JP2016538807A

JP2016538807A - 特に発光ダイオード用の統合されたデュアル出力部を有するコンパクトドライバ

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Publication number: JP2016538807A
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Inventors: アイリョンジュリアデロス; トニロペズ; マシエルアントニウスマルティヌスヘンドリックス; エドアルド−ホセアラルコン−コット
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Abstract

本発明は、少なくとも２つのＬＥＤ列１３１、１３３を駆動するためのＬＥＤドライバ１０に関する。当該ドライバは、入力電圧Ｖｉｎを、少なくとも２つのＬＥＤ列１３１、１３３の２組を駆動するための２つの異なる出力電圧に変換するデュアル出力電力変換器１０３と、少なくとも１つの入力定値に基づいて、デュアル出力電力変換器１０３を制御するコントローラ１０７とを含み、デュアル出力電力変換器１０３は、複数のスイッチと複数のコンデンサとを含むスイッチドコンデンサコンバータを含み、デュアル出力電力変換器１０３の出力部は、デュアル出力電力変換器１０３の内部ノードに接続され、コントローラ１０７は更に、スイッチを駆動するためのＰＷＭ出力制御信号を供給し、ＰＷＭ出力制御信号のデューティサイクルは、少なくとも１つの入力定値の関数である。本発明は更に、当該ドライバ１０を含む照明システム１にも関する。

Description

［0001］本発明は、統合電力変換器の分野に関する。本発明は特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源といった発光デバイスの駆動回路に適用される。より具体的には、本発明は、コンパクトで効率的な電力変換デバイスに関する。

［0002］例えばスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）を使用する電力変換モジュールの高度な統合を必要とする応用は、誘導性出力フィルタと組み合わせて、コンデンサ及びスイッチを使用するだけで高効率のＤＣ／ＤＣ電圧変換を提供できるスイッチドコンデンサ（キャパシタ）コンバータ（ＳＣＣ）といった電力変換器を使用する。

［0003］特に、固体照明（ＳＳＬ）産業におけるＬＥＤの小型でコンパクトな電力管理ユニットの需要は、増加している。ＬＥＤは、可能な限り効率的に、電力供給が、定電流の形で供給されることを必要とする。理想的には、サイズにおいて、ＬＥＤ自体と同等であるＬＥＤドライバは、新しい照明概念を可能とする重要な飛躍的前進をもたらす。このようなソリューションは、耐用年限、サイズ及び放熱の要件に適合するように、高度な信頼性と効率とを有するシステムを必要とする。

［0004］ＬＥＤドライバは、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）に基づくことができる。特に一部のＬＥＤドライバは、ＳＣＣを誘導性ＳＭＰＳと組み合わせるハイブリッド電力変換器を含む。ＬＥＤドライバをデザインする際の課題の１つは、黒体線調光（black body line dimming）及び色点安定性といった色制御特徴を効果的に実現するそれらの機能を可能にする点である。このような特徴は、ＬＥＤドライバが、複数の出力部と、通常、複雑で、コンパクトな構造に統合することが容易ではない関連の制御手段とを含むことを必要とする。例えば黒体線調光は、例えば白色光を放射する１つのＬＥＤ及び所定の波長を有する光を放射する１つのＬＥＤ、例えば冷白色光を放射する１つのＬＥＤ及び赤色光を放射する１つのＬＥＤである２つのＬＥＤを駆動することによって確保される。したがって、このような例示的な構造では、２つのドライバ又は２つの異なる出力部を有する１つのドライバが必要となる。

［0005］既存の従来技術では、依然として、色調整及びマルチ出力電力管理に関して、すべての複雑な要件を、コンパクト、効率的かつ最適に統合するＬＥＤドライバがない。

［0006］本発明は、１つの電力変換モジュールを介してマルチ出力電力管理を可能にするソリューションを提案することによって、従来技術の上記欠点を改善することを目的とする。

［0007］本発明によれば、ＳＣＣに固有の特性を利用したハイブリッドアーキテクチャに基づいたドライバ装置が提案される。

［0008］このために、本発明は、少なくとも２組の発光デバイス（ＬＥＤ）又はＬＥＤ列を駆動するための新規のドライバを提供する。当該ドライバは、
入力電圧を、２組のＬＥＤ列を駆動するための２つの異なる出力電圧に変換するデュアル出力電力変換器と、
少なくとも１つの入力定値（セットポイント、設定点、設定値）に基づいて、デュアル出力電力変換器を制御するコントローラと、
を含み、デュアル出力電力変換器は、複数のスイッチと複数のコンデンサとを含むスイッチドコンデンサコンバータを含み、デュアル出力電力変換器の出力部は、デュアル出力電力変換器の内部ノードに接続され、コントローラは更に、スイッチを駆動するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）出力制御信号を供給し、ＰＷＭ出力制御信号のデューティサイクルは、少なくとも１つの入力定値の関数である（少なくとも１つの入力定値に応じたデューティサイクルである）。

［0009］本発明の例示的な実施形態では、ドライバは更に、デュアル出力電力変換器に供給される入力電圧を制御する制御可能な電圧レギュレータを含む。

［0010］本発明の例示的な実施形態では、コントローラは更に、制御可能な電圧レギュレータを制御する。

［0011］本発明の例示的な実施形態では、コントローラは更に、少なくとも２組のＬＥＤ列の少なくとも一方の動作を表すフィードバック信号に応じて、デュアル出力電力変換器を閉ループ形式で制御する。

