JP5746311B2 - Ｌｅｄ調光器のための適応可能な保持電流制御 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて、２０１２年１２月１０日に出願された同時係属の米国特許仮出願第６１／７３５，４８４号からの優先権を主張し、それを参照により本明細書に組み込む。

本開示は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を駆動すること、より詳細にはＬＥＤランプを適応可能に調光することに関する。

今や多種多様な電子応用例がＬＥＤランプを使用している。これらの応用例は、建築化照明、自動車の前照灯および尾灯、液晶ディスプレイデバイス用のバックライト、懐中電灯、ならびに電子看板を含む。白熱ランプおよび蛍光ランプのような従来の照明源に比べて、ＬＥＤランプは、著しい利点を有する。これらの利点は、高い効率、良好な指向性、色安定性、高い信頼性、長寿命、小さいサイズ、および環境安全性を含む。実際、これらの利点は、従来白熱ランプを使用する応用例においてＬＥＤランプの採用を押し進める助けとなった。

米国特許第７９３６１３２号明細書

しかし、応用例によっては、ＬＥＤランプは、他の照明方法に比べて好適な代替え品であるものとして採用されていない。たとえば、調光可能な照明システムなど光源の明るさが調整される応用例では、白熱ランプを駆動するために使用される方法は、ＬＥＤランプに適用された場合、ＬＥＤランプがオンフェーズにあるときＬＥＤランプをオフにするのが早すぎ、知覚可能なフリッカを引き起こす。フリッカを低減するために使用される技法は、複数のシンク電流経路をトライアック調光器に追加し、その調光器に追加の電流を送り、フリッカを低減しトライアック調光器のターンオン電流需要を満たすことを含む。しかし、これらの技法は、電力損失を増大し、システム動作状態の変化に適応することができない。

トライアック調光器を使用し、ＬＥＤランプの明るさを調整する。オンにするために（すなわち、トリガ）、トライアック調光器は、トリガ動作モード中、約１００〜２００ｍＡを使用し、トライアック調光器を導通状態で保つ。トリガされた後で、トライアック調光器は、トライアック導通動作モードと呼ばれる別の動作モードに入り、トライアック調光器は、トライアック調光器によって導通される電流が閾値電流レベル（たとえば、５〜２０ｍＡ）未満に低下するまで引き続き導通する。トライアック導通動作モード中、導通電流が閾値電流レベル未満に低下した場合、トライアック調光器はオフになり、ＬＥＤランプにおいて知覚可能なフリッカを引き起こす。トリガ動作モード中にトライアック調光器の電流需要を満たすために、またトライアック調光器がトリガされた後でトライアック調光器の導通を維持するために、開示されているＬＥＤコントローラは、単一のシンク電流経路を使用し、ＬＥＤランプシステムの動作状態に基づいて電流をトライアック調光器に適応可能に送る。開示されている実施形態は、トライアック調光器動作モードに基づいて、トライアック調光器に供給される追加の電流（すなわち、分圧器電流）の量を動的に調整する。トライアック調光器の電流コントローラは、トライアック調光器電流負荷を連続的に検知し、検出された電流に基づいてトライアック調光器動作モードを決定し、検出された電流をトライアック保持電流と呼ばれる閾値電流値と比較し、検出された電流と閾値電流値との差に基づいて分圧器電流の量を調整する。トライアック調光器電流負荷を連続的に検知することにより、ＬＥＤコントローラは、トライアック調光器動作モードに従って、シンク経路を通じてトライアック調光器に供給される分圧器電流の量を調節する。

トリガ動作モード中には、トライアック調光器電流負荷はトライアック保持電流より大きく、コントローラは、制御信号を出力し、分圧器電流をオフにする。トリガ動作モードの後で、コントローラは、分圧器電流を調節し、トライアック調光器の導通を維持するために使用される閾値電流レベルを供給する。ＬＥＤランプ電流がトライアック調光器の導通を維持するのに十分であるとき、開示されているＬＥＤコントローラは、シンク電流経路を使用して追加の電流をトライアック調光器に送らない。一方、ＬＥＤランプ電流が閾値電流レベル未満に低下したとき、ＬＥＤコントローラは、分圧器電流の量を増大し、トライアックの導通を維持する。したがって、トライアック導通動作中、開示されているＬＥＤコントローラは、トライアック調光器が導通を維持する閾値電流を検出し、検知されたトライアック調光器電流に基づいてシンク電流経路内の電流を適応可能に調整することによって、トライアック調光器が確実にマルチファイアしていないようにする。

開示されている実施形態は、検知されたトライアック調光器電流負荷に従って調光器コントローラ内に含まれるシンク電流経路を通じてトライアック調光器などＬＥＤランプ調光器に印加される電流のレベルを適応可能に調整するＬＥＤランプ用のコントローラを含む。トライアック調光器がトリガされた後で、コントローラは、追加の電流分岐を通じて「分圧器電流」と称される電流レベルを調節し、保持電流と呼ばれる閾値レベルを維持する。ＬＥＤコントローラは、トライアック調光器電流負荷を検知し、いつトライアック調光器が電流を導通するのを停止するか、またはある導通サイクル全体についてオンのままとなるほど不十分な電流を導通する（すなわち、マルチファイアする）か検出することによって、保持電流レベルを設定する。検出された電流レベル状態は、トライアック調光器保持電流レベルとして記憶される。記憶された保持電流レベルは、トライアック調光器電流負荷を特定の間隔で検知することによって連続的に調整され、システム動作状態の変化に対処する。

