JP2021529422A - 高周波電子安定器と共に使用するためのｌｅｄドライバ及びｌｅｄ照明システム - Google Patents

Abstract

レトロフィットＬＥＤドライバは、高周波安定器に接続し、ＬＥＤ負荷を駆動するためのものである。スイッチ構成が、ドライバの出力電力をＬＥＤ負荷に結合する、又は出力電力をＬＥＤ負荷から切り離すために使用される。出力電力がＬＥＤ負荷から切り離されているときに、電圧調整が使用され、出力電力がＬＥＤ負荷に結合されているときに、電流調整が使用される。電圧調整は、例えば、ユーザによって指示される深い調光モード又は待機モードにおいて、ＬＥＤ光源に結合された出力電力が閾値未満であるときに、ＬＥＤ光源以外の追加インピーダンスを導入することにより、高周波安定器から見た出力インピーダンスを増加させるように使用される。このようにして、ランプの実効インピーダンスが増加され、このことは、ユーザによって所望されるように、全体的なＬＥＤ出力電力が増加されない一方で、切替ノイズを低減することを可能にする。

Description

本発明は、概して照明の分野に関し、より具体的にはレトロフィット発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプに関する。本発明は更に、高周波電子安定器及びレトロフィットＬＥＤランプを備える照明システムと、レトロフィットＬＥＤランプを動作させる方法とに関する。

様々な照明用途のために、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用する、照明デバイスが開発されてきた。長い寿命及び高いエネルギー効率により、今日では、ＬＥＤランプはまた、従来の蛍光灯を置き換えるために、すなわち、レトロフィット用途のために設計されている。そのような用途の場合、レトロフィットＬＥＤ管は典型的に、後付けされるそれぞれのランプ固定具のソケットに嵌るように構成される。更に、ランプのメンテナンスは典型的にユーザによって行われるため、レトロフィットＬＥＤ管は理想的に、固定具の再配線を必要とせずに、任意の種類の好適な固定具によって容易に動作できるべきである。

レトロフィットＬＥＤ管の欠点の１つは、ＬＥＤ管が調光も許容する場合に、適切に機能しないことである。調光を実施するための一手法は、いわゆるシャントスイッチを使用することである。シャントスイッチは、スイッチが閉じられているときにＬＥＤをバイパスするために使用され、特に、ＬＥＤストリングの最小電圧を下回るようにＬＥＤ電圧を低減する。

レトロフィットＬＥＤランプの調光を実施するためのシャントスイッチの使用は、例えば、国際公開第２０１８／０５４８４１号に開示されている。シャントスイッチは、ＬＥＤランプをオン及びオフにするために使用される。

しかし、いくつかの安定器は、オフ期間中のノイズが大きすぎたり、オフコマンドの受信後にレトロフィットＬＥＤ管が正しくオフしない場合があったりするため、レトロフィットＬＥＤ管に適合しない。

国際公開第２０１３０２４３８９（Ａ１）号は、ＬＥＤ負荷をシャントするデューティサイクルを制御することによってＬＥＤ平均電力を目標電力レベルに等しくさせる、閉ループ調整を開示している。

本発明者は、ＬＥＤ負荷が小さいときに、例えば、オフ状態又は深い調光状態にあるときに、電子安定器から見たインピーダンスが小さすぎることが、大量のノイズの理由であることに気付いた。安定器は、オフ期間中に依然として高いインピーダンスを必要とするが、切替時間は、ノイズを回避するために必要なインピーダンスの変化をもたらすには長すぎる。いくつかのレトロフィットＬＥＤがオフにならない理由は、オフ期間中にＬＥＤ電圧を十分に低下させるには、安定器の出力電流が大きすぎることである。

高周波電子安定器によって引き起こされる可聴ノイズを、複数の追加受動部品の必要性を回避し、それにより、回路のコスト及び複雑性を低減させるやり方で低減することが望ましいであろう。

本発明の発想は、高周波安定器とＬＥＤ光源との間を接続するためのレトロフィットＬＥＤドライバであって、ＬＥＤ光源に結合される出力電力が閾値未満であるときに、安定器に適するとともにノイズの発生を防止する特定の閾値を上回るように出力インピーダンスが調整されるように、出力電圧が制御される、レトロフィットＬＥＤドライバを提供することである。このインピーダンスの増加は、ＬＥＤ光源がオフにされるときに、又は深い調光レベルに駆動されるときに使用されてもよい。両方の場合で、ノイズが低減される。

本発明は、請求項によって定義される。

本発明によれば、高周波安定器とＬＥＤ光源との間を接続するためのレトロフィットＬＥＤドライバであって、
高周波安定器からのＡＣ電力を入力部にて受けるように構成された電力変換回路であって、電力変換回路が、使用中に、ＡＣ電力を、ＬＥＤ光源に結合するための電力変換回路の電力端子における出力電力に変換するように構成されており、高周波安定器によって出力される電流が電力端子に流れることを可能にするように適合された電力変換回路と、
電力端子における出力電力の一部をＬＥＤ光源に結合する、又は電力端子における出力電力の別の部分をＬＥＤ光源から切り離す、ためのスイッチ構成と、
ＬＥＤ光源に結合された出力電力の部分が閾値未満であるときに、ＬＥＤ光源以外の追加インピーダンスを導入することにより、高周波安定器から見た出力インピーダンスを調整するように、電力端子における電圧を調整するための調整回路と、を備えるレトロフィットＬＥＤドライバが提供される。

このドライバは、特に、電力端子における出力電圧を増加させることにより、電圧調整モード中に、調整された（特に増加された）出力インピーダンスを提供する。この電圧調整は、ＬＥＤ負荷への電力が電子安定器に適合するには小さすぎるときに、例えば、ドライバの出力がＬＥＤ負荷（ＬＥＤ光源）から切り離されるときに、又は低出力電力設定（すなわち、深い調光レベル）が選択されるときに、使用される。電圧調整は、負荷の実効インピーダンスが安定器の要件を満たすように調整されることを意味する。特に、安定器の出力電流は、安定器の誘導性の結果として、ほぼ一定である。それゆえ、電圧増加の効果は、ドライバの実効インピーダンスを増加させることである。それゆえ、本発明は、簡単にかつ低コストで実装され得る回路によって実効インピーダンスを増加させるやり方を提供する。インピーダンスの増加は、ノイズの低減をもたらす。

