(57)【要約】  本発明は、１つ以上の電子デバイスのストリングを含む負荷に、スイッチングされた望ましい電流を提供する駆動制御装置を提供するものである。電圧変換手段は、入力制御信号に基づき、電源からの電圧の大きさを負荷の高圧側で望まれる別の大きさに変換する。調光制御手段は、負荷を附勢したり除勢したりするための制御を行い、更に電流制限のための手段を提供できる。電圧変換手段および電流検出手段にはフィードバック手段が結合されており、このフィードバック手段は、負荷を通って流れる電流を示す電流検出手段の両端の間の電圧降下を示す制御信号を、電圧変換手段に提供する。電圧変換手段は、受取った制御信号に基づき、その後、負荷に対してスイッチングされた一定の電流が提供されるよう、出力電圧を調節できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の電子デバイスのストリングに供給される電流を制御するための駆動制御装置であって、
ａ）電源から第１の大きさの電圧を受取り、制御信号に応答してこの第１の大きさの電圧を第２の大きさの電圧に変換するように構成されている電圧コンバータと、
ｂ）前記第２の大きさの電圧および調光制御信号を受取るように構成され、この調光制御信号に基づき、前記ストリングへの前記第２の大きさの電圧の送出を制御すると共に、複数のモードで作動をするように構成された調光制御手段とを備え、前記調光制御信号は、前記調光制御手段の望ましい作動モードを指示し、
ｃ）前記ストリングと直列接続され、前記ストリングを通って流れる電流を示すフィードバック信号を発生するように構成されている電流検出手段と、
ｄ）前記電圧コンバータおよび前記電流検出手段に電気的に結合されており、前記フィードバック信号を受取り、このフィードバック信号に基づいて前記制御信号を発生し、更に前記電圧コンバータに前記制御信号を提供するように構成されているフィードバック手段とを備える、駆動制御装置。
【請求項２】
前記調光制御手段は、デュアルモードで作動をするように構成されている、請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項３】
前記調光制御信号が所定の閾値よりも高いデューティサイクルを示すとき、前記調光制御手段は第１モードで作動するように構成されている、請求項２に記載の駆動制御装置。
【請求項４】
前記調光制御信号が所定の閾値よりも低いデューティサイクルを示すとき、前記調光制御手段は第２モードで作動するように構成されている、請求項２に記載の駆動制御装置。
【請求項５】
前記所定の閾値は５％と３０％の間にある、請求項３または４に記載の駆動制御装置。
【請求項６】
前記所定の閾値は１０％である、請求項５に記載の駆動制御装置。
【請求項７】
前記調光制御信号は、デューティサイクルおよび基準電圧を示す、請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項８】
前記調光制御信号はデューティサイクルを示し、前記調光制御手段は更に受取った基準電圧信号に応答する、請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項９】
前記電圧コンバータはＤＣ−ＤＣコンバータである、請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項１０】
前記電圧コンバータは、バックコンバータ、ブーストコンバータ、バック−ブーストコンバータ、チュークコンバータおよびフライバックコンバータを含む群から選択されたものである、請求項９に記載の駆動制御装置。
【請求項１１】
前記電流検出手段は、固定抵抗器、可変抵抗器またはインダクタである、請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項１２】
前記フライバック手段はサンプルアンドホールド回路を含む、請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項１３】
前記ストリングは、アノードおよびカソードを有し、前記電圧コンバータは、前記電圧コンバータと前記電源との間で前記ストリングのアノードを電気接続するように構成されている、請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項１４】
前記ストリングは、高圧側端および低圧側端を有し、前記調光制御手段は、前記ストリングの低圧側端に電気的に接続されている、請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項１５】
前記ストリングは、高圧側端および低圧側端を有し、前記調光制御手段は、前記ストリングの高圧側端に電気的に接続されている、請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項１６】
１つ以上の電子デバイスのストリングに供給される電流を制御するための方法において、
ａ）前記ストリングを通過するように流れる電流をサンプリングするステップと、
ｂ）前記サンプリングされた電流を示すフィードバック信号に応答し、第１の大きさの電圧から第２の大きさの電圧に電圧を適応的に変換するステップと、
ｃ）調光制御信号に基づき、前記ストリングへの前記第２の大きさの電圧の提供を制御するステップとを備え、この制御ステップを、前記調光制御信号に基づき、適応的に変更する、電流を制御するための方法。
【請求項１７】
前記第２の大きさの電圧を提供するステップは、前記調光制御信号が所定の閾値よりも高いデューティサイクルを示すとき、第１作動モードに基づいて実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の大きさの電圧を提供するステップは、前記調光制御信号が所定の閾値よりも低いデューティサイクルを示すとき、第２作動モードに基づいて実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記所定の閾値は５％と３０％の間にある、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記所定の閾値は１０％である、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、電子デバイスの制御の分野に関し、より詳細には、電子デバイスを切替駆動電流制御するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）および有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の最近の開発の進歩により、これらデバイスは、例えば建築、娯楽および道路照明を含む一般的な照明の応用分野で使用するのに適したものとなった。このように、これらデバイスは次第に白熱ランプ、蛍光灯および高輝度ガス放電ランプと競争できる状態になりつつある。
【０００３】
