JP6274860B2 - 照明ドライバーにおけるオーバーシュート電流とアンダーシュート電流を制限する方法および装置 - Google Patents

照明ドライバーにおけるオーバーシュート電流とアンダーシュート電流を制限する方法および装置 Download PDF

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Description

本発明は、一般的に、照明機器のためのドライバーに関する。より特定的には、ここにおいて開示される種々の方法および装置は、電源オン、電源オフの最中、または、ブラウンアウト(brown−out)状況の最中の、照明ドライバーにおけるオーバーシュート電流とアンダーシュート電流を制限することに関する。
デジタル照明テクノロジー、つまり、発光ダイオード(LED)といった、半導体ベースの光源に基づいた照明は、従来の蛍光灯、HID、白熱灯に対する種々の代替案を提供する。LEDは機能的に、高いエネルギー交換率および光学的効率、耐久性、低いオペレーションコスト、そして他の多く利点がある。最近のLEDテクノロジーにおける進歩は、多くのアプリケーションにおいて種々の照明効果を可能にする効率的で強健なフルスペクトラムの照明光源を提供してきた。スタートアップ、主電源のブラウンアウト、または電源オフといった種々の状況下で、LEDドライバーはオーバーシュートすることがあり、過剰な電流により、結果としてLEDのフリッカー(fricker)やフラッシュ(flash)、および潜在的なLEDの故障を引き起こし得る。これは、(集積回路(IC)のパワーステージに対する)電源や関連ICのタイミングに関するコントロールを欠くことによるものであり、および、LEDドライバーのレギュレーターIC、等の初期条件によるものでもあり得る。従来のLEDドライバーにおいて、電流参照値は固定値であるか、または調光インターフェイスによってのみコントロールされるか、のいずれかであった。スタートアップでは、ドライバーの出力電流はゼロである。ドライバー出力電流と電流参照信号との間の誤差が大きいので、大きなフィードバック信号が提供される。ドライバーが突然にそうした非常に大きいフィードバック信号に反応する場合に、ドライバーの出力電流は素早く上昇する。このことは、ドライバー出力電流のオーバーシュートを導き、LED照明出力のフラッシュおよびフリッカーを引き起こしかねない。同様に、通常のIC入力の初期条件に応じて、ドライバーは高い出力電流でスタートすることもある。
従って、この技術分野において、種々のパワーステージICの電源をコントロールすること、そして、LEDドライバーのフィードバックコントロール回路の参照値及び/又は初期条件をコントロールすることが必要である。
本発明開示は、照明ドライバーにおける電流オーバーシュートおよび電流アンダーシュートを制限するための方法および装置の発明に関するものである。
一般的に、一つの実施態様において、照明ドライバーは、主電源の電力供給からの入力を1次側出力に変換するように構成された1次側ドライバーと、前記1次側ドライバーに接続され、照明負荷を駆動するためのドライバー出力電流を提供するために前記1次側出力を整流およびフィルターするように構成された2次側ドライバーと、ソフトスタート期間の最中は、前記第2次側ドライバーが電源起動され、前記1次側ドライバーは非起動状態にあり、かつ、前記ソフトスタート期間に続いて、電源起動された際に前記1次側ドライバーが低出力状態であるように設定され、かつ、その後、前記2次側ドライバーのドライバー出力電流が、前記照明負荷からの前記照明出力を、初期調光レベルから公称調光レベルまでフリッカー無く増加させるための状態に設定されるように前記照明ドライバーをコントロールするように構成されたマイクロコントローラーと、を含む。
別の実施態様において、照明ドライバーは、主電源の電力供給からの入力を1次側出力に変換するように構成された1次側ドライバーと、前記1次側ドライバーに接続され、照明負荷を駆動するためのドライバー出力電流を提供するために前記1次側出力を整流およびフィルターするように構成された2次側ドライバーであり、ソフトスタート信号と電流参照信号に反応して、前記1次側ドライバーに対してフィードバック信号を提供する2次側ドライバーと、前記ソフトスタート信号と前記照明負荷の所望の調光レベルを示す入力調光信号に反応した前記電流参照信号とを提供するように構成されたマイクロコントローラーと、を含む。前記1次側ドライバーは、前記ソフトスタート信号がオンの場合にオフされるように構成されており、かつ、前記ソフトスタート信号がオフされた後は、前記フィードバック信号に反応して低出力に設定され、かつ、その後は、前記電流参照信号に基づいて初期状態に設定される。
さらに別の実施態様において、照明ドライバーは、主電源の電力供給からの入力を1次側出力に変換するように構成された1次側ドライバーと、前記1次側ドライバーに接続され、照明負荷を駆動するためのドライバー出力電流を提供するために前記1次側出力を整流およびフィルターするように構成された2次側ドライバーであり、ソフトスタート信号と電流参照信号に反応して、前記1次側ドライバーに対してフィードバック信号を提供する2次側ドライバーと、前記1次側ドライバーに対して第1の動作電圧を提供するように構成された1次側ドライバー電源と、前記2次側ドライバーに対して第2の動作電圧を提供するように構成された2次側ドライバー電源であり、前記2次側ドライバーに対して前記ソフトスタート信号と前記電流参照信号を提供するように構成されたマイクロコントローラーを含む2次側ドライバー電源と、を含む。前記1次側ドライバーは、前記ソフトスタート信号がオンの場合に前記第2の動作電圧から切り離されるように構成されており、かつ、前記ソフトスタート信号がオフされた後は、前記フィードバック信号に反応して低出力状態に設定され、かつ、その後は、前記電流参照信号に基づいて初期状態に設定される。
さらなる実施態様において、照明光源からのフリッカーを除去する方法は、1次側ドライバーステージにおいて主電源の電力供給からの入力を1次側出力に変換するステップと、前記照明光源を駆動するためのドライバー出力電流を提供するために、前記1次側出力を整流およびフィルターするステップと、ソフトスタート期間の最中は、前記第2次側ドライバーが電源起動され、前記1次側ドライバーは非起動状態にあり、かつ、前記ソフトスタート期間に続いて、電源起動された際に前記1次側ドライバーが低出力状態であるように設定され、かつ、その後、前記2次側ドライバーのドライバー出力電流が、前記照明負荷からの前記照明出力を、初期調光レベルから公称調光レベルまでフリッカー無く増加させるための状態に設定されるようにコントロールを提供するステップと、を含む。