光を放出しないランプの待機時と同様に、ＬＥＤを完全にオフにする必要があるモードでは、スイッチ構成が電力端子における出力電力をＬＥＤ光源から切り離し、かつ、ＬＥＤ光源に結合される出力電力がゼロであるときに、調整回路は、例えば、出力電力の電圧をＬＥＤ光源の最小導電電圧より高くなるように調整するように適合される。

それゆえ、ドライバは、電圧調整モード中に、特に、ＬＥＤ光源がオフにされるときに、最小導電電圧すなわちＬＥＤストリング電圧よりも高い出力電圧を供給する。他の解決策では、出力電力をＬＥＤから切り離すために、出力電圧は、ＬＥＤが依然として出力電圧で接続されている間に、最小導電電圧を下回るように減少されることが多い。電圧が十分でないため、ＬＥＤはオフにされるが、このことはまた、安定器から見たインピーダンスを減少させ、ノイズを引き起こす。この実施形態は、出力電力の電圧を最小導電電圧よりも高い電圧値に依然として調整しながら、出力電力を能動的に切り離すようにスイッチ構成を使用することにより、この問題を軽減することができる。ＬＥＤは、オフにされることが保証され、ノイズも低減される。

少量の光を放出する低電流出力がＬＥＤに送られるモードでは、ＬＥＤ光源に結合された出力電力が、非ゼロ閾値未満であるがゼロを超えるときに、スイッチ構成は、例えば、値を上回る出力インピーダンスとしてＬＥＤ光源のインピーダンスと合わさる追加インピーダンスを提供するように適合されている。

それゆえ、このドライバは、ＬＥＤ光源がオフにされるときだけでなく、低照明レベルの間も、出力インピーダンスの増加をもたらす。このとき、切替構成は、出力電力をＬＥＤ光源に接続し、追加のインピーダンスを提供する。電力変換回路が依然として低電流出力を送るので、追加のインピーダンスは、いくらかの電力を消費し、当該出力インピーダンスに関する快適なゾーンで安定器を動作させる。少しの電力損失はあるが、ノイズは依然として低減され、この電力損失は、調光状態で許容可能である。

一般に、調整回路は、ＬＥＤ光源以外の追加インピーダンスを導入するように適合されており、それにより、レトロフィットＬＥＤドライバがＬＥＤの全体的な出力電力を維持する。つまり、ＬＥＤドライバが当該ＬＥＤの総出力電力を変化させず、ランプが依然として深い調光モード又は待機モードにあることを意味する。

スイッチ構成は、電力端子にわたってＬＥＤ光源と直列になるスイッチを備えてもよい。

それゆえ、スイッチは、ＬＥＤ負荷を結合するか又は切り離す。スイッチ構成は、バイポーラトランジスタ及びパワー金属酸化物半導体（ＭＯＳ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のいずれかを備えてもよい。

ドライバは好ましくは、電力変換回路の電力端子と並列のバッファコンデンサを更に備える。バッファコンデンサは、出力電圧の平滑化をもたらし、ＬＥＤが切り離されている場合に、負荷／インピーダンスとして機能することもできる。

次いで、スイッチ構成が電力端子における出力電力をＬＥＤ光源から切り離すように開かれているときに、調製回路は、バッファコンデンサの両端間の電圧をＬＥＤ光源の最小導電電圧よりも高くなるように調整するように適合されてもよい。

これは、電圧がＬＥＤストリング電圧を下回るように低下することを確実にする代替的な手法よりも高い電圧である。代替的な手法と比較してノイズが低減される。

調整回路は、バッファコンデンサの両端間の電圧をＬＥＤ光源の通常動作電圧より高くなるように調整するように更に適合されてもよい。これは、更に高い電圧であり、それにより、実効インピーダンスにより大きな影響を及ぼす。

調整回路は、バッファコンデンサと並列の放電回路を更に備えてもよく、スイッチ構成が、電力端子における出力電力のＬＥＤ光源からの切り離しから、電力端子における出力電力のＬＥＤ光源への結合に切り替えるときに、調整回路が、出力電力をＬＥＤ光源に結合する前にバッファコンデンサを放電させるために、放電回路をバッファコンデンサに結合するように適合されている。

このことは、ＬＥＤ負荷の切り離しが終了する、すなわち、電圧調整が終了して電流調整が開始され得る、ときのバッファコンデンサの急速放電を可能にする。このことは、待機モードから照明モードへの切り替えに際して、バッファコンデンサの高電圧によって引き起こされ、ＬＥＤの点滅又は損傷を引き起こし得る、ＬＥＤへの突入／高電流を防止することができる。

スイッチ構成は、ＬＥＤ光源と直列となる可変インピーダンスを有してもよく、電力変換回路は、ＬＥＤ光源への電流を非ゼロ電力閾値に対応する電流を下回る電流値に調整するように適合されており、ＬＥＤ光源への電流値が非ゼロ電力閾値に対応する電流を下回るときに、スイッチ構成は、可変インピーダンスを増加させるように適合されている。

このことは、深い調光設定（低電流レベル）の間に、出力電力の電圧が依然として高く、安定器から見たインピーダンス／負荷が依然として高く、当該時点で追加インピーダンスを導入することにより、安定器ノイズが低減され得ることを確実にする。それは、出力電力をＬＥＤ負荷に結合している間も負荷電圧を増加させる効果を有する。なお、当業者は、電力損失を許容するのではなく、効率を改善するために電力損失を低減するようにより促される。それゆえ、当業者は、ノイズを低減させるために可変インピーダンスを増加させないであろう。この実施形態は、代替的かつ非自明な解決策をもたらす。

可変インピーダンスは、例えば、線形領域内で動作するトランジスタを備え、ランプドライバは、ＬＥＤ光源に流れる電流を検知するための電流センサを備え、検知されたＬＥＤ光源への電流値が非ゼロ電力閾値に対応する電流を下回るときに、スイッチ構成は、可変インピーダンスを増加させるように適合されている。

