JP2016513857A - 需要側で起動される調光可能なｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

照明サブシステムに電力を供給する直流電源で操作可能な需要側で調光可能なＬＥＤランプ。調光ユニットは照明システムの電力消費レベルを選択する。このような選択は、電力消費の低減が実際に改善された効率をもたらすように、前記照明サブシステムの効率を変化させる。選択は、例えば、照明サブシステム内のＬＥＤを含む、特定の受動回路を選択する。選択は、例えば、照明サブシステム内のＬＥＤを含む、特定の受動回路を選択する。各々の受動回路は、異なるＩ-Ｖ特性を有し、異なるＬ-Ｐ特性をもたらす。そのため、低電力で改善された効率をもたらす。

Description

本発明は、需要側で起動される調光可能なＬＥＤランプに関する。

調光装置は、ランプの消費電力を変更することにより、ランプからの光放射を変更することができる装置である。例えば、蛍光灯のようなランプは、商用の調光装置を備えておらず、そのため、消費電力および輝度は相対的に一定のままである。その他のランプ、例えば、白熱灯のようなランプは、単純な調光回路により調光することができる。

これらの調光装置の主要な素子（多くの場合、シリコン制御整流器（すなわち、ＳＣＲ）、または交流用三極管（すなわち、ＴＲＩＡＣ））を、ＡＣ電源の周期の一部において電流を周期的に抑制するために、抵抗器（例えば、可変抵抗器など）で設定された抵抗により、作動させる。この周期的な電流の抑制は、白熱灯のフィラメントへの電力供給の低減を誘導し、それにより、白熱灯の光のパワー（すなわち、熱）を低減し、また白熱灯の輝度を下げる。

調光装置の作動（activation）により加熱電力が低減するために、フィラメントの温度は低下する。フィラメントの黒体放射電力（すなわち、光放射）は、その温度に非常に影響を受けやすい。すべての白熱灯は、この温度パラメータに対して最適化するように設計される。その最適な状態からのわずかな逸脱は、光放射の大きな低減を引き起こす。そのため、白熱灯の消費電力のわずかな低減は、輝度の不相応に大きな減少を引き起こす。換言すると、これらの調光装置は、典型的には、消費電力の低減よりもはるかに白熱灯の輝度を比例的に減少させる。例えば、ある調光装置は、元の電力の１０％しか低減しないことで、元のレベルの１０％の輝度に減少させる。したがって、９０％の電力使用量は、電力使用量が１００％である場合と比較して、輝度のわずか１０％しか生成しない。これは、省エネルギーの観点から見て望ましい特性ではない。

商用の調光可能なＬＥＤランプは、典型的に、パルス幅変調（ＰＷＭ）および／またはＴＲＩＡＣサブシステムを用いて製造される。調光可能なＬＥＤランプは、また（１）電源またはバッテリのようなエネルギー源、（２）少なくとも１つのＬＥＤから構成されるＬＥＤ照明サブシステム、および（３）ＬＥＤ照明サブシステムに供給される電流（電圧）を調整する定電流（または電圧）駆動（型）集積回路（ＩＣ）を含む、複数のサブシステムから構成される。電源は、ＰＷＭ（またはＴＲＩＡＣ）に適応した電源になるように、ＰＷＭ（またはＴＲＩＡＣ）モジュールに結合される。

ＰＷＭサブシステムは、調整されたデューティファクタを備えた、周期的にパルス化された電流の形式に、入力電力を変更する。調整されたデューティファクタのレベルは、ＬＥＤ照明サブシステムに入力される、対応する（いわゆる、「効率のよい」）電流レベルをもたらす。この電流レベル（すなわち、パルス電流のデューティファクタ）は、ＬＥＤ照明サブシステムに、対応する光放射レベルを生成させる。ＰＷＭのデューティファクタは、ノブ（knob）または他の制御装置により制御される調整可能な抵抗を有する可変抵抗器を含む回路によって制御される。ＬＥＤランプを調光するために、所望の照明レベルになるようにＰＷＭのデューティファクタを調整するための可変抵抗器を調整するノブを用いることができ、それによって、所望の調光操作を実現する。ＴＲＩＡＣは、同様に、前の段落で述べられているような、周期的な入力電流の抑制を実行し、「効率のよい」入力電力を調整する。

上記のように、調光可能なＬＥＤランプの商用設計は、高機能なＰＷＭ回路、またはＴＲＩＡＣをすべて組み込み、ランプへの電力レベルの供給を制御する。要するに、これらの調光装置は、（供給側からの）電力を調整されたレベルに抑え、その後に、照明サブシステム（または、いわゆる「電球」）に電力を調整されたレベルで供給するが、ＬＥＤ照明サブシステムの一部、すなわち「電球」を変更することはない。そこで、本特許情報開示において、これらの調光装置を「供給側で起動される調光装置」、または「供給側の調光装置」として、分類する。この用語、「供給側の調光装置」は、以下で詳細に記載する発明のコンセプトである、「需要側で起動される調光装置」、または「需要側の調光装置」とは対照的に呼ばれるものである。

