JP5175034B2 - 発光ダイオードのためのコントローラ回路 - Google Patents

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Description

本開示は、発光ダイオード(LED)のためのコントローラ回路に関する。
LEDは、照明業界において、特に、液晶ディスプレイ(LCD)にバックライトをあてるために普及しつつある。照明装置のためにLEDを用いる利点は、電力消費を抑え、より小型化し、そして、蛍光を放つ照明装置と比較して危険な物質を使用しないことを含む。さらに、LEDのための電源は、一般に、蛍光ランプのための電源に付随する高電圧の潜在的な問題を回避する比較的低電圧で動作する。例えば、単一のLEDは動作するために約1から4ボルトの直流を必要とするのみであるが、冷陰極蛍光ランプは始動および動作するために1000ボルトより大きい交流を必要とすることもある。
十分な明るさを提供するために、ディスプレイシステムは、単一の蛍光ランプによって生じる明るさに匹敵する明るさを作り出すために多くのLEDを必要とする。照明システムのためにLEDを用いることの課題は、人間の目の明るさの知覚を最大限に利用し、さらに、LEDにおける電流のバランスを保つことである。色の明るさと人間の目の色の知覚とは著しく異なる。例えば、人間の目は、緑色と比較して黄色をより強く認識する。したがって、交通信号のような用途において、黄色のライトに供給される電力量は、ほぼ等しい目の知覚を達成するために緑色のライトに供給される電力より少ない。
照明システムにおいて用いられる複数のLEDのための異なる構成が存在する。LEDは、直列、並列、または、直列−並列の組み合わせで接続することが可能である。
図1Aおよび図1Bは、それぞれ、並列なLEDのための電源回路10、20を表わす。並列なLEDは、電源回路から共通の供給電圧ラインを与えられる。一般に、電流は、全てのLEDにおける電流の合計の量を監視するか、または単一のLEDにおける電流のいずれかによって調整される。LEDの電圧降下のばらつきのために、各LEDは同じ電流を流さない可能性があり、したがって、異なる明るさの量を生じさせる。一様でない明るさはLEDの寿命に影響する。図1Cは、各々の出力が1つのLEDのための電力を供給するように改良された電源回路30を表わす。この場合、電源は複雑で高価である。そのような構成は数少ないLEDを含む低電力LEDシステムに限られる。
図2Aは、直列のLEDのための電源回路40を表わす。各LEDは、適切な量の電流が流れるとき、1.0ボルトから4.0ボルトの電圧降下を有する可能性がある。LEDにおける電流の流れがLEDの明るさを決定する。付随する電圧降下はLEDの製造に依存し、かつ電圧降下は著しく多様であり得る。したがって、直列構成は、各LEDがほぼ同じ明るさの量を放射するようにLED列の電流を調整する利点を有する。単一のLED列について、電源回路のためにLED列の電流を調整することは、LED列の一端から他端への電圧を調整するより都合がよい。そのような適用のための電源は、電力源を電流モード制御によって調整された出力に変換することを含む。そのような適用は、LED列全体の一端から他端への電圧を構成する直列のLEDの数が制限される。高過ぎる電圧は、電源回路における低コストな半導体デバイスの利益を制限する。例えば、12.1インチLCDディスプレイは、照明のために40個のLEDを用いる。コンバータの出力における電圧は、150ボルトに達することもある。この電圧を生じさせる半導体スイッチのコストはそのような用途において法外である。
図2Bは、直列−並列に接続されたLEDのための電源50を表わす。多くのLEDは、安価な半導体スイッチを用いることが可能であるように、コンバータ回路のコストを削減するために複数の列に分割される。この構成は、同じ列のLEDを流れる同じ量の電流を供給する直列接続の利点を有する。しかし、課題は、並列のLED構成において説明したように、列の間の電流のバランスを保つことにある。問題は、各電源が1つのLED列に電力を供給する複数の電源を用いることによって解決することが可能である。例えば、各LED列は別個のDC/DCコンバータによって動作される。しかし、LED列に電力を供給するための複数の電力段はかさばり、費用効率が悪く、かつ複雑である。多くの場合、この構成は、システムにおけるビート周波数(beat-frequency)ノイズを避けるために全ての電源の同期を必要とする。
ここに記載される一形態は、発光ダイオード(LED)アレイのためのコントローラを提供する。前記コントローラは、LEDアレイに電力を供給することが可能なDC/DCコンバータ回路を含む。前記LEDアレイは共に並列に接続された第1のLED列と第2のLED列とを少なくとも含み、前記LED列の各々は少なくとも2つのLEDを具備する。また、前記コントローラは、前記第1のLED列から第1のフィードバック信号と前記第2のLED列から第2のフィードバック信号とを受信することが可能なフィードバック回路を含む。前記第1のフィードバック信号は前記第1のLED列における電流に比例し、かつ前記第2のフィードバック信号は前記第2のLED列における電流に比例する。前記フィードバック回路はさらに前記第1および第2のフィードバック信号を比較することが可能であり、かつ前記比較に少なくとも部分的に(at least in part)基づいて、前記第2のLED列に応じて前記第1のLED列の電流を調整するために電圧降下を制御することが可能である。
