特許 6028283 複数の高電力ＬＥＤユニットを駆動するシステム及び装置

(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】6028283

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】複数の高電力ＬＥＤユニットを駆動するシステム及び装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 37/02 20060101AFI20161107BHJP

【ＦＩ】

   H05B37/02 J

【請求項の数】26

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2014-539908(P2014-539908)

(86)(22)【出願日】2012年11月2日

(65)【公表番号】特表2014-534598(P2014-534598A)

(43)【公表日】2014年12月18日

(86)【国際出願番号】SG2012000415

(87)【国際公開番号】WO2013066270

(87)【国際公開日】20130510

【審査請求日】2014年6月9日

(31)【優先権主張番号】201108173-4

(32)【優先日】2011年11月4日

(33)【優先権主張国】SG

(31)【優先権主張番号】201202701-7

(32)【優先日】2012年4月13日

(33)【優先権主張国】SG

(73)【特許権者】

【識別番号】508242908

【氏名又は名称】オプレント エレクトロニクス インターナショナル ピーティーイー エルティーディー

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100148596

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 和弘

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】ウィー， カイ フック， フランシス

(72)【発明者】

【氏名】タン， カイ ブーン

(72)【発明者】

【氏名】タン， ハイ ブーン

(72)【発明者】

【氏名】ストナ， アンドレア

(72)【発明者】

【氏名】チャン， スーン ティアム

【審査官】 杉浦 貴之

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１１１００５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／０４９７０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２０５７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２２２６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の高電力ＬＥＤユニットを駆動するためのシステムであって、リップルのない一定の直流を複数の高電力ＬＥＤランプユニットに与えるための単一のドライバを備え、前記単一のドライバは、エネルギーの検出及びそのエネルギーをＬＥＤランプユニットへ放出して前記リップルのない一定の直流を調整するのに要する期間の計算に基づき、前記リップルのない一定の直流を各所定の時間間隔で調整するようにプログラム可能なデジタルコントローラを備え、
前記単一のドライバは、変成器として誘導性素子を有する分離型交流フライバック構成で動作するようにさらに構成され、前記変成器は、前記変成器の二次端に設けられた複数の高電力ＬＥＤを分離する、システム。

【請求項2】

前記デジタルコントローラは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であり、該ＡＳＩＣは、更に、前記変成器のコアにより前記複数の高電力ＬＥＤへ放出されるエネルギーを検出し及びその期間を計算し、前記リップルのない出力ＤＣ電流を調整し及び与えるように動作する、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記ＡＳＩＣは、前記変成器のコアにより放出されるエネルギーの期間に基づいて各クロックサイクルにおいてフィードバックを入力として受け取り、次のクロックサイクルでの前記リップルのない一定のＤＣ電流の量を決定するようにプログラムされる、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記単一のドライバは、前記ＡＳＩＣによってターンオン及びオフされるように構成された電子スイッチを備え、
前記ＡＳＩＣは、各クロックサイクルにおいて前記電子スイッチをターンオン及びオフするための電圧波形を与えるようにプログラムされる、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記複数の高電力ＬＥＤランプユニットの各々は、他の高電力ＬＥＤランプユニットと直列である、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記単一のドライバは、前記複数の高電力ＬＥＤランプユニットの輝度を調整するための減光回路に電気的に接続される、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記減光回路は、電位計、赤外線インターフェイス、モーションセンサ、又は周囲光センサを含む、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記システムは、前記減光回路が調整されるとき少なくとも０．９の力率を維持するようにそのキャパシタンスを変化させるよう動作するフィルタキャパシタを備える、請求項６に記載のシステム。

【請求項9】

前記電位計は、０から１０ボルトの電圧内で作用するように動作する、請求項７に記載のシステム。

【請求項10】

前記変成器の二次端は、短絡保護回路に電気的に接続される、請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

前記ＡＳＩＣは、能動的な力率コントローラに結合される、請求項２に記載のシステム。

【請求項12】

前記能動的な力率コントローラは、少なくとも１つの電圧ホロワを含む、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記ＡＳＩＣは、１４ピン構成である、請求項２に記載のシステム。

【請求項14】

各高電力ＬＥＤランプには、高電力ＬＥＤのみから熱を消散する形状及び構成にされたヒートシンクが設けられる、請求項１に記載のシステム。

【請求項15】

前記単一のドライバは、前記ＡＳＩＣによってターンオン及びオフされるように構成された電子スイッチを更に備え、前記リップルのない一定のＤＣ電流は、次の式

【数1】

に基づく電圧コントロールにより達成され、ここで、Ｖ_ＯＵＴは、出力にまたがる電圧であり、Ｖ_ＩＮは、入力電圧であり、Ｔ_ＯＦＦは、分離変成器のコアの放電時間であり、Ｔ_ＯＮは、電子スイッチのスイッチオン時間であり、Ｌ_１は、変成器の一次巻線のインダクタンス値であり、そしてＬ_２は、変成器の二次巻線のインダクタンス値である、請求項２に記載のシステム。

【請求項16】

複数の高電力ＬＥＤユニットを駆動するためのシステムであって、リップルのない一定の直流を複数の高電力ＬＥＤランプユニットに与えるための単一のドライバを備え、前記単一のドライバは、エネルギーの検出及びそのエネルギーをＬＥＤランプユニットへ放出して前記リップルのない一定の直流を調整するのに要する期間の計算に基づき、前記リップルのない一定の直流を各所定の時間間隔で調整するようにプログラム可能なデジタルコントローラと、前記デジタルコントローラによってターンオン及びオフされるように構成された電子スイッチと、を備え、
前記単一のドライバは、次の式

【数2】

に基づく連続モードで動作する誘導性素子を有する非分離型構成で動作するようにさらに構成され、ここで、Ｉ_ＯＵＴは、望ましい出力ＤＣリップルなし電流であり、Ｔ_ＯＦＦは、定数として固定され、Ｔは、Ｔ_ＯＮ、Ｔ_ＯＦＦ及びＴ_ＣＡＬＣの和であり、ここで、Ｔ_ＯＮは、前記電子スイッチのスイッチオン時間であり、Ｔ_ＣＡＬＣは、誘導性素子の放電時間後に式を計算するための時間であり、Ｉ_１は、望ましい基準電流であり、そしてＩ_ＭＡＸは、ピーク電流である、システム。

【請求項17】

ヒステリシスコントローラ構成では、Ｉ_ＭＡＸ及びＩ_１の値が固定され、Ｔ_ＯＮ及びＴ_ＯＦＦ時間が決定される、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記デジタルコントローラは、ハードウェア記述言語を使用してプログラム可能な少なくとも１つの集積回路（ＩＣ）であり、
前記単一のドライバは、
力率電圧をコントロールするために第１のスイッチング時間周期を与えるように動作可能な第１の電子スイッチであって、前記第１のスイッチング時間周期は前記少なくとも１つのＩＣによりプログラム可能である、第１の電子スイッチと、
少なくとも１つの高電力ＬＥＤランプユニットに流れ込むリップルのない一定のＤＣ電流を調整するために第２のスイッチング時間周期を与えるように動作する第２の電子スイッチであって、前記第２のスイッチング時間周期は前記少なくとも１つのＩＣによりプログラム可能である、第２の電子スイッチと、
を備える、請求項１又は１６のシステム。

【請求項19】

前記第１及び第２の電子スイッチは、電力ＭＯＳＦＥＴである、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記少なくとも１つのＩＣは、ＡＳＩＣである、請求項１８に記載のシステム。

【請求項21】

入力ポート及び複数の出力ポートを有する装置であって、
前記入力ポートは、請求項１又は１６のシステムの前記単一のドライバに接続するように動作可能であり、
前記入力ポート及び前記複数の出力ポートの各々に電気的に接続されるように構成された逆極性保護装置と、
出力ポートに接続するように各々動作する複数の開路保護回路と、
を備え、
前記逆極性保護装置は、負荷が前記出力ポートのいずれかに誤った極性で接続された場合に極性要求を否定するように動作し、前記開路保護回路は、負荷が出力ポートに接続されない場合又は負荷がブレークダウンしたときに閉ループ直列接続を形成するように動作する、装置。

【請求項22】

前記逆極性保護装置は、ダイオードブリッジ整流器である、請求項２１に記載の装置。

【請求項23】

各入力ポートは、対応する開路保護装置を含む、請求項２１に記載の装置。

【請求項24】

前記出力ポートの各々は、高電力ＬＥＤランプユニットを含む負荷に接続するのに適している、請求項２１に記載の装置。

【請求項25】

請求項２１から２４のいずれか一項に記載の前記装置を更に備え、請求項２１から２４のいずれか一項に記載の前記装置の前記入力ポートが単一のドライバに接続するように動作可能である、請求項５に記載のシステム。

