JP2017506806A - ドライバ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、半導体照明負荷２を駆動するドライバ装置１について説明する。ドライバ装置１は、照明負荷２の一部２＿１０、２＿１０＿１１を駆動する第１の電力コンバータ１０と、照明負荷２の一部２＿１１、２＿１０＿１１を駆動する第２の電力コンバータ１１と、第２の電力コンバータ１１の動作特性１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、ＩＲ３０をモニタリングするモニタリング装置１２と、モニタリングされた動作特性１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、ＩＲ３０に基づいて、第１の電力コンバータ１０の制御信号１３０、Ｖｓｈｕｎｔを発生させる制御信号発生器１３とを含む。本発明は更に、半導体照明負荷２と、半導体照明負荷２を駆動する上記ドライバ装置１とを含む照明装置１００についても説明する。本発明は更に、半導体照明負荷２を駆動する方法についても説明する。

Description

本発明は、ドライバ装置と、照明装置と、半導体照明負荷を駆動する方法とについて説明する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ハロゲン、蛍光又は白熱光源といった従来の光源のレトロフィット、即ち、置き換えに使用可能である。レトロフィット照明器具の利点は、ランプのデザインが、基本的に変わらず、電力消費量が著しく減少される点である。ＬＥＤ光源（通常は１つ以上のＬＥＤ列）を「従来の」ランプに使用するためには、ＬＥＤ光源は、ソケットのデザイン、ハウジングの形状等といった既存のデザイン要素に適合されなければならない。更に、従来のランプは、様々な電源向けに開発されてきている。白熱ランプは、主電源と共に使用可能である一方で、ハロゲンランプは、一般に、供給電圧を下げる変圧器を必要とする。ＬＥＤといった半導体デバイスに基づく照明負荷は、半導体デバイスに必要な入力電力を提供するために、スイッチモード電源といった高度に制御可能なドライバ又は電力コンバータを必要とする。電力コンバータは、照明負荷の要件に合うように構成される。しかし、可能な応用それぞれに対して、また、１つの応用における可能な電力レベルそれぞれに対して専用のドライバを開発、試験及び製造することは、非常にコストがかかる。更に、特定のタイプの従来の光源を置き換えるためにＬＥＤを使用できるようにするために、即ち、従来のランプをＬＥＤでレトロフィットするために、ＬＥＤのドライバは、既存のハウジングに嵌まるように実現されなければならず、また、上記ランプがもともとそれ用にデザインされていた電源に対応できなければならない。スイッチモード電源といったドライバの物理的なサイズは、通常、電力定格の増加と共に大きくなるので、様々な電力定格を有するランプが、それらのドライバ用に様々なサイズのハウジングを必要とする。例えばスイッチモード電源の磁気コンポーネント（コイル又は変圧器）は、通常、かなり大きく、電力レベルの増加は、磁気コンポーネントのサイズの増加を意味する。これらは、特定の照明応用において利用可能な空間に嵌まらない場合もある。大きいコンポーネントを収容するために大きいランプハウジングを提供するという要件は、このような照明応用の全体的なデザインコストを著しく増加する。

欧州特許第１６９１５８３Ａ１は、照明負荷用のＬＥＤドライバを開示している。照明負荷は、３つの単一ＬＥＤを含む。ドライバは、一度に３つのＬＥＤのうちの１つのＬＥＤのみが駆動されるように、スイッチを含む。ドライバは、スイッチモードドライバと、線形モードドライバとを含み、２つのドライバは、連動して単一のドライバ信号を提供する。

したがって、本発明は、上記問題を解決する改良されたドライバデザインを提供することを目的とする。

本発明の目的は、請求項１のドライバ装置、請求項１１の照明装置及び請求項１５の半導体照明負荷を駆動する方法によって達成される。

本発明によれば、ドライバ装置は、多数の半導体光源を含む半導体照明負荷を駆動し、照明負荷の少なくとも一部を駆動する第１の電力コンバータと、照明負荷の少なくとも一部を駆動する第２の電力コンバータと、第２の電力コンバータの動作特性をモニタリングするモニタリング装置と、モニタリングされた動作特性に基づいて、第１の電力コンバータの制御信号を発生させる制御信号発生器とを含む。第１の電力コンバータは、照明負荷の少なくとも第１の部分を駆動し、第２の電力コンバータは、照明負荷の第２の部分を駆動する。

本発明のコンテキストでは、「半導体光源」との用語は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等といったレーザ光源、又は、このような半導体光源の任意の適切な組み合わせといった光源を含むと理解されるべきである。電力コンバータは、照明装置内で、照明負荷を駆動するように使用されるので、「電力コンバータ」、「ドライバ」及び「ドライバ段」との用語は、以下において、区別しないで使用される。

