JP5175034B2 - 発光ダイオードのためのコントローラ回路 - Google Patents

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Description

本開示は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のためのコントローラ回路に関する。
ＬＥＤは、照明業界において、特に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）にバックライトをあてるために普及しつつある。照明装置のためにＬＥＤを用いる利点は、電力消費を抑え、より小型化し、そして、蛍光を放つ照明装置と比較して危険な物質を使用しないことを含む。さらに、ＬＥＤのための電源は、一般に、蛍光ランプのための電源に付随する高電圧の潜在的な問題を回避する比較的低電圧で動作する。例えば、単一のＬＥＤは動作するために約１から４ボルトの直流を必要とするのみであるが、冷陰極蛍光ランプは始動および動作するために１０００ボルトより大きい交流を必要とすることもある。
十分な明るさを提供するために、ディスプレイシステムは、単一の蛍光ランプによって生じる明るさに匹敵する明るさを作り出すために多くのＬＥＤを必要とする。照明システムのためにＬＥＤを用いることの課題は、人間の目の明るさの知覚を最大限に利用し、さらに、ＬＥＤにおける電流のバランスを保つことである。色の明るさと人間の目の色の知覚とは著しく異なる。例えば、人間の目は、緑色と比較して黄色をより強く認識する。したがって、交通信号のような用途において、黄色のライトに供給される電力量は、ほぼ等しい目の知覚を達成するために緑色のライトに供給される電力より少ない。
照明システムにおいて用いられる複数のＬＥＤのための異なる構成が存在する。ＬＥＤは、直列、並列、または、直列−並列の組み合わせで接続することが可能である。
図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ、並列なＬＥＤのための電源回路１０、２０を表わす。並列なＬＥＤは、電源回路から共通の供給電圧ラインを与えられる。一般に、電流は、全てのＬＥＤにおける電流の合計の量を監視するか、または単一のＬＥＤにおける電流のいずれかによって調整される。ＬＥＤの電圧降下のばらつきのために、各ＬＥＤは同じ電流を流さない可能性があり、したがって、異なる明るさの量を生じさせる。一様でない明るさはＬＥＤの寿命に影響する。図１Ｃは、各々の出力が１つのＬＥＤのための電力を供給するように改良された電源回路３０を表わす。この場合、電源は複雑で高価である。そのような構成は数少ないＬＥＤを含む低電力ＬＥＤシステムに限られる。
図２Ａは、直列のＬＥＤのための電源回路４０を表わす。各ＬＥＤは、適切な量の電流が流れるとき、１．０ボルトから４．０ボルトの電圧降下を有する可能性がある。ＬＥＤにおける電流の流れがＬＥＤの明るさを決定する。付随する電圧降下はＬＥＤの製造に依存し、かつ電圧降下は著しく多様であり得る。したがって、直列構成は、各ＬＥＤがほぼ同じ明るさの量を放射するようにＬＥＤ列の電流を調整する利点を有する。単一のＬＥＤ列について、電源回路のためにＬＥＤ列の電流を調整することは、ＬＥＤ列の一端から他端への電圧を調整するより都合がよい。そのような適用のための電源は、電力源を電流モード制御によって調整された出力に変換することを含む。そのような適用は、ＬＥＤ列全体の一端から他端への電圧を構成する直列のＬＥＤの数が制限される。高過ぎる電圧は、電源回路における低コストな半導体デバイスの利益を制限する。例えば、１２．１インチＬＣＤディスプレイは、照明のために４０個のＬＥＤを用いる。コンバータの出力における電圧は、１５０ボルトに達することもある。この電圧を生じさせる半導体スイッチのコストはそのような用途において法外である。
図２Ｂは、直列−並列に接続されたＬＥＤのための電源５０を表わす。多くのＬＥＤは、安価な半導体スイッチを用いることが可能であるように、コンバータ回路のコストを削減するために複数の列に分割される。この構成は、同じ列のＬＥＤを流れる同じ量の電流を供給する直列接続の利点を有する。しかし、課題は、並列のＬＥＤ構成において説明したように、列の間の電流のバランスを保つことにある。問題は、各電源が１つのＬＥＤ列に電力を供給する複数の電源を用いることによって解決することが可能である。例えば、各ＬＥＤ列は別個のＤＣ／ＤＣコンバータによって動作される。しかし、ＬＥＤ列に電力を供給するための複数の電力段はかさばり、費用効率が悪く、かつ複雑である。多くの場合、この構成は、システムにおけるビート周波数（beat-frequency）ノイズを避けるために全ての電源の同期を必要とする。
ここに記載される一形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイのためのコントローラを提供する。前記コントローラは、ＬＥＤアレイに電力を供給することが可能なＤＣ／ＤＣコンバータ回路を含む。前記ＬＥＤアレイは共に並列に接続された第１のＬＥＤ列と第２のＬＥＤ列とを少なくとも含み、前記ＬＥＤ列の各々は少なくとも２つのＬＥＤを具備する。また、前記コントローラは、前記第１のＬＥＤ列から第１のフィードバック信号と前記第２のＬＥＤ列から第２のフィードバック信号とを受信することが可能なフィードバック回路を含む。前記第１のフィードバック信号は前記第１のＬＥＤ列における電流に比例し、かつ前記第２のフィードバック信号は前記第２のＬＥＤ列における電流に比例する。前記フィードバック回路はさらに前記第１および第２のフィードバック信号を比較することが可能であり、かつ前記比較に少なくとも部分的に（at least in part）基づいて、前記第２のＬＥＤ列に応じて前記第１のＬＥＤ列の電流を調整するために電圧降下を制御することが可能である。
