JP2016027575A - 統合ｌｅｄディマコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ調光システムのサイズおよびコストを削減する。
【解決手段】統合ＬＥＤコントローラ２０２は、受動ディマ２０６に駆動信号２０５を送るためのディマ駆動回路２０４、受動ディマ２０６の制御位置を表すアナログディマ信号２０７を受信するディマ読取り回路２０８、およびＬＥＤ２１８用のドライバ電流２１７をＬＥＤ電力回路２１６に生成させる電力制御信号２１４を生成するための電力コントローラ２１２を含む単一の集積回路として実装され、ＬＥＤ調光システム２００のサイズおよびコストを削減する。統合ＬＥＤコントローラはまた、ディマ駆動回路，ディマ読取り回路、電力コントローラの動作タイミングを調整することによりＡＣ入力からの雑音に対する感度を低減する、統一されたタイミングコントローラをも含むことができる。
【選択図】図２

Description

本発明はＬＥＤ（発光ダイオード）電球を駆動することに関し、より詳細には、受動ディマ装置に基づいてＬＥＤ電球を調光するコントローラに関する。

（関連出願の相互参照）
本願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１２年７月１７日出願の米国特許仮出願第６１／６７２６８０号明細書の利益を主張する。

ＬＥＤ電球は、多種多様な照明応用分野で採用されている。白熱電球や蛍光灯などの従来型照明源と比べて、ＬＥＤは、高効率、良好な指向性、色安定性、高信頼性、長寿命、小型、および環境安全性を含む著しい利点を有する。

白熱電球の代わりにＬＥＤ電球が受動ディマと共に使用されるとき、ディマを駆動すること、出力を読み取ること、およびディマ曲線を変換することなどの作業を実施するためにいくつかの異なる構成要素が必要となる。こうした構成要素は著しい量の空間を占有し、各構成要素に適切な電源を供給するために複雑な電力回路が必要となる。

ＬＥＤを調光するシステムでは、統合ＬＥＤコントローラが、受動ディマを駆動し、読み取り、ＬＥＤ用の電力回路を制御する。統合ＬＥＤコントローラは、受動ディマの制御位置の変化を検出し、それに応じて電力回路にＬＥＤを増光または減光させる。こうした機能は通常、複数の個別の構成要素によって実施される。本発明は、ＬＥＤ調光システムのサイズおよびコストを削減することを目的とする。

本発明は、統合ＬＥＤコントローラは単一の構成要素（例えば、単一の集積回路）として実装され、したがってＬＥＤ調光システムのサイズおよびコストが削減される。統合ＬＥＤコントローラはまた、（例えば、システムに電力を供給するＡＣ源からの）雑音に対するシステムの感度を低減し、コントローラが電力回路に供給する制御信号中の雑音を低減する方式で、コントローラ内の複数の機能のタイミングを調整する統一されたタイミングコントローラ（unified timing controller）をも含むことができる。

本明細書で説明する特徴および利点はすべて包含的ではなく、具体的には、図面、明細書、および特許請求の範囲に鑑みて、多くの追加の特徴および利点が当業者には明らかとなるであろう。さらに、本明細書で使用される言い回しは、主に読み易さおよび説明のために選択されたものであり、本発明の主題を描写または限定するために選択されたものではないことがあることに留意されたい。

以下の詳細な説明を添付の図面と共に考慮することにより、本発明の実施形態の教示を直ちに理解することができる。
ＬＥＤを調光する従来型システムのブロック図である。 統合ＬＥＤコントローラの一実施形態でＬＥＤを調光するシステムのブロック図である。 一実施形態による、統合ＬＥＤコントローラのディマ駆動回路のブロック図である。 一実施形態による、統合ＬＥＤコントローラのディマ読取り回路のブロック図である。 統合ＬＥＤコントローラの別の実施形態でＬＥＤを調光するシステムを示すブロック図である。 一実施形態による、統一されたタイミングコントローラの動作を示す波形である。 一実施形態による、統一されたタイミングコントローラの動作を示す波形である。 一実施形態による、統合ＬＥＤコントローラの動作を説明する流れ図である。 一実施形態による、統合ＬＥＤコントローラに関する例示的応用回路を示す電子概略図である。

図面および以下の説明は、単に例として本発明の好ましい実施形態に関する。以下の議論から、本明細書で開示する構造および方法の代替実施形態を、特許請求される発明の原理から逸脱することなく利用することのできる実行可能な代替と直ちに理解することになることに留意されたい。

次に、本発明（複数可）のいくつかの実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図に示す。実施可能なときはいつでも、類似または同様の参照番号が図で使用されることがあり、類似または同様の機能を示すことがあることに留意されたい。図は、例示のために本発明の実施形態を示すに過ぎない。以下の説明から、本明細書で説明する本発明の原理から逸脱することなく、本明細書で示す構造および方法の代替実施形態を利用できることを当業者は直ちに理解されよう。

図１は、ＬＥＤ１１８を調光する従来型システム１００のブロック図である。従来型システム１００は、信号発生器１０２、ドライバ１０４、受動ディマ１０６、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１０８、マイクロコントローラ１１０、ＬＥＤドライバ１１２、ＬＥＤ１１８、および電源回路１２０を含む。ＬＥＤドライバ１１２は、電力コントローラ１１４およびＬＥＤ電力回路１１６を含む。

信号発生器１０２は、ドライバ１０４を制御するパルス列を生成し、ドライバ１０４は、パルス列に基づくデューティサイクルを有する駆動電流を出力する。受動ディマ１０６の位置は、ＡＤＣ１０８の入力で電圧を制御する。ＡＤＣ１０８は、受動ディマ１０６からの電圧をデジタル信号に変換し、マイクロコントローラ１１０は、ＡＤＣ１０８からの信号を、ＬＥＤ１１８に関する所望の輝度レベルにマッピングする。

