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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】
(24)【登録日】2024-01-22
(45)【発行日】2024-01-30
(54)【発明の名称】調光システム
(51)【国際特許分類】
H05B 45/30 20200101AFI20240123BHJP
H05B 47/19 20200101ALI20240123BHJP
H05B 47/18 20200101ALI20240123BHJP
F21K 9/238 20160101ALI20240123BHJP
F21V 23/00 20150101ALI20240123BHJP
F21S 9/02 20060101ALI20240123BHJP
F21S 9/03 20060101ALI20240123BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20240123BHJP
【ＦＩ】
H05B45/30
H05B47/19
H05B47/18
F21K9/238
F21V23/00 140
F21V23/00 200
F21S9/02
F21S9/03
F21Y115:10
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2020568854
(86)(22)【出願日】2019-02-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-06-17
(86)【国際出願番号】 GB2019050554
(87)【国際公開番号】W WO2019166808
(87)【国際公開日】2019-09-06
【審査請求日】2022-02-18
(31)【優先権主張番号】1803354.8
(32)【優先日】2018-03-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】1803352.2
(32)【優先日】2018-03-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】1804162.4
(32)【優先日】2018-03-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(73)【特許権者】
【識別番号】520332335
【氏名又は名称】ブローズリー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100087398
【弁理士】
【氏名又は名称】水野 勝文
(74)【代理人】
【識別番号】100128783
【弁理士】
【氏名又は名称】井出 真
(74)【代理人】
【識別番号】100128473
【弁理士】
【氏名又は名称】須澤 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100160886
【弁理士】
【氏名又は名称】久松 洋輔
(74)【代理人】
【識別番号】100209060
【弁理士】
【氏名又は名称】冨所 剛
(72)【発明者】
【氏名】ベイズ，ケヴィン ポール
【審査官】田中 友章
(56)【参考文献】
【文献】欧州特許出願公開第２９５８４０２（ＥＰ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－２４７０９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１４９３５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１９７２８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３３８９８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２８９３７８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｂ ４５／３０
Ｈ０５Ｂ ４７／１９
Ｈ０５Ｂ ４７／１８
Ｆ２１Ｋ ９／２３８
Ｆ２１Ｖ ２３／００
Ｆ２１Ｓ ９／０２
Ｆ２１Ｓ ９／０３
Ｆ２１Ｙ １１５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＬＥＤ光源（４０）を調光するための制御装置であって、前記ＬＥＤ光源（４０）は、主電源によって電力を供給され、
前記制御装置は、
前記ＬＥＤ光源（４０）を調光するためのＬＥＤ制御回路と、
前記ＬＥＤ制御回路に電気的に接続された電源（８０）と、を備え、
前記ＬＥＤ制御回路は、前記ＬＥＤ光源（４０）とは独立して電力供給され、
前記ＬＥＤ制御回路は、前記電源（８０）によってのみ電力が供給され、
前記電源（８０）は、太陽電池に接続された、一定の充電が可能な電源であり、
前記太陽電池は、前記ＬＥＤ光源（４０）から放出される光からエネルギーを得る、
制御装置。
【請求項2】
前記ＬＥＤ制御回路は、１２８Ｗの最大負荷を有する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項3】
前記電源（８０）は、２０～２５ｍＡｈの範囲の電流を提供する、請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項4】
前記電源（８０）は、充電式バッテリーをさらに備える、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項5】
