JP5323475B2 - 抵抗性負荷を通る電流の調節 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗性負荷用のドライバに関し、特にＬＥＤアレイを通る電流を調節することによって液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライト・システムの輝度を制御するドライバに関する。

本出願は、参照によりその教示が本明細書に組み込まれている、整理番号Ｂａｎｄａ ２−２７−１８−５−６−１８として、２００５年６月１０日に出願した米国仮出願第６０／６８９，３１０号の利益を主張するものである。

ユーザに情報を与えるために、ますます多くの電子デバイスが、ＬＣＤを用いるようになっている。一般にＬＣＤは、電気的に制御された「ポートホール」を通って光が透過するのを許可または阻止することによって動作する。ＬＣＤディスプレイには、反射型、透過型、および半透過型の３つの部類がある。ＬＣＤディスプレイが目に見えるために必要な光は、反射型ＬＣＤディスプレイのように反射された周辺光によって供給されることができる。多くの状況において、特に周辺光が乏しい場合は、ディスプレイを読みやすくするために、透過型または半透過型ＬＣＤのようにＬＣＤにバックライトを供給するのが有利である。

ＬＣＤコンピュータ・モニタなどの透過型ＬＣＤは、バックライトと共にのみ用いられる。多くの良く知られている携帯オーディオ・デバイスなどに用いられている半透過型ＬＣＤは、（透過型ＬＣＤのように）バックライトを用いて、または（反射型ＬＣＤディスプレイのように）反射された周辺光を用いて使用することができる。透過型ディスプレイ（本明細書では、この用語は透過モードでの半透過型ＬＣＤを含む）用の１つのタイプのバックライトは、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイをベースにしている。
米国仮出願第６０／６８９，３１０号

ＬＥＤアレイ・バックライトを用いる透過型ディスプレイの輝度は、ＬＥＤを通って流れる電流の量を制御することによって変えることができる。電流が大きいほど、透過型ディスプレイは明るく見える。ＬＥＤを通る電流を制御するために、通常、帰還ループが用いられる。帰還ループは、電流検出抵抗器、すなわち一端が対象とするデバイス、たとえばＬＥＤアレイに接続され、他端が共通ノード（たとえば接地）に接続された、比較的低い抵抗値の抵抗器を含み、抵抗器の両端の電圧は、それを通る電流、したがって対象のデバイスを通る電流を示す。この方法は、数十ミリアンペアまでの低い電流値に対しては、十分信頼性があると考えられる。しかし、従来技術のバックライト・ドライバは、小さい電圧を正確に検出するのが難しくなるので、マイクロアンペア単位で測定される小さい電流は信頼性良く検出できない。

一実施形態において本発明は、電気システムであって、（ｉ）抵抗性負荷と、（ｉｉ）抵抗性負荷に第１の電流を供給するように接続された第１の電流源と、（ｉｉｉ）抵抗性負荷に接続された電流検出抵抗器と、（ｉｖ）電流検出抵抗器を通過する電流が第１および第２の電流の和となるように、電流検出抵抗器に第２の電流を供給するように接続された第２の電流源と、（ｖ）制御プロセッサと、（ｖｉ）電流検出抵抗器の両端の電圧を検出し、制御プロセッサにセンサ信号を供給するように適合された電圧センサとを備え、
制御プロセッサは、センサ信号に基づいて第１および第２の電流源を制御するように適合された電気システムである。
本発明のその他の態様、特徴、および利点は、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、および同じ参照番号は、同様な、または同一の要素を示す添付の図面から、より完全に明らかとなろう。

図１は、バックライト制御ブロック１０１を有するＬＣＤバックライト・システム１００を示し、バックライト制御ブロック１０１は、ＬＥＤアレイ１０３を通って流れる電流を調節し、それによってＬＣＤバックライトおよび対応するディスプレイの輝度を調節する。制御ブロック１０１は、制御プロセッサ１０５、ゲート・コントローラ１０６、および電圧センサ１０７および１０８を備える。制御ブロック１０１の動作を制御する制御プロセッサ１０５は、ゲート・コントローラ１０６を用いてフライバック電流源１０２のデューティ・サイクルを調節することによって、ＬＥＤアレイ１０３を通って流れる電流を調節する。制御プロセッサ１０５は、その電圧が電流検出抵抗器１０４およびＬＥＤアレイ１０３の両方を通って流れる電流を表す、電流検出抵抗器１０４の両端の電圧を測定する電圧センサ１０８を通して、ＬＥＤアレイ１０３を通る電流に関する帰還を受け取る。

電流検出抵抗器１０４通る電流、したがってＬＥＤアレイ１０３を通る電流は、電流検出抵抗器１０４の両端の電圧降下を測定し、オームの法則、すなわちＩを電流、Ｖを測定した電圧、Ｒを抵抗値としたときの、Ｉ＝Ｖ／Ｒを用いて求められる。すなわち、アンペアで表される電流検出抵抗器１０４通る電流、したがってＬＥＤアレイ１０３を通る電流の値は、ボルトで表される電流検出抵抗器１０４の両端の電圧を、オームで表される電流検出抵抗器１０４の抵抗値で除した電圧の値に等しい。