トライアック導通動作モード中に保持電流レベルを維持するようにトライアック調光器に印加される電流レベルを適応可能に調整するために、ＬＥＤコントローラは、検知されたトライアック調光器電流負荷を、記憶された保持電流閾値と比較する。検知されたトライアック調光器電流負荷が、記憶された保持電流閾値より大きい場合、ＬＥＤコントローラは、調光コントローラ内に含まれるシンク電流経路を介してトライアック調光器に印加される追加の電流のレベルをゼロに低減する。換言すれば、トライアック調光器が導通を維持するのに十分な保持電流よりもＬＥＤランプ電流の方が大きいとき、ＬＥＤコントローラは、シンク電流経路を介してトライアック調光器に印加される追加の電流をオフにする。一方、検知されたトライアック調光器電流負荷が、記憶された保持電流閾値より小さい場合、ＬＥＤコントローラは、シンク電流経路を通じてトライアック調光器に追加の電流を供給し、記憶された保持電流閾値に等しいレベルにする。

さらに、開示されているＬＥＤコントローラはトライアック調光器電流を連続的に検知するので、ＬＥＤコントローラは、トライアック調光器がトリガされた後で生じるトライアック調光器電流需要の増大を検知し、単一のシンク電流経路を使用して増大した電流需要を満たすことができる。トライアック調光器の動作が、調光器保持電流を維持する、低減された電流需要に移行するとき、開示されているＬＥＤコントローラは、トライアック調光器が完全にオンのとき電流レベルの１％のステップで、シンク電流経路を通じてトライアック調光器に供給される電流のレベルを完全にオンからオフに低減する。そのような技法は、大きなトライアック調光器電流需要と小さなトライアック調光器電流需要を共に満たすためにＬＥＤコントローラ内に含まれる単一のシンク電流経路が使用され、一方、トライアック調光器の検知された電流需要に基づいて、シンク電流経路内の電流レベルを適応可能に調整するので有益である。

シンク電流経路内の電流のレベルを適応可能に調整することにより、ＬＥＤコントローラは、トライアック調光器電流負荷レベルが、記憶された保持電流閾値未満に低下するのを防止する。次いで、ＬＥＤコントローラは、調光範囲にわたってＬＥＤの知覚可能なフリッカリングを低減し、トライアック調光器スイッチが始動状態から活動状態に調整されたときＬＥＤの明るさを素早く滑らかに応答させる。

本明細書に記載の特徴および利点は、必ずしもすべてを含めたものではなく、特に、当業者には、図面および明細書に鑑みて、多数の追加の特徴および利点が明らかになろう。さらに、本明細書で使用されている用語は、主に読みやすさと教示のために選択されており、本発明の主題を描写または制限するために選択されてはいないことに留意されたい。

本開示の教示は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を検討することによって、容易に理解することができる。
一実施形態によるＬＥＤランプシステムを示す回路図である。 一実施形態による図１のＬＥＤランプシステムのＬＥＤコントローラを示す回路図である。 一実施形態による図１のＬＥＤランプシステムの入力電流センサを示す回路図である。 一実施形態による図１のＬＥＤランプシステムの分圧器電流コントローラを示す回路図である。 一実施形態による図２のＬＥＤランプシステムの電圧源によって生成される例示的な電圧波形の図である。 一実施形態による図２のＬＥＤランプシステムの調光スイッチによって生成される電流を表す例示的な波形の図である。 一実施形態による図２のＬＥＤランプシステムの調光スイッチによって生成される電圧を表す例示的な波形の図である。 一実施形態による図２のＬＥＤランプシステムのＬＥＤランプによって放たれた可視光の測定量を表す例示的な波形の図である。 一実施形態による図２のＬＥＤランプシステムのＬＥＤコントローラによって分圧器電流を調節するための方法を示す流れ図である。

図および以下の説明は、単に例として本開示の実施形態に関する。以下の考察から、本明細書に開示されている構造および方法の代替的実施形態が、本開示の原理から逸脱することなしに使用される実行可能な代替として容易に理解されることに留意されたい。

次に、本開示のいくつかの実施形態を詳細に参照するが、それらの例が添付の図に示されている。使用可能な場合はいつでも、同様または類似の符号が図に使用され、同様または類似の機能を示すことに留意されたい。図は、例示のためだけに本開示の実施形態を示す。当業者なら、以下の説明から、本明細書に示されている構造および方法の代替的実施形態が、本明細書に記載の本開示の実施形態の原理から逸脱することなしに使用されることを容易に理解することになる。

