JP2016027575A - 統合ledディマコントローラ - Google Patents
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Abstract
【課題】LED調光システムのサイズおよびコストを削減する。
【解決手段】統合LEDコントローラ202は、受動ディマ206に駆動信号205を送るためのディマ駆動回路204、受動ディマ206の制御位置を表すアナログディマ信号207を受信するディマ読取り回路208、およびLED218用のドライバ電流217をLED電力回路216に生成させる電力制御信号214を生成するための電力コントローラ212を含む単一の集積回路として実装され、LED調光システム200のサイズおよびコストを削減する。統合LEDコントローラはまた、ディマ駆動回路,ディマ読取り回路、電力コントローラの動作タイミングを調整することによりAC入力からの雑音に対する感度を低減する、統一されたタイミングコントローラをも含むことができる。
【選択図】図2
【解決手段】統合LEDコントローラ202は、受動ディマ206に駆動信号205を送るためのディマ駆動回路204、受動ディマ206の制御位置を表すアナログディマ信号207を受信するディマ読取り回路208、およびLED218用のドライバ電流217をLED電力回路216に生成させる電力制御信号214を生成するための電力コントローラ212を含む単一の集積回路として実装され、LED調光システム200のサイズおよびコストを削減する。統合LEDコントローラはまた、ディマ駆動回路,ディマ読取り回路、電力コントローラの動作タイミングを調整することによりAC入力からの雑音に対する感度を低減する、統一されたタイミングコントローラをも含むことができる。
【選択図】図2
Description
本発明はLED(発光ダイオード)電球を駆動することに関し、より詳細には、受動ディマ装置に基づいてLED電球を調光するコントローラに関する。
(関連出願の相互参照)
本願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる2012年7月17日出願の米国特許仮出願第61/672680号明細書の利益を主張する。
本願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる2012年7月17日出願の米国特許仮出願第61/672680号明細書の利益を主張する。
LED電球は、多種多様な照明応用分野で採用されている。白熱電球や蛍光灯などの従来型照明源と比べて、LEDは、高効率、良好な指向性、色安定性、高信頼性、長寿命、小型、および環境安全性を含む著しい利点を有する。
白熱電球の代わりにLED電球が受動ディマと共に使用されるとき、ディマを駆動すること、出力を読み取ること、およびディマ曲線を変換することなどの作業を実施するためにいくつかの異なる構成要素が必要となる。こうした構成要素は著しい量の空間を占有し、各構成要素に適切な電源を供給するために複雑な電力回路が必要となる。
LEDを調光するシステムでは、統合LEDコントローラが、受動ディマを駆動し、読み取り、LED用の電力回路を制御する。統合LEDコントローラは、受動ディマの制御位置の変化を検出し、それに応じて電力回路にLEDを増光または減光させる。こうした機能は通常、複数の個別の構成要素によって実施される。本発明は、LED調光システムのサイズおよびコストを削減することを目的とする。
本発明は、統合LEDコントローラは単一の構成要素(例えば、単一の集積回路)として実装され、したがってLED調光システムのサイズおよびコストが削減される。統合LEDコントローラはまた、(例えば、システムに電力を供給するAC源からの)雑音に対するシステムの感度を低減し、コントローラが電力回路に供給する制御信号中の雑音を低減する方式で、コントローラ内の複数の機能のタイミングを調整する統一されたタイミングコントローラ(unified timing controller)をも含むことができる。
本明細書で説明する特徴および利点はすべて包含的ではなく、具体的には、図面、明細書、および特許請求の範囲に鑑みて、多くの追加の特徴および利点が当業者には明らかとなるであろう。さらに、本明細書で使用される言い回しは、主に読み易さおよび説明のために選択されたものであり、本発明の主題を描写または限定するために選択されたものではないことがあることに留意されたい。
以下の詳細な説明を添付の図面と共に考慮することにより、本発明の実施形態の教示を直ちに理解することができる。
LEDを調光する従来型システムのブロック図である。
統合LEDコントローラの一実施形態でLEDを調光するシステムのブロック図である。
一実施形態による、統合LEDコントローラのディマ駆動回路のブロック図である。
一実施形態による、統合LEDコントローラのディマ読取り回路のブロック図である。
統合LEDコントローラの別の実施形態でLEDを調光するシステムを示すブロック図である。
一実施形態による、統一されたタイミングコントローラの動作を示す波形である。
一実施形態による、統一されたタイミングコントローラの動作を示す波形である。
一実施形態による、統合LEDコントローラの動作を説明する流れ図である。
一実施形態による、統合LEDコントローラに関する例示的応用回路を示す電子概略図である。
図面および以下の説明は、単に例として本発明の好ましい実施形態に関する。以下の議論から、本明細書で開示する構造および方法の代替実施形態を、特許請求される発明の原理から逸脱することなく利用することのできる実行可能な代替と直ちに理解することになることに留意されたい。
次に、本発明(複数可)のいくつかの実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図に示す。実施可能なときはいつでも、類似または同様の参照番号が図で使用されることがあり、類似または同様の機能を示すことがあることに留意されたい。図は、例示のために本発明の実施形態を示すに過ぎない。以下の説明から、本明細書で説明する本発明の原理から逸脱することなく、本明細書で示す構造および方法の代替実施形態を利用できることを当業者は直ちに理解されよう。