背景技術の部分で述べたように、調光可能なＬＥＤランプの従来の設計のすべては、ランプに電力を供給するために、デューティファクタを制御するＰＷＭモジュール、および/またはＴＲＩＡＣを含み、供給側からの電力量を制御する。他方、本明細書に記載の実施形態は、デューティファクタの変更または調整を用いない。そのため、ＰＷＭまたはＴＲＩＡＣは必要とされない。

この特許情報開示は、需要側から電力消費量を調整する原理を示す。要するに、本明細書に記載の実施形態は、ある（例えば、高い）電力需要レベルの回路構成から、他の（例えば、低い）電力需要の回路構成にＬＥＤランプ（「電球」）を変更する。そうすることで、（例えば、低い）電力消費量に関連付けられた、（例えば、低い）照明レベルに変更されることなり、それにより、調光操作を実現する。したがって、これらの調光可能なＬＥＤランプを、「需要側で起動される調光可能なＬＥＤランプ」または「需要側の調光可能なＬＥＤランプ」と呼ぶ。本開示はまた、需要側で調整される調光可能なＬＥＤランプに関する新規な実施形態、および安価な設計についても説明する。

詳細な説明で述べられるように、開示された原理を用いて構築されたすべてのプロトタイプにおいて、光放射の減少により、電力消費量が比例してより大きく減少するという省エネルギー特性を有することを確認した。また、設計されたプロトタイプの基本的なモデル、すなわち、本明細書に開示される原理を用いた調光可能なＬＥＤランプは、以下の要素（１）ＬＥＤ、（２）抵抗器、（３）可変抵抗器、および／または（４）スィッチで構成される回路を含むにすぎない。したがって、これらの調光可能なランプは、省エネルギーを提供するだけでなく、一般的に、従来の調光可能なＬＥＤランプよりもはるかに購入しやすくなる。

本明細書に記載の実施形態の多くは、さらに、調光可能なＬＥＤランプを遠隔に制御するリモートコントローラを含むことができ、リモート調光機能を実現する。また、必要に応じて、特定の割り当てられた期間の間に、適切に設計された調光機能を制御し、実行するための（例えば、モーションセンサ）のようなセンサ、および／またはタイマを含むことができる。構築された少なくとも１つのプロトタイプには可変抵抗器が組み込まれ、その輝度を、継続的に減光できる。

この概要は、以下の詳細な説明でさらに説明される簡略化された形態で、概念の選択を導入するために提供される。この概要は、クレームの主題の主要な機能または本質的な機能を特定するために意図されるものではなく、またクレームの主題の範囲を決定するために援用されるものでもない。

上述の、また他の利点および特徴を得ることが可能な方法を説明するために、様々な実施形態のより詳細な説明は、添付の図面を参照することによって示される。これらの図面は実施形態の例を図示しているにすぎず、また、そのため、本発明の範囲を限定するものと考慮すべきではなく、実施形態を添付の図面を用いることで、さらに具体的かつ詳細に記載し、説明する。
本明細書に記載の原理に従った実施例「需要側で調光可能なＬＥＤランプ」のブロック構成を抽象的に示す図である。 本明細書に記載された発明の設計原理を詳細に説明するために、プロトタイプとして構築された８つの回路から選択された３つのＩ-Ｖ特性およびＬ-Ｐ特性を概略的に示す図である。 本明細書に記載された原理を詳細に説明するために、プロトタイプとして構築された８つの回路から選択された３つのＬ-Ｐ特性を概略的に示す図である。 上記のプロトタイプの回路構成を示す図である。 上記のプロトタイプの回路構成を示す図である。 上記のプロトタイプの回路構成を示す図である。 上記のプロトタイプの回路構成を示す図である。 上記のプロトタイプの回路構成を示す図である。 上記のプロトタイプの回路構成を示す図である。 上記のプロトタイプの回路構成を示す図である。 上記のプロトタイプの回路構成を示す図である。 上記のプロトタイプの回路構成を示す図である。 上記のプロトタイプの回路構成を示す図である。 スィッチ動作の結果として生成される回路を示す図である。 スィッチ動作の結果として生成される回路を示す図である。 スィッチ動作の結果として生成される回路を示す図である。 スィッチ動作の結果として生成される回路を示す図である。 スィッチ動作の結果として生成される回路を示す図である。 上記のプロトタイプにおける、設計された電気的な接続を示す図である。

背景技術の部分で記載したように、商用の調光可能なＬＥＤランプは、典型的に、パルス幅変調（ＰＷＭ）および／またはトライアック・サブシステム（ＴＲＩＡＣ Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ）を用いて製造される。これらの調光装置は、供給側から調整（低減）されたレベルに入力電力を調整し、この調整（低減）された電力を照明サブシステムに供給し、それらの照明（明るさ）を調光する。このような調光装置を、本明細書において、「供給側の調光装置」という。

ＰＷＭおよび／またはトライアックは、比較的高価で、作動するのにかなりの量の電力を必要とする。したがって、これらの設計（構造）は生産するのに高価なだけでなく、不適切な調光特性を導く。具体的には、不適切な調光特性は、１）光放射の減少は電力消費量の不相応に大きな低減を引き起こし、または２）電力消費量の低減は光放出のより大きな、比例的な減少を引き起こす。したがって、これらの「供給側の調光装置」は、金銭的な観点、またはエネルギー節減の観点から魅力的ではない。

