JP2013542550A

JP2013542550A - ＴＨＤｉバイパス回路を備える半導体照明ドライバ

Info

Publication number: JP2013542550A
Application number: JP2013527122A
Authority: JP
Inventors: ジョージリー; アーサーヤング; ジン−ボモ
Original assignee: アメリカンブライトライティング，インク．
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-11-21
Also published as: CA2808880A1; US20120049742A1; AU2011293429B2; EP2609794A2; CN103959904A; WO2012027463A2; CN103959904B; TWI461096B; AU2011293429A1; TW201233232A; US8669709B2; WO2012027463A3; KR20140018835A

Abstract

全高調波歪み（「ＴＨＤｉ」）バイパス回路を有する半導体照明ドライバおよびシステムが開示される。半導体ドライバは、第２照明セグメントに直列接続された第１照明セグメントを有する半導体ランプに通電する。駆動電圧が低い時には、ＴＨＤｉバイパス回路がＬＥＤの第１照明セグメントをバイパスして第２照明セグメントに通電する。その結果、半導体ランプは出力サイクルの大部分で光線を発してＴＨＤｉを減少させる。

Description

関連出願情報
本出願は、２０１０年８月２７日に出願された米国仮特許出願番号第６１／３７７，８４６号の米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく優先権を主張し、その開示内容全体が引用される。

本発明は、概して半導体照明ドライバおよび照明システムに関連する。より詳しく述べると、本発明はＬＥＤ照明システムについてのものである。

白熱灯など従来の光源と比較して高い効率および長い寿命を持つので、半導体照明機器はますます一般的になっている。しかし、半導体照明器具に通電するドライバは、半導体照明器具と比較して寿命がかなり短く、過剰な全高調波歪みを有することが多い。

米国特許出願公開第２００５／０１５６５３６号米国特許出願公開第２０１０／０００２４３２号米国特許出願公開第２００７／０１８８１１２号米国特許出願公開第２００６／０１９２７２８号米国特許出願公開第２０１０／００４５１９８号

したがって、半導体照明ドライバおよびシステムを改良する必要性が存在する。

第一の態様では、電流駆動回路とバイパス回路とを包含する照明駆動回路が提供される。電流駆動回路は、出力サイクルを有する交流（ＡＣ）電源に結合され、第１照明セグメントと第２照明セグメントとを有する半導体ランプへ電流を供給するように駆動回路が構成されている。駆動回路は第１照明セグメントの入力に直接的に結合されるように構成され、第２照明セグメントの入力は第１照明セグメントの出力に直接的に結合されている。バイパス回路は電流駆動回路に結合されて、第２照明セグメントの入力に結合されるように構成され、出力サイクル中の時間に駆動回路からのバイパス電流を第２照明セグメントへ供給するようにバイパス回路が構成されている。

照明駆動回路の第一好適実施形態では、直列接続された複数の第１発光ダイオード（ＬＥＤ）を第１照明セグメントが好ましくは包含し、直列接続された複数の第２ＬＥＤを第２照明セグメントが好ましくは包含する。バイパス回路は好ましくは、第２照明セグメントの入力の電圧に基づいて駆動回路からのバイパス電流を第２照明セグメントへ供給する。好ましくは、第２照明セグメントの入力の電圧が閾値を超えた時に駆動回路からのバイパス電流の流れを終了させるようにバイパス回路がさらに構成される。バイパス回路は、駆動回路と第２照明セグメントの入力とに電気結合されたドレーンおよびソースを有する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を好ましくは包含する。ＭＯＳＦＥＴのゲートは、好ましくは第２照明セグメントの入力に結合される。電流の全高調波歪み（ＴＨＤｉ）は、好ましくは１５％未満である。駆動回路の出力係数は、好ましくは９５％を超える。ＡＣ電源は、好ましくは１２０ボルト電源を包含する。ＡＣ電源は、好ましくは２４０ボルト電源を包含する。

