JP2023502350A - 特定の色の光を発するよう構成される発光ダイオード（ｌｅｄ）ベースの照明デバイス、及び対応する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特定の色の光を発するよう構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明デバイスであり、ＬＥＤに給電するための直流（ＤＣ）バス電圧を供給するよう構成される電源ユニット、複数の並列カスケード接続されるＬＥＤチャンネルであって、前記ＬＥＤチャンネルの各々が、前記バス電圧に接続され、少なくとも１つのカラーＬＥＤと、対応する前記ＬＥＤチャンネルを作動させるためのスイッチとを含む複数の並列カスケード接続されるＬＥＤチャンネル、及び前記ＬＥＤチャンネルを周期的に作動させるために前記ＬＥＤチャンネル内の前記スイッチの各々に制御信号を供給するよう構成されるコントローラを有するＬＥＤベースの照明デバイスであって、前記制御信号の各々が、デューティサイクルを有し、前記コントローラが、受け取られる色設定点に基づいて前記制御信号の前記デューティサイクルを決定するよう構成され、前記コントローラが、更に、前記ＬＥＤベースの照明デバイスにおける寄生効果によってもたらされる前記ＬＥＤチャンネルの各々の光出力における不足量を、各チャンネルの瞬間電流を決定し、決定される前記デューティサイクルによる期待電流と前記瞬間電流を比較することによって、決定し、決定される前記不足量に基づいて、前記デューティサイクルを増加させるよう構成されるＬＥＤベースの照明デバイスを提供する。

Description

本発明は、広くは、照明の分野に関し、より具体的には、特定の色の光を発するよう構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明デバイスに関する。本発明は、更に、ＬＥＤベースの照明デバイスを動作させる方法に関する。

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いる。ＬＥＤランプは、その長寿命及び高いエネルギ効率のため、今日では、従来の蛍光灯の置き換えのためにも、即ち、レトロフィット用途のためにも設計されている。このような用途の場合は、レトロフィットＬＥＤランプは、一般に、改装（retrofit）されるそれぞれのランプ取付具（lamp fixture）のソケットに合うよう適合される。更に、ランプのメンテナンスは、一般に、ユーザによって行われることから、レトロフィットＬＥＤランプは、理想的には、取付具を再配線する必要なく、任意のタイプの適切な取付具で容易に動作可能であるべきである。

本開示は、多チャンネルのＬＥＤベースの照明デバイスに関する。各チャンネルは、特定の色において光を発することができる複数のＬＥＤを含み得る。例えば、第１チャンネルは、赤色発光向けのものであってもよい。第２チャンネルは、緑色発光向けのものであってもよく、第３チャンネルは、青色発光向けのものであってもよい。

このような照明デバイスにおいては、チャンネルの各々においてＬＥＤに給電するために、固定電圧源が使用され得る。チャンネルの各々を通る電流は、工場において、特定のチャンネルのＬＥＤと直列に配置される抵抗器を調整することによって、設定され得る。このような手法の不利な面のうちの１つは、目標とされた光束及び色点（color point）について誤差を引き起こし得る、電源の電圧変動、ケーブルの長さ、即ち、インピーダンス、チャンネル間の相互作用などの、幾つかの攪乱要因に関連する。

より具体的には、一般的には、複数のチャンネルを制御するコントローラがあり、スイッチの各々は、特定のチャンネルを有効にするよう構成される。例えば、第１スイッチは、赤色チャンネルを有効にすることができ、第２スイッチは、緑色チャンネルを有効にすることができ、第３スイッチは、青色チャンネルを有効にすることができる、等々である。スイッチには、特定のデューティサイクルを有するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号が供給されてもよい。ＰＷＭ信号の周波数は、人間の目のリフレッシュレートを超えるように選ばれるべきである。これは、ユーザが如何なるちらつきも見ることを防止する。デューティサイクルを制御することによって、発せられる光の総量に対するチャンネルの各々の寄与が制御されることができ、従って、ＬＥＤベースの照明デバイスによって発せられる光の色も制御されることができる。

多くの場合、ユーザは、ＬＥＤベースの照明デバイスが発することを望む色を表現し得る、又は入力し得る。上述のように、本発明者は、スイッチに供給されるＰＷＭ信号の各々に対する静的（static）デューティサイクルの使用を妨げる多くの攪乱要因が存在し得ることを見出した。

特定の色の光を発するよう構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明デバイスを達成することは有利であるだろう。更に、対応する方法を達成することは有利であるだろう。

第１態様においては、特定の色の光を発するよう構成される発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明デバイスが提供される。前記ＬＥＤベースの照明デバイスは、
－ ＬＥＤに給電するための直流（ＤＣ）バス電圧を供給するよう構成される電源ユニット、
－ 複数の並列カスケード接続される（parallel cascaded）ＬＥＤチャンネルであって、前記ＬＥＤチャンネルの各々が、前記バス電圧に接続され、少なくとも１つのカラーＬＥＤと、対応する前記ＬＥＤチャンネルを作動させるためのスイッチとを含む複数の並列カスケード接続されるＬＥＤチャンネル、
－ 前記ＬＥＤチャンネルを周期的に作動させるために前記ＬＥＤチャンネル内の前記スイッチの各々に制御信号を供給するよう構成されるコントローラであって、前記制御信号の各々が、デューティサイクルを有し、前記コントローラが、受け取られる色設定点（color set point）に基づいて前記制御信号の前記デューティサイクルを決定するよう構成されるコントローラを有し、
前記コントローラは、更に、前記ＬＥＤベースの照明デバイスにおける寄生効果によってもたらされる前記ＬＥＤチャンネルの各々の光出力における不足量を、各チャンネルの瞬間電流を決定し、決定される前記デューティサイクルによる期待電流と前記瞬間電流を比較することによって、決定し、決定される前記不足量に基づいて、前記デューティサイクルを増加させるよう構成される。

