JP2012509570A - 故障したｌｅｄのためのバイパス回路を具備したｌｅｄ照明システム - Google Patents

Abstract

バイパス回路は、直列の各ＬＥＤに対して設けられ、ＬＥＤの故障時には、照明を弱くして連続して動作することを可能とする。バイパス回路は、ＬＥＤと並列に接続され、サイリスタと並列に接続されたツェナーダイオードを含む。ＬＥＤの故障時、ツェナーダイオードに印加される電圧は上昇し、サイリスタをトリガする。サイリスタは、電流が直列回路を流れる限り、トリガした状態に保たれる。
【選択図】図１Ａ

Description

本出願は、２００８年１１月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／１１５７７５号に関するものであり、その仮特許出願の優先権日を主張する。さらに、本出願は、２００８年１２月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／１４９０７６号に関する。

本出願は、ＬＥＤ照明に関し、より詳細には、他のＬＥＤと直列に接続されたＬＥＤが故障した場合であっても連続的な動作を提供するためのシステム及び方法に関する。

ほとんどのＬＥＤ照明装置は、直列に接続された複数のＬＥＤを有する。一般的にＬＥＤは、長時間にわたり信頼性があるが、故障が発生することが知られている。

仮に一つのＬＥＤが故障すると、開回路となって電流が流れなくなるため、そのＬＥＤと直列に接続された他のＬＥＤも機能しなくなる。

本発明の本質は、ＬＥＤの故障を検出し、開回路ＬＥＤにバイパスを設け、他のＬＥＤをそのまま機能させて、最大限の光出力を発揮できるようにすることにある。例えば、街路灯に４個のＬＥＤが直列に設けられており、そのうちの一つのＬＥＤが故障したとした場合、本発明の一態様によると、残りの３つの動作可能なＬＥＤが継続して照明を行うようにする。街路灯の照明が完全に失われてしまうのではなく、通常の光出力の７５％が生成されるようにする。

本発明の第２の態様によると、同時に、作動していないＬＥＤにバイパスを設けるために必要な追加のエネルギーを最小（ほぼゼロ）とする。このため、回路が、例えば、各々が７ワットのＬＥＤを４個用いたとしても、消費する電力は合計で２８ワットであり、一つのＬＥＤが故障した場合、電気回路は、
ａ）残りの３個のＬＥＤが（自動的に）動作するので、
ｂ）故障の結果消費される電力は３×７ワット＝２１ワットとなる。

解決するためのコストは比較的少なく、個別のＬＥＤのみならず、ＬＥＤのグループにも適用することができる。

図１Ａは、１個のＬＥＤとバイパス回路の概略図である。 図１Ｂは、図１Ａの１個のＬＥＤとバイパス回路の概略図であり、第１のＬＥＤ回路部と第２のバイパス回路部とを示す図である。 図２Ａは、直列に接続された４個のＬＥＤとバイパス回路の概略図である。 図２Ｂは、図２Ａの４個のＬＥＤとバイパス回路の概略図であり、４個のＬＥＤが全て機能している時の通常の電流経路を示す図である。 図２Ｃは、図２Ａの４個のＬＥＤとバイパス回路の概略図であり、４個のＬＥＤのうちの一つ機能していない時の電流経路を示す図である。

バイパス回路を具備したＬＥＤ

用語「正の端子」及び「負の端子」とは、電源及びアースへの配線、回路トレース又はその他の接続部を意味する。

用語「サイリスタ」とは、サイリスタの動作を行う単一の部品又は電気回路を意味する。

用語「ツェナーダイオード」とは、低電圧が回路に印加される第１の状態と、回路に印加される電圧が増加するサイリスタをトリガする第２の状態をとることによって、ツェナーダイオードの動作を行う単一の部品又は電気回路を意味する。

図１Ａは、本発明の一実施形態である１個のＬＥＤとバイパス回路の概略図である。図１Ｂは、図１の「ＬＥＤとバイパス回路」２００の概略図であり、第１のＬＥＤ回路部１０１と第２のバイパス回路部１２１とを示す図である。

ＬＥＤ回路部１０１は、正の端子９０と負の端子９１との間に配置されたＬＥＤ１００を含む。

バイパス回路部１２１は、ＬＥＤ回路部に対して並行に接続されており、抵抗１３０を直列に接続したツェナーダイオード１４０を有する第１の部分と、サイリスタ１２０を有する第２の部分とを含む。

ＬＥＤの動作時、ツェナーダイオード１４０に印加される電圧は、そのツェナー電圧より低く保たれ、サイリスタ１２０はトリガされない。

ＬＥＤが故障すると、ツェナーダイオード１４０に印加される電圧はそのツェナー電圧を上回り、サイリスタ１２０がトリガされる。サイリスタ１２０は電流が流れる限り、トリガされたまま保たれる。

発明の説明 ― 直列に接続されたＬＥＤの１個が故障した場合のＬＥＤ動作の継続

図２Ａは、直列に接続された４個のＬＥＤ１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄと、バイパス回路１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの概略図である。

