(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）列を駆動するシステムであって、
通信リンクと、
前記通信リンクを介して、第１のＬＥＤ列に関する現在のプログラム電流レベル以上で前記第１のＬＥＤ列に流れる電流を維持できるかどうかを示す調節情報を受信して、前記調節情報に基づいて前記第１のＬＥＤ列に流れる前記電流が維持できる前記第１のＬＥＤ列に関する第１のプログラム電流レベルを決定し、前記第１のプログラム電流レベルの関数として前記第１のＬＥＤ列に関する第１のデューティサイクルを決定する処理デバイスと、
前記通信リンクを介して前記処理デバイスから前記第１のデューティサイクル及び前記第１のプログラム電流レベルに関する設定を受信し、前記第１のプログラム電流レベルに従って前記第１のＬＥＤ列に流れる前記電流を調節し、前記第１のデューティサイクルで前記第１のＬＥＤ列に流れる前記電流をオンまたはオフに切り替える第１のＬＥＤ駆動デバイスと、
を備え、
前記処理デバイスと前記第１のＬＥＤ駆動デバイスとは別個の集積回路であることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記処理デバイスは、前記第１のＬＥＤ列の前記第１のプログラム電流レベルを、複数のプログラム可能電流レベルのうちの１つに相当するように決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記処理デバイスは、前記第１のデューティサイクルを、基準電流レベルおよび基準デューティサイクルの関数としてさらに決定することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のＬＥＤ駆動デバイスは、第２のＬＥＤ列に流れる電流を第２のプログラム電流レベルに従って調節し、第２のデューティサイクルで前記第２のＬＥＤ列をオンまたはオフに切り替え、前記第２のＬＥＤ列は、前記第１のＬＥＤ列と異なる電流−電圧特性を有し、前記第２のプログラム電流レベルは、前記第１のプログラム電流レベルと異なり、
前記処理デバイスは、前記第２のＬＥＤ列の前記第２のデューティサイクルを前記第２のプログラム電流レベルの関数として決定するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記処理デバイスは、同じ相対的明るさに構成された前記第１のＬＥＤ列と前記第２のＬＥＤ列の間で光束が実質的に一致するように、前記第１のデューティサイクルを、部分的に輝度伝達関数に基づいて前記第１のプログラム電流レベルの関数として決定することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記処理デバイスは、温度測定値を受信し、前記輝度伝達関数は、前記第１のＬＥＤ列と前記第２のＬＥＤ列の間の温度ばらつきを補償する温度補償関数を含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
第２のＬＥＤ列に流れる電流を調節する第２のＬＥＤ駆動デバイスと、
前記第１のＬＥＤ列と前記第２のＬＥＤ列に共通電圧を供給する電力変換器と
をさらに備え、
前記第１のＬＥＤ駆動デバイスは、第１の電圧設定を前記処理デバイスに送信し、前記第２のＬＥＤ駆動デバイスは、第２の電圧設定を前記処理デバイスに送信し、
前記処理デバイスは、前記電力変換器によって供給される前記電圧を制御するために前記第１の電圧設定と前記第２の電圧設定のうちの最低のものを選ぶことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１のＬＥＤ駆動デバイスは、
前記第１のプログラム電流レベルに従って前記第１のＬＥＤ列に流れる前記電流を調節するように構成された第１のチャネル調節器と、
前記第１のデューティサイクルで前記第１のＬＥＤ列をオンまたはオフに切り替えるように構成された第１のチャネルスイッチと
を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）列を駆動するためのＬＥＤ駆動デバイスであって、
通信リンクを介して、第１のＬＥＤ列に関する現在のプログラム電流レベル以上で前記第１のＬＥＤ列に流れる電流を維持できるかどうかを示す調節情報を処理デバイスに送信し、前記第１のＬＥＤ列に関する第１のプログラム電流レベルの設定と、前記第１のＬＥＤ列に関する第１のデューティサイクルの設定とを前記通信リンクを介して前記処理デバイスから受信する輝度制御回路であって、前記処理デバイスと前記ＬＥＤ駆動デバイスとは別個の集積回路であり、前記処理デバイスは、前記調節情報に基づいて前記第１のＬＥＤ列に流れる前記電流が維持できる前記第１のプログラム電流レベルを決定し、前記第１のプログラム電流レベルの関数として前記第１のＬＥＤ列に関する前記第１のデューティサイクルを決定する、輝度制御回路と、
前記第１のプログラム電流レベルに従って前記第１のＬＥＤ列に流れる前記電流を調節するように構成された第１のチャネル調節器と、
前記第１のデューティサイクルで前記第１のＬＥＤ列をオンまたはオフに切り替えるように構成された第１のチャネルスイッチと
を備えたことを特徴とするＬＥＤ駆動デバイス。
【請求項１０】
前記第１のプログラム電流レベルは、前記処理デバイスによって、複数のプログラム可能電流レベルのうちの１つに相当するように決定されることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ駆動デバイス。
【請求項１１】
前記第１のデューティサイクルは、前記処理デバイスによって、基準電流レベルおよび基準デューティサイクルの関数としてさらに決定されることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ駆動デバイス。
【請求項１２】
第２のプログラム電流レベルに従って第２のＬＥＤ列に流れる電流を調節するように構成された第２のチャネル調節器であって、前記第２のプログラム電流レベルは、前記第１のプログラム電流レベルと異なる、第２のチャネル調節器と、
前記第２のＬＥＤ列を第２のデューティサイクルでオンまたはオフに切り替えるように構成された第２のチャネルスイッチであって、前記第２のＬＥＤ列は、前記第１のＬＥＤ列と異なる電流−電圧特性を有する、第２のチャネルスイッチと
をさらに備え、
前記第２のＬＥＤ列の前記第２のデューティサイクルは、前記処理デバイスによって、前記第２のプログラム電流レベルの関数として決定されることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ駆動デバイス。
【請求項１３】
前記第１のデューティサイクルは、同じ相対的明るさに構成された前記第１のＬＥＤ列と前記第２のＬＥＤ列の間で光束が実質的に一致するように、前記処理デバイスによって、部分的に輝度伝達関数に基づいて前記第１のプログラム電流レベルの関数として決定されることを特徴とする請求項１２に記載のＬＥＤ駆動デバイス。
【請求項１４】
