JP2014117146A - 光源を駆動する回路およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源を駆動する回路およびその方法を提供すること。
【解決手段】前記回路は、ブリッジ回路、コンバータ、および制御部を含む。ブリッジ回路はスイッチの第１の電源線および第２の電源線から電力を受信し、整流電圧を生成する。スイッチは、第１の電源線には電力を伝えるが第２の電源線には伝えない第１の状態、第２の電源線には電力を伝えるが第１の電源線には伝えない第２の状態、および、第１の電源線および第２の電源線の両方に電力を伝える第３の状態で、動作が可能である。コンバータは、光源を駆動するために整流電圧を出力電圧に変換し、駆動信号に従って、光源を通過する電流を制御する。制御部はスイッチの動作状態を監視し、光源の明るさ／暗さを制御するために動作状態に基づいて駆動信号を生成する。
【選択図】図２Ａ

Description

光源を駆動する回路およびその方法に関する。

白熱電球のような伝統的な光源は、電流を使うことによって光を発し、金属のフィラメントを比較的高温に熱する。三段階切り替えランプは異なる光量を生成するために設計された二種類のフィラメントを有する。三段階切り替えランプは、二種類のフィラメントを個別に、または一緒に駆動するための三段階切り替えスイッチに接続される。よって、三段階切り替えランプは、三種類の異なる明るさを有する光を生成することが可能である。

図１は従来の駆動回路100を示す図である。駆動回路100は、電源102、三段階切り替えスイッチ104、および三段階切り替えランプ106を含む。電源102は、ラインHOTとラインNEUTRALの間で電圧V_ACを提供する。三段階切り替えスイッチ104は、電圧V_ACを受信し、ラインHOT1およびラインHOT2へ選択的に電力を通す。三段階切り替えランプ106は、ラインHOT1およびラインHOT2にそれぞれ接続された低ワット数フィラメントF1および中ワット数フィラメントF2を含む。フィラメントF2に比べ、フィラメントF1はより低い輝度レベルを有する光を放出することができる。

三段階切り替えスイッチ104は、OFF、LOW、MED、およびHIの4つのポジションを有する。三段階切り替えスイッチ104がポジションOFFに切り替えられたとき、ラインHOT1およびラインHOT2のどちらもランプ106に電力を通さない。従って、ランプ106は、オフにされる。三段階切り替えスイッチ104がポジションLOWに切り替えられたとき、フィラメントF1は励起され、第一輝度レベルB1を有する光を作りだす。三段階切り替えスイッチ104がポジションMEDに切り替えられたとき、フィラメントF2は励起され、第二輝度レベルB2を有する光を作り出す。三段階切り替えスイッチ104がポジションHIに切り替えられたとき、フィラメントF1およびフィラメントF2の両方が励起され、第三輝度レベルB3を有する光を作り出す。ここでB1はB2より低く、B2はB3より低い。換言すれば、フィラメントF1およびフィラメントF2のうち一つ、または両方は、三段階切り替えスイッチ104の操作に基づき活性化され、異なる輝度レベルを有する光を作り出す。

しかしながら、白熱電球はエネルギーを熱のかたちで消費するため、駆動回路100は必ずしもエネルギー効率がいいわけではない。

一つの実施形態において、回路は、ブリッジ回路、コンバータ、および制御部を含む。ブリッジ回路は、スイッチの第一電力ラインおよび第二電力ラインから電力を受信し、整流電圧を生成する。スイッチは、第一状態として動作が可能であり、第一状態ではスイッチは、電力を第一電力ラインに伝えるが第二電力ラインには伝えない。また第二状態ではスイッチは、第二電力ラインには電力を伝えるが、第一電力ラインには伝えない。また第三状態ではスイッチは、第一電力ラインと第二電力ラインの両方に電力を伝える。コンバータは、整流電圧を出力電圧に変換し、光源を駆動する。その後、駆動信号に従い光源を通過する電流を制御する。制御部はスイッチの動作状態を監視し、動作状態に基づき駆動信号を生成し、光源の光のレベル（例えば、明るさ、または暗さ）を制御する。

特許請求の範囲に記載された事項に係る実施形態の特徴と優位性は、以下に続く詳細な説明工程と、図を参照することによって明らかになる。なお、類似部分には類似した符号が付される。

従来の駆動回路の略図である。 本発明に係る実施形態における、電気システムのブロック図である。 本発明に係る実施形態における、スイッチによって生成させられた、または受信された信号波形である。 本発明に係る実施形態における、駆動回路の略図である。 本発明に係る実施形態における、制御部のブロック図である。 本発明に係る実施形態における、参照信号生成装置の略図の例示である。 本発明に係る一実施形態における、検知回路によって生成される信号波形の例示である。 本発明に係る実施形態におけるテーブルである。 本発明に係る実施形態における、制御部のブロック図である。 本発明に係る実施形態における、LED光源を駆動するための回路によって実行される動作のフローチャートである。

以下では、本発明の実施形態について詳細に説明される。本発明は、二つの実施形態とともに説明されるが、本発明をこれらの実施形態に制限するよう意図するわけではないということを理解されたい。反対に、本発明は、代替、修正、および等価な発明を含むように意図されたものであり、このことは添付の特許請求の範囲によって定義される発明の趣旨と範囲に包含されうる。

さらに、後述の本発明の詳細な説明の中で、本発明の徹底した理解を供するため、多くの具体的詳細が説明される。しかしながら、本発明がこれらの具体的詳細なしに実施されることは、当業者にとって理解される。別の例では、本発明の態様を不必要に不明確にしないようにするため、周知の方法や工程、構成物、回路は、詳細には説明しない。

