特許 6682590 ＬＥＤ調光

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6682590

(24)【登録日】2020年3月27日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ調光

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/00 20200101AFI20200406BHJP

   H05B 47/00 20200101ALI20200406BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20200406BHJP

【ＦＩ】

   H05B37/02 J

   H05B37/02 L

   H01L33/00 J

【請求項の数】20

【外国語出願】

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2018-177203(P2018-177203)

(22)【出願日】2018年9月21日

(65)【公開番号】特開2019-61955(P2019-61955A)

(43)【公開日】2019年4月18日

【審査請求日】2018年9月21日

(31)【優先権主張番号】15/712,779

(32)【優先日】2017年9月22日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518277631

【氏名又は名称】リニアー テクノロジー ホールディング エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】ルーカス アンドリュー ミルナー

(72)【発明者】

【氏名】ジョシュア ウィリアム コールドウェル

(72)【発明者】

【氏名】ヘゼキエル ダクジュン ランドルフ

【審査官】 野木 新治

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１７−５１１５７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ４５／００、４７／００

Ｈ０１Ｌ ３３／００

Ｈ０２Ｍ ３／００− ３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光ダイオード（ＬＥＤ）を駆動してフリッカーを低減または回避しながら調光を可能にするパルス幅変調（ＰＷＭ）方法であって、第１の信号を使用して前記ＬＥＤを通して中間ノードを放電するためのスイッチを制御することと、第２の信号を使用して前記中間ノードを充電するためのスイッチを制御することと、を含み、前記方法は、
（ａ）前記第１の信号が、前記ＬＥＤを通して前記中間ノードを放電するためのサイクルのオン時間を開始するとき、前記第２の信号をトリガして、前記中間ノードに接続されたパワー段の充電パラメータが第１の目標値を満たすまで前記中間ノードを充電するための第１のスイッチサイクルを開始するステップと、
（ｂ）次いで、前記充電パラメータが第１の目標値を満たすとき、前記第２の信号をトリガして、前記中間ノードを放電するための前記サイクルのオフ時間が開始したかどうかにかかわらず、前記中間ノードを充電するための前記第１のスイッチサイクルを終了するステップと、
（ｃ）次いで、前記中間ノードを放電するための前記サイクルのオン時間中に、前記中間ノードを放電するための前記サイクルの前記オフ時間が開始するまで、前記中間ノードを充電するための第２およびさらなるスイッチサイクルを許容し、次いで、ステップ（ａ）の実行への復帰をトリガするステップと、を反復的に実行すること、を含む、方法。

【請求項2】

ステップ（ｃ）において、前記中間ノードを放電するための前記サイクルが終了したとき、前記第２の信号をトリガして、前記充電パラメータが第２の目標値を満たすまで前記中間ノードを充電するための第２のスイッチサイクルを開始し、次いで、ステップ（ａ）の実行への前記復帰をトリガする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２の目標値は、前記第１の目標値よりも大きさが低い、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記充電パラメータは、前記第２の信号によって制御される前記スイッチを介して前記中間ノードを充電するために使用される前記パワー段のインダクタのインダクタ電流である、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記中間ノードは、コンデンサに連結されている、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して発光ダイオード（ＬＥＤ）を調光する方法であって、
インダクタの電流がＰＷＭスイッチサイクルのオン時間の終了までに目標電流に到達しないとき、および、前記ＰＷＭスイッチサイクルの最初のオン時間の間、前記ＰＷＭスイッチサイクルの次の「オフ」時間間隔の間に前記インダクタの前記電流が前記目標電流に到達することを可能にすることであって、前記インダクタは、ＰＷＭスイッチを介して前記ＬＥＤに連結されている、ことと、
前記インダクタの前記電流が、後続のＰＷＭスイッチサイクルの前記オン時間の終了前に前記目標電流に到達するとき、前記後続のＰＷＭスイッチサイクルの前記オン時間の終了時に前記インダクタの付勢を中断することと、を含む、方法。

【請求項7】

レギュレータは、前記インダクタおよびインダクタ付勢スイッチを含み、前記方法は、
クロックに同期して前記付勢スイッチを使用して前記インダクタを付勢することを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記ＬＥＤは、ＰＷＭスイッチを介して前記レギュレータの出力に連結され、前記方法は、
前記ＰＷＭスイッチサイクルの前記オン時間中に、前記ＰＷＭスイッチを介して前記ＬＥＤに電流を提供することを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記ＰＷＭスイッチサイクルのオン時間の開始を、前記付勢スイッチを閉じる前記クロックと同期させることを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

発光ダイオード（ＬＥＤ）負荷の深い調光を可能にするためのパルス幅変調（ＰＷＭ）ドライバであって、前記ＰＷＭドライバは、
パワー段スイッチを制御するための第１の出力であって、前記パワー段スイッチは、パワー段のエネルギー貯蔵構成要素を供給電圧と連結および分離させるように構成されている、第１の出力と、
ＰＷＭスイッチを制御するための第２の出力であって、前記ＰＷＭスイッチは、前記パワー段の出力をＬＥＤ負荷と連結および分離させるように構成されている、第２の出力と、
調光制御パラメータを受け取り、かつ前記調光制御パラメータに基づいて前記ＰＷＭスイッチのオン時間を変調するように構成されたＰＷＭ制御回路と、
最初のＰＷＭサイクルの前記オン時間に入った後に前記パワー段の目標電流が達成されるまで、前記第１の出力を介して、前記パワー段スイッチの閉状態を維持するように構成された低調光回路と、を備え、
前記低調光回路は、前記最初のＰＷＭサイクルの前記オン時間中に、第１の状態の第１のラッチ出力を提供し、かつ前記最初のＰＷＭサイクルのオフ状態への遷移中に、前記第１のラッチ出力が第２の状態へ遷移するのを最初は禁止するように構成された第１のラッチを含む、ＰＷＭドライバ。

【請求項11】

前記目標電流と前記パワー段の電流との比較の指示を提供するように構成された比較器を含み、
前記第１の出力は、前記比較の前記指示および前記低調光回路の出力を受け取るように構成された第１の入力を有するＡＮＤゲートの出力である、請求項１０に記載のＰＷＭドライバ。

【請求項12】

前記低調光回路は、前記比較の前記指示および前記第１のラッチの反転出力を受け取り、かつ前記最初のＰＷＭサイクルの前記オフ状態への遷移中に、前記第１のラッチ出力が第２の状態へ遷移することの前記禁止を解除するように構成された第２のラッチを含む、請求項１１に記載のＰＷＭドライバ。

【請求項13】

前記パワー段を含み、前記エネルギー貯蔵構成要素は、インダクタを含む、請求項１０に記載のＰＷＭドライバ。

【請求項14】

前記インダクタに連結された出力コンデンサを含み、前記出力コンデンサは、前記ＰＷＭスイッチを介して前記ＬＥＤ負荷に連結するように構成されている、請求項１３に記載のＰＷＭドライバ。

【請求項15】

前記パワー段の電圧供給と前記インダクタとの間を連結するように構成された前記パワー段スイッチを含む、請求項１３に記載のＰＷＭドライバ。

【請求項16】

前記ＰＷＭスイッチを含む、請求項１０に記載のＰＷＭドライバ。

【請求項17】

パルス幅変調（ＰＷＭ）サイクルのオン時間が、発光ダイオード（ＬＥＤ）負荷の低調光設定値を満たすために十分な前記ＬＥＤ負荷への電荷転送を可能にしないときに、前記ＬＥＤ負荷の電流制御を維持するための低調光回路であって、
ＰＷＭスイッチ制御情報を受け取るように構成された第１の入力と、
ＰＷＭスイッチを介して前記ＬＥＤ負荷へ電荷を供給するように構成されたパワー段のピーク電流情報を受け取るように構成された第２の入力と、
前記パワー段のパワースイッチを制御するための出力と、
前記ＰＷＭスイッチ制御情報と前記ピーク電流情報とを使用して、前記パワースイッチの第１のスイッチサイクルおよび前記パワースイッチの第１の状態への遷移をＰＷＭサイクルのオン状態への前記ＰＷＭスイッチの遷移と同期させ、かつ前記ＰＷＭスイッチ制御情報にかかわらず、前記ピーク電流情報が、前記パワー段の電流がピーク電流閾値を満たしたことを示すまで、前記ＰＷＭサイクル中に前記パワースイッチの前記第１の状態を維持するように構成され、前記パワースイッチの後続のスイッチサイクル中に前記パワースイッチが第１の状態にある場合に、前記ＰＷＭサイクル中に、前記ＰＷＭサイクルの前記オン状態が終了したとき、前記パワースイッチを前記第１の状態から第２の状態へ遷移させる、制御回路と、を備える、低調光回路。

