KR20050006042A

KR20050006042A - 부하 구동 장치 및 휴대 기기

Info

Publication number: KR20050006042A
Application number: KR1020040052190A
Authority: KR
Inventors: 무라카미사다카주
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2005-01-15
Also published as: DE602004008840T2; US7541785B2; CN1578095A; US20090201002A1; US20070262796A1; US20110181582A1; DE602004008840D1; US7944189B2; TWI340530B; US20050007085A1; CN101789692A; EP1499165B1; CN1578095B; US8242756B2; CN101789692B; EP1499165A2; TWI346442B; TW201034371A; EP1499165A3; US7235954B2

Abstract

직류-직류 변환형의 전원 회로를 이용하여 부하를 구동하는 부하 전류를 소정 범위로 변화시키는 동시에, 부하 전류의 증가에 따른 손실의 증대를 피하여 효율적으로 부하를 구동한다.

직류-직류 변환형 전원 회로(100)의 출력 전압 Vo1점과 그라운드와의 사이에 LED 등의 부하(10)와 정전류원 I1을 직렬로 접속한다. 이 정전류원의 전류 Io를 조정 가능한 가변 전류형으로 하고, 또 직류-직류 변환형 전원 회로는 기준 전압 Vref와, 정전류원의 강하 전압인 검출 전압 Vdet가 같게 되도록 출력 전압을 제어한다.

Description

부하 구동 장치 및 휴대 기기 {LOAD DRIVING DEVICE AND PORTABLE EQUIPMENT}

본 발명은 직류-직류 변환형의 전원 회로를 이용하여 입력된 전원 전압(입력 전압)으로부터 변환된 출력 전압으로 부하를 구동하는 부하 구동 장치 및 이를 이용한 휴대 기기에 관한 것이다.

종래에는, 입력된 전원 전압과 다른 출력 전압을 발생하는 직류-직류 변환형의 전원 회로를 이용하여 LED 등의 부하를 구동하는 부하 구동 장치가 많이 사용되어 왔다. 이 부하 구동 장치는 특개 2001-313423호 공보와 같이, 부하를 구동하기 위한 전원 회로로부터 소정의 출력 전압, 출력 전류를 발생한다. 그 때문에, 부하에 인가된 출력 전압이나 부하에 흐르는 부하 전류에 따른 검출 전압이나 검출 전류를 검출하고, 전원 회로의 제어 회로에 귀환시킨다.

이 종래의 부하 구동 장치에서 검출 전압은 출력 전압을 고저항의 분압 회로에서 분압되어 검출된다. 또, 검출 전류는 부하에 직렬로 접속되고 부하 전류가 흐르는 저항기의 전압 강하에 의하여 검출된다. 이 검출 전압이나 검출 전류를 기준치와 비교하고, 그 비교 결과에 근거하여 전원 회로로부터의 출력 전압이나 출력 전류를 소정치로 제어하고 있다.

휴대 전화 등의 휴대형 전자 기기(휴대 기기)에 있어서는 부하를 구동하기 위한 부하 전류를 그 부하가 설치된 전자 기기의 사용상의 요청에 의해 어느 범위내에서 증가시키거나 또는 감소시키는 경우가 있다. 예를 들면, 부하가 발광 소자(발광 다이오드 등)인 경우에, 그 발광량을 임의의 값으로 조정하는 것 등이 고려된다.

이와 같은 경우에, 부하와 직렬로 부하 전류 검출용 저항이 삽입되어 있으면, 부하 전류의 증가에 따라 전류 검출용 저항에 의한 손실이 증가한다. 따라서 전원 회로나 부하를 포함하는 전자 기기 전체에서의 효율이 대전류시(즉, 중부하시)에 저하되는 문제가 있었다.

또한, 휴대 기기에서는 소정의 정전류로 구동되어야 할 부하와 소정 전압 이상의 전압으로 구동되어야 할 부하를 구동하는 것이 요구되는 경우가 있다. 이 경우에 종래는 각각의 부하에 적합한 전원 회로를 개별적으로 구비하는 것이 필요하였다. 따라서, 그러한 전원 회로나 부하를 포함하는 전자 기기의 소요 공간이 커지고, 이에 따라 비용 증가의 요인으로 되었다.

그래서, 본 발명은 전원 전압을 변환하여 부하에 공급하는 직류-직류 변환형 전원 회로 등의 전원 회로를 이용하여 부하를 구동하는 부하 전류를 소정 범위로 변화시키는 동시에, 부하 전류의 증가에 따른 손실의 증대를 피하여 효율적으로 부하를 구동할 수 있는 부하 구동 장치 및 이를 이용한 휴대 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은 전원 전압으로부터 변환된 출력 전압을 발생하는 직류-직류 변환형 전원 회로 등의 전원 회로를 이용하여 정전류 부하를 구동하는 부하 전류를 소정 범위로 변화시키는 동시에, 다른 부하를 위한 출력 전압을 소정치 이상으로 유지하도록 하고, 요구된 특성이 다른 복수의 부하를 구동할 수 있는 부하 구동 장치 및 이를 이용한 휴대 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 부하 구동 장치의 구성을 나타내는 도면.

