JP5514112B2 - 複数の直列接続された負荷のそれぞれの負荷電流を制御するための方法及び装置 - Google Patents

複数の直列接続された負荷のそれぞれの負荷電流を制御するための方法及び装置 Download PDF

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Description

本願は、２００７年１０月９日に出願された、「一般照明のための一体型のＬＥＤベースの照明器具」という発明の名称の米国仮出願番号Ｎｏ．６０／９７８，６１２の利益を請求し、これは参照により完全にここに組み込まれる。
本発明は、米国エネルギ省により与えられる研究費番号ＤＥ―ＤＥ―ＦＣ２６―０６ＮＴ４２９３２の下、政府のサポートでなされた。アメリカ政府は、本発明の特定の権利を持つ。
直列接続された負荷、すなわち直列に電流を受信するように接続される複数の電気伝導デバイスは、固体照明の最近の適用可能性がわかってきた。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、しばしば表示目的のため低電力器具類及び機器アプリケーションで使用される半導体ベースの光源である。ＬＥＤは、従来、これらの製作において使用される物質のタイプに基づいて、様々な色（例えば、赤、緑、黄色、青、白色）が利用できる。発光素子の光束の改良及び開発における進歩と結合して、ＬＥＤのこの色の多様性が、新規な空間照明アプリケーションのための充分な光出力を持つ新規なＬＥＤベースの光源を作成するために、最近開拓されてきた。
例えば、米国特許第６，７７７，８９１号は、各照明ユニットが光ストリングの個別に制御可能な「ノード」を構成する、コンピュータ制御可能な「光ストリング」として複数のＬＥＤベースの照明ユニットを設けることを考察している。斯様な光ストリングに適するアプリケーションは、装飾的及び娯楽志向の照明アプリケーション（例えば、クリスマス・ツリーライト、ディスプレイライト、テーマ・パーク照明、ビデオ及び他のゲームセンタ照明など）を含む。コンピュータ制御を介して、一つ以上の斯様な光ストリングは、様々な複雑な時間的色変更照明効果を供給する。多くの実施態様において、照明データが、様々な異なるデータ伝送及び処理スキームによって、シリアル態様で１つ以上の所与の光ストリングのノードと通信される一方、電力は、例えば、かなりのリップル電圧を持ついくつかの例では、整流された高電圧源から、当該ストリングのそれぞれの照明ユニットに並列に供給される。
通常、各照明ユニットにより必要とされる動作電圧は（照明ユニットの並列な電力相互接続のため、ストリングも同様）、各照明ユニットのＬＥＤの順電圧（例えば、ＬＥＤのタイプ／色に依存して、ほぼ２から３．５Ｖまで）に関係し、幾つのＬＥＤが照明ユニットの各「カラー・チャネル」のために使用されるか、これらがどのように相互接続されるか、それぞれの色チャネルが電力源から電力を受けるためにどのように構成されるかに関係する。例えば、電流をチャネルへ供給するために３Ｖのオーダーの順電圧を持ち、当該チャネルに電流を供給するための対応する回路を持つ１つのＬＥＤを含む、電力を受けるためのそれぞれのカラー・チャネルの並列な配置を持つ照明ユニットの動作電圧は、４から５Ｖのオーダーにあり、各チャネルに当該１つのＬＥＤと電流回路とを収容するすべてのチャネルに並列に印加される。従って、多くのアプリケーションにおいて、より多く共通に利用できるより高い電源電圧（例えば、１２ＶＤＣ、１５ＶＤＣ、２４ＶＤＣ、整流されたライン電圧等）から、概して低い動作電圧を一つ以上のＬＥＤベースの照明ユニットへ供給するためのいくつかのタイプの電圧変換デバイスが所望される。
概してより高い電源電圧が容易に利用できるアプリケーションの光源として、低電圧ＬＥＤ及び低電圧ＬＥＤベースの照明ユニットを広範囲にわたって採用するための１つの障害は、一方の電圧から他方の電圧までエネルギを変換する必要があることであり、これは、多くの例において、変換非効率及びエネルギ浪費となる。さらにまた、通常、エネルギ変換は、概して集積化を妨げるタイプ及びサイズの電力管理部品を含む。従来、ＬＥＤは、単一のＬＥＤパッケージ、又は１つのパッケージ内に直列若しくは並列に接続される複数のＬＥＤとして供給される。ＬＥＤ及び電力変換回路の集積化に対する１つの重要な障害は、ＬＥＤを駆動するために通常要求される比較的低い電圧レベルにエネルギを変換するために必要とされる電力管理部品のサイズ及びタイプに関する。
前述を考慮して、例えば米国特許出願公開番号２００８―０１２２３７６―Ａ１で述べられるように、ＬＥＤを含む他の最近のアプリケーションは、典型的ＬＥＤ順電圧より著しく高い動作電圧の使用ができるようにするため、更に電力のソース（例えば、１２０ＶＡＣ又は２４０ＶＡＣのような壁面コンセント又はライン電圧）と負荷との間に変成器を必要とすることなく、複数のＬＥＤ又はＬＥＤベースの照明ユニットの動作を許容する（すなわち、複数の直列接続された負荷が、ライン電圧から「直接」動作される）ために、複数のＬＥＤの直列相互接続に向いている。
ＬＥＤ光源のような複数の直列接続した負荷の制御は、可変的な色又は基本的に白色光を供給するように構成される照明器具内の光源と、効率が高く特別に調整された電源とが一体化される多数の照明アプリケーションを可能にすると、出願人は認識し理解した。出願人は、特定の制御態様、特に複数の直列接続された負荷のそれぞれの負荷への電流の制御が、斯様な照明器具のさまざまな動作特性を容易にし、特に熱過渡状態に応じて、生成された光の色又は色温度のドリフトの補償を容易にできると認識し理解した。
従って、本発明の一態様は、第１のスペクトルを持つ第１の放射線を生成するための少なくとも一つの第１のＬＥＤと、第１のスペクトルと異なる第２のスペクトルを持つ第２の放射線を生成するための少なくとも一つの第２のＬＥＤとを含む、照明装置に向いている。少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び少なくとも一つの第２のＬＥＤは、第１のノードと第２のノードとの間に電気的に直列に接続される。動作電圧が第１のノードと第２のノードとの間に印加されるとき、直列電流が第１のノードと第２のノードとの間に流れる。スイッチング電源は、力率補正及び動作電圧を供給する。スイッチング電源は、少なくとも一つの第１のＬＥＤを流れる第１の電流と少なくとも一つの第２のＬＥＤを流れる第２の電流とが異なるように、少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び少なくとも一つの第２のＬＥＤのうちの一つの周りで少なくとも部分的に直列電流を変更するために、少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び少なくとも一つの第２のＬＥＤのうちの一つと並列に接続された少なくとも一つの制御可能な電流経路を制御する。
本発明の別の態様は、熱過渡状態の間、ＬＥＤベースの照明装置により生成される白色光の色温度を制御する方法に向いている。ＬＥＤベースの照明装置は、第１のスペクトルを持つ第１の放射線を生成するための少なくとも一つの第１のＬＥＤと、第１のスペクトルと異なる第２のスペクトルを持つ第２の放射線を生成するための少なくとも一つの第２のＬＥＤとを含み、第１の放射線及び第２の放射線の混合から白色光となる。少なくとも一つの第１のＬＥＤと少なくとも一つの第２のＬＥＤとは、第１のノードと第２のノードとの間に電気的に直列に接続され、動作電圧が第１のノードと第２のノードとの間に印加されるとき、直列電流が第１のノードと第２のノードとの間に流れる。当該方法は、少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び少なくとも一つの第２のＬＥＤの付近の温度を表す温度信号を生成するステップと、少なくとも一つの第１のＬＥＤを流れる第１の電流及び少なくとも一つの第２のＬＥＤを流れる第２の電流が異なるような、少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び少なくとも一つの第２のＬＥＤのうちの一つの周りで少なくとも部分的に直列電流を変更するために、前記温度信号に基づいて、少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び少なくとも一つの第２のＬＥＤのうちの一つと並列に接続された少なくとも一つの制御可能な電流経路を制御するステップとを有する。
