JP6328118B2 - 照明デバイスをシャットダウンするための方法およびシステム - Google Patents

Description

ＬＥＤライトは、白熱蛍光灯の効率的な代替物である。ＬＥＤライトのあるものは、多くの個々のＬＥＤの出力が組み合わされ得るように、アレイまたはマトリックスで構成され得る。その結果は、明るいが効率的な光源となる。ＬＥＤアレイは、直流（ＤＣ）電源を介して電力を供給され得る。ＤＣ電源は、リニア電源またはスイッチング電源として設計され得る。スイッチングＤＣ電源は、ＬＥＤが灯されている間は、より効率的に動作し得るが、スイッチング電源は、ＬＥＤライトがオフにされる場合、同じように効率的には動作し得ない。スイッチング電源の効率の低下は、電源におけるスイッチングの結果であり得る。

本発明の発明者は、本明細書において、上述の不都合を認識し、スイッチングデバイスおよび電圧基準源を含む、ディスクリート電圧調整回路（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）と、電圧基準源と接地の間の第１の電流路内に位置付けられるスイッチを含む、スイッチングデバイス非アクティブ化回路（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）とを備える、１つ以上の発光デバイスを操作するシステムを開発した。

電圧基準源と接地の間にスイッチングデバイスを配置することによって、光が要求されない場合に、照明システムによって消費される電力を低減させることが可能になり得る。特に、スイッチングデバイスが閉状態に調整される場合、スイッチングデバイスが、照明システム電力消費を低減させる所望の状態にあり続けるように、電圧基準源によって提供される信号は、接地へとドライブされ得る。

本発明の説明は、いくつかの利点を提供し得る。特に、この手法は、光が要求されない場合に、照明システム電力消費を低減させ得る。さらに、この手法は、光が要求されない場合に、レギュレータ切り換えの可能性を低減させるための冗長な方法を提供し得る。さらにまた、この手法は、照明システムがアクティブ化および非アクティブ化される場合に生じる電力過渡変動の可能性を低減させ得る。

上述の利点および他の利点、ならびに本発明の説明の特徴は、以下の「発明を実施するための形態」が、単独でまたは添付の図面と併せて理解される場合に、それから容易に明らかになろう。

上述の「課題を解決するための手段」は、「発明を実施するための形態」においてさらに説明される概念からの抜粋を簡略化された形で導入するために提供されたことを理解されたい。特許請求される発明の主要なまたは必須の特徴を識別することは意図されておらず、特許請求される発明の範囲は、「発明を実施するための形態」に後続する特許請求の範囲によって一意的に確定される。さらに、特許請求される発明は、上で述べられた不都合を何であれ解決する実施に限定されず、または本開示のいかなる部分における実施にも限定されない。

照明システムの概略図である。 例示的な電圧調整システムの概略図である。 例示的な電圧調整システムの概略図である。 机上実験による（ｐｒｏｐｈｅｔｉｃ）電圧調整システムの動作シーケンスを示す図である。 照明システムを操作するための例示的な方法を示す図である。 光反応性システムを示す例示的な図である。

本発明の説明は、光が要求されない期間中、低減された電力消費を照明システムに提供することに関する。図１は、１つ以上の発光デバイスに電力を提供するための１つの例示的なシステムを示している。図２および図３は、照明システムに光が要求されない場合に、電力消費が低減され得る、例示的なシステムを示している。図４は、電圧レギュレータについての例示的な机上実験による動作シーケンスを提供している。最後に、図５は、照明システムを操作するための例示的な方法である。

図１を参照すると、照明システムの概略図が示されている。照明システム１００は、１つ以上の発光デバイス１１０を含む。この例では、発光デバイス１１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。各ＬＥＤ１１０は、アノード１およびカソード２を含む。スイッチング電圧レギュレータ１０４は、ＤＣ電力をＬＥＤ１１０のアノード１に供給する。スイッチング電圧レギュレータ１０４は、ＬＥＤ１１０のカソード２にも電気的に結合される。スイッチング電圧レギュレータ１０４は、接地１６０を基準とするように示されている。コントローラ１０８は、スイッチング電圧レギュレータ１０４と電気的に連通するように示されている。他の例では、望ましくは、離散入力生成デバイス（例えば、スイッチ）が、コントローラ１０８に取って代わり得る。コントローラ１０８は、命令を実行するための中央処理装置１２０を含む。コントローラ１０８は、スイッチングレギュレータ１０４を操作するための入出力（Ｉ／Ｏ）１２２も含む。非一時的な実行可能命令は、リードオンリーメモリ１２６内に記憶され得、一方、変数は、ランダムアクセスメモリ１２４内に記憶され得る。電源１０２は、交流を４８ＶＤＣに変換し、４８ＶＤＣをスイッチングレギュレータ１０４に送る。ＬＥＤ１１０は、スイッチングレギュレータ１０４を介して電力がそれらに供給された場合に点灯し得る。

図２を参照すると、例示的な電圧調整システムの概略図が示されている。スイッチング電圧レギュレータ１０４は、定電流量をキャパシタ２０５に供給するＰＮＰトランジスタ２０４を含む。タイミング回路２０１は、オープンコレクタトランジスタ（図示されず）およびレジスタ２０２を介して、キャパシタ２０５を接地（ＧＮＤ）にプルするように動作する。タイミング回路２０１は、ＰＮＰトランジスタ２０４およびキャパシタ２０５とともに、キャパシタ２０３の値に関連する周波数でランプ信号を生成する。一例では、タイミング回路２０１は、５５５タイマである。さらに、接地レベルがコンパレータ２０６の非反転（例えば、＋入力）入力に存在する場合に、コンパレータ２０６が切り換わらないように、バイアスレジスタ２０２が、ＤＩＳＣＨ入力およびキャパシタ２０５を、接地より上の小さい電圧（例えば、約３００ｍＶ）に保つ。一例では、タイミング回路２０１、キャパシタ２０５、およびＰＮＰトランジスタ２０４が、コンパレータ２０６の反転入力に３５０ＫＨｚランプ信号出力を提供する。

