JP2018511150A - Ｌｅｄドライバ回路、照明装置、及び駆動方法 - Google Patents

Abstract

ＡＣ電源入力を受信し、第１の出力を提供するための第１の入力インターフェース３０であって、第１の出力が、第２のＬＥＤドライバ回路に接続されるように適合される第１の入力インターフェース３０と、第１の出力によって電力供給される第１のＬＥＤドライバ３２と、第１の出力を短絡させるための第１の短絡素子３６と、第１の短絡素子を制御するための第１の制御装置３８とを備える、第１のＬＥＤドライバ回路であって、第１の制御装置３８は、第２のＬＥＤドライバ回路が、電力供給されていない第１のＬＥＤドライバ３２に対して相補的にＡＣ電源入力によって電力供給されるときに、第１のＬＥＤドライバ３２を短絡させ、第１のＬＥＤドライバ３２がＡＣ電源入力によって電力供給されることを防止するために、ＡＣ電源入力の半サイクルの１つのサブセットのみの間、第１の短絡素子３６を閉じ、第２のＬＥＤドライバ回路が、第１のＬＥＤドライバ３２に対して相補的にＡＣ電源入力によって電力供給されないときに、ＡＣ電源入力が第１のＬＥＤドライバ３２に電力供給することを可能にするために、半サイクルの他のサブセットの間、第１の短絡素子３６を開放するように適合され、半サイクルが、ＡＣ電源入力の正の振幅期間又は負の振幅期間である、第１のＬＥＤドライバ回路である。これは、ＬＥＤドライバ回路のうちの２つが直列で使用され、それぞれが、ＡＣ電源入力の半サイクルの１つのサブセットのみに基づいて、相補的に電力供給されるか又は電力供給されないことを意味する。

Description

本発明は、ＬＥＤドライバ回路及び駆動方法に関する。本発明は、ＬＥＤ管状照明を特に対象とするだけでなく、より広い汎用性を有する。

蛍光管状ランプを用いた照明器具は、オフィス内で広く使用されている。

ヨーロッパでは、複数のランプを直列で用いた照明器具も使用される。例えば、トロッファなどの、３つの６０ｃｍ管状ランプを用いた照明器具が一般的である。概して、この種の照明器具は、高出力安定器によって駆動される直列の２つのランプを有し、第３のランプは、低出力安定器によって駆動される。

この種の照明器具の構造が、図１に示される。

第１のランプ１０は、低出力安定器１２及びダミースタータ１４によって駆動される。第２のランプ１６及び第３のランプ１８は、直列であり、高出力安定器２０によって単一要素として駆動される。それぞれが、それ自体のダミースタータ１７、１９を有する。

特に照明器具を取り換える必要がない、蛍光管状ランプに代わるＬＥＤに対する要求が増加している。それに応じて、従来の蛍光管状ランプを代替するための、管状ＬＥＤランプについての非常に大きな改修市場がある。しかしながら、ＬＥＤランプをその関連ドライバと直列接続することを可能にするＬＥＤドライバの設計を行うのは困難である。

従来の蛍光ランプの等価インピーダンスは、負であるため、従来の蛍光ランプを直列で接続することは容易である。これは、各ランプについての入力電圧が、それらが直列であるとき自己調節可能であることを意味する。

ＬＥＤランプの場合、ＬＥＤを直列に接続することは、より困難である。詳細には、閉ループドライバのインピーダンスが正であり、それが、正のフィードバック、及び各ランプに対する入力電圧の不均衡の可能性をもたらす。

例えば、２つの閉ループドライバが、直列で接続されている場合、回路公差の結果として、回路間に必要な均衡を与えることが困難となる。より具体的には、閉ループ回路の場合、ドライバは、ドライバ出力の安定性を保とうとするが、閉ループドライバの入力インピーダンスは、入力電圧に従って変化する。例えば、Ｒ＝Ｕｉｎ^２／Ｐである。ここで、Ｐは電力、Ｕｉｎは電圧、Ｒは抵抗である。Ｐが固定の場合、Ｒは、Ｕｉｎに従って変化する。

直列接続では、抵抗が増加すると、同様に、そのドライバに割り当てられる電圧が増加することとなる。直列接続された２つの閉ループドライバでは、１つのドライバが、他のドライバよりもますます大きな電圧を発生させ、異常な駆動条件が存在するまで、ますます不均衡が悪化する可能性がある。システムが安定した定常状態に到達するとしても、２つのドライバ間には依然として不均衡が存在する。これは、異なるランプが異なる出力を有し、また、不安定性が明滅を引き起こすことを意味する。

考えられる解決手段は、開ループドライバを使用することである。開ループドライバは、固定抵抗器として振る舞う、入力インピーダンスを有する。開ループドライバは、比較的安定した入力インピーダンスを有するため、それらの間で均衡をもたらすのはより容易である。しかしながら、開ループ制御は、入力又は出力妨害の間光出力が調節されず、出力が、ＬＥＤドライバの主要なパラメータの公差によって著しく影響を受けることを意味する。

ＥＰ２２５７１２４Ａ１は、低電流照明回路を調光器に接続するための回路を開示する。それは、ブリッジ整流器の出力が２００ボルトより下に下がると閉じるスイッチを有する。スイッチが閉じるとき、それは、調光器のトライアックに保持電流を提供する抵抗負荷を提供する。

別のＬＥＤドライバと直列接続の状況において正常に動作し得る、閉ループ電流制御又は閉ループ電力制御を可能にするＬＥＤドライバ回路を提供することが有益であり、それらの負のインピーダンスに起因して、このＬＥＤドライバ及び別のＬＥＤドライバ上に発生される電圧不均衡の技術的問題を回避する。

