JP4971338B2 - ドライバ回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドライバ回路装置に関する。特に、本発明は、ドライバ回路装置に関し、このドライバ回路装置は、電気エネルギーの源への接続と、複数の個別にスイッチ可能な電気サブシステムとを備え、それぞれのサブシステムが電気エネルギーの源から前記サブシステムへのエネルギーの流れを制御するためのスイッチと、電気装置と、エネルギーを貯蔵するためのエネルギー貯蔵装置とを備えている。

多くの電気器具において、ひとつ以上の電気装置が使用されている。そうした、電気装置は、例えば、直列に、並列に、または、これらの組合せによって接続されている。

複数の電気装置を備えた回路装置を設計するとき、多数の設計上の制約を考慮に入れなければならない。例えば、直列に接続された電気装置のグループを駆動することは、高目の駆動に関する問題点を与え、というのは、総電圧が余りに高くなって、例えば、安全性の規則に抵触するからである。電気装置が並列に接続される場合には、時系列的に装置を駆動することは、それぞれの装置のためのデューティーサイクルを厳しく制限し、従って、総効率を制限する。この後者の問題点を解決するために、従来技術は、例えば、回路にコンデンサーを具備することを提案していて、これによれば、時系列の装置の駆動中の主たるエネルギーが提供されない期間に装置を駆動することができる。例えば、米国特許公開第２００４／００６６１５４Ａ１号明細書は、車両用のランプを点灯させる点灯回路を開示していて、これは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を具備している。点灯回路は、出力電圧レギュレータと、光源選択ユニットと、出力制御ユニットとを具備している。さらに、ＬＥＤのそれぞれ又はＬＥＤのグループは、並列に接続されたコンデンサーを有し、コンデンサーは、光源が選択されている期間中に充電される。光源が選択されていない期間中には、コンデンサーが光源に電流を供給する。

公知の回路における問題点は、装置へのエネルギーの流れの制御、従って、全体としての回路の制御が、時系列駆動のオフ期間に失われることである。多くの場合に、これは、装置全体の性能の制御を制限するので望ましくない。例えば、米国特許公開第２００４／００６６１５４Ａ１号明細書の車両用のランプの場合には、個々のＬＥＤに対する輝度の制御が失われる。

本発明の目的は、電気装置に対する改善された制御と、これを通るエネルギー流れとを有するドライバ回路装置を提供することである。

この目的を達成するために、上述したタイプのドライバ回路装置において、それぞれのサブシステムは、サブスイッチを備え、エネルギー貯蔵装置から電気装置への貯蔵されたエネルギーの流れを制御するように構成及び配置されている。それぞれのサブシステムにサブスイッチを具備することで、エネルギーの流れを制御することが依然として可能になり、この場合、たとえ、電気エネルギーの源から前記サブシステムへの主たるエネルギーの流れが、オフの状態にあるときにも、貯蔵されたエネルギーが、電気装置に送られる。もちろん、前記エネルギーの主たる流れがオンの状態にあるときにも、装置に対する制御は存在する。言い換えれば、電気装置へのすべてのエネルギー流れに対する完全な制御が、いつでも維持される。

好ましい実施形態においては、ドライバ回路装置は、電力変換装置をさらに備える。この実施形態においては、回路装置は、サブシステムを駆動するためのコンバータを備える。多くの場合に、ひとつだけの電力変換装置、または、少数の電力変換装置が設けられ、ドライバ回路装置における要素の数を少なくしている。少数の電力変換装置を有することは、前記要素の数に対して、また、少なくとも総合的な回路装置の複雑さ及びコストに対して、比較的大きく影響する。電力変換装置の例には、バックコンバータ及びブーストコンバータがあり、両方とも、それ自体、当業者に知られている。