【請求項26】

請求項１又は１６のシステムの前記単一のドライバに使用するための減光回路であって、少なくとも１つの減光コントローラに接続可能なように動作する減光インターフェイスと、減光回路内に少なくとも０．９の力率を維持するように調整できる容量性素子と、を少なくとも備え、
前記複数の高電力ＬＥＤランプユニットの輝度を調整するために前記単一のドライバに電気的に接続されるように構成された、減光回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の高電力発光ダイオード（ＬＥＤ）ユニットを駆動するためのシステム及び装置に関する。この装置は、ダウンライト、Ｔ５、Ｔ８、ライトトロッファー(Light Troffer)、ハイベイ(Hi-Bay)ランプ、ＭＲ１６電球、等の高電力ＬＥＤ照明ユニットに使用するのに特に適したものであるが、これに限定されない。

【背景技術】

【0002】

本発明の背景についての以下の説明は、本発明の理解を容易にするためのものである。しかしながら、この説明は、参照する資料が、本出願の優先権当日にいずれかの管轄区において出版され、周知され、又は共通の一般的知識の一部分であったことを認め又は許すものではないことを認識されたい。

【0003】

従来の照明システムは、典型的に、システムに使用される照明製品が個々に駆動される構成となっている。例えば、ダウンライトランプのような照明製品は、到来するＡＣ電力を、ダウンライトを点灯するために例えば（ＣＦＬライトを参照すれば）ガスを点火及び励起する電力を与えるのに必要な高いＡＣ電圧及び望ましい電流へと変換するそれ自身の内蔵電源又はバラストを備えている。そのような他の照明製品は、例えば、Ｔ５、Ｔ８、ライトトロッファー、ハイベイランプ、街路灯、及び投光ランプを含む。

【0004】

同様に、発光ダイオード（ＬＥＤ）が照明システムに導入されたときに、ＬＥＤに採用された構成は、従来の照明システムと同様の「１つのバラスト（コントローラ）」対「１つのランプ」という構成に基づくものである。それ故、各ＬＥＤ照明ユニットが、到来するＡＣ電力を、ＬＥＤダウンライトを点灯するＤＣ電圧及び電流へ変換するそれ自身の内蔵ＬＥＤドライバ又はコントローラを有している。これは、照明システムに存在する各ＬＥＤ照明ユニットが、到来するＡＣ電力を、その特定のＬＥＤ照明ユニットを点灯するＤＣ電圧及び電流へ変換するためにその特定のＬＥＤ照明ユニット専用の付随コントローラを有し、即ち照明システムにおける１０個のＬＥＤダウンライトのチェーンが対応的に１０個のＬＥＤコントローラ回路を必要とすることを意味する。これらのＬＥＤコントローラは、各ランプユニットのコスト及び全体的フォームファクタを高める。

【0005】

従来のＬＥＤ照明ユニット及びシステムが各々図１及び図２に示されている。ＬＥＤランプユニットは、ＡＣ入力端子４を経てのＡＣ電源、ＡＣ／ＤＣ ＬＥＤドライバ３、ＬＥＤライト／ランプモジュール１、及びヒートシンク２を備えている。

【0006】

接続されると、ＡＣ電源電流がＡＣ／ＤＣ ＬＥＤドライバ３の入力に流れる。ＡＣ電源電流は、ＡＣ／ＤＣ ＬＥＤドライバ３のスイッチモード電源回路を経て整流されて、望ましいＤＣ電圧及び電流をＬＥＤライトモジュール１へ供給する。連続点灯動作では、ＡＣ／ＤＣ ＬＥＤドライバ３、及びＬＥＤライトモジュール１のＬＥＤの両方により熱が発生されるので、点灯動作で発生された熱が熱源から引き出されて、適宜に消散されることを保証するために、ヒートシンク２の導入が重要となる。ヒートシンク２は、ＬＥＤライトモジュール及びＡＣ／ＤＣ ＬＥＤドライバの両方からの熱の消散を考慮したものでなければならない。従って、点灯動作に沿った任意の時間に、ヒートシンク２が、特定の照明ユニットの標準フォームファクタに対するサイズの設計上の制限のためにその最大熱消散能力に到達した場合には、動作の遂行により照明性能及び製品寿命の低下を招く。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した構成は、次のような多数の欠点を有する。

【0008】

・各ＬＥＤ照明ユニットは、点灯のためにそれ自身の内蔵コントローラ回路３を必要とするので、ＬＥＤ照明ユニットが連続動作するときには、ＬＥＤ及びコントローラ回路の両方により著しい熱が発生する。適度な熱にするために、各ＬＥＤ照明ユニットのヒートシンク（１つ又は複数）を設けて、熱源から熱を引き出すと共に、熱を周囲へ消散させ、ＬＥＤ及びコントローラを動作する熱的に低温の環境を与えねばならない。ＬＥＤ及びコントローラ回路は、電力損失を減少し、ひいては、効率を改善することから熱的に低温の環境で動作することが重要である。しかしながら、標準的なフォームファクタであるために、各ＬＥＤ照明ユニットにおけるヒートシンクのサイズに関して限度がある。各ＬＥＤ照明ユニットには２つの発熱源（即ち、ＬＥＤランプユニット及びＬＥＤコントローラ）があるために、ヒートシンク２は、典型的に、著しい熱が発生される連続動作中に最大熱消散能力に到達する。その結果、これは、ＬＥＤ照明ユニットの照明性能及び製品寿命の低下を招く。

【0009】

・典型的に、内蔵コントローラ回路及びヒートシンク２を有するＬＥＤ照明ユニットを製造するにはコストがかかる。というのは、それらは、製造に必要なコンポーネントの数を増加させるからである。更に、ヒートシンクは、標準フォームファクタであるためサイズに制約のある２つの熱源からの熱の消散をうまく処理するように設計されねばならない。これは、ＬＥＤ照明ユニットを製造する全体的コストを更に高くする。

【0010】

・ＡＣ電源は、コントローラ回路３によってＬＥＤ照明ユニットにおいてＤＣ電圧及び電流に変換されるので、対処すべき安全に関連した問題がある。

【0011】

それ故、本発明の目的は、以上の問題を克服し又は少なくとも軽減することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、前記問題を軽減すると共に、「１つのドライバ・対・多数の高電力ＬＥＤランプユニット」解決策を与えるシステム及び装置を提供する。これを達成するため、システム及び装置は、指定の定格電流から、少なくとも５％未満の比較的「リップルのない」電流を与えるのが適当である。指定の定格電流は、典型的に、ランプユニット当たりほぼ３５０ｍＡから７００ｍＡである（が、これに限定されない）。

【0013】

更に、「流れ(current)」、「接続(connection(s))」とは、特に指示のない限り、電流(electricalcurrent)及び電気的接続(electrical connections)を指す。

【0014】

本発明の第１の態様によれば、複数の高電力ＬＥＤユニットを駆動するためのシステムであって、リップルのない一定の直流を複数の高電力ＬＥＤランプユニットに与えるための単一のドライバを備え、この単一のドライバは、エネルギーの検出及びそのエネルギーをＬＥＤランプユニットへ放出してリップルのない一定の直流を調整するのに要する期間の計算に基づき、リップルのない一定の直流を各所定の時間間隔で調整するようにプログラム可能なデジタルコントローラを備えているシステムが提供される。

【0015】

好ましくは、単一のドライバは、複数の高電力ＬＥＤを分離する変成器として誘導性素子を有する分離型交流フライバック構成においてその変成器の二次端で動作する。

【0016】

好ましくは、デジタルコントローラは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であり、このＡＳＩＣは、更に、変成器のコアにより複数の高電力ＬＥＤへ放出されるエネルギーを検出し及びその期間を計算し、リップルのない出力ＤＣ電流を調整して与えるように動作する。ＡＳＩＣは、好ましくは、変成器のコアにより放出されるエネルギーの期間に基づいて各クロックサイクルにおいてフィードバックを入力として受け取り、次のクロックサイクルでのリップルのない一定のＤＣ電流の量を決定するようにプログラムされる。更に好ましくは、ＡＳＩＣは、各クロックサイクルにおいて電子スイッチをターンオン及びオフするための電圧波形を与えるようにプログラムされる。

【0017】

好ましくは、複数の高電力ＬＥＤランプユニットの各々は、他の高電力ＬＥＤランプユニットと直列である。

【0018】

好ましくは、単一のドライバは、複数の高電力ＬＥＤランプユニットの輝度を調整するための減光回路に電気的に接続される。好ましくは、この減光回路は、電位計、赤外線インターフェイス、モーションセンサ、又は周囲光センサを含む。

【0019】

好ましくは、このシステムは、減光器が調整されるとき少なくとも０．９の力率を維持するようにそのキャパシタンスを変化させるよう動作するフィルタキャパシタを備えている。

【0020】

減光器が電位計である場合には、電位計は、０から１０ボルトの電圧で作用するように動作する。

【0021】

好ましくは、分離型フライバックモードにおいて、変成器の二次端は、短絡保護回路に電気的に接続される。

【0022】

好ましくは、ＡＳＩＣは、能動的な力率コントローラに結合される。更に好ましくは、能動的な力率コントローラは、少なくとも１つの電圧ホロワを含む。そのようなケースにおいて、好ましくは、ＡＳＩＣは、能動的な力率コントローラと、リップルのない一定のＤＣ電流の調整との両方をコントロールための１４ピン構成である。

