DE602004008840T2

DE602004008840T2 - Lasttreibervorrichtung und tragbare Vorrichtung, die solche Lasttreibervorrichtung verwendet

Info

Publication number: DE602004008840T2
Application number: DE200460008840
Authority: DE
Inventors: Sadakazu Murakami
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2024-06-24
Also published as: EP1499165B1; EP1499165A2; TW200507433A; TWI346442B; KR20050006042A; TWI340530B; US7944189B2; TW201034371A; US20050007085A1; CN1578095A; CN101789692A; US20110181582A1; US20070262796A1; US8242756B2; CN1578095B; US7541785B2; US7235954B2; EP1499165A3; CN101789692B; US20090201002A1

Description

Bereich der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Treiben einer Last (Lasttreibereinrichtung) durch die Ausgangsspannung, indem eine eingegebene Versorgungsspannung mit Hilfe einer Stromversorgungsschaltung vom DC-DC- bzw. Gleichspannungswandlungstyp gewandelt wird, sowie auf ein tragbares Gerät, welches mit einer derartigen Lasttreibereinrichtung ausgestattet ist.
Hintergrund der Erfindung
Es sind viele Einrichtungen zum Treiben von Lasten im Gebrauch, wie z.B. von LEDs, wobei eine Stromversorgungsschaltung vom CD-CD-Wandlungstyp benutzt wurde, welche geeignet ist, eine Ausgangsspannung, die unterschiedlich zu einer eingegebenen Versorgungsspannung ist, zu liefern. Eine typische Lasttreibereinrichtung besitzt eine Stromversorgungsschaltung, welche eine vorher festgelegte Ausgangsspannung und einen Ausgangsstrom zum Treiben einer Last erzeugt, wie dies in der japanischen Patentanmeldung, offengelegt unter der Nummer 2001-313423 , veröffentlicht ist. Zu diesem Zweck wird der Pegel der Ausgangsspannung oder des Ausgangsstromes, welcher an die Last geliefert wird, gemessen, um eine Detektierspannung oder einen Detektierstrom zu erzeugen, welcher zurück zu einer Steuerschaltung der Stromversorgungsschaltung geführt wird.
Bei einer derartigen herkömmlichen Lasttreibereinrichtung wird die Detektierspannung durch Aufteilen der Ausgangsspannung in einer Spannungsteilerschaltung erhalten, welche einen hohen Widerstand besitzt. Der Detektierstrom wird durch Detektieren des Potenzialabfalls über einen Widerstand hinweg (als ein Spannungsdetektierwiderstand bezeichnet) erhalten, welcher in Reihe mit der Last angeschlossen ist, wobei der Laststrom durch den Widerstand fließt. Die Detektierspannung (oder der Detektierstrom) wird mit einem Referenzwert verglichen, so dass der Ausgangsstrom (die Ausgangsspannung), welche von der Stromversorgungsschaltung ausgegeben wird, basierend auf dem Vergleich gesteuert wird.
Bei einer tragbaren elektronischen Einrichtung, wie z.B. einem Zellular- bzw. Funktelefon, wird der Laststrom innerhalb eines zugelassenen Bereiches in Antwort auf eine Anforderung, welche während des Dienstes gemacht wird, erhöht oder erniedrigt. Wenn z.B. die Last eine Licht emittierende Diode (LED) ist, wird eine Anforderung durchgeführt, um die Leuchtstärke der LED auf einen gewünschten Pegel zu regulieren.
In einem derartigen Fall, wie oben erwähnt, wird der Spannungsdetektierwiderstand, welcher in Reihe mit der Last angeschlossen ist, den Energieverlust erhöhen, wenn der Laststrom erhöht wird. Deshalb fällt der Gesamtwirkungsgrad der elektronischen Einrichtung, welche eine Stromversorgungsschaltung und eine Last beinhaltet, in nachteiliger Weise ab, wenn der Laststrom groß wird (d.h. während einer großen Belastung).
In einem anderen Fall wird eine Anforderung durchgeführt, um eine Last mit einem konstanten Strom zu treiben und zu gleicher Zeit eine andere Last mit einer Spannung oberhalb der vorher festgelegten Spannung zu treiben. In einem derartigen Fall ist es herkömmlicherweise notwendig, eine weitere geeignete Stromversorgungsschaltung zu liefern, um individuelle Gebrauchszustände zu erfüllen, welche zusätzlichen Raum und zusätzliche Kosten für die Stromversorgungsschaltung und die Last erfordern.
In der US 2003/0062881 A1 ist ein Stromquellentreiber mit niedrigem Rauschen für eine Laserdiodenlast veröffentlicht, welcher mit Hilfe einer stromgeregelten Versorgung erreicht wird, welche über die Last hinweg angeschlossen ist, und eines Shunt-Reglers. Der Shunt-Regler weist ein Shunt-Element, ein Strom-Messelement, um den Strom zu messen bzw. abzutasten, welcher durch die Last geführt wird, und einen Fehlerverstärker auf, welcher auf einen Unterschied zwischen den durch das Strommesselement abgetasteten Strom und einem ersten Referenzstrom anspricht.
