JP5406375B2 - ソリッドステート照明装置、ドライバ回路、及び関連するソフトウェア - Google Patents

ソリッドステート照明装置、ドライバ回路、及び関連するソフトウェア Download PDF

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Description

本発明は、半導体照明に関し、より詳細には、直列接続の発光ダイオード(「LED」)等の電気負荷のために構成されるソリッドステート照明装置、力率補正回路、及びドライバ回路に関しており、インテリジェント制御のためのさまざまなセンサを含んでいる。
なお、本出願は、2008年4月30日に出願された米国特許出願番号12/112,101の一部継続出願である、2009年10月20日に出願された米国特許出願番号12/582,654号の利益を主張するものであり、その出願の教示全体を参照によってここに援用する。
また、本出願は、「力率補正及びドライバ回路(Power Factor Correction and Driver Circuits)」と題される、2008年4月30日付出願の米国特許出願シリアル番号12/112,101の一部継続出願であり、その出願の内容全体を参照によってここに援用する。
さらに、本明細書及び図面には、著作権保護の対象になる物が含まれている。著作権者は、特許庁のファイル又はレコードに記録される本特許書類が、任意の人により複写されることには異存はないが、その他についてはいかなる著作権もすべて留保する。
照明システムは一般に、公共の場を明るくするのに用いられる。屋外照明システムの光源は、低周囲光条件(例えば、日没後)に反応して点灯し、高周囲光条件(例えば、日照時間中)は消灯されるのが通常である。周囲光条件に反応する自動オンオフ制御システム付の屋外照明システムの多くは、光伝導セル(すなわち、光電セル)を備えている。
自動オンオフ制御付の既知の屋外照明器具は、可視光に敏感な光電セルを備えている。光電セルは、周囲光と照明器具によって生じた光との区別ができない。光電セルが照明器具によって生じた光の影響を受ける(例えば、トリガされる)ことを回避するためには、光電セルは、照明器具から出る光を避ける向きに指向(すなわち、照準)されなければならない。その結果、光電セルは問題のある条件の場所に配置されることが多い。
照明システムは、不十分な又は最適以下の力率補正(PFC)からも悪い影響を受ける。PFCのパフォーマンスが低いと、部品の寿命の低減につながる。PFCのパフォーマンスが低いと、電力が熱として消耗されて不経済であり、それに伴い熱を外部に放出する必要も生じる。
このような状態は、LEDを含むようなソリッドステート照明装置等の照明システムに高圧電力が用いられるときに特に問題になる可能性がある。したがって、照明技術の向上が求められている。
本発明は、回路を含む技術及びシステムを対象としており、直列接続の発光ダイオード(「LED」)などの電気負荷のために構成されるソリッドステート照明装置、力率補正回路、及びドライバ回路を提供し、本発明はインテリジェント制御のためのさまざまなセンサを含む。本出願により開示される回路を含む技術及びシステムは、向上したより均一の電力及び電流の調整により、電気部品に比較的高い電圧を提供することができる。
本発明の一態様は、とりわけ、周囲環境センシング、自己温度モニタリング、センサベースの電力管理、通信、及び/又はプログラマビリティの属性/機能性から任意の所望の選択を可能にするLED照明器具又は照明装置を対象としている。
本発明の一態様は周囲光センシング機能を含む。照明装置の実施形態は、太陽光又は他の周囲光条件を感知して、適宜に、例えば日照時間中は、光出力をオフにする機能を備えている。
本発明の一態様は動作検出機能を含む。照明装置の実施形態は動作を検知し光出力を制御して、低電力(薄暗:dim)状態からフル電力状態まで推移させる。
本発明の一態様はLED温度センシング機能を有する。照明装置の実施形態は、自身のLEDの温度を感知して、必要であればそれらを保護するために電力を低減する機能を有する。
本発明の別の態様は、ドライバ回路温度センシング機能を含む。照明装置の実施形態は、ドライバ回路の温度を検出して、必要であればそれを保護するために電力を低減する機能を有する。
本発明の他の態様は通信/制御機能を有する。照明装置は、SSD及びSSLの間に配置されたモジュールを介して通信/制御する機能を有する。
本発明のさらに別の態様は、機能性を再プログラミングする機能を含む。照明装置の実施形態は、例えばIRリモート又はRFリモートを用いて、関連ドライバ及び/又は光基板マイクロコントローラの再プログラミング、あるいは、運転パラメータの変更を可能にする。
本発明のさらに他の態様は、電流設定値の選択機能を有する。照明装置の実施形態は、電流設定値をSSLとの通信を介して受信し、このような通信がない場合はあらかじめプログラミングされた設定値で作動するドライバを備えている。
