JP2018523262A - Ｌｅｄドライバ及び駆動方法 - Google Patents

Abstract

ＬＥＤドライバは、スイッチモード電源を使用して、（第１のモードにおいて）ＬＥＤ装置に直接接続する調整されたＬＥＤ電流を提供するか、又は、（第２のモードにおいて）ＬＥＤ出力端子へ調整されたＬＥＤ電圧を提供する。補助電源は、第１のモードでは、補助二次側（即ち、補助二次側巻線）に基づき、第２のモードでは、調整されたＬＥＤ電圧に基づく。ＬＥＤドライバは更に、ドライバの待機コマンドを受信する入力部を含み、主制御ユニットは、ドライバの待機コマンドを受信すると、ドライバを第２のモードで制御する。このようにすると、ドライバは、ＬＥＤ装置を直接駆動する調整された電流（即ち、定電流）モードか、又は、調整された電圧（即ち、定電圧）モードで動作可能である単一の共有段を有する。ドライバは、待機電力効率を向上させるためにモードを適応的に変更することができる。（例えば第１のモードにおいて）負荷がオンにされると、ドライバは定電流モードで機能し、（例えば第２の待機モードにおいて）負荷がオフにされると、ドライバは、補助電力効率を向上させるために、ドライバによって駆動されるＬＥＤ装置をオンにするには十分ではないが補助電源を介して補助電力を提供するには十分であるように出力電圧が逓減される定電圧モードで動作する。

Description

本発明は、ＬＥＤドライバ及び駆動方法に関する。

ＬＥＤ照明は、固定出力デバイスからインテリジェント制御可能な照明へと進化している。このインテリジェント照明は、遠隔調光機能、色混合能力だけでなく、（例えば近接センサ及び温度センサといった搭載センサからの）データ収集機能を含む。したがって、光出力は、付加価値特徴を提供するように様々に制御される。

照明ユニットを遠隔制御するには、通常、主制御ユニット（通常はマイクロコントローラユニット、即ち、ＭＣＵ）が、電子制御ギア（ＲＣＧ）、即ち、ドライバに組み込まれることを必要とする。この場合、ドライバは、通信を連続的に行い、タスクを制御できるように、補助電源がＭＣＵに設けられることを必要とする。給電が連続的に利用可能である必要がある。

照明ユニットが切られ、ＭＣＵ及び関連の通信及び制御回路のみが動作している時間の間のこの補助電力は、待機電力と呼ぶ。この補助電力は、電源から照明ユニット器具へと引き出すことができる。

しかし、照明ユニットが切られている場合、照明ユニットの給電に使用されるトランスからの補助供給をタップすることがもはや単純にはできなくなる。代わりに、別の電源が必要である。これは、非効率性及び追加の回路コストをもたらす。例えば照明制御ユニットに対して最大０．５ワットの待機電力要件といった制御装置の待機電力消費要件を課す指導がされている。

したがって、インテリジェントＬＥＤ照明ソリューションに使用する低待機電力消費ソリューション及び低コストの補助電力ソリューションが必要である。このようなソリューションの必要は認識されてきている。例えば米国特許出願公開第２０１４／０３４６８７４号は、既知の待機電力ソリューションを開示しており、図１に回路が示されている。

当該回路は、バス電圧を生成するフロントエンドのフライバック段１と、出力電流を調整するバックエンドのバック段２とを含む。したがって、回路トポロジは２つの段からなる。第１の段は定電圧出力を供給し、第２の段は定電流出力を供給する。

補助電源は、補助回路を待機モード中に動作している必要のある部分と、動作していなくてよい部分とに分割することによって、２つの部分を含む。２つの電源は、並列モードで動作する。線形レギュレータが常に動作しているため、補助電力効率は低い。この回路は更に、専用の定電流制御論理ブロックを有することで、コストが追加され、電力が損失される。

米国特許出願公開第２０１１／００８０１１０Ａ１号も、その出力電圧を調整する第１の段と、第１の段の出力電圧を調整された電流又は電圧に変換する第２の段とを有する２段ＬＥＤドライバを開示している。第１の段は、二次巻線か又はその出力電圧から補助電源に給電する。

国際特許公開ＷＯ２０１５／０５６１６１Ａは、駆動ユニット全体の様々な段における様々な電圧を使用して、制御ユニットに選択的に給電することを開示している。補助電源は、バス電圧か又はＬＥＤのカソードから電力を得る。

したがって、低コストで、電力効率のよい待機電力供給システムが依然として必要である。

この課題にうまく対処するために、本発明は、請求項によって規定される。

本発明の一態様による実施例に従って、スイッチモード電源を含むＬＥＤドライバが提供される。スイッチモード電源は、一次側と、ＬＥＤ装置に接続する第１の二次側と、第２の二次側とを有するトランスと、スイッチモード電源を制御する制御ブロックと、フィードバックユニットと、２つのモード、即ち、
フィードバックユニットが、制御ブロックに、第１の二次側を流れる電流のフィードバックを提供し、制御ブロックが、ＬＥＤ出力端子に、調整されたＬＥＤ電流を供給するように第１の二次側を制御する第１のモードと、
フィードバックユニットが、制御ブロックに、第１の二次側の電圧のフィードバックを提供し、制御ブロックが、ＬＥＤ出力端子に、調整された電圧を供給するように第１の二次側を制御する第２のモードとで、スイッチモード電源を制御する主制御ユニットと、
ＬＥＤドライバによって駆動されるＬＥＤ装置以外のコンポーネントに給電する補助電源と、
ドライバの待機コマンドを受信する入力部と、
補助電源を制御するコントローラとを含み、主制御ユニットは、ドライバの待機コマンドを受信すると、ドライバを第２のモードで制御し、コントローラは、第１のモードでは、補助電源に給電するように第２の二次側を使用し、第２のモードでは、補助電源に給電するように調整された電圧を使用し、調整された電圧は、ドライバによって駆動されるＬＥＤ装置をオンにするには十分ではないが、補助電源を介して補助電力を提供するには十分である。

