JP2021502691A - Ｌｅｄアレイのドライバ - Google Patents

Abstract

本発明は、ＬＥＤアレイ（２）への供給電圧（Ｖｂｏｏｓｔ）を生成し、供給電圧をフィードバック信号（１００）に応答して調整するよう構成される電圧コンバータ（１０）と、ＬＥＤアレイの中のＬＥＤ（２０）を駆動するよう構成される複数の電流レギュレータ（ＣＳ１，・・・，ＣＳｎ）と、電圧ヘッドルーム（Ｈ）に対して電流レギュレータ電圧（Ｖｃｓ１，・・・，Ｖｃｓｎ）をモニタし、ヘッドルームモニタ結果に基づいてフィードバック信号を生成するよう構成されるモニタ装置（Ｍ）とを有する、電流駆動型ＬＥＤのアレイのドライバ（１）について記載する。本発明は更に、ＬＥＤアレイ（２）と、本発明のドライバ（１）の実施形態とを有するデバイス（４）について記載する。本発明は更に、ＬＥＤアレイ（２）の駆動方法について記載する。

Description

本発明は、電流駆動型ＬＥＤのＬＥＤアレイのドライバ、デバイス、及びそのようなＬＥＤアレイの駆動方法について記載する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイ又はマトリクスは、携帯電話機、自動車のヘッドランプ装置、などのためのフラッシュモジュールのような様々な用途で使用され得る。セグメント化されたＬＥＤアレイは、いくつかの発光ダイオードを有することがあり、それらの夫々がフィールド（フラッシュによって照射されるべき空間内の領域）の部分を照射する。ＬＥＤドライバは、フィールドの所望の照射を得るためにＬＥＤを個々に又は集合的に駆動するよう求められる。セグメント化されたＬＥＤアレイ（又は以降単に「セグメント型アレイ」）は、一般に、比較的に複雑な駆動及び相互接続スキームを必要とする。

セグメント型アレイのＬＥＤは、ＬＥＤの製造中に生じる避けられないプロセス変動により、異なった静順方向電圧を有する可能性がある。ＬＥＤの温度は、動作中に上昇し、ＬＥＤの電気的挙動は、温度によって影響を及ぼされる。ジャンクション温度が上昇するにつれて、順方向電圧は下がり、電流消費の増大をもたらす。この理由により、電圧源に代えて電流源（又は電流シンク）からＬＥＤを駆動することが通常は望ましい。例えば、いくつかの先行技術のドライバは、セグメント型アレイのためにフィードバック制御型電流源を実装することがある。既知のドライバ回路は、米国特許出願公開第２０１１／０１２１７５５（Ａ１）号（特許文献１）、米国特許出願公開第２００９／０２８９５５９（Ａ１）号（特許文献２）、及び米国特許出願公開第２０１７／００９４７３４（Ａ１）号（特許文献３）に開示されている。電流駆動型ＬＥＤのアレイ又はマトリクスのためのこのようなタイプのドライバは、各ＬＥＤの正確な動作を確かにするために電流源／シンクの比較的に大きい電圧ヘッドルーム内で動作するよう構成され得る。しかし、そのような解決法は、高い電力消費量に関連する。これは非効率であり、モバイルデバイスでの急速なバッテリ枯渇につながる可能性がある。しかし、この問題に対処する先行技術の回路は、様々な欠点又は制限に苦しむ。例えば、全てのＬＥＤセグメントを個別的に且つ同時に駆動することは不可能であることがあり、電力消費は、装置がモバイルデバイスに組み込まれる場合に、受け入れがたい程に高いことがある。

既知のドライバ回路の更なる欠点は、それらの複雑さ及びサイズのためにセグメント型ＬＥＤアレイとともに端末のモジュールに容易に組み込まれ得ないことである。デバイス全体のサイズは、好ましくなく大きく、製造費用も、好ましくなく高い。

米国特許出願公開第２０１１／０１２１７５５（Ａ１）号 米国特許出願公開第２００９／０２８９５５９（Ａ１）号 米国特許出願公開第２０１７／００９４７３４（Ａ１）号

従って、本発明の目的は、上記の欠点を解消する、セグメント型ＬＥＤアレイの改善された駆動方法を提供することである。

本発明の目的は、請求項１のドライバによって、請求項８のデバイスによって、及びＬＥＤアレイを駆動する請求項１３の方法によって達成される。

本発明に従って、電流駆動型ＬＥＤのアレイのドライバは、ＬＥＤアレイへの供給電圧を生成し、且つ、供給電圧をフィードバック信号に応答して調整するよう構成される電圧コンバータと、ＬＥＤアレイの中のＬＥＤを駆動するよう構成される複数の電流源と、予め定義された範囲又は「電圧ヘッドルーム」に対して電流源の電圧をモニタし、ヘッドルームモニタ結果に基づいてフィードバック信号を生成するよう構成されるモニタ装置とを有する。モニタ装置は、複数のコンパレータを有し、各ＬＥＤの関連する電極がコンパレータの入力部へ接続され、各コンパレータは、そのＬＥＤ電極電圧が第１入力電圧よりも低いときに、高コンパレータ出力を生成し、そのＬＥＤ電極電圧が第２入力電圧よりも高いときに、低コンパレータ出力を生成するよう実現される。フィードバック信号は、バンドルされたコンパレータ出力を有する。

