JP2011065980A - 光源を駆動するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解コンデンサを用いることによる弊害を除去するために、電解コンデンサを用いない、光源を駆動するための回路を提供する。
【解決手段】光源を駆動するための回路は、電圧変換器、スイッチ及び制御器を含む。電圧制御器は、ＡＣ入力電圧信号を第１の整流されたＡＣ電圧信号に変換する。電圧変換器は、さらに、第１の整流されたＡＣ電圧信号の平均電圧レベルに比例する平均信号を発生する。スイッチは、光源に直列に結合される。電圧変換器及びスイッチに結合される制御器は、第１の整流されたＡＣ電圧信号を平均信号と比較してパルス信号を発生する。制御器は、さらに、パルス信号に基づいて調光制御信号を発生してスイッチを制御し、それにより、光源の調光を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源を駆動するためのシステム及び方法に関するものである。

現在、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源は、例えばバックライト用液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、街路照明、及び家庭電化製品のための照明産業において広く用いられている。ＬＥＤは、代わりの光源に対して幾つかの利点を提供し得る。それらの中でとりわけ効率がより大きく動作寿命は長い。

負荷、例えば１つまたは２つ以上のＬＥＤ、を駆動するための通常の回路１００が図１に示されている。回路１００は、電源１０１、全波整流器１０３、電界コンデンサ１０５、及び１つまたは２つ以上のＬＥＤのような負荷１０７を含んでいる。電源１０１は、交流（ＡＣ）の入力電圧Ｖ_ＩＮ及び入力電流Ｉ_ＩＮを発生する。代表的には、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮは正弦波形を有する。ダイオードＤ１〜Ｄ４を含む整流器１０３は、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮを整流されたＡＣ電圧Ｖ_ＲＥＣに変換する。電界コンデンサ１０５及び負荷１０７が整流器１０３に結合されるならば、電界コンデンサ１０５は、整流されたＡＣ電圧Ｖ_ＲＥＣを平滑化して少ないリップルを有するＤＣ出力電圧Ｖ_ＯＵＴを提供することができる。ＤＣ出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、光を発するためにＬＥＤを駆動することができる。

しかしながら、図１に示される回路１００においては、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮが電界コンデンサ１０５を横切る電圧よりも高い場合にのみ、入力電流Ｉ_ＩＮは、整流器１０３を通して導通することができる。結果として、入力電流Ｉ_ＩＮは、脈動電流波形を表わし、このことは、不充分な力率、例えば、０．６に帰結する。さらに、電界コンデンサ１０５の寿命もしくは故障間平均稼働時間（ＭＴＢＦ）は、ＬＥＤ駆動システムの他の素子よりも大いに短い。このようなものとして、電界コンデンサ１０５は、かかるＬＥＤ駆動システムの寿命を抑制し、従って、ＬＥＤ光源の長い動作寿命の利点を損なう。

一実施形態において、光源を駆動するための回路は、電圧変換器（電界コンデンサの無い）、スイッチ及び制御器を含む。電圧変換器は、ＡＣ入力信号を第１の整流されたＡＣ電圧信号に変換する。電圧変換器は、さらに、第１の整流されたＡＣ電圧信号の平均電圧レベルに比例する平均信号を発生する。スイッチは、直列に光源に結合される。電圧変換器及びスイッチに結合された制御器は、第１の整流されたＡＣ電圧信号を平均信号と比較して、パルス信号を発生する。制御器は、さらに、パルス信号に基づいて調光制御信号を発生してスイッチを制御し、それにより、光源の調光を制御する。

請求項に記載された主題の実施形態の特徴及び長所は、添付図面を参照して以下の詳細な説明が進行するにつれ明瞭となるであろう。添付図面において、同様の数字は、同様の部分を示す。

負荷を駆動するための通常の回路を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による駆動回路を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による駆動回路を示す概略図の例である。 本発明の一実施形態による図３における制御器を示す概略図の例である。 本発明の一実施形態による駆動回路によって発生される信号を示すタイミング図の例である。 本発明の実施形態による光源を駆動するための方法を示すフローチャートである。

さて、本発明の一実施形態を詳細に参照する。本発明は、これらの実施形態と共に説明されるけれども、このことは、本発明をこれらの実施形態に制限することを意図するものではないことが理解されるであろう。反対に、本発明は、特許請求の範囲によって限定される発明の精神並びに範囲内に含まれ得る、代替、変更及び等価物を包摂するよう意図されている。

さらに、本発明の以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解を提供するために、多くのの特定の詳細が述べられる。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細無しでも実行され得るということが当業者によって認識されるであろう。他の状況においては、本発明の態様を不必要に分かりにくくしないように、良く知られた方法、手順、構成要素及び回路は、詳細には説明されていない。

