JP2014514912A

JP2014514912A - 調光可能ｌｅｄドライバ、および、その制御方法

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Publication number: JP2014514912A
Application number: JP2014509673A
Authority: JP
Inventors: ボルディンルカ; チェンユーリ; タンウェイ; ニエシジュン; チェンシャオピン
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2014-06-19
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Abstract

本発明は、所定の導通角（θ）を生成するように構成された調光器（１）を用いて動作するように構成された調光可能ＬＥＤドライバに関する。所定の導通角（θ）を生成するように構成された調光器（１）を用いて動作するように構成された前記調光可能ＬＥＤドライバは、前記調光器（１）から出力された交流電流を直流電流に変換する整流器（２）と、安定的な出力電圧（V_buck）を生成するように前記直流電流の出力電圧を調整する降圧型ＰＦＣブロック（３）と、前記安定的な出力電圧（V_buck）が生成された後に定電流の出力を実現するように構成された第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）と、前記定電流の出力が実現された後に前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）と協働して調光動作を行うように構成された調光ブロック（５）と、前記降圧型ＰＦＣブロック（３）と前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）と前記調光ブロック（５）とを制御するように構成されたＭＣＵ（６）とを含む。

Description

本発明は、調光可能ＬＥＤドライバ、および、調光可能ＬＥＤドライバの制御方法に関する。

背景技術
ＬＥＤ照明システムは、現在の照明装置においてますます使用されてきている。市場の需要とエネルギーレベルの規制とに対応すべく、高いＰＦおよび高効率を有する調光可能ＬＥＤドライブが登場している。しかし、市販されている高性能の調光可能ＬＥＤドライブ装置は、多かれ少なかれ以下の問題を有する：
ａ）ＬＥＤ駆動の構成要求を満たすため、多くの制御チップと、複雑な外部回路とが使用されること。
ｂ）調光ドライバの中には、一段方式ＰＦＣ（力率改善）制御チップを用いるものがあるが、これによってフリッカが発生することがあり、ＬＥＤには低周波（１００Ｈｚ／１２０Ｈｚ）のリプル電流が著しく大量に流れるので、このリプル電流が及ぼす影響を小さくするためには大型の出力キャパシタが必要となり、この大型の出力キャパシタもまた、ドライバ全体の体積およびコストを上昇させる要因となり、かつ、大きな設置スペースを占めることとなること。
ｃ）ＬＥＤ駆動に用いられている伝統的なブーストＰＦＣ＋ＤＣ／ＤＣからの出力は非常に高い電圧（ブーストＰＦＣからの出力電圧は通常は４００Ｖ）から非常に低い電圧まで変動するため、この伝統的なブーストＰＦＣ＋ＤＣ／ＤＣ構成の効率は高くないこと。さらに、ＰＦＣおよび２番目のＤＣ／ＤＣの双方とも、定格電圧が高い部品を必要とするため、このこともコスト上昇の要因となる。
ｄ）従来の平均調光は光学的作用に影響を及ぼし、色温度のシフトを引き起こす原因となり、ＬＥＤ輝度品質に影響を及ぼすことがあること。
ｅ）拡張性に欠けており、たとえばインテリジェント制御や混色等の、市場の新たな要求の増大にほとんど対応できないこと。

現在のところ、関連する問題を解決するため、多くの調光可能ＬＥＤ駆動システムが市場に出回っている。たとえば、非常に少数の部品を用いて、調光器のマッチングおよび周波数フリッカの問題を解決する、IWATTの調光可能ＬＥＤ駆動チップＩＷ３６１０がある。この駆動チップはブーストＰＦＣ＋フライバック構成を採用しているが、効率と高いＰＦ値とのバランスをとることができず、かつ、ＰＷＭ調光を実現することもできない。他の構成として、一段のフライバックＬＥＤドライバを用いて低コストで高いＰＦを実現する構成があり、たとえば、Infineon社の調光ＬＥＤ駆動チップＩＣＬ８００１およびPower IntegrationのＬＮＫ３０６ＰＮがこれにあたる。しかしＬＥＤには、商用電源周波数に定格電流を１回または２回掛け合わせたリプル電流が流れるようになっており、このようなリプル電流はＬＥＤ性能に重大な影響を及ぼし、調光に周波数フリッカが生じやすくなる。

