本出願は、2016年5月13日に出願された、「スイッチングレギュレータの起動を加速するための方法およびシステム」と題された米国特許出願第15/154,744号の優先権を主張する。その出願の全ての内容はここに挿入される。
本明細書は、照明システムを駆動するスイッチングレギュレータの起動時間を改善するための照明システムに関する。図1は、照明システムの出力を制御するためのスイッチングレギュレータを含む照明システムの一例を示す。照明システムの第1の出力制御は、図2に示される例示的な回路に従って提供される。照明システムの第2の出力制御は、図3に示される例示的な回路にしたがって、スイッチングレギュレータおよび誤差増幅器によって提供される。誤差増幅器は、照明システムの出力を制御するためのスイッチングレギュレータに照明システムからのフィードバックを提供する。例示的な誤差増幅器回路は、図4に示すスイッチングレギュレータにフィードバックを提供する。図5は、照明システムの起動条件の間の図4の誤差増幅器の例示的な出力応答を示す。照明システムは、照明システムを駆動するスイッチングレギュレータの加速された起動を提供するために、図6の方法に従って動作する。図7は、本開示によるスイッチングレギュレータの起動を加速するための照明システムの例示的な動作シーケンスを示す。様々な電気回路図内のコンポーネント間に示される電気的相互接続は、例示的なデバイス間の電流経路を表す。
ここで、図1を参照すると、本明細書に記載のシステムおよび方法による光反応性システム10のブロック図が示されている。この例では、光反応性システム10は、照明サブシステム100と、コントローラ108と、電源102と、冷却サブシステム18とを備える。
照明サブシステム100は、複数の発光デバイス110を含む。発光デバイス110は、例えば、LED装置である。複数の発光デバイス110のうちの選択されたものは、放射出力24を提供するように実装されている。放射出力24は、ワークピース26に向けられる。戻り放射28は、ワークピース26から照明サブシステム100に向けて戻される(例えば、放射出力24の反射)。
放射出力24は、カップリング光学系30を介してワークピース26に向けられる。カップリング光学系30は、使用される場合には、様々に実装される。一例として、カップリング光学系は、放射出力24を提供する発光デバイス110と、ワークピース26との間に挿入された1つ以上の層、材料または他の構造を含む。一例として、カップリング光学系30は、集収、集光、視準(コリメーション)、または放射出力24の品質または有効量を高めるために、マイクロレンズアレイを含む。他の例として、カップリング光学系30は、マイクロリフレクタアレイを含んでもよい。このようなマイクロリフレクタアレイを使用する場合、放射出力24を提供する各半導体デバイスは、1対1ベースで、それぞれのマイクロリフレクタ内に配置される。
層、材料または他の構造のそれぞれは、選択された屈折率を有する。各屈折率を適切に選択することによって、放射出力24(および/または戻り放射28)の経路内の層、材料および他の構造間の界面における反射を選択的に制御する。一例として、ワークピース26に対して半導体デバイス間に配置された選択された界面でこのような屈折率の差を制御することによって、その界面での反射は低減、除去または最小化される。そして、ワークピース26への最終的な伝達のために、その界面で放射出力の伝達を増大させる。
カップリング光学系30は、様々な目的のために使用される。例示目的は、とりわけ、半導体デバイス110を保護すること、冷却サブシステム18に関連する冷却流体を保持すること、放射出力24を収集、集光および/またはコリメートすること、戻り放射28を収集、方向付けまたは拒否すること、または他の目的を含む。それらは、単独または組み合わせて含んでもよい。さらなる例として、光反応性システム10は、特に、ワークピース26に提供されるような放射出力24の有効な品質または量を高めるために、カップリング光学系30を使用する。
複数の発光デバイス110のうちの選択されたものは、コントローラ108にデータを提供するように、カップリング電子機器22を介してコントローラ108に結合される。以下でさらに説明するように、コントローラ108は、例えば、カップリング電子機器22を介して、そのようなデータ提供半導体デバイスを制御するように実装される。
コントローラ108は、電源102、および冷却サブシステム18に接続され、それらを制御するように実装される。さらに、コントローラ108は、電源102および冷却サブシステム18からデータを受信する。
電源102、冷却サブシステム18、発光サブシステム100のうちの1つまたは複数からコントローラ108によって受信されるデータは、様々なタイプのものである。一例として、データは、結合された半導体デバイス110に関連する1つ以上の特性の代表(representative)である。別の例として、データは、データを提供する各コンポーネント12、102、18に関連する1つまたは複数の特性の代表であってもよい。さらに別の例として、データは、ワークピース26に関連する1つまたは複数の特性の代表(例えば、ワークピースに向けられた放射出力エネルギーまたはスペクトル成分の代表)であってもよい。さらに、データは、これらの特性のいくつかの組み合わせの代表であってもよい。
コントローラ108は、そのようなデータを受信すると、そのデータに応答するように実装される。例えば、そのようなコンポーネントからのそのようなデータに応答して、コントローラ108は、電源102、冷却サブシステム18、および発光サブシステム100(1つ以上の結合された半導体デバイスを含む)の1つまたは複数を制御するように実装される。一例として、発光サブシステム(光エネルギーがワークピースに関連する1つ以上の点で不十分であることを示す)からのデータに応答して、コントローラ108は、(a)1つ以上の半導体デバイス110に電流および/または電圧の電力供給を増大させる、(b)冷却サブシステム18を介して発光サブシステムの冷却を増大させる(例えば、特定の発光デバイスが冷却された場合に、より大きな放射出力を提供する)、(c)電力がそのようなデバイスに供給される時間を増加させる、または(d)上記の組み合わせ、のいずれかを実行するために実装される。
発光サブシステム100の個々の半導体デバイス110(例えば、LEDデバイス)は、コントローラ108によって独立して制御される。例えば、コントローラ108は、異なる強度、波長などの光を放射する1つ以上の個別のLEDデバイスの第2のグループを制御しながら、第1の強度、波長などの光を放射する1つ以上の個別のLEDデバイスの第1のグループを制御する。1つ以上の個別のLEDデバイスの第1のグループは、半導体デバイス110の同じアレイ内にあってもよく、半導体デバイス110の1以上のアレイからのものであってもよい。半導体デバイス110のアレイは、照明サブシステム100における半導体デバイス110の他のアレイからコントローラ108によって独立して制御される。例えば、第1のアレイの半導体デバイスは、第1の強度、波長などの光を放射するように制御される。一方、第2のアレイの半導体デバイスは、第2の強度、波長などの光を放出するように制御される。
さらなる例として、(例えば、特定のワークピース、光反応、および/または動作条件のセットのための)第1のセットの条件下、コントローラ108は、第1の制御ストラテジーを実施するために光反応性システム10を動作させる。(例えば、特定のワークピース、光反応、および/または動作条件のセットのための)第2のセットの条件下、コントローラ108は、第2の制御ストラテジーを実施するために光反応性システム10を動作させる。上述したように、第1の制御ストラテジーは、第1の強度、波長などの光を放射する1つ以上の個別の半導体デバイス(例えば、LEDデバイス)の第1のグループを動作させることを含む。一方、第2の制御ストラテジーは、第2の強度、波長などの光を放射する1つ以上の個別のLEDデバイスの第2のグループを動作させることを含む。第1のグループのLEDデバイスは、第2のグループと同じグループのLEDデバイスであり、LEDデバイスの1つ以上のアレイに及んでいる。または、第1のグループのLEDデバイスは、第2のグループとは異なるグループのLEDデバイスである。そして、LEDデバイスの異なるグループは、第2のグループからの1つ以上のLEDデバイスのサブセットを含んでいてもよい。