このことは、可変インピーダンスの一実装を提供する。可変インピーダンスのための制御ループは、電力変換回路の制御ループから独立していることができる。

電力変換回路は、シャントスイッチ変換回路を備えてもよく、シャントスイッチ変換回路は、選択的に、入力部にて受けたＡＣ電力を短絡させる、又は入力部にて受けたＡＣ電力を電力端子に流すことを可能にするための、少なくとも１つのシャントスイッチを備える。

このシャント切替手法は、ＬＥＤ光源に送られる電力の量を、高周波安定器の切替周波数に対応する周波数で制御することを可能にする。シャント切替手法は、電力蓄積及び通信要素を伴わず、製造が容易である。また、シャント切替手法は、安定器を電力端子に直接（エネルギー蓄積及び放電なしで）接続するため、安定器は、電力端子における電圧／インピーダンスを直接見ることができ、ノイズをより効率的に低減することができる。

電力変換回路は、例えば、入力部と出力部とダイオードブリッジ回路とを有する整流器を備え、少なくとも１つのシャントスイッチは、ダイオードブリッジ回路に組み込まれるか、又はダイオードブリッジ回路の外部にある。

シャントスイッチは、ダイオードブリッジ回路の１つ以上のダイオードを置き換える１つ以上のトランジスタを備え、それにより、受動的なダイオード切替機能の代わりに能動的な切替機能を提供してもよい。このことは、整流器ダイオードの電力損失を低減することができる。

シャントスイッチは代わりに、ダイオードブリッジ回路の１つ以上の通常ダイオードと並列な１つ以上のトランジスタとして実装されてもよい。シャントスイッチは代わりに、ダイオードブリッジ回路の外部にあってもよい。

少なくとも１つのシャントスイッチは、例えば、ダイオードブリッジ回路のそれぞれのダイオードとそれぞれ並列の第１及び第２のトランジスタを備える。

本発明はまた、
上で定義されたようなドライバと、
出力電力を受け、光を放出するためのＬＥＤアレイと
を備えるＬＥＤランプを提供する。

ランプは、例えば、従来の蛍光安定器又はＨＩＤ安定器に接続するための管状ＬＥＤランプを備えてもよい。

本発明はまた、
蛍光灯と共に使用される高周波電子安定器と、
高周波電子安定器に接続される、上で定義されたようなＬＥＤランプと
を備える照明システムを提供する。

ランプは、例えば、スイッチ構成の制御に基づいて調光可能である。

また、高周波安定器に接続されたレトロフィットＬＥＤランプを動作させる方法であって、
接続された高周波安定器からＡＣ電力を受け、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、ＤＣ電力をランプのＬＥＤ光源に供給するステップと、
それにより、ＬＥＤ光源からの光出力の制御を実施するために、選択的に、出力電力を出力端子に結合する、又は出力電力を出力端子から切り離す、ステップと、
出力電力を出力端子に結合するときに、出力電力の電流を調整するステップと、
出力電力を出力端子から切り離すときに、ＬＥＤ光源に結合された出力電力が閾値未満である場合に、高周波安定器から見た出力インピーダンスを増加させるように出力電力の電圧を調整するステップと
を含む方法も提供され得る。

出力電力の電圧は、スイッチ構成が電力端子における出力電力をＬＥＤ光源から切り離し、かつＬＥＤ光源に結合された出力電力がゼロであるときに、ＬＥＤ光源の最小導電電圧より高く、又はＬＥＤ光源の通常動作フル電圧より更に高く調節されてもよい。

ＬＥＤ光源に結合される出力電力が、非ゼロ閾値未満であるがゼロを超えるときに、増加された出力インピーダンスとしてＬＥＤ光源のインピーダンスと合わさるインピーダンスが提供されてもよい。

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。

出願人によって以前に提案されたような、レトロフィットＬＥＤランプの例の電気回路図を示す。 図１に概ね示された手法の可能な一実装を示す。 図２の回路の動作を説明するタイミング図である。 レトロフィットＬＥＤランプの第１の例を示す。 図４の回路の動作を説明するタイミング図である。 レトロフィットＬＥＤランプの第２の例を示す。 図６の回路の動作を説明するタイミング図である。 レトロフィットＬＥＤランプの第３の例を示す。 調光の手順における図８の回路の動作を説明するタイミング図である。

本発明は、高周波安定器に接続するためのレトロフィットＬＥＤドライバを提供する。主電力変換回路が、安定器からの電力を出力電力に変換する。電力変換回路とは異なるスイッチ構成が、ドライバの出力電力をＬＥＤ負荷に結合するか、又は出力電力をＬＥＤ負荷から切り離すために使用される。電流調整は、出力電力がＬＥＤ負荷に結合されるときに使用される。加えて又は代わりに、ＬＥＤ光源に結合された出力電力が閾値未満であるときに、出力電力の電圧を調整／増加させ、それにより、高周波安定器から見た出力インピーダンスを（インピーダンス値を上回るように）増加させるように、電圧調整が使用される。閾値は、ゼロ電力又は小電力の状況の両方をカバーしてもよい。このようにして、ランプの実効インピーダンスが増加され、このことは、切替ノイズを低減させることを可能にする。

そのようなレトロフィットＬＥＤランプのノイズ問題及びオフ性能を軽減するために、出願人は、レトロフィットＬＥＤランプのインピーダンスを増加させ、安定器の出力電流を低減させるように、オフ期間中に切り替えられる、スイッチ付きコンデンサ構成の追加を検討してきた。

切り替え可能なコンデンサ構成の使用は、特定の低調光レベルで生じ得る、高周波電子安定器に由来する可聴ノイズを低減する。しかし、回路のコスト及び複雑性の増加が存在する。

この検討された第１の手法は、本発明による実効インピーダンスを増加させるための代替的な手法が記述される前に、図１を参照して説明される。

図１中の参照数字１は、蛍光管用のレトロフィット発光ダイオード（ＬＥＤ）管を示す。ＬＥＤ管は、例えば、Ｔ５又はＴ１２固定具に好適な蛍光管などの蛍光管のための従来のアーマチュアに嵌る場合にレトロフィットされる。これら従来のアーマチュアに適合するために、レトロフィットＬＥＤ管１は、従来のアーマチュアにレトロフィットＬＥＤ管１を接続してＬＥＤ管を支持するための導電ピンを備える。

