JP2014518005A - 負荷、特にｌｅｄアセンブリを駆動する駆動デバイス及び駆動方法 - Google Patents

Abstract

負荷１００、特に２つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤアセンブリを駆動する駆動デバイス１及び対応する駆動方法である。提案されている駆動デバイスは、供給電圧Ｖｓを受け取る供給端子１０と、負荷を駆動デバイスに結合し、負荷に、負荷を駆動するための電気エネルギーを提供する負荷端子２０と、供給端子において受け取った電気エネルギーを蓄積するストレージユニット４０と、供給端子とストレージユニットとの間に結合され、供給端子からストレージユニットに電気エネルギーを制御可能に提供する結合ユニット５０と、供給端子と負荷との間に結合され、供給端子から負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子に電気エネルギーをスイッチ可能に提供する第１のスイッチングユニット６０と、ストレージユニットと負荷との間に結合され、ストレージユニットに蓄積された電気エネルギーを負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子にスイッチ可能に提供する第２のスイッチングユニット７０と、結合ユニットと第１及び第２のスイッチングユニットとを制御する制御ユニット８０とを含む。

Description

本発明は、負荷、特に２つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤアセンブリを駆動する駆動デバイス及び対応する駆動方法に関する。更に、本発明は、照明装置に関する。

固体照明（ＳＳＬ）、即ち、全般照明では、発光ダイオード（ＬＥＤ）の費用の減少により、ドライバの相対的費用分担は増加するものと予想される。したがって、システム全体の費用を削減するためには、ドライバも安価にならなければならない（具体的にはより簡素化及び／又は小型化されなければならない）。ＬＥＤとドライバとの連携が強まれば高性能が依然として可能である。

例えば主電源電圧供給源である電源からＬＥＤを動作させる場合、電気入力波形と光出力波形とは共に特定の基準を満たさなければならない。これは、高電圧（ＨＶ）ＬＥＤについてだけ言えることではなく、同じ仕組みが、例えば１２Ｖのハロゲン交換システムにおける５つの低電圧ＬＥＤ、及び、例えば１００の低電圧ＬＥＤ並びに主電源電圧にも使用される。例えば米国特許第６，９８９，８０７Ｂ２号、第７，０８１，７２２Ｂ１号、又は米国特許出願公開第２００８／００９４０００Ａ１号に説明されているように、タップ・リニア・ドライバ（Tapped Linear Driver：ＴＬＤ）を用いて、ＬＥＤ列の電圧がＡＣ供給電圧の波形／伸長（elongation）に従わせるために、具体的には電源から給電されるべきではないＬＥＤをシャント又はバイパスすることによって、ＬＥＤ列の長さを動的に調節する方法が提案された。

この方法では、電気入力と光出力波形との間に直接的な結合が依然としてあるため、光中のフリッカ又はストロボアーチファクトに影響を及ぼす（減少させる）ことは入力高調波に影響を及ぼす。様々な主電源電圧規制（波形、高調波、及び力率の特定の組み合わせを表す）を満たすためには、入力部の電気波形と光の光出力波形との間により良好な減結合が必要である。

本発明は、様々な主電源電圧規制を満たすことができ、入力部の電気波形と出力部における出力波形との間により良好な減結合を提供する、負荷、具体的には２つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤアセンブリを駆動する駆動デバイス及び対応する駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様では、駆動デバイスが提示され、当該駆動デバイスは、
供給電圧を受け取る供給端子と、
負荷を当該駆動デバイスに結合し、当該負荷に、当該負荷を駆動するための電気エネルギーを提供する負荷端子と、
当該供給端子において受け取った電気エネルギーを蓄積するストレージユニットと、
当該供給端子と当該ストレージユニットとの間に結合され、当該供給端子から当該ストレージユニットに電気エネルギーを制御可能に提供する結合ユニットと、
当該供給端子と当該負荷との間に結合され、当該供給端子から当該負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子に電気エネルギーをスイッチ可能に提供する第１のスイッチングユニットと、
当該ストレージユニットと当該負荷との間に結合され、当該ストレージユニットに蓄積された電気エネルギーを当該負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子にスイッチ可能に提供する第２のスイッチングユニットと、
当該結合ユニットと当該第１及び第２のスイッチングユニットとを制御する制御ユニットと、を含む。

本発明の更なる態様では、対応する駆動方法が提示され、当該方法は、
供給電圧を受け取るステップと、
負荷端子を経由して、負荷に、当該負荷を駆動するための電気エネルギーを提供するステップと、
当該供給電圧を経由して受け取った電気エネルギーをストレージユニットに蓄積するステップと、
当該ストレージユニットに電気エネルギーを制御可能に提供するステップと、
供給端子から当該負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子に電気エネルギーをスイッチ可能に提供するステップと、
当該ストレージユニットに蓄積された電気エネルギーを当該負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子にスイッチ可能に提供するステップと、
当該ストレージユニット及び当該負荷に電気エネルギーを提供するステップを制御するステップと、を含む。

更に、本発明の別の態様では、照明ユニット、特に２つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤアセンブリと、当該照明ユニットに結合され、当該照明ユニットを駆動する、本発明による駆動デバイスと、を含む照明装置が提示される。

本発明の好適な実施形態は、従属請求項に定義される。クレームされた方法及びクレームされた照明装置が、クレームされたデバイスと同様の及び／又は同一で、従属請求項に定義されるとおりの好適な実施形態を有することは、理解されるべきである。

