JP6039711B2 - Led電源の検出および制御 - Google Patents
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Description
本出願は、2009年11月17日に出願した米国仮特許出願第61/261,991号の優先権および利益を主張する。上記出願が、全体として参照することによって本明細書において援用される。
本発明の実施形態は、概して、LED光源に関し、より具体的には、異なるタイプの電源を用いてLED光源に電力を供給すること、LED光源の調光器制御、およびLED光源の熱管理に関する。
LED光源(すなわち、LEDランプ、またはより親しみに、LED「電球」)は、従来タイプの光源に代わって、エネルギー効率的な光源を提供するが、典型的に、光源内のLEDに正確に電力を供給するための特殊化したサーキットリーを要求する。本明細書に使用されるように、用語LED光源、ランプ、および/または電球は、LEDドライバーおよび支持サーキットリー(「LEDモジュール」)を含むシステムだけではなく、実際のLEDも指す。LED光源が従来の光源の代わりに広い受け入れを得るために、その支持サーキットリーは、できるだけ多くのタイプの既存照明システムに適合しなければならない。例えば、白熱電球が、直接にACメイン電圧に接続され得、ハロゲン光システムは、ハロゲン電球に12または24VACを供給するために、磁気または電子変圧器を使用し得、他の光源が、DC電流または電圧によって電力を供給され得る。さらに、ACメイン電圧は、国によって変動し得る(例えば、米国には、60Hzであるが、欧州には、50Hzである)。
概して、本発明の実施形態は、LEDドライバー回路を制御するためのシステムおよび方法を含み、その結果、LEDドライバー回路は、使用された電源のタイプにかかわらずに動作する。LEDを駆動する電源のタイプを分析することによって、制御回路は、検出されたタイプの電源とインターフェースでつなぐために、LEDドライバー回路の挙動を変更することが可能である。例えば、変圧器出力波形が、その周波数成分を検出するために分析され得る。高周波数成分の存在は、例えば、変圧器が電子的であることを示唆し、高周波数成分の欠如は、磁気変圧器の存在を示す。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
(項目1)
検出された電源のタイプに従ってLEDドライバーの挙動を変更する回路であって、該回路は、
少なくとも一部分に、該電源から受信された電力信号に基づいて該電源の該タイプを決定するアナライザーと、
該LEDドライバーの該挙動を制御するために、少なくとも一部分に、該電源の該決定されたタイプに基づいて制御信号を生成する生成器と
を含む、回路。
(項目2)
前記電源の前記タイプは、DC電源、磁気変圧器電源、または電子変圧器電源を含む、項目1に記載の回路。
(項目3)
前記電源の前記タイプは、該電源のメーカーまたはモデルを含む、項目1に記載の回路。
(項目4)
前記アナライザーは、デジタル論理を含む、項目1に記載の回路。
(項目5)
前記LEDドライバーの前記挙動は、電圧出力レベルまたは電流出力レベルを含む、項目1に記載の回路。
(項目6)
前記アナライザーと前記生成器とのうちの少なくとも1つと連結するための入力/出力ポートをさらに含む、項目1に記載の回路。
(項目7)
前記アナライザーは、前記電力信号の周波数を決定する周波数アナライザーを含む、項目1に記載の回路。
(項目8)
調光器設定に従って、前記制御信号を変更することによって、前記LEDドライバーの出力を調光する調光器制御回路をさらに含む、項目1に記載の回路。
(項目9)
前記電源の負荷を増大させるようにブリーダー回路を選択的に係合することによって動作領域内該電源を維持するブリーダー制御回路をさらに含む、項目1に記載の回路。
(項目10)
オーバー温度状態に従って前記制御信号を変更させることによって、前記LEDドライバーの出力を減少させる熱制御回路をさらに含む、項目1に記載の回路。
(項目11)
前記生成された制御信号は、電圧制御信号、電流制御信号、またはパルス幅変調の制御信号を含む、項目1に記載の回路。
(項目12)
検出された電源のタイプに従ってLEDドライバー回路の挙動を変更するための方法であって、該方法は、
少なくとも一部分に、該電源から受信された電力信号を分析することに基づいて、該電源の該タイプを決定することと、
少なくとも一部分に、該電源の該決定されたタイプに基づいて該LEDドライバーの該挙動を制御することと
を含む、方法。
(項目13)
前記電源の前記タイプを決定することは、前記電源の信号の周波数を検出することを含む、項目12に記載の方法。
(項目14)
前記周波数が、1秒より短い時間で検出される、項目13に記載の方法。
(項目15)
前記周波数が、10分の1秒より短い時間で検出される、項目13に記載の方法。
(項目16)
前記挙動を変更することは、出力電圧レベルまたは出力電流レベルを変更することを含む、項目13に記載の方法。
(項目17)
前記電源の負荷を検出することをさらに含み、前記電源の前記タイプを決定することは、前記検出された周波数を該検出された負荷と1組にすることをさらに含む、項目13に記載の方法。
(項目18)
前記制御信号を用いて前記電源の前記負荷を変化させることと、該変化された負荷での前記電源の信号の前記周波数を測定することとをさらに含む、項目17に記載の方法。
(項目19)
前記電源にACメイン電力を供給する国または地域を検出することをさらに含む、項目12に記載の方法。
(項目20)
前記制御信号を生成することは、電圧制御信号、電流制御信号、またはパルス幅変調の制御信号のうちの少なくとも1つを生成することを含む、項目12に記載の方法。