本発明の概要
上記の問題を解決するため、本発明では調光可能ＬＥＤドライバと、当該調光可能ＬＥＤドライバの制御方法とを開示する。

本発明は、まず第一に、以下の構成を有する調光可能ＬＥＤドライバを対象とする。本発明のドライバは、予め定められた導通角を生成するように構成された調光器を用いて動作するように構成されており、前記調光可能ＬＥＤドライバは、前記調光器から出力された交流電流を直流電流に変換する整流器と、安定的な出力電圧を生成するように前記直流電流の出力電圧を調整する降圧型ＰＦＣブロックと、前記安定的な出力電圧が生成された後に定電流の出力を実現するように構成された第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックと、前記定電流の出力が実現された後に前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックと協働して調光動作を行うように構成された調光ブロックと、前記降圧型ＰＦＣブロックと第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックと前記調光ブロックとを制御するように構成されたＭＣＵとを含む。本発明の調光可能ＬＥＤドライバは２重降圧構成を使用し、出力電圧が２回低減し、高い効率を実現する。ＬＥＤの電流は降圧型ＤＣ／ＤＣブロックにより制御され、動作周波数は高く（１００ＫＨｚを上回る）、ＬＥＤに低周波のリプル電流が流れることが無くなり、大量の低周波リプルが流れることに起因するフリッカの問題が無くなる。さらに、ＬＥＤに並列接続されるキャパシタを非常に小型化することができ、これにより、ドライバ全体のコストおよび体積を著しく削減することができる。さらに、前記降圧型ＰＦＣブロックが交流電圧を、非常に低電圧の安定的な直流電圧に変換するので、２番目の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックでは、非常に高電圧の電力部品を使用する必要がなくなり、コスト削減と効率上昇とを実現することができる。その上、本発明ではＰＷＭ調光方式が使用され、ＬＥＤに流れる電流のピーク値は変動しなくなり、光学的作用に及ぼされる影響が無くなり、色温度のシフトが生じることが無くなる。さらに、本発明の調光可能ＬＥＤドライバでは、全てのブロックを制御するために使用される制御ブロックが１つだけとなり、回路が著しく簡略化し、フレキシビリティが上昇し、制御ブロックのインテリジェンス性とフレキシビリティとによって機能拡張が非常に容易になる。

本発明では有利には、前記ＭＣＵは前記降圧型ＰＦＣブロックの出力電圧（V_buck）を安定的にし、かつ、設定された基準値に一致させるように、前記降圧型ＰＦＣブロックの出力電圧の第１のサンプリング電圧のサンプリング値と、前記設定された基準値との誤差にしたがって、出力されるＰＷＭＰＦＣ信号のデューティ比を調整する。前記降圧型ＰＦＣブロックが交流電圧を、非常に低電圧の安定的な直流電圧に変換するので、２番目の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックでは、非常に高電圧の電力部品を使用する必要がなくなり、コスト削減と効率上昇とを実現することができる。

本発明では有利には、安定的な出力電圧が生成された後に、前記ＭＣＵはＰＷＭ調光信号とＰＷＭ降圧信号とを生成して、前記ＰＷＭ降圧信号にしたがって前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックを制御することにより定電流の出力を実現すると同時に、前記ＰＷＭ調光信号にしたがって前記調光ブロックを制御し、前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックと協働して調光動作を行う。このようなＰＷＭ調光方法では、ＬＥＤに流れる電流のピーク値は変動しなくなり、光学的作用に及ぼされる影響が無くなり、色温度のシフトが生じることが無くなる。

本発明では、前記ＭＣＵはＡＤＣとＣＰＵと、ＰＷＭＰＦＣユニットとＰＷＭ降圧ユニットとＰＷＭ調光ユニットと比較ユニットとを含み、前記ＡＤＣはＣＰＵの入力端に接続されており、前記ＣＰＵの出力端は前記ＰＷＭＰＦＣユニットの入力端と前記ＰＷＭ降圧ユニットの入力端と前記ＰＷＭ調光ユニットの入力端とに接続されており、前記ＰＷＭ降圧ユニットの他の入力端は前記比較ユニットの出力端に接続されている。１つの制御ブロックのみを用いて全てのブロックを制御することにより、回路が著しく簡略化し、フレキシビリティが向上する。さらに、制御ブロックのインテリジェンス性とフレキシビリティとにより、機能拡張が非常に容易になる。

本発明の有利な実施形態では前記降圧型ＰＦＣブロックは、第１のＭＯＳＦＥＴと、第１のＭＯＳＦＥＴドライバと、第１のフィルタインダクタと、第２のダイオードと、第１のエネルギー蓄積キャパシタと、第３の抵抗器と、第４の抵抗器とを含み、前記第１のＭＯＳＦＥＴドライバは、前記ＰＷＭＰＦＣユニットに接続された入力端と、前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続された出力端とを有し、前記第１のＭＯＳＦＥＴのドレイン電極は、第１のダイオードを介して前記整流器の非接地側出力端に接続されており、前記第１のダイオードのアノードは前記整流器の非接地側出力端に接続されており、当該第１のダイオードのカソードは前記第１のＭＯＳＦＥＴのドレイン電極に接続されており、前記第１のフィルタインダクタの一端と前記第２のダイオードのカソードとは、前記第１のＭＯＳＦＥＴのソース電極に接続されており、前記第１のフィルタインダクタの他端は、前記ＬＥＤのアノードに接続される、前記第１のエネルギー蓄積キャパシタの一端と第３の抵抗器の一端とに接続されており、前記第３の抵抗器の他端は前記第４の抵抗器に直列接続されており、前記ＡＤＣに接続される第１のピンが前記第３の抵抗器と第４の抵抗器との間に設けられており、前記第２のダイオードのアノードは前記第１のエネルギー蓄積キャパシタの他端と前記第４の抵抗器の他端とに接続され、共に接地されている。ＭＣＵは前記第１のＭＯＳＦＥＴドライバを介して前記ＰＷＭＰＦＣ信号を用いて第１のＭＯＳＦＥＴをオンオフ制御することにより入力電圧をチョッパ制御し、ＭＣＵは、前記第１のピンからフィードバックされた第１のサンプリング電圧を受け取る。前記第１のサンプリング電圧は、前記第３の抵抗器と第４の抵抗器とによって分圧された後にＭＣＵのＡＤＣへフィードバックされる。この降圧型ＰＦＣブロックにより、安定的な出力電圧が得られる。

