JP2013525989A - 半導体照明の調光解像度を増すためのプログラム可能なヒステリシス型ダウンコンバーターを含む調光レギュレーター - Google Patents

Abstract

半導体照明（ＳＳＬ）装置について高い解像度の調光を提供するシステムは、ヒステリシス型ダウンコンバーター、シャントスイッチ、コントローラー、そしてコンパレーターを含む。ダウンコンバーターは、振幅変調（ＡＭ）調光コントロールを使用してＳＳＬ電流の平均電流値とリップルの振幅をコントロールする。シャントスイッチはパルス幅変調（ＰＷＭ）調光コントロールを使用してＳＳＬ電流の大きさをコントロールする。コントローラーは、ダウンコンバーターがＳＳＬ電流とＳＳＬ負荷にかかる電圧に基づいて動作するところの高い電流レベルと低い電流レベルをコントロールするための第１と第２のＰＷＭ信号を生成し、調光器によって設定された負荷装置の調光レベルに基づいてシャントスイッチの動作をコントロールするための第３のＰＷＭ信号を生成する。コンパレーター回路は、第１および第２のＰＷＭ信号に対応する第１および第２のアナログ信号とＳＳＬ電流を比較し、比較の結果に応じてダウンコンバーターを駆動する。ＳＳＬ電流はＡＭ調光コントロールとＰＷＭ調光コントロールの両方に基づくものである。

Description

本発明は、一般的には半導体照明器具の調光に関する。より詳細には、ここにおいて開示される種々の発明的な方法や装置は、大きな調光解像度を得るために、複合的な調光調整方法を選択的に提供することに関する。

例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）といった、半導体ベースの照明もしくは半導体光源である、デジタル照明技術は、伝統的な蛍光灯、高圧放電灯（ＨＩＤ）そして白熱灯に対する種々の代替品を提供している。ＬＥＤの機能上の有利な点や利益は、高いエネルギー変換効率と光学的効率、耐久性、低稼働コスト、その他にも多くある。近年のＬＥＤ技術の進歩は、多くのアプリケーションにおいて種々の照明効果を可能にする、効率的でロバストな全スペクトラム光源を提供してきた。これらの光源を具体化したいくつかの装置は、照明モジュールを特徴としており、モジュールには、種々の色や色の変化による照明効果を生み出すようにＬＥＤの出力を独立にコントロールするためのプロセッサーと同様に、例えば、赤色、緑色、そして青色といった、異なる色の光を発することができる一つまたはそれ以上のＬＥＤが含まれている。

多くの照明アプリケーションが調光器を使用している。従来の調光器は白熱灯（バルブとハロゲン）ではうまく機能していた。しかしながら、他のタイプの電気ランプでは問題が生じている。小型蛍光灯（ｃｏｍｐａｃｔ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｌａｍｐ：ＣＦＬ）、電気変換器を使用した低電圧ハロゲンランプ、ＬＥＤやＯＬＥＤといった、半導体照明（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ：ＳＳＬ）ランプもしくは器具、または他の機器を含むランプである。従来の調光器は、主電圧信号のそれぞれの波形（サイン波）の一部分をチョップ（ｃｈｏｐ）し、残った波形を照明装置に渡すものである。前縁または順位相調光器は、電圧信号波形の前縁をチョップする。後縁または逆位相調光器は、電圧信号波形の後縁をチョップする。

調光器によって生成されるチョップされた信号波形に対して問題なく自然に反応する、蛍光灯や他の抵抗照明機器とは違って、ＬＥＤや他のＳＳＬ器具は、非常に低い調光器の設定においてさえ、望ましくないほど高い量の光を出力する。特定の劇場や他の娯楽施設や大きな照明空間において使用されるＬＥＤ照明に対する要求は、より精巧であって、特には達成可能な最小限の調光レンジに関する。大きな空間を照らすのに使用される照明は、極端に大きな調光レンジと解像度を有する必要がある。特に、僅かな光しか発しない設定からスムーズに立ち上がることができるように、そして、ほぼ真っ暗闇になるまでの効果的なフェード（ｆａｄｉｎｇ）ができるようにするためである。従来は、大きな調光レンジはフィラメント灯を使用して実行された。それらは一般的に、ゆっくりとしたスムーズな調光調整を自然に備えているのである。しかしながら、ＬＥＤベースの光源を採用している照明器具といった、従来の半導体照明（ＳＳＬ）装置が映画館や他の大きな照明空間で使用されるときは、スムーズな立ち上がりのために必要な大きな調光解像度は達成されない。最小限の調光レベルが、従来のＳＳＬドライバーで提供されるものよりも、ずっと小さいことを要するからである。

ヒステリシス型ダウンコンバーターは、種々のＳＳＬ装置で使用される。例えば、ヒステリシス型ダウンコンバーターは、高解像度なパルス幅変調（ＰＷＭ）の調光可能な電流源を創作するためにシャントスイッチ（ｓｈｕｎｔ ｓｗｉｔｃｈ）と組み合わせて使用することができる。しかしながら、上述のように、ローエンド（ｌｏｗ ｅｎｄ）の調光レベルは、最小で約１０パーセントまでに制限されている。調光レベルの制限は、数多くの要因によるものである。例えば、フラックス（ｆｌｕｘ）のフィードバック設計では、それぞれのＰＷＭ期間の始点において鮮明なフラックスを測定するのだが、それは最小のパルス幅を必要とする。レベルシフターが適切に機能するためには、積み重なったシャントスイッチは最小のパルス幅を必要とする。加えて、ＬＥＤ電流の大きさを調整するためのコントロールには適していない。そして、振幅変調（ＡＭ）調光が実行されるときには、このようにダウンコンバーターの周波数レンジは大き過ぎることになってしまう。

このように、大きな空間を照明するためのＳＳＬシステムの技術においては、非常に小さな調光レベルを達成できるようにする必要がある。

本発明開示は、例えば、スタジオや劇場といった、大きなスペースを照明するために、ＳＳＬ装置の立ち上がり時を含んで、ＳＳＬ装置を高い解像度（または「重厚な」）で調光できるようにする創意に富んだ方法および装置に関する。例えば、スムーズな立ち上がりと高い解像度の調光を提供するために、線形レギュレーターが立ち上がり時にＳＳＬに流れる電流をコントロールするように使用され、例えば、ＰＷＭ回路を含んで、スイッチングレギュレーターが立ち上がり期間に続いてＳＳＬ装置に流れる電流をコントロールするように使用されている。

一般的に、一つの実施例に従えば、半導体照明（ＳＳＬ）負荷装置の重厚な調光を提供するためのシステムは、ヒステリシス型ダウンコンバーター、シャントスイッチ、そしてコントローラーを含んでいる。ヒステリシス型ダウンコンバーターは、入力電源とＳＳＬ負荷装置との間に接続されている。ヒステリシス型ダウンコンバーターは、振幅変調（ＡＭ）調光コントロールを使用してＳＳＬ負荷装置を流れる平均電流値とリップルの振幅をコントロールするように構成されている。シャントスイッチはＳＳＬ負荷装置と並列に接続されており、パルス幅変調（ＰＷＭ）調光コントロールを使用してＳＳＬ電流の大きさをコントロールするように構成されている。コントローラーは、高い電流レベルと低い電流レベルをそれぞれにコントロールするための第１と第２のデジタルコントロール信号を生成する。その電流レベルにおいて、ヒステリシス型ダウンコンバーターはＳＳＬ電流とＳＳＬ負荷装置にかかる電圧に基づいて動作する。そして、コントローラーは、調光器によって設定されたＳＳＬ負荷装置の調光レベルに基づいてシャントスイッチの動作をコントロールするための第３のデジタルコントロール信号を生成する。ＳＳＬ電流は、ヒステリシス型ダウンコンバーターによるＡＭ調光コントロールとシャントスイッチによるＰＷＭ調光コントロールの両方に基づいている。少なくとも、調光レベルが、ＡＭ調光コントロールもしくはＰＷＭ調光コントロールのいずれかを単独で使用したのでは達成できないような低い閾値より下に設定された場合においてである。