本発明によるドライバ装置の利点は、第１の電力コンバータが第２の電力コンバータの１つ以上の動作特性に応じて駆動されるので、第１及び第２の電力コンバータが、デザインの融通性及び費用の観点から、単一のドライバしか有さない従来技術のドライバ装置又は２つの協働ドライバが照明負荷全体を駆動する従来技術のドライバ装置よりもより効率的に照明負荷を駆動するように一緒になって機能する点である。例えば第１の電力コンバータは、スイッチモード電源といった有利に電力効率がよく、制御可能なドライバであり、「メインドライバ」とみなされてよい。その一方で、第２の電力コンバータは、より単純で経済的であるが、あまり効率がよくなく、あまり制御もできないドライバであり、メインドライバを支援する「補助ドライバ」とみなされてよい。照明負荷への総電力が、これらの２つの電力コンバータによって提供されるので、第１の電力コンバータは、照明負荷に総電力を供給しなくてよいので、照明負荷の同等の単一のドライバよりも、「より小型」であり、より経済的である。更に、第２の電力コンバータは、照明負荷に提供される総電力を調節するように使用される。これにより、１つのタイプのドライバ装置を使用して、様々な電力定格を有する照明負荷を駆動することができる。このように、本発明によるドライバ装置は、半導体照明負荷に対し、好都合にスケーラブルな電源を提供する。

本発明によれば、照明装置は、半導体照明負荷と、当該半導体照明負荷を駆動する上記ドライバ装置とを含む。

本発明による照明装置の利点は、第１及び第２の電力コンバータの組み合わせた費用が、様々に異なる照明負荷を駆動するために従来技術の装置に必要とされる同等の単一のメインドライバのポートフォリオよりも少ない点である。これは、上記照明装置を含む照明器具の製造費を好都合に減少させる。更に、メインドライバは、通常、かなりかさばるので、第１の電力コンバータを増強するために、小さい第１の電力コンバータを第２の電力コンバータと組み合わせることは、従来技術の装置の同等のドライバよりも占める空間が少ない組み合わせドライバ装置をもたらす。したがって、本発明による照明装置は、例えば上記されたような大きい磁気コンポーネントを収容するために費用のかかるデザイン要件という問題を解決する単純かつ経済的な解決策を提供する。よりコンパクトであるドライバの利点は、照明器具全体も小さくすることができる、及び／又は、以下に説明されるように、照明器具がより大きい発光領域を有するように実現される点である。

本発明によれば、半導体照明負荷を駆動する方法は、照明負荷の一部を駆動する第１の電力コンバータを配置するステップと、照明負荷の一部を駆動する第２の電力コンバータを配置するステップと、第２の電力コンバータの動作特性をモニタリングするステップと、モニタリングされた動作特性に基づいて、第１の電力コンバータの制御信号を発生させるステップとを含む。第１の電力コンバータは、照明負荷の少なくとも第１の部分を駆動し、第２の電力コンバータは、照明負荷の第２の部分を駆動する。

本発明による方法の利点は、照明負荷が第１の電力コンバータによって主に駆動され、第１の電力コンバータの性能が、必要に応じて、第２の電力コンバータによって増強されるので、照明負荷が、従来技術のアプローチよりもより効率的に駆動される点である。上記されたように、第１の電力コンバータは、高性能で、より複雑なドライバであってよい一方で、第２の電力コンバータは、デザインがより単純であってよい。統合すれば、これらの電力コンバータは、照明負荷を効率的かつ確実に駆動することができる一方で、より経済的に実現することができる。

従属請求項及び以下の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴について開示する。実施形態の特徴は、必要に応じて組み合わされてもよい。１つのクレームカテゴリのコンテキストにおいて説明される特徴は、別のクレームカテゴリにも同等に適用される。

以下において、本発明を如何様にも制限することなく、半導体照明負荷は、複数のＬＥＤを含み、照明負荷の「一部分」は、例えば直列及び／又は並列といった任意の適切な方法で接続される任意の数のＬＥＤを含むと想定される。当然ながら、照明負荷の「一部分」は、照明負荷全体を含んでもよい。照明負荷又は照明負荷の一部分は、以下において、「光エンジン」と呼ばれる場合もある。

好適には、本発明による照明装置の半導体照明負荷は、少なくとも１つのＬＥＤ列を含む。ＬＥＤ列は、以下において明らかとなるように、ドライバ装置の電力コンバータによって駆動される。

