JP2012518985A - 共振コンバータ - Google Patents

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Abstract

本発明は、ブリッジ回路（１０３）と、ブリッジ回路（１０３）へ結合され、１又はそれ以上の負荷（１１１）を有する関連する負荷回路（１０９，１０９’，１０９”）へ結合可能である少なくとも１つの共振回路（１０７，１０７’，１０７”）と、関連する負荷回路（１０９，１０９’，１０９”）の１又はそれ以上の負荷（１１１）に対して直列に、ブリッジ回路（１０３）と関連する負荷回路（１０９）との間に結合され、関連する負荷回路（１０９）をブリッジ回路（１０３）から離接する少なくとも１つの供給スイッチングユニット（１２９）と、少なくとも１つの供給スイッチングユニット（１２９）を、その供給スイッチングユニットと関連する共振回路（１０７）の共振電流と同期して制御する制御ユニット（１３１）とを有し、負荷回路（１０９，１０９’，１０９”）ごとに共振回路（１０７，１０７’，１０７”）及び供給スイッチングユニット（１２９）が設けられる供給回路に係る。

Description

本発明は、供給回路と、供給回路及び少なくとも１つの負荷回路を有する装置とに係る。
供給回路、特に、スイッチモード電源は当該技術においてよく知られている。そのような供給回路は、電力消費者及び非消費者製品に対して使用されている。例となる用途は、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び／又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、あるいは、他の照明システム、特に、専門のＬＥＤ照明システム、特に、正確な色制御が必要とされる照明システムで使用されるＬＥＤ列の給電である。更なる用途は、ＬＥＤバックライティング、リビング多色ランプ（living colors lamps）のような消費者製品に使用される効果及びアクセント照明、及び、更に、一般的な照明用途における色温度調整、並びに単一の供給回路を備えた多重ＬＥＤランプの単一ＬＥＤの光出力を均質化すること、である。以下で、語「ＬＥＤ」は、ＯＬＥＤ等の同様の用途のための総称として使用されることに留意されたい。
最も良く適しており、従って、望ましくは前述の用途に使用される供給回路は、特に、一定の平均電流出力を有する不連続直列共振コンバータ（discontinuous series resonant converter）（以下、ＤＳＲＣ−Ｉと称される。）である。このようなコンバータの機能は、例えば、国際公開第２００７／１４８２７１（Ａ２）号パンフレット（特許文献１）又は国際公開第０１／４５２４１（Ａ１）号パンフレット（特許文献２）から一般的に知られており、従って、詳細には説明されない。ＤＳＲＣ−Ｉコンバータは、平均電流出力が一定であり、電流検知及び電流制御ループが必要とされないという利点を有する。結果として、電流検知によって引き起こされる損失は回避され、ＤＳＲＣ−Ｉは、他の一般的に知られている供給回路と比較して高効率で、小型で、且つ容易な設計を提供する。とりわけ、それは、回路の開放及び短絡に耐えることができる。
基本的なＤＳＲＣ−Ｉトポロジは、供給回路へ結合されている単一負荷回路に給電するために、供給回路のただ１つの単一出力を設ける。しかし、一般的な照明用途における供給回路の適用に関して、例えば、赤、緑及び青のＬＥＤ列といった異なった色のＬＥＤ列を有する異なった負荷回路に給電するためには、１つではなく複数の出力を有することが望ましい。
一例として、リビング多色ランプは、一定の比率で赤、緑及び青のＬＥＤの放射光を個別に調光して混合することによって生成される多数の色の光を放射することができる必要がある。このように、基本色である赤、緑及び青（ＲＧＢ）を混合することによって、１６００万より多い色が計算上生成され得る。また、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライティングに関して、ＬＥＤは、ますます、一般に好まれる技術と成りつつある。それによって、供給回路は、バックライト画像の品質のカギである。ドライバ、すなわち、供給回路は、日中の高い輝度から夜間の低い輝度までの十分な調光範囲を提供することができなければならない。
ＤＳＲＣ−Ｉのための一般的に使用される調光方法は、スイッチング周波数を低減することである。しかし、この方法は制限されており、従って、満足な調光範囲を提供しない。更に、スイッチング周波数を低減することは、複数の出力を有するＤＳＲＣ−Ｉの全ての出力に影響を及ぼす。結果として、この方法は、単一出力の個別の調光、従って、例えば、赤、緑及び青の光の個別の調光を可能とせず、結果として、色制御を可能にしない。
ＬＥＤ列の個別調光を実現しようと試みられてきた。例として、国際公開第２００８／１１０９７８号パンフレット（特許文献３）は、負荷をバイパスするよう負荷回路において追加的なスイッチを用いる方法を記載している。しかし、負荷のバイパスは、コンバータの安定性に悪影響を及ぼし、全体的な効率を低下させる。
国際公開第２００７／１４８２７１（Ａ２）号パンフレット 国際公開第０１／４５２４１（Ａ１）号パンフレット 国際公開第２００８／１１０９７８号パンフレット
上記の説明から明らかなように、コンバータの安定性に悪影響を及ぼすことなく、小型且つ容易な設計を有して、コンバータの個々の出力の個別的な調光を可能にする供給回路と、そのような供給回路を備えた装置とを提供することが必要である。
本発明の目的は、簡単な制御と組み合わせて個別的なフルレンジ調光及び高効率を提供する供給回路を提供することである。
本発明の第１の態様において、供給回路は、
ブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路へ結合され、１又はそれ以上の負荷を有する負荷回路へ結合可能である少なくとも１つの共振回路と、
前記ブリッジ回路と関連する負荷回路との間に結合され、該負荷回路を前記ブリッジ回路から離接する少なくとも１つの供給スイッチングユニットと、
前記少なくとも１つの供給スイッチングユニットを、該供給スイッチングユニットと関連する共振回路の共振電流と同期して制御する制御ユニットと
を有する。望ましくは、供給スイッチングユニットの数は、共振回路の数に対応し、すなわち、言い換えると、少なくとも１つの供給スイッチングユニットが各共振回路に割り当てられる。
従って、フルレンジ調光は、供給回路において、特に、少なくとも１つの共振回路において、負荷回路ごとにただ１つの供給スイッチングユニットを組み込むことによって達成される。供給スイッチングユニットは、制御ユニットによってブリッジ回路の所望数のスイッチングサイクルごとに負荷を接続し及び切り離す。更に、この供給スイッチングユニットは極めて容易にゲート制御可能であり、通常のＭＯＳＦＥＴで十分であり、この方法に関しては、双方向遮断スイッチは必要とされない。更に、特定のＬＥＤ列を交互配置する利点が提供される。更に、ＤＳＲＣ−Ｉコンバータ自体の前述の利点は、かかる変更を伴って依然として有効である。結果として、電流検知及び制御はやはり必要とされない。更に、零までの個別的なフルレンジ調光が可能とされ、一方、高効率が全ての調光レベルにおいて提供される。つまるところ、本発明は、特に、ただ１つの中央コンバータを有して個別的に複数の異なったＬＥＤ列を制御するという利点を提供する。
本発明の更なる態様において、供給回路が提供され、複数の共振回路は前記ブリッジ回路へ結合され、各共振回路は負荷回路へ結合可能であり、各負荷回路は当該供給回路の出力を構成する。望ましくは、共振回路ごとに、１つの供給スイッチング回路が設けられ、一方、前記供給スイッチング回路は、具体的に、夫々の共振回路の部分を形成する。従って、各共振回路は、望ましくは、供給スイッチングユニットを設けられる。
特に、当該供給回路は、望ましくは、３つの共振回路を設けられ、それらの共振回路のうちの第１の共振回路は、１又はそれ以上の赤色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路へ結合され、第２の共振回路は、１又はそれ以上の緑色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路へ結合され、第３の共振回路は、１又はそれ以上の青色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路へ結合される。この構成により、各負荷回路の異なった色のＬＥＤが所望の色混合を生成するよう個別的に制御される場合に、夫々のデバイスによって発せられる光の色を制御することが可能である。
本発明の更なる態様において、供給回路が提供され、前記ブリッジ回路はハーフブリッジに基づく。なお、前記ブリッジ回路はブルブリッジに基づくことも可能である。
上述されるように、ＤＳＲＣ−Ｉの調光は、基本的に、スイッチング周波数を低減することによって実現される。望ましくは、この方法は、零電圧スイッチング（ＺＶＣ）スナバ回路（この回路については、後に詳細に説明する。）における付加的な回路のピーク値が、スイッチング周波数が低減される場合に一定のままであることから、フルブリッジＤＳＲＣ−Ｉとともに使用される。ハーフブリッジ構成によれば、この電流は、スイッチング周波数が低減される場合に増大する。従って、ハーフブリッジＤＳＲＣ−Ｉは、調光がスイッチング周波数を変えることによって行われる場合には、良好な調光方法を提供しない。しかし、本発明は、ハーフブリッジに加えてフルブリッジも用いることによって実施されてよく、ハーフブリッジ構成の使用は、ただ２つのスイッチがブリッジ回路を実現するために必要とされ、そのためスイッチの制御が容易であることから、なお一層望ましい。
本発明の更なる態様において、供給回路が提供され、前記供給スイッチングユニットは、前記負荷回路の１又はそれ以上の負荷へ直列に接続される。
これは、負荷がバイパスされるだけではないという利点を提供する。負荷のバイパスは、コンバータの安定性に悪影響を及ぼし且つ全体的な効率の低下をもたらす。むしろ、負荷は、当該供給回路から、所望数のスイッチングサイクルの間、単純に切り離される。これに関連して、語「切り離す」は、負荷回路からブロック回路に戻る電流フローが供給スイッチングユニットによって中断されることを意味する。
本発明の更なる態様において、供給回路が提供され、前記制御ユニットは、前記共振回路の共振周波数の半分である前記ブリッジ回路の最大スイッチング周波数を供給するよう構成される。更に、望ましくは、制御ユニットは、異なった共振周波数を定義する複数の共振回路が用いられる場合に、最低共振周波数の望ましくは半分である前記ブリッジ回路の最大スイッチング周波数を供給するよう構成される。前記制御ユニットは、前記供給スイッチングユニットを駆動する制御ユニットであってよいが、それはまた、前記ブリッジ回路のみを駆動する別個の制御ユニットであってもよい。
本発明の更なる態様において、供給回路が提供され、前記制御ユニットは、前記共振電流の第２の負性半波の間、前記供給スイッチングユニットをオン又はオフするよう構成される。これは、共振電流が前記供給スイッチングユニットのボディ・ダイオードで整流し、零に達した後に停止するので有利である。負荷がオフされる場合、該負荷は、共振電流の第２の負性半波である同じ時間インターバルにおいて、夫々の供給スイッチングユニット、特に、夫々のＭＯＳＦＥＴをオンすることによって、再びオンされる。
本発明の他の目的は、請求項１に記載される供給回路と、少なくとも１つの負荷回路とを有する装置を提供することである。
