JP2014110244A

JP2014110244A - Ｌｅｄ照明装置、その電流レギュレータおよび電流レギュレーティング方法

Info

Publication number: JP2014110244A
Application number: JP2013248954A
Authority: JP
Inventors: Yong Guen Kim; グンキムヨン; Sang Young Lee; ヨンイサン; Gyeong Sik Mun; シクムンギョン; Ki Chul An; チュルアンキ
Original assignee: Silicon Works Co Ltd
Current assignee: LX Semicon Co Ltd
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-06-12
Also published as: KR101334042B1; DE102013020700A1; US20140152183A1; US9516707B2; CN103857149A

Abstract

【課題】本発明は、ＬＥＤ照明装置を開示する。
【解決手段】本発明に係るＬＥＤ照明装置は、駆動パルスに応じたスイッチング動作によって整流電圧を直流電圧に変換して出力する変換器と、外部の制御信号および変換器の電流の量に応じてパルス幅が可変する駆動パルスを生成し、変換器のスイッチング動作のために提供する電流レギュレータと、変換器の電圧を受けて発光するＬＥＤ照明灯と、変換器の電圧を受けて動作し、ＬＥＤ照明灯のディミングを制御する制御信号を提供する周辺回路モジュールとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ照明装置に関するものであって、より詳細には、電力効率を改善したＬＥＤ照明装置、該ＬＥＤ照明装置の電流レギュレータおよび電流レギュレーティング方法に関するものである。

最近の照明装置は、白熱灯や蛍光灯の代わりに、寿命が相対的に長くかつ消費電力が少なく、高輝度を有するように実現できる発光ダイオード（ＬＥＤ、以下、「ＬＥＤ」という）を照明灯として代替する傾向がある。前記照明装置の一例として、防犯灯や街灯などが例示され、ＬＥＤ照明灯を採用したＬＥＤ照明装置は、前記防犯灯や街灯などとしても開発されて商用化されている。従来のＬＥＤ照明装置は、商用交流電源をＳＭＰＳ（ＳＷＩＴＣＨＩＮＧＭＯＤＥＰＯＷＥＲＳＵＰＰＬＹ：以下、「ＳＭＰＳ」という）モジュールを用いて実現されることが一般的である。

前記のように構成された従来のＬＥＤ照明装置の一例が韓国登録特許第１０−１１６４６３１号公報に開示されており、これは、商用交流電源がＳＭＰＳモジュールと駆動回路を経てＬＥＤに電源を供給する構成を有する。従来のＬＥＤ照明装置は、ディミング（ＤＩＭＭＩＮＧ）制御やスイッチング制御のために照度や人体をセンシングするセンサを含むセンサボードが追加的に構成できる。この場合、ＬＥＤ照明装置は、電源をＳＭＰＳモジュールを介してセンサボードに供給されるように構成される。

しかし、前記従来のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ照明灯に電源を供給するためのＳＭＰＳモジュールと、電流駆動方式でＬＥＤを駆動するための駆動回路とをそれぞれ含むことにより、複雑な構成を有するという欠点がある。また、従来のＬＥＤ照明装置において、ＳＭＰＳモジュールが略９０％の電力効率を有するように設計され、駆動回路も略９０％の電力効率を有するように設計される。結局、従来のＬＥＤ照明装置の全体効率は略８１％水準に設計される。このように、従来のＬＥＤ照明装置は、複雑な構成によって全体の電力効率が低下する問題を有する。

そして、ＬＥＤ照明装置には、センサボードなどの周辺回路モジュールが付加的に構成できる。この場合にも、大部分の電力はＬＥＤを駆動する駆動回路で消費される。そのため、従来のＬＥＤ照明装置は、電力効率が低下する問題を有することにより、付加的に構成される周辺回路モジュールに対しても電力効率が低下する問題を有する。

韓国登録特許第１０−１１６４６３１号公報

本発明は、ＬＥＤ照明灯を駆動するための電源を、高い電力効率を維持しながら供給することができるＬＥＤ照明装置、その電流レギュレータおよび電流レギュレーティング方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、電流レギュレータでＬＥＤ照明灯およびセンサボードまたは通信モジュールのような周辺回路モジュールに共通に電源を供給することにより、構造が簡単でかつ高い電力効率を有するＬＥＤ照明装置、その電流レギュレータおよび電流レギュレーティング方法を提供することを他の目的とする。
さらに、本発明は、防犯灯や街灯のように互いに離れた位置に設けられた複数のＬＥＤ照明灯を制御する通信モジュールのような周辺回路モジュールに電源を効率的に供給することができるＬＥＤ照明装置を提供することをさらに他の目的とする。

本発明に係るＬＥＤ照明装置は、駆動パルスに応じたスイッチング動作によって整流電圧を変換して出力する変換器と、制御信号および前記変換器の電流の量に応じてパルス幅が可変する前記駆動パルスを生成し、前記変換器の動作をスイッチングする電流レギュレータと、ＬＥＤ照明灯のディミングを制御する前記制御信号を提供する周辺回路モジュールとを備えることを特徴とする。