［0012］本発明の例示的な実施形態では、コントローラは更に、少なくとも２組のＬＥＤ列の少なくとも一方の動作を表すフィードバック信号に応じて、制御可能な電圧レギュレータを閉ループ形式で制御する。

［0013］本発明の例示的な実施形態では、ドライバは更に、出力フィルタを含み、２組のＬＥＤ列の少なくとも一方は、出力フィルタを介して２つの異なる出力電圧の少なくとも一方によって駆動される。

［0014］本発明の例示的な実施形態では、デュアル出力電力変換器が含むスイッチドコンデンサコンバータは、ラダー（Ladder）構造に基づいている。

［0015］本発明の例示的な実施形態では、デュアル出力電力変換器が含むスイッチドコンデンサコンバータは、ディクソンラダー（Dickson Ladder）構造に基づいている。

［0016］本発明の例示的な実施形態では、デュアル出力電力変換器が含むスイッチドコンデンサコンバータは、フィボナッチ（Fibonacci）構造に基づいている。

［0017］本発明の例示的な実施形態では、制御可能な電圧レギュレータは、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）を含む。

［0018］本発明の例示的な実施形態では、制御可能な電圧レギュレータは、線形電圧レギュレータを含む。

［0019］本発明の別の態様は、２組のＬＥＤ列を含む照明システムであり、当該２組のＬＥＤ列は、上記された実施形態の何れかに記載されるドライバによって駆動される。

［0020］本発明の例示的な実施形態では、２組のＬＥＤ列は、それぞれ、１つの又は直列にされた複数の赤色光を発するＬＥＤ、及び、１つの又は直列にされた複数の青色光を発するＬＥＤを含む。

［0021］本発明の別の態様は、少なくとも２組のＬＥＤ列を駆動する方法であって、当該方法は、少なくとも、入力電圧を、２組のＬＥＤ列を駆動するための２つの異なる出力電圧に変換するステップと、複数のスイッチと複数のコンデンサとを有するスイッチドコンデンサコンバータを含むデュアル出力電力変換器を、当該スイッチを、ＰＷＭ信号で駆動することによって、制御するステップと、を含み、ＰＷＭ信号のデューティサイクルは、少なくとも１つの入力定値の関数である。

［0022］本発明は、サイズが小さくなることと構成要素の数が少なくなることに加えて、以下に説明される第２の例示的な実施形態における本発明の別の利点は、特に、単一の制御変数を使用して、黒体線調光を容易にする点である。

［0023］本発明のこれらの及び他の特徴並びに利点は、例示的及び非限定的な例としてのみ提供される好適な実施形態の以下に与えられる詳細な説明だけでなく、添付図面も考慮して、明らかとなろう。

［0024］図１は、本発明の例示的な実施形態において、負荷及び電圧供給源に接続されたＬＥＤドライバを説明するブロック図である。［0025］図２は、本発明の第１の例示的な実施形態において、ＬＥＤドライバが含むデュアル出力変換器を説明する電気回路図である。［0026］図３Ａは、色点の所与のターゲット値を達成するために、本発明の例示的な実施形態に従ってドライバ内の定値コントローラによって設定される調節パラメータの値を説明する図である。［0026］図３Ｂは、色点の所与のターゲット値を達成するために、本発明の例示的な実施形態に従ってドライバ内の定値コントローラによって設定される調節パラメータの値を説明する図である。［0026］図３Ｃは、色点の所与のターゲット値を達成するために、本発明の例示的な実施形態に従ってドライバ内の定値コントローラによって設定される調節パラメータの値を説明する図である。［0027］図４は、本発明の第２の例示的な実施形態において、ＬＥＤドライバが含むデュアル出力変換器を説明する電気回路図である。［0028］図５Ａは、図４に示される本発明の第２の例示的な実施形態によるＬＥＤドライバが含むデュアル出力変換器の出力特性を説明する図である。［0028］図５Ｂは、図４に示される本発明の第２の例示的な実施形態によるＬＥＤドライバが含むデュアル出力変換器の出力特性を説明する図である。

［0029］以下の詳細な説明において、限定ではなく説明のために、特定の詳細を開示する代表的な実施形態が、本教示内容の十分な理解のために提供される。しかし、本開示の恩恵を受けた当業者には、本明細書に開示される特定の詳細から離れる本教示による他の実施形態が、添付の特許請求の範囲内に留まることが明らかとなろう。更に、良く知られた装置及び方法の説明は、代表実施形態の説明を曖昧としないために省略されることもある。このような方法及び装置は、明らかに、本教示の範囲内である。

［0030］図１は、本発明の例示的な実施形態において、負荷及び電圧供給源に接続されたＬＥＤドライバを説明するブロック図を示す。

［0031］図１は、電源１１に接続され、負荷１３に取り付けられているＬＥＤドライバ１０を示す。ドライバ及び負荷は、照明システム１の構成要素である。照明システム１も、本発明の一態様である。

