JP2011520231A - Ｌｅｄ駆動ユニット - Google Patents

Abstract

デイジーチェーンの解決策は、全ての種類のＬＥＤ駆動トポロジにおいて利用されることができる。中心的な思想は、関連付けられているＬＥＤストランドを備えるＬＥＤ駆動ユニットのセグメントのチェーンにおける先のセグメント（Ｎ―１）の電流レベル又はパルス幅変調デューティサイクルを測定又は検出し、次のセグメント（Ｎ）を流れる電流を、前記先のセグメントを流れる検出された電流に基づいて制御することにある。例えば、各ＬＥＤ駆動ユニット１０は、同じ調光レベルを前記次のセグメントに複製することができ、このようにして、同じ調光が、調光信号を分配するための別個の配線を必要とすることなく、幾つかのセグメントに対して得られる。

Description

本発明は、少なくとも１つのＬＥＤのストランドに電流を供給するＬＥＤ駆動ユニットであって、制御ブロックと、前記制御ブロックに電力を供給する電力入力端子と、これを介して前記制御ブロックが前記電流を供給する出力端子とを有するＬＥＤ駆動ユニットに関する。

米国特許出願公開第２００３／０２２７２６５Ａ１号は、上述の種類のＬＥＤストランドのための駆動回路であって、所望の公称平均ＬＥＤストランド電流を示している制御信号を前記駆動回路に供給することによって前記ＬＥＤストランドのパルス幅変調調光を可能にするＬＥＤストランドのための駆動回路を開示している。

幾つかのＬＥＤ駆動ユニットを有する大きいＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ駆動ユニットの各々が１つ又は幾つかのＬＥＤストランドに電流を供給し、前記ＬＥＤストランドのうちの幾つかの同時の均一な調光が、しばしば望まれている。

大きいＬＥＤシステムは、複雑になり、多くの接続を含む傾向にある。従って、これらは、しばしば、小さいＬＥＤシステムを制御するために更に複雑になっている。

本発明の目的は、この問題を解決又は少なくとも軽減し、複数のＬＥＤストランドを含むＬＥＤシステムの設計、アセンブリ又は制御を容易にするＬＥＤ駆動ユニットを提供することにある。

前述の又は他の目的に対して、第２の電流を少なくとも１つのＬＥＤの第２のストランドに供給するＬＥＤ駆動ユニットであって、制御ブロックと、前記制御ブロックに電力を供給する電力入力端子と、これを介して前記制御ブロックが前記第２の電流を供給する出力端子とを有するＬＥＤ駆動ユニットにおいて、前記ＬＥＤ駆動ユニットは少なくとも１つのＬＥＤの第１のストランドを流れる第１の電流を検出する検出装置を有し、前記制御ブロックは、前記第１の電流に基づいて前記第２の電流を制御することを特徴とする、ＬＥＤ駆動ユニットが、提供される。

本発明のおかげで、他のセグメントへの制御信号を得るために前記第１のセグメントの電流レベルを使用することが、可能である。このことは、制御信号を全てのセグメントに送信するための別個の配線の必要性を低減する。

詳細には、このことは、幾つかの駆動ユニットを並列に接続するためのリボンケーブルを使用する場合、有益であり得る。そうでない場合には、非調光可能なセグメントのチェーンよりも多くの導体が、調光可能なセグメントのチェーンを相互接続するためのリボンケーブルにおいて必要とされるからである。本明細書において、「セグメント」なる語は、ＬＥＤ駆動ユニットの集合と、ＬＥＤ駆動ユニットが電流を供給するＬＥＤストランドとを意味している。調光可能な及び非調光可能な製品に異なる数の導体を設けることは、調光可能及び非調光可能な製品ラインのモジュールの異なる機械的アーキテクチャに対する必要性を増大させる。より少ない数の異なる機械的アーキテクチャは、結果として、開発、製造、ロジスティックス及び／又は在庫管理のために低下されたコストをもたらす。

一実施例において、前記制御ブロックは、時間に対して、１５％未満だけ前記第１の電流の時間平均から逸脱している平均値を持つように前記第２の電流を制御する。第１のストランドを流れる電流レベルから過剰に逸脱しない第２のストランドへの電流レベルを提供することによって、維持された調光機能を有して、３つ以上のセグメントを直列に接続することが可能である。好ましくは、前記第２の電流の時間平均は、前記第１の電流の時間平均に対応する。このことは、本質的に無制限の数のセグメントがデイジーチェーン調光のために相互運用するのを可能にすることができる。更に、ＲＧＢ ＬＥＤシステムにおいて、セグメント間の電流レベルを制御することは、セグメント間で一定の色点を維持するのに重要である。