本発明の別の態様は、熱過渡状態の間、ＬＥＤベースの光源により生成される白色光の色温度を制御するための装置に向いている。ＬＥＤベースの光源は、熱伝導性の基板にマウントされ、前記熱伝導性の基板が、ＬＥＤベースの光源付近の当該基板内に形成されるくぼみを持つ。前記装置は、熱伝導性の基板に形成されるくぼみに挿入するためのタブを持つ印刷回路基板を含む。更に前記装置は、印刷回路基板が熱伝導性の基板に形成されるくぼみに挿入されるとき、温度センサがＬＥＤベースの光源付近の熱伝導性の基板に本質的に埋められるような、印刷回路基板のタブに配置される温度センサを有する。前記装置は、さらに、印刷回路基板に配置され、ＬＥＤベースの光源のための動作電圧及び力率補正を供給するためのスイッチング電源を構成する複数の部品を有し、前記スイッチング電源は少なくとも一つの集積回路（ＩＣ）コントローラを有する。
本願開示のためここで使用されているように、「ＬＥＤ」という用語は、いかなる電子発光ダイオード、又は電気信号に応答して放射線を生成できる担体注入／接合ベースのシステムの他のタイプも含むことを理解されるべきである。よって、用語ＬＥＤは、電流に応答して光を放射するさまざまな半導体ベースの構造体、光放射ポリマー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電子発光ストリップ等を含むが、これに限定されるものではない。
特に、用語ＬＥＤは、赤外スペクトル、紫外スペクトル及び可視スペクトル（概して、ほぼ４００ナノメートルからほぼ７００ナノメートルまでの放射線波長を含む）のさまざまな部分の一つ以上の放射線を生成するように構成されるすべてのタイプの発光ダイオード（半導体及び有機発光ダイオードを含む）を指す。ＬＥＤのいくつかの例は、限定はされないが、様々なタイプの赤外線ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、琥珀ＬＥＤ、オレンジＬＥＤ及び白色ＬＥＤが挙げられる（更に以下に説明される）。また、ＬＥＤは、所与のスペクトル（例えば狭い帯域幅、幅広い帯域幅）のためのさまざまな帯域幅（例えば、最大の半分の十分な幅、すなわちＦＷＨＭ）と所与の通常のカラー分類の範囲内の様々な主波長とを持つ放射線を生成するように構成され及び／又は制御されると理解されるべきである。
用語「スペクトル」は、一つ以上の光源により生じる放射線の一つ以上の周波数（又は波長）を指すと理解されるべきである。よって、用語「スペクトル」は、可視範囲の周波数（又は波長）だけでなく、赤外線、紫外線及び全体の電磁スペクトルの他のエリアの周波数（又は波長）を指す。また、所与のスペクトルは、比較的狭い帯域幅を持ってもよいし（例えば基本的に少ない周波数又は波長成分を持つＦＷＨＭ）、又は比較的広い帯域幅（さまざまな相対強度を持つ幾つかの周波数又は波長成分）を持ってもよい。所与のスペクトルが２つ以上の他のスペクトルの混合の結果でもよいことも理解されるべきである（例えば、複数の光源からそれぞれ放射される放射線の混合）。この開示のため、用語「カラー（色）」が、用語「スペクトル」と交換可能に使われる。しかしながら、用語「カラー（色）」は、主に観察者により知覚できる放射線の特性を指すために概して用いられる（この使用がこの用語の範囲を制限することを目的としないが）。よって、用語「異なる色」は、異なる波長成分及び／又は帯域幅を持つ複数のスペクトルを暗に指す。また、用語「カラー（色）」は、白色光及び白色でない光に関連して使われてよいことも理解されるべきである。
用語「色温度」は、白色光に関連して本願明細書に通常使われるが、この使用はこの用語の範囲を制限することを目的としない。色温度は、特定の色コンテンツ又は白色光の色合い（例えば、赤みがかった、青っぽい）を基本的に指す。所与の放射線サンプルの色温度は、問題の放射線サンプルと基本的に同じスペクトルを放射する黒体放射のケルヴィン（Ｋ）温度に従って従来特徴づけられている。黒体放射色温度は、ほぼ７００度Ｋ（通常は、人間の目に最初に見えるとみなした）から１０，０００度Ｋを超えるまでの範囲内に概して入り、白色光は、１５００―２０００度Ｋより上の色温度で概して認められる。
より低い色温度は、より重大な赤い成分又は「より暖かい感触」を持つ白色光を概して示す一方で、より高い色温度は、より重大な青い成分又は「よりクールな感触」を持つ白色光を概して示す。例えば、火はほぼ１，８００度Ｋの色温度を持ち、従来の白熱電球はほぼ２８４８度Ｋの色温度を持ち、早朝昼光はほぼ３，０００度Ｋの色温度を持ち、曇りの昼の空はほぼ１０，０００度Ｋの色温度を持つ。ほぼ３，０００度Ｋの色温度を持つ白色光の下で見られる色画像は、比較的赤みがかったトーンを持つ一方、ほぼ１０，０００度Ｋの色温度を持つ白色光の下で見られる同じ色画像は比較的青っぽいトーンを持つ。
用語「コントローラ」が、一つ以上の光源の動作に関するさまざまな装置を記述するために、本願明細書において概して用いられる。コントローラは、本願明細書に述べられるさまざまな機能を実行するために、非常に多くの態様で実行できる（例えば専用ハードウエアで）。「プロセッサ」は、本願明細書において述べられるさまざまな機能を実行するために、ソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用してプログラムされる一つ以上のマイクロプロセッサを使用するコントローラの１つの例である。コントローラは、プロセッサを使用して又は使用なしに実行されてもよく、いくつかの機能を実行する専用ハードウエアと、他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば一つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連する回路）との組合せとして実行されてもよい。本開示の各種実施形態において使用されるコントローラ部品の例は、制限されるわけではないが、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びフィールドプログラム可能なゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を含む。
さまざまな実施態様において、プロセッサ又はコントローラは、一つ以上のストレージ媒体（「メモリ」とここで概して呼ばれる、例えばＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ及び５ＰＲＯＭ、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ等のような例えば、揮発性及び不揮発性コンピュータ・メモリ）と関係している。いくつかの実施態様において、ストレージ媒体は、一つ以上のプロセッサ及び／又はコントローラで実行されるとき、本願明細書において述べられる機能の少なくとも幾つかを実行する一つ以上のプログラムでエンコードされてもよい。さまざまなストレージ媒体は、プロセッサ又はコントローラ内で固定されるか、又は移動可能であり、媒体に格納された一つ以上のプログラムは、本願明細書に述べられる本開示のさまざまな態様を実行するためにプロセッサ又はコントローラにロードできる。用語「プログラム」又は「コンピュータプログラム」は、一つ以上のプロセッサ又はコントローラをプログラムするために使用できる何れかのタイプのコンピュータコード（例えばソフトウェア又はマイクロコード）を指すために本願明細書において一般的な意味で用いられる。
以下により詳細に説明される前述の概念及び付加的な概念のすべての組合せ（ただし、斯様な概念は排他的でない）は、本願明細書において開示される発明の対象物の一部であると考察されることが理解されるべきである。参照により組み込まれる何れかの開示において現れる本願明細書において明確に使用される用語は、本願にて開示される特定の概念と最も一貫した意味が与えられることも理解されるべきである。
図において、類似の参照符号は、これら異なる図の全体にわたって概して同じ部分を指す。また、図面は必ずしもスケール通りではなく、代わりに本発明の原理を例示する際、概して強調されている。
図１は、本発明の一つの実施例による複数の直列接続された負荷のための電源のさまざまな電気的要素を例示する全般的なブロック図である。 図２は、本発明の一つの実施例による図１に示される電源の力率補正段を例示する回路図である。 図３は、本発明の一つの実施例による関連するコントローラと共に図１に示される電源の力率補正段を例示する回路図である。 図４は、本発明の一つの実施例による図１に示される電源の負荷制御段を例示する回路図である。 図５は、本発明の一つの実施例による関連するコントローラと共に図１に示される電源の負荷制御段を例示する回路図である。 図６は、本発明の一つの実施例による負荷制御段を制御するための図５のコントローラにより実行される温度補償方法を示すフロー図を例示する。 図７は、本発明の一つの実施例による図６の温度補償方法に基づく生成された光の色温度対時間の２本のプロット線を例示する。 図８は、本発明の一つの実施例による図１の電源が配置される印刷回路基板、及びＬＥＤ負荷を担持している基板と印刷回路基板との結合の例示的な構成を例示する。