冷却サブシステム18は、発光サブシステム100の熱的挙動を管理するように実装される。例えば、一般に、冷却サブシステム18は、発光サブシステム12(より具体的には、半導体デバイス110)の冷却を提供する。冷却サブシステム18は、ワークピース26および/またはワークピース26と光反応性システム10と(例えば、発光サブシステム100)の間の空間を冷却するように実装される。例えば、冷却サブシステム18は、空気または他の流体(例えば、水)の冷却システムである。
光反応性システム10は、様々な用途に使用される。例えば、インク印刷からDVDの製造およびリソグラフィーまでの硬化アプリケーションを含むが、これに限定されない。一般に、光反応性システム10が使用される用途は、パラメータを関連付ける。すなわち、用途は、次のような関連付けられた動作パラメータを含む。すなわち、1つまたは複数の期間にわたって適用される、1つまたは複数の波長で、1つまたは複数のレベルの放射強度の提供などである。用途に関連する光反応を適切に達成するために、屈折力は、1つまたは複数のこれらのパラメータ(および/または特定の時間、時間または時間の範囲)の1つまたは複数の所定のレベルでまたはそれより上で、ワークピースにまたはその近傍に伝達される必要がある。
意図された用途(アプリケーション)のパラメータに従うために、放射出力24を提供する半導体デバイス110は、アプリケーションのパラメータ(例えば、温度、スペクトル分布および放射強度)に関連する様々な特性に従って動作される。同時に、半導体デバイス110は、特定の動作仕様を有する。これは、半導体デバイスの製造に関連し、とりわけ、デバイスの破壊を起きないようにするために、および/またはデバイスの劣化を未然に防ぐために従われる。光反応性システム10の他のコンポーネントは、動作仕様を関連付ける。これらの仕様は、他のパラメータ仕様の中で、動作温度および印加電力の範囲(例えば、最大および最小)を含む。
したがって、光反応性システム10は、アプリケーションのパラメータのモニタリングをサポートする。加えて、光反応性システム10は、各特性および仕様を含む半導体デバイス110のモニタリングを提供する。さらに、光反応性システム10は、光反応性システム10の選択された他のコンポーネント(その特性および仕様を含む)のモニタリングを提供する。
このようなモニタリングを提供することは、光反応性システム10の動作が確実に評価されるように、システムの適切な動作の検証を可能にすることができる。例えば、システム10は、アプリケーションのパラメータ(例えば、温度、放射強度など)、そのようなパラメータに関連する任意のコンポーネントの特性、および/または任意のコンポーネントの各動作仕様の1または複数に対して、不適切に動作するかもしれない。モニタリングの提供は、1つ以上のシステムのコンポーネントによるコントローラ108によって受信されたデータにしたがって、応答性があり、実行される。
モニタリングはまた、システムの動作の制御をサポートする。例えば、制御ストラテジーは、コントローラ108によって実施されてもよい。コントローラ108は、1つまたは複数のシステムコンポーネントからのデータを受信し、それに応答する。上述のように、この制御は、直接的(例えば、コンポーネント動作に関連するデータに基づいて、コンポーネントに向けられた制御信号を介してコンポーネントを制御することによって)、または間接的に(例えば、他のコンポーネントの動作を調整するために向けられた制御信号を介してコンポーネントの動作を制御することによって)実行される。一例として、半導体デバイスの放射出力は、電源102に向けられた制御信号(発光サブシステム100に印加される電力を調整する)および/または冷却サブシステム18に向けられた制御信号(発光サブシステム100に適用される冷却を調整する)を介して、間接的に調整される。
制御ストラテジーは、システムの適切な動作および/またはアプリケーションの性能を可能にする、および/または、高めるために使用される。より具体的な例では、制御ストラテジーは、アレイの放射出力とその動作温度との間のバランスを可能にする、および/または、向上させために使用される。例えば、それは、アプリケーションの光反応を正しく完了するために十分なワークピース26に放射エネルギーを向けながら、その仕様を超えて半導体デバイス110のアレイまたは半導体デバイス110を加熱することを排除する。
いくつかの用途では、高い輻射強度がワークピース26に供給される。したがって、発光サブシステム12は、発光半導体デバイス110のアレイを使用して実行される。例えば、発光サブシステム12は、高密度の発光ダイオード(LED)アレイを使用して実行される。LEDアレイが使用され、本明細書で詳細に説明されるが、半導体デバイス110およびそのアレイは、本発明の原理から逸脱することなく、他の発光技術を使用して実行されることが理解される。他の発光技術の例として、有機LED、レーザーダイオード、他の半導体レーザーが挙げられるが、これらに限定されない。
複数の半導体デバイス110は、アレイ20または複数のアレイのアレイの形態で提供される。アレイ20は、半導体デバイス110の1つまたは複数、またはそのほとんどが放射出力を提供するように構成されるように実装される。しかしながら、同時に、アレイの半導体デバイス110のうちの1つ以上が、アレイの特性の選択されたもののモニタリングを提供するように実装される。モニタリングデバイス36は、アレイ20内のデバイスの中から選択され、例えば、他の発光デバイスと同じ構造を有する。例えば、発光とモニタリングとの間の差異は、特定の半導体デバイスに関連するカップリング電子機器22によって決定される(例えば、基本的な形態では、LEDアレイは、カップリング電子機器が逆電流を提供するモニタリングLEDと、カップリング電子機器が順方向電流を提供する発光LEDとを有する)。
さらに、カップリング電子機器に基づいて、アレイ20内の半導体デバイスの選択されたものは、多機能デバイスおよび/またはマルチモードデバイスのいずれか/両方であってもよい。(a)多機能デバイスは、2つ以上の特性(例えば、放射出力、 温度、磁場、振動、圧力、加速度、および他の機械的な力または変形)を検出することができ、アプリケーションパラメータまたは他の決定要因に従ってこれらの検出機能間で切り替えられる。(b)マルチモードデバイスは、発光、検出、およびいくつかの他のモード(例えば、オフ)が可能であり、アプリケーションパラメータまたは他の決定要因に従ってモード間で切り替えられる。
図2を参照すると、第1の照明システム回路200の概略が示されている。その照明システム回路200は、様々な量の電流を照明システム100に供給する。照明システム100は、1つ以上の発光デバイス110を含む。この例では、発光デバイス110は、発光ダイオード(LED)である。各LED110は、アノード201およびカソード202を含む。図1に示すスイッチング電源102は、経路または導体264を通って、電圧レギュレータ204に48VのDC電力を供給する。電圧レギュレータ204は、導体または経路242を通って、LED110のアノード201にDC電力を供給する。電圧レギュレータ204はまた、導体または経路240を介して、LED110のカソード202に電気的に結合される。電圧レギュレータ204は、グランド260を参照して示され、一例では降圧レギュレータである。コントローラ108は、電圧レギュレータ204と電気通信して示されている。他の例では、必要に応じて、別個の入力生成デバイス(例えば、スイッチ)は、コントローラ108を置き換える。コントローラ108は、命令を実行するための中央処理装置290を含む。コントローラ108はまた、電圧レギュレータ204および他のデバイスを動作させるための入力および出力(I/O)288を含む。非一時的実行可能命令は、読み出し専用メモリ292(例えば、非一時的メモリ)に保存される。一方、変数は、ランダムアクセスメモリ294に保存される。電圧レギュレータ204は、LED110に調整可能な電圧を供給する。