別の実施例に従えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリングの重厚な調光を提供するためのシステムは、入力電源とＬＥＤストリングとの間に接続されたヒステリシス型ダウンコンバーターを含んでいる。ヒステリシス型ダウンコンバーターは、ＬＥＤストリングを流れるＬＥＤ電流の振幅とリップルをコントロールするように動作可能な第１のスイッチを含んでいる。システムは、さらに、ＬＥＤストリングと並列に接続された第２のスイッチを含み、第２のスイッチはＬＥＤ電流のパルス幅変調（ＰＷＭ）をコントロールするように構成されている。そして、コントローラーはヒステリシス型ダウンコンバーターを介してＬＥＤを流れるＬＥＤ電流の高い振幅ピークと低い振幅ピークをそれぞれにコントロールするための第１と第２のＰＷＭ信号を生成するように構成されており、調光レベルに基づいて第２のスイッチを介してＬＥＤ電流のＰＷＭデューティーサイクルも同時にコントロールするための第３のＰＷＭ信号を生成する。さらにシステムは、第１と第２のＰＷＭ信号に対応する第１と第２のアナログ信号をＬＥＤ電流と比較して、比較の結果に応じて第１のスイッチを駆動するように構成されたコンパレーター回路を含んでいる。

他の実施例に従えば、ＬＥＤストリングと入力電源との間に接続されたヒステリシス型ダウンコンバーターと、ＬＥＤストリングの並列に接続されたシャントスイッチによって操作されるＬＥＤストリングを深く調光するためのシステムが提供される。システムは、ヒステリシス型ダウンコンバーターを介してＬＥＤストリングを流れるＬＥＤ電流の高い振幅ピークと低い振幅ピークをそれぞれにコントロールするための第１と第２のＰＷＭ信号を生成するように構成され、調光レベルに基づいて第２のスイッチを介してＬＥＤ電流のＰＷＭデューティーサイクルも同時にコントロールするための第３のＰＷＭ信号を生成するように構成されたコントローラーを含んでいる。調光レベルが、ヒステリシス型ダウンコンバーターとシャントスイッチを通じて、それぞれに、ＬＥＤ電流の高い振幅レベルと低い振幅レベル、およびＬＥＤ電流のデューティーサイクルをコントロールするだけでは達成できないような閾値よりも低いレベルに設定されている場合にである。

ここにおいて本発明開示の目的のために使用されるように、用語「ＬＥＤ」はあらゆる発光ダイオードまたは電気信信号に応じて放射を生成することのできるキャリアー注入／接合ベースシステムを含むものと理解されるべきである。このように、用語ＬＥＤは、これらに限定されるわけではないが、電流に応じて光を発する種々の半導体ベースの構成品、発光ポリマー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）、電子発光ストリップ（ｓｔｒｉｐ）、等といったものを含んでいる。特に、用語ＬＥＤは、一つまたはそれ以上の赤外線スペクトラム、紫外線スペクトラム、そして可視スペクトラムの種々の部分（一般的には約４００ナノメートルから約７００ナノメートルの放射波長を含む）を放射するように構成された全てのタイプの発光ダイオード（半導体および有機発光ダイオードを含む）を意味している。ＬＥＤのいくつかの例は、これらに限定されるわけではないが、種々のタイプの赤外線ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ，赤色ＬＥＤ，青色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤ，黄色ＬＥＤ、こはく色ＬＥＤ、オレンジ色ＬＥＤ、そして白色ＬＥＤ（以下に詳しく述べる）を含んでいる。ＬＥＤは、与えられたスペクトラム（例えば、狭いバンド幅、広いバンド幅）に対する種々のバンド幅（例えば、半値全幅またはＦＷＨＭ）と与えられた一般的な色の区分の中の波長を持った光を放射するように構成され、及び／又はコントロールされ得ることも、正しく理解されるべきである。

例えば、本質的に白色光（例えば、白色ＬＥＤ）を生成するように構成された一つのＬＥＤは、それぞれに異なった電子発光のスペクトラムを発するが、組み合わされて実質的に白色光を形成するような多くのダイ（ｄｉｅ）を含み得る。別の実施例においては、白色ＬＥＤは、第１のスペクトラムを持った電子発光を第２のスペクトラムに変換するリン光体物質に関係し得る。この一つの実施例においては、比較的に短い波長と狭いスペクトラムのバンド幅を持った電子発光は、リン光体物質を「ポンプ（ｐｕｍｐ）」して、ある程度より広いスペクトラムを持ち、より長い波長の光を続いて放射する。

用語ＬＥＤは、ＬＥＤの物理的、及び／又は電気的なパッケージのタイプを制限するものではないことも理解されるべきである。例として、上述のように、ＬＥＤは、それぞれに異なった放射スペクトラムの光を発するように（例えば、個別にコントロール可能であってもなくても）多くのダイを持つ単一の発光装置に関連し得る。また、ＬＥＤは、ＬＥＤに不可欠な部品（例えば、あるタイプの白色ＬＥＤ）であると考えられているリン光体にも関連し得る。一般的には、用語ＬＥＤは、パッケージされたＬＥＤ，パッケージされていないＥＤ、表面実装されたＬＥＤ，チップオンボードのＬＥＤ，Ｔ型パッケージ実装ＬＥＤ、ラジアルパッケージＬＥＤ，パワーパッケージＬＥＤ，いくつかのタイプのケース、及び／又は光学エレメント（例えば、拡散用レンズ）、等に関連し得る。

用語「光源」は、種々の放射源の一つまたはそれ以上に関連するものと理解されるべきであり、これらに限定されるわけではないが、以下のものを含む。ＬＥＤベースの光源（一つまたはそれ以上の上述したようなＬＥＤ）、白熱灯光源（例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光灯光源、リン光発光源、高密度ディスチャージ光源（例として、ナトリウムランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ）、レーザー、他のタイプの電子発光源、パイロ（ｐｙｒｏ）発光源（例として、炎）、キャンドル（ｃａｎｄｌｅ）発光源（例として、ガスマントル、炭素アーク放射源）、フォト（ｐｈｏｔｏ）発光源（例として、ガス状のディスチャージ光源）、電気的飽和を利用したカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）発光源、ガルバノ（ｇａｌｖａｎｏ）発光源、クリスタル（ｃｒｙｓｔａｌｌｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）発光源、キネ（ｋｉｎｅ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）は光源、サーモ（ｔｈｅｒｍｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）発光源、トライボ（ｔｒｉｂｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）発光源、ソノ（ｓｏｎｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）発光源、ラジオ（ｒａｄｉｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）発光源、そして発光ポリマーである。

用語「照明装置」または「照明器具」は、ここにおいては特定のフォームファクター、アセンブリー、もしくはパッケージにおける一つまたはそれ以上の照明機器の実施もしくは配置を意味するように使われている。用語「照明機器」は、ここにおいては同一または異なったタイプの一つまたはそれ以上の光源を含んだ装置を意味するように使われている。照明機器は、種々の光源の設置構成、エンクロージャー／ハウジングの構成や形状、及び／又は電気的、機械的な接続形状のうちのあらゆる一つを有し得る。加えて、照明機器は、任意的に光源の動作に関係する他のいろいろなコンポーネント（例えば、コントロール回路）に関連し得る（例えば、含んだり、結合されたり、及び／又は一緒にパッケージされたり）。「ＬＥＤベースの照明機器」は、上述のように、ＬＥＤベースの光源単体、もしくは他のＬＥＤでない光源との組み合わせを一つまたはそれ以上含んだ照明機器を意味している。「マルチチャンネル」照明機器は、それぞれに異なる放射スペクトラムを生成するように構成された少なくともニつの光源を含むＬＥＤベースもしくはＬＥＤでない照明機器を意味し、それぞれの異なる光源スペクトラムはマルチチャンネル照明機器に係る「チャンネル」として参照される。

