JP5739834B2 - Ｌｅｄ照明装置及び二端子電流コントローラ - Google Patents

Description

本発明は、二端子電流コントローラ及び関連するＬＥＤ照明装置に係り、より具体的には、高い力率を有する二端子電流コントローラ及び関連するＬＥＤ照明装置に係る。

従来の白熱電球と比較して、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電力消費が小さいこと、長寿命であること、サイズが小さいこと、ウォームアップ時間が不要であること、反応速度が速いこと、及び小型又はアレイデバイスとして製造されるべき能力という点で、有利である。屋外用ディスプレイ、交通標識、及び携帯電話、ノートブック型コンピュータ又はテレビ受像機等の様々な電子機器のためのＬＥＤバックライトに加えて、ＬＥＤは、蛍光又は白熱ランプの代わりに、屋内／屋外用照明装置としても幅広く使用されている。

図１は、発光ダイオードの電圧−電流特性を表す図である。発光ダイオードの順方向バイス電圧がそのバリア電圧Ｖｂよりも小さいとき、発光ダイオードは、無視できるほどの量の電流しか導かないので、開回路デバイスとして機能する。発光ダイオードの順方向バイアス電圧がそのバリア電圧Ｖｂを超えるとき、発光ダイオードは、その電流が順方向バイアス電圧とともに指数関数的に増大するので、短絡デバイスとして機能する。発光ダイオードの材料及びドーピングタイプに関連する値を有するバリア電圧Ｖｂは、通常、１．５から３．５ボルトの間にある。ほとんどの電流値に関し、発光ダイオードの発光は電流に比例する。従って、電流ソースは、一般的に、一様な発光を提供するように発光ダイオードを駆動するために使用される。

図２は、先行技術のＬＥＤ照明装置６００の図である。ＬＥＤ照明装置６００は、電源回路１１０と、抵抗Ｒと、発光デバイス１０とを有する。電源回路１１０は、正及び負の期間を有する交流（ＡＣ）電圧を受け取り、負の期間におけるＡＣ電圧ＶＳの出力をブリッジ整流器１１２により変換して、発光デバイス１０を駆動するための整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣを供給するよう構成される。抵抗Ｒは、発光デバイス１０の電流Ｉ_ＬＥＤをレギュレートするよう、発光デバイス１０と直列結合されている。多くの用途において、十分な輝度を供給するために、複数の発光ダイオードが必要とされる。発光ダイオードは、駆動電流に比例する輝度を有する電流駆動型デバイスであるから、発光デバイス１０は、通常、直列結合された複数の発光ダイオードＤ_１〜Ｄ_ｎを採用する。全ての発光ダイオードＤ_１〜Ｄ_ｎのバリア電圧が理想値Ｖｂに等しく、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣが０とＶ_ＭＡＸとの間で周期的に変化すると仮定すると、ｎ×Ｖｂよりも大きい順方向バイアス電圧が、発光デバイス１０をオンするために必要とされる。従って、０からｎ×Ｖｂの間のエネルギは使用され得ない。発光ダイオードＤ１〜Ｄ_ｎの数が増えるにつれて、発光デバイス１０をオンするには、より高い順方向バイアス電圧が必要とされる。一方、発光ダイオードＤ１〜Ｄ_ｎの数が減るにつれて、ＶＡＣ＝ＶＭＡＸの場合に、発光ダイオードの信頼性に影響を及ぼしうる駆動電流は大きくなる。従って、先行技術のＬＥＤ照明装置６００は、有効な動作電圧範囲と信頼性との間で妥協する必要がある。一方では、電流制限抵抗Ｒも余分の電力を消費し、よって、システム効率を下げうる。

図３は、他の先行技術のＬＥＤ照明装置７００の図である。ＬＥＤ照明装置７００は、電源回路１１０と、インダクタＬと、キャパシタＣと、スイッチＳＷと、発光デバイス１０とを有する。電源回路１１０は、正及び負の期間を有するＡＣ電圧ＶＳを受け取り、負の期間におけるＡＣ電圧ＶＳの出力をブリッジ整流器１１２により変換して、発光デバイス１０を駆動するための整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣを供給するよう構成される。インダクタＬ及びスイッチＳＷは、発光デバイス１０の電流Ｉ_ＬＥＤを制限するよう、発光デバイス１０と直列結合されている。キャパシタＣは、電源回路１１０の電圧リプルを吸収するよう、発光デバイス１０と並列結合されている。同じ電流レギュレート機能のために、インダクタＬは、ＬＥＤ照明装置６００の抵抗Ｒよりもエネルギ消費が小さい。しかし、電流をレギュレートするインダクタＬ、及び電圧を安定化させるキャパシタＣは、ＬＥＤ照明装置７００の力率及びエネルギ利用率を大いに低減する。従って、先行技術のＬＥＤ照明装置７００は、有効な動作電圧範囲と輝度との間で妥協する必要がある。

上記を鑑み、本発明は、力率を改善し且つ広い有効動作電圧範囲及び高い輝度を有する照明装置、並びにそのような照明装置を実現する二端子電流コントローラを提供することを目的とする。

本発明は、第１の電流に従って光を供給するよう構成される発光デバイスと、該発光デバイスと並列結合され、該発光デバイスに印加される電圧に従って前記第１の電流をレギュレートするよう構成される二端子電流コントローラとを有するＬＥＤ照明装置を提供する。前記発光デバイスに印加される前記電圧が第１の電圧を超えない整流ＡＣ電圧の立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第１のモードにおいて動作する。前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが第２の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第２のモードにおいて動作する。前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第２の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第３のモードにおいて動作する。前記二端子電流コントローラは、電流制限ユニット及び調整ユニットを有する。前記電流制限ユニットは、前記二端子電流コントローラが前記第１のモードにおいて動作する場合に、前記整流ＡＣ電圧に関連する第２の電流を導き、前記発光デバイスに印加される前記電圧に従って前記第２の電圧をレギュレートし、前記第１の電流を零に保ち、前記二端子電流コントローラが前記第２のモードにおいて動作する場合に、前記第２の電流を導き、該第２の電流を零よりも大きい第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保ち、前記二端子電流コントローラが前記第３のモードにおいて動作する場合にオフするよう構成される。前記調整ユニットは、前記第１の所定値及び前記第２の電圧を調整するよう構成される。

また、本発明は、負荷を通る第１の電流を制御する二端子電流コントローラを提供する。前記負荷に印加される電圧が第１の電圧を超えない整流ＡＣ電圧の立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは第１のモードにおいて動作する。前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが第２の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは第２のモードにおいて動作する。前記負荷に印加される前記電圧が前記第２の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは第３のモードにおいて動作する。当該二端子電流コントローラは、電流制限ユニット及び調整ユニットを有する。前記電流制限ユニットは、当該二端子電流コントローラが前記第１のモードにおいて動作する場合に、前記整流ＡＣ電圧に関連する第２の電流を導き、前記負荷に印加される前記電圧に従って前記第２の電圧をレギュレートし、前記第１の電流を零に保ち、当該二端子電流コントローラが前記第２のモードにおいて動作する場合に、前記第２の電流を導き、該第２の電流を零よりも大きい第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保ち、当該二端子電流コントローラが前記第３のモードにおいて動作する場合にオフするよう構成される。前記調整ユニットは、前記第１の所定値及び前記第２の電圧を調整するよう構成される。

