JP2019532457A - LED lighting - Google Patents
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- F21V5/007—Array of lenses or refractors for a cluster of light sources, e.g. for arrangement of multiple light sources in one plane
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V7/00—Reflectors for light sources
- F21V7/0083—Array of reflectors for a cluster of light sources, e.g. arrangement of multiple light sources in one plane
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2103/00—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes
- F21Y2103/30—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved
- F21Y2103/33—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved annular
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
- H05B45/10—Controlling the intensity of the light
- H05B45/18—Controlling the intensity of the light using temperature feedback
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract
開放領域を具えることによって、システムの重量に対して消費電力が高くしたLEDシステムの開発に関する装置及び関連する方法が開示されている。開放領域は光学システムの重量を減らす一方で、空気の流れを改善する。光分布を調整することによって、LEDからの光を効率よく均等に分布させる関連する光学素子が記載されている。更に、このLEDシステムを、安定器又はオフラインAC電源、あるいはその両方といった現存の電源で動作させる回路と方法が開示されている。【選択図】図1AAn apparatus and associated method for the development of an LED system that has a high power consumption relative to the weight of the system by providing an open area is disclosed. The open area improves the air flow while reducing the weight of the optical system. Related optical elements that distribute light from LEDs efficiently and evenly by adjusting the light distribution are described. Further disclosed are circuits and methods for operating the LED system with existing power supplies, such as ballasts and / or offline AC power supplies. [Selection] Figure 1A
Description
[関連出願のクロスリファレンス]
本出願は、2015年11月25日にFrank Shumによって出願された米国特許出願第14/952,079号「LED照明」の利益を主張しており、この出願の一部継続出願である。この出願は、2015年3月31日にFrank Shumによって出願された、米国仮特許出願第62/141,010号「LED照明」の利益を主張するものである。
[Cross-reference of related applications]
This application claims the benefit of US Patent Application No. 14 / 952,079 “LED Lighting” filed by Frank Shum on November 25, 2015, and is a continuation-in-part of this application. This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 62 / 141,010 “LED Lighting”, filed by Frank Shum on March 31, 2015.
本出願は、参照により本明細書に前述の出願の全体の内容を組み込んでいる。 This application incorporates the entire contents of the foregoing applications by reference herein.
様々な実施形態は、一般的に改善されたLED(発光ダイオード)照明源に関するものであり、いくつかの実施形態は、特に軽量で改善された温度管理に関するものである。その他の実施形態は、特定の配光を対象として分布を調整した任意のアクセサリを伴う光学部品に関する。その他の実施形態は、レガシーバラストを有するLEDシステムの動作に必要な電子機器に関する。 Various embodiments relate generally to improved LED (light emitting diode) illumination sources, and some embodiments relate to light weight and improved temperature management in particular. Other embodiments relate to an optical component with any accessory whose distribution is adjusted for a specific light distribution. Other embodiments relate to the electronics required for operation of LED systems with legacy ballasts.
LED照明の分野は途方もない進歩を遂げたが、特に、LED照明システムの許容サイズに対して高い光出力が必要とされる場合、温度管理が依然として課題である。これは、特に、高光出力および高光密度の照明器具と固定具を交換する場合に特に問題となる。課題が残るこのような分野の1つは、光出力が非常に高い高輝度放電(HID)ランプである。例えば、長さ300mm、直径120mm未満の400WのHIDランプは、35,000以上のルーメンを持つことになる。 Although the field of LED lighting has made tremendous progress, temperature management remains a challenge, especially when high light output is required for the acceptable size of LED lighting systems. This is particularly a problem when exchanging fixtures and fixtures with high light output and high light density. One such area where challenges remain is high intensity discharge (HID) lamps with very high light output. For example, a 400 W HID lamp that is 300 mm long and less than 120 mm in diameter will have more than 35,000 lumens.
HIDランプの種類には、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプおよび低圧ナトリウムランプがある。これらの種類のランプは、全光出力の90%に達するのに1−15分のウォームアップ期間が必要である。ランプが一定時間点灯してから消えた後は、すぐに電源を入れることができない。ランプを再び点灯させる前に、発光管は冷却する機会を持たなければならず、さもなければランプは再始動しないであろう。この期間は再起動(restrike)時間と呼ばれている。従来のプローブ起動型MHランプの再起動時間は15分以上かかることがあるが、パルス起動型MHランプの再起動時間は、通常はるかに短くなる。長いウォームアップ時間と長い再起動時間は不利である。HIDランプはまた、危険物質である水銀を含んでいる場合があり、また、約10,000−20,000時間といった中程度の寿命しかもっておらず、あるものは最初の3000−5000時間の間に急速にルーメンが低下することがある。 Types of HID lamps include metal halide lamps, high pressure sodium lamps, and low pressure sodium lamps. These types of lamps require a 1-15 minute warm-up period to reach 90% of the total light output. After the lamp has been on for a certain period and then turned off, it cannot be turned on immediately. Before the lamp is turned on again, the arc tube must have an opportunity to cool or the lamp will not restart. This period is called the restart time. Although the restart time of a conventional probe activated MH lamp can take 15 minutes or more, the restart time of a pulse activated MH lamp is usually much shorter. Long warm-up times and long restart times are disadvantageous. HID lamps may also contain the hazardous substance mercury and have a moderate life span of about 10,000-20,000 hours, some during the first 3000-5000 hours. The lumen may decrease rapidly.
さらに、HIDランプは全方向性光源であり、これはより有用で効率的な配光に効率良く方向転換することが難しいことがある。光を方向転換するのに使用される光学系は、高価であり、損失が多いことがある。例えば、照明設備の光損失要因、または光学的損失は、通常約30%である。また、通常、光を制御することは困難であり、その結果眩しいものとなり、無駄が生じるだけでなく、視覚的な不快感の原因にもなる。 In addition, HID lamps are omnidirectional light sources, which can be difficult to efficiently redirect to a more useful and efficient light distribution. Optical systems used to redirect light are expensive and can be lossy. For example, the light loss factor or optical loss of the lighting equipment is usually about 30%. Also, it is usually difficult to control the light, resulting in dazzling and wasteful as well as causing visual discomfort.
本発明の装置および方法は、発光ダイオード(LED)、ヒートシンク、電子ドライバ、生のLED配光の少なくとも一部を一次光分布へ方向変換させる一次光学系、一次光分布の少なくとも一部を二次光分布へ方向変換させる二次光学アクセサリ、および電子アクセサリを具える、以下のサブシステムのうちの1つまたはそれ以上の独自の組合せを有する照明システムに関する。このシステムは、例えばランプ、取り付け器具、照明器具、モジュール、光学サブシステム、またはライトエンジン、などの光学システムであってもよい。サブシステムは、 単独でも他のサブシステムと組み合わせても新規である。このサブシステム、またはこれらの組み合わせは新規であり、LEDに関連している必要はない。 The apparatus and method of the present invention includes a light emitting diode (LED), a heat sink, an electronic driver, a primary optical system that redirects at least a portion of the raw LED light distribution to a primary light distribution, and at least a portion of the primary light distribution is secondary It relates to an illumination system having a unique combination of one or more of the following subsystems comprising a secondary optical accessory that redirects to a light distribution and an electronic accessory. The system may be an optical system such as a lamp, a fixture, a luminaire, a module, an optical subsystem, or a light engine. Subsystems are new, either alone or in combination with other subsystems. This subsystem, or a combination thereof, is new and need not be associated with the LED.
様々な態様において、組み合わせたジオメトリセットは、改善された空気流をヒートシンクへ提供することができ、したがって熱放散が改善される。いくつかの実施形態では、ヒートシンク構造の軽量化を図ることができる。 In various aspects, the combined geometry set can provide improved airflow to the heat sink, thus improving heat dissipation. In some embodiments, the heat sink structure can be reduced in weight.
様々な態様において、光学系を用いて、所定の光分布に光を調整することができ、システムの効率をあげることができる。いくつかの実施形態では、この分布を調整して、所定の角度の上に、実質的にはわずかな光しかないようなカットオフを有するようにできる。様々な実施形態では、二次光学アクセサリを使用して光分布を変更し、例えばアップライトまたは非対称の分布を提供することができる。 In various embodiments, the optical system can be used to adjust the light to a predetermined light distribution, increasing the efficiency of the system. In some embodiments, this distribution can be adjusted to have a cutoff such that there is substantially little light above a given angle. In various embodiments, a secondary optical accessory can be used to alter the light distribution, for example to provide an upright or asymmetric distribution.
いくつかの実施形態では、このLEDシステムは、10,000以上のルーメンを放出する能力があり、4ポンドより軽くなるように設計することができる。いくつかの実施形態では、LEDシステムを、オフラインAC電圧源から動作するように設計することができる。様々な実施形態において、LEDシステムを、安定器から動作するように設計することができる。いくつかの実施形態では、LEDシステムをオフラインAC電圧源から動作するように設計することができる。様々な実施形態では、LEDシステムを、安定器とオフラインAC電圧源から動作するように設計することができる。 In some embodiments, the LED system is capable of emitting 10,000 or more lumens and can be designed to be lighter than 4 pounds. In some embodiments, the LED system can be designed to operate from an off-line AC voltage source. In various embodiments, the LED system can be designed to operate from a ballast. In some embodiments, the LED system can be designed to operate from an off-line AC voltage source. In various embodiments, the LED system can be designed to operate from a ballast and an off-line AC voltage source.
ここに記載された技術は、PAR、MR、BR、HID形状などのLEDランプに特に適用可能であるが、LED冶具、またはより一般的には任意のLEDシステムの構築に適用できる。いくつかの実施形態では、LED照明システムは、高天井または低天井の用途に使用されるHIDランプに置き換えることができる。いくつかの実装例では、高天井への言及は、低天井の実装にも当てはまり、逆もまた同様である。 The techniques described herein are particularly applicable to LED lamps such as PAR, MR, BR, and HID shapes, but can be applied to the construction of LED jigs or more generally any LED system. In some embodiments, the LED lighting system can be replaced with HID lamps used for high ceiling or low ceiling applications. In some implementations, references to high ceilings also apply to low ceiling implementations and vice versa.
本開示の例示および実施形態では、LEDシステムの向きは、LEDが下を向くように示されているので、空気は底部からLEDおよび/または光学系を通ってヒートシンクの内部に入り、LEDシステムの後ろを通って外側に流れる。しかしながら、この向きを逆にして、空気の入口がLEDシステムの後ろになり、出口がシステムの前になるようにすることができる。その他の実施形態では、LEDシステを傾斜配向にしてもよい。このように、実施形態は必ずしも特定の向きに限定されない。 In the examples and embodiments of the present disclosure, the orientation of the LED system is shown as the LED faces down, so that air enters the heat sink from the bottom through the LED and / or optics and into the LED system. It flows to the outside through the back. However, this orientation can be reversed so that the air inlet is behind the LED system and the outlet is in front of the system. In other embodiments, the LED system may be tilted. Thus, embodiments are not necessarily limited to a specific orientation.
様々な実施形態の詳細は、添付図面および以下の説明に記載されている。その他の特徴および利点は、説明および図面から、そして特許請求の範囲から明らかになるであろう。 The details of various embodiments are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features and advantages will be apparent from the description and drawings, and from the claims.
様々な図面において同じ参照符号は、同じ要素を示している。 Like reference symbols in the various drawings indicate like elements.
図1は、例示的なLEDシステムの等角図である。図に示すように、LEDシステムはLEDランプ100の形態である。
FIG. 1 is an isometric view of an exemplary LED system. As shown, the LED system is in the form of an
図1Bは、例示的なLEDシステムの分解図である。図1Aを参照すると、LEDシステムは以下のサブシステムを具える:発光ダイオード(LED)101、ヒートシンク102、電子ドライバ106、一次光学素子103、二次光学素子アクセサリ104、および電子アクセサリ105。
FIG. 1B is an exploded view of an exemplary LED system. Referring to FIG. 1A, the LED system comprises the following subsystems: a light emitting diode (LED) 101, a
各サブシステム101乃至106は、以下に詳細に述べる特性、特徴、変更または変形を有する。 Each subsystem 101-106 has the characteristics, features, modifications or variations described in detail below.
LED
本開示で言及されているLEDは非常に一般的な特徴を有するように意図されている。このLEDは、少なくとも1つの発光半導体ダイを具え、選択的に、蛍光体または一体型光学部品もしくは外部光学部品でパッケージされているか、またはPCB上に装着されている。
LED
The LEDs mentioned in this disclosure are intended to have very general characteristics. The LED comprises at least one light emitting semiconductor die, optionally packaged with phosphors or integral or external optical components, or mounted on a PCB.
LEDは、例えば、UV、可視または赤外領域といった、250nm−900nmの範囲で放射するスペクトルの少なくとも一部を有する。 LEDs have at least part of the spectrum that emits in the range of 250 nm-900 nm, for example in the UV, visible or infrared region.
このLEDは、PCBへの取り付けができるフォーマットでパッケージングすることができる。例えばファイバーガラス樹脂材料(例えばFR4)又はメタルコアプリント回路基板(MCPCB)などのPCB材料は、改善された熱散逸特性を有する。このLEDパッケージは、表面実装型デバイス(SMD)、チップオンボード(COB)またはチップスケールパッケージ(CSP)、または他の周知のパッケージング方法であってもよい。 The LED can be packaged in a format that can be attached to a PCB. For example, PCB materials such as fiberglass resin material (eg FR4) or metal core printed circuit board (MCPCB) have improved heat dissipation properties. The LED package may be a surface mount device (SMD), chip on board (COB) or chip scale package (CSP), or other known packaging method.
少なくとも2つのLEDが存在する場合は、これらのLEDは、実質的に同様のスペクトルを有していても、実質的に異なるスペクトルを有していてもよい。例えば、異なるスペクトルは、赤、オレンジ、黄色、緑、青、藍、紫、紫外線、または赤外線、あるいは白色の異なる色温度を含み得る。 If there are at least two LEDs, these LEDs may have substantially similar spectra or have substantially different spectra. For example, the different spectra can include different color temperatures of red, orange, yellow, green, blue, indigo, purple, ultraviolet, or infrared, or white.
図2Aは、例示的なLEDの実施形態の正面図である。図1Bを参照すると、LED101は、プリント回路基板(PCB)202に装着した144個のLEDパッケージ201を具える。LEDは、内側リングまたは内周部221、中間リングまたは中周部222、および外側リングまたは外周部223に配置されている。中周部222は外周部223と交差していない。最内周部221は、中周部222と交差していない。ワードリングと外周部は互換的に使用される。図に示すように、外側リングは内側リングよりも多くのLEDを有する。内側リング221は24個のLEDパッケージを有し、中間リング222は48個のLEDパッケージを有し、外側リング223は72個のLEDパッケージを有する。外側リング223は、中間リング222及び最内側リング221と同様に、全てのLEDを包囲している、周囲を取り囲んでいる、封入している、あるいは含有している。中間リング222は内側リング221を含む。少なくとも一の開放領域205aが中間リング222と外側リング223との間に設けられている。少なくとも一の開口領域205bが、内側リング221と中間リング222との間に設けられている。少なくとも一の開放領域205cが内側リング221内に設けられている。開放領域205a、205bおよび205cによって、空気が流れる。
FIG. 2A is a front view of an exemplary LED embodiment. Referring to FIG. 1B, the
複数のリングにまたがってLEDを広げることは、すべてのLEDを含む単一のリングよりも、またはすべてのLEDが中央領域に集中している場合よりも、利点を提供することができる。複数のリングを横切ってLEDを配置することで、外周内に含まれる表面にわたって熱的にLEDをより均一に分布させることができるようになり、それによってより多くのLEDを表面上に配置しても、熱を小さくできる。様々な実施形態において、LEDは、LEDのリング間に少なくとも1つの開口部を具えている。 Spreading LEDs across multiple rings can provide advantages over a single ring that includes all LEDs, or when all LEDs are concentrated in a central region. Arranging LEDs across multiple rings allows the LEDs to be more evenly distributed over the surface contained within the outer periphery, thereby placing more LEDs on the surface. Can also reduce heat. In various embodiments, the LED comprises at least one opening between the rings of LEDs.
図2Bは、LED間の例示的な開口または開口領域の概念を示す図である。図に示すように、LED(例えばLED101)は少なくとも3つのLED207乃至209を具えており、各LED207乃至209は それぞれプリント回路基板(PCB)211乃至213上に取り付けられている。PCB211乃至213は、機械的に分離されていても、機械的に互いに接続されていてもよい。例えば、点線は、PCB211乃至213のうちの少なくとも2つに機械的に接続しているPCB、または他の材料を表している。外側LED207乃至209によって外周216が形成されている。外周216は、システム内の全てのLEDを含む、包含する、包囲する、または含んでいる。PCB開放領域221は、外周216内およびPCB211乃至213の間に形成されており、LED間を空気が流れることができる。
FIG. 2B is a diagram illustrating the concept of an exemplary opening or opening area between LEDs. As shown in the figure, an LED (for example, LED 101) includes at least three
図2Cは、LED間の例示的な開口部または開口領域の概念を示す図である。図2Bを参照すると、LEDは更に、外周216内に含まれる内周226を具える。図に示すように、内周は、3つのLED227乃至229によって形成されている。LED227乃至229は各々、それぞれPCB231乃至233上に搭載されている。この内周226を形成するLED227乃至229のうちの少なくとも1つは、外周216を形成するLED207乃至209と異なっていてもよい。外周部216と内周部226は互いに交差していない。外周部216は、内周部226を封入している。PCB227乃至229は、機械的に分離されていてもよく、または機械的に互いに接続されていてもよい。例えば、点線は、PCB227乃至229のうちの少なくとも2つを機械的に接続するPCB、または他の材料を表している。内周部226は、少なくとも1つの内側開口領域225を具えており、LED間の空気流を可能にする。内周226は、外周216に完全に含まれている。光学系(図示せず)を有する内周226を追加することによって、LEDが発生する熱を、外周部によって画定され境界を定められた表面にわたって最適に広げることができ、放熱が改善されて、その結果、ヒートシンク表面全体の温度分布が均一になる。
FIG. 2C is a diagram illustrating the concept of an exemplary opening or area between LEDs. Referring to FIG. 2B, the LED further comprises an
様々な実施形態では、LED227乃至229の少なくとも一つを、LED光学素子を具える機械構造のエッジ付近または外周近傍に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、LED227乃至229は光学素子のエッジから25mm以内に取り付けることができる。図1B乃至図2Bを参照すると、では、LED223の外側リングは、ヒートシンク102の直径エッジの25mm以内に取り付けられている。
In various embodiments, at least one of the LEDs 227-229 can be mounted near the edge or near the outer periphery of the mechanical structure comprising the LED optics. In some embodiments, the LEDs 227-229 can be mounted within 25 mm from the edge of the optical element. Referring to FIGS. 1B-2B, the outer ring of the
一次光学系
一次光学系は、少なくとも一のLEDからの光の少なくとも一部を第1の光分布に方向変換させる。この光学系の種類は非常に一般的であることを意図しており、反射または屈折またはそれらの組み合わせなどの機構を介して光を方向転換させることができる。反射または屈折素子は、凸レンズ、凹レンズ、空気複合放物面型反射体(空気CPC)、誘電複合放物面型反射体(誘電CPC)、フレネルレンズ、全内部反射レンズ(TIR)、屈折率分布型レンズ、回折レンズ、マイクロレンズ、マイクロ構造体、回折光学素子、セグメントレンズ、RXIレンズ、光ガイドまたは光ガイドテーパまたはそれらの組み合わせを具える。一次光学系は、単一の光学素子または光学素子アレイからなる。
Primary optical system The primary optical system redirects at least part of the light from at least one LED to a first light distribution. This type of optical system is intended to be very general and can redirect light through mechanisms such as reflection or refraction or combinations thereof. Reflective or refractive elements include convex lenses, concave lenses, air composite parabolic reflectors (air CPC), dielectric composite parabolic reflectors (dielectric CPC), Fresnel lenses, total internal reflection lenses (TIR), refractive index distribution A mold lens, a diffractive lens, a microlens, a microstructure, a diffractive optical element, a segment lens, an RXI lens, a light guide or a light guide taper or a combination thereof. The primary optical system consists of a single optical element or an optical element array.
