JP2021522654A - Ｌｅｄ照明デバイス用のドライバ装置、前記ドライバ装置を使用する照明デバイス、及び駆動方法 - Google Patents

Abstract

ＬＥＤ光源と少なくとも１つの追加的補助モジュールとを有するＬＥＤ照明デバイス用の、ドライバ装置が提供される。ドライバ装置は、別個の主ドライバと補助ドライバとを備える。補助ドライバからの電力の供給は、補助電力出力部、あるいは主電力出力部及び補助電力出力部の双方、のいずれかへと制御される。各ドライバは、駆動するために各ドライバが必要とされている負荷に対して、最適化されることができる。デバイスは、低電力補助モードにおいて、そのような低電力動作に適しているドライバを使用することによって、全体的に、より効率的であり得る。特に、ＬＥＤ光源の電力需要が低い場合、補助ドライバが使用されてもよい。

Description

本発明は、ＬＥＤ照明システム及びドライバに関し、特に、例えば感知目的又は通信目的のために、照明システムの照明器具に追加的機能性が組み込まれている照明システムに関する。

複雑な照明システム、例えば、照明器具がローカルセンサ及び／又は通信モジュールを含むスマート照明システムでは、複数の出力を生成する電源が必要とされる。照明負荷用の主供給源に加えて、マスタ制御ユニット、論理回路、ゲートドライバ、センサ、及び／又は通信モジュールなどに供給するための、補助供給源が必要とされる。

これらの追加的機能の提供に関する問題は、待機電力消費が問題となる点である。５００ｍＷ未満の、ランプ又はスタンドアロン型ＬＥＤドライバに関する待機電力消費の規制要件が存在している。例えば、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｍｍｉｓｉｏｎは、コネクテッドランプに対して０．２Ｗの最大待機電力の要件を推進している。

この低い待機電力消費目標を達成するために、スタンドアロン型補助電源が、ＬＥＤドライバにおいて広く採用されている。その場合、照明負荷用の電源として機能する、主ＬＥＤドライバとは別個の待機電源が存在する。

調光機能は、ＬＥＤドライバによって提供される共通の特徴である。ＬＥＤドライバ電力が減弱される場合に、エネルギーの節約をもたらすためには、効率が極めて重要である。ＬＥＤドライバは、最大電力要件に従って設計されなければならず、そのため、大きい電流定格の構成要素が、設計において使用されるが、これは、高効率領域が平均して高電力／負荷にあり、軽負荷におけるＬＥＤドライバの効率が低いことを意味する。典型的な効率は、図１に示されるようなものであり、図１は、定格負荷の百分率としての負荷に対する、効率（Ｅ、ｙ軸）をプロットしている。低負荷条件において、特定の効率の問題が存在している。

それゆえ、ＬＥＤ光源用のドライバにおける効率の改善を可能にし、かつ追加的モジュールに低い待機電力要件がもたらされることを可能にする必要性がある。

国際公開第２０１５１２８３８８（Ａ１）号は、リニアドライバのコンデンサが主電源のピークで充電されているか否かに応じて、スイッチモード電源の入力電流が調整されることができ、それにより、均質な光出力を得ながら良好な力率及びより少ないフリッカをもたらす、２ドライバアーキテクチャを開示している。

国際公開第２０１５１８５５７０（Ａ１）号は、ＬＥＤに給電するためのＬＥＤドライバと、緊急事態、供給源の送電停止の場合に、バッテリからＬＥＤに給電するための、ＤＣ−ＤＣコンバータとを備える、非常用ランプを開示している。

米国特許第９８２６５８３（Ｂ１）号は、ＬＥＤドライバ内のコントローラを制御するための外部コントローラに給電する、ＬＥＤドライバ内の補助電源を開示している。

本発明は、請求項によって定義される。

本発明の構想は、ＬＥＤ電力需要が、補助ドライバによって満たされることができるほど十分に低い場合に、主ＬＥＤドライバの代わりに、補助ドライバを利用して、ＬＥＤ照明負荷に電力を送達することである。補助ドライバは、一般に、ＡＣ主電源によって供給される場合、依然として低電力ドライバであり、本来は、センサ及び通信回路などの、補助モジュールのみを対象としており、ＬＥＤ照明負荷のピーク電力需要よりも低い電力送達能力を有する。ＡＣ主電源によって供給される場合の補助ドライバを、ＬＥＤに給電するために再利用することによって、ＡＣ主電源によって供給される場合の低電力レベルにおける主ＬＥＤドライバの動作が、低減されるか又は阻止され、ＡＣ主電源によって供給される場合の主ＬＥＤドライバの、低い電力効率が回避される。

本発明の一態様による実施例によれば、ＬＥＤ光源と少なくとも１つの追加的補助モジュールとを有するＬＥＤ照明デバイス用の、ドライバ装置であって、
ＬＥＤ光源に電力を供給するための、主電力出力部と、
主電力変換回路を有する主ＬＥＤドライバであって、主電力出力部に接続されている、主ＬＥＤドライバと、
少なくとも１つの追加的補助モジュールに電力を供給するための、補助電力出力部と、
補助ドライバであって、主ＬＥＤドライバから独立している補助電力変換回路を有する、補助ドライバと、
主電力出力部及び補助電力出力部への、補助ドライバからの電力の送達の比率を制御するための、コントローラと、を備え、
コントローラが、ＬＥＤドライバの調光コマンドを受信するために、コマンド接続を介して通信するように、及び、
ＬＥＤ光源の出力電力が、調光コマンドに従って、閾値よりも低く設定される場合に、ＬＥＤ光源に電力を供給するべく、補助ドライバを制御するように適合されている、ドライバ装置が提供される。