本発明者は、前記ＬＥＤベースの照明デバイスの電気回路内のどこにでも存在し得る多くの寄生成分が、前記ＬＥＤベースの照明デバイスによって発せられる光の色の精度に対してネガティブに寄与し得ることを見出した。即ち、前記色設定点と前記ＬＥＤベースの照明デバイスによって発せられる実際の着色光との間の差は、寄生成分の増大によって増大する。

前記寄生成分は、前記電源から大きな電流が引き出されるような、複数のチャンネルが同時にアクティブである場合に、重要な役割を果たし得る。一般的には、前記ＬＥＤベースの照明デバイスが製造されるときに、一度、前記ＬＥＤチャンネルの各々が較正される。このような較正は、工場で行われ得る。前記較正の間、単一のＬＥＤチャンネルが、作動され、較正されることがある。従って、前記較正は、同時に複数のチャンネルを作動させることを考慮に入れないことがある。

例えば、前記電源ユニットと実際の前記ＬＥＤベースの照明デバイスとの間のケーブルの抵抗を表し得るバス直列抵抗は、複数のチャンネルが同時に作動される場合に得られる誤差において重要な役割を果たし得る。即ち、大きな電流が、前記バス直列抵抗にわたる大きな電圧降下をもたらし、それによって、前記バス電圧を低下させる可能性がある。前記ＤＣバス電圧は、期待よりも低くなる可能性がある。

各チャンネルを通る電流は、電流抵抗器によって設定され得る。特定のチャンネルのために設定されるデューティサイクルは、特定のチャンネルを流れることが期待される電流量に依存する。前記バス電圧が期待より低く、従って、前記電流抵抗器にわたる電圧も期待より低い場合、電流量は、期待される電流から逸脱する可能性がある。このことは、対応する前記スイッチが作動されるときに前記チャンネルを流れる電流量の減少につながる。この結果、前記対応するチャンネルは、実際に期待されたものよりも少ない光を発する。特定のチャンネルが期待よりも少ない光を発する場合には、これは、複数のチャンネルを備えるシステムの場合において色ずれももたらし得る。

本開示によれば、上記の状況は、前記対応するスイッチへの前記制御信号の前記デューティサイクルを増加させることによって対処される。

換言すれば、公称バス電圧の広がりによって引き起こされる変動の次に、瞬間電圧変動も、前記ＬＥＤベースの照明デバイスによる光束及び色の広がりに深刻な影響を及ぼす可能性がある。これらの電圧変動は、一般的に、負荷依存性のものであり、有効にされる前記ＬＥＤチャンネルの関数として作用し得る。各周期、一般に１ｋＨｚ内で、複数のチャンネルの組み合わせがアクティブになる可能性があり、これらの全てが、異なるオン時間を持ち、様々な電流プラトーを生じさせ得る。

多くのチャンネルが有効にされるときには、負荷電流が最も大きくなり、従って、前記電源ユニットへの影響が最も深刻になり、このことは、より高いバス電圧変動をもたらす。電源の挙動の次に、前記バス直列抵抗のような寄生成分も、より高い電圧降下を引き起こす可能性があり、より多くの電流が前記電源ユニットから要求される。前記電源ユニットの挙動及び前記寄生成分の値は、前記コントローラにとって未知のものであり得る。前記コントローラは、例えば起動中又は工場出荷時の手順中に収集された、個々のチャンネルの電流の測定値を期待している場合があり、それらは、より多くのチャネルが有効にされる時点に単純に合計される。これは、前記バス電圧変動及び寄生成分損失の影響により、当てはまらない場合がある。それ故、これらの誤差は、色及び光束の偏差をもたらす。

本開示によれば、前記コントローラは、更に、前記ＬＥＤベースの照明デバイスにおける寄生効果によってもたらされる前記ＬＥＤチャンネルの各々の光出力における不足量を、各チャンネルの瞬間電流を決定し、決定される前記デューティサイクルによる期待電流と前記瞬間電流を比較することによって、決定し、決定される前記不足量に基づいて、前記デューティサイクルを増加させるよう構成される。

前記ＬＥＤベースの照明デバイスにおける前記寄生効果のために、前記ＬＥＤチャンネルのいずれかにおける光出力の不足が生じることに留意されたい。このような不足は複数の影響を及ぼし得る。例えば、前記ＬＥＤベースの照明デバイスによる総輝度が低下され得る。別の選択肢は、例えば、１つのＬＥＤチャンネルしか前記寄生効果の影響を受けない場合に、前記色設定点がシフトされるものである。

例においては、前記コントローラは、
－ 各チャンネルの決定される前記瞬間電流と各チャンネルの前記対応するデューティサイクルのオン時間の積に関連する量（measure）を決定し、
－ 各チャンネルの前記決定される瞬間電流と各チャンネルの前記対応するデューティサイクルのオン時間の積に関連する期待量と前記量を比較し、
－ 各チャンネルについて、決定される前記量が前記期待量と実質的に等しくなるようなデューティサイクルの増加量を決定し、
－ 各チャンネルについて、前記対応するデューティサイクルを増加させるよう構成される。

