(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチモード電力コンバータの出力端子間に接続されるＬＥＤ装置に電力を提供し、幾つかのエネルギー蓄積要素と、第１の半導体スイッチとを含む前記スイッチモード電力コンバータと、
前記ＬＥＤ装置と直列に接続される第２の半導体スイッチと、
前記第２の半導体スイッチ用の第２の制御信号を、前記第２の制御信号の遷移が、前記第１の半導体スイッチ用の第１の制御信号の対応する遷移に対して遅延されるように生成する制御手段と、
を含む、ＬＥＤドライバ。
【請求項２】
前記エネルギー蓄積要素は、インダクタ及びコンデンサを含み、前記制御手段は、前記エネルギー蓄積要素間のエネルギー移動に応じて、前記第１の制御信号に対する前記第２の制御信号の遷移のタイミングを計る、請求項１に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項３】
前記制御手段は、前記インダクタの電流レベルに応じて、前記第２の制御信号の後縁遷移を生成する、請求項２に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第２の制御信号の後縁遷移を、前記第１の制御信号の後縁遷移に対して、前記第１の制御信号の連続パルス間の間隔を超える量だけ遅延させる、請求項１乃至３の何れか一項に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１の制御信号の連続パルス間の前記間隔を測定する測定手段を含む、請求項４に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項６】
前記第２の制御信号の前縁遷移は、前記第１の制御信号の前縁遷移に対して、インダクタの放電時間に相当する量だけ遅延される、請求項１乃至５の何れか一項に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項７】
前記制御手段は、前記インダクタの前記放電時間を測定する放電モニタリング回路を含む、請求項６に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項８】
前記第２の制御信号は、投影装置のプロセッサによって出されるストローブ信号から得られる、請求項１乃至７の何れか一項に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項９】
少なくとも、前記第２の制御信号を生成するステートマシンモジュールを含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項１０】
画像をスクリーン上に投影するデジタルマイクロミラーデバイスと、
光を前記マイクロミラーデバイスに方向付けるＬＥＤ装置と、
前記マイクロミラーデバイスを制御し、前記ＬＥＤ装置のドライバ用の制御信号を生成するプロセッサと、
前記ＬＥＤ装置を駆動する、少なくとも１つの請求項１乃至９の何れか一項に記載のＬＥＤドライバと、
を含む、投影装置。
【請求項１１】
前記ＬＥＤ装置の赤色ＬＥＤグループ、緑色ＬＥＤグループ及び青色ＬＥＤグループそれぞれに対して別箇のＬＥＤドライバを含む、請求項１０に記載の投影装置。
【請求項１２】
ＬＥＤ装置を駆動する方法であって、
少なくとも幾つかのエネルギー蓄積要素と第１の半導体スイッチとを含み、スイッチモード電力コンバータの出力部に接続されるＬＥＤ装置に電力を提供する前記スイッチモード電力コンバータを配置するステップと、
第２の半導体スイッチを、前記ＬＥＤ装置と直列に配置するステップと、
前記第２の半導体スイッチ用の第２の制御信号を、前記第２の制御信号の遷移が、前記第１の半導体スイッチ用の第１の制御信号の対応する遷移に対して遅延されるように生成する制御手段を提供するステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記第１の制御信号の前縁遷移に対する前記第２の制御信号の前縁遷移の遅延を予め決定するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の制御信号の前縁遷移に対する前記第２の制御信号の前縁遷移の遅延を測定するステップを含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記スイッチモード電力コンバータのエネルギー蓄積要素の放電時間を測定するステップを含む、請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤドライバ、投影装置及びＬＥＤ装置を駆動する方法について説明する。
【背景技術】
【０００２】