図１は、調光器スイッチ２５（たとえば、従来の調光器スイッチ）と共に使用されるＬＥＤランプ回路１００を含むＬＥＤランプシステムを示す回路図である。ＬＥＤランプ回路１００は、ＬＥＤランプ１５０を含む。様々な実施形態によれば、ＬＥＤランプ１５０は、従来の調光器スイッチの設定で白熱ランプの直接的な代替え品として動作する。調光器スイッチ２５は、ＡＣ入力電圧源１０およびＬＥＤランプ回路１００と直列で結合される。調光器スイッチ２５は、ＬＥＤランプ１５０によって出力される光の量（すなわち、強度）を、ＡＣ入力電圧１５を（立上りエッジ調光または立下りエッジ調光を介して）位相変調することによって制御する。動作時には、調光器スイッチ２５は、ＡＣ入力電圧１５を受け取り、ＡＣ入力電圧１５の調整された２乗平均電圧（Ｖ−ＲＭＳ）を有する出力信号を生成する。調光器スイッチ２５は、調光入力信号２０の値に基づいてＡＣ入力電圧１５に適用される調整の量を決定する。実装によっては、調光入力信号２０は、ノブ、スライダスイッチ、または可変の範囲の調整設定を有する調整信号を送ることが可能な他の好適な電気デバイスまたは機械デバイスによって生成されるアナログ信号である。他の実装では、調光入力信号２０はデジタル信号である。調光器スイッチ２５の出力信号は、ＬＥＤランプ回路１００用のランプ入力電圧３０として働く。ＬＥＤランプ回路１００は、ＬＥＤランプ回路１００のランプ入力電圧３０の値に比例してＬＥＤランプ１５０の光出力強度を調整し、白熱ランプと同様の挙動を示す。

調光器スイッチの一例が、特許文献１に記載されており、その全体を参照により組み込む。一実施形態では、調光器スイッチ２５は、位相角スイッチングを利用し、トライアック回路を使用することによってＬＥＤランプ回路１００のランプ入力電圧３０を調整する。トライアックは、トリガされたとき、またはオンにされたとき、どちらの方向でも電流を導通することができる双方向デバイスである。トライアック調光器は、トリガされた後で、保持電流と呼ばれるある閾値未満に電流が低下するまで引き続き導通する。トライアック調光器の内部タイミングが適正に機能するように、知覚可能なフリッカなしにＬＥＤランプ回路１００の光強度レベル出力の滑らかな移行を与える調節された手法で、電流がトライアック調光器スイッチ２５から引き出される。

ＬＥＤランプ回路１００は、調光入力信号２０に基づいて、所望の調光を達成するようにＬＥＤランプの調光を制御する。ＬＥＤランプ回路１００は、調光範囲にわたってＬＥＤの知覚可能なフリッカリングを低減または解消するように調光を適応可能に制御し、トライアック調光器スイッチ２５が調整されたときＬＥＤの明るさを素早く滑らかに応答させることになる。一実施形態では、ＬＥＤランプ回路１００は、入力フィルタ１１０と、ブリッジ整流器１２０と、ＬＥＤコントローラ１３０と、電力変換器１４０と、１または複数のＬＥＤランプ１５０とを含む。

入力フィルタ１１０は、電磁干渉（ＥＭＩ）および突入電流を制限することによってノイズを低減するようにランプ入力電圧３０を濾波する。一実装では、入力フィルタ１１０は、抵抗−インダクタ（ＲＬ）回路である。他の実装では、入力フィルタ１１０は、他のディスクリート回路要素の１つまたは組合せと、ＥＭＩ、およびＬＥＤランプ回路１００がオンにされたときＬＥＤランプ回路１００によって引き出される瞬間入力電流を制限するためのデジタル回路とを含む。ブリッジ整流器１２０は、濾波されたランプ入力電圧３０から整流後入力電圧１１５を生成する。電力変換器１４０は、入力電圧に結合された１次巻線と、電力変換器１４０の出力に結合された２次巻線とを含むトランスを備える。また、電力変換器１４０は、トランスの１次巻線に結合されたスイッチをも含む。動作時には、スイッチがオンにされている間、電力変換器１４０の１次巻線を通る電流が生成され、スイッチがオフにされている間、電流は生成されない。さらに、電力変換器１４０は、制御信号が第１の状態にあることに応答してスイッチをオンにし、制御信号が第２の状態にあることに応答してスイッチをオフにするための制御信号を生成するように構成されたコントローラを含む。一実装では、制御信号の状態は、論理「１」と論理「０」を含む。他の実装では、制御信号の状態は、少なくとも２つの異なるアナログ信号レベルを含む。

ＬＥＤコントローラ１３０は、電力変換器１４０に送られる出力電流を調節し、ＬＥＤランプ１５０の動作を制御する。前述のように、また図２に関連してさらに述べるように、ＬＥＤコントローラ１３０は、電力変換器１４０によって受け取られる電流と同等のトライアック調光器電流負荷を検知し、検知されたトライアック調光器電流負荷を、記憶された保持電流閾値と比較し、トライアック調光器２５の保持電流レベルを維持するようにトライアック調光器２５に印加される電流レベルを調整する。

ＬＥＤコントローラ
ＬＥＤコントローラ１３０は、トライアック調光器２５と電力変換器１４０の間のシンク電流経路内の電流のレベルを適応可能に調整し、様々な動作状態の元でトライアック調光器２５を調節する。たとえば、トライアック調光器２５がトリガされた後、数百マイクロ秒内に発生する第１の動作モードでは、トライアック調光器２５の負荷電流は、大きな電流レベル（たとえば、１００〜２００ｍＡの範囲内）から小さな電流レベル（たとえば、４５ｍＡ）に移行する。第２の動作モードにある間は、トライアック調光器の負荷電流は保持電流以上のレベルで維持される。様々な動作状態およびシステム仕様に適応するために、図２に関連してさらに述べるように、ＬＥＤコントローラ１３０は、トライアック調光器電流負荷信号１１５を検知し、検知されたトライアック調光器電流負荷信号１１５をトライアック調光器２５の記憶された保持電流と比較し、トライアック調光器電流負荷レベルは記憶された保持電流閾値レベル未満に低下しないようにトライアック調光器電流負荷信号１１５を調整する。

