(57)【要約】  切替ドライバと、切替ドライバから電力を受け取るよう構成された複数のＬＥＤベース発光体と、複数のＬＥＤベース発光体の少なくとも１つと直列接続された少なくとも１つの電子制御スイッチであって、閉じた際に少なくとも１つのＬＥＤベース発光体を通じて電流を選択的に通過させ、開いた際に少なくとも１つのＬＥＤベース発光体を通る電流の流れを阻止するよう構成された、少なくとも１つの電子制御スイッチと、少なくとも１つの電子制御スイッチと連通する少なくとも１つの同期ドライバであって、切替ドライバが能動的に電力を供給する場合にのみ少なくとも１つの電子制御スイッチを閉じるよう構成された、少なくとも１つの同期ドライバとを備える発光ダイオード（ＬＥＤ）ベース発光体駆動構成。【選択図】  図３
2013544011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切替ドライバと、
前記切替ドライバから電力を受け取るよう構成された複数のＬＥＤベース発光体と、
前記複数のＬＥＤベース発光体の少なくとも１つと直列接続された少なくとも１つの電子制御スイッチであって、閉じた際に前記少なくとも１つのＬＥＤベース発光体を通じて電流を選択的に通過させ、開いた際に前記少なくとも１つのＬＥＤベース発光体を通る電流の流れを阻止するよう構成された、少なくとも１つの電子制御スイッチと、
前記少なくとも１つの電子制御スイッチと連通する少なくとも１つの同期ドライバであって、前記切替ドライバが能動的に電力を供給する場合にのみ前記少なくとも１つの電子制御スイッチを閉じるよう構成された、少なくとも１つの同期ドライバと、
を備える発光ダイオード（ＬＥＤ）ベース発光体駆動構成。
【請求項２】
前記複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれは、直列接続されたＬＥＤのストリングから構成される、請求項１に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電子制御スイッチは、単一の電子制御スイッチから構成され、前記複数のＬＥＤベース発光体は、並列に構成される、請求項１に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項４】
複数のバランス変圧器から構成されたバランサをさらに備え、前記複数のバランス変圧器のそれぞれは、第１の巻線と、前記第１の巻線と磁気的に結合された第２の巻線とを呈し、前記バランス変圧器のそれぞれの前記第１の巻線は、前記複数のＬＥＤベース発光体の特定の１つと直列に接続され、前記複数のバランス変圧器の前記第２の巻線は、閉じたシリアルループで接続される、請求項３に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項５】
複数のキャパシタをさらに備え、前記複数のキャパシタのそれぞれは、前記複数のＬＥＤの特定の１つと並列に接続される、請求項４に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項６】
複数のキャパシタをさらに備え、前記複数のキャパシタのそれぞれは、前記複数のＬＥＤの特定の１つと並列に切替可能な状態で接続される、請求項４に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項７】
前記切替ドライバは、複数の二次巻線を呈する電力変圧器を備え、前記複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれは、前記二次巻線の特定の１つから電力を受け取り、それにより、前記切替ドライバから電力を受け取るよう構成される、請求項１に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項８】
前記少なくとも１つの電子制御スイッチは、単一の電子制御スイッチから構成され、前記複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれの端子は、共通のノードに接続される、請求項７に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項９】
前記少なくとも１つの電子制御スイッチは、複数の電子制御スイッチから構成され、前記複数の電子制御スイッチのそれぞれは、前記少なくとも１つのＬＥＤベース発光体の特定の１つと直列に接続され、前記少なくとも１つの同期ドライバは、複数の同期ドライバから構成され、そのそれぞれは、前記複数の電子制御スイッチの特定の１つと連通する、請求項７に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項１０】
複数のキャパシタをさらに備え、前記複数のキャパシタのそれぞれは、前記複数のＬＥＤの特定の１つと並列に接続される、請求項９に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項１１】
複数のキャパシタをさらに備え、前記複数のキャパシタはそれぞれ、前記複数のＬＥＤの特定の１つと並列に切替可能な状態で接続される、請求項９に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項１２】
前記切替ドライバは、複数の二次巻線を呈する電力変圧器を備え、前記複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれは、前記二次巻線の共通の１つから電力を受け取り、それにより、前記切替ドライバから電力を受け取るよう構成される、請求項１に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの電子制御スイッチは、複数の電子制御スイッチから構成され、前記複数の電子制御スイッチのそれぞれは、前記少なくとも１つのＬＥＤベース発光体の特定の１つと直列に接続され、前記少なくとも１つの同期ドライバは、複数の同期ドライバから構成され、そのそれぞれは、前記複数の電子制御スイッチの特定の１つと連通する、請求項１２に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項１４】
複数のキャパシタをさらに備え、前記複数のキャパシタのそれぞれは、前記複数のＬＥＤベース発光体の特定の１つと並列に接続される、請求項１３に記載のＬＥＤベース発光体駆動構成。
【請求項１５】
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ベース発光体をドライブする方法であって、
切替ドライバから電力を供給する工程と、