作動条件下でＬＥＤにより発生される光量は、これらデバイスを通過して流れる電流に直接依存している。デバイスの特性にはばらつきがあるので、ＬＥＤが同じ種類のものでも、同じデバイス電流を流した場合、所定の作動条件下で発光光束出力が異なっていると認識されることがあり得る。ＬＥＤの直列接続の駆動電流が所定の限度を下回るように低減されると、他のＬＥＤが発光を停止する前に一部のＬＥＤが完全に発光を停止してしまい、結果として望まない作動モードとなり得る。このような効果は、主として異なるＬＥＤの両端の間の順方向電圧特性が変動する結果生じるものである。ＬＥＤ間の許容できる発光光束出力変化の限度は、通常、照明応用分野のタイプに依存する。照明装置で２つ以上のＬＥＤが必要となるとき、一般にＬＥＤの特性を正確に一致させて、駆動回路の設計をできるだけ簡単に維持できるようにしなければならない。ＬＥＤの駆動電流を効率的に制御できるいくつかの駆動回路設計案がこれまで示唆されている。ほとんどの設計は、ＬＥＤの直列接続を通過する均一な駆動電流を維持できるリニア定電流駆動回路のカテゴリーに属す。しかしながら、多くのリニア定電流駆動回路は、大きい電力損失を招き、特別な電力電子デバイスおよび巧妙な熱管理を必要とする。たいていの直接電流又は切替電流駆動回路では、部分的低公称光出力を含むワイドレンジの作動条件が望まれる場合、正確かつ信頼できる光束出力制御を可能にする複雑なフィードバック制御システムが必要となる。
【０００４】
ＬＥＤを効果的に制御するための別の解決案は、レギュレートされたコモン電圧供給を行うバックブーストレギュレータと、ＬＥＤ駆動電流を設定するための低圧側バラスト抵抗器と、電流をモニタするためのシャント抵抗器を必要とする。例えば米国特許第６，３６２，５７８号は、ＬＥＤのアレイの両端の間の電圧を一定に維持するために、電流制御用バイアス抵抗器およびフィードバックループを有する電圧コンバータをどのように使用するかを開示している。ＬＥＤの低圧側において、別のトランジスタが接続されており、このトランジスタは、光束出力制御のためにパルス幅変調（ＰＷＭ）を使ってスイッチングされる。この駆動回路は、バイアス抵抗器により電力損失が大きく、これらバイアス抵抗器は正確な電流制御を行うためにコストのかかる較正を必要とし得る。更に、米国特許第４，００１，６６７号は、光束出力制御のために、発光ダイオードに定電流パルス列を提供する閉ループ回路を開示している。しかしながら、この閉ループ回路はフルレンジの電流パルスのデューティファクター制御を行うことはできない。
【０００５】
米国特許第６，５８６，８９０号は、ＬＥＤへの電力を調節するための電流フィードバックシステムを使用する方法を開示しており、低周波数ＰＷＭ制御信号が電源を駆動するようになっている。しかしながら、この方法は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚまでのＰＷＭスイッチング周波数を使用しており、このスイッチング周波数は可聴ノイズを発生し、ＬＥＤダイに熱周期を与えることによりＬＥＤに悪影響を与え、よってデバイスの信頼性を低下させ、寿命を短くし得る。
【０００６】
米国特許第６，７３４，６３９号は、カスタム化されたサンプルアンドホールド駆動回路と組み合わされた電圧コンバータにより、ＬＥＤアレイのためのスイッチング駆動回路の過剰な駆動電流の過渡現象を制限するための方法を開示している。負荷および電源の双方を同時にスイッチングするよう、電圧コンバータを繰り返しオンオフするために、バイアスがかけられたスイッチング信号にＬＥＤ駆動信号がリンクされている。しかしながら、この方法は、フライバックおよびプッシュプルタイプの電圧コンバータにしか使用できず、ＬＥＤ駆動電流を直接制御することはできない。この方法は、駆動回路の電力損失を大幅に低減するものではない。すなわち、システム全体の効率を大幅に改善するものではない。更に、この方法は一般に、４００Ｈｚのオーダーの駆動周波数までの所望するパラメータ内でしか作動せず、高周波のスイッチングを可能にするものではない。従って、この方法による駆動回路は、望ましくない可聴ノイズを発生することがあり、接続されているＬＥＤアレイに過剰な熱応力を加え得る。
【０００７】
更に米国特許出願公開第２００４／００３６４１８号は、ＬＥＤアレイを駆動するための方法を開示しており、ＬＥＤを通過する電流を変えるためにコンバータを使用する。ここではフィードバックを行うために電流スイッチが構成されている。この方法は、標準的なバックコンバータ設計に不可欠な要素を組み込んでいる、異なる順方向電圧を必要とする並列なＬＥＤストリングを制御することはできない。この方法は、ＬＥＤストリングごとの電流を制限するために、可変抵抗器として高電圧側のトランジスタスイッチをどのように使用するかを開示している。しかしながら、高電圧側トランジスタスイッチは大きい電力損失を生じさせ、駆動回路全体の効率を低下させ得る。
【０００８】
パワーインテグレーションズ社は、ＬＥＤを効果的かつ効率的に制御し得るアナログ集積回路を提供している。このパワーインテグレーションズ社は、ｅＤＩ−９２と称される電力変換技術を開示しており、この電力変換技術は最小の数のコンポーネントしか必要とせず、特に低エネルギー消費量の照明用途、例えば出口サインまたは夜間ライトサインのために設計されたものである。しかしながらこの解決案は、調光のために、負荷のスイッチング能力、または電圧コンバータがスイッチングされる場合のピーク負荷電流を制御するための手段を提供していない。
【０００９】
更に、オーストリアマイクロシステムズＡＧ社は、高性能のアナログ集積回路ＡＳ３６９１を提供しており、この集積回路は単一ＬＥＤコンフィギュレーションにおいて約１.６Ａ、更に４つのＬＥＤコンフィギュレーションにおける各ＬＥＤに対し４００ｍＡまでの駆動電流で、１つのＬＥＤから４つのＬＥＤまで制御するのに使用できる。この集積回路ＡＳ３６９１は、電圧コンバータの出力電圧を制限できる電圧コンバータフィードバック回路の極めて特殊なデザインを提供している。しかしながら、このコンバータの制御チップは、ＬＥＤストリングに対して電圧調節を維持するための手段に、調光用のデジタルスイッチングの可能性を提供している。このチップは、ピーク負荷電流が所望の設定ポイントを決して超えないことを保証するよう、すべてのデューティサイクルにわたって内部電流制限を利用している。この解決方法の結果、システム全体の効率は低下し得る。このような非効率性は、数百ヘルツよりも高いスイッチング周波数で悪化する。なぜなら、オフ時間中に電圧設定ポイントを維持するための手段がなく、よってほとんどのデューティサイクルにわたって内部の電流制限回路をアクティブにしなければならないからである。更に、この制御チップは、ワイドレンジの順方向電圧を有するＬＥＤを効率的に駆動できないが、一般に外部抵抗器により各ＬＥＤまたはＬＥＤのストリングに対して制御チップをチューニングしなければならない。
【００１０】
更に図１は、電圧コンバータをスイッチングする回路内の負荷を通って流れる相対電流を表示している。電流の立ち上がり時間１１１および降下時間１１２は、負荷に供給される電流をスイッチング電圧コンバータが変え得る速度と直接関連している。例えば、ＬＥＤを活性化するためにこの方法を使用すると、過渡時間中（例えば立ち上がり時間および降下時間中）のＬＥＤの光出力は、所望のレベルにすることができず、従ってこの結果、光出力が変化することがあり、この変化は例えば低いデューティサイクル中に容易に明らかとなり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、従来技術で述べたような問題を解決する効果的な制御および発光素子駆動電流電子回路設計のための装置および方法が望まれている。
【００１２】