一形態による方法は、並列に接続された第1のLED列と第2のLED列とを少なくとも有するLEDアレイに電力を供給するステップを含み、前記LED列の各々は少なくとも2つのLEDを含む。また、この形態の方法は、前記第1のLED列からの第1のフィードバック信号と前記第2のLED列からの第2のフィードバック信号とを比較するステップを含む。前記第1のフィードバック信号は前記第1のLED列における電流に比例し、かつ前記第2のフィードバック信号は前記第2のLED列における電流に比例する。また、この形態の方法は、前記第2のLED列に応じて前記第1のLED列の電流を調整するために前記比較に少なくとも部分的に基づいて、前記第1のLED列の電圧降下を制御するステップを含む。
ここに記載される少なくとも一形態のシステムは、並列に接続された第1のLED列と第2のLED列とを少なくとも具備し、前記LED列の各々は少なくとも2つのLEDを具備するLEDアレイを提供する。また、前記システムは、前記LEDアレイに電力を供給することが可能なコントローラを提供し、前記コントローラはさらに前記第1のLED列から第1のフィードバック信号と前記第2のLED列から第2のフィードバック信号とを受信することが可能であり、前記第1のフィードバック信号は前記第1のLED列における電流に比例し、かつ前記第2のフィードバック信号は前記第2のLED列における電流に比例する。前記コントローラはさらに前記第1および第2のフィードバック信号を比較することが可能であり、かつ前記比較に少なくとも部分的に基づいて、前記第2のLED列に応じて前記第1のLED列の電流を調整するために前記第1のLED列の電圧降下を制御することが可能である。
本発明による実施形態の特徴および効果は、同様な符号は同様な部分を表わす図面を参照して、以下の詳細な説明が進むにしたがって明らかになる。
以下の詳細な説明は、説明のための実施形態を参照して進められるが、この技術分野の当業者には多くの代替、変更、変形が明らかである。したがって、本発明は広く捉えられ、かつ添付の特許請求の範囲の記載によってのみ定義されることを意図する。
図3は、本発明の一実施形態のシステム100を表わす。システム100は、一般に、LEDアレイ102およびLEDバックライトコントローラ回路110を含むことが可能である。LEDアレイは、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)パネルのためのLEDバックライトの一部を構成することが可能である。LEDアレイ102は、複数のLED列104、106、108を含むことが可能である。各列104、106、108は、複数の直列に接続されたLEDを含むことが可能であり、例えば、第1の列104は複数の直列に接続されたLED、例えば、LED_11、LED_12、・・・、LED_1nを含むことが可能である。同様に、第2の列106は複数の直列に接続されたLED、例えば、LED_21、LED_22、・・・、LED_2nを含むことが可能であり、かつ第3の列108は複数の直列に接続されたLED、例えば、LED_31、LED_32、・・・、LED_3nを含むことが可能である。列104、106、108は共に並列に接続され、かつ図にVoutとして示された電源に接続されることが可能である。したがって、各列の一端から他端への電圧はVoutによって表わすことが可能である。各列は、それぞれのフィードバック信号112、114、116(それぞれIsen1、Isen2、Isen3とラベルが付けられている)を生成することが可能である。フィードバック信号112、114、116は、各列における電流に比例することが可能である。
LEDバックライトコントローラ回路110は、DC入力122からDC電力Voutを生成することが可能なDC/DCコンバータ回路120を含むことが可能である。コントローラ回路110は、別個にまたは共通に、1つまたは複数の集積回路を含むことが可能である。ここでのどの実施形態においても用いられているように、“集積回路”は、例えば、半導体集積回路チップのような半導体デバイスおよび/またはマイクロ電子デバイスを意味する。典型的なDC/DCコンバータ回路120は、バック(Buck)、ブースト(Boost)、バック・ブースト(Buck-Boost)、セピック(Sepic)、ゼータ(Zeta)、チュック(Cuk)および/または他の周知のまたは後に開発される回路トポロジーを含むことが可能である。また、コントローラ回路110は、各LED列における電流のバランスを保つことが可能なフィードバック回路130を含むことが可能である。一実施形態において、フィードバック回路130は、1つの列における電流を少なくとも1つの他の列における電流と比較することを可能とし得る。1つの列または他の列の電圧降下は、2つのLED列における対応する電流の差に少なくとも部分的に基づいて、1つの列における電流を調整するために調整されることが可能である。フィードバック回路130の典型的な動作は、以下でより詳細に説明される。
フィードバック回路130は、各列104、106、108について1つの増幅回路132、134、136を含むことが可能である。また、フィードバック回路は、それぞれのフィードバック信号112、114、116を伝達するように構成されたスイッチ142、144、146を含むことが可能である。この目的のため、ここで説明されるように、各スイッチの一端から他端への電圧降下が各LED列における所望の電流条件を生成することが可能なように、スイッチ142、144、146を制御することが可能である。この実施形態において、スイッチ142、144、146は、各電流フィードバック信号112、114、116がエミッタからコレクタを通して伝達され、かつベースが、スイッチを通して伝達される信号の値を制御するように制御されるバイポーラ接合トランジスタ(BJT)をそれぞれ含むことが可能である。オフセット抵抗器152、154、156は、増幅器に付随する可能性があるオフセットエラーを削減または除去するために増幅器のそれぞれの入力に接続することが可能である。センス抵抗器162、164、166は、各電流フィードバック信号112、114、116に接続され、かつ各増幅器の入力は各センス抵抗器162、164、166を一端から他端へ横切って得られる電圧信号とすることが可能である。センス抵抗器は、フィードバック信号112、114、116に比例する値を生成するために用いることが可能である。各LED列においてほぼ等しい電流を達成するために、センス抵抗器は実際上1つとすることが可能である。しかし、以下の実施形態において説明するように、センス抵抗器は、互いの値に応じて各LED列について異なる電流値を達成するように選択することが可能である。
