(57)【要約】  本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリングとの使用のための調光スイッチを含む。本調光スイッチは、カスコードスキームで駆動されるバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を備える。本調光スイッチは、調光入力信号が高い場合に、ＢＪＴのベースを駆動する電流をオフセットして、制御された量の電流をＬＥＤに供給するための回路も備える。
2017502456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードストリングとの使用のための調光スイッチであって、
カスコード構成で連結されるバイポーラ接合トランジスタ及び電界効果トランジスタであって、前記電界効果トランジスタのゲートが調光入力信号を受信し、前記バイポーラ接合トランジスタのコレクタが発光ダイオードストリングを駆動することができる、バイポーラ接合トランジスタ及び電界効果トランジスタと、
前記バイポーラ接合トランジスタ及び前記電界効果トランジスタに連結される制御回路であって、前記コレクタを通る電流が前記バイポーラ接合トランジスタのベースを通る電流の影響を受けない、制御回路と、を備える、調光スイッチ。
【請求項２】
前記バイポーラ接合トランジスタの前記ベースに接続される電流ミラーを更に備える、請求項１に記載のスイッチ。
【請求項３】
前記制御回路が、反転入力及び非反転入力を備える電流帰還増幅器を備え、前記非反転入力が前記電流ミラー及び基準抵抗器の一方の端に接続され、前記反転入力がエミッタドライバスイッチのドレイン及び検出抵抗器に接続され、前記基準抵抗器のもう一方の端が基準電圧に接続され、前記調光入力信号が高い場合、前記電流帰還増幅器が前記反転入力での電圧を前記基準電圧と等しくなるように調整する、請求項２に記載のスイッチ。
【請求項４】
前記制御回路が、
前記調光入力信号を受信し、かつ前記電流ミラーを電流基準ネットワークに接続するための制御スイッチを更に備え、前記電流基準ネットワークが前記電流ミラーから電流を引き込み、前記電流ミラーが、比例電流を前記基準抵抗器に、かつ比例電流を前記ベースに供給し、前記調光入力信号が高い場合、前記コレクタを通る電流が前記基準電圧及び検出抵抗器の関数である、請求項３に記載のスイッチ。
【請求項５】
前記電流ミラーが、
各々がソース、ゲート、及びドレインを備える、３つの電界効果トランジスタを備え、
前記３つの電界効果トランジスタの各々のソースが電圧ソースに連結され、前記３つの電界効果トランジスタの各々のゲートが一緒に連結される、請求項４に記載の調光スイッチ。
【請求項６】
第１の端子及び第２の端子を備えるダイオードを更に備え、前記第１の端子が前記ベースに接続され、前記第２の端子が前記電圧ソースに接続される、請求項５に記載の調光スイッチ。
【請求項７】
前記制御スイッチが、
前記調光入力信号を受信するための論理ゲートと、
第２のトランジスタに直列に接続される第１のトランジスタと、を備え、前記第１のトランジスタのゲート及び前記第２のトランジスタのゲートがインバータの出力を受信し、
前記第１のトランジスタが前記電流ミラーに接続され、前記第２のトランジスタが接地接続され、
前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの間のノードが前記電流基準ネットワークに接続される、請求項４に記載の調光スイッチ。
【請求項８】
前記電流基準ネットワークが少なくとも１つの抵抗器及び少なくとも１つのキャパシタを備える、請求項４に記載の調光スイッチ。
【請求項９】
前記調光入力信号がパルス幅変調信号である、請求項１に記載の調光スイッチ。
【請求項１０】
前記調光入力信号がパルス幅変調信号である、請求項４に記載の調光スイッチ。
【請求項１１】
前記調光入力信号がパルス幅変調信号である、請求項６に記載の調光スイッチ。
【請求項１２】
調光入力信号に応答する照明システムであって、
カスコード構成で連結されるバイポーラ接合トランジスタ及び電界効果トランジスタであって、前記電界効果トランジスタのゲートが調光入力信号を受信する、バイポーラ接合トランジスタ及び電界効果トランジスタと、
前記バイポーラ接合トランジスタのコレクタに接続される発光ダイオードストリングと、