図２は、本発明の一実施形態による駆動回路２００のブロック図を示す。駆動回路２００は、負荷、例えば光源２０７、に、調整されたＤＣ出力電圧Ｖ_ＯＵＴを提供する。一実施形態においては、駆動回路２００は、電源２０１、電圧変換器２０３、及び制御器２０５を含む。一実施形態においては、電源２０１は、正弦波形を有するＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮ信号を発生する。電圧変換器２０３は、光源２０７を駆動するために、電源２０１からのＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮを、調整されたＤＣ出力電圧Ｖ_ＯＵＴに変換する。さらに、電圧変換器２０３は、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮを、第１の電圧信号Ｖ_ＳＩＮ及び第２の電圧信号（平均電圧信号）Ｖ_ＤＣに変換する。一層詳細には、電圧変換器は、整流されたＡＣ電圧信号Ｖ_ＲＥＣを提供するために、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮを整流し得る。一実施形態においては、電圧変換器２０３は、Ｖ_ＲＥＣに比例する電圧信号Ｖ_ＳＩＮを発生することができる。電圧変換器２０３は、また、整流されたＡＣ電圧信号Ｖ_ＲＥＣの平均電圧レベルに比例するＤＣ電圧信号Ｖ_ＤＣを提供することもできる。従って、Ｖ_ＤＣ及びＶ_ＳＩＮの双方は、ＡＣ電圧信号Ｖ_ＩＮに従って変化することができる。

制御器２０３は、電圧変換器２０３から信号Ｖ_ＳＩＮ及びＶ_ＤＣを受信し、そしてさらに、光源２０７からフィードバック信号ＦＢを受信して、調光制御信号ＤＩＭを発生する。一層詳細には、制御器２０３は、信号Ｖ_ＳＩＮを信号Ｖ_ＤＣと比較して、デューティ・サイクルを有するパルス信号を発生することができる。制御器は、さらに、パルス信号及び光源を通って流れる電流を示すフィードバック信号に従って、調光制御信号ＤＩＭを提供することができる。調光制御信号ＤＩＭは、電圧変換器２０３に送られる。このように、電圧変換器２０３は、調光制御信号ＤＩＭに従って光源２０７に出力される電力を調整する。換言すれば、駆動回路２００は、光源２０７の光強度を調整するために、調光制御作用を提供する。

長所的には、信号Ｖ_ＤＣ及びＶ_ＳＩＮは、制御されたＡＣ電圧信号Ｖ_ＲＥＣから導出されるので、電界コンデンサは除去される。電界コンデンサを除去することにより、駆動回路２００は、通常の駆動回路１００に比べて、一層良好な力率及び一層長い寿命を提供する。任意選択的には、セラミック・コンデンサが光源２０７と並列に結合されて、光源２０７を通る電流のノイズ／リップルを一層減少することができる。

さらに、Ｖ_ＤＣ及びＶ_ＳＩＮの双方がＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮに従って変化するので、パルス信号のデューティ・サイクルは、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮが（振幅または周波数変化のように）変化するとしても、実質的に一定に維持され得る。例えば、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮの振幅が８５Ｖｒｍｓから２６５Ｖｒｍｓに変化するならば、パルス信号のデューティ・サイクルは、なお、実質的に一定に維持され得る。このように、調光制御信号Ｄ_ＩＮは、このような変化によって影響されず、従って、光源２０７の比較的一定の照度が達成され得、このことを図３−図５に関して一層詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施形態による駆動回路３００の概略図の例を示す。駆動回路３００は、負荷３４０に、調整されたＤＣ出力電圧Ｖ_ＯＵＴを提供する。図示の目的で、負荷３４０は、直列に結合された３つのＬＥＤを含む。しかしながら、本発明は、そのように制限されない。負荷３４０は、他の数の光源及び種々のタイプの光源を含み得る。駆動回路３００は、電源３１０、電圧変換器３２０、制御器３３０、及びスイッチ３２１を含む。電圧変換器３２０は、さらに、電圧整流器３５０、バック（buck）変換器３６０、コンデンサ３１９、抵抗３１１及び３１３を含む第１の分圧器、及び抵抗３１５及び３１７を含む第２の分圧器を含む。

一実施形態においては、電源３１０は、正弦波形を有するＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮを発生する。電圧変換器３２０は、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮを、調整されたＤＣ出力電圧Ｖ_ＯＵＴに変換する。一層詳細には、ダイオードＤ１〜Ｄ４を含む電圧整流器３５０は、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮ信号を整流して、整流されたＡＣ電圧信号Ｖ_ＲＥＣを提供する。図３に示された電圧整流器３５０は、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮのサイクルごとに２つのピークを出力する全波整流器である。このようなものとして、整流されたＡＣ電圧信号Ｖ_ＲＥＣの繰返し率は、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮの２倍である。ダイオード３２３及びインダクタ３２５を含むバック変換器３６０は、さらに、整流されたＡＣ電圧信号Ｖ_ＲＥＣを、ＬＥＤストリング３４０を駆動するのに適した調整されたＤＣ出力電圧Ｖ_ＯＵＴに変換する。

さらに、抵抗３１１及び３１３を含む第１の分圧器は、整流されたＡＣ電圧信号Ｖ_ＲＥＣを、分圧された電圧信号Ｖ_ＳＩＮにさらに分圧する。信号Ｖ_ＳＩＮは、信号Ｖ_ＲＥＣに比例し、信号Ｖ_ＲＥＣの波形に追随する。抵抗３１５及び３１７を含む第２の分圧器は、コンデンサ３１９と協働して、信号Ｖ_ＲＥＣの平均電圧レベルに比例する電圧信号Ｖ_ＤＣを提供する。このように、信号Ｖ_ＤＣは、信号Ｖ_ＳＩＮの平均電圧レベルにも比例するということが推定され得る。