一実施例において、前記ＬＥＤ駆動ユニットは、ＬＥＤの前記第１のストランドを流れる第１電流のパルスの検出に基づいて、ＬＥＤの前記第２のストランドに第２電流のパルスを供給するように配される。この実施例は、特に、パルス幅変調された電流をＬＥＤストランドに供給するＬＥＤ駆動ユニットにかなり適している。

好ましくは、前記ＬＥＤ駆動ユニットは、前記第１電流のパルスに対して前記第２電流のパルスを非同期化する。このパルスを非同期化することによって、前記第１のＬＥＤストランド及び前記第２のＬＥＤストランドは、これらの対応する駆動ユニットが共有している何らかの電源からの電力を同時に消費し始めることはない。このようにして、サージ電流及び電磁的干渉は、低減されることができ、低い最大電力レートを有する共有されている電源を選択することも可能である。

前記第１電流のパルスに対して前記第２電流のパルスを非同期化するように前記ＬＥＤ駆動ユニットを構成する１つの仕方は、固定されている遅延だけ前記第２電流のパルスを前記第１電流のパルスに対して遅延させる時間遅延装置を使用することによるものである。好ましくは、前記時間遅延は、電力線上のリップルの最小値を保証するために少なくとも１０μｓであり、更に好ましくは、少なくとも５０μｓである。

前記第１電流のパルスに対して前記第２電流のパルスを非同期化するように前記ＬＥＤ駆動ユニットを構成する他の仕方は、ランダムな遅延だけ前記第１電流のパルスに対して前記第２電流のパルスを遅延させる時間遅延装置を使用することによるものである。

一実施例において、前記第１の電流及び前記第２の電流は、パルス化され、時間に対する前記第２の電流の平均電流レベルは、ランダムパルス源からの平均パルス振幅、平均パルス周波数及び／又はからの平均パルス長を制御することによって制御される。前記第２の電流のパルス化の特性を前記ランダムパルス源からのパルスの特性に間断化する特性に関連付けることによって、前記第１の電流及び前記第２の電流のパルスの効率的な非同期化を得ることができる。

一実施例において、前記制御ブロックは、前記第２の電流を前記第１の電流のピーク値に対応するピーク値を有するように制御する。この配置を使用して、一方のセグメントによって発される光学波長を他のものに対して複製することが、可能である。

一実施例において、前記検出装置は、前記第１のＬＥＤストランドと直列に接続される抵抗と、前記抵抗の両端の電圧レベルを測定する測定装置とを有している。この実施例は、アナログ電流レベル制御を使用した調光に特に良好に適している。

デイジーチェーンの各ＬＥＤストランドが同じ数のＬＥＤを有する必要はなく、各セグメントのＬＥＤの数は、変化し得るが、依然として適切な調光制御を維持する。

ＬＥＤ駆動ユニットの一般的なレイアウトの例を示している。 各々がＬＥＤのストランドを駆動する図１のＬＥＤ駆動ユニットの２つの例のチェーンを示している配線図である。 調光能力を備えるＰＷＭ ＬＥＤ駆動ユニットの回路図である。 同期されているＰＷＭ ＬＥＤ駆動を示しているグラフの集合である。 非同期化されているＰＷＭ ＬＥＤ駆動を示しているグラフの集合である。 調光機能を備えるＰＷＭ ＬＥＤ駆動ユニットの回路図である。 電流レベル調光機能を備えるＬＥＤ駆動ユニットの回路図である。

本発明のこの及び他の見地は、本発明の現在好適な実施例を示している添付図面を参照して、以下に詳細に記載されるであろう。

発光ダイオード（ＬＥＤ）を動作させることは、電力がしばしば定電圧として利用可能であると共に、ＬＥＤは制御された電流を必要とするので、特別な配慮が必要である。このことは、典型的には、ＬＥＤ駆動ユニットに関して配慮がなされ、前記ＬＥＤ駆動ユニットは、電圧を、良好に規定された、一定の又は変化する電流に変換する。幾つかのＬＥＤ（単一のＬＥＤ駆動ユニットによって給電される）は、しばしば、ストリング又はストランドを形成するように直列接続され、各々幾つかのＬＥＤに電流を供給する幾つかのＬＥＤ駆動ユニットは、単一の電圧源と並列接続されることができる。