レトロフィットＬＥＤ管１は、光を放出するためのＬＥＤアレイ１７を備える。ＬＥＤアレイ１７は、直列接続及び並列接続された複数のＬＥＤを備えてもよい。当業者は、実際の実施形態において、ＬＥＤが、ＬＥＤランプ１によって、当該全長にわたって可能な限り一様に照明を提供するように、管１の長さ全体に一様に分散され、間隔を置かれることを理解するであろう。本開示は、いかなる特定タイプのＬＥＤにも、いかなる色のＬＥＤにも限定されない。典型的に、白色ＬＥＤが使用される。

ＬＥＤは、入力部及び出力部を有する整流器を通じて電力供給され、整流器は、当該入力部にて、接続されたＨＦ安定器からＡＣ電源電圧を受け、使用中に、ＡＣ電源電圧をＤＣ電圧に変換し、ＤＣ電圧をＬＥＤアレイに供給するように構成される。

整流器は、図１では、参照数字１４及び１９で示されるスイッチと組み合わされた、参照数字１５及び２０で示される２つのダイオードによって示されている。整流器は、当該入力部にてＡＣ電源電圧を受けるように構成され、入力部は、参照数字２及び３で示されている。当該ＡＣ電源電圧を供給するように構成された主電源は、レトロフィットＬＥＤ管１の一部ではなく、図１には示されていない。

本例では、スイッチ１４、１９は、制御ユニット８によって直接制御される。制御ユニットは、シャント切替手法を実施する。動作原理は、以下のとおりである。

ＡＣ電源電圧の正の部分の間、参照数字１４で示されるスイッチは閉じられており、電流が、スイッチ１４、ＬＥＤアレイ１７、及び動的コンデンサ１８を通って、参照数字２０で示されるダイオードに流れることを可能にする。ダイオード２０は、電流がダイオード２０を通って入力部３に戻れるように順方向にある。この場合、参照数字１９で示されるスイッチは開かれる。

ＡＣ電源電圧の負の部分の間、参照数字１９で示されるスイッチは閉じられている。電流は、入力部３から、順方向にあるダイオード１５、ＬＥＤアレイ１７、スイッチ１９、及び動的コンデンサ１８を通って、参照数字２で示される入力部に戻るように流れる。

それゆえ、図１に示される整流器は、それがＡＣ電源電圧の全てを当該出力部にて一定の極性のうちの１つの電圧に変換するので、全波整流の整流原理に従って動作する。

更に、ＡＣ電源電圧の遷移を検出するための同期回路１３が存在する。つまり、同期回路１３は、ＡＣ電源電圧の電流状態、すなわち、電流状態が正であるか負であるかを検出することができる。この情報は、参照数字１４及び１９で示されるスイッチを制御ユニット８によって正確かつタイムリーに制御するために使用される。

制御ユニット８は典型的には、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は同様のものである。同期回路１３は、スタンドアローン型ユニットとして描かれている。しかし、同期回路１３の機能はまた、効率を目的として、また様々な電子構成要素の物理空間の占有を低減するために、制御ユニット８に組み込まれてもよい。

本例では、レトロフィットＬＥＤ管１は、ＤＣ電源電圧を平滑化し、リップル電流を低減するためのコンデンサ１６を、整流器の出力部に備える。

レトロフィットＬＥＤ管１は、入力調光レベルを無線で受信し、受信された入力調光レベルに基づいてＬＥＤアレイによって放出される光を調光するための、調光ユニット１２を更に備える。調光ユニット１２は、入力調光レベルを無線で受信可能とするために、外部又は内部のアンテナ７を備えてもよい。入力調光レベルを無線で送信するために使用され得る典型的な伝送技術は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉベースのプロトコル、又は任意のメッシュ型の無線ネットワークを含む。

本例では、調光ユニット１２は、制御ユニット８と協働して調光効果を実現する。つまり、参照数字１４及び１９で示されるスイッチは、調光機能ももたらすようなやり方で制御される。

つまり、ＡＣ電源電圧の正の部分の間、参照数字１４で示されるスイッチは、スイッチ１９が正の部分全体の間閉じられている一方で、閉じられていなくてもよい。同様に、ＡＣ電源電圧の負の部分の間、参照数字１９で示されるスイッチは、スイッチ１４が負の部分全体の間閉じられている一方で、閉じられていなくてもよい。調光は、スイッチ１４、１９を制御することによって実現される。

ＬＥＤアレイ１７をオン及びオフするために、ＡＣ電源電圧入力部２にリレー５が設けられてもよい。リレー５は、制御ユニット８によって制御されてもよい。

本例では、制御ユニット８は、別個の電池によって給電されず、ＡＣ電力電力を用いて給電される。まず、ガルバニック絶縁が、変圧器４を使用してもたらされる。ダイオードブリッジ６が、ＡＣ電源電圧をＤＣ電源電圧に変換するために、変圧器の２次巻線に接続される。ＤＣ電源電圧は、コンデンサ１１に蓄積される。それゆえ、コンデンサ１１は、制御ユニット８、調光ユニット１２、及び場合によっては同期回路１３に電力を与えるためのＤＣ電力を供給する。この場合、待機状態にあったとしても、制御ユニット８が主電源からのいくらかの電力を必要とするため、リレー５は完全にオフにすることができない。

図１では、フィードバックループは、ＬＥＤ電流を検知し、シャントのデューティサイクルを調節する。バッファコンデンサはＬＥＤを駆動する。ＨＦ安定器の出力は、高周波数で一定のＡＣ電圧である。定電流は、安定器に与えられる負荷の変化に応じて変化する。

本例は、２３０ＶのＡＣ電源電圧に関して説明されるが、異なる種類のＡＣ電源電圧でも動作し得る。更に、本例は、図１に示される特定の整流器又はドライバ回路に限定されない。当業者は、ＬＥＤアレイ内のＬＥＤに電力を与えるのにも好適な他のタイプの整流器をよく認識している。ＬＥＤアレイ内のＬＥＤを実際に暗くする様々な種類の調光原理が存在し、これらの全てが使用に好適であることにも留意されたい。