制御プロセッサ１０５は、ゲート・コントローラ１０６に、周期的でほぼ矩形波である信号１０１ａを発生させかつ変化させることによってフライバック電流源１０２のデューティ・サイクルを制御し、波形の各サイクルは実質的に「オン」（すなわちハイ）期間と「オフ」（すなわちロー）期間からなり、デューティ・サイクルは、ほぼオフ期間に対するオン期間の比となる。したがってたとえば、デューティ・サイクルが５０％ならば、波形はほぼ方形波である。ＬＥＤブロック１０３を通る電流を増加させる必要がある場合は、制御プロセッサ１０５はフライバック電流源１０２のデューティ・サイクルを増加させ、ＬＥＤブロック１０３を通る電流を減少させる必要がある場合は、制御プロセッサ１０５はフライバック電流源１０２のデューティ・サイクルを減少させる。デューティ・サイクルが変化するのに対し、発生される波形の周波数は、ほぼ同じままである。デューティ・サイクルが大きいと、過度の電流が接地へ迂回され、浪費および潜在的な過熱を生ずるので、用いる最大デューティ・サイクルは、約８０％であることが好ましい。

フライバック電流源１０２は、インダクタ１０９、ｎ型トランジスタ１１０、ツェナー・ダイオード１１１、電流検出抵抗器１１２、およびコンデンサ１１３を備える。インダクタ１０９は、電圧源Ｖ_ＤＤとトランジスタ１１０のドレイン・ノード１１０Ｄの間に接続され、ノード１１０Ｄはまたツェナー・ダイオード１１１のｐ側に接続する。電流検出抵抗器１１２は、接地とトランジスタ１１０のソース・ノード１１０Ｓの間に接続される。ツェナー・ダイオード１１１は、ノード１１０Ｄとノード１Ｎ２の間に接続され、ツェナー・ダイオード１１１のｐ側は１１０Ｄに接続され、ｎ側は１Ｎ２に接続される。コンデンサ１１３は、ノード１Ｎ２と接地の間に接続される。トランジスタ１１０のゲート・ノード１１０Ｇは、ゲート・コントローラ１０６により供給される信号１０１ａによって制御される。

トランジスタ１１０がターン・オンされると、電流がＶ_ＤＤから、インダクタ１０９、トランジスタ１１０、および電流検出抵抗器１１２を通って接地へ流れる。ツェナー・ダイオード１１１を通って流れる顕著な電流は無い。コンデンサ１１３が十分に充電された場合は、ＬＥＤアレイ１０３を通って、電流が流れることができる。制御プロセッサ１０５は、電圧センサ１０７を用いて電流検出抵抗器１１２の両端の電圧降下を求める。オームの法則を用いると、その電圧降下は、電流検出抵抗器１１２を通って流れる、したがってトランジスタ１１０を通って流れる電流を表す。したがって、トランジスタ１１０を通る電流値は、電流検出抵抗器１１２の両端の電圧値を、電流検出抵抗器１１２の抵抗値で除したものに等しい。電流検出抵抗器１１２の両端の電圧は、経路１１０Ｓａを介して電圧センサ１０７によって測定されるノード１１０Ｓの電圧に等しい。トランジスタ１１０を通る電流を検出することにより、トランジスタ１１０を通る電流についての情報がもたらされ、回路のリンギングが問題となる場合に制御プロセッサ１０５がそれを低減させるのに役立つ。

トランジスタ１１０がターン・オフされると、ノード１１０Ｄの電圧が増加し、電流がツェナー・ダイオード１１１を通ってノード１Ｎ２へ流れる。ツェナー・ダイオード１１１は、電流がノード１１０Ｄへ逆流するのを防止するように働き、それによりコンデンサ１１３の電荷を保つのに役立つ。ツェナー・ダイオード１１１の代わりに通常のダイオードを用いることもできるが、一般にツェナー・ダイオードは、その動作範囲内での逆バイアス状態での漏洩電流が、同等の通常のダイオードと比べて小さい。１Ｎ２における電荷の一部はコンデンサ１１３内に蓄積され、一部は電流としてＬＥＤアレイ１０３を通ってノード１Ｎ１へ流れ、次いで電流検出抵抗器１０４を通って接地へ流れる。ノード１Ｎ１から経路１Ｎ１ａを経由して、電圧検出のために通常用いられるように、経路が電圧センサ１０８の高インピーダンス入力に接続するので、有ったとしても無視できる電流だけが流れる。ＬＥＤアレイ１０３を通って流れる電流の割合により、アレイ内のＬＥＤの輝度を制御され、それによってＬＣＤディスプレイの輝度が制御される。

ＬＥＤアレイ１０３を通る電流は、電流検出抵抗器１０４を通る電流とほぼ同一であり、その値は、電流検出抵抗器１０４の両端の電圧降下を測定することによって求められる。制御プロセッサ１０５は、電圧センサ１０８を用いて電流検出抵抗器１０４の両端の電圧を求める。オームの法則を用いると、その電圧は、電流検出抵抗器１０４とＬＥＤアレイ１０３の両方を通る電流を表す。ＬＥＤアレイ１０３を通る電流により、アレイのＬＥＤの輝度が決まる。電流検出抵抗器として通常行われるように、電流検出抵抗器１０４は、電流検出抵抗器１０４が回路に及ぼす影響を低減するために、１０オームなどの低い抵抗値を有し、かつ電流を求める際の変動および誤差を最小にするために、０．５％などの比較的厳しい許容値を有するように選択される。しかし、電流検出抵抗器１０４を通る電流が小さくなるに従って、ノード１Ｎ１の電圧も小さくなる。電圧が小さくなると、正確に測定するのがより難しくなる。