第二の態様では、半導体ランプと電流駆動回路とバイパス回路とを包含する照明システムが提供される。半導体ランプは第１照明セグメントと第２照明セグメントとを有し、第２照明セグメントの入力は第１照明セグメントの出力に結合されている。電流駆動回路は出力サイクルを有する交流（ＡＣ）電源に結合され、半導体ランプへ電流を供給するように電流駆動回路が構成されている。駆動回路は、第１照明セグメントの入力に結合されている。バイパス回路は、電流駆動回路と第２照明セグメントの入力とに結合されている。出力サイクル中の時間に駆動回路からのバイパス電流を第２照明セグメントへ供給するようにバイパス回路が構成されている。

第二好適実施形態では、直列接続された複数の第１発光ダイオード（ＬＥＤ）を第１照明セグメントが好ましくは包含し、直列接続された複数の第２ＬＥＤを第２照明セグメントが好ましくは包含する。好ましくは、第２照明セグメントの入力の電圧に基づいて、バイパス回路が駆動回路からのバイパス電流を第２照明セグメントへ供給する。好ましくはバイパス回路がさらに、第２照明セグメントの入力の電圧が閾値を超えた時に駆動回路からのバイパス電流の流れを終了させるように構成される。好ましくはバイパス回路がさらに、駆動回路と第２照明セグメントの入力とに電気結合されたドレーンおよびソースを有する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を包含する。ＭＯＳＦＥＴのゲートは、好ましくは第２照明セグメントの入力に結合される。電流の全高調波歪み（ＴＨＤｉ）は、好ましくは１５％未満である。

第三の態様では、光線を発生させるための方法が提供される。この方法は、出力サイクルを有する交流（ＡＣ）を供給することと、交流を整流して全波整流信号を形成することと、全波整流信号に基づいて駆動電流を発生させることと、第１照明セグメントと第１照明セグメントに結合された第２照明セグメントとを有する半導体ランプに通電することと、通電時間中に駆動電流からの電流を第２照明セグメントへバイパスすることと、バイパス電流により第２照明セグメントから光線を発生させることとを包含する。

第三好適実施形態では、電圧に基づいてバイパス電流を終了させることと、駆動電流により第１照明セグメントおよび第２照明セグメントから光線を発生させることとを、方法が好ましくはさらに包含する。バイパス電流の終了は、好ましくは第２照明セグメントの入力の電圧に基づく。

本発明の以上および他の特徴および長所は、関連の図についての好適実施形態の説明によりさらに明白となるだろう。

直列接続された多数のＬＥＤを有する照明アセンブリについての機能ブロック図である。図１に図示された照明アセンブリについての代表的な電圧および電流のグラフである。ＬＥＤの照明セグメントと並列である代表的なバイパス回路を有する照明アセンブリについての機能ブロック図である。図３に図示された照明アセンブリについての代表的な電圧プロットおよび電流プロットのグラフである。代表的なバイパス回路を有する照明アセンブリの実施形態についての機能ブロック図である。代表的なバイパス回路を有する照明アセンブリの別の実施形態についての機能ブロック図である。図５に図示された照明アセンブリについての代表的な電圧および電流のグラフである。

以下の好適実施形態は、半導体照明ドライバおよびシステムについてのものである。発光ダイオード（「ＬＥＤ」）などの半導体照明器具は、白熱灯など従来の光源と比較してかなり高い出力効率および動作寿命を示す。しかし、一般的に１２０ボルト（Ｖ）の交流（「ＡＣ」）を供給する既設の照明器具へＬＥＤを新たに取り付けるには、いくつかの難題が存在する。ＬＥＤは、順方向バイアス構成で動作する時のみ光線を発し、ＬＥＤの発光波長に応じて１．９Ｖから３．２Ｖの範囲の順方向電圧降下が見られる。ＬＥＤは直列接続されて、１２０ＶのＡＣ電源の最高電圧に近い全体電圧降下が見られるＬＥＤストリングを形成する。しかし、ＬＥＤは出力サイクルの一部分のみで光線を発し、出力効率の低下および全高調波歪み（「ＴＨＤｉ」：total harmonic distortion of current）の増大が生じる。