いくつかの実施形態では、LEDシステムは、各々のLEDが自身の光学素子を有する少なくとも3個のLEDを具えている。少なくとも3つのLEDによって形成された外周部内では、光学系およびLED内に少なくとも1つの開放領域を形成することができ、それによって、ブロックされた開放領域と比較して、空気流が改善される。 In some embodiments, the LED system comprises at least three LEDs, each LED having its own optical element. Within the perimeter formed by the at least three LEDs, at least one open area can be formed in the optical system and the LEDs, thereby improving airflow compared to the blocked open area.
いくつかの実施形態では、LEDシステム101は、少なくとも3つのLEDパッケージと、少なくとも一つの光学素子を有している。光学素子はLEDによって共有できる。光学素子は開放領域を有していてもよい。少なくとも3つのLEDによって形成された外周部は、少なくとも1つの開口領域を具える。光学素子およびLEDの開放領域は、空気流を改善できる。例示的な例では、光学素子は、例えばプリズム状反射体、鏡、またはアルミニウム金属反射体などの反射体であってもよい。そのような反射体構造は、空気流を可能にする開放構造を有していてもよい。
In some embodiments, the
図3は、少なくとも一の光学素子301を有する主光学系の背面図を示す。図1A乃至3を参照すると、各光学素子301は、LED101の少なくとも一のLEDパッケージ201に対応する。光学素子301は、少なくとも一のLEDパッケージ201からの生の光出力の少なくとも一部を第1の光分布に方向変換させる。図に示すように、144個の光学素子301がある。光学素子301は、24個の光学素子でなる内側リング321が内側リング221のLEDパッケージ201に対応し、48個の光学素子からなる中間リング322が中間リング222のLEDパッケージ201に対応し、72個の光学素子からなる外側リング323が外側リング223のLEDパッケージ201に対応するように配置されている。個々の光学素子301は、ホルダ302によって互いに保持されており、組み立てを容易にするために互いに保持された共通の機械的ユニットを形成している。光学系の材料は、実質的に光透過性であり、アクリル、ポリカーボネートまたはガラスなどの材料を含む。材料がプラスチックの場合、材料は射出成形または圧縮成形技術を用いて製造することができる。
FIG. 3 shows a rear view of the main optical system having at least one
図4Aは、例示的なLEDからの生の光出力分布を示す。図に示すように、例示的なLEDパッケージ401からの生の光出力402は、半値全幅ビーム角(FWHM)が約120度(120°)の分布において実質的にランバート分布である傾向にある。一次光学系の目的は、この生の出力の少なくとも一部を、第1の光分布全体に方向変換させることである。いくつかの実施形態において、第1の光分布は、FWHMが<120°であり、例えばFWHMが<100°、または<90°である。
FIG. 4A shows the raw light output distribution from an exemplary LED. As shown, the raw
図4Bは、例示的なLEDパッケージからの生の光出力の少なくとも一部を方向変換させる反射面を有する反射体を示す。結果として生じるトータルの光は、方向変換された光と方向変更されていない光を含み、第1の光分布403を形成する。反射面404は、適切な形状の基板材料上に金属コーティングすることによって形成され、入射光を第1の光分布の少なくとも一部に反射させる。このような場合、光は基板材料を透過しないので、基板材料は光透過性である必要はない。いくつかの実施形態では、反射面404の少なくとも一部は、実質的に、複合放物線状集光器(CPC)の形状であるか、またはその形状に基づくものであってもよい。
FIG. 4B shows a reflector having a reflective surface that redirects at least a portion of the raw light output from the exemplary LED package. The resulting total light includes redirected light and light that has not been redirected to form a
図4Cは、全反射(TIR)レンズの光出力分布を示す。入力屈折面406、407は、LED401からの生の光出力402の少なくとも一部を屈折させる。入力面407によって屈折した光の少なくとも一部は、出射面409でさらに屈折する。入力面406によって屈折した光の少なくとも一部は、TIR表面408で反射して、次いで出射面409で屈折する。結果として生じるトータルの光が第1の光分布410を形成する。
FIG. 4C shows the light output distribution of a total internal reflection (TIR) lens. The
図4Dは、誘電体CPCの光出力分布を示す。入力面412は、LED401からの生の光出力402の少なくとも一部を屈折させる。入力面412によって屈折した光の少なくとも一部は、出射面414でさらに屈折する。入力面412によって屈折した光の少なくとも一部は、さらに面413で全反射して、次いで出射面414で屈折する。結果として生じるトータルの光が第1の光分布415を形成する。図に示した例では、面414、412は実質的に平坦である。いくつかの実施形態では、面414、412のどちらかの少なくとも一部分が湾曲していてもよい。
FIG. 4D shows the light output distribution of the dielectric CPC. The
図4Eは、明らかに凸状に湾曲した出力面または出射面を有する誘電体CPCの光出力分布を示す。図に示すように、第1の光分布417は、明らかに凸状に湾曲した出力面416から生じる。出力面416は、有利なことに、第1の光分布415中の広角光線を、より広角でない光を有する光分布417に減少することができる。結果として生じる光分布417はグレアを低減することができる。
FIG. 4E shows the light output distribution of a dielectric CPC having an output surface or exit surface that is clearly curved in a convex shape. As shown, the
図4Fは、一の光学系に対応する複数のLEDパッケージを有するLEDシステムの側面を示す。図に示すように、光学素子421は少なくとも3つのLED420(第3のLEDは図示せず)によって共有されている。光学素子421は、開口領域422を具える。外周部内は、少なくとも3個のLED420で形成されており、開口領域425を具える。様々な実施形態において、外周部は複数の開口領域を具えている。光学素子421とLED420によって形成されているような開放領域425により、改善された空気流423、424ができる。例えば、光学素子421は、例えばプリズム反射体、またはコーティングされたミラー、またはアルミニウム金属反射体、などの反射体である。一般的に、このような反射体は空気が自由に流れるように、開放構造である。
FIG. 4F shows a side view of an LED system having a plurality of LED packages corresponding to one optical system. As shown, the
図5Aは、例示的な一次光学素子の底面図である。図1および3を参照すると、LEDシステム101は、72個の外側光学素子301で形成された外周部501を具える。外周部501は、残りの光学系301をすべて包含する。144個の光学素子は全て、ホルダ302で互いに連結されており、共通の機械ユニットを形成している。図に示すように、LEDシステム101は、外側リング501、中間リング510、および内側リング511を具える。各リング501、510、及び511は、複数のLEDを有する。外側リング501は、中間リング510と内側リング511の両方を具えている。中間リング510は、内側リング511を具えている。リング501は、少なくとも一の光学的開放領域502aを有する。リング510は、少なくとも一の光学的開放領域502bを有する。リング511は少なくとも一の光学的開口領域502cを有する。この開放領域502a乃至502cによって、空気流ができる。
FIG. 5A is a bottom view of an exemplary primary optical element. Referring to FIGS. 1 and 3, the
図5Bは、外周を形成する少なくとも3つの光学素子を有する光学系の例示的な開口部の概念図である。少なくとも3つの光学系503乃至505は、外周部506がLEDシステム(例えば、LEDシステム101)内の残りのいずれかの光学系を含む、これを囲む、またはこれに及ぶように、外周506を形成している。光学系503乃至505は、機械的に分離されていてもよく、あるいは互いに機械的に接続されてもよい。例えば、点線は、少なくとも2つの光学系503乃至505を機械的に接続するレンズホルダの一部を表している。各光学部品503乃至505は、LEDパッケージ(例えばLEDパッケージ201)に対応する。光学的開口領域508は、光学系503乃至505間の周囲506内に形成されている。この光学開口領域508によって、空気流ができる。
FIG. 5B is a conceptual diagram of an exemplary opening of an optical system having at least three optical elements forming an outer periphery. At least three optical systems 503-505 form an
図5Cは、外周部内の例示的な開口部の概念図である。図5Bを参照すると、少なくとも3つの光学系23乃至525によって形成された第2の内周部526が、外周部506に含まれている。いくつかの実施形態では、光学素子523乃至525のうちの少なくとも一つに対応するLEDの少なくとも一つが、光学素子503−505のうちの少なくとも1つに対応するLEDのうちの少なくとも一つと異なっている。各光学素子503乃至505、523乃至525はLEDパッケージに対応している。図に示すように、外周部506と内周部526は互いに交差していない。光学系523乃至525は、機械的に分離されていてもよく、あるいは機械的に互いに接続されていてもよい。例えば、点線は、光学系523乃至525のうちの少なくとも2つを機械的に接続するレンズホルダの一部を表している。内周部526は少なくとも1つの内側開口領域528を具えており、空気流を作っている。図に示すように、内周部526は、外周部506内に完全に収容されている。光学素子を有する内周部526の追加によって、外周部506によって画定され境界を定めた表面にわたってLEDを最適に広げることができる。これによって、放熱性が向上し、ヒートシンク表面にわたる温度分布がより均一なものになる。
FIG. 5C is a conceptual diagram of an exemplary opening in the outer periphery. Referring to FIG. 5B, the outer
いくつかの実施形態では、少なくとも一つの光学素子は、光学系全体を構成する構造の外周近傍に取り付けるようにしてもよい。様々な実施形態において、光学素子の少なくとも一部が、LEDシステムの端から25mm以内に取り付けられている。図2Aおよび3Aを参照すると、光学部品の外側リング323は、LEDの外側リング223に対応する。外側リング323は、ヒートシンク102の直径端部の25mm以内に取り付けることができる。
In some embodiments, the at least one optical element may be attached near the outer periphery of the structure constituting the entire optical system. In various embodiments, at least a portion of the optical element is mounted within 25 mm from the edge of the LED system. Referring to FIGS. 2A and 3A, the
光照度分布または光学的配光は、光源から異なる角度で光がどのように放射されるかによって測定される。トータルでの可能な分布は、4つのPIステラジアン(4π)として知られる球体への分布である。可視光強度の通常の単位は、ステラジアンあたりのカンデラ(cd)またはルーメン(l)である。配光を典型的に表わすのは、球をスライスして、放射単位がカンデラである極座標プロットの形で、光強度をプロットすることである。 The light illuminance distribution or optical light distribution is measured by how light is emitted at different angles from the light source. The total possible distribution is a distribution to a sphere known as four PI steradians (4π). The usual unit of visible light intensity is candela (cd) or lumens (l) per steradian. A typical representation of light distribution is to slice the sphere and plot the light intensity in the form of a polar coordinate plot where the radiation units are candela.
図6Aは、LEDから出力される生の光のランバート光強度分布の例示的な光強度を示す極座標プロットである。LEDは、実質的に、下半球内に光601を放射する。中心光軸602は、極座標プロット上でゼロ度(0°)にある。高天井用照明、街路灯用照明、PAR、MR、BR、ARを含む指向性照明用途の場合、大部分の光は、光軸602の方向で光学系の前の有用な領域を照らすことを意図している。有用な光の領域603は、中心光軸602から±50°と定義されている。±50°より大きく±90°より小さい領域は、グレアゾーン604と定義される。ランバート分布の場合、かなりの光がグレアゾーン内にあり、無駄になるだけでなく、視覚的な不快感の原因にもなっている。グレアゾーン604に放射される光を最小限に抑え、光学素子を介してこの光を有用域603により効率的に方向転換することが非常に望ましい。有用領域603およびグレア領域604は、概して大部分の光が放射される下半球を形成する。上半球605は、アップライトゾーン605と呼ばれる領域を定義している。このアップライトは、光がどれだけ良好に天井を照らすことができるかを定義する。様々な実施形態において、アップライトは必要であり、あるいは必要とされない。
FIG. 6A is a polar plot showing an exemplary light intensity of a Lambertian light intensity distribution of raw light output from an LED. The LED emits light 601 substantially in the lower hemisphere. The central
図6Bは、一方の半球のみにおける光強度分布を示すようにx軸を0−90°の範囲でプロットしたデカルト座標の配光分布を示す図である。 FIG. 6B is a diagram showing a light distribution of Cartesian coordinates in which the x-axis is plotted in the range of 0-90 ° so as to show the light intensity distribution in only one hemisphere.
関心のある平面 における照度プロファイルE(θ)は、次式によって計算される。
ここで、角θとhにおけるカンデラ強度分布I(θ)は、照明器具から照度を計算する平面への高さに等しい。この平面は、例えば、作業面または床であってもよい。照度の一単位は、1 平方メートルあたりのルーメン(1/m2)またはルクスである。
からの照度E(θ)は、(cosθ)3で、急速に減少することに留意されたい。より均一な照度E(θ)を得るには、θと共に値を増加させて光強度分布I(θ)を少なくとも部分的に補償し、(cosθ)3と共に減少を相殺する必要がある。いくつかの実施形態では、このI(θ)の補償は、中心軸から15−45°の軸外領域へ離れてゆく光強度分布I(θ)のピークとして現れる。様々な実施形態において、光強度は、中心から、中心からの相対横方向距離0.7までの変動が、中心照度の少なくとも40%であるような相対照度プロファイルとなる。相対横方向距離は、高さhで割った中心軸602から横方向の距離Dとして定義され、ここで、横方向の距離はD=h・tanθであり、高さhは、LEDシステムの高さhである。このように、相対横方向距離は、単に、tanθである。
The illumination profile E (θ) in the plane of interest is calculated by the following equation:
Here, the candela intensity distribution I (θ) at the angles θ and h is equal to the height from the luminaire to the plane on which the illuminance is calculated. This plane may be, for example, a work surface or a floor. One unit of illuminance is lumens per square meter (1 / m 2 ) or lux.
Note that the illuminance E (θ) from is rapidly reduced at (cos θ) 3 . To obtain a more uniform illuminance E (θ), it is necessary to increase the value with θ to at least partially compensate the light intensity distribution I (θ) and offset the decrease with (cos θ) 3 . In some embodiments, this I (θ) compensation appears as a peak in the light intensity distribution I (θ) that moves away from the central axis to an off-axis region 15-45 °. In various embodiments, the light intensity is a relative illumination profile such that the variation from the center to a relative lateral distance of 0.7 from the center is at least 40% of the center illumination. The relative lateral distance is defined as the lateral distance D from the
少なくとも一の光学部品と組み合わせた少なくとも一のLEDによって生じる光分布は、グレア、有用ゾーン内の光量、アップライト、相対照度均一性、およびレベルまたは照度などのパラメータを決定する。様々な実施形態において、この光分布は、以下の要件の一又はそれ以上の1つ以上を満たす。
a.光強度分布I(θ)のピークは中心軸ではなく、中心から15−40°の領域にある。
b.光強度I(θ)は、中心から相対横方向距離0.7(tanθ = 0.7)までの変動が、中心照度の少なくとも40%であるような相対照度プロファイルになる。
c.下半球の全光の少なくとも85%が有効領域にある。
d.グレアゾーンに入るのは光の20%以下である。
e.グレアゾーン604内の最大カンデラは、中心軸602カンデラの15%以下である。
f.全光の少なくとも70%が有用領域603にあり、少なくとも7.5%の光がアップライト領域にある。
g.少なくとも5%の光がアップライト領域にある。
The light distribution produced by the at least one LED in combination with the at least one optical component determines parameters such as glare, amount of light in the useful zone, upright, relative illumination uniformity, and level or illumination. In various embodiments, this light distribution meets one or more of one or more of the following requirements.
a. The peak of the light intensity distribution I (θ) is not in the central axis but in the region of 15-40 ° from the center.
b. The light intensity I (θ) has a relative illuminance profile in which the variation from the center to the relative lateral distance 0.7 (tan θ = 0.7) is at least 40% of the central illuminance.
c. At least 85% of the total light in the lower hemisphere is in the effective area.
d. Less than 20% of the light enters the glare zone.
e. The maximum candela in the
f. At least 70% of the total light is in the
g. At least 5% of the light is in the upright region.
図6B乃至6Fは、様々な異なる光分布の特性を示す図である。既存のAcuity社のHID400W冶具からの第1の光分布。第2の光分布は、LEDランバート分布の一例を示す。第3の光分布は、LEDガウス分布からのものである。第4の光分布は、例示的なLEDターゲット分布からのものである。これらの光分布の特性が表1乃至3にまとめられている。 6B to 6F are diagrams showing characteristics of various different light distributions. First light distribution from an existing Accuracy HID400W jig. The second light distribution shows an example of the LED Lambert distribution. The third light distribution is from the LED Gaussian distribution. The fourth light distribution is from an exemplary LED target distribution. These light distribution characteristics are summarized in Tables 1 to 3.