【0023】

好ましくは、各高電力ＬＥＤランプには、高電力ＬＥＤのみから熱を消散する形状及び構成にされたヒートシンクが設けられる。

【0024】

好ましくは、このシステムは、更に、電子スイッチを備え、リップルのない一定のＤＣ電流は、次の式

【数1】

に基づく電圧コントロールにより達成され、ここで、Ｖ_ＯＵＴは、出力にまたがる電圧であり、Ｖ_ＩＮは、入力電圧であり、Ｔ_ＯＦＦは、分離変成器のコアの放電時間であり、Ｔ_ＯＮは、電子スイッチのスイッチオン時間であり、Ｌ_１は、変成器の一次巻線のインダクタンス値であり、そしてＬ_２は、変成器の二次巻線のインダクタンス値である。

【0025】

分離型構成モードとは別に、単一のドライバは、次の式

【数2】

に基づく連続モードで動作する誘導性素子を有する非分離型構成で動作し、ここで、Ｔ_ＯＦＦは、定数として固定され、Ｔ_ＯＮは、電子スイッチのスイッチオン時間であり、Ｔは、Ｔ_ＯＮ、Ｔ_ＯＦＦ及びＴ_ＣＡＬＣの和であり、ここで、Ｔ_ＣＡＬＣは、誘導性素子の放電時間後に式を計算するための時間であり、Ｉ_１は、望ましい基準電流であり、そしてＩ_ＭＡＸは、ピーク電流である。ヒステリシスコントローラ構成では、Ｉ_ＭＡＸ及びＩ_１の値が固定され、Ｔ_ＯＮ及びＴ_ＯＦＦ時間が決定される。

【0026】

本発明の第２の態様によれば、ハードウェア記述言語を使用してプログラム可能な少なくとも１つの集積回路（ＩＣ）と、力率電圧をコントロールするために第１のスイッチング時間周期を与えるように動作する第１の電子スイッチであって、この第１のスイッチング時間周期は少なくとも１つのＩＣによりプログラム可能である、第１の電子スイッチと、少なくとも１つのＬＥＤに流れ込むリップルのない一定のＤＣ電流を調整するために第２のスイッチング時間周期を与えるように動作する第２の電子スイッチであって、この第２のスイッチング時間周期は少なくとも１つのＩＣによりプログラム可能である、第２の電子スイッチと、を備えたＬＥＤドライバが提供される。そのようなＬＥＤドライバは、リップルのないＤＣ電流を得るように力率コントローラの形態で付加的な電流コントロールを与える。

【0027】

好ましくは、第１及び第２の電子スイッチは、電力ＭＯＳＦＥＴである。

【0028】

好ましくは、少なくとも１つのＩＣは、ＡＳＩＣである。

【0029】

本発明の第３の態様によれば、入力ポート及び複数の出力ポートを有する装置であって、入力ポート及び複数の出力ポートの各々に電気的に接続されるように構成された逆極性保護装置と、出力ポートに接続するように各々動作する複数の開路保護回路とを備え、逆極性保護装置は、負荷が出力ポートのいずれかに誤った極性で接続された場合に極性要求を否定するように動作し、開路保護回路は、負荷が出力ポートに接続されないとき又は負荷がブレークダウンしたときに閉ループ直列接続を形成するように動作する装置を備えたＬＥＤドライバが提供される。

【0030】

好ましくは、逆極性保護装置は、ダイオードブリッジ整流器である。

【0031】

好ましくは、各入力ポートは、対応する開路保護装置を含む。

【0032】

好ましくは、入力ポートは、ＬＥＤドライバに接続するのに適しており、そして各出力ポートは、高電力ＬＥＤランプユニットを含む負荷に接続するのに適している。

【0033】

本発明の第４の態様によれば、負荷が直列接続される第１の態様に基づくシステムであって、更に、請求項２２から２５に記載の本発明の第３の態様に基づく装置を備え、請求項２２から２５に記載の装置の入力ポートが単一のドライバに接続するように動作可能であるシステムが提供される。

【0034】

本発明の第５の態様によれば、ＬＥＤドライバに使用するための減光回路であって、少なくとも１つの減光コントローラに接続可能なように動作する減光インターフェイス、及び減光回路内に少なくとも０．９の力率を維持するように調整できる容量性素子を少なくとも備えた減光回路が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】ドライバ及びヒートシンクを伴う従来のＬＥＤランプユニットの側面斜視図である。

【図2】従来のＬＥＤランプシステムの「１ドライバ・１ランプユニット」構成のシステム構成を示す。

【図3】本発明の一実施形態による「１ドライバ・多ランプユニット」又は「ストリングドライバ」のシステム図である。

【図4】分離型交流（ＡＣ）用途のための本発明の一実施形態によるＬＥＤドライバ回路の回路図である。

【図5a】分離交流（ＡＣ）用途のための本発明の一実施形態による１４ピンＡＳＩＣにより駆動される力率コンバータを伴うＬＥＤ駆動回路の回路図である。

【図5b】分離交流（ＡＣ）用途のための本発明の一実施形態による１４ピンＡＳＩＣにより駆動される力率コンバータを伴うＬＥＤ駆動回路の回路図である。

【図6】従来のシステムに比して複数のＭＲ１６ ＬＥＤランプに対する本発明の効果の概要を示すテーブルである。

【図7】ＭＲ１６負荷に基づくリップルのない一定のＤＣ電流のシミュレーション結果を示す。

【図8】デカップリング変成器が連続モードで動作するように回路が構成された別の実施形態を示す。

【図9】連続モードで整流回路に流れる電流を示す。

【図10】回路の連続動作に使用されるヒステリシスコントローラの構造を示す。

【図11】本発明の別の実施形態によるＬＥＤドライバと負荷との間の中間コネクタのＰＣＢ構成である。

【図12】ドライバと負荷との間の中間コネクタの使用を示す照明システムの考えられる構成である。

【図13】２つの中間コネクタの使用を示す照明システムの別の考えられる構成である。

【図14】中間コネクタの回路図である。

【図15】減光回路の一般的なブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

【0037】

本発明の他の構成も考えられ、従って、添付図面は、本発明の以上の説明の一般性に置き換わるものとして理解されてはならない。

【0038】

本発明の説明において、「リップルのない」電流及びリップルなし電流に近い記載は、指定の定格電流から５％未満の許容できるリップルを指す。

【0039】

本発明の説明において、高電力ＬＥＤランプユニットは、少なくとも５ワットの電力を要求するＬＥＤランプユニットを指す。

【0040】

本発明の一実施形態によれば、図４に示すように、複数の高電力ＬＥＤランプ１００を駆動するためのＬＥＤドライバ１０が提供される。ＬＥＤドライバ１０は、分離型交流（ＡＣ）用途に特に適しており、一次側と二次側で構成される。ＬＥＤドライバ１０の一次側は、デカップリング変成器１１を経て二次側とデカップルされる。一次側は、電子スイッチ１４、ブリッジ整流回路１６及び集積回路（ＩＣ）コントローラ１８を備えている。図４は、分離型構成を示しているが、当業者であれば、デカップリング変成器１１を他の誘導性素子に置き換えた非分離型構成用に回路を変更できることが明らかであろう。

【0041】

デカップリング機能を満足させるために、変成器１１は、分離変成器であり、プレーナ変成器であるのが好ましい。変成器１１は、連続又は非連続のいずれかのモードで作用するように働くが、説明上、図４、５ａ及び５ｂは、不連続モードで作用する変成器１１に適した回路を示している。連続モードでは、図８又は１０に示すように、ある出力キャパシタが省略される。変成器１１がプリント回路板技術に基づくプレーナ変成器である場合には、プリント回路板は、ＦＲ４ ＰＣＢ、ポリイミド又は他の厚い銅ホイル（リードフレーム）である。

【0042】

抵抗器Ｒ_Ｐ及びキャパシタＣ_Ｐは、変成器１１の一次端と並列構成で接続される。ダイオードＤ_Ｐは、抵抗器Ｒ_Ｐ、キャパシタＣ_Ｐ及び変成器１１に接続される。ダイオードＤ_Ｐの導通端は、変成器１１の一次端に直列構成で接続される。ダイオードＤ_Ｐの非導通端は、抵抗器Ｒ_Ｐ及びキャパシタＣ_Ｐに直列構成で接続される。

【0043】

キャパシタＣ_Ｓは、出力電圧をフィルタリングするために変成器１１の二次端に並列に接続される。ダイオードＤ_Ｓは、変成器１１の二次端及びキャパシタＣ_Ｓに接続される。ダイオードＤ_Ｓの導通端は、変成器１１の二次端に直列構成で接続される。ダイオードＤ_Ｓの非導通端は、（該当する場合には）キャパシタＣ_Ｓの正の端に直列構成で接続される。ＬＥＤ負荷１００は、キャパシタＣ_Ｓに並列構成で接続される。各ＬＥＤ負荷１００は、他のＬＥＤ負荷１００に直列に接続される。二次側は、以下に詳細に述べる短絡保護回路４４を含むのも任意である。

【0044】

電子スイッチ１４は、典型的に、電力トランジスタである。この特定の実施形態では、電子スイッチ１４は、電力ＭＯＳＦＥＴであるのが更に好ましい。ＭＯＳＦＥＴ構成では、電子スイッチ１４のドレインがダイオードＤ_Ｐの導通端及び変成器１１の一次端に接続される。電子スイッチ１４のゲートは、ＩＣ１８の出力ピンに接続され、そして電子スイッチ１４のソースは、電気的接地点に接続される。