도 2는 발광 다이오드 LED의 전류-전압 특성을 나타내는 도면.

도 3은 정전류원 I1의 회로 구성의 예를 나타내는 도면.

도 4는 구동 전류 Io와 출력 전압 Vo1과의 특성을 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 부하 구동 장치의 구성을 나타내는 도면.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 부하 구동 장치의 구성을 나타내는 도면.

도 7은 구동 전류 Io와 출력 전압 Vo와의 특성을 나타내는 도면.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 부하 구동 장치의 구성을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 전원 회로 10, 20 : 부하

LED1∼LED3 : 발광 다이오드 L1 : 코일

C1 : 평활용 캐패시터 D1 : 다이오드

Q1 : 스위치 Cont : 제어 회로

B1, B2 : 기준 전압원 I1, I10, I20 : 정전류원

I11 : 정전류 회로 Q2∼Q4 : N형 MOS 트랜지스터

EA : 오차 증폭기 R1∼R3 : 저항

Vcc : 입력 전원 전압 Vo, Vo1 : 출력 전압

Io, Io1, Io2 : 구동 전류

Vled, Vled1, Vled2 : 발광 다이오드 강하 전압

Vdet, Vdet1, Vdet2 : 검출 전압 Vref, Vref1, Vref2 : 기준 전압

청구항 1의 부하 구동 장치는 입력 전압을 변환하는 출력 전압을 부하에 공급하기 위한 전원 회로와, 상기 부하에 직렬로 접속되며 조정 가능한 정전류를 흘리는 정전류원을 구비하고, 상기 전원 회로는 상기 부하와 상기 정전류원과의 접속점의 전압이 일정 전압으로 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

청구항 2의 부하 구동 장치는 청구항 1에 기재된 부하 구동 장치에 있어서, 상기 전원 회로는 기준 전압과 상기 접속점의 전압이 입력되고, 상기 접속점의 전압이 상기 기준 전압과 같게 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

청구항 3의 부하 구동 장치는 청구항 2에 기재된 부하 구동 장치에 있어서, 상기 정전류원은 전류 가변형의 정전류 회로와, 이 정전류 회로와 직렬로 접속된 커런트 미러용 입력측 트랜지스터와, 이 커런트 미러용 입력측 트랜지스터와 동일한 제어 입력이 부여되는 커런트 미러용 출력측 트랜지스터를 포함하여 커런트 미러 회로가 구성되어 있고, 상기 커런트 미러용 출력측 트랜지스터에 상기 조정 가능한 정전류가 흐르게 되는 것을 특징으로 한다.

청구항 4의 부하 구동 장치는 청구항 3에 기재된 부하 구동 장치에 있어서, 상기 일정 전압은 상기 커런트 미러용 출력측 트랜지스터의 포화 전압보다 높은 전압인 것을 특징으로 한다.

청구항 5의 부하 구동 장치는 청구항 1에 기재된 부하 구동 장치에 있어서, 상기 부하 및 상기 정전류원이 복수이고, 상기 복수의 부하에 상기 복수의 정전류원이 각각 직렬로 접속되어 조정 가능한 정전류를 각각 흘리는 동시에, 상기 복수의 부하와 상기 복수의 정전류원과의 각 접속점의 전압 중에서 가장 낮은 전압이 일정 전압으로 되도록 상기 소정의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

청구항 6의 부하 구동 장치는 입력 전압을 변환하는 출력 전압을 부하에 공급하기 위한 전원 회로와, 상기 부하에 직렬로 접속되며 제어 신호에 의해 저항치가 변화하는 가변 저항 수단 및 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단을 구비하고, 상기 전원 회로는 제1 기준 전압과, 상기 전류 검출 수단으로부터의 제1 검출 전압이 입력되고, 상기 제1 검출 전압이 상기 제1 기준 전압과 같게 되도록상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

청구항 7의 부하 구동 장치는 청구항 6에 기재된 부하 구동 장치에 있어서, 상기 가변 저항 수단은 상기 출력 전압에 따른 전압이 소정 전압 이상에서는 저저항이고, 상기 소정 전압 이하로 되면 저항치가 커지도록 상기 제어 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

청구항 8의 부하 구동 장치는 청구항 7에 기재된 부하 구동 장치에 있어서, 상기 출력 전압에 따른 제2 검출 전압과 제2 기준 전압이 입력되고, 상기 제어 신호를 출력하는 오차 증폭 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

청구항 9의 부하 구동 장치는 입력 전압을 변환하는 출력 전압을 부하에 공급하기 위한 전원 회로와, 상기 부하에 직렬로 접속되는 정전류원을 구비하고, 상기 정전류원은 상기 부하에 흐르게 하기 위한 전류를 조정할 수 있는 가변 전류형 정전류원이고, 상기 전원 회로는 기준 전압과, 상기 정전류원의 강하 전압인 제1 검출 전압과, 상기 출력 전압에 따른 제2 검출 전압이 입력되고, 상기 제1 검출 전압과 제2 검출 전압 중에서 낮은 쪽의 검출 전압이 상기 기준 전압과 같게 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

청구항 10의 부하 구동 장치는 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 부하 구동 장치에 있어서, 상기 전원 회로는 코일과, 이 코일에의 통전을 스위칭하는 스위치와, 상기 코일과 상기 스위치와의 접속점과 출력 단자와의 사이에 설치된 정류 소자를 갖는 스위칭 전원 회로인 것을 특징으로 한다.