コンパレータ２０６は、その非反転入力を、図３に示される増幅器２４３の出力から受け取る。増幅器２４３の出力は、実際の電圧と基準または所望電圧の間の利得調整された電圧誤差を表す電圧信号である。実際の電圧は、レジスタ２３８とレジスタ２３６の間の電圧と、発光デバイス１１０のカソード側における電圧とを合計することによって生成される。発光デバイス１１０のカソード側における電圧は、レジスタ２３８とレジスタ２３６の間の電圧よりも大きい量（例えば、レギュレータ出力の分数）で加重される。基準電圧は、レジスタ２４５、２４６を備える電圧デバイダを介して提供される。コンパレータ２０６は、その反転入力（例えば、−入力）を、トランジスタ２０４およびキャパシタ２０５を含むタイミング回路２０１から受け取る。コンパレータ２０６の出力は、反転入力における電圧が非反転入力における電圧よりも大きい場合にハイになる。コンパレータ２０６は、デューティサイクルが変化するパルス列を、電流ドライバ回路２０７に出力する。パルス列のデューティサイクルは、加重された発光デバイスアノード電圧とカソード電圧とを合計することによって提供される実際の電圧と、レジスタ２４５、２４６を備えるノードにおいて提供される基準電圧との間の誤差に関連する。

電流ドライバ２０７は、コンパレータ２０６によって供給され得るよりも増量された電流を、スイッチングデバイス２０８、２０９に供給する。一例では、電流ドライバ２０７は、スイッチングデバイス２０８がアクティブ化され得るように、スイッチングデバイス２０８のゲートに供給される電圧を、スイッチングデバイス２０８のソースにおける電圧より上のレベルの１２ＶＤＣに増加させるブーストコンバータを含む。電流ドライバ２０７は、インダクタ２２６を選択的に充電するように、スイッチングデバイス２０８とスイッチングデバイス２０９を二者択一的に動作させる。インダクタ２２６の出力は、キャパシタ２２８、２３０、２３２を介してフィルタリングされる。レジスタ２３４も、インダクタ２２６の出力をフィルタリングするように動作する。フィルタリングされたＤＣ電力は、その後、ＬＥＤ１１０のアノードに送られる。レジスタ２３８、２３６は、インダクタ２２６からの出力電圧を測定およびスケーリングするための電圧デバイダを構成する。キャパシタ２４０は、レジスタ２３８、２３６における電圧デバイダからの出力をフィルタリングする。このようにして、スイッチングデバイス２０８、２０９を備える、スイッチング電圧レギュレータが提供される。レジスタ２３８、２３６を備える電圧デバイダからの出力は、所望または基準電圧と、発光デバイス１１０のアノード側とカソード側の電圧を合計したものである実際の電圧とに基づいて、電圧誤差を決定するためのフィードバック回路に送られる。レジスタ２３８、２３６における電圧デバイダ出力は、Ａにおいて、図３に渡される。

ここから図３を参照すると、図２からの電圧デバイダ出力が、Ａにおいて示されている。先に言及されたように、電圧デバイダ出力は、インダクタ２２６の出力に基づいており、それは、ＬＥＤ１１０のカソード側からの電圧をスケーリングした電圧とともに、増幅器２４１の反転入力に入力される。特に、レジスタ２３６、２３８によって提供される電圧デバイダからの電圧は、ＬＥＤ１１０のカソード側からの電圧に加算され、合計された結果が、増幅器２４１によって増幅器２４２に出力される。増幅器２４２は、反転増幅器であり、それは、増幅器２４１の出力を反転したものを増幅器２４３に出力する。増幅器２４２の出力は、増幅器２４３、キャパシタ２８０〜２８２、およびレジスタ２９０〜２９４によってフィルタリングされて、電圧誤差を提供し、それは、基準電圧と、スケーリングされたアノード電圧とカソード電圧の合計との間の差をスケーリングしたものである。基準電圧は、レジスタ２４５、２４６を備える電圧デバイダを介して提供される。一例では、基準電圧は、ＦＥＴ２７１のドレーンにおいて望まれる電圧である。誤差電圧は、Ｂによって示されるように、コンパレータ２０６に入力される。

スイッチング電圧レギュレータ１０４は、スイッチングデバイス非アクティブ化回路２７５も含む。スイッチングデバイス非アクティブ化回路２７５は、この例では、ＦＥＴとして示されるスイッチ２４８、２４９を含むが、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタなどの代替スイッチングデバイスが、使用されてもよい。バイポーラトランジスタの場合、ゲート２６０は、トランジスタベース入力によって置き換えられ、ドレーン２６１およびソース２６２は、エミッタおよびコレクタによって置き換えられる。

スイッチングデバイス非アクティブ化回路２７５は、レジスタ２５２〜２５３、キャパシタ２５１〜２５０、およびダイオード２５４〜２５５も含む。スイッチングデバイス２４８のソースは、接地１６０と電気的に連通する。同様に、スイッチングデバイス２４９のソースも、接地１６０と電気的に連通する。スイッチングデバイス２４８のドレーンは、レジスタ２４５、２４６において生成される基準電圧に電気的に結合される。スイッチングデバイス２４９のドレーンは、増幅器２４３から出力される誤差電圧に電気的に結合される。スイッチングデバイス２４８のゲートは、キャパシタ２５１、レジスタ２５３、およびダイオード２５４と電気的に連通する。スイッチングデバイス２４９のゲートは、キャパシタ２５０、レジスタ２５２、およびダイオード２５５と電気的に連通する。ダイオード２５４は、レジスタ２５３と並列であり、ダイオード２５５は、レジスタ２５２と並列である。ダイオード２５４のアノードは、キャパシタ２５１の一方の側に電気的に結合される。キャパシタ２５１の他方の側は、接地に電気的に結合される。ダイオード２５５のアノードは、キャパシタ２５０の一方の側に電気的に結合される。キャパシタ２５０の他方の側は、接地に電気的に結合される。ダイオード２５４、２５５のカソードは、図１に示されるコントローラ１０８から発し得る、スイッチングデバイス非アクティブ化回路の制御ソースＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎと電気的に結合され、電気的に連通する。信号ＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎは、反転された、照明システム１００のためのグローバルなイネーブル信号である。