電界効果トランジスタ(FET)の形態の可変抵抗器220は、コントローラ108から、または別の入力装置を介して、強度信号電圧を受信する。この例は可変抵抗器をFETとして説明しているが、回路が他の形態の可変抵抗器を使用してもよいことに留意しなければならない。
この例では、アレイ20の少なくとも1つの素子は、固体発光素子(solid-state light-emitting elements)(例えば、発光ダイオード(LED)またはレーザーダイオード)を含む。固体発光素子は、光を生成する。素子は、基板上の単一のアレイ、基板上の複数のアレイ、ともに接続されたいくつかの基板上の単一または複数のアレイなどとして構成される。一例では、発光素子のアレイは、フォセオン テクノロジー, インコーポレイテッドによって製造されたシリコンライトマトリックス(商標)(SLM)からなる。
図2に示される回路は、閉ループ電流制御回路208である。閉ループ回路208において、可変抵抗器220は、駆動回路222を介して、導体または経路230を通って強度電圧制御信号を受信する。可変抵抗器220は、ドライバ222からその駆動信号を受信する。可変抵抗器220とアレイ20との間の電圧は、電圧レギュレータ204によって決定されるように、所望の電圧に制御される。所望の電圧値は、コントローラ108または別のデバイスによって供給される。電圧レギュレータ204は、電圧信号242をあるレベルに制御する。そのレベルは、アレイ20と可変抵抗器220との間の電流経路内に所望の電圧を提供する。可変抵抗器220は、矢印245の方向に、アレイ20から電流感知抵抗器(current sense resistor)255への電流の流れを制御する。所望の電圧は、照明デバイスのタイプ、ワークピースのタイプ、硬化パラメータ、および様々な他の動作条件に応じて調整される。電流信号は、導体または経路236に沿って、コントローラ108または別のデバイスにフィードバックされる。そのコントローラ108または別のデバイスは、経路236によって提供される電流フィードバックに応答して駆動回路222に供給される強度電圧制御信号を調整する。特に、電流信号が所望の電流と異なる場合、導体230を通過した強度電圧制御信号は、アレイ20を流れる電流を調整するために増減される。アレイ20を通る電流の流れを示すフィードバック電流信号は、電圧レベルとして導体236を経由して導かれる。その電圧レベルは、電流感知抵抗器255を流れる電流が変化すると変化する。
可変抵抗器220とアレイ20との間の電圧が一定電圧に調整されるような一例において、アレイ20と可変抵抗器220とを流れる電流は、可変抵抗器220の抵抗を調整することによって調整される。したがって、可変抵抗器220から導体240に沿って搬送される電圧信号は、この例ではアレイ20に行かない。代わりに、アレイ20と可変抵抗器220との間の電圧フィードバックは、導体240に追従し、電圧レギュレータ204に進む。その後、電圧レギュレータ204は、電圧信号242をアレイ20に出力する。その結果、電圧レギュレータ204は、アレイ20の下流の電圧に応答して、その出力電圧を調整する。アレイ20を流れる電流は、可変抵抗器220を介して調整される。コントローラ108は、導体236を通って電圧としてフィードバックされるアレイ電流に応答して、可変抵抗器220の抵抗値を調整するための命令を含む。導体240は、LED110のカソード202と、可変抵抗器220の入力299(例えば、NチャネルMOSFETのドレイン)と、電圧レギュレータ204の電圧フィードバック入力293との間の電気通信を可能にする。したがって、LED110のカソード202と、可変抵抗器220の入力側299と、電圧フィードバック入力293とは、同じ電圧電位にある。
可変抵抗器は、FET、バイポーラトランジスタ、デジタルポテンショメータ、または任意の電気的に制御可能な電流制限デバイスの形態を取る。駆動回路は、使用される可変抵抗器に応じて異なる形態を取る。閉ループシステムは、出力電圧レギュレータ204がアレイ20を動作させる電圧より約0.5V高いままであるように動作する。レギュレータの出力電圧は、アレイ20に印加される電圧を調整する。可変抵抗器は、アレイ20を流れる電流を所望のレベルに制御する。本回路は、照明システムの効率を高め、他のアプローチと比較して、照明システムによって生成される熱を低減する。図2の例では、可変抵抗器220は、典型的には、0.6Vの範囲の電圧降下を生成する。しかし、可変抵抗器220の電圧降下は、可変抵抗器の設計に応じて、0.6Vよりも小さくても大きくてもよい。
したがって、図2に示す回路は、電圧レギュレータに電圧フィードバックを供給して、アレイ20にわたる電圧降下を制御する。例えば、アレイ20の動作はアレイ20にわたる電圧降下をもたらすので、電圧レギュレータ204による電圧出力は、アレイ20と可変抵抗器220との間の所望の電圧、プラス、アレイ20にわたる電圧降下である。可変抵抗器220の抵抗が増加して、アレイ20を流れる電流が減少すると、電圧レギュレータ出力は、アレイ20と可変抵抗器220との間の所望の電圧を維持するように、調整(例えば減少)される。一方、可変抵抗器220の抵抗が減少して、アレイ20を流れる電流が増加すると、電圧レギュレータ出力は、アレイ20と可変抵抗器220との間の所望の電圧を維持するように調整(例えば増加)される。これにより、アレイ20にわたる電圧と、アレイ20を通る電流は、アレイ20から所望の光強度出力を提供するように同時に調整される。この例において、アレイ20を通る電流は、アレイ20の下流(例えば、電流の流れ方向に)および接地基準260の上流に配置または位置されたデバイス(例えば、可変抵抗器220)を介して調整される。
この例では、アレイ20が示されている。すべてのLEDに電力が供給されている。しかしながら、異なるグループのLEDを通る電流は、追加の可変抵抗器220(例えば、制御された電流を供給する各アレイに対して1つ)を加えることによって、別々に制御される。コントローラ108は、各可変抵抗器を流れる電流を調整して、アレイ20に似た複数のアレイを流れる電流を制御する。
ここで、図3を参照すると、様々な量の電流を供給する第2の照明システム回路300の概略図が示されている。図3は、図2に示す第1の照明システム回路と同じいくつかのエレメントを含む。図2のエレメントと同じ図3のエレメントは、同じ符号でラベル化されている。簡潔にするために、図2と図3との間の同じエレメントの説明は省略される。しかしながら、図2のエレメントの説明は、同じ符号を有する図3のエレメントに適用される。
図3に示す照明システムは、LED110を含むアレイ20を含むSLMセクション301を含む。SLMはまた、スイッチ308および電流感知抵抗255を含む。しかしながら、スイッチ308および電流感知抵抗は、必要に応じて、電圧レギュレータ304とともに、または、コントローラ108の一部として含まれる。電圧レギュレータ304は、抵抗313と抵抗315とで構成される分圧器(voltage divider)310を含む。導体340は、分圧器310をLED110のカソード202およびスイッチ308と電気的に接続する。したがって、LED110のカソード202と、スイッチ308の入力側305(例えば、NチャネルMOSFETのドレイン)と、抵抗313および315の間のノード321とは、同じ電圧電位にある。これは、本明細書ではV_feedbackという。
スイッチ308は、開状態または閉状態のみで動作し、直線的または比例的に調整可能な抵抗を有する可変抵抗器として動作しない。さらに、一例では、スイッチ308は、図2に示される可変抵抗器220の0.6VのVdsと比較して0VのVdsを有する。
図3の照明システム回路はまた、電圧V_feedbackを受信する誤差増幅器326を含む。その電圧V_feedbackは、電流感知抵抗255によって測定されるように、導体340通って、アレイ20を通過する電流を示す。誤差増幅器326はまた、コントローラ108または導体319を通って別のデバイスから基準電圧Vrefを受信する。誤差増幅器326からの出力は、パルス幅変調器(PWM)328の入力に供給される。誤差増幅器326からの出力は、ここではV_errorと呼ばれる。V_errorは、PWM328によって、発振器ランプ信号と比較される。PWM328からの出力は、スイッチングレギュレータ330に供給される矩形パルスである。スイッチングレギュレータ330は、整流されたDC電源(例えば、図1の102)と、アレイ20の上流の位置からのアレイ20との間に供給される電流を調整する。
