7333322 照明制御回路、照明設備及び方法

(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】

(24)【登録日】2023-08-16

(45)【発行日】2023-08-24

(54)【発明の名称】照明制御回路、照明設備及び方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/345 20200101AFI20230817BHJP

   H05B 45/355 20200101ALI20230817BHJP

   H05B 45/357 20200101ALI20230817BHJP

   H05B 45/36 20200101ALI20230817BHJP

【ＦＩ】

H05B45/345

H05B45/355

H05B45/357

H05B45/36

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020533328

(86)(22)【出願日】2018-08-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-11-19

(86)【国際出願番号】 AU2018050915

(87)【国際公開番号】W WO2019040978

(87)【国際公開日】2019-03-07

【審査請求日】2021-08-27

(31)【優先権主張番号】2017903526

(32)【優先日】2017-09-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AU

(31)【優先権主張番号】2017904960

(32)【優先日】2017-12-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AU

(73)【特許権者】

【識別番号】520069796

【氏名又は名称】トレストト プロプライエタリー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(72)【発明者】

【氏名】マジェウスキー ドナット

(72)【発明者】

【氏名】マジェウスキー シェーン

【審査官】坂口 達紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０８４５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３０７２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８１６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１６９３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／００３０１９２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３７／００－３９／１０

４５／００－４５／５８

４７／００－４７／２９

Ｂ６０Ｑ １／００－１／５６

３／００－３／８８

９／００－１１／００

Ｆ２１Ｐ １／００－７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷となるＬＥＤランプユニットに一定の直流電流を供給するための制御回路であって、前記回路は、ＡＣ主電源へ接続するための、供給電圧のフリッカ変動及び過渡的変動を伴うＡＣ入力（Ａ、Ｎ）と、前記ＬＥＤランプユニット（１９）へ接続するための一対のランプ出力と、前記ＡＣ入力から電力供給され、かつ前記ランプ出力に直流電圧と前記一定の直流電流を供給する全波ブリッジ整流回路（２０、２００）とを含み、前記ＡＣ入力と前記整流回路との間にＡＣ制御回路が配置され、該ＡＣ制御回路は、該ＡＣ制御回路から前記整流回路へ流れるＡＣ電流の大きさの変動を減少させて前記一定の直流電流の対応する変動を減少させるものであり、前記ＡＣ制御回路は、コンデンサ（Ｃ１、Ｃ１０，Ｃｒ）と,誘導部品（Ｌ２、Ｔ２、Ｔ１０、Ｔｒ）のインダクタ配線を有し、前記インダクタ配線は、動作中に少なくともその一部が少なくとも部分的に飽和される透磁性コアを有し、前記飽和は鉄共振によりもたらされ、前記コンデンサと前記整流回路（２０、２００）と前記ＬＥＤランプユニット（１９）とは、前記鉄共振により制御される負荷電流を通すように接続され、前記鉄共振は前記負荷電流に依存する
ことを特徴とする、制御回路。

【請求項2】

前記コンデンサ（Ｃ１、Ｃ１０、Ｃｒ）は、前記鉄共振のための共振リアクタンス及び前記一定の直流電流のための限流インピーダンスの両方を含むことを特徴とする、請求項１に記載の制御回路。

【請求項3】

前記ＡＣ主電源は、３相電源（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を含み、少なくとも１つの調光スイッチ（Ｓ１）が前記３相電源の対応する相（Ｐ３）を切断することを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御回路。

【請求項4】

請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の制御回路により一定の直流電流を供給されるＬＥＤランプ器具（１９）を含むことを特徴とする、照明設備。

【請求項5】

ＡＣ主電源（Ａ、Ｎ）により電力供給され、ＨＩＤランプ器具、安定器及び関連した制御装置を含む高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ設備を、請求項１３に記載のＬＥＤランプ設備に変換する方法であって、
前記ＨＩＤランプ器具を前記ＬＥＤランプ器具（１９）に置換するステップと、
前記安定器及び前記関連した制御装置を、入力及び出力を有する整流回路（２０、２００）に置換するステップと、
前記整流回路の前記出力を前記ＬＥＤランプ器具に接続するステップと、
前記ＡＣ制御回路を前記ＡＣ主電源と前記整流回路との間に配置するステップと、
を含む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、照明に関し、特定的には、街路照明又はスタジアム照明のような屋外照明に関する。本発明はまた、屋内証明（ハイベイなど）にも関する。現在に至るまで、そうした照明は、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを用いて行われてきた。