スイッチングデバイス非アクティブ化回路２７５は、ＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎ入力に応答して動作する。特に、キャパシタ２５０、２５１は、より高いレベルの電圧がコントローラ１０８によって、またはスイッチを通して印加された場合、ＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎ入力におけるより高いレベルの入力電圧のレベルまで充電される。キャパシタ２５０、２５１は、レジスタ２５２、２５３の値に依存するレートで充電される。レジスタ２５２、２５３の値は、キャパシタ２５０、２５１の値とともに、より高いレベルの電圧がＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎ入力において印加された後、ＦＥＴ２４８、２４９が導通し始めるまでにどれほどの時間を要するかを決定する。キャパシタ２５０、２５１の電圧は、ＧＥＮＡＢＬＥがハイである場合、より高いレベルの電圧に接近し、キャパシタ２５０、２５１における電圧は、ＦＥＴ２４８、２４９のゲート２６０に印加される。ゲート２６０におけるより高いレベルの電圧は、電流がドレーン側２６１からソース側２６２までの経路内を流れ得るように、ＦＥＴ２４８、２４９をアクティブ化する。

ＦＥＴ２４８は、導通している場合、レジスタ２４５、２４６において提供される基準電圧を接地１６０に接続する。加えて、ＦＥＴ２４９は、導通している場合、増幅器２４３から出力された誤差電圧を電流路を介して接地１６０に接続する。このようにして、誤差電圧出力および基準電圧は、実質的に接地レベル（例えば、接地の３００ｍＶを下回る範囲内）に変更され得る。さらに、レジスタ２４５とレジスタ２４６の間の基準電圧は、照明デバイス１１０を点灯しないことが望まれる場合、接地にプルされる。同様に、増幅器２４３の出力からの誤差電圧も、照明デバイス１１０を点灯しないことが望まれる場合、接地にプルされる。

一例では、レジスタ２５３およびキャパシタ２５１の値は、スイッチングデバイスを非アクティブ化するように要求された後、約２ミリ秒で、基準電圧が接地になるように選択される。レジスタ２５２およびキャパシタ２５０の値は、スイッチングデバイスを非アクティブ化するように要求された後、約４ミリ秒で、誤差電圧が接地になるように選択される。このようにして、スイッチングデバイス非アクティブ化回路２７５は、スイッチングデバイス２０８、２０９のシャットダウンを制御する。

ダイオード２５４、２５５は、より高いレベルの電圧がＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎにおいて印加された場合、逆バイアスされ、リーク電流のみが、ダイオード２５４、２５５を流れる。より高いレベルの電圧がＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎにおいて印加された場合、電流が、ＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎ入力からキャパシタ２５０、２５１に流れることも言及されるべきである。

基準電圧を接地にドライブまたはプルすると、フィードバック増幅器２４１〜２４３は、スイッチングデバイス２０８、２０９の切り換わりの停止を介してインダクタ２２６の出力を接地にドライブする、誤差電圧を提供する。ＦＥＴ２４９を介して誤差電圧を接地にドライブすると、コンパレータ２０６の非反転入力は、コンパレータ２０６の反転入力よりも低いレベルに調整される。結果として、コンパレータ２０６は、パルス幅変調信号の出力を停止し、電流ドライバ２０７も、スイッチングデバイス２０８、２０９へのパルス幅変調信号の出力を停止する。先に説明されたように、誤差電圧がＦＥＴ２４９を介して接地にプルされる場合、レジスタ２０２は、コンパレータ２０６の非反転入力に印加されるキャパシタ２０５における電圧を、コンパレータ２０６の非反転入力の入力電圧よりも大きい最小レベル（例えば、３００ｍＶ）にバイアスする。結果として、スイッチングデバイス２０８、２０９は、非アクティブ化されたままであり続け、インダクタ２２６の出力は、停止される。

スイッチングデバイス非アクティブ化回路２７５は、より低いレベルの電圧がコントローラ１０８によって、またはスイッチを通してＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎ入力に印加された場合に非アクティブ化される。より低いレベルの入力（例えば、接地）は、キャパシタ２５１、２５０に蓄電された電荷に基づいて、ダイオード２５４、２５５が順方向バイアスになるようにする。ダイオード２５４、２５５は、順方向バイアスされ、電流がキャパシタ２５０、２５１からＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎ入力に流れる場合に導通する。このようにして、電荷が、キャパシタ２５０、２５１から放電され、ＦＥＴ２４８、２４９を流れる電流が、遅延なく停止される。結果として、ゲート２６０における電圧は、ＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎ入力がより低いレベル（例えば、接地）にある場合、接地に接近する。ＦＥＴ２４８、２４９は、ゲート２６０が接地される場合、導通を停止する。このようにして、ライトの点灯が望まれる場合、レジスタ２４５とレジスタ２４６の間の基準電圧は、解放され、接地から所望の基準電圧に戻ることを許される。接地と誤差電圧の間の電流路は、ＦＥＴ２４９が導通を停止した場合、遮断または開回路化される。同様に、接地と、レジスタ２４５とレジスタ２４６の間の基準電圧との間の電流路は、ＦＥＴ２４８が導通を停止した場合、遮断または開回路化される。

スイッチング電圧レギュレータ１０４は、ＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎが低いレベルにある場合に、変化する電圧をＦＥＴ２７１に提供する、増幅器２７０も含む。照明デバイス１１０を流れる電流フローは、ＦＥＴ２７１によって調整され得る。ＦＥＴ２７１は、光強度を制御するために、複数の異なるレベルの電流が照明デバイス１１０を流れ得るように、リニアモードで動作させられる。レジスタ２７２は、ＦＥＴ２７１のソースと接地１６０の間に位置付けられる。レジスタ２７２の両端に現れる電圧は、照明システム１００を流れる電流フローを表す。レジスタ２７２における電圧は、レジスタ２９３を介して増幅器２７３に入力される。増幅器２７３は、レジスタ２７２における電圧に利得を適用し、電圧をコントローラ１０８の電流モニタ入力に出力する。

