(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）列をドライブするためのＬＥＤドライバー・システムであって、前記第１のＬＥＤ列は１つのＬＥＤまたは互いに直列に接続された複数のＬＥＤより成り、該ＬＥＤドライバー・システムは、
入力ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ、直流）電圧を受信し、前記第１のＬＥＤ列に適用される出力ＤＣ電圧を発生させるスイッチング電力変換器であって、前記スイッチング電力変換器が、第１のスイッチによりスイッチングされる、スイッチング電力変換器と、
前記第１のＬＥＤ列に直列に接続された第２のスイッチと、
前記第１のＬＥＤ列を通る電流を感知し、前記第１のＬＥＤ列を通る前記感知された電流および第１の電流基準に少なくとも一部が基づき、前記第２のスイッチのオン時間またはオフ時間を制御し、前記第１の電流基準はあらかじめ定められた信号であり、前記第１のＬＥＤ列の必要とされる輝度に対応する、第１のフィードバック制御ループと、
前記第２のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間のデューティ・サイクル基準およびデューティ・サイクルに少なくとも一部が基づき、前記第１のスイッチのオン時間またはオフ時間を制御し、前記デューティ・サイクルは前記第１のＬＥＤ列を通る前記感知された電流に基いて決定され、前記第１の電流基準は前記第１のＬＥＤ列の必要とされる輝度に対応し、前記デューティ・サイクル基準はあらかじめ定められた信号であり、前記第２のスイッチの必要とされる前記デューティ・サイクルに対応する、第２のフィードバック制御ループと
を具備することを特徴とするＬＥＤドライバー・システム。
【請求項２】
前記第１のフィードバック制御ループが、
前記第１のＬＥＤ列と結合され、前記第１のＬＥＤ列を通る電流を感知し、第１の感知された電流信号を発生させるように構成される、第１の電流感知器と、
前記第１の感知された電流信号および前記第１の電流基準を受信し、前記第１の感知された電流信号および前記第１の電流基準の間の差分を増幅し、第１の差分信号を発生させるように構成される、第１の増幅器と、
前記第１の差分信号および第１のランプ信号を受信し、前記第１の差分信号を前記第１のランプ信号と比較し、前記第２のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間を制御するための第１の制御信号を発生させるように構成される、第１の比較器と
を具備することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項３】
前記第１のランプ信号が、周期的信号であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項４】
前記第１のＬＥＤ列中の前記１つまたは複数のＬＥＤの輝度が、前記第１の電流基準によって調整されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項５】
前記第２のフィードバック制御ループが、
前記第１の電流感知器と、
前記第１の増幅器と、
前記第１の差分信号および前記デューティ・サイクル基準を受信し、前記第１の差分信号および前記デューティ・サイクル基準の間の差分を増幅し、第２の差分信号を発生させるように構成される、第２の増幅器と、
前記第２の差分信号および第２のランプ信号を受信し、前記第２の差分信号を前記第２のランプ信号と比較し、前記第１のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間を制御するための第２の制御信号を発生させるように構成される、第２の比較器と
を具備することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項６】
前記スイッチング電力変換器の前記出力ＤＣ電圧が、前記デューティ・サイクル基準によって調整されることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項７】
前記第１のフィードバック制御ループが、
前記第１の増幅器と結合された周波数補償ネットワークであって、前記第１の増幅器および前記周波数補償ネットワークが、前記第１の感知された電流信号および前記第１の電流基準の間の差分を増幅する相互インピーダンス誤差増幅器を形成すること
をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項８】
前記第１のＬＥＤ列に並列に接続された第２のＬＥＤ列に直列に接続された第３のスイッチと、
前記第２のＬＥＤ列を通る電流を感知し、前記第２のＬＥＤ列を通る前記感知された電流および第２の電流基準に少なくとも一部が基づき、前記第３のスイッチのオン時間またはオフ時間を制御するように構成される、第３のフィードバック制御ループと
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項９】
前記第１の電流基準および前記第２の電流基準が同一であることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項１０】
前記第１のＬＥＤ列および前記第２のＬＥＤ列が、異なった色に対応すること、ならびに前記第１の電流基準および前記第２の電流基準が異なっていることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項１１】
前記第１のフィードバック制御ループが、
前記第１のＬＥＤ列と結合され、そして前記第１のＬＥＤ列を通る電流を感知し、第１の感知された電流信号を発生させるように構成される、第１の電流感知器と、
前記第１の感知された電流信号および前記第１の電流基準を受信し、そして前記第１の感知された電流信号および前記第１の電流基準の間の差分を増幅し、第１の差分信号を発生させるように構成される、第１の増幅器と、
前記第１の差分信号および第１のランプ信号を受信し、そして前記第１の差分信号を前記第１のランプ信号と比較し、前記第２のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間を制御するための第１の制御信号を発生させるように構成される、第１の比較器と
を具備することと、
前記第３のフィードバック制御ループが、
前記第２のＬＥＤ列と結合され、そして前記第２のＬＥＤ列を通る電流を感知し、第２の感知された電流信号を発生させるように構成される、第２の電流感知器と、
前記第２の感知された電流信号および前記第２の電流基準を受信し、そして前記第２の感知された電流信号および前記第２の電流基準の間の差分を増幅し、第２の差分信号を発生させるように構成される、第２の増幅器と、
前記第２の差分信号および第２のランプ信号を受信し、そして前記第２の差分信号を前記第２のランプ信号と比較し、前記第３のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間を制御するための第２の制御信号を発生させるように構成される、第２の比較器と
を具備することと、
前記第２のフィードバック制御ループが、
前記第１の電流感知器と、
前記第２の電流感知器と、
前記第１の増幅器と、
前記第２の増幅器と、
前記第１の差分信号および前記第２の差分信号の内で最大のものを選択するための大きさ比較器と、
前記大きさ比較器の出力および前記デューティ・サイクル基準の間の差分を増幅し、第３の差分信号を発生させるように構成される、第３の増幅器と、
前記第３の差分信号および第３のランプ信号を受信し、前記第３の差分信号を前記第３のランプ信号と比較し、前記第１のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間を制御するための第３の制御信号を発生させるように構成される、第３の比較器と
を具備することと