図１は、本発明の一つの実施例による複数の直列接続された負荷のそれぞれの負荷電流を制御するための装置１００のさまざまな電気的要素を例示する全般的なブロック図である。本願明細書において詳述される１つの典型的な実施態様において、装置は、様々な色及び／又は相関色温度を持つ着色した光及び／又は白色光を供給する複数の直列接続されたＬＥＤ負荷を有する照明器具でもよい。さらに一般的にいえば、図１に図示されるように、本発明の一実施例による装置は、この観点で制限されず、負荷の異なるタイプ及び（必ずしも照明に関するというわけではない、いくつかの場合における）アプリケーションの異なるタイプが本開示により考察されることが理解されるべきである。また、図１に図示される電気的要素の幾つかは任意であり、すべての部品が、本開示による方法及び装置のさまざまな発明の実施例に必ずしも必要であるというわけではないことも理解されるべきである。
図１に示されるように、複数のＬＥＤ光源を使用する照明器具により例証されるように、装置１００は、ＡＣ入力電圧５１４を受信し、ＬＥＤ光源のための動作電圧５１６を供給する電源及び制御電子部品４１４を含む。図１において、ＬＥＤ光源の２つの異なるタイプが、複数の直列接続された負荷、すなわち、第１のスペクトルを持つ第１の放射線５０３を生成するための一つ以上の第１のＬＥＤ２０２、及び第１のスペクトルと異なる第２のスペクトルを持つ第２の放射線５０５を生成するための一つ以上の第２のＬＥＤ２０４を構成して示される（説明を簡単にするため図１では、一つ以上の第１のＬＥＤがＬ１とラベルされたブロックに示され、一つ以上の第２のＬＥＤがＬ２とラベルされたブロックに示される）。
１つの非限定的な例示的な実施態様において、第１のＬＥＤ２０２は、基本的に単色の赤い光を含む放射線の第１のスペクトルを生成するための一つ以上の赤色ＬＥＤを含み、第２のＬＥＤは、相対的に広帯域の白色光を含む放射線の第２のスペクトルを生成するため一つ以上の白色ＬＥＤ（例えば、蛍光体を照射する青色ＬＥＤ）を含む。両者ともあるとき、照明器具により生成される光は、第１の放射線５０３及び第２の放射線５０５の混合から生じる。１つの具体例において、比較的より小さな数の赤色ＬＥＤ（例えば、６個）は、白色光の特定の相関色温度（例えば、ほぼ２８００〜３０００Ｋ）及び比較的高い演色評価数（例えば、ほぼ８５―９０のＣＲＩ）を供給するために、照明器具の比較的より大きい数の白色ＬＥＤ（例えば、２０個）と共に使用される。
図１において、第１のＬＥＤ２０２及び第２のＬＥＤ２０４は、第１のノード５１６Ａと第２のノード５１６Ｂとの間に直列に電気的に接続される。電源４１４が動作電圧５１６を供給するとき、直列電流５５０（ＩＬ）が第１のノードと第２のノードとの間に流れる。
図１のブロック図に示されるように、電源及び制御電子部品４１４（以下「電源」）は、力率補正及び動作電圧５１６両方を供給するための多段形スイッチング電源でもよい。より詳しくは、電源４１４は、ブリッジ整流器５０６を介してＡＣ入力電圧５１４を受信し、力率補正及び動作電圧５１６を供給するための力率補正段５０２を含んでもよい。力率補正段５０２により供給される高い力率補正のため、照明器具／装置１００は、印加された入力電圧５１４に対して基本的に抵抗素子としてみえる。
電源４１４は、ノード５１６Ａと５１６Ｂとの間の直列電流５５０の流れを制御するために、負荷制御段５０４も含んでもよい。特に、図１に図示されるように、負荷制御段５０４は、第２のＬＥＤ２０４周りの直流電流５５０を部分的に変更するために、第１のＬＥＤ２０２と第２のＬＥＤ２０４との間のノード５２０に結合され、第２のＬＥＤ２０４と並列に接続される、（スイッチ５６０を含む）制御可能な電流経路５１８を含む。一つの態様では、電流経路５１８は、第１のＬＥＤを流れる第１の電流５５２（Ｉ１）及び第２のＬＥＤを流れる第２の電流５５４（Ｉ２）が異なるように制御されてもよい。第１のＬＥＤ及び第２のＬＥＤを流れるそれぞれの電流Ｉ１及びＩ２の斯様な制御は、照明器具により生成される光の色又は色温度を設定し、調整するのを容易にする。以下に詳細に述べられる例示的な実施態様の一つの態様において、第２のＬＥＤから変更される第２の電流の一部は、「再利用され」、第１の電流に加えられる。
図１が第２のＬＥＤと並列に負荷制御段５０４の制御可能な電流経路５１８を特に例示する一方、それにもかかわらず、一つ以上の制御可能な電流経路が、第１のＬＥＤ及び第２のＬＥＤのどちらか又は両方の周りで直流電流５５０の少なくとも一部を変更するための第１のＬＥＤ２０２及び第２のＬＥＤ２０４の両方又は何れかと並列な負荷制御段５０４において使用されてもよいことが、理解されるべきである。図１にも示されるように、負荷制御段５０４は、更に以下に説明されるように、負荷制御段５０４の他の部品だけでなく制御可能な電流経路５１８のスイッチ５６０の制御を容易にするため、動作電圧５１６とは異なる電圧５１７を力率補正段５０２から受け取ってもよい。
図１に図示された実施例の他の態様において、装置／照明器具１００は、第１のＬＥＤ２０２及び第２のＬＥＤ２０４との熱伝達があり、付近に配される一つ以上の温度センサ４１６（ＴＳ）を更に含んでもよい。加えて、電源４１４は、温度センサ４１６により供給される温度信号５２６を受信するため、少なくとも負荷制御段５０４と関連したコントローラ５１０を含んでもよい。図１にも示されるように、コントローラ５１０は温度信号５２６の代わりに、又は温度信号５２６に加えて一つ以上の外部信号５２４を受信してもよい。一つの態様では、コントローラ５１０は、温度信号５２６及び／又は外部信号５２４に少なくとも部分的に基づいて、制御可能な電流経路５１８を制御する（すなわち、スイッチ５６０を制御する）ための負荷制御段５０４に制御信号５２２を供給する。このように、第１の電流５５２（第１のＬＥＤ２０２を通る）及び第２の電流５５４（第２のＬＥＤ２０４を通る）の一方又は両方にわたる制御は、（温度信号５２６を介して）時間に対するＬＥＤ光源の付近の温度変化及び／又は（外部信号５２４を介して）幾つかの外部のパラメータの関数でもよい。図５に関連して以下に詳述されるように、ＬＥＤ温度の関数として第１及び第２の電流の１つ又は両方を変化させる能力は、（例えば、照明器具の電源投入後の熱定常状態までの時間の幾らかの期間にわたるＬＥＤウォームアップとして）熱過渡状態の間、照明器具により供給される光の色温度又は色における望ましくない変化を著しく緩和する。
図１に示される実施例のさらにもう一つの態様において、電源４１４は、力率補正段５０２に結合される第２制御器５０８を含んでもよい。コントローラ５０８は、様々なパラメータのいずれかに基づいて力率補正段により供給される電力及び／又は動作電圧５１６を制御するために、力率補正段５０２に制御信号５３２を供給する。この目的で、コントローラ５０８は、入力として力率補正段５０２と関連する少なくとも一つの電圧又は電流を表す第１の信号５２８、交流入力電圧５１４の周波数を表す第２の信号５３４、又は外部信号５３０を受信する。特に、コントローラ５０８の内部タイミングは、（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流ライン電圧基準の使用を通じて正確なタイミング特徴を可能にする）第２の信号５３４を介した「ライン駆動」でなされてもよい。
力率補正段５０２に関連したコントローラ５０８及び負荷制御段５０４に関連したコントローラ５１０両方が、図１の電源４１４に示される一方、コントローラ５０８及び５１０の一方又は両方が本開示による装置／照明器具１００のさまざまな実施態様にある必要はない任意の特徴を構成することが理解されるべきである。加えて、いくつかの発明の実施例で、単一のコントローラが、これらそれぞれの段に関連して本願明細書に説明されるさまざまな機能を実行するために、一つ以上の制御信号を力率補正段５０２及び負荷制御段５０４に供給するために使用されてもよい。
図２は、本発明の一つの実施例による図１に示される電源４１４の力率補正段５０２の詳細を例示する回路図である。図２に示される回路の通常の構造は集積回路力率補正コントローラ６０２（Ｕｌ）に基づき、この通常のアークテクチャに基づくさまざまな回路は、２００８年５月１日に出願の「高力率ＬＥＤベースの照明装置及び方法」という名称の米国非仮出願番号第１２／１１３，３２０号に詳述されていて、この出願は参照によりここに組み込まれる。