図1は、LED118を調光する従来型システム100のブロック図である。従来型システム100は、信号発生器102、ドライバ104、受動ディマ106、アナログ−デジタル変換器(ADC)108、マイクロコントローラ110、LEDドライバ112、LED118、および電源回路120を含む。LEDドライバ112は、電力コントローラ114およびLED電力回路116を含む。
信号発生器102は、ドライバ104を制御するパルス列を生成し、ドライバ104は、パルス列に基づくデューティサイクルを有する駆動電流を出力する。受動ディマ106の位置は、ADC108の入力で電圧を制御する。ADC108は、受動ディマ106からの電圧をデジタル信号に変換し、マイクロコントローラ110は、ADC108からの信号を、LED118に関する所望の輝度レベルにマッピングする。
マイクロコントローラ110は、所望の輝度を表すデジタル信号をLEDドライバ112に出力する。LEDドライバ112内の電力コントローラ114は、デジタル信号を受信し、1つまたは複数の電力制御信号を生成し、1つまたは複数の電力制御信号は、LED電力回路116にドライバ電流117を生成させる。ドライバ電流117は、LED118に所望の輝度で発光させる。したがって、従来型システム100は、受動ディマ106の位置を変更することによってユーザがLED118の輝度を調節することを可能にする。
図1を参照しながら説明した従来型システム100にはいくつかの欠点がある。従来型システム100では、信号発生器102、ドライバ104、ADC108、マイクロコントローラ110、および電力コントローラ114は個別の構成要素である。図1、ならびに図2および4に示す後続のシステム200、400では、個別の構成要素が太い輪郭で表されている。
こうした構成要素102、104、108、110、114のすべてが単一のプリント回路板上に配置される場合、構成要素102、104、108、110、114と、それらの間で信号を搬送するトレースとが、板上の著しい量の空間を占有する。一方、構成要素102、104、108、110、114が複数の板上に配置され、または別々のハウジング内に配置される場合、システム100はより大容量を占有する。どちらの実装でも、個別の構成要素102、104、108、110、114の使用により、システム100のサイズおよびコストが増大する。さらに、すべての5つの構成要素102、104、108、110、114に電力を供給するために複雑な電源回路120が必要となり、それによりさらにサイズおよびコストが増大する。
従来型システム100はまた、LED電力回路116が高い電力レベルで動作しているとき、またはAC入力122が鋭い電圧遷移を受けるときは特に、雑音に敏感である。一雑音源はAC入力122であり、LED電力回路116およびシステム100内の他の構成要素を通じて伝播し、LED118の輝度出力でちらつきおよび他の望ましくない効果を引き起こす可能性がある。
図2は、統合LEDコントローラ202の一実施形態でLED218を調光するシステム200を示すブロック図である。統合LEDコントローラ202は、LED電力回路216をも含むLEDドライバ224の一部である。システム200はまた、電源回路220、受動ディマ206、およびLED218をも含む。
統合LEDコントローラ202は、ディマ駆動回路204、ディマ読取り回路208、および電力コントローラ212を含む単一の個別の構成要素である。一実施形態では、統合LEDコントローラ202は単一の集積回路として実装される。高レベルでは、統合LEDコントローラ202は、受動ディマ206に駆動信号205を送り、受動ディマ206の制御位置を表すアナログディマ信号207を受信し、LED218用のドライバ電流217をLED電力回路216に生成させる1つまたは複数の電力制御信号214を生成する。
統合LEDコントローラ202のディマ駆動回路204は、受動ディマ206用の駆動信号205を生成する。一実施形態では、駆動信号205は、受動ディマ206に対する約1ミリアンペア(mA)の大きさの定電流を有する。駆動信号205はまた、デューティサイクルをも有することができる。例えば、ディマ駆動回路204は、5ミリ秒(ms)の大電流出力(例えば、1mA)と、10msの小電流出力(例えば、0mA)との間で交番し、デューティサイクル33%を有する駆動信号205を生成することができる。図3Aを参照しながらディマ駆動回路204の機能を詳細に説明する。
受動ディマ206は、スライダやノブなどの物理制御装置の制御位置に基づいてアナログディマ信号207を変化させる電気機械的装置である。説明を簡単にするために、以下では制御装置をスライダと呼び、以下では制御位置をスライダ位置と呼ぶ。しかし、任意の他のタイプの制御装置を使用することができる。一実施形態では、スライダは、受動ディマ206内部のポテンシオメータを制御し、スライダの位置は、受動ディマ206の出力電圧を制御する。具体的には、スライダが最小位置にあるときに出力電圧は最小電圧となり、スライダが最大位置にあるときに出力電圧は最大電圧となる。スライダが最小位置と最大位置の間の中間位置にあるとき、出力電圧は、最小電圧と最大電圧の間の中間電圧となる。ディマ206を変圧器206Aに結合し、ディマ206の出力電圧を、ディマ読取り回路208が読み取るのにより適している、より低い電圧にマッピングすることができる。バイパスコンデンサ、ダイオード、トランジスタなどの追加の電子構成要素をディマ206に結合することもできるが、図が見やすいように、こうした構成要素は図2からは省略している。
