JP6157639B2 - 差電圧供給部を有する発光ダイオードのドライバ - Google Patents

Description

［０００１］本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源用の駆動回路の分野に関し、より詳細には、ＬＥＤ用の交流対直流（ＡＣ−ＤＣ）又は直流対直流（ＤＣ−ＤＣ）コンバータに関する。

［０００２］ＬＥＤは、典型的には、少なくとも１つの調整された出力を伝達するＡＣ−ＤＣ又はＤＣ−ＤＣコンバータを有するドライバ回路により駆動され、これは、入力電圧の変化又は任意の他の乱れ（disturbance）に応じて、比較的一定の電流を生成して供給することを可能にする。

［０００３］ＬＥＤ用の小さくてコンパクトな電力管理ユニットに対する固体照明（ＳＳＬ）産業の要求は大きくなってきており、その主張はパワーＬＥＤの分野で更に強くなり、電力供給部からのエネルギーは、できる限り効率的に定電流の形で伝達されなければならない。理想的には、ＬＥＤ自体と大きさで互換性のあるＬＥＤドライバは、新しい照明のコンセプトを可能にする大きな突破口を意味する。そのような解決策は、寿命、大きさ及び熱放散の要求に合わせるために高いレベルの信頼性及び効率を持つシステムを必要とする。

［０００４］既知のＬＥＤドライバは、一般的に、現在は２つの主な技術、すなわち、線形ドライバ及びスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）に基づいている。

［０００５］ＤＣ−ＤＣ変換用の線形ドライバは、低コストで高い集積化能力を提供するという利点を有しており、そのようなドライバは長い待ち時間の（latency）半導体スイッチ及び成熟技術によりモノリシックに集積され得るレジスタのみより成るという事実が認められている一方で、線形ドライバに基づく解決策は、設計許容度のため、又は、負荷の経時変化若しくは温度のばらつき又はそれらの両方から生じる負荷のインピーダンスのばらつきのようなシステム内における乱れにより入力と出力との電圧差が高くなるときは必ず効率の悪さを有している。

［０００６］以下に詳細に説明される図１に示されているようなＬＥＤの電流−電圧特性は、電圧が通常ＶＦにより示される或る順方向電圧の閾値に達すると突然反応を示す。或るＬＥＤについてのΔＶＦにより示されている順方向電圧の閾値のばらつきは、典型的には、±１０％のオーダーであり、従って、大きな電力損失を招いてしまい、これは、ＬＥＤドライバの電力管理ユニットにとっての難題を意味する。実際には、線形ドライバは、専らサブワットのアプリケーションに用いられ得る。

［０００７］誘導性の蓄積を用いるＳＭＰＳドライバは、より良好な効率を達成することを可能にするが、全てのＳＭＰＳ要素（特に、反応性の部品及びより具体的にはインダクタ）のモノリシック集積化が、考えられるアプリケーションの要求を満たすのに十分に成熟していない。

［０００８］容量性のエネルギーの蓄積を用いるＳＭＰＳドライバは、キャパシタ及び半導体スイッチのみを使用する非常に効率的なＤＣ対ＤＣ電圧変換を与える。ここで、ＳＭＰＳは、とりわけ、スイッチドキャパシタコンバータ（ＳＣＣ）又はチャージポンプ（ＣＰ）を含んでいる。従って、容量性タイプのＳＭＰＳは、誘導性タイプのＳＭＰＳと比較してより容易に集積化され得る。ＬＥＤ用のドライバにＣＰを用いることは既知であり、幾つかの適用可能な既製の集積回路はチャージポンプを含んでいる。しかしながら、全てのこれらの製品は、基本的には、ＣＰの伝動機構（powertrain）を集積化するモノリシックチップ及び関連する制御を行う線形レギュレータより成っており、これらの製品は、典型的には１ワットまでの電力用の携帯電話機のバックライティングに広く用いられている。これらの解決策では、典型的にはリチウムイオン電池により供給される入力電圧は、まず第１に、ＬＥＤの順方向電圧を上回る最も近い電圧まで増加又は減少する。これらのチップは、線形ドライバによって電流の調整を与え、大抵のケースでは、悪い効率、典型的には８０％未満になる。

［０００９］小さい、典型的には、ＬＥＤ自体の体積に等しい体積とＬＥＤの順方向電圧のばらつきによる損失の最小化との間の妥協を与えるミドルないしハイパワーＬＥＤドライバに関する既知の解決策は存在しない。

