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特表2023-541074負荷のためのドライバ、並びに対応する発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明デバイス及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-09-27
(54)【発明の名称】負荷のためのドライバ、並びに対応する発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明デバイス及び方法
(51)【国際特許分類】
H05B 45/38 20200101AFI20230920BHJP
【ＦＩ】
H05B45/38
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023521440
(86)(22)【出願日】2021-09-30
(85)【翻訳文提出日】2023-06-06
(86)【国際出願番号】 EP2021076979
(87)【国際公開番号】W WO2022073848
(87)【国際公開日】2022-04-14
(31)【優先権主張番号】20200812.4
(32)【優先日】2020-10-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＤＡＬＩ
(71)【出願人】
【識別番号】516043960
【氏名又は名称】シグニファイ ホールディング ビー ヴィ
【氏名又は名称原語表記】ＳＩＧＮＩＦＹ ＨＯＬＤＩＮＧ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈ Ｃａｍｐｕｓ ４８，５６５６ ＡＥ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
(74)【代理人】
【識別番号】100163821
【弁理士】
【氏名又は名称】柴田 沙希子
(72)【発明者】
【氏名】ボーケ ウルリッヒ
(72)【発明者】
【氏名】ハットループ クリスチャン
(72)【発明者】
【氏名】デ モル ユージェン ヤコブ
(72)【発明者】
【氏名】ヘンドリックス マシェル アントニウス マルティヌス
【テーマコード（参考）】
3K273
【Ｆターム（参考）】
3K273AA10
3K273BA25
3K273BA26
3K273CA02
3K273EA07
3K273EA25
3K273EA35
3K273FA07
3K273FA14
3K273FA26
3K273FA27
3K273GA02
3K273GA14
3K273GA23
3K273GA27
3K273GA28
(57)【要約】
本発明は、負荷を駆動するためのドライバであって、前記ドライバが、デュアルブーストコンバータを有し、前記デュアルブーストコンバータが、第２出力コンデンサと直列に接続される第１出力コンデンサを含む出力キャパシタンスと、第１インダクタを介して電力入力段に接続される第１スイッチであって、第１ダイオードを介して前記第１出力コンデンサの充電を制御するよう構成される第１スイッチと、前記第１スイッチと直列に接続され、第２インダクタを介して前記電力入力段に接続される第２スイッチであって、第２ダイオードを介して前記第２出力コンデンサの充電を制御するよう構成される第２スイッチとを有し、直列に接続される前記第１出力コンデンサ及び前記第２出力コンデンサのセンタータップが、直列に接続される前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのセンタータップに接続されるドライバを提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
負荷を駆動するためのドライバであって、前記ドライバが、デュアルブーストコンバータを有し、前記デュアルブーストコンバータが、第２出力コンデンサと直列に接続される第１出力コンデンサを含む出力キャパシタンスと、
第１インダクタを介して電力入力段に接続される第１スイッチであって、第１ダイオードを介して前記第１出力コンデンサの充電を制御するよう構成される第１スイッチと、
前記第１インダクタ及び前記第１ダイオードと、
前記第１スイッチと直列に接続され、第２インダクタを介して前記電力入力段に接続される第２スイッチであって、第２ダイオードを介して前記第２出力コンデンサの充電を制御するよう構成される第２スイッチと、
前記第２インダクタ及び前記第２ダイオードとを有し、
直列に接続される前記第１出力コンデンサ及び前記第２出力コンデンサのセンタータップが、直列に接続される前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのセンタータップに接続され、
前記ドライバが、
前記第１出力コンデンサにわたって存在する電圧を、第１負荷に供給するための出力電流に変換するよう構成される第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第２出力コンデンサにわたって存在する電圧を、第２負荷に供給するための出力電流に変換するよう構成される第２ＤＣ／ＤＣコンバータとを更に有するドライバ。
【請求項2】
前記ドライバが、前記第１出力コンデンサにわたる電圧及び前記第２出力コンデンサにわたる電圧が互いに近づくように前記第１出力コンデンサにわたる電圧及び前記第２出力コンデンサにわたる電圧のバランスをとるために前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するよう構成されるコントローラを更に有する請求項１に記載のドライバ。