本発明は、ＬＥＤが基本的に電流駆動型デバイスであるという識見に基づいている。この電流は、ドライバ回路のすでに部分であって、高出力インピーダンスを有しているアクティブデバイスによって供給又はシンクされ得る。このアクティブデバイスでの電力消費は、デバイスにかかる電圧も最小であるときに最小になる。

本発明に関連して、ＬＥＤドライバは、ＬＥＤアレイのための供給電圧を生成する電圧コンバータに加えて、ＬＥＤを駆動する電流源／シンクも有すると理解されるべきである。「電流源」及び「電流シンク」との語は、電流源と電流シンクとの間に（電流フローの方向以外で）本質的な相違がないので、道義的に使用されることがあり、それにより、それらの語は、観察者の見方及び使用される符号規約に応じて、同じものを指し得る。

本発明のドライバの利点は、全てのＬＥＤセグメントが同時に駆動される回路でそれが使用可能である点である。他の利点は、それがＬＥＤの制御のためにブーストコンバータ出力電圧に依存しない点である。代わりに、電圧コンバータが、フィードバック信号に応答して供給電圧を調整するよう実現される。フィードバック信号は、供給電圧が最適でないことを示し且つ供給電圧が補正されるべきである方向を示すということで、一種のエラーフィードバックとみなされ得る。本発明のドライバの他の利点は、フィードバックが電圧コンバータへ直接向かうので、供給電圧がとても速く補正され得る点である。対照的に、機能的に類似した先行技術の回路は、ＬＥＤ電圧に関するフィードバックを収集するためにシリアルバス及びプロセッサを実装し、信号の処理は、供給電圧の補正において有意な遅延をもたらす。本発明のドライバの更なる利点は、ＬＥＤでの電圧降下が動作中に最小に調整されるので、ＬＥＤアレイの電力効率を非常に有利に最適化する点である。他の利点は、本発明のアプローチによって可能にされるコンパクトな回路から得られ、それにより、ＬＥＤドライバは、例えば、コスト及び／又はデバイスサイズを低減するために、簡単さ及び／又は機能性を最適化するために、など、ＬＥＤアレイモジュールにおいて実装され得る。ＬＥＤドライバチップをＬＥＤアレイと同じモジュールに組み込むことは、必要とされる相互接続の数を減らすことができ、全体の印刷回路基板（ＰＣＢ）面積が削減され得る。同時に、温度監視及び静電放電（ＥＳＤ）保護のような望ましい付加的な機能が、集積ドライバチップに加えられ得る。

本発明のドライバにより、ヘッドルーム範囲からのＬＥＤ電極電圧のいかなる逸脱も識別し、その場合に直ちに供給電圧を調整して不一致を補正することができる電圧コンバータに知らせることによって、好ましくは厳しいヘッドルーム内でＬＥＤアレイを動作させることが可能である。

本発明に従うデバイスは、複数のＬＥＤを有するＬＥＤアレイと、本発明のドライバの実施形態とを有する。

本発明に従って、ＬＥＤアレイの駆動方法は、ＬＥＤアレイの中のＬＥＤのための供給電圧を生成し、且つ、供給電圧をフィードバック信号に応答して調整するよう電圧コンバータを構成するステップと、ＬＥＤアレイの中のＬＥＤを駆動するよう複数の電流源を設けるステップと、電圧ヘッドルームに対して電流源電圧をモニタし、ヘッドルームモニタ結果に基づいてフィードバック信号を生成するステップとを有する。

従属請求項及び以下の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴を開示する。実施形態の特徴は、適宜組み合わされてよい。１つのクレームカテゴリに関連して記載される特徴は、他のクレームカテゴリに同様に適用可能である。

電流駆動型ＬＥＤのアレイを実現する様々な方法がある。例えば、電流源／シンクが、アレイの各ＬＥＤのために設けられてよく、それにより、アレイ内にあるＬＥＤと同数の電流源／シンクが存在する。代替的に、多重化された構成では、１つの電流源／シンクが、直列接続又は並列接続されたＬＥＤを駆動してよい。

電圧コンバータの出力電圧は、ＬＥＤアレイでの電圧降下と、電流シンク／源の電圧ヘッドルームとの和である。電圧ヘッドルームは、少なくとも、電流シンクが適切に動作することができることを確かにするほど十分に大きくなければならない。そのヘッドルームが低すぎる場合には、電流シンクの出力インピーダンスは下がり、それは正確に動作することができない。本発明のドライバは、電圧コンバータによって供給される供給電圧が、電流シンクの電圧ヘッドルームが電流シンク／源の正確な機能のために必要なレベルよりも大きくない程であることを確かにするために使用され、それによって、ＬＥＤは不必要に電力を消費しないことが確かにされる。従って、本発明のドライバのモニタ装置は、以下では「ヘッドルームモニタ」とも呼ばれ得る。本発明のドライバの実施形態を組み込むデバイスは、ＬＥＤのセグメント化されたアレイ又はマトリクスを必要とするいかなる用途でも、例えば、自動車のフロント又はリア照明ユニットで、スマートフォンのようなモバイルデバイスのカメラフラッシュモジュールで、などで実現され得る。モバイルデバイスでは、セグメント型ＬＥＤアレイは、カメラアプリケーションのフィールドを照射するように光の一時的なバーストを発生させるために使用され得るセグメント型フラッシュを有してよい。セグメント型フラッシュはまた、光の一定のビームを生成するために「フラッシュライト」アプリケーションによっても使用されてよい。特にそのような用途では、バッテリ電力を節約するために、バッテリ消費は最小限にされるべきである。

