JP2010521774A - Ｌｅｄ、ｏｌｅｄ又はレーザダイオードのような負荷のための駆動回路 - Google Patents

Abstract

ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオード装置のような負荷Ｌを駆動する駆動回路１０が、記載されている。スイッチング変換器１２は、スイッチング要素Ｍ_１の順次的なスイッチング動作によって、出力スイッチング電圧Ｖ_１を供給するように、スイッチング要素Ｍ_１及び反応性要素Ｌ_１、Ｃ_１を有している。負荷Ｌは、前記出力スイッチング電圧に接続されている。線形電流駆動回路１４は、負荷Ｌに直列に接続されており、増幅要素Ｑ_１と、電流制御入力Ｖ_{Ｌ，ｓｅｔ}、Ｉ_Ｂを備えるフィードバック回路Ｒ_１、２２とを有している。前記回路が簡単に使用されるのを可能にするように、制御ユニット１６、１１６、２１６は、線形電流駆動回路１４における電流又は電圧に関する検出入力Ｖ_Ｌ，１、Ｖ_Ｌ、２を供給される。マイクロコントローラ３０、１３０、２３０は、前記検出入力を処理する、及び設定電流値Ｉ_ｓｅｔに従って電流制御出力Ｖ_{Ｌ，ｓｅｔ}、Ｉ_Ｂ及びスイッチング制御出力Ｖ_{１，ｓｅｔ}を供給するコンピュータプログラムを実行する。

Description

本発明は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオードのような負荷のための駆動回路と、１つ以上のこのような負荷のための方法とに関する。

今日、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、複数の照明及び表示器アプリケーションにおいて使用されており、高いエネルギ効率と長い動作寿命のような著しく有利な点により、従来の電球を超えて好適なものである。特別な種類のＬＥＤは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。本発明が目標としている他の種類の電気的負荷は、レーザ装置である。

ＬＥＤ、ＯＬＥＤ及びレーザダイオードのような負荷のための駆動回路に課されている要請に関して、これらの電気的負荷は、非常に正確なオン電流を要求している。幾つかのアプリケーションにおいて、照明ユニットは、パルス態様において駆動されている。従って、前記駆動回路が、正確なオン電流、最小のパルス歪み、短い立ち上がり及び立ち上がり時間、並びに小さいオーバースイングを有する電流パルスを供給できることが、重要である。

多くの照明及び表示器アプリケーションにおいて、前記負荷は、パルスパターンにより動作されている。例えば、このことは、ＰＷＭ（パルス幅変調）又はＰＤＭ（パルス密度変調）のような技術によって、ブライトネスを制御するのに使用されることができる。前記スイッチング周波数が十分な高い場合、人間の目は、ブライトネスを積分し、平均ブライトネスを知覚する。

更に、パルスは、順次的な演色による表示器アプリケーションにおいて、使用され得る。例えば、色画像を表示するＤＬＰ（デジタル光処理）又はＤＭＤ（デジタルマイクロミラー装置）のような、単色光変調装置を使用するためには、当該装置は、種々の有色光のために順次使用される。前記光は、この場合、短いパルスによって、順次駆動されるＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオードに供給されても良い。

このような負荷を駆動する既知の電気回路は、一方では、線形モードの駆動回路を含んでいる。このような線形モードの駆動回路は、当業者にとって知られており、多くの種々の仕方において、実施化されることができる。線形電流駆動回路は、フィードバックによるアナログ制御を達成するために、増幅要素（例えば、オペアンプ、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ又は他の相当する構成要素）と前記駆動回路を通る電流を検出する及び前記増幅要素を制御する電流検出手段とを有している。

線形電流駆動回路は、卓越した動的挙動という有利な点を有するように設計されることができるが、高い損失をもららすことが知られている。

他の既知の種類の駆動回路は、スイッチング変換器である。このような変換器は、少なくとも１つのスイッチング要素と反応性要素（例えば、インダクタンス若しくはキャパシタンス、又は両方とも）を有している。出力電圧は、前記スイッチング要素の順次的なスイッチング動作により生成される。前記デューティサイクルの変形によって、前記出力が制御されることもできる。スイッチング変換器は、高い効率で知られているが、限られた動的な挙動を有する。

米国特許第２００６／０１０８９３３号において、ＬＥＤは、スイッチング変換器及び線形電流駆動回路の組合せにより駆動されている。直流／直流変換器は、並列に接続されている２つのＬＥＤの系列に供給するための直流電圧を出力する。各系列は、直列に接続されている定電流源回路を有している。各定電流源回路は、制御信号を受け取り、これに応じてＬＥＤ電流を制御する。アナログフィードバック回路は、各ＬＥＤ系列のためのフィードバック電圧を比較し、これら２つのうちのより小さいものを、前記直流／直流変換器へのフィードバック電圧として使用する。この変換器は、前記フィードバック電圧を内部基準電圧と比較し、これに応じて自身の出力電圧を調整する。

本発明の目的は、前述の負荷によく適している駆動回路及び動作方法を提供することにあり、これらは、特に、パルス化されたアプリケーションのための、減少された損失及び正確な制御を提供すると共に、容易に使用されることができる。

この目的は、添付の請求項１に記載の駆動回路と添付の請求項１０に記載の動作方法により達成される。添付の従属クレームは、本発明の好適実施例を述べているものである。

本発明の駆動回路は、一方では、スイッチング要素の順次的なスイッチング動作によって、スイッチング出力電圧を生成するスイッチング変換器を有する。端子は、１つ以上のＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオード装置のような負荷を前記出力電圧に接続するために設けられる。他方では、前記駆動回路は、前記端子（において接続されている負荷）に直列に接続されている線形電流駆動回路を有している。従って、前記負荷は、スイッチング変換器及び線形電流駆動回路によって、直列において給電されている。

