JP2007504674A

JP2007504674A - Ｌｅｄの温度依存性電力供給システム及び方法

Info

Publication number: JP2007504674A
Application number: JP2006525974A
Authority: JP
Inventors: トリパティ，アジャイ; クラオベルク，ベルント
Original assignee: コニンクリユケフィリップスエレクトロニクスエヌ．ブイ．
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2007-03-01
Also published as: US20070013322A1; EP1665893B1; CN1846459A; EP1665893A1; WO2005025274A1; CN100539780C; US7635957B2

Abstract

ＬＥＤに基づく照明システム（２０）は、ＬＥＤ負荷（１０）の動作温度を表す温度検知信号（ＴＳＳ）を発生させるＬＥＤ負荷温度センサ（４０）、ＬＥＤ負荷（１０）を通るＬＥＤ電流（Ｉ_ＬＥＤ）のフローを表す電流検知信号（ＣＳＳ）を発生させるＬＥＤ電流センサ（５０）、及び電流検知信号（ＣＳＳ）と温度検知信号（ＴＳＳ）との混合の関数として、ＬＥＤ負荷（１０）を通るＬＥＤ電流（Ｉ_ＬＥＤ）のフローを調節するＬＥＤ駆動部（３０）を用いる。システム（２０）は、更に、システム（２０）の故障状態の検出時にＬＥＤ駆動部（３０）を無効にするために、駆動無効通知部（８０）及びＬＥＤ駆動無効部（９０）、又は、代替的に、ヒューズ回路（１００）を用いる。

Description

概して、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源に関する。本発明は、特に、照明装置（例えば、信号機。）に用いられるＬＥＤ光源用の電力供給システムに関する。

最も従来型の信号機システムは、光源として白熱電球を用いる。一般的に、電力無効通知システムは、電球の故障を検出するために利用される。残念ながら、白熱電球システムのエネルギー消費及びメンテナンスは、受け入れがたいほど高い。結果として、ＬＥＤが、交通信号用光源として、急速に白熱電球に取って代わりつつある。一般的に、ＬＥＤは、同じ光出力を供給する場合に、白熱電球により消費される電力の１０％を消費する（例えば、１５ワット対１５０ワット。）。更に、ＬＥＤは、白熱電球に比べてより長い使用寿命を有し、結果としてメンテナンスの回数が減る。

交通信号用光源としてのＬＥＤの使用は、ＬＥＤ電源の発展をもたらしてきた。ＬＥＤ電源は、交流（ＡＣ）電圧入力（例えば、１２０ＶＡＣ）を直流（ＤＣ）電圧入力へ変換する。本発明は、電力をＬＥＤ信号機システムへ供給する技術を発展させる。

本発明の１つの形態は、ＬＥＤ駆動モジュールと、温度依存性電流制御モジュールとを有するＬＥＤ温度依存性電力供給システムである。ＬＥＤ駆動モジュールは、温度依存性フィードバック信号の関数としてのＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローを調節する。温度依存性電流制御モジュールは、ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフロー及びＬＥＤ負荷の動作温度の関数として温度依存性フィードバック信号を発生させる。温度依存性電流制御モジュールは、温度依存性フィードバック信号をＬＥＤ駆動モジュールへ伝えるよう、電力供給部と電気通信を行う。

なお、用語「電気通信」は、本明細書中で、電気接続、電気結合、又は１つの装置（例えば、温度依存性電流制御モジュール。）の出力を他の装置（例えば、ＬＥＤ駆動モジュール。）の入力部へ電気的に加えるための如何なる他の技術としても定義される。

本発明の第２の形態は、ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローを表す電流検知信号の発生と、ＬＥＤ負荷の動作温度を表す温度検知信号の発生と、電流検知信号と温度検知信号との混合の関数としてのＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローの調節と、を有するＬＥＤ温度依存性電力供給方法である。

なお、用語「混合」は、本明細書中で、夫々の入力信号（例えば、電流検知信号及び温度検知信号）と数学的関係を有する出力信号（例えば、温度依存性フィードバック信号。）の発生として定義されている。

上述した形態並びに本発明の他の形態、特性及び利点は、添付の図面と共に読まれる現在のところ好ましい実施例の以下の詳細な記述から、更に明らかとなる。詳細な記述及び図面は、本発明を説明しているに過ぎず、限定するものではない。本発明の適用範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれと等価なものによって定義される。

図１中に表されたＬＥＤに基づく照明システム２０（例えば、信号機。）は、オン状態入力電圧Ｖ_ＯＮ又はオフ状態入力電圧Ｖ_ＯＦＦのどちらかの形式である入力電圧に応じて、１つ又はそれ以上のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷（ＬＬ）を通るＬＥＤ電流（Ｉ_ＬＥＤ）のフローを制御する。この目的のために、システム２０は、ＬＥＤ駆動部（ＬＤ）３０と、ＬＥＤ負荷温度センサ（ＬＬＴＳ）４０と、ＬＥＤ電流センサ（ＬＣＳ）５０と、温度依存性電流制御部（ＴＤＣＣ）６０と、故障検出器（ＦＤ）７０と、駆動無効通知部（ＤＤＮ）８０と、ＬＥＤ駆動無効部（ＬＤＤ）９０とを用いる。

ＬＥＤ駆動部３０は、ＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤをＬＥＤ負荷１０へ印加し、ＬＥＤ負荷１０の動作温度の関数としてＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを調節するよう構造上構成された電子モジュールである。ＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローは、電流制御部６０によってＬＥＤ駆動部３０へ伝達される温度依存性フィードバック信号ＴＤＦＳによって表されている。ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのアンペアレベルは、オン状態入力電圧Ｖ_ＯＮがＬＥＤ駆動部３０へ印加される場合にはいつも、ＬＥＤ負荷１０を発光させるための最小順方向電流閾値を超える。ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのアンペアレベルは、オフ状態入力電圧Ｖ_ＯＦＦがＬＥＤ駆動部３０へ印加される場合にはいつも、ＬＥＤ負荷１０を発光させるための最小順方向電流閾値よりも小さい。

