JP5591848B2 - 適応スイッチモードledシステム - Google Patents
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Description
図2は、LEDの複数の列225を駆動するためのシステムの高レベルの概要の一実施形態を示す。このシステムは、LEDの複数の列225を効率的に駆動するための技術として適応スイッチングを使用する。適応スイッチングでは、各LED列は、異なるピーク電流値で動作することができ、各LED列に流れる電流のオン/オフ時間が、LED列225の明るさを変えるように調節される。LED列225全体にわたって一貫した明るさを維持するために、より大きなピーク電流値のLED列225は、より低いデューティサイクルを有し、より小さな電流値のLED列225は、より高いデューティサイクルを有する。
図3は、処理デバイス210によって制御されるLED駆動装置215の実施形態の回路図である。処理デバイス210は、DC−DCブースト変換器220のVboost245電圧出力を制御するための制御信号240を出力する。他の実施形態では、ブースト変換器220は、他の型のDC−DCまたはAC−DC電力変換器と置き換えられることがある。ブースト変換器220は、DC入力電圧VinとLED225の複数の列(すなわち、LEDチャネル)の間に結合される。ブースト変換器220の出力Vboost245は、各LEDチャネル225中の第1のLEDの陽極に結合される。
LDO304は、各LEDチャネルのプログラム電流レベルに従って、LED列225に流れる電流を調節する。各LDO304は、演算増幅器(オペアンプ)306、センス抵抗器RS、およびパストランジスタQL(例えば、NMOSトランジスタ)を備える。パストランジスタQLおよびセンス抵抗器RSは、PWMスイッチQPと接地端子の間に直列に結合されている。オペアンプ306の出力は、パストランジスタQLのゲートに結合されて、LDO304に流れる電流を制御する。オペアンプ306は、DAC307から正入力信号Vrefを受信し、さらにパストランジスタQLのソースから負帰還ループを介して負入力信号Vsenseを受信する。
輝度コントローラ310と処理デバイス210は一緒に働いて、各LEDチャネルの特性を監視し、またピーク電流およびPWMデューティサイクルを設定して、LEDチャネル間に一致する明るさを維持し、かつ電力効率を最適化する。各LEDチャネルに関して、輝度コントローラ310は、処理デバイス210からプログラム電流レベル392およびデューティサイクル設定394を受信する。次に、輝度コントローラ310は、LDO304、PWMスイッチQP、およびマルチプレクサ311を制御するための制御信号308、309、318をそれぞれ出力する。輝度コントローラ310は、また、LDO304から調節帰還信号315を受信し、調節帰還390を処理デバイス210に送信する。
プロセッサ210は、動作の開始時(例えば、起動のすぐ後)に較正段階に入って、各LEDチャネルのプログラム電流レベルを決定する。各LEDチャネルは、LEDチャネル225間の製造ばらつきを補償し、かつ明るさ入力382によって設定されたLEDチャネル間の相対的明るさ出力を維持するように、別々に設定される。したがって、プロセッサ210は、同じ明るさ入力382で構成されたチャネルが実質的に一致する明るさ出力を有することを保証する。
各LEDチャネルnの決定されたプログラム電流レベルInに基づいて、処理デバイス210は、次の式を使用して各LEDチャネルnのPWMデューティサイクル(PWM_outn)を決定する。
Tonn=PWM_outn×Tperiod (5)
ここで、Tonnは、チャネルnのスイッチQPのデューティサイクルのオン時間を表し、Tperiodは完全な1デューティサイクルの周期である。別の言い方をすると、TonnおよびTperiodは、2つの別個の時間成分に分けられたデューティサイクルPWM_outnの表現である。TonnおよびTperiodは、秒またはクロックサイクルなどの任意の時間単位で測定することができる。例えば、PWM_outnが40%でTperiodが1000クロックサイクルである場合には、Tonnは400クロックサイクルである。一実施形態では、Tperiodは、例えば、予め決められた設定またはビデオコントローラ205から受信された設定から、複数の手法のうちのいずれかで、処理デバイス210によって決定されることがある。
