JP6072802B2

JP6072802B2 - Ｌｅｄドライバ

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Publication number: JP6072802B2
Application number: JP2014530363A
Authority: JP
Inventors: スヒェルテヘーリンガ
Original assignee: Signify Holding BV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: WO2013042020A1; RU2608356C2; PL2745624T3; US9155150B2; EP2745624B1; CN103843459B; EP2745624A1; RU2014115720A; US20140217913A1; JP2014531755A; BR112014005999A2; ES2535832T3; CN103843459A

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）ドライバシステム、斯かるＬＥＤドライバシステムを有するランプ、及びＬＥＤを駆動する方法に関する。

国際特許出願公開WO2010/128845は、発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリ及び照明システムのための制御ユニットを開示している。降圧コンバータ（buck converter）が、直列構成のＬＥＤに対して電源電流を供給する。これらＬＥＤは、特定の電源デューティサイクルで降圧コンバータをスイッチオン及びオフすることにより調光されることができる。斯かる電源デューティサイクル調光（ＰＷＭ制御とも呼ばれる）は、列における全てのＬＥＤに適用され、従ってＬＥＤを個別に調光することを可能とはしない。代替としては、これらＬＥＤのそれぞれ１つの両端に、関連するＬＥＤスイッチが配置される。ここでは、異なるＬＥＤに対しては、該ＬＥＤスイッチのオン及びオフ時間が異なっても良い。ＬＥＤスイッチが開かれると、ＬＥＤを電流が流れ、ＬＥＤスイッチが閉じられると、ＬＥＤスイッチを電流が流れる。長い割合の時間の間ＬＥＤスイッチが閉じられると、ＬＥＤはより減光されることとなる。該ＬＥＤスイッチは、関連するレベルコンバータを介して、マイクロプロセッサにより制御される。一実施例においては、ＬＥＤの調光は、ＬＥＤスイッチのデューティサイクル調光と、電源電流の低減との組み合わせにより得られる。この手法においては、降圧コンバータにより供給される電源電流が種々のレベルで安定化され、ＬＥＤスイッチのデューティサイクル調光とあわせて、より多くの明度段階が生成されることができる。

本発明の目的は、より小刻みな照明強度段階を実現する、ＬＥＤ駆動システムを提供することにある。

本発明の第１の態様は、請求項１に記載のＬＥＤドライバシステムを提供する。本発明の第２の態様は、請求項１３に記載のランプを提供する。本発明の第３の態様は、請求項１４に記載のＬＥＤを駆動する方法を提供する。有利な実施例は、従属請求項において定義される。

本発明によるＬＥＤドライバシステムは、並列スイッチとＬＥＤとの並列構成に対して電源電流を供給する電源を有する。並列スイッチは、先行技術のＬＥＤスイッチの１つである。関連する並列スイッチを備えた単一のＬＥＤの代わりに、先行文献において開示されたような、関連する並列スイッチを備えたＬＥＤの列が使用されても良い。並列スイッチは、閉じられたときにＬＥＤを短絡させ、それによりＬＥＤを流れる略ゼロの電流をもたらす。

コントローラは、電源がアクティブとなり、或る期間の間、略一定である調整された平均電源電流を供給するように、並列スイッチ及び電源を制御する。当該期間は、定電流期間とも呼ばれる。並列スイッチは、先行文献に開示されるようにＰＷＭ（Pulse width modulated）制御されても良い。（パワー）ＬＥＤの色及び光強度が、特定の順電流がＬＥＤを流れる特定の単一の動作点においてのみ良く定義されるため、該先行技術の手法が実装される。斯くして、ＬＥＤの色及び光強度が非常に重要である場合には、ＬＥＤは正確に当該電流で動作させられるべきであり、調光はＰＷＭオン／オフ変調によってのみ実行されるべきである。しかしながら、低電流源により駆動され、１６ビットＰＷＭオン／オフ信号によりＰＷＭ変調されたＬＥＤは、６５５３５：１の調光比を持つ。目覚まし照明のためには、当該調光範囲は不十分である。なぜなら、ゼロから１／６５５３５までの最初の段階が明らかに可視であり、目覚まし照明の性能に悪影響を与え得るからである。定電流期間の間、アクティブな電流源により供給される電流のレベルは、種々の一定レベルを持つように変調されても良い。

