JP4477509B2 - サンプル・ホールドをもつパルス幅変調型発光ダイオード用レギュレータ - Google Patents

Description

本発明は、調整された発光ダイオード（ＬＥＤ）の電流源に関する。より詳細には、本発明は、改善された安定性のためのＬＥＤレギュレータを構成するための技術に関する。

ＬＥＤ照明システムは、一般に、ＬＥＤに電力を供給するための調整された電力源を利用する。ＬＥＤドライバの従来技術では、パルス幅変調された（ＰＷＭ）駆動電流をＬＥＤへの電力源として使用することが知られている。一般に、レギュレータ回路は、電力調整を提供するために一致して動作する能動及び受動素子をもつ幾つかのサブ回路を含んでいる。

図１には、ＬＥＤストリングを駆動するための典型的なレギュレータのための簡単な回路図が示されている。バックブーストコンバータは、Ｑ１、Ｌ，Ｄ１及びＣ１から構成されている。シリアルのＬＥＤストリングは、Ｄ５として示されている。周囲の抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８と共にＯＰ−ＡＭＰ１は、感知された電流信号形式Ｒ１のための差動増幅器を形成する。アナログＰＩＤコントローラは、周囲の構成要素Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｃ５，Ｃ６及びＣ７と共にＯＰ−ＡＭＰ２により形成されている。ＰＷＭ信号は、変調器ＣＯＭＰ１を流れるレギュレータ回路に導入される。安定状態のＤＣ動作では、ＬＥＤストリングＤ５の電流は、レギュレータ回路により調整される。

図２は、ＬＥＤストリングＤ５に光出力調整又は薄暗くする機能を提供するために構成されるレギュレータ回路を例示している。図２に示されているように、直列スイッチＱ２を援用することでＬＥＤストリングＤ５のための低周波のＰＷＭ電流を使用することは利益があることが知られている。それぞれのオンになるイベントでＬＥＤストリングＤ５における電流ピークパルスを低減するため、Ｒ２，Ｒ４，Ｃ２及びＤ２から構成される簡単なサンプル・ホールド２１０サブ回路が提供される。図２に示されるように、サンプル・ホールドサブ回路は、出力電圧Ｖ３及び入力電圧Ｖ６を有している。ダイオードＤ２が導通したとき、サンプル・ホールド２１０の伝達関数は、以下のようになることを示すことができる。

式（１）を調べることで、サンプル・ホールドは、関連する９０°の位相遅延をもつ極を電流調整ループに導入していることがわかる。したがって、ＬＥＤレギュレータの位相マージンが低減され、レギュレータ回路は、発振する傾向になる。したがって、これらの制限及び他の制限に対処する、改善されたＬＥＤレギュレータの構成を提供することが望まれる。

本発明は、ＬＥＤレギュレータにおける安定性を改善するためのシステム及び方法に向けられる。本発明によれば、サンプル・ホールド回路を有するレギュレータ回路を構成するための方法が提供される。サンプル・ホールド回路の入力ノードに入力電圧を結合することが提供される。入力電圧に応答してサンプル・ホールド回路をアクチベートすること、及びサンプル・ホールド回路に結合される出力ノードで出力電圧を感知することが提供される。入力ノードでの入力電圧が出力ノードで出力電圧よりも大きいかを判定すること、及び該判定に基づいてサンプル・ホールド機能を提供することが与えられる。

本発明の他の態様によれば、改善された安定性をもつサンプル・ホールド回路を有するレギュレータ回路が提供される。調整回路が提供される。入力及び出力ノードに結合されるサンプル・ホールド回路が提供される。入力ノードでの入力電圧が出力ノードでの出力電圧よりも大きい場合、サンプル・ホールド回路の伝達関数は、擬似的な全域通過回路であり、入力ノードでの入力電圧が出力ノードでの出力電圧よりも小さい場合に、実質的に一定の信号である。

