(57)【要約】【課題】適応的ＰＷＭ制御を含む多チャンネルＬＥＤドライバを提供する。【解決手段】多チャンネルＬＥＤドライバは個別のチャンネルにそれぞれ関連した複数のＬＥＤストリングからなる。電圧調整器は、入力電圧及びＰＷＭ制御信号に応答して複数のＬＥＤストリングに出力電圧を生成する。第１の制御ロジックは、複数のＬＥＤストリングの各々の最下部の電圧に応答してＰＷＭ制御信号を生成する。複数の調光回路はそれぞれ、複数のＬＥＤストリングの複数の最下部のうちの１つに接続され、調光制御信号に応答して複数のＬＥＤストリングの各々の光強度を制御する。第２の制御ロジックは、複数のＬＥＤストリングの各々でモニタされた順方向電流及び調光データに応答して調光制御信号を生成する。【選択図】図３
2011082170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個別のチャンネルにそれぞれ関連した複数のＬＥＤストリングと、
入力電圧及びＰＷＭ制御信号に応答して前記複数のＬＥＤストリングに出力電圧を生成する電圧調整器と、
前記複数のＬＥＤストリングの各々の最下部の電圧に応答して前記ＰＷＭ制御信号を生成する第１の制御ロジックと、
それぞれ前記複数のＬＥＤストリングの複数の前記最下部のうちの１つに接続され、調光制御信号に応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々の光強度を制御する複数の調光回路と、
前記複数のＬＥＤストリングの各々でモニタされた順方向電流及び調光データに応答して、前記調光制御信号を生成する第２の制御ロジックとからなることを特徴とする多チャンネルＬＥＤドライバ。
【請求項２】
前記複数の調光回路は、
前記複数のＬＥＤストリングのうちの１つの最下部に接続されたスイッチング・トランジスタと、
前記調光制御信号に応答して前記スイッチング・トランジスタのゲートに基準電圧を選択的に接続するスイッチとを更に含む請求項１記載の多チャンネルＬＥＤドライバ。
【請求項３】
第２の制御ロジックは、
スイッチング・トランジスタに接続され、前記複数のＬＥＤストリングの各々の順方向電流を検知して、前記検知された順方向電流に応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々の電流比を生成する第３の制御ロジックと、
前記生成された電流比に応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々のガンマ曲線を決定し、前記決定されたガンマ曲線及び前記調光データに応答して前記調光制御信号を生成する第４の制御ロジックとを更に含む請求項２の多チャンネルＬＥＤドライバ。
【請求項４】
前記第２の制御ロジックは、更に、前記複数のＬＥＤストリングの各々の前記順方向電流を検知し、前記複数のＬＥＤストリングの各々の電流比を抽出し、前記抽出された電流比に応答して前記複数の調光回路の最大デューティ・サイクルを適応的に選択し、前記関連したＬＥＤストリングの前記適応的に選択された最大デューティ・サイクルに応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々のガンマ曲線を決定し、前記決定されたガンマ曲線及び前記調光データに応答して前記調光制御信号を生成する請求項１記載の多チャンネルＬＥＤドライバ。
【請求項５】
前記第１の制御ロジックは、
前記複数のＬＥＤストリングの各々の前記最下部の電圧をモニタし、前記モニタされた電圧に応答して調整器制御信号を生成するヘッドルーム検知及び制御ロジックと、
前記調整器制御信号に応答して前記ＰＷＭ制御信号を生成する調整器制御器を更に含む請求項１記載の多チャンネルＬＥＤドライバ。
【請求項６】
前記調光制御信号は前記ＬＥＤストリングの強度を増加させるためにスイッチを閉じ、前記ＬＥＤストリングの強度を減少させるためにスイッチを開く請求項５記載の多チャンネルＬＥＤドライバ。
【請求項７】
個別のチャンネルにそれぞれ関連した複数のＬＥＤストリングと、
入力電圧及びＰＷＭ制御信号に応答して前記複数のＬＥＤストリングに出力電圧を生成する電圧調整器と、
前記複数のＬＥＤストリングの各々の最下部の電圧に応答して前記ＰＷＭ制御信号を生成する第１の制御ロジックと、
それぞれ前記複数のＬＥＤストリングの複数の前記最下部のうちの１つに接続され、調光制御信号に応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々の光強度を制御する複数の調光回路であって、前記複数の調光回路の各々は、更に、前記複数のＬＥＤストリングのうちの１つの最下部に接続されたスイッチング・トランジスタと、前記調光制御信号に応答して前記スイッチング・トランジスタのゲートに基準電圧を選択的に接続するためのスイッチとからなり、
