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(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】5676276
(24)【登録日】2015年1月9日
(45)【発行日】2015年2月25日
(54)【発明の名称】周波数変換調光信号の発生
(51)【国際特許分類】
H05B 37/02 20060101AFI20150205BHJP
H01L 33/00 20100101ALI20150205BHJP
【ＦＩ】
H05B37/02 J
H01L33/00 J
【請求項の数】15
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2010-544383(P2010-544383)
(86)(22)【出願日】2009年1月20日
(65)【公表番号】特表2011-510474(P2011-510474A)
(43)【公表日】2011年3月31日
(86)【国際出願番号】US2009031425
(87)【国際公開番号】WO2009094328
(87)【国際公開日】20090730
【審査請求日】2010年9月13日
【審判番号】不服2013-14269(P2013-14269/J1)
【審判請求日】2013年7月25日
(31)【優先権主張番号】61/022,886
(32)【優先日】2008年1月23日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】61/039,926
(32)【優先日】2008年3月27日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】12/328,144
(32)【優先日】2008年12月4日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】592054856
【氏名又は名称】クリー インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＣＲＥＥ ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100140109
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 新次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100075270
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 泰
(74)【代理人】
【識別番号】100101373
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 茂雄
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100162846
【弁理士】
【氏名又は名称】大牧 綾子
(72)【発明者】
【氏名】マイヤーズ，ピーター・ジェイ
(72)【発明者】
【氏名】ハリス，マイケル
(72)【発明者】
【氏名】ギヴン，テリー
【合議体】
【審判長】
大熊 雄治
【審判官】
鳥居 稔
【審判官】
丸山 英行
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００７−１８９００４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００３−１４２２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−５１７２７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−１９７２３１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
H05B 37/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
照明制御回路であって、
入力波形デューティ・サイクル及び入力波形周波数に対応する検出回路デューティ・サイクル及び検出回路周波数を有する第１周期的波形を発生するように構成されているデューティ・サイクル検出回路と、
前記デューティ・サイクル検出回路に応答して、前記検出回路デューティ・サイクルに対応する電圧レベルを有する第１信号を発生するように構成されている平均回路と、
前記入力波形周波数とは異なる波形発生器周波数を有する第２周期的波形を出力するように構成されている波形発生器と、
前記第２周期的波形を第１信号と比較して、前記入力波形デューティ・サイクルに対応する比較回路デューティ・サイクルと、前記波形発生器周波数に対応する比較回路周波数とを有する比較波形を発生するように構成されている比較回路と
を備えていることを特徴とする照明制御回路。
入力波形デューティ・サイクル及び入力波形周波数に対応する検出回路デューティ・サイクル及び検出回路周波数を有する第１周期的波形を発生するように構成されているデューティ・サイクル検出回路と、
前記デューティ・サイクル検出回路に応答して、前記検出回路デューティ・サイクルに対応する電圧レベルを有する第１信号を発生するように構成されている平均回路と、
前記入力波形周波数とは異なる波形発生器周波数を有する第２周期的波形を出力するように構成されている波形発生器と、
前記第２周期的波形を第１信号と比較して、前記入力波形デューティ・サイクルに対応する比較回路デューティ・サイクルと、前記波形発生器周波数に対応する比較回路周波数とを有する比較波形を発生するように構成されている比較回路と
を備えていることを特徴とする照明制御回路。
【請求項2】
照明制御回路であって、
入力波形デューティ・サイクル及び入力波形周波数に対応する第１波形デューティ・サイクル及び第１波形周波数を有する第１周期的波形を発生する手段と、
前記第１波形デューティ・サイクルに対応する電圧レベルを有する第１信号を発生する手段と、
前記入力波形周波数とは異なる第２波形周波数を有する第２周期的波形を出力する手段と、
前記第２周期的波形を前記第１信号と比較して、前記入力波形デューティ・サイクルに対応する比較回路デューティ・サイクルと、前記第２波形周波数に対応する比較波形周波数とを有する比較波形を発生する手段と
を備えていることを特徴とする照明制御回路。
入力波形デューティ・サイクル及び入力波形周波数に対応する第１波形デューティ・サイクル及び第１波形周波数を有する第１周期的波形を発生する手段と、
前記第１波形デューティ・サイクルに対応する電圧レベルを有する第１信号を発生する手段と、
前記入力波形周波数とは異なる第２波形周波数を有する第２周期的波形を出力する手段と、
前記第２周期的波形を前記第１信号と比較して、前記入力波形デューティ・サイクルに対応する比較回路デューティ・サイクルと、前記第２波形周波数に対応する比較波形周波数とを有する比較波形を発生する手段と
を備えていることを特徴とする照明制御回路。
【請求項3】
請求項１又は２記載の照明制御回路において、前記第１信号は、前記検出回路デューティ・サイクルに対応する電圧レベルを有することを特徴とする照明制御回路。
【請求項4】
請求項１〜３のいずれかに記載の照明制御回路において、該照明制御回路は更に、前記第１信号を遮断閾値電圧と比較し、前記第１信号が前記遮断閾値電圧未満に低下した場合に、前記照明制御回路に接続される１以上のソリッド・ステート発光部への電気の供給を遮断するよう構成された遮断信号を発生するように構成されている遮断比較回路を備えていることを特徴とする照明制御回路。
【請求項5】
請求項１又は２記載の照明制御回路において、前記第１信号は、前記検出回路デューティ・サイクルに反転して対応する電圧レベルを有することを特徴とする照明制御回路。
【請求項6】
請求項１、２又は５記載の照明制御回路において、該回路は更に、前記第１信号を遮断閾値電圧と比較し、前記第１信号が前記遮断閾値電圧よりも高く上昇したときに、前記照明制御回路に接続される１以上のソリッド・ステート発光部への電気の供給を遮断するよう構成された遮断信号を発生するように構成されている遮断比較回路を備えていることを特徴とする照明制御回路。
【請求項7】
請求項１及び３〜６いずれかに記載の照明制御回路において、前記デューティ・サイクル検出回路は、前記入力波形の電圧が入力閾値レベルよりも高い間は第１電圧レベルを出力し、前記入力波形の電圧が前記入力閾値レベルよりも低い間は第２電圧レベルを出力するように構成されていることを特徴とする照明制御回路。
【請求項8】