一形態による方法は、並列に接続された第１のＬＥＤ列と第２のＬＥＤ列とを少なくとも有するＬＥＤアレイに電力を供給するステップを含み、前記ＬＥＤ列の各々は少なくとも２つのＬＥＤを含む。また、この形態の方法は、前記第１のＬＥＤ列からの第１のフィードバック信号と前記第２のＬＥＤ列からの第２のフィードバック信号とを比較するステップを含む。前記第１のフィードバック信号は前記第１のＬＥＤ列における電流に比例し、かつ前記第２のフィードバック信号は前記第２のＬＥＤ列における電流に比例する。また、この形態の方法は、前記第２のＬＥＤ列に応じて前記第１のＬＥＤ列の電流を調整するために前記比較に少なくとも部分的に基づいて、前記第１のＬＥＤ列の電圧降下を制御するステップを含む。
ここに記載される少なくとも一形態のシステムは、並列に接続された第１のＬＥＤ列と第２のＬＥＤ列とを少なくとも具備し、前記ＬＥＤ列の各々は少なくとも２つのＬＥＤを具備するＬＥＤアレイを提供する。また、前記システムは、前記ＬＥＤアレイに電力を供給することが可能なコントローラを提供し、前記コントローラはさらに前記第１のＬＥＤ列から第１のフィードバック信号と前記第２のＬＥＤ列から第２のフィードバック信号とを受信することが可能であり、前記第１のフィードバック信号は前記第１のＬＥＤ列における電流に比例し、かつ前記第２のフィードバック信号は前記第２のＬＥＤ列における電流に比例する。前記コントローラはさらに前記第１および第２のフィードバック信号を比較することが可能であり、かつ前記比較に少なくとも部分的に基づいて、前記第２のＬＥＤ列に応じて前記第１のＬＥＤ列の電流を調整するために前記第１のＬＥＤ列の電圧降下を制御することが可能である。
本発明による実施形態の特徴および効果は、同様な符号は同様な部分を表わす図面を参照して、以下の詳細な説明が進むにしたがって明らかになる。
以下の詳細な説明は、説明のための実施形態を参照して進められるが、この技術分野の当業者には多くの代替、変更、変形が明らかである。したがって、本発明は広く捉えられ、かつ添付の特許請求の範囲の記載によってのみ定義されることを意図する。
図３は、本発明の一実施形態のシステム１００を表わす。システム１００は、一般に、ＬＥＤアレイ１０２およびＬＥＤバックライトコントローラ回路１１０を含むことが可能である。ＬＥＤアレイは、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルのためのＬＥＤバックライトの一部を構成することが可能である。ＬＥＤアレイ１０２は、複数のＬＥＤ列１０４、１０６、１０８を含むことが可能である。各列１０４、１０６、１０８は、複数の直列に接続されたＬＥＤを含むことが可能であり、例えば、第１の列１０４は複数の直列に接続されたＬＥＤ、例えば、ＬＥＤ＿１１、ＬＥＤ＿１２、・・・、ＬＥＤ＿１ｎを含むことが可能である。同様に、第２の列１０６は複数の直列に接続されたＬＥＤ、例えば、ＬＥＤ＿２１、ＬＥＤ＿２２、・・・、ＬＥＤ＿２ｎを含むことが可能であり、かつ第３の列１０８は複数の直列に接続されたＬＥＤ、例えば、ＬＥＤ＿３１、ＬＥＤ＿３２、・・・、ＬＥＤ＿３ｎを含むことが可能である。列１０４、１０６、１０８は共に並列に接続され、かつ図にＶｏｕｔとして示された電源に接続されることが可能である。したがって、各列の一端から他端への電圧はＶｏｕｔによって表わすことが可能である。各列は、それぞれのフィードバック信号１１２、１１４、１１６（それぞれＩｓｅｎ１、Ｉｓｅｎ２、Ｉｓｅｎ３とラベルが付けられている）を生成することが可能である。フィードバック信号１１２、１１４、１１６は、各列における電流に比例することが可能である。
ＬＥＤバックライトコントローラ回路１１０は、ＤＣ入力１２２からＤＣ電力Ｖｏｕｔを生成することが可能なＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２０を含むことが可能である。コントローラ回路１１０は、別個にまたは共通に、１つまたは複数の集積回路を含むことが可能である。ここでのどの実施形態においても用いられているように、“集積回路”は、例えば、半導体集積回路チップのような半導体デバイスおよび／またはマイクロ電子デバイスを意味する。典型的なＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２０は、バック（Buck）、ブースト（Boost）、バック・ブースト（Buck-Boost）、セピック（Sepic）、ゼータ（Zeta）、チュック（Cuk）および／または他の周知のまたは後に開発される回路トポロジーを含むことが可能である。また、コントローラ回路１１０は、各ＬＥＤ列における電流のバランスを保つことが可能なフィードバック回路１３０を含むことが可能である。一実施形態において、フィードバック回路１３０は、１つの列における電流を少なくとも１つの他の列における電流と比較することを可能とし得る。１つの列または他の列の電圧降下は、２つのＬＥＤ列における対応する電流の差に少なくとも部分的に基づいて、１つの列における電流を調整するために調整されることが可能である。フィードバック回路１３０の典型的な動作は、以下でより詳細に説明される。
フィードバック回路１３０は、各列１０４、１０６、１０８について１つの増幅回路１３２、１３４、１３６を含むことが可能である。また、フィードバック回路は、それぞれのフィードバック信号１１２、１１４、１１６を伝達するように構成されたスイッチ１４２、１４４、１４６を含むことが可能である。この目的のため、ここで説明されるように、各スイッチの一端から他端への電圧降下が各ＬＥＤ列における所望の電流条件を生成することが可能なように、スイッチ１４２、１４４、１４６を制御することが可能である。この実施形態において、スイッチ１４２、１４４、１４６は、各電流フィードバック信号１１２、１１４、１１６がエミッタからコレクタを通して伝達され、かつベースが、スイッチを通して伝達される信号の値を制御するように制御されるバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）をそれぞれ含むことが可能である。オフセット抵抗器１５２、１５４、１５６は、増幅器に付随する可能性があるオフセットエラーを削減または除去するために増幅器のそれぞれの入力に接続することが可能である。センス抵抗器１６２、１６４、１６６は、各電流フィードバック信号１１２、１１４、１１６に接続され、かつ各増幅器の入力は各センス抵抗器１６２、１６４、１６６を一端から他端へ横切って得られる電圧信号とすることが可能である。センス抵抗器は、フィードバック信号１１２、１１４、１１６に比例する値を生成するために用いることが可能である。各ＬＥＤ列においてほぼ等しい電流を達成するために、センス抵抗器は実際上１つとすることが可能である。しかし、以下の実施形態において説明するように、センス抵抗器は、互いの値に応じて各ＬＥＤ列について異なる電流値を達成するように選択することが可能である。