Außerdem wird in der JP 11-038049 A eine Spannungsdetektiereinrichtung veröffentlicht, welche eine Detektierspannung entsprechend einer minimalen Betriebsspannung einer Einrichtung einstellen kann. In der JP 2001-215913 A wird eine Beleuchtungsschaltung veröffentlicht, welche in der Lage ist, einen konstanten Stromfluss durch eine Licht emittierende Diode herzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Lasttreibereinrichtung zu liefern, welche eine Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlertyp besitzt, um eine Ausgangsspannung durch das Wandeln einer Versorgungsspannung (einer Eingangsspannung) zu erzeugen, wobei die Stromversorgungsschaltung in der Lage ist, die Größe des Laststromes innerhalb eines vorher festgelegten Bereiches einzustellen, während der Energieverlust vermieden wird, welcher durch ein Erhöhen des Laststroms verursacht ist, wodurch das effiziente Treiben der Last ermöglicht wird.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein tragbares Gerät zu liefern, welches mit einer derartigen Lasttreibereinrichtung ausgestattet ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Lasttreibereinrichtung zu liefern, welche eine Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp besitzt, um eine Ausgangsspannung durch das Wandeln einer Versorgungsspannung zu erzeugen, wobei die Stromversorgungsschaltung in der Lage ist, eine Vielzahl von Lasten zu treiben, welche unterschiedliche Anwendungszustände besitzen, wobei wenigstens eine Last vom konstanten Stromtyp und eine Last eines anderen Typs beinhaltet sind, und welche in der Lage ist, die Größe des Laststroms, welcher an die Last vom Konstantstromtyp geliefert wird, innerhalb eines vorher festgelegten Bereiches einzustellen, während die Ausgangsspannung für eine Last eines anderen Typs oberhalb einer vorher festgelegten Spannung beibehalten wird.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein tragbares elektronisches Gerät zu liefern, welches mit einer derartigen Lasttreibereinrichtung ausgestattet ist.
Eine Lasttreibereinrichtung der Erfindung dient zum Treiben einer Last, welche mit einem konstanten Strom geliefert wird, wobei der konstante Strom auf einer Ausgangsspannung einer Stromversorgungsschaltung basiert, welche die Ausgangsspannung ausgibt, indem eine Eingangsspannung in die Ausgangsspannung gewandelt wird, wobei die Einrichtung eine Konstantstromquelle vom stromeinstellbaren Typ besitzt, welche in Reihe mit der Last angeschlossen ist, und welche in der Lage ist, einen konstanten Strom zu liefern, welcher in seiner Größe eingestellt werden kann (ein derartiger Strom wird nachfolgend als einstellbarer Konstantstrom bezeichnet und die Stromquelle wird als Stromquelle vom variablen Stromtyp bezeichnet), wobei die Stromversorgungsspannung geeignet ist, die Ausgangs spannung so zu steuern, dass die Spannung an dem gemeinsamen Knoten der Last und der Konstantstromquelle konstant gehalten wird. Die Konstantstromquelle vom stromeinstellbaren Typ besitzt eine Stromspiegelschaltung, welche aus einer Konstantstromschaltung besteht, welche einen konstanten Strom liefert, einen Stromspiegeltransistor auf der Eingabeseite in Reihe mit der Konstantstromschaltung und einen Stromspiegeltransistor auf der Ausgangsseite, welche den gleichen Steuereingang wie der Transistor der Eingangsseite empfängt, wobei der Konstantstrom zu dem Transistor der Ausgangsseite geliefert wird. Die Konstantspannung ist höher als die Sättigungsspannung des Stromspiegeltransistors auf der Ausgangsseite.
Entsprechend der Erfindung kann zusätzlich zu einer Stromversorgungsspannung vom DC-DC-Wandlungstyp, welche angewendet wird, um eine Ausgangsspannung durch Wandeln einer Eingangsspannung zu liefern, eine Konstantstromquelle, welche einen einstellbaren Konstantstrom liefert, in Reihe mit einer Last angeschlossen werden, welche einen Betriebspunkt besitzt, welcher von der Größe des Stroms abhängt, welcher durch sie fließt (z.B. einen Satz von LEDs). Demnach ist es möglich, die Last mit einer erforderlichen Größe des Stromes in einer stabilen Weise zu liefern.
Die Ausgangsspannung der Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp wird so gesteuert, dass der Spannungsabfall über die Konstantstromquelle hinweg gleich einer Referenzspannung wird, wobei die Referenzspannung eingestellt ist, um einen stabilen Betrieb der Konstantstromquelle zu sichern. Demnach wird die Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp automatisch so eingestellt, dass eine Größe des Stromes, welcher durch die jeweiligen LEDs für eine geeignete Leuchtstärke erforderlich ist, durch sie fließen wird, sogar wenn die LEDs in ihrer Leuchtstärkencharakteristik fluktuieren.
Wie oben beschrieben, wird der Spannungsabfall über eine Konstantstromquelle hinweg automatisch gesteuert, um gleich einer Referenzspannung zu werden, so dass der Strom auf der vorher eingestellten Größe beibehalten wird. Deshalb wird es, sogar wenn die Ströme, welche durch die LEDs fließen, größer anwachsen, keinen derartigen Energieverlust geben, wie er durch einen Spannungsdetektierwiderstand beinhaltet ist. Demnach wird im Wesentlichen kein zusätzlicher Energieverlust durch ein Erhöhen im Laststrom verursacht, so dass die Lasttreibereinrichtung der Erfindung eine Last über einen weiten Bereich des Laststroms effizient treiben kann.
Eine Konstantstromquelle vom einstellbaren Typ kann für jede Last, welche aus einem Satz von LEDs besteht, in einer derartigen Weise vorgesehen sein, dass die Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp basierend auf dem niedrigsten der Spannungsabfälle über die Konstantstromquellen hinweg gesteuert wird. Dies sichert eine stabile Versorgung eines vorher festgelegten Konstantstroms für jede der LEDs, welche die Last darstellen.
Entsprechend der Erfindung besitzt eine Vielzahl an Lasten unterschiedliche Lastcharakteristika. Beispielsweise kann eine Konstantstromlast durch einen konstanten Strom getrieben werden, wobei dessen Größe innerhalb eines vorher festgelegten Bereiches durch das Benutzen einer Stromversorgungsschaltung verändert wird, wie z.B. einer Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp, welche eine Ausgangsspannung durch Wandeln einer Eingangsversorgungsspannung erzeugt, und zu gleicher Zeit kann eine andere Last, anders als die vom Konstantstromtyp, getrieben werden, indem die Ausgangsspannung oberhalb eines festgelegten Pegels für die Last beibehalten wird.