ＬＥＤ駆動部３０がＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを調節する方法は限定されない。１つの実施例では、ＬＥＤ駆動部３０は、ＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローの調節においてパルス幅変調技法を実施する。この場合、パルス幅変調技法の実施は、温度依存性フィードバック信号ＴＤＦＳに基づく。

ＬＥＤ駆動部３０は、また、ＬＥＤ負荷１０が短絡回路として動作している場合にはいつも、短絡状態故障信号ＳＣＦＳを発生させるよう構造上構成される。ＬＥＤ駆動部３０は、ＬＥＤ駆動部３０による短絡状態故障信号ＳＣＦＳの発生時に短絡状態故障信号ＳＣＦＳを故障検出器７０へ伝達するよう、故障検出器７０と電気通信を行う。１つの実施例では、短絡回路として動作するＬＥＤ負荷１０の動作は、ＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤの電圧レベルが、ＬＥＤ駆動部３０へのオン状態入力電圧Ｖ_ＯＮの印加の間にＬＥＤ負荷１０を発光させるには不十分であるところの低ＬＥＤ電圧状態を有する。

ＬＥＤ駆動部３０が短絡状態故障信号ＳＣＦＳを発生させる方法は限定されない。１つの実施例では、ＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤは、故障検出器７０へ伝達され、それによって、短絡状態故障閾値を下回るＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤが、短絡状態故障信号ＳＣＦＳの発生の構成要素となる。

センサ４０は、ＬＥＤ負荷１０の動作温度を検知し、センサ４０により検知されたＬＥＤ負荷１０の動作温度を表す温度検知信号ＴＳＳを発生させるよう構造上構成された電子モジュールである。センサ４０は、ＬＥＤ負荷１０と熱伝達を行い、それによって、ＬＥＤ負荷１０の動作温度を検知し、また、温度検知信号ＴＳＳを電流制御部６０へ伝えるよう電流制御部６０と電気通信を行う。なお、用語「熱伝達」は、本明細書中で、温度結合、空間的配置、又は１つの装置（例えば、ＬＥＤ負荷１０。）から他の装置（例えば、センサ４０）への熱エネルギーの移動を容易にするための如何なる他の技術としても定義されている。

センサ４０がＬＥＤ負荷１０の動作温度を検知し、温度検知信号を発生させる方法は限定されない。１つの実施例では、センサ４０は、ＬＥＤ負荷１０を支持するＬＥＤ基板上に作られた正又は負の温度係数抵抗器を有するインピーダンス回路を使用し、それによって、温度係数抵抗器は、ＬＥＤ負荷１０と熱伝達を行う。

センサ５０は、ＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを検知し、センサ５０によって検知されたＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを表す電流検知信号ＣＳＳを発生させるよう構造上構成された電子モジュールである。センサ５０は、電流検知信号ＣＳＳを電流制御部６０へ伝えるよう電流制御部６０と電気通信を行う。

センサ５０がＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを検知し、電流検知信号ＣＳＳを発生させる方法は限定されない。１つの実施例では、センサ５０は、図１に表されているようにＬＥＤ負荷１０から検知電流Ｉ_ＳＳを取るようにＬＥＤ負荷１０と電気通信を行い、それによって、センサ５０は、検知電流Ｉ_ＳＳに基づいて電流検知信号ＣＳＳを発生させる。

電流制御部６０は、温度検知信号ＴＳＳによって表されるＬＥＤ負荷１０の動作温度及び電流検知信号ＣＳＳによって表されるＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローの関数として温度依存性フィードバック信号ＴＤＦＳを発生させるよう構造上構成された電子モジュールである。電流制御部６０は、ＬＥＤ駆動部３０と電気通信を行い、それによって、ＬＥＤ駆動部３０は、上述したように、ＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを調節する。

電流制御部６０が温度依存性フィードバック信号ＴＤＦＳを発生させる方法は限定されない。１つの実施例では、電流制御部６０は、温度依存性フィードバック信号ＴＤＦＳを得るよう、温度検知信号ＴＳＳと電流検知信号ＣＳＳとを混合する。

電流制御部６０は、また、電流検知信号ＣＳＳが、ＬＥＤ負荷１０が開回路として動作していることを表す場合にはいつも、開状態故障信号ＯＣＦＳを発生させるよう構造上構成されている。電流制御部６０は、電流制御部６０により開状態故障信号ＯＣＦＳの発生時に開状態故障信号ＯＣＦＳを故障検出器７０へ伝えるよう故障検出器７０と電気通信を行う。

電流制御部６０が開状態故障信号ＯＣＦＳを発生させる方法は限定されない。１つの実施例では、電流制御部６０は、電流検知信号ＣＳＳが開状態故障閾値を下回ることに応じて、開状態故障信号ＯＣＦＳを発生させる。

故障検出器７０は、ＬＥＤ駆動部３０による短絡状態故障信号ＳＣＦＳの発生又は電流制御部６０による開状態故障信号ＯＣＦＳの発生の表示としての故障検出信号ＦＤＳを発生させるよう構造上構成された電子モジュールである。故障検出器７０は、故障検出器７０による故障検出信号ＦＤＳの発生時に故障検出信号ＦＤＳを駆動無効通知部８０へ伝えるよう、駆動無効通知部８０と電気通信を行う。

故障検出器７０が故障検出信号ＦＤＳを発生させる方法は限定されない。１つの実施例では、故障検出器７０は、短絡回路状態信号ＳＣＦＳ又は開回路状態信号ＯＣＦＳのいずれか一方が夫々ＬＥＤ駆動部３０又は電流制御部６０によって故障検出器７０へ伝達されることに応じて第１の状態（例えば、開スイッチ状態。）から第２の状態（例えば、閉スイッチ状態。）へ遷移する１つ又はそれ以上の電子スイッチを使用する。