マイクロコントローラ１１０は、所望の輝度を表すデジタル信号をＬＥＤドライバ１１２に出力する。ＬＥＤドライバ１１２内の電力コントローラ１１４は、デジタル信号を受信し、１つまたは複数の電力制御信号を生成し、１つまたは複数の電力制御信号は、ＬＥＤ電力回路１１６にドライバ電流１１７を生成させる。ドライバ電流１１７は、ＬＥＤ１１８に所望の輝度で発光させる。したがって、従来型システム１００は、受動ディマ１０６の位置を変更することによってユーザがＬＥＤ１１８の輝度を調節することを可能にする。

図１を参照しながら説明した従来型システム１００にはいくつかの欠点がある。従来型システム１００では、信号発生器１０２、ドライバ１０４、ＡＤＣ１０８、マイクロコントローラ１１０、および電力コントローラ１１４は個別の構成要素である。図１、ならびに図２および４に示す後続のシステム２００、４００では、個別の構成要素が太い輪郭で表されている。

こうした構成要素１０２、１０４、１０８、１１０、１１４のすべてが単一のプリント回路板上に配置される場合、構成要素１０２、１０４、１０８、１１０、１１４と、それらの間で信号を搬送するトレースとが、板上の著しい量の空間を占有する。一方、構成要素１０２、１０４、１０８、１１０、１１４が複数の板上に配置され、または別々のハウジング内に配置される場合、システム１００はより大容量を占有する。どちらの実装でも、個別の構成要素１０２、１０４、１０８、１１０、１１４の使用により、システム１００のサイズおよびコストが増大する。さらに、すべての５つの構成要素１０２、１０４、１０８、１１０、１１４に電力を供給するために複雑な電源回路１２０が必要となり、それによりさらにサイズおよびコストが増大する。

従来型システム１００はまた、ＬＥＤ電力回路１１６が高い電力レベルで動作しているとき、またはＡＣ入力１２２が鋭い電圧遷移を受けるときは特に、雑音に敏感である。一雑音源はＡＣ入力１２２であり、ＬＥＤ電力回路１１６およびシステム１００内の他の構成要素を通じて伝播し、ＬＥＤ１１８の輝度出力でちらつきおよび他の望ましくない効果を引き起こす可能性がある。

図２は、統合ＬＥＤコントローラ２０２の一実施形態でＬＥＤ２１８を調光するシステム２００を示すブロック図である。統合ＬＥＤコントローラ２０２は、ＬＥＤ電力回路２１６をも含むＬＥＤドライバ２２４の一部である。システム２００はまた、電源回路２２０、受動ディマ２０６、およびＬＥＤ２１８をも含む。

統合ＬＥＤコントローラ２０２は、ディマ駆動回路２０４、ディマ読取り回路２０８、および電力コントローラ２１２を含む単一の個別の構成要素である。一実施形態では、統合ＬＥＤコントローラ２０２は単一の集積回路として実装される。高レベルでは、統合ＬＥＤコントローラ２０２は、受動ディマ２０６に駆動信号２０５を送り、受動ディマ２０６の制御位置を表すアナログディマ信号２０７を受信し、ＬＥＤ２１８用のドライバ電流２１７をＬＥＤ電力回路２１６に生成させる１つまたは複数の電力制御信号２１４を生成する。

統合ＬＥＤコントローラ２０２のディマ駆動回路２０４は、受動ディマ２０６用の駆動信号２０５を生成する。一実施形態では、駆動信号２０５は、受動ディマ２０６に対する約１ミリアンペア（ｍＡ）の大きさの定電流を有する。駆動信号２０５はまた、デューティサイクルをも有することができる。例えば、ディマ駆動回路２０４は、５ミリ秒（ｍｓ）の大電流出力（例えば、１ｍＡ）と、１０ｍｓの小電流出力（例えば、０ｍＡ）との間で交番し、デューティサイクル３３％を有する駆動信号２０５を生成することができる。図３Ａを参照しながらディマ駆動回路２０４の機能を詳細に説明する。

受動ディマ２０６は、スライダやノブなどの物理制御装置の制御位置に基づいてアナログディマ信号２０７を変化させる電気機械的装置である。説明を簡単にするために、以下では制御装置をスライダと呼び、以下では制御位置をスライダ位置と呼ぶ。しかし、任意の他のタイプの制御装置を使用することができる。一実施形態では、スライダは、受動ディマ２０６内部のポテンシオメータを制御し、スライダの位置は、受動ディマ２０６の出力電圧を制御する。具体的には、スライダが最小位置にあるときに出力電圧は最小電圧となり、スライダが最大位置にあるときに出力電圧は最大電圧となる。スライダが最小位置と最大位置の間の中間位置にあるとき、出力電圧は、最小電圧と最大電圧の間の中間電圧となる。ディマ２０６を変圧器２０６Ａに結合し、ディマ２０６の出力電圧を、ディマ読取り回路２０８が読み取るのにより適している、より低い電圧にマッピングすることができる。バイパスコンデンサ、ダイオード、トランジスタなどの追加の電子構成要素をディマ２０６に結合することもできるが、図が見やすいように、こうした構成要素は図２からは省略している。

一実施形態では、受動ディマ２０６は０〜１０ボルト（Ｖ）ディマであり、これは、スライダが最小位置にあるときにディマ２０６の出力電圧が約０Ｖであり、スライダが最大位置にあるときに出力電圧が約１０Ｖであることを意味する。スライダが最小位置と最大位置の間の中間位置にあるとき、ディマ出力電圧は０Ｖと１０Ｖの間にある。あるいは、スライダが最小位置にあるとき、ディマ２０６の出力電圧は、０Ｖよりも高い最小電圧（例えば、１Ｖまたは１．２Ｖ）でよい。ディマ出力電圧とスライダの位置との間の関係は、通常は線形である。しかし、その代わりに、ディマ出力電圧とスライダ位置は、２次関係、指数関数的関係、対数的関係などの非線形な関係を有することができる。上述のように、ディマ出力電圧をより低い電圧にマッピングする変圧器２０６Ａに受動ディマ２０６を結合することができる。例えば、０〜１０Ｖディマ２０６が使用されるとき、アナログディマ信号２０７は０〜２Ｖの範囲でよい。