本発明の１つの実施形態では、前記ＭＣＵは、各交流半波サイクルにおいてＰＷＭＰＦＣ信号のデューティ比を確実に一定に維持するため、交流電圧の各ゼロ交差の時点のみにおいて、前記ＰＷＭＰＦＣ信号のデューティ比の調整を行う。以下の数式
I_Lpk:= {(V_in−V_o)・T_on}/L
から、出力電圧Ｖｏおよびインダクタンス量Ｌが一定であることにより、ＭＯＳＦＥＴのオン時間Ｔｏｎが一定のままである限りは、インダクタにおけるピーク値電流ILpkは入力電圧Ｖｉｎにほぼ比例し、これにより、入力電流を入力電圧に追従させることができ、よって、ＰＦＣを実現して高い力率を得ることができる。

本発明では前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックは、第３のダイオードと、第２のＭＯＳＦＥＴと、第２のＭＯＳＦＥＴドライバと、第２のフィルタインダクタと、第５の抵抗器と、第６の抵抗器とを含み、前記第２のＭＯＳＦＥＴは、前記第６の抵抗器を介して前記ＰＷＭ降圧ユニットに接続された入力端と、前記第２のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続された出力端とを有し、前記第２のＭＯＳＦＥＴのドレイン電極は前記第２のフィルタインダクタを介して前記第３のダイオードのアノードに接続されており、カソードはＬＥＤのアノードに接続されており、前記第２のＭＯＳＦＥＴのソース電極は、前記第５の抵抗器の一端と前記比較ユニットの同相入力端とにそれぞれ接続されており、前記比較ユニットの逆相入力端は基準電圧に接続されており、前記第５の抵抗器の他端は接地されており、第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックはピーク電流モードで動作する。この第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックにより一定の出力電流が得られる。

本発明の一実施形態では前記ＭＣＵは、ハイレベルを出力するように前記ＰＷＭ降圧信号を制御して前記第２のＭＯＳＦＥＴをオン制御し、前記第５の抵抗器における第２のサンプリング電圧が基準電圧に達すると前記比較ユニットの状態は切り替わり、前記ＰＷＭ降圧信号はローレベルを出力するように制御される。このように、前記比較ユニットと前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックとの連携により、ＬＥＤに流れる電流のピーク値を所定の値に制御することができる。

本発明では前記調光ブロックは、第１の抵抗器と第２の抵抗器と第４のダイオードとを含む。第１の抵抗器および第２の抵抗器は、前記整流器の非接地側出力端と接地側出力端との間に直列接続されており、第２の抵抗器の他端は前記接地側出力端とともに接地されており、前記ＡＤＣに接続される第２のピンが前記第１の抵抗器と第２の抵抗器との間に設けられ、前記第４のダイオードのカソードは前記ＰＷＭ調光ユニットに接続され、当該第４のダイオードのアノードは前記第６の抵抗器と前記第２のＭＯＳＦＥＴドライバとの間に接続されている。交流電圧は前記整流器によって整流され、前記第２のピンを介してＭＣＵへ送られ、ＭＣＵによって前記調光器の導通角が計算される。ＭＣＵは前記ＰＷＭ調光ユニットを介してＰＷＭ調光信号の１つのチャネルを生成し、前記導通角にしたがってＰＷＭ調光信号のデューティ比を調整する。このＰＷＭ調光信号は前記第２のＭＯＳＦＥＴをオンオフ制御するため、第４のダイオードを介して前記第２のＭＯＳＦＥＴドライバへ出力される。このＰＷＭ調光信号がハイレベルである場合、第４のダイオードはオンに切り替わらず、ＰＷＭ調光信号が第２のＭＯＳＦＥＴドライバに影響を及ぼすことはなく、第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックは通常のように電流を出力する。ＰＷＭ調光信号がローレベルである場合、第４のダイオードはオン状態に切り替わり、第２のＭＯＳＦＥＴドライバのレベルはローにされ、第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックは動作停止し、出力電流は０になる。

有利には、ＰＷＭ調光信号のデューティ比は関数Ｄ＝ｆ（θ）により計算される。オプションとして、導通角とデューティ比との事前設定された対比表を探索することにより、前記ＰＷＭ調光信号のデューティ比を求めることができる。導通角が変化すると、これに応じてＰＷＭ調光信号も変化し、これに応じて、第４のダイオードがオフ状態に切り替わる時点も変化し、ＬＥＤから出力されるビームの明暗の生じ方も変化することにより、調光が実現される。

本発明はさらに、上述の構成のＬＥＤ調光器の制御方法も対象とし、当該制御方法は以下の構成要件すなわち以下のステップを有する：
ａ）ＬＥＤ調光器のシステム初期化を行い、当該ＬＥＤ調光器のすべての機能ブロックを起動させるステップ。
ｂ）安定的な出力電圧を生成するように、ＭＣＵによって降圧型ＰＦＣブロックのＰＷＭＰＦＣ信号のデューティ比を制御するステップ。
ｃ）出力が定電流になるように制御するため、前記ＭＣＵによって第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックを制御すると同時に、調光を実現するように前記ＭＣＵによって調光ブロックおよび前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックを制御するステップ。
本発明の方法を使用することにより、ＬＥＤがリプル電流から可能な限り影響を受けないようにすることができ、ＬＥＤからの出力ビームからフリッカ現象を取り除きながらＬＥＤの調光を実現することができ、さらに、ＬＥＤドライバの効率および力率を高くすることもできる。