本発明によれば、該コントローラは、定電流期間に続く減衰期間の間、減衰電源電流を供給するように、電流源を制御する。該コントローラは、減衰期間のサブ期間を有する開期間の間開くように並列スイッチを制御する。当該手法は、電流が調整された（比較的高い）値から比較的低い値（例えばゼロ）まで減衰する減衰期間の間のいずれの期間の間にも、並列スイッチを開くことを可能とする。斯くして、先行技術とは異なり、減衰期間の間に並列スイッチを開くことによって、より多くの数の光強度レベルを提供することが可能となる。最も低い光強度については、減衰期間の間のみ並列スイッチが開かれ、電流が所望の一定レベルを持つよう調整される期間の間には開かれない。

電源電流は、定電流期間の最後において、電源が非アクティブにされるか又は減衰電源電流を供給するよう能動的に調整されるとすぐに、ゼロに向かって減衰を始める。減衰期間の少なくともサブ期間の間に並列スイッチを開くことにより、定電流期間の間に生じる最大レベルとゼロとの間のいずれの電流レベルをも供給することが可能となる。このようにして得られる電流レベルの数及び従って強度レベルの数は、減衰期間の継続時間及び開期間の時間精度の適切な選択により、非常に多くなるよう容易に選択されることができる。減衰期間の間に並列スイッチを開くという当該手法は、定電流期間の間に所望のデューティサイクルで並列スイッチが開かれる既知のＰＷＭ制御と組み合わせられても良い。

該コントローラは、単一のハードウェア装置（通常は集積回路）において実装されても良いし、若しくは単一のハードウェア装置における機能ブロックであっても良く、又は種々のハードウェア装置における１つ以上の機能ブロックを有しても良い。

同様の有利な効果は、ＬＥＤドライバシステムコントローラ及びランプの用途に適合する適切な筺体におけるＬＥＤを有するランプにより実現され得る。斯かるランプは、目覚まし照明として用いられ得るが、小刻みな強度段階を持つ調光が望ましい他のいずれの用途を持っても良い。該ＬＥＤドライバシステムは、コントローラ、電流源及びＬＥＤを有する。

一実施例においては、減衰期間は、電源電流が減衰を始める時点から、電源電流がゼロレベルに到達するまで継続するように定義される。非常に低い強度のために所望されるような、開期間の継続時間が短い場合には、電源電流がゼロレベルを持つときに該開期間が完全に生じた場合には、該開期間の間にＬＥＤを流れる種々の平均電流レベルを得ることは不可能となる。

代替として、高い強度のためには、減衰期間が、電源電流がゼロレベルを持つ期間を含んでも良く、電源電流がゼロとなる期間又はその一部をカバーする開期間の継続時間を持つＬＥＤを流れる平均電流を変化させても良い。

一実施例においては、該コントローラは、開期間が減衰期間内で完全に生じるように、減衰期間のサブ期間となるように開期間を制御する。ここでもまた、低い強度のためには、減衰期間に対して短い開期間を用いることにより、ＬＥＤの調光の平滑な制御が得られる。斯かる短い期間は、減衰期間の間に生じる必要がある。

一実施例においては、該コントローラは、減衰期間内の開期間の出現の時間及び／又は開期間の継続時間を制御する。減衰期間の間、ＬＥＤを流れる電流は、減衰期間の開始時点に対して、並列スイッチが開く開時点を調節することにより、容易に制御されることができる。ＬＥＤを流れる電流レベルの数は、減衰期間の継続時間及び開時点の最大到達可能精度に依存する。

一実施例においては、ＬＥＤの光強度が変化する必要がある調光モードにおいて、コントローラが反復的に以下の動作を実行する。最初に、電流源がアクティブにされ、定電流期間の間、ゼロではない平均電源電流を供給する。次いで、電流源で非アクティブにされ、減衰する電源電流を得て、最終的に開期間の間並列スイッチが開かれ、減衰電流の一部がＬＥＤを流れるようにする。以上に議論したように、開期間の出現の時点及び／又は該期間の継続時間は、ＬＥＤを流れる平均電流を変化させるように制御される。ＬＥＤの強度の変化が非常に低い強度において出現する必要がある場合、開期間は減衰期間内の非常に短い継続時間を持つ。より高い光強度については、並列スイッチは定電流期間の間にも開かれ得る。電流源の実装に依存して、定電流期間の間に生じる電源電流は波状となり得る。重要なことは、電源電流の平均レベルが、非ゼロレベルで安定化されることである。異なる定電流期間の間の電源電流のレベルは、同一であっても良いし異なっていても良い。特定の定電流期間の間の電源電流のレベルは、種々の非ゼロレベルを持ち得る。