本発明の実施形態の基本理念は、各半サイクルにおいて相補的に働く２つのＬＥＤドライバであり、１つの所与の半サイクルにおいて、１つのみのＬＥＤドライバがＡＣ入力電力によって電力供給され、次の半サイクルにおいて、他のＬＥＤドライバがＡＣ入力電力によって電力供給される。この相補的な動作は、各ＬＥＤドライバにわたって２つの短絡素子を相補的に開放／閉じることによって実施される。したがって、２つのＬＥＤドライバが同時に働く場合に、それらに対して発生する電圧不均衡の技術的問題が克服される。

この懸案事項により良く対処するために、本発明は、特許請求の範囲によって定義される。

本発明の態様に従う例によれば、
ＡＣ電源入力を受信し、第１の出力を提供するための第１の入力インターフェースであって、上記第１の出力が、第２のＬＥＤドライバ回路に供給されるように適合される、第１の入力インターフェースと、
第１の出力によって電力供給される第１のＬＥＤドライバと、
第１の出力を短絡させるための第１の短絡素子と、
第１の短絡素子を制御するための第１の制御装置とを備える第１のＬＥＤドライバ回路であって、第１の制御装置は、電力供給されていない第１のＬＥＤドライバに対して相補的にＡＣ電源入力によって第２のＬＥＤドライバ回路が電力供給されるときに、第１のＬＥＤドライバを短絡させ、第１のＬＥＤドライバがＡＣ電源入力によって電力供給されることを防止するために、ＡＣ電源入力の半サイクルの１つのサブセットのみの間、第１の短絡素子を閉じ、第２のＬＥＤドライバ回路が第１のＬＥＤドライバに対して相補的にＡＣ電源入力によって電力供給されないときに、ＡＣ電源入力が第１のＬＥＤドライバに電力供給することを可能にするために、半サイクルの他のサブセットの間、第１の短絡素子を開放するように適合され、半サイクルが、ＡＣ電源入力の正の振幅期間又は負の振幅期間である、第１のＬＥＤドライバ回路が提供される。

このドライバ回路は、ＡＣ電源入力の半サイクルの他のサブセットの間のみ（即ち、正の位相又は負の位相のみ）、電力を引き出すように制御され得る。一方、半サイクルの１つのサブセットにおいて、第１の出力は短絡され、それによって第１のＬＥＤドライバを無効にし、電力が第２のＬＥＤドライバ回路に伝送されることを可能にする。第１のＬＥＤドライバは、第１のＬＥＤドライバに対して代替的／相補的に動作し、即ち、半サイクルのサブセットの間ＡＣ電源入力から電力を引き出し、他のサブセットの間無効化される、ＬＥＤドライバ回路と直列接続される。したがって、一連のＬＥＤ列にわたる共有電圧の問題は回避される。このようにして、２つのＬＥＤドライバは時分割方式で動作し、安定性及び均衡を保つ問題は克服される。（各ドライバ回路の）ＬＥＤドライバは、閉ループフィードバック制御を実施し、これは、負荷に伝送される電流又は電力を制御するためのセンサ（電流センサなど）からの負のフィードバックが存在することを意味する。

さらなる実施形態では、第１のＬＥＤドライバが、
第１の短絡素子と第１のＬＥＤドライバとの間の第１のバッファコンデンサと、
第１の短絡素子から第１のバッファコンデンサへの順方向の第１のブロッキングダイオードとをさらに備える。

多くのＬＥＤドライバは、入力電力を滑らかにするために、ドライバの前にバッファコンデンサを必要とする。ＬＥＤドライバの入力が短絡される場合、短絡することによってこのバッファコンデンサが放電される危険がある。この懸案事項に対処するために、ブロッキングダイオードは、第１の短絡素子が閉じるときに、バッファコンデンサが第１の短絡素子を介して放電することを防止する。バッファコンデンサは、ＬＥＤドライバへの安定した電圧入力を維持し、リプルを減少させるために使用される。「順方向」は、ダイオードが電流を伝導することが可能な方向を意味する。

さらなる実施形態では、第１の制御装置が構成回路を備え、構成回路は、ＡＣ電源入力の半サイクル１つおきに第１の短絡素子を閉じ、１つおきの半サイクルがサブセットであり、構成回路は、ＡＣ電源入力の残りの半サイクルの間第１の短絡素子を開放し、残りの半サイクルが他のサブセットである。

この構成回路は、回路が、ＡＣ入力電力の異なる位相の間に、１つのドライバを短絡させ、又は短絡させないことができることを意味する。個々のＬＥＤドライバが直列で使用されるためにそれらの較正又は特定の接続方式は必要とされない。また、１サイクルおきの動作は、２つのドライバの動作の均衡を均等に保つのを助け、眼に見える明滅を減少させる。

さらなる実施形態では、構成回路は、出力の電圧が、ある閾値よりも大きいかどうかを検出する検出回路を備え、構成回路は、検出に基づいて第１の短絡素子を閉じるか又は開放するように適合される。

短絡素子のいずれかがアクティブである前に、２つのＬＥＤドライバが、入力ＡＣ電力を共有するように動作される。しかしながら、回路の不安定性は、ＬＥＤドライバ回路のうちの１つが、特定の時間に優位となる結果をもたらす。これが起こると、それは、閾値検出によって検出され、半サイクルのサブセットの２つのＬＥＤドライバへの割り当てを可能にする。電圧レベルは、直列接続されたドライバの両方に対し自動的に設定されるため、これは、２つのドライバ間にいかなる実際の通信／協調もなく、固有の同期をもたらし、物理的な接続を回避し、複雑さを軽減する。