これらの要素は、両方とも制御入力を受け入れる。前記スイッチング変換器は、スイッチング制御入力を有する。前記スイッチング制御入力において供給される種々の信号によって、供給されている前記出力電圧が、修正される。前記スイッチング制御入力は、直接的なスイッチング情報、即ち前記スイッチング要素の特定のオン／オフ状態であり得るか、又は基準電圧又は制御オフセットのようなアナログ信号であり得るかの何れかである。前記線形電流駆動回路は、電流制御入力を受け入れ、好ましくは、前記駆動回路により制御される駆動電流を決定するアナログ電流又は電圧信号として供給されることができる。

本発明によれば、少なくとも１つの検出入力及び少なくとも２つの制御出力を有する制御ユニットが、提供され、即ち前記スイッチング変換器を制御するスイッチング制御出力と前記線形電流駆動回路を制御する電流制御出力とを有する制御ユニットが、提供される。前記制御ユニットには、制御プログラムを実行するプログラム可能な制御手段を有している。当該プログラム及び本発明の方法は、設定電流値に対応する前記端子において接続されている前記負荷を通る電流を供給するために、前記回路の構成要素を駆動するように働くことを達成するために、この検出入力が処理され、所望のスイッチング出力電圧及び所望のドライブ電流が、決定される。

前記プログラム可能な制御手段は、対応する制御プログラムを実行するのに適している如何なる種類の装置であっても良い。具体的な例は、マイクロプロセッサ、信号プロセッサ、又は、最も好ましくは、中央演算処理装置と、入力、出力、メモリ等のような付加的な周辺構成要素とを有するマイクロコントローラを含む。

前記プログラムにより処理される検出入力は、少なくとも前記線形電流駆動回路における電気的値（電流及び／又は電圧）のための検出入力を含むものである。この検出入力は、（例えば関連付けられている電圧信号として）前記駆動回路を通る電流を検出することを含んでも良いが、好ましくは、前記線形電流駆動回路内の増幅要素に関する電圧情報も含んでいる。

本発明による回路は、前記設定電流値に従って負荷電流を得る際の大きな柔軟性を提供する。外側から、この駆動回路は、供給された前記設定電流値を必要とする。前記マイクロコントローラは、動作の状態ごとに、前記２つの要素、即ち前記スイッチング変換器及び前記線形電流駆動回路のための対応する制御を提供することを引き受けている。これら２つの組み合わせによって、前記線形電流駆動回路の卓越した動的特性と、前記スイッチング変換器における減少された損失との両方からの利益を得ることが可能になる。更に、当該回路の外的制御は、非常に容易である。

明らかになるように、本発明の装置及び方法は、電流パルスによって負荷を駆動するのにとても適切である。

好適実施例において、前記設定電流値は、一定ではなく、時間とともに変化する。パルスに関して詳細には、前記値が時間とともに変化する変化部分がある（実際にパルスアプリケーションの場合、前記変化部分は、極めて短く、即ち前記パルス信号の立ち上がり及び立ち下がりエッジに対応している）。更に、前記設定電流値は一定である又は少なくとも実質的に一定である安定部分がある（このことは、僅か＋／−２０％、好ましくは＋／−５％の変化を意味するものと理解される）。多くのアプリケーションにおいて、例えば、周期的なパルス信号の場合、前記パルスのタイミング及び／又は高さについて予め利用可能な情報があることに留意すべきである。前記設定電流値の周期性についての情報は、種々の形態において、外部から供給されても良く、又は自己学習の態様におけるプログラムによって、得られても良い。

好適実施例のうちの１つは、前記安定部分の範囲内の制御に関する。ここで、少なくとも前記安定部分の一部（好ましくは、中心部、即ち変化部分に直接的に接していない一部）において、制御は、前記線形電流駆動回路における電圧を最小化するように遂行される。前記線形電流駆動回路は、自身が前記増幅要素における電圧降下を増大させることによって、負荷電流を効果的に制限する場合、高い損失をもたらすという事実によるものである。このような損失は、短い期間（例えば、前記変化部分内と前及び／又は後の限定された期間とにおいて）に関して許容されることができるが、長期にわたっては最小化されなければならない。従って、前記線形電流駆動回路における電圧降下の最小化は、これらの損失を大幅に制限する。しかしながら、好ましくは、最小化は、前記電圧のためのより低い制限値（最小閾値）が維持されるように実行され、前記線形電流駆動回路が依然として自身の線形範囲内で作動することを可能にする。この制御挙動は、対応する制御プログラムにより達成される。好ましくは、好適実施例に関して更に説明されるように、前記最小閾値は、最小電圧が前記線形電流駆動回路内の増幅要素の動作のために残るように計算されても良い。従って、前記最小閾値は、前記負荷電流に依存して計算されても良い。代替的には、前記最小閾値のための固定値を決定し、この値を制御手段内に記憶する（又はアクセス可能にする）ことが可能である。

更なる好適実施例によれば、前記設定電流値が、上述のように変化部分及び安定部分を有しており、制御は、変化部分の少なくとも直前において、高い所望のスイッチング出力電圧を供給するように遂行される。従って、前記変化部分の前とオプションで前記変化部分の後（好ましくは直後）とにおいて、前記所望のスイッチング出力電圧は、前記変化部分と直前の期間とを含む期間におけるものよりも、低い。スイッチング出力電圧のこの上昇は、前記スイッチング出力電圧が即座に上昇されることができないという事実を考慮に入れている。前記反応性要素（例えば、前記スイッチング変換器の出力キャパシタ）は充電される必要があるので、前記スイッチング変換器が前記電圧を上昇させるのに幾らかの期間が必要である。従って、前記所望の電圧の値を、既に変化部分において供給するために、この変化は、予め前記制御プログラムにより開始される。もちろん、この場合、迫っている変化部分に関して前記マイクロコントローラに利用可能な情報が存在する必要がある。しかしながら、このことは、（例えば、前記設定電流値が既知のパルスパターンに従って変化されている場合）よくあることである。例えば、前記パルスパターンは、デジタル信号として前記制御手段に外部的に供給されても良い。更に、多くのアプリケーションの場合、前記パルスパターンは、（パルスタイミング及び少なくともおおよそのパルスの高さが予め知られるように）少なくともだいたいの周期性でも良い。前記周期性は、外的インタフェースにおいて、信号により示されても良く、又は制御手段内の特別な手順により認識されても良い。最も好ましくは、前記パターンは、周期的に繰り返されているパルスパターンの各スタートを示しているトリガ信号とともに供給される。