どの列における電流も、Ｖｏｕｔから対応するスイッチの一端から他端への電圧降下を減算した値に比例し得る。したがって、例えば、列１０４における電流は、Ｖｏｕｔから電圧（スイッチ１４２）を減算した値に比例し得る。したがって、スイッチ１４２の一端から他端への電圧降下を制御することによって、列１０４における電流を制御することが可能である。この実施形態において、列１０４における電流は、スイッチ１４２の一端から他端への電圧降下を制御することによって、列１０６における電流に応じて制御することが可能である。
例えば、この実施形態において、増幅器１３２は、スイッチ１４２を介して（第１の列１０４から）電流フィードバック信号１１２と、スイッチ１４４を介して（第２の列１０６から）電流フィードバック信号１１４とを受信するように構成することが可能である。より詳しくは、増幅器１３２は、非反転入力において（センス抵抗器１６２を一端から他端へ横切って得られる）電流フィードバック信号１１２に比例した電圧信号と、反転入力において（センス抵抗器１６４を一端から他端へ横切って得られる）電流フィードバック信号１１４に比例した電圧信号とを受信するように構成することが可能である。増幅器１３２は、信号１１２および１１４の対応する値を比較し、かつ制御信号１３３を生成することが可能である。制御信号１３３は、信号１１２および１１４の差に少なくとも部分的に基づく値とすることが可能である。この実施形態において、電流フィードバック信号１１２は増幅器１３２の非反転入力に印加することが可能であり、かつ信号１１４は増幅器１３２の反転入力に印加することが可能である。制御信号１３３は、例えば、スイッチ１４２のベース電圧を制御することによって、スイッチ１４２の伝達状態を制御することが可能である。各スイッチは、各ＬＥＤ列を通してバランスが保たれた電流が流れるとき、スイッチが十分に飽和するように増幅器の出力が低い状態であるように構成することが可能である。これは、そのような条件のもとでトランジスタに付随する電力損失を削減するように動作させることが可能である。
スイッチ１４２の伝達の制御は、スイッチ１４２の一端から他端への電圧降下を制御するように動作させることが可能である。一例として、信号１１２が信号１１４より大きいならば、増幅器１３２は、（信号１１２が信号１１４と等しいかまたはより小さいときの状態と比較して）より高い制御信号１３３を生成することが可能である。スイッチ１４２に印加される、より高い制御信号１３３は、ベース電流を減少させ、したがって、スイッチ１４２の一端から他端への電圧降下を増加させる。スイッチ１４２の一端から他端への電圧降下の増加は、ＬＥＤ列１０４を通る電流１１２を減少させ得る。このプロセスは、電流値１１２および１１４がほぼ等しくなるまで継続することが可能である。これらの動作は、列１０４におけるＬＥＤの一端から他端への電圧降下が、列１０６におけるＬＥＤの一端から他端への電圧降下よりも低い電圧降下であることを表わす。
同様に、信号１１２が信号１１４より小さいならば、増幅器１３２は（信号１１２が信号１１４と等しいかまたはより大きいときの状態と比較して）より低い制御信号１３３を生成することが可能である。スイッチ１４２に印加される、より低い制御信号１３３は、ベース電流を増加させ、したがって、スイッチ１４２の一端から他端への電圧降下を減少させる。スイッチ１４２の一端から他端への電圧降下の減少は、ＬＥＤ列１０４を通る電流１１２を増加させ得る。このプロセスは、電流値１１２および１１４がほぼ等しくなるまで継続することが可能である。
増幅器１３６は、スイッチ１４６を介して（第３の列１０８から）電流フィードバック信号１１６と、スイッチ１４２を介して（第１の列１０４から）電流フィードバック信号１１２とを受信するように構成することが可能である。増幅器１３６は、信号１１６および１１２の対応する値を比較し、かつ制御信号１３７を生成することが可能である。制御信号１３７は、信号１１６および１１２の差に少なくとも部分的に基づく値とすることが可能である。この実施形態において、センス抵抗器１６６を介した電流フィードバック信号１１６は、増幅器１３６の非反転入力に印加することが可能であり、かつセンス抵抗器１６２を介した信号１１２は増幅器１３６の反転入力に印加することが可能である。制御信号１３７は、例えば、スイッチ１４６のベース電圧を制御することによって、スイッチ１４６の伝達状態を制御することが可能である。スイッチ１４６の伝達の制御は、スイッチ１４６の一端から他端への電圧降下を制御するように動作させることが可能である。一例として、信号１１６が信号１１２より大きいならば、増幅器１３６は、（信号１１６が信号１１２と等しいかまたはより小さいときの状態と比較して）より高い制御信号１３７を生成することが可能である。スイッチ１４６に印加される、より高い制御信号１３７は、ベース電流を減少させ、したがって、スイッチ１４６の一端から他端への電圧降下を増加させる。スイッチ１４６の一端から他端への電圧降下の増加は、ＬＥＤ列１０８を通る電流１１６を減少させ得る。このプロセスは、電流値１１６および１１２がほぼ等しくなるまで継続することが可能である。
