JP4753885B2 - 照明制御装置および関連制御方法 - Google Patents

Description

本発明は発光半導体の照明、それに限られないが特にＬＥＤ照明である照明の制御装置および関連する制御方法に関する。

発光半導体の形態はＬＥＤ以外にも可能であることが理解されよう。しかし発光素子としてＬＥＤを挙げることが便利であり、以下の説明では発光半導体を含むものとしてＬＥＤに言及する。ＬＥＤはよく知られており、新たなＬＥＤの出現と共に現在では標準の白光をＬＥＤの同等物で代用することができる。その寿命とコスト節減の利点は当業者には容易に理解されよう。

電圧制御を利用してＬＥＤを制御することは公知である。しかし、このような電圧制御には問題点がある。例えば、電圧がわずかに変化しても出力光度が大きく変化する。例えば、入力電圧が０．１％変化すると、出力光度が１０％高まることがある。さらに、ＬＥＤが経年劣化すると光度は変化する。

ＬＥＤが熱くなるとインピーダンスは低下する。定電圧によって駆動される場合、電流は上昇し、その結果、より多くのエネルギがＬＥＤに投入される結果、ＬＥＤは更に熱くなる。

任意の電圧でのＬＥＤの光度を予測することは困難であるため、電圧源を利用して照明の光度を制御することは困難である。光度が低い場合、温度による光度変化は大きくなる。

ＬＥＤ、特に白光ＬＥＤの順方向電圧仕様には多くの問題が生ずることがある。ＬＥＤメーカーは通常は最大順方向電圧を規定するが、最小順方向電圧は規定しない。その理由はメーカーが常に順方向電圧の低減を試みており、ＬＥＤを使用するほとんどの用途は精密な制御に関わりがないからである。しかし、順方向電圧が低いとＬＥＤ照明に問題が生ずることがあり、その理由は電圧源が使用されると、ＬＥＤを流れる電流が増大し、結果として寿命が短くなるからである。

例えば直列の６個のＬＥＤの照明装置が１００％の光度で使用され、１個のＬＥＤの順方向電圧が０．１V降下すると、ストリング全体が５％過駆動される。

その点で白光ＬＥＤは他の色のＬＥＤよりも悪い。白光ＬＥＤの寿命に関する警告を発している照明メーカーもある。

本発明の目的は上記の問題点を解決することにある。

本発明の第１の態様により、単数または複数のＬＥＤをほぼ一定の電流または電圧で駆動するように構成され、電流源と電圧センサとを含む照明コントローラであって、該コントローラは単数または複数のＬＥＤに接続されるように、また特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを初期電流で初期駆動し、合成電圧を検知するように構成され、さらに該合成電圧が所定レベル未満である場合は、該初期電圧を増大するように構成され、また該合成電圧が該所定レベルとほぼ等しくなるまで上記工程を繰り返すように構成された照明コントローラが提供される。

このような発明の利点は、これがＬＥＤを電圧によってではなく定電流で駆動し、したがって先行技術に関連する問題点の多くを軽減または克服できることである。さらに、初期電流を増大させることは、ＬＥＤが一旦コントローラに接続されるとＬＥＤの損傷がない適正な駆動を助けるので有利である。

電流駆動のさらに別の利点は、定電流によるＬＥＤの駆動により経年に伴う光度変化の問題が軽減されることである。ＬＥＤが過熱しても定電流によって駆動されていれば電圧が降下し、ＬＥＤに投入されるエネルギが少ないので熱暴走の防止に役立つ。

さらに、白光ＬＥＤの信頼性の問題点が軽減される。１２個のＬＥＤを有する照明が並列の６個のＬＥＤ２列で直列に配列された照明の場合、問題は半減する。直列の６個のＬＥＤの照明の場合は、各ＬＥＤを流れる電流が一定に保たれるので上記の問題は完全に解決される。ＬＥＤのストリングは直列に接続された複数個のＬＥＤを含むことが理解されよう。

電流制御によって過駆動パラメータをより精密に制御することが可能であり、最高レベルの過駆動を許容する可能性があり、しかも信頼性が依然として維持され、または向上する。

コントローラをランプとして配置された複数個のＬＥＤを制御するように構成することができる。

コントローラは一般に複数個のＬＥＤを含む照明を制御するために使用されることが理解されよう。しかし、単一のＬＥＤを含む照明を駆動するためにコントローラを使用することもできることを理解されたい。

