(57)【要約】  矩形パルス発生器システムは、発生器出力信号を生成するように動作上構成され、発生器出力信号は変調矩形波形によってゲート制御されるベース矩形波形として形成され、ベース矩形波形は第1の周波数を有し、変調矩形波形は第1の周波数より少ない第2の周波数を有する。矩形パルス発生器システムに連結されたローパスフィルタは、発生器出力信号を表すフィルタ入力信号を受信して、フィルタ入力信号を表すフィルタ出力信号を生成するように構成される。ローパスフィルタに連結された電圧制御電流源は、LED駆動信号の電流レベルで決定される光束を生成する少なくとも1つのLEDによって導通される駆動信号を生成する。方法は、較正のために、そして、平均光束レベルを設定するために考案されている。
2019530198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発生器出力信号を生成するように動作上構成され、前記発生器出力信号は変調矩形波形によってゲート制御されるベース矩形波形として形成され、前記ベース矩形波形は第1の周波数を有し、前記変調矩形波形は前記第1の周波数より少ない第2の周波数を有する、矩形パルス発生器システムと、
カットオフ周波数を有するローパスフィルタであって、前記矩形パルス発生器システムに連結され、そして前記発生器出力信号を表すフィルタ入力信号を受信するように構成され、かつ、前記カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰している前記カットオフ周波数を上回る周波数を有する前記フィルタ入力信号を表すフィルタ出力信号を生成するように構成されるローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに連結され、そして前記制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するための前記フィルタ出力信号を表す制御電圧信号に応答する電圧制御電流源と、
前記LED駆動信号を導通するように構成される少なくとも1つのLEDであって、前記LED駆動信号の前記電流レベルで決定される光束を生成する少なくとも1つのLEDと
を含む、LED光束設定システム。
【請求項２】
前記矩形パルス発生器システムが前記変調矩形波形の前記第2の周波数を変化させるために制御可能である、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項３】
前記変調矩形波形が第2のデューティーサイクルを有するパルスを有し、そして前記矩形パルス発生器システムが前記第2のデューティーサイクルを変化させるように制御可能である、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項４】
前記矩形パルス発生器システムが前記ベース矩形波形の前記第1の周波数を変化させるために制御可能である、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項５】
前記ベース矩形波形が第1のデューティーサイクルを有するパルスを有し、そして前記矩形パルス発生器システムが前記第1のデューティーサイクルを変化させるように制御可能である、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項６】
前記ローパスフィルタが前記第1の周波数を下回るカットオフ周波数を有する、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項７】
前記ローパスフィルタが前記第2の周波数を上回るカットオフ周波数を有する、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項８】
前記矩形パルス発生器システムが前記ベース矩形波形を生成するためのベース矩形パルス発生器を含み、前記ベース矩形パルス発生器は前記ベース矩形波形をゲーティングするための前記変調矩形波形に応答する、請求項6に記載のLED光束設定システム。
【請求項９】
前記矩形パルス発生器システムが前記変調矩形波形を生成するための変調矩形パルス発生器をさらに含む、請求項8に記載のLED光束設定システム。
【請求項１０】
前記矩形パルス発生器システムが、ANDゲート、前記ANDゲートの第1の入力に連結されたベース矩形パルス発生器および前記ANDゲートの第2の入力に連結された変調矩形パルス発生器を含み、前記ベース矩形パルス発生器は前記ベース矩形波形を生成するように構成され、前記変調矩形パルス発生器は前記変調矩形波形を生成するように構成され、前記ANDゲートは前記ベース矩形波形および前記発生器出力信号を生成するための前記変調矩形波形に応答する、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項１１】
前記矩形パルス発生器システムが前記発生器出力信号を生成するように構成されるマイクロプロセッサを含む、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項１２】
前記矩形パルス発生器システムが、前記ベース矩形波形および前記変調矩形波形の少なくとも1つを生成するように構成されるマイクロプロセッサを含む、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項１３】
前記マイクロプロセッサが前記ベース矩形波形と前記変調矩形波形の両方を生成するように構成され、そして前記矩形パルス発生器システムが前記ベース矩形波形に応答するANDゲートおよび前記発生器出力信号を生成するための前記変調矩形波形をさらに含む、請求項12に記載のLED光束設定システム。
【請求項１４】
発生器出力信号を生成するように構成され、前記発生器出力信号が変調矩形波形によってゲート制御されるベース矩形波形として形成され、前記ベース矩形波形は10kHzを超える第1の周波数を有し、かつ前記変調矩形波形は前記第1の周波数の十分の一未満の第2の周波数を有するマイクロプロセッサであって、前記ベース矩形波形のデューティーサイクルおよび前記変調矩形波形の周波数およびデューティーサイクルを変化させるために制御可能である、マイクロプロセッサと、
前記第1の周波数と前記第2の周波数の間のカットオフ周波数を有し、前記矩形パルス発生器システムに連結され、そして、前記発生器出力信号を表すフィルタ入力信号を受信して、前記カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰している前記カットオフ周波数を上回る周波数を有する前記フィルタ入力信号を表す、フィルタ出力信号を生成するように構成されるローパスフィルタであって、コンデンサおよび抵抗分圧器を含み、前記抵抗分圧器は前記フィルタ入力信号の一部の電圧を前記コンデンサに印加する、ローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに連結され、そして前記制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するための前記フィルタ出力信号を表す制御電圧信号に応答する電圧制御電流源と、
前記LED駆動信号を導通するように構成される少なくとも1つのLEDであって、前記LED駆動信号の前記電流レベルで決定される光束を生成する少なくとも1つのLEDと
を含む、LED光束設定システム。
【請求項１５】
前記マイクロプロセッサが、前記ベース矩形波形の前記デューティーサイクルが制御可能であり、かつ前記変調矩形波形の前記デューティーサイクルおよび周波数が一定である第1のモードにおいて、そして、少なくとも、前記ベース矩形波形の前記デューティーサイクルおよび前記変調矩形波形の周波数が一定に保持され、かつ前記変調矩形波形の前記デューティーサイクルが制御可能である第2のモードにおいて、作動するように構成される、請求項14に記載のLED光束設定システム。
【請求項１６】
前記少なくとも第2のモードが第3のモードを含み、そして前記変調矩形波形の前記周波数が前記第2のモードおよび前記第3のモードにおいて異なる、請求項15に記載のLED光束設定システム。
【請求項１７】
矩形パルス発生器システムによって、第1の周波数および第1のデューティーサイクルを有するベース矩形波形を生成するステップと、
前記第1の周波数より少ない第2の周波数および第2のデューティーサイクルを有する変調矩形波形により前記ベース矩形波形をゲート制御するステップであって、前記ゲート制御されたベース矩形波形が発生器出力信号を形成する、ゲート制御するステップと、
カットオフ周波数を有するローパスフィルタにより前記発生器出力信号を表すフィルタ入力信号をフィルタリングして、前記カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰している前記カットオフ周波数を上回る周波数を有する前記フィルタ入力信号を表す、フィルタ出力信号を生成するステップと、
前記フィルタ出力信号を表す制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するステップと、
少なくとも1つのLEDに前記LED駆動信号を導通することにより前記LED駆動信号の前記電流レベルによって決定される光束を生成するステップと
を含む、LED光束設定方法。
【請求項１８】
前記矩形パルス発生器によって前記第1のデューティーサイクル、前記第2のデューティーサイクルおよび前記第2の周波数の意図された値を表す1つまたは複数の入力を受信するステップと、
前記受信した1つまたは複数の入力に応答して前記第1のデューティーサイクル、前記第2のデューティーサイクルおよび前記第2の周波数の前記値を設定するステップと
をさらに含む、請求項17に記載のLED光束設定方法。
【請求項１９】
100%の意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力の前記矩形パルス発生器に対するプロセッサによる供給と、
1つまたは複数の所定の時間平均光束較正値のそれぞれについて、設定されるときに、センサにより提供される前記時間平均光束測定値がほぼ前記時間平均光束較正値を有するようにさせる前記第1のデューティーサイクルの値を見つけてメモリに格納する、前記プロセッサによる動作と、
1つまたは複数の所定の第1のデューティーサイクル較正値のそれぞれについて、入力を前記矩形パルス発生器に提供して、前記第1のデューティーサイクルの前記値が前記第1のデューティーサイクル較正値に設定されるようにさせ、一旦前記第1のデューティーサイクルが設定されると、前記センサによって提供される、前記結果として得られる時間平均光束測定値を格納する、前記プロセッサによる動作と、
前記1つまたは複数の所定の時間平均光束較正値を用いて、前記第1のデューティーサイクルの前記1つまたは複数の格納値、前記1つまたは複数の所定の第1のデューティーサイクル較正値、前記1つまたは複数の格納された時間平均光束測定値、前記プロセッサがおそらく1つまたは複数の所定の定数と一緒にその後使用することができる1つまたは複数の当てはめ定数を算出してメモリに格納して、前記少なくとも1つのLEDによって生成される前記時間平均光束の前記センサから結果として定められた入手できる数値的な測定値になる前記第1のデューティーサイクルの近似の設定を決定する、前記プロセッサによる動作と
をさらに含む、請求項18に記載のLED光束設定方法。
【請求項２０】
前記プロセッサによって格納される当てはめ定数の値の前記数が2であり、前記第1のデューティーサイクルの前記近似の設定は二次関係の逆関数から決定され、その二次関係は、前記第1のデューティーサイクルがゼロであるときに、前記センサにより提供される前記数値的な測定値を前記第1のデューティーサイクルの前記値と関連づけて、ゼロの数値的な計測値を与える、請求項19に記載のLED光束設定方法。
【請求項２１】
プロセッサによって時間平均光束の意図された値を表す入力を受信するステップと、
前記第2のデューティーサイクルが100%である一方で前記第1のデューティーサイクルの前記値として設定されるときに、時間平均光束の前記意図された値にほぼ等しい、前記少なくとも1つのLEDによって結果として時間平均光束の生成にならなければならない、算出された第1のデューティーサイクル値の、当てはめ定数の格納値を使用した、前記プロセッサによる算出と、
前記算出された第1のデューティーサイクル値が100%より大きい場合は100%に等しく、前記算出された第1のデューティーサイクル値が前記所定の最小値未満である場合は100%より小さい所定の最小値に等しく、あるいは前記算出された第1のデューティーサイクル値が100%以下でかつ前記所定の最小値以上である場合は前記算出された第1のデューティーサイクル値に等しい、限られた第1のデューティーサイクル値の、前記プロセッサによる算出と、
前記限られた第1のデューティーサイクル値と同じに意図された第1のデューティーサイクル値を表す入力の前記矩形パルス発生器に対する前記プロセッサによる供給と、
前記算出された第1のデューティーサイクル値が前記定められた最小値以上である場合、100%の意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力の前記矩形パルス発生器に対する前記プロセッサによる供給と
