光源を駆動するための回路と方法
【課題】LED駆動回路の消費電力を削減し、コストを低減させる。
【解決手段】発光ダイオード（ＬＥＤ）光源２０６に電力を供給するための駆動回路には、コンバータ回路２０２、エネルギ蓄積素子２２０およびスイッチ素子２２２を含む。コンバータ回路２０２は、ＬＥＤ光源２０６に電力を供給するため第一の出力電圧を第一の電力供給ラインに供給し、第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給する。ＬＥＤ光源２０６と通る電流を制御するためエネルギ蓄積素子２０８を充電し、放電する。スイッチ素子２２２は、エネルギ蓄積素子２２０を充電する、第一の状態で動作し、エネルギ蓄積素子２２０を放電する、第二の状態で動作する。コンバータ回路２０２は、第一の状態と第二の状態の両方の間、スイッチ素子２２２の両端にかかる動作電圧を第一の出力電圧より低く保持する。
【解決手段】発光ダイオード（ＬＥＤ）光源２０６に電力を供給するための駆動回路には、コンバータ回路２０２、エネルギ蓄積素子２２０およびスイッチ素子２２２を含む。コンバータ回路２０２は、ＬＥＤ光源２０６に電力を供給するため第一の出力電圧を第一の電力供給ラインに供給し、第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給する。ＬＥＤ光源２０６と通る電流を制御するためエネルギ蓄積素子２０８を充電し、放電する。スイッチ素子２２２は、エネルギ蓄積素子２２０を充電する、第一の状態で動作し、エネルギ蓄積素子２２０を放電する、第二の状態で動作する。コンバータ回路２０２は、第一の状態と第二の状態の両方の間、スイッチ素子２２２の両端にかかる動作電圧を第一の出力電圧より低く保持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤストリングを駆動するための駆動回路に関し、もっと具体的には、駆動回路の消費電力を削減し、コストを低減させる回路と方法に関する。
[関連出願]
本出願は、同時係属中米国特許出願、シリアル番号第１３／０８６，８２２号、「光源に電力を供給するための回路と方法」（２０１１年４月１４日出願）の一部継続出願であり、前記出願は、同時係属中米国特許出願、シリアル番号第１２／２２１，６４８号、「光源に電力を供給するための駆動回路」（２００８年８月５日出願）、現在は米国特許番号第７，９１９，９３６号、米国仮出願番号第６１／３７４，１１７号、（光源に電力を供給するための回路と方法）（２０１０年８月１６日出願）の一部継続出願であり、これら全ては、参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
表示システムでは、表示パネルを照らすため、駆動回路により一つ以上の光源を駆動する。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）バックライトを有する液晶表示（ＬＥＤ）システムでは、ＬＥＤパネルを照らすためにＬＥＤアレイを使用する。通常、ＬＥＤアレイには一つ以上のＬＥＤストリングを含み、各々のＬＥＤストリングには、直列に接続したＬＥＤのグループを含む。
【０００３】
図１は、従来の駆動回路１００のブロック図である。駆動回路１００は、ＬＥＤストリング１０６を駆動するために使用され、コンバータ回路１０２、スイッチ・コントローラ１０４およびスイッチング・レギュレータ１０８を含む。コンバータ回路１０２は入力電圧ＶＩＮを受信し、ＬＥＤストリング１０６に電力供給ライン１４１で出力電圧ＶＯＵＴを供給する。スイッチング・レギュレータ１０８には、ＬＥＤストリング１０６に直列に接続したインダクタＬ１を含む。スイッチング・レギュレータ１０８には、インダクタＬ１を通して流れるインダクタ電流を制御するため、スイッチＳ１とダイオードＤ１とを含む。もっと具体的には、スイッチ・コントローラ１０４は、スイッチＳ１をオンおよびオフするため、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号１３０を供給する。スイッチＳ１をオンにすると、ダイオードＤ１は逆バイアスされ、インダクタ電流は電力供給ライン１４１、ＬＥＤストリング１０６、インダクタＬ１、スイッチＳ１および抵抗ＲＳＥＮを通して順番に流れる。出力電圧ＶＯＵＴはＬＥＤストリング１０６に電力を供給し、インダクタＬ１に充電する。スイッチＳ１をオフにすると、ダイオードＤ１は順バイアスされ、インダクタ電流はインダクタＬ１、ダイオードＤ１、電力供給ライン１４１およびＬＥＤストリング１０６を通して順番に流れる。インダクタＬ１は放電してＬＥＤストリング１０６に電力を供給する。このように、ＰＷＭ信号１３０のデューティ・サイクルを調整することにより、インダクタ電流の平均レベルを制御し、それ故、ＬＥＤストリング１０６を通じる電流を制御する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スイッチＳ１がオフの場合、例えばＶＡＮＯＤＥのようなダイオードＤ１のアノードでの電圧は、ダイオードＤ１を順バイアスするため、ＶＯＵＴより大きくなるよう増加する。その結果、例えばＶＡＮＯＤＥ−ＶＲのようなスイッチＳ１の両端にかかる電圧はＶＯＵＴにおおよそ等しい。スイッチＳ１がオンの場合、ダイオードＤ１の両端にかかる電圧はＶＯＵＴにほぼ等しい。従って、スイッチＳ１およびダイオードＤ１のようなスイッチイング素子の定格電圧は、ＶＯＵＴより高くなければならない。そうでなければ、動作電圧がＶＯＵＴにおおよそ等しい場合、スイッチイング素子は損傷を被る可能性がある。ＬＥＤストリング１０６のＬＥＤの数を増加してより高い輝度を達成する場合、出力電圧ＶＯＵＴを増加させる。このように、従来技術は、比較的高い定格電圧を有するスイッチイング素子が駆動回路１００の消費電力とコストとを増加させる、という課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に電力を供給ための駆動回路には、コンバータ回路、エネルギ蓄積素子およびスイッチ素子を含む。コンバータ回路は、第一の電力供給ラインに第一の出力電圧を供給してＬＥＤ光源に電力を供給し、第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給する。エネルギ蓄積素子は充電し放電してＬＥＤ光源を通じる電流を制御する。スイッチイング素子は、エネルギ蓄積素子を充電する第一の状態で動作し、エネルギ蓄積素子を放電する第二の状態で動作する。コンバータ回路は第二の出力電圧を供給し、第一の状態と第二の状態の両方の間、スイッチイング素子の両端にかかる動作電圧を、第一の出力電圧より低く保持する。
【０００６】
以下の詳細な説明が進むにつれ、そして図面を参照することにより、本特許請求範囲の主題の実施形態が持つ特徴と利点が明らかになるであろう。ここでは同様の番号は同様の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来の駆動回路のブロック図である。
【図２】本発明の一つの実施形態による、負荷を駆動するための駆動回路のブロック図である。
【図３】本発明の一つの実施形態による、負荷を駆動するための駆動回路のもう一つのブロック図である。
【図４Ａ】本発明の一つの実施形態による、コンバータ回路の例である。
【図４Ｂ】本発明の一つの実施形態による、コンバータ回路の例である。
【図５】本発明の一つの実施形態による、コンバータ回路のもう一つの例である。
【図６】本発明の一つの実施形態による、負荷を駆動するための駆動回路のもう一つの図である。
【図７】本発明の一つの実施形態による、負荷を駆動するための駆動回路のもう一つの図である。
【図８】本発明の一つの実施形態による、多数の負荷を駆動するための駆動回路の図である。
【図９】本発明の一つの実施形態による、駆動回路が実行する動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、参照をして、本発明の実施形態に対して詳細に説明する。これらの実施形態と関連して本発明について説明するが、当然のことながら、それらは本発明をこれらの実施形態に限定することを意図していない。反対に、本発明は、代替案、修正案および等価物を含めることを意図しており、これらは、添付の特許請求範囲が定める本発明の精神と範囲内に含まれる可能性がある。
【０００９】
更に、本発明の以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するため、多くの具体的な詳細について説明する。しかしながら、通常の当業者の内のひとりには当然認識されることであるが、本発明は、これらの具体的な詳細無しに実行される可能性がある。他の例では、周知の方法、手順、コンポーネントおよび回路について、本発明の側面を不必要に曖昧にしないために、詳細には説明しなかった。
【００１０】
本発明による実施形態は、負荷に電力を供給するための駆動回路を提供する。説明のために、本発明については、発光ダイオード・ストリングのような光源に電力を供給することに関連して説明する。しかしながら、本発明は光源に電力を供給することに限定されず、他の形式の負荷に電力を供給ために使用可能である。駆動回路には、コンバータ回路、エネルギ蓄積素子およびスイッチ素子を含む。コンバータ回路は、光源を駆動するため第一の出力電圧を第一の電力供給ラインで供給し、第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインで供給する。スイッチ素子は第一の状態で動作して、その間はエネルギ蓄積素子を充電し、第二の状態で動作して、その間はエネルギ蓄積素子を放電する。第一の状態と第二の状態の時間継続を調整することにより、光源を通る電流を制御する。
【００１１】
有利なことであるが、第二の電力供給ラインの第二の出力電圧のため、スイッチ素子の両端にかかる動作電圧は、第一および第二の状態の両方の間、第一の出力電圧より低く保持される。このようにして、駆動回路の消費電力とコストを削減するため、スイッチ素子の定格電圧を減少させることができる。
【００１２】
図２は、本発明の一つの実施形態による、例えば光源２０６のような負荷を駆動するための駆動回路２００のブロック図を示す。駆動回路２００には、コンバータ回路２０２、スイッチ・コントローラ２０４、スイッチング・レギュレータ２０８および電流センサ２１０を含む。コンバータ回路２０２は入力電圧VINを受信し、電力供給ライン２４１に出力電圧VOUT_Hを生成し、そしてVOUT_Hより低い出力電圧VOUT_Lを電力供給ライン２４２に生成する。光源２０６を駆動するため、電圧VOUT_Hを使用する。スイッチング・レギュレータ２０８にある一つ以上のスイッチ素子の動作電圧を削減するため、電圧VOUT_Lを使用する。
【００１３】
光源２０６に接続した電流センサ２１０は、光源２０６を通る電流を表わすセンス信号２３４を生成する。一つの実施形態では、スイッチ・コントローラ２０４は、センス信号２３４に基づき、スイッチ・コントロール信号２３０とフィードバック信号２３２とを生成する。一つの実施形態では、スイッチ・コントローラ２０４は、所望の電流レベルを表わす基準信号REFとセンス信号２３４とを比較し、本比較の結果の基づき、スイッチ・コントロール信号２３０を生成する。このように、スイッチ・コントロール信号２３０は光源２０６を通る電流を所望の電流レベルに調整するよう、スイッチング・レギュレータ２０８を制御する。フィードバック信号２３２は、所望の電流レベルをもつ電流を生成するため、光源２０６が必要とする順電圧を表わす。このようにして、フィードバック信号２３２を受信すると、コンバータ回路２０２は、光源２０６の電力要求を満足させるため、出力電圧VOUT_Hを調整する。
【００１４】
一つの実施形態では、光源２０６には、一つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ)ストリングを含む。各々のＬＥＤストリングには、直列に接続した一つ以上のＬＥＤを含む。一つの実施形態では、スイッチング・レギュレータ２０８には、エネルギ蓄積素子２２０とスイッチ素子２２２とを含む。エネルギ蓄積素子２２０は光源２０６に接続され、エネルギ蓄積素子２２０を通して流れる電流Ｉ２２０は、光源２０６を通る電流を決定する。
【００１５】
一つの実施形態では、スイッチ素子２２２は、電力供給ライン２４１、電力供給ライン２４２および、例えばもしアースに接続されたならば０ボルトの基準電圧ＶＲＥＦを持つ基準ノード２４４に接続される。スイッチ素子２２２は、多数の動作状態で動作するよう、スイッチ・コントロール信号２３０により制御される。異なる動作状態の間、エネルギ蓄積素子２２０の電流Ｉ２２０のため、異なる電流経路を流すよう、スイッチ素子２２２は、電力供給ライン２４１、電力供給ライン２４２および基準ノード２４４をエネルギ蓄積素子２２０の端子に選択的に接続する。
【００１６】
もっと具体的には、スイッチ素子２２２の動作状態には、スイッチ−オン状態およびスイッチ−オフ状態を含む。スイッチ−オン状態に間、スイッチ素子２２２は、電力供給ライン２４１、電力供給ライン２４２および基準ノード２４４のうちの二個を通して、電流Ｉ２２０を流す。動作電圧Ｖ２２０は電流Ｉ２２０を増加させるため第一のレベルを持ち、エネルギ蓄積素子２２０は充電される。スイッチ−オフ状態の間、スイッチ素子２２２は、電力供給ライン２４１、電力供給ライン２４２および基準ノード２４４のうちのもう一つの二個を通して、電流Ｉ２２０を流す。動作電圧Ｖ２２０は電流Ｉ２２０を減少させるために第二のレベルを持ち、エネルギ蓄積素子２２０は放電される。従って、スイッチ−オフ状態継続に対するスイッチ−オン状態継続の割合を調整することにより、光源２０６を通る電流（例えば、電流Ｉ２２０の平均電流）が制御される。スイッチング・レギュレータ２０８の動作については、図３、図６および図７に関連して更に説明する。
【００１７】
有利なことであるが、図３、図６および図７に関連して更に説明するように、電力供給ライン２４２の電圧ＶＯＵＴ＿Ｌのため、スイッチ素子２２２の両端にかかる動作電圧は、スイッチ−オン状態およびスイッチ−オフ状態の両方の間、ＶＯＵＴ＿Ｈより低く保持される。それ故、スイッチ素子２２２の定格電圧は、図１の従来の駆動回路１００におけるスイッチＳ１およびダイオードＤ１のそれらに比較して減少する。それによって、駆動回路２００の消費電力とコストは両方とも削減される。