本発明の方法では、ステップｂ）において、フィードバックされた出力電圧の第１のサンプリング電圧をＭＣＵにより解析する。この第１のサンプリング電圧のサンプリング値が設定基準値に一致する場合、前記ステップｃ）を実施し、一致しない場合には、安定的な出力電圧が得られるまで、出力されるＰＷＭＰＦＣ信号のデューティ比を調整する。

さらにステップｃ）において、ＭＣＵによって第２のサンプリング電圧と基準電圧とを比較することにより、前記ＬＥＤに流れる電流のピーク値が所定の値に制御できるようにする。

さらにステップｃ）において、整流器により整流された後の電圧が分圧されてＭＣＵによりサンプリングされ、これを用いて前記調光器の導通角を計算し、ＬＥＤを調光するためのＰＷＭ調光信号を送信する。

図面は、本発明をさらに詳しく理解するための本発明の記載内容の一部を構成する。これらの図面に本発明の実施形態を示しており、この図面は、明細書と共に本発明の基本的思想を説明するためのものである。

本発明の調光可能ＬＥＤドライバの概略的なブロック図である。本発明の調光可能ＬＥＤドライバの回路図である。本発明の制御方法のフローチャートである。本発明の調光可能ＬＥＤドライバの調光の時間的順序を示す図である。第１の抵抗器と第２の抵抗器とにより分圧された電圧の波形図である。第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロックの動作波形図である。

実施形態の詳細な説明
図１は、本発明の調光可能ＬＥＤドライバの概略的なブロック図である。図１を参酌すると、前記調光可能ＬＥＤドライバは、調光器１と、ブリッジ整流器として構成された整流器２と、降圧型ＰＦＣブロック３と、第２のＤＣ／ＤＣブロック４と、調光ブロック５と、ＭＣＵ６とを含む。この調光可能ＬＥＤドライバでは、調光器１の出力端がブリッジ整流器２の非接地側入力端に接続されており、ブリッジ整流器２の出力端は降圧型ＰＦＣブロック３に接続されており、降圧型ＰＦＣブロック３の出力端は第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック４の入力端に接続されており、第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック４の出力端はＬＥＤに接続されている。さらに、調光器１の導通角θを求めるため、ＭＣＵ６の入力端はブリッジ整流器２の非接地側出力端に接続されており、ＭＣＵ６の各出力端は、降圧型ＰＦＣブロック３、第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック４、調光ブロック５にそれぞれ接続されている。

図２は、本発明の調光可能ＬＥＤドライバの回路図である。同図を参照すると、ＭＣＵ６はＡＤＣ７とＣＰＵ８と、ＰＷＭＰＦＣユニット９とＰＷＭ降圧ユニット１０とＰＷＭ調光ユニット１１と比較ユニット１２とを含む。ＡＤＣ７はＣＰＵ８の入力端に接続されており、ＣＰＵ８の出力端はＰＷＭＰＦＣユニット９の入力端とＰＷＭ降圧ユニット１０の入力端とＰＷＭ調光ユニット１１の入力端とに接続されており、かつ、ＰＷＭ降圧ユニット１０の別の入力端が比較ユニット１２の出力端（V_out）に接続されている。

前記降圧型ＰＦＣブロック３は図２では、第１のＭＯＳＦＥＴＱ１と第１のＭＯＳＦＥＴドライバ U1_A と第１のフィルタインダクタＬ１と第２のダイオードＤ２と第１のエネルギー蓄積キャパシタＣ１と第３の抵抗器Ｒ３と第４の抵抗器Ｒ４とにより構成される。第１のＭＯＳＦＥＴドライバ U1_A は、ＰＷＭＰＦＣユニット９に接続された入力端と、第１のＭＯＳＦＥＴＱ１のゲートに接続された出力端とを有し、第１のＭＯＳＦＥＴＱ１のドレイン電極は第１のダイオードＤ１を介して整流器２の非接地側出力端に接続されており、第１のダイオードＤ１のアノードは整流器２の非接地側出力端に接続されており、当該第１のダイオードＤ１のカソードは第１のＭＯＳＦＥＴＱ１のドレイン電極に接続されており、整流器２の非接地側入力端は調光器１の出力端に接続されている。第１のフィルタインダクタＬ１の一端と第２のダイオードＤ２のカソードとは、第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のソース電極に接続されており、第１のフィルタインダクタＬ１の他端は、ＬＥＤのアノードに接続される、第１のエネルギー蓄積キャパシタＣ１の一端と第３の抵抗器Ｒ３の一端とに接続されており、第３の抵抗器Ｒ３の他端は第４の抵抗器Ｒ４に直列接続されており、第３の抵抗器Ｒ３と第４の抵抗器Ｒ４との間に、ＡＤＣ７に接続される第１のピン Pin V_s が設置されている。第２のダイオードＤ２のカソードは第１のエネルギー蓄積キャパシタＣ１の他端と第４の抵抗器Ｒ４の他端とに接続されており、共に接地されている。

