JP5264765B2 - 光源の電気負荷などに給電するためのセル、その回路構成、及び、その設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）光源の電気負荷などに対する給電に関するものである。

本発明は、光源としてますます用いられるようになっている高輝度（ＨＦ）ＬＥＤに対する可能性のある応用に留意して考案された。しかしながら、この望ましい応用分野への言及は、本発明の範囲の制限を意味するものとみなすべきではない。

上述の脈絡内において、ＬＥＤのような定電流を必要とする半導体光源のような光源を含めて、いくつかのセルの並列化が必要になる場合が多い。

これまで、この問題は基本的に２つの方法によって、すなわち、
セルが電圧制御式電源から給電される場合には、各個別セル毎に１つの電流調整器を追加することによって、または、
セルが高周波（ＨＦ）発電機を介して給電される場合には、各セルに、ある種の減結合回路網を組み合わせることによって
解決されてきた。

各セル毎に電流調整器を必要とするそれらの解決法は、とりわけ低コストの用途に関して本質的に複雑かつ高価である。減結合回路網を用いる解決法は、セルに関連した１つまたは複数のＬＥＤのような１つまたは複数の光源に供給される信号にＨＦリプルを導入する可能性があり、その結果、これらの光源の耐用寿命が短縮されることは避けられない。

本発明の目的は、生産が簡単かつ安価であり、同時に１つまたは複数のＬＥＤのような電気負荷に供給される信号にＨＦリプルが生じるのを回避する可能性をもたらし、および／または、単一電源に接続された複数のセルを含む回路構成において各光源を個別に調光する改良された構成を提供することにある。

本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の特徴を備えたセル構成によって実現される。本発明の有利な展開は従属クレームの対象をなす。本発明は、複数のこうしたセルを含む回路構成、並びに、こうした回路構成の設計方法にも関連する。請求項は、本書に記載の本発明の開示の不可欠な部分である。

本書に記載の構成によれば、下記の利点、すなわち、
単純なシステム構造、
各光源セルに供給される電流を個別に微調整できるようになっている、受動素子をベースにした単純かつ正確な電流制御装置、
各個別セル／光源の個別調光が可能、
既存の構成の挙動及び性能に悪影響を及ぼすことなく、既存の構成に新しいセルを追加することが可能、及び、
全負荷における主電源の優れた効率及び優れた有効／無効電力比
といった利点が得られる。

本発明の用途は、決してＬＥＤセルに制限されるものではない。

本発明は、適正に働くのに定電流を必要とするあらゆる種類の光源に有利に利用することが可能である。例えば、出力整流器を用いることなく、本書に記載の同じＨＦ電源構成によって１つ以上の放電ランプに給電することが可能である。これらのランプは、いくつかの状況において電流制御の実施を極めて困難にする負インピーダンスを示す可能性があるので、この種の光源の場合、電流制御の代わりに電圧制御が通常実施される。

本書に記載の構成によれば、フィードバックに基づく制御システムが回避される。各負荷に供給される電流が、それに関連した減結合インピーダンスによって自動的に決まるため、インピーダンス挙動は無関係になる。

通常はＨＦ電圧源（例えばハルトロニックのような電子変圧器）を介して駆動されるハロゲンランプでさえ、適正なインピーダンスを選択することによってＨＦ電源に並列に接続することが可能になる。この場合にも、整流器なしで済ますことが可能であり、ＨＦ電流をランプに直接加えることが可能である。

より一般的には、定電流を必要とするいかなる種類の電気負荷も（照明に関係なくても）本書に記載のバス構成に接続することが可能である。こうした負荷の典型には、いったん充電電流が選択されると、その適正なインピーダンスを特定することが可能になる電池充電器がある。

要するに、本書に記載の構成の望ましいバス状の実施形態は、各負荷毎に異なる供給電流が存在する場合でも、定電流を必要とする光源のようなさまざまな種類の電気負荷に対する給電に利用することが可能である。

