JP6284582B2

JP6284582B2 - 調光駆動回路及びその制御方法

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Publication number: JP6284582B2
Application number: JP2016123251A
Authority: JP
Inventors: 傅小平; 章興華; 周健
Original assignee: 台達電子企業管理（上海）有限公司
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2018-02-28
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Also published as: CN106793359A; CN106793359B; US20170150567A1; US9693412B2; JP2017098214A

Description

本発明は、駆動回路およびその制御方法に関するものであり、特に調光駆動回路及びその制御方法に関する。

背景技術

今日、従来の照明装置の調光駆動回路は、発光ダイオード等の照明装置の明るさを調整するために用いられることができる。従来の調光駆動回路は、電力変換部、制御部、電流検出抵抗および駆動部を含む。電力変換部の回路トポロジーの違いによって、従来の調光駆動回路は、二つのタイプに分類される。

第一のタイプの調光駆動回路では、電力変換部は、電力変換部の正極と直列に接続されているスイッチを含む。この状況では、ハイサイド駆動部は、高電圧を、スイッチに必要な低電圧に変換するように、調光駆動回路の駆動部として適用されることになる。第二のタイプの調光駆動回路では、電力変換器のスイッチは、電力変換部の負極と電気的に接続され、基準電圧と電気的に接続されている。この状況では、電流検出抵抗は、基準電圧と電気的に接続されることができず、従って、ハイサイド電流検出部は、調光駆動回路にさらに備えられる必要がある。

ハイサイド駆動部とハイサイド電流検出部は、2つのタイプの調光駆動回路にそれぞれ適用されることになる。その結果、調光駆動回路の回路構成が複雑となり、製造コストが高くなる。さらに、制御部によって受信された信号は、実際には、エラー信号と、電流検出抵抗から出力される検出信号の重畳信号である。調光信号が小さい場合には、電流検出抵抗から出力される検出信号は、さらに小さくなる。一方、制御部で受信しているエラー信号の割合は比較的高い。これにより、制御部は、調光信号に応じるパルス信号を正確に出力できず、且つ、電力変換部の出力電流は、調光信号に応じて十分に調整することができない。従来の調光駆動回路を用いた調光の精度は、電流検出抵抗のために、不満足なものとなっている。

したがって、従来技術の欠点を克服するように、調光駆動回路を提供する必要がある。

本発明の目的は、従来の調光駆動回路を用いることによる高い電力損失と低効率という欠点を克服するために、調光駆動回路及びその制御方法を提供し、それと同時に、電流検出回路から出力することなく、調光電流の制御する精度を向上させることができる。

本発明の他の目的は、調光駆動回路及びその制御方法を提供する。調光駆動回路は、電力変換回路のスイッチを駆動するための駆動回路を用いる。また、単純な回路で低コストである入力電圧検出部と出力電圧検出部は、電力変換回路の関連するパラメータを検出するために用いられ、それによって、電流検出抵抗を換えることができる。第一検出信号、第二検出信号、および調光信号に基づいて、動作サイクルでの第一スイッチのオンタイム期間が計算される。結果として、電力変換部は、発光ダイオードの輝度を制御するために、調光信号に対応する出力電流を生成する。また、本発明の調光駆動回路の調光精度は大幅に向上する。さらに、本発明の調光駆動回路は、単純な回路であるので、調光駆動回路は、費用対効果がよい。

本発明の態様によれば、発光ダイオードの輝度を調整するための調光駆動回路が提供される。調光駆動回路は、電力変換部、入力電圧検出部、出力電圧検出部、駆動部および制御部を備える。電力変換部は、入力電圧を受け取るための入力端子、出力電圧を出力するための出力端子、および、少なくとも第一スイッチを有する。電力変換部は、第一スイッチの操作に応じて入力電圧を出力電圧に変換する。入力電圧検出部は、入力電圧の電圧を検出するために、入力端子と電気的に接続され、入力電圧検出部の検出結果に応じて、第一検出信号を生成する。出力電圧検出部は、出力電圧の電圧を検出するために、出力端子と電気的に接続され、出力電圧検出部の検出結果に応じて、第二検出信号を生成する。駆動部は、少なくとも1つの第一スイッチを駆動するために、少なくとも1つの第一スイッチと、電気的に接続されている。制御部は、駆動部、入力電圧検出部、および出力電圧検出部と電気的に接続されている。制御部は、第一検出信号、第二検出信号、および調光信号に応じて、動作サイクルでの少なくとも1つの第一スイッチのオンタイム期間を計算する。制御部は、オンタイム期間に応じて駆動部へ制御信号を生成する。駆動部は、制御信号に応じて、オンタイム期間に適合するように、少なくとも1つの第一スイッチの操作を調整する。電力変換部は、発光ダイオードの輝度を制御するために、調光信号に対応する出力電流を生成する。