用語「コントローラー」は、ここにおいては一般的に一つまたはそれ以上の光源の操作に関連する種々の装置を表すために使われている。ここで述べるように、コントローラーは、種々の機能を発揮するように、多くの方法で（例えば、専用のハードウェアとして）実行され得る。「プロセッサー」は、ここにおいて述べられた種々の機能を実行するようにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用してプログラムすることのできるマイクロプロセッサーを一つまたはそれ以上使用するコントローラーの一つの例である。コントローラーは、プロセッサーを伴っても、伴わなくても実施することができ、また、いくつかの機能を実行するための専用ハードウェアと他の機能を実行するためのプロセッサー（例えば、一つまたはそれ以上のプログラムされたマイクロプロセッサーと周辺回路）の組み合わせとしても実施され得る。本発明開示に係る種々の実施例において採用され得るコントローラーコンポーネントの例としては、これらに限定されるわけではないが、従来のマイクロプロセッサー、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、そして現場で書換え可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）を含んでいる。

種々の実施例においては、プロセッサーまたはコントローラーは、一つまたはそれ以上のとストレージ媒体と関連している（ここにおいては「メモリー」として一般的に参照されており、例として、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）といった揮発性と不揮発性メモリー、プログラム可能な読み出し専用メモリー（ＰＲＯＭ）、電気的にプログラム可能な読み出し専用メモリー（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去とプログラム可能な読み出し専用メモリー（ＥＥＰＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク、オプティカルディスク、磁気テープ、等がある）。いくつかの実施例において、ストレージ媒体は、一つまたはそれ以上のプロセッサー、及び／又はコントローラー上で実行される際に、ここで述べた少なくともいくつかの機能を実行するような一つまたはそれ以上のプログラムを使ってエンコードされ得る。種々のストレージ媒体は、プロセッサーまたはコントローラーの中に固定され得るし、ここで述べられる本発明の種々の態様を実施するために、プロセッサーまたはコントローラーの中にロードされ得る。用語「プログラム」または「コンピュータープログラム」は、ここにおいては、一般的な意味において、一つまたはそれ以上のプロセッサーもしくはコントローラーをプログラムするために採用され得るあらゆるタイプのコンピューターコード（例えば、ソフトウェアプログラムまたはマイクロコード）を意味するために使用される。

上述のコンセプトと以下のより多くの詳細説明において述べられる追加的なコンセプト（これらのコンセプトは互いに矛盾しないものである）の全ての組み合わせは、ここにおいて開示される発明特定要素の一部であるものとして考えられるということが、正しく理解されるべきである。特には、本発明開示の最後に登場する特許請求の範囲に係る全ての組み合わせは、ここにおいて開示される発明特定要素の一部であるものとして考えられる。ここにおいて明白に使用され、参考として組み入れられたあらゆる開示においても登場し得る専門用語は、ここにおいて開示された特定のコンセプトと最も一致した意味が与えられていることが正しく理解されるべきである。

図面においては、同じ参照記号は、一般的に、異なった視野の図面を通して同一のパーツを示している。また、図面は必ずしも正確に拡大縮小されておらず、逆に、一般的には発明の原理を説明するために強調されている。
図１は、本願発明の代表的な実施例に従って、半導体照明器具のための調光調節回路を説明するブロック図である。 図２は、本願発明の代表的な実施例に従って、半導体照明器具のための調光調節回路を説明する回路図である。 図３は、本願発明の代表的な実施例に従って、半導体照明器具の電流と時間との関係を表わすグラフである。

上述のように、出願人は、劇場の照明装置といった、大きな空間のためのもので、重厚な調光能力を有するようにコントロールできる半導体照明システムを持つのは有益なことであろうと、認識し理解している。

前出の視点において、本発明の種々の実施や実行は、完全にソフトウェアプログラム可能なヒステリシス型ダウンコンバーターや、オフラインでのフラックスフィードバックを伴うＳＳＬ照明システムにおけるＰＷＭシャントスイッチに向けられている。コントローラーは、ヒステリシス型ダウンコンバーターとＰＷＭシャントスイッチを介して、選択的にＡＭ調光コントロールとＰＷＭ調光コントロールを同時に実行する。どちらか一方の調光方法単独では成し遂げられない低い調光レベルを達成するためである。従って、ヒステリシス型ダウンコンバーターとＰＷＭシャントスイッチは、十分に調整可能な出力電流リップル、平均出力電流、そしてＰＷＭデューティーサイクルを提供する。これにより、選択的にＡＭ調光とＰＷＭ調光コントロールを組み合わせることが可能なＬＥＤ照明器具に対する電流を十分にコントロールすることができる。例えば、チャネルごとに約０．０２パーセントのレベルまで、極端に低い調光レベルが可能となる。

さらに、フラックスフィードバックといった、フィードバックのために必要な光学的な測定は、ダウンコンバーターのスタートアップ期間だけ実行される。光学的な測定の値は、光源のノーマルオペレーション期間にフィードバックのために利用され、その間には追加的な測定を行う必要は無い。例えば、光学的な測定の値は、スタートアップの時に種々のＬＥＤストリングカラー（ｓｔｒｉｎｇ ｃｏｌｏｒ）のカラーコーディネートとフラックス出力を調整するために利用され得る。それから、カラーコーディネートとフラックス出力はＬＥＤストリングのノーマルオペレーションの期間に利用される。そのため、オペレーション中には動的な調整は行われない。このプロセスは、フィードフォワードオペレーションとして参照され得る。フィードバックの実行は、ＰＷＭパターンもしくは周波数を拘束するものではない、そうでなければローエンドの調光レベルを制限してしまうだろう。

図１は、代表的な実施例に従った、半導体照明器具のための調光調節回路のブロックダイアグラムを示している。

図１を参照すると、ＳＳＬ調光調節回路１００は、ヒステリシス型ダウンコンバーター１１０、コンパレーター回路１２０、シャントスイッチ回路１３０、ＳＳＬ負荷装置１４０、そしてコントローラー１５０を含んでいる。ヒステリシス型ダウンコンバーター１１０は、供給電圧Ｖ_ＩＮを提供する電源とＳＳＬ負荷装置１４０との間に直列に接続されている。例えば、ＬＥＤ負荷装置は一つまたはそれ以上のＬＥＤ器具が直列に接続されたものであり得る。ヒステリシス型ダウンコンバーターは、コントローラー１５０とコンパレーター１２０のコントロールの下で、振幅変調（ＡＭ）調光コントロールを使用して、ＳＳＬ負荷装置１４０を流れる電流のリップルの振幅をコントロールするように構成されている。

種々の実施例において、コントローラー１５０は、ＳＳＬ負荷装置１４０を流れる電流のリップルの高いピーク（ＡＭ Ｈｉｇｈ）と低いピーク（ＡＭ Ｌｏｗ）に応じて第１および第２のＡＭ調光コントロール信号を出力する。コンパレーター回路１２０は、第１および第２のＡＭ調光コントロール信号それぞれとＳＳＬ負荷装置を流れる実際の電流（平均値）を比較する、そして、比較の結果に応じて、ヒステリシス型ダウンコンバーターのオペレーションをコントロールするためのゲート駆動信号を提供する。結果として、ヒステリシス型ダウンコンバーター１１０は内部的なスイッチングを動的に調整することができ、次に、必要であれば、ヒステリシス型ダウンコンバーターにより出力され、ＳＳＬ負荷装置１４０を流れる電流を調整する。このようにして、ヒステリシス型ダウンコンバーターは、ＡＭ調光コントロールをコントローラー１１０により設定された望ましいパラメーターの範囲内に維持している。ゲート駆動信号は、コントローラー１５０を介して、調光レベル設定の変動に適合するように調整され、もしくはノーマルオペレーション期間に調整され得る。このように、ヒステリシス型ダウンコンバーター１１０は、コントローラー１５０のコントロールの下で、ＡＭ調光コントロールを利用してＳＳＬ負荷装置１４０を流れる電流のリップルをコントロールするように構成されている。

