JP5773394B2 - ソリッドステート照明システムの深調光を提供する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、ソリッドステート照明器具のためのディマーの制御に向けられている。より具体的には、ここで開示される様々な発明方法及び装置は、特に最低光レベルで、ソリッドステート照明システムの光出力の範囲を広げることに関する。

デジタル又はソリッドステート照明技術、すなわち、半導体光源（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等）に基づく照明は、従来の蛍光ランプ、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ、及び白熱ランプに対して、発展しうる代替案を提示する。ＬＥＤの機能上の長所及び利点には、高いエネルギ変換及び光効率、耐久性、より低い動作コスト、及びその他たくさんのものがある。ＬＥＤ技術における最近の進歩は、多くの用途において様々な照明効果を可能にする効率的且つロバストな広範囲の光源を提供してきた。そのような光源を組み入れる器具の一部は、例えば、参照により援用される米国特許第６０１６０３８号明細書（特許文献１）、米国特許第６２１１６２６号明細書（特許文献２）及び米国特許第７０１４３３６号明細書（特許文献３）において詳細に論じられるように、白色光及び／又は異なる色の光（例えば、赤、緑及び青）を生成することができる１以上のＬＥＤと、様々な色及び色変化照明効果を生成するためにＬＥＤの出力を独立に制御するコントローラ又はプロセッサとを備える照明モジュールを特徴とする。

多くの照明用途はディマーを使用する。従来のディマーは白熱ランプと適切に協働するが、そのようなディマーが、小型蛍光ランプ（compact fluorescent lamp）（ＣＦＬ）、電子変圧器を用いる低電圧ハロゲンランプ、並びにＬＥＤ及びＯＬＥＤ等のソリッドステート照明（solid state lighting）（ＳＳＬ）ランプを含む他のタイプの電子ランプとともに使用される場合に、しばしば問題が起こる。特に、電子変圧器を用いる低電圧ハロゲンランプは、電気低電圧（electric low voltage）（ＥＬＶ）タイプのディマー又は抵抗容量（resistive-capacitive）（ＲＣ）ディマー等の特別なディマーを用いて調光されてよく、それは、入力で力率補正（power factor correction）（ＰＦＣ）回路を有する負荷とともに適切に動作する。

通常、ディマーは電子スイッチを有する。スイッチが閉じられる（オンされる）とき、電圧が出力に印加され、スイッチが開く（オフされる）とき、電圧は出力に印加されない。様々なタイプの電子スイッチが、従来のディマーにおいて使用されてよい。例えば、トライアックが使用され、それは、オンにあるために最小電流を必要とする。これは所謂保持電流である。ワット量が低いランプ（例えば、ＬＥＤランプ）は、しばしば低い調光レベルではこの最小電流を引き込むことができず、トライアックを誤ってスイッチングさせてフリッカを引き起こす。他のディマーは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を電子スイッチとして用いる。これらのスイッチは最小電流要件を有さず、従って、通常、ＬＥＤランプは、それらのトライアックに基づかないディマーとともにより良く動作する。

通常、従来のディマーは、本線電圧信号の各波形の一部を裁断（chop）し、残りの波形を照明器具へ渡す。前縁（leading edge）又は前方位相（forward-phase）ディマーは、電圧信号波形の前縁を裁断する。後縁（trailing edge）又は逆相（reverse-phase）ディマーは、電圧信号波形の後縁を裁断する。電子負荷（例えば、ＬＥＤドライバ）は、通常、後縁ディマーとともにより良く動作する。

従来のディマーは、固定された最低の、比較的高いＲＭＳ出力電圧を有し、これは、達成され得る最低光ベルを制限する。さらに、ディマーは最大光出力に作用してよく、ディマーによる最大光出力は、ディマーによらない最大光出力よりも低い。例えば、典型的な従来のディマーを用いると、ＬＥＤ電流は、ディマー及びランプに依存して、ディマーによらない総電流の約２０パーセントから約９０パーセントの間でしか変化することができない。幾つかの従来のランプに関し、最低光レベルは３０パーセント程度でありうる。１００パーセントに近い最大光レベルとともに、５パーセント以下の範囲にある最低光レベルの要求がある。

米国特許第６０１６０３８号明細書 米国特許第６２１１６２６号明細書 米国特許第７０１４３３６号明細書

本開示は、概して、特に、「深調光（deep dimming）」と呼ばれる最低光レベルで、ソリッドステート光源の光出力の範囲を最適に広げるための発明方法及び装置に関する。

概して、一態様において、装置は、電力コンバータによるソリッドステート照明ユニットの深調光を可能にするために提供される。当該装置は、位相検出器、処理ユニット及びスイッチを有する。前記位相検出器は、電圧信号を受信し、該電圧信号の波形の立ち上がりを検出するよう構成される。前記処理ユニットは、夫々の検出された立ち上がりに応答して所定のシャットダウン期間を開始するよう構成される。前記スイッチは、前記シャットダウン期間の間前記電力コンバータを非アクティブにする制御信号を供給し、前記電力コンバータが前記シャットダウン期間の間ソリッドステート照明ユニットへ電力を供給することを妨げるよう構成される。

他の態様において、タイミング及び制御回路によって実施される方法は、電力コンバータによるソリッドステート照明ユニットの深調光を可能にするために提供される。当該方法は、整流された電圧信号を受信するステップと、該整流された電圧信号の波形の立ち上がりを検出するステップと、前記電力コンバータが所定のシャットダウン期間の間前記ソリッドステート照明ユニットへ電力を供給することを妨げるよう、夫々の検出された立ち上がりに応答して前記シャットダウン期間の間前記電力コンバータを非アクティブにするステップとを有する。

