JP2016526752A - Ｌｅｄレトロフィットランプ - Google Patents

Abstract

本発明は、交流によって動作するよう構成されたＬＥＤレトロフィットランプに関する。ＬＥＤランプは、ＬＥＤユニット、第１及び第２の切り替え装置（例えば、第１及び第２のリレー）、第１の切り替え装置に対して並列に結合された始動電圧源ユニット１０１０、第２の切り替え装置に対して並列に結合された点火検出ユニット１０２０、並びに第１及び第２の切り替え装置を導通状態に設定するためのスイッチ駆動ユニット１０３０を含む。第１及び第２の切り替え装置のうちの１つがショートされる場合、始動供給電圧又は検出信号が供給されず、ユーザーに対して故障が外的に示される。

Description

本発明は、ＬＥＤレトロフィットランプ、及び、ＬＥＤレトロフィットランプを交流によって動作させる方法に関する。

ＷＯ２０１２１２７３７１Ａ１は、内部照明モジュールに給電するための電圧源に電気ランプを接続させるよう構成された二組の外部接続ピンのペアを有する電気ランプを開示する。各ピンのペアは、非ゼロ電圧がピンのペアに印加されてスイッチが閉じられない限り、開いたスイッチによって照明モジュールから切断される。ランプは、異なるペアの２つのピンの間にオーミック接続を設けるスタータ式照明器具、及び、容量性接続を有するラピッドスタート式照明器具内に取り付けられ得る。

ＬＥＤレトロフィットランプへの高まる安全要求を満たすために、さらなる手段が必要となる可能性がある。

本発明の一課題は、強化絶縁要求を満たすＬＥＤレトロフィットランプを提供することである。本発明の他の課題は、対応するＬＥＤレトロフィットランプの動作方法を提供することである。

本発明の一側面では、交流によって動作するよう構成されたＬＥＤレトロフィットランプが提供される。ＬＥＤランプは、
ＬＥＤユニットと、
第１の切り替え装置及び第２の切り替え装置と、
第１の切り替え装置に対して並列に結合された始動電圧源ユニットであって、第１の切り替え装置が非導通状態の場合、始動供給電圧を生成する、始動電圧源ユニットと、
第２の切り替え装置に対して並列に結合された点火検出ユニットであって、第２の切り替え装置が非導通状態の場合、検出信号を生成する、点火検出ユニットと、
検出信号に応じて、第１及び第２の切り替え装置に始動供給電圧を供給するスイッチ駆動ユニットとを含み、
第１の切り替え装置、第２の切り替え装置、及びＬＥＤユニットは直列接続し、第１及び第２の切り替え装置は、始動供給電圧を受け取ると導通状態になる。

第１及び第２の切り替え装置は、例えば、リレーのような電気的に作動されるスイッチであり得る。ＬＥＤレトロフィットランプがランプ照明器具に挿入される前、又はランプを電源に接続する前、両方の切り替え装置が好ましくは非導通状態にある。したがって、切り替え装置が非導通である限り、ランプの商用電源電流線上の切り替え装置を電流が流れることはないので、ＴＬ管の両端は互いから絶縁される。点火検出ユニットは、例えば、ＬＥＤランプの商用電源電流線に印加されるＨＦ信号を検出するよう構成される。すなわち、ＴＬ管の両端が電気照明器具に挿入されると、例えば商用電源電流線上の点火電圧が検出される。商用電源電流線上の点火電圧の発生に基づき、スイッチ駆動ユニットは、第１及び第２の切り替え装置を非導通状態から導通状態に変え得る。第１及び第２の切り替え装置が導通状態に設定された後でのみ、商用電源電流線上の第１及び第２の切り替え装置を電流が流れることができ、ランプが点灯され得る。一方、ランプ管の一端のみが照明器具に挿入される場合、ほとんどの場合、安定器によってＨＦ信号が生成されず、幾つかの場合、商用電源電流線上に通常の又は十分なＨＦ信号が供給されず、第１及び第２の切り替え装置は非導通なままである。すなわち、一部の安定器は、ランプが安定器出力の「ホット」な側に接続された場合、いくらかの点火電圧を生成するが、かかる点火電圧は短時間しか持続しない。したがって、本発明の第１の側面に係るＬＥＤレトロフィットランプの設置時、安全が保証される。スイッチ駆動ユニットは、始動供給電圧を供給することにより、第１及び第２の切り替え装置を導通状態に設定し得る。特に、第１及び第２の切り替え装置がそれぞれ第１及び第２のリレーを含む場合、スイッチ駆動ユニットは、例えば始動供給電圧をリレーコイルに供給して、リレーが閉じるよう（すなわち、導通するよう）リレー接点を切り替えることにより、第１及び第２のリレーを導通状態に設定し得る。

原則的に、１つだけの切り替え装置ではなく２つの切り替え装置を有することは、既に、改良された安全性を提供する。切り替え装置のうちの一方が故障した場合（例えば、切り替え装置が導通状態で固まった場合）、他方の切り替え装置が依然として基礎絶縁を提供するからである。本発明の第１の側面は、ランプが次の始動時に故障を示唆するという追加の利点を提供する。第１及び第２の切り替え装置を導通状態に設定することは、一方では始動供給電圧を必要とし、他方では検出信号を必要とする。第１の切り替え装置が故障し（例えば、固まり）導通したままになった場合、始動供給電圧は生成されない。これは、始動電圧供給ユニットが第１の切り替え装置と並列に結合されているからである。言い換えれば、第１の切り替え装置が故障する場合（例えば、第１の切り替え装置が固まったリレーを含む場合）、始動供給電圧ユニットは第１の切り替え装置によってバイパスされ、第１及び第２の切り替え装置に始動供給電圧が供給されない。第１の切り替え装置が導通状態で固まった場合、（第２の切り替え装置に始動供給電圧が供給されないため）スイッチ駆動ユニットが第２の切り替え装置を導通状態に設定しないため、ランプは依然として機能しない。一方、第２の切り替え装置が故障して導通したままになる場合、検出信号が生成されない。これは、点火検出ユニットが第２の切り替え装置と並列に結合されているからである。言い換えれば、第２の切り替え装置が故障する場合（例えば、第２の切り替え装置が固まったリレーを含む場合）、点火検出ユニットは第２の切り替え装置によってバイパスされ、スイッチ駆動ユニットに検出信号が検出されない。第２の切り替え装置が導通状態で固まった場合、（点火検出ユニットがスイッチ駆動ユニットに検出信号を供給せず、よって、第１の切り替え装置に始動供給電圧が供給されないため）スイッチ駆動ユニットは第１の切り替え装置を導通状態に設定しないため、ランプは機能しない。