【請求項18】

前記出力は、前記ピーク電流情報を受け取るように構成された第１の入力を有する論理ゲートの出力である、請求項１７に記載の低調光回路。

【請求項19】

前記制御回路は、前記ＰＷＭスイッチ制御情報が前記ＰＷＭサイクルの前記オン状態を示すとき、第１の状態の第１のラッチ出力を提供し、かつＰＷＭ制御信号が前記ＰＷＭサイクルのオフ状態を示すとき、前記第１のラッチ出力が第２の状態へ遷移するのを最初は禁止するように構成された第１のラッチを含む、請求項１８に記載の低調光回路。

【請求項20】

前記制御回路は、前記ピーク電流情報および前記第１のラッチの反転出力を受け取り、かつＰＷＭ制御信号が前記ＰＷＭサイクルの前記オフ状態を示すとき、前記第１のラッチ出力が第２の状態へ遷移することの前記禁止を解除するように構成された第２のラッチを含む、請求項１９に記載の低調光回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、ＬＥＤ照明の深い調光を含む、ＬＥＤ照明用技術に適用される。

【背景技術】

【0002】

発光ダイオード（ＬＥＤ）技術は、住居用、商業用、および屋外照明を含めて、電子的動作の小さな視覚インジケータを提供することから様々な一般照明用途に適用可能な技術になるまで進歩してきた。一般照明用途において、ＬＥＤは、エネルギー消費の一部を使用して以前の照明ソリューションと同等以上の性能を発揮することができる。しかしながら、非常に低い調光設定のためのＬＥＤ照明の効率的調光の技術は掴み所がなかった。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

（摘要）
発光ダイオード（ＬＥＤ）負荷の低調光または深い調光のための技法が提供されている。一例において、発光ダイオード（ＬＥＤ）負荷の深い調光のための方法は、パルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチサイクルのオン時間の終了時までにインダクタの電流が目標電流に到達しないとき、および、ＰＷＭスイッチサイクルの最初のオン時間中に、インダクタの電流がＰＷＭスイッチサイクルの次の「オフ」時間間隔の間に目標電流に到達することを可能にすることであって、インダクタはＰＷＭスイッチを介してＬＥＤに連結されている、可能にすることと、インダクタの電流が、後続のＰＷＭスイッチサイクルのオン時間の終了前に目標電流に到達したことに応答して、ＰＷＭスイッチサイクルのオン時間の終了時にインダクタの付勢を中断することと、を含むことができる。

【0004】

例えば、本発明は、以下の項目を提供する。
（項目１）
発光ダイオード（ＬＥＤ）を駆動してフリッカーを低減または回避しながら調光を可能にするパルス幅変調（ＰＷＭ）方法であって、第１の信号を使用して前記ＬＥＤを通して中間ノードを放電するためのスイッチを制御することと、第２の信号を使用して前記中間ノードを充電するためのスイッチを制御することと、を含み、前記方法は、
（ａ）前記第１の信号が、前記ＬＥＤを通して前記中間ノードを放電するためのサイクルを開始するとき、前記第２の信号をトリガして、充電パラメータの第１の目標値が達成されるまで前記中間ノードを充電するための第１のスイッチサイクルを開始するステップと、
（ｂ）次いで、前記充電パラメータの第１の目標値が達成されたとき、前記第２の信号をトリガして、前記中間ノードを放電するための同じサイクルが終了したかどうかにかかわらず、前記中間ノードを充電するための前記第１のスイッチサイクルを終了するステップと、
（ｃ）次いで、前記中間ノードを放電するための同じサイクルが終了するまで、前記中間ノードを放電するための同じサイクル中に、前記中間ノードを充電するための第２およびさらなるスイッチサイクルを許容し、次いで、ステップ（ａ）の実行への復帰をトリガするステップと、を反復的に実行すること、を含む、方法。
（項目２）
ステップ（ｃ）において、前記中間ノードを放電するための同じサイクルが終了したとき、前記第２の信号をトリガして、充電パラメータの第２の目標値が達成されるまで前記中間ノードを充電するための分数のスイッチサイクルを開始し、次いで、ステップ（ａ）の実行への前記復帰をトリガする、上記項目に記載の方法。
（項目３）
前記充電パラメータの第２の目標値は、前記充電パラメータの第１の目標値よりも大きさが低い、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目４）
前記充電パラメータの第１の目標値は、前記第２の信号によって制御される前記スイッチを介して前記中間ノードを充電するために使用されるインダクタのインダクタ電流である、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目５）
前記中間ノードは、コンデンサに連結されている、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目６）
パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して発光ダイオード（ＬＥＤ）を調光する方法であって、
インダクタの電流がＰＷＭスイッチサイクルのオン時間の終了までに目標電流に到達しないとき、および、前記ＰＷＭスイッチサイクルの最初のオン時間の間、前記ＰＷＭスイッチサイクルの次の「オフ」時間間隔の間に前記インダクタの前記電流が前記目標電流に到達することを可能にすることであって、前記インダクタは、ＰＷＭスイッチを介して前記ＬＥＤに連結されている、可能にすることと、
前記インダクタの前記電流が、後続のＰＷＭスイッチサイクルの前記オン時間の終了前に前記目標電流に到達するとき、前記ＰＷＭスイッチサイクルの前記オン時間の終了時に前記インダクタの付勢を中断することと、を含む、方法。
（項目７）
レギュレータは、前記インダクタおよびインダクタ付勢スイッチを含み、前記方法は、
クロックに同期して前記付勢スイッチを使用して前記インダクタを付勢することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目８）
前記ＬＥＤは、ＰＷＭスイッチを介して前記レギュレータの出力に連結され、前記方法は、
前記ＰＷＭスイッチサイクルの前記オン時間中に、前記ＰＷＭスイッチを介して前記ＬＥＤに電流を提供することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目９）
前記ＰＷＭスイッチサイクルのオン時間の開始を、前記付勢スイッチを閉じる前記クロックと同期させることを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１０）
発光ダイオード（ＬＥＤ）負荷の深い調光を可能にするためのパルス幅変調（ＰＷＭ）ドライバであって、前記ＰＷＭドライバは、
パワー段スイッチを制御するための第１の出力であって、前記パワー段スイッチは、パワー段のエネルギー貯蔵構成要素を供給電圧と連結および分離させるように構成されている、第１の出力と、
ＰＷＭスイッチを制御するための第２の出力であって、前記ＰＷＭスイッチは、前記パワー段の出力をＬＥＤ負荷と連結および分離させるように構成されている、第２の出力と、
調光制御パラメータを受け取り、かつ前記調光制御パラメータに基づいて前記ＰＷＭスイッチのオン時間を変調するように構成されたＰＷＭ制御回路と、
最初のＰＷＭサイクルの前記オン時間に入った後に前記パワー段の目標電流が達成されるまで、前記第１の出力を介して、前記パワー段スイッチの閉状態を維持するように構成された低調光回路と、を備え、
前記低調光回路は、前記最初のＰＷＭサイクルの前記オン時間中に、第１の状態の第１のラッチ出力を提供し、かつ前記最初のＰＷＭサイクルのオフ状態への遷移中に、前記第１のラッチ出力が第２の状態へ遷移するのを最初は禁止するように構成された第１のラッチを含む、ＰＷＭドライバ。
（項目１１）
前記目標電流と前記パワー段の電流との比較の指示を提供するように構成された比較器を含み、
前記第１の出力は、前記比較の前記指示および前記低調光回路の出力を受け取るように構成された第１の入力を有するＡＮＤゲートの出力である、上記項目のいずれか一項に記載のＰＷＭ ＬＥＤドライバ。
（項目１２）
前記低調光回路は、前記比較の前記指示および前記第１のラッチの反転出力を受け取り、かつ前記最初のＰＷＭサイクルの前記オフ状態への遷移中に、前記第１のラッチ出力が第２の状態へ遷移することの前記禁止を解除するように構成された第２のラッチを含む、上記項目のいずれか一項に記載のＰＷＭ ＬＥＤドライバ。
（項目１３）
前記パワー段を含み、前記エネルギー貯蔵構成要素は、インダクタを含む、上記項目のいずれか一項に記載のＰＷＭ ＬＥＤドライバ。
（項目１４）
前記インダクタに連結された出力コンデンサを含み、前記出力コンデンサは、前記ＰＷＭスイッチを介して前記ＬＥＤ負荷に連結するように構成されている、上記項目のいずれか一項に記載のＰＷＭ ＬＥＤドライバ。
（項目１５）
前記パワー段の電圧供給と前記インダクタとの間を連結するように構成された前記パワー段スイッチを含む、上記項目のいずれか一項に記載のＰＷＭ ＬＥＤドライバ。
（項目１６）
前記ＰＷＭスイッチを含む、上記項目のいずれか一項に記載のＰＷＭ ＬＥＤドライバ。
（項目１７）
パルス幅変調（ＰＷＭ）サイクルのオン時間が、発光ダイオード（ＬＥＤ）負荷の低調光設定値を満たすために十分な前記ＬＥＤ負荷への電荷転送を可能にしないときに、前記ＬＥＤ負荷の電流制御を維持するための低調光回路であって、
ＰＷＭスイッチ制御情報を受け取るように構成された第１の入力と、
ＰＷＭスイッチを介して前記ＬＥＤ負荷へ電荷を供給するように構成されたパワー段のピーク電流情報を受け取るように構成された第２の入力と、
前記パワー段のパワースイッチを制御するための出力と、
前記ＰＷＭスイッチ制御情報と前記ピーク電流情報とを使用して、前記パワースイッチの第１のスイッチサイクルおよび前記パワースイッチの第１の状態への遷移をＰＷＭサイクルのオン状態への前記ＰＷＭスイッチの遷移と同期させ、かつ前記ＰＷＭスイッチ制御情報にかかわらず、前記ピーク電流情報が、前記パワー段の電流がピーク電流閾値を満たしたことを示すまで、前記ＰＷＭサイクル中に前記パワースイッチの前記第１の状態を維持するように構成され、前記パワースイッチの後続のスイッチサイクル中に、前記ＰＷＭサイクル中に、前記ＰＷＭサイクルの前記オン状態が終了したとき、前記パワースイッチを前記第１の状態から第２の状態へ遷移させる、制御回路と、を備える、低調光回路。
（項目１８）
前記出力は、前記ピーク電流情報を受け取るように構成された第１の入力を有する論理ゲートの出力である、上記項目のいずれか一項に記載の低調光回路。
（項目１９）
前記制御回路は、前記ＰＷＭスイッチ制御情報が前記ＰＷＭサイクルの前記オン状態を示すとき、第１の状態の第１のラッチ出力を提供し、かつＰＷＭ制御信号が前記ＰＷＭサイクルのオフ状態を示すとき、前記第１のラッチ出力が第２の状態へ遷移するのを最初は禁止するように構成された第１のラッチを含む、上記項目のいずれか一項に記載の低調光回路。
（項目２０）
前記制御回路は、前記ピーク電流情報および前記第１のラッチの反転出力を受け取り、かつＰＷＭ制御信号が前記ＰＷＭサイクルの前記オフ状態を示すとき、前記第１のラッチ出力が第２の状態へ遷移することの前記禁止を解除するように構成された第２のラッチを含む、上記項目のいずれか一項に記載の低調光回路。