コントローラは、例えば、補助電力出力部への、あるいは主電力出力部及び補助電力出力部の双方への、補助ドライバからの電力の送達を制御する。

このドライバ装置は、ＬＥＤ照明デバイス用と、１つ以上の補助モジュール用との、別個のドライバを有する。このようにして、各ドライバは、駆動するために各ドライバが必要とされている負荷に対して、最適化されることができる。このことは、デバイスが、低電力照明モードにおいて、そのような低電力動作に適しているドライバを使用することによって、より効率的であり得ることを意味する。少なくとも２つの独立したドライバを設けることに加えて、補助ドライバの出力は、ＬＥＤ光源に給電するために使用されることが可能である。このことは、ＬＥＤ光源の電力需要が低い場合に、例えば、深い調光の期間中に、適切であり得る。この時間にわたって補助ドライバを使用することによって、ドライバ装置の全体的な効率が改善され得る。

それゆえ、ＬＥＤ光源の電力需要が低い場合、必要とされる電力を、主ＬＥＤドライバよりも効率的に送達するために、補助ドライバが使用されてもよい。

更なる実施形態では、コマンド接続は、ＡＣ主電源とは異なり、主ＬＥＤドライバ及び補助ドライバは、双方とも、ＡＣ主電源からＬＥＤに給電するように適合されており、補助ドライバの定格最大電力は、主ＬＥＤドライバの定格最大電力よりも低いが、補助ドライバは、閾値よりも低い設定出力電力において、主ＬＥＤドライバよりも高い効率を有する。これらの技術的特徴は、ドライバの選択が、より良好な効率を達成するための、より積極的な方式であることを可能にする。

好ましくは、コマンド接続は、無線接続である。

コントローラは、補助ドライバからのＬＥＤ光源への電力送達を感知するためのセンサを有し、かつ、主ドライバからのＬＥＤ光源への電力送達をしかるべく制御するための、電力制御ループを含み得る。

電力制御ループは、主ＬＥＤドライバに対するものであり、補助ドライバからの、あるいは主ＬＥＤドライバ及び補助ドライバの双方からの、ＬＥＤ光源への電力送達を感知するための、センサを有する。電力制御ループは、ＬＥＤ光源への電力送達がＬＥＤ光源の出力電力需要と一致するように、主電力変換回路からのＬＥＤ光源への電力送達を制御するように適合されている。

このようにして、補助供給源からの寄与を監視して、主ドライバをしかるべく制御することによって、ＬＥＤ光源への総電力送達が適正であることが保証される。

コントローラは、好ましくは、ＬＥＤ光源の電力需要、及び少なくとも１つの追加的補助モジュールの電力需要に応じて、電力の送達を制御するように適合されている。

補助ドライバの出力電力を、補助モジュールのために使用するか、又は、更にＬＥＤ光源のために使用するか否かの決定は、それゆえ、双方の電力需要を考慮に入れる。補助ドライバによって双方が満たされることができる場合には、補助ドライバは、唯一の電源として使用されることになる。補助ドライバによって双方が満たされることができない場合には、補助ドライバは、過負荷を掛けられるべきではなく、好ましくは、２つのドライバが双方とも使用されることになる。

コントローラは、例えば、少なくとも１つの追加的補助モジュールの電力需要を、
少なくとも１つの追加的補助モジュールからシグナリングを受信することによって、又は、
補助ドライバがＬＥＤ光源に電力を出力しない場合の、補助ドライバの出力電力を検出することによって、取得するように適合されている。

それゆえ、ＬＥＤ光源及び補助モジュールに適正な総電力が送達されることを可能にする検出を提供するための、様々な方式が存在する。

コントローラは、補助ドライバの電力出力を、
補助ドライバのピーク出力電力、及び、
少なくとも１つの追加的補助モジュールの電力需要とＬＥＤ光源の出力電力需要との合計のうちの、小さい方に設定するように適合されてもよい。

このようにして、補助ドライバの出力電力は、少なくとも１つの追加的補助モジュールの電力需要とＬＥＤ光源の出力電力需要との合計に設定される。この合計が、補助ドライバのピーク電力出力能力を超過する場合には、補助ドライバは、ピーク電力に設定される。このことは、可能な場合は常に、補助ドライバだけが使用されることを意味する。総電力需要が、補助ドライバのみによって満たされることができない場合は常に、補助ドライバは、その全出力まで駆動され、残余の追加的電力要件は、主ＬＥＤドライバによって送達される。このことは、効率が改善されることを意味するが、これは、補助ドライバが常に、電力需要の最も低い部分に関与しているためである。

補助ドライバは、例えば、追加的モジュール用の定電圧ドライバを含む。追加的モジュールは、例えば、その場合、定電圧電源から適切に機能することができるように、入力／出力電力制御能力を有する。

好ましくは、合計がピーク出力電力よりも高い場合、すなわち、補助ドライバが、そのピーク出力電力で稼働する必要がある場合、コントローラは、補助電力出力部上の電圧を調整しながら補助ドライバのピーク出力電力に対応するピーク電流を維持するように適合されている。

合計がピーク出力電力よりも低い場合、すなわち、補助ドライバが、そのピーク出力電力で稼働しない場合、コントローラは、補助電力出力部上の電圧を調整しながらＬＥＤ光源の出力電力需要に対応する電流を維持するように適合されている。