［００１０］本発明の１つの目的は、特にＬＥＤの順方向電圧のばらつきによって悪影響を及ぼされるＬＥＤ用の小体積のドライバの実現を可能にする解決策を提案することにより、先行技術の上述した欠点を改善することにある。本発明は、更に、ＬＥＤパッケージ内に容易に組み込まれ得るＬＥＤ用の電力管理ユニットの実現を可能にする。

［００１１］本発明によれば、１つの第１のバイアス電圧及び１つの第２のバイアス電圧により規定され差、２つのバイアス電圧の間の差がＬＥＤの順方向電圧の予想されるばらつき以上であるフローティング差電圧を供給されるＬＥＤドライバが提案される。小さい差供給電圧は、特にそのようなドライバがＳＣＣより成る場合に、ドライバの構成要素の応力を緩和し、回路の複雑さをかなり低減する。

［００１２］その目的のために、本発明は、１つ又は複数のＬＥＤを駆動するドライバであって、１つの第１のバイアス電圧と１つの第２のバイアス電圧との差電圧を供給される少なくとも１つの駆動ユニットを有し、上記差電圧は上記１つ又は複数のＬＥＤの順方向電圧の最大の予想されるばらつき以上である当該ドライバを提案する。

［００１３］本発明の例示的な形態では、ドライバは出力電圧を供給する電圧コンバータを有し、上記出力電圧の時間特性は前記差電圧の関数として実質的に方形波形である。

［００１４］本発明の例示的な形態では、上記電圧コンバータは、スイッチドキャパシタコンバータ（switched capacitor conveter）により形成されている。

［００１５］本発明の例示的な形態では、上記電圧コンバータは、ディクソンラダートポロジに基づくものである。

［００１６］本発明の例示的な形態では、上記スイッチドキャパシタコンバータは、中間電圧を供給する複数の内部ノードを有し、当該ドライバは、上記駆動出力電圧を上記内部ノードのいずれか１つに選択的に接続するマルチプレクサを更に有している。

［００１７］本発明の例示的な形態では、ドライバは、入力電圧により供給され、上記２つのバイアス電圧を供給する電圧供給部を有している。

［００１８］本発明の例示的な形態では、電圧供給部は、上記ＬＥＤの動作の経過時間及び温度よりなる群の中の少なくとも１つのばらつきの関数として上記２つのバイアス電圧の値を変化させる。

［００１９］本発明の例示的な形態では、上記電圧供給部は、各バイアス電圧の値に決定されたオフセット値を加えることにより各バイアス電圧の値を変化させるように構成され、上記オフセット値はＬＥＤの動作の経過時間及び温度よりなる群の中の少なくとも１つの推定されるばらつきに依存する。

［００２０］本発明の例示的な形態では、上記電圧供給部は降圧（step-down）コンバータを有し、上記２つのバイアス電圧の低い方が前記降圧コンバータにより供給される。

［００２１］本発明の例示的な形態では、上記降圧コンバータは、ディクソンラダートポロジに基づている。

［００２２］本発明の他の観点は、説明される実施形態のいずれかのように、少なくとも１つのＬＥＤと、関連する駆動ユニットとを有するＬＥＤパッケージである。

［００２３］本発明の例示的な形態では、上記ＬＥＤパッケージは、パワーシステムオンチップ又はパワーシステムインパッケージのように集積化されている。

［００２４］本発明の更に他の観点は、実質的に同じ電圧−電流特性を有する複数のＬＥＤを有し、各ＬＥＤは、説明される実施形態のいずれかのように駆動ユニットによって駆動される光モジュールである。

［００２５］本発明の例示的な形態では、上記光モジュールは、更に、入力電圧により供給され、前記２つのバイアス電圧を複数の駆動ユニットに供給する電圧供給部を有している。

［００２６］本発明の他の観点は、少なくとも１つの負荷を動作させる方法であって、１つの第１のバイアス電圧と１つの第２のバイアス電圧との差電圧を供給される少なくとも１つの駆動ユニットを与えるステップを有し、上記差電圧は、上記少なくとも１つの負荷の上記順方向電圧の最大の予想されるばらつき以上である当該方法である。