【図面の簡単な説明】

【0005】

図面では、必ずしも原寸に比例して描かれていないが、同様の数字は異なる図において類似の構成要素を説明するものとする。異なる文字接尾辞を有する同様の数字は、類似の構成要素の異なる事例を表すものとする。図面は、限定するものではなく、例として、本明細書で論じられる様々な実施形態を概略的に図示する。

【図1】図１は、１つ以上のＬＥＤの延長電荷転送または補足電荷転送調光のために使用することができるシステムの実施例のブロック図を概略的に図示する。

【図2】図２は、延長電荷転送の方法の実施例の状態図を概略的に図示する。

【図3】図３は、ＬＥＤ負荷の制御された低ＰＷＭ調光を提供するためのシステムの実施例を概略的に図示する。

【図4】図４は、短い「オン」間隔（例えば、非常に低い調光）を有するパルス幅変調（ＰＷＭ）サイクル中に、およびより長い「オン」間隔を有する後続のＰＷＭサイクル中に、図３に示すようなシステムを動作させることに関連する波形を概略的に図示する。

【図5】図５は、延長電荷転送の方法の実施例の状態図を概略的に図示する。

【図6A】図６Ａは、ＬＥＤ負荷の制御された低ＰＷＭ調光を提供するためのシステムの実施例を概略的に図示する。

【図6B】図６Ｂは、ＬＥＤ負荷の制御された低ＰＷＭ調光を提供するためのシステムのピーク電流検出器についての論理の例を概略的に図示する。

【図7】図７は、短い「オン」間隔（例えば、非常に低い調光）を有するＰＷＭサイクル、およびより長い「オン」間隔を有する後続のＰＷＭサイクル中に、図６Ａおよび６Ｂに示すようなシステムを動作させることに関連する波形を概略的に図示する。

【図8】図８は、組み合わせシステムの実施例の方法の状態図を概略的に図示する。

【発明を実施するための形態】

【0006】

スイッチモードＤＣ電力レギュレーションによる調光システムのある特定の方法は、ＬＥＤ照明システムにも適用することができる。しかしながら、調光設定点が低下すると、いくつかの方法は非効率的になり得、ＬＥＤの望ましくないフリッカーをもたらし得、または調光設定点が低くなるにつれてＬＥＤはオフであるように見えるようになり得る。スイッチングレギュレータ回路は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御スイッチと組み合わせてスイッチングレギュレータ回路によって提供されるパワーを１つ以上のＬＥＤに送達するように、電力を提供するために使用することができる。これは、ＬＥＤをあるレベルへダウンさせる効率的な調光を提供することができる。誘導スイッチングレギュレータ回路では、インダクタは、レギュレータスイッチング周波数で、レギュレータスイッチによって供給電圧と接続および切断することができるエネルギー貯蔵要素として使用することができる。インダクタは、ＬＥＤによって使用される電流を供給するために使用することができる。ＰＷＭスイッチは、１つ以上のＬＥＤを、スイッチングレギュレータ回路の出力に連結され得るノードと接続および切断するために使用することができる。

【0007】

１つのアプローチにおいて、スイッチングレギュレータ回路は、ＰＷＭスイッチのサイクルと一緒にイネーブルおよびディセーブルされる。概して、レギュレータのスイッチング周波数は、ＰＷＭ周波数よりもはるかに高く、ＬＥＤに対する広範囲の調光制御を可能にする。しかしながら、ＰＷＭコントローラのオンタイムまたはデューティサイクルがより低くなるとき、ＬＥＤシステムの電流制御は、ＰＷＭコントローラのオン時間が、ＬＥＤによって使用されるための十分な電荷を中間ノードに転送しそこなうため、ＬＥＤをさらに減光する能力と共に失われ得る。ＰＷＭスイッチサイクルの短いデューティサイクルのためなど、電流制御が喪失されるとき、ＬＥＤは、オフであるように見えるか、または付勢されていないように見え得る。いくつかの状況では、調光レベルが非常に低いとき、電流エラーは蓄積し得る。次いで、より高い調光設定点を受け取ると、制御ループが蓄積されたエラーを処理する間、実際の調光は高過ぎることがある。

【0008】

本発明者らは、誘導スイッチングレギュレータと一緒にＰＷＭ制御を使用して、電流制御を喪失することなく、またはＬＥＤ光フリッカーを引き起こすことなく、ＬＥＤシステムの深い調光を可能にすることができる技法を開発した。第１の技法（「延長電荷転送調光」）では、レギュレータの第１のスイッチングサイクル中、ＰＷＭオン時間が満了する前にインダクタ電流が目標電流に到達しないならば、電圧源へのインダクタの接続は、目標電流に到達するまで維持され得る。第２の技法（「補足電荷転送調光」）では、レギュレータの第１のスイッチングサイクル中、ＰＷＭオン時間が満了する前にインダクタ電流が目標電流に到達しないならば、ＰＷＭオフ時間中にインダクタの第２のまたは分数のスイッチングサイクルがイネーブルされ得る。これら２つの技法は、別々に使用することができ、または互いに組み合わせて使用することができる。