上記されたように、第１の電力コンバータは、可制御性の度合いが高いドライバである。１つ以上の半導体光源を含む負荷を駆動するために、様々なタイプの制御可能なドライバが利用可能である。しかし、効率度の高いドライバを選択することが好適である。好適には、したがって、第１の電力コンバータは、ステップアップ又はブーストコンバータの形で実現されるスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）を含む。このようなドライバは、高力率を特徴とし、１に近い力率さえも有する場合がある。したがって、第１の電力コンバータは、ドライバ装置全体に対し、好都合な力率を確実にする。ＳＭＰＳといったドライバは、主電源電圧の変動、ＬＥＤ列の電圧変化等も対処（即ち、相殺）することができる。例えば主電源に接続される照明装置では、ＳＭＰＳドライバは、総電力消費量が、ＩＥＣ６１０００−３−２といった適切な規制によって制定される主電源の高調波規制を満足するように、その入力電力の消費量を経時的に調節することができる。本発明による照明装置が、太陽光発電システムといったＤＣ電源に接続される場合、ＳＭＰＳドライバは、その入力電力消費量を適切な目標値に調節することができる。このようなドライバは更に、システムの総光出力が、変調度といった主電源に関する要件に適合するように、その出力電力供給を経時的に調節することもできる。ＳＭＰＳドライバは更に、全体のシステム性能のバランスを取るために、その入力対出力信号変換を調節することもできる。

更に、上記されたように、第２の電力コンバータは、単に、必要に応じて、追加の電力を提供するように実現されてよい。これにより、システム全体（駆動装置及び照明負荷を含む）が、第１の電力コンバータだけで達成されるよりも高い電力レベルで動作することができる。更に、本発明の好適な実施形態では、第１の電力コンバータは、規制を遵守する、出力電力を調節する等といった必要な機能を行うことができるため、第２の電力コンバータは、単純なリニアドライバを含む。このようなドライバは、通常、低力率を特徴とし、ＬＥＤ装置といった照明負荷を駆動するには、そのままでは適しておらず、更には、当該使用に認められさえもしない場合がある。リニアドライバは、上記された複雑なタスクを行うことが可能である必要がない。これらのタスクは、すべて、第１の電力コンバータによって対処されるからである。本発明によれば、ドライバ装置は、広範囲にわたる電力レベルを達成するために、事実上、例えば１に近い力率を有する電力コンバータと低力率を有する電力コンバータとの組み合わせといった電力コンバータの組み合わせを可能にする。利用可能なドライバ段の小さいセットから、大きい範囲が「混合」される。例えば１０．０Ｗ及び２０．０ＷのＳＭＰＳドライバと、２．０Ｗ、５．０Ｗ及び７．０Ｗのリニアドライバとを含むドライバ段のセットから、（ＳＭＰＳドライバだけを使用する１０Ｗ及び２０Ｗのデザインに加えて）ＳＭＰＳドライバをリニアドライバと合わせて使用する１２、１５、１７、２２、２５及び２７Ｗのランプ用のドライバを構築することができる。当然ながら、ランプの必要な力率に依存して、任意の数のリニアドライバを１つのデザインに配備してよい。例えば２４Ｗのランプは、２つの７．０Ｗのリニアドライバと合わせて１０．０ＷのＳＭＰＳドライバから給電される。

モニタリングユニットは、任意の適切な動作特性をモニタリングするように実現される。例えばモニタリングユニットは、関連の電流波形、照明負荷に供給される電力レベルといった出力特性等に関する情報を提供することができる。本発明の好適な実施形態では、モニタリングユニットは、第２の電力コンバータの入力電流をモニタリングするように実現される。第１の電力コンバータが既に入手している情報が、モニタリングユニットによって供給されるフィードバックと合わされると、第１の電力コンバータは、ドライバ装置の全体の入力及び／又は出力について知らされることになる。モニタリングユニットは、信号を直接測定する手段、例えば抵抗器の両端間の電圧降下によって電流を「測定」できる抵抗器を含んでよい。同様に、モニタリングユニットは、例えば定値コマンド及び制御ループ誤差信号である関連信号から情報を導出することもできる。可制御性及び／又は精度の所望する度合いに依存して、本発明によるドライバ装置において、任意の数のモニタリングユニットを使用することができる。

第１の電力コンバータは、フィードバックに対して適切に応えることができる。本発明の好適な実施形態では、モニタリングユニットによって供給されるフィードバックが、第１の電力コンバータの入力電力を調節する。このように、第１の電力コンバータの挙動は、モニタリングユニットによってモニタリングされる動作特性に基づいて制御される。

上記されたように、第１の電力コンバータは、本質的に、「メインドライバ」として機能し、規制の順守等といった全ての関連の機能を引き受ける。第２の電力コンバータは、本質的に、「補助ドライバ」である。したがって、本発明の１つの好適な実施形態では、照明負荷は、主に第１の電力コンバータによって駆動され、第２の電力コンバータは、好適には、照明負荷の性能パラメータに基づいて起動される。例えばＬＥＤの光出力は温度の増加と共に減少するので、第２の電力コンバータは、温度増加の検出に応えて起動されてよい。同様に、ＬＥＤの光出力はその寿命と共に減少するので、第２の電力コンバータは、ＬＥＤの所定の動作時間になった後、起動されてよい。

