JP2021521615A - 調光可能な光源 - Google Patents

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Abstract

調光可能な発光デバイスであって、ＬＥＤ光源と、電球ソケットに適合するように構成されるベースアセンブリと、前記ＬＥＤ光源を調光するためのＬＥＤ制御回路と、を含み、前記ベースアセンブリは、中空部分を備え、前記ＬＥＤ制御回路は、完全に前記中空部分内に完全に収容された、調光可能な発光デバイス。

Description

本発明の態様は、一般的に、調光可能な光源システムに関する。より詳細には、本発明の態様は、調光可能な発光ダイオードランプ（LED）電球に関する。さらに、本発明の態様は、調光可能な発光ダイオードフィラメント電球に関する。
LEDライトは、比較的低エネルギーのランプを必要とする用途において、長年使用されてきた。LEDは効率的で、長持ちし、費用効果が高く、環境に優しい。LEDライトが日常生活でますます広く使用されるようになり、調光可能なライトの需要も増加している。
既存の調光可能なLEDの問題は、ライトの調光を制御するために必要な電子機器が電球の合計サイズに比べて比較的大きいため、光源から放出される光が遮られることである。さらに、そのような分厚い電子機器は見苦しく、一般の人々が慣れている従来の白熱電球とは異なり、電球の形状が異常となったり、電球の一部が覆われる結果になる。これにより、家庭で通常使用する従来の電球よりも調光可能な電球をユーザーが選択することが、妨げられ得る。壁に取り付けられた調光器も従来使用されており、したがって、本発明はこれらを未然に防ぐことを目指すものである。
本発明の実施形態は、とりわけ、上述の問題を克服しようとするものである。
本発明の独立した態様は、調光可能な発光デバイスであって、
ＬＥＤ光源と、
電球ソケットに適合するように構成されるベースアセンブリと、
ＬＥＤ光源を調光するためのＬＥＤ制御回路と、を含み、
前記ベースアセンブリは、中空部分を備え、
ＬＥＤ制御回路は、完全に前記中空部分内に収容された、調光可能な発光デバイスである。
有利なことに、すべての制御電子機器は、電球のベースアセンブリ内に完全に収容され、フィラメントを収容する電球内に突出しないため、可能な限り多くの光が露光する。これにより、電球のカバーが必要なくなる。
好ましくは、ベースアセンブリは、ねじ部分に適合するように構成される。
さらなる補助的な態様では、ベースアセンブリは、バヨネット部分に適合するように構成される。
好ましくは、ベースアセンブリは、Ｅ２６またはＥ２７電球ソケットに適合するように構成される。したがって、調光可能な発光デバイスは、従来の電球のように見え、一般の人々に美的なアピールをするように作られ得る。E26／230V電球はヨーロッパで使用され、E26／110Vは米国で使用されている。
好ましくは、デバイスは、ＬＥＤ制御回路に電気的に接続された電源をさらに含み、LED制御回路は、電源のみから電力を供給される。すなわち、LED制御回路は、LED光源に電力を供給する主電源から電力を引き出さない。これには、以下のような多くの利点がある。
・デバイスを、必要な電力を提供するように、より簡単に構成できる。
・クリーンな絶縁バリアが、低電圧と主電源の電圧との間に提供される。
例えば、電源は、ベースアセンブリの中空部分内に設けられ得る。
一実施形態では、電源は、ＬＥＤ光源に面する太陽光発電（ＰＶ）セルである。 例えば、ＰＶセルは、ベースアセンブリ内に含めるのが容易で便利なＰＶテープから作製され得る。これにより、LED制御回路に電力を供給するバッテリーを充電するのに十分な電力を、有利に獲得できる。
好ましくは、デバイスは、調光可能な発光デバイスをリモート制御するためのネットワーク通信基板（オプションでBluetooth）をさらに備える。これにより、例えば携帯電話アプリケーションを介して、装置をリモート制御することが可能になる。
任意で、ネットワーク通信基板はDALI（デジタルアドレッサブルライティングインターフェース）と互換性を有する。DALIとの互換性により、主電源を介して少なくとも部分的にデバイスを制御することができる。
いくつかの実施形態では、ネットワーク通信基板は、ＬＥＤ制御回路を含む。すなわち、通信基板と制御基板は同じ基板上にある。あるいは、ネットワーク通信とLED制御回路は別々の基板上にある。通信基板を調光基板から分離すること（separating）または切り離すこと（de-coupling）には、統合された基板より多くの利点がある。この利点には、以下のものが含まれる。
・堅牢性（robustness）の向上と電気的障害の最小化。