【0009】

図１は、ＬＥＤドライバシステム１００の実施例を概略的に図示する。システム１００は、ＰＷＭコントローラ１０１、パワー段１０２回路、ＰＷＭスイッチ１０６、出力コンデンサ１０８、および電流センサー１１１などのコントローラ回路を含むことができ、かつＬＥＤ負荷１１０を含むか、あるいはＬＥＤ負荷１１０に連結することができる。ＰＷＭコントローラ１０１は、ＬＥＤ調光設定点を受け取ることができる。ＰＷＭコントローラ１０１は、調光設定点に対応するように調整され得るデューティサイクルまたは「オン」時間を有するＰＷＭ信号を提供することができる。パワー段１０２は、ＰＷＭ信号および電源電圧（Ｖ_入力）を受け取ることができる。パワー段１０２は、１つ以上のスイッチを含むことができるような、スイッチモードまたは他のパワーレギュレータを含むことができる。パワー段は、パワー段１０２の出力電流または電圧（Ｖ_出力）をレギュレートするために、ＬＥＤ負荷１１０にバイアス電圧およびバイアス電流を提供するために、クロックすることができ、それによりＬＥＤ負荷１００に提供される平均電流を、調光設定点に見合うものとなるように確立することができる。パワー段１０２のスイッチングレギュレータは、クロック（ＣＬＫ）１３１を含むか、それに連結することができる。クロック１３１は、スイッチングレギュレータのピーク電流の目標値を使用してレギュレートすることができるパワー段の出力電流（Ｉ_ＰＳ）を提供するために使用され得るスイッチングレギュレータにクロック信号を提供することができる。より長いＰＷＭ「オン」時間に対しては、ＰＷＭスイッチ１０６が、ＬＥＤ負荷１１０への平均電流の実質的な制御を提供することができる。出力コンデンサ１０８は、パワー段１０２の出力電圧を平滑化することができ、パワー段１０２の低調光回路１６０と協働してエネルギー貯蔵を提供することができ、そのためフリッカーを回避しながらＬＥＤ負荷１１０の非常に低い調光を可能にすることができる。電流センサー１１１は、本明細書で説明されるように、ピーク電流の目標値を設定するためにパワー段１０２によって使用され得る。

【0010】

図２は、延長電荷転送の例示的な方法の状態図２００を概略的に図示する。本方法は、パワー段１０２のスイッチングレギュレータ回路のパワー段スイッチの第１の「オフ」状態２０１で開始して説明することができる。ＬＥＤへのスイッチ（図１、１０６）を制御するＰＷＭサイクルの「オン」時間（ＰＷＭ＝１）へのＰＷＭ入力遷移を受け取ると、パワー段スイッチの第１の「オン」状態２０３への第１の遷移２０２によって図２に示されているように、スイッチングレギュレータ回路のパワー段スイッチ（例えば、図３、３０３）のクロッキングを始めることができる。この「オン」状態２０３において、パワー段スイッチを閉じることができ、または、例えば、パワー段のインダクタを付勢することができる。ある実施例では、パワー段は、降圧コンバータ回路、昇圧コンバータ回路、昇降圧コンバータ回路、または他のスイッチモードパワーコンバータを含むことができる。

【0011】

第１の「オン」状態２０３の間、パワー段は、ＬＥＤ回路の中間ノードでコンデンサ１０８に電荷を供給し始めることができ、次に、ＰＷＭスイッチ１０６をＬＥＤ負荷１１０にあてがうために使用され得る。パワー段電流（Ｉ_ＰＳ）は、出力コンデンサ１０８に供給することができ、ＰＷＭスイッチ１０６が「オン」であるとき、ＬＥＤ負荷１１０にも供給することができる。パワー段スイッチの第１の「オフ」状態２０１のゼロ電流値から、第１の「オン」状態２０３へ遷移すると、パワー段電流（Ｉ_ＰＳ）は増加する。第１の「オン」状態２０３は、ＰＷＭサイクル「オン」時間が満了したかどうかにかかわらず、目標電流閾値（Ｉ_ピーク）が満たされるまで継続することができる。

【0012】

パワー段１０２の実際の電流流量（Ｉ_ＰＳ）が電流閾値（Ｉ_ピーク）を満たしたとき、かかる条件は、パワー段スイッチの第２の「オフ」状態２０５への第２の遷移２０４をトリガすることができる。パワー段スイッチの第２の「オフ」状態２０５の間、パワー段１０２への電源経路は中断され得る。しかしながら、パワー段１０２のスイッチングレギュレータのインダクタに蓄えられたエネルギーは、出力コンデンサ１０８に（減少する）電流を依然として供給し得、ＰＷＭスイッチ１０６が「オン」であるときに、ＬＥＤ負荷１１０に電流を供給し得る。

【0013】

パワー段スイッチの第２の「オフ」状態２０５からの第３の遷移２０６は、ＰＷＭ入力がＰＷＭサイクルの「オフ」時間（ＰＷＭ＝０）を示すときには、第１の「オフ」状態２０１に動作を戻すことができる。あるいは、第２の「オフ」状態２０５からの退出は、ＰＷＭ入力がＰＷＭサイクルの「オン」部分（ＰＷＭ＝１）を示し続けるとき、および第２のクロック信号が受信される（ＣＬＫ＝１）ときには、パワー段スイッチの第２の「オン」状態２０８への第４の遷移２０７に従うことができる。パワー段スイッチの第２の「オン」状態２０８において、パワー段は、出力コンデンサ１０８と出力ＬＥＤ負荷１１０との両方に電荷を提供することができる。パワー段１０２出力電流（Ｉ_ＰＳ）は、パワー段スイッチの第２の「オン」状態２０８の開始時にゼロである必要はない。

【0014】

パワー段スイッチの第２の「オン」状態２０８からの退出は、パワー段電流（Ｉ_ＰＳ）が電流閾値（Ｉ_ピーク）−それは以前の電流閾値と同じ値であってもなくてもよい、に到達するとき起きることができ、パワー段スイッチの第２の「オフ」状態２０５への第５の遷移２０９をもたらす。あるいは、パワー段スイッチの第２の「オン」状態２０８からの退出は、ＰＷＭ入力がＰＷＭサイクルの「オフ」時間（ＰＷＭ＝０）を示すときには、パワー段スイッチの第１の「オフ」状態２０１への第６の遷移２１０に従うことができる。一例において、第６の遷移２１０は、パワー段電流（Ｉ_ＰＳ）が電流閾値（Ｉ_ピーク）に到達したかどうかに依存する必要はない。

【0015】

図３は、ＬＥＤ負荷１１０の制御された低ＰＷＭの深い調光を許容するための例示的なシステム１００の一部を概略的に図示する。システム１００は、コントローラ回路１０１、パワー段回路１０２、出力コンデンサ１０８、およびＬＥＤ負荷１１０を含むことができる。システム１００は、コントローラ１０１の調光設定点に従ってＬＥＤ負荷１１０に平均電流を提供するように動作させることができる。平均電流は、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流を電流ＬＥＤ負荷１１０に適用することによって提供することができる。より明るいＬＥＤ出力は、各ＰＷＭサイクル中にＰＷＭスイッチ１０６のより長い「オン」時間を提供することによって達成することができる。逆に、より暗い出力は、ＰＷＭサイクル中にＰＷＭスイッチ１０６のより短い「オン」時間を提供することによって達成することができる。ＰＷＭサイクルの周波数は、平均的な観察者の目がＬＥＤ負荷１１０のオン／オフＰＷＭサイクルを見分けることができないほどに十分に高速にすることができる。

【0016】

パワー段１０２は、スイッチングレギュレータを含むことができ、それは１つ以上のパワー段スイッチ３０３、３０４、およびインダクタ３１４などのエネルギー貯蔵要素を含むことができる。ある実施例では、図３に示されるように、ダイオードをスイッチ３０４の代わりに用いることができる。スイッチングレギュレータを動作させるために、電流フィードバックループ３３０を含めることができる。１つ以上のパワー段スイッチ３０３、３０４は、インダクタ３１４を付勢および除勢することができる。出力コンデンサ１０８は、ＰＷＭ電流がＬＥＤ負荷１１０に提供されるとき出力電圧を平滑化するのを助けることができる。ＰＷＭスイッチ１０６は、コントローラ１０１のＰＷＭ制御回路によって制御されることができる。コントローラ１０１は、調光レベル設定点を受け取り、応答して、ＰＷＭスイッチ１０６の「オン」時間を変えてＬＥＤ負荷１１０に提供される電流を制御することができる。コントローラ１０１は、ＰＷＭオン時間が非常に短くなる場合でも、適切な電荷転送およびＬＥＤ負荷１１０の電流制御を可能にするのを助けることができるように、低調光回路１６０を含むことができる。