本発明は、負荷を駆動デバイスに結合させるために、２つの別個の出力電力ポート（即ち、少なくとも３つの負荷端子。１つの負荷端子が２つの異なる出力電力ポートに属する）を提供するという考えに基づく。電気エネルギーを、供給端子から直接負荷に提供するように、即ち、供給電圧から直接（必要である場合には、最終的には整流後）提供するように、１つの電力ポートが供給端子において提供される。もう１つの電力ポートは、ストレージユニット（例えば１つ以上のコンデンサを含む容量性ストレージユニット）に蓄積された電気エネルギーを負荷に提供するストレージユニットにおいて提供される。したがって、提案されている駆動ドライバは、負荷、特に負荷の同じ部分、異なる部分、又は重なる部分（例えばＬＥＤ列の様々なセグメント）への独立した給電のためにデザインされる。これにより、（例えば主電源電圧源から）供給端子、また、ストレージユニットから負荷に供給される電流量は互いに独立して制御される。結果として、入力電流波形を、各国の規制要件の高調波制限といった特定の規制要件に合わせることがより容易となる。

ここでは、提案されている駆動デバイスは、通常、入力として、供給電圧を受け取り、当該供給電圧は、ＡＣ主電源電圧（又は任意の他の利用可能な電圧）を必要な供給電圧に変換する任意の前処理ユニット（例えばトランス、インバータ又は調光器）によって提供されることに留意されたい。供給電圧は、整流された電圧でもＡＣ供給電圧でもよく、また、前処理手段は、電力信号処理の初期ステップ（例えば整流手段）さえも含んでよく、したがって、整流された電圧が提案されている駆動デバイスに供給される。当然ながら、利用可能なＡＣ主電源電圧が、駆動デバイスの入力として使用されるための基準を満たしていれば、当該ＡＣ主電源電圧をＡＣ供給電圧として直接使用することも可能であり、多くの場合がそうである。したがって、本明細書のどこで「供給電圧」と言及されても、特定の条件では、「主電源電圧」として理解されるか、又は、他の実施形態では、「調節（dimmed）された主電源電圧」、即ち、整流されたＡＣ電圧として理解されてよい。更に、供給電圧は、幾つかの実施形態では、例えば電池又は整流器及び平滑コンデンサによって提供されるＤＣ電圧であってもよい。

好適な実施形態では、第２のスイッチングユニットは、負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子からストレージユニットに電気エネルギーをスイッチ可能に提供する。これにより、ストレージユニットは、供給端子からだけでなく、負荷からも充電されることが可能となる。即ち、第１のスイッチングユニットを経由して供給端子から負荷に提供されたが、負荷によって消費されない又は負荷が必要としない電気エネルギーの一部が、したがって、第２のスイッチングユニットを経由してストレージユニットに「転送」される。

このために、第２のスイッチングユニットは、双方向スイッチ、特に双方向電流制限スイッチを含むことが好適である。好適には、電流制限値は、動作時、任意の所望の値に動的に設定されることが可能である。他のスイッチングユニット内に使用されるこれらの及び他のスイッチ（一般的にスイッチング素子と呼ばれ、一方向性であっても双方向性であってもよい）は、通常、ＮＭＯＳ又はＰＭＯＳトランジスタといったトランジスタ又はダイオードによって実施される。更に、（スイッチ非連動式）電流源が使用されてもよく、本出願のコンテキストではスイッチング素子として理解される。

別の実施形態では、結合ユニット、並びに／又は、第１及び／若しくは第２のスイッチングユニットは、それぞれのユニット（例えばそれぞれのスイッチングユニットのスイッチング手段）を経由して提供される電流、電圧、及び／又は電力を制限する制限手段を含む（結合ユニットがこのようなスイッチング手段を含んでもよく、また、一実施形態では、事実上、別のスイッチングユニットである）。このような制限手段は、電流を制限する電流源を含んでよい。他の制限手段は、抵抗器、（スイッチ非連動式）電流源、又は、電流、電圧、及び／若しくは電力を制限する他の既知の素子を含む。これらの制限手段は、各ユニット（即ち、結合ユニット、又は、第１／第２のスイッチングユニット）を経由して提供される電気エネルギー量を制御することを可能にする。

好適な実施形態では、制御ユニットは、特に効率、力率、電流波形、負荷内の様々なセグメントの均等な応力、及び／又は、照明ユニットが負荷である場合には光出力における平坦性を含む１つ以上の所定の基準に従って、負荷に電気エネルギーをスイッチ可能に提供するように第１及び第２のスイッチングユニットを制御する。したがって、例えば使用される各国において規定されている特定の規制である特定の所望の基準を満たすように事前に選択されてよい所望の制御ストラテジに従って制御が行われる。

有利には、第１及び／又は第２のスイッチングユニットは、各スイッチングユニットの関連付けられたスイッチング素子を経由して提供される電流を測定する電流測定素子、特にシャント抵抗器を含み、また、制御ユニットは、総電力と電力分布とのバランスを取るために負荷に電気エネルギーをスイッチ可能に提供するように第１及び第２のスイッチングユニットを制御する。これには、例えば測定値と組み合わせて、電流を同様に制御することが含まれる。このようにすると、照明ユニットを駆動するために本発明を使用する場合、照明ユニットから滑らかな流束及び一様な光出力を得ることが可能である。

好適には、ストレージユニットは、２つのストレージ出力端子を含み、第２のスイッチングユニットは、当該２つのストレージ出力端子を２つの負荷端子に、独立してスイッチするスイッチング素子を含む。この実施形態は、例えば電気エネルギーをストレージユニットから照明ユニット（例えばＬＥＤ列）の１つ以上の所望のセグメントに提供するために、負荷の所望の部分へのより柔軟な電力供給を可能にする。

一実施形態では、提案されている駆動デバイスは、供給端子に結合され、受け取ったＡＣ供給電圧を整流する整流器ユニットを更に含む。好適には、整流器ユニット及びストレージユニットは、負荷端子のうちの１つの負荷端子に結合される共通基準端子を有し、必要となるスイッチング素子が少なくなる。

