(57)【要約】【課題】いくつかのＬＥＤの全てを定格電流で点灯させるのにちょうど足るだけの電圧を供給する。【解決手段】発光ダイオードアレイに電源を供給する方法および装置を開示する。本発明のいくつかの態様における装置は、入力端子および出力端子を有する電源回路を備える。この電源回路の入力端子は、電源電圧を受け取るよう接続することが可能である。出力端子間には複数の負荷を接続することが可能である。この電源回路は、出力電圧を、出力端子間に接続された複数の各負荷の両端間に印加するべく該出力端子間に供給するよう接続される。電源回路と複数の負荷との間にはフィードバックセレクタ回路が接続される。このフィードバックセレクタ回路は、複数の各負荷からフィードバック信号を受け取るよう接続される。電源回路は、どの時点においても１つのフィードバック信号のみに応動するよう接続される。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と出力端子を有し、該入力端子が電源電圧を受け取るよう接続可能であり、かつ複数の負荷が該出力端子間に接続可能である電源回路であって、出力電圧を該出力端子間に接続された該複数の各負荷の両端間に印加するように該出力端子間に供給するよう接続された電源回路と；
該電源回路と該複数の負荷との間に接続され、かつ該複数の各負荷からフィードバック信号を受け取るよう接続されたフィードバックセレクタ回路であって、該電源回路がどの時点においても該フィードバック信号の中の１つにのみ応動するよう接続されたフィードバックセレクタ回路と；
を含む回路。
【請求項２】
前記複数の各負荷が電圧制限要素からなる請求項１に記載の回路。 
【請求項３】
前記電圧制限要素が発光ダイオードからなる請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記フィードバックセレクタ回路が、前記複数の負荷から前記電源回路の単一のフィードバック端子に接続された複数のダイオードを介して供給されるフィードバック信号を結合するよう接続された請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記電源回路がブーストコンバータである請求項１に記載の回路。
【請求項６】
前記複数の各負荷が該各負荷に固有の負荷電流を流すよう接続された請求項１に記載の回路。
【請求項７】
前記複数の各負荷が、該各負荷をそれぞれ流れる負荷電流をスイッチングするよう接続されたスイッチを備える請求項６に記載の回路。
【請求項８】
前記スイッチが前記電源回路とは独立にスイッチング動作するよう接続された請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記複数の各負荷が前記スイッチに接続された電流源を備える請求項７に記載の回路。
【請求項１０】
前記電源回路がフライバックコンバータである請求項１に記載の回路。
【請求項１１】
前記複数の各負荷が、該各負荷をそれぞれ流れる負荷電流をスイッチングするよう接続されたスイッチを備える請求項１０に記載の回路。
【請求項１２】
前記複数の各負荷が、前記スイッチに接続された電流源を備える請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
前記スイッチが前記電源回路とは独立にスイッチング動作するよう接続された請求項１１に記載の回路。
【請求項１４】
入力端子と出力端子を有し、該入力端子が電源電圧を受け取るよう接続可能であり、かつ負荷が該出力端子間に接続可能である電源回路であって、出力電圧を該出力端子間に接続された該負荷の両端間に印加するべく該出力端子間に供給するよう接続された電源回路と；
電源回路と該負荷との間に接続され、かつ該負荷からフィードバック信号を受け取り、一連の電圧値の中で最も低い電圧値のフィードバック信号を選択して、該電源回路がそれに応動する単一のフィードバック電圧を供給するよう接続されたフィードバックセレクタ回路と；
を含む回路。
【請求項１５】
