JP2013525989A - 半導体照明の調光解像度を増すためのプログラム可能なヒステリシス型ダウンコンバーターを含む調光レギュレーター - Google Patents
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Abstract
半導体照明(SSL)装置について高い解像度の調光を提供するシステムは、ヒステリシス型ダウンコンバーター、シャントスイッチ、コントローラー、そしてコンパレーターを含む。ダウンコンバーターは、振幅変調(AM)調光コントロールを使用してSSL電流の平均電流値とリップルの振幅をコントロールする。シャントスイッチはパルス幅変調(PWM)調光コントロールを使用してSSL電流の大きさをコントロールする。コントローラーは、ダウンコンバーターがSSL電流とSSL負荷にかかる電圧に基づいて動作するところの高い電流レベルと低い電流レベルをコントロールするための第1と第2のPWM信号を生成し、調光器によって設定された負荷装置の調光レベルに基づいてシャントスイッチの動作をコントロールするための第3のPWM信号を生成する。コンパレーター回路は、第1および第2のPWM信号に対応する第1および第2のアナログ信号とSSL電流を比較し、比較の結果に応じてダウンコンバーターを駆動する。SSL電流はAM調光コントロールとPWM調光コントロールの両方に基づくものである。
Description
本発明は、一般的には半導体照明器具の調光に関する。より詳細には、ここにおいて開示される種々の発明的な方法や装置は、大きな調光解像度を得るために、複合的な調光調整方法を選択的に提供することに関する。
例えば、発光ダイオード(LED)といった、半導体ベースの照明もしくは半導体光源である、デジタル照明技術は、伝統的な蛍光灯、高圧放電灯(HID)そして白熱灯に対する種々の代替品を提供している。LEDの機能上の有利な点や利益は、高いエネルギー変換効率と光学的効率、耐久性、低稼働コスト、その他にも多くある。近年のLED技術の進歩は、多くのアプリケーションにおいて種々の照明効果を可能にする、効率的でロバストな全スペクトラム光源を提供してきた。これらの光源を具体化したいくつかの装置は、照明モジュールを特徴としており、モジュールには、種々の色や色の変化による照明効果を生み出すようにLEDの出力を独立にコントロールするためのプロセッサーと同様に、例えば、赤色、緑色、そして青色といった、異なる色の光を発することができる一つまたはそれ以上のLEDが含まれている。
多くの照明アプリケーションが調光器を使用している。従来の調光器は白熱灯(バルブとハロゲン)ではうまく機能していた。しかしながら、他のタイプの電気ランプでは問題が生じている。小型蛍光灯(compact fluorescent lamp:CFL)、電気変換器を使用した低電圧ハロゲンランプ、LEDやOLEDといった、半導体照明(solid state lighting:SSL)ランプもしくは器具、または他の機器を含むランプである。従来の調光器は、主電圧信号のそれぞれの波形(サイン波)の一部分をチョップ(chop)し、残った波形を照明装置に渡すものである。前縁または順位相調光器は、電圧信号波形の前縁をチョップする。後縁または逆位相調光器は、電圧信号波形の後縁をチョップする。
調光器によって生成されるチョップされた信号波形に対して問題なく自然に反応する、蛍光灯や他の抵抗照明機器とは違って、LEDや他のSSL器具は、非常に低い調光器の設定においてさえ、望ましくないほど高い量の光を出力する。特定の劇場や他の娯楽施設や大きな照明空間において使用されるLED照明に対する要求は、より精巧であって、特には達成可能な最小限の調光レンジに関する。大きな空間を照らすのに使用される照明は、極端に大きな調光レンジと解像度を有する必要がある。特に、僅かな光しか発しない設定からスムーズに立ち上がることができるように、そして、ほぼ真っ暗闇になるまでの効果的なフェード(fading)ができるようにするためである。従来は、大きな調光レンジはフィラメント灯を使用して実行された。それらは一般的に、ゆっくりとしたスムーズな調光調整を自然に備えているのである。しかしながら、LEDベースの光源を採用している照明器具といった、従来の半導体照明(SSL)装置が映画館や他の大きな照明空間で使用されるときは、スムーズな立ち上がりのために必要な大きな調光解像度は達成されない。最小限の調光レベルが、従来のSSLドライバーで提供されるものよりも、ずっと小さいことを要するからである。
ヒステリシス型ダウンコンバーターは、種々のSSL装置で使用される。例えば、ヒステリシス型ダウンコンバーターは、高解像度なパルス幅変調(PWM)の調光可能な電流源を創作するためにシャントスイッチ(shunt switch)と組み合わせて使用することができる。しかしながら、上述のように、ローエンド(low end)の調光レベルは、最小で約10パーセントまでに制限されている。調光レベルの制限は、数多くの要因によるものである。例えば、フラックス(flux)のフィードバック設計では、それぞれのPWM期間の始点において鮮明なフラックスを測定するのだが、それは最小のパルス幅を必要とする。レベルシフターが適切に機能するためには、積み重なったシャントスイッチは最小のパルス幅を必要とする。加えて、LED電流の大きさを調整するためのコントロールには適していない。そして、振幅変調(AM)調光が実行されるときには、このようにダウンコンバーターの周波数レンジは大き過ぎることになってしまう。
このように、大きな空間を照明するためのSSLシステムの技術においては、非常に小さな調光レベルを達成できるようにする必要がある。
本発明開示は、例えば、スタジオや劇場といった、大きなスペースを照明するために、SSL装置の立ち上がり時を含んで、SSL装置を高い解像度(または「重厚な」)で調光できるようにする創意に富んだ方法および装置に関する。例えば、スムーズな立ち上がりと高い解像度の調光を提供するために、線形レギュレーターが立ち上がり時にSSLに流れる電流をコントロールするように使用され、例えば、PWM回路を含んで、スイッチングレギュレーターが立ち上がり期間に続いてSSL装置に流れる電流をコントロールするように使用されている。
一般的に、一つの実施例に従えば、半導体照明(SSL)負荷装置の重厚な調光を提供するためのシステムは、ヒステリシス型ダウンコンバーター、シャントスイッチ、そしてコントローラーを含んでいる。ヒステリシス型ダウンコンバーターは、入力電源とSSL負荷装置との間に接続されている。ヒステリシス型ダウンコンバーターは、振幅変調(AM)調光コントロールを使用してSSL負荷装置を流れる平均電流値とリップルの振幅をコントロールするように構成されている。シャントスイッチはSSL負荷装置と並列に接続されており、パルス幅変調(PWM)調光コントロールを使用してSSL電流の大きさをコントロールするように構成されている。コントローラーは、高い電流レベルと低い電流レベルをそれぞれにコントロールするための第1と第2のデジタルコントロール信号を生成する。その電流レベルにおいて、ヒステリシス型ダウンコンバーターはSSL電流とSSL負荷装置にかかる電圧に基づいて動作する。そして、コントローラーは、調光器によって設定されたSSL負荷装置の調光レベルに基づいてシャントスイッチの動作をコントロールするための第3のデジタルコントロール信号を生成する。SSL電流は、ヒステリシス型ダウンコンバーターによるAM調光コントロールとシャントスイッチによるPWM調光コントロールの両方に基づいている。少なくとも、調光レベルが、AM調光コントロールもしくはPWM調光コントロールのいずれかを単独で使用したのでは達成できないような低い閾値より下に設定された場合においてである。
