JP2012528444A - 複数の電源から給電される知的照明タイルシステム - Google Patents

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Abstract

この発明は、照明システムのためのパワーユニットに関する。このパワーユニットは、メインパワー入力部2、出力端子3a,3b、当該パワーユニット1の供給電圧V1を調節するための電源5を含む。パワーユニットは、極性検出部13、出力端子3a,3bで電圧V2を測定するための電圧計11、及び、出力端子3a,3bで電流Aを測定するための電流計12を更に有する。パワーユニットは、制御ユニット7を有し、制御ユニット7は、パワーユニット1がオンに切り替えられた後に、ランダムな長さの起動手順遅延を開始するように構成され、制御ユニット7は、電圧計11、電流計12及び極性検出部13からの情報を処理し、前記情報に基づいてパワーユニット1のパワー出力を制御するように構成される。

Description

本発明は、電源に関し、より詳細には、複数の相互接続可能な多角形の照明モジュールを有するモジュール式照明システムの電源に関する。
モジュール式照明は、種々のサイズ及び形状の大型照明デバイスを得るために組み立てられ得るモジュールに言及する。それぞれの照明モジュールは、幾つかの照明要素、例えばRGB LEDを有する。斯様なモジュール式照明アプリケーションのサイズ及び形状を、例えばモジュール式照明アプリケーションが導入されるべき又は他の理由のための利用可能な空間に適合させるフレキシビリティに加えて、斯様なモジュール式照明アプリケーションは、照明パターンを視覚化するために用いられ、規格の矩形の液晶ディスプレイ(LCD)デバイスから概ね逸脱したサイズ及び形状をもち得るスクリーン上に、画像及び照明効果を静止及び移動させることを含む。特に、2次元照明モジュールは、典型的には、照明タイル又は単純にタイルと呼ばれる。斯様な照明タイルは、例えば四角形、三角形又は五角形のような、種々の多角形の形状をもち得る。照明タイルは、2次元形状に限定されるものではなく、立方体又はピラミッドのような3次元形状をもってもよい。
照明システムの形状及びサイズは、照明タイルを追加、除去及び再配置することにより変更され得る。明らかに、本システムにおけるタイルの数を変えることにより、電力需要も変化するだろう。少数の照明タイルだけを用いるユーザは、全体を用いることがない多数の照明タイルを有するシステムのために寸法された非常に強力で高価なパワーユニットを購入する気がしない。斯様な単一のパワーユニットのソリューションでの他の問題は、照明タイルの内部配線の全てが、単一のパワーユニットの最大キャパシティに応じて負荷に対して寸法されなければならないことである。
これに対する最適なソリューションは、タイルの間でメインパワーを分配し、タイルのそれぞれに、その特定のタイルの電力需要を満たす自己のパワーコンバータを与えることであるだろう。これは多くの利点を有し、一の利点は、外部パワーユニットが必要とされないことであり、これは、システムを大幅に簡素化するだろう。他の利点は、各タイルがメインパワーコンバータをもつことで、斯様な分配された電力供給は、単一の外部パワーユニットがどのキャパシティをもつかという質問を自己で回避することにより、オートスケーリング(auto-scaling)することであるだろう。しかしながら、タイルの間のメインパワーの分配は、安全規則により禁止されている。それ故、照明タイルの大きなシステムは、複数のパワーユニットにより給電されなければならない。この種類の一の照明システムは、国際公開第2007/069130号に開示されている。この従来のシステムにおいて、照明タイルは、隣のタイルに対する各タイルの回転方向は本質的ではないので、タイルを容易に適合させる内部配線をもつ。この文書において一の照明システムが述べられており、ここで、一のパワーユニットが10のタイルに対して給電可能であり、これは、より進化した装置に対して、非常に多くのパワーユニットが必要であることを意味する。