ランプは交流によって、例えば、５０／６０Ｈｚ商用電源供給線によって適切な電源ユニット、例えば照明器具の安定器ユニットを介して供給される交流によって動作するよう構成される。

ＬＥＤユニットは、任意の種類の固体光源、例えば無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、又はレーザーダイオード等の固体レーザー等を好適に含み得る。一般的な照明用途の場合、ＬＥＤユニットは、少なくとも１つのハイパワーＬＥＤ、すなわち、１ｌｍより高い光束を有するＬＥＤを好適に含み得る。レトロフィット用途の場合、ＬＥＤユニットの総光束が３００ｌｍ〜１００００ｌｍの範囲内であることが特に好ましく、これは、典型的な５Ｗ〜８０Ｗ蛍光管に対応する。最も好ましくは、ＬＥＤユニットの順電圧は３０Ｖ〜２００Ｖ、特に４フィートランプ（１フィート＝０．３０４８ｍ）の場合は５０Ｖ〜１００Ｖの範囲内である。

ＬＥＤユニットは、さらなる電気又は電子部品、例えば、輝度及び／若しくは色を設定等するためのＬＥＤドライバユニット、整流回路、平滑化ステージ、フィルタコンデンサ、並びに／又は放電保護ダイオード等を含み得る。ＬＥＤユニットは、例えばＲＧＢ−ＬＥＤを使用して出射光の色制御が望ましい用途において、又はＬＥＤランプの光束をさらに増加させるために、２つ以上のＬＥＤを含み得る。さらに、ＬＥＤランプは、２つ以上のＬＥＤユニットを含み得る。

第１及び第２の切り替え装置は、導通状態及び非導通状態に繰り返し制御される任意の適切な種類のものであり得る。後述されるように、制御ユニットによって状態のうちの少なくも１つが設定され得る。加えて、第１及び第２の切り替え装置は、最大電圧及び電流に関して、アプリケーションの電気仕様に適合させられるべきである。

ＬＥＤランプは、ＰＬ型蛍光管照明器具に接続されるよう構成され得る。しかし、好ましくは、ＬＥＤランプは、少なくとも第１及び第２のランプキャップを含む。ランプキャップは、好ましくは、ＬＥＤユニット及び補償回路と、対応する照明器具、よって電源との電気接続を提供する。したがって、ランプキャップは、例えば対応する接触要素、例えばｂｉ−ｐｉｎベースを有し得る。例えば、ランプキャップはＴ５又はＴ８蛍光灯の電気的及び／又は機械的特性を有し得る。

好ましくは、ＬＥＤランプは、線形のランプ管等のＬＥＤランプ管である。最も好ましくは、ＬＥＤランプは、例えば筐体の両端に第１及び第２のランプキャップを有するダブルキャップランプ管である。

好適な実施形態によれば、ＬＥＤランプは、さらに、商用電源電流線を含み、第１の切り替え装置、第２の切り替え装置、及びＬＥＤユニットは、商用電源電流線に沿って直列接続され、点火検出ユニットは、商用電源電流線上の点火電圧の検出に応じて、検出信号を生成する。したがって、切り替え装置が非導通である限り商用電源電流線上の切り替え装置を電流が流れないため、ＴＬ管の両端は互いから絶縁される。点火検出ユニットは、商用電源電流線に印加されるＨＦ信号を検出するよう構成される。すなわち、ＴＬ管の両端が電気照明器具に挿入されると、商用電源電流線上の点火電圧が検出される。商用電源電流線上の点火電圧の発生に基づき、スイッチ駆動ユニットは、第１及び第２の切り替え装置を非導通状態から導通状態に変えることができる。第１及び第２の切り替え装置が導通状態に設定された後でのみ、商用電源電流線上の第１及び第２の切り替え装置を電流が流れ、ランプが点灯され得る。一方、ランプ管の一端のみが照明器具に挿入される場合、ほとんどの場合、安定器によってＨＦ信号が生成されず、一部の場合、商用電源電流線上で通常の又は十分なＨＦ信号が供給されず、第１及び第２の切り替え装置は非導通なままである。すなわち、一部の安定器は、ランプが安定器出力の「ホット」な側に接続された場合、いくらかの点火電圧を生成するが、かかる点火電圧は短時間しか持続しない。したがって、本発明の第１の側面に係るＬＥＤレトロフィットランプの設置時、安全性が保証される。

他の好適な実施形態によれば、ＬＥＤユニットは、さらに、定常状態電圧源ユニットを含む。定常状態電圧源ユニットは、定常状態供給電圧を生成する。定常状態電圧源ユニットは、さらに、ＬＥＤランプの商用電源電流線から第１及び第２の切り替え装置のための定常状態供給電圧を導出する。例えば、第１及び第２の切り替え装置に定常状態供給電圧を供給することにより、第１及び第２の切り替え装置は導通状態に維持され得る。定常動作中、例えば商用電源電流線上の商用電源電流に基づき、定常状態供給電圧が導出され得る。第１及び第２の切り替え装置が第１及び第２のリレーを含む場合、第１及び第２のリレーを閉じたままにするために、各コイルに定常状態供給電圧が供給され得る。

