JP2014525145A - Ｌｅｄストリップを有する光源 - Google Patents

Abstract

スイッチモード電源により電力供給されるＬＥＤ列を有するＬＥＤ光源が開示される。該ＬＥＤ光源は、低い電力損失を持ち、かなりの程度、スイッチモード電源により供給されるＤＣ電圧の大きさに依存しない。該ＬＥＤ光源は、光又は存在検出器の任意の配置を可能とする。

Description

本発明は、少なくとも１つのＬＥＤストリップを有するＬＥＤ光源、及びＬＥＤストリップを利用して照明を生成するための対応する方法に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）ストリップは柔軟でサイズ設定のため切り取ることも可能であり、多くの室内及び屋外用途を持つ。図１は、既知のＬＥＤストリップの一般的な実施例の模式的な図を示す。導電材料の２本のストリップが、ＬＥＤストリップの長さに沿って延在している。動作の間、例えば１２ボルトの直流（ＤＣ）供給電圧が、これらストリップ間に存在する。それぞれが抵抗Ｒ及びＬＥＤ列ＬＳを有する直列構成が、導電ストリップ間に並列に接続される。該ＬＥＤ列は、１つ以上のＬＥＤを有しても良く、図１に示された実施例においては、３つのＬＥＤが１つのＬＥＤ列に含まれている。導電ストリップ、抵抗及びＬＥＤ列は全て、柔軟なＰＣＢに装着され、透明材料又は拡散器により被覆される。ユーザは、点線で示された場所で、ＬＥＤストリップを所望の長さに切断することができる。

既知のＬＥＤストリップの欠点は、各ＬＥＤ列の電気回路の効率が良くなく、発熱に導くことである。更に、ＬＥＤ光出力が、入力電圧における差に対して非常に敏感である。

本発明の目的は、改善された効率を持ち、及び入力電圧差に対してあまり敏感ではなく、存在センサ及び／又は光センサと組み合わせて容易に使用されることができる、ＬＥＤストリップを有する光源、及びＬＥＤストリップを利用して照明を生成するための対応する方法を提供することにある。本明細書において、「ＬＥＤストリップ（LED strip）」なる語は一方では、複数のＬＥＤ及び最終的には更なる電気的要素のための柔軟な装着部材を示し、ここで導電材料のストリップが基本的に長さに沿って延在する。他方では、「ＬＥＤストリップなる語は、電気的な接続及び／又は電力をＬＥＤに供給する、特にトラック型又はレール型の給電システム、即ち「ＬＥＤトラック」のような、複数のＬＥＤのための一般的な装着部材を示すものと理解されるものである。

本発明の一態様によれば、第１のＬＥＤストリップを有するＬＥＤ光源であって、前記第１のＬＥＤストリップは、
直流電源への接続のための入力端子と、
前記入力端子の間に接続された複数の並列の直列構成を有する負荷と、
を有し、前記直列構成は、直列接続されたＬＥＤ列と抵抗とを有し、前記抵抗と前記ＬＥＤ列との共通端子は全て互いに接続された、ＬＥＤ光源が提供される。

本発明の他の態様によれば、ＬＥＤストリップを利用して光を生成するための対応する方法が提供される。

好適には、本発明によるＬＥＤ光源は、ＤＣ供給電圧から電流を生成するためのスイッチモード電源を有し、前記スイッチモード電源は、
前記第１のＬＥＤストリップの前記入力端子に結合された出力端子と、
スイッチと
一方向性素子と、
誘導素子と、
前記ＬＥＤ列のそれぞれにおける電流を感知するための、前記スイッチの導通状態を制御するため前記スイッチに結合された出力端子と、前記抵抗と前記ＬＥＤ列との共通端子に結合された入力端子と、を備えた制御回路と、
を有する。該スイッチモード電源は、電流源として動作させられ、各抵抗の両端における電圧は同じであるため、各ＬＥＤ列を流れる電流は、略等しい。種々のスイッチモード電源が利用され得る。ダウンコンバータ型のスイッチモード電源を用いると、良い結果が得られている。該ＬＥＤ光源は、
前記第１のＬＥＤストリップの前記入力端子に接続された入力端子と、
前記入力端子間に接続された複数の並列の直列構成を有する更なる負荷と、
を備えた少なくとも１つの更なるＬＥＤストリップを有しても良く、ここで各直列構成は、直列接続されたＬＥＤ列と抵抗とを有し、前記抵抗の共通端子及び前記ＬＥＤ列は全て互いに及び前記制御回路の入力端子に接続される。斯くして、前記第１のＬＥＤストリップ及び更なるＬＥＤストリップは、同一のスイッチモード電源により電力供給される。該第１のＬＥＤストリップと該１つ以上の更なるＬＥＤストリップとを並列に構成することにより、光生成面が形成されることができる。