【００１８】
図３は、本発明の一つの実施形態による、例えば光源２０６のような負荷を駆動するための駆動回路３００の略図である。図２におけると同じ参照番号を付けた素子は同様の機能を持つ。図２と組み合わせて図３を説明する。
【００１９】
図３の例では、光源２０６には、多くのＬＥＤを直列に接続したＬＥＤストリングを含む。駆動回路３００には、コンバータ回路２０２、スイッチ・コントローラ２０４、スイッチング・レギュレータ２０８および電流センサ２１０を含む。電流センサ２１０には、ＬＥＤストリング２０６を通して流れるＬＥＤ電流を表わすセンス信号２３４を生成するための、抵抗Ｒ３を含む。一つの実施形態では、センス信号２３４は抵抗Ｒ３の両端にかかる電圧である。センス信号２３４に基づき、スイッチ・コントローラ２０４は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）信号のようなスイッチ・コントロール信号２３０とフィードバック信号２３２とを生成する。
【００２０】
コンバータ回路２０２には、一つの実施形態では、コンバータ・コントローラ３０２とデュアル・コンバータ３０４とを含む。コンバータ・コントローラ３０２は、所望の電流を生成するよう、ＬＥＤストリング２０６が要求する順電圧を表わすフィードバック信号２３２を受信し、その結果、コントロール信号３１０を生成する。デュアル・コンバータ３０４は入力電圧ＶＩＮを受信し、コントロール信号３１０に基づき、出力電圧ＹＯＵＴ＿ＨおよびＶＯＵＴ＿Ｌを生成する。例えば、フィードバック信号２３２に基づき、コンバータ・コントローラ３０２は、コントロール信号３１０を調整して出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｈを増加または減少させ、ＬＥＤ電流を所望の電流レベルに制御する。
【００２１】
一つの実施形態では、デュアル・コンバータ３０４は、入力電圧ＶＩＮを受信し、出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌと、出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌプラス電圧ＶＤＩＦＦに等しい出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｈとを生成する。それ故、
ＶＯＵＴ＿Ｈ=ＶＯＵＴ＿Ｌ＋ＶＤＩＦＦ （１）
である。式（１）で示すように、もしＶＤＩＦＦが正のレベルを持つなら、ＶＯＵＴ＿ＬはＶＯＵＴ＿Ｈより低い。デュアル・コンバータ３０４の動作については、図４Ａ、図４Ｂおよび図５に関連して更に説明する。
【００２２】
スイッチング・レギュレータ２０８は、ＬＥＤストリング２０６を通じて流れる電流を制御するために動作可能である。図３の実施形態では、スイッチング・レギュレータ２０８はバック構成を持つ。スイッチング・レギュレータ２０８のエネルギ蓄積素子２２０には、ＬＥＤストリング２０６に接続したインダクタＬ３を含む。スイッチング・レギュレータ２０８のスイッチ素子２２２には、スイッチＳ３とダイオードＤ３とを含む。例えば、スイッチＳ３はＮ型金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタであることができる。ダイオードＤ３のアノードおよびスイッチＳ３のドレインは共通ノードに一緒に接続され、共通ノードは、インダクタＬ３およびＬＥＤストリング２０６を通して電力供給ライン２４１に接続される。ダイオードＤ３のカソードは電力供給ライン２４２に接続される。スイッチＳ３のソースは抵抗Ｒ３を通してアースに接続される。
【００２３】
スイッチ・コントロール信号２３０に基づき、スイッチ素子２２２は、アース、電力供給ライン２４１および電力供給ライン２４２をインダクタＬ３に選択的に接続する。もっと具体的には、スイッチ・コントロール信号２３０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号であることができる。スイッチ・コントロール信号２３０が論理的高レベルである場合、スイッチ素子２２２は、スイッチＳ３がオンで、ダイオードＤ３が逆バイアスであるようなスイッチ−オン状態で動作する。このように、インダクタＬ３の端子ＴＡは電力供給ライン２４１に電気的に接続され、インダクタＬ３の他の端子ＴＢはアースに電気的に接続される。それ故、電流Ｉ１は電力供給ライン２４１、ＬＥＤストリング２０６、インダクタＬ３、抵抗Ｒ３およびアースを通して流れ、次に、アースからデュアル・コンバータ３０４を通して電力供給ライン２４１に流れる。インダクタＬ３の動作電圧は第一のレベルを持つ。インダクタＬ３は充電され、その電流は増加する。
【００２４】
スイッチ・コントロール信号２３０が論理的低レベルである場合、スイッチ素子２２２は、スイッチＳ３がオフで、ダイオードＤ３が順バイアスであるようなスイッチ−オフ状態で動作する。端子ＴＡは電力供給ライン２４１に電気的に接続され、端子ＴＢは電力供給ライン２４２に電気的に接続される。それ故、電流Ｉ２は電力供給ライン２４１、ＬＥＤストリング２０６、インダクタＬ３、ダイオードＤ３および電力供給ライン２４２を通して流れ、次に、電力供給ライン２４２からデュアル・コンバータ３０４を通して電力供給ライン２４１に流れる。インダクタＬ３の動作電圧は電圧ＶＯＵＴ＿ＨおよびＶＯＵＴ＿Ｌが決定する第二のレベルを持つ。インダクタＬ３は放電し、その電流は減少する。
【００２５】
その結果、一つの実施形態では、インダクタ電流は、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的高レベルである場合には増加し、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的低レベルである場合には減少する。図３の例では、ＬＥＤ光源２０６を通る電流は、インダクタＬ３を通る平均電流に実質的に等しい。その結果、スイッチ・コントロール信号２３０のデューティ・サイクルを制御することにより、スイッチ・コントローラ２０４は、ＬＥＤ光源２０６を通る電流を所望の電流レベルに制御できる。
【００２６】
有利なことであるが、スイッチ素子２２２のスイッチ−オン状態の間、ダイオードＤ３の両端にかかる電圧ＶＤ３はＶＯＵＴ＿Ｈより低く、例えばＶＤ３はＶＯＵＴ＿Ｌにほぼ等しい。スイッチ素子２２２のスイッチ−オフ状態の間、スイッチＳ３の両端にかかる電圧ＶＳ３はまた、ＶＯＵＴ＿Ｈより低い。即ち、デュアル・コンバータ３０４からの出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌを利用することにより、スイッチＳ３およびＤ３の各々の両端にかかる動作電圧は、スイッチ−オンおよびスイッチ−オフ状態の両方の間、ＶＯＵＴ＿Ｈより低く保持される。それ故、駆動回路３００の消費電力とコストを削減するよう、そのようなコンポーネントの定格電圧を減少させることができる。
【００２７】
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の一つの実施形態による、コンバータ回路２０２の例を示す。図２および図３と同じ参照番号を付けた素子は同様な機能を持つ。図４Ａおよび図４Ｂについては、図２および図３と組み合わせて説明する。
【００２８】
図４Ａおよび図４Ｂの例で、デュアル・コンバータ３０４には、抵抗４０２、スイッチ４１６、変圧器Ｔ１、ダイオード４１０と４１２およびキャパシタ４０８と４１４を含む。変圧器Ｔ１には、一次巻線４０４、鉄心４０５および二次巻線４０６を含む。デュアル・コンバータ３０４は出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌおよび電圧ＶＤＩＦＦを生成する。もっと具体的には、図４Ａに示すように、変圧器Ｔ１の一次巻線４０４、ダイオード４１２、キャパシタ４１４およびスイッチ４１６は、スイッチモード昇圧コンバータ４５２を構成する。コンバータ・コントローラ３０２は駆動信号４６０を生成してスイッチ４１６を制御する。一つの実施形態では、駆動信号４６０は、スイッチ４１６を交互にオンとオフする、デューティ・サイクルＤＤＵＴＹを持つＰＷＭ信号である。このように、スイッチモード昇圧コンバータ４５２は入力電圧ＶＩＮを出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌに変換する。もし抵抗４０２の抵抗を無視するなら、電力供給ライン２４２の出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌは次式により計算される：
ＶＯＵＴ＿Ｌ＝ＶＩＮ／（１−ＤＤＵＴＹ）。 （２）
【００２９】
更に、図４Ｂに示すように、変圧器Ｔ１（例えば一次巻線４０４、鉄心４０５および二次巻線４０６を含むＴ１）、ダイオード４１０、キャパシタ４０８およびスイッチ４１６は、スイッチモード・フライバック・コンバータ４５４を構成する。駆動信号４６０に基づいてスイッチ４１６を交互にオンおよびオフすることにより、フライバック・コンバータ４５４は入力電圧ＶＩＮを電圧ＶＤＩＦＦに変換する。電圧ＶＤＩＦＦは次式により得られる。
ＶＤＩＦＦ＝ＶＩＮ＊（Ｎ４０６／Ｎ４０４）＊ＤＤＵＴＹ／（１−ＤＤＵＴＹ） （３）
ここで、Ｎ４０６／Ｎ４０４は、一次巻線４０４に対する二次巻線４０６の巻数比を表わす。
【００３０】
一つの実施形態では、二次巻線４０６の非極性端を電力供給ライン２４２に接続するため、式（１）に示すように、出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｈは出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌプラス電圧ＶＤＩＦＦに等しい。それ故、（１）、（２）および（３）に基づき、
ＶＯＵＴ＿Ｈ＝ＶＯＵＴ＿Ｌ＊（１＋ＤＤＵＴＹ＊（Ｎ４０６／Ｎ４０４）） （４）
となる。式（４）に示すように、デューティ・サイクルＤＤＵＴＹがゼロより大きい限り、ＶＯＵＴ＿ＨはＶＯＵＴ＿Ｌより大きい。更に、式（２）および（４）によれば、駆動信号４６０のデューティ・サイクルＤＤＵＴＹを調整することにより、その結果としてＶＯＵＴ＿ＨとＶＯＵＴ＿Ｌは両方とも調整される。
【００３１】
有利なことであるが、図４Ａに示す昇圧コンバータ４５２および図４Ｂに示すフライバック・コンバータ４５４は、一次巻線４０４とスイッチ４１６のような共通のコンポーネントを持ち、このことはコンポーネント数を削減する。コンバータ回路３０４のサイズは減少し、駆動回路２００のコストは削減される。
【００３２】
抵抗４０２は、一次巻線４０４を通して流れる電流を表わす電流監視信号４６２を提供する。コンバータ・コントローラ３０２は電流監視信号４６２を受信し、コンバータ回路３０４が異常または不要な状態、例えば過電流状態になっているかどうかを決定する。コンバータ・コントローラ３０２はコンバータ回路３０４を制御して異常または不要な状態を阻止する。例えば、コンバータ回路３０２が過電流状態になっているということをもし電流監視信号４６２が表わすなら、コンバータ・コントローラ３０２は、駆動信号４６０を介してスイッチ４１６をオフにする。
【００３３】
図５は、本発明の一つの実施形態による、コンバータ回路２０２のもう一つの例である。図２−図４におけると同じ参照番号を付けた素子は同様な機能を持つ。図５について、図２および図３と組み合わせて説明する。
【００３４】
図５の例では、デュアル・コンバータ３０４には、変圧器Ｔ２、ダイオード５１０と５１２、キャパシタ５１３と５１６、スイッチ５１８および抵抗４０２を含む。変圧器Ｔ２は、一次巻線５０４、鉄心５０５、二次巻線５０６および補助巻線５０８を持つ。コンバータ・コントローラ２３２は、例えばＰＷＭ信号のような駆動信号４６０を生成し、スイッチ５１８を交互にオンおよびオフする。一次巻線５０４、鉄心５０５、二次巻線５０６、スイッチ５１８、ダイオード５１０およびキャパシタ５１４は、第一のフライバック・コンバータを構成する。第一のフライバック・コンバータは入力電圧ＶＩＮを電圧ＶＤＩＦＦ’に変換する。電圧ＶＤＩＦＦ’は次式のように表現される：
ＶＤＩＦＦ’＝ＶＩＮ＊（Ｎ５０６／Ｎ５０４）＊ＤＤＵＴＹ／（１−ＤＤＵＴＹ）、 （５）
ここで、Ｎ５０６／Ｎ５０４は二次巻線５０６と一次巻線５０４との巻線比を表わす。
【００３５】
同様に一次巻線５０４、鉄心５０５、補助巻線５０８、スイッチ５１８、ダイオード５１２およびキャパシタ５１６は、第二のフライバック・コンバータを構成する。第二のフライバック・コンバータは入力電圧ＶＩＮを電圧ＶＯＵＴ＿Ｌに変換する。電圧ＶＯＵＴ＿Ｌは次式のように表現される：
ＶＯＵＴ＿Ｌ＝ＶＩＮ＊（Ｎ５０８／Ｎ５０４）＊ＤＤＵＴＹ／（１−ＤＤＵＴＹ）、 （６）
ここで、Ｎ５０８／Ｎ５０４は補助巻線５０８と一次巻線５０４との巻線比を表わす。
【００３６】
二次巻線５０６の非極性端は電力供給ライン２４２に接続されているので、式（１）により、電圧ＶＯＵＴ＿Ｈは電圧ＶＯＵＴ＿Ｌプラス電圧ＶＤＩＦＦに等しい。式（１）、（５）および（６）に基づき、出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｈは次式で計算される：
ＶＯＵＴ＿Ｈ＝ＶＯＵＴ＿Ｌ＊（１＋Ｎ５０６／Ｎ５０８）。 （７）
式（７）に示すように、ＶＯＵＴ＿ＨはＶＯＵＴ＿Ｌより大きい。式（６）および（７）に示すように、ＶＯＵＴ＿ＨおよびＶＯＵＴ＿Ｌの両方は駆動信号４６０のデューティ・サイクルＤＤＵＴＹにより調整される。
【００３７】
有利なことであるが、第一および第二のフライバック・コンバータは幾つかの共通のコンポーネントを共有し、このことはコンバータ回路３０４のサイズを減少し、駆動回路２００のコストを削減する。
【００３８】