本発明の好適な実施形態では、照明負荷は、第１の電力コンバータのみによって駆動される第１のＬＥＤ列と、第１の電力コンバータと合わせて第２の電力コンバータによって駆動される第２のＬＥＤ列とを含む。本実施形態では、モニタリングユニットは、第２のドライバの入力電流を測定する手段を含んでよい。これは、第１のドライバの入力電力を調節するために使用されてよい。このような具体化は、２つのドライバ段の好都合に簡単なデザインに関連付けられる。更に、第２のＬＥＤ列又は光エンジンは、両方のドライバによって駆動されるので、両方の光エンジンによる光出力の申し分のない混合を得るために、費やさなければならない努力は比較的少なくてよい。

本発明の代替の実施形態では、照明負荷は、第１の電力コンバータと合わせて第２の電力コンバータによって駆動される単一のＬＥＤ列又は光エンジンを含む。即ち、両方のドライバが、単一のＬＥＤエンジンの全てのＬＥＤを駆動する。この場合も、第１のドライバは、ブーストコンバータといったＳＭＰＳドライバであってよい。しかし、本実施形態は、好適には、供給電圧が第１のドライバの意図する出力電圧よりも高い間隔の間は、第１のドライバへの供給電圧を制限する手段を含むべきである。これは、ＭＯＳＦＥＴといった適切な半導体スイッチを使用することによって達成される。このような入力調節手段を使用すると、ブーストコンバータは、常に入力電流を引き込めるわけではなく、したがって、力率は幾分下がる。しかし、この低力率は、均質な光出力を常に提供し、また、様々な光エンジンからの光を混合するための任意の努力を要しない単一のＬＥＤ列又は光エンジンを使用可能であるという利点の引き換えである。

本発明の別の代替の実施形態では、照明負荷は、第１の電力コンバータのみによって駆動される第１のＬＥＤ列と、第２の電力コンバータのみによって駆動される第２のＬＥＤ列と、上記されたように第１の電力コンバータを駆動するモニタリングユニットとを含む。（別個の第１及び第２のモジュールを有する）このようなデザインの利点は、第１及び第２の電力コンバータのドライバデザインの幅広い選択肢が利用可能である点である。更に、高電圧及び低電圧ＬＥＤを単一の照明装置において組み合わせることができる。例えば第１のモジュールは、ＳＭＰＳドライバ及び第１のＬＥＤ負荷を特定の又は標準化されたモジュール内に含んでよい。この場合、リニアドライバ及び第２のＬＥＤ負荷を有する第２のモジュールは、最低コストに基づき選択することができる。この具体化は、電気的な観点から簡単であるが、両方の光エンジンからの光出力を混合するためには、幾らかのデザイン努力が必要となる。

或いは、本発明の別の実施形態では、第１のＬＥＤ列のＬＥＤは、第２のＬＥＤ列のＬＥＤと交互に配置される。このようにすると、ＬＥＤ装置全体から供給される光は、常に、好都合に均質である。これは、第１及び第２の電力コンバータが別個の又は異なるＬＥＤ列を駆動する場合、別個の列のＬＥＤが著しく異なる光出力レベルを有することがあるので、特に好都合である。ＬＥＤ列のＬＥＤを交互に配置することによって、光出力レベルにおけるこのような差は、事実上、隠される。

本発明の特に好適な実施形態では、照明装置は、管型ＬＥＤ、即ち、エネルギー効率のよいＬＥＤが蛍光光源に置き換わるように使用されるレトロフィット応用として実現される。ここでは、長い管の中に、１つ以上のＬＥＤ列がはめ込まれる。本発明によるドライバ装置は、非常にコンパクトに実現できるので、ドライバ装置のコンポーネントを、片方又は両方の管の端部にはめ込むことができる。したがって、管の基本的に光透過性の部分全体を照明に使用することができる。即ち、発光要素と管の端部との間に、基本的に、好ましくない「暗い端部」がない。管型ＬＥＤ応用では、既存の管の直径が、主な制限要素である。しかし、上記されたように、ＳＭＰＳドライバの磁気コンポーネントの物理的なサイズは、電力レベルに関連している。したがって、特定の電力レベルを超えると、磁気コンポーネントは、管の許容直径内に嵌まらない可能性がある。従来技術の解決策では、このような状況は、磁気コンポーネントを分割し、２つの小さい部分を代わりに使用することによって対処されている。しかし、これは、全体の費用を増加させ、また、ドライバの全長も増加させ、管内のＬＥＤ光源のための空間的な余裕が少なくなり、結果、従来技術の管型ＬＥＤでは、望ましくない「暗い端部」がより目立つ傾向がある。

本発明の他の目的及び特徴は、添付図面と併せて検討することにより、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、当然ながら、図面は、本発明の限定の定義ではなく、説明のためだけにデザインされたものである。