そして、本発明に係るＬＥＤ照明装置の電流レギュレータは、電圧のレベルを変換する変換器に接続され、駆動パルスに応答して前記変換器の動作をスイッチングするスイッチング素子と、該スイッチング素子に流れる電流に対応するフィードバック信号を第１比較端子に印加するフィードバック回路と、外部からＬＥＤ照明灯のディミングを制御する制御信号を受信し、該制御信号に対応するディミング制御信号を前記第１比較端子に印加するディミング信号伝達回路と、基準パルスを生成して第２比較端子に印加する基準信号発生器と、前記第１および第２比較端子に印加される信号を比較した比較信号を出力する第１比較器と、前記比較信号に応答して前記駆動パルスを前記スイッチング素子に提供する駆動回路とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置の電流レギュレーティング方法は、駆動パルスに応じたスイッチング素子の駆動によって電圧のレベルを変換する変換器が駆動され、整流電圧を変換した直流電圧をＬＥＤ照明灯および１つ以上の周辺回路モジュールに電源として提供するステップと、前記変換器の電流を検出するステップと、基準電圧と前記変換器の電流とを比較した電流制御信号を第１比較端子に印加するステップと、ＬＥＤ照明灯の外部から入力される制御信号に対応するディミング制御信号を前記第１比較端子に印加するステップと、基準パルスを生成して第２比較端子に印加するステップと、前記第１および第２比較端子の信号を比較して比較信号として出力するステップと、前記変換器の電流のゼロクロッシングポイントを検出したゼロカレント検出信号をセット信号として用い、前記比較信号をリセット信号として用いて前記駆動パルスを出力するステップとを含むことを特徴とする。

ここで、前記電流レギュレーティング方法は、ＬＥＤ照明灯のディミング制御のために外部から入力される制御信号に対応するディミング制御信号を前記第１比較端子に印加するステップをさらに含むことができる。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、互いに離れた位置に設けられた複数のＬＥＤ照明灯と、該ＬＥＤ照明灯ごとに設けられ、外部の制御信号および電圧のレベルを変換する変換器の電流の量に応じてパルス幅が可変する駆動パルスを生成し、該駆動パルスによって内部の前記変換器が駆動し、前記ＬＥＤ照明灯に電源を提供する電流レギュレーティングモジュールと、特定の１つの前記電流レギュレーティングモジュールから前記ＬＥＤ照明灯に提供される前記電源を同時に受け、前記ＬＥＤ照明灯の制御のための前記制御信号を提供する通信モジュールとを備えることを他の特徴とする。

したがって、本発明によれば、ＡＣ電源を変換してＬＥＤ照明装置に電源を供給するように電流レギュレータを構成することにより、高い電力効率を有するようにＬＥＤ照明装置を設計することができる効果を奏する。
本発明は、電流レギュレータから、ＬＥＤ照明灯のみならず、センサボードや通信モジュールのような周辺回路モジュールにも電源を供給するように構成されることにより、簡単な構造を有するようにＬＥＤ照明装置を実現することができる。

本発明は、電流レギュレータから出力される電源をＬＥＤ照明灯や周辺回路モジュールなどに供給するように構成可能で、全体的な電力効率を向上させることができるという効果を奏する。
また、本発明は、防犯灯や街灯のように互いに離れた位置に設けられた複数のＬＥＤ照明灯を制御する通信モジュールのような周辺回路モジュールに電源を効率的に供給することができるという効果を奏する。

本発明に係るＬＥＤ照明装置の好ましい実施形態を示す回路図である。トランスの１次側および２次側の電流波形図である。図１の実施形態がフィードバックによってトランスの駆動を制御する方法を説明するタイミング図である。図１の実施形態が制御信号によってトランスの駆動を制御する方法を説明するタイミング図である。本発明に係るＬＥＤ照明装置の他の実施形態を示すブロック図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本明細書および特許請求の範囲に使われた用語は、通常的であるか辞書的意味に限定されて解釈されず、本発明の技術的事項に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
本明細書に記載された実施形態および図面に示された構成は本発明の好ましい実施形態であり、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないため、本出願時点でこれらを代替できる多様な均等物および変形例があり得る。

本発明に係る実施形態は、電流レギュレータ３０に電源を駆動することにより、電力効率が改善された構造を有する。
図１を参照すれば、本発明に係る実施形態は、電源部１０と、トランスＴと、センサボード２０と、電流レギュレータ３０とを含む。

電源部１０は、ＡＣ電源を電波整流して整流電圧として出力する構成を有する。すなわち、電源部１０は、電源１２と、整流回路１４と、キャパシタＣ１とが並列に接続された構造を有する。
電源１２は、ＡＣ電源として商用電源が用いられることが好ましい。
整流回路１４は、電源１２から供給されるサイン波形のＡＣ電源を電波整流してリップル成分を有する整流電圧として出力する構成を有する。
整流回路１４の出力端に並列に接続されたキャパシタＣ１は、整流回路１４の出力を平滑するものである。

前記電源部１０から出力される整流電圧はトランスＴに伝達され、トランスＴは、整流電圧による電流を変換して出力する構成を有する。本発明に係る実施形態で構成されたトランスＴは、電圧のレベルを変換する変換器の一例を例示したものであり、バック（Ｂｕｃｋ）タイプが含まれてもよい。そして、変換器は、インダクタ（図示せず）から構成されてもよい。

すなわち、トランスＴは、１次側Ｌ１をなすコイルと、２次側Ｌ２をなすコイルと、補助コイルＬ３とを有するように構成され、１次側Ｌ１および２次側Ｌ２のコイルの巻線比はＮ：１に設定できる。補助コイルＬ３は、製作者の意図によって多様に巻線比が適用できる。大体、補助コイルＬ３は、電流レギュレータ３０の動作電圧を提供できる水準で電流を誘導するための巻線比が適用されることが好ましい。

前記構成により、トランスＴは、整流電圧が印加される１次側Ｌ１の電流流れによって２次側Ｌ２に誘導電流が発生し、２次側Ｌ２の誘導電流がダイオードＤ１およびキャパシタＣ２によって整流および平滑され、直流電圧に変換されて出力される構成を有する。
また、トランスＴは、１次側Ｌ１の電流流れによって補助コイルＬ３にも電流が誘導される。
前記トランスＴは、後述する電流レギュレータ３０によって駆動される。そして、トランスＴの出力がＬＥＤ照明灯ＬＥＤおよびセンサボード２０に電源として供給される。