いくつかの実施形態では、ディマ２０６は、駆動信号を受信し、スライダ位置を表すデジタル値を出力するデジタルディマである。こうした実施形態では、統合ＬＥＤコントローラ２０２は、アナログディマ信号の代わりにデジタルディマ信号２０７を受信する。

統合ＬＥＤコントローラ２０２は、アナログディマ信号２０７をディマ読取り回路２０８にルーティングし、ディマ読取り回路２０８は、アナログディマ信号２０７に対応する所望の輝度レベルを表すデジタル輝度信号２１０を生成する。図３Ｂを参照しながらディマ読取り回路２０８の機能を詳細に説明する。

電力コントローラ２１２は、ディマ読取り回路２０８からデジタル輝度信号２１０を受信し、１つまたは複数の電力制御信号２１４を生成し、１つまたは複数の電力制御信号２１４は、統合ＬＥＤコントローラ２０２からＬＥＤ電力回路２１６に送られる。電力制御信号２１４は、ＬＥＤ電力回路２１６にドライバ電流２１７を生成させる信号であり、ドライバ電流２１７は、デジタル輝度信号２１０に対応する輝度でＬＥＤ２１８を発光させる。例えば、制御信号２１４は、ドライバ電流２１７のデューティサイクル、周波数、または大きさを決定するＬＥＤ電力回路２１６の各部を制御することができる。

ＬＥＤ電力回路２１６は、交流（ＡＣ）入力２２２を使用してＬＥＤ２１８用のドライバ電流２１７を生成する回路である。電力コントローラ２１２を参照しながら上記で説明したように、ドライバ電流２１７は、ＬＥＤ電力回路２１６が統合ＬＥＤコントローラ２０２から受信する電力制御信号２１４に基づいて変動する。ＬＥＤ電力回路２１６は、ブリッジ整流器、増幅器、電圧調整器、変圧器、フライバック変換器などの当技術分野で知られている様々な回路構成要素を含むことができ、様々な電力制御信号２１４を使用して回路の様々な構成要素を制御することができる。一実施形態では、ＬＥＤ電力回路２１６は、ブースト変換器およびフライバック変換器を含み、電力制御信号２１４は、ブースト変換器およびフライバック変換器内のスイッチ用の制御信号を含む。図６を参照しながらこの実施形態をさらに詳細に説明する。

電源回路２２０は、ＡＣ入力２２２を、統合ＬＥＤコントローラ２０２に電力供給する直流（ＤＣ）入力に変換する。ＬＥＤ電力回路２１６と同様に、電源回路２２０はまた、当技術分野で知られている様々な回路構成要素をも含むことができる。図２に示す実施形態では、電源回路２２０とＬＥＤ電力回路２１６は２つの別々の構成要素である。しかし、電源回路２２０とＬＥＤ電力回路２１６を、統合ＬＥＤコントローラ２０２用のＤＣ入力と、ＬＥＤ２１８用のドライバ電流２１７とを供給する単一の電力回路として組み合わせることもできる。

上述のように、図２に示す統合ＬＥＤコントローラ２０２は単一の構成要素として具現化され、有益なことに、単一な構成要素は、ＬＥＤドライバ２２４およびＬＥＤ調光システム２００全体のサイズ、コスト、および複雑さを低減する。さらに、ディマを駆動し、読み取る機能、および制御信号２１４を生成する機能はすべて、統合ＬＥＤコントローラ２０２によって実施されるので、単一の構成要素のみを電力供給するように電源回路２２０を構成することができる。その結果、電源回路２２０をより小型にすることができ、したがって、ＬＥＤ調光システム２００のサイズ、コスト、および複雑さ追加の低減が可能となる。

図３Ａは、一実施形態による、統合ＬＥＤコントローラ２０２のディマ駆動回路２０４のブロック図である。ディマ駆動回路２０４は、信号発生器３０２、ディマドライバ３０４、およびタイミングコントローラ３０６を含む。

信号発生器３０２は、ディマドライバ３０４用の中間信号３０３を生成する。一実施形態では、信号発生器３０２は、図３Ａに示すように、デューティサイクルを有するパルス列を生成する。例えば、中間信号３０３は、５ｍｓの高値と１０ｍｓの低値との間で交番するデジタル信号である。あるいは、信号発生器３０２は、方形波、正弦波、または何らかの他の周期的信号を生成することができる。信号発生器３０２によって生成される中間信号３０３の周期は固定でよく、または周期は変動することができる。

ディマドライバ３０４は、信号発生器３０２から中間信号３０３を受信し、受動ディマ２０６用の駆動信号２０５を生成する。図２のディマ読取り回路２０４を参照しながら上記で説明したように、駆動信号２０５は、デューティサイクルを有する定電流である。一実施形態では、ディマドライバ３０４は、中間信号３０３が高であるときに定電流（例えば、１ｍＡ）を生成し、中間信号３０３が低であるときに低電流（例えば、０ｍＡ）を生成することによって動作する。したがって、駆動信号２０５のデューティサイクルは、信号発生器３０２によって生成される中間信号３０３のデューティサイクルと合致する。

タイミングコントローラ３０６は、信号発生器３０２用の制御信号３０８を生成する。一実施形態では、信号発生器３０２は、制御信号３０８が高であるときに、図３Ａに示すパルス列を生成し、制御信号３０８が低であるときに、低信号を生成するように構成される。制御信号３０８は、周期、位相、デューティサイクルなどの中間信号３０３の他の態様を定義する追加のチャネルを含むことができる。