【背景技術】

【0002】

ＨＩＤランプは、本質的に、ＡＣデバイスであり、負抵抗特性を有する。その結果、電力はＡＣ主電源により供給され、安定器つまりチョークがランプと直列接続され、過電流によるランプの損傷を防止する。１０００Ｗのハロゲン化金属などの典型的なＨＩＤランプは、７５０Ｖピークの起動電圧、２６０Ｖの動作電圧、及び４Ａの動作電流を有して約１０００Ｗのランプ出力及び１００，０００ルーメンの光出力を与える。

【0003】

近年、１つ又はそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を有するランプが、白熱電球、及び蛍光灯などの低輝度放電ランプに取って代わってきた。そうしたＬＥＤの出力能力は増大しているため、ＬＥＤは、相当の出力(例えば、１ｋＷを上回る）が必要とされる、街路照明及びスタジアム照明などの屋外照明で使用されている。

【0004】

明らかに、「ダイオード」という語が意味するように、ＬＥＤは、ＤＣ（つまり一方向電流）デバイスである。さらに、ＬＥＤは、正抵抗特性を有する（ＬＥＤを流れる電流により抵抗が変化する）。ＤＣデバイスのように、ＬＥＤがＡＣ主電源から電力供給される場合、通常、主電源により電力供給される何らかの整流器があり、ＬＥＤは（ドライバ又は制御回路と共に）、整流器の出力により電力供給される。結果として、ＬＥＤランプ用のＤＣ制御回路は、ＨＩＤランプ用のＡＣ制御回路とは完全に異なる。

【0005】

高出力ＬＥＤの一例は、名目電圧が６Ｖ、名目電流が２．１Ａである。しかしながら、ＬＥＤは、電流を最大４．８Ａとすることができる。ＬＥＤランプ器具は、典型的には、直列接続された２４個のそうしたＬＥＤを含むことができる。そうしたＬＥＤランプ器具は、１５０Ｖの動作電圧、及び２．１Ａの名目動作電流で、ランプ出力が約３１５Ｗ、光出力が３０，０００ルーメンである。場合によっては、整合ＬＥＤを並列接続して、合計電流を共有する。

【0006】

高出力ＬＥＤの別の例は、１つのストリングに３６個のＬＥＤを有し、名目電圧２２５Ｖ、名目電流２．１Ａ、名目ワット数４７５Ｗ、及び光出力４５，０００ルーメンを有する。

【0007】

通常、何らかの種類の電子ドライバの形態の制御回路（定電流回路及び／又は定電圧回路のいずれか）により、ＬＥＤ電流をその定格限度内に維持する必要がある。この制御回路は、整流器とＬＥＤとの間に接続され、その最も簡単な形態は、単一抵抗器である。さらに、整流器の出力は、許容できないリップルを有することがあり、従って、１つ又はそれ以上のコンデンサを含むフィルタを、整流器とＬＥＤとの間に接続することができる。

【0008】

調光などの更に別の何らかの制御機能が必要とされる場合、これは、整流器とＬＥＤとの間に接続された制御回路により実行される。例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いてＬＥＤの輝度を制御することが多い。従って、ＰＷＭ変調器の形態の制御回路が、整流器とＬＥＤとの間に接続される。

【0009】

上述の従来技術に関連する特定の問題は、ドライバつまり制御回路が、通常、高レベルの容量を有する１つ又はそれ以上の電解コンデンサを含むことである。このことは、コンデンサが、その動作電圧に達するために大量の電荷を必要とするので、起動時の初期過渡電流が非常に高くなる結果を伴う。本発明に想到したのち行った従来技術の新規性調査により特許文献１（Ｓｃｈｉｊｆｆｅｌｅｎ）が開示された。全ての制御は、整流器とＬＥＤのストリングとの間で実行される。

【0010】

さらに、高電圧半導体は非常に高価である。その結果、設計者は、多くの場合、経済的理由から、より低電圧でより安価な半導体を組み込む複数のドライバシステムを使用せざるを得ない。複数のドライバシステムは、制御配線が増え、複雑さが増すため、動作時に回路故障の可能性が増大する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】米国特許第９，４９７，８１１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の起源は、ＬＥＤランプの代替的な制御構成を採用することにより、そうした問題を回避したいと願うことである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の第１の態様によると、ＬＥＤランプユニットのための制御回路が開示され、この回路は、ＡＣ主電源へ接続するためのＡＣ入力と、ＬＥＤランプユニットへ接続するための一対のランプ出力と、ＡＣ入力から電力供給され、かつランプ出力に電力供給する整流回路とを含み、制御回路は、ＡＣ入力と整流回路との間に配置される。

