專利名稱：半導(dǎo)體光源裝置及半導(dǎo)體光源控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如使用LED(發(fā)光二極管)或者LD(激光二極管)等的半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體光源裝置及半導(dǎo)體光源控制方法。
背景技術(shù)：
作為用于降低功耗并控制LED的亮度恒定的LED驅(qū)動(dòng)電路，可考慮包含日本特開 2005-011895號(hào)公報(bào)的技術(shù)。包含上述文獻(xiàn)中記載的技術(shù)而得到的一般的構(gòu)成為，半導(dǎo)體發(fā)光元件的驅(qū)動(dòng)，通過(guò)使運(yùn)算放大器和功率晶體管組合而進(jìn)行電流反饋的線性恒流電路、或者恒流控制型的 DC/DC變換器等進(jìn)行。在進(jìn)行高速的PWM驅(qū)動(dòng)的情況下，要求提早PWM波形的電流的上升。在上述前者的線性恒流電路中，通過(guò)由于反饋延遲引起的過(guò)驅(qū)動(dòng)而發(fā)生電流的過(guò)沖。因此，難以使動(dòng)作的高速化和穩(wěn)定的反饋控制兩者兼得。另外，在實(shí)現(xiàn)高速化的情況下，輸出級(jí)的晶體管的負(fù)擔(dān)大，需要更多地估計(jì)電壓容限，并且必須考慮該晶體管的發(fā)熱對(duì)策。另外，在上述后者的DC/DC變換器中，在直到使在電路中使用的電感器的電流恢復(fù)到原來(lái)的電流值為止的期間中，至少需要數(shù)次乃至十?dāng)?shù)次開關(guān)周期的時(shí)間。因此，由于這樣的電流的上升特性，難以實(shí)現(xiàn)高速化。近年來(lái)，在上述后者的DC/DC變換器中，為改善上述那樣的不適當(dāng)?shù)臓顩r，通過(guò)使 PWM波形導(dǎo)通時(shí)的反饋類電壓，或者電路中的電容器的輸出電壓暫時(shí)保持、使下次導(dǎo)通時(shí)的電流急劇上升，從而使高速化成為可能。但是，PWM周期的高速化以數(shù)十[kHz]的程度為界限，在那以上的高速化比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有下述部件半導(dǎo)體發(fā)光元件； 供給動(dòng)作電力的電源電路；驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路包含積蓄并且釋放來(lái)自上述電源電路的電力的無(wú)源元件、 以及切換充電路徑和放電路徑的多個(gè)開關(guān)元件，上述充電路徑向上述無(wú)源元件供給來(lái)自上述電源電路的電力并進(jìn)行積蓄，上述放電路徑將上述無(wú)源元件中積蓄的電力通過(guò)上述半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)光而釋放，通過(guò)用上述多個(gè)開關(guān)元件切換上述充電路徑和放電路徑間歇驅(qū)動(dòng)上述半導(dǎo)體發(fā)光元件；恒流開關(guān)控制部，檢測(cè)在選擇上述充電路徑以及放電路徑時(shí)在路徑上施加的電壓，并根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果計(jì)算上述多個(gè)開關(guān)元件的切換占空比，切換上述多個(gè)開關(guān)元件，以使流過(guò)上述無(wú)源元件的電流保持一定值；和占空比控制部，根據(jù)通過(guò)上述恒流開關(guān)控制部而計(jì)算出的上述切換占空比，來(lái)調(diào)整上述電源電路供給的電壓值。另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體光源控制方法是半導(dǎo)體光源裝置中的控制方法，所述半導(dǎo)體光源裝置具有半導(dǎo)體發(fā)光元件；供給動(dòng)作電力的電源電路；和驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路包含積蓄并且釋放來(lái)自上述電源電路的電力的無(wú)源元件、以及切換充電路徑和放電路徑的多個(gè)開關(guān)元件，上述充電路徑向上述無(wú)源元件供給來(lái)自上述電源電路的電力并進(jìn)行積蓄，上述放電路徑將上述無(wú)源元件中積蓄的電力通過(guò)上述半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)光而釋放，通過(guò)用上述多個(gè)開關(guān)元件切換上述充電路徑和放電路徑間歇驅(qū)動(dòng)上述半導(dǎo)體發(fā)光元件，所述半導(dǎo)體光源控制方法具有如下工序恒流開關(guān)控制工序，檢測(cè)在選擇上述充電路徑以及放電路徑時(shí)在路徑上施加的電壓，并根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果計(jì)算上述多個(gè)開關(guān)元件的切換占空比，切換上述多個(gè)開關(guān)元件，以使流過(guò)上述無(wú)源元件的電流保持一定值；和占空比控制工序，按照通過(guò)上述恒流開關(guān)控制工序而計(jì)算出的上述切換占空比， 來(lái)調(diào)整上述電源電路供給的電壓值。