本発明の第２の態様により、少なくとも１つのＬＥＤを含む照明の制御方法であって、
i．初期電流で特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを駆動し、合成電圧を検知する工程と、
ii．該合成電流が所定レベル未満である場合は各ＬＥＤを駆動するために使用される電流を増大する工程と、
iii．該合成電流が該所定レベルに等しくなるまで工程i．およびii．を繰り返す工程と、を含む方法が提供される。

本発明の第３の態様により、単数または複数のＬＥＤが特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤの定格電圧にほぼ等しい電圧で駆動される方法であって、特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを流れる電流を測定する工程と、該測定された電流を特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤ用の該定格電流として使用し、その後、特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを電流源から該定格電流で駆動する工程とを含む方法が提供される。

このような構成は、定格電圧に等しい電圧で駆動されるが、電流源から特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを駆動する利点が得られるので有利である。

本発明の第４の態様により、機械に読み込まれると該機械を本発明の第１の態様のコントローラとして機能させる命令を含む機械読み取り可能な媒体が提供される。

本発明の第５の態様により、機械に読み込まれると該機械に本発明の第２の態様の方法を実現させる命令を含む機械読み取り可能な媒体が提供される。

本発明の第６の態様により、単数または複数のＬＥＤを駆動するように構成され、電流源および/または電圧源と電流センサおよび/または電圧センサとを含む照明コントローラであって、該コントローラはほぼ一定の電流または電圧を使用して特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを駆動するように構成され、さらに、
i．特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤ内の断線または障害の発生を検知できるように、電圧を監視するように構成された該ＬＥＤおよび該コントローラを流れる実電流を監視するように構成され、または、
ii．特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤ内の断線または障害の発生を検知できるように、電流を監視するように構成された該ＬＥＤおよび該コントローラの両端間の実電圧を監視するように構成されたコントローラが提供される。

それに限られないが下記の、障害リストのいずれか、すなわち断線したＬＥＤの検知、短絡の検知、ＬＥＤの経年劣化の検知、過熱したＬＥＤの検知、異常状態の検知、ユーザーに対する障害の報知を検知するようにコントローラを構成することができる。複数個のＬＥＤがコントローラに接続される場合は、コントローラに接続されたＬＥＤの少なくとも１つに発生する上記の障害のいずれかをユーザーに報知するようにコントローラを構成することができる。さらにコントローラを、何個のＬＥＤに障害があり、またはコントローラから断線しているかを判定できるようにしてもよい。

一般にこのような障害検知は自動的に行われる。このような障害検知は照明システムの保護を向上させることに役立ち、顧客のリスクを低減する。これは照明（すなわちＬＥＤ）に対する更なる損傷または動作劣化を防止して照明を安全レベルに保つために利用できる。

特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを流れる電流がほぼゼロに低下するか、特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤの両端間の電圧がほぼピークまで上昇する場合、回路はＬＥＤが遮断状態になったものと判定できる。その理由としてユーザーがＬＥＤの電源を遮断したか、配線障害が発生したことが考えられる。

電流は一定であるが電圧が0V近くまで降下した場合は、短絡が生じたものと判定できる。

電流が短時間（おそらく１時間）にわたって変動する場合は、少なくとも１つのＬＥＤが過熱状態になり、熱暴走が発生したか、発生中であると考えられる。

電流または電圧が長時間（おそらく５００時間の動作）にわたって変動する場合、それを少なくとも１つのＬＥＤの経年劣化の表示として利用できる。

これらのエラーは障害を即座に検知し、その後の障害を予測するために利用できるので技術者にとっては重要である。

当業者には理解されるように、これらのエラーはいずれかの適宜の媒体を介して伝達されることができる。例えば、それに限られないが以下のリストのいずれかとして、すなわちデジタル信号、可聴音、可視信号、またはRS２３２（またはその他のバス・プロトコル）メッセージとしてエラーが伝達される。

本発明の第７の態様により、単数または複数のＬＥＤを含む照明を制御する方法であって、ほぼ一定の電流または電圧で該照明を駆動し、特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤに関するパラメータを監視し、かつ該パラメータを基準と比較して特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤ内に障害があるか否かを判定する工程を含み、特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤがほぼ一定の電流で駆動される場合は、該パラメータは特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤの両端間の電圧であり、特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤがほぼ一定の電圧で駆動される場合は、該パラメータは特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを流れる電流である方法が提供される。