信号Ｖ_ＳＩＮ及びＶ_ＤＣは、それぞれ、ＶＳＩＮピン及びＶＤＣピンを介して制御器３３０に提供される。制御器３３０のＨＶ_ＧＡＴＥピンは、一定のＤＣ電圧を提供するために、Ｎ型の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）から構成される、スイッチ３２１のゲートに結合される。一実施形態においては、一定のＤＣ電圧は１５Ｖである。スイッチ３２１のドレインは、ＬＥＤストリング３４０に結合される。スイッチ３２１のソースは、制御器３３０のＤＲＡＩＮピンにそしてダイオード３２７を介して制御器３３０のＶＤＤピンに結合される。ＨＶ_ＧＡＴＥピンから一定のＤＣ電圧によって駆動されて、スイッチ３２１はスイッチ・オンされる。ＶＤＤピンは、スイッチ３２１のソースにおいて、ソース電圧から導出される起動電圧を得る。起動電圧は、制御器３３０の動作を可能にする。

一実施形態においては、制御器３３０は、制御器３３０におけるスイッチ（図４にスイッチ４１１として示される）の導通状態を制御するために、信号Ｖ_ＳＩＮ及びＶ_ＤＣを比較し、該スイッチのドレイン及びソースは、それぞれＤＲＡＩＮピン及びＳＯＵＲＣＥピンに結合される。もう１つの実施形態においては、該スイッチは、また、制御器３３０の外側にも配置され得る。双方の環境において、該スイッチは、電圧変換器３２０からＬＥＤストリング３４０に出力される電力を制御し、これにより、ＬＥＤストリング３４０の調光を制御する。さらに、サイクルにおけるスイッチの全ＯＮ及びＯＦＦ期間に対するスイッチのＯＮ期間の比を表わすデューティ・サイクルは、一実施形態においては、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮにおける振幅及び／または周波数変化によって影響されない。このように、ＬＥＤストリング３４０は、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮが変化したとしても、比較的一定の照度を提供することができる。

一実施形態においては、抵抗３２９は、ＬＥＤストリング３４０を通して流れるＬＥＤ電流を感知してフィードバック信号ＦＢを発生する。制御器３３０のＳＯＵＲＣＥピンは、ＬＥＤ電流を示すフィードバック信号ＦＢを受信する。制御器３３０は、フィードバック信号ＦＢに基づいてスイッチ（図４にスイッチ４１１として示される）の導通状態を制御して、ＬＥＤ電流を調整する。従って、ＬＥＤストリング３４０の光強度は、フィードバック信号ＦＢに基づいて調整される。制御器３３０のＲＴピンは、抵抗３３１に結合されて、制御器３３０の動作周波数を決定する。制御器３３０のＧＮＤピンは、接地に結合される。

上に呈示されたように、駆動回路３００には電界コンデンサが装備されず、従って、一層良好な力率及び一層長い寿命を提供する。さらに、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮがその振幅及び／またはその周波数を変えたとしても、ＬＥＤストリング３４０の比較的一定の照度がなお達成され得る。

図４は、本発明の一実施形態による制御器３３０の回路図の例を示す。図３において同じラベルが付された要素は、類似の機能を有する。図４を、図３と組み合わせて説明する。制御器３３０は、起動回路４１０、ツェナー・ダイオード４２０、横(lateral)パルス幅変調（ＬＰＷＭ）発生器４３０のようなパルス幅変調発生器、周波数発生器４４０、比較器４０３、フリップ・フロップ４０５（例えば、セット−リセット・フリップ・フロップ）、ドライバ４０７、ＡＮＤゲート４０９、及びスイッチ４１１を含む。

ツェナー・ダイオード４２０は、ＨＶ_ＧＡＴＥピンにおいて一定のＤＣ電圧を発生する。一定のＤＣ電圧によって駆動されて、スイッチ３２１は導通され、そしてＶＤＤピンにおいて起動電圧が発生されるのを許容する。起動回路４１０は、起動電圧を受信し、他の電気要素に電力を提供し、ＶＤＤピンにおける起動電圧が制御器３３０の所定の起動電圧レベルに達した場合に、制御器３３０の動作を可能とする。比較器４０１を含むＬＰＷＭ発生器４３０は、ＶＳＩＮピンにおける信号Ｖ_ＳＩＮをＶＤＣピンにおける信号Ｖ_ＤＣと比較する。ＬＰＷＭ発生器４３０は、信号Ｖ_ＳＩＮ及びＶ_ＤＣの比較結果に基づいて横パルス幅変調信号（ＬＰＷＭ）信号を出力する。信号Ｖ_ＤＣは、整流されたＡＣ電圧信号Ｖ_ＲＥＣの平均電圧レベルに比例し、信号Ｖ_ＳＩＮは、整流されたＡＣ電圧信号Ｖ_ＲＥＣに比例するので、双方の信号Ｖ_ＤＣ及びＶ_ＳＩＮは、信号Ｖ_ＲＥＣに従って変化する。換言すれば、双方の信号Ｖ_ＤＣ及びＶ_ＳＩＮは、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮに従って変化する。結果として、ＬＰＷＭ信号は、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮの振幅及び／または周波数が変化したとしても、実質的に一定のデューティ・サイクルを有し得る。ここで用いられているように、「実質的に一定」は、ＬＰＷＭ信号のデューティ・サイクルが、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮの波形ひずみ（例えば、公益事業会社によって引き起される）に起因して、または回路構成要素の非理想性に起因してわずかに変り得るが、ＬＥＤストリング３４０が比較的一定の明るさを生成するような範囲内にある、ということを意味している。