シャントスイッチ回路１３０は、ＳＳＬ負荷装置１４０と並列に接続されており、ＳＳＬ負荷装置１４０に流れる電流をコントロールするために、ＰＷＭ信号といった、デジタル信号を生成するように選択的に起動される。デジタル信号のデューティーサイクルは、ノーマルオペレーション期間において調光レベルの変動に適合するように、コントロール１５０によって調整可能である。つまり、コントローラー１５０は、シャントスイッチ回路１３０の内部的なスイッチングをコントロールするゲート駆動信号を、調光レベル設定の変動に適合するように、動的に調整することができ、もしくは、ノーマルオペレーション期間に調整される。このように、シャントスイッチ回路１３０は、コントローラー１５０のコントロールの下で、ＰＷＭ調光コントロールを利用してＳＳＬ負荷装置１４０に流れる電流の大きさをコントロールするように構成されている。

コントローラー１５０は、例えば、マイクロコントローラーであり、ＳＳＬ負荷装置１４０を代表として含むような、一つまたはそれ以上のＳＳＬ負荷装置のオペレーションに専念し得る。コントローラー１５０は、例えば、ＩＩＣもしくはＳＰＩコントロールインターフェイスを通して、中央コントローラー（図示なし）に接続される。中央コントローラーは、ＳＳＬ調光調整回路１００をコントロールし得るし、同一または類似の構成の追加的なＳＳＬ調光調節回路（図示なし）も同様である。システム全体のオペレーションをコーディネートするためである。例えば、中央コントローラーは、ステージ照明コントロールのための、ＥＩＡ−４８５規格に適合して動作している、ＤＭＸコントローラーであり得る。

種々の実施例において、コントローラー１５０は、調光設定ポイント情報を生成し、もしくは代替的に、例えば、中央コントローラーによって、外部的に生成された設定ポイント情報を受け取る。調光設定ポイント情報は、調光セッティングやＳＳＬ負荷装置１４０からのフィードバックを含んだ、種々の要因に基づいて、コントローラーによって適用されるべき調光レベルを示している。例えば、コントローラー１５０、及び／又は中央コントローラーは、ＳＳＬ負荷装置１４０から高度フラックスフィードバック、及び／又は温度測定結果を受け取り、少なくとも部分的には、このフィードバックに基づいて調光設定ポイント情報を決定し得る。種々の実施例においても同様に、コントローラー１５０、及び／又は中央コントローラーは、ヒステリシス型ダウンコンバーター１１０のスタートアップ期間にのみ特定の測定結果を受け取ることができる。例えば、ＳＳＬ負荷装置１４０のノーマルオペレーション期間にはＰＷＭデューティーサイクルの制約を無くすためである。調光設定ポイントが中央コントローラーによって決定されるとすれば、そのコントロール下における追加的なＳＳＬ負荷装置、及び／又は調光調整回路からのフィードバックを含み得る。

図２は、代表的な実施例に従った、半導体照明器具のための調光調節回路の回路図を示している。図３は、代表的な実施例に従って、半導体照明器具によって提供される電流を、時間に関して表したグラフである。特に、図３は、以下に述べるように、図２のＬＥＤストリング２４０を流れる電流Ｉ_ＬＥＤを描いている。明確化のために、図２では、保護回路、電源供給回路、フィルター回路、などといった、種々のサポート回路については示していない。

図２を参照すると、ＳＳＬ調光調整回路２００は、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０、コンパレーター回路２２０、シャントスイッチ回路２３０、ＳＳＬ負荷装置２４０、そしてコントローラー２５０を含んでいる。ヒステリシス型ダウンコンバーターは、例えば、同期式バック（ｂｕｃｋ）コンバーターであり、電源２０１とＬＥＤ負荷装置２４０との間に直列に接続され得る。電源２０１は、少なくとも部分的に、ＳＳＬ調光調整回路２００を動かすために、供給電圧Ｖ_ＩＮ（例えば、約２４Ｖまたは４８Ｖ）を提供する。ＬＥＤストリング２４０は、直列に接続された一つまたはそれ以上のＬＥＤを含んでおり、代表としてＬＥＤ２４１と２４２が示されている。ヒステリシス型ダウンコンバーターに関して上で議論したように、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０は、コントローラー２５０とコンパレーター回路２２０のコントロールの下で、ＡＭ調光コントロールを利用してＬＥＤ負荷装置２４０に流れるＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのリップルをコントロールするように構成されている。以下に、述べる。

示された実施例においては、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０は、スイッチ２１１、インダクター２１４、そしてダイオード２１５を含んでいる。スイッチ２１１は、電源２０１と第１ノードＮ１との間に接続されている。スイッチ２１１は、以下に述べるように、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０により出力されたインダクター２１４を流れるインダクター電流Ｉ_Ｌをコントロールするために、コンパレーター回路２２０からのコントロール信号に応じて、駆動信号ＧＤ２１１を介して、ゲートドライバー２１７によって操作される。スイッチ２１１は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）または、例としてガリウムヒ素電界効果トランジスタ（ＧａＡｓＦＥＴ）といった、効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり得る。もちろん、多様な他のタイプのスイッチ、及び／又はトランジスターが、本願発明の開示の範囲を逸脱することなく実行され得るものである。種々の実施においては、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０は、ゲートドライバー２１７によって操作される一つまたはそれ以上の追加のスイッチを含み、追加的な出力電流をコントロールするために使用され得る。ダイオード２１５は、効率を増すために、例えば、スイッチと置き換えることもできる。

インダクター２１４は、第１ノードＮ１と第２ノードＮ２との間に接続されており、ＬＥＤストリング２４０とシャントスイッチ２３０への入力に対応する。ダイオード２１５のアノードは第３ノードＮ３に接続され、カソードは第１ノードＮ１に接続されており、従って、スイッチ２１１がオープン（例えば、ＦＥＴがオフである）のときにインダクター電流Ｉ_Ｌがインダクター２１４を通じて流れ続けることができ、リップル効果を創出している。ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０は、また、ノードＮ２とノードＮ３との間にフィルターキャパシター（図示なし）を含み得る。図３は、スイッチ２１１の操作に応じた高い（ｈｉｇｈ）振幅のピークと低い（ｌｏｗ）振幅のピークを伴うＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤを説明的に示しており、時間ｔ１におけるＡＭ Ｈｉｇｈ、および時間ｔ２におけるＡＭ Ｌｏｗとして示されている。

シャントスイッチ回路２３０は、ＬＥＤストリング２４０と並列に接続されたスイッチ２３１を含んでおり、ＬＥＤストリング２４０を流れる電流Ｉ_ＬＥＤをさらにコントロールするためのＰＷＭ信号を生成するように選択的に起動される。スイッチ２３１は、以下に述べるように、コントローラー２５０からのコントロール信号に応じて、駆動信号ＧＤ_２３１を介して、ゲートドライバー２３７によって操作される。一般的に、駆動信号ＧＤ_２３１には信号のレベルの高低があり、以下に述べるように、例えば、第３のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_３のレベルの高低に対応している。高信号レベルは、スイッチ２３１を閉じ（例えば、対応するトランジスターをオンにする）、低信号レベルは、スイッチ２３１を開く（例えば、対応するトランジスターをオフにする）。スイッチ２３１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴもしくはＧａＡｓＦＥＴといった、ＦＥＴであり得る。もちろん、多様な他のタイプのスイッチ、及び／又はトランジスターが、本願発明の開示の範囲を逸脱することなく実行され得るものである。

従って、スイッチ２３１の操作はＰＷＭ信号のデューティーサイクルを提供し、調光器（図示なし）によって設定された調光レベルに応じてＬＥＤストリング２４０を駆動する。別の言葉で言えば、デューティーサイクルはＬＥＤストリング２４０を流れるＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤの振幅を決定するのである。例えば、コントローラー２５０、及び／又は中央コントローラーにより決定されるように、ＰＷＭ信号は高い調光器設定（例として、少しの調光を提供するもの）に応じて高いデューティーサイクルを有し、そしてＰＷＭ信号は低い調光器設定（例として、多くの調光を提供するもの）に応じて低いデューティーサイクルを有している。図３は、スイッチ２３１の操作に応じたＰＷＭ信号を有するＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤを説明的に示している。パルス幅ＰＷは、時間ｔ１とｔ３との間隔であり、デューティーサイクル期間Ｔは、時間ｔ１とｔ４との間隔である。