従って、本書に記載のバス構成は用途が広く、利用が容易である。例えば、このバス構成を介して給電される負荷の１つに採用される新技術が電流に関して新たな要件を提示する場合、主電源を交換する必要がなく、例えば、新たな負荷にさらに大きい電流を供給できるようにするため（もちろん最大利用可能電力に関する一般的な制限を考慮して）、減結合インピーダンスを変更することによって電流に関する異なる要件に適応することが可能である。

次に、例証だけを目的として、付属の図面に関連して本発明の説明を行うことにする。

本書に記載の複数のセルを含む回路構成の略ブロック図である。 本書に記載の構成の働きを理解するのに有効な信号の時間挙動を表した典型的なダイアグラムである。 本書に記載の構成の働きを理解するのに有効な信号の時間挙動を表した典型的なダイアグラムである。 本書に記載の構成の働きを理解するのに有効な信号の時間挙動を表した典型的なダイアグラムである。 図１に示す構成の展開を示すもう１つのブロック図である。 図１と５の両方の実施形態に関連して利用するのに適した有利な改良を示す図である。 本書に記載の構成の働きを表したもう１つのタイムチャートである。

概して云えば、図１、５、及び、６は、全て、
電源１０と、
ここでは、例えば半導体光源のような光源によって代表される関連するそれぞれの電気負荷を備えた複数のセル２０を含む、
回路構成に関するものである。

本書に記載の典型的な実施形態の場合、各セル２０には１つ以上の光源が含まれている。この典型例の説明全体を通じて、ＬＥＤはこれらの光源の典型とみなされる。高輝度（ＨＦ）ＬＥＤなどのＬＥＤは、電気的観点からダイオードＬ及び関連する寄生抵抗器Ｌ_Rの直列接続として表される。

さまざまなＬＥＤセル２０が、ほぼバス状構造の形態をなす接続構造３０を介して電源１０に接続される。本書に記載の回路構成によれば、セルの特定の要件に基づいて異なる固定電流値を引き出すように構成することが可能ないくつかのＬＥＤセル２０をバス構造３０に接続することが可能になる。簡略化のため、図５及び６のブロック図には単一ＬＥＤセル２０が示されているが、もちろん、関連回路構成には、実際には図１に示すように複数のＬＥＤセル２０（例えば３つのＬＥＤセル）が含まれることになる。

一般に、電源１０は、｜Ｖｏｕｔ｜が理論上一定であるとして（下記により詳細に論考されるように可能性のある電圧リプルの存在する場合を除いて）、例えば、＋Ｖｏｕｔと−Ｖｏｕｔの間で例えば４８ｋＨｚの周波数Ｆｓｗでスイッチする信号のような、定振幅Ｖｏｕｔの方形波から構成された電圧信号をバス構造３０に送り出すようになっている高周波電源の形態をなす。

本書で考察される典型的な実施形態の場合、電源１０は、２つのコンデンサ１４ａ、１４ｂと共に半ブリッジ構成をなすように接続された２つの電子スイッチ１２ａ、１２ｂ（２つのＭＯＳＦＥＴのような）を含む半ブリッジインバータである。周知の動作原理によれば、２つのスイッチ１２ａ、１２ｂは、変圧器１８の一次巻線１８ａに入力ＤＣ電圧Ｖを交互に接続する２つのそれぞれの駆動源１６ａ、１６ｂによって周波数Ｆｓｗで交互にオン／オフになる。従って、前述のスイッチング周波数Ｆｓｗで出力される方形波は、変圧器１８の二次巻線１８ｂを介してバス構造２３に供給される。

各セル２０には、整流器モジュールが含まれている。これは、全ブリッジ整流器２２（図１の上方の２つのＬＥＤセル２０及び図５及び６のＬＥＤセルの場合のような）または図１の下方のＬＥＤセル２０について略示されている倍電圧器構造２４から構成することが可能である。もう１つの代替構成（不図示）の場合、ＬＥＤセル２０には、倍電圧器２４の代わりに電圧増倍器を含むことが可能である。整流器モジュール及び倍電圧器／電圧増倍器構造のいずれも、それ自体周知のところであり、本書で詳述する必要はない。

