(57)【要約】白色発光ダイオードアレイ駆動回路は、出力電流モード制御を行う多出力フライバック又はフォワードコンバータを有する。変成器は、電源に結合されるとともに電源からの電流を受信するように形成された１次巻線と、１次巻線に結合された複数の２次巻線とを有する。回路は、複数の発光ダイオードアレイも具え、各発光ダイオードアレイは、２次巻線の１個に結合される。主コントローラは、１次巻線に流れる電流を制御するように形成される。回路は、複数の補助コントローラも具え、その各々は、発光ダイオードアレイの各々に結合される。さらに、補助コントローラの各々は、対応する発光ダイオードアレイに流れる電流を制御するように形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
この電源に結合されるとともに前記電源からの電流を受信する１次巻線及びこの１次巻線に結合された複数の２次巻線を有する変成器と、
各々が前記複数の２次巻線の１個に結合された複数の発光ダイオードアレイと、
前記変成器の巻線に流れる電流を制御するように形成された主コントローラと、
各々が前記複数の発光ダイオードアレイの１個に結合され、対応する発光ダイオードアレイに流れる電流を制御するように形成された複数の補助コントローラとを具えることを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記主コントローラが、前記発光ダイオードアレイのうちの第１のものに結合され、前記補助コントローラの各々が、別の発光ダイオードアレイの各々に結合されたことを特徴とする請求項１記載の駆動回路。
【請求項３】
複数の発光ダイオードの各々を抵抗に結合したことを特徴とする請求項１記載の駆動回路。
【請求項４】
前記抵抗の出力信号が前記コントローラの各々に送信されることを特徴とする請求項３記載の駆動回路。
【請求項５】
前記変成器がフライバックコンバータを具えることを特徴とする請求項１記載の駆動回路。
【請求項６】
前記フライバックコンバータが、前記２次巻線とは逆の巻線方向を有する前記１次巻線を有することを特徴とする請求項５記載の駆動回路。
【請求項７】
前記変成器がフォワードコンバータを具えることを特徴とする請求項１記載の駆動回路。
【請求項８】
前記フォワードコンバータが、前記２次巻線と同一の巻線方向を有する前記１次巻線を有することを特徴とする請求項７記載の駆動回路。
【請求項９】
前記駆動回路を白色発光ダイオードアレイ駆動回路としたことを特徴とする請求項１記載の駆動回路。
【請求項１０】
前記複数の発光ダイオードアレイを３個としたことを特徴とする請求項９記載の駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術の分野
本発明は、一般に、照明システム（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）のようなＬＥＤ駆動回路に関し、特に、コストを低減しながらシステム効率及びサーマルパフォーマンスを向上する多色（例えば、赤色、緑色及び青色）発光ダイオード駆動回路に関する。
【０００２】
背景技術
発光ダイオードは、半導体装置の一種であり、電流を流すと電磁放射が生じるｐ−ｎ接合を有する。典型的には、発光ダイオードは、適切に選択した化合物例えばガリウム−砒素−リン化合物（ｇａｌｌｉｕｍ−ａｒｓｅｎｉｃ−ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）である半導体材料を含む。砒素に対するリンの割合を変更することによって、発光ダイオードから出射する光の波長を調整することができ、これによって、互いに相違する色の光を発する。互いに相違する半導体材料（例えばＡｌＩｎＧａＰ及びＩｎＧｅＮ）を用いるとともに「不純物」濃度を制御することによって、（赤色や、緑色や、青色のような）互いに相違する色のＬＥＤを構成することができる。
半導体材料及び光学の技術の進歩に伴って、発光ダイオードが照明に用いられる傾向が高くなっている。例えば、現在では、高輝度の発光ダイオードが、自動車信号、交通用ライト及び標識、大画面のディスプレイ等に用いられている。
現在、単色発光ダイオードアレイを駆動する電子的な駆動装置は、典型的にはフライバックコンバータを用いている。フライバックコンバータは、（２３０Ｖａｃ入力線のような）入力線電圧を（３０Ｖ電源のような）電源に変換することによって発光ダイオードアレイランプを駆動するために用いられている。この場合、発光ダイオードアレイ電流を調整するために線形レギュレータが用いられる。