本発明の上記の及び他の目的は、様々な図において説明される好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むことで当業者にはきっと明らかになるであろう。

本発明の実施形態によれば、力率を改善し且つ広い有効動作電圧範囲及び高い輝度を有する照明装置を提供することが可能となる。

発光ダイオードの電圧−電流特性を表す図である。 先行技術のＬＥＤ照明装置の図である。 他の先行技術のＬＥＤ照明装置の図である。 本発明の実施形態に従うＬＥＤ照明装置の図である。 本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。 本発明の実施形態に従うＬＥＤ照明装置の図である。 本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。 本発明の実施形態に従うＬＥＤ照明装置の図である。 本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。 本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。 本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。 本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。 本発明の実施形態に従うＬＥＤ照明装置の図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。 本発明の実施形態に従うＬＥＤ照明装置の図である。 二端子電流コントローラの表される実施形態の図である。 二端子電流コントローラの表される実施形態の図である。

図４は、本発明の第１の実施形態に従うＬＥＤ照明装置１００の図である。ＬＥＤ照明装置１００は、電源回路１１０と、二端子電流コントローラ１２０と、発光デバイス１０とを有する。電源回路１１０は、正及び負の期間を有するＡＣ電圧ＶＳを受け取り、負の期間におけるＡＣ電圧ＶＳの出力をブリッジ整流器１１２により変換して、発光デバイス１０を駆動するための、時間とともに値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣを供給するよう構成される。発光デバイス１０は、直列結合されているｎ個の発光ユニットＤ_１〜Ｄ_ｎを採用してよい。発光ユニットの夫々は、単一の発光ダイオード又は複数の発光ダイオードを有してよい。図４は、Ｉ_ＬＥＤが発光デバイス１０を通る電流を表し、Ｖ_ＡＫが発光デバイス１０に印加される電圧を表す単一の発光ダイオードを用いる実施形態を表す。二端子電流コントローラ１２０は、発光デバイス１０及び電源回路１１０と並列結合されており、電流制限ユニット１２０Ａ及び調整ユニット１２０Ｂを有する。二端子電流コントローラ１２０は、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣに従って発光デバイス１０を通る電流Ｉ_ＬＥＤを制御するよう構成される。ここで、Ｉ_ＡＫは、電流制限ユニット１２０Ａを通る電流を表し、Ｖ_ＡＫは、電流制限ユニット１２０Ａに印加される電圧を表す。本発明の第１の実施形態において、二端子電流コントローラ１２０のバリア電圧Ｖｂ’は、発光デバイス１０の全体のバリア電圧ｎ×Ｖｂよりも小さい（夫々の発光ユニットのバリア電圧はＶｂに等しいとする。）。

図５及び図６は、ＬＥＤ照明装置１００の動作を表す。図５は、二端子電流コントローラ１２０の電流−電圧特性を表す図であり、図６は、ＬＥＤ照明装置１００の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。図５において、縦軸は、電流制限ユニット１２０Ａを通る電流Ｉ_ＡＫを表し、横軸は、電流制限ユニット１２０Ａに印加される電圧Ｖ_ＡＫを表す。本発明の第１の実施形態において、二端子電流コントローラ１２０は、０＜Ｖ_ＡＫ＜Ｖ_ＤＲＯＰの場合に、電流制限ユニット１２０Ａが電圧制御型デバイスとして機能する第１のモードにおいて、動作する。言い換えると、電圧Ｖ_ＡＫが二端子電流コントローラ１２０のバリア電圧Ｖｂ’を超えるとき、電流Ｉ_ＡＫは、特定の態様において電圧Ｖ_ＡＫとともに変化する。二端子電流コントローラ１２０は、Ｖ_ＤＲＯＰ＜Ｖ_ＡＫ＜Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’の場合に、電流制限ユニット１２０Ａが定電流源として機能する第２のモードにおいて、動作する。言い換えると、電流Ｉ_ＡＫは、電圧Ｖ_ＡＫとともに変化する代わりに、調整可能な特定の電流Ｉ_ＭＡＸ’に保たれる。二端子電流コントローラ１２０は、Ｖ_ＡＫ＞Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’の場合に、電流制限ユニット１２０Ａがオフされる第３のモードにおいて、機能する。言い換えると、二端子電流コントローラ１２０は、電流Ｉ_ＡＫが急に零まで下げられるので、開回路デバイスとして機能する。一方で、調整ユニット１２０Ｂは、二端子電流コントローラ１２０が第２のモードにおいて動作する場合のＩ_ＭＡＸ’の値と、第２のモードと第３のモードとの間を切り替えるＶ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’の値とを調整することによって、様々な特性を備えた柔軟な設計を提供することができる。

図６は、電圧Ｖ_ＡＫ、電流Ｉ_ＡＫ及び電流Ｉ_ＬＥＤの波形を表す。電圧Ｖ_ＡＫは、時間とともに値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣに関連するので、ｔ_０からｔ_６の間の周期が例示のために用いられ、ｔ_０からｔ_３の間の期間は整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり期間であり、ｔ_４からｔ_６の間の期間は整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち下がり期間である。電圧Ｖ_ＡＫが徐々に増大するｔ_０からｔ_１の間、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａは最初にオンされ、その後、電流Ｉ_ＡＫは特定の態様において電圧Ｖ_ＡＫとともに増大し、電流Ｉ_ＬＥＤは零に保たれる。電圧Ｖ_ＡＫが電圧ＶＤ_ＲＯＰよりも大きいｔ_１からｔ_２の間、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａは、電流Ｉ_ＡＫを特定の電流Ｉ_ＭＡＸ’に制限するよう構成され、電流Ｉ_ＬＥＤは、発光デバイス１０が依然としてオフされているので、零のままである。電圧Ｖ_ＡＫが電圧Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’よりも大きいｔ_２からｔ_４の間、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａはオフされ、よって、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣに関連する電流が発光デバイス１０を通って流れる。従って、電流Ｉ_ＡＫは零まで下がり、電流Ｉ_ＬＥＤは電圧Ｖ_ＡＫとともに変化する。電圧Ｖ_ＡＫが電圧Ｖ_ＤＲＯＰと電圧Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’との間の値に下がるｔ_４からｔ_５の間、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａはオンされ、それにより、電流Ｉ_ＡＫを特定の電流Ｉ_ＭＡＸ’に制限し、電流Ｉ_ＬＥＤを再び零に保つ。電圧Ｖ_ＡＫが電圧Ｖ_ＤＲＯＰを下回るｔ_５からｔ_６の間、電流Ｉ_ＡＫは特定の態様において電圧Ｖ_ＡＫとともに低下する。言い換えると、二端子電流コントローラ１２０は、０＜Ｖ_ＡＫ＜Ｖ_ＤＲＯＰであるｔ_０〜ｔ_１及びｔ_５〜ｔ_６の間、第１のモードにおいて動作し、二端子電流コントローラ１２０は、Ｖ_ＤＲＯＰ＜Ｖ_ＡＫ＜Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’であるｔ_１〜ｔ_２及びｔ_４〜ｔ_５の間、第２のモードにおいて動作し、二端子電流コントローラ１２０は、Ｖ_ＡＫ＞Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’であるｔ_２〜ｔ_４の間、第３のモードにおいて動作する。