従って、整流は各ＬＥＤセル２０で振り分けて実施され、電源（すなわちインバータ１０）から「見た」等価ＬＥＤ電圧が電源の出力電圧を超えることはない。例えば、バス構造３０に印加される電圧が＋２４Ｖと−２４Ｖの間でスイッチする方形波である場合、全ブリッジ整流器を用いて接続されると、ＬＥＤセル２０の最大順電圧が２４ボルトを超えることはない。最大順電圧がさらに高い（例えば４８Ｖの範囲内の）ＬＥＤセルは、倍電圧器（図１の素子２４参照）または電圧増倍器を利用して接続される。

図１、５、及び、６のブロック図の場合、ＬＥＤセル２０は、ＬＣ（誘導−容量）減結合インピーダンス５０が挿入されたバス３０を介してインバータ出力に接続される。各インピーダンス５０は、抵抗器Ｒ（インピーダンスの損失を表すが、実際には下記の説明のため無視することが可能である）、インダクタＬ、及び、コンデンサＣから構成されるものとして示されている。図１に示すさまざまな減結合インピーダンス５０は、下記においてさらに詳述されるように、各減結合インピーダンス５０毎にインダクタＬのインダクタンス値及びコンデンサＣの容量値の異なる選択が可能であることを強調するため、ＲＬＣ１、ＲＣＬ２、ＲＣＬ３と表示されている。

本書に記載の構成は、１つまたは複数のＬＥＤによって表されるセルの出力に順に加えられる負荷に関係なく（例えばこうしたセルの出力が短絡するかあるいはこうしたセルの出力に最大負荷がかけられるかに関係なく）、各ＬＥＤセル２０の入力における電流を定（平均）値に維持するＬＣインピーダンスの能力に依存している。

これらの結果は、下記の要件が満たされる場合に実現可能になる。
電源すなわちインバータ１０の出力電圧の振幅±Ｖｏｕｔがほぼ一定である（可能性のあるリプルの重なりが存在する場合を除いて）、
インバータ周波数Ｆｓｗが減結合インピーダンスの共振周波数Ｆｒｅｓの略二分の一である＝１／（２π√（ＬＣ））。

電源周波数ＦｓｗがＬＣ共振周波数Ｆｒｅｓの「略」二分の一であるとの記述は、Ｆｓｗ＝Ｆｒｅｓ／２の関係が厳密に満たされなくても、本書に記載の構成は十分に満足のゆく働きが可能であることを強調することを明らかに意図している。実際には、こうした関係をほぼ実現することに関連した固有の許容範囲を考慮しなければならず、出願人によってこれまで実施された実験が示すように、典型的な状況においてＦｓｗはＦｒｅｓの１／２をやや下回ることになる。さらに、本説明の最終部分では、供給電圧Ｖに重なる可能性のあるリプルを補償するため、周波数Ｆｓｗをその公称値に対して約±５〜６％の「ウォブル」を生じさせる可能性について解説される（図１参照）。

上記条件が満たされると、バス３０を介して各個別ＬＥＤセル２０に加えられる電流は、減結合インピーダンスの特性インピーダンスＺｏ＝√（Ｌ／Ｃ）によって決まるほぼ一定の平均値を有することになる。

図１、図５、及び、図６に示す構成の実際の働きについては、図２〜４のダイアグラムを参照することによって最もよく理解することが可能である。これらのダイアグラムのそれぞれは、それぞれ（ａ）及び（ｂ）で表示された２つの重なり部分から構成されている。図２ａ〜４ａのダイアグラムはＬＥＤセル負荷（すなわち１つまたは複数のＬＥＤ Ｌ）の両端間における電圧の時間挙動を表しており、一方、図２ｂ〜４ｂのダイアグラムはＬＥＤ入力における電圧の時間挙動を表している。図２〜４の全てのダイアグラムにおいて、横軸の目盛は時間（ミリ秒 − 図２の場合、目盛がわずかに拡大されている）を表しており、一方、縦軸の目盛は電圧信号の振幅（ボルト）を表している。