【0017】

公称または非調光の場合、ＰＷＭサイクルの「オン」時間は比較的長くてもよく、この場合、パワー段スイッチ３０３およびＰＷＭスイッチ１０６は、どちらもクロック１３１からのクロック信号と協調または同期して閉じることができる。フィードバックループ３３０は、インダクタ３１４を通る電流のピーク電流閾値を調節するのを助けるように誤差増幅器３２０を含むことができる。誤差増幅器３２０は、ＬＥＤ負荷１１０の実際の電流を所望のＬＥＤ電流と比較することができる。所望のＬＥＤ電流は、固定または調整可能な電流基準源３２２によって確立することができる。電流基準源３２２の電流出力値は、システム１００の１つ以上の構成要素の定格限界またはその近くにあるように、特定または固定することができる。誤差増幅器３２０の出力は、インダクタ電流のピーク電流閾値を設定するために使用することができる。ピーク閾値コンデンサ３３２は、ピーク電流閾値レベルを表す電圧を保持することができ、ＰＷＭサイクルがスイッチ３２４を介して「オフ」状態にあるとき、誤差増幅器３２０から切断することができる。フィードバックループ３３０は、実際のインダクタ電流を表す信号とピーク電流閾値を表す信号とを比較するピーク電流比較器３２６をさらに含むピーク電流検出器３４０を含むことができる。より長いＰＷＭ「オン」時間については、インダクタ電流はピーク電流閾値に増加することができ、ピーク検出ラッチ３２８などの論理ゲートは、パワー段１０２の電流が減少し始めるようにパワー段スイッチ３０３をリセットすることができる。ＰＷＭサイクルの「オン」時間が活性のままである場合、別のクロックパルスを受け取ると、パワー段スイッチ３０３を再び設定することができ、インダクタ３１４を介する電流流量は、インダクタ３１４が付勢されるにつれて再び増加することができる。インダクタ３１４のスイッチングサイクルは、ＰＷＭサイクルの「オフ」時間が始まるまで繰り返し続けることができる。

【0018】

ＰＷＭサイクルの最初の「オン」時間が非常に短いとき、低調光回路１６０は、どのようにパワー段スイッチ３０３が動作するかを変更することができる。例えば、ＰＷＭ「オン」時間を示す信号を受け取ると、パワー段スイッチ３０３は、インダクタ３１４を付勢するようにクロックされ得、それによってインダクタ３１４を通る電流流量を増加させることができる。ピーク検出ラッチ３２８の出力が設定され、低調光回路１６０の出力３４９が設定される。各ＰＷＭスイッチングサイクルについて、低調光回路１６０は、インダクタ電流がピーク電流閾値に到達したかどうかを示す。例えば、低調光回路１６０の出力３４９は、ＰＷＭサイクル中にインダクタ電流がまだピーク電流閾値（Ｉ_ピーク）に到達していないことを示すために、各ＰＷＭ「オン」時間の開始時に最初は「高」となる。ピーク電流ラッチ３２８の出力は高であり、低調光回路１６０の出力が高であるので、システムのＡＮＤゲート３５０出力が動作して、パワー段スイッチ３０３を閉じるように命令するか、またはこの例示的システム１００を設定することができる。

【0019】

最初に、低調光回路１６０は、インダクタ電流（Ｉ_ＰＳ）が少なくとも初めてピーク電流閾値（Ｉ_ピーク）に到達するまで、ＰＷＭサイクルの「オフ」状態へ遷移するＰＷＭ信号を無視するように動作することができる。このように、ＰＷＭサイクルの短い「オン」期間−非常に低い調光間隔の間−の下では、調光設定点によって確立された所望の平均電流がＬＥＤ負荷１１０に送達されるのを許容するように、追加の電流は、ＰＷＭサイクルの「オフ」時間の間であっても、出力コンデンサ１０８に追加の電荷を提供することができる。この所望の平均電流は、パワー段１０２がＰＷＭサイクルの非常に短い「オン」時間の外側で出力コンデンサ１０８を充電することを可能にすることによって確立することができる。

【0020】

一例において、低調光回路１６０は、ラッチ３４８、第１のインバータ３４２、第１のＮＡＮＤゲート３４４、第２のＮＡＮＤゲート３４６を含む第２のラッチ、および第２のインバータ３５２を含むことができる。低調光回路１６０は、ＰＷＭ信号およびピーク電流比較器３２６の出力を受け取るための入力を含むことができる。ＰＷＭ信号の「オン」間隔の間、低調光回路１６０の出力３４９は「高」に設定される。ラッチ３４８は、リセット入力でピーク電流比較器３２６の出力を受け取ることができる。ラッチ３４８の出力は、一般に、ピーク電流比較器３２６の出力が、インダクタ電流（Ｉ_ＰＳ）がピーク電流閾値（Ｉ_ピーク）に到達したことを示すまで「高」に留まる。インダクタの電流（Ｉ_ＰＳ）がピーク電流閾値（Ｉ_ピーク）を満たしたという指示を受け取ると、低調光回路１６０の出力のラッチ３４８は「低」状態に解除される。第１のＮＡＮＤゲート３４４と第２のＮＡＮＤゲート３４６との組み合わせは、ＰＷＭ信号が「高」であるとき、ＰＷＭ信号が第１のＮＡＮＤゲート３４４の出力および制御ゲート３５０の入力を「高」にすることを可能にするが、低調光回路１６０の出力が既に低状態でない限り、ＰＷＭ信号が「低」であるとき、ＰＷＭ信号が第１のＮＡＮＤゲート３４４の出力および制御ゲート３５０の入力を「低」にすることを禁止する別のラッチを形成する。

【0021】

図４は、短い「オン」間隔（例えば、非常に低い調光）を有するＰＷＭサイクル中、およびより長い「オン」間隔を有する後続のＰＷＭサイクル中に、図３のシステムを動作させることに関連する波形の概念的な例を概略的に図示する。図４に示される波形は、パワー段電流４３１、ＰＷＭ信号４３２、スイッチモードパワーレギュレータクロック信号４３３、および出力コンデンサ１０８の両端の電圧４３４の概念化された例を図示する。短いＰＷＭ「オン」間隔（例えば、図４のｔ_０→ｔ_１）については、十分なエネルギーを出力コンデンサ１０８およびＬＥＤ負荷１１０に転送することを可能にするために、短いＰＷＭ「オン」間隔の持続期間を超えてインダクタを付勢することができる。このエネルギー転送は、短いＰＷＭ「オン」時間中のエネルギー転送と、ＰＷＭ「オフ」時間中の追加のエネルギー転送を含むことができる。短いＰＷＭ「オン」時間が完結した後、パワー段スイッチを動作させて、ピークパワー段電流に到達するまで継続した電荷転送を許容することができる。ＰＷＭ「オフ」時間中の余分な電流は、コンデンサ１０８の両端の電圧を充電することができ、次のＰＷＭ「オン」時間が短い場合には、コンデンサ１０８の初期電圧は、調光設定点に見合う平均電流をＬＥＤ負荷１１０に供給するのを可能にするのに十分なレベルであり得る。

【0022】

より長いＰＷＭ「オン」間隔（ｔ２→ｔ３）については、パワー段電流がピーク電流閾値に到達し、次のクロック信号遷移（ｔ_４）に遭遇する時間ごとに、パワー段スイッチを循環させることができる。パワー段スイッチが動作して、パワー段電流が最初にピーク電流閾値に達すると、パワー段インダクタは、その後、ＰＷＭ「オン」時間の終わりを超えてもはや付勢されることはない。これは、パワー段インダクタと供給電圧との間のパワー段スイッチを開くことで達成することができる。パワー段インダクタは、パワー段スイッチが開いた後にもさらに出力コンデンサ１０８に電流を供給し続けて、パワー段インダクタを供給電圧から分離してもよい。

【0023】

図５は、延長された、または補足的な電荷転送の方法５００の例の状態図を概略的に図示する。方法５００は、パワー段スイッチの第１の「オフ」状態５０１で開始して説明することができる。ＰＷＭサイクルの「オン」時間（ＰＷＭ＝１）への遷移を示すＰＷＭ入力は、パワー段スイッチを動作させる第１の「オン」状態５０３へのような第１の状態遷移５０２をトリガすることができる。第１の状態遷移５０２は、ＰＷＭサイクルの「オン」状態への遷移によってトリガされることに加えて、スイッチングパワーコンバータのクロックと同期することができる。例えば、ＰＷＭ「オン」サイクル（ＰＷＭ＝１）の立ち上がりエッジは、スイッチングレギュレータクロック信号の立ち上がりエッジと同期させて、パワー段スイッチを動作させる第１の「オン」状態５０３への第１の状態遷移５０２をトリガすることができる。パワースイッチは、パワー段１０２に含めることができる降圧コンバータ、昇圧コンバータ、昇降圧コンバータ、または他のスイッチングレギュレータ構成に含めるか、または配置することができる。第１の「オン」状態５０３の間、パワー段レギュレータは、出力コンデンサ１０８の端子に位置付けることができるような、中間ノードに充電電流（Ｉ_ＰＳ）を供給することができる。第１の「オン」状態５０３において、ＰＷＭスイッチ１０６が閉じられるとき、パワー段レギュレータは、出力コンデンサ１０８とＬＥＤ負荷１１０との両方にエネルギーを供給することができる。最初は、第１の「オフ」状態５０１において、パワー段インダクタ電流流量（Ｉ_ＰＳ）はゼロであることができ、第１の「オン」状態５０３への第１の状態遷移５０２によって、パワー段インダクタ電流は増加し始めることができる。第１の「オン」状態５０３は、固定または調整可能な目標または第１のピークパワー段階電流閾値（Ｉ_ピーク１）が満たされるまで継続することができる。