本発明の他の態様によれば、上記調光駆動回路の制御方法が提供される。制御方法は以下の工程を含む。まず、第一検出信号は入力電圧に応じて生成され、第二検出信号は出力電圧に応じて生成される。そして、調光信号は、基準電流を生成するために、受信および処理される。次に、動作サイクルにおけるスイッチのオンタイム期間は、第一検出信号、第二検出信号、および基準電流に応じて計算され、計算結果が出力される。そして、制御信号は、計算結果に応じて生成され、スイッチの操作が制御される。結果として、調光信号に対応する出力電流は、発光ダイオードユニット電力変換から出力される。

本発明の上記の内容は、以下の詳細な説明と付随する図面を検討した後、当業者により容易に明らかなるであろう。

図1は、本発明の実施形態における、調光駆動回路を示す概略的な機能ブロック図である。

図2は、図1の調光駆動回路における、電力変換部、入力電圧検出部、および、出力電圧検出部の例示的回路を示す概略回路図である。

図3は、図1の調光駆動回路における、電力変換部、入力電圧検出部、および、出力電圧検出部の他の例示的回路を示す概略回路図である。

図4は、図1の調光駆動回路における、制御部の詳細な回路を示す概略回路図である。

図5Aは、調光駆動回路の第一スイッチがオン状態での、図2の調光駆動回路を示す概略図である。

図5Bは、調光駆動回路の第一スイッチがオフ状態での、図2の調光駆動回路を示す概略図である。

図6は、本発明の第一実施形態における、調光駆動回路の関連する信号を示すタイミング波形図である。

図7は、図1の調光駆動回路の制御方法を示すフローチャートである。

図8は、本発明の実施形態における、調光駆動回路の制御方法の変形例を示すフローチャートである。

図9は、本発明の制御方法を用いて、第一スイッチのオンタイム期間と調光信号に対応する基準電流との間の関係を示すグラフである。

図10は、本発明の制御方法を用いて、第一スイッチのオンタイム期間と出力電流との関係を示すグラフである。

図11は、調光信号に対応する基準電流が電流閾値よりも大きい場合の、調光駆動回路の関連する信号を示すタイミング波形図である。

図12は、調光信号に対応する基準電流が電流閾値よりも小さい場合、調光駆動回路の関連する信号を示すタイミング波形図である。

好ましい実施形態の詳細な説明

本発明は、以下の実施例を参照して具体的に説明する。本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、例示及び説明のみを目的として本明細書に提示されることに留意すべきである。開示された正確な形態に網羅的又は限定的であるものでもない。

図1は、本発明の実施形態における、調光駆動回路を示す概略的な機能ブロック図である。図1に示すように、調光駆動回路1は、発光ダイオード等の発光素子の輝度を調整するために用いられる。調光駆動回路1は、電力変換部2、入力電圧検出部3、出力電圧検出部4、駆動部5および制御部6を備えている。

電力変換部2は、2つの入力端子、2つの出力端子、および第一スイッチQ1を（図2参照）を備えている。入力端子には、正極の入力端子21aと負極の入力端子21bとを含んでいる。出力端子には、正極の出力端子22aと負極の出力端子22bとを含んでいる。電力変換部2は、入力端子から入力電圧Vinを受け取る。電力変換部2の第一スイッチQ1が操作された場合、入力電圧Vinは出力電圧Voutに変換される。出力電圧Voutは、出力端子から発光素子に出力される。これにより、発光素子が点灯するように駆動される。

入力電圧検出部3は、入力電圧Vinの電圧を検出するために、電力変換部2の正極の入力端子21aと負極の入力端子21bに電気的に接続されている。検出結果に応じて、入力電圧検出部3は、第一検出信号を生成する。

出力電圧検出部4は、出力電圧Voutの電圧を検出するため、正極の出力端子22aと負極の出力端子22bに電気的に接続されている。検出結果に応じて、出力電圧検出部4は、第二検出信号を生成する。

駆動部5は、第一スイッチQ1をオン又はオフにするために、第一スイッチQ1の制御端子QGと電気的に接続されている。

制御部6は、第一検出信号、第二検出信号および調光信号S1を受信するために、駆動部5、入力電圧検出部3、および出力電圧検出部4に電気的に接続されている。調光信号S1に応じて、制御部6は、発光ダイオードの輝度を調整する。第一検出信号、第二検出信号、および調光信号S1に応じて、制御部6は、動作サイクルの第一スイッチQ1のオンタイム期間を計算する。さらに、制御部6は、オンタイム期間に応じて、駆動部5に制御信号S2を出力する。
制御信号S2に従って、駆動部5は、オンタイム期間に適合するように、第一スイッチQ1の操作を駆動する。その結果、電力変換部2は、発光ダイオードの輝度を制御するために、調光信号S1に対応する出力電流を生成する。