能動的に電力を供給する前記切替ドライバと同期して前記複数のＬＥＤベース発光体をドライブする工程と、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれは、直列接続されたＬＥＤのストリングから構成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれの端子は、共通のノードに接続される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
複数のバランス変圧器から構成されるバランサを設けることによって、前記並列接続されたＬＥＤベース発光体のそれぞれを通る電流の流れのバランスを取る工程をさらに含み、前記複数のバランス変圧器のそれぞれは、第１の巻線と、前記第１の巻線と磁気的に結合された第２の巻線とを呈する、前記バランス変圧器のそれぞれの前記第１の巻線は、前記複数のＬＥＤベース発光体の特定の１つと直列に接続され、前記複数のバランス変圧器の前記第２の巻線は、閉じたシリアルループで接続される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
複数のキャパシタを設けることによって、前記複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれの両端間の電圧降下をフィルタ処理する工程をさらに含み、前記複数のキャパシタのそれぞれは、前記設けられた複数のＬＥＤベース発光体の特定の１つと並列に接続される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
複数のキャパシタを設けることによって、複数のＬＥＤのそれぞれの両端間の電圧降下をフィルタ処理する工程をさらに含み、前記複数のキャパシタのそれぞれは、前記複数のＬＥＤの特定の１つと並列に切替可能な状態で接続される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、固体照明の分野に関し、具体的には、一段の電源の入力スイッチとの同期切り替えを行う１つ以上のＬＥＤストリングの構成に関する。
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、具体的には、高強度および中強度のＬＥＤストリングは、照明の応用に幅広く急速に普及しつつある。全体的に高輝度のＬＥＤは、以下で総称してマトリクスディスプレイと呼ばれる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）によるモニタおよびテレビ用のバックライトならびに一般的な照明の応用を含む、多くの応用で役に立つ。
【０００３】
大型のＬＣＤマトリクスディスプレイでは、および、街路照明や標識などの大型の固体照明の応用では、通常、ＬＥＤは、直列接続されたＬＥＤの複数のストリングで少なくとも部分的に提供され、その結果、１つのストリングが故障した場合でも、少なくともいくつかの光が出力される。したがって、各ＬＥＤストリングを構成するＬＥＤは共通の電流を共有する。
【０００４】
高輝度を提供するＬＥＤはＶfで示されるさまざまな順電圧降下を示し、それらの輝度は主に電流の関数である。例えば、ノートパソコンなどのポータブルコンピュータとの使用に適したＬＥＤの一製造業者は、特定の高輝度の白色ＬＥＤのＶfが、２０ｍＡおよびＬＥＤ接合部温度２５℃で、２．９５ボルト〜３．６５ボルトの範囲にあり、したがって、±１０％を超えるＶfの相違を示すことを述べている。その上、ＬＥＤの輝度は、接合部温度と使用年数の関数として変化し、通常、温度の増加および使用年数の増加に伴う電流の関数として輝度の低下を示す。対角線の測定長が少なくとも２５ｃｍのＬＣＤマトリクスディスプレイを備えたポータブルコンピュータ用のバックライト照明を提供するには、少なくとも２０個、通常４０個を超えるＬＥＤが必要である。街路照明を提供するには、ある応用では、１００個を超えるＬＥＤが必要である。
【０００５】
全体的にバランスの取れた輝度を提供するには、さまざまなＬＥＤストリングの電流がほぼ等しくなるように制御することが重要である。一実施形態では、各ＬＥＤストリングに電力源が供給され、電力源の電圧出力がＬＥＤストリングの電圧降下に調和することを保証するため、電力源の電圧は閉じたループで制御されるが、各ＬＥＤストリングの電力源に対する要件には、かなりコストがかかる。
【０００６】
別の実施形態では、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる、２００７年８月２３日にＫｏｒｃｈａｒｚらに発行された、「Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ  Ｄｒｉｖｅｒ」と称する米国特許出願公開第２００７／０１９５０２５号明細書で説明されている通り、これは、ＬＥＤストリングのそれぞれと直列に設置された制御された散逸素子によって達成される。別の実施形態では、ビンニングが必要であり、ＬＥＤの電気的および光学的特性に基づいて、ＬＥＤは分類されるかまたはビンニングされる。したがって、共通の電流で単一の電力源から複数のＬＥＤストリングを動作するには、ＬＥＤストリングのそれぞれを通じて等しい電流を生成するため、ＬＥＤのビンニングをＶfの既定の範囲内に収めることが必要とされるか、または、前述の特許出願の散逸素子などのバランス素子を提供して、異なるＶf値に起因するストリング間の電圧差を低減しなければならない。これらの解決策のいずれも、コストおよび／または浪費エネルギーを増加させる。
【０００７】
その全内容が参照により本明細書に組み込まれる、２００７年７月１０日にＪｉｎに発行された、「Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｈａｒｉｎｇ  Ｓｃｈｅｍｅ  ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ＣＣＦ  Ｌａｍｐ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」と称する米国特許第７，２４２，１４７号明細書は、バランサに対処しており、各ＣＣＦＬは、変圧器の一次巻線を介してＡＣ電力源のリード線に接続される。二次巻線は、閉じた同相ループに接続される。バランサは、変圧器のＤＣ飽和を回避するために交流入力を必要とし、したがって、ＤＣ上でのみ動作させるＬＥＤストリングとの使用に適さない。
【０００８】
ＬＥＤストリングは、白熱灯とかなり異なる負荷を示し、具体的には、入力電圧に合わせて電流が変化することはない。交流（ＡＣ）電力システムの力率は、負荷に流れる有効電力と皮相電力との比率として定義される。有効電力は、特定の時間に回路が仕事をする能力であり、皮相電力は、回路の電流と電圧との積である。力率が１をかなり下回ると、システムの電力損失が生じる。力率補正器（ＰＦＣ）を有利に利用して、ＬＥＤストリングに電気エネルギーを供給する電力源を制御し、力率を１に近づけることができる。力率補正器は、通常、誤差増幅器への入力を基準値に近づけるため、電力変換器を制御する間、高い力率を維持するように協働するよう構成された誤差増幅器および乗算器を備える。