前記輝度伝達関数は、前記処理デバイスによって受信された温度測定値に基づいて前記第１のＬＥＤ列と前記第２のＬＥＤ列の間の温度ばらつきを補償する温度補償関数を含むことを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤ駆動デバイス。
【請求項１５】
１組の１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）列のうちの第１のＬＥＤ列を駆動する方法であって、
処理デバイスが、第１のＬＥＤ列に関する現在のプログラム電流レベル以上で前記第１のＬＥＤ列に流れる電流を維持できるかどうかを示す調節情報を受信するステップと、
前記処理デバイスが、前記調節情報に基づいて前記第１のＬＥＤ列に流れる前記電流が維持できる前記第１のＬＥＤ列に関する第１のプログラム電流レベルを決定するステップと、
前記処理デバイスが、前記第１のプログラム電流レベルの関数として前記第１のＬＥＤ列に関する第１のデューティサイクルを決定するステップと、
前記処理デバイスが、通信リンクを介して前記第１のプログラム電流レベル及び前記第１のデューティサイクルに関する設定をＬＥＤ駆動デバイスに送信するステップであって、前記処理デバイスと前記ＬＥＤ駆動デバイスとは別個の集積回路である、ステップと、
前記処理デバイスが、前記第１のＬＥＤ列に流れる前記電流を前記第１のプログラム電流レベルに従って調節するステップと、
前記処理デバイスが、前記第１のデューティサイクルに従って前記ＬＥＤ列をオンまたはオフに切り替えるステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１のプログラム電流レベルは、前記処理デバイスによって、複数のプログラム可能電流レベルから決定されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のデューティサイクルは、前記処理デバイスによって、基準電流レベルおよび基準デューティサイクルの関数としてさらに決定されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＬＥＤ駆動デバイスが、第２のプログラム電流レベルに従って第２のＬＥＤ列に流れる電流を調節するステップであって、前記第２のプログラム電流レベルは、前記第１のプログラム電流レベルと異なる、ステップと、
前記ＬＥＤ駆動デバイスが、前記第２のＬＥＤ列のスイッチを切り換えるための第２のデューティサイクルの設定を前記処理デバイスから受信するステップであって、前記第２のデューティサイクルは、前記第２のプログラム電流レベルの関数として前記処理デバイスによって決定され、前記処理デバイスから受信される、ステップと、
前記ＬＥＤ駆動デバイスが、前記第２のデューティサイクルで前記第２のＬＥＤ列をオンまたはオフに切り替えるステップと
をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のデューティサイクルは、同じ相対的明るさに構成された前記第１のＬＥＤ列と前記第２のＬＥＤ列の間で光束が実質的に一致するように、前記処理デバイスによって、部分的に輝度伝達関数に基づいて前記第１のプログラム電流レベルの関数として決定されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記輝度伝達関数は、前記処理デバイスによって受信された温度測定値に基づいて前記第１のＬＥＤ列と前記第２のＬＥＤ列の間の温度ばらつきを補償する温度補償関数を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を駆動することに関し、より詳細には、ＬＥＤの複数の列を駆動するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、種々様々なエレクトロニクス用途、例えば、建築用照明、自動車のヘッドライトおよびテールランプ、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、高解像度ＴＶなどの液晶ディスプレイデバイスのバックライト、フラッシュライト、その他で採用されている。白熱灯、蛍光灯のような従来の照明用光源に比べて、ＬＥＤは、高効率、優れた指向性、色安定性、高信頼性、長寿命、小型、環境安全性などの重要な有利点を有している。
【０００３】
ＬＥＤは電流駆動デバイスであり、ＬＥＤから発せられる光束（すなわち、明るさ）は、主としてＬＥＤに流される電流の関数である。したがって、ＬＥＤに流れる電流を調節することは、重要な制御技術である。ＬＥＤの大きなアレイを直流（ＤＣ）電圧源で駆動するために、ブーストまたはバックブースト電力変換器のようなＤＣ−ＤＣスイッチング電力変換器がしばしば使用されて、ＬＥＤの複数の列に最高のレール電圧を供給する。ＬＥＤバックライトを使用する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用途では、コントローラが、各列に個別の電流設定をして、ＬＥＤの複数の列を並列に制御することがしばしば必要である。そのとき、コントローラは、ＬＣＤの異なる部分の明るさを別々に制御することができる。さらに、コントローラは、ＬＣＤの異なる部分を時間を区切ってオンまたはオフにすることができる。
【０００４】
ＬＥＤ間の製造差のために、指定された電流レベルを維持するのに必要な各ＬＥＤ列両端間の電圧降下は、かなり変化する。図１のＶＩ曲線は、２つの異なるＬＥＤ（ＬＥＤ１およびＬＥＤ２）について、電圧と電流の間の指数関数的関係を示している。ＬＥＤ１とＬＥＤ２がピーク電流の同じ量を供給するために、ＬＥＤ１は約３．０６ボルトの順方向電圧降下で動作しなければならないが、ＬＥＤ２は、約３．２６ボルトの順方向電圧降下で動作しなければならない。ＬＥＤ１の特性を有する１０個のＬＥＤが第１のＬＥＤ列にあると仮定すると、この列の両端間に３０．６Ｖの降下がある。ＬＥＤ２の特性を有する１０個のＬＥＤが第２のＬＥＤ列１０２にあると仮定すると、第２のＬＥＤ列の両端間には３２．６Ｖの降下がある。したがって、２ボルトのこの差は、両方の列が４０ｍＡの同じピーク電流で動作するように第２の列を駆動する回路によって消費される。
【０００５】