同様に、信号１１６が信号１１２より小さいならば、増幅器１３６は（信号１１６が信号１１２と等しいかまたはより大きいときの状態と比較して）より低い制御信号１３７を生成することが可能である。スイッチ１４６に印加される、より低い制御信号１３７は、スイッチ１４６の一端から他端への電圧降下を減少させ得る。スイッチ１４６の一端から他端への電圧降下の減少は、ＬＥＤ列１０８を通る電流１１６を増加させ得る。このプロセスは、電流値１１６および１１２がほぼ等しくなるまで継続することが可能である。
この実施形態において、フィードバック信号１１２、１１４および／または１１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２０に供給されることが可能である。フィードバック信号１１２、１１４および／または１１６の値に少なくとも部分的に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２０は、少なくとも１つのＬＥＤ列１０４、１０６および／または１０８における予め設定されたおよび／または所望の電流条件を達成するようにＶｏｕｔを調整することを可能とし得る。この図に表わされていないが、この実施形態において、コントローラ回路１１０は、ＬＣＤパネルの所望の明るさを予め設定するために、（例えば、ソフトウェアおよび／またはハードウェアを含むことが可能である）ユーザ制御可能な回路を含むことも同様に意図される。その場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、ユーザによって予め設定された値と、フィードバック信号の値とに基づいてＬＥＤアレイへの電力を調整することが可能である。
また、フィードバック回路１３０は、少なくとも１つのフィードバック信号１１２、１１４および／または１１６をＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２０に供給することが可能なパススルー回路１７０を含むことが可能である。この実施形態において、パススルー回路はセンス抵抗器１６２、１６４および／または１６６の一端から他端への少なくとも１つのフィードバック信号をコンバータ回路１２０に流すことを可能とするＯＲゲートとして動作することが可能である。これは、例えば、回路１２０が１つまたは複数の列１０４、１０６および／または１０８が開回路となる場合にフィードバック情報を受信することを継続することを可能とし得る。
図４は、本発明のもう１つの実施形態のシステム２００を表わす。この実施形態において、ＬＥＤアレイ１０２’は、赤ライトを放射することが可能な少なくとも１つのＬＥＤを有する赤ＬＥＤ列２０４、青ライトを放射することが可能な少なくとも１つのＬＥＤを有する青ＬＥＤ列２０６、および緑ライトを放射することが可能な少なくとも１つのＬＥＤを有する緑ＬＥＤ列２０８を含むことが可能である。列２０４、２０６、２０８は、共に並列に接続され、かつ図にＶｏｕｔとして示された電源に接続されることが可能である。したがって、各列の一端から他端への電圧はＶｏｕｔによって表わすことが可能である。各列は、それぞれの信号２１２、２１４、２１６（それぞれＩｓｅｎ１、Ｉｓｅｎ２、Ｉｓｅｎ３とラベルが付けられている）を生成することが可能である。信号２１２、２１４、２１６は、各列における電流に比例することが可能である。
この実施形態において、列２０４によって放射される赤ライトと、列２０６によって放射される青ライトと、列２０８によって放射される緑ライトとの間の比率を調整することが望ましい。したがって、この実施形態のフィードバック回路１３０’は、センス抵抗器２６２、２６４および２６６を含むことが可能である。センス抵抗器２６２、２６４、２６６は、例えば、特定の適用に応じて異なる値を有することが可能である。電流信号２１２、２１４、２１６は、それぞれ、センス抵抗器２６２、２６４、２６６の値を調整することによって調整されることが可能である。詳細に上述したように、センス抵抗器２６２における信号は、信号２１２に比例した増幅器１３２への入力とすることが可能である。したがって、増幅器１３２によって生成される制御信号は、赤の列２０４における電流が、青の列における電流の予め定められた倍数／因数（multiple/factor）とすることが可能であるようにセンス抵抗器２６２および２６４の間の比率に少なくとも部分的に基づくことが可能である。同様に、増幅器１３４によって生成される制御信号は、青の列２０６における電流が、緑の列２０８における電流の予め定められた倍数／因数とすることが可能であるようにセンス抵抗器２６４および２６６の間の比率に少なくとも部分的に基づくことが可能である。また、増幅器１３６によって生成される制御信号は、緑の列２０８における電流が、赤の列における電流のある倍数／因数であるようにセンス抵抗器２６６および２６２の間の比率に少なくとも部分的に基づくことが可能である。上述した動作に加えて、この実施形態におけるフィードバック回路１３０’は、図３を参照して上述したフィードバック回路１３０と同様な方法で動作することが可能である。
図５は、本発明のもう１つの実施形態のシステム３００を表わす。この実施形態において、フィードバック回路１３０’’は、少なくとも１つのＬＥＤ列２０４、２０６および／または２０８の明るさを制御することが可能なバーストモード調光回路（burst mode dimming circuitry）を含むことが可能である。バーストモード調光回路は、以下で説明するように、フィードバック信号２１２、２１４および／または２１６の流れを調整することによって、列２０４、２０６および／または２０８の明るさを調整することを可能とし得る。