画像をスクリーン上に投じるためにマイクロミラーアレイを使用するデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）デバイスでは、高出力発光ダイオード（ＬＥＤ）の配列が光源として使用される。ＬＥＤを使用することの利点は、それらの有利に長い寿命以外に、ＬＥＤは、非常に高いスイッチング周波数でオン及びオフに切り替え可能である点である。また、光出力は、ＬＥＤを流れる電流に基本的に従うので、光出力も、有利に高速の立ち上がり及び立ち下がり時間によって特徴付けられる。ＤＬＰデバイスを動作させるためには、制御信号がマイクロミラーアレイに出され、各マイクロミラーが、生成されている画像におけるその寄与に応じて傾斜される。制御信号は、実質的に同時にＬＥＤに出され、生成されている画像に応じて光出力が調節される。例えば制御信号は、画像の各画素に必要な赤色光、緑色光及び青色光の量に応じて、また、各画素の光強度に応じて出される。ＬＥＤ負荷に電流及び電圧を供給する電力コンバータの要件は、電流が、低オーバーシュート又はアンダーシュートと、高度に正確なオン／オフタイミングとによって特徴付けられるべきであることである。
【０００３】
このような応用のほとんどでは、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）を使用して、ＳＭＰＳの出力フィルタに亘る負荷として接続されるＬＥＤが駆動される。出力フィルタは、一般に、コンデンサ又はｐｉ−フィルタを使用して実現される。ＳＭＰＳは、動作のいわゆるヒステリシスモードにおいて、ハイレベル（「オン」）及びローレベル（「オフ」）間で高速に切り替わる出力電力を提供する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が、所望の高速スイッチング周波数によって、上記目的に適したスイッチの選択である。この「アクティブ」モードでは、実質的に一定の出力電圧が、特定量のリップルと共に、コンバータの出力端子において提供される。マイクロミラーアレイの制御プロセッサは、マイクロミラーアレイの制御信号と同期される適切な制御信号をコンバータに出す。コンバータＦＥＴスイッチ用の適切なゲート信号を生成することによって、コンバータ出力は、「アクティブ」フェーズと「非アクティブ」フェーズとで交互に入れ替わる。このようにして、画像アレイの各画素に応じてＬＥＤ装置の各色について、所望の調光レベルが達成される。幾つかの知られている応用では、照明負荷自体は、ＳＭＰＳとは無関係に切り替えることができる。このために、通常は半導体スイッチであるスイッチが、照明負荷と直列に追加可能であり、これにより、必要に応じて、照明負荷がオン及びオフにされる。このような制御信号は、一般に、ストローブ信号と呼ばれる。ここでも、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が、ＬＥＤ負荷をオン及びオフにするのに適したスイッチの選択である。従来の構成では、コンバータスイッチ及び負荷スイッチ用のゲート制御信号は、通常、同時に出される。しかし、これは、ＬＥＤ電流に顕著なオーバーシュート（又はアンダーシュート）をもたらし、これは、翻って、光出力のオーバーシュート（又はアンダーシュート）につながる。オーバーシュートの結果としての過剰光が視聴者によって知覚され、したがって、視聴経験の質が損なわれる。このようなドライバを使用する投影装置では、マイクロミラーのタイミングが、オーバーシュート／アンダーシュートを相殺しなければならない。しかし、一部の光が事実上無駄になり、全体的な効率及び輝度の低下につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明は、特にＤＬＰ投影装置におけるＬＥＤ光源を制御する改良された方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、請求項１のＬＥＤドライバ、請求項１０の投影装置及び請求項１２のＬＥＤ駆動装置を駆動する方法によって達成される。
【０００６】
本発明によれば、ＬＥＤドライバは、スイッチモード電力コンバータの出力端子間に接続されるＬＥＤ負荷に給電し、幾つかのエネルギー蓄積要素と、第１の半導体スイッチとを含む上記スイッチモード電力コンバータと、照明負荷と直列に接続される第２の半導体スイッチと、第１の半導体スイッチ用の第１の制御信号と第２の半導体スイッチ用の第２の制御信号とを、第２の制御信号の遷移が、第１の制御信号の対応する遷移に対して遅延されるように生成する制御手段とを含む。
【０００７】
このコンテキストにおいて、信号遷移とは、「ハイ」レベル（「オン」又は「１」とも言う）と「ロー」レベル（「オフ」又は「０」とも言う）との間の変化と理解される。遷移は、ローからハイへ、又は、ハイからローへ行くことができる。半導体スイッチは、実質上「開く」又は「閉じる」ように、このようなオン／オフ制御信号によって制御される。以下、半導体スイッチは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、好適にはＭＯＳＦＥＴを含むと想定される。これは、このタイプの半導体スイッチは、適切な制御信号がそのゲート端子に印加されると、非常に高い周波数で切り替わることができるからである。更に、当該制御信号は、スイッチのゲート端子に印加されるので、以下、「ゲート信号」とも呼ばれると想定される。電力コンバータは、その動作を調節するために、２つ以上の半導体スイッチを有することができる。例えばある種のコンバータは、バッファコンデンサが照明負荷を介してのみ放電できることを確実とするように、ダイオードの形の更なる半導体スイッチを有してもよい。本発明のコンテキストでは、コンバータの「第１の半導体スイッチ」は、コンバータのエネルギー蓄積構成要素間のエネルギー移動を制御するように使用されるスイッチと理解される。したがって、以下、「第１の半導体スイッチ」及び「コンバータスイッチ」との用語は同義に使用される。「第２の半導体スイッチ」及び「負荷スイッチ」との用語も、以下、同義に使用される。