上記の例は、前記コントローラが、特定のチャンネルを流れる電流の総量が、期待される電流の総量に実質的に等しいことを確実にしようとする状況に向けられている。

例えば、前記コントローラが、特定のチャンネルを通る電流が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号のオン期間中、３５ｍＡであることを期待している状況を考える。しかしながら、あらゆる寄生損失のために、実際に得られる電流は、３５ｍＡではなく、例えば２７ｍＡである。前記ＰＷＭ信号のオン期間は、例えば１．９ｍｓである。従って、前記コントローラは、１．９ｍｓの間、特定のチャンネルを流れる３５ｍＡを有することを期待した。しかしながら、実際には、１．９ｍｓの間、２７ｍＡの量が流れていた。これは、事実上、前記対応するチャンネル内のＬＥＤによる照明の減少をもたらす。

本発明者は、上記を補うために、電流量を増加させることが困難であり得ることに気付いた。これは、前記バス電圧を低下させ、このことが電流量の減少をもたらす寄生特徴（parasitic aspect）に起因する。上記に対抗するために、本発明者は、前記デューティサイクルを増加させること、即ち、前記制御信号のオン時間を増加させることを見出した。この例においては、それぞれのチャンネルを通る電流の総量が実質的に同じに保たれるように、オン時間が約２．４ｍｓに増加され得る。

例においては、前記コントローラは、
－ 前記複数の並列カスケード接続されるＬＥＤチャンネルのいずれかによって含まれる検出抵抗器にわたる電圧を測定することによって、前記瞬間電流を決定するよう構成される。

上記のように、本開示は、寄生特徴に起因する電流の瞬間的な量の減少は、前記対応する制御信号の前記デューティサイクルを増加させることによって補償されるという概念に向けられている。電流の瞬間的な量の減少は、幾つかのやり方で決定され得る。本例では、前記ＬＥＤベースの照明デバイスによって含まれる１つ以上の検出抵抗器、例えば、前記複数のＬＥＤチャンネルに向かう供給線、又は複数のＬＥＤチャンネルからの戻り線における検出抵抗器にわたる電圧を測定することによって、電流の瞬間的な量を決定する。別の選択肢は、実際の複数のＬＥＤチャンネル内に存在する検出抵抗器、例えば電流設定抵抗器にわたる電圧が測定されるものである。

更なる例においては、前記コントローラは、
－ 少なくとも２つの異なるＤＣバス電圧について、前記それぞれのチャンネルを流れる前記電流を測定し、
－ 前記ＤＣバス電圧を測定し、前記少なくとも２つの異なるＤＣバス電圧について前記測定値を補間することによって、前記それぞれのチャンネルを流れるそれぞれの前記電流を決定することによって、各チャンネルの前記瞬間電流を決定するよう構成される。

前記コントローラは、特定のチャンネルにおけるＬＥＤの実際の順方向電圧降下を知らないことがあり、従って、前記チャンネルを流れるべきである電流を設定するための前記特定のチャンネル内の如何なる抵抗器の値も知らないことがある。しかしながら、前記コントローラは、少なくとも２つの異なるＤＣバス電圧について前記それぞれのチャンネルを流れる電流を測定することによって、これらの特徴を推定し得る、又は補間し得る。これは、例えば、工場において実施され得る。

得られる値を使用して、前記少なくとも２つの異なるＤＣバス電圧について測定値を補間することによって、特定のチャンネルを通る電流が推定され得る。上記に従って、前記ＬＥＤベースの照明デバイスの動作中、前記コントローラは、前記ＤＣバス電圧を測定することによって、特定のチャンネルを流れる電流の瞬間的な量を決定してもよい。

更なる例においては、前記コントローラは、
－ 前記ＬＥＤチャンネルを周期的に作動させるために前記ＬＥＤチャンネル内の前記スイッチの各々に制御信号を供給するよう構成され、前記制御信号の各々が、デューティサイクルを有し、前記コントローラは、低いルーメン出力のための受け取られる色設定点に基づいて前記制御信号の前記デューティサイクルを決定し、
－ 前記決定される不足量に基づいて前記デューティサイクルを増加させることによって、前記低いルーメン出力を高いルーメン出力にスケーリングする（scale）よう構成される。

上記においては、２つの参照ステップが順々に実施され得る。即ち、まず、供給するステップが実施されてもよく、その後、スケーリングするステップが実施されてもよい。これについて、以下で、より詳細に説明する。

前記コントローラは、まず、前記複数のＬＥＤチャンネルの各々を制御するための前記制御信号の各々の前記デューティサイクルの比率を決定してもよい。前記制御信号の比率は、正しい色設定点を実現するために重要であり得る。この段階においては、前記ＬＥＤベースの照明デバイスの総ルーメン出力は、意図的に、低く保たれ得る。ここでの目標は、前記制御信号の異なるデューティサイクルの間の正しい比率を有することである。意図的にルーメン出力の総量を低いままにすることによって、前記寄生特徴の悪影響が軽減される。

次のステップはスケーリングに関する。即ち、ルーメン出力の総量が増加される。このステップにおいては、前記電源ユニットによって供給される電流の総量の増加のため、上記で説明したような寄生特徴がより重要な役割を果たし得る。