フィードバック回路１３０’’は、マルチプレクサ回路３０２、３０４、３０６を含むことが可能である。マルチプレクサ３０２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号３７２を受信するように構成された第１の入力と、制御信号１３３を受信するように構成された第２の入力とを有することが可能である。マルチプレクサ回路３０２は、ＰＷＭ信号３７２および制御信号１３３に基づいて出力信号３８２を生成することが可能である。ＰＷＭ信号３７２は、低周波数バーストモード信号とすることが可能であり、かつ赤ＬＥＤ列２０４の特定の明るさ制御のために指定されることが可能である。例えば、ＰＷＭ信号３７２は、選択されたオン−オフのデューティサイクルを有する矩形波、すなわち、選択されたデューティサイクルに基づいてハイからローへ変化する波形とすることが可能である。ＰＷＭ信号３７２の周波数は、ＬＥＤの明滅を防止するために、例えば、数百ヘルツに選択することが可能である。
動作において、ＰＷＭ信号３７２がハイならば、マルチプレクサの出力信号３８２は制御信号１３３とすることが可能である。したがって、ＰＷＭ信号３７２がハイであるとき、スイッチ１４２は上述した方法で制御信号１３３によって制御されることが可能である。ＰＷＭ信号３７２がローならば、出力信号３８２はスイッチ１４２がターンオフされるようにハイに駆動されることが可能である。もちろん、マルチプレクサ内部のロジックを単に反転することによって、ＰＷＭ信号３７２がローであるときに、出力信号３８２がハイに駆動されることが可能である。この場合、ＬＥＤ列２０４は開回路とし、ＬＥＤを通して電流が流れないことも可能である。この方法において、ＬＥＤ列２０４は、調光制御を実行するために列２０４を通る平均の電流の流れを調整するために、選択されたデューティサイクルにおいて繰り返しターンオンおよびオフされることが可能であり、列２０４の所望の明るさを達成することが可能である。
マルチプレクサ３０４は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号３７４を受信するように構成された第１の入力と、制御信号１３５を受信するように構成された第２の入力とを有することが可能である。マルチプレクサ回路３０４は、ＰＷＭ信号３７４および制御信号１３５に基づいて出力信号３８４を生成することが可能である。ＰＷＭ信号３７４は、低周波数バーストモード信号とすることが可能であり、かつ青ＬＥＤ列２０６の特定の明るさ制御のために指定されることが可能である。例えば、ＰＷＭ信号３７４は、選択されたオン−オフのデューティサイクルを有する矩形波、すなわち、選択されたデューティサイクルに基づいてハイからローへ変化する波形とすることが可能である。ＰＷＭ信号３７４の周波数は、ＬＥＤの明滅を防止するために、例えば、数百ヘルツに選択することが可能である。
動作において、ＰＷＭ信号３７４がハイならば、マルチプレクサの出力信号３８４は制御信号１３５とすることが可能である。したがって、ＰＷＭ信号３７４がハイであるとき、スイッチ１４４は上述した方法で制御信号１３５によって制御されることが可能である。ＰＷＭ信号３７４がローならば、出力信号３８４はスイッチ１４４がターンオフされるようにハイに駆動されることが可能である。もちろん、マルチプレクサ内部のロジックを単に反転することによって、ＰＷＭ信号がローであるときに、出力信号３８４がハイに駆動されることが可能である。この場合、ＬＥＤ列２０６は開回路とし、ＬＥＤを通して電流が流れないことも可能である。この方法において、ＬＥＤ列２０６は、列２０６を通る平均の電流の流れを調整するために、選択されたデューティサイクルにおいて繰り返しターンオンおよびオフされることが可能であり、列２０６の所望の明るさを達成することが可能である。
マルチプレクサ３０６は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号３７６を受信するように構成された第１の入力と、制御信号１３７を受信するように構成された第２の入力とを有することが可能である。マルチプレクサ回路３０６は、ＰＷＭ信号３７６および制御信号１３７に基づいて出力信号３８６を生成することが可能である。ＰＷＭ信号３７６は、低周波数バーストモード信号とすることが可能であり、かつ緑ＬＥＤ列２０８の特定の明るさ制御のために指定されることが可能である。例えば、ＰＷＭ信号３７６は、選択されたオン−オフのデューティサイクルを有する矩形波、すなわち、選択されたデューティサイクルに基づいてハイからローへ変化する波形とすることが可能である。ＰＷＭ信号３７６の周波数は、ＬＥＤの明滅を防止するために、例えば、数百ヘルツに選択することが可能である。
動作において、ＰＷＭ信号３７６がハイならば、マルチプレクサの出力信号３８６は制御信号１３７とすることが可能である。したがって、ＰＷＭ信号３７６がハイであるとき、スイッチ１４６は上述した方法で制御信号１３７によって制御されることが可能である。ＰＷＭ信号３７６がローならば、出力信号３８６はスイッチ１４６がターンオフされるようにハイに駆動されることが可能である。もちろん、この実施形態のマルチプレクサは、ＰＷＭ信号がローであるときに、出力信号３８６がハイに駆動されるように構成されることが可能である。この場合、ＬＥＤ列２０８は開回路とし、ＬＥＤを通して電流が流れないことも可能である。この方法において、ＬＥＤ列２０８は、列２０８を通る平均の電流の流れを調整するために、選択されたデューティサイクルにおいて繰り返しターンオンおよびオフされることが可能であり、列２０８の所望の明るさを達成することが可能である。
一実施形態において、１つまたは複数のＰＷＭ信号のデューティサイクルは、他のＰＷＭ信号に応じて調整されることが可能であり、向上された人間の知覚を提供することが可能である。例えば、この実施形態において赤ＬＥＤを制御するＰＷＭ信号３７２のデューティサイクルは、（それぞれ、青および緑ＬＥＤを制御する）ＰＷＭ信号３７４および／または３７６のデューティサイクルと比較して２対１の比率であるデューティサイクルを有することが可能である。例えば、赤ＬＥＤが調光のために６０％オンおよび４０％オフに調整されるとき、色の性能を最適化するために緑および青ＬＥＤの両方について３０％オンおよび７０％オフを有することが好ましく、よりよい全体の白色光の品質を達成することが可能である。したがって、ＰＷＭ信号３７２、３７４、３７６のデューティサイクルが互いのデューティサイクルに応じて選択可能および／またはプログラム可能とすることは、ここで十分に意図される。