更に、一実施形態では、整流器ユニットは、２つの整流器出力端子を含み、第２のスイッチングユニットは、当該２つの整流器出力端子を２つの負荷端子に、独立してスイッチするスイッチング素子を含む。上で説明したのと同様に、この実施形態は、例えば電気エネルギーを整流器ユニットから照明ユニット（例えばＬＥＤ列）の１つ以上の所望のセグメントに提供するために、電気エネルギーを整流器ユニットから負荷の所望の部分に供給する際のより多くの柔軟性を与える。

一実施形態では、制御ユニットは、ストレージユニットから負荷の第１の部分に電気エネルギーが提供され、供給端子（又は、提供される場合には、整流器ユニット）から負荷の第２の部分に電気エネルギーが提供され、第１又は第２の部分への電気エネルギーの提供が、供給端子から現在取り出されている電力量に応じて適応されるように、第１及び第２のスイッチングユニットを制御する。したがって、負荷の柔軟性のある電力供給が容易に達成可能である。

必要なときの負荷への供給のために電気エネルギーを蓄積可能であるストレージユニットとして任意のユニットを使用してよいが、好適な実施形態では、ストレージユニットは、特に１つ以上のコンデンサを含む容量性ストレージユニットを含む。

一実施形態では、制御の重点は、主電源の電源ユニットからの電力入力に置かれている。同時に、ストレージユニットの電力（電圧）も効率的な再充電のために留意される。これに加えて、制御の重点は、多くの高調波を生成し過ぎることなく供給端子によって提供可能な電力にも置かれることが好適である。通常、供給端子において供給可能なエネルギーと同程度のエネルギーは消費されないが、電力は、ストレージユニット及び外部電源によって負荷に効率的に提供される。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態を参照することにより明らかとなろう。

図１は、本発明により提案される駆動デバイスの一般的なレイアウトの略ブロック図を示す。 図２は、本発明による駆動デバイスの第１の実施形態の略ブロック図を示す。 図３は、本発明による駆動デバイスの第２の実施形態の略ブロック図を示す。 図４は、本発明による駆動デバイスの第３の実施形態の略ブロック図を示す。 図５は、本発明による駆動デバイスにおける様々な信号の例示的な信号配列を説明する信号図を示す。 図６は、本発明による駆動デバイスの供給電流のスペクトルを説明する図を示す。

図１は、本発明により提案される駆動デバイス１の一般的なレイアウトの略ブロック図を示す。当該駆動デバイス１は、本実施形態では多数のＬＥＤを含む照明ユニット１００である負荷１００用に提供され、駆動デバイスと負荷とは合わされて、照明装置を表す。本実施形態では、駆動デバイス１には、主電源電圧供給源２００からのＡＣ主電源電圧が提供される。

駆動デバイス１は、主電源電圧供給源２００から提供されるＡＣ供給電圧Ｖ_ｓを受け取る供給端子１０と、負荷１００を駆動デバイス１に結合し、負荷１００を駆動するために負荷１００に電気エネルギーを提供する負荷端子２０とを含む。整流器ユニット３０（場合によりフィルタリング及び保護のための一般的に知られる手段も含む）では、受け取ったＡＣ供給電圧Ｖ_ｓが整流される。整流された供給電圧は、次に、一方で、整流器ユニット３０からストレージユニット４０に電気エネルギーをスイッチ可能に提供するために、整流器ユニット３０とストレージユニット４０（例えばコンデンサを含む）との間に結合された結合ユニット５０に提供される。ストレージユニット４０では、整流器ユニットによって提供された電気エネルギーが蓄積される。他方で、整流された供給電圧は、整流器ユニット３０から１つ以上の負荷端子２０に電気エネルギーをスイッチ可能に提供するために、整流器ユニット３０と負荷１００との間に結合された第１のスイッチングユニット６０に提供される。ストレージユニット４０と負荷１００との間に結合された第２のスイッチングユニット７０は、ストレージユニット４０に蓄積された電気エネルギーを、上記負荷端子２０と同じであっても（部分的又は完全に）他の負荷端子であってもよい１つ以上の負荷端子２０にスイッチ可能に提供するために提供される。最後に、制御ユニット８０が、結合ユニット５０と、第１及び第２のスイッチングユニット６０、７０とを制御するために提供される。制御ユニットには、（次に限定されないが）入力電圧及び／若しくは電流、ストレージ電圧及び／若しくは電流、負荷構成、温度、並びに／又は流束といった一部のステータス情報を測定する測定手段が提供されていてもよい。

図１に示されるように、整流器ユニット３０からの電気エネルギーは、第１のスイッチングユニット６０を介して、負荷１００の第１のポート１０１（経路ａ）と、負荷１００の第２のポート１０２（経路ｂ）に供給される。同様に、ストレージユニット４０に蓄積された電気エネルギーも、第２のスイッチングユニット７０を介して、負荷１００の第１のポート１０１（経路ｄ）と、負荷１００の第２のポート１０２（経路ｃ）に供給される。本発明では、これらの電気エネルギーは、完全に互いから独立して供給可能である。経路ａ及びｂは、第１のスイッチングユニット６０から負荷１００まで略一方向性である一方で、経路ｃ及びｄ上のエネルギーフローは双方向性であってよい。即ち、ストレージユニット４０は、負荷１００を介して供給されたエネルギーによって第２のスイッチングユニット７０を介して充電されてよい。通常、負荷１００は、電気エネルギーを蓄積又は生成することができず、そのため、負荷１００から経路ｃ及びｄを介してストレージユニット４０及び第２のスイッチングユニット７０によって受け取られるエネルギーは、通常、負荷端子２０及び経路ａ又はｂを介して、入力端子１０から負荷１００に同時に供給される。