前記負荷が電圧制限要素からなる請求項１４に記載の回路。
【請求項１６】
前記電圧制限要素が発光ダイオードからなる請求項１５に記載の回路。
【請求項１７】
前記フィードバックセレクタ回路が、前記負荷から前記電源回路の単一のフィードバック端子に接続されたダイオードを介して一連の電圧値のフィードバック信号を受け取るよう接続された請求項１４に記載の回路。
【請求項１８】
前記電源回路がブーストコンバータである請求項１４に記載の回路。
【請求項１９】
前記負荷が該負荷に固有の負荷電流を流すよう接続された請求項１４に記載の回路。
【請求項２０】
前記負荷が、該負荷を流れる負荷電流をスイッチングするよう接続されたスイッチを備える請求項１９に記載の回路。
【請求項２１】
前記スイッチが前記電源回路とは独立にスイッチング動作するよう接続された請求項２０に記載の回路。
【請求項２２】
前記負荷が前記スイッチに接続された電流源を備える請求項２０に記載の回路。
【請求項２３】
前記電源回路がフライバックコンバータである請求項１４に記載の回路。
【請求項２４】
前記負荷が、該負荷を流れる負荷電流をスイッチングするよう接続されたスイッチを備える請求項２３に記載の回路。
【請求項２５】
前記負荷が前記スイッチに接続された電流源を備える請求項２４に記載の回路。
【請求項２６】
前記スイッチが前記電源回路とは独立にスイッチング動作するよう接続された請求項２４に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には電源の技術に関し、より詳しくは、電子回路に電源を供給する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイは様々な目的のために使用される。例えば、このような発光ダイオードアレイは液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライティングに応用されている。この種の表示装置のための白色光の発生は、通常、赤色、緑色、青色ＬＥＤが放つ光を混合することにより行われる。より大型の照明用では、多くの場合単一電源によって赤色、緑色、青色ＬＥＤからなる大きなアレイに電源を供給する。
【０００３】
以下に説明するように、ＬＥＤが発する光のスペクトルは、ＬＥＤを流れる電流によって大きく左右される。ＬＥＤは、点灯したとき所望の光スペクトルが得られるよう規定の電流で動作する。ＬＥＤの平均出力は、ＬＥＤを流れる電流のパルス幅変調（ＰＷＭ）により制御される。したがって、ＬＥＤは、ＰＷＭにより一定のデューティ比で規定電流の導通と非導通を繰り返すことによって所望の出力を達成する。赤色、緑色、青色ＬＥＤからのスペクトルの適切な部分を混合することによって、バックライトの所望の白色と強度が作り出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
単一電源から複数のＬＥＤに電源を供給することに付随する厄介な問題は、各ＬＥＤが、通常、動作温度によって変わる異なる動作電圧で使用されることがあることである。これらの複数のＬＥＤは、例えば、赤色、緑色、青色ＬＥＤのように色が異なる場合がある。また、各カラーＬＥＤからの所望のスペクトルは、通常は異なる動作電流で得られる。電圧が高くなると無駄な電力が消費されるので、電源は、すべてのＬＥＤを定格電流で点灯させるのにちょうど足るだけの高さの電圧を供給するようにすべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明は、異なる電圧と異なる電流により最適効率で動作するＬＥＤのアレイに十分な電圧を供給するよう単一電源の電圧を自動的に調整するべく構成された回路を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を実施形態に基づき図面を参照して詳細に説明するが、これらの実施形態は本発明を限定したり包括したりする趣旨のものではなく、また、図中同様の参照符号は、別途明記する場合を除き、いくつかの異なる図面を通して、同様の構成部分を指すものとする。