他の態様において、コンピュータプロセッサによって実行可能なプログラムを記憶するコンピュータ読取可能な媒体は、電力コンバータによるソリッドステート照明ユニットの深調光を可能にするために提供される。当該コンピュータ読取可能な媒体は、受信される整流された電圧信号の波形の立ち上がりを検出する検出コードセグメントと、夫々の検出された立ち上がりに応答して所定のシャットダウン期間の間前記電力コンバータを非アクティブにし、前記電力コンバータが前記シャットダウン期間の間前記ソリッドステート照明ユニットへ電力を供給することを妨げる非アクティブ化コードセグメントとを有する。

本開示のためにここで使用されるように、語「ＬＥＤ」は、電気信号に応答して放射を生成することができるあらゆるエレクトロルミネセント・ダイオード又は他のタイプのキャリア注入／接合に基づくシステムを含むと理解されるべきである。従って、語「ＬＥＤ」は、電流に応答して光を発する様々な半導体に基づく構造、発光ポリマー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、エレクトロルミネセント・ストリップ等を含むが、これらに限られない。特に、語「ＬＥＤ」は、赤外線スペクトル、紫外線スペクトル、及び（一般的に、約４００ナノメートルから約７００ナノメートルまでの放射波長を含む）可視スペクトルの様々な部分のうち１又はそれ以上における放射を生成するよう構成されてよい全てのタイプの発光ダイオードをいう（半導体及び有機発光ダイオードを含む。）。ＬＥＤの幾つかの例には、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（アンバー）色ＬＥＤ、橙色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤ（以下でさらに論じられる。）があるが、これらに限られない。また、当然に、ＬＥＤは、所与のスペクトル（例えば、狭バンド幅、広バンド幅）に係る様々なバンド幅（例えば、半値全幅（full widths at half maximum）（ＦＷＨＭ））及び所与の一般的な色分類範囲内の様々な主波長を有する放射を生成するよう構成及び／又は制御されてよい。

例えば、本質的に白色光を発生させるよう構成されるＬＥＤの実施（例えば、ＬＥＤ白色照明器具）は、共同して本質的に白色光を形成するよう混合するエレクトロルミネセンスの異なるスペクトルを夫々発する多数のダイを有してよい。他の実施において、ＬＥＤ白色照明器具は、第１のスペクトルを有するエレクトロルミネセンスを異なる第２のスペクトルに変換するリン光体材料と結合されてよい。この実施の一例において、比較的短い波長及び狭いバンド幅のスペクトルを有するエレクトロルミネセンスはリン光体材料を励起（pump）して、いくらかより幅広いスペクトルを有するより長い波長の放射を発する。

また、当然に、語「ＬＥＤ」は、ＬＥＤの物理的及び／又は電気的なパッケージタイプを制限しない。例えば、先に論じられたように、ＬＥＤは、夫々異なったスペクトルの放射を発するよう構成される複数のダイ（例えば、個々に制御可能であっても、又はそうでなくてもよい。）を有する単一の発光素子をいう。また、ＬＥＤは、ＬＥＤ（例えば、いずれかのタイプの白色光ＬＥＤ）の欠くことができない部分として考えられるリン光体と結合されてよい。一般的に、用語「ＬＥＤ」は、パッケージ化されたＬＥＤ、パッケージ化されていないＬＥＤ、表面実装ＬＥＤ、チップオンボードＬＥＤ、Ｔパッケージ実装ＬＥＤ、ラジアルパッケージＬＥＤ、パワーパッケージＬＥＤ、何らかのタイプの包装及び／又は光学素子（例えば、拡散レンズ）を含むＬＥＤ、等をいう。

語「光源」は、ＬＥＤに基づく光源（上記のＬＥＤの１又はそれ以上を有する。）、白熱光源（例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光光源、リン光体光源、高輝度放電光源（例えば、ナトリウム蒸気、水銀蒸気、及び金属ハロゲン化物ランプ）、レーザ、他のタイプのエレクトロルミネセント光源、パイロ（pyro-）ルミネセント光源（例えば、炎）、キャンドル・ルミネセント光源（例えば、ガスマントル、カーボンアーク放射源）、光（photo-）ルミネセント光源（例えば、ガス放電源）、電子飽和を用いるカソード・ルミネセント光源、ガルバノ・ルミネセント光源、結晶（crystallo-）ルミネセント光源、キネ（kine-）ルミネセント光源、熱（thermo-）ルミネセント光源、トリボルミネセント（triboluminescent）光源、音ルミネセント（sonoluminescent）光源、放射線ルミネセント（radioluminescent）光源、及びルミネセント・ポリマーを含むがこれらに限られない様々な放射線源のうちいずれか１つ又はそれ以上をいうと理解されるべきである。

所与の光源は、可視スペクトル内、可視スペクトル外、又はそれらの組み合わせの電磁放射を発生させるよう構成されてよい。従って、語「光」及び「放射（線）」は、ここでは同義的に使用される。さらに、光源は、１又はそれ以上のフィルタ（例えば、カラーフィルタ）、レンズ、又は他の光学部品を、欠くことができない部品として有してよい。また、当然に、光源は、指示、表示及び／又は照明を含むがこれらに限られない様々な用途のために構成されてよい。「照射源」は、特に、内部又は外部の空間を有効に照らすのに十分な強さを有する放射を発生させるよう構成される光源である。これに関連して、「十分な強さ」は、周囲の照射（すなわち、間接的に認知され、例えば、全体的に又は部分的に認知される前に様々な介在面のうち１又はそれ以上から反射される光）を提供するよう空間又は環境において生成される可視スペクトルにおける十分な放射電力をいう（単位「ルーメン」は、放射電力、すなわち「光束」に関して、全ての方向において光源から出力される全ての光を表すために、しばしば用いられる。）。