いくつかの例では、図2に示すように、アレイ20の下流にある位置の代わりに、アレイ20の上流(例えば、電流の流れの方向に)に配置されたデバイスを介して、アレイに電流を調整することが望ましい。図3の例示的な照明システムでは、導体340を通って供給されるフィードバック信号の電圧は、電圧レギュレータ304に直接流れる。現在の要求は、強度電圧制御信号の形態である。その要求は、コントローラ108から導体319を通って供給される。信号は、基準信号Vrefになる。それは、可変抵抗器のための駆動回路にというよりはむしろ、誤差増幅器326に供給される。現在の要求、したがって、Vrefは、スイッチングレギュレータ330の起動中を除いて、アレイの要求された出力に基づいている。そのスイッチングレギュレータ330は、要求された出力が置換されるか、または無効にされるときのものである。その結果、1つ以上の発光デバイスの所望の放射照度のための要求された出力電圧と無関係な所定の出力(例えば、所望の起動時間を提供する出力。その起動時間において、スイッチングレギュレータは、所望の時間内に所望の出力を提供する。)は、Vref信号として供給される。要求された出力は、要求された放射照度または照度であってもよい。一例では、アレイの要求された出力は、ユーザ入力に基づいている。例えば、コントローラ108は、ユーザインタフェースを介して、ユーザ入力を受信する。ユーザ入力は、要求された放射照度、照度、またはアレイの強度を示す。次に、コントローラ108は、アレイの動作中にどのVrefが調整されるかに基づいて、現在の要求を決定する。他の例では、アレイの要求された出力は、ワークピースのタイプ、硬化パラメータ、および様々な他の動作条件に基づいている。
アレイの要求された出力に基づいてVrefを調整することに加えて、アレイ20の1つまたは複数の動作条件は、Vrefを調整する際に考慮される。アレイ20の動作条件は、アレイ20の起動状態(例えば、オン状態またはオフ状態または起動条件)と、スイッチングレギュレータ330の電圧出力(Vout_regulator)と、誤差増幅器326からの電圧出力(V_error)とを含む。しかし、これらに限定されない。例えば、アレイ20の第1の動作条件の下、コントローラ108は、Vrefを調整するための第1の制御ストラテジーを実施する。アレイ20の異なる第2の動作条件下、コントローラ108は、Vrefを調整するための第2の制御ストラテジーを実施する。例えば、アレイ20の起動条件の間に、スイッチ308がオフ状態からオン状態にスイッチされるとき、コントローラ108は、スイッチングレギュレータ330の起動を加速するために、Vrefを調整する。スイッチングレギュレータが起動された後(これは、スイッチングレギュレータ330の出力電圧(Vout_regulator)に基づいて決定される)、コントローラ108は、異なる基準に基づいて、Vrefを調整する。一例では、起動条件の間、Vrefは、スイッチングレギュレータが起動されるまで、アレイの強度または要求された放射照度とは無関係に、第1の高電圧に調整される。スイッチングレギュレータが起動された後、Vrefは、照明アレイの要求された放射照度に基づいて調整される。Vrefの調整の詳細は、図4〜7に関して以下にさらに説明される。
電圧レギュレータ304は、アレイ20の上流の位置から、SLM電流を直接制御する。特に、抵抗分割器(resistor divider)ネットワーク310は、降圧レギュレータ段330を従来の降圧レギュレータとして動作させる。その従来の降圧レギュレータは、SLMがスイッチ308を開くことによって無効にされたとき、スイッチングレギュレータ330の出力電圧をモニタする。SLMは、コントローラ302から、有効信号(enable signal)を選択的に受信する。そのコントローラ302は、スイッチ302を閉じ、光を提供するためにSLMを作動させる。この例では、スイッチングレギュレータは、降圧レギュレータとして構成されている。降圧レギュレータ330は、SLM有効信号が導体302に印加されると、異なる動作をする。具体的には、より一般的な降圧レギュレータとは異なり、降圧レギュレータは、負荷電流、SLMへの電流、および、どれくらいの電流がSLMを通って押し出されるかを制御する。特に、スイッチ308が閉じられると、アレイ20を流れる電流は、ノード321に発生する電圧に基づいて決定される。
ノード321の電圧は、電流感知抵抗255を流れる電流と、分圧器310に流入する電流に基づいている。したがって、ノード321の電圧は、アレイ20を流れる電流の代表である。SLM電流を表す電圧は、SLMを通る所望の電流を表す導体319を通ってコントローラ108によって供給される基準電圧と比較される。SLM電流が所望のSLM電流と異なる場合、誤差増幅器326の出力に、誤差電圧が発生する。誤差電圧は、PWM発生器328のデューティサイクルを調整する。そして、PWM発生器328からのパルス列は、レギュレータ330内のコイルの充電時間および放電時間を制御する。コイル充放電のタイミングは、電圧レギュレータ304の出力電圧を調整する。アレイ20を流れる電流は、電圧レギュレータ304からの電圧出力を調整することによって調整され、アレイ20に供給される。追加のアレイ電流が望ましい場合、電圧レギュレータ304からの電圧出力が増加する。減少したアレイ電流が望ましい場合、電圧レギュレータ304からの電圧出力は減少する。
誤差増幅器326は、スイッチングレギュレータ330の出力を安定化させるための補償ネットワークを含む。補償ネットワークは、1つまたは複数のコンデンサを含む。誤差増幅器に付随するコンデンサは、アレイがオフ状態からオン状態に切り替わるとき、起動中に充電される。したがって、起動中、誤差増幅器の出力が閾値誤差電圧に達するまでに時間がかかる。その閾値誤差電圧は、PWM328の出力においてオン状態を開始する。誤差増幅器の出力が閾値誤差電圧に達する時間は、Vrefに基づく。例えば、Vrefが高い場合、より多くの電流が補償ネットワークを流れ、補償ネットワーク内のコンデンサを急速に充電させる。Vrefが低いときには、補償ネットワークを流れる電流が少なくなり、従って、コンデンサは、充電に長い時間を要する。コンデンサの充電の遅延は、閾値電圧に達する誤差出力の遅延を引き起こす。これは、スイッチングレギュレータの起動の遅延につながる。したがって、起動時に、アレイ20がオフ(非アクティブ)状態からオン(アクティブ)状態に切り替えられると、コントローラ108は、降圧レギュレータの起動を加速するために制御ストラテジーを採用する。一例では、コントローラ108は、スイッチングレギュレータの起動を加速するために、アレイ20の100%の放射照度出力に基づいて、第1の高電圧にVrefを設定する。コントローラ108は、起動中、Vout_regulatorをモニタする。所望の電圧に達するVout_regulatorに応答して(所望の電圧は、照明アレイの要求された出力に基づく)、コントローラ108は、要求された出力に基づいて、Vrefを設定する。また、誤差増幅器326の更なる詳細は、以下の図4に関して説明される。Vrefに基づく誤差増幅器の出力変化は、図5に示される。スイッチングレギュレータ330の起動を加速するためのコントローラ108によって実行される制御ストラテジーの詳細は、図6、7を参照してさらに説明される。