図３Ｂは、一実施形態による、統合ＬＥＤコントローラ２０２のディマ読取り回路２０８のブロック図である。ディマ読取り回路２０８は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）３５２、低域通過フィルタ３５４、輝度マッピング３５６、およびタイミングコントローラ３５８を含む。

ＡＤＣ３５２は、アナログディマ信号２０７のサンプルを取り込み、サンプルをデジタル値に変換してデジタルディマ信号３５３を生成する。ＡＤＣ３５２のサンプリングレートおよびサンプル時間は、ＡＤＣ３５２がタイミングコントローラ３５８から受信するＡＤＣ制御信号３６２によって決定される。例えば、ＡＤＣ３５２は、ＡＤＣ制御信号３６２の立上り（例えば、低−高遷移）時にサンプルを取り込む。ＡＤＣ制御信号３６２はまた、（例えば、低値を維持することにより）ＡＤＣ３５２にサンプリングを完全に停止させることができる。いくつかの実施形態では、ＡＤＣ３５２が省略され、ディマ読取り回路２０８がデジタルディマ信号３５３を受信する。例えば、ディマ２０６は、図２を参照しながら上記で説明したように、デジタルディマでよい。あるいは、システム２００は、アナログディマ信号２０７を受信し、ディマ読取り回路２０８への入力のために統合ＬＥＤコントローラ２０２にデジタルディマ信号を供給する個別のＡＤＣを含むことができる。ＡＤＣがアナログ信号をデジタル信号に変換することのできる様々な方式が当技術分野で広く知られており、簡潔のために、様々な方式の説明をこの説明から省略する。

低域通過フィルタ３５４は、デジタルディマ信号３５３に低域通過フィルタを適用し、フィルタ処理されたディマ信号３５５を生成する。有益なことに、低域通過フィルタを適用することにより、統合ＬＥＤコントローラ２０２と受動ディマ２０６との間の外部配線内の（例えば、漏話または電磁干渉のために）アナログディマ信号２０７に加えられた可能性のあるいかなる雑音も低減することができる。アナログディマ信号２０７が著しい量の雑音を受けない実施形態、またはコスト削減が雑音低減よりも高い優先順位である実施形態では、低域通過フィルタ３５４が省略されることがある。デジタル低域通過フィルタの機能も当技術分野で広く知られており、デジタル低域通過フィルタの説明をこの説明から省略する。

輝度マッピング３５６はフィルタ処理されたディマ信号３５５を受信し、ディマ信号３５５を、受動ディマ２０６上のスライダの位置に対応する輝度にマッピングする。輝度は、ディマ読取り回路２０８からデジタル輝度信号２１０として出力される。スライダ位置とアナログディマ信号２０４との間に非線形な関係が存在する実施形態では、スライダ位置とＬＥＤ２１８用のドライバ電流２１７との間の線形な関係を生み出すように輝度マッピング３５６を構成することができる。例えば、アナログディマ信号２０７が０〜２Ｖの範囲を有するが、スライダがその最小位置とその最大位置の厳密に中間にあるときに、（１．０Ｖではなく）０．８Ｖの値を有すると仮定する。したがって、輝度マッピング３５６は、スライダが中間位置にあるときに、０．８Ｖに対応するデジタル値を受信することになる。この場合、そのデジタル値をＬＥＤの最大輝度の半分を表すデジタル輝度信号２１０にマッピングするように輝度マッピング３５６を構成することができる。その結果、スライダ位置とアナログディマ信号２０７との間に非線形な関係があるとしても、スライダがその中間位置にあるとき、ＬＥＤ２１８は、最大ドライバ電流の半分のドライバ電流２１７をやはり受信する。

スライダ位置とアナログディマ信号２０７との間に線形な関係が存在するとき、スライダの位置とＬＥＤ２１８用のドライバ電流２１７との間の非線形な関係を生み出すように輝度マッピング３５６を構成することもできる。あるいは、スライダ位置とアナログディマ信号２０７との間の非線形の関係（例えば、二次関係）を、スライダ位置とＬＥＤ２１８用のドライバ電流２１７との間の異なる非線形の関係（例えば、指数関数的関係）にマッピングするように輝度マッピング３５６を構成することができる。

代替実施形態では、ＡＤＣ３５２がアナログサンプルおよび保持回路で置き換えられ、低域通過フィルタ３５４がアナログ低域通過フィルタとして実装される。この実施形態では、輝度マッピング３５６もアナログ構成要素でよく、またはアナログ低域通過フィルタ３５４とデジタル輝度マッピング３５６との間にＡＤＣを追加することができる。

タイミングコントローラ３５８は、ＡＤＣ３５２、低域通過フィルタ３５４、および輝度マッピング３５６の動作を制御する制御信号３６２、３６４、３６６を生成する。一実施形態では、制御信号３６２、３６４、３６６は、３つの構成要素３５２、３５４、３５６用のクロック信号である。構成要素３５２、３５４、３５６を同期式または非同期式に刻時することができる。

図４Ａは、統合ＬＥＤコントローラ４０２の別の実施形態でＬＥＤ４１８を調光するシステム４００を示すブロック図である。ディマ駆動回路４０４、受動ディマ４０６、変圧器４０６Ａ、ディマ読取り回路４０８、電力コントローラ４１２、ＬＥＤ電力回路４１６、ＬＥＤ４１８、および電源回路４２０は、図２に示すシステム２００内の対応する構成要素と同様の機能を実施する。さらに、図４Ａのディマ駆動回路４０４は、図３Ａを参照しながら説明した信号発生器３０２およびディマドライバ３０４を含む。一方、ディマ読取り回路４０８は、ＡＤＣ３５２および輝度マッピング３５６を含み、任意選択で、図３Ｂを参照しながら説明した低域通過フィルタ３５４を含むことができる。