この好ましい実施形態は、補助ドライバに対するフィードバック制御ループを定義する。

補助ドライバは、主電力インダクタと、主電力インダクタに磁気的に結合され、かつ少なくとも１つの追加的補助モジュールに接続するように適合されている、第１の二次インダクタとを含んでもよい。このことは、補助モジュールへの絶縁された供給をもたらす。更には、異なるタイプの補助モジュールに第２の絶縁された供給をもたらすための、第２の二次インダクタが存在してもよい。２つの二次インダクタは、出力電圧が異なり得るように、異なる変圧比を生じさせてもよく、５Ｖの負荷及び１２Ｖの負荷などの、供給される異なるタイプの補助負荷に適合されている。

主電力インダクタは、例えば、電気的に直接、ＬＥＤ光源に接続するように適合されている。あるいは、補助ドライバは、主電力インダクタに磁気的に結合され、かつＬＥＤ光源に接続するように適合されている、更なる二次インダクタを含む。このことは、双方の供給が絶縁されていることを意味する。

本発明はまた、照明デバイスであって、
ＬＥＤ光源と、
少なくとも１つの追加的補助モジュールと、
上記で定義されたようなドライバ装置とを備え、少なくとも１つの追加的補助モジュールが、補助電力出力部における、補助ドライバからの追加的補助モジュールの入力電力を調整するように適合されている、照明デバイスも提供する。

このことは、上述のドライバ装置を組み込む照明デバイスを提供するものである。

少なくとも１つの追加的補助モジュールは、
ＲＦ通信デバイス、又は、
センサデバイスを含み得る。

種々の可能な補助モジュールが可能である。単一のモジュール又は複数のモジュールが存在してもよい。それらは、デバイスのネットワークを形成するために使用される。典型的には、モジュールは、存在検出、周囲光感知などに基づくものなどの機能性を、光システムに追加する。しかしながら、モジュールは、他の目的のために、例えば、侵入者検出システムの一部として、あるいは、暖房、換気、及び空調システム（heating, ventilation and air conditioning system；ＨＶＡＣ）を制御するためのセンサの一部として設けられてもよい。

本発明はまた、ＬＥＤ光源を有するＬＥＤ照明デバイスへの、及び少なくとも１つの追加的補助モジュールへの、ドライバ装置からの電力の供給を制御する方法であって、
主電力変換回路を有する主ＬＥＤドライバを使用して、ＬＥＤ光源（１４）に電力を供給するステップと、
補助ドライバを使用して、少なくとも１つの追加的補助モジュール（１６）に電力を供給するステップであって、補助ドライバが、主ＬＥＤドライバから独立している補助電力変換回路を有する、ステップと、
ＬＥＤドライバの調光コマンドを受信するために、コマンド接続を介して通信するステップと、
少なくとも１つの追加的補助モジュールのみへの、あるいは少なくとも１つの追加的補助モジュール及びＬＥＤ光源の双方への、補助ドライバからの電力の送達を選択的に制御するステップであって、ＬＥＤ光源の出力電力が、調光コマンドに従って、閾値よりも低く設定される場合に、ＬＥＤ光源に電力を供給するように補助ドライバを制御するステップとを含む、方法も提供する。

電力送達の選択的制御は、極めて低い電力需要レベルにおいて高電力ドライバを動作させることを回避することによって、効率の改善が得られることを可能にする。補助ドライバからのＬＥＤ光源への電力送達が感知され得ることにより、次いで、主ＬＥＤドライバからのＬＥＤ光源への電力送達がしかるべく制御される。電力の送達を選択的に制御することは、例えば、ＬＥＤ光源の電力需要、及び少なくとも１つの追加的補助モジュールの電力需要に応じている。

例として、本方法は、補助ドライバの電力出力を、
補助ドライバのピーク出力電力、及び、
少なくとも１つの追加的補助モジュールの電力需要とＬＥＤ光源の出力電力需要との合計のうちの、小さい方に設定するステップを含み得る。

それゆえ、補助ドライバは、低電力需要に対して優先的に使用される。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以降で説明される実施形態から明らかとなり、当該の実施形態を参照して解明されるであろう。

本発明のより良好な理解のために、及び、どのようにして本発明が遂行され得るかをより明確に示すために、次に、例としてのみ、添付図面が参照される。
種々の負荷条件におけるＬＥＤドライバの典型的なエネルギー効率を示す。 本発明の一実施例による、ＬＥＤ照明デバイス用のドライバ装置を示す。 図２の回路の一実施例を、より詳細に示す。 補助ドライバを、より詳細に示す。 コントローラによって実施される制御方法の一実施例を示す。 上述のアーキテクチャを採用することによって達成される効率の改善を示す。 主ドライバを制御するための制御スキームの一実施例を示す。 補助ドライバを制御するための制御スキームの一実施例を示す。 総電力要件が閾値未満である場合に使用するための制御スキームを示す。 補助ドライバ回路の代替的実装形態を示す。

本発明が、図を参照して説明される。

詳細な説明及び具体例は、装置、システム、及び方法の例示的実施形態を示すものであるが、単に例示目的に過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではない点を理解されたい。本発明の装置、システム、及び方法の、これら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の請求項、及び添付図面から、より良好に理解されるであろう。これらの図は、概略的なものに過ぎず、縮尺どおりに描かれていないことを理解されたい。また、同じ参照番号は、これらの図の全体を通して、同じ部分又は同様の部分を示すために使用されていることも理解されたい。

