JP2011504075A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも1つの負荷出力部に電力を供給するための電源回路と方法とに関する。当該回路は、電圧入力部14、主スイッチング素子26、及びリアクタンス素子28を有する主電源ユニット12を有する。スイッチング素子26は、出力電圧、又は出力電流I_outを供給するよう制御可能である。負荷出力部を備えた出力ユニット20a、同20b、同20cは、主電源ユニット12に接続されている。負荷出力部に接続されたLED、OLED、又はレーザ・ダイオードなどの負荷を正確なパルスでドライブするために、各出力ユニット20a、同20b、同20cは、主電源ユニット12を負荷出力部へと接続する、又は負荷出力部から切り離すために、負荷スイッチング素子38をもっている。更に、オン/オフされるコンデンサ・ユニット34が供される。同ユニットの各々は、コンデンサC及びコンデンサ・スイッチング素子40を有する。当該コンデンサ・ユニットは、コンデンサが、基本的に異なる電圧レベルで充電されたままになるよう動作する。本発明の第2の態様によれば、各出力ユニット20a、同20b、同20cは、負荷出力に接続されたコンデンサCと、コンデンサ・スイッチング素子40とを備えたオン/オフされるコンデンサ素子34をもっている。負荷スイッチング素子38及びコンデンサ・スイッチング素子40が、同期をとって制御される。

Description

本発明は、電力を少なくとも一つの負荷出力部に供給するための電源回路と方法とに関する。より具体的には、本発明は、スイッチモードの電源ユニットを、例えば、パルス化された態様で駆動（ドライブ）される負荷に良く適する、安定で正確な電流出力又は電圧出力を実現する態様にて負荷をドライブするために使用する回路と方法とに関する。

バック・コンバータ、ブースト・コンバータ、フライバック・コンバータ、バックブースト・コンバータ、及び他のものを含む、複数のスイッチモードの電源装置のトポロジが、当業者に知られている。これらの回路は（当業者に知られているように、例えば電界効果型トランジスタFETとして、複数の態様で実現されることができる）少なくとも1個の主スイッチング素子と、少なくとも1個のリアクタンス素子（即ち、コイルとして通常実装され、エネルギーを、少なくとも一時的に蓄積することができる回路素子）とを用いて、DC入力電圧を所望の出力電圧に変換する。動作時には、主スイッチング素子は制御された態様で連続的に切替えられ、この結果、入力電圧が所望の電圧レベルの出力電圧へと変換される。

複数の負荷を同時にドライブするために、スイッチモードの電源を使用することが知られている。これらの負荷は、例えば並列に電源に接続されている。

複数の負荷が供されねばならないアプリケーションの例は、照明アプリケーション、及び例えば、複数の光源を使用するビデオスクリーン及びプロジェクタ用の表示アプリケーションである。負荷として電源回路に接続されるこれらの光源は、例えば種々異なる色の、例えばLED、OLED、又はレーザ・ダイオードの可能性がある。本文においては、1個のLEDなど、光源は単一の要素でもよいこと、しかし「光源」という用語が単一の照明要素の、例えば直列又は並列に接続されている何らかのアレイ用にも使われることが、留意されるべきである。パルス化された態様で光源をドライブすることによって、光源の正確な調光を提供することが知られている。しかしながら、表示アプリケーション用に適している電源回路は、対応する正確な結果を得るために、非常に正確なパルス波形を供する（付与する）ことを必要とする。これは、特に時系列的な表示アプリケーションにとっては真実であり、光源は、色及び輝度の制御を行うために、時系列的な態様で速やかにドライブされ、及び/又は光はこれに加え、表示装置によって変調される。

パルス化された態様で光源をドライブするために、必要電圧又は必要電流（パルスの高さ）が、1つの光源に対して固定されてもよいが、さもなければ、例えば異なる色をもつ異なる光源の間で異なることであろう。また、幾つかの表示アプリケーション用では、同一の光源を順次異なる高さ（即ち電圧又は電流のレベル）のパルスでドライブすることが知られている。

上で説明したように負荷をドライブするために、各々の負荷及び各々の必要とされる電圧出力レベルに対して、単一で専用のスイッチモードの電源装置を供することが可能である。しかしながら、対応するための経費は巨大である。

国際特許公開公報WO‐A‐2007‐039862は、個々にスイッチで切り替え可能な、LEDの構成部など複数の電気的サブシステムをドライブするためのドライバ回路の構成を記述している。複数のサブシステムは全て、同一のスイッチモードのパワー・コンバータに並列に接続されている。各サブシステムはLED(負荷)を有し、当該LEDは、自身をコンデンサに接続するための制御可能なサブスイッチと共にコンデンサと並列に接続されている。更に、各サブシステムは、サブシステムをパワー・コンバータと接続する、又はパワー・コンバータから切り離す負荷スイッチを有する。動作時には、外部の制御ユニットが、エネルギーが供給されるサブシステムを、対応する負荷スイッチを閉じることによって選択する。コンデンサと負荷との間にサブスイッチをもたない従来の回路とは対照的に、サブスイッチを負荷スイッチから独立して制御することによって、例えばパルス幅変調モードで、負荷を制御することが、この場合可能である。

