JP2009212493A

JP2009212493A - 発光ダイオード列の直列電力供給

Info

Publication number: JP2009212493A
Application number: JP2008267834A
Authority: JP
Inventors: Constantin Bucur; コンスタンティン・ブカー
Original assignee: O2Micro Inc
Current assignee: O2Micro Inc
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2009-09-17
Also published as: TW200939870A; CN101553063A; US20080150439A1; EP2099258A1

Abstract

【課題】複数のバーストモード変調信号をそれぞれ受信するための複数のスイッチを備えた直列に接続された複数の発光ダイオードを駆動するための回路を提供する。
【解決手段】各スイッチは、対応する発光ダイオードと並列に接続され、かつ、対応する発光ダイオードの輝度を個別に制御している。回路は、複数の発光ダイオードと直列に接続され、かつ、複数の発光ダイオードの輝度を制御するための制御スイッチをさらに具備している。制御スイッチはオン、又は、オフのいずれか一方である。バーストモード変調信号の１つは、対応する発光ダイオードを流れる電流を０からあらかじめ定められた値に変調するためのデューティサイクル比を有している。
【選択図】図２

Description

本出願は、発明の名称を「ＬＥＤ列の直列電力供給」とする、２００５年１１月１６日に出願された共に係属中の米国仮出願第１１／２８２０９７号の一部継続であり、その出願自体は、発明の名称を「ＬＥＤ列の直列電力供給」とする、２００５年４月２９日に出願された共に係属中の仮出願第６０／６７６４４８号の優先権を主張する。なお、その全体は、引用することによって本明細書に取り込まれる。

本発明は、負荷を駆動するか、又は、電力を供給する回路に関し、かつ、特に、直列に接続されている発光ダイオード（ＬＥＤ）を駆動するか、又は、電力を供給するための回路、又は、方法に関する。

図１には、従来技術において、複数のＬＥＤを駆動するか、又は、電力を供給するための一般的な回路１０が図示されている。例えば、図１に示されるように、回路１０は、４個のＬＥＤ２２，２４，２６，２８を駆動するために使用されている。ＬＥＤ２２，２４，２６，２８は並列に接続されていることが理解される。外部電圧源は、電圧Ｖｃｃを駆動部１２に供給するため、駆動部１２に接続されている。駆動部１２は、調整された電圧ＶｒｅｇをＬＥＤ２２，２４，２６，２８に供給するため、低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ１４を有している。一般に、調整された電圧Ｖｒｅｇは３．３Ｖである。ＬＥＤ２２，２４，２６，２８は、スイッチ３２，３４，３６，３８、及び、レジスタ４２，４４，４６，４８にそれぞれ接続されている。図１に示されるように、ＬＥＤ２２，２４，２６，２８、スイッチ３２，３４，３６，３８、及び、レジスタ４２，４４，４６，４８は、それぞれ直列に接続されている。

例えば、ＬＥＤ２２，２４，２６，２８の各ＬＥＤに対する電流規格は１０ｍＡである。外部電圧源の電圧Ｖｃｃが３０Ｖであれば、ＬＥＤ２２，２４，２６，２８に対する電力規格Ｐｗは、次のように計算することができる。
Ｐｗ＝３０Ｖ×４×１０ｍＡ＝１．２Ｗ

実際のアプリケーションでは、回路１０は、セル電話、デジタルカメラ、ラップトップコンピュータ、電気自動車、又は、ポータブル電力ツールなどのポータブルデバイスに取り付けてもよい。しかしながら、回路１０は、大量の電力を浪費する。これは、ＩＣ設計、システム電力バジェット及びシステム内部の電力損失などのいくつかの観点から重要な課題である。

１実施形態では、直列に接続された複数の発光ダイオードを駆動するための回路は、複数のバーストモード変調信号をそれぞれ受信するための複数のスイッチを具備している。各スイッチは、対応する発光ダイオードと並列に接続され、かつ、前記対応する発光ダイオードの輝度を個別に制御している。前記回路は、複数の発光ダイオードと直列に接続され、かつ、複数の発光ダイオードの輝度を制御するための制御スイッチをさらに具備している。１実施形態では、前記制御スイッチは、オン、又は、オフのいずれか一方である。前記バーストモード変調信号の１つは、前記対応する発光ダイオードを流れる電流を、０からあらかじめ定められた値に変調するためのデューティサイクル比を有している。

添付図面とともに説明される本発明の他の目的、利点及び斬新な特徴は、以下の詳細な説明からより明確になる。

ここで、本発明の実施形態、即ち、発光ダイオード列の直列電力供給が詳細に説明される。本発明が実施形態に関連して説明される一方で、実施形態は、これらの実施形態に本発明を限定するものではないことが理解される。逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の真の趣旨、及び、範囲に含まれる変形例、変更例及び均等物を網羅するものである。