この背景技術の情報は、出願人が本発明に関連する可能性があると思われる情報を明らかにするために記載したものである。これまで記載した情報はいずれも、必ずしも本発明に対する従来技術を構成するものと認めるものではなく、またそのように見なすべきではない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、電子デバイスに供給される電流を制御するための方法および装置を提供することにある。本発明の１つの態様によれば、１つ以上の電子デバイスのストリングに供給される電流を制御するための駆動制御装置であって、電源から第１の大きさの電圧を受取り、制御信号に応答してこの第１の大きさの電圧を第２の大きさの電圧に変換するように構成されている電圧コンバータと；第２の大きさの電圧および調光制御信号を受取り、調光制御信号に基づいてストリングへの第２の大きさの電圧の送出を制御すると共に、マルチモードの作動をするように構成された調光制御手段とを備え、調光制御信号は、調光制御手段の望ましい作動モードを指示し；前記ストリングと直列接続され、ストリングを通って流れる電流を示すフィードバック信号を発生するように構成されている電流検出手段と；電圧コンバータおよび電流検出手段に電気的に結合されており、フィードバック信号を受取り、このフィードバック信号に基づいて制御信号を発生し、更に電圧コンバータに制御信号を提供するように構成されているフィードバック手段と；を備える駆動制御装置が提供される。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、１つ以上の電子デバイスのストリングに供給される電流を制御するための方法において、ストリングを通過するように流れる電流をサンプリングするステップと；サンプリングされた電流を示すフィードバック信号に応答し、第１の大きさの電圧から第２の大きさの電圧に電圧を適応的に変化させるステップと；調光制御信号に基づいて、ストリングへの第２の大きさの電圧の提供を制御するステップと；を備え、この制御ステップを、調光制御信号に基づいて適応的に変更する、電流を制御するための方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
定義
「電源」なる用語は、入力および出力を備え、入力で提供される第１形態の電気を変換し、第１形態の電気を第２形態の電気に調整し、出力に第２形態の電気を提供するシステムを定義するのに使用する。電源は、入力において所定のレンジの形態の電気を取り込み、この電気を所定のレンジの形態の電気に調整し、これを出力に提供することができる。
【００１６】
「電圧コンバータ」なる用語は、入力および出力を備え、第１の大きさの入力電圧を第２の大きさの出力電圧（ここで、第１の大きさと第２の大きさは同じでもよいし、または異なっていてもよい）に変換できるシステムを定義するのに使用する。
【００１７】
「電子デバイス」なる用語は、作動レベルが供給電気の形態に依存する任意の装置を定義するのに使用する。電子デバイスの例は、発光素子、サーボモータ、および当業者によって容易に理解されるような、供給電気の形態の調整を要する他のデバイスである。
【００１８】
「発光素子」なる用語は、例えばこの素子の両端の間に電位差を印加するか、またはこの素子を通過するように電流を流すことによって素子が活性化されたときに、電磁スペクトルのうちの任意の領域または複数の領域の組み合わせ（例えば可視領域、赤外線領域および／または紫外線領域）で放射線を発生するデバイスを定義するのに使用する。従って、発光素子は、モノクローム、準モノクローム、ポリクロームまたはブロードバンドスペクトル発生特性を有し得る。発光素子の例は、半導体，有機またはポリマー／ポリマー状発光ダイオード、青色またはＵＶポンピングされる蛍光体がコーティングされた発光ダイオード、光学的にポンピングされるナノ結晶発光ダイオード、または当業者に容易に理解されるような他の同様なデバイスである。更に、発光素子なる用語は、放射線を発生する特定のデバイス（例えばＬＥＤダイ）を定義するのに使用するものとし、この用語は内部に特定のデバイス（単数または複数）が設置されたハウジングまたはパッケージと放射線を発生する特定のデバイスとの組み合わせを定義するのに等しく使用できる。
【００１９】
「ストリング」なる用語は、直列または並列、もしくは直列と並列の組み合わせで接続された多数の電子デバイスを定義するのに使用する。例えば、電子デバイスのストリングは、ストリング全体の両端の間に電圧を加え、よって当業者に容易に理解できるように、すべての電子デバイスを同じ電流で駆動することにより、同時にすべてを活性化すなわち駆動できる１つより多い同一または異なる電子デバイスを意味する。並列なストリングとは、例えば各行が並列に接続されているＭ行のＮ個の電子デバイスを意味し、ストリング全体の両端の間に電圧を印加し、全ストリングに送られる総電流の〜１／Ｍで、Ｎ×Ｍ個の電子デバイスのすべてを駆動することにより、Ｎ×Ｍ個の電子デバイスのすべてを同時に活性化できるようなものである。
【００２０】
「負荷」なる用語は、電力が供給される１つ以上の電子デバイスまたは１つ以上の電子デバイスストリングを定義するのに使用する。
【００２１】
「デューティサイクル」および「デューティファクター」なる用語は、デジタルスイッチング（例えば、ある時間周期を有するパルス幅変調（ＰＷＭ））を参照したとき、時間周期に対するオン時間の比を定義するのに相互に交換可能に使用する。
【００２２】
本明細書で使用するような「約」なる用語は、公称値からの±１０％の変動を意味する。特に記載しても記載しなくても、本明細書に記載する所定の値には、常にかかる変動が含まれると理解すべきである。
【００２３】
特に明記しない限り、本明細書で使用するようなすべての科学技術用語は、本発明が属す分野の当業者によって共通に理解されるものと同じ意味を有する。
【００２４】
本発明は、駆動制御装置および方法を提供するものであり、これは、作動のための制御信号を必要とし得る電子デバイスの他に、通過して流れる定電流が望まれる電子デバイスと共に使用するためのものである。例えば本発明に係わる方法および装置は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号、パルス符号変調（ＰＣＭ）信号、または当技術分野で知られている他のデジタル制御方法を使用して制御される１つ以上の発光素子に、スイッチング定電流源を提供するのに使用できる。更に本発明は、異なる順方向電圧を有する複数の電子デバイスに、切替え定電流源を提供するための方法および装置を提供するものである。例えば単一の電源により１つ以上の発光素子を有する多数のストリングに給電するとき、本発明は発光素子の各ストリングの高圧側に特定の電圧を提供できると共に、ストリングの各々を通過するスイッチド（切替え）定電流を提供できる。
【００２５】
本発明に係わる駆動制御装置は、１つ以上の電子デバイスのストリングを含む負荷に対して、スイッチングされた望ましい電流を提供し、この装置は１つ以上の電圧変換手段と、１つ以上の調光制御手段と、１つ以上のフィードバック手段と、１つ以上の検出手段とを備える。電圧変換手段は、入力制御信号に基づき、電源からの電圧の大きさを負荷の高圧側で望まれる別の大きさに変換する。調光制御手段は、負荷を活性化および不活性化するための制御を行い、更に電流制限のための手段を提供できる。電圧変換手段および電流検出手段にはフィードバック手段が結合されており、このフィードバック手段は、負荷を通過するように流れる電流を示す電流検出手段の両端の間での電圧降下を表示する電圧変換手段に制御信号を提供する。電流検出手段は予測可能な電圧と電流の関係を有する素子を含むことができ、従って収集された電圧信号に基づき、負荷を通過するように流れる電流の測定値を提供できる。受取った制御信号に基づき、その後、電圧変換手段は負荷に対してスイッチングされた一定の電流が提供されるよう、その出力電圧を調節できる。
【００２６】