【0024】

ＰＷＭサイクル「オン」時間が活性のままである（ＰＷＭ＝１）と共に、パワー段電流（Ｉ_ＰＳ）が第１のピーク閾値（Ｉ_ピーク１）を満たすと、第１の「オン」状態５０３から第１の「オフ」状態５０１に遷移するために、第２の状態遷移５０４が起こり得る。第１の「オフ」状態５０１と第１の「オン」状態５０３との間にさらに類似の第１および第２の遷移５０２、５０４が、ＰＷＭサイクル「オン」時間が活性のままである（ＰＷＭ＝１）限り起こり得る。

【0025】

ＰＷＭサイクルの「オン」時間が終了すると（ＰＷＭ＝０）、第３の遷移５０５が、第１の「オフ」状態５０１から第２の「オフ」状態５０７へ起こり得、または、第４の遷移５０６が、第１の「オン」状態５０２から第２の「オフ」状態５０７へ起こり得る。第２の「オフ」状態５０７の間、パワー段インダクタ電流（Ｉ_ＰＳ）は、その電荷が出力コンデンサ１０８にダンプされるにつれて減少することができる。パワー段電流が降下して谷閾値（例えば、Ｉ_ＰＳ＜＝０）に到達すると、第２の「オフ」状態５０７から第２の「オン」状態５０９へのように、第５の遷移５０８が起こり得る。パワー段スイッチの第２の「オン」状態５０９の間、パワー段電流（Ｉ_ＰＳ）は、パワー段レギュレータのパワー段スイッチ（例えば、図６Ａまたは図６Ｂの３０３）を介してパワー段インダクタが付勢されるにつれて再び増加することができる。次いで、増加したパワー段電流（Ｉ_ＰＳ）が、二次ピーク閾値（Ｉ_ピーク２）に到達すると、第２の「オン」状態５０９から、パワー段レギュレータのスイッチング動作が中断され、アイドリングされる第１の「オフ」状態５０１へのような、第６の状態遷移５１０が起こり得る。次のＰＷＭサイクル「オン」時間（ＰＷＭ＝１）への遷移を示す次のＰＷＭ入力を受け取ると、第１の「オフ」状態から第１の「オン」状態への別の第１の遷移５０２をトリガすることができる。

【0026】

図５の状態図を使用して説明される方法５００は、例えば次のＰＷＭ「オフ」時間間隔の間に追加の電荷転送を提供することによって、非常に短いＰＷＭ「オン」サイクル時間間隔の電荷転送を補足することによって、ＬＥＤ負荷１１０の非常に低い調光を可能にすることができる。非常に短いＰＷＭ「オン」時間については、ＰＷＭ「オン」時間中に転送された電荷は、所望のＰＷＭ調光レベルではなく、ＬＥＤ負荷１１０がフリッカーまたはオフであるように見えるなど、所望の調光設定点を満たすのに十分ではない場合がある。しかしながら、ＰＷＭ「オフ」時間間隔の間に補足電荷転送を提供する方法５００は、ＬＥＤ負荷１１０に直接提供されないが、次のＰＷＭ「オン」サイクル中に含めるなど、平均電流が所望の調光レベルを満たすことを可能にすることができる電圧レベルに出力コンデンサ１０８を充電するために使用することができる。

【0027】

図６Ａは、ＬＥＤ負荷１１０の制御された低ＰＷＭ調光を提供するためのシステム１００の一部の実施例を概略的に図示する。システム１００は、コントローラ１０１、パワー段１０２、出力コンデンサ１０８を含むことができ、かつＬＥＤ負荷１１０を含むか、またはそれに連結されることができる。システム１００は、コントローラ１０１の調光設定点に見合った平均電流をＬＥＤ負荷１１０に提供するように動作させることができる。所望の平均電流は、ＬＥＤ負荷１１０にパルス幅変調（ＰＷＭ）を適用することによって提供され得る。より明るいＬＥＤ光出力は、各ＰＷＭサイクルの間にＰＷＭスイッチ１０６のより長いＰＷＭサイクル「オン」時間を提供することによって提供することができる。逆に、より暗いＬＥＤ光出力設定は、ＰＷＭサイクル中にＰＷＭスイッチ１０６のより短いＰＷＭサイクル「オン」時間を使用して提供することができる。ＰＷＭサイクルの周波数は、平均的な観察者の目がＬＥＤ負荷１１０のＰＷＭオン／オフサイクリングを検出する必要がないように十分高い周波数にすることができる。

【0028】

パワー段１０２は、１つ以上のパワー段スイッチ３０３、３０４、およびインダクタ３１４を含むことができるようなスイッチングレギュレータを含むことができる。インダクタは、ＬＥＤ負荷１１０に電荷を提供し、出力コンデンサ１０８を充電するために使用することができる。パワー段１０２は、スイッチングレギュレータのスイッチングを制御するのを助けるために電流フィードバックループ３３０を含むことができる。出力コンデンサ１０８は、ＬＥＤ負荷１１０に印加される出力電圧および電流を平滑化するのを助けることができる。システム１００は、ＬＥＤ負荷１１０の調光を可能にするためにＰＷＭスイッチ１０６をさらに含むことができ、コントローラ１０１はＰＷＭ制御回路を含むことができる。コントローラ１０１は、調光レベル設定点を受け取ることができ、ＬＥＤ負荷１１０に提供される電流を制御するようにＰＷＭスイッチ１０６の「オン」時間を変化させることができる。コントローラ１０１は、ＰＷＭオン時間が非常に短い場合であっても、ＬＥＤ負荷１１０の適切な電荷転送および電流制御を可能にするように低調光回路１６０を含むことができる。

【0029】

公称または非調光の場合、ＰＷＭサイクル「オン」時間は比較的長くすることができ、パワー段スイッチ３０３の閉成とＰＷＭ「オン」状態を開始するためのＰＷＭスイッチ１０６の閉成とを協調または同期させることができ、例えばクロック１３１からのようなクロック信号を使用することを含むことができる。フィードバックループ３３０は、誤差増幅器３２０を含むことができ、インダクタ３１４のピーク電流閾値を調整するために使用することができる。誤差増幅器３２０は、ＬＥＤ負荷１１０の実際の電流を所望のＬＥＤ電流と比較することができる。所望のＬＥＤ電流は、固定または調整可能な電流基準源３２２を使用して確立することができる。電流基準源３２２の出力は、ＬＥＤ負荷電流がシステム１００の１つ以上の構成要素の最大定格電流限界またはそれに近い値になるように確立することができる。誤差増幅器３２０の出力は、インダクタ電流のピーク電流閾値を確立することができる。ピーク閾値コンデンサ３３２は、目標ピーク電流閾値レベルを表す電圧を保持するために使用することができ、ＰＷＭサイクルがスイッチ３２４を介して「オフ」状態にあるとき、誤差増幅器３２０から切断することができる。フィードバックループ３３０は、ピーク電流検出器３４０をさらに含むことができ、例えば第１のピーク電流比較器３２６と第２のピーク電流比較器６２６とを含むことができる。第２のピーク電流比較器６２６は、インダクタ３１４の最大定格電流限界またはパワー段スイッチ３０３の最大定格電流限界などの、システム１００のパワー転送構成要素の定格電流限界を表す比較閾値（Ｖ_定格）を受け取ることができる。第１のピーク電流比較器３２６は、実際のインダクタ電流（Ｉ_ＰＳ）を、誤差増幅器３２０によって調整されたその閾値を有し、ピーク閾値コンデンサ３３２に蓄えることができるような目標ピーク電流閾値（Ｉ_ピーク）と比較することができる。

【0030】

図６Ａにおいて、システム１００は、インダクタ電流（Ｉ_ＰＳ）が、次の２つの低い方まで増加することができるように動作させることができる：（１）定格ピーク閾値（Ｖ_定格）または（２）目標ピーク電流閾値（Ｉ_ピーク）。ピーク検出ラッチ３２８などの論理ゲートは、パワー段スイッチ「オフ」状態にリセットされると、パワー段１０２の電流（Ｉ_ＰＳ）が減少し始めるようにパワー段スイッチ３０３のスイッチオン／スイッチオフ動作状態をリセットすることができる。ＰＷＭサイクル「オン」時間が活性のままである場合、別のクロックパルスを受け取ると、パワー段スイッチ３０３をパワー段スイッチ「オン」状態に再び設定することができ、インダクタ２１４を再び付勢することができ、それによってインダクタ電流流量（Ｉ_ＰＳ）を増加させることができる。インダクタ２１４を通るパワー段電流（Ｉ_ＰＳ）は、パワー段スイッチ「オン」状態でパワー段スイッチ３０３のスイッチングを使用してインダクタが再付勢される前であっても、インダクタ内に蓄えられたエネルギーを使用して、パワー段スイッチ「オフ」状態であっても流れ続け得る。

