JP5930259B2 - 発光ダイオードアレイを駆動制御するための装置及びその方法 - Google Patents

Description

本願発明は、少なくとも２つの発光ダイオードアレイを駆動制御するための装置及びその方法に関している。

照明の目的で使用する発光ダイオードは通常は直列に接続された発光ダイオードアレイの形態で設けられる。その際には、異なる数の発光ダイオード若しくは異なるタイプの発光ダイオードからなるそのようなアレイがしばしば同時に作動される。米国特許出願第２００９ ０１２８４５Ａ１明細書からは、複数の発光ダイオードアレイを駆動制御するための装置が公知である。この装置は１つの電源を有しており、該電源の出力側に複数の発光ダイオードアレイが並列に接続されている。これらの発光ダイオードアレイの個々の発光ダイオードは、それぞれのアレイ内部では直列に接続されている。その際各発光ダイオードアレイは１つのレギュレータを含んでおり、このレギュレータは電流を各発光ダイオードアレイ毎に個別に求め、場合によっては所定の輝度を達成するための適応化を行っている。

さらに米国特許出願第２００７ ００６９６６４号明細書からは、複数の発光ダイオードアレイを駆動制御するためのさらなる装置が公知である。ここではそれぞれの発光ダイオードアレイが相互に並列に接続され、共通の電源に接続されている。そして各発光ダイオードアレイ内ではそれぞれ１つの電圧変換器が設けられ、この電圧変換器が発光ダイオードアレイないしは個々の発光ダイオードの所望の輝度を得るために、電源からの電圧を個々の発光ダイオードアレイ用に相応に制御ないし適応化している。

米国特許出願第２００８０２７２６５号明細書からは、さらに別の発光ダイオードアレイの駆動制御装置が公知である。ここでは個々の発光ダイオードアレイが１つの電源に対して並列に接続されている。それぞれの発光ダイオードアレイを流れる電流は、基準アレイに基づいて測定され、制御装置はトランジスタを用いてそれぞれの基準電流を個々の発光ダイオードアレイ用の電流に制御している。

基本的に前述の装置全般に言えることは、電圧変換器が電源の電圧から、並列に接続された発光ダイオードアレイのための給電電圧を供給することである。発光ダイオードアレイをそれぞれ流れる電流は、例えばパルス幅変調方式かまたはリニアな特性のレギュレータを用いて電流シンクの形態で生成される。このようなレギュレータは高価であり、特にリニアな特性のタイプはさらに電力損失も伴う。換言すればこのタイプのレギュレータは電力エネルギーの付加的な損失も伴っている。

米国特許出願第２００９０１２８４５号明細書 米国特許出願第２００７００６９６６４号明細書 米国特許出願第２００８０２７２６５号明細書

本発明の課題は前述した従来技術の欠点に鑑みこれを解消すべく改善を行うことである。

前記課題は本発明により、電気エネルギー源と、電流調整器と、１つ若しくはそれ以上の発光ダイオードを備えた少なくとも２つの発光ダイオードアレイとを含み、前記電流調整器は、実質的に一定の電流を生成するための手段を含んでおり、さらに、前記発光ダイオードアレイは、前記手段によって生成された実質的に一定の電流が前記発光ダイオードアレイの少なくとも１つに少なくとも一時的に通電されるように前記電流調整器と協働しているようにして解決される。

請求項１による少なくとも２つの発光ダイオードアレイの駆動制御装置、並びに請求項１０による少なくとも２つの発光ダイオードアレイの駆動制御方法は、次のような利点を有している。すなわち複数の発光ダイオードアレイの作動のために唯一の電流調整器（例えばスイッチングレギュレータ）を設けるだけでよいという利点である。その際発光ダイオードアレイは実質的に一定の電流を生成する手段を用いて生成される電流に基づいて通電され、この電流は前記発光ダイオードアレイの少なくとも１つに少なくとも一時的に供給されるものである。これにより、電気的なエネルギーからそれぞれの発光ダイオードアレイに適した電圧への付加的な変換と、それに伴う各発光ダイオードアレイにおける１つ以上の電流シンクの配列が回避される。このことは変換による電気的なエネルギー損失を低減させ、さらに電流シンクの数も、発光ダイオードアレイの駆動制御に要する構成要素の数も低減させる。それにより、そのつど事前に調整が必要とされていた各発光ダイオードアレイにおける電流の適応化も省かれる。またそれぞれの発光ダイオードアレイを流れる電流を検査するための相応の電流測定も省略することができるようになる（この測定も電気エネルギーの損失を引き起こしていた）。これにより総体的にみて発光ダイオードアレイの駆動制御装置に対する大幅なコスト削減が実現される。同時に簡単で手間のかからない保守管理も可能となる。なぜなら場合によって必要となる構成要素の交換も少なくて済むからである。