本発明のさらなる態様は、定電流機能を有する。照明装置の実施形態は、0〜45VのLED順電圧で定電流をもたらすドライバを備えている。
本発明の他の態様は、効率の増強機能及び部品ストレスの低減機能を有する。実施形態は、力率補正(「PFC」)昇圧電圧を調整するためのファームウェアを備えている。
本発明の別の態様は、ヒステリシスPFCスタートアップ機能を有する。
本発明の例示的な実施形態では、本発明は、例えば、所望数の適宜のLEDの直列接続等、LEDの配置の作業及び制御のために使用可能である。
PFCステージ即ち回路及びドライバステージ即ち回路の例示的な実施形態が、組み合わせ回路で構成され。このような実施形態は、電源として使用することができ、例えば共通回路基板の対向する両側等、共通回路基板上に構成される。
本発明のその他の態様、実施形態、及び詳細は、添付図面を参照して以下に記す説明を読めば明らかになるであろう。
なお、図面はもともと例示であり、本発明を限定するものではない。図面は必ずしも尺度を合わせておらず、重点は本発明の原理を示すことに置かれている。
本発明の例示的な実施形態に係るLED照明装置の正面図である。 動作センサ及び関連する取付板を備えた本発明の別の実施形態を示す図である。 本発明の例示的な実施形態に係る照明装置における、2本の直列接続のLEDの回路図を示している。 本発明の例示的な実施形態に係るソリッドステートドライバ(SSD)回路の回路部を示す図である。 本発明の例示的な実施形態に係るソリッドステートドライバ(SSD)回路の回路部を示す図である。 本発明の例示的な実施形態に係るソリッドステートドライバ(SSD)回路の回路図である。 本発明の例示的な実施形態に係るソリッドステートドライバ(SSD)回路の回路図である。 本発明の例示的な実施形態に係るソリッドステートドライバ(SSD)回路の回路図である。 本発明の例示的な実施形態に係るヒステリシス力率補正(「ヒステリシスPFC」)スタートアップの方法を示すフロー図である。 本発明の実施形態に係る光センシング回路の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態に係る光センシング回路の実施形態を示す図である。 本発明の例示的な実施形態に係る動作検出回路の回路図である。 本発明の例示的な実施形態に係る照明装置LEDパネルの拡大断面図である。 A〜Cは、本発明の例示的な実施形態に係る動作センサモジュール及びセンサモジュール取付板を有する照明装置の図である。
図面には特定の実施形態が示されているが、該実施形態は例示であり、その変形の本明細書に記載の他の実施形態と同様に、本発明の技術的範囲内で想定及び実施することができる。
また、図面には特定の部品の値/又は部分/モデルの数が示されているが、本発明の技術的範囲内で適宜の値及び評価値を有する部手の適宜の部品/要素を用いてもよいことは、当業者であれば分かるであろう。
本発明は、特に、周囲環境センシング、自己温度モニタリング、センサベースの電力管理、通信、及び/又はプログラマビリティを可能にする、LED照明器具又は照明装置を対象としている。
本発明態様及び実施形態は、以下の属性/機能性からの任意の所望の選択を提供するLED照明器具又は照明装置を提供する。
A.周囲光センシング:照明装置は、太陽光又は他の周囲光条件を感知して、適切なときは、例えば日照時間中は、光出力をオフにする機能を有する。
B.動作検出:電力がオンのとき、照明装置は、動作を検知し光出力を制御して、低電力(薄暗い)状態からフル電力状態まで推移させる。
C.LED温度センシング:照明装置は、自身のLEDの温度を感知して、必要であればそれらを保護するために電力を低減する機能を有する。
D.ドライバ温度センシング:照明装置は、内部ドライバ回路の温度を感知して、必要であればそれを保護するために電力を低減する機能を有する。
E.通信/制御:照明装置は、SSD及びSSLの間に配置されたモジュールを介して通信/制御する機能を有する。
F.機能性の再プログラミング:照明装置は、例えばIRリモート又はRFリモートを用いて、SSL又はSSDのマイクロコントローラの再プログラミング、又は、運転パラメータの変更を可能にする。
G.電流設定値選択:照明装置は、電流設定値をSSLとの通信を介して受信する。このような通信がない場合は、ドライバ(SSD)があらかじめプログラミングされた設定値で作動する。
H.定電流:照明装置は、0〜45VのLED順電圧で定電流を供給するSSDを含む。
I.効率の増強及び部品ストレスの低減:ファームウェアを用いてPFC(力率補正)昇圧電圧を調整する。
J.ヒステリシスPFCスタートアップ:希望のオンタイムを比較的早く達成するPFCの向上がもたらされる。