本発明は、ＬＥＤ照明デバイス用のドライバ装置を提供するものであり、照明デバイスは、ＬＥＤ光源と少なくとも１つの追加的補助モジュールとを有する。ドライバ装置は、別個の主ドライバと補助ドライバとを備える。補助ドライバからの電力の送達は、補助電力出力部、あるいは主電力出力部及び補助電力出力部の双方、のいずれかへと制御される。各ドライバは、駆動するために各ドライバが必要とされている負荷に対して、最適化されることができる。デバイスは、低電力モードにおいて、そのような低電力動作に適しているドライバを使用することによって、全体的に、より効率的であり得る。特に、ＬＥＤ光源の電力需要が低い場合、補助ドライバが使用されてもよい。

図２は、ＬＥＤ光源１４と少なくとも１つの追加的補助モジュール１６とを有するＬＥＤ照明デバイス１２用の、ドライバ装置１０を示す。図２では、照明デバイスは、光源、ドライバ装置、及び補助モジュールを含む、システム全体として定義されている。

ドライバ装置１０は、ＬＥＤ光源１４に電力を供給するための、主電力出力部１８を有する。主ＬＥＤドライバ２０が、主電力出力部１８に接続されている。主ＬＥＤドライバは、主電力変換回路を有する、スイッチモード電源を含む。あるいは、主ＬＥＤドライバはまた、スイッチモード電源の代わりに、リニア電源又は他のタイプの電源であることも可能である。補助電力出力部２２が、少なくとも１つの追加的補助モジュール１６に電力を供給するために設けられている。補助ドライバ２４が、補助電力出力部２２に接続されている。補助ドライバ２４もまた、主ＬＥＤドライバ２０から独立している補助電力変換回路を有する、スイッチモード電源を含む。あるいは、補助ドライバ２４はまた、他のタイプの電源であることも可能である。主ＬＥＤドライバ及び補助ドライバ２４は、通常、並列に接続され、双方ともＡＣグリッド又はＤＣグリッドのような入力に接続されている。

コントローラ２６が、２つのドライバを制御するために使用される。特に、補助ドライバからの電力は、補助電力出力部のみに、あるいは主電力出力部及び補助電力出力部の双方に供給されるように制御されてもよい。すなわち、ＬＥＤ及び追加的モジュールへの、補助ドライバからの電力の比率は、調節可能である。この目的のために、補助ドライバ２４は、ＬＥＤ光源１４への送達の前に、結合器２６において主ドライバの出力と組み合わされる、出力２５を有する。

このドライバ装置は、ＬＥＤ光源用と、補助モジュール用との、別個のドライバを有する。このようにして、各ドライバは、駆動するために各ドライバが必要とされている負荷に対して、最適化されることができる。このことは、デバイスが、低電力照明モードにおいて、そのような低電力動作に適しているドライバを使用することによって、より効率的であり得ることを意味する。補助ドライバは、例えば、ＬＥＤ光源の電力需要が低い場合に、例えば深い調光の期間中に、ＬＥＤ光源に給電するために使用される。この時間にわたって補助ドライバを使用することによって、ドライバ装置の全体的な効率が改善され得る。

それゆえ、補助電源は、軽負荷条件の間、低効率の主ＬＥＤドライバを置き換えるために使用されることにより、全負荷範囲にわたって、より効率的なＬＥＤドライバ動作を実現する。

例として、主ＬＥＤドライバ２０は、１００Ｗの最大負荷で動作するように設計されてもよく、その一方で、補助ドライバは、１０Ｗの最大負荷で動作するように設計されてもよい。より一般的には、主ドライバのピーク電力送達は、補助ドライバのピーク電力送達の３倍よりも大きく、好ましくは５倍よりも大きく、好ましくは８倍よりも大きい。

１００Ｗ及び１０Ｗの実施例に対しては、ＬＥＤドライバが、１０％の負荷レベル未満に、またそれゆえ、１０Ｗ未満に減光するように指示される場合、補助電源が、ＬＥＤ光源に供給するために使用されることができる。このことは、主ＬＥＤドライバが使用される場合よりも、効率的な動作をもたらす。補助電源の負荷は、典型的には、経時的に可変であり（センサが例えば定期的に作動されるか、又は、通信が間欠的である）、そのため、補助ドライバは、必ずしも全負荷条件では動作されず、負荷容量の一部は、多くの場合、ＬＥＤ光源の供給に使用するために利用可能である。

図３は、回路の一実施例を、より詳細に示す。

主ドライバ２０は、主電力変換回路３２及び整流器３３を有する。主電力変換回路は、この実施例ではバックコンバータとして示されている、スイッチモード電力コンバータである。電流感知抵抗器１５が、例えばフィードバック制御を提供するための、ＬＥＤ電流の感知を可能にする。

コントローラ２６は、一方が主ドライバ電源用の２６ａ、及び一方が補助ドライバ電源用の２６ｂである、２つの別個の制御ユニットとして示されている。

補助ドライバ２４は、補助電力変換回路３４を有する。補助ドライバはまた、主インダクタ４２を有するバックブーストコンバータアーキテクチャも含む。補助電力変換回路は、主コンバータ整流器３３からの整流された信号によって供給され、ＬＥＤ光源１４に対して好適な出力を生成する。

図示の補助ドライバ２４は、同じドライバ信号シーケンスで制御される２つのスイッチングトランジスタＱ１及びＱ２と、２つのダイオードＤ１及びＤ２とを有する、デュアルスイッチトポロジを有する。出力は、出力電圧を制御することによって、ＬＥＤ光源１４に切り替え可能である。