一実施例においては、該コントローラは、クロック周期を持つクロック信号をクロック制御される回路に供給する、クロック生成器を有する。該クロック制御される回路は、クロック周期の整数倍だけ連続する減衰期間における開期間の出現の時間をシフトさせ、連続する減衰期間におけるＬＥＤにより生成される光の強度変化を得る。例えば、減衰期間における電源電流がゼロに到達する直前に、１クロック周期の間に並列スイッチをスイッチオフすることにより、最低光強度が到達される。最低強度ではない強度は、１クロック周期だけ早く、１クロック周期の間に並列スイッチをスイッチオフすることにより得られる。１つよりも多い開期間が、単一の減衰期間の間に生じ得る。低い強度については、両方の開期間が短い継続時間を持ち、例えば１クロック周期の継続時間であっても良い。

一実施例においては、該クロック制御される回路は、クロック周期の整数倍となるよう開期間の継続時間を制御する。実際の光強度及び所望される強度の変化に依存して、開期間の継続時間は、ＬＥＤを流れる電流の平均レベルを変化させるよう制御されても良い。このことは、減衰期間の間の減衰電源電流の形状に依存して、２つ（又はそれ以上の）連続するクロック期間に亘る平均電源電流が、１個の前のクロック周期に亘る平均電源電流よりも小さい、非常に低い強度については重要となり得る。開期間の継続時間の当該制御は、開期間の出現の時点の制御と組み合わせられても良い。

一実施例においては、電流源はスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）を有する。斯かるＳＭＰＳは、並列スイッチとＬＥＤとの並列構成に電源電流を供給するインダクタを有する。減衰期間の継続時間は、該インダクタのインダクタンスの適切な値を選択することにより、容易に影響を及ぼされ得る。ここでは、電流源に対する制御信号は、単純なイネーブル／ディスエーブル信号である。ＳＭＰＳは、定電流期間の間は調整モードでアクティブ（イネーブル）にされ、減衰期間の間は非アクティブ（ディスエーブル）にされる。本発明においては、スイッチモード電源及び該電源のインダクタを使用することは必須ではないことは、留意されるべきである。電源電流源は、実際のクロック周期に対して比較的長い減衰周期を持つ、いずれの電流源であっても良い。電流源は、減衰期間の間に、電流の特定の望ましい減衰を持つように制御されても良い。

一実施例においては、該スイッチモード電源は、スイッチモードスイッチ及びフリーホイールダイオードを有する。インダクタとスイッチモードスイッチとの直列構成は、ＬＥＤを介して電源電圧源に結合される。ダイオードとスイッチモードスイッチとの直列構成もまた、電源電圧源に結合される。該ダイオードは、スイッチモードスイッチが開かれているときに、インダクタを通って流れる電源電流を伝達するように極性付けられる。

一実施例においては、更なる並列スイッチが、更なるＬＥＤと並列に配置される。該更なる並列スイッチは、第１の上述した並列スイッチと電流源との直列構成と直列に配置される。コントローラは更に、減衰期間の更なるサブ期間である更なる開期間の間に開くように、該更なるスイッチを制御する。直列配置されたＬＥＤの列は、２つよりも多いＬＥＤを有しても良い。更なるＬＥＤと（又は更なるＬＥＤが２つよりも多い場合にはこれらＬＥＤのそれぞれと）並列に、更なる並列スイッチが配置される。コントローラは、以上に議論したものと同一の態様で、更なるＬＥＤのそれぞれにより生成された光の強度を変化させる。異なるＬＥＤにより生成される強度は、異なっていても良いし、及び／又は調光処理の間に異なる態様で変化させられても良い。本発明は、非常に小刻みな段階で、ＬＥＤのそれぞれ１つの強度を変化させることを可能とする。該段階の大きさは、開期間が制御されることができる時間の精度と、減衰期間の継続時間との比に依存する。本発明のこれらの及びその他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら説明され明らかとなるであろう。