前記制御装置は、１つまたは複数の前記ＬＥＤ光源（４０）をリモート制御するためのネットワーク通信基板（７０）をさらに備える、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項6】
前記ネットワーク通信基板（７０）はDALI互換性を有する、請求項５に記載の制御装置。
【請求項7】
前記ネットワーク通信基板（７０）は、前記ＬＥＤ制御回路を備える、請求項５または６に記載の制御装置。
【請求項8】
前記ネットワーク通信基板（７０）と前記ＬＥＤ制御回路は別々の基板上に設けられる、請求項５ないし７のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項9】
前記電源（８０）は、前記ネットワーク通信基板（７０）とＬＥＤ制御回路基板（９０）の間に配置される、請求項８に記載の制御装置。
【請求項10】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の制御装置を備える、調光可能な発光ランプ。
【請求項11】
前記ランプのハウジング内に設けられた１以上の光源を備え、前記制御装置は、前記ハウジングに統合される、請求項１０に記載の発光ランプ。
【請求項12】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の制御装置を備える、調光可能な発光照明器具。
【請求項13】
LED光源と、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の制御装置と、
前記制御装置を収容するためのハウジングと、を備え、
前記ハウジングは２６ｍｍ未満の直径を有する、調光可能な発光ランプ。
【請求項14】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の制御装置を備える、汎用調光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の態様は、調光システムに関する。より詳細には、本発明の態様は、調光可能な発光ダイオードランプのための汎用制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
LEDライトは、比較的低エネルギーのランプを必要とする用途において、長年使用されてきた。LEDは効率的で、長持ちし、費用効果が高く、環境に優しい。LEDライトが日常生活でますます広く使用されるようになり、調光可能なライトの需要も増加している。
【0003】
既存の調光可能なLEDの問題は、ライトの調光を制御するために必要な電子機器が比較的大きいことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態は、とりわけ、上述の問題を克服しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の第１の独立した態様では、ＬＥＤ光源を調光するための制御装置が提供される。制御装置は、ＬＥＤ光源を調光するためのＬＥＤ制御回路を含み、ＬＥＤ制御回路は、ＬＥＤ光源とは独立して電力供給される。
【0006】
LED制御回路は、電源のみから電力を供給される。すなわち、LED制御回路は、LED光源に電力を供給する主電源から電力を引き出さない。これには、以下のような多くの利点がある。
・装置を、必要な電力を提供するように、より簡単に構成できる。
・クリーンな絶縁バリアが、低電圧と主電源の電圧との間に提供される。
・装置を、必要な電力を提供するように、より簡単に構成できる。
・クリーンな絶縁バリアが、低電圧と主電源の電圧との間に提供される。
【0007】
LED光源に電力を供給する主電源から電力を引き出さないようにすることで、堅牢性（robustness）と設計の柔軟性が向上する。
【0008】
例えば、制御装置は、ＬＥＤ制御回路に電気的に接続された電源を備えることができる。ＬＥＤ制御回路は、前記電源によってのみ電力が供給される。前記電源は、制御装置の内部または外部に配置される。外部電源の例には、USB装置、変圧器、アダプターなどが含まれる。
【0009】
いくつかの実施形態では、ＬＥＤ制御回路は、１２８Ｗの最大負荷を有する。さらに好ましくは、電源は、２０～２５ｍＡｈの範囲の電流を提供する。このような動作パラメータ、特にその組み合わせによれば、制御装置がいくつかのLED光源の汎用調光器として機能するために必要な一般性が、提供される。
【0010】
いくつかの実施形態では、電源は、充電式バッテリーをさらに含む。充電式バッテリーは、例えば、ＬＥＤによって放出された光を収集するＰＶセルに接続されてもよい。これにより、バッテリーを充電してバッテリー寿命を延ばすのに十分な電力が供給される。例えば、ＰＶセルは、ＰＶテープを含み得る。
【0011】
好ましくは、制御装置は、１つまたは複数のＬＥＤ光源をリモート制御するためのネットワーク通信基板をさらに備える。さらに、これにより、例えば携帯電話アプリケーションを介して、装置をリモート制御することが可能になる。任意で、ネットワーク通信基板はBluetooth及び／またはDALIと互換性を有する。
【0012】
ネットワーク通信基板は、ＬＥＤ制御回路を含み得る。あるいは、ネットワーク通信とLED制御回路は別々の基板上にあってもよい。通信基板を調光基板から分離すること（separating）または切り離すこと（de-coupling）には、特に上記のような制御装置内において、統合された基板より多くの利点がある。
【0013】