一実施形態では、駆動電圧が低い時にＬＥＤの第１照明セグメントをバイパスしてＬＥＤの第２照明セグメントに通電するＴＨＤｉバイパス回路の結果として、ＴＨＤｉが減少する。ＬＥＤの第１照明セグメントにおける電圧が閾値に達すると、ＬＥＤの第２照明セグメントへのバイパス電流の流れをＴＨＤｉバイパス回路が終了させて、ドライバ回路がＬＥＤのチェーン全体に電力供給する。その結果、ＬＥＤストリングが出力サイクルの大部分にわたって光線を発し、ＴＨＤｉを減少させる。

ＬＥＤを駆動するための従来アプローチの大部分は、スイッチモード電源などの外部ＬＥＤドライバを用いるか、受動抵抗アプローチを用いることにより、ＡＣライン電圧を低ＤＣ電圧に変換する駆動回路構成を使用する。実施形態では、限定数のコンポーネントを使用する能動的かつ単純な直接高電圧またはオフラインＬＥＤの解決法が提供される。また、出力係数の向上、可変電圧による駆動電流の安定化、およびＴＨＤｉの減少についての優れた性能が、実施形態で提供される。さらに、一般的にはＬＥＤよりも先に機能しなくなる電解コンデンサに頼る従来のアプローチと比較して向上した動作寿命が、実施形態で見られる。従来のＬＥＤドライバで用いられる一般的な電解コンデンサと異なり長い動作寿命が可能であるセラミックコンデンサのみが、実施形態で使用される。従来のＬＥＤドライバの短所を克服する能動的で単純かつ低コストの効果的なオフライン駆動解決法が、実施形態で提供される。

半導体照明システムおよびドライバに関する教示は、ともにＬｅｅらによる米国公報番号第２００８／０２６５８０１号および第２０１０／００４５１９８号により提供される開示を含み、これら公報は本文に充分な記載が行われたかのように引用される。

図１は、直列接続された多数のＬＥＤを有する照明アセンブリ１０１の機能ブロック図を示す。交流電源１０２は、ピン１０６，１０４を介してブリッジ整流器１１０に電気接続されている。ブリッジ整流器１１０は、ダイオード１１１，１１２，１１３，１１４を包含する。ブリッジ整流器１１０は交流ライン電圧を整流して、出力１０３で全波整流信号を供給する。ブリッジ整流器１１０の出力１０３は、限流器１２０に接続されている。限流器１２０は、以下に記載される電流駆動回路でよい。限流器１２０は、直列接続されたＬＥＤモジュール１３０ａ〜１３０ｍに結合されている。ＬＥＤモジュール１３０ａなどの各ＬＥＤモジュールは、直列接続された３個のＬＥＤ１３１，１３２，１３３を有する。こうして、１３個のＬＥＤモジュール、つまり直列接続された３９個のＬＥＤが設けられる。最終ＬＥＤモジュール１３０ｍの出力は、ピン１０５を介してブリッジ整流器１１０に接続されている。

図２は、図１に図示された照明アセンブリについての代表的な電圧２０１および電流２５１のグラフを示す。電圧２０１は、図１にＶ_ｉｎおよびＶ_ｏｕｔと記された限流器１２０の出力１２５とＬＥＤモジュール１３０ｍの出力１２６との電圧の差である。電流２５１は、ＬＥＤモジュール１３０ａから１３０ｍに流れる電流である。電圧２０１はブリッジ整流器１１０の結果として全波整流パターンを示し、正弦波の絶対値として変化する。一般的な１２０ボルトの電気供給ラインでは、電圧２０１はポイント２２０で０Ｖから変化してポイント２１０ではおよそ１７０Ｖの最大値まで上昇する。