Für eine Konstantstromlast, wie z.B. für einen Satz von LEDs, welche einen Arbeitspunkt besitzen, welcher von der Größe des Stroms abhängt, welcher durch diese fließt, kann eine Konstantstromquelle vom einstellbaren Stromtyp in Reihe mit der Last angeschlossen werden. Es ist damit möglich, die Last mit einer erforderlichen Größe des Stromes in einer stabilen Weise zu liefern.
Wenn die Ausgangsspannung die vorher festgelegte Spannung überschreitet, wird die Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp so gesteuert, dass sie den Spannungsabfall über die Konstantstromquelle hinweg auf eine Referenzspannung ausgleicht, wobei die Referenzspannung eingestellt ist, einen stabilen Betrieb der Konstantstromquelle sicherzustellen. Demnach wird die Ausgangsspannung der Stromversorgungsschaltung automatisch so eingestellt, dass die Größe des Stromes, welche für das Einstellen der LEDs der Last notwendig ist, um einen vorher festgelegten Betrag an Licht zu emittieren, durch diese fließen wird, sogar wenn die LEDs in der Last in ihrer Leuchtstärkecharakteristik fluktuieren.
Außerdem, wenn die Ausgangsspannung dahin tendiert, unterhalb der vorher festgelegten Spannung aufgrund der Einstellung des Stromes für die LEDs abzufallen, kann die Ausgangsspannung gesteuert werden, um auf der vorher festgelegten Spannung zu verbleiben. Demnach ist es möglich, die vorher festgelegte Ausgangsspannung für die Last vom nicht konstanten Stromtyp sicherzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Lasttreibereinrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist ein Graph, welcher die Strom-Spannung-Charakteristik einer LED zeigt.
3 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Konstantstromquelle I1.
4 ist ein Graph, welcher die Treiberstrom-Ausgangsspannung-Charakteristik einer Stromversorgungsschaltung vom DC-DC-Wandlungstyp der 1 zeigt.
5 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Lasttreibereinrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
6 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Lasttreibereinrichtung entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
7 ist ein Graph, welcher die Treiberstrom-Ausgangsspannungscharakteristik einer Stromversorgungsschaltung vom dritten DC-DC-Wandlungstyp der 6 zeigt.
8 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Lasttreibereinrichtung entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfindung wird nun im Detail mit Hilfe von Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt wird, ist eine Schaltstromversorgungsschaltung 100 eine Schaltstromversorgungsschaltung vom Spannungshochtransformiertyp, um eine DC- bzw. Gleichspannung Vcc (als Eingangsspannung bezeichnet) hochzutransformieren, um eine hochtransformierte DC-Ausgangsspannung Vo1 zu liefern.
Eine Spule L1 und ein Schalter Q1 in Form eines MOS-Transistors vom N-Typ sind in Reihe zwischen der Versorgungsspannung Vcc und der Erde angeschlossen. Die Spannung am Knoten A der Spule L1 und des Schalters Q1 wird durch eine Diode D1 zum Gleichrichten gleichgerichtet und durch einen Glättungskondensator C1 geglättet. Die geglättete Spannung wird als die Ausgangsspannung Vo1 geliefert. Im Folgenden stellen die Spannungen Potenziale relativ zur Erde dar, wenn dies nicht anders festgelegt ist.
In Reihe mit einem Anschlusspunkt P1, welcher die Ausgangsspannung Vo1 besitzt, und der Erde ist eine externe Last 10 und eine Konstantstromquelle I1. Der Arbeitspunkt der externen Last 10 hängt von der Größe des Stromes ab, welcher durch sie fließt. Die externe Last 10 ist mit einem Treiberstrom Io ausgestattet, welcher eine vorher festgelegte Größe besitzt, welche durch die Konstantstromquelle I1 eingestellt ist. Die erzeugte Spannung an einem Anschluss P2 der Konstantstromquelle I1 wird als Detektierspannung Vdet hergenommen.
Eine Steuerschaltung Cont empfängt die Detektierspannung Vdet und eine Referenzspannung Vref von einer Referenzspannungsquelle B1 und erzeugt ein Schaltsignal zum Steuern des Schaltens des Schalters Q1, um so die Detektierspannung Vdet an die Referenzspannung Vref anzugleichen. In dem hier gezeigten Beispiel beinhaltet die Steuerschaltung Cont einen Fehlerverstärker Eamp zum Verstärken des Unterschiedes zwischen der Referenzspannung Vref und der Detektierspannung Vdet und eine Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Steuerschaltung Pwm zum Erzeugen eines PWM-Signals, basierend auf dem Ausgang des Fehlerverstärkers Eamp. Das PWM-Signal wird als das Schaltungssignal geliefert.
Die externe Last 10 ist zwischen den Anschlüssen P1 und P2 angeschlossen. Die Erfindung kann eine derartige externe Last in einem tragbaren elektronischen Gerät beinhalten. In diesem Fall können die Anschlüsse P1 und P2 weggelassen werden.
Ein Beispiel der externen Last 10 ist ein Satz von Licht emittierenden Dioden (LEDs) LED1–LED3. In dem hier gezeigten Beispiel sind die LEDs weiße LEDs, welche beispielsweise in einem Flüssigkeitskristallanzeigen-(LCD-)Panel bzw. -Pult oder als eine Taste benutzt werden. Obwohl nur drei serielle LEDs in 1 gezeigt werden, kann die Erfindung mehr als drei LEDs umfassen, welche in unterschiedlichen Konfigurationen (seriell, parallel oder eine Kombination von Seriell- und Parallelverbindungen) angeschlossen sind, abhängig von der Leuchtstärke, welche erforderlich ist, und der Fläche, welche zu beleuchten ist.