別の実施例に従えば、発光ダイオード(LED)ストリングの重厚な調光を提供するためのシステムは、入力電源とLEDストリングとの間に接続されたヒステリシス型ダウンコンバーターを含んでいる。ヒステリシス型ダウンコンバーターは、LEDストリングを流れるLED電流の振幅とリップルをコントロールするように動作可能な第1のスイッチを含んでいる。システムは、さらに、LEDストリングと並列に接続された第2のスイッチを含み、第2のスイッチはLED電流のパルス幅変調(PWM)をコントロールするように構成されている。そして、コントローラーはヒステリシス型ダウンコンバーターを介してLEDを流れるLED電流の高い振幅ピークと低い振幅ピークをそれぞれにコントロールするための第1と第2のPWM信号を生成するように構成されており、調光レベルに基づいて第2のスイッチを介してLED電流のPWMデューティーサイクルも同時にコントロールするための第3のPWM信号を生成する。さらにシステムは、第1と第2のPWM信号に対応する第1と第2のアナログ信号をLED電流と比較して、比較の結果に応じて第1のスイッチを駆動するように構成されたコンパレーター回路を含んでいる。
他の実施例に従えば、LEDストリングと入力電源との間に接続されたヒステリシス型ダウンコンバーターと、LEDストリングの並列に接続されたシャントスイッチによって操作されるLEDストリングを深く調光するためのシステムが提供される。システムは、ヒステリシス型ダウンコンバーターを介してLEDストリングを流れるLED電流の高い振幅ピークと低い振幅ピークをそれぞれにコントロールするための第1と第2のPWM信号を生成するように構成され、調光レベルに基づいて第2のスイッチを介してLED電流のPWMデューティーサイクルも同時にコントロールするための第3のPWM信号を生成するように構成されたコントローラーを含んでいる。調光レベルが、ヒステリシス型ダウンコンバーターとシャントスイッチを通じて、それぞれに、LED電流の高い振幅レベルと低い振幅レベル、およびLED電流のデューティーサイクルをコントロールするだけでは達成できないような閾値よりも低いレベルに設定されている場合にである。
ここにおいて本発明開示の目的のために使用されるように、用語「LED」はあらゆる発光ダイオードまたは電気信信号に応じて放射を生成することのできるキャリアー注入/接合ベースシステムを含むものと理解されるべきである。このように、用語LEDは、これらに限定されるわけではないが、電流に応じて光を発する種々の半導体ベースの構成品、発光ポリマー、有機発光ダイオード(OLEDs)、電子発光ストリップ(strip)、等といったものを含んでいる。特に、用語LEDは、一つまたはそれ以上の赤外線スペクトラム、紫外線スペクトラム、そして可視スペクトラムの種々の部分(一般的には約400ナノメートルから約700ナノメートルの放射波長を含む)を放射するように構成された全てのタイプの発光ダイオード(半導体および有機発光ダイオードを含む)を意味している。LEDのいくつかの例は、これらに限定されるわけではないが、種々のタイプの赤外線LED、紫外線LED,赤色LED,青色LED,緑色LED,黄色LED、こはく色LED、オレンジ色LED、そして白色LED(以下に詳しく述べる)を含んでいる。LEDは、与えられたスペクトラム(例えば、狭いバンド幅、広いバンド幅)に対する種々のバンド幅(例えば、半値全幅またはFWHM)と与えられた一般的な色の区分の中の波長を持った光を放射するように構成され、及び/又はコントロールされ得ることも、正しく理解されるべきである。
例えば、本質的に白色光(例えば、白色LED)を生成するように構成された一つのLEDは、それぞれに異なった電子発光のスペクトラムを発するが、組み合わされて実質的に白色光を形成するような多くのダイ(die)を含み得る。別の実施例においては、白色LEDは、第1のスペクトラムを持った電子発光を第2のスペクトラムに変換するリン光体物質に関係し得る。この一つの実施例においては、比較的に短い波長と狭いスペクトラムのバンド幅を持った電子発光は、リン光体物質を「ポンプ(pump)」して、ある程度より広いスペクトラムを持ち、より長い波長の光を続いて放射する。
用語LEDは、LEDの物理的、及び/又は電気的なパッケージのタイプを制限するものではないことも理解されるべきである。例として、上述のように、LEDは、それぞれに異なった放射スペクトラムの光を発するように(例えば、個別にコントロール可能であってもなくても)多くのダイを持つ単一の発光装置に関連し得る。また、LEDは、LEDに不可欠な部品(例えば、あるタイプの白色LED)であると考えられているリン光体にも関連し得る。一般的には、用語LEDは、パッケージされたLED,パッケージされていないED、表面実装されたLED,チップオンボードのLED,T型パッケージ実装LED、ラジアルパッケージLED,パワーパッケージLED,いくつかのタイプのケース、及び/又は光学エレメント(例えば、拡散用レンズ)、等に関連し得る。
用語「光源」は、種々の放射源の一つまたはそれ以上に関連するものと理解されるべきであり、これらに限定されるわけではないが、以下のものを含む。LEDベースの光源(一つまたはそれ以上の上述したようなLED)、白熱灯光源(例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ)、蛍光灯光源、リン光発光源、高密度ディスチャージ光源(例として、ナトリウムランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ)、レーザー、他のタイプの電子発光源、パイロ(pyro)発光源(例として、炎)、キャンドル(candle)発光源(例として、ガスマントル、炭素アーク放射源)、フォト(photo)発光源(例として、ガス状のディスチャージ光源)、電気的飽和を利用したカソード(cathode)発光源、ガルバノ(galvano)発光源、クリスタル(crystallo−luminescent)発光源、キネ(kine−luminescent)は光源、サーモ(thermo−luminescent)発光源、トライボ(triboluminescent)発光源、ソノ(sonoluminescent)発光源、ラジオ(radioluminescent)発光源、そして発光ポリマーである。
用語「照明装置」または「照明器具」は、ここにおいては特定のフォームファクター、アセンブリー、もしくはパッケージにおける一つまたはそれ以上の照明機器の実施もしくは配置を意味するように使われている。用語「照明機器」は、ここにおいては同一または異なったタイプの一つまたはそれ以上の光源を含んだ装置を意味するように使われている。照明機器は、種々の光源の設置構成、エンクロージャー/ハウジングの構成や形状、及び/又は電気的、機械的な接続形状のうちのあらゆる一つを有し得る。加えて、照明機器は、任意的に光源の動作に関係する他のいろいろなコンポーネント(例えば、コントロール回路)に関連し得る(例えば、含んだり、結合されたり、及び/又は一緒にパッケージされたり)。「LEDベースの照明機器」は、上述のように、LEDベースの光源単体、もしくは他のLEDでない光源との組み合わせを一つまたはそれ以上含んだ照明機器を意味している。「マルチチャンネル」照明機器は、それぞれに異なる放射スペクトラムを生成するように構成された少なくともニつの光源を含むLEDベースもしくはLEDでない照明機器を意味し、それぞれの異なる光源スペクトラムはマルチチャンネル照明機器に係る「チャンネル」として参照される。
用語「コントローラー」は、ここにおいては一般的に一つまたはそれ以上の光源の操作に関連する種々の装置を表すために使われている。ここで述べるように、コントローラーは、種々の機能を発揮するように、多くの方法で(例えば、専用のハードウェアとして)実行され得る。「プロセッサー」は、ここにおいて述べられた種々の機能を実行するようにソフトウェア(例えば、マイクロコード)を使用してプログラムすることのできるマイクロプロセッサーを一つまたはそれ以上使用するコントローラーの一つの例である。コントローラーは、プロセッサーを伴っても、伴わなくても実施することができ、また、いくつかの機能を実行するための専用ハードウェアと他の機能を実行するためのプロセッサー(例えば、一つまたはそれ以上のプログラムされたマイクロプロセッサーと周辺回路)の組み合わせとしても実施され得る。本発明開示に係る種々の実施例において採用され得るコントローラーコンポーネントの例としては、これらに限定されるわけではないが、従来のマイクロプロセッサー、特定用途向け集積回路(ASIC)、そして現場で書換え可能なゲートアレイ(FPGAs)を含んでいる。
