JP3234399B2 - Mosドライブ回路 - Google Patents

Mosドライブ回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はゲーム機器や各種電気
機器のプリンタやディスプレイに使用される複数の電流
駆動型素子を並列接続した発光または表示アレイを駆動
するMOSドライブ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は従来のMOSドライブ回路を示す
回路図であり、図5において、11 〜1n は発光または
表示アレイを構成する並列接続された複数の電流駆動型
素子であり、図示例は電流駆動型素子としてLED素子
を使用している。21 〜2n はLED素子11 〜1n と
直列に接続され該LED素子に駆動電流を供給するMO
S素子としての出力段トランジスタ、31 〜3n は各出
力段トランジスタ21 〜2n のソース端子とゲート端子
間に接続されたスイッチング用トランジスタ、R1、R
2は直列に接続し分圧点Bより分圧電圧を給電する電圧
源としての分圧抵抗、41 〜4n は各出力段トランジス
タ21 〜2n のゲートAと電圧源の出力分圧点Bとの接
続路に設けたスイッチング回路、5はマイコン(図示せ
ず)からのデータ入力信号DINに基づいて、スイッチ
ング用トランジスタ31 〜3n とスイッチング回路41
〜4n のON、OFFを制御するコントローラである。
【0003】次に動作について説明する。いま、スイッ
チング用トランジスタ31 〜3n が導通し、出力段トラ
ンジスタ21 〜2n がそのゲートに印加される電源電圧
Vcc例えば5Vで不導通のとき、コントローラ5がデ
ータ入力信号DINに基づく出力信号で例えばスイッチ
ング回路41 をONにすると、分圧点Bの分圧電圧例え
ば3Vが出力段トランジスタ21 のゲートAに供給され
る。このとき同時にコントローラ5の出力信号がスイッ
チング用トランジスタ31 を不導通にするので、出力段
トランジスタ21 のゲートに印加されていた電源電圧V
ccがなくなり、分圧電圧のみが印加され、出力段トラ
ンジスタ21 が導通することになる。この出力段トラン
ジスタ21 が導通すると、LED素子11 に駆動電流を
供給され該LED素子を点灯させる。
【0004】そして、LED素子11 が点灯していると
き、コントローラ5からの出力信号でスイッチング用ト
ランジスタ31 を導通させると、出力段トランジスタ2
1 はそのゲートAの印加電圧が電源電圧Vccに上昇し
て該出力段トランジスタの導通スレッショルド電圧例え
ば4Vを越えるため不導通となる。このように、データ
入力信号DINに基づくコントローラ5の出力信号で複
数の出力段トランジスタ21 〜2n をON、OFF制御
して、LED素子11 〜1n の点灯、消灯を制御するも
のである。
【0005】上記出力段トランジスタ21 〜2n は図6
に示すように、ゲートの印加電圧が電源電圧Vcc(5
V)から、導通スレッショルド電圧(4V)より下り分
圧点Bからの分圧電圧例えば3Vに低下することによっ
てOFF状態からON状態になる。この場合、2Vの電
圧変化に要する時間τは、電圧源の内部インピーダン
ス、つまり分圧点Bの抵抗Rと出力段トランジスタ21
〜2n の全体の内部容量Cとの積によって決まる。
【0006】出力段トランジスタ自体の内部容量は例え
ば3pF程度であるが、通常、100個程度の出力段ト
ランジスタ21 〜2n を並列接続してMOSアレイを構
成しているため、全体の内部容量Cは300pFとな
る。また、分圧点Bの抵抗Rは数kΩであり、例えば2
kΩとすると、出力段トランジスタ21 〜2n がOFF
からONに移行するための電圧変化に要する時間τはτ
=2×103 ×300×10-12 =600nsecとな
る。
【0007】この時間τ=600nsecは、プリンタ
の発光素子を駆動する場合には特に問題はないが、例え
ばゲーム機器の発光又は表示アレイを駆動する場合には
遅いという問題が生じた。図7は出力段トランジスタ2
1 (〜2n )がOFF状態からON状態に移行する動作
をシミュレーションして示す図であり、図7において、
曲線aは出力段トランジスタ21 (〜2n )のベ−ス端
子の電圧変化、曲線bはLED素子11 (〜1n )の駆
動電流変化、つまり輝度変化を示している。
【0008】なお、出力段トランジスタ21 〜2n がO
N状態からOFF状態になる場合は、ベース端子の印加
電圧が3Vから5Vに変化すればよく、その電圧変化に
は出力段トランジスタ自体の容量(3pF)だけが影響
するだけである。従って、電圧変化に要する時間が短
く、迅速にON状態からOFF状態に移行するので特に
問題はない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のMOSドライブ
回路は以上のように構成されているので、MOS素子の
OFF状態からON状態への動作時間が遅く、迅速な動
作が要求されるゲーム機器の発光又は表示アレイを駆動
するには不適当であるという問題点があった。
【0010】この発明は上記のような問題点を解消する
ことを課題になされたもので、MOS素子のOFF状態