電源は、ネットワーク通信基板とLED制御回路基板の間に配置され得る。言い換えると、バッテリーは２つの基板の間に「挟まれて」いる。このシーケンスまたは構成によれば、例えば一般的なランプに取り付けるスペースが最小限に抑えられ、それと同時に、堅牢でリモート制御可能に調光を行うことができる。
【0014】
いくつかの実施形態では、調光可能な発光ランプが提供される。調光可能な発光ランプは、
LED光源、
制御装置、及び
前記制御装置を収容するためのハウジング、を備える。
LED光源、
制御装置、及び
前記制御装置を収容するためのハウジング、を備える。
【0015】
制御電子機器は、ハウジング内に収容されている。任意で、ハウジングの直径は２６ｍｍ未満である。
【0016】
特に好ましい実施形態では、ＬＥＤ光源を調光するための制御装置が提供される。制御装置は、ＬＥＤ光源を調光するためのＬＥＤ制御回路を含む。ＬＥＤ制御回路は、ＬＥＤ光源とは独立して電力供給される。前記制御装置は、その遠位端にリムを有する周壁を備える、ハウジングを含む。第１の基板は、前記リムによって規定された空間を介した無線通信を受信するために、曝露されている。第２の基板は、前記第１の基板の後ろに配置され、前記ＬＥＤ光源を調光するための前記ＬＥＤ制御回路を組み込んでいる。前記第１の基板及び第２の基板は、両方とも、前記周壁内に配置される。
【0017】
さらなる態様では、上記のような制御装置を備える汎用調光器が提供される。汎用調光器は、当技術分野で知られている複数のＬＥＤ光源と互換性を有する。
【0018】
本発明は、以下の図を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図19】図１９は、ＰＶセルとＤｏＢを使用した回路例（「ブースト集積回路、ＩＣ」）を示す。この図のタイトルは、「ＬＴＣ３１０５ 最大電力点制御と２５０ｍＶでの起動を有する４００ｍＡ昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ」である。
【図21】図２１は、インダクタレススイッチングレギュレータを使用してＤｏＢに電力を供給する回路を示す。この図のタイトルは、「ＳＲ０８６／ＳＲ０８７ 調整可能なオフラインインダクタレススイッチングレギュレータ」である。
【図28】並列配置を含むフラッドライトを示す。
【図29A】並列配置を含むダウンライトの側面図を示す。
【図29B】並列配置を含むダウンライトの正面図を示す。
【図30A】並列配置を含む円形パネルを備えた発光ランプの正面図を示す。
【図30B】並列配置を含む円形パネルを備えた発光ランプの側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0020】
＜ランプに収容された電子機器を有するランプの実施形態＞
以下の説明では、電球に言及する。本発明の主要な実施形態は、以下に参照する電球のベースアセンブリと形状および構成の点で同じ特性を有するハウジングを備える調光可能ランプに関する。ランプの実施形態におけるハウジングは、制御電子機器を収容するために提供される。この制御電子機器は、電球のベースアセンブリと組み合わせて提供されるものと同じ種類であり得る。当業者は、電球に関する文脈で概説された利点が、ランプにもどのように適用され得るか、を容易に理解し得る。
以下の説明では、電球に言及する。本発明の主要な実施形態は、以下に参照する電球のベースアセンブリと形状および構成の点で同じ特性を有するハウジングを備える調光可能ランプに関する。ランプの実施形態におけるハウジングは、制御電子機器を収容するために提供される。この制御電子機器は、電球のベースアセンブリと組み合わせて提供されるものと同じ種類であり得る。当業者は、電球に関する文脈で概説された利点が、ランプにもどのように適用され得るか、を容易に理解し得る。
【0021】
図１は、一般的な家庭用電球ソケットの白熱電球と交換するためのＬＥＤランプ１０を概略的に示す。ランプ１０は、中空円筒部分を有するベースアセンブリ２０、バルブアセンブリ３０及びＬＥＤ光源４０を有する。ＬＥＤは、ベースアセンブリ２０を介して主電源から電力供給される。バルブアセンブリ３０は、ガラスなどの透明な材料から作られることが好ましい。
【0022】
ベースアセンブリ２０は、適切な金属材料から作られ、Ｅ２６またはＥ２７の電球ソケットに適合するように構成される。ベースアセンブリは、ランプに容易にフィットするハウジングを形成するように適合され得る。電球ソケットは、ランプ１０のねじ山２１に対応するねじ山を有する。ベースアセンブリ２０は、典型的な電球の「ねじ」または「バヨネット」部分と同じに見えることが好ましい。ベースアセンブリ２０の先端２２は、ランプ１０がソケットに完全にねじ込まれて主電源からＬＥＤに電力を供給するとき、電球ソケットの底部の接点に接触する。
【0023】
図２に概略的に示されるように、ベースアセンブリ２０は、空間５０内のＤｏＢ（「基板上の調光器」）を含む、ランプの電子機器を収容する。これにより、ＬＥＤ４０が可能な限り露出される。この例で使用される調光器は、４Ｗ２ステップ調光ＰＣＢ（プリント回路基板）である。ベースアセンブリ２０の内部で利用可能に作られた空間５０は、２ステップ調光ＰＣＢのバリスタ部品を含むＤｏＢ電子機器を収容する。
【0024】
したがって、空間５０は、調光電子機器の「立ち入り禁止」領域を表し、使用可能な空間のベース（base）に、より大まかに広がる。ベースアセンブリ２０のリム部分（またはベース）の底部に示される小さなドーム６０は、完全を期して示されているが、比較的容積が小さく、また、ドームの中心及び先端２２を介して電気接続を行う必要があるため、小さなドーム６０に電子機器を収容することは想定されていない。
【0025】
【0026】