ＬＥＤ１０及びドライバユニットを含むランプ１を模式的に示す。図１に示されたランプ１の動作を説明するための簡略化された波形を示す。３つのＬＥＤの列を持つランプ１を模式的に示す。本発明の特定の実施例についての図３のランプにおける信号の波形を示す。

異なる図面において同一の参照番号を持つアイテムは、同一の構造的特徴及び同一の機能を持つか又は同一の信号であることは、留意されるべきである。斯かるアイテムの機能及び／又は構造が既に説明されている場合には、詳細な説明において該アイテムの繰り返しとなる説明は必要ではない。

図１は、ＬＥＤ１０及びコントローラ１５を含むランプ１を模式的に示す。電圧源１６は、検出抵抗１７、ＬＥＤ１０及び電流源４の直列構成に、電源電圧Ｖｂを供給する。電流源４は、電流発生器１４及びコントローラ１３を有する。コントローラ１３は、イネーブル信号Ｅ及びフィードバック信号ＦＳを受信し、電流発生器１４に制御信号ＣＩを供給する。イネーブル信号Ｅは、定電流期間Ｔａ（図２Ｂ参照）の間に電流源１４をアクティブにするために使用される。イネーブル信号Ｅが電流源１４をアクティブにすると、非ゼロの平均電源電流ｉを供給するように調整される。コントローラ１３は、抵抗１７を流れる電流ｉに対する尺度であるフィードバック信号ＦＳを使用して、望ましい非ゼロ平均レベルで電流ｉを一定に保つ。該イネーブル信号が電流源４を非アクティブにすると、電流源４がスイッチオフされるか、又は電流発生器１４が減衰電流ｉを供給するように調整される。電流ｉが減衰する期間は、減衰期間と呼ばれる。斯かる制御可能な電流源４は、種々の態様で構成され得ることは、留意されるべきである。一実施例においては、該電流発生器は、制御信号ＣＩに従って電源電流ｉを供給する半導体電流源である。他の実施例においては、コントローラ１３及び電流源１４は、ＳＭＰＳの一部である。ここで、電流発生器１４はインダクタであり、制御信号ＣＩは、制御されるスイッチにより該インダクタに適用されるスイッチ信号である。斯かるＳＭＰＳ実装の例が、図３に示されている。

並列スイッチ２０は、ＬＥＤ１０と並列に配置される。コントローラ１５は、並列スイッチ２０の状態を制御する。並列スイッチ２０が閉じられている場合、並列スイッチ２０を電流ｉが流れ、ＬＥＤ１０を流れる電流ｉｄは略ゼロである。並列スイッチ２０が開かれている場合、ＬＥＤ１０を通って電流Ｉが流れ、並列スイッチ２０を流れる電流は略ゼロである。コントローラ１５は、定電流期間の間、並列スイッチ２０をＰＷＭ（pulse width mode）で制御することが知られている。従って、先行技術においては、並列スイッチ２０は、定電流期間（又はそのサブ期間）の間のみ開かれる。ここで一定とは、先行技術において、並列スイッチ２０の開期間の間に、電流ｉの平均値が一定に保たれることを意味する。当該平均値のまわりに波状変動が存在する場合（ＳＭＰＳ４が電流源として使用される場合に通常起こる）、電源電流ｉの最小値はゼロではなく、該波状変動は該平均値に対して比較的小さい。並列スイッチ２０の先行技術のＰＷＭ制御は、ＬＥＤ１０により発せられる光の強度を制御するため、定電流がＬＥＤ１０を流れる継続時間を変化させる。ＬＥＤ１０の強度の制御は、一般的にＬＥＤ１０を調光すると呼ばれる。斯くして、調光とは、ＬＥＤの光強度が低下すること又は増大することを意味する。一実施例においては、コントローラ１５は、クロック周期Ｔｃｌｋを持つクロック信号ＣＬＫを生成するクロック生成回路１５１と、並列スイッチ２０の状態を制御するため並列スイッチ２０に制御信号ＣＳ０を供給するクロック制御される回路１５０と、を有する。本発明の動作は、図２Ａ乃至２Ｄに関して以下に詳細に説明される。