本発明は、例えば国際公開第2007/069130号に述べられた種類の照明タイルのシステムにおいて1よりも多いパワーユニットを用いたときには、既に取り付けられたパワーユニットにより与えられる、照明タイルの電力端子に現れる極性を予め決定することが常に可能とは限らないという見解に基づいている。通常、極性の問題は、非対称のアダプタを用いることにより回避される。しかしながら、照明タイルの各電力端子がどの極性をもつのかが予め知られていない場合には、非対称性は全く役に立たず、1よりも多くのパワーユニットがシステム上に取り付けられたときに短絡回路が取り込まれるという大きなリスクが存在する。それ故、本発明の目的は、極性の不一致から生ずる短絡回路を取り込むリスクを伴わない複数の斯様なパワーユニットを有するシステムにおいて使用され得るパワーユニットを提供することにある。
この目的は、請求項1に規定された本発明のパワーユニットで達成される。また、これは、請求項9の照明システム及び請求項10の照明システムに給電するための方法でも達成される。
従って、本発明の一態様によれば、メインパワー入力部、出力端子、当該パワーユニットの供給電圧を調節するための電源、前記出力端子で電圧を測定するための電圧計、前記出力端子で電流を測定するための電流計、及び、極性検出部を有する、パワーユニットが提供される。当該パワーユニットは、制御ユニットを更に有し、前記制御ユニットは、当該パワーユニットがオンに切り替えられた後に、ランダムな長さの起動手順遅延を開始するように構成され、前記制御ユニットは、前記電圧計、前記電流計及び前記極性検出部からの情報を処理し、前記情報に基づいて当該パワーユニットのパワー出力を制御するように更に構成される。
パワーユニットの一実施形態によれば、クロスバースイッチが極性を合わせるために設けられる。
パワーユニットの一実施形態によれば、電流リミッタが一時的な短絡に対してシステムを保護するために実装される。
パワーユニットの一実施形態によれば、時間的に変化する態様で出力された電流を制限する防上昇回路(anti-surge circuit)が、当該パワーユニットをシステムに接続するその瞬間での突然の電流上昇を回避するために設けられる。
パワーユニットの一実施形態によれば、ダイオード又はダイオードとして機能する回路は、パワーユニットが互いに供給することを回避するためにその出力端子と直列に設けられる。
請求項9に規定された本発明の他の態様によれば、複数の相互接続可能な多角形の照明タイルと、請求項1〜8のうちいずれか一項による複数のパワーユニットとを有する、照明システムが提供される。
請求項10に規定された本発明の他の態様によれば、複数のパワーユニットを有するシステムに給電する方法であって、パワーユニットの起動によりパワーユニットのそれぞれにより実行される、以下のステップを有する、方法が提供される。最初に、ランダムな長さの起動手順遅延が開始される。その後、前記起動手順遅延の終了時に前記パワーユニットの出力端子で電圧が測定され、前記起動手順遅延の終わりに前記パワーユニットの出力端子で電流も測定され、任意の極性の不一致が存在するかどうかが決定される。そして、前のステップにおいて収集された情報が処理され、前記パワーユニットのパワー出力が前記の処理に基づき制御される。
本発明は、請求項に記載された特徴の全ての可能な組み合わせに関連することに留意されたい。
本発明のこの及び他の態様は、本発明の現時点で好ましい実施形態を示す添付図面を参照して、より詳細に説明されるだろう。
照明タイルに取り付けられた単一のパワーユニットをもつ照明タイルの構成を示す。 部分的に不一致の極性をもつパワーユニットが取り付けられた照明ユニットの構成を示す。 本発明のパワーユニットの一実施形態の図式的配線レイアウトを示す。 システム照明タイルに取り付けられた3つのパワーユニットをもつシステム照明タイルの構成を示す。
図1は、パワーユニット101及び照明モジュール又は照明タイルのアレイ103を有する照明システムを示しており、1つだけのパワーユニット101が現時点で接続されている。図1において、パワーユニット101により与えられた極性分布が示される。この極性分布は、各タイル103内部の固定された内部パワー分布スキームによるものであり、これは、無短絡回路システムを得るために他のタイルに対する各タイルの向きを考慮する必要なくタイルを取り付けたり除去したりすることを可能にする。これは、照明システムにおける任意の所与のタイル103の縁部の端子で現れる極性が、パワーユニット101が取り付けられるタイルに対する位置、及び、パワーユニット101により与えられた極性に依存することを意味する。