種々の実施例においては、プロセッサーまたはコントローラーは、一つまたはそれ以上のとストレージ媒体と関連している(ここにおいては「メモリー」として一般的に参照されており、例として、ランダムアクセスメモリー(RAM)といった揮発性と不揮発性メモリー、プログラム可能な読み出し専用メモリー(PROM)、電気的にプログラム可能な読み出し専用メモリー(EPROM)、電気的に消去とプログラム可能な読み出し専用メモリー(EEPROM)、フロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク、オプティカルディスク、磁気テープ、等がある)。いくつかの実施例において、ストレージ媒体は、一つまたはそれ以上のプロセッサー、及び/又はコントローラー上で実行される際に、ここで述べた少なくともいくつかの機能を実行するような一つまたはそれ以上のプログラムを使ってエンコードされ得る。種々のストレージ媒体は、プロセッサーまたはコントローラーの中に固定され得るし、ここで述べられる本発明の種々の態様を実施するために、プロセッサーまたはコントローラーの中にロードされ得る。用語「プログラム」または「コンピュータープログラム」は、ここにおいては、一般的な意味において、一つまたはそれ以上のプロセッサーもしくはコントローラーをプログラムするために採用され得るあらゆるタイプのコンピューターコード(例えば、ソフトウェアプログラムまたはマイクロコード)を意味するために使用される。
上述のコンセプトと以下のより多くの詳細説明において述べられる追加的なコンセプト(これらのコンセプトは互いに矛盾しないものである)の全ての組み合わせは、ここにおいて開示される発明特定要素の一部であるものとして考えられるということが、正しく理解されるべきである。特には、本発明開示の最後に登場する特許請求の範囲に係る全ての組み合わせは、ここにおいて開示される発明特定要素の一部であるものとして考えられる。ここにおいて明白に使用され、参考として組み入れられたあらゆる開示においても登場し得る専門用語は、ここにおいて開示された特定のコンセプトと最も一致した意味が与えられていることが正しく理解されるべきである。
図面においては、同じ参照記号は、一般的に、異なった視野の図面を通して同一のパーツを示している。また、図面は必ずしも正確に拡大縮小されておらず、逆に、一般的には発明の原理を説明するために強調されている。
図1は、本願発明の代表的な実施例に従って、半導体照明器具のための調光調節回路を説明するブロック図である。
図2は、本願発明の代表的な実施例に従って、半導体照明器具のための調光調節回路を説明する回路図である。
図3は、本願発明の代表的な実施例に従って、半導体照明器具の電流と時間との関係を表わすグラフである。
上述のように、出願人は、劇場の照明装置といった、大きな空間のためのもので、重厚な調光能力を有するようにコントロールできる半導体照明システムを持つのは有益なことであろうと、認識し理解している。
前出の視点において、本発明の種々の実施や実行は、完全にソフトウェアプログラム可能なヒステリシス型ダウンコンバーターや、オフラインでのフラックスフィードバックを伴うSSL照明システムにおけるPWMシャントスイッチに向けられている。コントローラーは、ヒステリシス型ダウンコンバーターとPWMシャントスイッチを介して、選択的にAM調光コントロールとPWM調光コントロールを同時に実行する。どちらか一方の調光方法単独では成し遂げられない低い調光レベルを達成するためである。従って、ヒステリシス型ダウンコンバーターとPWMシャントスイッチは、十分に調整可能な出力電流リップル、平均出力電流、そしてPWMデューティーサイクルを提供する。これにより、選択的にAM調光とPWM調光コントロールを組み合わせることが可能なLED照明器具に対する電流を十分にコントロールすることができる。例えば、チャネルごとに約0.02パーセントのレベルまで、極端に低い調光レベルが可能となる。
さらに、フラックスフィードバックといった、フィードバックのために必要な光学的な測定は、ダウンコンバーターのスタートアップ期間だけ実行される。光学的な測定の値は、光源のノーマルオペレーション期間にフィードバックのために利用され、その間には追加的な測定を行う必要は無い。例えば、光学的な測定の値は、スタートアップの時に種々のLEDストリングカラー(string color)のカラーコーディネートとフラックス出力を調整するために利用され得る。それから、カラーコーディネートとフラックス出力はLEDストリングのノーマルオペレーションの期間に利用される。そのため、オペレーション中には動的な調整は行われない。このプロセスは、フィードフォワードオペレーションとして参照され得る。フィードバックの実行は、PWMパターンもしくは周波数を拘束するものではない、そうでなければローエンドの調光レベルを制限してしまうだろう。
図1は、代表的な実施例に従った、半導体照明器具のための調光調節回路のブロックダイアグラムを示している。
図1を参照すると、SSL調光調節回路100は、ヒステリシス型ダウンコンバーター110、コンパレーター回路120、シャントスイッチ回路130、SSL負荷装置140、そしてコントローラー150を含んでいる。ヒステリシス型ダウンコンバーター110は、供給電圧VINを提供する電源とSSL負荷装置140との間に直列に接続されている。例えば、LED負荷装置は一つまたはそれ以上のLED器具が直列に接続されたものであり得る。ヒステリシス型ダウンコンバーターは、コントローラー150とコンパレーター120のコントロールの下で、振幅変調(AM)調光コントロールを使用して、SSL負荷装置140を流れる電流のリップルの振幅をコントロールするように構成されている。
種々の実施例において、コントローラー150は、SSL負荷装置140を流れる電流のリップルの高いピーク(AM High)と低いピーク(AM Low)に応じて第1および第2のAM調光コントロール信号を出力する。コンパレーター回路120は、第1および第2のAM調光コントロール信号それぞれとSSL負荷装置を流れる実際の電流(平均値)を比較する、そして、比較の結果に応じて、ヒステリシス型ダウンコンバーターのオペレーションをコントロールするためのゲート駆動信号を提供する。結果として、ヒステリシス型ダウンコンバーター110は内部的なスイッチングを動的に調整することができ、次に、必要であれば、ヒステリシス型ダウンコンバーターにより出力され、SSL負荷装置140を流れる電流を調整する。このようにして、ヒステリシス型ダウンコンバーターは、AM調光コントロールをコントローラー110により設定された望ましいパラメーターの範囲内に維持している。ゲート駆動信号は、コントローラー150を介して、調光レベル設定の変動に適合するように調整され、もしくはノーマルオペレーション期間に調整され得る。このように、ヒステリシス型ダウンコンバーター110は、コントローラー150のコントロールの下で、AM調光コントロールを利用してSSL負荷装置140を流れる電流のリップルをコントロールするように構成されている。
シャントスイッチ回路130は、SSL負荷装置140と並列に接続されており、SSL負荷装置140に流れる電流をコントロールするために、PWM信号といった、デジタル信号を生成するように選択的に起動される。デジタル信号のデューティーサイクルは、ノーマルオペレーション期間において調光レベルの変動に適合するように、コントロール150によって調整可能である。つまり、コントローラー150は、シャントスイッチ回路130の内部的なスイッチングをコントロールするゲート駆動信号を、調光レベル設定の変動に適合するように、動的に調整することができ、もしくは、ノーマルオペレーション期間に調整される。このように、シャントスイッチ回路130は、コントローラー150のコントロールの下で、PWM調光コントロールを利用してSSL負荷装置140に流れる電流の大きさをコントロールするように構成されている。