청구항 11의 부하 구동 장치는 청구항 10에 기재된 부하 구동 장치에 있어서, 상기 스위칭 전원 회로는 상기 정류 소자의 출력 전압점측에 접속된 평활 회로와, 상기 부하와 상기 정전류원과의 접속점의 전압이 기준 전압과 같게 되도록 상기 스위치의 온ㆍ오프 스위칭을 행하는 제어 회로를 추가로 갖는 것을 특징으로 한다.

청구항 12의 휴대 기기는 동작점이 흐르는 전류로 정해지는 부하와, 이 부하를 구동하는 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 부하 구동 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

청구항 13의 휴대 기기는 청구항 12에 기재된 휴대 기기에 있어서, 상기 부하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드군인 것을 특징으로 한다.

[발명의 실시형태]

이하, 본 발명의 부하 구동 장치의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 부하 구동 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1에 있어서, 스위칭 전원 회로(100)는 입력된 직류 전원 전압(입력 전압) Vcc를 승압하고, 승압된 직류 출력 전압 Vo1을 출력하는 승압형의 스위칭 전원 회로이다.

전원 전압 Vcc와 그라운드 사이에 코일 L1과 N형 MOS 트랜지스터인 스위치 Q1이 직렬로 접속된다. 그 직렬 접속점 A에서 정류용 다이오드 D1과 평활용 캐패시터 C1에 의해 직렬 접속점 A의 전압이 정류되어 평활되고, 출력 전압 Vo1로서 출력된다. 또한, 전압은 특별한 이의가 없는 경우 그라운드에 대한 전위이다.

출력 전압 Vo1점(P1)과 그라운드 사이에 외부 부하(10)와 정전류원 I1이 직렬로 접속된다. 외부 부하(10)는 동작시켜야 할 점이 흐르는 전류로 정해지는 부하이다. 이 외부 부하(10)에는 정전류원 I1로 설정된 소정의 구동 전류 Io가 흐른다. 그리고, 정전류원 I1의 한 단자 P2에 생기는 전압이 검출 전압 Vdet로 된다.

제어 회로 Cont는 검출 전압 Vdet와 기준 전압원 B1로부터의 기준 전압 Vref가 입력되고, 검출 전압 Vdet가 기준 전압 Vref와 같게 되도록 스위치 Q1을 스위칭 제어하기 위한 스위칭 신호를 발생한다. 여기서는 제어 회로 Cont는 기준 전압 Vref와 검출 전압 Vdet와의 차를 증폭하여 출력하는 에러 앰프 Eamp와, 이 에러 앰프 Eamp의 출력에 근거하여 PWM 신호를 형성하고 스위칭 신호로서 출력하는 펄스폭 변조 제어 회로 Pwm을 포함하여 구성되어 있다.

외부 부하(10)는 단자 P1과 단자 P2와의 사이에 접속된다. 본 발명은 부하 구동 장치의 외부 부하까지도 포함하여 휴대 기기 등의 전자 기기로서 구성할 수 있다. 이 경우에 단자 P1, P2가 생략되는 경우도 있다.

외부 부하(10)로는 발광 다이오드 LED1∼LED3이 사용된다. 이 발광 다이오드 LED는 예컨대 백색 발광 다이오드이며, LCD(액정 표시 패널)나 키의 백라이트용 등에 사용된다. 따라서 도 1에서는 3개를 직렬로 한 예를 나타내고 있으나, 다른 수의 직렬 접속, 병렬 접속, 또는 직병렬 접속 등, 이를 필요로 하는 발광 지역이나 발광량 등에 따라 각종 형태로의 조합이 있다.

이 발광 다이오드 LED의 전류-전압 특성이 도 2에 도시되어 있다. 이 특성은백색 발광 다이오드 LED의 전류 If-전압 Vf 특성의 예이다. 이 도 2는 횡축이 대수 표시의 전류 If이고, 종축이 전압 Vf이다. 이 발광 다이오드 LED는 전류 If가 넓은 범위(예컨대, 20mA(도면에서 A점)∼1.5mA(도면에서 B점))에서 발광한다. 이 전류 If를 변화시킴으로써, 그 전류 If의 크기에 따라 발광 다이오드 LED로부터의 발광량이 변화한다.

전류 If를 20mA로 사용하면, 동일한 도면에서 A점에서 도시된 바와 같이, 순방향 전압 Vf가 전압 3.4V로 동작한다. 그러나, 각 발광 다이오드 LED의 특성은 일률적이지 않으며, 동일한 전류 20mA라도 그 순방향 전압 Vf는 예를 들어 3.4V∼4.0V 정도의 범위에서 변동한다. 이와 같이, 일반적으로 백색 발광 다이오드 LED는 순방향 전압 Vf가 다른 색의 발광 다이오드 LED보다 높고, 이를 3개 직렬로 접속하여 사용하는데는 출력 전압 Vo1이 12.0V 이상 필요하게 된다.