請求項１及び３〜６いずれかに記載の照明制御回路において、前記デューティ・サイクル検出回路は、前記入力波形の電圧が第１入力閾値レベルよりも高いときに第１電圧レベルを出力し、前記入力波形の電圧が前記第１入力閾値レベルよりも上に上昇した後、前記入力波形の電圧が第２入力閾値レベル未満に低下するまで、前記第１電圧レベルを出力し続け、前記入力波形の電圧が前記第２入力閾値レベル未満に低下したときに、第２電圧レベルを出力し、前記入力波形の電圧が前記第１入力閾値レベル未満に低下した後、前記入力波形の電圧が前記第１入力閾値レベルよりも高く上昇するまで、前記第２電圧レベルを出力し続けるように構成されていることを特徴とする照明制御回路。
【請求項9】
請求項１及び３〜８いずれかに記載の照明制御回路において、前記比較回路デューティ・サイクルは、前記入力波形デューティ・サイクルに線形に関係付けられていることを特徴とする照明制御回路。
【請求項10】
請求項１及び３〜８いずれかに記載の照明制御回路において、前記比較回路デューティ・サイクルは、前記入力波形デューティ・サイクルに非線形に関係付けられていることを特徴とする照明制御回路。
【請求項11】
照明デバイスであって、
少なくとも１つのソリッド・ステート発光部と、
請求項１及び３〜１０のいずれかに記載の照明制御回路と、
前記比較波形に応答して、前記少なくとも１つのソリッド・ステート発光部の出力強度を変化させるように構成されている駆動回路と
を備えていることを特徴とする照明デバイス。
少なくとも１つのソリッド・ステート発光部と、
請求項１及び３〜１０のいずれかに記載の照明制御回路と、
前記比較波形に応答して、前記少なくとも１つのソリッド・ステート発光部の出力強度を変化させるように構成されている駆動回路と
を備えていることを特徴とする照明デバイス。
【請求項12】
照明制御方法であって、
入力波形デューティ・サイクル及び入力波形周波数に対応する第１波形デューティ・サイクル及び第１波形周波数を有する第１周期的波形を発生するステップと、
前記第１波形デューティ・サイクルに対応する電圧レベルを有する第１信号を発生するステップと、
前記入力波形周波数とは異なる第２波形周波数を有する第２周期的波形を出力するステップと、
前記第２周期的波形を前記第１信号と比較して、前記入力波形デューティ・サイクルに対応する比較波形デューティ・サイクルと、前記第２波形周波数に対応する比較波形周波数とを有する比較波形を発生するステップと
を含んでいることを特徴とする照明制御方法。
入力波形デューティ・サイクル及び入力波形周波数に対応する第１波形デューティ・サイクル及び第１波形周波数を有する第１周期的波形を発生するステップと、
前記第１波形デューティ・サイクルに対応する電圧レベルを有する第１信号を発生するステップと、
前記入力波形周波数とは異なる第２波形周波数を有する第２周期的波形を出力するステップと、
前記第２周期的波形を前記第１信号と比較して、前記入力波形デューティ・サイクルに対応する比較波形デューティ・サイクルと、前記第２波形周波数に対応する比較波形周波数とを有する比較波形を発生するステップと
を含んでいることを特徴とする照明制御方法。
【請求項13】
請求項１２記載の方法において、前記第１信号は、前記第１波形デューティ・サイクルに対応する電圧レベルを有することを特徴とする方法。
【請求項14】
請求項１２記載の方法において、前記第１信号は、前記第１波形デューティ・サイクルに反転して対応する電圧レベルを有することを特徴とする方法。
【請求項15】
請求項１２〜１４いずれかに記載の方法において、前記第１周期的波形は、前記入力波形の電圧が入力閾値レベルよりも高い間は第１電圧レベルを有し、前記入力波形の電圧が前記入力閾値レベルよりも低い間は第２電圧レベルを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、周波数変換された調光信号の発生のための制御装置及び制御方法に関し、より詳細には、パルス幅が調光レベルの反映である調光信号の存在下における発光デバイスの電力制御に関する。なお、本出願は、２００８年１月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／０２２，８８６号、２００８年３月２７日に出願された米国仮特許出願第６１／０３９，９２６号、及び、２００８年１２月４日に出願された米国特許出願第１２／３２８，１４４号の優先権を主張する。
また、本出願は、"Frequency Converted Dimming Signal Generation"（周波数変換調光信号の発生）と題する米国特許出願第１２／３２８，１１５号に関連があり、その開示内容は、ここで引用したことにより、その全体が本願にも含まれるものとする。
【背景技術】
【0002】
多くの照明制御回路は、位相カット調光を利用している。位相カット調光では、線電圧の先端又は後端を操作して、照明に供給するＲＭＳ電圧を低下させる。白熱光ランプと共に用いる場合、このＲＭＳ電圧を低下させると電流も対応して減少し、したがって電力消費及び光出力も低減する。ＲＭＳ電圧が低下するにつれて、白熱光ランプからの光出力も減少する。
【0003】
全波整流ＡＣ信号の１サイクルの一例を図１の（Ａ）に示し、位相カット整流ＡＣ波形の１サイクルを図１の（Ｂ）に示し、逆位相カットＡＣ波形の１サイクルを図１の（Ｃ）に示す。図１の（Ａ）〜（Ｃ）から明らかなように、位相カット調光を利用すると、その結果得られる整流波形のデューティ・サイクルが変化する。このデューティ・サイクルの変化が十分に大きい場合、白熱光ランプからの光出力の減少となって、目に見えてわかる。「オフ」時間によって白熱光ランプのフリッカが生ずることはない。これは、白熱光ランプのフィラメントは、ある程度の熱慣性を有し、電流がフィラメントを通過しない「オフ」時間の間であっても、光を放出するのに十分な温度に留まるからである。
【0004】
近年、一般的な照明のために光を供給するソリッド・ステート照明システムが開発されている。これらのソリッド・ステート照明システムは、発光ダイオード又はその他のソリッド・ステート光源を利用し、これらを電源に接続する。電源は、ＡＣ線電圧を受電し、その電圧を、ソリッド・ステート発光器を駆動するのに適した電圧及び／又は電流に変換する。発光ダイオード光源の典型的な電源は、線形電流調整電源、及び／又はパルス幅変調電流／電圧調整電源を含む。
【0005】
ソリッド・ステート光源を駆動するための多くの異なる技法が、多くの異なる出願に記載されている。例えば、Millerの米国特許第３，７５５，６９７号、Hasegawa et alの米国特許第５，３４５，１６７号、Ortizの米国特許第５，７３６，８８１号、Perryの米国特許第６，１５０，７７１号、Bebenrothの米国特許第６，３２９，７６０号、Latham, II et al,の米国特許第６，８７３，２０３号、Dimmickの米国特許第５，１５１，６７９号、Petersonの米国特許第４，７１７，８６８号、Choi et al,の米国特許第５，１７５，５２８号、Delayの米国特許第３，７８７，７５２号、Anderson et al,の米国特許第５，８４４，３７７号、Ghanemの米国特許第６，２８５，１３９号、Reisenauer et al,の米国特許第６，１６１，９１０号、Fislerの米国特許第４，０９０，１８９号、Rahm et al,の米国特許第６，６３６，００３号、Xu et al,の米国特許第７，０７１，７６２号、Biebl et al,の米国特許第６，４００，１０１号、Min et al,の米国特許第６，５８６，８９０号、Fossum et alの米国特許第６，２２２，１７２号、Kileyの米国特許第５，９１２，５６８号、Swanson et al,の米国特許第６，８３６，０８１号、Mickの米国特許第６，９８７，７８７号、Baldwin et al,の米国特許第７，１１９，４９８号、Barth et al,の米国特許第６，７４７，４２０号、Lebens et al,の米国特許第６，８０８，２８７号、Berg-johansenの米国特許第６，８４１，９４７号、Robinson et al,の米国特許第７，２０２，６０８号、Kamikawa et al,の米国特許第６，９９５，５１８号、米国特許第６，７２４，３７６号、米国特許第７，１８０，４８７号、Hutchinson et al,の米国特許第６，６１４，３５８号、Swanson et al,の米国特許第６，３６２，５７８号、Hochsteinの米国特許第５，６６１，６４５号、Lys et al,の米国特許第６，５２８，９５４号、Lys et al,の米国特許第６，３４０，８６８号、Lys et al,の米国特許第７，０３８，３９９号、Saito et al,の米国特許第６，５７７，０７２号、及びIllingworthの米国特許第６，３８８，３９３号に記載されているものが含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ソリッド・ステート光源の一般的な照明用途において、望ましい特性の１つは、既存の調光技法との互換性があることである。即ち、ＡＣ線電圧のデューティ・サイクルを変化させることに基づく調光は、ソリッド・ステート照明のための電源設計には、いくつかの課題が生ずることもある。白熱光ランプとは異なり、ＬＥＤは電流変化に対して非常に素早い応答時間を有するのが通例である。ＬＥＤのこの素早い応答は、従来の調光回路と組み合わせると、ＬＥＤの駆動において困難が生ずる。