図２Ａ乃至２Ｄは、図１に示されたランプ１の動作を説明するための簡略化された波形を示す。図２Ａは、イネーブル信号Ｅを時間の関数として示す。低いレベルは、電流源４が定電流期間にないことを示し、高いレベルは、電流源４がアクティブとされ所望のレベルを持つ調整された電源電流ｉを供給する定電流期間を示す。図２Ｂは、電流源４により、並列に配置された並列スイッチ２０とＬＥＤ１０とに供給される電源電流ｉを示す。図２Ｃは、制御信号ＣＳ０を示す。低いレベルは、スイッチ２が閉じられていることを示し、高いレベルは、スイッチ２が開かれていることを示す。図２Ｄは、ＬＥＤ１０を通る電流ｉｄを示す。

時間ｔ１において、イネーブル信号Ｅが低レベルから高レベルに変化し、電流源１４が調整モードへと起動される。非常に短い時間の間に、電流ｉは調整されたレベルｉｍにまで増大し、時間ｔ２においてイネーブル信号Ｅが低レベルにまで降下するまで当該レベルｉｍを保つ。実装に依存して、電流ｉにおいて波状変動（図示されていない）が生じ得る。図２Ｃ及び２Ｄにおいて、時間ｔ１からｔ２まで継続するアクティブ期間Ｔａの間、スイッチ２０が閉じられることが示されている。代替としては、スイッチ２０は、先行技術から良く知られているように、アクティブ期間Ｔａの間、ＰＷＭ制御されても良い。

時間ｔ２において、電流源４が非アクティブにされ又は減衰する電源電流ｉを供給するように制御され、電流ｉは時間ｔ５においてゼロになるまで減少を始める。本例においては、減衰期間Ｔｄは、時間ｔ２からｔ５まで継続する。代替としては、減衰期間Ｔｄは、時間ｔ２からｔ６まで継続しても良い。時間ｔ６において、電流源４を再びアクティブにすることにより、次のサイクルが開始される。減衰期間の間の電源電流ｉの形状、及び電源電流ｉが減少する速度は、実装に依存する。ＳＭＰＳにおいては、電流の比較的低速な減少を引き起こす、少なくとも１つのインダクタが存在する。他の実装においては、減衰期間Ｔｄの間、電流発生器１４が制御されて、所望の減衰速度を持つ減衰する電源電流ｉを供給する。

時間ｔ３において、制御信号ＣＳ０が低レベルに変化し、並列スイッチ２０が開く。このとき、ＬＥＤ１０を流れる電流ｉｄはレベルｉａを持つ。時間ｔ４において、制御信号ＣＳ０が高レベルに変化し、並列スイッチ２０が閉じる。このとき、該ＬＥＤを流れる電流ｉｄは再びゼロのレベルを持つ。制御信号ＣＳ０が低レベルを持ち、ＬＥＤ１０を流れる電流ｉｄがゼロでないレベルを持つ、開時間Ｔｏの継続時間は、制御可能であっても良い。開期間Ｔｏの継続時間が最小とされた場合に、最小の強度が得られる。クロック制御されたシステムにおいては、開期間Ｔｏの該最小の継続時間は、１クロック周期である。更なる強度レベルの数は、減衰期間Ｔｄの継続時間及び開始時間ｔ３の時間解像度に依存する。クロック制御されたシステムにおいては、該開始時間は、減衰期間Ｔｄが開始する時間ｔ２の後の、クロック周期の整数倍に選択され得る。

図３は、３つのＬＥＤの列を持つランプ１を模式的に示す。本発明の一般的な着想を示す図１とは異なり、図３は電流源４としてＳＭＰＳを備えた特定の実装を示す。

図３に示されたランプ１は、検出インピーダンス１７と直列に配置された３つのＬＥＤ１０、１１、１２の列と、インダクタ４２と、スイッチ４１と、を有する。この全体の直列構成は、電源電圧Ｖｂを供給する電圧源１６に接続される。インダクタ４２及びスイッチ４１は、ＳＭＰＳの一部である。検出インピーダンス１７は、インダクタ４２を通って流れる電流の尺度であるフィードバック信号ＦＳを得るために利用される。該列におけるＬＥＤの数は、３より少なくても良いし、３より多くても良い。該ＳＭＰＳは更に、フィードバック信号ＦＳを受信し、イネーブル入力部ＥＮにおいてイネーブル信号ＥＮを受信し、出力部ＤＲにおいてＳＭＰＳスイッチ４１の制御入力部へと制御信号ＣＩを供給する、コントローラ４０を有する。