ＬＥＤは、赤外線ＬＥＤの場合のおよそ１．９Ｖから白色または青色ＬＥＤの場合のおよそ３．２Ｖまでの範囲の順方向電圧Ｖ_ｆを有する。順方向電圧Ｖ_ｆより低い電圧で駆動されると、ＬＥＤの漏洩電流は最小となる。しかし、順方向電圧Ｖ_ｆより高い電圧でＬＥＤが駆動されると、駆動電流が急激に上昇する。図２は、３．２Ｖの順方向電圧Ｖ_ｆを各々が有する３９個のＬＥＤを有する実施形態についての代表的なグラフを図示したものである。こうして電流２５１はポイント２０５で突然上昇し、ここでＬＥＤモジュール１３０ａから１３０ｍの電位は、ＬＥＤ１個あたり３．２Ｖを３９個のＬＥＤ全体で掛け合わせた積に達し、総電圧降下はおよそ１２６Ｖとなる。限流器１２０の結果として、電流２５１は上方領域２５５では一定のままである。電位が１２６Ｖ未満まで降下すると、ポイント２６０で電流２５１がゼロ付近まで低下する。

照明アセンブリ１０１は良好な出力係数を示すが、高いＴＨＤｉが難点である。多くの公益企業は、低いＴＨＤｉを有する照明器具には払い戻しを行っている。ゆえに、必要な２０％レベルよりもＴＨＤｉを低くするようにＴＨＤｉバイパス回路が設計されていた。

図３は、代表的なＴＨＤｉバイパス回路３１０を有する照明アセンブリ３０１の機能ブロック図を示す。照明アセンブリ３０１は、直列接続されたＬＥＤモジュール１３０ａから１３０ｊを包含する第１照明セグメント３０２と、直列接続されたＬＥＤモジュール１３０ｋから１３０ｍを包含する第２照明セグメント３０３とを有する。第２照明セグメント３０３の入力は、ポイント１２７で第１照明セグメント３０２の出力に直接的に接続されている。照明アセンブリ３０１は、ブリッジ整流器１１０と限流器１２０とを有する。バイパス回路３１０は、ライン３０４を通して限流器１２０の出力により給電される。バイパス回路３１０は、第１照明セグメント３０２の出力１２７と第２照明セグメント３０３の出力１２６にも接続されている。バイパス回路３１０は、ポイント１２７で第２照明セグメント３０３の入力へバイパス電流を供給する。バイパス回路３１０は、いくつかのＬＥＤに充分な通電を行って、いくつかのＬＥＤを低電圧および低電流レベルで発光させるように構成されている。

図４は、図３に図示された照明アセンブリ３０１についての代表的な電圧３０５および電流３５０のグラフを示す。電圧３０５は、図３にＶ_ｉｎおよびＶ_ｏｕｔと記された限流器１２０の出力１２５とＬＥＤモジュール１３０ｍの出力１２６との間の電位の差である。電流３５０は限流器１２０から流れる電流であって、限流器１２０によって例えば２０ミリアンペア（「ｍＡ」）などの最高駆動電流に制限される。この非限定的な例では最高電流レベルはおよそ２０ｍＡであるが、他の最高電流レベルが使用されてもよいことは理解されるはずである。

電圧３０５が０Ｖから上昇してポイント３１２で〜２５Ｖに達する際に、バイパス回路３１０は、電流プロットの範囲３５２に示された電流により第２照明セグメント３０３のＬＥＤ（つまりＬＥＤモジュール１３０ｋから１３０ｍ）が発光するように、駆動電流の一部分を出力１２７へバイパスする構成を持つ。ポイント３１４で電圧３０５がおよそ８０Ｖの電圧に達すると、第１照明セグメント３０２を電流が流れた結果として電圧Ｖ_{ｂｙｐａｓｓ}が充分に高いため、バイパス回路はバイパス電流の導通を中断する。電圧がおよそ８０Ｖよりも上昇すると、電流プロットの範囲３５３に示されているように電流３５０が上昇する。電圧３０５がポイント３１６でおよそ１２６Ｖに達すると、例えば限流器１２０によっておよそ２０ｍＡに制限される一定電流レベル３５６により、第１および第２照明セグメント３０２，３０３が発光する。ポイント３１８で電圧３０５がおよそ１２６Ｖよりも低下すると、電流プロットの範囲３５７に示されているように電流が低下する。ポイント３２０で電圧３０５がおよそ８０Ｖよりも低下すると、電流プロットの範囲３５８に示されているように電流３５０が低下する。ポイント３２２で電圧３０５がおよそ２５Ｖよりも低下すると、電流レベル３５９で電流の流れが終了する。