他の好適な実施形態によれば、定常状態電圧源ユニットは、さらに、ＬＥＤランプの商用電源電流線上の電力減少に応じて、第１及び第２の切り替え装置を、少なくとも一時的に非導通状態に設定する。したがって、ＴＬランプ管の一端が照明器具から切断されると、商用電源電流線上の電流が流れなくなる。かかる商用電源電流線上の変化は、例えば定常状態電圧源ユニットによって検出され得る。定常状態電圧源ユニットは、その後、第１及び第２の切り替え装置の状態を導通から非導通に変更する。したがって、商用電源電流線沿いの第１及び第２の切り替え装置に沿って電流が流れることができないため、ＬＥＤレトロフィットランプの両端は互いから絶縁される。したがって、本発明の好適な実施形態に係るランプを取り外そうとするユーザーは、ランプの一端がまだ電源に接続されている場合に、ランプの他端の接点に触れることによって電気ショックを受けるおそれがない。

他の好適な実施形態によれば、定常状態電圧源ユニットは、第１及び第２の切り替え装置に定常状態供給電圧を供給する。定常状態電圧源ユニットは、第１の切り替え装置と第２の切り替え装置との間に接続される。具体的には、第１の切り替え装置及び定常状態電圧源ユニットは、商用電源電流路沿いに直列接続され、定常状態電圧源ユニット及び第２の切り替え装置は、商用電源電流路沿いに直列接続され得る。このようにすることで、商用電源電流線上の電流信号は、定常状態電圧源ユニットを通る前に第１の切り替え装置を通り、また、電流信号は、第２の切り替え装置を通る前に定常状態電圧源ユニットを通る。同様に、商用源電流線上の電流信号は、定常状態電圧源ユニットを通る前に第２の切り替え装置を通り、第１の切り替え装置を通る前に定常状態電圧源ユニットを通り得る。この好適な実施形態の利点は、第１及び第２の切り替え装置が基礎絶縁要求を満たすだけで良いことである。特に、第１の切り替え装置が第１のコイル及び第１の接点を有する第１のリレーを含み、第２の切り替え装置が第２のコイル及び第２の接点を有する第２のリレーを含む場合、それぞれのリレーコイル−接点経路は、基礎絶縁要求を満たすだけで良い。

他の好適な実施形態によれば、定常状態電圧源ユニットは、定常動作モード中、ＬＥＤランプの商用電源電流線からエネルギーを取り出すシャント電源回路を含む。始動中（すなわち、ＬＥＤランプの両端に電源を接続する際）、始動供給電圧として変換された点火電圧を第１及び第２の切り替え装置に供給することができる。すなわち、点火電圧は必ずしもスイッチに直接供給されず、点火の検出時に両スイッチを閉じるためのエネルギーを供給するよう構成される。しかし、この場合、ＬＥＤランプが定常動作になった後、第１及び第２の切り替え装置を導通状態に維持する回路を提供することがさらに好ましい。これは、商用電源電流線からエネルギーを取り出す定常状態電圧源ユニットを採用することによって達成され得る。定常状態電圧源ユニットは、好ましくは、商用電源電流線からエネルギーを取り出すシャント電源回路を含む。シャント電源回路の可能な実装形態の例が後述される。

他の好適な実施形態によれば、シャント電源回路は、
フルダイオードブリッジ及びシャントスイッチ、
少なくとも２つのダイオード及び少なくとも２つのＭＯＳＦＥＴを含むアクティブフルブリッジ、並びに／又は
非対称ハーフブリッジ
を含む。

スイッチ（又はＭＯＳＦＥＴ）が導通状態にあるとき、商用電源電流路はバイパスされる。スイッチ（又はＭＯＳＦＥＴ）が非導通状態（すなわち、オフ状態）にあるとき、例えばフィルタコンデンサを充電するために商用電源電流が使用され得る。したがって、スイッチ（又はＭＯＳＦＥＴ）の状態を制御することにより、低供給電圧を制御することができる。このようにして制御された供給電圧は、その後、切り替え装置にエネルギーを供給するために使用され得る。具体的には、切り替え装置が第１及び第２のリレーを含む場合、制御された供給電圧は、各リレーコイルにエネルギーを供給し得る。好ましくは、シャント電源回路は、非対称ハーフブリッジを含む。これは、かかる回路が、より少ない部品を含み、より低コストだからである。

他の好適な実施形態によれば、始動電圧源ユニットは、第１の切り替え装置に対して並列に結合された第１のコンデンサを含む。点火検出ユニットは、第２の切り替え装置に対して並列に結合された第２のコンデンサを含む。具体的には、第１のコンデンサは、始動供給電圧を作成するよう機能し、第２のコンデンサは、ＨＦドライバの点火フェーズを検出し、これにより検出信号を生成するよう機能し得る。

他の好適な実施形態によれば、第１の切り替え装置は第１のリレーを含み、第２の切り替え装置は第２のリレーを含む。第１及び第２のリレーは、例えば切り替え機構を機械的に作動するために電磁石を使用し得るが、当業者は、他のリレーの動作原理も知っている。第１及び第２のリレーを使用することにより、商用電源電流線に沿って流れる電流を低電力信号によって、例えば第１及び第２のリレーに供給される供給電圧等によって制御することができる。

他の好適な実施形態によれば、第１のリレーは第１のコイルを含み、第２のリレーは第２のコイルを含む。第１及び第２のコイルは、スイッチ駆動ユニットから始動供給電圧を受け取るよう接続される。第１及び第２のリレーは、スイッチ駆動ユニットから始動供給電圧を受け取ると非導通状態から導通状態に変わる。

他の好適な実施形態によれば、第１及び第２の切り替え装置は、始動供給電圧が最小閾値電圧より高い場合、導通状態になる。第１及び第２の切り替え装置は、例えば、第１及び第２のリレーをそれぞれ含み得る。好ましくは、第１及び第２のリレーは常開リレーである。好ましくは、第１及び第２のリレーは、非ゼロ電圧、すなわち、ある最小閾値より高い電圧を受け取ったときのみ閉じる。