バリスタは５．６Ｗバリアントに適合していないが、このバージョンの２ステップ調光ＰＣＢの部品は下側に取り付けられており、上部が空いた状態である。これが４Ｗを用いて変圧され得るか、または２ステップ調光円形基板の表面からさらなるクリアランスを設ける必要がある。このクリアランスは、２ステップ調光ＰＣＢの半分では１．２ｍｍ、他方の半分では２．８ｍｍである。
【0027】
ＬＥＤの調光は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を使用するＤＣ電子機器によって駆動される。特定の時間における調光のレベルは、ＰＷＭ信号のデューティ比によって定義されるが、これは、１周期において信号が「オン」になっている時間の長さである。ＰＷＭ信号の例を図１１に示す。ＰＷＭ信号によって、ＬＥＤ駆動回路に電力を供給するＡＣ信号が「切断」されることにより、それらの調光が行われる。ＰＷＭ信号は、それ自体がソフトウェアで制御されるマイクロコントローラー（ＭＣＵ）のタイマーによって、生成される。
【0028】
任意で、ランプのネットワーク制御が可能である。好ましい実施形態では、ＤｏＢのリモート操作のための無線通信が想定される。特に、Wi-Fi、ZigBee、Thread、Bluetooth meshなどのさまざまなプロトコルをサポートするために、マルチプロトコルの２．４ｇＨｚの装置を使用してもよい。Bluetoothは、例えば携帯電話などのモバイルデバイスに接続することが好ましい。Bluetoothは、従来、データを通信するために2つのデバイスを相互に接続する必要がある（他のデバイスは接続しない）、ペアテクノロジである。 Bluetooth 5のメッシュネットワーキング（mesh-networking）により、Bluetoothデバイスは、より広いネットワーク内で、他の１以上のデバイスと通信することができる。したがって、Bluetooth 5のメッシュ機能により、複数の照明装置のグループ化と制御が可能となる。 Silicon Labsの「Blue Gecko」ソリューションがマイクロコントローラー（MCU）とともに従来のモデルとして使用される、コプロセッサモデルを使用したパルス幅変調（PWM）調光が好ましい。Bluetooth 5は、DALIなどの従来のネットワーク通信システムに代わる手段を提供し、携帯電話でBluetoothを利用できるため、特に注目されている。
【0029】
別の実施形態では、主電源を介して少なくとも部分的に制御できるようにするために、ＤＡＬＩ互換性が想定されている。主に、それは無線ネットワーク制御であるが、DALI互換性は、主に有線制御システムの少なくとも一部として統合できることを意味する。これは、DALI言語を「話す」ことができる無線中継器への信号を、有線を介して送ることを許容し得る。DALI言語は、ランプによって理解され得る。その意味では、ランプは、言語を理解することができるが、ランプ自体は主電源との接点を介して直接制御され得ない。例えば、ＭＣＵデバイスは、ＤＡＬＩスタックを備え得る。
【0030】
任意で、Bluetoothモジュールは、外部アンテナに接続できる。これにより、ランプの金属ベースアセンブリの「ファラデーケージ」効果によるRFパフォーマンスの低下が解消される。あるいは、内部アンテナを使用することにより、コストおよび製造の複雑さを低減することができる。
【0031】
調光器は、例えば、トライアックまたはMOSFETを含み得る。本発明者らは、例えばＳ１２４ＭＣＵを用いて、４ＷランプのＰＷＭ制御および滑らかな調光が達成可能であることを見出した。デバイスが過熱した場合に動作を停止するためのサーミスタなどの熱保護を含めることができる。DoBからLED／フィラメントにまたはその逆にヘッドを広げるために、ヒートパイプオプションも想定される。
【0032】
＜テスト例＞
例では、携帯電話アプリケーション（アプリケーション）とBluetooth通信アダプター基板との間に、Bluetooth接続がセットアップされる。このセットアップにより、アプリケーションを介して、４Ｗと１０ＷのLED電球をそれぞれリモートで暗くしたり明るくしたりできる。通常の動作中では、PWM周波数は900Hzから1kHzまでが好ましい。
例では、携帯電話アプリケーション（アプリケーション）とBluetooth通信アダプター基板との間に、Bluetooth接続がセットアップされる。このセットアップにより、アプリケーションを介して、４Ｗと１０ＷのLED電球をそれぞれリモートで暗くしたり明るくしたりできる。通常の動作中では、PWM周波数は900Hzから1kHzまでが好ましい。
【0033】
DoBによって、スムーズに、明滅なしで、電球を暗くおよび明るくすることができる。１０～１００を１０ずつ区切った調光器設定に対する電圧によって、ドライブ出力が測定された。図１２に示すように、DoBからのドライブ出力は、範囲全体にわたって比例して直線的に出力される。
【0034】
DoBへの給電は、たとえば、英国と米国の両方の電圧源から行うことができる。たとえば、DOBは、110 Vに設定されたバリアックを介して給電される。230Vと110Vの両方で駆動をテストした結果の例を、図１３の表及び図１４に示す。図１４からわかるように、110Vと230Vの両方の駆動電圧で線形の結果が得られた。
【0035】
テスト例では、フィラメント配線が4×40mm及び電球がST64-4S-E27-1800Kである、4Wドライバーが使用された。内部フィラメントの配線を、図15に概略的に示す。この構成では、ＬＥＤフィラメント１１０はすべて、ＤｏＢのある点（Ａ）から別の点（Ｂ）まで直列に配線され、点Ｂは第１のＬＥＤのアノードを表す。図中の各ＬＥＤ１１０は、ＬＥＤフィラメントを表す。この構成でマルチメータ２２０を直列に接続することにより、ドライバによって供給される電球フィラメントを流れる電流と電圧を測定できる。測定では、各フィラメント間に４０Ｖの電圧がかかり、全体で１６０Ｖであった。