【0014】

本発明の第２の態様によると、整流器により電力供給されるＬＥＤランプ器具を含む照明設備が開示され、この整流器は、ＡＣ主電源により電力供給され、制御回路は、整流器とＡＣ主電源との間に配置される。

【0015】

本発明の別の態様によると、ＡＣ主電源により電力供給され、ＨＩＤランプ器具、安定器及び関連した制御装置を含む高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ設備を、ＬＥＤランプ器具を含み、該電源により電力供給されるＬＥＤランプ設備に変換する方法が提供され、この方法は、
ＨＩＤランプ器具をＬＥＤランプ器具に置換するステップと、
安定器及び関連した制御装置を、入力及び出力を有する整流器に置換するステップと、
整流器の出力をＬＥＤランプ器具に接続するステップと、
制御回路をＡＣ主電源と整流器の入力との間に配置するステップと、
を含む。

【0016】

上記の方法の具体的利点は、従前のＨＩＤ設備用に使用した既存の配線及び制御装置ハウジングの使用を可能にするため、簡単で費用対効果が高い変換プロセスをもたらすことである。

【0017】

制御回路の種々の形態が、上記の変形として開示され、ここでＡＣ主電源は３相電源である。
ここで、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を単なる例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】ＬＥＤランプ用の電子ドライバを示す従来技術の回路である。

【図2】第１の実施形態の単一のインダクタ制御回路、並びに随意的なフィルタコンデンサ及び随意的な力率補正コンデンサを用いるＬＥＤランプの動作についての回路図である。

【図3】電流制御を改善するため、図２の回路図を修正したものである。

【図4】高漏れリアクタンス変圧器を組み込む第３の実施形態の回路図である。

【図5】絶縁型定電流変圧器を組み込む第４の実施形態の回路図である。

【図6】図２及び図３の回路の組み合わせである第５の実施形態の回路図である。

【図7】第６の実施形態の３相回路図である。

【図8】図７の回路図を修正したものである。

【図9】調光機能を組み込む第７の実施形態の回路図である。

【図10】図７及び図９の回路の組み合わせである。

【図11】図３の回路の３相バージョンである第９の実施形態の回路図である。

【図12】図４の回路の３相バージョンである第１０の実施形態の回路図である。

【図13】別の３相実施形態の回路図である。

【図14】制御回路に鉄レギュレータを組み込む第１１の実施形態の回路図である。

【図15】図１４の回路を３相に修正した第１２の実施形態の回路図である。

【図16】単相二重整流器回路である更に別の実施形態の回路図である。

【図17】分流飽和インダクタを有する更に別の単相回路である。

【図18】図１７の回路の３相に修正した別の実施形態の回路図である。

【図19】オートトランスを組み込む単相の実施形態である。

【図19A】図１９の回路について、より一般的に作成することができる変形を示す。

【図20】オートトランスを組み込む単相の実施形態である。

【図20A】図２０の回路について、より一般的に作成することができる変形を示す。

【図21】二重出力巻線を有する絶縁型高漏れ変圧器を組み込む単相回路である。

【図22】二重出力巻線を有する絶縁型高漏れ変圧器を組み込む単相回路である。

【図23】二重出力巻線を有する絶縁型高漏れ変圧器を組み込む単相回路である。

【図24】二重出力巻線を有する絶縁型高漏れ変圧器を組み込む単相回路である。

【図25】倍電圧器を組み込む単相回路である。

【図26】単一の二次巻線を有する単相定電流変圧器である。

【図27】２つの二次巻線を有する別の単相定電流変圧器である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１に見られるように、従来技術のＬＥＤランプ回路は、ＡＣ主電源により電力供給される変圧器１１、及び必要なＤＣ電圧を供給する全波ブリッジ整流器２０の形を取る。整流器２０は、４つのレギュラーダイオード２１を含む。ＬＥＤランプ１９は、発光ダイオード１８のストリングの形態を取る。

【0020】

主電源電圧が変動するランプ電流を制御するために、抵抗器Ｒ１及びＲ２、トランジスタＱ１、及び制御電圧の形態の制御回路が提供される。調光を必要としない制御電圧は、逆バイアスツェナーダイオードの形を取ることができる。制御電圧は、トランジスタＱ１のベースエミッタ電圧及び抵抗器Ｒ１にわたる電圧に等しい。ベースエミッタ電圧は、トランジスタを流れるコレクタエミッタ電流に伴って著しく変化しないので、これは抵抗器Ｒ１にわたる電圧が略一定であることを意味する。従って、ランプ１９を通る電流は略一定である。