前記スイッチング・トランジスタに接続され、前記複数のＬＥＤストリングの各々の順方向電流を検知し、前記検知された順方向電流に応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々の電流比を生成する第２の制御ロジックと、
前記生成された電流比に応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々のガンマ曲線を決定し、前記決定されたガンマ曲線及び前記調光データに応答して前記調光制御信号を生成する第３の制御ロジックとからなることを特徴とする多チャンネルＬＥＤドライバ。
【請求項８】
前記第３の制御ロジックは、前記生成された電流比に応答して前記複数の調光回路のための最大デューティ・サイクルを適応的に選択し、前記関連したＬＥＤの前記適応的に選択された最大デューティ・サイクルに応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々のガンマ曲線を決定する請求項７記載の多チャンネルＬＥＤドライバ。
【請求項９】
前記第１の制御ロジックは、
前記複数のＬＥＤストリングの各々の前記最下部の電圧をモニタし、前記モニタされた電圧に応答して調整器制御信号を生成するヘッドルーム検知及び制御ロジックと、
前記調整器制御信号に応答して前記ＰＷＭ制御信号を生成する調整器制御器を更に含む請求項７記載の多チャンネルＬＥＤドライバ。
【請求項１０】
前記調光制御信号は前記ＬＥＤストリングの強度を増加させるためにスイッチを閉じ、前記ＬＥＤストリングの強度を減少させるためにスイッチを開く請求項７記載の多チャンネルＬＥＤドライバ。
【請求項１１】
入力電圧及びＰＷＭ制御信号に応答して複数のＬＥＤストリングに出力電圧を生成する工程と、
前記複数のＬＥＤストリングの各々の最下部の電圧に応答して前記ＰＷＭ制御信号を生成する工程と、
調光データを受信する工程と、
前記調光データに応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々の光強度を制御する工程と、
前記複数のＬＥＤストリングの各々からモニタされた順方向電流及び前記調光データに応答して前記調光制御信号を生成する工程からなることを特徴とする多チャンネルＬＥＤドライバに調光制御を行う方法。
【請求項１２】
前記制御工程は、前記調光制御信号に応答して、前記複数のＬＥＤストリングの各々の最下部に接続されたスイッチング・トランジスタのゲートに基準電圧を選択的に接続する工程を更に含む請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記調光制御信号を生成する工程は、
前記複数のＬＥＤストリングの各々の順方向電流を検知する工程と、
前記検知された順方向電流に応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々の電流比を生成する工程と、
前記生成された電流比に応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々のガンマ曲線を決定する工程と、
前記決定されたガンマ曲線及び前記受信された調光データに応答して前記調光制御信号を生成する工程を更に含む請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記ガンマ曲線を決定する工程は、
前記生成された電流比に応答して前記複数の調光回路の最大デューティ・サイクルを適応的に選択する工程と、
前記関連したＬＥＤストリングの前記適応的に選択された最大デューティ・サイクルに応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々の前記ガンマ曲線を決定する工程を更に含む請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のＬＥＤストリングの各々の前記最下部の電圧をモニタする工程と、
前記モニタされた電圧に応答して調整器制御信号を生成する工程と、
前記調整器制御信号に応答して前記ＰＷＭ制御信号を生成する工程を更に含む請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
多チャンネルＬＥＤドライバの複数のＬＥＤストリングの最下部のうちの１つに接続され、前記複数のストリングの各々は前記多チャンネルＬＥＤドライバのチャンネルに関連するスイッチング・トランジスタと、
前記調光制御信号に応答して前記スイッチング・トランジスタのゲートに基準電圧を選択的に接続するスイッチと、