照明システムの電力需要が単一のパワーユニット101の電力需要を超えた場合には、他のユニットが照明タイルのアレイに取り付けられなければならない。固定された極性をもつ他のパワーユニットが用いられた場合には、図2に示された状況が生じ得る。第1のパワーユニット101aは、最初のものであり、図1においても示されるように、システム全体に対して極性を与える。第2及び第3のパワーユニット101b,101cは、第1のパワーユニット101aと同様に、その後、アレイに取り付けられる。図2において示されるように、第2のパワーユニット101bの極性は、第1のパワーユニット101aの極性と一致し、如何なる短絡回路も生じさせないだろう。しかし、タイル103のパワー相互接続スキームにより、第3のパワーユニット101cの極性は、第1のパワーユニット101aの極性と不一致になり、システムにおいて短絡回路を生じさせるだろう。パワーユニット101cのタイルへの接続の反転は、非対称アダプタを用いたときにはこれらが一の位置にのみ固定され、反転され得ないので、できない。パワーユニット101cは、短絡回路の問題を回避するために他のタイル側に移動する必要があり、これは、特に利用者指向ではない。
図3は、本発明のパワーユニット1の一実施形態を示す。パワーユニット1は、メインパワー入力部2を有し、このメインパワー入力部2を介して、パワーユニット1は、メイン出口、及び2つの出力端子3a,3bに接続され、2つの出力端子3a,3bにより、パワーユニット1は、例えば照明タイルに接続され得る。パワーユニット1は、電源5を更に有し、この電源5は、パワーユニット1の供給電圧V1を、用いられるべき実際のシステムにおいて望まれる値に調節する。この値は、電圧セレクタを介して調節可能であり得るか、又は、不注意で間違った値に設定されることを回避するために固定された値に設定され得る。また、パワーユニット1は、電源オン検出部6、パワー伝達スイッチ9、及び、タイマー8を有する制御ユニット7を有し、タイマー8の目的は、パワーユニット1がオンに切り替えられた直後にランダムな長さの起動手順遅延を開始することにある。電源オン検出部6は、タイマー8を開始する電源5から出力された供給電圧V1の上昇エッジを検出する。この遅延の間、制御ユニット7は、パワー伝達スイッチ9との接続を断ち、従って、出力端子3a,3bには電力が伝達されない。与えられた遅延は、例えば、500ミリ秒の倍数であり得る。加えて、パワーユニット1は、出力端子3a,3bで、第2の電圧とも呼ばれる電圧V2を測定するための電圧計11と、出力端子3a,3bで電流Aを測定するための電流計12とを有する。制御ユニット7は、極性検出部13を更に有し、制御ユニット7は、クロスバースイッチ10を制御し、これは、供給電圧V1及び第2の電圧V2が不一致の極性をもつ場合に、これらの極性を合わせることができる。極性検出部13は、例えば、ダイオード又はダイオードとして機能する回路を有する別個の回路により構成され得る。しかしながら、極性検出は、パワーユニット1の出力端子3a,3bでの測定された第2の電圧及び電流Aを評価することにより、制御ユニット7により行われてもよい。電流の過度の増大の一方で、電圧がゼロ又はそれに近いままであることは、不一致の極性を示す。パワーユニット1は、一時的な短絡に対してシステムを保護する電流リミッタ14を備え、パワーユニット1をシステムに接続するまさにその瞬間に突然の電流の急上昇が生じることを回避するために、パワーユニット1は、防上昇回路15を有する。時々ホットスワップコントローラと呼ばれるこの防上昇回路15は、時間的に変化する態様でゼロからその終了値までの供給電流の適切な増大に対処する電気的に制御された抵抗として機能する。ダイオード又はダイオードのように機能する回路は、別個のパワーユニットが互いに供給することを回避するために、電源5とクロスバースイッチ10との間で出力端子3a,3bと直列に接続される。図3における機能の一部は置き換えられても組み合わせられてもよいことが留意されるべきである。例えば、クロスバースイッチ10及びパワー伝達スイッチ9を置き換えることが可能であり、又は、これらを2つの3ポジションスイッチに組み合わせることが可能であるだろう。また、電流リミッタ14及び防上昇回路15が組み合わせられてもよい。更に、スイッチは、トランジスタベースのスイッチのような電子手段により実装されてもよい。
本発明のパワーユニットの動作は、並列に接続された3つの同一のパワーユニットを有する照明システムにおいて、説明されるだろう。ただし、以下で述べられる手順は、任意の数のパワーユニットをもつシステムにおいて動作し、3つだけのパワーユニットに限定されるものではないことが留意されるべきである。