この方法によって、複数個のＬＥＤが制御される場合でもいずれか１個のＬＥＤの障害がコントローラによって制御されることが可能になる。複数個のＬＥＤを並列、直列または並列と直列の組み合わせで接続してもよい。

本発明の第８の態様により、機械に読み込まれると該機械を本発明の第５の態様の機械として機能させる命令を含む機械読み取り可能な媒体が提供される。

本発明の第９の態様により、機械に読み込まれると該機械に本発明の第６の態様の方法を実施させる命令を含む機械読み取り可能な媒体が提供される。

本発明の第１および第６の態様のコントローラは各々が、または双方が以下のオプションの機能を備えていてもよい。すなわち、
特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤに短パルスを印加することによって、コントローラによって制御されるＬＥＤの電流および/または電圧の検知を実施できる。パルスはマイクロ秒、ミリ秒、数１０００分の１秒、数１００分の１秒、数１０分の１秒、または数秒のいずれかの長さでよいが、合成電流および電圧を測定するのに充分な長さであることだけが必要である。しかし、好適な実施形態ではパルスの持続時間は約１ミリ秒である。

特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤの断線を検知するようにコントローラを構成することができる。コントローラに接続された複数個のＬＥＤの中から単数または複数のＬＥＤの断線を検知するようにコントローラを構成することができる。

好適には特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤのいずれか１つの障害および/または劣化を検知するようにコントローラを構成することができる。ある実施形態では、コントローラは特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤの両端間の電圧および/または特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを流れる電流を測定し、これらの測定値を該ＬＥＤの初期値と比較するように構成される。測定値の初期値からの変化は一般に、特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤ、またはＬＥＤ群が経年劣化または劣化したことを示すであろう。

ＬＥＤまたはＬＥＤ群がコントローラに接続されると、ＬＥＤまたはＬＥＤ群の初期値をとるようにコントローラを構成することができる。その代替または補足の実施形態では、ＬＥＤまたはＬＥＤ群への入力である値を用いるようにコントローラを構成してもよい。

特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤ、またはＬＥＤ群を流れる電流を周期的に測定するようにコントローラを構成することができる。この周期の長さはおよそ以下の値、すなわち常時、ミリ秒、数１０分の１秒、数秒、分、時のいずれかでよい。典型的な構成では、コントローラは特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤ、またはＬＥＤ群を流れる電流を数１０分の１秒の周期で測定するように構成される。

特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤの経年劣化を検知するようにコントローラを構成することができる。ＬＥＤは比較的ゆっくりと経年劣化するので、特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤ、またはＬＥＤ群の経年劣化を１時間毎に判定するために電流および/または電圧を測定することが適当であることが理解されよう。

ＬＥＤのストリング（直列のＬＥＤ群）を制御するようにコントローラを構成することができる。

ＬＥＤの複数のストリングを各ストリングの個々の調整と共に、または全てのストリングを包括して制御するようにコントローラを構成することができる。

特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤの調整および経年劣化の判定のために光度フィードバックを利用するようにコントローラを構成することができる。一定の光度を維持するために光度測定を利用して特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤ内の電圧および/または電流を調整するようにコントローラを構成することができる。

特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤの両端間の順方向電圧と特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを流れる電流の双方を監視するようにコントローラを構成することができる。順方向電圧の下記の百分比、すなわち約１、２、３、４、または５％の変化を検知するようにコントローラを構成することができる。

電圧源および電流源のアナログ調整で熱放散を低減するために供給電圧を降下させるため、（スイッチ回路であると考えてよい）動的調整可能なスイッチモード電源または電圧コンバータ）を使用するようにコントローラを構成することができる。アナログ調整によって定電流または定電圧のより円滑な出力および迅速な制御が得られるが、より多くの熱を放散する。発生する熱量はアナログ調整回路を流れる電流および回路の両端間の電圧降下に比例する。スイッチモードの電源が発生する熱は少ないので、特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤが必要とするレベルのわずか上まで初期電圧を降下させ、その後この電圧をアナログ調整回路に供給するために使用できる。したがってアナログ調整回路によって降下する電圧は少なくなり、発生する熱は減少する。