この発明は、電圧適応化に関する電気エネルギー源からの迂回と、個々の発光ダイオードアレイにおける電流制御のための付加的な電流シンクを回避することに基づいている。

第１の実施形態による少なくとも２つの発光ダイオードアレイを駆動制御するための装置のブロック回路図 別の実施形態による少なくとも２つの発光ダイオードアレイを駆動制御するための装置のブロック回路図

従属請求項に記載されている特徴は、本発明の別の有利な構成例及び改善例に関するものである。

本発明によれば有利には、電流調整器、特に実質的に一定の電流を生成するための手段は、インダクタンスを含む。特にこの場合は実質的に一定の電流のレベルが前記インダクタンスに基づいて決定され得る。この場合の利点は、それによって、実質的に一定の電流のレベルが簡単な形式で事前に確定できることにある。これによりこの電流の大きさは、各発光ダイオードアレイへの電流放電前に既知となり、それぞれの発光ダイオードアレイにおける複雑でコストのかかる制御を省くことができるようになる。

別の有利な実施例によれば、前記電流調整器は少なくとも１つの電流制御器である。この電流制御器は、電源から供給される電気エネルギーから所定の電流への簡単で低コストな変換と制御を可能にする。なぜなら電圧制御器において必要とされていた付加的なコンデンサが省かれるからである。

さらに別の有利な実施例によれば、少なくとも１つの発光ダイオードアレイの時間依存性の通電のための装置が含まれる。この場合の利点は、それによって、少なくとも１つの発光ダイオードアレイの輝度が簡単かつ低コストに変更できることである。ここでは例えば発光ダイオードアレイの発光ダイオードをより明るく発光させたい場合には、相応する発光ダイオード電流の通電時間が延長される。また発光ダイオードの輝度を低減したいときには、相応する発光ダイオードアレイにおいて通電時間が相応に短縮される。

別の有利な実施例によれば、前記時間依存性の通電のための装置はマイクロコントローラを含んでいる。この場合の利点はマイクロコントローラがそれぞれの発光ダイオードアレイに通電するための相応のスイッチを非常に高速に制御できる点である。このマイクロコントローラは特にプログラミングが可能なものなので、例えばマイクロコントローラに周辺光を測定する輝度センサを接続することも可能である。そうすることによりこのマイクロコントローラは周辺輝度に応じて発光ダイオードアレイの通電を、発光ダイオードの輝度が周囲の輝度に適するように制御することができるようになる。これにより、発光ダイオードの作動に必要な電気エネルギーを低減することが可能になる。

本発明の別の有利な実施例によれば、少なくとも１つの発光ダイオードアレイのための調整手段が設けられる。この場合の利点は、発光ダイオードアレイの発光ダイオードが可及的に安定して駆動制御ないし通電できる点にある。そのようにして均一でかつ信頼性の高い発光ダイオードの発光が保証されるようになる。

別の有利な実施例によれば、前記調整手段は、少なくとも１つのコンデンサ含み、該コンデンサは特に少なくとも１つの発光ダイオードアレイに対して並列に接続されている。この場合の利点は、発光ダイオードアレイの発光ダイオードの均等な光放出のためのコンデンサを簡単かつ低コストなやり方で考慮できる点にある。場合によってそれぞれの発光ダイオードアレイのオン／オフの際に発生し得る電圧ピークはこれによって大幅に解消することができるようになり、発光ダイオードの寿命も延びる。

有利には、少なくとも１つの発光ダイオードアレイは、ハイサイドスイッチ及び／又はローサイドスイッチを用いて制御され、前記ハイサイドスイッチ及び／又はローサイドスイッチは半導体スイッチを含んでいる。この場合の利点は、それぞれの発光ダイオードアレイが簡単な形式で特定の要求に適合することができるようになることである。自動車分野に適用される多くのケースにおいて前記ハイサイドスイッチは、短絡等による不所望なスイッチオンの確率を低減させるのに必要とされる。このスイッチが特に半導体スイッチであるならば特に高速なスイッチオン／オフが可能になる。それと同時に、例えばリレーなどの機械的なスイッチに代えて半導体スイッチを用いることによって電力ロスも最小になる。