図７は、本発明の第２の実施形態に従うＬＥＤ照明装置２００の図である。ＬＥＤ照明装置２００は、電源回路１１０と、二端子電流コントローラ１２０と、発光デバイス２０とを有する。類似する構造を有するが、本発明の第１及び第２の実施形態は発光デバイス２０及びそれがどのように端子電流コントローラ１２０に接続されるのかにおいて相違する。本発明の第２の実施形態において、発光デバイス２０は２つの発光素子２１及び２５を有する。発光素子２１は、二端子電流コントローラ１２０と並列結合されており、直列結合されたｍ個の発光ユニットＤ_１〜Ｄ_ｍを有する。ここで、Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ}は、発光素子２１を通って流れる電流を表し、Ｖ_ＡＫは、発光素子２１に印加される電圧を表す。発光素子２５は、二端子電流コントローラ１２０と直列結合されており、直列結合されたｎ個の発光ユニットＤ_１〜Ｄ_ｎを有する。ここで、Ｉ_ＬＥＤは、発光素子２５を通って流れる電流を表し、Ｖ_ＬＥＤは、発光素子２５に印加される電圧を表す。夫々の発光ユニットは、単一の発光ダイオード又は複数の発光ダイオードを有してよい。図７は、単一の発光ダイオードを用いる実施形態を表す。二端子電流コントローラ１２０は、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣに従って、発光デバイス２０を通って流れる電流をレギュレートするよう構成される。ここで、Ｉ_ＡＫは、電流制限ユニット１２０Ａを通って流れる電流を表し、Ｖ_ＡＫは、電流制限ユニット１２０Ａに印加される電圧を表す。本発明の第２の実施形態において、電流制限ユニット１２０Ａのバリア電圧Ｖｂ’は、発光素子２１の全体のバリア電圧ｍ×Ｖｂよりも小さい（夫々の発光素子のバリ電圧はＶｂに等しいとする。）。

図８及び図９は、本発明の第２の実施形態に従うＬＥＤ照明装置２００の動作を表す。図８は、二端子電流コントローラ１２０の電流−電圧特性を表す図であり、図９は、ＬＥＤ照明装置２００の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。図８において、縦軸は、電流制限ユニット１２０Ａを通って流れる電流Ｉ_ＡＫを表し、横軸は、二端子電流コントローラ１２０に印加される電圧Ｖ_ＡＫを表す。

整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり期間の間、二端子電流コントローラ１２０は、０＜Ｖ_ＡＫ＜Ｖ_ＤＲＯＰの場合に、電流制限ユニット１２０Ａが電圧制御型デバイスとして機能する第１のモードにおいて、動作する。言い換えると、電圧Ｖ_ＡＫが二端子電流コントローラ１２０のバリア電圧Ｖｂ’を超えるとき、電流Ｉ_ＡＫは特定の態様において電圧Ｖ_ＡＫとともに変化する。二端子電流コントローラ１２０は、Ｖ_ＤＲＯＰ＜Ｖ_ＡＫ＜Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’の場合に、電流制限ユニット１２０Ａが定電流源として機能する第２のモードにおいて、動作する。言い換えると、電流Ｉ_ＡＫは、電圧Ｖ_ＡＫとともに変化する代わりに、調整可能な特定の電流Ｉ_ＭＡＸ’に保たれる。二端子電流コントローラ１２０は、Ｖ_ＡＫ＞Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’の場合に、電流制限ユニット１２０Ａがオフされる第３のモードにおいて、動作する。言い換えると、二端子電流コントローラ１２０は、電流Ｉ_ＡＫが急に零に下げられるので、開回路デバイスとして機能する。

整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち下がり期間の間、二端子電流コントローラ１２０は、Ｖ_ＡＫ＜Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ}’の場合に、電流制限ユニット１２０Ａが電流Ｉ_ＡＫを特定の電流Ｉ_ＭＡＸ’に制限するようオンされる第２のモードにおいて、動作する。二端子電流コントローラ１２０は、０＜Ｖ_ＡＫ＜Ｖ_ＤＲＯＰ、電流制限ユニット１２０Ａが電圧制御型デバイスとして機能する第１のモードにおいて、動作する。言い換えると、電圧Ｖ_ＡＫが二端子電流コントローラ１２０のバリア電圧Ｖｂ’を超えるとき、電流Ｉ_ＡＫは、特定の態様において電圧Ｖ_ＡＫとともに変化する。一方で、調整ユニット１２０Ｂは、二端子電流コントローラ１２０が第２のモードにおいて動作する場合のＩ_ＭＡＸ’の値と、第２のモードと第３のモードとの間を切り替えるＶ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’の値とを調整することによって、様々な特性を有する柔軟な設計を提供することができる。

図９は、電圧Ｖ_ＡＣ、Ｖ_ＡＫ、Ｖ_ＬＥＤ及び電流Ｉ_ＡＫ、Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ}、Ｉ_ＬＥＤの波形を表す。整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣは時間とともに周期的に変化するので、ｔ_０からｔ_６の間の周期が例示のために用いられ、ｔ_０からｔ_３の間の期間は整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり期間であり、ｔ_４からｔ_６の間の期間は整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち下がり期間である。ｔ_０からｔ_１の間、二端子電流コントローラ１２０に印加される電圧Ｖ_ＡＫ、及びｎ個の直列結合された発光ユニットＤ_１〜Ｄ_ｎに印加される電圧Ｖ_ＬＥＤは、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣとともに増大する。より小さいバリア電圧に起因して、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａは最初にオンされ、その後、電流Ｉ_ＡＫ及び電流Ｉ_ＬＥＤは特定の態様において電圧Ｖ_ＡＫとともに増大し、電流Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ}は零に保たれる。

電圧Ｖ_ＡＫが電圧Ｖ_ＤＲＯＰよりも大きいｔ_１からｔ_２の間、二端子電流コントローラ１２０は、電流Ｉ_ＡＫを特定の電流Ｉ_ＭＡＸ’に制限するよう構成され、電流Ｉ_ＬＥＤは、発光素子２１が依然としてオフされているので、零のままである。発光素子２５における夫々の発光ユニットの順方向電圧を表すＶ_Ｆを用いると、電圧Ｖ_ＬＥＤの値はｍ×Ｖ_Ｆによって表されてよい。従って、発光素子２１は、ｔ_０〜ｔ_２の間は導通しておらず、電源回路１１０によって供給される整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣは、二端子電流コントローラ１２０及び発光素子２５におけるｎ個の発光ユニットに印加される。