別の実施態様において、照明ドライバーは、主電源の電力供給からの入力を1次側出力に変換するように構成された1次側ドライバーと、前記1次側ドライバーに接続され、照明負荷を駆動するためのドライバー出力電流を提供するために前記1次側出力を整流およびフィルターするように構成された2次側ドライバーであり、ソフトスタート信号に反応して、前記1次側ドライバーに対してフィードバック信号を提供する2次側ドライバーと、前記1次側ドライバーに対して第1の動作電圧を提供するように構成された1次側ドライバー電源と、前記2次側ドライバーに対して第2の動作電圧を提供するように構成された2次側ドライバー電源であり、前記2次側ドライバーに対して前記ソフトスタート信号を提供するように構成されたマイクロコントローラーを含む2次側ドライバー電源と、を含む。前記照明ドライバーが電源オフである最中は、前記1次側ドライバーが、前記第2の動作電圧から切り離されるように構成されており、かつ、前記ソフトスタート信号に反応して、前記フィードバック信号が低出力状態に設定される。
本発明開示の説明にためにここにおいて使用されるように、用語「LED」は、あらゆる電界発生(electroluminescent)ダイオード、または、電気信号に応じて放射を生成することができるキャリアーインジェクション(carrier injection)/ジャンクションベース(junction−base)のシステムを含むものと理解されるべきである。従って、用語LEDは、これらに限定されるわけではないが、電流に反応して光を発する種々の半導体ベースの構造体、発光ポリマー、有機発光ダイオード(OLED)、電界発光ストリップ(strip)、などといったものを含んでいる。特に、用語LEDは、(半導体および有機発光ダイオードを含む)全てのタイプの発光ダイオードに適用される。それらは、赤外線スペクトラム、紫外線スペクトラム、そして可視スペクトラム(一般的に、約400ナノメートルから約700ナノメートルの放射波長を含む)の種々部分のうち、一つまたはそれ以上の放射を生成するように構成されている。LEDのいくつかの実施例は、これらに限定されるわけではないが、種々のタイプの赤外線LED、紫外線LED、赤LED、青LED、緑LED、黄色LED、アンバー(amber)LED、オレンジLED、そして白色LED(以下に詳しく述べる)を含んでいる。LEDは、与えられたスペクトラム(例えば、狭いバンド幅、広いバンド幅))と与えられた一般的な色カテゴリーの中の様々な支配的な波長に対する種々のバンド幅(例えば、半値全幅、またはFWHM)を有する放射を生成するように構成及び/又はコントロールされ得ることが、正しく理解されるべきである。
例えば、実質的に白色を生成するように構成されたLED(例えば、白色LED)の一つの実施例は、それぞれに異なる電界発光スペクトラム発し、組合せにおいて、混ざって実質的な白色を形成する多数のダイ(die)を含んでよい。別の実施例において、白色照明LEDは、第1のスペクトラムを有する電界発光を第2のスペクトラムに変換する蛍光物質に関連する。この実施に係る一つの例においては、比較的に短い波長と狭いバンド幅を有する電界発光が蛍光物質を「ポンプ(“pump”)」し、順番に、いくらか広いスペクトラムを有し、より長い波長の光を放射する。
用語LEDは、物理的及び/又は電気的なLEDのパッケージタイプを限定するものではないことも理解されるべきである。例えば、上述のように、LEDは、異なる放射スペクトラムをそれぞれ発光するように構成された(例えば、個々にコントロールできてもできなくても)複数のダイを有する単一の発光デバイスに関するものでもよい。同様に、LEDは、LED(例えば、白色LEDのいくつかのタイプ)の必須部分として考えられる蛍光体に関するものでもよい。一般的に、用語LEDは、パッケージされたLED、パッケージされていないLED、表面実装LED、チップオンボード(chip−on−board)LED、TパッケージマウントLED、ラジアルパッケージLED、電力パッケージLED、あるタイプのエンケースメント(encasement)及び/又は光学エレメント(例えば、拡散レンズ)を含むLED,等に関する。
用語「光源(“light source”)」は、これらに限定されるわけではないが、以下に挙げるあらゆる一つまたはそれ以上の種々の放射源を参照するものと理解されるべきである。それらは、LEDベースの光源(上に定めるような一つまたはそれ以上のLEDを含む)、白熱光源(例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ)、蛍光光源、リン光性光源、高輝度ディスチャージ光源(例えば、ナトリウム蒸気、水銀蒸気、およびメタルハライドランプ)、レーザー、他の電界発光光源、火の発光光源(例えば、炎)、キャンドル発光光源(例えば、ガスマントル、炭素アーク放射光源)、フォト発光光源(例えば、ガスディスチャージ源)、電気ステーションを使用するカソード発光光源、ガルバノ発光光源、クリスタル発光光源、キネ発光光源、サーモ発光光源、トライボ発光(triboluminescent)光源、ソノ発光光源、ラジオ発光光源、そして発光性ポリマー、である。
用語「照明台("lighting fixture”)」は、ここにおいて、所定のフォームファクター、アセンブリー、または、パッケージにおける一つまたはそれ以上の照明ユニットの実施または構成を指すものとして使われている。用語「照明ユニット("lighting unit”」は、ここにおいて、同一または異なるタイプの一つまたはそれ以上の光源を含む装置を指すものとして使用されている。与えられた照明ユニットは、光源の取付け構成、エンクロージャー/ハウジング構成と形状、及び/又は、電気的および機械的接続構成、の種類のうちのあらゆる一つを有し得る。加えて、与えられた照明ユニットは、光源のオペレーションに関する種々の他のコンポーネント(例えば、コントロール回路)と任意的に関連してもよい(例えば、接続され、及び/又は、供にパッケージされる、ことを含む)。「LEDベースの照明ユニット(“LED−based lightinh unit”)」は、上記に説明したような一つまたはそれ以上のLEDベースの光源を、単独、または、他の非LEDベースの光源との組合せにおいて指している。「複数チャンネル(“multi−channel”)」照明ユニットは、それぞれ異なるスペクトラムの放射を生成するように構成された少なくとも2つの光源を含むLEDベースまたは非LEDベースの照明ユニットを指しており、それぞれ異なる光源スペクトラムは、「チャンネル(“channel”)」として言及される。