本発明の実施形態の態様は、本明細書の記載を添付図面と合わせて読むことでより完全に理解できるであろう。図面はもともと例示であり、本発明を限定するものではない。図面では、描かれている回路の実施形態の目立つ特徴には参照文字が与えられ(例えば、図3Aのトランジスタ333)、それに関連する説明でもそのように称されているが、特別ではない特徴には、図面における参照文字や説明における付記はない。しかし、発明の詳細な説明で述べられる図においては、理解を容易にするために、示されている回路の機能部品に、それぞれ印加電圧入力及び接地の記号及び回路素子の記号及び文字(通常の標準に従って)、及び代表的な定格、ピン番号、及び/又は値(例えば、図3Dに示されている、公称キャパシタンス120μF、定格30Vの電解キャパシタC15)が示されている。図面には特定の部品の値/又は部分/モデルの数が示されているが、本発明の技術的範囲内で別の適宜の部分/部品を別の適宜の値及び定格とともに用いてもよいことが、当業者であれば理解するであろう。
図1Aは、本発明の例示的な実施形態に係るLED照明装置100の正面図を示している。照明装置100は、ハウジング102及びフロントカバー104を含み、これは所望の波長レンジの光(例えば、可視光)に対して透過的である。ハウジング102は、適宜の物質(例えば、シートメタル)からなる。フロントカバーは、例えば、ガラス、ポリカーボネート、アクリル等の適宜の透明な物質で構成される。照明装置は、多数の個々の反射ポケット108(N)とともに構成かつ配置されたリフレクタ106を含み、これらは多数のLED110(N)からの光をカバー104の外に向けるように設計されている。照明装置は、適宜の制御及び電力電子装置(control and power electronics)112を含み、例えば、多数のLED並びに制御及び電力装置を支持するための1又は複数の回路基板である。以降で、本発明の他の図面に関連してさらに詳細に説明する。
図1Bは、照明装置の代替的な実施形態100Bを示しており、動作センサ120及びそれに付随する取付板122を含む。取付板は、センサ及び関連するセンサ回路基板を照明装置のハウジングに取り付けるためのものである。
図2は、本発明の例示的な実施形態に係る照明装置の2系統に直列接続されたLED202A、202Bの回路図200A〜200Bを示している。LED202A、202Bは、同様なものであっても異なるものであってもよい。LED202A及び202Bは、例示的な実施形態では単一のプリント基板の対向する面にある(境界線1により示されるように)。例示的な実施形態では、LED202A及び202Bは、Nichia製のNS6W LED又はOsram製のGoldenDragon LEDである。代替的な実施形態では、LEDは、N列の並列でそれぞれM個の直列のLEDからなるように接続することもできる。例えば、一実施形態は128個のLEDを有し、それぞれが64個のLEDの2列の並列として構成されるSSLを備えている。
図3A〜図3Eは、本発明の例示的な実施形態に係る、ソリッドステートドライバ「SSD」回路300のいくつかのサブ回路の概略図を示している。回路300は、図3Aに示されるように、コントローラ304を具備する主コントロール回路302を含むいくつかの機能部を含む。例示的な実施形態では、図3A〜図3Eに示されている回路は、例えば図1の照明装置100とともに単一のプリント基板に配設することができる。例示的な実施形態では、Amtel社により市販されているAT90PWM316コントローラをコントローラ304として用いることができる。このようなコントローラは、ランプバラスト及びモータ制御のアプリケーション向けに設計されており、16Kバイトのフラッシュメモリ、10チャネルの高性能PWM、11チャネル10ビットのADC(A/Dコンバータ)、10ビットのDAC(D/Aコンバータ)、4ビット分解能向上及びDALIプロトコルサポートをもつ3つの12ビット高速PSC(パワーステージコントローラ)、並びに内部コンパレータ及びA/Dコンバータを有している。コントローラ304は多数のピン、すなわち、ピン306(「LED_PWM」)、308(「ACMP_LED1」)、及び310(「AD_LED1」)を有している。
図3Bは、端子322及び324の間に接続される電気負荷、例えば図2AのLED202A、への電力を制御かつ調整するためのSSD回路300の、制御及び電力調整回路320を示している。図示の例示的な実施形態において、該回路320は、バックレギュレータを含むか、又はバックレギュレータとして機能する。出力電圧は、いくつかのアプリケーションでは500Vの直流である。トレース326(「LED_PWM」)、328(「ACMP_LED1」)、及び330(「AD_LED1」)は、コントローラ304(図3A)の対応するピンに接続される。
引き続き図3Bを参照する。トレース326の信号が高レベルとなると、トランジスタスイッチ332はターンオンし、出力端子322及び324の間に接続された例えばLEDの列等の電気負荷に電流が流れる。電流は並列の一対の抵抗333にも流れる。コントローラ302の内部のコンパレータ(例示的な実施形態にある)と連携して、RC回路331及び329はともにローパスフィルタとして機能する。RC回路331の時定数は、RC回路329の時定数よりも長い。これにより、ハードウェア及び/又はファームウェアは、回路動作を必要最低限のソフトウェア管理(oversight)(例えば、割り込み)で制御することが可能になり、ソフトウェアリソースを他の用途のために解放することができる。