図２は、本発明の一実施例に係わる駆動制御装置を含む照明システムを示す。電源１１は電圧コンバータ１２に接続されており、電圧コンバータは１つ以上の発光素子１５のストリングの高圧側端部ノード（ハイエンドノード）１０００に適当な電圧を提供する。電圧コンバータ１２は、その入力側の電圧を１つ以上の発光素子１５のストリングの高圧側端部ノード１０００において異なる出力電圧に変えるため、内部的または外部的に高周波でスイッチングすることができる。一実施例では、このスイッチング周波数は、例えば約６０ｋＨｚから３００ｋＨｚ、または容易に理解できるような他の適当な周波数範囲の間で変わることができる。別の実施例では、このスイッチング周波数を、例えば約２６０ｋＨｚまたは３００ｋＨｚに固定してもよい。発光素子の調光は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号、パルス符号変調（ＰＣＭ）信号または他の信号とすることができる調光制御信号１４０によって行われ、この調光制御信号は、１つ以上の発光素子１５のストリングを活性化／不活性化するための手段となる調光制御手段１８０に提供される。調光制御手段は、デューティサイクルを示す調光制御信号１４０を受取るための演算増幅器１７を備え、この調光制御手段は１つ以上の発光素子１５のストリングと直列接続に構成されたスイッチング手段（切替手段）９００に制御信号を提供する。電流検出手段９１０が駆動制御装置に組み込まれており、例えばノード１０２０において、発光素子を通過するように流れる電流を測定するための手段となっている。更に、サンプルアンドホールド手段１９０が駆動制御装置に組み込まれており、１つ以上の発光素子１５のストリングを通過するように流れる電流を制御するため、電圧コンバータに電流フィードバック信号５０００を提供する手段を提供することができる。
【００２７】
図２に示された実施例では、デューティサイクルに依存可能な２つの異なる方法で電流制御を実行できる。高いデューティサイクルでは、発光素子に所定のピーク電流を与えるように、サンプルアンドホールド手段１９０を介して電圧コンバータの電圧出力を制御できる。ここではスイッチング手段９００はオン／オフスイッチのように作動できる。低いデューティサイクルでは、サンプルアンドホールド手段１９０の固有の特性および負荷電流の急激な変化に対する電圧コンバータの速度に起因して、ピーク電流は不安定になり得る。発光素子のオン／オフスイッチングのみを行う回路によって制御される照明素子のピーク電流を示す図４Ａを参照すれば、このような不安定を認めることができよう。前の周期のオフ時間中に電圧コンバータ１２の出力は過度に高く上昇することがあり、この結果、スイッチング手段９００により発光素子が活性化される最初の瞬間に、発光素子に電流スパイクが流れる。サンプルアンドホールドフィードバック回路および電圧コンバータは、最終的にはピーク電流を制御するが、低いデューティサイクルの場合、このようになるには十分な時間がないことがあるので、低デューティサイクルのパルスは、より高いデューティサイクルのパルスよりもピーク電流を大きくし得る。
【００２８】
従って、本発明によれば、ピーク電流を制限するためにサンプルアンドホールド手段だけに依存するのではなく、代わりの所定のレベルに電流を制限するように（例えばサンプルアンドホールド手段によって設定されるものよりも若干高い所定のピーク電流とすることができる）、調光制御手段１８０を構成できる。このような構成は図４Ｂに示されており、電流オーバーシュートがこの第２の電流制限手段によって制限されていることを示している。例えば調光制御信号１４０の高レベル、すなわちオンレベルを、この所定の二次ピーク電流レベルに比例するように設定できるので、調光制御信号は論理レベルのスイッチングではなく、このように比例したレベルとアースレベルとの間で交互に変化することになる。このように、演算増幅器１７が検出するフィードバック信号に応答して、スイッチング手段９００は、各スイッチング周期の開始時における短い時間の間、部分的にのみターンオンして電流のオーバーシュートを制限し、サンプルアンドホールド手段が制御されている周期の残りの時間の間、スイッチング手段９００は完全にターンオンし、かくしてスイッチング損失を最小にすることができる。演算増幅器１７とサンプルアンドホールド手段１９０との双方により、電流検出手段９１０からの同じフィードバック信号が使用されるので、２つのピーク電流レベル間の移行は、実質的にスムーズとなる。サンプルアンドホールド手段および電圧コンバータが電流を制御し始めるので、演算増幅器は、スイッチング手段が完全にオンになるまで、このスイッチング手段を強力にターンオンし、スイッチング手段は、もはや電子デバイスを流れる電流に対する制限要素とはならない。
【００２９】
本発明の一実施例では、高いデューティサイクルと低いデューティサイクル間の移行を定める所定の閾値は、約５％から３０％の間にある。別の実施例では、所定の閾値は、約１０％から２０％の間にある。更に別の実施例では、所定の閾値は１０％である。
【００３０】
一実施例では、本発明は、多数の部品をスイッチングしなければならない電圧コンバータをイネーブルしたりディスエーブルしたりすることと対照的に、負荷（１つ以上の電子デバイス）をスイッチングするのに、１つのスイッチング手段しかスイッチングしなくてよいので、照明素子を作動制御するためのスイッチング過渡電流を低減し、かつ応答時間を改善することもできる。例えば図１は、電圧コンバータが低周波数でイネーブルおよびディスエーブルされるときに、負荷を流れる相対的電流を示している。図３は、負荷がスイッチングされるようになっている、本発明の一実施例に係わる駆動制御装置が使用されるときに１つ以上の電子デバイスを流れる相対電流を示している。これら図から容易に明らかとなるように、図３に示された信号の立ち上がり時間１１３および立ち下がり時間１１４を、図１に示された従来の信号の立ち上がり時間１１１および立ち下がり時間１１２よりもかなり短くすることができる。これにより、従来技術で行われているように電圧コンバータを低周波数でスイッチングするよりもむしろ、デューティサイクルのほとんどの間でスイッチング損失を実質的に最小にしながら、高い周波数で電子デバイスをデジタル的にスイッチングすることができる。更に本発明に係わる駆動制御装置は、低いデューティサイクルの間の電子デバイスの作動を改善することができる。その理由は、電圧コンバータをオンオフにスイッチングする従来の方法は、より高いスイッチング周波数で低いデューティサイクルを許容しないが、一方、本発明はそのような低いデューティサイクルを許容するからである。
【００３１】
更に本発明に係わる駆動制御装置は、全レンジにわたって比較的一定の電流を保証しながら、実質的にフルデューティサイクル制御を行うことができる。前に説明したように、図４Ａはサンプルアンドホールド回路しか有しない回路での、電流出力対デューティサイクルとの関係を示しており、図４Ｂは、本発明の一実施例に係わる駆動制御装置によって提供できる電流出力対デューティサイクルの関係を示しており、ここでは２つのレベルの電流制御が行われている。例えば発光素子を通るオン電流を一定に維持することにより、発光素子の実質的に一貫しかつ予測可能な光束出力を得ることができるようになり、更に最大電流定格を超える結果生じ得る、発光素子の寿命を短くする危険性も低減できる。例えば現在の技術レベルの大光束の１ワットのＬＥＤパッケージは、それぞれ約３００ｍＡおよび５００ｍＡの平均電流および瞬間電流の最大定格を有する。本発明の駆動制御装置を使用して電流を厳密に制御できるので、最大瞬間電流定格を超える危険性を低減または制限しながら、発光素子を実質的にそれらの最大平均電流定格で作動させることができる。