図２のダイアグラムは、その出力が短絡した（または出力電圧が０に近い）ＬＥＤセル２０を表している。最大電流はＩｒｅｓ＝Ｖｏｕｔ／Ｚｏである。このセルに電圧Ｖｏｕｔが加えられると、対応するＬＣインピーダンスに基づく電流は、正弦波形の一部に対してほぼ平行とすることが可能な時間曲線をなして、ゼロから始まって、正の最大値に達し、次に負の最小値に達して、最終的にはゼロに復帰する。このプロセスは、最初に負のピークに達することによって逆極性の電圧が印加されると再開される。

セル出力における負荷が増大すると、第１のピーク電流が増加し、第２のピーク電流が減少する。ただし、第２のピーク電流は、図３に概略が示されるように平均電流の絶対値を一定に保つような形で減少する。

最後に、セル負荷の電圧が電圧Ｖｏｕｔに近づくと、図４に概略が示されるように、第１のピーク電流は最大値に達し、一方、第２のピーク電流はほぼゼロになる。

検討されるあらゆる事例において、平均電流の絶対値は一定であり、その値はＩａｖｇ＝Ｉｒｅｓ＿Ｍａｘ／πであるが、ここでＩｒｅｓ＿ｍａｘ＝２^*Ｖｏｕｔ／Ｚｏ。負荷電圧がＶｏｕｔをわずかに下回ると、この値に達する（図４を見ると、よりはっきりと分かるように）。

従って、図１に概略が示されている構成は、以下で記述されるプロセス、すなわち、電源（すなわちインバータ１０）のスイッチング周波数ＦｓｗがＬＣ減結合インピーダンス５０の共振周波数Ｆｒｅｓの約二分の一になるように、各セル２０のＬＣ減結合インピーダンス５０のＬＣ成分を選択するという基本概念に依存するプロセスに基づいて設計することが可能である。

設計プロセスの第１ステップとして、電源１０の特性を検討するのが望ましい。「検討する」という用語は、電源１０が実際に既に存在していて利用できる電源とすることも可能であるという事実を強調するために用いられている。図示の実施形態の場合、インバータのスイッチング周波数Ｆｓｗ及び交流電圧Ｖｏｕｔの振幅を決める変圧器１８の巻数比が、検討すべき主特性である。

従って、各セル２０の減結合インピーダンスＺｏの値は、セルにとって望ましい（平均）電流強度の関数として定義されるが、光源として用いられるＬＥＤの場合、この電流強度は一般に所望の照明パワーによって決定される。

減結合インピーダンス５０の２つのリアクタンス素子（インダクタＬ及びコンデンサＣ）の値は、インバータ周波数Ｆｓｗの２倍に近い（理論上は等しい）共振周波数Ｆｒｅｓを有するように、すなわち、Ｆｓｗ＝Ｆｒｅｓ／２になるように選択することが可能である。対応する関係、すなわち、Ｚｏ＝√（Ｌ／Ｃ）及びＦｒｅｓ＝１／（２π√（ＬＣ））によって、Ｌ及びＣの値が一義的に特定される。

図５のブロック図は、図１の基本構想の可能性のある展開に関するものであり、図５及び６のブロック図には簡略化のため単一セル２０が示されているが、実際のところ関連構成には複数セルが含まれているという点をもう一度想起されたい。

具体的には、図５は、ＬＥＤセル２０の出力においてある特定の電圧が必要とされる事例に関するものである。その場合、減結合インピーダンス５０とセル２０の整流器２２の間に、それぞれ一次巻線６０ａ及び二次巻線６０ｂを備える変圧器６０が挿入される。変圧器６０の一次側と二次側との間には、オプションの絶縁を任意に施すことが可能である。