・PCBの追加空間は、他の方法では組み込むことができない設計および製造テストのオプションを提供する。
好ましい実施形態では、電源は、ネットワーク通信基板とLED制御回路基板の間に配置される。言い換えると、バッテリーは２つの基板の間に「挟まれて」いる。たとえば、バッテリーは平面であり、バッテリーの平面の両側にある２つの基板に対して平行な平面にある。このシーケンスまたは構成によれば、一般的な電球ベースに取り付けるスペースが最小限に抑えられ、それと同時に、堅牢でリモート制御可能にデバイスの調光を行うことができる。
いくつかの実施形態では、調光可能な発光デバイスが提供される。調光可能な発光デバイスは、
LED光源と、
電球ソケットに適合するように構成されるベースアセンブリと、
ＬＥＤ光源を調光するためのＬＥＤ制御回路と、
前記ＬＥＤ制御回路に電気的に接続された電源と、を備え、
前記ベースアセンブリは、中空部分を備え、
前記ＬＥＤ制御回路は、完全に前記中空部分内に収容され、
LED制御回路は、前記電源のみから電力を供給される。
ベースアセンブリは、電球ソケットに適合するように構成された周壁を備える。周壁は、その遠位端にリムを有する。前記リムは、前記ベースアセンブリの端部を規定する。第１の基板は、前記リムによって規定された空間を介した無線通信を受信するために、曝露されている。第２の基板は、前記第１の基板の後ろに配置され、前記ＬＥＤ光源を調光するための前記ＬＥＤ制御回路を組み込んでいる。前記電源は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置される。前記電源及び前記第２の基板は、両方とも、前記周壁の前記リムの後方に配置される。
いくつかの実施形態では、上記のように調光可能な発光デバイスを調光するための制御装置が提供される。制御装置は、ＬＥＤ制御回路基板と並列に配置されたネットワーク通信基板を備える。制御装置はさらに、LED制御回路基板にのみ電力を供給する電源を備える。電源は、ネットワーク通信基板とLED制御回路基板との間に配置される。
いくつかの実施形態では、上記のような制御装置を備える汎用調光器が提供される。これは、さらなる光源の制御及び調光を有利に可能にする。
本発明は、以下の図を参照して説明される。
図１は、光源を概略的に示す図である。 図２は、Ｅ２７電球ベース内の電子機器である、ＤｏＢ（「基板上の調光器」）の空間モデルを示す。 図３は、図２の空間モデルを上方から見た斜視図を示す。 図４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の空間モデルを示す。 図５Ａは、電球ベース内のＤｏＢ電子機器のさらなる空間モデルを示す。 図５Ｂは、電球ベース内のＤｏＢ電子機器のさらなる空間モデルを示す。 図５Ｃは、電球ベース内のＤｏＢ電子機器のさらなる空間モデルを示す。 図６Ａは、Ｅ２７電球ベース内部のＤｏＢ回路及びバッテリーの空間モデルを示す。 図６Ｂは、Ｅ２７電球ベース内部のＤｏＢ回路及びバッテリーの空間モデルを示す。 図６Ｃは、Ｅ２７電球ベース内部のＤｏＢ回路及びバッテリーの空間モデルを示す。 図７は、ＤｏＢ回路を概略的に示す。 図８は、ＤｏＢにおけるBluetooth回路を概略的に示す。 図９は、ＤｏＢにおけるマイクロコントローラ（ＭＣＵ）回路を概略的に示す。 図１０Ａは、ＤｏＢ、ＰＣＢのレイアウトの上面図を示す。 図１０Ｂは、ＤｏＢ、ＰＣＢのレイアウトの底面図を示す。 図１１は、ＬＥＤの調光を駆動するための、ＤＣ電子機器によるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号の例を示す。 図１２は、ＤｏＢからの線形ドライブ出力を示す。 図１３は、ヨーロッパ（２３０Ｖ）及び米国（１１０Ｖ）の駆動電圧のテスト結果を示す。 図１４は、ヨーロッパ（２３０Ｖ）及び米国（１１０Ｖ）の駆動電圧のテスト結果を示す。 図１５は、ドライバの概略回路図である。 図１６は、ドライバのテスト結果を示す表である。 図１７は、ドライバ基板出力の例を示す。 図１８は、ＰＶ充電回路の例を示す。 図１９は、ＰＶセルとＤｏＢを使用した回路例（「ブースト集積回路、ＩＣ」）を示す。この図のタイトルは、「ＬＴＣ３１０５ 最大電力点制御と２５０ｍＶでの起動を有する４００ｍＡ昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ」である。 図２０は、ブースト集積回路（ＩＣ）のシミュレーション回路図の例を示す。 図２１は、インダクタレススイッチングレギュレータを使用してＤｏＢに電力を供給する回路を示す。この図のタイトルは、「ＳＲ０８６／ＳＲ０８７ 調整可能なオフラインインダクタレススイッチングレギュレータ」である。 図２２は、基板サイズの例を示す。 