上記は、ルーメン出力の総量を供給するために前記デューティサイクルが増加されることを伴う。しかしながら、前記コントローラは、このようにして、前記寄生特徴に基づいて、前記デューティサイクルの各々を個別に補償することもでき、それによって、前記デューティサイクル間の比率も補償することもできる。従って、このステップにおいては、前記コントローラは、更に、前記ＬＥＤベースの照明デバイスにおける寄生効果によってもたらされる前記ＬＥＤチャンネルの各々の光出力における不足量を、各チャンネルの瞬間電流を決定し、決定される前記デューティサイクルによる期待電流と前記瞬間電流を比較することによって、決定し、決定される前記不足量に基づいて、前記デューティサイクルを増加させるよう構成され得る。

更なる例においては、前記ＬＥＤベースの照明デバイスは、
－ メモリであって、各チャンネルについて、
－ それぞれの前記チャンネルを流れる電流又はバス電圧と、
－ 前記それぞれのチャンネルの対応する前記少なくとも１つのカラーＬＥＤによって発せられる光強度との間の関係を含むメモリを更に有し、
前記コントローラは、更に、前記それぞれのチャンネルを流れる前記電流及び／又は前記ＤＣバス電圧を決定し、前記関係を考慮に入れて、前記特定の色の光を発するために前記ＬＥＤチャンネルの各々を制御するよう構成される。

前記ＬＥＤチャンネルの各々は、前記それぞれのチャンネルへ流れる電流の量を制御するための電流制御要素を有してもよく、前記電流制御要素は、前記ＤＣバス電圧に基づいて前記それぞれのチャンネルを通る電流の量を制御することに留意されたい。

前記電流制御要素は、前記対応するチャンネルの抵抗値を調整するための、調整抵抗器であってもよい。

チャンネルの光強度は、その特定のチャンネルを流れる電流に関係しているというのが、本発明者の洞察であった。電流制御要素は、予め規定された量の電流が前記チャンネルを流れることを確実にするために存在する。しかしながら、前記電流制御要素の値は、公称、即ち、標準のＤＣバス電圧に基づいて決定されることがある。その場合、前記ＤＣバス電圧において生じる変動は考慮に入れられていない。従って、これらの変動は、特定のチャンネルの異なる光強度をもたらすことがある。

更に、前記チャンネルの各々におけるＬＥＤの順方向電圧は異なっていてもよいことに留意されたい。そのため、赤色ＬＥＤは、緑色ＬＥＤと比較して、及び青色ＬＥＤと比較して、異なる順方向電圧を有してもよい。従って、前記電流制御要素は前記チャンネルによって異なる可能性があり、従って、前記ＤＣ電圧バスにおける変動は前記チャンネルの各々に異なる影響を及ぼす可能性がある。

本発明者は、前記コントローラ、即ち、前記チャンネルの各々を制御するものが、上述の特徴を考慮に入れる場合に有益であり得ることを見出した。より具体的には、前記コントローラは、前記チャンネルの各々の光強度に対する前記ＤＣバス電圧の特性、又は前記チャンネルの各々の光強度に対する前記チャンネルを流れる電流の特性のいずれかを、特徴を補償するために使用し得る。

即ち、前記コントローラは、前記チャンネルの各々を特定の色の光へ制御するために、上記の情報を使用し得る。

本開示によれば、前記電源ユニットは、主電源入力供給電圧、例えば２３０Ｖａｃ又は同様のものを受け取るよう構成されてもよく、前記主電源入力供給電圧を、前記チャンネルの各々においてＬＥＤに給電するためのＤＣバス電圧に変換するよう構成されてもよい。

本開示によれば、前記メモリは、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、キャッシュ又は同様のものであってもよい。

本開示によれば、前記コントローラは、例えば、マイクロコントローラ、又は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）若しくは同様のもののような任意の他の制御デバイスであってもよい。前記マイクロコントローラは、例えば、利用可能な入力ピンのうちの幾つかにおいて関連する入力信号を受信してもよく、他の利用可能な出力ピンにおいて出力制御信号を供給してもよい。

前記メモリは、各チャンネルについて、前記それぞれのチャンネルを流れる電流又はバス電圧と、前記それぞれのチャンネルの対応する前記少なくとも１つのカラーＬＥＤによって発せられる光強度との間の関係を含み得ることに留意されたい。これは、広義に理解されるべきである。一般的には、前記関係は、前記チャンネルによって出力される光と、そのチャンネルの電気的特性とに向けられる。これは、幾つかのやり方で表現され得る。例えば、電流特性に対するバス電圧又は同様のものである。従って、前記関係はまた、チャンネルを通る電流がそのチャンネルによって発せられる光を示すように、間接的に供給され得る。

カラーＬＥＤは、本開示によれば、特定の色、例えば、白色、青色、緑色、赤色などを発するＬＥＤである。

例においては、前記コントローラは、前記それぞれのチャンネルを流れる前記電流を、
－ 前記ＤＣバス電圧を測定し、測定される前記ＤＣバス電圧、前記チャンネルを流れる公称電流、及び前記チャンネル内の前記ＬＥＤの各々のＬＥＤ順方向電圧を考慮に入れることにより、前記電流を計算することによって、決定するよう構成される。

前記コントローラはまた、前記複数のＬＥＤチャンネル内に存在するＬＥＤのＬＥＤ順方向電圧を測定するよう構成されてもよい。

更なる例においては、前記コントローラは、更に、環境温度を測定するよう構成され、前記コントローラは、前記関係及び前記温度を考慮に入れて、前記特定の色の光を発するために前記ＬＥＤチャンネルの各々を制御するよう構成される。