さらに、図４の例においては、周波数発生器４４０は、抵抗３３１によって決定される周波数を有するパルス信号を発生する。もちろん、周波数発生器４４０は、それがコンデンサによって決定される周波数を有するパルス信号を発生するように、変更されることができる。このように、一実施形態においては、周波数発生器４４０からのパルス信号は、固定周波数を有することができる。Ｓ−Ｒフリップ・フロップ４０５は、Ｓピンを介してパルス信号を受信する。Ｓ−Ｒフリップ・フロップ４０５のＲピンは、比較器４０３の出力に結合され、該比較器４０３は、制御器３３０のＳＯＵＲＣＥピンにおけるフィードバック信号ＦＢを、所定の基準信号Ｖ_ＲＦＥ、例えば０．２５Ｖ、と比較する。一実施形態において、所定の基準信号Ｖ_ＲＦＥは、ＬＥＤストリング３４０を通して流れるピーク電流を示す。従って、一実施形態において、もしフィードバック信号ＦＢが所定の基準信号Ｖ_ＲＦＥよりも大きいならば、Ｓ−Ｒフリップ・フロップはリセットされる。Ｓ−Ｒフリップ・フロップ４０５のＱピンは、ドライバ４０７を通してＡＮＤゲート４０９に結合されて、比較器４０３の出力によって制御されるパルス信号を提供する。ＡＮＤゲート４０９は、また、ＬＰＷＭ発生器４３０からのＬＰＷＭ信号を受信する。

ＡＮＤゲート４０９から出力される調光制御信号ＤＩＭは、制御スイッチ４１１の導通状態を制御する。図３及び図４を参照して、制御スイッチ４１１は、該スイッチ４１１がスイッチ・オンされているとき、ＬＥＤストリング３４０と直列に結合される。このようなものとして、調光制御信号ＤＩＭは、制御スイッチ４１１を交互にオン及びオフにすることにより、電圧変換器３２０からＬＥＤストリング３４０に出力される電力を制御する。さらに、調光制御信号ＤＩＭは、信号Ｖ_ＳＩＮ及びＶ_ＤＣ間の比較並びにフィードバック信号ＦＢ及び所定の基準信号Ｖ_ＲＥＦ間の比較の双方により決定される。

図５は、本発明の一実施形態による駆動回路によって発生される信号のタイミング図５００の例を示す。図５を、図４と組み合わせて説明する。説明の目的のために、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮは、ｆ_１Ｈｚ（例えば、６０Ｈｚ）の周波数を有する正弦波形信号であり、８５Ｖｒｍｓから２６５Ｖｒｍｓの範囲を有する。波形５０１は、８５ＶｒｍｓのＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮから導出される信号Ｖ_ＳＩＮを表わし、波形５０５は、２６５ＶｒｍｓのＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮから導出される信号Ｖ_ＳＩＮを表わす。ライン５０３は、８５ＶｒｍｓのＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮから導出される信号Ｖ_ＤＣを表わし、ライン５０７は、２６５ＶｒｍｓＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮから導出される信号Ｖ_ＤＣを表わす。

信号Ｖ_ＳＩＮが時刻Ｔ１において信号Ｖ_ＤＣに達したと仮定すると、時刻Ｔ１は、

によって与えられることができ、ここに、Ｖ_{ＳＩＮ−ＰＫ}は信号Ｖ_ＳＩＮのピーク電圧を表わす。図３に戻って参照すると、信号Ｖ_ＳＩＮは、抵抗３１１及び３１３によって信号Ｖ_ＲＥＣを分割することによって得られるので、信号Ｖ_ＳＩＮのピーク電圧Ｖ_{ＳＩＮ−ＰＫ}は、

によって与えられることができ、ここに、Ｒ１は抵抗３１１の抵抗値であり、Ｒ２は抵抗３１３の抵抗値であり、そしてＶ_{ＲＥＣ−ＰＫ}は、信号Ｖ_ＲＥＣのピーク電圧である。図３の例において、信号Ｖ_ＤＣは、抵抗３１５及び３１７によって信号Ｖ_ＲＥＣから分割された信号の平均電圧レベルを表わす。このように、信号Ｖ_ＤＣは、

によって与えられることができ、ここに、Ｒ３は抵抗３１５の抵抗値であり、Ｒ４は抵抗３１７の抵抗値である。従って、式（１）、（２）及び（３）を結合して、時刻Ｔ１は、

によって与えられることができる。式（４）によれば、Ｆ１及びＴ１の積は、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮにおける振幅及び／または周波数変動にかかわらず、実質的に一定を維持する。

