JP2016527683A - Ｌｅｄ照明システム用電源 - Google Patents

Abstract

実施形態は、電源電流をＬＥＤストリップ２００に供給するための電源回路を有するＬＥＤ照明システムに関する。電源回路１００は、電源電圧から電力電圧を受けるための入力端子Ｋ１、Ｋ２と、ＬＥＤストリップ２００の入力端子に接続される出力端子Ｋ３、Ｋ４と、ＬＥＤストリップ２００のインピーダンスを測定するための出力端子Ｋ３、Ｋ４間に結合される検知モジュール１０６とを含む。検知モジュールは、スイッチ１０４を駆動し、駆動モジュール１０８に測定したインピーダンス値を伝える。駆動モジュール１０８は、測定されたインピーダンス値によって反映される、ＬＥＤストリップ２００の長さに依存して電源電流を生成する。

Description

本発明は、概して、発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システムに電力を供給する技術に関し、より具体的には、このようなシステムに給電する供給電流を自動的に制御する方法及びデバイスに関する。

このセクションで説明されるアプローチは追求され得るが、必ずしも以前に着想された又は追求されたアプローチではない。したがって、本明細書に示されない限り、このセクションに説明されるアプローチは、本願の特許請求の範囲の先行技術ではなく、このセクションへの包含によって先行技術と認められるわけではない。

ＬＥＤ照明システムは、高効率及び長寿命を有するため、例えば家庭用照明などの多くのアプリケーションでの使用が増加している。多くの照明システムでは、ＬＥＤは、さらに、他のどの光源よりも高い光学効率を提供する。結果として、ＬＥＤは、蛍光灯、高強度放電ランプ又は白熱灯などの良く知られた光源の興味深い代替品となっている。

当技術分野で知られたＬＥＤ照明システムは、フレキシブルなスラブ、例えばシリコンでできたスラブの内部に複数のＬＥＤ部品を有する、薄いフレキシブルな照明器具としても知られる照明器具に電力を供給するための電源モジュールを有する。

局所電流制御ユニットは、ＬＥＤ照明器具自体の内部に備えられてもよい。しかしながら、このような解決策は、例えばＬＥＤ照明器具がカットテーブル（cut-table）照明器具の場合に、不利な点が存在する。ＬＥＤ照明器具が使用される、特に、アプリケーションの要求に合うように一旦切断されるとスラブの実際の長さを任意の特定のアプリケーションのさまざまな仕様で考慮することができないからである。さらに、各ＬＥＤモジュールに対してフレキシブルな照明器具の内部に電流コントローラを使用することは、製造コストを増大させる。

薄いフレキシブルな照明器具と関連するプロセスコストを減少させることができる解決策は、ＬＥＤ照明器具の外部にある電流コントローラを使用することである。しかしながら、この解決策の主要な不利な点は、そうすると、外部電源は、元の長さ、すなわちＬＥＤスラブの最長の長さに給電するように適合された定電流を有するため、ＬＥＤ照明器具をカットテーブルＬＥＤ照明器具にできない点である。

本発明は、複雑でなく、且つ、製造が安価である、カットテーブルタイプの照明システムを供給するための代替的な解決策を提供することを目的とする。

第１態様によれば、
− 並列に接続される複数のＬＥＤモジュールを有するＬＥＤストリップであって、各ＬＥＤモジュールが、
− 直列に接続される複数のＬＥＤ部品を有するＬＥＤストリング構造と、
− ＬＥＤストリング構造に並列に接続されるインピーダンスモジュールと
を有する当該ＬＥＤストリップと、
− ＬＥＤストリップに供給するための電源電流を提供する出力部を持つ駆動モジュールと、
− 駆動モジュールに結合される第１端子及びＬＥＤストリップに結合される第２端子を持つスイッチと、
− スイッチを制御し、スイッチが開放されているときはＬＥＤストリップの全インピーダンスを測定する検知モジュールであって、ＬＥＤストリップの全インピーダンスを表す出力信号を提供する出力部を持つ当該検知モジュールと
を有し、
駆動モジュールは、さらに、検知モジュールから出力信号を受信する入力部を持ち、検知モジュールの出力部によって提供される出力信号の関数として、駆動モジュールの出力部による電源電流を制御する、
ＬＥＤ照明システムが提供される。