対照的に、以下に記載された調光可能なＬＥＤランプは、全体として直流電源（ＤＣエネルギー源）で動作する調光ユニットに接続される照明サブシステムとして設計される。ＬＥＤ照明サブシステムは、（少なくとも１つのＬＥＤを備えた）受動回路（network）で構築される。エネルギー源は、バッテリ、または許容されたリップルを有する適切な電圧の電源である。詳細な説明では、さらに、ここでの設計と動作原理の決定的な違いを明確にする。

図１は、本明細書に記載された原理に従って、調光可能ＬＥＤランプのサブシステムの電気的な接続を（ブロック図の形式で）示している。直流電源１００の一端（例えば、負の端子）は、パワーオン／オフスィッチ１３０を介して調光ユニット１１０の一端に接続される。調光ユニット１１０のもう一方の端部は、少なくとも２組の端子を用いて、照明サブシステム（または、「電球」という）１２０の一端に接続され、さらに、「電球」１２０のもう一方の端部は、直流電源１００に接続される。調光ユニット１１０と「電球」１２０との間の電気的なインタフェースが、少なくとも２組の端子を含み（すなわち、調光ユニットからの少なくとも２つの端子が、「電球」の少なくとも２つの端子に接続され）、その一方で、従来の調光ユニットが１組のみの端子が用いられる（すなわち、調光器の１つの端子が、「電球」の1つの端子に接続される）ことに留意されたい。

設計原理を詳しく説明するにあたり、「電球」に構築される３つの受動回路があることを想定する。３つの回路のＩ-Ｖ特性は、図２-ａにおいて概略的にプロットされ、３つの回路には、符号３４１、３４４、３４８が付されている。実線は回路３４１のＩ-Ｖ特性を示し、点線は回路３４４のＩ-Ｖ特性を、また破線は回路３４８のＩ-Ｖ特性を示す。また、図２-ａにおいて、（電圧Ｖで動作させたとき）３つの電流値Ｉ１＞Ｉ４＞Ｉ８も示される。回路３４１の電力需要（消費）（Ｐ１＝Ｖ×Ｉ１）は回路３４４の電力需要（Ｐ４＝Ｖ×Ｉ４）よりも大きく、また、Ｐ４は回路３４８の電力需要（Ｐ８＝Ｖ×Ｉ８）よりも大きい、すなわち、Ｐ１＞Ｐ４＞Ｐ８であることがわかる。

これらの３つの回路は、また、動作電力に応じて３つの異なる光出力を有し、動作電圧の範囲内ＶｍからＶｘで選択されたランプのいわゆる「Ｌ-Ｐ特性」が、図２-ｂにおいて概略的にプロットされる。実線は、動作電力に応じた回路３４１の光出力を示し、点線は回路３４４の光出力を、また破線は回路３４８の光出力を示す。電圧Ｖで動作させたとき、回路３４１の光出力はＬ１、回路３４４の出力はＬ４、また回路３４８の光出力はＬ８で、その場合、Ｌ１＞Ｌ４＞Ｌ８であり、それらの固有の効率（efficacy）は図２-ｂに示される。同じ電圧で動作させたとき、回路３４８（Ｌ８／Ｐ８）の効率が、回路３４４（Ｌ４／Ｐ４）の効率よりよく、また回路３４１（Ｌ１／Ｐ１）の効率よりもよいことを理解するのは容易である。

これらの回路の１つから他の回路に、「電球」の動作回路を変更することができるように構築されたスィッチングユニットがあることを想定すると、「電球」は調光可能なランプのように動作する。「電球」およびスィッチングユニットを備えた調光可能なランプは、Ｐ１、Ｐ４、およびＰ８の電力需要（消費）の変化に関連付けて、Ｌ１、Ｌ４、およびＬ８の３つの光出力で、照明の輝度を変更することができる。さらに、回路が変更され、スィッチングユニットが少しも電力を消費しない場合、減光することに伴い、効率を向上させることができる。

上述の設計原理は、本明細書に記載された調光可能なＬＥＤランプの新規で、低価格な設計の基礎であり、以下のように抽象的に要約される。図１の照明サブシステム１２０は、図１の調光ユニット１１０において設計されたスィッチアクティベーションを介して接続することで、ある受動回路から他の回路構成に変更される。変更後の回路構成は、同じ動作電圧で設計された、変更前の回路の電力消費より少ない（または、多くの）電力消費を要求するように設計される。この回路変更は、より少ない（または、多くの）電力需要に関連して、一連（a series of）のより少ない（または、多くの）光出力が生成されるように設計される。

このように、調光機能は、需要側から起動される。換言すると、「電球」は、あるレベルから他のレベルに電力需要を変更することができる。すなわち、あるレベルから他のレベルに、照明の輝度を変更する性能がある。そのため、この特許の情報開示において、調光可能なＬＥＤランプを、「需要側で起動される調光可能なＬＥＤランプ」、または「需要側の調光可能なＬＥＤランプ」という。