語「照明器具」は、特定の形状因子、アセンブリ、又はパッケージにおける１又はそれ以上の照明ユニットの実装又は配置に言及するために、ここでは用いられる。語「照明ユニット」は、同じ又は異なるタイプの１又はそれ以上の光源を含む装置に言及するために、ここでは用いられる。所与の光ユニットは、光源のための様々な実装配置、包装／筐体配置及び形状、及び／又は電気的及び機械的な接続構成のうちいずれか１つを有してよい。さらに、所与の照明ユニットは、任意に、光源の動作に関連する様々な他の部品（例えば、制御回路）と関連付けられてよい（例えば、その部品を含む、その部品へ結合される、及び／又はその部品とともにパッケージ化される）。「ＬＥＤに基づく照明ユニット」は、単独で、又は他のＬＥＤに基づかない光源とともに、上記の１又はそれ以上のＬＥＤに基づく光源を含む照明ユニットをいう。「マルチチャネル」照明ユニットは、夫々異なるスペクトルの放射を発生させるよう構成される少なくとも２つの光源を含むＬＥＤに基づく又はＬＥＤに基づかない照明ユニットをいい、夫々の異なる光源スペクトルは、マルチチャネル照明ユニットの「チャネル」と呼ばれてよい。

語「コントローラ」は、概して、１又はそれ以上の光源の動作に関する様々な装置を記載するために、ここでは用いられる。コントローラは、ここで論じられる様々な機能を実行するよう多数の方法において（例えば、専用のハードウェアを有して）実施され得る。「プロセッサ」は、ここで論じられる様々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）を用いてプログラミングされる１又はそれ以上のマイクロプロセッサを用いるコントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを用いて又は用いることなく実施されてよく、また、一部の機能を実行するための専用のハードウェア及び他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば、１又はそれ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）の組み合わせとして実施されてよい。本開示の様々な実施形態において用いられるコントローラ部品の例には、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マブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）があるが、これらに限られない。

様々な実施において、プロセッサ及び／又はコントローラは、１又はそれ以上の記憶媒体（ここでは概して「メモリ」と呼ばれる。例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラム可能ＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、電気的ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ドライブ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ等の揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリ。）と結合されてよい。幾つかの実施において、記憶媒体は、１又はそれ以上のプロセッサ及び／又はコントローラで実行される場合に、ここで論じられる機能のうち少なくとも幾つかを実行する１又はそれ以上のプログラムによりエンコードされてよい。様々な記憶媒体は、プロセッサ又はコントローラ内に固定されてよく、あるいは可搬型であってよく、それにより、記憶媒体に記憶されている１又はそれ以上のプログラムは、ここで論じられる本発明の様々な態様を実施するように、プロセッサ又はコントローラにロードされ得る。語「プログラム」又は「コンピュータプログラム」は、１又はそれ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用いられ得るあらゆる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）に言及するために、一般的な意味においてここでは用いられる。

当然に、上記の概念及び以下でより詳細に論じられる更なる概念の全ての組み合わせ（そのような概念が相互に矛盾していないという条件で。）は、ここで開示される発明対象の部分であると考えられる。特に、特許請求の範囲において請求される発明の全ての組み合わせは、ここで開示される発明対象の部分であると考えられる。また、当然に、参照により援用されるあらゆる開示においても現れうるここで明示的に用いられる用語は、ここで開示される特定の概念と最も一致する意味を与えられるべきである。

代表的な実施形態に従うディマー制御されるソリッドステート照明システムを示すブロック図である。 代表的な実施形態に従うディマー制御されるソリッドステート照明システムの信号波形のサンプルトレースを示す。 代表的な実施形態に従うディマー制御されるソリッドステート照明システムを制御するプロセスを示すフロー図である。 代表的な実施形態に従う図１のディマー制御されるソリッドステート照明システムのタイミング及び制御回路を示すブロック図である。 代表的な実施形態に従う図１のディマー制御されるソリッドステート照明システムのタイミング及び制御回路を示す回路図である。

図面において、同じ参照符号は、概して、異なる図の全てを通して同じ又は類似する部分を表す。また、図面は、必ずしも実寸通りではなく、代わりに、本発明の原理を説明するために強調されて図示されていることがある。

以下の詳細な説明において、限定ではなく説明のために、具体的な詳細を開示する代表的な実施形態が、本教示の徹底的な理解を提供するために記載されている。なお、当業者には明らかであるが、ここで開示される具体的な詳細から離れる本教示に従う他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の適用範囲内にある。さらに、従来の装置及び方法についての説明は、代表的な実施形態の説明を不明りょうにしないよう省略されることがある。そのような方法及び装置は、明らかに、本開示の適用範囲及び意図の範囲内にある。

図１は、代表的な実施形態に従うディマー制御されるソリッドステート照明システムを示すブロック図である。図１を参照すると、ディマーシステム１００は、ディマー１１０と、電力コンバータ１２０と、タイミング及び制御回路１４０とを有する。ディマーシステム１００は、本線１０５から整流されていない電圧を受け取り、ディマー１１０の設定に基づきＳＳＬ負荷１３０に給電する。ディマーシステム１００は、２又は３線電子低電圧（electronic low-voltage）（ＥＬＶ）ディマー、例えば、ルトロン・エレクトロニクス・カンパニー・インコーポレイテッドから入手可能なＬｕｔｒｏｎ Ｄｉｖａ ＤＶＥＬＶ−３００ディマーであってよい。ＳＳＬ負荷１３０は、例えば、ＬＥＤ又はＯＬＥＤ照明ユニット又は照明システムであってよい。図１に示される様々な構成要素は、図示されているようにまとめられていない別の予めパッケージ化された構成において、配置されてよい。例えば、電力コンバータ１２０、タイミング及び制御回路１４０、並びにＳＳＬ負荷１３０は、１つの製品、例えば、フィリップス・カラー・キネティクス（マサチューセッツ州バーリントン）から入手可能なＥｓｓｅｎｔｉａｌＷｈｉｔｅシリーズのＬＥＤに基づく照明器具の１つにおいて、共にパッケージ化されてよい。様々な実施形態は、本発明の適用範囲から逸脱することなしに、あらゆるタイプのディマー、照明システム及び／又はパッケージングを含んでよい。