Die If-Vf-Charakteristik einer weißen LED wird in 2 gezeigt, wobei If für den Strom steht, welcher durch die LED fließt, und Vf für die Spannung steht, welche an der LED angelegt ist. In 2 ist die charakteristische Kurve auf einem halblogarithmischen Maßstab ausgedruckt, wobei die Abszisse den Strom If logarithmisch darstellt und die Koordinate die Spannung Vf darstellt. Die LED emittiert Licht, wenn Strom If in einem weiten Bereich ist (z.B. von 1,5 mA (Punkt B) bis 20 mA (Punkt A)). Wenn der Strom If verändert wird, verändert sich die Leuchtstärke der LED entsprechend der Größe des Stromes If.
Wenn der Strom If 20 mA beträgt (Punkt A), wird die LED durch die Spannung Vf von 3,4 V, welche in Vorwärtsrichtung angelegt ist, aktiviert. Jedoch besitzen nicht alle LEDs notwendiger weise die gleiche Charakteristik. Beispielsweise kann sich die Vorwärtsaktivierspannung Vf von einer LED zu einer anderen im Bereich von ungefähr 3,4 V bis ungefähr 4,0 V ändern, wenn der Strom If 20 mA ist. Wie in diesem Beispiel gesehen wird, besitzen weiße LEDs im Allgemeinen höhere Vorwärtsaktivierspannung Vf als LEDs anderer Farben. Um drei weiße LEDs in Reihe zu aktivieren, muss die Ausgangsspannung Vo1 wenigstens 12,0 V oder mehr betragen.
3 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung einer Konstantstromquelle I1. Wie in 3 gezeigt wird, sind eine Konstantstromschaltung I11 und ein MOS-Transistor vom N-Typ (nachfolgend als N-Typ-Transistor bezeichnet) Q2 in Reihe miteinander zwischen einer Versorgungsspannung Vcc und der Erde angeschlossen. Der Drain und das Gate dieses N-Typ-Transistors Q2 sind direkt miteinander verbunden. Zusätzlich zu dem N-Typ-Transistor Q2 ist ein weiterer N-Typ-Transistor Q3, welcher eine höhere Treiberfähigkeit besitzt als der N-Typ-Transistor Q2, vorgesehen, um den Strom Io zu treiben. Das Gate de N-Typ-Transistors Q2 auf der Eingangsseite ist an das Gate des N-Typ-Transistors Q3 auf der Ausgangsseite angeschlossen, um eine Stromspiegelschaltung zu bilden.
In 3 kann die Größe des Treiberstroms Io, welcher durch den N-Typ-Transistor Q3 fließt, willkürlich auf einen bevorzugten Wert eingestellt werden. Dies kann durch Justieren der Größe des Stromes durchgeführt werden, welcher durch die Konstantstromschaltung I11 fließt.
Mit Bezug wieder zurück auf 1 kann die Konstantstromquelle I1 einen Konstantstrombetrieb durchführen, wenn sie mit einer Spannung beaufschlagt wird, welche höher als ihre Sättigungsspannung von ungefähr 0,3 V (welches die Sättigungsspannung des N-Typ-Transistors Q3 der 3 ist) ist. Der Teil der Spannung, welche die Sättigungsspannung (ungefähr 0,3 V) übersteigt, welche als Treiberstrom nicht notwendig ist, resultiert in einen Leistungsverlust (welcher gleich der Spannung x dem Strom ist) innerhalb der Konstantstromquelle I1. Die Ausgangsspannung Vo1 der Stromversorgungsschaltung 100 wird so gesteuert, dass der Spannungsabfall Vdet über die Konstantstromquelle I1 hinweg auf die Referenzspannung Vref angeglichen wird. Deshalb wird die Referenzspannung Vref auf einen Pegel eingestellt, welcher geringfügig höher als die Sättigungsspannung (ungefähr 0,3 V) des Transistors ist, welcher in der Konstantstromquelle I1 verwendet wird.
Der Betrieb der Lasttreibereinrichtung, welche so konfiguriert ist, wird nun mit weiterem Bezug auf 4 beschrieben, welche die Treiberstrom-Ausgangsspannung-Charakteristik der Treibereinrichtung zeigt. Zuerst wird die Größe des Treiberstroms Io, welcher durch die LEDs der Last 10 zu führen ist, für die Konstantstromschaltung I11 eingestellt. Dann wird ein Ein-Aus-Schaltbetrieb des Schalters Q1 in der Schaltstromversorgungsschaltung 100 gestartet. Dies verursacht, dass die Ausgangsspannung Vo1 allmählich steigt.
Als Folge wird die Detektierspannung Vdet gleich der Referenzspannung Vref, wodurch der Treiberstrom Io veranlasst wird, durch die LEDs LED1–LED3 der Last 10 zu fließen. Die LEDs werden aktiviert, um Licht bei der vorher festgelegten Leuchtstärke zu emittieren.
Es sollte gewürdigt werden, dass sogar dann, wenn sich die Vorwärtsspannung Vf-Charakteristik von einer LED zu einer anderen LED der LED1–LED3 ändert, nur die Ausgangsspannung Vo1 von einem vorher festgelegten Wert abweicht, ohne dass dadurch die Leuchtstärke der LEDs LED1–LED3 beeinträchtigt wird. Die Detektierspannung Vdet, welche den Spannungsabfall über die Konstantstromquelle I1 hinweg dargestellt, ist festgelegt.
Deshalb ist die Ausgangsspannung Vo1 gleich der konstanten Detektierspannung Vdet plus dem Spannungsabfall Vled (= 3xVf) über die LEDs LED1–LED3 hinweg, im Einklang mit dem Treiberstrom Io zu dieser Zeit.