図５は、代表的なＴＨＤｉバイパス回路５６０を有する照明アセンブリ５０１の一実施形態の機能ブロック図であり、照明アセンブリ５０１は１２０ボルトの用途に合わせて構成されている。照明アセンブリ５０１は、電流駆動回路５２０とバイパス回路５６０とを包含する。照明アセンブリはさらに、直列接続されたＬＥＤモジュール１３０ａから１３０ｊを包含する第１照明セグメント５０２と、ＬＥＤモジュール１３０ｋから１３０ｍを包含する第２照明セグメント５０３とを包含する。出力サイクル中の時間にＬＥＤモジュール１３０ｋから１３０ｍを包含する第２照明セグメント５０３に通電するように、バイパス回路が構成されている。第１照明セグメント５０２の出力は、ポイント５２６で第２照明セグメント５０３の入力に接続されている。図５はこの非限定的な例のＬＥＤストリングを図示しているが、第１照明セグメントと第２照明セグメントとを有して第２セグメントの入力が第１セグメントの出力に結合される他のタイプの半導体ランプが一つ以上の実施形態で考えられることが理解されるべきである。

電流駆動回路５２０は、出力サイクルを有する交流（ＡＣ）電源１０２に結合されている。駆動回路５２０は第１および第２照明セグメント５０２，５０３へ電流Ｉ_１を供給し、第１照明セグメント５０２の入力に直接的に電気接続されている。駆動回路５２０は、限流器、または図６に描かれて以下に記載される駆動回路６２０に関して以下に記載される電流源でよい。

バイパス回路５６０は、電流駆動回路５２０の出力と第２照明セグメント５０３の入力とに電気接続されている。出力サイクルの通電時間中に、バイパス回路は駆動回路から第２照明セグメントへバイパス電流Ｉ_ｂｐを供給する。ポイント５２６での第２照明セグメントの入力の電圧Ｖ_２に基づいて、バイパス回路５６０は駆動回路から第２照明セグメント５０３へバイパス電流を供給するとよい。

バイパス回路は、抵抗器５１２，５１４とセラミックコンデンサ５１８とダイオード５１６とともに用いられるＮチャネル強化モードＭＯＳＦＥＴ５１０から成るとよい。回路は、ＬＥＤストリング内に接続されて指定数のＬＥＤに通電するタップポイント５２６を有する。

一実施形態において、バイパス回路５６０は、電流駆動回路５２０の出力と強化ＭＯＳＦＥＴ５１０（Ｑ２）のドレーンとに接続された抵抗器５１２（Ｒ２）を包含する。ＭＯＳＦＥＴ５１０のソースは、第２照明セグメント５０３の入力に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ５１０のゲートは、コンデンサ５１８（Ｃ１）およびダイオード５１６（ＤＤ１）に接続された抵抗器Ｒ３に接続されている。コンデンサ５１８は第２照明セグメント５０３の出力に接続され、ダイオード５１６は第２照明セグメント５０３の入力に接続されている。一実施形態において、ＭＯＳＦＥＴ５１０は、例えばＺｅｔｅｘ製のＺＶＮ４５２５Ｅ６など、２５０ＶのＮチャネル強化モードＭＯＳＦＥＴであるとよく、抵抗器５１２，５１４は４．７ｋオーム抵抗器であり、コンデンサ５１８は０．０１μＦ／１００Ｖコンデンサであるとよい。