次に、図3C及び図3Dを参照する。SSD回路300は、EMIフィルタ回路340、及び昇圧回路(例えば、昇圧プレコンバータトポロジ又は回路で構成される)を含む力率補正(PFC)ステージ370を含んでいる。EMIフィルタ回路340は、示されているように、電源ライン、中性線及びアース線を伴う通常の120ボルト交流電源により供給される交流電力を受信するように構成される。図示のように、EMIフィルタ回路340は、EMIシールド/フィルタリングのために、バリスタ342、ヒューズ344、複数のキャパシタ346及び352(1)〜352(3)、及び1又は複数のコイル(インダクタ)350(1)〜350(2)を含んでいる。さらに、EMIフィルタ回路340は、出力端子358から整流された交流を生成するための整流器356を含んでいる。トレース360は、EMIフィルタ回路340をコントローラ304に接続する。例示的な実施形態では、Diodes社により市販されている公称定格8A、600Vの整流器ブリッジであるGBU806ダイオードが整流器356として用いられる。
図3Dに示すように、例示的なアプリケーション及び実施形態では、PFCステージ370は、臨界導通モード(CRM)で動作するように構成される。PFCステージ370は、示されているように、EMIフィルタ回路340から整流された交流を受け取るように配置され、電力調整回路320へ給電するための昇圧回路用に、整流された電圧及び電流を生成する。
PFCステージ370はPFCコイル372を含み、端子380に、500V直流等の所望の昇圧された電圧を生成する。例示的な実施形態では、PFCコイルは、PFC昇圧のための定格400マイクロヘンリの4810144Rインダクタであり、これはアメリカ合衆国サウスダコタ州57201−5012、ウォータータウン、9番アベニューSW 1600所在のMinntronix社により市販されている。トレース374(「AD_ACIN」)、376(「ACMP_PFC_ZC」)、378(「PFC_PWM)、及び382(AD_BOOST」)は、コントローラ、例えば図3AのPFC制御のためのコントローラ302へ接続される。このようなPFC制御は、図4に関連して詳述するようなヒステリシスPFCスタートアップ動作を含む。
コントローラ304等におけるファームウェアを用いて、PFCステージ370により生じたPFC(力率補正)昇圧電圧が調整される。調整可能な昇圧電圧の実現により、効率の増強及び部品ストレスの低減がもたらされる。昇圧電圧は、ピーク入力電圧及び出力電圧のどちらよりも大きいことが望ましい。高い一定の昇圧電圧が必要とされていない時にそのような電圧で運転すると、効率の悪化及び部品ストレスの増加が生じてしまう。入力電圧が高ければ、高い昇圧が必要である。しかし、SSDが120V交流入力で動作していて、中間出力が例えば240V直流であるような場合がよくある。このような場合、ピーク交流入力及び出力のいずれか高い方を60V(又はその程度)上回る昇圧電圧の場合には、効率面や部品ストレスの低減において好適である。一方、昇圧電圧を低くしすぎると、状況によってはEMIのフロントエンドをオーバーロードさせてしまう。PFCMOSFET電流のモニタリングは、この状況の回避、及び昇圧電圧の調整のために用いられる。上述したように、コントローラ304及び制御回路がヒステリシスPFCスタートアップを提供する。図4に関連して説明するように、ヒステリシスPFCスタートアップは、PFCのパフォーマンス及び動作の向上を可能にする。
図3Eを参照する。SSD回路300は、関連する照明素子(例えば、図2のLED202)がオフ状態にあるときの、プリント基板の回路部品のための電源390を備えている。コントローラ391は、出力される電流を制限するので、ショート状態及び安全の面で有益である。図示のように、オフラインスイッチング電源392及びコントローラ393が、回路300には含まれている。リニア電圧レギュレータ394が例示的な実施形態では含まれている。
引き続き図3Eを参照すると、通信回路395も、SSD回路300に含まれている。通信回路395は、LINトランシーバ396を含んでいる。LINトランシーバ396は、単線397を介してSSLボード上の対応部分と通信するように構成され、例えば、SSLボードのマスタ部品により制御されるスレーブ部品として通信するよう構成される。回路396(又は使用される別の通信回路)は、SSD及びSSLの間に配置されたモジュールを介して通信/制御する機能を照明装置に与える。このようなモジュールは、さまざまな通信方法/プロトコルを提供する。プロトコルは、DALI、0〜10Vアナログ、4〜20maAアナログ、LIN、CAN、RS−232、RS−422、RS−485、Ethernet、Flexray、Zigbee、DASH7を含む。ただし、これらに限定されるものではない。回路300はさらに、示されているように、標準ヘッダ398を含む。