図４Ａに示す統合ＬＥＤコントローラ４０２はまた、統一されたタイミングコントローラ４２６をも含む。統一されたタイミングコントローラ４２６は入力信号４２５を受信し、雑音に対するシステムの感度を低減する方式で、ドライバ制御信号４２８およびリーダ制御信号４３０を生成する。統一されたタイミングコントローラ４２６を用いる実施形態では、ディマ駆動回路４０４およびディマ読取り回路４０８内の個々のタイミングコントローラ３０６、３５８を省略することができ、統一されたタイミングコントローラ４２６によって生成される制御信号４２８、４３０が、個々のタイミングコントローラ３０６、３５８によって生成される制御信号３０８、３６２、３６４、３６６の代わりに使用される。他の実施形態では、統一されたタイミングコントローラ４２６によって生成される制御信号４２８、４３０が、個々のタイミングコントローラ３０６、３５８によって生成される制御信号３０８、３６２、３６４、３６６のサブセットを置き換え、個々のタイミングコントローラ３０６、３５８は残りの制御信号を生成する。統一されたタイミングコントローラ４２６はさらに、ディマ駆動回路４０４およびディマ読取り回路４０８のタイミングと電力制御信号４１４のタイミングを調整するのに使用することのできる電力コントローラ４１２用の制御信号４３２を生成することができる。

図４Ｂおよび４Ｃはそれぞれ、雑音感度を低減するように、統一されたタイミングコントローラ４２６をどのように構成することができるかを実証する１組の波形を示す。例示のために、図４Ｂおよび４Ｃでは、ＡＤＣ制御信号４３０Ａ（統一されたタイミングコントローラ４２６からディマ読取り回路４０８に送られるリーダ制御信号４３０のうちの１つ）がバイナリ信号であり、ＡＤＣ３５２がＡＤＣ制御信号４３０Ａの立上り時にアナログディマ信号４０７のサンプルを取得すると仮定する。しかし、その代わりに、ＡＤＣ制御信号４３０Ａの立下り時にサンプルを取得するようにＡＤＣ３５２を構成することもできる。さらに、ＡＤＣ３５２は、各立上りまたは立下りの後の一定の時間にＡＤＣ３５２に各サンプルを取得させる開口遅延（ａｐｅｒｔｕｒｅ ｄｅｌａｙ）を有することができる。

図４Ｂに示す例では、統一されたタイミングコントローラ４２６に対する入力信号４２５のうちの１つは、ＡＣ入力４２２が電源回路４２０またはＬＥＤ電力回路４１６内の整流器を通過した後のＡＣ入力４２２を表すＡＣ信号４２５Ａであり、統一されたタイミングコントローラ４２６は、ＡＣ信号４２５Ａが０に近いときに、ＡＤＣ３５２にサンプルを取り込ませるＡＤＣ制御信号４３０Ａを生成する。このようにしてＡＤＣ３５２のタイミングを制御することにより、ＡＣ入力４２２が０Ｖ近くであるときにＡＤＣがサンプルを取得し、有利なことに、それにより、ＡＤＣ３５２がアナログディマ信号４０７のサンプルを取り込み、変換するときにＡＣ入力４２２が信号経路に導入する雑音が低減される。

一実施形態では、統一されたタイミングコントローラ４２６は、ＡＣ信号４２５Ａをデジタル化する別々のアナログ−デジタル変換器を含み、デジタルＡＣ信号をしきい値と比較するデジタル比較器をさらに含む。例えば、しきい値は、−１５Ｖと１５Ｖの間のＡＣ入力４２２に対応するＡＣ信号４２５Ａの値でよい。デジタルＡＣ信号がしきい値未満である場合、統一されたタイミングコントローラ４２６は、ＡＤＣ制御信号４３０Ａが低値から高値に遷移することを可能にする。あるいは、統一されたタイミングコントローラ４２６は、アナログ比較器を使用してＡＣ信号４２５Ａをしきい値と比較することができる。

別々の例として、入力信号４２５は、図４Ｃに示すように、ＬＥＤ電力回路４１６内のスイッチングイベントを表すスイッチング信号４２５Ｂを含むことができる。例えば、スイッチング信号４２５Ｂは、ＬＥＤ電力回路４１６の一部であるフライバック変換器内のスイッチの動作を表す。こうした実施形態では、統一されたタイミングコントローラ４２６は、ＬＥＤ電力回路４１６内でスイッチングが行われている間にＡＤＣ３５２がサンプルを取り込まないようにＡＤＣ制御信号４３０Ａを調整する。その代わりに、ＡＤＣ３５２は、スイッチングイベント間にサンプルを取得する。ＬＥＤ電力回路２１６内のスイッチングイベント中は雑音が高くなるので、こうしたスイッチングイベント中にＡＤＣ３５２がサンプリングすることを防止することにより、ＡＤＣ３５２がアナログディマ信号４０７のサンプルを取り込み、変換するときの雑音がやはり低減される。

一実施形態では、統一されたタイミングコントローラ４２６は、ＬＥＤ電力回路４１６内の各スイッチングイベント後の所定の時間間隔中にＡＤＣ制御信号４３０Ａが低値から高値に遷移するのを防止することによってこの機能を実装する。例えば、統一されたタイミングコントローラ４２６は、統一されたタイミングコントローラ４２６がスイッチングイベントを検出した後の少なくとも２００ナノ秒（ｎｓ）でＡＤＣ制御信号４３０Ａが遷移するようにＡＤＣ制御信号４３０Ａを調整する。

ＬＥＤ電力回路４１６でのスイッチングが一貫性のある周期およびデューティサイクルを有する実施形態では、統一されたタイミングコントローラ４２６は、各スイッチングイベントの前の所定の時間間隔中のＡＤＣ制御信号４３０Ａの低−高遷移も防止することができる。所定の時間間隔の始まりは、次のスイッチングイベントが生じる時間を予測することによって求めることができる。例えば、オン状態にスイッチングした後の１０マイクロ秒にスイッチが常にオフ状態にスイッチバックする場合、統一されたタイミングコントローラ４２６は、スイッチがオン位置にスイッチングした後の９０００ｎｓに始まる時間間隔中にＡＤＣ制御信号４３０Ａが遷移することを防止することができる。これは、スイッチがオフ状態にスイッチングする前の１０００ｎｓ未満にＡＤＣ制御信号４３０Ａが低−高遷移を実施することを防止する効果を有する。