本発明に係る実施形態は、例えばLED光源を駆動するための回路を提供する。回路はブリッジ回路を含み、このブリッジ回路は、スイッチ（例えば、三段階切り替えスイッチ）の第一電力ラインと第二電力ラインから電力を受信し、整流電圧を生成する。三段階切り替えスイッチは、次の三つの状態で動作が可能である。第一状態では、スイッチは第一電力ラインに電力を伝えるが第二電力ラインには伝えない。第二状態では、スイッチは第二電力ラインに電力を伝えるが第一電力ラインには伝えない。また、第三状態では、スイッチは第一電力ラインおよび第二電力ラインの両方に電力を伝える。コンバータは、光源を駆動するために整流電圧を出力電圧に変換し、駆動信号に従って光源を通過する電流を制御する。有利な点として、制御部は、スイッチの動作状態を監視し、光源を介して流れる電流を制御するために、動作状態に基づき駆動信号を生成する。従って、光源の制御（例えば、光源の明るさまたは暗さの制御）は、スイッチの動作状態に応答して達成される。従来の白熱電球はこのようにして、よりエネルギー効率のよい光源によって代替可能となる。

図２Ａは、本発明に係る実施形態における、電気システム200のブロック図を図示している。電気システム200は、電源202、スイッチ204（例えば、三段階切り替えスイッチ）、駆動回路206、および光源214を含む。電源202は、ラインHOTおよびラインNEUTRALの間で交流電圧V_ACを生成する。例えば、V_ACは正弦曲線の波形を有する。スイッチ204は、電力を選択的にラインHOTから電力ラインHOT1およびHOT2に伝える。駆動回路206は、ラインHOT1上で電圧V₁を受信し、および／または、ラインHOT2上で電圧V₂を受信する。また、駆動回路206は、光源214を駆動させるため出力電圧V_OUTを提供する。説明を目的として、光源214はLED光源でありうる。光源は別のタイプの光源にもなりうる。

スイッチ204は、例えば、壁やホルダーに取り付けられている押しボタン式または回転式のスイッチであってよい。一つの実施形態において、スイッチ204は、二組の電気接点242と244を含む。ボタンを押すか回すことによって、スイッチ204は、OFF、LOW、MED、およびHIのいずれかのポジションに切り替えられる。

図２Ｂは、本発明に係る実施形態において、スイッチ204によって生成された、または受信された信号の波形を図示している。図２Ｂは、図２Ａと組み合わせて説明される。図２Ｂは、電圧V_AC、電圧V₁、および電圧V₂を示している。図２Ｂの例では、電圧V_ACは正弦曲線の波形を有する。

一つの実施形態において、スイッチ204は、オフ状態、低ワット数状態、中ワット数状態、および高ワット数状態を含む複数の動作状態で動作が可能である。スイッチ204がポジションOFFに切り替えられると、スイッチ204はOFF状態で動作する。OFF状態では電気接点242と244の両組は分離されている。従って、電力ラインHOT1および電力ラインHOT2のどちらも電力を伝えない。この条件では、電圧V₁および電圧V₂の両方が所定のレベルV_Pに等しい。V_Pは、例えばラインNEUTRAL上の電圧と等しい。

スイッチ204がポジションLOWに切り替えられたとき、スイッチ204は低ワット数状態で動作する。従って、電気接点242は接触され、電力を電力ラインHOT1に伝える。しかしながら、スイッチがポジションLOWにある場合、電気接点244は分離されており、電力ラインHOT2に電力は伝えられない。この条件では、電圧V₁は、V_ACに類似した正弦波形を有し、電圧V₂は所定レベルV_Pと同等となる。

スイッチ204がポジションMEDに切り替えられたとき、スイッチ204は中ワット数状態で動作する。従って、電気接点244は、接触され、電力を電力ラインHOT2に伝える。しかしながら、スイッチがポジションMEDにある場合、電気接点242は分離されており、電力ラインHOT1に電力は伝えられない。この条件で、電圧V₂はV_ACと類似した正弦波形を有し、電圧V₁は所定レベルV_Pと同等となる。

スイッチ204がポジションHIに切り替えられたとき、スイッチ204は、高ワット数状態で動作する。従って、電気接点242と244の両方が接触され、電力は電力ラインHOT1とHOT2の両方に伝えられる。この条件では、電圧V₁と電圧V₂は両方とも正弦波形を有する。

図２Ａを参照すると、一つの実施形態において、駆動回路206は、ブリッジ回路208、コンバータ210、および制御部212を含む。電力ラインHOT1およびHOT2に連結されるブリッジ回路208は、電圧V₁および／または電圧V₂を受信し、整流電圧V_RECを生成する。コンバータ210は、（限定はしないが）起動コンバータ(boost converter)、バックコンバータ(buck-converter)、起動バックコンバータ(boost-buck converter)、またはフライバックコンバータ(flyback converter)になりうる。コンバータ210は、整流電圧V_RECを出力電圧V_OUTに変換し、LED光源214を駆動する。制御部212は、スイッチ204の動作状態を監視し、それに応じて駆動信号246を生成する。コンバータ210は、駆動信号246を受信し、それに応じてLED光源214を介して流れる電流I_OUTを制御する。

より具体的に言えば、一つの実施形態において、制御部212は、電力ラインHOT1およびHOT2に連結され、電圧V₁を示す検知信号248を受信し、電圧V₂を示す検知信号250を受信する。検知信号248および250に基づき、制御部212は、スイッチ204がどの状態で動作しているのかを検知する。このようにして、制御部212は、LED光源214を通過する平均電流I_AVGを調節するために駆動信号を制御し、これによって、LED光源214の明るさ／暗さを制御する。例えば、検知信号248および250が、スイッチは低ワット数状態、中ワット数状態、および高ワット数状態で動作していると示すとき、制御部212は、平均電流I_AVGをそれぞれ、レベルI₁、I₂、およびI₃に調節する。ここで、I₁はI₂より、I₂はI₃より低い。このようにして、スイッチ204がLOW、MED、およびHIのポジションの中で切り替えられたとき、LED光源214は、異なる輝度レベルを有する光を発する。