アナログ調整回路の両端間の電圧を監視するようにコントローラを構成することができ、さらに、アナログ調整回路の両端間の電圧を低い値にまたほぼ一定の値に保つために、いずれかのスイッチモード電源または電圧コンバータの出力電圧を調整するように構成することができる。このような構成によってアナログ調整回路を経た熱放散を低減させ易く、電力をより効率よく使用することができ、動作温度が低下し、より小型のンポーネント、またはより少ないヒートシンクしか必要なくなる。

コントローラは、それに限られないが下記の状態のリスト、すなわち家庭用ＬＥＤ照明、商用ＬＥＤ照明、産業用ＬＥＤ照明、マシンビジョンのＬＥＤ照明、流れる電流の量によって制御される他の種類の電気デバイス、のいずれかで使用できる。

本発明の第２、第３または第７の態様のいずれかの方法は装置のオプションの機能のいずれかによってなされる工程を利用することができる。

本発明の以下のいずれかの態様の機械読み取り可能な媒体は、それに限られないが以下のリスト、すなわちフレキシブルディスク、CD-ROMまたはRAM、DVD/RAM（＋R/＋/RWおよびR/-RWを含む）、ハードドライブ、メモリ、任意の形式の光磁気記憶媒体、送信される信号（インターネット・ダウンロードなどを含む）、ワイヤ、またはその他の任意の適切な媒体、のいずれかからなっているものでよい。

次に添付図面を参照して本発明を例示的にのみ詳細に説明する。

以下の説明では参照し易いように、ＬＥＤについて言及する。しかし本発明の実施形態がどの形態の半導体発光デバイスにも適していることが理解されよう。他の半導体発光デバイスの例にはLuxeonから市販のLUMIＬＥＤ^TMが含まれる。

図１はマイクロコントローラ３００を含む照明コントローラを示す。コントローラはさらに負荷抵抗３０４と直列の可変定電流ドライバ３０２を含んでいる。差動増幅器３０６が負荷抵抗３０４の両端に並列に接続され、負荷抵抗３０４を流れる電流を測定するために使用される。増幅器３０６の出力はマイクロコントローラのアナログ入力（ADC_ACTUAL_CURRENT）に印加される。照明コントローラという用語はＬＥＤ照明用のコントローラを意味する意図であることは理解されよう。しかし便宜上、コントローラによって駆動されるＬＥＤ（単数または複数）を照明という。

負荷抵抗の電流源側の反対端はマイクロコントローラ３００のさらに別のアナログ入力に接続され、マイクロコントローラ３００がこのポイント（ADC_LOAD_VOLTAGE）の電圧を測定することが可能にされる。

第１のスイッチ３０８と第２のスイッチ３１０とは双方とも抵抗３０４および電流源３０２と直列に接続されている。第１のスイッチは２４vコネクタ３１４を駆動するために使用され、第２のスイッチは１２vコネクタ３１２を駆動するために使用される。各スイッチはマイクロコントローラの出力（SWITCH１２；SWITCH２４）によって制御可能である。マイクロコントローラのさらに別の出力（CONTROL）は可変定電流源３０２によって電流出力を制御するために使用される。

マイクロコントローラ３００は信号SWITCH１２およびSWITCH２４を用いて１２Vと24Vの照明コネクタを切り換える。どの時点でも１つのスイッチだけが閉路状態にある。

照明は２つのコネクタ３１２、３１４の一方または他方に接続される。照明は単一のＬＥＤを含むものでもよいが、一般に複数のＬＥＤを含み、ランプまたはその類似物を形成する。

マイクロコントローラ３００は電流源３０２を制御するため、CONTROLアナログ出力を用いてどの電流が照明で駆動されるかを制御することができる。照明を流れる電流はADC_ACTUAL_CURRENTアナログ入力を用いて測定可能であり、負荷の両端間の電圧はADC_LOAD_VOLTAGEを用いて測定可能である。このようにしてマイクロコントローラ３００はコネクタ３１２、３１４に接続された単数または複数のＬＥＤに関連するパラメータを検知することができる。パラメータは特定のＬＥＤまたは各ＬＥＤを流れる電流または各ＬＥＤの両端間の電圧のいずれか一方または双方であってよい。