［0032］電源１１は、例えばＡＣ又はＤＣ電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを供給する。例えば供給電圧Ｖｓｕｐｐｌｙは、主電源からのＡＣ電圧であっても、ＤＣグリッド又は電池によって供給されるＤＣ電圧であってもよい。

［0033］負荷１３は、例えば１つの第１のＬＥＤ列１３１と、１つの第２のＬＥＤ列１３３とを含む。本開示では、ＬＥＤ列は、１つ又は複数のＬＥＤを含むと考えられる。２つのＬＥＤ列１３１、１３３は、異なるタイプの光を放射する。例えば、２つのＬＥＤ列１３１、１３３によって生成される光ビームの混合が特に、黒体線調光を可能とするようなやり方で、第１のＬＥＤ列１３１は、赤色光を放射し、第２のＬＥＤ列１３３は、青色光を放射する。

［0034］ＬＥＤドライバ１０は、供給電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを受け取り、調整された電圧を供給する制御可能な電圧レギュレータ１０１と、デュアル出力電力変換器１０３とを含み、また、出力フィルタ１０５を含んでもよい。図１に示される本発明の例示的な実施形態では、出力フィルタ１０５は、デュアル出力電力変換器１０３の各出力部が対応する出力フィルタに関連付けられるように、１つの第１の出力フィルタ１０５１と１つの第２の出力フィルタ１０５３とを含む。第１の出力フィルタ１０５１は、第１のＬＥＤ列１３１に接続され、第２の出力フィルタ１０５３は、第２のＬＥＤ列１３３に接続される。

［0035］ＬＥＤドライバ１０は更に、コントローラ１０７を含む。コントローラ１０７は、少なくとも１つの定値制御信号を受信するための少なくとも１つの入力部を含み、また、少なくともデュアル出力電力変換器１０３に、少なくとも１つの制御信号を供給する少なくとも１つの出力部を含む。

［0036］コントローラ１０７は更に、負荷１３の実際の動作を表すフィードバック信号を受信するための少なくとも２つのフィードバック入力部、例えば第１のＬＥＤ列１３１を通る検知電流を表す信号を受信するための１つの第１のフィードバック入力部と、第２のＬＥＤ列１３３を通る検知電流を表す信号を受信するための１つの第２のフィードバック入力部とを含む。したがって、コントローラ１０７は、以下により詳細に説明されるように、入力された定値及び負荷１３の動作を表すフィードバック信号に応じて、デュアル出力電力変換器１０３及び／又は制御可能な電圧レギュレータ１０１の動作パラメータを調節することができる。

［0037］本発明の特異性によれば、デュアル出力電力変換器１０３が、複数のスイッチと複数のコンデンサとを含む制御可能なスイッチドコンデンサコンバータによって形成され、デュアル出力電力変換器１０３の出力部が、スイッチドコンデンサコンバータの内部ノードに直接的に接続されることが提案される。制御可能なＳＣＣは、通常、複数の内部ノードを含み、そのうちの幾つかが、本発明における出力部として使用される。特に、制御可能なＳＣＣは、通常、デューティサイクルから独立した固定値を有する電圧を提供する少なくとも１つのＤＣノードを含み、幾つかの他の内部ノードは、デューティサイクルを変更することによって変調可能なパルス電圧を提供する浮動ＰＷＭノードである。したがって、デュアル出力電力変換器１０３の２つの出力部は、単一のコントローラ１０７によって、スイッチドコンデンサコンバータを介して、別々に制御可能であり、これは、単純でコンパクトな構造を必要とするという利点を提供する。浮動ＷＰＭノードにおける小さい電圧リップルは特に、出力フィルタの要件を緩和するという利点を提供する。つまり、誘導性出力フィルタが使用される場合、インダクタのサイズを劇的に小さくすることができる。以下に詳細に説明される図２に示される例示的な実施形態では、１００ｎＨのインダクタを、出力フィルタインダクタンスとして使用することができる。

［0038］図２は、本発明の例示的な実施形態において、ＬＥＤドライバが含むデュアル出力変換器を説明する電気回路図を示す。

［0039］図２に示される本発明の第１の例示的な実施形態では、デュアル出力電力変換器１０３の２つの出力部は、完全に独立したやり方で制御されることが可能にされる。

［0040］図２を参照するに、照明システム１は、２つの端子を介して、電圧Ｖｓｕｐｐｌｙを供給する電源１１に接続される制御可能な電圧レギュレータ１０１を含む。制御可能な電圧レギュレータ１０１は、２つの出力端子１０１１、１０１３を介して、入力電圧Ｖｉｎを、デュアル出力電力変換器１０３に供給する。

［0041］図２に示される例示的な実施形態では、デュアル出力電力変換器１０３は、３つのコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、単極単投タイプであってよい４つのスイッチＳ１、…、Ｓ４とを含むスイッチドコンデンサコンバータを含む。

［0042］制御可能な電圧レギュレータ１０１は、制御可能なＳＭＰＳによって形成されてよく、デュアル出力電力変換器１０３に供給される入力電圧Ｖｉｎを制御することが可能にされる。ＤＣ／ＤＣ又はＡＣ／ＤＣ変換を介した出力電圧調整を可能にする制御可能な電圧レギュレータの任意の他のトポロジーも使用することができる。例えば線形電圧レギュレータを使用することができる。