前記スイッチング・トランジスタに接続され、前記複数のＬＥＤストリングの各々の順方向電流を検知し、前記検知された順方向電流に応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々の電流比を生成する第１の制御ロジックと、
前記生成された電流比に応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々のガンマ曲線を決定し、前記決定されたガンマ曲線及び前記調光データに応答して前記調光制御信号を生成する第２の制御ロジックとからなることを特徴とする多チャンネルＬＥＤドライバに用いられる電流調光回路。
【請求項１７】
前記第２の制御ロジックは、前記生成された電流比に応答して前記複数の調光回路のための最大デューティ・サイクルを適応的に選択し、前記関連したＬＥＤの前記適応的に選択された最大デューティ・サイクルに応答して前記複数のＬＥＤストリングの各々のガンマ曲線を決定する請求項１６記載の多チャンネルＬＥＤドライバに用いられる電流調光回路。
【請求項１８】
前記調光制御信号は前記ＬＥＤストリングの強度を増加させるためにスイッチを閉じ、前記ＬＥＤストリングの強度を減少させるためにスイッチを開く請求項１６記載の電流調光回路。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２００９年１０月８日に出願された米国仮出願番号第６１／２４３，６３５号「多チャンネルＬＥＤドライバＩＣの適応的ＰＷＭ制御」に基づく優先権を主張する、２０１０年２月１５日に出願された米国特許出願番号第１２／７０５，７８３号「多相ＬＥＤドライバ用適応的ＰＷＭ制御器」の日本国国内段階の出願書類である。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、多チャンネルＬＥＤドライバに関するものであり、より詳細には、適応的ＰＷＭ制御を含む多チャンネルＬＥＤドライバに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
多チャンネルＬＥＤドライバは、１個のＤＣ／ＤＣコンバータで多数のＬＥＤを駆動するために、ＴＶ、モニタ及びラップトップＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のバックライトの用途で使用される。ＬＥＤに印加されるほぼ全ての電力は熱エネルギーとして消費される。これは、ＬＥＤに印加される電力の７５％〜８５％になる。電力の約１５％〜２０％のみが光エネルギーに変換される。電力の残余は、ＬＥＤドライバに関連する（associated with）調整用ＦＥＴ及び電流センサで消費される。このトポロジーは、１個のＤＣ／ＤＣコンバータを使用する１チャンネルＩＣより安価な解決手段である。しかし、この実施は、複数のＬＥＤに異なるＬＥＤ順方向閾値電圧（ＶＦＴ）で一定のＬＥＤ順方向電流ＩＦを供給する必要がある線形調整に起因する電力損失及び熱損失に関して、重大な欠点を含む。従来のＬＥＤドライバにおける主な電力損失は、個別のＬＥＤチャンネル内での異なるＶＦＴの線形調整に起因する。ＶＦＴの変化を少なくし、又は線形調整による電力損失を少なくするためには、ＬＥＤのコストが高くなる。ＬＥＤで高いＶＦＴ変化を有するもののためであっても、ドライバＩＣに低温及び低電力損失を提供することが望ましい。従来の線形調整は、１ブースト多チャンネルのトポロジーを使用する、様々なＬＥＤ順方向電圧において一定のＬＥＤ順方向電流を保持するためには適している。しかし、この線形調整トポロジーには、調整電圧とチャンネル数に比例する固有の放熱による臨界的限界がある。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書に記載された本発明は、個別のチャンネルにそれぞれ関連した複数のＬＥＤストリングを含む多チャンネルＬＥＤドライバからなる。電圧調整器は、入力電圧及びＰＷＭ制御信号に応答して複数のＬＥＤストリングに対する出力電圧を生成する。第１の制御ロジックは、複数のＬＥＤストリングの各々の最下部の電圧に応答してＰＷＭ制御信号を生成する。複数の調光回路はそれぞれ、複数のＬＥＤストリングの複数の最下部のうちの１つに接続され、調光制御信号に応答して複数のＬＥＤストリングの各々の光強度を制御する。第２の制御ロジックは、複数のＬＥＤストリングの各々でモニタされた順方向電流及び調光データに応答して調光制御信号を生成する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
より完全に理解するために、添付された図面に関連して以下の説明が参照される。