より具体的には、第２のモードにおける調整された電圧は、ＬＥＤ装置の順電圧よりも低い。このようにすると、ＬＥＤ装置は、第２のモードではオンにされない。

この構成は、電源をＬＥＤ装置に印加される調整された電圧から派生させることによって、補助電力が第２のモード（待機モードであってよい）において維持されることを可能にする。この電圧は、通常動作モードにおいて、調整されたＬＥＤ電流を供給するのと同じスイッチモード電源によって提供されるので、少ない追加コンポーネントで、単一段デザインが可能にされる。即ち、スイッチモード電源は、ＬＥＤを直接駆動し、また、ＬＥＤを駆動するために追加のバックコンバータを使用することなく、補助電源に給電する。スイッチモード電源は、電流調整モードと電圧調整モードとで切り替え可能である。通常動作では、第２の二次側（補助巻線）が使用される。このようにすると、通常動作中に高効率が得られる。しかし、ＬＥＤ装置の電圧を電源として使用することによって、第２のモード中の低電力消費が可能にされる。

補助電源は、例えば第２のモードに維持され、ユーザコマンドを受信できる状態にある主制御ユニットに給電するように使用される。

主制御ユニットは、スイッチモード電源を制御するために使用される。主制御ユニットは、「ＬＥＤオフ」コマンドを受信すると、第２の（待機）モードで動作するように（リンギングチョークコンバータを含んでよい）スイッチモード電源を設定する信号を与える。

第１のモードにおいて、第１の二次巻線からＬＥＤ出力端子に流れるＬＥＤ電流をモニタリングする第１のモニタリング回路がフィードバックユニット内に設けられてよい。このモニタリング回路は、ドライバの通常動作モードである第１のモードにある場合のフィードバック制御に使用される。このモニタリング回路は、電流フィードバックループ制御を提供する。なお、第１のモードでは、ＬＥＤ電流を感知し、フィードバックすることのない開ループ電流制御を使用することも可能である。

好適には、スイッチモード電源は、フライバックコンバータであり、第１の二次側は、二次巻線、及び、ＬＥＤ装置のアノードに接続される整流ダイオードを含む。第１のモニタリング回路は、ＬＥＤ装置のカソードと二次巻線との間に直列の感知抵抗器に接続される。

第２のモードにおいて、ＬＥＤ出力端子における電圧をモニタリングする第２のモニタリング回路がフィードバックユニット内に設けられてよい。第２のモニタリング回路は、整流ダイオードとＬＥＤ装置との間の相互接続部に接続される。このモニタリング回路は、待機モードである第２のモードにある場合のフィードバック制御に使用される。このモニタリング回路は、電圧フィードバックループ制御を提供する。なお、第２のモードでは、ＬＥＤ出力端子における電圧を感知し、フィードバックすることのない開ループ電圧制御を使用することも可能である。

第２のモニタリング回路は、例えばヒステリシス比較器を含む。

フィードバック及び制御システムは、
第１のモードでは、調整された電流を供給するように、第１のモニタリング回路の出力に依存してスイッチモード電源の主スイッチを制御し、
第２のモードでは、調整された電圧を供給するように、第２のモニタリング回路の出力に依存して主スイッチを制御するように設けられる。

同じフィードバックシステムを使用して、２つのモードにおける動作について単一のスイッチモード電源が制御されるので、回路の重複が回避され、回路全体のコンポーネント数が少なく、ボリュームも小さく、コストも低い。

フィードバックシステムは、フォトカプラを含んでよい。

コントローラは、
第２の二次側に結合される第１の入力部と、
第１の入力部に結合され、第１の閾値電圧を有する第１の閾値要素と、
第１の入力部における電圧が第１の閾値を超えると、第１の入力部を出力部に接続する第１のスイッチと、
ＬＥＤ出力端子に結合される第２の入力部と、
第２の入力部に結合され、第２の閾値電圧を有する第２の閾値要素と、
第２の入力部における電圧が第２の閾値を超えると、第２の入力部を出力部に接続する第２のスイッチと、
補助電源の入力部に接続される出力部とを含む回路を含んでよい。

このようにすると、コントローラは、単純回路として実現される。第１の入力部及び第２の入力部のうちの１つが、それらの相対電圧に応じて、（補助電源として機能する）出力部に結合される。