【０００９】
ＬＥＤストリングは、特定の電圧と電流の関係を呈し、電圧が最小動作電圧を下回る場合、電流はさほど流れず、電圧が最小動作電圧を上回る場合、電圧に対して指数曲線を描く形で電流が流れる。したがって、電圧のわずかな変化は、電流のかなり大きな変化をもたらし、結果的に、ＰＦＣ制御ループの遅い応答時間による補正前に、極めて大きな電源サージが発生する。
【００１０】
二段の電力源およびドライバは、ＰＦＣを備えた第１の段と、高速制御ループを有利に呈する第２の段とを提供し、そのような大きな電源サージを防ぐことができる。残念ながら、二段の電力源およびドライバは、一段の電力源およびドライバと比較して、費用の追加を伴い、さらに効率の低下を呈する恐れがある。それに加えて、多くの先行技術の応用では、ＰＦＣ段、電圧変換器段および散逸バランサ段の３つの段が実際に提供され、すべてがコストおよび損失を増加させる。
【発明の概要】
【００１１】
それに応じて、先行技術の欠点の少なくともいくつかを克服することを本発明の主な目的とする。これは、ある実施形態では、電子制御スイッチと直列に設置された少なくとも１つのＬＥＤストリングを備える構成によって提供され、少なくとも１つのＬＥＤストリングは、電力変圧器の二次巻線から電力を受け取り、変圧器の一次巻線は、スイッチングブリッジから電力を受け取るよう構成される。好ましくは、スイッチングブリッジは、全波整流器と協働するＡＣ電源ネットワークに接続されたＰＦＣ段から電力を受け取る。ＬＥＤストリングと直列に接続された電子制御スイッチは、スイッチングブリッジのスイッチング波形との同期制御が行われる。好ましくは、スイッチングブリッジの切り替えに反応する大きな電流スイングを防ぐため、各ＬＥＤストリングと並列にキャパシタがさらに設けられる。任意選択的に、キャパシタは、電子制御スイッチを遮断した後のいかなるテール電流も除去するため、切替可能な状態で接続される。
【００１２】
一実施形態では、切替ドライバと、切替ドライバから電力を受け取るよう構成された複数のＬＥＤベース発光体と、複数のＬＥＤベース発光体の少なくとも１つと直列接続された少なくとも１つの電子制御スイッチであって、閉じた際に少なくとも１つのＬＥＤベース発光体を通じて電流を選択的に通過させ、開いた際に少なくとも１つのＬＥＤベース発光体を通る電流の流れを阻止するよう構成された、少なくとも１つの電子制御スイッチと、少なくとも１つの電子制御スイッチと連通する少なくとも１つの同期ドライバであって、切替ドライバが能動的に電力を供給する場合にのみ少なくとも１つの電子制御スイッチを閉じるよう構成された、少なくとも１つの同期ドライバとを備える発光ダイオード（ＬＥＤ）ベース発光体駆動構成を有効にする。
【００１３】
さらなる一実施形態では、複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれは、直列接続されたＬＥＤのストリングから構成される。さらなる別の実施形態では、少なくとも１つの電子制御スイッチは、単一の電子制御スイッチから構成され、複数のＬＥＤベース発光体は、並列に構成される。さらに、さらなる一実施形態では、ＬＥＤベース発光体駆動構成は、複数のバランス変圧器から構成されたバランサをさらに備え、複数のバランス変圧器のそれぞれは、第１の巻線と、第１の巻線と磁気的に結合された第２の巻線とを呈し、バランス変圧器のそれぞれの第１の巻線は、複数のＬＥＤベース発光体の特定の１つと直列に接続され、複数のバランス変圧器の第２の巻線は、閉じたシリアルループで接続される。好ましくは、ＬＥＤベース発光体駆動構成は、複数のキャパシタをさらに備え、複数のキャパシタのそれぞれは、複数のＬＥＤの特定の１つと並列に接続される。
【００１４】
さらに、さらなる別の実施形態では、ＬＥＤベース発光体駆動構成は、複数のキャパシタをさらに備え、複数のキャパシタのそれぞれは、複数のＬＥＤの特定の１つと並列に切替可能な状態で接続される。別の実施形態では、切替ドライバは、複数の二次巻線を呈する電力変圧器を備え、複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれは、複数の二次巻線の特定の１つから電力を受け取り、それにより、切替ドライバから電力を受け取るよう構成される。さらに、さらなる一実施形態では、少なくとも１つの電子制御スイッチは、単一の電子制御スイッチから構成され、複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれの端子は、共通のノードに接続される。さらに、さらなる別の実施形態では、少なくとも１つの電子制御スイッチは、複数の電子制御スイッチから構成され、複数の電子制御スイッチのそれぞれは、少なくとも１つのＬＥＤベース発光体の特定の１つと直列に接続され、少なくとも１つの同期ドライバは、複数の同期ドライバから構成され、そのそれぞれは、複数の電子制御スイッチの特定の１つと連通する。好ましくは、ＬＥＤベース発光体駆動構成は、複数のキャパシタをさらに備え、複数のキャパシタのそれぞれは、複数のＬＥＤの特定の１つと並列に接続される。任意選択的に、複数のキャパシタはそれぞれ、複数のＬＥＤの特定の１つと並列に切替可能な状態で接続される。
【００１５】
さらに、さらなる一実施形態では、切替ドライバは、複数の二次巻線を呈する電力変圧器を備え、複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれは、複数の二次巻線の共通の二次巻線から電力を受け取り、それにより、切替ドライバから電力を受け取るよう構成される。さらに、さらなる一実施形態では、少なくとも１つの電子制御スイッチは、複数の電子制御スイッチから構成され、複数の電子制御スイッチのそれぞれは、少なくとも１つのＬＥＤベース発光体の特定の１つと直列に接続され、少なくとも１つの同期ドライバは、複数の同期ドライバから構成され、そのそれぞれは、複数の電子制御スイッチの特定の１つと連通する。任意選択的に、ＬＥＤベース発光体駆動構成は、複数のキャパシタをさらに備え、複数のキャパシタのそれぞれは、複数のＬＥＤベース発光体の特定の１つと並列に接続される。
【００１６】
独立して、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ベース発光体をドライブする方法であって、切替ドライバから電力を供給する工程と、能動的に電力を供給する切替ドライバと同期して複数のＬＥＤベース発光体をドライブする工程とを含む、方法を有効にする。
【００１７】
さらなる一実施形態では、複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれは、直列接続されたＬＥＤのストリングから構成される。さらなる別の実施形態では、複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれの端子は、共通のノードに接続される。任意選択的に、方法は、複数のバランス変圧器から構成されるバランサを設けることによって、並列接続されたＬＥＤベース発光体のそれぞれを通る電流の流れのバランスを取る工程をさらに含み、複数のバランス変圧器のそれぞれは、第１の巻線と、第１の巻線と磁気的に結合された第２の巻線とを呈し、バランス変圧器のそれぞれの第１の巻線は、複数のＬＥＤベース発光体の特定の１つと直列に接続され、複数のバランス変圧器の第２の巻線は、閉じたシリアルループで接続される。