迫っている変化部分の前に実施される前記スイッチング出力電圧の上昇は、単に、前記負荷に対して重要な影響は与えないことに留意されたい。これは、前記負荷が、依然として、前記線形電流駆動回路によって個々に制御されているからである。この場合において、供給される電力の過剰な部分は、前記線形電流駆動回路の損失として吸収される。しかしながら、前記線形電流駆動回路の動的な特性は、このようにして十分に利用できる。

このことは、前記設定電流値が前記変化部分において減少する変化に対してもあてはまるが、特に前記設定電流値が立ち上がる変化部分に適用される。例えば、パルスアプリケーションにおいて、前記設定電流値が立ち上がり、次いで後続する安定部分において、一定に留まっている場合、前記制御プログラムは、例えば、出力コンデンサが充電され、前記線形電流駆動回路が、より高い前記設定電流値に対しても線形領域内で動作できるように、前記変化部分の前と前記変化部分において、より高い所望のスイッチング出力電圧を供給することもできる。次いで、前記安定部分において、（少なくとも、前記安定部分の後方部分において）前記所望の出力スイッチング値は、前記線形電流駆動回路の損失を制限するように再び低下される。

本発明の更に好適な実施例によれば、前記制御ユニットは、複数の所望のスイッチング出力電圧値と所望の駆動電流値とを記憶する記憶手段を有している。これらの記憶手段は、前記プログラム可能な制御手段（例えばマイクロコントローラ）に内部的に又は外部的に設けられても良く、如何なる種類のデジタル記憶手段を有していても良い。速いアクセスのために特に好まれるのは、好ましくはマイクロコントローラ内の、ＲＡＭ記憶装置である。この記憶装置は、所与の設定電流値に関して、適切な所望のスイッチング出力値を決定するために前記プログラムにより使用される。

前記記憶装置手段は、所定の値によって、予めプログラムされていても良い。しかしながら、更なる好適実施例によれば、それは、前記プログラムに、制御の間、決定される値を記憶させるのが好ましい。この記憶された値を、開始値のみとして制御の間に使用し、後続する閉ループ制御によって、適切な値を決定することが、更に好ましい。従って、前記所与の値は、次いで、以前の値を更新するように記憶手段内に記憶されても良い。このようにして、前記記憶装置は、常に、更新されるように保たれ、この結果、駆動回路及び／又は負荷における如何なる変化も補償されることができる。

更なる好適実施例によれば、複数の分岐が設けられる。前記分岐は前記出力と並列に接続されており、この結果、これらは全て、１つのスイッチング変換器のみにより駆動され、共通のスイッチング出力電圧を有することができる。各分岐は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオード装置のような、負荷を接続するための少なくとも１つの端子を有している。

複数の分岐に関して、１つのスイッチング変換器のみが設けられるが、各分岐は、前記端子と直列に接続されている個々の線形電流駆動回路を有する。更に、前記分岐の各々において、個々の検出入力が、存在する。従って、前記制御ユニットは、前記分岐の各々からの前記検出入力のための（直接的な又は多重化された）入力端子を有する。このようにして、複数の負荷は、少ない部品数による回路によって、非常に効果的に駆動されることができ、マイクロコントローラを備える１つだけの制御ユニット及び１つだけのスイッチング変換器が、複数の負荷のために使用される。２、３又はこれ以上のような、如何なる数の負荷が接続されていても良い。前記負荷は、同時に駆動されることができるが、一部のアプリケーション（例えば、投影アプリケーションにおける順次的な演色）に関しては、前記負荷を順次的に駆動するのが好ましい。

好ましくは、複数の分岐が同時に駆動されるべきである場合、前記制御プログラムは、前記個々の分岐の線形電流駆動回路において、最小の測定電圧値に従って前記所望のスイッチング出力電圧を決定する。次いで、個々の負荷は、各分岐における線形電流駆動回路により制御される。

本発明の上述の及び他の目的、フィーチャ及び有利な点は、好ましい実施例に関する以下の記載から明らかになるであろう。

本発明の第１実施例による駆動回路の回路図を示している。 本発明の第２実施例による駆動回路の回路図を示している。 第１の動作モードに関して、図１における模式的な形状の電流及び電圧のタイミング図を示している。 第２の動作モードに関して、図１における模式的な形状の電流及び電圧のタイミング図を示している。 図１及び図２の回路内のマイクロコントローラの模式的な表現を示している。 本発明の第３実施例による駆動回路の回路図を示している。 投影システムの例の図６における電流及び電圧の測定された値を示しているタイミング図を示している。

図１は、負荷Ｌに接続されている駆動回路１０の回路図を示している。

この示されている例において、負荷Ｌは、ＬＥＤ負荷であり、この場合、４つのＬＥＤの系列ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３、ＬＥＤ４である。明らかになるように、駆動回路１０は、代替的には、他の装置（特に、例えばＯＬＥＤ又はレーザダイオード装置のような発光装置）を駆動するために使用されても良い。他の装置を駆動回路１０にどのように接続するべきかは、当業者であれば容易に認識可能である。

駆動回路１０は、スイッチング変換器１２と線形電流駆動回路１４と制御ユニット１６とを有している。スイッチング変換器１２は、スイッチング出力電圧Ｖ_１を供給する。負荷Ｌ及び線形電流駆動回路１４は、出力Ｖ_１に直列に接続されている。制御ユニット１６は、負荷Ｌの動作に関して所望の電流を示している設定値Ｉ_ｓｅｔを受け取る。制御ユニット１６は、できる限り密接にＩ_ｓｅｔに後続する負荷電流Ｉ_２を達成するように駆動回路１０の構成要素１２、１４を駆動する。