【図１】図１は、従来の多チャンネルＬＥＤドライバの概略図である。
【図２】図２は、従来のＬＥＤドライバの電力損失を示す。
【図３】図３は、本開示による多チャンネルＬＥＤドライバを示す。
【図４】図４は、図３のＬＥＤドライバの電力損失を示す。
【図５】図５は、同じ光強度での各チャンネルにおけるデューティ・サイクルのタイミング及びＬＥＤ順方向電流比Ｋを示す。
【図６】図６は、ＬＥＤドライバの各チャンネルにおけるガンマ曲線及び電流比Ｋに基づく抽出を示す。
【図７】図７は、ＬＥＤドライバのガンマ補正及び調光制御の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
ここで、図面を参照すると、本明細書では、同様の参照数字が同様の要素を示すために使用され、多相ＬＥＤドライバ用適応的ＰＷＭ制御器の様々な図及び実施の形態が示されかつ記載され、また、他の可能な実施の形態が記載されている。図面は必ずしも一定の比率で描画されているわけではなく、いくつかの例では、説明の便宜上、ある部分で図面が誇張及び／または単純化されている。当業者は、可能な実施例の以下の例に基づいて、多くの可能な応用及び変形例を認めるだろう。
【０００７】
多チャンネルＬＥＤドライバは、１個のＤＣ／ＤＣコンバータで多数のＬＥＤを駆動するために、ＴＶ、モニタ及びラップトップＬＣＤのバックライトの用途で使用される。ＬＥＤに印加されるほぼ全ての電力は熱エネルギーとして消費される。これは、ＬＥＤに印加される電力の７５％〜８５％になる。電力の約１５％〜２０％のみが光エネルギーに変換される。電力の残余は、ＬＥＤドライバに関連した調整用ＦＥＴ及び電流センサで消費される。このトポロジーは、１個のＤＣ／ＤＣコンバータを使用する１チャンネルＩＣより安価な解決手段である。しかし、この実施は、複数のＬＥＤに異なるＬＥＤ順方向閾値電圧（ＶＦＴ）で一定のＬＥＤ順方向電流（ＩＦ）を供給する必要がある線形調整に起因する電力損失及び熱損失に関して、深刻な欠点を含む。従来のＬＥＤドライバにおける主な電力損失は、個別のＬＥＤチャンネルでの異なるＶＦＴの線形調整に起因する。ＶＦＴの変化を少なくし、又は線形調整による電力損失を少なくするためには、ＬＥＤのコストが高くなる。ＬＥＤ内で高いＶＦＴ変化を有するものであっても、ドライバＩＣで低温及び低電力損失を提供することが望ましい。
【０００８】
従来の線形調整は、１ブースト多チャンネルのトポロジーを使用する多様なＬＥＤ順方向電圧において一定のＬＥＤ順方向電流を保持するのに適している。しかし、この線形調整トポロジーには、調整電圧とチャンネル数に比例する固有の熱放散による臨界的限界がある。開示された実施形態によれば、回路内の電力損失及び高いケース温度の主な理由である線形調整は不要なものとなる。記載されたシステムは、性能に副次的な悪影響を与えることなく、また、回路に非常に高いコストを加えることなく、単純な電流比検出及びガンマ補正ロジックの応用によって容易に実施することができる。
【０００９】
ここで、図１を参照すると、従来の多チャンネルＬＥＤドライバ１０２が示されている。入力電圧ＶＩＮは、電圧調整器のノード１０４でＬＥＤドライバに印加される。インダクタ１０６は、ノード１０４とノード１０８の間に接続される。ダイオード１１０は、ノード１０８に接続された陽極及びノード１１２に接続された陰極を有する。電圧調整器の出力電圧ノードＶＯＵＴは、ＬＥＤストリング １１４の各々に接続される。コンデンサ１１６は、ノード１１２とグランドの間に接続される。Ｎ−チャンネルトランジスタは、ノード１０８とグランドの間に接続されたドレイン／ソース・パスを有する。トランジスタ１１８のゲートは、ヘッドルーム（headroom）検知及び制御ロジック１２２から受信した制御信号に応答して、ブースト制御器回路１２０によって制御される。
【００１０】
ＬＥＤストリング１１４の各々は、ＬＥＤストリング１１４の最上部（top）で出力電圧ノード１１２に接続される。ＬＥＤストリング１１４の各々の最下部（bottom）は、それぞれ別個にノードＶＣＨ１〜ＶＣＨＮに接続される。ヘッドルーム検知及び制御ロジック１２２は、ＶＣＨ１ノード１２４、ＶＣＨＮノード１２６、及びＬＥＤストリング１１４のベースの全てのノードで、電圧をモニタする。Ｎ−チャンネルトランジスタ１２８は、ノード１２４とノード１３０の間に接続されたドレイン／ソース・パスを有する。レジスタ１２５は、トランジスタ１２８のゲートとグランドに接続される。レジスタ１３２は、ノード１３０とグランドの間に接続される。比較器１３４は、基準電圧ＶＲＥＦを受信するために接続され、また、ノード１３０の電圧をモニタするために接続される。比較器１３４の出力は、調光制御ロジック１３８から受信する制御信号に応答して制御されるスイッチ１３６に接続される。調光制御ロジック１３８は、また、入力１４０を介して調光データを受信するために接続される。ノード１４６との接続は、調光制御ロジック１３８から制御信号を受信するノード１２４との接続に類似したロジックである。