変圧器６０が存在するため、１つまたは複数のＬＥＤの最大電圧ＶＬＥＤ＿ｍａｘはＶＬＥＤ＿ｍａｘ＝Ｖｏｕｔ＿ｍａｘ^*Ｎ２／Ｎ１になるが、ここでＮ２／Ｎ１は変圧器６０の二次対一次巻数比である。

変圧器６０によって、理論上は電圧ＶＬＥＤ＿ｍａｘに関して望ましい任意の正確な値を得ることが可能になる。逆に、電圧増倍器（図１に２４で表示の倍電圧器のような）によって、電圧ＶＬＥＤ＿ｍａｘに関して電圧Ｖｏｕｔの整数倍の値だけを得ることが可能になる。

変圧器６０が存在する場合、インピーダンスＺｏは変圧器の巻数比Ｎ２／Ｎ１を考慮して選択されることになる。従って、平均電力の平衡化Ｐｉｎ＿ｔｒａｆｏ＝Ｐｏｕｔ＿ｔｒａｆｏ＝Ｐ＿ＬＥＤ＿ｃｅｌｌに応じて変圧器の一次側電流を増大させるために、インピーダンスＺｏを低下させなければならないが、ここで、この式の３つの要素は、それぞれ変圧器に対する入力電力、変圧器からの出力電力、及び、それにキャスケットされたＬＥＤセル素子に加えられる電力を表している。

明らかに、減結合インピーダンス５０の誘導成分Ｌは、少なくとも部分的に変圧器６０の漏れインダクタンスＬｌｋによって表すことが可能である（すなわち、Ｌｌｋを含むかまたは完全にそれから構成することが可能である）。Ｌｆｋに関して望ましい値を得るため、巻数比Ｎ２／Ｎ１を一定に保って、特定の巻数Ｎ１及びＮ２を変化させることが可能である。

絶縁電圧が不要の場合、巻数が少なく、機械的構造が単純な単巻変圧器（絶縁されていない）を変圧器６０として用いることが可能である。

本書に記載の構成の場合、バス３０を構成する電線の寄生パラメータを大幅に上回る値を有するリアクタンス素子を用いることが可能である。従って、本書に記載の構成は、寄生パラメータの悪影響に対して優れたイミュニティを示す。バス３０は、長さが数メートルの電線から構成することが可能であり、従って、追加スイッチングまたはポストレギュレータに頼ることを必要とせずに、単純な受動ＬＣ減結合インピーダンス５０を設けることによって、各個別ＬＥＤセル２０を接続することが可能な実バス構造が構築される。さらに、本書に記載の構成によれば、バス３０を通じて流れる無効電力と有効電力（ＬＥＤセルに供給される有効電力である）との良好な比率が確保される。この比率は、ＬＥＤセルの電圧上昇のために出力電力が増大するにつれて低下する傾向がある。これは、負荷によって引き出される電力が増大するにつれて効率が高くなるので好都合である。セルの電圧Ｖｃｅｌｌがその限界値（Ｖｏｕｔ、すなわち、インバータ１０からのピーク電圧）に達すると、無効電力は有効電力の１．５倍をわずかに超えることになる。

本書に記載の構成のもう１つの重要な利点は、ＬＥＤ Ｌに関連したＭＯＳＦＥＴのような低周波電子スイッチ７０を利用したパルス幅変調（ＰＷＭ）方式（図６のブロック図参照）を採用することによって各ＬＥＤセル２０を個別に調光できるという点にある。調光スイッチ２０は、ＰＷＭ変調される調光駆動装置７２によって駆動される（本書で詳述する必要のない、それ自体周知の方法で）。

スイッチ７０は、１つまたは複数のＬＥＤに直列または並列接続することが可能である。

並列接続（特に例示されていない）の場合、スイッチ７０は、１つまたは複数のＬＥＤ Ｌと抵抗器Ｒ_Lから構成されるアセンブリの両端に接続されて、導電状態時には１つまたは複数のＬＥＤを短絡させる。