図4は、本発明の例示的な実施形態に係るヒステリシス力率補正(「ヒステリシスPFC」)スタートアップの方法400を示している。昇圧PFCの設定は、その特性上、徐々に変更しなければ効率的にならない。優れた臨界導通モード昇圧PFCのための鍵になるのは、いくつかの交流サイクルにわたる一定のMOSFETオンタイムである。これは定常状態の動作においては可能である。しかし、スタートアップの間は、適切なオンタイムを素早く達成しなければならない。これには、いくつかの方法がある。単一チップの解決法では、補償されたフィードバックネットワークに昇圧電圧を監視させることによりこれに対処する。また、本発明の実施形態により提供される「ヒステリシスPFC」スタートアップと本明細書で称されている別の方法では、マイクロコントローラ、例えば図3Aのマイクロコントローラ302、でこれを行うこともできる。方法400は、例示的な実施形態において、ソフトウェア及び/又はファームウェアに(任意の適宜の言語の適宜のコンピュータ/マシン可読命令で)記憶される。
引き続き図4を参照する。ボックス402に記されているように、出力電流オフ(バックレギュレータオフ)の状態で、PFCは公称定格で作動して昇圧キャパシタを充電し始める。ボックス404では、所定の高電圧、例えば475Vに到達すると、バック(buck)は低い値で、例えば200mAでオンになり、PFCはオフになる。すると昇圧キャパシタは、負荷に給電するように放電する。所定の低電圧、例えば425Vまで放電すると、PFCは再びオンになる。ボックス406に示されているように、これが複数回生じ、そしてその間に、ボックス408(「第1の電圧及び第2の電圧間のランプアップ電圧の時間がランプダウン電圧の時間と等しくなるように調整する」)に記されているように、425V〜475Vへの遷移時間が475V〜425Vへの遷移時間と等しくなるように、オンタイムが調整される。下降時は、負荷は昇圧キャパシタにより給電されている。一方、上昇時は、PFC回路が負荷及びキャパシタの両方に給電している。ボックス410に記されているように、上昇時間及び下降時間の比は、定常状態動作で必要とされるオンタイムを正確に予測できるように形成される。このモードは定常状態値に到達すると終了する。この技術の利点は、浮動小数点演算が不要であるために非常に単純なマイクロコントローラを用いることができ、安定性がよく、安定状態に迅速に到達することができることである。
図5A及び図5Bは、本発明の実施形態に係る光検出回路(光センサ回路)500A及び500Bを示している。光検出回路500A、500Bはそれぞれ、「光」センサとも称される光学センサ502A、502B、及びマイクロコントローラ504A、504Bを備えている。光検出回路500A及び500Bは、同種であるとして示されており、例えば、図2の各ボード200A及び200B等、特定のタイプのSSLボードとともに用いるようにそれぞれが最適化されている。光検出回路500A、500Bは、電圧調整部506A、506Bを備えている。例示的な実施形態は、ライントランシーバ即ちLINトランシーバ508A、508Bを備えており、例えば、図3Eに示されているように、SSDのスレーブLINトランシーバ396のマスタとして動作する等、対応部分と通信する。LINトランシーバは、とりわけ、データをセンサ502A、502Bから通信するためのタイムスライスプロトコルを設定する。回路500A、500Bにも、例えば、図6に関して示され説明されるような動作検出回路のための接続が示されている。このようなセンサは、適宜のコントローラ(例えば、図3Aの302)に接続され、LEDの光出力(例えば、図2AのLED202)は、光学センサ502により光が検出されると、薄暗又はオフにされる。
引き続き図5A〜5Bを参照する。例えば光センサ502Aは任意の適宜の光センサであり、センサの検出波長レンジは、例えばセンサの材料を適宜選択することにより、所望のレンジが選択される。例示的な実施形態では、フォトダイオード及び/又はフォトトランジスタが用いられる。例示的な実施形態では、例えば図2のLED202である光センサが、関連するLEDから発光される波長レンジの外の可視光又は赤外線を感知する。図5A及び図5Bに示されるように、好適な光学センサの1つは、Osram社により市販されているOSRAM Opto Semiconductor製 SFH 320 FA-4-Z フォトトランジスタIRチップシリコンNPNトランジスタ 980nm 2-Pin PLCCである。