さらなる実施形態では、構成回路は、第１の半サイクルにおいて検出される電圧が閾値を超えるとき、上記第１の半サイクルに続く第２の半サイクルにおいて上記第１の短絡素子を閉じ、第３の半サイクルにおいて検出される電圧が閾値を越えないとき、上記第３の半サイクルに続く第４の半サイクルにおいて上記第１の短絡素子を開放するように適合される。

したがって、短絡機能は、前の半サイクルでの閾値検出に基づいて制御される。１つが、より大きな電力を引き出しているとき、それは、それ自体の短絡素子をアクティブ化し、次の半サイクルにそれ自体を無効化することによって、次の半サイクルを他のＬＥＤドライバに効果的に割り当てる。両方のＬＥＤドライバが、（それらが例えば同一であるため）この同一の手法を使用するとき、短絡素子の必要な交互作動は、結果として自己競合がなくなる。

さらなる実施形態では、構成回路は、各半サイクルのタイミングを決定するために、ＡＣ電源入力における位相変化を検出するゼロ交差検出回路をさらに備える。

このゼロ交差検出信号は、短絡素子に対する制御信号を形成するために使用される。

さらなる実施形態では、第１のＬＥＤドライバは、例えば、閉ループ電流源、又は閉ループ電力源である。入力インターフェースは、例えば、フルブリッジ整流器を備える。

上で説明したように、完全なドライバシステムは、上で定義された第１のＬＥＤドライバタイプ及び第２のＬＥＤドライバの２つの個々のドライバ回路を備える。この場合、第２のドライバ回路は、
第２の出力を生成するための第２の入力インターフェースであって、第１の入力インターフェース及び第２の入力インターフェースが、電気的に直列接続され、ＡＣ電源入力を受信する１対のＡＣ電源入力端子と電気的に直列である、第２の入力インターフェースと、
第２の出力によって電力供給される第２のＬＥＤドライバと、
第２の出力を短絡させるための第２の短絡素子と、
第２の短絡素子を制御するための第２の制御装置とを備え、第２の制御装置は、第１の短絡素子が開放し、当該開放によって第１のＬＥＤドライバがＡＣ電源入力によって電力供給されるときに、ＡＣ電源入力の半サイクルの他のサブセットのみの間、第２の短絡素子を閉じ、第１の短絡素子が閉じ、閉じることによって第２のＬＥＤドライバがＡＣ電源入力によって電力供給されるときに、ＡＣ電源入力の半サイクルのサブセットの間、第２の短絡素子を開放するように適合され、よって、第１のＬＥＤドライバ及び第２のＬＥＤドライバが、ＡＣ電源入力の各半サイクルにおいて相補的に電力供給及び短絡される。

この装置は、２つの入力インターフェース及び２つのＬＥＤドライバを直列に配置する。不安定性及び不均等な出力を回避するために、各ＬＥＤドライバは、半サイクルの１つのサブセットの間のみ動作される。これが、２つのＬＥＤドライバ間のＡＣ入力電力の時分割使用をもたらす。半サイクルの１つのサブセットは、入力電力信号の正極性位相であり、半サイクルの他のサブセットは、入力電力信号の負極性位相である。これは、それぞれがそれ自体のドライバを有する２つのＬＥＤ装置が、直列に配置されてドライバ回路全体を形成することを可能にする。

このようにして、２つの閉ループＬＥＤドライバが、直列で動作するように作られる。ＬＥＤドライバは、インターリーブ型／相補型の方式で働く。

第１の入力インターフェース、ＬＥＤドライバ、短絡素子、及び制御装置は、第１のＬＥＤドライバ装置を形成し、第２の入力インターフェース、ＬＥＤドライバ、短絡素子、及び制御装置は、第２のＬＥＤドライバ装置を形成する。ドライバ回路全体は、そのとき、２つのＬＥＤドライバ装置を備え、各ＬＥＤドライバ装置は、それ自体のＬＥＤドライバを含む。

本発明は、ＬＥＤドライバ装置のうちの単一のもの（例えば、単一の管状ＬＥＤ）を備えるＬＥＤドライバ回路、又は２つのＬＥＤドライバ装置を有する構成（例えば、２つの管状ＬＥＤのセット）を対象とする。したがって、「ＬＥＤドライバ回路」という用語は、説明されるような１つ又は複数のＬＥＤドライバ装置に関することが意図される。

好ましい実施形態では、ドライバシステムは、第１の短絡素子が開放される半サイクルと、第２の短絡素子が開放される半サイクルとを交換するようにさらに適合される。これは、ドライバシステムが、第１の短絡素子が閉じられる半サイクルと、第２の短絡素子が閉じられる半サイクルとを交換することを意味する。例えば、２００ｍｓである、電源の最初の１０サイクルで、第１のＬＥＤドライバが、サイクルのそれぞれ第１の／正の位相において駆動され、第２のＬＥＤドライバが、サイクルのそれぞれ第２の／負の位相において駆動される。電源の次の１０サイクルで、ドライバシステムは、順序を交換する。第１のＬＥＤドライバが、サイクルのそれぞれ第２の／負の位相において駆動され、第２のＬＥＤドライバが、サイクルのそれぞれ第１の／正の位相において駆動される。この実施形態の利点は、ＬＥＤドライバが同一時刻に常に動作するときに、ＥＭＩ／雑音／共振の問題を低減させることである。