さらに、本発明の以下の詳細な説明には、本発明を完全に理解するため、多数の詳細な情報が記載されている。しかし、本発明は、これらの詳細な情報なしに、実施されることが当業者には認識される。他の実例では、周知の方法、手順、コンポーネント及び回路は、本発明の態様を不必要に不明瞭にしないように、詳細には説明されていない。

図２には、本発明の１実施形態に基づくＬＥＤなどの複数の負荷を駆動するか、又は、電力を供給するための回路１００が図示されている。例えば、図２に示されるように、回路１００は、４個のＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８を駆動するために使用されている。他の実施形態は、任意の個数のＬＥＤをサポートすることによく適合している。加えて、本発明の他の実施形態は、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の代わりに、他のタイプの負荷の使用をサポートすることができる。

図２に示されるように、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８は、列１５０を形成するように、相互に直列に接続されている。外部電圧源は、電圧Ｖｃｃを駆動部１１２に供給するため、駆動部１１２に接続されている。駆動部１１２は、調整された電圧ＶｒｅｇをＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８に供給するため、電圧フォロア、シャントレギュレータ又は低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ１１４などのリニアレギュレータを有している。１実施形態では、電圧Ｖｃｃは、調整された電圧Ｖｒｅｇよりも高い。変形例では、外部電圧源は、ＶｃｃがＬＥＤ列１５０を直接電力供給することができるように、調整する必要がない。

直列に接続されたＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８はまた、レジスタ１４０と制御スイッチ１３０とに接続されている。複数のスイッチ１３２，１３４，１３６，１３８は、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８と並列にそれぞれ接続されている。即ち、複数のスイッチ１３２，１３４，１３６，１３８の各スイッチは、対応するＬＥＤと並列に接続されている。例えば、スイッチ１３２は、ＬＥＤ１２２と並列に接続されている。１実施形態では、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の全てに電力を供給することができるように、この配列では、駆動部１１２のＬＤＯレギュレータ１１４からの調整された電圧Ｖｒｅｇは、レジスタ１４０、及び、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８に供給される。

好ましくは、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８に接続されたスイッチ１３２，１３４，１３６，１３８は、個別のＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の輝度を制御することが可能である。スイッチ１３２，１３４，１３６，１３８は、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８のためのバイパス電流パスとなっている。例えば、スイッチ１３２は、ＬＥＤ１２２のためのバイパス電流パスとなり、スイッチ１３４は、ＬＥＤ１２４のためのバイパス電流パスとなり、スイッチ１３６は、ＬＥＤ１２６のためのバイパス電流パスとなり、かつ、スイッチ１３８は、ＬＥＤ１２８のためのバイパス電流パスとなっている。

１実施形態では、スイッチ１３２，１３４，１３６，１３８の各スイッチは、完全にターンオンされるか、又は、完全にターンオフされるかのいずれか一方である。１実施形態では、対応するＬＥＤは、対応するスイッチがオフである場合、ターンオフされる。対応するＬＥＤは、対応するスイッチがオンである場合、ターンオンされる。例えば、ＬＥＤ１２２は、スイッチ１３２がオフである場合、ターンオフされ、かつ、ＬＥＤ１２２は、スイッチ１３２がオンである場合、ターンオンされる。同様に、ＬＥＤ１２４，１２６，１２８は、スイッチ１３４，１３６，１３８を介して、それぞれターンオン、及び、オフすることができる。

さらに、本発明の１実施形態に基づく、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御方法が組み込まれている。ＰＷＭ信号は、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の輝度を個別に制御するため、スイッチ１３２，１３４，１３６，１３８を制御するために使用することができる。例えば、ＬＥＤ１２２を例にとると、制御装置（図２に図示せず）は、ＬＥＤ１２２の輝度を制御するか、又は、ＬＥＤ１２２の輝度を低下するように、スイッチ１３２を有効にするか、又は、無効にするためのＰＷＭ信号を生成するために使用することができる。特に、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８のうちの任意の１個が短絡されているか、又は、ターンオフされている場合、残りのＬＥＤの輝度は変化する。好ましくは、ＰＷＭ信号は、輝度の変化を防止するように、残りのＬＥＤのスイッチを制御するために使用することができる。その上、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８が異なる色で発光している場合、スイッチ１３２，１３４，１３６，１３８はまた、ＰＭＷ信号のデューティサイクルを制御することによって、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の輝度の差異を解消するために使用することができる。