図２は、本発明の一実施形態による、ＬＣＤバックライト・システム２００の一実装形態の簡略化したブロック図を示す。ＬＣＤバックライト・システム２００は、ＬＣＤバックライト・システム１００と同様であり、システム２００の構成要素は、システム１００の対応する構成要素と同様にラベルが付けられており、ただし異なるプリフィックスが付けられている。ＬＣＤバックライト・システム２００は、制御ブロック２０１、フライバック電流源２０２、ＬＥＤアレイ２０３、および電流検出抵抗器２０４を備える。

制御ブロック２０１は、フライバック電流源２０２を調節し、適当な帰還を受け取ることにより、ＬＥＤアレイ２０３を通って流れる電流、したがってその輝度を制御する。制御ブロック２０１は、電圧センサ２０７および２０８、アルゴリズム的電流コントローラ２１４、電流源２１６、およびゲート・コントローラ２０６を備える。電圧センサ２０８は、比較器２１７、およびディジタル制御型基準電圧源２１５を備える。制御ブロック２０１は、ＬＥＤアレイ２０３を通って流れる電流を調節することにより、ＬＣＤディスプレイの輝度を制御し、これはフライバック電流源２０２のデューティ・サイクルを調節することによって達成される。

トランジスタ２１０がターン・オンされると、電流がＶ_ＤＤから、インダクタ２０９、トランジスタ２１０、抵抗器２１２を通って接地へ流れる。ノード２Ｎ１から経路２Ｎ１ａを通って、経路が比較器２１７の高インピーダンス入力端、および電流源２１６の出力端に接続され、そのどちらももしあったとしても顕著な量の電流は受け取らないので、有ったとしても無視できる電流しか流れない。以下に述べる一実装形態の場合のように、制御ブロック２０１が定常モードで動作する場合は、電流源２１６は電流を供給せず、したがって電流検出抵抗器２０４を通る電流は、ＬＥＤアレイ２０３を通る電流にほぼ等しい。以下に述べる一実装形態の場合のように、制御ブロック２０１が較正モードで動作する場合は、電流源２１６は電流を供給しており、したがって電流検出抵抗器２０４を通る電流は、ＬＥＤアレイ２０３を通る電流と、電流源２１６によって供給される電流の和にほぼ等しい。

制御ブロック２０１は、たとえば、（ｉ）ＬＣＤバックライト・システムが起動された場合、（ｉｉ）ＬＣＤバックライト・システムがリセットされた場合、（ｉｉｉ）ユーザが異なる輝度が望ましいことを示した場合、または（ｉｖ）そうでない場合に制御プロセッサ２０５が特定の輝度レベルが必要であると判定した場合に、較正モードに入る。較正プロセスは、高速であり、通常１秒のうちのわずかな時間だけ続く。較正に続き、ＬＣＤバックライト・システムは、定常モードに入り、これはシャット・ダウンまたは新しい較正など、何らかの終了事象まで無期限に続く。

較正モードは、ＬＥＤアレイ２０３を通って流れる特定の所望の電流Ｉ_Ｄを設定するために用いられる。較正は、ディジタル制御型基準電圧源２１５、および好ましくは高精度電流源である電流源２１６を利用する。電流源２１６は、アルゴリズム的電流コントローラ２１４を介して、制御プロセッサ２０５によって制御される。制御プロセッサ２０５が、較正を行うべきと判定した場合は、制御プロセッサ２０５は、信号２０５ａを通じてアルゴリズム的電流コントローラ２１４に、電流源２１６によって供給される電流Ｉ_Ｃを、正確に所望の電流値Ｉ_Ｄに設定するように指示する。アルゴリズム的電流コントローラ２１４は、信号２１４ａを通じて電流源２１６を制御する。制御プロセッサ２０５は、アルゴリズム的電流コントローラ２１４に対して、電流源２１６に特定の電流を供給させ、または電流源２１６によって供給される電流を一定の大きさだけ変更させるように命令する。それに応答して、アルゴリズム的電流コントローラ２１４は、アルゴリズム的電流コントローラ２１４の設定に従って電流源２１６によって供給される電流を、調節する。電流源２１６によって供給される電流は、ノード２Ｎ１へ向かい、電流検出抵抗器２０４を通る。起動に続く最初の較正では、まだＬＥＤアレイ２０３を通って流れる電流は無く、したがって電流検出抵抗器２０４を通る電流は、電流源２１６によって供給される電流Ｉ_Ｃだけである。電流検出抵抗器２０４を通る電流は、ノード２Ｎ１に電圧Ｖ_Ｃを生じる。

次のステップは、ディジタル制御型基準電圧源２１５の電圧トリミングである。電圧トリミング時は、Ｖ_Ｃは、ほぼ一定のままとなる。電圧トリミングは、ディジタル制御型基準電圧源２１５が供給すべき正確な電圧を実験的に設定し、それによって電圧源２１５および／または電流検出抵抗器２０４のオフセットおよび変動を克服するのに役立つ。ディジタル制御型基準電圧源２１５は、信号２０５ｂを通じて制御プロセッサ２０５の指示により、ある範囲の電圧を供給するように適合される。制御プロセッサ２０５は、オプションとして、信号２１５ｂを通じてディジタル制御型基準電圧源２１５から帰還を受け取ることができる。制御プロセッサ２０５は、電圧源２１５を、２０４の抵抗値にＩ_Ｄの値を乗じたものに対するプログラム値に等しい基準電圧Ｖ_Ｓに設定し、結果としての積はＶ_Ｃに近い。