【0036】
図１６の表からわかるように、アプリケーション設定０～１０の間で電圧は増加し、その後安定する。電流は範囲全体で増加している。図１７は、ほぼ線形の電流引き込みを示し、１０～１００のプロットがグラフに表示されている。
【0037】
別のテスト例では、フィラメント配線が4×40mmで、電球がST64-4S-E27-1800Kである、13Wドライバーが使用された。
【0038】
＜LEDとは独立して電力が供給される調光回路／汎用調光器の実施形態＞
重要な実施形態では、調光回路は、ＬＥＤとは独立して電力を供給される。つまり、調光器はグリッド（grid）から電力を引き出すのではなく、別の電源から電力を引き出す。任意で、電子機器制御装置はLEDから電力を引き出すことができるが、主電源からは引き出すことができない。
調光回路用の電力を集める方法は、いくつか想定される。
重要な実施形態では、調光回路は、ＬＥＤとは独立して電力を供給される。つまり、調光器はグリッド（grid）から電力を引き出すのではなく、別の電源から電力を引き出す。任意で、電子機器制御装置はLEDから電力を引き出すことができるが、主電源からは引き出すことができない。
調光回路用の電力を集める方法は、いくつか想定される。
【0039】
２ステップ調光回路からの収集
２ステップの調光回路から収集するための方法は、推奨されるオプションである（構成部品は最小限必要である）。調光回路によって230Vが降圧され、LED自体が降圧および整流機能を提供することが想定されている。
２ステップの調光回路から収集するための方法は、推奨されるオプションである（構成部品は最小限必要である）。調光回路によって230Vが降圧され、LED自体が降圧および整流機能を提供することが想定されている。
【0040】
降圧電源回路の提供
回路に必要な電力入力を提供する標準的な降圧および整流回路がシミュレーションされている。ただし、このタイプの回路では、大きなコンデンサ及び／または抵抗を使用する必要がある。
回路に必要な電力入力を提供する標準的な降圧および整流回路がシミュレーションされている。ただし、このタイプの回路では、大きなコンデンサ及び／または抵抗を使用する必要がある。
【0041】
バッテリー電源
バッテリー電源を使用すると、基本的には、バッテリー付きのUSBコネクタから提供される電源を置き換える。小型のコイン電池が想定されており、オンボードの調光器と並べて一緒に収容することができる。このアプローチには多くの利点がある。
・必要な電力を提供するように簡単に構成できる（WiFiなどの他の通信システムが後日組み込まれると、必要な電力が変わる可能性がある）。
・ランプ内に収まるようにすべての電子機器を取り付けるための、多くのオプションの採用が可能となる。
・DoBは２ステップの調光基板から切り離されているため、技術の移植性がさらに高くなる。
・クリーンな絶縁バリアが低電圧と主電源の電圧との間に提供される。
バッテリー電源を使用すると、基本的には、バッテリー付きのUSBコネクタから提供される電源を置き換える。小型のコイン電池が想定されており、オンボードの調光器と並べて一緒に収容することができる。このアプローチには多くの利点がある。
・必要な電力を提供するように簡単に構成できる（WiFiなどの他の通信システムが後日組み込まれると、必要な電力が変わる可能性がある）。
・ランプ内に収まるようにすべての電子機器を取り付けるための、多くのオプションの採用が可能となる。
・DoBは２ステップの調光基板から切り離されているため、技術の移植性がさらに高くなる。
・クリーンな絶縁バリアが低電圧と主電源の電圧との間に提供される。
【0042】
バッテリー電源と組み合わせた収集
さらに、充電式バッテリー、充電回路、エネルギー源を使用することも想定される。エネルギー源の１つのオプションは２段階調光基板だが、これはこの方法を調光基板に結合させる（つまり、汎用ではない）。さらに好ましい選択肢は、ベースアセンブリ２０内（ねじ部の直径内）に配置され、フィラメントに面する、可撓性太陽電池を使用することである。
さらに、充電式バッテリー、充電回路、エネルギー源を使用することも想定される。エネルギー源の１つのオプションは２段階調光基板だが、これはこの方法を調光基板に結合させる（つまり、汎用ではない）。さらに好ましい選択肢は、ベースアセンブリ２０内（ねじ部の直径内）に配置され、フィラメントに面する、可撓性太陽電池を使用することである。
【0043】
太陽電池は、たとえば太陽光発電（PV）テープから作ることができる。太陽光発電（PV）テープは、LEDから放出された光からエネルギーを集めることができ、バッテリーを充電して電子機器を制御するのに十分な電力を提供できる。この方法によれば、バッテリー寿命の延長など、多くの利点がある。
【0044】
別の実施形態では、通信基板と制御基板の両方が同じ基板上にある。別の実施形態では、例えば電源を挟んで、制御基板と通信基板とが分離している。調光基板から通信基板を分離するまたは切り離すことにより、統合基板に比べて次のような多くの利点が生じる。
・PCB設計は、より堅牢となり、必要に応じてEMCまたは電気的妨害を軽減するためのオプションを提供する。
・PCBの追加空間は、他の方法では組み込むことができない設計および製造テストのオプションを提供する。
・PCB設計は、より堅牢となり、必要に応じてEMCまたは電気的妨害を軽減するためのオプションを提供する。
・PCBの追加空間は、他の方法では組み込むことができない設計および製造テストのオプションを提供する。