好適な実施例においては、前記第１のＬＥＤストリップは、前記負荷に含まれる抵抗とＬＥＤ列との直列構成と並列に結合された、センサと抵抗との直列構成を有し、前記センサと前記抵抗との共通端子が、前記負荷に含まれる前記抵抗と前記ＬＥＤ列との共通端子に接続される。該センサと抵抗との直列構成は、ＬＥＤストリップに沿ったどこに配置されても良く、例えばユーザが該センサを部屋内の最適な場所に配置することを可能とする。該センサは、存在センサであっても良いし又は光センサであっても良い。

更なる好適な実施例によれば、前記直列構成の少なくとも１つの抵抗は、前記抵抗の抵抗値を制御するため、関連するランプ制御装置に接続された、制御可能な抵抗／センサである。好適には、前記直列構成のそれぞれの抵抗は制御可能であり、関連するランプ制御装置に接続される。

本実施例は、それぞれの直列構成の明るさ及び／又は色を個別に制御することを可能とし、該光源の光出力の拡張された制御を可能とする。例えば、赤色、緑色及び青色を有する３つの直列構成の場合、それぞれの「測定」抵抗又はセンサを調節することにより、結果の照明の色を設定することが可能である。

上述した、制御可能な抵抗を持つ１つよりも多い直列構成の場合には、全ての抵抗を制御するための、単一のランプ制御装置が存在しても良い。代替としては、よりスケーラブルな方法を提供するため各直列構成が「個別の」ランプ制御装置と関連すること、又は幾つかの直列構成が１つのランプ制御装置を共有し、グループ化された設定に帰着することも実施可能である。

該ランプ制御装置は、抵抗値を制御し、斯くしてそれぞれのＬＥＤ列を流れる電流を制御するように適切に構成されても良い。該ランプ制御装置は、適切なプログラムを備えたマイクロプロセッサ、ユーザ制御インタフェース、明るさセンサ、及び／又は抵抗の抵抗値を設定し斯くしてＬＥＤ列の明るさを設定するためのリモートコントロールインタフェースを有しても良い。

該制御可能な抵抗は、いずれの適切なタイプのものであっても良い。複数の抵抗が互いに直列に及び／又は並列に接続され、１つ又は幾つかの抵抗の抵抗値のみが制御可能であるといった構成も可能である。

他の好適な実施例によれば、該ＬＥＤ光源は、少なくとも１つの電気供給トラックを有するトラック光源である。対応するトラック又はレールシステムは本分野において知られており、従って詳細な説明はここでは省略する。供給トラック又はレールは、前記直列構成及び／又はスイッチモード電源と着脱可能に係合されるように構成されても良い。好適には、該スイッチモード電源は、供給トラックと一体的に形成される。最も好適には、該供給トラックが、前記スイッチモード電源と接続された３つの分離した導電体を有する。

好適には、該直列構成は１つ以上の照明装置に含まれ、該照明装置は前記供給トラックと接続可能である。該照明装置は例えば、該供給トラックと係合するための対応する電気コネクタを有し、該ＬＥＤ光源の簡便な（再）構成を可能としても良い。該照明装置は好適には、ＬＥＤ列、関連する抵抗、及びいずれかの最終的な更なる構成要素（例えば上述した拡散器及び／又はランプ制御装置）が配置された筺体を伴って形成されても良い。斯くして該照明装置は、「スポット」即ちスポット照明を形成しても良い。

本発明によるＬＥＤ光源の実施例は、添付図面を参照しながら以下に更に議論される。

先行技術のＬＥＤストリップを示す。 本発明によるＬＥＤ光源の実施例を示す。 本発明によるＬＥＤ光源の実施例を示す。 本発明によるＬＥＤ光源の実施例を示す。 本発明によるＬＥＤ光源の実施例を示す。 本発明によるＬＥＤ光源の実施例を示す。 本発明によるＬＥＤ光源の実施例を示す。 本発明によるＬＥＤ光源の実施例を示す。