用語「コントローラー("controller”)」は、ここにおいては、一般的に一つまたはそれ以上の光源のオペレーションに関する種々の装置を説明するために使用されている。コントローラーは、ここにおいて考察される種々の機能を実行するための数多くの方法(例えば、専用のハードウェアを伴なうもの)において実行され得る。「プロセッサ(“processor”)」は、ここにおいて考察される種々の機能を実行するためにソフトウェア(例えば、マイクロコード)を使用してプログラムすることができる一つまたはそれ以上のプロセッサを使用するコントローラーの一つの例である。コントローラーは、プロセッサを使用しても、しなくても実行することができ、また、いくつかの機能を実行するための専用ハードウェアと他の機能を実行するためのプロセッサとの組合せ(例えば、一つまたはそれ以上のプログラムされたマイクロプロセッサと関連の回路)として実施されてもよい。本発明開示の種々の実施例において使用され得るコントローラーコンポーネントの例としては、これらに限定されるわけではないが、従来のマイクロプロセッサ、特定アプリケーション集積回路(ASIC)、および、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)がある。
種々の実施例において、プロセッサまたはコントローラーは、一つまたはそれ以上の記録媒体と関連付けらてれよい(ここにおいて、一般的に「メモリー(“memory”)」として示されているものは、例えば、揮発性または非揮発性のコンピューターメモリーであり、RAM、PROM、EPROM、EEPROM、フロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、等といったものである)。いくつかの実施例において、記録媒体は、一つまたはそれ以上のプログラムを伴なってエンコードされ、一つまたはそれ以上のプロセッサ及び/又はコントローラー上で実行される場合に、ここにおいて考察された機能の少なくともいくつかを実行する。種々の記録媒体はプロセッサまたはコントローラーの中に固定されてもいいし、持ち運び可能でもよい。そこに記録された一つまたはそれ以上のプログラムがプロセッサまたはコントローラーにロードされ、ここにおいて考察される本発明に係る種々の実施態様を実行するためである。用語「プログラム(“program”)」または「コンピューター(“computer”)」は、ここにおいて、一般的な意味で、一つまたはそれ以上のプロセッサまたはコントローラーをプログラムするために使用することができるあらゆるタイプのコンピューターコード(例えば、ソフトウェアまたはマイクロコード)を指している。
前出のコンセプトと以降に詳細に考察される追加的なコンセプトとの全ての組合せは(そうしたコンセプトがお互いに一貫性があることを前提にして)、ここにおいて開示される本発明の技術的事項の一部であるものとして考えられることが、正しく理解されるべきである。特に、この発明開示に添付される特許請求の範囲の技術的事項の全ての組合せは、ここにおいて開示される本発明に係る技術的事項の一部であるものと考えられる。ここにおいて明白に使用されており、参照として包含されているあらゆる明細書においても登場する専門用語は、ここにおいて開示される所定のコンセプトと最も一貫している意味と一致するべきものであることも、また、正しく理解されるべきである。
図面において、類似の参照記号は一般的に、異なる図を通して同一のパーツを指している。同様に、図面は正しく縮尺される必要はなく、代わりに、本発明の原理を説明するために、一般的には強調が施される。
図1は、本発明の代表的な実施例に従ったLEDドライバーのブロックダイヤグラムを示している。 図2は、本発明のより詳細で代表的な実施例に従ったLEDドライバーのブロックダイヤグラムを示している。 図3は、図2のLEDドライバーに対する主電源からの入力を示している。 図4は、図3に示したEMIフィルターの出力と、LEDドライバーの整流回路の出力を示している。 図5は、図2に示したLEDドライバーのブーストPFC回路の出力を示している。 図6は、図2に示したLEDドライバーのPWMハーフブリッジコンバーターの出力を示している。 図7は、出力整流器と図2に示したLEDドライバーのフィルター回路からのLEDドライバー出力を示している。 図8は、図2に示した出力電流コントロール回路のブロックダイヤグラムを示している。 図9は、本発明の代表的な実施例に従ってコントロールされたスタートアップシーケンスの最中の信号を示している。 図10は、図9に従ってコントロールされたスタートアップシーケンスのオペレーションを説明するフローチャートである。 図11は、本発明の代表的な実施例に従って、「ブラウンアウト」状況の最中の信号シーケンスを示している。 図12は、本発明の代表的な実施例に従って、LEDドライバーの電源オフに対するコントロールされた信号シーケンスを示している。
図1を参照すると、一つの実施例として、LEDドライバー100のブロックダイヤグラムが示されている。主電源の入力電圧101は、LEDドライバーの1次側120に接続されている。LEDドライバー100の1次側120は、絶縁変圧器102の1次側に接続されている。絶縁変圧器102の2次側は、LEDドライバー100の2次側に接続されている。1次側ドライバー電源140は、1次側120に接続されており、スイッチ104を介して、1次側120の集積回路(IC)および他の周辺回路に対して調整電圧 1次_PS(Power Supply)を提供する。1次側ドライバー電源140は、1次側120の中のバス電圧 Vbusに接続されている。後で説明されるようにである。1次側ドライバー電源140は、また、絶縁変圧器103の1次側にも接続されている。2次側ドライバー電源150は、絶縁変圧器103の2次側に接続されている。2次側ドライバー電源150は、調整電圧 2次_PS(Power Supply)を提供する。2次側ドライバー電源150は、また、マイクロプロセッサ(図2に示されている)とその周辺回路に対して電力を供給する。マイクロプロセッサは、2次側130のICと周辺回路に対する電流参照信号とソフトスタート信号を提供する。スイッチコントロール信号は、光アイソレーター107を介してマイクロプロセッサからLEDドライバー100の1次側に光学的に接続されている。選択的にスイッチ104をディセーブル(disable)する、すなわち、1次側ドライバー電源140から1次側120への動作電圧供給をディセーブルするためである。光アイソレーター108を介して2次側130から1次側120に対してフィードバック信号が提供される。同様に、2次側130の出力が照明負荷106を駆動するために提供される。照明負荷は、一つまたはそれ以上のLEDであってよく、または、例えば、直列に一緒に接続された複数のLEDを含むLEDモジュールであってもよい。