もちろん、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルは、コントローラー２５０によって受け取られるか決定された調光設定ポイントに従って変動し得る。例えば、第２のスイッチ２４１は、より高い調光設定ポイントに応じて、より長いパルス幅（より長いデューティーサイクル）を有するＰＷＭ信号を生成し、そして、より低い調光設定ポイントに応じて、より短いパルス幅（より短いデューティーサイクル）を有するＰＷＭ信号を生成する。このように、ＬＥＤストリング２４０を流れるＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤは、より大きいパルス幅に応じて増加し、照明出力はより大きくなる。そして、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤは、より小さいパルス幅に応じて減少し、照明出力はより小さくなる。

コントローラー２５０は、コントロール信号の選択的な起動と種々のコントロールを通して、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０、コンパレーター回路２２０、そしてシャントスイッチ回路２２０をコントロールする。コントローラー２５０は、また、次に、コントロールインターフェイスを通じて中央コントローラー（図示なし）のコントロールの下で動作する。コントローラー１５０について上述したように、インターフェイスはＩＩＣ、またはＳＰＩコントロールインターフェイス、のようなものである。

図示された実施例において、コントローラー２５０は、コンパレーター回路２２０に対して第１および第２のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_１とＰＷＭ_２を出力し、シャントスイッチ回路２３０のゲートドライバー２３７に対して第３のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_３を出力する。第１の、及び第２のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_１とＰＷＭ_２は、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０によってＬＥＤストリング２４０に対して提供される電流に係る電流値の平均とリップルの振幅を決定する。別の言葉で言えば、第１および第２のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_１とＰＷＭ_２は、ヒステリシス型ダウンコンバーターが動作する低い電流レベルおよび高い電流レベルをそれぞれ決定するためのＡＭ ＬｏｗおよびＡＭ Ｈｉｇｈ 信号を設定するために使用される。ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのリップルの低い電流ピークおよび高い電流ピークも同様に決定される。第３のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ３は、シャントスイッチ２３１の動作によって生成されるＰＷＭ信号のデューティーサイクルを設定するために使用され、ＬＥＤを流れるＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤの大きさを決定する。種々の実施例において、第１の、及び第２のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_１とＰＷＭ_２は、それぞれに比較的高い周波数（例えば、約２０ＫＨｚと約１００ＫＨｚとの間）を有し、第３のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_３は、比較的低い周波数（例えば、約１ＫＨｚと約２０ＫＨｚとの間）を有する。第３のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_３は、また、例えば、ゲートドライバー２３７をシャントスイッチのゲートドライバー、及び対応するＬＥＤストリングと同期させるために、マルチプレクサー２５５によって外部のストローブ（ｓｔｒｏｂｅ）信号と組み合わされる（例えば、中央コントローラーのコントロールの下で、ＳＳＬ調光調節回路２００と同時に動作し得る）。

コントローラー２５０は、また、第１から第３のＰＷＭコントロール信号であるＰＷＭ_１−ＰＷＭ_３を決定し、生成するために種々のフィードバック信号を受け取る。図示された実施例において、コントローラー２５０は、動作アンプ２５６を通じてセンス抵抗２４７から測定されたＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤを受け取り、そして、動作アンプ２５７を通じて第２のノードＮ２からのＬＥＤ電圧Ｕ_ＬＥＤを受け取る。動作アンプ２５６と２５７は、例えば、信号コンディショニング（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）を提供し、当業者にとっては明らかであるように、分圧器といった、種々の代替的な手段によって実行され得る。種々の実施例においては、コントローラー２５０は、また、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０をシャットダウン、及び／又は稼動させるために、加算器２５３によって、ＬＥＤストリング２４０からのＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤと混合されるドライブ稼動信号（ｄｒｉｖｅ ｅｎａｂｌｅ ｓｉｇｎａｌ）を生成する。

コントローラー２５０は、本発明開示の範囲から逸脱することなく、上述のように、ハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェアのあらゆる組み合わせによって構成され得る。種々の実施例において、コントローラー２５０は、また、ＳＳＬ調光調整回路２００の種々の機能を発揮できるようにするソフトウェア／ファームウェアの実行可能なコードを保管しておくために自身でメモリー（例えば、不揮発性メモリー）を有している。例えば、実行可能なコードは、フィードバック信号を受け取る、調光設定ポイントを計算もしくは受け取る、第１から第３のＰＷＭ信号であるＰＷＭ_１、ＰＷＭ_２、及び／又はＰＷＭ_３を生成する、などといった動作のためのコードを含んでいる。代替的には、実行可能なコードは、離れたＲＯＭ，及び／又はＲＡＭの中の指定されたメモリー位置に保管され得る。ＲＯＭは、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、などといった確実にコンピューターで読み取り可能な保管メディアの、あらゆる数量、あらゆるタイプ、そしてあらゆる組み合わせを含み得る。種々の実施例において、コントローラー２０は、ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｍ３ マイクロコントローラー、などといったマイクロコントローラー、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、マイクロプロセッサーとして実施され得る。

図示された実施例においては、コンパレーター回路２２０は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２２１、第１と第２のコンパレーター２２２と２２３、そしてフリップフロップ２２４を含んでいる。図示された実施例においては、第１と第２のコンパレーター２２２と２２３は動作アンプによって実行され、そしてフリップフロップ２２４はリセットセット（ｒｅｓｅｔ−ｓｅｔ：ＲＳ）フリップフロップによって実行され得る。一方、当業者にとって明らかなように、他のタイプのコンパレーター、及び／又はフリップフロップ（もしくはラッチ）が組み入れられ得る。ＤＡＣ２２１は、コントローラー２５０から第１と第２のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_１とＰＷＭ_２を受け取り、それぞれに、対応するアナログ信号ＡＭ Ｌｏｗ と ＡＭ Ｈｉｇｈ を出力する。代替的な実施例においては、ＤＡＣ２２１はコントローラー２５０の中に組み入れられ、その場合には第１と第２のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_１とＰＷＭ_２（第１と第２のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_１とＰＷＭ_２自身とは対照的であるが）に対応するアナログ信号ＡＭ Ｌｏｗ と ＡＭ Ｈｉｇｈ はコントローラー２５０によって出力される。

アナログ信号ＡＭ Ｌｏｗ と ＡＭ Ｈｉｇｈ は、それぞれＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤと比較され、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０のゲートドライバー２１７を駆動するために、これらの比較に基づいてデジタルコントロール信号が生成され、スイッチ２１１の操作とインダクター電流Ｉ_Ｌに影響している。一般的に、ゲートドライバー２１７は、高い信号レベルと低い信号レベルを有する駆動信号ＧＤ_２１１を提供する。高い信号レベルは、スイッチ２１１を閉じ（例えば、対応するトランジスターをオンにする）、低い信号レベルは、スイッチ２１１を開く（例えば、対応するトランジスターをオフにする）。

例えば、種々の実施例においては、ＡＭ Ｌｏｗ 信号は第１のコンパレーター２２２のネガティブ（ｎｅｇａｔｉｖｅ）入力に対して入力され、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤは第１のコンパレーター２２２のポジティブ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）入力に対して入力され、そして、フリップフロップ２２４のセット入力Ｓに対して第１のコンパレーター２２２によってＡＭ Ｌｏｗ 比較信号が出力される。一方、ＡＭ Ｈｉｇｈ 信号は第２のコンパレーター２２３のネガティブ（ｎｅｇａｔｉｖｅ）入力に対して入力され、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤは第２のコンパレーター２２３のポジティブ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）入力に対して入力され、そして、フリップフロップ２２４のリセット入力Ｒに対して第２のコンパレーター２２３によってＡＭ Ｈｉｇｈ 比較信号が出力される。一般的に、ＡＭ Ｌｏｗ 比較信号が高い値に移行するときは、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤがリップルの最小値に達したことを意味しており、フリップフロップ２２４のセット入力Ｓが保証され、Ｑ出力からのデジタルコントロール信号出力を高レベルにさせる。ＡＭ Ｈｉｇｈ 比較信号が高い値に移行するときは、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤがリップルの最大値に達したことを意味しており、フリップフロップ２２４のリセット入力Ｒが保証され、Ｑ出力が低レベルにされ、入力電源を切断してダイオード２１５を流れる電流をフリーホイール（ｆｒｅｅ−ｗｈｅｅｌ）にし、このようにして電流を減少させる。