【００１１】
ここで、図２も参照すると、図１に関して示された従来のＬＥＤドライバに関連する電力損失が示される。図２は、図１の従来のＬＥＤドライバがどのように電力を消費するかを示す。図はまた、光エネルギーの量がピーク電流及びＯＮ時間で決定されることを図示する。Ｘ軸は時間を表し、Ｙ軸は各ＬＥＤストリング１１４のためのＬＥＤ順方向電流を表す。各ブロック２００は、ＬＥＤドライバの各チャンネルに関連する全電力損失を表す。ＬＥＤの光強度は、チャンネルに関連する各ブロック２００の最下部で示される領域２０２によって表される。ＬＥＤストリング１１４に印加される電力の大半は、領域２０４で表される熱エネルギーとして消費される。これは、ＬＥＤストリングに供給される電力の約７５〜８５％になる。このように、電力の１５〜２５％のみが、領域２０２によって表される光エネルギーに変換される。電力の残余は、スイッチング・トランジスタ１１８の調整、及びヘッドルーム検知及び制御ロジック１２２の電流検知によって消費される。異なるＬＥＤ順方向閾値電圧を有する複数のＬＥＤストリング１１４に一定のＬＥＤ順方向電流を提供するために線形調整を使用することによる、図１の回路に起因する出力／熱損失には重大な欠点がある。従来のＬＥＤドライバの主な電力損失は、各チャンネルのＬＥＤストリング１１４全体に対する異なるＶＦＴによる、回路の線形調整に起因する。この電力損失は、領域２０６で示される。
【００１２】
ここで、図３を参照すると、図１に示されたドライバよりも性能を向上させた多チャンネルＬＥＤドライバが示される。図３の多チャンネルＬＥＤドライバは、線形調整を必要とすることなく、ドライバ内でより低い電力損失を提供する。記載されているドライバは、ＦＥＴスイッチ３０８及び各ＬＥＤストリングに関連した電流検知レジスタ（３３１、３３６）内だけの電力を消費し、線形調整のための電力損失を必要としない。このように、上記ＬＥＤドライバによって、性能に対して影響を与えず、またコストを顕著に増大することもなく、線形調整を除去することにより電力損失及びＩＣ温度を顕著に改良することができる。
【００１３】
入力電圧ＶＩＮは、電圧調整器のノード３０２でＬＥＤドライバに印加される。インダクタ３０４は、ノード３０２とノード３０６の間に接続される。Ｎ−チャンネルトランジスタ３０８は、ノード３０６とグランドの間に接続されたドレイン／ソース・パスを有する。トランジスタ３０８のゲートは、ブースト制御器３１０から制御信号を受信するために接続される。ダイオード３１２は、ゲートノード３０６に接続された陽極と、ノード３１４及び電圧調整器の出力電圧ノードＶＯＵＴに接続された陰極を有する。出力電圧ノードＶＯＵＴは、ＬＥＤストリング１１８の各々に接続される。コンデンサ３１６は、ノード３１４とグランドの間に接続される。
【００１４】
出力電圧はノード３１４で、直列接続されたＬＥＤストリング３１８の各チャンネルに供給される。直列接続されたＬＥＤストリング３１８は、ストリングの最上端でノード３１４に接続され、ストリングの最下部でノード３２０または３２２に接続される。ノード３２０が多チャンネルＬＥＤドライバのチャンネル１に関連し、ノード３２２はＬＥＤ多チャンネルドライバのチャンネルＮと関連することが理解されるだろう。複数のチャンネルがチャンネル１とチャンネルＮの間にあり、追加のノード及びＬＥＤストリング３１８は各チャンネルに関連する。ヘッドルーム検知及び制御ロジック３２４は、ノード３２０及び３２２に接続され、各チャンネル上の各ＬＥＤストリング３１８の最下部の各ノードに接続される。ヘッドルーム検知及び制御ロジック３２４は、ブースト制御器３１０に制御信号を供給する。ＬＥＤストリング３１８の最下部の各ノードは、ノード３２０とノード３２８の間に接続されたドレイン／ソース・パスを有するＮ−チャンネルトランジスタ３２６を含む。レジスタ３２５は、トランジスタ３２６のゲートとグランドの間に接続される。レジスタ３３１は、ノード３２８とグランドの間に接続される。トランジスタ３２６のゲートは、スイッチ３３０を介して基準電圧ＶＲＥＦに接続される。スイッチ３３０の操作は、ＬＥＤストリング３１８の光強度を増減させるように、ガンマＧ補正及び調光制御ロジック３４２によって制御される。ガンマ補正及び調光制御ロジック３４２は、入力３４４を介して調光データを受信する。以下においてより充分に記載されているように、電流検知及びＫ抽出ロジック３４０は、ノード３２８の電流をモニタして、Ｋ抽出プロセスを実行する。