図２は、本発明の駆動デバイス１ａの第１の実施形態の略ブロック図を示す。本実施形態では、負荷１００ａは、４つのＬＥＤセグメントＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を含む。整流器ユニット３０ａは、４つのダイオード３１、３２、３３、３４がフルブリッジとして結合された従来のフルブリッジ整流器を含む。容量性ストレージユニット４０ａは、ストレージ入力端子４２、４３とストレージ出力端子４４、４５との間に結合された単一のコンデンサ４１を含む。２つの整流器出力端子３５、３６のうちの第１の整流器出力端子３５に結合された結合ユニット５０ａは、トランジスタ５１と抵抗器５２とを含み、これらは、電流制限スイッチを形成する。抵抗器５２は、トランジスタ５１と第１のストレージ入力端子４２との間に結合される。

第１のスイッチングユニット６０ａは、４つの電流制限スイッチを含み、それぞれ、トランジスタ６１、６２、６３、６４と抵抗器６５、６６、６７、６８との直列結合によって形成される。トランジスタ６１、６２、６３、６４の第１の端子は、第１の整流器出力端子３５に結合される。抵抗器６５、６６、６７、６８の第２の端子は、４つの出力端子を表す。このようにすると、整流された供給電圧は、４つの負荷端子２１、２２、２３、２４のうち所望の負荷端子にスイッチされる。第５の負荷端子２５は、基準端子を表し、第２の整流器出力端子３６と第２のストレージ出力端子４５とに結合される。第１のスイッチングユニット６０ａの電流制限スイッチは、一方向スイッチであるため、電流は、整流器ユニット３０ａから負荷１００ａへのみ流れる。

全く同様に、第２のスイッチングユニット７０ａも４つの電流制限スイッチを含み、図面では、スイッチ７１、７２、７３、７４と抵抗器７５、７６、７７、７８との直列結合によって表される。スイッチ７１、７２、７３、７４の第１の端子は、第１のストレージ出力端子４４に結合される。抵抗器７５、７６、７７、７８の第２の端子は、第１のスイッチングユニット６０ａの出力端子に共に結合される４つの出力端子を表す。即ち、第２のスイッチングユニット７０ａの出力端子のうちの１つが、第１のスイッチングユニット６０ａの出力端子のうちの１つに接続される。このようにすると、コンデンサ４１に蓄積されたコンデンサ電圧が、４つの負荷端子２１、２２、２３、２４のうち所望の負荷端子にスイッチされる。第２のスイッチングユニット７０ａの電流制限スイッチは、好適には、双方向スイッチであるので（しかし一方向スイッチであってもよい）、電流は、コンデンサ４１から負荷１００ａへ、また、負荷１００ａからコンデンサ４１へ両方に流れる。

供給電圧サイクル時、以下の起動スキームが一実施形態において使用される。供給電圧のゼロ交差時、コンデンサ４１は、負荷１００ａに供給する（スイッチ７１−７４のスイッチ状態は、コンデンサ電圧に依存する）。供給電圧が、負荷１００ａの第１のセグメント（ＬＥＤ Ｌ４）両端の第１のセグメント電圧よりも高い場合、スイッチ６４が起動され、ＬＥＤ Ｌ４は供給電圧から外れて駆動される。通常、ＬＥＤ列の残りの部分は、依然として、コンデンサ４１から供給される（以下に説明される別の実施形態では、コンデンサ４１は、次に、電力及び光の均等分布が得られるようにＬ１乃至Ｌ３に供給するようにスイッチされる）。

供給電圧が、２つのセグメントの電圧よりも高い場合、Ｌ３及びＬ４を駆動するように駆動スイッチ６４がオフにされ、スイッチ６３がオンにされる。コンデンサ４１は同様の電圧にまで放電され、スイッチ５１が起動されていると仮定すると、コンデンサ４１の再充電が開始する。

順番に、次々とセグメントが動作され、コンデンサ４１が再充電される。この間、供給電圧及びコンデンサ電圧は全く同じである。主電源高調波／ＴＨＤ規制が要求されるならば、任意の時点で、整流器ユニット３０ａから負荷１００ａへの電力の流れは減少／停止され、コンデンサ４１を再び、再充電する「補償間隔」がある限り、より多くの電力がコンデンサ４１から引き出される。或いは、コンデンサ４１の充電は、結合ユニット５０を低電流又は電流なしに設定することによって、減少又は停止される。

制御ストラテジの選択によって、照明器具は、最良の光出力平坦性、最高効率といった様々な基準に合せられる一方で、必要な力率、調光器適合性のための特殊な入力電流波形等を維持する。

制御のために、複数のアスペクトが考慮される。まず、供給電流の高調波が考慮される。後述するように、供給電流の高調波は、様々な要件を満たさなければならない。次に、光の任意の５０Ｈｚ成分及び入力電流のサブ高調波又はＤＣ成分を回避するために、制御スキームは対称的であるべきである。更に、損失の最小化も基準であってよい。これに密接に関連して、損失の分布も重要である。一例として、図２では、コンデンサ４１は、結合ユニット５０ａを介して、又は、第１及び第２のスイッチングユニット６０ａ、７０ａを介して充電電流を受け取る。前者の場合、損失は、トランジスタ５１内で生じる。その一方で、後者の場合、損失は、トランジスタ６１及びトランジスタ７１で共有される。具現化、即ち、３つのトランジスタの冷却に依存して、特定の動作モードでは一方の又は他方の充電路が好適である。光出力から判断すると、フリッカ及びストロボ効果といった光学アーチファクトを回避するために、通常、滑らかな光出力が好適である。負荷内のＬＥＤの冷却及び寿命から判断すると、セグメントの均等な装荷が望ましい。これらのアスペクトはすべて、適切な制御アルゴリズムを導出するために、特定の適用について、注意深く判断されなければならない。