【０００８】
本発明によるＬＥＤドライバでは、制御手段は、負荷スイッチ用のゲート信号を、当該負荷スイッチゲート信号の遷移が、コンバータスイッチ用のゲート信号の対応する遷移に対して遅延されるように生成する。本発明によるＬＥＤドライバの利点は、ゲート信号タイミングへのこのアプローチによって、ＬＥＤ電流のオーバーシュートが、事実上、除去されるか又は少なくとも、光出力の顕著な挙動をもたらさないレベルまで低減可能である点である。したがって、ＬＥＤ装置は、ＬＥＤが所望の強度で安定するまで、最小の時間間隔で、より高い精度で「オフ」から「オン」に切り替えられることが可能である。
【０００９】
本発明によれば、投影装置は、画像をスクリーン上に投影するデジタルマイクロミラーデバイスと、光をマイクロミラーデバイスに方向付けるＬＥＤ装置と、マイクロミラーデバイスを制御し、ＬＥＤ装置のドライバ用の制御信号を生成するプロセッサと、ＬＥＤ装置を駆動する少なくとも１つの本発明によるＬＥＤドライバとを含む。
【００１０】
本発明による投影装置の利点は、本発明のＬＥＤドライバの制御信号タイミングによる光出力におけるより高い精度が、視聴経験の質の向上につながる点である。画像は、より高い精度で、また、従来技術のＬＥＤドライバを有する同等の投影装置では知覚されるエイリアシングなしで投影可能である。更なる利点は、効率及び輝度の増加である。本発明による投影装置では、マイクロミラーは、オーバーシュート／アンダーシュートを見越してタイミングが計られる必要がない。ＬＥＤが所望の強度で安定するまでの時間間隔を最小限にすることは、全体の効率を向上させる。
【００１１】
本発明によれば、ＬＥＤ駆動装置を駆動する方法は、幾つかのエネルギー蓄積要素と第１の半導体スイッチとを含むスイッチモード電力コンバータの出力端子間に接続されるＬＥＤ負荷に給電するように、上記スイッチモード電力コンバータを配置するステップと、第２の半導体スイッチを、照明負荷と直列に配置するステップと、第２の半導体スイッチ用の第２の制御信号の遷移が、第１の半導体スイッチ用の第１の制御信号の対応する遷移に対して遅延されるように、第１の制御信号と第２の制御信号とを生成する制御手段を提供するステップとを含む。
【００１２】
本発明による方法は、比較的簡単に実現できる一方で、非アクティブフェーズとアクティブフェーズとの間の臨界遷移におけるＬＥＤの挙動に著しい改善をもたらす。
【００１３】
従属請求項及び以下の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴を開示する。実施形態の特徴は、必要に応じて組み合わされてよい。１つのクレームカテゴリのコンテキストで説明される特徴は、別のクレームカテゴリに同等に適用できる。
【００１４】
本発明によるＬＥＤドライバは、任意のＬＥＤ負荷を駆動するために使用可能である。本発明を何ら制限することなく、ドライバは、ＬＥＤ装置の幾つかのＬＥＤが光をマイクロミラーアレイに方向付けるように使用されるＤＬＰ応用における使用向けであると想定される。本発明による投影装置は、好適には、赤色ＬＥＤグループ、緑色ＬＥＤグループ及び青色ＬＥＤグループのそれぞれに対して別箇のＬＥＤドライバを含む。
【００１５】
ＤＬＰシステムは、ビデオ入力に基づき、マイクロミラーアレイ及び光源ドライバを制御する専用プロセッサを含む。当該プロセッサは、一般に、特定の種類の光源ドライバと共に動作する。例えば本発明によるＤＬＰ装置は、ＬＥＤ装置の所望の光強度に基づいて制御信号を生成するプロセッサを含む。例えば「調光コマンド」が、７３％といったように割合又は百分率として所望の光強度を示すことができ、「ストローブリクエスト」は、ＬＥＤ装置が光を提供する継続時間を示すことができる。ＬＥＤドライバの役割は、所望の電力レベルを達成するために、コンバータスイッチ用のゲート信号と負荷スイッチ用のゲート信号とを生成することである。このために、ＬＥＤドライバは、通常、電力コンバータが連続モードで動作すべきである継続時間に亘る一連のオン／オフパルスを含むコンバータスイッチゲート信号と、通常、ＬＥＤ装置のアクティブ間隔の間「オン」であり、非アクティブ間隔の間「オフ」である信号を含む負荷スイッチゲート制御信号とを提供する。
【００１６】
１つのアプローチでは、本発明による方法は、コンバータスイッチゲート信号遷移に対する負荷スイッチゲート信号遷移の遅延を予め決定するステップを含む。つまり、例えばＦＥＴのゲート端子をハイにプルするように、コンバータスイッチゲート信号の最初の立ち上がりエッジの後、負荷スイッチゲート信号が、負荷スイッチのゲート端子に印加される前に、遅延が経過することが可能にされる。この遅延は、デザイン段階に決定され、幾つかの適切なやり方で付与されてよい。例えば本発明の好適な実施形態では、ステートマシンユニットを使用して、所定の遅延値を使用する負荷スイッチゲート信号が生成される。このようなステートマシンユニットは、ＬＥＤドライバ又は投影装置内に組み込まれることが可能な既製モジュールを含んでよい。ステートマシンは、コンバータスイッチ及び負荷スイッチ用のゲート信号を生成するために、例えば調光制御信号及びストローブリクエスト信号等であるＤＬＰプロセッサから生じる関連の制御信号に接続可能である。
