JP4117196B2 - 光源を制御するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用ディスプレイシステム等に関し、とりわけ、斯かる商用ディスプレイシステム等を照らすための改善された装置に関する。本発明は、とりわけ、小売向けディスプレイフリーザ等の、小売環境において用いられる商用冷蔵システムにおける用途がある。
【０００２】
【従来の技術】
ＲＧＢベースの白色発光ダイオード(LED)照明が当該技術分野において知られ、ＬＣＤパネル用のバックライティング、商用フリーザのための照明、サイネージ(signage)等の用途に供されている。これらの用途のために、線形電源又はスイッチモード電源がＬＥＤを駆動するために用いられる。線形電源を用いた場合のシステム全体の効率は低く、スイッチモード電源がこの問題を解消する。３つのＬＥＤ光源があるため、３つの個別の電源が、適当な電流制御スキームでこれらＬＥＤを駆動するために用いられる。この構造においては、各電源は、個別のＡＣ／ＤＣコンバータ、力率改善ユニット、絶縁トランス及びＤＣ／ＡＣコンバータシステムを含み得る。３つの個別のＡＣ／ＤＣコンバータ、力率改善ユニット及び絶縁トランスに起因してこのスキームには冗長が存在する。更に、それら電源におけるコンバータの個別の制御を要する。結果、このスキームでは、コストが増し、制御は複雑であり、性能は劣る。
【０００３】
現在の技術水準で伴う更なる問題は、放射される各タイプの光の量を正確に制御することである。とりわけ、赤色光、緑色光及び青色光により放射される光の組合わせに起因する光の色は、一緒に混合される各タイプの光の相対的な量によりもっぱら決定される。各タイプの光に関連付けられる光源は、老い(age)及び温度並びにその他の要因に対して異なるセンシティビティを持つ。結果として、合成された総光量が正しくなるように各色の光の適切な量を維持することは、不可能な課題ではないとしても困難である。
【０００４】
従来のシステムによって対処されていない他の問題は、ディスプレイケース、即ち、小売向けディスプレイ冷蔵装置において、ある製品をディスプレイするために用いられる光のタイプ及び量が消費者の購買選定に影響を及ぼす可能性があるという事実である。各特定の製品が最適な照明コンディションを用いてディスプレイされることを一律に保証する技術は存在しない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
従来の技術の上述した及びその他の問題が、商用ディスプレイに適用可能な照明システム用のＬＥＤ電流ドライバに関する本発明によって解消される。本発明によれば、ドライバが、互いに指定された比率において赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを駆動するために用いられる。フィードバックループが、色及び強度情報をマイクロプロセッサに送り、該マイクロプロセッサは、規定されている照明強度及び色を達成するように赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの各値を調整する。
【０００６】
向上させた実施例においては、コンピュータ及び記憶装置が、ディスプレイされている特定の製品、又は特定の時間帯に基づいて用いられる光の強度及び色を決定するために設けられる。特に、コンピュータは、ある時間において又はある製品に関し最適にディスプレイするように光の色及び／又は強度を調整しても良い。例示的な一実施例においては、マイクロプロセッサにより制御されるＡＣ分散型電源システムが、商用フリーザを照明するための白色ＬＥＤ照明灯にＬＥＤ駆動電流を供給するために用いられる。ＡＣ分散型システムは、力率改善を備えるフロントエンドＡＣ／ＤＣコンバータ、高周波インバータ、絶縁トランス、及びＲＧＢ駆動電流制御システムを備える３つのＡＣ／ＤＣコンバータを含む。単一のフロントエンドＡＣ／ＤＣコンバータシステムは、ＡＣ供給(AC supply)を変換し、高周波ＤＣ／ＡＣインバータへの入力として一定のＤＣリンク電圧を維持する。このＡＣ／ＤＣコンバータはまた、ＡＣ主電源(AC mains)において力率改善を実行する。高周波コンバータは、ＤＣ電圧をＡＣに変換し、ＬＥＤ駆動電流制御を備える３つのＡＣ／ＤＣコンバータに電力(powers)を供給する。