代替的実施形態では、処理デバイス210は、式(1)の修正バージョンを利用して、光束とLEDの順方向電流の間の関係の非直線性を明らかにする。図4は、電流の関数としての順方向導通LEDから放射される相対的な光束の図である。この図は、順方向電流が増加するにつれて光効率が落ちることを示し、これによって傾斜の僅かな減少が起こっている。一実施形態では、処理デバイス210は、次の形の二次多項式を使用して輝度伝達関数をモデル化する。
lum(x)=c2x2+c1x+c0 (6)
ここでc0、c1およびc2は、実験的に決定される定数である。この実施形態では、処理デバイス210は、次の補償式を利用して各LEDチャネルnのPWM_outnを決定する。
他の代替的実施形態では、処理デバイス310は、LEDチャネル間の温度ばらつきの補償をさらに行う式(1)の異なる修正バージョンを利用する。図5は、55mAの順方向電流を有する順方向バイアスLEDから放射される相対的光束密度の、接合温度の関数としての図である。この図は、LEDの接合温度が25℃から85℃に上昇するときに輝度のほぼ12%の減少を示している。この減少は、温度の実質的な線形関数である。したがって、一実施形態では、処理デバイス210は、次の式を利用して各LEDチャネルnのPWM_outnを決定する。
図6Aおよび図6Bは、複数のLED駆動装置215を備えるシステムの実施形態を示す。図6Aは、ここではシステムが、通信リンク235を介して処理デバイス210に結合された3つのLED駆動装置(例えば、215−1、215−2、215−3)を含むことを除いて、図2に類似する。他の実施形態では、LED駆動装置215がより少ないまたはより多いことがあり得る。各LED駆動装置215は、処理デバイス210から受信されたプログラム電流レベルおよびデューティサイクル設定に基づいて、1つまたは複数のLED列(例えば、225−1、225−2、225−3)に流れる電流を制御する。ブースト変換器220は、共通Vboost315電圧を全てのLED列225に供給する。Vboost245電圧は、処理デバイス210から受信された制御信号240に基づいてブースト変換器220によって制御される。
図7は、1つまたは複数のLED列225を駆動するためのLED駆動装置215によって行われる方法の実施形態を示す。LED駆動装置は、LED列の電流が調節できない状態であるかどうかを示す調節情報を、通信リンクを介して処理デバイスに送信する(710)。調節情報を使用して、処理デバイスは、較正段階中に、LED列を調節できる状態に保つプログラム電流レベルを設定する。このプログラム電流レベルは、限られた組のプログラム可能電流レベルから決定される。
Claims (20)
- 1つまたは複数の発光ダイオード(LED)列を駆動するシステムであって、
通信リンクと、
前記通信リンクを介して、第1のLED列に関する現在のプログラム電流レベル以上で前記第1のLED列に流れる電流を維持できるかどうかを示す調節情報を受信して、前記調節情報に基づいて前記第1のLED列に流れる前記電流が維持できる前記第1のLED列に関する第1のプログラム電流レベルを決定し、前記第1のプログラム電流レベルの関数として前記第1のLED列に関する第1のデューティサイクルを決定する処理デバイスと、
前記通信リンクを介して前記処理デバイスから前記第1のデューティサイクル及び前記第1のプログラム電流レベルに関する設定を受信し、前記第1のプログラム電流レベルに従って前記第1のLED列に流れる前記電流を調節し、前記第1のデューティサイクルで前記第1のLED列に流れる前記電流をオンまたはオフに切り替える第1のLED駆動デバイスと、
を備え、
前記処理デバイスと前記第1のLED駆動デバイスとは別個の集積回路であることを特徴とするシステム。 - 前記処理デバイスは、前記第1のLED列の前記第1のプログラム電流レベルを、複数のプログラム可能電流レベルのうちの1つに相当するように決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記処理デバイスは、前記第1のデューティサイクルを、基準電流レベルおよび基準デューティサイクルの関数としてさらに決定することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記第1のLED駆動デバイスは、第2のLED列に流れる電流を第2のプログラム電流レベルに従って調節し、第2のデューティサイクルで前記第2のLED列をオンまたはオフに切り替え、前記第2のLED列は、前記第1のLED列と異なる電流−電圧特性を有し、前記第2のプログラム電流レベルは、前記第1のプログラム電流レベルと異なり、