電圧Ｖ_ＡＫが電圧Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’よりも大きいｔ_２からｔ_４の間、二端子電流コントローラ１２０はオフされ、よって、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣに関連する電流が発光素子２１及び２５を通る。電流Ｉ_ＡＫは零まで下がり、電流Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ}は電圧Ｖ_ＡＫとともに変化する。従って、発光素子２１がｔ_２からｔ_４の間に導通しているとき、二端子電流コントローラ１２０に印加される電圧Ｖ_ＡＫは、発光デバイス２０が整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣに対する電圧分割を実行するように、供給される。

電圧Ｖ_ＡＫが電圧Ｖ_ＤＲＯＰと電圧Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ}’との間の値まで下がるｔ_４からｔ_５の間、二端子電流コントローラ１２０はオンされ、それにより、電流Ｉ_ＡＫを特定の電流Ｉ_ＭＡＸ’に制限し、電流Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ}を再び零に保つ。電圧Ｖ_ＡＫが電圧Ｖ_ＤＲＯＰを下回るｔ_５からｔ_６の間、電流Ｉ_ＡＫは、特定の態様において電圧Ｖ_ＡＫとともに低下する。図７及び図９において表されるように、電流Ｉ_ＬＥＤの値は、電流Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ}を再び零及び電流Ｉ_ＡＫの和である。本発明の第２の実施形態に従う二端子電流コントローラ１２０は、有効な動作電圧範囲（例えば、ｔ_０〜ｔ_２及びｔ_４〜ｔ_６の間の整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの出力）を増大させて、ＬＥＤ照明装置２００の力率を高めることができる。

図１０は、本発明の第３の実施形態に従うＬＥＤ照明装置３００の図である。ＬＥＤ照明装置３００は、電源回路１１０と、複数の二端子電流コントローラと、発光デバイス３０とを有する。類似する構造を有するが、本発明の第２及び第３の実施形態は、ＬＥＤ照明装置３００が複数の二端子電流コントローラ（例示のため、図１０においては、４つの二端子電流コントローラ１２１〜１２４が表されている。）を有し、発光デバイス３０が複数の発光素子（例示のため、図１０においては、５つの発光素子２１〜２５が表されている。）を有する点で相違する。発光素子２１〜２４は夫々、対応する二端子電流コントローラ１２１〜１２４と並列結合されており、直列結合された複数の発光ユニットを有する。ここで、Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ１}〜Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ４}は夫々、発光素子２１〜２４を通って流れる電流を表し、Ｖ_ＡＫ１〜Ｖ_ＡＫ４は夫々、発光素子２１〜２４に印加される電圧を表す。発光素子２５は、二端子電流コントローラ１２１〜１２４と直列結合されており、直列結合された複数の発光ユニットを有する。ここで、Ｉ_ＬＥＤは、発光素子２５を通って流れる電流を表し、Ｖ_ＬＥＤは、発光素子２５に印加される電圧を表す。夫々の発光ユニットは、単一の発光ダイオード又は複数の発光ダイオードを有してよい。図１０は、単一の発光ダイオードを用いる実施形態を表す。図１０において表される実施形態では、二端子電流コントローラ１２１〜１２４は夫々、対応する電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａ及び対応する調整ユニット１２１Ｂ〜１２４Ｂを有し、電圧Ｖ_ＡＫ１〜Ｖ_ＡＫ４に従って、対応する発光デバイス２１〜２４を通って流れる電流をレギュレートするよう構成される。ここで、Ｉ_ＡＫ１〜Ｉ_ＡＫ４は夫々、電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａを通って流れる電流を表し、Ｖ_ＡＫ１〜Ｖ_ＡＫ４は夫々、電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａに印加される電圧を表す。本発明の第３の実施形態において、電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａのバリア電圧は、対応する発光素子２１〜２４の全体のバリア電圧よりも小さい。

図１１Ａ〜１１Ｄ及び図１２は、ＬＥＤ照明装置３００の動作を表す。図１１Ａ〜１１Ｄは、電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａの電流−電圧特性を表す図であり、図１２は、ＬＥＤ照明装置３００の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。調整ユニット１２１Ｂ〜１２４Ｂは、二端子電流コントローラ１２１〜１２４が第２のモードにおいて動作する場合のＩ_ＭＡＸ’の値と、第２のモードと第３のモードとの間を切り替えるＶ_{ＯＮ＿ＴＨ}’及びＶ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’の値とを調整することによって、様々な特性を備えた柔軟な設計を提供することができる。図１１Ａ〜１１Ｄにおいて表される実施形態では、Ｉ_ＭＡＸ１＜Ｉ_ＭＡＸ２＜Ｉ_ＭＡＸ３＜Ｉ_ＭＡＸ４、Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ１}＜Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ２}＜Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ３}＜Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ４}、及びＶ_{ＯＦＦ＿ＴＨ１}＜Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ２}＜Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ３}＜Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ４}である。

図１２は、ＬＥＤ照明装置３００の動作時の電圧Ｖ_ＡＣ及び電流Ｉ_ＬＥＤの波形を表す。整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの値は時間とともに周期的に変化するので、ｔ_０からｔ_１０の間の周期が例示のために用いられ、ｔ_０からｔ_５の間の期間は整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり期間であり、ｔ_５からｔ_１０の間の期間は整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち下がり期間である。