【0031】

ＰＷＭサイクルの「オン」時間が終了し、ＰＷＭサイクルの「オフ」時間が始まると、低調光回路１６０は、ＰＷＭサイクルの「オフ」時間の間にパワー段スイッチ３０３の二次動作サイクルを提供することができる。パワー段スイッチ３０３の二次動作サイクルの間に、低調光回路１６０の第１のラッチ６６３の出力は、ピーク閾値コンデンサ３３２と第１のピーク電流比較器３２６の反転入力との間に選択的に連結することができる電圧源６６５を使用して比較を活性化することができる。電圧源６６５は、例えば低調光回路１６０のフリップフロップ６６６の出力を介して活性化されていないときは、ピーク閾値コンデンサ３３２に蓄えられた電圧によって表される目標ピーク閾値（Ｉ_ピーク）のゼロボルトオフセットを提供することができる。電圧源６６５が活性化されると、オフセット電圧源６６５は、パワー段スイッチ３０３の二次サイクルのための第２のピーク閾値（Ｉ_ピーク２）を表す電圧を提供するなど、目標ピーク閾値（Ｉ_ピーク）から定格ピーク閾値（Ｖ_定格）を減算することができる。目標ピーク閾値（Ｉ_ピーク）が定格ピーク閾値（Ｖ_定格）以下である二次サイクルの場合、第２のピーク閾値（Ｉ_ピーク２）は最小デフォルト値に設定することができる。最初の一次パワー段スイッチサイクルによって提供される電荷と二次パワー段スイッチサイクルの電荷との和は、非常に短いＰＷＭサイクル「オン」時間を有する全ＰＷＭサイクルにわたって深い調光設定点のレベルに見合った平均電流を提供するように確立することができる。

【0032】

ＰＷＭ「オン」時間が終了した後、低調光回路１６０は、出力コンデンサ１０８に供給されているパワー段電流（Ｉ_ＰＳ）を監視することができる。パワー段電流（Ｉ_ＰＳ）が降下し低電流閾値に到達すると、低調光回路１６０の電流の谷／トラフ比較器６６２は、パワー段スイッチ３０３の二次サイクルをトリガすることができる。例えば、ＰＷＭ「オン」時間が終了すると、フィードバックループ３３０内のゲート３５０の出力は「低」になることができ、パワー段スイッチ３０３がパワー段１０２のパワー段電流（Ｉ_ＰＳ）を増加させるためのインダクタの付勢を停止することを可能にする。谷電流検出器６６２は、インダクタ３１４のパワー段電流（Ｉ_ＰＳ）を谷閾値と比較することができる。インダクタ３１４のパワー段電流が谷閾値に降下または谷閾値より下がると、谷電流比較器６６２の出力は、応答して「高」になることができる。低調光回路１６０の第１のラッチ６６３は、低調光回路１６０の第２のゲート６６４を通して、谷電流比較器６６２の出力を受け取ることができる。谷電流比較器６６２の出力を使用して、二次サイクルのためにパワー段スイッチ３０３を閉じるようにトリガすることができる。二次サイクルの間、第１のラッチ６６３の出力は、オフセット電圧回路６６５を活性化して、より小さい値を確立するためにオフセットを差し引くなど、ピーク閾値コンデンサ２３２にわたって保持された目標ピーク閾値（Ｉ_ピーク）を修正し、第２のピーク閾値（Ｉ_ピーク２）を確立することができる。パワー段電流（Ｉ_ＰＳ）が、第２のピーク閾値（Ｉ_ピーク２）を満たすために十分に増加すると、低調光回路１６０の第１のラッチ６６３は、パワー段スイッチ３０３を開くことができ、かつオフセット電圧回路６６５を非活性化することができる。インダクタ３１４のスイッチングサイクルは、次のＰＷＭサイクルの「オン」時間が始まるときに再開することができる。

【0033】

図６Ｂは、ピーク電流検出器３４０に対する論理の別の実施例を概略的に図示する。図６Ｂは、第１のピーク検出器６２７、第２のピーク電流検出器６２６、論理ゲート３２８、およびマルチプレクサ６２９を含むことができる。第２のピーク電流比較器６２６は、インダクタ３１４の最大定格電流限界またはパワー段スイッチ３０３の最大定格電流限界など、システム６００のパワー転送構成要素の定格電流限界を表すことができる比較閾値を受け取ることができ、かつパワー段１０２の実際の電流を閾値と比較することができる。第１のピーク電流比較器６２７は、入力値を２つの閾値の合計と比較することができる．これらの２つの閾値のうち、第１の閾値は、誤差増幅器３２０によって調整されピーク閾値コンデンサ３３２に蓄えられた目標ピーク電流閾値とすることができ、第２の閾値は、マルチプレクサ６２９によって提供することができる。パワー段スイッチ３０の第１の「オン」時間の間−ＰＷＭサイクルの「オン」時間の間−マルチプレクサ６２９は、第１のピーク電流比較器６２６に第２の閾値としてゼロオフセットを提供することができる。パワースイッチ２０３の第２の「オン」時間の間−ＰＷＭサイクルの「オフ」時間の間−マルチプレクサ６２９は、第１のピーク電流比較器６２６に第２の閾値としてシステム１００のパワー転送構成要素の定格電流限界を表す閾値を提供することができる。第２のフリップフロップの出力は、マルチプレクサ６２９を制御するために使用することができる。

【0034】

図７は、短い「オン」間隔（例えば、非常に低い調光）を有するパルス幅変調（ＰＷＭ）サイクル中、およびより長い「オン」間隔を有する後続のＰＷＭサイクル中などに、図６Ａまたは６Ｂのシステムを動作させることに関連する特定の波形の例を概略的に図示する。示された波形は、パワー段電流７３１、ＰＷＭ信号７３２、パワー段１０２のスイッチングレギュレータに使用するためのクロック信号７３３、および出力コンデンサ１０８の両端の電圧７３４を含む。短いＰＷＭ「オン」間隔の場合、短いＰＷＭ「オン」間隔の持続時間の間、インダクタを付勢することができる。非常に短いＰＷＭ「オン」間隔の場合、パワー段１０２は、ＬＥＤ負荷１１０の所望の光強度調光に必要なエネルギーを満たすために、非常に短いＰＷＭ「オン」時間の間に十分な電荷を転送しないことがある。したがって、短いＰＷＭ「オン」時間が終了した後に、調光制御論理は、パワー段電流が降下して谷閾値に到達するのを待つことができ、ＰＷＭ「オフ」時間の間にパワースイッチの第２のサイクルを制御することができる。第２のパワースイッチサイクルの二次ピーク閾値の大きさは、例えば、１つ以上の前のＰＷＭ「オン」時間の長さに基づいて、または実際の調光設定点に基づいて決定することができる。インダクタを通るパワー段電流が増加して二次ピーク閾値に到達するまで、パワー段スイッチを使用してパワー段インダクタを付勢することができる。この第２のサイクルの余分な電流は、次のＰＷＭ「オン」時間における出力コンデンサ１０８の両端の電圧が、調光設定点に見合う平均電流をＬＥＤ負荷１１０に提供するのを可能にするのに十分なレベルであるように、出力コンデンサ１０８を充電するのを助けることができる。

【0035】

より長いＰＷＭ「オン」間隔の場合、パワー段電流がピーク電流閾値に到達するたびに、パワー段スイッチを循環させることができる。そのようなより長いＰＷＭ「オン」が終了した後、パワー段インダクタは除勢され、パワー段電流は出力コンデンサ１０８に電流を提供し続けることができる。そのようなより長いＰＷＭ「オン」時間の後、調光制御論理は、パワー段電流が降下して谷閾値に到達するのを待つことができる。次いで、調光制御論理は、ＰＷＭ「オフ」時間中に短いデフォルト持続時間などのパワースイッチの分数のまたは他の第２のサイクルを制御することができる。より長いＰＷＭ「オン」時間の場合、ＰＷＭ「オフ」時間中のパワースイッチの第２のサイクルは望ましくないか、または無視できる影響しか与えない場合がある。より長いＰＷＭ「オン」時間後にパワースイッチの第２のサイクルを禁止するなど、追加の調光論理を任意選択的に含めることができる。