図2を参照すると、LEDドライバー100のより詳細な実施例が示されている。主電源101は、図3に示されるようなAC正弦波入力を、LEDドライバー100の1次側120の中の入力電磁干渉(EMI)フィルターおよび整流回路122に対して提供する。入力は、図3において、電圧Vinおよび対応する電流Iinを有するものとして示されている。EMIフィルターと整流回路122は、キャパシターとインダクターのネットワーク、または、類似の回路で構成されてよく、制限された入力を提供するために、入力に注入される高周波コンポーネントを制限する。EMIフィルターの整流ステージおよび整流回路122は、制限された入力を図4に示すように、整流された正弦波形へと変換する。EMIフィルターおよび整流回路122の出力は、ブースト力率補正(PFC)ブースト回路124に対して提供される。ブーストPFC回路124は、EMIフィルターおよび整流回路122から提供された整流された正弦波形を、図5に示されるような固定の調整されたDC電圧に変換する。ブーストPFC回路124は、EMIフィルターの整流ステージおよび整流回路122から引き出された電流Iが電圧Vと同位相であることを保証する。その結果、LEDドライバー100が一貫性のある力率に近づいて動作することを保証するためである。ブーストコントロール回路125は、上記のこれらの機能を提供するために、ブーストPFC回路124の中の半導体スイッチをコントロールする。ブーストコントロール回路125は、一つまたはそれ以上のICと周辺の受動コンポーネントから構成されてよい。それらは、バス電圧出力、整流器の出力における電圧、および、ブーストPFC回路124の中を流れる電流を検知し、ブーストPFC回路124中の半導体スイッチをコントロールする。バス電圧がある既定の望ましいレベルになるように調整され、電流Iが電圧Vと同位相になるようにである。
パルス幅変調(PWM)ハーフブリッジ(half−bridge)コンバーター126は、ブーストPFC回路124からの出力として提供された調整されたDC電圧を図6に示すような高周波数脈動信号に転換する。高周波数脈動信号は、電圧Vpriおよび対応する電流Ipriを有するものとして示されている。パルス幅は、光アイソレーター108を介して2次側130の中で出力電流コントロール回路134から提供されるフィードバック信号に反応したPWMハーフブリッジコントロール回路(ハーフブリッジコントローラー)127からの1次側コントロール信号によって設定される。PWMハーフブリッジコントロール回路127からの1次側コントロール信号は、PWMハーフブリッジコンバーター126におけるスイッチのオン/オフ時間をコントロールする。PWMハーフブリッジコンバーター126は、2つのスイッチで構成されてよい。スイッチがオン(またはオフ)される最中の持続時間が、図6に示される高周波数脈動信号のパルス幅を決定する。スイッチのオン(またはオフ)は、PWMハーフブリッジコントロール回路127によってコントロールされる。回路は、ICを使用して実施されてもよく、光アイソレーター108を介した2次側からのフィードバックに基づいてコントロールされる。光アイソレーター108は、1次側と2次側との間を電気的に隔離する。そして、2次側における高電圧または素早く変化する電圧が、コンポーネントを損傷または変換器を破壊することを実質的に防いでいる。PWMハーフブリッジコンバーター126からの高周波数脈動信号は、絶縁変圧器102の1次側へ接続されている。図2においてスイッチ104は、1次側120の中に組み込まれているように描かれているが、図1に示される方法で、1次側の外に配置されてもそれと同等に構わない。
絶縁変圧器102の2次側は、図2に示されるように、出力整流器とフィルター回路132に接続されている。出力整流器とフィルター回路は、絶縁変圧器102の2次側から提供された信号を整流し、フィルターして、図7に示されるようなDC駆動電流を出力する。このDC駆動電流は、LEDドライバー出力電流として照明負荷106に対して提供される。駆動電流は、また、出力電流コンポーネント回路134(詳細は後に説明される)に対するフィードバック信号としても提供される。出力電圧は、出力電圧コントロール回路136に対するフィードバックとして提供される。出力電流コントロール回路134と出力電圧コントロール回路136の出力は、一緒に結合され、光アイソレーター108を介して1次側に対するフィードバック信号を提供する。出力電圧コントロール回路136は、照明負荷106に対して提供される最大電圧の限界をコントロールする。
1次側ドライバー電源140は、図2に示されるように、Vbusを介してブーストPFC回路124からの、固定され、調整されたDC電圧出力に接続されている。1次側ドライバー電源140は、例えば、2つの分離された出力を伴なうフライバック(flyback)コンバーターであり得る。第1の分離された出力は、電圧 1次_PSとして提供され、スイッチ104を介して、コントロール回路125、PWMハーフブリッジコントロール回路127、および、1次側120の中の種々の他のIC、をブーストする。1次側ドライバー電源140に係る第2の分離された出力は、絶縁変圧器103の追加的な1次側巻き線に接続されている。