図2は、図1の調光駆動回路における、電力変換部、入力電圧検出部、および出力電圧検出部の例示的回路を示す概略回路図である。電力変換部2の例は、バック（降圧）コンバータ、ブースト（昇圧）コンバータ又はバックブースト（昇降圧）コンバータを含むが、それに限定されるものではない。例えば、図2に示す電力変換部2はバックコンバータである。電力変換部2は、ダイオードD1、インダクタL1、コンデンサC1および第一スイッチQ1を備えている。第一スイッチQ1は、第一端子QS、第二端子QD、および制御端子QGを有する。例えば、第一スイッチQ1は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）である。従って、第一端子QSは、ソース端子であり、第二端子QDはドレイン端子であり、制御端子QGはゲート端子である。第一スイッチQ1の第一端子QSは、電力変換部2のグランド端子Gおよび負極の入力端子21bに電気的に接続されている。第一スイッチQ1の制御端子QGは、駆動部5と電気的に接続されている。ダイオードD1のカソードは、電力変換部2の正極の入力端子21a、コンデンサC1の第一端子、および電力変換部2の正極の入力端子22aに電気的に接続されている。ダイオードD1のアノードは、第一スイッチQ1の第二端子QDとインダクタL1の第一端子に電気的に接続されている。インダクタL1の第二端子L2は、電力変換部2のコンデンサC1の第二端子および負極の出力端子22bに電気的に接続されている。コンデンサC1の第二端子は、電力変換部2の負極の出力端子22bと電気的に接続されている。

入力電圧検出部3は、第一抵抗R1および第二抵抗R2を備えている。第一抵抗R1の第一端部は、電力変換部2の正極の入力端子21aと電気的に接続されている。第一抵抗R1の第二端部は、第二抵抗R2の第一端部および制御部6と、電気的に接続されている。第二抵抗R2の第二端部は、グランド端子Gに電気的に接続されている。

出力電圧検出部4は、第三抵抗R3、第四抵抗R4、および第二スイッチQ2を備えている。第三抵抗R3の第一端部は、電力変換部2の正極の出力端子22aと電気的に接続されている。第四抵抗R4の第一端部は、グランド端子Gと電気的に接続されている。第四抵抗R4の第二端部は、制御部6と電気的に接続されている。第二スイッチQ2は、制御端子B、第三端子E、および第四端子Cを備えている。第三端子Eは、第三抵抗R3の第二端部と電気的に接続されている。第四端子Cは、第四抵抗R4の第二端部および制御部6と電気的に接続されている。制御端子Bは、電力変換部2の負極の出力端子22bと電気的に接続されている。本実施形態では、第二スイッチQ2は、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）である。すなわち、制御端子Bは、ベース、第三端子Eは、エミッタであり、第四端子Cはコレクタである。

本実施の形態では、分圧器は、出力電圧検出部4の、第三抵抗R3、第四抵抗R4、および第二スイッチQ2によって共に規定されている。つまり、出力電圧Voutが電圧を分配された後、出力電圧Voutは、それに伴って減少し、第二検出信号が生成される。故に、第二検出信号の電圧は、(Vout-Vbe)×R4/R3の式で表される。この式では、Vbeは、第二スイッチQ2の順方向バイアス電圧、Voutは出力電圧、R4は第四抵抗の抵抗値、R3は第三抵抗の抵抗値である。同様に、他の分圧器は、入力電圧検出部3の第一抵抗R1および第二抵抗R2によって共に規定される。すなわち、入力電圧Vinが電圧を分配された後に、入力電圧Vinは、それに伴って減少し、第一検出信号が生成される。電力変換部2、入力電圧検出部3、および出力電圧検出部4の構成要素と、これらの構成要素間の関係は、実際の必要に応じて変更することができることに留意されたい。

図3は、図1の調光駆動回路における、電力変換部、入力電圧検出部および出力電圧検出部の他の例示的な回路を示す概略的な回路図である。電力変換部2は、ダイオードD1、インダクタL1、コンデンサC1および第一スイッチQ1を備えている。第一スイッチQ1は、第一端子QS、第二端子QDおよび制御端子QGを有する。例えば、第一スイッチQ1は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）である。従って、第一端子QSはソース端子、第二端子QDはドレイン端子であり、制御端子QGはゲート端子である。第一スイッチQ1の第二端子QDは、電力変換部2の正極の入力端子21aと電気的に接続されている。第一スイッチQ1の第一端子QSは、ダイオードD1のカソードとインダクタL1の第一端部に接続されている。第一スイッチQ1の制御端子QGは、駆動部5と電気的に接続されている。ダイオードD1のアノードは、電力変換部2の負極の出力端子22bおよびグランド端子Gと電気的に接続されている。インダクタL1の第二端部は、電力変換部2のコンデンサC1の第一端部および正極の出力端子22aと電気的に接続されている。コンデンサC1の第二端部2は、電力変換部2の負極の出力端子22bと電気的に接続されている。

入力電圧検出部3は、第一抵抗R1と第二抵抗R2を備えている。第一抵抗R1の第一端部は、電力変換部2の正極の入力端子21aと電気的に接続されている。第一抵抗R1の第二端部は、第二抵抗R2の第一端部と制御部6と電気的に接続されている。第二抵抗R2の第二端部は、グランド端子Gと電気的に接続されている。