【００１７】
以下、スイッチモード電力コンバータは、第１の半導体スイッチを適切に高速に切り替えることによって連続モードで動作可能であるブーストコンバータであると更に想定される。このために、コンバータスイッチゲート信号は、通常、アクティブフェーズ中は、一連のオン／オフパルスを含み、非アクティブフェーズ中は、オフのままである。アクティブフェーズ中、コンバータスイッチゲート信号のデューティサイクル、即ち、「オン」及び「オフ」時間の継続時間は、エネルギー蓄積要素の充電／放電率に基づき、したがって、電力コンバータの出力部における電圧は、コンバータスイッチゲート信号のアクティブフェーズ中、所望のレベルに維持される。本発明を何ら制限することなく、ブーストコンバータのエネルギー蓄積要素は、インダクタ及びコンデンサを含むと想定される。コンバータスイッチゲート信号は、アクティブフェーズ中は、一連の均一パルスを含むと想定され、連続するパルスは、パルスオフ時間によって離される。負荷スイッチゲート信号は、ＬＥＤ光源をその「オン」状態と「オフ」状態との間で切り替えるので、「ストローブ」信号とも呼ばれる。ストローブ信号は、ＬＥＤ装置のアクティブフェーズ中は、事実上、「オン」であり、非アクティブフェーズ中は「オフ」である。
【００１８】
上記されたように、非アクティブフェーズ中、コンバータスイッチゲート信号は、コンバータスイッチを「開いた」状態にしておくためにオフのままにされ、この結果、インダクタ電流がゼロであり、コンデンサの電圧は、前に得たレベルに留まる。アクティブフェーズは、インダクタ電流がゼロからそのピーク値に上昇することを可能とするために、コンバータスイッチゲート信号の１つの比較的長い「オン」パルスで始まる。この時間の間、コンデンサに蓄積されたエネルギーは、負荷がストローブ信号によってオンにされると、負荷を介して放電可能である。この最初のパルスの後に、インダクタ電流がより低い値とピーク値との間で変動するようにタイミングが計られた一連のより短いパルスが続く。コンデンサの電圧も、出力電圧レベルのあたりに幾らかのリップルを示す。アクティブフェーズの終わりは、最後のコンバータスイッチゲートパルスの後にストローブ信号がローになると生じる。インダクタ電流はゼロに下がり、これにより、そのエネルギーの一部がコンデンサに移動され、したがって、コンデンサの電圧は、アクティブ期間中の出力電圧レベルよりも高いレベルに上昇する。
【００１９】
アクティブフェーズの終わりにおけるコンデンサへのエネルギー移動と、次のアクティブフェーズの始まりにおけるその後続の負荷を介する放出とが、負荷が既知のＬＥＤドライバ装置を使用して、即ち、ゲート信号の同時前縁で駆動される場合のＬＥＤ電流の顕著なオーバーシュートの原因である。これは、翻って、光出力における対応するオーバーシュート／アンダーシュートをもたらす。本発明によるＬＥＤドライバでは、ストローブ信号のタイミングが、アクティブフェーズの始まりでは、コンデンサの電圧は高過ぎもなく、低過ぎもないようにエネルギー移動を変更するように調節され、ＬＥＤ電流及び光出力のオーバーシュート／アンダーシュートが実質的に除外される。このために、本発明の好適な実施形態では、制御手段は、エネルギー蓄積要素に蓄積されたエネルギーに応じてコンバータスイッチゲート信号に対するストローブ信号の遷移のタイミングを計る。
【００２０】
本発明の第１の好適な実施形態では、制御手段は、インダクタ電流が特定の閾値レベルに達した後にのみ、ストローブ信号をオン（「ロー」から「ハイ」）にする。実際に、制御手段は、ストローブ信号の前縁を、コンバータゲート信号の第１の前縁に対して遅延させる。この遅延の効果は、コンデンサに十分に放電させることであり、したがって、インダクタが続けて（連続モードでの動作からのオフセット電流による）その余剰のエネルギーをすべてコンデンサへと完全に放電するときに、コンデンサ電圧が、正常動作範囲に近いレベルに留まる、即ち、コンデンサ電圧は、アクティブフェーズ中に達するレベルを著しく上回って増加しない。対照的に、従来のＬＥＤドライバは、アクティブフェーズ及び非アクティブフェーズにおけるコンデンサ電圧レベル間の著しい差を特徴とする。
【００２１】
インダクタ電流の閾値レベルは、連続モード動作中の最小電流レベルに相当してよい。インダクタ電流の閾値レベルは、好適には、アクティブフェーズの終わり、即ち、最終ゲートパルスの後に達するインダクタ電流レベルである。この閾値レベルは、最大（ピーク）インダクタ電流レベルと、最小（ゼロ）インダクタ電流レベルとの間にある。インダクタ電流が、アクティブフェーズの始まりにおけるゼロからこの閾値レベルに上昇するのにかかる時間は、多くのやり方で決定することができる。例えばインダクタ電流は、当該インダクタ電流がゼロに下がった瞬間を検出するように、アクティブフェーズの終わりにおいてモニタリングされる。その間に、カウンタを制御して、この間隔の間、カウントアップされる。