したがって、図１〜図３のシステムは、少なくとも１つのスイッチングデバイスおよび電圧基準源を含む、ディスクリート電圧調整回路と、電圧基準源と接地の間の第１の電流路内に位置付けられるスイッチを含む、スイッチングデバイス非アクティブ化回路とを備える、１つ以上の発光デバイスを操作するためのシステムを提供する。システムは、スイッチングデバイス非アクティブ化回路をスイッチを介して選択的にアクティブ化および非アクティブ化するための実行可能な非一時的命令を含む、コントローラをさらに備える。このようにして、非アクティブ化された照明システムの電力消費は、低減され得る。

一例では、システムは、スイッチングデバイスが、ＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、またはバイポーラトランジスタである場合を含む。システムは、スイッチングデバイス非アクティブ化回路が、スイッチングデバイスのゲートまたはベースおよび接地に電気的に結合されるキャパシタをさらに備える場合も含む。システムは、スイッチングデバイス非アクティブ化回路が、キャパシタおよびスイッチングデバイスのゲートまたはベースと電気的に連通するレジスタおよびダイオードをさらに備える場合を含む。システムは、タイミング回路、コンパレータ、および電流ドライビングデバイスをさらに備え、タイミング回路は、コンパレータと電気的に連通し、コンパレータは、電流ドライビングデバイスと電気的に連通し、電流ドライビングデバイスは、スイッチングデバイスと電気的に連通する。システムは、バイアシングレジスタをさらに備え、バイアシングレジスタは、接地とタイミング回路の間に位置付けられる。

別の例では、図１〜図３のシステムは、スイッチングデバイス、電圧基準源、および誤差電圧源を含む、ディスクリート電圧調整回路と、電圧基準源と接地の間の第１の電流路内に位置付けられる第１のスイッチを含み、誤差電圧源と接地の間の第２の電流路内に位置付けられる第２のスイッチも含む、スイッチングデバイス非アクティブ化回路とを備える、１つ以上の発光デバイスを操作することを提供する。システムは、第１および第２のスイッチが、ＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、またはバイポーラトランジスタである場合を含み、スイッチングデバイス非アクティブ化回路は、第１のスイッチのゲートまたはベースおよび接地に電気的に結合される第１のキャパシタをさらに備え、スイッチングデバイス非アクティブ化回路は、第２のスイッチのゲートまたはベースおよび接地に電気的に結合される第２のキャパシタをさらに備える。

いくつかの例では、システムは、スイッチングデバイス非アクティブ化回路が、第１のキャパシタに電気的に結合される第１のダイオードおよび第１のレジスタをさらに備える場合、ならびにスイッチングデバイス非アクティブ化回路が、第２のキャパシタに電気的に結合される第２のダイオードおよび第２のレジスタをさらに備える場合を含む。システムは、第１のダイオード、第２のダイオード、第１のレジスタ、および第２のレジスタが、イネーブル信号源と電気的に連通する場合も含む。システムは、タイミング回路、コンパレータ、および電流ドライビングデバイスをさらに備える。システムは、タイミング回路が、コンパレータと電気的に連通する場合、コンパレータが、電流ドライビングデバイスと電気的に連通する場合、および電流ドライビングデバイスが、スイッチングデバイスと電気的に連通する場合を含む。システムは、バイアスレジスタをさらに備え、バイアスレジスタは、タイミング回路と接地の間に位置付けられる。

ここから図４を参照すると、机上実験による電圧調整システムの動作シーケンスが示されている。動作シーケンスは、図１〜図３に示される電圧調整システムに適用される。

図４の上から１番目のグラフは、増幅器２４３からの誤差電圧出力を経時的に表している。Ｙ軸は、誤差電圧を表し、誤差の量は、Ｙ軸の矢印の方向に増加する。誤差電圧は、照明デバイスのアノードとカソードにおける電圧をスケーリングした電圧を合計することによって生成される実際の電圧と、レジスタ２４５とレジスタ２４６の間から出力される所望または基準電圧との間の誤差の量である。Ｘ軸は、時間を表し、時間は、グラフの左側からグラフの右側に向かって進行する。

図４の上から２番目のグラフは、レジスタ２４５とレジスタ２４６の間から出力される基準電圧を経時的に表している。Ｙ軸は、基準電圧を表し、基準電圧は、Ｙ軸の矢印の方向に増加する。Ｘ軸は、時間を表し、時間は、グラフの左側からグラフの右側に向かって進行する。

図４の上から３番目のグラフは、レギュレータ出力電圧を経時的に表している。レギュレータ出力電圧は、レジスタ２３４とレジスタ２３８の間のノードにおけるスケーリングされた電圧に対応する。Ｙ軸は、レギュレータ出力電圧を表し、レギュレータ出力電圧は、Ｙ軸の矢印の方向に増加する。Ｘ軸は、時間を表し、時間は、グラフの左側からグラフの右側に向かって進行する。

図４の上から４番目のグラフは、照明デバイスをアクティブ化および非アクティブ化するためのイネーブル信号を経時的に表している。Ｙ軸は、イネーブル信号を表す。より高いレベルのイネーブル信号は、照明システムがアクティブ化されることを示す。より低いレベルのイネーブル信号は、照明システムが非アクティブ化されることを示す。Ｘ軸は、時間を表し、時間は、グラフの左側からグラフの右側に向かって進行する。

時刻Ｔ₀において、イネーブル信号は、照明システムがアクティブであること、および照明デバイス１１０が灯され得ることを示す、より高いレベルにある。電圧誤差は、スイッチングレギュレータ出力に対する補正が行われていること、およびパルス幅変調スイッチング信号のデューティサイクルが制御されていることを示す、より高いレベルにある。基準電圧信号は、一定値（例えば、０．６ボルト）にあり、スイッチングレギュレータ出力電圧も、一定値にある。

時刻Ｔ₁において、イネーブル信号は、照明デバイスを非アクティブ化するよう求める要求に応答して、より低いレベルに推移する。イネーブル信号は、ユーザ入力を介して、またはコントローラ１０８からの出力を介して提供され得る。スイッチング回路シャットダウンまたは非アクティブ化は、イネーブル信号がより低い状態になる時に開始する。誤差電圧、基準電圧、およびレギュレータ出力電圧は、短期間、それぞれのレベルにあり続ける。