本発明の更なる態様において、装置が提供され、共振回路へ結合可能な各負荷回路は、夫々異なった色を有する１若しくはそれ以上のＬＥＤ及び／又は１若しくはそれ以上のＯＬＥＤを有する。従って、各負荷回路、すなわち、前記供給回路の各出力は、特定の色、具体的に、赤、緑又は青の少なくとも１つのＬＥＤ／ＯＬＥＤを有してよい。これは、異なった色のＬＥＤを夫々有するそれらの負荷回路の夫々を個別的に調整するという利点を提供する。
本発明の更なる態様において、装置が提供され、前記負荷回路の少なくとも１つは、逆並列構成を有するＬＥＤ列を有する。これは、負荷が交流（ＡＣ）によって動作することができるという利点を提供する。
本発明の更なる態様において、装置が提供され、少なくとも１つの感光部品が、少なくとも１つの負荷回路と相互に作用するよう設けられる。これは、ＬＥＤを較正し又はエージング効果を補償するとともに、システム不具合又は故障したＬＥＤの容易な検出を可能にする。とりわけ、完璧な色制御が、前記感光部品より実現可能である。
結果として、新規の供給回路及び該供給回路を有する対応する装置は、負荷回路を有効に調整し、特に、正確な色制御を実行するために、提供される。それらの要求に対する解決法が本発明において記載される。
本発明のこれらの及び他の態様は、後述される実施形態から明らかであり、これらを参照して説明される。
負荷回路へ結合されている従来の供給回路のブロック図を表す。 負荷回路へ結合されている従来の他の供給回路のブロック図を表す。 全部で３つの負荷回路へ結合されている本発明に従う供給回路のブロック図を表す。 共振回路の共振電流信号を表す。 本発明に従う装置の概略図を表す。 本発明に従う装置の実施形態の概略図を表す。
図１は、従来の供給回路１のブロック図を表す。供給回路１はブリッジ回路３を有し、電源５へ結合されている。電源５は直流電圧源Ｖｉｎである。供給回路１は共振回路７を更に有し、少なくとも１つの負荷、図１では、まとめて負荷列１３を形成する全部で４つの負荷１１を有する負荷回路９へ結合されている。負荷１１は、供給回路１によって給電されるＬＥＤ、ＯＬＥＤ又は同様のものであってよい。
図１に表されているブリッジ回路３は、４つのスイッチＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４を有するフルブリッジに基づく。これらのスイッチは、図１では、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。スイッチＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４のスイッチング状態、すなわち、それらがオン又オフされているかどうかは、図１には図示されていない制御ユニットによって制御される。
更に、スナバ回路１５がブリッジ回路３の部分を形成する。スナバ回路１５はインダクタンスＬＺＶＳ及びキャパシタンスＣＺＶＳを有する。スナバ回路１５は、スイッチング損失の低減をもたらす零電圧スイッチング（ＺＶＳ）を達成するためにＭＯＳＦＥＴの（内部）キャパシタンスを放電するのに必要とされる付加的な電流ＩＺＶＳを供給する。従って、スナバ回路１５は、高効率及び付加的なＺＶＳを達成する働きをする。ＺＶＳについては当該技術においてよく知られており、従って、以降これ以上説明されない。スナバ回路１５は、また、共振回路７とともに変圧器に組み込まれてよい。他の測定がＺＶＳを達成するために行われてよいことに留意されたい。
供給回路１及び負荷回路９は装置１７を構成する。装置１７は消費者又は非消費者製品であってよい。
共振回路７は、図１において直列に接続されているインダクタンスＬｒｅｓ及びキャパシタンスＣｒｅｓを有する。インダクタンスＬｒｅｓ及びキャパシタンスＣｒｅｓは、共振回路７の共振周波数及び共振インピーダンスを定義する。従って、ブリッジ回路３及び共振回路７はともに直列共振コンバータを形成する。ブリッジ回路３のスイッチＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４は、望ましくは、５０％のデューティサイクルを有して２つ組になって切り換えられる。他のデューティサイクルがスイッチに適用されてよいことに留意されたい（例えば、下側のスイッチのためには７５％、上側のスイッチのためには２５％）。更に、ブリッジ回路３の最大スイッチング周波数は、望ましくは、共振回路７の共振周波数の半分である。
電源５からの直流電流に応答して、ブリッジ回路３はスイッチング周波数で共振回路７への電圧信号を整流し、次いで、共振回路７は負荷回路９への交流電流Ｉｒｅｓを整流する。
更に、デカップリング・ダイオード１９が設けられる。デカップリング・ダイオード１９は共振回路７又は負荷回路９の部分を形成してよい。とりわけ、平滑キャパシタンスＣｏｕｔは負荷列１３へ並列に接続され、これは負荷１１におけるパルス電流を回避する。平滑キャパシタンスＣｏｕｔは義務的ではなく、省略されてよいことに留意されたい。
図２は、負荷回路９’へ結合されている従来の更なる供給回路１’のブロック図を表す。図２から明らかなように、供給回路１’は、供給回路１’のブリッジ回路３’がフルブリッジではなくハーフブリッジに基づく点で、図１に表されている供給回路１と相違する。従って、ハーフブリッジは２つのスイッチＭ１及びＭ２しか有さない。これらのスイッチは、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。先と同じく、スイッチＭ１及びＭ２を制御するドライバは図２には図示されていない。
