特許 5770393 ＬＥＤ照明システム

(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】5770393

(24)【登録日】2015年7月3日

(45)【発行日】2015年8月26日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ照明システム

(51)【国際特許分類】

   H05B 37/02 20060101AFI20150806BHJP

【ＦＩ】

   H05B37/02 J

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-557164(P2014-557164)

(86)(22)【出願日】2013年3月7日

(65)【公表番号】特表2015-510676(P2015-510676A)

(43)【公表日】2015年4月9日

(86)【国際出願番号】IB2013051827

(87)【国際公開番号】WO2013144745

(87)【国際公開日】20131003

【審査請求日】2014年8月15日

(31)【優先権主張番号】61/615,927

(32)【優先日】2012年3月27日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】12161499.4

(32)【優先日】2012年3月27日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】590000248

【氏名又は名称】コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ

(74)【代理人】

【識別番号】100087789

【弁理士】

【氏名又は名称】津軽 進

(74)【代理人】

【識別番号】100122769

【弁理士】

【氏名又は名称】笛田 秀仙

(74)【代理人】

【識別番号】100171701

【弁理士】

【氏名又は名称】浅村 敬一

(72)【発明者】

【氏名】ファン デル フェーン ヒェールト ウィレム

(72)【発明者】

【氏名】コルネリッセン ウィルヘルムス ヨゼフス

(72)【発明者】

【氏名】ファン ボデフラフェン テイメン コルネリス

(72)【発明者】

【氏名】デ ブリュイッケル パトリック アライゥシウス マルティナ

【審査官】 柿崎 拓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０９３１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４２５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３５１４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００５６７７４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３７／００−３９／１０

Ｈ０１Ｌ ３３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源電圧源及び出力端子への接続のための入力端子と、
第１の時間間隔ではハイレベル且つ第２の時間間隔ではローレベルとなるように、前記出力端子間で電圧を交互に維持する、前記出力端子間に結合された変調回路と、
前記第２の時間間隔において前記出力端子を流れる電流を検出するための電流センサと、
前記入力端子と前記出力端子との間に結合されるとともに前記電流センサに結合された、前記電源電圧源によって供給される電源電圧から、前記電流センサによって検出される電流に所定の定増倍率を掛けた値に等しいＬＥＤ電流を生成するとともに、前記第１の時間間隔の各々において前記出力端子に前記ＬＥＤ電流を供給するためのドライバ回路と、
を有する、前記ＬＥＤ電流を供給するための電源供給回路と、
前記電源供給回路の前記出力端子への接続のためのＬＥＤモジュール入力端子と、
前記第２の時間間隔の各々において、前記電源供給回路の前記出力端子間に存在している電圧よりも高いフォワード電圧を有する前記ＬＥＤモジュール入力端子間に結合されるＬＥＤ負荷と、
前記ＬＥＤモジュール入力端子が前記電源供給回路の前記出力端子に接続された場合に、前記第２の時間間隔の各々において、前記所定の定増倍率によって割られる所望のＬＥＤ電流と等しい、前記電流センサを流れるセンサ電流を生成するための、前記ＬＥＤモジュール入力端子間に結合された電流源と、
を有する、ＬＥＤモジュールと、
を備える、ＬＥＤ照明システム。

【請求項2】

前記変調回路は、
前記電源供給回路の第１の出力端子と直列に結合される変調スイッチと、
前記第１の時間間隔の各々において前記変調スイッチを導通状態にする一方、前記第２の時間間隔の各々において前記変調スイッチを非導通状態にするための、前記変調スイッチの制御電極に結合された制御回路と、
低電圧源と、
を有し、
前記低電圧源及び前記電流センサは、前記電源供給回路の前記出力端子を接続する直列配置に含まれる、請求項１記載のＬＥＤ照明システム。