電流駆動型ＬＥＤの場合に、ＬＥＤの電極は、電流源／シンク、例えば、被制御アクティブデバイスへ接続される。電流レギュレータが電流源である場合に、ＬＥＤのアノードは電流源へ接続される。従って、電流源／シンクの電圧は、関連するＬＥＤ電極での電圧である。電流レギュレータが電流シンクである場合に、ＬＥＤのカソードが電流シンクへ接続され、簡単のために、且つ、決して本発明を制限せずに、この構成が以下で仮定され得る。本発明の特に好適な実施形態では、本発明のドライバのモニタ装置は、関連するＬＥＤ電極での電圧を、下限及び上限によって定義される電圧ヘッドルームと比較する。従って、本発明のドライバは、好ましくは、電圧ヘッドルームの下限を定義する基準電圧としての第１入力電圧と、電圧ヘッドルームの上限を定義する基準電圧としての第２入力電圧とを有する。

本発明に従って、モニタ装置は、複数のコンパレータと、電圧コンバータへのフィードバック信号とを有する。各ＬＥＤの関連する電極は、コンパレータの入力部へ接続され、各コンパレータは、そのＬＥＤ電極電圧が第１入力電圧よりも低い場合に高コンパレータ出力を生成し、そのＬＥＤ電極電圧が第２入力電圧よりも高い場合に低コンパレータ出力を生成するよう実現される。フィードバック信号は、バンドルされたコンパレータ出力を有する。このようにして、モニタ配置は、ＬＥＤのカソードでの電圧のレベルを確認するためにコンパレータを用いる。いかなる適切なコンパレータも使用されてよい。望ましくは、モニタ装置は、この機能を満足するために複数のウィンドウコンパレータを有する。本発明の特に好適な実施形態では、コンパレータは第１演算増幅器を有し、第１演算増幅器の出力部とコンパレータの出力部との間には第１ダイオードが順方向で接続されている。コンパレータは第２演算増幅器を更に有し、第２演算増幅器の出力部とコンパレータの出力部との間には第２ダイオードが逆方向で接続されている。上述されたように、コンパレータはまた、電圧ヘッドルームの境界値、すなわち、電圧ヘッドルームを定義する第１入力電圧及び第２入力電圧を受ける。このようなコンパレータは、電圧レベルが下限及び上限によって定義された所定の電圧「ウィンドウ」の中又は外にあるかどうかを特定することから、一般に「ウィンドウコンパレータ」と呼ばれる。

本発明の更に好適な実施形態では、コンパレータの演算増幅器の反転入力部は両方とも、そのコンパレータのＬＥＤのカソードへ接続され、第１演算増幅器の非反転入力部は第１入力電圧へ接続され、第２演算増幅器の非反転入力部は第２入力電圧へ接続される。

ＬＥＤアレイのＬＥＤを駆動する電圧コンバータは、ブーストコンバータ、バックブーストコンバータ、電荷ポンプ、などとして実現されてよい。ブーストコンバータのような電圧コンバータは、それが連続的な電圧レギュレーションを可能にするので、好ましい。本発明の好適な実施形態では、電圧コンバータは、フィードバック信号が閾レベルよりも高い場合に供給電圧を増大させるよう実現され、フィードバック信号が閾レベルよりも低い場合に供給電圧を低減させるよう実現される。本発明の実施形態で、閾レベルは、各電流源／シンクのヘッドルームが最適である、すなわち、低すぎもせず高すぎもしない場合に、望ましくは、期待される電圧レベルとして予め定義される。

本発明のドライバの電圧コンバータは、例えば、拡張ドライバＡＳＩＣ（Application-Specific Integrated Circuit）において、専用のデバイスとして実現され得る。そのような実施形態では、フィードバック信号は、ＡＳＩＣの内部制御信号であり、電圧コンバータは、上述されたようにこの信号に応答するよう、すなわち、フィードバック信号が閾レベルよりも高い場合に供給電圧を増大させ、フィードバック信号が閾レベルよりも低い場合に供給電圧を低減させるよう設計される。