並列スイッチ２０、２１、２２は、それぞれＬＥＤ１０、１１、１２と並列に配置される。コントローラ１５は、制御信号ＣＳ０、ＣＳ１、ＣＳ２を、それぞれレベルシフタ３０、３１、３２を介して、それぞれ並列スイッチ２０、２１、２２の制御入力部に供給する。コントローラ１５は、クロック信号ＣＬＫを生成するクロック生成器１５１を備えた、クロック制御されるシステムであっても良い。クロック制御される回路１５０は、クロック信号ＣＬＫを受信し、レベルシフタ３０、３１、３２を介して制御信号ＣＳ０、ＣＳ１、ＣＳ２を供給する。クロック制御される回路１５０は、マイクロプロセッサであっても良い。ＬＥＤ１０乃至１２と並列スイッチ２０乃至２２との並列構成の両端の電圧は、それぞれＶ１０乃至１２と示されている。

スイッチ４１とインダクタ４２との接合部と、電源電圧源１６とインピーダンス１７との接合部と、の間に、ダイオード４３が配置される。該ダイオードは、ＳＭＰＳスイッチ４１が開いているとき（非導通状態のとき）、インダクタ４２を通して電流を通すように極性付けられる。該ダイオードの両端の電圧は、Ｖ４３により示される。当該ランプ１の動作は、図４Ａ乃至４Ｃに関して説明される。

２つの別個のコントローラ、即ちＳＭＰＳ用のコントローラ４０と、並列スイッチ２０乃至２２を制御するためのコントローラ１５と、が示されているが、当該機能は単一のコントローラに組み合わせられても良い。代替としては、図示された２つよりも多いコントローラが存在しても良いし、又は機能が異なる態様で分割されても良い。例えば、イネーブル入力部ＥＮを同期的に又は非同期的に制御するため第３のコントローラが存在しても良い。いずれにしても、本発明の制御機能が実装されるハードウェアのコントローラにどのように分割されるかは重要ではない。

図４Ａ乃至４Ｃは、本発明の特定の実施例について、図３のランプにおける信号の波形を示す。図２Ａに関連する当該特定の実施例においては、イネーブル信号Ｅの末端間の反復時間は約１０ｍｓである。図３におけるインダクタ４２のインダクタンスＬはＬ＝１００μＨであり、Ｖｂ＝２４Ｖ、ｉｍ＝７３５ｍＡである。

時間ｔ１０において、イネーブル信号Ｅが低レベルから高レベルへと変化し、ＳＭＰＳが起動される。インダクタ４２を流れる電流ｉは、（ｉｍ＊Ｌ）／Ｖｂ＝３μｓという非常に短い時間で、最大レベルｉｍまで上昇する。時間ｔ１０とｔ１１との間において、コントローラ４０は、既知のヒステリシス制御によって、電流ｉを０．７±０．３５Ａにおいて一定に保つ。時間ｔ１１において、イネーブル信号Ｅが低レベルへと変化し、ＳＭＰＳがディスエーブルにされる。コントローラ４０はＳＭＰＳスイッチ４１の周期的なスイッチオン及びオフを停止し、インダクタ４２、ダイオード４３、及びＬＥＤ１０乃至１２と並列スイッチ２０乃至２２との並列構成を流れる電流ｉが減衰を始める。時間ｔ１１において、並列スイッチ２０乃至２２のそれぞれ１つが閉じられ（導通状態とされ）、略ゼロの電流がＬＥＤ１０乃至１２を流れる。時間ｔ１１とｔ１５との間において、インダクタ４２を流れる電流ｉは、式：
ｉ＝（Ｖ４３／Ｒｓ）＊（ｅ^{−ｔ／τｓ}−１）＋ｉｍ＊ｅ^{−ｔ／τｓ}
に従って減衰する。ここで、
Ｒｓはスイッチ２０乃至２２の抵抗、インピーダンス１７及びダイオード４３の抵抗、
τｓはインダクタ４２のインダクタンス及びＲｓにより定義される二次的な時定数、
Ｖ４３はダイオード４３の順方向電圧、である。