ここで、図4を参照すると、スイッチングレギュレータ330の電圧出力(Vout_regulator)を制御するPWM発生器328に誤差電圧(V_error)を供給する例示的な誤差増幅器326が示されている。誤差増幅器326は、補償ネットワーク450とともに、演算増幅器(オペアンプ)402を含む。補償ネットワーク450は、演算増幅器402から誤差信号を受信するスイッチングレギュレータの出力電圧を調整するために、演算増幅器402に加えられる。所望の放射照度または光強度を出力するための制御電圧(Vref)は、非反転入力端子403で、演算増幅器402に入力される。反転入力端子404の電圧は、ノード32の電圧、すなわちV_feedbackに基づく。補償ネットワーク450は、抵抗418および抵抗418に直列なコンデンサ416を含む第1のブランチと、抵抗418およびコンデンサ416に並列なコンデンサ40とを含む。補償ネットワーク450は、直列に配置されたコンデンサ412および抵抗410に並列な抵器414を含む第2のブランチを含む。補償ネットワーク450は、演算増幅器402にフィードバックを提供する。起動の間、コンデンサ416、420、412は、非反転入力403と、反転入力404との間の差に基づいて充電される。したがって、非反転入力における電圧が低い場合(例えば、アレイ20の要求された出力(または要求された放射照度)が低い場合)、補償ネットワークを流れる電流は低く、補償ネットワーク内のコンデンサの充電期間が長くなる。その結果、誤差増幅器の出力電圧の上昇時間が長くなる。したがって、スイッチングレギュレータ330の起動の継続時間(duration)が長くなる。その結果、要求された放射照度で照明アレイを駆動するための所望の出力に達するスイッチングレギュレータ330に遅延が生じる。したがって、電圧レギュレータの起動の継続時間を短縮するために、SLMがオフ状態からオン状態に変化する起動条件の間に、非反転入力の電圧は、第1の高電圧に設定される。第1の高電圧は、照明アレイの最大放射照度出力(例えば、100%の放射照度出力)に基づく最大電圧であってもよい。Vrefを第1の高電圧に設定することにより、補償ネットワークを通る電流が増加する。したがって、補償ネットワーク内のコンデンサは、電流によってより速い速度で充電される。これは、誤差増幅器の出力をより速い速度で増加させる。それにより、誤差増幅器による電圧出力の立ち上がり時間の継続時間を減少させている。非反転入力の異なる電圧での誤差増幅器による電圧出力の増加は、図5に示されている。
図5は、図1〜3でのアレイ20のような、SLMの起動中の誤差増幅器の非反転入力端子における電圧に基づいて、誤差増幅器(例えば、誤差増幅器326)の出力の変化例のプロットを示す。Y軸は、誤差増幅器の出力端子の電圧(V_error)を表す。電圧は、Y軸の矢印の方向に増加する。X軸は、時間を表す。時間は、プロットの左側からプロットの右側に増加する。
このプロットは、2つの曲線502および504を含む。曲線502は、非反転入力電圧が最大電圧であるとき、SLMの起動に応答して、経時的な誤差増幅器の電圧出力を表す。最大電圧は、照明アレイの最大放射照度に基づく。したがって、最大電圧は、照明アレイの100%の放射照度または照度に基づく。曲線504は、非反転入力電圧が照明アレイの10%の放射照度または照度に基づくとき、SLMの起動に応答して、経時的な誤差増幅器の電圧出力を表す。
曲線502は、曲線504よりも速い速度で増加することが分かる。したがって、非反転入力電圧がより高電圧であるとき、より多くの電流がネットワーク(例えば、図4の補償ネットワーク450)を介して通される。これは、補償ネットワーク内のコンデンサの充電時間を低減する。結果として、V_errorは、非反転入力電圧が所望の放射照度に基づいて(この例において、10%の放射照度に基づいて)設定された場合よりも、非反転入力電圧が最大電圧(100%の放射照度に基づく)である場合に、より速い速度(5ボルトに達する2ミリ秒)で増加する。図3および図4で前述したように、誤差増幅器の出力(V_error)は、PWM発生器(例えば、PWM328)のデューティサイクルを制御する。PWM発生器のデューティサイクルは、スイッチングレギュレータ(例えば、レギュレータ330)の電圧出力を制御する。したがって、SLMの起動中、Vrefが100%の放射照度に基づいて設定される場合、V_errorはより速い速度で増加する。その結果、PWM発生器のパルス幅変調された出力信号のオン時間は、より早い時点で開始する。したがって、スイッチングレギュレータは、例えば、Vrefが最大電圧未満に設定されている場合の条件中、V_errorがより遅い速度で増加する場合よりも早くオンに切り替わる。
ここで、図6を参照すると、照明システムの出力を制御する方法600が示されている。照明システムは、図1に示される照明システム100および/または図3に示されるアレイ20である。具体的に、方法600は、スイッチングレギュレータ(例えば、図3のスイッチングレギュレータ330)の起動を加速するために実施される。方法600は、図1、3で説明される。しかしながら、方法600は、スイッチングレギュレータおよびフィードバック回路を含む他の照明システムに適用されてもよいことが理解される。方法600は、図1〜3で示されるようなシステムに適用される。この方法は、コントローラ(例えば、図1および図3のコントローラ108)の非一時的メモリに実行可能命令として保存される。さらに、図6の方法は、図7に示すように、照明アレイを動作させる。
602において、方法600は、LED(例えば、図1および図3のLED110)が現在命令されているかどうか、または、LEDがすでに起動されているかどうかを判断する。一例において、方法600は、LEDが命令されているかどうか、または、コントローラ入力に応答してアクティブであるかどうか判断する。コントローラ入力は、押しボタンまたはオペレータ制御装置と相互作用する。コントローラ入力は、LEDが命令されている場合、または、LEDがすでに起動されている場合、1の値である。方法600は、LEDが命令されているか、または、LEDが既にオンであるかを判断する。答えがイエスであれば、方法600は、604に進む。答えがノーであれば、方法600は終了する。
604において、方法600は、照明アレイの動作条件を決定する工程を含む。動作条件を決定する工程は、606で、照明アレイの所望の強度または放射照度を決定する工程を含む。所望の強度は、照明システムから照明システムまで、およびワークピースからワークピースまで変化する。1つの例では、所望の強度は、制御パラメータファイルから決定され、または、オペレータが所望の強度または放射照度レベルを手動で選択する。所望の強度または放射照度は、ここでは要求強度と呼ばれる。制御パラメータファイルは、照明アレイのための放射照度の経験的に決定された値を含む。動作条件を決定する工程は、608において、606で決定された所望の強度または放射照度で照明アレイを動作させる所望の電流および/または電力を決定する工程をさらに含む。一例では、照明アレイ電力は、機能またはテーブルをインデックスすることによって決定される。それらは、経験的に決定される電流または電力レベル(所望の放射照度を介してインデックスされる)を含む。テーブルまたは機能は、所望の照明アレイの電流および/または電力を出力する。動作条件を決定する工程は、610において、608で決定された所望の照明アレイ電流および/または電力に基づいて、誤差増幅器Vref_desired用の所望の基準電圧と、電圧レギュレータVout_desired、Vref_desiredおよびVout_desiredの所望の出力電圧とを決定する工程をさらに含む。方法600は、Vref_desiredおよびVout_desiredが決定された後、610に進む。
610において、方法600は、LEDがオフ状態からオンに命令されたかどうかを判断する。一実施例では、方法600は、LEDが、要求された放射照度または照度と、要求された放射照度または照度の以前の値(例えば、0%から所望の放射照度)とに基づいて、オン状態に命令されているかどうかを判断する。要求された放射照度または照度がゼロから所望の放射照度に変化する場合、答えはイエスであり、方法600は612に進む。そうでない場合、答えはノーであり、方法600は613に進む。
612において、方法600は、Vref(Vref_maximum)の最大電圧を決定する工程を含む。一例では、Vref_maximumは、照明アレイの最大放射照度に基づく。したがって、Vref_maximumは、照明アレイの100%の放射照度に基づく。最大放射照度または照明アレイの100%放射照度は、照明システムから照明システムに、ワークピースからワークピースに至るまで変化する。例えば、Vref_maximumは、最大放射照度に直接比例して変化する。したがって、より高い最大放射照度能力を有するシステムは、より低い最大放射照度能力を有するシステムと比較して、より高いVref_maximumを有する。方法600は、Vref_maximumを決定すると、614に進む。本実施例は、照明アレイの100%の放射照度出力に基づいて、Vref_maximumを決定する工程を例示しているが、種々の実施例(起動中のVref_maximumは、(放射照度が100%未満であるとき)要求された放射照度出力よりも大きい放射照度出力に基づいて決定される)は、本開示の範囲内である。