より詳しくは、力率補正段５０２は、ＳＴマイクロエレクトロニクスＬ６５６２コントローラにより例証される力率補正コントローラ６０２を使用する。いくつかの従来のアプリケーションにおいて、Ｌ６５６２コントローラ及び関係するＳＴマイクロエレクトロニクスＬ６５６１コントローラは、比較的低い電力アプリケーションで力率補正のために共通に使用される「遷移モード」（ＴＭ）技術（すなわち、連続モードと不連続モードとの間の境界周辺で動作する）を利用する。Ｌ６５６１コントローラ及び遷移モード技術の詳細は、クラウディオ・アドラグナによる２００３年３月のＳＴマイクロエレクトロニクスのアプリケーションノートＡＮ９６６、「Ｌ６５６１拡張された遷移モード力率補正」で述べられ、これはhttp://www.st.comで利用でき、ここに参照により組み込まれる。Ｌ６５６１コントローラとＬ６５６２コントローラとの間の差は、ルーカ・サラチによる２００４年４月のＳＴマイクロエレクトロニクスのアプリケーションノートＡＮ１７５７、「Ｌ６５６１からＬ６５６２への切り替え」で述べられ、これもまた、http://www.st.comで利用でき、ここに参照により組み込まれる。本開示のためには、これらの２つのコントローラは、同様の機能を持つものとして、概して述べられる。
力率補正を容易にすることに加えて、ＳＴマイクロエレクトロニクスＬ６５６１及びＬ６５６２コントローラは、フライバックＤＣ−ＤＣコンバータ実施態様のコントローラとして、「標準でない」構成で代替的に使用されてもよい。Ｌ６５６１／Ｌ６５６２コントローラのこのアプリケーション及び関係のある代替的なアプリケーションの詳細は、シー・アドラグナ及びジー・ガラバリックによる２００３年１月のＳＴマイクロエレクトロニクスアプリケーションノートＡＮ１０６０、「Ｌ６５６１ＰＦＣコントローラを持つフライバックコンバータ」、クラウディオ・アドラグナによる２００３年９月のＳＴマイクロエレクトロニクスアプリケーションノートＡＮ１０５９、「Ｌ６５６１に基づく高力率フライバックコンバータの設計式」、クラウディオ・アドラグナによる２００３年１０月のＳＴマイクロエレクトロニクスアプリケーションノートＡＮ１００７、「Ｌ６５６１ベースの切替え器がシルバーボックスのマグアンプに置き換わる」で述べられ、各々http://www.st.comで利用でき、ここに参照により組み込まれる。
特に、アプリケーションノートＡＮ１０５９及びＡＮ１０６０は、遷移モードで動作し、力率補正を実行するためにＬ６５６１コントローラの適性を利用するＬ６５６１ベースのフライバック・コンバータ（高いＰＦフライバック構成）のための１つの例示的な構成を説明し、これによって、比較的低い負荷電力要件（例えば、ほぼ３０ワットまで）のための高力率単一スイッチング段ＤＣ―ＤＣコンバータを供給する。フライバック・コンバータ構成は、電圧レギュレーションフィードバック制御ループを必要とし、これはコンバータにより供給されるＤＣ出力電圧のサンプルを入力として受け、フィードバックとしてＬ６５６１コントローラのＩＮＶ入力に印加される誤差信号を供給する。
http://www.st.comで利用でき、ここに参照により組み込まれるクラウディオ・アンドラグナによる２００３年１１月のＳＴマイクロエレクトロニクスアプリケーションノートＡＮ１７９２、「Ｌ６５６２を持つ一定オフ時間制御されたＰＦＣプレレギュレータの設計」は、遷移モード方法及び一定の周波数連続伝導モード方法に代わるものとして、力率補正プリレギュレータを制御するための他の手法を開示する。特に、「一定オフ時間」（ＦＯＴ）制御方法は、例えば、Ｌ６５６２コントローラで使用され、ここにおいて、パルス幅変調信号のオン時間だけが変調され、オフ時間は一定に保たれる（スイッチング周波数の変調を導く）。遷移モード手法の様に、Ｌ６５６２コントローラを使用して従来考察される一定オフ時間（ＦＯＴ）制御方法は、電圧レギュレートフィードバック制御ループを同様に必要とする。
図２から分かるように、上記のＬ６５６１及びＬ６５６２コントローラに対する従来のアプリケーションとは異なり、力率補正段５０２は、何れのフィードバック制御ループも動作電圧５１６をレギュレートすることを必要とせず、これによって、従来の実施態様と比較して、回路設計を単純化する。特に、出願人は、基本的に一定の／安定した負荷電力要件を含む実施態様のために、電圧レギュレートフィードバック制御ループが効率的な動作を達成するのには必要でないと認識し理解した。特に、発光ダイオード（ＬＥＤ）自体を含む負荷は、単一のＬＥＤ又はさまざまな直列、並列若しくは直列／並列構成で相互接続される複数のＬＥＤが負荷の間に特定の電圧を指図するという点で、基本的に電圧レギュレーション・デバイスである。よって、力率補正段５０２は、適切に安定な動作電圧５１６及び電力を、フィードバック制御ループを必要とすることなくＬＥＤ負荷へ供給するように確実に構成される。
図２の回路図において、力率補正段５０２は、バックタイプＤＣ−ＤＣコンバータ構成に基づき、ここにおいて、力率補正コントローラ６０２は、インダクタ（変成器Ｔ１の巻線のうちの１つにより供給される）に対するエネルギ蓄積及び開放サイクルを順に指図するスイッチ６０４（トランジスタ０１により実行される）を制御する。より詳しくは、トランジスタスイッチ６０４が「オン」すなわち閉である（すなわち、インダクタとして役立つ変成器の巻き線間に電圧を印加する）間隔の間に、電流は印加電圧に基づいてインダクタの中を流れ、インダクタはその磁場にエネルギを格納する。スイッチがオフ、すなわち開かれる（すなわち、電圧がインダクタから除去される）とき、インダクタに格納されるエネルギは、ダイオードＤ９を介してフィルタキャパシタＣ７に移され、当該フィルタキャパシタＣ７の間に動作電圧５１６が供給される（すなわち、キャパシタは、インダクタエネルギ格納サイクル間で基本的に連続エネルギを供給する）。
力率補正段５０２は、さまざまな回路部品の適切な選択に基づいて、様々な異なる入力電圧５１４、動作電圧５１６及び負荷直列電流５５０（ＩＬ）のために構成される。負荷を構成する直列接続ＬＥＤのタイプ及び数がターゲット動作電圧を基本的に決定すると想定すると、特に、Ｒ１０及びＲ１１により形成される抵抗分圧回路６０６は、負荷を流れる直列電流５５０を実質的に決定する。図２に示される特定の回路例において、回路は、１２０ＶＲＭＳの入力電圧を受け、１５０ミリアンペアのオーダーの直列電流５５０を持つ８０Ｖのオーダーの動作電圧を供給するように構成される。図２に示される回路の一態様において、力率補正コントローラ６０２は、スイッチ６０４（Ｑ１）を制御するために一定オフ時間（ＦＯＴ）制御技術を使用するように構成される。ＦＯＴ制御技術は、バック構成に対する比較的より小さな変成器Ｔ１の使用を可能にする。これは、変成器がより一定の周波数で動作できるようにし、よって所与のコアサイズに対する負荷へより高い電力を供給することになる。
いくつかの例示的な実施態様において、ＡＣ入力電圧５１４は、ＡＣ調光器の出力から得られてもよい（よって入力として交流ライン電圧を受信する）。さまざまな態様において、交流調光器により供給される電圧５１４は、例えば、電圧振幅制御されるＡＣ電圧、又はデューティサイクル（フェーズ）制御されるＡＣ電圧でもよい。１つの例示的な実施態様において、交流調光器を介して電源４１４に印加される交流電圧５１４のＲＭＳ値を変化させることにより、動作電圧５１６（よって、直列電流５５０）は、同じように変化され、よって、交流調光器は、照明器具により生成される光の全体の輝度を変化させるために使用される。
図３は、本発明の他の実施例によって、関連するコントローラ５０８と共に図１に示される電源４１４の力率補正段５０２を例示する回路図である。図３に示される力率補正段５０２は、多くの顕著な点で図２に示されるものと実質的に同様であるが、いくつかの特定の部品の値が、異なる動作パラメータ（例えば、入力電圧、動作電圧、電流）の可能性を例示するために異なる。図１に関連して説明されたように、オプションのコントローラ５０８が、力率補正段により供給される動作電圧５１６及び／又は直列電流５５０、よって電力を制御するために、抵抗分圧回路６０６に印加される制御信号５３２を供給するために力率補正段５０２に関連して使用されてもよい。コントローラ５０８は、コントローラ５０８への入力として供給される様々なパラメータの何れか一つに基づいて、制御信号５３２を生成してもよい。図５に関連して更に以下で述べられるように、１つの例示的な実施態様において、コントローラ５０８により供給される制御信号５３２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号でもよく、この制御信号のデューティサイクルは抵抗分圧回路６０６により確立される電圧に影響を及ぼし、よって、ＰＷＭ制御信号５３２のデューティサイクルを変化させることにより、力率補正段５０２により供給される動作電圧５１６及び／又は直列電流５５０がコントローラ５０８により変化される。