【0021】

ランプ１９が調光される場合、制御電圧自体は、制御電圧の調整を可能にする更に別の調光器設定回路により調整可能である。そのため、ポール又はタワーの上部に配置されたランプ１９及びその関連回路は、４本の配線によって回路の残りに接続される。

【0022】

ここで図２を参照すると、ランプ１９は、既述のように、直列接続された一連の発光ダイオード１８で構成される。ランプ１９は、全波整流のために従来の方法で接続された４つのレギュラーダイオード２１からなる全波ブリッジ（ＦＷＢ）整流器２０に直接接続される。整流器２０は、活線端子Ａ及び中性端子Ｎを有するＡＣ主電源によって電力供給される。鉄芯インダクタ２３は、好ましくは図示の活性リードにおいて、主電源と整流器２０との間に配置される。インダクタ２３は、制御回路として動作する。ブリッジ整流器２０によりＬＥＤランプ１９に供給される電流は、インダクタ２３のインピーダンスによりＬＥＤ電流電導値の上限及び下限内に維持される。

【0023】

さらに、インダクタ２３は、主電源電流の相シフトを行うので、主電源電流は、連続し、本質的に形状は正弦波である。２つのコンデンサＣｉ及びＣ２７は、これらが随意のものであり、必要に応じて設けられることを示すように、図２に破線で描かれる。コンデンサＣ２７の機能は、全波ブリッジ整流器２０によりもたらされるリップル電圧を平滑にすることである。コンデンサＣｉの機能は、主電源電流の力率を改善することである。

【0024】

ＬＥＤランプ１９に電力供給するためには、２本の配線のみが必要であることが分かるであろう。そのため、ランプ１９は、タワー又はポール（図示せず）の上部に配置することができ、インダクタ２３及び整流器２０の形態の動作回路は、タワー又はポールの基部に配置することができる。これにより、既存のＨＩＤ照明設備を置換して後付けすることが容易になる。

【0025】

ここで図３を参照すると、この実施形態においては、全波ブリッジ整流器２０及びＬＥＤランプ１９、並びにインダクタ２３は既述の通りであるが、コンデンサＣ１が、インダクタ２３と直列に付加されて、図２の遅れ低力率回路（コンデンサＣｉがない）を進み低力率回路に変換する。コンデンサＣ１を含めることで、主電源電圧の変動に起因するＬＥＤ１９に供給される電流の変動も低減される。インダクタ２３にある程度の非線形性を導入することにより、主電源電圧の変動に起因する電流の変動をさらに低減させることができる。

【0026】

代替的に又は付加的に、必要な場合は、随意的に分流インダクタ２５（図３に破線で示す）を主電源端子にわたって接続して力率を改善できる。さらに随意で、整流器２０の出力にわたってフィルタ２７を接続できる。フィルタ２７を設けることにより、ＬＥＤ１９を通る電流のリップルが減衰される。

【0027】

図４の実施形態において、磁気分流器を組み込む絶縁型漏れリアクタンス変圧器Ｔ１が、主電源にわたって接続され、従って、インダクタ２３と置き換わる。ブリッジ整流器２０及びＬＥＤランプ１９は、既述の通りである。随意的なフィルタ２７も既述の通りである。随意のコンデンサＣ２を主電源端子にわたって接続して力率を改善できる。変圧器Ｔ１の高漏れリアクタンスは、図２のインダクタ２３により与えられるのと本質的に同じ出力電流の位相シフトをもたらす。その結果、絶縁型漏れリアクタンス変圧器Ｔ１の一次巻線及び二次巻線の両方に連続しかつ本質的に正弦波の電流が流れる。

【0028】

図４の回路の変形を図５に示す。図５の絶縁型漏れリアクタンス変圧器Ｔ２は、その二次巻線と直列に接続されたコンデンサＣ１を有する。二次巻線と関連付けられた磁気回路は、部分飽和を許容するように改修されることが好ましい。コンデンサＣ１と接続された二次巻線インダクタンスの非線形性質は、主電源電圧の変動とは関係なく、ＬＥＤ１９を通る電流を比較的一定にする。

【0029】

コンデンサＣ１と直列の随意的なコンデンサＣ３（図５に破線で示す）及び変圧器Ｔ２の二次巻線を含ませることにより、変圧器Ｔ２の出力回路における容量性リアクタンスが増大する。従って、これにより、ＬＥＤ１９を通る電流が減少し、光出力が調光される。随意的なスイッチＳ１を閉にすると、最大光出力が復元する。