도 3은 정전류원 I1의 회로 구성의 예를 나타내는 도면이다. 이 도 3에 있어서, 전원 전압 Vcc와 그라운드 사이에 정전류 회로 I11과 N형 MOS 트랜지스터(이하, N형 트랜지스터) Q2가 직렬로 접속되어 있다. 이 N형 트랜지스터 Q2의 드레인과 게이트가 직접 접속되어 있다. 또, 구동 전류 Io를 흐르게 하기 위해 N형 트랜지스터 Q2보다 구동 능력이 높은 N형 트랜지스터 Q3이 설치되어 있다. 입력측 트랜지스터인 N형 트랜지스터 Q2의 게이트가 출력측 트랜지스터인 N형 트랜지스터 Q3의 게이트에 접속되어 커런트 미러 회로를 구성하고 있다.

이 도 3에서, 정전류 회로 I11의 전류를 조정함으로써, N형 트랜지스터 Q3에 흐르는 구동 전류 Io의 크기를 원하는 값으로 설정한다.

다시, 도 1을 참조하여 설명한다. 정전류원 I1은 이에 사용하고 있는 트랜지스터(도 3의 N형 트랜지스터 Q3)의 포화 전압(예를 들면, 약 0.3V) 이상의 전압이 있으면 정전류 동작할 수 있다. 그 포화 전압(약 0.3V)을 넘는 부분의 전압은 정전류원 I1 내부에서의 불필요한 손실분(즉, 손실은 전압 ×전류)으로 된다. 정전류원 I1의 강하 전압 Vdet가 기준 전압 Vref로 되도록, 전원 회로(100)의 출력 전압 Vo1이 제어된다. 따라서 기준 전압 Vref는 정전류원 I1에 사용하고 있는 트랜지스터의 포화 전압(약 0. 3V)에 약간의 여유분의 전압을 예상한 값으로 설정한다.

이와 같이 구성된 부하 구동 장치의 동작은 구동 전류 Io와 출력 전압 Vo1과의 특성을 나타내는 도 4를 참조하여 설명한다. 먼저, 부하(10)인 발광 다이오드에 흐르는 구동 전류 Io가 정전류 회로 I11에 설정된다. 그리고, 스위칭 전원 회로(100)는 스위치 Q1의 온ㆍ오프 스위칭 제어가 시작된다. 이로 인해, 출력 전압 Vo1이 서서히 상승한다.

그 결과, 검출 전압 Vdet와 기준 전압 Vref가 같게 되고, 구동 전류 Io가 부하(10)인 발광 다이오드 LED1∼LED3에 흐른다. 이로 인해, 발광 다이오드는 소정의 발광량으로 발광한다.

이 때, 발광 다이오드 LED1∼LED3의 순방향 전압 Vf의 특성이 편차를 나타내고 있는 경우에도, 출력 전압 Vo1이 그 편차에 따라 소정치에서부터 변동할 뿐, 발광 다이오드 LED1∼LED3으로부터의 발광에 특별한 영향은 없다. 정전류원 I1의 강하 전압, 즉 검출 전압 Vdet는 일정하다. 따라서, 출력 전압 Vo1은 일정한 검출 전압 Vdet에, 그 시점에서의 구동 전류 Io에 따른 발광 다이오드 LED1∼LED3의 강하전압 Vled(=3×Vf)를 더한 크기로 된다.

다음에, 발광 다이오드 LED1∼LED3으로부터의 발광량을 변경하는 경우에는 구동 전류 Io의 크기를 변경한다. 예컨대, 구동 전류 Io를 크게 하면, 발광 다이오드 LED1∼LED3으로부터의 발광량이 증가한다. 이와 함께, 발광 다이오드 LED1∼LED3의 강하 전압 Vled도 도 2의 특성에 의해 커진다. 또한, 도 4의 출력 전압 Vo1의 경사도는 도 2의 If-Vf 특성에 따른다.

따라서, 구동 전류 Io의 증가에 따라 발광 다이오드 LED1∼LED3의 강하 전압 Vled가 커지기 때문에, 출력 전압 Vo1은 도 4와 동일한 특성으로 커진다. 그러나, 검출 전압 Vdet는 일정한 값을 유지하므로, 발광량을 크게 하기 위해 구동 전류를 크게 해도, 정전류원 I1에서의 손실은 증가하지 않는다. 따라서 부하 구동 장치의 효율은 높게 유지된다.

도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 부하 구동 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5에 있어서는 부하(10)에 다른 부하(20)를 부가하고 있다. 또한, 부하(20)에 대응하여 정전류원 I20을 설치하고 있다. 또한, 부가하는 다른 부하는 2개 이상이라도 무방하다.