図６は、本発明のもう１つの実施形態のシステム４００を表わす。この実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２０’は、ブーストコンバータを含むことが可能である。ブーストコンバータは、ＬＥＤアレイ１０２’からの電流フィードバック信号の１つを調整信号と比較する第１のコンパレータ４０２を含むことが可能である。エラー増幅器である４０２は、電流センス信号Ｉｓｅｎと基準信号ＡＤＪとを比較する。信号の結果は、ブーストコンバータのスイッチにおいて傾斜補償された電流センス信号と比較される。スイッチを通して流れる電流は、４０６を介して、のこぎり波と加算される。４０６の出力はコンパレータ４０４への入力の１つである。コンパレータ４０４の出力は、ブーストコンバータにおけるスイッチを駆動するために、フリップフロップのようなドライバに供給される矩形波である。
上述したように、各列を通る電流の流れの比率は、バーストモード調光によって、および／または、センス抵抗器２６２、２６４および／または２６６の値を選択することによって、調整されることが可能である。この実施形態において、フィードバック回路１３０’’’は、それぞれ、センス抵抗器２６２、２６４および／または２６６に関する実効抵抗を調整することが可能な増幅器４３２、４３４、４３６を含むことが可能である。この実施形態において、プログラム可能な入力信号４２２、４２４、４２６は、それぞれ増幅器４３２、４３４、４３６に供給されることが可能である。プログラム可能な入力信号４２２、４２４、４２６は、与えられた列における所望の電流レベルに比例することが可能である。
動作において、入力信号４２２の値は、上方または下方に調整されることが可能であり、したがって、センス抵抗器２６２の実効抵抗は、上方または下方に調整されることが可能である。上述したように、これは、第１および第２の列の間の電流値の比率を形成することが可能である。入力信号４２４の値は、上方または下方に調整されることが可能であり、したがって、センス抵抗器２６４の実効抵抗は、上方または下方に調整されることが可能である。上述したように、これは、第２および第３の列の間の電流値の比率を形成することが可能である。同様に、入力信号４２６の値は、上方または下方に調整されることが可能であり、したがって、センス抵抗器２６６の実効抵抗は、上方または下方に調整されることが可能である。上述したように、これは、第３および第１の列の間の電流値の比率を形成することが可能である。これらの動作は、１つまたは複数のＬＥＤ列を通る所望のおよび／またはプログラム可能な電流の流れを生成することが可能である。
もちろん、ここで説明したいずれの実施形態も、ｎ個のＬＥＤ列を含むように拡張することが可能である。ここでの教示によれば、ｎ個のＬＥＤ列が用いられるならば、対応する数の増幅回路およびスイッチも用いられる。同様に、存在するＬＥＤ列の数に応じて、対応する数のマルチプレクサ回路が用いられることが可能である。
ここで用いられた用語および表現は、説明の用語として、かつ限定でないものとして用いられ、かつそのような用語および表現の使用において、表わされかつ記載された特徴のどのような均等物（またはその一部）も除外することを意図せず、かつ請求項の範囲内で各種の変形が可能であることが理解される。また、他の変形、変更および代替も可能である。したがって、請求項は全てのそのような均等物を含むことを意図する。
従来のＬＥＤシステムの構成を表わす図である。 従来のＬＥＤシステムの構成を表わす図である。 従来のＬＥＤシステムの構成を表わす図である。 他の従来のＬＥＤシステムの構成を表わす図である。 他の従来のＬＥＤシステムの構成を表わす図である。 本発明による一実施形態のシステムを表わす図である。 本発明による他の一実施形態のシステムを表わす図である。 本発明による他の一実施形態のシステムを表わす図である。 本発明による他の一実施形態のシステムを表わす図である。
符号の説明
１０、２０、３０、４０、５０ 電源回路
１００、２００、３００、４００ システム
１０２、１０２’ ＬＥＤアレイ
１１０ ＬＥＤバックライトコントローラ回路
１０４、１０６、１０８、２０４、２０６、２０８ ＬＥＤ列
１１２、１１４、１１６ フィードバック信号
１２０、１２０’ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
１２２ ＤＣ入力
１３０、１３０’、１３０’’、１３０’’’ フィードバック回路
１３２、１３４、１３６ 増幅回路
１３３、１３５、１３７ 制御信号
１４２、１４４、１４６ スイッチ
１５２、１５４、１５６ オフセット抵抗器
１６２、１６４、１６６、２６２、２６４、２６６ センス抵抗器
１７０ パススルー回路
２１２、２１４、２１６ 信号
３０２、３０４、３０６ マルチプレクサ回路
３７２、３７４、３７６ ＰＷＭ信号
３８２、３８４、３８６ 出力信号
４０２、４０４ コンパレータ
４２２、４２４、４２６ 入力信号
４３２、４３４、４３６ 増幅器

Claims (25)

  1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイのためのコントローラであって、
    共に並列に接続された第１のＬＥＤ列と第２のＬＥＤ列とを少なくとも具備するＬＥＤアレイに電力を供給することが可能なＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
    前記第１のＬＥＤ列から第１のフィードバック信号と前記第２のＬＥＤ列から第２のフィードバック信号とを受信することが可能なフィードバック回路と、
    を具備し、
    前記ＬＥＤ列の各々は少なくとも２つのＬＥＤを具備し、