図１は既に以上に議論されているので、更なる説明を要しない。

図２において、端子１及び３は、ＤＣ供給電源に対する接続のための入力端子である。入力端子１及び３は、複数の直列構成により互いに接続され、該直列構成のそれぞれは、抵抗Ｒ及びＬＥＤ列ＬＳを有する。これら抵抗及びＬＥＤ列の共通端子は、全て互いに接続され、端子２に接続される。明確さのため、各図において、参照記号ＬＳは、複数のＬＥＤ列のうちの１つにのみ付されている。

図３において、スイッチＳ、ダイオードＤ、誘導素子Ｌ及び制御回路ＣＣが、あわせてスイッチモード電源を形成している。動作の間、該スイッチモード電源は、端子１と端子４との間に存在するＤＣ供給電圧により電力供給される。端子１及び３は、該スイッチモード電源の出力端子である。端子１及び３は、あわせて（第１の）ＬＥＤストリップの電子部品を形成する、複数の並列の抵抗Ｒの直列構成及びＬＥＤ列ＬＳにより接続される。該ＬＥＤストリップは例えば、更に拡散器を有しても良い。抵抗Ｒ及びＬＥＤ列ＬＳの共通端子は、全て互いに接続され、また制御回路ＣＣの入力端子に接続された端子２にも接続される。誘導素子ＬとスイッチＳとの直列構成は、端子３を端子４に接続する。ダイオードＤは、スイッチＳ及びインダクタＬの共通端子を端子１に接続する。制御回路ＣＣの出力端子は、スイッチＳの制御電極に接続される。制御回路ＣＣは更に、それぞれが端子１及び端子４に接続された２つの入力端子を備える。

図３に示されたＬＥＤ光源の動作は、以下のとおりである。

端子１と端子４との間にＤＣ供給電圧が存在し、スイッチＳが導電状態である場合、端子１からのＤＣ電流が、複数の抵抗Ｒ及びＬＥＤ列ＬＳの直列構成を通り、更に誘導素子Ｌ及びスイッチＳを通り、端子４へと流れる。スイッチＳが導電状態である限り、当該電流は線形に増大する。抵抗Ｒ及びＬＥＤ列ＬＳの共通端子の全てが互いに接続されているため、各抵抗Ｒの両端の電圧降下は等しく、そのため各抵抗を流れる電流の大きさも略等しい。その結果、ＬＥＤ列を流れる電流もまた略同じとなる。

制御回路ＣＣは、抵抗の両端の電圧降下（即ち端子１と端子２との間の電圧）を感知することにより、これら電流の大きさを感知する。該電流の大きさが第１の基準値に到達すると、制御回路ＣＣによりスイッチＳが非導電状態とされる。スイッチＳが非導電状態である時間の間、電流は、誘導素子Ｌ及びスイッチＳの共通端子から、ダイオードＤを通り、更に複数の抵抗Ｒ及びＬＥＤ列ＬＳの直列構成を通り、端子３へと流れる。当該時間の間、ここでもまた、ＬＥＤ列を流れる電流は略等しいが、ここでは電流の大きさは線形に低下する。該電流の大きさが第２の基準値に到達すると、制御回路ＣＣによりスイッチＳが再び導電状態とされる。ここで上述したサイクルが、次いで繰り返される。実際には、第１の基準値と第２の基準値とは、互いに非常に近い値に選ばれる。その結果、スイッチＳは高い周波数で交互に導電状態と非導電状態とにされ、ＬＥＤ列を流れる電流は、高い周波数のＡＣ電流が重畳されたＤＣ電流となる。高周波数のＡＣ電流の大きさは非常に小さいため、全体の電流は、殆どの目的において、略一定の振幅を持つＤＣ電流とみなすことができる。図３に示されたＬＥＤ光源は、ＤＣ供給電圧の大きさにおける変化に対してそれほど敏感とはならず、抵抗Ｒにおける電力損失は非常に小さく、そのため図３に示されたＬＥＤ光源は非常に効率の良いものとなる。他の重要な利点は、各ＬＥＤ列の光出力が略同一であり、ＬＥＤ列の量、換言すればＬＥＤストリップの長さに対して、かなりの程度依存しないことである。