多色発光ダイオードアレイを用いるシステムに対して、現在用いられている典型的な電子駆動回路は、複数のパワーコンバータを用いる。例えば、図１は、発光ダイオードアレイが３色を有する駆動回路の典型的な形態を示す。特に、図１は、赤色、青色及び緑色の発光ダイオードアレイを有するシステム１０を示し、この場合、各発光ダイオードアレイは個別のコンバータを用いる。
【０００３】
例えば、赤色発光ダイオードアレイ１２はパワーコンバータ２２を用い、それに対して、緑色発光ダイオードアレイ１４はパワーコンバータ２４を用い、かつ、青色発光ダイオードアレイ１６はパワーコンバータ２６を用いる。発光ダイオードアレイの各々からの光の強度は、光検出器１８によって測定され、この光検出器１８は、光強度に対応する信号を制御ブロック３０に送信する。制御ブロック３０は、各発光ダイオードアレイを交互にオンオフするように構成され、その結果、各々の光強度が独立して測定される。さらに、制御ブロック３０は、パワーコンバータ２２，２４及び２６に信号を送信し、これらパワーコンバータの各々は、その信号を用いて、各発光ダイオードを流れる電流を制御する。
【０００４】
しかしながら、各発光ダイオードアレイに対する個別のパワーコンバータに起因する素子の増加によって、駆動回路のサイズ及びコストが増大し、かつ、回路の効率が減少する。したがって、既に説明したように、従来技術の問題を被らない向上した発光ダイオード駆動回路が必要となる。
【０００５】
発明の開示
一例によれば、本発明は、複数のローカルフィードバック出力電流制御回路を有する白色ＬＥＤ駆動回路に関する。駆動回路は、電源と、この電源に結合されるとともに前記電源からの電流を受信する１次巻線を有する変成器とを具える。変成器は、１次巻線に結合された複数の２次巻線も有する。回路は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイも具え、各発光ダイオードアレイは、ローカルフィードバック制御中に２次巻線の１個に結合する。
【０００６】
主コントローラは、１次巻線を流れる電流を制御するよう構成される。回路は、複数の補助コントローラも具える。補助コントローラの各々は、各発光ダイオードアレイに結合される。さらに、補助コントローラの各々は、対応する発光ダイオードに流れる電流を制御するために用いられる。他の例において、主コントローラはＬＥＤアレイのうちの第１のものに結合される。
【０００７】
本発明の一例によれば、発光ダイオードの各々は、カソード端子に結合した抵抗を有する。各抵抗の出力信号は、各コントローラに送信され、発光ダイオードアレイに流れる電流を適切に決定するために用いられる。駆動回路をフライバックコンバータとして構成した場合には、１次巻線は２次巻線とは逆方向に巻かれ、駆動回路をフォワードコンバータとして構成した場合には、１次巻線は２次巻線と同一方向に巻かれる。
【０００８】
発明を実施するための最良の形態
図２は、本発明の一実施の形態による電子的な発光ダイオードアレイ駆動回路を示す。特に、図２は、複数のＬＥＤアレイを有するとともに後に説明するように複数の出力フライバックコンバータを用いる白色発光ダイオードアレイ駆動回路１００を示す。さらに、発光ダイオードアレイ駆動回路１００は、後に詳細に説明する出力電流モード制御を用いる。好適には、回路は、赤色、緑色及び青色の各々に対して１個のＬＥＤアレイを有する。
【０００９】
図２に示すように、電源１０１は、入力電圧信号Ｖｉｎを発生し、その信号は、変成器（変圧器）の１次巻線１０４で受信される。変成器（変圧器）の２次巻線１１４，１２４及び１３４は、１次巻線１０４に近接して配置され、１次巻線１０４とともに作動する。図示したように、１次巻線１０４は、２次巻線１１４，１２４及び１３４とは異なる方向に巻かれ、したがって、フライバック機能を果たす。
【００１０】
駆動回路１００はトランジスタ１０６及びキャパシタ１０８も具える。トランジスタ１０６及びキャパシタ１０８は、アクティブクランプ機能を提供する。２次巻線１１４は、その両端に結合した赤色発光ダイオード１１０に電流信号を供給する。キャパシタ１１６を２次巻線１１４に並列に結合する。２次巻線１１４とキャパシタ１１６との間にダイオード１１７を結合する。
【００１１】
赤色発光ダイオードアレイ１１０の出力電流信号は、抵抗１１２によって検知され、主コントローラ１４０に送信される。主コントローラ１４０は、電流信号を受信し、この信号を用いて、１次巻線１０４に流れる電流を制御する。トランジスタスイッチ１５０は、主コントローラ１４０に結合され、１次巻線１０４を流れる電流を制御する。
【００１２】