図３に関連して議論したように、スイッチ素子２２２のスイッチ−オン状態の間（例えば、スイッチＳ３がオンの場合）、電流Ｉ１はデュアル・コンバータ３０４を通してアースから電力供給ライン２４１に流れる。スイッチ素子２２２のスイッチ−オフ状態の間（例えば、スイッチＳ３がオフの場合）、電流Ｉ２はデュアル・コンバータ３０４を通して電力供給ライン２４２から電力供給ライン２４１に流れる。もし図４Ａおよび図４Ｂに示すようにデュアル・コンバータ３０４を使用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線４０６は、電流Ｉ１をアースからキャパシタ４１４を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間、二次巻線４０６は、電流Ｉ２を電力供給ライン２４２から電力供給ライン２４１に変換する。もし図５に示すようにデュアル・コンバータ３０４を使用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線５０６は、電流Ｉ１をアースからキャパシタ５１６を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間、二次巻線５０６は、電流Ｉ２を電力供給ライン２４２から電力供給ライン２４１に変換する。デュアル・コンバータ３０４は他の構成を含むことができ、図４Ａ、図４Ｂおよび図５に示す例に限定されない。
【００３９】
図６は、本発明のもう一つの実施形態による、例えばＬＥＤストリング２０６のような負荷を駆動するための駆動回路６００の略図を示す。図２および図３におけると同じ参照番号を付けた素子は同様の機能を持つ。図２−図５と組合わせて図６を説明する。
【００４０】
図６の例では、電流センサ２１０には抵抗Ｒ６と誤差増幅器６０２を含む。誤差増幅器６０２は抵抗Ｒ６の両端にかかる電圧を受信し、その結果、ＬＥＤストリング２０６を通る電流を表わすセンス信号２３４を生成する。一つの実施形態では、電流センサ２１０とＬＥＤストリング２０６との間に接続されたスイッチング・レギュレータ２０８はバック構成を持つ。スイッチング・レギュレータ２０８にはスイッチ素子２２２とエネルギ蓄積素子２２０とを含む。一つの実施形態では、エネルギ蓄積素子２２０にはＬＥＤストリング２０６に接続されたインダクタＬ６を含む。スイッチ素子２２２には、スイッチＳ６とダイオードＤ６とを含む。一つの実施形態では、スイッチＳ６はＰ型ＭＯＳトランジスタであることができる。ダイオードＤ６のアノードは電力供給ライン２４２に接続される。ダイオードＤ６のカソードとスイッチＳ６のドレインは、インダクタＬ６とＬＥＤストリング２０６とを通してアースに接続される、共通のノードに一緒に接続される。スイッチＳ６のソースは、電流センサ２１０を通して電力供給ライン２４１に接続される。
【００４１】
例えばＰＷＭ信号のようなスイッチ・コントロール信号２３０により、スイッチ素子２２２はアース、電力供給ライン２４１および電力供給ライン２４２を選択的に接続する。もっと具体的には、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的低レベルである場合、スイッチ素子２２２はスイッチ−オン状態で動作し、スイッチＳ６はオンで、ダイオードＤ６は逆バイアスされる。そのように、電力供給ライン２４１とアースはインダクタＬ３の端子に電気的に接続される。電流Ｉ１’は電力供給ライン２４１、抵抗Ｒ６、スイッチＳ６、インダクタＬ６、ＬＥＤストリング２０６、アースを通して流れ、次に、アースからデュアル・コンバータ３０４を通して電力供給ライン２４１に流れる。インダクタ電流は端子ＴＡから端子ＴＢに流れるので、出力電圧ＶＯＵＴ＿ＨはインダクタＬ６を充電し、それ故インダクタ電流Ｉ１’は増加する。
【００４２】
更に、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的高レベルである場合、スイッチ素子２２２はスイッチ−オフ状態で動作し、スイッチＳ６はオフで、ダイオードＤ６は順バイアスされる。このように、電力供給ライン２４２およびアースはインダクタＬ６の端子に電気的に接続される。電流Ｉ２’は、電力供給ライン２４２、ダイオードＤ６、インダクタＬ６、ＬＥＤストリング２０６およびアースを通して流れ、次に、アースからデュアル・コンバータ３４０を通して電力供給ライン２４２に流れる。インダクタＬ６は放電してＬＥＤストリング２０６に電力を供給し、端子ＴＡから端子ＴＢに流れる、例えばＩ２’のようなインダクタ電流は徐々に減少する。図３の駆動回路３００に類似して、スイッチ・コントローラ２０４は、スイッチ・コントロール信号２３０のデューティ・サイクルを調整することにより、所望の電流レベルにＬＥＤ電流を調整できる。
【００４３】
有利なことであるが、スイッチ−オン状態の間、ダイオードＤ６の両端にかかる電圧ＶＤ６はＶＯＵＴ＿Ｌより低い。スイッチ−オフ状態の間、スイッチＳ６の両端にかかる電圧はＶＯＵＴ＿ＨマイナスＶＯＵＴ＿Ｌに凡そ等しい。即ち、電圧ＶＯＵＴ＿Ｌを利用することにより、スイッチＳ６およびダイオードＤ６の各々の両端にかかる動作電圧は、スイッチ−オンおよびスイッチ−オフ状態の両方の間ＶＯＵＴ＿Ｌより低く保持される。そのように、スイッチＳ６およびダイオードＤ６の定格電圧は減少され、駆動回路６００の消費電力とコストを削減できる。
【００４４】
また、図４Ａ、図４Ｂおよび図５の例におけるデュアル・コンバータ３０４は、駆動回路６００で使用できる。もし図４Ａと図４Ｂにデュアル・コンバータ３０４を採用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線４０６は、電流Ｉ１’をアースからキャパシタ４１４を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間では、電流Ｉ２’はアースからキャパシタ４１４を通って電力供給ライン２４２に流れる。もし図５でデュアル・コンバータ３０４を採用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線５０６は、電流Ｉ１’をアースからキャパシタ５１６を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間は、電流Ｉ２’はアースからキャパシタ５１６を通って電力供給ライン２４２に流れる。
【００４５】
図７は、本発明のもう一つの実施形態による、例えばＬＥＤストリング２０６のような負荷を駆動するための駆動回路７００の略図である。図２におけると同じ参照番号を付けた素子は同様の機能を持つ。図２−図７と組み合わせて図７を説明する。
【００４６】
図７の例では、ＬＥＤストリング２０６に接続したスイッチング・レギュレータ２０８は昇圧構成を持つ。蓄積素子２２０には電力供給ライン２４１に接続したインダクタＬ７を含む。スイッチ素子２２２にはスイッチＳ７とダイオードＤ７を含む。一つの実施形態では、スイッチＳ７はＮ型ＭＯＳトランジスタであることができる。ダイオードＤ７のアノードとスイッチＳ７のドレインは共通ノードに一緒に接続され、共通ノードは、インダクタＬ７を通して電力供給ライン２４１に接続される。スイッチＳ７のソースは電力供給ライン２４２に接続される。ダイオードＤ７のカソードはＬＥＤストリング２０６とセンサ２１０とを通してアースに接続される。
【００４７】
例えばＰＷＭ信号のようなコントロール信号２３０に従って、スイッチ素子２２２は、アース、電力供給ライン２４１および電力供給ライン２４２をインダクタＬ７に選択的に接続する。もっと具体的には、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的高レベルである場合、スイッチ素子２２２はスイッチ−オン状態で動作し、スイッチＳ７はオンで、ダイオードＤ７は逆バイアスされる。そのように、電力供給ライン２４１および電力供給ライン２４２はインダクタＬ７の端子に電気的に接続される。電流Ｉ１”は電力供給ライン２４１、インダクタＬ７、スイッチＳ７および電力供給ライン２４２を通して流れ、次に、電力供給ライン２４２からデュアル・コンバータ３０４を通って電力供給ライン２４１に流れる。インダクタ電流は端子ＴＡから端子ＴＢに流れる。インダクタＬ７は充電され、電流Ｉ１”は増加する。ダイオードＤ７は逆バイアスされるので、キャパシタＣ７はＬＥＤストリング２０６に電力を供給する。
【００４８】
更に、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的低レベルである場合、スイッチ素子２２２はスイッチ−オフ状態で動作し、スイッチＳ７はオフで、ダイオードＤ７は順バイアスされる。そのように、電力供給ライン２４１およびアースはインダクタＬ７の端子に電気的に接続される。電流Ｉ２”は電力供給ライン２４１、インダクタＬ７、ダイオードＤ７、ＬＥＤストリング２０６およびアースを通して流れ、次に、アースからデュアル・コンバータ３０４を通って電力供給ライン２４１に流れる。インダクタ電流は端子ＴＡから端子ＴＢに流れる。電流Ｉ２”は減少し、インダクタＬ７は放電されて、ＬＥＤストリング２０６に電力を供給してキャパシタＣ７を充電する。そのように、スイッチ・コントローラ２０４は、スイッチ・コントロール信号２３０のデューティ・サイクルを調整することによって、ＬＥＤ電流を制御する。
【００４９】
有利なことであるが、スイッチ−オン状態の間、ダイオードＤ７の両端にかかる電圧ＶＤ７はＶＯＵＴ＿Ｈより低い。スイッチ−オフ状態の間、スイッチＳ７の両端にかかる電圧はＶＯＵＴ＿Ｈより低い。即ち、電圧ＶＯＵＴ＿Ｌを利用することによって、スイッチＳ７とダイオードＤ７の各々の両端にかかる動作電圧は、スイッチ−オンおよびスイッチ−オフ状態の両方の間、ＶＯＵＴ＿Ｈより低く保持される。従って、スイッチＳ７とダイオードＤ７の定格電圧はＶＯＵＴ＿Ｈより低く、駆動回路７００の消費電力とコストを減少させる。
【００５０】
また、図４Ａ、図４Ｂおよび図５の例におけるデュアル・コンバータ３０４は、駆動回路７００で使用できる。もし図４Ａと図４Ｂにデュアル・コンバータ３０４を採用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線４０６は、電流Ｉ１”を電力供給ライン２４２からキャパシタ４１４を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間では、電流Ｉ２”はアースからキャパシタ４１４を通って電力供給ライン２４２に流れる。もし図５でデュアル・コンバータ３０４を採用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線５０６は、電流Ｉ１’を電力供給ライン２４２からキャパシタ５１６を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間は、電流Ｉ２’はアースからキャパシタ５１６を通って電力供給ライン２４２に流れる。本構成が特許請求範囲内にあり、図３と図６のバック構成および図７の昇圧構成に限定されない限り、スイッチング・レギュレータ２０８は他の構成を持つことができる。
【００５１】
図８は、本発明の一つの実施形態による、駆動回路８００の略図である。図２におけると同じ参照番号を付けた素子は同様の機能を持つ。図２、図３、図６および図７と組み合わせて図８を説明する。
【００５２】
駆動回路８００には、電力供給ライン２４１に出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｈを、そして電力供給ライン２４２に出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌを生成するために動作可能な、コンバータ回路２０２を含む。図８の例では、二つ以上のＬＥＤストリングを駆動するために駆動回路８００を使用する。三つのＬＥＤストリング８０６＿１、８０６＿２および８０６＿３を図８の例に示すが、駆動回路８００には、ＬＥＤストリングの他の番号を含めることができる。各々のＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３は、図３の駆動回路３００に類似の回路に接続される。例えば、ＬＥＤストリング８０６＿１は、ダイオードＤ８＿１、スイッチＳ８＿１およびインダクタＬ８＿１を含むスイッチング・レギュレータに接続され；ＬＥＤストリング８０６＿２は、ダイオードＤ８＿２、スイッチＳ８＿２およびインダクタＬ８＿２を含むスイッチング・レギュレータに接続され；ＬＥＤストリング８０６＿３は、ダイオードＤ８＿３、スイッチＳ８＿３およびインダクタＬ８＿３を含むスイッチング・レギュレータに接続される。
【００５３】
駆動回路８００には、ＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３それぞれを通るＬＥＤ電流を制御するために動作可能な、多数のスイッチ・コントローラ８０４＿１、８０４＿２および８０６＿３を更に含む。例えば、スイッチ・コントローラ８０４＿１−８０４＿３はそれぞれ、所望の電流レベルを表わす基準信号ＲＥＦにセンス信号ＩＳＥＮ＿１−ＩＳＥＮ＿３を比較し、ＬＥＤ電流を所定の電流レベルに調整するため、スイッチ・コントロール信号ＰＷＭ＿１−ＰＷＭ＿３を生成する。言い換えれば、ＬＥＤストリングが一定の輝度を提供するよう、スイッチ・コントローラ８０４＿１−８０４＿３は、ＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３を通る電流をバランスさせることができる。
【００５４】
スイッチ・コントローラ８０４＿１−８０４＿３は、所定の電流レベルを持つＬＥＤ電流をもたらすため、対応するＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３が必要とする順電圧を各々が表わす、誤差信号ＶＡＥ＿１，ＶＡＥ＿２およびＶＡＥ＿３を更に生成する。駆動回路８００にはフィードバック選択回路８１２を更に含み、誤差信号ＶＥＡ＿１−ＶＥＡ＿３を受信してどのＬＥＤストリングが、ＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３のそれらの間で最大順電圧を持つかを決定する。結果として、フィードバック選択回８１２は、最大順電圧持つＬＥＤストリングのＬＥＤ電流を表わすフィードバック信号８１０を生成する。それ故、一つの実施形態では、最大順電圧を持つＬＥＤストリングの電力要求を満足させるため、フィードバック信号８１０に基づいて、コンバータ回路２０２は出力電圧VOUT_Hを調整する。出力電圧VOUT_Hは、最大順電圧を持つＬＥＤストリングの電力要求を満足させることができるので、他のＬＥＤストリングの電力要求もまた満足させることができる。駆動回路８００は他の構成を持つことができ、例えば、各々のＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３は、図６または図７に示す回路によって駆動可能である。