図２は、ＬＥＤランプ回路１００の例示的なＬＥＤコントローラ１３０を示す回路図である。ＬＥＤコントローラ１３０は、入力電流センサ３１０と、分圧器電流コントローラ３４０と、スイッチＱ１および抵抗Ｒ２、Ｒ３によって形成されたシンク電流経路とを含む。図２に示されているように、スイッチＱ１は、抵抗Ｒ３に結合されたソース端子と、抵抗Ｒ２に結合されたドレイン端子と、分圧器電流コントローラ３４０からの出力信号３５０に結合されたゲート端子とを有する金属酸化物電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。ＭＯＳＦＥＴのスイッチＱ１は、図２に示されている実施形態では電力スイッチとして使用されるが、本明細書における他の実施形態によれば、シンク電流経路内で導通される電流を調節するための電力スイッチとして、ＢＪＴ（バイポーラ接合トランジスタ）が使用されてもよい。

入力電流センサ３１０は、電力変換器１４０への入力電流を検知し、検知された入力電流に対応する出力信号３２０を送る。分圧器電流コントローラ３４０は、出力信号３２０を受け取り、ＬＥＤコントローラ３１０内に含まれるシンク電流経路を使用してトライアック調光器２５に印加される電流のレベルを調節するための制御信号３５０を出力する。出力信号３２０は、センス抵抗Ｒｄｃの両端間の電圧に対応する電圧信号である。センス抵抗Ｒｄｃの両端間の電圧は、図２において「Ｅ」の符号が付けられた、電力変換器１４０への入力電流の関数である。電力変換器１４０への入力電流は、「Ｂ」の符号が付けられたトライアック調光器２５によって導通されるライン電流と、「Ｆ」の符号が付けられたシンク電流経路を通じて導通される電流（以下、「分圧器電流」と称する）とを含む。センス抵抗Ｒｄｃは、戻りライン電流を受け取るように結合され、戻りライン電流は、ＡＣ信号源１０とＬＥＤランプ１５０によって形成される電流ループのために、電力変換器１４０への入力電流とシンク経路電流との和に等しい。センス抵抗Ｒｄｃは、ＡＣライン電流（すなわち、トライアック調光器電流）を、トライアック調光器電流の検知されたレベルに対応する電圧信号に変換する。さらに、センス抵抗Ｒｄｃは、ブリッジ整流器１２０の負端子および抵抗Ｒ１に結合される。さらに、図３に関連してさらに述べるように、抵抗Ｒ１は、入力電流センサ３１０の入力に結合され、検知された電圧を増幅するために入力電流センサ３１０によって使用される抵抗ネットワークを形成する。

さらに、ＬＥＤコントローラ１３０は、入力電流センサ３１０から出力信号３２０を受け取り、出力制御信号３５０を生成するように構成された分圧器電流コントローラ３４０を含む。制御信号３５０は、分圧器電流経路によって導通される電流の量を調節するようにスイッチＱ１の動作を制御する。一実施形態では、図５に関連してさらに述べるように、分圧器電流コントローラ３４０は、入力センサ３１０からアナログ出力信号３２０を受け取り、受け取られたアナログ信号を分圧器電流コントローラ３４０内に含まれる調光コントローラによって処理するためにデジタル信号に変換する。受け取られたアナログ出力信号３２０を処理する際には、分圧器電流コントローラ３４０は、検知されたトライアック調光器電流を、検出されたまたは他のやり方で記憶されたトライアック調光器２５の保持電流の値と比較する。実施形態によっては、比較を実施するために、分圧器電流コントローラ３４０は、受け取られたアナログ出力信号３２０を、検知されたトライアック調光器電流のための代用として使用する。アナログ出力信号３２０は検知されたトライアック調光器電流の増幅されたものを表すものであるため、分圧器電流コントローラ３４０は、高い測定精度および分解能で、比較的小さいレベルのトライアック調光器電流を基準の保持電流と比較する。分圧器電流コントローラ３４０の出力信号３５０は、分圧器電流経路によって導通される電流レベルを調節するようにスイッチＱ１のオン状態およびオフ状態を制御するのに適した波形である。たとえば、分圧器電流コントローラ３４０は、トライアック調光器２５の検知された電流に基づいて分圧器電流経路に適用される調整のレベルに対応するように出力信号３５０のデューティサイクルを調整する。デューティサイクルは、スイッチＱ１がオンにされているスイッチング期間の整数分の一（しばしば百分率として表される）を指す。実施形態によっては、分圧器電流コントローラ３４０は、デューティサイクルを調整範囲の１％の分解能で徐々に調整する。