［００２７］本発明の実施形態の幾つかにおける本発明の１つの他の利点は、説明される実施形態のいずれかのようなＬＥＤドライバ又は駆動ユニットの構成が、とりわけ、必要な部品の数の観点で既存の構成と比較して簡易化され得ることである。例えば、ドライバ又は駆動ユニットがＳＣＣを有すると、ＳＣＣが比較可能な電力変換比を達成することを可能にすることに基づいて、スイッチ及びキャパシタの数が既存のドライバの構成と比較して劇的に減少する。

［００２８］本発明の実施形態の幾つかにおける本発明の１つの他の利点は、説明される実施形態のいずれかに係るＬＥＤドライバ、駆動ユニット又はＬＥＤ光モジュールが、ヒートシンク又は低抵抗熱経路を必要としないで電力効率が高いことである。

［００２９］本発明のこれら及びその他の特徴は、専ら説明に役立つ非限定的な例として与えられる好ましい実施形態の以下に与えられる詳細な説明及び添付の図面によってより明らかにされるであろう。

［００３０］ＬＥＤの典型的な電流−電圧特性を示す図である。 ［００３１］複数のＬＥＤ及び本発明に係るＬＥＤ駆動ユニットを有する光モジュールの構造を示すブロック図である。 ［００３２］本発明の例示的な実施形態に係るＬＥＤドライバの詳細な構造を示す図である。 ［００３３］本発明の例示的な実施形態に係るＬＥＤドライバの動作原理を示すタイミング図である。 本発明の例示的な実施形態に係るＬＥＤドライバの動作原理を示すタイミング図である。

［００３４］以下の詳細な説明では、限定ではなく説明の目的として、具体的詳細を開示する代表的な実施形態がこの教示の完全な理解を与えるために説明される。しかしながら、本明細書において開示される具体的詳細から逸脱するこの教示に従う他の実施形態が添付の特許請求の範囲内にとどまることは、この開示の利益を得た当業者には明らかであろう。また、よく知られている装置及び方法の説明は、代表的な実施形態の説明を不明瞭にしないように省略され得る。そのような方法及び装置は、明らかにこの教示の範囲内である。

［００３５］図１は、ＬＥＤの典型的な電流−電圧特性を示した図である。図１は本発明の正しい理解を支援することを目的としており、とりわけ、公称順方向電圧及び順方向電圧のばらつきの相対値が単に示されており、ＬＥＤの現実の実際の特性を有するケースには必ずしも対応しない。

［００３６］図１は、実線で描かれている順方向領域のダイオードの公称電圧−電流特性を表す１つの第１の曲線１１、すなわち、縦軸はアノードからカソードへの方向のＬＥＤを通って流れる電流の強度Ｉを示し、横軸はＬＥＤの両端の電圧Ｖを示したグラフを示している。ＬＥＤ電圧Ｖが或る順方向電圧降下値ＶＦに達すると、ＬＥＤ電流Ｉははっきりと認識できるようになり、ＬＥＤは非常に低い抵抗を呈する。しかしながら、或るＬＥＤについての公称順方向電圧ＶＦは、製造のばらつきのために大きく異なり、順方向電圧ＶＦも、負荷を通る電流のばらつきのために動作中大きくばらつくが、また、温度のような環境パラメータのばらつきのために、ＬＥＤの経時変化の結果として大きく異なる。ＬＥＤの順方向電圧の最大の予想されるばらつきは、上述したような全ての起こり得るソースの原因を考慮に入れると、最小順方向電圧ＶＦｍｉｎと最大順方向電圧ＶＦｍａｘとの間の区間であると考えられ、この区間の大きさはΔＶＦとして示されている。順方向電圧が最小又は最大である極限状態の下におけるＬＥＤのＶ−Ｉ特性が、第２の曲線１３及び第３の曲線１５としてそれぞれ破線で描かれている。第２及び第３の曲線１３、１５の全体の形は、第１の曲線１１の形と同様である。

［００３７］図２は、本発明に係る複数のＬＥＤと駆動ユニットとを有する光モジュール２００の構成を示すブロック図を与えている。

［００３８］光モジュール２００は、複数のｎ個のＬＥＤＤ１，Ｄ２、…、Ｄｎを有しており、ｎはゼロではない整数である。各ＬＥＤＤ１，Ｄ２、…、Ｄｎは、駆動ユニット２０１、２０２、…、２０ｎにより駆動される。典型的な実施形態では、入力電圧を供給される１つの単一の電力供給部２０が全ての駆動ユニット２０１、２０２、…、２０ｎに供給できる。