Falls die Leuchtstärke der LEDs LED1–LED3 verändert werden muss, kann die Größe des Treiberstroms Io verändert werden. Wenn beispielsweise der Treiberstrom Io erhöht wird, wird sich die Leuchtstärke der LEDs LED1–LED3 entsprechend erhöhen. Mit diesem Erhöhen des Treiberstroms Io wird der Spannungsabfall Vled über die LEDs LED1–LED3 hinweg entsprechend der Io-Vo1-Charakteristik, welche in 2 gezeigt wird, größer. Die Steigerung der Vo1-Linie der 4 hängt von der IF-Vf-Charakteristik ab, welche in 2 gezeigt wird.
Da sich der Spannungsabfall Vled über die LEDs LED1–LED3 hinweg entsprechend dem Erhöhen des Treiberstroms Io erhöht, erhöht sich die Ausgangsspannung Vo1, wie dies durch die Charakteristikkurve der 4 gezeigt wird. Da jedoch die Detektierspannung Vdet festgelegt ist, erhöht sich der Fluss an Leistung in der Konstantstromquelle I1 nicht weiter, sogar wenn der Treiberstrom erhöht wird, um die Leuchtstärke zu verstärken. Demnach behält die Lastreibereinrichtung eine hohe Betriebsleistungsfähigkeit bei.
5 zeigt eine Schaltungsstruktur einer Lasttreibereinrichtung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Wie in 5 gezeigt wird, besitzt die Lasttreibereinrichtung eine weitere Last 20, zusätzlich zu der vorhergehenden Last 10. Außerdem ist eine Konstantstromquelle I20 in Verbindung mit der Last 20 vorgesehen. Es sollte verstanden werden, dass mehr als zwei Lasten hinzugefügt werden können.
In der Anordnung, welche in 5 gezeigt wird, ist eine Konstantstromquelle I10 in Reihe mit der Last 10 angeschlossen, durch welche ein Treiberstrom Io1 fließt. Der Spannungsabfall über die Konstantstromquelle I10 hinweg wird als eine Detektierspannung Vdet1 benutzt. In ähnlicher Weise ist eine Konstantstromquelle I20 in Reihe mit der Last 20 angeschlossen, durch welche ein Treiberstrom Io2 fließt. Der Spannungsabfall über die Konstantstromquelle I20 hinweg wird als die zweite Detektierspannung Vdet2 benutzt. Die Symbole P11, P12, P21 und P22 zeigen Anschlüsse für das Anschliessen der Lasten an.
Ein Fehlerverstärker Eamp der Steuerschaltung Cont besitzt zwei nicht invertierende Eingangsanschlüsse (+) und einen invertierenden Eingangsanschluss (–). Die zwei nicht invertierenden Eingangsanschlüsse (+) werden mit einer ersten Detektierspannung Vdet1 und einer zweiten Detektierspannung Vdet2 versorgt, eine für jeden Anschluss, während der invertierende Eingangsanschluss (–) mit der Referenzspannung Vref versorgt wird. In dem Fehlerverstärker Eamp wird die niedrigere der ersten Detektierspannung Vdet1 und der zweiten Detektierspannung Vdet2 mit der Referenzspannung Vref verglichen. Der Rest der Schaltungsstruktur ist der gleiche wie der der ersten Ausführungsform, welche in 1 gezeigt wird.
Die Lasttreibereinrichtung der 5 kann die individuellen Treiberströme Io1 und Io2 unabhängig voneinander einstellen. Die niedrigere der Spannungsabfälle Vdet1 und Vdet2 der Konstantstromquellen I10 bzw. I20 werden automatisch im gesteuerten Schaltbetrieb ausgewählt, welcher durch die Stromversorgungsschaltung 100 durchgeführt wird, wodurch ein sicheres Betreiben der Konstantstromquellen I10 und I20 sichergestellt wird, welche den konstanten Treiberstrom Io1 und Io2 für die vielen Lasten 10 und 20 liefern.
Demnach liefert die zweite Ausführungsform die gleichen Vorteile wie die erste, wenn viele Lasten involviert sind.
6 zeigt eine Schaltungsstruktur einer Lasttreibereinrichtung entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Wie in 6 gesehen wird, besitzt die Schaltungsstromversorgungsschaltung 100 die gleiche Konfiguration wie die, welche in 1 gezeigt wird.
In der dritten Ausführungsform sind in Reihe zwischen einem Knoten, welcher eine Ausgangsspannung Vo liefert, und der Erde eine erste externe Last (als erste Last bezeichnet) 10, welche durch einen vorher festgelegten konstanten Strom getrieben wird, ein variables Widerstandsglied in der Form eines N-Typ-Transistors Q2, welcher einen variablen Widerstand in Antwort auf ein Steuersignal besitzt, und ein Widerstand R1, welcher als ein Stromdetektierglied dient, vorgesehen. Die erste Last 10 ist eine Last, welche einen Arbeitspunkt besitzt, welcher von der Größe des Stromes abhängt, welcher durch sie fließt. In diesem Beispiel wird die Last 10 mit dem Treiberstrom Io mit einer vorher festgelegten Größe geliefert. Der Spannungsabfall über den Widerstand R1 hinweg wird als erste Detektierspannung Vdet1 benutzt.
Die Steuerschaltung Cont wird mit der ersten Detektierspannung Vdet1 zusammen mit einer ersten Referenzspannung Vref1 von einer Referenzspannungsquelle B1 versorgt.
Die erste Last 10 ist die gleiche wie die Last 10 der 1. Zwischen einem Knoten, welcher die Ausgangsspannung Vo besitzt, und der Erde ist eine zweite externe Last (als zweite Last bezeichnet) 20 vorgesehen, welche durch eine Spannung getrieben wird, welche höher als die vorher festgelegte Spannung V1 ist.