도 5에서는 부하(10)에 직렬로 정전류원 I10이 설치되고, 그 직렬 회로에 구동 전류 Io1이 흐른다. 정전류원 I1O의 강하 전압이 제1 검출 전압 Vdet1로 된다. 동일하게, 부하(20)에 직렬로 정전류원 I20이 설치되고, 그 직렬 회로에 구동 전류 Io2가 흐른다. 정전류원 I20의 강하 전압이 제2 검출 전압 Vdet2로 된다. P11, P12, P21, P22는 부하 접속용 단자이다.

또, 제어 회로 Cont의 에러 앰프 Eamp는 2개의 비반전 입력단자(+)와 1개의 반전 입력단자(-)를 갖고 있다. 2개의 비반전 입력단자(+)에는 제1 검출 전압 Vdet1 및 제2 검출 전압 Vdet2가 각각 입력되고, 반전 입력단자(-)에는 기준 전압 Vref가 입력된다. 이 에러 앰프 Eamp에서는 2개의 비반전 입력단자(+)에 입력된 제1 검출 전압 Vdet1과 제2 검출 전압 Vdet2 중에서 낮은 쪽의 전압이 선택되어, 기준 전압 Vret와 비교된다. 그외의 구성은 도 1의 제1 실시형태와 동일하다.

이 도 5의 부하 구동 장치에서는 복수의 부하(10, 20)의 구동 전류 Io1, Io2를 개별적으로 조정할 수 있다. 그리고, 정전류원 I10, I20의 강하 전압 Vdet1, Vdet2 중에서 낮은 쪽의 전압이 자동적으로 선택되고, 전원 회로(100)의 스위칭 제어가 행해진다.

복수의 부하(10, 20)의 구동 전류 Io1, Io2를 흘리는 정전류원 I10, I20의 정전류 동작이 확보된다. 따라서, 복수의 부하에 대해서도 제1 실시형태에 있어서와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 부하 구동 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 6에 있어서, 스위칭 전원 회로(100)는 도 1과 동일하다.

이 제3 실시예의 도 6에서는 출력 전압 Vo 점과 그라운드 사이에 소정의 정전류로 구동되는 제1 외부 부하(이하, 제1 부하)(10)와, 제어 신호에 의하여 저항치가 변화하는 가변 저항 수단으로서의 N형 트랜지스터 Q2와, 전류 검출 수단인 저항 R1이 직렬로 접속된다. 제1 부하(10)는 흐르는 전류로 동작점이 정해지는 부하이며, 제1 부하(10)에는 설정된 소정의 구동 전류 Io가 흐른다. 그리고, 저항 R1의강하 전압이 제1 검출 전압 Vdet1로 된다.

제어 회로 Cont에는 제1 검출 전압 Vdet1과 기준 전압원 B1로부터의 제1 기준 전압 Vref1이 입력된다.

제1 부하(10)는 도 1의 부하(10)와 동일한 것이다. 또, 출력 전압 Vo 점과 그라운드와의 사이에 소정 전압 V1 이상의 전압으로 구동되는 제2 외부 부하(이하, 제2 부하)(20)가 접속된다.

이 출력 전압 Vo를 검출하기 위하여 저항 R2와 저항 R3에 따른 저항 분압 회로가 설치되고, 그 분압 전압이 제2 검출 전압 Vdet2로 된다. 오차 증폭기 EA는 비반전 입력단자(+)에 제2 검출 전압 Vdet2가 입력되고, 반전 입력단자(-)에 기준 전압원 B2로부터의 제2 기준 전압 Vref2가 입력된다. 이들 제2 검출 전압 Vdet2와 제2 기준 전압 Vref2가 오차 증폭기 EA에서 비교되고, 그 차에 따른 제어 신호가 N형 트랜지스터 Q2의 게이트에 인가된다.

제2 기준 전압 Vref2는 제2 부하(20)를 소정 전압 V1 이상의 전압으로 구동하기 위해 소정 전압 V1을 저항 R2, R3으로 분압하는 전압(=V1×R3/(R2+ R3))으로 설정되어 있다. 따라서, N형 트랜지스터 Q2는 출력 전압 Vo가 소정 전압 V1보다 높을 때에는 스위치 온 상태로 제어되고, 그 저항치는 극히 작아진다. 즉, 쇼트 상태(저 저항치)로 된다. 한편, 출력 전압 Vo가 소정 전압 V1보다 낮아지면, N형 트랜지스터 Q2의 저항치는 증가한다. 이와 같이, N형 트랜지스터 Q2는 제어 신호에 의하여 저항치가 변화하는 가변 저항 수단으로서 기능한다.

이와 같이 구성된 부하 구동 장치의 동작에 대하여 구동 전류 Io와 출력 전압 Vo와의 특성을 나타내는 도 7을 참조하여 설명한다. 이 부하 구동 장치는 도 7과 같이, 구동 전류 Io가 소정 전류 Io1 이하에서 출력 전압 Vo를 소정 전압 V1에 유지하도록 동작한다. 또, 구동 전류 Io가 소정 전류 Io1을 넘으면, 출력 전압 Vo는 구동 전류 Io의 증가와 함께 커진다.