［００３９］本発明の特異性によれば、各ＬＥＤ駆動ユニット２０１、２０２、…、２０ｎは、第１のバイアス電圧ＶＢ１と第２のバイアス電圧ＶＢ２とにより規定されるフローティング差電圧を供給される。２つのバイアス電圧ＶＢ１、ＶＢ２間の差は、上述したような全ての起こり得るソースの原因を考慮に入れたＬＥＤの順方向電圧の予想される最大のばらつきΔＶＦ以上であるように選択される。代替例では、２つのバイアス電圧ＶＢ１、ＶＢ２の差は、専ら動作中負荷を通る電流のばらつきに起因するそれらのばらつきが考慮される際に、ＬＥＤの順方向電圧の予想される最大のばらつき以上であるように選択され、上記ばらつきはＬＥＤの動的抵抗と関連がある。そのような構成では、更に以下に詳細に説明されるように、温度のばらつき又は負荷の経時変化のような他のソースの原因に起因する順方向電圧のばらつきが、例えば、２つのバイアス電圧ＶＢ１、ＶＢ２の間の差電圧を一定に保ちながら、２つのバイアス電圧ＶＢ１、ＶＢ２の絶対値を調整することによる負荷動作の最適化によって補償され得る。

［００４０］小さい差供給電圧は、ドライバの構成要素の応力の緩和を可能にし、回路の複雑さをかなり低減する。従って、各ＬＥＤＤ１、Ｄ２、…、Ｄｎは、関連する駆動ユニット２０１、２０２、…、２０ｎ、図に点線で示されている集積化ユニット２１１、２１２、…、２１ｎとともにＬＥＤパッケージに組み込まれ得る。

［００４１］各駆動ユニット２０１、２０２、…、２０ｎは、第１のバイアス電圧ＶＢ１に接続される１つの第１の供給端子、第２のバイアス電圧ＶＢ２に接続される１つの第２の供給端子及び対応するＬＥＤＤ１、Ｄ２、…、Ｄｎのアノードに接続される少なくとも１つの出力端子を有しており、ＬＥＤのカソードは基準電圧、例えば、グランドに接続される。各ＬＥＤ駆動ユニット２０１、２０２、…、２０ｎは、更に、光強度及び／又は色のような他の光パラメータの調節を可能にする光出力制御信号を受け取る入力端子を有している。

［００４２］ＬＥＤＤ１、Ｄ２、…、Ｄｎは、本質的に同様の特性を有しているか、又は、少なくともそれらＬＥＤの特性は、予想される最大の順方向電圧のばらつき全てが決定された区間内に存在するようになっていて、決定された区間は駆動ユニットに供給される２つのバイアス電圧により許可される区間に完全に含まれる、。

［００４３］図３は、関連する電力供給部を伴った本発明の例示的な実施形態に係るＬＥＤドライバの詳細な構造を説明する図を示している。

［００４４］本発明の好ましい実施形態によれば、ＬＥＤドライバは、駆動ユニット３０１を有している。駆動ユニット３０１は、電圧コンバータ３００、例えばラダートポロジ型のスイッチドキャパシタコンバータ（ＳＣＣ）に基づくチャージポンプを有している。駆動ユニット３０１は、ＬＥＤドライバの一部であるか又はＬＥＤドライバの外部にある電力供給部３０により供給される２つのバイアス電圧ＶＢ１及びＶＢ２を介した差電圧により供給される。

［００４５］図３に示されている例示的な実施形態では、ＬＥＤ駆動ユニット３０１は、電圧コンバータ３００を形成する所謂ディクソンラダーコンバータを有している。例えば、標準的なラダー、フィボナッチ又は直列−並列トポロジのような他のＳＣＣトポロジが用いられ得ることが理解されるべきである。

［００４６］図示されている例示的な実施形態は、５つのキャパシタＣ１ないしＣ５及び単極単投型の９つのスイッチＳ１ないしＳ９に基づくディクソンラダートポロジを用いている。より具体的には、ＬＥＤ駆動ユニット３０１は、それぞれが２つのキャパシタを有する２つのフライングラダーを有しており、１つの第１のフライングラダーは１つの第３のキャパシタＣ３と直列である第１のキャパシタＣ１を有し、１つの第２のフライングラダーは１つの第４のキャパシタＣ４と直列である第２のキャパシタＣ２を有している。