実施形態によっては、分圧器電流コントローラ３４０は、較正設定、保持電流設定、またはＬＥＤシステム１００の動作用の他のパラメータを記憶するために記憶要素（たとえば、揮発性メモリ要素または不揮発性メモリ要素の１つまたは組合せ）を含む。たとえば、分圧器電流コントローラ３４０は、較正プロセス中に入力電流センサ３１０によって検出されたトライアック調光器２５の保持電流を記憶する。

保持電流レベルは、トライアック調光器デバイス間で様々である。したがって、実施形態によっては、ＬＥＤコントローラ１３０は、較正プロセスを実施し、トライアック調光器２５について保持電流を検出する。たとえば、較正プロセス中に、ＬＥＤコントローラ１３０は、トライアック調光器２５がオフになる、またはマルチファイアするときトライアック調光器電流負荷を検知し、検知された電流レベルを分圧器電流コントローラ３４０に出力し、分圧器電流コントローラ３４０において、検知された電流レベルが保持電流レベル基準として記憶される。保持電流レベルを検出することにより、ＬＥＤコントローラ１３０は、特定のトライアック調光器用の保持電流レベルパラメータでプログラムされることを必要とせずに異なるタイプの動作状態で使用される様々なトライアック調光器を効果的に調節することができる。

一実施形態では、保持電流レベル基準は、トライアック調光器がオフになるときトライアック調光器電流負荷の後続の検知を実施することによって変更される。実施形態によっては、ＬＥＤコントローラ１３０は、温度の変化など動作状態の変化に応答して検知を開始する。他の実施形態では、ＬＥＤコントローラ１３０は、指定または計算された期間または間隔の後など周期的にトライアック調光器２５がオフになるとき、トライアック調光器電流負荷の検知を開始する。そのような較正方式は、特定のトライアック調光器について保持電流の検知された値を使用し、最小レベルの分圧器電流をそのトライアック調光器２５に適用して、その導通を持続させるようにするので有益である。別の実施形態では、保持電流レベル基準は、ＬＥＤコントローラ１３０の外部のソースによってＬＥＤコントローラ１３０に提供されるか、半導体製造プロセスパラメータまたは温度パラメータなど他のシステムパラメータに基づいて調整されてもよい。

図３は、図１のＬＥＤランプシステムの例示的な入力電流センサ３１０を示す回路図である。一実施形態では、入力電流センサ３１０は、基準電圧Ｖｒｅｆに結合された非反転端子および外部抵抗Ｒ１に結合された反転端子を有する演算増幅器３１５と、反転端子と演算増幅器３１５の出力との間に結合されたフィードバック抵抗Ｒ＿ｔｒｉｍとを含む。入力電流センサ３１０の他の実施形態は、検知されたトライアック調光器電流に対応する電圧信号を増幅し、対応する増幅されて検知された電圧信号を生成するように構成された代替の、または追加の構成要素を含んでもよい。演算増幅器３１５は、トライアック調光器電流負荷の急速な変化を検知するのに適した帯域幅を有するように構成されてもよい。たとえば、一実施形態では、演算増幅器３１５は、３００ｋＨｚないし５００ｋＨｚの範囲内の帯域幅、または検知されたトライアック調光器電流負荷の変化に順応し、ＬＥＤドライバに伴うスイッチングノイズを濾波するのに適した他の範囲を有する。図３に示されているように、外部抵抗Ｒ１、フィードバック抵抗Ｒ＿ｔｒｉｍ、および演算増幅器３１５は、電圧Ｖｄｃを反転増幅し、増幅された出力電圧Ｖｏｕｔ３２０を生成するように構成される。一例では、Ｖｏｕｔ３２０は、以下の式に従って決定される。
Ｖｏｕｔ＝Ｇ＊Ｖｄｃ＋（１＋Ｇ）Ｖｒｅｆ （１）
上式で、Ｇは任意の整数を表し、Ｖｄｃはセンス抵抗Ｒｄｃの両端間の電圧を表し、Ｖｒｅｆは、演算増幅器３１５の非反転端子に印加される基準電圧の電圧を表す。フィードバック抵抗Ｒ＿ｔｒｉｍは、外部抵抗Ｒ１の抵抗に合致するように十分なインピーダンス範囲および分解能を有するデジタル電位差計など、プログラム可能な抵抗要素であってもよい。また、フィードバック抵抗Ｒ＿ｔｒｉｍの抵抗値は、Ｒ１対Ｒ＿ｔｒｉｍの比を調整することによって異なるトライアック調光器について保持電流レベルの値を調整するための較正中に、ＬＥＤコントローラ１３０によって調整されてもよい。さらに、ＬＥＤコントローラ１３０は、基準信号Ｖｒｅｆを生成する基準生成回路内に含まれる他のトリム抵抗でフィードバック抵抗Ｒ＿ｔｒｉｍのインピーダンス値を調整するために使用されるトリム値を共用してもよい。

演算増幅器３１５の出力は正の電圧を生成するので、基準信号Ｖｒｅｆは正の電圧である。そのような構成は有益である。なぜなら、トライアック調光器２５によって導通される電流が負であり、これは、センス抵抗Ｒｄｃの両端間の電圧を負の電圧にし、負の電圧は、単極電源システムについて直接測定するのが困難であるからである。演算増幅器３１５の増幅された出力Ｖｏｕｔ３２０は、分圧器電流コントローラ３４０の入力に結合される。