最初の光分布は、既存の商業照明である、Acuity High Bay HID(THD 400MP A15 TB LPI)システムである。このAcuity HID照明器具は、後の3つのLEDシステムと比較するための基準として使用されている。表1にまとめたように、Acuity HID照明器具は、最初に40,000ルーメンのHIDランプと、光を方向変換する損失30%の持つリフレクタを使用している。このように、Acuity HIDは照明器具効率が70%である。さらに、Acuity HID照明器具の光維持率は63%である。光維持率は、例えばランプ内腔の償却または汚れの蓄積などの他の損失の問題の主要因となる。一般的に、HIDシステムは、LEDシステムよりもはるかに高いルーメン劣化を示し、その結果、HIDは、85%のLEDシステムよりも悪い63%の光維持率となる。照明器具効率と光維持率の後の正味ルーメンは、17,640ルーメンである。図6Bに示すように、Acurity HIDの光分布610は、17,640ルーメンに基づいて計算されている。図6Fは、中心軸602上から様々な角度までの累積積分光を示しており、様々なゾーン内の全光の表示を提供している。Acuity HID照明器具の場合には、図6Fと表2が、AcurityHID光分布650が有用領域603で約78.5%である一方で、21.5%のエネルギーがグレア領域604で浪費されている。したがって、有用領域603では13,841ルーメンのみがあり、グレアゾーンで3,799ルーメンが無駄になっている。図6Cは、中心値に正規化された光分布を示す。図に示すように、HID正規化光強度分布曲線620は、グレアゾーン604内の最大カンデラが中央カンデラ値の69.8%と非常に高いことを示している。図6Dは、20フィート(h = 20)に等しい高さにおける計算された照度をルクスで示している。X軸は、中心軸602からの相対横方向距離であり、横方向距離を高さで割った値、または単にtanθとして計算される。表3に対応するHID照度630は、約186ルクスの中心ピークを示す。図6Eは、中心軸照度に対して正規化された相対照度640の均一性を示す。図6Eおよび表3は、相対横方向距離0.7で、56%の相対照度といった最悪の結果となる、HID光分布を表す曲線640を示している。
The first light distribution is the existing commercial lighting, the Accuracy High Bay HID (THD 400MP A15 TB LPI) system. This Authority HID luminaire is used as a reference for comparison with the later three LED systems. As summarized in Table 1, the Accuracy HID luminaire initially uses a 40,000 lumen HID lamp and a reflector with a 30% loss to redirect the light. Thus, Aquity HID has a lighting fixture efficiency of 70%. Furthermore, the light maintenance rate of the Aquity HID luminaire is 63%. Light retention is a major factor in other loss issues such as lamp lumen depreciation or dirt build-up. In general, HID systems show much higher lumen degradation than LED systems, so that HID has a 63% light maintenance rate worse than 85% LED systems. The net lumen after luminaire efficiency and light maintenance rate is 17,640 lumens. As shown in FIG. 6B, the
二番目の光分布は、実質的にランバート分布611(図6B参照)を有するLEDシステムの一例である。このような分布は、光学素子による方向変換を伴わない生の典型的なLED放射である。生のLED出力は18,000ルーメンである。100%の照明器具効率および85%の光維持率を考慮すると、正味のルーメンは15,300ルーメンに減少する。光分布611は、15,300ルーメンを反射するように調整されている。表2と累積光度曲線651を参照すると、ランベルト光分布611は、グレアゾーン604で約39.7%の光(6,075ルーメン)が無駄に消費され、有用ゾーン603では60.3%(9,225ルーメン)のみとなる、顕著なグレアを有する。図6Dと表3にまとめたものを参照すると、結果として生じる照度631は、中心値4740ルクスを有し、これは6915ルクスのAcuity HIDの基準ケースよりも著しく低い。図6Cと表3にまとめたものを参照すると、ランバート分布相対強度621は、グレアゾーン604で中心強度に対して64.3%の相対最大カンデラを示す。図6Eと表2にまとめたものを参照すると、曲線641は、0.7の相対横方向距離で45%の相対照度の最悪の場合のランバート光分布となっている。
The second light distribution is an example of an LED system having a substantially Lambertian distribution 611 (see FIG. 6B). Such a distribution is raw typical LED radiation without any direction change by the optical element. The raw LED output is 18,000 lumens. Considering 100% luminaire efficiency and 85% light maintenance rate, the net lumen is reduced to 15,300 lumens. The light distribution 611 is adjusted to reflect 15,300 lumens. Referring to Table 2 and the cumulative luminous intensity curve 651, the Lambertian light distribution 611 shows that approximately 39.7% of light (6,075 lumens) is wasted in the
ガウス光強度プロファイルは、広い分類にわたる強度プロファイルを表すことを意図している。プロファイルは、厳密にガウス形状である必要はなく、むしろ0°の中心光軸にほぼ近いピーク強度を持ち、その後より大きな角度で強度が減少する、すなわち中心光軸602から離れてゆく、光分布である。このような光強度分布I(θ)は、(cosθ) 3の低下を補償することができず、その結果、概して非常に不均一な照度プロファイルとなる。ガウス分布を広げると(cosθ)3を補正することができず、同時に非常に高いグレアと軸照度の大幅な低下を招く可能性がある。ガウス様形状は、典型的には、例えば単純なレンズ、TIR、または単純な反射体などの単純な光学系を用いて作ることができる。
The Gaussian light intensity profile is intended to represent an intensity profile across a broad classification. The profile does not have to be strictly Gaussian, but rather has a peak intensity that is approximately close to the central optical axis of 0 °, after which the intensity decreases at a larger angle, ie, moves away from the central
図6Bおよび表1を参照すると、3番目の光分布612はLEDガウス分布の一例であり、これは100%の照明器具効率および85%の光維持率で割り引いた合計18,000ルーメンに基づいて、15,300ルーメンを反射するように調整されている。ガウス形状およびFWHMは、更に4番目の分布633と一致するように中心ピークを7661cdに設定することによってさらに決まる。この実施例における総ルーメンは、ランバート分布と同じであるが、7661cdの中心ピーク強度は、ランバート分布やAcuity HIDより高い。しかしながら、累積光度曲線652(図6Fおよび表2参照)は、グレアゾーン604内の全光の27.4%という、比較的高いグレアを示している。この結果、有効ゾーン603内の11,115ルーメンおよびグレアゾーン604内の4,185ルーメンとなる。また、相対カンデラ曲線622(図6Cおよび表3参照)は、グレアゾーン604で33%の相対最大カンデラを示す。グレア光のその部分とグレアゾーン604の最大カンデラは、Acuity HIDとランバート分布の両方にわたって改善されるが、グレアはまだ比較的高い。更に、グレアは照度均一性を犠牲にして改善される。照度曲線632(図6Dおよび表3を参照)は7661ルクスの中心照度を示すが、中心から相対横方向距離0.7までの照度642の変動は約32%であり、これはAcuity HIDやランバート分布よりも悪い。
Referring to FIG. 6B and Table 1, the third light distribution 612 is an example of an LED Gaussian distribution, which is based on a total of 18,000 lumens discounted with 100% luminaire efficiency and 85% light retention. , Adjusted to reflect 15,300 lumens. The Gaussian shape and FWHM are further determined by setting the center peak to 7661 cd to match the
図6Bは、100%の照明器具効率および85%の光維持率に応じた合計18,000ルーメンに基づいて、15,300ルーメンを反射するように調整されたターゲットLED光分布613を示す。光分布613は、光分布の好ましい実施形態を表す一般的な種類のプロファイルを示している。このクラスのプロファイルは、同時に、より低いグレアおよびより優れた照度均一性を提供する。この特性は、所定の角度範囲について、角度θで光強度分布I(θ)を増加させることによって(cosθ>)3の照度の低下を部分的に補償することで達成できる。この結果、中心から約15−45°の領域で中心軸から離れたところにピーク強度がくる。特定の分布613は、約24°にピーク強度がある。別の特徴である強度は、グレアゾーン604においてピークから比較的低い値へ光分布を下げることによってグレアを最小にする。これは、ランバート分布またはガウス強度分布のいずれかの特徴である強度に、より急峻なロールオフを必要とする。図6Cおよび表3の要約を参照すると、相対強度623は、図に示すように、24°で約115%のピークからグレアゾーン604においては6.9%未満となる。この急激なロールオフは26°以内で生じる。この結果、図6Fに示すように、累積光レベル曲線653となり、また、表2に要約されているように、グレアゾーンの光がわずか0.3%(40ルーメン)であり、有効ゾーンの全光が約99.7%(15,260ルーメン)になる。したがって、グレアは、Acuity HID、ランバート分布、またはガウス分布を超える大幅な改善になる。同時に、図6Dに示すように、照度プロファイル633は、中心照度が206ルクスで始まる相対横方向距離0.7にわたって著しく高い。さらに、中心から相対横方向距離0.7までの照度の変動は、中心照度の約59%である。したがって、4つの分布のうち、ターゲット分布は、グレアが最も低いだけでなく、中心カンデラが最も高く、照度が最も高く、中心照度が最も高く、照度均一性も最も良好である。生の18,000ルーメンしかないLED Targetの光分布613は、40,000ルーメンの2倍以上の生の光レベルを持ち、従来のAcuity HID照明器具大幅に上回っている。
FIG. 6B shows the target LED
いくつかの実施形態では、ターゲット光強度分布の特性は、好ましくは図6Dに示す誘電体CPC光学系、あるいは、図6Eに示す湾曲した出力を有する誘電体CPC光学系を使用して達成される。 In some embodiments, the target light intensity distribution characteristic is preferably achieved using a dielectric CPC optical system as shown in FIG. 6D or a dielectric CPC optical system with a curved output as shown in FIG. 6E. .
いくつかの実施形態では、一番目の光分布またはターゲット分布が、以下の要件の一又はそれ以上を満足している:
a.光強度分布I(θ)のピークが中心軸ではなく、中心から15°−45°の領域にある。
b.光強度分布I(θ)は、中心から相対横方向距離0.7までの照度の変動が中心照度の少なくとも40%であるような相対照度プロファイルをもたらす。
c.下半球内の全光の少なくとも85%が有用領域603内にある。
d.グレアゾーン604内の光が20%以下である。
e.グレアゾーン604内の最大相対強度が、中心強度の15%以下である。
In some embodiments, the first light distribution or target distribution meets one or more of the following requirements:
a. The peak of the light intensity distribution I (θ) is not in the central axis but in the region of 15 ° -45 ° from the center.
b. The light intensity distribution I (θ) results in a relative illuminance profile such that the illuminance variation from the center to a relative lateral distance of 0.7 is at least 40% of the central illuminance.
c. At least 85% of the total light in the lower hemisphere is in the
d. The light in the
e. The maximum relative intensity in the
ヒートシンク
ヒートシンクは、例えば、ダイキャスト、押出し成形、スカイビング、折り畳みフィン、およびシートメタル などの当技術分野において周知の複数のプロセスによって製造することができる。ヒートシンク材料には、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金または熱伝導性プラスチックがある。このような熱伝導性プラスチックは、1W/M−Kより大きい熱伝導率を有する射出成形のようなプロセスで製造することができる。このような熱伝導性プラスチック材料を提供している会社の一つはCelanese Corporationである。一般に、ヒートシンクは、共通の基部に取り付けられたピンまたはフィンなどの構造を構成する表面積の大きな細長い構造の領域で構築されている。この大きな表面積は、ヒートシンクから空中へ熱を放散させるために使用される。これらの細長い構造は、一般に共通の基部に取り付けることによって互いに機械的に保持される。本開示のいくつかの実施形態では、基部が実質的に平面であり、LEDおよび/または光学部品を取り付ける機械的構造体として機能する。
The heat sink heat sink can be manufactured by a number of processes well known in the art such as, for example, die casting, extrusion, skiving, folding fins, and sheet metal. The heat sink material can be aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy or thermally conductive plastic. Such a thermally conductive plastic can be manufactured by a process such as injection molding having a thermal conductivity greater than 1 W / M-K. One company that provides such thermally conductive plastic materials is Celanese Corporation. In general, heat sinks are constructed of long, narrow surface areas that make up structures such as pins or fins attached to a common base. This large surface area is used to dissipate heat from the heat sink into the air. These elongated structures are generally held together by attaching to a common base. In some embodiments of the present disclosure, the base is substantially planar and functions as a mechanical structure for attaching the LEDs and / or optical components.
図7Aは、ヒートシンクを有する例示的なLEDシステムの断面図である。LEDシステムは、ヒートシンク701と、少なくとも3つのLED702と、LED702に対応する一連の光学部品703を具える。LED702は、ヒートシンク701に熱的及び機械的に接触している。ヒートシンク701は、フィン又はピンなどの、一連の細長い構造704を有しており、LED702から発生した熱を周囲の空気に放散させる。これらの細長い構造704は、実質的に平担であるヒートシンクベース706に機械的に取り付けられている。ヒートシンク701は、712または705のような少なくとも1つの開口部を有している。外側LED702の少なくとも3つは、外周部711を形成している。一連の光学部品703は、少なくとも1つの開口部713、707を有する。開口部713、707は、ヒートシンク706の少なくとも一の開口705、712と少なくとも部分的に重なっている。これらの開口部が一緒になって、LEDシステムの前面からヒートシンク701の細長い領域708−709の内部に沿って、直接的で妨げのない気流が流れ、それによって熱の放散を改善している。
FIG. 7A is a cross-sectional view of an exemplary LED system having a heat sink. The LED system includes a
図7Bは、LED位置を明らかにするために光学部品を取り外した例示的なLEDシステムの正面図である。図に示すように、LEDシステムは、少なくとも3つのLED720で形成された少なくとも一の内周部721を具える。内周部721を形成する少なくとも一のLED720は、外周部711を形成するLED702とは異なっている。内周部721は、外周部711の上を横切っていない。図に示すように、外周部711は、内周部721を封入している。内周部721内には、712などの少なくとも1つの開口があり、改善された空気流にする。
FIG. 7B is a front view of an exemplary LED system with the optical components removed to reveal the LED location. As shown, the LED system includes at least one inner periphery 721 formed of at least three
このような開口705、707、712及び713、または開放領域708及び709がないと、空気は、ヒートシンク701の前面からヒートシンク701のエッジの周りを流れ、次いでヒートシンク701の内側709へ戻る、といった間接的な経路をとる必要がある。この間接的な迂回経路は空気流の抵抗を増加させ、空気流を減少させて、ヒートシンク701の周りを流れるプロセスが空気を加熱して、空気がヒートシンク701の内側709に到達する時間までに冷却能力が大幅に低下することになる。したがって、開口部705、707、712及び713は、ヒートシンクの細長い領域704の内側へ改善された直接的な冷気の空気流を流し、その結果、熱抵抗が著しく改善されることになる。
Without
空気流はまた、細長い構造体の真上の細長い構造体730を出て、LEDシステムの前から実質的に垂直な軸にある低空気抵抗経路を通ってLEDシステムの後ろに出ることができる。
The air flow can also exit the
少なくとも1の開口705、707、712及び713または開放領域708及び709は、空気流を改善し、以下の基準のうちの少なくとも1つを満たしている:
a.ヒートシンクベース、光学部品、およびPCBの開放領域は、外周領域の少なくとも25%である。
b.改善された空気流は、このような開口705、707、712及び713が覆われていた場合よりも少なくとも5%、10%または20%熱抵抗を減少させる。
c.改善された空気流は、このような開口部が塞がれている場合よりもヒートシンクの平均温度を少なくとも5℃低減する。
d.改善された空気流は、このような開口部が塞がれている場合よりもヒートシンクの最大温度を少なくとも5℃低減する。
e.空気は、光学システムの前面からヒートシンクベースを通って細長い構造体へと実質的に垂直な流路を流れ、細長い構造体の上に直接出てゆく。
At least one
a. The open area of the heat sink base, optical components, and PCB is at least 25% of the outer peripheral area.
b. The improved air flow reduces the thermal resistance by at least 5%, 10% or 20% than if
c. The improved air flow reduces the average heat sink temperature by at least 5 ° C. than when such openings are blocked.
d. The improved air flow reduces the maximum heat sink temperature by at least 5 ° C. than when such openings are blocked.
e. Air flows in a substantially vertical flow path from the front of the optical system through the heat sink base to the elongated structure and exits directly onto the elongated structure.
図8A乃至8Fは、細長い構造のヒートシンクを有する例示的なLEDシステムを示す図である。図8Aは、等角図である。図8Bは、ある距離で光学部品を取り外した状態の分解図である。図8Cは、光学部品を取り外して、少なくとも3つのLEDを示すLEDシステムの正面図である。図8Cは光学部品の正面図である。図8Eは、LEDシステムの正面図である。図8Fは、図8Eを参照したLEDシステムのL−L線に沿った断面図である。LEDシステム800は、一連のピン803を有するヒートシンクと、ヒートシンクベース802と、少なくとも3つのLED804と、光学部品アレイ820とを具える。この光学部品アレイ820は、少なくとも3つのLED804に対応する少なくとも3つの光学部品824からなる。最も外側のLED804のうちの少なくとも3つが外周部809を形成し、そこからすべてのLED804が含まれている。外周部804内には、少なくとも一の開口部806及び805、808があり、改善された空気流を提供している。最も外側の光学部品824のうちの少なくとも3つが外周部829を形成している。外周部829内には、少なくとも一の開口826及び825、828があり改善された空気流を提供している。各光学部品824は、個々のLED804に対応する。光学部品824は、その対応するLED804から出力された生の光の少なくとも一部を第1の光分布に方向変換する。LED804および光学部品824は、本開示の他の部分に記載されている。ヒートシンク806及び805、808内の開口部は、光学素子824内の開口部825及び826、828のいくつかと少なくとも部分的に重なっている。例えば、図8Eおよび図8Fに示すように、ヒートシンク開口部806は光学素子開口部826と少なくとも部分的に重なっており、ヒートシンク開口部805は光学素子開口部825と少なくとも部分的に重なっており、ヒートシンク開口部811は光学素子開口部821と少なくとも部分的に重なっている。これらの開口部805及び806、808、825及び826、828は共に、LEDシステム800の前面830からヒートシンクの細長い構造803の内部へ、そして細長い構造の上部840を出る、改善されたより直接的な垂直空気流路831、832を提供している。図に示す幾何学的形状により、空気がシステムの前面830からヒートシンクの内部831、832にある細長いピン構造803へ、ほとんど直接に、妨げられることなく流れる。
8A-8F illustrate an exemplary LED system having an elongated heat sink. FIG. 8A is an isometric view. FIG. 8B is an exploded view with the optical component removed at a distance. FIG. 8C is a front view of the LED system with the optical components removed and showing at least three LEDs. FIG. 8C is a front view of the optical component. FIG. 8E is a front view of the LED system. FIG. 8F is a cross-sectional view taken along line LL of the LED system with reference to FIG. 8E. The
様々な実施形態において、外側LED外周部809は少なくとも一の内周部810及び811を具えており、各内周部810及び811は少なくとも3つのLED804によって形成されている。内周部810及び811を形成する少なくとも一のLED804は、外周部809を形成する少なくとも3つのLED804とは異なる。内周部810及び811は少なくとも一の開口部806、808を有しており、改善された空気流を提供する。内周部810及び811は外周部809を横切っておらず、外周部809に封入されている。光学外周部829内には、少なくとも一の内周部820及び821が、少なくとも3つの光学系824によって 形成されている。内周部820及び821を形成する少なくとも3つの光学部品824のうちの少なくとも一の光学部品824は、外周部829を形成する少なくとも3つの光学系824とは異なる。内周部820及び821は、少なくとも一の開口部826、828を有しており、改善された空気流を提供する。これらの開口部826、828が塞がれると、空気832はヒートシンクの前部からヒートシンクの縁部の周りを流れ、次いでヒートシンクの内部に向かって流れることになる。この間接的な遠回りの経路は空気流の抵抗を増やし、気流を減少させる。ヒートシンクベース802の周りを流れるこのプロセスは、空気を加熱して、空気がヒートシンクの内部に到達する時間によって、著しく冷却能力を低下させる。LED804は、図8に示すように、ヒートシンクのベース802の表面にわたってほぼ均一に分布しているので、熱負荷の広がりを改善することができる。ヒートシンクベース802の開口も、ヒートシンク表面にわたって実質的に均一に分布しているので、ヒートシンクの内部へより均一な空気が流れるようになる。ヒートシンクベースにわたって熱負荷をより均等に分配することの重要さの一つは、ヒートシンクベースにわたって熱を分散させるあるいは伝導させる必要性が実質的に減少することである。LEDによって生成される熱のかなり多くは、ベースにわたって熱を分散させる必要なく、放熱構造に向けて後方に直接的に伝導される。いくつかの実施形態では、ベースの表面にわたる横方向の熱の拡散は、実質的にごくわずかである。ベースの熱拡散要件の低減、すなわち面内の横方向熱伝導率の要件の低減により、ベースを薄くすることができ、重量を減らし、空気流を改善する開口部を有するヒートシンクベース802内の穿孔が可能になる。いくつかの実施形態において、ヒートシンクベースは、0.5乃至4mmの厚さである。図8A乃至8Fにおいて、LED804は、ヒートシンクベース802のベースにわたって実質的に互いから熱的に絶縁されており、このベースは、開口部808の間で薄いスライバ831によってのみ接続されている。このスライバは、ベースにわたる熱伝導率より、ベースを単一の機械的ユニットとして保持する役割を持つ。
In various embodiments, the outer LED
所定のアプリケーションにおいては、LEDシステム全体の重量制限がある。例えば、Underwriters Laboratory(UL)規格1993「Self−Ballasted Lamps and Lamp Adapters」の第5.4節では、HIDランプをE39ソケットに置き換えることを意図して、LEDレトロフィットランプの最大重量を1.7kgまで制限している。このようなレトロフィットランプは、例えば、2015年11月25日にFrank Shumにより出願された「LED照明」と題する米国特許出願第14/952,079号の([00182])に、および2015年3月31日にFrank Shumにより出願された「LED照明」と題する米国仮特許出願第62/141,010号の図29−30に記載されている。これらの全開示内容は、参照により本明細書に組み込まれている。一般的に、ヒートシンクは LEDシステムの重量のかなりの部分を占めることがある。LEDシステムはまた、例えば、ドライバ、光学部品、およびドライバハウジングの重量も含む。そのため、ヒートシンクの重量は1.7kg未満でなければならない。いくつかの実施形態では、ヒートシンクの重量は1kg未満であるが、それでもなお10,000ルーメンを超える光を発生する光学系からの熱を放散することが可能である。ダイキャストまたは押出し成形といった製造プロセスは、最小源の構造体のサイズおよび/またはアスペクト比を必要とする。例えば、ダイキャストおよび押出し成形は両方とも、1mm未満の、または10:1を超えるアスペクト比を有する構造体サイズを製造することが困難である。フィンまたはピンなどのヒートシンク放散構造体の寸法、したがって重量は、熱放散条件ではなく製造上の制限によって決まる。したがって、ヒートシンクが必要以上に重くなる可能性がある。 For certain applications, there is a weight limit for the entire LED system. For example, in Section 5.4 of the Underwriters Laboratory (UL) standard 1993 “Self-Ballasted Lamps and Lamp Adapters”, the maximum weight of an LED retrofit lamp is 1.7 kg with the intention of replacing the HID lamp with an E39 socket. Is limited to. Such retrofit lamps are described, for example, in US Patent Application No. 14 / 952,079 ([00182]) entitled “LED Lighting” filed by Frank Shum on November 25, 2015, and in 2015. It is described in FIGS. 29-30 of US Provisional Patent Application No. 62 / 141,010 entitled “LED Lighting” filed on March 31 by Frank Shum. The entire disclosures of which are incorporated herein by reference. In general, heat sinks can make up a significant portion of the weight of an LED system. The LED system also includes the weight of the driver, optical components, and driver housing, for example. Therefore, the weight of the heat sink must be less than 1.7 kg. In some embodiments, the heat sink weighs less than 1 kg, but it is still possible to dissipate heat from optics that generate light exceeding 10,000 lumens. Manufacturing processes such as die casting or extrusion require minimal source structure size and / or aspect ratio. For example, both die casting and extrusion are difficult to produce structure sizes with aspect ratios of less than 1 mm or greater than 10: 1. The size and thus the weight of the heat sink dissipating structure, such as fins or pins, is determined by manufacturing limitations rather than heat dissipation conditions. Therefore, the heat sink may become heavier than necessary.