ここで、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの駆動のための電圧と、センサボード２０の動作に必要な動作電圧Ｖｃｃのレベルは互いに異なる。そのため、トランスＴの出力は、電圧レギュレータ２６でレギュレーティングされてセンサボード２０の動作電圧Ｖｃｃとして提供できる。電圧レギュレータ２６は、別の部品から構成されたことを例示したが、製作者の意図によってセンサボード２０に内蔵して構成できる。

ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、１つまたは２つ以上の発光ダイオードを含んで構成され、より好ましくは、複数の発光ダイオードがアレイをなすように構成されるとよい。
前記ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、防犯灯や街灯として構成され、横断歩道に設けられ、横断歩道を照明する補助照明灯などとして構成されるとよい。

センサボード２０は、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤのように電源を受ける周辺回路モジュールを例示したものである。
周辺回路モジュールは、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤのディミングやオンオフを制御するために構成される前記センサボード２０または後述する通信モジュールなどのように、電源供給を必要とする多様な装置を含むことができる。
センサボード２０は、可視光センサ（ＣＤＳ）２２や赤外線センサ（ＰＩＲ）２４を含んで構成できる。可視光センサ２２は、周辺の明るさ（照度）をセンシングするセンサであり、赤外線センサ２４は、人体を感知するセンサである。

センサボード２０は、トランスＴの２次側Ｌ２の出力が電圧レギュレータ２６でレギュレーティングされた動作電圧Ｖｃｃを受け、制御信号を出力する構成を有することができる。ここで、制御信号は、アナログ信号または制御信号ＰＷＭとして提供できる。ここで、制御信号ＰＷＭは、ディミング制御のためにパルス幅が可変して出力できる。そして、制御信号ＰＷＭは、１０％未満のデューティを有するように出力されると、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤをオフにするためのものとして定義できる。

一方、電流レギュレータ３０は、外部の制御信号ＰＷＭおよびトランスＴの１次側Ｌ１の電流の量に応じてパルス幅が可変する駆動パルスを生成し、トランスＴのスイッチング動作のために提供する構成を有する。より詳細には、電流レギュレータ３０は、スイッチング素子Ｑと、フィードバック回路と、ディミング制御回路と、基準信号発生器３２と、比較器ＣＯＭと、駆動回路とを含んで構成される。

スイッチング素子Ｑは、パワートランジスタとしてＦＥＴが構成可能であり、トランスＴの１次側Ｌ１に接続され、ゲートに駆動パルスが印加され、駆動パルスによってスイッチングされる。

フィードバック回路は、スイッチング素子Ｑを介して流れる電流に対応するフィードバック信号を比較器ＣＯＭの第１比較端子（負端子（−））に印加するように構成される。より具体的には、フィードバック回路は、スイッチング素子Ｑと接地との間に接続され、スイッチング素子Ｑに流れる電流を検出するセンシング抵抗Ｒｃｓと、センシング抵抗Ｒｃｓで検出された電圧と予め設定された基準電圧Ｖ_ＲＥＦとを比較し、比較器ＣＯＭの第１比較端子（負端子（−））にフィードバック信号を印加する比較回路とを含む。

フィードバック回路の比較回路は、第１フィルタ抵抗Ｒｃと、第１フィルタキャパシタＣｃと、比較器ＯＰと、第２フィルタ抵抗Ｒｆと、第２フィルタキャパシタＣｆとを含む。ここで、第１フィルタ抵抗Ｒｃと第１フィルタキャパシタＣｃは入力フィルタとして動作し、第２フィルタ抵抗Ｒｆおよび第２フィルタキャパシタＣｆは出力フィルタとして動作する。

すなわち、入力フィルタは、並列接続された第１フィルタ抵抗Ｒｃおよび第１フィルタキャパシタＣｃを含み、センシング抵抗Ｒｃｓで検出された電圧を、第１フィルタ抵抗Ｒｃを介して比較器ＯＰの負端子（−）に伝達する。

比較器ＯＰは、正端子（＋）に印加される基準電圧Ｖ_ＲＥＦを、第１フィルタ抵抗Ｒｃを介して負端子（−）に印加される電圧と比較して出力する。
出力フィルタは、並列接続された第２フィルタ抵抗Ｒｆおよび第２フィルタキャパシタＣｆを含み、比較器ＯＰの出力信号を、第２フィルタ抵抗Ｒｆを介して比較器ＣＯＭの第１比較端子（負端子（−））にフィードバック信号として伝達する。
比較器ＯＰの正端子（＋）に印加される基準電圧Ｖ_ＲＥＦは、製作者によってトランスＴの１次側Ｌ１の電流量を一定のレベルに維持するために設定された値を有する。

一方、ディミング制御回路は、周辺回路モジュールから構成されるセンサボード２０から出力される制御信号ＰＷＭに対応するディミング制御信号を、比較器ＣＯＭの第１比較端子（負端子（−））に印加するように構成される。
このために、ディミング制御回路は、フォトカプラＰＣと、伝達抵抗Ｒｐとを含む。フォトカプラＰＣは、内部にフォトダイオードおよびフォトトランジスタを備えた構成を有する。

フォトカプラＰＣは、センサボード２０から出力される制御信号ＰＷＭによって、フォトダイオードが発光する状態に対応してフォトトランジスタがスイッチングされることにより、制御信号ＰＷＭを伝達抵抗Ｒｐに伝達する。
伝達抵抗Ｒｐは、フォトカプラＰＣの出力を、比較器ＣＯＭの第１比較端子（負端子（−））に印加するように構成される。ここで、伝達抵抗Ｒｐに印加される信号は、第２フィルタキャパシタＣｆによって平滑されることにより、直流レベルを有するディミング制御信号であり、比較器ＣＯＭの第１比較端子（負端子（−））に印加される。