本明細書に記載した基本原理を明瞭に詳述するために、以下のような方法で、ＬＥＤと抵抗器で構成される、８つの相互に変更可能な受動回路を検討する。はじめに、図３-ａに示されるブロックモジュールの観点から、これらの８つの回路は、８つの個別の受動回路を提供するために、図３-ａに示されるように、ロング-コモン（long-common）回路部３１０、および、それに接続されるショート-インディビジュアル（short-individual）回路部３２０で構成される。次に、図３-ｂおよび図３-Ｃは、各ブロックモジュールの受動回路の観点から説明する。図３-ｂは、８つの受動回路のロング-コモン部３１０として用いられる受動回路３３０を示す。また、図３-Ｃ-１から図３-Ｃ-８は、図３-ａのショート-インディビジュアル部３２０の例として、（各々、符号３４１から符号３４８が付された）８つのショート-インディビジュアル回路を纏めて示す。

受動回路３３０は、ＬＥＤダイオードと抵抗器の組み合わせを含む、複合(multiple)受動素子を含む。図３-ｂに示すように、受動回路の組み立ては、（符号ＬＤ１からＬＤ３６が付された）３６のＬＥＤからなり、互いに直列に接続された２つのＬＥＤグループで構成され、一方の端部は、電源（例えば、バッテリ）の端子Ｖ＋に接続され、他方の端部Ｖ−は、図３-ａに示すように、（図３-Ｃにおいて、符号３４１から符号３４８が付された）８つの回路で示される、ショート-インディビジュアル回路部の正極に接続される。

３３０として示す２つのＬＥＤグループのうち、ＬＥＤグループの一方は４つのＬＥＤのサブグループが直列に接続されて構成され、各々のＬＥＤサブグループは、５つのＬＥＤの並列接続で構成される。例えば、上述の最初のＬＥＤグループは、４つの直列接続のサブグループから構成され、第１のサブグループは５つの並列に接続されたＬＥＤ（ＬＤ１からＬＤ５）で構成され、第２のサブグループは別の５つの並列に接続されたＬＥＤ（ＬＤ６からＬＤ１０）で構成され、第３のサブグループは別の５つの並列に接続されたＬＥＤ（ＬＤ１１からＬＤ１５）で構成され、第４のサブグループも、別の５つの並列に接続されたＬＥＤ（ＬＤ１６からＬＤ２０）で構成される。これらのＬＥＤは、同一であっても、同一でなくてもよい。

さらに、上述の３３０として示される、他方のＬＥＤグループは、４つのＬＥＤのサブグループの直列接続で構成され、各々のサブグループは、４つのＬＥＤと１つの抵抗器の並列接続で構成される。例えば、このＬＥＤグループは、４つの直列接続のサブグループから構成され、第１のサブグループは４つの並列に接続されたＬＥＤ（ＬＤ２１からＬＤ２４）と１つの並列に接続された抵抗器Ｒ１で構成され、第２のサブグループは別の４つの並列に接続されたＬＥＤ（ＬＤ２５からＬＤ２８）と１つの並列に接続された抵抗器Ｒ２で構成され、第３のサブグループは別の４つの並列に接続されたＬＥＤ（ＬＤ２９からＬＤ３２）と１つの並列に接続された抵抗器Ｒ３で構成され、第４のサブグループも別の４つの並列に接続されたＬＥＤ（ＬＤ３３からＬＤ３６）と１つの並列に接続された抵抗器Ｒ４で構成される。抵抗器の一部は同一であってもよく、さらに、ＬＥＤは同一であっても、同一でなくてもよい。

次に、図３-Ｃ（符号３４１から符号３４８）に図示され、（図３-ａにおいて、符号３２０が付された）８つのショート-インディビジュアル回路について検討する。これら８つの回路は、抵抗器を備えた、または備えていない２つのＬＥＤで構成される。例えば、回路３４１は、図３-Ｃ-１に示されるように、並列に接続された（符号ＬｘとＬｙが付された）２つのＬＥＤと（符号ＲｘとＲｙが付された）２つの抵抗器で構成される。回路３４２は、図３-Ｃ-２に示されるように、並列に接続された（符号ＬｘとＬｙが付された）２つのＬＥＤと１つの抵抗器Ｒｘで構成される。回路３４３は、図３-Ｃ-３に示されるように、並列に接続された（符号ＬｘとＬｙが付された）２つのＬＥＤと１つの抵抗器Ｒｙで構成される。回路３４４は、図３-Ｃ-４に示されるように、並列に接続された（符号ＬｘとＬｙが付された）２つのＬＥＤで構成される。回路３４５は、図３-Ｃ-５に示されるように、直列に接続された（符号ＬｘとＬｙが付された）２つのＬＥＤと、２つの抵抗器（Ｌｘに対して並列に接続されるＲｘとＬｙに対して並列に接続されるＲｙ）で構成される。回路３４６は、図３-Ｃ-６に示されるように、直列に接続された（符号ＬｘとＬｙが付された）２つのＬＥＤと、１つの抵抗器（Ｌｘに対して並列に接続されるＲｘ）で構成される。回路３４７は、図３-Ｃ-７に示されるように、直列に接続された（符号ＬｘとＬｙが付された）２つのＬＥＤと、１つの抵抗器（Ｌｙに対して並列に接続されるＲｙ）で構成される。回路３４８は、図３-Ｃ-８に示されるように、直列に接続された（符号ＬｘとＬｙが付された）２つのＬＥＤで構成される。これらの８つの回路は、「調光ユニット」において設計された４つのスィッチのオン／オフの操作により、ある回路から別の回路に相互に変更することができ、これについては後述する。