本発明の例示の実施形態では、ＬＥＤ部品はフレキシブルなスラブの上に配置され得る。

本発明の例示の実施形態では、フレキシブルなスラブは、シリコンで製造され得る。

本発明の例示の実施形態では、インピーダンスモジュールは、少なくとも１つの抵抗要素を有し得る。

本発明の例示の実施形態では、インピーダンスモジュールは、抵抗、コンデンサ又はインダクタから構成されるグループのうちの少なくとも１つの要素を有し得る。

上記に規定される提案された解決策は、ＬＥＤストリップの電源電流を、ＬＥＤストリップの外部にある単一の駆動モジュールで制御することを可能とする。これによって、電源電流は、ＬＥＤストリングの長さに依存して駆動モジュールによって調整され得る。これは、さらに、ＬＥＤストリップ内部の回路の密度を減少させることを可能とし、これによって、製造コストを減少させることも可能とする。さらに、シリコン製スラブ内のＬＥＤ及び抵抗など低コストの部品のみの使用は、ＬＥＤ照明システムの製造コストを減少させることを可能とする。

第２態様では、ＬＥＤストリップを形成する並列に接続される複数のＬＥＤモジュールを有するＬＥＤ照明システムに電力を供給する方法であって、少なくとも、
− ＬＥＤストリップを所望の長さに切断するステップと、
− ＬＥＤストリップの全インピーダンスを測定することができる測定ステップと、
− 電源電流を、測定ステップ中に測定された全インピーダンスの関数として、ＬＥＤストリップに提供することができる調整ステップであって、前記全インピーダンスは、所望の長さに依存する当該調整ステップと
を有する方法が提案される。

本発明の例示の実施形態では、スイッチは、測定ステップの間、検知モジュールによって、開放状態に設定され得る。

本発明の例示の実施形態では、スイッチは、制御ステップの間、検知モジュールによって、閉じ状態に設定され得る。

上記に規定される提案された方法は、スイッチモジュールを、測定ステップ及び制御ステップの間、検知モジュールによって開放状態又は閉じ状態に設定することを可能とする。

本発明の実施形態は、例として示されるのであり、限定する目的で示されるのではなく、添付の図面において、類似の符号は、同種の要素を指す。

図１は、提案される解決策を実施するＬＥＤ照明システムの単純化されたブロック図である。 図２は、実施形態による本発明の典型的な制御電流シーケンスである。

ここに説明される実施形態は、ＬＥＤ照明システムの長さに応じて該システムの供給電流を自動的に調整するためのデバイス及び方法を対象とする。

図１を参照すると、本発明の実施形態が適用できるＬＥＤ照明システムの単純化されたブロック図が示されている。ＬＥＤ照明システム１は、電源電流をＬＥＤストリップ２００に供給するための電源モジュール１００を有する。

示される例示の電源モジュール１００は、電源電圧からの電力電圧を受けるための入力端子Ｋ１及びＫ２と、電源電流をＬＥＤストリップ２００に供給するための出力端子Ｋ３及びＫ４と、スイッチ１０４と、検知モジュール１０６とを含む。ＬＥＤストリップ２００は、例えば第１入力端子Ｋ５と第２入力端子Ｋ６との間に互いに並列に接続される複数のＬＥＤモジュール２０２を有する。

本発明の一実施形態では、電源回路１００の２つの入力端子Ｋ１及びＫ２は、駆動モジュール１０８の２つの入力１０８２及び１０８４に接続され得る。駆動モジュール１０８は、電源回路１００の２つの入力端子Ｋ１及びＫ２を通して電源電圧を受けるための２つの入力１０８２及び１０８４と、２つの出力端子１０８６及び１０８８とを有する。駆動モジュール１０８の第１出力端子１０８６は、下記の説明及び図面においてＩＰＳと表される電源電流を提供し、スイッチ１０４の第１端子１０４２に接続されるように適合される。駆動モジュール１０８の第２出力端子１０８８は、電源モジュール１００の第２出力端子Ｋ４に接続される。駆動モジュール１０８は、検知モジュール１０６の出力からインピーダンス情報信号（以下、ｌｍｐと表す）を受信するように適合される第３入力１０８５も含む。駆動モジュール１０８は、プログラム可能な回路、例えばマイクロコントローラ回路又は任意の他の種類の電子回路、例えば、規定のストラテジに基づいて演算を実施でき、且つ、その出力に供給電流を提供することができるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）回路などの集積回路であり得る。