【００３２】
図５は、サンプルアンドホールド手段１９の一実施例の回路が設けられている本発明の一実施例に係わる駆動制御装置を示す。電流検出デバイス１６は、電圧と電流との間の所定の関係を有する抵抗器として構成されており、よってノード１０２における電圧検出により、１つ以上の発光素子１５のストリングを通過する電流を測定するための手段となっている。更に、調光制御手段と関連するスイッチング手段１３は、受取った調光制御信号１４０に基づいて信号を提供する演算増幅器１７からのその信号に応答自在なトランジスタとして構成されている。
【００３３】
一実施例では、図６に示されるような単一の電源２１を使用して、１つ以上の発光素子のマルチストリングを駆動できる。発光素子２４１、２４２および２４３の各ストリングは、自己の電圧コンバータ２２１、２２２、２２３を有することができる。この回路構成は、１つ以上の発光素子の各ストリングが、異なる総順方向電圧を有するときに有利となり得る。従って、１つ以上の発光素子２４１、２４２または２４３のそれぞれのストリングが必要とする順方向電圧を生じるように、各電圧コンバータは適当に調節される。１つ以上の発光素子の各ストリングに関連するそれぞれの各調光制御手段の一部を形成するそれぞれの演算増幅器２５１、２５２および２５３において、制御信号２３１、２３２および２３３が受取られる。それぞれの演算増幅器２５１、２５２、２５３からの信号を直接受取るそれぞれのサンプルアンドホールド回路２９１、２９２、２９３を介し、それぞれの電圧コンバータ２２１、２２２、２２３へ、１つ以上の発光素子２４１、２４２、２４３のストリングの各々を通る電流を示すフィードバック信号を送出して戻すことができる。１つ以上の発光素子の各ストリングに対し、個々の電圧コンバータを設ける利点は、概ね個々の最大電流定格で１つ以上の発光素子の各ストリングを作動させることができることである。更に、各ストリングに対し、異なる電圧コンバータ、および電圧をデジタルスイッチングするための手段を設けることにより、発光素子の０％〜１００％の光束出力の実質的にフルレンジにわたり、１つ以上の発光素子の各ストリングを調光することが可能となっている。
【００３４】
電圧変換手段
電圧変換手段は、電源から受取った電圧を入力信号に基づいて第１の大きさから第２の大きさの電圧に変換するための手段を提供している。第１の大きさと第２の大きさとは同じでもよいし、または異なってもよいし、１つ以上の電子デバイスの１つ以上のストリングにわたり、必要とされる電圧低下に依存してもよいことが容易に理解できよう。
【００３５】
一実施例では、例えばＡＣ電力をＤＣ電力に変換するのに電源を使用でき、この電圧変換手段はＤＣ−ＤＣコンバータとすることができる。このＤＣ−ＤＣコンバータは、例えばバックコンバータのようなステップダウンスイッチモードパワーサプライ（ＳＭＰＳ）とすることができる。標準的な外部部品、例えばダイオード、コンデンサ、インダクタおよびフィードバック部品と共にバックコンバータまたは他のコンバータを使用できる。バックコンバータは標準的な集積回路（ＩＣ）パッケージで入手でき、外部追加部品と共に、約９０％以上の効率でＤＣ−ＤＣ変換を行うことができる。バックコンバータの代わりに使用できる他のコンバータの例として、ブーストコンバータ、バック−ブーストコンバータ、チュークコンバータおよびフライバックコンバータを挙げることができる。
【００３６】
電圧コンバータは１つ以上の電子デバイス、例えば発光素子のストリングが必要とする特定の電圧を発生するように高周波数で作動でき、この特定の電圧は高調波成分が限られた、安定した出力電圧とすることができる。電圧コンバータを高周波数で作動させることにより、高い効率および出力電圧信号内の低電圧リップルを得ることができる。更に高周波でスイッチングすることにより、可聴周波数レンジ外とするのに十分高い周波数で、１つ以上の電子デバイスをスイッチングすることが可能となり、また、電子デバイスの熱サイクルの低減を助けることもできる。このことは、一般に人の可聴レンジ内にある低周波（例えば一般に約１ｋＨｚ未満の周波数）で実行される電圧コンバータのオンオフスイッチングよりも有利である。
【００３７】
１つ以上の電子デバイス（例えば発光素子）の多数のストリングが、これらストリングのハイエンドで同一電圧供給を必要とするような一実施例では、これら発光素子のストリングは、それらのハイエンドを単一の電圧コンバータに接続させることができる。例えばＲＧＢベースの照明装置に対し、１つの色の１つ以上の発光素子のすべてのストリングに１つの電圧コンバータを関連させることができるので、この例の照明装置は３つの電圧コンバータを必要とする。更に、複数の発光素子のストリングは、並列構成、直列構成または並列／直列構成に接続してよい。
【００３８】
調光制御手段
調光制御手段は、この制御手段の関連する１つ以上の電子デバイスの活性化を制御するための手段を提供する。この調光制御手段は、１つ以上の電子デバイスの両端の間の比較的安定した電流レベルの供給を制御するようになっており、この場合の制御はデューティサイクルから独立して行われる。
【００３９】
一実施例では、一連の光パルスではなく、デューティサイクルに基づく平均光レベルとして人の眼が光出力を認識するようなレートでデバイスをオンオフにスイッチングすることにより一般に発光素子の調光が行われる。従って、デューティサイクルにかかわらず、ピーク電流が一定に維持されると仮定すれば、全調光レンジにわたり、デューティサイクルと光強度との関係はリニアになり得る。図２を更に参照すると、演算増幅器１７を介して入力され、その後、スイッチング手段が関連する１つ以上の発光素子１５のストリングの活性化および不活性化をイネーブルするスイッチング手段９００に送られる調光制御信号１４０入力を使って調光を行うことができる。
【００４０】
一実施例では、スイッチング手段を半導体スイッチ、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチ、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）スイッチまたは当業者であれば容易に理解できるような他の任意のスイッチングデバイスとすることができる。１つ以上のスイッチングデバイスがオンにスイッチングされる時間周期にわたって、電源出力におけるリップル分が平均化されるよう、電圧変換手段のスイッチング周波数よりも低い周波数で一般に負荷をスイッチングすることができる。比較的高い周波数で電子デバイスをスイッチングすることにより、これらスイッチング周波数を可聴レンジ外にある周波数でスイッチングすることを可能にできる。更に、比較的高い周波数で負荷をスイッチングすることにより、電子デバイスにかかる熱サイクルの効果を低減できる。その理由は、これら電子デバイスが、後にオフにスイッチングされる前の短い時間、電子デバイスはオンにスイッチングされるからである。
【００４１】
一実施例では、低いデューティサイクルの間、フィードバック信号が電圧変換手段を適当に制御するには小さくなり過ぎるとき、スイッチング手段をリニア領域内で附勢することにより、所定量の電流のみが流れることを許容する、電流を制限するための手段を調光制御手段が含む。
【００４２】