を特徴とする請求項８に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項１２】
前記大きさ比較器が、前記第１の差分信号の第１のデューティ・サイクルの、前記第１の電流基準に対する第１の比率を、前記第２の差分信号の第２のデューティ・サイクルの、第２の電流基準に対する第２の比率と比較し、前記第１の比率および前記第２の比率の内の最大なものと関連付けられた前記第１の差分信号または前記第２の差分信号の何れかを選択することを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項１３】
前記スイッチング電力変換器が、ブースト変換器であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項１４】
前記第１のＬＥＤ列に並列に接続された第２のＬＥＤ列に直列に接続された第３のスイッチと、
前記第２のＬＥＤ列を通る電流を感知し、そして前記第２のＬＥＤ列を通る前記感知された電流および第２の電流基準に少なくとも一部が基づき、前記第３のスイッチのオン時間またはオフ時間を制御するように構成される、第３のフィードバック制御ループと、
前記第１および第２のＬＥＤ列に並列に接続された第３のＬＥＤ列に直列に接続された第４のスイッチと、
前記第３のＬＥＤ列を通る電流を感知し、そして前記第３のＬＥＤ列を通る前記感知された電流および第３の電流基準に少なくとも一部が基づき、前記第４のスイッチのオン時間またはオフ時間を制御するように構成される、第４のフィードバック制御ループと
をさらに具備し、
前記第１のＬＥＤ列、前記第２のＬＥＤ列、および前記第３のＬＥＤ列が、それぞれ赤、緑、および青の色に対応し、そして前記第１の電流基準、前記第２の電流基準、および前記第３の電流基準が、それぞれ前記赤、緑、および青の色の必要とされる輝度に対応してそれぞれ異なることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤドライバー・システム。
【請求項１５】
１つのＬＥＤまたは互いに直列に接続された複数のＬＥＤより成る第１のＬＥＤ列と、
入力ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ、直流）電圧を受信し、前記第１のＬＥＤ列に適用される出力ＤＣ電圧を発生させるスイッチング電力変換器であって、前記スイッチング電力変換器が、第１のスイッチによりスイッチングされる、スイッチング電力変換器と、
前記第１のＬＥＤ列に直列に接続された第２のスイッチと、
前記第１のＬＥＤ列を通る電流を感知し、そして前記第１のＬＥＤ列を通る前記感知された電流および第１の電流基準に基づき、前記第２のスイッチのオン時間またはオフ時間を制御し、前記第１の電流基準はあらかじめ定められた信号であり、前記第１のＬＥＤ列の必要とされる輝度に対応する、第１のフィードバック制御ループと、
前記第２のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間のデューティ・サイクル、およびデューティ・サイクル基準に少なくとも一部が基づき、前記第１のスイッチのオン時間またはオフ時間を制御し、前記デューティ・サイクルは前記第１のＬＥＤ列を通る前記感知された電流に基いて決定され、前記第１の電流基準は前記第１のＬＥＤ列の必要とされる輝度に対応し、前記デューティ・サイクル基準はあらかじめ定められた信号であり、前記第２のスイッチの必要とされる前記デューティ・サイクルに対応する、第２のフィードバック制御ループと
を具備することを特徴とする電子デバイス。
【請求項１６】
前記第１のフィードバック制御ループが、
前記第１のＬＥＤ列と結合され、前記第１のＬＥＤ列を通る電流を感知し、第１の感知された電流信号を発生させるように構成される、第１の電流感知器と、
前記第１の感知された電流信号および前記第１の電流基準を受信し、前記第１の感知された電流信号および前記第１の電流基準の間の差分を増幅し、第１の差分信号を発生させるように構成される、第１の増幅器と、
前記第１の差分信号および第１のランプ信号を受信し、前記第１の差分信号を前記第１のランプ信号と比較し、前記第２のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間を制御するための第１の制御信号を発生させるように構成される、第１の比較器と
を具備することを特徴とする請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項１７】
前記第２のフィードバック制御ループが、
前記第１の電流感知器と、
前記第１の増幅器と、
前記第１の差分信号および前記デューティ・サイクル基準を受信し、前記第１の差分信号および前記デューティ・サイクル基準の間の差分を増幅し、第２の差分信号を発生させるように構成される、第２の増幅器と、
前記第２の差分信号および第２のランプ信号を受信し、前記第２の差分信号を前記第２のランプ信号と比較し、前記第１のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間を制御するための第２の制御信号を発生させるように構成される、第２の比較器と
を具備することを特徴とする請求項１６に記載の電子デバイス。
【請求項１８】
前記第１のフィードバック制御ループが、
前記第１の増幅器と結合された周波数補償ネットワークであって、前記第１の増幅器および前記周波数補償ネットワークが、前記第１の感知された電流信号および前記第１の電流基準の間の差分を増幅する相互インピーダンス誤差増幅器を形成すること
をさらに具備することを特徴とする請求項１６に記載の電子デバイス。
【請求項１９】
前記第１のＬＥＤ列に並列に接続された第２のＬＥＤ列に直列に接続された第３のスイッチと、
前記第２のＬＥＤ列を通る電流を感知し、そして前記第２のＬＥＤ列を通る前記感知された電流および第２の電流基準に少なくとも一部が基づき、前記第３のスイッチのオン時間またはオフ時間を制御するように構成される、第３のフィードバック制御ループと
をさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載の電子デバイス。
【請求項２０】
前記第１のフィードバック制御ループが、
前記第１のＬＥＤ列と結合され、前記第１のＬＥＤ列を通る電流を感知し、第１の感知された電流信号を発生させるように構成される、第１の電流感知器と、
前記第１の感知された電流信号および前記第１の電流基準を受信し、前記第１の感知された電流信号および前記第１の電流基準の間の差分を増幅し、第１の差分信号を発生させるように構成される、第１の増幅器と、
前記第１の差分信号および第１のランプ信号を受信し、前記第１の差分信号を前記第１のランプ信号と比較し、前記第２のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間を制御するための第１の制御信号を発生させるように構成される、第１の比較器と
を具備することと、
前記第３のフィードバック制御ループが、
前記第２のＬＥＤ列と結合され、前記第２のＬＥＤ列を通る電流を感知し、第２の感知された電流信号を発生させるように構成される第２の電流感知器と、
前記第２の感知された電流信号および前記第２の電流基準を受信し、前記第２の感知された電流信号および前記第２の電流基準の間の差分を増幅し、第２の差分信号を発生させるように構成される、第２の増幅器と、
前記第２の差分信号および第２のランプ信号を受信し、前記第２の差分信号を前記第２のランプ信号と比較し、前記第３のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間を制御するための第２の制御信号を発生させるように構成される、第２の比較器と
を具備することと、
前記第２のフィードバック制御ループが、
前記第１の電流感知器と、
前記第２の電流感知器と、
前記第１の増幅器と、
前記第２の増幅器と、