立ち上がり期間ｔ_０からｔ_５の間のＬＥＤ照明装置３００の動作は、これによって説明される。電圧Ｖ_ＡＫ１〜Ｖ_ＡＫ４が整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣとともに増大するｔ_０からｔ_１の間、二端子電流コントローラ１２１〜１２４は、より小さいバリア電圧に起因して、より早くオンされ、電流は、電源回路１１０から発光素子２５へと順次に電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａを介して流れる（すなわち、Ｉ_ＬＥＤ＝Ｉ_ＡＫ１＝Ｉ_ＡＫ２＝Ｉ_ＡＫ３＝Ｉ_ＡＫ４及びＩ_{ＬＥＤ＿ＡＫ１}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ２}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ３}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ４}＝０）。電圧Ｖ_ＡＫ１が電圧Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ１}よりも大きいｔ_１からｔ_２の間、二端子電流コントローラ１２１は最初にオフされ、電流は、電源回路１１０から発光素子２５へと順次に発光素子２１及び電流制限ユニット１２２Ａ〜１２４Ａを介して流れる（すなわち、Ｉ_ＬＥＤ＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ１}＝Ｉ_ＡＫ２＝Ｉ_ＡＫ３＝Ｉ_ＡＫ４及びＩ_ＡＫ１＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ２}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ３}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ４}＝０）。電圧Ｖ_ＡＫ２が電圧Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ２}よりも大きいｔ_２からｔ_３の間、二端子電流コントローラ１２２が次にオフされ、電流は、電源回路１１０から発光素子２５へと順次に発光素子２１、発光素子２２及び電流制限ユニット１２３Ａ〜１２４Ａを介して流れる（すなわち、Ｉ_ＬＥＤ＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ１}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ２}＝Ｉ_ＡＫ３＝Ｉ_ＡＫ４及びＩ_ＡＫ１＝Ｉ_ＡＫ２＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ３}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ４}＝０）。電圧Ｖ_ＡＫ３が電圧Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ３}よりも大きいｔ_３からｔ_４の間、二端子電流コントローラ１２３が次にオフされ、電流は、電源回路１１０から発光素子２５へと順次に発光素子２１、発光素子２２、発光素子２３及び電流制限ユニット１２４Ａを介して流れる（すなわち、Ｉ_ＬＥＤ＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ１}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ２}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ３}＝Ｉ_ＡＫ４及びＩ_ＡＫ１＝Ｉ_ＡＫ２＝Ｉ_ＡＫ３＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ４}＝０）。電圧Ｖ_ＡＫ４が電圧Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ４}よりも大きいｔ_４からｔ_５の間、二端子電流コントローラ１２４が次にオフされ、電流は、電源回路１１０から発光素子２５へと順次に発光素子２１〜２４を介して流れる（すなわち、Ｉ_ＬＥＤ＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ１}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ２}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ３}＝Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ４}及びＩ_ＡＫ１＝Ｉ_ＡＫ２＝Ｉ_ＡＫ３＝Ｉ_ＡＫ４＝０）。電圧Ｖ_ＡＫ４、Ｖ_ＡＫ３、Ｖ_ＡＫ２及びＶ_ＡＫ１が夫々順次にＶ_{ＯＮ＿ＴＨ４}’、Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ３}’、Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ２}’及びＶ_{ＯＮ＿ＴＨ１}’を下回る立ち下がり期間ｔ_５からｔ_１０の間、電流制限ユニット１２４Ａ〜１２１Ａは夫々、ｔ_６〜ｔ_９で順次にオンされる。立ち下がり期間ｔ_５からｔ_１０の間のＬＥＤ照明装置３００の動作は、先に説明された対応する立ち上がり期間ｔ_０からｔ_５の間の動作に類似する。言い換えると、同じ期間の間、発光素子２５は最も長い導通時間を有し、発光素子２１は二番目に長い導通時間を有し、発光素子２４は最も短い導通時間を有する。多くの用途において、発光素子２１〜２４は、異なる発光を提供し又は異なる時点で発光するよう、要求されてよい。このように、本発明は、調整ユニット１２１Ｂ〜１２４Ｂを用いて柔軟な設計を提供することができる。

図１３は、本発明の第４の実施形態に従うＬＥＤ照明装置４００の図である。ＬＥＤ照明装置４００は、電源回路１１０と、複数の二端子電流コントローラと、発光デバイス４０とを有する。第３の実施形態と類似する構造を有しており、ＬＥＤ照明装置４００も複数の二端子電流コントローラ（例示のために、図１３においては、５つの二端子電流コントローラ１２１〜１２５が表されている。）及び複数の発光素子（例示のために、図１３においては、４つの発光素子２１〜２４が表されている）を有するが、二端子電流コントローラ１２１〜１２４が夫々対応する発光素子２１〜２４と並列結合されており且つ二端子電流コントローラ１２１５が発光素子２１〜２４と直列結合されている点で、ＬＥＤ照明装置３００と相違する。

図１４は、本発明の第４の実施形態に従うＬＥＤ照明装置４００の動作を表す電圧及び電流の波形を示す。先に説明されたように、二端子電流コントローラ１２１〜１２４はｔ_４からｔ_５の間オフされ、発光素子２１〜２４を通る電流Ｉ_ＬＥＤは、電源回路１１０によって供給される整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣによって決定される。図１０及び図１２において表される第３の実施形態では、電源回路１１０が安定した出力を供給することができない場合、電流Ｉ_ＬＥＤは発光素子２１〜２５の最大動作電流を超えて、永久的な損傷を装置において引き起こしうる。従って、本発明の第４の実施形態に従うＬＥＤ照明装置４００では、二端子電流コントローラ１２５は、電流Ｉ_ＬＥＤを、様々な用途において調整されうる特定の値Ｉ_ＭＡＸ５に保つよう構成される。図１４において表されるＩ_ＭＡＸ１〜Ｉ_ＭＡＸ５の間の関係は、単に例示のためにすぎない。

図１５は、本発明の第５の実施形態に従うＬＥＤ照明装置５００の図である。ＬＥＤ照明装置５００は、電源回路４１０と、二端子電流コントローラ１２０と、発光デバイス１０とを有する。類似する構造を有するが、本発明の第１及び第５の実施形態は、電源回路において相違する。本発明の第１の実施形態では、電源回路１１０は、ブリッジ整流器１１２によりＡＣ電圧ＶＳ（例えば、１１０〜２２０Ｖの本線）を整流して、時間とともに値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣを供給するよう構成される。本発明の第５の実施形態では、電源回路４１０は、何らかのＡＣ電圧ＶＳを受け取り、ＡＣ−ＡＣコンバータ４１２により電圧変換を行い、変換されたＡＣ電圧ＶＳをブリッジ整流器１１２により整流して、時間とともに値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣを供給するよう構成される。また、ＬＥＤ照明装置５００の動作を説明するために、図５及び図６が参照されてよい。同様に、本発明の第２乃至第４の実施形態も、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣを供給するために電源回路４１０を使用してよい。

図１６及び図１７は、二端子電流コントローラ１２０の表される実施形態の図である。これら２つの実施形態において、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａは、抵抗Ｒ１〜Ｒ７と、スイッチＱＮと、コンパレータＣＰ１と、バンドギャップ基準電圧発生器５０と、電圧検出回路７０とを有する。バンドギャップ基準電圧発生器５０は、概して、温度に無関係の出力特性を達成して、安定した基準電圧Ｖ_ＲＥＦを供給するために、正及び負の温度係数を有するデバイスを採用する。

抵抗Ｒ１は、スイッチＱＮを通って流れる電流を検出して、対応するフィードバック電圧Ｖ_ＦＢを供給するために使用される。抵抗Ｒ２〜Ｒ４は、基準電圧Ｖ_ＲＥＦに従って基準電圧Ｖ_ＲＥＦ１及びＶ_ＲＥＦ２を供給する分圧回路を形成する。コンパレータＣＰ１は、基準電圧Ｖ_ＲＥＦ１を受ける正入力端と、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢを受ける負入力端とを有し、基準電圧Ｖ_ＲＥＦ１とフィードバック電圧Ｖ_ＦＢとの間の関係に従って制御信号Ｖ_ｇをスイッチ_ＱＮへ出力するよう構成される。

スイッチＱＮは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、又は同様の機能を備えた他のデバイスを有してよい。図１６及び図１７において表される実施形態では、Ｎタイプ金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ）トランジスタが例示のために使用されている。制御信号Ｖ_ｇを受けるようコンパレータＣＰ１へ結合されたゲートにより、スイッチＱＮのドレイン−ソース間電圧、ゲート−ソース間電圧及び閾電圧は夫々、Ｖ_ＤＳ、Ｖ_ＧＳ及びＶ_ＴＨによって表される。スイッチＱＮが線形領域において動作するとき、そのドレイン電流は主にドレイン−ソース間電圧Ｖ_ＤＳによって決定される。スイッチＱＮが飽和領域において動作するとき、そのドレイン電流はゲート−ソース間電圧Ｖ_ＧＳにしか関連しない。