ディマー１１０は、活線１０２及び中性線１０４を介して、本線１０５によって示される電源から、整流されていない電圧を受け取る。一般的に、整流されていない電圧は、例えば約９０ボルトＡＣから約２７７ボルトＡＣの間の電圧値、及び対応する略正弦波形を有する交流（ＡＣ）ライン電圧信号である。ディマー１１０は、調光レベルが、例えば、ユーザによって手動により、又はプロセッサ若しくは他の設定選択システムによって自動的に、可変的に選択されることを可能にする調整器（図示せず。）を有する。一実施形態において、調整器は、ＳＳＬ負荷１３０の最大光レベルの約零から１００パーセントの範囲にある設定を可能にする（すなわち、ディマーによらずに動作する場合）。また、様々な実施形態において、ディマー１１０は、入力電圧波形の前縁又は後縁のいずれか一方を裁断して、ＳＳＬ負荷１３０に達する電力の量を減らす位相裁断（phase chopping）（すなわち、位相カット（phase cutting））ディマーである。説明のために、ディマー１１０は後縁ディマーであり、例えば図２のトレース（１）において示されるように、整流されていない正弦波形の後縁の可変量をカットするとする。図２のトレース（１）において、縦軸はＡＣ電圧を示し、横軸は時間を示し、Ｔ_Ｎは各波形の周期である。

ディマー１１０は、調光活線１１２及び中性線１１４を介して電力コンバータ１２０へ調光された整流されていない電圧（例えば、裁断された波形を有する。）を供給する。電力コンバータ１２０は、例えば、２００７年８月１４日に特許された、発明者Ｌｙｓ氏の米国特許第７２５６５５４号明細書において記載される構造及び機能性を有してよい。なお、この特許文献の対象は、参照により本願に援用される。電力コンバータ１２０は、整流されていない電圧信号を整流する電圧整流器と、例えばハイ（high）入力信号に応答して電力変換を停止するシャットダウンスイッチとを有する。図２のトレース（２）は、整流された調光ＡＣ電圧信号（例えば、裁断波形（chopped waveform）を有する。）の例を示す。

電力コンバータ１２０は、本教示の適用範囲から逸脱することなしに、ハードウェアアーキテクチャ、ファームウェアアーキテクチャ又はソフトウェアアーキテクチャのいずれかの組み合わせから構成されてよい。例えば、様々な実施形態において、電力コンバータ１２０は、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、及びマイクロコントローラ（例えば、ＳＴマイクロエレクトロニクスから入手可能なＬ６５６２ＰＦＣコントローラ）として実施されてよい。Ｌ６５６２ＰＦＣコントローラを用いるとき、シャットダウンスイッチは、例えば、零交差検出器（ＺＣＤ）ピン又は乗算器（ＭＵＬＴ）ピンにおいて設けられてよい。

一般的に、ディマー１１０のオンタイム（整流された電圧信号が零を上回る時間）の間、電力コンバータ１２０は、整流された電圧信号に応じた電流をＳＳＬ負荷１３０へ伝達する。従って、最短のディマー・オンタイムは、通常は最低光出力を決定づけるものである。様々な実施形態において、電流伝達は、最初に、ディマー１１０の各オンタイム期間の間、抑制される（例えば、約１．０ミリ秒から２．５ミリ秒の間）。これは、シャットダウン期間と呼ばれる最初の抑制時間の間一時的に電力コンバータをオフする又は非アクティブにすることによって、達成され得る。様々な実施形態の深調光回路なしに、理想的な電流がディマー出力電圧を流れる。深調光回路を用いると、ＳＳＬ負荷１３０へ入力される電流は、シャットダウン期間の間は零のままである。ディマー１１０がハイに設定される（少しばかり波形を裁断される）場合、ＳＳＬ負荷１３０へ入力される平均電流は、シャットダウン期間の結果として目につくほどには変化しない。ディマー１１０がロー（low）に設定される（大きく波形を裁断される）場合、平均電流は事実上零になる。

より具体的に、一実施形態において、タイミング及び制御回路１４０は、入力線１２２で、電流コンバータ１２０から整流された調光電圧を受け取り、制御線１４４で、電力コンバータ１２０へ電力制御信号を出力する。電力制御信号は、電力コンバータ１２０をシャットダウンし、又は別なふうに一時的に非アクティブにし、電力コンバータ１２０が所定のシャットダウン期間にＳＳＬ負荷１３０へ電力を供給することを妨げ、ＳＳＬ負荷１３０が非常に低い調光値で動作することを可能にする。様々な実施形態において、シャットダウン期間は、例えば、約１．０ミリ秒から約２．５ミリ秒であってよいが、シャットダウン期間は、当業者には明らかなように、何らかの特定の状況に特有の利点を提供するよう、あるいは、様々な実施の特定用途向け設計要件を満たすよう、様々であってよい。

例えば、図２を参照すると、タイミング及び制御回路１４０は、トレース（２）によって示される整流された調光ＡＣ電圧を、トレース（３）によって示される対応する直流ＤＣ電圧信号（例えば、約５ボルトＤＣの最大値を有する。）へ変換する。次いで、タイミング及び制御回路１４０は、トレース（３）によって示されるＤＣ電圧信号を、図２のトレース（４）によって示される電力制御タイミング信号へ変換する。トレース（４）において、各パルスの時間期間は、シャットダウン期間に等しい。従って、電力コンバータ１２０はシャットダウン期間の間シャットダウンされる又は非アクティブにされるので、結果として得られる整流された調光ＡＣ電圧は、例えば、図２のトレース（５）によって示されるように、正弦波形の前縁で起こる小さな裁断部分を有する。また、ＳＳＬ負荷１３０の制御は、整流された調光ＡＣ電圧に基づく。このように、電力コンバータ１２０は、ＳＳＬ負荷１３０へより少ない電力を供給するよう制御される。