補助ドライバ２４の出力は、出力ダイオード５０を通して、ＬＥＤ光源１４に供給される。それゆえ、出力電圧が、ＬＥＤストリング電圧未満に保たれる場合には、補助ドライバからの出力電流がＬＥＤ光源に到達することは、阻止されることができる。供給された電流は、センサ５２によって感知され、この感知情報は、コントローラ２６ｂに提供される。図３に示されるノード５３は、図２の結合器２６に対応するものと見なされてもよい。

補助ドライバは、追加的モジュールに供給するためのフライバックトポロジを更に有し、第１の二次側インダクタ４４を有する第１の二次側電力出力回路と、第２の二次側インダクタ４６を有する第２の二次側電力出力回路とを有する。それらの２つの第１の二次側インダクタは、スイッチＱ１及びＱ２がオフである場合に電力をフリーホイールするように、主インダクタ４２にフライバック方式で磁気的に結合されている。これら２つの電力出力回路は、異なるタイプの補助回路１６用の、異なる出力電源を提供する。

図４は、補助ドライバ２４を、より詳細に示す。急速充電段階におけるピーク一次側電流Ｉｐｋを測定するために、第１の電流感知抵抗器Ｒｐｋが設けられており、ＬＥＤ光源への出力電流を測定するために、第２の電流感知抵抗器Ｒｓ'が設けられている。第２の電流感知抵抗器は、センサ５２として、図３に概略的に表されることができる。急速充電段階では、双方のスイッチＱ１及びＱ２がオンであり、電力は、主インダクタ４２内に蓄積され、フリーホイール段階では、主インダクタ４２は、ダイオードＤ２を介して、バッファコンデンサＣ_Ｂに、次にＬＥＤに放電し、また二次インダクタ４４も、ダイオードＤ３を介して、追加的モジュールに放電する。

補助モジュール用の電源は、例えば固定電圧Ｖｏであり、補助負荷１６は、例えば、低ドロップアウトレギュレータ又はスイッチモード電源１６ａに続いて、マスタ制御ユニット又はセンサ１６ｂを含む。消費電力Ｐｏは、コントローラ若しくはセンサ、及び先行するコンバータ／レギュレータの、電力消費に依存する。

充電段階における電流、ＬＥＤへと流れる電流、及び電圧Ｖｏのパラメータは、後述される補助ドライバのフィードバック制御ループにおいて使用されてもよい。

図５は、コントローラ２６ａ、２６ｂによって実施される制御方法の一実施例を示す。

ステップ６０で、ＬＥＤ光源の電力需要が得られる。これは特に、調光設定に関連する。この調光設定は、例えば、無線接続を介してコントローラ２６ａに通信される（また、無線通信回路は、補助ドライバによって給電される補助モジュールのうちの１つである）。

ステップ６２で、（１００Ｗの主ドライバ及び１０Ｗの補助ドライバの実施例に対して）ＬＥＤ負荷が１０Ｗよりも大きいか否かが判定される。それゆえ、現在の設定は、最大値の１０％よりも高いレベルにある。ＬＥＤ負荷需要が１０Ｗよりも大きい場合には、主ドライバが、ステップ６４で、ＬＥＤ負荷に供給するために使用される。主ドライバと補助ドライバとは、別個に動作する。このことは、補助ドライバがＬＥＤ負荷に電力を供給することがないように、補助ドライバの出力を、ＬＥＤストリング電圧降下よりも僅かに低くなるように調整することによって、達成されることができる。

ＬＥＤ負荷需要が１０Ｗ以下である場合には、ステップ６６で、総負荷需要、すなわち、ＬＥＤ負荷需要及び補助モジュールの電力需要が、１０Ｗよりも大きいか否かが判定される。

ＬＥＤ負荷需要の判定に対しては、コントローラ２６ａは、調光レベルが既に知られているため、ＬＥＤ負荷需要を認識している。

補助負荷需要は、特にＬＥＤ負荷に電力が送達されていない場合に、一次巻線電流と、感知抵抗器Ｒｐｋに対する電流感知抵抗器電圧とを検出することによって、得られることができる。あるいは、コントローラが、追加的モジュールに、追加的モジュールの電力需要を通知するように要求することもできる。

フライバックコンバータトポロジに対しては、入力電力は、
Ｐｉｎ＝１／２Ｌｋ^＊Ｉｐｋ^＊Ｉｐｋ^＊ｆｓによって与えられる。

これは、不連続電流モード（discontinuous current mode；ＤＣＭ）の下で適用される。Ｉｐｋは、ピーク一次側電流であり、ｆｓは、スイッチング周波数であり、Ｌｋは、インダクタンスである。固定周波数フライバックコントローラを選択し、回路がＤＣＭの下で動作することを確実にする設計を使用することによって、値Ｉｐｋは、総補助電力を表す。

それゆえ、補助電力は、補助ドライバによって提供されるような、ＬＥＤ光源の負荷寄与を、差し引くことによって与えられ、
Ｐ（補助負荷）＝１／２Ｌｋ^＊Ｉｐｋ^＊Ｉｐｋ^＊ｆｓ−Ｖｌｅｄ^＊Ｖ（Ｒｓ'）／Ｒｓ'である。

あるいは、補助負荷情報は、マイクロコントローラを含む補助負荷自体によって、直接与えられることもできる。次いで、コントローラ２６ｂは、必要なＬＥＤドライバ負荷及び補助負荷が、設定閾値（この実施例では、１０Ｗ）よりも大きいか否かを、判断することができる。