ＭＣＵ６により制御される降圧型ＰＦＣブロック３は、ＰＦＣ機能を実現するように構成されている。さらに、従来の位相カット調光器は特に、たとえば白熱灯等、純粋な抵抗性負荷に対応するように構成されているので、たとえばＬＥＤ等の容量性負荷には適合しない。降圧型ＰＦＣブロック３は、ＬＥＤ駆動の入力特性を抵抗性負荷に近づけることにより、調光器に良好に適合させることができる。入力電圧を降圧チョッパ制御するため、ＭＣＵ６は１つのＰＷＭＰＦＣ信号 PWM_PFC を出力して、第１のＭＯＳＦＥＴドライバ U1_A を介して第１のＭＯＳＦＥＴＱ１をオンオフ制御する。降圧型ＰＦＣブロック３の出力電圧 V_buck は、第３の抵抗器Ｒ３と第４の抵抗器Ｒ４とによって分圧された後、第１のピン Pin V_s を介してＭＣＵ６のＡＤＣ７へフィードバックされてサンプリングされる。ＭＣＵ６は、設定された基準値とサンプリング値との誤差に応じて、出力されるＰＷＭＰＦＣ信号 PWM_PFC のデューティ比を調整することにより、出力電圧を安定化させる。交流の各半周期においてデューティ比が一定となるのを保証するためには、ＭＣＵ６は、交流電圧の各ゼロ交差の時点においてのみデューティ比を調整する。

第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック４は図２では、第３のダイオードＤ３と、第２のＭＯＳＦＥＴＱ２と、第２のＭＯＳＦＥＴドライバ U1_B と、第２のフィルタインダクタＬ２と、第５の抵抗器Ｒ５と、第６の抵抗器６とにより構成される。第２のＭＯＳＦＥＴドライバ U1_B は、第６の抵抗器Ｒ６を介してＰＷＭ降圧ユニット１０に接続された入力端と、第２のＭＯＳＦＥＴＱ２のゲートに接続された出力端とを有し、第２のＭＯＳＦＥＴＱ２のドレイン電極は第３のダイオードＤ３のアノードに接続されており、当該第３のダイオードＤ３のカソードはＬＥＤのアノードに接続されており、第３のダイオードＤ３のアノードは第２のフィルタインダクタＬ２を介してＬＥＤのカソードに接続されており、第２のＭＯＳＦＥＴＱ２のソース電極は第５の抵抗器Ｒ５の一端と比較ユニット１２の同相入力端Ｖ_Ａとに接続されており、比較ユニット１２の逆相入力端Ｖ_Ｂは基準電圧 Vref に接続されており、第５の抵抗器Ｒ５の他端は接地されている。

ＭＣＵ６により制御される第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック４は、定電流を出力するようにＬＥＤの制御を行うように構成されている。第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック４はピーク電流モードで動作し、図６にその動作波形を示す。ｔ０の時点において、ＭＣＵ６はハイレベルを出力するようにＰＷＭ降圧信号 PWM_BUCK を制御し、第２のＭＯＳＦＥＴＱ２はオン状態に切り替わり（図６のＣＨ１）、第５の抵抗器Ｒ５における第２のサンプリング電圧（図１のＣＳ２）の電圧線タイプが上昇し（図６のＣＨ２）、第２のサンプリング電圧ＣＳ２が基準電圧 Vref に達すると比較ユニット１２の状態が切り替わり（図６のｔ１，ＣＨ３）、ローレベルを出力するようにＰＷＭ降圧信号 PWM_BUCK（図６のｔ２，ＣＨ１）がトリガされる。このように、前記比較ユニット１２と前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック４との連携により、ＬＥＤに流れる電流のピーク値を所定の値 Vref／R5 に制御することができる。ＣＨ４は、ＬＥＤに流れる電流の波形を示しており、ここで I_pk は、制御対象であるＬＥＤのピーク値電流であり、I_av はＬＥＤに流れる平均電流である。

図２では、第１の抵抗器Ｒ１と第２の抵抗器Ｒ２と第４のダイオードＤ４とにより、調光ブロックが構成されている。第１の抵抗器Ｒ１および第２の抵抗器Ｒ２は、前記整流器２の非接地側出力端と接地側出力端との間に直列接続されており、第２の抵抗器Ｒ２の他端は前記接地側出力端とともに接地されており、前記ＡＤＣ７に接続される第２のピン V_dim が前記第１の抵抗器Ｒ１と第２の抵抗器Ｒ２との間に設けられ、前記第４のダイオードＤ４のカソードは前記ＰＷＭ調光ユニット１１に接続され、当該第４のダイオードＤ４のアノードは前記第６の抵抗器と前記第２のＭＯＳＦＥＴドライバ U1_B との間に接続されている。