統一されたタイミングコントローラ４２６は電力コントローラ４１２用の制御信号４３２も生成するので、統一されたタイミングコントローラ４２６は、電力コントローラ４１２に次のスイッチングイベントを遅延させることにより、スイッチングイベントより前のサンプリングを防止することもできる。例えば、統一されたタイミングコントローラ４２６がＡＤＣ制御信号４２５Ｂの低−高遷移を生成した後、統一されたタイミングコントローラ４２６は、遷移後の１０００ｎｓ未満に次のスイッチングイベントが生じることを防止するように制御信号４３２を構成することができる。

いくつかの実施形態では、統一されたタイミングコントローラ４２６は、図４Ｂおよび４Ｃを参照しながら説明した雑音低減プロセスのどちらも実施するように構成される。したがって、統一されたタイミングコントローラ４２６は、ＡＣ信号４２５Ａおよびスイッチング信号４２５Ｂに関する上述の条件がどちらも満たされるときにのみ、ＡＤＣ制御信号４３０Ａの低−高遷移を可能にする。

ディマ駆動回路４０４、ディマ読取り回路４０８、および電力コントローラ４１２が単一の物理構成要素４０２として統合されるので、統一されたタイミングコントローラ４２６を追加して、図４Ｂおよび４Ｃを参照しながら説明した方式で雑音感度を低減することが可能である。こうした機能が個別の構成要素によって実施される従来型システム１００では、統一されたタイミングコントローラを追加して、ＰＣＢトレースおよびワイヤなどの外部通信チャネルを介して信号を転送することに関連する遅延および干渉のために構成要素間のタイミングを調整することは難しく、実際的ではない。

いくつかの実施形態では、統一されたタイミングコントローラ４２６はさらに、受動ディマ４０６上のスライダ位置の変化を検出するように構成される。例えば、統一されたタイミングコントローラ４２６は、受動ディマ４０６に周期的に（例えば、１５ｍｓごとに）ポーリングしてスライダの位置を求める。こうした実施形態では、統一されたタイミングコントローラ４２６は、スライダ位置の変化が検出されるときにのみ、ディマ駆動回路４０４およびディマ読取り回路４０８を動作させる制御信号４２８、４３０を生成する。例えば、スライダ位置が変化しているとき、ドライバ制御信号４２８は、ディマ駆動回路４０４に駆動信号４０５を生成させ、リーダ制御信号４３０は、ディマ読取り回路４０８にアナログディマ信号４０７をサンプリングさせ、輝度信号４１０を生成させる。

一方、スライダ位置の変化が検出されない場合、ドライバ制御信号４２８は、（例えば、信号発生器３０２にパワーダウンさせ、または低中間信号３０３を生成させることにより）ディマ駆動回路４０４に駆動信号４０５の生成を停止させ、リーダ制御信号４３０は、ＡＤＣ３５２にサンプルの取込みを停止させ、さらに、収集した最新のサンプルに対応する輝度値を有する一定の輝度信号４１０を輝度マッピング３５６に出力させる。

有利なことに、この方式でディマ駆動回路４０４およびディマ読取り回路４０８を操作することにより、スライダ位置が変化していない間の統合ＬＥＤコントローラ４０２の電力消費が削減される。さらに、輝度マッピング３５６は、スライダ位置が変化していないときに最新の輝度値を引き続き出力するので、電力コントローラ４１２およびＬＥＤ電力回路４１６の動作は中断されない。

図５は、一実施形態による、統合ＬＥＤコントローラ２０２および４０２の動作を説明する流れ図である。以下の説明では図２の構成要素のみを参照するが、図５に示すプロセスは、図４に示す実施形態にも当てはまる。

プロセスは、ディマ駆動回路２０４が受動ディマ２０６用の駆動信号２０５を生成する（５００）ときに始まる。ディマ読取り回路２０８内のＡＤＣ３５２は、受動ディマ２０６からアナログディマ信号２０７を受信し（５０５）、アナログディマ信号２０７のサンプルを取り込むことによってアナログディマ信号２０７をデジタルディマ信号３５３に変換する（５１０）。任意選択で、デジタルディマ信号３５３に低域通過フィルタ３５４を適用し（５１５）、雑音を低減することができる。輝度マッピング３５６は、フィルタ処理されたディマ信号３５５を受信し、対応するＬＥＤ輝度レベルを求め（５２０）、対応するＬＥＤ輝度レベルが、デジタル輝度信号２１０として電力コントローラ２１２に送られる。電力コントローラ２１２は、デジタル輝度信号２１０を使用して１つまたは複数の電力制御信号２１４を生成し（５２５）、ＬＥＤ電力回路２１６は、デジタル輝度信号２１０で示される輝度レベルでＬＥＤ２１８に発光させる、対応するＬＥＤドライバ電流２１７を生成する（５３０）。

図６は、統合ＬＥＤコントローラ６００用の例示的応用回路を示す電子概略図である。統合ＬＥＤコントローラ６００が中央に示されており、左上でＡＣ入力６０２に結合され、右下で受動ディマに結合され、左上でＬＥＤ用の出力ポート６０６に結合される。応用回路は、ＬＥＤ用の出力ポート６０６にドライバ電流を供給するフライバック変換器６０８を含み、統合ＬＥＤコントローラ６００およびフライバック変換器６０８に電力供給する整流器６１０およびブースト変換器６１２をさらに含む。共に、整流器６１０、ブースト変換器６１２、およびフライバック変換器６０８は、図２および図４を参照しながら説明したＬＥＤ電力回路２１６、４１６および電源回路２２０、４２０の機能を実施する。