レトロフィットＬＥＤ管１を収容するために筐体（図示せず）が設けられてもよい。より具体的に、筐体は、図１に示される各構成要素を収容するように構成されてもよい。筐体は、例えばレトロフィット管タイプとして構成された、光透過性の筐体又は部分的に光透過性の筐体であってもよい。

本発明者らは、従来の高周波安定器、より具体的には、安定器に組み込まれた過電流機能が、可聴ノイズを引き起こし得ることを見出した。可聴ノイズは、人間に知覚可能なノイズとして定義される。

当該現象を抑制しようとするために、本発明者らは以前に、安定器から見たインピーダンスが増加され得るように、また安定器によって供給される総電流が制御され得る、すなわち低減され得るように、安定器の出力部と直列に（追加の）動的インピーダンス／コンデンサを導入することを提案している。これにより、安定器が過電流状態に入り得ることが防止される。

安定器の出力電流を制御可能にするために、以前に提案されたこの手法は、安定器の出力部と直列に、すなわち整流器の入力部にて、スイッチ５を実装するために動的コンデンサ１８を使用することである。動的コンデンサ１８は、接続されると、安定器の出力部と直列にキャパシタンスを導入するように構成される。

動的コンデンサによって提供されるキャパシタンスの量、すなわちキャパシタンス値は、制御ユニット８によって制御される。制御ユニット８は、受信された入力調光レベルを、キャパシタンス値を決定するために使用し、それに応じて動的コンデンサ１８を制御する。よって、受信された入力調光レベルと動的コンデンサのキャパシタンス値との間には、直接的な関係が存在する。なお、コンデンサ１８は、ＬＥＤ出力が高い場合にバイパスされてもよい。

図２は、上述されたような動的コンデンサの使用に基づく回路実装を示す。図２は、電流調整モード及び電圧調整モードが提供される手法を示す。電流調整モードは、ＬＥＤアレイが高周波安定器からの出力電力に結合されているときに使用され、電圧調整モードは、ＬＥＤアレイが高周波安定器からの出力電力から切り離されているときに使用される。

同じ構成要素については、図１の場合と同じ参照符号が使用される。

ＨＦ安定器の出力部が、ブロック３０として示されている。動的コンデンサ構成１８は、ＨＦ安定器からの一方の出力端子と直列である。コンデンサバンクを短絡させるための短絡スイッチ３２が存在する。

整流器のスイッチ１４及び１９は、並列のダイオード及び短絡トランジスタによって実装されて示されている。ダイオードは、トランジスタのボディダイオードとすることができる。例えば、スイッチ１９が閉じられると、入力の正の半サイクルの間、ＬＥＤアレイ１７は、閉スイッチ１９及びダイオード２０を通る正入力端子から負入力端子への伝導経路が存在するため、バイパスされる。スイッチ１４が閉じられると、負入力端子から正入力端子への同様の伝導経路が存在する。

このようにして、スイッチ１４及び１９は、シャント切替を実施する。整流器は、当該入力部にて高周波安定器からＡＣ電力を受けるように、また使用中に、ＬＥＤアレイに結合するためにＡＣ電力をドライバの電力端子における出力電力に変換するように構成される、電力変換回路として機能する。電力端子は、一対の出力ポート３４ａ、３４ｂとして示されている。整流器は、高周波安定器によって出力される電流が電力端子３４ａ、３４ｂに流れることを可能にする。

シャント切替は、電力端子における出力電力が、ＬＥＤアレイ１７に流れるか、又はＬＥＤアレイから切り離されるかのいずれかであることを意味する。

コントローラ８は、３つの別個の要素８ａ、８ｂ、８ｃとして図２に示されている。要素８ａは、スイッチ１４、１９を制御する。要素８ｂは、動的コンデンサ構成１８を制御する。コントローラ部８ｃは、モード選択ユニットとして機能する。

電流調整動作モードのために、電流検知抵抗器３６が、ＬＥＤアレイ１７を流れる電流を監視するために使用される。スイッチ３８が電流制御中に閉じられており、それにより、電流検知信号が、負帰還ループを有する比較器回路４０に供給され、比較器回路は、次いで、コントローラ部８ａへの入力としてのエラー信号を生成する。コントローラ部８ａは、スイッチ１４、１９を制御するための三角波形を発生させる。スイッチのデューティサイクルは、シャント切替機能を制御し、その結果、ＬＥＤアレイへの安定器の出力電力の結合の期間とＬＥＤアレイからの安定器の出力電力の切り離しの期間との間の比率が制御される。ＬＥＤへの電流が非常に小さいことが要求される場合に、スイッチ３２は、コンデンサ１８を安定器との直列接続に切り替えるために開くようになってもよい。

待機モードでＬＥＤがオフにされることが必要であるが、待機使用のためにバッファコンデンサ１６の両端間の電圧が依然として必要とされる場合には、電圧調整モードが提供され、スイッチ３８は開かれており、スイッチ４２は閉じられる。スイッチ４２は、検出された電圧Ｖｓを比較器回路４０に結合する。検出された電圧Ｖｓは、抵抗分割器４４から得られる。次いで、フィードバック制御は、バッファコンデンサ１６の両端間の電圧を確保するシャント切替の制御をもたらし、当該電圧は、ＬＥＤアレイがオフのままであるように、ＬＥＤアレイ１７のストリング電圧を下回るが、ＭＣＵ／ＲＦ回路の使用のために依然として利用可能である。

比較器回路４０は、基準入力４６を有する。電流制御中に、この基準入力は、所望の調光レベル／ＬＥＤ電流に応じて選択される電圧を供給し、フィードバック制御は、所望の調光レベルを達成するように電流を調整する。電圧制御中に、基準入力は、見出された出力電圧を表す値であり、フィードバック制御は、出力電圧を調整する。