図2に示されるLEDドライバー100は、さらに、第2の電源152、マイクロプロセッサ154、そして、調光コントロール回路156を含んでいる。マイクロコントローラー154は、以下の様々なプロセス機器のうちの一つであってよい。それらは、プロセッサ、マイクロプロセッサ、または中央処理装置(CPU)、特定アプリケーション統合回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはこれらの組合せ、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアで実現された論理回路、またはこれらの組合せ、といったものである。2次電源152は、絶縁変圧器103の2次側に接続されており、調整された電圧 2次_PSを出力電流コントロール回路134と2次側130における種々の他のICに対して提供する。2次電源152は、また、調整された電圧をマイクロプロセッサ154に対しても提供する。調光コントロール回路156は、調光信号のためのインターフェイスであり、調光入力109とマイクロプロセッサとの間に配置される。調光入力109は、照明負荷106に対して望まれる公称(nominal)調光レベル電圧の指標である調光信号を提供する。調光信号に基づいて、マイクロプロセッサ154は、出力電流コントロール回路134に対して、そこからの出力として提供される電流参照信号を調整する。マイクロプロセッサは、また、スタートアップ、電源オフの際に、出力電流コントロール回路134に対して、ソフトスタート信号を提供する。かつ、ブラウンアウト状況のために生じ得る、2次電源152から提供される調整された電圧の停電を検知した際にもである。マイクロプロセッサ154は、また、スイッチ104に係るオン/オフのタイミングをコントロールするために、光アイソレーター107を介して1次側120に対して、スイッチコントロール信号を提供する。光アイソレーター107は、1次側と2次側との間を電気的に隔離する。そして、2次側における高電圧または素早く変化する電圧が、コンポーネントを損傷または変換器を破壊することを実質的に防いでいる。
メモリー(図示なし)も、また、LEDドライバー100の一部として含まれており、実行可能なソフトウェア/ファームウェア、及び/又は、マイクロコントローラー154のための実行可能なコードを保管している。メモリー(図示なし)は、マイクロコントローラー154の一部として包含されてもよいし、別々に配置されてもよい。実行可能なソフトウェア/ファームウェア、及び/又は、実行可能なコードは、スタートアップ、電源オフ、および、ブラウンアウトの最中に使用される数多くの信号及び電圧を決定する(例えば、バス電圧(Vbus)を検知し、ソフトスタート信号を実行する)。詳細は後で説明される。メモリーは、あらゆる数量、タイプ、および、不揮発性読出し専用メモリー(ROM)と揮発性ランダムアクセスメモリー(RAM)との組み合せ、であってよく、プロセッサまたはCPUによって実行可能なコンピュータープログラムやソフトウェアアルゴリズムといった、種々のタイプの情報を保管し得る。メモリーは、あらゆる数量、タイプ、および、有形のコンピューターで読み取り可能な記録媒体の組み合せであってよい。記録媒体は、ディスクドライブ、電気的にプログラム可能な読出し専用メモリー(EPROM)、電気的に消去可能でプログラム可能な読出し専用メモリー(EEPROM)、CD,DVD,ユニバーサルシリアルバス(USB)ドライブ、といったようなものである。
図8は、2次側130の出力電流コントロール回路134の詳細を示しており、減算器162と電流補償回路164を含んでいる。減算器162は、マイクロプロセッサ154によって提供されたソフトスタート信号と、出力および整流フィルター回路132によって提供されたLEDドライバー出力電流との両方を、マイクロプロセッサ154によって提供された電流参照信号から減じるように構成されている。減算器162から結果として生じる出力は、電流補償器164に対して提供される。電流補償器164は、結果として生じる信号を補償する。電流補償器164は、LEDドライバー100の出力電流がマイクロプロセッサ154から受取った電流参照信号にできる限り近づくような方法で、光アイソレーター108の入力に対して提供されるフィードバック信号を調整するように構成されている。補償された信号は、光アイソレーター108を介して、1次側に120に対してフィードバックとして提供される。
図2に示したLEDドライバー100のオペレーションが、本発明の代表的な実施例に従って、図9および図10に関して説明される。図9は、コントロールされたスタートアップシーケンスの最中の信号を示しており、図10は、フローチャートを示している。
スタートアップの開始において、調整された電圧 1次_PSが1次側120に提供されないように、スイッチ104はオフに維持されている。ブーストPFC回路124、PWMハーフブリッジコンバーター126、ブーストコントロール回路125、および、PWMハーフブリッジコンバーター127は、従って、非動作である。そのように、スタートアップにおいて、バス電圧Vbusは、EMIフィルターの整流器ステージと整流器回路122の実質的な出力であり、主電源電圧に対して直接的に比例している。これは、EMIフィルターと整流器回路122の出力は、ダイオード(図示なし)を通じてVbusに結合されているからである。
busが、図10におけるステップS1で、最小または第1の閾値に到達した場合は、図10のステップS2において、続いて、2次電源152とマイクロコントローラー154が電源オンされる。図9の時間201においてである。その後、図10のステップS3で、マイクロコントローラー154は、バス電圧Vbusが、所定の臨界値または第2の閾値を越えて増加していないかどうかをチェックする。電圧Vbusが、第2の閾値より大きい場合には、ステップS4、図9の時間202、においてソフトスタート信号がオンにされる。ソフトスタート信号は、出力電流コントロール回路134を介して電流コントロールループを飽和させる。電流コントロールループを飽和させることにより、光アイソレーター108を介して1次側120に対して提供されるフィードバック信号は、ロー(low)に引かれる。ソフトスタート信号がオンである持続時間の最中は、マイクロプロセッサ154によって電流参照信号はローに維持される。同様に、時間202において、初期のシステムレベルが設定される。
