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。