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在下面的說(shuō)明中敘述，其中部分在說(shuō)明中是明顯的，或者可以從發(fā)明的實(shí)踐中學(xué)習(xí)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以借助特別在下面指出的措施和組合實(shí)現(xiàn)和得到。附圖與說(shuō)明書結(jié)合并組成其一部分，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，并且與在上面給出的一般性說(shuō)明和在下而給出的實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明一起，用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1是表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的PWM驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示該實(shí)施方式的圖1的電路中的各信號(hào)波形的時(shí)序圖。其中，圖2(A)表示向該實(shí)施方式的圖1的電路中的第一開關(guān)元件施加的信號(hào)波形，圖2(B)表示向該實(shí)施方式的圖1的電路中的第二開關(guān)元件施加的信號(hào)波形，圖2(C)表示向該實(shí)施方式的圖1的電路中的第三開關(guān)元件施加的信號(hào)波形，圖2(D)表示向該實(shí)施方式的圖1的電路中的第四開關(guān)元件施加的信號(hào)波形，圖2 (E)表示向該實(shí)施方式的圖1的電路中的電感器施加的電流值，圖2(F)表示向該實(shí)施方式的圖1的電路中的二極管施加的電流值，圖2(G)表示向該實(shí)施方式的圖1的電路中的LED施加的電流值。
具體實(shí)施例方式參照

本發(fā)明的實(shí)施例。下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一種實(shí)施方式。圖1是表示該實(shí)施方式的半導(dǎo)體光源裝置10的電路結(jié)構(gòu)的圖。在該圖中，向本裝置供給的電源輸入提供給電源電壓變換部11。使用該電源電壓變換部11，將根據(jù)來(lái)自后述的占空比監(jiān)視部22的控制而變化的直流驅(qū)動(dòng)電壓Vin始終向作為第一開關(guān)元件(SWl)使用的η溝道的FET12的漏極提供。該FET12的源極連接電感器13的一端，并且連接作為第二開關(guān)元件(SW2)使用的 η溝道的FET14的漏極。上述電感器13的另一端，與作為第三開關(guān)元件(SW3)使用的η溝道的FET15的漏極、和二極管16的陽(yáng)極連接。二極管16的陰極與電容器17的一端以及半導(dǎo)體發(fā)光元件例如LED(發(fā)光二極管)18的陽(yáng)極連接。LED18的陰極與作為第四開關(guān)元件(SW4)使用的η溝道的FET19的漏極連接。該 FET19的源極與上述電容器17的另一端、和上述FET15的源極連接。上述電容器17為了減輕流過(guò)LED18的波動(dòng)電流、以及為了形成方波而插入。進(jìn)而，F(xiàn)ET15的源極與電阻20的一端連接。該電阻20的另一端，連接上述FET14 的源極、并且接地。為控制該裝置的發(fā)光的導(dǎo)通/截止的時(shí)序，設(shè)置恒流控制部21。該恒流控制部21 對(duì)上述FET12、15的各柵極和占空比監(jiān)視部22供給PWM信號(hào)a，另一方面，對(duì)上述FET14、19 的各柵極和上述占空比監(jiān)視部22供給將該P(yáng)WM信號(hào)a反轉(zhuǎn)了的PWM信號(hào)b。另外，通過(guò)恒流控制部21同時(shí)檢測(cè)上述電阻20兩端的電位。恒流控制部21 —邊監(jiān)視電阻20的兩端電壓，一邊對(duì)上述FET12、15和FET14、19 送出上述互相反轉(zhuǎn)的兩個(gè)PWM信號(hào)a、b地進(jìn)行控制以維持希望的恒流。亦即，通過(guò)恒流控制部21和電感器13、二極管16、電容器17、以及電阻20構(gòu)成用于LED18的驅(qū)動(dòng)電路，作為控制該驅(qū)動(dòng)電路中的電流路徑的開關(guān)元件而設(shè)置FET12、15和 FET14、19。