【００５５】
有利なことであるが、電力供給ライン２４２の出力電圧VOUT_Lのため、各々のＬＥＤストリングに関連するスイッチ素子の定格電圧を減少させることができる。それ故、駆動回路８００の消費電力およびコストが削減される。
【００５６】
図９は、本発明の一つの実施形態による、例えば駆動回路２００のような駆動回路が実行する動作のフローチャート９００を示す。図２−図８と組み合わせて図９について説明する。図９では具体的なステップを開示するが、そのようなステップは例である。即ち、本発明は、各種の他のステップまたは図９で列挙するステップの変形を実行するのによく適する。
【００５７】
ブロック９０２では、例えばＬＥＤ光源２０６のような光源に電力を供給するため、第一の電力供給ラインに、例えば電圧VOUT_Hのような第一の出力電圧を供給する。ブロック９０４で、前記第一の出力電圧より低い、例えば電圧VOUT_Lのような第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給する。
【００５８】
ブロック９０６で、例えばスイッチ素子２２２のようなスイッチ素子は第一の状態で動作し、その間は、例えばエネルギ蓄積素子２２０のようなエネルギ蓄積素子を充電する。ブロック９０８で、スイッチ素子は第二の状態で動作し、その間はエネルギ蓄積素子を放電する。ブロック９１０で、エネルギ蓄積素子を充電する場合およびエネルギ蓄積素子を放電する場合の時間継続を制御することによって、光源を通る電流を制御する。一つの実施形態では、エネルギ蓄積素子にはインダクタを含む。一つの実施形態では、スイッチ素子にはトランジスタおよびダイオードを含む。
【００５９】
ブロック９１２で、第一の状態および第二の状態の両方の間で、スイッチ素子の両端にかかる動作電圧を第一の出力電圧より低く保持するよう、第二の出力電圧を供給する。一つの実施形態では、エネルギ蓄積素子を充電するため、第一の電力供給ラインおよび基準ノードを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。エネルギ蓄積素子を放電するため、第一の電力供給ラインおよび第二の電力供給ラインを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。更にもう一つの実施形態では、エネルギ蓄積素子を充電するため、第一電力供給ラインおよび基準ノードを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。エネルギ蓄積素子を放電するため、第二の電力供給ラインおよび基準ノードを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。更にもう一つの実施形態では、エネルギ蓄積素子を充電するため、第一電力供給ラインおよび第二の電力供給ラインを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。エネルギ蓄積素子を放電するため、第二の電力供給ラインおよび基準ノードを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。
【００６０】
前記の説明および図面は本発明の実施形態を表わしているが、当然なことであるが、添付の請求項で定めた本発明の原理の精神および範囲から逸脱すること無しに、各種の追加、修正および置換をそこで行える可能性がある。当業者には当然のことであるが、本発明は、形式、構造、配置、比率、材料、素子およびコンポーネントに対して多くの変更をして使用してもよく、さもなければ、本発明の原理から逸脱すること無しに、具体的な環境および動作上の要求条件に特別に適応した本発明の実行において使用されてもよい。従って、ここで開示した実施形態は、全ての点において、実例的および非制限的と考えるべきであり、本発明の範囲は、添付の請求項およびそれらの合法的等価物によって示され、前記の説明には制限されない。
【符号の説明】
【００６１】
１００ 駆動回路
１０２ コンバータ回路
１０４ スイッチ・コントローラ
１０６ ＬＥＤストリング
１０８ スイッチング・レギュレータ
１３０ ＰＭＷ信号
１４１ 電力供給ライン
２００ 駆動回路
２０２ コンバータ回路
２０４ スイッチ・コントローラ
２０６ 光源
２０８ スイッチング・レギュレータ
２１０ 電流センサ
２３０ スイッチ・コントロール信号
２３２ フィードバック信号
２３４ センス信号
２４１ 電力供給ライン
２４２ 電力供給ライン
２４４ 基準ノード
３００ 駆動回路
３０２ コンバータ・コントローラ
３０４ デュアル・コンバータ
４０２ 抵抗
４０４ 一次巻線
４０５ 鉄心
４０６ 二次巻線
４０８ キャパシタ
４１０ ダイオード
４１２ ダイオード
４１４ キャパシタ
４５２ 昇圧コンバータ
４６０ 駆動信号
４６２ 電流監視信号
５０４ 一次巻線
５０５ 鉄心
５０６ 二次巻線
５０８ 補助巻線
５１０、５１２ ダイオード
５１４、５１６ キャパシタ
６００ 駆動回路
６０２ 誤差増幅器
７００、８００ 駆動回路
８０４＿１、８０４＿２、８０４＿３ スイッチ・コントローラ
８０６＿１、８０６＿２、８０６＿３ ＬＥＤストリング
８１０ フィードバック信号
８１２ フィードバック選択回
９００ フローチャート
９０２ 光源に電力を供給するため、第一の出力電圧を第一の電力供給ラインに供給
９０４ 第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給
９０６ エネルギ蓄積素子を充電するため、第一の状態でスイッチ素子を動作
９０８ エネルギ蓄積素子を放電するため、第二の状態でスイッチ素子を動作
９１０ エネルギ蓄積素子を充電する場合とエネルギ蓄積素子を放電する場合の時間継続を調整することにより、光源と通る電流を制御
９１２ スイッチ素子の両端にかかる動作電圧を第一の出力電圧より低く保持するよう、第二の出力電圧を供給
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤストリングを駆動するための駆動回路に関し、もっと具体的には、駆動回路の消費電力を削減し、コストを低減させる回路と方法に関する。
[関連出願]
本出願は、同時係属中米国特許出願、シリアル番号第１３／０８６，８２２号、「光源に電力を供給するための回路と方法」（２０１１年４月１４日出願）の一部継続出願であり、前記出願は、同時係属中米国特許出願、シリアル番号第１２／２２１，６４８号、「光源に電力を供給するための駆動回路」（２００８年８月５日出願）、現在は米国特許番号第７，９１９，９３６号、米国仮出願番号第６１／３７４，１１７号、（光源に電力を供給するための回路と方法）（２０１０年８月１６日出願）の一部継続出願であり、これら全ては、参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
表示システムでは、表示パネルを照らすため、駆動回路により一つ以上の光源を駆動する。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）バックライトを有する液晶表示（ＬＥＤ）システムでは、ＬＥＤパネルを照らすためにＬＥＤアレイを使用する。通常、ＬＥＤアレイには一つ以上のＬＥＤストリングを含み、各々のＬＥＤストリングには、直列に接続したＬＥＤのグループを含む。
【０００３】
図１は、従来の駆動回路１００のブロック図である。駆動回路１００は、ＬＥＤストリング１０６を駆動するために使用され、コンバータ回路１０２、スイッチ・コントローラ１０４およびスイッチング・レギュレータ１０８を含む。コンバータ回路１０２は入力電圧ＶＩＮを受信し、ＬＥＤストリング１０６に電力供給ライン１４１で出力電圧ＶＯＵＴを供給する。スイッチング・レギュレータ１０８には、ＬＥＤストリング１０６に直列に接続したインダクタＬ１を含む。スイッチング・レギュレータ１０８には、インダクタＬ１を通して流れるインダクタ電流を制御するため、スイッチＳ１とダイオードＤ１とを含む。もっと具体的には、スイッチ・コントローラ１０４は、スイッチＳ１をオンおよびオフするため、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号１３０を供給する。スイッチＳ１をオンにすると、ダイオードＤ１は逆バイアスされ、インダクタ電流は電力供給ライン１４１、ＬＥＤストリング１０６、インダクタＬ１、スイッチＳ１および抵抗ＲＳＥＮを通して順番に流れる。出力電圧ＶＯＵＴはＬＥＤストリング１０６に電力を供給し、インダクタＬ１に充電する。スイッチＳ１をオフにすると、ダイオードＤ１は順バイアスされ、インダクタ電流はインダクタＬ１、ダイオードＤ１、電力供給ライン１４１およびＬＥＤストリング１０６を通して順番に流れる。インダクタＬ１は放電してＬＥＤストリング１０６に電力を供給する。このように、ＰＷＭ信号１３０のデューティ・サイクルを調整することにより、インダクタ電流の平均レベルを制御し、それ故、ＬＥＤストリング１０６を通じる電流を制御する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スイッチＳ１がオフの場合、例えばＶＡＮＯＤＥのようなダイオードＤ１のアノードでの電圧は、ダイオードＤ１を順バイアスするため、ＶＯＵＴより大きくなるよう増加する。その結果、例えばＶＡＮＯＤＥ−ＶＲのようなスイッチＳ１の両端にかかる電圧はＶＯＵＴにおおよそ等しい。スイッチＳ１がオンの場合、ダイオードＤ１の両端にかかる電圧はＶＯＵＴにほぼ等しい。従って、スイッチＳ１およびダイオードＤ１のようなスイッチイング素子の定格電圧は、ＶＯＵＴより高くなければならない。そうでなければ、動作電圧がＶＯＵＴにおおよそ等しい場合、スイッチイング素子は損傷を被る可能性がある。ＬＥＤストリング１０６のＬＥＤの数を増加してより高い輝度を達成する場合、出力電圧ＶＯＵＴを増加させる。このように、従来技術は、比較的高い定格電圧を有するスイッチイング素子が駆動回路１００の消費電力とコストとを増加させる、という課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に電力を供給ための駆動回路には、コンバータ回路、エネルギ蓄積素子およびスイッチ素子を含む。コンバータ回路は、第一の電力供給ラインに第一の出力電圧を供給してＬＥＤ光源に電力を供給し、第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給する。エネルギ蓄積素子は充電し放電してＬＥＤ光源を通じる電流を制御する。スイッチイング素子は、エネルギ蓄積素子を充電する第一の状態で動作し、エネルギ蓄積素子を放電する第二の状態で動作する。コンバータ回路は第二の出力電圧を供給し、第一の状態と第二の状態の両方の間、スイッチイング素子の両端にかかる動作電圧を、第一の出力電圧より低く保持する。
【０００６】
以下の詳細な説明が進むにつれ、そして図面を参照することにより、本特許請求範囲の主題の実施形態が持つ特徴と利点が明らかになるであろう。ここでは同様の番号は同様の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来の駆動回路のブロック図である。
【図２】本発明の一つの実施形態による、負荷を駆動するための駆動回路のブロック図である。
【図３】本発明の一つの実施形態による、負荷を駆動するための駆動回路のもう一つのブロック図である。
【図４Ａ】本発明の一つの実施形態による、コンバータ回路の例である。
【図４Ｂ】本発明の一つの実施形態による、コンバータ回路の例である。
【図５】本発明の一つの実施形態による、コンバータ回路のもう一つの例である。
【図６】本発明の一つの実施形態による、負荷を駆動するための駆動回路のもう一つの図である。
【図７】本発明の一つの実施形態による、負荷を駆動するための駆動回路のもう一つの図である。
【図８】本発明の一つの実施形態による、多数の負荷を駆動するための駆動回路の図である。
【図９】本発明の一つの実施形態による、駆動回路が実行する動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、参照をして、本発明の実施形態に対して詳細に説明する。これらの実施形態と関連して本発明について説明するが、当然のことながら、それらは本発明をこれらの実施形態に限定することを意図していない。反対に、本発明は、代替案、修正案および等価物を含めることを意図しており、これらは、添付の特許請求範囲が定める本発明の精神と範囲内に含まれる可能性がある。
【０００９】
更に、本発明の以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するため、多くの具体的な詳細について説明する。しかしながら、通常の当業者の内のひとりには当然認識されることであるが、本発明は、これらの具体的な詳細無しに実行される可能性がある。他の例では、周知の方法、手順、コンポーネントおよび回路について、本発明の側面を不必要に曖昧にしないために、詳細には説明しなかった。
【００１０】
本発明による実施形態は、負荷に電力を供給するための駆動回路を提供する。説明のために、本発明については、発光ダイオード・ストリングのような光源に電力を供給することに関連して説明する。しかしながら、本発明は光源に電力を供給することに限定されず、他の形式の負荷に電力を供給ために使用可能である。駆動回路には、コンバータ回路、エネルギ蓄積素子およびスイッチ素子を含む。コンバータ回路は、光源を駆動するため第一の出力電圧を第一の電力供給ラインで供給し、第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインで供給する。スイッチ素子は第一の状態で動作して、その間はエネルギ蓄積素子を充電し、第二の状態で動作して、その間はエネルギ蓄積素子を放電する。第一の状態と第二の状態の時間継続を調整することにより、光源を通る電流を制御する。
【００１１】
有利なことであるが、第二の電力供給ラインの第二の出力電圧のため、スイッチ素子の両端にかかる動作電圧は、第一および第二の状態の両方の間、第一の出力電圧より低く保持される。このようにして、駆動回路の消費電力とコストを削減するため、スイッチ素子の定格電圧を減少させることができる。