本発明の１実施形態によれば、各ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８を流れる電流は、スイッチ１３２，１３４，１３６，１３８によって流すことができる。各スイッチを流れる転送された電流は、０からあらかじめ定められたレベルに変動することができる。１実施形態では、あらかじめ定められたレベルは、式（１）に示されるように、最大電流ｌｄ＿ｍａｘである。
ｌｄ＿ｍａｘ＝Ｖｌｅｄ／Ｒｏｎｓｗ・・・式（１）
式（１）において、Ｖｌｅｄは、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の各ＬＥＤの定常電圧を示し、かつ、Ｒｏｎｓｗは、レジスタ１４０を流れる電流が（Ｖｒｅｇ−ＮｘＶｌｅｄ）／Ｒ１よりも小さい場合のスイッチ１３２，１３４，１３６，１３８の各ＬＥＤの抵抗を示している。なお、詳細は、以降で説明される。

この場合、本発明の１実施形態に基づき、対応するスイッチに印加されたＰＷＭ信号のデューティサイクル比に比例した係数によって、電流は流される。説明のため、ＬＥＤ１２２を例にとって、レジスタ１４０を流れる電流はｌｅｘであり、ＬＥＤ１２２の電圧はＶ１２２であり、かつ、スイッチ１３２の抵抗はＲ１３２であると仮定する。その結果、スイッチ１３２を流れる電流は、０からｌｄ＿ｍａｘ＝Ｖ１２２／Ｒ１３２に変化し、かつ、ＬＥＤ１２２を流れる電流は、ｌｅｘからｌｅｘ−（Ｖ１２２／Ｒ１３２）に変化する。１実施形態では、（Ｖ１２２／Ｒ１３２）がｌｅｘよりも大きいか、又は、等しい場合、ＬＥＤ１２２を流れる電流は、ｌｅｘから０に変化する。

同様に、ＬＥＤ１２４，１２６，１２８を流れる電流は、ＰＭＷ信号に基づき、スイッチ１３４，１３６，１３８によって、ｌｅｘから０にそれぞれ変調することができる。したがって、１実施形態では、各個別のＬＥＤを流れる電流は、何個のＬＥＤが所定の時間にターンオンされているか否かに拘わらず、調整することができる。

さらに、１実施形態では、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の全てがターンオンされる必要がある場合、式（２）に示されるように、初期電流Ｉｃｃ＿ｍａｘが必要である。
Ｉｃｃ＿ｍａｘ＝（Ｖｒｅｇ−ＮｘＶｌｅｄ）／Ｒ１・・・式（２）
式（２）において、ＮｘＶｌｅｄは、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の電圧の総和を示し、かつ、Ｒ１は、レジスタ１４０の抵抗を示している。

１実施形態では、初期電流Ｉｃｃ＿ｍａｘは、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８を流れる最大許容電流である最大連続電流よりも小さい。

さらに、制御スイッチ１３０は、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の全てをターンオフするために使用することができる。また、制御スイッチ１３０は、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８のＬＥＤ列１５０全体を制御するか、又は、輝度を低下するために使用することができる。

本発明の１実施形態に基づく回路１００は、複数のＬＥＤ（例えば、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８）に電力を供給するか、又は、駆動することが可能であり、かつ、各個別のＬＥＤと並列の対応するスイッチを制御することによって、各個別のＬＥＤを流れる電流を減少／調整することも可能である。結果として、本発明の１実施形態に基づく回路１００は、電力損失を低減することが可能である。

１実施形態では、複数のスイッチ１３２，１３４，１３６，１３８はまた、ＰＷＭ信号の代わりに、バーストモード変調信号（又は、スペクトラム拡散信号）によって制御することができる。図３は、本発明の１実施形態に基づくバーストモード変調信号のための代表的な波形１７０Ａ、１７０Ｂ、及び１７０Ｃを図示している。例えば、波形１７０Ａは、デューティサイクルが１００％のバーストモード変調信号を示している。波形１７０Ｂは、デューティサイクルが５０％のバーストモード変調信号を示している。波形１７０Ｃは、デューティサイクルが２５％のバーストモード変調信号を示している。バーストモード変調信号のデューティサイクルは、１期間のパルス数に依存している。同様に、各ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８を流れる電流は、バーストモード変調信号に基づき、スイッチ１３２，１３４，１３６，１３８によって、ｌｅｘから０にそれぞれ変調することができる。