前記バイポーラ接合トランジスタ及び前記電界効果トランジスタに連結される制御回路であって、前記コレクタを通る電流が前記バイポーラ接合トランジスタのベースを通る電流の影響を受けない、制御回路と、を備える、照明システム。
【請求項１３】
前記バイポーラ接合トランジスタの前記ベースに接続される電流ミラーを更に備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御回路が、反転入力及び非反転入力を備える電流帰還増幅器を備え、前記非反転入力が前記電流ミラー及び基準抵抗器の一方の端に接続され、前記反転入力がエミッタドライバスイッチのドレイン及び検出抵抗器に接続され、前記基準抵抗器のもう一方の端が基準電圧に接続され、前記調光入力信号が高い場合、前記電流帰還増幅器が前記反転入力における電圧を前記基準電圧と等しくなるように調整する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記制御回路が、
前記調光入力信号を受信し、かつ前記電流ミラーを電流基準ネットワークに接続するための制御スイッチを更に備え、前記電流基準ネットワークが前記電流ミラーから電流を引き込み、前記電流ミラーが、比例電流を前記基準抵抗器に、かつ比例電流を前記ベースに供給し、前記調光入力信号が高い場合、前記コレクタを通る電流が前記基準電圧及び検出抵抗器の関数である、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電流ミラーが、
各々がソース、ゲート、及びドレインを備える、３つの電界効果トランジスタを備え、
前記３つの電界効果トランジスタの各々のソースが電圧ソースに連結され、前記３つの電界効果トランジスタの各々のゲートが一緒に連結される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
第１の端子及び第２の端子を備えるダイオードを更に備え、前記第１の端子が前記ベースに接続され、前記第２の端子が前記電圧ソースに接続される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記制御スイッチが、
前記調光入力信号を受信するための論理ゲートと、
第２のトランジスタに直列に接続される第１のトランジスタと、を備え、前記第１のトランジスタのゲート及び前記第２のトランジスタのゲートがインバータの出力を受信し、
前記第１のトランジスタが前記電流ミラーに接続され、前記第２のトランジスタが接地接続され、
前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの間のノードが前記電流基準ネットワークに接続される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記電流基準ネットワークが少なくとも１つの抵抗器及び少なくとも１つのキャパシタを備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記調光入力信号がパルス幅変調信号である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２１】
前記調光入力信号がパルス幅変調信号である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２２】
前記調光入力信号がパルス幅変調信号である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２３】
発光ダイオードストリングとの使用のための調光スイッチであって、
調光入力信号に応答して前記発光ダイオードストリングを通る電流を駆動するための手段を備える、調光スイッチ。
【請求項２４】
前記調光入力信号がパルス幅変調信号である、請求項２３に記載のスイッチ。
【請求項２５】
照明システムであって、
発光ダイオードストリングと、
調光入力信号に応答して前記発光ダイオードストリングを通る電流を駆動するための手段と、を備える、照明システム。
【請求項２６】
前記調光入力信号がパルス幅変調信号である、請求項２５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
【０００２】