タイミング及び制御回路１４０の全般的な機能性は、図３を参照して論じられる。図３は、代表的な実施形態に従うディマー制御されるソリッドステート照明システムを制御するプロセスを示すフロー図である。

図３を参照すると、タイミング及び制御回路１４０は、ステップＳ３１０で、整流された電圧信号が、例えば電力コンバータ１２０から入力線１２２を介して、受け取られたかどうかを決定する。整流された電圧信号は、ディマー１１０によって出力された整流されていない電圧信号に基づき、裁断された正弦波形によるＳＳＬ負荷１３０の調光の所望レベルを示す。整流された電圧信号が受け取られない場合（Ｓ３１０：いいえ）、プロセスは最初に戻って確認を続ける。整流された電圧信号が受け取られる場合（Ｓ３１０：はい）、整流された電圧信号が、ステップＳ３２０で、波形の立ち上がりを検出するよう調べられる。例えば、立ち上がりは、以下で論じられる、整流された電圧信号の「零交差」を決定することによって、検出されてよい。それは、整流された電圧信号が零の電圧レベルから離れる時点であり、立ち上がりの開始を示す。

一実施形態において、更なるステップ（図示せず。）は、立ち上がり検出プロセスを開始する前に、受け取られた整流された電圧が実際に調光された整流電圧（例えば、後縁裁断された波形を有する。）又は調光されていない整流電圧（例えば、完全な正弦波形を有する。）であるかどうかを決定するために実行されてよい。このように、シャットダウン期間は、調光された整流電圧信号の場合にのみ実施される。また、一実施形態において、波形の立ち上がりの検出は、本教示の適用範囲から逸脱することなしに、整流されていない電圧信号に対して（すなわち、整流器の前に）実行されてよい。

ステップＳ３３０で、整流された電圧信号の立ち上がりが検出されたかどうかが決定される。検出されなかった場合（Ｓ３３０：いいえ）、プロセスはステップＳ３１０へ戻り、受け取られた整流された電圧信号のモニタリングを続ける。立ち上がりが検出された場合（Ｓ３３０：はい）、ステップＳ３４０で、電力制御信号がアクティブにされ、所定のシャットダウン期間に電力コンバータ１２０をシャットダウンする又は非アクティブにする。ステップＳ３５０で、シャットダウン期間が経過した後、電力制御信号が非アクティブにされ、電力コンバータ１２０をオンする又は再アクティブにする。一実施形態において、電力制御信号は、図２のトレース（４）に示されるように、シャットダウン期間を存続させるハイ電圧レベル（例えば、５ボルトＤＣ）と、ロー電圧レベル（例えば、０ボルトＤＣ）との間で変化してよい。先に論じられたように、電力コンバータ１２０がＬ６５６２ＰＦＣコントローラを用いて実施される場合、例えば、電力制御信号はＺＣＤピンで入力されてよく、Ｌ６５６２ＰＦＣコントローラを、ハイ電圧レベルに応答してオフさせ、ロー電圧レベルに応答してオンさせる。より具体的に、図５を参照して以下で論じられるように、ハイ電圧レベル信号は実際にトランジスタをアクティブにし、Ｌ６５６２ＰＦＣコントローラをシャットダウンするようＺＣＤピンをローに引っ張る。

図４は、代表的な実施形態に従う図１のディマー制御されるソリッドステート照明システムのタイミング及び制御回路を示すブロック図である。図４を参照すると、図示される代表的な実施形態におけるタイミング及び制御回路１４０−１は、位相検出器４５０と、処理ユニット４６０と、スイッチ４７０とを有する。位相検出器４５０は、整流されたＡＣ電圧信号波形の立ち上がりを特定するために、整流されたＡＣ電圧信号を例えば電力コンバータ１２０から受け取って決定する。例えば、先に論じられたように、位相検出器４５０は、整流された電圧信号の「零交差」を決定してよく、これは、整流された電圧信号の波形が零から離れる時点を示す。

処理ユニット４６０は、整流された電圧信号波形の立ち上がりが検出された場合にインジケーションを受け取り、これに応答して、所定のシャットダウン期間に電力コンバータ１２０へ電力制御信号の適切なレベル（例えば、ハイレベル）を出力するようスイッチ４７０を制御する。一実施形態において、処理ユニット４６０は、プロセッサ４６１及びメモリ４６２を有してよい。プロセッサ４６１は、メモリ４６２と共同してここで記載される実施形態の電力制御信号によりソリッドステート照明器具（例えば、ＳＳＬ負荷１３０）の深調光を可能にすることと、ＳＳＬ負荷１３０を実行及び／又は制御するための基本機能とを含む１又はそれ以上の論理的又は数学的なアルゴリズムを実行するよう構成される。プロセッサ４６１は、ハードウェアアーキテクチャ、ファームウェアアーキテクチャ又はソフトウェアアーキテクチャのいずれかの組み合わせから構成され、プロセッサ４６１が様々な機能を実行することを可能にする実行可能なソフトウェア／ファームウェア実行可能なコードを記憶するそれ自身のメモリ（例えば、不揮発性メモリ）を有してよい。代替的に、実行可能なコードは、以下で論じられるメモリ４６２内の指定されたメモリ場所に記憶されてよい。一実施形態において、プロセッサ４２１は、例えば、オペレーティングシステム（ＯＳ）（例えば、マイクロソフト・コーポレイションから入手可能なウィンドウズ（登録商標）ＯＳ、ノベル・インコーポレイテッドから入手可能なネットウェアＯＳ、又はサンマイクロシステムズ・インコーポレイテッドから入手可能なユニックスＯＳ、等）を実行する中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）であってよい。また、ＯＳは、タイミング及び制御回路１４０−１のみならずディマー１１０及び電力コンバータ１２０の他のプログラムの実行を制御してよい。