먼저, 제1 부하(10)인 발광 다이오드에 흐르는 구동 전류 Io에 대응하는 제1 기준 전압 Vref1(Vref1=Io×R1)을 설정한다. 이 때의 구동 전류 Io는 소정 전류 Io1보다 큰 값으로 설정되어 있는 것을 상정한다.

스위칭 전원 회로(100)는 제1 검출 전압 Vdet1이 제1 기준 전압 Vref1과 같게 되도록 스위치 Q1의 온ㆍ오프 스위칭 제어가 개시된다. 이로 인해, 출력 전압 Vo가 서서히 상승한다.

출력 전압 Vo가 소정 전압 V1보다 작은 동안에, 제2 검출 전압 Vdet2는 제2 기준 전압 Vref2보다 작다. 그러므로, N형 트랜지스터 Q2는 온 상태로 되지 않으며 고저항이다. 따라서, 구동 전류 Io가 충분히 흐르지 않기 때문에, 제1 검출 전압 Vdet1은 제1 기준 전압 Vref1보다 작고, 출력 전압 Vo는 서서히 상승하게 된다.

출력 전압 Vo가 상승함에 따라, 제1 검출 전압 Vdet1과 제1 기준 전압 Vref1이 같게 된다. 이 상태에서는 예정된 구동 전류 Io가 제1 부하(10)인 발광 다이오드 LED1∼LED3에 흐른다. 이로 인해, 발광 다이오드는 소정의 발광량으로 발광한다.

이 때, 발광 다이오드 LED1∼LED3의 특성이 편차를 나타내고 있는 경우에도, 출력 전압 Vo가 그 편차에 따라 소정치에서부터 변동할 뿐, 발광 다이오드LED1∼LED3으로부터의 발광에 특별한 영향은 없다. 따라서 출력 전압 Vo는 제1 기준 전압 Vref1과 동일한 제1 검출 전압 Vdet1에, 그 시점에서의 구동 전류 Io에 따른 발광 다이오드 LED1∼LED3의 강하 전압 Vled(=3×Vf)를 더한 크기로 된다.

이 때의 출력 전압 Vo는 소정 전압 V1보다 크다. 따라서, 출력 전압 Vo를 분압한 제2 검출 전압 Vdet2는 제2 기준 전압 Vref2보다 크다. 이로 인해, N형 트랜지스터 Q2는 오차 증폭기 EA로부터의 제어 신호에 의하여 온 상태로 된다. 그 저항치는 극히 작은 값이며, N형 트랜지스터 Q2는 단락된 상태라고 해도 된다.

다음에, 발광 다이오드 LED1∼LED3으로부터의 발광량을 큰 쪽으로 변경하는 경우에는 제1 기준 전압 Vref1을 높게 함으로써 구동 전류 Io를 크게 한다. 구동 전류 Io를 크게 하면, 이에 따라 발광 다이오드 LED1∼LED3으로부터의 발광량이 증가한다. 이와 함께, 발광 다이오드 LED1∼LED3의 강하 전압 Vled도, 도 2의 특성에 의해 커진다. 또한, 도 7의 출력 전압 Vo의 경사도는 도 2의 If-Vf 특성에 따른다.

따라서 구동 전류 Io의 증가에 따라 발광 다이오드 LED1∼LED3의 강하 전압 Vled가 커지므로, 출력 전압 Vo는 도 7과 동일한 특성으로 커진다.

반대로, 발광 다이오드 LED1∼LED3의 발광량을 작게 변경하는 경우에는 제1 기준 전압 Vref1을 낮게 함으로써 구동 전류 Io를 작게 한다. 구동 전류 Io를 작게 하면, 이에 따라 발광 다이오드 LED1∼LED3으로부터의 발광량이 적어진다. 이와 함께, 발광 다이오드 LED1∼LED3의 강하 전압 Vled도 도 2의 특성에 의해 작아지게 된다.

이 때의 구동 전류 Io가 소정 전류 Io1보다 작은 값으로 설정되면, 발광 다이오드 LED1∼LED3의 강하 전압 Vled가 적어진다. 이로 인해, 출력 전압 Vo는 소정 전압 V1보다 낮아지게 된다.

그러나, 이 때에는 제2 검출 전압 Vdet2가 제2 기준 전압 Vref2와 같거나, 또는 이보다 낮아진다. 따라서 오차 증폭기 EA로부터의 N형 트랜지스터 Q2의 제어 신호에 의하여 N형 트랜지스터 Q2의 저항치 Rs가 증가한다.

이 N형 트랜지스터 Q2의 저항치 Rs의 증가에 의해 구동 전류 Io는 감소하고, 제1 검출 전압 Vdet1도 감소한다. 전원 회로(100)는 제1 기준 전압 Vref1에 제1 검출 전압 Vdet1이 같게 되도록 동작한다. 따라서 출력 전압 Vo는 구동 전류 Io와 N형 트랜지스터 Q2의 저항치 Rs와의 곱인 전압 강하분 Io ×Rs만큼만 상승한다.

그 결과, 구동 전류 Io가 소정 전류 Io1보다 작게 설정되는 경우에는 N형 트랜지스터 Q2가 가변 저항 수단으로서 기능하며, 출력 전압 Vo는 소정 전압 V1에 유지된다.