図３は、バッファコンデンサの両端間の電圧、よってＬＥＤアレイの両端間の電圧を示す（電流検知抵抗器の両端間の小さな電圧低下は無視する）。ＬＥＤアレイへの駆動電流の通常電流制御が存在するオン期間中に、電圧は、ＬＥＤアレイのストリング電圧４９を上回る通常電圧範囲４８にある。オフ期間中に、電圧は、ＬＥＤアレイをオフするために、ＬＥＤアレイのストリング電圧４９を下回る。

オン時間中に、スイッチ３２は閉じられており、動的コンデンサ１８の２つのコンデンサがシャントされている。スイッチ３８は閉じられており、スイッチ４２は開かれている。ドライバは、電流制御によって動作される。オフ時間の間に、スイッチ３２及び３８は開かれており、スイッチ４２は閉じられている。ドライバは、電圧制御モードを動作させ、バッファコンデンサ１６の電圧は、ＬＥＤアレイのストリング電圧を下回るように低下する。同様に、スイッチ３２は開かれており、コンデンサは直列である。このことはランプのインピーダンスを増加させ、安定器の出力電流は低下する。安定器ノイズの問題が改善され得、スマートオフ機能が実現される。

しかし、切替可能な動的コンデンサの必要性を回避することが望ましい。

本出願は、電力変換回路の出力部にスイッチ構成を使用する。図４は、本発明による回路の第１の例を示す。第１の例は、図２の回路に対する第１の変更として示され、動的コンデンサ１８に対する代替案を提供する。

動的コンデンサの排除に加えて、回路は、電力端子３４ａ、３４ｂにおける出力電力をＬＥＤアレイ１７に結合するか、又は電力端子３４ａ、３４ｂにおける出力電力をＬＥＤアレイ１７から切り離すための、スイッチ構成５０を備える。

スイッチ構成は、例えば、ＬＥＤアレイ１７及び電流検知抵抗器３６と直列のトランジスタを備える。トランジスタは、バイポーラトランジスタ及びパワー金属酸化物半導体（ＭＯＳ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のいずれかを備えてもよい。

スイッチを設けることにより、バッファコンデンサの両端間の電圧は、ＬＥＤアレイ１７をオフにするために、ＬＥＤストリング電圧を下回るように低下する必要がない。代わりに、より高い電圧が、バッファコンデンサ１６に存在してもよい。

このようにして、電圧調整中に、高周波安定器から見た出力インピーダンスは、動的コンデンサを使用する代わりに電圧レベルを制御することにより、増加されてもよい。

以下の例から理解されるように、インピーダンスは、ＬＥＤアレイ１７に結合された出力電力が閾値未満である場合に、概ね増加されてもよい。図４の回路では、閾値はゼロであり、すなわち、ＬＥＤアレイに電力が供給されないときに、インピーダンスは増加する。

図５は、ＬＥＤアレイがオンである（時間Ｔ０〜Ｔ１）、オフである（時間Ｔ１〜Ｔ２）、再びオンである（時間Ｔ２以降）ときの、バッファコンデンサの両端間の電圧を示す。

ＬＥＤアレイがオンであるときに、スイッチ３８及び５０は閉じられており、スイッチ４２は開かれている。ドライバは、電流制御モードを動作させる。時間Ｔ１にてオフコマンドが受信されると、スイッチ３８及び５０は開かれており、スイッチ４２は閉じられる。ドライバは、電圧制御モードを動作させる。

スイッチ１４及び１９の切替周波数は、安定器の出力電流と同期されたままであるが、バッファコンデンサ１６の電圧は、ＬＥＤストリング電圧４９よりも高く維持される。スイッチ５０は開かれており、ＬＥＤアレイはオフのままである。

オフ期間中の、図２の回路と比較して増加されたバッファコンデンサ電圧は、安定器の出力電圧が増加されることを意味する。安定器の出力電流はほぼ一定であるので、このことは、ランプのインピーダンスを増加させる効果を有する。より具体的に、ランプのインピーダンスは、安定器の出力電流の副高調波振動[SH1]を低減するのに役立つように調節されるはずである。それゆえ、安定器ノイズの問題が改善される。

時間Ｔ２にてオンコマンドが受信されると、スイッチ３８及び５０は再び閉じられ、スイッチ４２は開かれている。

スイッチシーケンスが、以下の表１に示されている。

それゆえ、この例では、電圧調整は、スイッチ構成が（電力端子３４ａ、３４ｂにおける）出力電力をＬＥＤアレイから切り離し、かつＬＥＤアレイに結合される出力電力がゼロであるときに、出力電力の電圧をＬＥＤアレイの最小導電電圧よりも高く調整する。

図６は、本発明による回路の第２の例を示す。第２の例は、図４の回路に対する変更として示される。

スイッチ構成５０に加えて、バッファコンデンサ１６と並列の分岐部であって、抵抗器６０及びスイッチ６２を有する分岐部を備える放電回路が存在する。

目的は、ＬＥＤアレイが切り離されているときに、バッファコンデンサの両端間の更に高い電圧を可能にすることである。放電回路は、以下で説明されるように、より高い電圧をＬＥＤに直接印加することなしに、バッファコンデンサの当該より高い電圧が放電されることを可能にする。スイッチは、コントローラによって制御される。

図７は、ＬＥＤアレイがオンである（時間Ｔ０〜Ｔ１）、オフである（時間Ｔ１〜Ｔ３）、及び再びオンである（時間Ｔ３以降）ときの、バッファコンデンサの両端間の電圧を示す。オフ期間は、Ｔ２〜Ｔ３の遷移時間を含む。

この遷移時間は、スイッチ構成が、電力端子における出力電力のＬＥＤアレイからの切り離しから、電力端子における出力電力のＬＥＤアレイへの結合に切り替える時間である。この時間Ｔ２〜Ｔ３中に、放電回路は、時間Ｔ３にて出力電力をＬＥＤアレイに結合する前にバッファコンデンサを放電するために、バッファコンデンサに結合される。