メモリ４６２は、あらゆる数、タイプ及び組み合わせの不揮発性ＲＯＭ及び揮発性ＲＡＭであってよく、例えば、ディマーシステム１００の基本機能性に加えてＳＳＬ負荷１３０の調光電力を制御するよう、様々なタイプの情報、例えば、信号及び／又はコンピュータプログラム並びにプロセッサ４６１（及び／又は他のコンポーネント）によって実行可能なソフトウェアアルゴリズムを記憶する。メモリ４６２は、あらゆる数、タイプ及び組み合わせの有形なコンピュータ読取可能な記憶媒体、例えば、ディスクドライブ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢドライブ等を有してよい。さらに、メモリ４６２は、上記の様々なタイプのディマー１１０、電力コンバータ１２０及び／又はＳＳＬ負荷１３０に対応する所定のシャットダウン期間を記憶してよい。

タイミング及び制御回路１４０において示される様々な部分は、ソフトウェアにより制御されるマイクロプロセッサ（例えば、プロセッサ４６１）、ハードワイヤードの論理回路、ファームウェア、又はそれらの組み合わせを用いて物理的に実施されてよい。また、それらの部分は、説明のために、タイミング及び制御回路１４０において機能上分離されているが、それらは如何なる物理的な実施においても様々に組み合わされてよい。

図５は、代表的な実施形態に従う図１のディマー制御されるソリッドステート照明システムのタイミング及び制御回路を示す回路図である。図５を参照すると、タイミング及び制御回路１４０−２の機能は、部分的に、例えば、マイクロチップ・テクノロジー・インコーポレイテッドから入手可能なＰＩＣ１０Ｆ２００、ＰＩＣ１０Ｆ２２０又はＰＩＣ１０Ｆ２２２等のマイクロコントローラ５６０によって、実施される。表される実施において、マイクロコントローラ５６０は、整流された電圧信号の立ち上がりの検出を可能にするデジタル入力ノード５６１と、シャットダウン期間の間、例えば、上述されたように、整流された電圧信号の各波形の立ち上がりの開始時に、電力コンバータ１２０のシャットダウンスイッチをトリガするデジタル出力ノード５６２とを含む複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）ピン又はノードを有する。

より具体的に、代表的なタイミング及び制御回路１４０−２は、入力線１２２を介して電力コンバータ１２０から整流された電圧信号を受け取る。タイミング及び制御回路１４０−２の位相（立ち上がり）検出器回路は、電圧を下げるための、抵抗Ｒ５５１及びＲ５５２から成る抵抗分割器と、電流を制限するための高値抵抗Ｒ５５３と、外乱を最小限にするための低値キャパシタ５５５とを有する。例えば、抵抗Ｒ５５１及びＲ５５２は、夫々、約７５０オームの値を有してよく、抵抗Ｒ５５３は、約４．７メガオームの値を有してよく、キャパシタ５５５は、約１０ピコファラッドの値を有してよい。なお、この仕様は、当業者には明らかなように、何らかの特定の状況のために特有の利点を提供するよう、又は様々な実施の特定用途向け設計要件を満足するよう、様々であってよい。

位相検出器回路は、ダイオード５６３及び５６４（例えば、マイクロコントローラ５６０の内部保護ダイオードであってよい。）を有するマイクロコントローラ５６０の内部回路をさらに有する。ダイオード５６３及び５６４は、電源Ｖ_ＣＣと接地値の間に接続されている。図５に表される構成において、ダイオード５６３及び５６４は、整流された電圧信号の立ち上がりに応答して瞬時に飽和状態となり、整流された電圧信号波形の非零電圧レベルに実質的に対応する見かけ上デジタルの信号を供給する（その例示は、図２のトレース（３）によって示される。）。一般的に、後縁ディマーにおける波形の開始又は立ち上がりは、例えば、ほんの約１００マイクロ秒の遅延を有して図５の構成を用いて検出される。

マイクロコントローラ５６０の出力ノード５６２は、整流された電圧信号の各立ち上がりの検出に応答してシャットダウン期間に対応する所定時間にハイ電圧レベルを出力し、さもなければロー電圧レベルを出力するよう、（例えば、マイクロコントローラ５６０の内部プロセッサによって）制御される。出力ノード５６２での電圧レベルの例示は、図２のトレース（４）によって示される。実施形態において、デジタル出力ノード５６２は、抵抗Ｒ５７１を介してトランジスタ５７５のゲートへ接続されており、それにより、トランジスタ５７５はシャットダウン期間の間オンされて、制御線１４４を介して電力コンバータ１２０のシャットダウンスイッチをトリガする。例えば、電力コンバータ１２０がＬ６５６２ＰＦＣコントローラを用いて実施される場合、トランジスタ５７５は、オンされる場合にＬ６５６２ＰＦＣコントローラのＺＣＤピン又はＭＵＬＴピンをローに引っ張って、電力コンバータ１２０を非アクティブにするよう構成されてよい。当然、様々な実施形態は、本教示の適用範囲から逸脱することなしに、トランジスタ５７５がシャットダウン期間の間オフされて電力コンバータ１２０を非アクティブにさせる構成を有してよい。

一実施形態において、例えば、トランジスタ５７５はＭＯＳＦＥＴであってよく、抵抗Ｒ５７１は約２００オームの値を有してよい。さらに、トランジスタ５７５は、制御線１４４へ接続される第１のソース／ドレインと、接地へ接続される第２のソース／ドレインとを有してよい。構成されるように、トランジスタ５７５は、出力ノード５６２から受け取られる第１の電圧レベル（例えば、ハイ電圧レベル）に応答してオンされ、出力ノード５６２から受け取られる第２の電圧レベル（例えば、ロー電圧レベル）に応答してオフされる。