ＬＥＤのストランドから発される光の量は、前記ＬＥＤ駆動ユニットによって制御され、前記ＬＥＤ駆動ユニットは、典型的には、前記ストランドを流れる連続的な電流のレベルを変化させることによって、又はパルス幅変調（ＰＷＭ）によって、光学出力レベルを変化させる。ＰＷＭを使用して、ピーク電流を変化させることなく、前記ストランドを流れる平均電流を変化させることが可能であり、発される光の強い電流依存性のある波長を変化させることなく、前記ＬＥＤの調光を可能にする。

図１は、端子１６、１８を介して３つのＬＥＤの第２のストランド１４を流れる電流ｉ_２を供給する制御ブロック１２を有するＬＥＤ駆動ユニット１０を示している。検出装置２０は、ＬＥＤの第１のストランド２２を流れる電流ｉ_１を検出し、制御ブロック１２に調光信号を供給する。このユニット全体は、電力入力端子２４、２６を介して電源から供給される電圧によって給電される。

図２は、複数のＬＥＤ駆動ユニットのチェーンを示しており、各ユニットは、図１のＬＥＤ駆動ユニット１０と同一であり、ＬＥＤのストランドに電流を供給する。この例において、ＬＥＤ駆動ユニット及びＬＥＤストランドの２つのセグメントＮ及びＮ−１のみが示されているが、このチェーンは、より多くの数のセグメントを含んでいても良い。ストランドＮは完全に示されていないが、当該図に示されている２つのセグメントは、同一である。この破線の長方形は、前記駆動ユニット及び前記ＬＥＤの物理モジュールへの分離の例を示している。

前記ＬＥＤ駆動ユニットは、デイジーチェーン調光のために構成されており、即ちストランドＮの調光レベルは、ストランドＮ―１の調光レベルに基づいて、ＬＥＤ駆動ユニットＮによって制御される。この態様において、多くの数のＬＥＤ駆動ユニットを含むデイジーチェーンに対して、このチェーン内の第１のＬＥＤ駆動ユニットに対して調光レベル制御信号を供給する必要があるのみである（図示略）。全ての他のＬＥＤ駆動ユニットは、前記チェーン内の前のＬＥＤストランドから、これらの調光信号を受け取る。前記モジュールは、平坦なリボンケーブル２８の一片を経て接続され、このケーブル２８が４つの導線を有しており、２つの導線３０、３２は、ＬＥＤ駆動ユニットに電力を供給するためのものであり、２つの導線３４、３６は、ＬＥＤストランド回路のためのものである。ＬＥＤストランドＮ―１の２つのＬＥＤストランド導線３４、３６は、セグメントＮの駆動モジュール内部の回路ループに閉じられる。前記デイジーチェーンの最後のＬＥＤストランド（図示略）は、終端のモジュールによって閉じられることがき、単に２つの導線３４、３６を閉じるのみである。

図３の回路図は、図１のＬＥＤ駆動ユニット１０の実施化の例を示している。前記ＬＥＤ駆動ユニットの実施化は、特に、ＰＷＭ調光に適している。これは、ＬＥＤストランド１４にＰＷＭ電流を供給する電流供給部１２と、ＬＥＤストランド４４を流れるＰＷＭ電流の存在を検出する電流検出部２０とを有している。導線４８を介して、電流検出部２０は、制御信号を電流供給部１２に供給する。

電流供給部１２の異なる実施化は、当業者になじみのあるものであるはずであり、この例においては、バックコンバータとして実施化されている。更に、ブーストコンバータ、Ｃｕｋ変換器、フライバックコンバータ等のような、他の電流源が、使用されることができる。制御ＩＣ４０は、分路抵抗４１の両端の電圧及び分路抵抗４１を流れる電流を測定し、ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ４３を切替えることによって、ＬＥＤストランド１４を流れる電流を制御する。制御ＩＣ４０の入力ピン４２は、ＬＥＤストランド１４に供給される電流の切替えを可能にする。ＬＥＤ駆動ユニット１０の電流検出部２０は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ４６と、複数の抵抗とを有している。ＬＥＤストランド４４を流れる電流が存在する場合、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ４６のゲートにおける電圧は低く、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ４６は、ＩＣ４０のイネーブルピン４２を、駆動抵抗４７を介して、導線３０の供給電圧に接続する。イネーブルピン４２における高い電位は、ＬＥＤストランド１４への電流がオンに切り替えられているように保持し、即ちＬＥＤストランド１４に供給される電流の変調は、ＬＥＤストランド４４を流れるパルス幅変調された電流に従う。ＬＥＤストランド４４を流れる電流が存在しないと、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴの４６のゲートにおける電位を上昇させ、導線３０とピン４２との間のＭＯＳＦＥＴ４６を介した接続を破壊し、イネーブル入力４２の電位を低下させる。このことは、結果として、ＬＥＤストランド１４への電流がオフに切り替えられることをもたらす。