駆動無効通知部８０は、故障検出器７０による故障検出信号ＦＤＳの発生に応じてＬＥＤ駆動部３０から故障検出電流Ｉ_ＦＤを引き込み、故障検出電流Ｉ_ＦＤのアンペア数が故障検出閾値を超えると、無効通知信号ＤＮＳを発生させるよう構造上構成された電子モジュールである。駆動無効通知部８０は、駆動無効通知部８０による無効通知信号ＤＮＳの発生時に無効通知信号ＤＮＳをＬＥＤ駆動無効部９０へ伝えるよう、ＬＥＤ駆動無効部９０と電気通信を行う。

駆動無効通知部８０が無効通知信号ＤＮＳを発生させる方法は限定されない。１つの実施例では、駆動無効通知部８０は、故障検出信号ＦＤＳが故障検出器７０によって駆動無効通知部８０へ伝達されることに応じて、ＬＥＤ駆動部３０から故障検出電流Ｉ_ＦＤを取るよう、第１の状態（例えば、開スイッチ状態。）から第２の状態（例えば、閉スイッチ状態。）へ遷移する１つ又はそれ以上の電子スイッチを使用する。この実施例は、更に、ヒューズ部品（例えば、ヒュージスタ。）を用い、それによって、故障検出電流Ｉ_ＦＤは、無効通知信号ＤＮＳを発生させるようヒュージスタを切ることができる。

ＬＥＤ駆動無効部９０は、駆動無効通知部８０による無効通知信号ＤＮＳの発生の表示としてのＬＥＤ駆動無効信号ＬＤＤＳを発生させるよう構造上構成された電子モジュールである。ＬＥＤ駆動無効部９０は、ＬＥＤ駆動無効部９０によるＬＥＤ駆動無効信号ＬＤＤＳの発生時にＬＥＤ駆動無効信号ＬＤＤＳをＬＥＤ駆動部３０へ伝えるよう、ＬＥＤ駆動部３０と電気通信を行う。

ＬＥＤ駆動無効部９０がＬＥＤ駆動無効信号ＬＤＤＳを発生させる方法は限定されない。１つの実施例では、ＬＥＤ駆動無効部９０は、無効通知信号ＤＮＳが駆動無効通知部８０によってＬＥＤ駆動無効部９０へ伝達されることに応じて、ＬＥＤ駆動無効信号ＬＤＤＳを発生させるよう、第１の状態（例えば、開スイッチ状態。）から第２の状態（例えば、閉スイッチ状態。）へ遷移する１つ又はそれ以上の電子スイッチを使用する。

以下、システム２０のオン状態動作及びオフ状態動作について説明する。

システム２０のオン状態動作は、ＬＥＤ駆動部３０へのオン状態入力電圧Ｖ_ＯＮの印加を有し、それによって、ＬＥＤ駆動部３０は、ＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを調整して、ＬＥＤ負荷１０を発光させる。ＬＥＤ駆動部３０によるこの電流調整は、ＬＥＤ負荷１０の検知された動作温度と、ＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤの検知されたフローとに基づいて、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤの上限と下限との間で変化しうる。ＬＥＤ負荷１０によるこの電流調整は、（１）オフ状態入力電圧Ｖ_ＯＦＦがＬＥＤ駆動部３０へ印加されるとき、（２）ＬＥＤ負荷１０が開回路として動作するとき、又は（３）ＬＥＤ負荷１０が、上述したように、ＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤの電圧レベルが、ＬＥＤ駆動部３０へのオン状態入力電圧Ｖ_ＯＮの印加の間にＬＥＤ負荷１０を発光させるためには不十分であるところの低ＬＥＤ電圧状態を有する短絡回路として動作するとき、まで続けられうる。１つの実施例では、故障状態がオン状態動作中に検出される場合に、故障検出電流Ｉ_ＦＤは、ヒューズ部品が切れて、ＬＥＤ駆動部３０を無効にするまで、駆動無効通知部８０のヒューズ部品を流れる。

システム２０のオフ状態動作は、高インピーダンス回路（図示せず。）（例えば、２０ｋΩ）を介する入力電圧（図示せず。）の印加を有する。従来のコンフリクトモニタ（図示せず。）は、ＬＥＤ駆動部３０の入力端子間の電圧を測定するために使用される。１つの実施例では、駆動無効通知部８０のヒューズ部品がシステム２０の故障状態の表れとしてオン状態動作の間に切れた場合には、ＬＥＤ駆動部３０の入力端子間で測定される電圧は、コンフリクトモニタによる故障状態の検出を促すためのコンフリクトモニタの電圧閾値を超えうる。反対に、駆動無効通知部８０のヒューズ部品がオン状態動作の間に切れなかった場合には、ＬＥＤ駆動部３０の入力端子間で測定される電圧は、コンフリクトモニタがシステム２０の非故障動作状態を検出するところのコンフリクトモニタの電圧閾値よりも低い。

実際には、ＬＥＤ駆動部３０、センサ４０、センサ５０、温度依存性電流制御部６０、故障検出部７０、駆動無効通知部８０及びＬＥＤ駆動無効部９０の構造配置は、システム２０の特定の商業的な実施に依存する。

図２は、ＬＥＤ駆動部３００、センサ４００、センサ５００、温度依存性電流制御部６００、故障検出部７００、駆動無効通知部８００及びＬＥＤ駆動無効部９００を用いるシステム２００として、システム２０（図１）の１つの実施例を表す。