８つの回路のすべての重要な物理的特性を測定するために、８つのランプが、ランプ１用に回路３４１、ランプ２用に回路３４２、ランプ３用に回路３４３、ランプ４用に回路３４４、ランプ５用に回路３４５、ランプ６用に回路３４６、ランプ７用に回路３４７、およびランプ８用に回路３４８、これらの８つの回路を用いて設計される。そして、８つの受動回路の重要な特性パラメータは、以下により取得される。（１）８つの異なるＩ-Ｖ特性が、ＶｍからＶｘまでの電圧範囲内で測定される。（２）そのため、電流値および電力需要（消費）はＶｍからＶｘまでの電圧範囲内で計算される。また、（３）電力需要（消費）に応じた光出力はＶｍからＶｘまでの電圧範囲内で測定される。

実用的には、これらの８つのランプ（回路）は、同じ電圧Ｖで操作される。この電圧において、８つの回路を流れる８つの電流値も、各々測定することができる。８つの光出力の値は、設計動作電圧（ＶｍからＶｘまでの範囲内）に応じて測定される。便宜上、これらの８つのランプの光出力は、動作電力に応じてプロットされる。この特性は、ランプの「Ｌ-Ｐ特性」と呼ばれる。

一般性を失うことなく、この説明を簡略化するために、図２-ａに示すように、８つのＩ-Ｖ特性曲線のうちの３つを概略的に描画することを選択した。実線は回路３４１のＩ-Ｖ特性を示し、点線は回路３４４のＩ-Ｖ特性を示し、また破線は回路３４８のＩ-Ｖ特性を示す。電圧Ｖで動作している場合、３つの電流値Ｉ１＞Ｉ４＞Ｉ８も、図２-ａにおいて示される。回路３４１の電力需要（消費）（Ｐ１＝Ｖ×Ｉ１）は回路３４４の電力需要（Ｐ４＝Ｖ×Ｉ４）よりも大きく、またＰ４は回路３４８の電力需要（Ｐ８＝Ｖ×Ｉ８）よりも大きいこと、すなわち、Ｐ１＞Ｐ４＞Ｐ８を導き出すことができる。

動作電力に応じた３つの光出力が、選択されたランプの「Ｌ-Ｐ特性」として、図２-ｂにおいて、一般性を失うことなく、概略的にプロットされる。実線は動作電力に応じたランプ１の光出力を示し、点線はランプ４の光出力を示し、破線はランプ８の光出力を示す。電圧Ｖで動作させた場合、回路３４１の光出力はＬ１、回路３４４の光出力はＬ４、また回路３４８の光出力はＬ８、さらにＬ１＞Ｌ４＞Ｌ８であり、それらの固有の効率（Ｌ／Ｐ値）は、図２-ｂにおいて示される。

ここで、照明システムが図３-ａに示されるような３６個のＬＥＤを有するロング-コモン回路と２つのＬＥＤ（上述のＬｘおよびＬｙ）を有するショート-インディビジュアル回路部で組み立てられることで、ランプ（ランプ-Ｄという）は構築される。ランプ-Ｄは、また装置（「装置-Ｔ」という）を装備する。装置-Ｔは、２つの抵抗器（ＲｘおよびＲｙ）と４つのスィッチ（スィッチ-ａ、スィッチ-ｂ、スィッチ-ｃ、およびスィッチ-ｄ）を有する。２つのスィッチ、スィッチ-ａおよびスィッチ-ｂは各々２つの端子で構成され、さらに、スィッチ-ｃおよびスィッチ-ｄの各々は、「センタ」端子、「オン」端子、および「オフ」端子の３つの端子を有する。装置-Ｔは、以下のスィッチによる動作（effectuations）を有する。（１）（図４-ａ-１に示すように）スィッチ-ａをオンすると、スィッチ-ａは、抵抗器ＲｘをＬｘと並列に接続する。（２）（図４-ａ-２に示すように）スィッチ-ｂをオンすると、スィッチ-ｂは、抵抗器ＲｙをＬｙと並列に接続する。（３）（図４-ａ-３に示すように）スィッチ-ｃおよびスィッチ-ｄの両方をオンすると、スィッチ-ｃおよびスィッチ-ｄはＬｘとＬｙを並列に接続する。（４）（図４-ａ-４に示すように）スィッチ-ｃおよびスィッチ-ｄの両方をオフすると、スィッチ-ｃおよびスィッチ-ｄは、照明サブシステムのショート-インディビジュアル部内のＬｘおよびＬｙを直列に接続する。ＬｘおよびＬｙの４つの端子は、図４-ｂのブロック４００で示されるように、また次の段落で説明するように、特定の方法で４つのスィッチの端子に接続される。