さらに別の有利な実施例によれば、生成された電流のレベルを測定するための手段が設けられる。この場合の利点は、それによって電流の大きさが検査できる点にある。それに対して特に最新の測定方法が用いられるならば、例えば電流増幅を伴うハイサイド測定方式が用いられるならば、電流測定の際に生じる通常の電力ロスが著しく低減される。

発光ダイオードアレイを駆動制御するための本発明による有利な方法によれば、電気エネルギーを供給するステップと、供給された電気エネルギーから実質的に一定の電流を生成するステップと、少なくとも１つの発光ダイオードを備えた少なくとも２つの発光ダイオードアレイのために生成された実質的に一定の電流を供給するステップと、供給された電流に基づいて少なくとも一時的に、少なくとも１つの発光ダイオードアレイの少なくとも１つの発光ダイオードを用いて光を生成するステップとが含まれる。

この場合有利には、さらに前記生成された実質的に一定の電流を用いた前記発光ダイオードアレイの少なくとも１つの時間制御された通電に基づいて、少なくとも１つの発光ダイオードの輝度を制御するステップが含まれる。

次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。

図１には、第１の実施形態による複数の発光ダイオードアレイを駆動制御するための装置がブロック回路図で示されている。

図１には参照符号１で本発明の第１の実施形態による少なくとも２つの発光ダイオードアレイを駆動制御するための装置が示されており、この装置１は電源の形態の電気エネルギー源２と、電流調整器２ａ（例えばスイッチングレギュレータ）と、それぞれが１つ若しくはそれ以上の発光ダイオード８を備えている４つの発光ダイオードアレイ７ａ〜７ｄとを含んでいる。ここでは前記電流調整器２ａが抵抗３ａと、コンデンサ３ｂと、該コンデンサに並列に接続されたコイルの形態のインダクタンス３とを含んでいる。電流調整器２ａの電流出力側には接続線路４を介して、相互に並列に接続された複数の発光ダイオードアレイ７ａ〜７ｄが接続されている。これらの発光ダイオードアレイ７ａ〜７ｄの各々に対してそれぞれコンデンサ９ａ〜９ｄが並列に接続されている。このような並列に接続されたコンデンサ９ａ及び発光ダイオードアレイ７ａ、コンデンサ９ｂ及び発光ダイオードアレイ７ｂ、コンデンサ９ｃ及び発光ダイオードアレイ７ｃ、コンデンサ９ｄ及び発光ダイオードアレイ７ｄからなる各組合わせは、それぞれ１つのダイオード２０と、１つのスイッチ（例えばローサイドスイッチ）１０ａ〜１０ｄに直列に接続されている。前記スイッチ１０ａ〜１０ｄを介して、前記のコンデンサと発光ダイオードアレイとからなる各組合わせ７ａ及び９ａ、７ｂ及び９ｂ、７ｃ及び９ｃ、７ｄ及び９ｄは、線路４ａを介して電流調整器２ａないし電源２に接続され得る。前記スイッチ１０ａ〜１０ｄはそれぞれ半導体スイッチとして構成され、マイクロコントローラ１１と個別に接続されている。このマイクロコントローラ１１は、前記スイッチ１０ａ〜１０ｄの各スイッチング時間と、それぞれスイッチオンされた発光ダイオードアレイ７ａ〜７ｄに設けられている発光ダイオード８の輝度を直接制御している。図１左方の上側ではさらに、半導体スイッチ１２を介して電流調整器２ａの電流出力側に、電流測定装置６が設けられている。この電流測定装置６もさらなる接続線路を介して電流調整器２ａに接続されている。電流測定装置６では、電流調整器２ａの出力側から、それぞれの発光ダイオードアレイ７ａ〜７ｄに対して、ないしはコンデンサ９ａ〜９ｄと発光ダイオードアレイ７ａ〜７ｄからなる各組合わせに対して、供給される電流が測定される。これにより、発光ダイオードアレイ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを通って流れる電流の測定と、特にこの電流の予め定められた値への整合化ないし適応化が完全に省かれる。

図２には、別の実施形態による少なくとも２つの発光ダイオードアレイを駆動制御するための装置のブロック回路図が示されている。

この図２に示されている発光ダイオードアレイ７ａ〜７ｄの駆動制御装置１では、この装置１が図１に示されているローサイドスイッチ１０ａ〜１０ｄの代わりに、ハイサイドスイッチ１０ａ〜１０ｄを含んでいる。これらのスイッチ１０ａ〜１０ｄは、線路４の形態の接続線路と、前記のコンデンサ９ａ及び発光ダイオードアレイ７ａ、コンデンサ９ｂ及び発光ダイオードアレイ７ｂ、コンデンサ９ｃ及び発光ダイオードアレイ７ｃ、コンデンサ９ｄ及び発光ダイオードアレイ７ｄからなる各並列回路との間に設けられている。マイクロコントローラ１１はここでは図示されていないが図１と同様に前記スイッチ１０ａ〜１０ｄをそれぞれ個別に制御している。