第１の閾値電圧は、第２の閾値電圧よりも大きくてよい。

これは、電圧が対応する第１の閾値よりも高い限り、第２の（補助）二次側が、出力を生成するように使用されることを意味する。コントローラは、第２の（補助）二次側電圧が第１の閾値を下回る場合にしか、補助電圧源としてのＬＥＤ出力端子電圧の使用に切り替えることができない。したがって、コントローラは、電圧が十分である場合は、第２の（補助）二次側を自動的に選択し、例えば第２のモードの選択に起因して電圧が不十分である場合に、ＬＥＤ出力端子電圧に切り替える。これは、スイッチモード電源がその出力をコントローラの選択をトリガするように調整するように制御されることが可能であるので、特に有用である。より具体的には、スイッチモード電源がＬＥＤに給電するように設定されている場合、第２の（補助）二次側が、通常、比較的高い誘導電圧を提供し、したがって、第１の閾値に達する。更に、待機モードでは、スイッチモード電源は、その出力電圧をＬＥＤ装置の順電圧よりも下に下げることで、ＬＥＤをオフにし、第２の（補助）二次側は、十分な電圧を提供せず、したがって、第１のスイッチは有効にされず、これにより、コントローラは、第２のスイッチを選択することになる。このセレクタは、供給を選択するやり方を示すための専用の制御信号を必要とせず、代わりに、必要に応じて、適応的に動作する。

第１のスイッチは、コレクタが第１の入力部に結合され、エミッタが出力部に結合され、ベースが第１の閾値要素に接続される第１のバイポーラトランジスタを含んでよく、第２のスイッチは、コレクタが第２の入力部に結合され、エミッタが出力部に結合され、ベースが第２の閾値要素に接続される第２のバイポーラトランジスタを含んでよい。

これは、ＯＲ関数の単純な実施態様を提供する。第１及び第２の閾値要素は、例えばツェナーダイオードを含む。

スイッチモード電源は更に、第１の二次側が、調整された電圧を開回路ＬＥＤ出力端子に提供する第３のモードで制御されてもよい。当該電圧は、ドライバによって駆動されるＬＥＤ装置をオンにするのに十分である。

このモードは、製品準拠性検査における開回路保護検査に使用される。ＬＥＤは接続されていないが、電圧は提供されるので、ＬＥＤは、再接続されるとすぐに発光する。

ドライバのオンコマンドを受信し、ＬＥＤ電流が閾値よりも高いと、スイッチモード電源を第１のモードで制御し、
オンコマンドを受信するが、モニタリングされるＬＥＤ電流が閾値よりも低いと、スイッチモード電源を第３のモードで制御する主制御ユニットが設けられてよい。

したがって、ドライバは、ＬＥＤ制御コマンド、即ち、ランプ制御コマンドに基づいて制御される。

補助電源は、ＤＣ線形電圧レギュレータを含んでよく、ＬＥＤ装置以外のコンポーネントは、マスタ制御ユニットを含む。

ＤＣ線形電圧レギュレータは、例えば入力及び出力ギャップが妥当に小さい範囲内にある場合に優れた効率を有する低ドロップアウトレギュレータである。

本発明は更に、ＬＥＤ駆動方法を提供する。当該方法は、
一次側と、ＬＥＤ装置に接続する第１の二次側と、第２の二次側とを有するトランスを含むスイッチモード電源を、２つのモード、即ち、
第１の二次側が、調整されたＬＥＤ電流をＬＥＤ装置に提供する第１のモードと、
第１の二次側が、ドライバによって駆動されるＬＥＤ装置をオンにするには十分ではないが補助電源を介して補助電力を提供するには十分である調整された電圧を、ＬＥＤ装置に提供する第２のモードとで動作させるステップと、
補助電源を使用して、ＬＥＤ装置以外のコンポーネントに給電するステップとを含み、上記方法は、第１のモードでは、補助電源に給電するために第２の二次側を使用するステップと、
ドライバの待機コマンドを受信するステップと、ドライバの待機コマンドを受信すると、ドライバを、第２のモードで制御するステップと、第２のモードでは、補助電源に給電するように調整された電圧を使用するステップとを含む。

ここでも、ＬＥＤ待機電圧は、好適には、ＬＥＤ装置をオンにするには十分ではない。

上記方法は、ＬＥＤ装置における電圧をモニタリングするステップと、ＬＥＤ装置へ流れる電流をモニタリングするステップと、第１のモードでは、調整された電流を、また、第２のモードでは、調整されたＬＥＤ電圧を供給するように、モニタリングされた電圧及び電流に依存して、スイッチモード電源の主スイッチを制御するステップとを含んでよい。

上記方法は、第２の二次側における電圧及びＬＥＤ装置における電圧を、対応する閾値と比較するステップと、電圧のうちの高い方から補助電源を生成するステップとを含んでよい。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかとなり、また、当該実施形態を参照して説明される。

本発明の実施例について、添付図面を参照して以下に詳細に説明される。

図１は、補助給電を生成する既知のドライバ回路を示す。 図２は、ドライバを概略的に示す。 図３は、図２の回路の実施例をより詳細に示す。 図４は、入力セレクタをより詳細に示す。 図５は、第２のモニタリング回路の一実施態様を示す。 図６は、主スイッチの制御論理をより詳細に示す。

本発明は、（第１のモードにおける）調整されたＬＥＤ電流か又は（第２のモードにおける）調整された電圧を、ＬＥＤ出力端子に提供するためにスイッチモード電源を使用するＬＥＤドライバを提供する。補助電源は、第１のモードにある場合、補助二次側（即ち、補助二次側巻線）に基づき、第２のモードにある場合、ＬＥＤ出力端子における調整された電圧に基づく。コントローラを使用して、補助二次側における電圧か、又は、ＬＥＤ出力端末における調整された電圧からの電力を選択する。