此外，作為多個(gè)開關(guān)元件可以使用雙極晶體管，但是FET為電壓控制，因此使用了 FET的電路能夠削減電阻等的部件數(shù)。上述占空比監(jiān)視部22監(jiān)視恒流控制部21輸出的兩個(gè)PWM信號(hào)a、b的各導(dǎo)通/截止的占空比。另外，上述占空比監(jiān)視部22控制上述電源電壓變換部11進(jìn)行變換而輸出的驅(qū)動(dòng)電壓Vin的值，以使該占空比保持希望的一定值。下面說(shuō)明上述實(shí)施方式的動(dòng)作。恒流控制部21，在把圖2 (A)、(C)所示那樣的PWM信號(hào)a提供給FET12、15的各柵極的同時(shí)，把將其反轉(zhuǎn)了的圖2 (B)、(D)所示那樣的PWM信號(hào)b提供給FET14、19的各柵極。FET12、15變成導(dǎo)通，沿圖1中用虛線表示的充電的電流路徑Rl流過(guò)電流，在電感器13中積蓄能量。接著，當(dāng)FET12、15變成截止，并且FET14、19變成導(dǎo)通時(shí)，此次在電感器13中積蓄的能量沿圖1中用點(diǎn)劃線表示的放電的電流回路R2流動(dòng)，在該過(guò)程中該能量通過(guò)作為負(fù)荷的LED18發(fā)光，并且釋放。流過(guò)電感器13的電流如圖2(E)所示，以如下的方式重復(fù)，即、從FET12、15導(dǎo)通上升時(shí)的電流Ia (Ia >0)慢慢上升，將FET12、15截止而開始下降時(shí)的電流Λ (la < Ib)作為峰值，接著慢慢下降到在FET12、15再次導(dǎo)通上升時(shí)的電流la。此時(shí)，流過(guò)二極管16的電流如圖2(F)所示，以如下的方式重復(fù)，即、在FET12、15導(dǎo)通時(shí)電流不流過(guò)，在FET12、15截止時(shí)電流流過(guò)。另一方面，流過(guò)作為發(fā)光元件LED18的電流，如圖2(G)所示，在FET14、19導(dǎo)通期間中，電感器13中積蓄的電流原樣流過(guò)，接近如圖所示的方波，能夠得到具有高速上升特性的電流的脈沖波形。用于將流過(guò)LED18的電流保持為一定的條件，可以用以下的關(guān)系式表示。即占空比=Vf/(Vin+Vf) . · · (1)(式中，Vf在LED上施加的電壓。Vin:驅(qū)動(dòng)電壓。)為了一邊維持希望的占空比一邊進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)，只要保持滿足上述(1)式的驅(qū)動(dòng)電壓Vin和在LED18上施加的電壓Vf 的關(guān)系即可。因此，恒流控制部21通過(guò)反饋并檢測(cè)電阻20兩端的電壓值，調(diào)整對(duì)于FET12、15 和FET14、19的各PWM信號(hào)a、b的占空比，并調(diào)整在電感器13中積蓄的能量，以使維持希望的恒流。另夕卜，占空比監(jiān)視部22監(jiān)視對(duì)于上述FET12、15和FET14、19的兩P麗信號(hào)a、b的占空比，向電源電壓變換部11給予指令，以使該占空比成為希望的值。電源電壓變換部11根據(jù)來(lái)自占空比監(jiān)視部22的指令，使驅(qū)動(dòng)電壓Vin向需要的電壓值轉(zhuǎn)移。如上所述的電容器17是為了減輕流過(guò)作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的LED18的波動(dòng)電流而插入的，但是其充電電流吸收LED18的上升電流，成為阻礙LED18中的高速上升動(dòng)作的原因。因此，在PWM信號(hào)a導(dǎo)通期間，通過(guò)使以反轉(zhuǎn)了該P(yáng)WM信號(hào)a的PWM信號(hào)b動(dòng)作的 FET19截止，使經(jīng)過(guò)LED18的電容器17的放電路徑、即由電容器17的正極、LED18的陽(yáng)極、 LED18的陰極、FET19的漏極、FET19的源極以及電容器17的負(fù)極構(gòu)成的電容器17的放電路徑截止，而且通過(guò)二極管16抑制由向FET15方向的電流引起的電容器17的電荷的釋放， 由此在直到下次PWM信號(hào)a變?yōu)榻刂沟钠陂g中，能夠保持電容器17中的電壓。因此，利用下次用于充電電容器17的電流，不吸收LED18用的電流，能夠使LED18 的上升特性充分地實(shí)現(xiàn)急劇高速。這里，恒流控制部21，一般可以使用與進(jìn)行了 IC化的恒流反饋型的降壓DC/DC變換器相同的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在該類型中直到數(shù)[MHz]級(jí)的開關(guān)頻率的電路已經(jīng)實(shí)用化。因此， 作為電流控制電路通過(guò)使用這些IC，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)[MHz]級(jí)的PWM周期的控制。