代替的に、既製の（off-the-shelf）電圧コンバータが、本発明のドライバの実施形態を構成するために使用され得る。この場合に、電圧コンバータは、外部からアクセス可能なフィードバック入力を有するはずである。例えば、フィードバック入力ピンを備えた既製のバックブーストコンバータは、極性を反転された「エラー」信号を上述されたようにフィードバック入力ピンへ印加することによって使用され得る。極性反転は、フィードバック信号が、供給電圧が不十分である場合には閾値よりも高く、供給電圧がそれが必要とされるよりも高い場合には閾値よりも低いことによって、与えられる。この「既製」実現では、閾電圧は、バックブーストコンバータの公称電圧レベルであることができる。バックブーストコンバータは、ＬＥＤドライバの電流源での最小消費を達成するように出力供給電圧を調整することによって応答する。

本発明のドライバのモニタ装置において、各ＬＥＤのカソードは電流源／シンクへ接続される。本発明の好適な実施形態では、電流源／シンクは、半導体トランジスタのようなアクティブデバイスを有する電流レギュレータであってよい。同じ原理は、接地の代わりに基準として供給電圧を有する電流源としてＰ−ＭＯＳＦＥＴ又はバイポーラＰＮＰトランジスタが使用され得る代替の実施形態で使用可能である。

本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面とともに検討される以下の詳細な説明から明らかになるだろう。なお、図面は、もっぱら説明のために設計され、本発明の制限の定義としてではないことが理解されるべきである。

本発明のドライバの実施形態の回路図を例示する。 ＬＥＤカソード電圧と電圧ヘッドルームとの間の関係を示す。 本発明のドライバの実施形態によって生成される電圧コンバータフィードバック信号と供給電圧との間の関係を示す。 本発明のデバイスの実施形態を示す。 本発明のドライバのブロック図を示す。

図面中、同じ参照符号は、全体を通して同じ対象を参照する。図面中の対象は、必ずしも実寸通りではない。

図１は、ＬＥＤアレイ、例えばセグメント型フラッシュ、のＬＥＤ２０のための本発明のドライバ１の実施形態の基本回路図を示す。明りょうさのために、ただ２つのＬＥＤ２０又はフラッシュセグメント２０のみが示される。当然、セグメント型フラッシュは、たった２つよりも多いＬＥＤ２０を有してよく、この図に示される回路は、より大きいフラッシュマトリクスとともに使用されるように拡張され得る。ＬＥＤ２０は、電流により駆動され、この例となる実施形態では、ドライバ回路１は、ＬＥＤアレイの各ＬＥＤ２０のための電流シンクＣＳ１，・・・，ＣＳｎを有する。

ドライバ回路１は、電流シンクＣＳ１，・・・，ＣＳｎのための電圧ヘッドルームとともにＬＥＤ２０のための供給電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}を生成するよう実現された電圧コンバータ１０（この場合にブーストコンバータ）を含む。ＬＥＤ２０のための供給電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}は、ＬＥＤが正確に動作することと、電圧ヘッドルームが電流シンクＣＳ１，・・・，ＣＳｎの正確な動作に必要とされるよりも高くないこととを確かにするほど十分でなければならない。これを達成するために、本発明のドライバ１はまた、モニタ装置Ｍを有する。モニタ装置Ｍにより、以下で説明されるように、好ましくは厳しいヘッドルーム内で電流駆動型ＬＥＤ２０を動作させることが可能である。このように、本発明のドライバ１は、有利に、全体の電力消費を減らすことができる。

この実施形態では、各ＬＥＤ２０のカソードは、図示されるように、ドライバ回路１のすでに部分である被制御アクティブデバイス（バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、など）のような電流レギュレータ（電流シンク／源）へ接続される。アクティブデバイスにかかる電圧は最小であるから、アクティブデバイスでの電力消費も最小である。これらの電流レギュレータをモニタ装置の機能性に含めることは、ヘッドルーム監視機能の低電力実現を助ける。

モニタ装置Ｍは、ＬＥＤ２０と電圧コンバータ１０へのフィードバック信号１００との間に接続された多数のウィンドウコンパレータＭ１，・・・，Ｍｎを有する。各ＬＥＤ２０のカソードは、図示されるように、コンパレータＭ１，・・・，Ｍｎの入力部へ接続される。各コンパレータＭ１，・・・，Ｍｎは、演算増幅器Ａ１と、演算増幅器Ａ１の出力とコンパレータ出力Ｍ_{ｏｕｔ＿１}，・・・，Ｍ_{ｏｕｔ＿ｎ}との間に順方向で接続された第１ダイオードＤ１とを有する。第１演算増幅器Ａ１の非反転入力部は、電圧ヘッドルームの下限を定義する第１入力電圧Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}へ接続される。各コンパレータＭ１，・・・，Ｍｎはまた、第２演算増幅器Ａ２と、第２演算増幅器Ａ２の出力とコンパレータ出力Ｍ_{ｏｕｔ＿１}，・・・，Ｍ_{ｏｕｔ＿ｎ}との間に逆方向で接続された第２ダイオードＤ２とを有する。第２演算増幅器Ａ２の非反転入力部は、電圧ヘッドルームの上限を定義する第２入力電圧Ｖ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}へ接続される。コンパレータＭ１，・・・，Ｍｎの両方の演算増幅器Ａ１，Ａ２の反転入力部は、ＬＥＤ２０のカソードへ接続される。