コントローラー150は、例えば、マイクロコントローラーであり、SSL負荷装置140を代表として含むような、一つまたはそれ以上のSSL負荷装置のオペレーションに専念し得る。コントローラー150は、例えば、IICもしくはSPIコントロールインターフェイスを通して、中央コントローラー(図示なし)に接続される。中央コントローラーは、SSL調光調整回路100をコントロールし得るし、同一または類似の構成の追加的なSSL調光調節回路(図示なし)も同様である。システム全体のオペレーションをコーディネートするためである。例えば、中央コントローラーは、ステージ照明コントロールのための、EIA−485規格に適合して動作している、DMXコントローラーであり得る。
種々の実施例において、コントローラー150は、調光設定ポイント情報を生成し、もしくは代替的に、例えば、中央コントローラーによって、外部的に生成された設定ポイント情報を受け取る。調光設定ポイント情報は、調光セッティングやSSL負荷装置140からのフィードバックを含んだ、種々の要因に基づいて、コントローラーによって適用されるべき調光レベルを示している。例えば、コントローラー150、及び/又は中央コントローラーは、SSL負荷装置140から高度フラックスフィードバック、及び/又は温度測定結果を受け取り、少なくとも部分的には、このフィードバックに基づいて調光設定ポイント情報を決定し得る。種々の実施例においても同様に、コントローラー150、及び/又は中央コントローラーは、ヒステリシス型ダウンコンバーター110のスタートアップ期間にのみ特定の測定結果を受け取ることができる。例えば、SSL負荷装置140のノーマルオペレーション期間にはPWMデューティーサイクルの制約を無くすためである。調光設定ポイントが中央コントローラーによって決定されるとすれば、そのコントロール下における追加的なSSL負荷装置、及び/又は調光調整回路からのフィードバックを含み得る。
図2は、代表的な実施例に従った、半導体照明器具のための調光調節回路の回路図を示している。図3は、代表的な実施例に従って、半導体照明器具によって提供される電流を、時間に関して表したグラフである。特に、図3は、以下に述べるように、図2のLEDストリング240を流れる電流ILEDを描いている。明確化のために、図2では、保護回路、電源供給回路、フィルター回路、などといった、種々のサポート回路については示していない。
図2を参照すると、SSL調光調整回路200は、ヒステリシス型ダウンコンバーター210、コンパレーター回路220、シャントスイッチ回路230、SSL負荷装置240、そしてコントローラー250を含んでいる。ヒステリシス型ダウンコンバーターは、例えば、同期式バック(buck)コンバーターであり、電源201とLED負荷装置240との間に直列に接続され得る。電源201は、少なくとも部分的に、SSL調光調整回路200を動かすために、供給電圧VIN(例えば、約24Vまたは48V)を提供する。LEDストリング240は、直列に接続された一つまたはそれ以上のLEDを含んでおり、代表としてLED241と242が示されている。ヒステリシス型ダウンコンバーターに関して上で議論したように、ヒステリシス型ダウンコンバーター210は、コントローラー250とコンパレーター回路220のコントロールの下で、AM調光コントロールを利用してLED負荷装置240に流れるLED電流ILEDのリップルをコントロールするように構成されている。以下に、述べる。
示された実施例においては、ヒステリシス型ダウンコンバーター210は、スイッチ211、インダクター214、そしてダイオード215を含んでいる。スイッチ211は、電源201と第1ノードN1との間に接続されている。スイッチ211は、以下に述べるように、ヒステリシス型ダウンコンバーター210により出力されたインダクター214を流れるインダクター電流ILをコントロールするために、コンパレーター回路220からのコントロール信号に応じて、駆動信号GD211を介して、ゲートドライバー217によって操作される。スイッチ211は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスター(MOSFET)または、例としてガリウムヒ素電界効果トランジスタ(GaAsFET)といった、効果トランジスタ(FET)であり得る。もちろん、多様な他のタイプのスイッチ、及び/又はトランジスターが、本願発明の開示の範囲を逸脱することなく実行され得るものである。種々の実施においては、ヒステリシス型ダウンコンバーター210は、ゲートドライバー217によって操作される一つまたはそれ以上の追加のスイッチを含み、追加的な出力電流をコントロールするために使用され得る。ダイオード215は、効率を増すために、例えば、スイッチと置き換えることもできる。
インダクター214は、第1ノードN1と第2ノードN2との間に接続されており、LEDストリング240とシャントスイッチ230への入力に対応する。ダイオード215のアノードは第3ノードN3に接続され、カソードは第1ノードN1に接続されており、従って、スイッチ211がオープン(例えば、FETがオフである)のときにインダクター電流ILがインダクター214を通じて流れ続けることができ、リップル効果を創出している。ヒステリシス型ダウンコンバーター210は、また、ノードN2とノードN3との間にフィルターキャパシター(図示なし)を含み得る。図3は、スイッチ211の操作に応じた高い(high)振幅のピークと低い(low)振幅のピークを伴うLED電流ILEDを説明的に示しており、時間t1におけるAM High、および時間t2におけるAM Lowとして示されている。
シャントスイッチ回路230は、LEDストリング240と並列に接続されたスイッチ231を含んでおり、LEDストリング240を流れる電流ILEDをさらにコントロールするためのPWM信号を生成するように選択的に起動される。スイッチ231は、以下に述べるように、コントローラー250からのコントロール信号に応じて、駆動信号GD231を介して、ゲートドライバー237によって操作される。一般的に、駆動信号GD231には信号のレベルの高低があり、以下に述べるように、例えば、第3のPWMコントロール信号PWM3のレベルの高低に対応している。高信号レベルは、スイッチ231を閉じ(例えば、対応するトランジスターをオンにする)、低信号レベルは、スイッチ231を開く(例えば、対応するトランジスターをオフにする)。スイッチ231は、例えば、MOSFETもしくはGaAsFETといった、FETであり得る。もちろん、多様な他のタイプのスイッチ、及び/又はトランジスターが、本願発明の開示の範囲を逸脱することなく実行され得るものである。
従って、スイッチ231の操作はPWM信号のデューティーサイクルを提供し、調光器(図示なし)によって設定された調光レベルに応じてLEDストリング240を駆動する。別の言葉で言えば、デューティーサイクルはLEDストリング240を流れるLED電流ILEDの振幅を決定するのである。例えば、コントローラー250、及び/又は中央コントローラーにより決定されるように、PWM信号は高い調光器設定(例として、少しの調光を提供するもの)に応じて高いデューティーサイクルを有し、そしてPWM信号は低い調光器設定(例として、多くの調光を提供するもの)に応じて低いデューティーサイクルを有している。図3は、スイッチ231の操作に応じたPWM信号を有するLED電流ILEDを説明的に示している。パルス幅PWは、時間t1とt3との間隔であり、デューティーサイクル期間Tは、時間t1とt4との間隔である。
もちろん、PWM信号のデューティーサイクルは、コントローラー250によって受け取られるか決定された調光設定ポイントに従って変動し得る。例えば、第2のスイッチ241は、より高い調光設定ポイントに応じて、より長いパルス幅(より長いデューティーサイクル)を有するPWM信号を生成し、そして、より低い調光設定ポイントに応じて、より短いパルス幅(より短いデューティーサイクル)を有するPWM信号を生成する。このように、LEDストリング240を流れるLED電流ILEDは、より大きいパルス幅に応じて増加し、照明出力はより大きくなる。そして、LED電流ILEDは、より小さいパルス幅に応じて減少し、照明出力はより小さくなる。