本願発明は、前述のように有利な実施例の形態で説明してきたが、これは本願の権利範囲の限定を意図しているわけではなく、むしろ本願発明では多岐多様な変更が可能である。

１ 駆動制御装置
２ 電流調整器
３ インダクタンス
３ａ 抵抗
３ｂ コンデンサ
４ 接続線路
４ａ 線路
７ａ−７ｄ 発光ダイオードアレイ
８ 発光ダイオード
９ａ−９ｄ コンデンサ
１０ａ〜１０ｄ スイッチ
２０ ダイオード

Claims (9)

1. 少なくとも２つの発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）を駆動制御するための装置（１）において、
   電気エネルギー源（２）と、
   単一の電流調整器（２ａ）と、
   前記電流調整器（２ａ）の電流出力側に設けられた単一の電流測定装置（６）と、
   １つ若しくはそれ以上の発光ダイオード（８）を備えた少なくとも２つの発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）とを含み、
   前記電流調整器（２ａ）は、実質的に一定の電流を生成するための手段（３）を含んでおり、
   前記少なくとも２つの発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）は、相互に並列に前記電流調整器（２ａ）の電流出力側に接続されており、
   前記電流測定装置（６）は、前記手段（３）によって生成された実質的に一定の電流のレベルを測定し、さらに、
   前記少なくとも２つの発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）は、前記手段（３）によって生成された実質的に一定の電流が前記発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）の少なくとも１つに少なくとも一時的に通電されるように前記電流調整器（２ａ）と協働していることを特徴とする装置。
2. 前記電流調整器（２ａ）は、インダクタンス（３）を含み、実質的に一定の電流のレベルが前記インダクタンス（３）に基づいて決定され得る、請求項１記載の装置。
3. 前記実質的に一定の電流を生成するための手段は、インダクタンス（３）を含み、実質的に一定の電流のレベルが前記インダクタンス（３）に基づいて決定され得る、請求項１記載の装置。
4. 前記電流調整器（２ａ）は少なくとも１つの電流制御器である、請求項１記載の装置。
5. 前記発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）の少なくとも１つの、時間依存性の通電のための装置（１１）が含まれている、請求項１記載の装置。
6. 前記時間依存性の通電のための装置（１１）はマイクロコントローラを含んでいる、請求項５記載の装置。
7. 少なくとも１つの発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）は、ハイサイドスイッチ及び／又はローサイドスイッチ（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）を用いて制御され、前記ハイサイドスイッチ及び／又はローサイドスイッチ（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）は半導体スイッチを含んでいる、請求項１記載の装置。
8. 少なくとも２つの発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）を駆動制御するための装置を使用して、発光ダイオードアレイを駆動制御するための方法であって、
   前記装置は、電気エネルギー源（２）と、単一の電流調整器（２ａ）と、前記電流調整器（２ａ）の電流出力側に設けられた単一の電流測定装置（６）と、１つ若しくはそれ以上の発光ダイオード（８）を備えた少なくとも２つの発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）とを含み、前記電流調整器（２ａ）は、実質的に一定の電流を生成するための手段（３）を含んでおり、前記少なくとも２つの発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）は、相互に並列に前記電流調整器（２ａ）の電流出力側に接続されており、前記電流測定装置（６）は、前記手段（３）によって生成された実質的に一定の電流のレベルを測定する、前記装置を使用して、発光ダイオードアレイを駆動制御するための方法において、
   前記電気エネルギー源（２）から前記電流調整器（２ａ）に電気エネルギーを供給するステップと、
   供給された電気エネルギーから前記手段（３）によって実質的に一定の電流を生成するステップと、
   生成された実質的に一定の電流のレベルを前記電流測定装置（６）によって測定するステップと、
   生成された実質的に一定の電流を前記発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）の少なくとも１つに供給するステップと、
   供給された実質的に一定の電流に基づいて少なくとも一時的に、前記発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）の少なくとも１つを用いて光を生成するステップとを含んでいることを特徴とする方法。
9. 前記生成された実質的に一定の電流を用いた前記発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）の少なくとも１つの、時間制御された通電に基づいて、前記発光ダイオードアレイ（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）の少なくとも１つの輝度を制御するステップが含まれている、請求項８記載の方法。

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