スイッチ１０４の第１端子１０４２は、駆動モジュール１０８の第１出力端子１０８６から電源電流ＩＰＳを受けるように適合される。該端子は、さらに、検知モジュール１０６からＣｏｍ＿Ｃと表されるコマンド信号を受信するように適合される第２入力１０４４を有し、これによって、スイッチ１０４の状態（開又は閉）の駆動を可能とする。スイッチ１０４は、さらに、電源モジュール１００の第１出力端子Ｋ３に接続され、且つ、電源電流ＩＰＳを、駆動モジュール１０８の第１出力端子１０８６からスイッチ１０４の入力１０４２を通して伝えるように適合される第２端子１０４６を有する。スイッチ１０４は、例えば整流モードで使用されるトランジスタ、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ又はバイポーラ・トランジスタによって、又は、スイッチ機能を実行することができる別の種類の部品若しくは回路で形成され得る。

検知モジュール１０６は、ＬＥＤストリップ２００のインピーダンスを測定するように適合され、２つの入力１０６６及び１０６８と、２つの出力１０６２及び１０６４とを有する。検知モジュール１０６の２つの入力１０６６及び１０６８は、電源回路１００の２つの出力端子Ｋ３及びＫ４に接続され、検知モジュール１０６によるＬＥＤストリップ２００のインピーダンスの測定を可能とする。検知モジュール１０６は、駆動モジュール１０８の第３入力１０８５に結合され、ＬＥＤストリップモジュール２００のインピーダンスを示す信号を提供するように適合される第１出力１０６２を有する。

検知モジュール１０６は、スイッチ１０４の状態を制御するために、Ｃｏｍ＿Ｃと表すコマンド信号を提供するように適合された第２出力１０６４を有し、コマンド信号Ｃｏｍ＿Ｃは、前記スイッチ１０４を、択一的に、第１の時間間隔の間は非導通にし、第２の時間間隔の間は導通にすることができる。検知モジュール１０６は、プログラム可能な回路、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）回路又は別の種類の電子回路、例えばインピーダンスを測定し、スイッチを駆動させ、規定のストラテジに従って演算を実行することができるマイクロコントローラであり得る。

ＬＥＤストリップ２００の第１入力端子Ｋ５及び第２入力端子Ｋ６は、これらが電源回路１００の２つの出力端子Ｋ３及びＫ４のそれぞれに接続されると、電源電流ＩＰＳが流れることを可能にする。

ＬＥＤストリップ２００は、互いに並列に接続された複数のＬＥＤモジュール２０２を有する。一実施形態では、ＬＥＤモジュール２０２の数は、ＬＥＤストリップ２００の長さを規定する。ＬＥＤモジュール２０２は、ＬＥＤストリング構造３０２と、ＬＥＤストリング構造３０２と並列に接続される要素インピーダンスモジュール３０４とを有する。

ＬＥＤストリング構造３０２は、例えばシリコン製スラブ内のフレキシブルなプリント回路に直列に接続され、電源がＯＮになると複数の光ビームを生成することを可能とする複数のＬＥＤ部品３０２１を有する。可能な実施形態では、ＬＥＤストリング構造３０２は、４８ボルトの供給電圧に対して直列に接続される１２個の要素ＬＥＤ部品を有する。ＬＥＤは、フレキシブルであるか又はそうでないか、アプリケーションに依存して、任意の適切な基板に接続され得る。確かに、本発明は、照明器具の技術によって制限されることを意図しないことが理解されるだろう。本発明は、ＬＥＤモジュール２０２の数に関係する照明器具の長さによって制限されることも意図しない。

インピーダンスモジュール３０４は、ＬＥＤモジュール２０２に並列に接続される高抵抗インピーダンスを有する。インピーダンスモジュール３０４のインピーダンス値は、光ビームを放射するために、ＬＥＤストリング構造３０２のＬＥＤ部品３０２１が給電されたときに、全ＬＥＤ部品３０２１の全インピーダンスがインピーダンスモジュール３０４のインピーダンスよりも大幅に小さくなるように選択される。電源回路１００によって生成される供給電流は、ＬＥＤストリング構造３０２のみに流入することができる。要素インピーダンスモジュール３０４は、全インピーダンスの高い値を得ることができる１又は複数の抵抗などの抵抗要素、又は、任意の他の種類の部品、例えばコンデンサ若しくはインダクタ部品、又は、アプリケーションに依存する任意のこれらの部品の組み合わせを有することができる。

図１に示されるＬＥＤ照明システム１の動作は、電源回路１００の入力端子Ｋ１及びＫ２が電力供給源に接続され、電源回路１００の２つの出力端子Ｋ３及びＫ４がＬＥＤストリングモジュール２００の入力端子Ｋ５及びＫ６に接続されるとして、以下の通りである。