このようにすると、ドライバは、調整された電流（即ち、定電流）モード又は調整された電圧（即ち、定電圧）モードで動作可能な単一の共有段を有する。ドライバは、待機電力効率を向上させるために、モードを適応的に変更することができる。負荷がオンにされると、ドライバは、定電流モードで機能し、負荷がオフにされる（例えば第２の待機モード）と、ドライバは、補助電力効率を向上させるために、出力電圧が逓減された定電圧モードで動く。

図２は、ドライバを概略的に示す。

ドライバは、一次側１２、第１の二次側１４及び第２の二次側１６を有するトランスを含むスイッチモード電源１０を含む。

第２の二次側１６は、トランスの補助二次巻線によって形成される一方で、第１の二次側１４は、トランスの主出力巻線である。２つの出力は、コントローラの入力セレクタ１８に提供される。入力セレクタは、２つの出力から、低ドロップアウトレギュレータ２０を駆動するための１つを選択する。低ドロップアウトレギュレータ２０は次に、入力電力を主制御ユニット２１に提供する。この制御ユニット２１は、ドライバ回路全体を制御するＭＣＵといったランプのマスタ制御ユニットである。したがって、入力セレクタ１８は、制御ユニット２１の電源を選択するように機能する。より一般的なソリューションでは、入力セレクタ１８は、ＬＥＤドライバ／スイッチモード電源によって駆動されるＬＥＤ装置２２以外のコンポーネントの給電を選択する。当該コンポーネントは、ＲＦ送受信器といった有線又は無線通信インターフェースであってよい。当該コンポーネントは、低ドロップアウトレギュレータ２０に接続されるか、又は、入力セレクタ１８の出力部に直接接続される。

スイッチモード電源は、以下に説明されるように、少なくとも２つのモードで制御可能である。

第１の主動作モード（通常モードと呼ばれる）では、第１の二次側１４は、調整されたＬＥＤ電流をＬＥＤ出力端子に提供し、次に、ＬＥＤ負荷２２に提供する。第２のモード、即ち、待機モードでは、第１の二次側１４は、調整された電圧をＬＥＤ出力端子に提供する。

第１のモードでは、第２の二次側（即ち、補助巻線１６）を使用して、コントローラの入力セレクタによって選択される補助給電が提供される一方で、第２のモードでは、第１の二次側（即ち、主二次側巻線１４）からの調整された電圧を使用して、コントローラの入力セレクタによって選択される補助給電が提供される。

スイッチモード電源１０をアクティブに制御するために、フィードバックユニット２４によって、二次側から一次側にフィードバックがある。

待機モード中、補助給電は、補助巻線１６からでも別箇の電源からでもなく、主二次巻線１４からの調整された電圧によって提供される。これは、待機時間中に、総待機電力消費量が低いことを確実とする低コストの低待機電力消費機構を提供する。しかし、補助電力は、通常動作モード中は、高効率で生成される。

待機モード中のＬＥＤ出力を回避するために、調整された電圧は、適切な補助電力を提供するには十分に高いが、ＬＥＤ順電圧よりも低いといったようにＬＥＤをオンに駆動しないように十分に低い電圧範囲内に設定される。

このようにすると、例えばフライバックトポロジ、バックトポロジ及びバック−ブーストトポロジインテリジェントドライバに適した低コストで低待機電力ソリューションがある。

フィードバックユニット２４は、電圧調整モード中に電圧フィードバックを、電流調整モード中に電流フィードバックを提供する。

図３は、回路の実施例をより詳細に示し、対応するコンポーネントを示すために、図２と同じ参照符号を使用する。簡潔にするため、第２の二次側巻線１６は、主トランスから離されて示されている。この巻線１６は、関連のダイオードＤ３及びコンデンサＣ３と共に、通常動作中、信号Ｖ．ａｕｘを提供する。

スイッチモード電源は、制御ブロック３２によって制御される主スイッチ３０を有する。このスイッチは、トランスの一次巻線１２を流れる電流のフローを制御し、また、一次巻線１２が電力を主二次巻線１４及び補助コイル巻線１６に供給する方法を制御する。主二次巻線１４は、電力をＬＥＤ負荷２２に供給する。結果として得られる電圧は、入力セレクタ１８に提供される。Ｖ．ａｕｘと呼ぶ補助コイル巻線１６の電圧も入力セレクタ１８に提供され、これらのうちの１つを使用して、Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔと呼ぶ補助出力電圧が規定される。入力セレクタ１８の動作を以下に更に説明する。

この出力Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔは、低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ２０に提供される。ＬＤＯレギュレータ２０の出力は、制御ユニット２１に提供される。制御ユニット２１は、調整された電流モードでは、電流フィードバック情報を提供するように、調整された電圧モードでは、電圧フィードバックを提供するように、フィードバックユニット２４を制御する。フィードバックユニット２４は、フォトカプラ３４を有する。フィードバックユニット２４は更に、ＬＥＤ負荷２２を流れる電流をモニタリングする第１の電流モニタリング回路３６を有し、第１のモニタリング回路３６の電流基準は、制御ユニット２１によって提供される。第１のモニタリング回路３６は、第１の通常モード中に有効にされる。フィードバックユニット２４は更に、ＬＥＤ負荷２２に提供される電圧をモニタリングする第２の電圧モニタリング回路３８を有し、第２のモニタリング回路３８の電圧基準は、制御ユニット２１によって提供される。第２のモニタリング回路３８は、第２の待機モード中に有効にされる。