一方、基準信号発生器３２は、基準パルスを生成し、比較器ＣＯＭの第２比較端子（正端子（＋））に印加するように構成される。ここで、キャパシタＣ_Ｒは、基準パルスの発振のためのキャパシタンスを提供するものである。そして、基準パルスは、のこぎり波パルスとして提供できる。
そして、比較器ＣＯＭは、第１比較端子（負端子（−））および第２比較端子（正端子（＋））に印加される信号を比較した比較信号を出力する。

一方、駆動回路は、比較器ＣＯＭから出力される比較信号でもってパルスを駆動し、スイッチング素子Ｑに駆動パルスを提供する構成を有する。より具体的には、駆動回路は、ゼロカレント（ＺｅｒｏＣｕｒｒｅｎｔ）検出部３４と、ラッチ３６と、ドライバ３８とを含む。

ゼロカレント検出部３４は、トランスＴの２次側Ｌ２に誘導される電流のゼロカレントポイント（ＺｅｒｏＣｕｒｒｅｎｔＰｏｉｎｔ）Ｚを検出するために、トランスＴの補助コイルＬ３の出力電流を受ける。ゼロカレント検出部３４は、補助コイルＬ３の出力電流を用いてトランスＴの２次側Ｌ２に誘導される電流のゼロカレントポイント（図２および図３のＺ）を検出したゼロカレント検出信号ＺＣＤを出力する構成を有する。

図２を参照すれば、スイッチング素子Ｑがターンオンされると、トランスＴの１次側Ｌ１の電流は徐々に増加する。この時、２次側Ｌ２には誘導電流が形成されない。そして、スイッチング素子Ｑがターンオフされると、トランスＴの１次側Ｌ１の電流流れは急激に遮断され、２次側Ｌ２に誘導電流が形成された後次第に減少する。ゼロカレントポイントＺは、トランスＴの２次側Ｌ２の誘導電流がなくなる時点、すなわちゼロ状態となる時点を意味する。ゼロカレントポイントＺになると、再びトランスＴの１次側Ｌ１は、スイッチング素子Ｑのターンオンにより電流の流れが増加する。すなわち、ゼロカレントポイントＺに同期してトランスＴの１次側Ｌ１の電流流れが開始されることにより、スイッチング損失を減少させて全体の変換効率を高めることができる。

一方、ラッチ３６は、リセット端Ｒおよびセット端Ｓを有するＲＳフリップフロップから構成されることが好ましい。ラッチ３６は、ゼロカレント検出信号ＺＣＤを、セット端Ｓを介してセット信号として受信し、比較器ＣＯＭから出力される比較信号を、リセット端Ｒを介してリセット信号として受信する。そして、ラッチ３６は、セット信号がイネーブルされた後、リセット信号によってリセットされるまでイネーブル状態を維持するラッチ信号を出力する。
ドライバ３８は、ラッチ信号を駆動し、駆動パルスとしてスイッチング素子Ｑに伝達し、例示的にバッファ機能を果たす増幅回路から構成できる。

上述した本発明に係る実施形態は、トランスＴが駆動パルスによってスイッチングされるスイッチング素子Ｑのオンオフに連動して駆動される。トランスＴは、図２のように、スイッチング素子Ｑがターンオンされる時に１次側Ｌ１の電流が上昇し、ターンオフされる時に２次側Ｌ２に誘導電流が生成されて下降する方法により、１次側Ｌ１に印加される整流電源を変換して出力する。トランスＴの２次側Ｌ２に出力される誘導電流は、ダイオードＤ１およびキャパシタＣ２によって直流電圧に変換され、該直流電圧は、電源としてＬＥＤ照明灯ＬＥＤおよびセンサボード２０に供給される。
前記において、スイッチング素子Ｑに印加される駆動パルスは、基準パルスを用いて生成できる。

比較器ＣＯＭは、正端子（＋）に印加される基準信号発生器３２の基準パルスＶｒと負端子（−）に印加される信号とを比較し、その結果を比較信号として出力する。比較器ＣＯＭの負端子（−）には、比較器ＯＰを介して伝達されるフィードバック信号、またはフォトカプラＰＣを介して伝達されるディミング制御信号が直流レベルを有するように印加できる。そのため、比較器ＣＯＭは、負端子（−）に印加される直流レベルを基準として高いか低い状態を繰り返す正端子（＋）の基準パルスに応じてハイおよびロー状態が交差する比較信号を出力する。

比較器ＣＯＭから出力される比較信号は、ラッチ３６のリセット端Ｒに印加される。ラッチ３６のセット端Ｓには、ゼロカレント検出部３４のゼロカレント検出信号が印加される。ラッチ３６は、セット端Ｓに印加されるゼロカレント検出信号がイネーブルされた後、リセット端Ｓに印加される比較器ＣＯＭの比較信号によってリセットされるまでイネーブル状態を維持するパルスをラッチ信号として出力する。ドライバ３８は、ラッチ３６から出力されるラッチ信号を駆動し、駆動パルスとしてスイッチング素子Ｑに印加する。

前記のように動作する本発明に係る実施形態は、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤが一定の明るさを維持しながら発光できるように、トランスＴから出力される電流のレベルを一定に維持するフィードバック機能を有する。該フィードバック機能は、比較器ＣＯＭの負端子（−）に印加されるフィードバック信号のレベル変化に同期して実施できる。すなわち、トランスＴの１次側Ｌ１の電流の量に応じてトランスＴの駆動が制御できる。

フィードバック機能のためにフィードバック回路に含まれるセンシング抵抗Ｒｃｓは、トランスＴの１次側Ｌ１に流れる電流をスイッチング素子Ｑを介して受ける。センシング抵抗Ｒｃｓに形成される電圧は、第１フィルタ抵抗Ｒｃおよび第１フィルタキャパシタＣｃを含む入力フィルタを介して、比較器ＯＰの負端子（−）に入力される。比較器ＯＰは、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさを一定水準に維持するために設定された基準電圧Ｖ_ＲＥＦと、負端子（−）に印加される電圧とを比較して出力する。