このことは、ＬＥＤ負荷の切り離しが終了する、すなわち、電圧調整が終了して電流調整が開始され得る、ときのバッファコンデンサの急速放電を可能にする。

ＬＥＤアレイがオンであるときに、スイッチ３８及び５０は閉じられており、スイッチ４２及び６２は開かれている。ドライバは、上述のように電流制御モードを動作させる。時間Ｔ１にてオフコマンドが受信されると、スイッチ３８、５０及び６２は開かれており、スイッチ４２は閉じられる。ドライバは、上述のように電圧制御モードを動作させ、周波数は、再び安定器の出力電流と同期される。

バッファコンデンサの電圧は、ここでは、通常動作電圧範囲４８を上回り、すなわち、ＬＥＤの１００％出力レベルを上回る。スイッチ５０は、ＬＥＤアレイが依然としてオフであることを意味する。ランプのインピーダンスは更に高く、安定器ノイズの問題が更に改善され得る。

時間Ｔ２にてオンコマンドが受信される。スイッチ４２及び５０は開かれており、スイッチ３８及び６２は閉じられる。負荷６０は、バッファコンデンサ１６を放電するために使用される。ＬＥＤアレイは、スイッチ５０が依然として開かれているため、オフのままである。時間Ｔ３にて、バッファコンデンサの電圧は、ＬＥＤストリングの最大電圧を下回り、通常動作レベル４８まで低下している。次いで、スイッチ６２は開かれ、スイッチ５０は閉じられる。ドライバは、電流制御モードを動作させる。

スイッチシーケンスが、表２に示されている。

ノイズ低減の技術的効果を実証する実験が行われた。安定器は、市販の安定器（部品番号ＩＣＮ−２Ｐ３２−Ｎ）であり、ＬＥＤは最小順方向電圧９０Ｖを有し、通常動作電圧は１１０Ｖである。

結果は以下のとおりである。

これらの実験は、ノイズがかなり低減されることを示している。

図８は、本発明による回路の第３の例を示す。第３の例は、図４の回路に対する変更として示される。

この例のスイッチ構成５０は、制御可能なインピーダンス／抵抗を有するように適合されている。当該インピーダンスは、安定器から見た出力インピーダンスに寄与するように、ＬＥＤアレイのインピーダンスと合わさる。

ＬＥＤアレイに結合された出力電力が非ゼロ閾値未満であるがゼロ超であるとき、スイッチ構成５０のインピーダンスが増加される。それゆえ、このインピーダンスの増加は、ＬＥＤアレイがオフにされているときだけでなく、低照明レベルの間にもある。このときに、切替構成は出力電力をＬＥＤアレイに接続するが、低電流出力が送られる。この低電流出力は、依然として電力変換回路／シャント回路によって供給される。スイッチ構成５０が完全に導電性である実装と比較して、シャントのデューティサイクルは、この低電流をＬＥＤ１７及びスイッチ構成５０に導入するように、より低くあるべきである。

このことは、深い調光設定（低電流レベル）中に、当該時点で追加インピーダンスを導入することにより、安定器ノイズが低減され得ることを確実にする。それは、出力電力をＬＥＤ負荷に結合している間でさえも負荷電圧を増加させる効果を有する。

スイッチ構成５０の可変インピーダンスは、線形領域で動作するトランジスタを設けることによって実装されてもよい。ＬＥＤアレイの負端子における電圧ＶＬＥＤ−が検知され、コントローラに供給される。

図９は、ＬＥＤアレイがオンである（時間Ｔ０〜Ｔ２）、オフである（時間Ｔ２〜Ｔ３）、及び再びオンである（時間Ｔ３以降）ときの、バッファコンデンサ／電力端子の両端間の電圧を上のプロットで示す。初期のオン期間は、光出力設定（すなわち、徐々に深くなる調光レベル）の線形減少を示す。時間Ｔ１〜Ｔ２の調光レベルは、深い調光段階であるとみなされ得る。

図９の下のプロットは、光出力設定の線形減少をもたらすように減少するＬＥＤアレイの電流を示す。

電圧は、電流低減の結果として、時間Ｔ０からＴ１まで低下する。なお、出力電圧の変化は概略的なものにすぎず、非線形である場合もある。電圧低下は、ＬＥＤ順方向電圧に依存する。

高出力レベルでは、スイッチ３８及び５０は閉じられており、スイッチ４２は開かれている。ドライバは、正に上述のように、電流制御モードを動作させる。スイッチ構成５０の抵抗は非常に小さい。

しかし、ＬＥＤアレイの電流が（電流検知抵抗器３６によって検知され、電流Ｉ_ｔｈとして示される）閾値を下回るまで減じられる時刻Ｔ１にて、ランプは、時間Ｔ１にて深い調光動作モードに入り、スイッチ構成５０の抵抗は大きな値に変化するが、無限大（すなわち開回路）ではない。

電流センサ抵抗器３６に基づく電流制御は、シャント整流回路の制御に基づいて、所望の光出力が依然として得られるようにアクティブなままである。インピーダンスの増加は、スイッチ構成５０によって与えられ、電圧の増加をもたらす。スイッチ構成５０のより高いインピーダンスは、出力電圧を通常の対応するＬＥＤ動作電圧よりも高くするだけであり、それにより、安定器から見たインピーダンスをノイズを低減するように増加させる。

スイッチ構成５０にわたって存在するＶＬＥＤ−信号は、深い調光中に電圧ＶＬＥＤ−電圧を特定の値を上回るように維持するように、スイッチ構成５０のインピーダンスを制御する制御パラメータとして使用される。電圧は、インピーダンスを提供するのに十分高い一定値として、又はＬＥＤ電流が減少するにつれて増加する値として、制御することができる。

電流検知抵抗器３６の両端間の電圧は、時間Ｔ１〜Ｔ２の間に低下し、抵抗器３６とスイッチ構成５０との両端間の電圧は、ＶＬＥＤ−の設定値に等しくなる。例えば、このことは、（電流が下がっているにもかかわらず）スイッチ構成５０の両端間の電圧が増加していることを意味する。これは、スイッチ構成５０のインピーダンスの増加に対応する。それゆえ、電圧制御及び電流調整の組み合わせは、スイッチ構成のインピーダンスが所望されたように増加することを確実にする。