更に図２を参照すると、低いデューティサイクル中、所定の電圧レベルで調光制御信号１４０をスイッチングして、基準電圧を演算増幅器１７に供給することができる。オンフェーズ中、演算増幅器１７は、信号１４０が定めるような同じ電圧をノード１０２０に実質的に維持することができる。このノード１０２０における電圧は、電流検出手段９１０を通過する電流に直接関連している。サンプルアンドホールド手段１９０が調光制御信号１４０によって設定される電流よりも若干少ない電流を維持する場合、演算増幅器１７は、スイッチング手段９００をフルオン状態に駆動する。サンプルアンドホールド手段１９０がもはや所望するレベルに電流を維持できなくなった場合、演算増幅器１７は、リニア領域でスイッチング手段９００を作動させ、１つ以上の発光素子１５のストリングを通過する電流を、調光制御信号１４０によって設定される値に制限する。
【００４３】
検出手段
検出手段は、１つ以上の電子デバイスを通って流れる電流のフィードバックを電圧変換手段に送るように構成されている。このように、電子デバイスの活性化期間中、１つ以上の電子デバイスを通過する電流を比較的一定のレベルに維持できる。
【００４４】
図５に示されるような一実施例では、電流検出デバイス１６は固定抵抗器として構成されており、ここでこの抵抗器は電流と電圧の所定の関係を有し、よってノード１０２における電圧の検出を可能にし、よって１つ以上の発光素子１５のストリングを通過する電流の流れを定めている。１つ以上の発光素子１５のストリングがオンにスイッチングされると、電流検出デバイス１６が発生するノード１０２における検出電圧はサンプルアンドホールド回路１９を介して電圧コンバータ１２へフィードバックされる。別の実施例では、電流検出デバイス１６を、可変抵抗器、インダクタ、またはオンフェーズ中に発光素子１５のストリングを通って流れる電流を示す検出電圧をノード１０２に発生するための他のある要素に置換してもよい。一実施例では、電流検出デバイス１６は、正確なフィードバックを保証するように広い温度レンジにわたって安定である小さい値の高精度検出抵抗器である。
【００４５】
フィードバック手段
駆動制御装置は更にフィードバック手段を備え、このフィードバック手段は電圧変換手段および電流検出手段に結合されており、１つ以上の電子デバイスの負荷を通過するように流れる電流を示す電流検出手段の両端の間の電圧降下を示すフィードバック信号を、電圧変換手段に供給するようになっている。従って、このフィードバック手段は、電圧変換手段により１つ以上の電子デバイスにその作動のために供給される電圧の大きさを適当に制御するための手段となっている。
【００４６】
図５に示されるような一実施例では、オン位相中に駆動されている電子デバイスを通って流れる所望の電流レベルを維持するのに、サンプルアンドホールド手段が使用される。ターンオン時に、電子デバイスを通って流れる電流は、信号５１０を発生させ、この信号は信号５００としてサンプルアンドホールド手段１９を通って電圧コンバータ１２へフィードバックされる。次に電圧コンバータ１２は、その出力電圧を調節して、１つ以上の発光素子１５のストリングに一定電流を流す。１つ以上の発光素子１５のストリングがターンオフされると、１つ以上の発光素子１５のストリングが再びターンオンされるまで、サンプルアンドホールド手段１９はフィードバック信号５００を維持する。負荷がオンに戻るように切替えられるとき、出力電圧は負荷がオフに切替えられていたときと同じ設定ポイントにあるので、負荷における電流スパイクまたは落ち込み（ディップ）を実質的に解消できる。当業者であれば容易に理解できるように、このサンプルアンドホールド手段１９は、種々のタイプの回路を含むことができる。
【００４７】
このタイプのサンプルアンドホールド手段を使用する結果として、低いデューティサイクル中にフィードバック信号にエラーが生じることがあり得る。低いデューティサイクル中、信号５１０がサンプルアンドホールド手段によって短い時間の間にしか受取られないとき、サンプルアンドホールド手段１９には、必要なレベルまで充電するのに十分な時間が与えられない。これにより、電流フィードバック信号５００が低下することがあり、電圧コンバータ１２はこの低下に応答して、その出力を増加する。次に、１つ以上の発光素子１５を通る電流が、より高いデューティサイクル中に維持される限度を超えて増加することが有り得る。このようなエラーは、発光素子のオン時間が短くなるにつれ増加し、電圧コンバータによる電圧の増加の結果として、更に増加し得る。上記のように、本発明に係わる調光制御手段は、低いデューティサイクル中に１つ以上の発光素子のストリングを通る所望のスイッチングされる電流を、実質的に維持するように構成できる。
【００４８】
図７は、所望レベルの機能を得ることができる駆動制御装置の別の実施例を示す。特に、図２で使用されているような所望のピーク電流レベルに比例していた調光信号１４０を使用する代わりに、照明システムを調光するための手段を提供するのに、スイッチング手段８００および抵抗器４０と共に、ロジックレベルのスイッチング信号１５０の形態をした調光制御信号を使用できる。信号２４０は、所望のピーク電流に比例する固定電圧基準である。図７に示された装置の特定の実施例を示す図８を参照すると、調光制御のために高速アナログスイッチ４４がイネーブルおよびディスエーブルされる。スイッチ４４がイネーブルされると、抵抗器４３および４０は分圧器として作動して、抵抗器４１および４２によって発生される基準電圧よりも高い値に設定でき、これにより、演算増幅器１７がスイッチング手段１３（例えばＦＥＴスイッチ）をターンオフし、１つ以上の発光素子１５のストリングを電流が流れることを阻止する。スイッチ４４がディスエーブルされると、このスイッチング手段は高インピーダンス状態となり、演算増幅器１７の反転入力における信号１０３は電流検出デバイス１６を通って流れる電流を示す。高いデューティサイクルに対して、電流フィードバックループおよび電圧コンバータ１２は、信号１０３が一般に基準電圧２４０によって設定される所望の最大電流レベルよりも低くなるように、ノード１０１における電圧レベルを維持できる。かくして演算増幅器１７は、スイッチング手段１３をハードオン，ハードオフするように切替えることができる。図８に示される実施例では、アナログスイッチ４４の構成により、発光素子のオンオフ周期時間をロジックレベルスイッチング信号１５０と相補的にすることができる。デューティサイクルが所定レベル（例えば約１０％）より低くなり、ノード１０１における出力電圧レベルが上昇し、これによってピーク電流が所望の閾値より高くなると、演算増幅器１７は、スイッチング手段１３のゲートに印加している電圧レベルを低下させることができ、よってスイッチング手段はソフトな態様でスイッチングされ、一部の電力を散逸させてピーク電流を制限する。しかしながら、極めて低いデューティサイクルでは、散逸される総平均電力を小さいままにすることができる。１つ以上の発光素子のストリングを通過する電流スパイクまたは過剰な電流ピークを効果的に防止できるようにするため、演算増幅器１７を十分高速で作動させる必要があり得る。しかしながら、高速の演算増幅器を使用する結果、望ましくないリンギングまたはスイッチングトランジエントが生じ得る。当業者であれば、例えばこのようなリンギングまたはスイッチング過渡現象を解消するのに、オプションとしてコンデンサ５１および他の部品５０を追加できることが理解できよう。このような所望の機能を得るために、これら部品を、例えばバイパスコンデンサおよび直列接続の抵抗器とコンデンサとを含むスナバーとすることができる。当業者であれば、これら部品の他の構成も容易に理解できよう。
【００４９】
図９、図１０、図１１および図１２は、青色チャンネルの発光素子ドライバ、第１の緑色チャンネルの発光素子ドライバ、第２の緑色チャンネルの発光素子ドライバおよび赤色チャンネルの発光素子ドライバのそれぞれの回路図であり、各ドライバは、本発明の実施例にしたがって構成されている。これら回路の作動は図８を参照して説明したものと実質的に同じであるが、各回路は、発光素子の特定の色に関して特別に設計されている。