図４は、図１のＬＥＤランプシステムの例示的な分圧器電流コントローラ３４０を示す回路図である。一実施形態では、分圧器電流コントローラ３４０は、演算増幅器３１５の増幅された出力Ｖｏｕｔ３２０を対応するデジタル信号に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）３２５を含む。ＡＤＣ３２５の出力は、調光器制御ユニット３３０の入力に結合される。一実施形態では、調光器制御ユニット３３０は、増幅されて検知された電圧Ｖｄｃをデジタル化して表したものの値を、検知されたトライアック調光器電流負荷に対応する値に変換し、計算されて検知されたトライアック調光器電流負荷を、記憶されたトライアック保持電流と比較する。検知されたトライアック調光器電流負荷の値が記憶されたトライアック保持電流未満である場合、調光器制御ユニット３３０は、記憶されたトライアック保持電流と検知されたトライアック調光器電流負荷との差に対応する値に分圧器電流を調整するのに十分なデューティサイクルを有する出力信号３５０を生成することになる。換言すれば、検知されたトライアック調光器電流負荷が記憶された保持電流未満である場合、調光器制御ユニット３３０は、トライアック調光器電流負荷が、記憶された保持電流値未満に低下しないように、最小量の電流を分圧器電流経路に供給する。一方、検知されたトライアック調光器電流負荷の値が、記憶されたトライアック調光器保持電流より大きい場合、調光器制御ユニット３３０は、分圧器電流経路をオフにする。

図５Ａ〜図５Ｄは、図２のＬＥＤランプシステムの例示的な波形を示す。図５Ａは、ＡＣ入力電圧源１０によって生成されるＡＣ入力電圧信号１５を表す例示的な電圧波形を示す。図５Ｂは、一実施形態による、図２のＬＥＤランプ回路のトライアック調光器２５によって生成される電流Ｉ＿Ｂ（トライアック電流）を表す例示的な波形を示す。図２に示されているように、トライアック保持電流はトライアックごとに様々であるが、図２に関連して先に論じたように、比較のための基準として使用するためにＬＥＤコントローラ１３０によって検出される。トライアック調光器電流負荷Ｉ＿Ｅの値は、トライアック調光器電流Ｉ＿Ｂと分圧器電流Ｉ＿Ｆの和に等しい。トライアック調光器電流Ｉ＿Ｂ値の値がトライアック保持電流未満であるとき、ＬＥＤコントローラ１３０は、検知されたトライアック調光器電流負荷がトライアック保持電流値の値に等しくなるまで、トライアック保持電流と検知されたトライアック調光器電流負荷との差に等しい量だけ分圧器電流Ｉ＿Ｆを増大する。トライアック調光器電流負荷Ｉ＿Ｅの値がトライアック保持電流の値を超えたとき、ＬＥＤコントローラ１３０は分圧器電流Ｉ＿Ｆをオフにする。その理由は、検知されたトライアック調光器電流負荷が、ＬＥＤランプ１５０を明るくするために必要とされるトライアック調光器電流負荷Ｉ＿Ｅの値を満たすのに十分であるからである。換言すれば、図３Ｂに示されているように、ＬＥＤコントローラ１３０は、トライアック調光器電流負荷Ｉ＿Ｅの需要が検知されたトライアック調光器電流Ｉ＿Ｂの電流レベルを超えたとき、トライアック保持電流を持続させるように最小量の分圧器電流を印加する。また、トライアック調光器電流負荷が比較的短い間隔（たとえば、３００ｋＨｚないし５００ｋＨｚの範囲）で連続的に検知されるので、ＬＥＤコントローラ１３０は、分圧器電流のレベルを迅速に調整する。分圧器電流の滑らかな調整を実現するために、ＬＥＤコントローラ１３０は、全調整範囲の１％またはその整数倍の分解能で分圧器電流Ｉ＿Ｆの値の調整を実施してもよい。

図５Ｃは、図２のＬＥＤランプシステム１００のトライアック調光器２５によって生成される電圧を表す例示的な波形を示す。図５Ｃに示されているように、トライアック調光器２５によって出力される電圧は、概してＡＣ入力電圧信号１５を表す電圧波形を辿る。図５Ｄは、図２のＬＥＤランプシステム１００のＬＥＤランプ１５０によって放たれた可視光の測定量を表す例示的な波形を示す。図５Ｄに示されているように、ＬＥＤランプ１５０の出力レベルは、トライアック調光器２５に印加される入力電圧から位相シフトされた正弦波に似たものである。