【0045】
図６Ａから６Ｃは、Ｅ２７電球ベース内部のＤｏＢ回路およびバッテリーの空間モデルを示す。通信基板７０および円形の調光基板９０は、分離して、バッテリー８０の各々の側に配置される。通信基板７は、Bluetooth装置であってもよい。図８は、DoBのBluetooth回路を概略的に示す。ＭＣＵ９５は空間５０に配置される。図９は、DoBのマイクロコントローラー（MCU）回路を概略的に示す。DoB、PCBのレイアウトを、図１０Ａおよび１０Ｂに示す。
【0046】
バッテリーをトリクル充電するための電力の収集には、充電式バッテリー、充電回路、およびエネルギー源が使用される。好ましい例では、太陽電池（PV）がエネルギー源として使用され、電球から放出された光からエネルギーを直接収集する。PVからバッテリーを充電するために必要な一般的なハードウェアブロック（光源、PV、ブーストＩＣ、充電式バッテリーおよび負荷（DoBおよび通信電子機器））を、図１８に示す。
【0047】
本発明の態様によれば、太陽電池（ＰＶ）は、ＬＥＤランプなどの光源から電力を引き出す。PVからの電力は、使用可能な形式（例：4.2V）に変換するためにブーストＩＣの入力に供給される。ブーストＩＣの出力は、バッテリーの充電に使用される。バッテリーとブーストＩＣは、負荷に電力を供給するために使用される（例：DoBおよび通信電子機器）。
【0048】
ＰＶ電池の構成部品は、好ましくは、ＰＶソーラーテープである。例えば、ＰＶテープは、ロールで提供されてもよい。このロールは、１０ｃｍのセクションに分離されていることが好ましい。PVソーラーテープは、前面または背面に任意で半透明の裏地接着剤（lined adhesive）を有する、柔軟な有機太陽電池箔であり、「ソーラーステッカー」として機能する。
【0049】
この方法と必要なハードウェアブロックのシミュレーションは、ブーストＩＣを使用して実行された。図１９は、ブーストＩＣの典型的な適用例を示しており、ハードウェアブロック（PVセル１３０及びバッテリー）が含まれる。実際には、負荷（DoBおよび通信電子機器）は図19のポイントVoutに接続される。この回路の詳細は、以下から取得できる。
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3105fb.pdf
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3105fb.pdf
【0050】
外部から電子機器に電力を供給する
代替の実施形態では、USB、変圧器、またはアダプターなどの外部電源から、DoBおよび通信電子機器に電力を供給することが可能である。３つのオプションはすべて、汎用的な調光方法の一部とみなし得る。
代替の実施形態では、USB、変圧器、またはアダプターなどの外部電源から、DoBおよび通信電子機器に電力を供給することが可能である。３つのオプションはすべて、汎用的な調光方法の一部とみなし得る。
【0051】
USBソケットおよびケーブルからの電力を使用して、DoBおよび通信電子機器に電力を供給することができる。これは、たとえば、マイクロソケットをDoB電子機器のV_INおよびGND1テストポイントに配線することで実現できる。以下のような既製のアダプター基板やカスタムPCBを開発してDoB電子設計に追加する必要がある。次に、標準のマイクロUSBケーブルを、このソケットと標準のUSBアダプターの間に接続することにより、DoBおよび通信電子機器に電力を供給することができる。
【0052】
変圧器を介した給電は、外部ユニットとランプの組み合わせに類似した、代替方法である。たとえば、AC／DCコンバーターを使用して、DoBおよび通信電子機器に主電源（230V）から直接電力を供給することができる。実際には、外部ユニットには降圧電源回路が収容されている。これは、基板内の電子機器を調光するという目標に影響を与えないため、降圧電源回路を提供するよりも優れているが、ランプを配線して変圧器を設置しても、簡単に設置したり後付けしたりできるわけではないことを意味する。
【0053】
より一般的なオプションは、DoBと通信電子機器に配線された既製の電源アダプターとバレルコネクタを使用することである。
【0054】
これら３つの電源オプションはすべて、変圧器を使用して、たとえば230Vから5Vに変換する。変圧器を使用して電力を供給すると、DoBおよび通信電子機器に直接配線できるため、コネクターを設ける必要がなく、有利である。利点は、変圧器を既存の照明回路に直接配線できるため、DoB電子機器が制御している光源と並列に、DoB電子機器に電力が供給されることである。
【0055】
ドライバ回路から電子機器に電力を供給する
代替の実施形態では、ＤｏＢおよび通信基板は、基板の内部または外部のいずれかで、ドライバ回路要素から電力を供給されてもよい。ランプ内部から電力を取ることは、中性線（neutral）と主電源の両側とにアクセスできることを意味し、主電源から3Vへの降圧を達成することが容易となる。この要件の本質は、充電がコンデンサまたはバッテリーに保持できるという点で、ソーラー充電入力について上記で示したものと同様である。充電のレベルと量は変化し、場合によっては無視できる可能性がある（たとえば、最小降圧で電力を直接利用することが可能である場合）。
代替の実施形態では、ＤｏＢおよび通信基板は、基板の内部または外部のいずれかで、ドライバ回路要素から電力を供給されてもよい。ランプ内部から電力を取ることは、中性線（neutral）と主電源の両側とにアクセスできることを意味し、主電源から3Vへの降圧を達成することが容易となる。この要件の本質は、充電がコンデンサまたはバッテリーに保持できるという点で、ソーラー充電入力について上記で示したものと同様である。充電のレベルと量は変化し、場合によっては無視できる可能性がある（たとえば、最小降圧で電力を直接利用することが可能である場合）。