重量が重要であり、いくつかのアプリケーションでは、シートメタルフィンが好ましい。シートメタルは1mm未満、0.6mm未満、または0.5mm未満の厚さにすることができ、同時に20:1、または40:1または80:1より大きいアスペクト比にできる。 Weight is important and sheet metal fins are preferred for some applications. The sheet metal can be less than 1 mm, less than 0.6 mm, or less than 0.5 mm in thickness, and at the same time can have an aspect ratio of 20: 1, or greater than 40: 1 or 80: 1.
図9A及びBは、シートメタルフィンを有する例示的な様々なLEDシステムを示す図である。LEDシステム906は、ヒートシンクベース902に取り付けた細長いシートメタルフィンなどの一連の熱伝達部材を有するヒートシンクを具える。少なくとも3つのLED903が、ヒートシンクと熱的に連通している。図に示すように、外側のLED903が外周部904を形成している。外周部904は少なくとも一の開口部905を具えており、ヒートシンクの内部907にLEDシステムの前面906からの改良された空気流れを提供する。いくつかの実施形態では、このLEDシステムが、少なくとも3つのLED903で形成された少なくとも一の内周部914を具える。内周部914を形成しているLED903のうちの少なくとも一つは、外周部904を形成しているLED903とは異なる。この少なくとも一の内周部914は、外周904と交差せず、外周904によって封入されている。内周部914は、少なくとも一の開口915を具え、LEDシステムの前面906から、細長いフィンの内部907へ流れ、細長いフィン910の上に出てゆく、改善された実質的に直接的で垂直方向の空気流を提供する。
9A and B show various exemplary LED systems having sheet metal fins. The
図10A及び10Bは、少なくとも2つのフィンを有する例示的なヒートシンクの正面図である。ヒートシンクは、少なくとも2つのフィン1001、1006を具える。これらは実質的に同じサイズであり、共通の中心に向けて半径方向を向いており、ベース1002に熱的に接触している。フィン1001、1006の少なくとも一つは、熱的および機械的に中央コラム1100に取り付けられている。最も外側のLED1003の少なくとも3つは、LED1003の組み合わせ、PCB、および光学部品の間に形成された少なくとも1つの開口1005を有する外周部1004を形成して、改善された空気流を提供している。選択的な光学部品とPCBは示されていない。図に示すように、ヒートシンクの周囲1009におけるフィン1001と1006間の間隔は、中央領域1008付近のフィンの間隔よりも大きい。このような放射状の配置では、最適な間隔を達成することは通常困難である。例えば、周囲1009におけるフィン間隔が最適化されていると、中央領域1008付近のフィン間隔は、効果的な空気流を提供するには近すぎる(例えば、<3mm)ことになる。いくつかの実施形態では、内周部1014を形成するLED1003の少なくとも一つは、外周部1004を形成するLED1003とは異なる。内周部1014は、外周部1004を横切っておらず、外周部1004によって囲まれている。内周部1014は、少なくとも一の開口部1015を具え、改善された空気流を提供している。
10A and 10B are front views of an exemplary heat sink having at least two fins. The heat sink comprises at least two
図10C及び10Dは、半径方向長さが異なるフィンを有する例示的なヒートシンクの正面図である。図に示すように、少なくとも2つの半径方向長さが異なるフィンである、第1の半径方向長さを有する第1のフィン1001と、より短い半径方向長さを有する第2のフィン1010とを使用することによって間隔の問題を改善する変更がなされている。より短いフィン1010は、外周部1004に向けて配置されている。この構成では、内側のフィンの間隔1018は、中央領域1008にわたって実質的に改善されているが、一方で、外周部1009、1019におけるフィンの間隔は、実質的に変化しないままである。
10C and 10D are front views of exemplary heat sinks having fins with different radial lengths. As shown in the figure, a
図10E及び10Fは、中央に開口を有する例示的なヒートシンクの等角図である。図に示すように、ヒートシンクは中央に開口1012を具え、さらに改善された空気流を提供している。
10E and 10F are isometric views of an exemplary heat sink with an opening in the center. As shown, the heat sink has an
図10A乃至10Fでは、ヒートシンク1002の部分が、外周部1004と内周部1014に対応する2つの機械的リング内で分離している。ベース1002自体は、外周部1004から内周部1014に熱を拡散することはできないので、2つの周囲部分は、実質的に互いに熱的に絶縁されている。各周辺リングで発生した熱の大部分は、ベース1002を通って実質的に直接、後方のフィンの熱放散機構内に流れる。LED103を複数の周辺リングに広げることによって、ベース1002の外周部の前面にわたって、熱をより均一に分配することが可能になる。各周辺リング1004、1014内では、LEDがリングの円周にわたって実質的に均一に分配されている。つまり、リングに沿った熱の発生は実質的に均一であり、温度が実質的に均一であるので、熱はリングの円周に沿って広がる必要はない。発生した熱がベース1002内で横方向にも半径方向にも円周に沿っても流れる必要がないので、ベース1002の面内横方向の熱伝導率は大幅に減少する。 これにより、ベース1002を非常に薄くし、空気流のための開口1005、1015を穿孔することが可能になる。開口1005、1015、及び最も薄いベース1002は、ベース1002を軽量にできるというさらなる利点がある。
10A to 10F, the
図11A及び11Bは、例示的なヒートシンクの平面図である。 図11Bを参照すると、ヒートシンク102は、少なくとも二つの放熱フィン1101と1102を具え、各フィン1101、1102は放射状パターンに向けられている。フィン1101、1102の少なくとも一つは、中央コラム1103と、選択的にベース1104のいずれかに熱的および機械的に接続されている。接続方法には、圧着、リベット留め、ろう付け、はんだ付けまたはのり付け接着が含まれる。様々な実施形態において、少なくとも一のフィン1102は、他のフィン1101よりも半径方向長さが短くてもよい。短いフィン1102は、外周部に向けて配置される。このような構成では、フィン1101間の間隔1105が中心付近から増加し、空気流を改善するとともに、温度を低下させる。より短いフィンの他の利点は、重量が減ることである。
11A and 11B are plan views of exemplary heat sinks. Referring to FIG. 11B, the
図11Cは、例示的なヒートシンクの分解図である。図に示すように、ヒートシンク102は、中央コラム1103と、複数のフィン 1101、1102と、ベース1104とを具える。
FIG. 11C is an exploded view of an exemplary heat sink. As shown, the
図11Dおよび11Eは、例示的な一対のフィンセットを示す。図に示すように、フィン1110、1102は、シートメタルなどの単一の材料片から製造され、そして形を整えて折り畳まれる。2つのフィン1101、1102は、平らなベース領域1107によって連結されている。平らなベース領域1107は、熱的および機械的にベース1104に取り付けられており、あるいは代替的にPCBに直接取り付けてもよい。PCBに直接取り付ける場合、好ましい方法は、例えばエポキシ、シリコーン、または熱グリースなどの熱伝導性接着剤である。様々な実施形態において、平坦なベース領域1107は連続的でなくてもよく、間に開口1108を有していてもよい。これらの開口1108は、全ヒートシンク102に組み付けられたときに空気が流れるようにする。
11D and 11E show an exemplary pair of fin sets. As shown, the
いくつかの実施形態では、図9A乃至11Eの平坦な金属フィンに穴が開いていてもよい。この穴の目的は、空気がフィンを通って流れるようにすることであり、これは、フィンを具える光学システムが実質的に垂直位置に取り付けられていない場合に有利である。たとえば、光学系が垂直から水平に傾いている場合や水平になっている場合に、これら穴が、そのような向きでの気流の改善を提供する。いくつかの実施形態では、穴の面積は、特定のフィンの表面積の少なくとも20%である。 In some embodiments, the flat metal fins of FIGS. 9A-11E may be perforated. The purpose of this hole is to allow air to flow through the fins, which is advantageous when the optical system comprising the fins is not mounted in a substantially vertical position. For example, these holes provide improved airflow in such orientations when the optical system is tilted or leveled from vertical to horizontal. In some embodiments, the hole area is at least 20% of the surface area of a particular fin.
光学アクセサリ
二次光学系又は光学アクセサリが一次光学系の前に配置されており、第一の光分布の少なくとも一部を第2の光分布全体に方向変換させる。いくつかの実施形態では、第1の光分布が光学アクセサリによって変更されて、二次光分布全体が:より広い、非対称、アップライトを提供、ルーバーの使用などのグレアの低減、光の拡散、通路の照明に適する、の一又はそれ以上となっている。
An optical accessory secondary optical system or optical accessory is disposed in front of the primary optical system and redirects at least a portion of the first light distribution to the entire second light distribution. In some embodiments, the first light distribution is modified by an optical accessory so that the entire secondary light distribution is: wider, asymmetric, providing upright, glare reduction such as the use of louvers, light diffusion, One or more suitable for lighting the passage.
様々な実施形態において、一次光分布の大部分が光学アクセサリによって変更されることなく通過している。いくつかの実施形態では、一次分布の5%乃至75%が実質的に変化していない。様々な実施形態では、光学アクセサリの開口部または開口領域は、影響を受けずにアクセサリーを通って光を通過させることができる。このような開口領域には、それを通過する光の方向を実質的に変えない平らな平行窓を設けることができるが、そのような窓は依然としてフレネル反射、または2つの表面の各々からの4%の後方反射を被り、光効率が8%低下することになる。したがって、材料が存在しないことで形成された開口部は、フレネル損失なしに最大効率を提供するので有利である。このような開口部にはまた、重量を減らし、空気流を提供できるというさらなる利点がある。 In various embodiments, the majority of the primary light distribution passes through unaltered by the optical accessory. In some embodiments, 5% to 75% of the primary distribution is not substantially changed. In various embodiments, the opening or area of the optical accessory can allow light to pass through the accessory without being affected. Such an open area can be provided with a flat parallel window that does not substantially change the direction of light passing therethrough, but such a window is still Fresnel reflection or 4 from each of the two surfaces. %, And the light efficiency is reduced by 8%. Thus, openings formed in the absence of material are advantageous because they provide maximum efficiency without Fresnel loss. Such openings also have the additional advantage of being able to reduce weight and provide an air flow.
いくつかの実施形態では、光学アクセサリは、実質的に円形であってもよく、その中心に回転させることができて、アクセサリの非対称二次光分布が、アクセサリと共に回転する。 In some embodiments, the optical accessory may be substantially circular and can be rotated about its center so that the asymmetric secondary light distribution of the accessory rotates with the accessory.
図12A乃至12Cは、例示的な光学アクセサリの様々な図である。図1Bを参照すると、光学アクセサリ104はアップライトにするために使用されている。光学アクセサリ104は、一次光分布の少なくとも一部を方向転換させる光学部分1203を具える。いくつかの実施形態では、光学アクセサリは空気流を提供する開口部1201を有する。様々な実施形態において、光学アクセサリ104は、機械的取り付け機構を有しており、LEDシステムへの取り付けられるようにしている。例えば、機械的取り付け機構には、ねじ、スナップ、または磁石が含まれる。図に示す例では、機械的取り付け機構は、LEDシステムに対して光学アクセサリ104をその中心の周りで容易に回転させることができる。図に示すように、光学アクセサリ104は一連のスナップ機構1202を介して主構造に取り付けられている。スナップ機構1202は光学アクセサリー104を容易に回転させるように設計されている。スナップ機構1202は一時光学系の対応する機能に留めるように設計される。
12A-12C are various views of an exemplary optical accessory. Referring to FIG. 1B, the
図13Aは、光学付属品を有する例示的な光学システムの正面図である。光学アクセサリ104は、光学部品323の外側リングからの光の少なくとも一部と重なり、方向を変換させる。光学アクセサリ104の開口部1201は、中間リング322と内側リング321からの光が、乱れることなく逃げられるようにする。開口部1201はさらに、光学開口部502、LED開口部205、およびヒートシンク102の内部への空気が流れるようにする。開口部1201も、光学アクセサリの重量を減らすことができる。
FIG. 13A is a front view of an exemplary optical system with optical accessories. The
いくつかの実施形態においては、アップライトを作成するため、機構のエッジ付近周囲にLEDが少なくとも一つある。この機構は、光学系またはヒートシンク102を具える。光学アクセサリは、周辺部の少なくとも1つのLEDから出射される光の少なくとも一部を周辺部に方向変換させてアップライトを作る。様々な実施形態において、LEDおよび対応する光学部品は、光学アクセサリを有しないLEDシステムの端部の25mm以内にある。有利には、機構の縁の近くにLEDを配置することが、機構の周りの光の少なくとも一部をアップライトへ方向転換をより容易に可能にする。様々な実施形態において、LEDシステムからの全光の5%乃至40%の間がアップライトに方向転換される。光学アクセサリは内部開口部を有し、LEDシステムからの大部分の光が影響を受け入れずに通過するようにすることができる。
In some embodiments, there is at least one LED around the edge of the mechanism to create an upright. This mechanism comprises an optical system or
図13Bは、光学アクセサリを有する例示的な光学システムの断面図である。F−F線に沿った断面は、ヒートシンクベース1305、PCB1303、少なくとも1つのLEDパッケージ1302、一次光学部品、および光学アクセサリ104を具える。一次光学部品は、少なくとも1つの光学部品1301、光学ホルダ1306、および嵌合するスナップ機構1304を具える。
FIG. 13B is a cross-sectional view of an exemplary optical system having an optical accessory. The cross section along the FF line includes a
図13Cは、例示的な光学系の断面の例示的な光線追跡図である。LED1302は、光学系の機構の周囲近傍に配置されている。この機構は光学系を構成しており、放射光の一部が機構の周りの光学アクセサリ104によってより容易に方向転換され、アップライト1310を形成している。LED1302からの出射光の少なくとも一部は、光学部品1301によって第1の分布に方向変換される。第1の光学的分布1315の少なくとも一部は、光学アクセサリ104によって、影響を受けない光1309と方向変換された光1310とを含む第2の光分布全体にさらに方向転換される。いくつかの実施形態では、一次光学部品1301が、入力面1314と、TIR反射体表面1307と、湾曲した出力面1308を有する誘電体CPCの形である。光学アクセサリ104は、入力面と、第1の反射面1313と、第2の反射面1312と、出射面1316とを具える。入力面と出射面1316は、同じ物理的面の一部を共有してもよい。光学アクセサリ104は、光学部品1304内の対応する機構を介して主光学系に嵌合するように設計された一連のスナップ機構1202を有する。このスナップ機構1202は、光学アクセサリ104を手で容易に回転させられるように設計できる。
FIG. 13C is an exemplary ray tracing diagram of a cross section of an exemplary optical system. The
図14は、光学アクセサリの斜視図である。図に示すように、光学アクセサリを使用して、光をより非対称であるプロファイルに方向変換させることができる。光学アクセサリは、少なくとも2つの異なる領域である、第1の領域1403と第2の領域1404を有する。各領域は、光を実質的に異なる分布に方向変換させるように配置されている。光学アクセサリは、開放領域1201と同様の機能を有する開放領域1401をさらに具える。光学アクセサリは、さらに、開放領域1201と同様の機能を有するスナップ機構1402を具える。
FIG. 14 is a perspective view of the optical accessory. As shown, the optical accessory can be used to redirect light to a more asymmetric profile. The optical accessory has at least two different areas, a
図15は、対応するLEDの内部からの光を方向変換させるのに使用される追加の光学アクセサリ領域1501を有する例示的な光学アクセサリの上面斜視図である。追加領域1501は、LEDシステムへの改善された空気流を提供する開口領域1502を具えていてもよい。
FIG. 15 is a top perspective view of an exemplary optical accessory having an additional optical
いくつかの実施形態では、光学アクセサリが積み重ね可能であり、光の少なくとも一部を各光学アクセサリによって方向変換させることができる。 In some embodiments, optical accessories can be stacked and at least a portion of the light can be redirected by each optical accessory.