【請求項3】
前記コントローラが、前記センタータップにおける電圧を所定の電圧レベルに制御するよう構成される請求項２に記載のドライバ。
【請求項4】
前記第１負荷の出力が、前記直列に接続される第１出力コンデンサ及び第２出力コンデンサの前記センタータップに接続される請求項１乃至３のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項5】
前記コントローラが、更に、前記第１負荷を通過する電流量の尺度である第１測定値を受信し、前記第２負荷を通過する電流量の尺度である第２測定値を受信するよう構成され、前記コントローラが、受信した前記第１測定値及び前記第２測定値に基づいて前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するよう構成される、請求項２、又は請求項２に従属する場合の請求項３乃至４のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項6】
前記コントローラが、更に、第１デューティサイクルで前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御し、第２デューティサイクルで前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するよう構成され、前記第１デューティサイクルが、前記第２デューティサイクルより高い又は低い請求項５に記載のドライバ。
【請求項7】
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも一方が、ＧａＮ半導体を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項8】
前記ＧａＮ半導体を有する、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの前記少なくとも一方が、少なくとも１５０ｋＨｚの周波数、好ましくは３００ｋＨｚより高い、最も好ましくは１ＭＨｚより高い周波数で動作させられるよう適合される請求項７に記載のドライバ。
【請求項9】
前記デュアルブーストコンバータが、更に、力率補正を実施するよう構成される請求項１乃至８のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項10】
前記デュアルブーストコンバータが、前記電力入力段の入力電圧を少なくとも６４０Ｖ ＤＣまで昇圧するよう構成される請求項１乃至９のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項11】
光を発するよう構成されるＬＥＤベースの照明デバイスであって、前記ＬＥＤベースの照明デバイスが、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のドライバを有するＬＥＤベースの照明デバイス。
【請求項12】
前記第１負荷及び前記第２負荷が、ＬＥＤベースの負荷である請求項１１に記載のＬＥＤベースの照明デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、広くは、ドライバの分野に関する。具体的には、本発明は、より低い電圧定格の構成要素を使用することを可能にする、改良されたドライバに関する。
【背景技術】
【0002】
負荷、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）又は高輝度放電（ＨＩＤ）光源などの１つ以上の光源を駆動するために、中程度の交流（ＡＣ）主電源電圧（１２０乃至２４０Ｖ）乃至（約４００Ｖまでの）高い交流（ＡＣ）主電源電圧のための設計仕様を備えるドライバが利用可能であり得る。
【0003】
これらのドライバは、一般に、２つの直列接続される電力変換器段、即ち、力率補正（ＰＦＣ）のための第１電力変換器段と、負荷におけるＡＣ又はＤＣ、即ち、ＬＥＤのための直流（ＤＣ）、ＨＩＤのための交流（ＡＣ）を制御するための第２電力変換器段とを含み得る。第1電力変換器段は、一般に、負荷への供給電圧としての役割を果たす、前記第1電力変換器段の入力電圧よりも高いＤＣ出力電圧、例えば、６５０ＶのＤＣ出力電圧を生成するために、ブーストコンバータを含み得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
或る特定の電子部品は、最大定格電圧を有する。例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体は、例えば、６００乃至６５０Ｖの最大定格電圧を有し得る。従って、このような半導体は、６５０ＶのＤＣ電圧で動作する電力変換器段においては利用されない場合がある。特に、或る特定の制約若しくは要望、例えば寿命の延長を満たすための、又は例えば落雷によって引き起こされる一時的な主電源変動の場合における、構成要素の定格低減（de-rating）を考慮に入れる場合に、そうであり得る。
【課題を解決するための手段】
【0005】
ドライバにおいてこのような電子部品を安全に利用することが、本発明者の望みである。とりわけ、関連する構成部品に低減された電圧を供給することによって、従って、最大定格電圧に配慮することによって、ブーストコンバータの出力電圧を、最大定格電圧までに制限されている構成要素にとって安全なものにすることが、本発明者の洞察である。
【0006】