をさらに含む、請求項18に記載のLED光束設定方法。
【請求項２２】
時間平均光束測定値の1つまたは複数の格納値からの、または、前記当てはめ定数の前記格納値を使用しての、前記第1のデューティーサイクルが前記所定の最小値に設定されて、かつ前記第2のデューティーサイクルが100%に設定されるときに予想される前記時間平均光束値F2の、前記プロセッサによる算出と、
ブール演算結果の前記プロセッサによる判定であって、前記ブール演算結果は時間平均光束の前記意図された値が時間平均光束値F2より小さく、かつ時間平均光束値F2の所定の小数部X以上である場合に真であり、前記ブール演算結果はそれ以外の場合に偽である、判定と、
前記ブール演算結果が真である場合、かつ、そうである場合だけにおける以下の動作の実行と、
時間平均光束値F2によって除算された時間平均光束の前記意図された値に等しい算出された第2のデューティーサイクル値の、前記プロセッサによる算出と、
所定の最小時間期間値を100%と前記算出された第2のデューティーサイクル値の間の差分に除算することによって取得される算出された第2の周波数値の、前記プロセッサによる算出と、
前記算出された第2のデューティーサイクル値と同じである意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力、および前記算出された第2の周波数値と同じである意図された第2の周波数値を表す入力の、前記矩形パルス発生器に対しての前記プロセッサによる供給と
をさらに含む、請求項21に記載のLED光束設定方法。
【請求項２３】
時間平均光束測定値の1つまたは複数の格納値からの、または、前記当てはめ定数の前記格納値を使用しての、前記第1のデューティーサイクルが前記所定の最小値に設定されて、かつ前記第2のデューティーサイクルが100%に設定されるときに予想される前記時間平均光束値F2の、前記プロセッサによる算出と、
ブール演算結果の前記プロセッサによる判定であって、前記ブール演算結果は時間平均光束の前記意図された値が時間平均光束値F2の所定の小数部Xより小さく、かつ時間平均光束値F2の所定の小数部Y以上である場合に真であり、前記ブール演算結果はそれ以外の場合に偽である、判定と、
前記ブール演算結果が真である場合、かつ、そうである場合だけにおける以下の動作の実行と、
時間平均光束値F2によって除算された時間平均光束の前記意図された値に等しい算出された第2のデューティーサイクル値の、前記プロセッサによる算出と、
前記算出された第2のデューティーサイクル値と同じである意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力、および所定の基準の第2の周波数値と同じである意図された第2の周波数値を表す入力の、前記矩形パルス発生器に対しての前記プロセッサによる供給と
をさらに含む、請求項21に記載のLED光束設定方法。
【請求項２４】
時間平均光束測定値の1つまたは複数の格納値からの、または、前記当てはめ定数の前記格納値を使用しての、前記第1のデューティーサイクルが前記所定の最小値に設定されて、かつ前記第2のデューティーサイクルが100%に設定されるときに予想される前記時間平均光束値F2の、前記プロセッサによる算出と、
ブール演算結果の前記プロセッサによる判定であって、前記ブール演算結果は時間平均光束の前記意図された値がゼロより大きく、かつ時間平均光束値F2の所定の小数部Yより小さい場合に真であり、前記ブール演算結果はそれ以外の場合に偽である、判定と、
前記ブール演算結果が真である場合、かつ、そうである場合だけにおける以下の動作の実行と、
時間平均光束値F2によって除算された時間平均光束の前記意図された値に等しい算出された第2のデューティーサイクル値の、前記プロセッサによる算出と、
所定の最小時間期間値によって除算された前記算出された第2のデューティーサイクル値に等しい算出された第2の周波数値の、前記プロセッサによる算出と、
前記算出された第2のデューティーサイクル値と同じである意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力、および前記算出された第2の周波数値と同じである意図された第2の周波数値を表す入力の、前記矩形パルス発生器に対しての前記プロセッサによる供給と
をさらに含む、請求項21に記載のLED光束設定方法。
【請求項２５】
ブール演算結果の前記プロセッサによる判定であって、前記ブール演算結果は時間平均光束の前記意図された値がゼロ以下である場合に真であり、前記ブール演算結果はそれ以外の場合に偽である、判定と、
前記ブール演算結果が真である場合、かつ、そうである場合だけにおける以下の動作の実行と、
ゼロの意図された第1のデューティーサイクル値を表す入力またはゼロの意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力の、前記矩形パルス発生器に対する前記プロセッサによる供給と
をさらに含む、請求項21に記載のLED光束設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、2016年9月30日に出願された米国の仮出願第62/402,514号の利益を主張し、その出願は、すべての目的のためにその全体を参照により本願明細書に援用したものとする。
【背景技術】
【０００２】
光束は光が光源によって発されている総レートを指し、それは、例えば、単位時間当たりの光エネルギーの単位での放射束、単位時間当たりの光子の数の単位での量子束もしくは光子束、または単位時間当たりルーメンの単位での光束(luminous flux)、という用語で表すことができる。
【０００３】
光源としてLED(発光ダイオード)を用いる照明技術において、種々の光束設定システムが存在し、それについて、2つの基本タイプを以下のように記載することができる。1つのタイプはアナログ調光タイプで、このタイプでは、電圧などの電気レベルの制御を用いて、駆動回路が1つまたは複数のLEDに通す電流を調節する。特定の光束で、LEDを通る電流量の設定は、ほぼ安定していて(DC)、制御電気レベルにほぼ比例してもよい。LEDの光束は、LEDを通る電流にほぼ比例してもよく、したがって、制御電気レベルにおおよそ比例してもよい。
【０００４】
光束設定システムのアナログ調光タイプは、特定の有効な電流範囲にわたって、LEDがより効率的に光を発生させ、かつそれらが、より高い電流における場合よりも、より低い電流においてはより長く持続する、という事実を利用することができる。非常に効率的な(約85%以上)スイッチングコンバータを利用してLEDを通る電流を調整するシステムは、最大光束レベルの高いエネルギー効率(消費される電気入力電源当たりの放射束)によって、そして、例えば、最大光束レベルの20パーセントまでの低い光束レベルのさらにより高いエネルギー効率によって作動することができる。加えて、このようなシステムのLEDは、より低い光束レベルでは、最大光束レベルで作動するときにそれらが呈する寿命を何倍も超えた動作期間にわたってそれらの性能を維持することができる。アナログ調光は、したがって、システムが可能である最大光束レベルより実質的に低い光束レベルで作動するLED照明システムにおいて省エネルギーおよび寿命延長の利点を産み出すことができる。通常、アナログ制御中のLED電流ドライバとして作用しているスイッチングコンバータは、5対1または10対1の範囲にわたり電流を制御して、その範囲の最小限未満に、完全に電流を止める。
【０００５】
別のタイプの光束設定システムは、パルス幅変調(PWM)タイプであり、パルス符号変調(PCM)タイプと呼ばれることもある。このタイプのシステムは、PWM信号として知られる矩形波形信号が0〜100パーセントの間のデューティーサイクルレンジングで高速に繰り返しエネルギー源をオン/オフするのを可能とすることによって、平均的光束を設定する。LEDで、発光は、PWM信号によってLEDを通る電流の変調を通して交互に完全にオンおよび完全にオフにすることができる。
【０００６】
アナログ調光のように、非常に効率的なスイッチングコンバータを利用して、LEDを通る電流を調整することができる。しかしながら、アナログ調光方法とは反対に、PWM光束設定システムは、LEDが完全にオンであるサイクルの部分の間、LEDをそれらの最大光束レベルで作動するものであり、最大光束レベルのために必要とされる電流レベルを下回る非ゼロレベルまで電流を減らすようには設計されていない。その結果、既存の技術のPWM光束設定システムはより低いLED電流から結果として得られる効率の増大を一般に利用せず、LEDの認められた寿命はデューティーサイクルに反比例して延びるが、光束設定がアナログ調光システムのような電流の削減によって達成される場合そうであるほど大きく寿命が延びない。PWM光束設定システムは、PWM信号のデューティーサイクルに正確に比例するものであり得る光束の正確な線形制御に関して利点があり、そして、LEDの波長スペクトルの安定性に関して利点があり得、それは、このスペクトルはLEDを通る瞬時電流に対していくらか依存し得て、その電流がPWMサイクルの最大電流部分の間は一定の状態に保たれるからである。加えて、PWMシステムは、アナログ調光システムが可能なよりも非常に広い範囲にわたって、平均的光束を制御することが通常できる。光束範囲は、最大電流がドライバにおいて達成され得る最小限のパルス時間によって、そして、フリッカ制限の下で許容され得るパルス間の最大期間によって制限される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
LED光束の制御のための装置および方法が記載される。
【０００８】
一実施例において、LED光束設定システムは、矩形パルス発生器システム、ローパスフィルタ、電圧制御電流源および少なくとも1つのLEDを含む。
【０００９】
矩形パルス発生器システムは、発生器出力信号を生成するように動作上構成され、発生器出力信号は変調矩形波形によってゲート制御されるベース矩形波形として形成され、ベース矩形波形は第1の周波数を有し、変調矩形波形は第1の周波数より少ない第2の周波数を有する。
【００１０】
ローパスフィルタは、カットオフ周波数を有し、矩形パルス発生器システムに連結され、そして発生器出力信号を表すフィルタ入力信号を受信して、かつ、カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰しているカットオフ周波数を上回る周波数を有するフィルタ入力信号を表すフィルタ出力信号を生成するように構成される。
【００１１】
電圧制御電流源は、ローパスフィルタに連結して、制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するためのフィルタ出力信号を表す制御電圧信号に応答する。
【００１２】
少なくとも1つのLEDは、LED駆動信号を導通するように構成され、その少なくとも1つのLEDがLED駆動信号の電流レベルによって決定される光束を生成する。
【００１３】
別の実施例では、LED光束設定システムは、マイクロプロセッサ、ローパスフィルタ、電圧制御電流源および少なくとも1つのLEDを含む。
【００１４】
マイクロプロセッサは発生器出力信号を生成するように構成され、発生器出力信号が変調矩形波形によってゲート制御されるベース矩形波形として形成され、ベース矩形波形は10kHzを超える第1の周波数を有し、かつ変調矩形波形は第1の周波数の十分の一未満の第2の周波数を有し、マイクロプロセッサはベース矩形波形のデューティーサイクルおよび変調矩形波形の周波数およびデューティーサイクルを変化させるために制御可能である。
【００１５】
ローパスフィルタは、第1の周波数と第2の周波数の間のカットオフ周波数を有し、矩形パルス発生器システムに連結され、そして、発生器出力信号を表すフィルタ入力信号を受信して、カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰しているカットオフ周波数を上回る周波数を有するフィルタ入力信号を表す、フィルタ出力信号を生成するように構成される。ローパスフィルタはコンデンサおよび抵抗分圧器を含み、抵抗分圧器がフィルタ入力信号の一部の電圧をコンデンサに印加する。
【００１６】
電圧制御電流源および少なくとも1つのLEDは、第1の実施例のものと類似している。
【００１７】
一実施例において、LED光束設定方法は、矩形パルス発生器システムによって、第1の周波数および第1のデューティーサイクルを有するベース矩形波形を生成するステップと、第1の周波数より少ない第2の周波数および第2のデューティーサイクルを有する変調矩形波形によりベース矩形波形をゲート制御するステップであって、ゲート制御されたベース矩形波形が発生器出力信号を形成する、ゲート制御するステップと、カットオフ周波数を有するローパスフィルタにより発生器出力信号を表すフィルタ入力信号をフィルタリングして、カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰しているカットオフ周波数を上回る周波数を有するフィルタ入力信号を表す、フィルタ出力信号を生成するステップと、フィルタ出力信号を表す制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するステップと、少なくとも1つのLEDにLED駆動信号を導通することによりLED駆動信号の電流レベルによって決定される光束を生成するステップとを含んで考案されている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】1つまたは複数のLEDに電流を供給する電圧制御電流源の例の概略ブロック図である。