１又は複数の電力変換装置に加えて、回路装置に電源を具備することも可能である。例としては、自動車などに使用されているような、バッテリーがある。

特別な実施形態においては、ドライバ回路装置は、スイッチを制御するためのスイッチ制御装置をさらに備えている。原則としては、ドライバ回路装置が、そうしたスイッチ制御装置と電気的な接続を有するならば、充分であるけれども、ドライバ回路装置がスイッチ制御装置を具備することは、全体として、ドライバ回路装置の最適な接続性及び信頼性が得られて有利である。そうしたスイッチ制御装置は、任意の公知のタイプのスイッチ制御装置を備え、特に、様々なタイプのトランジスタベースのスイッチ制御装置を備えるが、別のタイプが排除されるわけではない。特に、スイッチ制御装置は、様々なサブシステムの時系列的な駆動を確立する。これは、様々なサブシステムの間において、クロックの周波数に従って、すなわち、定期的な態様にて、簡単な続いて起こるスイッチングを構成する。特に、それは、パルス幅操作（ＰＷＭ）を用いた時系列の駆動に関連し、または、それ自身の特定の電力要求をもった、対応するタイプのそれぞれのサブシステムの駆動に関連する。

特定の実施形態においては、ドライバ回路装置は、サブスイッチを制御するためのサブスイッチ制御装置をさらに備えている。再び、ドライバ回路装置におけるそうしたサブスイッチ制御装置に、電気接続を設けることで充分であるけれども、サブスイッチ制御装置をドライバ回路装置に備えることは、スイッチ制御装置について上述したのと同じ理由から、有利である。サブスイッチ制御装置は、スイッチ制御装置がスイッチを制御するのと同様なやり方にて、サブスイッチを制御する。すなわち、サブスイッチ制御装置は、クロックの周波数に従って、または、何か外部の制御命令に従って、電気装置のオン及びオフを切り替える。特に、そうした外部制御命令は、例えば、電気装置の測定効果から得られた、フィードバック信号に基づく。これについては、以下に詳説する。

特別な実施形態においては、エネルギー貯蔵装置はコンデンサーを備える。本発明は、エネルギー貯蔵装置のタイプについて制限されないけれども、コンデンサーのような簡単な装置を使用することで、ドライバ回路装置を比較的簡単なレイアウトに出来る利点が得られる。しかしながら、バッテリーなどの、他のエネルギー貯蔵装置が排除されるものではない。

特別な実施形態においては、少なくともひとつのサブシステムは、並列に及び／又は直列に接続された、複数の電気装置を備える。本発明のドライバ回路装置によれば、たとえ、電気エネルギーの主たる源から、それらの装置がエネルギーを得られない時にも、電気装置に対して最適な制御が得られる。この特定の実施形態においては、１つ以上の電気装置が、サブシステムに存在している。これは、前記サブシステムにおいて、かかる数の電気装置の駆動が、電気エネルギーの源と、回路装置における任意的な電力変換装置とによって、容易に実行されるならば、有用である。例は、多数の電気装置を備えた回路装置であって、点灯システムにおける光源のように、多数のサブシステムにグループ化される。

特定の実施形態によれば、少なくともひとつのサブシステムにおいて、それぞれの電気装置は、個別的にスイッチ可能で、個別的に通電可能になっている。それぞれの電気装置は、個別的にスイッチ可能になっていて、通電可能手段は、サブシステムがＮ個の電気装置を備えるならば、サブスイッチ及びエネルギー貯蔵装置のために、少なくともＮの別々のスイッチ状態が存在する。これを達成するためには、それぞれの電気装置について、別々のサブスイッチを備えたサブシステムを提供し、言い換えれば、Ｎ個のサブスイッチを提供し、同様に、Ｎ個の別々のエネルギー貯蔵装置を提供する。変形例としては、又は追加的には、サブスイッチがそれぞれの電気装置を、例えば、時系列的に、別々に選択できるようにすることも可能であり、単一のエネルギー貯蔵装置から選択された電気装置へのエネルギーの流れを選択することも可能である。しかしながら、それぞれの電気装置に、それ自体のサブスイッチと、それ自体のエネルギー貯蔵装置を設けることは有利であって、というのは、これによって、それぞれの電気装置に対する制御における最大の自由度と、最大の合計デューティーサイクルとが得られる。

いくつかのサブシステムに、主たるエネルギー源からエネルギーが提供され、別のサブシステムに、それらのそれぞれのエネルギー貯蔵装置によってエネルギーが提供されるとき、前記別のサブシステムにおけるサブスイッチの制御は、前記いくつかのサブシステムに関してのみならず、互いに関して、前記別のサブシステムの性能のバランスを制御できることに留意されたい。これについては、以下に詳説する。