図４には、本発明の実施形態に基づく発光ダイオードを駆動するための方法２００が図示されている。図４は、図２と組み合わせて説明される。ステップ２１０では、複数のＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８が直列に接続される。ステップ２１２では、複数のスイッチ１３２，１３４，１３６，１３８が、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８と並列にそれぞれ接続される。即ち、各ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８は、対応するスイッチ１３２，１３４，１３６，１３８と並列に接続されている。ステップ２１４では、制御スイッチ１３０は、複数のＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８と直列に接続される。この制御スイッチ１３０は、複数のＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８に供給される電力を制御している。ステップ２１６では、電源は、複数のＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の１端部と接続されて、複数のＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８に電力を供給する。ステップ２１８では、電源は調整されて、調整された電圧を生成する。調整された電圧は、ＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８に電力を供給するためのＬＥＤの１端部に印加される。ステップ２２０では、複数のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号、又は、複数のバーストモード変調信号は、複数のＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の各ＬＥＤの輝度を個別に制御するため、複数のスイッチ１３２，１３４，１３６，１３８にそれぞれに印加される。ステップ２２２では、複数のＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の全体の輝度は、制御スイッチ１３０をオン、又は、オフに制御する手段によって制御される。例えば、スイッチがオンになると、電力は複数のＬＥＤに供給される。また、スイッチがオフになると、電力は複数のＬＥＤに供給されない。結果として、複数のＬＥＤ１２２，１２４，１２６，１２８の各ＬＥＤを流れる電流は、０からあらかじめ定められた値に変調することができる。

上記の説明、及び、図面が本発明の好ましい実施形態を示している一方で、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の原理の真の趣旨、及び、範囲から逸脱することなく、多様な追加例、変更例及び置換例がこれらの実施形態になされ得ることが理解される。本発明が形態、構造、配列、比率、材料、要素及びコンポーネントなどの多数の変更形態に使用され、本発明の実施に使用され、本発明の原理から逸脱することなく、特定の環境、及び、動作要求に特に適合されることが、当業者には理解される。例えば、異なるタイプの負荷をＬＥＤの代わりに使用することができ、又は、ＰＷＭ生成は、アナログ又はデジタルであり得る。したがって、現在開示された実施形態は、あらゆる点において、添付の特許請求の範囲に示されている本発明の範囲、及び、その法的な均等物を説明し、かつ、制限しないものとして取り扱われなければならず、上記の説明に限定されない。

図１は、従来技術における複数のＬＥＤを駆動するための回路を示すブロック図である。図２は、本発明の１実施形態に基づく、複数のＬＥＤを駆動するための回路を示すブロック図である。図３は、本発明の１実施形態に基づく、バーストモード変調信号の代表的な波形を示している。図４は、本発明の実施形態に基づく、複数のＬＥＤを駆動するための方法を示す図である。

符号の説明

１００駆動又は電力供給回路
１１２駆動部
１１４低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ
１２２，１２４，１２６，１２８ＬＥＤ
１３０制御スイッチ
１３２，１３４，１３６，１３８スイッチ
１４０レジスタ
１５０ＬＥＤ列

Claims

直列に接続された複数の発光ダイオードを駆動する回路であって、
複数のバーストモード変調信号を受信するための複数のスイッチと、
前記複数の発光ダイオードと直列に接続され、かつ、前記複数の発光ダイオードの輝度を制御するための制御スイッチと
を具備し、
前記複数のスイッチの各スイッチは、前記複数の発光ダイオードのうちの対応する発光ダイオードと並列に接続され、かつ、前記対応する発光ダイオードの輝度を個別に制御し、
前記制御スイッチは、オン、又は、オフのいずれか一方であり、
前記複数のバーストモード変調信号の１つは、前記対応する発光ダイオードを流れる電流を、０からあらかじめ定められた値に変調するためのデューティサイクル比を有する
ことを特徴とする回路。
前記複数の発光ダイオードの１端部に接続され、かつ、前記複数の発光ダイオードに電力を供給するための電圧源をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の回路。
前記電圧源に接続され、かつ、前記複数の発光ダイオードに調整された電力を供給するための低ドロップアウトレギュレータをさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の回路。
前記複数の発光ダイオードと直列に接続されたレジスタをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の回路。
複数の発光ダイオードを駆動する方法であって、
前記複数の発光ダイオードを直列に接続するステップと、
対応する発光ダイオードの輝度を個別に制御するため、複数のスイッチの各スイッチを、前記複数の発光ダイオードのうちの前記対応する発光ダイオードと並列に接続するステップと、
バーストモード変調信号によって各スイッチを制御し、それによって、前記対応する発光ダイオードに供給された電力を制御するステップと、
前記複数の発光ダイオードの輝度を制御するため、オン、又は、オフのいずれか一方に、前記複数の発光ダイオードと直列に接続された制御スイッチを切り替えるステップと、
前記複数の発光ダイオードの各発光ダイオードを流れる電流を、０からあらかじめ定められた値に変調するステップと
を具備することを特徴とする方法。
前記複数の発光ダイオードの１端部に電源を接続するステップと、
前記電源を調整して、前記複数の発光ダイオードに電力を供給するため、調整された電圧を生成するステップと
をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記制御スイッチをターンオンして、前記複数の発光ダイオードをターンオンするステップと、
前記制御スイッチをターンオフして、前記複数の発光ダイオードをターンオフするステップと
をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の方法。
前記バーストモード変調信号のデューティサイクルに基づく前記電流を変調するステップをさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の方法。