トランスＴの１次側Ｌ１の電流量が少なければ、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさは暗く、トランスＴの１次側Ｌ１の電流量が多ければ、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさは明るい。
ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが暗く、センシング抵抗Ｒｃｓに少量の電流がセンシングされると、比較器ＯＰの負端子（−）に印加される信号の電圧レベルは低い。この場合、比較器ＯＰは、正端子（＋）の基準電圧Ｖ_ＲＥＦより低いレベルの電圧が負端子（−）に印加されるため、図３のＶａレベルの信号Ｖｏｐを出力する。
ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが明るく、センシング抵抗Ｒｃｓに多量の電流がセンシングされると、比較器ＯＰの負端子（−）に印加される信号の電圧レベルは高い。この場合、比較器ＯＰは、正端子（＋）の基準電圧Ｖ_ＲＥＦより高いレベルの電圧が負端子（−）に印加されるため、図３のＶｂレベルの信号Ｖｏｐを出力する。

比較器ＯＰの出力は、第２フィルタ抵抗Ｒｆを介してフィードバック信号として比較器ＣＯＭの負端子（−）に印加される。比較器ＣＯＭの正端子（＋）には、基準信号発生器３２から出力される、図３のような基準パルスＶｒが印加される。比較器ＣＯＭは、正端子（＋）の基準パルスＶｒと負端子（−）のフィードバック信号とを比較し、図３のような比較信号Ｖ_ＣＯＭを出力する。

この時、比較器ＣＯＭは、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが暗い場合のフィードバック信号に対応して、狭いパルス幅の比較信号Ｖ_ＣＯＭを出力する。逆に、比較器ＣＯＭは、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが明るい場合のフィードバック信号に対応して、広いパルス幅の比較信号Ｖ_ＣＯＭを出力する。

比較信号Ｖ_ＣＯＭはラッチ３６のリセット端Ｒに印加され、ラッチ３６は、セット端Ｓに印加されるセット信号のゼロカレント検出信号と、リセット端Ｒに印加されるリセット信号の比較信号Ｖ_ＣＯＭによってラッチ信号を出力する。ラッチ３６は、ゼロカレント検出部３４から提供されるゼロカレント検出信号によってゼロカレントポイントＺからイネーブルされ、リセット信号の比較信号Ｖ_ＣＯＭがイネーブルされる時点でディセーブルされる。すなわち、ラッチ３６は、セット信号がイネーブルされる時点からリセット信号がイネーブルされる時点までイネーブル状態を維持するラッチ信号を出力するＲＳフリップフロップ動作を行う。

その結果、図３のように、ラッチ３６は、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが暗い場合に対応して、パルス幅の広いラッチ信号ＶＱ１を出力する。逆に、ラッチ３６は、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが明るい場合に対応して、狭いパルス幅のラッチ信号ＶＱ２を出力する。そのため、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが暗い場合に対応して、パルス幅の広い駆動パルスがドライバ３８によって駆動され、スイッチング素子Ｑに提供される。これとは逆に、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが明るい場合に対応して、パルス幅の狭い駆動パルスがドライバ３８によって駆動され、スイッチング素子Ｑに提供される。

したがって、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが暗い場合、パルス幅の広い駆動パルスによってスイッチング素子Ｑのターンオン時間が増加するため、トランスＴに駆動される電流の量が増加する。したがって、トランスＴで変換される電流の量が増加するため、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさは明るくなる。

そして、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが明るい場合、パルス幅の狭い駆動パルスによってスイッチング素子Ｑのターンオン時間が減少するため、トランスＴに駆動される電流の量が減少する。したがって、トランスＴで変換される電流の量が減少するため、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさは暗くなる。
上述のようなフィードバック機能により、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、一定の明るさを維持することができる。

一方、本発明に係る実施形態は、センサボード２０から提供される制御信号ＰＷＭによってＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさを調整するディミング制御機能を有する。
センサボード２０は、可視光センサ２２によって外部照度が明るい場合および暗い場合に対応して、可変したパルス幅を有する制御信号ＰＷＭを出力するように構成できる。一例として、可視光センサ２２のセンシングによって外部照度が明るい場合には、パルス幅の狭い制御信号ＰＷＭをセンサボード２０が出力でき、外部照度が暗い場合には、パルス幅の広い制御信号ＰＷＭをセンサボード２０が出力できる。

また、センサボード２０は、赤外線センサ２４によって人がいる場合およびいない場合に対応して、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤをターンオンまたはターンオフするためのパルス幅を有する制御信号ＰＷＭを出力可能に構成できる。ＬＥＤ照明灯ＬＥＤのターンオフは、制御信号ＰＷＭのパルス幅が一定水準以下の時を基準として設定できる。一例として、制御信号ＰＷＭのパルス幅、すなわちデューティ比が１０％未満の場合、照明灯１８がオフになると設定できる。この場合、制御信号ＰＷＭのデューティ比が１０％未満の場合、トランスＴから出力される電源でＬＥＤ照明灯１８をターンオンすることができない。ＬＥＤ照明灯１８がターンオフされても、トランスＴは、ＬＥＤ照明灯１８をターンオンするレベル以下の直流電圧を出力するため、センサボード２０の動作に必要な動作電圧Ｖｃｃは持続的に供給できる。