［0043］図２に示されるＳＣＣは、いわゆるラダー（Ladder）構造を形成する。図２に示される例示的な実施形態では、第１のコンデンサＣ１と第３のコンデンサＣ３とは、制御可能な電圧レギュレータ１０１の第１の出力端子１０１１と、制御可能な電圧レギュレータ１０１の第２の出力端子１０１３との間の第１の回路分岐において、直列に置かれる。第２の出力端子１０１３は、例えば接地電位といった基準電位に接続される。

［0044］ラダー構造の４つのスイッチＳ１、…、Ｓ４は、第１の回路分岐に並列である第２の回路分岐において、直列に置かれる。ラダー構造の第１の内部ノードＮ１は、第１のコンデンサＣ１と第３のコンデンサＣ３とに共通するノードであり、第２のスイッチＳ２と第３のスイッチＳ３とに共通するノードである第２の内部ノードＮ２に接続される。デュアル出力電力変換器１０３の第２の出力部は、第３のスイッチＳ３と第４のスイッチＳ４とに共通するノードである第３の内部ノードＮ３に接続される。第２のコンデンサＣ２は、第３の内部ノードＮ３と、第４の内部ノードＮ４との間に接続され、第４の内部ノードＮ４は、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２とに共通するノードである。第１のコンデンサＣ１は、第１の内部ノードＮ１と、制御可能な電圧レギュレータ１０１の第２の出力端子１０１３との間に接続される一方で、第３のコンデンサＣ３は、第１の内部ノードＮ１と、制御可能な電圧レギュレータ１０１の第１の出力端子１０１１との間に接続される。

［0045］第１のＬＥＤ列１３１は、第１の内部ノードＮ１と制御可能な電圧レギュレータ１０１の第２の出力端子１０１３との間に、第１のコンデンサＣ１と並列に接続される。第１のＬＥＤ列１３１の両端間の電圧は、ｖ１と示される。

［0046］出力フィルタインダクタンスＬｏが、第３の内部ノードＮ３と、出力ノードＮｏとの間に接続される。出力ノードＮｏは、出力フィルタインダクタンスＬｏと、出力フィルタコンデンサＣｏとに共通するノードである。出力フィルタコンデンサＣｏは、出力ノードＮｏと、制御可能な電圧レギュレータ１０１の第２の出力端子１０１３との間に接続される。第２のＬＥＤ列１３３は、出力フィルタコンデンサＣｏと並列に接続される。第２のＬＥＤ列１３３の両端間の電圧は、ｖｏと示される。したがって、出力フィルタコンデンサＣｏと、出力フィルタインダクタンスＬｏとは、図１を参照して上記されたような第２の出力フィルタ１０５３を形成する。

［0047］図２に示される例示的な実施形態では、第１のＬＥＤ列１３１は、デュアル出力電力変換器１０３が含むＳＣＣのＤＣノードに接続されているので、誘導性出力フィルタに関連付けられていない。したがって、この例示的な実施形態では、第１のコンデンサＣ１は、図１を参照して上記されたような第１の出力フィルタ１０５１を形成する。

［0048］図２に示される例示的な実施形態では更に、コントローラ１０７は、定値信号を受信する定値コントローラ１０７０を含む。例えば定値コントローラ１０７０は、色定値信号と輝度定値信号とを受信し、第１のＬＥＤ１３１及び第２のＬＥＤ１３３を制御するための対応する制御信号を供給する。輝度制御は、放射される光の総量を制御することによって達成される一方で、色点制御は、各ＬＥＤ列１３１、１３３が放射する電力の相対量を制御することによって達成される。

［0049］コントローラ１０７は更に、定値コントローラ１０７０によって出力された第１の制御信号と、第１のＬＥＤ列１３１を通る電流ｉ１を表す第１のフィードバック信号とに基づいて、第１のＬＥＤ列１３１向けの第１の制御信号βを供給する第１のＬＥＤコントローラ１０７１を含む。同様に、コントローラ１０７は、定値コントローラ１０７０によって出力された第２の制御信号と、第２のＬＥＤ列１３３を通る電流ｉ２を表す第２のフィードバック信号とに基づいて、第２のＬＥＤ列１３３向けの第２の制御信号を供給する第２のＬＥＤコントローラ１０７３を含む。

［0050］コントローラ１０７は更に、パルス幅変調器１０７５を含む。第２のＬＥＤコントローラ１０７３によって供給される第２の制御信号は、第１のＰＷＭ制御信号φ１と第２の制御信号φ２とをもたらすパルス幅変調器１０７５に送られる。第１の制御信号φ１及び第２の制御信号φ２の位相は、相補的である。

［0051］実際には、コントローラ１０７は、例えば専用の集積回路において又はマイクロコントローラの適切な構造を介して実現される。

［0052］したがって、図２に示される例示的な実施形態では、デュアル出力電力変換器１０３の２つの出力部は、第１のＬＥＤ列１３１の両端間の電圧ｖ１と第２のＬＥＤ列１３３の両端間の電圧ｖ２とをそれぞれもたらすラダー構造のノードによってそれぞれ形成される。

［0053］したがって、電圧ｖ１に対応する第１の出力部は、図示される例示的な実施形態では、１／２に等しく、また、本例示的な実施形態では、２つの制御信号φ１、φ２のデューティサイクルに依存しない、ＳＣＣトポロジーによって固定される理想的な変換率を提供する固定出力部である。デュアル出力電力変換器１０３は、２：１ラダー構造を含む。