一実施形態では、受動ディマ206は0〜10ボルト(V)ディマであり、これは、スライダが最小位置にあるときにディマ206の出力電圧が約0Vであり、スライダが最大位置にあるときに出力電圧が約10Vであることを意味する。スライダが最小位置と最大位置の間の中間位置にあるとき、ディマ出力電圧は0Vと10Vの間にある。あるいは、スライダが最小位置にあるとき、ディマ206の出力電圧は、0Vよりも高い最小電圧(例えば、1Vまたは1.2V)でよい。ディマ出力電圧とスライダの位置との間の関係は、通常は線形である。しかし、その代わりに、ディマ出力電圧とスライダ位置は、2次関係、指数関数的関係、対数的関係などの非線形な関係を有することができる。上述のように、ディマ出力電圧をより低い電圧にマッピングする変圧器206Aに受動ディマ206を結合することができる。例えば、0〜10Vディマ206が使用されるとき、アナログディマ信号207は0〜2Vの範囲でよい。
いくつかの実施形態では、ディマ206は、駆動信号を受信し、スライダ位置を表すデジタル値を出力するデジタルディマである。こうした実施形態では、統合LEDコントローラ202は、アナログディマ信号の代わりにデジタルディマ信号207を受信する。
統合LEDコントローラ202は、アナログディマ信号207をディマ読取り回路208にルーティングし、ディマ読取り回路208は、アナログディマ信号207に対応する所望の輝度レベルを表すデジタル輝度信号210を生成する。図3Bを参照しながらディマ読取り回路208の機能を詳細に説明する。
電力コントローラ212は、ディマ読取り回路208からデジタル輝度信号210を受信し、1つまたは複数の電力制御信号214を生成し、1つまたは複数の電力制御信号214は、統合LEDコントローラ202からLED電力回路216に送られる。電力制御信号214は、LED電力回路216にドライバ電流217を生成させる信号であり、ドライバ電流217は、デジタル輝度信号210に対応する輝度でLED218を発光させる。例えば、制御信号214は、ドライバ電流217のデューティサイクル、周波数、または大きさを決定するLED電力回路216の各部を制御することができる。
LED電力回路216は、交流(AC)入力222を使用してLED218用のドライバ電流217を生成する回路である。電力コントローラ212を参照しながら上記で説明したように、ドライバ電流217は、LED電力回路216が統合LEDコントローラ202から受信する電力制御信号214に基づいて変動する。LED電力回路216は、ブリッジ整流器、増幅器、電圧調整器、変圧器、フライバック変換器などの当技術分野で知られている様々な回路構成要素を含むことができ、様々な電力制御信号214を使用して回路の様々な構成要素を制御することができる。一実施形態では、LED電力回路216は、ブースト変換器およびフライバック変換器を含み、電力制御信号214は、ブースト変換器およびフライバック変換器内のスイッチ用の制御信号を含む。図6を参照しながらこの実施形態をさらに詳細に説明する。
電源回路220は、AC入力222を、統合LEDコントローラ202に電力供給する直流(DC)入力に変換する。LED電力回路216と同様に、電源回路220はまた、当技術分野で知られている様々な回路構成要素をも含むことができる。図2に示す実施形態では、電源回路220とLED電力回路216は2つの別々の構成要素である。しかし、電源回路220とLED電力回路216を、統合LEDコントローラ202用のDC入力と、LED218用のドライバ電流217とを供給する単一の電力回路として組み合わせることもできる。
上述のように、図2に示す統合LEDコントローラ202は単一の構成要素として具現化され、有益なことに、単一な構成要素は、LEDドライバ224およびLED調光システム200全体のサイズ、コスト、および複雑さを低減する。さらに、ディマを駆動し、読み取る機能、および制御信号214を生成する機能はすべて、統合LEDコントローラ202によって実施されるので、単一の構成要素のみを電力供給するように電源回路220を構成することができる。その結果、電源回路220をより小型にすることができ、したがって、LED調光システム200のサイズ、コスト、および複雑さ追加の低減が可能となる。
図3Aは、一実施形態による、統合LEDコントローラ202のディマ駆動回路204のブロック図である。ディマ駆動回路204は、信号発生器302、ディマドライバ304、およびタイミングコントローラ306を含む。
信号発生器302は、ディマドライバ304用の中間信号303を生成する。一実施形態では、信号発生器302は、図3Aに示すように、デューティサイクルを有するパルス列を生成する。例えば、中間信号303は、5msの高値と10msの低値との間で交番するデジタル信号である。あるいは、信号発生器302は、方形波、正弦波、または何らかの他の周期的信号を生成することができる。信号発生器302によって生成される中間信号303の周期は固定でよく、または周期は変動することができる。
ディマドライバ304は、信号発生器302から中間信号303を受信し、受動ディマ206用の駆動信号205を生成する。図2のディマ読取り回路204を参照しながら上記で説明したように、駆動信号205は、デューティサイクルを有する定電流である。一実施形態では、ディマドライバ304は、中間信号303が高であるときに定電流(例えば、1mA)を生成し、中間信号303が低であるときに低電流(例えば、0mA)を生成することによって動作する。したがって、駆動信号205のデューティサイクルは、信号発生器302によって生成される中間信号303のデューティサイクルと合致する。
タイミングコントローラ306は、信号発生器302用の制御信号308を生成する。一実施形態では、信号発生器302は、制御信号308が高であるときに、図3Aに示すパルス列を生成し、制御信号308が低であるときに、低信号を生成するように構成される。制御信号308は、周期、位相、デューティサイクルなどの中間信号303の他の態様を定義する追加のチャネルを含むことができる。