図２３は、汎用調光インターフェースの要素を示す。 図２４は、ＤｏＢ測定の例を示す。 図２５は、ステムにPVストリップを有する電球の側面図を示す。 図２６は、ステムにPVストリップを有する電球の側面図を示す。 図２７は、電球の透明部分の側面にPVストリップを有する電球の側面図を示す。 図２８は、電球の透明部分の側面にPVストリップを有する電球の側面図を示す。 図２９は、ステムにPVストリップを有する電球の側面図を示す。 図３０は、ステムにPVストリップを有する電球の側面図を示す。 図３１は、電球ベースのリムの周囲にPVストリップを有する電球の側面図を示す。 図３２は、電球ベースのリムの周囲にPVストリップを有する電球の側面図を示す。 図３３は、PVストリップを有するランプの側面図を示す。 図３４は、PVストリップを有するスポットライトを示す。
以下の文章では、「発光デバイス」、「光源」、「電球」、および「ランプ」という用語は、さまざまな光源構成を指すために交換可能に使用され得る。
図１は、一般的な家庭用電球ソケットの白熱電球と交換するためのＬＥＤランプ１０を概略的に示す。ランプ１０は、中空円筒部分を有するベースアセンブリ２０、バルブアセンブリ３０及びＬＥＤ光源４０を有する。ＬＥＤは、ベースアセンブリ２０を介して主電源から電力供給される。バルブアセンブリ３０は、ガラスなどの透明な材料から作られることが好ましい。
ベースアセンブリ２０は、適切な金属材料から作られ、Ｅ２６またはＥ２７の電球ソケットに適合するように構成される。電球ソケットは、ランプ１０のねじ山２１に対応するねじ山を有する。ベースアセンブリ２０は、典型的な電球の「ねじ」と同じに見えることが好ましい。ベースアセンブリ２０の先端２２は、ランプ１０がソケットに完全にねじ込まれて主電源からＬＥＤに電力を供給するとき、電球ソケットの底部の接点に接触する。
図２に概略的に示されるように、ベースアセンブリ２０は、空間５０内のＤｏＢ（「基板上の調光器」）を含む、ランプの電子機器を収容する。これにより、ＬＥＤ４０が可能な限り露出される。この例で使用される調光器は、４Ｗ２ステップ調光ＰＣＢ（プリント回路基板）である。ベースアセンブリ２０の内部で利用可能に作られた空間５０は、２ステップ調光ＰＣＢのバリスタ部品を含むＤｏＢ電子機器を完全に収容する。
したがって、空間５０は、調光電子機器の「立ち入り禁止」領域を表し、使用可能な空間のベース（base）に、より大まかに広がる。ベースアセンブリ２０のリム部分（またはベース）の底部に示される小さなドーム６０は、完全を期して示されているが、比較的容積が小さく、また、ドームの中心及び先端２２を介して電気接続を行う必要があるため、小さなドーム６０に電子機器を収容することは想定されていない。
図３は、図２のベースアセンブリ２０の透視斜視図である。図４には、ＰＣＢ領域５５が示されている。提案されているＰＣＢ領域５５には、１〜３個のＰＣＢが有利に収まる。
バリスタは５．６Ｗバリアントに適合していないが、このバージョンの２ステップ調光ＰＣＢの部品は下側に取り付けられており、上部が空いた状態である。これが４Ｗを用いて変圧され得るか、または２ステップ調光円形基板の表面からさらなるクリアランスを設ける必要がある。このクリアランスは、２ステップ調光ＰＣＢの半分では１．２ｍｍ、他方の半分では２．８ｍｍである。
ＬＥＤの調光は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を使用するＤＣ（直流）電子機器によって駆動される。特定の時間における調光のレベルは、ＰＷＭ信号のデューティ比によって定義されるが、これは、１周期において信号が「オン」になっている時間の長さである。ＰＷＭ信号の例を図１１に示す。ＰＷＭ信号によって、ＬＥＤ駆動回路に電力を供給するＡＣ信号が「切断」されることにより、それらの調光が行われる。ＰＷＭ信号は、それ自体がソフトウェアで制御されるマイクロコントローラー（ＭＣＵ）のタイマーによって、生成される。
任意で、ランプのネットワーク制御が可能である。好ましい実施形態では、ＤｏＢのリモート操作のための無線通信が想定される。特に、Wi-Fi、ZigBee、Thread、Bluetooth mesh（これらの多くは登録商標）などのさまざまなプロトコルをサポートするために、マルチプロトコルの２．４ｇＨｚの装置を使用してもよい。Bluetoothは、例えば携帯電話などのモバイルデバイスに接続することが好ましい。Bluetoothは、従来、データを通信するために2つのデバイスを相互に接続する必要がある（他のデバイスは接続しない）、ペアテクノロジである。 Bluetooth 5のメッシュネットワーキング（mesh-networking）により、Bluetoothデバイスは、より広いネットワーク内で、他の１以上のデバイスと通信することができる。したがって、Bluetooth 5のメッシュ機能により、複数の照明装置のグループ化と制御が可能となる。 Silicon Labsの「Blue Gecko」（登録商標）ソリューションがマイクロコントローラー（MCU）とともに従来のモデルとして使用される、コプロセッサモデルを使用したパルス幅変調（PWM）調光が好ましい。Bluetooth 5は、DALIなどの従来のネットワーク通信システムに代わる手段を提供し、携帯電話でBluetoothを利用できるため、特に注目されている。