他の好適な実施形態によれば、ＬＥＤランプは、安定器とともに動作し、商用電源電流線上の点火電圧は、安定器からのＨＦ信号に対応する。ＬＥＤランプを安定器によって動作させることにより、ＬＥＤランプを流れる電流の量を制限することができる。ＬＥＤランプの両端がそれぞれの固定具に挿入されると、安定器は、商用電源線沿いにＨＦ信号を供給し、これは、点火検出ユニットによって点火電圧として検出され得る。

他の好適な実施形態によれば、点火検出ユニットは、安定器からのＨＦ信号を検出する。

他の好適な実施形態によれば、スイッチ駆動ユニットは、ＬＥＤユニットを電源から少なくとも一時的に切断するよう第１及び第２の切り替え装置を制御する。スイッチ駆動ユニットは、さらに、ＬＥＤユニットを電源に少なくとも一時的に接続するよう第１及び第２の切り替え装置を制御する。第１及び第２の切り替え装置を非導通状態に設定することにより、スイッチ駆動ユニットは、ＬＥＤユニットを電源から少なくとも一時的に切断するよう第１及び第２の切り替え装置を制御することができる。第１及び第２の切り替え装置を導通状態に設定することにより、スイッチ駆動ユニットは、ＬＥＤユニットを電源に少なくとも一時的に接続するよう第１及び第２の切り替え装置を制御することができる。したがって、第１及び／又は第２の切り替え装置が非導通状態にある限り、ＬＥＤユニットは電源から完全に切断され得る。

他の好適な実施形態によれば、定常動作モード中、始動電圧源ユニット及び点火検出ユニットは、第１及び第２の切り替え装置によってバイパスされる。始動電圧源ユニット及び点火検出ユニットは、例えばランプの商用電源電流線沿いに第１及び第２の切り替え装置と並列に結合される。好ましくは、始動電圧源ユニットは第１のコンデンサを含み、点火検出ユニットは第２のコンデンサを含む。第１のコンデンサは、例えば、第１の切り替え装置に対して並列に結合される。第２のコンデンサは、例えば、第２の切り替え装置に対して並列に結合される。ＬＥＤレトロフィットランプの両端が照明器具に挿入され、ＨＦ電圧に接続されると、少なくとも１つのコンデンサをＨＦ電流が流れる。ＨＦ電流は、商用電源電流線沿いに点火電圧を供給し得る。その後、例えば第２のコンデンサを用いて、点火検出ユニットによって点火電圧が検出され得る。これに応じて、非ゼロ始動供給電圧が生成されたことを前提として、始動供給電圧を切り替え装置に供給することにより、第１及び第２の切り替え装置が導通状態に設定され得る。その後、電流は、第１及び第２のコンデンサの代わりに第１及び第２の切り替え装置を流れ得る。

他の好適な実施形態によれば、第１の切り替え装置が導通状態の場合、始動電圧源ユニットは、第１の切り替え装置によってバイパスされる。さらに、第２の切り替え装置が導通状態の場合、点火検出ユニットは、第２の切り替え装置によってバイパスされる。第１及び第２の切り替え装置を導通状態に設定することは、一方では始動供給電圧を要求し、他方では検出信号を要求する。第１の切り替え装置が故障して導通状態で固定された場合、始動供給電圧は生成されない。これは、始動電圧源ユニットが第１の切り替え装置に対して並列に結合されているからである。言い換えれば、第１の切り替え装置が故障する場合（例えば、第１の切り替え装置が固まったリレーを含む場合）、始動供給電圧ユニットは第１の切り替え装置によってバイパスされ、第１及び第２の切り替え装置に始動供給電圧が供給されない。第１の切り替え装置が導通状態で固まった場合、（第２の切り替え装置に始動供給電圧が供給されないため）スイッチ駆動ユニットは第２の切り替え装置を導通状態に設定しないため、ランプは依然として機能しない。一方、第２の切り替え装置が故障して導通したままになった場合、検出信号が生成されない。これは、点火検出ユニットが第１の切り替え装置に対して並列に結合されているからである。言い換えれば、第２の切り替え装置が故障する場合（例えば、第２の切り替え装置が固まったリレーを含む場合）、点火検出ユニットは第２の切り替え装置によってバイパスされ、スイッチ駆動ユニットに検出信号が供給されない。第２の切り替え装置が導通状態で固まった場合、（点火検出ユニットがスイッチ駆動ユニットに検出信号を供給せず、よって、第１の切り替え装置に始動供給電圧が供給されないため）スイッチ駆動ユニットが第１の切り替え装置を導通状態に設定しないため、ランプは機能しない。

他の好適な実施形態によれば、第１の切り替え装置は第１のリレーを含み、第２の切り替え装置は第２のリレーを含む。好ましくは、第１及び第２のリレーは常開リレーである。第１及び第２のリレーを常開状態で提供することにより、第１及び第２のリレーは、通常、非導通である。言い換えれば、リレーコイルに始動又は定常状態供給電圧が印加されない場合、ＬＥＤレトロフィットランプの商用電源電流線沿いに電流は流れない。しかし、始動供給電圧がリレーコイルに印加されると、第１及び第２のリレーは閉じて導通状態に変わり、ランプの商用電源電流線沿いを電流が流れることができる。

本発明の第２の側面では、交流によってＬＥＤレトロフィットランプを動作させる方法が提供される。ＬＥＤランプは、ＬＥＤユニット、第１の切り替え装置、及び第２の切り替え装置を含み、第１の切り替え装置、第２の切り替え装置、及びＬＥＤユニットは直列接続される。方法は、
第１の切り替え装置が非導通状態の場合、始動供給電圧を生成するステップと、
第２の切り替え装置が非導通状態の場合、検出信号を生成するステップと、
検出信号に応じて、始動供給電圧を第１及び第２の切り替え装置に供給するステップとを含み、第１及び第２の切り替え装置は、始動供給電圧を受け取ると導通状態になる。