異なる電圧レベルを必要とする複数の負荷が、同一のスイッチモードの電源回路によってドライブされる場合、又は、少なくとも1つの負荷が種々異なる時間に種々異なる電圧レベルを必要とする場合、電圧不整合の問題が、第1のパルス用の第1の電圧レベルを供した後に発生する可能性があり、電源回路は、異なる電圧レベルを、後続する第2のパルスに対して供給するための時間を必要とすることであろう。これはパルス波形の歪になり、その後、制御結果は悪化することであろう。

本発明の目的は、正確なパルス波形を備えたパルスで負荷をドライブするのに良く適している、電力を供給する電源回路と方法とを供することである。

本発明によれば、これは、一方では請求項１に記載の電源回路によって解決され、請求項９に記載の、少なくとも1つの負荷出力に電力を供給するための方法によって解決される。本発明のこの態様は、少なくとも1つの負荷を種々異なる出力レベルでドライブするための、単一のスイッチモードのコンバータの使用を可能にする点で特に好都合である。

他方、本発明の目的は、請求項８に記載の電源回路、及び請求項10に記載の電力を複数の負荷出力へ供給する方法によって解決される。本発明のこの態様は、単一のスイッチモードのコンバータを、複数の負荷に対して使用することを可能にする。

したがって、本発明の両方の態様が、コンバータに接続された負荷を順次パルス化された態様でドライブする際の電圧の不整合を回避することを取扱う。各本発明の各々の態様が別々に好都合である一方、例えば、複数の負荷の中で、1つ（又は複数）の負荷が時系列的に異なる電圧レベルでドライブされることを必要とする場合、複数の態様が上手く組み合わせられるだろうことが強調されねばならない。

本発明の第1の態様によれば、電圧入力部と、少なくとも1個の主スイッチング素子と、少なくとも1個のリアクタンス素子とを有する主電源ユニットが供される。この主電源ユニットは、スイッチモードのコンバータであり、当該スイッチング素子は、出力電圧又は出力電流を供給するよう制御可能である。当業者に知られているように、主電源ユニットは何らかの既知のスイッチモードのコンバータのトポロジ、及び動作モードを有する。

主電源ユニットに接続された、少なくとも1つの出力ユニットがある。当該出力ユニットは、例えばLED、OLED、又はレーザ・ダイオードなどの負荷が接続される、負荷出力部を有する。出力ユニットは更に、主電源ユニットを負荷出力部へと接続するために、即ち、コンバータによって供給された出力電圧を、負荷出力部でオン/オフに切替えるために、負荷出力部に接続された負荷スイッチング素子を有している。原理的には、他の構成が用いられることができるものの、負荷スイッチング素子が負荷出力部と直列に主電源ユニットに接続されていることが好ましい。

本発明の第1の態様によれば、出力ユニットは更に、第1のオン/オフされるコンデンサ・ユニットと、第2のオン/オフされるコンデンサ・ユニットとを有している。各々のオン/オフされるコンデンサ・ユニットは、少なくとも、コンデンサと、対応するスイッチング素子とを有する。繰り返すが、他の構成が考えられるものの、スイッチング素子がコンデンサに直列に接続されていることが好ましく、及び、オン/オフされるコンデンサ・ユニットが負荷出力部及び/又は負荷スイッチング素子と並列に接続されていることが好ましい。

オン/オフされるコンデンサ・ユニットは、同ユニットがアクティブではない間、即ち負荷出力部に接続されていない間、コンデンサが所定の電圧レベルに基本的に充電された状態に留まっている動作モードを可能にする。再接続された場合、充電されたコンデンサは次に負荷出力部で緩衝素子として機能し、出力ユニットがアクティブにされると、即座に所望の電圧レベルを供する。

これは、LED、OLED、又はレーザ・ダイオードなどの負荷をパルス化された態様で、例えば表示アプリケーションでドライブするのに特に好都合である。予め充電されたコンデンサは、パルスの開始時に、別の面では必要とされるライズタイムを回避し、したがって、特に、電圧レベルがパルスの間は一定に留まり、又は少なくともパルスの終わりの電圧が、パルスの開始時の電圧と基本的に等しいドライブ方式において、非常に正確な制御を提供する。

本発明の第1の態様では、少なくとも2個のオン/オフされるコンデンサ・ユニットが供され、両方共、好ましくは並列で、同じ負荷出力部に接続されている。各々のコンデンサ・ユニットが各々のコンデンサ・スイッチング素子によって個々に切り替え可能であるので、これらのユニットは選択的にアクティブにされることができる。したがって、非アクティブのコンデンサ・ユニットを異なる電圧レベルで充分に充電して維持することによって、同一の負荷出力部が、上記の通り、即座に正確なパルス出力を、2つの異なる電圧レベルで供給するよう操作されることができる。