【0030】

調光を可能にする代替的な技術は、コンデンサＣ１を並列コンデンサで代用することである。両方のコンデンサが回路内にあると、最大光出力が達成されるが、回路から２つの並列コンデンサのうち１つを切り離すと、調光出力が可能になる。コンデンサの直列及び／又は並列の切り替えを様々に組み合わることにより、１つより多い光出力の調光レベルを達成することができる。

【0031】

図６において、図２及び図３の回路を組み合わせて、２つのランプ１９を進み遅れ構成で動作させる高力率回路を生成する。これは、主電源供給網にとって非常に有益である。

【0032】

図２及び図３に示すフィルタ２７又はフィルタコンデンサＣ２７を必要とせずに、ＬＥＤ１９を通るリップル電流を低減するために、３相主電源入力を用いることができる。図７は、図２の回路の簡単な３相の実施形態を示す。６つのレギュラーダイオード２１を用いる従来の３相全波ブリッジ整流器２００で、図２の整流器２０を置き換える。３相Ｐ１～Ｐ３の各々に対して、インダクタ２３を設ける。

【0033】

図８は、図７の回路図の修正形態を示し、ここで各相に対して入力分流コンデンサＣ２が付加される。これは、図７の回路の力率を改善する。分流コンデンサは、図のようにＹ構成で随意の中性端子Ｎに接続するので、結果として４線電源となる。代替的に、３線電源構成においては、分流コンデンサＣ２をＹ構成で浮動スターポイントに接続できる。代替的に、力率補正コンデンサＣ２に対して相間にデルタ接続を使用することにより、これも３線電源とすることができる。

【0034】

図９は、単一の相をオフにするのを可能にするスイッチＳ１を設けることにより、図７の３相回路を修正した、更に別の実施形態を示す。これは、３相整流器２００を介してＬＥＤランプ１９に供給される電流を低減させる結果をもたらす。しかしながら、ランプ１９を通る電流は減少しているが、依然としてランプ１９の指定電流範囲内にあり、ランプの調光ができる。そうした調光は、夕暮れ時のスポーツ会場において照明を導入するのに特に有用である。節電に加えて、観客及び選手の目を、人工的な照明環境に慣らすことが可能である。代替的に、試合への適合とは対照的に、そうした調光は、活動を訓練するために、受容可能な低い照明レベルである。図７及び図８の回路の相の１つへの電力をオフにすることにより、同一の調光機能も利用可能である。図９の特定の実施形態において、各相に対して、直列コンデンサＣ１が設けられる。

【0035】

図６と同様に、図１０は、２つのＬＥＤランプ１９を、高力率進み遅れ構成で動作させることを可能にする、図７及び図９の回路の組み合わせである。スイッチＳ１は、相の１つの電力を低減させて、両方のランプ１９の調光を可能にする。

【0036】

同様に、図１１は、各相について１つ、分流インダクタ２５を用いる、図３の回路の３相バージョンを表す。スイッチＳ１を開にして、ＬＥＤ１９の第１水準の調光を行える。必要に応じて、随意的なスイッチＳ２（図１１に破線で示す）を、別の相に設けることができる。スイッチＳ１及びＳ２の両方が開の場合、第２のより低い調光水準を達成できる（ＬＥＤ順電圧を低下させ、かつＬＥＤに十分な電流を流すために、適切な電圧を利用できる場合）。

【0037】

同様に、図１２は、同じく各相について１つ、３つの絶縁型漏れリアクタンス変圧器Ｔ１を用いた、図４の回路の３相バージョンを表す。同じように、スイッチＳ１によって、調光機能を達成できる。３つの一次巻線は、スター又はＹ構成で接続され、スターポイントは、浮動であり３線電源を形成することが好ましい。代替的に、スターポイントを主電源の中性端子Ｎに接続して、４線電源を形成できる。図８に関しては、力率補正コンデンサＣ２は、デルタ又はスター構成のいずれかで電源端子に接続することができる。

【0038】

さらに、図１３は、同じく各相について１つ、３つの絶縁型定電流変圧器Ｔ２を用いた、図５の回路の３相バージョンを表す。各相に対して、直列コンデンサＣ１が設けられる。

【0039】

ここで図１４を参照すると、単相回路において、鉄制御変圧器Ｔ３は、タンク回路を形成するように、二次巻線にわたって接続されたコンデンサＣ３を有する。二次巻線をタップして、全波ブリッジ整流器２０に適切な入力電圧を与える。ランプ１９は既述の通りである。必要に応じて、随意のフィルタコンデンサＣ２７を整流器２０にわたって接続することができる。