【0045】

電子スイッチ１４は、他の機能的に同等のコンポーネントに置き換えられてもよいことが明らかである。

【0046】

ＩＣコントローラ１８の内部発振器は、該内部発振器により決定されるクロックサイクルごとに特定のターンオン時間周期Ｔ_ＯＮ（スイッチング周波数）で電子スイッチ１４のゲートをターンオンするように構成される。又、ＩＣコントローラ１８は、誘導性素子Ｌ_１及びＬ_２の放電を主入力として感知しそしてその放電時間を計算するようにプログラムされた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であるのが好ましい。ＡＳＩＣ１８は、次の入力に基づき各クロックサイクルにＴ_ＯＮのターンオン周期を有する電子スイッチ１４のゲートをターンオンするようにプログラムされ構成される。
（ａ）誘導性素子Ｌ_１及びＬ_２の放電時間に基づく基準定数Ｋ；
（ｂ）ＬＥＤのための望ましい出力ＤＣリップルなし電流Ｉ_ＯＵＴ；
（ｃ）ブリッジ回路１６と並列に接続された電位分割器２２から取り出されてデジタル化されたデジタル電圧値Ｖ_ＤＤ（Ｖ_ｉｎ）；
（ｄ）電位分割器３０を通して測定されて基準電圧と比較される変成器１１のコアの放電の時間値Ｔ_ＯＦＦ；及び
（ｅ）スイッチング周期Ｔ（即ち、発振器により決定される電子スイッチ１４のスイッチング周期）。

【0047】

受け取られた５つの入力を使用して、ＩＣ１８は、式（１）として数学的に表現された電子スイッチ１４のスイッチオン時間である出力Ｔ_ＯＮを計算する。

【数3】

【0048】

基準定数Ｋは、式（２）で示す変成器１１の一次及び二次巻線のインダクタンス値に基づいて計算される。

【数4】

【0049】

但し、Ｌ_１は、変成器１１の一次巻線のインダクタンス値であり、そしてＬ_２は、変成器１１の二次巻線のインダクタンス値である。基準Ｋの値は、ＩＣ１６内のメモリに記憶される。非分離型直流（ＤＣ）フライバック構成では、基準定数Ｋは、次の数学式に基づいて計算される。

【数5】

但し、Ｌ_３は、フライバック構成の誘導性素子のインダクタンス値である。

【0050】

式（１）及び（２）を操作すると、Ｉ_ＯＵＴが次のように導出される。

【数6】

【0051】

ＩＣコントローラ１８は、更に、ＬＥＤ負荷１００に対して減光を行うために可変抵抗器４０に結合された減光ピンを含む。この減光ピンは、電位計、モーションセンサ又は赤外線センサのような種々の減光装置を経て減光を行う融通性を促進する。

【0052】

上述したＩＣコントローラ１８は、典型的に、８ピンである。ＩＣコントローラ１８のコントロールのレベルを微同調するために、高解像度のＩＣコントローラが使用される。望ましいリップルなし電流Ｉ_ＯＵＴの微同調コントロールに加えて、回路の性能を改善するための能動的な力率コントローラ（ＰＦＣ）がある。

【0053】

望ましいリップルなし電流Ｉ_ＯＵＴのコントロールを微同調しそして能動的な力率コントロールを与える能力を有する高解像度のＩＣコントローラは、別の実施形態において以下に説明する。

【0054】

複数の高電力ＬＥＤランプユニット１００を駆動するためのＬＥＤドライバ５００の形態の本発明の別の実施形態が図５ａ及び５ｂに示されている（一次側に重点を置いて）。このＬＥＤドライバ５００は、第１の電子スイッチ５１３、第２の電子スイッチ５１４、ブリッジ整流回路５１６、及び集積回路コントローラ５１８を備えている。ＬＥＤドライバ５００は、更に、能動的な力率コントローラ（ＰＦＣ）回路５２０を備えている。前記実施形態と比較すると、能動的な力率コントローラ（ＰＦＣ）は、改善されたリップルなしの一定ＤＣ電流を得るための電流コントローラの付加的な段を形成するように動作する。集積回路コントローラ５１８は、望ましい力率を得そしてリップルなしの電流Ｉ_ＯＵＴを出力するために第１の電子スイッチ５１３及び第２の電子スイッチ５１４のスイッチング周波数をコントロールするように動作する。

【0055】

集積回路コントローラ５１８は、内部発振器、内蔵アナログ／デジタルコンバータ、等を含むＩＣコントローラ１８と同様である。これは、更に、ＰＦＣコントローラの更なるコントロールのためにより多くのピンを含むことができる。この実施形態では、ＩＣコントローラ５１８は、１４ピンを含む。全体的な解像度は、高く（１０ビット）、従って、電子スイッチ５１３、５１４及びＩ_ＯＵＴに対してスイッチング周波数の良好な調整及び微同調を行うことができる。

【0056】

ブリッジ整流器５１６は、ＡＣ入力を受け取り、そして整流された電圧出力を発生するように動作する。整流された電圧出力は、キャパシタＣ_４を通過する。Ｃ_４は、入力電圧フィルタとして機能して、整流回路５１６からの整流された電圧を更にフィルタリングするように動作する。キャパシタＣ_４は、抵抗器Ｒ_８及びＲ_９に並列に、且つインダクタＬ_４に直列に接続される。

【0057】

抵抗器Ｒ_８及びＲ_９は、入力電圧分割器を形成する。動作中、Ｒ_８及びＲ_９との間の電圧がＡＳＩＣへの入力電圧（Ｖ_ｉｎＰとして示す）として取り出される。

【0058】

インダクタＬ_４は、抵抗器Ｒ_１０及びＲ_１１に直列に接続される。抵抗器Ｒ_１０及びＲ_１１は、ＰＦＣ電圧分割器を形成し、これは、ＰＦＣ出力電圧測定のためにＴ_２Ｐピン入力を経てコントローラ５１８へＰＦＣフィードバック電圧を与えるのに使用される。

【0059】

第１の電子スイッチ５１３は、誘導性素子Ｌ_４に直列に且つＰＦＣ電圧分割器に並列に接続される。第１の電子スイッチ５１３は、ＰＦＣ出力電圧をコントロールするための可変周波数を与える。第１の電子スイッチ５１３及び第２の電子スイッチ５１４は、どちらも、Ｎチャンネル電力ＭＯＳＦＥＴである。第１の電子スイッチ５１３のゲートは、ＡＳＩＣ（ＭＯＳＯＵＴピン）によりアクチベートされ、そのドレインは、Ｌ_４と直列に接続され、そしてそのソースは、接地される。

【0060】

動作中に、コントローラ５１８は、第１の電子スイッチ５１３を駆動し、第１の電子スイッチ５１３のドレインに必要な力率電圧を発生させる。

【0061】

第１の電子スイッチ５１３は、機能的に同等の他のコンポーネントと置き換えてもよいことが明らかであろう。

【0062】

電力ダイオードＤ_３は、誘導性素子Ｌ_４に直列に接続される。これは、整流されたＰＦＣ電流の順方向の通過を許し、この電流は、第１の電子スイッチ５１３により緩和される。

【0063】

Ｃ_５は、ＰＦＣ出力電圧をフィルタリングするための容量性フィルタである。

【0064】

誘導性素子Ｌ_４は、図５ａに示す標準的インダクタであるか、又は図５ｂに示す変成器である。Ｌ_４が変成器であるケースでは、変成器は、Ｌ_４ｐ一次インダクタンス及びＬ_４ｓ二次インダクタンスを含む。図５ｂに示すように、Ｌ_４ｐは、ピン１からピン６へ接続され、Ｌ_４ｓは、ＩＣコントローラ５１８のピン１からピン７へ接続される。

【0065】

次の式（４）は、ＰＦＣの出力電圧をコントロールするための変成器の変形例に適用することができる。

【数7】

【0066】

Ｖ_{ＰＦＣ，ＯＵＴ}は、ＰＦＣの出力電圧であり、Ｌ_４ｐは、ＰＦＣ変成器の一次インダクタ値であり、Ｌ_４ｓは、ＰＦＣ変成器の二次インダクタ値であり、Ｖ_ｉｎは、入力電圧であり、Ｔ_Ｑ２ｏｎは、第１の電子スイッチ５１３のスイッチオン時間であり、そしてＴ_{Ｑ２ｏｆｆ}は、ＰＦＣ変成器の放電時間である。Ｔ_Ｑ２ｏｎは、コントローラ５１８のＭＯＳＯＵＴピンを経てコントロールされ、そしてＶ_ｉｎ及びＴ_{Ｑ２ｏｆｆ}は、Ｖ_{ＰＦＣ，ＯＵＴ}が望ましい出力電圧Ｖ_ＯＵＴを適切に追跡することを保証し且つ検証するのに使用されるフィードバック値である。