図示した実施形態では、コントローラによって測定される電流/電圧がコネクタのいずれか１つに接続された単数または複数のＬＥＤのいずれかを流れる電流、またはその両端間の電圧であることが理解されよう。したがって、複数個のＬＥＤがコネクタ３１２、３１４の１つに接続されると、個々のＬＥＤを流れる電流またはその両端間の電圧は不明である。しかし、マイクロコントローラは一般に複数のＬＥＤのいずれか１つの内部の障害を検知するのに充分な精度で電流/電圧を検知し、それに応じて電圧/電流を制御することができる。

本実施形態の照明コントローラによって照明の両端間の順方向電圧および照明を流れる電流の双方の監視が可能になる。さらに、この照明コントローラは可変定電流ドライブを含み、照明装置の電圧を測定し、出力の実電流を測定し、各種コネクタ（この例では１２Vおよび２４V）を切り換えることを可能にする。

コントローラはさらにどのコネクタが使用されるかで電圧定格を検知することができ、異なる電圧定格用の異なるコネクタの使用による電圧判定の例は下記のとおりである。第１に、コントローラ３００からの出力で第２のスイッチ３１０（SWICH１２）がオンにされ、次に小電流が１２Vコネクタを経て駆動される。電流が検知されれば、１２Vの照明装置が接続されていることになる。電流が流れなければ、SWICH１２がオフにされ、マイクロコントローラ３００からの出力でSWICH２４（すなわち第１のスイッチ３０８）がオンにされる。それでもなお電流が流れない場合は、照明装置は接続されておらず、エラーが表示される。この方法は複数のコネクタおよび電圧に容易に拡張可能である。

ここに記載している方法は、コネクタ３１２、３１４の１つに接続された照明を駆動する適宜の電流を判定するために本発明の実施形態によって利用される。このような方法の利点は照明が安全言語内で駆動されることである。この方法は簡略に以下のように要約できる。短パルスにより駆動する、小電流を駆動し、電圧を測定する、定格電圧に達するまで電流を増大する。適宜の電流が判定されると、コントローラはパルスによる照明の駆動を続行してもよく（これがおそらく好適な実施形態である）、一定の、またはほぼ一定の電流で照明を駆動してもよい。

最初にＬＥＤの電圧定格が判定される。これは（前述のように異なる定格のＬＥＤ用の異なるコネクタを使用することにより、またはその他の何らかの方法である種のユーザー入力によって行うことができる。

照明はその定格限度内で駆動されるので、この方法は安全である。補足的なセーフガードもある。

方法の一実施形態では、照明には小電流がパルス式に印加される。この電流はわずか１０mAであり、ＬＥＤの電流定格よりもずっと小さい。パルス中に照明装置の両端間の電圧が測定される。電圧が定格電圧よりも低い場合は電流がやや増大され、照明に再びパルスされる。電流は照明装置の定格電圧に達するまで増大される。補遺Aにはこの方法を実現するためのCソースコードの例が記載されている。当業者はこのアルゴリズムからこの方法に関する詳細をさらに理解できよう。

本発明の実施形態をさらに、コントローラによって制御されるＬＥＤの経年劣化と過熱とを検出できるようにしてもよい。ＬＥＤ照明が過熱すると、実効インピーダンスが低下する。したがって定電圧源の場合は電流が上昇し、定電流源の場合は電圧が降下する。定電圧源を使用する場合に電流を測定することによって、または定電流源を使用する場合に照明の両端間の電圧を測定することによって、照明が過熱していることを検知するためにこの作用を利用することができる。

定電流源を使用する場合、照明の予測される順方向電圧が判定される。これは照明の周知の定格からも可能であり、またはある方法で、例えば照明が熱していない場合に動作電流での順方向電圧を測定することによっても自動検知可能であろう。照明を使用中の場合は、照明の順方向電圧が定期的に測定される。電圧がプリセット値未満に降下すると、照明は過熱しているものと見なされ、適切な措置、すなわち電流が低減され、照明がオフにされるなどの措置を講ずることができる。

定電流源を使用する場合、照明の予測電流が判定される。これは照明の周知の定格からも可能であり、またはある方法で、例えば照明が熱していない場合に動作電圧での電流を測定することによっても自動検知可能であろう。照明を使用中の場合は、照明に供給される電流が定期的に測定される。電流がプリセット値以上に上昇すると、照明は過熱しているものと見なされ、適切な措置を講ずることができる。