［００４７］駆動ユニット３０１は、更に、６つの中央ノード３０１１ないし３０１６を有している。１つの第１のスイッチＳ１は、第１の中央ノード３０１１を第２のバイアス電圧ＶＢ２に選択的に接続する。１つの第２のスイッチＳ２は、第１の中央ノード３０１１を第２の中央ノード３０１２に選択的に接続する。１つの第３のスイッチＳ３は、第２の中央ノード３０１２を第３の中央ノード３０１３に選択的に接続する。１つの第４のスイッチＳ４は、第３の中央ノード３０１３を第４の中央ノード３０１４に選択的に接続する。１つの第５のスイッチＳ５は、第４の中央ノード３０１４を第５の中央ノード３０１５に選択的に接続する。１つの第５のキャパシタＣ５は、第５の中央ノード３０１５と第６の中央ノード３０１６との間に配されている。第６の中央ノード３０１６は、第１のバイアス電圧ＶＢ１に接続されている。

［００４８］第１及び第３のキャパシタＣ１、Ｃ３を有する上記第１のフライングラダーは、第１の中央ノード３０１１と１つの第１の二次ノード３０２１との間に位置している。１つの第６のスイッチＳ６は第１の二次ノード３０２１を第５の中央ノード３０１５に接続し、１つの第７のスイッチＳ７は第１の二次ノード３０２１を第６の中央ノード３０１６に接続する。第１のキャパシタＣ１と第３のキャパシタＣ３との間の１つのノードは、第３の中央ノード３０１３に接続されている。

［００４９］第２及び第４のキャパシタＣ２、Ｃ４を有する上記第２のフライングラダーは、第２の中央ノード３０１２と１つの第２の二次ノード３０２２との間に位置している。１つの第８のスイッチＳ８は第２の二次ノード３０２２を第５の中央ノード３０１５に接続し、１つの第９のスイッチＳ９は第２の二次ノード３０２２を第６の中央ノード３０１６に接続する。第２のキャパシタＣ２と第４のキャパシタＣ４との間の１つのノードは、第４の中央ノード３０１４に接続されている。

［００５０］上記２つのフライングラダーは、適切な連続するスイッチＳ１ないしＳ９の開閉の結果、逆位相である。例えば、全ての奇数のスイッチＳ１、Ｓ３、…、Ｓ９は、第１の時間位相Φ１中、或る状態、例えば、オン状態にあり、全ての偶数のスイッチＳ２、Ｓ４、…、Ｓ８は、連続する第２の時間位相Φ２中、逆の状態、例えばオフにされており、上記全てのスイッチの状態は逆にされ得る。

［００５１］例えば、電圧コンバータ３００は、５：１の変換比を与えるように構成される。

［００５２］駆動ユニット３０１は、更に、電圧コンバータ３００の内部ノードの１つ、すなわち、第１の４つの中央ノード３０１１、３０１２、３０１３、３０１４のうちのいずれか１つを１つずつ選択的に接続し、第１の４つの中央ノード３０１１、３０１２、３０１３、３０１４における各中間電圧ｖｘ１、ｖｘ２、ｖｘ３、ｖｘ４の関数として駆動電圧ｖｘをそれぞれ出力することを可能にする１つのマルチプレクサ３１０を有している。時間の関数としての駆動電圧ｖｘ及び中間電圧ｖｘ１、ｖｘ２、ｖｘ３、ｖｘ４の例示的な曲線が、以下に説明される図４Ａ及び図４Ｂに示されている。上記マルチプレクサは、第１の４つの中央ノード３０１１、３０１２、３０１３、３０１４にそれぞれ接続される４つのマルチプレクサスイッチＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３により形成され得る。

［００５３］マルチプレクサ３１０を用いるそのような実施形態によりもたらされる１つの利点は、駆動ユニット３０１が所与のバイアス電圧に基づいて種々の特性を持つＬＥＤを駆動するように構成され得ることであり、従って、マルチプレクサの使用は出力電圧又は相互的に入力電圧のより大きなダイナミックレンジを可能にする。