異なるＬＥＤの予測できないＶＩ特性のために、ＬＥＤ列の明るさの正確な制御を依然として継続しながら電力効率のよい手法で異なるＬＥＤ列を動作させることが困難になる。この問題に対処するために様々な技術が開発されたが、多くの従来の解決策は、効率が良くないか、またはＬＥＤ列に流れる電流を調節するために使用される部品のコストを大幅に上げる追加の回路を使用することを必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３２２２３４号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１２／５５８，２７５号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、１つまたは複数のＬＥＤ列に流れる電流を制御するためのシステム、ＬＥＤ駆動装置、および方法を含む。本システムは、ＬＥＤ駆動デバイスおよび処理デバイスを含む。処理デバイスは、ＬＥＤ駆動装置とは別個の（すなわち、独立した）集積回路である。ＬＥＤ駆動デバイスは、プログラムされた電流レベル（以下、プログラム電流レベル）に従って１つまたは複数のＬＥＤ列に流れる電流を調節し、また処理デバイスから受信されたデューティサイクル設定（例えば、比として表されたデューティサイクルまたはＴｏｎおよびＴｐｅｒｉｏｄ時間）によって指示されたデューティサイクルでＬＥＤ列をオンおよびオフに切り替える。処理デバイス（例えば、ＣＰＵまたはＦＰＧＡ）は、ＬＥＤ列のデューティサイクルをプログラム電流レベル、基準電流レベル、および基準デューティサイクルの関数として決定し、またデューティサイクルに関する設定をＬＥＤ駆動装置に送信する。一実施形態では、処理デバイスは、基準電流レベルに対するプログラム電流レベルの比を決定してこの比に基準デューティサイクルを掛けることによって、ＬＥＤ列のデューティサイクルを決定する。
【０００８】
一実施形態では、処理デバイスおよび集積回路デバイスは、通信リンクを介して互いに通信する。通信リンクは、２つのデバイスの間で、デューティサイクル設定、プログラム電流レベル、ＬＥＤ列に流れる電流が調節できない状態かどうかを示す調節情報、および／またはＬＥＤ列が開かどうかまたは短絡しているかどうかを示す欠陥検出情報などの情報を伝える。一実施形態では、処理デバイスは、また、限られた組のプログラム可能電流レベルのうちの１つに相当するようにプログラム電流レベルを決定するように構成されている。
【０００９】
有益なことには、別個の処理デバイスを使用することによって、本システムは、ＬＥＤチャネル間の電流ばらつきを依然として許容しながら、異なるＬＥＤチャネルの相対的な明るさの正確な制御を継続する費用効果の高い解決策を提供する。ＬＥＤ駆動装置自体とは別個の処理デバイスでデューティサイクルの計算を行うことによって、その計算を行うために必要な複雑な回路をＬＥＤ駆動装置から取り除くことができる。ＬＥＤを使用する多くのシステム（例えば、テレビジョン、モニタ）は、既に、数学計算を行うことができる処理デバイスを備えているので、追加のハードウェアは必要でない。さらに、処理デバイスはプログラム可能であることがあるので、ＬＥＤチャネルのデューティサイクルおよび電流設定を計算する式は、どんなハードウェアの変更もなしに容易に更新することができる。
【００１０】
ＬＥＤ駆動装置の実施形態は、対応するＬＥＤ列と直列に結合されてプログラム電流レベルに従ってＬＥＤ列に流れる電流を調節する１つまたは複数のチャネル調節器（例えば、低ドロップアウト調節器）を含む。ＬＥＤ駆動装置は、また、対応するＬＥＤ列と直列に結合されたチャネルスイッチ（例えば、ＰＷＭスイッチ）と、計算されたデューティサイクルでＬＥＤ列をオンおよびオフに切り替えるチャネル調節器を含む。デューティサイクルに関する設定は、処理デバイスから受信される。
【００１１】
本発明の実施形態は、また、１つまたは複数のＬＥＤ列を駆動するための方法を含む。一実施形態では、ＬＥＤ列に流れる電流はプログラム電流レベルに従って調節される。ＬＥＤ列のスイッチを切り換えるためのデューティサイクル設定が受信される。デューティサイクル設定は、ＬＥＤ駆動装置とは別個の、プログラム電流レベルの関数としてデューティサイクルを決定する処理デバイスから受信される。次に、ＬＥＤ列は、デューティサイクル設定によって指示されたデューティサイクルでオンおよびオフに切り替えられる。
【００１２】
明細書で説明される特徴および有利点は、必ずしも全てを含まず、特に、図面、明細書、および特許請求の範囲を考慮すると多くの追加の特徴および有利点が当業者には明らかになるであろう。さらに、留意されるべきことであるが、本明細書で使用される用語は、主に読み易さおよび教育目的のために選ばれ、発明の内容を描写するために、または範囲を定めるために選ばれていない可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の実施形態の教示は、添付の図面に関連して次の詳細な説明を考察することによって容易に理解することができる。
【００１４】
【図１】順方向バイアスＬＥＤのＩ−Ｖ曲線に及ぼす製造差の効果を示す図である。
【図２】ＬＥＤの複数の列を駆動するためのシステムの高レベルの概要を示す図である。
【図３】処理デバイスによって制御されるＬＥＤ駆動装置の実施形態を示す回路図である。
【図４】一般的なＬＥＤについて、電流と光学的輝度の間の一般的な非線形伝達関数を示す図である。
【図５】一般的なＬＥＤについて、光束密度の一般的な温度ディレーティングを接合温度の関数として示す図である。
【図６Ａ】複数のＬＥＤ駆動装置を備えるシステムの実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】複数のＬＥＤ駆動装置を備えるシステムの実施形態を示す図である。
【図７】１つまたは複数のＬＥＤ列を駆動するＬＥＤ駆動装置によって行われる方法の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図および次の説明は、単に例示としての本発明の好ましい実施形態に関連している。留意すべきことであるが、次の議論から、本明細書で開示される構造および方法の代替的実施形態が、特許請求された本発明の原理から逸脱することなしに使用される可能性のある実行可能な代替えとして、容易に認められるだろう。
【００１６】
これから本発明の複数の実施形態を詳細に参照するが、これらの実施形態の例は、添付の図に示されている。注意されたいことであるが、実行可能なかぎりどんな場合でも同様なまたは似た参照数字が、図で使用されることがあり、また同様なまたは似た機能を示すことがある。これらの図は、ただ例示の目的だけのために本発明の実施形態を図示している。当業者は、次の説明から容易に認めることであろうが、本明細書で例示される構造および方法の代替的実施形態は、本明細書で説明される本発明の原理から逸脱することなしに使用される可能性がある。
【００１７】
システムアーキテクチャ  
図２は、ＬＥＤの複数の列２２５を駆動するためのシステムの高レベルの概要の一実施形態を示す。このシステムは、ＬＥＤの複数の列２２５を効率的に駆動するための技術として適応スイッチングを使用する。適応スイッチングでは、各ＬＥＤ列は、異なるピーク電流値で動作することができ、各ＬＥＤ列に流れる電流のオン／オフ時間が、ＬＥＤ列２２５の明るさを変えるように調節される。ＬＥＤ列２２５全体にわたって一貫した明るさを維持するために、より大きなピーク電流値のＬＥＤ列２２５は、より低いデューティサイクルを有し、より小さな電流値のＬＥＤ列２２５は、より高いデューティサイクルを有する。
【００１８】
図示されるように、ブースト変換器２２０は、共通電圧Ｖｂｏｏｓｔ２４５を複数ＬＥＤ列２２５に供給し、また制御信号２４０を介して処理デバイス２１０によって制御される。ＬＥＤ駆動装置２１５は、通信リンク２３５を介して処理デバイス２１０から受信された設定を使用してＬＥＤ列を流れる電流のピーク電流およびデューティサイクル（すなわち、オン／オフ時間）を調節することによってＬＥＤ列２２５の明るさを制御する集積回路デバイスである。