別の実施形態では、主電源を介して少なくとも部分的に制御できるようにするために、ＤＡＬＩ互換性が想定されている。主に、それは無線ネットワーク制御であるが、DALI互換性は、主に有線制御システムの少なくとも一部として統合できることを意味する。これは、DALI言語を「話す」ことができる無線中継器への信号を、有線を介して送ることを許容し得る。DALI言語は、ランプによって理解され得る。その意味では、ランプは、言語を理解することができるが、ランプ自体は主電源との接点を介して直接制御され得ない。例えば、ＭＣＵデバイスは、ＤＡＬＩスタックを備え得る。
任意で、Bluetoothモジュールは、外部アンテナに接続できる。これにより、ランプの金属ベースアセンブリの「ファラデーケージ」効果によるRFパフォーマンスの低下が解消される。あるいは、内部アンテナを使用することにより、コストおよび製造の複雑さを低減することができる。
調光器は、例えば、トライアックまたはMOSFETを含み得る。本発明者らは、例えばＳ１２４ＭＣＵを用いて、４ＷランプのＰＷＭ制御および滑らかな調光が達成可能であることを見出した。好ましい実施形態は、ヒートパイプを有さない。それにもかかわらず、任意で、デバイスが過熱した場合に動作を停止するためのサーミスタなどの熱保護を含めることができる。DoBからLED／フィラメントにまたはその逆に熱を広げるために、ヒートパイプオプションも想定され得る。
＜テスト例＞
例では、携帯電話アプリケーション（アプリケーション）とBluetooth通信アダプター基板との間に、Bluetooth接続がセットアップされる。このセットアップにより、アプリケーションを介して、４Ｗと１０ＷのLED電球をそれぞれリモートで暗くしたり明るくしたりできる。通常の動作中では、PWM周波数は900Hzから1kHzまでが好ましい。
DoBによって、スムーズに、明滅なしで、電球を暗くおよび明るくすることができる。１０〜１００を１０ずつ区切った調光器設定に対する電圧によって、ドライブ出力が測定された。図１２に示すように、DoBからのドライブ出力は、範囲全体にわたって比例して直線的に出力される。
DoBへの給電は、たとえば、英国と米国の両方の電圧源から行うことができる。たとえば、DOBは、110 Vに設定されたバリアックを介して給電される。230Vと110Vの両方で駆動をテストした結果の例を、図１３の表及び図１４に示す。図１４からわかるように、110Vと230Vの両方の駆動電圧で線形の結果が得られた。
テスト例では、フィラメント配線が4×40mm及び電球がST64-4S-E27-1800Kである、4Wドライバーが使用された。内部フィラメントの配線を、図15に概略的に示す。この構成では、ＬＥＤフィラメント１１０はすべて、ＤｏＢのある点（Ａ）から別の点（Ｂ）まで直列に配線され、点Ｂは第１のＬＥＤのアノードを表す。図中の各ＬＥＤ１１０は、ＬＥＤフィラメントを表す。この構成でマルチメータ２２０を直列に接続することにより、ドライバによって供給される電球フィラメントを流れる電流と電圧を測定できる。測定では、各フィラメント間に４０Ｖの電圧がかかり、全体で１６０Ｖであった。
図１６の表からわかるように、アプリケーション設定０〜１０の間で電圧は増加し、その後安定する。電流は範囲全体で増加している。図１７は、ほぼ線形の電流引き込みを示し、１０〜１００のプロットがグラフに表示されている。
別のテスト例では、フィラメント配線が4×40mmで、電球がST64-4S-E27-1800Kである、13Wドライバーが使用された。
重要な実施形態では、調光回路は、ＬＥＤ／フィラメントとは独立して電力を供給される。つまり、調光器はグリッド（grid）から電力を引き出すのではなく、別の電源から電力を引き出す。任意で、電子機器制御装置はLED／フィラメントから電力を引き出すことができるが、主電源からは引き出すことができない。
調光回路用の電力を集める方法は、いくつか想定される。
２ステップ調光回路からの収集