演算増幅器Ａ１，Ａ２の出力Ｍ_{ｏｕｔ＿１}，・・・，Ｍ_{ｏｕｔ＿ｎ}は、バンドルされる、すなわち、図示されるように、ダイオードＤ１，Ｄ２を介して、ブーストコンバータ１０へのフィードバック信号１００である単線へ接続される。各電流源／シンクのヘッドルームが最適である、すなわち、低すぎもせず高すぎもしない場合に、フィードバック信号１００の電圧Ｖ_２０は、予め定義された閾レベルに対応し、電圧コンバータ１０は、供給電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}を調整する必要がない。

上述されたように、各ＬＥＤ２０のカソードは、ドライバ回路１のすでに部分である電流レギュレータへ接続される。各コンパレータＭ１，・・・，Ｍｎの演算増幅器Ａ１，Ａ２の反転入力部も、従って、同じ電流シンクへ接続される。ここで記載されているコンパレータＭ１，・・・，Ｍｎは、本質的に、電流シンクＣＳ１，・・・，ＣＳｎのヘッドルームが上限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}及び下限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}によって定義される最適な範囲内にあるかどうかを確認するウィンドウコンパレータである。上限及び下限の電圧は、図示されるように、適切な電圧源ＶＳ１，ＶＳ２によってセットされる。第１演算増幅器Ａ１は、そのＬＥＤカソードでの電圧Ｖ_ＣＳ１，・・・，Ｖ_ＣＳｎと下限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}との間の差を増幅し、第２演算増幅器Ａ２は、そのＬＥＤカソードでの電圧Ｖ_ＣＳ１，・・・，Ｖ_ＣＳｎと上限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}との間の差を増幅する。

演算増幅器は、その高い利得を特徴とする。反転入力と非反転入力との間のごく小さい電圧差は、関連するコンパレータ供給レベルに近い出力をもたらすことになる。従って、フィードバック電圧Ｖ_２０は、電流シンクの電圧ヘッドルームが不十分である場合に、ほぼ正供給レベルまで高くなり得る。同様に、フィードバック電圧Ｖ_２０は、電流シンクの電圧ヘッドルームが必要とされるよりも高い場合に、ほぼ負供給レベル（例えば、接地）まで下がり得る。この理由により、コンバータ１０のフィードバックピンには直列抵抗が設けられる。

記載されるタイプのコンパレータは、出力抵抗が低い。各コンパレータＭ１，・・・，Ｍｎは、第１ダイオードＤ１のカソードと第２ダイオードＤ２のアノードとの間に抵抗Ｒ１を有し、それにより、その第１演算増幅器Ａ１で高出力レベルを有している単一のコンパレータＭ１，・・・，Ｍｎでさえ、フィードバック電圧Ｖ２０をハイに引っ張ることができる（たとえ、他の全てのコンパレータＭ１，・・・，Ｍｎがそれらの第２演算増幅器Ａ２で低出力レベルを有するとしても）。換言すれば、電圧Ｖ_ＣＳＸ＜下限ヘッドルームレベルＶ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}の補正は、電圧Ｖ_ＣＳＸ＞上限ヘッドルームレベルＶ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}の補正よりも優先される。ここで、Ｖ_ＣＳＸは、ＬＥＤカソード電圧Ｖ_ＣＳ１，・・・，Ｖ_ＣＳｎのうちのいずれか１つを表す。

図２は、ＬＥＤカソードでの電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃと、先に説明されたようにアクティブデバイスであると仮定され得る関連する電流源／シンクの電圧ヘッドルームＨとの間のとり得る関係を表す。電圧ヘッドルームＨは、上限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}及び下限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}によって定義される。電圧コンバータがバッテリによって給電され、各セグメントで約３Ｖの電圧降下を有するＬＥＤアレイへおおよそ５．５Ｖを供給する場合に、ヘッドルームは、例えば、約０．２Ｖから０．３Ｖ内にあり得る。Ｖ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}の値は、アクティブデバイスの最大許容消費と、フィードバックループのレギュレーション動作とによって決定される。Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}は、アクティブデバイスの最小許容出力インピーダンスによって設定される。アクティブデバイスでの電圧降下が小さければ小さいほど、その出力インピーダンスはますます低くなり、そして、これは、電流源／シンクとして動作特性の悪化に関連する。

ＬＥＤカソードでの電圧Ｖ_ＣＳ１，・・・，Ｖ_ＣＳｎが上限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}よりも高く又は下限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}よりも低くない限り、演算増幅器Ａ１，Ａ２の出力部にあるダイオードＤ１，Ｄ２は夫々、逆バイアスをかけられ、各々のＬＥＤ２０は、フィードバック信号１００に影響を与えない。これは、上限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}及び下限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}内にある電圧Ｖｂに当てはまる。しかし、ＬＥＤカソードでの電圧Ｖ_ＣＳ１，・・・，Ｖ_ＣＳｎが下限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}よりも低い場合には、第１演算増幅器Ａ１の出力部にあるダイオードＤ１は順方向バイアスをかけられ、コンパレータ出力はハイになる。結果として、フィードバック信号は閾値よりも高くなる。これは、下限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}よりも低い電圧Ｖａに当てはまる。結果として得られる「高」フィードバック信号１００は、ブーストコンバータ１０によって受信され、ブーストコンバータ１０は、出力電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}を増大させることによって応答する。