図4によれば、3つのパワーユニット1a,1b,1cは、図3において述べられたものと同様に、メインに対して同時にオンに切り替えられ、その直後に、各パワーユニット1a,1b,1cの電源は、その供給電圧V1を、所望の値、即ちパワーユニット1a,1b,1cが取り付けられる照明タイルのアレイに適した値に調節する。その後、各パワーユニット1a,1b,1cの制御ユニットは、パワーアップ手順におけるランダムな長さの遅延を開始する。この時間期間の間、パワーユニット1a,1b,1cの出力端子には電力は分配されない。第1のパワーユニット1aの起動手順遅延が3つのうち最も短いと仮定する。遅延の終わりに、第2の電圧V2及び電流Aの双方が第1のパワーユニット1aの出力端子で測定される。第2及び第3のパワーユニット1b,1cからは、これらの各起動手順遅延の間、電力が出力されないので、第2の電圧V2及び電流Aは共にゼロになるだろう。これは、第1のパワーユニット1aの供給電圧V1が電源からその出力端子に出力されるという結果を得る。これは、防上昇回路を介して行われ、防上昇回路は、接続のまさにその瞬間での突然の電流上昇を回避するためにゼロ以降からの電流の滑らかで連続的な増大を処理する。不所望な干渉を回避するために、これは、或る期間内で行われ、この期間は、次に開始するパワーユニットによる測定が実行される前に電流がその最終値に達するべきであるので、最も短い起動手順遅延よりも短くなる。これは、起動手順遅延が500ミリ秒の倍数として規定される場合には、電流の増大が、最も短い可能な起動手順遅延になるので、500ミリ秒の範囲内で行われるべきであることを意味する。第2のパワーユニット1bの起動手順遅延が次に終了すると仮定する。第2の電圧V2が第2のパワーユニット1bの出力端子で測定されるときには、非ゼロ電圧、第1のパワーユニット1aがアレイに既に接続されているのでターゲット電圧に等しい絶対値が見つけられるだろう。これは、第2のパワーユニット1bが、再び防上昇回路を介して、その出力端子に供給電圧を伝達するという結果を得る。第1及び第2のパワーユニットの出力電圧間に極性の不一致が存在する場合には、第2のパワーユニット1bにおける制御ユニットの極性検出部がこれを検知し、制御ユニットは、電圧がその出力に伝達されて防上昇回路が起動される前に極性を第1のパワーユニットの極性と合わせるために、第2のパワーユニット1bのクロスバースイッチを起動させるだろう。最後に、第3のパワーユニット1cの起動手順遅延が終了し、第3のパワーユニットは、第2のパワーユニット1bが行ったのと同様の態様でシステムに接続するだろう。
1よりも多くのパワーユニットのランダムな長さの起動手順遅延が同時に終了することも可能である。システムが3つのパワーユニット1a,1b,1cを有し、第1及び第2のパワーユニット1a,1bの起動手順遅延が同時に終了すると仮定すると、第3のパワーユニット1cの起動手順遅延の前に以下のことが起こる。
第1及び第2のパワーユニット1a,1bは、これらの各出力端子で第2の電圧V2及び電流Aを同時に測定するだろう。パワーユニットは、この時点ではシステムに如何なる電力も分配しないので、第1及び第2のパワーユニット1a,1bの第2の電圧V2はゼロになるだろう。これは、パワーユニット1a,1bのそれぞれの調節された供給電圧V1が各防上昇回路を介して各出力端子に伝達されることをもたらす。同時にパワーアップする第1及び第2のパワーユニット1a,1bの極性が一致する場合には、第2の電圧V2及び電流Aの双方はますます増大するだろう。これら2つのパワーユニット1a,1bは、マスターユニットとして機能し、第3のパワーユニット1cは、その起動手順遅延の終わりに、前述したようにその極性をこれら2つの極性に適合させ、パワーユニット1a,1b,1cの起動手順遅延が次々と終了する。
しかしながら、第1及び第2のパワーユニット1a,1bの極性が一致しない場合には、第2の電圧V2は起動手順遅延の終了後にゼロに近いままであるのに対し、電流Aは大幅に増大する。この状態は、双方のパワーユニット1a,1bのための新たな起動手順遅延を開始する。この手順は、全てのパワーユニット1a,1b,1cがシステムに適切に接続されるまで繰り返される。
従って、前に説明したように、システムにおいて複数のパワーユニットを一緒に用いる手法に関してユーザフレンドリで安全なソリューションが得られる。
当業者は、本発明が、前述された好ましい実施形態に限定されるものではないことを理解する。これに対して、多くの変更及びバリエーションが請求項の範囲で可能である。