［００５４］マルチプレクサ３１０の出力は、ＬＥＤＤと直列に置かれたフィルタインダクタＬｏに接続される。キャパシタＣｏは、ＬＥＤＤと並列に置かれ得る。フィルタインダクタＬｏ及びキャパシタＣｏにより形成される出力フィルタは、ＬＥＤＤに定電流を供給する上記ＳＣＣの内部脈動電圧をフィルタ処理する。

［００５５］電圧供給部３０は、入力電圧Ｖｉｎにより供給され、降圧コンバータを有している。従って、例示的な実施形態では、電極供給部３０は、入力電圧Ｖｉｎの降圧変換から生じる第１のバイアス電圧ＶＢ１を伝達し、第２のバイアス電圧ＶＢ２は入力電圧Ｖｉｎと等しく、そのような実施形態は簡単な構成を要するという利点を有する。

［００５６］更に図３により示されている例示的な実施形態では、電圧供給部３０は、２つのキャパシタＣ６、Ｃ７及び４つのスイッチＳ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７を有するディクソンラダー構造に基づいて実現され、入力電圧Ｖｉｎの降圧変換を可能にする。例えば、電圧供給部３０は、２：１の降圧変換比を可能にするように構成される。入力電圧Ｖｉｎが５Ｖに等しい場合、電圧供給部は、例えば、専用の電力レイルを介して第２のバイアス電圧ＶＢ２及び第１のバイアス電圧ＶＢ１として５Ｖ及び２．５Ｖをそれぞれ供給する。

［００５７］更に図３により示されている例示的な実施形態では、電圧供給部３０は、入力ＤＣ電圧を出力ＤＣ電圧に変換するように構成される。電圧供給部３０は、例えば、ＡＣ電圧のようなＡＣ入力信号又は電源電圧（mains voltage）を変換するようにも構成され得る。その目的のために、電圧供給部３０は、更に、図示されていない整流器又は整流器及びトランスを有している。

［００５８］上述したように、本発明の幾つかの実施形態では、２つのバイアス電圧ＶＢ１、ＶＢ２の差は、動作中負荷を通る電流のばらつきに起因するばらつきが考慮に入れられる場合にのみＬＥＤの順方向電圧の予想される最大のばらつき以上であるように選択され、上記ばらつきはＬＥＤの動的抵抗にリンクする。

［００５９］従って、電圧供給部３０は、負荷の経時変化又は温度のばらつきのような他のソースの原因に起因する順方向電圧のばらつきを補償するためにバイアス電圧ＶＢ１、ＶＢ２の値を変化させることにより負荷動作を最適化するように構成される。

［００６０］例えば、電圧供給部３０は、負荷の経時変化及び／又は温度のばらつきの関数として決定される決定オフセット値を加える又は差し引くことにより各バイアス電圧ＶＢ１、ＶＢ２の値を変化させるように構成される。

［００６１］例えば、上記ドライバは、更に、感知された温度を表す信号及び負荷の動作の経過期間を表す信号の中で少なくとも１つを入力として受け取るコントローラユニットを有している。このコントローラは、ドライバの一部であるか又はドライバの外部に存在する部品によって構成され得る。

［００６２］上記感知された温度を表す信号は、ドライバの又は幾つかの外部の構成要素の一部である温度センサにより与えられる。上記負荷の動作の経過期間を表す信号は、同様にドライバの又は幾つかの外部の構成要素の一部である時間カウンタにより与えられる。

［００６３］上記コントローラは、例えばドライバの又は幾つかの外部の構成要素の一部であるメモリに記憶される例えばルックアップテーブル又は数学的関数により構成される負荷の動作特性に基づいて、２つのバイアス電圧の値がどれだけ変化するべきであるかを決定するように構成される。そのような負荷の動作特性は、予め知られている／例えば負荷の供給業者により与えられるか、又は適切な試験の実行により負荷の挙動を特徴付けることによって決定される。

［００６４］代替の実施形態では、上記コントローラは、例えば、負荷動作開始後所定の時間窓の間に又は負荷の動作中の所定の瞬間に負荷の閾値電圧を決定するように構成される。上記負荷の閾値電圧は、例えば、当業者によりそれ自体は知られている方法に従って、連続的なステップによる負荷を通る出力電流の増大を適用し、負荷の両端の得られる電圧の測定値を集めることにより決定される。