【図２】図1に含まれる電圧制御電流源の電流対電圧特性の例のグラフである。
【図３】代表的なLEDに対するその動作範囲わたる様々な電流での光束値をグラフで示し、データ点への二次曲線の当てはめを含む。
【図４】図2および図3の代表的特性から結果として得られる図1の回路の近似の光束対制御電圧レスポンスをプロットする。
【図５】ローパスフィルタと連結された矩形パルス発生器を用いて制御電圧を生成する、ハイブリッド光束設定システムの例の概略ブロック図である。
【図６】単純なR-Cローパスフィルタの例の回路図を示す。
【図７】二段式R-Cローパスフィルタの例の回路図を示す。
【図８Ａ】PWM信号のデューティーサイクルが90%である場合の、ローパスフィルタの入力におけるPWM信号のフィルタの出力におけるほぼ直流の電圧への変換を示している、シミュレーション結果のグラフの例を示す。
【図８Ｂ】PWM信号のデューティーサイクルが20%である場合の、ローパスフィルタの入力におけるPWM信号のフィルタの出力におけるほぼ直流の電圧への変換を示している、シミュレーション結果のグラフの例を示す。
【図９】CPWM(複合パルス幅変調方式)ハイブリッド光束設定システムの第1の実装の例の概略ブロック図である。
【図１０】図9のシステムのCPWM発生器の中の、そして、ローパスフィルタの出力での信号の例示の波形をグラフ表示する。
【図１１Ａ】90%の変調デューティーサイクルでの動作のための、図9のシステムにおける変調波形およびシミュレーションされたローパスフィルタ出力電圧の例をグラフ表示する。
【図１１Ｂ】6%の変調デューティーサイクルでの動作のための、図9のシステムにおける変調波形およびシミュレーションされたローパスフィルタ出力電圧の例をグラフ表示する。
【図１２】図11Bにおいて用いられる変調周波数の半分の変調周波数での、そして図11Bにおいて用いられるものの半分に等しい変調デューティーサイクルによる動作のための、図9のシステムにおける変調波形およびシミュレーションされたローパスフィルタ出力電圧の例をグラフ表示する。
【図１３】1段式ローパスフィルタの代わりに二段式ローパスフィルタであることを除いて、図12のデータと同じデータであって、結果として、より正確に矩形波形を近似するフィルタ出力での波形になる例をグラフ表示する。
【図１４】ANDゲートに給電して、CPWM信号を生成する2つの矩形波形発生器の使用を特徴とするCPWMハイブリッド光束設定システムの第2の実装の例の概略ブロック図である。
【図１５】CPWM信号を生成するためのPWM出力を有するマイクロプロセッサの使用を特徴とするCPWMハイブリッド光束設定システムの第3の実装の例の概略ブロック図である。
【図１６】ANDゲートに給電して、このことによりCPWM信号を生成するための2つのPWM出力を有するマイクロプロセッサの使用を特徴とするCPWMハイブリッド光束設定システムの第4の実装の例の概略ブロック図である。
【図１７】CPWM信号を生成するためのマイクロプロセッサを使用し、電圧分割機能をローパスフィルタに含むCPWMハイブリッド光束設定システムの好ましい実施形態の例の概略ブロック図である。
【図１８】ユーザ入力デバイスを追加したCPWMハイブリッド光束設定システムの全般の実装の例の概略ブロック図である。
【図１９】CPWMハイブリッド光束設定システムを較正する方法の例のフローチャートである。
【図２０】CPWMハイブリッド光束設定システムによって種々の平均光束出力を設定する方法の例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
LED光束を制御するシステムのための開示される装置、アーキテクチャ、アルゴリズムおよび方法は、図面に関連して以下の詳細な説明のレビューを通して、よりよく理解される。詳細な説明および図面は、本明細書において記載されている種々の実施形態の例を提供する。当業者は、開示された例が開示された構造の要旨を逸脱しない範囲で変化させることができて、修正することができて、変更することができることを理解するであろう。多くの変形が、異なる応用および設計の検討のために考察されるが、簡潔さのために、すべての考察された変化が、以下の詳細な説明に個々に記載されているというわけではない。
【００２０】
LED光源において、通常、効率減少するか、またはLEDの寿命が激減するか、または同じ電流によって駆動される異なるLEDからの光束が次々に容認不可能に変化し始める前に、LEDの動作電流がどれくらい低くまで利用され得るかに対する限度がある。
【００２１】
さらに、スイッチングコンバータは、低電流レベルで作動されるときに、容認できないほど不正確な電流レベルを生じさせ得る。電気的に雑音が多いスイッチング環境でのLED電流の正確な検知は、電気雑音レベルを上回ってよく電圧を落とすのに十分高い電流検知抵抗を必要とする。電流検知抵抗を増加させて十分な電圧降下を低いLED電流で維持することは、結果としてより高いLED電流で消費電力が増加することになる。このより高い消費電力は、スイッチングコンバータの効率の低下を引き起こす。電流範囲と効率の間でトレードオフをしなければならない。
【００２２】
通常、アナログ制御中のLED電流ドライバとして作用しているスイッチングコンバータは、5対1または10対1の近傍の電流制御レンジに限られている。
【００２３】
複合PWM(CPWM)ハイブリッド光束設定システムの実施形態は、図1〜図20を参照してさらに詳細に記載される。種々の図面において、同様または類似の特徴は、同じ参照ラベルを有することができる。各図面は、オブジェクトの1つまたは複数の図を含むことができる。
【００２４】
図1は、アナログ制御された光源1の例の概略ブロック図を示す。電圧制御電流源2は、少なくとも1つのLED3に、LED電流Iを供給することができる。LED電流Iは、電圧制御電流源2のアナログ制御入力Aに存在する制御電圧Vに依存している。
【００２５】
制御電圧V上のLED電流Iへの依存関係は、図2の例によって与えられる電流対電圧グラフ50によって示すようなものであり得る。非常に低い制御電圧Vで、LED電流Iは、基本的にゼロでもよい。制御電圧Vが増加して値V2に到達するにつれて、LED電流Iは値V2に比例するレベルにジャンプすることができ、ここで比例定数は、LED電流Iと制御電圧Vの間の関係の実質的に線形部分51の傾斜に等しくてもよい。V2と飽和電圧V3間の制御電圧値で、制御電圧Vが、その値以上でLED電流Iが最大電流レベルIMAXで一定になることができる飽和電圧V3に到達するまで、LED電流Iは制御電圧Vに比例しているままであり得る。下降する制御電圧Vとともに、LED電流Iは同じ曲線をたどることができるが、実質的に線形の部分51は、LED電流Iがほぼゼロに落ちることができるV2とレベルV1の間の制御電圧Vレベルの間は続くことができるということは除く。V2とV1の間の違いは、ヒステリシスとして従来技術において周知であるが、制御電圧VがレベルV2およびV1の近くにあるときに電気雑音がある場合には、安定を維持するために、意図的に作り出すことができる。
【００２６】
LED電流I上の1つまたは複数のLED3によって発される光束Fの通常の依存関係は、図3の光束対電流グラフ100においてプロットされる。いくつかのマーカー101は、市販のLED用のデータシートからとられる各種レベルのLED電流Iで、光束F値を示す。当てはめられた光束対電流曲線102は、定数AおよびBが光束動対電流曲線102によって与えられる値とマーカー101によって与えられる値の不偏分散差を小さい数に下げるように調節された書式F=A・I2+B・Iの関係をグラフで示す。光束対電流曲線102が数パーセントより通常は良い精度でマーカー101と一致し得ることに留意することができる。
【００２７】
図2に示される制御電圧Vに対するLED電流I依存関係を図3に示されるLED電流Iに対する光束F依存関係と組み合わせることで、結果として図4の制御グラフ150によって示される制御電圧Vに対する光束F依存関係になる。図2の電流対電圧グラフ50の実質的に線形部分51が直線に近いため、図3に示される光束F対LED電流Iのほぼ二次の関係は、図4に示される制御電圧V曲線の関数としての光束Fの二次部分151として維持される。したがって二次部分151の上の光束Fと制御電圧Vの関係は、F=C・V2+D・Vとして厳密に近似することができる、ここで、Fは光束Fを定量化し、Vは制御電圧Vを定量化し、CおよびDはVから独立している。
【００２８】
定数CおよびDの有用な値は2つの異なる制御電圧点、電圧V4および電圧V5で光束Fの測定から決定することができ、図4のグラフ150に示すように電圧V1とV3の間で最適に選択される。電圧V4は電圧V2に近いものに設定して、制御電圧レベルV1で最小限の制御可能なレベルに適度に近いが確実に達成可能な光束F4を生成することができて、電圧V5は最大光束レベルのFMAXに適度に近いが、少ない光束F5を生成するために選ぶことができる。それから、定数CおよびDは、例えば、C=(F4/V4 - F5/V5)/(V4 - V5)および、D=(F5・V4/V5 - F4・V5/V4)/(V4 - V5)として独自に算出することができる。それから、CおよびDのこれらの値によって、制御電圧V2と制御電圧V3間のいかなる制御電圧Vの光束Fも、F=C・V2+D・Vによって厳密に近似することができる。この関係の逆関数を使用して、制御電圧V2と関連している光束レベルのF2と光束レベルのFMAXの間の光束Fを達成するために必要な制御電圧Vは、V=((1+4・C・F/D2)0.5-1)・D/(2・C)によって厳密に近似することができる。したがって、2つの光束レベルF4およびF5での制御電圧設定V4およびV5の決定は、それぞれ、結果として到達可能範囲の中でほぼ所望の光束Fを生成するために必要な制御電圧Vが容易に算出され得る較正とすることができる。
【００２９】
二次曲線を当てはめられた近似を用いることにより所与の到達できる光束Fを達成するために必要な制御電圧Vを決定するために記載されている方法は、単純で、分析的解法を使用する。しかしながら、低次および高次代数または多項式曲線の当てはめ等式がその代わりに用いられることができること、または、超越方程式、区分的等式もしくはテーブル索引を用いて、測定された光束対制御電圧曲線のより少ないか、またはより多くの点でとられる測定データを近似することができることは当業者に明らかであろう。また、解析的解法が利用できないか望ましくない場合、数値的な、反復および/または、テーブル索引方式を用いて、曲線の当てはめのためのパラメータを最適化することができ、制御電圧Vの近似値を見つけて所望の光束値Fを達成することができることは、明らかであろう。加えて、光束Fに関して制御電圧Vを与えている曲線当てはめ関数が制御電圧Vに関して光束Fを与えている関数の代わりに用いられることができ、それにより、関数を逆にして所望の光束値Fのための制御電圧レベルVを決定する必要を回避できることは明らかであろう。
【００３０】
図5は、ハイブリッド光束設定システム200の例のブロック図を示し、このシステムでは、ローパスフィルタ202とカスケード接続した矩形パルス発生器201を用いて、アナログ制御された光源1の電圧制御電流源2のアナログ制御入力Aにおいて制御電圧Vをつくる。
【００３１】
矩形パルス発生器201は、望ましい周波数および可変的なデューティーサイクルを有する信号を生成することができるPWM発生器でもよい。
【００３２】
ローパスフィルタ202は、直列抵抗251、並列コンデンサ252、フィルタ入力ノード253、フィルタ出力ノード254および電気接地ノード255を有する、図6に示される単純なR-Cフィルタ250などの、単純なR-C(抵抗器-コンデンサ)フィルタでもよい。直列抵抗251は、その2つの端部の一方でフィルタ入力ノード253に、そしてその他方の端部でフィルタ出力ノード254に電気的に接続することができ、そして並列コンデンサ252は、その2つの端部の一方でフィルタ出力ノード254に、そしてその他方の端部で電気接地ノード255に電気的に接続することができる。
【００３３】
あるいは、ローパスフィルタ202は、当分野で周知の、L-C(インダクタ-コンデンサ)フィルタ(図示せず)、図7で示すような二段式R-Cフィルタ300などの多段R-Cフィルタ、またはより複雑でないかより複雑なタイプの能動または受動フィルタでもよい。
【００３４】