【００１８】
さらなる一実施形態では、方法は、複数のキャパシタを設けることによって、複数のＬＥＤベース発光体のそれぞれの両端間の電圧降下をフィルタ処理する工程をさらに含み、複数のキャパシタのそれぞれは、設けられた複数のＬＥＤベース発光体の特定の１つと並列に接続される。さらなる別の実施形態では、方法は、複数のキャパシタを設けることによって、複数のＬＥＤのそれぞれの両端間の電圧降下をフィルタ処理する工程をさらに含み、複数のキャパシタのそれぞれは、複数のＬＥＤの特定の１つと並列に切替可能な状態で接続される。
【００１９】
本発明の追加の特徴および利点は、以下の図面および説明から明らかになるであろう。
【００２０】
本発明をより良く理解するため、そして、本発明を実行に移すことができる方法を示すため、同様の数字は全体を通じて対応する要素またはセクションを指定する添付の図面を単なる例示として参照する。
【００２１】
ここで具体的に詳細な図面を参照すると、具体的に示されるものは単なる例示であり、本発明の好ましい実施形態の例示的な論考のみを目的とし、最も有用かつ本発明の原理および概念的な態様を容易に理解できる説明と思われるものを提供するために提示されることが強調されている。この点において、本発明の基本的理解に対して必要以上に詳細に本発明の構造の詳細を示す試みは行われず、図面と併せて説明を用いることにより、本発明のいくつかの形態を実際に具体化できる方法が当業者に明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、ＰＦＣ段と、スイッチングブリッジと、ブースト変換器と、複数の並列接続されたＬＥＤストリングのそれぞれと直列接続された制御可能な散逸素子とを備える、先行技術のドライブアーキテクチャの高レベルの回路図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、バランサを備える、複数のＬＥＤストリング用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの同期ドライブアーキテクチャのある信号を示す。
【図３】図３は、各ＬＥＤストリングと並列接続されたキャパシタを備え、バランサをさらに備える、複数のＬＥＤストリング用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。
【図４】図４は、各ＬＥＤストリングと並列接続されたスイッチドキャパシタを備え、バランサをさらに備える、複数のＬＥＤストリング用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。
【図５】図５は、各ＬＥＤストリング用の別々の整流器構成を備え、各ＬＥＤストリングと並列接続されたスイッチドキャパシタと、バランサとをさらに備える、複数のＬＥＤストリング用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。
【図６】図６は、インピーダンスバランサを提供するよう構成された複数巻線電力変圧器を備える、複数のＬＥＤストリング用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。
【図７】図７は、各ＬＥＤストリングに関連する電子制御スイッチと、インピーダンスバランサを提供するよう構成された複数巻線電力変圧器とを備える、複数のＬＥＤストリング用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。
【図８】図８は、各ＬＥＤストリングと並列接続されたスイッチドキャパシタと、各ＬＥＤストリングに関連する電子制御スイッチと、インピーダンスバランサを提供するよう構成された複数巻線電力変圧器とを備える、複数のＬＥＤストリング用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。
【図９】図９は、複数の負荷を呈する電力変圧器と、各ＬＥＤストリング用に提供された並列キャパシタを備えた各ＬＥＤストリングに関連する電子制御スイッチとを備える、複数のＬＥＤストリング用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その応用において、以下の説明で記載されるかまたは図面で示される構造物の詳細およびコンポーネントの配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態に適用可能であるか、または、さまざまな方法で実践もしくは実行することができる。また、本明細書で使用される表現および用語は、説明を目的とするものであり、限定するものと見なしてはならないことも理解されたい。巻線という用語は、特に、インダクタを形成する導電性のワイヤの巻線を意味することを意図する。巻線は、スタンドアローンインダクタを形成することも、変圧器を形成する別の巻線と磁気的に結合することもできる。本明細書では、ＬＥＤストリングと関連付けて、ある実施形態について説明するが、これは限定するためのものではなく、むしろ、ＬＥＤベース発光体の特定の例である。範囲を超えることなく、ＬＥＤストリングの代わりに、単一の高出力ＬＥＤまたは他のＬＥＤベース発光体を利用することができる。
【００３３】
図１は、ＡＣ商用電源と、全波整流器１０と、ＰＦＣ段２０と、１組の一方向性電子管ＤＡおよびＤＢを備えた絶縁されたスイッチングブリッジ段３０と、ブースト変換器４０と、フィルタリングキャパシタＣＢと、それぞれが制御可能な散逸素子６０に関連する複数のＬＥＤストリング５０と、それぞれの検知抵抗器ＲＳとを備える、先行技術のドライブアーキテクチャの高レベルの回路図を示す。絶縁されたスイッチングブリッジ段３０は、これに限定されないがＮＭＯＳＦＥＴとして示される、Ｑ１およびＱ２で示される１組の電子制御スイッチと、阻止キャパシタＣＸと、電力変圧器ＴＸとを備える。
ブースト変換器４０は、入力キャパシタＣＤと、インダクタＬ１と、電子制御スイッチＱＢと、一方向性電子管ＤＤとを備える。
【００３４】
ＡＣ商用電源は、全波整流器１０に接続され、全波整流器１０の出力は、ＰＦＣ段２０を介して絶縁されたスイッチングブリッジ段３０の入力に接続される。絶縁されたスイッチングブリッジ段３０は、ＰＦＣ段２０の出力と共通のポイントとの間で接続され、一実施形態では、共通のポイントはグランドである。電子制御スイッチＱ１は、ゲート電圧ＶＧ１によって制御され、電子制御スイッチＱ２は、ゲート電圧ＶＧ２によって制御される。具体的には、電子制御スイッチＱ１のドレインは、ＰＦＣ段２０の出力に接続され、電子制御スイッチＱ１のソースは、電子制御スイッチＱ２のドレインおよび阻止キャパシタＣＸの第１の端子に接続される。阻止キャパシタＣＸの第２の端子は、電力変圧器ＴＸの一次巻線の第１の端子に接続され、電力変圧器ＴＸの一次巻線の第２の端子は、電子制御スイッチＱ２のソースおよび共通のポイントに接続される。