［００６５］例えば、電圧供給部３０及びＬＥＤ駆動ユニット３０１は、±１０％の許容誤差を有する５Ｖの入力電圧Ｖｉｎで、熱及びエージングドリフトを考慮する際に２．５Ｖから３．５Ｖの間で変化させる３Ｖの公称順方向電圧の０．５ＷのミドルパワーＬＥＤよりなる負荷を伴って動作するように構成される。従って、回路は、入力電圧又はＬＥＤの順方向電圧閾値のいかなるばらつきに対しても１５０ｍＡの定電流を与えるように設計される。

［００６６］図示されている例示的な実施形態における全てのスイッチＳ１ないしＳ１７は、双方向であり、回路のスイッチング周波数と互換性のある適切な技術で実現される。例えば、スイッチは、シリコン基板上の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）又は窒化ガリウム基板上の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）により形成される。更に図３により示されている例示的な実施形態では、電圧コンバータ及び電圧供給部３０は、２０ＭＨｚの周波数で動作し、リアクタンス素子の集積化を可能にする。

［００６７］全てのリアクタンス素子は、例えばパワーシステムオンチップ（ＰＳｏＣ）又はパワーシステムインパッケージ（ＰＳｉＰ）のような集積化を可能にするのに十分小さいサイズである。図示されている例示的な実施形態では、全てのキャパシタについての容量は、１００ｎＦに設定され、キャパシタンス値は、より良好な性能を達成するために更に最適化される。フィルタインダクタＬｏのインダクタンス値は、２００ｎＨに設定され、５×５ｍｍの表面を持つＬＥＤサブマウントにプリントされることを可能にする。

［００６８］代替の実施形態では、キャパシタは強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＦＲＡＭ（登録商標））又はエンベデッドダイナミックランダムアクセスメモリ（ｅＤＲＡＭ）に適用されるのと同様の技術を用いて実現される。そのような技術を用いて達成されるより高い誘電定数は、集積化ＳＣＣをより小さく及び従ってより安価にする。

［００６９］図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の例示的な実施形態に係るＬＥＤドライバ、上述した例示的な仕様を有する電力供給部及びＬＥＤドライバの動作原理を説明するタイミング図である。

［００７０］図４Ａを参照すると、グラフは、電圧供給部が第２のバイアス電圧ＶＢ２及び第１のバイアス電圧ＶＢ１として５Ｖ及び２．５Ｖをそれぞれ与える例示的な実施形態の上述したような電圧コンバータ３００の対応する中央ノード１の時間の関数として中間電圧ｖｘｉを表す５つの曲線を表示している。図４Ａの全ての曲線は、本質的には、周期的な方形波の特徴を有しており、全ての奇数番号のスイッチＳ１、Ｓ３、…、Ｓ９が閉じた状態にあり、全ての偶数番号のスイッチＳ２、Ｓ４、…が開いた状態にあるフェーズΦ１の間のより低い電圧レベルと、全ての奇数番号のスイッチＳ１、Ｓ３、…が開いた状態にあり、全ての偶数番号のスイッチＳ２、Ｓ４、…が閉じた状態にあるフェーズΦ１の間のより高い電圧レベルとを有している。

［００７１］次に図４Ｂを参照すると、グラフは、ドライバ３０１がマルチプレクサ３１０を有する図３を参照して上述したような例示的な実施形態において適切なマルチプレクサスイッチＳ１３を閉じることにより、ドライバ電圧ｖｘが第４の中間電圧ｖｘ４の電圧に等しく設定される例示的な実施形態における実線で描かれ、ドライバ電圧ｖｘの時間特性を表す第１の曲線を表示している。従って、図示されている例では、ドライバ電圧ｖｘは、３Ｖのより低い電圧レベルと３．５Ｖのより高い電圧レベルとを有する方形波の特徴を有している。

［００７２］図４Ｂのグラフは、点線で描かれたＬＥＤＤの両端のＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤを表す第２の曲線を表示している。フィルタインダクタＬｏ及びキャパシタＣｏにより形成される出力フィルタの結果、ＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤは一定であり、３．２５Ｖに等しい。

［００７３］本発明が図面及び前述の説明において詳細に示され、説明されたが、そのような図及び説明は説明的又は例示的であるであり、限定するものではないことが当業者には明らかであるべきであろう。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、むしろ、幾つかの変形例及び修正例が添付の特許請求の範囲に規定される本発明の保護範囲内において可能である。