第１のＬＥＤドライバ回路及び第２のＬＥＤドライバ回路は、同一のハードウェアを有する。

このように、ＬＥＤドライバ装置が直列で互いに接続されることを可能にするために、ＬＥＤドライバ装置に対して特別の修正は必要とされない。２つのＬＥＤドライバの固有インピーダンスのばらつきに起因して、１つのＬＥＤドライバが、最初に閾値に到達し、交互に短絡すること又は短絡しないことを開始すると、同様に、他のＬＥＤドライバも閾値に到達して相補的動作を開始する。これは、導入及び設計を容易にする。

本発明はまた、
上で定義したドライバシステムと、
第１のＬＥＤドライバによって駆動される第１のＬＥＤ装置と、
第２のＬＥＤドライバによって駆動される第２のＬＥＤ装置と、を備える照明システムを提供する。

第１のＬＥＤ装置及び第２のＬＥＤ装置は、それぞれ管状ＬＥＤである。照明回路全体が、屋内のオフィス環境において一般的な、ライトトロッファの主要電子部品である。

本発明はまた、
第１の出力及び第２の出力を、それぞれ第１の入力インターフェース及び第２の入力インターフェースから提供するステップであって、第１の入力インターフェース及び第２の入力インターフェースが、電気的に直列接続され、ＡＣ電源入力を受信する１対のＡＣ電源入力端子と電気的に直列である、ステップと、
前記ＡＣ電源入力の各半サイクルにおいて、第１の短絡素子を閉じるか若しくは開放することによって前記第１の出力を短絡するか短絡しないようにし、且つ、前記第１の短絡素子に対して相補的に第２の短絡素子を開放するか若しくは閉じることによって前記第２の出力を短絡しないか短絡するようにするステップとを含み、これにより、
第２の出力が短絡され、第２のＬＥＤドライバが電力供給されないときに、半サイクルのサブセットにおいて第１の出力を使用して第１のＬＥＤドライバに電力供給し、
第１の出力が短絡され、第１のＬＥＤドライバが電力供給されないときに、半サイクルの他のサブセットにおいて第２の出力を使用して第２のＬＥＤドライバに電力供給する、ＬＥＤ駆動方法を提供する。

この方法は、直列である２つのＬＥＤドライバに、時分割方式で、交互に／相補的にＡＣ電源の割り当てを行う。

ＬＥＤドライバは、閉ループ電流源又は閉ループ電力源をそれぞれ備え、方法は、各出力について、
出力の電圧が、閾値より大きいかどうかを検出するステップと、
第１の半サイクルにおいて検出される電圧が閾値を超えるときに、上記第１の半サイクルに続く第２の半サイクルにおいてそれぞれの短絡素子を閉じることによって、上記出力を短絡させるステップと、
第３の半サイクルにおいて検出される電圧が閾値を越えないときに、第３の半サイクルに続く第４の半サイクルにおいてそれぞれの短絡素子を開放することによって、上記出力を短絡させないステップとをさらに含む。

本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかであり、以下に説明される実施形態を参照して明らかにされる。

ここで、本発明の例が、添付図面を参照して詳細に説明される。

２つが直列、１つが並列である、３つの蛍光管状ランプの既知の構成を示す。 ＬＥＤドライバ回路を示す。 図２のドライバ回路内で使用される２つのＬＥＤドライバの動作のタイミングを示す。 ゼロ交差検出器の例を示す。 図４の検出器の動作を説明する波形を示す。 競合の解決方法を説明するためのタイミング図である。

本発明は、ＡＣ電源入力を受信し、第１の出力を提供するための第１の入力インターフェースと、第１の出力によって電力供給される第１のＬＥＤドライバと、を備えるＬＥＤドライバ回路を提供する。第１の短絡素子は、第１の出力を短絡させるために提供され、それは、ＡＣ電源入力の半サイクルの１つのサブセットのみの間アクティブであり、半サイクルの他のサブセットの間非アクティブであるように制御される。これは、ドライバ回路のうちの２つが、直列で使用され、それぞれが、ＡＣ電源入力の半サイクルの１つのサブセットのみに基づいて電力を供給することを意味する。

図２は、第１の入力２６及び第２の入力２８において受信されるＡＣ入力間に、直列で２つのＬＥＤドライバ装置２２、２４を備える、ＬＥＤドライバ回路を示す。

各ＬＥＤ装置２２、２４は、管状ランプを形成する。したがって、２つの装置は共に、ランプ２つの照明器具、又は他のランプも有する照明器具内の１対のランプを形成する。本発明の主題であるＬＥＤ回路は、単一のＬＥＤドライバ装置、又は１対のＬＥＤドライバ装置を備える。

「直列で接続される」とは、第１のＬＥＤドライバ装置２２が、第１の端子２６と中間端子２７との間の信号を入力電力供給として受信し、第２のＬＥＤドライバ装置２４が、中間端子２７と第２の端子２８との間の信号を入力電力供給として受信することを意味する。

２つのＬＥＤドライバ装置２２、２４は同一であり、第１のＬＥＤドライバ装置２２について詳細に議論する。

第１のＬＥＤドライバ装置２２は、入力端子のそれぞれの対（第１のＬＥＤドライバ装置２２についての２６及び２７）からＡＣ電源入力を受信し、第１の出力を提供するための第１の入力インターフェース３０を備える。第１の出力Ｖｃ１が、電圧バス３１と接地との間の整流された出力となるように、入力インターフェース３０は、フルブリッジダイオード整流器である。整流器がドライバ回路の前にあることも可能であり、入力インターフェースは、既に整流されたＡＣ電源入力を受信する。この場合、入力インターフェースは単なる接続ピンである。入力インターフェースがどのように実施されても、それは、半サイクルで、整流されたＡＣ電源入力、又は整流されていないＡＣ電源入力のいずれかへのアクセスを提供する。

