JP2014519013A - Ledストリング内の欠陥を識別するための方法 - Google Patents
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Abstract
方法が、複数の発光ダイオード(LED)(102)のストリング(104)内の中間ノー否から第1の電圧を受け取ることを含む。この方法は、LED(102)のストリング(104)のストリング電圧(VLED)に基づいて少なくとも1つの第2の電圧を受け取ることを更に含む。この方法は、第1の電圧及び少なくとも1つの第2の電圧を用いてLED(102)の少なくとも1つが欠陥を有するか否かを識別することを更に含む。第2の電圧は単一の基準電圧であり得、第1の電圧と基準電圧との間の差が閾値と比較され得る。複数の第2の電圧は基準電圧を含む電圧範囲を定義し得、第1の電圧が電圧範囲内に入るか否かの判定が成され得る。
Description
本願は、概して発光ダイオード(LED)に関し、更に具体的には、LEDのストリング内のLED欠陥を識別するための方法に関連する。
多くのシステムは、照明を生成するために発光ダイオード(LED)を用いる。例えば、車両はLEDのストリングを含むヘッドランプを大抵用いる。LEDのストリングは、典型的に、直列に結合される複数のLEDを含み、ストリングを通る電流がこれらのLEDを照明させる。
ストリング内の単一のLED又はLEDの小さなサブセットが短絡している或いは何らかの形式で欠陥を受けているか否かを判定することは大抵困難である。特定の一例として、ストリングが、直列に結合された10個のLEDを含むと仮定する。各LEDの電圧は、通常、2.6V〜4.0Vの間で変化し得るため、ストリング全体の電圧は26V〜40V間で変化し得る。この場合、ストリング内の1つのLEDの短絡回路により引き起こされる約3Vの変動を検出することは困難となり得る。
図1は、本開示に従った、LEDのストリング内の少なくとも1つの欠陥のある発光ダイオード(LED)を識別するための第1の例示のシステム100を図示する。図1に示すように、システム100は、複数のLED102を含むか又はそれらに結合される。各LED102は、可視光又は他の照明を生成するための任意の適切な半導体構造を表す。LED102は、ストリング104を形成するように直列に結合される。この例では、ストリング104内に10個のLED102があるが、任意の数のLED102がストリング104内で用いられ得る。また、ここでは1つのストリング104のみが示されているが、並列に結合された複数のストリング104など、任意の数のストリング104を用いることもできる。
LEDドライバ106が、LED102を駆動し、LED102に照明を生成させる。例えば、LEDドライバ106は、特定の量の照明を生成するためLED102を特定のデューティサイクルで反復的にオン及びオフすることができる。LEDドライバ106は更に、LED102を介するピーク電流、LED102を介する平均電流、又はLED102の幾つかの他の態様を制御することができる。LEDドライバ106は、LEDの少なくとも1つのストリングを駆動するための任意の適切な構造を含む。
LED102のストリング104に並列に出力キャパシタ108が結合される。出力キャパシタ108は、任意の適切な静電容量を有する任意の適切な容量性構造を表す。この例では、出力キャパシタ108の電圧(これは、LEDストリング104の電圧でもある)が、VLEDで示されており、LED102のストリング電圧を表す。
ストリング104内の各LED102の順方向電圧VFが、通常動作の間、2.6V〜4.0Vなど、幅広く変動し得る。この変動は、温度変動、駆動電流変動、又は設計差など、任意の数の要因により引き起こされ得る。LEDストリング104の電圧VLEDは当然変化するため、LED102の1つ又は幾つかの短絡回路又は他の欠陥により引き起こされる変動を検出することは大抵困難である。
本開示に従って、システム100は、ストリング104内の1つ又は複数のLED102が短絡回路状態又は他の欠陥に遭遇するときを検出するための方法を実装する。LED電圧VLEDに基づいて基準電圧が生成される。この実施例において、基準電圧は、LED電圧VLEDを、レジスタ112〜114によって形成される分圧器110に提供することにより生成される。分圧器110は、LED電圧VLEDのスケーリングされたバージョンを生成し、これは基準電圧を表し、制御ユニット116に供給される。
制御ユニット116は更に、LEDストリング104内の中間ノード118に関連付けられる電圧を受け取る。「中間ノード」は、ストリング内の第1のLEDの出力に続き、ストリング内の最後のLEDの入力に先行する、LEDストリング内のノードを示す。この例では、中間ノード118はLEDストリング104の中間点を表し、これはLED102の半分が中間ノード118の各側にあることを意味する。
