富士時報 Vol.74 No.10 2001 白色 LED 駆動用電源 IC 加茂 宏明（かも ひろあき） 佐野 功（さの いさお） まえがき 図１ 負荷電流と効率 90 器がある。小型ゲーム機に始まり携帯電話，電子手帳に至 80 効率（％） われわれの手放せなくなった物の一つに携帯型の電子機 るまでさまざまな種類があり，それらのほとんどはヒュー マンマシンインタフェースとして表示装置を持つ。近年， 液晶パネルに代表される表示装置の発達は目覚ましく，高 V dd =3.6 V， Vdd3v =2.85 V 70 60 Ta =25 ℃ Ta =−30 ℃ Ta =85 ℃ 50 40 30 精彩カラー化など表示機能，品質に対する期待がますます 0 5 10 15 20 負荷電流（mA） 強くなっている。 一方，液晶パネルと同様にパネルを照らすバックライト にも品質の高度化が求められる。現在，携帯機器では小型 軽 量 ， 低 消 費 電 力 の 点 か ら 白 色 LED（ Light Emitting 図２ FA3717J の外観 Diode）がその代表として用いられている。白色 LED は Vf ＝ 3.6 ∼ 4.0 V で，通常の電池使用では昇圧，均一な発 光，多段階調光機能を制御する IC（Integrated Circuit） が必要となる。 本稿ではこうした機能，品質を実現する白色 LED 駆動 用 IC「FA3717J」を紹介する。 製品の概要 FA3717J は携帯電子機器向けに開発されたパルス幅変 調（PWM：Pulse Width Modulation）方式 DC-DC コン バータコントローラである。 以下に本製品の特長を列挙する。 （1） 高効率昇圧型 DC-DC コンバータ（図１に負荷電流と 効率を示す。 ） 保護回路内蔵 （8） 高耐圧出力スイッチング素子内蔵（n チャネル DMOS （2 ） 白色 LED を定電流駆動可能 FET：Double Diffused Metal Oxide Semiconductor Field （3） 多段階調光を可能にする 8 ビットの DAC（Digital to Effect Transistor） Analog Converter）搭載 （9） CMOS（Complementary MOS）プロセスを使用し低 （4 ） さまざまな制御を可能にするシリアルインタフェース 消費電力：１μＡ（待機時の標準値） 図３にブロック図を，表１に主な電気的特性を示す。 搭載 （5） 小型 SON（Small Outline Non-lead）16 ピンパッケー 例えば，電源にリチウムイオン電池（3.6 V）を使用し， 図４のように昇圧型コンバータとして使用した場合，最大 ジ（図２参照） （6 ） 外付け抵抗による発振周波数の変更が可能 約 18 V の出力電圧を得ることができる。この電圧は白色 （7） ソフトスタート回路，最大デューティ制限回路，各種 LED ３個を直列に駆動するのに十分な電圧である。 加茂 宏明 佐野 功 電源 IC の開発，設計に従事。現 電源 IC の開発，設計に従事。現 在，松本工場 IC 開発部。 在，松本工場 IC 開発部。 567（23） 富士時報 白色 LED 駆動用電源 IC Vol.74 No.10 2001 図３ ブロック図 図４ 使用回路例 VDD3V VDD CS X1 L1 3.6V VIN C1 BGR C3 X2 GND OSC RT ソフト スタート CLK シリアル 8ビット I/F D/A DATA デューティ 制限 インタフェース 入力 STRB NRST 誤差増幅器 ＋ R2(Rt) ＋ − IN− OUT コンパ レータ C2 − FB FA3717J RT FB CS VR22 PGND 2.2V 基準電圧 VR22 X4 R5 C4 R3 R4 GND VDET R6 VDD3V 2.85V VDD3V BGR 18V検出 X3 VDD OUT NRST VDET CLK DATA STRB IN− C5 PGND GND 表１ 主な電気的特性 項 目 記 号 条 件 最 小 標 準 最 大 単 位 昇圧系電源電圧 Vdd 3.1 3.6 4.3 V 制御系電源電圧 Vdd3v 2.75 2.85 2.95 V OUT 端子出力電圧 Vout 0 19 OUT 端子出力電流 I out 0 700 三角波発振周波数 f osc 500 f osc82 R t＝8.2 kΩ 発振器電源安定度 S fosc_vdd3v R t＝8.2 kΩ 誤差増幅器基準電圧 V ref Vref 分解能 0.85 1,500 1.00 1.20 ±6 V mA kHz MHz ％ DAC＝00（h） 0.773 0.803 0.833 V DAC＝FF（h） 1.148 1.184 1.220 V D vref DAC＝00∼FF（h） 1.5 mV V csd0 デューティ＝0％ 0.82 V V csd50 デューティ＝50％ CS 端子しきい値電圧 CS 端子充電電流 I cs 異常出力電圧検出 V det 最大デューティサイクル V 2.6 A 17 19 21 V f osc＝500 kHz 81 87 93 ％ D max2 f osc＝1 MHz 79 83 92 ％ 0.5 0.6 0.7 Ω 2.200 2.244 R on VR22 出力電圧 V R22 待機時消費電流 2.0 D max1 出力オン抵抗 動作時消費電流 1.10 1.4 2.156 V I dd1 f osc＝1 MHz 1.2 mA I dd3v1 f osc＝1 MHz 1.2 mA I dd3 0.1 A I dd3v3 0.5 A ※特記なき場合，Vdd＝3.6 V，Vdd3v＝2.85 V，R t＝8.2 kΩ，温度＝25℃ 一方， 図４ において電流検出抵抗に発生した電圧は 2.2 V 主要回路の概要 を定電圧出力する VR22 端子と外付け抵抗によりレベルシ フトされる。この二つの電圧を比較演算しＰＷＭ制御を行 図５に FA3717J のチップ図を示す。 い，定電流制御を実現している。 図４の使用方法における外付け部品のばらつきを含めた ３.１ DAC と定電流制御回路 DAC の設定値と出力電流の相関の例を図７に示す。 図３において，負荷電流設定用に８ビットの DAC を搭 載している。DAC の設定はシリアルインタフェースを介 して行われ，設定値に対して図６に示す電圧を出力する。 568（24） ３.２ 発振回路 素子間の不要な干渉を防ぐため，外付けの抵抗値による 富士時報 白色 LED 駆動用電源 IC Vol.74 No.10 2001 図５ FA3717J のチップ図 図８ タイミング抵抗と発振周波数の関係 発振周波数 f （kHz） 10,000 1,000 100 10 タイミング抵抗 R t（kΩ） 1 100 図９ 起動時のデューティ制御 図６ DAC 設定値とその出力電圧 1.38V 原振（三角波） DAC 出力電圧（V） 1.2 CS端子 電圧 1.1 0.82V 1.0 0.9 0V 0.8 V dd3V 0.7 0 150 100 DAC 設定値（dec） 50 200 250 0V スイッチ ング素子 駆動波形 し外付けの平滑コンデンサを破壊する恐れがある。このよ 図７ DAC 設定値と出力電流の相関 うな状態を避けるために，出力電圧を監視する VDET 端 70 子を設けた。VDET 端子は昇圧出力に接続され，出力電 60 圧が 19.5 V（標準値）を超えると，スイッチング動作を停 I out（mA） 50 40 止し各素子に高い電圧が印加されるのを防ぐ。 最大 30 20 ３.５ 過電流保護回路 10 最小 0 −10 FF（h） 00（h） −20 例えば，インダクタの端子が何らかの原因で短絡した場 DAC 合，電源から出力スイッチング素子に非常に大きな電流が 流れ，素子破壊を招くことが考えられる。そこで，大電流 が流れると出力スイッチング素子のドレイン端子電圧が上 昇することを監視し，異常電圧を検出するとスイッチング 発振周波数の可変制御を可能にしている。図８にタイミン 動作を停止する。 グ抵抗と発振周波数の関係を示す。 あとがき ３.３ ソフトスタート回路 スイッチング開始時の突入電流を回避するために，ソフ 携帯電子機器の表示パネルの白色 LED バックライト制 トスタート回路を内蔵している。CS 端子に接続されたコ 御用 IC として開発した FA3717J の製品紹介を行ってきた。 ンデンサに２μＡ（標準値）の定電流充電を行い，そのコ 今後ますます小型電子機器の持つ情報密度は濃くなるもの ンデンサの端子電圧により最大デューティの制御を行う と予想できる。欲しい情報をすぐ手にできる利便性，楽し 。 （図９参照） ３.４ 過電圧検出回路 動作中，何らかの原因で負荷回路が断線した場合，フィー ドバック制御ができなくなるため，出力電圧が異常に上昇 さを実現するため，製品の拡充を図る所存である。 参考文献 （1） 佐野功ほか．携帯電話機用電源 IC．富士時報．vol.73， no.8，2000，p.440- 442． 569（25） ＊本誌に記載されている会社名および製品名は，それぞれの会社が所有する 商標または登録商標である場合があります。