時刻Ｔ₂において、基準電圧が、ＦＥＴ２４８のゲートにおける入力電圧が閾値を超えたことに応答した、ＦＥＴ２４８のアクティブ化を介して、接地に切り換わる。この例では、基準電圧は、イネーブル信号がより低い状態に推移してから約２ミリ秒後に、接地に切り換わる。誤差電圧は、低減させられてゆき、または接地に向かって緩やかに低下してゆく。同様に、レギュレータ出力電圧も、基準電圧を接地したことに応答して、低減させられてゆき、または接地に向かって緩やかに低下してゆく。イネーブル信号は、より低いレベルにあり続ける。

時刻Ｔ₃において、誤差電圧が、ＦＥＴ２４９のゲートにおける入力電圧が閾値を超えたことに応答した、ＦＥＴ２４９のアクティブ化を介して、接地に切り換わる。この例では、誤差電圧は、イネーブル信号がより低い状態に推移してから約４ミリ秒後に、接地に切り換わる。誤差電圧の接地への切り換わりは、パルス幅変調信号のデューティサイクルをゼロまで低下させ、それによって、パルス幅変調信号およびスイッチングデバイス２０８、２０９の切り換わりを効率的に非アクティブ化する。すべての信号は、時刻Ｔ₃の後まもなく、実質的に接地レベル（例えば、３００ｍＶ未満）になる。

時刻Ｔ₄において、イネーブル信号は、コントローラ１０８またはユーザ入力による要求に応答して、より高いレベルに推移する。イネーブル信号は、ゲート２６０における電圧を閾値未満まで低減させることによって、ＦＥＴ２４８、２４９を導通状態から解放する。イネーブル信号がより高いレベルになった場合、ダイオード２５４、２５５は、順方向バイアスになり、キャパシタ２５０、２５１から電荷を放電させる。

図３において説明されたＧＥＮＡＢＬＥ＿Ｎ入力は、図４におけるイネーブル信号を反転させたものであることに留意されたい。

誤差電圧、基準電圧、およびレギュレータ出力電圧は、イネーブル信号がより高い状態に推移した後、単調に増加する。このようにして、照明システムのスイッチングレギュレータは、照明システムの出力電圧および電流に好ましくない一時的な変化を生じさせることなく、アクティブ化および非アクティブ化され得る。

ここから図５を参照すると、照明システムを操作するための例示的な方法が示されている。図５の方法は、コントローラ１０８の非一時的なメモリ内に実行可能命令として記憶され得る。加えて、図５の方法は、図１〜図３において説明された照明システムに適用され得る。

５０２において、方法５００は、照明システムをアクティブ化するかどうかを判断する。照明システムは、コントローラ、または人によって操作されるスイッチなどの入力デバイスに応答して、アクティブ化され得る。方法５００は、照明システムをアクティブ化すると判断した場合、５０４に進む。それ以外の場合、方法５００は、５２０に進む。

５０４において、方法５００は、基準電圧および誤差電圧を接地レベルから解放する。一例では、誤差電圧は、基準電圧と、照明デバイスのアノードとカソードにおける電圧の合計との間の差を出力する、増幅器の出力である。もちろん、スイッチングレギュレータの出力は、照明デバイスのアノードおよびカソードに現れる電圧に影響する。基準電圧は、ＦＥＴ２７１のドレーンにおける所望電圧を表す、電圧デバイダ回路を介して提供される電圧である。基準電圧および誤差電圧は、基準電圧と接地の間、および誤差電圧と接地の間に位置付けられる、１つ以上のトランジスタを開回路化すること（例えば、トランジスタが非導通にされること）を介して、接地から解放され得る。基準電圧および誤差電圧が接地から解放された後、方法５００は、５０６に進む。

５０６において、方法５００は、スイッチングレギュレータ切り換えのタイミングを調整するための基準電圧を提供する。一例では、基準電圧は、一定の供給電圧、および２つのレジスタを備える電圧デバイダを介して提供される。基準電圧が提供された後、方法５００は、５０８に進む。

５０８において、方法５００は、基準電圧と、照明デバイスのアノード電圧およびカソード電圧から、誤差電圧を提供する。一例では、誤差電圧は、図２および図３に示された回路を介して提供される。誤差電圧が提供された後、方法５００は、５１０に進む。

５１０において、方法５００は、誤差電圧に応答して、スイッチングレギュレータのデューティサイクルを調整する。一例では、デューティサイクルは、図２および図３において説明されたようなコンパレータの出力の変化を介して調整される。コンパレータ出力は、その後、図２および図３において説明されたような１つ以上のＦＥＴスイッチを操作するための電流デバイダに送られる。スイッチングレギュレータのデューティサイクルを調整した後、方法５００は、５１２に進む。

５１２において、方法５００は、１つ以上の照明デバイスに電圧を供給する。一例では、電圧は、インダクタの出力を介して供給され、インダクタは、インダクタの出力を調整するための、電圧源と接地の間で切り換えられる入力を含む。図２および図３は、例示的なスイッチングレギュレータおよびインダクタを示している。インダクタからの出力が照明デバイスに送られた後、方法５００は、出口に進む。

５２０において、方法５００は、基準電圧を接地レベルにプルする。基準電圧は、基準電圧および接地に電気的に結合されたトランジスタをアクティブ化することを介して、接地へとプルまたはドライブされる。トランジスタのアクティブ化は、それを導通させ、それによって、基準電圧と接地の間の電流路を提供する。基準電圧が接地にプルされた後、方法５００は、５２２に進む。

５２２において、方法５００は、基準電圧が接地レベルにプルされる時と、誤差電圧が接地レベルにプルされる時との間の閾値期間、遅延する。閾値期間は、スイッチングデバイスが非アクティブ化される前に、スイッチングレギュレータ出力が接地へと徐々に低下することを可能にする。遅延閾値期間が過ぎた後、方法５００は、５２４に進む。

５２４において、方法５００は、誤差電圧を接地レベルにプルする。誤差電圧は、誤差電圧のソース（例えば、増幅器）および接地に電気的に結合されたトランジスタをアクティブ化することを介して、接地へとプルまたはドライブされる。トランジスタのアクティブ化は、それを導通させ、それによって、誤差電圧と接地の間の電流路を提供する。誤差電圧が接地にプルされた後、方法５００は、５２６に進む。