［0054］電圧ｖｏに対応する第２の出力部は、第３のノードＮ３によってもたらされる信号の低域通過フィルタ処理された成分である。第３のノードＮ３は、方形波電圧をもたらし、その平均値は、制御信号φ１、φ２のデューティサイクルを調節することによって調節されて、１／２と１との間に含まれる変換率が提供される。例えばデュアル出力電力変換器１０３が、４ボルトの電圧において供給される５０％のデューティサイクルで動作する場合、第１のＬＥＤ列１３１の両端間の電圧ｖ１は、２ボルトであり、第２のＬＥＤ列１３３の両端間の電圧ｖｏは、３ボルトである。

［0055］２つのＬＥＤ列１３１、１３３の電流、即ち、その２つの出力部における電圧を調節するために、デュアル出力電力変換器１０３は、コントローラ１０７によって調節可能である２つの変数、つまり、デュアル出力電力変換器１０３の入力電圧、即ち、制御可能な電圧レギュレータ１０１によって供給される入力電圧Ｖｉｎと、２つの制御信号φ１、φ２のデューティサイクルとを対処する。

［0056］ラダー構造のスイッチＳ１、…、Ｓ４は、２つの制御信号φ１、φ２によって制御される。第１のスイッチＳ１及び第３のスイッチＳ３が、第１の制御信号φ１によって制御される一方で、第２のスイッチＳ２及び第４のスイッチＳ４が、第２の制御信号φ２によって制御される。

［0057］入力電圧Ｖｉｎの変動は、デュアル出力電力変換器１０３の２つの出力に影響を及ぼすが、デューティサイクルの変動は、デュアル出力電力変換器１０３の第２の出力、即ち、電圧ｖｏのみに影響を及ぼす。したがって、コントローラは、入力電圧Ｖｉｎが変動するとデューティサイクルを適切に適応させ、これにより、依然として適切な電流が、第２のＬＥＤ列１３３に供給される。２つのＬＥＤコントローラ１０７１、１０７３は、デュアル出力電力変換器１０３の２つの出力に、独立した電流調整を提供する。第１のＬＥＤ列１３１を通る電流は、コントローラ１０７によって供給される第１の制御信号βを介して、入力電圧Ｖｉｎを調節することによって制御される。第２のＬＥＤ列１３３を通る電流は、２つの制御信号φ１、φ２のデューティサイクルを変化させることによって制御される。定値コントローラ１０７は、例えば色定値及び輝度定値である入力定値に従って、デュアル出力電力変換器１０３の出力の電流定値を調節することを可能にする。

［0058］図３Ａ乃至図３Ｃは、色点の所与のターゲット値を達成するために、本発明の例示的な実施形態に従ってドライバ内の定値コントローラ１０７０によって設定される様々な調節パラメータの値を示す図である。

［0059］図３Ａ乃至図３Ｃは、１ワットの総出力電力について、冷白色と暖白色との間の標準的な色点調節において、４Ｖの入力が供給される２Ｖの赤色ＬＥＤと３Ｖの青色ＬＥＤとを有する、図２を参照して上記されたようなドライバを含む例示的な実施形態に関する。

［0060］図３Ａに示されるグラフでは、横座標は、図２に示される例示的な実施形態における冷白色から暖白色までの色定値に対応し、第１のＬＥＤ列１３１は赤色ＬＥＤであり、第２のＬＥＤ列１３３は青色ＬＥＤである。縦座標は、ＬＥＤ列に供給される電力の割合に対応し、第１のＬＥＤ列１３１に供給される相対電力と第２のＬＥＤ列１３３に供給される相対電力との合計は、色定値に関わらず、１００％である。第１の直線３０１は、第１のＬＥＤ列１３１の特性に対応し、第２の直線３０３は、第２のＬＥＤ列１３３の特性に対応する。

［0061］例えば冷白色は、第１のＬＥＤ列１３１に供給される相対電力を２０％に設定し、第２のＬＥＤ列１３３に供給される相対電力を８０％に設定することによって得られ、暖白色は、第１のＬＥＤ列１３１に供給される相対電力を４０％に設定し、第２のＬＥＤ列１３３に供給される相対電力を６０％に設定することによって得られる。色点のすべての中間の増加値は、第１のＬＥＤ列１３１に供給される相対電力を直線的に増加させる一方で、第２のＬＥＤ列１３３に供給される相対電力を直線的に減少させることによって達成される。

［0062］図３Ｂに示されるグラフでは、上記された図３Ａに示されるグラフと同様に、横座標は、冷白色から暖白色に及ぶ色定値に対応する。縦座標は、ボルトでの入力電圧Ｖｉｎレベルに対応する。直線３１１は、色定値に従う入力電圧Ｖｉｎの変動を示す。０．５Ｖの範囲内で入力電圧Ｖｉｎレベルを直線的に増加させることによって、増加する色定値を得ることが可能である。