比較器２１７は、信号２１５ａを通じて電圧源２１５によって供給される基準電圧Ｖ_Ｓを、経路２Ｎ１ａを通じて比較器２１７に供給される電圧Ｖ_Ｃと比較するために用いられる。比較器２１７の出力は、信号２１７ａを通じて制御プロセッサ２０５に供給される。Ｖ_ＳがＶ_Ｃより大きい場合は比較器２１７の出力がローとなり、制御プロセッサ２０５は、比較器２１７の出力がハイとなるまで、すなわちＶ_ＣがＶ_Ｓより大きくなるまでＶ_Ｓを減少させ、それによってトリミング・セグメントを完了する。Ｖ_ＣがＶ_Ｓより大きい場合は比較器２１７の出力がハイとなり、制御プロセッサ２０５は、比較器２１７の出力がローとなるまで、すなわちＶ_ＳがＶ_Ｃより大きくなるまでＶ_Ｓを増加させ、それによってトリミング・セグメントを完了する。電圧トリミングは、１つ、２つ、またはそれより多いトリミング・セグメントを含み得る。追加のトリミング・セグメントは、特にそれぞれの後続するトリミング・セグメントにおいて、より小さな電圧増分が用いられる場合に有用である。電圧トリミングのプロセスによって、基準電圧Ｖ_Ｓを、電圧源２１５の分解能が許す限り、電圧Ｖ_Ｃに近づけることができる。

次に、フライバック電流源２０２が、制御プロセッサ２０５の制御の下で、ゲート・コントローラ２０６、および信号２０１ａおよび２０５ｃを通じてパワー・アップされ、電流源２１６によって供給される電流は、段階的にゼロまで減じられる。制御プロセッサ２０５は引き続き、比較器２１７の出力２１７ａを交互に反転させ、それによりＶ_ＣをＶ_Ｓに近く保つように動作するが、今度はそれを、フライバック電流源２０２によって供給される電流を変化させることによって行い、これは基準電圧源２１５によって供給される電圧Ｖ_Ｓを変化させるのではなく、Ｖ_Ｃを変化させる。パワー・アップ段階では、設定されているＶ_Ｓは一定値のままで、一方、Ｖ_Ｃが変化し得る。電流源２１６によって供給される電流Ｉ_Ｃが、Ｉ_Ｄから段階的にゼロまで減少されるのに従って、ＬＥＤアレイ２０３を通る電流Ｉ_Ａは、比較器２１７を通じた帰還を用いて制御プロセッサ２０５によって調節されるプロセスにて、ゼロから段階的にＩ_Ｄまで増加される。Ｉ_Ｃのいずれの段階的減少にも追従して、ノード２Ｎ１の電圧Ｖ_Ｃが対応して減少する。制御プロセッサ２０５は、比較器２１７に指示されるようにＶ_ＣがＶ_Ｓより高くなるまで、フライバック電流源２０２によって供給される電流を増加させるように動作する。その時点で、再びＩ_Ｃは段階的に減少され、このサイクルはＩ_Ｃがゼロに低下するまで繰り返される。この時点で、ＬＥＤアレイ２０３を通る電流Ｉ_Ａは、ほぼＩ_Ｄに等しくなる。

ここでＬＣＤバックライト・システム２００は、定常モードに入る。定常モードは、較正の後、所望の電流がＬＥＤアレイ２０３を通って流れ続けるようにし、それによりＬＣＤバックライト・ディスプレイの輝度を維持するために用いられる。制御プロセッサ２０５は、比較器２１７の出力２１７ａを反転させ続け、それによりＩ_ＡをほぼＩ_Ｄに保つように、フライバック電流源２０２によって供給される電流を変化させ続けることができる。

ＬＣＤバックライト・システム２００をパワー・ダウンするためには、従来のプロセスが用いられ、その場合は電流源２１６によって供給される電流は段階的に増加され、それにより、ＬＥＤアレイ２０３を通る電流がゼロになるまで、制御プロセッサ２０５に、フライバック電流源２０２によって供給される電流Ｉ_Ａを減少させる。次いで制御プロセッサ２０５は、比較器２１７の出力を無視することができるようになり、電流源２１６をシャット・オフする。

ＬＣＤバックライト・システム２００を、パワー・アップおよびパワー・ダウンする上述の方法は、ＬＥＤアレイ２０３を通る電流を、１つの定常レベルから別の定常レベルへ調節するのにも用いることができる。ＬＥＤアレイ２０３を通る、より高い定常電流が望まれる場合は、制御プロセッサ２０５は、電流源２１６に所望の電流増分を供給するように指示し、次いで上述のように、新しい基準電圧Ｖ_Ｓに設定するために電圧源２１５の電圧トリミングを実施する。次いで制御プロセッサ２０５は、Ｖ_ＣをほぼＶ_Ｓに等しく保つように、Ｉ_Ｃをゼロに減少させ、Ｉ_Ａを増加させる。次いで定常動作が、後に続く。別法として制御プロセッサ２０５は、電流源２１６を使用せずに、Ｖ_Ｓを増加することによってＩ_Ａを増加させることができる。