【0007】
例えば、位相カットＡＣ信号に応答して光出力を低減する方法の１つでは、入来する位相カットＡＣ線信号のパルス幅を利用して、ＬＥＤの調光を直接制御する。全波整流ＡＣ線信号の１２０Ｈｚ信号であれば、入力ＡＣ信号と同じパルス幅を有する。この技法では、電源を付勢するには不十分な入力電力しかないレベル未満にＬＥＤを調光する能力が制限される。また、ＡＣ信号の狭いパルス幅では、ＬＥＤの出力は、１２０Ｈｚ周波数においても、フリッカを生ずるように見える可能性がある。この問題は、５０Ｈｚシステムでは悪化する虞れがある。それは、ＡＣ線の全波整流周波数が１００Ｈｚに過ぎないからある。
【0008】
更に、入力信号の変動が、位相カット調光器(dimmer)の存在を検出する能力に影響を及ぼす場合があり、あるいは検出が信頼できないものにする可能性がある。例えば、位相カットＡＣ入力の先端の検出に基づく位相カット調光器の存在を検出するシステムでは、逆位相カット調光器が用いられる場合、調光は全く検出されない。同様に、多くの住宅用調光器は、調光器の設定を変更しなくても、パルス幅に大きな変動がある。電源が閾値パルス幅に基づいて調光の存在を検出する場合、この電源は、このパルス幅の変動の結果、１つのサイクルでは調光の存在を検出することができるが、他のサイクルでは検出することができないこともある。
【0009】
「最大オン」においても多少の位相カットを行うＡＣ調光器に関して、別の問題もある。ＬＥＤがＡＣパルス幅によって直接制御される場合、ＬＥＤは最大出力に達することは決してなく、「最大オン」信号のパルス幅に基づいて出力を調光する。この結果、出力の大きな調光が生ずる可能性がある。例えば、パルス幅を２０％狭めると、白熱光ランプでは５％の電力低減が生ずることもあり得る。多くの白熱光調光器は、最大オンにおいてＲＭＳ電圧が５％しか低下しなくても、２０％の位相カットとなる。この結果、白熱光の出力は５％減少するが、位相カット信号を用いてＬＥＤを直接制御する場合、出力は２０％減少する結果となる。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本明細書において記載する周波数変換調光回路は、位相カット入力ＡＣ線から直接調光することに伴う問題の内１つ以上を克服することができる。本発明の実施形態は、特に、ＬＥＤのようなソリッド・ステート照明デバイス用の駆動回路を制御する場合に非常に適している。即ち、入力周波数及びデューティ・サイクルを有する入力波形を、出力周波数、及び入力デューティ・サイクルに基づくデューティ・サイクルを有する出力波形に変換する。実施形態によっては、出力周波数が入力周波数よりも大きい場合もある。例えば、入力波形が位相カットＡＣ線入力である場合、ＡＣ線入力の位相カットによって調光される照明デバイスにおけるフリッカの知覚を低減又は排除するように、出力周波数は入力周波数よりも高くすることができる。スイッチング周波数を高くすることによって、フリッカは人間の目には検出不可能となるが、光のデューティ・サイクルの積分値は残り、ＬＥＤを効果的に調光する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】（Ａ）〜（Ｃ）は、位相カット調光を行う場合及び行わない場合における、全波整流ＡＣ線信号の１サイクルの例を示す波形図である。
【図2】本発明の実施形態による、デューティ・サイクル検出及び周波数変換を組み込んだ照明デバイスのブロック図である。
【図3】本発明の実施形態による、ＡＣ位相カット調光システムにおいて用いるのに適した照明デバイスのブロック図である。
【図4】本発明の実施形態による、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路のブロック図である。
【図5】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施形態による、デューティ・サイクル検出回路に用いるのに適した代替デューティ・サイクル検出技法を示す波形図である。
【図6】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施形態による、平均、波形発生、及び比較回路の動作を示すタイミング図である。
【図7】本発明の別の実施形態によるデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路のブロック図である。
【図8】本発明の他の実施形態によるデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路のブロック図である。
【図9】本発明の実施形態による、対称パルス幅検出を利用する、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路の回路図である。
【図10】本発明の別の実施形態による、対称パルス幅検出を利用する、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路の回路図である。
【図11】本発明の実施形態による、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路の回路図である。
【図13】本発明の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図14】本発明の実施形態による動作を示すフローチャートである。
【図15】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明による波形発生器の波形形状の代表例を示す波形図である。
【図16A】本発明による回路の一実施形態を示す回路図である。
【図16B】本発明による回路の一実施形態を示す回路図である。
【図16C】本発明による回路の一実施形態を示す回路図である。
【図16D】本発明による回路の一実施形態を示す回路図である。
【図16E】本発明による回路の一実施形態を示す回路図である。
【図16F】本発明による回路の一実施形態を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
これより、添付図面を参照しながら本発明について更に詳しく説明する。図面においては、本発明の実施形態が示されている。しかしながら、本発明の主題は、ここに明記する実施形態に限定されるものではなく、これらの実施形態は、本開示が余すところなく完全であり、本発明の主題の範囲を当業者に完全に伝えるように設けられている。同様の番号は、全体を通じて、同様の要素を示すこととする。本明細書において用いる場合、「及び／又は」という用語は、関連のある一覧項目の１つ以上の任意の組み合わせも、そして全ての組み合わせを含む。
【0013】
本明細書において用いられる用語は、特定的な実施形態を説明することを目的とするに過ぎず、本発明の主題を限定する意図はない。本明細書において用いる場合、単数形は、文脈からそうでないことが明白に示されない限り、複数形も含むことを意図している。更に、「備える」及び／又は「備えている」という用語が本明細書において用いられる場合、述べられた特徴、整数(integer)、ステップ、動作、要素、及び／又は構成素子の存在を指定するが、１つ以上のその他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成素子、及び／又はその集合体の存在や追加を除外するものではない。
【0014】
先に注記したように、本発明の種々の実施態様は、電子的構成素子（変圧器、スイッチ、ダイオード、キャパシタ、トランジスタ等）の種々の組み合わせを含む。当業者は、多種多様なこのような構成素子に精通し利用しており、このような構成素子はいずれも、本発明の主題によるデバイスを作成する際に用いることができる。加えて、当業者は、回路における他の構成素子の負荷及び選択の必要性に基づいて、種々の選択肢から適した構成素子を選択することができる。本明細書において記載する回路（及び／又はこのような回路のあらゆる部分）は、そのいずれも、（１）１つ以上の離散的構成素子、（２）１つ以上の集積回路、又は（３）１つ以上の離散的構成素子及び１つ以上の集積回路の組み合わせという形態で設けることができる。
【0015】