有利な点として、駆動回路206を用いることにより、光源214の明るさ／暗さの制御は、スイッチ204の動作状態に応答して達成される。一つの実施形態において、白熱電球がLED光源214によって代替されるので、駆動回路206はよりエネルギー効率がよくなる。

図３は、本発明に係る実施形態において、駆動回路206の略図を図示している。図２Ａ内で同じようにラベルされた要素は同様の機能を有する。図３は、図２と組み合わせて説明される。駆動回路206は、ブリッジ回路208、制御部212、およびコンバータ210を含む。図３の例では、制御部212は、ピンDET1、ピンDET2、ピンCOMP、ピンGND、ピンDRV、ピンCS、およびピンVDDなどの多数のピンを含む。

一つの実施形態において、ブリッジ回路208は、並列に連結された多数のダイオードユニットを含む。各ダイオードユニットは、多数の直列ダイオードを含む。図３で示されるように、ブリッジ回路208は、ダイオードD1およびD4を有する第一ダイオードユニット、ダイオードD2およびD5を有する第二ダイオードユニット、およびダイオードD3およびD6を有する第三ダイオードユニットを含む。ブリッジ回路208は他の構造を有する場合もあり、図３の例に限られたものではない。

ブリッジ回路208は、電力ラインHOT1における電圧V₁および／または電力ラインHOT2における電圧V₂を受信し、整流電圧V_RECを生成するように動作可能である。一つの実施形態において、スイッチ204が低ワット数状態で動作するとき、第一ダイオードユニットと第三ダイオードユニットはブリッジ整流部を構成する。このブリッジ整流部は、電圧V₁を整流し、整流電圧V_RECを生成する。スイッチ204が中ワット数状態で動作するとき、第二ダイオードユニットと第三ダイオードユニットはブリッジ整流部を構成し、それは電圧V₂を整流して整流電圧V_RECを生成するようにする。さらに、スイッチ204が高ワット数状態で動作するとき、第一ダイオードユニット、第二ダイオードユニット、および第三ダイオードユニットがブリッジ整流部を構成する。このブリッジ整流部は、電圧V₂を整流し、整流電圧V_RECを生成する。さらに、スイッチ204が高ワット数状態で動作するとき、第一ダイオードユニット、第二ダイオードユニット、および第三ダイオードユニットがブリッジ整流部を構成し、整流電圧V_RECを生成する。具体的には、ブリッジ整流部は、電圧V₁および電圧V₂を結合して結合電圧V_COMにし、結合電圧V_COMを整流して、整流電圧V_RECを生成する。一つの実施形態において、整流電圧V_RECの波形を滑らかにするため、キャパシタC1がダイオードユニットに連結される。

一つの実施形態において、コンバータ210は、スイッチ302、ダイオードD7、抵抗R1、インダクターL1、およびキャパシタC2を含むバックコンバータである。制御部212のピンDRVは、スイッチ302を制御するため駆動信号246を生成する。さらに具体的に言えば、一つの実施形態において、駆動信号246は、パルス幅変調（PWM）信号であってもよい。駆動信号246がロジックハイのとき、スイッチ302はオンに切り替えられる。そして、インダクターL1の電流I_L1は、スイッチ302、抵抗R1、およびインダクターL1を流れる。従って、電流I_L1は増大する。駆動信号246がロジックローとき、スイッチ302はオフに切り替えられる。そして電流I_L1はダイオードD7、抵抗R1、およびインダクターL1を流れる。従って、電流I_L1は減少する。よって、LED光源214を介して流れる平均電流I_AVGは駆動信号246のデューティサイクルによって決定される。

一つの実施形態において、制御部212のピンGNDは、インダクターL1および抵抗R1の間の共通ノードに連結されている。換言すれば、共通ノードでの電圧は、制御部212の基準接地を提供する。抵抗R1は、制御部212のピンCSに対して電流I_L1の指標となる感知信号310を提供する。

一つの実施形態において、コンバータ210はさらに、電気的かつ磁気的にインダクターL1に連結されたインダクターL2を含む。インダクターL2は、ダイオードD8およびキャパシタC3を介してピンVDDに電圧を提供する。インダクターL2は、電流I_L1が所定のレベル、例えばゼロアンペアに減少したかどうかと示す監視信号312をさらに提供する。一つの実施形態において、電流I_L1が増大するとき、監視信号312は第一電圧レベル、例えば負のレベルV₃を有する。電流I_L1が減少するとき、監視信号312は第二電圧レベル、例えば正のレベルV₄を有する。電流I_L1がいったんゼロアンペアに減少すると、監視信号312は第三電圧レベル、例えばゼロボルトV₅に切り替わる。このようにして、監視信号312の立下りエッジは、電流I_L1がゼロアンペアに減少したということを示す。

一つの実施形態において、ピンDET1およびDET2は、検知信号248および250を受信するために使用される。制御部212は、検知信号248および250に従って、スイッチ204がどの状態で動作しているのかを検知し、さらにその状態に応答して駆動信号246を制御する。例えば、制御部212は、駆動信号246のデューティサイクルを調整して、LED光源214を通過する平均電流を調整する。従って、LED光源214の明るさ／暗さの制御は、スイッチ204の動作状態に応答して達成される。制御部212の動作は、図４―９に関連して、さらに説明される。

図４は、本発明に係る実施形態において、制御部212_1のブロック図を図示する。図２Ａ内で同様にラベルされた要素は同様の機能を有する。図４は、図２Ａおよび図３と合わせて説明される。制御部212_1は、図２Ａと図３で示された制御部212の一実施形態である。

一つの実施形態において、制御部212_1は、基準信号生成部402および駆動部420を含む。基準信号生成部402は、平均電流I_AVGの目標レベルI_Tを示す基準信号REFを生成する。駆動部420は基準信号REFに従って駆動信号246を生成し、LED光源214を通過する平均電流I_AVGを、目標レベルI_Tに調節する。