図１の供給回路とは対照的に、１次巻線Ｎ１及び２次巻線Ｎ２を有する変圧器２１が図２の供給回路１’に設けられている。変圧器２１は負荷回路９’及び共振回路７へ結合されている。共振回路７は、先と同じく、共振周波数及び共振インピーダンスを定義するインダクタンスＬｒｅｓ及びキャパシタンスＣｒｅｓを有する。変圧器２１は、入力電圧Ｖｉｎを高出力レベル又は低出力レベルＶｏｕｔに変換する働きをし、必ずしも供給回路１’に設けられるわけではない。むしろ、それは、電圧ダブラー回路等の他の付加的な構成要素によって置き換えられてよく、あるいは、それは、単純に、省略されてよい。
図２から明らかなように、負荷回路９’は、逆並列構成において配置されている２つのＬＥＤ列１３に加えて２つのデカップリング・ダイオード１９を有する。各ＬＥＤ列１３は平滑キャパシタンスＣｏｕｔ１及びＣｏｕｔ２を設けられている。負荷構成は可変であり、用途に依存して様々であってよいことは明らかである。
図１の供給回路１及び図２の供給回路１’はいずれも、電流を検知することなしに一定の平均出力電流Ｉｏｕｔを供給する基本的なＤＳＲＣ−Ｉ構成を示す。フルブリッジ構成に比べて必要とされる部品が少なく且つ制御信号が容易に扱えるので、供給回路１’のハーフブリッジ構成が望ましくは使用されることに留意されたい。図１及び図２から、共振回路１及び１’はいずれも、例えば複数の負荷１１、具体的に負荷列１３を有する負荷回路９、９’へ結合される共振回路７を有することは明らかである。負荷１１又は負荷列１３は夫々、ＬＥＤ又はＯＬＥＤであってよい。
特定の消費者又は非消費者製品に関して色が制御される場合、それは、供給回路が少なくとも３つの出力、すなわち、３つの負荷回路９、９’を設けられ、３つの負荷回路の夫々が少なくとも１つの異なった色のＬＥＤを有する場合に有利である（例えば、１つの負荷回路は少なくとも１つの赤色ＬＥＤを有し、もう１つの負荷回路は少なくとも１つの緑色ＬＥＤを有し、第３の負荷回路は少なくとも１つの青色ＬＥＤを有する。）。次いで、異なる負荷回路の異なった色の光は、所望の色を生成するよう一定の比率で混合されてよい。従って、負荷回路９の少なくとも１つの負荷１１は、色制御を行うために個別に調光される必要がある。
これまで、調光は、一般的に、ブリッジ回路３、３’のスイッチング周波数を変えることによって行われている。これは、上述された欠点をもたらす。具体的に、異なった出力の、すなわち、異なった負荷回路９、９’の個別のフルレンジ調光は、スイッチング周波数の変化が全ての負荷回路における電流に同じように影響を及ぼしうるために、この方法により実現可能でない。反対に、本発明は、任意数の負荷回路９の個別のフルレンジ調光を提供し、多数の用途のための色制御を可能にする。
図３は、全部で３つの負荷回路１０９、１０９’及び１０９”へ結合されている本発明に従う供給回路１０１の概略図を表す。負荷回路１０９、１０９’及び１０９”の夫々は、逆並列構成において接続されている２つの負荷列１１３において結合されている多数の負荷１１１を有する。
負荷回路１０９、１０９’、１０９”ごとの負荷１１１の数、及び負荷回路自体の数は様々であってよい。従って、単一の負荷１１１を有するただ１つの負荷回路１０９を設けることが可能である。負荷１１１はＬＥＤ又は同様のものであってよい。しかし、本発明は、３つの負荷回路１０９、１０９’及び１０９”が供給回路１０１へ結合可能である場合に、特に有利である。
負荷１１１の構成も様々であってよいことは明らかである。図３において、それらは、単なる例として、負荷列１１３の形で構成されており、一方、２つの負荷列１１３が負荷回路１０９、１０９’、１０９”ごとに設けられ、とりわけ、逆並列において、すなわち、反対の極性を有して、構成されている。
供給回路１０１は、ハーフブリッジに基づくブリッジ回路１１３を有する。ハーフブリッジ及びその利点は、図２に関連して先に扱われた。供給回路１０１は、少なくとも１つの、図３では全部で３つの共振回路１０７、１０７’及び１０７”を更に有する。共振回路１０７、１０７’及び１０７”の夫々は、負荷回路１０９、１０９’及び１０９”へ結合可能である。
望ましくは、ブリッジ回路１０３のスイッチＭ１及びＭ２は、制御ユニットによって制御される。制御ユニットは、５０％のデューティサイクルと、共振回路１０７、１０７’及び１０７”の共振周波数の半分である最大スイッチング周波数とを有してブリッジ回路を切り換えるよう構成される。一方、共振回路はインダクタンスＬｒｅｓ及びキャパシタンスＣｒｅｓを有する。Ｌｒｅｓ及びＣｒｅｓのディメンショニングは、各共振回路１０７、１０７’、１０７”において様々であってよい。具体的に、１又はそれ以上の共振回路の共振周波数は、他の共振回路の共振周波数とは異なってよい。この場合に、共振周波数が最も低い共振回路１０７、１０７’又は１０７”は、ブリッジ回路の最大スイッチング周波数が共振回路の共振周波数の半分であるという条件を満たすために、ブリッジ回路１０３のスイッチング周波数の限界を決定づける。この場合に、制御ユニットは、複数の共振回路１０７、１０７’、１０７”の最低共振周波数の半分であるブリッジ回路１０３の最大スイッチング周波数を供給するよう構成される。
本発明に従う負荷１１１の個別的な調光のために、供給回路１０１は、１又はそれ以上の負荷１１１を供給回路１０１から接続し又は切り離すための少なくとも１つの供給スイッチングユニット１２９を有する。供給スイッチングユニット１２９は、ブリッジ回路１０３から負荷回路１０９を離接するために、ブリッジ回路１０３と関連する負荷回路１０９との間に結合されている。供給スイッチングユニット１２９を駆動する制御ユニット１３１は、その供給スイッチングユニット１２９と関連する共振回路１０７、１０７’、１０７”の共振電流Ｉｒｅｓと同期して供給スイッチングユニット１２９をオン又はオフするよう構成される。これについては、以降でより詳細に説明する。