本願明細書では、用語「基本的に」充電される、及び用語「基本的に」一定又は等しい、が、- 例えば、切替えの直後に、- 電圧の僅かな変動がもちろん発生する場合があるという事実に関する点に留意すべきであるが、しかし、コンデンサが、少なくとも負荷から切り離されると共に、動作の間、即ち電圧パルスが印加されている間、平均電圧の90％以上に、特に好ましくは99％、又はそれ以上に充電されて留まっていることが好ましい点にも留意すべきである。

本発明の第1の態様による創意に富んだ方法では、スイッチング素子は、必要とされる出力電圧のレベルを有する負荷出力部を供するよう動作する。第1の電圧が必要とされる場合は、第1のコンデンサが負荷出力部と並列に接続され、第2の出力電圧レベルが必要とされる場合は、第2のコンデンサが負荷出力と並列に接続される。同時に、主電源ユニットを、パルスの開始時にはコンデンサが所望の電圧を供給し、しかし必要とされる最小の遅れにて、次にコンバータが電圧を供給し続け、所望の出力電圧レベルに相当する出力電流を供給するよう動作させることが好ましい。

更に、現在負荷出力部に接続されていないコンデンサは、基本的に放電を回避するために、スイッチが切られていることが好ましい。

本発明の第1の態様によれば、種々異なる電圧レベルで正確な電流パルスを、負荷出力部に供給するのに良く適した回路と動作方法とが供される。従属請求項が関連する、多くの基本的な着想が可能な好都合な技術成果がある。

1つのみではなく、複数の出力ユニットを主電源ユニットに接続することが可能である。1つ以上の更なる出力ユニットは、少なくとも1個のオン/オフされるコンデンサ・ユニットを有し、2つ以上のオン/オフされるコンデンサ・ユニットを他の出力ユニットに供することも可能である。例えば、異なる色、例えば赤、緑、及び青の光源である3つの負荷が存在することがあり、これらは時系列的なパルスで動作し、パルスの高さは、3つの光源に対して異なっている。これに加え、- 2つのオン/オフされるコンデンサ・ユニットを有する出力ユニットに接続された - 1つの光源が、異なる電圧レベルで時系列的なパルスによってドライブされてもよい。対応するドライブ方式及びドライブ回路が、本発明の好ましい実施例に関して詳細に説明されることであろう。

ドライブ回路がスイッチング素子、即ち主スイッチング素子と、負荷スイッチング素子と、コンデンサ・スイッチング素子とを制御するための制御手段を有することが好ましい。斯様な制御手段は、全てのスイッチに対して責任がある単一のユニットでもよいし、さもなければ、制御手段の機能を複数のユニット間で分割し、例えば一方が主スイッチング素子を制御し、他方が負荷スイッチング素子とコンデンサ・スイッチング素子とを制御することも可能である。制御手段として使用されるユニットは、専用の電気回路、又は制御作業用にプログラムされたマイクロコントローラ、若しくはマイクロプロセッサでもよい。

負荷スイッチング素子と、コンデンサ・スイッチング素子とが同期をとって制御されることが特に好ましい。即ち、負荷出力部がアクティブになると、対応する負荷スイッチング素子及びコンデンサ・スイッチング素子の両方がアクティブにされ、負荷出力部が非アクティブになると、負荷スイッチング素子及びコンデンサ・スイッチング素子の両方が非アクティブにされることが特に好ましい。この動作によって、出力ユニットが非アクティブである間はスイッチが切られる場合、放電が発生しないので、非アクティブのコンデンサは、基本的に所望の電圧レベルに充電されたままである。1つの出力ユニット当たり、複数のオン/オフされるコンデンサ・ユニットがある場合、負荷スイッチング素子は、第1のコンデンサ・スイッチング素子及び第2のコンデンサ・スイッチング素子の中の選択された1つ、即ち、何れか一方と同期をとって制御される。

本発明の第2の態様によれば、電圧入力部と、少なくとも1個の主スイッチング素子と、少なくとも1個のリアクタンス素子とを備えた主電源ユニットも供される。この主電源ユニットは、モードが切替えられるコンバータであり、スイッチング素子は、出力電圧又は出力電流を供給するよう制御可能である。当業者に知られているように、当該主電源ユニットは何らかの既知のモード切換え型のコンバータのトポロジ、及び動作モードを有する。

本発明の第2の態様によれば、主電源ユニットに接続された複数の出力ユニットがある。当該出力ユニットは、例えばLED、OLED、又はレーザ・ダイオードなどの負荷が接続された、負荷出力部を有する。出力ユニットは更に、主電源ユニットを負荷出力部へ接続するために、即ち、コンバータによって供給された出力電圧を、負荷出力部でオン/オフに切替えるために、負荷出力部に接続された負荷スイッチング素子を各々有する。原理的には、他の構成が使われることができるものの、負荷スイッチング素子が負荷出力部と直列に主電源ユニットへと接続されることが好ましい。