整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり期間の間、スイッチＱＮのドレイン−ソース間電圧Ｖ_ＤＳは、電圧Ｖ_ＡＫとともに増大する。電圧Ｖ_ＡＫがＶ_ＤＲＯＰを超えないとき、ドレイン−ソース間電圧Ｖ_ＤＳは、ゲート−ソース間電圧Ｖ_ＧＳと閾電圧Ｖ_ＴＨとの間の差よりも小さい（Ｖ_ＤＳ＜Ｖ_ＧＳ−Ｖ_ＴＨ）。コンパレータＣＰ１は、ドレイン電流が主にドレイン−ソース間電圧Ｖ_ＤＳによって決定される線形領域においてスイッチＱＮが動作することを可能にする制御信号Ｖ_ｇを供給する。言い換えると、二端子電流コントローラ１２０は、線形領域において動作するときのスイッチＱＮのＩ−Ｖ特性に対応する関係を有する電流Ｉ_ＡＫ及びＶ_ＡＫを供給するよう構成される。

Ｖ_ＤＲＯＰ＜Ｖ_ＡＫ＜Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’の場合の整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち上がり期間の間、ドレイン−ソース間電圧Ｖ_ＤＳは、ゲート−ソース間電圧Ｖ_ＧＳと閾電圧Ｖ_ＴＨとの間の差よりも大きい（Ｖ_ＤＳ＞Ｖ_ＧＳ−Ｖ_ＴＨ）。コンパレータＣＰ１は、Ｖ_ＧＳ＞Ｖ_ＴＨをもたらす制御信号Ｖ_ｇを供給して、スイッチＱＮが飽和領域において動作することを可能にする。この時点で、スイッチＱＮのドレイン電流は、ゲート−ソース間電圧Ｖ_ＧＳにしか関連しない。言い換えると、電流Ｉ_ＡＫは電圧Ｖ_ＡＫとともに変化しない。

電圧検出回路７０は、論理回路７２と、電圧エッジ検出回路７４と、２つのコンパレータＣＰ２及びＣＰ３とを有する。コンパレータＣＰ２は、基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２を受ける正入力端と、電圧Ｖ_ＯＮを受ける負入力端とを有し、電圧Ｖ_ＯＮと基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号Ｖ_{ＯＮ＿ＴＮ}’を出力するよう構成される。コンパレータＣＰ３は、電圧Ｖ_ＯＦＦを受ける正入力端と、基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２を受ける負入力端とを有し、電圧Ｖ_ＯＦＦと基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’を出力するよう構成される。

コンパレータＣＰ２は、電圧Ｖ_ＡＫとＶ_{ＯＮ＿ＴＨ}’との間の関係を決定してよく、一方、コンパレータＣＰ３は、電圧Ｖ_ＡＫとＶ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’との間の関係を決定してよい。一方では、電圧Ｖ_ＡＫがＶ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’とＶ_{ＯＮ＿ＴＨ}’との間にあるとき、電圧エッジ検出回路７４は、整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣが立ち上がり期間の間又は立ち下がり期間の間にあるかどうかを決定するよう構成される。電圧エッジ検出回路７４並びにコンパレータＣＰ２及びＣＰ３の結果に基づき、論理回路７２は、対応する制御信号をコンパレータＣＰ１へ出力する。電圧Ｖ_ＡＫがＶ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’とＶ_{ＯＮ＿ＴＨ}’との間にある整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち上がり期間の間、コンパレータＣＰ１は、閾電圧Ｖ_ＴＨよりも小さい制御信号Ｖ_ｇを供給し、それにより、スイッチＱＮをオフし、電流Ｉ_ＡＫを零に保つ。電圧Ｖ_ＡＫがＶ_{ＯＮ＿ＴＨ}’とＶ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’との間にある整流ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣの立ち下がり期間の間、コンパレータＣＰ１は、閾電圧Ｖ_ＴＨよりも大きい制御信号Ｖ_ｇを供給し、それにより、スイッチＱＮを飽和領域において動作させ、電流Ｉ_ＡＫをＩ_ＭＡＸ’に保つ。

図１６において表される実施形態では、調整ユニット１２０Ｂは、どのように基準電圧Ｖ_ＲＥＦが電圧分割によってコンパレータＣＰ１〜ＣＰ３へ供給されるのかを調整するよう値が変化する抵抗Ｒ８を有する。言い換えると、基準電圧Ｖ_ＲＥＦ１及びＶ_ＲＥＦ２の値は、柔軟に調整されてよい。先に説明されたように、コンパレータＣＰ１は、基準電圧Ｖ_ＲＥＦ１とフィードバック電圧Ｖ_ＦＢとの間の関係に従って制御信号Ｖ_ｇをスイッチＱＮへ出力するよう構成され、コンパレータＣＰ２は、電圧Ｖ_ＯＮと基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ}’を出力するよう構成され、コンパレータＣＰ３は、電圧Ｖ_ＯＦＦと基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’を出力するよう構成される。スイッチＱＮのドレイン電流は、飽和領域において動作する場合にゲート−ソース間電圧Ｖ_ＧＳにしか関連しないので、（二端子電流コントローラ１２０が第２のモードにおいて動作する場合の）電流Ｉ_ＭＡＸ’並びに（第１のモードと第３のモードとの間を切り替えるための）電圧Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ}’及びＶ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’の値は、調整ユニット１２０Ｂにより調整されてよい。従って、本発明は、様々な特性を備えた柔軟な設計を提供することができる。