本開示の第２態様においては、先の例のいずれかによる発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの照明デバイスを動作させる方法が提供される。前記方法は、
－ 前記電源ユニットによって、ＬＥＤに給電するためのＤＣバス電圧を供給するステップと、
－ 前記コントローラによって、前記ＬＥＤチャンネルを周期的に作動させるために前記ＬＥＤチャンネル内の前記スイッチの各々に制御信号を供給するステップであって、前記制御信号の各々が、デューティサイクルを有するステップと、
－ 前記コントローラによって、前記受け取られる色設定点に基づいて前記制御信号の前記デューティサイクルを決定するステップと、
－ 前記コントローラによって、前記ＬＥＤベースの照明デバイスにおける寄生効果によってもたらされる前記ＬＥＤチャンネルの各々の光出力における前記不足量を決定するステップと、
－ 前記コントローラによって、決定される前記不足量に基づいて前記デューティサイクルを増加させるステップとを有する。

本発明の第１態様の実施形態に関して開示されているような利点及び定義は、ＬＥＤベースの照明デバイスを動作させるための方法である本発明の第２態様の実施形態にも対応することに留意されたい。

例においては、前記方法は、
－ 前記コントローラによって、各チャンネルの決定される前記瞬間電流と各チャンネルの前記対応するデューティサイクルのオン時間の積に関連する量を決定するステップと、
－ 前記コントローラによって、各チャンネルの前記決定される瞬間電流と各チャンネルの前記対応するデューティサイクルのオン時間の積に関連する期待量と前記量を比較するステップと、
－ 前記コントローラによって、各チャンネルについて、決定される前記量が前記期待量と実質的に等しくなるようなデューティサイクルの増加量を決定するステップと、
－ 前記コントローラによって、各チャンネルについて、前記対応するデューティサイクルを増加させるステップとを更に有する。

第３態様においては、コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ可読媒体に記憶された命令であって、ＬＥＤベースの照明デバイスのコントローラによって実行されるときに、前記ＬＥＤベースの照明デバイスに、上記で提供したような例のいずれかによる方法を実施させる命令を有するコンピュータ可読媒体が提供される。

下記の実施形態を参照して、本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。

従来技術によるＬＥＤベースの照明デバイスを示す。 本開示による方法のフローチャートを示す。 本開示の原理を説明する図を示す。

図１は、本開示によるＬＥＤベースの照明デバイス１を示している。

ここでは、直流（ＤＣ）バス電圧７を生成するための電源ユニット９が設けられている。ＤＣバス電圧７は、一般的には約２４ボルトＤＣあるが、任意の値に及び得る。通常、如何なる危険な状況も防ぐために、ＤＣバス電圧７は、少なくとも約５０Ｖ ＤＣより低い。ＤＣバス電圧７における如何なる外乱も低減するために、電源ユニット９の出力の近くに電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタが配置されてもよい。

本シナリオにおいては、ＬＥＤベース照明デバイス１は、参照符号２、３、４、５、６で示されているような５つのチャンネルを有する。チャンネル２、３、４、５、６の各々が、特定の色を持つ光を発するよう構成される。例えば、参照符号２で示されているようなチャンネルは、赤色光を発するよう構成され、参照符号３で示されているようなチャンネルは、緑色光を発するよう構成され、参照符号４で示されているようなチャンネルは、青色光を発するよう構成され、参照符号５で示されているようなチャンネルは、炎白色（flame white）光を発するよう構成され、参照符号６で示されているようなチャンネルは、冷白色光を発するよう構成される。

異なるチャンネル２、３、４、５、６の各々が、異なる電流要件を有してもよく、異なる順方向電圧を有してもよい。ＬＥＤの順方向電圧は、その特定のＬＥＤにわたる電圧降下として定義される。

それを達成するために、チャンネル２、３、４、５、６の各々が、チャンネルを通過する電流を調整するための電流制御要素を備えている。ＤＣバス電圧は、名目上、２４Ｖ ＤＣであると仮定する。第１チャンネル、即ち、参照符号２で示されているようなチャンネルは、各々が３Ｖ ＤＣの順方向電圧を持つ６個のＬＥＤを有し得る。これは、累積してＬＥＤにわたる約１８Ｖ ＤＣの電圧降下になる。残りの電圧、即ち、２４Ｖ ＤＣ－１８Ｖ ＤＣは、６Ｖ ＤＣであり、電流制御要素にわたる電圧である。その場合、抵抗値が、チャンネルを流れる電流を指定するよう調整され得る。

チャンネル２、３、４、５、６を制御するために、コントローラ８が存在してもよい。より具体的には、コントローラ８は、発せられる全光の特定の所望の色を実現するために、対応するチャンネル２、３、４、５、６を有効にする又は無効にするために、チャンネル２、３、４、５、６の対応するスイッチに制御信号を供給し得る。

一般的に、これらの制御信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号である。これらのＰＷＭ信号のデューティサイクルは、コントローラによって、ＬＥＤベースの照明デバイスが特定の色の光を発することを実現するために設定され得る。制御信号のデューティサイクル間の比率が、実際に発せられる特定の光の色を決定する。

従って、コントローラは、制御信号の各々のデューティサイクルを決定する。コントローラは、更に、ＬＥＤベースの照明デバイスにおける寄生効果によってもたらされるＬＥＤチャンネルの各々の光出力における不足量を、各チャンネルの瞬間電流を決定し、決定されるデューティサイクルによる期待電流と瞬間電流を比較することによって、決定し、決定される不足量に基づいて、デューティサイクルを増加させるよう構成される。