図１は、本発明の第１の実施形態による照明装置のブロック図を示す。 図２は、本発明による照明装置の第１の実施形態の簡略回路図を示す。 図３は、図２の回路の例示的な電流及び電圧波形を示す。 図４は、本発明による照明装置の第２の実施形態の簡略回路図を示す。 図５は、本発明による照明装置の第３の実施形態の簡略回路図を示す。 図６は、本発明による照明装置としてレトロフィットされた管型ＬＥＤの概略レンダリングである。 図７は、本発明によるドライバ装置の一実施形態のブロック図を示す。

図面において、同様の参照符号は、全体を通して同様の物体を指す。図面における物体は、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではない。

図１は、本発明の第１の実施形態による照明装置１００のブロック図を示す。照明装置１００は、ここでは、１つ以上のＬＥＤ２０の列である半導体照明負荷２を含む。照明装置１００は、例えば主電源、ＤＣ電源等である電源３に接続される。照明装置１００は、第１の電力コンバータ１０と、第２の電力コンバータ１１と、モニタリングユニット１２と、制御信号発生器１３とを有する、本発明によるドライバ装置１を含む。第１の電力コンバータ１０は、ＳＭＰＳ電源といった高度に制御可能な電源であり、１に近い高力率を有する。第２の電力コンバータ１１は、比較的単純であり、かなり低い力率を有するリニア電源であってよく、更には、このような照明装置１００においてそのままでは使用が認められないようなドライバであってもよい。照明装置１００の動作中、モニタリングユニット１２は、１つ以上の動作パラメータ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃをモニタリングする。動作パラメータ１２Ａは、第２の電力コンバータ１１の内部信号に関連していてよい。更なる動作パラメータ１２Ｂ、１２Ｃは、第２の電力コンバータ１１の入力電力信号１２Ｂ及び／又は出力信号１２Ｃに関連していてよい。制御信号発生器１３は、モニタリングユニット１２によって提供される情報を使用して、第１の電力コンバータ１０の性能を制御するために使用される出力制御信号１３０を発生させる。当然ながら、明瞭とするために図示されていないが、制御信号発生器１３にも、第１の電力コンバータ１０のモニタリングされた動作パラメータが供給されてよい。したがって、制御信号発生器１３は、第１の電力コンバータ１０の内部特性、入力特性及び出力特性を考慮することができる。

照明負荷２は、両電力コンバータ１０、１１によって駆動される単一のＬＥＤ装置を含む。同様に、照明負荷２は、以下に説明されるように、電力コンバータ１０、１１によって別個に又は合わせて駆動される２つ以上のＬＥＤ装置に分割されてもよい。

図２は、本発明によるドライバ装置１の第１の実施形態を、簡易回路図で示す。明瞭とするために、当業者には理解されることから、図には、全ての接続が示されているわけではない。電源３及び整流段３０が、各ドライバ１０、１１に、入力電圧Ｖ_ｂｕｓを供給する。第１の電力コンバータ１０は、ここでは、電力取り込み段ＳＭＰＳ＿ｉｎ及びブーストされた出力信号ＳＭＰＳ＿ｏｕｔを有するブーストコンバータ１０として表されるＳＭＰＳ電源１０である。第２の電力コンバータ１１は、リニアドライバ１１であり、第２のＬＥＤ列２＿１１を駆動する一方で、ＳＭＰＳ電源１０は、第１のＬＥＤ列２＿１０だけでなく、第２のＬＥＤ列２＿１１も駆動する。したがって、第１の電流Ｉ_２＿１０が、第１のＬＥＤ列２＿１０を流れ、第２の電流Ｉ_２＿１１が、第２のＬＥＤ列２＿１１を流れる。ここでは、モニタリングユニット１２及び制御信号発生ユニット１３は、リニアドライバ１１によって引き込まれる入力電流Ｉ_Ｒ３０を測定し、ＳＭＰＳ電力コンバータ１０の入力電力を制限するように使用される信号Ｖ_{ｓｈｕｎｔ}を発生させるように実現される組み合わせユニットである。したがって、ＳＭＰＳドライバ１０の入力電流は、第２のドライバ１１によって引き込まれる電流にも従って成形される。したがって、図１に示されるように、モニタリングされる入力電流Ｉ_Ｒ３０は、図１のモニタリングユニット入力信号１２Ａに相当する一方で、制御信号Ｖ_{ｓｈｕｎｔ}は、制御信号発生ユニット１３の出力信号１３０に相当する。モニタリングされる入力電流Ｉ_Ｒ３０は、当業者には分かるように、カレントミラーといった適切な回路を使用して測定される。或いは、カレントミラーを必要とすることなく、第２のドライバの入力電流情報が第１のドライバに利用可能であるように、第２のドライバ内の電流測定ノード及び第１のドライバの基準電位が選択されてもよい。例えば戻り経路における電流が測定されてもよい。この電流は、第１のドライバの入力電流と、第２のドライバの出力電流との合計である。第１のドライバは、自身の出力電流を知っているので、入力電流寄与を（例えば単純なアナログ加算又は減算回路を使用して）計算することは、カレントミラーよりもより簡単で費用効果的である。このような実施形態において、アナログ加算／減算回路は、制御信号発生ユニットとして機能する。