【0040】

図１５は、３つの鉄制御変圧器Ｔ３を用いた、図１４の回路の３相バージョンを表す。３つの一次巻線は、スター又はＹ構成で接続され、スターポイントは、浮動であり３線電源を形成することが好ましい。代替的に、スターポイントを主電源の中性端子Ｎに接続して、４線電源を形成できる。

【0041】

図１６は、図６に類似した更に別の単相の実施形態を示す。６つのダイオード２１が、二重全波ブリッジ整流器２０を構成し、これに対して、一方でインダクタ２３を介して、他方で直列接続されたインダクタ２３及びコンデンサＣ１を介して給電する。その結果、進み及び遅れ電流の両方がＬＥＤ１９に同時に供給される。結果として得られるＬＥＤ電流は、フィルタコンデンサがなくても、リップルがほとんどない（約５％）。さらに、回路は、力率が非常に高く（ほとんど１）、主電源電流の高調波歪みが低い。

【0042】

ここで図１７を参照すると、この単相回路において、インダクタＬ１は、比較的線形のインダクタであり、一方、インダクタＬ２は、芯の少なくとも一部が飽和しており、インダクタＬ２にわたる電圧は比較的一定である。その結果、コンデンサＣ１を通って流れる電流は略一定であるため、主電源電圧の変動にもかかわらず、定電流がＬＥＤ１９を通って流れる。

【0043】

図１８は、図１７の３相バージョンを示す。インダクタＬ２のコモン接続点は、３線主電源の浮動スターポイントとする、又は４線主電源の中性端子Ｎに接続することができる。

【0044】

図１９及び図２０はそれぞれ、タップ巻線から整流器２０に電力供給するオートトランスＴ５を有する構成を示す。インダクタ２３は、オートトランスＴ５と直列接続される。タップを選択して、供給電圧と反射負荷電圧Ｘ－Ｙ（主電源回路に反射されるＬＥＤにわたる電圧）との間の整合を可能にする。図１９において、反射ＬＥＤ電圧は増大する。一方、図２０においては、反射ＬＥＤ電圧は減少する。どちらの場合も、供給端子にわたってコンデンサを接続することにより、力率補正を加えることができる

【0045】

図１９Ａ及び図２０Ａは、ＬＥＤ１９を調光するために、オートトランスＴ５に対して行える変形を示す。図１９Ａにおいて、スイッチＳ５が、オートトランスＴ５の一次巻線の巻きの一部の間に接続される。スイッチＳ５が位置２にある場合、より低い電圧がインダクタ２３に印加され、これによりＬＥＤ１９が調光される。スイッチＳ５が位置１にある場合、主電源電圧が一次巻線の少数の巻きにわたって印加され、これによりインダクタ２３及び整流器２０に印加される電圧が増大し、従って、ＬＥＤ１９は調光されない。

【0046】

図２０Ａは、類似の構成で、スイッチＳ５がオートトランスＴ５の二次側に接続された構成を示す。スイッチＳ５が位置１にある場合、インダクタ２３及び整流器２０に最大電圧が印加されるので、ＬＥＤ１９は調光されない。しかしながら、スイッチＳ５が位置２にある場合、より低い電圧がインダクタ２３及び整流器２０に印加されるので、ＬＥＤは調光される。

【0047】

上述のように一次側又は二次側のいずれかをオンにして調光を行うことは、オートトランス以外の変圧器にも応用可能であり、従って、例えば、図５、図１２～図１５、及び図２１～図２５に示す変圧器構成にも応用可能であることが、当業者には明らかであろう。

【0048】

さらに、図１９Ａ及び図２０Ａは、整流器２０、２００に対する主電源に配置されたインピーダンスに応用可能なスイッチによる調光技術も示す。図１９Ａにおいて、インダクタ２３は、巻線にタップを有する。スイッチＳ８が位置１にある場合、インピーダンスはより低く、ＬＥＤ１９は調光されない。スイッチＳ８が位置２にある場合、インダクタ２３のインピーダンスはより高く、ＬＥＤ１９は調光される。

【0049】

図２０Ａに、類似の構成が示される。第１の構成において、インダクタＬ８は、整流器２０と直列接続される。更に別のインダクタＬ９と直列接続されたスイッチＳ７は、インダクタＬ９をインダクタＬ８と並列接続するように動作され、それにより、整流器２０への電流が増大できる。従って、スイッチＳ７が開である場合、ＬＥＤ１９は調光され、スイッチＳ７が閉である場合、ＬＥＤ１９は調光されない。