【００３５】
電力変圧器ＴＸの二次巻線の第１の端子は、一方向性電子管ＤＡを介して、入力キャパシタＣＤの第１の端子およびインダクタＬ１の第１の端子に接続される。電力変圧器ＴＸの二次巻線の第２の端子は、一方向性電子管ＤＢを介して、入力キャパシタＣＤの第１の端子およびインダクタＬ１の第１の端子に接続される。インダクタＬ１の第２の端子は、一方向性電子管ＤＤの陽極および電子制御スイッチＱＢのドレインに接続される。一方向性電子管ＤＤの陰極は、フィルタリングキャパシタＣＢの第１の端子および各ＬＥＤストリング５０の陽極端子に接続される。電子制御スイッチＱＢのゲートは、ゲート電圧ＶＧＢによって制御され、電子制御スイッチＱＢのソースは、電力変圧器ＴＸの二次巻線の中心タップ接続部、入力キャパシタＣＤの第２の端子およびフィルタリングキャパシタＣＢの第２の端子に接続される。各ＬＥＤストリング５０の陰極端子は、それぞれの制御可能な散逸素子６０のドレインに接続され、各制御可能な散逸素子６０のソースは、それぞれの検知抵抗器ＲＳを介して、電力変圧器ＴＸの二次巻線の中心タップ接続部に接続される。
【００３６】
動作中、受け取ったＡＣ商用電力は、ＰＦＣ段２０によってＤＣバス（一実施形態では、４００ＶのＤＣバス）に変換され、ＰＦＣ電圧は、これに限定されないが電力変圧器ＴＸの一次巻線をドライブするハーフブリッジとして示される、絶縁されたスイッチングブリッジ段３０によって変換される。電力変圧器ＴＸの二次巻線からの出力は、一方向性電子管ＤＡおよびＤＢによって整流され、ブースト変換器４０に供給される。ＬＥＤストリング５０は、ブースト変換器４０の出力から電力供給され、線形レギュレータとして機能するそれぞれの制御可能な散逸素子６０によって制御される。具体的には、ＬＥＤストリングを通る電流は、制御可能な散逸素子６０のそれぞれの両端間の電圧降下を調整する制御可能な散逸素子６０の線形制御によって、等しくなるように制御される。ブースト変換器４０は、常に動作可能な状態で維持され、ブースト変換器４０の出力電圧は、最大電圧降下を有するＬＥＤストリング５０の電流制御が維持できる最小レベルとなるように制御される。
【００３７】
電力散逸および関連発熱は高く、それは、制御可能な散逸素子６０が集積回路に搭載される場合に特に問題となる。ＰＦＣ段からＬＥＤストリング５０までの電力トレインは、絶縁されたスイッチングブリッジ段３０、ブースト変換器４０およびそれぞれの制御可能な散逸素子６０の線形電流制御段の３つの段を備え、コンポーネントの関連電力損失およびコストを伴う。
【００３８】
図２Ａは、複数のＬＥＤストリング５０と、絶縁されたスイッチングブリッジ段３０と、バランサ１１０と、１組の一方向性電子管ＤＡおよびＤＢと、これに限定されないがＮＭＯＳＦＥＴとして示される電子制御スイッチＱ３と、同期ドライバ１４０とを備える、同期ドライブアーキテクチャ１００の例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。絶縁されたスイッチングブリッジ段３０は、あらゆる点で、図１の絶縁されたスイッチングブリッジ段３０と同様であり、好ましくは、図１と関連して上記で説明されるように、全波整流器１０およびＰＦＣ段２０がさらに供給される（図示せず）。バランサ１１０は、複数のバランス変圧器ＴＢを備え、そのそれぞれは、第１の巻線と、第１の巻線と磁気的に結合された第２の巻線とから構成され、そのそれぞれは、特定の抵抗分割ネットワークおよびダイオード論理和（ＯＲＩＮＧ）回路１５０に関連する。
【００３９】
電力変圧器ＴＸの二次巻線の第１の端子は、一方向性電子管ＤＡを介して各バランス変圧器ＴＢの一次巻線の第１の端子に接続され、電力変圧器ＴＸの二次巻線の第２の端子は、一方向性電子管ＤＢを介して各バランス変圧器ＴＢの一次巻線の第２の端子に接続される。各バランス変圧器ＴＢの一次巻線の中心タップは、関連ＬＥＤストリング５０の陽極端子に接続され、ＬＥＤストリング５０のそれぞれの陰極端子は、電子制御スイッチＱ３のドレインに接続される。電子制御スイッチＱ３のソースは、検知抵抗器ＲＳを介して共通電位に接続される。ＶＲＳで示される電子制御スイッチＱ３のソース、または、その代替としてＶＬＥＤで示されるＬＥＤストリング５０の１つの陽極端子は、同期ドライバ１４０の入力に接続される。ＶＬＥＤが同期ドライバ１４０の入力に接続される場合、ＶＬＥＤは、好ましくは、同期ドライバ１４０に入力する前に適切にスケーリングされる。あるいは、電子制御スイッチＱ１およびＱ２のスイッチング動作と同期するかまたは整流電圧ＶＬＥＤと同期する立ち上がりまたは立ち下がりエッジを有する他の信号を、同期ドライバ１４０の入力として利用し、電子制御スイッチＱ３の同期スイッチング動作を実現することができる。
【００４０】
同期ドライバ１４０の入力は、キャパシタＣ７を介して、これに限定されないがＰＭＯＳＦＥＴとして示される、電子制御スイッチＱ４のゲートに供給される。電子制御スイッチＱ４のドレインは、電位ＶＤＤ、キャパシタＣ８の第１の端子、抵抗器Ｒ７の第１の端子および一方向性電子管Ｄ７の陰極に接続される。電子制御スイッチＱ４のゲートは、一方向性電子管Ｄ７の陽極および抵抗器Ｒ７の第２の端子にさらに接続される。電子制御スイッチＱ４のソースは、電流源Ｉ１の第１の端子、比較器ＣＯＭＰ１の反転入力およびキャパシタＣ８の第２の端子に接続される。電流ソースＩ１の第２の端子は、共通電位に接続される。デジタル調光信号ＶＤＭは、これに限定されないがＮＭＯＳＦＥＴとして示される、電子制御スイッチＱ５のゲートに接続され、電子制御スイッチＱ５のドレインは、ＶＲＥＦで示される基準電位に接続される。電子制御スイッチＱ５のソースは、差動増幅器ＥＡの非反転入力に接続され、差動増幅器ＥＡの出力は、信号ＶＭＯＤとして、比較器ＣＯＭＰ１の非反転入力に接続される。差動増幅器ＥＡの反転入力は、信号ＶＲＳに接続され、比較器ＣＯＭＰ１の出力は、電子制御スイッチＱ３のゲートに接続され、ＶＧ３で示される。
【００４１】
さまざまなバランス変圧器ＴＢの二次巻線は、閉じた同相シリアルループで接続され、それぞれの抵抗分割ネットワークによってサンプリングされるバランス変圧器間の共通のノードの電圧を有し、ダイオードＯＲＩＮＧ回路１５０を介してＯＲ条件を満たし、抵抗器Ｒ１７を介して出力ＶＯＬに接続される。
【００４２】
動作中、共通の軸においてｙ軸が電圧を表し、ｘ軸が時間を表す図２Ｂの電圧波形に関連して、さまざまなＬＥＤストリング５０は、一方向性電子管ＤＡおよびＤＢを介して、電力変圧器ＴＸの二次巻線から電力供給され、さまざまなＬＥＤストリング５０を通る電流は、バランサ１１０の動作によってバランスを取る。したがって、さまざまなＬＥＤストリング５０の動作は、図１のブースト変換器４０を必要とすることなく、および、各ＬＥＤストリング５０の線形制御を必要とすることなく、電力変圧器ＴＸの出力から直接提供される。