本明細書において、デバイスにおける２つの構成素子が「電気的に接続されている」という文章がある場合、これらの構成素子間に、このデバイスによって設けられる１つ又は複数の機能に著しい影響を及ぼす構成素子がないことを意味する。例えば、２つの構成素子が、それらの間に小さな抵抗器を有していても、この抵抗器が、デバイスによって設けられる１つ又は複数の機能に著しい影響を及ぼさないのであれば、これらは電気的に接続されていると言うことができる（実際、２つの構成素子を接続するワイヤは、小さな抵抗器と考えることができる）。同様に、２つの構成素子が、それらの間に追加の電子構成素子を有していても、この構成素子が、デバイスによって設けられる１つ又は複数の機能に著しい影響を及ぼすことなく、この追加の構成素子を含むこと以外同一であるのであれば、２つの構成素子は電気的に接続されていると言うことができる。同様に、互いに直接接続されている２つの構成素子、あるいは回路ボード又はその他の媒体上にあるワイヤ又はトレースの対向端に直接接続されている２つの構成素子も、電気的に接続されているものとする。
【0016】
「第１」、「第２」等の用語は、本明細書では、種々の要素、構成素子、領域、層、区間、及び／又はパラメータを記述するために用いられる場合があるが、これらの要素、構成素子、領域、層、区間、及び／又はパラメータはこれらの用語によって限定されてはならない。これらの用語は、１つの要素、構成素子、領域、層、又は区間を別の領域、層、又は区間から区別するために用いられるに過ぎない。つまり、第１要素、構成素子、領域、層、又は区間が以下で論じられている場合、これらを第２要素、構成素子、領域、層、又は区間と呼ぶこともでき、本発明の主題の教示から逸脱することにはならない。
【0017】
特に定められていない場合、本明細書において用いられる全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明の主題が属する分野の当業者が通常理解するのと同じ意味を有するものとする。更に、極普通に用いられる辞書において定義されているような用語は、関連技術及び本開示の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであり、本明細書において明示的に定義されていない限り、理想化した意味又は過度に形式的な意味で解釈しないことは言うまでもない。
【0018】
図２は、本発明の実施形態を組み込んだ照明デバイス１０のブロック図である。図２に示すように、照明デバイス１０は、ＬＥＤ駆動回路２０、及び１又は複数のＬＥＤ２２を含む。ＬＥＤ駆動回路２０は、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路２４に応答する。デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路２４は、第１周波数の可変デューティ・サイクル入力信号を受け取り、固定振幅信号を出力する。この固定振幅信号は、第１周波数とは異なる第２周波数を有し、そのデューティ・サイクルは、可変デューティ・サイクル入力信号のデューティ・サイクルに依存する。
【0019】
デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路２４の出力波形のデューティ・サイクルは、入力信号のデューティ・サイクルと実質的に同一でもよく、又は既定の関係にしたがって異なってもよい。例えば、出力波形のデューティ・サイクルは、入力信号のデューティ・サイクルに対して線形又は非線形の関係を有することもできる。同様に、出力波形のデューティ・サイクルは、サイクル毎に入力波形のデューティ・サイクルに追従しないのが通例である。このようなことは、可変デューティ・サイクル波形のデューティ・サイクルに、例えば、調光器の設定を変更しなくても従来のＡＣ位相カット調光器の出力において発生するような、大きな変動が発生する可能性がある場合には有効である。したがって、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路２４の出力波形は、実施形態によっては、そのデューティ・サイクルが、入力信号のデューティ・サイクルを平滑化したもの又は平均を取ったものに関係付けられている場合もある。この入力デューティ・サイクルの平滑化又は平均化により、入力波形のデューティ・サイクルに不意の変動が発生して、照明デバイス１０によって出力される光の強度の望ましくない変化が発生する可能性を低下させつつ、調光レベルの変化には対処することが可能になる。以下に、本発明の実施形態によるデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路の動作について、更に詳細に説明する。
【0020】
駆動回路２０は、ＬＥＤ２２の調光レベルを反映するパルス幅変調入力に応答することができる、適した駆動回路であればいずれでもよい。ＬＥＤ駆動回路２０の具体的な構成は、照明デバイス１０の用途によって異なる。例えば、駆動回路は、昇圧電源又は減圧電源の場合もある。同様に、ＬＥＤ駆動回路２０は、定電流又は定電圧パルス幅変調電源の場合もある。例えば、ＬＥＤ駆動回路は、米国特許第７，０７１，７６２号に記載されているようなものでもよい。あるいは、ＬＥＤ駆動回路２０は、米国特許第７，０３８，３９９号、及び"BOOST/FLYBACK POWER SUPPLY TOPOLOGY WITH LOW SIDE MOSFET CURRENT CONTROL"（ロー側ＭＯＳＦＥＴ電流制御を備えたブースト／フライバック電源トポロジ）と題し２００６年９月１３日に出願された米国特許出願第６０／８４４，３２５号（発明者：Peter Jay Myeres、代理人整理番号931_020 PRO）、並びに"Circuitry for Supplying Electrical Power to Loads"（電力を負荷に供給する回路）と題し、２００７年９月１３日に出願された米国特許第１１／８５４，７４４号に記載されているような、線形調整を用いる駆動回路であってもよい。これらをここで引用したことにより、その開示内容は、あたかもその全体が明記されているかのように、本願にも含まれるものとする。ＬＥＤ駆動回路２０の具体的な構成は、照明デバイス１０の用途によって異なる。
【0021】
図３は、ＡＣ線入力のデューティ・サイクルが変動する場合において、ＡＣ線入力から照明デバイス３０に給電する、本発明の別の実施形態を示す。このような入力は、例えば、位相カット調光器を利用することによって、ＡＣ線入力のデューティ・サイクルを制御するために供給することができる。照明デバイス３０は、１つ以上のＬＥＤ２２、ＬＥＤ駆動回路４０、電源４２、並びにデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路４４を含む。電源４２は、ＡＣ線入力を受けて、電力をＬＥＤ駆動回路４０並びにデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路４４に供給する。電源４２は、適した電源であれば任意のものでよく、例えば、米国特許出願第１１／８５４，７４４号に記載されているような減圧又は昇圧電源を含む。また、ＬＥＤ駆動回路４０は、可変デューティ・サイクルの固定振幅信号に応答してＬＥＤ２２の出力の強度を変化させることができる、適したＬＥＤ駆動回路であれば任意のものでよい。ＬＥＤ駆動回路４０及び／又は電源４２の具体的な構成は、照明デバイス３０の用途によって異なる。
【0022】
更に図３に示すように、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路４４は、整流ＡＣ入力を電源４２から受け取り、この整流ＡＣ入力のデューティ・サイクルを検出する。ＲＭＳ電圧ではなくてデューティ・サイクルを検出することによって、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路４４は、ＡＣ入力電圧の変動に対する感度を低くすることができる（例えば、代わりにＲＭＳ電圧を追跡することによってデューティ・サイクルを推定する場合、１２０ＶＡＣから１０８ＶＡＣへのＡＣ線電圧の降下があると、推定デューティ・サイクルに正しくない低減が発生する。即ち、入力電圧の変動が、デューティ・サイクルの変化として誤って解釈され、光出力に望ましくない調光が生ずる虞れがある）。対照的に、ＲＭＳ電圧ではなくデューティ・サイクルを検出することによって、電圧レベルの変動は、電圧が異なる電圧レベルに達するためのスルー・レートの変化によって生ずる、検出デューティ・サイクルの小さな変動として反映されるだけとなる。
【0023】
