより、ＬＣＤパネルを駆動することができ、携帯機器の実装形態に柔軟に合わせることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上記の実施の形態では、ＬＣＤパネルモジュール１３０は、並列ＬＥＤ素子１１２を接続するタイプ１と直列ＬＥＤ素子１２２を接続するタイプ２の両方にタイプ切り替えにより対応できる構成としたが、ＬＣＤパネルモジュール１３０は、タイプ１にのみ係る並列ＬＥＤ素子１１２用の定電流回路１１４とＬＣＤ用昇圧回路１１０のみを含む構成や、タイプ２に係る直列ＬＥＤ素子１２２用の定電流回路１２４とＬＤＯ制御回路１２０のみを含む構成であってもよい。また上記の実施の形態で説明したＬＣＤパネルモジュール１３０に含まれるすべての構成を電源装置として一体化したＩＣとする必要はなく、たとえばＬＣＤ用昇圧回路１１０とＬＤＯ制御回路１２０を含まない構成や、並列ＬＥＤ素子１１２用の定電流回路１１４と直列ＬＥＤ素子１２２用の定電流回路１２４を含まない構成で一体化したＩＣを形成してもよい。

また、実施の形態では、電池駆動されるデバイスとしてＬＣＤパネルとＬＥＤ素子を例に挙げて、これらのドライバ間で共用昇圧コンバータ１００を共用する構成を説明したが、電池駆動されるデバイスの例はこれに限られない。たとえば、ＣＣＤカメラの駆動電圧を共用昇圧コンバータ１００の予備昇圧電圧をもとに供給してもよい。このように、ＬＣＤパネルモジュール１３０にＬＥＤ素子やＣＣＤカメラなどの各種デバイスのドライバを組み込むことで、ＬＣＤパネル１３０にデバイスドライバ機能を集約させることができ、携帯機器の小型化、低コスト化をさらに進めることができる。

また、上記の説明では、スイッチング方式の昇圧コンバータのスイッチングのタイミングを制御する発振回路において、スイッチングの周波数を一定として、スイッチのＯＮ時間幅を変化させるパルス変調方式を採用したが、スイッチのＯＮ時間幅を一定としてその繰り返し周波数を変化させる周波数変調方式を採用してもよい。

実施の形態に係る共用昇圧コンバータの構成例を説明する図である。 実施の形態に係る共用昇圧コンバータの別の構成例を説明する図である。 図１または図２の共用昇圧コンバータを用いたＬＣＤパネルモジュールの構成例を説明する図である。

符号の説明

１０ ＰＷＭ回路、 １１ リチウムイオン電池、 １６ チャージポンプ回路、 １８ 昇圧チョッパ回路、 １００ 共用昇圧コンバータ、 １１０ ＬＣＤ用昇圧回路、 １１２ 並列ＬＥＤ素子、 １１４ 定電流回路、 １２０ ＬＤＯ制御回路、 １２２ 直列ＬＥＤ素子、 １２４ 定電流回路、 １３０ ＬＣＤパネルモジュール、 １４０ ＬＣＤパネル、 ２００ ＬＥＤドライバ、 ３００ ＬＣＤドライバ。

Claims (5)

1. 電源電圧を昇圧し、低電圧または高電圧の予備昇圧電圧を生成する共用昇圧回路と、
   前記低電圧の予備昇圧電圧をさらに昇圧して液晶駆動電圧を出力する液晶用昇圧回路と、
   前記高電圧の予備昇圧電圧を降圧して液晶駆動電圧を出力する低ドロップアウト制御回路と、
   を含み、
   前記低電圧の予備昇圧電圧によって、第１のデバイスを駆動する際には、前記液晶用昇圧回路から出力される前記液晶駆動電圧により液晶パネルを駆動し、
   前記高電圧の予備昇圧電圧によって、第２のデバイスを駆動する際には、前記低ドロップアウト制御回路から出力される前記液晶駆動電圧により液晶パネルを駆動することを特徴とする電源装置。
2. 前記第１のデバイスは、並列接続された複数の発光素子を含み、前記第２のデバイスは、直列接続された複数の発光素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記発光素子の電流経路上に設けられ、前記発光素子を定電流で駆動する定電流回路をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 駆動電圧の低い第１のデバイスまたは駆動電圧の高い第２のデバイスと、液晶とを駆動する電源装置であって、
   電源電圧を昇圧して予備昇圧電圧を出力する共用昇圧回路と、
   前記予備昇圧電圧をもとに液晶駆動電圧を出力する液晶駆動回路とを含み、
   前記第１のデバイスを駆動するタイプと前記第２のデバイスを駆動するタイプとを切り替え可能に構成され、
   前記第１のデバイスを駆動するタイプの場合、前記共用昇圧回路は前記第１のデバイスの駆動用に予備昇圧された低電圧を生成し、前記液晶駆動回路は前記低電圧を昇圧して前記液晶駆動電圧に変換し、
   前記第２のデバイスを駆動するタイプの場合、前記共用昇圧回路は前記第２のデバイスの駆動用に予備昇圧された高電圧を生成し、前記液晶駆動回路は前記高電圧を降圧して前記液晶駆動電圧に変換することを特徴とする電源装置。
5. 電源電圧を昇圧して発光素子および液晶の駆動に共用される予備昇圧電圧を出力する共用昇圧回路と、
   前記予備昇圧電圧をもとに発光素子駆動電圧を供給する発光素子駆動回路と、
   前記予備昇圧電圧をもとに液晶駆動電圧を供給する液晶駆動回路とを含み、
   前記発光素子を並列接続するタイプと直列接続するタイプを切り替え可能に構成され、
   並列接続タイプの場合、前記共用昇圧回路は並列接続される前記発光素子の駆動用に予備昇圧された低電圧を生成し、前記液晶駆動回路は前記低電圧を昇圧して前記液晶駆動電圧に変換し、
   直列接続タイプの場合、前記共用昇圧回路は直列接続される前記発光素子用に予備昇圧された高電圧を生成し、前記液晶駆動回路は前記高電圧を降圧して前記液晶駆動電圧に変換することを特徴とする電源装置。

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