それに応じて、本発明の第１態様によれば、負荷を駆動するためのドライバが提供される。前記ドライバは、デュアルブーストコンバータ（dual-boost converter）を有する。前記デュアルブーストコンバータは、第２出力コンデンサと直列に接続される第１出力コンデンサを含む出力キャパシタンスを有する。前記デュアルブーストコンバータは、第１インダクタを介して電力入力段に接続される第１スイッチであって、第１ダイオードを介して前記第１出力コンデンサの充電を制御するよう構成される第１スイッチも有する。前記デュアルブーストコンバータは、前記第１スイッチと直列に接続される第２スイッチも有する。前記第２スイッチはまた、第２インダクタを介して前記電力入力段に接続され、第２ダイオードを介して前記第２出力コンデンサの充電を制御するよう構成される。直列に接続される前記第１出力コンデンサ及び前記第２出力コンデンサのセンタータップは、直列に接続される前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのセンタータップに接続される。
【0007】
２つの直列接続される出力コンデンサと、対応する２つの直列接続されるスイッチとを設けることによって、特定の構成要素に供給される電圧は、単一の出力コンデンサ及び対応するスイッチしか使用されない場合と比べて、低減されることができる。これは、前記ドライバが、それらの特定の構成要素の最大定格電圧に配慮することを可能にする。換言すれば、前記電圧は、大幅に低減され、例えば半減されることができ、従って、このような構成要素の安全な利用を可能にする。
【0008】
前記バス電圧、例えば６００Ｖ ＤＣ又は６５０Ｖ ＡＣは、本開示によるドライバによって低減されない場合がある。しかしながら、前記バス電圧は、前記バス電圧が相対的に低い最大定格電圧を有する単一の構成要素にかからないように、直列に配置される構成要素間で分けられる。
【0009】
本明細書において使用されているように、デュアルブーストコンバータは、２つのブーストコンバータを有する。昇圧コンバータ（step-up converter）としても知られているブーストコンバータは、その入力（供給又は源）電圧よりも大きな出力（負荷）電圧を備えるＤＣ／ＤＣ、ＤＣ－ＤＣコンバータである。
【0010】
本明細書において使用されているように、２つの構成要素のセンタータップは、それらの２つの構成要素の間のポイントであって、それらの２つの構成要素の各々がそのポイントに接続されるようなポイントを定義する任意のノードである。換言すれば、構成要素Ａ及びＢのセンタータップは、構成要素Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの各々がそのセンタータップに接続される場合には、同時に構成要素Ｃ及びＤのセンタータップであり得る。
【0011】
前記第２電力変換器段が前記デュアルブーストコンバータから供給される複数の電力変換器を有する幾つかの実施形態においては、前記第２電力変換器段のそれぞれの電力変換器の電力レベルは、それらの電力変換器の設定値が等しい場合でも、厳密に又は近似的に等しくはない場合があることから、前記ドライバは、前記デュアルブーストコンバータ内の前記第１出力コンデンサ及び前記第２出力コンデンサを不均等に放電するという問題を有する場合がある。この放電は、前記第１出力コンデンサにわたる電圧及び前記第２出力コンデンサにわたる電圧の非対称性をもたらす可能性があり、このことは、それらの電圧のうちの１つ以上が、前記構成要素、例えば、電解コンデンサ又はＧａＮベースの構成要素のうちの１つ以上の最大定格電圧を超えることをもたらす可能性があり、このことは、前記ドライバに損傷を与える可能性がある。
【0012】
それ故、本発明者は、更に、ドライバの寿命を更にもっと改善したいと望んだ。前記ドライバの構成要素の最大定格電圧を超えることを防止するために、前記第１出力コンデンサ及び前記第２出力コンデンサの不均等な放電を防止することが、本発明者らの更なる洞察である。
【0013】
それに応じて、とりわけ好ましい実施形態においては、前記ドライバは、前記第１出力コンデンサにわたる電圧及び前記第２出力コンデンサにわたる電圧が互いに近づくように前記第１出力コンデンサにわたる電圧及び前記第２出力コンデンサにわたる電圧のバランスをとるために前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するよう構成されるコントローラを有する。
【0014】
このやり方においては、前記第１出力コンデンサ及び前記第２出力コンデンサの各々にわたる電圧が所望の動作範囲内にとどまることが確実にされ得る。
【0015】
従って、前記とりわけ好ましい実施形態は、前記第１出力コンデンサにわたる電圧と前記第２出力コンデンサにわたる電圧とが実質的に等しいままであることを確実にし、従って、窒化ガリウム（ＧａＮ）パワー半導体のような低定格（電圧）構成要素が使用され得るように前記第１出力コンデンサ及び前記第２出力コンデンサにわたる各々の別々の電圧が十分に低いままであるように前記デュアルブーストコンバータの総ブースト電圧を分割するというアイデアに基づいている。
【0016】
前記コントローラは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを、これらのスイッチに特定の制御信号を供給することによって制御してもよく、前記制御信号のデューティサイクルは、対応するブーストコンバータの動作特性を決定することに留意されたい。
【0017】
従って、前記コントローラは、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチに供給される前記制御信号の前記デューティサイクルの各々を修正し得る。
【0018】