本実施形態では、リニアドライバ１１は、ピーク主電源電圧あたりに充電され、ＬＥＤ列２＿１１を介して放電するコンデンサＣ１を含む。これにより、第２の列２＿１１のＬＥＤの高光出力が達成される。コンデンサＣ１の第２の列２＿１１の光出力への影響は、抵抗器Ｒ２５及びコンデンサＣ７の組み合わせによってエミュレートされる。したがって、ＳＭＰＳドライバ１０は、リニアドライバ１１の性能に関する情報を入手し、それに応じて、その入力電流を調節することができる。したがって、本実施形態におけるモニタリングユニット１２及び制御信号発生ユニット１３は、事実上、第２のドライバ１１の入力及び出力特性の両方を考慮する。

一般に、モニタリングユニット１２及び制御信号発生ユニット１３のコンポーネントは、第１の電力コンバータ１０及び第２の電力コンバータ１１の選択に応じて、また、照明装置の必要な又は所望の性能に応じて「調節」可能である。これは、本明細書に説明される照明装置１００の全ての実施形態に適用する。

図３は、図２の回路の例示的な電流及び電圧波形を示す。図の下部から開始して、第１の部分は、リニアドライバの入力電流Ｉ_Ｒ３０が、コンデンサＣ１が主電源電圧のピークあたりに再充電されることによる一連のパルスを示すことを示す。ＳＭＰＳドライバの入力電流Ｉ_{ＳＭＰＳ＿ｉｎ}は、リニアドライバの入力電流Ｉ_Ｒ３０の入力間隔の間、減少される。

図３の第２の部分に示されるように、ＳＭＰＳドライバ１０は、第１の列２＿１０のＬＥＤ用のＬＥＤ電流Ｉ＿２＿１０を出力し、リニアドライバ１１は、第２の列２＿１１用のＬＥＤ電流Ｉ＿２＿１１を出力する。しかし、ＳＭＰＳドライバ１０からのＬＥＤ電流Ｉ＿２＿１０は、第２の列２＿１１にも供給されるので、第２の列２＿１１の光出力は、ＬＥＤ列２＿１０、２＿１１が同一である場合は、第１の列２＿１０の光出力よりも大きい。均質な光出力を得るためには、列２＿１０、２＿１１は、ＬＥＤのタイプ及び数の適切な組み合わせによってバランスが取られる。或いは、より簡単及び費用のかからないアプローチでは、２列２＿１０、２＿１１のＬＥＤは、２列２＿１０、２＿１１からの光を混合するよう単に交互に配置されてもよい。

図３の第３の部分は、主電源入力Ｕ_ｉｎと、リニアドライバ１１の出力がかなり「尖っている（peaky）」場合でも、その形状が正弦曲線の形状に近づく総入力電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}とを示す。

ＳＭＰＳドライバ１０の出力は、その入力に結合され、９０％を超える効率を有することができる。総入力電流Ｉ_{ｔｏｔａｌ}は、約０．９７の有利に高い力率を有することができる。本実施形態では、全光束が任意の単位でプロットされる図３の上部に示されるように、全光束は、フリッカのレベルが低いことを特徴とする。ＳＭＰＳドライバ１０の優れた調整性能によって、単純なリニアドライバ１１の不十分な入力電力品質及びフリッカ特性が相殺される。これにより、照明装置１００の全体の性能及びフリッカ指数は申し分ない。上記の例では、総フリッカ指数、即ち、平均光出力を上回る相対光量は、６％を超えず、これは、照明応用にとって有利に低いレベルである。