請求項１のＬＥＤレトロフィットランプ及び請求項１５のＬＥＤレトロフィットランプの動作方法は、従属請求項に記載されるような同様の及び／又は同一の好適な実施形態を有することを理解されたい。

また、本発明の好適な実施形態は、従属請求項又は上記実施形態の各独立請求項との任意の組み合わせであり得ることを理解されたい。

本発明の上記及び他の側面は、後述される実施形態を参照して説明され、明らかになるであろう。

図１は、従来のＴＬ管の例を概略的かつ例示的に示す。 図２は、ＬＥＤ及び電子部品を含むレトロフィットＴＬ管の例を概略的かつ例示的に示す。 図３は、絶縁されたＬＥＤ及び電子部品を含むレトロフィットＴＬ管の例を概略的かつ例示的に示す。 図４は、ＨＦ安定器照明器具上の、絶縁されたＬＥＤ及び電子部品を含むレトロフィットＴＬ管の例を概略的かつ例示的に示す。 図５は、ＬＥＤ間の絶縁強度試験の例を概略的かつ例示的に示す。 図６Ａ及び図６Ｂは、リレーピン安全性ソリューションの例を概略的かつ例示的に示す。 図７は、提案されるＴＬＥＤリレーピン安全性ソリューションを実装するＬＥＤレトロフィットランプの一実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図８は、提案されるＴＬＥＤリレーピン安全性ソリューションを実装するＬＥＤレトロフィットランプの他の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図９は、提案されるＴＬＥＤリレーピン安全性ソリューションを実装するＬＥＤレトロフィットランプの他の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図１０は、提案されるＴＬＥＤリレーピン安全性ソリューションを実装するＬＥＤレトロフィットソリューションの他の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 図１１は、１つの切り替え装置がショートされた状況を示す。 図１２は、他の切り替え装置がショートされた状況を示す。 図１３は、ＬＥＤレトロフィットランプの動作方法の一実施形態を概略的かつ例示的に示すフローチャートを示す。

図１は、従来のＴＬ管の例を概略的かつ例示的に示す。従来のＴＬ管ランプは、管の端部の２つの接続部の間に導電路ができる前に、まず、管内のガスが点火されなければならないという事実により、安全である。点火は、スタータと安定器との組み合わせ、又はＨＦ生成高電圧によって実行される。この安全性は、電圧が商用電源から切断されていないときに管が照明器具に取りつけられる際に必要である。ランプが正しく挿入されていない場合（例えば、一端が挿入され、他端が挿入されていない）、ランプの一端は生きた電源に接続され、他端の電気接点は生きた電源から絶縁される。図１に示されるように、従来のＴＬ管のピンは触れても安全である。

しかし、ＬＥＤベースレトロフィットランプ等のＬＥＤベースランプを使用する場合、管の両端の電子部品の間に導電路が存在する。したがって、安全性は保証されていない。これは、ＬＥＤ及び電子部品（すなわち、ＬＥＤドライバ）を含むレトロフィットＴＬ管（ＴＬＥＤ）を示す図２によって図示されている。ＬＥＤ及びドライバは、ピンへの接触による電気ショックに対して十分な保護を提供しない。

この問題に対する既知のソリューションが、絶縁された電子部品及びＬＥＤを含むＴＬレトロフィットを示す図３に図示されている。電力は管の第１の側から取得され、一方、他の側は、当該側の２つの接続部の間にショートを採用することにより、第１の側から絶縁される。

この場合、ランプの両端間に導電路は存在しない。しかし、ランプを機能させるには、スタータをショート（例えば、フューズ）によって置き換えなければならない。他の欠点は、ＨＦ安定器の場合、照明器具を開いてショート配線を実装しない限り、ランプのショートを作成するための配線もスタータも存在しないことである。これは、ＬＥＤレトロフィットランプに移行する際、時間及び費用を要する。図４は、ＨＦ安定器照明器具上の絶縁された電子部品及びＬＥＤを含むＴＬレトロフィットにおいて、ランプを機能させるために再配線が必要である様子を示す。

ＨＦ安定器との互換性を有するＴＬＥＤを提供することへの関心が高まっている。これに関して、ピンの安全性は重要な課題の１つである。考えられるソリューションは、リレーによるピンの電気的安全性を含む。リレーによるピン安全性の利点は、そのフールプルーフ用法である。さらに、エンドキャップにボタン（例えば、機械的安全スイッチ）が無いので、通常のランプの外観及び感覚が保たれる。

図５は、ＬＥＤ管の絶縁耐力を試験するための構成例を示す。例えば、ブレークダウン又はフラッシュオーバーが生じるか否かを評価するために、管の両端に試験電圧５００が印加され得る。

図６は、リレーによるピン安全性の提供の基本原理を示す。ランプ６００は、内部にリレーを含み、ＨＦ安定器６１０及び好ましくは２３０Ｖ商用電源である商用電源６２０に接続され得る。リレーは、ランプ６００の両端に電圧が印加されると閉じ（図６Ａ）、管６００の一端だけに電圧が印加される場合は開いたままである（図６Ｂ）。

特に、絶縁要求を満たし、シングルフォールトセーフソリューションを提供することに関心が持たれる。現在、強化絶縁要求を満たすＨＦ対応ＴＬＥＤのための電気的ピン安全性ソリューションは、市場に少ししか存在しない。