二段式R-Cフィルタ300は、第1の抵抗器301、第1のコンデンサ302、第2の抵抗器303および第2のコンデンサ304を含むことができる。第1の抵抗器301は、その2つの端部の一方でフィルタ入力ノード253に、そしてその他方の端部で中間ノード305に電気的に接続することができ、そして第2の抵抗器303は、その2つの端部の一方で中間ノード305に、そしてその他方の端部でフィルタ出力ノード254に電気的に接続することができる。第1のコンデンサ302は、その2つの端部の一方で中間ノード305に、そしてその他方の端部で電気接地ノード255に電気的に接続することができ、そして第2のコンデンサ304は、その2つの端部の一方でフィルタ出力ノード254に、そしてその他方の端部で電気接地ノード255に電気的に接続することができる。
【００３５】
この説明の以前の段落および残りの部分において使われる「ノード」という用語は、回路の点として定義することができ、その点には回路要素の1つまたは複数の端子が電気的に接続され得、実質的に同一の電位または電圧を有することができる。
【００３６】
図8Aおよび図8Bに示すのは、一般の電圧VG対時間Tの第1のグラフ350および第2のグラフ351である。第1のグラフ350において、第1の軌跡352は矩形パルス発生器201によって発生する90%のデューティーサイクルを有する矩形波形をプロットして、第2の軌跡353は図5のハイブリッド光束設定システム200における電圧制御電流源2のアナログ制御入力Aで結果として得られる定常状態の制御電圧Vの例をプロットする。この例では、ローパスフィルタ202は、図6に示すように、第1の軌跡352を有する矩形波形の期間の7.48倍に等しい特定のR・C時定数を有する、単純なR-Cフィルタ250でもよい。この例では、矩形パルス発生器201の出力インピーダンスが無視できるほど小さく、アナログ制御入力Aの入力インピーダンスがローパスフィルタ202のフィルタ出力ノード203に無視できるほどの負荷を示すのに十分高いと仮定することができる。図8Aにおいて第2の軌跡353によって図示するように、90%のデューティーサイクルから生じている定常状態制御電圧Vは、第1の軌跡352によってプロットされる矩形波形のピーク電圧VPEAKの約90%に等しいほぼDC(直流電流)の電圧であり得る。
【００３７】
図8Bの第2のグラフ351において、第3の軌跡354は矩形パルス発生器201によって発生する20%のデューティーサイクルを有する矩形波形をプロットして、第4の軌跡355は電圧制御電流源2のアナログ制御入力Aで結果として得られる定常状態制御電圧Vをプロットする。この例では、デューティーサイクル以外のすべての条件は図8Aの第1のグラフ350と関連した条件から不変であると仮定することができる。第4の軌跡355は、20%のデューティーサイクルの結果から生じている定常状態制御電圧Vが、第3の軌跡354によってプロットされる矩形波形のピーク電圧VPEAKの約20%に等しいほぼ直流電圧となり得ることを説明している。
【００３８】
一般に、0%〜100%の範囲のいかなるデューティーサイクルに対しても、上記の条件の下の図5のハイブリッド光束設定システム200のほぼ直流制御電圧Vの平均的な電圧は、デューティーサイクルかける矩形波形のピーク電圧VPEAKに実質的に等しいものであり得て、したがって、デューティーサイクルのいくらか予測可能かつおよそ線形の関数であり得る。図5において図解されるハイブリッド光束設定システム200については、所望の光束を達成するために制御電圧Vを較正するための、そして設定するための、以前に記載されている技術は、PWMデューティーサイクルが制御変数として制御電圧Vの代わりに使われるときに、等しく良好に適用することができる。
【００３９】
図9は、一例として、CPWMハイブリッド光束設定システムの第1の実装400を示して、その中には、第2の矩形パルス発生器401が図5のハイブリッド光束設定システム200に追加されている。第2の矩形パルス発生器401の第2の出力402は、矩形パルス発生器201上の変調入力Mに接続している。変調入力Mによって起動された変調は、第2の矩形パルス発生器401の第2の出力402の信号が実質的にそのピークにあるときは常に、矩形パルス発生器201の第1の出力403の信号が図5および図8を参照して以前記載されていたのと実質的に同じであり、第2の矩形パルス発生器401の第2の出力402の信号が実質的にその最低限であるときは常に、矩形パルス発生器201の第1の出力403の電圧がほぼゼロであるようにすることができる。
【００４０】
図10の変調結果グラフ450は特定のケースで経時的に3つの電圧をプロットして、第1の実装400の動作の例を示す。変調軌跡451は、第2の矩形パルス発生器401の第2の出力402での、電圧対時間をプロットする。示される特定のケースにおいて、変調軌跡451は、50%のPWMデューティーサイクルがある。変調された軌跡452は、矩形パルス発生器201の第1の出力403での、電圧対時間をプロットする。示される特定の例において、矩形パルス発生器201は、変調軌跡451の周波数の20倍に等しい周波数で作動して、20%のPWMデューティーサイクルがある。フィルタ処理結果軌跡453は、ローパスフィルタ202のフィルタ出力ノード203での、電圧対時間をプロットする。例として示される特定のケースにおいて、ローパスフィルタ202は、R・C時定数が矩形パルス発生器201の周期(その周期は、矩形パルス発生器201が作動する周波数の逆数として定義される)の7.48倍である、図6で示す単純なR-Cフィルタ250であるとみなされる。
【００４１】
変調軌跡451がピーク電圧VPEAKである時間Tの間、フィルタ処理結果軌跡453が図8の第4の軌跡355によって示される定常状態に向かって上昇すること、そして、変調軌跡451によって示される電圧がゼロである時間期間の間、フィルタ処理結果軌跡453がゼロに向かって低下することが認められるであろう。
【００４２】
図11Aおよび図11Bは、それぞれ90%変調デューティーサイクルグラフ500および6%変調デューティーサイクルグラフ501で、第2の矩形パルス発生器401の周波数が、図10においてグラフで示される状況に対してデューティーサイクルの変化以外の他の変化なしで矩形パルス発生器201の周波数設定の2,000分の1に設定されるときに、達成することができる結果の例を示す。
【００４３】
図11Aの90%変調デューティーサイクルグラフ500において、90%変調軌跡502は、第2の矩形パルス発生器401のデューティーサイクルが90%に設定されるときの、第2の矩形パルス発生器401の第2の出力402での電圧をプロットする。フィルタ出力ノード203での結果として得られる波形は、90%結果軌跡503によって示される。90%の結果軌跡503は、ピーク電圧VPEAKの20%に等しいピーク振幅VCTLを有し、90%のデューティーサイクルを有する、矩形波形をほぼ表す。図9に示すように電圧制御電流源2のアナログ制御入力Aに示されると、この矩形波形は、ピーク振幅VCTLに等しい定常電圧がアナログ制御入力Aに示されるときに、電圧制御電流源2が1つまたは複数のLED3を通して駆動する最大LED電流Iの20%をパルス幅変調するように作用することができる。LEDからの平均的光束は、したがって、最大電流IMAX(図2を参照)の20%の安定したLED電流Iで発される光束の約90%である。
【００４４】
第2の矩形パルス発生器401のデューティーサイクルが低い値に落とされる場合、LEDからの平均的光束はそれに応じて低下する。図11Bの6%変調デューティーサイクルグラフ501において、6%変調軌跡505は、第2の矩形パルス発生器401のデューティーサイクルが6%であるときの、第2の矩形パルス発生器401の第2の出力402での電圧をプロットする。フィルタ出力ノード203での結果として得られる波形は、6%結果軌跡506によって示される。6%の結果軌跡506は、ピーク電圧VPEAKの20%に等しいピーク振幅VCTLを有し、かつ6%のデューティーサイクルを有する、矩形波形をほぼ表す。図9に示すように電圧制御電流源2のアナログ制御入力Aに示されると、この矩形波形は、ピーク振幅VCTLに等しい定常電圧がアナログ制御入力Aに示されるときに電圧制御電流源2が1つまたは複数のLED3を通して駆動する最大LED電流Iの20%をパルス幅変調するように作用することができる。LEDからの平均的光束は、したがって、最大電流IMAX(図2を参照)の20%の安定したLED電流Iで発される光束の約6%である。
【００４５】
フィルタ出力ノード203での結果として得られる波形が矩形波形を厳密に近似する限り、LEDからの平均的光束が第2の矩形パルス発生器401のデューティーサイクルに実質的に比例することは、当業者には明らかであろう。
【００４６】
第2の矩形パルス発生器401の第2の出力402でのパルスの幅が小さくなりすぎると、矩形波形に対する近似が悪くなることも明らかであろう。矩形からの偏差は、6%変調デューティーサイクルグラフ501に示される6%の結果軌跡506で有意になり始めている。第2の矩形パルス発生器401のデューティーサイクル、およびそれ故にパルス幅の更なる減少は、事実、ピーク振幅VCTLが著しく不足するようになるフィルタ出力ノード203でのパルスという結果になり得る。この線形性との偏差を防止するために、デューティーサイクルが減少するような第2の矩形パルス発生器401のパルス幅の狭小化は、フィルタ出力ノード203の波形の方形からの容認できない偏差が発生する場合がある点に満たない点で止まらなければならない。第2の矩形パルス発生器401のデューティーサイクルの更なる減少は、次に第2の矩形パルス発生器401からのパルスの周波数の減少を通して達成することができる。
【００４７】
図12のグラフ550は例として、第2の矩形パルス発生器401の周波数が図11Bで特徴づけられる周波数の半分に減少するときに発生し得る結果を示す。3%の変調軌跡551は第2の矩形パルス発生器401の出力での電圧をプロットし、それはここで3%のデューティーサイクルを有する。3%結果軌跡552は、図11Bの波形と同じ程度に矩形波形を近似するが、ただしここで3%のデューティーサイクルを有する、フィルタ出力ノード203での結果として得られる波形の例を示す。第2の矩形パルス発生器401からのパルス幅が一定のままである限り、デューティーサイクルは第2の矩形パルス発生器401の周波数の低下を通して低く任意に設定することができる。当業者に明らかであるように、デューティーサイクルはこの周波数の逆数の正確な線形関数である。
【００４８】
図11Bおよび図12において示される結果は、単純なR-Cフィルタ250(図6)のものより高いオーダーのフィルタを使用することにより改善することができる。図13において、改善された結果のグラフ600は、単純なR-Cフィルタ250をローパスフィルタ202として作用する二段式R-Cフィルタ300(図7)に交換することを除いて、すべてのパラメータを図12に対して選択されるものから変更していない、第1の実装400(図9)からの結果の例を示す。改善された結果グラフ600の例の二段式R-Cフィルタ300の中の成分の値は、第1の直列抵抗器301が5,500オーム、第1のシャントコンデンサ302が1275pF、第2の直列抵抗器303が16,500オーム、そして第2のシャントコンデンサ304が425pFである。図13の改善された3%結果軌跡601を図12の3%の結果軌跡552と比較することで、所与の成分値を有する二段式R-Cフィルタ300が、3%のデューティーサイクルを有する矩形波形をより厳密に近似する3%の結果軌跡をどのように産み出すことができるかについて示すことができる。したがって、複雑さにいくらかコストをかけて、第2の矩形パルス発生器401のデューティーサイクルの関数としてのLED電流の直線性はより正確にすることができ、または、既存の程度の直線性はより低いデューティーサイクル限度まで維持することができる。
【００４９】
例えば、矩形パルス発生器201の周波数設定が増加されて、単純なR-Cフィルタ250のR・C時定数が矩形パルス発生器201の周期の平方根に比例して減少する場合、類似の改善がローパスフィルタ202として作用している単純なR-Cフィルタ250で達成し得ることは、当業者には明らかであろう。しかしながら、矩形パルス発生器201の速度および正確さに対する制限ならびに回路の寄生リアクタンスによって生じる問題を含む実際的な制限は、矩形パルス発生器201が性能の結果の減少なしで設定することができる最大周波数を制限することになり得る。
【００５０】
PWM発生器を別のPWM発生器で変調して図10の変調された軌跡452によって例証されるタイプ、および図11A〜図13の基礎をなしているタイプの波形を生成する技術は、複合パルス幅変調方式(CPWM)と称することができる。第2の矩形パルス発生器401および図9に示すように互いに接続している矩形パルス発生器201の組合せは、第1の出力403でCPWM信号を生成することができる矩形パルス発生器システムであると考えることができる。
【００５１】
ハイブリッド光束設定システム200(図5)を制御可能なCPWM発生器を設計することができる多くの方法がある。図14は、CPWMハイブリッド光束設定システムの第2の実装650のブロック図を示す。この実装のCPWM発生器は、各々ANDゲート653の別々の入力に接続している高周波PWM発生器651および低周波PWM発生器652を含む。当業者に明らかであるように、第2の実装650で接続されるようなANDゲート653は100%の振幅変調器として作用することができ、ANDゲート出力654の波形は図10の変調された軌跡452によって例証されるタイプでもよい。