Claims (15)

  1. パワーユニットであって、
    メインパワー入力部と、
    出力端子と、
    当該パワーユニットの供給電圧を調節するための電源と、
    前記出力端子で電圧を測定するための電圧計と、
    前記出力端子で電流を測定するための電流計と、
    極性検出部と、
    制御ユニットとを有し、
    前記制御ユニットは、当該パワーユニットがオンに切り替えられた後に、ランダムな長さの起動手順遅延を開始するように構成され、
    前記制御ユニットは、前記電圧計、前記電流計及び前記極性検出部からの情報を処理し、前記情報に基づいて当該パワーユニットのパワー出力を制御するように更に構成される、パワーユニット。
  2. 極性を合わせるためのクロスバースイッチを有する、請求項1に記載のパワーユニット。
  3. 電流リミッタを有する、請求項1に記載のパワーユニット。
  4. 時間的に変化する態様で出力された電流を制限する防上昇回路を有する、請求項1に記載のパワーユニット。
  5. 前記防上昇回路は、ランダムな長さの最も短い可能な起動手順遅延よりも速く、ゼロからその終了値への電流の増大を実行可能である、請求項4に記載のパワーユニット。
  6. パワー伝達スイッチを有する、請求項1に記載のパワーユニット。
  7. ダイオードを出力端子と直列に有する、請求項1に記載のパワーユニット。
  8. ダイオードとして機能する回路を出力端子と直列に有する、請求項1に記載のパワーユニット。
  9. 複数の相互接続可能な多角形の照明タイルと、
    請求項1〜8のうちいずれか一項に記載の複数のパワーユニットとを有する、照明システム。
  10. 複数のパワーユニットを有するシステムに給電する方法であって、
    (a)ランダムな長さの起動手順遅延を開始するステップと、
    (b)ランダムな長さの前記起動手順遅延の終了時に前記パワーユニットの出力端子で電圧を測定するステップと、
    (c)ランダムな長さの前記起動手順遅延の終了時に前記パワーユニットの出力端子で電流を測定するステップと、
    (d)任意の極性の不一致が存在するかどうかを決定するステップと、
    (e)前記ステップb〜dにおいて収集された情報を処理するステップと、
    (f)前記の処理に基づいて前記パワーユニットのパワー出力を制御するステップとを有し、
    これらのステップが、前記パワーユニットの起動により前記パワーユニットのそれぞれにより実行される、方法。
  11. 請求項10に記載の複数のパワーユニットを有するシステムに給電する方法であって、
    前記電圧が前記ステップbにおいてゼロに近くなることは、前記ステップfにおける前記パワーユニットの前記パワー出力の制御が、前記パワーユニットから前記出力端子への前記パワー出力の伝達を含むことを意味する、方法。
  12. 請求項11に記載の複数のパワーユニットを有するシステムに給電する方法であって、
    前記電圧がゼロに近いままであるのに対し前記電流の急上昇が測定されることは、前記ステップaによるランダムな長さの新たな起動手順遅延が開始されることを意味する、方法。
  13. 請求項10に記載の複数のパワーユニットを有するシステムに給電する方法であって、
    前記電圧が前記ステップbにおいてターゲット電圧に近くなることは、前記ステップdにおいて極性チェックをもたらし、極性の不一致が見つけられた場合には、前記ステップfにおける前記パワーユニットの前記パワー出力の制御が、極性の合致、続いて、前記パワーユニットの前記出力端子への前記パワー出力の伝達を含み、極性の不一致が見つけられなかった場合には、前記パワーユニットの前記出力端子への前記パワー出力の伝達が、斯様な合致を伴うことなくもたらされ得る、方法。
  14. 請求項10〜13のうちいずれか一項に記載の複数のパワーユニットを有するシステムに給電する方法であって、
    前記ステップfにおける制御は、防上昇回路により電流の増大を実行するステップを有し、
    前記電流の増大は、最も短い起動手順遅延よりも短い時間で終了する、方法。
  15. 請求項10〜14のうちいずれか一項に記載の複数のパワーユニットを有するシステムに給電する方法であって、
    ランダムな長さの前記起動手順遅延は500ミリ秒の倍数である、方法。
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