コントローラ５０８が制御信号５３２を変化させるパラメータに関して、図３に示されるように、コントローラ５０８は、力率補正段５０２と関連した少なくとも一つの電圧又は電流を表す一つ以上の入力５２８を受信する（例えば、ＩＣＵ３のピン６はスイッチＱ１を制御する信号を受信するために結合され、Ｕ３のピン２及び３は抵抗分圧回路６０６と関連した電圧に結合される）。このように、コントローラ５０８は、フィードバック制御機能に貢献し、力率補正段５０２と関連した多くの監視された回路パラメータの何れか一つに応答して、制御信号５３２を供給する。
コントローラ５０８はまた、ＡＣ入力電圧５１４の周波数を表す信号５３４を受信する（Ｒ１５、Ｒ１８及びＲ１９により形成される抵抗分圧回路を介して、ＩＣＵ３のピン７に印加される）。特に、コントローラ５０８の内部タイミングは、信号５３４を介して「ライン駆動」され、５０Ｈｚ又は６０ＨｚのＡＣライン電圧基準の使用を通じて正確なタイミング機能を可能にする。１つの例示的なアプリケーションにおいて、コントローラ５０８は、負荷を構成するＬＥＤ光源の「動作の時間」のための測定基準として、信号５３４を介して交流入力電圧５１４のサイクル・カウントを継続する（例えば、ゼロクロスを監視する）。次に、コントローラ５０８は、ＬＥＤと関連したエージング効果を補償するために動作の時間に基づいて、制御信号５３２を介して力率補正段の動作パラメータを調整する（例えば、古くなったＬＥＤの低い効率／低減した光束を補償するために、動作電圧５１６及び／又は直列電流５５０を増大させる）。代わりに、又は、エージング効果を補償するために力率補正段の動作パラメータを調整することに加えて、コントローラ５０８は、「ランプ寿命の残り」のいくつかの指標を供給するために、ＬＥＤ光源の「動作の時間」と関連した情報を使用してもよい。例えば、コントローラ５０８は、意図的に変調光を介していくつかの条件（例えば、ランプ年数）に関係する情報を提供するために、生成された光に目にみえて影響を及ぼすために（例えば、意図的に、点滅するか又は光輝度を調整する）、ＬＥＤ負荷に供給される電力を調整する制御信号５３２を供給してもよい。
加えて、コントローラ５０８は、力率補正段５０２の制御が多種多様な外部条件（例えば、温度条件、周囲照明条件、他の環境条件、過電圧又は負荷失敗条件、緊急条件、動き等）のいずれかに基づくように、一つ以上の外部信号５３０（例えば、図３の例のＩＣＵ３のピン５に印加される）を受信してもよい。一つ以上の斯様な外部信号に応答して、コントローラは、力率補正段の一つ以上の動作パラメータを調整する制御信号５３２を供給し、及び／又は意図的に変調光を介して外部信号により表されるいくつかの条件に関係する情報を供給するためにＬＥＤ負荷に供給される電力を調整してもよい。
図４は、本発明の一つの実施例によって、図１に示される電源４１４の負荷制御段５０４の詳細を例示する回路図である。力率補正段５０２と同様に、図４に示される負荷制御段５０４に対する通常の回路アーキテクチャは、一定オフ時間（ＦＯＴ）制御技術を利用して、ＩＣＵ４として示される、ＳＴマイクロエレクトロニクスＬ６５６２の集積された回路コントローラに基づき、バックコンバータ構成において実行される。特に、Ｕ４により構成されるＩＣコントローラ５６２は、スイッチ５６０（トランジスタＱ６により実行される）を制御し、よって電流経路５１８を制御し、また当該経路内に、バックコンバータ構成のエネルギ格納／開放デバイスとしてインダクタＬ３が配置される。
図１、図４に関連して上述されたように、第１のＬＥＤ２０２及び第２のＬＥＤ２０４は、ノード５１６Ａと５１６Ｂとの間に直列に接続され、この間に動作電圧５１６が供給される。制御可能な電流経路５１８は、直列接続された第１のＬＥＤ２０２と第２のＬＥＤ２０４との間のノード５２０に結合される。単一のＬＥＤだけが直列接続されたＬＥＤ負荷の各々に対する図４の例示のために示される一方、上記のように、ＬＥＤ負荷２０２及び２０４の各々が、様々な直列、並列又は直列並列配置のいずれかにおいて接続される複数のＬＥＤ光源を含み、種々異なる数の所与のタイプのＬＥＤを持ってもよいことが理解されるべきである。本願において述べられる１つの例示的な実施態様において、第１のＬＥＤ２０２は、６つの直列接続された赤色ＬＥＤのオーダーを含んでもよく、第２のＬＥＤ２０４が２０個の直列接続された白色ＬＥＤのオーダーを含んでもよい。白色ＬＥＤに対する順動作電圧が３Ｖのオーダー、赤色ＬＥＤに対する順動作電圧が３．３Ｖのオーダーとすると、この例でノード５１６Ａと５１６Ｂとの間に印加される適当な動作電圧５１６は、８０Ｖ（すなわち、［３．３Ｖｘ６]＋［３Ｖｘ２０）]のオーダーにあるだろう。
スイッチ５６０、よって電流経路５１８の制御を介して、図４の負荷制御段５０４は、ノード５１６Ａと５１６Ｂとの間の直列電流５５０の流れを制御する。特に、スイッチ５６０の動作を介して、直列電流５５０は、第２のＬＥＤ２０４の周りで少なくとも部分的に変更されてもよく、第１のＬＥＤを流れる第１の電流５５２（Ｉ１）と第２のＬＥＤを流れる第２の電流５５４（Ｉ２）とは異なり、具体的には、スイッチ５６０が「オン」、すなわち導通するとき、インダクタＬ３は抵抗Ｒ３８を介してグランド電位に接続され、これによって、ノード５１６Ａと５１６Ｂとの間に交流電流経路を供給して、直列電流５５０の少なくとも幾らかが第２のＬＥＤ２０４の周りで変更できる。図４の回路において、ＩＣコントローラ５６２により制御されるスイッチ５６０のデューティサイクル、よって第１の電流５５２と第２の電流５５４との差は、Ｒ４１及びＲ１６により構成される抵抗分圧回路６５２によりセットされる。図４に示される特定の例において、１０ＫオームのＲ４１及び２０ＫオームのＲ１６で、ほぼ８０のＶの動作電圧５１６及びほぼ１５０ミリアンペアの直列電流５５０に基づいて、第１の電流５５２は１８０ミリアンペアのオーダーであり、第２の電流５５４は１２０ミリアンペアのオーダーである。ストレージ素子（インダクタＬ３）に変更されて、第１のＬＥＤへと（サイクルの次の半分に）ダンプして戻されるという点で、最小の損失で（例えば、３０ミリアンペアが第２の電流から差し引かれて、第１の電流に加えられる）、第２のＬＥＤから変更される直列電流の部分が失われず再利用されるという前述したことを示す。
第１の電流５５２及び第２の電流５５４は、第１のＬＥＤ及び第２のＬＥＤにより生成される第１の放射線５０３及び第２の放射線５０５のそれぞれの量（光束）を概して決定する。従って、図４の抵抗Ｒ４１及びＲ１６の値の適切な選択により、また、第１のＬＥＤ２０２及び第２のＬＥＤ２０４の各々に使用されるＬＥＤのタイプ及び数に基づいて、生成された光（第１の放射線及び第２の放射線の混合に基づく）の色又は色温度がセットされる。
上記にかかわらず、出願人は、異なるタイプのＬＥＤに対する電流−光束関係が温度の関数として、異なって変化すると認識し理解した。この現象は、熱過渡状態が期待される複数の異なるタイプのＬＥＤを含むいくつかのアプリケーションに対して問題である。例えば、最初に、動作のためにパワーアップされるいくつかの周囲温度でシステムは、電流がＬＥＤを通って流れ始めてから流れ続ける間のいくらかの熱過渡期間にわたって、「ウォームアップ」する。それぞれの直列接続された負荷のための赤色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤ両方を含む例示的実施態様に基づいて、システムがある熱定常状態までウォームアップし続けるので、赤色ＬＥＤからの光束は、温度の関数として白色ＬＥＤからの光束とは異なるレートで変化し、熱過渡期間の間に生成された光の色温度の目立つシフトを引き起こし、より詳しくは、第１及び第２の電流のための一定のそれぞれの値で、システムがウォームアップするので、赤色ＬＥＤからの光束が白色ＬＥＤからの光束より速いレートで減少する。例えば、最初の電源オン後のほぼ２０分の熱過渡期間にわたって、生成された光の色温度は、白色ＬＥＤと比較して赤色ＬＥＤからの光束の減少のため、１００Ｋと同じ程度だけシフトする（例えば、増大する）。いくつかのアプリケーションに対して、この効果は、特に低めの公称の色温度で望ましくない、この低い色温度で人間の目が色シフトにより敏感だからである。
前述からみて、本発明の他の実施例は、異なるタイプの複数の直列接続されたＬＥＤ光源を含む照明装置の熱過渡状態から生じている色及び／又は色温度シフトを補償するための方法と装置とに向いている。