本発明の第2の態様によれば、各々の出力ユニットは更に、オン/オフされるコンデンサ・ユニットを有する。当該オン/オフされるコンデンサ・ユニットは、少なくともコンデンサと、対応するスイッチング素子とを有する。繰り返すが、他の構成が考えられるものの、スイッチング素子がコンデンサに直列に接続されていることが好ましく、及び、オン/オフされるコンデンサ・ユニットが負荷出力部及び/又は負荷スイッチング素子と並列に接続されていることが好ましい。

本発明の第2の態様によれば、電源回路は、各々の出力ユニットにおいて、負荷スイッチング素子がコンデンサ・スイッチング素子と同期をとって制御されるよう、異なる出力ユニットの負荷スイッチング素子と、コンデンサ・スイッチング素子とを制御する制御手段を有する。即ち、負荷出力部がアクティブになると、対応する負荷スイッチング素子及びコンデンサ・スイッチング素子の両方がアクティブになり、負荷出力部が非アクティブになると、負荷スイッチング素子及びコンデンサ・スイッチング素子の両方が非アクティブになる。この動作によって、出力ユニットが非アクティブの間はスイッチが切られる場合、放電が発生しないので、非アクティブのコンデンサは、基本的に所望の電圧レベルに充電されたままである。

これは、（負荷を主電源ユニットから供給された出力電圧へと接続することによって）負荷がアクティブにされると、各出力部において、例え主電源ユニットが所望の電圧レベルへと調節するのに幾らか時間がかかったとしても、出力電圧を緩衝し、即座に出力電圧を所望の出力電圧レベルにするために、コンデンサが接続されることを確実にする。他方、両方のスイッチング素子のスイッチを同時に切ることによって、コンデンサは、所望の電圧レベルに基本的に充電されたままであることが確実にされる。

また、第2の態様に対して、上で説明したように、1つではなく複数の出力ユニットを主電源ユニットへと接続することが可能である。また、制御手段が、上で説明したように実装されてもよい。

本発明の第2の態様によれば、複数の負荷を正確な電流パルスでドライブするのによく適した回路と動作方法とが、したがって供される。

本発明の上記の及び他の目的、特徴、及び長所は、以下の好ましい実施例の説明から明らかになることであろう。

本発明の第1の実施例として、バック・コンバータに接続された複数の出力部を有する電源回路の回路図を示す。 本発明の第1の実施例による回路の異形の回路図を示す。 本発明の第2の実施例として、ブースト・コンバータに接続された3つの出力部を有する電源回路の回路図を示す。 本発明の第3の実施例として、フライバック・コンバータに接続された3つの出力部を有する電源回路の回路図を示す。 本発明の第4の実施例として、複数の電圧レベルを有する単一の出力部を備えた電源回路の回路図を示す。 図1による回路図の第4の実施例の異形の回路図を示す。 本発明の第5の実施例として、各々の負荷出力部が2つのレベルの出力を供する、3つの負荷出力部を備えた電源回路の回路図を示す。 （1色当たりは、固定レベルの）第1の駆動方式によって、時系列的な電流パルスで赤、緑、及び青の光源をドライブするための一連のパルスを示している、タイミング線図である。 （パルス・レベル変調された）第2の駆動方式による一連のパルスを示しているタイミング線図である。 （1つの色に対して2つのレベルの出力を有し、1色当たりは固定レベルの）第3の駆動方式による一連のパルスを示しているタイミング線図である。

図1は、電源回路10の回路図を示す。当該電源回路10は、電圧入力部14で受信したDC入力電圧V_inを、出力部16でDC出力電圧V_outに相当する出力電流I_outへと変換する、主電源ユニット12を有する。

複数の出力ユニット - 図示された例では、3つの出力ユニット20a、同20b、同20c - が、電源ユニット12の電圧出力部16と並列に接続されている。

当該回路は更に、電流を検出し、対応するフィードバック信号を制御ユニット24に供するためのセンシング回路22を有する。

第1の例で示されている主電源ユニット12は、バック・コンバータである。代替的には、ブースト・コンバータ12a（図3）、フライバック・コンバータ12b（図4）、又はスイッチモードのコンバータの更に知られたトポロジの1つなど、種々異なるスイッチモードの電源のトポロジのタイプが使われることができる。

斯様なスイッチモードのコンバータでは、図1の例の主スイッチング素子26など、1つ以上のスイッチと、図1の例の直列コイル28などのリアクタンス素子とがある。主スイッチング素子26を、連続してオン又はオフに切り替えることによって、DC入力電圧V_inが出力電流I_outに変換され、この値は主スイッチング素子26の切替に依存する。