スイッチング変換器１２は、スイッチングコントローラ２０により構成されており、例えば、リニアテクノロジー社から入手できるＬＴ１７６５型の集積スイッチングコントローラであっても良い。前記スイッチングコントローラは、入力ＦＢで受け取られるフィードバック信号に従ってオン及びオフに切り換えられることが可能であるスイッチング要素Ｍ_１を有している。前記スイッチング変換器は、ダイオードＤ_１と系列インダクタンスＬ_１と出力キャパシタンスＣ_１とを更に有している。

図１に示されている例において、直列インダクタンスＬ_１は、２２μＨのインダクタンス（inductivity）を有し、出力キャパシタンスＣ_１は、１００μＦの電解コンデンサである。当業者であれば確実に分かるように、示された構成要素は、例示的な実施例のみを構成しているものであり、スイッチング変換器１２は、全く異なる構成要素を使用して実施化されても良い。詳細には、スイッチング変換器１２の示されているトポロジは、ここでは逆変換器（buck converter）として実施化されているが、ブーストコンバータ（出力電圧が入力電圧より上にある場合）、フライバック（入出力が逆の極性を有する場合）又はセピックコンバータのような、スイッチングコンバータのトポロジについて知られている他のものに置き換えられても良い。

スイッチング変換器１２は、フィードバックコントローラ２６を更に含んでいる。フィードバックコントローラ２６は、一般に、実際の電圧Ｖ_１を設定電圧Ｖ_{１，ｓｅｔ}と比較し、これに応じてフィードバック信号ＦＢを供給するのに適している如何なる種類のものであっても良い。フィードバックコントローラ２６は、スイッチングコントローラ１２の出力電圧Ｖ_１を制御するのに役立つ。後に明らかになるように、本発明による好適な動作モードにおいて、スイッチング変換器１２の出力の動的な振る舞いは、既に非常に遅いものであると考えられている。従って、コントローラ２６のコントローラの振る舞いは、高度に動的である必要はなく、例えば、整数型（Ｉ―コントローラ）であっても良い。

線形電流駆動回路１４は、図１に示されているように、増幅要素として振る舞うバイポーラートランジスタＱ_１を有している。フィードバック回路は、直列抵抗Ｒ_１及びオペアンプ２２により構成されている。オペアンプ２２は、自身の非反転入力における電圧入力信号Ｖ_{Ｌ，ｓｅｔ}と自身の反転入力におけるフィードバック電圧Ｖ_Ｌ、２とを受け取る。フィードバック電圧Ｖ_Ｌ、２は、負荷電流Ｉ_２に依存しており、直列抵抗Ｒ_１も横切っている。増幅要素Ｑ_１は、フィードバック電圧Ｖ_Ｌ、２と設定電圧ＶＬとの間の比較に従って駆動される。このようにして、入力値Ｖ_{Ｌ，ｓｅｔ}は、負荷電流Ｉ_Ｌの定電流源値を設定し、これは、線形電流駆動回路１４により制御される。

線形電流駆動回路は、これ自体は当業者によく知られているものであり、回路１４は、基本的な機能（Ｑ_１のような、増幅要素の線形制御による負荷電流Ｉ_Ｌの制御）が維持されている限り、異なって実施化されてもよいことは明らかである。

示されている例における制御ユニット１６は、マイクロコントローラ３０により構成されている。マイクロコントローラ３０は、如何なる種類のプログラム可能なマイクロコントローラでもあっても良く、図５に示されているように、好ましくは、中央演算処理装置５０と、例えば、設定電流Ｉ_ｓｅｔ及びトリガ信号Ｔをデジタル信号として受け取る入／出力ポート５２と、プログラムの記憶のためのＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリのような、不揮発メモリ５４と、データ記憶のためのＲＡＭ５６と、クロック５８とを含む。後述で更に説明されるように、マイクロコントローラ３０は、アナログ電圧の入力信号を受け取るための少なくとも３つのＡ／Ｄコンバータ入力６０と、アナログ信号の出力のための２つのＤ／Ａコンバータ出力６２とを有する（入力及び／又は出力は、多重化されていても良い）。使用されるマイクロコントローラの例は、ＮＸＰ Ｐ ８９ ＬＰＣ ９３５である。

マイクロコントローラ３０のプログラムメモリ５４内に記憶されるのは、更に説明されるように、制御を実施化するプログラムである。即ちコントローラ３０（従って、実行中の制御プログラム）は、入力として設定値Ｉ_ｓｅｔを受け取る。前記プログラムは、スイッチング変換器１２の電流スイッチング出力電圧Ｖ_１と、線形電流駆動回路１４における電圧Ｖ_Ｌ，１とに関する入力も受け取る。これらの入力は、アナログ信号として受け取られ、マイクロコントローラ３０内でＡ／Ｄコンバータ６０を使用してデジタル信号に変換される。

出力として、マイクロコントローラ３０は、スイッチング変換器１２の出力電圧Ｖ_１のための設定電圧としての電圧信号Ｖ_{１，ｓｅｔ}と、線形電流駆動回路１４を通る設定負荷電流Ｉ_Ｌに関連付けられている設定電圧としてのＶ_{Ｌ，ｓｅｔ}とを出力する。両方の出力シグナルは、アナログ信号であり、マイクロコントローラ３０内のＤ／Ａコンバータ６２により出力される。

前記プログラムは、最初に、受け取られた前記設定電流値Ｉ_ｓｅｔに従って負荷電流Ｉ_Ｌを設定するように動作する。このことは、適切な電流制御出力Ｖ_{Ｌ，ｓｅｔ}を供給することによって、なされる。線形電流駆動回路１４の特性は、マイクロコントローラ３０内に記憶されており、この結果、マイクロコントローラ３０は、要求されているＩ_ｓｅｔのために、必要なＶ_{Ｌ，ｓｅｔ}を直接的に決定できる。この制御は、今、所望の値Ｉ_ｓｅｔへの負荷電流Ｉ_Ｌを制御する線形電流駆動回路１４に至る。線形制御に関して知られているように、このことは、増幅要素Ｑ_１が自身の線形範囲内で動作している限り、即ち線形電流駆動回路１４における電圧Ｖ_Ｌ，１が、より低い閾値Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}を超えている限り、非常に速く効率的に働く。