この目的で、図５は、本発明の他の実施例によって、関連するコントローラ５１０と共に、図１に示される電源の負荷制御段５０４を例示する回路図である。この実施例の一態様において、コントローラ５１０は、上で注記された熱補償機能を供給するために、第１のＬＥＤ２０２及び第２のＬＥＤ２０４との熱伝達、これらＬＥＤ付近に配置される温度センサ４１６から受信される温度信号５２６に応答して、負荷制御段５０４を制御する。しかしながら、この熱補償機能はコントローラ５１０が負荷制御段５０４のさまざまな態様を制御するためにどのように実行されるかの１つの例だけを単に構成し、ＬＥＤ光源付近の温度以外のパラメータ又は条件が、負荷制御段５０４の制御に影響を及ぼすために入力され、コントローラ５１０により利用されることが理解されるべきである（例えば、図１に示される外部信号５２４と関連する上記の考察を参照して）。
図５に示されるように、１つの例示的な実施態様において、コントローラ５１０は、集積回路電圧レギュレータＵ２から動作電力を受信する集積回路マイクロコントローラＵ３を含む。熱過渡状態の補償に関して、マイクロコントローラＵ３はまた、入力として温度センサ４１６（Ｕ５）により出力された温度信号５２６を受信し、出力として、負荷制御段５０４の抵抗ネットワーク／フィルタ６５２に印加される制御信号５２２を供給する。１つの例示的な実施態様において、温度センサ４１６は、低電力リニア活性サーミスタ集積回路であり、この例はマイクロチップテクノロジー社から入手可能な集積回路のＭＣＰ９７００／９７００Ａ及びＭＣＰ９７０１／９７０１Ａファミリを含む。
１つの例示的な実施態様において、コントローラ５１０は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号の形で制御信号５２２を負荷制御段５０４に供給し、当該制御信号のデューティサイクルは負荷制御段５０４の抵抗ネットワーク／フィルタ６５２により確立される電圧に影響を及ぼす。よって、ＰＷＭ制御信号５２２のデューティサイクルを変化させることにより、コントローラ５１０は、第１のＬＥＤ２０２に流れる第１の電流５５２と第２のＬＥＤ２０４に流れる第２の電流５５４との間の差を変化させ、これにより、異なるＬＥＤタイプにより生成されるそれぞれの光束を変える。温度信号５２６に応答してＰＷＭ制御信号５２２のデューティサイクルを制御することにより、コントローラ５１０は、熱過渡状態の間、生成された光の色温度又は色のシフトの補償を効果的に供給する（例えば、異なるタイプのＬＥＤに対する異なる温度依存の電流−光束関係により）。
図６は、本発明の一つの実施例によって、温度信号５２６により表される温度変化に応答して、ＰＷＭ制御信号５２２のデューティサイクルを調整するためのコントローラ５１０により実行される方法７００を示すフロー図を例示する。ブロック７０４に示すように、方法７００の１つの態様において、ＰＷＭ制御信号５２２のデューティサイクルを温度信号５２６により表される温度変化と関連づける関係（例えば、式）が演繹的に定められる。斯様な関係が定められると、図６に図示されるように、コントローラ５１０は、温度信号５２６により表されるように、温度センサ４１６から温度値を得て（ブロック７０２）、所定の関係／式（ブロック７０４）に基づいて測定された温度の関数として、デューティサイクルを計算する（ブロック７０６）。コントローラ５１０は、その後、ＰＷＭ制御信号５２２のデューティサイクルを新しく計算された値（ブロック７０８）に合わせ、当該方法は反復のためブロック７０２に戻る。
ＰＷＭ制御信号５２２のための温度の関数として、デューティサイクルを特定するブロック７０４の関係に関して、この関係は較正手順中に、経験的に決定され、これの例が以下に詳細に述べられる。斯様な関係は、所与のアプリケーションのために要求される補償の程度に少なくとも部分的に依存して、線形、区分的線形又は非線形の関係としてモデル化される。１つの例示的なモデルにおいて、この関係は以下の線形方程式（式のさまざまなパラメータは、経験的に決定される）により表わされる。
PWMDutyCycle=[AmbientTempDutyCycle]-[(TempReading)-AmbientTemp)]*[Slope]
(式１)
式（１）において、「PWMDutyCycle」は、図６のブロック７０６において計算される制御信号５２２のデューティサイクルを指し、「AmbientTempDutyCycle」は、ＬＥＤ２０２及び２０４が周囲温度であるとき、第１及び第２の電流が生成された光のため所望のターゲット色温度を供給する制御信号５２２のデューティサイクルであり、「TempReading」は、（図６のブロック７０２にて得られるように）温度信号５２６により表される温度であり、「AmbientTemp」は、（例えば、パワーオン前の）周囲温度であり、「Slope」は、温度変化当たりのデューティサイクルの変化である。
１つの例示的な実施態様において、式（１）で表された値の全ては、０と２５５との間のバイナリの値に変換される（８ビットのデータワードとして、これらの各々がコントローラ５１０のマイクロコントローラＵ３により処理される）。デューティサイクル値に関して、２５５のバイナリの値は、１００％を表す（すなわち、１２８のバイナリの値は、ほぼ５０％のデューティサイクルを表す）。「TempReading」及び「AmbientTemp」パラメータに関して、１つの例では、摂氏温度は、床関数floor([(Temperature[℃]*0.01+0.414)/5]*255)にしたがって変換される。
式（１）のさまざまなパラメータの決定を容易にするために例示的な較正手順において、手順の一態様は、いくつかの例示的な範囲にわたってＰＷＭ制御信号５２２のデューティサイクルを変化させ、第１の電流５５２及び第２の電流５５４を測定することを含む。下記の表１が斯様な測定値の例を供給する。
表１
Figure 0005514112
較正手順の他の態様は、それぞれ第１及び第２のＬＥＤに印加されるさまざまな第１及び第２の電流の関数として、生成された光の色温度を測定することを含む。このプロセスは、一連の「瞬時オン」光度テストを含み、２つの別々の既知の電流源が比較的短い期間第１及び第２のＬＥＤにそれぞれ接続され、生成された光の色温度は、電流が印加される数秒以内に測定される。その後直ぐに、電流は、他の対の電流を印加する前にＬＥＤが周囲熱定常状態に維持されるのに十分に長くオフされる。赤色ＬＥＤが第１のＬＥＤとして使用され、白色ＬＥＤが第２のＬＥＤとして使用される１つの例示的な実施態様において、赤い光束が白色光束より多く変化し、よって、第１の電流が変化される一方、公称の値が第２の電流に対して選択されると仮定されてもよい。下記の表２は、斯様な測定プロセスの１つの例を供給する。
表２
Figure 0005514112
表２において例示される測定プロセスに基づいて、公称のターゲット動作色温度が、生成された光に対して選択されてもよい。このターゲット色温度に基づいて、（表２から）必要とされる対応する第１及び第２の電流は、式１の「AmbientTempDutyCycle」を決定するため表１の第１及び第２の電流と同様に適合される。例えば、ターゲット色温度が３０００Ｋである場合、表２から、これは１５０ｍＡの第１の電流及び周囲温度の１３０ｍＡの第２の電流に対応し、よって表１から６２．５％のＰＷＭ制御信号５２２に対するデューティサイクルに対応する。よって、式１に対するこの例の「AmbientTempDutyCycle」は、６２．５％（２５５）＝１５９のバイナリの値を持つだろう。
式（１）のさまざまなパラメータの決定を容易にする較正手順の最終的な態様は、用語「Slope」の決定を含む。また、用語「Slope」は、電源投入の後ウォームアップ期間のような熱過渡状態の間に生成された光の十分に安定な色及び／又は色温度を維持するために必要とされる温度の変化当たりのデューティサイクルの変化を表す。一つの実施例において、適当な用語「Slope」の決定は、用語「Slope」に対する最初の種値を選択し、推定された熱過渡状態期間（例えば、２０〜３０分）にわたって方法７００を繰り返し、生成された光の色温度の周期的測定（例えば、３０秒ごと）を行い、これらの色温度測定値対時間をプロットすることを含む。最も平坦な色温度対時間のプロットとなる適当な値が見つかるまで、このプロセスは用語「Slope」に対する異なる値を使用して繰り返される。