同様に、図６は、代表的なバイパス回路６６０を有する照明アセンブリ６０１の一実施形態についての機能ブロック図を示し、照明アセンブリ６０１は２４０ボルトの用途に合わせて構成されている。照明アセンブリ６０１は、電流駆動回路６２０とバイパス回路６６０とを包含する。照明アセンブリはさらに、直列接続されたＬＥＤモジュール１３０ａから１３０ｖを包含する第１照明セグメント６０３と、ＬＥＤモジュール１３０ｗから１３０ｚを包含する第２照明セグメント６０４とを包含する。バイパス回路は、出力サイクル中の時間にＬＥＤモジュール１３０ｗから１３０ｚを包含する第２照明セグメント６０４に通電するように構成されている。第１照明セグメント６０３の出力は、ポイント６２６で第２照明セグメント６０４の入力に接続されている。

照明アセンブリ６０１は、電流駆動回路６２０とバイパス回路６６０とを包含する。電流駆動回路６２０は、出力サイクルを有する交流（ＡＣ）電源６０２に結合されている。駆動回路６２０は、第１照明セグメント６０３の入力に直接的に電気接続されている。電流駆動回路６２０は、抵抗器６５５とともに用いられて一定電流を供給するＮチャネル空乏モードＭＯＳＦＥＴ６５０を包含するとよい。抵抗器６５５により電流が制御される。ＭＯＳＦＥＴ６５０と抵抗器６５５とは、広範囲の電圧にわたって一定の駆動電流を供給するように構成されている。一実施形態において、ＭＯＳＦＥＴ６５０は、Ｓｕｐｅｒｔｅｘ製のＤＮ３１３５など、低いオン抵抗および高いＩ_ｄｓｓでＡＣ動作（欧州用途では３５０Ｖなど）において使用される高いＶ_ｄｓを有するＮチャネル空乏モードＭＯＳＦＥＴでよく、抵抗器６５５は１７５オーム抵抗器でよい。

バイパス回路６６０は、電流駆動回路６２０と第２照明セグメント６０４の入力とに電気接続されている。バイパス回路６６０は、出力サイクル内の通電時間中に駆動回路から第２照明セグメント６０４へバイパス電流Ｉ_ｂｐを供給する。一実施形態では、電流駆動回路６２０の出力と強化ＭＯＳＦＥＴ６１０（Ｑ２）のドレーンとに接続された抵抗器６１２（Ｒ２）を、バイパス回路６６０が包含する。ＭＯＳＦＥＴ６１０のソースは、第２照明セグメント６０４の入力に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ６１０のゲートは、コンデンサ６１８（Ｃ１）とダイオード６１６（ＤＤ１）とに接続された抵抗器６１４（Ｒ３）に接続されている。コンデンサ６１８は第２照明セグメント６０４の出力に接続され、ダイオード６１６は第２照明セグメントの入力に接続されている。一実施形態において、ＭＯＳＦＥＴ６１０は、例えばＺｅｔｅｘ製のＺＶＮ４５２５Ｅ６など、２５０ＶのＮチャネル強化モードＭＯＳＦＥＴでよく、抵抗器６１２は１５ｋオーム抵抗器でよく、抵抗器６１４は４．７ｋオーム抵抗器でよく、コンデンサ６１８は０．０１μＦの２００Ｖコンデンサでよい。

図７は、図５に図示された照明アセンブリについての代表的な電圧プロット７０２および電流プロット７５０のグラフを示し、バイパス回路５６０の作用を図示したものである。図１に図示された照明アセンブリ１０１について上に記載したように、バイパス回路５６０，６６０などのバイパス回路を使用しない回路は、それぞれおよそ１３０Ｖまたは２６０に電位が達するまでＬＥＤを顕著に発光させない。バイパス回路を有する実施形態は、電位が１３０Ｖ未満である時に、ＬＥＤストリング内の低ＬＥＤに通電してこれを発光させる。