からON状態への動作の高速化を図ることを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
るMOSドライブ回路は、複数のMOS素子が並列接続
され前記各電流駆動型素子に駆動電流を供給するMOS
アレイと、前記各MOS素子のそれぞれに対応して別個
独立に設けられコントローラからの出力信号によってM
OS素子への制御電圧の供給路を開閉する複数のスイッ
チング回路と、出力端子に前記複数のスイッチング回路
が直接接続されるオペアンプと、前記オペアンプおよび
各スイッチング回路を介して各MOS素子に制御電圧を
供給する電圧源と、を具備したものである。
【0012】請求項2記載の発明に係るMOSドライブ
回路は、前記オペアンプの出力端子と接地間に電流能力
増加用コンデンサを接続したものである。
【0013】請求項3記載の発明に係るMOSドライブ
回路は、前記発光又は表示アレイ素子を、複数のLED
素子を並列接続したLED発光回路としたものである。
【0014】
【作用】請求項1記載の発明におけるオペアンプの出力
インピーダンスは該オペアンプのオープンループゲイン
分の1となって数10Ωとなる。このため、この出力イ
ンピーダンスと出力段トランジスタの内部容量とで決ま
る該出力段トランジスタのON時間、つまりOFF状態
からON状態に至る時間τ(=RC)が短くなり、高速
化を実現できる。
【0015】請求項2記載の発明における電流能力増加
用コンデンサは、出力段トランジスタのON動作時にお
けるオペアンプの瞬時の電流能力をアップすることによ
り、複数の出力段トランジスタで構成されたMOSアレ
イのOFF状態からON状態への高速動作をより確実に
実現することができる。
【0016】請求項3記載の発明におけるMOSドライ
ブ回路は、発光又は表示アレイとして、複数のLED素
子を並列接続してLED発光回路を構成したもので、L
ED発光回路の点滅が迅速、かつ確実に行われ、表示効
果が向上する。
【0017】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面について説明
する。図1はこの発明によるMOSドライブ回路を示す
回路図であり、前記図5に示す従来回路と同一部分には
同一符号を付して重複説明を省略する。図1において、
6はオペアンプであり、このオペアンプ6はその非反転
入力端子を分圧抵抗R1、R2の分圧点Bに接続し、出
力端子をスイッチング回路41 〜4n に接続するととも
に該出力端子と反転入力端子とを接続して全帰還型オペ
アンプを構成している。7はオペアンプ6の出力端子と
アースE間に接続した電流能力増加用コンデンサであ
る。
【0018】図2は上記オペアンプ6の具体的構成を示
す回路図であり、差動回路61、この差動回路61に均
等に電流を流す定電流源を形成するカレントミラー回路
62、出力段トランジスタ64に電流を供給する電流源
トランジスタ63、発振防止コンデンサ65、各部に電
流を流す安定電流源を形成するカレントミラ−回路66
とで構成されている。図示例はNチャンネルトランジス
タベ−スの全帰還型オペアンプを示しているがPチャン
ネルトランジスタの全帰還型オペアンプであってもよ
い。
【0019】次に図1の動作について説明する。オペア
ンプ6の働きによって、出力段トランジスタのゲートA
に作用する出力抵抗は数10Ωとなる。このため、この
出力抵抗Rと各出力段トランジスタ21 〜2n 全体の内
部容量Cとで決まる該出力段トランジスタのOFF状態
からON状態への動作時間τ=RCは20×3×10
-12 =6nsecとなり、前記従来例600nsecに
比べて1/100も短くなり、複数の出力段トランジス
タ21 〜2n で構成されたMOSアレイのOFF状態か
らON状態への動作時間の高速化を実現できる。
【0020】一方、発光又は表示アレイとしてのLED
素子の輝度を高めるためには、出力段トランジスタとし
て電流能力の大きなものを使用して、LED素子に十分
な駆動電流を供給することが必要であるが、電流能力を
大きくすると、出力段トランジスタの内部容量も大きく
なってτ=RCにより決まるOFF状態からON状態へ
の動作時間も長くなる。
【0021】しかも、通常、IC内蔵のオペアンプ6の
電流能力は10mA程度であり、電流容量が不足する
と、出力電圧が上がり、これによっても上記動作時間は
長くなる。
【0022】例えば出力段トランジスタ21 〜2n のベ
ース端子電圧を5Vから3Vに低下させる時間、つまり
出力段トランジスタがOFF状態からON状態になるに
要する時間τは
【数1】 となり、図3のaに示すように、時間τは従来の600
nsec(図3中の点線示)より10倍早くなるが、前
記100倍の早さは得られない。
【0023】そこで、オペアンプ6の電流能力を補うた
めに該オペアンプの出力端子とアースE間に外付けで電
流能力増加用コンデンサ7を接続して、このコンデンサ
7の充電電荷Q=CVによって、オペアンプ6のみでは
不足する出力段トランジスタ21 〜2n のOFF状態か
らON状態への動作時における瞬時の電流能力をアップ
して、出力段トランジスタ21 〜2n 動作時間の高速化
を確実にする。
【0024】いま、上記時間τを6nsecとするため