第２の電圧モニタリング回路３８は、電圧Ｖ．ｌｅｄが下限値よりも低い場合に、主スイッチ３０を有効にし、電圧Ｖ．ｌｅｄが上限値よりも高い場合に、主スイッチ３０を無効にするヒステリシス比較器である。これは、フィードバックを使用した主スイッチの能動的制御を提供する。

入力セレクタ１８は、補助入力電源を適応的に選択するために、ツェナーダイオードＺ１、Ｚ２及びトランジスタＱ１、Ｑ２によって実現される電源選択論理を有する。入力セレクタ１８は、通常動作中は、補助巻線１６から電力を引き込み、待機モード中は、Ｖ．ｌｅｄバスから電力を引き込む。フィードバックユニット２４は、ダイオードＤ４、Ｄ５によって実現される制御論理と、主スイッチ３０が、ＬＥＤ電流フィードバックループ又はＬＥＤ電圧フィードバックループによって制御されることを可能とするイネーブル信号ＳＴＢ＿Ｅｎとを含む。

リンギングチョークコンバータの制御論理は、制御ブロック３２に接続する回路ブロック４０によって規定される。直列のインダクタＬ_ＲＣＣ、コンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ１が、主スイッチ３０のオン／オフを制御する回路を形成する。インダクタは、一次側１２のインダクタと結合し、また、トランスの補助コイルである。主スイッチ３０がオンである間に、エネルギーが一次側１２に蓄積され、主スイッチ３０がオフであると、出力側に放出される。

入力セレクタ１８の適切なパラメータ選択及びコイル巻数によって、補助コイル１６は、通常動作中に使用され、補助供給を形成するための電圧Ｖ．ｌｅｄの使用は無効にされる。適切な巻数比の選択とは、補助コイルからの電力が、通常動作中の補助供給としてちょうど適切であることを意味し、したがって、補助電力効率は、通常動作モード中は高い。待機モード中、ＬＥＤ負荷がオフにされていると、非常に小さいターンオンデューティサイクルによって補助コイル１６から非常に限られたエネルギーが引き込み可能であるか、又は、まったく引き込むことができず、電圧Ｖ．ａｕｘは降下する。電圧が閾値を下回って下がると、補助給電は、入力セレクタ１８を介して、ＬＥＤ電圧から引き込み開始される。スイッチモード電源は、この場合、低レベル出力を有する定電圧モードに切り替えられ、したがって、補助給電は、ＬＤＯ逓減モードにおいても依然として高効率を維持することができる。

更なる実施形態では、第３の動作モードが更にある。主ドライバ制御ユニット２１は、ＬＥＤ開回路モードと待機モードとを区別することができ、開回路保護特徴が提供される。待機モードでは、制御ユニット２１は、イネーブル信号ＳＴＢ＿Ｅｎをローに設定し、これにより、ドライバは待機モードにあり、したがって、ＬＥＤ電流はゼロであるべきである。制御ユニットは、次に、電圧Ｖ．ｌｅｄを所望の低レベルに設定する。ＬＥＤ開回路がある場合、制御ユニットは、ＳＴＢ＿Ｅｎ信号を設定していない。待機モードが有効にされていないときに（ユニット３６において）出力電流がないことを検出することによって、制御ユニットは、開回路を認識することができる。そうすると、制御ユニットは、電圧Ｖ．ｌｅｄを低レベルに設定せず、また、定電流調整モードにも切り替わらない。これは、定電流調整モードに切り替えると、非常に高いレベルに達する電圧Ｖ．ｌｅｄをもたらし、最終的に回路が損傷するからである。代わりに、この開回路保護モードでは、制御ユニットが、電圧Ｖ．ｌｅｄを、ＬＥＤが前に開いた回路に再度接続される場合、当該ＬＥＤをオンにするには十分な電圧レベルに設定することができる。より具体的には、電圧レベルは、ＬＥＤの順電圧よりも少し高い。このモードは、ＬＥＤ負荷が検査のために直接引き抜かれ、次に再び差し込まれることが可能であり、ＬＥＤはドライバ再起動を必要とすることなくすぐに駆動されるため、工場内検査又は準拠性検査中に使用することができる。ＬＥＤが再び差し込まれる場合、電圧は順電圧よりも高いため、ＬＥＤはすぐに駆動される。更に、ＬＥＤ電流が再び検出され、したがって、次に、制御ユニットは、第３の開保護モードから、ＬＥＤを駆動する第１の通常モードに切り替わる。

図４は、入力セレクタ１８をより詳細に示す。

入力セレクタ１８は、ダイオードＤ３を介して受信される第２の二次側１６（補助巻線とも呼ぶ）から提供される第１の入力Ｖ．ａｕｘを含む。第１の閾値要素Ｚ２が、第１の入力に結合され、本実施例では１６．６Ｖである第１の閾値電圧を有する。第１のスイッチＱ２は、第１の入力が第１の閾値を超えると、（ダイオードＤ３の後の）第１の入力Ｖ．ａｕｘを出力Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔに接続する。具体的には、第１のスイッチＱ２は、コレクタが第１の入力Ｖ．ａｕｘに（ただし、ダイオードＤ３の後に）結合され、エミッタが出力Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔに結合され、ベースが第１の閾値要素Ｚ２に結合される第１のバイポーラトランジスタを含む。