７０２の電圧がポイント７０１でおよそ０Ｖとおよそ２５Ｖの間である時には、第１平坦領域７５１に示されているように電流の流れは０ｍＡに近い。電圧７０２がおよそ２５Ｖを超えると、Ｖ_Ｄ＞Ｖ_Ｓであるならばコンデンサ６１８（Ｃ１）がＭＯＳＦＥＴ６１０を準備状態に維持するので、ＭＯＳＦＥＴ６１０が駆動電流からのバイパス電流を通し始めて、ＬＥＤ５０３の第２セグメントに通電してこれを発光させる。電圧がおよそ１００Ｖに達すると、第１セグメント５０２のＬＥＤが電気を通し始めるため、ＭＯＳＦＥＴ５１０のドレーンでの電圧はＭＯＳＦＥＴ５１０のソースでの電圧より低くなる。これは、第２平坦領域７５２により示されているように、ＭＯＳＦＥＴ５１０をオフに切り換えてバイパス電流の流れを終了させる作用を持つ。電圧がおよそ１００Ｖを上回っている間は、ＭＯＳＦＥＴ５１０はバイパス電流を通さない。こうして、バイパス回路５６０はさらに、この例ではおよそ１００Ｖである閾値を電流駆動回路の電圧が超えた時に駆動回路からのバイパス電流の流れを終了させるように構成されている。電圧がおよそ１３０Ｖに達すると、第３平坦領域７５３により示されているように、第１照明セグメント５０２および第２照明セグメント５０３のＬＥＤのすべてに駆動電流が充分に通電される。ポイント７０５で電圧がおよそ１００Ｖまで降下すると、第４平坦領域７５４に示されているようにＭＯＳＦＥＴ５１０がバイパス電流を通し始める。電圧がおよそ２５Ｖよりも降下すると、第５平坦領域７５５により示されているように、ＬＥＤの第１および第２照明セグメントには顕著な電流の流れは見られない。

バイパス回路５６０の重要な固有特徴の一つは、電圧検出またはＤＣ変換を用いずにバイパス回路がオンおよびオフに切り換えられることである。また、バイパス回路５６０は、固有の長い寿命を有する５個のコンポーネントのみを包含する。

設定駆動電流、入力電圧、およびＬＥＤへのタップ位置など、所望の回路変数に従って抵抗値を変化させることにより、ＴＨＤｉは２０％未満まで減少可能である。２０％未満のＴＨＤｉが達成可能である。実施形態では、１１％未満のＴＨＤｉを示してもよい。また、実施形態に見られる出力係数は９５％を超え、９９％に近い。

ＴＨＤｉの値をさらに低下させるには、二つ以上のＴＨＤｉバイパス回路が使用されるとよい。一実施形態では、多数のＴＨＤｉバイパス回路を有する照明アセンブリが独立動作を行う。二組のＴＨＤｉバイパス回路では、ＴＨＤｉの値をおよそ１０％まで低下させることができ、三組のＴＨＤｉバイパス回路では、ＴＨＤｉの値を５％未満まで低下させることができる。

特定実施形態について本発明を説明してきたが、上記の長所を達成するのに他の形で概念が具現化されてもよいことは明白で、理解されるべきである。上記の好適実施形態は、主としてシステムのＴＨＤｉを低下させる全高調波歪み（「ＴＨＤｉ」）バイパス回路を有する半導体照明ドライバおよびシステムについて説明された。これに関して、半導体ドライバおよびシステムについての上記の説明は、例示および説明を目的として提示されたものである。

さらに、説明はここに開示される形に発明を限定することを意図するものではない。したがって、関連技術についての以下の教示、技術、知識と矛盾しない変形および変更は、本発明の範囲に含まれる。上述した実施形態はさらに、ここに開示される発明の実行についての周知の態様を説明して、同等の、または代替的な実施形態において、また本発明の特定の用途また使用に必要と考えられる様々な変更とともに、他の当業者が発明を利用できるようにすることを意図している。