図10のステップS5において、マイクロプロセッサ154は、ステップS4においてソフトスタート信号がオンにされてから設定された期間が経過したかを判断する。マイクロコントローラー154が、設定された期間が経過したものと判断した場合には、図10のステップS6,図9の時間203において、ソフトスタート信号はオフされる。同様に、図9の時間203では、マイクロコントローラー154によって、電流参照信号が調光初期レベルに設定される。それは、調光入力109によって提供される公称調光レベル電圧の約25%である。さらに、また時間203では、マイクロコントローラー154は、光アイソレーター107を介してスイッチコントロール信号を提供し、スイッチ104をオンし、1次側120の電源を立ち上げる。時間203に続いて、マイクロコントローラー154は、出力電流コントロール回路134に対して提供されたように、電流参照信号を、時間204において終了する持続時間の中で、公称調光レベル電圧まで比例的に増加させる。増加の持続時間は、回路の定数に応じてマイクロコントローラー154によって調整され得る。コントロールされたスタートアップシーケンスは、続いて、図9の時間204で終了する。あらゆる第1および第2の閾値、そして、あらゆる設定された期間が、システム設計者によって選択され得ることが理解されるべきである。同様に、調光初期レベルは、公称調光レベル電圧の25%より下または上いずれかの他の値に設定されてもよい。調光初期レベルは、代替的に、ゼロに設定されてもよい。
従って、図9および図10に関して説明されたコントロールされたスタートアップシーケンスにおいて、マイクロコントローラー154は、2次側130の後でLEDドライバー100の1次側120が電源オンされるように、コントロールを提供する。ソフトスタート信号がオンであり、ブーストPFC回路124、PWMハーフブリッジコンバーター126、ブーストコントロール回路125、および、PWMハーフブリッジコンバーター127がオフに維持されている持続時間の最中は、2次側130から照明負荷106に提供されるLEDドライバー出力電流はその結果としてゼロであり、実質的に照明負荷106から光が出力されない。2次側130は、従って、1次側120のバス電圧Vbusが、所望の値に落ち着く時間の最中は、主電源101から隔離されている。ソフトスタート信号がローになると、2次側130から以前に提供されたようにプルダウン状態にあるフィードバック信号が、PWMハーフブリッジコントロール回路127において存在する。その後、PWMハーフブリッジコントロール回路127が初期的に電源オンされた場合には、PWMハーフブリッジコントロール回路127から提供された1次側コントロール信号は、PWMハーフブリッジコンバーター126を低電流状態に置く。2次側130から照明負荷106に対して提供されるLEDドライバー出力電流をゼロに維持するためである。固有の短い遅延の後で、調光初期レベルに設定された電流参照信号に反応して、フィードバック信号は、続いて、PWMハーフブリッジコントロール回路127に提供される。この時点で、PWMハーフブリッジコンバーター126は、調光初期レベルに設定された電流参照信号に反応した状態においてPWMハーフブリッジコントロール回路127のコントロールの下でオペレーションを再開する。その後、PWMハーフブリッジコンバーター126は、公称調光レベル電圧まで比例的に増加していくつかの実施例において、電流参照信号に基づいたフィードバック信号に反応して動作する。1次側120におけるバス電圧Vbusは、所望の値に落ち着くことが許され、PWMハーフブリッジコンバーター126は、電源オンされた際に比例的に増加していくフィードバック信号に反応してオペレーションを再開するので、LEDドライバー出力電流のオーバーシュートとアンダーシュートが防止される。コントロールされたスタートアップシーケンスは、LEDドライバーが、いかなる突然の負荷の増大も経験しないことを保証する。結果として、スタートアップにおける照明負荷106からの照明出力には、実質的にフリッカーが観察されない。
図11に関して、LEDドライバー100のオペレーションが説明される。ブラウンアウトに反応したコントロールされたシーケンスの最中の信号が示されている。図9と図10に関して説明したものにいくらか類似したイベントシーケンスが、図11に示されるコントロールされたシーケンスにおいて実行される。この実施例においては、シーケンスの全体を通じてマイクロコントローラー154がオンに維持されているので、図11には、調整された電圧 2次_PSは示されていない。ブラウンアウト状況は、主電源101から提供される電圧の突然な低下によって特徴付けられ、1次側120におけるバス電圧Vbusの低下を結果として生じる。このバス電圧Vbusの低下に反応して、照明負荷106からの照明出力が落ちてしまう。バス電圧Vbusは、2次電源152を通じて、図2に示されるマイクロコントローラー154と1次側電源140によってモニターされる。モニターされた結果は、図11において主電源モニター信号として示されており、バス電圧Vbusの低下が検知された際に、マイクロコントローラー154によってハイ(high)状態に上げられる。
図11のコントロールされたシーケンスにおいて、マイクロコントローラー154は、時間301において示されるように、ブラウンアウト状況の発生を判断する。それに反応して時間301において、スイッチ104をオフするように、光アイソレーター107を介して1次側120に対してスイッチコントロール信号を提供する。調整された電圧 1次_PSが、1次側120の中のブーストPFC回路124、PWMハーフブリッジコンバーター126、ブーストコントロール回路125、および、PWMハーフブリッジコンバーター127に対して提供されないようにするためである。マイクロコントローラー154は、また、時間301において、ソフトスタート信号をオンにする。図9に関して説明したように、このことは、2次側130の中の出力電流コントロールループを飽和させ、光アイソレーター108を介して1次側120に対して提供されるフィードバック信号がロー(low)に引かれる。その結果としてLEDドライバー出力電流がゼロになるようにである。ソフトスタート信号がオンである持続時間の最中に、図9に関して以前に説明したように、初期システムレベルが設定される。その後、図9に関して説明したものと同一のイベントシーケンスが続く。ソフトスタート信号はオフされ、マイクロコントローラー154は、スイッチ104をオンし、1次側120を電源起動するように、光アイソレーター107を介してスイッチコントロール信号を提供し、図11に示されるように、時間302において、電流参照信号が調光初期レベルに設定される。時間302に続いて、また、マイクロコントローラー154は、出力電流コントロール回路134に対して提供されるものとしての電流参照信号を、時間303において終了する持続時間において公称調光レベル電圧にまで比例的に増加させる。コントロールされたシーケンスは、図11に示される時間303で終了する。ブラウンアウト状況に続くこのコントロールされたシーケンスは、LEDドライバー100が、主電源101が通常に戻る際に、いかなる突然の負荷の増大をも経験しないことを保証する。結果として、ブラウンアウト状況の後で通常のオペレーションを再開する際に、照明負荷106からの照明出力において、実質的なフリッカーは観察されない。実質的にフリッカーが排除されている。