５２６において、スイッチングレギュレータは、誤差電圧が接地にドライブされたことに応答して、切り換えを停止する。特に、誤差電圧は、接地とより高い電圧の間でインダクタの入力を切り換えるＦＥＴが非アクティブ化されるように、状態を変化させることからコンパレータの出力を生じさせる。スイッチングレギュレータの切り換えが停止された後、方法５００は、５２８に進む。

５２８において、方法５００は、スイッチングレギュレータ電圧出力を接地にドライブする。インダクタへの入力は切り換わらないので、インダクタは、エネルギーを貯蔵および解放するための場を生成し得ない。結果として、インダクタの出力は、接地レベルに接近する。レギュレータ出力が接地にドライブされた後、方法５００は、出口に進む。

このようにして、方法５００は、スイッチングレギュレータを介して電力を１つ以上の発光デバイスに供給するステップと、１つ以上の発光デバイスへの電力の供給を停止するよう求める要求に応答して、所望の照明源電圧を表す基準電圧を接地へとプルするステップとを含む、１つ以上の発光デバイスを操作するステップを提供する。方法は、１つ以上の発光デバイスに供給される所望レベルの電力と、１つ以上の発光デバイスに供給される実際のレベルの電力との間の誤差を表す誤差電圧を接地へとプルするステップをさらに含む。いくつかの例では、方法は、スイッチングレギュレータ内において、パルス幅変調信号を提供するコンパレータの入力をバイアスするステップをさらに含む。バイアスは、スイッチングレギュレータの不慮の切り換えの可能性を低減させる。方法は、所望の照明源電圧を表す基準電圧を接地から解放するステップをさらに含む。方法は、誤差電圧を接地から解放するステップをさらに含む。方法は、誤差電圧および基準電圧が、単一の入力を介して接地から解放される場合、および誤差電圧および基準電圧が、異なる時刻に接地から解放される場合も含む。

ここから図６を参照すると、本明細書で説明されるシステムおよび方法による光反応性システム１０が示されている。この例では、光反応性システム１０は、照明サブシステム１００と、コントローラ１０８と、電圧レギュレータ１０４と、冷却サブシステム１８とを備える。

照明サブシステム１００は、複数の発光デバイス１１０を備え得る。発光デバイス１１０は、例えば、ＬＥＤデバイスであり得る。複数の発光デバイス１１０の選択が、放射出力２４を提供するために実施される。放射出力２４は、ワークピース２６に送られる。戻り放射２８が、（例えば、放射出力２４の反射を介して）ワークピース２６から照明サブシステム１００に送り戻され得る。

放射出力２４は、結合オプティクス３０を介してワークピース２６に送られ得る。結合オプティクス３０は、使用される場合、様々に実施され得る。一例として、結合オプティクスは、放射出力２４を提供する発光デバイス１１０とワークピース２６の間に置かれる、１つ以上のレイヤ、材料、または他の構造を含み得る。一例として、結合オプティクス３０は、放射出力２４の収集、凝縮、視準、または他にも品質もしくは有効量を強化するためのマイクロレンズアレイを含み得る。別の例として、結合オプティクス３０は、マイクロリフレクタアレイを含み得る。そのようなマイクロリフレクタアレイを利用する場合、放射出力２４を提供する各半導体デバイスは、それぞれのマイクロリフレクタ内に１対１で配置され得る。

レイヤ、材料、または他の構造の各々は、選択された屈折率を有し得る。各屈折率を適切に選択することによって、放射出力２４（および／または戻り放射２８）の経路内のレイヤ、材料、および他の構造の間の界面における反射が、選択的に制御され得る。一例として、ワークピース２６に対する、半導体デバイスの間に配置された選択された界面におけるそのような屈折率の相違を制御することによって、その界面における反射が、ワークピース２６への最終的な配送のための、その界面における放射出力の送出を強化するように、低減され、除去され、または最小化され得る。

結合オプティクス３０は、様々な目的で利用され得る。例示的な目的は、とりわけ、発光デバイス１１０を保護すること、冷却サブシステム１８に関連する冷却液を保持すること、放射出力２４を収集し、凝縮し、および／もしくは視準すること、戻り放射２８を収集し、方向付け、もしくは拒絶すること、または他の目的を、単独または組合せで含む。さらなる一例として、光反応性システム１０は、特にワークピース２６に配送される場合の放射出力２４の有効量または品質を強化するために、結合オプティクス３０を利用し得る。

複数の発光デバイス１１０から選択されたものは、コントローラ１０８にデータを提供するために、結合エレクトロニクス２２を介してコントローラ１０８に結合され得る。以下でさらに説明されるように、コントローラ１０８は、例えば、結合エレクトロニクス２２を介して、そのようなデータ提供半導体デバイスを制御するようにも実施され得る。

コントローラ１０８は、また、好ましくは、電圧レギュレータ１０４および冷却サブシステム１８の各々に接続され、それらを制御するように実施される。さらに、コントローラ１０８は、電圧レギュレータ１０４および冷却サブシステム１８からデータを受け取り得る。

電圧レギュレータ１０４、冷却サブシステム１８、および照明サブシステム１００に加えて、コントローラ１０８は、また、制御要素３２、３４に接続され得、それらを制御するように実施され得る。要素３２は、示されるように、光反応性システム１０に内蔵され得る。要素３４は、示されるように、光反応性システム１０に外付けされるが、ワークピース２６に関連し得（例えば、操作、冷却、もしくは他の外部機器）、または光反応性システム１０がサポートする光反応に他の方法で関連し得る。

コントローラ１０８によって受け取られる、電圧レギュレータ１０４、冷却サブシステム１８、照明サブシステム１００、および／または制御要素３２、３４のうちの１つ以上からのデータは、様々なタイプを取り得る。一例として、データは、それぞれ、結合された半導体デバイス１１０に関連する１つ以上の特徴を表し得る。別の例として、データは、データを提供するそれぞれの構成要素１２、１６、１８、３２、３４に関連する１つ以上の特徴を表し得る。さらなる別の例として、データは、ワークピース２６に関連する１つ以上の特徴を表し得る（例えば、ワークピースに送られる放射出力エネルギーまたはスペクトル成分を表し得る）。さらに、データは、これらの特徴のいくつかの組合せを表し得る。