図７は、その基本原理を示す、提案されるＴＬＥＤリレーピン安全性ソリューションのブロック図を示す。ランプ７００は、ＬＥＤ負荷及び内部ドライバ７４０、フィラメント・エミュレーション回路７５０、７６０、並びに第１のリレー７１０、第２のリレー７２０、及びリレー電圧源７３０を含むリレーピン安全回路を含む。ランプ７００は、一端から他端までのピン間の強化絶縁要求を満たさなければならない。ソリューションは、第１及び第２の切り替え装置（例えば、第１及び第２のリレー７１０、７２０）、並びにリレーコイルの絶縁された電圧源７３０を提供する。両リレー７１０、７２０は、開いた接点間及びコイルと接点との間の基礎絶縁を保証されている。

管の両端の間には、複数の並列経路７０１、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６、例えば、２つのリレーの２つのスイッチを介する経路、第１のリレーのコイル−接点及び低電圧源を介してドライバ及びＬＥＤに至る経路、第１のリレーのスイッチ、第２のリレーの接点−コイル、及び低電圧源を介してドライバ及びＬＥＤに至る経路、並びに左端から低電圧源を介してドライバ及びＬＥＤに至る経路が存在する。

これらの経路７０１、７０２、７０３、７０４、７０５、７０６の全てが、強化絶縁要求を満たさなければならない。強化絶縁は、二重絶縁と同等な電気ショックに対する保護を提供する単一絶縁システムによって提供される。言い換えれば、強化絶縁は、２つの基礎絶縁によって構成され得る。図７から、回路をこのように構成することにより、強化絶縁が達成できることがわかる。システムはシングルフォールトセーフであり、すなわち、絶縁バリアのうちの１つをブリッジしても安全である。

リレーコイル電圧源は、（商用電源７８０に接続された）安定器７７０からのＨＦ信号を検出する点火検出と、第１及び第２のリレーコイルにＤＣ電圧を供給する、安定器出力電流から導出され得る定常状態電圧源ユニットとを含み得る。

好適な実施形態に適したリレーは、（コイルと接点との間の絶縁、及び開いた接点間の絶縁に関する）基礎絶縁要求に従って開放されなければならない。

ランプ７００の一端だけが挿入された場合、リレー７１０、７２０は開いたままである。ランプ７００の両端がランプホルダ内に完全に挿入された後でのみ、商用電源電流が流れることができる。ランプ７００の一端だけが挿入された場合、リレーコイルは電圧を受けず、開いた接点がピン安全性を提供する。

リレー接点は、ＨＦ安定器７７０からの電流を切り替える。安定器７７０からのＨＦ電流は、例えば、Ｙコンデンサを介して検出され、第１及び第２のリレー７１０、７２０の接点を閉じるべくリレーコイルに給電するための初期電圧をもたらす。供給は、定常状態コイル電圧源７３０によって引き継がれる。

リレーコイル電圧源７３０のための絶縁バリアは、トランス、Ｙコンデンサ等の安全部品を使用して構成され得る。以下、いくつかの例を説明する。

図８は、好ましくは、リレーコイルのための非絶縁シャント電源８９０を有するＨＦ対応ＴＬＥＤ８００であり得るＬＥＤランプ８００にリレーピン安全装置を実装する他の例を示す。始動フェーズ中、リレー電圧供給がＹコンデンサＣ１、Ｃ２を介して提供される。初期ＨＦ電流は、ＹコンデンサＣ１、Ｃ２を流れる。この電流は、第１及び第２のリレー７１０、７２０のコイルに電圧を印加し、各接点を閉じる。定常動作モードでは、切り替えネットワーク（図１１にいくつかの例が示されている）を使用して商用電源電流路からエネルギーを取り出すことにより、シャント電源８９０によってリレーコイル供給電圧が導出される。しかし、この回路では、第１のリレー７１０のコイル−接点経路が強化絶縁要求を満たさなければならない。コンデンサＣ１及びＣ２は、基礎絶縁要求を満たす（すなわち、Ｃ１及びＣ２はＹ２タイプであり得る）。しかし、コンデンサがＹ１タイプであれば（すなわち、強化絶縁を提供するのであれば）、コンデンサＣ１及びＣ２は、単一のコンデンサによって置換され得る（図示無し）。その場合、単一のコンデンサは、２つのリレー７１０、７２０の列に対して並列に接続される。

さらに、システムは、好ましくは、２つのリレー７１０、７２０間に配置された非絶縁シャント電源８９０を有するＨＦ対応ＴＬＥＤ９００であり得るＬＥＤランプ９００のためのリレーピン安全装置を示す図９によって図示されるように実装され得る。リレーコイルシャント電圧源８９０は、２つのリレー７１０、７２０間に配置される。この構成は、リレーコイル−接点が、基礎絶縁要求を満たすだけでよいという利点を提供する。具体的には、コンデンサＣ１及びＣ２は、Ｙコンデンサであり得る。この回路の原理は、図８に示される回路の原理と同様である。

このシステムは、強化絶縁要求を満たす。しかし、リレーは依然として各基礎絶縁バリアをブリッジする。リレーの良く知られた故障モードは、接点が固まることである。構成が基礎絶縁に減じるだけなので、これ自体は問題とはならない。しかし、ＴＬＥＤが単一のショートされたリレーで機能し続ける場合、故障の外的な指標は存在せず、製品は使用され続ける。その後、第２のリレーも故障（例えば、ショート）した場合、エンドユーザーのための保護は全く残っていない。このような状態は望ましくない。

この状況を回避するために、回路は、始動時にリレーのうちの１つがショートされているか否かを検出すべきである。ショートされている場合、リレーには駆動信号が印加されるべきではない。この場合、ＴＬＥＤはリレーがショートされていると機能せず、これにより、問題の明瞭な指標をエンドユーザーに与える。また、リレーを切り替えを止めることは、残っているリレーのさらなる劣化を防ぎ、潜在的なショート状態を防止する。