図１７において表されている実施形態では、調整ユニット１２０Ｂは、抵抗Ｒ８〜Ｒ９及びヒューズＦ１〜Ｆ３を有する。抵抗Ｒ８〜Ｒ９は、ヒューズＦ１〜Ｆ３をレーザ又は電流によりきることによって、様々に抵抗Ｒ３及びＲ４へ結合されてよく、それにより、電圧分割を実行する場合に等価抵抗を調整する。例えば、抵抗Ｒ８は、ヒューズＦ１のみをきることによって抵抗列Ｒ３＋Ｒ４と並列に結合されてよく、抵抗Ｒ８＋Ｒ９は、ヒューズＦ１及びＦ２のみをきることによって抵抗列Ｒ３＋Ｒ４と並列に結合されてよく、そして、余分の抵抗は、ヒューズＦ３のみをきることによっては抵抗列Ｒ３＋Ｒ４と並列に結合されない。本発明は、同様の結果が達成され得る限りは、直列又は並列に抵抗が結合される他の抵抗−ヒューズ構成を採用してよい。従って、本発明は、どのように基準電圧Ｖ_ＲＥＦが電圧分割によってコンパレータＣＰ１〜ＣＰ３へ供給されるのかを調整することができる。言い換えると、基準電圧Ｖ_ＲＥＦ１及びＶ_ＲＥＦ２の値は柔軟に調整され得る。先に説明されたように、コンパレータＣＰ１は、基準電圧Ｖ_ＲＥＦ１とフィードバック電圧Ｖ_ＦＢとの間の関係に従って制御信号Ｖ_ｇをスイッチＱＮへ出力するよう構成され、コンパレータＣＰ２は、電圧Ｖ_ＯＮと基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ}’を出力するよう構成され、コンパレータＣＰ３は、電圧Ｖ_ＯＦＦと基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号Ｖ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’を出力するよう構成される。スイッチＱＮのドレイン電流は飽和領域において動作する場合にゲート−ソース間電圧Ｖ_ＧＳにしか関連しないので、（二端子電流コントローラ１２０が第２のモードにおいて動作する場合の）電流Ｉ_ＭＡＸ’並びに（第２のモードと第３のモードとの間を切り替えるための）電圧Ｖ_{ＯＮ＿ＴＨ}’及びＶ_{ＯＦＦ＿ＴＨ}’の値は、調整ユニット１２０Ｂにより調整されてよい。従って、本発明は、様々な特性を備えた柔軟な設計を提供することができる。

図１６において表されている実施形態では、ユーザが電流を調整してよい。図１７において表されている実施形態では、二端子電流コントローラの製造者が、ユーザのために電流を調整してよい。例えば、調整ユニットは、二端子電流コントローラのＩＣに組み込まれてよい。内蔵（ビルトイン）抵抗、及びレーザによりヒューズをとばすこと（laser-burning）は、当業者にはよく知られている。図１６及び図１７は、単に例示のためにすぎず、本発明の適用範囲を制限しない。

本発明のＬＥＤ照明装置１００、２００、３００、４００及び５００において、二端子電流コントローラ１２０〜１２５の数、発光素子２１〜２５の数及び構成、並びに電源回路１１０及び４１０のタイプは、種々の用途に従って決定されてよい。図４、７、１０及び１２は、単に例示のためにすぎず、本発明の適用範囲を制限しない。また、図１６において表されている二端子電流コントローラ１２０は、本発明の一実施形態であり、図５、６、８、９及び１１Ａ〜１１Ｄにおいて示される特徴を提供することができる装置によって置換されてよい。

本発明のＬＥＤ照明装置は、二端子電流コントローラを用いて、直列結合された発光ダイオードを通って流れる電流をレギュレートするとともに、オンされる発光ダイオードの数を制御する。発光ダイオードの幾つかは、力率を改善するために、整流ＡＣ電圧が全ての発光ダイオードの全体のバリア電圧に達する前に、導通してよい。従って、本発明は、広い有効動作電圧範囲及び高い輝度を有する照明装置を提供することができる。

当業者は、本発明の教示を維持しながら装置及び方法の多くの変更及び代替が行われ得ることを容易に認識するであろう。

１０，２０，３０，４０ 発光デバイス
２１〜２５ 発光素子
５０ バンドギャップ基準電圧発生器
７０ 電圧検出回路
７２ 論理回路
７４ 電圧エッジ検出回路
１００，２００，３００，４００，５００ ＬＥＤ照明装置
１１０，４１０ 電源回路
１１２ ブリッジ整流器
１２０，１２１〜１２５ 二端子電流コントローラ
１２０Ａ，１２１Ａ〜１２４Ａ 電流制限ユニット
１２０Ｂ，１２１Ｂ〜１２４Ｂ 調整ユニット
４１２ ＡＣ−ＡＣコンバータ
ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３ コンパレータ
Ｄ_１〜Ｄ_ｍ，Ｄ_ｎ 発光ユニット
Ｆ１〜Ｆ３ ヒューズ
Ｉ_ＡＫ 電流制限ユニットを通る電流
Ｉ_ＬＥＤ，Ｉ_{ＬＥＤ＿ＡＫ} 発光デバイスを通る電流
Ｒ１〜Ｒ９ 抵抗
Ｖ_ＡＣ 整流ＡＣ電圧
Ｖ_ＡＫ，Ｖ_ＬＥＤ 発光デバイスに印加される電圧
Ｖｂ 各発光ユニットのバリア電圧
Ｖｂ’ 二端子電流コントローラのバリア電圧
Ｖ_ｇ 制御信号
Ｖ_ＦＢ フィードバック電圧
Ｖ_ＲＥＦ，Ｖ_ＲＥＦ１，Ｖ_ＲＥＦ２ 基準電圧
ＶＳ ＡＣ電圧
ＱＮ スイッチ

Claims (17)