【0067】

式（４）は、この式を解いた後、Ｖ_{ＰＦＣ，ＯＵＴ}が予想値未満（許容偏差以内）であれば、Ｔ_Ｑ２ｏｎが増加され、さもなければ、Ｔ_Ｑ２ｏｎが減少されるという意味で、Ｖ_{ＰＦＣ，ＯＵＴ}がＶ_ＯＵＴをたどる電圧ホロワとして知られている。

【0068】

Ｖ_ＯＵＴは、ＬＥＤユニットの合計数と、ＬＥＤユニットへ供給される希望の電流Ｉ_ＯＵＴとに基づいて決定される。

【0069】

第２の電子スイッチ５１４では、Ｉ_ＯＵＴを調整し及び計算する動作及び式は、式（１）から（３）で述べたものと同じである。

【0070】

上述したように、ＬＥＤドライバ１０、５００の二次側は、更に、電圧保護回路４４を備えている。ＬＥＤドライバ５００の二次側に合体されているが図５ａ及び５ｂには明確に示されていない電圧保護回路について図４を参照すれば、電圧保護回路４４は、ツェナーダイオード４６、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）４８及び抵抗器５０を含む。短絡が検出されると、ツェナーダイオード４６が電気的に導通し、従って、ＳＣＲ４８をイネーブルし、ＬＥＤ１００への出力電圧を減少させる。

【0071】

一連のＬＥＤ照明ユニットを駆動する動作に関し、ＬＥＤドライバ１０、５００を以下に説明する。

【0072】

回路を動作するため、Ｖ_Ｒ（ＬＥＤドライバ１０の場合）又はＶ_ｉｎＰ（ＬＥＤドライバ５００の場合）に対する電圧値Ｎを発生するように可変抵抗器が調整され、ここで、値Ｎは、複数のＬＥＤランプユニット１００を駆動するためのほぼリップルのない最大の一定電流の発生に対応する電子スイッチ１４、５１４のターンオン時間周期Ｔ_ＯＮを調整するものである。調整Ｎ値の減少又は増加は、フィードバックに基づくもので、Ｔ_ＯＮ、Ｔに直接変化を生じさせ、従って、可変抵抗器Ｖ_Ｒに基づいてＩ_ＯＵＴを適宜に変化させ、ＬＥＤランプユニット１００を暗くするか又は明るくする。

【0073】

式（１）から（３）の最適化のために、回路の式は、別の形態で表現されてもよい。

【数8】

但し、Ｔ_ＣＡＬＣは、誘導性素子の放電時間後に式を計算するための時間であり、電子スイッチのスイッチング時間周期は、Ｔ_ＯＮ、Ｔ_ＯＦＦ及びＴ_ＣＡＬＣの和である。

【0074】

Ｉ_ＯＵＴの各調整サイクルにおいて、Ａ及びＢの値が比較される。

【0075】

ＡがＢより大きく、即ちＡ＞Ｂの場合には、次の時間周期Ｔについて、Ｔ_ＯＮがＴ_ＯＮ−Ｎに調整される。

【0076】

ＡがＢより小さく、即ちＡ＜Ｂの場合には、Ｔ_ＯＮがＴ_ＯＮ＋Ｎに調整される。

【0077】

ＡがＢに等しい状態では、Ｔ_ＯＮの更新はなく、Ｔ_ＯＮは不変である。

【0078】

ランプユニット１００の数、及び希望の電流Ｉ_ＯＵＴに基づいて、ユーザは、次のように幾つかの重要な要素を変化させることにより設計上の最適化を遂行する。
・変成器１１のインダクタンスＬ_１及びＬ_２；
・電子スイッチ１４、５１４のスイッチング周波数、Ｖ_ＤＳドレイン／ソース電圧、及びＩ_Ｄドレイン電流；
・キャパシタＣ_Ｓ及びダイオードＤ_Ｓの値。キャパシタＣ_Ｓにまたがる電圧がＬＥＤ負荷１００の電圧より高くなることを保証するように注意を払わねばならない。

【0079】

ダイオードの順方向電流Ｉ_Ｆ及び繰り返しピーク逆電圧Ｖ_ＲＲＭは、適当なダイオードＤ_Ｓの選択を考慮するためのパラメータである。

【0080】

前記要素が負荷仕様に同調されると、ＩＣコントローラ１８、５１８は、変成器１１のコア（又は非分離型フライバック構成の誘導性素子）を経てＬＥＤ負荷１００へ放電されるエネルギーを検出し、そしてその期間を計算して、一定の出力電流を調整する。それ故、コントローラ１８、５１８は、高電力ＬＥＤライト１００に対して広範囲の負荷電圧及び一定電流に作用を及ぼすことができる。

【0081】

ここに述べる実施形態は、ほぼリップルのない一定のＤＣ電流を複数の高電力ＬＥＤランプユニット１００に与える。ここに述べる１ドライバ・対・多ランプの構成は、本出願人により「ストリング構成」と称される。

【0082】

任意の特徴として、ＩＣコントローラ１８、５１８は、更に、全照明コントロールシステムのための電源ライン、デジタルアドレス可能な照明インターフェイス（ＤＡＬＩ）、ワイヤレスプロトコルのようなインテリジェントなコントロール手段と通信できるマルチポイントコントロールユニット（ＭＣＵ）を備えている。

【0083】

ここに述べる実施形態は、単一ＬＥＤドライバ１０、５００の概念に基づいて、多数の高電力ＬＥＤランプユニット１００を駆動し、各高電力ＬＥＤランプユニットには、高電力ＬＥＤのみからの熱を消散する形状及び構成にされたヒートシンクが設けられ、そして複数の高電力ＬＥＤランプユニットにほぼリップルのない一定のＤＣ電流を与えるように構成された単一のドライバは、ＬＥＤランプユニット４ごとに１つのＬＥＤドライバ４が必要とされる従来のＭＲ１６システムと比較される。この標準的なＡＳＩＣドライバ設計解決策は、一定の電流で駆動し、全照明システム内の一連の多数のＬＥＤを駆動するための広範囲の融通性を与え、これによる利点は図６に要約されている。

【0084】

図７は、高電力ＬＥＤ負荷１００から測定されたＩ_ＯＵＴを示し、これは、リップルのない一定のＤＣ電流の程度を表わしている。

【0085】

図４、５ａ及び５ｂに示す前記実施形態では、電流コントローラ（即ち、Ｉ_ＯＵＴを操作する）としてのＩＣコントローラ実施、及び不連続モードで作用する変成器１１、５１１について述べた。ＡＳＩＣベースのコントローラ１８、５１８をプログラミングする柔軟性のために、４つの異なる組み合わせ及び／又はモードが次のように得られる。
Ａ．電流コントロールではなく電圧コントロール；
Ｂ．Ｔ_ＯＦＦベースのフィードバック（又は監視）ではなく一次インダクタ電流フィードバックでの不連続モード；
Ｃ．Ｔ_ＯＦＦベースのフィードバック（又は監視）ではなく一次インダクタ電流フィードバックでの連続モード；及び
Ｄ．ヒステリシスコントローラのための連続モード。

【0086】

Ａ．電流コントロールではなく電圧コントロール
電流コントロールではなく電圧コントロールを使用する場合に、式（３）は、次のように書き直される。

【数9】

【0087】

但し、Ｖ_ＯＵＴは、出力電圧である。Ｌ_１がＬ_２に等しい場合には、この式は、次のように変更される。

【数10】

【0088】

Ｂ．Ｔ_ＯＦＦベースのフィードバック（又は監視）ではなく一次インダクタ電流フィードバックでの不連続モード
Ｔ_ＯＦＦベースのフィードバック（又は監視）ではなく一次インダクタ電流フィードバックでの不連続モードの場合に、ピーク電流Ｉ_ＭＡＸと、入力電圧Ｖ_ＩＮと、誘導性素子Ｌとの間の関係は、次のように数学的に表現される。

【数11】

式（６）を式（３）に代入すると、誘導性素子Ｌが、例えば、非分離型構成に使用される単一インダクタである場合には、次のようになり、

【数12】

誘導性素子Ｌが変成器であり、そしてＬ_１及びＬ_２が各々一次及び二次インダクタンスを表わす場合には、次のようになる。

【数13】

【0089】

式（７）又は（８）を適用する場合、図４、５ａ及び５ｂに示す回路は、一次電流が、ＡＳＩＣコントローラにより、電子スイッチ１４、５１４のソースから接地へ至る抵抗器を通して読み取られるか、或いは電子スイッチ１４、５１４に直列な変流器又は順方向構造の場合にはフィルタインダクタを使用して読み取られるように変更される。

【0090】

Ｃ．Ｔ_ＯＦＦベースのフィードバック（又は監視）ではなく一次インダクタ電流フィードバックでの連続モード
Ｔ_ＯＦＦベースのフィードバック（又は監視）ではなく一次インダクタ電流フィードバックでの連続モードの場合、整流器ダイオードシリーズを通してＬＥＤへ流れる電流は、ＬＥＤの電流と同じであることが明らかである。

【0091】

連続モードでの電流の波形が図９に示されている。所与のスイッチオン時間Ｔ_ＯＮに対して、Ｔ_ＯＦＦが固定である場合には、ダイオードを横切る電流を次のように計算することができる。