出力電圧検出部4は、第三抵抗R3と第四抵抗R4を備えている。第三抵抗R3の第一端部は、電力変換部2の正極の出力端子22aと電気的に接続されている。第四抵抗R4の第一端部は、グランド端子Gに電気的に接続されている。第四抵抗R4の第二端部は、制御部6と第三抵抗R3の第二端部と電気的に接続されている。

本実施形態では、分圧器は、出力電圧検出部4の第三抵抗R3と第四抵抗R4によって共に規定されている。つまり、出力電圧Voutが電圧を分配された後、出力電圧Voutは、それに伴って減少し、第二検出信号が生成される。故に、第二検出信号の電圧は、(Vout)×R4/R3の式で表される。この式では、Voutは出力電圧、R4は第四抵抗の抵抗値、R3は第三抵抗の抵抗値である。同様に、他の分圧器は、入力電圧検出部3の第一抵抗R1および第二抵抗R2によって共に規定される。すなわち、入力電圧Vinが電圧を分配された後に、入力電圧Vinは、それに伴って減少し、結果として、第一検出信号が生成される。電力変換部2、入力電圧検出部3、および出力電圧検出部4の構成要素と、これらの構成要素間の関係は、実際の必要に応じて変更することができることに留意されたい。図3の調光駆動回路の動作および原理は、図2の調光駆動回路と同様であるので、重複説明を省略する。

図4は、図1の調光駆動回路の制御部における詳細な回路を示す概略回路図である。図4に示されるように、制御部6は、調光信号処理部61、記憶部62、演算部63と、パルス制御部64を備えている。調光信号処理部61は、調光信号S1を受信し、調光信号S1に応じて基準電流を生成する。記憶部62は、基準電流を格納するために、調光信号処理部61と電気的に接続されている。演算部63は、記憶部62に格納された基準電流を読み出して、基準電流、第一検出信号および第二検出信号に応じて、動作サイクルの第一スイッチQ1のオンタイム期間を計算し、それから、演算部63は計算結果を出力する。パルス制御部64は、演算部63および駆動部5と電気的に接続され、演算部63からの計算結果を受け取り、計算結果に基づいて制御信号S2を生成する。

ある実施形態では、電流閾値は、演算部63に格納されている。基準電流が電流閾値よりも大きい場合には、演算部63は、基準電流、第一検出信号および第二検出信号に応じて、動作サイクルの第一スイッチQ1のオンタイム期間を計算し、計算結果をパルス制御部64へ出力する。一方、基準電流が電流閾値よりも小さい場合、演算部63は、第一検出信号および第二検出信号に応じて、オンタイム期間を計算し、その後、調光信号S1に対応する基準電流に応じて、パルスチョッピング変調からパルス数を計算し、パルス制御部64に計算結果を出力する。

パルス制御部64は、演算部63の計算結果に応じて制御信号S2を生成する。制御信号S2に応じて、第一スイッチQ1の操作は相応に調整される。結果として、電力変換部2は、発光ダイオードの輝度を制御するために、調光信号S1に対応する出力電流を生成する。

基準電流が電流閾値よりも小さい場合、制御信号S2は、パルスチョッピング変調によって実現され、制御信号S2のパルス数は、チョップパルス数に等しい。一実施形態では、パルスチョッピング変調からのチョップパルス数は、K = (1 - Idim/Imid)×fs/fzの式に従って提示される。この式において、Kはチョップパルス数、Idimは基準電流、Imidは電流閾値であり、fsは、制御信号S2のパルス周波数であり、fz（これは通常、fsよりも数倍低い）は、チョップパルス周波数である。

図5Aは、調光駆動回路の第一スイッチがオン状態であるとき、図2の調光駆動回路を示す図である。図5Bは、第一スイッチがオフ状態であるとき、図2の調光駆動回路を示す図である。図6は、本発明の第一実施形態における、調光駆動回路の関連する信号を示す概略タイミング波形図である。第一スイッチQ1がオンの場合、図5Aに示すように、電力変換部2で、電流は方向に沿って流れる。つまり、コンデンサC1、インダクタL1および第一スイッチQ1を介してグランド端子Gに電流が流れ、そして、インダクタL1が充電される。図6に示すように、t0とt1の間の期間で、第一スイッチQ1の制御端子QGにおける制御電圧ゲートVgateは、ハイレベル状態にある。結果として、第一スイッチQ1はオン状態となっている。一方、インダクタL1が充電され、インダクタL1の平均電流ILが徐々に増加する。インダクタL1の平均電流ILは、次の式で表すことができる。

上記式において、第一スイッチQ1がオン状態にある場合、IL_on(t)は、インダクタL1に流れる電流に対する時間の関数であり、Ipkは、時刻t1におけるインダクタL1の電流値であり、Vinは、入力電圧の電圧値であり、Voutは、出力電圧の電圧値であり、T_onは、動作サイクルにおける第一スイッチQ1のオンタイム期間であり、さらに、Lは、インダクタL1のインダクタンスである。