前記第１の差分信号および前記第２の差分信号の内で最大のものを選択するための大きさ比較器と、
前記大きさ比較器の出力および前記デューティ・サイクル基準の間の差分を増幅し、第３の差分信号を発生させるように構成される、第３の増幅器と、
前記第３の差分信号および第３のランプ信号を受信し、前記第３の差分信号を前記第３のランプ信号と比較し、前記第１のスイッチの前記オン時間または前記オフ時間を制御するための第３の制御信号を発生させるように構成される、第３の比較器と
を具備することと
を特徴とする請求項１９に記載の電子デバイス。
【請求項２１】
前記大きさ比較器が、前記第１の差分信号の第１のデューティ・サイクルの、前記第１の電流基準に対する第１の比率を、前記第２の差分信号の第２のデューティ・サイクルの、第２の電流基準に対する第２の比率と比較し、前記第１の比率および前記第２の比率の内の最大なものと関連つけられた前記第１の差分信号または前記第２の差分信号の何れかを選択することを特徴とする請求項２０に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード)ドライバーに、より詳細には複数のフィードバック・ループを有するＬＥＤドライバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、例えば建築照明、自動車のヘッド・ライトおよびテール・ライト、液晶表示装置のための背面光、懐中電灯などの、多種多様な電子アプリケーションにおいて採用されている。白熱灯および螢光灯などの従来型照明源に比較してＬＥＤには、高効率、優れた方向性、色の安定性、高信頼性、長寿命、小型、および環境安全性を含む顕著な利点がある。
【０００３】
ＬＥＤは、電流駆動型デバイスであり、従って、ＬＥＤを通る電流を調節することが、ＬＥＤアプリケーションのための重要な制御技法になる。ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ、直流）電圧源からＬＥＤの大きな配列を駆動するために、Ｂｏｏｓｔ（ブースト）電力変換器などのＤＣ−ＤＣスイッチング電力変換器をフィードバック・ループと共に使用して、ＬＥＤ電流を調節することがしばしばである。図１は、Ｂｏｏｓｔ変換器を使用する従来型ＬＥＤドライバーを例証する。ＬＥＤドライバーは、入力ＤＣ電圧Ｖｉｎおよび互いに直列に接続されたＬＥＤ列１１０の間に結合された、Ｂｏｏｓｔ  ＤＣ−ＤＣ電力変換器１００、および制御器回路１０２を含む。従来型ではブースト変換器１００は、インダクタンスＬ、ダイオードＤ、コンデンサーＣ、およびスイッチＳｌを含む。ブースト変換器１００は、他の構成要素を含むことができるが、それらは例証の簡単化のため本明細書では省略される。ブースト変換器１００の構造および動作はよく知られている−一般にその出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチＳｌのターン・オン／ターン・オフ時間のデューティ・サイクルに従って決定される。出力電圧Ｖｏｕｔは、ＬＥＤ列１１０に適用され、ＬＥＤ１１０を通る電流を供給する。制御器回路１０２は、ＬＥＤ１１０を通る電流１０４を検出し、そして検出された電流１０４に基づき、制御信号１０６を発生させ、スイッチのデューティ・サイクルを制御する。制御器回路１０２は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）、ＰＦＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス周波数変調）、一定のオン時間またはオフ時間制御、ヒステリシス／スライディング（ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ／ｓｌｉｄｉｎｇ）モード制御などを含む、さまざまな制御方式の１つによりスイッチＳｌを制御することができる。制御器回路１０２および信号路１０４、１０６は一体として、図１の従来型ＬＥＤドライバーのためのただ一つのフィードバック・ループを形成する。図１に示されるものなどの従来型ＬＥＤドライバーに対する２つの主な課題は、速度および電流共有である。
【０００４】
ＬＥＤ輝度は頻繁に調節される必要があるため、ＬＥＤドライバーにおいては高速のスイッチング速度が必要とされる。軽または無負荷から高負荷にまたはその逆にＬＥＤが短時間に遷移する必要性がある、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）による調光制御に対して、高速のスイッチング速度は特に有効である。ＬＥＤドライバーの速度は、その小信号性能の評価基準である。Ｂｏｏｓｔ変換器における本来的ＲＨＰ（Ｒｉｇｈｔ−Ｈａｌｆ−Ｐｌａｎｅ、右半平面）ゼロの故に、従来型ＬＥＤドライバーの速度は、ほとんどのＬＥＤアプリケーションが必要とする速度より低く制限される。
【０００５】
ＬＥＤの製造工程によりもたらされるＬＥＤのパラメータ変動性の故に、電流共有が必要となる。複数のＬＥＤ列が並列に接続されたときに、ＬＥＤの順方向電圧（ＶＦ）における僅かな不整合はこれらの電流輝度に大きな差異をもたらし得る。電流共有は、さまざまな方法にて試みられている。１つの初歩的な解決方法は、複数のＬＥＤ列のそれぞれを別々の電力変換器によりドライブすることである。しかしながらこのような解決方法の不都合は、自明ながら構成要素の数が増え、実現コストが高くなり、そしてサイズが大きくなることである。
【０００６】
別の解決方法は、例えば特許文献１にて示されるように、それぞれが１つのＬＥＤ列をドライブする電流ミラー群を使用することである。しかしながらこのような電流ミラーによる解決方法の不都合は、効率が低いということである。すなわち、ＬＥＤの順方向電圧が異なるときに、並列に接続されたＬＥＤ列に適用された電力変換器の出力電圧（Ｖ＋）は、最大の結合順方向電圧ΣＶＦを有するＬＥＤ列より高くなければならない。最大より低い結合順方向電圧を有するＬＥＤ列においては電圧差分（Ｖ＋−ΣＶＦ）が有ることになり、これがそれぞれの電流ミラーに亘って適用され、最低の結合順方向電圧ΣＶＦを有するＬＥＤ列には最大の電圧差分があることになる。電流ミラーにより消散される電力は照明に寄与しないため、特にＬＥＤ列の間の結合順方向電圧における差異が大きいときには、全体的効率は低くなる。
【０００７】
さらに別の解決方法は、特許文献２にて示されるように、複数のＬＥＤ列のそれぞれを順番にオンすることである。しかしながらこの解決方法は、ＬＥＤドライバーからさらにより高速の動的応答を必要とし、その結果電力変換器が深いＤＣＭ（Ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｍｏｄｅ）にて動作することを強いられ、そうなると電力変換効率は低くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６５３８３９４号明細書
【特許文献２】米国特許第６６１８０３１号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明の実施形態は、少なくとも２つの別々の連動した閉フィードバック・ループを含むＬＥＤドライバーを含む。１つのフィードバック・ループは、ＬＥＤ列のオン／オフ時間のデューティ・サイクルを制御し、そして他方のフィードバック・ループは、並列のＬＥＤ列に適用されるＤＣ電圧を供給するスイッチング電力変換器における電力スイッチのオン／オフ時間のデューティ・サイクルを制御する。本発明のＬＥＤドライバーは、別々の機能を果たす２つのフィードバック・ループを含むことによって、ＬＥＤ輝度の高速制御および複数のＬＥＤ列の間での正確な電流共有を電力効率的かつ費用効率的な方法にて同時に達成する。
【００１０】
本明細書における特徴および利点は、すべてを包括するものではなく、さらにより詳細には、本図面、明細書、および請求の範囲を考慮すれば、通常の当業者にとっては多くの追加的特徴および利点が明白になるであろう。そのうえ本明細書にて使用される言語は、主に可読性および説明性の目的のために選択されており、かつ本発明の主題を線引き（ｄｅｌｉｎｅａｔｅ）したり、または制限（ｃｉｒｃｕｍｓｃｒｉｂｅ）したりすることを選択するものではないことに注意するべきである。