【００４３】
電子制御スイッチＱ３は、信号ＶＧ１とＶＧ２と同期する信号ＶＧ３によって制御され、したがって、Ｑ１またはＱ２のいずれかによって電力が供給される場合にのみ、電子制御スイッチＱ３を通じて電流が引き込まれることを保証する。具体的には、ＶＬＥＤのスケーリングされたバージョンがキャパシタＣ７側で同期ドライバ１４０への入力として供給される実施形態に関連して、動作中、電子制御スイッチＱ３は、そこに接続されたＶＬＥＤを有するＬＥＤストリング５０の陽極に印加された電圧で、同期ドライバ１４０に反応して同期切り替えを行い、周波数は、電子制御スイッチＱ１、Ｑ２のスイッチング周波数の２倍である。さまざまなＬＥＤストリング５０を通る平均電流の制御は、電子制御スイッチＱ３のデューティサイクルの調整、すなわち、パルス幅変調（ＰＷＭ）によって達成される。電子制御スイッチＱ３は、ＬＥＤストリング５０のすべてを通る電流を制御し、全電流は、バランサ１１０の動作によって、さまざまなＬＥＤストリング５０にわたって均等に分配され、これについては、上記の組み込まれた米国特許第７，２４２，１４７号明細書に記載されている。
【００４４】
電子制御スイッチＱ３のＰＷＭ変調は、一実施形態では、後エッジ変調であり、電子制御スイッチＱ３をドライブする信号ＶＧ３の前エッジは、電子制御スイッチＱ１、Ｑ２のそれぞれのオンへの切り替えと同期し、信号ＶＧ３の後エッジは、変調されてパルス幅が調整される。別の実施形態では、前エッジ変調が使用され、電子制御スイッチＱ３をドライブする信号ＶＧ３の後エッジは、電子制御スイッチＱ１、Ｑ２のそれぞれのオフへの切り替えと同期し、信号ＶＧ３の前エッジは、変調されてパルス幅が調整される。前エッジ変調は、本明細書では、これに限定されないが、電子制御スイッチＱ３に対するスイッチオフ過度電圧を有利に最小限に抑えるものと示される。電子制御スイッチＱ４がオフの場合、同期ドライバ１４０の電流源Ｉ１は、キャパシタＣ８を充電して下降傾斜信号ＶＲＭＰを生成し、電子制御スイッチＱ３は、信号ＶＭＯＤ＞信号ＶＲＭＰの場合は常にオン状態である。ＶＬＥＤまたはＶＲＳの立ち下がりエッジでは、好ましくは、最初にそのいずれかが正しい振幅にスケーリングされ、電子制御スイッチＱ４が起動して、キャパシタＣ８を放電し、信号ＶＲＭＰをＶＤＤに引き上げ、したがって、信号ＶＧ３を介して電子制御スイッチＱ３を停止する。したがって、ＰＷＭ制御信号ＶＧ３は、信号ＶＬＥＤ（またはＶＲＳ）の立ち下がりエッジ時に同期して停止する。一方向性電子管Ｄ７の存在は、信号ＶＬＥＤの立ち上がりエッジ時にキャパシタＣ７の放電経路を提供し、繰り返し動作のためにその電圧をリセットする。信号ＶＭＯＤは、電流制御誤差増幅器として機能する差動増幅器ＥＡから供給され、その出力は、ＰＷＭ出力信号ＶＧ３を変調するため、ＰＷＭ比較器ＣＯＭＰ１で使用されるＶＲＭＰの鋸歯状波形と比較される。信号ＶＭＯＤの値が増加すると、電子制御スイッチＱ３のデューティサイクルが増加し、信号ＶＭＯＤの値が減少すると、電子制御スイッチＱ３のデューティサイクルが減少する。
【００４５】
上記で示されるように、信号ＶＲＳは、同期制御として同様に使用することができる。ＶＲＳを使用する利点は、電子制御スイッチＱ３がゼロ電流でオフに切り替わり、スイッチオフ過度電圧を排除する点である。
【００４６】
図２Ａおよび２Ｂで示されるように、電子制御スイッチＱ３のスイッチング制御は、任意選択的に、デジタル調光制御にさらに利用される。信号ＶＤＭは、デジタル調光制御信号を表し、好ましくは、約１００〜１０００Ｈｚの低周波数を呈する。信号ＶＤＭがハイ状態にある場合、差動増幅器ＥＡの非反転入力側に基準電位ＶＲＥＦが現れ、基準電位ＶＲＥＦは、電子制御スイッチＱ３を通る目標電流を表す。したがって、信号ＶＤＭは、信号ＶＲＳと基準電位ＶＲＥＦの差に反応して電子制御スイッチＱ３のデューティサイクルを変調する。信号ＶＤＭがロー状態にある場合、電子制御スイッチＱ５は停止し、差動増幅器ＥＡの非反転入力側は共通電位に向けて降下し、したがって、ＶＭＯＤを負に引き下げ、電子制御スイッチＱ３を遮断する。好ましくは、差動増幅器ＥＡの非反転入力に対してプルダウン抵抗が提供され、適正な動作を確保する（図示せず）。したがって、電子制御スイッチＱ３のための単一の同期ドライバ１４０は、低損失で、ＬＥＤ電流制御機能とデジタル調光制御機能の両方を実行する。
【００４７】
ＬＥＤストリング５０のいずれが開回路故障を呈する場合、それぞれのバランス変圧器ＴＢの二次巻線の電圧は劇的に上昇し、そのような電圧上昇は、開ＬＥＤ状態の検出に使用される。二次ループのノードからの信号は、好ましくは、示されるように、ダイオードによって論理的にＯＲ条件を満たし、検出信号ＶＯＬは、開ＬＥＤ故障信号としてコントローラまたは制御回路に供給される。
【００４８】
図３は、各ＬＥＤストリング５０と並列接続されたフィルタリングキャパシタＣＦを備え、バランサ１１０をさらに備える、複数のＬＥＤストリング用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。図３のアーキテクチャは、各ＬＥＤストリング５０と並列にフィルタリングキャパシタＣＦが提供されることを除いて、あらゆる点で、図２のものと同様である。各ＬＥＤストリング５０の両端間の電圧はフィルタリングキャパシタＣＦの動作によって急速に変化できないようになっているため、フィルタリングキャパシタＣＦは、いかなるリップル電流も減少させる。
【００４９】
残念ながら、電子制御スイッチＱ３が遮断される際のキャパシタ上の残留電圧に起因して、信号ＶＤＭがロー状態に移行すると、フィルタリングキャパシタＣＦは、さまざまなＬＥＤストリング５０を通してテール電流を生成する恐れがある。いくつかの応用、特にモニタおよびテレビのバックライト応用では、デジタル調光オフ期間の間は、ＬＥＤ電流は、好ましくは、完全に遮断される。
【００５０】
図４は、各ＬＥＤストリング５０と並列接続されたスイッチドフィルタリングキャパシタＣＦを備え、バランサ１１０をさらに備え、したがって、前述のテール電流を解決する、複数のＬＥＤストリング用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。図４のアーキテクチャは、各ＬＥＤストリング５０と並列接続されたフィルタリングキャパシタＣＦが、これに限定されないがＮＭＯＳＦＥＴとして示される、電子制御スイッチＱ６の動作によって切り替えられることを除いて、あらゆる点で、図３のものと同様である。さらに詳細には、各フィルタリングキャパシタＣＦの第１の端子は、それぞれのＬＥＤストリング５０の陽極端子に接続され、フィルタリングキャパシタＣＦのそれぞれの第２の端子は、電子制御スイッチＱ６のドレインに接続される。電位ＶＤＤは、一方向性電子管Ｄ６を介して、電子制御スイッチＱ６のゲートおよび抵抗器Ｒ６の第１の端子に接続され、抵抗器Ｒ６の第２の端子は、電子制御スイッチＱ６のソースおよび電子制御スイッチＱ３のドレインに接続される。