【0050】

代替的に又は付加的に、スイッチＳ８を図１９Ａのように設けて、インダクタ２３の有効巻き数を変えることができる。スイッチＳ８が位置１にある場合、インダクタ２３のインピーダンスは低減し、整流器２０への電流は最大となり、ＬＥＤ１９は調光されない。しかし、スイッチＳ８が位置２にある場合、インダクタ２３のインピーダンスは最大となり、従って、整流器２０への電流は減少し、ＬＥＤが調光される。幾つかの回路構成において、コンデンサのスイッチングを、インピーダンス変更の代替的形式として用いることは当業者には明らかであろう。切り換え可能な直列及び／又は並列の相互接続で電流のレベルを変える他の形式も当業者には明らかであろう。

【0051】

図２１～図２４はそれぞれ、二重出力巻線を有する絶縁型高漏れ変圧器Ｔ１０を備えた単相回路を示す。これらは、適切かつ許容可能な電圧で一対のＬＥＤランプ１９に電力供給するために使用され、特に２線ＬＥＤ電圧回路が許容不能の高電圧の使用を必要とする場合に用いられる。調光は、回路に結合されたり切り離されたりする二重出力巻線に追加の直列又は並列コンデンサを含めることにより可能になる。力率補正は、活線端子と中性端子との間に接続された随意的なコンデンサにより達成できる。

【0052】

図２１及び図２３において、２つの全波ブリッジ整流器２０が互いから完全に絶縁され、これによりＬＥＤランプモジュール１９への４線電源を形成する。代替的に、図２２及び図２４に示すように、２つの全波ブリッジ整流器２０は共通の接続を有し、それにより、ＬＥＤランプモジュール１９への３線電源を形成できる。

【0053】

図２３及び図２４の回路において、絶縁型高漏れ変圧器Ｔ１０の二重出力巻線はそれぞれ、直列接続されたコンデンサＣ１０を有する。この構成は、供給電圧の変化に関係なく、ＬＥＤランプモジュール１９を通る電流が比較的一定であるという点で、本質的に、図５と関連した構成と同じ利点をもたらす。しかしながら、図２１及び図２２の回路と同様に、個々のＬＥＤランプモジュール１９に印加される電圧が低減するという付加的な利点がある。

【0054】

図２５は、整流器２０が、変圧器Ｔ４及び一対のレギュラーダイオード２１及び一対のコンデンサＣ４により形成された倍電圧ユニットに置き換えられたことを除き、図２に類似した単相回路を示す。図２５の回路の利点は、ＬＥＤランプ１９にわたる電圧がかなり増大することにより、直接接続されたＬＥＤダイオード１８の数を増大させられることである。従って、図２５のランプ１９は、他の回路のランプ１９に対してワット数を増加させることができる。

【0055】

上記は、本発明の幾つかの実施形態のみを説明するものであり、ＬＥＤ照明回路における当業者には明らかな修正を、本発明の範囲から逸脱することなく行える。特に、電流制御は、ＬＥＤに電力供給する整流器の上流の回路のＡＣ部分において可能であることが理解されるであろう。これは、従来技術からの有意な脱却を表す。

【0056】

さらに、幾つかの変形を以下のように分類することができる。フィルタ２７を整流器２０、２００とＬＥＤモジュール１９との間に配置することができる。このフィルタは、分流コンデンサＣ２７、又は直列インダクタ、又は直列インダクタと分流コンデンサの組み合わせのいずれかの形態をとることができる。

【0057】

制御回路は、最も簡単な形において、インダクタ２３により構成される。しかしながら、制御回路は、インダクタ２３及び直列コンデンサの両方の形を取ることが好ましい。

【0058】

さらに、制御回路は、漏れリアクタンス変圧器、鉄共振変圧器、及び定電流変圧器を含む種々の変圧器の形態を取ることができる。これらは、オートトランス、又は従来の絶縁変圧器のいずれかにより実現できる。また、制御回路は、図２６及び図２７に示す定電流変圧器の形態を取ることもできる。

【0059】

図２６において、定電流変圧器Ｔｒは、紙面に平行な積層で描かれる一次磁気回路と、紙面に垂直な積層で描かれる漏れ磁気回路とともに示される。従って、一次巻線ＷＰはＡＣ主電源により電力供給され、二次巻線ＷＳは、出力電圧を負荷回路に提供する。漏れ磁気回路の分流器は、略漏れインダクタンスを提供し、それにより、二次巻線の出力を、主電源電圧の変動から磁気的に分離する。二次巻線ＷＳと関連付けられた磁気回路を回収して、通常の動作中、少なくとも相当部分が磁気飽和に至ることが好ましい。