図５は、システム全体の適切な電気的接続を示す図である。ロング-コモン回路部の一方の端部、端部Ｖ＋は直流電源（バッテリ、または電源）の正極側の端部に接続され、さらに、他方の端部は装置-Ｔの正極側の端部およびＬｙの端部に接続される。Ｌｙの負極側の端部Ｙ−はスィッチ-ｄの「センタ」端子に接続され、さらに、Ｌｘの正極側の端部Ｘ＋はスィッチ-ｄの「オフ」端子に接続され、Ｌｘの負極側の端部Ｘ−はスィッチ-ｄの「オン」端子、また装置-Ｔの負極側の端部に接続される。Ｌｙの正極側の端部Ｙ＋はスィッチ-ｃの「センタ」端子に接続され、さらに、Ｌｘの正極側の端部Ｘ＋はスィッチ-ｃの「オン」端子に接続される。抵抗器Ｒｘは、スィッチ-ａが「オン」の状態になると、Ｌｘと並列に接続される。抵抗器Ｒｙは、スィッチ-ｂが「オン」の状態になると、Ｌｙと並列に接続される。最後に、装置-Ｔの負極側の端部は、独立したオン／オフ電源スィッチを介して、直流電源の負極側の端子に接続される。

前の２つの段落で説明したように、ランプ-Ｄの装置-Ｔは、装置-Ｔの４つのスィッチのスィッチ状態に応じて、ランプ-１、ランプ-２、ランプ-３、ランプ-４、ランプ-５、ランプ-６、ランプ-７、およびランプ-８の任意のランプに変更することができる。（スィッチ-ａ）-（スィッチ-ｂ）-（スィッチ-ｃ）-（スィッチ-ｄ）を、各々、（１）オン-オン-オン-オンの状態にするとランプ１に変更（give）し、（２）オン-オフ-オン-オンの状態にするとランプ２に変更し、（３）オフ-オン-オン-オンの状態にするとランプ３に変更し、（４）オフ-オフ-オン-オンの状態にするとランプ４に変更し、（５）オン-オン-オフ-オフの状態にするとランプ５に変更し、（６）オン-オフ-オフ-オフの状態にするとランプ６に変更し、（７）オフ-オン-オフ-オフの状態にするとランプ７に変更し、（８）オフ-オフ-オフ-オフの状態にするとランプ８に変更する。

同じ電圧で動作するとき、装置-Ｔが照明サブシステムの回路を回路３４１に変更すると、ランプ-Ｄは、ランプ-１と同じ電力消費および光出力を有するように測定される。すなわち、この例では、ランプ-Ｄはランプ-１と等価である。この例において、回路３４１はランプ-Ｄのアクティブな回路であり、一方で、他の７つの回路はランプＤのスタンバイ回路（アクティブではない回路）であることがわかる。同じ電圧で動作するとき、装置-Ｔがアクティブな回路を回路３４２に変更すると、ランプ-Ｄは、ランプ-２と同じ電力消費および光出力を有するように測定される。同様に、装置-Ｔが、ランプ-Ｄのアクティブな回路を、装置-Ｔに設計されたスィッチを動作することにより選択される回路に変更するように、ランプＤも８つの構築されたランプのいずれか１つになる。

ランプＤは、８つの個別の輝度レベルに加えて、オフ状態を有する。このように、ランプＤは調光可能なＬＥＤランプである。この場合、装置-Ｔは、調光可能なＬＥＤランプ、ランプ-Ｄに関する調光機能を有効にする調光ユニットとしてみなされる。調光は、選択されたアクティブな回路によって決定される電力需要レベルの変更により、起動（initiate）される。

この記載から、現段階において、本明細書に記載の発明の原理を用いて設計されたＬＥＤランプに関して、関連する照明レベルの変化は、従来の電力入力制御ではなく、電力需要の変化により引き起こされることが明確である。そのため、発明の原理に従って設計された調光可能なＬＥＤランプは、「供給側で制御する調光可能なランプ」とは対照的に、この特許の開示において「需要側で起動される調光可能なランプ」と呼ばれる。このように、本発明の原理から設計された調光装置は、「需要側の調光装置」と呼ばれる。

上述したように、また図２-ａおよび図２-ｂで示したように、（「電球」およびスィッチングユニットを有する）調光可能なランプは、Ｐ１、Ｐ４、およびＰ８を含む電力需要（消費）の変化に関連付けられたＬ１、Ｌ４およびＬ８を含む、設計された光出力の中で、照明の明るさを変更することができる。さらに、回路が変更された後に、スィッチングユニットが電力を消費しなければ、照明を減光することで効率を向上させることができる。Ｐ８／Ｐ１が１０％未満である一方で、Ｌ８／Ｌ１は３０％未満として測定される。