図5Bに示されるように、第一スイッチQ1がオフとなると、電力変換部2での電流は、方向に沿って流れる。すなわち、電流は、ダイオードD1のアノードとダイオードD1のカソードを介して、インダクタL1からコンデンサC1に流れる。図6に示されるように、t1とt2の間の期間で、第一スイッチQ1の制御端子QGにおける制御電圧Vgateは、ローレベルの状態である。結果として、第一スイッチQ1がオフ状態である。一方、インダクタL1は、放電され、インダクタL1の平均電流ILは徐々に減少する。インダクタL1の平均電流ILは、次式で表すことができる。

上記式において、IL_off(t)は第一スイッチQ1がオフ状態である場合、インダクタL1を介して流れる電流に対する時間の関数であり、IL_{T_off}は、時刻t1における、インダクタL1の電流値であり、且つ、T_offは、動作サイクルの第一スイッチQ1のオフタイム期間である。電力変換部2が不連続電流モードで動作する場合、IL_{T_off} = 0となる。結果として、以下の式が得られる。

上記式において、IL_avgは、第一スイッチQ1がオフ状態にあるとき、インダクタL1に流れる平均電流であり、Tsは第一スイッチQ1の動作サイクルであり、fsは、第一スイッチQ1の動作周波数である。さらに、fsは、また制御信号S2のパルス周波数である。

式（2）、（5）、（7）式が式（6）に導入されると、以下の式が得られる。

上記の式では、Ioutは、電力変換部2の出力電流である。式（8）で、インダクタL1のインダクタンスLと制御信号S2のパルス周波数fsは、一定の値であり、入力電圧Vinの電圧値、出力電圧Voutの電圧値、および第一スイッチQ1のオンタイム期間Tonは、可変値である。

オンタイム時間Tonは、以下の式で計算することができる。

上記の式において、Idimは、調光信号S1に対応する基準電流であり、VinADは、第一検出信号であり、VoutADは、第二検出信号である。さらに、Idimは変数値である。

式（9）から、動作サイクルでの第一スイッチQ1のオンタイム期間は、調光信号S1に対応する基準電流、入力電圧Vin、および出力電圧Voutに応じて得られる。入力電圧Vinと出力電圧Voutが一定電圧である場合には、電力変換部2の出力電流は、オンタイム期間に応じて決定される。その結果、オンタイム期間が固定されている場合は、出力電流が固定されている。この状況では、出力電流は、一定電流制御方式で制御される。式（8）から、調光信号S1に対応する基準電流が小さくなると、オンタイム期間と出力電流も低減される。従って、出力電流は、入力電圧Vin、出力電圧Vout、および調光信号S1に対応する基準電流に応じて決定される。この状況で、発光ダイオードの輝度は、電力変換部2からの出力電流を検出することを必要とせずに調整することができる。

上記の説明から、調光駆動回路1は、入力電圧Vinと出力電圧Voutを検出するために、入力電圧検出部3と出力電圧検出部4を用い、オン状態で、第一スイッチQ1のオンタイム期間を計算および調整を行う制御部6を用いる。結果として、電力変換部2は、調光信号S1に対応する出力電流を出力する。一実施形態では、本発明の調光駆動回路1の電流検出抵抗の設置を必要としないので、電流検出抵抗を使用することによってエラー信号が発生する問題が解消される。従って、本発明の調光駆動回路1の調光精度が大幅に向上する。他の実施形態では、本発明の調光駆動回路1は、単純な回路であり、入力電圧検出部3と出力電圧検出部4は、費用対効果がよく、調光駆動回路1の製造コストは低い。

図7は、図1の調光駆動回路の制御方法を示すフローチャートである。まず、工程101において、入力電圧検出部3は、電力変換部2の入力電圧Vinを検出し、検出結果に応じて第一検出信号を出力し、出力電圧検出部4は、電力変換部2の出力電圧Voutを検出し、検出結果に応じて第二検出信号を出力する。そして、工程102において、制御部6は、調光信号S1を受信し、調光信号S1を処理し、それによって、調光信号S1に対応する基準電流が生成される。そして、工程103において、制御部6は、入力電圧検出部3から第一検出信号、出力電圧検出部4から第二検出信号、および基準電流を受信する。さらに、動作サイクルの第一スイッチQ1のオンタイム期間は、第一検出信号、第二検出信号、および基準電流に基づいて、計算された後、計算結果を出力する。その後、工程104において、制御部6は、オンタイム期間の間、駆動部5に制御信号S2を出力する。制御信号S2に応じて、駆動部5は、オンタイム期間に適合するように、第一スイッチQ1の操作を駆動する。結果として、電力変換部2は、発光ダイオードの輝度を制御するために、調光信号S1に対応する出力電流を生成する。