さらに、図５に示されるように、ＬＰＷＭ信号のデューティ・サイクルＤは、

によって与えられ、ここに、ＴはＬＰＷＭ信号の周期である。Ｆ１及びＴ１の積は、一定値であるので、ＬＰＷＭ信号のデューティ・サイクルＤも、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮにおける振幅及び／または周波数変動にかかわりなく、実質的に一定である。一実施形態において、ＬＰＷＭ発生器４３０からのＬＰＭＷ信号のデューティ・サイクルは、抵抗３１１、３１３、３１５及び３１７によって決定される。これらの抵抗の抵抗値（resistance:レジスタンス）を変えることにより、ＬＰＷＭ信号のデューティ・サイクルは、一実施形態において、種々の応用に適合するよう調整されることができる。

ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮの周波数が一定であると仮定すると、図５における波形は、また、たとえＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮの振幅が変化するとしても、ＬＰＷＭ信号のデューティ・サイクルが一定のままであるということをも示す。ライン５０３は、時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５及びＴ６において波形５０１と交差し、ライン５０７は、同じ時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５及びＴ６において波形５０５と交差する。従って、信号Ｖ_ＤＣ及び信号Ｖ_ＳＩＮ間の交差は、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮにおける振幅変動にかかわりなく、同じ時刻において生じる。このようなものとして、信号Ｖ_ＤＣを信号Ｖ_ＳＩＮと比較することにより、ＬＰＷＭ発生器４３０は、たとえＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮが変化するとしても、実質的に一定のデューティ・サイクルを有するＬＰＷＭ信号を発生する。

図５における波形５０９は、ＬＰＷＭ発生器４３０によって発生されるＬＰＷＭ信号の例を表わす。図５における波形５１０は、ＡＮＤゲート４０９から出力される調光制御信号ＤＩＭの例を表わす。信号Ｖ_ＳＩＮが信号Ｖ_ＤＣよりも小さいとき、ＬＰＷＭ信号は、ロジック低（ＯＦＦ期間）である。ＯＦＦ期間の間、調光制御信号ＤＩＭの出力は、制御スイッチ４１１がスイッチ・オフされるように、ロジック低である。ＯＦＦ期間の間、ＬＥＤストリング３４０を通して流れる電流はない。信号Ｖ_ＳＩＮが信号Ｖ_ＤＣよりも大きいとき、ＬＰＷＭ信号は、ロジック高（ＯＮ期間）である。ＯＮ期間の間、ＬＥＤストリング３４０を通る電流を表わすフィードバック信号ＦＢは、所定の基準信号Ｖ_ＲＥＦと比較される。調光制御信号ＤＩＭは、周波数発生器４４０によって発生されるパルス信号と、フィードバックＦＢ及び所定の基準信号Ｖ_ＲＥＦの比較結果とによって決定される。例として、周波数発生器４４０からのパルス信号は、約３００ＫＨｚ及び２．５ＭＨｚ間の周波数を有し得る。調光制御信号ＤＩＭによって制御されて、制御スイッチ４１１は、ＬＥＤストリング３４０を通って流れるＬＥＤ電流を調整するために、交互にスイッチ・オン及びオフされ得る。

要約すれば、本発明による実施形態は、信号Ｖ_ＲＥＣに比例する（図５における波形５０１または５０５のような）信号Ｖ_ＳＩＮ、及び信号Ｖ_ＲＥＣの平均電圧レベルを示す（図５における波形５０３または５０７のような）信号Ｖ_ＤＣを発生するために、整流されたＡＣ信号Ｖ_ＲＥＣを用いる。このように、電界コンデンサは除去される。電界コンデンサを除去することにより、本発明の実施形態による駆動回路は、高められた力率及び一層長い寿命を提供する。さらに、信号Ｖ_ＳＩＮを信号Ｖ_ＤＣと比較し、かつフィードバック信号ＦＢを所定の基準信号Ｖ_ＲＥＦと比較することにより、ＬＥＤストリング３４０の相対的に一定の照度が、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮにおける振幅及び／または周波数変動にかかわりなく、達成され得る。

図６は、本発明の一実施形態による、光源例えばＬＥＤストリング、を駆動するための方法のフローチャート６００を示す。図６において特定のステップが開示されているけれども、かかるステップは例示的なものである。すなわち、本発明は、種々の他のステップまたは図６に記載されたステップの変形を行うのに良く適している。図６は、図３及び図４と組み合わせて説明される。

ブロック６０１において、整流されたＡＣ電圧信号は、整流されたＡＣ電圧信号に比例する第１の信号に変換される。整流されたＡＣ電圧信号は、さらに、整流されたＡＣ電圧信号の平均電圧レベルに比例する第２の信号に変換される。一実施形態において、電圧変換器３２０は、最初に、ＡＣ入力電圧信号Ｖ_ＩＮを、整流されたＡＣ電圧Ｖ_ＲＥＣに変換する。電圧変換器３２０は、さらに、Ｖ_ＲＥＣを、第１の信号Ｖ_ＳＩＮ及び第２の信号Ｖ_ＤＣに変換する。信号Ｖ_ＳＩＮは信号Ｖ_ＲＥＣに比例し、信号Ｖ_ＤＣは信号Ｖ_ＲＥＣの平均電圧レベルに比例する。