【００１１】
添付図面に関連して以下の詳細な説明を考察することにより、本発明の実施形態に関する教示を容易に理解することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｂｏｏｓｔ変換器を使用する従来型ＬＥＤドライバーを例証する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による、複数のフィードバック・ループを含むＬＥＤドライバーを例証する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による、複数のフィードバック・ループを含むＬＥＤドライバーを例証する図である。
【図４】本発明の第３の実施形態による、複数のフィードバック・ループを含むＬＥＤドライバーを例証する図である。
【図５】本発明の一実施形態による、周波数補償ネットワークの一例を例証する図である。
【図６】本発明の一実施形態による、図３に示された大きさ比較器の一例を例証する図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による、図４に示された大きさ比較器の一例を例証する図である。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態による、図４に示された大きさ比較器の一例を例証する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図および以下の説明は、例証する目的でのみ本発明の好適な実施形態に関連する。以下の議論から、ここに開示される構造および方法の代替の実施形態が、請求される本発明の本質から逸脱することなく採用することができる実行可能な代替案として容易に認識されるであろうことに注意するべきである。
【００１４】
ここで、本発明のいくつかの実施形態を詳細に参照することになり、その例が添付図面にて例証される。図において実際的に同様のまたは類似の参照番号が使用されている場合には、同様のまたは類似の機能性を表すことに注意されたい。図は、例証のみの目的のために本発明の実施形態を表現するものである。当業者は以下の説明から、本発明の本質から逸脱することなく、ここに例証される構造および方法の代替の実施形態を採用することができることを容易に認めるであろう。
【００１５】
図２は、本発明の第１の実施形態によるＬＥＤドライバーを例証する。ＬＥＤドライバーは、電子デバイスの一部であることができる。ＬＥＤドライバーは、ブースト型ＤＣ−ＤＣ電力変換器１００、ＭＯＳＦＥＴスイッチＳ２、およびフィードバック制御回路２０２、２０４を具備する。スイッチＳ２は、複数のＬＥＤ列１１０に直列に、ＬＥＤ列１１０における最後のＬＥＤのカソードおよび地気の間に接続されるが、スイッチＳ２はまた、ＬＥＤ列１１０における第１のＬＥＤのアノードおよびブースト変換器１００の間に直列に接続することができる。ブースト変換器１００は従来型のものであり、そしてインダクタンスＬ、ダイオードＤ、コンデンサーＣ、およびＭＯＳＦＥＴスイッチＳｌを含む。ブースト変換器１００は、他の構成要素を含むことができるが、それらは例証の簡単化のため本明細書では省略される。ブースト変換器１００の構造および動作はよく知られている−一般にその出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチＳｌがスイッチング周期においてどれ程長時間オンしているかにより決定される。出力電圧Ｖｏｕｔは、ＬＥＤ列１１０に適用され、ＬＥＤ１１０を通して電流を供給する。ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）、ＰＦＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス周波数変調）、一定のオン時間またはオフ時間制御、ヒステリシス／スライディング・モード制御などを含む、さまざまな制御方式の１つによりスイッチＳｌを制御することができる。電力変換器１００としてブースト変換器が使用されているが、ブースト、バックブースト（ｂｕｃｋ−ｂｏｏｓｔ）、フライバック（ｆｌｙｂａｃｋ）などを含む異なった形態を有する他の型の電力変換器を、ブースト電力変換器１００に代わって使用することができる。
【００１６】
フィードバック制御回路２０２は、閉フィードバック・ループの一部を形成し、そして増幅器Ａｍｐｌ、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐｌ、および比較器Ｃｏｍｐｌを含む。フィードバック制御回路２０４は、別の閉フィードバック・ループの一部を形成し、そして増幅器Ａｍｐ２、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐ２、および比較器Ｃｏｍｐ２を含む。増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ２は、電圧−電圧演算増幅器、電圧−電流相互コンダクタンス増幅器、電圧−電流相互−抵抗増幅器、または電流−電流ミラーなどの、任意の型の増幅器であることができる。またデジタル回路にてそれらを実施することも可能である。周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐｌ、ＦｒｅｑＣｏｍｐ２は、抵抗およびコンデンサー・ネットワークから成り、そして積分器として機能する。増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ２の増幅器の型に依存して、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐｌ、ＦｒｅｑＣｏｍｐ２は、増幅器出力から入力へ（図２に示されるように）か、増幅器出力からＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ、交流）地気へか、および／または増幅器入力から増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ２への入力信号が供給されるポートへか、の何れかにて接続することができる。同様に周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐｌ、ＦｒｅｑＣｏｍｐ２は、デジタル回路にて実施することが可能である。構成要素２１０は電流感知器を表し、抵抗性、誘導性(電流トランス)、および寄生性（ＭＯＳ  ＲＤＳ（ＯＮ）およびインダクタンスＤＣ抵抗）感知などの、様々な形体にて実現することが可能である。例証の簡単化のために、実施形態を例証するために不可欠ではないＭＯＳゲート・ドライバーなどの周辺回路は図２からは省略されている。
【００１７】