図６は、図２のＬＥＤランプ回路のＬＥＤコントローラ１３０によって分圧器電流を調節するための方法を示す流れ図である。図６に示されているように、大きなトライアック調光器電流負荷需要からより小さな負荷需要への滑らかな移行を確保するために、分圧器電流コントローラ３４０は、検知されたトライアック調光器電流を検出し、検知されたトライアック調光器電流負荷の値に応答して、分圧器電流経路を使用してトライアック調光器２５に供給される電流の量を徐々に調整する。トライアック調光器２５がトリガされた直後（たとえば、４００μｓ）の状態の間、検知されたトライアック調光器電流負荷の値は０アンペアである。ＬＥＤコントローラ１３０は、低電流を検知し、トライアック調光器２５に電流を導通させるのに十分なターンオン電流（すなわち、適切なマージンと共に保持電流に等しい電流レベル）を供給するように出力信号３５０を１００％デューティサイクルに調整することによって、分圧器電流を完全にオンにする。トライアック調光器２５の電流負荷が減少するにつれて、ＬＥＤコントローラ１３０は、トライアック調光器電流負荷を連続的に検知し、検知されたトライアック調光器電流負荷の値が、記憶された保持電流より大きい場合、分圧器電流を徐々に減少させる。たとえば、図６の段階１に示されているように、ＬＥＤコントローラ１３０は、検知されたトライアック調光器電流負荷を４５ｍＡの記憶された保持電流の値と連続的に（たとえば、演算増幅器３１５の帯域幅の少なくとも２倍のサンプルレートなど、指定または計算された間隔で）比較する。図３および図４に関連して先に論じたように、トライアック調光器電流負荷は、演算増幅器３１５の帯域幅に対応する、たとえば３００ｋＨｚないし５００ｋＨｚの範囲のレートで検知される。分圧器電流に対する対応する調整は、全調整範囲の１％の増分で行われる。図６に戻ると、段階１では、分圧器電流は、検知されたトライアック調光器電流負荷のレベルが、記憶された保持電流の値に達するまで、１％の増分で低減される。図６に示されている例では、段階１において、ＬＥＤコントローラ１３０は、調光器トリガ動作モードで動作する。調光器トリガ動作モードで動作の開始時、トライアック調光器２５の入力電圧は非常に低く、制御信号のデューティサイクルは１００％に設定され、スイッチを完全にオンにする。段階１でＬＥＤランプ１５０を維持するための電流が増大するにつれて、ＬＥＤコントローラ１３０は、スイッチＱ１に適用される出力信号３５０のデューティサイクルを１００％から４０％に調整し、シンク電流経路を介してトライアック調光器２５に供給される分圧器電流の量を低減する。検知されたトライアック調光器電流が指定された許容範囲内で保持電流に等しいとＬＥＤコントローラ１３０が決定したとき、ＬＥＤコントローラ１３０は、段階２における導通トリガモードに移行する。

段階２では、ＬＥＤコントローラ１３０は、検知された電流が保持電流に実質的に等しい値で確実に維持されるように分圧器電流の値を徐々に調整することによって、検知されたトライアック調光器電流負荷を保持電流レベルで維持しようとする。たとえば、図６の段階２に示されているように、ＬＥＤコントローラ１３０は、検知されたトライアック調光器電流負荷を３０ｍＡと４５ｍＡの間の範囲内で維持するように構成される。保持電流の最適化中、ＬＥＤコントローラ１３０は、段階１に関して述べたものと同様にして分圧器電流を増減する。

検知されたトライアック調光器入力電流負荷の正確な測定量に基づいて分圧器電流を動的に調整することにより、開示されている実施形態は、電流負荷および保持電流最適化モード中に、トライアック調光器の動作を持続させるのに十分な電流の量を提供する。また、分圧器電流が高い分解能（たとえば、分圧器電流の全調整範囲の１％）で調整されるので、開示されている実施形態は、動作モード間の滑らかな移行を可能にし、これらの移行中にトライアック調光器の性能を維持する。さらに、トライアック調光器電流負荷が連続的に検知されるので、開示されている実施形態は、過大な分圧器電流を印加することに起因する電力損失を最小限に抑えることができる。

この開示を読めば、当業者なら、適応可能な保持電流調整を使用してＬＥＤランプの調光を制御するためのさらに追加の代替的設計を理解するであろう。したがって、本開示の特定の実施形態および応用例について例示し述べたが、本開示は本明細書に開示されているまさにその構造および構成要素に限定されないこと、および、当業者に明らかになる様々な修正、変更、および変形が、本開示の精神および範囲から逸脱することなしに、本明細書に開示されている本開示の方法および装置の構成、動作、および詳細に加えられることが理解される。

Claims (20)