例えば、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが、ＡＭ Ｌｏｗ 信号より小さいか、または、ＡＭ Ｈｉｇｈ 信号より大きいときは、ゲートドライバー２１７はスイッチ２１１をオープン（例えば、対応するトランジスターをオフ）にし、ＬＥＤストリング２４０から一時的に電源２０１を取り除き、ダイオード２１５を介してＬＥＤストリング２４０に流れるＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤをゆっくり減少させる。図３の時間ｔ１およびｔ４から始まるＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのリップル効果として示されているようにである。リップル効果は、例えば、約１００ＫＨｚの周波数で生じ、リップル効果に係る高いピーク（例えば、時間ｔ１におけるもの）と低いピーク（例えば、時間ｔ２におけるもの）との違いは、例えば、１００ｍＡであり得る。スイッチ２１１は、ＬＥＤストリング２３０が通常に動作している間はずっと、望ましいＡＭ Ｌｏｗ、 ＡＭ Ｈｉｇｈ、そしてリップルの周波数パラメーターに応じて、異なったインターバルにおいて、クローズ状態とオープン状態の間を循環している。

種々の実施例において、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０は、もう一つのスイッチを含み得る。この場合には、フリップフロップ２２４は、Ｑｎ出力からのデジタルコントロール信号出力を使用して、ゲートドライバー２１７を介して、他のスイッチを同時にコントロールするように構成され得る。

図２と図３を参照して、ＳＳＬ調光調整回路２００の動作について説明する。一つの実施例においては、コントローラー２５０は、例えば、ＩＩＣコントロールインターフェイスを通じて、中央コントローラーから調光設定ポイント情報を受け取る。調光設定ポイント情報は、ユーザー入力、及び／又は回路からのフィードバックに基づいて決定され、一般的には望ましい平均電流値を（例えば、調光レベルを反映するために最大値に対するパーセンテージとして）示す。ユーザー入力は、例えば、ステージもしくは劇場の設定においてＤＭＸインターフェイスを通じて中央コントローラーによって受け取られる。フィードバックは、発光フラックスフィードバック情報や、例えば、対応するセンサーを通じて得られた温度情報を含み得る。種々の実施例において、中央コントローラーは、包括的なコントロールパネルを通して、調光調整回路２００のような、複数のＳＳＬ調光システムをコントロールすることができる。ブライトネスや色の変化を含んだ、望ましい照明効果を達成するために、中央コントローラーによって種々の調光システムが異なる調光レベルに設定される。代替的な実施例においては、上述のように、本発明の範囲を逸脱することなく、コントローラー２５０は、直接に、もしくは中央コントローラーを通じて受け取るユーザーの入力、及び／又はフィードバックに基づいて、調光設定ポイント自身を生成することができる。

コントローラー２５０は、回路における測定値とヒステリシス型コンバーターのソフトウェアでのモデルを組み合わせた調光設定ポイント情報に基づいて、ヒステリシス型ダウンコンバーター２１０の動作をコントロールするための第１と第２のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_１とＰＷＭ_２値と、シャントスイッチ回路２３０の動作をコントロールするための第３のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_３とを算出する。測定は、例えば、上述のように、ＬＥＤストリング２４０から受け取ったＬＥＤ電圧Ｕ_ＬＥＤとＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤを含み得る。種々の実施例においては、測定は、また、追加的な精度向上のために、測定された入力電圧Ｖ_ＩＮ、及び／又はＬＥＤストリング２４０の温度を含み得る。

コントロール信号の値は、以下のダウンコンバーターをコントロールするための標準設計式によって算出される。例えば、連続的モードステップのダウンコンバーターが使用され、インダクター２１４にかかる電圧Ｖ_Ｌは、以下の式（１）で示される。

ヒステリシス型コンバーター２１０のスイッチ２１１が閉じている（オン）、開いている（オフ）ときのインダクター電流Ｉ_Ｌは、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのリップルと平均電流値を決定する。スイッチ２１１がオンのときのインダクター電流（Ｉ_ＬＯＮ）は、式（２）で表され、スイッチ２１１がオフのときのインダクター電流（Ｉ_ＬＯＦＦ）は、以下のように式（３）で表される。

もちろん、本発明開示の範囲を逸脱することなく、ダウンコンバーターをコントロールするための他の様々な設計式を利用してコントロール信号を算出することもできる。

上述のように、第１と第２のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_１とＰＷＭ_２は、ＡＭ調光コントロールに応じてヒステリシス型ダウンコンバーター２１０によって提供される電流リップルの高いピークと低いピーク（ＡＭ Ｌｏｗ と ＡＭ Ｈｉｇｈ）を決定する。第３のＰＷＭコントロール信号ＰＷＭ_３は、ＰＷＭ調光コントロールに応じてシャントスイッチ回路２３０が動作するデューティーサイクルを決定するために使用される。従って、コントローラー２５０は、ＡＭ調光コントロールとＰＷＭ調光コントロールを同時に実行することができる。ＡＭ調光コントロールとＰＷＭ調光コントロールを組み合わせることによって、ＡＭ調光コントロール単独、またはＰＷＭ調光コントロール単独で達成できるレンジを超えて、調光レンジを増大することができる。別の言葉で言えば、ＡＭ調光コントロールとＰＷＭ調光コントロールを組み合わせることによって、ＬＥＤストリング２４０による照明出力のローエンドのレベルは、さもなければ、ＡＭ調光コントロールもしくはＰＷＭ調光コントロールの単独使用により達成できるであろう閾値よりも低いレベルで調光することができるのである。

例えば、図２に示された構成において、ＡＭ調光コントロールだけで達成できる調光レンジは約１００パーセント（調光なし）から約４パーセント（調光の最小値）であり、一方、ＰＷＭ調光コントロールだけで達成できる調光レンジは約１００パーセントから約０．５パーセントである。しかしながら、種々の実施例に従ってＡＭ調光コントロールとＰＷＭ調光コントロールを組み合わせることにより、ＳＳＬ調光調節回路２００の調光レンジは、約１００パーセントから約０．０２パーセントになる。

種々の実施例に応じて、ＡＭおよびＰＷＭ調光コントロールは、アプリケーションの特定の要求に合うように調整されてフレキシブルに実施され得る。例えば、コントローラー２５０は、約１００パーセントから約１パーセントの間の調光設定ポイントにはＰＷＭ調光コントロールのみを実行するように、そして、約１パーセント以下の調光設定ポイントにはＡＭとＰＷＭを組み合わせた調光コントロールを実行するようにプログラムすることができ、調光レベルを約０．０２パーセントにまで下げることができる。同様に、コントローラー２５０は、約１００パーセントから約４パーセントの間の調光設定ポイントにはＡＭ調光コントロールのみを実行するように、そして、約４パーセント以下の調光設定ポイントにはＡＭとＰＷＭを組み合わせた調光コントロールを実行するようにプログラムすることができ、調光レベルを約０．０２パーセントにまで下げることができる。同じように、より繊細なレベルのＬＥＤストリング２４０の照明コントロールが必要な期間に限り、ＡＭ調光コントロールとＰＷＭ調光コントロールを選択的に実行することもできる。

電流リップルの高いピークと低いピークはヒステリシス型ダウンコンバーター２１０の平均出力電流（例えば、インダクター電流Ｉ_Ｌ）を決定するし、ＬＥＤストリング２４０を流れる平均ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤも同様に決定する。一つの実施例においては、さらにコントローラー２５０は、最適化アルゴリズムを実行する。リップルが最小になる最適な電流の高いピークと低いピークを算出し、結果としての動作周波数がヒステリシス型ダウンコンバーター２１０の安全な動作範囲内にあることを保証するのである。例えば、安全な動作領域は、ローエンドについては人に聞こえる周波数により制限され、ハイエンドについてはコントローラー２５０とスイッチ２１１、２３１が安全に動作できる最大の周波数によって制限される。