制御ユニット116は、分圧器110及び中間ノード118に関連付けられた電圧を用いて、ストリング104内の1つ又は複数のLED102で欠陥が生じたか否かを判定する。例えば、制御ユニット116は、分圧器110からの電圧と中間ノード118からの電圧との間の電圧差VDIFFが閾値を超えるか否かを判定することができる。ストリング104内の全てのLED102が適切に動作しているとき、電圧差VDIFFは比較的小さい(ゼロに近づくことさえある)可能性がある。しかし、ストリング104内の少なくとも1つのLED102が短絡回路である場合、電圧差VDIFFは劇的に増大し得る。
特定の一例として、全てのLED102が適切に動作しているとき、温度(約0℃〜約90℃など)及び駆動電流(約50mA〜約350mAなど)の幅広い範囲にわたる場合でも、電圧差VDIFFは数百ミリボルト(約200mVなど)を超えない可能性がある。しかし、ストリング104内のLED102の一つが短絡すると、電圧差VDIFFは実質的に、約VF/2など(これは特定の場合において約1.6Vであり得る)まで増大し得る。
電圧差VDIFFを閾値と比較することにより、制御ユニット116は、ストリング104内のLED102の1つ又は複数が短絡するか否か、及び、短絡するとき、を検出することができる。制御ユニット116はその後、任意の適切な是正動作を取り得る。例えば、制御ユニット116は、欠陥が検出されたことを示す信号を出力することができる。この信号は、LEDドライバ106又は外部コントローラ又は他のデバイス又はシステムなど、任意の適切な宛先に供給され得る。このようにして、電圧差VDIFFを用いて、温度、駆動電流、又は他の変動の広い範囲にわたって1つ又は複数のLED102の欠陥を識別することができる。
分圧器110は、入力電圧をスケーリングするため又はそれ以外の方法で分圧するための任意の適切な構造を含む。各レジスタ112〜114が、10kΩ±1%レジスタなど、任意の適切な抵抗値を有する任意の適切な抵抗性構造を含む。制御ユニット116は、1つ又は複数のLED内の欠陥を識別するための任意の適切な構造を含む。例えば、制御ユニット116は、電圧差を閾値値と比較するための少なくとも1つのコンパレータを含み得る。
この例では、中間ノード118はLEDストリング104のちょうど中間に位置する。その結果、中間ノード118で通常予期される電圧は、ストリング電圧VLEDの約2分の1であり得る。この場合、レジスタ112〜114は、ストリング電圧VLEDを実質的に半分に分圧するため、実質的に等しい抵抗値を有し得る。しかし、中間ノード118は、LEDストリング104内の他の位置に位置してもよく、中間ノード118がストリング104の中間に配置されることが不可能ともなる場合もある。例えば、ストリング104が、9つのLED102を含む場合、中間ノード118は、第4及び第5のLED102間に位置し得る。この場合、レジスタ112〜114は、それぞれ、4/9R及び5/9Rなど、異なる抵抗値を有し得る。これにより、分圧器110が通常動作の間中間ノード118で予期され得る近似電圧を出力することが可能となる。
システム100に示す図1は、任意の一層大きなデバイス又はシステムの一部を形成してもよい。例えば、LED102は、車両ヘッドランプの一部又は全てを形成し得る。LED102はまた、モバイル電話内のディスプレイ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータモニター、又は他のディスプレイデバイスの一部又は全てを形成し得る。
図1は、LEDのストリング104内の少なくとも1つの欠陥のあるLED102を識別するためのシステム100の第1の例を図示するが、図1に種々の変更が成され得る。例えば、システム100は、任意の数のLED102、LEDストリング104、LEDドライバ106、キャパシタ108、分圧器110、レジスタ112〜114、及び制御ユニット116を含み得る。また、図1内の種々の構成要素は、組み合わされ得、更に細分化され得、再配置され得、又は省かれ得、特定のニーズに応じて付加的な構成要素が付加されてもよい。例えば、制御ユニット116はLEDドライバ106に組み込まれ得る。更に、ここではLED102は、実質的に共通の動作特性(温度及び駆動電流などにわたる共通の順方向電圧変動)を有すると仮定される。これは、共通のBIN(brightness
index number)を有するLEDを用いることにより成され得る。しかし、分圧器110からの特定の基準電圧は、システム100においてLEDの任意の組合せが用いられ得るように調節され得ることに留意されたい。また、単一の中間ノード118と共に用いるよう示されているが、図1の種々の構成要素(分圧器110及び場合によっては制御ユニット116など)を複製することにより、及び/又は1つ又は複数のマルチプレクサを用いることによるなど、複数の中間ノード118での電圧が監視及び分析され得る。