【００１９】
処理デバイス２１０は、ＬＥＤ列２２５の電流レベルおよびデューティサイクル（すなわち、オン／オフ時間）を決定する。処理デバイス２１０は、マイクロプロセッサ、テレビジョン画像処理装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）またはマイクロコントローラなどの、数学計算を行うことができる任意の集積回路デバイスである。処理デバイス２１０およびＬＥＤ駆動装置２１５は、別個の（すなわち別々の異なる）集積回路デバイスである。言い換えると、処理デバイス２１０は、ＬＥＤ駆動装置２１５と同じ集積回路デバイスの一部ではない。
【００２０】
処理デバイス２１０およびＬＥＤ駆動装置２１５は、通信リンク２３５を通して互いに通信する。通信リンク２３５は、２以上の集積回路デバイスを接続して情報を伝える任意のシリアルリンクまたはパラレルリンクであることがある。例えば、通信リンク２３５は、シリアルプロトコルインタフェース（ＳＰＩ）、集積回路バス（１２Ｃ）、その他であることがある。通信リンク２３５は、また、各リンクが１つの型の情報（例えば、デューティサイクル設定、プログラム電流レベル、または調節情報）を伝えることに専ら充てられている個々の通信リンクの集合であることがある。
【００２１】
一実施形態では、処理デバイス２１０は、ＬＥＤチャネル２２５を流れる電流が調節できる状態か調節できない状態かを示す調節情報を、通信リンク２３５を介してＬＥＤ駆動装置２１５から受信する。較正プロセス中に、処理デバイス２１０は、調節情報を使用して、限られた組の電流値から各々のＬＥＤチャネル２２５のプログラム電流値を決定する。各ＬＥＤチャネルは、ＬＥＤチャネルの両端間の順方向電圧降下に依存して、異なるプログラム電流値を有することがある。
【００２２】
処理デバイス２１０は、通信リンク２３０を介してビデオコントローラ２０５から、ＬＥＤ列２２５の明るさ設定および予め決められた基準電流設定を受信する。通信リンク２３０は、情報を伝えることができる２以上の集積回路デバイスを接続する任意の型のリンクである。一実施形態では、ビデオコントローラ２０５は、明るさ設定および予め決められた基準電流設定を決定する。例えば、ビデオコントローラ２０５は、ＬＣＤディスプレイを制御して画像を形成するデバイスであることがある。ビデオコントローラ２０５は、ＬＣＤディスプレイのために必要なバックライト要件を決定し、その要件を明るさおよび基準電流情報として処理デバイス２１０に送信する。２つの別個のデバイスとして図示されているが、一実施形態では、ビデオコントローラ２０５および処理デバイス２１０は、同じ集積回路デバイスの別個の構成要素、または同じ集積回路デバイスで実行されるファームウェアの別個のスレッドであることがある。
【００２３】
別個の明るさ設定は、ＬＥＤチャネル２２５の明るさが別々に制御されるようにＬＥＤの各列に供給されてもよい。予め決められた基準電流設定、明るさ設定、およびプログラム電流レベルを使用して、処理デバイス２１０は、ＬＥＤチャネル２２５のデューティサイクルを計算する。このデューティサイクルは、各ＬＥＤチャネルのプログラム電流値間のばらつきを補償して各ＬＥＤチャネル２２５の相対的な明るさの制御を継続する。デューティサイクル設定およびプログラム電流レベルは、ＬＥＤ列２２５を駆動するＬＥＤ駆動装置２１５に供給される。有益なことには、ＬＥＤ駆動装置２１５ではなく処理デバイス２１０でプログラム電流レベルを較正し、デューティサイクル設定を決定することによって、開示された実施形態は、ＬＥＤ駆動装置２１５の大きさ、コスト、および電力消費を減少させながら、処理デバイス２１０中の利用可能な資源を容易に活用する。
【００２４】
詳細なシステムアーキテクチャ  
図３は、処理デバイス２１０によって制御されるＬＥＤ駆動装置２１５の実施形態の回路図である。処理デバイス２１０は、ＤＣ−ＤＣブースト変換器２２０のＶｂｏｏｓｔ２４５電圧出力を制御するための制御信号２４０を出力する。他の実施形態では、ブースト変換器２２０は、他の型のＤＣ−ＤＣまたはＡＣ−ＤＣ電力変換器と置き換えられることがある。ブースト変換器２２０は、ＤＣ入力電圧ＶｉｎとＬＥＤ２２５の複数の列（すなわち、ＬＥＤチャネル）の間に結合される。ブースト変換器２２０の出力Ｖｂｏｏｓｔ２４５は、各ＬＥＤチャネル２２５中の第１のＬＥＤの陽極に結合される。
【００２５】
各ＬＥＤチャネルにおいて、ＬＥＤ列２２５は、ＬＥＤチャネル２２５中のＬＥＤのオン時間およびオフ時間を制御するＰＷＭスイッチＱP（例えば、ＮＭＯＳトランジスタ）と直列に結合されている。ＬＥＤ列２２５およびＰＷＭスイッチＱPは、また、ＬＥＤチャネル１２５に流れる電流を調節するための低ドロップアウト調節器（ＬＤＯ）３０４と直列に結合されている。ＬＤＯ３０４は、ＬＥＤ列２２５のピーク電流が固定レベルに調節されることを保証する。ＬＤＯ３０４は、また、ＬＥＤ列２２５の輝度に及ぼす、Ｖｂｏｏｓｔのブースト電圧リップルの影響を軽減する固有電力供給除去を行う。各ＬＥＤチャネルにおいて、ＬＤＯ３０４は、ＬＥＤチャネル２２５に流れる電流とＰＷＭデューティサイクルとＬＤＯ３０４の両端間の電圧降下との積に比例した電力を消費する。
【００２６】
ＬＥＤ駆動装置２１５は輝度コントローラ３１０を含み、輝度コントローラ３１０は、処理デバイス２１０から受信されたデューティサイクル設定３９４に従って、制御信号３０８を介してＰＷＭスイッチＱPを制御することによって、各ＬＥＤチャネルの明るさを別々に制御する。デューティサイクル設定３９４は、ＰＷＭスイッチＱPのオンおよびオフ時間を設定するために使用することができる情報、例えば、時間のパーセント値（例えば、４０％、６０％）または別個のデューティサイクル、オン時間およびデューティサイクル周期を含む。輝度コントローラ３１０は、また、処理デバイス２１０から受信されたプログラム電流レベル３９２に従って、制御信号３０９およびディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）３０７を介してＬＤＯ３０４を制御する。
【００２７】
その上、ＬＤＯ３０４は、ＬＤＯ３０４が調節できない状態であるかどうかを示す調節帰還信号３１５を、マルチプレクサ３１１を介して輝度コントローラ３１０に出力する。この調節帰還は、処理デバイス２１０に送信され、処理デバイス２１０は、この調節情報３９０を使用して、較正中に、ＬＥＤチャネル２２５に流れるプログラム電流レベル３９２を設定するが、このことは、下記でより詳細に説明される。
【００２８】
図３は、２つのＬＥＤチャネルのみを示しているが、ＬＥＤ駆動装置２１５は、任意の数のＬＥＤ列２２５を制御する回路を含むことができる。ＬＥＤ駆動装置２１５の他の実施形態は、「LED Driver with Multiple Feedback Loops」という名称の特許文献１、および２００９年９月１１日に出願された「Adaptive Switch Mode LED Driver」という名称の特許文献２に示されており、これらの明細書の内容は、参照してその全体が本明細書に組み込まれる。