【0036】

図８は、図３の調光回路１６０と図６Ａおよび６Ｂの低調光回路１６０との組み合わせを使用して、システムを動作させる方法の実施例の状態図を概略的に図示する。本方法は、パワー段スイッチの第１の「オフ」状態８０１で開始して説明することができる。第１の「オフ」状態８０１からパワー段スイッチの第１の「オン」状態８０３への第１の状態遷移８０２は、パワー段のスイッチングレギュレータのクロック（ＣＬＫ＝１）の立ち上がりエッジと同期して、ＰＷＭサイクルのＰＷＭ「オン」時間（ＰＷＭ＝１）への遷移を示すＰＷＭ入力を受け取ると起こり得る。パワー段のスイッチおよびスイッチングレギュレータは、降圧コンバータ、昇圧コンバータ、昇降圧コンバータ、または他の構成として構成することができる。パワー状態スイッチの第１の「オン」状態８０３の間、スイッチングレギュレータは、出力コンデンサ１０８になど、ＬＥＤ回路の中間ノードに電荷を供給することができ、これは、次に、ＰＷＭスイッチ１０６を介してＬＥＤ負荷１１０に連結され得る。ＰＷＭスイッチが閉じられると、スイッチングレギュレータは、出力コンデンサ１０８およびＬＥＤ負荷１１０の両方に供給することができる。最初は、パワー段スイッチの第１の「オフ」状態８０１において、パワー段のインダクタを通る電流流量（Ｉ_ＰＳ）は、ゼロで始まり、次いで増加することができる。動作は、例えば、ＰＷＭサイクルのＰＷＭ「オン」時間が満了したかどうかにかかわらず、パワー段電流（Ｉ_ＰＳ）によって目標電流閾値（Ｉ_ピーク１）が満たされるまで、パワー段スイッチの第１の「オン」状態８０３で継続することができる。

【0037】

８０４において、第２の状態遷移が、実際のパワー段電流流量（Ｉ_ＰＳ）が電流閾値（Ｉ_ピーク１）を満たしたときには、パワー段スイッチの第１の「オン」状態８０３からパワー段スイッチの第２の「オフ」状態へ起こり得る。パワー段スイッチの第２の「オフ」状態８０５の間、パワー段の電源経路は中断され得る。しかしながら、パワー段インダクタ内に蓄えられたエネルギーは、依然として、出力コンデンサ１０８を充電する電流を、場合によっては、ＰＷＭスイッチ１０６を介してＬＥＤ負荷１１０に電流を提供することができる。第２の「オフ」状態８０５において動作している間、電流流量は概して減少する。

【0038】

８０７において、ＰＷＭ入力がＰＷＭサイクルのＰＷＭ「オン」時間（ＰＷＭ＝１）を示し続け、第２のクロック信号（ＣＬＫ＝１）を受け取るときには、第２の「オフ」状態８０５からパワー段スイッチの第２の「オン」状態８０８へ第３の状態遷移が起こり得る。パワー段スイッチの第２の「オン」状態８０８において、パワー段のスイッチングレギュレータは、出力コンデンサ１０８およびＰＷＭスイッチ１０６を介して出力ＬＥＤ負荷１１０に電荷を供給することができる。パワー段の出力からの電流は、パワー段スイッチの第２の「オン」状態８０８の開始時にゼロである必要はない。

【0039】

８１４において、ＰＷＭサイクルのＰＷＭ「オン」時間が活性のままであり、パワー段電流がピーク閾値（Ｉ_ピーク１）を満たす場合、第４の状態遷移８１４が起こり、動作を第２の「オフ」状態８０５に戻すことができる。ＰＷＭサイクルの「オン」時間が活性のまま（ＰＷＭ＝１）である限り、動作は、第２の「オフ」状態８０５と第２の「オン」状態８０８との間でループすることができる。

【0040】

パワー段スイッチの第２の「オフ」状態８０５または第２の「オン」状態８０８のいずれかにおいて、ＰＷＭサイクルがＰＷＭ「オフ」状態（ＰＷＭ＝０）に入るときには、動作は、第５の状態遷移８０６、または第６の状態遷移８０９にそれぞれ従って、第３の「オフ」状態８１０に進むことができる。パワー段スイッチの第３の「オフ」状態８１０の間に、パワー段インダクタから出力コンデンサ１０８に電荷がダンプされるにつれて、パワー段電流（Ｉ_ＰＳ）は減少することができる。

【0041】

８１２において、パワー段インダクタ電流が降下して、例えばゼロのような谷閾値に到達すると、方法８００は、第７の状態遷移８１２を経てパワー段スイッチの第３の「オン」状態８１１に移ることができる。パワー段スイッチの第３の「オン」状態８１１の間に、パワー段インダクタを再び付勢することができる。

【0042】

８１３において、パワー段インダクタ電流が増加して二次ピーク閾値（Ｉ_ピーク２）に到達すると、第８の状態遷移８１３が、パワー段スイッチの第３の「オン」状態８１２からパワー段スイッチの第１の「オフ」状態８０１へ起こり得る。後続のＰＷＭサイクルのＰＷＭ「オン」時間への遷移を示す別のＰＷＭ入力（ＰＷＭ＝１）を受け取ると、方法８００は、上述の様式で繰り返すなどして継続することができる。

【0043】

上記の詳細な説明は、詳細な説明の一部を形成する添付の図面への参照を含む。図面は、例示として、本発明を実施することができる具体的な実施形態を示す。これらの実施形態は、本明細書では「実施例」とも呼ばれる。そのような実施例は、図示または説明されたものに加えて要素を含むことができる。しかしながら、本発明者らは、図示または説明されたこれらの要素のみが提供される実施例も考慮に入れる。さらに、本発明者らは、特定の実施例（または１つ以上のその態様）に関して、または本明細書に図示または説明される他の実施例（または１つ以上のその態様）のいずれに関しても、図示または説明されるこれらの要素（または１つ以上のその態様）の任意の組み合わせまたは並べ替えを使用する実施例も考慮に入れている。

【0044】

本明細書と参照により組み込まれているあらゆる文書との間で使用法が矛盾する場合には、本明細書の使用法が支配する。

【0045】

本明細書においては、特許文献において一般的であるように、「ある（ａ）」または「ある（ａｎ）」という用語は、１つ以上を含むように使用され、「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」または「１つ以上（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」という任意の他のインスタンスまたは使用とは独立している。本明細書において、用語「または（ｏｒ）」は、特に断りのない限り、「ＡまたはＢ」が、「ＡだがＢではない」、「ＢだがＡではない」、ならびに「ＡおよびＢ」を含むような非排他的な「または」を指すように用いられる。本明細書において、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「その中で（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」は、各用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の同義語として使用される。また、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は制限がなく、そのような用語の後に列挙されるものに加えて要素を含むシステム、装置、物品、組成物、処方、またはプロセスが、論じられている主題の範囲内にあるとみなされることを意味する。さらに、特許請求の範囲に現れるような、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などの用語は、単にラベルとして使用され、それらの対象について数値要件を課すことは意図していない。

【0046】

本明細書で説明された方法実施例は、少なくとも部分的に、機械またはコンピュータによって実施することができる。いくつかの実施例は、上記の実施例で説明した方法を実行するように電子デバイスを構成するように動作可能な命令で符号化されたコンピュータ可読媒体または機械可読媒体を含むことができる。かかる方法の実施は、マイクロコード、アセンブリ言語コード、高水準言語コードなどのコードを含むことができる。かかるコードは、様々な方法を行うためのコンピュータ可読命令を含むことができる。コードはコンピュータプログラム製品の一部分を形成してもよい。さらに、一例において、コードは、実行中または他の時などに、１つ以上の揮発性、非一時的、または不揮発性の有形コンピュータ可読媒体上に有形に格納することができる。これらの有形コンピュータ可読媒体の例としては、限定はされないが、ハードディスク、取り外し可能磁気ディスク、取り外し可能光ディスク（例えば、コンパクトディスクおよびデジタルビデオディスク）、磁気カセット、メモリカードまたはスティック、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などを含めることができる。

【0047】

上記の説明は、例示的なものであり、制限するものではないことが意図されている。例えば、上記で説明した実施例（または１つ以上のその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。上記の説明を検討することにより、当業者によって、他の実施形態が使用されることができる。要約書が、米国特許法施行規則第１．７２（ｂ）条に適合するために提供され、読者が技術的な開示の性質を速やかに確認できるようにしている。それは、特許請求の範囲または意味を解釈または制限するために使用されないことを理解して提示されている。また、上記の詳細な説明において、様々な特徴をグループ化して開示を合理化してもよい。これは、未請求の開示された特徴がどんな特許請求の範囲にとって本質的なものであることを意図していると解釈されるべきではない。むしろ、発明の主題事項は、開示された特別な実施形態のすべての特徴よりも少なくてもよい。以下の態様は、詳細な説明の中に実施例または実施形態として本明細書に組み込まれ、各態様は、別個の実施形態として単独で立っており、そのような実施形態は、様々な組み合わせまたは順列で互いに組み合わせ得ることが企図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】