既に説明したように、２次巻線１２４も１次巻線１０４に結合し、これらが共同して動作する。２次巻線１２４は、その両端に結合した緑色発行ダイオード１２０に電流を供給する。キャパシタ１２６を２次巻線１２４に並列に結合する。緑色発光ダイオードアレイ１２０の出力電流信号は、抵抗１２２で検知され、コントローラ１２８に送信される。２次巻線１２４とキャパシタ１２６の間にダイオード１２７及びトランジスタ１２９が結合される。好適には、トランジスタ１２９を、ｎチャネルエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴとする。２次巻線１２４の第１端部はコントローラ１２８に直接結合され、その第２端部はダイオード１２７のアノード端子に結合される。ダイオード１２７のカソード端子はトランジスタ１２９のドレイン端子に結合される。トランジスタ１２９のゲート端子はコントローラ１２８に結合される。トランジスタ１２９のソース端子は、コントローラ１２８に結合されるとともに、キャパシタ１２６及び緑色発光ダイオードアレイ１２０を具える並列ブランチに結合される。トランジスタ１２９の動作を制御することによって、コントローラ１２８は、緑色発光ダイオード１２０に送信される制御信号を制御する。
【００１３】
２次巻線１３４も１次巻線１０４に結合される。２次巻線１３４は、その両端に結合した青色発光ダイオード１３０に電流信号を供給する。キャパシタ１３６を２次巻線１３４に並列にするとともに青色発光ダイオード１３０の前に配置する。青色発光ダイオードアレイ１３０の出力電流信号は、抵抗１３２によって検知され、コントローラ１３８に送信される。
【００１４】
２次巻線１３４とキャパシタ１３６との間にダイオード１３７及びトランジスタ１３９が結合される。トランジスタ１２９に関連して既に説明したように、トランジスタ１３９を、好適にはｎチャネルエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴとする。２次巻線１３４の第１端部はコントローラ１３８に直接結合され、その第２端部をダイオード１３７のアノード端子に結合される。ダイオード１３７のカソード端子は、トランジスタ１３９のドレイン端子に結合される。トランジスタ１３９のゲート端子はコントローラ１３８に結合される。トランジスタ１３９のソース端子は、コントローラ１３８に結合されるとともに、キャパシタ１３６及び青色発光ダイオードアレイ１３０を具える並行ブランチに結合される。トランジスタ１３９の動作を制御することによって、コントローラ１３８は、青色発光ダイオード１３０に送信される電流信号を制御する。
【００１５】
図２に示す本発明の実施の形態では主コントローラ１４０が赤色発光ダイオードアレイ１１０に結合されているが、本発明は、緑色発光ダイオードアレイ１２０又は青色発光ダイオードアレイ１３０に結合されることも意図する。特に、本発明の他の実施の形態によれば、緑色発光ダイオードアレイ１２０が主コントローラ１４０に結合されるとともに赤色及び青色発光ダイオードアレイ１１０及び１３０がコントローラ１２８及び１３８のような互いに独立した補助コントローラ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）に結合されるように、駆動回路１００を形成する。本発明の更に別の実施の形態において、青色発光ダイオードアレイ１３０が主コントローラ１４０に結合されるとともに赤色及び緑色ダイオードアレイ１１０及び１２０がコントローラ１２８及び１３８のような互いに独立した補助コントローラに結合されるように、駆動回路１００を形成する。
【００１６】
いずれの発光ダイオードアレイを主コントローラ１４０に結合したとしても、残りの発光ダイオードアレイに結合されるコントローラ１２８及び１３８のような互いに独立した補助コントローラを使用することによって、発光ダイオードの各出力電流を、ローカルフィードバックループ制御配置において互いに独立して制御することができる。このことは、出力チャネル間にある程度の交差が存在する場合でも当てはまる。
【００１７】
従来の典型的な発光ダイオードアレイ駆動回路と比較すると、本発明の多出力フライバックコンバータ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｕｔｐｕｔ ｆｌｙｂａｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は、回路の余分な箇所を減少するという利点を有する。特に、従来の典型的な発光ダイオードアレイ駆動回路が発光ダイオードアレイの各色に対して個別のコンバータを使用するのに対して、本発明の回路は、複数の出力を有する単一のコンバータを使用し、これによって、回路のサイズ及びコストが減少する。
【００１８】