【０００７】
電力コンバータシステムは、マイクロプロセッサシステムにより制御される。マイクロプロセッサシステムは、ＬＥＤ照明灯により生成される白色光の制御に加え、組み込まれた閉ループ制御及び前記コンバータシステムのためのＰＷＭ生成を提供する。この取り組みは、ＬＥＤ駆動システムの制御のための必須の解決策を提供する。マイクロプロセッサシステム用の制御アルゴリズムは、モジュール性に関し及びマルチプロセシング機能を備えて、該マイクロプロセッサシステムに効果的な制御ケイパビリティを提供するように開発される。
【０００８】
マイクロプロセッサシステムはまた、フリーザ内でディスプレイされるであろう食品がプログラムされたユーザコンピュータに任意に接続される。店内のコンピュータは、プログラムされたユーザ優先度に基づいて、指定された食品がフリーザ内でディスプレイされている際に当該システムにより生成されるべき適切な白色点及び照明レベルを選択する。コンピュータは、適当な時間にこの情報をマイクロプロセッサシステムに供給し、該マイクロプロセッサは、所要の色及び照明レベルを生成するように駆動システムを制御する。それ故、ディスプレイされる食品に対する色及び照明レベルの選択は自動化される。コンピュータはまた、必要ではない場合にフリーザライトが自動的にスイッチオフされ、それ故、電力の節約が達成されるようにフリーザドライバを始動及び停止させることができる。
【０００９】
他の向上させた実施例においては、当該システムが、ハンドヘルドキーボード又はバーコードスキャナ等の入力装置からデータを受け入れるように構成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の例示的な実施例によるＲＧＢＬＥＤベースのフリーザドライバ用のマイクロプロセッサにより制御されるＡＣ電源システムの概要を表している。電力は、フロントエンドＡＣ／ＤＣコンバータ１０、高周波ＤＣ／ＡＣコンバータ２０、並びにＲＧＢＬＥＤ駆動電流を与えるための３つのロードエンド(load-end)ＡＣ／ＤＣコンバータ３０、３１及び３２により供給される。前記システムは、赤色ＬＥＤ光源１２０、緑色ＬＥＤ光源１３０及び青色ＬＥＤ光源１４０を含む。赤色ＬＥＤ光源、緑色ＬＥＤ光源及び青色ＬＥＤ光源は各々、適切な直列及び／又は並列構成で接続される複数のＬＥＤからなる。
【００１１】
光源はまた、白色光の閉ループフィードバック制御用のフォトダイオード等の光センサ及びヒートシンク温度センサ（図示せず）を収容する。光源の光出力は、混合光学部品、及びフリーザ又は同様の環境に光を送るための光学ファイバシステムに供給されても良い。しかしながら、光を運ぶ如何なる適切な手段も容認できる。
【００１２】
前記システムは、マイクロプロセッサシステム５０により制御される。マイクロプロセッサシステム５０は、該マイクロプロセッサに変数を運ぶためにフィードバックシステム６２を用いる。制御信号が、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０を制御する際に用いる図示のＰＷＭ生成及び絶縁６１に与えられる。生成されるＰＷＭ信号の振幅及び／又はデューティサイクルを調整することにより、ドライバ３０乃至３２各々への電力が調節される。
【００１３】
マイクロプロセッサシステムは、ユーザインタフェース及びメッセージ表示システム６４に接続されている。マイクロプロセッサシステムはまた、任意のコンピュータ５１若しくはコンピュータネットワーク５３に赤外線通信若しくは直列／並列ポート５２を介してインターフェースされている。
【００１４】