照明が過熱していると見なされた場合の適切な措置は、損傷を軽減するために
照明をオフにし、照明に印加される電力量を低減し、またはオペレータに警報を発することでよい。

同じ技術をＬＥＤの経年劣化を監視するために利用することができる。ＬＥＤが経年劣化すると、数百時間の期間を経て、または数千時間の動作時間を経てそれらのインピーダンスが上昇または低下することがある。

記載している実施形態では、コントローラに接続された照明の電流定格は下記のいずれかの時点、すなわち電源を入れる時、ユーザーが要求する時、新しいライトが検知される時、および動作中に周期的に計算される。

照明が接続または遮断されるとそれを検知するように本発明の実施形態を構成することができる。照明が遮断されると、コントローラは出力電流を除去するか、小さい値に低減する。次にコントローラは新たな照明が接続されるとそれを自動的に検知し、新たな照明の電流定格を自動的に検知する。

代替として、または補足的にユーザーが電流定格の検知を要求する機構を備えることができる。安全機能として、コントローラは電流の検知が完了するまで高電力出力を無効化してもよい。

本発明の実施形態は、本発明の方法をＬＥＤにとってできるだけ安全にすることを確実にする一助として様々なセーフガードを利用することができる。このセーフガードは、それに限られない以下のリスト、すなわち不慮の過駆動を防止するために電流制御を利用する、短時間だけパルスする、熱作用を低減させる、供給電流/電圧に制限を加える、短絡および開路をチェックする（インピーダンスの制限）のいずれでもよい。

このようなセーフガードは異常な状態が発生した場合に役立つことができる。

検知出力は電流制御を利用して照明の不慮の過駆動を防止する。

照明装置が短期間だけオンになることを確実にするため、出力は連続的なものではなくパルスされる。それによって照明の性能に影響を及ぼす照明の過熱の問題も軽減される。

出力される許容電圧および電流に所定の制限を加えてもよい。制限を越えると、動作は停止し、エラーが発生し、またはその他の適切な措置が講じられる。

この方法は負荷インピーダンスを測定し、それが限度内にあるかをチェックする。それによって高電流または高電圧の発生を誘発する短絡および開路が検知される。

上記を要約すると、以下が要点である。

電圧制御
●電量制御よりも安定度が低い
●経年劣化による変動
●熱暴走
●白光ＬＥＤよりも信頼度が低い
●安全な過駆動が制限される
●再現性がある光度制御が困難または不可能

定電圧を維持することによるＬＥＤの制御は定電流を維持するほど安定しない。

白光ＬＥＤの信頼度
●最高の順方向電圧が規定される
●最低の順方向電圧は規定されない
●寿命が短く、照明が不均一

電流制御
●ＬＥＤは電流デバイスである
●電流駆動の場合は照明出力がより安定する
●経年劣化による変動が少ない
●白光ＬＥＤに伴う問題点が軽減される
●過駆動が制御される
●再現性がある光度制御

光度制御は電流制御のほうが電圧制御と比較して容易である。温度が変化しても出力光度への影響が少ない。

図１および２のグラフは供給電圧と供給電流とに対する照明からの光度を示している。図１から、電圧曲線が非線形であることが明白である。上部領域では線形であるものの、この領域の始点は温度に依存するので、正確な、または再現性がある光度制御を行う電圧コントローラを設計することは困難または不可能である。図２は電流が光度に対する直線的な関係を有し、ある程度の温度変化があっても再現性がある光度制御が可能である態様を示している。

電流検知
●定電流制御を利用して電圧が規定されたライトを駆動可能である
●適切な光度制御が可能
●過駆動の制御が可能

定電流の供給を利用したＬＥＤの駆動が有利でありことが確認された。しかし、全範囲の製品が駆動電圧によって規定されているという問題をかかえているＬＥＤ照明メーカーもある。本発明の実施形態はコントローラによって駆動される照明の電流定格を検知する方法を提供しているので、上記の問題を克服できる。

それによって、照明が電圧定格によって規定される場合でもＬＥＤを定電流で駆動する照明コントローラを製造することが可能である。

ＬＥＤからの光度出力対ＬＥＤへの印加電圧のグラフである。 ＬＥＤからの光度出力対ＬＥＤへの印加電流のグラフである。 本発明の一実施形態で使用される回路の例を示す回路図である。