本発明の上述した機能及び利点、並びに他の機能及び利点は、添付図面と共に読むことで、以下の例示的な実施の形態の詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な説明及び図面は、本発明を限定するよりは例示するものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等価構成により定義される。

以下の説明では、用語「結合された“coupled”」接続されるもの間の直接接続を意味するか、明確に指示するように図示されるか又は図示されない１以上のアクティブ又はパッシブ装置を通したコネクションを意味している。

図３は、本発明に係る擬似的な全域通過サンプル・ホールド回路のブロック図である。図３は、擬似的な全域通過サンプル・ホールド回路（ＡＬＬ−ＰＡＳＳ Ｓ／Ｈ）３００を示している。共にグランドを基準にされる入力ノードＶin及び出力ノードＶoutを有する擬似全域通過サンプル・ホールド回路３００が示されている。

擬似全域通過サンプル・ホールド回路３００は、サンプル及びホールド機能を提供し、伝達関数を有する。
Ｖout（ｓ）／Ｖin（ｓ）＝Ｋ（ｓ），Ｖin＞ＶoutのときＫ（ｓ）は全域通過関数（４）
Ｖout（ｔ）は、Ｖin＜Ｖoutのときにほぼ定数の信号である。（５）
したがって、擬似全域通過サンプル・ホールド構成は、レギュレータの伝達関数に極を導入することなしに、レギュレータ回路にサンプル・ホールド機能を提供する。次いで、レギュレータは、より安定な方式で動作することができる。

１実施の形態では、擬似全域通過サンプル・ホールド回路３００は、たとえば、集積回路のような全域通過動作のために構成されるアクティブなサンプル・ホールド装置である。別の実施の形態では、擬似全域通過サンプル・ホールド回路３００は、抵抗、キャパシタ、ダイオード等のような受動素子を含む受動回路である。擬似サンプル・ホールド回路３００の受動的な実施の形態は、図４を参照して詳細に説明される。

図４は、図３の擬似全域通過サンプル・ホールド回路の実施の形態を例示するブロック図である。図３は、図２におけるサンプル・ホールド回路２１０、第一の通過ダイオードＤ６及び第二の通過ダイオードＤ７を有する全域通過のサンプル・ホールド回路３００を示している。第一の通過ダイオードＤ６は、サンプル・ホールド回路２１０を順バイアスで出力ノードＶ３に結合していることが示されている。第二の通過ダイオードＤ７は、入力ノードＶ６を順バイアスで出力ノードに結合していることが示される。

動作では、通過ダイオードＤ７は、Ｖ６での電位がＶ３での電位よりも大きいときはいつでも電流を通過させる。Ｖ６に印加される電位は、周期パルスのように時間的に変化するか、又はＤＣ値である。ダイオードＤ６及びＤ７のバイアスは、Ｖ３の電圧がＶ６よりも大きい場合の電流の逆転を防止し、したがって、サンプル・ホールド回路を構成する。

以下の処理の説明では、所定のステップが結合されるか、同時に実行されるか、又は本発明を逸脱することなしに異なる順序で行われる場合がある。

図５は、本発明に係るサンプル・ホールド回路を有するレギュレータ回路を構成するための方法のフローチャートである。処理５００は、ステップ５１０で開始する。一般に、サンプル・ホールド回路は、それぞれオンになる瞬間でＰＷＭ駆動の下でＬＥＤストリングにおける電流ピークパルスを低減するために動作する。

ステップ５１０では、入力電圧は、擬似全域通過のサンプル・ホールド３００の入力ノードＶ６に結合されている。入力電圧は、一般に、たとえば、ＬＥＤストリングＤ５を流れる電流を監視する差動増幅器のようなレギュレータサブ回路の出力である。入力電圧は、周期的なパルスのような時間的に変動する信号、又は静的なＤＣ値である場合がある。電圧は、任意の時間で入力ノードに結合される場合があり、ＰＷＭ動作モードのような特別の機能のために選択可能に動作する場合がある。