根據(jù)以上詳細(xì)說(shuō)明的本實(shí)施方式，為了維持恒流，除了利用電流不急變的電感器 13的性質(zhì)以外，不使用作為開關(guān)元件的FET12、15、FET14U9的模擬區(qū)域，而使用飽和區(qū)域來(lái)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，所以能夠高速、高效率地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的PWM信號(hào)的驅(qū)動(dòng)。此外，在上述實(shí)施方式中，對(duì)于驅(qū)動(dòng)作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的LED(發(fā)光二極管) 的裝置進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于此，此外也可以是驅(qū)動(dòng)作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的例如 LD(激光二極管)或者有機(jī)EL(電致發(fā)光)等的裝置。進(jìn)而也不限定在電路中使用的半導(dǎo)體發(fā)光元件的數(shù)目等。另外，上述實(shí)施方式對(duì)于作為驅(qū)動(dòng)電路而使用了恒流控制的DC/DC變換器方式的 PWM驅(qū)動(dòng)電路的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明不限定驅(qū)動(dòng)電路的方式。進(jìn)而，作為使用上述半導(dǎo)體光源裝置的裝置，也可以考慮在例如通過(guò)場(chǎng)序(field sequential)驅(qū)動(dòng)以DLP (Digital Light Processing，數(shù)字光處理)(注冊(cè)商標(biāo))方式的投影儀中應(yīng)用，DLP方式是指，以時(shí)分方式分別間歇驅(qū)動(dòng)R、G、B各色的LED。在這種情況下，即使在與用于形成光像的微鏡元件中的圖像顯示同步，例如幀頻率為120[Hz]、而且需要根據(jù)在該時(shí)點(diǎn)設(shè)定的投影方式而以％單位切換各色的占空比的情況下，也能夠充分穩(wěn)定地應(yīng)對(duì)。 此外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在實(shí)施階段在不脫離其主旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變形。另外，在上述實(shí)施方式中執(zhí)行的功能只要可能，也可以適當(dāng)組合實(shí)施。在上述實(shí)施方式中包含各種階段，通過(guò)基于已公開的多個(gè)結(jié)構(gòu)部件的適當(dāng)?shù)慕M合，可以得到各種發(fā)明。例如，即使從實(shí)施方式中表示的全部結(jié)構(gòu)部件中去除幾個(gè)結(jié)構(gòu)部件，只要能夠得到效果，就可以把去除了該結(jié)構(gòu)部件的結(jié)構(gòu)作為發(fā)明得到。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，容易做出另外的優(yōu)點(diǎn)和修改。因此本發(fā)明在其廣義的方面不限于在這里表示并且說(shuō)明的特定的細(xì)節(jié)和代表性的實(shí)施例。因此，在不脫離由所附權(quán)利要求及其等價(jià)的要求所定義的一般發(fā)明概念的精神和范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光源裝置，其特征在于，具有 半導(dǎo)體發(fā)光元件；供給動(dòng)作電力的電源電路；驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路包含積蓄并且釋放來(lái)自上述電源電路的電力的無(wú)源元件、以及切換充電路徑和放電路徑的多個(gè)開關(guān)元件，上述充電路徑向上述無(wú)源元件供給來(lái)自上述電源電路的電力并進(jìn)行積蓄，上述放電路徑將上述無(wú)源元件中積蓄的電力通過(guò)上述半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)光而釋放，通過(guò)用上述多個(gè)開關(guān)元件切換上述充電路徑和放電路徑間歇驅(qū)動(dòng)上述半導(dǎo)體發(fā)光元件；恒流開關(guān)控制部，檢測(cè)在選擇上述充電路徑以及放電路徑時(shí)在路徑上施加的電壓，并根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果計(jì)算上述多個(gè)開關(guān)元件的切換占空比，切換上述多個(gè)開關(guān)元件，以使流過(guò)上述無(wú)源元件的電流保持一定值；和占空比控制部，按照通過(guò)上述恒流開關(guān)控制部而計(jì)算出的上述切換占空比，來(lái)調(diào)整上述電源電路供給的電壓值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光源裝置，其特征在于，還具有與上述半導(dǎo)體發(fā)光元件以及上述開關(guān)元件連接的電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光源裝置，其特征在于， 