ここで図４を参照すると、本発明の駆動回路は、赤色発光ダイオードアレイも局所的に制御されるように構成される。例えば、図４に示す実施の形態において、緑色発光ダイオードアレイ及び青色発光ダイオードアレイを流れる電流をそれぞれ制御するためにコントローラ４２８及び４３８を用いるのと同様に、赤色発光ダイオードアレイを流れる電流を制御するためにローカル補助コントローラ４１８を用いる。本実施の形態において、トランジスタ４２９及び４３９がダイオード及びローカル補助コントローラにそれぞれ結合されるのと同様に、他のトランジスタがダイオード４１７のカソード端子及びローカル補助コントローラに結合される。抵抗４１２の電流信号は、主コントローラ４４０の代わりにローカルコントローラに送信される。したがって、本実施の形態において、発光ダイオードの全てが局所的に制御される。
【００１９】
図３は、本発明の他の実施の形態による電子的な発光ダイオードアレイ駆動回路を示す。
特に、図３は、図２に示す駆動回路１００のフライバックコンバータとは異なる多出力フォワードコンバータを用いる白色ＬＥＤ駆動回路２００を示す。駆動回路１００と同様に、発光ダイオードアレイ駆動回路２００は出力電流モード制御を使用し、この場合、発光ダイオードアレイ出力電流信号は、回路を制御するために用いられる。
【００２０】
既に説明した実施の形態と同様に、電源２０１は入力電圧信号Ｖｉｎを発生し、その信号は、変成器（変圧器）の１次巻線２０４で交流信号として受信される。１次巻線２０４は、変成器（変圧器）の２次巻線２１４，２２４及び２３４と同一方向に巻かれ、したがって、フライバック機能ではなくフォワードコンバータ機能を提供する。
【００２１】
駆動回路２００はトランジスタ２０６及びキャパシタ２０８も具える。トランジスタ２０６及びキャパシタ２０８は、アクティブクランプ機能を提供する。２次巻線２１４は、その両端に結合した赤色発光ダイオードアレイ２１０に電流信号を供給する。２次巻線２１４の第１端部にダイオード２１７及び変成器巻線２１５が結合される。ダイオード２１３は、２次巻線２１４に並列に結合され、かつ、ダイオード２１７と変成器巻線２１５の間に結合される。さらに、キャパシタ２１６は、２次巻線２１４に並列に結合され、かつ、変成器巻線２１５と赤色発光ダイオードアレイ２１０の間に結合される。
【００２２】
赤色発光ダイオードアレイ２１０の出力電流信号は、抵抗２１２で検知される。主コントローラ２４０は、電流信号を受信し、この信号を用いて、回路２００特に赤色発光ダイオードアレイ２１０を流れる電流を制御する。トランジスタスイッチ２５０は、主コントローラ２４０に結合され、赤色発光ダイオードアレイ２１０を流れる電流も制御する。
【００２３】
２次巻線２２４は１次巻線２０４にも結合される。緑色発光ダイオードアレイ２２０は２次巻線２２４に結合される。２次巻線２２４とキャパシタ２２６との間にダイオード２２７、変成器巻線２２５及びトランジスタ２２９が結合される。特に、２次巻線２２４はダイオード２２７のアノード端子に結合され、ダイオード２２７のカソード端子はトランジスタ２２９のドレイン端子に結合される。好適には、トランジスタ２２９を、ｎチャネルエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴとする。トランジスタ２２９のゲート端子はコントローラ２２８に結合される。
【００２４】
キャパシタ２２６は、２次巻線２２４に並列に結合され、かつ、変成器巻線２２５と緑色発光ダイオード２２０との間に結合される。さらに、ダイオード２２３は、２次巻線２２４に並列に結合され、かつ、トランジスタ２２９と変成器巻線２２５との間に結合される。緑色発光ダイオードアレイ２２０を流れる電流信号は、抵抗２２２で検知される。抵抗２２２の電流信号はコントローラ２２８に送信される。２次巻線２２４とキャパシタ２２６との間にダイオード２２７とトランジスタ２２９が結合される。トランジスタ２２９の動作を制御することによって、コントローラ２２８は、緑色発光ダイオードアレイ２２０に送信される電流信号を制御する。
【００２５】
２次巻線２３４も１次巻線２０４に結合される。２次巻線２３４に青色発光ダイオードアレイ２３０が結合される。２次巻線２３４とキャパシタ２３６との間にダイオード２３７、変成器巻線２３５及びトランジスタ２３９が結合される。特に、２次巻線２３４はダイオード２３７のアノード端子に結合され、ダイオード２３７のカソード端子はトランジスタ２３９のドレイン端子に結合される。好適には、トランジスタ２３９を、ｎチャネルエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴとする。トランジスタ２３９のゲート端子はコントローラ２３８に結合される。
【００２６】