図3Bは、一実施形態による、統合LEDコントローラ202のディマ読取り回路208のブロック図である。ディマ読取り回路208は、アナログ−デジタル変換器(ADC)352、低域通過フィルタ354、輝度マッピング356、およびタイミングコントローラ358を含む。
ADC352は、アナログディマ信号207のサンプルを取り込み、サンプルをデジタル値に変換してデジタルディマ信号353を生成する。ADC352のサンプリングレートおよびサンプル時間は、ADC352がタイミングコントローラ358から受信するADC制御信号362によって決定される。例えば、ADC352は、ADC制御信号362の立上り(例えば、低−高遷移)時にサンプルを取り込む。ADC制御信号362はまた、(例えば、低値を維持することにより)ADC352にサンプリングを完全に停止させることができる。いくつかの実施形態では、ADC352が省略され、ディマ読取り回路208がデジタルディマ信号353を受信する。例えば、ディマ206は、図2を参照しながら上記で説明したように、デジタルディマでよい。あるいは、システム200は、アナログディマ信号207を受信し、ディマ読取り回路208への入力のために統合LEDコントローラ202にデジタルディマ信号を供給する個別のADCを含むことができる。ADCがアナログ信号をデジタル信号に変換することのできる様々な方式が当技術分野で広く知られており、簡潔のために、様々な方式の説明をこの説明から省略する。
低域通過フィルタ354は、デジタルディマ信号353に低域通過フィルタを適用し、フィルタ処理されたディマ信号355を生成する。有益なことに、低域通過フィルタを適用することにより、統合LEDコントローラ202と受動ディマ206との間の外部配線内の(例えば、漏話または電磁干渉のために)アナログディマ信号207に加えられた可能性のあるいかなる雑音も低減することができる。アナログディマ信号207が著しい量の雑音を受けない実施形態、またはコスト削減が雑音低減よりも高い優先順位である実施形態では、低域通過フィルタ354が省略されることがある。デジタル低域通過フィルタの機能も当技術分野で広く知られており、デジタル低域通過フィルタの説明をこの説明から省略する。
輝度マッピング356はフィルタ処理されたディマ信号355を受信し、ディマ信号355を、受動ディマ206上のスライダの位置に対応する輝度にマッピングする。輝度は、ディマ読取り回路208からデジタル輝度信号210として出力される。スライダ位置とアナログディマ信号204との間に非線形な関係が存在する実施形態では、スライダ位置とLED218用のドライバ電流217との間の線形な関係を生み出すように輝度マッピング356を構成することができる。例えば、アナログディマ信号207が0〜2Vの範囲を有するが、スライダがその最小位置とその最大位置の厳密に中間にあるときに、(1.0Vではなく)0.8Vの値を有すると仮定する。したがって、輝度マッピング356は、スライダが中間位置にあるときに、0.8Vに対応するデジタル値を受信することになる。この場合、そのデジタル値をLEDの最大輝度の半分を表すデジタル輝度信号210にマッピングするように輝度マッピング356を構成することができる。その結果、スライダ位置とアナログディマ信号207との間に非線形な関係があるとしても、スライダがその中間位置にあるとき、LED218は、最大ドライバ電流の半分のドライバ電流217をやはり受信する。
スライダ位置とアナログディマ信号207との間に線形な関係が存在するとき、スライダの位置とLED218用のドライバ電流217との間の非線形な関係を生み出すように輝度マッピング356を構成することもできる。あるいは、スライダ位置とアナログディマ信号207との間の非線形の関係(例えば、二次関係)を、スライダ位置とLED218用のドライバ電流217との間の異なる非線形の関係(例えば、指数関数的関係)にマッピングするように輝度マッピング356を構成することができる。
代替実施形態では、ADC352がアナログサンプルおよび保持回路で置き換えられ、低域通過フィルタ354がアナログ低域通過フィルタとして実装される。この実施形態では、輝度マッピング356もアナログ構成要素でよく、またはアナログ低域通過フィルタ354とデジタル輝度マッピング356との間にADCを追加することができる。
タイミングコントローラ358は、ADC352、低域通過フィルタ354、および輝度マッピング356の動作を制御する制御信号362、364、366を生成する。一実施形態では、制御信号362、364、366は、3つの構成要素352、354、356用のクロック信号である。構成要素352、354、356を同期式または非同期式に刻時することができる。
図4Aは、統合LEDコントローラ402の別の実施形態でLED418を調光するシステム400を示すブロック図である。ディマ駆動回路404、受動ディマ406、変圧器406A、ディマ読取り回路408、電力コントローラ412、LED電力回路416、LED418、および電源回路420は、図2に示すシステム200内の対応する構成要素と同様の機能を実施する。さらに、図4Aのディマ駆動回路404は、図3Aを参照しながら説明した信号発生器302およびディマドライバ304を含む。一方、ディマ読取り回路408は、ADC352および輝度マッピング356を含み、任意選択で、図3Bを参照しながら説明した低域通過フィルタ354を含むことができる。
図4Aに示す統合LEDコントローラ402はまた、統一されたタイミングコントローラ426をも含む。統一されたタイミングコントローラ426は入力信号425を受信し、雑音に対するシステムの感度を低減する方式で、ドライバ制御信号428およびリーダ制御信号430を生成する。統一されたタイミングコントローラ426を用いる実施形態では、ディマ駆動回路404およびディマ読取り回路408内の個々のタイミングコントローラ306、358を省略することができ、統一されたタイミングコントローラ426によって生成される制御信号428、430が、個々のタイミングコントローラ306、358によって生成される制御信号308、362、364、366の代わりに使用される。他の実施形態では、統一されたタイミングコントローラ426によって生成される制御信号428、430が、個々のタイミングコントローラ306、358によって生成される制御信号308、362、364、366のサブセットを置き換え、個々のタイミングコントローラ306、358は残りの制御信号を生成する。統一されたタイミングコントローラ426はさらに、ディマ駆動回路404およびディマ読取り回路408のタイミングと電力制御信号414のタイミングを調整するのに使用することのできる電力コントローラ412用の制御信号432を生成することができる。