総需要が１０Ｗよりも大きい場合には、補助ドライバは、全定格電力で動作する（すなわち、１０Ｗで動作する）。この１０Ｗは、補助電力（例えば、電力Ｐ_ＳＢ）を含み、残部（１０−Ｐ_ＳＢ）が、補助ドライバによってＬＥＤ光源に供給される。残りの電力は、主ドライバによって送達される。これは、ステップ６８である。

補助ドライバ内の一次巻線のピーク電流Ｉｐｋを設定することによって、総出力電力が固定され、また追加的モジュールも、その入力電力をＰ_ＳＢとして調整することができ、それにより、残りの電力（１０−Ｐ_ＳＢ）は、出力電圧をＬＥＤストリング電圧よりも僅かに高く設定することによって、自動的にＬＥＤ光源に供給される。次いで、主ドライバ及び補助ドライバが、並行してＬＥＤ負荷に供給する。主ドライバでは、感知抵抗器Ｒｓが、補助ドライバへの電流戻り経路（接地）の前に配置されているという事実により、主ＬＥＤドライバ及び補助ドライバの双方からの総ＬＥＤ電流が、電流感知抵抗器Ｒｓによって感知される。次いで、閉ループ制御が、必要とされる追加的電流出力を供給する設定に、主ＬＥＤドライバを維持する。主ドライバは、（１０−Ｐ_ＳＢ）を差し引いた、調光レベルの電力レベルに対応する、電力を供給することになる。

補助ドライバが、全負荷条件で動作される場合、一次巻線のピーク電流は、
√（１０^＊２／Ｌｋ／ｆｓ）に設定される。

総需要が１０Ｗ以下である場合には、主ドライバはオフにされることができ、補助ドライバが、この総需要レベルで動作することにより、補助電力要件及びＬＥＤ負荷要件の双方を供給する。これは、ステップ７０である。

図６は、上述のアーキテクチャを採用することによって達成される、効率の改善を示す。低電力動作は、補助ドライバが低電力動作に対してデフォルトで使用されるため、改善された効率を示している。

図７は、補助ドライバがＬＥＤに電力を供給しない場合、又は、補助ドライバがＬＥＤに電力を供給し、かつ電力が十分ではない（ＬＥＤの総電力需要が、閾値（１０Ｗ）よりも大きい）場合に、電流感知抵抗器Ｒｓが関与している限り、電流感知抵抗器Ｒｓの両端間の感知電圧Ｖｓに応答して主ドライバを制御するための、制御スキームの一実施例を示す。電圧Ｖｓは、所望の調光レベルに対応する基準電圧Ｒｅｆと比較される。第１の増幅器回路８０が、ＶｓとＶＬＥＤとの比較に基づいて、出力信号を生成し、これが、比較器８２内の鋸歯状基準波形と比較されることにより、主ドライバに対するＰＷＭゲート制御信号を生成する。

図８は、補助ドライバが、１０Ｗなどの、そのピーク電力を出力している場合に、感知抵抗器Ｒｐｋの両端間の感知電圧Ｖｓｐｋに応答して補助ドライバを制御するための、制御スキームの一実施例を示す。

感知抵抗器Ｒｐｋ上の電圧Ｖｓｐｋは、ピーク（１０Ｗ）出力電力を供給するために、ピーク一次電流に対応する基準電圧ＶＩｐｋと比較される。第１の増幅器回路９０が、ＶＩｐｋとＶｓｐｋとの比較に基づいて、出力信号を生成する。このことは、充電段階における実際の電流が、１０Ｗに対応するピーク充電電流よりも小さい場合に、実際の電流を増加させるために、ドライバのデューティサイクルが増加されることを意味する。

第２の増幅器回路９０が、補助ドライバ出力電圧Ｖｏ（図４に示されるもの）と所望の出力電圧設定Ｖｏ＿ｒｅｆとの比較に基づいて、出力信号を生成する。このことは、実際の出力電圧Ｖｏが、電圧基準よりも小さい場合に、実際の出力電圧を増加させるために、ドライバのデューティサイクルが増加されることを意味する。加算ユニット９４が、加算演算を実行する。

ユニット９４の出力は、他の入力が鋸歯状信号である、比較器９６に提供されることにより、補助ドライバに対するＰＷＭゲート制御信号を生成する。より具体的には、値Ｖｏが、Ｖｏ＿ｒｅｆよりも遥かに小さいか、又は、実際の電流が、１０Ｗ動作に対応する電流よりも遥かに小さい場合には、増幅器回路が、高い値を比較器９６に出力することになり、高い値は、鋸歯状波と比較されることにより、高いデューティサイクルを生じさせる。それゆえ、比較器は、高い状態の期間をより長く出力することにより、スイッチＱ１及びＱ２のオン時間を増加させて、電力充電を増加させ、それにより、Ｖｏの値又は実際の電流を増加させるために、ドライバの電力を増加させる。値Ｖｏが高いか、又は電流が高い場合、逆の機能が実施されることにより、低いデューティサイクルと、スイッチＱ１及びＱ２のオン時間の短縮がもたらされる。