【００２９】
処理デバイス２１０は、基準電流設定３８０および明るさ設定３８２を受信する。再び図２を参照すると、基準電流設定３８０および明るさ設定３８２は、通信チャネル２３０を介してビデオコントローラ２０５から受信される。他の実施形態では、電流設定３８０は、電流値を設定する外部抵抗器などの他の供給源から受信されることがある。処理デバイス２１０は、各ＬＥＤチャネルのプログラム電流レベル３９２およびデューティサイクル設定３９４を計算して、これらの設定をＬＥＤ駆動装置２１５の輝度コントローラ３１０に送信する。再び図２を参照すると、一実施形態では、調節情報３９０、プログラム電流レベル３９２、およびデューティサイクル設定３９４は、通信リンク２３５を介して処理デバイス２１０とＬＥＤ駆動装置２１５の間で伝えられる。
【００３０】
他の実施形態では、処理デバイス２１０は、また、ビデオコントローラ２０５から他の型の情報を受信することがあり、その情報は、次に輝度コントローラ３１０に送られる。例えば、処理デバイス２１０は、各ＬＥＤチャネルの遅延情報を受信することがあり、この遅延情報は、次に輝度コントローラ３１０に伝えられる。この遅延情報は、輝度コントローラ３１０によって使用されて、複数のＬＥＤチャネルのオン時間が他のＬＥＤチャネルに対してずれるように各ＰＷＭサイクル中にＰＷＭスイッチＱPのオン時間を遅らせる。
【００３１】
低ドロップアウト調節器（ＬＤＯ）  
ＬＤＯ３０４は、各ＬＥＤチャネルのプログラム電流レベルに従って、ＬＥＤ列２２５に流れる電流を調節する。各ＬＤＯ３０４は、演算増幅器（オペアンプ）３０６、センス抵抗器ＲS、およびパストランジスタＱL（例えば、ＮＭＯＳトランジスタ）を備える。パストランジスタＱLおよびセンス抵抗器ＲSは、ＰＷＭスイッチＱPと接地端子の間に直列に結合されている。オペアンプ３０６の出力は、パストランジスタＱLのゲートに結合されて、ＬＤＯ３０４に流れる電流を制御する。オペアンプ３０６は、ＤＡＣ３０７から正入力信号Ｖｒｅｆを受信し、さらにパストランジスタＱLのソースから負帰還ループを介して負入力信号Ｖｓｅｎｓｅを受信する。
【００３２】
ＬＤＯ３０４は、帰還ループを備え、この帰還ループは、Ｖｓｅｎｓｅを介してＬＥＤ列に流れる電流を感知し、さらに、その感知された電流をＶｒｅｆによって設定されたプログラム電流レベルに維持するようにパストランジスタＱLを制御する。オペアンプ３０６は、ＶｒｅｆをＶｓｅｎｓｅと比較する。ＶｒｅｆがＶｓｅｎｓｅよりも大きい場合には、オペアンプ３０６は、パストランジスタＱLに加えられるゲート電圧を増やして、パストランジスタＱLがＶｒｅｆで安定するまでセンス抵抗器ＲSおよびＬＥＤ列２２５に流れる電流の流れを増やす。ＶｓｅｎｓｅがＶｒｅｆよりも大きくなると、オペアンプ３０６は、パストランジスタＯLに加えられるゲート電圧を減らして、ＲSに流れる電流を減らし、さらにパストランジスタＱLがＶｒｅｆで安定するまでＶｓｅｎｓｅを下げる。このように、ＬＤＯ３０４は、帰還ループを使用してＶｓｅｎｓｅをＶｒｅｆに維持し、それによって、ＬＥＤ列３２５に流れる電流を、Ｖｒｅｆに比例した固定値に維持する。一実施形態では、ＰＷＭスイッチＱPがオフの時でもサンプルホールド回路（図示せず）が、Ｖｓｅｎｓｅ電圧レベルを維持する。
【００３３】
ＬＤＯ３０４は、オペアンプ３０６の出力３５１を基準電圧３５３と比較して結果として得られた信号をマルチプレクサ３１１に出力する比較器３５５をさらに含む。比較器３５５の出力は、ＬＤＯに流れる電流が調節できない状態であるかどうかを示す。例えば、ＤＡＣ設定が余りにも高すぎて、ＬＥＤ列２２５の最上部でＶｂｏｏｓｔ２４５電圧が不十分であるためにＬＤＯが電流をプログラムレベルに維持することができない場合には、オペアンプ３０６の出力は、基準電圧３５３より上のレベルまで上昇する。他の代替的実施形態では、比較器３５５への入力３５１は、オペアンプ３０６の出力ではなくＬＤＯトランジスタＱLのドレインまたはソースに結合することができる。
【００３４】
輝度コントローラおよび処理デバイス  
輝度コントローラ３１０と処理デバイス２１０は一緒に働いて、各ＬＥＤチャネルの特性を監視し、またピーク電流およびＰＷＭデューティサイクルを設定して、ＬＥＤチャネル間に一致する明るさを維持し、かつ電力効率を最適化する。各ＬＥＤチャネルに関して、輝度コントローラ３１０は、処理デバイス２１０からプログラム電流レベル３９２およびデューティサイクル設定３９４を受信する。次に、輝度コントローラ３１０は、ＬＤＯ３０４、ＰＷＭスイッチＱP、およびマルチプレクサ３１１を制御するための制御信号３０８、３０９、３１８をそれぞれ出力する。輝度コントローラ３１０は、また、ＬＤＯ３０４から調節帰還信号３１５を受信し、調節帰還３９０を処理デバイス２１０に送信する。
【００３５】
制御信号３０９は、ＤＡＣ３０７の出力をディジタル的に設定し、次にＤＡＣ３０７の出力は、ＬＥＤ列２２５に流れるプログラム電流を設定するアナログ基準電圧Ｖｒｅｆを供給する。一実施形態では、制御信号３０９は、８つの可能なプログラム可能電流を可能にする３ビットＤＡＣワードである。例えば、一実施形態では、各ＬＥＤチャネルを、４０ｍＡから５４ｍＡの範囲の電流に２ｍＡ単位で合わせることができる。下記で説明されるように、プログラム電流レベルは、較正段階中に、処理デバイス２１０によって各ＬＥＤチャネル２２５に対して決定される。輝度コントローラ３１０は、処理デバイス２１０によって異なるＬＥＤチャネルが異なるプログラム電流に構成されるように各ＬＥＤチャネルを別々に制御する。
【００３６】
一実施形態では、ＤＡＣ３０７の分解能は３または４ビットに過ぎない。大きなダイナミックレンジの電流動作を可能にするために、他のＤＡＣ３２７が、各ＤＡＣ３０７のためにシード基準（ｓｅｅｄ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を生成する。ＤＡＣ３２７は、ＤＡＣ３０７が制御信号３０９によってディジタル的にゼロに設定されたとき使用されるベースレベルを設定するために使用される。ＤＡＣ３２７は、例えば、ＬＥＤチャネルの電流の範囲をより適切に制御するために１０ビットの分解能を有することがある。
【００３７】
制御信号３０８は、ＬＥＤチャネルのデューティサイクル設定３９４に従って、各ＬＥＤチャネルのＰＷＭスイッチＱPをディジタル的に制御する。下記でより詳細に説明されるように、処理デバイス２１０は、計算プロセス中に、各ＬＥＤチャネルのデューティサイクル３９４をプログラム電流３９２、基準電流設定３８０、および明るさ設定３８２の関数として決定する。輝度コントローラ３１０は、処理デバイス２１０によって異なるＬＥＤチャネル２２５が異なるＰＷＭデューティサイクルに構成されるように、各ＬＥＤチャネル２２５のデューティサイクルを別々に制御する。あるＬＥＤチャネルのデューティサイクル設定３９４およびプログラム電流３９２は、そのＬＥＤチャネル中のＬＥＤの明るさを一括して決定する。
【００３８】