図４は、本発明による照明装置１００の第２の実施形態を示す。ここでは、単一のＬＥＤ列２＿１０＿１１が、組み合わされた負荷として、両ドライバ１０、１１によって駆動される。図４は、第１のドライバ１０が、ＬＥＤ列２＿１０＿１１の始まりに接続されていることを示すが、当然ながら、第１のドライバ１０は、２つの連続するＬＥＤ間で、ＬＥＤ列に沿ってどの点に接続されてもよい。本実施形態においても、第１の電力コンバータ１０は、ブーストコンバータ１０であってよく、この場合、電力コンバータ１０への供給は、供給電圧Ｖ_ｂｕｓが意図する出力電圧よりも高い間隔の間、抑制されるべきである。このために、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴといったトランジスタスイッチＭ１が使用され、制御信号発生ユニット１３によって制御される。この断続的な抑制の作用、即ち、ブーストコンバータ１０が入力電流を連続的に引き込むことを阻止することは、第１のドライバ１０の力率を減少させる。本実施形態では、力率は、約０．８６〜０．９にまで下げられる。しかし、幾つかの応用では、この副作用は、単一のＬＥＤ２＿１０＿１１を使用可能であり、２列からの光を混合するステップを取る必要がないという利点に比べて、深刻ではないと考えられる。本実施形態では、リニアドライバ１１が、ＳＭＰＳドライバ１０に知られている明確な入力対出力比を有する場合、ＳＭＰＳドライバ１０は、その自身の出力上で（リニアドライバ１１によって引き起こされた）歪みを検出することができる。例えばＳＭＰＳドライバ１０は、リニアドライバ１１によって引き起こされるＬＥＤ列２＿１０＿１１に亘る電圧増加を検出し、リニアドライバ１１によって供給される関連の電流を推定し、相殺するように、その自身の入力電流波形状を調節することができる。ＳＭＰＳドライバ１０とリニアドライバ１１とのこの「結合」は、間接的である。即ち、当該「結合」は、負荷２＿１０＿１１を介してのみ生じ、即ち、負荷に関連する信号を検知することによって生じ、したがって、この場合におけるモニタリングユニット及び制御信号発生ユニットは、ＳＭＰＳドライバ１０の一部として実現される。

図５は、本発明による照明装置１００の第３の実施形態を示す。ここでは、各ドライバ１０、１１は、その自身の別箇のＬＥＤ列２＿１０、２＿１１を駆動する。本実施形態においても、第１の電力コンバータは、ＳＭＰＳドライバ１０であってよく、第２の電力コンバータは、単純なリニアドライバ１１であってよい。本実施形態は、多種多様のドライバトポロジのどれも使用することができるという観点から特に有利である。更に、ＬＥＤ列２＿１０、２＿１１も異なっていてよい。例えば高電圧ＬＥＤ列２＿１１が第２の電力コンバータ１１によって駆動され、低電圧ＬＥＤ列２＿１０が第１の電力コンバータ１０によって駆動される。上記されたように、均質な光出力を得るために、２列２＿１０、２＿１１のＬＥＤを交互に配置することによって、２つの異なる列からの光が混合される。このような実施形態は、制御回路へのアクセスが可能である、すぐに入手可能な１０ＷのＳＭＰＳドライバに基づく明確なモジュールを使用でき、これにより、制御信号発生器１３の出力を使用して、ＳＭＰＳドライバ１０を制御することができる。第２のドライバ１１及びそのＬＥＤ列２＿１１は、最低コストに基づき選択することができる。これは、本発明によるドライバ装置１及び照明装置１００の高度なスケーラビリティを証明するものである。

図６は、レトロフィットされた管型ＬＥＤ１００、即ち、「ＴＬＥＤ」１００の概略的なレンダリングである。管状ハウジング６０及び端末部６１、６２は、標準的な蛍光灯のそれらに対応する。ここでは、２つのＬＥＤ列２＿１０、２＿１１は、管状ハウジング６０の長さに沿って配置される。ＳＭＰＳドライバ、リニアドライバ、モニタリングユニット等を含むドライバ装置１は、先の図面において説明された実施形態のいずれであってもよい。ドライバ装置１は、片方又は両方の端末部６１、６２内に分散配置され、実質的に全体的に透明であるハウジング６０を、ＬＥＤ列２＿１０、２＿１１のために残す。このようにすると、このようなレトロフィット照明器具１００は、好都合に短い「暗い端」を特徴とする。均質な光出力を確実とするために、ＬＥＤ列２＿１０、２＿１１のＬＥＤ２０は交互に配置される。例えば交互に並んだＬＥＤ２０は、１つのＬＥＤ列に属する。当然ながら、どの交互配置パターンを選んでもよい。

或いは、ドライバ装置を分割し、別々の部分を管の端部６０、６１に配置するのではなく、リニアドライバのコンポーネントを、管の長さに沿って配置してもよい。これは、かさばる磁気コンポーネントを必要としないリニアドライバについて可能である。このような配置は、管の端部６１、６２において、第１のドライバ１０のためにより多くの空間を空ける。これにより、暗い端はより短くなる。非常に短い暗い端に加えて、本発明によるドライバ装置は更に、ドライバに関連する熱の放散を、管の端において集中させるのではなく、管の長さに沿って分散させることができる。