２ステップの調光回路から収集するための方法は、推奨されるオプションである（構成部品は最小限必要である）。調光回路によって230Vが降圧され、LEDフィラメント自体が降圧および整流機能を提供することが想定されている。
降圧電源回路の提供
回路に必要な電力入力を提供する標準的な降圧および整流回路がシミュレーションされている。ただし、このタイプの回路では、大きなコンデンサ及び／または抵抗を使用する必要がある。
バッテリー電源
バッテリー電源を使用すると、基本的には、バッテリー付きのUSBコネクタから提供される電源を置き換える。小型のコイン電池が想定されており、オンボードの調光器と並べて一緒に収容することができる。このアプローチには多くの利点がある。
・必要な電力を提供するように簡単に構成できる（WiFiなどの他の通信システムが後日組み込まれると、必要な電力が変わる可能性がある）。
・Ｅ２６／Ｅ２７ベースアセンブリ内に収まるようにすべての電子機器を取り付けるための、多くのオプションの採用が可能となる。
・DoBは２ステップの調光基板から切り離されているため、技術の移植性がさらに高くなる。
・クリーンな絶縁バリアが低電圧と主電源の電圧との間に提供される。
バッテリー電源と組み合わせた収集
さらに、充電式バッテリー、充電回路、エネルギー源を使用することも想定される。エネルギー源の１つのオプションは２段階調光基板だが、これはこの方法を調光基板に結合させる（つまり、汎用ではない）。さらに好ましい選択肢は、ベースアセンブリ２０内（ねじ部の直径内）に配置され、フィラメントに面する、可撓性太陽電池を使用することである。
太陽電池は、たとえば太陽光発電（PV）テープから作ることができる。太陽光発電（PV）テープは、LEDから放出された光からエネルギーを集めることができ、バッテリーを充電して電子機器を制御するのに十分な電力を提供できる。この方法によれば、バッテリー寿命の延長など、多くの利点がある。
別の実施形態では、通信基板と制御基板の両方が同じ基板上にある。別の実施形態では、例えば電源を挟んで、制御基板と通信基板とが分離している。調光基板から通信基板を分離するまたは切り離すことにより、統合基板に比べて次のような多くの利点が生じる。
・PCB設計は、より堅牢となり、必要に応じてEMCまたは電気的妨害を軽減するためのオプションを提供する。
・PCBの追加空間は、他の方法では組み込むことができない設計および製造テストのオプションを提供する。
図６Ａから６Ｃは、Ｅ２７電球ベース内部のＤｏＢ回路およびバッテリーの空間モデルを示す。通信基板７０および円形の調光基板９０は、分離して、バッテリー８０の各々の側に配置される。通信基板７は、Bluetooth装置であってもよい。図８は、DoBのBluetooth回路を概略的に示す。ＭＣＵ９５は空間５０に配置される。図９は、DoBのマイクロコントローラー（MCU）回路を概略的に示す。DoB、PCBのレイアウトを、図１０Ａおよび１０Ｂに示す。
バッテリーをトリクル充電するための電力の収集には、充電式バッテリー、充電回路、およびエネルギー源が使用される。一例では、太陽電池（PV）がエネルギー源として使用され、電球から放出された光からエネルギーを直接収集する。PVからバッテリーを充電するために必要な一般的なハードウェアブロック（光源、PV、ブーストＩＣ、充電式バッテリーおよび負荷（DoBおよび通信電子機器））を、図１８に示す。
本発明の態様によれば、太陽電池（ＰＶ）は、ＬＥＤ電球などの光源から電力を引き出す。PVからの電力は、使用可能な形式（例：4.2V）に変換するためにブーストＩＣの入力に供給される。ブーストＩＣの出力は、バッテリーの充電に使用される。バッテリーとブーストＩＣは、負荷に電力を供給するために使用される（例：DoBおよび通信電子機器）。
ＰＶ電池の構成部品は、好ましくは、ＰＶソーラーテープである。例えば、ＰＶテープは、ロールで提供されてもよい。このロールは、１０ｃｍのセクションに分離されていることが好ましい。PVソーラーテープは、前面または背面に任意で半透明の裏地接着剤（lined adhesive）を有する、柔軟な有機太陽電池箔であり、「ソーラーステッカー」として機能する。
この方法と必要なハードウェアブロックのシミュレーションは、ブーストＩＣを使用して実行された。図１９は、ブーストＩＣの典型的な適用例を示しており、ハードウェアブロック（PVセル１３０及びバッテリー）が含まれる。実際には、負荷（DoBおよび通信電子機器）は図19のポイントVoutに接続される。この回路の詳細は、以下から取得できる。
http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3105fb.pdf
ＰＶを使用する実施形態（１つまたは複数の太陽電池、ストリップまたはテープ）