第２の入力Ｖ．ｌｅｄは、ＬＥＤ出力端子からダイオードＤ２を介して提供される。第２の閾値要素Ｚ１が、（ダイオードＤ２の後の）第２の入力Ｖ．ｌｅｄに結合され、本実施例では１６．０Ｖである（即ち、第１の閾値電圧よりも低い）第２の閾値電圧を有する。第２のスイッチＱ１は、第２の入力が第２の閾値を超えると、第２の入力Ｖ．ｌｅｄを出力Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔに接続する。第２のスイッチＱ１も、コレクタが第２の入力Ｖ．ｌｅｄに結合され、エミッタが出力Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔに結合され、ベースが第２の閾値要素に接続されるバイポーラトランジスタを含む。

通常動作中、補助電力は、コイル１６から引き込まれる。主スイッチ３０が、リンギングチョークコンバータ振動によって制御され、第１のモードにおいて正常に動作していると、補助巻線１６は、一次巻線１２から移動してきたエネルギーを受け取り、それを、Ｄ３及びＱ２を介して、Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔとして供給する。コイル１６から生成される電圧は、動作モード中、補助電力効率を高くするように補助電力を駆動するにはちょうど十分である電圧レベルである。コンデンサＣ３は、コイル１６のバルクコンデンサである。ツェナーダイオードＺ２は、電力がコイル１６から供給されるときの出力電圧Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔを決定する。

この補助コイル１６は、電圧Ｖ．ｌｅｄに優先する。電圧Ｖ．ｌｅｄは、補助コイル１６が要素Ｚ２の閾値電圧に達するのに十分なエネルギーを供給しない場合にのみ使用される。具体的には、Ｖ．ｌｅｄ及びＶ．ａｕｘが共に利用可能である場合、Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔは、何れか高い方のＺ１又はＺ２によって提供されると決定される。例えば第１のモードでは、補助巻線１６の電圧は十分に高く、Ｑ２は導通し、Ｚ２は機能停止する。Ｚ２は、１６．６Ｖ及びＶ_{Ｑ２．ＢＥ}＝０．６Ｖを有するので、Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔは、１６．６−０．６＝１６Ｖにある。Ｚ１は、１６．０Ｖに選択されるので、Ｖ_{Ｑ１．ＢＥ}＝１６Ｖ−１６Ｖ＝０Ｖ＜０．６Ｖであり、これは、トランジスタＱ１が導通することが無効にされる。したがって、電力は、補助コイル１６から調達される。スイッチモード電源が電圧源として制御され、ＬＥＤの順電圧よりも低い出力電圧を提供する状況では、補助コイル１６は、もはやＱ２を導通させるには十分なエネルギーを有さず、Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔを１６Ｖに維持することができない。Ｖ．ａｕｘ．ｏｕｔが１５．４Ｖ以下まで下がると、Ｖ_{Ｑ１．ＢＥ}＝１６．０−１５．４＝０．６Ｖ以上であり、これにより、トランジスタＱ１がオンにされ、導通し、電力は、Ｖ．ｌｅｄバスから引き込まれる。

図５は、ＬＥＤ電圧Ｖ．ｌｅｄをモニタリングする第２のモニタリング回路３８の一実施態様を示す。電圧は、抵抗分割器Ｒ５、Ｒ６によって変換され、ヒステリシスを有する比較器Ｕ１を使用して基準と比較される。出力は、主スイッチ３０のデューティサイクルを調整するためのコマンドであり、フィードバックユニットによってＲＣＣ制御ブロック３２に提供される。待機モード中、スイッチモードコンバータが制御されて、所定の出力電圧Ｖ．ｌｅｄが達成され、当該所定の出力電圧Ｖ．ｌｅｄは、次に、補助電力に使用される。この所定の電圧Ｖ．ｌｅｄは、補助電力に給電するには十分に高いが、ＬＥＤ負荷をオンにしないように十分に低い範囲内にある。電圧Ｖ．ｌｅｄは、制御ユニット２１によって提供される基準レベルＶ．Ｒｅｆ．Ｖの辺りに調整される。待機モード中、ＬＥＤはオフにされているべきである。

ヒステリシス比較器の使用によって、Ｖ．ｌｅｄ電圧が測定及び制御される。このようにすると、フィードバックは、主スイッチ３０が、電圧Ｖ．ｌｅｄにＶ．ｌｏｗ．ｌｉｍｉｔ＜Ｖ．ｌｅｄ＜Ｖ．ｕｐｐｅｒ．ｌｉｍｉｔの範囲内に留まらせることを確実にする。この範囲では、Ｖ．ｌｏｗ．ｌｉｍｉｔは、Ｖ．Ｒｅｆ．Ｖにオフセットを引いたものに等しく、Ｖ．ｕｐｐｅｒ．ｌｉｍｉｔは、Ｖ．Ｒｅｆ．Ｖにオフセットを加えたものに等しい。

上限値は、ＬＥＤをオンに駆動しないように十分に低い電圧レベルである。下限値は、十分な補助電力を提供するのに十分に高い電圧レベルである。

Ｖ．ｌｅｄが下限値を下回って下がると、比較器が「０」を出力する。「０」は、Ａ１によって「１」に反転される。この「１」信号は、フォトカプラ及びＲＣＣ制御回路を介して主スイッチのデューティサイクルを増加させるためのものであり、これにより、より多くの電力が供給される。Ｖ．ｌｅｄが特定のレベルまで増加すると、入力信号は、インバータ基準よりも高くなり、比較器からの「１」出力は「０」に反転される。これは、供給する電力を少なくするように、主スイッチのデューティサイクルを減少させるために使用される。抵抗器Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、電圧Ｖ．ｌｅｄが所定の範囲内で制御可能であるように、ヒステリシス挙動を規定する。上限値及び下限値は、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７及びＶ．Ｒｅｆ．Ｖによって決定される。Ｖ．Ｒｅｆ．Ｖは、主制御ユニット２１によって生成可能である。