【００２２】
或いは、上記時間は、既知及び／又は推定値を使用して計算可能である。例えば遅延は、次の論拠を使用して推定可能である。即ち、アクティブフェーズの終わりにおいて、コンバータスイッチはオフにされる。この時間におけるインダクタ電流が、閾値レベルである。インダクタに蓄積されたエネルギーは、ストローブ信号が「オン」である限り、ＬＥＤ装置によって消散される。したがって、
【数１】
0006328352.tif 000002
ここで、ＩＬＥＤは、ＬＥＤ装置を流れる電流であり、ＶＬＥＤは、ＬＥＤ装置の電圧であり、ｔｄｅｌａｙは、インダクタが放電している間にストローブ信号がその分だけ延長される時間であり、ＩＬ（ｔ０）は、閾値インダクタ電流であり、Ｌは、インダクタ値である。式は、次のように再編成することができる。
【数２】
0006328352.tif 000003
【００２３】
推定される時間は、近似値である。これは、ＬＥＤが、非線形に挙動することによる。本発明の概念は、コンバータがオフにされた瞬間におけるインダクタ内の電力が、ＬＥＤを駆動するのに必要であるよりも多く、余剰のエネルギーが、コンデンサを充電するという見識に基づいている。しかし、インダクタの電力は、時間の経過と共に減少し、最終的には、ＬＥＤを動作させるのに必要なレベルまで下がる。この時点で、コンデンサは、ＬＥＤに対して放電する。本発明の原理は、コンバータがオフにされた後にコンデンサから負荷に移されるエネルギーの量と、負荷がオフにされたときにコンデンサに残っているエネルギーの量とのバランスを見つけることにある。上記計算された遅延は、負荷スイッチを十分に長く閉じた状態にし、これにより、コンデンサは、始動時、即ち、次のアクティブフェーズの始まりにおけるオーバーシュートをもたらすには不十分であり、また、始動時のアンダーシュートをもたらすほど低過ぎないレベルまで放電することができる。
【００２４】
ストローブ信号の後縁は、好適には、少なくとも、連続コンバータゲートパルス間の間隔ほど遅延されるべきである。したがって、本発明の好適な実施形態では、制御手段は、コンバータゲートパルスオフ時間間隔を測定するパルス間隔測定手段を含む。例えば先行するコンバータゲートパルス前縁によってゼロにリセットされた後のコンバータゲートパルス後縁によって、適切なカウンタがトリガされる。次のコンバータゲートパルス前縁を使用して、蓄積されたオフ時間間隔カウント値が保存される。本発明の好適な実施形態では、このコンバータゲートパルスオフ時間間隔は、コンバータゲート信号の最終後縁に対してストローブオン／オフ遷移が遅延される最小時間として使用される。
【００２５】
本発明によれば、ストローブ信号は、アクティブフェーズ中に、第１のコンバータゲートパルスの前縁後しばらくして、ＬＥＤ負荷スイッチに印加される。本発明の好適な実施形態では、制御手段は、インダクタ電流がゼロからストローブ信号の後縁におけるそのレベルと同様のレベルまで上昇すると、ストローブ信号を印加する。本発明の１つの好適な実施形態では、制御手段は、インダクタの放電時間を測定する放電モニタリング回路を含む。この実施形態では、アクティブフェーズの終わりにおいて、インダクタ電流がゼロに達するのに必要な時間が測定され、カウンタの開始値として使用される。介在する非アクティブフェーズ後の次のコンバータゲートパルス前縁が、このカウンタをトリガしてカウントダウンさせる。カウンタがゼロに達すると、ストローブ信号はハイになる。この実施形態は、上昇するインダクタ電流の傾斜が、下降するインダクタ電流の傾斜と同様であるという知識に基づいている。実際には、インダクタ電流は、カウンタがゼロに達するときよりも少し後に、所望のオフセットレベルに達する。これは、インダクタ電流の立ち上がりエッジの傾斜は、立ち下がりエッジの傾斜よりも少し勾配が緩いからである。
【００２６】
代替のアプローチでは、第１の制御信号遷移に対する第２の制御信号遷移の遅延は、所定値ではなく、アドホックベースで決定される。例えば適切な遅延時間は、インダクタが、所望の「スイッチオン」レベル又はオフセットレベルから開始して、完全に放電するのにかかる時間を測定することによって推定される。つまり、インダクタ電流傾斜は、上昇状態及び下降状態において同じであると想定できる。上記されたように、本発明の原理は、インダクタ電流が所望のオフセットレベル、即ち、「閾値」レベルに達した後にのみ、第２のＦＥＴ用のコンバータゲート信号を出すことである。このオフセットレベルは、特定の電力コンバータに対して計算することができる。したがって、本発明によるＬＥＤドライバは、インダクタ電流が、一連の調光制御パルスの最後のパルスの後、このオフセットレベルからゼロに下がるまでにかかった時間を測定する回路を含んでよい。これは、インダクタ電流がゼロ値に達するまで、ゼロからカウントアップするカウンタをトリガリングすることによって達成可能である。インダクタ電流がゼロ値に達するその時点において、カウンタは停止され、その値を保持する。続いて、休止間隔の後、新しい一連のコンバータスイッチパルスが出されると、第１のパルスがカウンタをトリガして、再びゼロに達するまで、カウントダウンされる。この時間の間、インダクタ電流は、オフセット又は閾値レベルに向かって上昇する。カウンタがゼロに達すると、負荷スイッチゲート信号が、０から１に行き、ＬＥＤがオンに切り替えられる。