図4Bおよび4Cはそれぞれ、雑音感度を低減するように、統一されたタイミングコントローラ426をどのように構成することができるかを実証する1組の波形を示す。例示のために、図4Bおよび4Cでは、ADC制御信号430A(統一されたタイミングコントローラ426からディマ読取り回路408に送られるリーダ制御信号430のうちの1つ)がバイナリ信号であり、ADC352がADC制御信号430Aの立上り時にアナログディマ信号407のサンプルを取得すると仮定する。しかし、その代わりに、ADC制御信号430Aの立下り時にサンプルを取得するようにADC352を構成することもできる。さらに、ADC352は、各立上りまたは立下りの後の一定の時間にADC352に各サンプルを取得させる開口遅延(aperture delay)を有することができる。
図4Bに示す例では、統一されたタイミングコントローラ426に対する入力信号425のうちの1つは、AC入力422が電源回路420またはLED電力回路416内の整流器を通過した後のAC入力422を表すAC信号425Aであり、統一されたタイミングコントローラ426は、AC信号425Aが0に近いときに、ADC352にサンプルを取り込ませるADC制御信号430Aを生成する。このようにしてADC352のタイミングを制御することにより、AC入力422が0V近くであるときにADCがサンプルを取得し、有利なことに、それにより、ADC352がアナログディマ信号407のサンプルを取り込み、変換するときにAC入力422が信号経路に導入する雑音が低減される。
一実施形態では、統一されたタイミングコントローラ426は、AC信号425Aをデジタル化する別々のアナログ−デジタル変換器を含み、デジタルAC信号をしきい値と比較するデジタル比較器をさらに含む。例えば、しきい値は、−15Vと15Vの間のAC入力422に対応するAC信号425Aの値でよい。デジタルAC信号がしきい値未満である場合、統一されたタイミングコントローラ426は、ADC制御信号430Aが低値から高値に遷移することを可能にする。あるいは、統一されたタイミングコントローラ426は、アナログ比較器を使用してAC信号425Aをしきい値と比較することができる。
別々の例として、入力信号425は、図4Cに示すように、LED電力回路416内のスイッチングイベントを表すスイッチング信号425Bを含むことができる。例えば、スイッチング信号425Bは、LED電力回路416の一部であるフライバック変換器内のスイッチの動作を表す。こうした実施形態では、統一されたタイミングコントローラ426は、LED電力回路416内でスイッチングが行われている間にADC352がサンプルを取り込まないようにADC制御信号430Aを調整する。その代わりに、ADC352は、スイッチングイベント間にサンプルを取得する。LED電力回路216内のスイッチングイベント中は雑音が高くなるので、こうしたスイッチングイベント中にADC352がサンプリングすることを防止することにより、ADC352がアナログディマ信号407のサンプルを取り込み、変換するときの雑音がやはり低減される。
一実施形態では、統一されたタイミングコントローラ426は、LED電力回路416内の各スイッチングイベント後の所定の時間間隔中にADC制御信号430Aが低値から高値に遷移するのを防止することによってこの機能を実装する。例えば、統一されたタイミングコントローラ426は、統一されたタイミングコントローラ426がスイッチングイベントを検出した後の少なくとも200ナノ秒(ns)でADC制御信号430Aが遷移するようにADC制御信号430Aを調整する。
LED電力回路416でのスイッチングが一貫性のある周期およびデューティサイクルを有する実施形態では、統一されたタイミングコントローラ426は、各スイッチングイベントの前の所定の時間間隔中のADC制御信号430Aの低−高遷移も防止することができる。所定の時間間隔の始まりは、次のスイッチングイベントが生じる時間を予測することによって求めることができる。例えば、オン状態にスイッチングした後の10マイクロ秒にスイッチが常にオフ状態にスイッチバックする場合、統一されたタイミングコントローラ426は、スイッチがオン位置にスイッチングした後の9000nsに始まる時間間隔中にADC制御信号430Aが遷移することを防止することができる。これは、スイッチがオフ状態にスイッチングする前の1000ns未満にADC制御信号430Aが低−高遷移を実施することを防止する効果を有する。
統一されたタイミングコントローラ426は電力コントローラ412用の制御信号432も生成するので、統一されたタイミングコントローラ426は、電力コントローラ412に次のスイッチングイベントを遅延させることにより、スイッチングイベントより前のサンプリングを防止することもできる。例えば、統一されたタイミングコントローラ426がADC制御信号425Bの低−高遷移を生成した後、統一されたタイミングコントローラ426は、遷移後の1000ns未満に次のスイッチングイベントが生じることを防止するように制御信号432を構成することができる。
いくつかの実施形態では、統一されたタイミングコントローラ426は、図4Bおよび4Cを参照しながら説明した雑音低減プロセスのどちらも実施するように構成される。したがって、統一されたタイミングコントローラ426は、AC信号425Aおよびスイッチング信号425Bに関する上述の条件がどちらも満たされるときにのみ、ADC制御信号430Aの低−高遷移を可能にする。