これ自体はよく知られている態様における遅延機能を制御ＩＣ４０に付加することにより、更なる利益が、得られる。図４Ａの上側３つのグラフ６０、６２、６４は、時間に対して、３つの別個のＬＥＤ駆動ユニットによって供給されるＰＷＭ電流を示している。この場合、全ての３つのＬＥＤ駆動ユニットは、同じＰＷＭ調光信号を並列に受け取っている。前記ＰＷＭ調光信号は、前記ＬＥＤ駆動ユニットからの電流のパルス化を制御し、従って、電流のパルスが同期される。グラフ６６は、全ての３つのＬＥＤ駆動ユニットに供給される全体の電流を示している。これは、高いピーク電流と、前記ＬＥＤユニットへの供給ラインにおける大きいサージ電流による著しい上昇とを特徴づけている。

図４Ｂは、ＰＷＭ電流のパルスが非同期化されている構成を除いて、図４Ａと同じ電流を示している。この非同期化のため、前記ＰＷＭ電流のパルスは、時間において広がっており、従って、前記供給ピーク電流及びサージ電流は、著しく減少される。この例において、非同期は、遅延機能を各ＬＥＤ駆動ユニット１０の制御ＩＣ４０内に設けることによって、得られる。前記デイジーチェーンに沿った各ＬＥＤ駆動ユニットＮが、ＬＥＤ駆動ユニットＮ―１から検出されたパルスに対して時間遅延を付加するので、各駆動ユニットに、何らかの、個々の、予め規定されている遅延時間、又は何らかの個々の非同期信号を供給する必要はない。

図５は、ＰＷＭ調光を実施することができる他の回路図である。ここで、図３におけるように、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ４６はインバータとして働く。この回路図によって記載されているＬＥＤ駆動ユニットの機能は、主に、ｐ―チャネルＭＯＳＦＥＴ４６からのイネーブル信号が、制御ＩＣ４０からｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴ４３へのスイッチング信号を制御するのに使用されない点において、図３の回路図のＬＥＤ駆動ユニットの機能とは異なる。その代わりに、前記イネーブル信号が低くなった場合、第３のＭＯＳＦＥＴ６８を短絡させることによって前記ＬＥＤストランドを流れる電流を遮断する。ＭＯＳＦＥＴ６８が短絡された場合、当該電流源は、出力電圧を非常に低い値に適応化させ、従って、電流が依然として流れているという事実にもかかわらず、オフ状態の電力消費は、低くなる。オフ状態にある場合に電流を維持することは、ＥＭＩの観点から有益である。

他の違いは、図３において４３で示されているスイッチングＭＯＳＦＥＴが図５の制御ＩＣ４０内に組み込まれることである。

図６の回路図は、図１のＬＥＤ駆動ユニット１０の実施化の例を示している。この実施化は、デューティサイクル調光のためにうまく使用されることができるとしても、特に、電流レベル調光、即ち電流のデューティサイクルよりもむしろ前記電流レベルを制御することによる調光にかなり適している。これは、ＬＥＤストランド１４に電流を供給する電流供給部１２と、ＬＥＤストランド４４を流れる電流を測定する電流検出部２０とを有する。導線４８を介して、電流検出部２０は、電流供給部分１２に制御信号を供給する。この例において、ＬＥＤ駆動ユニットの電流検出部２０は、ＬＥＤストランド４４と直列の分路抵抗７０と、分路抵抗７０の両端の電圧、従って分路抵抗７０を流れる電流を測定するオペアンプ７２とを有する。オペアンプ７２の出力信号は、導線４８を経て制御ＩＣ４０に供給され、制御ＩＣ４０は、ＬＥＤストランド１４に流れる電流のレベルを、検出部２０によって測定された電流値に調整する。

再び、このデイジーチェーン調光の解決策は、全ての種類のＬＥＤ駆動トポロジに応用されることができることが強調されるべきである。中心的な思想は、関連するＬＥＤストランドを備えるＬＥＤ駆動ユニットのセグメントのチェーン内の先のセグメント（Ｎ―１）における電流レベル又はパルス幅変調デューティサイクルを測定する又は検出し、次のセグメント（Ｎ）に流れる電流を、先のセグメントを流れる検出された前記電流に基づいて制御することにある。例えば、各ＬＥＤ駆動ユニットは、同じ調光レベルを次のセグメントに複製することができ、このようにして、同じ調光が、調光信号を分配するための別個の配線を必要とすることなく、幾つかのセグメントに対して得られることができる。