好ましい実施形態では、光源はＬＥＤ光源である。好ましくは、ＬＥＤ光源は、１つまたは複数のフィラメントを有する。
好ましい実施形態では、発光デバイスは、電球ソケットに適合するように構成されたベースアセンブリと、LED光源を調光するためのLED制御回路と、を組み込んでいる。ベースアセンブリは中空部分を含む。LED制御回路は中空部分内に完全に収納されている。好ましい実施形態では、制御回路または制御回路のバッテリーに動作可能に接続されて、ＰＶセルまたはテープが提供される。
ＰＶテープは、任意で、電球のガラス内などの発光デバイスの透明部分内に設けられる。任意で、ＰＶストリップ１０１が設けられた図２５および２６に示されるように、ＰＶテープまたはストリップが電球のステムに固定される。これらは、適切な取り付け手段１０２に加えて結合することができる。図２５は、PVストリップが比較的内側に配置された平行フィラメントの配置を示す。図２６は、PVストリップが比較的半径方向内側に配置された発散フィラメントの配置を示す。
任意で、ＰＶストリップまたはテープは、例えば図２７および２８に示されるように、電球の透明部分の内側に固定され得る。ＰＶテープと、電球のベース内またはランプのハウジング内に提供され得る制御回路と、の間の様々な実施形態において、適切な配線または巻線が想定される。
任意で、ＰＶセルは、例えば図２５から２８に示されるように、垂直方向に延びる複数のストリップを含む。
任意で、ＰＶセルは、図２９および３０に示されるように、水平方向または横方向に延びる複数のストリップを含む。
任意で、ＰＶストリップは円周方向に配置され、例えば、電球のベースのハウジングの上部の周りに配置され得る。これは、たとえば、図３１および３２に示す構成をとることができる。
任意で、ＰＶストリップは、図３３に示すように、ランプの反射面に配置される。
任意で、ＰＶストリップは、図３４に示すように、スポットライトの反射面に提供される。任意で、各ストリップは、接着剤または他の取り付け手段によって取り付けることができる。
アンテナ
本明細書に記載の実施形態のいずれかにおいて、携帯電話または他の入力デバイスなどの無線デバイスから信号を十分に受信するために、電球のベースの外部にアンテナが配置されることが、任意で想定される。その意味で、アンテナ自体は収容された制御回路の一部を形成しないが、それと連動して動作する。アンテナは、必要に応じて、電球の側面またはベースの外面に固定することができる。
外部から電子機器に電力を供給する
代替の実施形態では、USB、変圧器、またはアダプターなどの外部電源から、DoBおよび通信電子機器に電力を供給することが可能である。３つのオプションはすべて、汎用的な調光方法の一部とみなし得る。
USBソケットおよびケーブルからの電力を使用して、DoBおよび通信電子機器に電力を供給することができる。これは、たとえば、マイクロソケットをDoB電子機器のV_INおよびGND1テストポイントに配線することで実現できる。以下のような既製のアダプター基板やカスタムPCBを開発してDoB電子設計に追加する必要がある。次に、標準のマイクロUSBケーブルを、このソケットと標準のUSBアダプターの間に接続することにより、DoBおよび通信電子機器に電力を供給することができる。
変圧器を介した給電は、外部ユニットと電球の組み合わせに類似した、代替方法である。たとえば、AC／DCコンバーターを使用して、DoBおよび通信電子機器に主電源（230V）から直接電力を供給することができる。実際には、外部ユニットには降圧電源回路が収容されている。これは、基板内の電子機器を調光するという目標に影響を与えないため、降圧電源回路を提供するよりも優れているが、電球を配線して変圧器を設置しても、簡単に設置したり後付けしたりできるわけではないことを意味する。
より一般的なオプションは、DoBと通信電子機器に配線された既製の電源アダプターとバレルコネクタを使用することである。
これら３つの電源オプションはすべて、変圧器を使用して、たとえば230Vから5Vに変換する。変圧器を使用して電力を供給すると、DoBおよび通信電子機器に直接配線できるため、コネクターを設ける必要がなく、有利である。利点は、変圧器を既存の照明回路に直接配線できるため、DoB電子機器が制御している電球と並列に、DoB電子機器に電力が供給されることである。
ドライバ回路から電子機器に電力を供給する
代替の実施形態では、ＤｏＢおよび通信基板は、基板の内部または外部のいずれかで、ドライバ回路要素から電力を供給されてもよい。電球内部から電力を取ることは、中性線（neutral）と主電源の両側とにアクセスできることを意味し、主電源から3Vへの降圧を達成することが容易となる。この要件の本質は、充電がコンデンサまたはバッテリーに保持できるという点で、ソーラー充電入力について上記で示したものと同様である。充電のレベルと量は変化し、場合によっては無視できる可能性がある（たとえば、最小降圧で電力を直接利用することが可能である場合）。