第１のＬＥＤドライバ３２は、第１の出力Ｖｃ１によって電力供給される。ＬＥＤドライバは、ＬＥＤ３４の形態で、出力負荷を駆動する。

第１の短絡素子３６は、第１の出力を短絡させるために提供され、電圧バス３１と接地との間に接続される。図２に示すように、短絡素子は、入力インターフェースの出力にわたる、及びそれによってＬＥＤドライバの入力にわたる短絡ＭＯＳＦＥＴを備える。代替的な実施形態では、短絡素子は、他のトランジスタ又は他の制御可能なスイッチによっても実施され得る。

第１の制御装置３８は、第１の短絡素子３６が、ＡＣ電源入力の半サイクルの１つのサブセットのみの間アクティブであり、半サイクルの他のサブセットの間非アクティブであるように、第１の短絡素子３６を制御するために提供される。

これは、ＬＥＤドライバ装置２２が、端子２６、２７にわたるＡＣ入力の半サイクルの他のサブセットの間のみ（即ち、正の位相又は負の位相のみ）電力を引き出し、半サイクルの１つのサブセットにおいては、ＬＥＤドライバの入力は短絡され、ＡＣ入力電力は、他のＬＥＤドライバ装置にバイパスされることを意味する。

ＬＥＤドライバ３２は、好ましい例では、閉ループドライバである。このことは、それが、負荷３４に伝送される電流を制御するために、フィードバックを提供することを意味する。このフィードバックは、例えば、電圧がセンスレジスタ及びＬＥＤを通る電流を示す、電流センス抵抗にわたる電圧を含む。フィードバック機構は、電流センスレジスタにわたって感知される電圧を基準値と比較するためのコンパレータ装置を備え、その差は、フィードバック制御パラメータとして使用される。フィードバック制御パラメータは、所望の出力電流を維持するために、ドライバの設定、例えば、スイッチモード電力供給のデューティサイクルを調節する。

従来の電流調節ＬＥＤドライバが使用され、当業者によく知られるものとして使用される、様々な考えられる設計がある。

第１のバッファコンデンサ４０は、第１の短絡素子３６と第１のＬＥＤドライバ３２との間に提供され、電圧バス３１と接地との間に接続される。それは、ＬＥＤドライバ３２に提供される電圧を安定させる。第１のブロッキングダイオード４２は、第１の短絡素子３６から第１のバッファコンデンサ４０へ順方向（電流が流れることができる方向を意味する）に提供される。それは、電圧バス３１に沿って、したがって、アノードが第１の短絡素子３６に接続され、カソードが第１のバッファコンデンサ４０に接続されて、提供される。

第１のブロッキングダイオード４２は、第１の短絡素子３６が閉じるときに、第１のバッファコンデンサ４０が第１の短絡素子３６を介して放電するのを防止する。

上述したように、第１のＬＥＤドライバ装置２２及び第２のＬＥＤドライバ装置２４は、同一である。

したがって、第２のＬＥＤドライバ装置２４は、
第２のバス５１上で第２の出力Ｖｃ１Ａを生成するための第２の入力インターフェース５０（即ち、フルブリッジダイオード整流器）と、
第２のＬＥＤ５４に電力を伝送する、第２の出力Ｖｃ１Ａによって電力供給される第２のＬＥＤドライバ５２と、
第２の出力を短絡させるための第２の短絡素子５６と、
ＡＣ電源入力の半サイクルの他のサブセットのみの間アクティブであり、第１のドライバ装置２２によって使用される半サイクルのサブセットの間非アクティブであるように、第２の短絡素子５６を制御するための第２の制御装置５８とを備える。

第２のＬＥＤドライバ装置２４は、また、第２のバッファコンデンサ６０及び第２のブロッキングダイオード６２を有する。

２つのＬＥＤドライバ装置２２、２４を直列で接続することによって、それぞれが、半サイクルの異なるサブセットから電力を引き出すことができる。

ドライバが、（電流がダイオードブリッジ整流器の２つのダイオード及び短絡素子を通過して）全体としてスイッチを通じた通路として機能するように、他のドライバ用に確保されるＡＣ入力の位相の間、短絡素子はアクティブ化される。

したがって、直列の２つの入力インターフェース及び２つのＬＥＤドライバがある。不安定性及び不均等な出力を回避するために、各ドライバは、半サイクルの１つのサブセットの間のみ動作される。これが、２つのＬＥＤドライバ装置間のＡＣ入力電力の時分割使用をもたらす。半サイクルの１つのサブセットは、入力電力信号の正極性位相であり、半サイクルの他のサブセットは、入力電力信号の負極性位相である。これは、それぞれがそれ自体のＬＥＤドライバを有する２つのＬＥＤドライバ装置が、直列に配置されてドライバ回路全体を形成することを可能にする。

半サイクルのそれぞれのサブセットに対する、各ＬＥＤドライバ装置の割り当てを行うために、同期が必要であり、これは制御装置３８、５８によって実施される。

図３は、２つのＬＥＤドライバ装置の１つの考えられる動作シーケンスを示す。

一番上のプロットは、電源信号を示す。

信号Ｇ１及びＧ１Ａは、短絡トランジスタに対するゲート信号である（Ｇ１は、第１の短絡素子３６に対して、Ｇ１Ａは、第２の短絡素子５６に対してである）。出力電圧Ｖｃ１及びＶｃ１Ａも示されている。