制御信号３１８は、マルチプレクサ３１１のスイッチングを制御する。輝度コントローラ３１０は、マルチプレクサ３１１の選択線３１８を切り換えることによって、異なるＬＥＤチャネルからの帰還信号を連続して監視する。あるいは、輝度コントローラ３１０は、マルチプレクサ３１１を使用することなしに異なるＬＥＤチャネルからの帰還信号を監視することができる。輝度コントローラ３１０は、下記でより詳細に説明される較正段階で使用するための調節帰還３９０を処理デバイス２１０に送る。
【００３９】
処理デバイス２１０は、各ＬＥＤチャネルｎの相対的明るさＢＩnを指定する明るさ入力３８２を受信する。一実施形態では、明るさ入力ＢＩnは、各ＬＥＤチャネルｎの望ましい相対的明るさを、予め定義された最高明るさのパーセント値として表す（例えば、ＢＩ1＝６０％、ＢＩ2＝８０％、ＢＩ3＝１００％、その他）。チャネルの明るさ出力はデューティサイクルに正比例するので、プロセッサは、明るさ入力ＢＩnをチャネルの基準デューティサイクルとして使用する。したがって、例えば、６０％の明るさ入力ＢＩnは、最大デューティサイクル（最高明るさに対応する）の６０％の、チャネルｎの基準デューティサイクルを示す。しかし、処理デバイス２１０は、ＬＥＤチャネル間の知られた電流ばらつきを補償し、かつ望ましい相対的な明るさを維持するようにＰＷＭスイッチＱPのデューティサイクルを決定するとき、補償係数を使ってこの基準デューティサイクルを修正する。この補償係数および結果として得られるデューティサイクルは、下記で説明される較正および計算プロセス中に決定される。
【００４０】
較正段階  
プロセッサ２１０は、動作の開始時（例えば、起動のすぐ後）に較正段階に入って、各ＬＥＤチャネルのプログラム電流レベルを決定する。各ＬＥＤチャネルは、ＬＥＤチャネル２２５間の製造ばらつきを補償し、かつ明るさ入力３８２によって設定されたＬＥＤチャネル間の相対的明るさ出力を維持するように、別々に設定される。したがって、プロセッサ２１０は、同じ明るさ入力３８２で構成されたチャネルが実質的に一致する明るさ出力を有することを保証する。
【００４１】
最初に、処理デバイス２１０は、基準電流設定３８０、すなわちＩｓｅｔレベル（例えば、Ｉｓｅｔ＝４０ｍＡ）を受信する。次に、処理デバイス２１０は、輝度コントローラ３１０がＤＡＣ３０７をその最低レベルに初期化するようになる電流レベル２９２を出力する。ＤＡＣ３２７は、また、基準電流設定に対応する値に初期化される。Ｖｂｏｏｓｔ２４５は、ＬＥＤチャネル２２５のうちの１つが望ましいＩｓｅｔ（例えば、Ｉｓｅｔ＝４０ｍＡ）レベル以上で動作できなくなるまで、徐々に減らされる（制御信号２４０を介して）。次に、Ｖｂｏｏｓｔ２４５は、全てのチャネルが再び望ましいＩｓｅｔレベルで調節できる状態で動作するまで、再びインクリメントされる。最も弱いチャネル（すなわち、ＬＥＤ列２２５の両端間に最大順方向電圧降下を持つＬＥＤチャネル）は、Ｉｓｅｔで、またはＩｓｅｔの近くで動作するが、一方で、他のチャネルは、ＬＥＤ列３０２の異なるＩ−Ｖ特性のためにより高い電流レベルで動作する可能性がある。各ＬＥＤ列２２５の電流レベルを監視するために、ＲSの両端間の電圧を感知し、これを処理デバイス２１０（図示せず）に送ることができる。この情報は、また、ＤＡＣ３０７からＤＡＣ値の形で利用可能である。
【００４２】
いったんＶｂｏｏｓｔ２４５が適切なレベルに達すると、処理デバイス３１０は、各ＬＥＤチャネルのＤＡＣ３０７を最低レベルから最高レベルまで順序付け、さらに、調節の状態を示す比較器３５５からの出力を監視する。ＤＡＣ３０７の出力が高くなり過ぎてＬＤＯ３０４が電流をプログラムレベルに維持することができなくなったとき、オペアンプ３０６の出力が上昇し、比較器３５５の出力を変化させる閾値電圧３５３を超え、このことは、チャネルが最早調節できる状態でないことを示している。チャネルが調節できない状態になった後で、処理デバイス２１０は、チャネルが調節できる状態に戻るまで、そのＬＥＤチャネルのＤＡＣ３０７を連続してデクリメントする。処理デバイス２１０は、次に、閾値電圧３５３を超える前のＬＥＤチャネルの可能な限り高いＤＡＣ設定を、ＬＥＤチャネルｎのプログラム電流レベルＩnとして格納する。この較正プロセスが繰り返して、ＬＥＤチャネルｎの各々のプログラム電流レベルＩnを決定する。較正の後の通常動作中、各ＬＥＤチャネルｎは、決定されたプログラム電流Ｉnに設定される。
【００４３】
較正プロセスは、一般に、各ＬＤＯ３０４が、最高電力効率のために各ＬＤＯ３０４の飽和点より下の飽和点の近くで動作することを保証する。飽和電流が最大ＤＡＣ設定よりも大きいときの最悪の例では、ＬＤＯ３０４は、ＬＤＯ３０４の三極管領域と飽和領域の間の境界点にできるだけ近いところで飽和の状態で動作する。
【００４４】
一実施形態では、較正は、初期較正段階中とは対照的に、オンザフライで行われる。オンザフライ較正中、Ｖｂｏｏｓｔ２４５電圧は、予め定められた電圧レベルに設定され、ＤＡＣ３０７は、それの最低レベルに設定される。システムが動作しているときに、Ｖｂｏｏｓｔ２４５は、１つまたは複数のＬＥＤ列２２５がＩｓｅｔ以上で動作できなくなるまである時間間隔（例えば、８ｍｓごとに）で減らされ、それから最も弱いチャネルを調節できる状態に戻すためにＶｂｏｏｓｔは再び増やされる。いったんＶｂｏｏｓｔ２４５が適切なレベルに達すると、処理デバイス２１０は、並行して各ＬＥＤチャネルのＤＡＣ３０７を最低レベルから最高レベルまで順序付け、さらに比較器３５５の出力を監視する。この順序付けは、ある時間間隔（例えば、８ｍｓごとに）で行われる。ＬＥＤ列が調節できない状態になったとき、そのとき処理デバイス２１０は、調節できない状態になる前のＬＥＤチャネルの可能な限り高いＤＡＣ設定を、ＬＥＤチャネルｎのプログラム電流レベルＩnとして格納する。残りのＬＥＤ列は、引き続き同じ手法で順序付けされて、それらのプログラム電流レベルＩnが識別される。
【００４５】
さらに、システムが動作しているときに、ＬＥＤチャネル２２５の調節状態は、処理デバイス２１０によって絶えず監視されている。ＬＥＤチャネルが調節できない状態になると、それは比較器３５５の出力によって示され調節信号３９０を介して処理デバイス２１０に伝えられるが、処理デバイス２１０は、そのＬＥＤチャネルが調節できる状態に戻るまで、そのＬＥＤチャネルのプログラム電流レベルを減少させる。その上、処理デバイス２１０は、プログラム電流レベル３９２を周期的にインクリメントして、その電流レベルが増加されるべきかどうかを決定することができる。ＬＥＤチャネル２２５がより高い電流レベルで調節できる状態にある場合、ＬＥＤチャネル２２５の新しいＤＡＣ設定は、処理デバイス２１０によって、ＬＥＤチャネルｎの新しいプログラム電流レベルＩnとして格納される。
【００４６】