フロントエンドＡＣ／ＤＣコンバータ１０の主要機能は、ＡＣ電源電圧をＤＣ電圧に変換することである。更に、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０は、可能であれば交直両用電圧範囲の入力端(universal voltage range input)を備えて、ＡＣ主電源において力率改善を実行するように成される。フロントエンドＡＣ／ＤＣコンバータ１０は、フライバック又はブーストトポロジーに基づくことができる。
【００１５】
出力電圧及びＡＣ主電源における力率改善用のフィードバック制御システムは、ＰＷＭ生成及び絶縁ブロック６１を介して必要な制御信号を出力するマイクロプロセッサ５０により実行される。ＰＷＭゲート信号(PWM gating signal)がまた、マイクロプロセッサ５０により生成される。このため、ライン電流も、ＤＣリンク電圧に加えてフィードバック変数の１つである。これは６２で示されている。
【００１６】
この場合、マイクロプロセッサ５０は、ＰＷＭゲート信号をＡＣ／ＤＣコンバータ１０に直接与える。他の例においては、力率改善及びＰＷＭ機能は、外部的に実行され得る。この場合においては、ＡＣ／ＤＣコンバータは、ＰＦＣ及びＰＷＭ生成用の必要な機能ブロックを含む。
【００１７】
ＡＣ／ＤＣコンバータシステムの出力端は、高周波ＤＣ／ＡＣインバータシステム２０の入力セクションに接続される。ＤＣ／ＡＣコンバータシステムは、ＤＣ電圧を高周波ＡＣ電圧に変換する。ＤＣ／ＡＣコンバータは、共振コンバータ又は矩形波コンバータトポロジーにより実現される。例として、共振コンバータトポロジーに基づくＤＣ／ＡＣコンバータシステムが図２に示されている。図２においては、共振コンバータシステムは、共振タンク２０１に接続されるハーフブリッジコンバータシステム２０２に基づく。他の例においては、フルブリッジ構造を用いることもできる。コンバータの出力は、適切な共振タンクに供給される。この共振タンクの出力端は、高周波絶縁トランス２０３に接続されている。この場合、トランスは、図示のコンバータ３０乃至３２を駆動する。
【００１８】
ある程度の簡略化がある特定のアプリケーションに関し可能である。例えば、光出力レベルが高くない場合、幾つかの単一ステージの回路が用いられ得るであろう。図３は、図２の電源システムの他の実施例を示している。図３の配列(arrangement)は、並列に接続された、１つの力率改善を伴って動作される３つのフライバックコンバータを含む。この場合においては、ＡＣ分散型システムは、入力電圧のライン周波数で実現される。斯かるシステムもマイクロプロセッサ５０により制御される。
【００１９】
図１に戻り、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０乃至３２の出力端は、ＲＧＢＬＥＤ光源に接続され、調節された駆動電流をＬＥＤ光源１２０、１３０及び１４０に与える。ＲＧＢＬＥＤ光源には、定ＤＣ電流が供給されても良く、ＰＷＭ電流パルスにより供給されても良い。ＤＣ電流の大きさ又はＰＷＭ電流パルスのデューティ比は、既知の技術に応じて白色光の色及び照明レベルを制御するための白色光制御システムにより決定される。この制御システムも前記マイクロプロセッサにより実行される。
【００２０】
図１に示される、適切な光センサ４０及びヒートシンク温度センサ４１は、ＬＥＤの光出力及びヒートシンク温度を検知するために用いられる。これらのパラメータは、フィードバック回路６２を介してマイクロプロセッサ５０に供給される。マイクロプロセッサ５０は、白色照明灯の色及び照明レベルを演算する。そして、マイクロプロセッサ５０は、所要のＬＥＤ駆動電流又はＰＷＭゲートパルス幅を得る。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータが、前記所要のＬＥＤ駆動電流を与えるように制御される。
【００２１】
フィードバック信号をマイクロプロセッサシステムに入力するために、フィードバック回路６２が用いられる。フィードバック回路６２は、フィードバック信号を直接マイクロプロセッサシステム５０内のＡ／Ｄコンバータ１６１に入力するための検知及び条件付け回路(sensing and conditioning circuit)を含む。フィードバック変数は、ＬＥＤ１２０、１３０及び１４０からのＬＥＤ光源出力、センサ４１からのヒートシンク温度、ＬＥＤ駆動電流、ＤＣリンク電圧及び／又はライン電流を有しても良い。