整流器ユニット３０ａとコンデンサ４１とからＬＥＤアセンブリ１００ａに（例えばシャント抵抗器を介して）供給された電流を測定し、様々なユニット５０ａ、６０ａ、７０ａのステータスを知ることによって、制御は、ＬＥＤアセンブリ１００ａから滑らかな流束と一様な発光を得るために、総電力と分布とのバランスを取る。

上述した実施形態では、ＬＥＤアセンブリ１００ａ（直列に結合された４つのセグメントを含む）は、固定されていると見なされ、２つの電源に共通の１つの信号／端子２５がある。即ち、コンデンサ５１及び整流器ユニット３０ａは共通の接地を有する。

図３に示される、同じＬＥＤアセンブリ１００ａを使用する駆動デバイス１ｂの別の実施形態では、コンデンサ４１は、「浮遊」であってよく、これは、結合ユニット５０ｂは、２つのストレージ入力部４２及び４３を、供給端子１０に結合又は減結合することを意味する。

更に、第２のスイッチングユニット７０ｂは、２つの入力端子１１０、１１１と、コンデンサ４１の両容量性出力端子４４、４５を、負荷１００ａに別々に接続させるように、スイッチ１１２−１１５と抵抗器１１６−１１９とによって形成される複数のスイッチング素子とを有する。この結果、コンデンサ４１からの電力は、負荷端子２１−２５の任意の適切な組み合わせに注入される（又は、充電時は当該組み合わせから引き出される）。したがって、２つのＬＥＤセグメントを直列に供給する場合、ＬＥＤセグメントＬ１＋Ｌ２、Ｌ２＋Ｌ３、又はＬ３＋Ｌ４（又は、３つのセグメントの場合、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３又はＬ２＋Ｌ３＋Ｌ４といった他の組み合わせ）に給電するように自由に選択可能である。したがって、損失／輝度はより均等に分散される。

（少なくとも電力の注入について）同じことが、供給電圧でも可能である。２つの入力端子１２０、１２１と、スイッチ１２２−１２５及び抵抗器１２６−１２９によって形成される複数のスイッチング素子とを有する第１のスイッチングユニット６０ｂを使用する場合、供給電力も、ＬＥＤアセンブリ１００ａのＬＥＤセグメントの所望のサブ列に供給される。

簡潔にするために、制御ユニット８０と駆動デバイス１ｂの様々なユニットとの間の制御線は、省略されている。

通常、負荷（例えばＬＥＤアセンブリ）の構成は固定されておらず、複数のＬＥＤの直列接続を必ずしも含む必要はないが、例えばＬＥＤアセンブリのセグメントである負荷は、自由に（例えば直列に及び／又は並列に）構成される。これは、より柔軟なスイッチングスキームと、光出力及び損失におけるより良好な均一性を可能にする。

図２及び図３に示される実施形態では、第２のスイッチングユニット７０ａ、７０ｂにおけるスイッチは、双方向性であることが好適である。コンデンサ４１の充電は、結合ユニット５０ａ、５０ｂを介しても行うことができるため、これは、ある程度冗長である。したがって、これに代えて、スイッチ７１が一方向スイッチであってもよい。要求される入力及び出力波形が特定のスイッチの組み合わせを除外する場合、一部のスイッチは、減結合ダイオードと組み合わされるか又は減結合ダイオードによって交換される。

更に、図２及び図３に示される実施形態では、スイッチ／トランジスタは、電流を感知／制限するためのそれらの独自の抵抗器と共に略図で示される。代わりに、一部のスイッチは、整流器ユニット３０ａからの電流と、容量性ストレージユニット４０ａからの電流とを依然として制御可能である限り、共通の電流制限を共有してもよい。

図４は、本発明による駆動デバイス１ｃの第３の実施形態の略ブロック図を示す。アナログプログラミング値（例えば様々な周波数の複数の正弦波）が、最高の力率性能のために使用される。これは、マイクロコントローラ（のルックアップテーブル）内で実施されてよい。配線接続された制御実施の場合、幾つかのアナログ発振器を有する具現化では、制御ループのために多くの努力が必要となる可能性が一番高く、したがって、信号は、供給電圧の測定結果から導き出されるか、又は、幾つかの個別の電圧／電流レベルによって近似される。

駆動デバイスに使用される構成要素のパラメータは、例えば高力率、高効率、負荷内の様々なセグメントの均等な応力、及び／又は、低光フリッカである１つ以上の所望基準を満たすように合せられる。最終的なデザイン及びパラメータは、通常、高調波、効率、及び光性能のバランスに基づく。

図４に示される実施形態では、この簡易化された場合において、制御を容易とするために、構成要素は、図２及び図３に示される他の実施形態と比較して少し異なるように配置される。結合ユニット（図１における５０）と第１のスイッチングユニット（図１における６０）とは、ここでは、共通のスイッチングユニット９０によって表される。トランジスタ９１は、入力電流を制御する電流源を形成する。これは、上述した結合ユニット５０と第１のスイッチングユニット６０との電流制限機能の組み合わせに相当する。ここでは、コンデンサ４１の能動的充電制御は実施されず、入力部から取られる全電流のみが制御される。供給電力のためのスイッチング機能は、４つのセグメントを含むＬＥＤ列１００ａの左側のトランジスタ９２、９３、９４（及びダイオード１４６−１４９）によって実現される。右側では、トランジスタ１３１が更に電流源を形成し、トランジスタ１３２−１３４（とダイオード１４２−１４５）と共に、コンデンサ４１とＬＥＤ列１００ａとの間の第２のスイッチングユニット７０の主な素子を表す。事実上、ＬＥＤ列１００ａの長さは、整流器及びコンデンサの電力入力について、独立して調節される。