【請求項3】

前記直列配置は、ダイオードを有する、請求項２記載のＬＥＤ照明システム。

【請求項4】

前記電流源によって生成される電流の大きさは、温度に依存する、請求項１記載のＬＥＤ照明システム。

【請求項5】

ＬＥＤモジュール入力端子間に接続されたＬＥＤ負荷をそれぞれ有し、電流源によって分流された、並列接続される１又は複数のＬＥＤモジュールを操作するための方法であって、
前記ＬＥＤ負荷のフォワード電圧よりも低い電圧を前記ＬＥＤモジュール入力端子に付与し、センサを流れる、前記ＬＥＤモジュールに含まれる前記電流源によって生成された電流を測定するステップと、
前記ＬＥＤモジュール入力端子間の前記電圧を、前記ＬＥＤ負荷が電流を導通する値に上昇させ、所定の定増倍率が掛けられた前記測定された電流と等しい大きさの電流を前記ＬＥＤ負荷に供給するステップと、
上記第１及び第２のステップを繰り返すステップと、
を有する、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源供給回路と１又は複数のＬＥＤモジュールとを有するＬＥＤ照明システム、及び、１又は複数のＬＥＤモジュールを操作するための方法に関する。より具体的には、本発明は、電源供給回路が、ＬＥＤモジュールに含まれる回路によって生成される信号に依存して、ＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤに供給される電力を調整するＬＥＤ照明システムに関し、ここで、前記信号は、ＬＥＤモジュールに含まれるＬＥＤの公称電力に依存し、好ましくはＬＥＤの温度にも依存している。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤに基づく照明システムが、益々多くの場面で用いられている。ＬＥＤは、高効率及び長寿命である。多くの照明システムにおいて、ＬＥＤは、他の光源よりも高い光効率も供給する。結果として、ＬＥＤは、蛍光灯、高輝度放電ランプ、又は、白熱灯などのよく知られた光源のための興味深い代替手段を提供する。

【0003】

ＬＥＤに基づく照明システムは、しばしば、動作中、電源供給回路の出力端子に接続される１又は複数のＬＥＤモジュールに含まれるＬＥＤに電力を供給する電源供給回路を有する。通常は、電源供給回路によって供給される総電流は、電源供給回路、より具体的にはＬＥＤモジュールの各々に適した公称電流に接続されたＬＥＤモジュールの数に依存し、ＬＥＤモジュールの温度にも依存する。現在、市場に出ており、図１に示される、フィリップス（登録商標）によって製造されるFortimoと称される、ＬＥＤ照明システムに含まれるＬＥＤモジュールＬＭは、ＬＥＤモジュールに含まれるＬＥＤに適した公称電流を示す抵抗を持つ第１のレジスタＲｓｅｔを有するとともに、温度依存抵抗を具備する第２のレジスタＮＴＣを有する。上記ＬＥＤモジュールが電源供給回路ＰＳＣに接続された場合、電源供給回路に含まれる回路ＭＣは、第１のレジスタＲｓｅｔを通る電流と、第２のレジスタＮＴＣを通る他の電流とを発生させる。各抵抗に印加される電圧が測定され、各抵抗の抵抗値は、印加される電圧から、回路ＭＣによって決定される。これらのデータから、回路部分ＭＣは、ＬＥＤ電流のための所望の値を導く。電源供給回路ＰＳＣに含まれるドライバ回路ＤＣは、ＬＥＤモジュールに供給される電流を上記所望の値に実質的に調整する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この従来技術の重要な欠点は、ＬＥＤモジュールの各々における抵抗を電源供給回路に含まれる回路と接続するために、３本のワイヤが必要であることである。このことは、既存のＬＥＤ照明システムを必要以上に複雑化する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、製造するのが簡単で、設置するのも簡単な、より複雑でない照明システムを提供することを目的とする。