Eine Stromteilerschaltung, welche aus den Widerständen R2 und R3 besteht, ist vorgesehen, um die Ausgangsspannung Vo zu detektieren. Eine der geteilten Spannungen dient als die zweite Detektierspannung Vdet2. Ein Fehlerverstärker Ea ist an dem nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) desselben mit der zweiten Detektierspannung Vdet2 vorgesehen und an dem invertierenden Eingangsanschluss (–) desselben mit der zweiten Referenzspannung Vref2 vorgesehen, welche von einer Referenzspannungsquelle B2 empfangen wird. Die zweite Detektierspannung Vdet2 und die zweite Referenzspannung Vref2 werden in dem Fehlerverstärker EA verglichen, um ein Steuersignal im Einklang mit der Differenz zwischen diesen zu erzeugen. Das Steuersignal wird an das Gate des N-Typ-Transistors Q2 geliefert.
Um die zweite Last 20 bei der Spannung zu treiben, welche größer als die vorher festgelegte Spannung V1 ist, wird die zweite Referenzspannung Vref2 auf die Spannung V1 × R3/(R2 + R3) eingestellt, welche durch Teilen der vorher festgelegten Spannung V1 durch die Widerstände R2 und R3 erhalten wird. Als Ergebnis, wenn die Ausgangsspannung Vo höher als die vorher festgelegte Spannung V1 ist, wird der N-Typ-Transistor Q2 eingeschaltet und besitzt einen extrem niedrigen Widerstand. Das bedeutet, dass der Transistor Q2 virtuell kurzgeschlossen wird (oder in einem Niedrigwiderstandszustand ist). Auf der anderen Seite, wenn die Ausgangsspannung niedriger als die vorher festgelegte Spannung V1 wird, wird der Widerstand des N-Typ-Transistors Q2 hoch. Demnach funktioniert der N-Typ-Transistor Q2 als ein variables Widerstandsglied, d.h. als ein Glied zum Verändern seines Widerstands in Antwort auf ein Steuersignal.
Der Betrieb der Lasttreibereinrichtung, welche so aufgebaut ist, wird nun mit zusätzlichem Bezug auf 7 beschrieben, welche die Io-Vo-Charakteristik der Einrichtung zeigt, wobei Io und Vo jeweils für den Treiberstrom und die Ausgangsspannung stehen. In dieser Lasttreibereinrichtung wird die Ausgangsspannung Vo bei der vorher festgelegten Spannung V1 beibehalten, wenn der Treiberstrom Io kleiner als eine vorher festgelegte Größe Io1 ist, wie dies in 7 gezeigt wird. Auf der anderen Seite, wenn der Treiberstrom Io die vorher festgelegte Größe Io1 überschreitet, erhöht sich die Ausgangsspannung Vo im Einklang mit dem Erhöhen des Treiberstroms Io.
Im Betrieb wird die erste Referenzspannung Vref1 (= Io × R1) im Einklang mit der Größe des Treiberstroms Io eingestellt, welcher an die LEDs der ersten Last 10 geliefert wird. Man nehme nun an, dass der Treiberstrom Io größer als die vorher festgelegte Größe Io1 eingestellt ist.
Dann wird eine gesteuerte Ein-/Ausschaltoperation des Schalters Q1 in der Schaltstromversorgungsschaltung 100 gestartet, so dass die erste Detektierspannung Vdet1 gleich der ersten Referenzspannung Vref1 wird. Die Schaltoperation verursacht, dass die Ausgangsspannung Vo allmählich ansteigt.
Während die Ausgangsspannung Vo kleiner als die vorher festgelegte Spannung V1 ist, ist die zweite Detektierspannung Vdet2 kleiner als die zweite Referenzspannung Vref2. Als Folge wird der N-Typ-Transistor Q2 nicht eingeschaltet, wodurch ein hoher Widerstand aufrechterhalten wird. Da der Treiberstrom Io für die Last nicht ausreichend ist und die erste Detektierspannung Vdet1 niedriger als die erste Referenzspannung Vref1 ist, führt dies dazu, dass die Ausgangsspannung Vo allmählich ansteigt.
Das Ansteigen der Ausgangsspannung Vo gleicht eventuell die erste Detektierspannung Vdet1 an die erste Referenzspannung Vref1 an. Unter dieser Bedingung fließt der beabsichtigte Treiberstrom Io durch die LEDs LED1–LED3 der ersten Last 10, wodurch die LEDs aktiviert werden, Licht mit einer vorher festgelegten Leuchtstärke zu emittieren.
Unter dieser Bedingung, falls die Leuchtstärke-Charakteristik der LEDs LED1–LED3 von einer LED zur anderen fluktuiert, weicht die Ausgangsspannung Vo von einem vorher festgelegten Wert aufgrund der Fluktuationen ab, jedoch wird die Leuchtstärke der LEDs LED1–LED3 nur wenig beeinträchtigt. Als Folge wird die Ausgangsspannung Vo gleich der ersten Detektierspannung Vdet1 (welche der ersten Referenzspannung Vref1 gleich ist) plus dem Spannungsabfall Vled (= 3xVf) über die LEDs LED1–LED3 hinweg, welche durch den Treiberstrom Io getrieben werden.
Die Ausgangsspannung Vo ist dann größer als die vorher festgelegte Spannung V1. Deshalb ist die zweite Detektierspannung Vdet2, welche von der Ausgangsspannung Vo durch die Spannungsteilung abgeleitet ist, größer als die zweite Referenzspannung Vref2. Unter dieser Bedingung ist der N-Typ-Transistor Q2 im Ein-Zustand unter der Steuerung des Steuersignals, welches von dem Fehlerverstärker EA empfangen wird. Der Widerstand des N-Typ-Transistors Q2 ist unter dieser Bedingung extrem klein, und es kann gesagt werden, dass der Transistor Q2 virtuell kurzgeschlossen ist.