他の実施形態では、較正の全てまたは一部が、処理デバイス２１０を経由した対話を減らして輝度コントローラ３１０によって行われることがある。一実施形態では、ブースト変換器２２０は、輝度コントローラ３１０によって直接制御される（図示せず）。輝度コントローラ３１０は、処理デバイス２１０またはビデオコントローラ２０５から、Ｉｓｅｔを受信する。輝度コントローラ３１０は、最も弱いチャネルがＩｓｅｔで、またはＩｓｅｔの近くで動作するようにＶｂｏｏｓｔ２４５を設定する。輝度コントローラ３１０は、次に、最適ＤＡＣ３０７設定が識別されるまでＤＡＣ３０７を順序付ける。しかし、輝度コントローラ３１０で較正を行うことは、輝度コントローラ３１０に追加されるべき余分な制御回路を必要とするので、処理デバイス２１０で較正を行うことほど有利でない。
【００４７】
デューティサイクルの計算  
各ＬＥＤチャネルｎの決定されたプログラム電流レベルＩnに基づいて、処理デバイス２１０は、次の式を使用して各ＬＥＤチャネルｎのＰＷＭデューティサイクル（ＰＷＭ＿ｏｕｔn）を決定する。
【００４８】
【数１】
0005591848.tif 000002
【００４９】
ここで、ＢＩnはチャネルｎの望ましい相対的明るさ設定を表す基準デューティサイクルであり、Ｉｓｅｔは、予め定められた基準電流レベルである。式（１）は、この基準デューティサイクルを次式の補償係数で基準化して、チャネル間の電流ばらつきを補償し、かつ望ましい相対的明るさを維持する。
【００５０】
【数２】
0005591848.tif 000003
【００５１】
通常動作中、処理デバイス２１０は、ＰＷＭ＿ｏｕｔnをチャネルｎのデューティサイクル設定３９４として輝度コントローラ３１０に供給する。そのとき、輝度コントローラ３１０は、各チャネルｎのデューティサイクル設定３９４に従って、制御信号３０８を介してＰＷＭスイッチＱPを駆動する。
【００５２】
処理デバイス２１０および輝度コントローラ３１０の動作をさらに例示するために、ここで例が提供される。この例では、ＰＷＭ明るさ入力３８２は、各チャネルｎの相対的明るさＢＩnを６０％の明るさに設定する。電流設定入力３８０は、基準電流設定Ｉｓｅｔを４０ｍＡに設定する。上記で説明された較正段階中に、処理デバイス２１０は、各ＬＥＤチャネルのプログラム電流レベル３９２を決定し、そのプログラム電流レベル３９２を輝度コントローラ３１０に伝える。輝度コントローラ３１０は、次に、制御信号３０９およびＤＡＣ３０７を介してプログラム電流レベルを設定する。この例では、処理デバイス２１０は、各ＬＥＤチャネルが飽和点に近いが飽和点より下で動作するように、第１のＬＥＤチャネルをＩ1＝４６ｍＡの電流レベルに設定し、第２のＬＥＤチャネルをＩ2＝４０ｍＡの電流レベルに設定し、さらに第３のＬＥＤチャネルをＩ3＝４２ｍＡの電流レベルに設定する。処理デバイス２１０は、式（１）をプログラム電流レベルに適用して各ＬＥＤチャネルｎのデューティサイクルＰＷＭ＿ｏｕｔnを次の通りに決定する。
【００５３】
【数３】
0005591848.tif 000004
【００５４】
このようにして、較正および計算プロセスは、各ＬＥＤチャネルｎの電流ＩnおよびデューティサイクルＰＷＭ＿ｏｕｔnを決定する。有益なことには、各ＬＥＤチャネルは、同じ平均電流（ＰＷＭ＿ｏｕｔn×Ｉn＝２４ｍＡ）を有する。したがって、明るさ出力がＬＥＤチャネルに流れる平均電流に密接に関連しているので、各ＬＥＤチャネルの観察される明るさは申し分なく一致する。
【００５５】
相対的明るさ入力ＢＩn３８２が、異なるチャネルｎに対して異なるように設定される場合、式（１）は、異なるチャネルの平均電流間の比が明るさ入力間の比と一致することを保証する。例えば、第４のチャネルが明るさ入力ＢＩ4＝７５％に構成され、第５のチャネルが明るさ入力ＢＩ5＝２５％に構成される場合、処理デバイス２１０は、第４のチャネルと第５のチャネル間の平均電流の比が３：１であるようにチャネルを較正する。
【００５６】
輝度コントローラ３１０とは対照的に処理デバイス２１０で明るさ計算を行うことは、輝度コントローラ３１０の大きさ、および複雑さを減らすために有益である。そのようなデューティサイクルの計算を行うための回路は、ＬＥＤ駆動装置中にかなりの量のスペースを占めることがある。しかし、テレビジョンおよびモニタなどの、ＬＥＤ駆動装置を使用する多くのシステムでは、そのような計算を行うことができる処理デバイス２１０は、既に、そのシステムの既存の構成要素である。したがって、これらの既存のシステム資源は、適応スイッチＬＥＤ駆動装置の実現を簡略化するために活用することができる。さらに、ＬＥＤ駆動装置２１５と異なり、処理デバイス２１０は、ファームウェアを介して、または別の方法でプログラム可能であることがあり、このことは、どんなハードウェアの変更もすることなく明るさを計算するための式の容易な更新を可能にする。
【００５７】
他の実施形態では、処理デバイス２１０は、次の式を用いてＰＷＭ＿ｏｕｔnからＰＷＭスイッチＱPのデューティサイクルのオン時間を計算する。  
Ｔｏｎn＝ＰＷＭ＿ｏｕｔn×Ｔｐｅｒｉｏｄ    （５）
ここで、Ｔｏｎnは、チャネルｎのスイッチＱPのデューティサイクルのオン時間を表し、Ｔｐｅｒｉｏｄは完全な１デューティサイクルの周期である。別の言い方をすると、ＴｏｎnおよびＴｐｅｒｉｏｄは、２つの別個の時間成分に分けられたデューティサイクルＰＷＭ＿ｏｕｔnの表現である。ＴｏｎnおよびＴｐｅｒｉｏｄは、秒またはクロックサイクルなどの任意の時間単位で測定することができる。例えば、ＰＷＭ＿ｏｕｔnが４０％でＴｐｅｒｉｏｄが１０００クロックサイクルである場合には、Ｔｏｎnは４００クロックサイクルである。一実施形態では、Ｔｐｅｒｉｏｄは、例えば、予め決められた設定またはビデオコントローラ２０５から受信された設定から、複数の手法のうちのいずれかで、処理デバイス２１０によって決定されることがある。
【００５８】
ＴｏｎnおよびＴｐｅｒｉｏｄは、ＰＷＭスイッチＱPのオンおよびオフ時間を制御するためのデューティサイクル設定３９４として、ＬＥＤ駆動装置２１５に伝えられる。ＰＷＭ＿ｏｕｔnとは対照的に、ＴｏｎnおよびＴｐｅｒｉｏｄの形でデューティサイクル設定３９４をＬＥＤ駆動装置に伝えることは、ＰＷＭ＿ｏｕｔnをＴｏｎn時間に変換するための余分な処理回路をＬＥＤ駆動装置２１５から除去できるようになるので、有利である。
【００５９】
光束伝達関数補償  
代替的実施形態では、処理デバイス２１０は、式（１）の修正バージョンを利用して、光束とＬＥＤの順方向電流の間の関係の非直線性を明らかにする。図４は、電流の関数としての順方向導通ＬＥＤから放射される相対的な光束の図である。この図は、順方向電流が増加するにつれて光効率が落ちることを示し、これによって傾斜の僅かな減少が起こっている。一実施形態では、処理デバイス２１０は、次の形の二次多項式を使用して輝度伝達関数をモデル化する。  
ｌｕｍ（ｘ）＝ｃ2ｘ2＋ｃ1ｘ＋ｃ0    （６）
ここでｃ0、ｃ1およびｃ2は、実験的に決定される定数である。この実施形態では、処理デバイス２１０は、次の補償式を利用して各ＬＥＤチャネルｎのＰＷＭ＿ｏｕｔnを決定する。
【００６０】
【数４】
0005591848.tif 000005
【００６１】
ＬＥＤチャネル間の平均電流の比を明るさ入力ＢＩnの比に合わせる上記式（１）とは対照的に、式（７）は、代わりに、ＬＥＤチャネルの相対的光束出力を相対的明るさＢＩnに比例するように設定する。このことは、ＬＥＤチャネル間の相対的明るさ出力をより正確に維持することを可能にする。したがって、同じ明るさ入力で構成されたＬＥＤチャネルは、実質的に同じ明るさ出力を有する。
