白色LEDを64段階に対数調光する回路

2004年9月号

白色LEDを64段階に対数調光する回路

ウィリアム・ハッデン	米マキシム・インテグレーテッド・プロダクツ社
William Hadden	Maxim Integrated Products, Inc.

　図1は白色 LED＊を対数関数で調光する回路である。携帯型機器向けに設計した。3.3V単一の電源供給で4個もの白色LEDを駆動できる。チャージ・ポンプ方式の白色LED駆動用IC（IC₃）とオペアンプIC（IC₂）、デジタル・ポテンショメーターIC（IC₁）を組み合わせることで、各LEDに供給する駆動電流の合計値を1m～106mAの範囲で、1dBステップ、64段階に設定する機能を実現した。
　IC₃は、SET（B₄）端子に流れる電流（I_SET）を一定の利得で増幅した大きさの電流で各LEDを駆動する。具体的には、各LEDの駆動電流をI_LEDとするとI_LED＝（219×I_SET±3%）になる。I_SETを変化させればI_LEDも変化する。つまりLEDの輝度を調整できるわけだ。SET端子の電位はIC₃の内部回路によって常に0.6Vに保持されている。従って図1では、抵抗R₅の左側端子（IC₂の4番端子側の端子）の電位を変化させればI_SETを変化させられる。

　実際には、オペアンプIC（IC₂）とデジタル・ポテンショメーターIC（IC₁）を使って、R₅の左側端子の電位を設定した。ここでIC₂は差動増幅回路として機能する。すなわちIC₁のハイサイド（H1）端子とワイパー（W1）端子の電位差にある利得を乗じた電圧を出力し、R₅の左側端子の電位を設定する役割を担う。
　IC₁のW1端子とローサイド（L1）端子間の抵抗値をゼロに設定するとI_SETが最小になり、LED駆動電流は最小値に設定される。つまり各LEDの輝度が最小になる。各LEDに流れる駆動電流の最大値（I_{LED（DESIRED）}）は、R₅の値によって調整可能である。すなわちR₅＝219×0.6/I_{LED（DESIRED）}とすればよい。図1ではR₅に5kΩを選択した。
　今回採用したデジタル・ポテンショメーターICは、H1端子とW1端子の間の抵抗値を1dBステップで64段階に設定できる。このため、簡単にLEDの対数関数による調光を実現できた。実際にIC₁の抵抗値を設定するときは、設定値を内蔵のシフト・レジスターに16ビットのデジタル・データとして書き込む。書き込みは3線式シリアル・インターフェースを介して行う。まずリセット信号入力（/RST）端子の論理レベルを高レベルに設定する。続いて16ビットの設定データを LSB＊から順にデータ入力（D）端子に入力する。クロック信号入力（CLK）端子にパルス信号を印加するごとに1ビットの設定データがレジスターにストアされる仕組みである。
　IC₁には2回路のポテンショメーターが内蔵されている。ただし図1ではこのうち1回路だけしか使用していない。従って16ビットの設定データのうち、LSBから数えて8ビット（ビット0～7）に設定する値は1でも0でも構わない。9ビット目以降の6ビット（ビット8～13）によってハイサイド（H1）端子とワイパー（W1）端子の間の抵抗値が決まる。すなわちこの6ビットの値に応じて抵抗値が対数関数で変化する。図2に、ポテンショメーターICへの設定データ（ビット8～13）値と各LEDに流れる駆動電流との関係を示した。
　15番目のビット（ビット14）に1を書き込むと、ビット8～13の値にかかわらず、ワイパー端子とローサイド（L1）端子間の抵抗値がほぼゼロに設定される。このときR₅の左側端子の電位は約0.599Vになり、LEDに印加される駆動電流は最小になる。なお、16番目のビット（ビット15）の値は1でも0でも構わない。実際には16ビットすべてをレジスターにストアした後、/RST端子の論理レベルを低レベルに変化させることで設定データが反映され、LEDの輝度が変化する。

用語解説 / 会社情報

【LED】
light emitting diode
発光ダイオード

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【LSB】
least significant bit
最下位ビットのこと

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