入力波形のデューティ・サイクルに関係付けられたデューティ・サイクルを有する周波数変換固定波形を発生することに加えて、図２及び／又は図３のデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路２４及び／又は４４は、入力波形のデューティ・サイクルが最小閾値以下に低下したときを検出し、遮断信号を出力することもできる。遮断信号は、電源４２及び／又はＬＥＤ駆動回路２０又は４０に供給することができる。実施形態によっては、照明デバイス１０又は３０の入力電力が、照明デバイス１０又は３０の最小動作レベルよりも低いレベルであるレベルに達する前の時点で、ＬＥＤをオフに切り換えるために遮断信号を提供することもできる。あるいは又は加えて、照明デバイス１０又は３０によって引き出される電力が、トライアック調光器又はその他の位相カット調光器のような、調光器制御デバイスに対する最小動作電力よりも低いレベルに達する前の時点で、ＬＥＤをオフに切り換えるために遮断信号を供給することもできる。
【0024】
図４は、本発明の実施形態による、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路１００の機能ブロックを示す。デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路１００は、可変デューティ・サイクル波形のパルス幅検出を利用して、デューティ・サイクル検出回路１１０を設けている。デューティ・サイクル検出回路１１０の出力は、入力波形（例えば、本発明の実施形態に応じて、入力波形のデューティ・サイクルと同様、多少低い、関係付けられている、又は逆に関係付けられている）のデューティ・サイクルに対応する（即ち、基づくが、必ずしも異なるのではない）デューティ・サイクルを有する固定振幅波形である。「関係付けられている」という表現は、デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルの分散が、入力波形のデューティ・サイクルの分散に比例する場合（即ち、これら２つの間に線形関係がある）、又は線形関係がなく、出力波形のデューティ・サイクルが増大すると、デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルも増大する、又はその逆の場合（即ち、入力波形のデューティ・サイクルが減少すると、デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルも減少する）における関係を包含する。逆に、「逆に関係付けられている」という表現は、デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルの分散が、入力波形のデューティ・サイクルの分散に反比例する場合、又は線形逆関係がなく、入力波形のデューティ・サイクルが減少すると、デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルが増大する、又はその逆の場合における関係を包含する。
【0025】
デューティ・サイクル検出回路の出力は、平均回路１２０に供給され、平均回路１２０は、デューティ・サイクル検出回路の出力の平均値を計算する。実施形態によっては、平均値は電圧レベルとして反映される。高周波波形が波形発生器１３０によって供給される。波形発生器１３０は、三角形、鋸歯、又はその他の周期的波形を発生することができる。実施形態によっては、波形発生器１３０によって出力される波形の周波数は、２００Ｈｚよりも高く、特定的な実施形態では、周波数は約３００Ｈｚ（又はそれ以上）である。波形の形状は、入力信号のデューティ・サイクルと周波数変換パルス幅変調（ＰＷＭ）出力のデューティ・サイクルとの間に所望の関係が得られるように選択することができる。波形発生器１３０の出力、及び平均回路１２０の出力は、比較器１４０によって比較され、波形発生器１３０の出力の周波数、及び平均回路１２０の出力に基づくデューティ・サイクルを有する周期的波形を発生する。
【0026】
これより、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路１００の第１実施形態の動作について、図５の（Ａ）及び（Ｂ）、図６の（Ａ）及び（Ｂ）の波形図を参照しながら説明する。即ち、図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、対称閾値（図５の（Ａ））を利用するデューティ・サイクル検出、及び非対称閾値（図５の（Ｂ））を利用する代替実施形態を示す。いずれの場合でも、入力波形の電圧レベルが、閾値電圧と比較される。
【0027】
対称の例（図５の（Ａ））では、入力電圧が閾値電圧よりも高い場合、デューティ・サイクル検出回路１１０の出力は第１電圧レベル（この実施形態では、１０ボルト）に設定され、入力電圧レベルが閾値電圧よりも低い場合、デューティ・サイクル検出回路１１０の出力は第２電圧レベル（この実施形態では、０ボルト、即ち、接地）に設定される。つまり、デューティ・サイクル検出回路１１０の出力は、方形波であり、第１電圧レベルと第２電圧レベル（例えば、１０Ｖと接地）との間で遷移する。第１及び第２電圧レベルは、適した電圧レベルであればいずれでもよく、利用する個々の平均回路に基づいて選択することができる。
【0028】
非対称の例（図５の（Ｂ））では、入力電圧が第１閾値よりも高い場合、デューティ・サイクル検出回路１１０の出力は第１電圧レベルにセットされ、入力電圧レベルが第２閾値電圧よりも下に低下するまで、その電圧レベルに留まる。入力電圧レベルが第２閾値電圧よりも下に低下した時点で、デューティ・サイクル検出回路１１０の出力は第２電圧レベルに設定される。つまり、非対称の例では、デューティ・サイクル検出回路１１０の出力も、第１電圧レベルと第２電圧レベル（例えば、１０Ｖ及び接地）の間で遷移する方形波である。前述のように、第１及び第２電圧レベルは、適した電圧レベルであればいずれでもよく、利用する個々の平均回路に基づいて選択することができる。非対称検出は、入力波形変動の補償に対処することができる。例えば、位相カット波形の先端又は後端が間欠的に、傾斜が浅い区間を含み、その前又は後ろに傾斜がきつい区間がある場合、傾斜がきつい区間と位置合わせするように別々の閾値を設定し、波形の傾斜が浅い部分によって増幅されるデューティ・サイクルの些細な変動を回避することができる。
【0029】
図６の（Ａ）は、平均回路１２０の動作を示す。図６の（Ａ）に示すように、平均回路１２０は、デューティ・サイクルが変動する固定振幅周期的波形を平均して、入力波形のデューティ・サイクルを表す（この実施形態では）電圧を有する平均化方形波信号を供給する。平均化のレベルは、入力信号を平滑化してそのデューティ・サイクルの変動を排除するように設定することができる。
【0030】
つまり、この実施形態は、入力電圧のデューティ・サイクルに関係付けられた平均方形波信号を供給する。例えば、（１）入力電圧のデューティ・サイクルが６０％であり、（２）デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルが５５％であり、（３）第１電圧レベルが１０Ｖであり、（４）第２電圧レベルが０Ｖである場合、平均方形波信号の電圧は約５．５Ｖとなる。あるいは、本発明の主題による別の実施形態では、平均方形波信号は、代わりに、入力電圧のデューティ・サイクルに逆に関係付けることもできる。例えば、第１電圧レベルが接地であり、第２電圧レベルが１０Ｖである場合、逆関係が得られる（例示のために、このような実施形態では、（１）入力電圧のデューティ・サイクルが８５％であり、閾値が０Ｖである（例えば、ゼロ交差検出ＡＣ検知を採用する）場合、デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルは１５％となり（即ち、時間の８５％において、電圧レベルが第１電圧レベルである接地となり、時間の１５％において、電圧レベルが第２電圧レベルである１０Ｖとなる）、平均方形波信号の電圧が１．５Ｖとなる（入力電圧のデューティ・サイクルは１０％である一方、平均方形波信号の電圧は約９Ｖとなる）。
【0031】
また、第１電圧レベル又は第２電圧レベルのいずれかが必ずしも０である必要はない。例えば、（１）入力電圧のデューティ・サイクルが８０％であり、（２）デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルが７０％であり、（３）第１電圧レベルが２０Ｖであり、（４）第２電圧レベルが１０Ｖである場合、平均方形波信号の電圧は約１７Ｖとなる（即ち、平均方形波信号の電圧は１０Ｖと２０Ｖとの間となり、デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルに比例する範囲で変動する）。
【0032】