整流器２により整流された交流電圧は第１の抵抗器Ｒ１および第２の抵抗器Ｒ２を介して第２のピン Pin V_dim へ送られる。このピンの波形を図５に示す。同図中の破線の部分は、位相カット調光器１によりカットされた交流電圧の部分を表す。ＭＣＵ６は、第１のサンプリング電圧ＣＳ１を解析することにより、調光器１の導通角θを求める。その後、ＭＣＵ６は調光を行うため、ＰＷＭ調光信号 PWM_DIM の１つのチャネルを生成する。ＰＷＭ調光信号 PWM_DIM のデューティ比は、ソフトウェアにより定義された関数Ｄ＝ｆ（θ）により計算することができる。また、事前設定されたテーブルを探索する手法で（導通角θ→デューティ比）ＰＷＭ調光信号 PWM_DIM のデューティ比を求めることも可能である。第４のダイオードＤ４を介してＰＷＭ調光信号 PWM_DIM を第２のＭＯＳＦＥＴドライバ U1_B に接続することにより、ＰＷＭ調光機能が実現される。ＰＷＭ調光信号 PWM_DIM がハイレベルである場合、第４のダイオードＤ４はオン状態に切り替わらず、ＰＷＭ調光信号 PWM_DIM は第２のＭＯＳＦＥＴドライバ U1_B の入力信号に影響を及ぼすことがなく、第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック４は通常のように動作し、ＬＥＤは通常のように電流を出力する。それに対し、ＰＷＭ調光信号 PWM_DIM がローレベルである場合、第４のダイオードＤ４はオン状態になり、第２のＭＯＳＦＥＴドライバ U1_B の入力端におけるレベルがローになり、第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック４のコンバータは動作停止し、ＬＥＤ電流はゼロまで降下する。このようにしてＰＷＭ調光信号 PWM_DIM は、ＬＥＤの出力電流を制御するように第２の降圧ＤＣ／ＤＣブロック４を制御する。図４に、ＰＷＭ調光の時間的順序を示す。

図３は、本発明の制御方法のフローチャートである。このフローチャートに基づいて、本発明の制御方法の詳細を説明する。本発明の方法ではまず最初に、本発明の調光可能ＬＥＤドライバを起動し、調光器１と整流器２と降圧型ＰＦＣブロック３と第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック４と調光ブロック５とＭＣＵ６とを含めたすべての機能ブロックを初期化する。したがってＭＣＵ６は、ＰＷＭＰＦＣユニット９からＰＷＭＰＦＣ信号 PWM_PFC を出力し、降圧型ＰＦＣブロック３の出力端の出力電圧 V_buck をサンプリングし、前記出力電圧 V_buck のサンプリング値が設定基準値に一致するか否かを解析する。サンプリング値が設定基準値に一致しない場合には、安定的な出力電圧 V_buck になるまで、出力されるＰＷＭＰＦＣ信号 PWM_PFC のデューティ比を調整する。サンプリング値が設定基準値に一致する場合には、ＭＣＵ６は、ＰＷＭ調光信号PWM_DIM を送信するようにＰＷＭ調光ユニット１１を制御し、ＰＷＭ降圧信号 PWM_BUCK を送信するようにＰＷＭ降圧ユニット１０を制御する。その後、ＭＣＵ６は、フィードバックされた第１のサンプリング電圧ＣＳ１を受け取り、このサンプリングが交流電圧のゼロ交差時点において行われたか否かを確認する。そうでない場合には、サンプリングを再度行う。そうである場合には、ゼロ交差時点を記録して調光器１の導通角θを計算する。次にＭＣＵ６は、検出した導通角θが変化しているか否かを判定する。そうでない場合には、ＰＦＣフィードバック制御を行い、出力電圧 V_buck をサンプリングするステップまで戻る。そうである場合には、ＬＥＤの調光を行うためにＰＷＭ調光信号 PWM_DIM のデューティ比を調整する。

上記の内容は単に本発明の有利な実施形態であり、本発明を限定するものではない。当業者であれば、本発明に数多くの変更および修正を行うことができる。本発明の基本的思想の範囲内で行われる変更、等価的置換および改善はすべて、本発明の保護範囲の対象とすべきものである。

１調光器
２整流器
３降圧型ＰＦＣブロック
４第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック
５調光ブロック
６ＭＣＵ
７ＡＤＣ
８ＣＰＵ
９ＰＷＭＰＦＣユニット
１０ＰＷＭ降圧ユニット
１１ＰＷＭ調光ユニット
１２比較ユニット
θ 導通角
V_buck 出力電圧
PWM_PFC ＰＷＭＰＦＣ信号
PWM_DIM ＰＷＭ調光信号
PWM_BUCK ＰＷＭ調光降圧信号
Vout 比較ユニットの出力端
VA 比較ユニットの同相入力端
VB 比較ユニットの逆相入力端
Pin V_s 第１のピン
PinV_dim 第２のピン
ＣＳ１第１のサンプリング電圧
ＣＳ２第２のサンプリング電圧
Vref 基準電圧
Vref／R5 事前設定値
Ｒ１第１の抵抗器
Ｒ２第２の抵抗器
Ｒ３第３の抵抗器
Ｒ４第４の抵抗器
Ｒ５第５の抵抗器
Ｒ６第６の抵抗器
Ｄ１第１のダイオード
Ｄ２第２のダイオード
Ｄ３第３のダイオード
Ｄ４第４のダイオード
Ｌ１第１のフィルタインダクタ
Ｌ２第２のフィルタインダクタ
Ｑ１第１のＭＯＳＦＥＴ
Ｑ２第２のＭＯＳＦＥＴ
Ｃ１第１のエネルギー蓄積キャパシタ
U1_A 第１のＭＯＳＦＥＴドライバ
U1_B 第２のＭＯＳＦＥＴドライバ