ＬＥＤ駆動部３００は、表されているように、従来の電磁フィルタ（ＥＭＩ）３０１、従来の電力変換器（ＡＤ／ＤＣ）３０２、キャパシタＣ１〜Ｃ５、変圧器の巻線ＰＷ１〜ＰＷ３及びＳＷ１、ダイオードＤ１〜Ｄ３、ツェナーダイオードＺ１、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴの形をした電子スイッチＱ１、ＮＰＮバイポーラトランジスタの形をした電子スイッチＱ２並びに従来の力率補正集積回路（ＰＦＣＩＣ）３０３（例えば、ＳＴマイクロエレクトロニクス株式会社により製造されたモデルＬ．６５６１）の構造配置を用いる。

回路３０３は、ＭＯＳＦＥＴＱ１の動作をスイッチとして制御するよう、ＭＯＳＦＥＴＱ１のゲートへ電気的に接続されたゲート駆動出力ＧＤを有する。リセットコイルＰＷ２は、通常、リセット信号（図示せず。）を回路３０３へ供給するよう、回路３０３のリセット入力ＺＣＤへ電気的に接続されている。トランジスタＱ２のエミッタ端子は、通常、電源信号（図示せず。）を回路３０３へ供給するよう、ダイオードＤ３を介して回路３０３の電源入力Ｖ_ＣＣへ電気的に接続されている。キャパシタＣ５は、温度依存性フィードバック電圧Ｖ_ＴＤＦＳの形での温度依存性フィードバック信号ＴＤＦＳ（図１）のフィードバック入力Ｖ_ＦＢへの印加を促すよう、回路３０３のフィードバック入力Ｖ_ＦＢと補償入力Ｃ＋との間に電気的に接続されている。

センサ４００は、表されているように、抵抗器Ｒ５〜Ｒ９、ツェナーダイオードＺ２及び負の温度係数抵抗器Ｒ_ＮＴＣの構造配置を用いる。抵抗器Ｒ_ＮＴＣとＬＥＤ負荷１００との間の熱伝達は、温度検知電圧Ｖ_ＴＳの形での温度検知信号ＴＳＳ（図１）の発生を促す。１つの実施例では、抵抗器Ｒ_ＮＴＣは、ＬＥＤ負荷１００を支持するＬＥＤ基板上に形成されて、抵抗器Ｒ_ＮＴＣとＬＥＤ負荷１００との間の熱伝達を成立させる。

センサ４００の表されている構造配置は、抵抗器Ｒ_ＮＴＣの抵抗値とＬＥＤ負荷１００を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローとの間の多数のＬＥＤ動作上の関係のうちの１つの選択を可能とする。図３は、抵抗器Ｒ_ＮＴＣの抵抗値とＬＥＤ負荷１００を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローとの間の動作上の関係を表現している一対の例となる曲線を表す。第１の曲線は、上限ＵＬ１及び下限ＬＬ１を有するように示されている。第２の曲線は、上限ＵＬ２及び下限ＬＬ２を有するように示されている。当業者は、ＬＥＤ負荷１００の所要の光出力が抵抗器Ｒ_ＮＴＣの抵抗値とＬＥＤ負荷１００を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローとの間の所望の動作上の関係を決定することを、十分理解しうる。

センサ５００は、通常、電流検知電圧Ｖ_ＣＳの形での電流検知信号ＣＳＳ（図１）の発生を促すよう、検知抵抗器Ｒ１０を用いる。

電流制御部６００は、演算増幅器Ｕ１、演算増幅器Ｕ２、抵抗器Ｒ１１〜Ｒ１４及びダイオードＤ４を用いる。演算増幅器Ｕ１の非反転入力は、センサ４００へ電気的に接続され、それによって、温度検知電圧Ｖ_ＴＳが、演算増幅器Ｕ１の非反転入力へ印加される。演算増幅器Ｕ２の非反転入力は、センサ５００へ電気的に接続され、それによって、電流検知電圧Ｖ_ＣＳが、演算増幅器Ｕ２の非反転入力へ印加される。温度依存性フィードバック電圧Ｖ_ＴＤＦは、演算増幅器Ｕ１によって発生した温度フィードバック電圧Ｖ_ＴＦと、演算増幅器Ｕ２によって発生した電流フィードバック電圧Ｖ_ＣＦとの混合として発生する。

１つの実施例において、回路３０３の内部の基準信号は、２．５ボルトであり、電流制御部６００の表されている構造配置は、温度依存性フィードバック電圧Ｖ_ＴＤＦに２．５ボルトを印加するよう設計されている。設計では、ＬＥＤ負荷１００の動作温度範囲の下端において、演算増幅器Ｕ１は、２．５ボルトに近い温度検知電圧Ｖ_ＴＳを発生させるよう設計され、電流検知電圧Ｖ_ＣＳの発生時に演算増幅器Ｕ２の出力の設計は、例えば、図３で表された下限ＬＬ１及びＬＬ２のような、下側のＬＥＤ電流の限界を達成するよう調整される。動作時に、温度検知電圧Ｖ_ＴＳ及び電流検知電圧Ｖ_ＣＳの発生は、数学的関係［１］に従う：
（Ｖ_ＣＦ−２．５ボルト）／Ｒ１２＝（２．５ボルト−Ｖ_ＴＦ）／Ｒ１１［１］
ここで、温度検知信号Ｖ_ＴＦの最小レベルは、例えば、図３に表された上限ＵＬ１及びＵＬ２のような、上側のＬＥＤ電流の限界を達成する。

故障検出部７００は、表されているように、抵抗器Ｒ１５〜Ｒ２１、キャパシタＣ７〜Ｃ１０、ダイオードＤ６、一対のツェナーダイオードＺ３及びＺ４、ＰＮＰバイポーラトランジスタの形をした電子スイッチＱ３及びＮＰＮバイポーラトランジスタの形をした電子スイッチＱ４を用いる。