図12に関して、LEDドライバー100のオペレーションが説明される。LEDドライバーを電源オフするためのコントロールされた信号シーケンスが示されている。図9、図10と図11に関して説明したものにいくらか類似したイベントシーケンスが、図12に示されるコントロールされたシーケンスにおいて実行される。主電源が除去されると、図2に示される電圧Vと、続いてバス電圧Vbusは、徐々にゼロ向かって低下していく。マイクロコントローラー154が、バス電圧Vbusが所定のレベルを低下していることを検知した場合には、マイクロコントローラー154は、図12の時間401においてソフトスタート信号をハイ(high)状態に引き上げる。出力電流コントロールループは飽和し、光アイソレーター108を介して1次側120に対して提供されるフィードバック信号がロー(low)に引かれる。同時に、マイクロコントローラー154は、光アイソレーター107を介して、スイッチ104をオフするようにスイッチコントロール信号を提供する。1次_PS信号がローに引かれるようにである。光アイソレーター108を介して、2次側出力電流コントロールループからPWMハーフブリッジコントロール回路127に対して提供されるフィードバック信号がローに引かれているので、ドライバー出力電流はゼロになる。ソフトスタート信号が存在しない場合、PWMハーフブリッジコントロール回路127に対して提供されるフィードバック信号は、定常状態の値に留まる。こうした場合には、主電極電圧が低下していくのに反応して、バス電圧Vbusが低下し始めるので、PWMハーフブリッジコンバーター126は可能な限り最大のデューティー(duty ratio)で動作する。それにより、電源オフの前に一時的に出力電流が増加する。このことは、小さな持続時間でのLED照明出力のフラッシュを生じさせる。そのようなフラッシュは、ソフトスタート信号を使用した、このコントロールされた信号シーケンスにおいては防止される。
ここにおいて、いくつかの本発明に係る実施例が記載され説明されてきたが、当業者であれば、機能を実行するため、及び/又は、結果及び/又はここにおいて説明された一つまたはそれ以上の利点を獲得するために、種々の他の手段及び/又は構成について容易に予想できるだろう。そして、こうした種々の他の手段及び/又は構成のそれぞれは、ここにおいて説明された実施例に係る本発明の範囲の中にあるものと考えられる。より一般的には、当業者であれば、ここにおいて説明された全てのパラメーター、寸法、材料、そして構成は典型的なものであり、実際のパラメーター、寸法、材料及び/又は構成は、特定のアプリケーションまたは本発明開示が使用されるアプリケーションに依存するものであることが、容易に理解されるだろう。当業者であれば、通常の試みをするだけで、ここにおいて説明された特定の本発明に係る実施例に対する多くの均等物を理解し、または確認することができるだろう。従って、前述の実施例は例示としてのみ記載されたものであり、添付の特許請求の範囲内にあり、かつ、それらの均等物であって、本発明は、特別に記載および請求されたのと異なる方法で実施され得ることが理解されるべきである。この発明開示における本発明の実施例は、それぞれの特徴、システム、物、材料、キット、及び/又は、ここにおいて説明された方法、に関するものである。加えて、こうした特徴、システム、物、材料、キット、及び/又は、方法の2つ以上のいかなる組合せは、こうした特徴、システム、物、材料、キット、及び/又は、方法がお互いに調和しない場合でも、本発明開示に係る発明の範囲内に含まれるものである。
ここにおいて定められ、使用される全ての定義は、辞書における定義、参照として包含される文書における定義、及び/又は、定義された用語の日常的な意味を支配するものである。
ここにおいて明細書および請求項において使用されるように、単数形式の冠詞である「一つの(“a”、“an”)」は、そうでないものと明確に指示されていなければ、「少なくとも一つの(“at least”)」を意味するものと理解されるべきである。
ここにおいて、明細書および請求項で使用されているように、用語「少なくとも一つの(“at least one”)」は、一つまたはそれ以上のエレメントのリストに関して、そのリストのエレメントのうちあらゆる一つまたはそれ以上のエレメントから選択された少なくとも一つのエレメントを意味するものと理解されるべきである。しかし、エレメントのリストに特別に挙げられた全てのエレメントのうちの少なくとも一つを必ずしも含む必要は無く、そのリストのエレメントのうちあらゆる組合せも排除するものではない。この定義は、また、用語「少なくとも一つの」に関するエレメントのリスト中に特別に特定されるエレメント以外のエレメントが存在することを許容する。特別に特定されたそうしたエレメントに関連するものでも、関連しないものでもである。従って、非限定的な例としての「AおよびBの少なくとも一つの(“at least one of A and B”)」(または、同等なものとして「AまたはBの少なくとも一つの(“at least one of A or B”)」、もしくは、「A及び/又はBの少なくとも一つの(“at least one of A and/or B”)」)は、一つの実施例において、少なくとも一つのA、任意的には一つ以上を含む、を含み、Bは含まない(そして、任意的にはB以外のエレメントを含む)。別の実施例において、少なくとも一つのB、任意的には一つ以上を含む、を含み、Aは含まない(そして、任意的にはA以外のエレメントを含む)。さらに別の実施例において、少なくとも一つのA、任意的には一つ以上を含む、および、少なくとも一つのB、任意的には一つ以上を含む、(そして、任意的には他のエレメントを含む)を含むものである。等々。
また、ここにおいて請求される一つ以上のステップまたは動作を含むあらゆる方法は、そうでないものと明確に指示されていなければ、本方法のステップまたは動作の順序が、説明されたステップまたは動作の順序に限定される必要がないことも理解されるべきである。
請求項において括弧の中に示されるあらゆる参照番号または他の文字は、単に便宜のために提供されるものであって、あらゆる方法においても特許請求の範囲を限定するように意図されたものではない。