一方、前記ディミング制御機能は、図４を参照して説明する。
前記ディミング制御機能のためにディミング制御回路に含まれたフォトカプラＰＣは、センサボード２０から出力される制御信号ＰＷＭを受信する。
センサボード２０は、外部照度が暗い場合には、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤを明るくするために、図４のパルスＰＷＭ１のようにパルス幅の狭い制御信号ＰＷＭを出力することができる。これとは逆に、センサボード２０は、外部照度が明るい場合には、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤを暗くするために、図４のパルスＰＷＭ２のようにパルス幅の広い制御信号ＰＷＭを出力することができる。

前記センサボード２０から出力される制御信号ＰＷＭは、フォトカプラＰＣを介して伝達された後、信号のレベルを反転させるインバータＩＶを通過した後、抵抗Ｒｐおよび第２フィルタキャパシタＣｆの平滑によって直流成分のディミング制御信号Ｖｐｃに変換される。

外部照度が暗い場合、比較器ＣＯＭの負端子（−）には、図４のＶ１のように高いレベルのディミング制御信号Ｖｐｃが印加される。逆に、外部照度が暗い場合、比較器ＣＯＭの負端子（−）には、図４のＶ２のように低いレベルのディミング制御信号Ｖｐｃが印加される。
比較器ＣＯＭの正端子（＋）には、基準信号発生器３２から出力される、図４のような基準パルスＶｒが印加される。
比較器ＣＯＭは、正端子（＋）の基準パルスＶｒと負端子（−）のディミング制御信号Ｖｐｃとを比較し、図４のような比較信号Ｖ_ＣＯＭを出力する。

この時、比較器ＣＯＭは、照度が暗い場合のディミング制御信号に対応して、狭いパルス幅の比較信号Ｖ_ＣＯＭを出力する。逆に、比較器ＣＯＭは、照度が明るい場合のディミング制御信号Ｖｐｃに対応して、広いパルス幅の比較信号Ｖ_ＣＯＭを出力する。前記比較信号Ｖ_ＣＯＭは、ラッチ３６のリセット端Ｒに印加される。

ラッチ３６は、セット端Ｓに印加されるセット信号のゼロカレント検出信号と、リセット端Ｒに印加されるリセット信号の比較信号Ｖ_ＣＯＭによってラッチ信号を出力する。ラッチ３６は、ゼロカレント検出部３４から提供されるゼロカレント検出信号によってゼロカレントポイントＺからイネーブルされ、リセット信号の比較信号Ｖ_ＣＯＭがイネーブルされる時点でディセーブルされる。すなわち、ラッチ３６は、セット信号がイネーブルされる時点からリセット信号がイネーブルされる時点までイネーブル状態を維持するラッチ信号を出力するＲＳフリップフロップ動作を行う。

その結果、図４のように、ラッチ３６は、照度が暗い場合に対応して、パルス幅の広いラッチ信号ＶＱ１を出力し、逆に、照度が明るい場合に対応して、狭いパルス幅のラッチ信号ＶＱ２を出力する。そのため、照度が暗い場合、パルス幅の広い駆動パルスがドライバ３８によって駆動され、スイッチング素子Ｑに提供される。したがって、トランスＴで駆動される電流が増加し、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが明るくなる。逆に、照度が明るい場合、パルス幅の狭い駆動パルスがドライバ３８によって駆動され、スイッチング素子Ｑに提供される。したがって、トランスＴで駆動される電流が減少し、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの明るさが暗くなる。
上述のようなディミング制御機能により、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、周辺の照度に応じて明るさが制御できる。

一方、赤外線センサ２４で人がいる場合およびいない場合を感知することに対応して、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、前記ディミング機能を利用してオンオフ制御できる。
すなわち、赤外線センサ２４によって人がいないと感知した場合、センサボード２０でデューティ比が１０％未満の制御信号ＰＷＭを出力する。該制御信号ＰＷＭによって駆動パルスのパルス幅が一定水準以下に減少し、その結果、トランスＴは、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤをターンオンするのに不十分なレベルの直流電圧を出力する。すなわち、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤはターンオフされ、トランスＴは、センサボード２０の動作電圧Ｖｃｃを提供する水準で整流電圧を直流電圧に変換する動作を行う。

上述した本発明に係る実施形態は、ＡＣ電源を電流レギュレータで駆動し、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤおよびセンサボード４０のような周辺回路モジュールに供給する構造を有する。したがって、本発明に係る実施形態は、ＬＥＤ照明灯１８および周辺回路モジュールに電源を供給する構成が簡単に設計できる。

また、本発明に係る電流レギュレータの電力効率が９０％に設計された場合、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、電力効率の変化なく、全体的に９０％の電力効率を有する。すなわち、電源が複数の段階を経ることなく、電流レギュレータでのみ変換された後、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤおよび周辺回路モジュールに供給されるため、本発明は、電流レギュレータの設計水準に合わせた、改善された電力効率を有する。

他方、本発明に係る実施形態は、トランスＴの１次側Ｌ１の電流の量をセンシングし、センシングされた電流の量に対応して、トランスＴの１次側Ｌ１の電流の量を維持するためのフィードバックが行われる。すなわち、本発明に係る実施形態は、電流レギュレータによって出力が調整される機能を有する。

また、本発明に係る実施形態は、フィードバック動作とディミング制御動作が安定的に重なって実現される特性を有する。
ディミング制御のために制御信号を印加するノードは、センシング抵抗ＲｃｓのノードＮ１、比較器ＯＰの正端子（＋）に接続されたノードＮ２、または比較器ＯＰの負端子（−）に接続されたノードＮ３が考慮できる。
しかし、センシング抵抗ＲｃｓのノードＮ１は、センシング抵抗Ｒｃｓの抵抗値が低すぎて制御が難しく、線形性が確保されず、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤをオフにするまで出力電圧を低下させ難いという問題がある。