【０００７】
ここでは、ＬＥＤに電源を供給する装置および方法を実施形態について開示し、説明する。以下の説明においては、本発明の完全な理解を期すべく、具体的な詳細事項を多数記載する。しかしながら、この技術分野の当業者にとって、本発明がこれらの具体的な詳細事項の記載なしでも実施可能であることは自明であろう。発明の実施に関連する周知の方法については、本発明が不明確になることを避けるため、詳細な説明は省略する。
【０００８】
本願明細書を通して、「一実施形態」あるいは「実施形態」と言う場合、当該実施形態との関連で説明した各特定の機能、構造あるいは特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態に備わっていることを意味する。したがって、「一実施形態において」または「実施形態において」という文言が本願明細書の様々な箇所に記載されている場合、必ずしもすべて同じ実施形態を指すものではない。さらに、それらの特定の機能、構造、または特徴を１つ以上の実施形態において、例えば、任意の適切な組合せおよび／または副次的・補助的組合せの形で組み合わせることも可能である。
【０００９】
本発明の一実施形態においては、フィードバックセレクタを有する単一電源を使用して、複数の電流源の１つから単一のフィードバック信号を得る。本発明の一実施形態では、各電流源は、電圧制限要素(voltage limited component)を備えた負荷中に設けられる。一実施形態として、電圧制限要素は１以上のＬＥＤを含む。フィードバックセレクタは、本発明の教えに従って、ＬＥＤを動作させる電源からの最小電圧を維持するためのフィードバック信号を選択する。 
【００１０】
図１Ａに、ＬＥＤアレイに電源を供給する本発明の回路の一実施形態を示す。図示のように、バックライト回路１００は、１以上の負荷１６０に接続されたスイッチング電源回路１０５とフィードバックセレクタ１６５を備える。スイッチング電源回路１０５は、入力端子１３５で入力電圧ＶINを受け取って、端子１５０に出力電圧Ｖｏを発生させる。図示実施形態の場合、電圧はすべて共通の入力と出力帰線１４８を基準に測定する。
【００１１】
図１Ａに示す実施形態において、スイッチング電源回路１０５は、エネルギー伝達素子として用いられるインダクタ１１０、出力整流器１１５、出力コンデンサ１２０、スイッチ１２５を有するブーストコンバータである。スイッチング電源回路１０５は、図１Ａでは、説明のためにブーストコンバータの形態で示してあるが、本発明において他の電源形態も実施可能であることは明らかである。例えば、図１Ｂは、本発明のフライバックコンバータの形態を有するスイッチング電源回路１０５の一般的構成を示す。図１Ｂに一般的に示すフライバックコンバータにおいては、図１Ａの回路で用いたインダクタに代えて複数の巻線を持つ変圧器をエネルギー伝達素子として使用する。図１Ｂに一般的に示す回路は、他のすべての点において図１Ａに示す回路と同様である。ここで留意しなければならないのは、上記以外の本発明の他の態様において、図１Ａと図１Ｂに示すブーストコンバータやフライバックコンバータの実施形態以外に、例えばバックコンバータ(降圧型コンバータ)、あるいはその他の適切な電源形態を含むより多くの電源の実施形態を用いることが可能であるということである。
【００１２】
図１Ａに示す特定の実施形態に戻って、動作時には、スイッチ１２５が、フィードバックセレクタ１６５からフィードバック信号１４５を受け取るコントローラ１４０によってスイッチオン／オフする。本発明の図示実施形態において、フィードバック信号１４５は、１以上の各負荷１６０の各電流源Ｉ1（１８５）〜ＩN（１９０）の両端間電圧にそれぞれ対応するＮの電圧（Ｖ1〜ＶN）を持つＮ（≧１）のフィードバック信号１７０の中の１つである。
【００１３】