1. 発光ダイオードコントローラであって、
   調光器に結合された電流センサであって、調光器電流を検出するように構成された、該電流センサと、
   前記電流センサの出力に結合された電流コントローラであって、前記検出された調光器電流を閾値調光器電流と比較することによって調光器動作モードを決定し、前記決定された調光器動作モードは、前記調光器がトリガされた後の動作開始時の状態に対応する第１の決定された調光器動作モードと、前記検出された調光器電流が前記閾値調光器電流の所定の許容範囲内で維持される状態に対応する第２の決定された調光器動作モードとを含み、
   前記決定された調光器動作モードの期間中に、前記閾値調光器電流と前記検出された調光器電流との差に基づいて前記調光器と電力変換器との間の追加の電流経路を通じて前記調光器に供給される追加の調光器電流を増分的レベルで調整することに対応するように、制御信号のデューティサイクルを増分的に調整する、該電流コントローラと、
   前記電流コントローラに結合されたスイッチであって、前記制御信号を受け取り、および前記制御信号に基づいて前記追加の電流経路を通じて前記調光器に供給される追加の調光器電流の量を増分的に調整するように構成され、前記第１の決定された調光器動作モードの場合において、前記電流コントローラが、前記検出された調光器電流が前記所定の許容範囲内で前記閾値調光器電流に等しいと決定したとき、前記第１の決定された調光器動作モードから前記第２の決定された調光器動作モードへ移行させる、該スイッチと
   を具えたことを特徴とする発光ダイオード（ＬＥＤ）コントローラ。
2. 前記電流コントローラは、前記決定された調光器動作モードに基づいて前記制御信号のデューティサイクルを調整し、前記追加の電流経路を介して前記調光器に供給される前記追加の調光器電流の量を調節することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤコントローラ。
3. 前記第１の調光器動作モード中、前記電流コントローラは、前記制御信号の前記デューティサイクルを、前記検出された調光器電流と前記閾値調光器電流との差に基づいて、１００パーセントと４０パーセントの範囲の間で調整することを特徴とする請求項２記載のＬＥＤコントローラ。
4. 前記第２の調光器動作モード中、前記電流コントローラは、前記制御信号の前記デューティサイクルを、前記検出された調光器電流と前記閾値調光器電流との差に基づいて、４０パーセントから０パーセントまでの範囲の間で調整することを特徴とする請求項２記載のＬＥＤコントローラ。
5. 前記閾値調光器電流は、前記調光器がトリガされた後導通を停止したときの前記調光器電流の値に基づくことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤコントローラ。
6. 前記閾値調光器電流は、プログラム可能な回路要素の値に基づくものであり、前記プログラム可能な要素の値は、前記ＬＥＤコントローラによってアクセス可能なものであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤコントローラ。
7. 前記プログラム可能な回路要素は、抵抗回路要素を含むことを特徴とする請求項６記載のＬＥＤコントローラ。
8. 前記追加の調光器電流は、前記閾値調光器電流と前記検出された調光器電流との前記差に等しいことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤコントローラ。
9. ＬＥＤランプの調光を制御する方法であって、
   電流センサによって調光器電流を検出するステップと、
   前記検出された調光器電流を閾値調光器電流と比較することによって調光器動作モードを決定し、前記決定された調光器動作モードは、調光器がトリガされた後の動作開始時の状態に対応する第１の決定された調光器動作モードと、前記検出された調光器電流が前記閾値調光器電流の所定の許容範囲内で維持されるときの状態に対応する第２の決定された調光器動作モードとを含む、該ステップと、
   前記決定された調光器動作モードの期間中に、前記閾値調光器電流と前記検出された調光器電流との差に基づいて前記調光器と電力変換器との間の追加の電流経路を通じて前記調光器に供給される追加の調光器電流を増分的レベルで調整することに対応するように、制御信号のデューティサイクルを増分的に調整する、生成ステップと、
   前記制御信号の前記デューティサイクルに基づいて前記追加の電流経路を通じて前記調光器に供給される追加の調光器電流の量を増分的に調整するステップであって、前記第１の決定された調光器動作モードの場合において、前記電流コントローラが、前記検出された調光器電流が前記所定の許容範囲内で前記閾値調光器電流に等しいと決定したとき、前記第１の決定された調光器動作モードから前記第２の決定された調光器動作モードへ移行させる、該ステップと
   を具えたことを特徴とする方法。
10. 前記決定された調光器動作モードに基づいて前記制御信号の前記デューティサイクルを調整し、前記追加の電流経路を介して前記調光器に供給される前記追加の調光器電流の量を調節するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記第１の調光器動作モード中、前記制御信号の前記デューティサイクルを、前記検出された調光器電流と前記閾値調光器電流との差に基づいて、１００パーセントと４０パーセントの範囲の間で増分的に調整するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項９記載の方法。
12. 前記第１の調光器動作モード中、修正された制御信号に基づいて、前記追加の電流経路を通じて前記調光器に供給される前記追加の調光器電流の量を調節するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 前記修正された制御信号に基づいて前記追加の電流経路を通じて前記調光器に供給される前記追加の調光器電流の量を調節するようにスイッチをオンおよびオフにするために調整された制御信号を出力するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. 前記第２の調光器動作モード中、前記検出された調光器電流と前記閾値調光器電流との差に基づいて４０パーセントから０パーセントまでの範囲の間での前記制御信号の前記デューティサイクルを増分的に調整するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項９記載の方法。
15. 前記第２の調光器動作モード中、前記修正された制御信号に基づいて前記追加の電流経路を通じて前記調光器に供給される前記追加の調光器電流の量を調節するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 前記修正された制御信号に基づいて前記追加の電流経路を通じて前記調光器に供給される前記追加の調光器電流の量を調節するようにスイッチをオンおよびオフにするために調整された制御信号を出力するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１４記載の方法。
17. 前記調光器がトリガされた後導通を停止したときの前記調光器電流を決定するステップと、
    前記調光器がトリガされた後導通を停止したときの前記調光器電流の決定された値に基づいて前記閾値調光器電流を修正するステップと
    をさらに具えたことを特徴とする請求項９記載の方法。
18. 前記閾値調光器電流はプログラム可能な回路要素の値に基づくものであり、前記プログラム可能な要素の値はＬＥＤコントローラによってアクセス可能なものであることを特徴とする請求項９記載の方法。
19. 前記プログラム可能な回路要素は抵抗回路要素を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記調光器電流を検出するステップは、前記調光器電流を指定された間隔で検知するステップを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。

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