瞬間電流は、様々なやり方で決定され得る。例えば、検出抵抗器が、組み合わされる全てのＬＥＤチャンネルを流れる電流の総量を決定するために使用され得る。例えば、複数の較正バス電圧を使用して、電流の総量が、その時点にアクティブであるチャンネルを通る個々の電流に分割され得る。

別の選択肢は、電流制御要素の各々にわたる電圧が測定され、測定される電圧を、対応する電流制御要素の抵抗値で割ることによって、特定のチャンネルを通る電流が決定されるものである。

コントローラは、例えば、各チャンネルの決定される前記瞬間電流と各チャンネルの前記対応するデューティサイクルのオン時間の積に関連する量を決定し、各チャンネルの前記決定される瞬間電流と各チャンネルの前記対応するデューティサイクルのオン時間の積に関連する期待量と前記量を比較し、各チャンネルについて、決定される前記量が前記期待量と実質的に等しくなるようなデューティサイクルの増加量を決定し、各チャンネルについて、前記対応するデューティサイクルを増加させてもよい。

本開示の寄生特徴は、「Ｒｃａｂｌｅ１」で示しているような抵抗器から生じ得ることに留意されたい。電源ユニット９と複数のCＥＤチャンネル２、３、４、５、６との間のケーブルの長さは、抵抗器としてモデル化され得る。このような抵抗器は、バス電圧７が期待バス電圧よりも低くなるような電圧降下に寄与する。これは、ＬＥＤチャンネル２、３、４、５、６の各々を通る電流の低下につながる。

図２は、本開示による方法のフローチャート５１を示している。

フローチャート５１は、新たな目標ＸＹＺ５３を得ることで開始５２をする。新たな目標ＸＹＺ５３は、ＬＥＤベースの照明デバイスの所望の色設定点を示している。所望の色設定点は、例えば４０００Ｋのような特定の色温度に関連していてもよく、又は特定のＲＡＬ色若しくは同様のものに関連していてもよい。

所望の色設定点は、コントローラによって実行されるカラーアルゴリズム５４に供給される。カラーアルゴリズム５４は、複数のＬＥＤチャンネルの各々に存在する複数のスイッチを制御するための制御信号の各々のデューティサイクルを決定するために所望の色設定点を使用する。

まず第一に、カラーアルゴリズム５４が、デューティサイクル間の比率を決定するが、ＬＥＤベースの照明デバイスによって発せられるルーメンの総量、即ち、光の総量が、相対的に低い、例えば１ルーメンであることを確実にする。そのため、デューティサイクル間の比率のみが計算され、発せられる光の強度は計算されない。

次のステップにおいて、デューティサイクル間の比率に留意して、デューティサイクルの各々を適宜増加させることによって、低いルーメン出力が高いルーメン出力にスケーリングされる。しかしながら、上述のような寄生特徴により、このプロセス中に、デューティサイクル間の比率が変化し得る。

ＬＥＤベースの照明デバイスにおける寄生効果によってもたらされるＬＥＤチャンネルの各々の光出力における不足量は、このステップ中、各チャンネルの瞬間電流を決定し、決定されるデューティサイクルによる期待電流と前記瞬間電流を比較することによって、決定され、決定される前記不足量に基づいて前記デューティサイクルを増加させるために、決定される。

従って、カラーアルゴリズムのための入力は、目標の色及び明るさであってよく、又は複数のＬＥＤチャンネルのＬＥＤの特性であってよい。これらの特性は、所与の駆動電流における一次ＬＥＤ当たりの色点及び光束である。これらのパラメータは、ランプの自己加熱による温度上昇に対して補償され得る。考察中の電子機器アーキテクチャにおいては、それは、バス電圧における変動の結果として変動し得るＬＥＤストリングを通る駆動電流であることに留意されたい。

電圧駆動システムの場合には、目標光束は、異なるチャンネル間のデューティサイクル比率が正しいような１ルーメンに設定され得る。

しかしながら、明るさは、従って、非常に低い。それが、デューティサイクルをより高い値にスケーリングする後処理ステップが導入される主な理由である。スケールは、デューティサイクルが１００％になるまで、又は電源の過給電を防止するために電源の定格電力に達するまで、増加され得る。

図３は、本開示の原理を説明する図１０１を示している。

主要な（dominant）Ｒｃａｂｌｅ１を有する例で手順を説明する。

公称バス電圧は２４Ｖである。この電圧においては、図示されているＬＥＤチャンネル（ＬＥＤチャンネルのうちの１つ、例えば、赤色、緑色又は青色）、即ち、参照符号「Ｉ（ＬＥＤ）」を有する線は、主要なケーブル抵抗Ｒｃａｂｌｅ１が適用されない場合には、３６ｍＡを引き出すはずである。グラフにおいては、この理想値からのずれが見られ得る。３つの異なるフェーズが識別され得る。
フェーズＡ ＬＥＤベースの照明デバイスの３つのＬＥＤチャンネル全てが有効にされる。高い電流がケーブル抵抗Ｒｃａｂｌｅ１を流れ、ＬＥＤチャンネルにわたる電圧Ｖｘを低下させ、電流をその元の設計値から減少させる。この例においては、ＬＥＤチャンネルにわたる電圧は２１Ｖである。
フェーズＢ ２つのチャンネルが有効にされる。負荷がフェーズＡと比較して減らされており、従って、Ｒｃａｂｌｅ１にわたる電圧降下は少なくなる。また、それ故、３６ｍＡである元の目標からのずれ及び影響は少なくなる。この例においては、ＬＥＤチャンネルにわたる電圧は２２Ｖである。
フェーズＣ 単一のチャンネルが有効にされる（フェーズＡ及びフェーズＢ中と同じ原理）。この例においては、ＬＥＤチャンネルにわたる電圧は２３Ｖである。
フェーズＤ 光出力なし。電流がケーブル抵抗Ｒｃａｂｌｅ１を流れないので、Ｒｃａｂｌｅ１は如何なる電圧降下ももたらさないことから、ＬＥＤチャンネルをわたる電圧はバス電圧と等しくなるはずである。ケーブル抵抗Ｒｃａｂｌｅ１にわたる電圧降下がないことから、ＬＥＤチャンネルにおける電圧は２４Ｖである。