【００５１】
動作中、デジタル調光信号ＶＤＭがオン状態、すなわちハイ状態の場合、電子制御スイッチＱ６は起動し、デジタル調光信号ＶＤＭがオフ状態、すなわちロー状態の場合、電子制御スイッチＱ６は停止する。電子制御スイッチＱ６のゲート制御は、デジタル調光信号ＶＤＭと関連して、ドライブ回路（図示せず）によって実現することができる。さらに詳細には、オン状態のＶＤＭおよびＶＭＯＤより低いＶＲＭＰに反応してＱ３が起動されると、電子制御スイッチＱ６のゲートキャパシタンス（Ｃ６）は、一方向性電子管Ｄ６を介して最大ＶＤＤまで充電される。電子制御スイッチＱ３のスイッチングは、比較的高い周波数、通常２００ＫＨｚ超で起こり、Ｒ６×Ｃ６の時定数は、電子制御スイッチＱ３のスイッチング期間より大きく、好ましくは５倍超大きく設定され、したがって、電子制御スイッチＱ３のオフの時間帯の間、電子制御スイッチＱ６は、オン状態を保つ。デジタル調光オフ期間の間、すなわちデジタル調光信号ＶＤＭがオフ状態、すなわちロー状態の場合、電子制御スイッチＱ３はＲ６×Ｃ６の時定数よりはるかに長い時間の間停止し、したがって、電子制御スイッチＱ６のゲートキャパシタンスはＲ６を通じて放電し、したがって、デジタル調光がオフ状態の場合、電子制御スイッチＱ６を遮断する。電子制御スイッチＱ３のスイッチング周波数が２００ＫＨｚであり、信号ＶＤＭのデジタル調光周波数が２００Ｈｚであり、Ｒ６×Ｃ６の時定数が約３０マイクロ秒である非限定的な一例では、電子制御スイッチＱ６は、電子制御スイッチＱ３の各期間全体を通してオン状態を保ち、デジタル調光信号のＶＤＭがオフ状態になってから、電子制御スイッチＱ３の約６スイッチングサイクルの経過後（約０．６％のデジタル調光デューティ）、オフ状態となる。
【００５２】
図５は、各ＬＥＤストリング５０用の別々の整流器構成を備え、各ＬＥＤストリング５０と並列接続されたスイッチドフィルタリングキャパシタＣＦと、バランサ１１０とをさらに備える、複数のＬＥＤストリング５０用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。図５のアーキテクチャは、電子制御スイッチＱ６が、フィルタリングキャパシタＣＦと直列に設置される代わりに、ＬＥＤストリング５０と直列に設置され、フィルタリングキャパシタＣＦが電子制御スイッチＱ３のドレインに接続されるが、制御効果は同じ状態を保つことを除いて、あらゆる点で、図４のものと同様である。
【００５３】
電子制御スイッチＱ１およびＱ２が、最大デューティで切り替わる場合、すなわち、各電子制御スイッチＱ１、Ｑ２のデューティサイクルが約５０％の場合、バランス変圧器ＴＢに適用される電圧波形および磁気励起は、実質的に連続的であり、バランス効果は実質的に連続して維持される。しかし、電子制御スイッチＱ１およびＱ２が、より小さなデューティで動作する場合、バランサ変圧器ＴＢの磁気励起は、連続的ではない可能性がある。そのような状況下では、バランサ巻線を通じてフィルタキャパシタＣＦ間で漏出するエネルギーが生じ得る。そのような状況を回避するため、図５に示されるように、個々のバランス変圧器のそれぞれに対して別々の整流器ダイオードＤＡ、ＤＢが提供される。
【００５４】
図６は、インピーダンスバランサを提供するよう構成された複数巻線電力変圧器ＴＸＭを備える、複数のＬＥＤストリング５０用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。図１および２に関連して上記で説明されるように、受け取ったＡＣ商用電力は、ＰＦＣ段によってＤＣバス（一実施形態では、４００ＶのＤＣバス）に変換され、ＰＦＣ電圧は、これに限定されないが複数巻線電力変圧器ＴＸＭの一次巻線をドライブするハーフブリッジとして示される、絶縁されたスイッチングブリッジ段３０によって変換される。複数巻線電力変圧器ＴＸＭは、複数の二次巻線を呈し、そのそれぞれは、特定のＬＥＤストリング５０に関連する。複数巻線電力変圧器ＴＸＭの各二次巻線の第１の端子は、それぞれの一方向性電子管ＤＡを介して関連ＬＥＤストリング５０の陽極端子に接続され、複数巻線電力変圧器ＴＸＭの各二次巻線の第２の端子は、それぞれの一方向性電子管ＤＢを介して関連ＬＥＤストリング５０の陽極端子に接続される。二次巻線の中心タップは、通常、共通電位に接続される。さまざまなＬＥＤストリング５０の陰極端子は、図２と関連して上記で説明されるように、電子制御スイッチＱ３のドレインに接続され、電子制御スイッチＱ３のソースは、検知抵抗器ＲＳを介して共通電位に接続される。同期ドライバ１４０は、上記で説明されるように、電子制御スイッチＱ３のゲートに信号ＶＧ３を供給するよう構成される。
【００５５】
動作中、複数巻線電力変圧器ＴＸＭの漏れインダクタンスを利用して、さまざまなＬＥＤストリング５０間の電流のバランスを取る。具体的には、複数巻線電力変圧器ＴＸＭには、好ましくは、二次巻線のそれぞれに対して大きな等しい漏れインダクタンスが提供される。二次巻線の漏れ誘導性インピーダンスが十分大きい場合、例えば、動作中の漏れインダクタンス上の電圧降下が、動作周波数でのさまざまなＬＥＤストリング５０の動作電圧差より少なくとも１０倍高い場合、さまざまなＬＥＤストリング５０を通る電流は、許容誤差とほぼ等しく維持される。実際には、複数巻線電力変圧器ＴＸＭには、通常、一段側のスイッチングネットワークのソフトスイッチング動作を実現するため、大きな漏れインダクタンスが提供され、したがって、そのような特徴は、上記の漏れインピーダンスに対する要件を満たす。
【００５６】
図７は、それぞれが特定のＬＥＤストリング５０に関連し、それぞれが関連同期ドライバ１４０でドライブする複数の電子制御スイッチＱ３と、インピーダンスバランサを提供するよう構成された複数巻線電力変圧器ＴＸＭとを備える、複数のＬＥＤストリング５０用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。図７のアーキテクチャは、関連同期ドライバを備えた電子制御スイッチＱ３が各ＬＥＤストリング５０に対して設けられることを除いて、あらゆる点で、図６のものと同様である。
【００５７】
複数巻線電力変圧器ＴＸＭの各二次巻線の負荷電流は、上記のインピーダンス効果によるささいな交差調整以外は、互いの間で磁気結合効果を示さないため、各二次巻線に取り付けられたＬＥＤストリング５０は、他のＬＥＤストリング５０の動作に影響を及ぼすことなく、独立して起動および停止させることができる。したがって、図７の構成では、各ＬＥＤストリング５０は、関連同期ドライバ１４０に直列接続された専用の電子制御スイッチＱ３を有する。そのような構成を用いると、各ＬＥＤストリング５０の電流およびデジタル調光オン／オフを別々に制御することができる。有利には、ＬＥＤストリング５０間のささいな交差調整効果は、電子制御スイッチＱ３のそれぞれの同期ドライバ１４０のＰＷＭ制御によって容易に補われる。