【0006】

本発明の第１の態様によれば、ＬＥＤ照明システムは、ＬＥＤ電流を供給するための電源供給回路を有して提供される。電源供給回路は、電源電圧源及び出力端子への接続のための入力端子と、第１の時間間隔ではハイレベル且つ第２の時間間隔ではローレベルとなるように、出力端子間で電圧を交互に維持する、出力端子間に結合された変調回路と、第２の時間間隔において出力端子を流れる電流を検出するための電流センサと、入力端子と出力端子との間に結合されるとともに電流センサに結合された、電源電圧源によって供給される電源電圧から、電流センサによって検出される電流に所定の定増倍率を掛けた値に等しいＬＥＤ電流を生成するとともに、第１の時間間隔の各々において出力端子にＬＥＤ電流を供給するためのドライバ回路と、を有する。ＬＥＤ照明システムは、電源供給回路の出力端子への接続のためのＬＥＤモジュール入力端子と、第２の時間間隔の各々において、電源供給回路の出力端子間に存在している電圧よりも高いフォワード電圧を有するＬＥＤモジュール入力端子間に結合されるＬＥＤ負荷と、ＬＥＤモジュール入力端子が電源供給回路の出力端子に接続された場合に、第２の時間間隔の各々において、所定の定増倍率によって割られる所望のＬＥＤ電流と等しい、電流センサを流れるセンサ電流を生成するための、ＬＥＤモジュール入力端子間に結合された電流源と、を有するＬＥＤモジュールを更に有する。

【0007】

第１の態様に従ったＬＥＤ照明システムでは、ＬＥＤ電流の所望の大きさに関する情報が、各変調期間の第２の時間間隔の各々において、ＬＥＤモジュールから電源供給回路に伝達される。重要な利点は、上記伝達を実現するために何の配線も必要ないことであり、これにより、ＬＥＤ照明システムの製造又は設置が比較的単純になる。複数のＬＥＤモジュールが同じ電源供給回路の出力端子に並列接続されている場合、ＬＥＤモジュールに含まれる電流源によって生成される電流の総和は、電流センサ及び電源供給回路を流れ、所定の定増倍率が乗算されたセンサを流れる電流の大きさに等しい総ＬＥＤ電流を、全てのＬＥＤモジュールへ一斉に供給する。

【0008】

他の態様によれば、ＬＥＤモジュール入力端子間に接続されたＬＥＤ負荷をそれぞれ有し、電流源によって分流された、並列接続される１又は複数のＬＥＤモジュールを操作するための方法であって、ＬＥＤ負荷のフォワード電圧よりも低い電圧をＬＥＤモジュール入力端子に付与し、センサを流れる、ＬＥＤモジュールに含まれる電流源によって生成された電流を測定するステップと、ＬＥＤモジュール入力端子間の電圧を、ＬＥＤ負荷が電流を導通する値に上昇させ、所定の定増倍率が掛けられた測定された電流と等しい大きさの電流をＬＥＤ負荷に供給するステップと、上記第１及び第２のステップを繰り返すステップと、を有する、方法が提供される。

【0009】

本発明に従ったＬＥＤ照明配置の第１の好適な実施形態では、変調回路が、電源供給回路の第１の出力端子と直列に結合される変調スイッチと、第１の時間間隔の各々において変調スイッチを導通状態にする一方、第２の時間間隔の各々において変調スイッチを非導通状態にするための、変調スイッチの制御電極に結合された制御回路と、低電圧源と、を有し、低電圧源及び電流センサは、電源供給回路の出力端子を接続する直列配置に含まれる。

【0010】

この第１の好適な実施形態では、変調回路は、単純且つ信頼性の高い態様で実現される。好ましくは、低電圧源の直列配置及びセンサが、ダイオードを有する。

【0011】

本発明に従ったＬＥＤ照明システムの他の好適な実施形態によれば、ＬＥＤモジュールにおける電流源によって生成される電流の大きさは、温度に依存する。より具体的には、ＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤの温度が所定の値よりも大きくなると、ＬＥＤが損傷したり、寿命が短くなったりする可能性があるので、電流源は、より小さな電流を生成することが好ましい。電流源によって生成されるより小さな電流は、温度の低下を発生させるより小さなＬＥＤ電流につながり、あるいは、温度の更なる増加を回避することにつながる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