    前記第１のフィードバック信号は前記第１のＬＥＤ列における電流に比例し、
    前記第２のフィードバック信号は前記第２のＬＥＤ列における電流に比例し、
    前記フィードバック回路はさらに前記第１および第２のフィードバック信号を比較することが可能であり、
    前記フィードバック回路はさらに前記第１および第２のフィードバック信号の前記比較に少なくとも部分的に基づいて、前記第２のＬＥＤ列に応じて前記第１のＬＥＤ列の電流を調整するために電圧降下を制御することが可能であり、
    前記フィードバック回路は、前記第１および第２のフィードバック信号を比較し、かつ制御信号を生成することが可能な少なくとも１つの増幅回路を具備し、
    前記フィードバック回路は、前記第１のフィードバック信号に直列に接続されたスイッチをさらに具備し、
    前記制御信号は、前記スイッチの一端から他端への電圧降下を制御するために前記スイッチの伝達を制御するコントローラ。
  2. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、バック、ブースト、バック・ブースト、セピック、ゼータ、チュックのＤＣ／ＤＣコンバータトポロジーからなるグループから選択される請求項１に記載のコントローラ。
  3. 前記フィードバック回路は、前記第１のフィードバック信号と前記増幅回路の入力とに接続された第１のセンス抵抗器と、前記第２のフィードバック信号と前記増幅回路の第２の入力とに接続された第２のセンス抵抗器と、をさらに具備し、
    前記第１および第２のセンス抵抗器はほぼ等しい抵抗値を有する請求項１に記載のコントローラ。
  4. 前記フィードバック回路は、前記第１のフィードバック信号と前記増幅回路の入力とに接続された第１のセンス抵抗器と、前記第２のフィードバック信号と前記増幅回路の第２の入力とに接続された第２のセンス抵抗器と、をさらに具備し、
    前記第１および第２のセンス抵抗器は異なる抵抗値を有する請求項１に記載のコントローラ。
  5. 前記第１のフィードバック信号が前記第２のフィードバック信号より大きいならば、前記増幅回路は前記第２のＬＥＤ列における電流に応じて前記第１のＬＥＤ列における電流を減少させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を増加させるように前記スイッチを制御する請求項１に記載のコントローラ。
  6. 前記第１のフィードバック信号が前記第２のフィードバック信号より小さいならば、前記増幅回路は前記第２のＬＥＤ列における電流に応じて前記第１のＬＥＤ列における電流を増加させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を減少させるように前記スイッチを制御する請求項１に記載のコントローラ。
  7. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、前記ＬＥＤアレイに供給される前記電力を調整するために、前記第１のフィードバック信号に比例する信号または前記第２のフィードバック信号に比例する第２の信号の少なくとも１つを受信することが可能である請求項１に記載のコントローラ。
  8. 前記フィードバック回路は、前記第１または第２のＬＥＤ列の少なくとも１つに接続されたバーストモード調光回路をさらに具備し、
    前記バーストモード調光回路は、前記第１または第２のフィードバック信号の流れを調整することによって前記第１または第２のＬＥＤ列の明るさを調整することが可能である請求項１に記載のコントローラ。
  9. 前記バーストモード調光回路は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号に接続された第１の入力と前記制御信号に接続された第２の入力と前記スイッチに接続された出力とを有するマルチプレクサ回路を具備し、
    前記スイッチの伝達状態は前記制御信号および前記ＰＷＭ信号によって制御される請求項８に記載のコントローラ。
  10. 並列に接続された第１のＬＥＤ列と第２のＬＥＤ列とを少なくとも具備するＬＥＤアレイと、
    前記ＬＥＤアレイに電力を供給することが可能なコントローラと、
    を具備し、
    前記ＬＥＤ列の各々は少なくとも２つのＬＥＤを具備し、
    前記コントローラはさらに前記第１のＬＥＤ列から第１のフィードバック信号と前記第２のＬＥＤ列から第２のフィードバック信号とを受信することが可能であり、
    前記第１のフィードバック信号は前記第１のＬＥＤ列における電流に比例し、
    前記第２のフィードバック信号は前記第２のＬＥＤ列における電流に比例し、
    前記コントローラはさらに前記第１および第２のフィードバック信号を比較することが可能であり、
    前記コントローラはさらに前記第１および第２のフィードバック信号の前記比較に少なくとも部分的に基づいて、前記第２のＬＥＤ列に応じて前記第１のＬＥＤ列の電流を調整するために電圧降下を制御することが可能であり、
    前記コントローラはフィードバック回路を具備し、
    前記フィードバック回路は、前記第１および第２のフィードバック信号を比較し、かつ制御信号を生成することが可能な少なくとも１つの増幅回路を具備し、
    前記フィードバック回路は、前記第１のフィードバック信号に直列に接続されたスイッチをさらに具備し、
    前記制御信号は、前記スイッチの一端から他端への電圧降下を制御するために前記スイッチの伝達を制御するシステム。
  11. 前記コントローラは、前記ＬＥＤアレイにＤＣ電力を供給することが可能なＤＣ／ＤＣコンバータ回路を具備し、