特別な実施形態においては、少なくともひとつの電気装置は、ＬＥＤから構成されている。特に、実質的にすべての電気装置は、ＬＥＤである。ランプやセンサーなど、任意の電気装置を使用できるけれども、特に、本発明によるドライバ回路装置においては、ＬＥＤが極めて有用であり、というのは、それらは非常に頻繁に大きなグループになるだけでなく、点灯を極めて高い程度で制御できることが非常に重要だからである。特に、いくつかの個別のＬＥＤの色は、所定の限度内で変化できる。さらに、より重要なことには、様々なＬＥＤの光は組み合わせられて、別の色を生成する。この原理は、一般的な照明や、ＬＣＤのバックライトなどに使用される。人間の目は、観察された光の色の変化に対して極めて敏感であるので、そうした用途においては最適な制御が望ましい。例えば、３つの異なる色の光（赤、緑、青、ＲＧＢ）を組み合わせて、白色光を生成できる。それぞれの色について、ＬＥＤのグループが使用されるとき、それぞれの色のためのＬＥＤのグループは、しばしば、時系列的に駆動される。例えば、赤と緑のＬＥＤが、電気エネルギーの主たる源に関して、「オフ」の時間期間中にあり、そして、従って、それぞれのエネルギー貯蔵装置からエネルギーを得ているとき、さらに、青のＬＥＤの光の放射に、温度変化や電気エネルギーの主たる源の変化などに起因して変化があるとき、赤と緑のＬＥＤの放射は、適当なサブスイッチの切り替えによって、赤及び緑のＬＥＤへのエネルギー貯蔵装置からのエネルギー流れを制御することで、所定の合計色を維持するように適合する。赤及び緑のＬＥＤを青のＬＥＤに適合させることが可能であるのみならず、これらを互いに対して適合させることも可能であることに留意されたい。例えば、たとえ、所望の輝度と電源とが変化しないときでも、要求される合計光の色合いを変化させることが求められることも可能である。その場合、緑のＬＥＤに対する赤のＬＥＤの輝度の比率を、それらのそれぞれのサブスイッチを適切に制御することで、変化させることが可能である。この制御は、サブスイッチの無い、従来技術の装置の場合には存在しないことに留意されたい。

青のＬＥＤの放射が、変動に起因して増加すると、もちろん、青のＬＥＤに供給される電力を引き下げることで充分である。電気エネルギーの（主たる）源によって駆動される電気装置の放射が減少する間、別の装置には、エネルギー貯蔵装置からエネルギーが供給され、本発明は、特に利点を提供する。言うまでもなく、上述の説明は、別のタイプのＬＥＤが「オン」状態であり、電気エネルギーの主たる源に関して、その他が「オフ」状態である場合にも言える。

４色のＲＧＢＡシステムのような、別の色の数も可能であることに留意されたい。これは、ＬＥＤの比較的狭い帯域幅に起因した、演色のために有利である。ここでの一般的な注意点として、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤとも称される）は、本願の全体にわたって、表現ＬＥＤに含まれる。言い換えれば、ＬＥＤという用語がどこで使用されていても、ＯＬＥＤの使用を含むべきである。

本発明の重要な利点は、電気装置が個々に互いに独立して駆動され、依然として、エネルギーの主たる源によって時系列的に駆動される、オフの期間中に、エネルギーの流れを許容する。

本発明のこれらの及びその他の観点については、以下の実施形態を参照することで明らかになる。

図１は、従来技術によるドライバ回路装置を示している。

ドライバ回路装置１は、接続スイッチ３を備え、接続スイッチは、参照符号５によって模式的に示された電力変換装置（パワーコンバータ）を、外部のエネルギー源７に接続する。装置１はさらに、３つのサブシステムＡ，Ｂ，Ｃを備え、これらのそれぞれは、電気装置９と、エネルギー貯蔵装置１０と、スイッチ１１とを備えている。

図１に示した、従来技術によるドライバ回路装置は、電圧源、例えば、バッテリーなどの電気エネルギーの源に接続可能になっている。

図示の通り、回路装置１は、３つのサブシステムＡ，Ｂ，Ｃを備えている。それぞれのサブシステムＡ，Ｂ，Ｃは、電気装置と、エネルギー貯蔵装置と、スイッチとを備えている。第１のサブシステムＡについて見ると、これは以下のように働く。