増幅要素Ｑ_１を線形範囲内に保つのに必要とされる電圧レベルＶ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}は、図１に示されている例示的な回路の場合、負荷電流Ｉ_Ｌに依存しており、ここでＶ_Ｌ，１＝Ｉ_ＬＲ_１＋Ｖ_Ｑ１である。例えば、上述の例のＱ_１のような、バイポーラートランジスタの場合、電流Ｉ_Ｌを通過するのを可能にする最小電圧は、約０．２Ｖであることが知られている。
しかしながら、このような小さい電圧において、Ｑ_１の増幅及び速度の両方は、例えば１―２Ｖの範囲のＶ_Ｑ１のような、より高い電圧と比較して非常に小さい。
従って、動的な挙動が重要でない場合（一定の所望の値の負荷電流Ｉ_Ｌの場合）、電圧Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}は、例えば、Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}＝０．２Ｖの＋Ｉ_ＬＲ_１において、選択されることができる。抵抗Ｒ_１は、非常に小さく選択されるので（示されている例においては０．３Σ）、前記最大負荷電流のための一定の（即ち前記負荷電流に依存していない）値Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}を算出することが、可能である。

基本的な制御機能によって、更に実行される前記プログラムは、線形電流１４における前記電圧Ｖ_Ｌ，１が閾値Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}に保持されるように、出力電圧Ｖ_１を制御するように働く。

この制御の戦略は、線形電流駆動回路１４の卓越した優れた動的な振る舞いと、スイッチング変換器１２の減少された損失との両方からの利益を得るのに役立つ。電圧Ｖ_Ｌ，１を、この装置の線形動作のための閾値電圧Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}の保つだけで、ここでの損失が最小化される。

上述のように、この基本的な制御戦略が、設定電流Ｉ_ｓｅｔの変わらない（又は、ゆっくり変化するのみである）値に対して有利に使用されることができ、前記制御プログラムは、設定電流値Ｉ_ｓｅｔを変化させる更なる制御機能を有する。

上述の通り、制御ユニット１６は、閉ループ制御として回路１０の制御を実行する。所望の（一定の）Ｉ_ｓｅｔのために、前記閉ループ制御は、スイッチング出力電圧Ｖ_１に関して、対応する必要な（一定の）設定値Ｖ_{１，ｓｅｔ}を最終的に送る。動作中、マイクロコントローラ３０は、この情報を自身の内部データ記憶装置５６内に記憶する。データ記憶装置５６は、要求されている負荷電流の設定値Ｉ_ｓｅｔと、前記スイッチング出力電圧に関して決定された設定値Ｖ_{１，ｓｅｔ}とのルックアップ・テーブルとして系統化されている。このテーブルは、結果の変化として（例えば、回路１０の前記構成要素又は前記負荷等の変化により）連続的に更新される。

設定値Ｉ_ｓｅｔが新しい値に変化する場合、前記プログラムは、まず、要求されているＩ_ｓｅｔに関してＶ_{１，ｓｅｔ}の値が既知のものであるかどうかを判定するためにメモリ５６から値を呼び出す。Ｉ_ｓｅｔの正確な値が見つからない場合、次に大きいＩ_ｓｅｔに関する値Ｖ_{１，ｓｅｔ}が使用されることができる（代替的には、値Ｖ_{１，ｓｅｔ}は、２つの最も近いＩ_ｓｅｔの値の線形補間として決定されることもできる）。このことは、多かれ少なかれ正確な、デジタル値Ｖ_{１，ｓｅｔ}を送り、デジタル値Ｖ_{１，ｓｅｔ}は、次いで、開始値として閉ループ制御において使用される。

更なる制御機能として、前記プログラムは、予め知られている遷移を有するパルス系列に従って負荷Ｌを駆動するように使用されることができる。図１に示されているように、マイクロコントローラ３０は、信号Ｉ_ｓｅｔの周期性を示すのに使用される外的トリガ入力Ｔを受け取る。周期的なシーケンス（例えば、投影アプリケーションの各フレーム）の各スタートにおいて、トリガＴは、直ぐに活性化される。次いで、マイクロコントローラ３０は、次のトリガＴが受け取られるまで、後続の系列Ｉ_ｓｅｔを記憶する。全ての残りのフレームに関して、系列Ｉ_ｓｅｔは、パルスのタイミング及び高さが（少なくともおおよそ）予め知られているように、マイクロコントローラ３０の前記メモリ内に予め記憶されている。

図３の上部に示されているように、値Ｉ_ｓｅｔは、パルス化された態様において、時間とともに変化している。従って、信号Ｉ_ｓｅｔは、値Ｉ_ｓｅｔが一定のままである安定部分と、前記値が変化する変化部分（即ちパルス信号の立ち上がり及び立下りエッジ）とを有する。詳細には、図３の範囲内で、信号Ｉ_ｓｅｔの２つの立ち上がりエッジ３６、３８と立ち下がりエッジ４０とが存在している。

スイッチング変換器１２は、出力キャパシタンスＣ_１を有しているので、スイッチング出力電圧Ｖ_１は、時間と共に安定して変化するのみであり、即ちキャパシタンスＣ_１が、それぞれ、電圧Ｖ_１が変化するように充電及び放電される必要がある。図３の立ち上がり側面３６、３８の前に充電の工程のための時間を可能にするために、設定電圧Ｖ_{１，ｓｅｔ}は、立ち上がりエッジ３６、３８の前に、マイクロコントローラ３０内で実行される前記プログラムにより既に上昇される。