一つの実施形態において、駆動部420は、フィルタ406、誤差増幅部408、コンパレーター410、鋸波生成部404、およびPWM信号生成部412を含む。フィルタ406は、CSピンに連結され、インダクターL1を介して流れる電流I_L1の指標となる感知信号310を受信し、電流I_L1の平均レベルを示す平均信号IAVGを生成する。電流I_L1の平均レベルは平均電流I_AVGとほぼ同等であるので、平均信号IAVGは平均電流I_AVGを示す。誤差増幅部408は基準信号REFと平均信号IAVGに基づいて、ピンCOMPにおいて誤差信号464を生成する。鋸波生成部404は、鋸波信号SAWを生成する。コンパレーター410は、鋸波信号SAWと誤差信号464を比較して、比較信号466を生成する。PWM信号生成部412は、ZCDピンに連結され、監視信号312と比較信号466に基づき、駆動信号246を生成する。この例では、駆動信号246は、鋸波信号SAWが誤差信号464に達するまで増大したとき、高電気レベルに切り替えられ、監視信号312が電流I_L1がゼロアンペアまで減少したと示したとき、低電気レベルに切り替えられる。

制御部212_1は、駆動信号246を制御し、平均電流I_AVGを、基準信号REFによって表される目標電流レベルI_Tに維持する。より具体的に言えば、制御部212_1は、平均信号IAVGを基準信号REFと同等になるよう維持する。信号IAVGが信号REFより大きければ、つまり、平均電流I_AVGが目標レベルI_Tより大きければ、誤差増幅部408は、誤差信号464を減少させ、駆動信号246のデューティサイクルを減少させる。従って、平均電流I_AVGは、減少させられる。同様にして、信号IAVGが信号REFより小さければ、つまり、電流I_AVGが目標レベルI_Tより小さければ、制御部212_1は、駆動信号246のデューティサイクルを増大させ、平均電流I_AVGを増大させる。

一つの実施形態において、基準信号生成部402は、ピンDET1およびピンDET2に連結され、電圧V₁を示す検知信号248を受信し、電圧V₂を示す検知信号250を受信する。その結果、基準信号生成部402は、スイッチ204がどの状態で動作しているかを検知する。有利な点として、基準信号生成部402は、スイッチ204の動作状態に従って基準信号REFを生成する。さらに具体的に言えば、スイッチ204が低ワット数状態、中ワット数状態、および高ワット数状態で動作するとき、基準信号REFはそれぞれ、値V_T1、V_T2、およびV_T3に設定されうる。値V_T1、V_T2、およびV_T3は、異なる目標電流レベルI_T1、I_T2、およびI_T3を示す。それゆえ、スイッチ204が低ワット数状態、中ワット数状態、および高ワット数状態で動作するとき、LED光源214を通過する平均電流I_AVGは、それぞれレベルI_T1、I_T2、I_T3に調整される。一つの実施形態において、電流レベルI_T1はレベルI_T2より低く、I_T2はレベルI_T3より低い。制御部212_1は他の構成要素も含むことができ、図4の例に限らない。

図５は、本発明に係る実施形態における、基準信号生成部402の略図例を図示する。図５は図４と合わせて説明される。

図５の例では、基準信号生成部402は、一組のスイッチ506および508、スイッチ制御部550、および分圧部510を含む。分圧部510は、多数の抵抗R51、R52、R53、およびR54を含み、電圧V_LVを分圧することで基準信号REFを提供するように構成される。一つの実施形態において、電圧V_LVは基準生成部、例えばバンドギャップ生成部によって生成される基準電圧になりうる。スイッチ506は、抵抗R53に並列に連結され、スイッチ508は、抵抗R54に並列に連結される。スイッチ制御部550は、スイッチ506および508のオン、オフを選択的に切り替え、一つまたは複数の抵抗R53およびR54が短絡し、基準信号REFを異なる値に調節する。

さらに具体的に言えば、一つの実施形態において、スイッチ506および508の両方がオンに切り替えられた場合、抵抗R53およびR54は両方とも短絡する。この条件では、基準信号REFの電圧V_T1は、数式(1)のように与えられる。

V_T1 = V_DD＊R52 / (R51＋R52) (1)

スイッチ508がオンに切り替えられ、スイッチ506がオフに切り替えられた場合、抵抗R54のみが短絡する。この条件では、基準信号REFの電圧V_T2は、数式(2)のように与えられる。

V_T2 = V_DD＊(R52＋R53) / (R51＋R52＋R53) (2)

スイッチ506がオンに切り替えられ、スイッチ508がオフに切り替えられた場合、抵抗R53のみが短絡する。この条件では、基準信号REFの電圧V_T3は数式(3)のように与えられる。

V_T3 = V_DD＊(R52＋R54) / (R51＋R52＋R54) (3)

スイッチ506と508の両方がオフに切り替えられた場合、抵抗R53およびR54の両方とも短絡しない。従って、基準信号REFの電圧V_T4は、数式(4)のように与えられる。

V_T4 = V_DD＊(R52＋R53＋R54) / (R51＋R52＋R53＋R54) (4)

電圧V_T1、V_T2、V_T3、およびV_T4は異なる値を有する。一つの実施形態において、抵抗R51、R52、R53、およびR54の抵抗は、V_T1はV_T2より、V_T2はV_T3より、V_T3はV_T4より小さく、例えばV_T1 < V_T2 < V_T3 < V_T4 であるような値に設定される。

一つの実施形態において、スイッチ制御部550は、検知回路572および検知回路574を含む。検知回路572はコンパレーター502を含み、コンパレーター502は、ダイオードD9、抵抗R3およびR4、およびキャパシタC5を含む構成要素を介してピンDET1に連結される入力端子を有する。コンパレーター502は、電圧閾値V_THを受信する別の入力端子を有する。検知回路574は、コンパレーター504を含み、コンパレーター504はダイオードD10、抵抗R5およびR6、およびキャパシタC6を含む構成要素を介してピンDET2に連結される入力端子を有する。コンパレーター504は電圧閾値V_THを受信する別の入力端子を有する。