図１０は、本発明の一側面に係るソリューションの詳細図を示す。図１０は、切り替え装置（例えば、リレー）７１０、７２０、及びそれらの制御回路１０１０、１０２０、１０３０に焦点を当てる。基礎回路は、間に２つの基礎絶縁バリアを有する３つのブロック１、２、及び３からなる。リレー駆動部１０３０に加えて、追加保護ブロック１０６０及び離調ネットワーク１０５０が示されている。離調ネットワーク１０５０及び保護ブロック１０６０は、ともにオプションである。これらは、過電流、ランプ入力電流のＤＣオフセット、オープンＬＥＤ負荷等及び故障状態に対する保護を提供するものである。これらの故障は、離調ネットワーク１０５０及び保護ブロック１０６０を介して検出され得る。検出時、製品の安全性を保証するために、リレーはオフに切り替えられる。

本実施形態の基礎的な仕組みは、始動電力供給を作成するための部分１と部分２との間の第１のコンデンサ、及び、ＨＦドライバの点火フェーズを検出するための部分２と部分３との間の第２のコンデンサの使用である。検出信号は、リレーの閉鎖を引き起こす。

図１０の下図は、リレー駆動ユニット１０３０の動作を示す。始動１０３１の時、ランプはオフ状態１０３６にある。供給電圧及び点火検出１０３２が存在する場合、ランプはオン状態１０３７に設定され得る。供給電圧が存在しない場合、ランプはオフ状態１０３６に戻る（ステップ１０３５）。一方、供給電圧が存在するが、保護ブロックが過度に高い電流又はランプ入力におけるＤＣオフセットを記録する（ステップ１０３３）場合、ランプはオフ状態１０３８に設定される。この場合、供給電圧はリレーコイルから切断され、ランプ入力電流が遮断される。結果として、ランプは最初のオフ状態１０３６に戻る（ステップ１０３４）。この場合、供給及び保護１０３９が実施可能である。オフ状態１０３６及び１０３８は同様である。しかし、オフ状態１０３８は、保護がトリガし、リレーコイル電源が切断されている状況に対応する。このとき、シャント電源８９０にはまだいくらかエネルギーが残っている。このエネルギーはやがて無くなり、ランプは初期状態１０３６に戻る。このプロセスの間、リレーは非導通モードにあるため、ランプは実際にはオフモードである。

リレーを閉じるには、部分１と２との間のコンデンサによって生成された電力が必要である。したがって、部分１と２との間の第１の切り替え装置（例えば、リレー７１０）がショートされる場合、始動電圧供給ユニット１０１０が始動供給電圧を供給せず、リレー７１０、７２０の駆動は不可能である。図１１は、部分１と２との間のリレー７１０がショートされている状況を示す。

部分２と部分３との間の第２の切り替え装置（好ましくは、第２のリレー７２０を含む）がショートされている場合、部分２と部分３との間のコンデンサもバイパスされる。しかし、部分２と部分３との間のコンデンサは、点火フェーズを検出するために点火検出ユニット１０２０によって使用される。したがって、部分１と２との間のコンデンサによって始動供給電圧は生成され得るが、リレーを駆動するための検出信号が欠けている。図１２は、部分２と３との間のリレーがショートされている状況を示す。

以下、交流によってＬＥＤレトロフィットランプを動作させる方法の一実施形態を、図１３に示されるフローチャートを参照しながら例示的に説明する。当該ＬＥＤランプは、ＬＥＤユニット、第１の切り替え装置及び第２の切り替え装置を含み、第１の切り替え装置、第２の切り替え装置、及びＬＥＤユニットは直列接続されている。

ステップ１３１０において、ＬＥＤレトロフィットランプの動作方法が開始される。

ステップ１３２０において、第１の切り替え装置が非導通状態にあるか否かが決定される。その場合、上記された始動電圧供給ユニットは、第１の切り替え装置によってバイパスされない。

第１の切り替え装置が非導通状態にある場合、ステップ１３３０において、好ましくは始動電圧供給ユニットにより、始動供給電圧が生成される。

ステップ１３４０において、第２の切り替え装置が非導通状態にあるか否かが決定される。その場合、上記された点火検出ユニットは、第２の切り替え装置によってバイパスされない。

第２の切り替え装置が非導通状態にある場合、ステップ１３５０において、好ましくは点火検出ユニットによって検出信号が生成される。

ステップ１３６０において、検出信号に応じて、第１及び第２の切り替え装置に始動供給電圧が供給される。上記されたように、第１及び第２の切り替え装置は、始動供給電圧を受け取ると導通状態になるように構成される。

本発明の適用例は、ＴＬレトロフィット照明器具のための任意のＨＦ安定器対応ＬＥＤレトロフィットランプにピン安全性を提供することに関する。本発明は、特に、ＨＦ安定器に対応するＴ８ＬＥＤ管に関する。

ＬＥＤランプは、導通状態と非導通状態との間で変更可能な任意の種類の切り替え装置を含み得る。

上記実施形態では、切り替え装置はリレーを含むが、これらの実施形態は好適な実施形態に過ぎず、他の実施形態では、切り替え装置は、例えばＭＯＳＦＥＴ、トライアック、ＩＧＢＴ等を含み得る。

上記実施形態では電圧源ユニットの特定の構成が示されているが、本発明は、電圧源ユニットの特定の構成に限定されない。一実施形態では、電圧源ユニットは、整流器、フィルタコンデンサ、又はトランスを含まない。

図面、開示、及び特許請求の範囲を分析することにより、当業者は、開示される実施形態の他の変形例を理解及び実施することができる。

請求項中、「含む（又は有する若しくは備える等）」との用語は、他の要素又はステップを除外せず、要素は複数を除外しない。

単一のユニット又はデバイスが特許請求の範囲に記載されたいくつかのアイテムの機能を果たし得る。単にいくつかの手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせを好適に使用することができないとは限らない。

商用電源電流線上の点火電圧の検出、商用電源電力線上の電力低下の検出等の決定は、１つの若しくは少数の、又は他の任意の数のユニット又はデバイスによって実行され得る。例えば、商用電源電流線上の点火電圧の検出は、単一のユニットによって又は任意の他の数の異なるユニットによって実行され得る。上記動作方法に従うＬＥＤランプの決定及び／又は制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用ハードウェアとして実装され得る。