図１及び図３におけるＬＥＤ光源の実用的な実施例においては、０．０２Ａの電流を担持する３．２Ｖの順電圧を持つ３つのＬＥＤを有するＬＥＤ列が利用された。従って、ＬＥＤ列における電力は、１９２ｍＷである。図１のＬＥＤ光源には、端子１と端子２との間の１２ＶのＤＣ供給電圧が供給され、抵抗の抵抗値は１２０オームであり、該抵抗における電力損失は４８ｍＷ＝２０％であった。図３のＬＥＤ光源において、抵抗は５オームであり、該抵抗における消散した電力は２ｍＷのみであった。

図４において、センサを有する本発明によるＬＥＤ光源の２つの実施例が示されている。図３に示された実施例と図４に示された実施例との唯一の違いは、後者においてはＬＥＤストリップが抵抗Ｒと並列接続されたセンサを有する点である。

図４Ａにおいては、スイッチモード電源が接続された端とは反対側の、ＬＥＤストリップの端において、センサが配置されている。図４Ｂにおいては、抵抗Ｒ間の任意の位置に、センサが配置されている。図４は斯くして、センサがＬＥＤストリップに沿ったどこに配置されても良いことを示している。

該センサが光センサである場合、該センサは、該センサに当たる光の量により抵抗値が影響を受ける抵抗として機能する。該センサは全ての抵抗Ｒに並列に接続されているため、端子１から端子２へと流れる電流の量に影響を与え、従って抵抗Ｒのそれぞれに流れる電流に影響を与え、斯くしてＬＥＤ列ＬＳのそれぞれに流れる電流が該センサの抵抗値により影響を受ける。

該センサが存在検出器である場合、該センサは、存在が検出されたときには非常に低い抵抗値を持ち、存在が検出されないときにはかなり高い抵抗値を持つ素子である。その結果、ＬＥＤ列の光出力は、低い光出力から、比較的高い光出力へと変化する。

図３に示された実施例と図５に示された実施例との唯一の違いは、後者においてはスイッチモード電源が、ＬＥＤストリップの一方の端ではなく、抵抗Ｒ及びＬＥＤ列ＬＳの直列構成の間のＬＥＤストリップに沿った任意の位置に配置されている点である。図５は斯くして、スイッチモード電源がＬＥＤストリップに沿ったどこにでも配置され得ることを示している。図５に示された実施例の動作は、図３に示された実施例と同一である。

図６において、並列接続されたＬＥＤストリップ及び単一のスイッチモード電源を有する、本発明によるＬＥＤ光源の実施例が示されている。該ＬＥＤストリップのそれぞれは、図３に示された実施例における単一のＬＥＤストリップと同じ態様で、スイッチモード電源に接続される。図６は斯くして、同一のスイッチモード電源により供給される並列接続されたＬＥＤストリップから、どのように光生成面が形成されるかを示している。

ＬＥＤ光源の動作は、図３に示された実施例の動作と同一である。

図７において、４つの並列のＬＥＤストリップ及び単一のスイッチモード電源を有する、本発明によるＬＥＤ光源の実施例が示されている。本実施例においては、第１のＬＥＤストリップと第２のＬＥＤストリップとが互いに向けられ、第１のＬＥＤストリップにおけるＬＥＤ列の陰極が第２のＬＥＤストリップにおけるＬＥＤ列の陰極に面している。

同様に、第３のＬＥＤストリップと第４のＬＥＤストリップとが互いに向けられ、第３のＬＥＤストリップにおけるＬＥＤ列の陰極が第４のＬＥＤストリップにおけるＬＥＤ列の陰極に面している。その結果、第２及び第３のＬＥＤストリップに含まれる抵抗ＲのＬＥＤ列と反対側の端が、第３のＬＥＤストリップにおける抵抗Ｒの対応する端に面している。ＬＥＤ列の対向する陰極を互いに接続し、抵抗Ｒの対向する端を互いに接続することにより、全てのＬＥＤ列の陰極を端子３に、及び抵抗Ｒの対向する端を端子１に更に接続するために、より少ない配線しか必要とされない。図７に示されたＬＥＤ光源の動作は、図３に示された実施例の動作と同一である。

本発明は、添付図面を参照しながら以上に説明された。しかしながら、
前記直列構成の少なくとも１つの抵抗が制御可能であり、関連するランプ制御装置に接続され、
各直列構成の抵抗が制御可能であり、関連するランプ制御装置に接続され、
該ＬＥＤ光源が、電気供給トラックを有するトラック光源であり、及び／又は
ＬＥＤ列及び抵抗の直列構成が照明装置に含まれ、該照明装置が、例えば対応する着脱可能なコネクタを用いて、前記電気供給トラックと着脱可能に接続される、
実施例において本発明を動作させることも可能である。