ブロック６０３において、整流されたＡＣ電圧信号は、また、光源を駆動するために、調整されたＤＣ電圧信号に変換される。一実施形態において、電圧変換器３２０は、ＬＥＤストリング３４０を駆動するために、信号Ｖ_ＲＥＣを、調整されたＤＣ出力電圧Ｖ_ＯＵＴに変換する。

ブロック６０５において、第１の信号は、第２の信号と比較されて、パルス信号を発生する。一実施形態において、ＬＰＷＭ発生器４３０は、第１の信号Ｖ_ＳＩＮを第２の信号Ｖ_ＤＣと比較して、ＬＰＷＭ信号を発生する。一実施形態において、ＬＰＷＭ信号は、ＡＣ入力電圧Ｖ_ＩＮにおける振幅及び／または周波数変動にかかわらず、実質的に一定のデューティ・サイクルを有する。

ブロック６０７において、調光制御信号が、光源の調光を制御するために、パルス信号に基づいて発生される。一実施形態において、ＬＰＷＭ信号並びに基準信号とＬＥＤ３４０を通る電流を示すフィードバック信号との間の比較結果に基づいて、ＡＮＤゲート４０９は、制御スイッチ４１１に調光制御信号ＤＩＭを提供して、それに応じてＬＥＤストリング３４０の調光を制御する。

上述の説明並びに図面は、本発明の実施形態を表わすけれども、種々の追加、変更及び置き換えが、添付の特許請求の範囲に限定された本発明の原理の精神及び範囲を逸脱することなく、該実施形態に為され得ることが理解されるであろう。当業者は、本発明が、形態、構造、配列、材料、要素、及び構成要素の多くの変更をもって用いられ得、かつそうでない場合には、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件に特に適合される本発明の実行において用いられ得るということを理解するであろう。ここに開示された実施形態は、従って、すべての観点において、説明的なものであり制限的なものではないとして考慮されるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの適法な等価物によって示され、前述の説明に制限されない。

２００ 駆動回路
２０１ 電源
２０３ 電圧変換器
２０５ 制御器
２０７ 光源
３００ 駆動回路
３４０ 負荷
３１０ 電源
３１１ 抵抗
３１３ 抵抗
３１５ 抵抗
３１７ 抵抗
３１９ コンデンサ
３２０ 電圧変換器
３２１ スイッチ
３２３ ダイオード
３２５ インダクタ
３２７ ダイオード
３２９ 抵抗
３３０ 制御器
３３１ 抵抗
３４０ ＬＥＤストリング
３５０ 電圧整流器
３６０ バック変換器
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
４０１ 比較器
４０３ 比較器
４０５ フリップ・フロップ
４０７ ドライバ
４０９ ＡＮＤゲート
４１０ 起動回路
４１１ スイッチ
４２０ ツェナー・ダイオード
４３０ ＬＰＷＭ発生器
４４０ 周波数発生器

Claims (43)