ディマ駆動回路404、ディマ読取り回路408、および電力コントローラ412が単一の物理構成要素402として統合されるので、統一されたタイミングコントローラ426を追加して、図4Bおよび4Cを参照しながら説明した方式で雑音感度を低減することが可能である。こうした機能が個別の構成要素によって実施される従来型システム100では、統一されたタイミングコントローラを追加して、PCBトレースおよびワイヤなどの外部通信チャネルを介して信号を転送することに関連する遅延および干渉のために構成要素間のタイミングを調整することは難しく、実際的ではない。
いくつかの実施形態では、統一されたタイミングコントローラ426はさらに、受動ディマ406上のスライダ位置の変化を検出するように構成される。例えば、統一されたタイミングコントローラ426は、受動ディマ406に周期的に(例えば、15msごとに)ポーリングしてスライダの位置を求める。こうした実施形態では、統一されたタイミングコントローラ426は、スライダ位置の変化が検出されるときにのみ、ディマ駆動回路404およびディマ読取り回路408を動作させる制御信号428、430を生成する。例えば、スライダ位置が変化しているとき、ドライバ制御信号428は、ディマ駆動回路404に駆動信号405を生成させ、リーダ制御信号430は、ディマ読取り回路408にアナログディマ信号407をサンプリングさせ、輝度信号410を生成させる。
一方、スライダ位置の変化が検出されない場合、ドライバ制御信号428は、(例えば、信号発生器302にパワーダウンさせ、または低中間信号303を生成させることにより)ディマ駆動回路404に駆動信号405の生成を停止させ、リーダ制御信号430は、ADC352にサンプルの取込みを停止させ、さらに、収集した最新のサンプルに対応する輝度値を有する一定の輝度信号410を輝度マッピング356に出力させる。
有利なことに、この方式でディマ駆動回路404およびディマ読取り回路408を操作することにより、スライダ位置が変化していない間の統合LEDコントローラ402の電力消費が削減される。さらに、輝度マッピング356は、スライダ位置が変化していないときに最新の輝度値を引き続き出力するので、電力コントローラ412およびLED電力回路416の動作は中断されない。
図5は、一実施形態による、統合LEDコントローラ202および402の動作を説明する流れ図である。以下の説明では図2の構成要素のみを参照するが、図5に示すプロセスは、図4に示す実施形態にも当てはまる。
プロセスは、ディマ駆動回路204が受動ディマ206用の駆動信号205を生成する(500)ときに始まる。ディマ読取り回路208内のADC352は、受動ディマ206からアナログディマ信号207を受信し(505)、アナログディマ信号207のサンプルを取り込むことによってアナログディマ信号207をデジタルディマ信号353に変換する(510)。任意選択で、デジタルディマ信号353に低域通過フィルタ354を適用し(515)、雑音を低減することができる。輝度マッピング356は、フィルタ処理されたディマ信号355を受信し、対応するLED輝度レベルを求め(520)、対応するLED輝度レベルが、デジタル輝度信号210として電力コントローラ212に送られる。電力コントローラ212は、デジタル輝度信号210を使用して1つまたは複数の電力制御信号214を生成し(525)、LED電力回路216は、デジタル輝度信号210で示される輝度レベルでLED218に発光させる、対応するLEDドライバ電流217を生成する(530)。
図6は、統合LEDコントローラ600用の例示的応用回路を示す電子概略図である。統合LEDコントローラ600が中央に示されており、左上でAC入力602に結合され、右下で受動ディマに結合され、左上でLED用の出力ポート606に結合される。応用回路は、LED用の出力ポート606にドライバ電流を供給するフライバック変換器608を含み、統合LEDコントローラ600およびフライバック変換器608に電力供給する整流器610およびブースト変換器612をさらに含む。共に、整流器610、ブースト変換器612、およびフライバック変換器608は、図2および図4を参照しながら説明したLED電力回路216、416および電源回路220、420の機能を実施する。
統合LEDコントローラ600のピン5は、受動ディマに駆動信号205、405を出力し、統合LEDコントローラ600は、ピン13で受動ディマからアナログディマ信号207、407を受信する。
ピン4および10は、左上のLED用のドライバ電流を生成および調整することに関連する様々な機能を制御する電力制御信号214、414を出力する。具体的には、ピン4は、ブースト変換器612でスイッチングを実施するトランジスタを制御し、ピン10は、フライバック変換器608でスイッチングを実施するトランジスタを制御する。
ピン1、3、11、および12は、ブースト変換器612およびフライバック変換器608の様々な部分からフィードバック信号を受信する。こうしたフィードバック信号は、統一されたタイミングコントローラ426に対する入力信号425として使用することができる。例えば、ピン1は、整流されたAC入力602を表す信号を受信し、その信号を、図4Bを参照しながら説明した技法に従って使用することができる。一方、ピン11および12は、フライバック変換器608でのスイッチングイベントを表す信号を受信し、その信号を、図4Cお参照しながら説明した方式で使用することができる。
ピン6、7、8、および9は、コントローラ600を電源およびグランドに接続することにより、統合LEDコントローラ600に電力を供給する。
ピン2および14は、整流されたAC入力電圧および内部バス電圧を受信して、稲妻イベントによって引き起こされた異常に高い電圧などの異常条件に対する保護を提供する。