図７は、（３０００Ｋのターゲット色温度を表す）１５９の「AmbientTempDutyCycle」バイナリの値と、（摂氏２５度の周囲温度を表す）３８の「AmbientTemp」バイナリの値とに基づいて２つの斯様な例示的プロット線を供給する。第１のプロット線８００はバイナリ値４を持つ用語「Slope」を使用して生成され、第２のプロット線８０２はバイナリ値６を持つ用語「Slope」を使用して生成される。図７から、この例では、バイナリ値６を持つ用語「Slope」が、熱過渡状態周期の間、著しくより平坦な色温度対時間プロットとなっている。したがって、式を使用して、
PWMDutyCycle=[159]-[(TempReading)-38)]*[6]
図６に示される方法７００のブロック７０４において、この特定の例示的のために、方法７００を実行するコントローラ５１０は、熱過渡状態を効果的に補償し、熱過渡状態（例えば、「ウォームアップ」）期間の全体にわたって、ほぼ３０００Ｋの安定色温度を供給する。
前述の較正手順の通常のアウトラインが、図５に示されるコントローラ５１０の温度補償機能を効果的に実行するために、対象の他のタイプのＬＥＤ源及び／又は他の色温度範囲に適用されてもよいことが理解されるべきである。特に、幾つかの例において、正確に同じハードウェアを使用して、２つの同一の照明器具が上記の式１の用語「AmbientTempDutyCycle」に対する異なる値を単に選択することにより白色光の著しく異なる色及び／又は色温度を供給するように構成されることが理解されるべきである。加えて、式１の用語「AmbientTempDutyCycle」は、いくつかの実施態様において、（例えば、時間とともにＬＥＤ及び光束下落の漸進的な経年を補償するため）予め定められた時間の関数でもよい。さらにまた、上記の如く、図６に示される方法７００のブロック７０４において使用される特定の関係は、所与のアプリケーションのために所望される補償の程度に少なくとも部分的に依存して、上記の式１のような線形関係として、又は、あるいは、区分的線形又は非線形関係としてモデル化される。
図８は、本発明の一つの実施例によって、温度センサ４１６と共に、電源４１４を構成する複数の部品１８０が配置される印刷回路基板１７５の例示的な構成を例示する。図８はまた、第１のＬＥＤ２０２及び第２のＬＥＤ２０４を担持する基板４２０（例えば、初めの図に示されるヒートシンク）を示す。図８に示される配置は、温度センサ４１６とＬＥＤとの間の熱的接続、よって、（例えば、熱過渡状態の間、色及び／又は色温度安定性を供給する目的のため）ＬＥＤ温度の効果的な追跡を容易にする。特に、第１のＬＥＤ２０２及び第２のＬＥＤ２０４は、熱伝導性の基板４２０にマウントされ、当該基板は、ＬＥＤ２０２及び２０４付近に、当該基板に形成されるくぼみ４５７を持つ。印刷回路基板１７５は、くぼみ４５７への挿入のためタブ４５６を持ち、このために、図８の特定の図が主に矩形のタブ及び矩形のくぼみを例示しているが、くぼみ４５７がタブを収容するため補完的に形成されるように、タブ４５６が様々な形状及び寸法を持ってもよいことが理解されるべきである。温度センサ４１６は、印刷回路基板のタブに配置され、印刷回路基板１７５がくぼみ４５７に挿入されるときに、温度センサがＬＥＤ付近で、熱伝導性の基板に本質的に埋められる。図１−５に関連して上述されたように、電源４１４は、複数の遷移モードコントローラに基づく複数の段を含み、電源４１４を構成する複数の回路部品は印刷回路基板１７５上に適切に配置される。
さまざまな発明の実施例が本願明細書で説明され例示される一方、当業者は、本願明細書に記載されている効果の一つ以上及び／又は結果を得るため及び／又は機能を実行するために、様々な他の手段及び／又は構造を容易に構想し、斯様なバリエーション及び／又は変更態様の各々は、本願明細書に説明された発明の実施例の範囲内であるとみなされる。さらに一般的にいえば、当業者は、本願明細書で説明されたすべてのパラメータ、寸法、物質、及び構成は、例示的であることを意味し、実際のパラメータ、寸法、物質及び／又は構成が、本発明の教示が使用される特定のアプリケーション又は複数のアプリケーションに依存することを容易に理解するだろう。当業者は、本願明細書で説明された特定の発明の実施例に対する多くの等価物を認識し、又は通常の試験だけを使用して確認できるだろう。したがって、前述の実施例が例により示され、添付の請求の範囲及びその等価物の範囲内で、発明の実施例が、特に説明され請求された以外にも実施されてもよいことが理解されるべきである。本開示の発明の実施例は、本願明細書で説明された個々の特徴、システム、物品、物質、キット及び／又は方法に向いている。加えて、斯様な特徴、システム、物品、物質、キット及び／又は方法が相互に矛盾していない場合、斯様な特徴、システム、物品、物質、キット及び／又は方法の２つ以上の組合せは、本開示の発明の範囲内に含まれる。
本願明細書において定められ、使われるすべての定義は、辞書定義、参照により組み込まれる文献内の定義及び／又は定義済み用語の通常の意味をコントロールすると理解されるべきである。
明細書及び請求項において用いられる「ａ」及び「ａｎ」という不定冠詞は、変更が明示されない限り、「少なくとも一つ」を意味すると理解されるべきである。
明細書及び請求項において用いられる用語「及び／又は」は、結合される要素の「両方又は何れか」、すなわち、ある場合には結合して存在する要素であって、他の場合には分離して存在する要素を意味すると理解されるべきである。「及び／又は」でリストされる複数の要素は、同じ形式と解釈されるべきであり、すなわち、「一つ以上の」要素が結合される。これらの要素に関係するかしないかが特に識別されず、他の要素は、用語「及び／又は」により特に識別された要素以外に任意に存在してもよい。よって、非制限の例として、「有する」のような制約のない言語と連結して用いられるとき、「Ａ及び／又はＢ」は、ある例ではＡのみを指し（Ｂ以外の要素をオプションで含んで）、別の例ではＢのみを指し（Ａ以外の要素をオプションで含んで）、更に別の例ではＡ及びＢ両方を指す（他の要素をオプションで含んで）等である。
明細書及び請求項において用いられるように、「又は」は、上記定められた「及び／又は」と同じ意味を持つと理解されるべきである。例えば、リストにおいて項目を分けるとき、「又は」又は「及び／又は」は、含む、すなわち少なくとも一つを含むが、また複数の要素又はリストの要素を一つより多く含み、オプションでリストされていない追加の要素を含むものとして解釈される。これに反して「の一つだけ」、「の正確に一つ」又は請求項で用いられるとき「から成る」のように明示される用語は、複数の要素又はリストの要素のうちの正確に一つを含むことを指すだろう。概して、ここで用いられる用語「又は」は、「何れか」、「の一つ」、「の一つだけ」、又は「の正確に一つ」のような排他的用語に続くとき、排他的代替（すなわち、「一方又は他方であって、両方ではない」）を示すものとしてのみ解釈される。請求項に用いられるとき、「から基本的に成る」は、特許法の分野で用いられるように通常の意味を持つ。
請求項及び明細書において用いられるように、一つ以上の要素を参照して、用語「少なくとも一つ」は、要素のリスト内に特にリストされた各要素の少なくとも一つを必ずしも含む必要はなく、要素のリストのうちの要素の如何なる組み合わせを排除しないし、要素のリストのうちの一つ以上の要素から選択された少なくとも一つの要素を意味すると理解されるべきである。この規定は、これらの要素に関係するかしないかが特に識別されず、用語「少なくとも一つ」が指す要素のリスト内で特に識別された要素以外の要素がオプションで存在してもよいことを許可する。よって、非制限的例として、「Ａ及びＢの少なくとも一つ」（等価的には「Ａ又はＢの少なくとも一つ」、又は等価的には「Ａ及び／又はＢの少なくとも一つ」）は、一つの実施例ではＢがなく（オプションでＢ以外の要素を含む）一つ以上をオプションで含む少なくとも一つのＡ、他の実施例ではＡがなく（オプションでＡ以外の要素を含む）一つ以上をオプションで含む少なくとも一つのＢ、更に他の実施例では（オプションで他の要素を含む）一つ以上をオプションで含む少なくとも一つのＡ、及び一つ以上をオプションで含む少なくとも一つのＢ等を指す。
逆が明示されない限り、一つより多くのステップ又は行為を含むここで請求されるいかなる方法においても、方法のステップ又は行為が引用される順番は、方法のステップ又は行為が引用される順番に必ずしも制限されないことも理解されるべきである。
上記説明だけでなく、請求項において、「有する」、「含む（including）」、「坦持する」、「持つ」、「含む（containing）」、「含む（involving）」、「保持する」、「構成する」等のようなすべての移行句は、制約がない、すなわち含むということであるが、制限されているのではないことを意味すると理解されるべきである。「から成る」及び「から基本的に成る」という移行句だけが、米国特許庁により発行された、「the Manual of Patent Examining Procedures, Section 2111.03」に記載のそれぞれ閉じた又は準閉じた移行句である。