参照符号１０２で示されている線は、ＬＥＤチャンネルを通る理想的な電流を示しており、即ち、これは、補償が適用されなかった場合にコントローラが期待するものである。

参照符号１０３で示されている線は、主要なＲｃａｂｌｅ１に起因する光の損失を補償するために必要なデューティサイクルである。総光出力に等しい、時間にわたる電流を測定し、それを元の目標、即ち、元の破線曲線１０２の電流＊時間と比較することによって、光出力の損失が、決定され、対応するＰＷＭ制御信号のデューティサイクルを増加させることによって補償され得る。

ＬＥＤチャンネルを通る電流が図１において示されているように測定される場合、単一の検出抵抗器Ｒｓｅｎｓｅが、全てのＬＥＤチャンネルを流れる電流を検知するために使用される。それ故、複数のＬＥＤチャンネルが電流を伝導しているときには、単一のＬＥＤチャンネルを流れる電流を決定することは可能ではない。単一のＬＥＤチャンネル、例えば、赤色ＬＥＤを備えるチャンネルを流れる電流は、その単一のＬＥＤチャンネルしか電流を伝導していないときに測定されることができる。しかしながら、この単一の電流が測定されることができる場合でも、複数のＬＥＤチャンネル、例えば、赤色及び青色ＬＥＤチャンネルが電流を伝導しているときには、電流の総量がケーブル抵抗Ｒｃａｂｌｅ１にわたる電圧降下の増加を引き起こすことから、この単一の（赤色）ＬＥＤチャンネルを流れる電流は同じではない。このことは、ＬＥＤチャンネルにおいてバス電圧を低下させ、それ故、赤色ＬＥＤチャンネルを通る電流は、測定された電流よりも低い。ＬＥＤチャンネルを通る電流は、前記ＬＥＤチャンネルを流れる電流に起因する電圧降下による影響を受けるだけでなく、同時にアクティブである更なるＬＥＤチャンネルによる影響も受けるというのが、本発明者の洞察である。このことは、図３において、より多くの又はより少ないＬＥＤチャンネルが同時にアクティブである場合のＬＥＤチャンネル電圧Ｖｘの変化として観察されることができる。それ故、コントローラは、異なる数のＬＥＤチャンネルが電流を伝導している異なる時点にＬＥＤチャンネル電圧Ｖｘを検出するよう構成され得る。このことは、コントローラが、単一の時点に電流を伝導しているチャンネルの数に基づいてＬＥＤチャンネル電圧Ｖｘの電圧降下をＬＥＤチャンネルの各々における電流の減少と関連付けることを可能にする。この関係は、ＬＥＤチャンネルの各々のためのデューティサイクルの更なる補正を可能にする。

当業者は、請求項記載の発明の実施において、図面、明細及び添付の特許請求の範囲の研究から、開示されている実施形態に対する他の変形を、理解し、達成することができる。特許請求の範囲において、「有する」という単語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数性を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲において挙げられている複数のアイテムの機能を果たしてもよい。単に、或る特定の手段が、相互に異なる従属請求項において挙げられているという事実は、これらの手段の組み合わせは有利になるようには使用されることができ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一緒に又は他のハードウェアの一部として供給される光学式記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体上に記憶／分散されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介するような他の形態で分散されてもよい。特許請求の範囲における如何なる参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (11)