本バック・コンバータの例では、通常このコンバータ・トポロジに存在する出力コンデンサは、後述するように、ここでは出力ユニットに含まれていることに留意されたい。したがって、コンバータ12は、コンバータ12の切替えサイクルに従って時間と共に変動するであろう出力電流I_outを供給するよう動作する。コンバータ12の制御は、電流I_outの時間平均値の制御として行われることができ、これは、出力部と連動して、出力電圧V_outになることであろう。

図1の例では、主スイッチング素子26の切替えは、センシング回路22から受信されたフィードバック信号に応答して、中央制御ユニット24によって行われる。

種々異なるスイッチモードのコンバータのトポロジが当業者に知られているので、
主電源ユニット12に対する種々異なる可能なインプリメンテーションの動作及び制御に関する更なる詳細は、説明されないであろう。

出力ユニット20a、同20b、同20cは、第1の例では同一である。補助ダイオードD1が、コンバータ12の出力部16に接続されている。補助ダイオードD1に対する接続は、オン/オフされるコンデンサ・ユニット34と並列であり、負荷出力部36、及び図示の例ではFETとして実装されている負荷スイッチング素子38と直列である。

オン/オフされるコンデンサ・ユニット34は、コンデンサCと、本例でもFETとして実装されているコンデンサのスイッチ40との直列結合を有する。

本例では、負荷出力部36に接続されているのは、複数のLEDのアレイである。

回路10は、例えばビデオスクリーン又はプロジェクタ用の表示アプリケーションの赤、緑、及び青の光源として働く、これらのLEDアレイの中の3つに対する電源ユニットである。これらの光源は、非常に短い連続的なパルスでドライブされる。

図8a乃至図8cは、考えられるドライブ方式の中の3つの例を示している。図8aに示されているドライブ方式の第1の例では、赤、緑、及び青の光源に対して、連続するパルスが供されている。パルスの高さ（電圧/電流）は、光源間で異なり、これは、異なるタイプの着色LEDの異なる順方向電圧に起因している。

図8aによる第1のドライブ方式では、パルスのレベルは、色当たりで固定されている。例えば、赤色の光源は、常に同じ一定の電圧でドライブされている。しかしながら、赤色の光源用の2つのパルス、緑色の光源用の1つのパルス、及び青色の光源用の1つのパルスは、異なる電圧が供給されることを必要とする。したがって、主電源ユニット12に直接接続された3つの光源があると、電圧不整合の問題が第1のパルスの終了後、及び第2のパルスの開始時に発生し、正確ではないパルス波形になる。

図8aのドライブ方式を、図1の電源回路10に対する負荷として接続された光源にインプリメントするために、電源回路10は、以下の態様で動作する。

制御ユニット24は、どの光源が現在選択されなければならないかについて指し示す「選択」信号と、「レベル」信号として、当該光源に対する所望の電圧レベルを示す情報と、を入力信号として受信する。制御ユニット24は、第1の制御信号を、選択された出力ユニットのコンデンサのスイッチ40及び負荷スイッチ38の両方のスイッチをオンにするよう送信することによって、及び、第2の制御信号を、残りの出力ユニットの負荷スイッチ38及びコンデンサのスイッチ40の両方のスイッチをオフにするよう送信することによって、対応する出力ユニットを選択する。更に、センシング回路22からのフィードバック信号が評価され、所望のパルス・レベルに達するような態様で、主スイッチング素子26の制御が行われる。

選択された出力ユニット内では、主電源ユニット12の出力電流I_outが、負荷出力部36と、したがって、そこに接続された光源とに直接供給されるよう、スイッチ38、同40がここで設定される。コンデンサCが負荷と並列に接続され、出力電圧のリップルを減じるバッファとしての役目をする。

図8a、及び後で説明される図8b、及び図8cによる、すべてのドライブ方式において、各パルスの終わりの高さは、当該パルスの開始時の高さと同一である。したがって、コンデンサCは、パルスの終わりに、対応する電圧へと充電されることであろう。パルスが終了した後、対応する出力ユニット20が、負荷スイッチ38、及びコンデンサのスイッチ40の両方のスイッチを切ることによって非アクティブにされる。したがって、コンデンサCは、従前の電圧レベルで基本的に充電されたままである。これが、当該負荷の次のパルスの開始時に、コンデンサCが何故正しい電圧レベルに常に充電されているかの理由である。したがって、センシング回路22からのフィードバック信号に応答して制御ユニット24によって制御されるスイッチモードのコンバータ12の反応時間は、出力部36に供給される電圧上昇の有意な遅延には至らないであろう。その代わり、パルスは、非常に正確な形状で供給されることであろう。

図8aのドライブ方式では、明るさの調節及び色の調節は、パルスの長さによって行われる。実際に供給されたパルスの非常に正確な形状に起因して、斯様な制御は非常に正確に行われる。