Claims (15)

  1. 第１のスペクトルを持つ第１の放射線を生成するための少なくとも一つの第１のＬＥＤと、第１のスペクトルと異なる第２のスペクトルを持つ第２の放射線を生成するための少なくとも一つの第２のＬＥＤと、力率補正及び動作電圧を供給するスイッチング電源とを有し、前記少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び前記少なくとも一つの第２のＬＥＤは、第１のノードと第２のノードとの間に電気的に直列に接続され、前記動作電圧が第１のノードと第２のノードとの間に印加されるとき、直列電流が第１のノードと第２のノードとの間に流れ、前記スイッチング電源は、前記少なくとも一つの第１のＬＥＤを流れる第１の電流と前記少なくとも一つの第２のＬＥＤを流れる第２の電流とが異なるように、前記少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び前記少なくとも一つの第２のＬＥＤのうちの一つの周りで少なくとも部分的に直列電流を変更するために、前記少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び前記少なくとも一つの第２のＬＥＤのうちの一つと並列に接続された少なくとも一つの制御可能な電流経路を制御する、照明装置において、第２のＬＥＤから変更される第２の電流の一部が、再利用されて第１の電流に加えられる、照明装置。
  2. 前記少なくとも一つの第１のＬＥＤは、第１の数の直列接続された赤色ＬＥＤを含み、前記少なくとも一つの第２のＬＥＤは、第１の数とは異なる第２の数の直列接続された白色ＬＥＤを含み、前記少なくとも一つの制御可能な電流経路は、第２の数の直列接続された白色ＬＥＤと並列に接続される、請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記スイッチング電源は、第１の放射線及び第２の放射線の混合からの結果である光の色温度を設定するために、前記少なくとも一つの制御可能な電流経路を制御する、請求項２に記載の照明装置。
  4. 前記少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び前記少なくとも一つの第２のＬＥＤと熱伝達し付近に置かれる、温度信号を生成するための少なくとも一つの温度センサを有し、前記スイッチング電源は、前記温度信号を受信し、前記温度信号に少なくとも部分的に基づいて前記少なくとも一つの制御可能な電流経路を制御するための第１の制御信号を供給する第１のコントローラを有する、請求項１、２又は３に記載の照明装置。
  5. 第１の制御信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を含み、第１のコントローラは、前記温度信号に応答して前記ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルを変える、請求項４に記載の照明装置。
  6. 第１のコントローラは、前記デューティサイクルと前記温度信号により表される温度との間の既定の関係に基づいて、前記ＰＷＭ制御信号の前記デューティサイクルを決定する、請求項５に記載の照明装置。
  7. 前記既定の関係は、リニアな関係である、請求項６に記載の照明装置。
  8. 前記スイッチング電源は、ＡＣ入力電圧を受信し、力率補正及び動作電圧を供給するための力率補正段と、負荷制御段とを更に有し、前記負荷制御段は、前記少なくとも一つの制御可能な電流経路に配される単一のスイッチと、前記単一のスイッチに結合される集積回路コントローラとを有し、前記集積回路コントローラは、第１のコントローラからの第１の制御信号を受信し、第１の制御信号に応答して前記単一のスイッチを制御する、請求項４乃至７の何れか一項に記載の照明装置。
  9. 前記スイッチング電源は、ＡＣ入力電圧を受信し、力率補正及び動作電圧を供給するための力率補正段と、負荷制御段とを有し、前記負荷制御段は、前記少なくとも一つの制御可能な電流経路に配される単一のスイッチと、前記単一のスイッチに結合される集積回路コントローラとを有し、前記集積回路コントローラは、一定オフ時間（ＦＯＴ）制御技術を使用して前記単一のスイッチを制御し、前記集積回路コントローラは、前記動作電圧と関係する信号を受信する如何なる入力部も持たない、請求項１に記載の照明装置。
  10. 前記スイッチング電源は、前記力率補正段と関連する少なくとも一つの電圧又は電流パラメータ、前記ＡＣ入力電圧の周波数、又は外部信号に基づいて、前記力率補正段により供給される電力及び／又は前記動作電圧を制御するために、前記力率補正段へ第２の制御信号を供給するための前記力率補正段に結合された第２のコントローラを更に有する、請求項８又は９に記載の照明装置。
  11. 熱過渡状態の間、ＬＥＤベースの照明装置により生成される白色光の色温度を制御する方法であって、前記ＬＥＤベースの照明装置は、第１のスペクトルを持つ第１の放射線を生成するための少なくとも一つの第１のＬＥＤと、第１のスペクトルと異なる第２のスペクトルを持つ第２の放射線を生成するための少なくとも一つの第２のＬＥＤとを有し、前記白色光は第１の放射線及び第２の放射線の混合からの結果であり、前記少なくとも一つの第１のＬＥＤと前記少なくとも一つの第２のＬＥＤとは、第１のノードと第２のノードとの間に電気的に直列に接続され、動作電圧が第１のノードと第２のノードとの間に印加されるとき、直列電流が第１のノードと第２のノードとの間に流れる方法において、前記少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び前記少なくとも一つの第２のＬＥＤ付近の温度を表す温度信号を生成するステップＡ）と、前記少なくとも一つの第１のＬＥＤを流れる第１の電流及び前記少なくとも一つの第２のＬＥＤを流れる第２の電流が異なるように、前記少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び前記少なくとも一つの第２のＬＥＤのうちの一方の周りで少なくとも部分的に前記直列電流を変更するために、前記温度信号に基づいて、前記少なくとも一つの第１のＬＥＤ及び前記少なくとも一つの第２のＬＥＤのうちの前記一方と並列に接続された少なくとも一つの制御可能な電流経路を制御するステップＢ）とを有する、方法において、ステップＢ）は、第２のＬＥＤから変更される第２の電流の一部が再利用されて第１の電流に加えられるステップを含む、方法。
  12. 前記ステップＢ）は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を生成するステップＢ１）と、前記温度信号に応答して前記ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルを変えるステップＢ２）と、前記ＰＷＭ制御信号に基づいて前記少なくとも一つの制御可能な電流経路を制御するステップＢ３）とを有する、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記ステップＢ２）は、前記デューティサイクルと前記温度信号により表される温度との間の既定の関係に基づいて、前記ＰＷＭ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Ｂ２ａ）を有する、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記既定の関係は、リニアな関係である、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記ステップＢ２ａ）は、前記ＰＷＭ制御信号の複数の異なるデューティサイクルで第１の電流及び第２の電流を測定するステップＣ）と、第１の電流及び第２の電流に対する複数の電流値の対で、前記照明装置により生成される白色光の複数の色温度を周囲温度で測定するステップＤ）と、前記ステップＣ）及びＤ）に基づいて白色光の所望の色温度に対する周囲温度デューティサイクルを決定するステップＥ）と、前記温度信号により表される温度の変化ごとのデューティサイクルの変化に対応する値を決定するステップＦ）と、前記ステップＦ）で決定された値に関係する量により前記周囲温度デューティサイクルをオフセットするステップＧ）とにより、前記既定の関係を得るステップを有する、請求項１３に記載の方法。
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