図１Ａに示すように、１以上の各負荷１６０は電圧制限要素１５５を有し、この電圧制限要素は、一実施形態の場合、例えば異なる電圧を持つＬＥＤとすることができる。概して、本発明における電圧制限要素または素子としては、整流ダイオード、ツェナーダイオード、アバランシェダイオード、ＬＥＤ、バッテリー、またはこれらと同様のものを用いることができる。動作について言うと、電圧制限要素１５５の両端間電圧は、電圧制限要素を流れる電流が伝導電流より大きいとき、実質的には増加しない。図示実施形態において、１以上の負荷１６０はすべて、スイッチング電源回路１０５の出力端子１５０から同じ大きさの出力電圧Ｖｏ１５２が供給される。
【００１４】
図示実施形態のように、電圧Ｖ1は１以上の負荷１６０の電流源１８５にかかるスイッチング電圧であり、ＶNは電流源１９０にかかるスイッチング電圧である。電流源１８５は、端子１７５のパルス幅変調信号Ｐ1に応動して電流ＩNを流すか、または非導通となる。電流源１９０は、端子１８０のパルス幅変調信号ＰNに応動して電流ＩNを流すか、または非導通となる。一実施形態において、パルス幅変調信号Ｐ1，．．，ＰNは外部から供給され、１以上の各負荷１６０の電流を制御する。したがって、本発明によれば、１以上の各負荷１６０は、パルス幅変調信号に応動してそれぞれの負荷を流れる負荷電流をスイッチングするよう接続されたスイッチを備える。さらに、本発明においては、パルス幅変調信号Ｐ1，．．，ＰNは外部で発生するので、１以上の負荷１６０中の各電流源はスイッチング電源回路１０５とは独立にスイッチングされる。
【００１５】
図１Ａの実施形態のフィードバックセレクタ１６５は、フィードバック電圧１４５を１以上のすべての負荷１６０の一連のスイッチング電圧Ｖ1〜ＶNの中の最も低い電圧にする。すると、コントローラ１４０が、フィードバック電圧１４５をある調整された電圧に保つ出力電圧Ｖｏ１５２を発生させるようスイッチング電源回路１０５を動作させる。本発明の図示実施形態においては、フィードバックセレクタ１６５は、スイッチング電源回路１０５の単一のフィードバック端子に供給される単一のフィードバック電圧１４５を選択するために、１以上のそれぞれ対応するダイオードを介して１以上のすべての負荷１６０から供給される一連のフィードバック信号１７０を結合するように接続されている。したがって、本発明によれば、２以上の負荷１６０を持つ実施形態では、スイッチング電源回路１０５は、どの時点においても一連の中の１つのフィードバック信号１７０にのみ応動するよう接続される。本発明で、負荷１６０が１つしかない実施形態においては、スイッチング電源回路１０５は、フィードバック信号１７０から得られる一連のスイッチング電圧の中の最も低い電圧にのみ応動する。
【００１６】
図１Ａに示す実施形態は、１以上の負荷１６０とこれらの負荷にそれぞれ対応するフィードバックセレクタ回路１６５中の１以上のダイオードを備える。本発明のもう一つの実施形態においては、単一のスイッチ電流源１９０と単一の電圧制限要素１５５を有する負荷を１つだけ設けることが可能である。例えば、このような実施形態では、スイッチング電源回路１０５は、複数の負荷１６０または複数のＬＥＤストリングではなく、複数のＬＥＤからなる単一の負荷１６０にのみ電源を供給する。この場合、本発明においては、スイッチ電流源１９０からの単一のフィードバック信号１７０を用いる負荷１６０が単一設けられる。本発明によれば、フィードバックセレクタ回路１６５は、単一のフィードバック信号１７０を受け取り、単一のフィードバック信号１７０から得られる一連のスイッチング電圧の中の最も低い電圧を選択してフィードバック電圧１４５とする。
【００１７】
負荷１６０が１つしかないこの実施形態においては、単一の負荷１６０は、スイッチ電流源１９０と電圧制限要素１５５を有し、スイッチング電源回路１０５の単一のフィードバック端子と単一の負荷１６０との間に接続された単一のダイオードを有するフィードバックセレクタ回路１６５と共に使用される。本発明においては、この実施形態の場合、フィードバックセレクタ回路１６５は、スイッチ電流源１９０からフィードバック信号１７０を受け取り、スイッチングの都度スイッチ電流源１９０に生じる一連のスイッチング電圧から電圧値が最も低いフィードバック信号１７０を選択し、この最も低い電圧値の単一のフィードバック信号をスイッチング電源回路がそれに応動する単一のフィードバック電圧１４５として供給するよう動作する。