実施形態においては、前記コントローラは、前記センタータップにおける電圧が所定の電圧レベルに制御されるように前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するよう構成される。
【0019】
本明細書において使用されているように、直列接続される前記第１出力コンデンサ及び前記第２出力コンデンサの前記センタータップが、直列接続される前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの前記センタータップに接続されると仮定すると、両方のセンタータップは、直接接続されるか同じノードであり、従って、同じ電圧である。
【0020】
このやり方においては、前記第１出力コンデンサ及び前記第２出力コンデンサの各々にわたる電圧が予測可能な動作範囲内にとどまることが確実にされ得る。
【0021】
実施形態においては、前記ドライバは、前記第１出力コンデンサにわたって存在する電圧を、第１負荷を駆動するための出力電圧に変換するよう構成される第１ＤＣ／ＤＣコンバータを更に有する。前記ドライバは、前記第２出力コンデンサにわたって存在する電圧を、第２負荷を駆動するための出力電圧に変換するよう構成される第２ＤＣ／ＤＣコンバータも有する。このやり方においては、前記ドライバによって少なくとも２つの負荷が駆動され得る。
【0022】
実施形態においては、前記第１負荷の出力が、前記直列に接続される第１出力コンデンサ及び第２出力コンデンサの前記センタータップに接続される。
【0023】
このやり方においては、前記第１負荷が、前記第１コンデンサから電力を引き出し、前記第２負荷が、前記第２コンデンサから電力を引き出すことが確実にされる。
【0024】
特定の実施形態においては、前記コントローラは、更に、前記第１負荷によって消費される電力量の尺度、例えば、前記第１負荷にわたる電圧である第１測定値を受信し、前記第２負荷によって消費される電力量の尺度、例えば、前記第２負荷にわたる電圧である第２測定値を受信するよう構成され、前記コントローラは、受信した前記第１測定値及び前記第２測定値に基づいて前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するよう構成される。
【0025】
このやり方においては、電圧は、簡単なやり方でバランスが保たれ得る。
【0026】
更に発展した実施形態においては、前記コントローラは、更に、前記第１負荷を通過する電流量の尺度である第１測定値を受信し、前記第２負荷を通過する電流量の尺度である第２測定値を受信するよう構成され、前記コントローラは、受信する前記第１測定値及び前記第２測定値に基づいて前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するよう構成される。好ましくは、上記の、消費される電力量の尺度に加えて、電流量の尺度を使用することは、有利には、例えば、より良い応答速度及び／又はより良いオーバー／アンダーシュートで、制御の質を向上させ得ることに留意されたい。
【0027】
実施形態においては、前記コントローラは、更に、第１デューティサイクルで前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御し、第２デューティサイクルで前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するよう構成され、前記第１デューティサイクルは、前記第２デューティサイクルよりも高いか低いかのいずれかである。前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータの動作周波数は、好ましくは等しいが、それらの開始位相は異なり得る。
【0028】
例においては、前記コントローラは、更に、第１動作周波数で前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御し、第２動作周波数で前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するよう構成され、前記第１動作周波数は、前記第２動作周波数よりも高いか、前記第２動作周波数よりも低いか、前記第２動作周波数と等しいかのいずれかである。
【0029】
このやり方においては、前記ドライバは、インダクタＬ１及びＬ２の必要とされるサイズを最適化し得る。
【0030】
更に考慮される実施形態においては、前記動作周波数は、前記ドライバの主電源周波数に同期され、好ましくは、前記主電源周波数の整数倍である。
【0031】
このやり方においては、前記動作周波数の前記デューティサイクルは、電磁干渉を緩和するために、瞬時主電源振幅に比例させられ得る。
【0032】
実施形態においては、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも一方が、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体を有する。
【0033】
このやり方においては、サイズ及びコストが、従来の材料で作成された半導体を含むドライバと比較して、低減され得る。
【0034】
更に発展した実施形態においては、前記ＧａＮ半導体を有する、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの前記少なくとも一方が、少なくとも１５０ｋＨｚの周波数、好ましくは３００ｋＨｚより高い、最も好ましくは１ＭＨｚより高い周波数で動作可能である。
【0035】
このやり方においては、前記ドライバの電子部品のサイズ要件が、より小さいサイズに低減される可能性があり、このことは、より低いコストにつながる可能性がある。
【0036】