ステップ５２０では、擬似全域通過サンプル・ホールド回路３００は、ステップ５１０に結合された電圧に応答してアクチベートされる。擬似全域通過サンプル・ホールド回路３００は、電圧はキャパシタのような回路に結合されるときにアクチベートされるコンポーネントを含んでいる。１実施の形態では、キャパシタは、電圧信号に応答して充電する。サンプル・ホールド３００のアクチベーションは、ステップ５１０で、入力電圧の結合により即座に生じる。

ステップ５３０では、出力ノードでの出力電圧が感知される。一般に、第一の通過ダイオードＤ６及び第二の通過ダイオードＤ７は、サンプル・ホールドの周りで構成され、出力電圧の感知を可能にする。ダイオードは、出力電圧が基準の入力電圧より大きい場合に逆バイアスになる。

ステップ５４０では、入力ノードでの入力電圧が出力ノードでの出力電圧よりも大きいかに関して判定が行われる。一般に、順方向にバイアスされたダイオードがそれらの状態で導通するので、第一の通過ダイオードＤ６及び第二の通過ダイオードＤ７は、入力電圧が出力電圧よりも大きいかに関する判定を提供する。入力電圧が出力電圧よりも小さい場合、ダイオードＤ７は導通せず、サンプル・ホールド回路の出力電圧は、ほとんど一定の信号である。

ステップ５５０では、ステップ５４０の判定に基づいて、サンプル・ホールド機能が提供される。サンプル・ホールド回路３００は、ステップ５４０で決定された相対的な電圧に基づく伝達特性を有している。サンプル・ホールド機能は、サンプル・ホールド回路が動作中である全ての時間で提供される。

本発明の好適な実施の形態が図示及び記載されたが、様々な変形例及び代替的な実施の形態は、当業者にとって生じる。これに応じて、本発明は、特許請求の範囲の観点でのみ制限されることが意図される。

従来技術のＬＥＤ調整システムを例示する図である。 従来の低周波ＰＷＭに基づいたＬＥＤ調整システムを例示する図である。 本発明に係る擬似全域通過サンプル・ホールド回路のブロック図である。 本発明に係る図３の擬似全域通過サンプル・ホールド回路の実施の形態を例示するブロック図である。 本発明に係るサンプル・ホールド回路を有するレギュレータ回路を構成する方法のフローチャートである。

Claims (18)