図３は、２つのドライバ装置２２、２４が、インターリーブ型方式で動作し、各ドライバ装置が、１セットの半サイクルの間動作することを示す。Ｇ１がローで、Ｇ１Ａがハイのとき、入力電圧は、第１のドライバ装置２２のみに印加される。Ｇ１がハイで、Ｇ１Ａがローのとき、入力電圧は、第２のドライバ装置２４のみに印加される。

同期をとるために、１つのドライバ装置が、第１の半サイクルに割り当てられなければならない。

１つの考えられる手法は、ブリッジ整流器の前のＡＣ電圧を測定すること、及びドライバ装置のうちの１つを正の半サイクルの間機能するように設定し、他のドライバ装置を負の半サイクルの間機能するように設定することである。

これは、単純な手法を提供するが、結果として、２つのドライバ装置間に異なるハードウェア設定が生じる。それは、生産の制御を必要とし、組立中の配慮を必要とするため、これは望ましくない。

代替は、ドライバに入力配線を異なるように接続することによって、１つが負のサイクルユニットになり、その他が正のサイクルユニットになり得ることを意味する設計を提供することである。この場合も、これは組立を複雑にする。

２つの短絡トランジスタが同時にオンになることがあるため、組立又は導入エラーが生じる場合、これらの手法は、電源を短絡させる危険がある。

好ましい手法は、自己同期機構に基づいて、ドライバ装置を半サイクルのそれぞれのサブセットに割り当てることである。これもまた、同一のドライバ装置が以下で説明されるように使用されることを可能にする。

自己同期の一部としての第１の機能は、ＡＣ入力信号の位相を検出することである。図４は、入力電源電圧の位相の変化を検出するために使用されるゼロ交差検出回路を示す。いかなるゼロ交差検出回路が使用されてもよく、図４は、バイポーラ接合トランジスタ７２に基づく単純な例を示す。ベースは、ツェナーダイオード７３を通じて分圧器出力に接続される。分圧器は、その出力において、端子７４において受信される整流されたＡＣ入力の変倍したものを生成する。

ツェナーダイオードは、ほとんどの時間の間導通し、トランジスタ７２をオンにし、出力７０（「ＡＣ＿ｓｙｎｃ」）をローにしている。出力７０がｄｃ電圧Ｖｃｃに引き上げられるときに短パルスが生成されるように、低電圧が存在する位相変化時間においてのみ、ツェナーダイオードは導通しない。したがって、回路は、各位相変化において出力７０上でパルスを発生させる。

図５は、端子７４に印加される整流されたＡＣ入力及び出力信号ＡＣ＿ｓｙｎｃを示す。

図６は、自己同期手法を説明するために使用される。この手法は、直列接続されたＬＥＤドライバ間の固有の不均衡を用いる。

入力電圧の最大ピーク値は、Ｖｉｎ＿ｍａｘであり、入力電圧の最小ピーク値は、Ｖｉｎ＿ｍｉｎであるとする。

各ドライバ装置のコントローラは、フルブリッジ整流器の後の整流された電圧Ｖｃ１又はＶＣ１Ａを検出する。

２つのドライバ装置が恒久的に直列で接続されるように、起動期間中に短絡素子は使用されない。この起動期間は、図６に示される最初の２つの半サイクルである。

この条件では、本質的に、パラメータ公差及び各直列ドライバ装置の閉ループ制御は、おそらく、２つの直列ランプに印加される入力電圧間に不均衡を起こすこととなる。

図６に示すように、起動期間の第２の半サイクルの間、Ｖｃ１Ａ＞Ｖｃ１であるとする。

１／２Ｖｉｎ＿ｍａｘ＜Ｖｒｅｆ＜Ｖｉｎ＿ｍｉｎであるように、基準電圧Ｖｒｅｆが設定され、選択される。制御装置３８、５８は、出力の電圧がこの閾値より大きいかどうかを検出する検出回路をそれぞれ有する。これは、２つのドライバ装置のうちの１つだけが、いつもＶｒｅｆに到達し得ることを意味する。これは、入力電圧が変化するときに両方の短絡素子の誤動作を回避する。

第２の半サイクルにおいて示されるようにＶｃ１Ａ＞Ｖｒｅｆであるとき、第２のドライバ装置２４のコントローラ５８が、出力信号Ｏ１Ａを生成する。次いで、それは、（それ自体の信号ＡＣ＿ｓｙｎｃによって決定されるものとして）入力電源信号の位相変化を待つ。

信号ＡＣ＿ｓｙｎｃがハイになるとすぐに、その半サイクル（図６の第３の半サイクル）において、Ｖｃ１Ａ＝０であるように、コントローラ５８は、その短絡素子５６をオンにする。

第２のドライバ装置２４は、動作を停止し、この第３の半サイクルの間、バイパスモードで動作する。結果として、第１のドライバ装置２２において現れるＶｃ１は、整流された電源電圧まで増加する。次いで、第１のＬＥＤドライバ装置２２は、この半サイクルにおいて動作する。

Ｖｃ１＞Ｖｒｅｆであるため、第１のＬＥＤドライバ装置２２のコントローラは、出力Ｏ１を生成し、位相変化信号を待つ。図６に示される第４の半サイクルにおいてＶｃ１＝０であるように、そのＡＣ＿ｓｙｎｃ信号がハイになるとすぐに、短絡素子３６がオンにされる。第１のドライバ装置２２はバイパスモードで動作し、Ｖｃ１Ａは、整流された電源電圧まですぐに増加する。