614において、方法600は、誤差増幅器(例えば、誤差増幅器326)の非反転入力における電圧をVref_maximumの値に設定する工程を含む。非反転入力における電圧は、誤差増幅器の基準電圧Vrefである。基準電圧は、照明アレイのコントローラ(例えば、図1および図3で示されるコントローラ108)によって調整される。照明アレイが最初にオフ状態からオンに切り替えられたとき、非反転入力における誤差増幅器の基準電圧の値は、所望の放射照度に関係なくVref_maximumに設定される。例えば、照明アレイは、10%の要求された強度で開始する。照明アレイの起動中(すなわち、照明アレイがオン状態からオフ状態にスイッチされるとき)、Vrefは、照明アレイの100%放射照度または強度、または照明アレイの最大放射照度に基づいて、第1の電圧に調整される。誤差増幅器の反転入力および非反転入力における高入力インピーダンスのため、電流は、誤差増幅器の補償ネットワークを流れる。一例では、補償ネットワークは、図4に示されるように実施される。図4は、タイプIIIの補償ネットワークを示しているが、他のタイプ(例えば、タイプIIおよびタイプI)の補償ネットワークもまた、本開示の範囲内である。誤差増幅器の基準電圧(Vref)をVref_maximumに設定することにより、より高い電流の流れが、起動時に補償ネットワークを通して成し遂げられる。これは、補償ネットワーク内のコンデンサをより速い速度で充電する。このため、誤差増幅器の出力電圧に達するまでの継続時間は、減少する。この誤差増幅器は、PWM発生器の出力でオンサイクルを開始する。その結果、電圧レギュレータは、早期にオンにスイッチされる。
VrefをVref_maximumに設定すると、方法600は616に進む。616で、方法600は、電圧レギュレータ(Vout_regulator)の電圧出力をモニタする工程を含む。Vout_regulatorは、例えば、ネットワーク310のような抵抗分割器ネットワークを流れる電流に基づいて決定される。
次に、ステップ618において、方法600は、Vout_regulatorがVout_desiredに達したか否かを判断する。Vout_regulatorがVout_desired以上である場合、ステップ618の答えはYESであり、方法600はステップ620に進む。そうでなければ、618での答えはNOであり、方法600は622に進む。
620において、Vout_desiredに達したVout_regulatorに応答して、方法600は、非反転入力(Vref)の電圧をVref_desiredに設定する工程を含む。ここで、Vref_desiredは、工程608で説明したように、所望の放射照度に基づいて決定される。例えば、所望の放射照度が10%である場合、Vout_desiredに達したVout_regulatorに応答して、Vrefは、Vref_maximum(100%放射照度に基づく)からVref_desired(10%放射照度に基づく)に調整される。VrefをVref_desiredに設定すると、方法600は624に進む。624において、方法600は、図3に示すように、スイッチングレギュレータ330、PWM発生器328、および誤差増幅器326により、照明アレイの電流および/または電力を調整する。
622において、Vout_desired以下のVout_regulatorに応答して、方法600は、Vout_regulatorがVout_desiredに達するまで、VrefをVref_maximumに維持する工程を含む。Vout_desiredに達するVout_regulatorに応答して、方法600は、上述のように、VrefをVref_desiredに設定するために620に進む。
このようにして、照明アレイの起動中に、Vrefは、照明アレイの100%の放射照度または強度に基づいて、第1の電圧(Vref_maximum)に調整される。Vrefは、Vout_regulatorが所望の電圧に達するまで、維持される。Vout_regulatorが所望の電圧に達すると、Vrefは、第1の電圧から第2の電圧に調整される。第2の電圧は、要求された放射照度または強度に基づく。所望のVout_regulatorに達するまでVrefをVref_maximumに設定することにより、誤差増幅回路のコンデンサを充電する期間が減少する。結果として、スイッチングレギュレータの起動時間は、短縮される。
したがって、方法600は、照明アレイを動作させる例示的な方法を提供する。この方法は、非起動状態から照明アレイの起動に応答して、照明アレイからフィードバック信号を受信する演算増幅器の非反転端子の基準電圧を第1の電圧に設定する工程と、照明アレイを駆動するスイッチングレギュレータの出力電圧が閾値電圧に上昇するまで、第1の電圧で非反転端子の基準電圧を維持する工程と、を含む。この閾値電圧は、照明アレイの要求された出力に基づいている。第1の電圧は、照明アレイの最大放射照度出力に基づく。この方法は、閾値電圧に達するスイッチングレギュレータの出力電圧に応答して、基準電圧を第1の電圧から第2の電圧に調整する工程をさらに含む。第2の電圧は、照明アレイの要求された出力に基づく。
611に戻って、照明アレイがオフ状態からオンに指令されていない場合、照明アレイは、既に動作している。したがって、方法600は613に進む。613において、方法600は、スイッチングレギュレータの起動が完了したか否か決定する工程を含む。一例では、スイッチングレギュレータの起動は、照明アレイがオンに切り替えられた時点からVrefがVref_maximumからVref_desiredに変化した場合に完了したと判断する。いくつかの例では、スイッチングレギュレータの起動は、照明アレイがオンにスイッチされてからの継続時間に基づいて、完了したと判断される。例えば、照明アレイがスイッチオンされてから閾値継続時間が経過した場合、起動は完了したと判断される。さらに他の例では、Vout_regulatorがVout_desiredの上限および下限の閾値電圧内にあれば、起動が完了したと判定される。613で答えがYESである場合、起動は完了し、方法600は620に進む。そうでなければ、方法600、起動は進行中である(Vref_maximumでのVref)。方法600は、622に進み、Vout_regulatorがVout_desiredに達するまで、VrefをVref_maximumに維持する。
また、起動に続いて、Vref_maximumからVref_desiredにVrefを調整した後、照明アレイの動作中(すなわち、照明アレイがオン状態にあるとき)に、強度や放射照度の変化が要求されたとき、Vrefは、要求された強度の変化に基づいて、調整される。例えば、起動中、照明アレイの要求された強度は、20%である。したがって、Vrefは、Vout_desiredに達するまで(Vout_desiredは照明アレイの20%放射照度または強度を達成するための電圧である)、照明アレイの100%強度に基づく電圧に設定される。Vout_desiredに達するVout_regulatorに応答して、Vrefは、Vref_desiredに設定される(Vref_desiredは要求された放射照度(この例では20%放射照度)に基づく)。その後、アレイの動作中に、要求された強度は50%に増加する。要求された強度の変化に応答して、Vrefは、Vref_desiredに調整される。ここで、Vref_desiredは、50%放射照度に基づいている。