【００５０】
図１３および図１４は、本発明の別の実施例を示す。例えばスイッチング手段１３を駆動するバッファ６０に調光信号１１０を印加できる。このバッファは、高いデューティサイクルのための調光信号でスイッチング手段をハードな態様でターンオンおよびターンオフする。より低いデューティサイクルのとき、ノード１０１における電圧レベルは高レベルとなることができ、電流検出信号が設定基準電圧２４０よりも高い場合に、演算増幅器１７は電流検出信号に応答できる。この場合、バッファをディスエーブルすることができ、これによりスイッチング手段をシャットオフできる。検出電圧１０２は実質的に瞬間的に低下でき、よって演算増幅器はバッファを再びイネーブルさせ、スイッチング手段をターンオンさせる。演算増幅器、バッファおよびスイッチング手段が十分高速であれば、ピーク電流が所望の基準レベルよりも大幅に上昇することがないように、このようなオンオフサイクルを十分高速で生じさせることができるが、電流レベルにわずかなリップルが生じ得る。当業者であれば、適当な性能を得るために、図１５に示されるようなスイッチング手段のドライバ６１を、スイッチング手段を十分高速でスイッチングするのに必要としてもよいことが理解できよう。更にリンギングまたは望ましくないスイッチング過渡現象を低減または解消するために部品５０を必要としてもよい。他の部品はこのような望ましい機能を得るために、例えばバイパスコンデンサおよび直列接続の抵抗器およびコンデンサを含むスナバーとすることができる。当業者であれば、これら部品の他の構成も容易に理解出来よう。
【００５１】
図１６および図１７は、演算増幅器を用いることなく構成されているが、演算増幅器の機能の一部またはすべてを置換するのに付加的なスイッチング部品が必要となっている本発明の実施例を示す。スイッチングおよび検出手段９５０は、高レベル信号３４０に応答可能して、高いデューティサイクル中にその検出手段をバイパスするための手段を提供できる。更に、低いデューティサイクル中、スイッチングおよび検出手段９５０は、低レベル信号３４０に応答し、これにより電流にその検出手段を強制的に通過させる。スイッチングおよび検出手段によって提供されるこの機能は、例えばシステム内に演算増幅器を組み込むことなく、駆動制御装置の所望レベルの機能を提供できる。図１８は図１６に示された構成の別の実施例を示しており、ここでは１つ以上の発光素子のストリングの高圧側に調光制御手段が設けられている。
【００５２】
特に図１７を参照すると、高いデューティサイクル中、スイッチング手段４６（例えばＦＥＴ）を信号３４０によってアクティブにして、電流検出抵抗器４３をバイパスし、効率を改善すると共に、スイッチング手段１３をハードな態様でターンオン、ターンオフさせるため、調光信号１５０をスイッチング手段１３のための相補的スイッチング信号として直接変換することを保証できる。低いデューティサイクル（例えば約１０％よりも低いデューティサイクル）のとき、スイッチング手段４６を不活性化し、これにより電流に検出抵抗器４３を通過させることが出来る。この検出抵抗器４３の両端の間の電圧は、トランジスタ４７によってモニタでき、トランジスタ４７は自動的に有効なゲート信号２７０を小さくして、ＦＥＴ１３が所望のピーク電流だけを通過させるようにすることができる。このピーク電流のレベルは、例えばトランジスタをターンオンするのに必要な代表的なベース−エミッタ間電圧と比較した、検出抵抗器４３の電圧降下の比に応じて設定出来る。従って、電流フィードバックが減少し始め、ノード１０１における電圧レベルが十分高くなり、負荷電流を上昇させる場合、トランジスタ４７はターンオンとなり始め、これにより、スイッチング手段１３をレギュレートして、１つ以上の発光素子を通過する電流を直接制限できる。低いデューティサイクルでは、再びスイッチング手段１３と検出抵抗器４３の双方で電力損失が生じる。しかしながら、低いデューティサイクル時にこのような場合が生じると、平均電力損失は相対的に小さくできる。
【００５３】
本発明の別の実施例では、図１９に示されるように、１つ以上の発光素子の１つ以上のストリングのアノードを正のレールに接続できるように、駆動制御装置を有する照明システムを構成することができる。この回路構成では、発光素子の１つ以上のストリングのカソードがレギュレートされ、発光素子の１つ以上のストリングのアノードが正のレールに接続されている。電圧コンバータ２０００は、発光素子の１つ以上のストリングのアノードが正のレールに接続されるように構成されている。これらストリングのカソードは、例えばスイッチおよびリニアトランジスタとして使用できるスイッチング手段９００に接続されている。スイッチング手段９００は、次に電流検出手段９１０に接続される。電流検出手段９１０の負電圧側は電圧コンバータ２０００によってレギュレートされる。差動増幅手段９２０は、電流検出手段９１０を通過するように流れる電流を示す電圧が検出手段の出力ターミナルに生じるように、電流検出手段９１０の両端の間の電圧信号をレベルシフトする。演算増幅器１７は、電流検出手段９１０の出力および調光制御信号１４０に基づき、スイッチング手段９００を制御する。差動増幅手段９２０は、サンプルアンドホールド回路１９に接続されており、このサンプルアンドホールド回路１９は、電流検出手段９１０の出力を示す信号を受取り、サンプルアンドホールド回路１９は、電圧コンバータ２０００に電流フィードバック信号を送り、必要であれば電圧コンバータに電圧出力を変えるための入力を提供する。
【００５４】
図２０は、図１９に示された駆動制御装置を有する照明システムに組み込むように構成できる電圧コンバータのセットアップ略図を示す。負電圧レールにはスイッチ６１１およびインダクタ６１３が設けられており、この回路構成では負電圧レールがレギュレートされるようになっている。スイッチ６１１が閉じられると、インダクタ６１３を通ってコンデンサ６１４および負荷６１５に電流が流れ、インダクタ６１３内に電荷が蓄積される。スイッチが開になると、ダイオード６１２にはバイアスがかけられ、短絡回路として作動する。次に、インダクタ６１３からコンデンサ６１４および負荷６１５に電流が流れる。
【００５５】
図２１は、本発明の別の実施例を示しており、ここでは、本発明の一実施例に従って、発光素子の２つ以上のストリングのアノードが正電圧のレールに共通して接続されるように、駆動制御装置を有する照明システムが構成されている。この実施例では、電圧コンバータは、集積回路２５００と、コンデンサ２５１０および２５３０と、ダイオード２５２０（例えばショットキーダイオード）と、インダクタ２５４０と、スイッチ２５５０（例えばＦＥＴスイッチ）と、抵抗器２５６０とを備える。ノード２１００および１つ以上の発光素子のストリングのアノードは、正電圧のレールに接続されており、ノード２２００は電圧コンバータによってレギュレートされる。１つ以上の発光素子のストリングのカソードがレギュレートされるので、電流検出デバイス１６はアースに接続されていない。差動増幅器２３４０は、関連する抵抗器２３００、２３１０、２３２０および２３３０と共に、アースに対して基準となる電流検出デバイス１６の両端の間の電圧のための手段を提供する。
【００５６】