抵抗器Ｒ２０は、電流制御部６００と故障検出部７００との間の電気通信を成立させるよう、演算増幅器Ｕ２の出力へ電気的に接続されている。電流検知電圧Ｖ_ＣＳは、ＬＥＤ負荷１００が短絡回路として動作する場合はいつも、開状態故障閾値ＯＣＦＴ（例えば、０ボルト）を下回る。そのようなものとして、電流検知電圧Ｖ_ＣＦは、電流検知電圧Ｖ_ＣＦが開状態故障閾値を下回る場合はいつも、開状態故障信号ＯＣＦＳ（図１）を構成する。

ツェナーダイオードＺ３は、ＬＥＤ駆動部３００と故障検出部７００との間の電気通信を成立させるよう、ダイオードＤ５及びキャパシタＣ６を介してＬＥＤ駆動部３００の出力へ電気的に接続されている。ＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤは、例えば、ＬＥＤ負荷が短絡回路として動作している場合のように、ＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤが短絡状態故障閾値ＳＣＦＴ（例えば、４ボルト）を下回る場合はいつも、短絡回路故障信号ＳＣＦＳ（図１）を構成する。

駆動無効通知部８００は、表されているように、ヒュージスタＦ１、抵抗器Ｒ２２及びＲ２３、ツェナーダイオードＺ５、及びＮチャネルＭＯＳＴＦＴの形をした電子スイッチＱ５を用いる。ヒュージスタＦ１は、ＬＥＤ駆動部３００へ電気的に接続されており、それによって、ＬＥＤ駆動部３００と駆動無効通知部８００との間の電気通信を成立させる。ＭＯＳＦＥＴＱ５のゲート端子は、故障検出部７００と駆動無効通知部８００との間の電気通信を成立させるよう、故障検出部７００へ電気的に接続されている。

故障検出電流Ｉ_ＦＤは、ＭＯＳＦＥＴＱ５がオンとなると即座に、ＬＥＤ駆動部３００からヒュージスタＦ１を介して流れる。ヒュージスタＦ１は、故障検出電流Ｉ_ＦＤのフローが特定のアンペアレベルに達すると即座に切れるよう設計されている。無効通知電圧Ｖ_ＤＮの形をした無効通知信号ＤＮＳ（図１）は、ヒュージスタＦ１が切れると発生する。

ＬＥＤ駆動無効部９００は、表されているように、抵抗器Ｒ２４〜Ｒ２６、キャパシタＣ１１、一対のダイオードＤ７及びＤ８、及びＰＮＰバイポーラトランジスタの形をした電子スイッチＱ６の構造配置を用いる。ダイオードＤ７は、ヒュージスタＦ１に電気的に接続されており、それによって、駆動無効通知部８００とＬＥＤ駆動無効部９００との間の電気通信を成立させる。トランジスタＱ６のエミッタ端子及びダイオードＤ８は、トランジスタＱ２のベース端子に電気的に接続されており、ダイオードＤ８は、更に、ＬＥＤ駆動部３００とＬＥＤ駆動無効部９００との間の電気通信を成立させるよう、回路３０３の電源入力Ｖ_ＣＣへ電気的に接続されている。電源無効電圧Ｖ_ＰＤの形をした電源無効信号ＬＤＤＳ（図１）は、駆動無効通知部８００による無効通知電圧ＶＤＮの発生時にトランジスタＱ２のベース端子で発生する。

以下、システム２００のオン状態動作について、図４を参照して説明する。

システム２００のオン状態動作は、ＥＭＩフィルタ３０１へのオン状態入力電圧Ｖ_ＯＮの印加を有し、それによって、ＬＥＤ駆動部３００は、ＬＥＤ負荷１００を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを調整して、ＬＥＤ負荷１００を発光させる。開状態故障閾値電圧Ｖ_ＯＣＦＴよりも大きい電流フィードバック電圧Ｖ_ＣＦは、開回路として動作するＬＥＤ負荷１００がないことを表す。短絡状態故障閾値電圧Ｖ_ＳＣＴＦよりも大きいＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤは、特に短絡回路として、低ＬＥＤ電圧状態で動作するＬＥＤ負荷１００がないことを表す。そのようなものとして、ＭＯＳＦＥＴＱ１及びＱ２はオンとされ、それによって、回路３０３は、ＭＯＳＦＥＴＱ１へ印加されたゲート信号のパルス幅変調の実施を制御する。

開状態故障閾値電圧Ｖ_ＯＣＦＴに等しい電流フィードバック電圧Ｖ_ＣＦは、開回路として動作するＬＥＤ負荷１００の存在を表す。このような場合には、トランジスタＱ３はオンとされ、これにより、トランジスタＱ４はオフとされる。これは、ＭＯＳＦＥＴＱ５が完全にオンとされることを確実にする。結果として、故障検出電流Ｉ_ＦＤは、ヒュージスタＦ１が切れるまで、ヒュージスタＦ１を流れうる。ヒュージスタＦ１が切れると、トランジスタＱ６はオンとされ、それによって、トランジスタＱ２のベース端子及びキャパシタＣ４を、ＬＥＤ駆動部３００が無効にされ、且つ、ＭＯＳＦＥＴＱ１がオフとされるところの低電圧状態とする。

短絡状態故障閾値電圧Ｖ_ＳＣＦＴよりも小さい又はそれに等しいＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤは、特に短絡回路として、低ＬＥＤ電圧状態で動作するＬＥＤ負荷１００の存在を表す。この場合には、トランジスタＱ４は、ＭＯＳＦＥＴＱ５を完全にオンとするよう、オフとなる。結果として、故障検出電流Ｉ_ＦＤは、ヒュージスタＦ１が切れるまで、ヒュージスタＦ１を流れうる。先と同じく、ヒュージスタＦ１が切れると、トランジスタＱ６はオンとされ、それによって、トランジスタＱ２のベース端子及びキャパシタＣ４を、ＬＥＤ駆動部３００が無効にされ、且つ、ＭＯＳＦＥＴＱ１がオフとされるところの低電圧状態とする。