1. 光源を駆動するための回路であって、
   交流電流（ＡＣ）入力電圧信号を第１の整流された電圧信号に変換するように、かつ該第１の整流されたＡＣ電圧信号の平均電圧レベルに比例する平均信号を発生するように動作可能である電圧変換器と、
   前記光源に直列に結合されるスイッチと、
   前記電圧変換器及び前記スイッチに結合される制御器であって、パルス信号を発生するために前記第１の整流されたＡＣ電圧信号を前記平均信号と比較するように、かつ前記スイッチを制御するために前記パルス信号に従って調光制御信号を発生するように動作可能であり、それにより、前記光源の調光を制御する前記制御器と、
   を備えた回路。
2. 前記パルス信号は、前記ＡＣ入力電圧信号における振幅変動にかかわらず、実質的に一定のデューティ・サイクルを有するパルス幅変調信号を含む請求項１に記載の回路。
3. 前記パルス信号は、前記ＡＣ入力電圧信号における周波数変動にかかわらず、実質的に一定のデューティ・サイクルを有するパルス幅変調信号を含む請求項１に記載の回路。
4. 前記電圧変換器は、
   前記ＡＣ入力電圧信号を第２の整流されたＡＣ電圧信号に整流するために動作可能な整流器と、
   前記整流器に結合され、前記第１の整流されたＡＣ電圧信号を提供するよう前記第２の整流されたＡＣ電圧信号を分圧するために動作可能な第１の分圧器と、
   前記整流器に結合され、前記平均信号を提供するよう前記第２の整流されたＡＣ電圧信号を分圧するために動作可能な第２の分圧器と、
   を備え、前記平均信号は、前記第２の整流されたＡＣ電圧信号の平均電圧レベルにも比例する請求項１に記載の回路。
5. 前記第１の分圧器及び前記第２の分圧器は、複数個の抵抗を備え、前記パルス信号のデューティ・サイクルは、前記抵抗の抵抗値によって決定される請求項４に記載の回路。
6. 前記制御器は、さらに、前記光源を通して流れる電流を示すフィードバック信号を受信するように、かつ該フィードバック信号を所定の基準信号と比較するように動作可能な比較器を備える請求項１に記載の回路。
7. 前記所定の基準信号は、前記光源を通して流れるピーク電流を示す請求項６に記載の回路。
8. 前記比較器に結合され、前記パルス信号及び前記比較器の出力に基づいて前記調光制御信号を発生するように動作可能なＡＮＤゲートをさらに備える請求項６に記載の回路。
9. 前記電圧変換器は、前記光源を駆動するために、前記ＡＣ入力電圧信号を、調整された電圧に変換する請求項１に記載の回路。
10. 前記電圧変換器は、電解コンデンサを含まない請求項１に記載の回路。
11. 前記光源は、発光ダイオードを含む請求項１に記載の回路。
12. 前記制御器は、周波数信号を発生するように動作可能な周波数発生器をさらに備え、前記調光制御信号は、前記周波数信号及び前記パルス信号に基づいて発生される請求項１に記載の回路。
13. 前記スイッチは、前記パルス信号のオン期間中に前記光源を通して流れる電流を示すフィードバック信号及び前記周波数信号に従って、交互にスイッチ・オン及びオフされ、前記スイッチは、前記パルス信号のオフ期間中にオフのままである請求項１２に記載の回路。
14. 光源の調光を制御するための方法であって、
    整流されたＡＣ電圧信号を、該整流されたＡＣ電圧信号に比例する第１の信号に変換するステップと、
    前記整流されたＡＣ電圧信号を、該整流されたＡＣ電圧信号の平均電圧レベルに比例する第２の信号に変換するステップと、
    パルス信号を発生するために、前記第１の信号を前記第２の信号と比較するステップと、
    前記光源の調光を制御するために、前記パルス信号に基づいて調光制御信号を発生するステップと、
    を含む方法。
15. さらに、
    ＡＣ入力電圧信号を受信するステップと、
    前記整流されたＡＣ電圧信号を提供するために、前記ＡＣ入力電圧信号を整流するステップと、
    を含み、前記パルス信号は、前記ＡＣ電圧信号における振幅変動にかかわらず、実質的に一定のデューティ・サイクルを有するパルス幅変調信号を含む請求項１４に記載の方法。
16. さらに、
    ＡＣ入力電圧信号を受信するステップと、
    前記整流されたＡＣ電圧信号を提供するために、前記ＡＣ入力電圧信号を整流するステップと、
    を含み、前記パルス信号は、前記ＡＣ電圧信号における周波数変動にかかわらず、実質的に一定のデューティ・サイクルを有するパルス幅変調信号を含む請求項１４に記載の方法。
17. さらに、
    前記光源を通して流れる電流を示すフィードバック信号を受信するステップと、
    該フィードバック信号を所定の基準信号と比較するステップと、
    前記フィードバック信号及び前記所定の基準信号間の前記比較に基づいて前記調光制御信号を発生するステップと、
    を含む請求項１４に記載の方法。
18. さらに、
    前記整流されたＡＣ電圧信号を、調整されたＤＣ電圧信号に変換するステップと、
    前記調整されたＤＣ電圧信号により前記光源を駆動するステップと、
    を含む請求項１４に記載の方法。
19. 負荷に結合された電圧変換器であって、前記負荷を駆動するようＡＣ入力電圧信号を調整された電圧信号に変換するように、かつ前記ＡＣ入力電圧信号に基づいて複数の出力電圧信号を発生するように動作可能である前記電圧変換器と、
    前記電圧変換器に結合される制御器であって、前記ＡＣ入力電圧信号における変動にかかわらず実質的に一定のデューティ・サイクルを有するパルス信号を発生するために前記出力電圧信号を比較するように、かつ比較信号を発生するために負荷電流を示すフィードバック信号を所定の基準信号と比較するように動作可能である前記制御器と、
    を備え、前記制御器は、さらに、前記負荷に出力される電力を調整するために前記パルス信号及び前記比較信号に基づいて制御信号を発生するように構成されているシステム。
20. 前記負荷は、発光ダイオードを含む請求項１９に記載のシステム。
21. 前記電圧変換器は、
    整流された電圧信号を提供するために前記ＡＣ入力電圧信号を整流するよう動作可能な電圧整流器