コントローラー250は、コントロール信号の選択的な起動と種々のコントロールを通して、ヒステリシス型ダウンコンバーター210、コンパレーター回路220、そしてシャントスイッチ回路220をコントロールする。コントローラー250は、また、次に、コントロールインターフェイスを通じて中央コントローラー(図示なし)のコントロールの下で動作する。コントローラー150について上述したように、インターフェイスはIIC、またはSPIコントロールインターフェイス、のようなものである。
図示された実施例において、コントローラー250は、コンパレーター回路220に対して第1および第2のPWMコントロール信号PWM1とPWM2を出力し、シャントスイッチ回路230のゲートドライバー237に対して第3のPWMコントロール信号PWM3を出力する。第1の、及び第2のPWMコントロール信号PWM1とPWM2は、ヒステリシス型ダウンコンバーター210によってLEDストリング240に対して提供される電流に係る電流値の平均とリップルの振幅を決定する。別の言葉で言えば、第1および第2のPWMコントロール信号PWM1とPWM2は、ヒステリシス型ダウンコンバーターが動作する低い電流レベルおよび高い電流レベルをそれぞれ決定するためのAM LowおよびAM High 信号を設定するために使用される。LED電流ILEDのリップルの低い電流ピークおよび高い電流ピークも同様に決定される。第3のPWMコントロール信号PWM3は、シャントスイッチ231の動作によって生成されるPWM信号のデューティーサイクルを設定するために使用され、LEDを流れるLED電流ILEDの大きさを決定する。種々の実施例において、第1の、及び第2のPWMコントロール信号PWM1とPWM2は、それぞれに比較的高い周波数(例えば、約20KHzと約100KHzとの間)を有し、第3のPWMコントロール信号PWM3は、比較的低い周波数(例えば、約1KHzと約20KHzとの間)を有する。第3のPWMコントロール信号PWM3は、また、例えば、ゲートドライバー237をシャントスイッチのゲートドライバー、及び対応するLEDストリングと同期させるために、マルチプレクサー255によって外部のストローブ(strobe)信号と組み合わされる(例えば、中央コントローラーのコントロールの下で、SSL調光調節回路200と同時に動作し得る)。
コントローラー250は、また、第1から第3のPWMコントロール信号であるPWM1−PWM3を決定し、生成するために種々のフィードバック信号を受け取る。図示された実施例において、コントローラー250は、動作アンプ256を通じてセンス抵抗247から測定されたLED電流ILEDを受け取り、そして、動作アンプ257を通じて第2のノードN2からのLED電圧ULEDを受け取る。動作アンプ256と257は、例えば、信号コンディショニング(conditioning)を提供し、当業者にとっては明らかであるように、分圧器といった、種々の代替的な手段によって実行され得る。種々の実施例においては、コントローラー250は、また、ヒステリシス型ダウンコンバーター210をシャットダウン、及び/又は稼動させるために、加算器253によって、LEDストリング240からのLED電流ILEDと混合されるドライブ稼動信号(drive enable signal)を生成する。
コントローラー250は、本発明開示の範囲から逸脱することなく、上述のように、ハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェアのあらゆる組み合わせによって構成され得る。種々の実施例において、コントローラー250は、また、SSL調光調整回路200の種々の機能を発揮できるようにするソフトウェア/ファームウェアの実行可能なコードを保管しておくために自身でメモリー(例えば、不揮発性メモリー)を有している。例えば、実行可能なコードは、フィードバック信号を受け取る、調光設定ポイントを計算もしくは受け取る、第1から第3のPWM信号であるPWM1、PWM2、及び/又はPWM3を生成する、などといった動作のためのコードを含んでいる。代替的には、実行可能なコードは、離れたROM,及び/又はRAMの中の指定されたメモリー位置に保管され得る。ROMは、PROM、EPROM、EEPROM、などといった確実にコンピューターで読み取り可能な保管メディアの、あらゆる数量、あらゆるタイプ、そしてあらゆる組み合わせを含み得る。種々の実施例において、コントローラー20は、ARM Cortex M3 マイクロコントローラー、などといったマイクロコントローラー、ASIC、FPGA、マイクロプロセッサーとして実施され得る。
図示された実施例においては、コンパレーター回路220は、デジタル−アナログ変換器(DAC)221、第1と第2のコンパレーター222と223、そしてフリップフロップ224を含んでいる。図示された実施例においては、第1と第2のコンパレーター222と223は動作アンプによって実行され、そしてフリップフロップ224はリセットセット(reset−set:RS)フリップフロップによって実行され得る。一方、当業者にとって明らかなように、他のタイプのコンパレーター、及び/又はフリップフロップ(もしくはラッチ)が組み入れられ得る。DAC221は、コントローラー250から第1と第2のPWMコントロール信号PWM1とPWM2を受け取り、それぞれに、対応するアナログ信号AM Low と AM High を出力する。代替的な実施例においては、DAC221はコントローラー250の中に組み入れられ、その場合には第1と第2のPWMコントロール信号PWM1とPWM2(第1と第2のPWMコントロール信号PWM1とPWM2自身とは対照的であるが)に対応するアナログ信号AM Low と AM High はコントローラー250によって出力される。
アナログ信号AM Low と AM High は、それぞれLED電流ILEDと比較され、ヒステリシス型ダウンコンバーター210のゲートドライバー217を駆動するために、これらの比較に基づいてデジタルコントロール信号が生成され、スイッチ211の操作とインダクター電流ILに影響している。一般的に、ゲートドライバー217は、高い信号レベルと低い信号レベルを有する駆動信号GD211を提供する。高い信号レベルは、スイッチ211を閉じ(例えば、対応するトランジスターをオンにする)、低い信号レベルは、スイッチ211を開く(例えば、対応するトランジスターをオフにする)。
例えば、種々の実施例においては、AM Low 信号は第1のコンパレーター222のネガティブ(negative)入力に対して入力され、LED電流ILEDは第1のコンパレーター222のポジティブ(positive)入力に対して入力され、そして、フリップフロップ224のセット入力Sに対して第1のコンパレーター222によってAM Low 比較信号が出力される。一方、AM High 信号は第2のコンパレーター223のネガティブ(negative)入力に対して入力され、LED電流ILEDは第2のコンパレーター223のポジティブ(positive)入力に対して入力され、そして、フリップフロップ224のリセット入力Rに対して第2のコンパレーター223によってAM High 比較信号が出力される。一般的に、AM Low 比較信号が高い値に移行するときは、LED電流ILEDがリップルの最小値に達したことを意味しており、フリップフロップ224のセット入力Sが保証され、Q出力からのデジタルコントロール信号出力を高レベルにさせる。AM High 比較信号が高い値に移行するときは、LED電流ILEDがリップルの最大値に達したことを意味しており、フリップフロップ224のリセット入力Rが保証され、Q出力が低レベルにされ、入力電源を切断してダイオード215を流れる電流をフリーホイール(free−wheel)にし、このようにして電流を減少させる。
例えば、LED電流ILEDが、AM Low 信号より小さいか、または、AM High 信号より大きいときは、ゲートドライバー217はスイッチ211をオープン(例えば、対応するトランジスターをオフ)にし、LEDストリング240から一時的に電源201を取り除き、ダイオード215を介してLEDストリング240に流れるLED電流ILEDをゆっくり減少させる。図3の時間t1およびt4から始まるLED電流ILEDのリップル効果として示されているようにである。リップル効果は、例えば、約100KHzの周波数で生じ、リップル効果に係る高いピーク(例えば、時間t1におけるもの)と低いピーク(例えば、時間t2におけるもの)との違いは、例えば、100mAであり得る。スイッチ211は、LEDストリング230が通常に動作している間はずっと、望ましいAM Low、 AM High、そしてリップルの周波数パラメーターに応じて、異なったインターバルにおいて、クローズ状態とオープン状態の間を循環している。