何かの制御ユニット（図示せず）が、サブシステムＡを選択すると、このサブシステムＡには、源７から電気エネルギーが供給され、スイッチ１１−Ａは閉じた位置になる。望ましいならば、スイッチ１１−Ｂ及び１１−Ｃは開いた位置にされるが、これは不可欠ではない。装置９−Ａには、エネルギー源７からエネルギーが供給され、エネルギー貯蔵装置１０−Ａにも、エネルギーが供給される。装置９−Ａは、原則として、任意の望ましい電気装置であるが、好ましくは、有機ＬＥＤを含む、ＬＥＤなどの簡単な装置である。本実施形態においては、この装置はＬＥＤである。エネルギー貯蔵装置１０−Ａは、例えば、コンデンサーである。

続いて、制御装置（図示せず）は、例えば、スイッチ１１−Ａを開くことで、第１のサブシステムの選択を解除する。その場合、コンデンサー１０−Ａは、電気装置９−Ａに、電気エネルギーを供給し始める。言い換えれば、装置９−Ａを電気エネルギーの主たる源７から切り離した後にも、電気装置９−Ａには、電気エネルギーが供給される。これは、装置９−Ａの機能に対する制御を減少させる。他のサブシステムＢ及びＣについても、同様な考察が当てはまる。

図２は、本発明によるドライバ回路装置を模式的に示している。同一の部品には、同一の参照符号を付している。

ドライバ回路装置１’は、再び、接続スイッチ３を備え、電力変換装置５を電気エネルギーの源７に接続する。ドライバ回路装置１’は、再び、３つのサブシステムＡ’，Ｂ’，Ｃ’を備えている。もちろん、任意の別の複数のサブシステム、２つ、又は、４つ、５つなども可能である。特に、例えば表示装置における多数のＬＥＤ又はピクセルなど、非常に多数の電気サブシステムが想定されることに留意されたい。それぞれのサブシステム、例えば、サブシステムＡ’は、電気装置と、エネルギー貯蔵装置と、スイッチ及びサブスイッチ、例えば、９−Ａ，１０−Ａ，１１−Ｂ，１３−Ａを備えている。接続スイッチ３は、ドライバ回路装置１を、電気プラグなどのエネルギー７の源に接続するための、何か他の手段でも良い。

電力変換装置５は、単に模式的に示されている。それは、バックコンバータ、ブーストコンバータ、及びそれらの組合せなどを備えることができる。そうした電力変換装置５は、電気エネルギーの源７の一部分などの、外部装置として提供することも可能である。

ドライバ回路装置１’は、例えば、以下のように機能する。外部制御ユニット（図示せず）は、ＩＣの形態でドライバ回路装置に備えられても良く、例えば、源７からエネルギーを供給されるべき第１のサブシステムＡ’を選択する。それに対して、制御ユニットは、例えば、他のスイッチ１１−Ｂ及び１１−Ｃが開かれ又は閉じられているとき、スイッチ１１−Ａを閉じる。そして、制御ユニットは、さらに、サブスイッチ１３−Ａを、例えば、閉じた位置に制御する。その場合、装置９−Ａは、源７からエネルギーを供給され、エネルギー貯蔵装置１０−Ａも、エネルギーを供給される。続いて、制御ユニットが、例えば、スイッチ１１−Ａを開くことで、第１のサブシステムＡ’の選択を解除したとき、エネルギー貯蔵装置１０−Ａは、サブスイッチ１３−Ａが閉じられているならば、依然として、電気装置９−Ａにエネルギーを提供する。制御ユニット（図示せず）は、サブスイッチ１３−Ａの位置を制御することで、依然として電気装置９−Ａへのエネルギーの流れを制御する。これは、例えば、パルス幅変調モードにおいて実行されるか、または、エネルギー貯蔵装置１０−Ａから所定の量のエネルギーが流れるまで、単にサブスイッチ１３−Ａを閉じた状態に保持することで実行される。

第１のサブシステムＡ’の選択を解除した後には、別のサブシステムＢ’又はＣ’が選択される。変形例としては、Ａ’，Ｂ’，Ｃ’の選択は、互いに完全に独立していても良い。

本発明によるドライバ回路装置１’の大きな利点は、スイッチ１１−Ａによって、電気エネルギーの源７から、電気装置９−Ａへのエネルギーの主たる流れが中断した場合においても、制御ユニットが依然として電気装置へのエネルギーの流れを制御できることである。本発明は、電気装置９−Ａ，Ｂ，Ｃが、図２に示した簡単な装置に比べて、より複雑な装置であるときに、特定の利点を有する。これらのすべては、以下の実施形態において説明される。