【００１８】
電流源が動作するには、一般に、ある最小電圧が必要である。１以上の負荷１６０を持つ図１Ａの特定実施形態の回路に戻って、負荷１６０の電流源１８５〜１９０には、出力電圧Ｖｏ１５２と電圧制限要素１５５の両端間電圧との差が印加される。一実施形態では、電圧制限要素１５５は、通常、１以上の各負荷１６０毎に異なる電圧がかかる。これら１以上の各負荷１６０は、それぞれの負荷に固有の負荷電流が流れるよう接続されている。回路設計者は、調整対象のフィードバック電圧１４５を負荷１６０の電流源１８５〜１９０の適正な動作を確実ならしめるのに役立つ最小電圧となるように選択する。このように、本発明において、図１Ａに示す実施形態の回路は、フィードバックセレクタ１６５によって電圧Ｖ1〜ＶNの中の最も低い電圧がフィードバック電圧として選択され、したがって最も低い出力電圧Ｖｏ１５２が選択されることになり、これによって電流源における電力消費が必要最低限に抑えられるため、最高の効率で動作する。
【００１９】
図２は、本発明における電流源１９０と制限電圧要素１５５を備えた負荷１６０の一実施形態を一般的に示す回路図である。図示の電圧制限要素１５５は、互いに直列に接続されたＬＥＤ２１０のストリングを備えている。図２においては、トランジスタ２１５が定電流シンクを構成するようシャントレギュレータ２２０と電流検出抵抗器２２５に接続されていて、ＬＥＤ２１０のストリングを流れる電流を調整する。一実施形態では、シャントレギュレータ２２０は、ＬＭＶ４３１型シャントレギュレータを使用する。動作については、抵抗器２０５は、トランジスタ２１５とシャントレギュレータ２２０の動作に必要な電流を供給する。トランジスタ２３０は、抵抗器２３５、２４０と共に、端子１８０のパルス幅変調信号ＰNに応動するスイッチを形成する。本発明によれば、パルス幅変調信号のレベルがハイのとき、トランジスタ２３０がオンになってトランジスタ２１５のベース電流がなくなり、ＬＥＤ２１０のストリングの電流がゼロに落ちる。
【００２０】
一実施形態においては、電流検出抵抗器２２５に約１．２４ボルトがかかったとき、ＬＥＤ２１０のストリングに所望の電流が生じる。図示実施形態では、トランジスタ２１５はそのコレクタ-エミッタ間に約１００ミリボルトがかかっているとき電流源として機能する。したがって、図１Ａに示す実施形態のスイッチング電源回路１０５は、フィードバック電圧ＶNを最小値、この実施形態では約１．３５ボルト、に調整するよう設計されることになると考えられる。
【００２１】
図３は、本発明における電流源１９０および制限電圧要素１５５を備えた負荷１６０のもう一つ実施形態を示す回路図である。この実施形態においては、図示のように、電圧制限要素１５５は、互いに直列接続されたＬＥＤ３１０の並列ストリングを備える。一実施形態においては、並列をなす各ストリングのＬＥＤ数が大きい場合、電流源１９０からの電流はこれらのストリング間でほぼ均等に分割される。図３に示す実施形態の電流源１９０は、図２の実施形態におけるバイポーラトランジスタ２１５に代えてモス電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）３１５を備える。図３の実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ３１５は、バイアス電圧３０５からＮＰＮバイポーラトランジスタ３２０によって駆動される。図示実施形態においては、ダイオード３２５がＭＯＳＦＥＴ３１５のゲートに接続されていて、これが、ＮＰＮトランジスタ２３０がスイッチオンしたときＭＯＳＦＥＴ３１５のゲートキャパシタンスの急速放電を可能にする。
【００２２】
