JP2012528444A

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

Info

Publication number: JP2012528444A
Application number: JP2012512502A
Authority: JP
Inventors: ピエテルヤコブスナイデル
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: US20120074784A1; JP5642163B2; BRPI1008166A2; KR20120017081A; TW201105165A; WO2010136954A1; US9127820B2; CN102449684A; RU2011154134A; EP2436000A1; EP2256720A1; CN102449684B

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。