図４は、図２のＬＥＤアレイ２０３を通る電流を増加させる場合の、図２のＬＣＤバックライト・システム２００の動作についての例示のフローチャートを示す。制御プロセッサ２０５が、ある量Ｉ_ＸだけＩ_Ａを増加させる必要がある場合（ステップ４０１）は、制御プロセッサ２０５は、Ｉ_ＣをゼロからＩ_Ｘまで増加させる（ステップ４０２）。次に制御プロセッサ２０５は、上述のように電圧源２１５の電圧トリミングを実施してＶ_Ｓに設定する（ステップ４０３）。ステップ４０３が完了した後、制御プロセッサ２０５は、Ｉ_Ｃをある大きさだけ減少させ、それによりＶ_Ｃを減少させる（ステップ４０４）。このプロセスでは、Ｉ_Ｃは、ゼロより下には低下されない。制御プロセッサ２０５は、上述のように制御プロセッサ２０５が、Ｖ_ＣがＶ_Ｓに等しいと判定するまで、Ｉ_Ａを増加させる（ステップ４０５）。ステップ４０４での低減によってＩ_Ｃがゼロまで低下した場合（ステップ４０６）は、手順が完了する（ステップ４０７）。Ｉ_Ｃが依然としてゼロより大きい場合（ステップ４０６）は、手順はステップ４０４へ戻る。

より低いＩ_Ａ、すなわちＬＥＤアレイ２０３を通る電流が必要な場合は、制御プロセッサ２０５は、電流源２１６に、所望の電流増分の大きさを供給するように指示する。Ｉ_Ｃが増加されるのに従って、制御プロセッサ２０５は、本明細書の別の所で述べたように、比較器２１７からの帰還に基づいてＶ_ＣをＶ_Ｓとほぼ等しく保つように、Ｉ_Ａを減少させる。Ｉ_Ｃが所望の大きさとなった後、制御プロセッサ２０５は、Ｉ_Ｃをゼロに減少させ、電圧源２１５の電圧トリミングを実施し、それにより、減じられた新しいＩ_Ａの値に対する新しいＶ_Ｓ値を設定する。次いでＬＣＤバックライト・システム２００は、定常モードに入る。別法として制御プロセッサ２０５は、電流源２１６を使用せずに、Ｖ_Ｓを減少することによってＩ_Ａを減少させることができる。

図５は、図２のＬＥＤアレイ２０３を通る電流を減少させる場合の、図２のＬＣＤバックライト・システム２００の動作についての例示のフローチャートを示す。制御プロセッサ２０５が、ある大きさＩ_ＸだけＩ_Ａを減少させる必要がある場合（ステップ５０１）は、Ｖ_Ｓがまだ設定されていなければ、制御プロセッサ２０５は、電圧源２１５の電圧トリミングを実施して、Ｖ_ＳをＶ_Ｃにほぼ等しくなるように設定する（ステップ５０２）。制御プロセッサ２０５は、Ｉ_Ｃをある増分だけ増加させ、それによりＶ_Ｃを増加させる（ステップ５０３）。ステップ５０３は、Ｉ_Ｃを、Ｉ_Ｘより大きくは増加させない。次に制御プロセッサ２０５は、上述のように制御プロセッサ２０５が、Ｖ_ＣがＶ_Ｓに等しいと判定するまで、Ｉ_Ａを減少させる（ステップ５０４）。ステップ５０３での増加によってＩ_ＣがＩ_Ｘまで達しなかった場合（ステップ５０５）は、プロセスはステップ５０３へ戻る。ステップ５０３での増加によってＩ_ＣがＩ_Ｘまで達した場合（ステップ５０５）は、制御プロセッサ２０５はＩ_Ｃをゼロまで減少させる（ステップ５０６）。次に制御プロセッサ２０５は、基準電圧源２１５の電圧トリミングを実施し、上述のように新しいＶ_Ｓを設定する（ステップ５０７）。ステップ５０７の後、プロセスは完了する（ステップ５０８）。ＬＥＤアレイ２０３がターン・オフする場合、すなわちＩ_ＸがＩ_Ａに等しい場合は、ステップ５０７の電圧トリミングを実施する必要はない。

Ｉ_Ａを減少させる代替実装形態では、Ｉ_Ｃが所望の大きさに達した後、電流源２１６は、所望の大きさでＩ_Ｃを供給し続ける。同じまたは別の代替実装形態では、電流源２１６は、較正または、ＬＥＤアレイ２０３を通る電流の増加または減少の開始時に、ゼロ・アンペア以外の初期レベルにて電流を供給する。当業者には理解されるように、これらの実装形態は、述べられたプロセスへの変更が必要となり得る。

制御プロセッサ２０５は、アルゴリズム的電流コントローラ２１４に、電流源２１６によって供給される電流を任意の変化率で変化させるように指示することができ、この変化率は変えることができ、したがって可変の変化率にてＬＥＤアレイ２０３を通る電流を変更することが可能になる。これにより、ＬＣＤバックライト・ディスプレイ・システム２００によってもたらされる輝度の増加および減少を、たとえば対数変化率で行うことが可能となり、これは輝度を直線的に変化させるより人間の目には快いものとなり得る。