電子ドライバ
LEDシステムは、例えば、オフラインAC電圧源から直接、または安定器からといった、少なくとも2種類の電源から電力を供給することができる。
The electronic driver LED system can be powered from at least two types of power sources, for example directly from an offline AC voltage source or from a ballast.
AC電圧源1701を用いたオフライン動作の場合、電子LEDドライバは、100VACから480VACで、50Hzまたは60Hzの周波数のAC線電圧によって電力を供給することができる。いくつかの普及している電圧は、100、110、115、120、200、220、230、208、240、277、305、380、400、415または480VACを含む。このようなオフライン電源用の電子ドライバ技術は、例えば、バック、ブースト、バックバスト、フライバック、またはこれらの組み合わせ、といった様々なトポロジを有するスイッチングモードドライバを具える。
For offline operation using an
磁気HID安定器などの安定器を用いた動作の場合、例えば安定器への入力で許容力率(PF)および全高調波歪み(THD)を達成するなど、いくつかの課題を解決する必要がある。さらに、HIDランプ用の初期ウォームフェーズ中に約2−5kVのパルスを生成する点火装置を使用して、パルス開始バラストからの損傷を防ぐことも解決する必要がある。点火装置付きパルス開始400W HIDバラストの例には、M135、M155、またはSD51がある。点火装置なしのプローブ開始400W HIDバラストの例には、M59がある。 When operating with a ballast such as a magnetic HID ballast, several issues need to be solved, for example, achieving acceptable power factor (PF) and total harmonic distortion (THD) at the input to the ballast. is there. In addition, there is a need to overcome the use of an igniter that produces a pulse of about 2-5 kV during the initial warm phase for HID lamps to prevent damage from the pulse starting ballast. Examples of pulse start 400W HID ballasts with igniters include M135, M155, or SD51. An example of a probe start 400W HID ballast without an igniter is M59.
HID磁気安定器は、特定のHIDランプ負荷用に設計されている。例えば、M59磁気安定器は、一般的に>0.9または>0.8の良好な力率、および一般的に32%未満または20%未満の良好なTHDで、400WメタルハライドHIDランプに電力を供給するように設計されている。同じHIDバラストを直接取り付けることを意図としたLEDランプは、必要な電力が大幅に少なく、たとえば、400Wではなく150Wである。これは安定器に全く異なる負荷を与え、例えば0.8未満の力率といった不十分な力率と、例えば32%より大きい不十分なTHDとなる。LED電子ドライバは、良好なPFとび良好なTHDをシステムに維持しながら、約150Wまたは約200Wのかなり低い電力を送達する際に安定器をだますように動作しなければならない。 HID magnetic ballasts are designed for specific HID lamp loads. For example, an M59 magnetic ballast typically powers a 400W metal halide HID lamp with a good power factor of> 0.9 or> 0.8 and a good THD of generally less than 32% or less than 20%. Designed to supply. LED lamps intended to be directly mounted with the same HID ballast require significantly less power, for example 150W instead of 400W. This places a completely different load on the ballast, resulting in an insufficient power factor, for example less than 0.8, and an insufficient THD, for example greater than 32%. LED electronic drivers must operate to trick the ballast in delivering fairly low power of about 150W or about 200W while maintaining good PF and good THD in the system.
図16Aは、プローブ始動M59メタルハライドランプ負荷で動作するように設計された例示的な400Wプローブ始動メタルハライドバラストの概略図である。安定器1601は、変圧器1606、出力キャパシタ1605、一連の入力1602および出力1603を具える。一連の入力1602は、変換器へのタップを複数具えており、安定器1601が277V、240V、208V、または120Vといった様々なAC電圧源で動作するようにしている。例示的な例では、メタルハライドランプ負荷1604は、接続1703を介して電子ドライバで置き換えることができる。HIDランプが冷たい状態にあるHIDランプの初期動作中は、HIDランプは高インピーダンスであり、比較的一定のワット数モードで動作する安定器1601が、HIDランプに約300Vを供給する。HIDランプが暖まると、インピーダンスが低下して、電圧が約130Vに下がる。
FIG. 16A is a schematic diagram of an exemplary 400 W probe-started metal halide ballast designed to operate with a probe-started M59 metal halide lamp load. The
図16Bは、パルス始動M115メタルハライドランプ負荷で動作するように設計された400Wパルス始動メタルハライドバラストの概略図である。安定器1611は、変圧器1616、キャパシタ1615、一連の入力1612および出力1614を具える。一連の入力1612は、変換器へのタップを複数具え、安定器1611が480V、277V、240V、208Vまたは120Vといった様々なAC電圧源で動作できるようにしている。メタルハライドランプ負荷1614は、接続1703を介して電子ドライバで置き換えることができる。低温状態でのHIDランプの初期の高インピーダンスにより、ランプの両端に、例えばVi>250Vといった、初期のより高い電圧が生じる。この高電圧は点火装置1620によって感知され、2乃至5kVのパルスを発生させてHIDランプのウォームアップを促進する。HIDランプが暖まると、インピーダンスは約130Vに下がる。点火装置はこの電圧の低下を感知して発火を停止する。
FIG. 16B is a schematic diagram of a 400 W pulse-started metal halide ballast designed to operate with a pulse-started M115 metal halide lamp load. The
図17は、磁気安定器とインターフェースを取るように設計された例示的な電子LEDドライバの概略図である。磁気安定器1702(例えば、安定器1601または安定器1611)はオフラインAC電圧源1701で電力が供給される。安定器1702は、例えばE39またはE40ランプベースなどの電気接続1703を介して電子LEDドライバ1704に接続されている。電子LEDドライバ1704は、キャパシタ1708、整流器ブリッジ1707、平滑コンデンサ1708、ならびに選択的に電流および/または熱ヒューズ1705を具える。電子LEDドライバ1704は、順方向電圧VfでLED1709に電力を供給する。ブリッジの前に配置された入力キャパシタ1706は、フィルムタイプキャパシタのように、バイポーラである必要がある。入力キャパシタ1706は、バラスト1702からの出力電力と電流の一部をLED1709ではなくバラスト1702に戻す部分シャントとして機能する。平滑コンデンサ1708は、LED1709に入る電流リップルを最小限に抑えることを目的としている。LED1709への電力およびLED順方向電流Ifは、キャパシタ1706内の静電容量とLED1709の順方向電圧 Vfとの組み合わせによって制御される。M59バラストは約22μFの入力キャパシタ1706と約140Vの順方向電圧を有するLEDと共に、約150WをLED1709に送達することになる。平滑コンデンサの値は、1000μFに設定することができる。このような構成では、安定器1702への入力において、48%でPFが約0.89であり、比較的高いTHDとなる。
FIG. 17 is a schematic diagram of an exemplary electronic LED driver designed to interface with a magnetic ballast. The magnetic ballast 1702 (eg,
いくつかの実施形態では、入力キャパシタ1706は10μFに減らすことができ、LED1709の順方向電圧Vfは65V乃至75Vに減らすことができる。これにより 、0.92という改善された力率となり、LED1709に供給される約200Wの電力で、23%という有意に改善されたTHDとなる。安定器出力が受ける負荷電圧は、LED順方向電圧に実質的に等しく、それは約250Vの点火装置が発火するのに必要な電圧よりかなり低い。したがって、このような構成では、電子機器ドライバの構成要素は、点火装置の高電圧パルスから保護される。
In some embodiments, the
LED1709は、順方向電圧VfおよびLED電流Ifを有する。LED1709は、LEDシステム100船体の一部である前述のLED101であってもよい。
The
図18は、磁気安定器とインターフェースを取るように設計された電子LEDドライバの概略図である。電子LEDドライバは、ブリッジと、コントローラユニットによって制御されるスイッチと、平滑コンデンサと、および総順方向電圧Vfを有する一連のLEDと、を具える。図17を参照すると、図18には、コントローラユニット1803によって制御されるスイッチ1802が追加されている。スイッチ1802はMOSFET、またはその他のデバイスあるいはデバイスの組み合わせであってもよく、これは起動時のインピーダンスが比較的低く、電力と電流を短絡させて安定器1702に戻す時間の少なくとも一部の間に通電容量を有する。スイッチ1802は、安定器1702からの電力及び電流の一部を選択的に短絡させて安定器1702へ戻し、それによって一連のLEDへの電力を調整するように設計されている。コントローラユニット1803は選択的センサ入力を有する。選択的センサ入力は、電流センサ1805からのLED電流、整流器ブリッジ1707からの出力電圧VB、キャパシタ1708の電圧、LED列1709の温度、または電子LEDドライバ1801自体の温度を具える。コントローラユニット1803はこれらの入力を検知し、それに応じてスイッチ1802を制御してLED順方向電流Ifを調整する。コントローラユニット1803は、単に個別部品の選択であってもよく、またはより柔軟にマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラユニットであってもよい。例えば、ブリッジ1707にかかる電圧VBをモニタすることによって、コントローラユニット1803が入力電圧の位相を検知することができる場合、スイッチングは、ラインの周波数と同相または同期であり得る。いくつかの実施形態では、コントローラユニット1803は、位相に関係なく、または入力電圧波形とは非同期の発見的制御方式で、スイッチ1802を制御することができる。
FIG. 18 is a schematic diagram of an electronic LED driver designed to interface with a magnetic ballast. The electronic LED driver comprises a bridge, a switch controlled by the controller unit, a smoothing capacitor, and a series of LEDs having a total forward voltage Vf. Referring to FIG. 17, a
コントローラユニット1803の主な目的は、いくつかの所定の態様にLED電流を調節するように制御スイッチ1802を制御することである。図17と異なる図18の利点は、コントローラ1803がLED1709への電流Ifを調整して、線間電圧Vsの変動により正確に対応できることである。例えば、Vsは通常、>10%で変化し、コントローラユニット1803はLED電流Ifを検知してスイッチ1802を調整し、実質的に所定の電流レベルを維持することができる。さらに、システムの温度がある所定の値を超えると、安全性またはシステムの寿命を延ばすために、コントローラユニット1803はLED1709への電流を減らすことができ、それによって発生する熱を下げてサーマルロールバックとして知られている過剰な温度を調整する。コントローラユニット1803のもう一つの利点は、より少ない光が必要な場合に、システムを暗くするように構成できることである。
The main purpose of the
図18を参照すると、安定電源電圧VSを仮定すると、安定器1702はある範囲の安定器負荷にわたって実質的に一定の安定化電流IBallastを供給することができる。表4は、図18を用いて、LEDに供給される最大電力(If−Vf)に送達される最大電力をまとめたものである。ここで、安定器1702はM59 HID安定器であり、スイッチ1802は開状態にある。スイッチ1802を開放したままに、あるいは非作動状態にすることによって、安定器からの電流のどれもが安定器自体に短絡されることはなく、代わりに、すべての電流がLEDに供給され(If=IBallast)、LEDへ供給できる最大電力を決定できる。表4において、電流Ifは、LED順方向電圧Vfの変化に伴って実質的に一定であり、その結果、LEDに供給される電力がLED順方向電圧Vfに実質的に比例するようになる。安定器入力電圧VSに変動がなく、安定器またはLEDなどの構成要素に変動がない場合、システム電力はLED順方向電圧を設定することによって簡単に維持することができ、スイッチ1802またはコントローラ1803を組み込む必要はない。実際には、AC電源電圧は少なくとも±10%変動することがあり、これは安定器電流をほぼ比例的に変動させる 、すなわちIBallastαVSになる。また、安定器は、ユニットごとに、また経年変化と共に変化する可能性があり、これも安定器電流IBallastに影響を及ぼす。スイッチ1803および1802を追加することによって、そのような変動が補償される。スイッチ1803の作動は、最大供給可能電力から供給LED電力を減少させるだけであるので、最大可能供給電力が公称電力よりも高くなるようにLED順方向電圧Vfを設定する必要がある。公称状態では、スイッチは必要なデューティサイクルで作動して、供給される電力を所望の公称レベルに低減させる。例えば、表4の場合、公称所望電力が175Wであると仮定し、安定器電流がIBallast=2.6A+/−15%変化し得ると仮定する。このシステムは、公称安定器電流における最大可能電力レベルが175Wまたは約201Wより少なくとも15%大きくなるように設計される。これはVf>79.8Vの最小必要LED順方向電圧に対応する。Vf=79.8Vで175Wしか供給しないようにするには、LEDの順方向電流を2.6Aではなく約2.19A(175W=79.8V−2.19A)に安定化する必要がある。これは、コントローラ1803が、電流センサ1805を使用してLED順方向電流IFをモニタし、スイッチ1802において適切なデューティサイクルを生成することによって、平均LED順方向電流がIfによってバイパスされて、スイッチによって安定器に戻された過剰電流で、平均LED順方向電流が約1f=2.19Aに制御される。このようなシナリオでは、スイッチは常に適切なデューティサイクルで公称条件下でスイッチングされ、バラスト電流より小さいLED順方向電流の下切り替えらられ、LED順方向電流IfをIBallast以下、すなわち、IBallast(2.6A)>IF(2.19A)に維持する。ただし、IBallastが、IBallast(2.6A)>IF(2.19A)の公称電流から変動すると、最大でLED電流IFが安定器の安定器電流IBと同じになるため、スイッチはもはやLED電流をIF=2.19Aに調整することができなくなる。したがって、公称動作点で公称状態付近に調整を維持できるようにするためには、LED順方向電流Ifは常に安定器電流IBallastよりも小さくなければならず(If<IBallast)、スイッチ1802は常に切り替わってこの状態を維持する。いくつかの実施形態では、公称動作条件で、LED電流はIf<0.95IBallast又はIf<0.85IBallastを満たしている。
Referring to FIG. 18, assuming a stable power supply voltage V S , the
スイッチ1802およびコントローラ1803を設けることに少なくとも4つの可能な利点がある:
a.システムに故障や変動があってもLED電流を所定のレベルに維持できる。これには、間違った安定器を使用してLED電子ドライバに電力を供給する場合も含まれる。
b.温度を加えることで、スイッチを使用してLED電流を減らして所定の温度を維持することができる。これは、たとえば、異常状態でシステム温度が異常に上昇した場合などに特に重要である。
c.スイッチでLED出力の調光用の電流を減らすことができる。
d.LED電圧が最小必要値を上回っている限り、スイッチによりLED電圧のより厳格でない仕様が可能になる。
Providing
a. Even if there is a failure or fluctuation in the system, the LED current can be maintained at a predetermined level. This includes the case where the wrong ballast is used to power the LED electronic driver.
b. By applying temperature, a switch can be used to reduce the LED current and maintain a predetermined temperature. This is particularly important when, for example, the system temperature rises abnormally in an abnormal state.
c. The current for dimming the LED output can be reduced by the switch.
d. As long as the LED voltage is above the minimum required value, the switch allows a less stringent specification of the LED voltage.
いくつかの実施形態では、コントローラユニット1803もLED電流を調節して、バラストへの入力でPF及び/またはTHDを改善する。
In some embodiments, the
様々な実施形態において、このシステムは、HIDバラスト、電子ドライバ、及びLEDストリングで構成されている。HID安定器は、AC電圧源から電力が供給される入力セットと、電子ドライバに電力を供給する出力セットとを具える。 安定器はその出力において安定器電流IBallastを供給している。電子ドライバは、少なくとも整流器とスイッチとを具える。整流器の入力は安定器の出力に接続され、整流器の出力はLEDストリングに接続されている。スイッチはブリッジ出力とLEDストリングとの間に並列に接続され、例えばスイッチが非作動状態のときには安定器電流IBallastが実質的にLEDストリングに流れ、スイッチが作動されるとスイッチは実質的にLEDを短絡させて、安定器電流IBallastがスイッチを通って安定器に戻る、すなわちLEDストリングを通過することで方向転換される。スイッチは、LEDへの所望の順方向電流Ifを維持するようなパターンで切り替えられる。LEDの順方向電圧は、公称条件下で平均バラスト電流が常にLED順方向電流よりも小さく、If>IBallastになるように最小値に設定されている。いくつかの実施形態では、温度センサを設けてもよく、スイッチは、LEDへの電流を減少させ、かつ所定の温度設定点を維持するようなパターンで切り替えられる。さらなる実施形態では、LEDにまたがってキャパシタを設けて電流リップルを平滑化し、このキャパシタの前にダイオードを設けて、キャパシタの電流がスイッチに逆流するのを防止している。 In various embodiments, the system consists of an HID ballast, an electronic driver, and an LED string. The HID ballast includes an input set that is powered by an AC voltage source and an output set that provides power to an electronic driver. The ballast supplies ballast current I Ballast at its output. The electronic driver includes at least a rectifier and a switch. The rectifier input is connected to the ballast output and the rectifier output is connected to the LED string. The switch is connected in parallel between the bridge output and the LED string, for example, when the switch is inactive, the ballast current I Ballast substantially flows through the LED string, and when the switch is activated, the switch is substantially LED And the ballast current I Ballast is redirected through the switch back to the ballast, i.e. through the LED string. The switch is switched in a pattern that maintains the desired forward current If to the LED. The LED forward voltage is set to a minimum value such that, under nominal conditions, the average ballast current is always less than the LED forward current and I f > I Ballast . In some embodiments, a temperature sensor may be provided and the switch is switched in a pattern that reduces the current to the LED and maintains a predetermined temperature set point. In a further embodiment, a capacitor is provided across the LED to smooth the current ripple and a diode is provided in front of the capacitor to prevent the capacitor current from flowing back into the switch.
図19は、コントローラユニットがスイッチを制御する可能な方法を示す図である。
スキーム1910は、等価整流オフライン電圧源1701またはVSを示す。整流ブリッジ電圧VBは、スキーム1910と周期性が同じであるが、安定器からの歪みにより、異なる非正弦波形状となることがある。それでも、ブリッジ電圧VBを使用して、固定位相オフセットであるオフライン電圧VSの周期性を感知することができる。スキーム1920乃至1970は、整流電圧1910の位相についてのタイミングでスイッチ1910を制御して、安定器への入力におけるPFおよび/またはTHDを改善するという利点をもってLED電流を調整することができるスキームを示す。
FIG. 19 is a diagram illustrating a possible method for the controller unit to control the switch.