【００５２】
図14に示すようにすべて互いに接続している高周波PWM発生器651、低周波PWM発生器652およびANDゲート653の組合せは、その出力654でCPWM信号を生成することができる矩形パルス発生器システムであると考えることができる。
【００５３】
図15は、CPWMハイブリッド光束設定システムの第3の実装700のブロック図を示す。PWM出力702を有するマイクロプロセッサ701は内部タイマーによって実質的に任意の時間にPWM出力702の信号をオン/オフするようにプログラムすることができ、それにより、PWM出力702を100%の振幅変調の影響下に置く。多くの市販のマイクロプロセッサは、CPU(中央処理装置)リソースを用いずにPWM信号を生成するための内蔵機能を有する。このようなマイクロプロセッサは、出力端子(例えばPWM出力702)の広い制限、周波数およびデューティーサイクルの範囲内で、実質的に任意のもののPWM信号を出力するために設定することができる。このようなマイクロプロセッサは、CPU制御の下で実質的に任意の時間にPWM出力をオン/オフして、このことによりCPWM信号を生成するようにプログラムされ得るタイマーを含むこともできる。いくつかの場合では、マイクロプロセッサは2つのPWM信号を生成する能力を有することができて、これらのPWM信号の一方に他方の出力をオン/オフさせ、そのことによりそれを変調する。このような装置では、CPUはほとんど、またはまったく必要としなくてもよい。その一方で、内部PWM発生器は無いがデジタル出力およびタイミング能力を有するマイクロプロセッサは、出力を1と0の間で移行するCPUからの適切な時間調整されたコマンドによってCPWM信号を出力するようにプログラムすることができる。
【００５４】
図15を参照して上記の通りに構成されて、プログラムされるマイクロプロセッサ701は、その出力702でCPWM信号を生成することができる矩形パルス発生器システムであると考えることができる。
【００５５】
図16は、CPWMハイブリッド光束設定システムの第4の実装750のブロック図を示す。第1のPWM出力752および第2のPWM出力753を含む二重PWM出力751を有するマイクロプロセッサは、これらの出力のそれぞれをANDゲート653の入力の1つに接続させることができる。ANDゲート出力654の結果は、図14の第2の実装650と同じであり得る。第4の実装750は、2つのPWM出力を(CPU関与なしで)自動的に生成することができるマイクロプロセッサを用いることにより、それらの出力の一方の他方による自動変調を内部的に提供することはできないが、CPU関与なしでCPWM信号を生成するために適用され得るという利点がある。
【００５６】
図14に示すように互いに接続している二重PWM出力751とANDゲート653を有するマイクロプロセッサの組合せは、その出力654でCPWM信号を生成することができる矩形パルス発生器システムであると考えることができる。
【００５７】
図9、図14、図15および図16はハイブリッド光束設定システム200を制御するために使用可能なCPWM発生器の例を示すが、記載されているCPWM信号を生成することができる、示されていない他のタイプの電子回路部品および波形発生器も存在することが当業者に明らかであろう。
【００５８】
CPWMハイブリッド光束設定システムの好ましい実施形態は、以下の通りに説明することができる。図17を参照すると、好ましい実施形態800は、そのドライバが少なくとも1つのLED3を駆動するために接続され得るアナログ制御入力Aで0.2〜1.5ボルトの範囲の制御電圧Vによって線形に制御可能な電流出力Iを有する、電圧制御電流源2を含むことができる。アナログ制御入力Aは、1メグオームを超える入力インピーダンスを有することができる。電圧制御電流源2は、100マイクロ秒未満の応答時間(制御電圧Vの変化に応じた新たな電流出力設定の1パーセント以内に定まるLED電流Iのために必要とされる時間として定義される)を有することができる。
【００５９】
好ましい実施形態800は、抵抗11,000オームの入力抵抗801を含むローパスフィルタ202、抵抗11,000オームの分周器抵抗器802、および、容量6800pFの出力シャントコンデンサ803を含むこともできる。入力抵抗801は、その2つの端部の一方でフィルタ入力ノード253に対して、そして、その他方の端部でフィルタ出力ノード203に対して、電気的に接続することができる。分周器抵抗器802は、その2つの端部の一方でフィルタ出力ノード203に対して、そして、その他方の端部で電気接地ノード255に対して、電気的に接続することができる。出力シャントコンデンサ803は、その2つの端部の一方でフィルタ出力ノード203に対して、そして、その他方の端部で電気接地ノード255に対して、電気的に接続することができる。フィルタ出力ノード203は、アナログ制御入力Aに接続することができる。
【００６０】
さらに、例えば16MHzのクロックスピードで作動して、200kHzに等しい周波数fbaseおよび任意のデューティーサイクルDbaseを有する、PWM出力702でのPWM波形を出力している自動PWM発生器を有するマイクロプロセッサ701は、好ましい実施形態800に含むことができる。PWM出力702は、フィルタ入力ノード253に接続することができる。マイクロプロセッサ701は、3.3ボルトで調整される電源(図示せず)によって駆動することができる。マイクロプロセッサ701は、電流のソーシングのための、そして、電流のシンキングのための100オーム未満の出力抵抗を有するPWM出力702で、CMOS(相補型金属酸化膜半導体)出力段を有することができる。PWM出力702の信号のピーク電圧は3.3ボルトに実質的に等しくてもよく、PWM出力702の信号の最小限の電圧は0.0ボルトに実質的に等しくてもよい。
【００６１】
マイクロプロセッサ701は、任意の変調周波数fmodおよび任意のデューティーサイクルDmodでPWM信号をオン/オフすることによってPWM出力702を変調するようにプログラムすることができる。PWM信号がオフであるときに、PWM出力702はゼロボルトであってもよい。PWM出力702の最終信号は、したがって、ピーク振幅3.3ボルトを有するCPWM信号でもよい。
【００６２】
ローパスフィルタ202は、2対1の分圧器として、そして、37.4マイクロ秒のR・C時定数を有するR-Cフィルタとしての両方で作用することができる。フィルタ出力ノード203での電圧は、そこからの変調された信号がPWM出力702で示される自動PWM発生器の、デューティーサイクルDbaseに応じて、ゼロボルトから1.65ボルトの範囲であり得る。
【００６３】
例えば、CPWMハイブリッド光束設定システムのより一般の実装850は、図18に示される。それは、CPWM出力信号を生成するように動作上構成される矩形パルス発生器システム851、矩形パルス発生器システム851に連結されて発生器出力信号を表すフィルタ入力信号を受信するように構成されるローパスフィルタ202、およびアナログ制御された光源1を含むことができる。アナログ制御された光源1は、アナログ制御入力Aを有する電圧制御電流源2と、中を通るLED電流Iが電圧制御電流源2による駆動信号として提供される1つまたは複数のLED3とを含むことができる。電圧制御電流源2は、そのアナログ制御入力Aを通してローパスフィルタ202のフィルタ出力ノード203に連結することができる。
【００６４】
ユーザ入力デバイス852は、矩形パルス発生器システム851に連結して、ユーザまたはセンサ入力が変調周波数fmod、変調デューティーサイクルDmodおよびデューティーサイクルDbaseを含むことができる制御変数の値および変調されているPWM信号の周波数fbaseを選択することを可能にする。ユーザ入力デバイス852は、コンピュータ、スマートフォン、端末または、ユーザ入力、センサ信号もしくは自動コマンドなどの刺激に反応することができ、そして矩形パルス発生器システム851を制御することができる、他のいかなるタイプの装置でもよい。ユーザ入力デバイス852と矩形パルス発生器システム851の間の連結は、無線でもよく、または配線接続でもよい。
【００６５】
CPWMハイブリッド光束設定システムのLED光束特性は、LED光束に周知の応答を有する光センサが利用できるならば、較正することができる。較正手順の例に対するフローチャートは、図19に示される。
【００６６】
例えば、好ましい実施形態800のLED光束特性は、以下のように較正することができる。変調されているPWM信号の周波数fbaseは200kHzに設定することができ、変調周波数fmodは200ヘルツに設定することができる。変調デューティーサイクルDmodは、100%に設定することができる。それから、デューティーサイクルDbaseは、光センサで測定されて、システムに対する値F1の最大の保証されたLED光束に等しいLED光束Fを達成するように調節することができる。この調節の結果得られるデューティーサイクルDbaseの値は、D1として記録することができる。それから、デューティーサイクルDbaseはD2=20%の値に設定することができて、光センサで測定されるその結果のLED光束値F2は記録することができる。それから、2つの定数GおよびHは、G=(F1/D1-F2/D2)/(D1-D2)および、H=(F2・D1/D2-F1・D2/D1)/(D1-D2)として算出することができる。それから、2つの定数J=H/(2・G)およびK=G/H2の値が算出されて、マイクロプロセッサ701の不揮発性メモリのLED光束値F2とともに格納することができる。定数JおよびKならびにLED光束F2のこれらの格納値は、システムの較正定数を構成することができる。
【００６７】
動作において、種々のLED光束設定は、例えば、次のパラグラフにおいて詳述されるように、達成することができる。図20は、この例に適用できるフローチャートを示す。
【００６８】
F2より大きいいかなるLED光束値Fに対しても、変調デューティーサイクルDmodは100%に設定することができ、デューティーサイクルDbaseは、1またはDset1=J・((1+4・K・F)0.5-1)のうちの小さい方に設定することができる。このケースは、制御モード1と称することができる。
【００６９】
LED光束F2からLED光束X・F2に下がる範囲のいかなるLED光束値Fに対しても、この例ではX=0.9であるが、デューティーサイクルDbaseはD2=20%で凍結することができ、変調デューティーサイクルDmodは値Dset2=F/F2に設定することができ、そして、変調周波数fmodは、fset2=(1-Dset2)/Tに設定することができ、Tはこの例で500マイクロ秒である。このケースは、制御モード2と称することができる。
【００７０】
光束X・F2から光束Y・F2に下がる範囲のいかなるLED光束値Fに対しても、この例ではY=0.1であるが、デューティーサイクルDbaseはD2=20%で凍結されたままであり得て、変調周波数fmodは、この例では200Hzに等しい値fset3に設定することができ、そして変調デューティーサイクルDmodは値Dset3=F/F2に設定することができる。このケースは、制御モード3と称することができる。
【００７１】
光束Y・F2から任意に低い平均光束値に下がる範囲のいかなるLED光束値Fに対しても、デューティーサイクルDbaseはD2=20%のままであることができ、変調デューティーサイクルDmodは値Dset4=F/F2に設定することができ、変調周波数fmodはfset4=Dset4/Tに設定することができ、Tはこの例で500マイクロ秒である。このケースは、制御モード4と称することができる。
【００７２】
最後に、ゼロ以下のLED光束値Fに対して、それは、変調デューティーサイクルDmodをゼロに設定すること、および/または自動PWM発生器のデューティーサイクルDbaseをゼロに設定することのいずれでも十分である。このケースは、制御モード5と称することができる。
【００７３】
全体として、この方式で、5つの制御モードがある。この5モードの方法の背景となる原理は、以下の通りである。
【００７４】
制御モード1はアナログ制御方式を使用して、LEDを調光する。少なくとも1つのLED3および一緒にとられる電圧制御電流源2の消費される電力の単位当たりの光束と定義される効率は、少なくとも1つのLED3を通るLED電流Iがその最高レベルから最高レベルの約20%に落ちるにつれて上がる、という事実が利用される。この第1の制御モードでは、制御変数はマイクロプロセッサ701のPWM発生器のデューティーサイクルDbaseであり、この制御変数の関数としての光束は所望の光束を生成するために必要なコントロール変数値を算出するために逆にすることができる二次関係に実質的に正確に当てはまる。その他の4つの制御モードは、LEDの動作電流を高効率の20%レベルに保つ。20%のレベルは、信頼性が高くかつ一貫したLEDの動作のためにLEDメーカーによって定められる動作電流の範囲の低位端を十分に上回ることができる。
【００７５】