実施形態においては、前記デュアルブーストコンバータは、更に、力率補正を実施するよう構成される。
【0037】
このやり方においては、前記ブーストコンバータの回路が、より効率的に使用され得る。
【0038】
実施形態においては、前記デュアルブーストコンバータは、前記電力入力段の入力電圧を少なくとも６４０Ｖ ＤＣまで昇圧するよう構成される。
【0039】
このやり方においては、高電力負荷が供給され得る。
【0040】
更に、本発明の別の態様によれば、光を発するよう構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明デバイスであって、前記ＬＥＤベースの照明デバイスが、上記のような実施形態のうちのいずれか１つのドライバを有するＬＥＤベースの照明デバイスが提供される。
【0041】
当業者は、前記ドライバに適用される考察及び利点は、前記照明デバイスに準用されることを理解するだろう。
【0042】
実施形態においては、前記第１負荷及び前記第２負荷は、ＬＥＤベースの負荷である。
【0043】
このやり方においては、電力消費及び寿命の点で利便性が向上され得る。
【0044】
更に発展した実施形態においては、前記ＬＥＤベースの負荷は、異種の負荷である。
【0045】
このやり方においては、より多様な負荷が選択され得る。
【0046】
更に、別の態様によれば、上記のような実施形態のいずれかによるドライバであって、少なくとも、上記のようなコントローラを有するドライバを動作させる方法が提供される。前記方法は、前記コントローラによって、前記第１出力コンデンサにわたる電圧及び前記第２出力コンデンサにわたる電圧が互いに近づくように前記第１出力コンデンサにわたる電圧及び前記第２出力コンデンサにわたる電圧のバランスをとるために前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するステップを有する。
【0047】
本開示によれば、前記第１コンデンサにわたる電圧と前記第２コンデンサにわたる電圧とが必ずしも等しくなくてもよいことに留意されたい。本開示によれば、これらのコンデンサにわたる電圧は、所定のヘッドルーム電圧で異なることがある。このような場合には、前記コントローラは、積極的に２つの電圧を等しくしようとはしないことがある。前記コントローラは、前記２つの電圧の間の差が前記所定のヘッドルーム電圧を超えると、動作し始め得る、即ち、前記電圧のバランスをとり始め得る。前記所定のヘッドルーム電圧は、例えば、前記コンデンサの公称定格電圧の２０％であり得る。
【0048】
当業者は、前記ドライバに適用される考察及び利点は、前記照明デバイスに準用されることを理解するだろう。
【図面の簡単な説明】
【0049】
ここで、以下の添付図面を参照して、例示実施形態についてより詳細に説明する。
【図1】幾つかの実施形態によるドライバの電気的スキームを概略的に図示する。
【図2】幾つかの実施形態によるドライバの電気的スキームを概略的に図示する。
【発明を実施するための形態】
【0050】
ＬＥＤ又はＨＩＤなどの負荷を駆動するためのドライバは、単相又は三相のＡＣ主電源電圧、一般的には、３４７Ｖ、４００Ｖ又は４８０ＶのＡＣ主電源電圧用に設定されることがある。これらのドライバのアプリケーションの例は、照明器具におけるもの、とりわけ、園芸アプリケーションにおけるものであり得る。これらのドライバは、一般に、２つの直列接続される電力段を有することができ、第１電力入力段は、多くの場合、力率補正（ＰＦＣ）及び全調波歪み（ＴＨＤ）制御のためのブーストコンバータを含み得る。従って、ブーストコンバータは、最大ＡＣ主電源電圧の振幅よりも高い、例えば６５０Ｖ又は６７８Ｖ ＤＣの制御ＤＣ出力電圧を生成し得る。第２段は、ＨＩＤランプにおけるＡＣ電流又はＬＥＤ照明器具におけるＤＣ電流を制御するよう構成され得る。この第２段は、同じ高ＤＣ電圧定格を有し得る。
【0051】
従って、一般的には６００Ｖ又は６５０Ｖの最大定格電圧を備える新しい高度なパワー窒化ガリウム（ＧａＮ）パワー半導体は、長い製品寿命のために必要な電圧定格低減を考慮すると、６５０Ｖ ＤＣのバス電圧から給電される単一のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて簡単に使用されることはできない。
【0052】
本開示は、このようなドライバの第２段に関する。要するに、６５０Ｖ ＤＣのバス電圧が、デュアルブーストコンバータの出力において２つの直列接続される出力コンデンサを有することによって、２つの３２５Ｖ ＤＣに分けられ得る。更に、デュアルブーストコンバータの各出力コンデンサは、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び負荷に供給し得る。このやり方においては、２つの直列接続されるＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧及び電力ストレスを２で割ることができる。このことは、例えば新しいＧａＮパワー半導体の使用を可能にし得る。ＧａＮパワー半導体を使用することは、小型化目的のためにスイッチング周波数をかなり高めることを可能にすることから、有利である。更に、寄生の低減により、ＧａＮパワー半導体は、スイッチング損失の低減を特徴とする。各ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＬＥＤの１つのグループにおける電力を制御し得る。
【0053】