一例を挙げるに、コンデンサ４１は、供給電圧のピーク時に充電される。負荷の左側のドライバを介する放電は、ダイオード１４１によって遮断される。続いて、供給電圧は減少し、負荷の最も低い２つのセグメントだけが、トランジスタ９１及び９３を介して給電される。最初は、フル充電されたコンデンサ４１のエネルギーは、トランジスタ１３１及びダイオード１４２を介して、負荷１００ａの全てのセグメントに給電するように使用される。コンデンサ４１が放電される間、コンデンサ４１からの電力を最も低い３つのセグメント等に案内するように、トランジスタ１３２が使用される。当然ながら、負荷の低いセグメントは、より上のセグメントよりも多くの電力を（平均で）受け取る。これは、図４における簡易化された実施形態の欠点であるが、図３を参照して上述した実施形態によって解決される。

トランジスタ９１は、供給電圧周波数の高調波からなる信号を受け取る。トランジスタ１３１は、所望のＬＥＤ電力と、現在、整流器ユニット３０ａからＬＥＤ列１００ａに供給される電力との比較に基づいたコマンドを受け取る。

入力電流は、特定の適用において可能である高調波歪み又は力率のレベルまでの基本、第３、及び第５成分を基本的に組み込む所定形状を有するように（トランジスタ９１用の駆動信号を介して）プログラムされる。この制限は、通常、認証ラベル（エネルギースター）等からの追加の要件によって、幾つかの国では標準（例えばＩＥＣ６１０００−３−２）によって定義される。これらの要件は、様々な応用（国、照明器具又はモジュールのタイプ、電力レベル）について異なるため、波形の最良の実施は、関連の基準と条件との間のトレードオフによって決定される。ここで使用する基本波、第３及び第５の高調波は、非限定的な一例を表すに過ぎない。

コンデンサ４１を充電した後もなお利用可能な供給電流量は、ＬＥＤ列１００ａの適切なタップに供給される。この電力はモニタリングされ、基準信号と比較される。エラー信号が第２の電流源１３１を駆動し、コンデンサ４１からＬＥＤ列１００ａへの給電が制御される。この電流は、コンデンサ４１の電圧に依存して、ＬＥＤ列１００ａの適切なタップに供給される。

図５に幾つかの波形が示される。図５Ａは、コンデンサ４１からＬＥＤ列１００ａに供給される電力を示す。図５Ｂは、整流器ユニット３０ｃからＬＥＤ列１００ａに供給される電力を示す。図５Ｃは、供給電圧Ｖ_ｓと供給電流ｌ_ｓとを示す。

ｔ１からｔ２では、供給電圧は、最低タップ電圧よりも低く、したがって、ＬＥＤ列１００ａへの電圧供給は不可能であるが、ＬＥＤ列１００ａは、コンデンサ４１だけによって供給される。ｔ２からｔ３では、供給電圧は、幾つかのＬＥＤセグメントを動作させるのに十分に高い。整流器ユニット３０ｃ及びコンデンサ４１は共に、電流を適切なタップに注入することによって、ＬＥＤ列１００ａに給電する。即ち、ＬＥＤ光源の様々なポートに給電される。ｔ３において、供給電圧レベルは放電されたコンデンサ４１の電圧レベルと等しく、したがって、コンデンサ４１の再充電が開始する。ｔ３からｔ４への期間は、コンデンサ４１が整流器ユニット３０ｃから充電され、整流器ユニット３０ｃか又はコンデンサ４１のどちらかがＬＥＤ列１００ａに給電する一連の間隔を含む。ｔ４において、コンデンサ４１は充電する。ｔ４からｔ６では、整流器ユニット３０ｃがＬＥＤ列１００ａに供給し、コンデンサ４１は無負荷である。ｔ５において、ここでは供給電流はかなり平坦であるが、ＬＥＤ電力に段があり、これは、供給電流が異なる（低い）タップに注入されていることを示す。これは、整流器ユニット３０ｃからの電圧レベルが、もはや、最も長いＬＥＤ列、即ち、最高電圧を有する入力電力ポートへの給電を可能にしないからである。ｔ６からｔ７では、整流器ユニット３０ｃが、幾つかのＬＥＤセグメントに提供し、またコンデンサ４１が幾つかのＬＥＤセグメントに提供する。

図５に示されるシミュレートされた波形は、効率がかなり低く、光フリッカが高いことに留意すべきである。また、二重電力入力ドライバは、整流器ユニットから及びコンデンサから単一のＬＥＤ列に提供することを示す非常に単純な例として、理解されるべきである。波形は、高い第３及び第５の成分を有するように意図的にデザインされ、これは、６０°より小さく１２０°より大きい角度について利用可能な電流を増加する一方で、ピーク（６０°〜１２０°）付近の電流を減少するからである。この電流変調は、多くの高調波を生成し過ぎることなく、又は、力率を低くさせすぎることなく、低供給電圧において、より短いＬＥＤ列からより多くの光を生成するように援助する。供給電圧と、コンデンサ又はＬＥＤタップ電圧との間の任意の差分は、電流源９１及び／又は１３１を介して熱として消散される。

力率は、実質的にどの値にも設定される。上で使用した入力電流波形（即ち、９１の制御信号）では、０．９５の力率が実現される。

複数の電源からＬＥＤ列を駆動する柔軟性は、調光にも有利である。好適には、リーディングエッジ調光（ＴＲＩＡＣ調光）では、第２のスイッチングユニット７０における少なくとも幾つかのスイッチは、効率にあまり影響を及ぼすことなく限定された突入（inrush）があるように負荷１００を経由してコンデンサ４１を充電するように双方向性である。