図６は、本発明の一つの実施形態に係る検知回路572によって受信される、または生成される信号の波形例を図示している。図６は図５と合わせて説明される。図６は検知信号248、整流信号532、およびフィルタリング信号522を示す。

検知回路572は、ラインHOT1における電圧V₁を示す検知信号248を受信し、スイッチ506を制御するためにスイッチ制御信号526を提供する。期間T1の間、スイッチ204は、ポジションLOWまたはHIに切り替えられており、ラインHOT1に電力を伝える。図２Ｂにおいて示されているように、電圧V₁は駆動回路206の接地を基準とした正弦曲線の波形を有する。一つの実施形態において、スイッチ302はオンとオフに交互に切り替えられるため、制御部212の接地における電圧は変化する。従って、図６で示されているように、制御部212の接地を基準とした検知信号248は、スイッチ302の動作に従って、変化する。そして、検知信号248のピークレベルは電圧V₁に連動する。ダイオードD9は、検知信号248の正部分を許容し負部分を除去することによって、整流信号532を提供する整流部として動作する。キャパシタC5、抵抗R3、および抵抗R4は、抵抗キャパシタ(RC)フィルタを構成し、この抵抗キャパシタフィルタは、フィルタリング信号522を生成するために、整流信号532の高周波数成分にフィルタにかける。従って、フィルタリング信号522は、整流信号532の平均レベルと同等の電圧を有する。一つの実施形態において、整流信号532の平均レベルは電圧閾値V_THより大きい。

期間T2の間、スイッチ204はポジションOFFまたはMEDに切り替えられる。従って、電力ラインHOT1は電力を伝えない。図6の例で示されているように、検知信号248は、ダイオードD9に逆バイアスをかける所定の電圧レベルにまで下がる。それゆえ、整流信号532およびフィルタリング信号522の両方は所定の電圧レベル、例えばV_Pにまで減少する。一つの実施形態において、所定の電圧レベルV_Pは、電圧閾値V_THより小さい。

コンパレーター502は、フィルタリング信号522を電圧閾値V_THと比較する。一つの実施形態において、期間T2の間、電圧閾値V_THは、フィルタリング信号522の電圧より大きく、期間T1の間ではフィルタリング信号522の電圧より小さい。このようにして、スイッチがOFF状態または中ワット数状態（例えば、期間T2の間）において動作するとき、スイッチ制御信号526は、スイッチ506をオンに切り替え、スイッチが低ワット数状態または高ワット数状態（例えば、期間T1の間）において動作するとき、スイッチ506をオフに切り替える。

検知回路574は、検知回路572と同様に動作する。コンパレーター504は、スイッチ204がOFF状態または低ワット数状態で動作するとき、スイッチ508をオンに切り替えるスイッチ制御信号528を生成させ、スイッチ204が中ワット数状態または高ワット数状態で動作するとき、スイッチ508をオフに切り替える。

図７は、本発明に係る実施形態におけるテーブル700を示す。図７は、図４と図５と合わせて説明される。

図７で示されているように、スイッチ204がOFF状態で動作するとき、スイッチ506および508の両方ともオンに切り替えられる。数式(1)によれば、基準信号V_REFは値V_T1を有する。スイッチ204が低ワット数状態で動作するとき、スイッチ506はオフに、スイッチ508はオンに切り替えられる。数式(2)によれば、基準信号V_REFは値V_T2を有する。スイッチ204が中ワット数状態で動作するとき、スイッチ506はオンに、スイッチ508はオフに切り替えられる。数式(3)によれば、基準信号V_REFは値V_T3を有する。スイッチ204が高ワット数状態で動作するとき、スイッチ506とスイッチ508は両方ともオフに切り替えられる。数式(4)によれば、基準信号V_REFは値V_T4を有する。

従って、スイッチ204が低ワット数状態、中ワット数状態、または高ワット数状態で動作するとき、基準信号V_REFは値V_T2、V_T3、またはV_T4のそれぞれに定められうる。図６との関連において説明されているように、V_T2はV_T3より小さく、V_T3はV_T4より小さい。このようにして制御部212_1は、基準信号REFに従って、平均電流I_AVGを異なるレベルに調節することができる。例えば、スイッチ204が異なる動作状態で動作するとき、平均電流I_AVGはI_T1、I_T2、およびI_T3に、それぞれ調整されうる。このようにして、LED光源214の光レベル（明るさまたは暗さ）の制御は、スイッチ204の動作に応答して達成される。

図８は、本発明に係る実施形態における、制御部212_1のブロック図を示す。図２Ａや図４内で同様にラベルされた要素は同様の機能を有する。図８は、図２Ａや図４と合わせて説明される。制御部212_2は、図２Ａや図３で示されている制御部212の別の実施形態である。

図８の例において、制御部212_2は、補償部802および駆動部420を含む。補償部802は、ピンCSを介して感知信号310を受信し、ピンDET1を介して検知信号248を受信し、ピンDET2を介して検知信号250を受信する。一つの実施形態において、補償部802は、検知信号248および検知信号250に従ってオフセット信号V_OFFSETを提供するとともに、オフセット信号V_OFFSETに従って感知信号310を補償し、補償信号804を提供する。一つの実施形態において、数式(5)よれば、補償信号804の電圧V₈₀₄は、感知信号310の電圧V_SENSEとオフセット電圧V_OFFSETの合計に等しい。

V₈₀₄ = V_SENSE + V_OFFSET (5)