並列接続（アースを基準にしたＬＥＤに適した）には、安価な低側駆動装置を用いて実施に役立つという利点がある。このアプローチは、短絡電流が完全に制御される（短絡しても、ＬＥＤセルはバス３０から同じ平均電流を引き出す）という事実を考慮して採用することが可能である。実際、電流は１つまたは複数のＬＥＤではなくスイッチ７０を通って流れる。このため、有効な（すなわち、光）出力を生じることなく電線及び構成部品において少量の電力が消費されることになる。

代替案として（図６のブロック図が特に関連する）、スイッチ７０が導電状態でない場合には、セル２０をアースから切断するように、スイッチ７０をセルの１つまたは複数のＬＥＤと直列接続することが可能である。この構成は、セル２０がアースから切断されると無効電力はバス３０に沿って流れないので有利である。

これまで出願人によって実施された実験で示されるように、本書に記載の構成に２段変換器で給電することによって完全に満足のゆく結果を得ることが可能になるが（調光機能の有無にかかわらず）、この場合、インバータ１０への入力として用いられる高電圧ＤＣ入力（図１のＶ）は力率補正（ＰＦＣ）電力段を用いて発生する。ＰＦＣの利用は、入力電力が２５Ｗ以上の照明用途において高調波電流に関連した調整に対応するために推奨される。ＰＦＣは、インバータ１０が本書で意図されている用途に理想的な状態で機能できるようにする高直流電圧を発生する位置である。

ＰＦＣ段は、一般に中間コンデンサに１００Ｈｚの正弦電圧リプル（約±５％）を発生するが、これは接続された各ＬＥＤセル２０の出力電流で伝達されることになりがちである。

従って、このリプルを補償するため、ＰＦＣ電圧を検知し、その動作点を中心としてインバータ１０のスイッチング周波数Ｆｓｗを変調するのが有利である。

図１のブロック図において、符号８０は、入力電圧Ｖを発生して、電圧Ｖの瞬間値を検知するＰＦＣ段に組み合わせられた（既知の方法で）制御モジュールを表している。制御モジュール８０は、スイッチ１２ａ、１２ｂのスイッチング周波数Ｆｓｗに作用して、リプルに比例した、すなわち、電圧Ｖの瞬間値とその公称値（平均制御電圧）との差に比例したその中心値に基づく周波数Ｆｓｗの「ウォブル」（揺れ）効果を生じさせる。リプルに比例した揺れは、ＰＦＣ段からの瞬間電圧が平均制御電圧Ｖを超える半周期に周波数Ｆｓｗが低くなり（すなわち、最大で約５〜６％降下する）、一方、ＰＦＣ段からの瞬間電圧が平均制御電圧Ｖを下回るもう１つの半周期に周波数Ｆｓｗが高くなる（すなわち、同じ量だけ上昇する）ように生じさせられる。

こうした穏やかな（１０〜１２％）の周波数の揺れが存在しても、インバータ周波数Ｆｓｗは依然として各種ＬＥＤセル２０の減結合インピーダンスの約二分の一Ｆｒｅｓ＝１／（２π√（ＬＣ））のままである。

前述の周波数Ｆｓｗの変調／ウォブルによって、ＬＥＤの１００Ｈｚのリプルがほぼ完全になくなることになる。さらに、インバータ周波数Ｆｓｗを変動させることにより、インバータ出力段によって生じる電磁干渉（ＥＭＩ）に関するもう１つの利点が得られる。これは、周波数Ｆｓｗを変調すると、インバータ１０によって生じる電磁雑音が周波数帯域全体にわたって拡散することになり、その結果個々の高調波のピークが低下するためである。

問題となる補償方式は、出力からのフィードバックを必要とすることなく、分路、コントローラ、及び、安全オプトカプラのようなさらなる構成部品を必要としない入力からのフィードフォワード制御を用いて実施することが可能である。