しかしながら、この構成は、設定値が同一である場合でも、２つのＤＣ／ＤＣコンバータの電力レベルが完全に同じであることはないことから、２つの直列接続される供給電圧コンデンサを不均等に放電するという問題を有することがある。このことは、構成要素（例えば、電解のもの（electrolytics）、ＧａＮパワーデバイス）の最大定格電圧を超え、潜在的にドライバに損傷を与える危険性がある２つの直列接続されるコンデンサの両端の電圧の不均衡（非対称性）につながる可能性がある。
【0054】
上記の問題は、２つの電力制御ループの組み合わせによって解決され得る。第１局所電力制御ループは、各ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷電力を同じ公称値に調整するために、同じ基準制御値を有し得る。これらの負荷は、例えば、ＬＥＤのグループであり得る。
【0055】
第２電力制御ループは、２つの直列接続される供給電圧ＶＤＣ１及びＶＤＣ２が、互いに近づき、同じ又はほぼ同じ電力レベルを持つように、両ＤＣ／ＤＣコンバータ間の電力差を制御し得る。このやり方においては、第２電力制御ループは、例えば、異なる電力消費に対するＬＥＤの場合に生じ得る構成要素の公差又は不均等な温度による、不均等な電力レベルを補償し得る。
【0056】
図１は、幾つかの実施形態によるドライバ１００の電気的スキーム（electrical scheme）を概略的に図示している。ドライバ１００は、負荷（図示せず）を駆動するのに適している。ドライバ１００は、第２出力コンデンサＣ２と直列に接続される第１出力コンデンサＣ１を含む出力キャパシタンスと、第１インダクタＬ１を介して電力入力段（図示せず）に接続される第１スイッチＱ１であって、第１ダイオードＤ１を介して前記第１出力コンデンサＣ１の充電を制御するよう構成される第１スイッチＱ１と、前記第１スイッチＱ１と直列に接続され、第２インダクタＬ２を介して電力入力段に接続される第２スイッチＱ２であって、第２ダイオードＤ２を介して前記第２出力コンデンサＣ２の充電を制御するよう構成される第２スイッチＱ２とを含むデュアルブーストコンバータを有し、直列に接続される前記第１出力コンデンサＣ１及び前記第２出力コンデンサＣ２のセンタータップ１０２は、直列に接続される前記第１スイッチＱ１及び前記第２スイッチＱ２のセンタータップ１０１に接続される。図において見られ得るように、電圧Ｖ１２が、直列に接続される第１出力コンデンサＣ１及び第２出力コンデンサＣ２にわたって存在し、電圧Ｖ１及びＶ２が、それぞれ、第１出力コンデンサＣ１及び第２出力コンデンサＣ２にわたって存在する。
【0057】
この例においては、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２並びに第１出力コンデンサＣ１及び第２出力コンデンサＣ２自体に、より安全な動作という利点が適用されるが、ノード１０２に接続される（図においては示されていない）他の構成要素にも、より安全な動作という同じ利点が適用され得る。
【0058】
図２は、幾つかの実施形態によるドライバ１００の電気的スキームを概略的に図示している。
【0059】
【0060】
更に、図２は、グルーピング（grouping）２０１の下で、主電源電圧ＶＡＣから供給される、電力入力段及び（コンデンサＣ１及びＣ２にわたる出力側２０４を有する）デュアルブーストコンバータも図示している。電圧ＶＡＣは、力率補正をするために、ＥＭＣフィルタ２１０を含む電力入力段に供給され、ダイオードのグループ２０６を含む整流器及びコンデンサＣ５に供給される。この意味において、デュアルブーストコンバータは、力率補正を実施するよう構成される。換言すれば、グルーピング２０１は、ＡＣ主電源電圧ＶＡＣを整流して制御ＤＣ出力電圧ＶＤＣにするＡＣ／ＤＣ力率補正コンバータを有する。力率補正は、ドライバ１００の動作に必須とはみなされないことに留意されたい。
【0061】
デュアルブーストコンバータは、２つ（以上）のブーストコンバータ、即ち、インダクタＬ１、スイッチＱ１、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ１を含む第１ブーストコンバータと、インダクタＬ２、スイッチＱ２、ダイオードＤ２及びコンデンサＣ２を含む第２ブーストコンバータとを有するという意味において、デュアルブーストコンバータである。
【0062】
スイッチＱ１及びＱ２は、ここではｎ型金属酸化膜半導体（ｎＭＯＳ）として図示されているが、任意の適切なタイプのものであり得る。同じことがスイッチＱ３及びＱ４に当てはまる。スイッチＱ１及びＱ２は、既知のブーストコンバータにおける単一スイッチの動作に類似的に、コントローラ、即ち、ＣＴＲＬ１からのゲートパルスで制御され得る。
【0063】
更に、図２はまた、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２、この場合にはバックコンバータと、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０３、この場合にはバックコンバータとを図示している。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２は、第１出力コンデンサＣ１にわたって存在する電圧Ｖ１を、ここではＬＥＤ１と示されている第１負荷に供給するための出力電流に変換するよう構成される。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０３は、第２出力コンデンサＣ２にわたって存在する電圧Ｖ２を、ここではＬＥＤ２と示されている第２負荷に供給するための出力電流に変換するよう構成される。この特定の例においては、第１負荷は、ＬＥＤであり、従って、ＬＥＤ１と示されており、第２負荷も、ＬＥＤであり、従って、ＬＥＤ２と示されている。ＬＥＤ１は、ＬＥＤのグループも含む場合があり、加えて、又はその代わりに、ＬＥＤ２は、ＬＥＤのグループも含む場合があることは理解されるべきである。更に、第１負荷及び第２負荷はまた、必要な変更を加えて、別のタイプのもの、例えば、ＨＩＤランプにしてもよい。