図8は、本発明の実施形態における、調光駆動回路の制御方法の変形例を示すフローチャートである。制御方法はさらに、工程102と工程103との間に工程102a、102bおよび102cを含む。工程102の後、工程102aでは、対応する基準電流が更新されたかを判断するために、新たな調光信号S1が調光信号処理部61によって受信されたかについて判断する。調光信号処理部61が新しい調光信号を受信したことが、工程102aの判断結果により示されている場合、新しい調光信号に対応した基準電流は更新され、記憶部62に格納される(すなわち、工程102b)。工程102cにおいて、演算部63は、記憶部62から基準電流を読み出す。工程102cの後、工程103は実行される。さらに、工程102aの判断結果が、新しい調光信号S1を調光信号処理部61から受信しなかったことを示している場合、工程102cは繰り返し実行される。

ある実施形態では、工程103は、工程103a、103b、103cおよび103dを含む。工程102の後、工程103aが実行される。すなわち、記憶部62に格納された基準電流が電流閾値より小さいかについて、演算部63は判断する。工程103aの判定結果により、基準電流が電流閾値よりも小さいことを示される場合、工程103bが実行される。工程103bにおいて、動作サイクルでの第一スイッチQ1のオンタイム期間は、電流閾値、第一検出信号および第二検出信号に基づいて計算される。その後、工程103dにおいて、演算部63は、調光信号S1に対応する基準電流に応じて、パルスチョッピング変調からチョップパルス数を計算し、パルス制御部64に計算結果を出力する。その後、工程104が実行される。すなわち、制御部6は、工程103bで得られたオンタイム期間、および、工程103dで得られたチョップパルス数に応じて、制御信号S2を駆動部5に出力する。制御信号S2に応じて、駆動部5は、オンタイム期間に適合するように、第一スイッチQ1の操作を駆動する。結果として、電力変換部2は、発光ダイオードの輝度を制御するために、調光信号S1に対応する出力電流を生成する。一方、工程103aの判定結果が、基準電流が電流閾値より小さくないことを示す場合、工程103cが実行される。すなわち、演算部63は、第一検出信号、第二検出信号、および基準電流に応じた、動作サイクルの第一スイッチQ1のオンタイム期間を計算し、計算結果が出力される。工程103cの後、工程104が実行される。

図9は、本発明の制御方法を用いて、第一スイッチのオンタイム期間と調光信号に対応する基準電流との関係を示すグラフである。図9に示されるように、演算部63が、記憶部62に記憶された基準電流が電流閾値Imidより大きいと判断した場合、演算部63によって計算されたオンタイム期間と基準電流Imidは線形関係である。すなわち、動作サイクルの第一スイッチQ1のオンタイム期間は、調光信号S1の変化に応じて調整される。一方、演算部63が、記憶部62に格納された基準電流が電流閾値Imidより小さいと判断した場合、オンタイム期間は固定値となり、電流閾値Imidに対応するオンタイム期間に等しい。

図10は、本発明の制御方法を用いることよって、第一スイッチおよび出力電流のオンタイム期間との関係を示すグラフである。図10に示されるように、演算部63が、記憶部62に格納された基準電流が電流閾値Imidより大きいと判断した場合、電力変換部2からの出力電流Ioutおよび基準電流は線形関係である。一方、演算部63が、記憶部62に格納された基準電流が電流閾値Imidよりも小さいことを判断した場合、チョップパルスCの割合は、電力変換部2からの出力電流Ioutに反比例しており、チョップパルスCの割合は(1-Idim/Imid)として設定されている。一般に、パルスチョッピング変調のチョップパルスCの割合として、電力変換部2からの出力電流Ioutは減少する。その結果、基準電流が電流閾値よりも小さければ、電力変換部2からの出力電流は、制御信号S2の、必要となるチョップパルス数に応じて、調光信号S1に適合するように調整される。

図11は、調光信号に対応する基準電流が電流閾値よりも大きい場合、調光駆動回路の関連する信号を示す概略的タイミング波形図である。図11に示されるように、調光信号S1に対応する基準電流が電流閾値よりも大きい場合、制御信号S2のオンタイム期間は、基準電流Idimで変化させられる。例えば、図11に示されるように、基準電流Idimの電流値が、Ia からIbに変更され、その後、IbからIcに変更される(Ia>Ib>Ic)。これにより、オンタイム期間Tonの幅、インダクタL1を介して流れる電流IL、電力変換部2からの出力電流Ioutは、基準電流Idimの減少に伴って、徐々に減少する。