1. サンプル・ホールド回路を有するレギュレータ回路を構成するための方法であって、
   入力電圧を該サンプル・ホールド回路の入力ノードに結合するステップと、
   該入力電圧に応じて、該サンプル・ホールド回路をアクチベートするステップと、
   該サンプル・ホールド回路に結合される出力ノードで出力電圧を感知するステップと、
   該入力ノードの該入力電圧が該出力ノードの該出力電圧よりも大きいかを判定するステップと、
   該判定に基づいてサンプル・ホールド機能を提供するステップとを有し、
   該サンプル・ホールド回路の伝達関数は、該入力ノードの該入力電圧が該出力ノードの該出力電圧よりも大きい場合に擬似全域通過であり、該入力ノードの該入力電圧が該出力ノードの該出力電圧よりも小さい場合に実質的に一定の信号である、
   ことを特徴とする方法。
2. 該レギュレータ回路は、バックブーストコンバータ、差動増幅器、ＰＩＤコントローラ、サンプル・ホールド回路及びパルス幅変調器を有する、
   請求項１記載の方法。
3. 該サンプル・ホールド回路は受動回路である、
   請求項１記載の方法。
4. 該サンプル・ホールド回路は、順方向にバイアスされるダイオードの入力に結合される直列の入力抵抗を有し、該ダイオードの出力は、グランドに短絡される抵抗と並列にあるキャパシタに結合され、該サンプル・ホールド回路の出力は、該ダイオードの出力から取られる、
   請求項３記載の方法。
5. 該サンプル・ホールド回路の伝達関数を提供するステップは、該入力ノードと該出力ノードとの間に結合される第一の通過ダイオード、及び該サンプル・ホールド回路と該出力ノードとの間に結合される第二の通過ダイオードを配置する、
   請求項１記載の方法。
6. 該第一の通過ダイオードと該第二の通過ダイオードは、該出力ノードの該出力電圧を感知する、
   請求項５記載の方法。
7. 該入力電圧を該サンプル・ホールド回路に結合するステップは、該差動増幅器の出力を結合するステップを含み、該差動増幅器は、発光ダイオードを流れる電流を感知するために構成される、
   請求項１記載の方法。
8. 該入力電圧に応答して該サンプル・ホールド回路をアクチベートするステップは、該サンプル・ホールド回路に電圧信号を印加するステップを含む、
   請求項１記載の方法。
9. 該レギュレータ回路は、該発光ダイオードの直流動作及び低周波のパルス幅変調による電流駆動が可能である、
   請求項１記載の方法。
10. サンプル・ホールド回路を有するレギュレータ回路であって、
    調整回路と、
    入力ノードと該入力ノードと共に該調整回路に結合される出力ノードに結合されるサンプル・ホールド回路とを有し、
    該サンプル・ホールド回路の伝達関数は、該入力ノードの該入力電圧が該出力ノードの出力電圧よりも大きい場合に擬似的な全域通過であり、該入力ノードの該入力電圧が該出力ノードの該出力電圧よりも小さい場合に実質的に一定の信号である、
    ことを特徴とするレギュレータ回路。
11. 該サンプル・ホールド回路は、該入力ノードと該出力ノードとの間に結合される第一の通過ダイオードと該サンプル・ホールド回路と該出力ノードとの間に結合される第二の通過ダイオードとを更に有する、
    請求項１０記載のレギュレータ回路。
12. 該調整回路は、発光ダイオードの直流動作及び低周波のパルス幅変調による電流駆動が可能である、
    請求項１１記載のレギュレータ回路。
13. 該調整回路は、バックブーストコンバータ、差動増幅器、ＰＩＤコントローラ、サンプル・ホールド回路及びパルス幅変調器を有する、
    請求項１１記載のレギュレータ回路。
14. 該サンプル・ホールド回路は、受動回路である、
    請求項１３記載のレギュレータ回路。
15. 該サンプル・ホールド回路は、順方向にバイアスされたダイオードの入力に結合された直列の入力抵抗を有し、該ダイオードの出力は、グランドに短絡された抵抗と並列にあるキャパシタに結合され、該サンプル・ホールド回路の出力は、該ダイオードの出力から取られる、
    請求項１４記載のレギュレータ回路。
16. 該第一の通過ダイオード及び該第二の通過ダイオードは、該入力ノードから該出力ノードに順方向にバイアスされる、
    請求項１１記載のレギュレータ回路。
17. サンプル・ホールド回路を有するレギュレータ回路における安定性を改善するためのシステムであって、
    入力電圧を該サンプル・ホールド回路の入力ノードに結合するための手段と、
    該入力電圧に応答して該サンプル・ホールド回路をアクチベートするための手段と、
    該サンプル・ホールド回路に結合される出力ノードの出力電圧を感知するための手段と、
    該入力ノードの該入力電圧が該出力ノードの該出力電圧よりも大きいかを判定するための手段と、
    該判定に基づいてサンプル・ホールド機能を提供するための手段とを有し、
    該サンプル・ホールド回路の伝達関数は、該入力ノードの該入力電圧が該出力ノードの該出力電圧よりも大きい場合に擬似全域通過であり、該入力ノードの該入力電圧が該出力ノードの該出力電圧よりも小さい場合に実質的に一定の信号である、
    ことを特徴とするシステム。
18. 前記伝達関数は極をもたない、
    請求項１０記載のレギュレータ回路。

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