N형 트랜지스터 Q2에서는 그 전압 강하분 Io ×Rs의 손실은 발생하지만, 제2 부하(20)에 소정 전압 V1 이상의 출력 전압 Vo가 공급된다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 부하 구동 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 8은 도 6에 있어서 가변 저항 수단으로서의 N형 트랜지스터 Q2 및 이를 제어하기 위한 오차 증폭기 EA, 기준 전압원 B2를 삭제한다. 이 삭제에 따라, 제어 회로 Cont의 에러 앰프 Eamp를 3개 입력형으로 하고 있다.

에러 앰프 Eamp의 제1 비반전 입력단자(+)에는 제1 검출 전압 Vdet1이 입력되고, 그 제2 비반전 입력단자(+)에는 제2 검출 전압 Vdet2가 입력된다. 에러 앰프Eamp의 반전 입력단자(-)에는 제1 기준 전압 Vref1이 입력된다.

이 에러 앰프 Eamp는 제1 및 제2 비반전 입력단자(+)에 입력되는 제1 및 제2 검출 전압 Vdet1, Vdet2 중에서 낮은 쪽의 검출 전압이 자동적으로 선택되어, 그 낮은 쪽의 검출 전압이 제1 기준 전압 Vref1과 비교된다.

또, 도 8에서는 구동 전류 검출 수단으로서, 도 6의 저항 R1에 대신하여 전류치가 가변형의 정전류원 I1이 설치되어 있다. 이 정전류원 I1은 도 3에 도시된 것이 사용된다. 여기서도, 정전류원 I1의 강하 전압인 제1 기준 전압 Vdet1이 제1 기준 전압 Vref로 되도록 전원 회로의 출력 전압 Vo가 제어된다. 따라서 제1 기준 전압 Vref1은 정전류원 I1에 사용하고 있는 트랜지스터의 포화 전압(약 0.3V)에 약간의 여유분의 전압을 예상한 값으로 설정한다.

한편, 제2 검출 전압 Vdet2는 출력 전압 Vo가 소정 전압 V1일 때에, 제1 기준 전압 Vref1에 맞춰 저항 R2, R3의 분압비를 설정한다. 즉, V1×R3/(R2+R3) =Vref1.

도 8의 그외 구성은 도 6의 제3 실시예에 있어서와 동일하다.

이 도 8의 부하 구동 회로에서는 정전류원 I1의 강하 전압인 제1 검출 전압 Vdet1과, 출력 전압 Vo를 분압한 제2 검출 전압 Vdet2 중에서 낮은 쪽의 전압이 자동적으로 선택되고, 전원 회로(100)의 스위칭 제어가 행해진다.

도 8의 부하 구동 장치의 있어서, 도 6의 제3 실시예와 동일한 출력 특성을 얻을 수 있다. 구동 전류 Io와 출력 전압 Vo와의 특성을 나타내는 도 7을 참조하면, 구동 전류 Io가 소정 전류 Io1 이하에서 출력 전압 Vo응 소정 전압 V1에 유지하도록 동작한다. 또, 구동 전류 1o가 소정 전류 Io1을 넘으면, 출력 전압 Vo는 구동 전류 Io의 증가와 함께 커진다.

또한, 도 6의 전류 검출 수단인 저항 R1에 대신하여, 도 5의 정전류원 I1을 이용할 수 있다. 이 경우에는 정전류원 I1을 전류 설정치가 가변할 수 있는 것으로 하고, 제1 기준 전압 Vref1은 고정치로 해도 무방하다.

본 발명에 의하면, 출력 전압을 직류-직류 변환형 전원 회로를 이용하여 입력 전압로부터 변환하여 얻는 동시에, 흐르는 전류로 동작점이 정해지는 부하, 예컨대 발광 다이오드군에 직렬로 전류치가 조정 가능한 정전류원을 접속한다. 이로 인해, 부하측에서 요구되는 전류를 안정적으로 부하에 흐르게 할 수 있다.

또, 정전류원의 강하 전압은 그 정전류원이 안정적으로 동작할 수 있는 전압치로 설정된 기준 전압과 같게 되도록, 직류-직류 변환형 전원 회로의 출력 전압이 제어된다. 따라서 부하인 발광 다이오드군에 특성의 편차가 있는 경우에도 예정의 발광량을 위해 필요한 전류가 흐르도록, 직류-직류 변환형 전원 회로의 출력 전압이 자동 조정된다.

또, 정전류원의 강하 전압은 설정한 전류치를 유지할 수 있도록 기준 전압과 같게 되도록 자동적으로 제어된다. 이로 인해, 부하인 발광 다이오드군에 흐르는 전류가 크게 된 경우에도, 저항에서의 전압 검출에서와 같은 손실의 증가는 없다. 따라서 부하 전류의 증가에 수반하는 손실이 실질적으로 증가하지 않기 때문에, 넓은 부하 전류의 범위에 있어서 고효율로 부하를 구동할 수 있다.