スキーム1920および1930では、スイッチ1802は整流電圧VB1910と同相または固定位相オフセットで制御され、整流電圧VB1910の各サイクル内に単一のオン/オフサイクルがある。したがって、スキーム1920の周波数は、スキーム1910と同じであり、線間電圧周波数VS1701の2倍である。スキーム1920は、サイクル内で対称的であるのに対して、スキーム1930は、任意の形状のパルスがサイクル内で対称である必要がないクラスのスキームを意図している。電圧のピークからパルスを意図的にオフセットさせることによって、負荷を大まかに誘導性または容量性であるように見せることができ、したがって、このようなパルスパターンは安定器への入力においてPFまたはTHDを改善するように意図されている。このパルスパターンはまた、非線形負荷をシミュレートして高調波を生成し、安定器内の高調波を相殺して全体的にTHDを改善するのに使用できる。いくつかの実施形態において、等価インピーダンスは、線形であろうが非線形であろうが、デューティサイクル内で変化し得る。このような制御スキームについては、図23乃至25を参照して後述する。
In
スキーム1940では、スイッチ1802は整流電圧VBと同相または固定位相オフセットで制御されるが、整流電圧VBの各サイクル内にスイッチ1802の完全なオン/オフサイクルはなく、したがってスキーム1940の周波数はスキーム1910より低い。
In
スキーム1950では、スイッチ1802は整流電圧VBと同相または固定位相オフセットで制御されるが、整流電圧VBの各サイクル内にスイッチ1802の単一のオン/オフサイクルがある。従って、スキーム1940の周波数はスキーム1910より高い。いくつかの実施形態では、この周波数は、整流ライン周波数の2倍、4倍、10倍、100倍、1000倍、10000倍、であってもよく、又は代替的に>10KHzでもよい。より高い周波数システムの1つの利点は、キャパシタ1708をより規則的に充電し、それによって必要な静電容量を減らすことである。様々な実施形態では、スイッチング周波数は整流ライン周波数と同じか2倍以上であるが、それでも十分に低い周波数であり、例えば整流ライン周波数の<10倍より少なく、安定器の出力のインダクタンスは安定器に戻る電流の遮断を妨げない。例えば、M59安定器の出力巻線の典型的なインダクタンスは約1000mHである。言い換えれば、安定器出力は十分なインダクタンスを有しており、スイッチ1802が高すぎる周波数で動作する場合に、安定器から安定器へ戻る電流および電力を効果的に分路できない。
In
スキーム1960では、スイッチ1802が整流電圧VBと位相がずれて制御される。このスキーム1960は、スキーム1920乃至1950のスイッチパターンと周波数をより広く包含するが、スキーム1910の整流電圧VBとは位相がずれている。このようなクラスの非同期制御は、例えば制御された電圧又は電流を所定の範囲に維持するのに必要な場合にのみスイッチングを行う、といったヒューリスティック制御を含む。このような制御スキーム1960は、位相を検出し、次いで入力電圧の位相に同期させるという複雑さが不要であるという点でより単純である。
In
スキーム1970においては、スイッチ1802はスキーム1910の整流電圧VBと同相で制御されているが、スイッチングパターンは各周期内で任意であるが、その後の各周期では反復するようになっている。例えば、特定のスキーム1970では、この周波数はサイクルの始めでより高く、より低い周波数へなだらかに変化している。このようなスキームは、安定器への入力におけるPFおよびTHDの改善に必要な容量性または誘導性をより正確にシミュレートすることになる。
In the
図20A乃至20F、及び21A乃至21Dは、磁気安定器によって、またはオフラインAC電源VSによって直接電力供給できるように特別に設計されている、例示的な単一LEDドライバの様々な概略図である。このような実装は、単一の製品が両方のタイプの電源に対処できるという点で有利である。しかしながら、このドライバーは以下の一又はそれ以上の問題を解決する必要があるため、複雑さが増す:
a.両方のタイプの電源に対して許容できるPFと低いTHDを達成する。許容できるPFは、例えば、>0.7、>0.8または>0.9である。許容できるTHDは、例えば、<50%、<32%、<20%である。
b.高電圧パルスを発射できる点火装置を具える安定器からの損傷を防ぐ。
c.上記の#1または#2を達成するための制御スキームの種類をハードウェアまたはソフトウェアの両方で設定する電源の種類を感知する。
Figure 20A to 20F, and 21A to 21D is a magnetic ballast, or are specifically designed to be directly powered by offline AC power V S, is a different schematic diagram of an exemplary single LED driver . Such an implementation is advantageous in that a single product can handle both types of power supplies. However, this driver adds complexity because it needs to solve one or more of the following problems:
a. Achieve acceptable PF and low THD for both types of power supplies. An acceptable PF is, for example,>0.7,> 0.8 or> 0.9. Acceptable THDs are, for example, <50%, <32%, <20%.
b. Prevents damage from ballasts with ignition devices capable of firing high voltage pulses.
c. It senses the type of power supply that sets the type of control scheme to achieve # 1 or # 2 in both hardware or software.
図20A乃至20Fおよび図21A乃至21Dにおいては、一組の点線でACオフライン電圧源1701がドライバ入力接続1703に接続される場合を示し、一組の実線で安定器1702がドライバ入力接続1703に接続される場合を示している。なお、ACオフライン電圧源1701と安定器1702の両方を同時にドライバ2001入力接続1703に接続することは意図していない。
20A to 20F and FIGS. 21A to 21D show a case where the AC off-
図20Aに示すように、電子ドライバ2001は、従来のスイッチ1802と同様のスイッチ2002と、および従来のコントローラ1803と同様のコントローラ2003を有し、すべての制御および切替スキーム1920乃至1970を具えるが、今回はLED2009の電流Ifを調整するのではなく、コントローラ2003とスイッチ2002との組み合わせで、レギュレータ2010に入る電圧または電流のいずれかを調整するように設計されている。次いで、レギュレータ2010を用いて、LED2009への電流Ifを調整することができる。ダイオード2011は、レギュレータ2010からスイッチ2002を通って後方へ電流が流れることを防止する。例えば、レギュレータ2010は、バック、ブースト、バックブースト、フライバック、またはこれらの組み合わせ、すなわち複数のスイッチング段を含むもの、などのスイッチングモードレギュレータとすることができる。代替的に、電流レギュレータ2010は線形レギュレータであってもよい。オプションの電流センサ2016で、スイッチ2002を流れる電流を測定することができる。
As shown in FIG. 20A, the
図20Bは、図20Aの実施形態を示す図であり、レギュレータ2010は、ダイオード2011とキャパシタ2008を具える一次レギュレータと、二次レギュレータ2011とを具える。レギュレータ2011は、その入力で調整電圧VSCを有する。コントローラ2003は電圧VSCを調整する。20Bに示す2段階方法を使用することによれば、VSCの電圧調整はそれほど厳密である必要はない。例えば、調整器2011がバックブースト電流調整器である場合、入力VSCは、例えばLED順方向電圧Vfより高くあるいは低く変動し得る。
20B is a diagram illustrating the embodiment of FIG. 20A, where the
図20Bの実施形態では、VBにおける最大調整電圧は、点火装置のトリガ電圧Viよりも常に小さくなくてはならず、そうすることによって、点火装置が高電圧パルスを発射することを防止できる。例えば、ブリッジ出力電圧VBが点火装置のトリガ電圧Viに近くなっていることをコントローラ2003が感知すると、スイッチ2002が作動して、確実にVB<Viになるように、少なくとも一部の期間短絡する。その一部の期間、スイッチ2113が作動して、スイッチ2113が実質的に短絡して、ブリッジ出力電圧VBが点火装置トリガ電圧よりも低い0V近くになるようにする。
In the embodiment of FIG. 20B, the maximum regulated voltage at V B must always be lower than the trigger voltage V i of the igniter, which can prevent the igniter from firing high voltage pulses. . For example, when the
いくつかの実施形態では、電流レギュレータ2011がバックレギュレータである。 キャパシタ2008の両端の電圧VSCは、コントローラ2003およびスイッチ2002によって、LED2009の順方向電圧Vfよりも高いが、点火装置トリガ電圧Viよりも低くなるように実質的に調整されて、点火装置の点火を妨げる。
In some embodiments,
図20Bのもう一つの実施形態では、キャパシタ2008は、点火装置パルスから十分な量のエネルギーを吸収してピークパルス電圧をドライバ部品に損傷を与えない許容レベルまで下げるのに必要な容量を有するように設計されている。これは、通常、ドライバ部品の定格電圧より低い。一例として、安定器について以下のパラメータを用いて、M59バラスト点火器からパルスエネルギーを十分に吸収するのに必要なキャパシタンスC2008を計算することができる。M59出力巻線インダクタンスは約HB=1Henryまたは1H、M59出力短絡電流はISC=4A程度、安定器出力における最大電圧はVZ_M=250V程度、キャパシタ2008の定格電圧はVR=450V程度である。この場合、必要な静電容量C2008は次の式で与えられる。
In another embodiment of FIG. 20B, the
キャパシタ2008の定格電圧もまた、最悪の場合のオフライン電圧に対処するのに十分である必要があることに留意されたい。たとえば、オフライン電圧源の公称RMS電圧がVS=277VACであり、最大10%の過電圧がある場合、キャパシタVRの定格電圧は、良くない場合のこのACラインのピークよりも高い、あるいは以下の式となる必要がある:
Note that the rated voltage of
したがって、定格電圧が450Vのキャパシタは、オフライン電圧源VS=277VおよびM59安定器の両方から電力供給されるのに適している。 Therefore, a capacitor with a rated voltage of 450V is suitable to be powered from both the offline voltage source V S = 277V and the M59 ballast.
その他のシナリオでは、キャパシタ2008の容量がC2008≧100μF、≧200μF、又は≧500μFであり、定格電圧はVR≧200V、≧450V、又は≧750Vである。このような大容量の値は、一般的に、10<μFまたは<1μFのオーダの容量であるEMIフィルタのものよりもはるかに大きい。
In other scenarios, the capacitance of the
キャパシタ2008を十分な静電容量で正しくサイジングすることの1つの利点は、例えばコントローラ2003または電流調整器2012がVB<Viを保証できない状況において、点火パルスを継続的に持続させることができることである。このような状況には、制御回路が欠けている、誤動作している、無効になっている、または電力ラインにノイズやサージがある場合、などがある。
One advantage of properly sizing the
様々な実施形態において、コントローラ2003は、整流ブリッジ1707の電圧VBが、例えばVC>200V、VC>250V、VC>300Vといった所定のレベル制限電圧VCに近づくかまたはそれを上回ると感知された場合に、スイッチ2010を作動させるように設計されている。安定器内の点火装置が点火するのを抑制するには、制限電圧VCは点火装置のトリガ電圧Viよりも小さいことが望ましい。スイッチ2002は、安定器出力電圧を点火装置トリガ電圧Viを超えて上昇させないような時間まで、始動したシャント位置に留まる。例えば、キャパシタ2011のようなレギュレータ2010内のエネルギー蓄積装置は、スイッチ2008の開放がエネルギー蓄積装置を充電させるレベルまで十分にドレインすることができる。このような状態では、蓄積装置の充電により、レギュレータ2010のインピーダンスが比較的低くなり、その結果、点火装置トリガ電圧よりも低い電圧VB、またはVB<VIとなる。
In various embodiments, the
1つの重要な問題は、図20A及び20Bのスイッチ1705を、ドライバ2001がオフライン電圧源1701に直接接続されている場合に、非アクティブ化(オフ)またはハイインピーダンスモードにする必要があることである。さもなければ、定格電圧で短絡して、ヒューズまたはその他の部品1705で定格電流を超えてしまうことになる。これは、ドライバが安定器1702に接続されているか、オフライン電圧源1701に直接接続されているかをコントローラ2003が検知できれば、防止することができる。いくつかの実施形態では、この検知は、電流センサ2010を用いて電流ISを監視することによって行われる。短絡回路電流ISは、安定器に接続されているとき、IS(バラスト)、よりも、オフライン電圧源1701に接続されているとき、IS(オフライン)、の方が著しく高い。つまり、IS(オフライン)>>IS(バラスト)である。たとえば、M59安定器の短絡安定器電流IS(バラスト)、ISC(バラスト)≒ 4A RMSまたは7Aピークであるが、Vs=120VACおよび5Ωのスイッチ抵抗を仮定すると、オフライン電源の短絡回路電流は、IS(オフライン)≒24A RMS又は32Aピークとなり、Isc(バラスト)≒4Aより有意に高くなっている。この検知は、例えば、ドライバの初期電源投入時の間の<0.25秒、<0.5秒、<1秒、または<2秒といった、比較的短期間に行って、ドライバをオフライン電源170に接続した場合のドライバの生じるスイッチ2002の短絡回路電流の可能性を防止するべきである。
One important issue is that
図20Bの電子ドライバがオフライン電圧源1701から直接操作される場合は、スイッチ2002が作動停止して、システムは本質的に、前面に大きなキャパシタを有するレギュレータ2012になる。一般に、ドライバの入力側にこのようなキャパシタがあると、PFが悪くなり、THD性能が悪くなる。さらなる改良においては、図20Cに示すように、キャパシタ2008が直列スイッチ2026を有する。スイッチ2026は、安定器1702から給電する際にレギュレータ2012と並列のキャパシタを切り替えるように制御される。オフライン電源から直接給電する場合は、スイッチ2016が、キャパシタを切って、PFとTHDの性能を改善する。
When the electronic driver of FIG. 20B is operated directly from the
PFおよびTHDを改善する代替の実施形態では、図20Dに示すように、図20Bのキャパシタ2008が、キャパシタ2014、2013、及びダイオード2015からなるバレーフィルキャパシタで置き換えられている。このようなシステムの利点として、スイッチ2016は不要となり、従って複雑さが減る。もう一つの利点は、キャパシタ2018の総定格電圧が低減されてキャパシタ2014(VC2)と2013(VC1)との間で分割され、したがって各個別キャパシタの定格をより低くすることができることである。しかしながら、キャパシタ2013、2014の個々の静電容量は、直列の組み合わせがキャパシタ2008の必要な総静電容量と同じになるように増加する必要がある。
In an alternative embodiment that improves PF and THD, the
代替の実施形態では、図20Eに示すように、スイッチング関連構成要素2002、2003、2010が意図的に除去されており、システムがバレーフィル回路のフロントエンドを有するレギュレータ2012である。このようなシステムの利点は、(レギュレータ2012の外側の)スイッチングが不要となり、システムが安定器で電力供給されるのか、あるいはオフライン電圧源で直接電力を供給されるのかを感知する必要がないので、複雑さが低減されることである。欠点は、電力を分路するためのスイッチ2002がなく、システムのPFおよびTHDが損なわれる可能性があることである。
In an alternative embodiment, as shown in FIG. 20E, the switching related
図20Fは図20Eの改良であり、キャパシタ2017がブリッジの前に配置されている。 キャパシタ2017の利点には、 安定器で動作するときのTHD、PFの改善、および安定器からのピークの減少がある。キャパシタ2017は仕様が似ており、キャパシタ1706について上述したものと同じ機能を実行する。例えば、キャパシタ2017は、フィルムタイプのキャパシタなどのバイポーラである必要があり、安定器1702からの出力電力および電流の一部を、ブリッジの後ろの構成要素ではなく、安定器1702に戻すように分路する部分シャントとして作用する。
FIG. 20F is an improvement of FIG. 20E, where a
図20Aないし20Fに示されており、本明細書中で参照されているバレーフィル回路は、図20G乃至図20HCに示される変更を用いてTHDおよびPFを更に改善するように変形できる。抵抗器2018をバレーフィル回路に追加することができる。図20Hは、バレーフィル回路バージョンのさらなる改良を示す図であり、2つの追加のキャパシタ2019−2020がブリッジの入力側に接続されているセンタータップ2021と共に追加されている。キャパシタ2019−2020は、電圧交差のより長い部分の間電流を維持し、それによってPFおよびTHDを改善している。この交差する点を埋めるにはごくわずかな電流が必要なだけであるため、キャパシタ2019及び2020の容量はキャパシタ2013及び2014の容量よりも小さくてよい。キャパシタ2013と直列に抵抗2022を加えて、電流スパイクを低減するようにしてもよい。このような回路は、PF>0.9およびTHD<20%が可能である。
The valley fill circuit shown in FIGS. 20A-20F and referenced herein can be modified to further improve THD and PF using the modifications shown in FIGS. 20G-20HC.
上述したように、バレーフィル回路の機能は、以下の機能の少なくとも一つ以上のことができる:
a.安定器1702など、安定器から作動するときに、点火器からのパルスを吸収するのに十分な静電容量と定格電圧でのサイジング。
b.電圧Vsを電流レギュレータ2012へ平滑化するのに十分なキャパシタンスでのサイジング。
c.オフラインAC電圧源1701から直接作動するときのPFおよびTHD操作の改善。
As described above, the function of the valley fill circuit can be at least one of the following functions:
a. Sizing at sufficient capacitance and rated voltage to absorb pulses from the igniter when operating from a ballast, such as
b. Sizing of a sufficient capacitance to smooth the voltage V s to the
c. Improved PF and THD operation when operating directly from an offline
以下は、図20A乃至20Hに示す実施形態の要約である。LEDドライバは少なくとも2つの異なる外部電源によって電力供給することができ、第1の電源が安定器であり、第2の電源がAC電圧源である。LEDドライバは、ブリッジ整流器を具えており、ブリッジの入力が外部電源に接続されており、ブリッジの出力がスイッチに並列に接続されているとともに、レギュレータと並列でもある。レギュレータは、1つまたはそれ以上のLEDへの電流を調整するように設計することができる。 The following is a summary of the embodiment shown in FIGS. 20A-20H. The LED driver can be powered by at least two different external power sources, the first power source being a ballast and the second power source being an AC voltage source. The LED driver includes a bridge rectifier, the bridge input is connected to an external power source, the bridge output is connected in parallel to the switch, and is also in parallel with the regulator. The regulator can be designed to regulate the current to one or more LEDs.
いくつかの実施形態では、バラストまたはAC電圧源のいずれかの存在の検知は、システムの電源投入後の所定時間で生じる。センサが安定器またはAC電圧源のいずれかの存在を検出する。この検出はシステムの起動中に行われる。AC電圧源が検出されると、スイッチは非作動状態になるかまたは高インピーダンスモードになる。安定器が検出されると、スイッチは所定のスキームに従って定期的に作動し、電流レギュレータに入る電流または電圧を調節する。 In some embodiments, detection of the presence of either a ballast or an AC voltage source occurs at a predetermined time after system power up. A sensor detects the presence of either a ballast or an AC voltage source. This detection is performed during system startup. When an AC voltage source is detected, the switch is deactivated or enters a high impedance mode. When a ballast is detected, the switch operates periodically according to a predetermined scheme to regulate the current or voltage entering the current regulator.
様々な実施形態では、少なくとも一の等価キャパシタが、ブリッジの出力に並列に接続されている。このキャパシタは、点火装置からのパルスを吸収するのに十分な静電容量があり、結果として生じるパルス電圧が<500Vに低減される。この等価キャパシタは、バレーフィル回路構成に配置することができる。いくつかの実施形態では、スイッチとそれに関連する回路を除去できる。 In various embodiments, at least one equivalent capacitor is connected in parallel to the output of the bridge. This capacitor has sufficient capacitance to absorb the pulses from the igniter and the resulting pulse voltage is reduced to <500V. This equivalent capacitor can be arranged in a valley fill circuit configuration. In some embodiments, the switch and associated circuitry can be removed.