前記処理デバイスは、前記第2のLED列の前記第2のデューティサイクルを前記第2のプログラム電流レベルの関数として決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記処理デバイスは、同じ相対的明るさに構成された前記第1のLED列と前記第2のLED列の間で光束が実質的に一致するように、前記第1のデューティサイクルを、部分的に輝度伝達関数に基づいて前記第1のプログラム電流レベルの関数として決定することを特徴とする請求項4に記載のシステム。
- 前記処理デバイスは、温度測定値を受信し、前記輝度伝達関数は、前記第1のLED列と前記第2のLED列の間の温度ばらつきを補償する温度補償関数を含むことを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 第2のLED列に流れる電流を調節する第2のLED駆動デバイスと、
前記第1のLED列と前記第2のLED列に共通電圧を供給する電力変換器と
をさらに備え、
前記第1のLED駆動デバイスは、第1の電圧設定を前記処理デバイスに送信し、前記第2のLED駆動デバイスは、第2の電圧設定を前記処理デバイスに送信し、
前記処理デバイスは、前記電力変換器によって供給される前記電圧を制御するために前記第1の電圧設定と前記第2の電圧設定のうちの最低のものを選ぶことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記第1のLED駆動デバイスは、
前記第1のプログラム電流レベルに従って前記第1のLED列に流れる前記電流を調節するように構成された第1のチャネル調節器と、
前記第1のデューティサイクルで前記第1のLED列をオンまたはオフに切り替えるように構成された第1のチャネルスイッチと
を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 1つまたは複数の発光ダイオード(LED)列を駆動するためのLED駆動デバイスであって、
通信リンクを介して、第1のLED列に関する現在のプログラム電流レベル以上で前記第1のLED列に流れる電流を維持できるかどうかを示す調節情報を処理デバイスに送信し、前記第1のLED列に関する第1のプログラム電流レベルの設定と、前記第1のLED列に関する第1のデューティサイクルの設定とを前記通信リンクを介して前記処理デバイスから受信する輝度制御回路であって、前記処理デバイスと前記LED駆動デバイスとは別個の集積回路であり、前記処理デバイスは、前記調節情報に基づいて前記第1のLED列に流れる前記電流が維持できる前記第1のプログラム電流レベルを決定し、前記第1のプログラム電流レベルの関数として前記第1のLED列に関する前記第1のデューティサイクルを決定する、輝度制御回路と、
前記第1のプログラム電流レベルに従って前記第1のLED列に流れる前記電流を調節するように構成された第1のチャネル調節器と、
前記第1のデューティサイクルで前記第1のLED列をオンまたはオフに切り替えるように構成された第1のチャネルスイッチと
を備えたことを特徴とするLED駆動デバイス。 - 前記第1のプログラム電流レベルは、前記処理デバイスによって、複数のプログラム可能電流レベルのうちの1つに相当するように決定されることを特徴とする請求項9に記載のLED駆動デバイス。
- 前記第1のデューティサイクルは、前記処理デバイスによって、基準電流レベルおよび基準デューティサイクルの関数としてさらに決定されることを特徴とする請求項9に記載のLED駆動デバイス。
- 第2のプログラム電流レベルに従って第2のLED列に流れる電流を調節するように構成された第2のチャネル調節器であって、前記第2のプログラム電流レベルは、前記第1のプログラム電流レベルと異なる、第2のチャネル調節器と、