更に、少なくとも１つの供給スイッチングユニット１２９は、望ましくは、ＭＯＳＦＥＴである。しかし、供給スイッチングユニット１２９は、また、１又はそれ以上の負荷１１１及び負荷回路１０９を夫々ブリッジ回路１０３から離接するのに適した他の何らかの構成要素を有してよいことに留意されたい。供給スイッチングユニット１２９は、また、複数の構成要素を有してもよい。
図３から、特に、共振回路１０７、１０７’、１０７”が少なくとも１つの供給スイッチングユニット１２９を設けられることは明らかである。望ましくは、共振回路の数は、供給スイッチングユニット１２９の数に対応する。少なくとも１つの供給スイッチングユニット１２９は負荷回路１０９、１０９’、１０９”の１又はそれ以上の負荷１１１へ直列に接続される、すなわち、言い換えると、供給スイッチングユニット１２９はブリッジ回路１０３と夫々の負荷回路１０９、１０９’又は１０９”との間に相互接続されることに留意されたい。従って、共振インダクタンスＬｒｅｓ、共振キャパシタンスＣｒｅｓ、負荷１１１の集合及び供給スイッチングユニット１２９の直列接続が現れる。
様々な用途に供給回路１０１を使用するために、望ましくは、複数の供給回路１０７、１０７’及び１０７”がブリッジ回路１０３へ結合され、各共振回路１０７、１０７’、１０７”は、少なくとも１つの負荷回路１０９へ結合可能である。共振回路１０７、１０７’及び１０７”へ結合可能な夫々の負荷回路１０９、１０９’、１０９”は、１若しくはそれ以上のＬＥＤ及び／又は１若しくはそれ以上のＯＬＥＤを有してよい。
図３から、本発明に従う装置１１７は、ブリッジ回路１０３である供給回路１０１、共振回路１０７、１０７’、１０７”、供給スイッチングユニット１２９及び負荷回路１０９、１０９’、１０９”を有することは明らかである。
図３に表されている本発明の好ましい実施形態は、次の構成を組み込む。供給回路１０１は３つの共振回路１０７、１０７’、１０７”を有し、一方、それらの共振回路のうちの第１の共振回路１０７は、少なくとも１つの赤色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路１０９へ結合され、第２の共振回路１０７’は、少なくとも１つの緑色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路１０９’へ結合され、第３の共振回路１０７”は、少なくとも１つの青色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路１０９”へ結合される。
負荷１１１がＬＥＤ又はＯＬＥＤである場合に、異なった色の（Ｏ）ＬＥＤの可変な光出力が実現され得る。上述されたように、供給スイッチングユニット１２９は、例えば、ＭＯＳＦＥＴであるが、他の何らかの適切なタイプのスイッチングデバイスが適用されてよい。
望ましくは、供給スイッチングユニット１２９は、制御ユニット１３１によって制御される。制御ユニット１３１は、更に、ブリッジ回路１０３のスイッチＭ１及びＭ２を制御するよう構成される。この場合に、ただ１つの単一制御ユニットが、ブリッジ回路１０３及び供給スイッチングユニット１２９の両方を制御するために必要とされる。
図３から明らかなように、共振回路１０７、１０７’及び１０７”は夫々、供給スイッチングユニット１２９を設けられている。共振回路１０７の供給スイッチングユニット１２９は図３においてＭＲと表され、共振回路１０７’の供給スイッチングユニット１２９は図３においてＭＧと表され、共振回路１０７”の供給スイッチングユニット１２９は図３においてＭＢと表されている。表示は、負荷回路１０９の負荷１１１が望ましくは赤色ＬＥＤであり、負荷回路１０９’の負荷１１１が望ましくは緑色ＬＥＤであり、負荷回路１０９”の負荷１１１が望ましくは青色ＬＥＤであることを示す。
各供給スイッチングユニット１２９は、夫々の負荷１１１へ直列に接続され、すなわち、ブリッジ回路１０３と関連する負荷回路１０９との間に結合される。以下で、供給スイッチングユニット１２９の動作についてより詳細に説明する。語「負荷１１１」の採用は、単に、ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤ等の様々なタイプの任意数の負荷を含む一般名として用いられており、一方、負荷の構成も任意である。
負荷回路１０９、１０９’又は１０９”の負荷１１１を制御するために、供給スイッチングユニット１２９は、制御ユニット１３１によってオン又はオフされる。例えば、光出力を低減するために、負荷１１１、特に、１又はそれ以上のＬＥＤが切り離されるべき場合に、供給スイッチングユニット１２９は、望ましくは、共振電流Ｉｒｅｓの第２の負性半波の間、従って、図４に表されている時間期間ｔ０の間、オフされる。ここで、図４は、時間ｔの変化に依存する基本的な、中断されない共振電流Ｉｒｅｓを示す。更に、ブリッジ回路１０３の周期時間Ｔｓｗｉｔｃｈが図４に表されている。共振電流ＩｒｅｓはＡＣであるが、双方向遮断スイッチは必要とされないことは明らかである。
供給スイッチングユニット１２９（すなわち、ＭＯＳＦＥＴ）をオフした後、共振電流ＩｒｅｓはＭＯＳＦＥＴの内在するボディ・ダイオード（図示せず。）で整流し、図４に表される時間ｔｘで零に達した後に停止する。ＭＯＳＦＥＴブロックのボディ・ダイオードが更に電流を流すように共振キャパシタＣｒｅｓが充電されるので、更なる電流フローは起こらない。従って、負荷回路１０９からブリッジ回路１０３へ戻る電流フローは、供給スイッチングユニット１２９によって妨げられる。この条件において、負荷１１１は供給回路１０１から切り離される。
負荷１１１がオフされている、すなわち、夫々の供給スイッチングユニット１２９をオフすることによって供給回路１０１から切り離されている状況を脱すると、負荷１１１は、夫々の供給スイッチングユニット１２９をオンすることによって、再びオンされる。望ましくは、オンへの切り換えは、供給スイッチングユニット１２９をオフするのと同じ時間インターバルｔ０において、すなわち、共振電流Ｉｒｅｓの第２の負性半波の間、行われる。結果として、共振電流Ｉｒｅｓは、特にフルブリッジが適用される場合に、あたかも中断が起こらなかったかのように、時間ｔｘ後に第２の正性半波から再開する。