【００２２】
フィードバック回路はまた、故障時に割り込みを生成する故障検知回路を含む。故障検知回路の出力端は直接、マイクロプロセッサシステム内のマスク不能割込(non-maskable interrupts)に接続されている。
【００２３】
マイクロプロセッサ５０は直接ＰＷＭゲート信号を供給し、該ＰＷＭゲート信号は先ず絶縁回路６１を通される。この絶縁回路の出力は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０内の個別のＭＯＳＦＥＴドライバ、ＤＣ／ＡＣコンバータ２０並びにＬＥＤドライバ３０、３１及び３２に供給される。
【００２４】
マイクロプロセッサ５０はまた、白色光に対する色及び照明レベルを手動で選択するためのユーザインタフェースシステム６３に接続されている。ユーザインタフェースシステムの例示的な実施例が図４に示されている。このシステムは、スイッチ４０１乃至４０３及びスイッチデコーディング論理４０４を有する。スイッチが閉じられる場合、デコーディング論理４０４は、スイッチの閉鎖を検出し、ディジタルの形態でデータを出力する。デコーディング論理の出力は、赤外線通信を用いて又はケーブルや他の手段を介してマイクロプロセッサにインタフェースされ得る。ユーザインタフェース６４はまた、当該システムを始動及び停止させるためのＯＮ／ＯＦＦスイッチ４０１、並びに色及び光レベルを選択するためのスイッチ４０１を含む。
【００２５】
マイクロプロセッサ５０はまた、メッセージ表示システム６４に接続されている。メッセージ表示システム６４は、選択された色、システムコンディション及び照明レベル等のマイクロプロセッサシステムの状態を表示するために用いられる。
【００２６】
マイクロプロセッサ５０は、少なくとも１つのＣＰＵ又はＤＳＰ１６０、Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータシステム等のアナログインタフェース装置１６１、シリアルＩ／Ｏ、赤外線ポート、ＪＴＡＧインタフェース、ディジタルポート等のディジタルインタフェース１６２、並びにメモリ、タイマ及びクロック等の他の装置１６３を含んでも良い。１つ以上のマイクロプロセッサを備えるマルチプロセッサシステムが、全ての制御機能及びＰＷＭ生成をマイクロプロセッサシステムにおいインプリメントさせる場合に用いられ得る。
【００２７】
光、ＬＥＤ駆動電流及びＤＣリンク電圧を検知するためのフィードバック回路６２の出力が、Ａ／Ｄコンバータ１６１に入力される。Ａ／Ｄコンバータ１６１は、制御アルゴリズムによる使用のためにアナログ信号をディジタルに変換する。
【００２８】
マイクロプロセッサシステムはまた、コンピュータ５１に接続されている。コンピュータ５１は、食品、並びに食品がフリーザ内でディスプレイされるであろう時間及び日についての情報を含む。コンピュータはまた、ディスプレイされるであろう食品に基づいて適当な白色点及び照明レベルを選択するようにプログラムされる。マイクロプロセッサシステムは、赤外線ポート、シリアルポート若しくはパラレルポート、又はＪＴＡＧコネクタを介してこのコンピュータにインタフェースされ得る。マイクロプロセッサシステムは、斯かるコネクティビティを扱うために適切なインタフェーシングシステムを適当に備える。そして、コンピュータは、ディスプレイされている食品に依存する白色光の色及び照明レベルに関する情報を供給する。それ故、白色光に関する色及び調光レベルの選択が自動化され、適切な白色光が食品に基づいて自動的に生成される。
【００２９】
コンピュータはまた、店の営業時間についての情報を含む。それ故、コンピュータは、開店時にＬＥＤフリーザ光源を始動し、閉店時にドライバを停止させることができる。この仕組みにより、自動的に電力が節約される。
【００３０】