図6は、本発明の例示的な実施形態に係る、動作検出回路600の回路図を示している。上述したように、本発明の照明装置及び照明部品は、動作検出センシングを可能にし、1又は複数の光学センサ602、604を含む動作検出回路600を備えている。例示的な実施形態では、光学センサ602は、中波赤外線検出器、又は遠赤外線検出器である。適宜の光学検出器には、Panasonic製のAMN11112が含まれ、これは内蔵型電子装置を有するのでその抵抗がPCB上の増幅器をバイパスできるものであり、また、Perkin Elmer LHi 1128も含まれ、これは内蔵型電子装置を有していないので動作検出回路600の増幅器を必要とする。例示的な実施形態は、アプリケーションによっては、異なるセンサ602、604を切り替える特性を備える。例えば、図5Bの光検出回路500Bへの接続に適するような、通信端末606も示されている。
図6をさらに参照する。好ましい赤外線波長レンジのいくつかはガラスによりフィルタリングされてしまうので、動作検出回路600は、別の回路基板に配置されて、例えばポリエチレン等の非ガラスのレンズ/カバーを介して、関心対象の赤外線波長を受け取ることができるようにする。いくつかのアプリケーションでは、動作検出回路600を保持する回路基板は、照明装置のハウジング(例えば、シートメタルからなるもの)の開口の近くに位置される。
図7は、本発明の例示的な実施形態に係る照明装置LEDパネル700の拡大断面図である。多数のLED702が、プリント基板706に取り付けられたフォトダイオード(光学センサ)704とともに示されている。3本1組のリード708は、フォトダイオード704、及びコントローラ712を備えた関連回路のためのものである。2本1組のリード710は、LED702へ給電する(例えば、500Vで)ためのものである。
図8A〜Cは、本発明の例示的な実施形態に係る、動作センサを有する照明装置の実施形態800Aを示している。図8のA〜Cは、特に、光/光学センシング又は光出力、並びに、例えば雨や雪への環境抵抗を提供するための、動作センサ(又は別の部品)のリフレクタ又はハウジングへの取り付けに特徴を有している。
図8Aは、図1Bの切断面A―Aに対応している。照明装置800Aは、動作センサ用のボード804上に動作センサ802を備えている。動作センサ用ボード804は、例えば図6に示され説明された動作検出回路を含み、SSLボードへの接続、例えば図5Bの510Bへの接続のための適宜の接続プラグ又は接続機構を有している。また、センサ802(ボード804とまとめてセンサモジュールと称される)の成形シール808も含まれる。成形シールは、任意の適宜の材料からなる。例示的な実施形態には、例えば、エチレンプロピレンジエンモノマー(Mクラス)ゴム(EPDM)、シリコン、等の高分子材料が含まれる。動作センサ用ボード804は、適宜の留め具又は結合によりセンサモジュール取付板806に付けられる。例示的な実施形態では、ネジ結合(threaded connections)810(図8Cにより詳細に示されている)を用いて、ボード804が取付板806に留められる。同様にして、センサモジュール取付板806自身も、適宜の結合によりハウジング又はレンズフレーム814に取り付けられる。例示的な実施形態では、ネジ結合812が用いられて、取付板806がフレーム814に取り付けられる。
図8Bは、照明装置800Aのセンサモジュールの一部の詳細図を示している。動作センサ802及びガスケット808に加えて、レンズフレーム814に対する取付板806及び取付板の縁部806Aが示されている。
図8Cは、単体のセンサモジュール801(明確にするためにセンサは省かれている)を示している。センサは位置802’に配置される。図示のように、例示的な実施形態ではセンサボード804及び取付板806間の結合810は、ガスケットの突出部又は盛り上がった部分817に囲われた、リベット又はネジ815及びネジ付(例えば、メタルの)シリンダ816を含む。連結部820が示されている。
このように、本発明の実施形態は、とりわけ、周囲環境センシング、自己温度モニタリング、センサベースの電力管理、通信、及び/又はプログラマビリティを可能にする。本発明の態様及び実施形態は、以下の属性/機能性からの任意所望の選択を提供するLED照明器具又は照明装置を提供する。
周囲光センシング:照明装置は、太陽光又は他の周囲光条件を感知して、適切なときは、例えば日照時間中は、光出力をオフにする。
動作検出:電力がオンのとき、照明装置は、動作を検知し光出力を制御して、低電力(薄暗)状態からフル電力状態まで推移させる。
LED温度センシング:照明装置は、自身のLEDの温度を感知して、必要であればそれらを保護するために電力を低減する。
ドライバ温度センシング:照明装置は、内部ドライバ回路の温度を感知して、必要であればそれを保護するために電力を低減する。
通信/制御:照明装置は、SSD及びSSLの間に配置されたモジュールを介して通信しまた制御する。
機能性再プログラミング:照明装置は、例えばIRリモート又はRFリモートを用いて、SSL又はSSDのマイクロコントローラの再プログラミング、又は、運転パラメータの変更を可能にする。
電流設定値選択:照明装置は、電流設定値をSSLとの通信を介して受信するドライバを有する。このような通信機能がない場合はあらかじめプログラミングされた設定値でドライバが作動する。