故障状態がオン状態動作中に検出される場合には、ヒュージスタＦ１は切られ、ＬＥＤ駆動部３００は無効とされる。特に、ヒュージスタＦ１は、ＭＯＳＦＥＴＱ５がオンとされたままであって、ヒュージスタＦ１が切れるまで故障検出電流Ｉ_ＦＤが増大することによって切れる。

システム２００のオフ状態動作は、高インピーダンス回路（図示せず。）（例えば、２０ｋΩ）を介する入力電圧（図示せず。）の印加を有する。従来のコンフリクトモニタ（図示せず。）は、ＬＥＤ駆動部３００の入力端子間の電圧を測定するために使用される。ヒュージスタＦ１がシステム２００の故障状態の表れとしてオン状態動作の間に切れた場合には、ＬＥＤ駆動部３００の入力端子間で測定される電圧は、コンフリクトモニタによる故障状態の検出を促すためのコンフリクトモニタの電圧閾値を超えうる。ヒュージスタＦ１がオン状態動作の間に切れなかった場合には、ＬＥＤ駆動部３００の入力端子間で測定されるコンフリクトモニタ電圧は、コンフリクトモニタがシステム２００の非故障動作状態を検出するところのコンフリクトモニタの電圧閾値よりも低い。

図５で表わされるようなＬＥＤに基づく照明システム２１（例えば、信号機）は、オン状態電圧Ｖ_ＯＮ又はオフ状態電圧Ｖ_ＯＦＦのどちらか一方の形式である入力電圧に応じて、ＬＥＤ負荷（ＬＬ）１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを制御する。この目的のために、システム２０は、電源（ＰＳ）３０と、ＬＥＤ負荷温度センサ（ＬＬＴＳ）４０と、ＬＥＤ電流センサ（ＬＣＳ）５０と、温度依存性電流制御部（ＴＤＣＣ）６０と、故障検出部（ＦＤ）７０と、ヒューズ回路（ＦＤ）１００とを用いる。

ＬＥＤ駆動部３０、センサ４０、センサ５０、電流制御部６０及び故障検出部７０は、故障検出部７０が故障検出信号ＦＤＳをＬＥＤ駆動部３０へ伝えるようＬＥＤ駆動部３０と電気通信を行うことを除いて、図１に関連して上述したように動作する。故障検出信号ＦＤＳに応じて、ＬＥＤ駆動部３０は、入力電流Ｉ_ＩＮのアンペアレベルを増大させるよう動作し、それによって、一つ又はそれ以上のヒューズ部品（例えば、ヒュージスタ）を有するよう構造上構成された電子モジュールであるヒューズ回路１００は、ＬＥＤ駆動部３０を無効にするよう切れる。

以下、システム２１のオン状態動作及びオフ状態動作について記述する。

システム２１のオン状態動作は、ヒューズ回路１００を介するＬＥＤ駆動部３０へのオン状態入力電圧Ｖ_ＯＮの印加を有し、それによって、ＬＥＤ駆動部３０は、ＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを調整して、ＬＥＤ負荷１０を発光させる。ＬＥＤ駆動部３０によるこの電流調整は、ＬＥＤ負荷１０の検知された動作温度と、ＬＥＤ負荷１０を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤの検知されたフローとに基づいて、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤの上限と下限との間で変化しうる。ＬＥＤ負荷１０によるこの電流調整は、（１）オフ状態入力電圧Ｖ_ＯＦＦがＬＥＤ駆動部３０へ印加されるとき、（２）ＬＥＤ負荷１０が開回路として動作するとき、又は（３）ＬＥＤ負荷１０が、上述したように、ＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤの電圧レベルが、ＬＥＤ駆動部３０へのオン状態入力電圧Ｖ_ＯＮの印加の間にＬＥＤ負荷１０を発光させるためには不十分であるところの低ＬＥＤ電圧状態を有する短絡回路として動作するとき、まで続けられうる。

システム２１のオフ状態動作は、高インピーダンス回路（図示せず。）（例えば、２０ｋΩ）を介する入力電圧（図示せず。）の印加を有する。従来のコンフリクトモニタ（図示せず。）は、ＬＥＤ駆動部３０の入力端子間の電圧を測定するために使用される。１つの実施例では、ヒューズ回路１００がシステム２１の故障状態の表れとしてオン状態動作の間に切れた場合には、ＬＥＤ駆動部３０の入力端子間で測定される電圧は、コンフリクトモニタによる故障状態の検出を促すためのコンフリクトモニタの電圧閾値を超えうる。反対に、ヒューズ回路１００がオン状態動作の間に切れなかった場合には、ＬＥＤ駆動部３０の入力端子間で測定される電圧は、コンフリクトモニタがシステム２１の非故障動作状態を検出するところのコンフリクトモニタの電圧閾値よりも低い。

代替的には、コンフリクトモニタは、システム２１の如何なる故障状態をも検出するよう、オン状態入力ライン電流Ｉ_ＩＮを測定しうる。その場合において、ヒューズ回路１００がオン状態動作の間に切れる場合には、オン状態入力ライン電流Ｉ_ＩＮは、コンフリクトモニタによる故障状態の検出を促すためのコンフリクトモニタ電流閾値よりも小さくなる。反対に、ヒューズ回路１００がオン状態動作の間に切れない場合には、オン状態入力ライン電流Ｉ_ＩＮは、コンフリクトモニタがシステム２１の非故障動作状態を検出するところのコンフリクトモニタ電流閾値よりも大きくなる。

実際には、ＬＥＤ駆動部３０、センサ４０、センサ５０、温度依存性電流制御部６０、故障検出部７０、及びヒューズ回路１００の構造配置は、システム２１の特定の商業的な実施に依存する。