ハーフブリッジが図３に表されるように適用される場合は、共振電流Ｉｒｅｓの第２の正性半波は、望ましくは、単に時間ｔｘでのみならず、時間インターバルｔ０において供給スイッチングユニット１２９をオンした直後に、再開する。従って、ハーフブリッジを使用する場合、共振電流Ｉｒｅｓの第２の正性半波は時間ｔｘの前に始まることがある。しかし、これは、特に十分に高い出力電圧が印加される場合に、第２の正性半波の終了後に電流は一定期間の時間零のままであるので、如何なる問題も引き起こさない。
スイッチング損失を低減するために、供給スイッチングユニット１２９は、望ましくは、時間インターバルｔ０において可能な限り遅く、すなわち、可能な限り時間ｔｘの近くで、切り換えられる。とりわけ、これは、ハーフブリッジが適用され、従って、共振電流Ｉｒｅｓのその後の第２の正性半波が時間ｔｘより前に既に開始している場合に、時間ｔｘよりも前に供給スイッチングユニット１２９を切り換えるという問題を解消する。
従って、負荷回路１０９、１０９’及び１０９”の光出力は、ブリッジ回路１０３の省略されるスイッチングサイクルＴｓｗｉｔｃｈの数を変えることによってのみ、変更されてよい。
いつ共振電流Ｉｒｅｓが、供給スイッチングユニット１２９を切り換えるために、スイッチング期間又はスイッチングサイクルＴｓｗｉｔｃｈの第２の負性半波、すなわち、時間インターバルｔ０にあるのかに関する情報は、ブリッジ回路１０３のスイッチング信号から得られる。共振電流Ｉｒｅｓの挙動が知られているので、相関は極めて単純である。従って、供給スイッチングユニット１２９の切り換え動作は、ハーフ又はフルブリッジ回路１０３のスイッチング信号に対して調整される。
ブリッジ回路１０３の、すなわち、スイッチＭ１及びＭ２のスイッチングサイクルは、供給スイッチングユニット１２９をオン及びオフに切り替える間、中断されない。更に、ブリッジ回路１０３は、個々の負荷１１１の調光によって中断されない又は影響を及ぼされないので、完全な零電圧スイッチングにより絶えず動作する。
各供給スイッチングユニット１２９、すなわち、ＭＲ、ＭＧ及びＭＢは、互いから完全に独立してオン及びオフを切り替えられてよいことは明らかである。また、供給スイッチングユニット１２９がオン又はオフを切り替えられるスイッチングサイクルＴｓｗｉｔｃｈの数は可変であり、互いから独立している。結果として、供給スイッチングユニット１２９へ結合されている各負荷回路１０９、１０９’、１０９”は、ブリッジ回路１０３の所望数のスイッチングサイクルの間夫々の供給スイッチングユニット１２９をオン又はオフすることによってのみ、個別的に制御されてよい。
多数の供給スイッチングユニット１２９が設けられてよく、夫々が１又はそれ以上のＬＥＤ、ＯＬＥＤ等の個別的なフルレンジ調光を実現することは明らかである。それによって、ただ１つの中央コンバータ、すなわち、１つの中央ブリッジ回路１０３のみが必要とされる。
本発明に従って、負荷は、負荷１１１へ並列に接続される供給スイッチングユニットによってバイパスされないことは明らかである。負荷のバイパスは、コンバータの安定性に対して悪影響を及ぼす。本発明に従って、供給スイッチングユニット１２９は、むしろ、負荷をバイパスすることを回避するために、負荷１１１へ直列に接続される。代わりに、負荷は、供給スイッチングユニット１２９がブリッジ回路１０３に戻る電流フローを遮断するので、ブリッジ回路１０３の所望数のスイッチングサイクルＴｓｗｉｔｃｈの間、切り離される。一方で、供給回路１０１は、負荷１１１がバイパスされず、電流フローが中断されるので、供給スイッチングユニット１２９によって全く影響を及ぼされない。
結果として、本発明は、零までの個別的なフルレンジ調光の利点を提供し、一方、完全なＺＶＳ動作も個々の負荷１１１の調光の間保たれる。本発明の他の利点は、低いＲＤＳｏｎを有するＭＯＳＦＥＴが使用されてよい場合に、付加的な損失が低いことである。更に、供給回路トポロジは、何らかの所望数の負荷回路１０９及び負荷１１１、これにより何らかの所望数の個別的な調光可能なＬＥＤにまで拡張されてよい。最後に、ＬＥＤの交互配置も本発明により可能であり、全体的な入力電流リップルを低減する。
上述されたように、望ましくは本発明に使用されるＤＳＲＣ−Ｉは、ハーフブリッジの代わりに、フルブリッジを有してよい。なお、ハーフブリッジの主たる利点は、供給スイッチングユニット１２９のソース、すなわち、ＭＯＳＦＥＴのソースが接地へ接続されることである。結果として、このＭＯＳＦＥＴを駆動することは極めて容易である。更に、図３から明らかなように、必要とされる構成要素はより少ない。供給回路１０１並びに３つの負荷回路１０９、１０９’及び１０９”を有する装置１１７は、負荷回路ごとに個別的な調光機能を実現するために、３つの供給スイッチングユニット１２９と、２つのスイッチＭ１及びＭ２としか必要としない。
図５は、ブリッジ回路１０３、共振回路１０７、１０７’、１０７”、及び供給スイッチングユニット１２９を有する供給回路１０１と、負荷回路１０９、１０９’及び１０９”とを有する本発明に従う装置１１７の概略図を表す。異なった色のＬＥＤの個別的な調光のために、ただ１つの中央コンバータユニットしか必要とされないことが明らかになる。負荷回路１０９、１０９’及び１０９”とブリッジ回路１０３との間に介在する個別フルレンジ調光器は、関連する供給スイッチングユニット１２９とともに共振回路１０７、１０７’及び１０７”を有する。図５からは、更に、制御ユニット１３１が供給スイッチングユニット１２９及びブリッジ回路１０３を同時に駆動するよう構成されることが明らかである。