図６の（Ｂ）は、周波数偏移可変デューティ・サイクル出力の発生を示す。図６の（Ｂ）に示すように、平均方形波信号の電圧（即ち、平均回路１２０の出力）が波形発生器１３０の出力の電圧よりも高い間、比較器１４０の出力は第１電圧レベルに設定され、平均回路１２０の出力の値が波形発生器１３０の出力の電圧より低い間、比較器１４０の出力は第２電圧レベル、例えば、接地に設定される（即ち、平均回路の電圧のプロットが波形発生器の出力のプロットを交差して、波形発生器の出力よりも大きくなるときはいつでも、比較器の出力は第１電圧レベルに切り換えられ、平均回路の電圧のプロットが波形発生器の出力のプロットを交差して波形発生器の出力よりも小さくなるときはいつでも、比較器の出力は第２電圧レベルに切り換えられる。つまり、比較器１４０の出力は方形波となり、第１電圧レベルと第２電圧レベル（例えば、１０Ｖと接地）との間で遷移し、平均回路１２０によって出力される電圧のレベルに比例するデューティ・サイクルを有し、更に、波形発生器１３０の出力の周波数に対応する周波数を有する。第１及び第２電圧レベルは、適した電圧レベルであればいずれでもよく、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路１００と共に利用する個々のＬＥＤ駆動回路に基づいて選択することができる。
【0033】
デューティ・サイクル検出回路のデューティ・サイクルが入力電圧に逆に関係付けられる実施形態では（先に論じたような）、平均方形波信号（即ち、平均化信号１２０の出力）の電圧が波形発生器１３０の出力の電圧よりも高い間、比較器１４０の出力は、代わりに第２電圧レベル（例えば、接地）に設定され、平均回路１２０の出力の値が波形発生器１３０の出力の電圧よりも低い間、比較器１４０の出力は代わりに第１電圧レベルに設定され、その結果、図６の（Ｂ）に示す実施形態と同様、比較器１４０は、第１電圧レベルと第２電圧レベル（例えば、１０Ｖと接地）との間で遷移する方形波となり、平均回路１２０によって出力される電圧のレベルに対応するデューティ・サイクルを有し、波形発生器１３０の出力の周波数に対応する周波数を有する。
【0034】
図６の（Ｂ）は、三角鋸波の形状とした発生波形を示すが、任意所望の波形形状でも採用することができる。例えば、波形は、図１５の（Ａ）〜（Ｅ）に示する形状のいずれでも可能である。図１５の（Ａ）は、線形部２０１及び曲線部２０２を繰り返しパターンで含む非線形波形を示す。図１５の（Ｂ）は、同様に線形部２０１及び曲線部２０２を繰り返しパターンで含む非線形波形を示す。図１５の（Ｃ）は、鋭さ（即ち、傾きの絶対値）が異なる線形部２０１及び２０３を含む線形波形を示す。図１５の（Ｄ）は、２つの異なる形状のサブ部分２０４及び２０５を含む繰り返しパターンから成る線形波形を示す。図１５の（Ｅ）は、２つの異なる形状のサブ部分２０６及び２０７から成る非線形波形を示す。可能な波形は無限にあり、所望の特性を達成するためには、当業者はいずれの所望の波形でも容易に選択できる。
【0035】
図５及び図６からわかるように、波形発生器１３０から出力される波形の形状は、入力電圧のデューティ・サイクルとデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路１００の出力のデューティ・サイクルとの間の関係に影響を及ぼす。平均回路１２０によって出力される電圧が動作する範囲において波形が線形である（即ち、線形及び／又は実質的に線形のセグメントから成る）場合、入力デューティ・サイクルと出力デューティ・サイクルとの間の関係は線形となる。平均回路１２０によって出力される電圧が動作する範囲の少なくとも一部において波形が非線形である場合、入力デューティ・サイクルと出力デューティ・サイクルとの間の関係は非線形となる。
【0036】
同様に、入力デューティ・サイクルと出力デューティ・サイクルとの間のオフセットを、ＤＣオフセットによって与えることができる。このＤＣオフセットは、波形発生器１３０から出力される波形、及び／又は平均回路１２０から出力される電圧レベルを調節する。例えば、平均方形波の電圧レベルが入力電圧のデューティ・サイクルに関係付けられて（又は比例して）おり、平均方形は信号の電圧が波形発生器の出力の電圧よりも高いときに周波数偏移可変デューティ・サイクル出力が第１電圧レベルとなるシステムでは、波形発生器１３０の出力がオフセットされて、波形が到達する最高電圧レベルが平均回路１２０によって出力される電圧よりも低くなり、デューティ・サイクルが９０％以上となる場合、入力波形のデューティ・サイクルが９０％より低く（即ち、未満に）なる場合を除いて、比較器の出力は第１電圧レベルの一定（ＤＣ）信号となる。このような変動は、例えば、ユーザによって調節可能及び／又は選択可能にすることもできる。種々のその他の関係も用いることができる。例えば、平均方形波の電圧レベルが入力電圧のデューティ・サイクルに逆に関係付けられており、平均方形波信号の電圧が波形発生器の出力の電圧未満であるときに周波数偏移可変デューティ・サイクル出力が第１電圧レベルとなる場合、波形発生器をオフセットして、波形が到達する最低電圧レベルが、平均回路によって出力される電圧よりも高くなり、デューティ・サイクルが９０％以上となるようにすることができ、入力波形のデューティ・サイクルが９０％より低く低下するときを除いて、同様に、比較器の出力が第１電圧レベルの一定（ＤＣ）信号となるようにすることができる。
【0037】
任意に供給することができるオフセットの別の代表的な例は、平均回路によって出力される電圧を特定量だけ増大させる（即ち、平均方形波の電圧レベルが入力電圧のデューティ・サイクルと関係付けられているシステム）、又は特定量だけ減少させる（即ち、平均方形波の電圧レベルが入力電圧のデューティ・サイクルに逆に関係付けられているシステム）ＤＣオフセットである。このようなオフセットは、種々の目的に有用であることができる。例えば、デューティ・サイクルの検出（対称又は非対称）にゼロ交差検出を用いない回路を補償して、１００％デューティ・サイクルの整流電力信号であっても、一定信号を生成しないようにする（図６の（Ａ）に示す電圧が１００％の時間第１電圧レベルにある場合）場合に有用である。このような状況では、整流電力信号のデューティ・サイクルが１００％であるときに、平均回路の出力が１００％デューティ・サイクルの電力信号を表すように、平均回路によって出力される電圧を増大させることができる（入力波形に応答して発生したデューティ・サイクル検出回路の出力が、一部の時間、例えば、９５％の時間だけ、第１電圧レベルを示したとしても（つまり、ＡＣ位相カットの方形波表現が第１電圧レベルを示す時間の割合よりも、平均方形波が、例えば、５％だけ高いデューティ・サイクルのパーセンテージを表すとしても）。
【0038】
図７は、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路２００が最小パルス幅検出機構も含む場合における、本発明の別の実施形態を示す。多くのトライアック主体の調光器には、軽負荷レベルにおいて性能上の問題がある。この問題は、ＬＥＤを用いる照明製品が低デューティ・サイクル調光レベルのときに発生する可能性がある。トライアック調光器がその最低負荷レベルよりも低下すると、その出力は予測不能になる場合があり、その結果、調光器に接続されている照明デバイスからの出力も予測不能になる。同様に、パルス幅が小さ過ぎる場合、照明デバイスの最低電圧要件が満たされなくなる虞れがあり、電源が電力不足となる可能性がある。この条件も望ましくないであろう。したがって、線入力における低パルス幅に起因する望ましくない条件が生ずる前に、電源又は照明デバイスを切断できれば、照明デバイスの予測不能で望ましくない振る舞いを回避することができる。つまり、最小パルス幅検出回路１５０は、平均回路１２０によって出力される電圧が、照明デバイス及び／又は調光器が信頼性高く動作する最小デューティ・サイクルと関連付けられた閾値電圧よりも低くなるとき（又はデューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルが入力電圧のデューティ・サイクルに逆に関係付けられている実施形態では、高くなるとき）を検出することによって、低レベル調光点を設定することを可能にする。
【0039】
図８は、本発明の更に別の実施形態を示す。図８に示すように、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路３００は、傾き（スロープ）調節回路１６０を含む。傾き調節回路１６０は、位相カット調光を行った整流ＡＣラインのような可変デューティ・サイクル波形から決定されたデューティ・サイクルと、ＬＥＤ駆動回路に供給されるＰＷＭ出力との間で、デューティ・サイクルをずらす方法を備えている。これによって、照明デバイスに給電するための十分なＡＣ電圧をトライアック調光器から維持しつつも、低い方の光レベルにも対処する。