これは、繰り返しサイクルを定義し、そこでは、１つの半サイクルでの検出は、ドライバ装置が次の半サイクルの間バイパスモードで動作すべきであることを、ドライバ装置に知らせる。起動時間の間（短絡素子が使用されていないとき）、出力において不安定又は不均衡が生じるとすぐに、２つのドライバ装置は、競合を解決することができる。競合が解決されるとすぐに、システムは安定する。

このようにして、各ドライバ装置の構成回路は、ＡＣ電源入力の半サイクル１つおきにアクティブであり、ＡＣ電源入力の半サイクルの残りの間非アクティブであるように、その短絡素子を自動的に設定する。回路は、個々のＬＥＤドライバ装置の較正又は特定の接続方式なしに、自己構成し得る。あるドライバ装置が他のドライバ装置よりも大きな電力を引き出すとき、それ自体の短絡素子を次の半サイクルにアクティブ化することによって、それは、次の半サイクルを他のＬＥＤドライバ装置に効果的に割り当てる。両方のＬＥＤドライバ装置が、（それらが例えば同一であるため）この同一の手法を使用するとき、短絡素子の必要な交互作動によって、自己競合がなくなる。

したがって、ドライバ装置は、１つの半サイクル、例えば、第１の半サイクルにおいて、（上記第１の半サイクルにおいて検出される電圧が閾値を超えるため）他のドライバ装置より多くの電力を引き出している場合、それは、次の半サイクル、例えば、第２の半サイクルにおいて、その短絡素子をアクティブ化する。

同様に、ドライバ装置が、１つの半サイクル、例えば、第３の半サイクルにおいて、（上記第１の半サイクルにおいて検出される電圧が閾値を越えないため）他のドライバ装置より少ない電力を引き出している場合、それは、次の半サイクル、例えば、第４の半サイクルにおいて、その短絡素子を非アクティブ化する。

図６に示すように、第１の半サイクルにおいて、電圧は、２つのＬＥＤドライバ間で比較的均等に分割されることに留意する。これは、実際の動作においてあり得ることであり、不均衡がないことを意味する。しかしながら、それは必ずしもそうなるとは限らず、不均一な電圧割り当てが通常は発生し、それが上述したような自己同期を引き起こす。

本発明は、既存の蛍光管状ライト照明器具に対する改修品として使用され得る、管状ＬＥＤを特に対象とする。しかしながら、それは、他の種類のＬＥＤランプに適用されてもよい。それは、任意の数のランプを有する照明器具において使用されてもよく、そこでは、直列で接続される１つ又は複数対のランプがある。