本発明に従ったＬＥＤ照明システムの実施形態が、図面を用いて、更に説明される。

【図1】図１は、従来技術のＬＥＤ照明システムの一実施形態を示している。

【図2】図２は、本発明に従ったＬＥＤ照明システムの第１の実施形態を示している。

【図3】図３は、図２に示されるＬＥＤ照明システムに含まれる電源供給回路の出力端子間の電圧を時間の関数として示している。

【図4】図４は、図２に示される実施形態に含まれる電流源の一実施形態を示している。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図２において、Ｋ１及びＫ２は、ＬＥＤ電流を供給するための電源供給回路ＰＳＣの入力端子である。動作中、入力端子Ｋ１及びＫ２は、電源電圧源に接続されている。入力端子Ｋ１及びＫ２は、電源電圧源によって供給される電源電圧からＬＥＤ電流を生成するためのドライバ回路を回路部分ＤＣ２と協働して形成する回路部分ＤＣ１の各入力端子に接続されている。回路部分ＤＣ１の第１及び第２の出力端子は、キャパシタＣ１により接続されている。キャパシタＣ１は、変調スイッチＭＳ、ダイオードＤ１、及び、低電圧源を形成する回路部分ＬＶＳの直列配置によって、分路されている。変調スイッチＭＳの制御電極及び回路部分ＤＣ１の第１の入力端子は、マイクロコントローラによって形成される回路部分ＤＣ２の第１の出力端子に結合されている。動作中、回路部分ＤＣ２は、変調スイッチを、交互に、第１の時間間隔において導通状態にし、第２の時間間隔において非導通状態にする。低電圧源ＬＶＳの入力端子は、回路部分ＤＣ１の第１の出力端子に接続されている。電源供給回路ＰＳＣの第１の出力端子Ｋ３は、変調スイッチＭＳ及びダイオードＤ１の共通端子に接続され、電源供給回路ＰＳＣの第２の出力端子Ｋ４は、レジスタＲ１を介して、回路部分ＤＣ１の第２の出力端子に結合されている。第２の出力端子Ｋ４は、回路部分ＤＣ２の入力端子にも接続されている。レジスタＲ１は、レジスタＲ２及びスイッチＳ１の直列配置によって分路されている。レジスタＲ１及びＲ２は、スイッチＳ１と協働して、電流センサを形成している。スイッチＳ１の制御電極は、回路部分ＤＣ２の第２の出力端子に接続されている。動作中、回路部分ＤＣ２は、スイッチＳ１を、交互に、第１の時間間隔において導通状態にし、第２の時間間隔において、非導通状態にする。結果として、Ｒ１及びＲ２は、各第１の時間間隔において並列に切り替えられ、Ｒ２は、各第２の時間間隔において回路から切り替えられる。このため、レジスタＲ１，Ｒ２及びスイッチＳ１によって形成される電流センサは、ＬＥＤ電流が高いワット損を発生させないように、各第１の時間間隔において比較的低い抵抗値を持ち、電流源ＣＳによって生成された電流が検出された場合、各第２の時間間隔において、より高い抵抗値を持つ。回路部分ＤＣ２の第３の出力端子は、回路部分ＤＣ１の第２の入力端子と接続されている。

【0014】

入力端子Ｋ１，Ｋ２、出力端子Ｋ３，Ｋ４、回路部分ＤＣ１，ＤＣ２、キャパシタＣ１、低電圧源ＬＶＳ、ダイオードＤ１、変調スイッチＭＳ、スイッチＳ１、及び、レジスタＲ１，Ｒ２は、協働して、ＬＥＤ電流を供給するための電源供給回路を形成する。

【0015】

Ｋ５及びＫ６は、電源供給回路の出力端子への接続のための、ＬＥＤモジュールＬＭの第１及び第２の入力端子である。第１及び第２の入力端子Ｋ５及びＫ６は、電流源ＣＳ及びＬＥＤ負荷ＬＳによって接続されている。第１，第２の入力端子Ｋ５，Ｋ６、電流源ＣＳ、及び、ＬＥＤ負荷ＬＳは、協働して、ＬＥＤモジュールを形成している。