これまで出願人によって実施された実験において満足のゆく結果が得られたのは、図１に示す構成の場合であり、下記のパラメータが用いられている。
インバータ１０のスイッチング周波数Ｆｓｗ＝４８ＫＨｚ、
正弦波リプルが±２５Ｖの４００Ｖの直流電圧Ｖ（典型的なＰＦＣ出力）、
第１、第２、及び、第３のＬＥＤセル２０に関してそれぞれ２４．２５オーム、１２．１２オーム、及び、２４．２５オームの減結合インピーダンスＺｏ値。

第３のセル２０（図１の下部）には、倍電圧器構造が含まれているが、これはセル電流が全ブリッジ整流が施される同様のセルに比べると二分の一になることを意味するのは明らかである。

付属書類として表示された図７には、それぞれ（ａ）及び（ｂ）で表示された２つの重ね合わせられたダイアグラムが含まれている。

図７（ａ）で表示のダイアグラムには、ｍｓで示された横軸の時間目盛に関連して、３つのセル２０を流れる電流の値が示されている。すなわち、上方の曲線は平均電流が約６００ｍＡの第１のセル２０を流れる電流を表しており、下方の２つの重ね合せられた曲線は平均電流が約３００ｍＡの他の２つのセルを流れる電流を表している。

３つの電流の全てに１００Ｈｚのリプルが重なっているのがはっきりと分かる。

逆に、図７（ｂ）のダイアグラムには、インバータ１０のスイッチング周期（すなわち周波数Ｆｓｗ）が上述のように変化する場合の同じ３つの電流の時間挙動が示されている。図７（ｂ）のダイアグラムには、リプル補償をそのように実現することができる方法がはっきりと示されている。

もちろん、本発明の明示された原理に影響を与えずに、付属の請求項によって定義された本発明の範囲を逸脱することなく、ただ例示のために上述された内容に関して細部及び実施形態の大幅な変更を実施することも可能である。

１０ スイッチ電源
２０ ＬＥＤセル
２２ 整流器
２４ 倍電圧器
３０ バス状構造
５０ ＬＣ減結合インピーダンス
６０ 変圧器
７０ 電子スイッチ
７２ 調光駆動装置
８０ 制御モジュール

Claims (19)