ＬＥＤカソードでの電圧Ｖ_ＣＳ１，・・・，Ｖ_ＣＳｎが上限Ｖ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}よりも高い場合には、第２演算増幅器Ａ２の出力部にあるダイオードＤ２は順方向バイアスをかけられ、フィードバック信号１００は閾レベルより低くされる。ブーストコンバータ１０は、出力電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}を低減させることによって応答する。

図３は、フィードバック信号１００と供給電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}との間の関係を表す。ＬＥＤが、上述されたように上限及び下限によって定義されるヘッドルーム範囲内で駆動される場合に、図示されるように、フィードバック信号は、公称閾レベルＶ_２０にとどまり、供給電圧は、公称レベルにとどまる。フィードバック信号１００がコンパレータによってローに引っ張られる場合に、電圧コンバータは、供給電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}を低減させることによって応答する。コンパレータ出力がフィードバック信号１００を閾レベルＶ_２０より上に押し上げる場合に、電圧コンバータは、供給電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}を増大させることによって応答する。

様々なＬＥＤ２０又はセグメント２０にわたる正確な電流分配は、ブースト電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}のいかなる下方修正よりも優先される。先に図１で記載されたように、モニタ装置Ｍは、ヘッドルームが不十分である単一の電流源でさえ、たとえ残りの電流源のうちの１つ以上が過度のヘッドルームを有し得るとしても、出力電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}の増大をもたらすことを確かにする。出力電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}が最適な設定を中心として発振する状況を回避するために、Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}とＶ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}との間の差は増大され得る。差は、プログラム可能な設定によって、動作中に増大され得る。例えば、差は、異なるコンパレータ出力部での高レベル及び低レベルのいかなる同時の発生も回避するために、Ｖ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ}を増大させることによって動的に増大され得る。

図４は、本発明のデバイス４、この場合に携帯電話機４の実施形態を示す。図は、セグメント型フラッシュ２のポジションを示す。電圧コンバータ１０も示されており、電圧コンバータ１０は、セグメント型フラッシュ２のＬＥＤへ供給電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}を供給する。本発明のドライバ１の実施形態が示されており、ドライバ１は、フィードバック信号１００を電圧コンバータ１０に供給する。ディスクリート部品を使用することに対する代案として、セグメント型フラッシュ２及びドライバ１は、有利にコンパクトな実現を可能にするように単一のモジュールとして実現され得る。例えば、本発明のドライバ１は、そのヘッドルームモニタ装置Ｍ１，・・・，Ｍｎとともに、携帯電話機チップセットの電力管理集積回路（ＰＭＩＣ）に組み込まれてよい。ＡＳＩＣにおいてヘッドルーム電圧基準レベルを定義するために、既知のバンドギャップ回路が実装されてもよい。代替的に、下限ヘッドルームレベルＶ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ}は、既知の電流によって駆動される内部基準デバイスでの降下に依存させられ得る。

図５は、ＬＥＤアレイ２に関して本発明のドライバ１を示す一般的なブロック図を示す。ドライバ１は、様々な機能モジュール、すなわち、バッテリ５によって給電され、供給電圧Ｖ_ＬＥＤをＬＥＤマトリクス２へ供給するよう実現される電圧コンバータ１０と、電流レギュレーション配置（この場合に、電流シンクＣＳ１，・・・，ＣＳｎの配置）と、適切なインターフェイス１２で受け取られる電流設定入力に従って、電流シンクＣＳ１，・・・，ＣＳｎを流れる電流レベルを設定する電流制御モジュール１１と、ドレイン−ソース電流Ｉ_ＤＳをモニタするヘッドルームモニタ装置Ｍとを有する。

先に図１で記載されるように、ヘッドルームの直接的な監視を実装する実施形態として実現される場合に、電圧コンバータ１０は、供給電圧Ｖ_ＬＥＤ（図１の供給電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}）を有するブーストコンバータであり、ヘッドルームモニタ装置Ｍは、各ＬＥＤ２０の関連する電極へ接続されるコンパレータＭ１，・・・，Ｍｎと、電流制御モジュール１１とを用いて実現される。

ヘッドルームの間接的な監視を実装する代替の実現では、電流レギュレータは、ＭＯＳＦＥＴを有してよく、ヘッドルームモニタ装置Ｍの実現は、（確立された用語及び略語を用いて）ここで示されるように一定Ｉ_ＤＳのためのＭＯＳＦＥＴのＶ_ＧＳ−Ｖ_ＤＳ依存性に基づいてよい。電流レベルＩ_ＣＳ，Ｉ_ＤＳは、適切なバスインターフェイスにわたって伝達される。

１つの実現において、ＭＯＳＦＥＴの制御電圧Ｖ_ＧＳは、（その出力電圧Ｖ_ＤＳをモニタすることに代えて）モニタされ得、コンバータ１０からの供給電圧Ｖ_ＬＥＤは、ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間電圧Ｖ_ＧＳが予め定義された上限閾値よりも高くならないように調整される。