図8bに示された代替のドライブ方式では、パルス・レベル変調が用いられている。このように、明るさの調節及び色の調節が、パルス・レベルを変調することによって行われる。しかしながら、パルス・レベルは、パルスの中央部のレベルを変えることによってのみ、変調され、始まりと終わりのパルス・レベルは同一の固定値に留まっている。当業者は理解できるように、上で説明された電源回路10は、図8bの代替のドライブ方式にも適用できる。何故ならば、ここでも出力ユニット20a、同20b、同20cの各々にあるコンデンサCが、各パルスの開始時に、正しい電圧レベルに自動的に充電されるだろうからである。

図2は、上で説明した第1の実施例の異形である電源回路10aを示している。第1の実施例と比較すると、代替の回路10aは、第1の出力ユニットの補助ダイオードD1と、第3の出力ユニットのコンデンサのスイッチ40と、を有していない。

第1の出力ユニットの負荷出力部（例えば、図8aによるドライブ方式の「赤色」の出力部）の電圧が、残りの2つの出力部の電圧よりも常に低く、第3の出力部（例えば、図8aでの「青色」）の出力電圧レベルが、残りの2つの出力部よりも常に高いことが、ドライブ方式によって確実にされる場合、上で述べられた2つの素子は省略されることができる。各出力ユニットの補助ダイオードD1は、FET 38がオフである場合、（出力ユニットへの、ではなく）出力ユニットからの導通を回避するのに役立つ（そして、以降は、ダイオードのように振る舞う）。最も低い電圧を有する出力ユニットでは、この問題は発生することはなく、したがって、D1はここでは省略されることができる。また、出力ユニットが非アクティブである場合、コンデンサのスイッチ40は、コンデンサCでの如何なる（充電又は放電の）電圧の変化も回避することに役立つ。第3の出力ユニットのコンデンサCが、残りの2つの出力ユニットの電圧よりも高い電圧レベルにすでに充電されることが、ドライブ方式によって確実にされる場合、充電の問題は発生せず、また、対応する出力ユニットがはずされると共に、負荷スイッチが非アクティブにされるので、放電の問題も発生しない。したがって、コンデンサのスイッチ40は、ここでもまた、省略されてもよい。

図5は、本発明の第1の態様の実施例である電源回路110を示す。当業者によって理解されるように、回路110は、大部分が、図1に示され、上で説明された回路10に対応している。第1の実施例のように、回路110も、主電源ユニット12と、制御ユニット24と、センシング回路22とを有する。したがって、これらの要素、及び当該要素の代替例に関しては、上の説明を参照されたい。

図1の回路10とは対照的に、図5の回路110は、主電源ユニット12の出力部16に接続された1つの出力ユニット120をもつのみである。出力ユニット120は、LEDアレイが接続されている負荷出力部36をもつ。負荷スイッチ38は、負荷に直列に接続されている。

2つのオン/オフされるコンデンサ・ユニット134a、同134bが更に供され、これらのユニットは各々、コンデンサCa、同Cb、及び、FETとしてインプリメントされたコンデンサのスイッチ40a、同40bの直列結合を有する。オン/オフされるコンデンサ・ユニット134a、同134bは、第1の補助ダイオードD1a、同D1bを介して、主電源ユニット12の出力部16に、各々接続され、また、第2の補助ダイオードD2a、同D2bを介して負荷出力部36に、各々接続されている。

回路110の動作において、オン/オフされるコンデンサ・ユニット134a、同134bのコンデンサCa、同Cbは、異なるレベルで選択的に負荷出力部36に供給される出力電圧を緩衝するのに役立っている。対応するコンデンサのスイッチ40a、同40bは、制御ユニット24によって選択的に制御可能である。

繰り返すが、負荷スイッチ38は、主電源ユニット12へ、あるいは、主電源ユニット12から、出力ユニット120を接続又は切断することによって、出力ユニット120をアクティブにする、又は非アクティブにするのに役立っている。

パルスを、負荷出力部36で異なる電圧レベルで供給するために、負荷スイッチ38が、第1のコンデンサのスイッチ40a、又は第2のコンデンサのスイッチ40bの何れかと同期をとって動作する。第1のコンデンサのスイッチ40aと、負荷スイッチ38とが接続された場合、第1のコンデンサCaが負荷と並列に接続される。負荷スイッチ38と、第2のコンデンサのスイッチ40bとが閉じられた場合、第2のコンデンサCbが負荷と並列に接続される。

動作の間、制御ユニット24は、所望の出力レベルと、出力ユニット120のオン/オフ動作の選択とに関する制御信号を受信する。この制御情報に従って、負荷スイッチ38が、第1のコンデンサのスイッチ40a又は第2のコンデンサのスイッチ40bの何れかと同期をとってドライブされる。更に、主電源ユニット12は、所望の電圧レベルによってセンシング回路22から取得されたフィードバック信号によって制御される。したがって、各パルスが供給されている間、主電源ユニット12は、負荷出力部で所望の電圧になる対応する平均出力電流I_outを供給するよう、フィードバック制御される。現在選択されたコンデンサCa又は同Cbは、対応する電圧レベルまで充電され、負荷スイッチ38によって負荷が非アクティブにされた後、コンデンサのスイッチ40a、同40bもまた開かれているので、上記のコンデンサは基本的に充電されるままである。コンデンサCa、同Cbによる正しい電圧レベルのバッファ動作によって、電源110は、選択的に2つの異なる電圧レベルの電圧パルスを、非常に正確な態様で負荷出力部36に供給することが可能である。