【0064】
バックコンバータの代わりに、共振コンバータ（ＬＬＣ、ＬＣＣ）のような他のＤＣ／ＤＣコンバータが使用されてもよい。
【0065】
ここで図示されているような第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２は、ダイオードＤ３、インダクタＬ３及びコンデンサＣ３、並びにスイッチＱ３を操作する局所電力コントローラ２２１を有する。類似的に、ここで図示されているような第２ＤＣ／ＤＣコンバータ２０３は、ダイオードＤ４、インダクタＬ４及びコンデンサＣ４、並びにスイッチＱ４を操作する局所電力コントローラ２２２を有する。局所電力コントローラ２２１及び２２２は、ＬＥＤ１及びＬＥＤ２における電力（又は電流）レベルを望みどおりに制御するために、例えば、ＤＡＬＩ（Digital Addressable Lighting Interface）又はＳＲ（Sensor-Ready）などのＤｉｉＡ（Digital Illumination Interface Alliance）規格による照明制御から、公称電力レベル２３０を供給され得る。このやり方においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ毎の電力が設定値に制御され得る。
【0066】
それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ内のこれらの構成要素の配置の詳細は当業者に委ねられるが、この例においては、ＤＣ／ＤＣコンバータは、対応するＬＥＤ負荷と協働するために使用されていることに留意されたい。
【0067】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０３は、同じ値又はほぼ同じ値、例えば９５％以内の値の入力コンデンサＣ１及びＣ２を有し得る。この場合には、両コンデンサの等しいインピーダンスは、ＰＦＣコンバータのフロントエンドの出力電圧を、２つの等しいＤＣ電圧に分ける。２つのＤＣ／ＤＣコンバータのこれらの入力電圧は、動作の開始時だけ、等しい。その後、これらの２つのコンデンサは、ＰＦＣコンバータのフロントエンドの１つの出力電流によって充電され、各ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電流によって個別に放電される。
【0068】
この例においては、図１の例と同様に、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２並びに第１出力コンデンサＣ１及び第２出力コンデンサＣ２自体に、より安全な動作という利点が適用されるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０３のような、ノード１０２に接続される他の構成要素にも、より安全な動作という同じ利点が適用され得る。
【0069】
図２においては、第１負荷ＬＥＤ１の出力２０７が、直列接続される第１出力コンデンサＣ１及び第２出力コンデンサＣ２のセンタータップ１０２に接続されることも、更に発展した実施形態に従って図示されている。
【0070】
ここで図示されているような、幾つかの実施形態においては、第２コントローラＣＴＲＬ２が、この例においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０３の２つの供給電圧が、互いに近づく又は理想的には同じであるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２、２０３のΔＰを加算又は減算することにより設定値をわずかに操作することによって、ＶＤＣ２＝ＶＤＣ／２を制御するために存在する。
【0071】
特定の実施形態においては、コントローラは、第１出力コンデンサにわたる電圧及び第２出力コンデンサにわたる電圧が所定の電圧比に互いに近づくように第１出力コンデンサにわたる電圧及び第２出力コンデンサにわたる電圧のバランスをとるために前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するよう構成されてもよい。前記所定の電圧比は、前記電圧のうちの少なくとも１つを前記電圧の合計で割ったものとして表され得る。換言すれば、それぞれの電圧Ｖ１及びＶ２は、それぞれ５０％-５０％とは異なる電圧比、例えばそれぞれ６０％-４０％の電圧比（又はその逆）にバランスをとられ得る。この場合には、コントローラは、例えば、電圧Ｖ１を電圧Ｖ１２の６０％に、電圧Ｖ２を電圧Ｖ１２の４０％に（又はその逆に）バランスをとることができ、このことは、依然として、幾つかの構成要素の安全な利用を可能にし得る。４０％乃至６０％の範囲内の任意の他の電圧比の値も使用され得る。
【0072】
実際の実施形態においては、本開示の洞察の存在は、非対称の負荷を適用し、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２の間の電圧ＶＤＣ２を測定することによって、テストされることができる。
【0073】
特定の実施形態においては、２つ以上の管状ＬＥＤ（ＴＬＥＤ）が主電源に直列に接続される場合、フィードバックの代わりにフィードフォワードが、ＴＬＥＤのために有利に使用され得る。
【0074】
実施形態においては、ドライバの主電源は、三相であり、三相整流器ブリッジを介して接続される。
【0075】
このやり方においては、変換器の出力電力は、通常、単相変換器の限界である３０００Ｗを超えて上げられ得る。