他の例においては、使用時間の代わりに、コンピュータが、全ての製品のデータべースをローカルに記憶するか、該データべースにアクセスするようにしても良い。ユーザが製品をフリーザ内に置く際に、該ユーザは、任意のバーコードリーダ、ハンドヘルドキーボード又は他の同様の装置を用いて該製品をコンピュータにスキャンする。そして、コンピュータは、テーブル参照を実行することにより当該製品について記憶されている情報に応じて照明レベル及び色を設定する。
【００３１】
上記では本発明の好ましい実施例を述べたが、種々のその他の変形例及び付加が当業者にとって明らかとなるであろう。これらの変形例は、請求項の範囲内に入ることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の例示的な実施例のブロック図による概要を表す。
【図２】本発明と関連して用いる分散型電源システムを表す。
【図３】本発明の例示的な実施例に従ってライトを駆動する際に用いる分散型電源システムの第２の実施例を示す。
【図４】照明システム用のある色を選択するためのユーザインタフェースを示す。

Claims (10)

1. 所定の色の光を形成するために混合されるべき複数の光源を制御するための装置であって、
   前記光源の各々から放たれる光の量を検出するための複数の色センサと、
   前記光源の各々から放たれるべき所望の光の量を示す所定の値を記憶するための記憶手段と、
   前記光源の各々から検出された前記光の量と前記光源の各々から放たれるべき前記所望の光の量とを比較し、この比較に応じて前記光源に電力を供給する電源に入力されるパルス幅変調 (PWM) 信号の値を調節するためのプロセッサと、
   を有する装置において、前記光源の各々から放たれるべき前記所望の光の量は、測定コンディション及び所定の入力に基づくものであり、前記測定コンディションは、前記所定の色の光でディスプレイされるべき製品を入力することにより得られ、前記所定の入力は、該製品をディスプレイするための所定の色を示す記憶された値である、装置。
2. 調節される前記ＰＷＭ値は前記ＰＷＭ信号の振幅又はデューティサイクルの少なくとも一方である、請求項１に記載の装置。
3. 前記プロセッサは別個のコンピュータに接続され、該コンピュータは、測定コンディション及び所定の入力に基づいて前記光源から放たれる前記光の量を制御するためのデータ及びソフトウェアを含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記測定コンディションは時間である、請求項３に記載の装置。
5. 前記ＰＷＭ信号は、前記所定の色及び該色で放たれる光の強度の両方を制御するように調整される、請求項１に記載の装置。
6. 販売用の製品をディスプレイするために放たれる光の色及び強度の少なくとも一方を調節するための請求項１に記載の装置であって、
   ディスプレイされるべき各タイプの製品に関する複数の光源の各々の所望の相対値を示す記憶された値のテーブルと、
   当該光でディスプレイされるべき製品を示す情報を入力装置から受け入れるための外部インタフェースと、
   テーブル参照を実行し、前記光源が前記記憶された所望の値を放つように該光源の相対的な強度を調整するための制御論理と、を有する装置。
7. 前記入力装置はバーコードスキャナである、請求項６に記載の装置。
8. 前記ＰＷＭ信号は、前記所定の色において放たれる光の所定の色及び強度の両方を制御するように調整される、請求項１に記載の装置。
9. 前記光源の各々のヒートシンク温度を検知すると共に、前記ヒートシンク温度を前記プロセッサに供給するヒートシンク温度センサを更に有する、請求項１に記載の装置。
10. 各々が前記光源のうちの１つに対応しており、対応する前記光源に電源を供給する複数のＡＣ／ＤＣコンバータを更に有し、前記ＰＷＭ信号が前記ＡＣ／ＤＣコンバータに供給され、これに応じて、前記ＡＣ／ＤＣコンバータが、前記光源に供給されるＤＣ電流を調整する、請求項１に記載の装置。

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