Claims

出力サイクルを有する交流（ＡＣ）電源に結合された電流駆動回路であって、第１照明セグメントと第２照明セグメントとを有する半導体ランプへ電流を供給するように構成された駆動回路であり、前記第１照明セグメントの入力に直接的に結合されるように駆動回路が構成され、前記第２照明セグメントの入力が前記第１照明セグメントの出力に直接的に結合される、駆動回路と、
前記電流駆動回路に結合されて、前記第２照明セグメントの前記入力に結合されるように構成されたバイパス回路であって、前記出力サイクル中の時間に前記駆動回路からのバイパス電流を前記第２照明セグメントへ供給するように構成されたバイパス回路と、
を含む照明駆動回路。
直列接続された複数の第１発光ダイオードを前記第１照明セグメントが包含し、
直列接続された複数の第２発光ダイオードを前記第２照明セグメントが包含する、
請求項１に記載の照明駆動回路。
前記第２照明セグメントの前記入力の電圧に基づいて、前記バイパス回路が前記駆動回路からの前記バイパス電流を前記第２照明セグメントへ供給する、請求項１に記載の照明駆動回路。
前記バイパス回路がさらに、前記第２照明セグメントの前記入力の電圧が閾値を超えた時に前記駆動回路からのバイパス電流の流れを終了させるように構成される、請求項１に記載の照明駆動回路。
前記バイパス回路がさらに、前記駆動回路と前記第２照明セグメントの前記入力とに電気結合されたドレーンおよびソースを有する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を含む、請求項１に記載の照明駆動回路。
前記ＭＯＳＦＥＴのゲートが前記第２照明セグメントの前記入力に結合される、請求項５に記載の照明駆動回路。
電流の全高調波歪み（ＴＨＤｉ）が１５％未満である、請求項１に記載の照明駆動回路。
前記駆動回路の出力係数が９５％を超える、請求項１に記載の照明駆動回路。
前記ＡＣ電源が１２０ボルト電源を含む、請求項１に記載の照明駆動回路。
前記ＡＣ電源が２４０ボルト電源を含む、請求項１に記載の照明駆動回路。
第１照明セグメントと第２照明セグメントとを有する半導体ランプであって、前記第２照明セグメントの入力が前記第１照明セグメントの出力に結合される、半導体ランプと、
出力サイクルを有する交流（ＡＣ）電源に結合される電流駆動回路であって、半導体ランプへ電流を供給するように構成された駆動回路であり、前記第１照明セグメントの入力に結合される駆動回路と、
前記電流駆動回路と前記第２照明セグメントの前記入力とに結合されるバイパス回路であって、前記出力サイクル中の時間に前記駆動回路からのバイパス電流を前記第２照明セグメントへ供給するように構成されたバイパス回路と、
を含む照明システム。
直列接続された複数の第１発光ダイオードを前記第１照明セグメントが含み、
直列接続された複数の第２発光ダイオードを前記第２照明セグメントが含む、
請求項１１に記載の照明システム。
前記第２照明セグメントの前記入力の電圧に基づいて、前記バイパス回路が前記駆動回路からの前記バイパス電流を前記第２照明セグメントへ供給する、請求項１１に記載の照明システム。
前記バイパス回路がさらに、前記第２照明セグメントの前記入力の電圧が閾値を超える時に前記駆動回路からのバイパス電流の流れを終了させるように構成される、請求項１１に記載の照明システム。
前記バイパス回路がさらに、前記駆動回路と前記第２照明セグメントの前記入力とに電気結合されたドレーンおよびソースを有する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を含む、請求項１１に記載の照明システム。
前記ＭＯＳＦＥＴのゲートが前記第２照明セグメントの前記入力に結合される、請求項１５に記載の照明システム。
電流の全高調波歪み（ＴＨＤｉ）が１５％未満である、請求項１１に記載の照明システム。
出力サイクルを有する交流（ＡＣ）を供給することと、
前記交流を整流して全波整流信号を形成することと、
前記全波整流信号に基づいて駆動電流を発生させることと、
第１照明セグメントと前記第１照明セグメントに結合された第２照明セグメントとを有する半導体ランプに通電することと、
通電時間中に前記駆動電流からの電流を前記第２照明セグメントへバイパスすることと、
バイパスされた前記電流により前記第２照明セグメントから光線を発生させることと、
を含む光線を発生させるための方法。
電圧に基づいて前記バイパス電流を終了させることと、
前記駆動電流により前記第１照明セグメントおよび前記第２照明セグメントから光線を発生させることと、
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
前記バイパス電流の終了が、前記第２照明セグメントの前記入力の電圧に基づく、請求項１９に記載の方法。