どの列における電流も、Voutから対応するスイッチの一端から他端への電圧降下を減算した値に比例し得る。したがって、例えば、列104における電流は、Voutから電圧(スイッチ142)を減算した値に比例し得る。したがって、スイッチ142の一端から他端への電圧降下を制御することによって、列104における電流を制御することが可能である。この実施形態において、列104における電流は、スイッチ142の一端から他端への電圧降下を制御することによって、列106における電流に応じて制御することが可能である。
例えば、この実施形態において、増幅器132は、スイッチ142を介して(第1の列104から)電流フィードバック信号112と、スイッチ144を介して(第2の列106から)電流フィードバック信号114とを受信するように構成することが可能である。より詳しくは、増幅器132は、非反転入力において(センス抵抗器162を一端から他端へ横切って得られる)電流フィードバック信号112に比例した電圧信号と、反転入力において(センス抵抗器164を一端から他端へ横切って得られる)電流フィードバック信号114に比例した電圧信号とを受信するように構成することが可能である。増幅器132は、信号112および114の対応する値を比較し、かつ制御信号133を生成することが可能である。制御信号133は、信号112および114の差に少なくとも部分的に基づく値とすることが可能である。この実施形態において、電流フィードバック信号112は増幅器132の非反転入力に印加することが可能であり、かつ信号114は増幅器132の反転入力に印加することが可能である。制御信号133は、例えば、スイッチ142のベース電圧を制御することによって、スイッチ142の伝達状態を制御することが可能である。各スイッチは、各LED列を通してバランスが保たれた電流が流れるとき、スイッチが十分に飽和するように増幅器の出力が低い状態であるように構成することが可能である。これは、そのような条件のもとでトランジスタに付随する電力損失を削減するように動作させることが可能である。
スイッチ142の伝達の制御は、スイッチ142の一端から他端への電圧降下を制御するように動作させることが可能である。一例として、信号112が信号114より大きいならば、増幅器132は、(信号112が信号114と等しいかまたはより小さいときの状態と比較して)より高い制御信号133を生成することが可能である。スイッチ142に印加される、より高い制御信号133は、ベース電流を減少させ、したがって、スイッチ142の一端から他端への電圧降下を増加させる。スイッチ142の一端から他端への電圧降下の増加は、LED列104を通る電流112を減少させ得る。このプロセスは、電流値112および114がほぼ等しくなるまで継続することが可能である。これらの動作は、列104におけるLEDの一端から他端への電圧降下が、列106におけるLEDの一端から他端への電圧降下よりも低い電圧降下であることを表わす。
同様に、信号112が信号114より小さいならば、増幅器132は(信号112が信号114と等しいかまたはより大きいときの状態と比較して)より低い制御信号133を生成することが可能である。スイッチ142に印加される、より低い制御信号133は、ベース電流を増加させ、したがって、スイッチ142の一端から他端への電圧降下を減少させる。スイッチ142の一端から他端への電圧降下の減少は、LED列104を通る電流112を増加させ得る。このプロセスは、電流値112および114がほぼ等しくなるまで継続することが可能である。
増幅器136は、スイッチ146を介して(第3の列108から)電流フィードバック信号116と、スイッチ142を介して(第1の列104から)電流フィードバック信号112とを受信するように構成することが可能である。増幅器136は、信号116および112の対応する値を比較し、かつ制御信号137を生成することが可能である。制御信号137は、信号116および112の差に少なくとも部分的に基づく値とすることが可能である。この実施形態において、センス抵抗器166を介した電流フィードバック信号116は、増幅器136の非反転入力に印加することが可能であり、かつセンス抵抗器162を介した信号112は増幅器136の反転入力に印加することが可能である。制御信号137は、例えば、スイッチ146のベース電圧を制御することによって、スイッチ146の伝達状態を制御することが可能である。スイッチ146の伝達の制御は、スイッチ146の一端から他端への電圧降下を制御するように動作させることが可能である。一例として、信号116が信号112より大きいならば、増幅器136は、(信号116が信号112と等しいかまたはより小さいときの状態と比較して)より高い制御信号137を生成することが可能である。スイッチ146に印加される、より高い制御信号137は、ベース電流を減少させ、したがって、スイッチ146の一端から他端への電圧降下を増加させる。スイッチ146の一端から他端への電圧降下の増加は、LED列108を通る電流116を減少させ得る。このプロセスは、電流値116および112がほぼ等しくなるまで継続することが可能である。