図20A乃至20Hドライバ2001は、EMIフィルタ、PF補正回路、またはTHD補正回路などの、図示されていないさらなる要素を具えていてもよい。例えば、単純なEMIフィルタは、一又はそれ以上のインダクタによって接続されたキャパシタの片側または両側のいずれかでブリッジ出力に並列に配置された2つのキャパシタを有するPIフィルタを具える。EMIフィルタはブリッジ整流器の前後に配置できる。
20A-
図21A乃至21Dは 、安定器によって電力供給されるように、またはオフラインAC電源で直接電力供給されるように設計された例示的な電子LEDドライバの様々な概略図である。図20A−図20Dに示す従来の実施形態では、スイッチ2002は、オフラインAC電源1701に直接接続されたときに非アクティブ化されるまたは高インピーダンスになるように設計することができ、LED電流Ifの調整は電流レギュレータ2010によって行われる。一方、図21A乃至21Dでは、スイッチ2112は、コントローラ2113と組み合わせて、安定器1702によって電力供給されるとき、またはオフラインAC電源1701によって直接電力供給されるときに、LED電流を調整するように実装されている。
21A-21D are various schematic views of an exemplary electronic LED driver designed to be powered by a ballast or directly powered by an offline AC power source. In the conventional embodiment shown in FIGS. 20A-20D, the
図21Aは、スイッチモードレギュレータ2115、ブリッジ1707、選択的に温度および/または電流ヒューズ1705、EMIフィルタ2114、を有するLEDドライバ2101を示す。EMIフィルタ2114は、図に示すようにブリッジの後に配置するか、またはブリッジの前に、または両方に配置することができる。スイッチモードレギュレータ2115は、LED1709への順方向電流Ifを調整する。スイッチモードレギュレータ2115は、少なくとも1つの等価インダクタ2114と、コントローラ2113で制御されるスイッチ2112を具える。スイッチ2112とインダクタ2114は、低周波数(例えば、DC乃至240Hz)では、ブリッジの一方の側からブリッジの戻り側へ電流を実質的にシャントするまたは短絡させるように、接続されている。これは安定器によって電力を供給する場合に必要であり、低周波数でブリッジの出力をシャントするスイッチングモードトポロジ(例えば、ブースト、バックブースト、SEPIC、CUK、フライバック、フォワード、プッシュプル、ハーフブリッジ、共振LLC)の一例である。しかしながら、強化型トポロジではこれを達成できない。インダクタ2114、スイッチ2112、およびコントローラ2113の組み合わせは、LED1709への電流Ifを実質的に調整する。いくつかの実施形態では、スイッチ2112を制御する少なくとも2つの異なるスキームがある。安定器1702で電力供給される第1のスキームと、オフラインAC電源170で直接電力供給する第2のスキームである。様々な実施形態では、システムの初期電源投入時の間の第3のスイッチング方式があってもよい。第3のスイッチングスキームを用いて、すくなくとも二つの機能を達成できる。第1の機能は、電源が安定器1702であるかオフラインAC電圧源1701であるかを検出することであり、第2の機能は、オフラインAC電源1701にフックされている場合に過電流短絡回路状態がないこと、あるいは安定器1702で電力供給されている場合に過電圧状態がないこと、を確認することである。例えば、システムが起動すると、システムはオフラインAC電圧源1701に接続され、例えば、実質的な周波数成分が>10KHzであるスイッチングスキームで、比較的高い周波数でスイッチングする。この場合、この周波数成分におけるインダクタ2114は無視できないインピーダンスを有し、最大電流を制限するよう作用する。このようにして、短絡してシステムを損傷するであろう低周波スイッチングスキームの場合のような、短絡回路電流が防止できる。しかしながら、スイッチ2112またはコントローラ2113のいずれかを介して検出された電流がオフラインAC電圧源1701から予想されるものと異なる場合、コントローラは、スイッチングスキームを安定器用のものに変更する。例えば、実質的な周波数成分が<10KHz、または<1KHz、または<240Hzのスイッチングスキームである。安定器出力巻線はインダクタ2114よりも著しく高いインピーダンス値、例えば>10倍のインピーダンス値を有するので、より低い周波数が必要である。このように、インダクタ2114は無視できるようになり、安定器で機能するのに必要なスイッチング周波数成分は、例えばオフライン電圧源1701を用いる場合よりも10倍低くなり得る。高周波数用及び低周波数用のスイッチングスキームは、PFとTHDを改善することを意図したものなど、図19で既に説明したものを含む。
FIG. 21A shows an
EMIフィルタ2114は、以下の2つの機能のうちの少なくとも1つを具える:レギュレータからのEMIおよびEMCノイズを除去する第1の機能と、結果として生じるパルスが許容値にあるように、安定器内の点火装置からのパルスを吸収する第2の機能。EMIフィルタの一部は、バレーフィル回路で構成することができる。
The
図21Bでは、レギュレータ2115は、インダクタ2114がスイッチ2112の前で接続されているブーストコンバータと同様の形で構成されている。コントローラ2113は、電子ドライバがオフラインAC電源1701から直接電力供給されていることを検知すると、スイッチ2112を、例えば>10KHzといった、スイッチングモード電源で考えられるような高周波数に切り替える。ユニット全体はブーストコンバータとして機能し、インダクタ2114は無視できないインピーダンスを有する。しかしながら、コントローラ2113は、それが安定器1703に接続されていることを検知すると、コントローラ2113は、例えば、<10KHz、<1KHz、<240Hz、または例えば120Hz、といったはるかに低い周波数でスイッチングを行う。このより低い周波数では、インダクタ2114のインピーダンスは実質的に無視できる程度であり、システムは図18に示すものと同じように持続可能に動作する。ブーストコンバータモードで動作する場合、LED電圧は入力オフラインAC電源1701のピーク電圧より常に高くなければならない。オフライン電圧源1701がVS=277VACである場合、ピーク電圧は391Vであり、LEDストリングの電圧は、多くのLEDを互いに接続するのに必要な電圧よりも大きくなければならない。もう一つの問題は、より高い電圧がより厳密な部品と安全性要件を有することである。
In FIG. 21B, the
図21Cは、図21Bの改良を示しており、ダイオード2120が追加されてブリッジ1707の出力をキャパシタ2108に接続して、安定器1702によってパルスが生成される場合にダイオード2111がこのエネルギーをキャパシタ2108に伝導して、このエネルギィを少なくとも部分的に許容レベルまで吸収するようにしている。キャパシタ2108に必要な静電容量の計算は、図20Bを参照して前述したものと同じである。この較正の1つの利点は、キャパシタ2108が、図21および図22の場合のように入力に直接あるのではなく、スイッチ2112およびインダクタ2114の後ろにあることであり、インダクタ2114と組み合わせたスイッチ2112が、PFを最適化してスイッチングするように構成できることである。
FIG. 21C shows an improvement of FIG. 21B where a
図21Dは、キャパシタ2117とインダクタ2118を追加したSEPICの形のレギュレータ2115の実装を示す図である。図21Eは、キャパシタ2117、インダクタ2119を追加し、ダイオード2111を除いて新しい位置にダイオード2120と交換した、CUK変換器の形のレギュレータ2115の実装を示す。
FIG. 21D shows the implementation of a
図22では、電子ドライバ2101は、変圧器2214を追加したフライバックコンバータと同様の形式で構成されている。スイッチ2112は、変圧器2214の入力巻線と直列に接続されており、変圧器の出力巻線を帰路に接続するまたは接地している。変圧器入力巻線は、前述したようにインダクタ2114として二重に機能する。電子ドライバ2101がオフラインAC電源1701に直接接続されていることをコントローラ2113が検知すると、スイッチングモード電源で予想されるように、例えば> 10kHzといった、より高い周波数でスイッチ2212を切り替える。ユニット全体は、フライバックコンバータとして機能し、変圧器2214は無視できないインピーダンスを有する。しかしながら、コントローラ2113が安定器1703を検知すると、コントローラ2113は、はるかに低い周波数、例えば<10KHz、<1KHz、<240Hz、または例えば120Hzに切り替わる。このより低い周波数では、インダクタ2114は 、実質的に無視できるインピーダンスであり、システムは、図18と同様に持続可能に動作する。
In FIG. 22, the
図21A乃至21Eに示すさらなる実施形態においては、安定器に接続されると、コントローラ2113は、少なくとも2つの実質的に異なる周波数成分、すなわち高周波成分2330、2332と、低周波成分2331の組み合わせでスイッチ2112を制御する。低周波性分2331は、安定器からの電力と電流の一部を安定器にシャントして、LEDをバイパスするのに十分である。低周波成分2331、例えば、<10KHz、<1KHz、または120Hzは、インダクタ2114のインピーダンスより低い、または変圧器2214の第1巻線の等価インダクタよりも低いこのような周波数は無視することができる。 。高周波成分2330、2332は、変圧器2214またはインダクタ2114を介して効果的にLEDに電力を伝達するのに十分である。例えば、より高い周波数は、>10kHzである。いくつかの実施形態において、コントローラ2113は、安定器1703の出力電圧、またはブリッジ電圧VBが安定器内の点火装置をトリガする電圧より常に低く、例えば<200V、<250V、<300Vであることを保証する。
In a further embodiment shown in FIGS. 21A-21E, when connected to a ballast, the
図23に示すように、トレース2320は、等価整流オフライン電圧源1701VSまたは整流安定器出力電圧VZを示す。整流されたブリッジ電圧VBは、ライン電圧VSと同じ周期性を有するが、安定器からの歪みのために異なっており、非正弦波形状であることに留意されたい。それにもかかわらず、ブリッジ電圧VBを用いてオフライン電圧VSの周期性を検知できる。スキーム2321及び2322は、コントローラ2113をどのように用いて、スイッチ2112を制御するのか、の例である。スキーム2321及び−2322、少なくとも二つの離れた周波数成分を有しており、低い周波数成分2231は安定器からの電力および電流を分路させることを意図しており、高い周波数成分2231は、変圧器2214またはインダクタ2114にわたる電力を伝送するように意図している。
As shown in FIG. 23,
図22は、オフライン電圧源1701と安定器1702の両方と互換性のある電子ドライバの好ましい実施形態を示す。フライバックトポロジーは絶縁を提供し、フレキシブルなLED順方向電圧はドライバへの入力における電源電圧に依存しない。
FIG. 22 illustrates a preferred embodiment of an electronic driver that is compatible with both off-
以下、図21A乃至21E、及び図22および23に示されているイラストをまとめたものである。LEDドライバは、安定器である第1の外部電源とAC電圧源である第2の電源の、少なくとも2つの異なる外部電源によって電力供給することができる。LEDドライバは、ブリッジ整流器、外部電源に接続されたブリッジの入力、インダクタと直列のブリッジ接続スイッチの出力を具える。検出機構は、安定器またはAC電圧源のいずれかの存在を検出する。検出はシステムの起動中に行われる。スイッチは、少なくとも2つの異なるスイッチングパターン、すなわち安定器 によって電力供給される第1のスイッチングパターンと、AC電源によって電力が供給される第2のスイッチングパターンによって作動される。このスイッチ起動パターンは、インダクタをブリッジリターンに短絡させ、両方の電源についてLEDへの電流を安定化するように設計されている。第1のスイッチングパターンは、第2のスイッチングパターンよりも低い周波数成分を有する。 The illustrations shown in FIGS. 21A to 21E and FIGS. 22 and 23 are summarized below. The LED driver can be powered by at least two different external power sources: a first external power source that is a ballast and a second power source that is an AC voltage source. The LED driver comprises a bridge rectifier, a bridge input connected to an external power source, and a bridge connected switch output in series with the inductor. The detection mechanism detects the presence of either a ballast or an AC voltage source. Detection takes place during system startup. The switch is actuated by at least two different switching patterns: a first switching pattern powered by a ballast and a second switching pattern powered by an AC power source. This switch activation pattern is designed to short the inductor to the bridge return and stabilize the current to the LED for both power supplies. The first switching pattern has a lower frequency component than the second switching pattern.
図24Aは、力率補正を組み込んだLEDドライバ2421の制御構成を示す図である。電力変換回路2420は、その入力電流Iinが信号VCに実質的に比例するように強制して構成されている。この場合、信号VCは、整流電圧VBと誤差信号VERRORを乗算すること、又はVC=(VB・VERROR)、またはIinα(VB・VERROR)によって作成される。ドライバがAC電源1701に与える等価抵抗RDは、RDα/VB /Iinで あり、これは、 RDα/VERRORに単純化される。VERROR信号は、AC入力周波数よりもはるかに低いレート(例えば、フィルタ2411の帯域幅<60Hz/10)で変化するように、低域通過フィルタ2411でその周波数成分をフィルタリングすることによって比較的一定の平均値に保たれる。VERRORが比較的一定に保たれる場合、等価抵抗RDは比較的一定である。出力電流フィードバック2116は、VERROR信号を調整して、LEDストリング電流IfをLED電流設定点2410またはVISで設定されるような一定値に保つ。システム内のいくつかのその他の構成要素は、整流された線間電圧を検出するセンサ2414、乗算器2412、入力電流センサ2405、およびLED電流センサ2105を具える。電力変換回路は、ACライン電圧サイクルの一部の入力電流Iinを蓄積して、後にACライン電圧サイクルの別の部分にLEDに蓄積されたエネルギーを放出するのに使用するキャパシタなどのエネルギー蓄積構成要素を有する。電力変換回路は、開回路と同様の非常に高いインピーダンス、または短絡などの非常に低いインピーダンスを提示することができる。
FIG. 24A is a diagram showing a control configuration of the
図24Bでは、波形発生器2413が含まれているため、信号VC影響を与えている。このような構成では、制御構成は、電子ドライバ2431の入力1703において実際のおよび無効で非線形のインピーダンスを提示することが可能になる。例えば、入力電流Iinは、入力電圧VBに対して位相がずれていることがあり、ドライバは、安定器に対して並列である静電容量またはインダクタンスと抵抗の組み合わせとして表す。波形発生器は、電力線周波数の高調波を発生させて非線形負荷を発生させることもできる。これにより、正しい高調波成分を合計することによって、入力電流を任意の波形にすることができる。電子ドライバ2431が安定器に接続されている場合、負荷に対して誘導性、容量性または非線形性を示す能力を用いて、安定器への入力における力率またはTHDを改善することができるので、これは有利である。PFおよびTHDをさらに改善するためには、インピーダンス、線形および/または非線形は一定である必要はないが、ライン周波数の半サイクル内で変化する。安定器に与えられる高調波非線形負荷は、純粋に線形のリアクタンス、容量性または抵抗性インピーダンスでは不可能である、安定器によって生じる高調波歪みの相殺に必要である。
In Figure 24B, because it contains a
ドライバ2431について述べた制御スキームは、電子ドライバ2001または2101と同様のトポロジを使用して実装することができ、ここでは、電力変換回路が少なくともスイッチ2002または2112と機能的に同様のスイッチで構成され、波形発生器2413が電力変換回路2420を図19と同様の波形でスイッチングさせる。
The control scheme described for
バラストの入力力率と歪みを最適化するために最適な電流波形または非線形インピーダンスは、波形発生器によって設定することができる。波形発生器が入力電圧または入力電圧のスカラー倍数を乗算器に供給するように構成されている場合、図24の制御構成は、図24Bの制御構成と機能的に同等になる。従って、この構成は安定器から又は直接ACラインから作動するように構成することができる。 The optimal current waveform or non-linear impedance to optimize the ballast input power factor and distortion can be set by the waveform generator. When the waveform generator is configured to supply the input voltage or a scalar multiple of the input voltage to the multiplier, the control configuration of FIG. 24 is functionally equivalent to the control configuration of FIG. 24B. Thus, this configuration can be configured to operate from a ballast or directly from an AC line.
図25は、ドライバの動作モードを選択し、複数の安定器タイプに対する最適な安定器入力力率および高調波歪みに制御回路を構成するプロセスを示す。まず、入力電力の印加後にドライバが起動すると、AC電源の入力インピーダンスをテストして、ACグリッド(低インピーダンス)に、又は安定器(高インピーダンス)のどちらに接続されているかを決定する。入力電力が安定器によって供給されると決定された場合、この構成は典型的な安定器に対して設定される。次いで、バラストインピーダンスのさらなる試験を行ってタイプの安定器が存在するかを決定する。次いで、この安定器のタイプを使用して、安定器の入力に最適な力率と歪みが得られるように特定の伝達関数を設定する。 FIG. 25 illustrates the process of selecting the driver operating mode and configuring the control circuit for optimal ballast input power factor and harmonic distortion for multiple ballast types. First, when the driver starts after application of input power, the input impedance of the AC power supply is tested to determine whether it is connected to an AC grid (low impedance) or a ballast (high impedance). If it is determined that the input power is supplied by a ballast, this configuration is set for a typical ballast. A further test of ballast impedance is then performed to determine if a type ballast is present. This ballast type is then used to set a specific transfer function for optimal power factor and distortion at the ballast input.
電子アクセサリ
LEDシステムの一の実施形態では、LEDシステムの正面中央部に電子アクセサリが配置されている。電子アクセサリの最適な配置場所は以下の通りである。
In one embodiment of the electronic accessory LED system, the electronic accessory is located in the front center of the LED system. The optimal location for electronic accessories is as follows.
a.空気流入口にあり、したがって最も冷たい空気にあたる。 a. Located at the air inlet and therefore the coldest air.
b.前面は通常対象の領域を遮るものがない視野を有しており、電子付属品が例えば可視または赤外線カメラである場合に有用である。前面は、例えばWiFi、Bluetooth、Z−Wave、Thread、Zibgeeまたはその他の無線信号など、例えば無線周波数などの無線信号の遮られていない放射および受信を可能にする。この前面は、照明システムへ及び照明システムからのLiFiなど、遮られていない光通信信号に特に有利である。 b. The front surface usually has an unobstructed field of view and is useful when the electronic accessory is, for example, a visible or infrared camera. The front surface allows unobstructed radiation and reception of radio signals, such as radio frequencies, for example, such as WiFi, Bluetooth, Z-Wave, Thread, Zibgee or other radio signals. This front face is particularly advantageous for unobstructed optical communication signals, such as LiFi to and from the lighting system.
c.中心位置によって、中心開口部を有する光学付属品を、容易に電子付属品の上に配置して、干渉することなく付属品の周りを回転させることができる。 c. Depending on the center position, an optical accessory having a central opening can easily be placed over the electronic accessory and rotated around the accessory without interference.
いくつかの実施形態では、電子アクセサリは12V、5Vまたは3.3Vなど主照明ユニットから電力を引き出す電気接続部を有している。もう一つの電気接続部は、例えば0乃至10Vの調光信号PWMを送り返して主LEDシステムを調光する。電子アクセサリが主照明アセンブリと通信するためには、SPL、I2C、SPIなどのプロトコルを使用するデータ通信線でもよい。電子アクセサリは、更に、光を調光するデータを受信する無線通信機能を有する。無線ユニットはまた、データ信号を送信して、他の照明システム並びに制御ユニットと通信することができる。 In some embodiments, the electronic accessory has an electrical connection that draws power from the main lighting unit, such as 12V, 5V, or 3.3V. The other electrical connection dims the main LED system by sending back a dimming signal PWM of, for example, 0 to 10V. In order for the electronic accessory to communicate with the main lighting assembly, it may be a data communication line using a protocol such as SPL, I2C, SPI. The electronic accessory further has a wireless communication function for receiving data for dimming light. The wireless unit can also transmit data signals to communicate with other lighting systems as well as the control unit.
その他の実施形態では、電子機器アクセサリは、日中の光センサ、占有率、温度、GPS位置、世界時計、高度、湿度、振動、加速度などの1以上のセンサを具えていてもよい。 In other embodiments, the electronics accessory may comprise one or more sensors such as daytime light sensors, occupancy, temperature, GPS location, world clock, altitude, humidity, vibration, acceleration, and the like.