したがって、発明の次のステップは、（回路が変更された後に）ランプの点灯中に、わずかなエネルギーしか消費しない調光ユニットを設計することである。このステップに関して、「非常に低いエネルギー消費で太陽光発電システムを制御するための設計」と題した同時継続中の開示された特許に記載された発明を用いることができる。この特許開示において、出願書類の中で（during our applications）、非常に低いエネルギー消費を実現するために同じ状態（任意の状態）が継続される場合に、エネルギーを消費しないスィッチを設計する発明が説明されている。本発明の詳細は、２０１２年８月１３日に出願された、同時係属中の、一般的に割り当てられる特許出願番号１３／５８４，１９８に記載され、すべての内容が参照により本明細書に組み込まれる。

また、現状において自明なように、上記の例は、８つの変更可能な回路構成よりも多くの（または、少ない）アクティブな回路構成を選択する、需要側の調光装置（装置-Ｔ）を備えたランプを設計するために、容易に拡張することができる。

上記により、エネルギー効率のよいＩ-Ｖ特性を有する変更可能な受動回路のセットが得られることに留意されたい。これは、効率のよい需要側で起動される調光可能なランプの設計に関して、よい基礎（foundation）となる。設計において、回路がエネルギー効率のよいＩ-Ｖ特性を有するかどうかは、照明の性能（効率のよいＬ-Ｐ特性）の観点から判定される。所望の（変更された）Ｉ-Ｖ特性を有する回路の設計方法は、２０１１年１２月６日に出願された、同時係属中の、一般的に割り当てられる特許出願番号１３／３１２，９０２に記載され、すべての内容が参照により本明細書に組み込まれる。

スィッチング動作が調光ユニットにおいて実行されると、抽象的に、（１）照明サブシステムの元の回路に、構築された受動素子（ＬＥＤ、または抵抗器）を追加する、（２）元の回路から構築された受動素子（ＬＥＤ、または抵抗器）を削除する、（３）並列に接続されたＬＥＤを直列接続に変更する、また逆の場合も同様に変更する、または（４）上記の動作を組み合わせる、などの回路の変更が確認される。

ＬＥＤランプを調光するために、１つは、設計された回路の変更を実行するためにスィッチを選択する（アクティブにする）ことができ、それにより、設計された「調光」操作を実現し、設計した照明レベルに変化をもたらす。これらの設計された調光装置は、照明レベルに変化をもたらすために、照明サブシステムの電力需要レベルを変更し、「需要側の調光装置」と呼ばれる。

本明細書において開示された原理を用いて設計された調光可能なＬＥＤランプのすべての実施形態は、以下のいくつかの要素（１）ＬＥＤ、（２）抵抗器、（３）可変抵抗器、および／または（４）スィッチの受動回路しか含まない。本明細書において開示された原理を用いた、調光可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプのすべての実施形態は、照明の輝度の低下よりも大きく、消費電力を比例させて低減させるだけではなく、また「供給側の調光装置」を用いた従来の調光可能なＬＥＤよりも低価格になる。

照明サブシステムの基本構成ブロックは、ＬＥＤおよび抵抗器で構築された受動回路の選択されたグループのロング-コモン部であり、一方、調光装置の基本構成ブロックは、受動回路のショート-インディビジュアル部で構築されることが明確である。データバンクは、これまでに設計された受動回路のすべての実験と理論のデータを収集し、コンパイルし、かつ分類するために設置される。データバンクは、各々コンパイルした回路のＩ-Ｖ特性およびＬ-Ｐ特性を含む。

好ましい調光可能なＬＥＤランプを考案する設計手法では、所望の受動回路のセットを考案するために、データバンクを用いる。セットの要素は、スィッチング動作によりある要素から他の要素に変更され、容易に変更することができない要素を除去する。回路は、既知のＩ-Ｖ特性およびＬ-Ｐ特性を有するので、設計した電圧で操作して、より大きな光出力のある回路から次の調光された回路で効率が向上するか否かを確認するように試験される。そして、このセットから、この特性に違反する回路を除去する。これにより、要件を充足する要素の数は、適切な数に減少される。そして、「調光装置」のスィッチおよび動作に必要とされる設計を実行する。

調整可能な可変抵抗器を調光ユニットに追加してもよく、ＬＥＤ照明サブシステムに電力を供給するために、適切で調整可能なシャント電流の経路を生成する。そして、この調光可能なＬＥＤランプは、各々（または、いくつかの）選択されたアクティブな回路において、微調整することで薄暗くすることができる。１つの受動回路でのみ構成される設計では、スィッチは省略されてもよく、調整可能な可変抵抗器のみが残される。微調整の機能を必要としないアプリケーションを意図した設計では、調整可能な可変抵抗器は省略され、スィッチのみが残される。電気的な観点から、調光装置の設計においてスィッチは、ＬＥＤ照明サブシステムを流れる電流に関する開始点を決定するベースとして（as a base that determined the starting point）、Ｉ-Ｖ特性の構成からの選択を提供し、一方、可変抵抗器は、最終的な電流レベルに到達させるために必要とされる微調整を提供する。照明の観点から、スィッチは段階を踏んで照明を変更することを提供し、一方で、可変抵抗器の調整ノブ（knob）は照明の微調整を継続的に提供する。