図６に示されるスペクトラムは、ほんのわずかな歪みしか示さない。

（補助電力及びタイミング情報を調光器に供給するために、供給電圧のゼロ交差の付近で電流路を可能とするように）後にブリーダー回路を追加する場合、これは高調波を更に減少する。

標準的なＴＬＤ駆動デバイスに比べて、本発明では、負荷に与えられる電力量が制御可能である。特に、負荷用の電力は、整流器ユニットから、即ち、入力供給源から（例えば主電源から）略直接か、及び／又は、コンデンサから引き出される。更に、整流器ユニットから外れたコンデンサの充電は制御可能であり、負荷を経由して運ばれた電力を介するコンデンサの充電が可能である。

上述したように、本発明の重要な要素は、複数の接合負荷、例えばＬＥＤ光源を含むことであり、当該負荷は、当該負荷に給電するための複数の（少なくとも２つの）ポートがあるように構成され、これらの少なくとも２つのポートは、全体で少なくとも３つのピン（入力部１、入力部２、共通出力部）があるように１つの共通のピンを共有しても、４つのピン（入力部１、出力部１、入力部２、出力部２）があるように互いから減結合されてもよい。図４の実施態様を参照するに、負荷は５つのピンを有する。この実施例において使用される一方向性構造体によって、４つの入力部と１つの出力部とがある。（例えば双方向スイッチを含む）異なる駆動デバイスでは、これらのピンのうちの幾つかが入力部及び／又は出力部として使用される。提案されている駆動デバイスは、供給入力部と、ストレージ（例えばコンデンサ）と、供給入力部及び／又はコンデンサから負荷の第１及び／又は第２の電力ポートに電力を伝達する伝達手段（供給される電流、電圧、又は電力の量を制限する手段を含む）とを含むことが好適である。更に、現在選択されている電力入力部に関係なく、負荷出力（例えば光出力）が安定しているように、制御回路は、少なくとも２つのポートを介して負荷に供給される総電力のバランスを取ることが好適である。

上述した負荷の２つの電力ポートは最低限必要である一方で、実際の実施態様では、様々な電圧レベルにおいて負荷に給電するためにより多くの入力部を有する。一例として、欧州における使用のための実施態様は、４つのセグメントに分割される約２８０Ｖの最大ＬＥＤ電圧レベルを有し、したがって、７０Ｖを上回る、１４０Ｖを上回る、２１０Ｖを上回る、及び２８０Ｖを上回る供給電圧を有する電力入力が可能である。ＴＬＤ実施態様と対照的に、第１の電源（例えば主電源）から現在給電されていないＬＥＤ列の一部は、シャント又はバイパスされないが、第２の電源（例えばコンデンサ）から電力を受け取ることが可能にされる。これを可能とするために、ドライバにおける伝達手段に複数の入力部（即ち、整流器ユニット／供給入力部から、及び、コンデンサから）がある。これは、異なる電圧レベルの２つの電力を同時にＬＥＤ光源に供給できないように、究極的には整流器ユニットとコンデンサとがスイッチされたＬＥＤ列への共通入力部に共有するＴＬＤに対する重要な相違点と見られる。

コンデンサは、時に、好適には供給電圧の各半波長の間に、整流器ユニットから再充電されなければならない。これに加えて、コンデンサは、負荷及び伝達手段を介しても再充電でき、これは、コンデンサが、通常は負荷に給電するために使用されるポートを介して電力を受け取ることを意味する。したがって、負荷の１つのポートは、電力入力部として使用される一方で、もう１つのポートは電力出力部として使用される。適切な電力レベルを選択すると、入力電力の一部が負荷によって処理される（光及び熱に変換される）一方で、残りの部分はコンデンサに供給されてコンデンサを再充電する。これにより、電気入力波形の更なる操作が可能となる。通常は、コンデンサの再充電は、供給電圧が、コンデンサが前に放電された電圧レベルよりも高くなるとすぐに生じる。負荷を介して（部分的に）再充電する場合、この再充電電流は、異なる時点に向けて動かされる。

装置にエネルギーを供給する整流器ユニットとは対照的に、コンデンサは、エネルギーを蓄積することしかできず、限定された時間間隔の間、電源として機能する。コンデンサを放電する間、その電圧は下がる。好適には様々な電圧レベルにある負荷の複数の電力入力ポートによって、コンデンサは、電圧が負荷の低い入力電圧レベルよりも高い限り、依然として、負荷に給電することができる。これと並行して、負荷は更に、異なる電圧又は電力レベルにある整流器ユニットからの電力も受け取ることができる。したがって、電気入力及び光出力波形要件に基づいて、電力入力部のいずれか（整流器ユニット、コンデンサ）から負荷に給電する可能性が与えられる。負荷に供給される電力は、負荷の出力に貢献する一方で、整流器ユニットから外れて負荷に直接伝達される電流とコンデンサの再充電電流のみが、電気入力波形に貢献する。

結果として、本発明による駆動デバイスは、電気入力波形を整形するためのより良好な柔軟性を提供し、したがって、光出力への影響が少ない、低い高調波及びＴＨＤと、高い力率とを可能にする。

ストレージユニットは、実施形態に示されるようにコンデンサ（又は複数のコンデンサ）によって実施されることが好適であるが、アキュムレータ又は誘導エネルギーストレージ手段といった、電気的エネルギーを蓄積するための他の要素を代わりに使用してもよい。

実施形態に示される整流器ユニットは、提案されている駆動デバイスの必要不可欠な要素ではなく、負荷を駆動し、ストレージユニットを充電するのに供給電圧が直接使用できない場合にのみ提供される。