図３は、図２のディジタル制御型基準電圧源２１５の一実装形態の簡略化したブロック図を示す。この実装形態では、電圧源２１５は、複数比率型、ディジタル選択式の分圧器として動作する。電圧源２１５は、抵抗器アレイ３０１およびマルチプレクサ（ｍｕｘ）３０２を備える。電圧源Ｖ_ＢＢは、電圧源２１５によって供給される最大電圧に近い電圧を供給する。ｍｕｘ ３０２の入力端は、抵抗器アレイ３０１の抵抗器の間のノードへ向かう。別法として、連続した抵抗器３０１を用いることもでき、ｍｕｘ ３０２の入力端は、連続した抵抗器３０１上に規則的に散在する位置へ向かう。信号２０５ｂは、ｍｕｘ ３０２の所望の入力端を選択し、当技術分野で知られているように、出力電圧を電圧源Ｖ_ＢＢの電圧レベルの一部分に等しくする。この出力電圧は、信号２１５ａおよびオプションの信号２１５ｂ上に供給される。

電圧トリミングの代替実装形態では、制御プロセッサ２０５は、電圧源２１５の、どの利用可能な電圧レベルがＶ_Ｃに近いかを判定するために、電流源２１６によって供給される電流Ｉ_Ｃをわずかに変化させ、それによって上述のプロセスでの量子化誤差を潜在的に低減し、電圧トリミング時にＶ_ＳをＶ_Ｃにより近い値に設定する。

電圧トリミングの同じまたは別の代替実装形態では、制御プロセッサ２０５は、最初に、電圧源２１５によって供給される電圧を、利用可能な範囲内の任意の値に設定する。次いで比較器２１７の出力が、制御プロセッサ２０５に対して、出力２１７ａを反転させるには電圧源２１５によって供給される電圧を増加させるべきか減少させるべきかを指示する。出力２１７ａの最初の反転の後は、上述のように電圧トリミング・プロセスが継続する。この代替実装形態は、電圧トリミングの時間が長くなり得るが、所望の電流および抵抗器２０４の抵抗値を追跡し、２つの値を乗算することが回避される。

代替実装形態では、電圧センサ２０８は、電流検出抵抗器２０４の両端の電圧を求めるのに、具体的に上述したものとは異なる構成要素を備え、異なる手順を用いる。
代替実装形態では、上述したのと同じ結果を得るために、必要に応じ、当業者には理解されるように、ロジックを反転することにより、説明した構成要素を反転したものを用いることができる。

代替実装形態では、ＬＥＤアレイに電力を供給するために、上述のフライバック電流源の代わりに、信号２０１ａなどの制御信号のデューティ・サイクルを変化させることによってその電流レベルを制御することができる任意の適当な電流源を用いることができる。

本発明は、フライバック電流源によって電力供給される抵抗性負荷として、ＬＥＤアレイに関して説明してきた。しかし本発明は、ＬＥＤアレイに限定されず、任意の適当な抵抗性負荷を用いることができる。

本発明は、単一の集積回路（ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなど）、複数チップ・モジュール、単一カード、または複数カードの回路パッケージとしての可能な実装形態を含む、回路ベースのプロセスとして実施することができる。当業者には明らかなように、回路要素の様々な機能は、ソフトウェア・プログラム中の処理ブロックとして実施することもできる。このようなソフトウェアは、たとえばディジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、または汎用コンピュータで使用することができる。

本発明は、方法、およびそれらの方法を実施するための装置の形で実施することができる。本発明はまた、磁気記録媒体、光記録媒体、半導体メモリ、フロッピ・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハード・ディスク、またはその他の機械可読記憶媒体などの、有形媒体内に具体化されたプログラム・コードの形で実施することもでき、プログラム・コードが、コンピュータなどの機械によってロードされ、実行されるとき、その機械が本発明を実施する装置となる。本発明は、たとえば記憶媒体内に記憶され、機械にロードされかつ／または機械によって実行され、または電線またはケーブル上に、または光ファイバを通して、または電磁放射を通じてなど、何らかの伝送媒体またはキャリア上を伝送される、プログラム・コードの形で具体化することもでき、プログラム・コードが、コンピュータなどの機械によってロードされ、実行されるとき、その機械が本発明を実施する装置となる。汎用プロセッサ上で実施される場合、プログラム・コード・セグメントは、プロセッサと組み合わせて、特定論理回路と同じように動作するユニークなデバイスを実現する。

明示的に記載されていない限り、各数値および範囲は、値または範囲の前に「約」または「ほぼ」の語句がある場合のように、近似であると理解されるべきである。
さらに、当業者には、添付の特許請求の範囲に表された本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の本質を説明するために説明され、図示された部品の詳細、材料、および構成において、様々な変更を行うことができることが理解されよう。

特許請求の範囲における図番および／または図の参照番号の使用は、特許請求の範囲の理解を容易にするために、請求された主題の１つまたは複数の可能な実施形態を識別するためのものである。このような使用が、必ずしもそれらの特許請求の範囲を、対応する図に示された実施形態に限定するものと理解されるべきではない。

添付の特許請求の範囲に方法の請求がある場合、各要素は対応するラベルと共に特定のシーケンスで記載されるが、特許請求の範囲がそれらの要素の一部またはすべてを実施するために特定のシーケンスを示唆していない限り、それらの要素は、必ずしもその特定のシーケンスにおいて実施されるように限定されるものではない。同様に、本発明の様々な実施形態に一致する方法において、そのような方法には追加のステップを含めることができ、かつ一部のステップは省略または組み合わせることができる。