ヘッドルームモニタＭは、ＭＯＳＦＥＴドレイン−ソース電流を測定するために、アナログ−デジタル変換器を備えたマイクロコントローラを実装してよい。フィードバックループは、電流レギュレータのヘッドルームプを正確な動作領域に保つために使用される。間接的な監視の実施形態が部分的にデジタルで実装される場合に、アナログ−デジタル変換器は、電流をデジタル化し、デジタルーアナログ変換器又はパルス幅変調器（ＰＷＭ）は、アクティブデバイスのためのアナログ制御電圧を生成する。ＰＷＭデューティサイクルがある上限を超えて増大する場合に、供給電圧Ｖ_ＬＥＤは増大する。同様に、ＰＷＭデューティサイクルがある下限を下回って低減する場合に、供給電圧Ｖ_ＬＥＤは低下する。この実施形態では、電流シンクの電圧ヘッドルームは、ＰＷＭデューティサイクルの上限及び下限によって表される。

本発明は、好適な実施形態及びそれらの変形の形で開示されてきたが、多数の更なる変更及び変形が、本発明の適用範囲から逸脱せずにそれらに対して行われ得ることが理解されるだろう。例えば、本発明の考えは、電圧ヘッドルームの上限及び下限に対して電流源／シンクでの電圧降下を連続的にモニタすることによって、ＬＥＤアレイ供給電圧を動的に制御することであり、一方で、上限ヘッドルーム基準電圧なしで済ますことが可能である。代わりに、ＬＥＤカソードで測定される電圧が下限ヘッドルーム基準電圧に対応する最低値に供給電圧を連続的に調整することが 可能である。

明りょうさのために、本願の全体にわたる「１つの〜」（不定冠詞“a”又は“an”）の使用は、複数を除外せず、「〜を有する」（comprising）は、他のステップ又は要素を除外しないことが理解されるべきである。「ユニット」（“unit”）又は「モジュール」（“module”）の記述は、１よりも多いユニット又はモジュールの使用を排除しない。

Ｍ モニタ装置
Ｍ１〜Ｍｎ コンパレータ
Ｍ_{ｏｕｔ＿１}〜Ｍ_{ｏｕｔ＿ｎ} コンパレータ出力
２ ＬＥＤアレイ
２０ ＬＥＤ
１０ 電圧コンバータ
１００ フィードバック信号
１１ 電流制御モジュール
１２ 電流制御インターフェイス
４ デバイス
Ｈ 電圧ヘッドルーム
Ｖ_{ｒｅｆ＿ｌｏｗ} 電圧ヘッドルーム下限
Ｖ_{ｒｅｆ＿ｈｉｇｈ} 電圧ヘッドルーム上限
Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ カソード電圧
Ａ１，Ａ２ 演算増幅器
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｖ_ＬＥＤ，Ｖ_{ｂｏｏｓｔ} 駆動電圧
Ｖ２０ 閾レベル
ＣＳ１〜ＣＳｎ 電流シンク

本発明に従って、電流駆動型ＬＥＤのアレイのドライバは、ＬＥＤアレイへの供給電圧を生成し、且つ、供給電圧をフィードバック信号に応答して調整するよう構成される電圧コンバータと、ＬＥＤアレイの中のＬＥＤを駆動するよう構成される複数の電流レギュレータであり、各ＬＥＤのカソードが電流レギュレータへ接続される、前記複数の電流レギュレータと、予め定義された範囲又は「電圧ヘッドルーム」に対して電流源の電圧をモニタし、ヘッドルームモニタ結果に基づいてフィードバック信号を生成するよう構成されるモニタ装置とを有する。モニタ装置は、複数のウィンドウコンパレータを有し、各ＬＥＤのカソードがウィンドウコンパレータの入力部へ接続され、各ウィンドウコンパレータは、そのＬＥＤカソード電圧が第１入力電圧よりも低いときに、高コンパレータ出力を生成し、そのＬＥＤカソード電圧が第２入力電圧よりも高いときに、低コンパレータ出力を生成するよう実現される。フィードバック信号は、バンドルされたコンパレータ出力を有する。

本発明に従って、ＬＥＤアレイの駆動方法は、モニタ装置からのフィードバック信号が閾レベルよりも高い場合に、電圧コンバータの供給電圧を増大させることと、モニタ装置からのフィードバック信号が閾レベルよりも低い場合に、電圧コンバータの供給電圧を低減させることとを有する。