図２の第１の実施形態におけるフィードバック回路は、２つの連動した閉フィードバック・ループ、Ｌｏｏｐ１およびＬｏｏｐ２を含む。第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）は、電流感知器２１０、増幅器Ａｍｐｌ、および比較器Ｃｏｍｐｌを含む、フィードバック制御回路２０２からの構成要素を含む。第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）は、電流感知器２１０を使用してＬＥＤ１１０を通る電流を感知し、そして制御信号２０６を通してスイッチＳ２のデューティ・サイクルを制御し、その結果、少なくとも部分的にはＬＥＤ１１０を通る感知された電流に基づき、スイッチＳ２がスイッチング・サイクルにおいてそれぞれオンしそしてオフする、スイッチＳ２のオン時間および／またはオフ時間を制御する。第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）は、電流感知器２１０、増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ２、および比較器Ｃｏｍｐ２を含む、フィードバック回路２０２、２０４からの構成要素を含む。第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）は、増幅器Ａｍｐｌの出力電圧ＶＣ１を感知し、そして制御信号２０８を通してスイッチＳｌのデューティ・サイクルを制御し、その結果、少なくとも部分的には増幅器Ａｍｐｌの出力電圧ＶＣ１に基づき、スイッチＳ１がスイッチング・サイクルにおいてそれぞれオンしそしてオフする、スイッチＳ１のオン時間および／またはオフ時間を制御する。これらの２つのフィードバック・ループ、Ｌｏｏｐ１およびＬｏｏｐ２は、異なる周波数領域にて動作し、以下でさらに詳細に説明されるように、異なった制御目標を達成する。
【００１８】
＜第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）の動作＞
ＬＥＤ列１１０を通るＬＥＤ電流は、電流感知器２１０により感知され、そして増幅器Ａｍｐｌに入力信号として供給される。増幅器Ａｍｐｌへの他方の入力信号は、予め定められた基準となる電流信号、ＣｕｒＲｅｆ．であり、必要とされるＬＥＤ輝度に対応する。ＬＥＤ電流およびＣｕｒＲｅｆ．の間の差分は、周波数補償ネットワーク、ＦｒｅｑＣｏｍｐｌによる適切な周波数補償を伴って増幅器Ａｍｐｌによって増幅される。増幅器Ａｍｐｌおよび周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐｌは一体として、適用される周波数補償を伴う相互インピーダンス誤差増幅器を形成する。増幅器Ａｍｐｌの出力ＶＣ１は次に、比較器Ｃｏｍｐｌに供給され、そして基準となるランプ信号Ｒａｍｐｌに対して比較される。この基準となるランプ信号Ｒａｍｐｌは、望ましくは鋸歯状の、三角の、またはＣｏｍｐ１の出力にてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調された）信号２０６を発生させる能力がある他の型の波形を有する周期的な信号である。スイッチＳ２は、ＰＷＭ信号２０６によりオンおよびオフされる。あるいはまたＰＭＷ信号２０６は、明示的なランプ信号なしでデジタル回路にて発生させることができる。基準となるランプ信号Ｒａｍｐｌが与えられると、ＰＷＭ信号２０６のＰＷＭデューティ・サイクルＤは、単に増幅器出力ＶＣ１のＤＣレベルのみにより決定される。スイッチＳ２がオンであるときに、ＬＥＤ列１１０を通るＬＥＤ電流ＩＯＮがオンであると仮定する。ＬＥＤ列１１０を通る平均ＬＥＤ電流
【００１９】
【数１】
0005475768.tif 000002
【００２０】
は、ＬＥＤ輝度に対応し、デューティ・サイクルＤに亘って案分されたＩＯＮの部分数である：
【００２１】
【数２】
0005475768.tif 000003
【００２２】
ＬＥＤの輝度を変化させるのであれば、電流基準ＣｕｒＲｅｆ．を調整することが可能である。その結果増幅器出力電圧ＶＣ１のレベルは、増幅器Ａｍｐｌによって設定し直されることになり、従ってスイッチＳ２のＰＷＭデューティ・サイクルを変化させる。周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐｌの低域濾波特性に依り、平均ＬＥＤ電流
【００２３】
【数３】
0005475768.tif 000004
【００２４】
が基準となる電流コマンドＣｕｒＲｅｆ．に合致するまで、ＶＣ１は定常状態に安定せず、そして従って制御精度が達成される。そのうえ、ＶＣ１の安定する迄の時間（定常状態に）は、スイッチＳ２のスイッチング周波数の数サイクルくらい短くすることが可能であり、これは従来型ＬＥＤドライバーからは顕著な速度的改善である。このように、第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）は、高速にてＬＥＤ電流を制御することを可能にする。
【００２５】
＜第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）の動作＞
ブースト変換器１００の出力電圧Ｖｏｕｔは、スイッチＳ２がオンであるときにＬＥＤ列１１０を通して十分な電流が流れるように、十分高くバイアスをかけられる。他方では、ＬＥＤの電流および電圧の間の指数的関係の故に他方では、ＬＥＤの順方向電圧よりあまりに高い出力電圧Ｖｏｕｔを有することは、デバイスに過度のストレスをもたらすことになり、望ましくない。第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）は、出力電圧Ｖｏｕｔに対して最適のバイアスをかけるために特に設計されている。
【００２６】
上で述べられたように、増幅器出力電圧ＶＣ１はスイッチＳ２のデューティ・サイクルを決定する。第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）においては、増幅器出力電圧ＶＣ１は増幅器Ａｍｐ２の入力にまた、供給される。増幅器Ａｍｐ２への他方の入力は、予め定められた基準となるデューティ・サイクル値、ＤＣＲｅｆである。ＶＣ１およびＤＣＲｅｆ．の間の差分は、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐ２による適切な周波数補償を伴って、増幅器Ａｍｐ２によって増幅される。増幅器Ａｍｐ２の出力電圧ＶＣ２は、別の周期的ランプ信号Ｒａｍｐ２と比較され、ＰＷＭ制御信号２０８を発生させてスイッチＳｌのオン／オフのデューティ・サイクルを制御する。ＶＣ１またはＤＣＲｅｆ．の何れかに変化があるなら、増幅器Ａｍｐ２がＶＣ２を調整し、スイッチＳｌのデューティ・サイクルが、ブースト電力変換器１００の出力電圧Ｖｏｕｔに異なったレベルにてバイアスをかけるようにする。Ｖｏｕｔ上の僅かな変化は、ダイオード電流ＩＯＮについて顕著な調整を引き起こす可能性があり、これが次に、増幅器出力電圧ＶＣ１を変化させる。周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐ２は、増幅器出力電圧ＶＣ１が定常状態にてＤＣＲｅｆ．に安定することを確実にするように設計されている。またＬｏｏｐ１のように、Ｌｏｏｐ２の構成要素もデジタル回路により実施することができる。
【００２７】
安定する迄の時間に関しては、第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）は、第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）より多くの構成要素を含む。これらの構成要素、特にＢｏｏｓｔ変換器電力段階１００におけるものは、ループの動的応答をかなり低下させる。その結果、第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）のクロスオーバー周波数は、第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）のクロスオーバー周波数よりはるかに低くなる。これらの２つのフィードバック・ループは異なった周波数領域にて設計されており、Ｌｏｏｐ１により高速の負荷応答を、およびＬｏｏｐ２によりシステム安定性を、それぞれ達成する。それぞれのフィードバック・ループによって別々に提供される高速の負荷応答（Ｌｏｏｐ１）およびシステム安定性（Ｌｏｏｐ２）を有する、２つの別々のフィードバックを提供することにより、安定性−高速性のトレードオフに対する必要性を取り除く。言い換えれば従来型ＬＥＤドライバーと異なって、本発明のＬＥＤドライバーにより、高速の負荷応答および安定的出力バイアスの両方を、達成することができる。
【００２８】