【数14】

但し、Ｔ＝Ｔ_ＯＮ＋Ｔ_ＯＦＦ＋Ｔ_ＣＡＬＣ；Ｔ_ＣＡＬＣは、変成器又はインダクタ素子の放電時間である。

【0092】

前記情報は、全て、一次誘導素子Ｌから得られる。特に、図８に示す回路構成は、次のものを含む。
i．電子スイッチと直列の抵抗器；
ii．電子スイッチと直列の変流器；及び
iii．フィルタインダクタ。

【0093】

図８に示す回路構成体は、負荷を分離するための第１の変成器８１１を備えている。第１のインダクタ８２０は、ヒステリシスコントローラのインダクタと同様に使用される。

【0094】

出力電流Ｉ_ＯＵＴは、電子スイッチのソースに接続された抵抗器８２２からのフィードバックを経てコントロールされる。

【0095】

抵抗器８２２は、コントロールの目的ではなく保護の目的で使用される。インダクタ８２３及びダイオード８２４を含むリセット回路８１２は、順方向構造において、変成器から残留エネルギーを完全に放出するために使用される。これは、ある作用時間後にコアが飽和するのを防止するように働く。

【0096】

Ｄ．ヒステリシスコントローラのための連続モード
ヒステリシスコントローラの構造が図１０に示されている。実施については、Ｉ_ＭＡＸ及びＩ_１の値が式（９）に基づいて固定され、そしてＴ_ＯＮ及びＴ_ＯＦＦ時間が決定される。しかしながら、電流Ｉ_ＯＵＴは、図の下のエリアとなる。

【0097】

上述した連続モードは、非分離型フライバック又はフィードフォワード構成だけに特に適していることが明らかである。しかしながら、これは、必要とされる要素の最少個数を減少し、そして負荷キャパシタンスを必要とせずに、リップルのない電流を与えることができる。従って、コスト節約が達成される。

【0098】

ここに述べる実施形態では、減光器４０は、従来のトライアック減光器ではなくエネルギー節約のためのＳＳＬ照明減光コントロール手段として使用される。減光器４０は、照明が必要なときだけエネルギーを使用するように構成され且つそのように動作し、そうでなければ、照明が低い強度に自動的に減光されるか又は完全にスイッチオフされる（両方とも照明の完全なスイッチオンに比して節電となる）。

【0099】

図４、５ａ及び５ｂに示すように、ＩＣコントローラは、良好な減光性能及びエネルギー節約のために減光器４０に接続され、例えば、全照明の１０％未満の照明出力のような低い減光レベルでは、エネルギー節約の目的を満足するために力率が０．９以上に維持される。図４、５ａ及び５ｂには、減光器４０が示されているが、当業者であれば、減光器４０を分離型／非分離型構成の両方で示された回路に連続モード又は不連続モードで容易に合体できることが容易に明らかであろう。

【0100】

エネルギーの節約及び高い力率の維持の前記目的を満足するための減光器４０の動作に関連した更なる説明を、図１５を参照して行う。図１５は、ＬＥＤドライバに使用するための減光回路であって、少なくとも１つの減光コントローラに接続するように動作する少なくとも１つの減光インターフェイスを含む減光回路と、減光回路内で少なくとも０．９の力率を維持するように調整できる容量性素子とを備えた別の実施形態を示す。

【0101】

図１５に示すように、減光器４０は、照明の減光コントロールのためにＩＣコントローラ１８、５１８のピンを含む減光インターフェイス１６７０とインターフェイスすることのできる種々の装置を備えている。

【0102】

電源がスイッチオンされると、整流器１５１６へ電流が流れて、ＡＳＩＣコントローラ１８、５１８を含むスイッチング電源１６００をターンオンする。リップルのない一定のＤＣ出力電流の分離型又は非分離型供給源１６１０が設けられる。スイッチング電源１６００は、分離型又は非分離型であり、その構成に基づいて誘導性素子１５１１が分離変成器となる。誘導性素子１５１１の出力は、分離型又は非分離型のリップルのない一定のＤＣ出力電流１６１０をＬＥＤ負荷１７００に与えて、ライトをターンオンする。デフォールトにより、ＬＥＤ負荷１７００は、電力がスイッチオフされなければ、ライトをターンオンするために１００％のエネルギーを消費する。

【0103】

減光器４０は、０−１０Ｖの減光器１７０８である。減光器が１０Ｖにセットされると、ＤＣ出力電流１６１０は、光出力を１００％にセットし、減光器が５Ｖにセットされると、ＤＣ出力電流１６１０は、光出力を全光の５０％にセットする。０Ｖでは、光が発生されない。

【0104】

リモート照明コントロールのために、赤外線（ＩＲ）リモートコントロール１７１１も使用される。そのような構成では、減光インターフェイスが適当なＩＲ受信器を有して、ＩＲ送信器が信号を送信するときＩＲ受信器がその信号をデコードしそして減光コントロールのために０−１００％の範囲でＰＷＭデューティサイクルを適宜発生することが要求される。デューティサイクルが１００％にセットされるとき、ＤＣ出力電流１６１０は、光出力を１００％にセットし、一方、ＩＲ送信器が５０％デューティサイクルで送信するとき、ＤＣ出力電流１６１０は、全光出力の５０％を送出する。ＩＲ送信器が０％デューティサイクルでＰＷＭ信号を送信する場合には、光が発生されない。

【0105】

別の形式の減光器は、モーションセンサ１７１２として実施される。モーションセンサ１７１２により検出される動きがないときには、ＤＣ出力電流１６１０は、減光のために出力電流を１００％から２０％にするか、又は出力電流をスイッチオフする。これは、モーションセンサ１７１２が動きを検出したときだけエネルギーが使用されることを意味する。

【0106】

別のオプションは、例えば、夜明けが近付いているとき周囲光センサ１７１４を使用して環境条件を検出することであり、ＤＣ出力電流１６１０は、出力電流をスイッチオフし、そしてライト１７００をターンオフする。環境が日暮れに変わることを周囲光センサ１７１４が検出すると、ＤＣ出力電流１６１０は、出力電流を１００％にスイッチオンする。

【0107】

０−１００％のＰＷＭ出力デューティサイクルで設計された他の装置をＬＥＤ照明減光コントロールのために減光インターフェイスに接続してもよいことが明らかである。減光インターフェイスは、種々の減光器（ＩＲリモート、モーション、周囲、等）からの減光信号を検出し、そしてその入力減光信号を、減光コントロールのためにＡＳＩＣコントローラへのアナログ信号へ変換するための１つ以上のマイクロコントローラ装置を含む回路である。又、これは、他の実施形態で述べるＡＳＩＣコントローラ内に合体されてもよい。実施に関して、「減光インターフェイス」は、電源ＰＣＢにマウントされるか又は電源回路ＰＣＢに一体化される小型モジュールでもよい。

【0108】

キャパシタ１６３０は、力率に影響するコンポーネントである。減光回路が作動されると、スイッチング電源１６００は、１６３０のキャパシタンスを自動的に充電して、力率を０．９以上に維持し、減光レベルがどれほど下がろうと、力率が常に０．９以上に留まるようにする。

【0109】

種々の実施形態による減光器の設計は、ユーザが、フリッカー現象を伴わずに、ＬＥＤ照明ユニットを元の駆動電流の１−２％程度の低いものへ減光できるようにする。

【0110】

本発明の別の実施形態によれば、前記実施形態で述べたＬＥＤドライバ１０、５００に使用するための装置１１００が提供される。図１１に示すように、装置１１００は、ＬＥＤドライバ１０、５００とＬＥＤ負荷１００との間の中間コネクタである。この中間コネクタは、これ以降、「ジャンクションボックス」と称される。

【0111】

図１１は、ジャンクションボックス１１００のＰＣＢＡ設計を示す。ジャンクションボックス１１００は、次のことを達成するように配置された入力コネクタ１１２０及び複数の出力コネクタ１１４０を備えている。
ａ．高電力ＬＥＤランプ負荷１００の設置容易性；
ｂ．複数のＬＥＤランプ１００を直列に接続する効果、及び高電力ＬＥＤランプ１００がブレークダウンした場合のシステム規模の開路問題を軽減；及び
ｃ．設置中の共通のエラー、特に、電気的極性の逆転に関するエラーを軽減又は完全に排除。

【0112】

前記（ｂ）項において、ＬＥＤ照明ユニット１００の直列接続は、各ランプユニット１００が厳密に同じ駆動電流で駆動されることを保証し、従って、各ＬＥＤ照明ユニット１００は、同じ輝度を発生する。輝度が均一であることが重要な照明システムでは、並列接続より直列接続が好都合である。

【0113】

以上のことを達成するため、ジャンクションボックスは、逆極性保護装置１１６０及び開路保護装置１１８０を備えている。逆極性保護装置は、整流器１１６０であるのが好ましい。

【0114】

図１１に示すように、９個の出力コネクタ１１４０がある。入力コネクタ１１２０は、ドライバの出力コネクタとインターフェイスするように配置され、そしてジャンクションボックスの出力コネクタ１１４０は、ＳＳＬドライバなし照明ユニットのストリップ端ケーブルを含むＬＥＤ負荷１００とインターフェイスするように配置される。