前記第2のLED列を第2のデューティサイクルでオンまたはオフに切り替えるように構成された第2のチャネルスイッチであって、前記第2のLED列は、前記第1のLED列と異なる電流−電圧特性を有する、第2のチャネルスイッチと
をさらに備え、
前記第2のLED列の前記第2のデューティサイクルは、前記処理デバイスによって、前記第2のプログラム電流レベルの関数として決定されることを特徴とする請求項9に記載のLED駆動デバイス。 - 前記第1のデューティサイクルは、同じ相対的明るさに構成された前記第1のLED列と前記第2のLED列の間で光束が実質的に一致するように、前記処理デバイスによって、部分的に輝度伝達関数に基づいて前記第1のプログラム電流レベルの関数として決定されることを特徴とする請求項12に記載のLED駆動デバイス。
- 前記輝度伝達関数は、前記処理デバイスによって受信された温度測定値に基づいて前記第1のLED列と前記第2のLED列の間の温度ばらつきを補償する温度補償関数を含むことを特徴とする請求項13に記載のLED駆動デバイス。
- 1組の1つまたは複数の発光ダイオード(LED)列のうちの第1のLED列を駆動する方法であって、
処理デバイスが、第1のLED列に関する現在のプログラム電流レベル以上で前記第1のLED列に流れる電流を維持できるかどうかを示す調節情報を受信するステップと、
前記処理デバイスが、前記調節情報に基づいて前記第1のLED列に流れる前記電流が維持できる前記第1のLED列に関する第1のプログラム電流レベルを決定するステップと、
前記処理デバイスが、前記第1のプログラム電流レベルの関数として前記第1のLED列に関する第1のデューティサイクルを決定するステップと、
前記処理デバイスが、通信リンクを介して前記第1のプログラム電流レベル及び前記第1のデューティサイクルに関する設定をLED駆動デバイスに送信するステップであって、前記処理デバイスと前記LED駆動デバイスとは別個の集積回路である、ステップと、
前記処理デバイスが、前記第1のLED列に流れる前記電流を前記第1のプログラム電流レベルに従って調節するステップと、
前記処理デバイスが、前記第1のデューティサイクルに従って前記LED列をオンまたはオフに切り替えるステップと
を備えることを特徴とする方法。 - 前記第1のプログラム電流レベルは、前記処理デバイスによって、複数のプログラム可能電流レベルから決定されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記第1のデューティサイクルは、前記処理デバイスによって、基準電流レベルおよび基準デューティサイクルの関数としてさらに決定されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記LED駆動デバイスが、第2のプログラム電流レベルに従って第2のLED列に流れる電流を調節するステップであって、前記第2のプログラム電流レベルは、前記第1のプログラム電流レベルと異なる、ステップと、
前記LED駆動デバイスが、前記第2のLED列のスイッチを切り換えるための第2のデューティサイクルの設定を前記処理デバイスから受信するステップであって、前記第2のデューティサイクルは、前記第2のプログラム電流レベルの関数として前記処理デバイスによって決定され、前記処理デバイスから受信される、ステップと、
前記LED駆動デバイスが、前記第2のデューティサイクルで前記第2のLED列をオンまたはオフに切り替えるステップと
をさらに備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 前記第1のデューティサイクルは、同じ相対的明るさに構成された前記第1のLED列と前記第2のLED列の間で光束が実質的に一致するように、前記処理デバイスによって、部分的に輝度伝達関数に基づいて前記第1のプログラム電流レベルの関数として決定されることを特徴とする請求項18に記載の方法。
- 前記輝度伝達関数は、前記処理デバイスによって受信された温度測定値に基づいて前記第1のLED列と前記第2のLED列の間の温度ばらつきを補償する温度補償関数を含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
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