シャットダウン期間が経過すると、出力ノード５６２はローレベルを出力するよう設定され、トランジスタ５７５を非導通状態として、電力コンバータ１２０を非アクティブにする。結果として、電力コンバータ１２０がＳＳＬ負荷１３０を制御するための整流された電圧信号は、例えば図２のトレース（５）によって示されるように、ディマー１１０によって設定される所望の調光量に対応する裁断後縁に加えて、シャットダウン期間に対応する裁断前縁を有する。このようにして、照明能力全体の約９０パーセントから約零パーセントに至るまでの調光を含む深調光が達成され得る。

先に述べられたように、図１のタイミング及び制御回路１４０の機能は、例えばＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等のマイクロコントローラを用いることなしに、実施されてよい。例えば、タイミング及び制御回路１４０が標準的なゲート及びコンパレータを有する実施形態において、第１のコンパレータは、入力線１２２を介して受け取られる（抵抗分割された）整流された電圧を、理想的には零である値と比較する。第１のコンパレータの第１の出力電圧は、高抵抗入力を生成するために用いられるＡＮＤゲートへ入力される。ＡＮＤゲートの出力電圧は遅延回路に供給される。遅延回路は、ＡＮＤゲートの出力電圧の立ち上がりを遅延させるが、立ち下がりは遅延させない。第２のコンパレータは、遅延回路の出力電圧を一定の基準電圧と比較し、第２の出力電圧を供給する。小さなキャパシタ（例えば、６８ピコファラッド）が、より安定した動作を得且つ外乱を低減するよう、第１及び第２のコンパレータの夫々の反転入力部と接地との間に加えられてよく、さらに、プルアップ抵抗（例えば、１５キロオーム）が、コンパレータ出力部で使用されるよう含まれてよい。

第１及び第２のコンパレータから夫々出力される第１及び第２の出力電圧は、ＸＯＲゲートへ供給される。ＸＯＲゲートの出力は、シャットダウン期間に電力コンバータ１２０を選択的に非アクティブにして、ＳＳＬ負荷１３０の深調光を可能にするよう、制御線１４４へ接続されている。実施形態において、ＸＯＲゲートの出力は、例えば抵抗を介して、ＭＯＳＦＥＴのゲートへ接続されてよく、それにより、ＭＯＳＦＥＴはシャットダウン期間の間オンされて、制御線１４４を介して電力コンバータ１２０のシャットダウンスイッチをトリガする。例えば、電力コンバータ１２０がＬ６５６２ＰＦＣコントローラを用いて実施される場合、ＭＯＳＦＥＴは、オンされる場合にＬ６５６２ＰＦＣコントローラのＺＣＤピン又はＭＵＬＴピンをローに引っ張って、電力コンバータ１２０を非アクティブにするよう構成されてよい。

複数の発明実施形態がここで記載及び図示されてきたが、当業者は、ここで記載されるように機能を実行し且つ／あるいは結果及び／又は１若しくはそれ以上の利点を得るための様々な他の手段及び／又は構造を容易に想到することができ、そのような変形及び／又は変更の夫々は、ここで記載される発明実施形態の適用範囲内にあると考えられる。

より具体的には、当業者は、ここで記載される全てのパラメータ、寸法、材料及び構成は例となるように意図されており、実際のパラメータ、寸法、材料及び／又は構成は、発明教示が使用される特定の用途に依存することを容易に認識するであろう。当業者は、ただの決まり切った実験により、ここで記載される具体的な発明実施形態に相当する多くを認識し、又は確かめることができる。従って、当然に、上記の実施形態は、単なる一例として提示され、添付の特許請求の範囲及びその均等の適用範囲内で、発明実施形態は、具体的に記載及び請求されるのとは別なふうに実施されてよい。本開示の発明実施形態は、ここで記載される夫々の個々の特徴、システム、項目、材料、キット及び／又は方法を対象とする。加えて、２又はそれ以上のそのような特徴、システム、項目、材料、キット及び／又は方法の如何なる組み合わせも、そのような特徴、システム、項目、材料、キット及び／又は方法が相互に矛盾しないならば、本開示の発明範囲内に含まれる。

ここで定義及び使用される全ての定義は、辞書の定義、参照により援用される文献における定義、及び／又は定義される用語の通常の意味を制御下に置くと理解されるべきである。

明細書及び特許請求の範囲において使用される不定冠詞「１つの（a又はan）」は、それとは反対に明示的に示されない限り、「少なくとも１つの」を意味すると理解されるべきである。

明細書及び特許請求の範囲において使用される表現「及び／又は」は、そのように結合される要素のいずれか一方又は両方、すなわち、幾つかの場合において接続的に存在し、他の場合において選言的に存在する要素、を意味すると理解されるべきである。「及び／又は」により挙げられている複数の要素は、同じように、すなわち、そのように結合される要素のうち１又はそれ以上と、解釈されるべきである。他の要素は、「及び／又は」によって具体的に特定される要素と関係があろうとなかろうと、任意に、具体的に特定される要素以外に存在してよい。

明細書及び特許請求の範囲において使用されるように、語「少なくとも１つ」は、１又はそれ以上の要素のリストを参照して、要素のリストにおけるいずれか１つ又はそれ以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると理解されるべきであるが、要素のリスト内に具体的に挙げられたありとあらゆる要素のうち少なくとも１つを必ずしも含むわけではなく、且つ、要素のリストにおける要素の如何なる組み合わせも除かない。この定義は、また、要素が、語「少なくとも１つ」が言及する要素のリスト内で具体的に特定される要素と関係があろうとなかろうと、任意に、具体的に特定される要素以外に存在してよいことを認める。このように、限定されない例として、「Ａ及びＢのうち少なくとも１つ」（又は同等に「Ａ又はＢのうち少なくとも１つ」、又は同等に「Ａ及び／又はＢのうち少なくとも１つ」）は、一実施形態において、任意に１よりも多いＡを含みＢが存在しない（且つ任意にＢ以外の要素を含む）少なくとも１つ、他の実施形態において、任意に１よりも多いＢを含みＡが存在しない（且つ任意にＡ以外の要素を含む）少なくとも１つ、更なる他の実施形態において、任意に１よりも多いＡを含む少なくとも１つ、及び任意に１よりも多いＢを含む（且つ任意に他の要素を含む）少なくとも１つ、等に言及することができる。