ＬＥＤの光出力は基本的に電流に比例するので、供給回路１０１は、ＤＳＲＣ−Ｉの一定平均電流出力動作により、如何なるフィードバックループも必要とすることなしに、全ての所望の色を生成することができる。しかし、温度の変化又はＬＥＤのエージングは、ＬＥＤの電流比対光に影響を及ぼしうる。光出力がより正確でなければならない場合、各ＬＥＤの光は、光センサ（具体的に、フォトダイオード）等の感光部品によって検知されてよい。次いで、光出力は、単純に、対応する負荷電流を調整することによって、制御されてよい。光出力の検知は、負荷電流の検知と比べて損失が低く且つ有利性が高いため、有利である。
例えば、それは、ＬＥＤを較正し又はエージング効果を補償するのみならず、システム不具合又は故障したＬＥＤの容易な検出を可能にする。とりわけ、完璧な色制御が、前記感光部品により実現可能である。
図６は、感光部品１３３、１３３’、１３３”を有する本発明に従う装置１１７’の概略図を表す。望ましくは、少なくとも１つの感光部品１３３、１３３’、１３３”が少なくとも１つの負荷回路１０９、１０９’、１０９”に、特に、負荷回路の負荷１１１に割り当てられる。各負荷１１１は感光部品１３３と関連付けられていると考えられる。装置１１７’における電流が具体的に知られている範囲は、図６において、１３５、１３５’及び１３５”により表されている。それらの電流は、感光部品１３３の検知結果に応じて、具体的に、制御ユニット１３１によって、適応されてよい。ここで、感光部品１３３、１３３’及び１３３”の検知結果は、一例として、相互接続１３７、１３７’及び１３７”によって、制御ユニット１３１に供給される。
以上の記載及び図面において本発明について詳細に説明してきたが、そのような記載は単なる例示であって限定ではないと解されるべきである。すなわち、本発明は、開示されている実施形態に限定されない。開示されている実施形態にする他の変形は、図面、本明細書、及び添付の特許請求の範囲を鑑みて当業者によって理解され実施可能である。
特許請求の範囲において、語「有する（comprising）」は他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「１つの（a又はan）」は複数個を排除しない。単一の要素又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載されている複数の事項の機能を満たしてよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示すものではない。
特許請求の範囲における如何なる参照符号も、適用範囲を限定するものと解されるべきではない。
本発明の第１の態様において、供給回路は、
ブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路へ結合され、１又はそれ以上の負荷を有する関連する負荷回路へ結合可能である少なくとも１つの共振回路と、
前記関連する負荷回路の前記１又はそれ以上の負荷に対して直列に前記ブリッジ回路と関連する負荷回路との間に結合され、該関連する負荷回路を前記ブリッジ回路から離接する少なくとも１つの供給スイッチングユニットと、
前記少なくとも１つの供給スイッチングユニットを、該供給スイッチングユニットと関連する共振回路の共振電流と同期して制御する制御ユニットと
を有し、負荷回路ごとに共振回路及び供給スイッチングユニットが設けられる。望ましくは、供給スイッチングユニットの数は、共振回路の数に対応し、すなわち、言い換えると、少なくとも１つの供給スイッチングユニットが各共振回路に割り当てられる。
従って、フルレンジ調光は、供給回路において、特に、少なくとも１つの共振回路において、負荷回路ごとにただ１つの供給スイッチングユニットを組み込むことによって達成される。供給スイッチングユニットは、制御ユニットによってブリッジ回路の所望数のスイッチングサイクルごとに負荷を接続し及び切り離す。更に、この供給スイッチングユニットは極めて容易にゲート制御可能であり、通常のＭＯＳＦＥＴで十分であり、この方法に関しては、双方向遮断スイッチは必要とされない。更に、特定のＬＥＤ列を交互配置する利点が提供される。更に、ＤＳＲＣ−Ｉコンバータ自体の前述の利点は、かかる変更を伴って依然として有効である。結果として、電流検知及び制御はやはり必要とされない。更に、零までの個別的なフルレンジ調光が可能とされ、このとき、高効率が全ての調光レベルにおいて提供される。つまるところ、本発明は、特に、ただ１つの中央コンバータを有して個別的に複数の異なったＬＥＤ列を制御するという利点を提供する。
本発明の更なる態様において、供給回路が提供され、複数の共振回路は前記ブリッジ回路へ結合され、各共振回路は関連する負荷回路へ結合可能であり、各負荷回路は当該供給回路の出力を構成する。本発明に従って、共振回路ごとに、１つの供給スイッチング回路が設けられ、このとき、前記供給スイッチング回路は、具体的に、夫々の共振回路の部分を形成する。従って、各共振回路は、供給スイッチングユニットを設けられる。
本発明に従って、供給回路が提供され、前記供給スイッチングユニットは、前記関連する負荷回路の１又はそれ以上の負荷へ直列に接続される。
負荷１１１の構成も様々であってよいことは明らかである。図３において、それらは、単なる例として、負荷列１１３の形で構成されており、このとき、２つの負荷列１１３が負荷回路１０９、１０９’、１０９”ごとに設けられ、とりわけ、逆並列において、すなわち、反対の極性を有して、構成されている。