図6で説明された例示的な方法は、起動中にVout_regulatorをモニタする工程と、Vout_regulatorに基づいてVref_desiredにVrefを調整する工程とを示している。しかし、追加的または代替的に、V_feedbackおよび/またはV_errorがモニタされ、VrefがVref_maximumからVref_desiredに調整される時点は、Vfeedbackおよび/またはV_errorに基づいている。このような実施形態は、本開示の範囲内にある。したがって、一例では、1つまたは複数の発光デバイスを動作させる照明システムは、1つまたは複数の発光デバイスと、1つまたは複数の発光デバイスと電気通信するレギュレータ出力を含むスイッチングレギュレータと、誤差増幅器と、コントローラとを含む。誤差増幅器は、第1の入力と、第2の入力と、誤差出力とを含む。誤差出力は、パルス幅変調発生器を介して、スイッチングレギュレータと電気的に通信する。コントローラは、照明システムの起動に応答して、第1の高電圧に誤差増幅器の第1の入力を調整し、閾値電圧に達する誤差出力に応答して、第1の高電圧から第2の電圧に誤差増幅器の第1の入力を調整するための非一時的な命令を含む。第2の電圧は、1つ以上の発光デバイスの要求された出力に基づく。閾値電圧は、パルス幅変調発生器の出力のデューティサイクルのオン状態を開始するための最小電圧に基づく。
ここで、図7を参照すると、誤差増幅器(例えば、図3の誤差増幅器326)の入力における電圧(Vref)の例示的な調整を示す照明アレイ(例えば、図1および図3の照明アレイ20)の例示的な動作シーケンス700は、本開示に従って図示されている。図7に示すシーケンス700は、アレイのコントローラ(例えば、コントローラ108)のメモリに保存された命令に基づいて、アレイを動作させることによって達成することができる。例えば、コントローラは、図6の方法を実施して、図7の動作シーケンスを成し遂げる。この例では、図7を図3に関して説明する。図1の上から1番目のプロットは、所望の放射照度対時間を示す。Y軸は、放射照度を示し、放射照度はY軸矢印の方向に増加する。所望の放射照度は、要求された放射照度または強度または照度であり、制御パラメータファイルまたはユーザが選択した入力に基づく。
図1の上から2番目のプロットは、誤差増幅器の非反転入力に入力される基準電圧(Vref)を示す。Y軸は基準電圧を示し、基準電圧はY軸矢印の方向に増加する。Vrefは、コントローラによって設定され、アレイの動作条件に基づいている。例えば、アレイの起動条件時に、アレイがオフ状態からオンに切り替えられたとき、Vrefは、要求された放射照度とは無関係に、最大放射照度(例えば、100%照度)に基づく第1の電圧に設定される。その後、Vrefは、アレイを駆動するスイッチングレギュレータ(例えば、図3のレギュレータ330)の出力電圧が所望の出力電圧に達するとき、所望の放射照度に基づいた電圧に調整される。第2のプロットは、Vrefが所望の放射照度のみに基づく場合(すなわち、Vrefが起動時に最大に設定されない場合)、Vrefの変化を示すトレース703を含む。水平線705は、アレイの100%の要求された放射照度のためのVrefを表す。
図7の上から3番目のプロットは、誤差増幅器の反転端子に入力されるフィードバック電圧(V_feedback)対時間を示している。Y軸はフィードバック電圧を示し、フィードバック電圧はY軸矢印の方向に増加する。V_feedbackは、感知抵抗(例えば、図3の抵抗255)を流れる電流に基づいて決定される。
図7の上から4番目のプロットは、誤差増幅器の電圧出力(V_error)対時間の関係を示す。Y軸はV_errorを示し、V_errorはY軸矢印の方向に増加する。第4プロットは、Vrefが所望の放射照度だけに基づいて調整される場合(すなわち、Vrefが起動時に最大に設定されない場合)、V_errorの変化を示すトレース709を含む。
図7の上から5番目のプロットは、スイッチングレギュレータの電圧出力(Vout_regulator)対時間の関係を示す。Y軸はVout_regulatorを示し、Vout_regulatorはY軸矢印の方向に増加する。第5プロットは、Vrefが所望の放射照度だけに基づいて調整されたとき(すなわち、Vrefが起動時に最大に設定されないとき)、電圧レギュレータの出力の変化を示すトレース711を含む。
全てのプロットにおいて、X軸は時間を示し、時間はプロットの左から右に増加する。
t0で、およびt0とt1との間で、照明アレイは、スイッチオフされる。t1で、照明アレイは、第1の所望の放射照度で起動される。t1で、オフ状態からオン状態への照明アレイの状態の変化に応答して、Vrefは、第1の電圧(Vmax)に設定される。この第1の電圧は、照明アレイシステム(プロット704)の最大放射照度(例えば、100%の放射照度または強度)に基づいている。t1とt2との間で、V_errorは増加する。プロット708と709で示されるように、V_errorは、Vrefが起動時の所望の放射照度(プロット709)に基づいて設定される場合より、Vrefが照明アレイの起動に応答して、最大(プロット708)に設定された場合に、より速い速度で上昇する。V_errorは、電圧レギュレータのデューティサイクルを決定するPWM発生器に供給される。したがって、V_errorは、デューティサイクルのオン部分が開始される時間を決定する閾値を設定する。したがって、V_errorの増加に応答して、PWM発生器によっる電圧出力のデューティサイクルは、電圧レギュレータの起動を開始する。したがって、t2とt3との間で、電圧レギュレータに供給されるPWM出力のデューティサイクルに応答して、Vout_regulatorは増加する(プロット710)。t3において、Vout_regulatorは、所望の電圧に達する。ここで、所望の電圧は、所望の放射照度に基づいて決定される。したがって、Vrefが起動時に最大に設定されるとき、Vout_regulatorは、Vrefが起動時の所望の放射照度に基づいて設定されたとき(プロット711)のVout_regulatorの増加率と比較して、より速い速度で増加する(プロット710)。t3において、所望の電圧に達するVout_regulatorに応答して、Vrefは、所望の放射照度に基づいて第2の電圧に低下する(プロット704)。t3とt4との間で、照明アレイは、t1で設定された所望の放射照度で動作し続ける。
t4において、所望の放射照度は、例えば、放射照度要求の増加に応答して、第2の放射照度に増加する。所望の放射照度の増加に応答して、コントローラは、所望の放射照度に基づいてVreferenceを増加させる。t4とt6との間で、照明アレイは、t4で設定された所望の放射照度で動作し続ける。t6において、所望の放射照度は、放射照度要求の別の増加に応答して、第3の放射照度にさらに増加される。所望の放射照度の増加に応答して、コントローラは、所望の放射照度の変化に基づいてVrefを調整する。t6とt8との間で、照明アレイは、t6で設定された所望の放射照度で動作し続ける。
t8において、照明アレイはオフ状態に切り替えられる。照明アレイは、t8とt9との間のオフ状態のままであり続ける。t8とt9との間のオフ状態の継続時間は、閾値継続時間よりも短い。コントローラは、オフ状態の継持続時間をモニタするカウンターを利用する。閾値継続時間は、例えば、補償ネットワーク内のコンデンサの数およびキャパシタの値に基づく。閾値継続時間は、起動時に、Vrefの値を決定するために利用される。一例として、オフ状態の継続時間が閾値継続時間よりも短い場合、コンデンサは、オフ状態の継続時間の間、電荷を保持する。したがって、起動時のVrefは、照明アレイの所望の放射照度に基づいて設定される。しかしながら、オフ状態の継続時間が閾値継続時間よりも大きい場合、補償ネットワーク内のコンデンサの電荷は、消耗する。したがって、起動時のVrefは、コンデンサの充電レートを加速するために、所望の放射照度に関係なく、最大放射照度に設定される。したがって、スイッチングレギュレータの起動時間を低減する。
t9において、照明アレイは、オン状態に切り替えられる。所望の放射照度は、第4の放射照度に調整される。オフ状態からオン状態への照明アレイの状態変化と、閾値継続時間よりも短いオフ状態の継続時間とに応答して、Vreferenceは、所望の放射照度に基づいて調整される。t9とt10との間で、照明アレイは、第4の放射照度において、所望の放射照度で動作し続ける。