【００２７】
（閾値電流に所定値を使用するか測定値を使用するかに関わらず）このインダクタ電流オフセットを適用することの作用は、最終コンバータスイッチゲートパルスの後、電力コンバータは「オフ」にされるが、ＬＥＤ負荷は電流を引き込み続けることである。これは、蓄積されたエネルギーの一部が、ＬＥＤ負荷に移され、したがって、コンデンサ電圧が、不所望に高いレベルに達することが阻止され、結果として、コンデンサに残る、次のアクティブフェーズの始まりにおいて負荷に放電される「余剰エネルギー」が少ないという作用がある。実用的には、本発明は、アクティブフェーズの始まり及び／又は終わりにおける改善されたエネルギーバランスを達成する。例えばブーストコンバータの場合、インダクタ電流が増加している場合には負荷には電流が供給されないので、コンバータスイッチをオンにする最適な時間は、コンデンサ電圧が、連続モード動作中の最低電圧に近いときである。コンデンサ電圧は、通常、（上記されたように、前のアクティブフェーズにおけるエネルギー移動により）このレベルよりも高いので、負荷スイッチよりも早くコンバータスイッチをオンにすることによって、コンデンサがわずかに放電する。バックコンバータの場合、電流は、コンデンサに常に供給されるが、アクティブフェーズの始まりでは、電流は、ＬＥＤ装置に給電するには不十分であり、したがって、アンダーシュートにつながる。したがって、バックコンバータでは、負荷スイッチをオンにする最適な時間は、インダクタ電流が、連続モード動作中に、最小値に達するときであり、コンデンサにおける余剰エネルギーを考慮する必要がある場合は調節される。
【００２８】
本発明の他の目的及び特徴は、添付図面と併せて検討される以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、当然ながら、図面は、例示のみを目的とし、本発明の限定の定義を目的としていない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明によるＬＥＤドライバの一実施形態の簡略化されたブロック図を示す。
【図２】図２は、本発明によるＬＥＤドライバの動作中の信号波形を示す。
【図３】図３は、アクティブフェーズの開始における図２の信号波形を示す。
【図４】図４は、アクティブフェーズの終了における図２の信号波形を示す。
【図５】図５は、本発明による投影装置の一実施形態の概略図である。
【図６】図６は、従来技術のＬＥＤドライバの動作中のＬＥＤ電流波形を示す。
【図７】図７は、従来技術のＬＥＤドライバの動作中の信号波形を示す。
【００３０】
図中、同様の参照符号は、全体を通して同様の物を指す。図中の物は、必ずしも縮尺通りではない。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤドライバ１の簡略化されたブロック図を示す。ＬＥＤドライバ１は、任意の適切な数及び配列のＬＥＤを含むＬＥＤ照明負荷１００を駆動するように実現され、また、ＤＬＰシステムのプロセッサ２０及び電力コンバータ２１と関係して示されている。ＤＬＰプロセッサ２０は、ＬＥＤドライバ１に、調光レベル２０Ｄ及びストローブリクエスト２０Ｓを出す。ストローブリクエスト２０Ｓは、ＬＥＤの「オン時間」を調節するために使用される一方で、調光レベル２０Ｄは、投影画像における光強度を調節するために使用される。ここでは、ＬＥＤドライバ１は、主電源４から駆動される電力コンバータ４０からの整流入力が提供されるブーストコンバータ１０を含む。ブーストコンバータ１０は、インダクタＬ、ダイオードＤ、コンデンサＣ及び半導体スイッチＱ１（以下、「コンバータスイッチ」と呼ばれる）の既知の構成を含む。この実施形態では、スイッチＱ１はＭＯＳＦＥＴである。第２の半導体スイッチＱ２が、ＬＥＤ負荷１００と直列に配置され、したがって、以下、「負荷スイッチ」と呼ばれる。この例示的な実施形態では、負荷スイッチＱ２もＭＯＳＦＥＴである。コンバータスイッチＱ１及び負荷スイッチＱ２のゲート信号Ｇ１、Ｇ２は、ＤＬＰプロセッサ２０によって提供される調光レベル２０Ｄ及びストローブリクエスト２０Ｓ信号に基づき、ドライバ１によって生成される。本発明によるドライバ１は、通常のやり方、即ち、通常のタイミングで、コンバータスイッチ信号Ｇ１を生成することができるが、上記されたように、少なくとも、負荷スイッチ信号Ｇ２の０−１遷移の前に、特定の遅延が経過することを可能にする。アクティブフェーズ（この間、光は、投影システムのマイクロミラーデバイス上に投じられるべきである）中、コンバータスイッチ信号Ｇ１は、基本的に、ブーストコンバータを連続モードで動作させるように一連のオン／オフパルスを含む。アクティブフェーズ及び介在する非アクティブフェーズの継続時間のタイミングは、投影される各画像の光強度を調節する効果を有する。従来の具体化では、スイッチＱ１、Ｑ２用の制御信号の前縁は、同時に出され、出力に不所望なオーバーシュートをもたらす。
【００３２】