［００７４］例えば、図示されている例はドライバ又は駆動供給部におけるＳＣＣの使用に関連しているが、ＳＭＰＳ構造に基づく任意の他のタイプのチャージポンプ又は電圧コンバータがＳＣＣの場所に用いられ、他の構造も用いられ、例えば、線形ドライバが差供給電圧とともに用いられ得る。

［００７５］他の例として、上記例示的な実施形態において説明されたような電圧供給部は、電圧供給モジュールの一部であってもよいし、専用パッケージに組み込まれていてもよいし、可能であればドライバ及び／又は関連するＬＥＤと同じパッケージに組み込まれてもよい。

［００７６］更に他の例として、上述した実施形態のいずれかの通りのＬＥＤは、ＬＥＤのセットであってもよく、例えば一連のＬＥＤであり得る。

［００７７］本明細書において定義され、使用される全ての定義は、辞書を超える定義、参照することにより組み込まれる文書内の定義及び／又は定義された用語の通常の意味を支配すると理解されたい。

［００７８］開示された実施形態に対する他の変形例が、図面、この開示及び添付の特許請求の範囲の研究から特許請求の範囲に係る発明を実行する際に当業者により理解され、もたらされる。特許請求の範囲において、「有する（comprise）」という語は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を排除するものではない。或る方策が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に用いられないことを示してはいない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も範囲を限定するように解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. １つ又は複数のＬＥＤを駆動するドライバであって、１つの第１のバイアス電圧と１つの第２のバイアス電圧との差電圧を供給される少なくとも１つの駆動ユニットを有し、前記差電圧は前記１つ又は複数のＬＥＤの順方向電圧の最大の予想されるばらつきに基づいて、当該最大の予想されるばらつき以上の値に選択される、
   当該ドライバ。
2. 駆動出力電圧を供給する電圧コンバータを有し、前記駆動出力電圧の時間特性は、前記差電圧の関数として実質的に方形波形である、請求項１記載のドライバ。
3. 前記電圧コンバータが、スイッチドキャパシタコンバータにより形成された、請求項２記載のドライバ。
4. 前記電圧コンバータが、ディクソンラダートポロジに基づく、請求項３記載のドライバ。
5. 前記スイッチドキャパシタコンバータが、中間電圧を供給する複数の内部ノードを有し、当該ドライバは、前記駆動出力電圧を前記内部ノードのいずれか１つに選択的に接続するマルチプレクサを更に有する、請求項３又は４記載のドライバ。
6. 入力電圧により供給され、２つの前記バイアス電圧を供給する電圧供給部を有する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のドライバ。
7. 前記電圧供給部が、前記ＬＥＤの動作の経過時間及び温度よりなる群の中の少なくとも１つのばらつきの関数として前記２つのバイアス電圧の値を変化させる、請求項６記載のドライバ。
8. 前記電圧供給部が、決定されたオフセット値を各バイアス電圧の値に加えることにより各バイアス電圧の値を変化させ、前記オフセット値は、ＬＥＤの動作の経過時間及び温度よりなる群の中の少なくとも１つの推定されるばらつきに依存する、請求項７記載のドライバ。
9. 前記電圧供給部が降圧コンバータを有し、前記２つのバイアス電圧の低い方が前記降圧コンバータにより供給される、請求項６記載のドライバ。
10. 前記降圧コンバータが、ディクソンラダートポロジに基づく、請求項９記載のドライバ。
11. 少なくとも１つのＬＥＤと、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のドライバとを有する、ＬＥＤパッケージ。
12. パワーシステムオンチップ（ＰＳｏＣ）又はパワーシステムインパッケージ（ＰＳｉＰ）として集積化された、請求項１１記載のＬＥＤパッケージ。
13. 実質的に同じ電圧−電流特性を有する複数のＬＥＤを有し、各ＬＥＤは、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のドライバによって構成される駆動ユニットによって駆動される、光モジュール。
14. 入力電圧により供給され、２つの前記バイアス電圧を複数の駆動ユニットに供給する電圧供給部を更に有する、請求項１３記載の光モジュール。
15. 少なくとも１つの負荷を動作させる方法であって、１つの第１のバイアス電圧と１つの第２のバイアス電圧との差電圧を供給される少なくとも１つの駆動ユニットを与えるステップを有し、前記差電圧は、前記少なくとも１つの負荷の順方向電圧の最大の予想されるばらつきに基づいて、当該最大の予想されるばらつき以上の値に選択される、
    当該方法。