【００１５】
同様の回路がノード３２２に関連して設けられる。Ｎ−チャンネルトランジスタ３３２は、ノード３２２とノード３３４の間に接続されたドレイン／ソース・パスを有する。レジスタ３３６は、ノード３３４とグランドの間に接続される。トランジスタ３３２のゲートは、スイッチ３３８を介して基準電圧ＶＲＥＦに接続される。スイッチ３３８は、ＬＥＤストリング３１８の光強度を増減させるために、ガンマ補正及び調光制御ロジック３４２の制御下にある。電流検知及びＫ抽出ロジック３４０も、ノード３３４を介して電流をモニタする。回路は、多チャンネルＬＥＤドライバの各チャンネルに繰り返し設けられ、ＬＥＤストリング３１８の各々の最下部に接続される。
【００１６】
ここで、図４も参照すると、図３に関して示されたＬＥＤドライバに伴う電力損失が示される。図４は、図３のＬＥＤドライバがどのように電力を消費するかを示す。図はまた、光エネルギーの量がピーク電流及びＯＮ時間で決定されることを図示する。Ｘ軸は時間を表し、Ｙ軸は各ＬＥＤストリング３１８のためのＬＥＤ順方向電流を表す。各ブロックは、ＬＥＤドライバの各チャンネルに関連する全電力損失を表す。ＬＥＤの光強度は、チャンネルに関連する各ブロック２００の最下部で示される領域４０２によって表される。ＬＥＤストリング３１８に印加される電力の大半は、領域４０４で表される熱エネルギーとして消費される。これは、ＬＥＤストリングに供給される電力の約７５〜８５％になる。このように、電力の１５〜２５％のみが、領域４０２によって表される光エネルギーに変換される。電力の残余は、スイッチング・トランジスタ３０８の調整、及びヘッドルーム検知及び制御ロジック３２４の電流検知によって消費される。異なるＬＥＤ順方向閾値電圧を有する複数のＬＥＤストリング３１８に一定のＬＥＤ順方向電流を提供するために、線形調整を使用することによる図３の回路に起因する出力／熱損失には重大な欠点がある。従来のＬＥＤドライバの主な電力損失は、各チャンネルのＬＥＤストリング３１８全体に対する異なるＶＦＴによる回路の線形調整に起因する。この電力損失は、領域４０６で示される。図４は、４０２によって示される全てのチャンネルの光強度が、各チャンネルにおいて異なるピーク電流及びＯＮ時間を有していても同一であることを示している。図４はまた、図２の領域２０６により示される線形調整の電力／熱損失が除去されることも示している。
【００１７】
光強度（ＬＥＤ全体の平均電流に比例する）は、以下の通りである。
ＩＦｎ*（Ｔｎ／Ｔ）=ＩＦｎ*Ｄｎ
ここで、Ｄｎはｎ番目のＬＥＤストリングのデューティ・サイクルであり、Ｔｎは各ＴＰ時間内のｎ番目のＬＥＤストリングのＯＮ時間であり、ＩＦｎはｎ番目のＬＥＤストリングを流れる電流であり、ＴＰは全てのＬＥＤの動作時間である。電流検知及びＫ比抽出ロジック３４０は、多チャンネルＬＥＤドライバの各チャンネルを流れるＬＥＤ順方向電流ＩＦを検出して、多チャンネルＬＥＤドライバの電流比の抽出を実行する。ＬＥＤストリング３１８の各々で同一の光強度を実現するために、多チャンネルＬＥＤドライバの各チャンネルのデューティ・サイクルは、最小順方向電流と比較されるチャンネル電流との電流比から抽出することができる。これは、図５においてより充分に示される。電流比Ｋ２=ＩＦ２／ＩＦ１であり、ＩＦ１が多チャンネルＬＥＤドライバの全てのチャンネル中で最小の電流である場合、光強度Ｓ２はＴ２×ＩＦ２に等しくなり、（Ｔ１／Ｋ２）×（ＩＦ１×Ｋ２）として表すことができる。なお、ここで、Ｔｎ＝Ｔ１／Ｋｎである。電流検知及びＫ抽出ロジック３４０によるＫの抽出のより詳細な手順は、以下に記載されている。全てのデューティ・サイクルは、抽出されたＫ１，Ｋ２，．．．ＫＮとＴ１により適応的に選択される。
【００１８】
電力が完全に光エネルギーに変換される場合には、以下に示すように、領域Ｓが光強度である。
Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３ ．．．＝Ｓｎ
Ｓ＝Ｔ*ＩＦであるから、
Ｔ１*ＩＦ１=Ｔ２*ＩＦ２=Ｔ３*ＩＦ３．．．=Ｔｎ*ＩＦｎとなる。
測定された電流ＩＦ１が全てのチャンネルの最小値である場合には、
ＩＦ１=Ｋ１*ＩＦ１（Ｋ１=１），ＩＦ２=Ｋ２*ＩＦ１，ＩＦ３=Ｋ３*ＩＦ１．．．ＩＦｎ=Ｋｎ*ＩＦ１となる。
各チャンネルのＫは、電流検知及びＫ比抽出ロジックによって以下のように抽出される。
Ｋ１=１，Ｋ２=ＩＦ２／ＩＦ１，Ｋ３=ＩＦ３／ＩＦ１．．．Ｋｎ=ＩＦｎ／ＩＦ１
各チャンネルのＴはＫによって表され、以下のようになる。
Ｔ１*ＩＦ１=Ｔ２（Ｋ２*ＩＦ１）=Ｔ３*（Ｋ３*ＩＦ１）=．．．Ｔｎ*（Ｋｎ*ＩＦ１）
したがって、Ｔ２=Ｔ１／Ｋ２，Ｔ３=Ｔ１／Ｋ３．．．，Ｔｎ=Ｔ１／Ｋｎとなる。