［0063］図３Ｃに示されるグラフでは、上記された図３Ａ及び図３Ｂに示されるグラフと同様に、横座標は、冷白色から暖白色まで及ぶ色定値に対応する。縦座標は、制御信号φ１、φ２のデューティサイクルに対応する。直線３２１は、色定値に従うデューティサイクルの変動を示す。１０％の範囲内でデューティサイクルを直線的に減少させることによって、増加する色定値を得ることが可能である。

［0064］図４は、本発明の第２の例示的な実施形態において、ＬＥＤドライバが含むデュアル出力変換器を説明する電気回路図を示す。

［0065］第２の実施形態は、相補的な挙動を有する２つの調節可能なＤＣ出力を提供することを可能にする本発明による代替トポロジーに基づいている。第２の実施形態では、デュアル出力電力変換器１０３は、入力電圧Ｖｉｎが供給され、スイッチドコンデンサコンバータによって形成される。以下により詳細に説明されるように、その１つの内部ノードは、例えば赤色ＬＥＤである第１のＬＥＤ列１３１に接続され、その１つの他の内部ノードは、例えば青色ＬＥＤである第２のＬＥＤ列１３３に接続される。第２の実施形態では、第１のＬＥＤ列１３１は、第１の出力フィルタインダクタンスＬｏ１と第１の出力フィルタコンデンサＣｏ１とを含む第１の出力フィルタ１０５１に関連付けられ、第２のＬＥＤ列１３３は、第２の出力フィルタインダクタンスＬｏ２と第２の出力フィルタコンデンサＣｏ２とを含む第２の出力フィルタ１０５３に関連付けられる。

［0066］図４に示される例示的な実施形態では、デュアル出力電力変換器１０３は、３つのコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、単極単投タイプであってよい７つのスイッチＳ１、…、Ｓ７とを含む、いわゆる３：１ディクソン（Dickson）ラダー構造を含む。

［0067］より具体的には、図示される実施形態におけるデュアル出力電力変換器１０３は、２つのフライングラダーを含み、各フライングラダーは、１つのコンデンサを含む。１つの第１のフライングラダーは、第３のコンデンサＣ３を含み、１つの第２のフライングラダーは、第２のコンデンサＣ２を含む。

［0068］デュアル出力電力変換器１０３は更に、３つの中心ノードＮ１、Ｎ２、Ｎ３を含む。１つの第１のスイッチＳ１は、第１の中心ノードＮ１を、入力電圧Ｖｉｎに、選択的に接続する。第２のスイッチＳ２は、第２の中心ノードＮ２を、第１の中心ノードＮ１に選択的に接続する。第３のスイッチは、第２の中心ノードＮ２を、第３の中心ノードＮ３に選択的に接続する。第１のコンデンサＣ１は、第３の中心ノードＮ３と、１つの第４の中心ノードＮ４との間に置かれる。第４の中心ノードＮ４は、例えば接地電位である基準電位に接続される。

［0069］第３のコンデンサＣ３を含む第１のフライングラダーは、第１の中心ノードＮ１と、１つの第１の二次ノードＳＮ１との間に置かれる。１つの第４のスイッチＳ４は、第１の二次ノードＳＮ１を、第４の中心ノードＮ４に選択的に接続する。１つの第５のスイッチＳ５は、第１の二次ノードＳＮ１を、第３の中心ノードＮ３に選択的に接続する。

［0070］第２のコンデンサＣ２を含む第２のフライングラダーは、第２の中心ノードＮ２と、１つの第２の二次ノードＳＮ２との間に置かれる。１つの第６のスイッチＳ６は、第２の二次ノードＳＮ２を、第３の中心ノードＮ３に選択的に接続する。１つの第７のスイッチＳ７は、第２の二次ノードＳＮ２を、第４の中心ノードＮ４に選択的に接続する。

［0071］２つのフライングラダーは、スイッチＳ１乃至Ｓ７の開閉の適切なシーケンスによって、位相は互いに反対である。例えばすべての奇数のスイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ５は、第１の時間位相φ１の間、所与の状態（例えばオンにされる）にある一方で、すべての偶数のスイッチＳ２、Ｓ４、Ｓ６は、反対の状態（例えばオフにされる）にある。後続の第２の時間位相φ２では、すべてのスイッチの状態は反対にされる。

［0072］図４に示される第２の実施形態では更に、コントローラ１０７は、図２を参照して上記された第１の実施形態によるコントローラ１０７に比べて、より単純な構造を有する。コントローラ１０７は、以下により詳細に説明されるように、実際にはデューティサイクル値定値に対応する単一の色定値信号に基づいて、第１のＰＷＭ制御信号φ１と第２の制御信号φ２とをもたらすパルス幅変調器１０７５を含む。第１の制御信号φ１及び第２の制御信号φ２の位相は、相補的である。

［0073］図４に示される第２の例示的な実施形態では、第１のＬＥＤ列１３１は、第１の出力フィルタコンデンサＣｏ１と並列に接続され、第１の出力フィルタインダクタンスＬｏ１は、第２の二次ノードＳＮ２に接続される。第１のＬＥＤ列１３１の両端間の電圧は、ｖｏ１と規定される。第２のＬＥＤ列１３３は、第２の出力フィルタコンデンサＣｏ２と並列に接続され、第２の出力フィルタインダクタンスＬｏ２は、第２の中心ノードＮ２に接続される。第２のＬＥＤ列１３３の両端間の電圧は、ｖｏ２と規定される。