または、電圧V₈₀₄は感知信号310の電圧V_SENSEからオフセット電圧V_OFFSETを差し引いたものに等しい。

一つの実施形態において、駆動部420は、フィルタ406、誤差増幅部408、コンパレーター410、鋸波生成部404、およびPWM信号生成部412を含む。フィルタ406は、補償信号804をフィルタリングし、平均信号IAVG_Cを生成する。図4の駆動部420と同様に、駆動部420は、平均信号IAVG_Cを基準信号REFと同等であるように維持し、それによって、LED光源214を通過する平均電流I_AVGを、目標レベルI_Tに調節する。従って、数式(6)によれば、感知信号310の平均電圧V_{AVG_310}は、オフセット電圧V_OFFSETおよび基準信号REFによって定められる。

V_{AVG_310} = V_REF‐V_OFFSET (6)

ここでV_REFは基準信号REFの電圧を表している。

一つの実施形態において、信号REFは、信号生成部によって生成される実質的に一定の電圧である。有利なことに、補償部802は、検知信号248と検知信号250に従って、スイッチ204がどの状態で動作しているかを検知する。動作状態に基づき、補償部802は、オフセット電圧V_OFFSETを異なるレベルに調節する。例えば、スイッチ204が低ワット数状態、中ワット数状態、および高ワット数状態で動作するとき、補償部802は電圧V_OFFSETをそれぞれV_O1、V_O2、およびV_O3に定める。それゆえ、数式(6)によれば、LED光源214を介して流れる平均電流I_AVGは、スイッチ204の動作状態に応答して異なるレベルに調節され、それによってLED光源214の光レベル（明るさまたは暗さ）の制御が達成される。

図９は、本発明に係る実施形態において、光源（例えば、LED光源）を駆動する回路によって実行される動作のフローチャート900を図示する。図９は、図２Ａ−図８と合わせて説明される。図９においては具体的なステップが示されるが、これらのステップは例示である。つまり、本発明は、他の多様なステップや図９において記載される多様なステップを実行するのによく適している。

ブロック902において、第一電力ライン（例えば、HOT1）および第二電力ライン（例えば、HOT2）を有するスイッチ（例えば、スイッチ204）から電力が受信される。スイッチは、第一状態（例えば、低ワット数状態）、第二状態（例えば、中ワット数状態）、第三状態（例えば、高ワット数状態）を含む多数の動作状態において動作する。第一状態にでは、スイッチは電力を第一電力ラインのみに伝える（つまり、第一電力ラインには伝えるが第二電力ラインには伝えない）。第二状態では、スイッチは電力を第二電力ラインのみに伝える（つまり、第二電力ラインには伝えるが第一電力ラインには伝えない）。第三状態では、スイッチは電力を第一電力ラインおよび第二電力ラインの両方に伝える。

ブロック904において、出力電圧、例えばV_OUTは、LED光源を駆動するために提供される。一つの実施形態において、スイッチが第一状態で動作するとき、第一電力ライン上の電圧、例えばV₁は整流され、整流電圧、例えば整流電圧V_RECが生成される。スイッチが第二状態で動作するとき、第二電力ライン上の電圧、例えばV₂は、整流され、整流電圧が生成される。スイッチが第三状態で動作するとき、第一電力ライン上と第二電力ライン上の電圧は結合され、結合電圧となる。スイッチが第三状態で動作するとき、結合電圧は整流され、整流電圧が生成される。整流電圧は出力電圧に変換され、光源を駆動する。

ブロック906において、スイッチの動作状態が監視される。ブロック908において、スイッチの動作状態に基づき、駆動信号が生成され、光源を通過する電流、例えばI_OUTを制御する。一つの実施形態において、スイッチが第一状態、第二状態、または第三状態で動作するとき、光源を介して流れる平均電流、例えばI_AVGは、それぞれ第一レベル、第二レベル、または第三レベルに調節される。一つの実施形態において、第一電力ライン上の電圧を示す第一検知信号、例えば検知信号248が受信される。第二電力ライン上の電圧を示す第二検知信号、例えば検知信号250が受信される。光源を通過する平均電流の目標レベルを示す基準信号、例えば基準信号REFは、第一検知信号および第二検知信号に従って生成される。駆動信号は基準信号に従って生成され、平均電流を目標レベルに調節する。一つの実施形態において、第一検知信号および第二検知信号が、スイッチは第一状態、第二状態、または第三状態で動作していると示すとき、基準信号はそれぞれ、第一値、第二値、または第三値に定められる。一つの実施形態において、光源を通過する電流を示す感知信号、例えば感知信号310が受信される。オフセット信号は、第一検知信号および第二検知信号に従って生成する。感知信号は、オフセット信号に基づき補償され、補償信号、例えば補償信号804が生成される。駆動信号は、補償信号に従って生成され、平均電流を目標レベルに調節する。一つの実施形態において、第一感知信号および第二感知信号がスイッチは第一状態、第二状態、または第三状態で動作すると示すとき、オフセット信号はそれぞれ、第一値、第二値、または第三値に定められる。

上記の説明および図は、本発明の実施形態を表しているが、添付の特許請求の範囲において定義されるように、本発明の原則の趣旨および範囲からの逸脱をせずに、多様な追加や修正、代替がなされうることは理解される。当業者は、本発明が、形態、構造、配置、割合、材料、要素、および構成物の様々な変更を伴って使用できること、またそうでなくても、本発明の原則から逸脱しない限りにおいて、特定の環境や操作上の必要性に個別に適合するように発明を実施する中で使用できるということを認識する。従って、今回開示された実施形態は、あらゆる側面において、実例となるが制約力のあるものではなく、添付された特許請求の範囲やその法的均等物によって示される発明の範囲となるが上記の説明に限られるものではない、と考えられるべきである。