出力バイアスの最適性は、スイッチＳ２に対する必要とされるデューティ・サイクルを表すＤＣＲｅｆ．の選択からもたらされる。ループ動態およびＬＥＤ調光範囲の両方の観点からこれを理解することが可能である。
【００２９】
ループ動態からは、電力変換器出力電圧Ｖｏｕｔは、調光制御が要求するほど高速には変化させることはできない。ＣｕｒＲｅｆ．が更新されるたびに、どちらかというと一定のＶｏｕｔの条件下にて、スイッチＳ２のデューティ・サイクルＤに対して迅速な調整をなし、新しい輝度設定に適合させるのは、第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）である。スイッチＳ２のデューティ・サイクルＤはしたがって、ＬＥＤ輝度に比例する。スイッチＳ２のデューティ・サイクルＤに対する最大値は１（１００％）であるため、瞬時的ＤＣＲｅｆ．は、以下のように選択されるべきである：
【００３０】
【数４】
0005475768.tif 000005
【００３１】
ここで、ｍａｘ（ＣｕｒＲｅｆ）は最大の可能なＣｕｒＲｅｆ．であり、アプリケーション毎に決定される。
【００３２】
デューティ・サイクルＤがＣｕｒＲｅｆ．／ｍａｘ（ＣｕｒＲｅｆ．）より大で、およびさらに続いてＣｕｒＲｅｆ．がその最大のレベルまで増大すると、デューティ・サイクルが１００％にて飽和することになるため、ＬＥＤ１１０を通る電流は、新しいコマンドに応答することができないことになる。しかしながら調光範囲の観点からは、ＬＥＤの最高および最低（完全な遮断の前）の輝度の間の比率を最大にすることが望まれる。最低の輝度は、スイッチＳ２の最小のデューティ・サイクルに対応しており、最小のデューティ・サイクルは有限の立ち上がりおよび立ち下がり時間などの実施方法上の制約により制限される。そしてＬＥＤの調光範囲を最大にすることは、スイッチＳ２のデューティ・サイクルを最大にすることと等価になる。したがって式２と結合すると、スイッチＳ２の最適なデューティ・サイクルＤＯｐｔは式３となる：
【００３３】
【数５】
0005475768.tif 000006
【００３４】
式３より大の何れの値も、閉フィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）を飽和させ、そして式３より小の何れの値も、ＬＥＤの調光範囲を浪費し、そしてデバイスに過度のストレスをもたらすことになる。実用的な設計においては、ＤＯｐｔは、パラメータ変動および製作許容誤差のため、式３の値のわずか下で選択することができる。
【００３５】
要約すれば、本発明によるＬＥＤドライブの技法は、２つの別々の連動したフィードバック・ループ、１つはＬＥＤ電流の制御、そしてもう１つは電力変換器の出力電圧の制御、の使用を通して高速性および強固な安定性を同時に達成する。本発明のＬＥＤドライブの技法はまた、最大の調光範囲および最小のデバイスへのストレスを実現する最適な出力バイアス方式を提供する。ＬＥＤドライバーへのスイッチＳ２の付加は、構成要素数および費用においては単に微増であり、さらにこのスイッチＳ２はまた必要なら、ＬＥＤを完全に停止させるために使用することができる。ブーストＬＥＤドライバーは、ＬＥＤ列１１０に直列に接続されたスイッチＳ２なしでは、ＬＥＤ列１１０を完全にオフにすることはできない。
【００３６】
図３は、本発明の第２の実施形態によるＬＥＤドライバーを例証する。図３において示される第２の実施形態は、複数のＬＥＤ列（例えば、図３の例における２つのＬＥＤ列）の並列的ドライブを可能にする。図３において示される第２の実施形態は、追加のＬＥＤ列３０６、ＬＥＤ列３０６に直列に接続されたスイッチＳ３、第３のフィードバック制御回路３０４、電流感知器３１２、および自己選択性大きさ比較器３０２が加えられていることを除き、図２に示された第１の実施形態と実質的に同じである。ＬＥＤ列３０６は、ＬＥＤ列１１０に並列に接続される。Ｂｏｏｓｔ電力変換器１００、第１のフィードバック制御回路２０２、および第２のフィードバック制御回路２０４は、図２における第１の実施形態により例証したものと実質的に同じである。Ｂｏｏｓｔ電力変換器１００の出力電圧Ｖｏｕｔは、両方のＬＥＤ列１１０、３０６に適用される。２つのＬＥＤ列１１０、３０６はまた、それぞれ第１および第３のフィードバック制御回路２０２、３０４を通して、同じ電流基準ＣｕｒＲｅｆ．を共有し、そしてしたがって同じ輝度を持つように設計される。第３のフィードバック制御回路３０４は、増幅器Ａｍｐ３、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐ３、および比較器Ｃｏｍｐ３を含む。
【００３７】
図３の第２の実施形態におけるフィードバック回路は、３つの連動した閉フィードバック・ループ、Ｌｏｏｐ１、Ｌｏｏｐ２、およびＬｏｏｐ３を含む。第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）は、電流感知器２１０、増幅器Ａｍｐｌ、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐｌ、および比較器Ｃｏｍｐｌを含む、フィードバック制御回路２０２からの構成要素を含む。第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）は、電流感知器２１０を使用してダイオード１１０を通る電流を感知し、そして制御信号２０６を通してスイッチＳ２のデューティ・サイクルを制御する。第３のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ３）は、電流感知器３１２、増幅器Ａｍｐ３、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐ３、および比較器Ｃｏｍｐ３を含む、フィードバック制御回路３０４からの構成要素を含む。第３のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ３）は、電流感知器３１２を使用してＬＥＤ３０６を通る電流を感知し、そして第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）と同様に、制御信号３１６を通してスイッチＳ３のデューティ・サイクルを制御する。
【００３８】
第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）は、電流感知器２１０、３１２、増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ２、Ａｍｐ３、比較器Ｃｏｍｐ２、および周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐｌ、ＦｒｅｑＣｏｍｐ２、およびＦｒｅｑＣｏｍｐ３を含む、３つのすべてのフィードバック回路２０２、３０４、２０４からの構成要素を含む。第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）は、増幅器ＡｍｐｌおよびＡｍｐ３の出力を感知し、そして制御信号２０８を通してスイッチＳｌのデューティ・サイクルを制御する。スイッチＳ２、Ｓ３のデューティ・サイクルは、制御ループ飽和を回避するための上限であることがあるため、スイッチＳ２、Ｓ３に対するデューティ・サイクルの大きい方が、第２のフィードバック・ループＬｏｏｐ２における調整のために選択される。故に、自己選択性大きさ比較器３０２は、その入力信号３０８、３１０として、増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ３の出力電圧ＶＣ１、ＶＣ３を受信し、それらを比較し、２つの信号３０８、３１０の、より大きい１つを選択し、そしてその出力として選択された信号３１４を出力する。出力信号３１４、すなわち増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ３の出力電圧ＶＣ１、ＶＣ３のより大きい方は、増幅器Ａｍｐ２に入力される。増幅器Ａｍｐ２への他方の入力は、予め定められた基準となるデューティ・サイクル値、ＤＣＲｅｆ．である。信号３１４およびＤＣＲｅｆ．の間の差分は、周波数補償ネットワーク、ＦｒｅｑＣｏｍｐ２による適切な周波数補償を伴って増幅器Ａｍｐ２によって増幅される。図２の第１の実施形態と同様に、増幅器Ａｍｐ２の出力電圧ＶＣ２は、別の周期的ランプ信号Ｒａｍｐ２と比較され、ＰＷＭ制御信号２０８を発生させ、スイッチＳｌのオン／オフのデューティ・サイクルを制御する。