図３は、本発明の別の実施形態による、ドライバ回路装置１００を模式的に示している。装置１００は、サブシステムＡ”を備え、多数のＬＥＤ９−Ａと、エネルギー貯蔵装置１０−Ａと、スイッチ１１−Ａと、多数のサブスイッチ１３−Ａとを備えている。回路装置１００は、更なるサブシステムＢ”，……を備えているが、これらについては更には示していないことに留意されたい。

サブシステムＡ”は、単一のコンデンサー１０−Ａと、５個のＬＥＤとを備え、それぞれが別個のサブスイッチ１３−Ａを備えている。この実施形態においては、それぞれの電気「サブ装置」ないしＬＥＤ９−Ａは、制御ユニット（図示せず）によって、別々に制御される。これは、回路装置１００の総合的な性能に最適な制御を許容する。それぞれの電気装置９−Ａに、それ自体のエネルギー貯蔵装置１０−Ａを設けることも可能である。さらに、サブシステムＡ”における回路装置を、より複雑にするために、直列及び並列に接続された電気装置の組合せを提供し、または、さらに複雑に接続された装置９−Ａを設けることも可能である。

上述したように、電気装置９−Ａは、例えばＬＥＤであるが、任意のその他の電気装置、例えば、ランプ、ＬＣＤピクセル、交通信号なども可能である。例えば、５個の異なる色のＬＥＤを組み合わせることで、白色光を放射でき、それぞれのサブシステムＡ”，Ｂ”などは、表示装置などにおける単一の光放射要素を形成する。その場合、表示装置に画像を形成するとき、それぞれの光放射要素又はサブシステムは、対応するスイッチ１１−Ａ，１１−Ｂなどの切り替えによって、続いて制御される。とかくするうちに、すなわち、特定のサブシステムが選択されていない間、表示装置の所望の全体的な輝度などの設定が変化し、サブシステムＡ”における装置９−Ａの設定は、依然として、サブスイッチ１３−Ａの制御によって変化する。例えば、表示装置のユーザが低い輝度を望むならば、制御ユニット（図示せず）は、サブスイッチ３０−Ａが閉じられるパルス幅を減少させ、または、代わりに、それらのサブスイッチ１３−Ａを開く。明らかに、同様な制御は、サブシステムＢ”などで対応するサブスイッチなどに用いられる。

従来技術によるドライバ回路装置を示している。 本発明によるドライバ回路装置を模式的に示している。 本発明の別の実施形態によるドライバ回路装置１００を模式的に示している。

符号の説明

１，１’ ドライバ回路装置
３ 接続スイッチ
５ 電力変換装置
７ エネルギー源
９ 電気装置
１０ エネルギー貯蔵装置
１１ スイッチ
１３ サブスイッチ
１００ ドライバ回路装置
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ａ”，Ｂ” サブシステム

Claims (8)

1. ドライバ回路装置であって、
   電気エネルギーの源への接続と、
   複数の個別にスイッチ可能な電気サブシステムと、を備え、
   それぞれのサブシステムが、
   電気エネルギーの源から前記サブシステムへのエネルギーの流れを制御するためのスイッチと、
   電気装置と、
   エネルギーを貯蔵するためのエネルギー貯蔵装置と、を備え、
   それぞれのサブシステムは、サブスイッチを備え、エネルギー貯蔵装置から電気装置への貯蔵されたエネルギーの流れを制御するように構成されている、ことを特徴とするドライバ回路装置。
2. 電力変換装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のドライバ回路装置。
3. スイッチを制御するためのスイッチ制御装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のドライバ回路装置。
4. サブスイッチを制御するためのサブスイッチ制御装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のドライバ回路装置。
5. エネルギー貯蔵装置は、コンデンサーから構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のドライバ回路装置。
6. 少なくともひとつのサブシステムは、並列に及び／又は直列に接続された複数の電気装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のドライバ回路装置。
7. 少なくともひとつのサブシステムにおいて、それぞれの電気装置は、個別的にスイッチ可能で、個別的に通電可能になっていることを特徴とする請求項６に記載のドライバ回路装置。
8. 少なくともひとつの電気装置は、ＬＥＤから構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のドライバ回路装置。

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