当業者は、本発明が、決して、上述の好ましい実施例に対して限定されるものではないと理解する。逆に、多くの変更及び変形が、添付請求項の範囲内で可能である。例えば、添付請求項１の完全なＬＥＤ駆動ユニットは、同じ物理モジュール内に含まれている必要はない。前記ユニットの異なる部分は、接続された場合に、添付請求項に記載のものと同じ機能を得るように、異なるモジュールの間に分離されることができる。本発明は、可視光を発するＬＥＤに限定されるものでもなく、広帯域光スペクトルにおいて発光するＬＥＤに限定されるものでもない。ダイオードレーザのような、何らかの種類の光学フィードバック及び誘導放出を組み込んでいる狭帯域ＬＥＤは、ＬＥＤがＩＲ及びＵＶ領域において発光するので、添付請求項の範囲内にある。本発明は、スイッチ―モードドライバのみに該当するものではない。消音又は抵抗ドライバのような、線形ドライバも、本発明を実施化するのに使用されることができる。上述で詳細に記載されているＬＥＤストランドを流れる電流を検出する他の手段は、本発明を実施化するために使用されることができ、添付請求項によって覆われる。一例として、ＬＥＤストランドを流れる電流は、ホールセンサを使用して測定されることができる、又は前記ＬＥＤストランド又は前記ＬＥＤストランドの一部によって発される光を検出するフォトダイオードを使用することにより間接的に検出されることができる。

添付請求項内の符号は、この範囲を制限するためのものではなく、前記請求項のより迅速な理解を容易にするためのものである。

Claims (11)

1. 少なくとも１つのＬＥＤの第２のストランドに第２の電流を供給するＬＥＤ駆動ユニットであって、制御ブロックと、前記制御ブロックに電力を供給する電力入力端子と、これを介して前記制御ブロックが前記第２の電流を供給する出力端子とを有するＬＥＤ駆動ユニットにおいて、少なくとも１つのＬＥＤの第１のストランドを流れる第１の電流を検出する検出装置を有しており、前記制御ブロックは、前記第１の電流に基づいて前記第２の電流を制御することを特徴とする、ＬＥＤ駆動ユニット。
2. 前記制御ブロックは、時間に対して、１５％未満だけ前記第１の電流の時間平均から逸脱している平均値を有するように前記第２の電流を制御する、請求項１に記載のＬＥＤ駆動ユニット。
3. 前記制御ブロックは、時間に対して、前記第１の電流の平均値に対応する平均値を有するように前記第２の電流を制御する、請求項２に記載のＬＥＤ駆動ユニット。
4. ＬＥＤの前記第１のストランドを流れる第１電流のパルスの検出に基づいて、ＬＥＤの前記第２のストランドに第２電流のパルスを供給する、請求項１乃至３の何れか一項に記載のＬＥＤ駆動ユニット。
5. 前記第１電流のパルスに対して前記第２電流のパルスを非同期化する、請求項４に記載のＬＥＤ駆動ユニット。
6. 少なくとも１０μｓの固定された遅延だけ前記第１電流のパルスに関して前記第２電流のパルスを遅延させる時間遅延装置を使用して、前記第１電流のパルスに対して前記第２電流のパルスを非同期化する、請求項５に記載のＬＥＤ駆動ユニット。
7. ランダムな遅延によって前記第１電流のパルスに対して前記第２電流のパルスを遅延させる時間遅延装置を使用して、前記第１電流のパルスに対して前記第２電流のパルスを非同期化する、請求項５に記載のＬＥＤ駆動ユニット。
8. 前記第２の電流がパルス化され、時間に対する前記第２の電流の平均は、ランダムパルス源からの平均パルス振幅、平均パルス周波数又は平均パルス長を制御することによって制御される、請求項１乃至３の何れか一項に記載のＬＥＤ駆動ユニット。
9. 前記制御ブロックは、前記第２の電流を前記第１の電流のピーク値に対応するピーク値を有するように制御する、請求項１乃至８の何れか一項に記載のＬＥＤ駆動ユニット。
10. 前記検出装置は、前記第１のＬＥＤストランドと直列に接続されている抵抗と、前記抵抗の両端の電圧レベルを測定する測定装置とを有している、請求項１乃至９の何れか一項に記載のＬＥＤ駆動ユニット。
11. 前記ＬＥＤ駆動ユニットを相互接続するＬＥＤストランドを更に有する、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のＬＥＤ駆動ユニットを複数有するチェーン。

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