【0115】

入力コネクタ１１２０は、典型的に、ケーブル導入プラグインタイプであるＬＥＤドライバ１０、５００の出力コネクタに結合するためのヘッダタイプコネクタである。出力コネクタ１１４０は、典型的に、ケーブル導入タイプのもので、ＬＥＤランプ１００の電気コネクタ、例えば、ストリップ端ＳＳＬドライバなしケーブルタイプのコネクタをそこに挿入して閉じた電気的ループを形成できるものである。

【0116】

図１２は、単一のＬＥＤドライバ１０、５００、単一のジャンクションボックス１１００、及びＳＳＬドライバなし照明ユニット／負荷１００を備えたランプシステムを示す。

【0117】

ＬＥＤドライバ１０、５００のケーブルプラグインタイプコネクタ１１００は、入力コネクタ１１２０に接続され、そしてＳＳＬドライバなし照明ユニットのストリップ端ケーブルは、出力コネクタ１１４０へ挿入され、電源がスイッチオンされたときに照明目的のための完全なネットワーク照明システムを形成する。

【0118】

図１３は、２つのジャンクションボックス１１００を伴う別の考えられる構成を示し、全システムは、単一ストリングドライバ１０、５００、二重ジャンクションボックス１１００、及びＳＳＬドライバなし照明ユニット１００を備えている。

【0119】

有資格者により予め決定された望ましいドライバ出力電圧は、ＳＳＬドライバなし照明ユニット１００の合計数を決定するか、或いは全てのＳＳＬドライバなし照明ユニット１００を予想される設計上のリップルなし一定電流で駆動するために全照明ネットワークに使用すべきジャンクションボックス１１００の数を決定する。

【0120】

簡単な例として、ドライバ１０、５００の設計上の最大出力電圧定格が１７０ＶＤＣであり、そして照明システムに１つのジャンクションボックス１１００しか存在しない場合には、各ＳＳＬドライバなし照明ユニットの順方向電圧が１８．８ＶＤＣ／ユニット（１７０ＶＤＣ÷９ユニット）に制限される。２つのジャンクションボックス１１００が使用される場合には、ＳＳＬドライバなし照明ユニットの順方向電圧が１０ＶＤＣ／ユニット（１７０ＶＤＣ÷１７ユニット）に制限される。

【0121】

図１４は、入力コネクタと出力コネクタとの間の回路図を示すと共に、整流器１１６０及び開路保護回路１１８０の配置を示している。ブリッジ整流器１１６０は、逆極性保護として働き、設置中にドライバ１０、５００とジャンクションボックス１１００との間に極性の問題が生じないようにする。設置者がミスを犯し、ランプユニット１００を逆極性で接続した場合には、ブリッジ整流器１１６０の形態の逆極性保護装置がドライバ１０、５００及びジャンクションボックス１１００をダメージから保護する。開路保護回路１１８０は、好ましくは、ツェナーダイオード１２２０、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）１２４０、及び抵抗器１２６０を各出力ポート１１４０に備えている。

【0122】

照明ユニット１００には付加的な整流器が追加されてもよい。これは、次の問題に対処する。

【0123】

整流器１１６０は、ドライバ１０、５００とジャンクションボックス１１００との間の逆極性保護を与えるが、特定の照明負荷１００を正しく機能させるにはその特定の負荷を正しい極性で接続しなければならない。照明負荷１００が逆極性で接続された場合には、システムが機能せず、従って、これを克服するために、照明ユニットは、逆極性保護を与える整流器を有していなければならない。

【0124】

いずれかの出力コネクタ１１４０に開路が生じたとき、及び／又は電圧がツェナーダイオード１２２０の指定の逆ブレークダウン電圧を越えて、ツェナーダイオード１２２０を逆バイアスモードで動作させるとき、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）１２４０がゲート端子でトリガーされ、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）１２４０に電流を通流させて、全照明システムのための閉ループを維持し、ネットワーク内に接続された他の照明ユニット１００が規則的に動作を続けるようにする。抵抗器１２６０は、ツェナーダイオード１２２０の電流リミッタとして使用され、あまりに大きな電流がツェナーダイオード１２２０に流れるのを防止する。別の抵抗器１２８０が、開路保護回路と並列に且つ出力コネクタ１１４０と並列に接続される。

【0125】

開路保護装置１１８０とは別に又はそれに加えて、抵抗器１２８０は、ジャンパー／バイパス抵抗器として働くもので、負荷１００が接続されない特定の出力コネクタ１１４０（１つ又は複数）に対して配備され、全照明システムの閉じたループを維持する。特定の出力コネクタ１１４０（１つ又は複数）に負荷が接続されることが永久的に想定されない場合には、その出力コネクタ（１つ又は複数）に接続された回路保護装置（１つ又は複数）を除去してもよい。

【0126】

従って、ジャンクションボックス１１００は、直列接続から生じる前記欠点を克服するために設計され且つそのためにストリングドライバと一緒に実施される。

【0127】

動作技術仕様の例
ＬＥＤドライバ１０、８ピン（低解像度）構成について推奨される動作技術仕様を以下にリストする。
動作電圧： ＵＳでは１００〜１２０ＶＡＣ；ＥＵでは２２０〜２４０ＶＡＣ
動作周波数： ５０／６０ヘルツ（Ｈｚ）
ＡＣ電流： ＵＳでは０．２アンペア（Ａ）；ＥＵでは０．１Ａ
インラッシュ電流： ＵＳでは最大許容４Ａ；ＥＵでは最大許容１２Ａ
漏れ電流： ０．７ｍＡ未満
効率（全負荷）： ８３％を越える
力率（全負荷）： ０．９８を越える

【0128】

１２０ＶＡＣ（ＵＳ）／２３０ＶＡＣ（ＥＵ）入力；定格負荷及び２５℃の周囲温度に基づく出力仕様（８ピン構成）を以下にリストする。
出力チャンネル： １
出力電圧範囲： １２〜３６ＶＤＣ
出力電流： ６００又は７００ｍＡ
電流公差： ±５％
電流調整範囲： 調整不可
定格電力： ２１．６Ｗ_ＭＡＸ（６００ｍＡにおいて）、及び
２５．２Ｗ_ＭＡＸ（７００ｍＡにおいて）

【0129】

ＬＥＤドライバ１０、５００、１４ピン構成について推奨される動作入力仕様を以下にリストする。
動作電圧： ＵＳでは１００〜１２０ＶＡＣ；ＥＵでは２２０〜２４０ＶＡＣ
動作周波数： ５０／６０ヘルツ（Ｈｚ）
ＡＣ電流： ＵＳでは１．３アンペア（Ａ）；ＥＵでは０．６Ａ
インラッシュ電流： ＵＳでは最大許容７Ａ；ＥＵでは最大許容３０Ａ
漏れ電流： ０．７ｍＡ未満
効率（全負荷）： ８６％を越える
力率（全負荷）： ０．９６を越える

【0130】

２つの出力チャンネルを有し、１２０ＶＡＣ（ＵＳ）／２３０ＶＡＣ（ＥＵ）入力；定格負荷及び２５℃の周囲温度に基づくＬＥＤドライバ１０、５００、１４ピン構成の出力仕様を以下にリストする。
出力チャンネル： ２
出力電圧範囲： ３５〜８５ＶＤＣ（単一チャンネル）、合計７０〜１７０ＶＤＣ
出力電流： ６００又は７００ｍＡ
電流公差： ±５％
電流調整範囲： 調整不可
定格電力： １０２Ｗ_ＭＡＸ（６００ｍＡにおいて）、及び
１１９Ｗ_ＭＡＸ（７００ｍＡにおいて）

【0131】

ＬＥＤドライバ１０、５００は、特に、０℃から４０℃の温度範囲において、ＬＥＤダウンライト、トロッファーＬＥＤ照明及びＭＲ１６に特に適している。

【0132】

更に、次のような効果も明らかである。

【0133】

ａ．ＬＥＤ照明ユニットに対する安全方法
ＬＥＤドライバ１０、５００は、分離型のＤＣ構成で、ＤＣ駆動のＬＥＤ照明ユニットでしか動作しないので、主電源から分離されて二次側にあるＬＥＤ照明ユニット１００に対してＡＣ電流に関連した安全に関する問題は生じない。ＬＥＤドライバ１０、５００はＬＥＤ照明ユニット１００から分離されるので、内蔵構成の場合のように設計上のサイズ限界はなく、従って、ＬＥＤドライバ１０、５００は、安全要件に従って設計することができる。

【0134】

ｂ．高い電気的効率
「ストリングドライバ」と称されるＬＥＤドライバ１０、５００は、ＬＥＤ負荷ユニット１００から分離され且つ連続動作中にＬＥＤユニット１００により放出される熱の影響を受けないので、熱的に低温の環境で動作する。これは、ＬＥＤドライバ１０、５００の熱損失を減少し、従って、動作中に消費される電力が少なく、効率の改善となる。各ＬＥＤランプがそれ自身のドライバを備え、それがＡＣ主電源に直結される従来の構成と比べると、完全な照明システムのＡＣドライバ照明ユニットに比して電力効率が著しく改善される。というのは、全電力損失が特定の単一のドライバのみに適用されるのに対し、ＡＣ駆動の照明ユニットが各照明の損失のために大きな合計電力損失を有することになるからである。