請求項中の如何なる参照符号も、その範囲を限定するものと解されるべきではない。

本発明は、交流によって動作するよう構成されたＬＥＤレトロフィットランプに関する。ＬＥＤランプは、ＬＥＤユニット、第１及び第２の切り替え装置（例えば、第１及び第２のリレー）、第１の切り替え装置に対して並列に結合された始動電圧源ユニット、第２の切り替え装置に対して並列に結合された点火検出ユニット、並びに第１及び第２の切り替え装置を導通状態に設定するためのスイッチ駆動ユニットとを含む。第１及び第２の切り替え装置のうちの１つがショートされる場合、始動供給電圧又は検出信号が供給されず、ユーザーに対して故障が外的に示される。

Claims (15)

1. 交流によって動作するＬＥＤレトロフィットランプであって、
   ＬＥＤユニットと、
   第１の切り替え装置及び第２の切り替え装置と、
   前記第１の切り替え装置に対して並列に結合された始動電圧源ユニットであって、前記第１の切り替え装置が非導通状態の場合、始動供給電圧を生成する、始動電圧源ユニットと、
   前記第２の切り替え装置に対して並列に結合された点火検出ユニットであって、前記第２の切り替え装置が非導通状態の場合、検出信号を生成する、点火検出ユニットと、
   前記検出信号に応じて、前記第１及び第２の切り替え装置に前記始動供給電圧を供給するスイッチ駆動ユニットとを含み、
   前記第１の切り替え装置、前記第２の切り替え装置、及び前記ＬＥＤユニットは直列接続し、前記第１及び第２の切り替え装置は、前記始動供給電圧を受け取ると導通状態になる、ＬＥＤランプ。
2. 前記ＬＥＤランプは、さらに、商用電源電流線を含み、前記第１の切り替え装置、前記第２の切り替え装置、及び前記ＬＥＤユニットは、前記商用電源電流線に沿って直列接続され、前記点火検出ユニットは、前記商用電源電流線上の点火電圧の検出に応じて、前記検出信号を生成する、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 前記ＬＥＤユニットは、さらに、定常状態電圧源ユニットを含み、前記定常状態電圧源ユニットは、定常状態供給電圧を生成し、前記定常状態電圧源ユニットは、さらに、前記ＬＥＤランプの商用電源電流線から前記第１及び第２の切り替え装置のための定常状態供給電圧を導出する、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
4. 前記定常状態電圧源ユニットは、さらに、前記ＬＥＤランプの商用電源電流線上の電力減少に応じて、前記第１及び第２の切り替え装置を、少なくとも一時的に非導通状態に設定する、請求項３に記載のＬＥＤランプ。
5. 前記定常状態電圧源ユニットは、前記第１及び第２の切り替え装置に前記定常状態供給電圧を供給し、前記定常状態電圧源ユニットは、前記第１の切り替え装置と前記第２の切り替え装置との間に接続される、請求項３に記載のＬＥＤランプ。
6. 前記定常状態電圧源ユニットは、定常動作モード中、前記ＬＥＤランプの商用電源電流線からエネルギーを取り出すシャント電源回路を含む、請求項５に記載のＬＥＤランプ。
7. 前記シャント電源回路は、
   フルダイオードブリッジ及びシャントスイッチ、
   少なくとも２つのダイオード及び少なくとも２つのＭＯＳＦＥＴを含むアクティブフルブリッジ、並びに／又は
   非対称ハーフブリッジ
   を含む、請求項６に記載のＬＥＤランプ。
8. 前記始動電圧源ユニットは、前記第１の切り替え装置に対して並列に結合された第１のコンデンサを含み、前記点火検出ユニットは、前記第２の切り替え装置に対して並列に結合された第２のコンデンサを含む、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
9. 前記第１の切り替え装置は第１のリレーを含み、前記第２の切り替え装置は第２のリレーを含む、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
10. 前記第１のリレーは第１のコイルを含み、前記第２のリレーは第２のコイルを含み、前記第１及び第２のコイルは、前記スイッチ駆動ユニットから前記始動供給電圧を受け取るよう接続され、前記第１及び第２のリレーは、前記スイッチ駆動ユニットから前記始動供給電圧を受け取ると非導通状態から導通状態に変わる、請求項９に記載のＬＥＤランプ。
11. 前記第１及び第２の切り替え装置は、前記始動供給電圧が最小閾値電圧より高い場合、前記導通状態になる、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
12. 前記ＬＥＤランプは、安定器とともに動作し、前記商用電源電流線上の前記点火電圧は、前記安定器からのＨＦ信号に対応する、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
13. 前記点火検出ユニットは、前記安定器からの前記ＨＦ信号を検出する、請求項１２に記載のＬＥＤランプ。
14. 前記第１の切り替え装置が導通状態の場合、前記始動電圧源ユニットは、前記第１の切り替え装置によってバイパスされ、前記第２の切り替え装置が導通状態の場合、前記点火検出ユニットは、前記第２の切り替え装置によってバイパスされる、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
15. 交流によってＬＥＤレトロフィットランプを動作させる方法であって、前記ＬＥＤランプは、ＬＥＤユニット、第１の切り替え装置、及び第２の切り替え装置を含み、前記第１の切り替え装置、前記第２の切り替え装置、及び前記ＬＥＤユニットは直列接続され、前記方法は、
    前記第１の切り替え装置が非導通状態の場合、始動供給電圧を生成するステップと、
    前記第２の切り替え装置が非導通状態の場合、検出信号を生成するステップと、
    前記検出信号に応じて、前記始動供給電圧を前記第１及び第２の切り替え装置に供給するステップとを含み、前記第１及び第２の切り替え装置は、前記始動供給電圧を受け取ると導通状態になる、方法。
    

Images