図６は、主スイッチ３０の制御論理をより詳細に示す。モニタリング回路３６、３８は、それぞれ、定電流制御及び定電圧制御を提供する。通常動作中、ＬＥＤ列は、所望の電流レベルに維持されるべきであり、これにより、信号ＳＴＢ＿Ｅｎが有効にされ、回路３６は、回路３８が作動しないように回路３８の低い閾値よりも高いＬＥＤバス順電圧で、基準値Ｖ．Ｒｅｆ．Ｉに基づき、ＬＥＤ電流を調整するように動作する。値Ｖ．Ｒｅｆ．Ｉは、調光レベルといったインターフェースを介して受信されるコマンドに応じて制御ユニット２１によって提供される。待機モード中、ドライバの主制御ユニットは、ＳＴＢ＿Ｅｎディスエーブル信号を出力し、これは、回路３６の出力が無効にされることを意味する。したがって、電圧Ｖ．ｌｅｄが閾値セットよりも低いレベルまで下がると、モニタリング回路３８が制御を引き継ぐ。図６に示されるように、ダイオードＤ４、Ｄ５及びイネーブル信号ＳＴＢ＿Ｅｎが併せて制御選択を実現する。

高精度の補助電圧が必要である場合、低ドロップアウトレギュレータを使用して、出力補助電圧を生成することができる。ピーク電流制御を使用して、リンギングチョークコンバータの振動ピーク電流を制御することができ、モニタリング回路を使用して、ＬＥＤバス電圧又はＬＥＤ電流が制御される。

同じアプローチを、コンスタント・オン・タイムに基づく制御スキームに使用することもできる。この場合、ＲＣＣ自励振動は、二次側へのエネルギー出力を制御するように時間が決められる。

リンギングチョークコンバータの動作の詳細は一般的であるため、詳細に説明されていない。

本発明は、例えば遠隔制御を可能にする又は待機電力を要求する追加デバイスの制御を可能にするインテリジェントＬＥＤ照明を有するＬＥＤ照明応用に特に興味深い。本発明は、０．５ワット以下といった待機モードにおける低い電力消費量を可能にするために使用される。

上記実施例は、フライバックＬＥＤドライバに基づいているが、概念は、バックトポロジ及びバックブーストトポロジに拡張することができる。

上記実施例におけるスイッチモード電源は、リンギングチョークコンバータに基づいている。しかし、他のタイプのスイッチモード電源を代わりに使用してもよい。例えばパルス幅変調器回路を使用して、提供されるフィードバック情報に基づいてスイッチモード電力変換器の主スイッチが制御される。