Claims

所定の導通角（θ）を生成するように構成された調光器（１）を用いて動作するように構成された調光可能ＬＥＤドライバであって、
前記調光可能ＬＥＤドライバは、
前記調光器（１）から出力された交流電流を直流電流に変換する整流器（２）と、
安定的な出力電圧（V_buck）を生成するように前記直流電流の出力電圧を調整する降圧型ＰＦＣブロック（３）と、
前記安定的な出力電圧（V_buck）が生成された後に定電流の出力を実現するように構成された第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）と、
前記定電流の出力が実現された後に前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）と協働して調光動作を行うように構成された調光ブロック（５）と、
前記降圧型ＰＦＣブロック（３）と前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）と前記調光ブロック（５）とを制御するように構成されたＭＣＵ（６）と
を含むことを特徴とする、調光可能ＬＥＤドライバ。
前記ＭＣＵ（６）は、前記降圧型ＰＦＣブロックの出力電圧（V_buck）を安定的にし、かつ、設定された基準値に一致させるように、前記降圧型ＰＦＣブロック（３）の出力電圧（V_buck）の第１のサンプリング電圧（ＣＳ１）のサンプリング値と、前記設定された基準値との誤差にしたがって、出力されるＰＷＭＰＦＣ信号（PWM_PFC）のデューティ比を調整する、
請求項１記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
安定的な前記出力電圧（V_buck）が生成された後に、前記ＭＣＵ（６）はＰＷＭ調光信号（PWM_DIM）とＰＷＭ降圧信号（PWM_BUCK）とを生成して、前記ＰＷＭ降圧信号（PWM_BUCK）にしたがって前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）を制御することにより定電流の出力を実現すると同時に、前記ＰＷＭ調光信号（PWM_DIM）にしたがって前記調光ブロック（５）を制御し、前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）と協働して調光動作を行う、
請求項２記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
前記ＭＣＵ（６）は、ＡＤＣ（７）とＣＰＵ（８）とＰＷＭＰＦＣユニット（９）とＰＷＭ降圧ユニット（１０）とＰＷＭ調光ユニット（１１）と比較ユニット（１２）とを含み、
前記ＡＤＣ（７）は前記ＣＰＵ（８）の入力端に接続されており、
前記ＣＰＵ（８）の各出力端は、前記ＰＷＭＰＦＣユニット（９）の入力端、前記ＰＷＭ降圧ユニット（１０）の入力端、前記ＰＷＭ調光ユニット（１１）の入力端にそれぞれ接続されており、
前記ＰＷＭ降圧ユニット（１０）の別の入力端が前記比較ユニット（１２）の出力端（V_out）に接続されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
前記降圧型ＰＦＣブロック（３）は、第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）と、第１のＭＯＳＦＥＴドライバ（U1_A）と、第１のフィルタインダクタ（Ｌ１）と、第２のダイオード（Ｄ２）と、第１のエネルギー蓄積キャパシタ（Ｃ１）と、第３の抵抗器（Ｒ３）と、第４の抵抗器（Ｒ４）とを含み、
前記第１のＭＯＳＦＥＴドライバ（U1_A）は、前記ＰＷＭＰＦＣユニット（９）に接続された入力端と、前記第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のゲートに接続された出力端とを有し、
前記第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のドレイン電極は、第１のダイオード（Ｄ１）を介して前記整流器（２）の非接地側出力端に接続されており、前記第１のダイオード（Ｄ１）のアノードは前記整流器（２）の非接地側出力端に接続されており、前記第１のダイオード（Ｄ１）のカソードは前記第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のドレイン電極に接続されており、
前記第１のフィルタインダクタ（Ｌ１）の一端と前記第２のダイオード（Ｄ２）のカソードとは、前記第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のソース電極に接続されており、
前記第１のフィルタインダクタ（Ｌ１）の他端は、ＬＥＤのアノードに接続される、前記第１のエネルギー蓄積キャパシタ（Ｃ１）の一端と前記第３の抵抗器（Ｒ３）の一端とに接続されており、
前記第３の抵抗器（Ｒ３）の他端は前記第４の抵抗器（Ｒ４）に直列接続されており、
前記ＡＤＣ（７）に接続される第１のピン（Pin V_s）が前記第３の抵抗器（Ｒ３）と第４の抵抗器（Ｒ４）との間に設けられており、
前記第２のダイオード（Ｄ２）の他端は、前記第１のエネルギー蓄積キャパシタ（Ｃ１）のアノードと前記第４の抵抗器（Ｒ４）の他端とに接続され、共に接地されている、
請求項４記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
前記ＭＣＵ（６）は、前記ＰＷＭＰＦＣ信号（PWM_PFC）を用いて前記第１のＭＯＳＦＥＴドライバ（U1_A）を介して、前記第１のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）をオンオフ制御し、
前記ＭＣＵ（６）は、前記第１のピン（Pin V_s）からフィードバックされた第１のサンプリング電圧（ＣＳ１）を受け取る、
請求項５記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
前記ＭＣＵ（６）は、交流電圧のゼロ交差時点ごとにのみ、前記ＰＷＭＰＦＣ信号（PWM_PFC）のデューティ比を調整する、