t10において、照明アレイは、オフ状態に切り換えられる。t10とt11との間で、照明アレイは、オフ状態のままであり続ける。t10とt11との間のオフ状態の継続時間は、閾値継続時間より長くてもよい。
t11において、照明アレイは、オン状態に切り替えられる。所望の放射照度は、第5の放射照度に調整される。t11において、オフ状態からオン状態への照明アレイの状態変化と、閾値継続時間よりも長いオフ状態の継続時間とに応答して、コントローラは、Vreferenceを最大電圧に調整する。その結果、より多くの電流が補償ネットワークを通って押し出される。これは、補償ネットワーク内のコンデンサの充電レートを加速させる。その結果、V_errorは、より速いレートで増加する。これは、PWM発生器によるデューティサイクル出力のオンサイクルを開始する際の遅延を低減する。結果として、所望の電圧に達する電圧レギュレータの出力の遅延が低減される。したがって、照明アレイの出力の遅延が減少する。このように、Vrefを最大電圧に設定することにより、電圧レギュレータの起動時の遅延は、低減される。
t12において、Vout_regualtorは、所望の電圧に達する。t12において、所望の電圧に到達するVout_regualtorに応答して、コントローラは、t11で設定された第5の放射照度に基づいて、Vrefを調整する。この例では、第5の放射照度は、最大照度より小さい。したがって、t12で、コントローラは、Vrefを低減させる。減少量は、最大放射照度と、第5の放射照度との間の差に基づいている。
一実施形態として、1つ以上の発光デバイスを動作させるための照明システムは、1つ以上の発光デバイスと、1つ以上の発光デバイスと電気通信するレギュレータ出力を含むスイッチングレギュレータと、第1の入力と、第2の入力と、パルス幅変調発生器を介してスイッチングレギュレータと電気通信する誤差出力とを含む誤差増幅器と、照明システムの起動に応答して誤差増幅器の第1の入力を第1の高電圧に調整するための非一時的な命令を含むコントローラと、を含む。照明システムの第1の例は、第1の高電圧が1つ以上の発光デバイスの最大放射照度能力に基づく場合を含む。照明システムの第2の例は、第1の例を任意に含み、コントローラが所望の電圧に達するスイッチングレギュレータのレギュレータ出力に応答して、誤差増幅器の第1の入力を第1の高電圧から第2の電圧に調整するための追加の指示をさらに含む場合を含む。第2の電圧および所望の電圧は、1つ以上の発光デバイスの要求された出力に基づいている。照明システムの第3の例は、第1および第2の例のうちの1つまたは複数を任意に含み、第2の電圧が第1の高電圧よりも低い場合をさらに含む。照明システムの第4の例は、第1〜第3の例の1つ以上を任意に含み、第1の入力が非反転入力であり、第2の入力が反転入力である場合をさらに含む。照明システムの第5の例は、第1〜第4の例のうちの1つ以上を任意に含み、誤差増幅器が誤差増幅器の出力を第2の入力と結合する少なくとも1つのコンデンサを含む補償ネットワークを含む場合をさらに含む。照明システムの第6の例は、第1〜第5の例のうちの1つ以上を任意に含み、第2の入力が1つ以上の発光デバイスと電気通信しており、1つ以上の発光デバイスからフィードバック電圧を受信することをさらに含む。照明システムの第7の例は、第1〜第6の例のうちの1つ以上を任意に含み、コントローラは、照明システムのオン状態の間、第1の入力が、第1の高電圧から第2の電圧に調整された後、要求された出力の変化に応答して、その変化に基づいて第1の入力で電圧を調整するための追加の指示を含むことをさらに含む。
別の実施形態として、照明アレイを動作させる方法は、非起動状態から照明アレイの起動に応答して、照明アレイからフィードバック信号を受信する演算増幅器の非反転端子で基準電圧を第1の電圧に設定する工程と、照明アレイを駆動するスイッチングレギュレータの出力電圧が閾値電圧に上昇するまで、非反転端子の基準電圧を第1の電圧に維持する工程とを含む。閾値電圧は、照明アレイの要求された出力に基づく。第1の電圧は、照明アレイの最大放射照度出力に基づく。この方法の第1の例は、閾値電圧に達するスイッチングレギュレータの出力電圧に応答して、基準電圧を第1の電圧から第2の電圧に調整する工程を含む。第2の電圧は、照明アレイの要求された出力に基づいている。この方法の第2の例は、第1の例を任意に含み、基準電圧を第1の電圧から第2の電圧に調整する工程の後、照明アレイの要求された出力の変化に応答して、要求された変化に基づいて基準電圧を調整する工程を含む。この方法の第3の例は、第1および第2の例の1つまたは複数を任意に含み、照明アレイを駆動するスイッチングレギュレータが降圧レギュレータである場合をさらに含む。この方法の第4の例は、第1〜第3の例のうちの1つ以上を任意に含み、演算増幅器が反転端子と演算増幅器の出力との間の補償ネットワークに結合されている場合をさらに含む。この補償ネットワークは、直列に接続された、少なくとも1つの抵抗と、少なくとも1つのコンデンサとを含む。
別の実施形態として、1つまたは複数の発光デバイスを動作させる方法は、第1の条件の間、1つまたは複数の発光デバイスがオフ状態からオン状態に命令されたとき、1つまたは複数の発光デバイスからフィードバック電圧を受信する誤差増幅器の基準電圧を第1の電圧に調整する工程を含む。第1の電圧は、1つ以上の発光デバイスの最大放射照度出力に基づく。この方法は、第2の条件の間、1つまたは複数の発光デバイスがオン状態で動作しているとき、1つ以上の発光デバイスの要求された出力に基づいて基準電圧を調整する工程をさらに含む。この方法の第1の例は、第1の条件の間に、所望の出力に到達する1つ以上の発光デバイスを駆動する降圧段レギュレータの出力に応答して、基準電圧を第1の電圧から第2の電圧に調整する工程を含む。所望の出力と第2の電圧は、1つ以上の発光デバイスの要求された出力に基づいている。この方法の第2の例は、第1の例を任意に含み、第1の条件の間に、閾値誤差出力に達する誤差増幅器の出力に応答して、基準電圧を第1の電圧から第2の電圧に調整する工程を含む。この方法の第3の例は、第1および第2の例の1つまたは複数を任意に含み、さらに、閾値誤差出力が、1つまたは複数の発光デバイスを駆動する降圧段レギュレータを動作させるパルス幅変調発生器の閾値デューティサイクルを命令する誤差電圧に基づいている場合を含む。閾値デューティサイクルは、降圧段レギュレータを起動する継続時間に基づく。第2の電圧は、1つまたは複数の発光デバイスの要求された出力に基づく。この方法の第4の例は、第1〜第3の例のうちの1つ以上を任意に含み、第2の条件は、1つ以上の発光デバイスの要求された出力の変化をさらに含む場合をさらに含む。この方法の第5の例は、第1〜第4の例の1つ以上を任意に含み、さらに、降圧レギュレータの出力が電圧である場合をさらに含む。この方法の第6の例は、第1〜第5の例のうちの1つ以上を任意に含み、さらに、誤差増幅器は、フィードバック電圧を受信する誤差増幅器の反転入力と誤差増幅器の出力を結合するフィードバックループ内に1つ以上の抵抗器と、1つ以上のコンデンサとを含む場合をさらに含む。基準電圧は、誤差増幅器の非反転入力に供給される。
当業者には理解されるように、図6に記載された方法は、イベント駆動、割り込み駆動、マルチタスキング、マルチスレッディングなどの任意の数の処理ストラテジーの1つ以上を表す。このように、例示された様々な工程または機能は、図示された順序で、並行して、または場合によっては省略されて実行されてもよい。同様に、処理の順序は、本明細書に記載の目的、特徴、および利点を達成するために必ずしも必要ではない。しかし、それは、図示および説明を容易にするために提供される。明示的に図示されていないが、当業者であれば、図示された工程または機能の1つ以上が、使用される特定のストラテジーに応じて、繰り返し実行されることを認識する。さらに、説明された作用、動作、方法、および/または機能は、照明制御システム内のコンピュータ可読記憶媒体の非一時的メモリにプログラムされるコードをグラフィカルに表す。
以上が本発明の説明である。当業者がそれを読めば、説明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更および改変を思い付く。例えば、異なる波長の光を生成する光源は、本説明を利用する。