図６は、ＬＥＤ駆動部３００、センサ４００、センサ５００、温度依存性電流制御部６００、故障検出部７００、及びヒューズ回路１０００を用いるシステム２０１として、システム２１（図５）の１つの実施例を表す。ＬＥＤ駆動部３００、センサ４００、センサ５００、温度依存性電流制御部６００及び故障検出部７００は、図２に関連して上述したように動作する。ヒューズ回路１０００は、入力端子とＥＭＩフィルタ３０１との間に直列に電気的に接続されたヒュージスタＦ２を有する。

以下、システム２０１のオン状態動作について、図７を参照して説明する。

システム２０１のオン状態動作は、ＥＭＩフィルタ３０１へのオン状態入力電圧Ｖ_ＯＮの印加を有し、それによって、ＬＥＤ駆動部３００は、ＬＥＤ負荷１００を通るＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤのフローを調整して、ＬＥＤ負荷１００を発光させる。開状態故障閾値電圧Ｖ_ＯＣＦＴよりも大きい電流フィードバック電圧Ｖ_ＣＦは、開回路として動作するＬＥＤ負荷１００がないことを表す。短絡状態故障閾値電圧Ｖ_ＳＣＴＦよりも大きいＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤは、特に短絡回路として、低ＬＥＤ電圧状態で動作するＬＥＤ負荷１００がないことを表す。そのようなものとして、ＭＯＳＦＥＴＱ１及びＱ２はオンとされ、それによって、回路３０３は、ＭＯＳＦＥＴＱ１へ印加されたゲート信号のパルス幅変調の実施を制御する。

開状態故障閾値電圧Ｖ_ＯＣＦＴに等しい電流フィードバック電圧Ｖ_ＣＦは、開回路として動作するＬＥＤ負荷１００の存在を表す。このような場合には、トランジスタＱ３はオンとされ、これにより、トランジスタＱ４はオフとされる。結果として、故障検出電圧Ｖ_ＦＤは、ＭＯＳＦＥＴＱ１へのゲートへ印加されて、ヒュージスタＦ２を切るに足るアンペアレベルに入力電流Ｉ_ＩＮを引っ張る。

短絡状態故障閾値電圧Ｖ_ＳＣＦＴよりも小さい又はそれに等しいＬＥＤ電圧Ｖ_ＬＥＤは、特に短絡回路として、低ＬＥＤ電圧状態で動作するＬＥＤ負荷１００の存在を表す。このような場合には、トランジスタＱ４は、ＭＯＳＦＥＴＱ１のゲート端子へ故障検出電圧Ｖ_ＦＤを印加するようオフとなり、それによって、ＬＥＤ駆動部３００は、ヒュージスタＦ２を切るに足るアンペアレベルに入力電流Ｉ_ＩＮを引っ張る。

システム２０１のオフ状態動作は、高インピーダンス回路（図示せず。）（例えば、２０ｋΩ）を介する入力電圧（図示せず。）の印加を有する。従来のコンフリクトモニタ（図示せず。）は、ＬＥＤ駆動部３００の入力端子間の電圧を測定するために使用される。ヒュージスタＦ２がシステム２０１の故障状態の表れとしてオン状態動作の間に切れた場合には、ＬＥＤ駆動部３００の入力端子間で測定される電圧は、コンフリクトモニタによる故障状態の検出を促すためのコンフリクトモニタの電圧閾値を超えうる。反対に、ヒュージスタＦ２がオン状態動作の間に切れなかった場合には、ＬＥＤ駆動部３００の入力端子間で測定される電圧は、コンフリクトモニタがシステム２０１の非故障動作状態を検出するところのコンフリクトモニタの電圧閾値よりも低い。

代替的には、コンフリクトモニタは、システム２０１の如何なる故障状態をも検出するよう、オン状態入力ライン電流Ｉ_ＩＮを測定しうる。その場合において、ヒュージスタＦ２がオン状態動作の間に切れる場合には、オン状態入力ライン電流Ｉ_ＩＮは、コンフリクトモニタによる故障状態の検出を促すためのコンフリクトモニタ電流閾値よりも小さくなる。反対に、ヒュージスタＦ２がオン状態動作の間に切れない場合には、オン状態入力ライン電流Ｉ_ＩＮは、コンフリクトモニタがシステム２０１の非故障動作状態を検出するところのコンフリクトモニタ電流閾値よりも大きくなる。

本願で開示される発明の実施例は、現在のところは望ましいと考えられる一方で、様々な変更及び変形が本発明の主旨及び適用範囲を損なわない範囲内で為されることが可能である。本発明の適用範囲は、添付の特許請求の範囲に示されており、等価な手段及び範囲において生じる全ての変更は、その中に包含されている。

本発明の第１の実施例に従うＬＥＤ温度依存性電力供給システムのブロック図を表す。図１に表されたＬＥＤ温度依存性電力供給システムの本発明に従う１つの実施例を表す。図２に表されたＬＥＤ電流及び負の温度係数回路の例となる図式的関係を表す。図２に表された温度依存性電力供給システムによって用いられたトランジスタの様々な動作状態を挙げている表を表す。本発明の第２の実施例に従うＬＥＤ温度依存性電力供給システムのブロック図を表す。図５に表されたＬＥＤ温度依存性電力供給システムの本発明に従う１つの実施例を表す。図５に表された温度依存性電力供給システムによって用いられたトランジスタの様々な動作状態を挙げている表を表す。