Ｉ_ｓｅｔの迫っている立ち上がりエッジ３６又は３８に関する情報が、マイクロコントローラ３０内で利用可能である場合、設定出力電圧Ｖ_{１，ｓｅｔ}は、次のパルスのために必要とされるレベルまで予め上昇される。前述したように、このレベルは、記憶装置から取得される。Ｖ_{１，ｓｅｔ}が予め上昇される期間Ｔ_Ａは、出力キャパシタンスＣ_１の既知の変化の振る舞いに依存している。この振る舞いは、変換器１２によって達成可能である出力電圧Ｖ_１の変化率を記憶することによって、マイクロコントローラ３０内に予めプログラムされることができる。立ち上がりエッジ３６、３８の既知の高さと、従って必要なＶ_１に対する既知の違いによって、Ｔ_Ａの継続期間が、算出されることができる。

図３に示されているように、Ｖ_{１，ｓｅｔ}の立ち上がりは、ゆっくり立ち上がるスイッチング出力電圧Ｖ_１をもたらす（図３において、示されている電圧は、簡略化されており、線形に立ち上がっている電圧Ｖ_１を与えていることに留意されたい。実際的のアプリケーションにおいて、前記電圧は、自身の出力キャパシタンスＣ_１によるスイッチング変換器１２の特定の、予めプログラムされた振る舞いに従って、異なって立ち上がり得る。）。

出力電圧Ｖ_１は、今、上昇するが、線形電流駆動回路１４は、前記所望の、更により低い、レベルまで、負荷電流Ｉ_Ｌを自動的に制御する。従って、電圧Ｖ_Ｌ，１（点線）は、上昇する。このことは、もちろん、線形電流駆動回路１４の内の損失を生じる。しかしながら、これらの損失は、短い期間Ｔ_Ａのために、制限される。

今や、立ち上がり側面３６、３８が接近しているとき、スイッチング出力電圧Ｖ_１は、すでに必要なレベルである。線形電流駆動回路１４は、ここで、新しく設定されたレベルに従って所望の負荷電流Ｉ_Ｌを制御するための機能を実施し続けている。スイッチング出力電圧Ｖ_１は、線形電流駆動回路１４が自身の線形範囲（Ｖ_Ｌ，１ ≧ Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}）内で動作するように、後続して閉ループ制御において、わずかに調整されるだけである。従って、線形電流駆動回路１４の動的な振る舞いが、立ち上がり側面のために十分に利用されることができる。

図３に示されている動作モードにおいては、立ち下がり側面に関する特別な準備は、存在しない。立ち下がり側面４０において、設定電圧Ｖ_{１，ｓｅｔ}は、減少されている。キャパシタＣ_１の放電期間において、実際の電圧Ｖ_１が連続的に減少される。この期間において、電圧Ｖ_Ｌ，１は、Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}を超えているままであり、この結果、限られた放電時間にわたって、損失が線形電流駆動回路１４内で生成される。（ここでは、急峻な立ち上がりエッジＶ_Ｌ，１によって、認識可能な）立ち下がり側面４０における線形電流駆動回路の好適で非常に動的な振る舞いを達成するために、必要な最小値（例えば、０．２Ｖ＋Ｉ_ＬＲ_１）よりも僅かに上である閾値電圧Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}を使用することが必要であることに留意されたい。従って、例えば、前記閾値は、固定されている、わずかに高い値（例えば、Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}＝０．５Ｖ）として選択されることができる。

図４に示されているように、代替的な動作モードにおいては、図３と同じ設定電流値Ｉ_ｓｅｔが、立ち上がり側面３６、３８と立ち下がり側面４０とを有して、得られるべきである。しかしながら、全体的にも高い効率を達成すると共に、前記設定値に密接して後続する対応する出力も得るために、種々の駆動戦略が採用される。

図４に示されているように、各立ち上がり側面３６、３８の前であり、各立ち下がり側面４０の前に、Ｖ_{１，ｓｅｔ}の値が高いレベルまで上昇されている。各変化期間（立ち上がり／立ち下がりエッジ３６、３８、４０）の前の時間間隔Ｔ_Ｂの継続期間は、スイッチング変換器１２の既知の充電／放出の振る舞いに従って、前記プログラムにより決定され、この結果、当該期間における実際の電圧Ｖ_１は、所望の高いレベルまで到達している。

図４に示されているように、前記変化部分（立ち上がり／立ち下がり側面）の前にＶ_{１，ｓｅｔ}が上昇される高いレベルは、側面の前後の両方のＶ_{１，ｓｅｔ}を超えている。従って、立ち下がり側面３６、３８に関して、電圧Ｖ_１（幾分かの遅延を伴って設定値Ｖ_{１，ｓｅｔ}に後続している）は、まず、高いレベルまで上昇され、次いで、後続する安定部分において、前記必要な最小値まで降下される（再び、前記安定部分におけるＶ_{１，ｓｅｔ}に関する開始値は、記憶装置から取得されても良い）。更に、立ち下がり側面４０に関して、電圧Ｖ_{１，ｓｅｔ}が先ず上昇され、次いで降下される。このことの利益は、線形電流駆動回路１４における電圧Ｖ_Ｌ，１が、（図４に示されているように）より高いレベルまで上昇されていることであり、線形電流駆動回路１４の動的な振る舞い（小さいオーバースウィングによる速く、正確な制御）を更に改善するのを可能にする。このことによってもたらされる損失は、短期間（Ｔ_Ｂ）において効力があるのみである。

各変化部分の前に使用される電圧Ｖ_{１，ｓｅｔ}の高いレベルは、以下のように決定されることができる。値Ｖ_{１，ｓｅｔ}は、当該電圧が負荷Ｌにおいて降下した後、電圧Ｖ_Ｌ，１が良好な動的な振る舞いを有するスイッチング要素Ｑ_１に対して依然として十分に高いものであるように、十分に高いであることを必要とする。負荷Ｌにおける電圧は、ＬＥＤ負荷の場合、付加的な直列抵抗による一定の内部電圧として計算されることができ、Ｖ_ＬＥＤ＝Ｖ_０＋Ｉ_ＬＲ_ｉｎｔであり、例えば、赤色の高出力ＬＥＤの場合、Ｖ_０＝１．５Ｖ及びＲ_ｉｎｔ＝０．５Σである。前記変化部分の前後の前記電流レベルが知られているので、従って、当該所望の最小電圧Ｖ_Ｌ，１は、容易に計算されることができる。