Claims (27)

1. 単数または複数の発光半導体を含む照明を駆動するように構成され、電流源および/または電圧源と電流センサおよび/または電圧センサとを含む照明コントローラであって、該コントローラはほぼ一定の電流または電圧を使用して照明を駆動するように構成され、さらに、
   i．該照明内の少なくとも１つの発光半導体の断線または該発光半導体内の障害の発生を検知できるように、電圧を監視するように構成された該照明および該コントローラを流れる実電流を監視するように構成され、または、
   ii．該照明内の少なくとも１つの発光半導体の断線または該発光半導体内の障害の発生を検知できるように、電流を監視するように構成された該照明および該コントローラの両端間の実電圧を監視するように構成され、
   前記コントローラは初期電流で前記照明を駆動し、該照明の両端間の電圧を検知し、引続いて該照明の両端間の電圧が所定レベルに達するまで電流を逓昇させるように構成されたコントローラ。
2. 前記発光半導体の直列に接続された少なくとも１つのストリング内に構成された複数の発光半導体を含む照明を制御するように構成され、
   発光半導体の複数のストリングを含む照明を制御するように構成され、
   発光半導体の前記ストリングを個別に、群ごとに、または全ストリング全体にわたって制御することが可能である請求項１に記載のコントローラ。
3. 前記照明にパルスを印加することによって電流を供給するように構成され、
   長さがほぼ１ミリ秒のパルスを発生するように構成された請求項１または２に記載のコントローラ。
4. 前記コントローラは前記照明の両端間に電圧を印加し、該照明を流れる合成電流を測定するように構成された請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコントローラ。
5. 前記照明内の少なくとも１つの発光半導体の断線を検知するように構成され、
   コントローラが断線したものと判定したいずれかの発光半導体に、定格電流でよい電流を供給する試行を継続するように構成された請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコントローラ。
6. 前記照明内の前記発光半導体の少なくとも１つの障害および/または劣化を検知するように構成され、
   前記照明の両端間の電圧および/または該照明を流れる電流を測定し、該電流および/または電圧を該照明の初期値と比較することによって、前記発光半導体の少なくとも１つの障害および/または劣化を検知するように構成された請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコントローラ。
7. 前記照明内の前記発光半導体の少なくとも１つの経年劣化を検知するように構成され、
   一定期間にわたって前記照明のインピーダンスを監視するように構成され、さらにインピーダンスの変化を利用して該照明内の前記発光ダイオードまたは各発光ダイオードの経年劣化を判定するように構成され、
   前記一定期間はほぼ数１００時間または数１０００時間であって、
   光強度フィードバックを利用して前記照明内の前記発光半導体の少なくとも１つの経年劣化を判定するように構成された請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコントローラ。
8. 前記照明の光出力をほぼ一定レベルに保つために、前記照明の両端間の電圧を上昇させ、また該照明を流れる電流を上昇させることの一方を行うように構成された請求項１乃至７のいずれか一項に記載のコントローラ。
9. 前記照明を調整するために光強度フィードバックを利用するように構成され、
   前記コントローラは前記照明を流れる電流を駆動し、および／または該照明の両端間に電圧を印加し、該照明による合成光強度出力を測定するように構成された請求項１乃至８のいずれか一項に記載のコントローラ。
10. 前記照明の両端間の電圧および/または該照明内の電流を調整して一定強度を保つために、光強度測定を利用するように構成された請求項８または９に記載のコントローラ。
11. 前記発光半導体または各発光半導体の両端間の順方向電圧および前記発光半導体または各発光半導体を流れる電流の双方を監視するように構成された請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のコントローラ。
12. 切換えモードを動的に調整可能な電源または電圧変換器を含む請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のコントローラ。
13. 前記照明内の前記発光半導体の少なくとも１つの過熱を検知するように構成され、
    前記コントローラは前記発光半導体の少なくとも１つの内部の過熱を検知するために該発光半導体内部の順方向電圧を監視するように構成された請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のコントローラ。