図12は、調光信号に対応する基準電流が電流閾値よりも小さい場合、調光駆動回路の関連する信号を示す概略タイミング波形図である。図12に示されるように、調光信号S1に対応する基準電流が電流閾値よりも小さい場合、制御信号S2のチョップパルス数は、調光信号S1に対応する基準電流の変化に応じて変化させられる。図12を参照のこと。基準電流Idimが電流閾値Imidよりも小さい場合、制御信号S2のチョップパルス数は4である。基準電流が電流閾値の半分に等しくなると（すなわちIdim = Imid/2）、演算部63によって計算されたパルスチョッピング変調のチョップパルス数は、50％である。結果として、パルス制御部64が2つのパルスを生成した後、ハイレベルのチョップ信号は、2つの後続のパルスを遮断するように生成される。つまり、制御信号S2のパルス数は、4から2に変更される。一方、インダクタL1を介して流れる電流ILおよび電力変換部2からの出力電流Ioutは、徐々に減少している。換言すれば、電力変換部2からの出力電流は、チョップ信号に対応してさらに減少させることができる。

以上の説明から、本発明は、調光駆動回路を提供する。調光駆動回路は、電力変換回路のスイッチを駆動する駆動回路を用いている。また、単純な回路で低コストである入力電圧検出部と出力電圧検出部は、電力変換回路の関連するパラメータを検出するために用いられ、それによって電流検出抵抗を交換できる。第一検出信号、第二検出信号および調光信号に応じて、動作サイクルの第一スイッチのオンタイム期間が計算される。その結果、電力変換部は、発光ダイオードの輝度を制御するために、調光信号に対応する出力電流を生成する。また、本発明の調光駆動回路の調光精度が大幅に向上する。さらに、本発明の調光駆動回路は、回路が単純であるので、調光駆動回路は、費用対効果が大きい。

本発明は、現在最も実用的かつ好ましい実施形態と考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定される必要はないことを理解すべきである。それどころか、様々な修正およびすべてのそのような修正および類似の構造を包含するように最も広い解釈に従うべきである。添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる類似の構成を包含することが意図される。