コントローラ１０８は、そのようなデータのいずれかを受け取って、そのデータに応答するように実施され得る。例えば、そのような構成要素のいずれかからのそのようなデータに応答して、コントローラ１０８は、電圧レギュレータ１０４、冷却サブシステム１８、（１つ上のそのような結合された半導体デバイスを含む）照明サブシステム１００、および／または制御要素３２、３４のうちの１つ以上を制御するように実施され得る。一例として、ワークピースに関連する１つ以上のポイントにおいて光エネルギーが不十分であることを示す照明サブシステムからのデータに応答して、コントローラ１０８は、以下のいずれかを行うように、すなわち、（ａ）半導体デバイスの１つ以上に対する電源の電力供給を増加させるように、（ｂ）冷却サブシステム１８を介する照明サブシステムの冷却を増加させる（すなわち、冷却される場合、ある発光デバイスがより大きな放射出力を提供する）ように、（ｃ）電力がそのようなデバイスに供給される時間を増加させるように、または（ｄ）上記を組み合わせて行うように実施され得る。

照明サブシステム１００の個々の半導体デバイス１１０（例えば、ＬＥＤデバイス）は、コントローラ１０８によって独立に制御され得る。例えば、コントローラ１０８は、第１の強度および波長などの光を発する１つ以上の個々のＬＥＤデバイスからなる第１のグループを制御し得、一方で、異なる強度および波長などの光を発する１つ以上の個々のＬＥＤデバイスからなる第２のグループを制御し得る。１つ以上の個々のＬＥＤデバイスからなる第１のグループは、半導体デバイス１１０の同じアレイ内にあり得、または半導体デバイス１１０の２つ以上のアレイに属し得る。半導体デバイス１１０のアレイは、また、コントローラ１０８によって制御される照明サブシステム１００内の半導体デバイス１１０の他のアレイとは独立に、コントローラ１０８によって制御され得る。例えば、第１のアレイの半導体デバイスは、第１の強度および波長などの光を発するように制御され得、一方で、第２のアレイの半導体デバイスは、第２の強度および波長などの光を発するように制御され得る。

さらなる一例では、（例えば、特定のワークピース、光反応、および／または１組の動作条件のための）条件の第１の組の下で、コントローラ１０８は、第１の制御戦略を実施するように、光反応性システム１０を操作し得、一方、（例えば、特定のワークピース、光反応、および／または１組の動作条件のための）条件の第２の組の下で、コントローラ１０８は、第２の制御戦略を実施するように、光反応性システム１０を操作し得る。上で説明されたように、第１の制御戦略は、第１の強度および波長などの光を発する１つ以上の個々の半導体デバイス（例えば、ＬＥＤデバイス）からなる第１のグループを操作することを含み得、一方、第２の制御戦略は、第２の強度および波長などの光を発する１つ以上の個々の半導体デバイスからなる第２のグループを操作することを含み得る。ＬＥＤデバイスの第１のグループは、第２のグループと同じＬＥＤデバイスからなるグループであり得、ＬＥＤデバイスの１つ以上のアレイに渡り得、または第２のグループと異なるＬＥＤデバイスからなるグループであり得、異なるＬＥＤデバイスからなるグループは、第２のグループに属する１つ以上のＬＥＤデバイスからなるサブセットを含み得る。

冷却サブシステム１８は、照明サブシステム１００の熱挙動を管理するように実施される。例えば、一般に、冷却サブシステム１８は、そのようなサブシステム１２、より具体的には、半導体デバイス１１０の冷却を提供する。冷却サブシステム１８は、また、ワークピース２６を冷却するように、および／またはワークピース２６と光反応性システム１０（特に、照明サブシステム１００）の間の空間を冷却するように実施され得る。例えば、冷却サブシステム１８は、空気または他の流体（例えば、水）による冷却システムであり得る。

光反応性システム１０は、様々な適用例のために使用され得る。例は、限定することなく、インク印刷からＤＶＤの製造およびリソグラフィにわたる硬化用途を含む。一般に、光反応性システム１０が利用される適用例は、関連するパラメータを有する。すなわち、適用例は、以下のような関連する動作パラメータを含み得、すなわち、１つ以上の期間にわたって適用される、１つ以上の波長における、１つ以上のレベルの放射パワーの提供を含み得る。適用例に関連する光反応を適切に達成するために、光出力は、ワークピースにおいて、またはワークピースの付近で、１つもしくは複数のこれらのパラメータについての１つ以上の所定のレベルにおいて、または１つ以上の所定のレベルを超えて（および／またはある時間、期間、もしくは期間の範囲のうちに）配送される必要があり得る。

意図された適用例のパラメータに従うために、放射出力２４を提供する半導体デバイス１１０は、例えば、温度、スペクトル分布、および放射パワーなど、適用例のパラメータに関連する様々な特徴に従って動作させ得る。同時に、半導体デバイス１１０は、ある動作仕様を有し得、それは、半導体デバイスの製造に関連付けられ得、とりわけ、デバイスの破壊を引き起こさないために、および／またはデバイスの劣化を未然に防ぐために順守され得る。光反応性システム１０の他の構成要素も、関連する動作仕様を有し得る。これらの仕様は、他のパラメータ仕様の中でもとりわけ、動作温度および適用される電力の範囲（例えば、最大値および最小値）を含み得る。

したがって、光反応性システム１０は、適用例のパラメータのモニタリングをサポートする。加えて、光反応性システム１０は、それぞれの特徴および仕様を含む、半導体デバイス１１０のモニタリングを提供し得る。さらに、光反応性システム１０は、それぞれの特徴および仕様を含む、光反応性システム１０選択された他の構成要素のモニタリングも提供し得る。

そのようなモニタリングの提供は、光反応性システム１０の動作が高い信頼性で評価され得るように、システムの適切な動作の検証を可能にし得る。例えば、システム１０は、適用例のパラメータ（例えば、温度、放射パワーなど）、そのようなパラメータに関連する任意の構成要素の特徴、および／または任意の構成要素のそれぞれの動作仕様のうちの１つ以上に関して、不適切に動作し得る。モニタリングの提供は、コントローラ１０８によって受け取られる、システムの構成要素のうちの１つ以上によるデータに応答し、それに従って実施され得る。