本明細書において「一実施形態」または「ある実施形態」とは、その実施形態に関連して述べられた特定の特徴、構造、または特性を、本発明の少なくとも１つの実施形態に含めることができることを意味する。明細書内の様々な箇所で「一実施形態において」という用語が用いられているのは、必ずしもすべて同じ実施形態を指すものではなく、別々のまたは代替の実施形態は、必ずしも他の実施形態に対して相互に排他的ではない。同じことが、「実装形態」の用語にも当てはまる。

バックライト制御ユニットを有する、ＬＣＤバックライト・システムの簡略化したブロック図である。 本発明の一実施形態による、バックライト制御ユニットを有する、ＬＣＤバックライト・システムの簡略化したブロック図である。 図２のディジタル制御型基準電圧源２１５の一実装形態の簡略化したブロック図である。 図２のＬＥＤアレイ２０３を通る電流を増加させる場合の、図２のＬＣＤバックライト・システム２００の動作についての例示のフローチャートである。 図２のＬＥＤアレイ２０３を通る電流を減少させる場合の、図２のＬＣＤバックライト・システム２００の動作についての例示のフローチャートである。

Claims (25)

1. 電気システムであって、
   抵抗性負荷と、
   前記抵抗性負荷に第１の電流を供給するように接続された、第１の電流源と、
   前記抵抗性負荷に接続された電流検出抵抗器と、
   前記電流検出抵抗器を通過する電流が、前記第１および第２の電流の和となり、前記第２の電流がゼロより下には低下されないように、前記電流検出抵抗器に前記第１の電流と同方向に流れる前記第２の電流を供給するように接続された、第２の電流源と、
   制御プロセッサと、
   前記電流検出抵抗器の両端の電圧を検出し、センサ信号を前記制御プロセッサに供給するように適合された電圧センサとを備え、前記制御プロセッサは、前記センサ信号に基づいて（１）前記第１の電流源および（２）前記第２の電流源の両方を制御するように適合されるシステム。
2. 前記第２の電流源が、初期電流レベルをもたらすように適合され、
   前記制御プロセッサが、
   指定した電流増加量だけ前記第２の電流を増加させることと、
   次に、基準電圧を、前記電流検出抵抗器の両端の電圧にほぼ等しく設定することと、
   次に、前記第２の電流が前記初期電流レベルにほぼ等しくなるまで、前記第２の電流を減少させることと、
   次に、前記電流検出抵抗器の両端の電圧が前記基準電圧にほぼ等しくなるまで、前記第１の電流を増加させることにより、指定した電流増加量だけ前記第１の電流を増加させるように適合される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記初期電流レベルが、ゼロ・アンペアである、請求項２に記載のシステム。
4. 前記基準電圧を設定することが、前記電圧センサの電圧トリミングを実施するものである、請求項２又は３に記載のシステム。
5. 前記第２の電流源が、初期電流レベルを供給するように適合され、
   前記制御プロセッサが、
   前記第２の電流が前記初期電流レベルと前記指定した電流減少量の大きさの和にほぼ等しくなるまで、前記第２の電流を増加させることと、
   次に、前記電流検出抵抗器の両端の電圧が前に設定された基準電圧にほぼ等しくなるまで、前記第１の電流を減少させることにより、指定した電流減少量だけ前記第１の電流を減少させるように適合される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記制御プロセッサが、前記第２の電流を増加させる前に、前記基準電圧を、前記電流検出抵抗器の両端の電圧にほぼ等しく設定するように適合される、請求項５に記載のシステム。
7. 前記基準電圧を設定することが、前記電圧センサの電圧トリミングを実施するものである、請求項2乃至６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記第１の電流を減少させた後、前記制御プロセッサが、前記第２の電流を前記初期電流レベルまで減少させ、次いで前記基準電圧を前記電流検出抵抗器の両端の電圧に等しく設定する、請求項５乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記初期電流レベルが、ゼロ・アンペアである、請求項５乃至８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記第１の電流源が、
    第１の側および第２の側を有するダイオードと、
    第１の基準電圧と前記ダイオードの前記第１の側の間に接続されたインダクタと、
    前記ダイオードの前記第２の側と第２の基準電圧の間に接続されたコンデンサと、
    前記ダイオードの前記第１の側と前記第２の基準電圧の間に接続されたトランジスタとを備えるフライバック電流源であり、前記制御プロセッサは、前記第１の電流源による前記第１の電流の発生を制御するために前記トランジスタに印加されるゲート電圧を制御するように適合される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記ダイオードが、ツェナー・ダイオードである、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記電圧センサが、
    第１および第２の入力端、および出力端を有する比較器と、
    電圧制御入力および基準電圧出力を有する基準電圧源とを備え、
    電圧検出ノードは、前記抵抗性負荷と前記電流検出抵抗器と前記第２の電流源の間の相互接続に対応し、
    前記第１の比較器入力端は、前記電圧検出ノードに接続され、
    前記第２の比較器入力端は、前記基準電圧出力に接続され、
    前記比較器出力端は、前記センサ信号を前記制御プロセッサに供給するように接続され、
    前記制御プロセッサは、電圧制御入力を用いて、前記基準電圧源によって前記基準電圧出力に供給される電圧を選択するように適合される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のシステム。
13. 前記基準電圧源が、
    第３の基準電圧と前記第２の基準電圧の間に接続された一連の抵抗器（たとえば、３０１）と、