또, 직류-직류 변환형 전원 회로는 코일에의 통전을 스위칭하여 전원 전압을 출력 전압으로 변환하는 스위칭 전원 회로이기 때문에, 변환 효율이 양호하고 필요한 고전압을 출력할 수 있다.

또, 부하인 발광 다이오드군마다 대응하여 가변 전류형 정전류원이 설치되고, 또한 그러한 정전류원의 강하 전압 중에서 낮은 쪽의 전압에 따라 직류-직류 변환형 전원 회로가 제어된다. 이로 인해, 부하인 발광 다이오드군 각각에 소정의 정전류를 안정적으로 흘릴 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 전원 전압으로부터 변환된 출력 전압을 발생하는 직류-직류 변환형 전원 회로 등의 전원 회로를 이용하여 정전류 부하를 구동하는 부하 전류를 소정 범위로 변화시키는 동시에, 다른 부하를 위해 출력 전압을 소정치 이상으로 유지하도록 하고, 요구되는 특성은 다른 복수의 부하를 구동할 수 있다.

또, 정전류원의 전류 설정치를 조정하면, 출력 전압이 소정 전압 이하로 저하된 경우에도, 출력 전압은 소정 전압을 유지하도록 제어되므로 다른 부하의 구동에 필요한 소정 전압을 출력할 수 있다.

Claims

입력 전압을 변환한 출력 전압을 부하에 공급하기 위한 전원 회로와,

상기 부하에 직렬로 접속되며 조정 가능한 정전류를 흘리는 정전류원을 구비하고,

상기 전원 회로는 상기 부하와 상기 정전류원과의 접속점의 전압이 일정 전압으로 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 전원 회로는 기준 전압과 상기 접속점의 전압이 입력되고, 상기 접속점의 전압이 상기 기준 전압에 같게 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
제2항에 있어서,

상기 정전류원은 전류 가변형의 정전류 회로와,

상기 정전류 회로와 직렬로 접속되는 커런트 미러용 입력측 트랜지스터와,

상기 커런트 미러용 입력측 트랜지스터와 동일한 제어 입력이 부여되는 커런트 미러용 출력측 트랜지스터를 포함하여 커런트 미러 회로가 구성되어 있고,

상기 커런트 미러용 출력측 트랜지스터에 상기 조정 가능한 정전류가 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
제3항에 있어서,

상기 일정 전압은 상기 커런트 미러용 출력측 트랜지스터의 포화 전압보다 높은 전압인 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
제1항에 있어서,

상기 부하 및 상기 정전류원이 복수이며, 상기 복수의 부하에 상기 복수의 정전류원이 각각 직렬로 접속되고 각각 조정 가능한 정전류를 흘리는 동시에,

상기 복수의 부하와 상기 복수의 정전류원과의 각 접속점의 전압 중에서 가장 낮은 전압이 일정 전압으로 되도록 상기 소정의 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
입력 전압을 변환한 출력 전압을 부하에 공급하기 위한 전원 회로와,

상기 부하에 직렬로 접속되며, 제어 신호에 의하여 저항치가 변화하는 가변 저항 수단 및 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출 수단을 구비하고,

상기 전원 회로는 제1 기준 전압과 상기 전류 검출 수단으로부터의 제1 검출 전압이 입력되고, 상기 제1 검출 전압이 상기 제1 기준 전압과 같게 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
제6항에 있어서,

상기 가변 저항 수단은 상기 출력 전압에 따른 전압이 소정 전압 이상에서는 저저항이고, 상기 소정 전압 이하로 되면 저항치가 커지도록 상기 제어 신호에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
제7항에 있어서,

상기 출력 전압에 따른 제2 검출 전압과 제2 기준 전압이 입력되고, 상기 제어 신호를 출력하는 오차 증폭 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
입력 전압을 변환한 출력 전압을 부하에 공급하기 위한 전원 회로와,

상기 부하에 직렬로 접속되는 정전류원을 구비하고,

상기 정전류원은 상기 부하에 흐르게 하기 위한 전류를 조정할 수 있는 가변 전류형 정전류원이고,

상기 전원 회로는 기준 전압과, 상기 정전류원의 강하 전압인 제1 검출 전압과, 상기 출력 전압에 따른 제2 검출 전압이 입력되고, 상기 제1 검출 전압과 제2 검출 전압 중에서 낮은 쪽의 검출 전압이 상기 기준 전압과 같게 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전원 회로는 코일과,

상기 코일에의 통전을 스위칭하는 스위치와,

상기 코일과 상기 스위치와의 접속점과 출력 단자와의 사이에 설치된 정류 소자를 갖는 스위칭 전원 회로인 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
제10항에 있어서,

상기 스위칭 전원 회로는 상기 정류 소자의 출력 전압점측에 접속된 평활 회로와,

상기 부하와 상기 정전류원과의 접속점의 전압이 기준 전압과 같게 되도록 상기 스위치의 온ㆍ오프 스위칭을 행하는 제어 회로를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 부하 구동 장치.
동작점이 흐르는 전류로 정해지는 부하와,

상기 부하를 구동하는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 부하 구동 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대 기기.
제12항에 있어서,

상기 부하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드군인 것을 특징으로 하는 휴대 기기.