図２Ｂは、図２Ａの４個のＬＥＤとバイパス回路の概略図であり、４個のＬＥＤが全て機能している時の通常の電流経路１０２を示す図である。

図２Ｃは、図２Ａの４個のＬＥＤとバイパス回路の概略図であり、ＬＥＤ１００ｂが機能していない時の電流経路１０３を示す図である。ＬＥＤ１００ｂが故障すると、ツェナーダイオード１４０ｂに印加される電圧は増加して、そのツェナー電圧を上回り、サイリスタ１２０ｂをトリガする。サイリスタ１２０は、電流が流れる限りトリガされたまま保たれる。

サイリスタは、個別のＬＥＤ又はＬＥＤのグループに過電圧が印加されるとトリガされ、半周期動作の場合、周期、パルス幅変調、ＬＥＤアレイが通電している期間、バイパスする。

利点

本発明の利点の一つは安全であること、照明は暗くなる可能性はあるが、機能しなくなることはなく、さらにミッションクリティカルな用途では、照明のない場合よりも環境をより安全にする。

街路、車庫、経路灯などの用途に適用すると、メンテナンスを計画的に行うことが可能になり、随時修理を行う場合よりも費用は削減されるので、メンテナンス経費の節減は大きい。

例１−各ＬＥＤに設けられた電気回路
この例では、バイパス回路は、各ＬＥＤに１ユニットとして設けてもよい。

例２−集積回路として設けられた電気回路
この例では、バイパス回路は、各ＬＥＤと並列に続けて配線された集積回路として設けてもよい。

例３−離散構成要素
この例では、バイパス回路は、各ＬＥＤと並列に続けて配線された一つの回路基板上などの個別の部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）として設けてもよい。

例４−直列に接続したその他の個数のＬＥＤ
上述の実施形態では、４個のＬＥＤを直列に接続した。他の例では、その他の個数のＬＥＤ及びバイパス回路を直列に接続してもよい。

Claims (10)

1. 第１のＬＥＤとバイパス回路とを含むＬＥＤ照明システムであって、
   前記第１のＬＥＤとバイパス回路は、
   正の端子と負の端子との間にＬＥＤを有するＬＥＤ回路部と、
   前記ＬＥＤ回路部に並列に接続され、サイリスタと並列に接続されたツェナーダイオードを有するバイパス回路部と、を備える、
   ＬＥＤ照明システム。
2. 前記ＬＥＤ回路部と前記バイパス回路部は、単一の（ｓｉｎｇｌｅ）部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）として設けられている、
   請求項１記載のＬＥＤが故障照明システム。
3. 前記バイパス回路部は、集積回路として設けられている、
   請求項１記載のＬＥＤ照明システム。
4. 前記バイパス回路部は、個別の部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）として設けられている、
   請求項１記載のＬＥＤ照明システム。
5. 前記ＬＥＤ及び前記バイパス回路部の個別の部品は、回路基板の上に装着される、
   請求項１記載の照明システム。
6. 第２のＬＥＤとバイパス回路をさらに含み、
   前記第２のＬＥＤとバイパス回路は、
   正の端子と負の端子との間にＬＥＤを有するＬＥＤ回路部と、
   前記ＬＥＤ回路部に並列に接続され、サイリスタと並列に接続されたツェナーダイオードを有するバイパス回路部と、を備える、
   請求項１記載のＬＥＤ照明システム。
7. 前記第１のＬＥＤとバイパス回路は、前記第２のＬＥＤとバイパス回路と直列に接続されている、
   請求項６記載のＬＥＤ照明システム。
8. 前記第１及び前記第２のＬＥＤとバイパス回路と直列に接続された第３及び第４のＬＥＤとバイパス回路とをさらに含み、
   前記第３及び第４のＬＥＤとバイパス回路は、
   正の端子と負の端子との間にＬＥＤを有するＬＥＤ回路部と、
   前記ＬＥＤ回路部に並列に接続され、サイリスタと並列に接続されたツェナーダイオードを有するバイパス回路部と、を備える、
   請求項７記載のＬＥＤ照明システム。
9. 直列の複数のＬＥＤを制御する方法であって、該方法は、
   直列回路に複数のＬＥＤを接続するステップと、
   サイリスタと並列に接続されたたツェナーダイオードを有するバイパス回路部を、各ＬＥＤに並列に接続するステップと、
   前記複数のＬＥＤを、各ＬＥＤが動作可能である全機能（ｆｕｌｌ−ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）モードで動作するステップと、
   ＬＥＤの故障時、故障したＬＥＤを前記バイパス回路でバイパスし、前記直列回路の全ての機能するＬＥＤに電流を供給するステップと、を含む、方法。
10. 前記故障したＬＥＤを前記バイパス回路でバイパスするステップはさらに、
    ツェナーダイオードに印加する電圧を増加するステップと、
    前記サイリスタをトリガするステップと、
    前記直列回路に電流が流れる限り、前記サイリスタをトリガしたモードで保つステップと、を含む、請求項９記載の方法。

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