1. 第１の電流に従って光を供給するよう構成される発光デバイスと、
   前記発光デバイスと並列結合され、該発光デバイスに印加される電圧に従って前記第１の電流をレギュレートするよう構成される二端子電流コントローラと
   を有し、
   前記発光デバイスに印加される前記電圧が第１の電圧を超えない整流ＡＣ電圧の立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第１のモードにおいて動作し、
   前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが第２の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第２のモードにおいて動作し、
   前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第２の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第３のモードにおいて動作し、
   前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧と前記第２の電圧よりも大きい第３の電圧との間にある前記整流ＡＣ電圧の立ち下がり期間の間、前記二端子電流コントローラは前記第２のモードにおいて動作し、
   前記二端子電流コントローラは、
   前記二端子電流コントローラが前記第１のモードにおいて動作する場合に、前記整流ＡＣ電流に関連する第２の電流を導き、前記発光デバイスに印加される前記電圧に従って前記第２の電流をレギュレートし、前記第１の電流を零に保ち、
   前記二端子電流コントローラが前記第２のモードにおいて動作する場合に、前記第２の電流を導き、該第２の電流を零よりも大きい一定値である第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保ち、
   前記二端子電流コントローラが前記第３のモードにおいて動作する場合にオフする
   よう構成される電流制限ユニットと、
   前記第１の所定値及び前記第２の電圧を調整するよう構成される調整ユニットと
   を有し、
   前記電流制限ユニットは、
   制御信号に従って前記第２の電流を導くよう構成されるスイッチと、
   バンドギャップ基準電圧を供給するよう構成されるバンドギャップ基準電圧発生器と、
   前記バンドギャップ基準電圧を分圧することによって第１の基準電圧及び第２の基準電圧を供給するよう構成される第１の分圧回路と、
   前記整流ＡＣ電圧を分圧することによって第４の電圧及び第５の電圧を供給するよう構成される第２の分圧回路と、
   前記スイッチと直列結合され、前記第２の電流を検出して、対応するフィードバック電圧を供給するよう構成される電流検出回路と、
   前記整流ＡＣ電圧が前記立ち上がり期間又は前記立ち下がり期間の間にあるかどうかを決定するよう構成される電圧エッジ検出回路と、
   前記第１の基準電圧と前記フィードバック電圧との間の関係、前記第２の電圧、前記第３の電圧、及び前記電圧エッジ検出回路の決定された結果に従って、前記制御信号を供給するよう構成される第１のコンパレータと、
   前記第２の基準電圧と前記第４の電圧との間の関係に従って、前記第２の電圧を供給するよう構成される第２のコンパレータと、
   前記第２の基準電圧と前記第５の電圧との間の関係に従って、前記第３の電圧を供給するよう構成される第３のコンパレータと
   を有する、ＬＥＤ照明装置。
2. 前記調整ユニットは、前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧を調整するよう前記第１の分圧回路と並列結合される抵抗を有する、
   請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記調整ユニットは、
   抵抗と、
   前記抵抗と並列結合されるヒューズと
   を有し、
   前記ヒューズは、切れた場合に前記抵抗を前記第１の分圧回路と並列に結合して、前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧を調整する、
   請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記調整ユニットは、
   抵抗と、
   前記抵抗と直列結合されるヒューズと
   を有し、
   前記ヒューズは、切れない場合に前記抵抗を前記第１の分圧回路と並列に結合して、前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧を調整する、
   請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えない前記立ち下がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、
   前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが前記第３の電圧を超えない前記立ち下がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流を前記第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保つよう構成される、
   請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
6. 前記二端子電流コントローラは、前記発光デバイスに印加される前記電圧に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、それにより、前記発光デバイスに印加される前記電圧と前記第２の電流との間の関係は、前記スイッチが特定の動作範囲において動作する場合の特性に対応する、
   請求項５に記載のＬＥＤ照明装置。
7. 前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、
   前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流を前記第１の所定値に保つよう構成される、
   請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
8. 前記二端子電流コントローラをオンするバリア電圧は、前記発光デバイスをオンするバリア電圧よりも小さい、
   請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
9. 直列に結合されるｎ個の発光デバイスと、
   ｎ個の二端子電流コントローラと
   をさらに有し、
   前記ｎ個の発光デバイスの夫々は、対応する第１の電流に従って光を供給するよう構成され、
   前記ｎ個の二端子電流コントローラの夫々は、
   前記ｎ個の発光デバイスの中の対応する発光デバイスと並列結合され、該対応する発光デバイスに印加される電圧に従って前記対応する第１の電流をレギュレートするよう構成され、
   前記対応する発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記第１のモードにおいて動作し、
   前記対応する発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが前記第２の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記第２のモードにおいて動作し、
   前記対応する発光デバイスに印加される前記電圧が前記第２の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、前記第３のモードにおいて動作する、
   請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
10. 前記ｎ個の発光デバイスと直列結合される（ｎ＋１）番目の二端子電流コントローラをさらに有し、
    前記（ｎ＋１）番目の二端子電流コントローラは、
    前記ｎ個の二端子電流コントローラがオフされる場合に前記第１の電流を第２の所定値に保つよう構成される（ｎ＋１）番目の電流制限ユニットと、
    前記第２の所定値を調整するよう構成される（ｎ＋１）番目の調整ユニットと
    を有する、
    請求項９に記載のＬＥＤ照明装置。
11. 負荷を通る第１の電流を制御する二端子電流コントローラであって、
    前記負荷に印加される電圧が第１の電圧を超えない整流ＡＣ電圧の立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは、第１のモードにおいて動作し、
    前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが第２の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは、第２のモードにおいて動作し、
    前記負荷に印加される前記電圧が前記第２の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは、第３のモードにおいて動作し、
    前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧と前記第２の電圧よりも大きい第３の電圧との間にある前記整流ＡＣ電圧の立ち下がり期間の間、当該二端子電流コントローラは、前記第２のモードにおいて動作し、
    当該二端子電流コントローラは、
    当該二端子電流コントローラが前記第１のモードにおいて動作する場合に、前記整流ＡＣ電流に関連する第２の電流を導き、前記負荷に印加される前記電圧に従って前記第２の電流をレギュレートし、前記第１の電流を零に保ち、
    前記二端子電流コントローラが前記第２のモードにおいて動作する場合に、前記第２の電流を導き、該第２の電流を零よりも大きい一定値である第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保ち、
    前記二端子電流コントローラが前記第３のモードにおいて動作する場合にオフする
    よう構成される電流制限ユニットと、
    前記第１の所定値及び前記第２の電圧を調整するよう構成される調整ユニットと
    を有し、
    前記電流制限ユニットは、
    制御信号に従って前記第２の電流を導くよう構成されるスイッチと、
    バンドギャップ基準電圧を供給するよう構成されるバンドギャップ基準電圧発生器と、
    前記バンドギャップ基準電圧を分圧することによって第１の基準電圧及び第２の基準電圧を供給するよう構成される第１の分圧回路と、
    前記整流ＡＣ電圧を分圧することによって第４の電圧及び第５の電圧を供給するよう構成される第２の分圧回路と、
    前記スイッチと直列結合され、前記第２の電流を検出して、対応するフィードバック電圧を供給するよう構成される電流検出回路と、
    前記整流ＡＣ電圧が前記立ち上がり期間又は前記立ち下がり期間の間にあるかどうかを決定するよう構成される電圧エッジ検出回路と、
    前記第１の基準電圧と前記フィードバック電圧との間の関係、前記第２の電圧、前記第３の電圧、及び前記電圧エッジ検出回路の決定された結果に従って、前記制御信号を供給するよう構成される第１のコンパレータと、
    前記第２の基準電圧と前記第４の電圧との間の関係に従って、前記第２の電圧を供給するよう構成される第２のコンパレータと、
    前記第２の基準電圧と前記第５の電圧との間の関係に従って、前記第３の電圧を供給するよう構成される第３のコンパレータと
    を有する、二端子電流コントローラ。
12. 前記調整ユニットは、
    抵抗と、
    前記抵抗と並列結合されるヒューズと
    を有し、
    前記ヒューズは、切れた場合に前記抵抗を前記第１の分圧回路と並列に結合して、前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧を調整する、
    請求項１１に記載の二端子電流コントローラ。
13. 前記調整ユニットは、
    抵抗と、
    前記抵抗と直列結合されるヒューズと
    を有し、
    前記ヒューズは、切れない場合に前記抵抗を前記第１の分圧回路と並列に結合して、前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧を調整する、
    請求項１１に記載の二端子電流コントローラ。
14. 前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えない前記立ち下がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、
    前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが前記第３の電圧を超えない前記立ち下がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流を前記第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保つよう構成される、
    請求項１１に記載の二端子電流コントローラ。
15. 当該二端子電流コントローラは、前記負荷に印加される前記電圧に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、それにより、前記負荷に印加される前記電圧と前記第２の電流との間の関係は、前記スイッチが特定の動作範囲において動作する場合の特性に対応する、
    請求項１４に記載の二端子電流コントローラ。
16. 前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、
    前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流を前記第１の所定値に保つよう構成される、
    請求項１１に記載の二端子電流コントローラ。
17. 当該二端子電流コントローラをオンするバリア電圧は、前記負荷をオンするバリア電圧よりも小さい、
    請求項１１に記載の二端子電流コントローラ。

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