モニタリングはシステムの動作の制御もサポートし得る。例えば、制御戦略は、１つ以上のシステム構成要素からデータを受け取り、それに応答する、コントローラ１０８を介して実施され得る。この制御は、上で説明されたように、直接的に（すなわち、その構成要素の動作を尊重するデータに基づいた、構成要素に送られる制御信号を通して構成要素を制御することによって）、または間接的に（すなわち、他の構成要素の動作を調整するために送られる制御信号を通して構成要素の動作を制御することによって）、実施され得る。一例として、半導体デバイスの放射出力は、照明サブシステム１００に適用される電力を調整する電圧レギュレータ１０４に送られる制御信号を通して、および／または照明サブシステム１００に適用される冷却を調整する冷却サブシステム１８に送られる制御信号を通して、間接的に調整され得る。

制御戦略は、システムの適切な動作および／または適用例の性能を可能にし、および／または強化するために利用され得る。より具体的な一例では、制御は、例えば、仕様を超える半導体デバイス１１０または半導体デバイス１１０のアレイの加熱を引き起こさないようにする一方で、適用例の光反応を適切に完了するのに十分な放射エネルギーをワークピース２６に送るようにもするために、アレイの放射出力とその動作温度の間の平衡を可能にし、および／または強化するためにも利用され得る。

いくつかの適用例では、高い放射パワーが、ワークピース２６に配送され得る。したがって、サブシステム１２は、発光半導体デバイス１１０のアレイを使用して実施され得る。例えば、サブシステム１２は、高密度発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを使用して実施され得る。ＬＥＤアレイが使用され得、本明細書では詳細に説明されたが、半導体デバイス１１０およびそれのアレイは、説明された原理から逸脱することなく、他の発光技術を使用して実施され得ることが理解され、他の発光技術の例は、限定することなく、有機ＬＥＤ、レーザダイオード、他の半導体レーザを含む。

複数の半導体デバイス１１０は、アレイ２０の形態、または（図６に示されるように）アレイからなるアレイの形態で提供され得る。アレイ２０は、半導体デバイス１１０のうちの１つ以上またはほとんどが、放射出力を提供するように構成されるように実施され得る。しかしながら、同時に、アレイの半導体デバイス１１０のうちの１つ以上は、アレイの特徴のうちの選択されたもののモニタリングを提供するように実施される。モニタリングデバイス３６は、アレイ２０内のデバイスの中から選択され得、例えば、他の発光デバイスと同じ構造を有し得る。例えば、発光とモニタリングの間の相違は、特定の半導体デバイスに関連する結合エレクトロニクス２２によって決定され得る（例えば、基本的な形態では、ＬＥＤアレイは、結合エレクトロニクスが逆方向電流を提供する場合、モニタリングＬＥＤを、結合エレクトロニクスが順方向電流を提供する場合、発光ＬＥＤを有し得る）。

さらに、結合エレクトロニクスに基づいて、アレイ２０内の半導体デバイスのうちの選択されたものは、多機能デバイスおよび／またはマルチモードデバイスのいずれか／両方であり得、（ａ）多機能デバイスは、２つ以上の特徴（例えば、放射出力、温度、磁場、振動、圧力、加速度、および他の機械的力または変形のいずれか）を検出することが可能であり、適用例パラメータまたは他の決定要因に従って、これらの検出機能の間で切り換えられ得、（ｂ）マルチモードデバイスは、発光、検出、および他の何らかのモード（例えば、オフ）が可能であり、適用例パラメータまたは他の決定要因に従って、モードの間で切り換えられる。

当業者によって理解されるように、図５で説明された方法は、イベントドリブン、割り込みドリブン、マルチタスキング、マルチスレッディングなど、いくつもの処理戦略のうちの１つ以上を表し得る。そのため、説明された様々なステップまたは機能は、説明された順序で、もしくは並列して実行され得、または場合によっては、省略され得る。同様に、処理の順序は、本明細書で説明された目的、特徴、および利点を達成するために、必ずしも必要とされず、図解および説明を容易にするように提供されている。明示的に説明されてはいないが、当業者は、説明されたステップまたは機能のうちの１つ以上が、使用される特定の戦略に応じて、繰り返し実行され得ることを理解されよう。

これで説明を終了する。当業者がこの説明を読めば、説明の主旨および範囲から逸脱しない多くの変更および変形を思いつくであろう。例えば、異なる波長の光を生成する照明源は、本発明の説明を利用し得る。

Claims (2)

1. １つ以上の発光デバイスを操作するためのシステムであって、
   基準電圧を出力する電圧基準源と、前記基準電圧と前記発光デバイスへの印加電圧との差を示す誤差電圧に応じて前記発光デバイスへの印加電圧を制御するためのスイッチングデバイスと、を含むディスクリート電圧調整回路と、
   前記誤差電圧を生成する誤差電圧源と、
   前記スイッチングデバイスを非アクティブ化するためのスイッチングデバイス非アクティブ化回路と、
   を備え、
   前記スイッチングデバイス非アクティブ化回路は、
   前記スイッチングデバイスを非アクティブ化する要求から第１の時間で前記電圧基準源から前記誤差電圧源へ前記基準電圧を供給する第１の状態と、前記電圧基準源を接地して前記誤差電圧源へ前記基準電圧を供給しない第２の状態とを切り替える第１のスイッチと、
   前記要求から前記第１の時間と異なる第２の時間で前記誤差電圧源から前記ディスクリート電圧調整回路へ前記誤差電圧を供給する第３の状態と、前記誤差電圧源を接地して前記誤差電圧源から前記ディスクリート電圧調整回路へ前記誤差電圧を供給しない第４の状態とを切り替える第２のスイッチと、を含むことを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記スイッチングデバイス非アクティブ化回路によって前記スイッチングデバイスをアクティブから非アクティブに切り替えるための前記要求を出力するコントローラをさらに備えることを特徴とするシステム。
   

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