また、比較器ＯＰの正端子（＋）に接続されたノードＮ２は、ある程度線形性が保障される制御が可能である。しかし、基準電圧Ｖ_ＲＥＦに比べて低すぎるレベルに該当するＬＥＤ照明灯ＬＥＤのオフ水準の制御信号ＰＷＭのデューティにおいて、ノードＮ２に高い電圧を入力しなければならない。この場合、ノードＮ２に入力される高い電圧によってフィードバック回路上で出力電流が制御目標に比べて引き続き不足すると判断され、それに連動して、誤差増幅器として動作する比較器ＯＰは、スイッチング素子Ｑの駆動電流を増加させるために電圧の増加を行う。その結果、過電流保護のための機能が動作するため、ノードＮ２にディミング制御のために制御信号を印加することは困難がある。

また、比較器ＯＰの正端子（＋）に接続されたノードＮ２は、内部的に最も安定的で精密な基準電圧Ｖ_ＲＥＦが発生しなければならない部分である。そのため、比較器ＯＰの正端子（＋）に接続されたノードＮ２に外部入力信号の制御信号ＰＷＭが重畳する場合、ノードＮ２が外乱に弱くなる。そして、電流レギュレータ３０をチップで製作する場合、外部にノードＮ２を端子に露出させなければならない不便さがある。

そのため、本発明に係る実施形態は、ディミング制御のための制御信号ＰＷＭを比較器ＣＯＭの負端子（−）に印加するものとして実現される。
通常、第１フィルタキャパシタＣｃと第２フィルタキャパシタＣｆは、集積回路の外部に露出して構成され、ある程度高いインピーダンスを有することにより、比較器ＣＯＭの負端子（−）に制御信号ＰＷＭを重畳させることが容易である。そして、比較器ＣＯＭの負端子（−）は、変化による線形性が良好であり、比較器ＣＯＭの出力のために入力される信号のレベルが可変する箇所である。そのため、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤのオフレベルまで制御信号ＰＷＭのデューティを低下させる場合でも、フィードバック回路の動作が良好に作動できる。

一方、本発明は、図５のように、防犯灯や街灯のように互いに離れた位置に設けられた複数のＬＥＤ照明灯ＬＥＤを制御する通信モジュール１２０および周辺回路に電源を効率的に供給するように構成できる。
各ＬＥＤ照明灯ＬＥＤには、それぞれ図１の実施形態で構成される電源部１０と、トランスＴと、電流レギュレータ３０とを含む電流レギュレーティングモジュール１００が構成され、電流レギュレーティングモジュール１００は、図１に説明された動作のように、商用電源のＡＣ電源を変換してＬＥＤ照明灯ＬＥＤに電源を供給する。

図５の実施形態は、複数のＬＥＤ照明灯ＬＥＤの各電流レギュレーティングモジュール１００に対して１つの通信モジュール１２０が構成され、通信モジュール１２０は、各電流レギュレーティングモジュール１００に制御信号を提供する。そして、通信モジュール１２０は、特定の１つの電流レギュレーティングモジュール１００から電源を受ける。
通信モジュール１２０は、各ＬＥＤ照明灯ＬＥＤのディミングやオンオフ状態を一括して制御することができる。すなわち、各ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、同じディミング状態または同じオンオフ状態を維持するように制御できる。

図５の本発明に係る実施形態は、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤに電源を供給するように構成された特定の１つの電流レギュレーティングモジュール１００から通信モジュール１２０に直流電源を供給するように構成される。そのため、各ＬＥＤ照明灯ＬＥＤごとにオンオフ制御またはディミング制御のための制御ブロックの設置が不要であり、各制御ブロックに電源を供給するための回路の構成が不要であるという利点がある。

これと共に、図５の実施形態は、図１の実施形態のように、電流レギュレーティングモジュール１００によって電力効率が改善可能で、複数のＬＥＤ照明灯１８を駆動するＬＥＤ照明装置の全体的な電力効率が改善できるという利点がある。

１０電源部
２０センサボード
２２可視光センサ
２４赤外線センサ
２６電圧レギュレータ
３０電流レギュレータ
３２基準信号発生器
３４ゼロカレント検出部
３６ラッチ
３８ドライバ
１００電流レギュレーティングモジュール
１２０通信モジュール