【0056】
インダクタレススイッチングレギュレータ
DoBおよび通信基板への電力供給は、通常は物理的に大きな構成部品である変圧器またはインダクターを使用せずに、ＩＣから行ってもよい。変圧器は通常、AC230Vからより小さなDC電圧に降圧するときに使用される標準的な方法である。ただし、電圧を降圧する別の方法を利用するICが存する。そのような構成部品の1つがSR086である。
DoBおよび通信基板への電力供給は、通常は物理的に大きな構成部品である変圧器またはインダクターを使用せずに、ＩＣから行ってもよい。変圧器は通常、AC230Vからより小さなDC電圧に降圧するときに使用される標準的な方法である。ただし、電圧を降圧する別の方法を利用するICが存する。そのような構成部品の1つがSR086である。
【0057】
図２１に、４つの抵抗、４つのコンデンサ、１つのブリッジ整流器、ヒューズ、ビジター、トランジスタおよびIC（SR086）自体で構成される典型的なアプリケーション回路を示す。これをDoBに適用すると、ブリッジ整流器とヒューズはすでにDoB回路図の一部として含まれているため、無視することができる。R1に82Kの値を使用すると、Voutの値が9.2Vに設定される。VoutはSR086で内部的に使用され、出力電流が60mAの3V3リニアレギュレータに電力を供給する。これは、DoB回路に電力を供給するのに十分なヘッドルームを提供する。図21に関する詳細は、以下のWebサイトから入手できる。
http：//ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005544A.pdf
http：//ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005544A.pdf
【0058】
サイズに関して、この回路の最大の構成部品は、レギュレーター自体（5mm ×6.2mm）、トランジスタ（11.5mm×6.7mm）、および直径10mmの470uFコンデンサである。一般的なアプリケーションの他の構成部品は、アプリケーションにとって適切な電力定格を有するように慎重に選択する必要があるが、これら3つの主要部品よりも物理的に小さくなる。470uFについても、削減し得る。この値は、Voutで100mAの負荷に対応するために選択されたものだが、実際にはDoBは25mAの最大負荷を表す。
【0059】
図２２は、この方法に対応するために必要な基板サイズ（25 mmの正方形）の概算を示す。すなわち、これらの構成部品は、625mm2（1平方インチ未満）の基板サイズに適合する。このサイズの基板の使用可能な表面積は、構成部品の取り付けに基板の両側を使用できるため、実際には1250 mm2になる。
【0060】
この方法をサポートするために必要な基板のサイズは、同様の変圧器ベースの回路よりもはるかに小さい。さらに、構成部品の数は同じであるが、各構成部品の物理的なサイズにより、レイアウト段階での基板の設計方法の柔軟性がさらに向上する。
【0061】
汎用調光インターフェース
汎用調光インターフェースには、調光、通信、および電源要素が含まれる。各調光器／通信の組み合わせには、1つの電源からの電力供給が必要である。図２３は、汎用調光インターフェースの構成要素（DoB、電源（例：20-25 mA）及び負荷（例：40V））と、通信基板／電子機器と、を示す。電子機器を駆動する電源は、電子機器から独立している。この例では、DoBは負荷で、ブリッジ整流器によって制限された128Wに設定されている。
汎用調光インターフェースには、調光、通信、および電源要素が含まれる。各調光器／通信の組み合わせには、1つの電源からの電力供給が必要である。図２３は、汎用調光インターフェースの構成要素（DoB、電源（例：20-25 mA）及び負荷（例：40V））と、通信基板／電子機器と、を示す。電子機器を駆動する電源は、電子機器から独立している。この例では、DoBは負荷で、ブリッジ整流器によって制限された128Wに設定されている。
【0062】
DoBの設計は、上記で説明されている。DoBの寸法（ただし、電球ソケット（すなわちE27）に適合する実施形態に関連する）は、ここでは本質的ではなく、これらは変化する場合があることを理解されたい。
【0063】
Bluetoothの使用に基づく通信基板の設計と、試行されたDoBと組み合わせて使用するための設計は、上記で説明されている。上記の基板の寸法が適用される。ただし、アンテナの適合性は、特定の設計において考慮する必要がある。
【0064】
追加の通信オプションと、設計とのそれらの適合性と、が検討されている。
１）無線ネットワークオプション
□Bluetoothメッシュ－試用したBluetoothモジュールは、メッシュ対応可能である。
□代替または追加のメッシュネットワーク用の空間を通信基板に設けることができる。
２）有線通信オプション
□DALI、DMXの統合の要件が検討されている。
□これらのオプションでは、DoBに供給される電力が必要となる。外部電源オプションが検討および推奨されており、これらを使用することにより、この機能を促進できる。
□MCUは、DALIスタックと、DALIおよびDMX制御に必要なソフトウェアを追加するオプションと、に対応できるように選択されている。
１）無線ネットワークオプション
□Bluetoothメッシュ－試用したBluetoothモジュールは、メッシュ対応可能である。
□代替または追加のメッシュネットワーク用の空間を通信基板に設けることができる。