１００ 駆動回路
１０２ 電源
１０４ スイッチ
１０６ ランプ
２００ 電気システム
２０２ 電源
２０４ スイッチ
２０６ 駆動回路
２０８ ブリッジ回路
２１０ コンバータ
２１２ 制御部
２１４ 光源
２４２ 電気接点
２４４ 電気接点
２４６ 駆動信号
２４８ 検知信号
２５０ 検知信号
３０２ スイッチ
３１０ 感知信号
３１２ 監視信号
４０２ 基準信号生成部
４０４ 鋸波生成部
４０６ フィルタ
４０８ 誤差増幅部
４１０ コンパレーター
４１２ 信号生成部
４２０ 駆動部
４６４ 誤差信号
４６６ 比較信号
５０２ コンパレーター
５０４ コンパレーター
５０６ スイッチ
５０８ スイッチ
５１０ 分圧部
５２２ フィルタリング信号
５２６ スイッチ制御信号
５２８ スイッチ制御信号
５３２ 整流信号
５５０ スイッチ制御部
５７２ 検知回路
５７４ 検知回路
７００ テーブル
８０２ 補償部
８０４ 補償信号

Claims (22)

1. 光源を駆動するための回路であって、
   第１の電源線および第２の電源線を介してスイッチに接続され、前記第１および第２の電源線から電力を受信するとともに整流電圧を生成するように構成されたブリッジ回路であって、前記スイッチが第１の状態、第２の状態、および第３の状態を有する複数の動作状態で動作し、前記第１の状態では前記スイッチは前記第１の電源線へ電力を伝えるが前記第２の電源線へは伝えず、前記第２の状態では前記スイッチは前記第２の電源線へ電力を伝えるが前記第１の電源線へは伝えず、前記第３の状態では前記スイッチは前記第１の電源線および前記第２の電源線の両方に電力を伝える、ブリッジ回路と、
   前記ブリッジ回路に接続され、前記光源を駆動するために前記整流電圧を出力電圧に変換し、駆動信号に従って前記光源を通過する電流を制御するように構成されたコンバータと、
   前記コンバータに接続され、前記スイッチの前記動作状態を監視し、前記光源の輝度レベルを制御するために前記動作状態に基づき前記駆動信号を生成するように構成された制御部とを備える、回路。
2. 前記制御部は、前記三段階切り替えスイッチが前記第１の状態、第２の状態および第３の状態でそれぞれ動作するとき、前記光源を介して流れる平均電流を第１レベル、第２レベル、および第３レベルのそれぞれに調節する、請求項１に記載の回路。
3. 前記ブリッジ回路は、前記三段階切り替えスイッチが前記第１の状態で動作するとき、前記整流電圧を生成するように前記第１の電源線上で電圧を整流し、前記三段階切り替えスイッチが前記第２の状態で動作するとき、前記整流電圧を生成するように前記第２の電源線上で電圧を整流する、請求項１に記載の回路。
4. 前記ブリッジ回路は、前記スイッチが前記第３の状態で動作するとき、前記第１および第２の電源線上の電圧を結合して結合電圧にし、前記整流電圧を生成するように前記結合電圧を整流する、請求項１に記載の回路。
5. 前記ブリッジ回路は、並列に接続された複数のダイオードユニットを備え、前記ダイオードユニットのそれぞれが直列に複数のダイオードを備え、
   前記ダイオードユニットは、第１ダイオードユニット、第２ダイオードユニットおよび第３ダイオードユニットを備え、前記第１ダイオードユニットはさらに前記第１の電源線に接続され、前記第２ダイオードユニットは前記第２の電源線に接続される、請求項１に記載の回路。
6. 前記スイッチが前記第１の状態で動作するとき、前記第１ダイオードユニットと前記第３ダイオードユニットは、前記整流電圧を生成するためにブリッジ整流部を構成し、前記スイッチが前記第３の状態で動作するとき、前記第１ダイオードユニット、前記第２ダイオードユニットおよび前記第３ダイオードユニットは、前記整流電圧を生成するためにブリッジ整流部を構成する、請求項５に記載の回路。
7. 前記制御部は、
   前記第１の電源線上の電圧を示す第１の検知信号を受信し、前記第２の電源線上の電圧を示す第２の検知信号を受信し、前記第１および第２の検知信号に従い、前記光源を通過する平均電流の目標レベルを示す基準信号を生成するように構成された信号生成部と、
   前記信号生成部に接続され、前記平均電流を前記目標レベルに調節するために、前記基準信号に従って前記駆動信号を生成するよう構成された駆動部とをさらに備える、請求項１に記載の回路。
8. 前記第１および第２の検知信号が、前記スイッチは前記第１の状態、前記第２の状態、および前記第３の状態それぞれで動作していることを示すとき、前記信号生成部は、前記基準信号を第１の値、第２の値、および第３の値のそれぞれに設定する、請求項７に記載の回路。
9. 前記制御部は、
   前記光源を通過する電流を示す感知信号を受信し、前記第１の電源線上の電圧を示す第１の検知信号を受信し、前記第２の電源線上の電圧を示す第２の検知信号を受信し、前記第１および第２の検知信号に従ってオフセット信号を提供し、補償信号を生成するために前記オフセット信号に基づき、前記感知信号を補償するように構成された補償部と、
   前記補償部に接続され、前記平均電流を目標レベルに調節するために、前記補償信号に従って、前記駆動信号を生成するように構成された駆動部とを備える、請求項１に記載の回路。
10. 前記第１および第２の検知信号が、前記スイッチは前記第１の状態、前記第２の状態、および第３の状態のそれぞれで動作していることを示すとき、前記補償部は、前記オフセット信号を第１の値、第２の値、および第３の値のそれぞれに設定する、請求項９に記載の回路。
11. 発光ダイオード（LED）光源への電力を制御する制御器であって、
    第１の電源線と第２の電源線を介して三段階切り替えスイッチに接続され、第１の状態、第２の状態、および第３の状態を備える三段階切り替えスイッチの動作状態を検知するように構成され、前記第１の状態では前記三段階切り替えスイッチは電力を前記第１の電源線へ伝えるが前記第２の電源線には伝えず、前記第２の状態では前記三段階切り替えスイッチは電力を前記第２の電源線へ伝えるが前記第１の電源線には伝えず、前記第３の状態では前記三段階切り替えスイッチは電力を前記第１の電源線および前記第２の電源線の両方に伝え、電力コンバータは前記三段階切り替えスイッチから電力を受信し、前記LED光源を駆動するために出力電圧を提供する、一組の検知ピンと、