種々の実施例において、ヒステリシス型ダウンコンバーター210は、もう一つのスイッチを含み得る。この場合には、フリップフロップ224は、Qn出力からのデジタルコントロール信号出力を使用して、ゲートドライバー217を介して、他のスイッチを同時にコントロールするように構成され得る。
図2と図3を参照して、SSL調光調整回路200の動作について説明する。一つの実施例においては、コントローラー250は、例えば、IICコントロールインターフェイスを通じて、中央コントローラーから調光設定ポイント情報を受け取る。調光設定ポイント情報は、ユーザー入力、及び/又は回路からのフィードバックに基づいて決定され、一般的には望ましい平均電流値を(例えば、調光レベルを反映するために最大値に対するパーセンテージとして)示す。ユーザー入力は、例えば、ステージもしくは劇場の設定においてDMXインターフェイスを通じて中央コントローラーによって受け取られる。フィードバックは、発光フラックスフィードバック情報や、例えば、対応するセンサーを通じて得られた温度情報を含み得る。種々の実施例において、中央コントローラーは、包括的なコントロールパネルを通して、調光調整回路200のような、複数のSSL調光システムをコントロールすることができる。ブライトネスや色の変化を含んだ、望ましい照明効果を達成するために、中央コントローラーによって種々の調光システムが異なる調光レベルに設定される。代替的な実施例においては、上述のように、本発明の範囲を逸脱することなく、コントローラー250は、直接に、もしくは中央コントローラーを通じて受け取るユーザーの入力、及び/又はフィードバックに基づいて、調光設定ポイント自身を生成することができる。
コントローラー250は、回路における測定値とヒステリシス型コンバーターのソフトウェアでのモデルを組み合わせた調光設定ポイント情報に基づいて、ヒステリシス型ダウンコンバーター210の動作をコントロールするための第1と第2のPWMコントロール信号PWM1とPWM2値と、シャントスイッチ回路230の動作をコントロールするための第3のPWMコントロール信号PWM3とを算出する。測定は、例えば、上述のように、LEDストリング240から受け取ったLED電圧ULEDとLED電流ILEDを含み得る。種々の実施例においては、測定は、また、追加的な精度向上のために、測定された入力電圧VIN、及び/又はLEDストリング240の温度を含み得る。
コントロール信号の値は、以下のダウンコンバーターをコントロールするための標準設計式によって算出される。例えば、連続的モードステップのダウンコンバーターが使用され、インダクター214にかかる電圧VLは、以下の式(1)で示される。
ヒステリシス型コンバーター210のスイッチ211が閉じている(オン)、開いている(オフ)ときのインダクター電流ILは、LED電流ILEDのリップルと平均電流値を決定する。スイッチ211がオンのときのインダクター電流(ILON)は、式(2)で表され、スイッチ211がオフのときのインダクター電流(ILOFF)は、以下のように式(3)で表される。
もちろん、本発明開示の範囲を逸脱することなく、ダウンコンバーターをコントロールするための他の様々な設計式を利用してコントロール信号を算出することもできる。
上述のように、第1と第2のPWMコントロール信号PWM1とPWM2は、AM調光コントロールに応じてヒステリシス型ダウンコンバーター210によって提供される電流リップルの高いピークと低いピーク(AM Low と AM High)を決定する。第3のPWMコントロール信号PWM3は、PWM調光コントロールに応じてシャントスイッチ回路230が動作するデューティーサイクルを決定するために使用される。従って、コントローラー250は、AM調光コントロールとPWM調光コントロールを同時に実行することができる。AM調光コントロールとPWM調光コントロールを組み合わせることによって、AM調光コントロール単独、またはPWM調光コントロール単独で達成できるレンジを超えて、調光レンジを増大することができる。別の言葉で言えば、AM調光コントロールとPWM調光コントロールを組み合わせることによって、LEDストリング240による照明出力のローエンドのレベルは、さもなければ、AM調光コントロールもしくはPWM調光コントロールの単独使用により達成できるであろう閾値よりも低いレベルで調光することができるのである。
例えば、図2に示された構成において、AM調光コントロールだけで達成できる調光レンジは約100パーセント(調光なし)から約4パーセント(調光の最小値)であり、一方、PWM調光コントロールだけで達成できる調光レンジは約100パーセントから約0.5パーセントである。しかしながら、種々の実施例に従ってAM調光コントロールとPWM調光コントロールを組み合わせることにより、SSL調光調節回路200の調光レンジは、約100パーセントから約0.02パーセントになる。
種々の実施例に応じて、AMおよびPWM調光コントロールは、アプリケーションの特定の要求に合うように調整されてフレキシブルに実施され得る。例えば、コントローラー250は、約100パーセントから約1パーセントの間の調光設定ポイントにはPWM調光コントロールのみを実行するように、そして、約1パーセント以下の調光設定ポイントにはAMとPWMを組み合わせた調光コントロールを実行するようにプログラムすることができ、調光レベルを約0.02パーセントにまで下げることができる。同様に、コントローラー250は、約100パーセントから約4パーセントの間の調光設定ポイントにはAM調光コントロールのみを実行するように、そして、約4パーセント以下の調光設定ポイントにはAMとPWMを組み合わせた調光コントロールを実行するようにプログラムすることができ、調光レベルを約0.02パーセントにまで下げることができる。同じように、より繊細なレベルのLEDストリング240の照明コントロールが必要な期間に限り、AM調光コントロールとPWM調光コントロールを選択的に実行することもできる。
電流リップルの高いピークと低いピークはヒステリシス型ダウンコンバーター210の平均出力電流(例えば、インダクター電流IL)を決定するし、LEDストリング240を流れる平均LED電流ILEDも同様に決定する。一つの実施例においては、さらにコントローラー250は、最適化アルゴリズムを実行する。リップルが最小になる最適な電流の高いピークと低いピークを算出し、結果としての動作周波数がヒステリシス型ダウンコンバーター210の安全な動作範囲内にあることを保証するのである。例えば、安全な動作領域は、ローエンドについては人に聞こえる周波数により制限され、ハイエンドについてはコントローラー250とスイッチ211、231が安全に動作できる最大の周波数によって制限される。
種々の実施例に従って、SSL調光調整回路200は極端に重厚な調光をまさに実行しようとしている。また、シャントスイッチ231が閉じているときの約20KHz以下の周波数による、人に聞こえるノイズを除去するように、動作周波数での完全なコントロールができる。人に聞こえるノイズや目に見えるフリッカーもしくはカメラの干渉の無い、シャントスイッチ231に係る比較的高い周波数(例えば、約15KHz以上)のPWMデューティーサイクルが可能である。入力電圧VINやLEDフォワード電流とは独立して、LED電流ILEDもまた正確にコントロールされ得る。
もちろん、当業者にとって明らかなように、入力電圧VIN、インダクター214、そして抵抗247といった、図2における種々のコンポーネントの値は、あらゆる特定な状況に対する独自の利益を提供するために、もしくは種々の実施に係るアプリケーションの特定の設計要求に応えるために、多様な値であり得る。