以下において、立ち上がり側面３６、３８に関する例が与えられており、設定電流値Ｉ_Ｌは、１Ａから２Ａまで上昇している。この場合、Ｖ_{１，ｓｅｔ}の値は、以下のように選択されることができる。

従って、前記プログラムは、各安定部分において、及び各変化部分に先立つ遷移部分においても、Ｖ_{１，ｓｅｔ}に対する必要なレベルを決定することができる。

前記プログラムは、上述の計算による正確な値に限定されるものではないことに留意すべきである。一方では、少なくとも前記遷移部分において、Ｖ_ＬＥＤの現実に推定された値が、実際には異なるという場合においてさえも（僅かに高い損失を犠牲にして）適切な機能を保証するために、或る安全圏（security margin）をこの正確な計算された値に加えることも可能である。

他方では、前記ＬＥＤ負荷の記憶されているモデル、即ちＶ_０及びＲ_ｉｎｔに関する値は、制御の間、Ｖ_ＬＥＤのために得られる実際の値を測定することによって更新されることができる。前記プログラムは、更新されたモデル値（上述の例においては、Ｖ_０、Ｒ_ｉｎｔ）を得るために測定されたデータを使用し、これらの更新された値を将来の計算ために使用することができる。

図３に示されている動作モードに関連して上述で説明したように、線形電流駆動回路１４の動的な振る舞いは、増幅要素Ｑ_１が最小レベルで駆動されている場合にのみ、悪化する。図３に示されている動作モードの場合、このことは、（僅かに上昇されている）一定レベル（例えばＶ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}＝０．５Ｖ）にＶ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}を選択することにより補償されている。図４に示されている現在説明されている動作モードにおいて、安定部分内で、レベルＶ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}は、より低くさえ選択されることができる。このことは、立ち下がり側面４０に関しても、スイッチング出力電圧Ｖ_１は、前記線形電流駆動回路における電圧Ｖ_Ｌ，１が良好な動的な振る舞いのために充分なものであるように、選択される。従って、図４による動作モードが、より高い全体的な効率を有するように実施されても良い。

図２は、図１の回路１０の代替的な実施例を示している。類似の要素は、類似の部分を参照しており、ここでは、更に記載されない。

図２に示されている回路１１０は、前記増幅要素としてのトランジスタＱ_１のみから成る線形電流駆動回路１１４が示されているのに対し、フィードバック回路が直列抵抗Ｒ_１及びマイクロコントローラ３０の一部から構成されている点において、回路１０と異なっている。マイクロコントローラ１３０は、負荷電流Ｉ_Ｌを直接的に表しているフィードバック入力として働く更なる入力Ｖ_Ｌ、２を有している。自身の出力において、マイクロコントローラ１３０は、ベース電流Ｉ_Ｂを線形電流駆動回路１１４のトランジスタＱ_１に供給している。従って、マイクロコントローラ１３０上で動作しているプログラムは、デジタル領域におけるＩ_Ｌの閉ループ制御も実施し、Ｖ_Ｌ、２を評価し、Ｉ_Ｌを所望の値Ｉ_ｓｅｔに制御するための適当な電流Ｉ_Ｂを供給している。

図６は、駆動回路２１０の第３実施例を示している。駆動回路２１０は、第２実施例（図２）による駆動回路１１０の大部分において、一致している。類似の部分は、類似の符号により参照されており、更に詳細には説明されない。

駆動回路２１０は、３つの負荷Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３に供給するように配されている。各負荷は、線形電流駆動回路１１４に直列に接続されており、従って、分岐を形成している。この４本の分岐は、スイッチング変換器１２の出力電圧Ｖ_１と並列に接続されている。

制御ユニット２１６は、この３つの分岐を制御している。前述の実施例のように、マイクロコントローラ２３０は、設定出力電圧Ｖ_１をフィードバックコントローラ２６に供給している。

更に、マイクロコントローラ２３０は、線形電流駆動回路１１４の各々からの入力電圧を受け入れ（前記第２実施例による入力電圧Ｖ_Ｌ，１、Ｖ_Ｌ、２に相当している）、出力電流を線形の電流駆動回路１１４の各々に供給する（前記第２実施例における出力Ｉ_Ｂに対応している）。

マイクロコントローラ２３０において供給される入力及び／又は出力は、直流入力及び／又は出力であっても良い。タイミングが許す場合、前記入力又は出力は、更に多重化されていても良く、この結果、各種類の入力／出力に関して、１つのＡ／Ｄ又はＤ／Ａコンバータのみが、実際に使用される。

図６による装置の第１の動作モードにおいて、全ての３つの負荷Ｌ_１―Ｌ_３は、同時に駆動される。この場合、スイッチング出力電圧Ｖ_１の制御は、前記線形電流駆動回路において、最も低い電圧Ｖ_Ｌ，１を有する前記分岐により行われ、Ｖ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ}に等しくなるように制御される。より少ない電流を有する全ての他の分岐において、個々の線形電流駆動回路１１４は、所望のＩ_ｓｅｔに従って前記電流を制限する。

他の動作モードにおいて、前記負荷は、実質的に順次的に動作される（即ち重複はない又は最小である）。実際の実施化の対応する例は、図７に示されている。ここで、３つの負荷Ｌ_１―Ｌ_３は、逆投影表示器のためのＬＥＤ光源である。

赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）ＬＥＤは、電流パルスによって、順次的に駆動される。同じパルスパターンは、当該表示器のフレームレート（例えば、６０Ｈｚ）によって、繰り返される。しかしながら、このパルス周波数は、実質的により高いものであり、この示された例における５０回よりも高い。

種々の有色のＬＥＤ負荷は、通常の光出力のために種々の電圧を必要とする。この示されている系列の右側に見られるように、特別な補正の目的のために各フレーム内に非常に短い電流パルスが付加的に存在しており、より高い電圧を必要としている。前記系列が周期的に繰り返されているので、前記駆動回路のマイクロコントローラは、必要な電圧を予め選択できる。