14. 前記発光半導体がＬＥＤである請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のコントローラ。
15. コントローラによって制御される複数の発光半導体を含む照明と組み合わせたコントローラであって、
    前記複数の発光半導体はランプまたはその他の発光半導体光源を形成する請求項１乃至１４に記載のコントローラ。
16. 単数または複数の発光半導体を駆動するように構成された照明コントローラであって、該コントローラは電流源および電圧センサを含み、該コントローラは単数または複数の発光半導体に接続されるように、また初期電流によって該発光半導体または各発光半導体を初期駆動し、合成電圧を検知するように構成され、該コントローラはさらに、該発行半導体の両端間の該合成電流が所定レベル未満である場合は該初期電流を増大するように構成され、該コントローラは該合成電流が該所定レベルにほぼ等しくなるまでこれらの工程を繰り返すように構成された照明コントローラ。
17. 単数または複数の電気デバイスを駆動するように構成され、電流源および電圧センサを含むコントローラであって、該コントローラは単数または複数の電気デバイスに接続され、該電気デバイスまたは各電気デバイスを初期電流で初期駆動し、かつ合成電圧を検知するように構成され、該コントローラはさらに、該電気デバイスの両端間の該合成電圧が所定レベル未満である場合は該初期電流を増大するように構成され、該コントローラは該合成電圧が該所定の電圧にほぼ等しくなるまでこれらの工程を繰り返すように構成されたコントローラ。
18. 少なくとも１つの発光半導体を含む照明の制御方法であって、
    i．初期電流で該照明を駆動し、該照明の両端間の合成電圧を検知する工程と、
    ii．該合成電流が所定レベル未満である場合は該照明を駆動するために使用される電流を増大する工程と、
    iii．該合成電流が該所定レベルに等しくなるまで工程i．およびii．を繰り返す工程と、を含む方法。
19. 単数または複数の発光半導体を含む照明を制御する方法であって、初期電流で該照明を駆動し、該照明の両端間の電圧を検知し、引続いて該照明の両端間の電圧が所定レベルに達するまで電流を逓昇させ、該所定レベルに対応するほぼ一定の電流または電圧で該照明を駆動し、該照明に関するパラメータを監視し、かつ該パラメータを基準と比較して少なくとも１つの発光半導体内に障害があるか否かを判定する工程を含み、該照明がほぼ一定の電流で駆動される場合は、該パラメータは該照明の両端間の電圧であり、該照明がほぼ一定の電圧で駆動される場合は、該パラメータは該照明を流れる電流である方法。
20. 前記複数の発光半導体が並列、直列または並列と直列の双方の組み合わせで接続される、複数の発光半導体を含む前記照明を制御する請求項１８または１９に記載の方法。
21. 一連のパルスを印加することによって前記照明を駆動し、
    前記パルスが約１ミリ秒のパルスである請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 単数または複数のＬＥＤを含む照明を制御する請求項１８乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 少なくとも１つの発光半導体を含む照明を駆動するように構成されたプログラムであって、該プログラムは、
    i．該発光半導体または各発光半導体を駆動するための初期電流を発生し、かつ該発光半導体の両端間の合成電圧が検知され、
    ii．該検知された電圧が所定レベル未満である場合は該発光半導体を駆動する電流が大きくされるように構成され、
    iii．さらに、該検知された電圧が該所定の電圧にほぼ等しくなるまで工程iおよびiiを引き起こすように構成されたプログラム。
24. 照明を初期電流で駆動させ、該照明の両端間の電圧を検知し、引続いて該照明の両端間の電圧が所定レベルに達するまで電流を逓昇させ、該照明を該所定レベルに対応するほぼ一定の電流又は電圧で駆動させ、さらに該照明に関するパラメータを監視させ、該監視されたパラメータを基準と比較させるように構成された単数または複数の発光半導体を含む照明を制御するように構成されたプログラムであって、該プログラムは該比較を利用して該照明の発光半導体の少なくとも１つに障害があるか否かを判定し、該照明がほぼ一定の電流で駆動される場合は、該パラメータは該照明の両端間の電圧であり、該照明がほぼ一定の電圧で駆動される場合は、該パラメータは該照明を流れる電流であるプログラム。
25. 機械に読み込まれると該機械を請求項１乃至１５のいずれかに記載のコントローラとして機能させる命令を含む機械読み取り可能な媒体。
26. 機械に読み込まれると該機械に請求項１８乃至２２のいずれかに記載の方法を実現させる命令を含む機械読み取り可能な媒体。
27. 請求項２３または２４のプログラムを実現させる命令を含む機械読み取り可能な媒体。

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