【0040】
図９は、本発明の実施形態によるデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路１００の回路図である。図９に示すように、整流ＡＣ線電圧は、例えば、抵抗分圧ネットワークを通じて電圧を分圧することによって、しかるべき電圧レベルに倍率調整し、第１比較器Ｕ１の正入力に送られる。比較器Ｕ１は、倍率調整及び整流したＡＣを、負入力における固定電圧基準（Vthr）と比較する。正入力が負入力よりも大きい場合、比較器Ｕ１の出力は高レベル（ハイ）になる。この逆が成立した場合、出力は定レベル（ロー）となる（一方、デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルが入力電圧のデューティ・サイクルに逆に関係付けられている実施形態では、比較器Ｕ１は、整流ＡＣ入力が比較器Ｕ１の負入力に供給され、固定電圧基準が比較器Ｕ１の正入力に供給されるように、反対の構成となる）。結果的に得られた波形は、ＡＣ線の非ゼロ電圧デューティ・サイクルの緊密な表現となる（固定電圧基準Vthrが０に近い程、結果的に得られる波形は、ＡＣ線の非ゼロ電圧デューティ・サイクルに増々近似する）。結果的に得られた波形は、整流ＡＣ線のデューティ・サイクル及び周波数と対応するデューティ・サイクル及び周波数を有する固定振幅方形波となる。基準電圧Vthrは、比較器Ｕ１の方形波出力の最大パルス幅を設定する。基準電圧Vthrが０ボルトに近い程、最大パルス幅は大きくなる（例えば、Vthrが５Ｖの場合、最大パルス幅は、１００％から、パルスが５Ｖ未満となる時間のパーセンテージを減算した値となる（パルスが５Ｖ未満となる時間のパーセンテージは、Ｘ軸に沿って見た場合の、プロットが５Ｖ未満となるプロットのパーセンテージに対応する））。実施形態によっては、基準電圧は、整流トライアック位相カットＡＣ波形における半サイクル不均衡を低減又は排除した値に設定するとよい場合もある。当業者であれば、例えば、ゼロ交差検出のようなＡＣ検知検出を設けることによって、基準電圧を０にする（又は０に非常に近付ける）方法には精通しているであろう。
【0041】
デューティ・サイクル検出回路１１０からの可変デューティ・サイクル固定振幅方形波は、次に、平均回路１２０によって濾波されて、平均値が求められる。レベルが高い程デューティ・サイクルが高くなり、レベルが低い程デューティ・サイクルは小さくなる（勿論、デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルが入力電圧のデューティ・サイクルに逆に関係付けられている場合、逆が成立する）。方形波は振幅が固定であるので、平均値は、方形波のデューティ・サイクルに比例し、方形波は、ＡＣ線入力のような、入力波形のデューティ・市明くるに比例する。平均回路１２０は、抵抗器Ｒ１及びキャパシタＣ１を含むフィルタとして図示されている。図９には単一段ＲＣフィルタが示されているが、他のフィルタリング又は平均化技法も利用することができる。例えば、実施形態によっては、２段以上を有するＲＣフィルタを用いてもよい。
【0042】
ＲＣフィルタの出力は、第２比較器Ｕ３の正入力に供給され、オペアンプ（即ち、演算増幅器）Ｕ２、抵抗器Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４、並びにキャパシタＣ２によって発生される固定周波数固定振幅三角／鋸歯波と比較される。三角／鋸歯波形は、比較器Ｕ３の負入力に接続される（デューティ・サイクル検出回路の出力のデューティ・サイクルが入力電圧のデューティ・サイクルに逆に関係付けられている実施形態では、この波形は、代わりに、比較器Ｕ３の正入力に接続される）。比較器Ｕ３の出力は、方形波となり、比較器Ｕ３の正入力における電圧レベルに比例するデューティ・サイクル（平均回路１２０の出力）、及び三角／鋸歯波の周波数に等しい周波数を有する。このように、例えば、低周波ＡＣ線のデューティ・サイクルは、高周波方形波に変換することができる。この方形波は、ＬＥＤをオン及びオフにゲート(gate)して調光効果を得るために用いることができる。
【0043】
図９は、波形発生器１３０として単一オペアンプ鋸歯状波発生器を使用する例を示す。しかるべき波形を発生するためには、他の回路を利用してもよい。例えば、"Op Amps for Everyone" （みんなのためのオペアンプ）R. Mancini, Editor, September 2000のＡ−４４頁に記載されているような２オペアンプ三角波発振器を用いても良い。当業者には周知のほかの回路を用いてもよい。図９に示すような波形発生器を用いる場合、線形関係（又は実質的な線形関係）を入力及び出力デューティ・サイクルの間に備えるためには、得られる波形の内、平均値電圧が変動する範囲に対応する部分が線形（又は実質的に線形）でなければならない。例えば、図９に示す波形発生器は、線形領域と、「シャーク・フィン」(shark fin)に類似する非線形領域とを有する波形を供給することができる。平均回路１２０によって出力される電圧の範囲が、この非線形領域と重複する場合、入力デューティ・サイクルにおける小さな変化が、出力デューティ・サイクルにおける大きな変化を引き起こす可能性があり、またその逆も起こる可能性がある。このような状況では、回路全体がノイズの影響を受けやすくなるか、又は入力デューティ・サイクルの変動に過度に敏感になる（例えば、調光器におけるユーザ入力に過度に敏感になる）こともある。その結果、図９に示す回路は、平均回路１２０の電圧範囲が、波形発生器１３０からの出力波形の１箇所又は複数箇所の線形部分に対応するように実現するとよい。
【0044】
図１０は、デューティ・サイクル検出のために非対称閾値電圧を供給するデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路の回路図１００’である。図１０に示すように、デューティ・サイクル検出回路１１０’は、第２比較器Ｕ４、論理ＡＮＤゲートＡ１、並びに独立して設定可能なオン及びオフ閾値を供給するセット／リセット・ラッチＬ１を含む。先に論じたように、トライアックを用いるＡＣ波形は、半サイクル不均衡を有する可能性があり、限界電圧閾値（１つ又は複数）は、安定したＰＷＭデューティ・サイクルの発生に基づいて設定するとよい。
【0045】
動作において、デューティ・サイクル検出回路１１０’は、入力電圧が閾値電圧Ｖ１よりも高くなったときにラッチＬ１をセットし、入力電圧が閾値電圧Ｖ２よりも低くなったときにラッチＬ１をリセットする。ここで、Ｖ１＞Ｖ２である。即ち、入力電圧がＶ１よりも高いとき、比較器Ｕ１の出力はハイであり、ラッチＬ１のセット入力Ｓはハイであり、ラッチＬ１の出力Ｑをハイに移行させる。入力電圧がＶ１未満に低下すると、比較器Ｕ１の出力はローになるが、ラッチＬ１の出力Ｑはハイのままである。入力が更にＶ２未満に低下すると、比較器Ｕ４の出力がハイになり、したがってＡＮＤゲートＡ１の両入力がハイになるので、ＡＮＤゲートＡ１の出力はハイになって、ラッチＬ１をリセットし、出力Ｑはローになる。図１０に示す回路はＶ１＞Ｖ２に合わせて設計されているが、Ｖ１＜Ｖ２となる対応する回路は、ラッチＬ１の反転出力と比較器Ｕ１の出力の論理ＡＮＤを取り、ＡＮＤの出力をラッチＬ１のセット信号として用いることによって、容易に設けることができる。このような場合、ＡＮＤゲートＡ１を除去し、比較器Ｕ４の出力を直接ラッチＬ１の残りの部分に供給することができる。
【0046】
図１１は、最小パルス幅検出回路１５０を組み込んだ、ディーティ・サイクル検出及び周波数変換回路２００を示す回路図である。図１１に示すように、最小パルス幅検出回路１５０は、比較器Ｕ５によって設けられる。即ち、基準電圧Vshutを比較器Ｕ５の一方の入力に供給し、平均回路１２０の出力を他方の入力に供給する。この実施形態では、平均回路の出力は、デューティ・サイクル検出回路の出力に関係付けられている。平均回路の出力が基準電圧Vshut未満に低下すると、比較器Ｕ５の出力はハイになり、遮断信号を供給する。平均回路の出力がデューティ・サイクル検出回路の出力に逆に関係付けられている代替実施形態では、平均回路の出力が基準電圧Vshutよりも高く上昇すると、比較器Ｕ５の出力がハイになって遮断信号を供給する。
【0047】