図７の下側半分において、各横軸は、通常レベルにおいて、青色（Ｖ_Ｂ）、緑色（Ｖ_Ｇ）及び赤色（Ｖ_Ｒ）のＬＥＤ装置に必要な電圧レベルを示している。しかしながら、前記マイクロコントローラは、全ての他の電流レベルに関して、対応する電圧レベルを供給し、この結果、変化するパルスに対しても、正しい電流レベルが達成されることができる。示されたプロジェクタにおいて、前記電流値は、所望の画像を表示するのに必要な光の量に従って選択されている。従って、各フレームにおいて、異なる絶対的な電流値が、必要とされ得る。

従って、図７に示されているような電流パルスを生成する複雑な制御作業が、図６に示されている比較的簡単な回路によってどうのように達成されることができるかが示された。３つの前記分岐の線形電流駆動回路の良好な動的な特性のために、制御結果は前記示された系列の最後の３つ目における、非常に短い、高いパルスにおいてさえも、優れたものである。

本発明は、添付図面及び上述の明細書において、詳細に説明され、記載された。このような図及び説明は、説明的又は例示的なものであるとみなされるべきであり、限定的なものではなく、即ち本発明は、上述の実施例に限定されるものではない。こ

添付請求項において、「有する」という語は、他の構成要素の存在を排除するものではなく、単数形の構成要素は、複数のこのような構成要素を排除するものではない。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されることができないと示すものではない。前記請求項における符号も、前記請求項の範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

Claims (10)

1. ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオード装置のための駆動回路であって、
   − 少なくとも１つのスイッチング要素、少なくとも１つの反応性要素及び出力を備えるスイッチング変換器であって、前記スイッチング要素の順次的なスイッチング動作によってスイッチング出力電圧を生成するスイッチング変換器と、
   − 少なくとも１つの前記ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオード装置を前記出力に接続するための端子と、
   − 前記端子に直列に接続されている線形電流駆動回路であって、前記端子のための駆動電流を制御するために増幅要素、電流検出手段及び電流制御入力を有している線形電流駆動回路と、
   − 制御ユニットであって、
   − 前記線形電流駆動回路における電流及び／又は電圧を検出するための検出入力、
   − 前記スイッチング変換器を制御するスイッチング制御出力、
   − 電流制御信号を前記線形電流駆動回路に供給する電流制御出力、及び
   − 前記検出入力を処理し、スイッチング制御出力及び電流制御出力を設定電流値に従って供給する制御プログラムを実行するプログラム可能な制御手段、
   を少なくとも有する制御ユニットと、
   を有する、駆動回路。
2. 前記設定電流値は、値が時間とともに変化する変化部分と、値が少なくとも実質的に一定のままである安定部分とを有しており、少なくとも前記安定部分の一部において、前記制御プログラムは、前記線形電流駆動回路における電圧が閾値におけるものとなるように制御されるように、スイッチング制御出力供給する、請求項１に記載の駆動回路。
3. 前記制御ユニットは、所望の出力スイッチング電圧を供給し、前記スイッチング変換器は、前記出力電圧を前記所望の出力スイッチング電圧に制御するためのフィードバックコントローラを有している、請求項１又は２に記載の駆動回路。
4. 前記設定電流値は、値が時間とともに変化する変化部分と、値が少なくとも実質的に一定のままである安定部分とを有しており、前記制御プログラムは、前記変化部分の前に前記スイッチング出力電圧を増大させるためのスイッチング制御出力を供給する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の駆動回路。
5. 前記変化部分において、前記設定電流値は立ち上がり、後続の安定部分においては少なくとも本質的に一定のままであり、前記制御プログラムは、前記変化部分の前に前記スイッチング出力電圧をより高いレベルまで上昇させると共に、少なくとも、後続する前記安定部分において、より低いレベルにするスイッチング制御出力を供給する、請求項４に記載の駆動回路。
6. 前記制御ユニットは、複数の所望のスイッチング出力電圧値及び所望の駆動電流値を記憶する記憶装置手段を有しており、前記プログラムは、前記記憶装置からの値を取得し、設定電流値に対する前記所望のスイッチング出力電圧を決定する、請求項１乃至５の何れか一項に記載の駆動装置。
7. 前記プログラムは、制御の間、決定された値を設定記憶装置手段内記憶する、請求項６に記載の駆動装置。
8. 複数の分岐が前記出力に並列に接続されており、各分岐は、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオード装置を接続するための少なくとも１つの端子を含んでおり、各分岐において、前記端子に直列に接続されておいる線形電流駆動回路が設けられており、前記制御ユニットは、前記分岐の各々における電流及び／又は電圧を検出する少なくとも１つの検出入力を有している、請求項１乃至７の何れか一項に記載の駆動回路。
9. 前記制御プログラムは、前記分岐からの前記入力と、前記分岐の各々に関する設定電流値とを処理し、前記スイッチング制御出力は、各分岐の前記線形電流駆動回路において、検出された電圧値の最小値に従って決定される、請求項８に記載の駆動回路。
10. 少なくとも１つのＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオード装置を動作させるための方法であって、
    − 少なくとも１つのスイッチング要素及び少なくとも一つの反応性要素を有しているスイッチング変換器におけるスイッチング出力電圧を、前記スイッチング要素の順次的なスイッチング動作によって生成するステップと、
    − 少なくとも１つのＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザダイオード装置に前記出力スイッチング電圧を供給するステップと、
    − 前記装置のための駆動電流を、前記装置に直列に接続されている線形電流駆動回路を使用して制御するステップであって、前記線形電流駆動回路は、増幅要素、電流検出手段及び電流制御入力を有している、ステップと、
    − 前記線形電流駆動回路における電流及び／又は電圧からの少なくとも１つの検出入力を処理する及び前記スイッチング出力電圧を供給するように前記スイッチング変換器を制御するプログラム可能な制御手段における制御プログラムを実行することにより、設定電流値に従った所望のスイッチング出力電圧及び所望の駆動電流を供給するステップと、
    を有する方法。

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