Claims

発光ダイオードの輝度を調整するための調光駆動回路であって、
前記調光駆動回路は、
電力変換部、
入力電圧検出部、
出力電圧検出部、
駆動部、
制御部を備え、
前記電力変換部は、入力電圧を受け取るための入力端子、出力電圧を出力するための出力端子、少なくとも1つの第一スイッチ、およびインダクタを備え、前記電力変換部は、前記少なくとも1つの第一スイッチの操作に応じて、前記入力電圧を前記出力電圧に変換し、且つ前記電力交換部が不連続電流モードで動作し、
前記入力電圧検出部は、前記入力電圧を検出するために前記入力端子と電気的に接続され、前記入力電圧検出部の検出結果に応じて、第一検出信号を生成し、
前記出力電圧検出部は、前記出力電圧を検出するために前記出力端子と電気的に接続され、前記出力電圧検出部の検出結果に応じて、第二検出信号を生成し、
前記駆動部は、制御信号に従って、前記少なくとも1つの第一スイッチを駆動するために、前記少なくとも1つの第一スイッチと電気的に接続され、
前記制御部は、前記駆動部、前記入力電圧検出部、および出力電圧検出部と電気的に接続され、調光信号に対応する基準電流が電流閾値より大きい場合、前記制御部は、前記第一検出信号、前記第二検出信号、および前記調光信号に応じて、動作サイクルにおける前記少なくとも1つの第一スイッチのオンタイム期間を計算し、前記制御部は、前記オンタイム期間に応じて、前記駆動部へ前記制御信号を生成し、
前記オンタイム時間は、以下の式で計算し、
上記の式において、Tonはオンタイム時間であり、Idimは調光信号に対応する基準電流であり、VinADは第一検出信号であり、VoutADは第二検出信号であり、Lはインダクタのインダクタンスであり、fsは制御信号のパルス周波数であり、
前記制御信号のパルス周波数fsは一定の値である、調光駆動回路。
前記電力変換部は、バックコンバータ、ブーストコンバータまたはバックブーストコンバータである、
請求項1に記載の調光駆動回路。
前記入力電圧検出部は、
第一抵抗と、
第二抵抗を備え、
前記第一抵抗の第一端部は、前記入力端子の正極の入力端子と電気的に接続され、
前記第二抵抗の第一端部は、前記第一抵抗の第二端部と電気的に接続され、前記第二抵抗の第二端部はグランド端子と電気的に接続される、
請求項1に記載の調光駆動回路。
前記出力電圧検出部は、
第三抵抗と、
第四抵抗と、
第二スイッチを備え、
前記第三抵抗の第一端部は、前記出力端子の正極の出力端子と電気的に接続され、
前記第四抵抗の第一端部は、グランド端子と電気的に接続され、
前記第二スイッチは、制御端子、第三端子、および第四端子を備え、前記第三端子は、前記第三抵抗の第二端部と電気的に接続され、前記第四端子は、前記第四抵抗の第二端部と電気的に接続され、前記制御端子は、前記電力変換部の出力端子の負極の出力端子と電気的に接続される、
請求項1に記載の調光駆動回路。
前記出力電圧検出部は、
第三抵抗と、
第四抵抗を備え、
前記第三抵抗の第一端部は、前記出力端子の正極の出力端子と、電気的に接続され、
前記第四抵抗の第一端部は、グランド端子と電気的に接続され、前記第四抵抗の第二端部は、前記制御部および前記第三抵抗の第二端部と電気的に接続される、
請求項1に記載の調光駆動回路。
前記制御部は、
調光信号処理部と、
記憶部と、
演算部と、
パルス制御部を備え、
前記調光信号処理部は、前記調光信号を受け取り、前記調光信号に応じて、基準電流を生成するように構成され、
前記記憶部は、前記基準電流を格納するために、前記調光信号処理部と電気的に接続され、
前記演算部は、前記記憶部、前記入力電圧検出部、および前記出力電圧検出部と電気的に接続され、前記演算部は、前記基準電流、前記第一検出信号、および前記第二検出信号に応じて、前記少なくとも1つの第一スイッチの前記オンタイム期間を計算し、その後、計算結果を出力し、
前記パルス制御部は、前記演算部と電気的に接続され、前記演算部は、前記計算結果を受け取り、前記計算結果に応じて、前記制御信号を生成する、
請求項1に記載の調光駆動回路。
前記基準電流が前記電流閾値よりも小さければ、前記演算部は、前記電流閾値、前記第一検出信号および前記第二検出信号に応じて、前記オンタイム期間を計算し、前記基準電流に応じて、パルスチョッピング変調のチョップパルス数を計算する、
請求項6に記載の調光駆動回路。
前記パルス制御部は、前記オンタイム期間と前記パルスチョッピング変調の前記チョップパルス数を受け取り、前記オンタイム期間と前記チョップパルスに応じて、前記制御信号を生成する、
請求項7に記載の調光駆動回路。
前記パルスチョッピング変調の前記チョップパルス数は、式K = (1 - Idim/Imid)×fs/fz,によって計算され、ここで、Kは、チョップパルス数、Idimは前記基準電流、Imidは前記電流閾値、fsは前記制御信号のパルス周波数、fzはチョップパルス周波数、
を示す、請求項7に記載の調光駆動回路。
調光駆動回路の制御方法であって、
前記調光駆動回路は、発光ダイオードの輝度を調整するように構成され、
前記調光駆動回路は、電力変換部および制御部を備え、
前記電力変換部は、少なくとも1つの第一スイッチ、及びインダクタを備え、入力電圧を出力電圧に変換し、且つ不連続電流モードで動作し、
前記制御方法は、
（a）前記入力電圧に応じて第一検出信号を生成し、前記出力電圧に応じて第二検出信号を生成する
（b）基準電流を生成するために、調光信号を受信および処理する
（c）前記基準電流が前記電流閾値よりも小さいかを判断し、前記基準電流が前記電流閾値よりも小さくない場合、前記第一検出信号、前記第二検出信号、および前記基準電流に応じて、動作サイクルでの前記スイッチのオンタイム期間を計算し、計算結果を出力する
（d）前記計算結果に応じて制御信号を生成し、前記スイッチの操作を制御する
工程を含み、
前記オンタイム時間は、以下の式で計算し、
上記の式において、Tonはオンタイム時間であり、Idimは調光信号に対応する基準電流であり、VinADは第一検出信号であり、VoutADは第二検出信号であり、Lはインダクタのインダクタンスであり、fsは制御信号のパルス周波数であり、
前記制御信号のパルス周波数fsは一定の値である、制御方法。
前記制御方法は、
（e1)新しい調光信号を受信したかどうかを判断する
（e2）工程（e1）の判断結果が、前記新しい調光信号を受信したことが示された場合、前記基準電流を更新し、記憶部に更新された基準電流を格納する
（e3）前記記憶部から前記基準電流を読み取り、工程（c）を実行する
工程をさらに含む、請求項10に記載の前記制御方法。
工程（e1）の判断結果が、前記新しい調光信号を受信していないことが示された場合、工程（e3）が実行される、請求項11に記載の制御方法。
工程（c）の工程は、
（c1）前記基準電流が前記電流閾値より小さいことを示す場合、前記第一検出信号、前記第二検出信号、および前記電流閾値に応じて、前記オンタイム期間を計算し、前記基準電流に応じて、パルスチョッピング変調のチョップパルス数を計算し、
前記オンタイム期間と前記チョップパルス数の計算結果に応じて、工程(d)を実行する、
請求項10に記載の制御方法。
前記工程（c１)において、前記パルスチョッピング変調のチョップパルス数は、式K = (1 - Idim/Imid)×fs/fzに従って計算され、Kは前記チョップパルス数、Idimは前記基準電流、Imidは前記電流閾値、fsは前記制御信号のパルス周波数、fzは、チョップパルス周波数を示す、
請求項13に記載の制御方法。
前記工程（c）の判断結果が、前記基準電流が前記電流閾値よりも小さくないことを示す時、前記第一検出信号、前記第二検出信号、および前記基準電流に応じて、前記スイッチのオンタイム期間を計算し、前記オンタイム期間の前記計算結果に応じて、工程（d）を行う、請求項13に記載の制御方法。