ダイオード４３がショットキーダイオードである場合、スイッチ２０乃至２２はＭＯＳＦＥＴであり、インピーダンス１７は抵抗であり、単に例として当該特定の実施例においては、Ｒｓ＝０．８３Ω、τｓ＝１２０μｓ、Ｖ４３＝０．３Ｖ、ｉｍ＝０．７Ａであり、１４５μｓの減衰時間Ｔｄに帰着する。

時間ｔ１２において、並列スイッチ２０は、例えば１クロックサイクルの間、及び１６ビット制御システムにおける利用可能な６５５３５個の可能性のうちの１つにより定義される時間ｔ１１に対する時間のような、非常に短い時間の間だけ開かれる。並列スイッチ２０の開時間の間にＬＥＤ１９を流れる電流は、時間ｔ１１とｔ１５との間の時間ｔ１２の出現に依存して、ｉｍとゼロとの間のいずれの値を持っても良い。本例においては、クロックＣＬＫが２０ＭＨｚの周波数を持ち、クロック周期の継続時間が５０ｎｓである場合には、電流ｉは、それぞれ０．２４ｍＡに対応する１４５μｓ／５０ｎｓ＝２９００個の段階に設定され得る。この時間解像度では、光強度の段階はもはや観測されない。図示された例においては、時間ｔ１２における電流ｉは３５０ｍＡである。ここでもまた、当該特定の例においては、時間ｔ１３においてスイッチが開かれ、１クロック周期の間に電流ｉ＝２１０ｍＡがＬＥＤ１２を流れる。時間ｔ１４においてスイッチ２１が開かれ、電流ｉ＝１６５ｍＡがＬＥＤ１１を流れる。これらＬＥＤを流れる電流ｉは、１つよりも多いクロックサイクルの間流れても良い。時間ｔ１２乃至ｔ１４の１つ以上は一致しても良い。

本例においては、それぞれがＬＥＤ１０乃至１２に関連する並列スイッチ２０乃至２２が、全て同一の減衰期間Ｔｄにおいて、それぞれ時間ｔ１２乃至ｔ１４の間に全てのＬＥＤを電流が流れるように制御される。

代替としては、スイッチ２０乃至２２のサブセットのみが、同一の減衰期間Ｔｄの間に開かれても良い。別の実施例においては、これらスイッチの開期間Ｔｏは、１つずつ連続する減衰期間に生じても良いし、又はサブ群において生じても良い。

要約すると、本発明の実施例は、並列スイッチ２０乃至２２を持つＬＥＤ１０乃至１２の全てをシャント（shunt）し、次いでＳＭＰＳ４をディスエーブルにし、最後に並列スイッチ２０乃至２２の少なくとも１つにＰＷＭパルスＣＳ０乃至ＣＳ２を供給して、インダクタ４３を流れる電流ｉがゼロ値にまで減衰する減衰期間Ｔｄの間に、関連するＬＥＤ１０乃至１２を流れる電流ｉを発生させることに向けたものである。（ＤＩＭ入力部において）イネーブル及びディスエーブルにされることができるＳＭＰＳ４の例は、「2MHz, High-Brightness LED Drivers with Integrated MOSFET and High-Side Current Sence」と題された集積回路MAX16832A/MAX16832C（Maxim Integrated Products社（米国カリフォルニア州Sunnyvale））のMAXIMデータシートから知られている。

本発明は、目覚まし照明において利用されることができ、より一般的には、可視の照明段階が観測され得ないように調光範囲が拡張されるべき全ての照明用途において利用されることができる。

上述の実施例は本発明を限定するものではなく説明するものであって、当業者は添付する請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替実施例を設計することが可能であろうことは留意されるべきである。

請求項において、括弧に挟まれたいずれの参照記号も、請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「有する（comprise）」及びその語形変化の使用は、請求項に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を除外するものではない。要素に先行する冠詞「１つの（a又はan）」は、複数の斯かる要素の存在を除外するものではない。本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアによって、及び適切にプログラムされたコンピュータによって実装されても良い。幾つかの手段を列記した装置請求項において、これら手段の幾つかは同一のハードウェアのアイテムによって実施化されても良い。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に利用されることができないことを示すものではない。