同様に、信号116が信号112より小さいならば、増幅器136は(信号116が信号112と等しいかまたはより大きいときの状態と比較して)より低い制御信号137を生成することが可能である。スイッチ146に印加される、より低い制御信号137は、スイッチ146の一端から他端への電圧降下を減少させ得る。スイッチ146の一端から他端への電圧降下の減少は、LED列108を通る電流116を増加させ得る。このプロセスは、電流値116および112がほぼ等しくなるまで継続することが可能である。
この実施形態において、フィードバック信号112、114および/または116は、DC/DCコンバータ回路120に供給されることが可能である。フィードバック信号112、114および/または116の値に少なくとも部分的に基づいて、DC/DCコンバータ回路120は、少なくとも1つのLED列104、106および/または108における予め設定されたおよび/または所望の電流条件を達成するようにVoutを調整することを可能とし得る。この図に表わされていないが、この実施形態において、コントローラ回路110は、LCDパネルの所望の明るさを予め設定するために、(例えば、ソフトウェアおよび/またはハードウェアを含むことが可能である)ユーザ制御可能な回路を含むことも同様に意図される。その場合、DC/DCコンバータ回路は、ユーザによって予め設定された値と、フィードバック信号の値とに基づいてLEDアレイへの電力を調整することが可能である。
また、フィードバック回路130は、少なくとも1つのフィードバック信号112、114および/または116をDC/DCコンバータ回路120に供給することが可能なパススルー回路170を含むことが可能である。この実施形態において、パススルー回路はセンス抵抗器162、164および/または166の一端から他端への少なくとも1つのフィードバック信号をコンバータ回路120に流すことを可能とするORゲートとして動作することが可能である。これは、例えば、回路120が1つまたは複数の列104、106および/または108が開回路となる場合にフィードバック情報を受信することを継続することを可能とし得る。
図4は、本発明のもう1つの実施形態のシステム200を表わす。この実施形態において、LEDアレイ102’は、赤ライトを放射することが可能な少なくとも1つのLEDを有する赤LED列204、青ライトを放射することが可能な少なくとも1つのLEDを有する青LED列206、および緑ライトを放射することが可能な少なくとも1つのLEDを有する緑LED列208を含むことが可能である。列204、206、208は、共に並列に接続され、かつ図にVoutとして示された電源に接続されることが可能である。したがって、各列の一端から他端への電圧はVoutによって表わすことが可能である。各列は、それぞれの信号212、214、216(それぞれIsen1、Isen2、Isen3とラベルが付けられている)を生成することが可能である。信号212、214、216は、各列における電流に比例することが可能である。
この実施形態において、列204によって放射される赤ライトと、列206によって放射される青ライトと、列208によって放射される緑ライトとの間の比率を調整することが望ましい。したがって、この実施形態のフィードバック回路130’は、センス抵抗器262、264および266を含むことが可能である。センス抵抗器262、264、266は、例えば、特定の適用に応じて異なる値を有することが可能である。電流信号212、214、216は、それぞれ、センス抵抗器262、264、266の値を調整することによって調整されることが可能である。詳細に上述したように、センス抵抗器262における信号は、信号212に比例した増幅器132への入力とすることが可能である。したがって、増幅器132によって生成される制御信号は、赤の列204における電流が、青の列における電流の予め定められた倍数/因数(multiple/factor)とすることが可能であるようにセンス抵抗器262および264の間の比率に少なくとも部分的に基づくことが可能である。同様に、増幅器134によって生成される制御信号は、青の列206における電流が、緑の列208における電流の予め定められた倍数/因数とすることが可能であるようにセンス抵抗器264および266の間の比率に少なくとも部分的に基づくことが可能である。また、増幅器136によって生成される制御信号は、緑の列208における電流が、赤の列における電流のある倍数/因数であるようにセンス抵抗器266および262の間の比率に少なくとも部分的に基づくことが可能である。上述した動作に加えて、この実施形態におけるフィードバック回路130’は、図3を参照して上述したフィードバック回路130と同様な方法で動作することが可能である。
図5は、本発明のもう1つの実施形態のシステム300を表わす。この実施形態において、フィードバック回路130’’は、少なくとも1つのLED列204、206および/または208の明るさを制御することが可能なバーストモード調光回路(burst mode dimming circuitry)を含むことが可能である。バーストモード調光回路は、以下で説明するように、フィードバック信号212、214および/または216の流れを調整することによって、列204、206および/または208の明るさを調整することを可能とし得る。