【００１２】
図２は、本発明の一つの実施形態による、例えば光源２０６のような負荷を駆動するための駆動回路２００のブロック図を示す。駆動回路２００には、コンバータ回路２０２、スイッチ・コントローラ２０４、スイッチング・レギュレータ２０８および電流センサ２１０を含む。コンバータ回路２０２は入力電圧VINを受信し、電力供給ライン２４１に出力電圧VOUT_Hを生成し、そしてVOUT_Hより低い出力電圧VOUT_Lを電力供給ライン２４２に生成する。光源２０６を駆動するため、電圧VOUT_Hを使用する。スイッチング・レギュレータ２０８にある一つ以上のスイッチ素子の動作電圧を削減するため、電圧VOUT_Lを使用する。
【００１３】
光源２０６に接続した電流センサ２１０は、光源２０６を通る電流を表わすセンス信号２３４を生成する。一つの実施形態では、スイッチ・コントローラ２０４は、センス信号２３４に基づき、スイッチ・コントロール信号２３０とフィードバック信号２３２とを生成する。一つの実施形態では、スイッチ・コントローラ２０４は、所望の電流レベルを表わす基準信号REFとセンス信号２３４とを比較し、本比較の結果の基づき、スイッチ・コントロール信号２３０を生成する。このように、スイッチ・コントロール信号２３０は光源２０６を通る電流を所望の電流レベルに調整するよう、スイッチング・レギュレータ２０８を制御する。フィードバック信号２３２は、所望の電流レベルをもつ電流を生成するため、光源２０６が必要とする順電圧を表わす。このようにして、フィードバック信号２３２を受信すると、コンバータ回路２０２は、光源２０６の電力要求を満足させるため、出力電圧VOUT_Hを調整する。
【００１４】
一つの実施形態では、光源２０６には、一つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ)ストリングを含む。各々のＬＥＤストリングには、直列に接続した一つ以上のＬＥＤを含む。一つの実施形態では、スイッチング・レギュレータ２０８には、エネルギ蓄積素子２２０とスイッチ素子２２２とを含む。エネルギ蓄積素子２２０は光源２０６に接続され、エネルギ蓄積素子２２０を通して流れる電流Ｉ２２０は、光源２０６を通る電流を決定する。
【００１５】
一つの実施形態では、スイッチ素子２２２は、電力供給ライン２４１、電力供給ライン２４２および、例えばもしアースに接続されたならば０ボルトの基準電圧ＶＲＥＦを持つ基準ノード２４４に接続される。スイッチ素子２２２は、多数の動作状態で動作するよう、スイッチ・コントロール信号２３０により制御される。異なる動作状態の間、エネルギ蓄積素子２２０の電流Ｉ２２０のため、異なる電流経路を流すよう、スイッチ素子２２２は、電力供給ライン２４１、電力供給ライン２４２および基準ノード２４４をエネルギ蓄積素子２２０の端子に選択的に接続する。
【００１６】
もっと具体的には、スイッチ素子２２２の動作状態には、スイッチ−オン状態およびスイッチ−オフ状態を含む。スイッチ−オン状態に間、スイッチ素子２２２は、電力供給ライン２４１、電力供給ライン２４２および基準ノード２４４のうちの二個を通して、電流Ｉ２２０を流す。動作電圧Ｖ２２０は電流Ｉ２２０を増加させるため第一のレベルを持ち、エネルギ蓄積素子２２０は充電される。スイッチ−オフ状態の間、スイッチ素子２２２は、電力供給ライン２４１、電力供給ライン２４２および基準ノード２４４のうちのもう一つの二個を通して、電流Ｉ２２０を流す。動作電圧Ｖ２２０は電流Ｉ２２０を減少させるために第二のレベルを持ち、エネルギ蓄積素子２２０は放電される。従って、スイッチ−オフ状態継続に対するスイッチ−オン状態継続の割合を調整することにより、光源２０６を通る電流（例えば、電流Ｉ２２０の平均電流）が制御される。スイッチング・レギュレータ２０８の動作については、図３、図６および図７に関連して更に説明する。
【００１７】
有利なことであるが、図３、図６および図７に関連して更に説明するように、電力供給ライン２４２の電圧ＶＯＵＴ＿Ｌのため、スイッチ素子２２２の両端にかかる動作電圧は、スイッチ−オン状態およびスイッチ−オフ状態の両方の間、ＶＯＵＴ＿Ｈより低く保持される。それ故、スイッチ素子２２２の定格電圧は、図１の従来の駆動回路１００におけるスイッチＳ１およびダイオードＤ１のそれらに比較して減少する。それによって、駆動回路２００の消費電力とコストは両方とも削減される。
【００１８】
図３は、本発明の一つの実施形態による、例えば光源２０６のような負荷を駆動するための駆動回路３００の略図である。図２におけると同じ参照番号を付けた素子は同様の機能を持つ。図２と組み合わせて図３を説明する。
【００１９】
図３の例では、光源２０６には、多くのＬＥＤを直列に接続したＬＥＤストリングを含む。駆動回路３００には、コンバータ回路２０２、スイッチ・コントローラ２０４、スイッチング・レギュレータ２０８および電流センサ２１０を含む。電流センサ２１０には、ＬＥＤストリング２０６を通して流れるＬＥＤ電流を表わすセンス信号２３４を生成するための、抵抗Ｒ３を含む。一つの実施形態では、センス信号２３４は抵抗Ｒ３の両端にかかる電圧である。センス信号２３４に基づき、スイッチ・コントローラ２０４は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）信号のようなスイッチ・コントロール信号２３０とフィードバック信号２３２とを生成する。
【００２０】
コンバータ回路２０２には、一つの実施形態では、コンバータ・コントローラ３０２とデュアル・コンバータ３０４とを含む。コンバータ・コントローラ３０２は、所望の電流を生成するよう、ＬＥＤストリング２０６が要求する順電圧を表わすフィードバック信号２３２を受信し、その結果、コントロール信号３１０を生成する。デュアル・コンバータ３０４は入力電圧ＶＩＮを受信し、コントロール信号３１０に基づき、出力電圧ＹＯＵＴ＿ＨおよびＶＯＵＴ＿Ｌを生成する。例えば、フィードバック信号２３２に基づき、コンバータ・コントローラ３０２は、コントロール信号３１０を調整して出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｈを増加または減少させ、ＬＥＤ電流を所望の電流レベルに制御する。
【００２１】
一つの実施形態では、デュアル・コンバータ３０４は、入力電圧ＶＩＮを受信し、出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌと、出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌプラス電圧ＶＤＩＦＦに等しい出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｈとを生成する。それ故、
ＶＯＵＴ＿Ｈ=ＶＯＵＴ＿Ｌ＋ＶＤＩＦＦ （１）
である。式（１）で示すように、もしＶＤＩＦＦが正のレベルを持つなら、ＶＯＵＴ＿ＬはＶＯＵＴ＿Ｈより低い。デュアル・コンバータ３０４の動作については、図４Ａ、図４Ｂおよび図５に関連して更に説明する。
【００２２】
スイッチング・レギュレータ２０８は、ＬＥＤストリング２０６を通じて流れる電流を制御するために動作可能である。図３の実施形態では、スイッチング・レギュレータ２０８はバック構成を持つ。スイッチング・レギュレータ２０８のエネルギ蓄積素子２２０には、ＬＥＤストリング２０６に接続したインダクタＬ３を含む。スイッチング・レギュレータ２０８のスイッチ素子２２２には、スイッチＳ３とダイオードＤ３とを含む。例えば、スイッチＳ３はＮ型金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタであることができる。ダイオードＤ３のアノードおよびスイッチＳ３のドレインは共通ノードに一緒に接続され、共通ノードは、インダクタＬ３およびＬＥＤストリング２０６を通して電力供給ライン２４１に接続される。ダイオードＤ３のカソードは電力供給ライン２４２に接続される。スイッチＳ３のソースは抵抗Ｒ３を通してアースに接続される。
【００２３】
スイッチ・コントロール信号２３０に基づき、スイッチ素子２２２は、アース、電力供給ライン２４１および電力供給ライン２４２をインダクタＬ３に選択的に接続する。もっと具体的には、スイッチ・コントロール信号２３０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号であることができる。スイッチ・コントロール信号２３０が論理的高レベルである場合、スイッチ素子２２２は、スイッチＳ３がオンで、ダイオードＤ３が逆バイアスであるようなスイッチ−オン状態で動作する。このように、インダクタＬ３の端子ＴＡは電力供給ライン２４１に電気的に接続され、インダクタＬ３の他の端子ＴＢはアースに電気的に接続される。それ故、電流Ｉ１は電力供給ライン２４１、ＬＥＤストリング２０６、インダクタＬ３、抵抗Ｒ３およびアースを通して流れ、次に、アースからデュアル・コンバータ３０４を通して電力供給ライン２４１に流れる。インダクタＬ３の動作電圧は第一のレベルを持つ。インダクタＬ３は充電され、その電流は増加する。
【００２４】
スイッチ・コントロール信号２３０が論理的低レベルである場合、スイッチ素子２２２は、スイッチＳ３がオフで、ダイオードＤ３が順バイアスであるようなスイッチ−オフ状態で動作する。端子ＴＡは電力供給ライン２４１に電気的に接続され、端子ＴＢは電力供給ライン２４２に電気的に接続される。それ故、電流Ｉ２は電力供給ライン２４１、ＬＥＤストリング２０６、インダクタＬ３、ダイオードＤ３および電力供給ライン２４２を通して流れ、次に、電力供給ライン２４２からデュアル・コンバータ３０４を通して電力供給ライン２４１に流れる。インダクタＬ３の動作電圧は電圧ＶＯＵＴ＿ＨおよびＶＯＵＴ＿Ｌが決定する第二のレベルを持つ。インダクタＬ３は放電し、その電流は減少する。
【００２５】
その結果、一つの実施形態では、インダクタ電流は、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的高レベルである場合には増加し、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的低レベルである場合には減少する。図３の例では、ＬＥＤ光源２０６を通る電流は、インダクタＬ３を通る平均電流に実質的に等しい。その結果、スイッチ・コントロール信号２３０のデューティ・サイクルを制御することにより、スイッチ・コントローラ２０４は、ＬＥＤ光源２０６を通る電流を所望の電流レベルに制御できる。
【００２６】
有利なことであるが、スイッチ素子２２２のスイッチ−オン状態の間、ダイオードＤ３の両端にかかる電圧ＶＤ３はＶＯＵＴ＿Ｈより低く、例えばＶＤ３はＶＯＵＴ＿Ｌにほぼ等しい。スイッチ素子２２２のスイッチ−オフ状態の間、スイッチＳ３の両端にかかる電圧ＶＳ３はまた、ＶＯＵＴ＿Ｈより低い。即ち、デュアル・コンバータ３０４からの出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌを利用することにより、スイッチＳ３およびＤ３の各々の両端にかかる動作電圧は、スイッチ−オンおよびスイッチ−オフ状態の両方の間、ＶＯＵＴ＿Ｈより低く保持される。それ故、駆動回路３００の消費電力とコストを削減するよう、そのようなコンポーネントの定格電圧を減少させることができる。
【００２７】
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の一つの実施形態による、コンバータ回路２０２の例を示す。図２および図３と同じ参照番号を付けた素子は同様な機能を持つ。図４Ａおよび図４Ｂについては、図２および図３と組み合わせて説明する。
【００２８】
図４Ａおよび図４Ｂの例で、デュアル・コンバータ３０４には、抵抗４０２、スイッチ４１６、変圧器Ｔ１、ダイオード４１０と４１２およびキャパシタ４０８と４１４を含む。変圧器Ｔ１には、一次巻線４０４、鉄心４０５および二次巻線４０６を含む。デュアル・コンバータ３０４は出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌおよび電圧ＶＤＩＦＦを生成する。もっと具体的には、図４Ａに示すように、変圧器Ｔ１の一次巻線４０４、ダイオード４１２、キャパシタ４１４およびスイッチ４１６は、スイッチモード昇圧コンバータ４５２を構成する。コンバータ・コントローラ３０２は駆動信号４６０を生成してスイッチ４１６を制御する。一つの実施形態では、駆動信号４６０は、スイッチ４１６を交互にオンとオフする、デューティ・サイクルＤＤＵＴＹを持つＰＷＭ信号である。このように、スイッチモード昇圧コンバータ４５２は入力電圧ＶＩＮを出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌに変換する。もし抵抗４０２の抵抗を無視するなら、電力供給ライン２４２の出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌは次式により計算される：
ＶＯＵＴ＿Ｌ＝ＶＩＮ／（１−ＤＤＵＴＹ）。 （２）
【００２９】
更に、図４Ｂに示すように、変圧器Ｔ１（例えば一次巻線４０４、鉄心４０５および二次巻線４０６を含むＴ１）、ダイオード４１０、キャパシタ４０８およびスイッチ４１６は、スイッチモード・フライバック・コンバータ４５４を構成する。駆動信号４６０に基づいてスイッチ４１６を交互にオンおよびオフすることにより、フライバック・コンバータ４５４は入力電圧ＶＩＮを電圧ＶＤＩＦＦに変換する。電圧ＶＤＩＦＦは次式により得られる。
ＶＤＩＦＦ＝ＶＩＮ＊（Ｎ４０６／Ｎ４０４）＊ＤＤＵＴＹ／（１−ＤＤＵＴＹ） （３）
ここで、Ｎ４０６／Ｎ４０４は、一次巻線４０４に対する二次巻線４０６の巻数比を表わす。
【００３０】
一つの実施形態では、二次巻線４０６の非極性端を電力供給ライン２４２に接続するため、式（１）に示すように、出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｈは出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌプラス電圧ＶＤＩＦＦに等しい。それ故、（１）、（２）および（３）に基づき、
ＶＯＵＴ＿Ｈ＝ＶＯＵＴ＿Ｌ＊（１＋ＤＤＵＴＹ＊（Ｎ４０６／Ｎ４０４）） （４）