［0074］したがって、第１のＬＥＤ列１３１の両端間の電圧ｖｏ１は、デュアル出力電力変換器１０３が含むディクソンラダー構造の第２の二次ノードＳＮ２にある電圧のＤＣ成分であり、その平均値は、０と１／３との間の変換率を可能とするように調節することができる。第２のＬＥＤ列１３３の両端間の電圧ｖｏ２は、第２の中心ノードＮ２にある電圧のＤＣ成分であり、その平均値は、２／３と１との間の変換率を可能とするように調節することができる。

［0075］例えば８ボルトの電圧において供給される７５％のデューティサイクルでデュアル出力電力変換器１０３を動作させると、第１のＬＥＤ列１３１に、２Ｖの出力が、また、第２のＬＥＤ列１３３の代わりに直列に置かれた２つのＬＥＤに、６Ｖの出力が生成される。デューティサイクルが増加すると、第１のＬＥＤ列１３１の両端間の電圧ｖｏ１が増加し、第１のＬＥＤ列１３１を通る電流が多くなる一方で、直列の２つのＬＥＤの両端間の電圧ｖｏ２は減少し、２つのＬＥＤを通る電流は少なくなる。デューティサイクルが減少すると、反対の挙動が達成される。

［0076］図５Ａ及び図５Ｂは、図４に示される本発明の第２の例示的な実施形態によるＬＥＤドライバが含むデュアル出力変換器の出力特性を説明する図を示す。図５Ａ及び図５Ｂは、各ＬＥＤ列における入力電力の分布を示す。

［0077］図５Ａに示されるグラフでは、横座標は、図４に示される例示的な実施形態における冷白色から暖白色に及ぶ色定値に対応する。第１のＬＥＤ列１３１は、赤色ＬＥＤであり、第２のＬＥＤ列１３３は、青色ＬＥＤである。縦座標は、ＬＥＤ列に供給される電力の割合に対応し、第１のＬＥＤ列１３１に供給される相対電力と第２のＬＥＤ列１３３に供給される相対電力との合計は、色定値に関わらず、１００％である。第１の直線５０１は、第１のＬＥＤ列１３１の特性に対応し、第２の直線５０３は、第２のＬＥＤ列１３３の特性に対応する。

［0078］例えば冷白色は、第１のＬＥＤ列１３１に供給される相対電力を２０％に設定し、第２のＬＥＤ列１３３に供給される相対電力を８０％に設定することによって得られ、暖白色は、第１のＬＥＤ列１３１に供給される相対電力を５０％に設定し、第２のＬＥＤ列１３３に供給される相対電力を５０％に設定することによって得られる。色点のすべての中間の増加値は、第１のＬＥＤ列１３１に供給される相対電力を直線的に増加させる一方で、第２のＬＥＤ列１３３に供給される相対電力を直線的に減少させることによって達成される。

［0079］図５Ｂに示されるグラフでは、上記された図５Ａに示されるグラフと同様に、横座標は、色定値、つまり、冷白色から暖白色に及ぶ色定値に対応する０から１００％に及ぶデューティサイクルの割合に対応する。縦座標は、第１のＬＥＤ列１３１の両端間の電圧ｖｏ１と、第２のＬＥＤ列１３３の両端間の電圧ｖｏ２との対比に対応する。曲線５１１は、色定値に従う、即ち、デューティサイクルに応じた当該対比の変動を示す。デューティサイクルを増加させることによって、図４に示される例示的な実施形態のデュアル出力電力変換器１０３を用いて、当該対比を０と０．５との間で変化させることが可能である。

［0080］要約するに、本発明は、電力変換器のスイッチを駆動する制御信号のデューティ信号を少なくとも制御することによって、当該電力変換器の２つの出力を別々に制御することを可能にする。電力変換器は、スイッチドコンデンサコンバータによって形成され、当該電力変換器の出力部は、スイッチドコンデンサ構造の内部ノードに接続される。これらのノードは、当該構造が既にもともと含んでいる。

［0081］上記された第１の実施形態といった有利な実施形態では、制御信号のデューティサイクルを変化させることによって、色定値と、場合によっては、輝度定値とに基づいて、更には、電力変換器の入力電圧Ｖｉｎにも基づいて、電力変換器の２つの出力を完全に独立したやり方で制御することができる。

［0082］本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示かつ説明されたが、当業者には、当該例示及び説明は、例示的と見なされるものであって、限定的に見なされないことは明らかであろう。本発明は、開示される実施形態に限定されない。むしろ、添付の特許請求の範囲に規定されるように、本発明の保護範囲内の幾つかの変形態様及び修正態様が可能である。

［0083］例えば説明された実施形態による出力フィルタは、誘導性フィルタであるが、他の既知のタイプの出力フィルタが使用されてもよい。

［0084］別の例として、上記された２つの主な実施形態における例示的なスイッチドコンデンサコンバータは、本発明を限定するものではない。これは、例えばフィボナッチ（Fibonacci）ＳＣＣ又はより多くのコンデンサ及びスイッチが関与するより複雑な構造を有するＳＣＣといった任意の他のタイプのスイッチドコンデンサコンバータが、本発明の発明概念から離れることなく、使用されてもよいからである。