本発明に従って、モニタ装置は、複数のコンパレータと、電圧コンバータへのフィードバック信号とを有する。各ＬＥＤの関連する電極は、コンパレータの入力部へ接続され、各コンパレータは、そのＬＥＤ電極電圧が第１入力電圧よりも低い場合に高コンパレータ出力を生成し、そのＬＥＤ電極電圧が第２入力電圧よりも高い場合に低コンパレータ出力を生成するよう実現される。フィードバック信号は、バンドルされたコンパレータ出力を有する。このようにして、モニタ配置は、ＬＥＤのカソードでの電圧のレベルを確認するためにコンパレータを用いる。本発明に従って、モニタ装置は、この機能を満足するために複数のウィンドウコンパレータを有する。本発明の特に好適な実施形態では、コンパレータは第１演算増幅器を有し、第１演算増幅器の出力部とコンパレータの出力部との間には第１ダイオードが順方向で接続されている。コンパレータは第２演算増幅器を更に有し、第２演算増幅器の出力部とコンパレータの出力部との間には第２ダイオードが逆方向で接続されている。上述されたように、コンパレータはまた、電圧ヘッドルームの境界値、すなわち、電圧ヘッドルームを定義する第１入力電圧及び第２入力電圧を受ける。このようなコンパレータは、電圧レベルが下限及び上限によって定義された所定の電圧「ウィンドウ」の中又は外にあるかどうかを特定することから、一般に「ウィンドウコンパレータ」と呼ばれる。

Claims (15)

1. 電流駆動型ＬＥＤのアレイのドライバであって、
   前記ＬＥＤのアレイへの供給電圧を生成し、該供給電圧をフィードバック信号に応答して調整するよう構成される電圧コンバータと、
   前記ＬＥＤのアレイの中のＬＥＤを駆動するよう構成される複数の電流レギュレータと、
   電圧ヘッドルームに対して電流レギュレータ電圧をモニタし、該ヘッドルームのモニタ結果に基づいて前記フィードバック信号を生成するよう構成されるモニタ装置であり、複数のコンパレータを有し、夫々の電流駆動型ＬＥＤの電極もコンパレータの入力部へ接続され、コンパレータは、当該ＬＥＤの電極電圧が、前記電圧ヘッドルームの下限を定義する第１入力電圧よりも低いときに、高コンパレータ出力を生成し、当該ＬＥＤの電極電圧が、前記電圧ヘッドルームの上限を定義する第２入力電圧よりも高いときに、低コンパレータ出力を生成するよう構成され、前記フィードバック信号は、バンドルされたコンパレータ出力を有する、前記モニタ装置と
   を有するドライバ。
2. 電流レギュレータは、前記ドライバのすでに部分である被制御アクティブデバイスを有する、
   請求項１に記載のドライバ。
3. 電流レギュレータは、バイポーラトランジスタ又はＭＯＳＦＥＴを有する、
   請求項２に記載のドライバ。
4. コンパレータは、ＬＥＤと前記フィードバック信号との間に接続されたウィンドウコンパレータとして実現され、各ＬＥＤのカソードは、前記コンパレータの入力部へ接続される、
   請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のドライバ。
5. コンパレータは、
   第１演算増幅器、及び該第１演算増幅器の出力部と当該コンパレータの出力部との間に順方向で接続される第１ダイオードと、
   第２演算増幅器、及び該第２演算増幅器の出力部と当該コンパレータの出力部との間に逆方向で接続される第２ダイオードと
   を有する、
   請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のドライバ。
6. 前記第１演算増幅器及び前記第２演算増幅器の反転入力部は、ＬＥＤの電極へ接続され、
   前記第１演算増幅器の非反転入力部は、前記第１入力電圧へ接続され、
   前記第２演算増幅器の非反転入力部は、前記第２入力電圧へ接続される、
   請求項５に記載のドライバ。
7. 各ＬＥＤの電極は、専用の電流レギュレータへ接続される、
   請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載のドライバ。
8. 複数のＬＥＤを有するＬＥＤアレイと、
   前記ＬＥＤを駆動するよう構成される、請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載のドライバと
   を有するデバイス。
9. 前記ＬＥＤアレイは、少なくとも９個のＬＥＤを有するセグメント型フラッシュとして実現される、
   請求項８に記載のデバイス。
10. 携帯電話機として実現される、
    請求項８又は９に記載のデバイス。
11. 前記電圧コンバータは、ブーストコンバータ、バックコンバータ、又はバックブーストコンバータのいずれかとして実現される、
    請求項８乃至１０のうちいずれか一項に記載のデバイス。
12. 前記ＬＥＤアレイのＬＥＤを流れる電流を制御するよう夫々構成される複数の電流レギュレータを有し、
    各ＬＥＤの電極は電流レギュレータへ接続される、
    請求項８乃至１１のうちいずれか一項に記載のデバイス。
13. ＬＥＤアレイの駆動方法であって、
    前記ＬＥＤアレイの中のＬＥＤのための供給電圧を生成し、該供給電圧をフィードバック信号に応答して調整するよう電圧コンバータを構成することと、
    前記ＬＥＤアレイの中のＬＥＤを駆動するよう複数の電流レギュレータを設けることと、
    電圧ヘッドルームに対して電流レギュレータ電圧をモニタし、該ヘッドルームのモニタ結果に基づいて前記フィードバック信号を生成することと
    を有する方法。
14. 前記フィードバック信号が閾レベルよりも高い場合に前記供給電圧を増大させることを有する、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記フィードバック信号が閾レベルよりも低い場合に前記供給電圧を低減させることを有する、
    請求項１３又は１４に記載の方法。

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