Claims (15)

  1. 照明ドライバーであって、
    主電源の電力供給からの入力を1次側出力に変換するように構成された1次側ドライバーと、
    前記1次側ドライバーに接続され、照明負荷を駆動するためのドライバー出力電流を提供するために前記1次側出力を整流およびフィルターするように構成された2次側ドライバーと、
    マイクロコントローラーと、
    を含み、
    前記マイクロコントローラーは、
    所定の持続時間にわたり、前記2次側ドライバーに提供されるソフトスタート信号をオンにし、
    前記ソフトスタート信号がオンの間は、前記1次側ドライバー非起動状態に設定し、
    前記所定の持続時間後に前記ソフトスタート信号をオフにして、前記1次側ドライバー低出力状態で起動し、その後、前記2次側ドライバーのドライバー出力電流が、前記照明負荷からの照明出力を初期調光レベルから公称調光レベルまでフリッカー無く増加させるための状態になるように設定する、
    ように構成され
    前記2次側ドライバーは、前記ソフトスタート信号がオンの間、前記ドライバー出力電流を飽和させるように構成される、
    ことを特徴とする照明ドライバー。
  2. 前記初期調光レベルは、前記公称調光レベルの約25%に設定されている、
    請求項1に記載の照明ドライバー。
  3. 前記2次側ドライバーは、前記マイクロコントローラーによって提供される前記ソフトスタート信号と電流参照信号に反応して、前記1次側ドライバーの前記状態を設定するためのフィードバック信号を提供する、
    請求項1に記載の照明ドライバー。
  4. 前記フィードバック信号は、前記1次側ドライバーから前記2次側ドライバー光学的に提供される、
    請求項3に記載の照明ドライバー。
  5. 前記2次側ドライバーは、前記ソフトスタート信号と電流参照信号に反応して、前記1次側ドライバーに対してフィードバック信号を提供するように構成され、
    前記マイクロコントローラーは、前記ソフトスタート信号と前記照明負荷の所望の調光レベルを示す入力調光信号に反応した前記電流参照信号とを提供するように構成され、
    前記1次側ドライバーは、前記ソフトスタート信号がオンの場合にオフされるように構成されており、かつ、前記ソフトスタート信号がオフされた後は、前記フィードバック信号に反応して低出力に設定され、かつ、その後は、前記電流参照信号に基づいて初期状態に設定される、
    請求項1に記載の照明ドライバー。
  6. 前記電流参照信号は、前記マイクロコントローラーによって初期調光レベルに設定され、その後、公称調光レベルまで増加する、
    請求項5に記載の照明ドライバー。
  7. 前記フィードバック信号は、前記1次側ドライバーから前記2次側ドライバー光学的に提供される、
    請求項5に記載の照明ドライバー。
  8. 前記照明負荷は、LEDモジュールを含む、
    請求項5に記載の照明ドライバー。
  9. 前記照明ドライバーは、さらに、
    前記1次側ドライバーに対して第1の動作電圧を提供するように構成された1次側ドライバー電源と
    前記2次側ドライバーに対して第2の動作電圧を提供するように構成された2次側ドライバー電源と、を含み、
    前記1次側ドライバーは、前記ソフトスタート信号がオンの場合に前記第1の動作電圧から切り離されるように構成されている、
    請求項5に記載の照明ドライバー。
  10. 前記2次側ドライバーは、前記フィードバック信号を提供するために、前記ソフトスタート信号と前記ドライバー出力電流とを前記電流参照信号から減じるように構成された減算器を有する出力コントロール回路を含む、
    請求項5に記載の照明ドライバー。
  11. 前記1次側ドライバーは
    整流された波形を提供するために、前記主電源からの前記入力の高周波数コンポーネントを制限し、前記制限された入力を整流するように構成された整流器と
    前記整流された波形を固定電圧に変換するように構成されたブースト力率補正回路と
    前記フィードバック信号に反応して1次側コントロール信号を提供するように構成されたハーフブリッジコントローラーと
    前記1次側出力として脈動信号を提供するために、前記1次側コントロール信号に反応して前記整流された波形を転換するように構成されたハーフブリッジコンバーターと、を含む
    請求項5に記載の照明ドライバー。
  12. 前記1次側ドライバーは、前記マイクロコントローラーから提供されたスイッチコントロール信号に反応して、前記1次側ドライバー電源から提供された前記第1の動作電圧を選択的にディセーブルするように構成されたスイッチを含む、
    請求項9に記載の照明ドライバー。
  13. 前記スイッチコントロール信号は、前記マイクロコントローラーから前記スイッチ光学的に提供される、
    請求項12に記載の照明ドライバー。
  14. 照明負荷によるフリッカーを除去する方法であって、
    1次側ドライバーにおいて主電源の電力供給からの入力を1次側出力に変換するステップと、
    前記照明負荷を駆動するためのドライバー出力電流を提供するために、前記1次側出力を整流およびフィルターするステップと、
    前記ドライバー出力電流をコントロールするステップと、
    を含み、
    前記ドライバー出力電流をコントロールするステップは、
    所定の持続時間にわたり、2次側ドライバーに提供されるソフトスタート信号をオンにするステップと、
    前記ソフトスタート信号がオンの間は、前記ドライバー出力電流を飽和させる一方、前記1次側ドライバー非起動状態に設定するステップと、
    前記所定の持続時間後に前記ソフトスタート信号をオフにして、前記1次側ドライバー低出力状態で起動し、その後、前記2次側ドライバーのドライバー出力電流が、前記照明負荷からの照明出力を初期調光レベルから公称調光レベルまでフリッカー無く増加させるための状態になるように設定するステップと、
    み、
    前記2次側ドライバーは、前記ソフトスタート信号がオンの間、前記ドライバー出力電流を飽和させる、
    ことを特徴とする方法。
  15. 前記初期調光レベルは、前記公称調光レベルの約25%に設定されている、
    請求項14に記載の方法。
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