また、当然に、反対に明示的に示されない限り、１よりも多いステップ又は動作を含むここで請求される如何なる方法においても、方法のステップ又は動作の順序は、必ずしも、方法のステップ又は動作が挙げられている順序に制限されない。

特許請求の範囲において括弧で現れる如何なる参照符号も、単に便宜上与えられているにすぎず、多少なりとも特許請求の範囲を制限するよう意図されない。

Claims (17)

1. ソリッドステート照明ユニットへ電力を供給するよう構成される電力コンバータによる前記ソリッドステート照明ユニットの深調光を可能にする装置であって：
   前記電力コンバータへ入力される又は前記電力コンバータから出力される電圧信号を受信し、該電圧信号の波形において位相裁断が存在するかどうかを決定し、前記位相裁断が存在する場合に前記電圧信号の波形の立ち上がりを検出する検出プロセスを実行し、前記立ち上がりが検出されたかどうかを示すデジタル信号を供給するよう構成される位相検出器；
   前記電圧信号の波形の立ち上がりの夫々に応答して所定のシャットダウン期間を開始するために、前記立ち上がりの検出を示す前記デジタル信号に応答して、前記シャットダウン期間に等しいパルス存続期間を有する電力制御タイミング信号を供給するよう構成される処理ユニット；及び
   前記電力制御タイミング信号に応答して前記シャットダウン期間の間前記電力コンバータを非アクティブにする制御信号を供給し、前記電力コンバータが前記シャットダウン期間の間前記ソリッドステート照明ユニットへ電力を供給することを妨げるよう構成されるスイッチ
   を有する装置。
2. 前記シャットダウン期間は、約１．０ミリ秒から約２．５ミリ秒の範囲にある、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記電圧信号は、前記電力コンバータから前記位相検出器によって受信される整流された電圧信号を有し、該整流された電圧信号は、選択された調光量を示す裁断波形を有する、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記裁断波形は、後縁裁断波形を有する、
   請求項３に記載の装置。
5. 前記裁断波形は、前縁裁断波形を有する、
   請求項３に記載の装置。
6. 前記処理ユニットは、各波形の先頭部の間に前記シャットダウン期間を開始する、
   請求項１に記載の装置。
7. 前記位相検出器は：
   入力ノードと高電圧源との間に接続される第１のダイオード；及び
   前記入力ノードと接地との間に接続される第２のダイオード
   を有し、
   前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードは、前記位相検出器が整流された電圧信号の波形の立ち上がりを受けたことに応答して飽和状態になり、前記デジタル信号を供給する、
   請求項１に記載の装置。
8. 前記位相検出器は：
   前記整流された電圧信号の電圧レベルを下げるよう構成される抵抗分割器；及び
   前記入力ノードへの電流を低減するよう構成される抵抗
   をさらに有する、請求項７に記載の装置。
9. 前記スイッチは、前記処理ユニットの出力へ接続されるゲートと、前記電力コンバータのシャットダウンスイッチへ接続される第１のソース／ドレインと、接地へ接続される第２のソース／ドレインとを有するトランジスタを有する、
   請求項１に記載の装置。
10. 前記トランジスタのゲートは、前記シャットダウン期間の間に前記処理ユニットから第１の電圧レベル信号を受信し、該第１の電圧レベル信号は、前記トランジスタをオンし、前記シャットダウンスイッチを介して前記電力コンバータを非アクティブにする、
    請求項９に記載の装置。
11. ソリッドステート照明ユニットへの電力供給のために電圧信号を受信して整流するよう構成される電力コンバータによる前記ソリッドステート照明ユニットの深調光を可能にするためにタイミング及び制御回路によって実施される方法であって：
    前記整流された電圧信号を受信するステップ；
    前記整流された電圧信号の波形において位相裁断が存在するかどうかを決定し、前記位相裁断が存在する場合に前記整流された電圧信号の波形の立ち上がりを検出する検出プロセスを実行し、前記立ち上がりが検出されたかどうかを示すデジタル信号を供給するステップ；及び
    前記電力コンバータが所定のシャットダウン期間の間前記ソリッドステート照明ユニットへ電力を供給することを妨げるよう、前記整流された電圧信号の波形の立ち上がりの夫々に応答して前記シャットダウン期間を開始するために、前記立ち上がりの検出を示す前記デジタル信号に応答して、前記シャットダウン期間に等しいパルス存続期間を有する電力制御タイミング信号を供給し、該電力制御タイミング信号に応答して前記シャットダウン期間の間前記電力コンバータを非アクティブにするステップ
    を有する方法。
12. 前記シャットダウン期間は、約１．０ミリ秒から約２．５ミリ秒の範囲にある、
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記整流された電圧信号は、選択された調光量を示す裁断波形を有する、
    請求項１１に記載の方法。
14. 前記裁断波形は、後縁裁断波形を有する、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記裁断波形は、前縁裁断波形を有する、
    請求項１３に記載の方法。
16. 前記所定のシャットダウン期間の間前記電力コンバータを非アクティブにするステップは、各波形の先頭部の間に起こる、
    請求項１１に記載の方法。
17. 前記整流された電圧信号の波形の立ち上がりを検出するステップは、前記整流された電圧信号の波形の立ち上がりを受けることに応答して少なくとも１つのダイオードを飽和させるステップを有する、
    請求項１１に記載の方法。

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