index number)を有するLEDを用いることにより成され得る。しかし、分圧器110からの特定の基準電圧は、システム100においてLEDの任意の組合せが用いられ得るように調節され得ることに留意されたい。また、単一の中間ノード118と共に用いるよう示されているが、図1の種々の構成要素(分圧器110及び場合によっては制御ユニット116など)を複製することにより、及び/又は1つ又は複数のマルチプレクサを用いることによるなど、複数の中間ノード118での電圧が監視及び分析され得る。
図2は、本開示に従った、LEDのストリング内の少なくとも1つの欠陥のあるLEDを識別するための第2の例示のシステム200を図示する。特に、図2は、図1に関連して上述したLED欠陥検出メカニズムの更に具体的な実装を図示する。
図2に示すように、システム200は、ストリング204を形成するように直列に結合される複数のLED202を含む。照明を生成するためにLED202を駆動するためにLEDドライバ206が用いられる。この例では、LEDドライバ206は、ナショナルセミコンダクターコーポレーションのLM3424LEDコントローラを表す。しかし、任意の他の適切なLEDドライバ206がシステム200において用いられ得る。
2つのレジスタ212〜214を用いて分圧器210が形成され、レジスタ212〜214間に電源220が挿入される。任意の他の適切な電源220を用いることもできるが、ここでは、電源220は、ナショナルセミコンダクターコーポレーションのLM4040プレシジョン基準電源を表す。分圧器210内の電源220の存在は、電源220の相対する側に2つの出力電圧221a〜221bを生成する。事実上、分圧器210の出力電圧221a〜221bは、基準電圧を中心とする電圧範囲を定義し、この範囲の大きさは電源220により定義される。
分圧器210の出力電圧221a〜221bは、2つのコンパレータ216a〜216bに提供される。任意の他の適切なコンパレータを用いることもできるが、この例では、コンパレータ216a〜216bは、ナショナルセミコンダクターコーポレーションの単一LM193デュアルコンパレータを用いて実装される。コンパレータ216aは、分圧器210の高出力電圧221を、LEDストリング204内の中間ノード218に関連付けられる電圧と比較する。コンパレータ216bは、分圧器210の低出力電圧221bを、中間ノード218に関連付けられる電圧と比較する。
中間ノード218に関連付けられる電圧が、分圧器210からの高及び低出力電圧221a〜221bにより定義される範囲内であるとき、両方のコンパレータ216a〜216bは低い論理値を出力する。中間ノード218に関連付けられる電圧が、高及び低出力電圧221a〜221bにより定義される範囲内にないとき、コンパレータ216a〜216bの一つは高い論理値を出力する。高い論理値は、中間ノード218に関連付けられる電圧が予期される電圧の範囲内にあるか否かの表示として機能する。
この例では、コンパレータ216a〜216bの出力は、トランジスタ222のゲートに結合される。コンパレータ216a〜216bのいずれかの出力が高となるとき、トランジスタ222がオンとなり、これはLEDドライバ206内の過電圧保護(OVP)回路で受け取った電圧を変える。これは、LEDドライバ206内の過電圧ロックアウト(OVLO)をトリガし得る。任意の他の適切なトランジスタ222を用いることもできるが、この例では、トランジスタ222は、NXP B.V.のBC857 PNPバイポーラトランジスタを表す。また、コンパレータ216a〜216bのいずれかの出力が高となるときシステム200において任意の他の又は付加的な是正動作が取られ得ることに留意されたい。
図2において、破線のボックス224内の構成要素は任意選択であり得る。幾つかの実施例において、コンパレータ216bのV−入力は、接地に直接的に結合され得る。しかし、LEDストリング204の電圧が特定の電圧レベル(36Vなど)を超える場合、破線のボックス224内の構成要素は、コンパレータ216bのV−入力に結合され得る。
図2の残りの構成要素は、所望の機能性を達成するためLEDドライバ206に関連して用いられる。残りの構成要素は、ダイオード、ヒューズ、レジスタ、キャパシタ、インダクタ、バイポーラ及びMOSFETトランジスタ、及び電圧コンパレータを含む。これらの構成要素は、ここで示す特定のLEDドライバ206を始動すること及び動作することに関連し、当業者であればこれらの構成要素を特定のLEDドライバ206と共に利用することが理解され得るため、更なる説明はしない。