図４は、ＬＥＤアレイに電源を供給する本発明の回路のもう一つの実施形態を一般的に示す回路図である。図４の実施形態では、スイッチング電源回路が図２または図３の実施形態の回路に備えることも可能な負荷１６０と共に詳細に示してある。図４に示す特定の実施形態の場合、集積回路Ｕ１（４０５）は、米国カリフォルニア州サンノゼのパワーインティグレーションズ，インク（Power Integrations, Inc.）社製のＤＰＡ４２４Ｇである。本発明において、集積回路Ｕ１（４０５）は、パワーＭＯＳＦＥＴを有し、かつ図１Ａのスイッチ１２５とコントローラ１４０の機能を果たすコントローラを有する。図４に示す特定の実施形態においては、フィードバックセレクタ回路１６５は、１以上の負荷１６０の中のそれぞれ対応する各負荷から各フィードバック信号１７０を受け取るよう接続されたＬＬ４１４８高速スイッチングダイオードを備える。図示のように、フィードバックセレクタ回路１６５中の複数のダイオードは、単一のフィードバック信号１４５を供給するよう互いに接続されており、集積回路Ｕ１（４０５）はこの単一のフィードバック信号１４５に応動して出力電圧Ｖｏ１５２を調整する。
【００２３】
図４に示す回路においては、フィードバック電圧１４５を得るためにコンデンサ１４６が接続されており、事実上バレー検出器（谷検出器）の機能を果たす。図示実施形態の場合、コンデンサ１４６は、１つの負荷からの電圧か複数の負荷からの電圧かに関わらず、フィードバックセレクタ１６５からの最も低い電圧をホールドする。本発明の様々な実施形態において、コンデンサ１４６は、単個型コンデンサでも集積回路に作り込まれたコンデンサでもよいということに留意するべきである。
【００２４】
図５は、ＬＥＤストリングに電源を供給する本発明の回路のもう一つの実施形態を一般的に示す回路図である。本発明において、図５に示す実施形態の回路は、負荷５６０を１つだけ備え、これに対応してフィードバックセレクタ回路５６５には一連の電圧ＶN５７０の中の最低の電圧を選択するＬＬ４１４８型ダイオードが１つだけ備えられている点以外、図４に示す実施形態の回路と同様である。これに対して、図４に示す特定の実施形態は複数の負荷１６０を備え、これに対応する複数のＬＬ４１４８型ダイオードがフィードバックセレクタ回路１６５に備えられている。本発明において、図５に示す回路の動作は図４に示す回路の動作と同様である。
【００２５】
以上、本発明の方法および装置について、その特定の実施形態により詳細に説明した。しかしながら、本発明の広義の精神および範囲を逸脱することなく上記実施形態について種々の修正態様および変更態様をなすことが可能なことは自明であろう。したがって、本願明細書および図面は例示説明のためのものであり、本発明を限定するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】ＬＥＤアレイに電源を供給する本発明の回路の一実施形態を一般的に示すブロック図である。
【図１Ｂ】ＬＥＤアレイに電源を供給する本発明の回路のもう一つの実施形態を一般的に示すブロック図である。
【図２】本発明における電流源および電圧制限要素を備えた負荷の一実施形態を一般的に示す回路図である。
【図３】本発明における電流源および電圧制限要素を備えた負荷のもう一つの実施形態を一般的に示す回路図である。
【図４】ＬＥＤアレイに電源を供給する本発明の回路のもう一つの実施形態を一般的に示す回路図である。
【図５】ＬＥＤストリングに電源を供給する本発明の回路のもう一つの実施形態を一般的に示す回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
１００…バックライト回路、１０５…スイッチング電源回路、１５５…電圧制限要素、１６５…フィードバックセレクタ、１７０…フィードバック信号、１８５、１９０…電流源
【図１Ａ】
2007318983.tif 000003
【図１Ｂ】
2007318983.tif 000004
【図２】
2007318983.tif 000005
【図３】
2007318983.tif 000006
【図４】
2007318983.tif 000007
【図５】
2007318983.tif 000008