この例示的な実施形態におけるＬＥＤドライバ１では、負荷スイッチ信号Ｇ２の前縁は、コンバータスイッチ信号Ｇ１の第１のパルスの前縁に対してオフセット又は遅延され、また、負荷スイッチ信号Ｇ２の後縁は、コンバータスイッチ信号Ｇ１の最後のパルスの後縁に対してオフセット又は遅延されている。この制御アプローチの成果は、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤのオーバーシュートを事実上取り除くことである。制御手段１１は、これを多くのやり方で実現することができる。一実施形態では、制御手段１１は、ステートマシンモジュール１１１を使用する。ステートマシンは、上記されたように、関連の信号及びカウンタのステータスをモニタリングするように設定される。制御手段１１は、アクティブフェーズの終わりを示すコンバータスイッチゲート信号の最終パルスを検出するために、間隔測定回路１１２を含む。これは、コンバータスイッチゲートパルスの前縁によってゼロにリセットされ、コンバータスイッチゲートパルスの最終後縁によって、カウントアップするカウンタを含む。パルス前縁がないことは、アクティブフェーズの終わりを示す。ステートマシン１１１は、アクティブフェーズの終わりを検出すると、インダクタ電流ＩＬレベルを観察し始め、負荷スイッチ信号Ｇ２をオフにする、即ち、負荷スイッチ信号Ｇ２の後縁を生成する最適な時間を決定する。放電時間測定回路１１０が、インダクタＬに接続されてよく、また、ステートマシン１１１によってトリガされ、インダクタ電流がゼロに下がるまで増分を開始するカウンタを含んでよい。この放電時間は、制御手段１０のメモリに記録されてよい。新しいコンバータスイッチゲートパルス前縁で開始する次のアクティブフェーズにおいて、カウンタは、この記録された値からカウントダウンするようにされてよい。カウンタがゼロになると、負荷スイッチゲート信号又はストローブ信号をアクティブにすることによって、負荷スイッチがオンにされる。
【００３３】
この改良された制御技術は、従来技術のＬＥＤドライバにおいて経験されていたオーバーシュート問題を実質的に取り除く。図６は、このオーバーシュート問題を説明し、上記されたように、ブーストコンバータを使用する従来技術のＬＥＤドライバによって駆動されるＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流ＩＬＥＤを示す。（ＬＥＤが「オン」である）各アクティブフェーズの始まりにおいて、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤは、約３．７５Ａの平均ターゲット電流レベルを著しくオーバーシュートする。このオーバーシュートは、それに応じて光出力に影響を及ぼし、視聴者に知覚される。図７に、この不所望な挙動の原因が説明される。図７は、従来技術のＬＥＤドライバの動作中の信号波形を示す。図７は、上から下に、一連の交互のアクティブフェーズＬｏｎ及び非アクティブフェーズＬｏｆｆについてのコンデンサ電圧Ｖｃａｐ、インダクタ電流ＩＬ、従来技術のドライバによって出されるコンバータスイッチ信号７０及び負荷スイッチ信号７１、並びに、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤ＿１を示す。アクティブフェーズＬｏｎの終わりにおいて、負荷スイッチ信号７１の後縁は、パルス間隔の後に生じる（パルス間隔後、パルス前縁が、アクティブフェーズに現れる）。結果として、各アクティブフェーズＬｏｎの終わりにおいて、インダクタからのエネルギーは、コンデンサに移動され、これにより、その電圧が比較的高い最大値Ｖｍａｘ＿１まで増加し、また、後続の非アクティブフェーズＬｏｆｆの間、コンデンサに蓄積される。コンバータスイッチ信号７０及び負荷スイッチ信号７１の前縁は、同時に到着し、結果として、ＬＥＤは即座にオンに切り替えられる。コンデンサ内の余剰のエネルギーは、ＬＥＤを通してのみ放電可能であり、結果として、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤ＿１は、上記されたように、比較的高い最大値Ｉｍａｘ＿１までオーバーシュートする。
【００３４】
図２は、本発明によるＬＥＤドライバの動作中の信号波形を示す。図２は、上から下に、コンデンサ電圧Ｖｃａｐ、インダクタ電流ＩＬ、制御手段によって出されるコンバータスイッチ信号Ｇ１及び負荷スイッチ信号Ｇ２、並びに、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤを示す。図６及び図７を参照して先に説明した波形とは対照的に、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤは、そのオフ／オン遷移に続く任意の著しいオーバーシュートがなく、実際には、比較的低い最大値Ｉｍａｘにしかなっていない明らかにより好ましい形状を示す。これは、非アクティブフェーズＬｏｆｆの間に蓄積された比較的低いコンデンサ電圧Ｖｍａｘによるものである。図３は、負荷スイッチ信号Ｇ２の前縁付近の、即ち、アクティブフェーズＬｏｎの始まりにおける図２の領域を示す。負荷スイッチ信号Ｇ２は、コンバータスイッチ信号Ｇ１の第１の前縁よりも遅延ΔＧ２だけ遅れて０から１に行く。この遅延ΔＧ２は、例えば式（２）を使用して計算される遅延ｔｄｅｌａｙに相当する。負荷スイッチ信号Ｇ２がハイに行くまで、ＬＥＤ１００は、「オフ」である。この遅延、即ち、オフセットΔＧ２の効果は、コンバータがほぼ一定のＬＥＤ電流ＩＬＥＤを維持するのに十分な電流を提供可能である場合にのみ、負荷スイッチはオンにされることである。これは、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤのアンダーシュートを回避する。