図７は、第２の電力コンバータ１１を起動する起動手段７を有する、本発明によるドライバ装置１の一実施形態を示す。本実施形態における起動手段７は、ＬＥＤ光出力と温度との関係に基づいている。ＬＥＤ装置のパッド温度が増加するにつれて、ＬＥＤの性能は、悪影響を受け、光出力もそれに応じて下がる。これを検出するために、ドライバ装置は、温度センサ７０を含む。照明負荷２のパッド温度が、閾値レベルを下回る限り、第１のドライバ１０は、スタンドアロンで実行し、第２のドライバ１１は、機能しない又は無効にされる。温度センサ７０が、温度閾値を超えたことを示す場合、起動手段７が、第２のドライバ１１を、例えば電源３と第２のドライバ１１との間のスイッチ７１を閉じることによって有効にする。第２のドライバ１１は、今度は、第１のドライバを増強して、ＬＥＤ２０を流れる電流が増加される。したがって、ＬＥＤ装置２の光出力が、高温においても一定に保たれる。代替の実施形態では、起動手段７は、ＬＥＤの寿命の特定の一部が経過した後、第２のドライバ１１を起動するように実現されてもよい。これは、ＬＥＤの光出力が、ＬＥＤの経年と共に少し低下することが分かっているからである。当然ながら、そのような事象を検出するためにセンサを使用する代わりに、起動手段７は、必要に応じて、手動で作動させられるスイッチを含んでもよい。

本発明は、好適な実施形態及びその変形態様の形で開示されているが、当然ながら、多数の追加の修正態様及び変形態様が、本発明の範囲から離れることなくなされてよい。

明瞭さのために、本願全体にわたる「ａ」又は「ａｎ」の使用は、複数形を排除するものではなく、また、「含む」も、他のステップ又は要素を排除するものではないことを理解されるべきである。

Claims (14)

1. 多数のＬＥＤを含む半導体照明負荷の駆動に適しているドライバ装置であって、
   前記半導体照明負荷の少なくとも一部を駆動する第１の電力コンバータと、
   前記半導体照明負荷の少なくとも一部を駆動する第２の電力コンバータと、
   前記第２の電力コンバータの動作特性をモニタリングするモニタリング装置と、
   モニタリングされた前記動作特性に基づいて、前記第１の電力コンバータの制御信号を発生させる制御信号発生器と、
   を含み、
   前記第１の電力コンバータは、前記半導体照明負荷の少なくとも第１の部分を駆動し、
   前記第２の電力コンバータは、前記半導体照明負荷の第２の部分を駆動する、ドライバ装置。
2. 前記第１の電力コンバータは、スイッチモード電源を含む、請求項１に記載のドライバ装置。
3. 前記第２の電力コンバータは、リニアドライバを含む、請求項１又は２に記載のドライバ装置。
4. 前記モニタリング装置は、前記第２の電力コンバータの入力電流をモニタリングする、請求項１乃至３の何れか一項に記載のドライバ装置。
5. 前記モニタリング装置は、前記第１の電力コンバータの入力電力を調節する、請求項１乃至４の何れか一項に記載のドライバ装置。
6. 前記第１の電力コンバータは、前記第２の電力コンバータと共に、前記半導体照明負荷の前記第２の部分を駆動する、請求項１乃至５の何れか一項に記載のドライバ装置。
7. 前記第１の電力コンバータへの供給電圧を制限する手段を含む、請求項６に記載のドライバ装置。
8. 前記第１の電力コンバータは、前記半導体照明負荷の第１の部分を駆動し、前記半導体照明負荷の前記第１の部分は、前記半導体照明負荷の前記第２の部分とは別箇である、請求項１乃至５の何れか一項に記載のドライバ装置。
9. 前記半導体照明負荷の性能パラメータに基づいて、前記第２の電力コンバータを起動する起動手段を含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載のドライバ装置。
10. 半導体照明負荷と、
    前記半導体照明負荷を駆動する、請求項１乃至９の何れか一項に記載のドライバ装置と、
    を含む、照明装置。
11. 前記半導体照明負荷は、前記ドライバ装置の電力コンバータによって駆動される少なくとも１つの照明負荷部分を含む、請求項１０に記載の照明装置。
12. 少なくとも２つの、ＬＥＤを含む照明負荷部分を含み、第１の照明負荷部分の前記ＬＥＤは、第２の照明負荷部分の前記ＬＥＤと交互に配置される、請求項１０又は１１に記載の照明装置。
13. 管型ＬＥＤ照明装置として実現される、請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の照明装置。
14. 半導体照明負荷を駆動する方法であって、
    前記半導体照明負荷の一部を駆動する第１の電力コンバータを配置するステップと、
    前記半導体照明負荷の一部を駆動する第２の電力コンバータを配置するステップと、
    前記第２の電力コンバータの動作特性をモニタリングするステップと、
    モニタリングされた前記動作特性に基づいて、前記第１の電力コンバータの制御信号を発生させるステップと、
    を含み、
    前記第１の電力コンバータは、前記半導体照明負荷の少なくとも第１の部分を駆動し、
    前記第２の電力コンバータは、前記半導体照明負荷の第２の部分を駆動する、方法。
    

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