1. あるスイッチング周波数（Ｆｓｗ）でスイッチし、所定の振幅（Ｖｏｕｔ）を有する電圧信号を生じるスイッチ電源（１０）によって少なくとも１つの電気負荷（Ｌ）に給電するためのセル（２０）であって、
   前記少なくとも１つの電気負荷に光源（Ｌ）が含まれ、
   インピーダンス値（Ｚｏ）によって前記スイッチ電源（１０）から前記セル（２０）に流入する電流の強度が決まるＬＣ減結合インピーダンス（５０）と、前記光源を選択的に調光するための調光装置（７０、７２）とを備え、
   前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）は、前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）の共振周波数（Ｆｒｅｓ）を決めるＬＣ成分を含み、
   前記スイッチ電源（１０）の前記スイッチング周波数（Ｆｓｗ）が前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）の前記共振周波数（Ｆｒｅｓ）の略二分の一になることを特徴とする、セル。
2. 前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）と前記少なくとも１つの電気負荷（Ｌ）の間に挿入される整流器（２２）が含まれることを特徴とする、請求項１に記載のセル。
3. 前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）と前記少なくとも１つの電気負荷（Ｌ）の間に挿入される倍電圧器（２４）が含まれることを特徴とする、請求項１に記載のセル。
4. 前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）と前記少なくとも１つの電気負荷（Ｌ）の間に挿入される電圧増倍器が含まれることを特徴とする、請求項１に記載のセル。
5. 前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）と前記少なくとも１つの電気負荷（Ｌ）の間に挿入される変圧器（６０）が含まれることを特徴とする、請求項１に記載のセル。
6. 前記変圧器（６０）の漏れインダクタンス（Ｌｌｋ）が前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）のＬ成分に含まれることを特徴とする、請求項５に記載のセル。
7. 前記変圧器（６０）の漏れインダクタンス（Ｌｌｋ）が前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）のＬ成分を構成することを特徴とする、請求項５に記載のセル。
8. 前記変圧器（６０）が単巻変圧器であることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載のセル。
9. 前記調光装置に前記光源（Ｌ）にＰＷＭ調光を施すためのスイッチ（７０）が含まれることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のセル。
10. 前記スイッチ（７０）がＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする、請求項９に記載のセル。
11. 前記スイッチ（７０）が前記光源（Ｌ）と並列接続するように構成されていることを特徴とする、請求項９または１０に記載のセル。
12. 前記スイッチ（７０）が前記光源（Ｌ）と直列接続するように構成されていることを特徴とする、請求項９または１０に記載のセル。
13. 前記少なくとも１つの電気負荷（Ｌ）が含まれることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載のセル。
14. 前記少なくとも１つの電気負荷に発光ダイオードすなわちＬＥＤ（Ｌ）が含まれることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載のセル。
15. 回路構成であって、
    あるスイッチング周波数（Ｆｓｗ）でスイッチし、所定の振幅（Ｖｏｕｔ）を有する電圧信号を発生するスイッチ電源（１０）と、
    前記スイッチ電源（１０）に接続され、請求項１〜１３のいずれかに記載のセルを含む複数のセル（２０）を備え、
    前記スイッチ電源（１０）が半ブリッジインバータ（１０）であることを特徴とする、
    回路構成。
16. 前記複数のセル（２０）が、バス状構造（３０）を介して前記電源（１０）に接続されていることを特徴とする、請求項１５に記載の構成。
17. 前記スイッチ電源（１０）が、前記スイッチ電源（１０）に供給される公称直流電圧（Ｖ）に重なる電圧リプルを生じる直流電圧源を介して電力供給を受けるように構成され、
    前記スイッチ電源（１０）に、前記リプルが重なる結果として、それぞれ、前記直流電圧源からの前記直流電圧が前記公称直流電圧（Ｖ）より高くなるか、低くなると、前記スイッチング周波数（Ｆｓｗ）を選択的に変調して、それぞれ、前記スイッチング周波数（Ｆｓｗ）を低くするか、高くするためのコントローラ（８０）を備えたことを特徴とする、請求項１５または１６に記載の構成。
18. あるスイッチング周波数（Ｆｓｗ）でスイッチし、所定の振幅（Ｖｏｕｔ）を有する電圧信号を生じるスイッチ電源（１０）によって少なくとも１つの電気負荷（Ｌ）に給電するためのＬＣ減結合インピーダンス（Ｚｏ）を含むセル（２０）の設計方法であって、
    共振周波数（Ｆｒｅｓ）を有する前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）のＬＣ成分を選択して、前記スイッチ電源（１０）の前記スイッチング周波数（Ｆｓｗ）が前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）の前記共振周波数（Ｆｒｅｓ）の略二分の一になるようにするステップと、
    前記スイッチ電源（１０）から前記セルに流入する所望の電流強度を規定するステップと、
    前記所望の電流強度をもたらすように、前記定振幅電圧（Ｖｏｕｔ）の関数として前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）のインピーダンス値（Ｚｏ）を選択し、その結果、前記共振周波数（Ｆｒｅｓ）と前記インピーダンス値（Ｚｏ）によって前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）のＬ及びＣ成分の一義的値が特定されるようにするステップが含まれている、方法。
19. 前記ＬＣ減結合インピーダンス（Ｚｏ）と前記少なくとも１つの電気負荷（Ｌ）の間に挿入される変圧器（６０）を設計するステップと、
    さらに、前記ＬＣ減結合インピーダンス（５０）のＬ成分の少なくとも一部を構成する前記変圧器（６０）の漏れインダクタンス（Ｌｌｋ）を生じるように、前記変圧器の巻数（Ｎ１、Ｎ２）を選択するステップが含まれていることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。

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