となる。式（４）に示すように、デューティ・サイクルＤＤＵＴＹがゼロより大きい限り、ＶＯＵＴ＿ＨはＶＯＵＴ＿Ｌより大きい。更に、式（２）および（４）によれば、駆動信号４６０のデューティ・サイクルＤＤＵＴＹを調整することにより、その結果としてＶＯＵＴ＿ＨとＶＯＵＴ＿Ｌは両方とも調整される。
【００３１】
有利なことであるが、図４Ａに示す昇圧コンバータ４５２および図４Ｂに示すフライバック・コンバータ４５４は、一次巻線４０４とスイッチ４１６のような共通のコンポーネントを持ち、このことはコンポーネント数を削減する。コンバータ回路３０４のサイズは減少し、駆動回路２００のコストは削減される。
【００３２】
抵抗４０２は、一次巻線４０４を通して流れる電流を表わす電流監視信号４６２を提供する。コンバータ・コントローラ３０２は電流監視信号４６２を受信し、コンバータ回路３０４が異常または不要な状態、例えば過電流状態になっているかどうかを決定する。コンバータ・コントローラ３０２はコンバータ回路３０４を制御して異常または不要な状態を阻止する。例えば、コンバータ回路３０２が過電流状態になっているということをもし電流監視信号４６２が表わすなら、コンバータ・コントローラ３０２は、駆動信号４６０を介してスイッチ４１６をオフにする。
【００３３】
図５は、本発明の一つの実施形態による、コンバータ回路２０２のもう一つの例である。図２−図４におけると同じ参照番号を付けた素子は同様な機能を持つ。図５について、図２および図３と組み合わせて説明する。
【００３４】
図５の例では、デュアル・コンバータ３０４には、変圧器Ｔ２、ダイオード５１０と５１２、キャパシタ５１３と５１６、スイッチ５１８および抵抗４０２を含む。変圧器Ｔ２は、一次巻線５０４、鉄心５０５、二次巻線５０６および補助巻線５０８を持つ。コンバータ・コントローラ２３２は、例えばＰＷＭ信号のような駆動信号４６０を生成し、スイッチ５１８を交互にオンおよびオフする。一次巻線５０４、鉄心５０５、二次巻線５０６、スイッチ５１８、ダイオード５１０およびキャパシタ５１４は、第一のフライバック・コンバータを構成する。第一のフライバック・コンバータは入力電圧ＶＩＮを電圧ＶＤＩＦＦ’に変換する。電圧ＶＤＩＦＦ’は次式のように表現される：
ＶＤＩＦＦ’＝ＶＩＮ＊（Ｎ５０６／Ｎ５０４）＊ＤＤＵＴＹ／（１−ＤＤＵＴＹ）、 （５）
ここで、Ｎ５０６／Ｎ５０４は二次巻線５０６と一次巻線５０４との巻線比を表わす。
【００３５】
同様に一次巻線５０４、鉄心５０５、補助巻線５０８、スイッチ５１８、ダイオード５１２およびキャパシタ５１６は、第二のフライバック・コンバータを構成する。第二のフライバック・コンバータは入力電圧ＶＩＮを電圧ＶＯＵＴ＿Ｌに変換する。電圧ＶＯＵＴ＿Ｌは次式のように表現される：
ＶＯＵＴ＿Ｌ＝ＶＩＮ＊（Ｎ５０８／Ｎ５０４）＊ＤＤＵＴＹ／（１−ＤＤＵＴＹ）、 （６）
ここで、Ｎ５０８／Ｎ５０４は補助巻線５０８と一次巻線５０４との巻線比を表わす。
【００３６】
二次巻線５０６の非極性端は電力供給ライン２４２に接続されているので、式（１）により、電圧ＶＯＵＴ＿Ｈは電圧ＶＯＵＴ＿Ｌプラス電圧ＶＤＩＦＦに等しい。式（１）、（５）および（６）に基づき、出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｈは次式で計算される：
ＶＯＵＴ＿Ｈ＝ＶＯＵＴ＿Ｌ＊（１＋Ｎ５０６／Ｎ５０８）。 （７）
式（７）に示すように、ＶＯＵＴ＿ＨはＶＯＵＴ＿Ｌより大きい。式（６）および（７）に示すように、ＶＯＵＴ＿ＨおよびＶＯＵＴ＿Ｌの両方は駆動信号４６０のデューティ・サイクルＤＤＵＴＹにより調整される。
【００３７】
有利なことであるが、第一および第二のフライバック・コンバータは幾つかの共通のコンポーネントを共有し、このことはコンバータ回路３０４のサイズを減少し、駆動回路２００のコストを削減する。
【００３８】
図３に関連して議論したように、スイッチ素子２２２のスイッチ−オン状態の間（例えば、スイッチＳ３がオンの場合）、電流Ｉ１はデュアル・コンバータ３０４を通してアースから電力供給ライン２４１に流れる。スイッチ素子２２２のスイッチ−オフ状態の間（例えば、スイッチＳ３がオフの場合）、電流Ｉ２はデュアル・コンバータ３０４を通して電力供給ライン２４２から電力供給ライン２４１に流れる。もし図４Ａおよび図４Ｂに示すようにデュアル・コンバータ３０４を使用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線４０６は、電流Ｉ１をアースからキャパシタ４１４を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間、二次巻線４０６は、電流Ｉ２を電力供給ライン２４２から電力供給ライン２４１に変換する。もし図５に示すようにデュアル・コンバータ３０４を使用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線５０６は、電流Ｉ１をアースからキャパシタ５１６を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間、二次巻線５０６は、電流Ｉ２を電力供給ライン２４２から電力供給ライン２４１に変換する。デュアル・コンバータ３０４は他の構成を含むことができ、図４Ａ、図４Ｂおよび図５に示す例に限定されない。
【００３９】
図６は、本発明のもう一つの実施形態による、例えばＬＥＤストリング２０６のような負荷を駆動するための駆動回路６００の略図を示す。図２および図３におけると同じ参照番号を付けた素子は同様の機能を持つ。図２−図５と組合わせて図６を説明する。
【００４０】
図６の例では、電流センサ２１０には抵抗Ｒ６と誤差増幅器６０２を含む。誤差増幅器６０２は抵抗Ｒ６の両端にかかる電圧を受信し、その結果、ＬＥＤストリング２０６を通る電流を表わすセンス信号２３４を生成する。一つの実施形態では、電流センサ２１０とＬＥＤストリング２０６との間に接続されたスイッチング・レギュレータ２０８はバック構成を持つ。スイッチング・レギュレータ２０８にはスイッチ素子２２２とエネルギ蓄積素子２２０とを含む。一つの実施形態では、エネルギ蓄積素子２２０にはＬＥＤストリング２０６に接続されたインダクタＬ６を含む。スイッチ素子２２２には、スイッチＳ６とダイオードＤ６とを含む。一つの実施形態では、スイッチＳ６はＰ型ＭＯＳトランジスタであることができる。ダイオードＤ６のアノードは電力供給ライン２４２に接続される。ダイオードＤ６のカソードとスイッチＳ６のドレインは、インダクタＬ６とＬＥＤストリング２０６とを通してアースに接続される、共通のノードに一緒に接続される。スイッチＳ６のソースは、電流センサ２１０を通して電力供給ライン２４１に接続される。
【００４１】
例えばＰＷＭ信号のようなスイッチ・コントロール信号２３０により、スイッチ素子２２２はアース、電力供給ライン２４１および電力供給ライン２４２を選択的に接続する。もっと具体的には、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的低レベルである場合、スイッチ素子２２２はスイッチ−オン状態で動作し、スイッチＳ６はオンで、ダイオードＤ６は逆バイアスされる。そのように、電力供給ライン２４１とアースはインダクタＬ３の端子に電気的に接続される。電流Ｉ１’は電力供給ライン２４１、抵抗Ｒ６、スイッチＳ６、インダクタＬ６、ＬＥＤストリング２０６、アースを通して流れ、次に、アースからデュアル・コンバータ３０４を通して電力供給ライン２４１に流れる。インダクタ電流は端子ＴＡから端子ＴＢに流れるので、出力電圧ＶＯＵＴ＿ＨはインダクタＬ６を充電し、それ故インダクタ電流Ｉ１’は増加する。
【００４２】
更に、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的高レベルである場合、スイッチ素子２２２はスイッチ−オフ状態で動作し、スイッチＳ６はオフで、ダイオードＤ６は順バイアスされる。このように、電力供給ライン２４２およびアースはインダクタＬ６の端子に電気的に接続される。電流Ｉ２’は、電力供給ライン２４２、ダイオードＤ６、インダクタＬ６、ＬＥＤストリング２０６およびアースを通して流れ、次に、アースからデュアル・コンバータ３４０を通して電力供給ライン２４２に流れる。インダクタＬ６は放電してＬＥＤストリング２０６に電力を供給し、端子ＴＡから端子ＴＢに流れる、例えばＩ２’のようなインダクタ電流は徐々に減少する。図３の駆動回路３００に類似して、スイッチ・コントローラ２０４は、スイッチ・コントロール信号２３０のデューティ・サイクルを調整することにより、所望の電流レベルにＬＥＤ電流を調整できる。
【００４３】
有利なことであるが、スイッチ−オン状態の間、ダイオードＤ６の両端にかかる電圧ＶＤ６はＶＯＵＴ＿Ｌより低い。スイッチ−オフ状態の間、スイッチＳ６の両端にかかる電圧はＶＯＵＴ＿ＨマイナスＶＯＵＴ＿Ｌに凡そ等しい。即ち、電圧ＶＯＵＴ＿Ｌを利用することにより、スイッチＳ６およびダイオードＤ６の各々の両端にかかる動作電圧は、スイッチ−オンおよびスイッチ−オフ状態の両方の間ＶＯＵＴ＿Ｌより低く保持される。そのように、スイッチＳ６およびダイオードＤ６の定格電圧は減少され、駆動回路６００の消費電力とコストを削減できる。
【００４４】
また、図４Ａ、図４Ｂおよび図５の例におけるデュアル・コンバータ３０４は、駆動回路６００で使用できる。もし図４Ａと図４Ｂにデュアル・コンバータ３０４を採用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線４０６は、電流Ｉ１’をアースからキャパシタ４１４を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間では、電流Ｉ２’はアースからキャパシタ４１４を通って電力供給ライン２４２に流れる。もし図５でデュアル・コンバータ３０４を採用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線５０６は、電流Ｉ１’をアースからキャパシタ５１６を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間は、電流Ｉ２’はアースからキャパシタ５１６を通って電力供給ライン２４２に流れる。
【００４５】
図７は、本発明のもう一つの実施形態による、例えばＬＥＤストリング２０６のような負荷を駆動するための駆動回路７００の略図である。図２におけると同じ参照番号を付けた素子は同様の機能を持つ。図２−図７と組み合わせて図７を説明する。
【００４６】
図７の例では、ＬＥＤストリング２０６に接続したスイッチング・レギュレータ２０８は昇圧構成を持つ。蓄積素子２２０には電力供給ライン２４１に接続したインダクタＬ７を含む。スイッチ素子２２２にはスイッチＳ７とダイオードＤ７を含む。一つの実施形態では、スイッチＳ７はＮ型ＭＯＳトランジスタであることができる。ダイオードＤ７のアノードとスイッチＳ７のドレインは共通ノードに一緒に接続され、共通ノードは、インダクタＬ７を通して電力供給ライン２４１に接続される。スイッチＳ７のソースは電力供給ライン２４２に接続される。ダイオードＤ７のカソードはＬＥＤストリング２０６とセンサ２１０とを通してアースに接続される。
【００４７】
例えばＰＷＭ信号のようなコントロール信号２３０に従って、スイッチ素子２２２は、アース、電力供給ライン２４１および電力供給ライン２４２をインダクタＬ７に選択的に接続する。もっと具体的には、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的高レベルである場合、スイッチ素子２２２はスイッチ−オン状態で動作し、スイッチＳ７はオンで、ダイオードＤ７は逆バイアスされる。そのように、電力供給ライン２４１および電力供給ライン２４２はインダクタＬ７の端子に電気的に接続される。電流Ｉ１”は電力供給ライン２４１、インダクタＬ７、スイッチＳ７および電力供給ライン２４２を通して流れ、次に、電力供給ライン２４２からデュアル・コンバータ３０４を通って電力供給ライン２４１に流れる。インダクタ電流は端子ＴＡから端子ＴＢに流れる。インダクタＬ７は充電され、電流Ｉ１”は増加する。ダイオードＤ７は逆バイアスされるので、キャパシタＣ７はＬＥＤストリング２０６に電力を供給する。
【００４８】
更に、スイッチ・コントロール信号２３０が論理的低レベルである場合、スイッチ素子２２２はスイッチ−オフ状態で動作し、スイッチＳ７はオフで、ダイオードＤ７は順バイアスされる。そのように、電力供給ライン２４１およびアースはインダクタＬ７の端子に電気的に接続される。電流Ｉ２”は電力供給ライン２４１、インダクタＬ７、ダイオードＤ７、ＬＥＤストリング２０６およびアースを通して流れ、次に、アースからデュアル・コンバータ３０４を通って電力供給ライン２４１に流れる。インダクタ電流は端子ＴＡから端子ＴＢに流れる。電流Ｉ２”は減少し、インダクタＬ７は放電されて、ＬＥＤストリング２０６に電力を供給してキャパシタＣ７を充電する。そのように、スイッチ・コントローラ２０４は、スイッチ・コントロール信号２３０のデューティ・サイクルを調整することによって、ＬＥＤ電流を制御する。
【００４９】
有利なことであるが、スイッチ−オン状態の間、ダイオードＤ７の両端にかかる電圧ＶＤ７はＶＯＵＴ＿Ｈより低い。スイッチ−オフ状態の間、スイッチＳ７の両端にかかる電圧はＶＯＵＴ＿Ｈより低い。即ち、電圧ＶＯＵＴ＿Ｌを利用することによって、スイッチＳ７とダイオードＤ７の各々の両端にかかる動作電圧は、スイッチ−オンおよびスイッチ−オフ状態の両方の間、ＶＯＵＴ＿Ｈより低く保持される。従って、スイッチＳ７とダイオードＤ７の定格電圧はＶＯＵＴ＿Ｈより低く、駆動回路７００の消費電力とコストを減少させる。
【００５０】
また、図４Ａ、図４Ｂおよび図５の例におけるデュアル・コンバータ３０４は、駆動回路７００で使用できる。もし図４Ａと図４Ｂにデュアル・コンバータ３０４を採用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線４０６は、電流Ｉ１”を電力供給ライン２４２からキャパシタ４１４を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間では、電流Ｉ２”はアースからキャパシタ４１４を通って電力供給ライン２４２に流れる。もし図５でデュアル・コンバータ３０４を採用するなら、スイッチ−オン状態の間、二次巻線５０６は、電流Ｉ１’を電力供給ライン２４２からキャパシタ５１６を通って電力供給ライン２４１に変換する。スイッチ−オフ状態の間は、電流Ｉ２’はアースからキャパシタ５１６を通って電力供給ライン２４２に流れる。本構成が特許請求範囲内にあり、図３と図６のバック構成および図７の昇圧構成に限定されない限り、スイッチング・レギュレータ２０８は他の構成を持つことができる。