値F1の最大の保証されたLED光束で、少なくとも1つのLED3がいくつかの例で他の例より効率的であり得るので、Dset1の較正値は100%より小さくてもよい。Dset1の計算値が100%を超えるままでない限り、制御モード1の方法は正確な応答を生じさせているF1より大きいLED光束Fの設定に適応することができる。LED光束Fのユーザから導かれた設定がDset1の計算値が100%を超えるほど高い場合、Dset1は正確に100%に制限され、それはシステムが可能である最大のLED光束Fを生成することができる。
【００７６】
制御モード2パルス符号は最大電流の20%を変調し、時間期間T=500マイクロ秒の間周期的にそれをオフにする。このオフタイム期間は、ドライバおよびローパスフィルタ出力の両方が平均的光束の著しい応答時間関連エラーを防止するために十分に定まることができるようにするのに十分長い。この制御モードの変調周波数fmodは、任意に低い値から最高200ヘルツまで変化する。人間にはわずらわしいものであり得るフリッカは、光束が200ヘルツを下回る変調周波数fmodでオン/オフされるときに、識別可能になり始める。しかしながら、オフ時間がわずか500マイクロ秒で、変調によって生じる平均的減光が10%以下であるときには、フリッカは知覚できないものであり得る。好ましい実施形態の例において、100ヘルツの変調周波数fmodでの平均的減光は5%であり、50ヘルツではわずか2.5%である。フリッカは、微々たるものとなるはずである。
【００７７】
制御モード3では、変調周波数fmodは200ヘルツで一定のままであるが、一方で変調デューティーサイクルは変化する。フリッカは、200ヘルツの変調周波数によって回避される。この制御モードの平均光束範囲の低位端は変調パルス幅が500マイクロ秒に減少するときに発生し、それを下回ると、応答時間は平均的光束設定の正確さに影響を及ぼす可能性もある。
【００７８】
制御モード4では、変調デューティーサイクルは変調周波数fmodに依存し、それは200ヘルツ未満に低下して平均的光束の減少を続け、それとともに変調パルス幅を500マイクロ秒に維持する。この制御モードの欠点は、光束がさらに減じるにつれて、フリッカが顕著になるということである。しかしながら、植物の光合成のための光の供給などのいくつかの用途では、フリッカは取るに足らないものであり得る。
【００７９】
制御モード5では、意図は、LED光束がゼロであるように、少なくとも1つのLED3を完全にオフにすることである。この意図は、パルスが発生しないようにベースPWM発生器またはモジュレータのデューティーサイクルがゼロに設定される場合、達成される。
【００８０】
全体として、記載されている設定および成分値での5モードハイブリッドアナログ/PWM LED光束設定方式は、50対1のフリッカフリーの調光範囲にわたって、そして、認知可能なフリッカが許容されるときに実質的に無限の調光範囲にわたって、正確な平均的光束設定を提供する。ユーザ指定された光束Fを達成するために変調周波数fmod、変調デューティーサイクルDmodおよびマイクロプロセッサの自動PWMデューティーサイクルDbaseを算出して、設定するためのコードは、マイクロプロセッサ701にプログラムすることができ、操作をユーザに見えないようにかつ表面上瞬間的なものにする。
【００８１】
記載されているLED光束設定システムは、アナログ制御が適度な調光レベルで提供することができる改善された効率を利用して、さらにPWMが提供することができる高い直線性および拡張された調光範囲の利点を保つ。それは、いかなる調光レベルの光束も光源性能のユニットごとの変動にかかわらず、光源ごとに一定であり得るように、LED光束の較正を提供する。それによって、ユーザがLED光束を最大保証されたLED光束値F1を超える値に設定して、システムが可能である最大レベルまでLED光束を達成することもできる。加えて、記載されているLED光束設定システムは光源のフリッカを最小化し、そのためフリッカは、純粋なPWMコントロールでカバーできるより広い平均LED光束値の範囲にわたって無視できる。
【００８２】
このLED光束設定方式の動作上の態様における多くの変形が考察され得ることは、当業者によってよく理解されるであろう。制御フェーズ間のクロスオーバ点は変えることができ、最大周波数および応答時間許容は変えることができ、ローパスフィルタ設計および順序は変えることができ、フリッカフリーの照明のために満たすべき基準は変えることができ、CPWM発生方式は変えることができ、較正または曲線当てはめ方法は変更することができ、および/または、記載されていない他の変更もあり得る。精度、フリッカおよび、減光要件範囲または許容幅応じて、制御フェーズの1つまたは複数は完全に除去することができるか、または、追加のコントロール位相を追加することができる。
【００８３】
本明細書において記載されるCPWMハイブリッド光束設定システムは、LED照明制御に対してだけではなく、修正によって、モーター制御、電力制御または他の事項の制御にも適用することができる。CPWMハイブリッド光束設定システムは、制御される事項が、高い制御レベルにおけるよりも低いアナログ制御レベルでより効率的に作動する用途で、特に有益であり得る。
【００８４】
調節は、動作温度および経過期間などの変数を補償するために、LED光束設定システムに追加することができる。例えば、LED光束を設定するためのCPWM信号を発生させておよび/または制御するマイクロプロセッサは温度センサを含むことができて、マイクロプロセッサは、LEDの測定温度および流動対温度特性を利用してターゲット光束レベルFがLED光束設定システムによって達成されるように適切に調節して、このことにより温度差を修正することができる。
【００８５】
したがって、実施形態が具体的に図とともに記載されているが、多くの変形がその中でなされ得る。特徴、機能、要素および/または特性の他の組合せを用いることができる。異なる組合せを対象とするか、同じ組合せを対象とするか、範囲が異なるか、より広いか、より狭いか、あるいは等しいか、いずれにせよ、そのような変形も含まれる。
【００８６】
本節の残りの部分は、一連のパラグラフとして、制限無しに提示される複合PWMハイブリッドLED光束設定システムの追加の態様および特徴を記載し、その一部または全部は、明快さおよび効率のために英数字で指定され得る。これらのパラグラフのそれぞれは、1つまたは複数の他のパラグラフと、および/またはいかなる好適な方法でも参照により本出願に引用したものとする資料を含む本出願の他の所からの開示と、組み合わせることができる。下記のパラグラフのいくつかは明白に他のパラグラフを参照して、かつさらに制限し、そして、限定されるものではないが好適な組合せのいくつかの例を提供する。
【００８７】
A1。発生器出力信号を生成するように動作上構成され、発生器出力信号は変調矩形波形によってゲート制御されるベース矩形波形として形成され、ベース矩形波形は第1の周波数を有し、変調矩形波形は第1の周波数より少ない第2の周波数を有する、矩形パルス発生器システムと、
カットオフ周波数を有するローパスフィルタであって、矩形パルス発生器システムに連結され、そして発生器出力信号を表すフィルタ入力信号を受信するように構成され、かつ、カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰しているカットオフ周波数を上回る周波数を有するフィルタ入力信号を表すフィルタ出力信号を生成するように構成されるローパスフィルタと、
ローパスフィルタに連結され、そして制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するためのフィルタ出力信号を表す制御電圧信号に応答する電圧制御電流源と、
LED駆動信号を導通するように構成される少なくとも1つのLEDであって、LED駆動信号の電流レベルで決定される光束を生成する少なくとも1つのLEDと
を含む、LED光束設定システム。
【００８８】
A2。矩形パルス発生器システムが変調矩形波形の第2の周波数を変化させるために制御可能である、パラグラフA1に記載のLED光束設定システム。
【００８９】
A3。変調矩形波形が第2のデューティーサイクルを有するパルスを有し、そして矩形パルス発生器システムが第2のデューティーサイクルを変化させるように制御可能である、パラグラフA1に記載のLED光束設定システム。
【００９０】
A4。矩形パルス発生器システムがベース矩形波形の第1の周波数を変化させるために制御可能である、パラグラフA1に記載のLED光束設定システム。
【００９１】
A5。ベース矩形波形が第1のデューティーサイクルを有するパルスを有し、そして矩形パルス発生器システムが第1のデューティーサイクルを変化させるように制御可能である、パラグラフA1に記載のLED光束設定システム。
【００９２】
A6。ローパスフィルタが第1の周波数を下回るカットオフ周波数を有する、パラグラフA1に記載のLED光束設定システム。
【００９３】
A7。ローパスフィルタが第2の周波数を上回るカットオフ周波数を有する、パラグラフA1に記載のLED光束設定システム。
【００９４】
A8。矩形パルス発生器システムがベース矩形波形を生成するためのベース矩形パルス発生器を含み、ベース矩形パルス発生器はベース矩形波形をゲーティングするための変調矩形波形に応答する、パラグラフA6に記載のLED光束設定システム。
【００９５】
A9。矩形パルス発生器システムが変調矩形波形を生成するための変調矩形パルス発生器をさらに含む、パラグラフA8に記載のLED光束設定システム。
【００９６】
A10。矩形パルス発生器システムが、ANDゲート、ANDゲートの第1の入力に連結されたベース矩形パルス発生器およびANDゲートの第2の入力に連結された変調矩形パルス発生器を含み、ベース矩形パルス発生器はベース矩形波形を生成するように構成され、変調矩形パルス発生器は変調矩形波形を生成するように構成され、ANDゲートはベース矩形波形および発生器出力信号を生成するための変調矩形波形に応答する、パラグラフA1に記載のLED光束設定システム。
【００９７】
A11。矩形パルス発生器システムが発生器出力信号を生成するように構成されるマイクロプロセッサを含む、パラグラフA1に記載のLED光束設定システム。
【００９８】
A12。矩形パルス発生器システムが、ベース矩形波形および変調矩形波形の少なくとも1つを生成するように構成されるマイクロプロセッサを含む、パラグラフA1に記載のLED光束設定システム。
【００９９】
A13。マイクロプロセッサがベース矩形波形と変調矩形波形の両方を生成するように構成され、そして矩形パルス発生器システムがベース矩形波形に応答するANDゲートおよび発生器出力信号を生成するための変調矩形波形をさらに含む、パラグラフA12に記載のLED光束設定システム。
【０１００】
A14。発生器出力信号を生成するように構成され、発生器出力信号が変調矩形波形によってゲート制御されるベース矩形波形として形成され、ベース矩形波形は10kHzを超える第1の周波数を有し、かつ変調矩形波形は第1の周波数の十分の一未満の第2の周波数を有するマイクロプロセッサであって、ベース矩形波形のデューティーサイクルおよび変調矩形波形の周波数およびデューティーサイクルを変化させるために制御可能である、マイクロプロセッサと、
第1の周波数と第2の周波数の間のカットオフ周波数を有し、矩形パルス発生器システムに連結され、そして、発生器出力信号を表すフィルタ入力信号を受信して、カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰しているカットオフ周波数を上回る周波数を有するフィルタ入力信号を表す、フィルタ出力信号を生成するように構成されるローパスフィルタであって、コンデンサおよび抵抗分圧器を含み、抵抗分圧器はフィルタ入力信号の一部の電圧をコンデンサに印加する、ローパスフィルタと、
ローパスフィルタに連結され、そして制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するためのフィルタ出力信号を表す制御電圧信号に応答する電圧制御電流源と、
LED駆動信号を導通するように構成される少なくとも1つのLEDであって、LED駆動信号の電流レベルで決定される光束を生成する少なくとも1つのLEDと
を含む、LED光束設定システム。
【０１０１】
A15。マイクロプロセッサが、ベース矩形波形のデューティーサイクルが制御可能であり、かつ変調矩形波形のデューティーサイクルおよび周波数が一定である第1のモードにおいて、そして、少なくとも、ベース矩形波形のデューティーサイクルおよび変調矩形波形の周波数が一定に保持され、かつ変調矩形波形のデューティーサイクルが制御可能である第2のモードにおいて、作動するように構成される、パラグラフA14に記載のLED光束システム。
【０１０２】
A16。少なくとも第2のモードが第3のモードを含み、そして変調矩形波形の周波数が第2のモードおよび第3のモードにおいて異なる、パラグラフA15に記載のLED光束設定システム。
【０１０３】
B1。矩形パルス発生器システムによって、第1の周波数および第1のデューティーサイクルを有するベース矩形波形を生成するステップと、