定電流:照明装置は、0〜45VのLED順電圧で定電流をもたらすSSDを含む。
効率の増強及び部品ストレスの低減:ファームウェアを用いてPFC(力率補正)昇圧電圧を調整する。
ヒステリシスPFCスタートアップ:所望のオンタイムを比較的早く達成するという、PFCの向上がもたらされる。
さらに、本発明による実施形態は、直列接続のLED(又は別の光源)への電力が比較的高い電圧(例えば、425V〜500Vの直流)のアプリケーションに用いることができ、そしてこれらは多くの産業及びアプリケーションで用いられているものである。このようなLEDは2.5V〜4.5Vの印加電圧を必要とするのが通常である。LEDは、任意の種類、色(例えば、意図する照明配置に必要な、任意の色又は白色の光、あるいは有色及び白色の混合光を発光するもの)及び、輝度能力(luminance capacity)又は強度であり、可視スペクトル内のものが好ましい。LEDは、意図する一連の色を生成する、任意の半導体の配置及び材料又は組み合わせ(合金)からなる。LEDは、LEDに内蔵される又はLEDを覆う屈折レンズを有するか、又は屈折レンズを有していなくてもよく、そして、代替的に又はそれに加えて、低角度及び中間角度のLED光を外向きに方向を変える周囲リフレクタを有していてもよい。
本明細書には特定の実施形態を記載したが、当業者であれば、本発明の方法、システム、及び装置は、本発明の技術思想から逸脱しない範囲で他の特定の形態で実施できるということが分かるであろう。例えば、本明細書において態様及び実施形態は、特定の入力又は出力電圧及び電流に関連して説明されたが、当然ながら他のものが本発明の範囲内で実現かつ使用されてもよい。
またさらに、本発明の実施形態は、直列接続のLEDからなる電気負荷への電力供給に関連して説明されたが、電気負荷をLEDとしたこの記述は例示にすぎず、本発明の範囲はそれに限定されるものではない。本発明は事実上任意のタイプの電気負荷とともに用いることができる。当業者であれば、本発明の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組み合わせ、及び1又は複数の通信ネットワーク又はリンクに実装できることが分かるであろう。さらにまた、本発明の実施形態は、さまざまな信号に含まれる又はそれらにより搬送されることができ、例えば、ワイヤレスRF又はIR通信リンクを介して伝送される、又はインターネットからダウンロードすることができる。
したがって、本明細書に記載され、添付の請求項に係る実施形態は、あらゆる点で本発明の例示であり制限的なものではないと見なされるべきである。

Claims (12)

  1. 固体照明装置のドライバ回路であって、
    交流電源から交流入力を受け取るEMIフィルタと、
    EMIフィルタに接続され、EMIフィルタから交流電力を受け取って整流された電流を生成する整流器と、
    整流器に接続された昇圧回路を含む力率補正(PFC)ステージであって、昇圧回路が、整流された電流を受け取って交流電源の交流入力よりも高い電圧をもつ力率補正された出力を生成する力率補正(PFC)ステージと、
    PFCステージから電力を受け取って、複数のLEDへ給電するために電力を調整するバックレギュレータと、
    バックレギュレータ及びPFCステージを制御するコントローラであって、(i)PFCステージの電流がゼロであり、かつバックレギュレータがオフ状態のとき、PFCステージをターンオンして昇圧回路の昇圧キャパシタの充電を開始させ、(ii)昇圧キャパシタの両端の電圧が所定の高い第1の電圧に到達したときに、バックレギュレータをターンオンして電流を供給し、かつPFCステージをターンオフして昇圧キャパシタから所定の低い第2の電圧まで放電させることにより複数のLEDに電流を流し、(iii)第2の電圧から第1の電圧へ上昇するランプアップ電圧の時間が、第1の電圧から第2の電圧へ下降するランプダウン電圧の時間と等しくなるように、ランプアップ電圧の時間を調整し、かつ(iv)PFCステージを再度ターンオンさせるよう制御するコントローラ
    を備えることを特徴とするドライバ回路。
  2. 請求項1記載のドライバ回路において、EMIフィルタは、120Vの交流入力を受け取るように構成され、昇圧回路は、約500Vの直流出力を生成するように構成されていることを特徴とするドライバ回路。
  3. 請求項1記載のドライバ回路において、コントローラは、バックレギュレータのPWM制御を行うよう構成されていることを特徴とするドライバ回路。
  4. 請求項1記載のドライバ回路において、該回路はさらに、固体照明(SSL)回路と通信するように構成された通信回路を備えることを特徴とするドライバ回路。
  5. 請求項記載のドライバ回路において、通信回路は、DALI、0〜10Vアナログ、4〜20maAアナログ、LIN、CAN、RS−232、RS−422、RS−485、Ethernet、Flexray、Zigbee、DASH7からなるグループから選択されるプロトコルで動作することを特徴とするドライバ回路。