【００５１】
図８は、本発明の一つの実施形態による、駆動回路８００の略図である。図２におけると同じ参照番号を付けた素子は同様の機能を持つ。図２、図３、図６および図７と組み合わせて図８を説明する。
【００５２】
駆動回路８００には、電力供給ライン２４１に出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｈを、そして電力供給ライン２４２に出力電圧ＶＯＵＴ＿Ｌを生成するために動作可能な、コンバータ回路２０２を含む。図８の例では、二つ以上のＬＥＤストリングを駆動するために駆動回路８００を使用する。三つのＬＥＤストリング８０６＿１、８０６＿２および８０６＿３を図８の例に示すが、駆動回路８００には、ＬＥＤストリングの他の番号を含めることができる。各々のＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３は、図３の駆動回路３００に類似の回路に接続される。例えば、ＬＥＤストリング８０６＿１は、ダイオードＤ８＿１、スイッチＳ８＿１およびインダクタＬ８＿１を含むスイッチング・レギュレータに接続され；ＬＥＤストリング８０６＿２は、ダイオードＤ８＿２、スイッチＳ８＿２およびインダクタＬ８＿２を含むスイッチング・レギュレータに接続され；ＬＥＤストリング８０６＿３は、ダイオードＤ８＿３、スイッチＳ８＿３およびインダクタＬ８＿３を含むスイッチング・レギュレータに接続される。
【００５３】
駆動回路８００には、ＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３それぞれを通るＬＥＤ電流を制御するために動作可能な、多数のスイッチ・コントローラ８０４＿１、８０４＿２および８０６＿３を更に含む。例えば、スイッチ・コントローラ８０４＿１−８０４＿３はそれぞれ、所望の電流レベルを表わす基準信号ＲＥＦにセンス信号ＩＳＥＮ＿１−ＩＳＥＮ＿３を比較し、ＬＥＤ電流を所定の電流レベルに調整するため、スイッチ・コントロール信号ＰＷＭ＿１−ＰＷＭ＿３を生成する。言い換えれば、ＬＥＤストリングが一定の輝度を提供するよう、スイッチ・コントローラ８０４＿１−８０４＿３は、ＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３を通る電流をバランスさせることができる。
【００５４】
スイッチ・コントローラ８０４＿１−８０４＿３は、所定の電流レベルを持つＬＥＤ電流をもたらすため、対応するＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３が必要とする順電圧を各々が表わす、誤差信号ＶＡＥ＿１，ＶＡＥ＿２およびＶＡＥ＿３を更に生成する。駆動回路８００にはフィードバック選択回路８１２を更に含み、誤差信号ＶＥＡ＿１−ＶＥＡ＿３を受信してどのＬＥＤストリングが、ＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３のそれらの間で最大順電圧を持つかを決定する。結果として、フィードバック選択回８１２は、最大順電圧持つＬＥＤストリングのＬＥＤ電流を表わすフィードバック信号８１０を生成する。それ故、一つの実施形態では、最大順電圧を持つＬＥＤストリングの電力要求を満足させるため、フィードバック信号８１０に基づいて、コンバータ回路２０２は出力電圧VOUT_Hを調整する。出力電圧VOUT_Hは、最大順電圧を持つＬＥＤストリングの電力要求を満足させることができるので、他のＬＥＤストリングの電力要求もまた満足させることができる。駆動回路８００は他の構成を持つことができ、例えば、各々のＬＥＤストリング８０６＿１−８０６＿３は、図６または図７に示す回路によって駆動可能である。
【００５５】
有利なことであるが、電力供給ライン２４２の出力電圧VOUT_Lのため、各々のＬＥＤストリングに関連するスイッチ素子の定格電圧を減少させることができる。それ故、駆動回路８００の消費電力およびコストが削減される。
【００５６】
図９は、本発明の一つの実施形態による、例えば駆動回路２００のような駆動回路が実行する動作のフローチャート９００を示す。図２−図８と組み合わせて図９について説明する。図９では具体的なステップを開示するが、そのようなステップは例である。即ち、本発明は、各種の他のステップまたは図９で列挙するステップの変形を実行するのによく適する。
【００５７】
ブロック９０２では、例えばＬＥＤ光源２０６のような光源に電力を供給するため、第一の電力供給ラインに、例えば電圧VOUT_Hのような第一の出力電圧を供給する。ブロック９０４で、前記第一の出力電圧より低い、例えば電圧VOUT_Lのような第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給する。
【００５８】
ブロック９０６で、例えばスイッチ素子２２２のようなスイッチ素子は第一の状態で動作し、その間は、例えばエネルギ蓄積素子２２０のようなエネルギ蓄積素子を充電する。ブロック９０８で、スイッチ素子は第二の状態で動作し、その間はエネルギ蓄積素子を放電する。ブロック９１０で、エネルギ蓄積素子を充電する場合およびエネルギ蓄積素子を放電する場合の時間継続を制御することによって、光源を通る電流を制御する。一つの実施形態では、エネルギ蓄積素子にはインダクタを含む。一つの実施形態では、スイッチ素子にはトランジスタおよびダイオードを含む。
【００５９】
ブロック９１２で、第一の状態および第二の状態の両方の間で、スイッチ素子の両端にかかる動作電圧を第一の出力電圧より低く保持するよう、第二の出力電圧を供給する。一つの実施形態では、エネルギ蓄積素子を充電するため、第一の電力供給ラインおよび基準ノードを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。エネルギ蓄積素子を放電するため、第一の電力供給ラインおよび第二の電力供給ラインを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。更にもう一つの実施形態では、エネルギ蓄積素子を充電するため、第一電力供給ラインおよび基準ノードを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。エネルギ蓄積素子を放電するため、第二の電力供給ラインおよび基準ノードを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。更にもう一つの実施形態では、エネルギ蓄積素子を充電するため、第一電力供給ラインおよび第二の電力供給ラインを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。エネルギ蓄積素子を放電するため、第二の電力供給ラインおよび基準ノードを通して、エネルギ蓄積素子の電流を流す。
【００６０】
前記の説明および図面は本発明の実施形態を表わしているが、当然なことであるが、添付の請求項で定めた本発明の原理の精神および範囲から逸脱すること無しに、各種の追加、修正および置換をそこで行える可能性がある。当業者には当然のことであるが、本発明は、形式、構造、配置、比率、材料、素子およびコンポーネントに対して多くの変更をして使用してもよく、さもなければ、本発明の原理から逸脱すること無しに、具体的な環境および動作上の要求条件に特別に適応した本発明の実行において使用されてもよい。従って、ここで開示した実施形態は、全ての点において、実例的および非制限的と考えるべきであり、本発明の範囲は、添付の請求項およびそれらの合法的等価物によって示され、前記の説明には制限されない。
【符号の説明】
【００６１】
１００ 駆動回路
１０２ コンバータ回路
１０４ スイッチ・コントローラ
１０６ ＬＥＤストリング
１０８ スイッチング・レギュレータ
１３０ ＰＭＷ信号
１４１ 電力供給ライン
２００ 駆動回路
２０２ コンバータ回路
２０４ スイッチ・コントローラ
２０６ 光源
２０８ スイッチング・レギュレータ
２１０ 電流センサ
２３０ スイッチ・コントロール信号
２３２ フィードバック信号
２３４ センス信号
２４１ 電力供給ライン
２４２ 電力供給ライン
２４４ 基準ノード
３００ 駆動回路
３０２ コンバータ・コントローラ
３０４ デュアル・コンバータ
４０２ 抵抗
４０４ 一次巻線
４０５ 鉄心
４０６ 二次巻線
４０８ キャパシタ
４１０ ダイオード
４１２ ダイオード
４１４ キャパシタ
４５２ 昇圧コンバータ
４６０ 駆動信号
４６２ 電流監視信号
５０４ 一次巻線
５０５ 鉄心
５０６ 二次巻線
５０８ 補助巻線
５１０、５１２ ダイオード
５１４、５１６ キャパシタ
６００ 駆動回路
６０２ 誤差増幅器
７００、８００ 駆動回路
８０４＿１、８０４＿２、８０４＿３ スイッチ・コントローラ
８０６＿１、８０６＿２、８０６＿３ ＬＥＤストリング
８１０ フィードバック信号
８１２ フィードバック選択回
９００ フローチャート
９０２ 光源に電力を供給するため、第一の出力電圧を第一の電力供給ラインに供給
９０４ 第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給
９０６ エネルギ蓄積素子を充電するため、第一の状態でスイッチ素子を動作
９０８ エネルギ蓄積素子を放電するため、第二の状態でスイッチ素子を動作
９１０ エネルギ蓄積素子を充電する場合とエネルギ蓄積素子を放電する場合の時間継続を調整することにより、光源と通る電流を制御
９１２ スイッチ素子の両端にかかる動作電圧を第一の出力電圧より低く保持するよう、第二の出力電圧を供給
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に電力を供給するための駆動回路であって、
前記ＬＥＤ光源に電力を供給するため第一の出力電圧を第一の電力供給ラインに供給し、前記第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給するコンバータ回路と、
前記ＬＥＤ光源を通る電流を制御するため充電し放電するエネルギ蓄積素子と
前記コンバータ回路と前記エネルギ蓄積素子とに接続したスイッチ素子とを備え、
前記スイッチ素子は、前記エネルギ蓄積素子を充電する間の第一の状態で動作し、前記エネルギ蓄積素子を放電する間の第二の状態で動作するものであり、
前記コンバータ回路は、前記第一の状態と前記第二の状態の両方の間、前記スイッチ素子の両端にかかる動作電圧を前記第一の出力電圧より低く保持するよう、前記第二の出力電圧を供給すること
を特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、前記第二の状態の間、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、前記第二の状態の間、前記第二の電力供給ラインと前記基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項４】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、前記第二の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項５】
一次巻線と二次巻線とを持つ変圧器を更に備え、前記一次巻線は前記入力電圧を受信し、前記二次巻線は、前記二次巻線の第一の端子で前記第一の出力電圧を供給し、前記二次巻線の第二の端子で前記第二の出力電圧を供給すること
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項６】
一次巻線、二次巻線および補助巻線を持つ変圧器を更に備え、前記二次巻線と前記補助巻線は共通ノードに接続され、前記一次巻線は前記入力電圧を受信し、前記二次巻線は、前記二次巻線の第一の端子で前記第一の出力電圧を供給し、前記補助巻線は、前記共通ノードで前記第二の出力電圧を供給すること
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項７】
前記蓄積素子にはインダクタを備え、前記スイッチ素子にはスイッチとダイオードとを備えること
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項８】
前記第二の出力電圧は前記第一の出力電圧により変化すること
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項９】
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に電力を供給するための駆動回路であって、
前記複数のＬＥＤ光源に電力を供給するため第一の出力電圧を第一の電力供給ラインに供給し、前記第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路に接続し、前記複数のＬＥＤ光源を通して流れる複数の電流を調整する複数のスイッチング・レギュレータとを備え、
前記スイッチング・レギュレータの各々にはスイッチ素子を備え、
前記スイッチ素子は、エネルギ蓄積素子を充電する第一の状態で動作するとともに前記エネルギ蓄積素子を放電する第二の状態で動作し、
前記エネルギ蓄積素子を充電する場合と前記エネルギ蓄積素子を放電する場合の時間継続を調整することにより、対応するＬＥＤ光源を通じて流れる電流を制御し、
前記コンバータ回路は、前記スイッチ素子の両端にかかる動作電圧を、前記第一および第二の状態の両方の間で前記第一の出力電圧より低く保持するよう、前記第二の出力電圧を供給すること
を特徴とする駆動回路。
【請求項１０】
前記複数のスイッチング・レギュレータに接続した複数のスイッチ・コントローラを更に備え、前記スイッチ・コントローラは、前記複数のＬＥＤ光源それぞれを通して流れる前記複数の電流を表わす複数のセンス信号を受信し、所望の電流レベルを表わす基準信号と前記センス信号を比較し、前記比較結果に基づき、複数のスイッチ・コントロール信号を生成するものであり、前記スイッチング・レギュレータは前記スイッチ・コントロール信号を受信し、前記ＬＥＤ光源を通る前記電流の各々を前記所望の電流レベルに調整すること