図5に示される基本回路には、考え得る多くのバリエーションがある。当業者は理解するであろうが、より多くの異なる電圧レベルが負荷出力部36で必要とされる場合、オン/オフされる2つ以上のコンデンサ・ユニット134a、134bを供することが可能である。

図6で更に示すように、補助ダイオードD1a、同D1b、同D2a、同D2bもまた、特定の状況の下で省略されることができる。FETがインプリメントされているコンデンサのスイッチ40a、同40bが理想的なスイッチではなく、スイッチが開かれているときにはダイオードとして振る舞うので、これらのダイオードが供されていることが理解されるべきである。しかしながら、2つのコンデンサの電圧レベルが慎重に選択されていて、ダイオードとして働く、スイッチが開いている時のFETの順方向電圧分だけ異なる場合、図6に示すように、補助ダイオードを省略することが出来る。LED負荷の電流/電圧特性は非常に急であり、この結果、電圧レベルの小さな違いが、既に著しく異なる電流、及びこれに従う著しく異なる光出力値に至る可能性のあることが留意されねばならない。

更なる実施例として、図7は、本発明の第1の態様と第2の態様とを組み合わせた電源回路210を示している。電源回路210は大部分が、図1に示され、同図と関連して説明された電源回路10に対応している。しかしながら、電源回路210は、第3の出力ユニットが、図5に示され、同図と関連して説明されているマルチレベルの出力ユニットである点で第1の実施例とは異なる。

図1及び図5に関する上の説明の組合せによって、当業者が理解できるように、図7で示す回路210は、図8cに示されたドライブ方式をインプリメントするために使用されており、緑色の光源が、第3の出力ユニットに接続されている。このドライブ方式では、赤、緑、及び青用の一連のパルスが供されている。青色光源用のパルスの後、更なる、より高レベルのパルスが、再び緑色の光源に供給される。この後、当該シーケンスが再開する。

対応するドライブ方式をインプリメントするために、図7に示す回路210の制御ユニットは、出力ユニットの選択と、必要なパルスの高さの選択とについての対応する情報を受信する。この情報に従って、当該制御ユニットは、上で説明したように、対応する出力ユニットを選択する。第3の出力ユニットに対して、制御ユニットは、「緑色の低い」パルスを供給するための第1のオン/オフされるコンデンサ・ユニットを選択するか、又は「緑色の高い」パルスを供給するための第2のオン/オフされるコンデンサ・ユニットを選択するかの何れかである。

本発明は、図及び前述の説明にて詳細に例示され説明された。斯様な図例及び説明は、例示的又は典型的であるとみなされ、拘束するものではなく、本発明は、開示された実施例に限定されることはない。