本開示を読むと、統合LEDコントローラに関するさらに追加の代替設計を当業者は理解されよう。したがって、本発明の特定の実施形態および適用例を図示し、説明したが、本発明が本明細書で開示される厳密な構造および構成要素に限定されないこと、および本明細書で開示される本発明の方法および装置の構成、動作、および詳細の点で、当業者には明らかである様々な修正、変更、および変形を行えることを理解されたい。
100、200、400 システム
102、302 信号発生器
104 ドライバ
106、206、406、604 受動ディマ
108、352 アナログ−デジタル変換器(ADC)
110 マイクロコントローラ
112、424 LEDドライバ
114、212、412 電力コントローラ
116、216、416 LED電力回路
117、217、417 ドライバ電流
118、218、418 LED
120、220、420 電源回路
122、222、422、602 AC入力
202、402、600 統合LEDコントローラ
204、404 ディマ駆動回路
205、405 駆動信号
206A、406A 変圧器
207、407 アナログディマ信号
208、408 ディマ読取り回路
210 デジタル輝度信号
214、414 電力制御信号
303 中間信号
304 ディマドライバ
306、358 タイミングコントローラ
308、362、364、366、428、430、432 制御信号
353 デジタルディマ信号
354 低域通過フィルタ
355 ディマ信号
356 輝度マッピング
410 輝度信号
425 入力信号
425A AC信号
425B スイッチング信号
426 統一されたタイミングコントローラ
430A ADC制御信号
606 出力ポート
608 フライバック変換器
610 整流器
612 ブースト変換器
102、302 信号発生器
104 ドライバ
106、206、406、604 受動ディマ
108、352 アナログ−デジタル変換器(ADC)
110 マイクロコントローラ
112、424 LEDドライバ
114、212、412 電力コントローラ
116、216、416 LED電力回路
117、217、417 ドライバ電流
118、218、418 LED
120、220、420 電源回路
122、222、422、602 AC入力
202、402、600 統合LEDコントローラ
204、404 ディマ駆動回路
205、405 駆動信号
206A、406A 変圧器
207、407 アナログディマ信号
208、408 ディマ読取り回路
210 デジタル輝度信号
214、414 電力制御信号
303 中間信号
304 ディマドライバ
306、358 タイミングコントローラ
308、362、364、366、428、430、432 制御信号
353 デジタルディマ信号
354 低域通過フィルタ
355 ディマ信号
356 輝度マッピング
410 輝度信号
425 入力信号
425A AC信号
425B スイッチング信号
426 統一されたタイミングコントローラ
430A ADC制御信号
606 出力ポート
608 フライバック変換器
610 整流器
612 ブースト変換器
Claims (17)
- 発光ダイオード(LED)を制御する集積回路であって、
ドライバ制御信号を受信し、調節可能制御位置を有する受動ディマを駆動するための駆動信号を出力するように構成されたディマ駆動回路であって、前記受動ディマは前記駆動信号からディマ信号を生成し、前記ディマ信号は前記受動ディマの前記調整可能制御位置を表す、ディマ駆動回路と、
前記受動ディマからリーダ制御信号および前記ディマ信号を受信するように構成され、前記ディマ信号に基づいて前記LEDの所望の輝度レベルを表す輝度信号を生成するように構成されたディマ読取り回路と、
前記輝度信号を受信し、1つまたは複数の電力制御信号を生成するように構成された電力コントローラであって、前記電力制御信号は、前記所望の輝度レベルで前記LEDに光を放出させることができる電力コントローラと、
1つまたは複数の入力信号を受信するように構成され、前記入力信号に基づいて、前記ディマ駆動回路の動作を制御するためのドライバ制御信号と、前記ディマ読取り回路の動作を制御するためのリーダ制御信号とを生成するようにさらに構成された、統一されたタイミングコントローラと
を備え、前記ドライバ制御信号は前記ディマ駆動回路に前記駆動信号を出力させ、前記リーダ制御信号は前記ディマ読取り回路に前記受動ディマの前記調整可能制御位置の変化の検出に応答して前記輝度信号を生成させることを特徴とする集積回路。 - 前記ディマ駆動回路は、
前記ドライバ制御信号に基づいて中間信号を生成するように構成された信号発生器であって、前記ドライバ制御信号が高値を有するときに前記中間信号が低値と高値との間で交番し、前記ドライバ制御信号が低値を有するときに前記中間信号が前記低値を有する信号発生器と、
前記中間信号を受信し、前記受動ディマ用の前記駆動信号を生成するように構成されたディマドライバであって、前記中間信号が高値を有するときに前記駆動信号が大電流であり、前記中間信号が低値を有するときに前記駆動信号が小電流であるディマドライバと
を備えることを特徴とする請求項1に記載の集積回路。 - 前記ディマ信号はアナログ信号であり、前記リーダ制御信号はアナログ−デジタル変換器(ADC)制御信号を含み、前記ディマ読取り回路は、
前記ADC制御信号によって規定された時間にアナログディマ信号のサンプルを取り込むように構成されたアナログ−デジタル変換器(ADC)であって、前記取り込んだサンプルは、前記アナログディマ信号を表すデジタルディマ信号を形成するADCと、
前記ADCに結合され、前記輝度信号を生成するように構成された輝度マッピングと
を備えることを特徴とする請求項1に記載の集積回路。 - 前記ディマ読取り回路は、
前記デジタルディマ信号に対する低域通過フィルタ処理を実施して、フィルタ処理されたディマ信号を生成するように構成されたデジタル低域通過フィルタ
をさらに備え、