1. 特定の色の光を発するよう構成されるＬＥＤベースの照明デバイスであり、
   ＬＥＤに給電するためのＤＣバス電圧を供給するよう構成される電源ユニット、
   複数の並列カスケード接続されるＬＥＤチャンネルであって、前記ＬＥＤチャンネルの各々が、前記バス電圧に接続され、少なくとも１つのカラーＬＥＤと、対応する前記ＬＥＤチャンネルを作動させるためのスイッチとを含む複数の並列カスケード接続されるＬＥＤチャンネル、
   前記ＬＥＤチャンネルを周期的に作動させるために前記ＬＥＤチャンネル内の前記スイッチの各々に制御信号を供給するよう構成されるコントローラであって、前記制御信号の各々が、デューティサイクルを有し、前記コントローラが、受け取られる色設定点に基づいて前記制御信号の前記デューティサイクルを決定するよう構成されるコントローラ、
   メモリであって、各チャンネルについて、
   それぞれの前記チャンネルを流れる電流又はバス電圧と、
   前記それぞれのチャンネルの対応する前記少なくとも１つのカラーＬＥＤによって発せられる光強度との間の関係を含むメモリ、及び
   全ての前記ＬＥＤチャンネルを流れる電流の総量を決定するための検出抵抗器を有するＬＥＤベースの照明デバイスであって、
   前記コントローラが、更に、
   前記それぞれのチャンネルを流れる前記電流又は前記ＤＣバス電圧を決定し、
   前記関係を考慮に入れて、前記特定の色の光を発するために前記ＬＥＤチャンネルの各々を制御し、
   前記電源と前記ＬＥＤチャンネルとの間のケーブル抵抗から生じる寄生効果によってもたらされる前記ＬＥＤチャンネルのいずれかの光出力における不足量を、前記チャンネルの前記いずれかの瞬間電流を測定し、決定される前記デューティサイクルによる期待電流と前記瞬間電流を比較することによって、決定し、決定される前記不足量に基づいて、対応する前記デューティサイクルを増加させるよう構成されるＬＥＤベースの照明デバイス。
2. 前記コントローラが、
   各チャンネルの決定される前記瞬間電流と各チャンネルの前記対応するデューティサイクルのオン時間の積に関連する量を決定し、
   各チャンネルの前記決定される瞬間電流と各チャンネルの前記対応するデューティサイクルのオン時間の積に関連する期待量と前記量を比較し、
   各チャンネルについて、決定される前記量が前記期待量と実質的に等しくなるようなデューティサイクルの増加量を決定し、
   各チャンネルについて、前記対応するデューティサイクルを増加させるよう構成される請求項１に記載のＬＥＤベースの照明デバイス。
3. 前記コントローラが、
   前記複数の並列カスケード接続されるＬＥＤチャンネルのいずれかによって含まれる検出抵抗器にわたる電圧を測定することによって、前記瞬間電流を決定するよう構成される請求項１又は２に記載のＬＥＤベースの照明デバイス。
4. 前記コントローラが、
   少なくとも２つの異なるＤＣバス電圧について、前記それぞれのチャンネルを流れる前記電流を測定し、
   前記ＤＣバス電圧を測定し、前記少なくとも２つの異なるＤＣバス電圧について前記測定値を補間することによって、前記それぞれのチャンネルを流れるそれぞれの前記電流を決定することによって、各チャンネルの前記瞬間電流を決定するよう構成される請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＬＥＤベースの照明デバイス。
5. 前記コントローラが、前記ＬＥＤチャンネルを周期的に作動させるために前記ＬＥＤチャンネル内の前記スイッチの各々に制御信号を供給するよう構成され、前記制御信号の各々が、デューティサイクルを有し、前記コントローラが、低いルーメン出力のための受け取られる色設定点に基づいて前記制御信号の前記デューティサイクルを決定し、前記決定される不足量に基づいて前記デューティサイクルを増加させることによって、前記低いルーメン出力を高いルーメン出力にスケーリングするよう構成される請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＬＥＤベースの照明デバイス。
6. 前記コントローラが、前記それぞれのチャンネルを流れる前記電流を、
   前記ＤＣバス電圧を測定し、測定される前記ＤＣバス電圧、前記チャンネルを流れる公称電流、及び前記チャンネル内の前記ＬＥＤの各々のＬＥＤ順方向電圧を考慮に入れることにより、前記電流を計算することによって、決定するよう構成される請求項１に記載のＬＥＤベースの照明デバイス。
7. 前記コントローラが、更に、前記ＬＥＤ順方向電圧を測定するよう構成される請求項６に記載のＬＥＤベースの照明デバイス。
8. 前記コントローラが、更に、環境温度を測定するよう構成され、前記コントローラが、前記関係及び前記温度を考慮に入れて、前記特定の色の光を発するために前記ＬＥＤチャンネルの各々を制御するよう構成される請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＬＥＤベースの照明デバイス。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のＬＥＤベースの照明デバイスを動作させる方法であって、
   前記電源ユニットによって、ＬＥＤに給電するためのＤＣバス電圧を供給するステップと、
   前記コントローラによって、前記ＬＥＤチャンネルを周期的に作動させるために前記ＬＥＤチャンネル内の前記スイッチの各々に制御信号を供給するステップであって、前記制御信号の各々が、デューティサイクルを有するステップと、
   前記コントローラによって、前記受け取られる色設定点に基づいて前記制御信号の前記デューティサイクルを決定するステップと、
   前記コントローラによって、前記ＬＥＤベースの照明デバイスにおける寄生効果によってもたらされる前記ＬＥＤチャンネルの各々の光出力における前記不足量を決定するステップと、
   前記コントローラによって、決定される前記不足量に基づいて前記デューティサイクルを増加させるステップとを有する方法。
10. 前記コントローラによって、各チャンネルの決定される前記瞬間電流と各チャンネルの前記対応するデューティサイクルのオン時間の積に関連する量を決定するステップと、
    前記コントローラによって、各チャンネルの前記決定される瞬間電流と各チャンネルの前記対応するデューティサイクルのオン時間の積に関連する期待量と前記量を比較するステップと、
    前記コントローラによって、各チャンネルについて、決定される前記量が前記期待量と実質的に等しくなるようなデューティサイクルの増加量を決定するステップと、
    前記コントローラによって、各チャンネルについて、前記対応するデューティサイクルを増加させるステップとを更に有する請求項９に記載の方法。
11. コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ可読媒体に記憶された命令であって、ＬＥＤベースの照明デバイスのコントローラによって実行されるときに、前記ＬＥＤベースの照明デバイスに請求項９乃至１０のいずれか一項に記載の方法を実施させる命令を有するコンピュータ可読媒体。

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