深い調光状態の間、時間Ｔ２にてオフコマンドが与えられ、スイッチ３８及び５０は開かれており、スイッチ４２は閉じられる。このことは、上述されたのと同じ電圧制御モードをもたらす。

スイッチシーケンスが、表３に示されている。

ＨＦ安定器の出力は典型的に、数百ＫＨｚで循環しているべきである。シャントスイッチは、半サイクル毎、サイクル毎、又は複数サイクルにわたって切り替えられてもよい。上記のタイミング図は、例えば数秒オーダーの、長期にわたる。

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他の変形形態が、当業者により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実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、有利には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、その請求項の範囲を限定するとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 高周波安定器とＬＥＤ光源との間を接続するためのレトロフィットＬＥＤドライバであって、
   電力変換回路であり、前記高周波安定器からのＡＣ電力を前記電力変換回路の入力部にて受けるように構成された電力変換回路であって、前記電力変換回路が、使用中に、前記ＡＣ電力を、前記ＬＥＤ光源に結合するための前記電力変換回路の電力端子における出力電力に変換するように構成されており、前記高周波安定器によって出力される電流が前記電力端子に流れることを可能にするように適合された電力変換回路と、
   前記電力端子における前記出力電力の一部分を前記ＬＥＤ光源に結合する、又は前記電力端子における前記出力電力の別の部分を前記ＬＥＤ光源から切り離すためのスイッチ構成と、
   前記ＬＥＤ光源に結合される前記出力電力の一部分が閾値未満であるときに、ＬＥＤ光源以外の追加インピーダンスを導入することにより、前記高周波安定器から見た出力インピーダンスを増加させるように、前記電力端子における電圧を調整するための調整回路と、を備えるレトロフィットＬＥＤドライバ。
2. 前記スイッチ構成が前記電力端子における前記出力電力を前記ＬＥＤ光源から切り離すように適合されており、かつ、前記ＬＥＤ光源に結合される前記出力電力がゼロであるときに、前記調整回路が、前記出力電力の前記電圧を前記ＬＥＤ光源の最小導電電圧より高くなるように調整するように適合されている、請求項１に記載のレトロフィットＬＥＤドライバ。
3. 前記ＬＥＤ光源に結合される前記出力電力が、非ゼロ閾値未満であるが、ゼロより大きいときに、前記スイッチ構成が、増加された前記出力インピーダンスとして前記ＬＥＤ光源のインピーダンスと合算する前記追加インピーダンスを供給するように適合されており、
   前記調整回路が、前記レトロフィットＬＥＤドライバが全体的なＬＥＤ出力電力を維持するようにＬＥＤ光源以外の前記追加インピーダンスを導入するように適合されている、請求項１に記載のレトロフィットＬＥＤドライバ。
4. 前記スイッチ構成が、前記電力端子にわたって前記ＬＥＤ光源と直列になるスイッチを備える、請求項１、２又は３に記載のドライバ。
5. 前記電力変換回路の前記電力端子と並列のバッファコンデンサを更に備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のドライバ。
6. 前記スイッチ構成が、前記電力端子における前記出力電力を前記ＬＥＤ光源から切り離すように開いているときに、前記調整回路が、前記ＬＥＤ光源の前記最小導電電圧より高くなるように前記バッファコンデンサの両端間の前記電圧を調整するように適合されている、請求項５に記載のドライバ。
7. 前記調整回路が、前記バッファコンデンサの両端間の前記電圧を前記ＬＥＤ光源の通常動作電圧より高くなるように調整するように適合されている、請求項６に記載のドライバ。
8. 前記調整回路が、前記バッファコンデンサと並列の放電回路を更に備え、前記スイッチ構成が、前記電力端子における前記出力電力の前記ＬＥＤ光源からの切り離しから、前記電力端子における前記出力電力の前記ＬＥＤ光源への結合に切り替えるときに、前記放電回路が、前記出力電力を前記ＬＥＤ光源に結合する前に前記バッファコンデンサを放電させるために前記放電回路を前記バッファコンデンサに結合するように適合されている、請求項７に記載のドライバ。
9. 前記スイッチ構成が、前記ＬＥＤ光源と直列になる可変インピーダンスを有し、
   前記電力変換回路が、前記ＬＥＤ光源への前記電流を前記非ゼロ閾値に対応する電流よりも下回る電流値に調整するように適合されており、
   前記ＬＥＤ光源への前記電流値が前記非ゼロ閾値に対応する前記電流を下回るときに、前記スイッチ構成が、前記可変インピーダンスを増加させるように適合されている、請求項３に記載のドライバ。
10. 前記可変インピーダンスが、線形領域内で動作するトランジスタを備え、
    前記ランプドライバが、ＬＥＤ光源に流れる前記電流を検知するための電流センサを備え、検知された前記ＬＥＤ光源への前記電流値が前記非ゼロ閾値に対応する前記電流を下回るときに、前記スイッチ構成が、前記可変インピーダンスを増加させるように適合されている、請求項９に記載のドライバ。
11. 前記電力変換回路が、シャントスイッチ変換回路を備え、前記シャントスイッチ変換回路が、選択的に、前記電力変換回路の入力部にて受けた前記ＡＣ電力を短絡させる、又は前記電力変換回路の入力部にて受けた前記ＡＣ電力が前記電力端子に流れることを可能にするための、少なくとも１つのシャントスイッチを備える、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のドライバ。
12. 前記電力変換回路が、入力部と出力部とダイオードブリッジ回路とを有する整流器を備え、前記少なくとも１つのシャントスイッチが、前記ダイオードブリッジ回路に組み込まれる、又は前記ダイオードブリッジ回路の外部にある、請求項１１に記載のドライバ。
13. 前記少なくとも１つのシャントスイッチが、前記ダイオードブリッジ回路のそれぞれのダイオードとそれぞれ並列の第１及び第２のトランジスタを備える、請求項１２に記載のドライバ。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のドライバと、
    前記出力電力を受け、光を放出するためのＬＥＤ光源と
    を備えるＬＥＤランプ。
15. 蛍光灯と共に使用されるための高周波電子安定器と、
    前記高周波数電子安定器に接続される、請求項１４に記載のＬＥＤランプと
    を備える照明システム。

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