請求項６記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）は、第３のダイオード（Ｄ３）と第２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）と第２のＭＯＳＦＥＴドライバ（U1_B）と第２のフィルタインダクタ（Ｌ２）と第５の抵抗器（Ｒ５）と第６の抵抗器（Ｒ６）とを含み、
前記第２のＭＯＳＦＥＴドライバ（U1_B）は、前記第６の抵抗器（Ｒ６）を介して前記ＰＷＭ降圧ユニット（１０）に接続された入力端と、前記第２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）のゲートに接続された出力端とを有し、
前記第２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）のドレイン電極は前記第３のダイオード（Ｄ３）のアノードに接続されており、
前記第３のダイオード（Ｄ３）のカソードはＬＥＤのアノードに接続され、
前記第３のダイオード（Ｄ３）のアノードは前記第２のフィルタインダクタ（Ｌ２）を介してＬＥＤのカソードに接続され、
前記第２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）のソース電極は、前記第５の抵抗器（Ｒ５）の一端と前記比較ユニット（１２）の同相入力端（ＶＡ）とに接続されており、
前記比較ユニット（１２）の逆相入力端（ＶＢ）は基準電圧（Vref）に接続されており、
前記第５の抵抗器（Ｒ５）の他端は接地されている、
請求項４記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
前記ＭＣＵ（６）は前記第２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）をオン状態に切り替えるように前記ＰＷＭ降圧信号（PWM_BUCK）を生成し、
前記第５の抵抗器（Ｒ５）における第２のサンプリング電圧（ＣＳ２）が前記基準電圧（Vref）に達すると、前記比較ユニット（１２）の状態が切り替わる、
請求項８記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）はピーク電流モードで動作する、
請求項９記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
前記調光ブロック（５）は第１の抵抗器（Ｒ１）と第２の抵抗器（Ｒ２）と第４のダイオード（Ｄ４）とを有し、
前記第１の抵抗器（Ｒ１）および前記第２の抵抗器（Ｒ２）は前記整流器（２）の非接地側出力端と接地側出力端との間に直列接続されており、
前記第２の抵抗器（Ｒ２）の他端は前記接地側出力端とともに接地されており、
前記ＡＤＣ（７）に接続される第２のピン（Pin V_dim）が前記第１の抵抗器（Ｒ１）と前記第２の抵抗器（Ｒ２）との間に設置されており、
前記第４のダイオード（Ｄ４）のカソードは前記ＰＷＭ調光ユニット（１１）に接続されており、前記第４のアノード（Ｄ４）のアノードは前記第６の抵抗器（Ｒ６）と前記第２のＭＯＳＦＥＴドライバ（U1_B）との間に接続されており、
前記整流器（２）により交流電圧が整流され、前記第２のピンを介して前記ＭＣＵ（６）に入力され、前記ＭＣＵ（６）により前記調光器（１）の導通角（θ）が計算される、
請求項８記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
前記ＭＣＵ（６）は前記ＰＷＭ調光ユニット（１１）を介してＰＷＭ調光信号（PWM_DIM）の１つのチャネルを生成し、前記導通角（θ）に応じて前記ＰＷＭ調光信号（PWM_DIM）のデューティ比を調整し、
前記ＰＷＭ調光信号（PWM_DIM）は前記第２のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）のオンオフ制御を行うために、前記第４のダイオード（Ｄ４）を介して前記第２のＭＯＳＦＥＴドライバ（U1_B）へ出力される、
請求項１１記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
前記ＰＷＭ調光信号（PWM_DIM）のデューティ比は関数Ｄ＝ｆ（θ）により計算される、
請求項１２記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
事前設定された、前記導通角（θ）とデューティ比との対比表を探索することにより、前記ＰＷＭ調光信号（PWM_DIM）のデューティ比が求められる、
請求項１２記載の調光可能ＬＥＤドライバ。
請求項１から１４までのいずれか１項記載のＬＥＤドライバの制御方法において、
ａ）システム初期化を行うステップと、
ｂ）安定的な出力電圧（V_buck）を生成するように、ＭＣＵ（６）が降圧型ＰＦＣブロック（３）のＰＷＭＰＦＣ信号（PWM_PFC）のデューティ比を制御するステップと、
ｃ）定電流の出力になるように制御するため、前記ＭＣＵ（６）が第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）を制御すると同時に、前記ＭＣＵ（６）が調光を実現するために調光ブロック（５）および前記第２の降圧型ＤＣ／ＤＣブロック（４）を制御するステップと
を有することを特徴とする制御方法。
前記ステップｂ）において、前記ＭＣＵ（６）は、フィードバックされた前記出力電圧（V_buck）の第１のサンプリング電圧（ＣＳ１）を解析し、
前記第１のサンプリング電圧（ＣＳ１）のサンプリング値が、設定された基準値に一致する場合、前記ステップｃ）を行い、一致しない場合には、出力される前記ＰＷＭＰＦＣ信号（PWM_PFC）のデューティ比を調整する、
請求項１５記載の制御方法。
前記ステップｃ）において、ＬＥＤに流れるピーク値電流を所定の値（Vref／R5）に制御できるようにするため、前記ＭＣＵ（６）は第２のサンプリング電圧（ＣＳ２）と基準電圧（Vref）とを比較する、
請求項１６記載の制御方法。
前記ステップｃ）において、前記調光器（１）の導通角（θ）を計算し、ＬＥＤを調光するためのＰＷＭ調光信号（PWM_DIM）を送信するため、整流器（２）によって整流された後の電圧を分圧し、前記ＭＣＵ（６）によって当該電圧をサンプリングする、
請求項１６記載の制御方法。
前記ステップｃ）において、前記導通角（θ）が変化した場合、前記ＰＷＭ調光信号（PWM_DIM）のデューティ比を調整する、
請求項１８記載の制御方法。