更に図２１を参照すると、照明システムを調光するための手段を提供するよう、スイッチ４４および抵抗器４３と共にロジックレベルのスイッチング信号１５０を使用できる。信号２４０は所望のピーク電流に比例する固定された電圧基準である。調光制御のために高速スイッチ４４がイネーブルされたりディスエーブルされたりする。スイッチ４４がイネーブルされると、抵抗器４３および４０が分圧器として作動して、抵抗器４１および４２によって発生される基準電圧よりも高い値に設定することができ、演算増幅器１７がスイッチング手段１３（例えばＦＥＴスイッチ）をターンオフさせることを保証することができ、これによって電流が１つ以上の発光素子１５のストリングを通過することを防止する。スイッチ４４がディスエーブルされると、このスイッチは高インピーダンス状態となり、演算増幅器１７の反転入力における信号１０３は、電流検出デバイス１６を通って流れる電流を示す。高いデューティサイクルの間、信号１０３が一般に基準電圧２４０が設定する所望の最大電流レベルよりも低くなるように、電流フィードバックループおよび電圧コンバータはノード２２００における電圧レベルを維持できる。従って、演算増幅器１７はスイッチング手段１３をハードな態様でオンオフとなるようスイッチングできる。アナログスイッチ４４の構成に基づき、１つ以上の発光素子のストリングのオンおよびオフ時間周期は、ロジックレベルスイッチング信号１５０と相補的になることができる。デューティサイクルが所定レベル（例えば約１０％）よりも低下し、ノード２２００における出力電圧レベルが低下した際に、ピーク電流が所望の閾値よりも上昇すると、演算増幅器１７は、それがスイッチング手段１３のゲートに加えている電圧レベルを下げることができ、よってスイッチング手段はソフトな態様でスイッチングされ、一部の電力を消散させ、ピーク電流を制限する。しかしながら、極めて低いデューティサイクルでは、消散される総平均電力は少ないままにできる。
【００５７】
多数の発光素子ストリングを単一の電源で駆動する実施例では、回路のフィードバックループの部品を、発光素子ストリングの全てまたはグループについて組み合わせてもよいし、駆動される各発光素子ストリングについて別個の部品としてもよい。
【００５８】
本発明のこれまで説明した実施例は、例に過ぎず、多くの方法で変更できることは明らかである。かかる変形例は、発明の要旨から逸脱するものと見なすべきではなく、当技術分野で自明の、かかる全ての変形例は特許請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来技術で行われる、電圧コンバータでスイッチングが実行されているときの、負荷のための駆動電流の時間依存性を表す図である。
【図２】本発明の一実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【図３】本発明の一実施例に係わる調光制御回路を有する照明システムのための駆動電流の時間依存性を表す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施例に係わるサンプルアンドホールドフィードバック回路とオンオフスイッチングされる簡単な負荷との組み合わせを有する駆動制御装置に対する代表的な駆動電流の時間依存性を表す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施例に係わるサンプルアンドホールドフィードバック回路とオンオフスイッチングされる抵抗性負荷との組み合わせを有する駆動制御装置に対する代表的な駆動電流と時間依存性を表す図である。
【図５】本発明の別の実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【図６】本発明の一実施例に係わる駆動制御装置を各々のストリングが含む、発光素子の多数のストリングと共に単一の電源を備える照明システムを示す。
【図７】本発明の一実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【図８】図７に示された実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【図９】本発明の一実施例に従って構成された青色チャンネルの発光素子のドライバの回路図である。
【図１０】本発明の一実施例に従って構成された第１の緑色チャンネルの発光素子のドライバの回路図である。
【図１１】本発明の一実施例に従って構成された第２の緑色チャンネルの発光素子のドライバの回路図である。
【図１２】本発明の一実施例に従って構成された赤色チャンネルの発光素子のドライバの回路図である。
【図１３】本発明の一実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【図１４】図１３に示された実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【図１５】図１３に示された実施例に係わる駆動制御装置を有する別の照明システムを示す。
【図１６】本発明の一実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【図１７】図１６に示された実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【図１８】１つ以上の発光素子のストリングの高圧側に調光制御手段が設けられている、図１６の実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【図１９】本発明の一実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【図２０】図１９に示された駆動制御装置を有する照明システム内に組み込むことができるように構成されている電圧コンバータのセットアップ略図を示す。
【図２１】本発明の別の実施例に係わる駆動制御装置を有する照明システムを示す。
【符号の説明】
【００６０】
１１    電源
１２    電圧コンバータ
１３    スイッチング手段
１５    発光素子
１６    電流検出デバイス
１７    演算増幅器
１９    サンプルアンドホールド手段
１４０    調光制御信号
１８０    調光制御手段
９００    スイッチング手段
９１０    電流検出手段
【図１】
2009520331.tif 000003
【図２】
2009520331.tif 000004
【図３】
2009520331.tif 000005
【図４Ａ】
2009520331.tif 000006
【図４Ｂ】
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【図５】
2009520331.tif 000008
【図６】
2009520331.tif 000009
【図７】
2009520331.tif 000010
【図８】
2009520331.tif 000011
【図９】
2009520331.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
2009520331.tif 000014
【図１２】
2009520331.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
2009520331.tif 000017
【図１５】
2009520331.tif 000018
【図１６】
2009520331.tif 000019
【図１７】
2009520331.tif 000020
【図１８】
2009520331.tif 000021
【図１９】
2009520331.tif 000022
【図２０】
2009520331.tif 000023
【図２１】
2009520331.tif 000024
【国際調査報告】
2009520331.tif 000025
2009520331.tif 000026