フィードバック回路130’’は、マルチプレクサ回路302、304、306を含むことが可能である。マルチプレクサ302は、パルス幅変調(PWM)信号372を受信するように構成された第1の入力と、制御信号133を受信するように構成された第2の入力とを有することが可能である。マルチプレクサ回路302は、PWM信号372および制御信号133に基づいて出力信号382を生成することが可能である。PWM信号372は、低周波数バーストモード信号とすることが可能であり、かつ赤LED列204の特定の明るさ制御のために指定されることが可能である。例えば、PWM信号372は、選択されたオン−オフのデューティサイクルを有する矩形波、すなわち、選択されたデューティサイクルに基づいてハイからローへ変化する波形とすることが可能である。PWM信号372の周波数は、LEDの明滅を防止するために、例えば、数百ヘルツに選択することが可能である。
動作において、PWM信号372がハイならば、マルチプレクサの出力信号382は制御信号133とすることが可能である。したがって、PWM信号372がハイであるとき、スイッチ142は上述した方法で制御信号133によって制御されることが可能である。PWM信号372がローならば、出力信号382はスイッチ142がターンオフされるようにハイに駆動されることが可能である。もちろん、マルチプレクサ内部のロジックを単に反転することによって、PWM信号372がローであるときに、出力信号382がハイに駆動されることが可能である。この場合、LED列204は開回路とし、LEDを通して電流が流れないことも可能である。この方法において、LED列204は、調光制御を実行するために列204を通る平均の電流の流れを調整するために、選択されたデューティサイクルにおいて繰り返しターンオンおよびオフされることが可能であり、列204の所望の明るさを達成することが可能である。
マルチプレクサ304は、パルス幅変調(PWM)信号374を受信するように構成された第1の入力と、制御信号135を受信するように構成された第2の入力とを有することが可能である。マルチプレクサ回路304は、PWM信号374および制御信号135に基づいて出力信号384を生成することが可能である。PWM信号374は、低周波数バーストモード信号とすることが可能であり、かつ青LED列206の特定の明るさ制御のために指定されることが可能である。例えば、PWM信号374は、選択されたオン−オフのデューティサイクルを有する矩形波、すなわち、選択されたデューティサイクルに基づいてハイからローへ変化する波形とすることが可能である。PWM信号374の周波数は、LEDの明滅を防止するために、例えば、数百ヘルツに選択することが可能である。
動作において、PWM信号374がハイならば、マルチプレクサの出力信号384は制御信号135とすることが可能である。したがって、PWM信号374がハイであるとき、スイッチ144は上述した方法で制御信号135によって制御されることが可能である。PWM信号374がローならば、出力信号384はスイッチ144がターンオフされるようにハイに駆動されることが可能である。もちろん、マルチプレクサ内部のロジックを単に反転することによって、PWM信号がローであるときに、出力信号384がハイに駆動されることが可能である。この場合、LED列206は開回路とし、LEDを通して電流が流れないことも可能である。この方法において、LED列206は、列206を通る平均の電流の流れを調整するために、選択されたデューティサイクルにおいて繰り返しターンオンおよびオフされることが可能であり、列206の所望の明るさを達成することが可能である。
マルチプレクサ306は、パルス幅変調(PWM)信号376を受信するように構成された第1の入力と、制御信号137を受信するように構成された第2の入力とを有することが可能である。マルチプレクサ回路306は、PWM信号376および制御信号137に基づいて出力信号386を生成することが可能である。PWM信号376は、低周波数バーストモード信号とすることが可能であり、かつ緑LED列208の特定の明るさ制御のために指定されることが可能である。例えば、PWM信号376は、選択されたオン−オフのデューティサイクルを有する矩形波、すなわち、選択されたデューティサイクルに基づいてハイからローへ変化する波形とすることが可能である。PWM信号376の周波数は、LEDの明滅を防止するために、例えば、数百ヘルツに選択することが可能である。
動作において、PWM信号376がハイならば、マルチプレクサの出力信号386は制御信号137とすることが可能である。したがって、PWM信号376がハイであるとき、スイッチ146は上述した方法で制御信号137によって制御されることが可能である。PWM信号376がローならば、出力信号386はスイッチ146がターンオフされるようにハイに駆動されることが可能である。もちろん、この実施形態のマルチプレクサは、PWM信号がローであるときに、出力信号386がハイに駆動されるように構成されることが可能である。この場合、LED列208は開回路とし、LEDを通して電流が流れないことも可能である。この方法において、LED列208は、列208を通る平均の電流の流れを調整するために、選択されたデューティサイクルにおいて繰り返しターンオンおよびオフされることが可能であり、列208の所望の明るさを達成することが可能である。