【００５８】
図８は、各ＬＥＤストリング５０と切替可能な状態で並列接続されたフィルタリングキャパシタＣＦと、各ＬＥＤストリング５０に関連する電子制御スイッチＱ３と、インピーダンスバランサを提供するよう構成された複数巻線電力変圧器ＴＸＭとを備える、複数のＬＥＤストリング５０用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。
【００５９】
図８のアーキテクチャは、別々の電子制御スイッチＱ６が各フィルタリングキャパシタＣＦに直列に設けられることを除いて、実質上、図４と関連して上記で説明されるように、切替可能な状態で接続されたフィルタリングキャパシタＣＦが各ＬＥＤストリング５０に並列に設けられることを除いて、あらゆる点で、図７のものと同様である。動作中、フィルタリングキャパシタＣＦは、各ＬＥＤストリング５０を通る電流のリップル成分を低減する。電子制御スイッチＱ１およびＱ２のスイッチング動作が最大デューティで起こらない場合、すなわち、各電子制御スイッチＱ１、Ｑ２のデューティサイクルが５０％より大幅に低い場合、それぞれのフィルタキャパシタＣＦと直列接続されるか、または、その代替として図５と関連して上記で説明されるＬＥＤストリングと直列接続された電子制御スイッチＱ６は、デジタル調光オフ期間の間、それぞれの制御用の電子制御スイッチＱ３がオフ状態の場合、漏れ経路を遮断するように制御される。
【００６０】
図９は、複数の二次巻線を呈する複数巻線電力変圧器ＴＸＭと、二次巻線２００で示される、複数の二次巻線の特定の１つに関連する複数のＬＥＤストリング５０と、それぞれがそれぞれのＬＥＤストリング５０と並列接続された複数のフィルタリングキャパシタＣＦと、それぞれがそれぞれのＬＥＤストリング５０および関連フィルタリングキャパシタＣＦと直列接続された複数の電子制御スイッチＱ３とを備える、複数のＬＥＤストリング５０用の同期ドライブアーキテクチャの例示的な実施形態の高レベルの回路図を示す。図１および２に関連して上記で説明されるように、受け取ったＡＣ商用電力は、ＰＦＣ段によってＤＣバス（一実施形態では、４００ＶのＤＣバス）に変換され、ＰＦＣ電圧は、これに限定されないが複数巻線電力変圧器ＴＸＭの一次巻線をドライブするハーフブリッジとして示される、絶縁されたスイッチングブリッジ段３０によって変換される。複数巻線電力変圧器ＴＸＭの二次巻線２００は、ＬＥＤストリング５０のドライブに利用され、電力変圧器ＴＸＭの他の二次巻線は、他の負荷（図示せず）用に利用される。二次巻線２００の第１の端子は、それぞれの一方向性電子管ＤＡによって各ＬＥＤストリング５０の陽極端子に接続され、二次巻線２００の第２の端子は、それぞれの一方向性電子管ＤＢによって各ＬＥＤストリング５０の陽極端子に接続される。巻線２００の中心タップは、共通電位に接続される。ＬＥＤストリング５０のそれぞれは、それぞれの電子制御スイッチＱ３のドレインに接続され、各電子制御スイッチＱ３のゲートは、それぞれの関連同期ドライバ１４０によって制御され、各電子制御スイッチＱ３のソースは、それぞれの検知抵抗器ＲＳを介して共通電位に接続される。
【００６１】
特に、ＬＥＤ電源が他の出力電圧と同じ電力変換器を共有する場合の、本明細書に記載される同期制御アーキテクチャの利点は容易に明らかである。一段側の電子制御スイッチＱ１およびＱ２のスイッチング動作は、通常、ＬＥＤ電流制御ループの代わりにＤＣ出力の１つによって制御される。図１と関連して上記で説明される先行技術は、線形制御段の電力散逸を最小限に抑えるためにＬＥＤストリング５０のＤＣ供給電圧を正確に制御するための、ブースト変換器４０などのＤＣ／ＤＣ変換段の使用について教示する。
対照的に、図９のアーキテクチャは、電子制御スイッチＱ１およびＱ２のスイッチング動作に同期するそれぞれの電子制御スイッチＱ３のパルス幅変調によって、さまざまなＬＥＤストリング５０を通る電流の制御を提供する。それぞれの関連同期ドライバ１４０に反応する電子制御スイッチＱ３のスイッチング制御動作は、非常に低い電力散逸での幅広い供給電圧変動を許容し、したがって、ＤＣ／ＤＣ変換段を完全に取り除くことができ、システムコストと電力損失の両方を省く。その上、さまざまな電子制御スイッチＱ３の動作を独立して制御することができるため、映像表示コンテンツに従って、各ＬＥＤストリング５０のオンとオフの時間を独立して制御する必要があり得るバックライトシステムの調光制御に対して、そのような回路構成を使用することができる。フィルタリングキャパシタＣＦは、それぞれのＬＥＤストリング５０を通る電流をフィルタ処理するよう動作可能であり、したがって、リップルを低減する。複数巻線電力変圧器ＴＸＭの二次巻線２００の漏れインダクタンスは、上記で説明されるように通常大きく、それぞれのフィルタリングキャパシタＣＦと協働して、リップルをさらに低減するＬＣフィルタを形成してＬＥＤ電流をフィルタ処理するようにさらに機能する。
【００６２】
明確にするために別々の実施形態の文脈で説明される本発明のある特徴は、単一の実施形態での組合せで提供することも可能であることが理解される。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で説明される本発明のさまざまな特徴は、別々に提供することも、任意の適切なサブ組合せで提供することも可能である。
【００６３】
他で定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術および科学用語は、この発明を所有する当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で説明されるものと同様のまたは均等な方法を本発明の実践またはテストにおいて使用できるが、適切な方法を本明細書で説明している。
【００６４】
本明細書で言及されるすべての刊行物、特許出願、特許および他の参考文献は、その全体が参照により組み込まれる。抵触の場合は、定義を含む特許明細書が有効である。それに加えて、材料、方法および実施例は、単なる例示であり、限定することを意図しない。
【００６５】
当業者であれば、本発明は、上記で具体的には示され、説明されてきたことに限定されないことが理解されよう。むしろ本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義され、上記で説明されたさまざまな特徴の組合せおよびサブ組合せ、ならびに、その変形形態および変更形態を含み、これについては、当業者であれば、先行技術には含まれていない前述の説明を読み進めるに従って思い当たるであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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