    前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、バック、ブースト、バック・ブースト、セピック、ゼータのＤＣ／ＤＣコンバータトポロジーからなるグループから選択される請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記フィードバック回路は、前記第１のフィードバック信号と前記増幅回路の入力とに接続された第１のセンス抵抗器と、前記第２のフィードバック信号と前記増幅回路の第２の入力とに接続された第２のセンス抵抗器と、をさらに具備し、
    前記第１および第２のセンス抵抗器はほぼ等しい抵抗値を有する請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記フィードバック回路は、前記第１のフィードバック信号と前記増幅回路の入力とに接続された第１のセンス抵抗器と、前記第２のフィードバック信号と前記増幅回路の第２の入力とに接続された第２のセンス抵抗器と、をさらに具備し、
    前記第１および第２のセンス抵抗器は異なる抵抗値を有する請求項１０に記載のシステム。
  14. 前記第１のフィードバック信号が前記第２のフィードバック信号より大きいならば、前記制御信号は前記第２のＬＥＤ列における電流に応じて前記第１のＬＥＤ列における電流を減少させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を増加させるように前記スイッチを制御する請求項１０に記載のシステム。
  15. 前記第１のフィードバック信号が前記第２のフィードバック信号より小さいならば、前記制御信号は前記第２のＬＥＤ列における電流に応じて前記第１のＬＥＤ列における電流を増加させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を減少させるように前記スイッチを制御する請求項１０に記載のシステム。
  16. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、前記ＬＥＤアレイに供給される前記電力を調整するために、前記第１のフィードバック信号に比例する信号または前記第２のフィードバック信号に比例する第２の信号の少なくとも１つを受信することが可能である請求項１１に記載のシステム。
  17. 前記第１のＬＥＤ列は、赤ＬＥＤ、青ＬＥＤ、緑ＬＥＤからなるグループから選択された複数のＬＥＤを具備し、
    前記第２のＬＥＤ列は、赤ＬＥＤ、青ＬＥＤ、緑ＬＥＤからなるグループから選択された複数のＬＥＤを具備する請求項１０に記載のシステム。
  18. 前記フィードバック回路は、前記第１または第２のＬＥＤ列の少なくとも１つに接続されたバーストモード調光回路をさらに具備し、
    前記バーストモード調光回路は、前記第１または第２のフィードバック信号の流れを調整することによって前記第１または第２のＬＥＤ列の明るさを調整することが可能である請求項１０に記載のシステム。
  19. 前記バーストモード調光回路は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号に接続された第１の入力と前記制御信号に接続された第２の入力と前記スイッチに接続された出力とを有するマルチプレクサ回路を具備し、
    前記スイッチの伝達状態は前記制御信号および前記ＰＷＭ信号によって制御される請求項１８に記載のシステム。
  20. 並列に接続された第１のＬＥＤ列と第２のＬＥＤ列とを少なくとも具備するＬＥＤアレイに電力を供給するステップと、
    前記第１のＬＥＤ列からの第１のフィードバック信号と前記第２のＬＥＤ列からの第２のフィードバック信号とを比較するステップと、
    前記第２のＬＥＤ列に応じて前記第１のＬＥＤ列の電流を調整するために前記第１のフィードバック信号と前記第２のフィードバック信号との前記比較に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも前記第１のＬＥＤ列の電圧降下を制御するステップと、
    前記第１および第２のフィードバック信号の前記比較に少なくとも部分的に基づいて制御信号を生成するステップと、
    スイッチの一端から他端への電圧降下を制御するために前記第１または第２のフィードバック信号に直列に接続された前記スイッチの伝達を制御するステップとを有し、
    前記ＬＥＤ列の各々は少なくとも２つのＬＥＤを具備し、
    前記第１のフィードバック信号は前記第１のＬＥＤ列における電流に比例し、
    前記第２のフィードバック信号は前記第２のＬＥＤ列における電流に比例し、
    前記制御信号は前記第１および第２のフィードバック信号の差を示す方法。
  21. 前記第１のフィードバック信号が前記第２のフィードバック信号より大きいならば、前記制御信号は前記第２のＬＥＤ列における電流に応じて前記第１のＬＥＤ列における電流を減少させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を増加させるように前記スイッチを制御する請求項２０に記載の方法。
  22. 前記第１のフィードバック信号が前記第２のフィードバック信号より小さいならば、前記制御信号は前記第２のＬＥＤ列における電流に応じて前記第１のＬＥＤ列における電流を増加させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を減少させるように前記スイッチを制御する請求項２０に記載の方法。
  23. 前記第１のフィードバック信号または前記第２のフィードバック信号の少なくとも１つに少なくとも部分的に基づいて前記ＬＥＤアレイに供給される電力を調整するステップをさらに有する請求項２０に記載の方法。
  24. 前記第１または第２のフィードバック信号の流れを調整することによって前記第１または第２のＬＥＤ列の明るさを調整するステップをさらに有する請求項２０に記載の方法。
  25. パルス幅変調（ＰＷＭ）信号に少なくとも部分的に基づいて前記第１または第２のフィードバック信号の流れを調整する請求項２４に記載の方法。
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