一実施形態において、1つまたは複数のPWM信号のデューティサイクルは、他のPWM信号に応じて調整されることが可能であり、向上された人間の知覚を提供することが可能である。例えば、この実施形態において赤LEDを制御するPWM信号372のデューティサイクルは、(それぞれ、青および緑LEDを制御する)PWM信号374および/または376のデューティサイクルと比較して2対1の比率であるデューティサイクルを有することが可能である。例えば、赤LEDが調光のために60%オンおよび40%オフに調整されるとき、色の性能を最適化するために緑および青LEDの両方について30%オンおよび70%オフを有することが好ましく、よりよい全体の白色光の品質を達成することが可能である。したがって、PWM信号372、374、376のデューティサイクルが互いのデューティサイクルに応じて選択可能および/またはプログラム可能とすることは、ここで十分に意図される。
図6は、本発明のもう1つの実施形態のシステム400を表わす。この実施形態において、DC/DCコンバータ回路120’は、ブーストコンバータを含むことが可能である。ブーストコンバータは、LEDアレイ102’からの電流フィードバック信号の1つを調整信号と比較する第1のコンパレータ402を含むことが可能である。エラー増幅器である402は、電流センス信号Isenと基準信号ADJとを比較する。信号の結果は、ブーストコンバータのスイッチにおいて傾斜補償された電流センス信号と比較される。スイッチを通して流れる電流は、406を介して、のこぎり波と加算される。406の出力はコンパレータ404への入力の1つである。コンパレータ404の出力は、ブーストコンバータにおけるスイッチを駆動するために、フリップフロップのようなドライバに供給される矩形波である。
上述したように、各列を通る電流の流れの比率は、バーストモード調光によって、および/または、センス抵抗器262、264および/または266の値を選択することによって、調整されることが可能である。この実施形態において、フィードバック回路130’’’は、それぞれ、センス抵抗器262、264および/または266に関する実効抵抗を調整することが可能な増幅器432、434、436を含むことが可能である。この実施形態において、プログラム可能な入力信号422、424、426は、それぞれ増幅器432、434、436に供給されることが可能である。プログラム可能な入力信号422、424、426は、与えられた列における所望の電流レベルに比例することが可能である。
動作において、入力信号422の値は、上方または下方に調整されることが可能であり、したがって、センス抵抗器262の実効抵抗は、上方または下方に調整されることが可能である。上述したように、これは、第1および第2の列の間の電流値の比率を形成することが可能である。入力信号424の値は、上方または下方に調整されることが可能であり、したがって、センス抵抗器264の実効抵抗は、上方または下方に調整されることが可能である。上述したように、これは、第2および第3の列の間の電流値の比率を形成することが可能である。同様に、入力信号426の値は、上方または下方に調整されることが可能であり、したがって、センス抵抗器266の実効抵抗は、上方または下方に調整されることが可能である。上述したように、これは、第3および第1の列の間の電流値の比率を形成することが可能である。これらの動作は、1つまたは複数のLED列を通る所望のおよび/またはプログラム可能な電流の流れを生成することが可能である。
もちろん、ここで説明したいずれの実施形態も、n個のLED列を含むように拡張することが可能である。ここでの教示によれば、n個のLED列が用いられるならば、対応する数の増幅回路およびスイッチも用いられる。同様に、存在するLED列の数に応じて、対応する数のマルチプレクサ回路が用いられることが可能である。
ここで用いられた用語および表現は、説明の用語として、かつ限定でないものとして用いられ、かつそのような用語および表現の使用において、表わされかつ記載された特徴のどのような均等物(またはその一部)も除外することを意図せず、かつ請求項の範囲内で各種の変形が可能であることが理解される。また、他の変形、変更および代替も可能である。したがって、請求項は全てのそのような均等物を含むことを意図する。
従来のLEDシステムの構成を表わす図である。 従来のLEDシステムの構成を表わす図である。 従来のLEDシステムの構成を表わす図である。 他の従来のLEDシステムの構成を表わす図である。 他の従来のLEDシステムの構成を表わす図である。 本発明による一実施形態のシステムを表わす図である。 本発明による他の一実施形態のシステムを表わす図である。 本発明による他の一実施形態のシステムを表わす図である。 本発明による他の一実施形態のシステムを表わす図である。
符号の説明
10、20、30、40、50 電源回路
100、200、300、400 システム
102、102’ LEDアレイ
110 LEDバックライトコントローラ回路
104、106、108、204、206、208 LED列
112、114、116 フィードバック信号
120、120’ DC/DCコンバータ回路
122 DC入力
130、130’、130’’、130’’’ フィードバック回路
132、134、136 増幅回路
133、135、137 制御信号
142、144、146 スイッチ
152、154、156 オフセット抵抗器
162、164、166、262、264、266 センス抵抗器
170 パススルー回路
212、214、216 信号
302、304、306 マルチプレクサ回路
372、374、376 PWM信号
382、384、386 出力信号
402、404 コンパレータ
422、424、426 入力信号
432、434、436 増幅器

Claims (25)

  1. 発光ダイオード(LED)アレイのためのコントローラであって、
    共に並列に接続された第1のLED列と第2のLED列とを少なくとも具備するLEDアレイに電力を供給することが可能なDC/DCコンバータ回路と、
    前記第1のLED列から第1のフィードバック信号と前記第2のLED列から第2のフィードバック信号とを受信することが可能なフィードバック回路と、