【００３９】
並列ドライブの解決方法による従来型ＬＥＤドライバーと比較すると、図３の第２の実施形態の利点は顕著である。第１に図３の第２の実施形態は、ＬＥＤドライバーに電力部品、または余計な大きさを追加するものではない。第２に図３の第２の実施形態は、Ｂｏｏｓｔ変換器をＤＣＭ（Ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ、不連続伝導モード）、または他の何れかの特定の動作モードに限定するものではない。第３に図３の第２の実施形態の制御精度は、精度が限定される、デバイス整合（どちらかというと比率的にはより大）および開ループ推定に依存する従来型電流ミラーまたは逐次的照明法によるよりむしろ、ＬＥＤ電流の直接感知、および閉ループのフィードバック制御により保証される。最後に図３の第２の実施形態による電力効率は、従来型電流ミラーの解決方法より高い。上で説明されたように、それぞれの電流ミラーの分岐は、その対応するＬＥＤ列および最大の順方向電圧降下を有するＬＥＤ列の間の順方向電圧差を支援する必要があるため、電流ミラーは低能率に苦しむことになる。図３の第２の実施形態においてはこの問題は、そのような順方向電圧差が、そのそれぞれのフィードバック制御ループ、Ｌｏｏｐ１およびＬｏｏｐ３によってＬＥＤ列の間のデューティ・サイクルの差分に変換されるため、克服される。スイッチング・デバイスにかかるオン状態電圧は、理想的にはゼロであるため、特にＬＥＤ列の電圧不整合が大きいときには、効率に関してここで得るものは相当程度である可能性がある。
【００４０】
図４は、本発明の第３の実施形態によるＬＥＤドライバーを例証する。図３の第２の実施形態の並列ドライブ方式を拡張して、３つの色、ＲＧＢ（Ｒｅｄ−Ｇｒｅｅｎ−Ｂｌｕｅ、赤−緑−青）での異なる輝度が必要とされる場合には、この３つの色を有するＬＥＤをドライブすることができる。図４において示される第３の実施形態は、それぞれＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、およびＢｌｕｅに対応する３つのＬＥＤ列の並列なドライブを可能にする。図４において示される第３の実施形態は、追加のＬＥＤ列４０６、ＬＥＤ列４０６に直列に接続されたスイッチＳ４、第４のフィードバック制御回路４０４、電流感知器４１４、および自己選択性大きさ比較器４０２が加えられていることを除き、図３に示された第２の実施形態と実質的に同じである。Ｂｏｏｓｔ電力変換器１００、第１のフィードバック制御回路２０２、第２のフィードバック制御回路２０４、および第３のフィードバック制御回路３０４は、図３における第２の実施形態により例証されたものと実質的に同じである。Ｂｏｏｓｔ電力変換器１００の出力電圧Ｖｏｕｔは、ＬＥＤ列１１０、３０６、４０６に適用される。図３の第２の実施形態と異なって、それぞれの色（赤、緑、および青）に対して異なった輝度にてこれらをドライブできるように、３つのＬＥＤ列１１０、３０６、４０６は、それぞれ別々の電流基準ＣＲｒｅｄ、ＣＲｇｒｅｅｎ、およびＣＲｂｌｕｅ（異なった値を持つことが可能）を有し、それぞれ第１、第３、および第４のフィードバック制御回路２０２、３０４、４０４に適用される。第４のフィードバック制御回路の４０４は、増幅器Ａｍｐ４、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐ４、および比較器Ｃｏｍｐ４を含む。
【００４１】
図４の第３の実施形態におけるフィードバック回路は、４つの連動した閉フィードバック・ループ、Ｌｏｏｐ１、Ｌｏｏｐ２、Ｌｏｏｐ３、およびＬｏｏｐ４を含む。第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）は、電流感知器２１０、増幅器Ａｍｐｌ、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐｌ、および比較器Ｃｏｍｐｌを含む、フィードバック制御回路２０２からの構成要素を含む。第１のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ１）は、電流感知器２１０を使用してＬＥＤ１１０を通る電流を感知し、そして制御信号２０６を通して電流基準ＣＲｒｅｄによりスイッチＳ２のデューティ・サイクルを制御する。第３のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ３）は、電流感知器３１２、増幅器Ａｍｐ３、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐ３、および比較器Ｃｏｍｐ３を含む、フィードバック制御回路３０４からの構成要素を含む。第３のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ３）は、第１のフィードバック・ループＬｏｏｐ１と同様に、電流感知器３１２を使用してＬＥＤ３０６を通る電流を感知し、そして制御信号３１６を通して電流基準ＣＲｇｒｅｅｎによりスイッチＳ３のデューティ・サイクルを制御する。第４のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ４）は、電流感知器４１４、増幅器Ａｍｐ４、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐ４、および比較器Ｃｏｍｐ４を含む、フィードバック制御回路４０４からの構成要素を含む。第４のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ４）は、第１および第３のフィードバック・ループ、Ｌｏｏｐ１およびＬｏｏｐ３と同様に、電流感知器４１４を使用してＬＥＤ４０６を通る電流を感知し、そして制御信号４１８を通して電流基準ＣＲｂｌｕｅによりスイッチＳ４のデューティ・サイクルを制御する。
【００４２】
第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）は、電流感知器２１０、３１２、４１４、増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ２、Ａｍｐ３、Ａｍｐ４、周波数補償ネットワークＦｒｅｑＣｏｍｐｌ、ＦｒｅｑＣｏｍｐ２、ＦｒｅｑＣｏｍｐ３、およびＦｒｅｑＣｏｍｐ４、ならびに比較器Ｃｏｍｐ２を含む、４つのすべてのフィードバック回路２０２、３０４、４０４、２０４からの構成要素を含む。第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）は、増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ３、およびＡｍｐ４の出力電圧を感知し、そして制御信号２０８を通してスイッチＳｌのデューティ・サイクルを制御する。スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４のデューティ・サイクルは、制御ループ飽和を回避するための上限であることがあるため、スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４に対するこれらそれぞれの電流基準に対するデューティ・サイクルの最大のものが、第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）における調整のために選択される。