Claims

発光ダイオードと並列に配置されるための並列スイッチであって、当該並列スイッチが閉じられたときに前記発光ダイオードを短絡させるように構成される並列スイッチと、
前記並列スイッチと前記発光ダイオードとの並列構成に電源電流を供給するための電流源と、
前記電源電流がゼロでない平均レベルを持つように調整される調整モードから、前記電源電流が減衰期間の間減衰する減衰モードへと変化するように、前記電流源を制御する、第１の制御信号と、
前記減衰期間をサブ期間として有する開期間の間、前記並列スイッチが開くように制御する、第２の制御信号と、
を生成するように構成されたコントローラと、
を有する、発光ダイオードドライバシステム。
前記減衰期間は、前記電源電流が減衰を開始する時点から、前記電源電流がゼロとなるまで継続する、請求項１に記載の発光ダイオードドライバシステム。
前記コントローラは、前記開期間が、前記減衰期間のサブ期間となるように制御するよう構成された、請求項１に記載の発光ダイオードドライバシステム。
前記コントローラは、前記減衰期間内の前記開期間の出現の時間、及び／又は前記開期間の継続時間を制御するよう構成された、請求項３に記載の発光ダイオードドライバシステム。
調光モードにおいて、前記電流源を、
一定のゼロでない平均電源電流を供給し、
前記減衰期間の間に減衰する電源電流を得て、前記開期間の間に前記並列スイッチを開くよう制御する
ように、上記した順番で反復的に制御するよう構成された、請求項１に記載の発光ダイオードドライバシステム。
クロック制御される回路にクロック周期を持つクロック信号を供給するためのクロック生成器を有し、前記クロック制御される回路は、前記クロック周期の整数倍だけ、連続する減衰期間において、開期間の開始時間をシフトさせ、連続する減衰期間における前記発光ダイオードにより生成される光の強度変化を得るよう構成された、請求項５に記載の発光ダイオードドライバシステム。
前記クロック制御される回路は、前記開期間が前記クロック周期の整数倍である継続時間を持つよう制御するよう構成された、請求項６に記載の発光ダイオードドライバシステム。
前記電流源は、前記並列スイッチと前記発光ダイオードとの並列構成に前記電源電流を供給するためのインダクタを有するスイッチモード電源を有する、請求項１に記載の発光ダイオードドライバシステム。
前記スイッチモード電源は更に、スイッチモードスイッチ及びフリーホイールダイオードを有し、前記インダクタと前記スイッチモードスイッチとの直列構成が、前記発光ダイオードを介して電源電圧源に結合され、前記フリーホイールダイオードと前記スイッチモードスイッチとの直列構成が、前記電源電圧源に結合され、前記フリーホイールダイオードは、前記スイッチモードスイッチが開いているときに、前記インダクタを流れる前記電源電流を伝達するように極性付けられる、請求項８に記載の発光ダイオードドライバシステム。
更なる発光ダイオードと並列に配置されるための更なる並列スイッチを有し、前記更なる並列スイッチは、最初に前記した並列スイッチと前記電流源との直列構成と直列に配置され、前記コントローラは更に、前記減衰期間の更なるサブ期間である更なる開期間の間、前記更なるスイッチを開くよう制御するよう構成された、請求項１に記載の発光ダイオードドライバシステム。
発光ダイオードを更に有する、請求項１に記載の発光ダイオードドライバシステム。
最初に前記した発光ダイオード及び更なる発光ダイオードを更に有する、請求項１０に記載の発光ダイオードドライバシステム。
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光ダイオードドライバシステムを有するランプ。
発光ダイオードと電流源とが直列に配置され、並列スイッチが前記発光ダイオードと並列に配置され、前記並列スイッチは、前記並列スイッチが閉じられたときに、前記発光ダイオードを短絡させるシステムにおいて、前記発光ダイオードを駆動する方法であって、前記方法は、
電源電流がゼロでない平均レベルを持つように調整される調整モードから、前記電源電流が減衰期間の間減衰する減衰モードへと変化するように、前記電流源を制御するステップと、
前記減衰期間をサブ期間として有する開期間の間、前記並列スイッチが開くように制御するステップと、
を有する方法。