【0076】
実施形態においては、ドライバは、第１コンデンサ及び第２コンデンサに直列に接続される少なくとも１つの追加コンデンサを有する。ドライバは、第１電力変換器及び第２電力変換器に直列に接続され、各個別の追加コンデンサに並列に接続される少なくとも１つのそれぞれの追加電力変換器も有する。
【0077】
このやり方においては、更により多くの負荷が供給され得る。特定の実施形態においては、３つの（グループの）負荷のために、有利には、別々の（グループの）色、例えば、赤色、緑色及び青色の（グループの）光源を駆動するために、３つのコンデンサ及び３つのそれぞれの電力変換器が提供され得る。
【図1】
【図2】
【手続補正書】
【提出日】2023-06-06
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１負荷及び第２負荷を駆動するためのドライバであって、前記ドライバが、デュアルブーストコンバータを有し、前記デュアルブーストコンバータが、第２出力コンデンサと直列に接続される第１出力コンデンサを含む出力キャパシタンスと、
第１インダクタを介して電力入力段に接続される第１スイッチであって、第１ダイオードを介して前記第１出力コンデンサの充電を制御するよう構成される第１スイッチと、
前記第１インダクタ及び前記第１ダイオードと、
前記第１スイッチと直列に接続され、第２インダクタを介して前記電力入力段に接続される第２スイッチであって、第２ダイオードを介して前記第２出力コンデンサの充電を制御するよう構成される第２スイッチと、
前記第２インダクタ及び前記第２ダイオードとを有し、
直列に接続される前記第１出力コンデンサ及び前記第２出力コンデンサのセンタータップが、直列に接続される前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのセンタータップに接続され、
前記ドライバが、
前記第１出力コンデンサにわたって存在する電圧を、前記第１負荷に供給するための第１出力電流に変換するよう構成される第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記第２出力コンデンサにわたって存在する電圧を、前記第２負荷に供給するための第２出力電流に変換するよう構成される第２ＤＣ／ＤＣコンバータとを更に有するドライバ。
【請求項2】
前記ドライバが、前記第１出力コンデンサにわたる電圧及び前記第２出力コンデンサにわたる電圧が互いに近づくように前記第１出力コンデンサにわたる電圧及び前記第２出力コンデンサにわたる電圧のバランスをとるために前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するよう構成されるコントローラを更に有する請求項１に記載のドライバ。
【請求項3】
前記コントローラが、前記センタータップにおける電圧を所定の電圧レベルに制御するよう構成される請求項２に記載のドライバ。
【請求項4】
前記第１負荷の出力が、前記直列に接続される第１出力コンデンサ及び第２出力コンデンサの前記センタータップに接続される請求項１乃至３のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項5】
前記コントローラが、更に、前記第１負荷を通過する電流量の尺度である第１測定値を受信し、前記第２負荷を通過する電流量の尺度である第２測定値を受信するよう構成され、前記コントローラが、受信した前記第１測定値及び前記第２測定値に基づいて前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御するよう構成される、請求項２若しくは３、又は請求項２に従属する場合の請求項４に記載のドライバ。
【請求項6】
前記コントローラが、更に、第１デューティサイクルで前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを制御し、第２デューティサイクルで前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するよう構成され、前記第１デューティサイクルが、前記第２デューティサイクルより高い又は低い請求項５に記載のドライバ。
【請求項7】
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの少なくとも一方が、ＧａＮ半導体を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項8】
前記ＧａＮ半導体を有する、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの前記少なくとも一方が、少なくとも１５０ｋＨｚの周波数で動作させられるよう適合される請求項７に記載のドライバ。
【請求項9】
前記デュアルブーストコンバータが、更に、力率補正を実施するよう構成される請求項１乃至８のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項10】
前記デュアルブーストコンバータが、前記電力入力段の入力電圧を少なくとも６４０Ｖ ＤＣまで昇圧するよう構成される請求項１乃至９のいずれか一項に記載のドライバ。
【請求項11】
光を発するよう構成されるＬＥＤベースの照明デバイスであって、前記ＬＥＤベースの照明デバイスが、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のドライバを有するＬＥＤベースの照明デバイス。
【請求項12】
前記第１負荷及び前記第２負荷が、ＬＥＤベースの負荷である請求項１１に記載のＬＥＤベースの照明デバイス。
【国際調査報告】