統合ＬＥＤコントローラ６００のピン５は、受動ディマに駆動信号２０５、４０５を出力し、統合ＬＥＤコントローラ６００は、ピン１３で受動ディマからアナログディマ信号２０７、４０７を受信する。

ピン４および１０は、左上のＬＥＤ用のドライバ電流を生成および調整することに関連する様々な機能を制御する電力制御信号２１４、４１４を出力する。具体的には、ピン４は、ブースト変換器６１２でスイッチングを実施するトランジスタを制御し、ピン１０は、フライバック変換器６０８でスイッチングを実施するトランジスタを制御する。

ピン１、３、１１、および１２は、ブースト変換器６１２およびフライバック変換器６０８の様々な部分からフィードバック信号を受信する。こうしたフィードバック信号は、統一されたタイミングコントローラ４２６に対する入力信号４２５として使用することができる。例えば、ピン１は、整流されたＡＣ入力６０２を表す信号を受信し、その信号を、図４Ｂを参照しながら説明した技法に従って使用することができる。一方、ピン１１および１２は、フライバック変換器６０８でのスイッチングイベントを表す信号を受信し、その信号を、図４Ｃお参照しながら説明した方式で使用することができる。

ピン６、７、８、および９は、コントローラ６００を電源およびグランドに接続することにより、統合ＬＥＤコントローラ６００に電力を供給する。

ピン２および１４は、整流されたＡＣ入力電圧および内部バス電圧を受信して、稲妻イベントによって引き起こされた異常に高い電圧などの異常条件に対する保護を提供する。

本開示を読むと、統合ＬＥＤコントローラに関するさらに追加の代替設計を当業者は理解されよう。したがって、本発明の特定の実施形態および適用例を図示し、説明したが、本発明が本明細書で開示される厳密な構造および構成要素に限定されないこと、および本明細書で開示される本発明の方法および装置の構成、動作、および詳細の点で、当業者には明らかである様々な修正、変更、および変形を行えることを理解されたい。

１００、２００、４００ システム
１０２、３０２ 信号発生器
１０４ ドライバ
１０６、２０６、４０６、６０４ 受動ディマ
１０８、３５２ アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）
１１０ マイクロコントローラ
１１２、４２４ ＬＥＤドライバ
１１４、２１２、４１２ 電力コントローラ
１１６、２１６、４１６ ＬＥＤ電力回路
１１７、２１７、４１７ ドライバ電流
１１８、２１８、４１８ ＬＥＤ
１２０、２２０、４２０ 電源回路
１２２、２２２、４２２、６０２ ＡＣ入力
２０２、４０２、６００ 統合ＬＥＤコントローラ
２０４、４０４ ディマ駆動回路
２０５、４０５ 駆動信号
２０６Ａ、４０６Ａ 変圧器
２０７、４０７ アナログディマ信号
２０８、４０８ ディマ読取り回路
２１０ デジタル輝度信号
２１４、４１４ 電力制御信号
３０３ 中間信号
３０４ ディマドライバ
３０６、３５８ タイミングコントローラ
３０８、３６２、３６４、３６６、４２８、４３０、４３２ 制御信号
３５３ デジタルディマ信号
３５４ 低域通過フィルタ
３５５ ディマ信号
３５６ 輝度マッピング
４１０ 輝度信号
４２５ 入力信号
４２５Ａ ＡＣ信号
４２５Ｂ スイッチング信号
４２６ 統一されたタイミングコントローラ
４３０Ａ ＡＤＣ制御信号
６０６ 出力ポート
６０８ フライバック変換器
６１０ 整流器
６１２ ブースト変換器

Claims (17)