【００６２】
一実施形態では、処理デバイス２１０は、較正段階中に各ＬＥＤチャネルｎについて次式の比の値を求め、その結果をメモリに格納する。
【００６３】
【数５】
0005591848.tif 000006
【００６４】
実時間動作中に、処理デバイス２１０は、明るさ入力３８２が更新されるいかなる場合も式（７）の１つの残りの乗算演算を行う必要があるだけである。
【００６５】
温度補償  
他の代替的実施形態では、処理デバイス３１０は、ＬＥＤチャネル間の温度ばらつきの補償をさらに行う式（１）の異なる修正バージョンを利用する。図５は、５５ｍＡの順方向電流を有する順方向バイアスＬＥＤから放射される相対的光束密度の、接合温度の関数としての図である。この図は、ＬＥＤの接合温度が２５℃から８５℃に上昇するときに輝度のほぼ１２％の減少を示している。この減少は、温度の実質的な線形関数である。したがって、一実施形態では、処理デバイス２１０は、次の式を利用して各ＬＥＤチャネルｎのＰＷＭ＿ｏｕｔnを決定する。
【００６６】
【数６】
0005591848.tif 000007
【００６７】
ここで、ＣTは、実験的に決定された温度の線形関数である。この実施形態では、処理デバイス２１０は、追加の温度入力信号（図示せず）を含むように修正されて、ＬＥＤ列２２５の温度データを受信するように構成されている。温度データは、任意の従来のＬＥＤ温度測定技術を使用して得ることができる。
【００６８】
複数のＬＥＤ駆動装置を備えるシステム  
図６Ａおよび図６Ｂは、複数のＬＥＤ駆動装置２１５を備えるシステムの実施形態を示す。図６Ａは、ここではシステムが、通信リンク２３５を介して処理デバイス２１０に結合された３つのＬＥＤ駆動装置（例えば、２１５−１、２１５−２、２１５−３）を含むことを除いて、図２に類似する。他の実施形態では、ＬＥＤ駆動装置２１５がより少ないまたはより多いことがあり得る。各ＬＥＤ駆動装置２１５は、処理デバイス２１０から受信されたプログラム電流レベルおよびデューティサイクル設定に基づいて、１つまたは複数のＬＥＤ列（例えば、２２５−１、２２５−２、２２５−３）に流れる電流を制御する。ブースト変換器２２０は、共通Ｖｂｏｏｓｔ３１５電圧を全てのＬＥＤ列２２５に供給する。Ｖｂｏｏｓｔ２４５電圧は、処理デバイス２１０から受信された制御信号２４０に基づいてブースト変換器２２０によって制御される。
【００６９】
図６Ａの一実施形態では、処理デバイス２１０は、前に説明された較正プロセス中に、適切なＶｂｏｏｓｔ電圧２４５を決定する。他の実施形態では、ＬＥＤ駆動装置２１５および処理デバイス２１０は、修正された較正プロセスを利用して、Ｖｂｏｏｓｔ２４５の適切な電圧レベルを決定する。較正段階中、各ＬＥＤ駆動装置２１５は、最も弱いＬＥＤ列２２５がＩｓｅｔでまたはＩｓｅｔの近くで動作するようにＶｂｏｏｓｔ２４５電圧を設定しようと試みる。しかし、処理デバイス２１０だけが、制御信号２４０を通してブースト変換器２２０を直接制御することができる。各ＬＥＤ駆動装置２１５は、したがって、通信リンク２３５を介してそれ自体の電圧設定を処理デバイス２１０に供給する。処理デバイス２１０は、異なるＬＥＤ駆動装置２１５から受信された様々な電圧設定から最低電圧設定を選ぶ。処理デバイス２１０は、制御信号２４０を介して、最低電圧設定に従ってＶｂｏｏｓｔ２４５電圧を設定する。他の実施形態では、最低電圧設定は、また、処理デバイス２１０から全てのＬＥＤ駆動装置２１５に送信されることがある。
【００７０】
図６Ｂは、ブースト変換器２２０を制御するための制御信号６４０が、ここでは、処理デバイス２１０ではなくＬＥＤ駆動装置２１５−１に接続されていることを除いて、図６Ａに類似する。この実施形態では、ＬＥＤ駆動装置２１５および処理デバイス２１０は、異なる修正較正プロセスを利用して、Ｖｂｏｏｓｔ２４５の適切な電圧レベルを決定する。較正段階中、各ＬＥＤ駆動装置２１５は、最も弱いＬＥＤ列２２５がＩｓｅｔでまたはＩｓｅｔの近くで動作するようにＶｂｏｏｓｔ２４５電圧を設定しようと試みる。しかし、１つのＬＥＤ駆動装置２１５−１だけが、Ｖｂｏｏｓｔ２４５電圧を制御するブースト変換器２２０に直接接続されている。したがって、各ＬＥＤ駆動装置（例えば、２１５−１、２１５−２、２１５−３）は、通信リンク２３５を介してそれ自体の電圧設定を処理デバイス２１０に供給する。処理デバイス２１０は、異なるＬＥＤ駆動装置２１５から受信された様々な電圧設定から最低電圧設定を選び、その最低電圧設定をＬＥＤ駆動装置２１５−１に送信する。ＬＥＤ駆動装置２１５−１は、次に、処理デバイス２１０から受信された電圧設定に従って、制御信号６４０を介してＶｂｏｏｓｔ２４５電圧を設定する。
【００７１】
動作の方法  
図７は、１つまたは複数のＬＥＤ列２２５を駆動するためのＬＥＤ駆動装置２１５によって行われる方法の実施形態を示す。ＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤ列の電流が調節できない状態であるかどうかを示す調節情報を、通信リンクを介して処理デバイスに送信する（７１０）。調節情報を使用して、処理デバイスは、較正段階中に、ＬＥＤ列を調節できる状態に保つプログラム電流レベルを設定する。このプログラム電流レベルは、限られた組のプログラム可能電流レベルから決定される。
【００７２】
ＬＥＤ駆動装置は、通信リンクを介して処理デバイスからプログラム電流レベルを受信し（７２０）、そのプログラム電流レベルに従ってＬＥＤ列に流れる電流を調節する（７３０）。ＬＥＤ駆動装置は、また、第１のＬＥＤ列をオンおよびオフに切り替えるために処理デバイスからデューティサイクル設定を受信する（７４０）。このデューティサイクルは、処理デバイスによって、プログラム電流レベルの関数として決定される。ＬＥＤ駆動装置は、次に、デューティサイクル設定によって示されたデューティサイクルでＬＥＤ列をオンまたはオフに切り替える（７５０）。このプロセスは、各ＬＥＤ列が別々に制御されるように複数のＬＥＤ列のいずれについても繰り返すことができる。
【００７３】
この開示を読むと直ぐに、当業者は、ファームウェアで制御される適応スイッチモードＬＥＤ駆動装置に関して、さらに追加の代替的設計を理解するであろう。したがって、本発明の特定の実施形態および応用が示され説明されたが、本発明が本明細書で開示されたまさにその構造および構成要素に限定されないこと、および、添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、本明細書で開示された本発明の方法および装置の構成、動作および細部に、当業者には明らかになる様々な修正、変更および変形が加えられることは、理解されるべきである。
【図１】
0005591848.tif 000008
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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