負荷は、ＬＥＤアセンブリを含むことが好適であるが、提案されている駆動デバイスは、３つ以上の端子を有する他の負荷を駆動するためにも使用されてよい。ここでは、負荷の第１の部分は、第１の電源によって駆動され、第２の部分は、第２の電源によって駆動される（当該部分と、各部分を駆動する電源は変更される可能性がある）。このような他の負荷は、他の光学アセンブリ、電子部品、オーディオ素子等を含む。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示かつ説明されたが、このような例示及び説明は、例示であって限定と考えられるべきではない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態への他の変更は、図面、開示内容及び添付の特許請求の範囲の検討から、クレームされた発明を実施する際に、当業者によって理解かつ実現される。

請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数形を排除するものではない。単一の要素又は他のユニットが、請求項に記載される幾つかの項目の機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるからと言って、それらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

請求項における任意の参照符号は、その範囲を限定すると解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 負荷、特に２つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤアセンブリを駆動する駆動デバイスであって、
   供給電圧を受け取る供給端子と、
   負荷を前記駆動デバイスに結合し、前記負荷に、前記負荷を駆動するための電気エネルギーを提供する負荷端子と、
   前記供給端子において受け取った電気エネルギーを蓄積するストレージユニットと、
   前記供給端子と前記ストレージユニットとの間に結合され、前記供給端子から前記ストレージユニットに電気エネルギーを制御可能に提供する結合ユニットと、
   前記供給端子と前記負荷との間に結合され、前記供給端子から前記負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子に電気エネルギーをスイッチ可能に提供する第１のスイッチングユニットと、
   前記ストレージユニットと前記負荷との間に結合され、前記ストレージユニットに蓄積された電気エネルギーを前記負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子にスイッチ可能に提供する第２のスイッチングユニットと、
   前記結合ユニットと前記第１及び第２のスイッチングユニットとを制御する制御ユニットと、
   を含む、駆動デバイス。
2. 前記第２のスイッチングユニットは、前記負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子から前記ストレージユニットに電気エネルギーをスイッチ可能に提供する、請求項１に記載の駆動デバイス。
3. 前記第２のスイッチングユニットは、双方向スイッチ、特に双方向電流制限スイッチを含む、請求項２に記載の駆動デバイス。
4. 前記結合ユニット、並びに／又は、前記第１及び／若しくは第２のスイッチングユニットは、それぞれのユニットを経由して提供される電流、電圧、及び／又は電力を制限する制限手段を含む、請求項１に記載の駆動デバイス。
5. 前記制限手段は、電流を制限する電流源を含む、請求項４に記載の駆動デバイス。
6. 前記制御ユニットは、特に効率、力率、電流波形、前記負荷内の様々なセグメントの均等な応力、及び／又は、照明ユニットが負荷である場合には光出力における平坦性を含む１つ以上の所定の基準に従って、前記負荷に電気エネルギーをスイッチ可能に提供するように前記第１及び第２のスイッチングユニットを制御する、請求項１に記載の駆動デバイス。
7. 前記第１及び／又は第２のスイッチングユニットは、各スイッチングユニットの関連付けられたスイッチング素子を経由して提供される電流を測定する電流測定素子、特にシャント抵抗器を含み、
   前記制御ユニットは、総電力と電力分布とのバランスを取るために前記負荷に電気エネルギーをスイッチ可能に提供するように前記第１及び第２のスイッチングユニットを制御する、請求項１に記載の駆動デバイス。
8. 前記ストレージユニットは、２つのストレージ出力端子を含み、前記第２のスイッチングユニットは、前記２つのストレージ出力端子を２つの負荷端子に、独立してスイッチするスイッチング素子を含む、請求項１に記載の駆動デバイス。
9. 前記供給端子に結合され、受け取ったＡＣ供給電圧を整流する整流器ユニットを更に含む、請求項１に記載の駆動デバイス。
10. 前記整流器ユニット及び前記ストレージユニットは、前記負荷端子のうちの１つの負荷端子に結合される共通基準端子を有する、請求項９に記載の駆動デバイス。
11. 前記整流器ユニットは、２つの整流器出力端子を含み、前記第２のスイッチングユニットは、前記２つの整流器出力端子を２つの負荷端子に、独立してスイッチするスイッチング素子を含む、請求項９に記載の駆動デバイス。
12. 前記制御ユニットは、前記ストレージユニットから前記負荷の第１の部分に電気エネルギーが提供され、前記供給端子から前記負荷の第２の部分に電気エネルギーが提供され、前記第１及び第２の部分への電気エネルギーの提供が、前記供給端子から現在取り出されている電力量に応じて適応されるように、前記第１及び第２のスイッチングユニットを制御する、請求項９に記載の駆動デバイス。
13. 前記ストレージユニットは、特に１つ以上のコンデンサを含む容量性ストレージユニットを含む、請求項１に記載の駆動デバイス。
14. 負荷、特に２つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤアセンブリを駆動する駆動方法であって、
    供給電圧を受け取るステップと、
    負荷端子を経由して、前記負荷に、前記負荷を駆動するための電気エネルギーを提供するステップと、
    前記供給電圧により受け取った電気エネルギーをストレージユニットに蓄積するステップと、
    前記ストレージユニットに電気エネルギーを制御可能に提供するステップと、
    供給端子から前記負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子に電気エネルギーをスイッチ可能に提供するステップと、
    前記ストレージユニットに蓄積された前記電気エネルギーを前記負荷端子のうちの１つ以上の負荷端子にスイッチ可能に提供するステップと、
    前記ストレージユニット及び前記負荷に電気エネルギーを提供するステップを制御するステップと、
    を含む、方法。
15. 照明ユニット、特に２つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤアセンブリと、
    前記照明ユニットに結合され、前記照明ユニットを駆動する、請求項１に記載の駆動デバイスと、
    を含む、照明装置。

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