【００１９】
図５は、各チャンネルが同じ光強度であるときの、各チャンネルにおけるデューティ・サイクルのタイミング及びＬＥＤ順方向電流比Ｋを示す。Ｘ軸は時間を表し、Ｙ軸はＬＥＤ順方向電流（ＩＦ）の大きさを表す。概して５０２に示されるチャンネル１において、トランジスタはＬＥＤ順方向電流ＩＦを生成するために時間Ｔの間ＯＮされる。同様に、概して５０４に示される第２のチャンネルにおいて、トランジスタはＬＥＤ順方向電流ＩＦ１を生成するために時間Ｔ１の間ＯＮされる。概して５０４に示される第２のチャンネルにおいて、スイッチング・トランジスタのＯＮ時間は、前のトランジスタのＯＮ時間をロジック３４０によって抽出された電流比Ｋ２で除したものによって決定される。このチャンネルのＬＥＤ順方向電流は、前のチャンネルのＬＥＤ順方向電流に電流比Ｋ値を乗じたものである。同様に、概して５０６に示されるチャンネルＮにおいて、スイッチング・トランジスタのＯＮ時間は、最初のスイッチング・トランジスタのＯＮ時間Ｔ１を電流比ＫＮで除したものであり、ＬＥＤ順方向電流は最初のＬＥＤ順方向電流に電流比ＫＮを乗じたもので表される。
【００２０】
ガンマ補正及び調光制御ロジック３４２は、基準電圧ＶＲＥＦと各ＬＥＤストリング３１８の最下部に接続されたＮ−チャンネルトランジスタ（３２６、３３２）のゲートとの間に接続されたスイッチの動作を制御する。これは、ＬＥＤストリング３１８の光強度を制御する。入力３４４でガンマ補正及び調光制御ロジック３４２に供給された入力調光データが、ＬＥＤデューティ・サイクルを決定する。ガンマ曲線（Ｇ）は、入力グレーレベルと出力ＬＥＤデューティ・サイクルとの関係を示す。従来のガンマ曲線は、最大グレーレベル（ＧＭＡＸ）に対して、１００％の最大デューティ・サイクル（ＤＭＡＸ）に常に固定される。図３のＬＥＤドライバＩＣで、各チャンネルのＤＭＡＸは、以下に示すように、抽出されたＫ値Ｋ１，Ｋ２．．．ＫＮとＤＭＡＸ１によって適応的に選択される。
【００２１】
最大グレーステップ（ＧＭＡＸ）が固定される場合、Ｇ曲線は以下のように、最大デューティ・サイクル（ＤＭＡＸ）と最大ＯＮ時間（Ｔ_ＭＡＸ）で決定される。
ＤＭＡＸ=Ｔ_ＭＡＸ／ＴＰ；
Ｔ２_ＭＡＸ=Ｔ１+ＭＡＸ／Ｋ２，Ｔ３_ＭＡＸ=Ｔ１_ＭＭＡＸ／Ｋ３．．．Ｔｎ_ＭＡＸ=Ｔ１_ＭＡＸ／Ｋｎ
したがって、
ＤＭＡＸ１=（Ｔ１_ＭＡＸ／Ｋ１）／ＴＰ
ＤＭＡＸ２=（Ｔ１_ＭＡＸ／Ｋ２）／ＴＰ
ＤＭＡＸ３=（Ｔ１_ＭＡＸ／Ｋ３）／ＴＰ
ＤＭＡＸｎ=（Ｔ１_ＭＡＸ／Ｋｎ）／ＴＰ
各チャンネルのＧ曲線は以下のように抽出される。
Ｇ１において、ＤＭＡＸ１=ＤＭＡＸ１／Ｋ１（Ｋ１=１）
Ｇ２において、ＤＭＡＸ２=ＤＭＡＸ１／Ｋ２）
Ｇ３において、ＤＭＡＸ３=ＤＭＡＸ３／Ｋ３
Ｇｎにおいて、ＤＭＡＸｎ=ＤＭＡＸ１／Ｋｎ
【００２２】
図６は、多チャンネルＬＥＤ制御器の複数のチャンネルのガンマ曲線を示す。Ｘ軸は、概して６０２で表される第１のチャンネル、概して６０４で表される第２のチャンネル、及び概して６０６で表されるＮ−チャンネル上のレベルＧＭＡＸのグレーレベルを表す。Ｙ軸は、ＤＭＡＸによって表される１００％の最大デューティ・サイクルを有するデューティ・サイクルを表す。６０２の第１のチャンネルにおいて、グレースケールはＧＭＡＸであり、デューティ・サイクルは１００％のデューティ・サイクルを表すＤＭＡＸ１である。６０４の第２のチャンネルにおいて、グレースケールは未だＧＭＡＸだが、ＤＭＡＸ２のデューティ・サイクルはここではＤＭＡＸによって表される。同様に、チャンネルＮで、グレー値はＧＭＡＸであり、ＤＭＡＸ値はＤＭＡＸ１／ＫＮに等しい。このように、ガンマ曲線ＧＮは、ＤＭＡＸの変化値に基づき、多チャンネルＬＥＤ制御器の各チャンネルに応じて変化する。
【００２３】
ガンマ補正及び調光制御ロジック３４２も、多チャンネルＬＥＤドライバに適応的調光制御を提供する。ブースト制御器３１０は、図７のブロック図に記載されているように、抽出された電流比と各チャンネルの補正ガンマ曲線に基づき、複数のＬＥＤのデューティ・サイクルを適応的に制御する。電流検知及びＫ抽出ロジック３４０は、チャンネル電流ＩＦ１，ＩＦ２，．．．ＩＦＮを検知し、最小チャンネル電流に基づき各チャンネルのベースとしての電流比Ｋ１，Ｋ２，．．．ＫＮを算出する。抽出されたＫ値は、ＬＥＤの光電及び電熱変換効率によって内部的にトリミング又は較正することができる。
【００２４】