上記に説明されたように、検知モジュール１０６は、択一的にスイッチを、第１の時間間隔の間は非導通にし、第２の時間間隔の間は導通にする。

図２は、駆動モジュール１０８の第１出力端子１０８６からの電源電流ＩＰＳの形状の例を示し、第１の時間間隔は、例えば図２のグラフの「Ｚ測定」と表示されるインピーダンス測定ステップに対応し、第２の時間間隔は、「電流供給調整」と表示される電流供給ステップに対応する。第１ステップ（インピーダンス測定）の継続時間は、第２ステップの継続時間よりも小さく、例えば第１ステップの継続時間と第２ステップの継続時間との間の比は約１０である。

提案される実施形態による電源電流調整シーケンスを示すために、図２のタイミング図は２つのフェーズの動作に分けられる。つまり、第１フェーズは、要素インピーダンスモジュール３０４の数が１０に等しく、第２フェーズは、要素インピーダンスモジュール３０４の数が６に等しい。このような変化は、例えば、ユーザがフレキシブルな照明器具を所望の長さに切断したときに起こる。さらに、フレキシブルな照明器具の切断は、好ましくは電源がＯＦＦであるときに行われることに留意されたい。

さらに、上記のフェーズは、ＬＥＤストリップ２００の全インピーダンスを測定することができる測定ステップであって、図２で「Ｚ測定」と表示される当該測定ステップと、供給電流をＬＥＤストリップ２００に提供することを可能とする調整ステップであって、図２で「電流供給調整」と表示される当該調整ステップとの２つの主要なステップの動作に分けられる。図に示されるＺｐ（すなわち、インピーダンスモジュール３０４のインピーダンス値）及び電源電流ＩＰＳの値は、本説明を示すために任意に選択された例であり、説明された実施形態の範囲を限定することを意図していない。

調整ステップの間、スイッチ１０４は、導通、すなわちＯＮ状態になるように制御され、駆動モジュール１０８によって生成される電源電流ＩＣＰは、ＬＥＤストリップ２００に供給され、これによって、光ビームの生成ができる。測定ステップの間、スイッチ１０４は非導通、すなわちＯＦＦ状態になるように制御され、これによって、電源電流ＩＣＰはＬＥＤストリップ２００に供給されない。

さらに、インピーダンス測定のための検知モジュール１０６によって生成される電圧の大きさは、ＬＥＤストリップモジュール２００のインピーダンス測定ができるほど十分に大きく、ＬＥＤ部品３０２１を非導通状態に保持することができるほど十分に低いことが当業者によって留意されるだろう。

図２で「Ｚ測定」と表示された第１測定ステップでは、検知モジュール１０６の第２出力１０６４は、スイッチ１０４をＯＦＦ状態に変えることができる信号を提供する。スイッチ１０４のこの状態では、検知モジュール１０６は、ＬＥＤストリップ２００全体のインピーダンスの値を測定する。この全インピーダンスの値は、ＬＥＤストリップ２００のＬＥＤモジュール２０２の数に依存する。下記に考慮される例では、例えば、ＬＥＤモジュール２０２の数は１０であり、そうすると、全インピーダンスの値は、
となる。ここで、Ｚｐ（ｎ）はインピーダンスモジュール数ｎのインピーダンスである。

測定されたインピーダンス値、あるいは直接的にＬＥＤストリップ２００の要素インピーダンスモジュール３０４の数は、次いで、検知モジュール１０６の第１出力１０６２から駆動モジュール１０８に伝えられる。

駆動モジュール１０８は、例えばＬＥＤストリップ２００に並列に接続される１０個のインピーダンスモジュールの測定値に応答して、電源電流を計算するための任意の適切なストラテジに従って動作するように適合される。可能な実施形態では、電源電流の決定は、所定の電流及びインピーダンス値を持つテーブルを使用することによって実行され得る。変形例では、例えば数学の公式を使用することによって実行され得る。計算後、駆動モジュール１０８の第１出力端子１０８６は、ＬＥＤストリップ２００のＬＥＤモジュール２０２の数を表す信号、例えばＬＥＤストリップ２００のＬＥＤモジュール２０２の数に対応する値を持つＩＰＳ＿１と表される電流を提供する。