    を具備し、
    前記LED列の各々は少なくとも2つのLEDを具備し、
    前記第1のフィードバック信号は前記第1のLED列における電流に比例し、
    前記第2のフィードバック信号は前記第2のLED列における電流に比例し、
    前記フィードバック回路はさらに前記第1および第2のフィードバック信号を比較することが可能であり、
    前記フィードバック回路はさらに前記第1および第2のフィードバック信号の前記比較に少なくとも部分的に基づいて、前記第2のLED列に応じて前記第1のLED列の電流を調整するために電圧降下を制御することが可能であり、
    前記フィードバック回路は、前記第1および第2のフィードバック信号を比較し、かつ制御信号を生成することが可能な少なくとも1つの増幅回路を具備し、
    前記フィードバック回路は、前記第1のフィードバック信号に直列に接続されたスイッチをさらに具備し、
    前記制御信号は、前記スイッチの一端から他端への電圧降下を制御するために前記スイッチの伝達を制御するコントローラ。
  2. 前記DC/DCコンバータ回路は、バック、ブースト、バック・ブースト、セピック、ゼータ、チュックのDC/DCコンバータトポロジーからなるグループから選択される請求項1に記載のコントローラ。
  3. 前記フィードバック回路は、前記第1のフィードバック信号と前記増幅回路の入力とに接続された第1のセンス抵抗器と、前記第2のフィードバック信号と前記増幅回路の第2の入力とに接続された第2のセンス抵抗器と、をさらに具備し、
    前記第1および第2のセンス抵抗器はほぼ等しい抵抗値を有する請求項1に記載のコントローラ。
  4. 前記フィードバック回路は、前記第1のフィードバック信号と前記増幅回路の入力とに接続された第1のセンス抵抗器と、前記第2のフィードバック信号と前記増幅回路の第2の入力とに接続された第2のセンス抵抗器と、をさらに具備し、
    前記第1および第2のセンス抵抗器は異なる抵抗値を有する請求項1に記載のコントローラ。
  5. 前記第1のフィードバック信号が前記第2のフィードバック信号より大きいならば、前記増幅回路は前記第2のLED列における電流に応じて前記第1のLED列における電流を減少させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を増加させるように前記スイッチを制御する請求項1に記載のコントローラ。
  6. 前記第1のフィードバック信号が前記第2のフィードバック信号より小さいならば、前記増幅回路は前記第2のLED列における電流に応じて前記第1のLED列における電流を増加させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を減少させるように前記スイッチを制御する請求項1に記載のコントローラ。
  7. 前記DC/DCコンバータ回路は、前記LEDアレイに供給される前記電力を調整するために、前記第1のフィードバック信号に比例する信号または前記第2のフィードバック信号に比例する第2の信号の少なくとも1つを受信することが可能である請求項1に記載のコントローラ。
  8. 前記フィードバック回路は、前記第1または第2のLED列の少なくとも1つに接続されたバーストモード調光回路をさらに具備し、
    前記バーストモード調光回路は、前記第1または第2のフィードバック信号の流れを調整することによって前記第1または第2のLED列の明るさを調整することが可能である請求項1に記載のコントローラ。
  9. 前記バーストモード調光回路は、パルス幅変調(PWM)信号に接続された第1の入力と前記制御信号に接続された第2の入力と前記スイッチに接続された出力とを有するマルチプレクサ回路を具備し、
    前記スイッチの伝達状態は前記制御信号および前記PWM信号によって制御される請求項8に記載のコントローラ。
  10. 並列に接続された第1のLED列と第2のLED列とを少なくとも具備するLEDアレイと、
    前記LEDアレイに電力を供給することが可能なコントローラと、
    を具備し、
    前記LED列の各々は少なくとも2つのLEDを具備し、
    前記コントローラはさらに前記第1のLED列から第1のフィードバック信号と前記第2のLED列から第2のフィードバック信号とを受信することが可能であり、
    前記第1のフィードバック信号は前記第1のLED列における電流に比例し、
    前記第2のフィードバック信号は前記第2のLED列における電流に比例し、
    前記コントローラはさらに前記第1および第2のフィードバック信号を比較することが可能であり、
    前記コントローラはさらに前記第1および第2のフィードバック信号の前記比較に少なくとも部分的に基づいて、前記第2のLED列に応じて前記第1のLED列の電流を調整するために電圧降下を制御することが可能であり、
    前記コントローラはフィードバック回路を具備し、
    前記フィードバック回路は、前記第1および第2のフィードバック信号を比較し、かつ制御信号を生成することが可能な少なくとも1つの増幅回路を具備し、
    前記フィードバック回路は、前記第1のフィードバック信号に直列に接続されたスイッチをさらに具備し、
    前記制御信号は、前記スイッチの一端から他端への電圧降下を制御するために前記スイッチの伝達を制御するシステム。
  11. 前記コントローラは、前記LEDアレイにDC電力を供給することが可能なDC/DCコンバータ回路を具備し、
    前記DC/DCコンバータ回路は、バック、ブースト、バック・ブースト、セピック、ゼータのDC/DCコンバータトポロジーからなるグループから選択される請求項10に記載のシステム。