【0135】

ｃ．高い効率（ルーメン／ワット）
関連効果として、ストリング構成は、ＬＥＤ装置の光学的損失を下げる低温の動作環境を与え、従って、ＬＥＤ装置によって示される高い光束が最終的に全照明システムの効率（ルーメン／ワット）を改善する。

【0136】

ｄ．長寿命
ＡＳＩＣコントロールを使用するＬＥＤドライバ１０、５００は、アルミニウム電解キャパシタのような短寿命コンポーネントの使用を排除し、ＬＥＤドライバ１０、５００の寿命を延長させる。ＬＥＤランプユニット１００に関しては、熱的に低温で且つほぼリップルのない一定電流での動作が、ＬＥＤ装置の性能及び信頼性を著しく改善すると共に、ＬＥＤ装置１００の全劣化進行を低速化し、最終的に、全ＬＥＤ照明ユニットの寿命を延ばす。

【0137】

ｅ．広範囲の適応オプション
単一ＬＥＤドライバ１０、５００の柔軟な設計は、いかなるタイプのＤＣ駆動ＬＥＤ照明ユニットにも適用でき、そして理論的に、上述した特定コンポーネントの僅かな微同調により全照明システムにおいて無制限の数のＬＥＤを駆動することができる。

【0138】

ｆ．費用効果の高い解決策
ストリングドライバ構成は、従来の構成が各ＬＥＤ照明に対して１つのドライバを要求したのに対して、単一のＬＥＤドライバ１０、５００で一連のＤＣ駆動ＬＥＤ照明ユニットを駆動できるので、費用効果の高い解決策である。更に、この解決策は、より競争力のある製造コスト、及び特にヒートシンクについて設計パーツコストも与える。

【0139】

ｇ．保守の容易さ
単一ＬＥＤドライバ１０、５００は、ＬＥＤ照明ユニット１００から分離されるので、そのＬＥＤドライバ１０、５００の欠陥により照明システム内に故障が生じても、ユーザは、ＬＥＤ照明全体を分解するのではなく欠陥ＬＥＤドライバを交換するだけでよい（内蔵概念）。そのような保守プロセスは簡単であり、比較的短い期間内に完了することができる。

【0140】

ｈ．フォームファクタの小型化
照明器具用のヒートシンクは、サイズが小さく、ＬＥＤ照明ユニット１００により発生された熱だけを消散するように設計され、ＡＣ−ＤＣ ＬＥＤドライバから発生される熱は、それらの間の分離のために消散しない。又、単一のドライバは、一体的な概念に比してシステム全体に要求されるコンポーネントの数が少ないので最適なサイズで設計することができ、従って、使用する材料が少なく且つプレーナ変成器の導入により、かさばるフォームファクタの従来の変成器ではなく、ドライバのスリムな見掛けが更に向上される。

【0141】

ＬＥＤドライバ１０、５００は、各ＬＥＤランプユニットがそれ自身のＡＣ／ＤＣドライバを要求する従来のシステムに比して、要求するコンポーネントの数及びコンポーネントの繰り返しが少ないことが更に明らかである。従って、ドライバ解決策のフォームファクタが減少される。それに加えて、製造プロセスが簡単化されて、生産スループット及び周率が改善される。

【0142】

ストリング構成では、各ＬＥＤ照明ユニット１００のヒートシンクフォームファクタが減少されることが更に明らかであろう。というのは、各ヒートシンクは、ＬＥＤ照明ユニット１００により分散される熱だけを取り扱えばよいからである。これは、ＬＥＤドライバ１０、５００がＬＥＤ照明ユニット１００から分離されているためである。これは、材料の使用が少ないためにパーツコストについて有利である。更に、ＬＥＤ照明ユニット１００及びＬＥＤドライバ１０、５００の両設計活動を同時に実行できるので、全設計サイクルが更に短縮され、市場への生産時間の改善に通じる。

【0143】

ジャンクションボックス１１００は、更に、ストリングドライバの概念に対して次のような付加的な効果も発揮する。

【0144】

ａ．エラーなしの設置
ジャンクションボックス１１００は、エラーのない設置経験をエンドユーザに与えるように「フール・プルーフ」概念で設計される。全照明システムが予想通りに作用することを保証するためには設置中の極性が問題である。各ジャンクションボックスのブリッジ整流器がドライバ１０、５００及びＳＳＬドライバなし照明ユニット１００とのインターフェイスを与える状態では、設置中の偶発的な逆極性接続が否定される。照明システム内の照明ユニット１００は、ドライバ１０、５００とＳＳＬドライバなし照明ユニット１００との間に連続性が存在する限り、極性を考慮しなくても、通常に動作する。更に、ドライバ出力とジャンクションボックス入力との間のインターフェイスにはヘッダ及びプラグインコネクタ設計が存在し、これは、ドライバ出力をジャンクションボックスの出力コネクタに接続するおそれを完全に排除する。

【0145】

ｂ．設置の容易さ
ジャンクションボックス１１００は、ドライバ１０、５００、及びＳＳＬドライバなし照明ユニット１００とインターフェイスするためのコネクタ設計を含む。従って、ユーザは、ストリップ端ケーブルを正しい又は専用のコネクタにプラグイン又は挿入するためにそれを容易に見つけることができる。更に、設置が簡単であるために、設置及びシステム設定に費やされる時間が短くなり、ひいては、コストも低下する。

【0146】

ｃ．安全な設置
ジャンクションボックス１１００にはＤＣ電源しか存在しないので、設置のための安全な環境が作り出される。

【0147】

ｄ．設置の融通性
ストリングドライバの概念は、設置中のワイヤ長さに制約がないので、ユーザは、自分の好みの設計及び／又はニーズに従ってＳＳＬドライバなし照明ユニットを配置するという融通性がある。ユーザは、ＳＳＬドライバなし照明ユニット１００の電気ワイヤを希望の長さに容易に延長し、例えば、アメリカン・ワイヤ・ゲージ（ＡＷＧ）１６〜２４のような特定ワイヤ仕様での適用を満足させ、ジャンクションボックスの入力／出力コネクタ１１２０、１１４０に完全に一致させることができる。更に、ジャンクションボックスは、設置に付加的な融通性を与える２つ（又はおそらく多数）のジャンクションボックスリンケージをサポートするようにも設計される。

【0148】

ｅ．保守容易性
この実施形態に述べるジャンクションボックスの特定の設計特徴は、ユーザ／設置者が欠陥ユニットを容易に識別でき、そしてストリング装置が直列接続で動作しているとしても従来の習慣で経験する必要な保守を実施できるようにする。

【0149】

ｆ．信頼性のある接続
照明システム内の接続に使用される前記入力／出力接続１１２０、１１４０は、市場で広く使用されている従来のスクリュー締め付け方法に比して良好な接続を与えるワイヤエントリ又はラッチロックタイプのいずれかである。

【0150】

以上に述べた実施形態は、本発明を単に例示するものに過ぎず、当業者に明らかなように、更なる変更や改善も、ここに述べる本発明の広い範囲内に包含されると考えられる。更に、本発明の個々の実施形態について説明したが、本発明は、それら実施形態の種々の組み合わせも網羅することが意図される。

【符号の説明】

【0151】

１・・・ＬＥＤライト／ランプモジュール、２・・・ヒートシンク、３・・・ＬＥＤドライバ、４・・・ＡＣ入力端子、１０、５００・・・ＬＥＤドライバ、１１・・・デカップリング変成器、１４・・・電子スイッチ、１６・・・ブリッジ整流回路、１８・・・集積回路（ＩＣ）コントローラ、２２、３０・・・電位分割器、４０・・・可変抵抗器（減光器）、４４・・・短絡保護回路、４６・・・ツェナーダイオード、４８・・・シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、５０・・・抵抗器、１００・・・高電力ＬＥＤランプ、５００・・・ＬＥＤドライバ、５１３、５１４・・・電子スイッチ、５１６・・・ブリッジ整流回路、５１８・・・集積回路コントローラ、５２０・・・力率コントローラ（ＰＦＣ）回路、８１１・・・第１の変成器、８１２・・・リセット回路、８２０・・・第１のインダクタ、８２２・・・抵抗器、８２３・・・インダクタ、８２４・・・ダイオード、１５１１・・・誘導性素子、１５１６・・・整流器、１６００・・・スイッチング電源、１６７０・・・減光インターフェイス、１７００・・・ＬＥＤ負荷、１７０８・・・減光器、１７１１・・・赤外線（ＩＲ）リモートコントロール、１７１２・・・モーションセンサ、１７１４・・・周囲光センサ、Ｃ_Ｐ、Ｃ_Ｓ、Ｃ_４・・・キャパシタ、Ｄ_Ｐ、Ｄ_Ｓ、Ｄ_３・・・ダイオード、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_４・・・誘導性素子、Ｒ_Ｐ、Ｒ_Ｓ、Ｒ_８、Ｒ_９、Ｒ_１０、Ｒ_１１・・・抵抗器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】