２）有線通信オプション
□DALI、DMXの統合の要件が検討されている。
□これらのオプションでは、DoBに供給される電力が必要となる。外部電源オプションが検討および推奨されており、これらを使用することにより、この機能を促進できる。
□MCUは、DALIスタックと、DALIおよびDMX制御に必要なソフトウェアを追加するオプションと、に対応できるように選択されている。
【0065】
通信オプションの組み合わせは、一般性を提供するために想定される。たとえば、有線DALI接続方法をBluetooth無線方法と組み合わせることができる。それぞれが同じ調光基板を使用できる。
【0066】
電源は、好ましくは、４．２Ｖの電圧および２０～２５ｍＡｈの電流を提供する。独立型オプション（stand-alone option）の場合、つまりDoB電子機器がセルフパワー式の場合、コンスタントな充電式電源（constant rechargeable source）から電力を供給する手段が必要である。これには、基本的に、電荷を蓄えるためのコンデンサが必要であり、デモンストレータには充電式バッテリーが使用されている。この例のバッテリーの静電容量は75mAhであるため、充電回路と並列に3時間のヘッドルームが提供され、一定の充電でDoBおよび通信電子機器に電力が供給される。これは、バッテリーの寿命にわたってバッテリーに一定の電力を供給するのに十分であり、それによって、通常の寿命の間、電球に電力を供給することができる。この一定の充電を提供するために、いくつかの方法が研究されており、その一つは、上記のような太陽源を使用することである。発明者らは、64Wの負荷（8つの電球が取り付けられている）が、128Wの推定処理能力（a projected capability of 128W）で、完全に暗くおよび明るくされ得ることを発見した。
【0067】
図２４は、DoB測定の例を示す。基板の両面の使用可能な表面積は約680.2mm2である。基板が密集している場合、これは、DoBを構成する部品を収容するために必要な最小表面積であると見なすことができる。すなわち、同等の表面積を備える基板に、構成部品を配置することができる。
【0068】
DoBプロトタイプは、ランプ内に適合するように設計されている。ハウジングのサイズは、26mmの外径を有してもよい。この例では、DoBはホルダーの内側に収まるように設計される。内側の寸法は26mmだが、ハウジングによっては25mmであってもよい。理論的には、直径22mmのDoBが適合する。
【0069】
しかしながら、一般に、基板の形状および寸法は変化する可能性があり、さらに、基板は空間内で積み重ねることができる。したがって、部品を取り付けるために必要な基板領域または面積の有限の極限を考慮することが賢明である。EMC、アンテナ、rf、および安全性の考慮事項も、考慮する必要がある。各実装は、カスタマイズ可能である。開始点として、DoB電子機器に必要な基本的な面積の最低値は、E27電球用に設計された680.2mm2に設定されている。これにより、ハウジングをさまざまなランプに適合させることができる。
【0070】
代替の発光ランプの実施形態（トラックライト、フラッドライト、ダウンライト）
一例では、発光ランプは、トラックライト、すなわち、トラック上に取り付けられて可変の位置決めを可能にするランプである。図２５Ａおよび２５Ｂは、それぞれ、トラックライトの正面図および側面図を示す。円形通信基板７０および円形調光基板９０（例えば、ＰＷＭ調光器）は、円形バッテリー８０の両側に配置されて、「サンドイッチ」タイプの配置となる。
一例では、発光ランプは、トラックライト、すなわち、トラック上に取り付けられて可変の位置決めを可能にするランプである。図２５Ａおよび２５Ｂは、それぞれ、トラックライトの正面図および側面図を示す。円形通信基板７０および円形調光基板９０（例えば、ＰＷＭ調光器）は、円形バッテリー８０の両側に配置されて、「サンドイッチ」タイプの配置となる。
【0071】
別の実施形態では、図２６Ａから２６Ｃを参照すると、サンドイッチ型の配置がパネル上に提供され、パネル上に「積み重ねられている」。この例では、通信基板７０がパネル上に設置され、バッテリー８０がその上に設置され、調光基板が最も上に設置される。この配置は、寸法が250mm×250mm×88mmのハウジングの内側に収容される点で有利である。
【0072】
代替の実施形態では、通信基板７０、バッテリー８０および調光基板９０は、積み重ねられる代わりに、並べて配置される。図２７Ａ～２７Ｃは、それぞれ、並んで配置された通信基板７０とバッテリー８０と調光基板９０とを含む正方形パネルの、上面図、側面図および底面図を示す。パネルの形状は、発光ランプに応じて異なり得ることが理解されよう。図３０Ａおよび３０Ｂはそれぞれ、並列配置を含む円形パネルを備えた発光ランプの、正面図および側面図を示す。
【0073】
一例では、発光ランプはフラッドライトである。図２８は、通信基板７０、バッテリー８０および調光基板９０の並列配置を含む、フラッドライトの図を示す。任意で、並列配置は、フラッドライトの内側のパネル内に提供される。
【0074】
一例では、発光ランプはダウンライトである。図２９Ａおよび２９Ｂはそれぞれ、通信基板７０、バッテリー８０および調光基板９０の並列配置を含むダウンライトの側面図および正面図を示す。任意で、並列配置は、ダウンライトの内側のパネル内に提供される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図26A】
【図26B】
【図26C】
【図27A】
【図27B】
【図27C】
【図28】
【図29A】
【図29B】
【図30A】
【図30B】