種々の実施例が、スタジオ、劇場、建築照明(街の美化)、ショップとホスピタリティー(例えば、ホテル、レストラン)、または他の大きなもしくは開放されたスペースのために設計されたSSL照明エンジンを駆動するために実行されている。それに応じて、特にシーン設定や雰囲気作りが重要な場所においては、色付き照明が使用されている。従来、これは、カラーフィルターを付けた白色の光源をややこしく組み合わせることで成し遂げられていた。これらの従来のシステムとは対照的に、ここにおいて記載された実施例に従って実行された、多色LEDを使用したシステムが、フィルター無しで種々の調光レベルにおいて色を創出するために使用され得る。このことは効率的に有利であり、より重要なことには、電気回路によって色を変えることができるのである。フィルターを取り替える必要は無く、全ての色がいつでも使用できるのである。電気的に調整された色を有することで、種々の自動的なプログラム手法の使用が可能となる。フィルターが無いために、供給と維持もまた簡素化される。例えば、はずしたり、取り替えたりすべきフィルターは存在しないし、色のバリエーションをつけるためのフィルターの付け替えが必要ないので絶えず色が提供される。
ここにおいて、いくつかの発明の実施例が記載され図示されてきたが、当業者であれば、機能を実行したり、及び/又は結果、及び/又はここに記載された一つまたはそれ以上の有利な点を獲得したりするための他の構造、及び/又は他の手段を容易に予測できる。そうしたバリエーション、及び/又は変更のそれぞれは、ここにおいて記載された本発明の実施例の範囲を逸脱するものではないと考えられる。より一般的には、当業者であれば、ここに記載された全てのパラメーター、寸法、材料、そして構成が典型的なものであること、そして、実際のパラメーター、寸法、材料、及び/又は構成は発明開示が利用される特定のアプリケーションに依存するであろうことを容易に理解するであろう。当業者は、ここにおいて述べられた特定の実施例に対して多くの均等物が存在することを理解し、もしくは、ありふれた実験をするだけで確かめることができるであろう。従って、前出の実施例は単なる例として述べられたものであり、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内において、発明の実施例が明確に述べられ主張されるより他に実施され得るものである、ということが理解されるべきである。この開示に係る発明の実施例は、ここにおいて述べられた個々の特徴、システム、物、材質、キット(kit)、及び/又は方法に向けたものである。加えて、仮にこのような特徴、システム、物、材質、キット、及び/又は方法が相互に一貫性のないものであっても、こうした特徴、システム、物、材質、キット、及び/又は方法は、本発明開示に係る発明の範囲に含まれるものである。
ここにおいて定義され使用される全ての定義は、辞書での定義、参考として組み入れられた文書における定義、及び/又は定義された用語の日常的な意味、を優越するものであることが理解されるべきである。
不定冠詞「ひとつの(“a”と“an”)」は、ここにおいて明細書および特許請求の範囲で使用されているように、反対の意味であるとの明確な指示がなければ、「少なくとも一つの」を意味するものとして理解されるべきである。
「及び/又は(“and/or”)」は、ここにおいて明細書および特許請求の範囲で使用されているように、結合された要素の「一方もしくは両方」を意味するものとして理解されるべきである。例えば、あるケースにおいては結合的に存在し、他のケースにおいては分離して存在する要素である。「及び/又は」によって特別に特定された要素以外にも他の要素が任意的に存在し得る。それらが特別に特定された要素に関連しても関連しなくてもである。このように、非限定的な例として、「A及び/又はB」は、「を含む(“comprising”)」といったオープンエンドな言葉と合わせて使用されるときには、一つの実施例においてはAだけを意味し(任意的にB以外の要素を含んでいる)、別の実施例においてはBだけを意味し(任意的にA以外の要素を含んでいる)、さらに別の実施例においてはAとBの両方を意味している(任意的に他の要素を含んでいる)。
ここにおいて明細書および特許請求の範囲で使用されているように、フレーズ「少なくとも一つ(“at least one”)」は、一つまたはそれ以上の要素のリストに関して、要素リストの中の一つまたはそれ以上の要素から選択された少なくとも一つの要素を意味するものとして理解されるべきである。しかし、要素リストの中で特別にリストされた少なくとも一つの要素そして全ての要素を含んでいる必要は必ずしもないし、要素リストにおける要素のあらゆる組み合わせを除外するものではない。この定義はまた、フレーズ「少なくとも一つ」が参照する要素リストの中で特別に特定される要素以外にも要素が存在し得ることを認めるものである。このように、非制限的な例として、「少なくともAとBのどちらか(“at least one of A and B”)」(もしくは、同等なものとして「少なくともAまたはBのどちらか(“at least one of A or B”)、または同等なものとして「少なくともA及び/又はBのどちらか(“at least one of A and/or B”)」は、一つの実施例においては、少なくともA一つ、任意的には一つ以上を含む、を意味し、Bは存在しない(任意的にはB以外のエレメントを含んでいてもよい);別の実施例においては、少なくともB一つ、任意的には一つ以上を含む、を意味し、Aは存在しない(任意的にはA以外のエレメントを含んでいてもよい);さらに他の実施例においては、少なくともA一つ、任意的には一つ以上を含む、および少なくともB一つ、任意的には一つ以上を含む、を意味する;などである。
明確に反対であることが示されていなければ、ここにおいて請求された一つ以上のステップまたは行為を含むあらゆる方法において、方法に係るステップまたは行為の順番は、その方法に係るステップまたは行為が説明された順番に必ずしも限定されるものではない。同様に、特許請求の範囲において括弧の間に表されている、参照番号もしくは他のキャラクラーは、便宜のためだけに提供されているものであり、特許請求の範囲を限定することを意図したものではない。
特許請求の範囲において、上記の明細書においても同様に、「含んでいる、有している(“comprising”、“including”、“carrying”、“having”、“containing”、“involving”、“holding”、“composed of”など)」といった移行句は、オープンエンドなものとして理解されるべきである。例えば、含んでいるがこれらに限定されるわけではないことを意味する。慣習的なフレーズである「から成る(“consisting of”と“consisting essentially of”)」だけが、それぞれクローズな又は準クローズな意味の慣習的フレーズである。
Claims (20)
- 半導体照明(SSL)負荷装置に係る高い解像度の調光を提供するシステムであって:
入力電源とSSL負荷装置との間に接続されたヒステリシス型ダウンコンバーターであり、振幅変調(AM)調光コントロールを使用してSSL負荷装置を流れるSSL電流の平均電流値とリップルの振幅をコントロールするように構成された該ヒステリシス型ダウンコンバーター;
SSL負荷装置と並列に接続されたシャントスイッチであり、パルス幅変調(PWM)調光コントロールを使用してSSL電流の大きさをコントロールするように構成されたシャントスイッチ;および
コントローラーであり、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターが前記SSL電流と前記SSL負荷装置にかかる電圧に基づいて動作するところの高い電流レベルと低い電流レベルをそれぞれにコントロールするための第1と第2のデジタルコントロール信号を生成し、かつ、調光器によって設定された前記SSL負荷装置の調光レベルに基づいてシャントスイッチの動作をコントロールするための第3のデジタルコントロール信号を生成する、ように構成されたコントローラー;を含み、
前記SSL電流は、少なくとも、調光レベルが、AM調光コントロールもしくはPWM調光コントロールのいずれかを単独で使用したのでは達成できないような低い閾値より下に設定された場合において、ヒステリシス型ダウンコンバーターによるAM調光コントロールとシャントスイッチによるPWM調光コントロールの両方に基づいている、