    複数の入力端と１つの出力端を有するマルチプレクサとを備え、
    前記マルチプレクサ入力端は、前記抵抗器の間のノードに接続され、
    前記マルチプレクサ出力端は、前記基準電圧源の出力端であり、
    前記マルチプレクサは、前記電圧制御入力を通じて前記制御プロセッサによって制御されるように適合される、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記基準電圧源が、前記制御プロセッサによってディジタル制御される、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記制御プロセッサが、アルゴリズム的電流コントローラを介して前記第２の電流源を調節する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のシステム。
16. 前記抵抗性負荷が、１つまたは複数の発光ダイオード（LED）を備え、前記１つまたは複数のＬＥＤの輝度は、前記１つまたは複数のＬＥＤを通る電流に依存する、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のシステム。
17. 抵抗性負荷を通る第１の電流を、指定した電流増加量だけ増加させる方法であって、
    （ａ）前記抵抗性負荷に接続され、前記第１および第２の電流の和を検出するように適合された電流検出抵抗器に、前記第２の電流がゼロより下には低下されないように、初期電流レベルにて前記第１の電流と同方向に流れる前記第２の電流を供給するステップと、
    （ｂ）次に、前記第２の電流を、前記指定した電流増加量だけ増加させるステップと、
    （ｃ）基準電圧を、前記電流検出抵抗器の両端の電圧にほぼ等しく設定するステップと、
    （ｄ）次に、前記第２の電流が前記初期電流レベルにほぼ等しくなるまで、前記第２の電流を減少させるステップと、
    （ｅ）次に、前記電流検出抵抗器の両端の電圧が前記基準電圧にほぼ等しくなるまで、前記第１の電流を増加させるステップと
    を含む方法。
18. 前記電流検出抵抗器の両端の電圧を検出するステップと、
    前記検出した電圧を、前記基準電圧と比較するステップと、
    前記比較に基づいて前記基準電圧を調整するステップと
    をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 抵抗性負荷を通る第１の電流を、指定した電流減少量だけ減少させる方法であって、
    （ａ）前記抵抗性負荷に接続され、前記第１および第２の電流の和を検出するように適合された電流検出抵抗器に、前記第２の電流がゼロより下には低下されないように、初期電流レベルにて前記第１の電流と同方向に流れる前記第２の電流を供給するステップと、
    （ｂ）前記第２の電流を、前記指定した電流減少量の大きさだけ増加させるステップと、
    （ｃ）次に、前記電流検出抵抗器の両端の電圧が前に設定した基準電圧にほぼ等しくなるまで、前記第１の電流を減少させるステップと
    を含む方法。
20. 前記第２の電流を増加させる前に、前記基準電圧を、前記電流検出抵抗器の両端の電圧にほぼ等しく設定するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記第１の電流を減少させた後、
    （ｄ）前記第２の電流を、前記初期電流レベルまで減少させるステップと、
    （ｅ）前記基準電圧を、前記電流検出抵抗器の両端の電圧に等しく設定するステップと
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
22. 前記電流検出抵抗器の両端の電圧を検出するステップと、
    前記検出した電圧を、前記基準電圧と比較するステップと、
    前記比較に基づいて前記基準電圧を調整するステップと
    をさらに含む、請求項１９乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 装置であって、
    抵抗性負荷を通る第１の電流を供給する手段と、
    前記第１および第２の電流の和を検出する手段に、前記第２の電流がゼロより下には低下されないように、少なくとも初期電流レベルにて前記第１の電流と同方向に流れる前記第２の電流を供給する手段と、
    前記第１および第２の電流を制御する手段と、
    前記第１および第２の電流の和を検出する前記手段の両端の電圧を検出し、センサ信号を前記制御手段に供給する手段とを備え、
    前記制御手段が、前記センサ信号に基づいて（１）前記第１の電流および（２）前記第２の電流の両方を制御する装置。
24. 抵抗性負荷を通る第１の電流を、指定した電流増加量だけ増加させる装置であって、
    （ａ）前記抵抗性負荷に接続され、前記第１および第２の電流の和を検出するように適合された電流検出抵抗器に、前記第２の電流がゼロより下には低下されないように、初期電流レベルにて前記第１の電流と同方向に流れる前記第２の電流を供給する手段と、
    （ｂ）前記第２の電流を、前記指定した電流増加量だけ増加させる手段と、
    （ｃ）次に、基準電圧を、前記電流検出抵抗器の両端の電圧にほぼ等しく設定する手段と、
    （ｄ）次に、前記第２の電流が前記初期電流レベルにほぼ等しくなるまで、前記第２の電流を減少させる手段と、
    （ｅ）次に、前記電流検出抵抗器の両端の電圧が前記基準電圧にほぼ等しくなるまで、前記第１の電流を増加させる手段と
    を含む装置。
25. 抵抗性負荷を通る第１の電流を、指定した電流減少量だけ減少させる装置であって、
    （ａ）前記抵抗性負荷に接続され、前記第１および第２の電流の和を検出するように適合された電流検出抵抗器に、前記第２の電流がゼロより下には低下されないように、初期電流レベルにて前記第１の電流と同方向に流れる前記第２の電流を供給する手段と、
    （ｂ）前記第２の電流を、前記指定した電流減少量の大きさだけ増加させる手段と、
    （ｃ）次に、前記電流検出抵抗器の両端の電圧が前に設定した基準電圧にほぼ等しくなるまで、前記第１の電流を減少させる手段と
    を含む装置。

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