【0060】

共振コンデンサＣＲのリアクタンスに伴う二次巻線ＷＳのインダクタンスの非線形性質により、二次巻線磁気回路の少なくとも一部が、共振により、磁気的に飽和した状態に維持される。

【0061】

二次巻線ＷＳと関連した磁心は飽和されるので、主電源電圧の変化は、二次巻線ＷＳの出力に事実上影響を及ぼさず、その結果、電圧は一定である。その結果、負荷を通る電流が一定に維持され、その大きさは、主として共振コンデンサＣＲのサイズに支配される。

【0062】

図２６に示すように、負荷は、全波ブリッジ整流器を形成する４つのレギュラーダイオードと負荷を形成するＬＥＤモジュール１９からなることが好ましい。必要に応じて、随意的なフィルタコンデンサＣ２７を、ＬＥＤ１９と並列接続できる。

【0063】

負荷電流を略一定になるように制御することに加えて、この回路の他の利点がある。そうした利点の１つは、動作力率が、１に極めて近く、非常に高いことである。別の利点は、主電源回路における全高調波歪みが、典型的には１０％の歪みを下回り、必要に低いことである。更に別の利点は、二次回路が、主電源における過渡電圧に対して非常に高い免疫を有し、この免疫は、横方向モード過渡電圧及び共通モード過渡電圧の両方に適用可能なことである。

【0064】

ラインレギュレーションのさらなる改善が求められる場合、小さいバッキング巻線（図示しないが従来のもの）を一次巻線ＷＰの上に巻き付け、二次巻線ＷＳと直列に、しかし誘導的に対向させて接続することができる。

【0065】

図２６の破線で示すように、それぞれ独自のＬＥＤ１９のストリングを有する複数の負荷回路を、１つの定電流変圧器Ｔｒと並列に動作させることができる。３相への拡張は、図１２～図１５に示す通りである。

【0066】

ここで図２７を参照すると、単一の一次巻線ＷＰと、２つの完全に独立した二次巻線ＷＳ１及びＷＳ２とを有する定電流変圧器Ｔｒを構築できる。単一の一次巻線ＷＰは、一対の磁気分流器の間に配置され、二次巻線ＷＳ１及びＷＳ２の各磁気回路の略飽和をもたらす。二次巻線の各々は、図２６の方法で、多数の並列負荷回路に電力供給できる。

【0067】

一般に、ＡＣ主電源は、単相又は多相（通常は、３相）のいずれかであることができる。３相構成に対して変圧器が使用される場合、変圧器の一次巻線は、Ｙ又はデルタ構成のいずれかで接続できる。力率補正回路を用いて回路全体の力率を改善できる。典型的な力率補正回路は、電源の相間、又は各相とスターポイント若しくは中性接続点との間に接続した分流コンデンサである。

【0068】

回路全体を二重化し、ＬＥＤモジュール１９の２つのセットを進み遅れ構成で動作させることにより、力率補正を実施することもできる。

【0069】

調光は、進み遅れ構成の二重回路の１つをオフにする又は多相回路の相の１つ又はそれ以上をオフにすることによって可能である。また、調光は、整流器２０、２００の電源回路にインピーダンスを結合する又は切り離すことによっても可能である。同様に、調光は、整流器２０、２００に適用される変圧器構成の巻数の増減させることによっても可能である。

【0070】

３相回路などの多相回路の場合、３線電源又は４線電源が可能である。３線電源は、デルタ結線するか、又は浮動スターポイントを持たせることができる。４線電源は、中性端子に接続されたスターポイントを有することができる。

【0071】

上記は、本発明の幾つかの実施形態のみを説明し、本発明の範囲から逸脱することなく、電子工学の技術分野における当業者には明らかな修正をこれに対して行うことができる。

【0072】

本明細書で用いられる場合、「備えている（及びその文法的変形）」という用語は、「含んでいる」又は「有している」の包括的意味で用いられ、「それのみから成る」の排他的意味ではない。

【符号の説明】

【0073】

１１：変圧器
１８：発光ダイオード
１９：ＬＥＤランプ
２１：ダイオード
２０、２００：整流器
２３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ８、Ｌ９：インダクタ
２５：分流インダクタ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ１０、Ｃｉ：コンデンサ
Ｃ２７：分流コンデンサ
ＣＲ：共振コンデンサ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８：スイッチ
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ１０、Ｔｒ：変圧器
Ｔ５：オートトランス
ＷＰ：一次巻線
ＷＳ、ＷＳ１、ＷＳ２：二次巻線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図19A】

【図20】

【図20A】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】