Claims (12)

1. 第１の発光ダイオードストリップを有するＬＥＤ光源であって、前記第１の発光ダイオードストリップは、
   直流電源への接続のための入力端子と、
   前記入力端子の間に接続された複数の並列の直列構成を有する負荷と、
   を有し、各前記直列構成は、直列接続された発光ダイオード列と抵抗とを有し、前記抵抗と前記発光ダイオード列との共通端子は全て互いに接続された、発光ダイオード光源。
2. 直流供給電圧から電流を生成するためのスイッチモード電源を更に有し、前記スイッチモード電源は、
   前記第１の発光ダイオードストリップの前記入力端子に結合された出力端子と、
   スイッチと
   一方向性素子と、
   誘導素子と、
   前記発光ダイオード列のそれぞれにおける電流を感知するための、前記スイッチの導通状態を制御するため前記スイッチに結合された出力端子と、前記抵抗と発光ダイオード列との共通端子に結合された入力端子と、を備えた制御回路と、
   を有する、請求項１に記載の発光ダイオード光源。
3. 前記スイッチモード電源はダウンコンバータである、請求項２に記載の発光ダイオード光源。
4. 前記第１の発光ダイオードストリップは、前記負荷に含まれる抵抗と発光ダイオード列との直列構成と並列に結合された、センサと抵抗との直列構成を有し、前記センサと前記抵抗との共通端子が、前記負荷に含まれる前記抵抗と前記発光ダイオード列との共通端子に接続された、請求項４に記載の発光ダイオード光源。
5. 前記センサは存在センサである、請求項４に記載の発光ダイオード光源。
6. 前記センサは光センサである、請求項４に記載の発光ダイオード光源。
7. 前記発光ダイオード光源は、少なくとも１つの更なる発光ダイオードストリップを有し、前記少なくとも１つの更なる発光ダイオードストリップは、
   前記第１の発光ダイオードストリップの前記入力端子に接続された入力端子と、
   前記入力端子間に接続された複数の並列の直列構成を有する更なる負荷と、
   を備え、各前記直列構成は、直列接続された発光ダイオード列及び抵抗を有し、前記抵抗及び前記発光ダイオード列の共通端子は、全て互いに接続され、前記制御回路の入力端子に接続された、請求項２に記載の発光ダイオード光源。
8. 前記直列構成の少なくとも１つの抵抗は、前記抵抗の抵抗値を制御するための、少なくとも１つの関連するランプ制御装置に接続された、制御可能な抵抗／センサである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光ダイオード光源。
9. 各前記直列構成の抵抗は制御可能であり、前記少なくとも１つのランプ制御装置に接続された、請求項８に記載の発光ダイオード光源。
10. 前記発光ダイオード光源は、電気供給トラックを有するトラック光源である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光ダイオード光源。
11. 前記発光ダイオード列及び抵抗の直列構成は照明装置に含まれ、前記照明装置は前記電気供給トラックと着脱可能に接続可能である、請求項１０に記載の発光ダイオード光源。
12. 発光ダイオードストリップを利用して光を生成するための方法であって、前記方法は、
    直流電源への接続のための入力端子と、
    前記入力端子の間に接続された複数の並列の直列構成を有する負荷と、
    を備えた発光ダイオードストリップを備えるステップを有し、各前記直列構成は、直列接続された発光ダイオード列と抵抗とを有し、前記抵抗と前記発光ダイオード列との共通端子は全て互いに接続され、前記方法は更に、
    スイッチと、
    一方向性素子と、
    誘導素子と、
    前記入力端子に結合され、前記スイッチに結合された出力端子と、前記抵抗及び前記発光ダイオード列の共通端子に結合された入力端子と、を備えた制御回路と、
    を有するスイッチモード電源を備えるステップを有し、前記方法は更に、
    前記抵抗及び発光ダイオード列の共通端子における電圧を感知することにより、前記発光ダイオード列を流れる電流を感知するステップと、
    前記共通端子における電圧に依存して、導電状態及び非導電状態に前記スイッチを交互に制御することにより、前記発光ダイオード列を流れる電流を制御するステップと、
    を有する方法。

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