開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。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除外するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を除外するものではない。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、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. スイッチモード電源を含むＬＥＤドライバであって、
   前記スイッチモード電源は、
   一次側と、ＬＥＤ装置に接続する第１の二次側と、第２の二次側とを有するトランスと、
   前記スイッチモード電源を制御する制御ブロックと、
   フィードバックユニットと、
   ２つのモード、即ち、
   前記フィードバックユニットが、前記制御ブロックに、前記第１の二次側を流れる電流のフィードバックを提供し、前記制御ブロックが、ＬＥＤ出力端子に、調整されたＬＥＤ電流を供給するように前記第１の二次側を制御する第１のモードと、
   前記フィードバックユニットが、前記制御ブロックに、前記第１の二次側の電圧のフィードバックを提供し、前記制御ブロックが、前記ＬＥＤ出力端子に、調整された電圧を供給するように前記第１の二次側を制御する第２のモードとで、前記スイッチモード電源を制御する主制御ユニットと、
   前記ＬＥＤドライバによって駆動される前記ＬＥＤ装置以外のコンポーネントに給電する補助電源と、
   前記ＬＥＤドライバの待機コマンドを受信する入力部と、
   前記補助電源を制御するコントローラと、
   を含み、
   前記主制御ユニットは、前記ＬＥＤドライバの前記待機コマンドを受信すると、前記ＬＥＤドライバを前記第２のモードで制御し、
   前記コントローラは、前記第１のモードでは、前記補助電源に給電するように前記第２の二次側を使用し、前記第２のモードでは、前記補助電源に給電するように前記調整された電圧を使用し、
   前記主制御ユニットは、前記調整された電圧が、前記ＬＥＤドライバによって駆動される前記ＬＥＤ装置をオンにするには十分ではないが、前記補助電源を介して補助電力を提供するには十分であるように制御する、ドライバ。
2. 前記フィードバックユニットは、前記第１のモードにおいて、前記第１の二次側から前記ＬＥＤ出力端子に流れるＬＥＤ電流をモニタリングする第１のモニタリング回路を含み、前記スイッチモード電源は、フライバックコンバータであり、前記第１の二次側は、二次巻線、及び、前記ＬＥＤ装置のアノードに接続される整流ダイオードを含み、前記第１のモニタリング回路は、前記ＬＥＤ装置のカソードと前記二次巻線との間に直列の感知抵抗器に接続される、請求項１に記載のドライバ。
3. 前記フィードバックユニットは、第２のモードにおいて、前記ＬＥＤ出力端子における電圧をモニタリングする第２のモニタリング回路を含み、前記第２のモニタリング回路は、前記整流ダイオードと前記ＬＥＤ装置との間の相互接続部に接続される、請求項２に記載のドライバ。
4. 前記フィードバックユニットは、
   前記第１のモードでは、前記調整された電流を供給するように、前記第１のモニタリング回路の出力に依存して前記スイッチモード電源の主スイッチを制御し、
   前記第２のモードでは、前記調整された電圧を供給するように、前記第２のモニタリング回路の出力に依存して前記主スイッチを制御する、請求項３に記載のドライバ。
5. 前記フィードバックユニットは、フォトカプラ、及び、前記第１のモニタリング回路又は前記第２のモニタリング回路の前記出力に応じて前記スイッチモード電源のデューティサイクルを調整するユニットを含む、請求項４に記載のドライバ。
6. 前記コントローラは、入力セレクタを含み、
   前記入力セレクタは、
   前記第２の二次側に結合される第１の入力部と、
   前記第１の入力部に結合され、第１の閾値電圧を有する第１の閾値要素と、
   前記第１の入力部における電圧が前記第１の閾値電圧を超えると、前記第１の入力部を出力部に接続する第１のスイッチと、
   前記ＬＥＤ出力端子に結合される第２の入力部と、
   前記第２の入力部に結合され、第２の閾値電圧を有する第２の閾値要素と、
   前記第２の入力部における電圧が前記第２の閾値電圧を超えると、前記第２の入力部を前記出力部に接続する第２のスイッチと、
   前記補助電源の入力部に接続される前記出力部と、
   を含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載のドライバ。
7. 前記第１の閾値電圧は、前記第２の閾値電圧よりも高い、請求項６に記載のドライバ。
8. 前記第１のスイッチは、コレクタが前記第１の入力部に結合され、エミッタが前記出力部に結合され、ベースが前記第１の閾値要素に接続される第１のバイポーラトランジスタを含み、
   前記第２のスイッチは、コレクタが前記第２の入力部に結合され、エミッタが前記出力部に結合され、ベースが前記第２の閾値要素に接続される第２のバイポーラトランジスタを含む、請求項６又は７に記載のドライバ。
9. 前記スイッチモード電源は更に、前記第１の二次側が、調整された電圧を前記ＬＥＤ出力端子に提供する第３のモードで制御され、前記調整された電圧は、前記ＬＥＤドライバによって駆動される前記ＬＥＤ装置をオンにするのに十分である、請求項１に記載のドライバ。
10. 前記主制御ユニットは更に、
    前記ＬＥＤドライバのオンコマンドを受信し、前記ＬＥＤ電流が閾値よりも高いと、前記ＬＥＤドライバを前記第１のモードで制御し、
    前記オンコマンドを受信するが、前記ＬＥＤ電流が前記閾値よりも低いと、前記ＬＥＤドライバを前記第３のモードで制御する、請求項９に記載のドライバ。
11. 前記補助電源は、ＤＣ線形電圧レギュレータに給電し、前記ＤＣ線形電圧レギュレータは、前記ＬＥＤ装置以外の前記コンポーネントに給電し、前記ＬＥＤ装置以外の前記コンポーネントは、マスタ制御ユニットを含む、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のドライバ。
12. 一次側と、ＬＥＤ装置に接続する第１の二次側と、第２の二次側とを有するトランスを含むスイッチモード電源を、２つのモード、即ち、
    前記第１の二次側が、調整されたＬＥＤ電流を、ＬＥＤ装置に提供する第１のモードと、
    前記第１の二次側が、ドライバによって駆動される前記ＬＥＤ装置をオンにするには十分ではないが補助電源を介して補助電力を提供するには十分である調整された電圧を、前記ＬＥＤ装置に提供する第２のモードと、で動作させるステップと、
    補助電源を使用して、前記ＬＥＤ装置以外のコンポーネントに給電するステップと、
    を含むＬＥＤ駆動方法であって、
    前記ＬＥＤ駆動方法は、
    前記第１のモードでは、前記補助電源に給電するために前記第２の二次側を使用するステップと、
    前記ドライバの待機コマンドを受信するステップと、
    前記ドライバの前記待機コマンドを受信すると、前記ドライバを、前記第２のモードで制御するステップと、
    前記第２のモードでは、前記補助電源に給電するように前記調整された電圧を使用するステップと、
    を含む、ＬＥＤ駆動方法。
13. 前記ＬＥＤ装置における電圧をモニタリングするステップと、前記ＬＥＤ装置へ流れる電流をモニタリングするステップと、前記第１のモードでは、前記調整された電流を、また、前記第２のモードでは、前記調整されたＬＥＤ電圧を供給するように、モニタリングされた前記電圧及び前記電流に依存して、前記スイッチモード電源の主スイッチを制御するステップと、を含む、請求項１２に記載のＬＥＤ駆動方法。
14. 前記第２の二次側における電圧及び前記ＬＥＤ装置における電圧を、対応する閾値と比較するステップと、前記電圧のうちの高い方から前記補助電源を生成するステップと、を含む、請求項１２又は１３に記載のＬＥＤ駆動方法。

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