    を備えた請求項１９に記載のシステム。
22. 前記出力電圧信号は、前記整流されたＡＣ電圧信号に比例する第１の電圧信号と、前記整流されたＡＣ電圧信号の平均電圧レベルに比例する第２の電圧信号とを含む請求項２１に記載のシステム。
23. 前記電圧変換器は、
    前記電圧整流器に結合された第１の分圧器であって、前記第１の電圧信号を提供するために前記整流されたＡＣ電圧信号を分圧するよう動作可能な前記第１の分圧器と、
    前記電圧整流器に結合された第２の分圧器であって、前記第２の電圧信号を提供するために前記整流されたＡＣ入電圧信号を分圧するよう動作可能な前記第２の分圧器と、
    を備えた請求項２２に記載のシステム。
24. 前記整流器は、さらに、周波数信号を発生するように動作可能な周波数発生器を備える請求項１９に記載のシステム。
25. さらに、
    前記負荷に直列に結合されるスイッチ
    を備え、前記スイッチは、前記パルス信号のオン期間の間、前記比較信号及び前記周波数信号に従って、交互にスイッチ・オン及びオフされ、前記スイッチは、前記パルス信号のオフ期間の間、オフのままである請求項２４に記載のシステム。
26. 前記電圧変換器は、電解コンデンサを含まない請求項１９に記載のシステム。
27. 光源の明るさを調整するための制御器であって、
    電源の整流されたＡＣ信号に比例する第１の電圧信号を受信しかつ前記整流されたＡＣ信号の平均電圧に比例する第２の電圧信号を受信するように、そして前記第１の電圧信号を前記第２の電圧信号と比較することにより第１のパルス信号を発生するように動作可能であるパルス幅変調（ＰＷＭ）発生器と、
    前記光源を通して流れる電流を示すフィードバック信号を基準信号と比較することにより第２のパルス信号を提供するように動作可能であるドライバと、
    前記ＰＷＭ発生器及び前記ドライバに結合され、前記第１及び第２のパルス信号を受信するようかつ前記明るさを調整するために調光制御信号を提供するよう動作可能であるＡＮＤゲートと、
    を備えた制御器。
28. 前記第１のパルス信号のＯＦＦ期間中に前記光源を通して電流は流れず、前記光源を通して流れる前記電流は、前記第１のパルス信号のＯＮ期間中に前記第２のパルス信号に従って調整される請求項２７に記載の制御器。
29. 前記第１のパルス信号は、前記電源における変動にかかわらず実質的に一定のデューティ・サイクルを有する請求項２７に記載の制御器。
30. 前記電源における変動は、前記電源の入力電圧における振幅変動及び周波数変動から成るグループから選択される請求項２９に記載の制御器。
31. 前記光源に直列に結合され、前記調光制御信号を受信しかつ前記調光制御信号に従ってスイッチ・オン及びオフされるよう動作可能なスイッチをさらに備える請求項２７に記載の制御器。
32. 前記フィードバック信号を前記基準信号と比較するための比較器と、
    前記比較器に結合され、該比較器の出力に基づいて前記第２のパルス信号を提供するよう動作可能であるフリップ・フロップと、
    をさらに備える請求項２７に記載の制御器。
33. 前記フリップ・フロップに周波数信号を提供するよう動作可能な周波数発生器と、
    光源に直列に結合されるスイッチと、
    をさらに備え、前記スイッチは、前記第１のパルス信号のＯＮ期間中に前記周波数信号及び前記フィードバック信号に従って交互にスイッチ・オン及びオフされ、前記スイッチは、前記第１のパルス信号のＯＦＦ期間中にオフである請求項３２に記載の制御器。
34. 前記基準信号は、前記光源を通して流れるピーク電流を示す請求項２７に記載の制御器。
35. 前記光源は、発光ダイオードを備える請求項２７に記載の制御器。
36. 光源の明るさを調整するための制御器であって、
    前記光源の電源の整流されたＡＣ信号に比例する第１の電圧信号を受信するよう動作可能な第１の電圧入力ピンと、
    整流されたＡＣ信号の平均電圧に比例する第２の電圧信号を受信するよう動作可能な第２の電圧入力ピンと、
    前記光源を通して流れる電流を示すフィードバック信号を受信するよう動作可能な感知ピンと、
    を備え、前記制御器は、前記第１の電圧信号を前記第２の電圧信号と比較することによりパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生するよう、かつ周波数信号と、前記フィードバック信号及び基準信号の比較結果とに従ってパルス信号を提供するよう、かつ前記明るさを調整するために前記ＰＷＭ信号及び前記パルス信号に基づいて調光制御信号を発生するよう構成されている制御器。
37. 前記周波数信号の周波数を決定するよう動作可能なピンをさらに備える請求項３６に記載の制御器。
38. 前記光源に直列に結合され、前記調光制御信号を受信するようかつ前記調光制御信号に従ってスイッチ・オン及びオフされるよう動作可能なスイッチをさらに備える請求項３６に記載の制御器。
39. 前記光源に直列に結合されるスイッチ、
    をさらに備え、前記スイッチは、前記ＰＷＭ信号のＯＮ期間中に前記周波数信号及び前記フィードバック信号に従って交互にスイッチ・オン及びオフされ、前記スイッチは、前記ＰＷＭ信号のＯＦＦ期間中にオフである請求項３６に記載の制御器。
40. 前記周波数信号を受信するようかつ前記フィードバック信号及び前記基準信号の前記比較結果を受信するよう、そして前記パルス信号を提供するよう動作可能なフリップ・フロップ
    をさらに備える請求項３６に記載の制御器。
41. 前記ＰＷＭ信号及び前記パルス信号を受信するようかつ前記調光制御信号を提供するよう動作可能なＡＮＤゲート
    をさらに備える請求項３６に記載の制御器。
42. 前記基準信号は、前記光源を通して流れるピーク電流を示す請求項３６に記載の制御器。
43. 前記光源は、発光ダイオードである請求項３６に記載の制御器。

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