Claims

ＬＥＤ負荷に電力を供給するシステムであって：
温度依存性フィードバック信号の関数として、前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローを調節するよう動作可能なＬＥＤ駆動モジュール；及び
前記温度依存性フィードバック信号を前記ＬＥＤ駆動モジュールへ伝えるよう、前記ＬＥＤ駆動モジュールと電気通信を行う電流制御モジュール；
を有し、
該電流制御モジュールは、前記ＬＥＤ負荷の動作温度及び前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローの関数として前記温度依存性フィードバック信号を発生させるよう動作可能である、ことを特徴とするシステム。
前記電流制御モジュールは：
前記ＬＥＤ負荷の第２の動作温度の関数として温度フィードバック電圧を発生させるための手段；
前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流の第２のフローの関数として電流フィードバック電圧を発生させるための手段；及び
前記温度依存性フィードバック信号を生ずるよう前記温度フィードバック電圧と前記電流フィードバック電圧とを混合するための手段；
を有する、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記電流制御モジュールは：
前記ＬＥＤ負荷の動作温度の関数として温度フィードバック電圧を発生させるよう動作可能な演算増幅器を有する、
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記ＬＥＤ負荷の動作温度を検知し、当該ＬＥＤ温度センサモジュールによって検知された前記ＬＥＤ負荷の動作温度を表す温度検知信号を発生させるよう動作可能なＬＥＤ温度センサモジュール、を更に有し、
該ＬＥＤ温度センサモジュールは、前記温度検知信号を前記演算増幅器へ伝えるよう前記電流制御モジュールと電気通信を行い、
前記演算増幅器は、前記ＬＥＤ負荷の動作温度の関数として前記温度フィードバック電圧を発生させる、ことを特徴とする請求項３記載のシステム。
前記温度センサモジュールは：
前記ＬＥＤ負荷と熱伝達を行い、それによって前記ＬＥＤ負荷の動作温度を検知する温度係数抵抗器を有する、
ことを特徴とする請求項４記載のシステム。
前記電流制御モジュールは：
前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローの関数として電流フィードバック電圧を発生させるよう動作可能な演算増幅器を有する、
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローを検知し、当該ＬＥＤ電流センサモジュールによって検知された前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローを表す電流検知信号を発生させるよう動作可能なＬＥＤ電流センサモジュール、を更に有し、
該ＬＥＤ電流センサモジュールは、前記電流検知信号を前記演算増幅器へ伝えるよう前記電流制御モジュールと電気通信を行い、
前記演算増幅器は、前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローの関数として前記電流フィードバック電圧を発生させる、ことを特徴とする請求項６記載のシステム。
開回路として動作する前記ＬＥＤ負荷に応じて、故障検出信号を発生させるよう動作可能な故障検出モジュール；及び
該故障検出モジュールからの前記故障検出信号の伝達を受信するよう、前記故障検出モジュールと電気通信を行う駆動無効通知部；
を更に有し、
該駆動無効通知部は、当該駆動無効通知部による前記故障検出信号の受信に応じて切れるよう動作可能なヒュージスタ（ｆｕｓｉｓｔｏｒ）を有する、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記ヒュージスタの切断に応じて前記ＬＥＤ駆動モジュールを無効にするよう動作可能なＬＥＤ駆動無効モジュールを更に有する、請求項８記載のシステム。
開回路として動作する前記ＬＥＤ負荷の関数として故障検出電圧を発生させるための手段；及び
ヒュージスタと，
前記故障検出電圧の発生に応じて前記ヒュージスタを切るための手段と，
を有する駆動無効通知部；
を更に有する、請求項１記載のシステム。
前記ヒュージスタの切断に応じて前記ＬＥＤ駆動モジュールを無効にするための手段を更に有する、請求項１０記載のシステム。
短絡回路として動作する前記ＬＥＤ負荷に応じて、故障検出信号を発生させるよう動作可能な故障検出モジュール；及び
該故障検出モジュールによる前記故障検出信号の伝達を受信するよう、前記故障検出モジュールと電気通信を行う駆動無効通知部；
を更に有し、
該駆動無効通知部は、当該駆動無効通知部による前記故障検出信号の受信に応じて切れるよう動作可能なヒュージスタ（ｆｕｓｉｓｔｏｒ）を有する、ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記ヒュージスタの切断に応じて前記ＬＥＤ駆動モジュールを無効にするよう動作可能なＬＥＤ駆動無効モジュールを更に有する、請求項１２記載のシステム。
短絡回路として動作する前記ＬＥＤ負荷に応じて故障検出電圧を発生させるための手段；及び
ヒュージスタと，
前記故障検出電圧の発生に応じて前記ヒュージスタを切るための手段と，
を有する駆動無効通知部；
を更に有する、請求項１記載のシステム。
前記ヒュージスタの切断に応じて前記ＬＥＤ駆動モジュールを無効にするための手段を更に有する、ことを特徴とする請求項１４記載のシステム。
前記ＬＥＤ駆動モジュールと電気通信を行うヒュージスタを更に有し、
該ヒュージスタは、開回路として動作する前記ＬＥＤ負荷に応じて切れるよう動作可能であり、
前記ＬＥＤ駆動モジュールは、前記ヒュージスタの切断に応じて無効にされる、
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
前記ＬＥＤ駆動モジュールと電気通信を行うヒュージスタを更に有し、
該ヒュージスタは、短絡回路として動作する前記ＬＥＤ負荷に応じて切れるよう動作可能であり、
前記ＬＥＤ駆動モジュールは、前記ヒュージスタの切断に応じて無効にされる、
ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
電力をＬＥＤ負荷へ供給する方法であって：
前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローを表す電流検知信号を発生させるステップ；
前記ＬＥＤ負荷の動作温度を表す温度検知信号を発生させるステップ；及び
前記電流検知信号と前記温度検知信号との混合の関数として前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローを調節するステップ；
を有する方法。
前記ＬＥＤ負荷の動作状態を監視するステップ；及び
開回路又は短絡回路のうちの１つとして動作する前記ＬＥＤ負荷に応じて前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローを中止するステップ；
を更に有する、請求項１８記載の方法。
開回路又は短絡回路のうちの１つとして動作する前記ＬＥＤ負荷に応じてヒュージスタを切るステップ；及び
前記ヒュージスタが切れたことに応じて前記ＬＥＤ負荷を通るＬＥＤ電流のフローを中止するステップ；
を更に有する、請求項１９記載の方法。