故に、自己選択性大きさ比較器４０２は、その入力信号４０８、４１０、４１２として、それぞれの電流基準ＣＲｒｅｄ、ＣＲｇｒｅｅｎ、およびＣＲｂｌｕｅと共に、増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ３、Ａｍｐ４の出力電圧ＶＣ１、ＶＣ３、ＶＣ４（それぞれスイッチＳ２、Ｓ３、およびＳ４のデューティ・サイクルＤを表す）を受信し、そして３つの信号４０８、４１０、４１２の内の、これらのデューティ・サイクル対それらのそれぞれの電流基準信号の最大の比率（すなわちｍａｘ（Ｄ／ＣｕｒＲｅｆ））に関連付けられた１つをその出力信号４１６として選択する。これは単にここで電流基準がＬＥＤ列１１０、３０６、４０６の間で異なるからである。出力信号４１６は、増幅器Ａｍｐ２に入力される。増幅器Ａｍｐ２への他方の入力は、予め定められた基準となるデューティ・サイクル比、Ｄ／ＣｕｒＲｅｆである。信号４１６およびＤ／ＣｕｒＲｅｆ．の間の差分は、周波数補償ネットワーク、ＦｒｅｑＣｏｍｐ２による適切な周波数補償を伴って増幅器Ａｍｐ２によって増幅される。図２および図３の第１および第２の実施形態と同様に、増幅器Ａｍｐ２の出力電圧ＶＣ２は、別の周期的ランプ信号Ｒａｍｐ２と比較され、ＰＷＭ制御信号２０８を発生させ、スイッチＳ１のオン／オフのデューティ・サイクルを制御する。
【００４３】
図５は、本発明の一実施形態による周波数補償ネットワークの一例を例証する。図２、図３、および図４の実施形態によるように、周波数補償ネットワーク５００は、片端５１０が増幅器５０２の１つの入力に接続され、かつ他端５１２が増幅器５０２の出力に接続され、増幅器５０２に接続されて示される。例えば周波数補償ネットワーク５００は、図２、図３、および図４においてＦｒｅｑＣｏｍｐｌとして示されるものであることができ、そして増幅器５０２は、図２、図３、および図４においてＡｍｐｌとして示されるものであることができる。図５はまた、ＦｒｅｑＣｏｍｐ２−Ａｍｐ２、ＦｒｅｑＣｏｍｐ３−Ａｍｐ３、およびＦｒｅｑＣｏｍｐ４−Ａｍｐ４などの、図２、図３、および図４において示された他の周波数補償ネットワーク−増幅器の組み合わせを表すこともできる。周波数補償ネットワーク５００は、コンデンサー５０６に直列に接続された抵抗器５０８、および抵抗器５０８−コンデンサー５０６の組み合わせに並列に接続されたコンデンサー５０４を含む。周波数補償ネットワーク５００は、増幅器５０２の２つの入力の間の差分の低周波での積分器として機能し、ＤＣの正確性およびシステム安定性を可能とする。
【００４４】
図６は、本発明の一実施形態による、図３において示された大きさ比較器３０２の一例を例証する。この例の大きさ比較器３０２は、ダイオードＯＲ回路であるが、他の型の大きさ比較器を使用することができる。大きさ比較器３０２は、互いに並列に接続されたダイオード６０２、６０４、およびダイオード６０２、６０４のカソードに接続された抵抗器６０８を含む。ダイオード６０２、６０４は、信号３０８、３１０を受信し、そして信号３０８、３１０の内で抵抗器６０８にかかるその出力電圧３１４として大きい電流が印加される方を選択する。
【００４５】
図７Ａは、本発明の一実施形態による図４において示された大きさ比較器の一例を例証する。図４において示された大きさ比較器４０２として図７Ａの大きさ比較器７００を使用することができる。大きさ比較器７００は、その入力信号４０８、４１０、４１２として関連付けられたスイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４のデューティ・サイクルを表す、増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ３、Ａｍｐ４の出力電圧、ＶＣ１、ＶＣ３、ＶＣ４を受信する。除算器７０２、７０４、７０６は、信号４０８、４１０、４１２を、それぞれ赤、緑、および青に対する必要とされる電流レベルを表す、ＣＲｒｅｄ、ＣＲｇｒｅｅｎ、ＣＲｂｌｕｅにより除し、それぞれ赤、緑、および青に対応するデューティ・サイクルの電流基準に対する比率（Ｄ／ＣｕｒＲｅｆ）を表す信号７０８、７１０、７１２を発生させる。比較器７１４は、信号７０８、７１０、７１２を比較し、そして３つの信号７０８、７１０、７１２の内の最大の１つ、すなわちデューティ・サイクルのそれぞれの電流基準信号に対する最大の比率を有する信号（ｍａｘ（Ｄ／ＣｕｒＲｅｆ））、をその出力信号４１６として選択する。ＬＥＤの平均電流がその輝度に比例すると仮定して、図７Ａにおける回路は、ＬＥＤ列１１０、３０６、４０６の何れが、デューティ・サイクル対輝度の比が最大であるか、を特定する。デューティ・サイクルが高く、電流が低いなら、それぞれのＬＥＤ列１１０、３０６、４０６の局所電流ループ（Ｌｏｏｐ１、Ｌｏｏｐ３、またはＬｏｏｐ４）が飽和しないように、第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）の残りがＬＥＤドライバー１００の出力電圧を再調整する。
【００４６】
図７Ｂは、本発明の別の実施形態による、デジタル・ドメインにおいて実施された、図４において示された大きさ比較器の一例を例証する。図４において示された大きさ比較器４０２として、図７Ｂの大きさ比較器７５０をまた、使用することができる。上の図７Ａの大きさ比較器７００は、平均ＬＥＤ電流およびＬＥＤ輝度の間の線形関係を仮定する。しかしながらある場合には、平均ＬＥＤ電流およびＬＥＤ輝度の間の関係は線形でない場合がある。図７Ｂの大きさ比較器７５０は、ＬＥＤ電流およびＬＥＤ輝度の間の対応付けを格納するＬＵＴ（Ｌｏｏｋ−Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ、ルックアップ表）７５６の使用により、その対応付けが線形であるか否かにかかわらず、平均ＬＥＤ電流およびＬＥＤ輝度の間で可能な何れの非線形性にも適応する。ＬＵＴ７５６は、基準となる電流ＣＲｒｅｄ、ＣＲｇｒｅｅｎ、およびＣＲｂｌｕｅを受信し、そしてそこに格納された対応付けを使用して、比較器７５８に向けて、それぞれのＬＥＤ列１１０、３０６、４０６に対して、必要とされるデューティ・サイクル（ＤＣｒｅｄ＊、ＤＣｇｒｅｅｎ＊、ＤＣｂｌｕｅ＊）を選択し、そして出力する。比較器７５８はまた、図７Ａにおいて例証された、除算器７０２、７０４、７０６および比較器７１４の組み合わせと同様に、その入力信号４０８、４１０、４１２として、関連のスイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４のデューティ・サイクルを表す、増幅器Ａｍｐｌ、Ａｍｐ３、Ａｍｐ４の出力電圧、ＶＣ１、ＶＣ３、ＶＣ４を受信し、そしてその出力信号４１６として、実際の要求に対するデューティ・サイクル比の内で最大のもの（ｍａｘ（ＤＣ／ＤＣ＊））を出力する。第２のフィードバック・ループ（Ｌｏｏｐ２）の残りの部分は、（ｉ）局地的飽和を回避するために何らかの設計余裕を有し、最大のＤＣ／ＤＣ＊比率は１単位（１）より小、および（ｉｉ）最大ＤＣ／ＤＣ＊は、１単位よりあまり大きくは下回らず、ＬＥＤ調光範囲が最大にされる、ことを確実にする。
【００４７】
この開示を読む際に、複数のフィードバック制御ループを有するＬＥＤドライバーに対するさらなる追加的代替設計を、当業者は認識するであろう。このように、本発明の特定の実施例およびアプリケーションが例証されそして説明されてきたが、本発明は、本明細書に開示された精密な構成および構成要素に限定されるものでなく、そして付加された請求の範囲において定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に開示された本発明の配置、動作、ならびに方法および装置の詳細において、当業者にとって明らかとなるさまざまな修正、変更、および変動を、為すことができること、が理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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