1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）を制御する集積回路であって、
   ドライバ制御信号を受信し、調節可能制御位置を有する受動ディマを駆動するための駆動信号を出力するように構成されたディマ駆動回路であって、前記受動ディマは前記駆動信号からディマ信号を生成し、前記ディマ信号は前記受動ディマの前記調整可能制御位置を表す、ディマ駆動回路と、
   前記受動ディマからリーダ制御信号および前記ディマ信号を受信するように構成され、前記ディマ信号に基づいて前記ＬＥＤの所望の輝度レベルを表す輝度信号を生成するように構成されたディマ読取り回路と、
   前記輝度信号を受信し、１つまたは複数の電力制御信号を生成するように構成された電力コントローラであって、前記電力制御信号は、前記所望の輝度レベルで前記ＬＥＤに光を放出させることができる電力コントローラと、
   １つまたは複数の入力信号を受信するように構成され、前記入力信号に基づいて、前記ディマ駆動回路の動作を制御するためのドライバ制御信号と、前記ディマ読取り回路の動作を制御するためのリーダ制御信号とを生成するようにさらに構成された、統一されたタイミングコントローラと
   を備え、前記ドライバ制御信号は前記ディマ駆動回路に前記駆動信号を出力させ、前記リーダ制御信号は前記ディマ読取り回路に前記受動ディマの前記調整可能制御位置の変化の検出に応答して前記輝度信号を生成させることを特徴とする集積回路。
2. 前記ディマ駆動回路は、
   前記ドライバ制御信号に基づいて中間信号を生成するように構成された信号発生器であって、前記ドライバ制御信号が高値を有するときに前記中間信号が低値と高値との間で交番し、前記ドライバ制御信号が低値を有するときに前記中間信号が前記低値を有する信号発生器と、
   前記中間信号を受信し、前記受動ディマ用の前記駆動信号を生成するように構成されたディマドライバであって、前記中間信号が高値を有するときに前記駆動信号が大電流であり、前記中間信号が低値を有するときに前記駆動信号が小電流であるディマドライバと
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
3. 前記ディマ信号はアナログ信号であり、前記リーダ制御信号はアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）制御信号を含み、前記ディマ読取り回路は、
   前記ＡＤＣ制御信号によって規定された時間にアナログディマ信号のサンプルを取り込むように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）であって、前記取り込んだサンプルは、前記アナログディマ信号を表すデジタルディマ信号を形成するＡＤＣと、
   前記ＡＤＣに結合され、前記輝度信号を生成するように構成された輝度マッピングと
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
4. 前記ディマ読取り回路は、
   前記デジタルディマ信号に対する低域通過フィルタ処理を実施して、フィルタ処理されたディマ信号を生成するように構成されたデジタル低域通過フィルタ
   をさらに備え、
   前記輝度マッピングは、前記フィルタ処理されたディマ信号に基づいて前記輝度信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の集積回路。
5. 前記統一されたタイミングコントローラ用の前記入力信号は、ＬＥＤ電力回路用の交流（ＡＣ）電源を表すＡＣ信号を含み、前記ＡＤＣ制御信号は、前記ＡＣ信号がしきい電圧未満である間に、前記ＡＤＣにサンプルを取り込ませることを特徴とする請求項３に記載の集積回路。
6. 前記統一されたタイミングコントローラ用の前記入力信号は、前記集積回路に結合されたＬＥＤ電力回路内で生じるスイッチングイベントを表すスイッチング信号を含み、前記ＡＤＣ制御信号は、スイッチングイベント間の時間間隔中に前記ＡＤＣにサンプルを取り込ませることを特徴とする請求項３に記載の集積回路。
7. フライバック変換器を備えるＬＥＤ電力回路に結合され、前記電力制御信号は、前記フライバック変換器内のスイッチ用のスイッチング信号を含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
8. 前記受動ディマは、前記制御位置が最大位置にあるときに最大電圧を出力するように構成され、前記制御位置が最小位置にあるときに最小電圧を出力するようにさらに構成されたアナログディマであることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
9. 発光ダイオード（ＬＥＤ）コントローラを操作する方法であって、
   集積回路で、受動ディマを駆動するための駆動信号を生成するステップであって、前記受動ディマは調節可能制御位置を有し、前記受動ディマは前記駆動信号からディマ信号を生成し、前記ディマ信号は前記受動ディマの前記調整可能制御位置を表し、前記駆動信号は前記受動ディマの前記調整可能制御位置の変化の検出に応答して生成される、ステップと、
   同一の集積回路で、前記受動ディマから前記ディマ信号を受信するステップと、
   前記ディマ信号に基づいて、前記ＬＥＤの所望の輝度レベルを表す輝度信号を生成するステップであって、前記輝度信号は前記受動ディマの前記調整可能制御位置の変化の検出に応答して生成される、ステップと、
   前記輝度信号に基づいて、前記所望の輝度レベルで前記ＬＥＤに光を放出させることのできる１つまたは複数の電力制御信号を生成するステップと、
   前記駆動信号の生成を制御するドライバ制御信号および前記輝度信号の生成を制御するリーダ制御信号を生成するステップであって、前記ドライバ制御信号はディマ駆動回路に前記駆動信号を出力させ、前記リーダ制御信号はディマ読取り回路に前記受動ディマの前記調整可能制御位置の変化の検出に応答して前記輝度信号を生成させる、ステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
10. １つまたは複数の入力信号を受信するステップと、
    前記入力信号に基づいて、前記駆動信号の前記生成を制御するためのドライバ制御信号を生成するステップと、
    前記入力信号に基づいて、前記輝度信号の前記生成を制御するためのリーダ制御信号を生成するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記駆動信号を生成するステップは、
    前記ドライバ制御信号に基づいて中間信号を生成するステップであって、前記ドライバ制御信号が高値を有するときに前記中間信号が低値と高値との間で交番し、前記ドライバ制御信号が低値を有するときに前記中間信号が前記低値を有するステップと、
    前記中間信号に基づいて前記受動ディマ用の駆動信号を生成するステップであって、前記中間信号が高値を有するときに前記駆動信号が大電流であり、前記中間信号が低値を有するときに前記駆動信号が小電流であるステップと
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記ディマ信号はアナログディマ信号であり、前記リーダ制御信号を生成するステップはアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）制御信号を生成するステップを含み、前記輝度信号を生成するステップは、
    前記ＡＤＣ制御信号によって規定された時間にアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）で前記アナログディマ信号のサンプルを取り込むステップであって、取り込んだサンプルは、前記アナログディマ信号を表すデジタルディマ信号を形成するステップ
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記輝度信号を生成するステップは、
    前記デジタルディマ信号に対する低域通過フィルタ処理を実施して、フィルタ処理されたディマ信号を生成するステップと、
    前記フィルタ処理されたディマ信号に基づいて前記輝度信号を生成するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. ＬＥＤ電力回路から１つまたは複数の入力信号を受信するステップは、前記ＬＥＤ電力回路用の交流（ＡＣ）電源を表すＡＣ信号を受信するステップを含み、前記ＡＤＣ制御信号を生成するステップは、前記ＡＣ信号がしきい電圧未満であることを検出したことに応答して、前記ＡＤＣにサンプルを取り込ませるステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 前記ＬＥＤ電力回路から１つまたは複数の入力信号を受信するステップは、前記ＬＥＤ電力回路内で生じるスイッチングイベントを表すスイッチング信号を受信するステップを含み、前記ＡＤＣ制御信号を生成するステップは、スイッチングイベント間の時間間隔中に前記ＡＤＣにサンプルを取り込ませるステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
16. 前記ＬＥＤ電力回路はフライバック変換器を備え、前記電力制御信号を生成するステップは、前記フライバック変換器内のスイッチ用のスイッチング信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
17. 前記受動ディマは、前記制御位置が最大位置にあるときに最大電圧を出力し、前記制御位置が最小位置にあるときに最小電圧を出力することを特徴とする請求項９に記載の方法。

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