種々の実施例に従って、ＳＳＬ調光調整回路２００は極端に重厚な調光をまさに実行しようとしている。また、シャントスイッチ２３１が閉じているときの約２０ＫＨｚ以下の周波数による、人に聞こえるノイズを除去するように、動作周波数での完全なコントロールができる。人に聞こえるノイズや目に見えるフリッカーもしくはカメラの干渉の無い、シャントスイッチ２３１に係る比較的高い周波数（例えば、約１５ＫＨｚ以上）のＰＷＭデューティーサイクルが可能である。入力電圧Ｖ_ＩＮやＬＥＤフォワード電流とは独立して、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤもまた正確にコントロールされ得る。

もちろん、当業者にとって明らかなように、入力電圧Ｖ_ＩＮ、インダクター２１４、そして抵抗２４７といった、図２における種々のコンポーネントの値は、あらゆる特定な状況に対する独自の利益を提供するために、もしくは種々の実施に係るアプリケーションの特定の設計要求に応えるために、多様な値であり得る。

種々の実施例が、スタジオ、劇場、建築照明（街の美化）、ショップとホスピタリティー（例えば、ホテル、レストラン）、または他の大きなもしくは開放されたスペースのために設計されたＳＳＬ照明エンジンを駆動するために実行されている。それに応じて、特にシーン設定や雰囲気作りが重要な場所においては、色付き照明が使用されている。従来、これは、カラーフィルターを付けた白色の光源をややこしく組み合わせることで成し遂げられていた。これらの従来のシステムとは対照的に、ここにおいて記載された実施例に従って実行された、多色ＬＥＤを使用したシステムが、フィルター無しで種々の調光レベルにおいて色を創出するために使用され得る。このことは効率的に有利であり、より重要なことには、電気回路によって色を変えることができるのである。フィルターを取り替える必要は無く、全ての色がいつでも使用できるのである。電気的に調整された色を有することで、種々の自動的なプログラム手法の使用が可能となる。フィルターが無いために、供給と維持もまた簡素化される。例えば、はずしたり、取り替えたりすべきフィルターは存在しないし、色のバリエーションをつけるためのフィルターの付け替えが必要ないので絶えず色が提供される。

ここにおいて、いくつかの発明の実施例が記載され図示されてきたが、当業者であれば、機能を実行したり、及び／又は結果、及び／又はここに記載された一つまたはそれ以上の有利な点を獲得したりするための他の構造、及び／又は他の手段を容易に予測できる。そうしたバリエーション、及び／又は変更のそれぞれは、ここにおいて記載された本発明の実施例の範囲を逸脱するものではないと考えられる。より一般的には、当業者であれば、ここに記載された全てのパラメーター、寸法、材料、そして構成が典型的なものであること、そして、実際のパラメーター、寸法、材料、及び／又は構成は発明開示が利用される特定のアプリケーションに依存するであろうことを容易に理解するであろう。当業者は、ここにおいて述べられた特定の実施例に対して多くの均等物が存在することを理解し、もしくは、ありふれた実験をするだけで確かめることができるであろう。従って、前出の実施例は単なる例として述べられたものであり、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内において、発明の実施例が明確に述べられ主張されるより他に実施され得るものである、ということが理解されるべきである。この開示に係る発明の実施例は、ここにおいて述べられた個々の特徴、システム、物、材質、キット（ｋｉｔ）、及び／又は方法に向けたものである。加えて、仮にこのような特徴、システム、物、材質、キット、及び／又は方法が相互に一貫性のないものであっても、こうした特徴、システム、物、材質、キット、及び／又は方法は、本発明開示に係る発明の範囲に含まれるものである。

ここにおいて定義され使用される全ての定義は、辞書での定義、参考として組み入れられた文書における定義、及び／又は定義された用語の日常的な意味、を優越するものであることが理解されるべきである。

不定冠詞「ひとつの（“ａ”と“ａｎ”）」は、ここにおいて明細書および特許請求の範囲で使用されているように、反対の意味であるとの明確な指示がなければ、「少なくとも一つの」を意味するものとして理解されるべきである。

「及び／又は（“ａｎｄ／ｏｒ”）」は、ここにおいて明細書および特許請求の範囲で使用されているように、結合された要素の「一方もしくは両方」を意味するものとして理解されるべきである。例えば、あるケースにおいては結合的に存在し、他のケースにおいては分離して存在する要素である。「及び／又は」によって特別に特定された要素以外にも他の要素が任意的に存在し得る。それらが特別に特定された要素に関連しても関連しなくてもである。このように、非限定的な例として、「Ａ及び／又はＢ」は、「を含む（“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）」といったオープンエンドな言葉と合わせて使用されるときには、一つの実施例においてはＡだけを意味し（任意的にＢ以外の要素を含んでいる）、別の実施例においてはＢだけを意味し（任意的にＡ以外の要素を含んでいる）、さらに別の実施例においてはＡとＢの両方を意味している（任意的に他の要素を含んでいる）。

ここにおいて明細書および特許請求の範囲で使用されているように、フレーズ「少なくとも一つ（“ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ”）」は、一つまたはそれ以上の要素のリストに関して、要素リストの中の一つまたはそれ以上の要素から選択された少なくとも一つの要素を意味するものとして理解されるべきである。しかし、要素リストの中で特別にリストされた少なくとも一つの要素そして全ての要素を含んでいる必要は必ずしもないし、要素リストにおける要素のあらゆる組み合わせを除外するものではない。この定義はまた、フレーズ「少なくとも一つ」が参照する要素リストの中で特別に特定される要素以外にも要素が存在し得ることを認めるものである。このように、非制限的な例として、「少なくともＡとＢのどちらか（“ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ Ｂ”）」（もしくは、同等なものとして「少なくともＡまたはＢのどちらか（“ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ｏｒ Ｂ”）、または同等なものとして「少なくともＡ及び／又はＢのどちらか（“ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ／ｏｒ Ｂ”）」は、一つの実施例においては、少なくともＡ一つ、任意的には一つ以上を含む、を意味し、Ｂは存在しない（任意的にはＢ以外のエレメントを含んでいてもよい）；別の実施例においては、少なくともＢ一つ、任意的には一つ以上を含む、を意味し、Ａは存在しない（任意的にはＡ以外のエレメントを含んでいてもよい）；さらに他の実施例においては、少なくともＡ一つ、任意的には一つ以上を含む、および少なくともＢ一つ、任意的には一つ以上を含む、を意味する；などである。

明確に反対であることが示されていなければ、ここにおいて請求された一つ以上のステップまたは行為を含むあらゆる方法において、方法に係るステップまたは行為の順番は、その方法に係るステップまたは行為が説明された順番に必ずしも限定されるものではない。同様に、特許請求の範囲において括弧の間に表されている、参照番号もしくは他のキャラクラーは、便宜のためだけに提供されているものであり、特許請求の範囲を限定することを意図したものではない。

特許請求の範囲において、上記の明細書においても同様に、「含んでいる、有している（“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”、“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”、“ｃａｒｒｙｉｎｇ”、“ｈａｖｉｎｇ”、“ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ”、“ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ”、“ｈｏｌｄｉｎｇ”、“ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ”など）」といった移行句は、オープンエンドなものとして理解されるべきである。例えば、含んでいるがこれらに限定されるわけではないことを意味する。慣習的なフレーズである「から成る（“ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ”と“ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ”）」だけが、それぞれクローズな又は準クローズな意味の慣習的フレーズである。

Claims (20)