本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれる、２０１３年１１月２２日出願の米国仮出願第６１／９０７，８１９号、表題「Ｃａｓｃｏｄｅ−Ｔｙｐｅ  Ｄｉｍｍｉｎｇ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｕｓｉｎｇ  ＢＪＴ」の優先権を主張するものである。
（発明の分野）
【０００３】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリングとの使用のための調光スイッチを含む。本調光スイッチは、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を備える。本調光スイッチは、調光入力信号が高い場合に、ＢＪＴのベースを駆動する電流をオフセットして、制御された量の電流をＬＥＤに供給するための制御回路も備える。本発明は、ＬＣＤパネルバックライトを含む多くの用途に有用である。
【背景技術】
【０００４】
従来技術は、ＬＥＤ調光スイッチの解決策をいくつか含んでいる。これらの解決策は、典型的には、ＬＥＤを通して駆動された電流を制御するための電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を利用する。ＢＪＴは、２つの欠点のため、この背景では使用されていない。第１に、ＢＪＴがＦＥＴと比較して遅いスイッチング速度を有することである。第２に、ＢＪＴのベースを通る電流がＢＪＴのエミッタを通る電流に付加されるため、（ＢＪＴのコレクタに接続される）ＬＥＤを通る電流の正確な検出及び制御が不能であることである。しかしながら、高電圧ＢＪＴはＦＥＴよりも安価で容易に製造され、調光スイッチの全コストは、ＦＥＴの代わりにＢＪＴを使用することによって改善され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＦＥＴ及びＢＪＴをカスコード構成で利用するＬＥＤ調光スイッチは、ＦＥＴの速いスイッチング速度とＢＪＴの低コストといった利点を組み合わせることができる。しかしながら、カスコード構成での低電圧ＦＥＴのソース電流は、ＦＥＴのソース電流が高電圧ＢＪＴのベース電流によってオフセットされるため、ＢＪＴコレクタに接続されるＬＥＤを通る電流の正確な表現にはならない。したがって、ＦＥＴソースと直列に設置された電流検出抵抗器が誤検出電圧をもたらす。ＢＪＴ−ＦＥＴカスコードを駆動する一方で、電流検出抵抗器内のＢＪＴベース電流の効果を打ち消すための制御回路が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ＬＥＤストリングとの使用のための調光スイッチを含む。本調光スイッチは、ＢＪＴ及びＦＥＴをカスコード構成で備える。本調光スイッチは、調光入力信号が高い場合に、ＢＪＴのベースを駆動する電流をオフセットして、制御された量の電流をＬＥＤに供給するための回路も備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ＬＥＤ調光スイッチの一実施形態を示す。
【図２】図１の一実施形態内の様々なノードのある特定の電流特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、ＬＥＤストリング１００及び調光スイッチ２０を備える照明システム１０を示す。本例における調光スイッチ２０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）調光スイッチである。
【０００９】
調光スイッチ２０は、入力調光信号ＤＩＭ（ＰＷＭ信号）及び高電圧ＢＪＴ  １１０によって制御されるエミッタドライバスイッチの役割を果たすＦＥＴ  １０４を備える。調光スイッチ２０は、ＬＥＤストリング１００と直列に接続される。ＬＥＤストリング１００を通る電流量は、抵抗器１０６から電流検出信号を受信し、かつ電流検出信号を基準電圧ＲＥＦに調整する電流帰還増幅器１０５によって制御される。
【００１０】
ベース電流ｉbは、抵抗器−キャパシタ（ＲＣ）ネットワーク１０７等の電流基準ネットワークによってプログラミングされた基準電流ｋ1*ｉbと比例して、電流ミラー回路１０１によってＢＪＴ  １１０に供給される。制御スイッチ１０３は、調光信号ＤＩＭが受信されたときに基準電流ｋ1*ｉbを有効にする。この例において、制御スイッチ１０３は、インバータ１１６、トランジスタ１１７、及びトランジスタ１１８を図１に示される構成で備える。当業者であれば、インバータ１１６の代わりに他の種類の論理ゲートを使用することができることを理解する。