キャパシタ２３６は、２次巻線に並列に結合され、かつ、変成器巻線２３５と青色発光ダイオードアレイ２３０との間に結合される。さらに、ダイオード２３３は、２次巻線２３４に並列に結合され、かつ、トランジスタ２３９と変成器巻線２３３との間に結合される。青色発光ダイオードアレイ２３０を流れる電流信号は、抵抗２３２で検知される。抵抗２３２の電流信号はコントローラ２３８に送信される。２次巻線２３４とキャパシタ２３６との間にダイオード２３７及びトランジスタ２２９を結合する。トランジスタ２２９の動作を制御することによって、コントローラ２２８は、青色発光ダイオードアレイ２２０に送信される電流信号を制御する。
【００２７】
図２で示した本発明の実施の形態に関連して説明したように、主コントローラ２４０が赤色発光ダイオード２１０の代わりに緑色発光ダイオード２２０又は青色発光ダイオード２３０に結合されるように、図３に示す実施の形態を構成することができる。特に、本発明の他の実施の形態によれば、緑色発光ダイオードアレイ２２０が主コントローラ２４０に結合されるとともに赤色及び青色発光ダイオード２１０及び２３０がコントローラ２２８及び２３８のような互いに独立したコントローラに結合されるように、駆動回路２００を形成する。本発明の更に別の実施の形態において、青色発光ダイオードアレイ２３０が主コントローラ２４０に結合されるとともに赤色及び緑色発光ダイオードアレイ２１０及び２２０がコントローラ２２８及び２３８のような互いに独立したコントローラに結合されるように、駆動回路２００を形成する。
【００２８】
いずれの発光ダイオードアレイが主コントローラ２４０に結合されているかに関係なく、残りの発光ダイオードアレイに結合されているコントローラ２２８及び２３８のような互いに独立したコントローラを使用することによって、発光ダイオードの各出力電流を互いに独立して制御することができる。このことは、出力チャネル間にある程度交差が存在する場合でも当てはまる。
【００２９】
図５を参照すると、本発明の駆動回路を、赤色発光ダイオードアレイも局所的に制御されるように形成することもできる。例えば、図５に示す実施の形態において、緑色及び青色発光ダイオードアレイをそれぞれ流れる電流を制御するために補助コントローラ５２８及び５３８が用いられるのと同様に、赤色発光ダイオードアレイを流れる電流を制御するためにローカル補助コントローラ５１８が用いられる。本実施の形態において、トランジスタ５２９及び５３９がダイオード及びローカルコントローラにそれぞれ結合されるのと同様に、他のトランジスタがダイオード５１７のカソード端子及びローカルコントローラに結合される。抵抗５１２の電流信号は、主コントローラ５４０の代わりにローカルコントローラ５１８に送信される。したがって、本実施の形態において、発光ダイオードの全てが局所的に制御される。
【００３０】
図２のフライバックコンバータに関連して説明したように、本発明の多出力フォワードコンバータは、従来の典型的な発光ダイオードアレイ駆動回路に比べて回路の余分な箇所を減少できるという利点を有する。特に、従来の典型的な発光ダイオードアレイ駆動回路が発光ダイオードアレイの各色に対して個別のコンバータを使用するのに対して、本発明の回路は、複数の出力部を有する単一のコンバータを使用し、これによって、回路のサイズ及びコストが減少する。
【００３１】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の照明システムで用いられるような、複数のカラー発光ダイオードアレイを用いる典型的な発光ダイオードアレイ駆動回路を示す。
【図２】本発明の一実施の形態による電子的な発光ダイオードアレイ駆動回路を示す。
【図３】本発明の他の実施の形態による電子的な発光ダイオードアレイ駆動回路を示す。
【図４】本発明の他の実施の形態による電子的な発光ダイオードアレイ駆動回路を示す。
【図５】本発明の他の実施の形態による電子的な発光ダイオードアレイ駆動回路を示す。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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2004515062.tif 000021
2004515062.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515062.tif 000023
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515062.tif 000024
【国際調査報告】
2004515062.tif 000025
2004515062.tif 000026
2004515062.tif 000027
2004515062.tif 000028
2004515062.tif 000029
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