特に、図７を参照し、多チャンネルＬＥＤドライバのガンマ補正及び調光制御ロジック３４２の動作について、より詳細に説明する。ステップ７０２で、回路の電源をＯＮにする。次に、ステップ７０４で、全てのチャンネル電流を検知する。ステップ７０６で、ブースト・コンバータの出力電圧ＶＯＵＴはＰＷＭ信号により制御される。照会ステップ７０８は、最低チャンネル電流が目標順方向電流ＩＦに等しいかどうかを決定する。そうでない場合には、制御は、ＶＯＵＴがＰＷＭ信号によって再調整されるステップ７０６に戻る。最低チャンネル電流が目標順方向電流ＩＦに等しい場合には、ステップ７１０で、ＬＥＤストリング３１８を流れるＬＥＤ順方向電流ＩＦが、各チャンネルごとに、電流検知及びＫ抽出ロジック３４０によって検知される。次に、ステップ７１２で、電流検知及びＫ抽出ロジック３４０は、各チャンネルの電流比を決定する。決定された電流比を用いて、ステップ７１４では、ガンマ補正及び調光制御ロジック３４２が各チャンネルのガンマ曲線を決定する。ステップ７１６で、調光データがガンマ補正及び調光制御ロジック３４２によって受信される。決定されたガンマ曲線を用いて、ステップ７１８では、受信された調光データが、ＦＥＴスイッチを切替えることによって調光を制御するために用いられる。各レジスタストリングの最下部の最小電圧及びＬＥＤ順方向電流目標値は、ヘッドルーム検知及び制御ロジック１２２によって提供される。この情報は、ステップ７０６でスイッチング・トランジスタ１１８にＰＷＭ制御信号を提供するように、ブースト制御器１２０の動作を制御するために用いられる。全てのＬＥＤストリングのＰＷＭ周波数は同じであるから、期間ＴＰはＴｎ（ＯＮ時間）＋Ｔｏｆｆ（Ｏｆｆ時間=ＴＰ−Ｔｎ）となる。各チャンネルのデューティ・サイクルの全フェーズは同期であっても、非同期であってもよい。各チャンネルのデューティ・サイクルは、電流検知の直後に連続的に（ＣＨ１から，ＣＨ２，…ＣＨＮ）、又は、全ての電流検知の終了後に同時にリフレッシュすることができる（Ｋ１，Ｋ２，…Ｋｎはメモリに記憶することができる）。
【００２５】
チャンネルマッチングは、図７に示すように、ストリングからストリングへと連続して実行される。特定のストリングのガンマ補正の間、他のチャンネルは、メモリに、以前のガンマ値を保存することができる。出力上昇（スタートアップ）段階においては、全てのチャンネルの最大デューティ・サイクル（ガンマ）は、ガンマ補正前の初期値（例：５０％）を有することができる。全てのチャンネルのＯＮ時間が同期する必要はない。光出力は、平均チャンネル電流で決定される。各ストリングにおけるＬＥＤ順方向電圧の変化が理想的に０であれば、従来型の駆動も良好となりえただろう。しかし、大型ＬＥＤバックライトでは順方向電圧の変化が５Ｖ以上（１ストリングあたり４０個のＬＥＤの場合）なので、この場合には、多チャンネルＬＥＤドライバに従来の線形調整駆動を使用することはできない。本実施の目的は、各ＬＥＤストリングの順方向電圧の差に起因する従来の駆動における電力損失を低減することにある。この実施において、図６において最大デューティ・サイクルはチャンネルマッチングのために減少しているが（＜１００％）、図５に示すようにピーク電流を抽出された電流比によって増加することができる。
【００２６】
図３のＬＥＤドライバＩＣ回路の電力消費レベルは、ＬＥＤドライバＩＣが８つのチャンネルを含み、３ボルトの最大ＶＦＴ変化を有し、１００ミリボルトのＬＥＤピーク電流及び１ボルトの最小チャンネル電圧（ＶＣＨ）を有するという仮定に基づいて算出することができる。従来のＬＥＤドライバは、最悪の場合、２.９ワットの電力（=１チャンネル×１Ｄ×１００ミリアンペア＋７チャンネル×４ボルト×１００ミリアンペア）を消費する。しかし、図３において示される新規なＬＥＤドライバの実施は、最大でも０.８ワットの電力（=８チャンネル×１ボルト×１００ミリアンペア）を使用するものである。このように、新規なドライバＩＣは、従来のＬＥＤドライバＩＣと比較して７２％改善された電力損失性能を有する。
【００２７】
多相ＬＥＤドライバ用適応型ＰＷＭ制御器は、既存の実施より実質的に少ない電力を使用するドライバを提供するという本開示の利点は、当業者に理解されるだろう。本明細書における図面及び詳細な説明は、限定的ではなくむしろ例示であると解釈され、開示された特定の形式及び実施例に限定する意図はないものとして理解されるべきである。反対に、いかなる更なる改良、変化、再配置、置換、変形例、設計選択、及び、以下の請求項に記載されたように本明細書の趣旨及び範囲から逸脱することなく当業者にとって自明な実施例が含まれる。したがって、以下の請求項は、あらゆる更なる改良、変化、再配置、置換、変形例、設計選択及び実施例を包含するように解釈されることを意図するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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