第1の周波数より少ない第2の周波数および第2のデューティーサイクルを有する変調矩形波形によりベース矩形波形をゲート制御するステップであって、ゲート制御されたベース矩形波形が発生器出力信号を形成する、ゲート制御するステップと、
カットオフ周波数を有するローパスフィルタにより発生器出力信号を表すフィルタ入力信号をフィルタリングして、カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰しているカットオフ周波数を上回る周波数を有するフィルタ入力信号を表す、フィルタ出力信号を生成するステップと、
フィルタ出力信号を表す制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するステップと、
少なくとも1つのLEDにLED駆動信号を導通することによりLED駆動信号の電流レベルによって決定される光束を生成するステップと
を含む、LED光束設定方法。
【０１０４】
B2。矩形パルス発生器によって第1のデューティーサイクル、第2のデューティーサイクルおよび第2の周波数の意図された値を表す1つまたは複数の入力を受信するステップと、
受信した1つまたは複数の入力に応答して第1のデューティーサイクル、第2のデューティーサイクルおよび第2の周波数の値を設定するステップと
をさらに含む、パラグラフB1に記載のLED光束設定方法。
【０１０５】
B3。100%の意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力の矩形パルス発生器に対するプロセッサによる供給と、
1つまたは複数の所定の時間平均光束較正値のそれぞれについて、設定されるときに、センサにより提供される時間平均光束測定値がほぼ時間平均光束較正値を有するようにさせる第1のデューティーサイクルの値を見つけてメモリに格納する、プロセッサによる動作と、
1つまたは複数の所定の第1のデューティーサイクル較正値のそれぞれについて、入力を矩形パルス発生器に提供して、第1のデューティーサイクルの値が第1のデューティーサイクル較正値に設定されるようにさせ、一旦第1のデューティーサイクルが設定されると、センサによって提供される、結果として得られる時間平均光束測定値を格納する、プロセッサによる動作と、
1つまたは複数の所定の時間平均光束較正値を用いて、第1のデューティーサイクルの1つまたは複数の格納値、1つまたは複数の第1のデューティーサイクル較正値、1つまたは複数の格納された時間平均光束測定値、プロセッサがおそらく1つまたは複数の所定の定数と一緒にその後使用することができる1つまたは複数の当てはめ定数を算出してメモリに格納して、少なくとも1つのLEDによって生成される時間平均光束のセンサから結果として定められた入手できる数値的な測定値になる第1のデューティーサイクルの近似の設定を決定する、プロセッサによる動作と
をさらに含む、パラグラフB2に記載のLED光束設定方法。
【０１０６】
B4。プロセッサによって格納される当てはめ定数の値の数が2であり、第1のデューティーサイクルの近似の設定は二次関係の逆関数から決定され、その二次関係は、第1のデューティーサイクルがゼロであるときに、センサにより提供される数値的な測定値を第1のデューティーサイクルの値と関連づけて、ゼロの数値的な計測値を与える、パラグラフB3に記載のLED光束設定方法。
【０１０７】
B5。プロセッサによって時間平均光束の意図された値を表す入力を受信するステップと、
第2のデューティーサイクルが100%である一方で第1のデューティーサイクルの値として設定されるときに、時間平均光束の意図された値にほぼ等しい、少なくとも1つのLEDによって結果として時間平均光束の生成にならなければならない、算出された第1のデューティーサイクル値の、当てはめ定数の格納値を使用した、プロセッサによる算出と、
算出された第1のデューティーサイクル値が100%より大きい場合は100%に等しく、算出された第1のデューティーサイクル値が所定の最小値未満である場合は100%より小さい所定の最小値に等しく、あるいは算出された第1のデューティーサイクル値が100%以下でかつ所定の最小値以上である場合は算出された第1のデューティーサイクル値に等しい、限られた第1のデューティーサイクル値の、プロセッサによる算出と、
限られた第1のデューティーサイクル値と同じに意図された第1のデューティーサイクル値を表す入力の矩形パルス発生器に対するプロセッサによる供給と、
算出された第1のデューティーサイクル値が定められた最小値以上である場合、100%の意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力の矩形パルス発生器に対するプロセッサによる供給と
をさらに含む、パラグラフB2に記載のLED光束設定方法。
【０１０８】
B6。時間平均光束測定値の1つまたは複数の格納値からの、または、当てはめ定数の格納値を使用しての、第1のデューティーサイクルが所定の最小値に設定されて、かつ第2のデューティーサイクルが100%に設定されるときに予想される時間平均光束値F2の、プロセッサによる算出と、
ブール演算結果のプロセッサによる判定であって、ブール演算結果は時間平均光束の意図された値が時間平均光束値F2より小さく、かつ時間平均光束値F2の所定の小数部X以上である場合に真であり、ブール演算結果はそれ以外の場合に偽である、判定と、
ブール演算結果が真である場合、かつ、そうである場合だけにおける以下の動作の実行と、
時間平均光束値F2によって除算された時間平均光束の意図された値に等しい算出された第2のデューティーサイクル値の、プロセッサによる算出と、
所定の最小時間期間値を100%と算出された第2のデューティーサイクル値の間の差分に除算することによって取得される算出された第2の周波数値の、プロセッサによる算出と、
算出された第2のデューティーサイクル値と同じである意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力、および算出された第2の周波数値と同じである意図された第2の周波数値を表す入力の、矩形パルス発生器に対してのプロセッサによる供給と
をさらに含む、パラグラフB5に記載のLED光束設定方法。
【０１０９】
B7。時間平均光束測定値の1つまたは複数の格納値からの、または、当てはめ定数の格納値を使用しての、第1のデューティーサイクルが所定の最小値に設定されて、かつ第2のデューティーサイクルが100%に設定されるときに予想される時間平均光束値F2の、プロセッサによる算出と、
ブール演算結果のプロセッサによる判定であって、ブール演算結果は時間平均光束の意図された値が時間平均光束値F2の所定の小数部Xより小さく、かつ時間平均光束値F2の所定の小数部Y以上である場合に真であり、ブール演算結果はそれ以外の場合に偽である、判定と、
ブール演算結果が真である場合、かつ、そうである場合だけにおける以下の動作の実行と、
時間平均光束値F2によって除算された時間平均光束の意図された値に等しい算出された第2のデューティーサイクル値の、プロセッサによる算出と、
算出された第2のデューティーサイクル値と同じである意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力、および所定の基準の第2の周波数値と同じである意図された第2の周波数値を表す入力の、矩形パルス発生器に対してのプロセッサによる供給と
をさらに含む、パラグラフB5に記載のLED光束設定方法。
【０１１０】
B8。時間平均光束測定値の1つまたは複数の格納値からの、または、当てはめ定数の格納値を使用しての、第1のデューティーサイクルが所定の最小値に設定されて、かつ第2のデューティーサイクルが100%に設定されるときに予想される時間平均光束値F2の、プロセッサによる算出と、
ブール演算結果のプロセッサによる判定であって、ブール演算結果は時間平均光束の意図された値がゼロより大きく、かつ時間平均光束値F2の所定の小数部Yより小さい場合に真であり、ブール演算結果はそれ以外の場合に偽である、判定と、
ブール演算結果が真である場合、かつ、そうである場合だけにおける以下の動作の実行と、
時間平均光束値F2によって除算された時間平均光束の意図された値に等しい算出された第2のデューティーサイクル値の、プロセッサによる算出と、
所定の最小時間期間値によって除算された算出された第2のデューティーサイクル値に等しい算出された第2の周波数値の、プロセッサによる算出と、
算出された第2のデューティーサイクル値と同じである意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力、および算出された第2の周波数値と同じである意図された第2の周波数値を表す入力の、矩形パルス発生器に対してのプロセッサによる供給と
をさらに含む、パラグラフB5に記載のLED光束設定方法。
【０１１１】
B9。ブール演算結果のプロセッサによる判定であって、ブール演算結果は時間平均光束の意図された値がゼロ以下である場合に真であり、ブール演算結果はそれ以外の場合に偽である、判定と、
ブール演算結果が真である場合、かつ、そうである場合だけにおける以下の動作の実行と、
ゼロの意図された第1のデューティーサイクル値を表す入力またはゼロの意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力の、矩形パルス発生器に対するプロセッサによる供給と
をさらに含む、パラグラフB5に記載のLED光束設定方法。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本開示に記載されている方法と装置は、一般照明産業、装飾照明産業、専門照明産業、農業照明産業、栽培照明産業、調査照明産業、軍事照明産業、およびLEDまたは他の電気駆動ソースが光を生成するために使用される他のすべての産業に適用できる。それらは、アイテムが、電気的に制御されるようになっており、パルス符号変調制御と組み合わせたアナログ制御の正確な実装から恩恵を得ることができる他の産業にも適用できる。
【符号の説明】
【０１１３】
1  光源
2  電圧制御電流源
3  LED
50  電流体電圧グラフ
51  線形部分
100  光束対電流グラフ
101  マーカー
102  光束対電流曲線
150  制御グラフ
151  二次部分
200  ハイブリッド光束設定システム
201  矩形パルス発生器
202  ローパスフィルタ
203  フィルタ出力ノード
250  R-Cフィルタ
251  直列抵抗
252  並列コンデンサ
253  フィルタ入力ノード
254  フィルタ出力ノード
255  電気接地ノード
300  二段式R-Cフィルタ
301  第1の直列抵抗器
302  第1のシャントコンデンサ
303  第2の直列抵抗器
304  第2シャントのコンデンサ
305  中間ノード
350  第1のグラフ
351  第2のグラフ
352  第1の軌跡
353  第2の軌跡
354  第3の軌跡
355  第4の軌跡
400  第1の実装
401  第2の矩形パルス発生器
402  第2の出力
403  第1の出力
450  変調結果グラフ
451  変調軌跡
452  変調された軌跡
453  フィルタ処理結果軌跡
500  90%変調デューティーサイクルグラフ
501  6%変調デューティーサイクルグラフ
502  90%変調軌跡
503  90%結果軌跡
505  6%変調軌跡
506  6%結果軌跡
550  グラフ
551  3%変調軌跡
552  3%結果軌跡
600  改善された結果グラフ
601  改善された3%結果軌跡
650  第2の実装
651  高周波PWM発生器
652  低周波PWM発生器
653  ANDゲート
654  ANDゲート出力
700  第3の実装
701  マイクロプロセッサ
702  PWM出力
750  第4の実装
751  二重PWM出力
752  第1のPWM出力
753  第2のPWM出力
800  好ましい実施形態
801  入力抵抗
802  分周器抵抗器
803  出力シャントコンデンサ
850  より一般の実装
851  矩形パルス発生器システム
852  ユーザ入力デバイス
A  制御入力
Dbase  デューティーサイクル
Dmod  変調デューティーサイクル
F  光束、LED光束値
fbase  周波数
fmod  変調周波数
F1  光束値
F2  LED光束値
I  LED電流
IMAX  最大電流レベル
M  変調入力
T  時間
V  制御電圧
VCTL  ピーク振幅
VG  一般の電圧
VPEAK  ピーク電圧
V1  電圧の値
V2  電圧の値
V3  飽和電圧
V4  電圧の値
V5  電圧の値
【図１】
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【図２】
2019530198.tif 000004
【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７】
2019530198.tif 000009
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2019530198.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2019530198.tif 000013