開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の調査から、特許請求される発明を実施する際に当業者によって理解され、もたらされ得る。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。ある手段が、相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを利用することができないということを示すものではない。特許請求の範囲におけるいかなる引用符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. ＡＣ電源入力を受信し、第１の出力を提供するための第１の入力インターフェースであって、前記第１の出力が第２のＬＥＤドライバ回路に供給される前記第１の入力インターフェースと、
   前記第１の出力によって電力供給される第１のＬＥＤドライバと、
   前記第１の出力を短絡させるための第１の短絡素子と、
   前記第１の短絡素子を制御するための第１の制御装置とを備える、
   第１のＬＥＤドライバ回路であって、前記第１の制御装置は、
   電力供給されていない前記第１のＬＥＤドライバに対して相補的に前記ＡＣ電源入力によって前記第２のＬＥＤドライバ回路が電力供給されるときに、前記第１のＬＥＤドライバを短絡させ、前記第１のＬＥＤドライバが前記ＡＣ電源入力によって電力供給されることを防止するために、前記ＡＣ電源入力の半サイクルの１つのサブセットのみの間、前記第１の短絡素子を閉じ、
   前記第２のＬＥＤドライバ回路が前記第１のＬＥＤドライバに対して相補的に前記ＡＣ電源入力によって電力供給されないときに、前記ＡＣ電源入力が前記第１のＬＥＤドライバに電力供給することを可能にするために、前記半サイクルの他のサブセットの間、前記第１の短絡素子を開放し、
   前記半サイクルが、前記ＡＣ電源入力の正の振幅期間又は負の振幅期間である、
   第１のＬＥＤドライバ回路。
2. 前記第１の短絡素子と前記第１のＬＥＤドライバとの間の第１のバッファコンデンサと、
   前記第１の短絡素子から前記第１のバッファコンデンサへの順方向の第１のブロッキングダイオードと、をさらに備える、
   請求項１に記載の第１のＬＥＤドライバ回路。
3. 前記第１の制御装置が構成回路を備え、
   前記構成回路は、前記ＡＣ電源入力の半サイクル１つおきに前記第１の短絡素子を閉じ、１つおきの半サイクルが前記サブセットであり、
   前記構成回路は、前記ＡＣ電源入力の残りの半サイクルの間前記第１の短絡素子を開放し、前記残りの半サイクルが前記他のサブセットである、
   請求項１に記載の第１のＬＥＤドライバ回路。
4. 前記構成回路は、前記第１の出力の電圧が、閾値よりも大きいかどうかを検出する検出回路を備え、前記構成回路が、前記検出に基づいて前記第１の短絡素子を閉じるか又は開放する、
   請求項３に記載の第１のＬＥＤドライバ回路。
5. 前記構成回路は、第１の半サイクルにおいて検出される前記電圧が前記閾値を超えるとき、前記第１の半サイクルに続く第２の半サイクルにおいて前記第１の短絡素子を閉じ、
   第３の半サイクルにおいて検出される前記電圧が前記閾値を越えないとき、前記第３の半サイクルに続く第４の半サイクルにおいて前記第１の短絡素子を開放する、
   請求項４に記載の第１のＬＥＤドライバ回路。
6. 前記構成回路は、各半サイクルのタイミングを決定するために、前記ＡＣ電源入力における位相変化を検出するゼロ交差検出回路をさらに備える、
   請求項５に記載の第１のＬＥＤドライバ回路。
7. 前記第１のＬＥＤドライバは、閉ループ電流源、又は閉ループ電力源である、
   請求項１に記載の第１のＬＥＤドライバ回路。
8. 前記入力インターフェースは、フルブリッジ整流器を備える、
   請求項１に記載の第１のＬＥＤドライバ回路。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の第１のＬＥＤドライバ回路を備えるドライバシステムであって、前記ドライバシステムは第２のＬＥＤドライバ回路を更に備え、前記第２のＬＥＤドライバ回路は、
   第２の出力を生成するための第２の入力インターフェースであって、前記第１の入力インターフェース及び前記第２の入力インターフェースが、電気的に直列接続され、前記ＡＣ電源入力を受信する１対のＡＣ電源入力端子と電気的に直列である、前記第２の入力インターフェースと、
   前記第２の出力によって電力供給される第２のＬＥＤドライバと、
   前記第２の出力を短絡させるための第２の短絡素子と、
   前記第２の短絡素子を制御するための第２の制御装置とを備え、
   前記第２の制御装置は、
   前記第１の短絡素子が開放し、当該開放によって前記第１のＬＥＤドライバが前記ＡＣ電源入力によって電力供給されるときに、前記ＡＣ電源入力の前記半サイクルの前記他のサブセットのみの間、前記第２の短絡素子を閉じ、
   前記第１の短絡素子が閉じて、閉じることによって前記第２のＬＥＤドライバが前記ＡＣ電源入力によって電力供給されるときに、前記ＡＣ電源入力の前記半サイクルの前記サブセットの間、前記第２の短絡素子を開放し、
   よって、前記第１のＬＥＤドライバ及び前記第２のＬＥＤドライバが、前記ＡＣ電源入力の各半サイクルにおいて相補的に電力供給及び短絡される、
   ドライバシステム。
10. 前記ドライバシステムは、
    前記第１の短絡素子が開放される半サイクルと、前記第２の短絡素子が開放される半サイクルとを交換し、
    前記第１の短絡素子が閉じられる半サイクルと、前記第２の短絡素子が閉じられる半サイクルとを交換する、
    請求項９に記載のドライバシステム。
11. 前記第１のＬＥＤドライバ回路と前記第２のＬＥＤドライバ回路とは、同一のハードウェアを有する、
    請求項１０に記載のドライバシステム。
12. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の第１のＬＥＤドライバ回路と、第１のＬＥＤドライバによって駆動される第１のＬＥＤ装置とを含むか、又は、
    請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のドライバシステムと、前記第１のＬＥＤドライバによって駆動される前記第１のＬＥＤ装置と、前記第２のＬＥＤドライバによって駆動される第２のＬＥＤ装置とを含む、
    照明システム。
13. 前記第１のＬＥＤ装置は管状ＬＥＤを含むか、又は、前記第１のＬＥＤ装置及び前記第２のＬＥＤ装置それぞれが、それぞれの管状ＬＥＤを含む、
    請求項１２に記載の照明システム。
14. 第１の出力及び第２の出力を、それぞれ第１の入力インターフェース及び第２の入力インターフェースから提供するステップであって、前記第１の入力インターフェース及び前記第２の入力インターフェースが、電気的に直列接続され、ＡＣ電源入力を受信する１対のＡＣ電源入力端子と電気的に直列である、ステップと、
    前記ＡＣ電源入力の各半サイクルにおいて、第１の短絡素子を閉じるか若しくは開放することによって前記第１の出力を短絡するか短絡しないようにし、且つ、前記第１の短絡素子に対して相補的に第２の短絡素子を開放するか若しくは閉じることによって前記第２の出力を短絡しないか短絡するようにするステップとを含み、これにより、
    前記第２の出力が短絡され、第２のＬＥＤドライバが電力供給されないときに、半サイクルのサブセットにおいて前記第１の出力を使用して第１のＬＥＤドライバに電力供給し、
    前記第１の出力が短絡され、前記第１のＬＥＤドライバが電力供給されないときに、半サイクルの他のサブセットにおいて前記第２の出力を使用して前記第２のＬＥＤドライバに電力供給する、
    ＬＥＤ駆動方法。
15. 前記第１及び第２のＬＥＤドライバは、閉ループ電流源又は閉ループ電力源をそれぞれ備え、前記ＬＥＤ駆動方法は、各出力について、
    前記出力の電圧が、閾値より大きいかどうかを検出するステップと、
    第１の半サイクルにおいて検出される電圧が前記閾値を超えるときに、前記第１の半サイクルに続く第２の半サイクルにおいてそれぞれの短絡素子を閉じることによって、前記出力を短絡させるステップと、
    第３の半サイクルにおいて検出される電圧が前記閾値を越えないときに、前記第３の半サイクルに続く第４の半サイクルにおいてそれぞれの短絡素子を開放することによって、前記出力を短絡させないステップと、をさらに含む、
    請求項１４に記載のＬＥＤ駆動方法。

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