請求項において、単語「有する」が他の要素を除外することはなく、不定冠詞「a」、又は「an」が複数を除外することはない。特定の手段が相互に異なる従属請求項において列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有効に使われることができないことを示してはいない。請求項中のいかなる引用符号も、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. 電源回路であって、
   電圧入力部、少なくとも1個の主スイッチング素子、及び少なくとも1個のリアクタンス素子、を有する主電源ユニットであって、前記スイッチング素子が、出力電圧及び/又は出力電流を供給するよう制御可能である、主電源ユニットと、
   前記主電源ユニットに接続された少なくとも1つの出力ユニットであって、当該出力ユニットが、
   − 負荷出力部、
   − 前記主電源ユニットを前記負荷出力部へ接続する、又は前記負荷出力部から切り離すために、前記負荷出力部に接続された負荷スイッチング素子、
   − 第1のコンデンサ及び第1のコンデンサ・スイッチング素子を有し、前記負荷出力部に接続された、オン/オフされる第1のコンデンサ・ユニット、及び
   − 第2のコンデンサ及び第2のコンデンサ・スイッチング素子を有し、前記負荷出力部に接続された、オン/オフされる第2のコンデンサ・ユニット、
   を有する、電源回路。
2. 前記オン/オフされるコンデンサ・ユニットの各々が、直列に接続された前記コンデンサと、前記コンデンサ・スイッチング素子とを有する、請求項１に記載の回路。
3. 前記オン/オフされるコンデンサ・ユニットが、前記主電源ユニットに、前記負荷出力部及び/又は前記負荷スイッチング素子と並列に接続されている、請求項１又は２に記載の回路。
4. 複数の前記出力ユニットが、前記主電源ユニットに並列に接続されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の回路。
5. 制御手段が、少なくとも前記負荷スイッチング素子、前記第1のコンデンサ・スイッチング素子、及び前記第2のコンデンサ・スイッチング素子を制御するよう供され、
   前記負荷スイッチング素子が、前記第1のコンデンサ・スイッチング素子及び前記第2のコンデンサ・スイッチング素子の中の選択された1つと同期をとって制御される、請求項１乃至４の何れか一項に記載の回路。
6. 前記制御手段が、前記主スイッチング素子、前記負荷スイッチング素子、前記第1のコンデンサ・スイッチング素子、及び前記第2のコンデンサ・スイッチング素子を制御するよう供され、
   前記第１のコンデンサ及び前記第2のコンデンサが、基本的に異なる電圧レベルに充電されて留まるよう、前記スイッチング素子が制御される、請求項１乃至５の何れか一項に記載の回路。
7. 前記スイッチング素子が、必要とされる負荷出力電圧レベルによって制御され、
   第1の出力電圧レベルが必要とされる場合、前記第1のコンデンサが前記負荷出力と並列に接続されるよう前記第1のコンデンサ・スイッチング素子が活性化され、
   第2の出力電圧レベルが必要とされる場合、前記第2のコンデンサが前記負荷出力と並列に接続されるよう前記第2のコンデンサ・スイッチング素子が活性化される、請求項５又は６に記載の回路。
8. 電源回路であって、
   電圧入力部、出力電圧又は出力電流を供給するために制御可能な少なくとも1個の主スイッチング素子、及び少なくとも1個のリアクタンス素子を有する主電源ユニットと、
   前記主電源ユニットに接続された複数の出力ユニットであって、当該複数の出力ユニットの各々が、
   − 負荷出力部、
   − 前記主電源ユニットを前記負荷出力部へ接続する、又は当該負荷出力部から切り離すために、前記負荷部に接続されている負荷スイッチング素子、及び
   − 前記負荷出力部に接続され、コンデンサCとコンデンサ・スイッチング素子とを有するオン/オフされるコンデンサ・ユニット、
   を有する、出力ユニットと、
   前記負荷スイッチング素子及び前記コンデンサ・スイッチング素子を、前記各々の出力ユニットにおいて、前記負荷スイッチング素子が、前記コンデンサ・スイッチング素子と同期をとって制御されるよう制御するための制御手段と、
   を有する、電源回路。
9. 少なくとも1つの負荷出力部に電力を供給する方法であって、当該方法は、
   電圧入力部、出力電圧又は出力電流を供給するために制御可能な少なくとも1個の主スイッチング素子、及び少なくとも1個のリアクタンス素子を有する主電源ユニットを備えるステップと、
   前記主電源ユニットに接続された少なくとも1つの出力ユニットを備えるステップであって、当該出力ユニットが、
   − 前記負荷出力部、
   − 前記主電源ユニットを前記負荷出力部へ接続する、又は当該負荷出力部から切り離すために、前記負荷出力部へ接続されている負荷スイッチング素子、
   − 前記負荷出力部へ接続され、第1のコンデンサ及び第1のコンデンサ・スイッチング素子を有する第1のオン/オフされるコンデンサ・ユニット、及び
   − 前記負荷出力部へ接続され、第2のコンデンサ及び第2のコンデンサ・スイッチング素子を有する第2のオン/オフされるコンデンサ・ユニット、
   を有するステップと、
   必要とされる負荷出力電圧レベルに応じて、前記主スイッチング素子、前記負荷スイッチング素子、前記第1のコンデンサ・スイッチング素子、及び第2のコンデンサ・スイッチング素子を制御するステップであって、第1の出力電圧レベルが必要とされる場合は、前記第1のコンデンサ・スイッチング素子が、前記第1のコンデンサが前記負荷出力部と並列に接続されるよう活性化され、第2の出力電圧レベルが必要とされる場合は、前記第2のコンデンサ・スイッチング素子が、前記第2のコンデンサが前記負荷出力と並列に接続されるよう活性化される、ステップと、
   を含む、方法。
10. 複数の負荷出力部に電力を供給する方法であって、
    電圧入力部、出力電圧又は出力電流を供給するよう制御可能な少なくとも1個の主スイッチング素子、及び少なくとも1個のリアクタンス素子を有する主電源ユニットを備えるステップと、
    前記主電源ユニットに接続された複数の出力ユニットを備えるステップであって、前記複数の出力ユニットの各々が、
    − 前記負荷出力部の中の1つ、
    − 前記主電源ユニットを前記負荷出力部へ接続する、又は前記負荷出力部から切り離すために、前記負荷出力部に接続されている負荷スイッチング素子、及び
    − 前記負荷出力部へ接続され、コンデンサ及びコンデンサ・スイッチング素子を有するオン/オフされるコンデンサ・ユニット、
    を有するステップと、
    前記負荷スイッチング素子及び前記コンデンサ・スイッチング素子を、各々の前記出力ユニットにおいて、前記負荷スイッチング素子が前記コンデンサ・スイッチング素子と同期をとって制御されるよう制御するステップと、
    を含む、方法。

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