Um die Leuchtstärke der LEDs LED1–LED3 größer zu machen, kann die erste Referenzspannung Vref1 angehoben werden, was umgekehrt den Treiberstrom Io erhöht. Mit dem erhöhten Treiberstrom Io wird die Leuchtstärke der LEDs LED1–LED3 stärker erhöht. Der Spannungsabfall Vled über die LEDs LED1–LED3 hinweg wird auch entsprechend der Charakteristik, welche in 2 gezeigt wird, größer. Die Steigung der Ausgangsspannung Vo, welche in 7 gezeigt wird, wird durch die If-Vf-Charakteristik der 2 bestimmt.
Da der Spannungsabfall Vled über die LEDs LED1–LED3 hinweg im Einklang mit dem Erhöhen des Treiberstroms Io anwächst, steigt die Ausgangsspannung Vo im Einklang mit Io an, wie dies in 7 gezeigt wird.
Umgekehrt, um die Leuchtstärke der LEDs LED1–LED3 zu vermindern, kann die Referenzspannung Vref1 erniedrigt werden, um den Treiberstrom Io zu reduzieren. Wenn der Treiberstrom Io reduziert wird, nimmt die Leuchtstärke der LEDs LED1–LED3 entsprechend ab. Dann nimmt auch der Spannungsabfall Vled über die LEDs LED1–LED3 hinweg ab, im Einklang mit der If-Vf-Charakteristik, welche in 2 gezeigt wird.
Wenn der Treiberstrom Io auf eine kleinere Größe als der vorher festgelegten Stromgröße Io1 eingestellt wird, wird der Spannungsabfall Vled über die LEDs LED1–LED3 hinweg entsprechend kleiner. Die Ausgangsspannung Vo neigt dann dazu, unter die vorher festgelegte Spannung V1 abzufallen.
Jedoch wird dann die zweite Detektierspannung Vdet2 gleich oder niedriger als die zweite Referenzspannung Vref2. Als Ergebnis erhöht sich der Widerstand Rs des N-Typ-Transistors Q2 in Antwort auf das Steuersignal, welches von dem Fehlerverstärker EA empfangen wird.
Mit dem Erhöhen des Widerstands Rs des N-Typ-Transistors Q2 nimmt der Treiberstrom Io ab, und ebenso die erste Detektierspannung Vdet1. Die Stromversorgungsschaltung 100 arbeitet so, dass die erste Detektierspannung Vdet1 gleich der ersten Referenzspannung Vref1 wird. Dann steigt die Ausgangsspannung Vo um eine Größe gleich dem Spannungsabfall Io × Rs über den N-Typ-Transistor Q2 hinweg, welche das Produkt des Treiberstroms Io und des Widerstands Rs des N-Typ-Transistors Q2 ist.
Als Ergebnis, wenn der Treiberstrom Io auf eine kleinere Größe als die vorher festgelegte Größe Io1 eingestellt ist, funktioniert der N-Typ-Transistor Q2 als ein variables Widerstandsglied zum Beibehalten der Ausgangsspannung Vo bei der vorher festgelegten Spannung V1.
Obwohl ein Spannungsabfall Io × Rs durch den N-Typ-Transistor Q2 induziert wird, wird die zweite Last 20 mit der Ausgangsspannung Vo, größer als der vorher festgelegten Spannung V1, versorgt.
8 zeigt eine Schaltungsstruktur einer Lasttreibereinrichtung entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Wie in 8 gesehen wird, besitzt die Ausführungsform keinen N-Typ-Transistor Q2, welcher als ein variables Widerstandsglied dient, keinen Fehlerverstärker EA zum Steuern des N-Typ-Transistors Q2 und keine Referenzspannungsquelle B2 der 6. Jedoch besitzt die Ausführungsform einen Fehlerverstärker Eamp vom Drei-Eingänge-Typ, welcher den Fehlerverstärker des Zwei-Eingänge-Typs der 6 ersetzt.
Ein erster nicht invertierender Eingangsanschluss (+) des Fehlerverstärkers Eamp wird mit der ersten Detektierspannung Vdet1 versorgt, und ein zweiter nicht invertierender Eingangsanschluss (+) wird mit der zweiten Detektierspannung Vdet2 versorgt. Der invertierende Eingangsanschluss (–) des Fehlerverstärkers Eamp wird mit der ersten Referenzspannung Vref1 versorgt.
Dieser Fehlerverstärker Eamp wählt automatisch die niedrigste der ersten und zweiten Detektierspannungen Vdet1 bzw. Vdet2 aus, welche an dem jeweiligen ersten und zweiten nicht invertierenden Eingangsanschlüssen (+) eingegeben werden, und vergleicht die ausgewählte mit der ersten Referenzspannung Vref1.
Wie in 8 gezeigt wird, wird der Widerstand R1 der 6, welche als ein Stromdetektierglied dient, durch eine Konstantstromschaltung I1 vom einstellbaren Stromtyp ersetzt. Diese Konstantstromquelle I1 ist die gleiche wie diejenige, welche in 3 gezeigt wird. Auch in dieser Anordnung wird die Ausgangsspannung Vo der Stromversorgungsschaltung gesteuert, um die erste Referenzspannung Vdet1 (welche den Spannungsabfall über die Konstantstromquelle I1 hinweg darstellt) an die erste Referenzspannung Vref anzugleichen. Deshalb wird die Referenzspannung Vref1 auf einen Pegel, welcher geringfügig größer als die Sättigungsspannung (ungefähr 0,3 V) des Transistors ist, eingestellt, welcher in der Konstantstromquelle I1 benutzt wird.
Auf der anderen Seite wird das Spannungsteilverhältnis der Widerstände R2 und R3 so eingestellt, dass die zweite Detektierspannung Vdet2 der ersten Referenzspannung Vref1 gleich ist, wenn die Ausgangsspannung Vo die vorher festgelegte Spannung V1 besitzt, d.h. V1 × R3/(R2 + Re) Vref1.
Der Rest der Schaltungsstruktur der 8 ist der gleiche wie der der dritten Ausführungsform, welche in 6 gezeigt wird.