必要とされるＬＥＤドライバ負荷及び補助負荷が、１０Ｗよりも低い場合には、主ＬＥＤドライバは、オフにされることになり、補助ドライバが、合計の電力を供給することになる。補助ドライバは、ＬＥＤドライバの調光コマンドを取得し、追加的モジュールの負荷を検出する（又は、負荷コントローラから負荷情報を受信する）ことのみを必要とし、閉ループ制御に基づいて、総出力電力が、必要なＬＥＤ電力及び補助負荷と一致することを確実にするように、補助ドライバスイッチのオン時間を調節することができる。

図９は、総電力要件が閾値（１０Ｗ）未満である場合に使用するための、制御スキームを示す。最大電力設定に対応する基準を有する増幅器９０の代わりに、更なる増幅器１００が、増幅器９０に対する基準を生成するために設けられている。更なる増幅器１００は、ＬＥＤへの出力電流に対応する、主ドライバ電流感知抵抗器Ｒｓの両端間の電圧Ｖｓを、所望の調光レベルに一致する電流に対応する、基準電圧Ｒｅｆ'と比較する。次いで、この更なる増幅器は、充電段階電流のＶｓｐｋと比較するための、増幅器９０の基準ＶＩｐｋを生成し、この基準ＶＩｐｋは、図８の静的基準として使用される最大電力設定よりも低い。フィードバック制御ループはまた、出力電圧Ｖｏと基準との比較と、スイッチＱ１及びＱ２のデューティサイクルを制御する信号を生成するための、鋸歯状波との比較とを含む。それらの２つの部分は、図８のものと同様であり、それゆえ、再度説明されることはない。

図１０は、補助ドライバ回路２４の代替的実装形態を示す。補助モジュールは、第１の二次巻線４４を有する電力出力回路によって供給され、ＬＥＤ照明デバイスは、更なる二次巻線１０２を有する更なる電力出力回路によって供給される。このようにして、ＬＥＤ照明デバイス並びに補助回路に、絶縁された出力が供給される。

このタイプの絶縁された用途に関しては、（電流感知抵抗器Ｒｓ'に基づく）補助ドライバ感知信号Ｖｓ'は、信号プロセッサ１０６における信号処理の後に、オプトカプラ１０４などの信号アイソレータを介して、コントローラに送信されることができる。上記の実施例と同様に、この感知情報は、補助負荷情報の算出を可能にする。

コントローラ２６ｂは、一次側電源回路１０８によって生成された供給電圧Ｖｃｃによって給電される。

コントローラ２６ｂは、一次側ピーク電流測定値、並びに、電流感知抵抗器Ｒｓ'を通る電流に基づくＬＥＤ電流測定値を受信する。

補助モジュールは、様々な形態を取ってもよい。典型的には、それらは、無線制御コマンドを受信するためのＲＦ通信デバイス、又は、存在検出、周囲光感知などに関するものなどの、センサデバイスを含み得る。

１０Ｗ及び１００Ｗの実施例は、当然ながら、単なる例であり、ピーク照明電力及び補助モジュール電力は、任意の好適な値を取ってもよい。１０％の差もまた、単なる一例であり、典型的には、５％〜２５％の範囲のいずれかであってもよい。

補助ドライバは、補助モジュールを動作させるために十分なピーク電力（例えば、１０Ｗ）と、待機電力要件を満たすために十分な待機電力（例えば、０．２Ｗ）とを有する。補助モジュールが待機モードにあるか、又は動作されている場合でも、その差（この実施例では、９．８Ｗ）は、ＬＥＤ負荷を駆動するために使用されることが可能である。

更には、主ドライバ及び補助ドライバに対して、ドライバアーキテクチャの一例のみが与えられてきた。しかしながら、異なる電源回路が使用されてもよい。異なるスイッチモード電源回路（バック、ブースト、バックブースト）が使用されてもよく、又は、電源回路は、スイッチモード電源に全く基づかなくてもよい。全ての場合に、（少なくとも）２つの異なるドライバは、異なる効率性能を有することになり、そのため、低電力動作に対して、一方のドライバを他方よりも優先的に使用することによって、効率向上が可能である。