インダクタレススイッチングレギュレータ
DoBおよび通信基板への電力供給は、通常は物理的に大きな構成部品である変圧器またはインダクターを使用せずに、ＩＣから行ってもよい。変圧器は通常、AC230Vからより小さなDC電圧に降圧するときに使用される標準的な方法である。ただし、電圧を降圧する別の方法を利用するICが存する。そのような構成部品の1つがSR086である。
図２１に、４つの抵抗、４つのコンデンサ、１つのブリッジ整流器、ヒューズ、ビジター、トランジスタおよびIC（SR086）自体で構成される典型的なアプリケーション回路を示す。これをDoBに適用すると、ブリッジ整流器とヒューズはすでにDoB回路図の一部として含まれているため、無視することができる。R1に82Kの値を使用すると、Voutの値が9.2Vに設定される。VoutはSR086で内部的に使用され、出力電流が60mAの3V3リニアレギュレータに電力を供給する。これは、DoB回路に電力を供給するのに十分なヘッドルームを提供する。図21に関する詳細は、以下のWebサイトから入手できる。
http：//ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005544A.pdf
サイズに関して、この回路の最大の構成部品は、レギュレーター自体（5mm ×6.2mm）、トランジスタ（11.5mm×6.7mm）、および直径10mmの470uFコンデンサである。一般的なアプリケーションの他の構成部品は、アプリケーションにとって適切な電力定格を有するように慎重に選択する必要があるが、これら3つの主要部品よりも物理的に小さくなる。470uFについても、削減し得る。この値は、Voutで100mAの負荷に対応するために選択されたものだが、実際にはDoBは25mAの最大負荷を表す。
図２２は、この方法に対応するために必要な基板サイズ（25 mmの正方形）の概算を示す。すなわち、これらの構成部品は、625mm2（1平方インチ未満）の基板サイズに適合する。このサイズの基板の使用可能な表面積は、構成部品の取り付けに基板の両側を使用できるため、実際には1250 mm2になる。
この方法をサポートするために必要な基板のサイズは、同様の変圧器ベースの回路よりもはるかに小さい。さらに、構成部品の数は同じであるが、各構成部品の物理的なサイズにより、レイアウト段階での基板の設計方法の柔軟性がさらに向上する。
汎用調光インターフェース
汎用調光インターフェースには、調光、通信、および電源要素が含まれる。各調光器／通信の組み合わせには、1つの電源からの電力供給が必要である。図２３は、汎用調光インターフェースの構成要素（DoB、電源（例：20-25 mA）及び負荷（例：40V））と、通信基板／電子機器と、を示す。電子機器を駆動する電源は、電子機器から独立している。この例では、DoBは負荷で、ブリッジ整流器によって制限された128Wに設定されている。
DoBの設計は、上記で説明されている。DoBの寸法（ただし、電球ソケット（すなわちE27）に適合する実施形態に関連する）は、ここでは本質的ではなく、これらは変化する場合があることを理解されたい。
Bluetoothの使用に基づく通信基板の設計と、試行されたDoBと組み合わせて使用するための設計は、上記で説明されている。上記の基板の寸法が適用される。ただし、アンテナの適合性は、特定の設計において考慮する必要がある。
追加の通信オプションと、設計とのそれらの適合性と、が検討されている。
１）無線ネットワークオプション
□Bluetoothメッシュ−試用したBluetoothモジュールは、メッシュ対応可能である。
□代替または追加のメッシュネットワーク用の空間を通信基板に設けることができる。
２）有線通信オプション
□DALI、DMXの統合の要件が検討されている。
□これらのオプションでは、DoBに供給される電力が必要となる。外部電源オプションが検討および推奨されており、これらを使用することにより、この機能を促進できる。
□MCUは、DALIスタックと、DALIおよびDMX制御に必要なソフトウェアを追加するオプションと、に対応できるように選択されている。
通信オプションの組み合わせは、一般性を提供するために想定される。たとえば、有線DALI接続方法をBluetooth無線方法と組み合わせることができる。それぞれが同じ調光基板を使用できる。