図１２は、ＬＥＤ駆動回路に結合されているデューティ・サイクル検出回路１００の回路図であり、一連のＬＥＤ（ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、及びＬＥＤ３）が、トランジスタＴ１によって高周波駆動信号に変調された入力信号によって駆動される。ダイオードＤ１、キャパシタＣ３、及びインダクタＬ１が、高周波駆動信号のサイクル間で、電流を平滑化する。抵抗器Ｒ５は電流検知抵抗であり、検知した電流は駆動コントローラにフィードバックされる。駆動コントローラは、ＬＥＤに一定電流を供給するために、高周波駆動信号のデューティ・サイクルを変化させる。トランジスタＴ１のゲートは、ドライバＤＲ１によって制御される。このドライバは、高周波駆動信号がデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路１００によって制御されるように、デューティ・サイクル検出及び周波数変換回路１００の出力によってイネーブルされる。トランジスタＴ１はデューティ・サイクル検出及び周波数変換回路１００の出力によって制御されるので、トランジスタＴ１がオフのときには、コントローラへの電流検知フィードバックをディスエーブルするか、あるいはそれ以外の方法で制御又は補償する必要がある場合もある。何故なら、検知電流フィードバックが有効なのは、トランジスタＴ１がオンであるときだけだからである。
【0048】
図１３及び図１４は、本発明の主題の一部の実施形態による動作を示すフローチャートである。尚、図１３及び図１４に示す動作は、本発明の主題の教示から逸脱することなく、同時に実行することも、異なるシーケンスで実行することもできる。つまり、本発明の主題の実施形態は、これらのフローチャートに示す動作の特定的なシーケンスに限定されるというように解釈してはならない。更に、これらのフローチャートに示す動作は、全体的にハードウェアで実行すること、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせで実行することもできる。
【0049】
図１３において、入力波形のデューティ・サイクルを検出して、固定振幅デューティ・サイクル信号を供給する（ブロック５００）。固定振幅信号の平均を決定して、電圧レベルとして反映することができる平均値を発生する（ブロック５１０）。入力信号の周波数から異なる周波数の波形を発生し（ブロック５２０）、この波形の値を平均値（電圧レベル）と比較して、発生した波形の周波数に対応する周波数の入力デューティ・サイクルに対応する（即ち、必ずしも同一ではないが、それに「基づく」）デューティ・サイクルを有する波形を発生する（ブロック５３０）。
【0050】
図１４は、本発明の実施形態による更に別の動作を示す。図１４に示すように、入力波形のデューティ・サイクルを検出して、入力波形のデューティ・サイクルに対応するデューティ・サイクルを有する固定振幅信号を供給する（ブロック６００）。固定振幅信号の平均値を決定し、この固定振幅信号の平均値に対応する平均電圧を発生する（ブロック６１０）。この平均電圧を、最小パルス幅の電圧レベルと比較して、入力信号のパルス幅が最小許容パルス幅未満か否か判断する（ブロック６２０）。平均電圧レベルがこのレベルよりも低い場合（ブロック６２０）、遮断信号を供給する（ブロック６７０）。平均電圧レベルが最小許容パルス幅レベルよりも高い場合（ブロック６２０）、平均電圧レベルを、発生した波形の電圧と比較する（ブロック６４０）。発生した電圧の周波数は、入力信号の周波数とは異なる（ブロック６３０）。平均電圧レベルが、発生した波形の電圧よりも高い場合（ブロック６４０）、ハイ信号を出力する（ブロック６６０）。平均電圧が、発生した波形の電圧よりも低い場合（ブロック６４０）、ロー信号を出力する（ブロック６５０）。
【0051】
図１６Ａ〜図１６Ｆは、本発明の主題による回路の一実施形態を示す回路図である。図１６Ａは、照明制御回路を示し、この照明制御回路は、デューティ・サイクル検出回路１１０、ＡＣスケーリング回路１１５、電源１１６、平均回路１２０、波形発生器１３０、比較器１４０、及び最小パルス幅検出回路１５０を含む。図１６Ｂは、デューティ・サイクル検出回路１１０、ＡＣスケーリング回路１１５、及び電源１１６の拡大図(blown-up view)である。図１６Ｃは、平均回路１２０の拡大図である。図１６Ｄは、波形発生器１３０の拡大図である。図１６Ｅは、比較器１４０の拡大図である。図１６Ｆは、最小パルス幅検出回路１５０の拡大図である。
【0052】
ＡＣ線電圧のような、入力波形デューティ・サイクルの方形波表現の発生は、このような態様では、線電圧及び周波数の変動に耐性がある。即ち、ユーティリティ発生、負荷追加又は低下(shedding)、あるいはその他の理由のためにＡＣ線電圧又は周波数が増減しても、方形波は同一のままである。本発明と異なり、整流線を濾波する回路は、デューティ・サイクルの変化と線電圧の変化との間で区別することができず、代表的濾波レベルが呼応して変化する。本発明はこれらの欠点を克服する。
【0053】
最終出力用比較源として用いられる発生波形は、周波数又は形状を変化させてもよい。発生波形の形状を変化させると、出力のＡＣ入力に対する比例応答を変化させることができ、例えば、ＡＣ入力に対する非常に非線形な調光応答を得ることも、それが望ましいのであれば、行うことができる。ＬＥＤをオン及びオフに切り換える方法として用いる場合、出力の周波数を高くすると、人間に見えるフリッカ、及び／又はビデオ・カメラのような電子機器によって記録されるフリッカを排除することができる。
【0054】
本発明による方法及び回路を用いると、電源からの電圧の周波数及び／又は電源の電圧レベルに関係なく、本明細書に記載したようなドライバに接続されている照明又は１組の照明を、本発明の主題による回路を介して、電源に接続することができる。例示のために、線電圧の周波数が５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、１００Ｈｚ、又はその他の値（例えば、発電機等に接続されている場合）である種々の状況、及び／又は線電圧が変化又は変動する可能性がある種々の状況、並びに照明又は１組の照明をこのような線電圧に接続するときに、特に従来の調光器を用いる場合に、それが原因で発生する可能性がある問題に、当業者は精通しているであろう。本明細書において説明した回路を用いると、照明又は１組の照明を、広範囲に異なる周波数の線電圧、及び／又は電圧レベルが変動する線電圧に接続することができ、良好な結果が得られる。
【0055】
加えて、本発明の主題は、調光に関して説明したが、本発明の主題は、光出力のその他の態様を変更するためにも適用可能であり、例えば、色温度、色、色相、明るさ、光の出力の特性、ＣＲＩ Ｒａ等にも適用可能である。例えば、小径制御回路は、入力電圧のデューティ・サイクルがあるパーセンテージ（例えば、１０％）であるときに、この回路がデバイスの出力に特定の色温度（例えば、２０００Ｋ）を持たせるように構成することができる。例えば、自然光では、光が弱まるに連れて、色温度が低下するのが通例であり、照明デバイスがこの挙動を真似ることが望ましいと見なされる場合もある。加えて、セキュリティ用の照明では、調光照明が低いＣＲＩを有し、侵入者を観察できる十分な光があるが、侵入者自身は何をしているのか見るのに困難を来す程にＣＲＩ Ｒａが低くなるようにすることが望ましい場合がある。
【0056】
本発明による回路及び方法は、ＡＣ電力やＡＣ位相カット調光器に限定されるのではない。逆に、本発明の主題は、波形デューティ・サイクルを用いる（例えば、パルス幅変調を含む）あらゆる種類の調光にも適用可能である。
【0057】
以上、具体的な要素の組み合わせを参照しながら本発明の主題の実施形態について例示したが、本発明の主題の教示から逸脱することなく、種々のその他の組み合わせも設けることができる。つまり、本発明の主題は、本明細書に記載し図面に示した特定的な実施形態例に限定されるように解釈してはならず、種々の図示した実施形態の要素の組み合わせも包含することができる。
【0058】
本開示の利点を考えれば、本発明の主題の主旨及び範囲から逸脱することなく、多くの変形や変更も当業者には容易に行うことができる。したがって、図示した実施形態は、一例をあげる目的で明記したに過ぎず、以下の請求の範囲によって定義される本発明の主題を限定するように捕らえてはならないことは理解されなければならない。したがって、以下の特許請求の範囲は、文言通りに明記されている要素の組み合わせだけでなく、実質的に同じ結果を得るために実質的に同じ方法で実質的に同じ機能を実行するためのあらゆる同等の要素も含むように解読することとする。つまり、特許請求の範囲は、先に具体的に図示及び説明したこと、概念上同等であること、そして本発明の主題の本質的な考えを組み込んだものも含むように理解するものとする。
【0059】
本明細書において記載したデバイスのいずれの２つ以上の構造的部分でも、統合することができる。本明細書において記載したデバイスのいずれの構造部分でも、２つ以上の部分（必要であれば、一緒に保持する）に設けることができる。同様に、いずれの２つ以上の機能も同時に実行することができ、及び／又はいずれの機能も一連のステップにおいて実行することができる。