【００３５】
次に、負荷スイッチ信号Ｇ２がハイに行くと、ＬＥＤ１００はオンに切り替わるが、コンデンサＣに前に蓄積されたより低い電圧Ｖｍａｘによって、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤがオーバーシュートしないことが確実にされる。
【００３６】
図４に、より低いコンデンサ電圧Ｖｃａｐの理由が与えられる。図４は、アクティブフェーズＬｏｎの終了における図２の信号波形を示す。負荷スイッチ信号Ｇ２の後縁は、コンバータスイッチ信号Ｇ１の後縁と同時に又はオフ時間間隔ｔｏｆｆが経過した後にゼロに下がるのではなく、インダクタ電流ＩＬが、閾値レベルまで下がるときまで遅延される。この例では、コンバータスイッチ信号Ｇ１の後縁後のオフタイム間隔ｔｏｆｆに対応する時間から、遅延ｔｄｅｌａｙが計算又は測定される。遅延ｔｄｅｌａｙの計算値は、例えば式（２）に基づいていてよい。この長期に及ぶ遅延ｔｄｅｌａｙの間、ブーストコンバータはオフであり、インダクタは放電するが、ＬＥＤ負荷は、依然として電流を引き込み、したがって、コンデンサＣに移動できるエネルギーは少ない。結果として、図４の上部に示されるように、負荷もオフにするために、負荷スイッチ信号Ｇ２がゼロに下がる時までに、コンデンサ電圧Ｖｃａｐは、その最大リップル電圧よりも上に著しく増加はしていない。比較として、図４は更に、従来技術の負荷スイッチ信号７１、７２の後縁と、対応するＬＥＤ電流ＩＬＥＤ＿１、ＩＬＥＤ＿２と、もたらされるコンデンサ電圧波形Ｖｃａｐ＿１、Ｖｃａｐ＿２とを示す。負荷スイッチ信号後縁が最終ゲートパルス後縁と一致する場合、ＬＥＤ負荷は、電流ＩＬＥＤ＿１を引き込むのを即座に停止し、コンデンサは、放電するインダクタによって、比較的高いレベルＶｃａｐ＿１まで充電される。これらの波形は、破線で示される。好ましくなく高い電圧レベルＶｃａｐ＿１は、次のアクティブフェーズの始まりにおいて、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤ＿１の著しいオーバーシュートをもたらす。ストローブ信号後縁が、点線で描かれている波形によって示されるように、オフ時間間隔ｔｏｆｆの後まで遅延されても、コンデンサは、放電するインダクタによってレベルＶｃａｐ＿２まで依然として充電し、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤ＿２は、図６及び図７を参照してすでに説明されたように、次のアクティブフェーズＬｏｎの始まりにおいてオーバーシュートする。
【００３７】
図５は、本発明による投影装置２の一実施形態の概略図である。電力は、主電源４及び入力コンバータ段２１から提供される。図５は、ＤＬＰプロセッサ２０によって制御される可動ミラーのアレイを有するマイクロミラーデバイス２００を示す。ＤＬＰプロセッサ２０は更に、ここでは、本発明によるＬＥＤドライバ１によって駆動されるＬＥＤ装置１００である照明装置の同期化された制御信号を出す。図５は、１つのＬＥＤ装置１００用の１対の制御信号２０Ｄ、２０Ｓを示す。当業者は理解するように、別々に制御可能なＬＥＤ装置の数に応じて（例えば赤、青、緑及び白といった様々な色について）様々なセットの制御信号を出すことができる。動作中、ＬＥＤドライバ１及びそのＬＥＤ照明負荷１００によって光パルスが高速連続で生成され、マイクロミラーデバイス２００に向けられ、マイクロミラーデバイス２００は、結果として得られる画像をスクリーン３上に投じる。様々な光学装置２２、２３が、必要に応じて、光を集束し形作る。
【００３８】
本発明は、好適な実施形態及びその変形態様の形で開示されているが、当然ながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上記好適な実施形態及びその変形態様に、多数の追加の修正及び変更をすることができる。例えば赤色、青色及び緑色光を独立して生成する別箇のＬＥＤ装置を使用するのではなく、当業者には知られているやり方で、白色ＬＥＤ光源をカラーホイールと組み合わせて使用してもよい。このような具現化において、白色ＬＥＤ光源は、本発明によるドライバを使用して駆動され、これにより、光の非常に正確なタイミングが実現される。
【００３９】
明瞭とするために、本願全体における「ａ」又は「ａｎ」の使用は、複数形を排除せず、また、「含む」は、他のステップ又は要素を排除しない。「ユニット」又は「モジュール」との言及は、２つ以上のユニット又はモジュールの使用を除外しない。
【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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