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
2019530198.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月28日(2019.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発生器出力信号を生成するように動作上構成され、前記発生器出力信号は変調矩形波形によってゲート制御されるベース矩形波形として形成され、前記ベース矩形波形は第1の周波数を有し、前記変調矩形波形は前記第1の周波数より少ない第2の周波数を有する、矩形パルス発生器システムと、
カットオフ周波数を有するローパスフィルタであって、前記矩形パルス発生器システムに連結され、そして前記発生器出力信号を表すフィルタ入力信号を受信するように構成され、かつ、前記カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰している前記カットオフ周波数を上回る周波数を有する前記フィルタ入力信号を表すフィルタ出力信号を生成するように構成されるローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに連結され、そして制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するための前記フィルタ出力信号を表す前記制御電圧信号に応答する電圧制御電流源と、
前記LED駆動信号を導通するように構成される少なくとも1つのLEDであって、前記LED駆動信号の前記電流レベルで決定される光束を生成する少なくとも1つのLEDと
を含む、LED光束設定システム。
【請求項２】
前記矩形パルス発生器システムが前記変調矩形波形の前記第2の周波数を変化させるために制御可能である、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項３】
前記変調矩形波形が第2のデューティーサイクルを有するパルスを有し、そして前記矩形パルス発生器システムが前記第2のデューティーサイクルを変化させるように制御可能である、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項４】
前記矩形パルス発生器システムが前記ベース矩形波形の前記第1の周波数を変化させるために制御可能である、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項５】
前記ベース矩形波形が第1のデューティーサイクルを有するパルスを有し、そして前記矩形パルス発生器システムが前記第1のデューティーサイクルを変化させるように制御可能である、請求項1に記載のLED光束設定システム。
【請求項６】
発生器出力信号を生成するように構成され、前記発生器出力信号が変調矩形波形によってゲート制御されるベース矩形波形として形成され、前記ベース矩形波形は10kHzを超える第1の周波数を有し、かつ前記変調矩形波形は前記第1の周波数の十分の一未満の第2の周波数を有するマイクロプロセッサであって、前記ベース矩形波形のデューティーサイクルおよび前記変調矩形波形の周波数およびデューティーサイクルを変化させるために制御可能である、マイクロプロセッサと、
前記第1の周波数と前記第2の周波数の間のカットオフ周波数を有し、矩形パルス発生器システムに連結され、そして、前記発生器出力信号を表すフィルタ入力信号を受信して、前記カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰している前記カットオフ周波数を上回る周波数を有する前記フィルタ入力信号を表す、フィルタ出力信号を生成するように構成されるローパスフィルタであって、コンデンサおよび抵抗分圧器を含み、前記抵抗分圧器は前記フィルタ入力信号の一部の電圧を前記コンデンサに印加する、ローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに連結され、そして制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するための前記フィルタ出力信号を表す前記制御電圧信号に応答する電圧制御電流源と、
前記LED駆動信号を導通するように構成される少なくとも1つのLEDであって、前記LED駆動信号の前記電流レベルで決定される光束を生成する少なくとも1つのLEDと
を含む、LED光束設定システム。
【請求項７】
前記マイクロプロセッサが、前記ベース矩形波形の前記デューティーサイクルが制御可能であり、かつ前記変調矩形波形の前記デューティーサイクルおよび周波数が一定である第1のモードにおいて、そして、少なくとも、前記ベース矩形波形の前記デューティーサイクルおよび前記変調矩形波形の周波数が一定に保持され、かつ前記変調矩形波形の前記デューティーサイクルが制御可能である第2のモードにおいて、作動するように構成される、請求項6に記載のLED光束設定システム。
【請求項８】
前記少なくとも第2のモードが第3のモードを含み、そして前記変調矩形波形の前記周波数が前記第2のモードおよび前記第3のモードにおいて異なる、請求項7に記載のLED光束設定システム。
【請求項９】
矩形パルス発生器システムによって、第1の周波数および第1のデューティーサイクルを有するベース矩形波形を生成するステップと、
前記第1の周波数より少ない第2の周波数および第2のデューティーサイクルを有する変調矩形波形により前記ベース矩形波形をゲート制御するステップであって、前記ゲート制御されたベース矩形波形が発生器出力信号を形成する、ゲート制御するステップと、
カットオフ周波数を有するローパスフィルタにより前記発生器出力信号を表すフィルタ入力信号をフィルタリングして、前記カットオフ周波数を下回る周波数と比較して減衰している前記カットオフ周波数を上回る周波数を有する前記フィルタ入力信号を表す、フィルタ出力信号を生成するステップと、
前記フィルタ出力信号を表す制御電圧信号の電圧レベルを表す電流レベルを有するLED駆動信号を生成するステップと、
少なくとも1つのLEDに前記LED駆動信号を導通することにより前記LED駆動信号の前記電流レベルによって決定される光束を生成するステップと
を含む、LED光束設定方法。
【請求項１０】
前記矩形パルス発生器によって前記第1のデューティーサイクル、前記第2のデューティーサイクルおよび前記第2の周波数の意図された値を表す1つまたは複数の入力を受信するステップと、
前記受信した1つまたは複数の入力に応答して前記第1のデューティーサイクル、前記第2のデューティーサイクルおよび前記第2の周波数の前記値を設定するステップと
をさらに含む、請求項9に記載のLED光束設定方法。
【請求項１１】
100%の意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力の前記矩形パルス発生器に対するプロセッサによる供給と、
1つまたは複数の所定の時間平均光束較正値のそれぞれについて、設定されるときに、センサにより提供される時間平均光束測定値がほぼ前記時間平均光束較正値を有するようにさせる前記第1のデューティーサイクルの値を見つけてメモリに格納する、前記プロセッサによる動作と、
1つまたは複数の所定の第1のデューティーサイクル較正値のそれぞれについて、入力を前記矩形パルス発生器に提供して、前記第1のデューティーサイクルの前記値が前記第1のデューティーサイクル較正値に設定されるようにさせ、一旦前記第1のデューティーサイクルが設定されると、前記センサによって提供される、結果として得られる時間平均光束測定値を格納する、前記プロセッサによる動作と、
前記1つまたは複数の所定の時間平均光束較正値を用いて、前記第1のデューティーサイクルの前記1つまたは複数の格納値、前記1つまたは複数の所定の第1のデューティーサイクル較正値、前記1つまたは複数の格納された時間平均光束測定値、前記プロセッサがおそらく1つまたは複数の所定の定数と一緒にその後使用することができる1つまたは複数の当てはめ定数を算出してメモリに格納して、前記少なくとも1つのLEDによって生成される前記時間平均光束の前記センサから結果として定められた入手できる数値的な測定値になる前記第1のデューティーサイクルの近似の設定を決定する、前記プロセッサによる動作と
をさらに含む、請求項10に記載のLED光束設定方法。
【請求項１２】
前記プロセッサによって格納される当てはめ定数の値の数が2であり、前記第1のデューティーサイクルの前記近似の設定は二次関係の逆関数から決定され、その二次関係は、前記第1のデューティーサイクルがゼロであるときに、前記センサにより提供される前記数値的な測定値を前記第1のデューティーサイクルの前記値と関連づけて、ゼロの数値的な計測値を与える、請求項11に記載のLED光束設定方法。
【請求項１３】
プロセッサによって時間平均光束の意図された値を表す入力を受信するステップと、
前記第2のデューティーサイクルが100%である一方で前記第1のデューティーサイクルの前記値として設定されるときに、時間平均光束の前記意図された値にほぼ等しい、前記少なくとも1つのLEDによって結果として時間平均光束の生成にならなければならない、算出された第1のデューティーサイクル値の、当てはめ定数の格納値を使用した、前記プロセッサによる算出と、
前記算出された第1のデューティーサイクル値が100%より大きい場合は100%に等しく、前記算出された第1のデューティーサイクル値が所定の最小値未満である場合は100%より小さい前記所定の最小値に等しく、あるいは前記算出された第1のデューティーサイクル値が100%以下でかつ前記所定の最小値以上である場合は前記算出された第1のデューティーサイクル値に等しい、限られた第1のデューティーサイクル値の、前記プロセッサによる算出と、
前記限られた第1のデューティーサイクル値と同じに意図された第1のデューティーサイクル値を表す入力の前記矩形パルス発生器に対する前記プロセッサによる供給と、
前記算出された第1のデューティーサイクル値が前記定められた最小値以上である場合、100%の意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力の前記矩形パルス発生器に対する前記プロセッサによる供給と
をさらに含む、請求項10に記載のLED光束設定方法。
【請求項１４】
時間平均光束測定値の1つまたは複数の格納値からの、または、前記当てはめ定数の前記格納値を使用しての、前記第1のデューティーサイクルが前記所定の最小値に設定されて、かつ前記第2のデューティーサイクルが100%に設定されるときに予想される前記時間平均光束値F2の、前記プロセッサによる算出と、
ブール演算結果の前記プロセッサによる判定であって、前記ブール演算結果は時間平均光束の前記意図された値が時間平均光束値F2より小さく、かつ時間平均光束値F2の所定の小数部X以上である場合に真であり、前記ブール演算結果はそれ以外の場合に偽である、判定と、
前記ブール演算結果が真である場合、かつ、そうである場合だけにおける以下の動作の実行と、
時間平均光束値F2によって除算された時間平均光束の前記意図された値に等しい算出された第2のデューティーサイクル値の、前記プロセッサによる算出と、
所定の最小時間期間値を100%と前記算出された第2のデューティーサイクル値の間の差分に除算することによって取得される算出された第2の周波数値の、前記プロセッサによる算出と、
前記算出された第2のデューティーサイクル値と同じである意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力、および前記算出された第2の周波数値と同じである意図された第2の周波数値を表す入力の、前記矩形パルス発生器に対しての前記プロセッサによる供給と
をさらに含む、請求項13に記載のLED光束設定方法。
【請求項１５】
時間平均光束測定値の1つまたは複数の格納値からの、または、前記当てはめ定数の前記格納値を使用しての、前記第1のデューティーサイクルが前記所定の最小値に設定されて、かつ前記第2のデューティーサイクルが100%に設定されるときに予想される前記時間平均光束値F2の、前記プロセッサによる算出と、
ブール演算結果の前記プロセッサによる判定であって、前記ブール演算結果は時間平均光束の前記意図された値が時間平均光束値F2の所定の小数部Xより小さく、かつ時間平均光束値F2の所定の小数部Y以上である場合に真であり、前記ブール演算結果はそれ以外の場合に偽である、判定と、
前記ブール演算結果が真である場合、かつ、そうである場合だけにおける以下の動作の実行と、
時間平均光束値F2によって除算された時間平均光束の前記意図された値に等しい算出された第2のデューティーサイクル値の、前記プロセッサによる算出と、
前記算出された第2のデューティーサイクル値と同じである意図された第2のデューティーサイクル値を表す入力、および所定の基準の第2の周波数値と同じである意図された第2の周波数値を表す入力の、前記矩形パルス発生器に対しての前記プロセッサによる供給と
をさらに含む、請求項13に記載のLED光束設定方法。
【国際調査報告】
2019530198.tif 000025