［0085］更に別の例として、特に上記された第２の主な実施形態を参照するに、制御可能な電圧レギュレータの存在は、デュアル出力電力変換器を含むドライバ又は照明システムが調整された供給電圧を既に提供する供給源に接続される場合には、任意選択的である。

［0086］更に別の例として、負荷を通る電流の閉ループ制御も任意選択的であり、開ループスキームも、本発明の発明概念から離れることなく考えられる。

［0087］本明細書において説明されるＳＣＣ構造に使用されるすべてのスイッチは、双方向性であってよく、また、回路のスイッチング周波数に適合する適切な技術で実現される。例えばスイッチは、シリコン基板上の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）又は窒化ガリウム基板上の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）によって形成されてもよい。

［0088］すべての反応性要素は、例えばパワーシステム・オン・チップ（ＰＳｏＣ）又はパワーシステム・イン・パッケージ（ＰＳｉＰ）のように、統合を可能とするために十分に小さいサイズにされる。

［0089］コンデンサは更に、強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＦＲＡＭ（登録商標））又は埋込ダイナミックランダムアクセスメモリ（ｅＤＲＡＭ）に適用される技術と同様の技術を使用して実現される。このような技術によって達成されるより高い誘電率は、統合ＳＣＣをより小型にし、したがって、安価にする。

［0090］本明細書において規定され、使用されるすべての定義は、辞書の定義、参照することにより組み込まれた文書における定義及び／又は規定された用語の通常の意味よりも優先されることは理解されるべきである。

［0091］開示された実施形態に対する他の変形態様は、図面、開示内容及び従属請求項を検討することにより、請求項に係る発明を実施する当業者には理解されかつ実施可能である。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定しているものと解釈されるべきではない。

Claims

少なくとも２組の発光デバイス列を駆動するためのドライバであって、
入力電圧を、前記少なくとも２組の発光デバイス列を駆動するための２つの異なる出力電圧に変換するデュアル出力電力変換器と、
少なくとも１つの入力定値に基づいて、前記デュアル出力電力変換器を制御するコントローラと、
を含み、
前記デュアル出力電力変換器は、複数のスイッチと複数のコンデンサとを含むスイッチドコンデンサコンバータを含み、前記デュアル出力電力変換器の出力部は、前記デュアル出力電力変換器の内部ノードに接続され、前記コントローラは更に、前記複数のスイッチを駆動するためのパルス幅変調出力制御信号を供給し、前記パルス幅変調出力制御信号のデューティサイクルは、前記少なくとも１つの入力定値の関数である、ドライバ。
前記デュアル出力電力変換器に供給される前記入力電圧を制御する制御可能な電圧レギュレータを更に含む、請求項１に記載のドライバ。
前記コントローラは更に、前記制御可能な電圧レギュレータを制御する、請求項２に記載のドライバ。
前記コントローラは更に、前記少なくとも２組の発光デバイス列の少なくとも一方の動作を表すフィードバック信号に応じて、前記デュアル出力電力変換器を閉ループ形式で制御する、請求項１に記載のドライバ。
前記コントローラは更に、前記少なくとも２組の発光デバイス列の少なくとも一方の動作を表すフィードバック信号に応じて、前記制御可能な電圧レギュレータを閉ループ形式で制御する、請求項３又は４に記載のドライバ。
出力フィルタを更に含み、前記少なくとも２組の発光デバイス列の少なくとも一方は、前記出力フィルタを介して前記２つの異なる出力電圧の少なくとも一方によって駆動される、請求項１に記載のドライバ。
前記デュアル出力電力変換器が含む前記スイッチドコンデンサコンバータは、ラダー構造に基づいている、請求項１に記載のドライバ。
前記デュアル出力電力変換器が含む前記スイッチドコンデンサコンバータは、ディクソンラダー構造に基づいている、請求項１乃至７の何れか一項に記載のドライバ。
前記デュアル出力電力変換器が含む前記スイッチドコンデンサコンバータは、フィボナッチ構造に基づいている、請求項１乃至７の何れか一項に記載のドライバ。
前記制御可能な電圧レギュレータは、スイッチモード電源を含む、請求項２乃至９の何れか一項に記載のドライバ。
前記制御可能な電圧レギュレータは、線形電圧レギュレータを含む、請求項２乃至９の何れか一項に記載のドライバ。
２組の発光デバイス列を含む照明システムであって、前記２組の発光デバイス列は、請求項１乃至１１の何れか一項に記載のドライバによって駆動される、照明システム。
前記２組の発光デバイス列は、それぞれ、１つの又は直列にされた複数の赤色光を発する発光デバイス、及び、１つの又は直列にされた複数の青色光を発する発光デバイスを含む、請求項１２に記載の照明システム。
少なくとも２組の発光デバイス列を駆動する方法であって、少なくとも、入力電圧を、前記少なくとも２組の発光デバイス列を駆動するための２つの異なる出力電圧に変換するステップと、複数のスイッチと複数のコンデンサとを有するスイッチドコンデンサコンバータを含むデュアル出力電力変換器を、前記複数のスイッチを、パルス幅変調信号で駆動することによって、制御するステップと、を含み、前記パルス幅変調信号のデューティサイクルは、少なくとも１つの入力定値の関数である、方法。