電源は、好ましくは、４．２Ｖの電圧および２０〜２５ｍＡｈの電流を提供する。独立型オプション（stand-alone option）の場合、つまりDoB電子機器がセルフパワー式の場合、コンスタントな充電式電源（constant rechargeable source）から電力を供給する手段が必要である。これには、基本的に、電荷を蓄えるためのコンデンサが必要であり、デモンストレータには充電式バッテリーが使用されている。この例のバッテリーの静電容量は75mAhであるため、充電回路と並列に3時間のヘッドルームが提供され、一定の充電でDoBおよび通信電子機器に電力が供給される。これは、バッテリーの寿命にわたってバッテリーに一定の電力を供給するのに十分であり、それによって、通常の寿命の間、電球に電力を供給することができる。この一定の充電を提供するために、いくつかの方法が研究されており、その一つは、上記のような太陽源を使用することである。発明者らは、64Wの負荷（8つの電球が取り付けられている）が、電球の128Wの最大推定値で、完全に暗くおよび明るくされ得ることを発見した。
図２４は、DoB測定の例を示す。基板の両面の使用可能な表面積は約680.2mm2である。基板が密集している場合、これは、DoBを構成する部品を収容するために必要な最小表面積であると見なすことができる。すなわち、同等の表面積を備える基板に、構成部品を配置することができる。
DoBプロトタイプは、E27（27mm）電球を念頭に置いて設計されている。サイズは、ねじ山の外形を反映している。したがって、E26（26mm）は、26mmの外径を有する。この例では、DoBはホルダーの内側に収まるように設計される。内側の寸法はE27で26mmであり、E26で25mmであると推定される。理論的には、直径22mmのDoBが適合する。
しかしながら、一般に、基板の形状および寸法は変化する可能性があり、さらに、基板は空間内で積み重ねることができる。したがって、部品を取り付けるために必要な基板領域または面積の有限の極限を考慮することが賢明である。EMC、アンテナ、rf、および安全性の考慮事項も、考慮する必要がある。各実装は、カスタマイズ可能である。開始点として、DoB電子機器に必要な基本的な面積の最低値は、E27電球用に設計された680.2mm2に設定されている。

Claims (13)

  1. 調光可能な発光デバイスであって、
    ＬＥＤ光源と、
    電球ソケットに適合するように構成されるベースアセンブリと、
    前記ＬＥＤ光源を調光するためのＬＥＤ制御回路と、を含み、
    前記ベースアセンブリは、中空部分を備え、
    前記ＬＥＤ制御回路は、完全に前記中空部分内に完全に収容された、調光可能な発光デバイス。
  2. 前記ＬＥＤ光源は、１以上のＬＥＤフィラメントを備える、請求項１に記載の調光可能な発光デバイス。
  3. 前記ベースアセンブリは、Ｅ２６またはＥ２７電球ソケットに適合するように構成される、請求項１または２に記載の調光可能な発光デバイス。
  4. 前記ＬＥＤ制御回路に電気的に接続された電源をさらに含み、
    前記ＬＥＤ制御回路は、前記電源のみから電力を供給される、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の調光可能な発光デバイス。
  5. 前記電源は、前記ベースアセンブリの前記中空部分の内部に設けられる、請求項４に記載の調光可能な発光デバイス。
  6. 前記電源は、前記ＬＥＤ光源に面する太陽光発電セルである、請求項４または５に記載の調光可能な発光デバイス。
  7. 前記調光可能な発光デバイスをリモート制御するためのネットワーク通信基板をさらに備える、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の調光可能な発光デバイス。
  8. 前記ネットワーク通信基板はDALI互換性を有する、請求項７に記載の調光可能な発光デバイス。
  9. 前記ネットワーク通信基板は、前記ＬＥＤ制御回路を備える、請求項７または８に記載の調光可能な発光デバイス。
  10. 前記ネットワーク通信基板と前記ＬＥＤ制御回路は別々の基板上に設けられる、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の調光可能な発光デバイス。
  11. 前記電源は、請求項３〜５において、前記ネットワーク通信基板と前記ＬＥＤ制御回路基板の間に配置される、請求項１０に記載の調光可能な発光デバイス。
  12. 請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の調光可能な発光デバイスを調光するための、制御装置。
  13. 請求項１２に記載の制御装置を備える、汎用調光器。
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