    前記三段階切り替えスイッチが前記第１、第２、および第３の状態のそれぞれで動作するとき、前記LED光源を通過する平均電流が第１レベル、第２レベル、および第３レベルに調節されるように、前記動作状態に従って駆動信号を生成し、前記電力コンバータを制御するように構成された出力ピンとを備える制御器。
12. 前記三段階切り替えスイッチが第１の状態で動作するときに前記第１の電源線上で第１電圧を整流することと、前記三段階切り替えスイッチが第２の状態で動作するとき前記第２の電源線上で第２電圧を整流することにより、前記電力コンバータと前記三段階切り替えスイッチの間に接続されたブリッジ回路が整流電圧を提供する、請求項１１に記載の制御器。
13. 前記ブリッジ回路は、前記三段階切り替えスイッチが第３の状態で動作するとき、前記第１電圧と前記第２電圧を結合して結合電圧にし、前記整流電圧を提供するために前記結合電圧を整流する、請求項１２に記載の制御器。
14. 前記動作状態に従って、前記LED光源を通過する平均電流の目標レベルを示す基準信号を生成するよう構成された信号生成部と、
    前記信号生成部に接続され、前記平均電流を前記目標レベルに調節するために前記基準信号に従って前記駆動信号を生成するように構成された駆動部とを備え、
    前記三段階切り替えスイッチが前記第１の状態、前記第２の状態、および第３の状態のそれぞれで動作するとき、前記基準信号は、それぞれ第１の値、第２の値、および第３の値を有する、請求項１１に記載の制御器。
15. 前記LED光源を通過する電流を示す感知信号を受信するように構成された感知ピンと、
    前記感知ピンに接続され、前記動作状態に従ってオフセット信号を提供し、前記オフセット信号に基づいて前記感知信号を補償して補償信号を生成するように構成された補償部と、
    前記補償部に接続され、前記補償信号に従って前記駆動信号を生成して前記平均電流を目標レベルに調節するように構成された駆動部とを備え、
    前記三段階切り替えスイッチが前記第１の状態、前記第２の状態、および前記第３の状態のそれぞれで動作するとき、前記オフセット信号は第１の値、第２の値、第３の値のそれぞれに設定される、請求項１１に記載の制御器。
16. 発光ダイオード（LED）光源を駆動するための方法であって、
    第１の電源線および第２の電源線を有する三段階切り替えスイッチから電力を受信するステップであって、前記三段階切り替えスイッチは第１の状態、第２の状態、および第３の状態を含む複数の動作状態で動作し、前記第１の状態では前記スイッチは前記第１の電源線には電力を伝えるが前記第２の電源線には伝えず、前記第２の状態では前記スイッチは前記第２の電源線には電力を伝えるが前記第１の電源線には伝えず、前記第３の状態では前記スイッチは前記第１および第２の電源線の両方に電力を伝える、ステップと、
    前記LED光源を駆動するために出力電圧を提供するステップと、
    前記三段階切り替えスイッチがどの状態で動作しているかを監視するステップと、
    前記LED光源を通過する電流を制御するために前記三段階切り替えスイッチの前記動作状態に基づき駆動信号を生成するステップとを含む、方法。
17. 前記三段階切り替えスイッチが前記第１の状態、前記第２の状態、および前記第３の状態のそれぞれで動作するとき、前記LED光源を介して流れる平均電流を第１レベル、第２レベル、および第３レベルのそれぞれに調節するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記三段階切り替えスイッチが前記第１の状態で動作するとき、整流電圧を生成するように前記第１の電源線上の電圧を整流するステップと、
    前記三段階切り替えスイッチが前記第２の状態で動作するとき、前記整流電圧を生成するように前記第２の電源線上の電圧を整流するステップと、
    前記三段階切り替えスイッチが前記第３の状態で動作するとき、前記第１および第２の電源線上の電圧を結合して結合電圧にするステップと、
    前記三段階切り替えスイッチが前記第３の状態で動作するとき、前記整流電圧を生成するために前記結合電圧を整流するステップと、
    前記LED光源を駆動するために前記整流電圧を前記出力電圧に変換するステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記第１の電源線上の電圧を示す第１の検知信号を受信するステップと、
    前記第２の電源線上の電圧を示す第２の検知信号を受信するステップと、
    前記第１および第２の検知信号に従って、前記LED光源を通過する平均電流の目標レベルを示す基準信号を生成するステップと、
    前記平均電流を前記目標レベルに調節するために前記基準信号に従って前記駆動信号を生成するステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記第１および第２の検知信号が、前記三段階切り替えスイッチは前記第１の状態、前記第２の状態、および前記第３の状態のそれぞれで動作していることを示すとき、前記基準信号を第１の値、第２の値、および第３の値のそれぞれに設定するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記LED光源を通過する電流を示す感知信号を受信するステップと、
    前記第１の電源線上の電圧を示す第１の検知信号を受信するステップと、
    前記第２の電源線上の電圧を示す第２の検知信号を受信するステップと、
    前記第１および第２の検知信号に従ってオフセット信号を提供するステップと、
    補償信号を生成するために前記オフセット信号に基づき前記感知信号を補償するステップと、
    前記平均電流を目標レベルに調節するために前記補償信号に従って駆動信号を生成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
22. 前記第１および第２の検知信号が、前記三段階切り替えスイッチは前記第１の状態、前記第２の状態、および前記第３の状態のそれぞれで動作していると示すとき、前記オフセット信号を第１の値、第２の値、および第３の値のそれぞれに設定するステップを含む、請求項２１に記載の方法。

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