ことを特徴とするシステム。 - 前記システムは、さらに:
前記第1と第2のデジタル信号に対応する第1と第2のアナログ信号を前記LED電流と比較して、前記比較の結果に応じて前記ヒステリシス型ダウンコンバーターを駆動するように構成されたコンパレーター回路、を含む
請求項1に記載のシステム。 - 前記コンパレーター回路は:
前記第1と第2のデジタル信号を対応する第1と第2のアナログ信号に変換するように構成されたデジタル−アナログ変換器;
前記第1のアナログ信号と前記SSL負荷装置からの前記SSL電流とを比較するように構成された第1のコンパレーター;
前記第2のアナログ信号と前記SSL負荷装置からの前記SSL電流とを比較するように構成された第2のコンパレーター;および
前記第1と第2のコンパレーターからの出力に応じて、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターの少なくとも一つのトランジスターを選択的に起動するように構成されているゲートドライバー、を含む
請求項2に記載のシステム。
- 前記第1と第2のデジタル信号は、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターによって前記SSL負荷装置に提供される電流の平均電流値とリップルの振幅を決定する、
請求項2に記載のシステム。 - 前記第1と第2のデジタル信号は、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターによって提供される前記平均出力電流の前記リップルを最適化する、
請求項4に記載のシステム。 - 前記シャントスイッチによる前記PWMコントロールのデューティーサイクル、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターによって提供される前記平均出力電流、および前記ヒステリシス型ダウンコンバーターによって提供される前記平均出力の前記リップルは、十分に調整可能である、
請求項4に記載のシステム。 - 前記コントローラーは、中央コントローラーから調光設定ポイント情報を受け取り、前記調光器によって設定された調光レベルを示している、
請求項1に記載のシステム。 - 前記中央コントローラーは、前記SSL負荷装置、温度、そしてユーザー入力、の少なくとも一つからの発光フラックスに基づいて前記調光設定ポイント情報を決定する
請求項7に記載のシステム。 - 前記コントローラーは、前記調光器によって設定された調光レベルを示す調光設定ポイント情報を生成する、
請求項1に記載のシステム。 - 前記コントローラーが生成する調光設定ポイント情報は、SSL負荷装置、温度、そしてユーザー入力のうち少なくとも一つからの発光フラックスフィードバックに基づいている、
請求項9に記載のシステム。 - 前記システムは、さらに
前記第3のデジタルコントロール信号と、前記シャントスイッチの動作を少なくとも一つの他のシャントスイッチと同期させるための外部ストローブ信号とを多重化するように構成されたマルチプレクサーを含む、
請求項1に記載のシステム。 - 前記第1、第2、および第3のデジタルコントロール信号は、それぞれ、第1、第2、および第3のPWM信号を含む、
請求項2に記載のシステム。 - 前記コントローラーは、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターのソフトウェアモデルを含み、かつ、少なくとも前記SSL電流と前記SLL負荷装置にかかる電圧のどちらかを、前記ソフトウェアモデルに適用することにより、第1および第2のPWM信号を生成する、
請求項12に記載のシステム。 - 前記コントローラーは、さらに、少なくとも入力電圧と温度のどちらかを、前記ソフトウェアモデルに適用することにより、第1および第2のPWM信号を生成する、
請求項12に記載のシステム。 - 前記コントローラーは、さらに、入力電源の電圧に基づいて第1および第2のデジタルコントロール信号を生成する、
請求項1に記載のシステム。 - 前記ヒステリシス型ダウンコンバーターは、入力電源と前記SSL負荷装置との間に直列に接続されたスイッチとインダクター、およびグラウンド電圧と前記インダクターとの間に接続されたダイオード、を含む
請求項2に記載のシステム。 - 前記SSL負荷装置を流れる前記SSL電流の大きさとリップルは、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターにおける前記スイッチの操作を通して調節可能である、
請求項16に記載のシステム。 - 発光ダイオード(LED)ストリングに係る高い解像度の調光を提供するシステムであって:
入力電源とLEDストリングとの間に接続されたヒステリシス型ダウンコンバーターであり、前記LEDストリングを流れるLED電流の大きさとリップルをコントロールするように動作可能である第1のスイッチを含むヒステリシス型ダウンコンバーター;
前記LEDストリングと並列に接続された第2のスイッチであり、前記LED電流のパルス幅変調(PWM)をコントロールするように構成された第2のスイッチ;
コントローラーであり、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターを介して、前記LED電流の大きさの高いピークおよび低いピークをそれぞれにコントロールするための第1および第2のPWM信号を生成し、かつ、調光レベルに基づいて第2のスイッチを介して、前記LED電流の前記PWMのデューティーサイクルを同時にコントロールするための第3のPWM信号を生成する、ように構成されたコントローラー;および
コンパレーターであり、前記第1および第2のPWM信号に応じて、第1および第2のアナログ信号を前記LED電流と比較し、かつ、前記比較の結果に応じて前記第1のスイッチを駆動する、ように構成されたコンパレーター、
を含むことを特徴とするシステム。 - 前記コンパレーター回路は:
前記第1および第2のPWM信号を対応する前記第1および第2のアナログ信号に変換するように構成されたデジタル−アナログ変換器;
前記第1のアナログ信号を前記LEDストリングからの前記LED電流と比較するように構成された第1のコンパレーター;
前記第2のアナログ信号を前記LEDストリングからの前記LED電流と比較するように構成された第2のコンパレーター;
前記第1および第2のコンパレーターからの出力に応じて、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターの少なくとも一つのトランジスターを選択的に起動するように構成されたゲートドライバー;を含む、
請求項18に記載のシステム。 - 発光ダイオード(LED)ストリングと入力電源との間に接続されたヒステリシス型ダウンコンバーター、および前記LEDストリングと並列に接続されたシャントスイッチによって操作される、LEDストリングに係る高い解像度の調光を提供するシステムであって:
前記ヒステリシス型ダウンコンバーターを介して、前記LEDストリングを流れるLED電流の大きさの高いピークおよび低いピークをそれぞれにコントロールするための第1および第2のパルス幅変調(PWM)信号を生成し、かつ、調光レベルに基づいて、前記LEDストリングを流れる前記LED電流のデューティーサイクルを生成する前記シャントスイッチの動作を同時にコントロールするための第3のPWM信号を生成するように構成されたコントローラーを含み、
前記コントローラーによる第1、第2および第3のPWM信号の生成は、前記ヒステリシス型ダウンコンバーターおよび前記シャントスイッチを通して、前記LED電流の大きさの高いピークおよび低いピーク、もしくは前記LED電流の前記デューティーサイクルをそれぞれにコントロールするだけではさもなければ達成することのできない閾値よりも下に調光レベルが設定されたときに行われる、
ことを特徴とするシステム。
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