  6. 照明装置用の電源装置であって、
    PFCステージであって、
    交流電源から交流入力を受けとるEMIフィルタと、
    EMIフィルタ部に接続され、EMIフィルタから交流電力を受け取って整流された電流を生成する整流器と、
    整流器に接続され、整流された電流を受け取って交流電源の交流入力よりも高い電圧をもつ力率補正された出力を生成する昇圧部と
    を含むPFCステージと、
    PFCステージからの出力を受信して、出力電力として電気負荷に供給するドライブ回路であって、バックレギュレータを含むドライバ回路と、
    バックレギュレータ及びPFCステージを制御するコントローラであって、(i)PFCステージの電流がゼロであり、かつバックレギュレータがオフ状態のとき、PFCステージをターンオンして昇圧回路の昇圧キャパシタの充電を開始させ、(ii)昇圧キャパシタの両端の電圧が所定の高い第1の電圧に到達したときに、バックレギュレータをターンオンして電流を供給し、かつPFCステージをターンオフして昇圧キャパシタから所定の低い第2の電圧まで放電させることにより複数のLEDに電流を流し、(iii)第2の電圧から第1の電圧へ上昇するランプアップ電圧の時間が、第1の電圧から第2の電圧へ下降するランプダウン電圧の時間と等しくなるように、ランプアップ電圧の時間を調整し、かつ(iv)PFCステージを再度ターンオンさせるよう制御するコントローラ
    を備えることを特徴とする電源装置。
  7. 照明装置であって、
    PFCステージであって、
    交流電源から交流入力を受け取るEMIフィルタと、
    EMIフィルタに接続され、EMIフィルタから交流電力を受け取って整流された電流を生成する整流器と、
    整流器に接続され、整流された電流を受け取って交流電源の交流入力よりも高い電圧をもつ力率補正された出力を生成する昇圧部と
    を含むPFCステージと、
    バックレギュレータを含み、PFCステージからの出力を受け取って、出力電力として電気負荷に供給する電力調整回路であって、ドライバコントローラを含む電力調整回路と、
    電力調整回路から電力が供給される1又は複数の照明素子と、
    )バックレギュレータ及びPFCステージを制御するコントローラであって、(i)PFCステージの電流がゼロであり、かつバックレギュレータがオフ状態のとき、PFCステージをターンオンして昇圧回路の昇圧キャパシタの充電を開始させ、(ii)昇圧キャパシタの両端の電圧が所定の高い第1の電圧に到達したときに、バックレギュレータをターンオンして電流を供給し、かつPFCステージをターンオフして昇圧キャパシタから所定の低い第2の電圧まで放電させることにより1又は複数のLEDに電流を流し、(iii)第2の電圧から第1の電圧へ上昇するランプアップ電圧の時間が、第1の電圧から第2の電圧へ下降するランプダウン電圧の時間と等しくなるように、ランプアップ電圧の時間を調整し、かつ(iv)PFCステージを再度ターンオンさせるよう制御するコントローラと
    を備えることを特徴とする照明装置。
  8. 請求項記載の照明装置において、1又は複数の照明素子は、1又は複数のLEDを含んでいることを特徴とする照明装置。
  9. 請求項記載の照明装置において、照明装置はさらに、周囲光を検出する光学センサを備えることを特徴とする照明装置。
  10. 請求項記載の照明装置において、照明装置はさらに、動きを検出する動作センサを備えることを特徴とする照明装置。
  11. 請求項10記載の照明装置において、照明装置はさらに、該装置の開口付きハウジング及び該ハウジングに接続された動作センサモジュール板を備え、動作センサは、動作センサモジュール板に接続された動作センサ回路基板上に配置され、かつ動作センサモジュール板は動作センサモジュール用のシールを備えることを特徴とする照明装置。
  12. LED照明装置のため力率補正(PFC)スタートアップを提供する方法であって、該方法は、
    (i)PFCステージの電流がゼロ状態で、かつバックレギュレータがオフ状態のとき、PFCステージをターンオンして昇圧キャパシタの充電を開始させるステップと、
    (ii)昇圧キャパシタの両端の電圧が所定の高い第1の電圧に到達すると、バックレギュレータをターンオンして電流を供給し、かつPFCステージをターンオフして、昇圧キャパシタから所定の低い第2の電圧まで放電させることによりLED照明装置に電流を流す、ステップと、
    (iii)第2の電圧から第1の電圧へ上昇するランプアップ電圧の時間が、第1の電圧から第2の電圧へ下降するランプダウン電圧の時間と等しくなるように、ランプアップ電圧の時間を調整するステップと、
    (iv)PFCステージを再度ターンオンさせるステップと
    を含むことを特徴とする方法。
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