に100mAの電流能力を必要とするとき、電流能力1
0mAのオペアンプ6に0.01μFの電流能力増加用
コンデンサ7を接続すると、この電流能力増加用コンデ
ンサ7の電荷QはQ=CVであるから
【数2】 となり、出力トランジスタのゲート電圧は54(mV)
しか変化せず、きわめて安定に出力段トランジスタ21
〜2n のOFF状態がON状態への動作時間τを図3に
示す6nsecとすることができる。
【0025】図4はオペアンプ6のみを接続した出力段
トランジスタ21 (〜2n )がOFF状態からON状態
に移行する動作をシミュレーションして示す図であり、
図4において、曲線aは出力段トランジスタ21 (〜2
n )のゲート端子の電圧変化、曲線bはLED素子11
(〜1n )の駆動電流変化、つまり輝度変化を示してい
る。
【0026】そして、上記のようにオペアンプ6の出力
端子とアース間に電流能力増加用コンデンサ7を接続す
ると、図4の曲線a、bはより急峻となる。
【0027】また、出力段トランジスタ21 〜2n で駆
動電流を供給する発光、又は表示アレイとして、複数の
LED素子を並列接続してLED発光回路を構成するこ
とにより、LED発光回路の点滅が迅速、かつ確実に行
われ、表示効果が向上する。この結果、プリンタにおけ
る感熱紙などの加熱装置、各種電気機器のディスプレイ
装置を高感度に構成することができる。
【0028】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、オペアンプによって電流駆動型素子に作用する出
力インピーダンスを小さくするように構成したので、複
数のMOS素子で構成されたMOSアレイのOFF状態
からON状態への動作時間を短くし、高速化を図ること
ができる。
【0029】請求項2記載の発明によれば、オペアンプ
の出力端子に電流能力増加用コンデンサを接続し、オペ
アンプによる電流能力の不足を補うように構成したの
で、MOS素子の容量を大きくしたり、電流駆動型素子
に供給印加する制御電圧を高くすることなく、MOSア
レイのOFF状態からON状態への動作時間を確実に高
速化することができる。
【0030】請求項3記載の発明によれば、複数の電流
駆動型素子を並列接続した発光または表示アレイとし
て、複数のLED素子でLED発光回路を構成したの
で、このLED発光回路の点滅が高速に行われ、このL
ED発光回路を用いた加熱装置、ディスプレイ装置等を
高感度に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例によるMOSドライブ回路の
構成を示す構成図である。
【図2】図1の実施例に適用されているオペアンプの回
路構成を示すブロック図である。
【図3】この発明のMOSドライブ回路を構成する出力
段トランジスタのOFF状態からON状態への動作速度
を示す特性図である。
【図4】図3の特性図をシミュレーションして示す拡大
図である。
【図5】従来のMOSドライブ回路の構成図である。
【図6】従来のMOSドライブ回路における出力段トラ
ンジスタのOFF状態からON状態への動作速度を示す
特性図である。
【図7】図6の特性図をシミュレーションして示す拡大
図である。
【符号の説明】
11 〜1n LED素子(電流駆動型素子) 21 〜2n 出力段トランジスタ(MOS素子) 41 〜4n スイッチング回路 6 オペアンプ R1、R2 分圧抵抗(電圧源)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−255720(JP,A) 特開 平6−19419(JP,A) 特開 平5−265406(JP,A) 特開 平3−262321(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/00 - 17/70 G09G 3/00 - 3/36

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の電流駆動型素子を並列接続した発
    光又は表示アレイを駆動するMOSドライブ回路におい
    て、 複数のMOS素子が並列接続され前記各電流駆動型素子
    に駆動電流を供給するMOSアレイと、 前記各MOS素子のそれぞれに対応して別個独立に設け
    られコントローラからの出力信号によってMOS素子へ
    の制御電圧の供給路を開閉する複数のスイッチング回路
    と、出力端子に前記複数のスイッチング回路が直接接続され
    るオペアンプと、 前記オペアンプおよび各スイッチング回路を介して各M
    OS素子に制御電圧を供給する電圧源と 、 を具備したことを特徴とするMOSドライブ回路。
  2. 【請求項2】 前記オペアンプの出力端子と接地間に電
    流能力増加用コンデンサを接続したことを特徴とする請
    求項1記載のMOSドライブ回路。
  3. 【請求項3】 前記発光又は表示アレイが複数のLED
    素子を並列接続したLED発光回路であることを特徴と
    する請求項1または請求項2記載のMOSドライブ回
    路。
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