このようにして、システム200が再び、中間ノード218に関連付けられる電圧が、予期される電圧からずれるときを検出することができる。このずれは、短絡したLED202又は他の問題を示し得、システム200は適切な是正動作を取り得る。
図1と同様、図2のシステム200は、LEDストリング204の中間に中間ノード218を有する。しかし、中間ノード218は、LEDストリング204内の任意の他の適切な中間的位置に配置され得る。その場合、適切な高及び低出力電圧221a〜221bをコンパレータ216a〜216bに提供するため、分圧器210の設計は中間ノード218の位置に基づいて改変され得る。また、複数の中間ノード218が監視され得、これは、複数の分圧器及びマルチプレクサの利用に関与し得る。
図2は、LEDのストリング204内の少なくとも1つの欠陥のあるLED202を識別するための第2の例のシステム200を図示するが、図2に種々の変更が成され得る。例えば、システム200は、任意の数の各構成要素を含み得る。また、図2の種々の構成要素は、組み合わされ得、更に細分化され得、再配置され得、又は省かれ得、特定のニーズに応じて付加的な構成要素が付加されてもよい。また、LED202は実質的に共通の動作特性を有すると仮定されるが、分圧器210は、任意の適切な基準電圧範囲を提供するように調節され得る。また、特定の構成要素及び構成要素値(特定の部品、抵抗、電圧、及び論理レベルなど)を図2に又は上述するが、これらの構成要素及び構成要素値は単に例示のためである。システム200において所望の機能性を提供するために任意の他の又は付加的な回路構成要素が用いられ得る。また、図1に示す特徴は図2において用いられ得、又はその逆も可能である。例えば、図1の分圧器110は、許容可能な値の範囲を定義する複数の電圧221a〜221bを出力することができ、制御ユニット116は、この範囲を用いてLED欠陥を検出するために複数のコンパレータ216a〜216bを用いることができる。
図3は、本開示に従った、LEDのストリング内の少なくとも1つの欠陥のあるLEDを識別するための例示の方法300を図示する。方法300は、図1のシステム100、図2のシステム200、又は他のシステムを含む任意の適切なシステムで用いることもできる。
図3に示すように、工程302でLEDのストリングの電圧が生成され、LEDのストリングを介して電流が生成される。これは、例えば、ストリング電圧VLED及びLED102又は202を介する電流を生成するLEDドライバ106又は206を含み得る。ストリング電圧VLED及び電流は、LED102又は102のストリング104又は204からの照明の所望のレベルを提供するため生成され得る。
工程304でストリング内の中間ノードに関連付けられる第1の電圧が識別され、工程306で分圧器に関連付けられる少なくとも1つの第2の電圧が識別される。これは、例えば、ストリング104又は204内の中間ノード118又は218に関連付けられる第1の電圧を受け取ることを含み得る。第2の電圧は、(分圧器110からの)基準電圧を表す単一電圧、又は(分圧器210からの)基準電圧辺りを中心とする複数の電圧であり得る。
工程308で、第1及び第2の電圧間の差が閾値を超えるか否か判定が成される。これは、例えば、制御ユニット116が、第1及び第2の電圧間の差を判定し、差を閾値と比較することを含み得る。これは、分圧器210が基準電圧辺りの範囲を定義する複数の第2の電圧221a〜221bを出力すること、及びコンパレータ216a〜216bが第1の電圧がその範囲に入るか否か判定することを含み得る。第1及び第2の電圧間の差が閾値を超えるか否かを識別するために任意の他の適切な手法が用いられ得る。
閾値超過が起こらない場合、方法300は工程302に戻り、システムは、LEDストリングを用いて照明を生成し続け得る。閾値超過が起こる場合、これはLEDストリング内のLED短絡又は他の欠陥を示す。その場合、工程310で、ストリング内の1つ又は複数の欠陥のあるLEDが検出されたことを識別するインジケータを生成及び出力することなど、是正動作が取られ得る。LED102又は202をシャットオフすること又はLEDの電圧又はLEDを介する電流を調節することなど、任意の他の又は付加的な是正動作が取られ得る。
図3は、LEDのストリング内の少なくとも1つの欠陥のあるLEDを識別するための方法300の一例を図示するが、図3に種々の変更が成され得る。例えば、一連の工程として示したが、図3において、種々の工程が、重複し得、平行して成され得、異なる順に成され得、又は任意の数の回数成され得る。
当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び多くの他の実施例が可能であることが分かるであろう。
Claims (17)
- 方法であって、
複数の発光ダイオード(LED)のストリング内の中間ノー否から第1の電圧を受け取ること、