1. 半導体照明（ＳＳＬ）負荷装置に係る高い解像度の調光を提供するシステムであって：
   入力電源とＳＳＬ負荷装置との間に接続されたヒステリシス型ダウンコンバーターであり、振幅変調（ＡＭ）調光コントロールを使用してＳＳＬ負荷装置を流れるＳＳＬ電流の平均電流値とリップルの振幅をコントロールするように構成された該ヒステリシス型ダウンコンバーター；
   ＳＳＬ負荷装置と並列に接続されたシャントスイッチであり、パルス幅変調（ＰＷＭ）調光コントロールを使用してＳＳＬ電流の大きさをコントロールするように構成されたシャントスイッチ；および
   コントローラーであり、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターが前記ＳＳＬ電流と前記ＳＳＬ負荷装置にかかる電圧に基づいて動作するところの高い電流レベルと低い電流レベルをそれぞれにコントロールするための第１と第２のデジタルコントロール信号を生成し、かつ、調光器によって設定された前記ＳＳＬ負荷装置の調光レベルに基づいてシャントスイッチの動作をコントロールするための第３のデジタルコントロール信号を生成する、ように構成されたコントローラー；を含み、
   前記ＳＳＬ電流は、少なくとも、調光レベルが、ＡＭ調光コントロールもしくはＰＷＭ調光コントロールのいずれかを単独で使用したのでは達成できないような低い閾値より下に設定された場合において、ヒステリシス型ダウンコンバーターによるＡＭ調光コントロールとシャントスイッチによるＰＷＭ調光コントロールの両方に基づいている、
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記システムは、さらに：
   前記第１と第２のデジタル信号に対応する第１と第２のアナログ信号を前記ＬＥＤ電流と比較して、前記比較の結果に応じて前記ヒステリシス型ダウンコンバーターを駆動するように構成されたコンパレーター回路、を含む
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記コンパレーター回路は：
   前記第１と第２のデジタル信号を対応する第１と第２のアナログ信号に変換するように構成されたデジタル−アナログ変換器；
   前記第１のアナログ信号と前記ＳＳＬ負荷装置からの前記ＳＳＬ電流とを比較するように構成された第１のコンパレーター；
   前記第２のアナログ信号と前記ＳＳＬ負荷装置からの前記ＳＳＬ電流とを比較するように構成された第２のコンパレーター；および
   前記第１と第２のコンパレーターからの出力に応じて、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターの少なくとも一つのトランジスターを選択的に起動するように構成されているゲートドライバー、を含む
   請求項２に記載のシステム。
   
4. 前記第１と第２のデジタル信号は、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターによって前記ＳＳＬ負荷装置に提供される電流の平均電流値とリップルの振幅を決定する、
   請求項２に記載のシステム。
5. 前記第１と第２のデジタル信号は、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターによって提供される前記平均出力電流の前記リップルを最適化する、
   請求項４に記載のシステム。
6. 前記シャントスイッチによる前記ＰＷＭコントロールのデューティーサイクル、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターによって提供される前記平均出力電流、および前記ヒステリシス型ダウンコンバーターによって提供される前記平均出力の前記リップルは、十分に調整可能である、
   請求項４に記載のシステム。
7. 前記コントローラーは、中央コントローラーから調光設定ポイント情報を受け取り、前記調光器によって設定された調光レベルを示している、
   請求項１に記載のシステム。
8. 前記中央コントローラーは、前記ＳＳＬ負荷装置、温度、そしてユーザー入力、の少なくとも一つからの発光フラックスに基づいて前記調光設定ポイント情報を決定する
   請求項７に記載のシステム。
9. 前記コントローラーは、前記調光器によって設定された調光レベルを示す調光設定ポイント情報を生成する、
   請求項１に記載のシステム。
10. 前記コントローラーが生成する調光設定ポイント情報は、ＳＳＬ負荷装置、温度、そしてユーザー入力のうち少なくとも一つからの発光フラックスフィードバックに基づいている、
    請求項９に記載のシステム。
11. 前記システムは、さらに
    前記第３のデジタルコントロール信号と、前記シャントスイッチの動作を少なくとも一つの他のシャントスイッチと同期させるための外部ストローブ信号とを多重化するように構成されたマルチプレクサーを含む、
    請求項１に記載のシステム。
12. 前記第１、第２、および第３のデジタルコントロール信号は、それぞれ、第１、第２、および第３のＰＷＭ信号を含む、
    請求項２に記載のシステム。
13. 前記コントローラーは、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターのソフトウェアモデルを含み、かつ、少なくとも前記ＳＳＬ電流と前記ＳＬＬ負荷装置にかかる電圧のどちらかを、前記ソフトウェアモデルに適用することにより、第１および第２のＰＷＭ信号を生成する、
    請求項１２に記載のシステム。
14. 前記コントローラーは、さらに、少なくとも入力電圧と温度のどちらかを、前記ソフトウェアモデルに適用することにより、第１および第２のＰＷＭ信号を生成する、
    請求項１２に記載のシステム。
15. 前記コントローラーは、さらに、入力電源の電圧に基づいて第１および第２のデジタルコントロール信号を生成する、
    請求項１に記載のシステム。
16. 前記ヒステリシス型ダウンコンバーターは、入力電源と前記ＳＳＬ負荷装置との間に直列に接続されたスイッチとインダクター、およびグラウンド電圧と前記インダクターとの間に接続されたダイオード、を含む
    請求項２に記載のシステム。
17. 前記ＳＳＬ負荷装置を流れる前記ＳＳＬ電流の大きさとリップルは、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターにおける前記スイッチの操作を通して調節可能である、
    請求項１６に記載のシステム。
18. 発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリングに係る高い解像度の調光を提供するシステムであって：
    入力電源とＬＥＤストリングとの間に接続されたヒステリシス型ダウンコンバーターであり、前記ＬＥＤストリングを流れるＬＥＤ電流の大きさとリップルをコントロールするように動作可能である第１のスイッチを含むヒステリシス型ダウンコンバーター；
    前記ＬＥＤストリングと並列に接続された第２のスイッチであり、前記ＬＥＤ電流のパルス幅変調（ＰＷＭ）をコントロールするように構成された第２のスイッチ；
    コントローラーであり、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターを介して、前記ＬＥＤ電流の大きさの高いピークおよび低いピークをそれぞれにコントロールするための第１および第２のＰＷＭ信号を生成し、かつ、調光レベルに基づいて第２のスイッチを介して、前記ＬＥＤ電流の前記ＰＷＭのデューティーサイクルを同時にコントロールするための第３のＰＷＭ信号を生成する、ように構成されたコントローラー；および
    コンパレーターであり、前記第１および第２のＰＷＭ信号に応じて、第１および第２のアナログ信号を前記ＬＥＤ電流と比較し、かつ、前記比較の結果に応じて前記第１のスイッチを駆動する、ように構成されたコンパレーター、
    を含むことを特徴とするシステム。
19. 前記コンパレーター回路は：
    前記第１および第２のＰＷＭ信号を対応する前記第１および第２のアナログ信号に変換するように構成されたデジタル−アナログ変換器；
    前記第１のアナログ信号を前記ＬＥＤストリングからの前記ＬＥＤ電流と比較するように構成された第１のコンパレーター；
    前記第２のアナログ信号を前記ＬＥＤストリングからの前記ＬＥＤ電流と比較するように構成された第２のコンパレーター；
    前記第１および第２のコンパレーターからの出力に応じて、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターの少なくとも一つのトランジスターを選択的に起動するように構成されたゲートドライバー；を含む、
    請求項１８に記載のシステム。
20. 発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリングと入力電源との間に接続されたヒステリシス型ダウンコンバーター、および前記ＬＥＤストリングと並列に接続されたシャントスイッチによって操作される、ＬＥＤストリングに係る高い解像度の調光を提供するシステムであって：
    前記ヒステリシス型ダウンコンバーターを介して、前記ＬＥＤストリングを流れるＬＥＤ電流の大きさの高いピークおよび低いピークをそれぞれにコントロールするための第１および第２のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成し、かつ、調光レベルに基づいて、前記ＬＥＤストリングを流れる前記ＬＥＤ電流のデューティーサイクルを生成する前記シャントスイッチの動作を同時にコントロールするための第３のＰＷＭ信号を生成するように構成されたコントローラーを含み、
    前記コントローラーによる第１、第２および第３のＰＷＭ信号の生成は、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターおよび前記シャントスイッチを通して、前記ＬＥＤ電流の大きさの高いピークおよび低いピーク、もしくは前記ＬＥＤ電流の前記デューティーサイクルをそれぞれにコントロールするだけではさもなければ達成することのできない閾値よりも下に調光レベルが設定されたときに行われる、
    ことを特徴とするシステム。

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