を特徴とする請求項９に記載の駆動回路。
【請求項１１】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、前記第二の状態の間、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項９に記載の駆動回路。
【請求項１２】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、前記第二の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項９に記載の駆動回路。
【請求項１３】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通じて前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、そして前記第二の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通じて前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項９に記載の駆動回路。
【請求項１４】
前記蓄積素子にはインダクタを備え、前記スイッチ素子にはスイッチとダイオードとを備える
ことを特徴とする請求項９に記載の駆動回路。
【請求項１５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に電力を供給する方法であって、
前記ＬＥＤ光源に電力を供給するため第一の出力電圧を第一の電力供給ラインに供給するステップと、
第二の電力供給ラインに第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を供給するステップと、
エネルギ蓄積素子を充電するため、スイッチ素子を第一の状態で動作させるステップと、
前記エネルギ蓄積素子を放電するため、前記スイッチ素子を第二の状態で動作させるステップと、
前記スイッチ素子が前記第一の状態にある場合と前記スイッチ素子が前記第二の状態にある場合との時間継続を調整することによって、前記ＬＥＤ光源を通る電流を制御するステップと、
前記第一の状態と前記第二の状態との両方の間、前記スイッチ素子の両端にかかる動作電圧を前記第一の出力電圧より低く保持するよう、前記第二の出力電圧を提供するステップとを備えるステップ
を特徴とする方法。
【請求項１６】
前記エネルギ蓄積素子を充電するため、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流すステップと、
前記エネルギ蓄積素子を放電するため、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すステップとを更に備えること
を特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記エネルギ蓄積素子を充電するため、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通じて前記エネルギ蓄積素子の電流を流すステップと、
前記エネルギ蓄積素子を放電するため、前記第二の電力供給ラインと前記基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すステップとを更に備えること
を特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記エネルギ蓄積素子を充電するため、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流すステップと、
前記エネルギ蓄積素子を放電するため、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すステップとを更に備えること
を特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記エネルギ蓄積素子にはインダクタを備えるステップ
を特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記スイッチ素子にはトランジスタとダイオードとを備えるステップ
を特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に電力を供給するための駆動回路であって、
前記ＬＥＤ光源に電力を供給するため第一の出力電圧を第一の電力供給ラインに供給し、前記第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給するコンバータ回路と、
前記ＬＥＤ光源を通る電流を制御するため充電し放電するエネルギ蓄積素子と
前記コンバータ回路と前記エネルギ蓄積素子とに接続したスイッチ素子とを備え、
前記スイッチ素子は、前記エネルギ蓄積素子を充電する間の第一の状態で動作し、前記エネルギ蓄積素子を放電する間の第二の状態で動作するものであり、
前記コンバータ回路は、前記第一の状態と前記第二の状態の両方の間、前記スイッチ素子の両端にかかる動作電圧を前記第一の出力電圧より低く保持するよう、前記第二の出力電圧を供給すること
を特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、前記第二の状態の間、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、前記第二の状態の間、前記第二の電力供給ラインと前記基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項４】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、前記第二の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項５】
一次巻線と二次巻線とを持つ変圧器を更に備え、前記一次巻線は前記入力電圧を受信し、前記二次巻線は、前記二次巻線の第一の端子で前記第一の出力電圧を供給し、前記二次巻線の第二の端子で前記第二の出力電圧を供給すること
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項６】
一次巻線、二次巻線および補助巻線を持つ変圧器を更に備え、前記二次巻線と前記補助巻線は共通ノードに接続され、前記一次巻線は前記入力電圧を受信し、前記二次巻線は、前記二次巻線の第一の端子で前記第一の出力電圧を供給し、前記補助巻線は、前記共通ノードで前記第二の出力電圧を供給すること
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項７】
前記蓄積素子にはインダクタを備え、前記スイッチ素子にはスイッチとダイオードとを備えること
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項８】
前記第二の出力電圧は前記第一の出力電圧により変化すること
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項９】
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に電力を供給するための駆動回路であって、
前記複数のＬＥＤ光源に電力を供給するため第一の出力電圧を第一の電力供給ラインに供給し、前記第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を第二の電力供給ラインに供給するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路に接続し、前記複数のＬＥＤ光源を通して流れる複数の電流を調整する複数のスイッチング・レギュレータとを備え、
前記スイッチング・レギュレータの各々にはスイッチ素子を備え、
前記スイッチ素子は、エネルギ蓄積素子を充電する第一の状態で動作するとともに前記エネルギ蓄積素子を放電する第二の状態で動作し、
前記エネルギ蓄積素子を充電する場合と前記エネルギ蓄積素子を放電する場合の時間継続を調整することにより、対応するＬＥＤ光源を通じて流れる電流を制御し、
前記コンバータ回路は、前記スイッチ素子の両端にかかる動作電圧を、前記第一および第二の状態の両方の間で前記第一の出力電圧より低く保持するよう、前記第二の出力電圧を供給すること
を特徴とする駆動回路。
【請求項１０】
前記複数のスイッチング・レギュレータに接続した複数のスイッチ・コントローラを更に備え、前記スイッチ・コントローラは、前記複数のＬＥＤ光源それぞれを通して流れる前記複数の電流を表わす複数のセンス信号を受信し、所望の電流レベルを表わす基準信号と前記センス信号を比較し、前記比較結果に基づき、複数のスイッチ・コントロール信号を生成するものであり、前記スイッチング・レギュレータは前記スイッチ・コントロール信号を受信し、前記ＬＥＤ光源を通る前記電流の各々を前記所望の電流レベルに調整すること
を特徴とする請求項９に記載の駆動回路。
【請求項１１】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、前記第二の状態の間、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項９に記載の駆動回路。
【請求項１２】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、前記第二の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項９に記載の駆動回路。
【請求項１３】
前記スイッチ素子は、前記第一の状態の間、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通じて前記エネルギ蓄積素子の電流を流し、そして前記第二の状態の間、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通じて前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すこと
を特徴とする請求項９に記載の駆動回路。
【請求項１４】
前記蓄積素子にはインダクタを備え、前記スイッチ素子にはスイッチとダイオードとを備える
ことを特徴とする請求項９に記載の駆動回路。
【請求項１５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に電力を供給する方法であって、
前記ＬＥＤ光源に電力を供給するため第一の出力電圧を第一の電力供給ラインに供給するステップと、
第二の電力供給ラインに第一の出力電圧より低い第二の出力電圧を供給するステップと、
エネルギ蓄積素子を充電するため、スイッチ素子を第一の状態で動作させるステップと、
前記エネルギ蓄積素子を放電するため、前記スイッチ素子を第二の状態で動作させるステップと、
前記スイッチ素子が前記第一の状態にある場合と前記スイッチ素子が前記第二の状態にある場合との時間継続を調整することによって、前記ＬＥＤ光源を通る電流を制御するステップと、
前記第一の状態と前記第二の状態との両方の間、前記スイッチ素子の両端にかかる動作電圧を前記第一の出力電圧より低く保持するよう、前記第二の出力電圧を提供するステップとを備えるステップ
を特徴とする方法。
【請求項１６】
前記エネルギ蓄積素子を充電するため、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流すステップと、
前記エネルギ蓄積素子を放電するため、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すステップとを更に備えること
を特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記エネルギ蓄積素子を充電するため、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通じて前記エネルギ蓄積素子の電流を流すステップと、
前記エネルギ蓄積素子を放電するため、前記第二の電力供給ラインと前記基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すステップとを更に備えること
を特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記エネルギ蓄積素子を充電するため、前記第一の電力供給ラインと前記第二の電力供給ラインとを通して前記エネルギ蓄積素子の電流を流すステップと、
前記エネルギ蓄積素子を放電するため、前記第一の電力供給ラインと基準ノードとを通して前記エネルギ蓄積素子の前記電流を流すステップとを更に備えること
を特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記エネルギ蓄積素子にはインダクタを備えるステップ
を特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記スイッチ素子にはトランジスタとダイオードとを備えるステップ
を特徴とする請求項１５に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２７５１９（Ｐ２０１２−２２７５１９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−７９４２３（Ｐ２０１２−７９４２３）
【出願日】平成２４年３月３０日（２０１２．３．３０）
【出願人】（５００５２１８４３）オーツー マイクロ， インコーポレーテッド (138)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月３０日（２０１２．３．３０）
【出願人】（５００５２１８４３）オーツー マイクロ， インコーポレーテッド (138)
【Ｆターム（参考）】
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