In der Ausführungsform, welche in 8 gezeigt wird, wird der niedrigere der ersten Detektierspannung Vdet1, welche den Spannungsabfall über die Konstantstromquelle I1 hinweg darstellt, und der zweiten Detektierspannung Vdet2, welche durch die Spannungsteilung der Ausgangsspannung Vo erhalten wird, automatisch in dem gesteuerten Schaltbetrieb gewählt, welcher durch die Stromversorgungsschaltung 100 ausgeführt wird.
Die Lasttreibereinrichtung, welche in 8 gezeigt wird, liefert auch die gleiche Ausgangscharakteristik wie die dritte Ausführungsform, welche in 6 gezeigt wird. Dies kann wie folgt ersehen werden. Mit Bezug auf 7 wird eine Io-Vo-Charakteristik der Lasttreibereinrichtung gezeigt, in welcher die Ausgangsspannung Vo auf der vorher festgelegten Spannung V1 beibehalten wird, wenn der Treiberstrom Io kleiner als die vorher festgelegte Größe Io1 ist, jedoch erhöht sich die Ausgangsspannung Vo mit dem Treiberstrom Io, wenn der Treiberstrom Io die vorher festgelegte Größe Io1 übersteigt.
Gegebenenfalls kann der Widerstand R1, welcher als das Stromdetektierglied in der Anordnung der 6 dient, durch die Konstantstromquelle I1 der 5 ersetzt werden. In diesem Fall ist die Konstantstromquelle I1 geeignet, die Größe des Konstantstroms einzujustieren. Die erste Referenzspannung Vref1 kann fest sein.

Claims

Lasttreibereinrichtung bzw. -vorrichtung zum Treiben vielfacher Lasten (10, 20), wobei jede in Reihe mit einer zugehörigen Konstantstromquelle (I10, I20) verbunden ist, wobei die Lasttreibervorrichtung eine Stromversorgungsschaltung (100) aufweist, welche eine Ausgangsspannung (Vo1) für die vielfachen Lasten liefert, welche durch Umwandeln einer Eingangsspannung in die Ausgangsspannung (Vo1) erhalten wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquellen (I10, 20) vom einstellbaren Typ sind, und jede der Konstantstromquellen (I10, 20) in der Lage ist, einen einstellbaren konstanten Ausgangsstrom für die entsprechende Last (10, 20) zu liefern; und die Ausgangsspannung (Vo1) so gesteuert wird, dass sie eine niedrigste der Spannungen (Vdet1, Vdet2) an den gemeinsamen Knoten zwischen jeder der vielfachen Lasten (10, 20) und seiner jeweiligen Konstantstromquelle (I10, I20) konstant hält.
Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 1, in welcher der Stromversorgungsschaltung (100) eine Referenzspannung (Vref1, Vref2) und die Spannungen (Vdet1, Vdet2) an den gemeinsamen Knoten zugeführt werden, und wobei diese die Ausgangsspannung (Vo1) so steuert, um die niedrigste der Spannungen (Vdet1, Vdet2) an den gemeinsamen Knoten an die Referenzspannung (Vref) anzugleichen.
Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 2, in welcher die Konstantstromquelle (I10, I20) vom stromeinstellbaren Typ eine Stromspiegelschaltung besitzt, welche aufgebaut ist aus: einer Konstantstromschaltung (I11) vom stromeinstellbaren Typ, welche einen konstanten Strom liefert; einem stromspiegelnden Transistor (Q2) der Eingangsseite, welcher in Reihe mit der Konstantstromschaltung (I11) vom stromeinstellbaren Typ verbunden ist; und einem stromspiegelnden Transistor (Q3) der Ausgangsseite, welcher das gleiche Steuereingangssignal bzw. -wert wie der Transistor (Q2) der Eingangsseite empfängt, wobei der konstante Strom (I0) dem Transistor (Q3) der Ausgangsseite geliefert wird.
Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 3, in welcher die konstanten Spannungen (Vdet1, Vdet2) höher als die Sättigungsspannung des stromspiegelnden Transistors (Q3) der Ausgangsseite ist.
Lasttreibervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, in welcher die Stromversorgungsschaltung (100) eine schaltende Stromversorgungsschaltung ist, welche beinhaltet: eine Spule (L1); einen Schalter (Q1) zum Ein- und Ausschalten der Leistung bzw. des Stromes für die Spule (L1); und ein Gleichrichterelement (D1), welches zwischen dem gemeinsamen Knoten der Spule (L1) und dem Schalter (Q1) und einem Ausgangsanschluss (P1) der Stromversorgungsschaltung (100) vorgesehen ist.
Lasttreibervorrichtung nach Anspruch 5, in welcher die Stromversorgungsschaltung zum Schalten ferner aufweist: eine Glättungsschaltung (C1), welche mit einem Ende des Gleichrichterelements (D1) verbunden ist, welches eine Ausgangsspannung liefert; eine Steuerschaltung (Cont) zum Ein- und Ausschalten des Schalters (Q3), um so die niedrigste der Spannungen (Vdet1, Vdet2) an dem gemeinsamen Knoten der Last (10, 20) und der Konstantstromquelle (I10, I20) vom stromeinstellbaren Typ auf eine Referenzspannung (Vref) anzugleichen bzw. zu glätten.
Tragbares Gerät, welches aufweist: wenigstens eine Last (10, 20), welche einen Arbeitspunkt besitzt, welcher von der Größe des Stromes abhängt, welcher durch die Last fließt; und eine Lasttreibervorrichtung zum Treiben der Last (10, 20), wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert.
Tragbares Gerät nach Anspruch 7, in welchem die Last (10) ein Satz von lichtemittierenden Dioden (LED1, LED2, LED3) ist, wobei der Satz wenigstens eine lichtemittierende Diode (LED1, LED2, LED3) enthält.