【００１１】
電流ミラー回路１０１によって生成された第２の比例電流ｋ2*ｉｂは、基準電圧ＲＥＦをオフセットして、ＬＥＤストリング１００を通る電流ｉLEDにおけるベース電流ｉbの効果を相殺する。基準電圧ＲＥＦのオフセットは、電流ｋ2*ｉｂを抵抗器１０８に流すことによって抵抗器１０８で生成される。
【００１２】
ダイオード１０２は、ＢＪＴ  １１０の高速ターンオフを促進する。
【００１３】
図１に示される調光スイッチ２０は、調光入力信号に応答してＬＥＤストリング１００を通る電流を駆動するための手段として特徴付けられ得る。
【００１４】
照明システム１０の動作が、図１及び２を参照してこれから説明される。図２では、入力信号ＤＩＭの例示のパルスが示される。照明システム１０において、調光は、パルス幅変調入力信号ＤＩＭによって達成される。入力信号ＤＩＭのパルス幅が減少するか、又は入力信号ＤＩＭのパルス周波数が減少すると、より微小な光がＬＥＤストリング１００から発光される。
【００１５】
入力信号ＤＩＭが低い場合、インバータ１１６の出力は高い。結果として、トランジスタ１１７がターンオフされ、トランジスタ１１８がターンオンされる。キャパシタ１１２に蓄積されるいかなる電荷も抵抗器１１１及びトランジスタ１１８を通して接地により除去される。ＦＥＴ  １０４がターンオフされ、いかなる電流もＢＪＴ  １１０のエミッタを流れない。ＬＥＤストリング１００中の任意の残留電流がＢＪＴ  １１０のベース及びダイオード１０２を流れる。
【００１６】
入力信号ＤＩＭが高くなると（例えば、ｔ1時点で）、インバータ１１６の出力が低くなる。結果として、トランジスタ１１７がターンオンされ、トランジスタ１１８がターンオフされる。ＦＥＴ  １０４がターンオンされ、電流ｉeがＢＪＴ  １１０のエミッタを通して引き込まれる。電流ｋ1*ｉbは、トランジスタ１１３及び１１７を通して引き込まれ、キャパシタ１１２を充電する。図２に示されるように、キャパシタが充電され始めると、電流ｉbは、最初に急上昇し、キャパシタが充電された時点で最終的に定常に達し、電流ｋ1＊ｉbは、抵抗器１１１を流れる。電流ミラー１０１は、抵抗器１０８を通る電流ｋ2*ｉb及びＢＪＴ  １１０のベースに流れる電流ｉbを生成する。ここで、ｋ1及びｋ2は、トランジスタ１１３、１１４、及び１１５の相対整合特性に基づく。ｋ1及びｋ2の任意変数が選択され得る。理想的には、ｋ1及びｋ2＞＞１であり、低電流消費を達成する。本実施形態では、ベース電流ｉbの相殺は、Ｒ106＝ｋ2*Ｒ108と仮定される。
【００１７】
ＢＪＴ  １１０において、エミッタを通る電流ｉeは、ＬＥＤストリング１００を通るｉLED（ＢＪＴ  １１０のコレクタを通る電流）とｉb（ＢＪＴ  １１０のベースを通る電流）の合計に等しい。図２に示されるように、ｉLEDの量は、理想的には、ベース電流ｉbの影響を受けず、入力信号ＤＩＭへの応答が速いものである。電流帰還増幅器１０５は、ｋ2*ｉb*Ｒ108のオフセットを基準ＲＥＦ経路に付加し、ターンオンプロセスがキャパシタ１１２によって加速され、ターンオフプロセスがダイオード１０２及びＦＥＴ  １０４とＢＪＴ  １１０のカスコード接続によって加速される。
【００１８】
電流帰還増幅器１０５は、抵抗器１０６で生じるＲＥＦ＋ｋ2*ｉb*Ｒ108の電圧を反転ノードで維持しようとする。したがって、抵抗器１０６を通る電流は、ｉe＝（ＲＥＦ＋ｋ2*ｉb*Ｒ108）／Ｒ106＝（ＲＥＦ／Ｒ106）＋ｉbになる。故に、ＬＥＤ電流ｉＬＥＤ＝ｉe−ｉb＝ＲＥＦ／Ｒ106は、ベース電流ｉbの影響を受けない。エミッタを通る電流ｉeも図２に示される。見られるように、調光スイッチ２０は、ＢＪＴ  １１０のベースに流れる電流ｉbを補正する。
【００１９】
したがって、本実施形態は、ＬＥＤストリング１００を通る電流がＢＪＴのベースを駆動する電流の影響を受けない、ＢＪＴ  １１０とソースドライバＭＯＳＦＥＴ  １０４のカスコード接続を使用した調光スイッチを含む。
【図１】
2017502456.tif 000003
【図２】
2017502456.tif 000004
【国際調査報告】
2017502456.tif 000005
2017502456.tif 000006
2017502456.tif 000007