図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者によって理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に遂行されることができる。請求項では、単語「備える（comprising）」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項において列挙される、いくつかの項目の機能を果たしてもよい。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又は他のハードウェアの一部として供給される、光学記憶媒体又は固体媒体などの、好適な媒体上に記憶／分散されてもよいが、また、インターネット、又は他の有線若しくは無線の電気通信システムなどを介して、他の形態で分散されてもよい。請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. ＬＥＤ光源と少なくとも１つの追加的補助モジュールとを有するＬＥＤ照明デバイス用の、ドライバ装置であって、
   前記ＬＥＤ光源に電力を供給するための、主電力出力部と、
   主電力変換回路を有する主ＬＥＤドライバであって、前記主電力出力部に接続されている、主ＬＥＤドライバと、
   前記少なくとも１つの追加的補助モジュールに電力を供給するための、補助電力出力部と、
   補助ドライバであって、前記主ＬＥＤドライバから独立している補助電力変換回路を有する、補助ドライバと、
   前記主電力出力部及び前記補助電力出力部への、前記補助ドライバからの電力の供給の比率を制御するための、コントローラと、を備え、
   前記コントローラが、
   前記ＬＥＤドライバの調光コマンドを受信するために、コマンド接続を介して通信するように、及び、
   前記ＬＥＤ光源の出力電力が、前記調光コマンドに従って、閾値よりも低く設定される場合に、前記ＬＥＤ光源に電力を供給するべく、前記補助ドライバを制御するように適合されている、ドライバ装置。
2. 前記コマンド接続が、ＡＣ主電源とは異なり、
   前記主ＬＥＤドライバ及び前記補助ドライバが、双方とも、前記ＡＣ主電源から前記ＬＥＤに給電するように適合されており、
   前記補助ドライバの定格最大電力が、前記主ＬＥＤドライバの定格最大電力よりも低く、前記補助ドライバが、前記閾値よりも低く設定される前記出力電力において、前記主ＬＥＤドライバよりも高い効率を有する、請求項１に記載のドライバ装置。
3. 前記コマンド接続が、無線接続であり、前記コントローラが、前記主ＬＥＤドライバに対する電力制御ループを更に含み、前記電力制御ループが、
   前記補助ドライバからの、あるいは前記主ＬＥＤドライバ及び前記補助ドライバの双方からの、前記ＬＥＤ光源への電力供給を感知するための、センサを有し、
   前記電力制御ループが、それに応じて、前記ＬＥＤ光源への電力供給が前記ＬＥＤ光源の出力電力需要と一致するように、前記主電力変換回路からの前記ＬＥＤ光源への前記電力供給を制御するように適合されている、請求項１又は２に記載のドライバ装置。
4. 前記コントローラが、前記ＬＥＤ光源の前記電力需要、及び前記少なくとも１つの追加的補助モジュールの電力需要に応じて、電力の前記供給を制御するように適合されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のドライバ装置。
5. 前記コントローラが、前記少なくとも１つの追加的補助モジュールの前記電力需要を、
   前記少なくとも１つの追加的補助モジュールからシグナリングを受信することによって、又は、
   前記補助ドライバが前記ＬＥＤ光源に電力を出力しない場合の、前記補助ドライバの出力電力を検出することによって、取得するように適合されている、請求項４に記載のドライバ装置。
6. 前記コントローラが、前記補助ドライバの電力出力を、
   前記補助ドライバのピーク出力電力、及び、
   前記少なくとも１つの追加的補助モジュールの前記電力需要と前記ＬＥＤ光源の出力電力需要との合計のうちの、小さい方に設定するように適合されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のドライバ装置。
7. 前記コントローラが、
   前記合計が前記ピーク出力電力よりも高い場合、前記補助電力出力部上の電圧を調整しながら前記補助ドライバの前記ピーク出力電力に対応するピーク電流を維持するように、及び、
   前記合計が前記ピーク出力電力よりも低い場合、前記補助電力出力部上の前記電圧を調整しながら前記ＬＥＤ光源の前記出力電力需要に対応する電流を維持するように適合されている、請求項６に記載のドライバ装置。
8. 前記補助ドライバが、主電力インダクタと、前記主電力インダクタに磁気的に結合され、かつ前記少なくとも１つの追加的補助モジュールに接続するように適合されている、第１の二次インダクタとを含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のドライバ装置。
9. 前記主電力インダクタが、前記ＬＥＤ光源に、非絶縁方式で接続するように適合されているか、又は、
   前記補助ドライバが、前記主電力インダクタに磁気的に結合され、かつ前記ＬＥＤ光源に接続するように適合されている、第２の二次インダクタを含む、
   請求項８に記載のドライバ装置。
10. ＬＥＤ照明デバイスであって、
    ＬＥＤ光源と、
    少なくとも１つの追加的補助モジュールと、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載のドライバ装置と、を備え、
    前記少なくとも１つの追加的補助モジュールが、前記補助電力出力部における、前記補助ドライバからの前記少なくとも１つの追加的補助モジュールの入力電力を調整するように適合されている、ＬＥＤ照明デバイス。
11. 前記少なくとも１つの追加的補助モジュールが、
    ＲＦ通信デバイス、又は、
    センサデバイスを含む、請求項１０に記載のＬＥＤ照明デバイス。
12. ＬＥＤ光源を有するＬＥＤ照明デバイスへの、及び少なくとも１つの追加的補助モジュールへの、ドライバ装置からの電力の供給を制御する方法であって、
    主電力変換回路を有する主ＬＥＤドライバを使用して、前記ＬＥＤ光源に電力を供給するステップと、
    補助ドライバを使用して、前記少なくとも１つの追加的補助モジュールに電力を供給するステップであって、前記補助ドライバが、前記主ＬＥＤドライバから独立している補助電力変換回路を有する、ステップと、
    前記ＬＥＤドライバの調光コマンドを受信するために、コマンド接続を介して通信するステップと、
    前記少なくとも１つの追加的補助モジュール及び前記ＬＥＤ光源への、前記補助ドライバからの電力の供給の比率を選択的に制御するステップであって、前記ＬＥＤ光源の出力電力が、前記調光コマンドに従って、閾値よりも低く設定される場合に、前記ＬＥＤ光源に電力を供給するように前記補助ドライバを制御するステップと、を含む、方法。
13. 前記補助ドライバからの、あるいは前記補助ドライバ及び前記主ＬＥＤドライバの双方からの、前記ＬＥＤ光源への電力供給を感知するステップと、それに応じて、前記主ＬＥＤドライバからの前記ＬＥＤ光源への電力供給を制御するステップと、を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ＬＥＤ光源の電力需要、及び前記少なくとも１つの追加的補助モジュールの電力需要に応じて、電力の前記供給を選択的に制御するステップを含み、前記補助ドライバの電力出力を、
    前記補助ドライバのピーク出力電力、及び、
    前記少なくとも１つの追加的補助モジュールの前記電力需要と前記ＬＥＤ光源の出力電力需要との合計のうちの、小さい方に設定するステップを含む、請求項１２又は１３のいずれか一項に記載の方法。

Images