Claims

駆動パルスに応じたスイッチング動作によって整流電圧を変換して出力する変換器と、
制御信号および前記変換器の電流の量に応じてパルス幅が可変する前記駆動パルスを生成し、前記変換器の動作をスイッチングする電流レギュレータと、
ＬＥＤ照明灯のディミングを制御する前記制御信号を提供する周辺回路モジュールとを備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記変換器が、インダクタまたはトランスを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記電流レギュレータが、
前記変換器に接続され、前記駆動パルスによってスイッチングされるスイッチング素子と、
該スイッチング素子を介して流れる電流に対応するフィードバック信号を第１比較端子に印加するフィードバック回路と、
前記周辺回路モジュールの前記制御信号に対応するディミング制御信号を前記第１比較端子に印加するディミング制御回路と、
基準パルスを生成して第２比較端子に印加する基準信号発生器と、
前記第１および第２比較端子に印加される信号を比較した比較信号を出力する第１比較器と、
前記比較信号に基づいてパルスを駆動し、前記スイッチング素子に前記駆動パルスとして提供する駆動回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記フィードバック回路が、
前記スイッチング素子の電流を検出するセンシング抵抗と、
該センシング抵抗で検出された電圧と予め設定された基準電圧とを比較し、前記第１比較端子に前記フィードバック信号を提供する比較回路とを備えることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記比較回路が、
並列接続された第１フィルタ抵抗および第１フィルタキャパシタを有し、前記センシング抵抗で検出された電圧を、前記第１フィルタ抵抗を介して伝達する入力フィルタと、
正端子に印加される前記基準電圧を、負端子に印加される前記第１フィルタ抵抗を介して印加される電圧と比較して出力する第２比較器と、
並列接続された第２フィルタ抵抗および第２フィルタキャパシタを有し、前記第２比較器の出力信号を、前記第２フィルタ抵抗を介して前記第１比較器の第１比較端子に前記フィードバック信号として伝達する出力フィルタとを備えることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ照明装置。
前記ディミング制御回路が、
前記制御信号を伝達するフォトカプラと、
該フォトカプラの出力を前記第１比較端子に印加する伝達抵抗とを備えることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記駆動回路が、
前記変換器の電流のゼロカレントポイントを検出したゼロカレント検出（ＺＣＤ）信号を出力するゼロカレント検出部と、
前記ゼロカレント検出信号をセット信号として受信し、前記比較器の出力をリセット信号として受信して前記セット信号がイネーブルされた後、前記リセット信号によってリセットされるまでイネーブルされるラッチ信号を出力するラッチと、
前記ラッチ信号を駆動し、前記駆動パルスとして前記スイッチング回路に伝達するドライバとを備えることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記変換器が、電流変化に対応して電流を出力する補助コイルをさらに備え、
前記ゼロカレント検出部が、前記補助コイルから出力される電流を前記ゼロカレントポイントを検出した前記ゼロカレント検出信号として出力することを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ照明装置。
前記周辺回路モジュールが、周辺の明るさを感知する可視光センサおよび人体を感知する赤外線センサのうちの少なくとも１つ以上が設けられたセンサボードを１つ以上備え、
前記制御信号が、前記可視光センサおよび前記赤外線センサのうちの少なくとも１つ以上の動作に連動したパルス幅を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記制御信号が、アナログ信号またはＰＷＭ信号として提供されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
電圧のレベルを変換する変換器に接続され、駆動パルスに応答して前記変換器の動作をスイッチングするスイッチング素子と、
該スイッチング素子に流れる電流に対応するフィードバック信号を第１比較端子に印加するフィードバック回路と、
外部からＬＥＤ照明灯のディミングを制御する制御信号を受信し、該制御信号に対応するディミング制御信号を前記第１比較端子に印加するディミング信号伝達回路と、
基準パルスを生成して第２比較端子に印加する基準信号発生器と、
前記第１および第２比較端子に印加される信号を比較した比較信号を出力する第１比較器と、
前記比較信号に応答して前記駆動パルスを前記スイッチング素子に提供する駆動回路とを備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置の電流レギュレータ。
前記フィードバック回路が、
前記スイッチング素子の電流を検出するセンシング抵抗と、
該センシング抵抗で検出された電圧と予め設定された基準電圧とを比較したフィードバック信号を前記第１比較端子に出力する比較回路とを備えることを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤ照明装置の電流レギュレータ。
前記比較回路が、
並列接続された第１フィルタ抵抗および第１フィルタキャパシタを有し、前記センシング抵抗で検出された電圧を、前記第１フィルタ抵抗を介して伝達する入力フィルタと、
正端子に印加される前記基準電圧を、負端子に印加される前記第１フィルタ抵抗を介して印加される電圧と比較して出力する第２比較器と、
並列接続された第２フィルタ抵抗および第２フィルタキャパシタを有し、前記第２比較器の出力信号を、前記第２フィルタ抵抗を介して前記第１比較器の第１比較端子に前記フィードバック信号として伝達する出力フィルタとを備えることを特徴とする請求項１２に記載のＬＥＤ照明装置の電流レギュレータ。
前記駆動回路が、
前記変換器の電流のゼロカレントポイントを検出したゼロカレント検出（ＺＣＤ）信号を出力するゼロカレント検出部と、
前記ゼロカレント検出信号をセット信号として受信し、前記比較器の出力をリセット信号として受信して前記セット信号がイネーブルされた後、前記リセット信号によってリセットされるまでイネーブルされるラッチ信号を出力するラッチと、
前記ラッチ信号を駆動し、前記駆動パルスとして前記スイッチング回路に伝達するドライバとを備えることを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤ照明装置の電流レギュレータ。
前記ゼロカレント検出部が、前記変換器の電流変化に対応する電流を出力する補助コイルの出力に基づいて前記変換器の電流の前記ゼロカレントポイントを検出することを特徴とする請求項１４に記載のＬＥＤ照明装置の電流レギュレータ。
駆動パルスに応じたスイッチング素子の駆動によって電圧のレベルを変換する変換器が駆動され、整流電圧を変換した直流電圧をＬＥＤ照明灯および１つ以上の周辺回路モジュールに電源として提供するステップと、
前記変換器の電流を検出するステップと、
基準電圧と前記変換器の電流とを比較した電流制御信号を第１比較端子に印加するステップと、
ＬＥＤ照明灯の外部から入力される制御信号に対応するディミング制御信号を前記第１比較端子に印加するステップと、
基準パルスを生成して第２比較端子に印加するステップと、
前記第１および第２比較端子の信号を比較して比較信号として出力するステップと、
前記変換器の電流のゼロクロッシングポイントを検出したゼロカレント検出信号をセット信号として用い、前記比較信号をリセット信号として用いて前記駆動パルスを出力するステップとを含むことを特徴とするＬＥＤ照明装置の電流レギュレーティング方法。
互いに離れた位置に設けられた複数のＬＥＤ照明灯と、
該ＬＥＤ照明灯ごとに設けられ、外部の制御信号および電圧のレベルを変換する変換器の電流の量に応じてパルス幅が可変する駆動パルスを生成し、該駆動パルスによって内部の前記変換器が駆動し、前記ＬＥＤ照明灯に電源を提供する電流レギュレーティングモジュールと、
特定の１つの前記電流レギュレーティングモジュールから前記ＬＥＤ照明灯に提供される前記電源を同時に受け、前記ＬＥＤ照明灯の制御のための前記制御信号を提供する通信モジュールとを備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。