第２ステップの始めに、検知モジュール１０６の第２出力１０６４は、スイッチ１０４をＯＮ状態に変えることができる信号を提供する。駆動モジュール１０８の第１出力端子１０８６からの電源電流供給は、ＬＥＤモジュール２０２の数に従ってＬＥＤストリップ２００に提供される。これらのステップは、周期的に実行され得る。

電源がＯＦＦのとき、ＬＥＤモジュール２０２の数は変更され得る。この変更の後、電源がＯＮになると、図２に「第２フェーズ」と表される第２フェーズの始めで、検知モジュール１０６は、ＬＥＤモジュール２３０２のインピーダンスの変更後の次のインピーダンス測定ステップの間、インピーダンスの変化を検知する。例えば、インピーダンスモジュール３０４が６個に減ると、インピーダンスの新しい値が、この変更に従って駆動モジュール１０８の第３入力１０８５に提供される。これによって、駆動モジュール１０８は、新しい供給電流ＩＰＳ＿２の新しい値を計算し、第１出力端子１０８６に新しい電源電流ＩＰＳ＿２を提供する。検知モジュール１０６の第２出力１０６４がスイッチ１０４をＯＮ状態に変える信号を生成すると、新しい電源電流ＩＰＳ＿２がＬＥＤストリップ２００の入力に提供される。

本発明の他の実施形態では、供給電流調整は、ユーザがＬＥＤストリップ２００の小さなセクションを切断した場合であって、同時に電力供給がＯＮのときに、実行され得る。

本発明は、図面及び前述の記載において詳細に図示及び説明されたが、このような図示及び記載は、解説的又は例示的であって限定するものではないと見なされるべきである。すなわち本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対するバリエーションは、当業者により、請求項に係る発明を実施する際に、図面、開示内容、及び添付の請求項の精査から理解され、達成され得る。請求項において「有する(comprising)」なる単語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は、複数を排除するものではない。単一プロセッサ又は他のユニットは、請求項に列挙されたいくつかのアイテムの機能を充足し得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。

Claims (8)

1. − 並列に接続される複数のＬＥＤモジュールを有するＬＥＤストリップであって、各ＬＥＤモジュールが、
   − 直列に接続される複数のＬＥＤ部品を有するＬＥＤストリング構造と、
   − 前記ＬＥＤストリング構造に並列に接続されるインピーダンスモジュールと
   を有する当該ＬＥＤストリップと、
   − 前記ＬＥＤストリップに供給するための電源電流を提供する出力部を持つ駆動モジュールと、
   − 前記駆動モジュールに結合される第１端子及び前記ＬＥＤストリップに結合される第２端子を持つスイッチと、
   − 前記スイッチを制御し、前記スイッチが開放されている場合に、前記ＬＥＤストリップの全インピーダンスを測定する検知モジュールであって、前記ＬＥＤストリップの前記全インピーダンスを表す出力信号を提供する出力部を持つ当該検知モジュールと
   を有し、
   前記駆動モジュールは、さらに、前記検知モジュールから前記出力信号を受信する入力部を持ち、前記検知モジュールの前記出力部によって提供される前記出力信号の関数として、前記駆動モジュールの前記出力部による前記電源電流を制御する、
   発光ダイオード（ＬＥＤ）照明システム。
2. 前記ＬＥＤ部品は、フレキシブルなスラブの上に配置される、請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
3. 前記フレキシブルなスラブは、シリコンでできている、請求項２に記載のＬＥＤ照明システム。
4. 前記インピーダンスモジュールは、少なくとも１つの抵抗要素を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明システム。
5. 前記インピーダンスモジュールは、抵抗、コンデンサ又はインダクタを有するグループのうちの少なくとも１つの要素を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明システム。
6. ＬＥＤストリップを形成する並列に接続される複数のＬＥＤモジュールを有するＬＥＤ照明システムに電力を供給する方法であって、少なくとも、
   − 前記ＬＥＤストリップを所望の長さに切断するステップと、
   − 前記ＬＥＤストリップの全インピーダンスを測定することができる測定ステップと、
   − 電源電流を、前記測定ステップ中に測定された前記全インピーダンスの関数として、前記ＬＥＤストリップに提供することができる調整ステップであって、前記全インピーダンスは、前記所望の長さに依存する当該調整ステップと
   を有する、方法。
7. スイッチは、前記測定ステップの間、検知モジュールによって、開放状態に設定される、請求項６に記載の方法。
8. 前記スイッチは、前記調整ステップの間、前記検知モジュールによって、閉じ状態に設定される、請求項６又は７に記載の方法。