上述無(wú)源元件是電感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光源裝置，其特征在于， 上述多個(gè)開關(guān)元件是FET。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光源裝置，其特征在于， 上述半導(dǎo)體發(fā)光元件是LED、LD或者有機(jī)EL。
6.一種半導(dǎo)體光源裝置中的半導(dǎo)體光源控制方法，所述半導(dǎo)體光源裝置具有半導(dǎo)體發(fā)光元件；供給動(dòng)作電力的電源電路；驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路包含積蓄并且釋放來(lái)自上述電源電路的電力的無(wú)源元件、以及切換充電路徑和放電路徑的多個(gè)開關(guān)元件，上述充電路徑向上述無(wú)源元件供給來(lái)自上述電源電路的電力并進(jìn)行積蓄，上述放電路徑將上述無(wú)源元件中積蓄的電力通過(guò)上述半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)光而釋放，通過(guò)用上述多個(gè)開關(guān)元件切換上述充電路徑和放電路徑間歇驅(qū)動(dòng)上述半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具有如下工序恒流開關(guān)控制工序，檢測(cè)在選擇上述充電路徑以及放電路徑時(shí)在路徑上施加的電壓， 并根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果計(jì)算上述多個(gè)開關(guān)元件的切換占空比，切換上述多個(gè)開關(guān)元件，以使流過(guò)上述無(wú)源元件的電流保持一定值；和占空比控制工序，按照通過(guò)上述恒流開關(guān)控制工序而計(jì)算出的上述切換占空比，來(lái)調(diào)整上述電源電路供給的電壓值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體光源控制方法，其特征在于， 還使上述半導(dǎo)體發(fā)光元件以及上述多個(gè)開關(guān)元件與電容器連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體光源控制方法，其特征在于， 上述無(wú)源元件是電感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體光源控制方法，其特征在于， 上述多個(gè)開關(guān)元件是FET。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體光源控制方法，其特征在于，上述半導(dǎo)體發(fā)光元件是LED、LD或者有機(jī)EL。
全文摘要
一種半導(dǎo)體光源裝置，其特征在于，具有半導(dǎo)體發(fā)光元件；供給動(dòng)作電力的電源電路；驅(qū)動(dòng)電路，包含無(wú)源元件、以及切換充電路徑和放電路徑的多個(gè)開關(guān)元件，通過(guò)用上述多個(gè)開關(guān)元件切換上述充電路徑和放電路徑間歇驅(qū)動(dòng)上述半導(dǎo)體發(fā)光元件；恒流開關(guān)控制部，檢測(cè)在選擇上述充電路徑以及放電路徑時(shí)在路徑上施加的電壓，并根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果計(jì)算上述多個(gè)開關(guān)元件的切換占空比，切換上述多個(gè)開關(guān)元件，以使流過(guò)上述無(wú)源元件的電流保持一定值；和占空比控制部，按照通過(guò)上述恒流開關(guān)控制部而算出的上述切換占空比，來(lái)調(diào)整上述電源電路供給的電壓值。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102448223SQ20111027589
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者鈴木英男 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社