少なくとも、一実施形態において、リモートでランプを適切に調光（すなわち、点灯／消灯）することができるように、調光装置にコマンドを配信／受信するためにリモートコントロールのペアを追加する。換言すると、発明の調光可能なＬＥＤランプは、遠隔制御で調光（および、オン／オフ）を実行するリモート・コントロールボックスに関連付けられる。また、少なくとも、一実施形態において、所定の期間内に照明を減光し、人の出入りを数秒間（例えば、３秒間）検知すると明るくする、タイマおよびモーションセンサを追加する。

本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施することができる。記載された実施形態は、単なる例示であって、限定されることなく、あらゆる点を考慮されるべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の等価の意味および範囲内に入るすべての変更は、それらの範囲内に包含される。

Claims (16)

1. 第１の端子および第２の端子を有する直流電源と、
   前記直流電源の前記第１の端子に電気的に接続される第１の端子を有する調光ユニットであって、前記調光ユニットは、第２の端子をさらに有することと、
   前記調光ユニットの前記第２の端子に電気的に接続される第２の端子を有する照明サブシステムであって、前記照明サブシステムの第１の端子は、前記直流電源の前記第２の端子に電気的に接続されることと
   を備え、
   前記照明サブシステムは、少なくとも第１の電力消費レベルおよび前記第１の電力消費レベルより低い第２の電力消費レベルを含む、前記調光ユニットにより選択される、複数の選択可能な電力消費レベルを有し、
   前記第１の電力消費レベルと比較した前記第２の電力消費レベルにおける前記照明サブシステムの輝度の低下率が、前記第１の電力消費レベルと比較した前記第２の電力消費レベルにおける低減率よりも小さいことを特徴とする需要側の調光可能なＬＥＤランプ。
2. 前記照明サブシステムは、前記調光ユニットの３つの端子に電気的に接続される３つの入力端子を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 前記第１の電力消費レベルは、前記調光ユニットにより前記照明サブシステムの第１の受動回路をアクティブにすることで実現され、
   前記第２の電力消費レベルは、前記調光ユニットにより前記照明サブシステムの第２の受動回路をアクティブにすることで実現される請求項１に記載のＬＥＤランプ。
4. 少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、前記第１の受動回路と前記第２の受動回路との間で共有される、複数の受動回路素子がある請求項３に記載のＬＥＤランプ。
5. 前記照明サブシステムが前記複数の電力消費レベルのいずれかを選択することに応答して変更されない第１の部分、および前記複数の電力消費レベルのいずれかを選択することに応答して変更される第２の部分を含む受動回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
6. 前記調光ユニットにより選択される、前記複数の選択可能な電力消費レベルは、前記第２の電力消費レベルよりも低い、第３の電力消費レベルをさらに含み、
   前記第２の電力消費レベルと比較した前記第３の電力消費レベルにおける前記照明サブシステムの輝度の低下率が、前記第２の電力消費レベルと比較した前記第３の電力消費レベルにおける低減率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
7. 前記調光ユニットの前記第１の端子は、電源スィッチにより、前記直流電源の前記第１の端子に選択的に接続される請求項１に記載のＬＥＤランプ。
8. 前記直流電源は、バッテリを備える請求項１に記載のＬＥＤランプ。
9. 第１の端子および第２の端子を有する直流電源と、
   調光ユニットと、
   前記直流電源により生成された直流電流で電力が供給される照明サブシステムであって、前記照明サブシステムは、前記調光ユニットにより選択される、複数の選択可能な電力消費レベルを有し、前記複数の選択可能な電力消費レベルの少なくともいくつかに関して、選択された電力消費レベルが所定の電圧で低下すると、前記照明サブシステムの効率が前記所定の電圧で向上することと
   を備えたことを特徴とする需要側の調光可能なＬＥＤランプ。
10. 前記複数の選択可能な電力消費レベルの数は８以下である請求項９に記載のＬＥＤランプ。
11. 前記複数の選択可能な電力消費レベルの数は９以上である請求項９に記載のＬＥＤランプ。
12. 前記複数の選択可能な電力消費レベルのすべてに関して、前記選択された電力消費レベルが所定の電圧で低下すると、前記照明サブシステムの効率が前記所定の電圧で向上することを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤランプ。
13. 前記複数の選択可能な電力消費レベルの各々は、前記照明サブシステム内の対応する受動回路を選択する調光ユニットにより選択され、各々の受動回路は少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤランプ。
14. 前記照明サブシステムが、前記複数の電力消費レベルのいずれかを選択することに応答して変更されない第１の部分、および前記複数の電力消費レベルのいずれかを選択することに応答して変更される第２の部分を含む受動回路を備えることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤランプ。
15. 前記第１の部分は２つのセグメント（segment）を備え、第１のセグメントは段（stage）の直列を含み、前記第１のセグメントの各々の段は複数の並列に接続されたＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１４に記載のＬＥＤランプ。
16. 前記第１の部分の第２のセグメントは、各々に、抵抗器およびＬＥＤの並列の組み合わせを含む、直列に接続された段を含む、請求項１４に記載のＬＥＤランプ。