望ましくは、ブリッジ回路１０３のスイッチＭ１及びＭ２は、制御ユニットによって制御される。制御ユニットは、５０％のデューティサイクルと、共振回路１０７、１０７’及び１０７”の共振周波数の半分である最大スイッチング周波数とを有してブリッジ回路を切り換えるよう構成される。ここで、共振回路はインダクタンスＬｒｅｓ及びキャパシタンスＣｒｅｓを有する。Ｌｒｅｓ及びＣｒｅｓのディメンショニングは、各共振回路１０７、１０７’、１０７”において様々であってよい。具体的に、１又はそれ以上の共振回路の共振周波数は、他の共振回路の共振周波数とは異なってよい。この場合に、共振周波数が最も低い共振回路１０７、１０７’又は１０７”は、ブリッジ回路の最大スイッチング周波数が共振回路の共振周波数の半分であるという条件を満たすために、ブリッジ回路１０３のスイッチング周波数の限界を決定づける。この場合に、制御ユニットは、複数の共振回路１０７、１０７’、１０７”の最低共振周波数の半分であるブリッジ回路１０３の最大スイッチング周波数を供給するよう構成される。
図３に表されている本発明の好ましい実施形態は、次の構成を組み込む。供給回路１０１は３つの共振回路１０７、１０７’、１０７”を有し、それらの共振回路のうちの第１の共振回路１０７は、少なくとも１つの赤色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路１０９へ結合され、第２の共振回路１０７’は、少なくとも１つの緑色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路１０９’へ結合され、第３の共振回路１０７”は、少なくとも１つの青色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路１０９”へ結合される。
各供給スイッチングユニット１２９は、夫々の負荷１１１へ直列に接続され、すなわち、ブリッジ回路１０３と関連する負荷回路１０９との間に結合される。以下で、供給スイッチングユニット１２９の動作についてより詳細に説明する。語「負荷１１１」の採用は、ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤ等の様々なタイプの任意数の負荷を含む一般名としてのみ用いられており、このとき、負荷の構成も任意である。
結果として、本発明は、零までの個別的なフルレンジ調光の利点を提供し、このとき、完全なＺＶＳ動作も個々の負荷１１１の調光の間保たれる。本発明の他の利点は、低いＲＤＳｏｎを有するＭＯＳＦＥＴが使用されてよい場合に、付加的な損失が低いことである。更に、供給回路トポロジは、何らかの所望数の負荷回路１０９及び負荷１１１、これにより何らかの消耗数の個別的な調光可能なＬＥＤにまで拡張されてよい。最後に、ＬＥＤの交互配置も本発明により可能であり、全体的な入力電流リップルを低減する。

Claims (15)

  1. ブリッジ回路と、
    前記ブリッジ回路へ結合され、１又はそれ以上の負荷を有する負荷回路へ結合可能である少なくとも１つの共振回路と、
    前記ブリッジ回路と関連する負荷回路との間に結合され、該負荷回路を前記ブリッジ回路から離接する少なくとも１つの供給スイッチングユニットと、
    前記少なくとも１つの供給スイッチングユニットを、該供給スイッチングユニットと関連する共振回路の共振電流と同期して制御する制御ユニットと
    を有する供給回路。
  2. 複数の共振回路が前記ブリッジ回路へ結合され、各共振回路は負荷回路へ結合可能である、
    請求項１に記載の供給回路。
  3. 前記ブリッジ回路はハーフブリッジを有する、
    請求項１に記載の供給回路。
  4. 前記ブリッジ回路はフルブリッジを有する、
    請求項１に記載の供給回路。
  5. 各共振回路は、少なくとも１つの供給スイッチングユニットを設けられる、
    請求項１に記載の供給回路。
  6. 前記少なくとも１つの供給スイッチングユニットは、前記負荷回路の１又はそれ以上の負荷へ直列に接続される、
    請求項１に記載の供給回路。
  7. 前記制御ユニットは、前記共振回路の共振周波数の半分である前記ブリッジ回路の最大スイッチング周波数を供給するよう構成される、
    請求項１に記載の供給回路。
  8. 前記制御ユニットは、複数の共振回路の最低共振周波数の半分である前記ブリッジ回路の最大スイッチング周波数を供給するよう構成される、
    請求項１に記載の供給回路。
  9. ３つの共振回路を有し、該共振回路のうちの第１の共振回路は、少なくとも１つの赤色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路へ結合され、前記共振回路のうちの第２の共振回路は、少なくとも１つの緑色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路へ結合され、前記共振回路のうちの第３の共振回路は、少なくとも１つの青色ＬＥＤ及び／又はＯＬＥＤを有する負荷回路へ結合される、
    請求項１に記載の供給回路。
  10. 前記供給スイッチングユニットはトランジスタ、特にＭＯＳＦＥＴトランジスタである、
    請求項１に記載の供給回路。
  11. 前記制御ユニットは、前記共振電流の第２の負性半波の間、前記供給スイッチングユニットをオン又はオフするよう構成される、
    請求項１に記載の供給回路。
  12. 請求項１に記載の供給回路と、少なくとも１つの負荷回路とを有する装置。
  13. 共振回路へ結合可能である各負荷回路は、１若しくはそれ以上のＬＥＤ及び／又は１若しくはそれ以上のＯＬＥＤを有する、
    請求項１２に記載の装置。
  14. 前記負荷回路の少なくとも１つは、逆並列構成を有するＬＥＤ列を有する、
    請求項１２に記載の装置。
  15. 少なくとも１つの感光部品が、少なくとも１つの負荷回路と相互に作用するよう設けられる、
    請求項１２に記載の装置。
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