GPSのさらなる実施形態は、建物内の正確な位置を特定できる高感度や超感度のセンサを具えていてもよい。GPSセンサは、LEDシステムがその位置を報告できるようにするため、無線通信との組み合わせが非常に有利である。これは、例えば制御されている特定のランプがどのゾーン内にあるかを識別するなど、ランプの位置を必要とするシステムの初期設定または試運転などの場合に非常に有利である。これはまた、オプションのGPSセンサに加えて他の遠隔センサと対にして、どのセンサがどの照明をどのゾーン内で制御しているかをより容易に判断することができる。GPSを使用しない場合は、最初の設置時にすべてのセンサーとLEDシステムの位置を手動で記録し、フロアプランにマークを付ける必要がある。提案されているGPSセンサを用いると、照明位置および/または他の選択的なセンサの両方を自動的に作ることができる。 Further embodiments of GPS may include sensitive or supersensitive sensors that can pinpoint the exact location within the building. A GPS sensor is very advantageous in combination with wireless communication because it allows the LED system to report its position. This is very advantageous in the case of system initialization or commissioning that requires the position of the lamp, for example identifying which zone the particular lamp being controlled is in. This can also be paired with other remote sensors in addition to optional GPS sensors to more easily determine which sensors are controlling which lights in which zones. If GPS is not used, the location of all sensors and LED systems must be manually recorded during initial installation and the floor plan must be marked. With the proposed GPS sensor, both the lighting position and / or other selective sensors can be created automatically.
いくつかの実施形態において、電子アクセサリは、1またはそれ以上の表示灯を具えていてもよい。このような表示灯は、例えば、保守の必要性、交換、故障状態、駐車場の利用可能性、倉庫内の品物の位置などのような何らかの情報を伝達することができる。 In some embodiments, the electronic accessory may comprise one or more indicator lights. Such indicator lights can convey some information, such as, for example, the need for maintenance, replacement, fault conditions, parking availability, the location of items in the warehouse, and the like.
種々の実施形態において、電子アクセサリは、例えば、スピーカー、マイクロフォン、又はブザーのような一又はそれ以上のオーディオ素子を具えていてもよい。このようなオーディオ素子は、例えば、公衆告知(PA)システムにおいて有用である。 In various embodiments, the electronic accessory may comprise one or more audio elements, such as, for example, a speaker, a microphone, or a buzzer. Such audio elements are useful, for example, in public announcement (PA) systems.
いくつかの実施形態においては、電子アクセサリをスタックして、追加電子機能を加えることができる。このようなスタックした配置では、電気的相互接続を構成して、LEGOブロックのように容易にスタックできるようにすることが有利である。 In some embodiments, electronic accessories can be stacked to add additional electronic functionality. In such a stacked arrangement, it is advantageous to configure the electrical interconnect so that it can be easily stacked like a LEGO block.
様々な実施形態を図面を参照して説明したが、その他の実施形態も可能である。例えば、図8A乃至図8Fの実施形態では、ヒートシンクベース802はピン803に熱的に接続しており、軸方向流体連通路(例えば、空気流路831)を画定する熱伝達軸に沿って近位側に延在する熱伝導路を画定して、LED光源によって生成した熱を実質的に近位側に伝達して、周囲大気に排気する。図9A及び9Bの実施形態では、細長いシートメタルフィン901がヒートシンクベース902に熱的に取り付けられて、軸方向流体連通経路(例えば、LEDシステムの前面906から細長いフィンの内部907へ延びており、細長いフィン910の上から出てゆく垂直方向の空気流)を画定する熱伝達軸に沿って近位方向に延在する熱伝導経路を画定している。
While various embodiments have been described with reference to the drawings, other embodiments are possible. For example, in the embodiment of FIGS. 8A-8F, the
図10A乃至10Fの実施形態では、外周1004におけるフィン1001、1006間の間隔が、中心領域1008付近のフィン1001、1006の間隔よりも大きく、熱伝達軸に沿って近位方向に延びる熱伝導経路を画定している。この軸は、LED光源によって発生した熱をほぼ近位側に伝導して周囲に排気する軸方向流体連通道を画定している。図10C及び10Dの実施形態では、第1のフィン1001は第1の半径方向長さを有し、第2のフィン1010はより短い半径方向長さを有する。フィン1001、1010は 、軸方向の流体連通路を画定する熱伝達軸に沿って近位に延在する熱伝導路を画定し、LED光源によって発生した熱を伝達してほぼ近位に周囲大気に排出するように構成されている。
In the embodiment of FIGS. 10A to 10F, the heat conduction path extending in the proximal direction along the heat transfer axis is such that the distance between the
図11A乃至図11Eに示すように、フィン1101、1102は、熱的および機械的に中央コラム1103および/またはベース1104に接続して、一又はそれ以上の熱伝導経路が軸方向流体連通路を画定する熱伝達軸に沿って近位方向に延在するようにしている。この軸は、LED光源によって発生された熱をほぼ近位側に伝達して、周囲に排出する軸方向流体連通路を画定している。
As shown in FIGS. 11A-11E, the
いくつかの実施形態では、図8A乃至11Eのヒートシンクなど、ヒートシンクの構造が、必要な金属がより少なく、したがって、LEDシステムの重量を減らすことができる。ヒートシンクは、インピーダンスを最小限に抑えるために、従来のLEDシステムと比較してより多くの空気流路を有することが有利である。様々な実施形態において、ヒートシンクはLEDシステムの動作温度を低下させるため、ヒートシンクはLEDシステムの動作寿命を延ばすことができる。いくつかの実施形態では、LEDシステムは、空気が流れるほぼ真っ直ぐな経路を提供することによって垂直方向に最適化することができる。 In some embodiments, the structure of the heat sink, such as the heat sink of FIGS. 8A-11E, requires less metal and thus can reduce the weight of the LED system. The heat sink advantageously has more air flow paths compared to conventional LED systems in order to minimize impedance. In various embodiments, the heat sink reduces the operating temperature of the LED system, so the heat sink can extend the operating life of the LED system. In some embodiments, the LED system can be optimized in the vertical direction by providing a substantially straight path through which air flows.
様々な実施形態では、図2Cを参照すると、外周216が第1の多角形を画定し、内周226が第2の多角形を画定しており、第1の多角形が第2の多角形を包含している。いくつかの実施形態において、外周216は、外周216の一部を内周226の一部と共有してもよく、したがって、例えば、図8D及び9Aに示すように、第1の多角形は第2の多角形と境界を共有している。
In various embodiments, referring to FIG. 2C, the
いくつかの実施形態では、第1の複数のLEDが、第1の平面に投影されており、第2の複数のLEDが第二の平面に投影されている。様々な実施形態においては、第1の平面と第2の平面が同じ平面であってもよい。様々な実施形態では、第1の平面と第2の平面とが実質的に互いに平行であり、互いに交差しておらず、上面から見たときに第1の平面を画定しているLEDが第2の平面を画定するLEDを包含している。 In some embodiments, the first plurality of LEDs is projected onto a first plane and the second plurality of LEDs is projected onto a second plane. In various embodiments, the first plane and the second plane may be the same plane. In various embodiments, the first plane and the second plane are substantially parallel to each other, do not intersect each other, and the LED defining the first plane when viewed from above is a first plane. It includes LEDs that define two planes.
様々な実施形態では、ほぼ垂直方向の対流通過流が増強されたLEDベースの照明システムが、光軸に沿って遠位方向を照明するように配置された複数のLED光源を有する光生成モジュールを具えている。複数のLED光源は、一又はそれ以上の開放領域によって互いに離間している。光発生モジュールの複数のLED光源の各々が、LED光源と実質的に熱的に連通する熱伝達部材を具えていてもよく、したがって熱伝達部材は、実質的に光軸に平行な熱伝達軸に沿って近位方向に延びる熱伝導経路を有する。動作時には、熱伝達部材は、LED光源によって発生した熱をほぼ近位側に伝達する。LEDベースの照明は、一又はそれ以上の光学開放領域によって互いに離間した複数の光学素子を有する光学モジュールをさらに具えており、各光学素子は少なくとも1つのLED光源に対応する。各光学開放領域は、光学モジュールが光生成モジュールと整列している場合は、一の開放領域に対応する。この開口領域は、少なくとも一又はそれ以上の開口部を確定しており、一又はそれ以上の光学的開口領域内に画定された少なくとも一又はそれ以上の光学的開口部が、開口領域内の対応する一又はそれ以上の開口部と整列して、一又はそれ以上の開口部と一又はそれ以上の光学開口部を通る軸方向流体連絡経路と光軸に平行な軸方向流体連絡経路とを確定して、伝熱部材から熱を除去する。ここで、各軸方向連絡経路は近位側に延びており、周囲大気へ排気が行われる。 In various embodiments, an LED-based illumination system with enhanced substantially vertical convection flow flow includes a light generation module having a plurality of LED light sources arranged to illuminate a distal direction along the optical axis. It has. The plurality of LED light sources are separated from each other by one or more open areas. Each of the plurality of LED light sources of the light generating module may comprise a heat transfer member that is in substantial thermal communication with the LED light source, so that the heat transfer member is a heat transfer axis substantially parallel to the optical axis. And a heat conduction path extending in the proximal direction. In operation, the heat transfer member transfers heat generated by the LED light source substantially proximally. The LED-based illumination further comprises an optical module having a plurality of optical elements separated from each other by one or more optical open areas, each optical element corresponding to at least one LED light source. Each optical open area corresponds to one open area when the optical module is aligned with the light generating module. The aperture region defines at least one or more apertures, and at least one or more optical apertures defined within the one or more optical aperture regions correspond to corresponding aperture regions. Aligning with one or more openings to define an axial fluid communication path through the one or more openings and one or more optical openings and an axial fluid communication path parallel to the optical axis Then, heat is removed from the heat transfer member. Here, each axial communication path extends proximally and exhausts to the surrounding atmosphere.
いくつかの実装形態を説明した。それにもかかわらず、様々な修正がなされ得ることが理解されるであろう。例えば、開示された技術のステップが異なる順序で実行される場合、開示されたシステムの構成要素が異なる方法で組み合わされる場合、あるいは構成要素が他の構成要素で補足される場合、有利な結果を達成できる。したがって、特許請求の範囲の範囲内で他の実施形態も意図されている。
Several implementations have been described. Nevertheless, it will be understood that various modifications may be made. For example, if the disclosed technical steps are performed in a different order, if the components of the disclosed system are combined in different ways, or if the components are supplemented with other components, advantageous results may be achieved. Can be achieved. Accordingly, other embodiments are within the scope of the claims.
Claims (20)
第1の複数のLED光源と、第2の複数のLED光源とを具え、前記第1の複数のLED光源と第2の複数のLED光源が、光軸に沿って遠位側を照明するように構成されている、光発生モジュールと;
第1の外周によって画定される第1の領域であって、第1の多角形を形成しており、前記第1の複数のLED光源の各々が前記第1の多角形の頂点を画定する、第1の領域と;
第2の外周によって画定される第2の領域であって、第2の多角形を形成しており、前記第2の複数のLED光源の各々が前記第2の多角形の頂点を画定する、第2の領域と;
前記第1の領域によって囲まれ、前記第2の領域の外側にある、第3の領域と;
前記第1の複数のLED光源と光学的に整列するように構成された第1の複数の光学素子と、前記第2の複数のLED光源と光学的に整列するように構成された第2の複数の光学素子と;
を具え、
前記光発生モジュールの前記第1の複数のLED光源及び前記第2の複数のLED光源の各々が:
前記第1の複数のLED光源と実質的に熱的に連通する少なくとも一の熱伝達部材と、前記第2の複数のLED光源と実質的に熱的に連通する少なくとも一の熱伝達部材と、を具え、前熱伝達部材が前記光学軸にほぼ平行な熱伝導軸に沿って近位方向に延びる熱伝導経路を具え、動作中に、前記熱伝達部材が、LED光源によって発生された熱を実質的に近位側に伝達し;
前記第3の領域に少なくとも一の開口部が画定されており、当該少なくとも一の開口部の各々が、前記開口部を通り光軸にほぼ平行な軸方向流体連通路を提供して、前記一又はそれ以上の熱伝達部材から熱を除去し、前記軸方向の流体連通路の各々が近位方向に延びて周囲大気に排気する;
ことを特徴とするLEDベースの照明システム。 In an LED-based lighting system with convective throughflow enhanced in a substantially vertical direction:
A first plurality of LED light sources and a second plurality of LED light sources, wherein the first plurality of LED light sources and the second plurality of LED light sources illuminate a distal side along the optical axis. A light generating module configured to:
A first region defined by a first perimeter, forming a first polygon, wherein each of the first plurality of LED light sources defines a vertex of the first polygon; A first region;
A second region defined by a second outer periphery, forming a second polygon, wherein each of the second plurality of LED light sources defines a vertex of the second polygon; A second region;
A third region surrounded by the first region and outside the second region;
A first plurality of optical elements configured to optically align with the first plurality of LED light sources, and a second configured to optically align with the second plurality of LED light sources. A plurality of optical elements;
With
Each of the first plurality of LED light sources and the second plurality of LED light sources of the light generating module includes:
At least one heat transfer member substantially in thermal communication with the first plurality of LED light sources; and at least one heat transfer member substantially in thermal communication with the second plurality of LED light sources; A heat transfer path extending proximally along a heat transfer axis substantially parallel to the optical axis, and during operation, the heat transfer member receives heat generated by the LED light source. Transmit substantially proximally;
At least one opening is defined in the third region, each of the at least one opening providing an axial fluid communication path through the opening and substantially parallel to the optical axis, Removing heat from the or more heat transfer members and each of the axial fluid communication passages extends proximally and exhausts to ambient atmosphere;
An LED-based lighting system characterized in that.
第1の複数のLED光源と、第2の複数のLED光源とを具え、前記第1の複数のLED光源と第2の複数のLED光源が光軸に沿って遠位側に照明するように構成されている光発生モジュールと;
第1の外周によって画定される第1の領域であって、当該第1の外周が第1の多角形を形成し、前記第1の複数のLED光源の各々が第1の多角形の頂点を画定する、第1の領域と;
第2の外周によって画定される第2の領域であって、当該第2の外周が第2の多角形を形成し、前記第2の複数のLED光源の各々が前記第2の多角形の頂点を画定する、第2の領域と;
前記第1の領域で囲まれており、前記第2の領域の外側にある第3の領域と;
を具え、
前記光発生モジュールの前記第1の複数のLED光源と前記第2の複数のLED光源内の各LED光源が:
前記第1の複数のLED光源と実質的に熱的に連通する少なくとも一の熱伝達部材と、前記第2の複数のLED光源と実質的に熱的に連通する少なくとも一の熱伝達部材と、を具え、前熱伝達部材が前記光学軸にほぼ平行な熱伝導軸に沿って近位方向に延びる熱伝導経路を具え、動作中に、前記熱伝達部材が、LED光源によって発生された熱を実質的に近位側に伝達し;
前記第3の領域に少なくとも一の開口部が画定されており、当該少なくとも一の開口部の各々が、前記開口部を通り光軸にほぼ平行な軸方向流体連通路を提供して、前記一又はそれ以上の熱伝達部材から熱を除去し、前記軸方向の流体連通路の各々が近位方向に延びて周囲大気に排気する;
ことを特徴とするLEDベースの照明システム。 In an LED-based lighting system with convective through flow enhanced in a substantially vertical direction:
A first plurality of LED light sources; and a second plurality of LED light sources, wherein the first plurality of LED light sources and the second plurality of LED light sources illuminate distally along the optical axis. A configured light generation module;
A first region defined by a first outer periphery, wherein the first outer periphery forms a first polygon, and each of the first plurality of LED light sources has an apex of the first polygon. Defining a first region;
A second region defined by a second outer periphery, wherein the second outer periphery forms a second polygon, and each of the second plurality of LED light sources is an apex of the second polygon A second region defining;
A third region surrounded by the first region and outside the second region;
With
Each LED light source in the first plurality of LED light sources and the second plurality of LED light sources of the light generation module includes:
At least one heat transfer member substantially in thermal communication with the first plurality of LED light sources; and at least one heat transfer member substantially in thermal communication with the second plurality of LED light sources; A heat transfer path extending proximally along a heat transfer axis substantially parallel to the optical axis, and during operation, the heat transfer member receives heat generated by the LED light source. Transmit substantially proximally;
At least one opening is defined in the third region, each of the at least one opening providing an axial fluid communication path through the opening and substantially parallel to the optical axis, Removing heat from the or more heat transfer members and each of the axial fluid communication passages extends proximally and exhausts to ambient atmosphere;
An LED-based lighting system characterized in that.
第1の複数のLED光源と第2の複数のLED光源とを具え、前記第1の複数のLED光源と第2の複数のLED光源が、光軸に沿って遠位側に照明するように構成されている光発生モジュールと;
第1の外周によって画定される第1の領域であって、当該第1の外周が第1の多角形を形成し、前記第1の複数のLED光源の各々が第1の多角形の頂点を画定する、第1の領域と;
第2の外周によって画定される第2の領域であって、当該第2の外周が第2の多角形を形成し、前記第2の複数のLED光源の各々が前記第2の多角形の頂点を画定する、第2の領域と;
前記第1の領域で囲まれており、前記第2の領域の外側にある第3の領域と;
前記LED光源によって発生した熱をほぼ近位側に伝達する手段と;
を具え、
前記第3の領域に少なくとも一の開口部が画定されており、当該少なくとも一の開口部の各々が、前記開口部を通り光軸にほぼ平行な軸方向流体連通路を提供して、前記一又はそれ以上の熱伝達部材から熱を除去し、前記軸方向の流体連通路の各々が近位方向に延びて周囲大気に排気する;
ことを特徴とするLEDベースの照明システム。 In LED-based lighting systems with convective through flow enhanced in a substantially vertical direction:
A first plurality of LED light sources and a second plurality of LED light sources, wherein the first plurality of LED light sources and the second plurality of LED light sources illuminate distally along the optical axis. A configured light generation module;
A first region defined by a first outer periphery, wherein the first outer periphery forms a first polygon, and each of the first plurality of LED light sources has an apex of the first polygon. Defining a first region;
A second region defined by a second outer periphery, wherein the second outer periphery forms a second polygon, and each of the second plurality of LED light sources is an apex of the second polygon A second region defining;
A third region surrounded by the first region and outside the second region;
Means for transferring heat generated by the LED light source substantially proximally;
With
At least one opening is defined in the third region, each of the at least one opening providing an axial fluid communication path through the opening and substantially parallel to the optical axis, Removing heat from the or more heat transfer members and each of the axial fluid communication passages extends proximally and exhausts to ambient atmosphere;
An LED-based lighting system characterized in that.
An electronic driver having an HID ballast having a series of outputs for providing an average ballast current and at least one bridge rectifier electrically connected in parallel to the controllable switch, the controllable switch comprising the controllable switch An electronic driver electrically connected to the output of the HID ballast to intermittently substantially short the output of the HID ballast, wherein the light generating module operates at a nominal operating point. The first plurality of LED power supplies such that the electronic driver causes the controllable switch to operate continuously such that an average total LED forward current is at least 5% less than the average ballast current. 17. The LED-based lighting system of claim 16, wherein the second plurality of LED power supplies are adjusted.
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