前記輝度マッピングは、前記フィルタ処理されたディマ信号に基づいて前記輝度信号を生成することを特徴とする請求項3に記載の集積回路。 - 前記統一されたタイミングコントローラ用の前記入力信号は、LED電力回路用の交流(AC)電源を表すAC信号を含み、前記ADC制御信号は、前記AC信号がしきい電圧未満である間に、前記ADCにサンプルを取り込ませることを特徴とする請求項3に記載の集積回路。
- 前記統一されたタイミングコントローラ用の前記入力信号は、前記集積回路に結合されたLED電力回路内で生じるスイッチングイベントを表すスイッチング信号を含み、前記ADC制御信号は、スイッチングイベント間の時間間隔中に前記ADCにサンプルを取り込ませることを特徴とする請求項3に記載の集積回路。
- フライバック変換器を備えるLED電力回路に結合され、前記電力制御信号は、前記フライバック変換器内のスイッチ用のスイッチング信号を含むことを特徴とする請求項1に記載の集積回路。
- 前記受動ディマは、前記制御位置が最大位置にあるときに最大電圧を出力するように構成され、前記制御位置が最小位置にあるときに最小電圧を出力するようにさらに構成されたアナログディマであることを特徴とする請求項1に記載の集積回路。
- 発光ダイオード(LED)コントローラを操作する方法であって、
集積回路で、受動ディマを駆動するための駆動信号を生成するステップであって、前記受動ディマは調節可能制御位置を有し、前記受動ディマは前記駆動信号からディマ信号を生成し、前記ディマ信号は前記受動ディマの前記調整可能制御位置を表し、前記駆動信号は前記受動ディマの前記調整可能制御位置の変化の検出に応答して生成される、ステップと、
同一の集積回路で、前記受動ディマから前記ディマ信号を受信するステップと、
前記ディマ信号に基づいて、前記LEDの所望の輝度レベルを表す輝度信号を生成するステップであって、前記輝度信号は前記受動ディマの前記調整可能制御位置の変化の検出に応答して生成される、ステップと、
前記輝度信号に基づいて、前記所望の輝度レベルで前記LEDに光を放出させることのできる1つまたは複数の電力制御信号を生成するステップと、
前記駆動信号の生成を制御するドライバ制御信号および前記輝度信号の生成を制御するリーダ制御信号を生成するステップであって、前記ドライバ制御信号はディマ駆動回路に前記駆動信号を出力させ、前記リーダ制御信号はディマ読取り回路に前記受動ディマの前記調整可能制御位置の変化の検出に応答して前記輝度信号を生成させる、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 1つまたは複数の入力信号を受信するステップと、
前記入力信号に基づいて、前記駆動信号の前記生成を制御するためのドライバ制御信号を生成するステップと、
前記入力信号に基づいて、前記輝度信号の前記生成を制御するためのリーダ制御信号を生成するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 前記駆動信号を生成するステップは、
前記ドライバ制御信号に基づいて中間信号を生成するステップであって、前記ドライバ制御信号が高値を有するときに前記中間信号が低値と高値との間で交番し、前記ドライバ制御信号が低値を有するときに前記中間信号が前記低値を有するステップと、
前記中間信号に基づいて前記受動ディマ用の駆動信号を生成するステップであって、前記中間信号が高値を有するときに前記駆動信号が大電流であり、前記中間信号が低値を有するときに前記駆動信号が小電流であるステップと
を含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記ディマ信号はアナログディマ信号であり、前記リーダ制御信号を生成するステップはアナログ−デジタル変換器(ADC)制御信号を生成するステップを含み、前記輝度信号を生成するステップは、
前記ADC制御信号によって規定された時間にアナログ−デジタル変換器(ADC)で前記アナログディマ信号のサンプルを取り込むステップであって、取り込んだサンプルは、前記アナログディマ信号を表すデジタルディマ信号を形成するステップ
を含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記輝度信号を生成するステップは、
前記デジタルディマ信号に対する低域通過フィルタ処理を実施して、フィルタ処理されたディマ信号を生成するステップと、
前記フィルタ処理されたディマ信号に基づいて前記輝度信号を生成するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。 - LED電力回路から1つまたは複数の入力信号を受信するステップは、前記LED電力回路用の交流(AC)電源を表すAC信号を受信するステップを含み、前記ADC制御信号を生成するステップは、前記AC信号がしきい電圧未満であることを検出したことに応答して、前記ADCにサンプルを取り込ませるステップを含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記LED電力回路から1つまたは複数の入力信号を受信するステップは、前記LED電力回路内で生じるスイッチングイベントを表すスイッチング信号を受信するステップを含み、前記ADC制御信号を生成するステップは、スイッチングイベント間の時間間隔中に前記ADCにサンプルを取り込ませるステップを含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 前記LED電力回路はフライバック変換器を備え、前記電力制御信号を生成するステップは、前記フライバック変換器内のスイッチ用のスイッチング信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記受動ディマは、前記制御位置が最大位置にあるときに最大電圧を出力し、前記制御位置が最小位置にあるときに最小電圧を出力することを特徴とする請求項9に記載の方法。
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