LEDの前記ストリングのストリング電圧に基づいて第2の電圧を受け取ること、及び
前記第1の電圧及び前記第2の電圧を用いて、前記ストリングのLEDが欠陥を有するか否かを識別すること、
を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記第2の電圧が基準電圧を定義し、
LEDが欠陥を有するか否かを識別することが、前記第1の電圧と前記基準電圧との間の差を閾値と比較することを含む、
方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記第2の電圧を受け取ることが、基準電圧を含む電圧範囲を定義する複数の第2の電圧を受け取ることを含み、
LEDが欠陥を有するか否かを識別することが、前記第1の電圧が前記電圧範囲内に入るか否か判定することを含む、
方法。 - 請求項1に記載の方法であって、LEDの前記ストリングが、車両ヘッドランプ内のLEDのストリングを含む、方法。
- 装置であって、
制御ユニットであって、(i)複数の発光ダイオード(LED)のストリング内の中間ノー否からの第1の電圧と、(ii)LEDの前記ストリングのストリング電圧に基づいて第2の電圧の少なくとも1つとを受け取るように構成される、前記制御ユニット、
を含み、
前記制御ユニットが更に、前記第1の電圧と第2の電圧の前記少なくとも1つとを用いて前記LEDの少なくとも1つが欠陥を有するか否かを識別するように構成される、
装置。 - 請求項5に記載の装置であって、前記制御ユニットが、基準電圧を定義する単一の第2の電圧を受け取るように構成され、前記制御ユニットが、前記第1の電圧と前記基準電圧との間の差を閾値と比較するように構成される、装置。
- 請求項5に記載の装置であって、前記制御ユニットが、基準電圧を含む電圧範囲を定義する複数の第2の電圧を受け取るように構成され、前記制御ユニットが、前記第1の電圧が前記電圧範囲内に入るか否かを判定するように構成される、装置。
- 請求項5に記載の装置であって、LEDの前記ストリングに並列に結合され、且つ、前記少なくとも1つの第2の電圧を生成するように構成される、分圧器を更に含む、装置。
- 請求項8に記載の装置であって、前記分圧器が、複数のレジスタと前記複数のレジスタ間に直列に結合される基準電源とを含む、装置。
- 請求項9に記載の装置であって、前記制御ユニットが、前記第1の電圧を前記分圧器からの複数の第2の電圧と比較するように構成される複数のコンパレータを含み、前記複数の第2の電圧が前記基準電源の相対する側に提供される、装置。
- システムであって、
複数の発光ダイオード(LED)のストリング、
制御ユニットであって、(i)LEDのストリング内の中間ノー否からの第1の電圧と、(ii)LEDの前記ストリングのストリング電圧に基づいて第2の電圧の少なくとも1つとを受け取るように構成される、前記制御ユニット、及び
LEDの前記ストリングに並列に結合され、且つ、前記少なくとも1つの第2の電圧を生成するように構成される分圧器、
を含み、
前記制御ユニットが、前記第1の電圧と前記少なくとも1つの第2の電圧とを用いて前記LEDの少なくとも1つが欠陥を有するか否かを識別するように構成される、
システム。 - 請求項11に記載のシステムであって、
LEDの前記ストリング内の前記中間ノードが、前記ストリングの中間点に配され、
前記分圧器が、実質的に等しい抵抗を有する複数のレジスタを含む、
システム。 - 請求項11に記載のシステムであって、前記分圧器が、前記少なくとも1つの第2の電圧が、前記LEDの通常動作の間前記第1の電圧の約200mV内にあるように構成される、システム。
- 請求項11に記載のシステムであって、前記制御ユニットが、基準電圧を定義する単一の第2の電圧を受け取るように構成され、前記制御ユニットが前記第1の電圧と前記基準電圧との間の差を閾値と比較するように構成される、システム。
- 請求項11に記載のシステムであって、前記制御ユニットが、基準電圧を含む電圧範囲を定義する複数の第2の電圧を受け取るように構成され、前記制御ユニットが、前記第1の電圧が前記電圧範囲内に入るか否かを判定するように構成される、システム。
- 請求項11に記載のシステムであって、
前記分圧器が、複数のレジスタと前記複数のレジスタ間に直列に結合される基準電源とを含み、
前記制御ユニットが、前記第1の電圧を前記分圧器からの複数の第2の電圧と比較するように構成される複数のコンパレータを含み、前記複数の第2の電圧が前記基準電源の相対する側に提供される、
システム。 - 請求項11に記載のシステムであって、LEDの前記ストリングが、車両ヘッドランプ内のLEDのストリングを含む、システム。
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