【0016】

図２に示されるＬＥＤ照明システムの動作は、以下の通りである。入力端子Ｋ１，Ｋ２が電源供給源に接続されており、電源供給回路ＰＳＣの出力端子Ｋ３，Ｋ４がＬＥＤモジュールＬＭの入力端子Ｋ５，Ｋ６に接続されている場合、実質的に一定のＤＣ電圧が、キャパシタＣ１に亘って存在する。回路部分ＤＣ２は、変調スイッチＭＳ及びスイッチＳ１を、交互に、第１の時間間隔において導通状態にし、第２の時間間隔において非導通状態にする。変調スイッチＭＳが導通状態である場合、回路部分ＤＣ１は、ＬＥＤ列に供給されるＬＥＤ電流を生成する。変調スイッチが非導通状態である場合、ＬＥＤモジュールの入力端子Ｋ５，Ｋ６間の電圧は、ＬＥＤ列ＬＳのフォワード電圧よりも低い値まで低下し、結果、ＬＥＤ列ＬＳは、もはや電流を導通しなくなる。低電圧源ＬＶＳの出力電圧は、ダイオードＤ１及び電流センサＲ１を介して、電流源ＣＳに供給され、電流源ＣＳは、ＬＥＤモジュールのための所望のＬＥＤ電流の所定の一部である電流を生成する。一般的に、この電流は、ＬＥＤの数及びタイプ、並びに、ＬＥＤが直列配置されるか、並列配置されるかに依存する。ＬＥＤ負荷ＬＳは、もはや電流を導通しないので、電流センサによって導通される電流のみが、電流源によって生成される電流である。スイッチＳ１は、第２の時間間隔において非導通状態であるので、電流センサの抵抗、ひいては、電流センサに印加されている電圧は、両方とも比較的高く、回路部分ＤＣ２による電流の正確な測定を可能とする。第２の時間間隔の終わりにおいて、制御回路ＣＣは、第１の時間間隔と等しい時間間隔で、変調スイッチＭＳを再び導通状態にする。この時間間隔の間、回路部分ＤＣ１は、第２の時間間隔の間に測定され、所定の定増倍率が乗算される、センサを流れる電流と等しいＬＥＤ電流を生成し、このＬＥＤ電流は、次の第２の時間間隔が始まるまでＬＥＤ列に供給される。一般的に、第１の時間間隔は、第２の時間間隔よりも極めて長い（例えば、１０倍長い）値に選択されることに留意すべきである。

【0017】

電流源は、各第１の時間間隔の間、電流を生成するように構成されてもよいことに留意すべきである。あるいは、電流源ＣＳは、各第２の時間間隔の間、電流を生成するだけであってもよい。

【0018】

これまで説明したように、複数のＬＥＤモジュールが電源供給回路の出力端子に並列接続されている場合、ＬＥＤモジュールに含まれる電流源によって生成される電流の総和は、センサを流れ、電源供給回路は、センサを流れる電流に所定の定増倍率を乗算した大きさに等しい（第２の時間間隔の間に測定されるような）総ＬＥＤ電流を全てのＬＥＤモジュールに一斉に供給するであろう。

【0019】

電流源によって生成される電流は、好ましくは、温度に依存しており、このため、ＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤの温度が増加する場合、ＬＥＤが損傷したり、ＬＥＤの寿命が短くなったりすることを回避するために、より小さな電流が生成される。電流源によって生成されるより小さな電流は、温度の低下を生じさせる、又は、温度の更なる増加を回避させる、より小さなＬＥＤ電流につながる。

【0020】

図３は、図２に示されるＬＥＤ照明システムの実用化のため、時間関数として、電源供給回路の出力端子間に存在する電圧を概略的に示したものである。電圧が、第１及び第２の時間間隔の各々において、ハイ（３３Ｖ）とロー（５Ｖ）とで交互に変化していることが分かる。この実用化例における所定の定増倍率は、およそ１０００であった。

【0021】

図４は、電流源ＣＳの一実施形態を示している。電流源ＣＳは、温度依存性の抵抗ＮＴＣを有する。ＬＥＤモジュールの温度が増加した場合、電流源ＣＳによって供給される電流が増加する。

【0022】

本発明は、図面及び上記説明において、詳細に図示及び説明されてきたが、かかる図示及び説明は、一例であって、これらに限定されるものではなく、即ち、本発明は、開示される実施形態に限定されない。

【0023】

開示される実施形態に対する変形が、図面、開示、及び、添付の図面の研究から、本発明を実施する際、当該技術分野における当業者によって、理解及び実施され得る。請求項中、「有する」なる用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形は、複数であることを除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載される幾つかの項目の機能を果たしてもよい。特定の特徴が、相互に異なる従属項において言及されているという単なる事実は、これらの特徴の組み合わせが有利に用いることができないということを示すものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】