  12. 前記フィードバック回路は、前記第1のフィードバック信号と前記増幅回路の入力とに接続された第1のセンス抵抗器と、前記第2のフィードバック信号と前記増幅回路の第2の入力とに接続された第2のセンス抵抗器と、をさらに具備し、
    前記第1および第2のセンス抵抗器はほぼ等しい抵抗値を有する請求項10に記載のシステム。
  13. 前記フィードバック回路は、前記第1のフィードバック信号と前記増幅回路の入力とに接続された第1のセンス抵抗器と、前記第2のフィードバック信号と前記増幅回路の第2の入力とに接続された第2のセンス抵抗器と、をさらに具備し、
    前記第1および第2のセンス抵抗器は異なる抵抗値を有する請求項10に記載のシステム。
  14. 前記第1のフィードバック信号が前記第2のフィードバック信号より大きいならば、前記制御信号は前記第2のLED列における電流に応じて前記第1のLED列における電流を減少させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を増加させるように前記スイッチを制御する請求項10に記載のシステム。
  15. 前記第1のフィードバック信号が前記第2のフィードバック信号より小さいならば、前記制御信号は前記第2のLED列における電流に応じて前記第1のLED列における電流を増加させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を減少させるように前記スイッチを制御する請求項10に記載のシステム。
  16. 前記DC/DCコンバータ回路は、前記LEDアレイに供給される前記電力を調整するために、前記第1のフィードバック信号に比例する信号または前記第2のフィードバック信号に比例する第2の信号の少なくとも1つを受信することが可能である請求項11に記載のシステム。
  17. 前記第1のLED列は、赤LED、青LED、緑LEDからなるグループから選択された複数のLEDを具備し、
    前記第2のLED列は、赤LED、青LED、緑LEDからなるグループから選択された複数のLEDを具備する請求項10に記載のシステム。
  18. 前記フィードバック回路は、前記第1または第2のLED列の少なくとも1つに接続されたバーストモード調光回路をさらに具備し、
    前記バーストモード調光回路は、前記第1または第2のフィードバック信号の流れを調整することによって前記第1または第2のLED列の明るさを調整することが可能である請求項10に記載のシステム。
  19. 前記バーストモード調光回路は、パルス幅変調(PWM)信号に接続された第1の入力と前記制御信号に接続された第2の入力と前記スイッチに接続された出力とを有するマルチプレクサ回路を具備し、
    前記スイッチの伝達状態は前記制御信号および前記PWM信号によって制御される請求項18に記載のシステム。
  20. 並列に接続された第1のLED列と第2のLED列とを少なくとも具備するLEDアレイに電力を供給するステップと、
    前記第1のLED列からの第1のフィードバック信号と前記第2のLED列からの第2のフィードバック信号とを比較するステップと、
    前記第2のLED列に応じて前記第1のLED列の電流を調整するために前記第1のフィードバック信号と前記第2のフィードバック信号との前記比較に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも前記第1のLED列の電圧降下を制御するステップと、
    前記第1および第2のフィードバック信号の前記比較に少なくとも部分的に基づいて制御信号を生成するステップと、
    スイッチの一端から他端への電圧降下を制御するために前記第1または第2のフィードバック信号に直列に接続された前記スイッチの伝達を制御するステップとを有し、
    前記LED列の各々は少なくとも2つのLEDを具備し、
    前記第1のフィードバック信号は前記第1のLED列における電流に比例し、
    前記第2のフィードバック信号は前記第2のLED列における電流に比例し、
    前記制御信号は前記第1および第2のフィードバック信号の差を示す方法。
  21. 前記第1のフィードバック信号が前記第2のフィードバック信号より大きいならば、前記制御信号は前記第2のLED列における電流に応じて前記第1のLED列における電流を減少させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を増加させるように前記スイッチを制御する請求項20に記載の方法。
  22. 前記第1のフィードバック信号が前記第2のフィードバック信号より小さいならば、前記制御信号は前記第2のLED列における電流に応じて前記第1のLED列における電流を増加させるために前記スイッチの一端から他端への電圧降下を減少させるように前記スイッチを制御する請求項20に記載の方法。
  23. 前記第1のフィードバック信号または前記第2のフィードバック信号の少なくとも1つに少なくとも部分的に基づいて前記LEDアレイに供給される電力を調整するステップをさらに有する請求項20に記載の方法。
  24. 前記第1または第2のフィードバック信号の流れを調整することによって前記第1または第2のLED列の明るさを調整するステップをさらに有する請求項20に記載の方法。
  25. パルス幅変調(PWM)信号に少なくとも部分的に基づいて前記第1または第2のフィードバック信号の流れを調整する請求項24に記載の方法。
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