(項目21)
LEDを調光するために、調光信号に応答する調光器アダプターであって、該アダプターは、
入力電力信号のデューティサイクルを推定するデューティサイクル推定器と、
該推定されたデューティサイクルに応じて調光信号を生成する信号生成器と
を含む、アダプター。
(項目22)
前記入力電力信号を生成するために使用された変圧器のタイプを検出する変圧器タイプ検出器をさらに含む、項目20に記載の調光器アダプター。
(項目23)
前記デューティサイクル推定器は、少なくとも一部分に、前記検出された変圧器タイプに基づいて前記デューティサイクルを推定する、項目22に記載の調光器アダプター。
(項目24)
前記デューティサイクル推定器は、ゼロ交差検出器を含む、項目20に記載の調光器アダプター。
(項目25)
前記ゼロ交差検出器は、所定の閾値より小さい、連続したゼロ交差の間の時間期間を有するゼロ交差信号を濾過するフィルターを含む、項目24に記載の調光器アダプター。
(項目26)
前記調光信号の位相クリッピングを推定する位相クリップ推定器と、
少なくとも一部分に、該推定された位相クリッピングに基づいて、ブリーダー回路を制御するブリーダー制御回路と
をさらに含む、項目20に記載の調光器アダプター。
(項目27)
前記位相クリップ推定器は、少なくとも一部分に事前に観察されたサイクルに基づいて前記位相クリッピングがいつ開始するかを決定する、項目26に記載の調光器アダプター。
(項目28)
前記位相クリップ推定器は、少なくとも一部分に事前に観察されたサイクルに基づいて前記位相クリッピングがいつ終了するかを決定する、項目27に記載の調光器アダプター。
(項目29)
前記ブリーダー制御回路は、前記位相クリッピングの始まりの前に、前記ブリーダー回路を有効にさせる、項目27に記載の調光器アダプター。
(項目30)
前記ブリーダー制御回路は、前記位相クリッピングの終了の後に、前記ブリーダー回路を無効にさせる、項目29に記載の調光器アダプター。
(項目31)
調光信号に応じてLEDを調光するための方法であって、該方法は、
入力電力信号のデューティサイクルを推定することと、
該推定されたデューティサイクルに応じて調光信号を生成することと
を含む、方法。
(項目32)
前記入力電力信号を生成するために使用された変圧器のタイプを検出することをさらに含む、項目31に記載の方法。
(項目33)
前記デューティサイクルを推定することは、前記入力電力信号のゼロ交差を検出することを含む、項目31に記載の方法。
(項目34)
高周波数ゼロ交差を濾過することをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目35)
前記調光信号の位相クリッピングを推定することをさらに含む、項目31に記載の方法。
(項目36)
前記位相クリッピングの間に、ブリーダー回路を係合することをさらに含む、項目35に記載の方法。
(項目37)
前記ブリーダー回路が係合される間に、前記デューティサイクルが推定される、項目36に記載の方法。
(項目38)
LEDのための熱管理回路であって、該回路は、
該LEDの現在の熱動作ポイントを決定するサーキットリーと、
該LEDの熱動作範囲を得るサーキットリーと、
少なくとも一部分に、該現在の熱動作ポイントと該熱動作範囲とに基づいて、該LEDに送出される電力を調節する制御信号を生成する生成器と
を含む、回路。
(項目39)
前記LEDの前記現在の熱動作ポイントを測定する熱センサーをさらに含む、項目38に記載の回路。
(項目40)
前記LEDの前記熱動作範囲を格納する記憶デバイスをさらに含む、項目38に記載の回路。
(項目41)
前記記憶デバイスは、ルックアップテーブルを含む、項目40に記載の回路。
(項目42)
調光器設定に従って、前記LEDを調光する調光器制御回路をさらに含む、項目38に記載の回路。
(項目43)
前記制御信号が、少なくとも一部分に、前記調光器設定または前記現在の熱動作ポイントに基づいて生成される、項目42に記載の回路。
(項目44)
前記調光器設定および前記熱動作ポイントのうちの小さい方を選択する比較回路をさらに含み、前記制御信号が、少なくとも一部分に、該比較回路の出力に基づいて生成される、項目42に記載の回路。
(項目45)
LEDに対する熱管理の方法であって、該方法は、
該LEDの温度を検出することと、
該検出された温度で該LEDの熱動作範囲を得ることと、
少なくとも一部分に、該LEDの該熱動作範囲に基づいて該LEDに送出される電力を調節することと
を含む、方法。
(項目46)
前記LEDの前記熱動作範囲を得ることは、ルックアップテーブルを参照することを含む、項目45に記載の方法。
(項目47)
前記ルックアップテーブルは、LEDの熱対電力のデータを含む、項目46に記載の方法。
(項目48)
前記LEDの前記温度を検出することは、熱センサーから入力を受信することを含む、項目45に記載の方法。
(項目49)
前記LEDに送出される電力を調節することは、前記熱動作範囲内に、該LEDを、該LEDの最大の明るさレベルに設定することを含む、項目45に記載の方法。
(項目50)
前記LEDに送出される電力を調節することはさらに、一部分に、調光器設定に基づく、項目45に記載の方法。
(項目51)
前記調光器設定と前記温度とを比較することと、少なくとも一部分に、該調光器設定と該温度とのうちの小さい方に基づいて前記LEDに送出される電力を調節することとをさらに含む、項目50に記載の方法。
(項目52)
前記比較が、デジタル方式で行われる、項目51に記載の方法。
図5は、本発明のさまざまな実施形態のブロックダイヤグラム500を例示する。変圧器502は、変圧器入力信号504を受信し、変圧された出力506を提供する。変圧器502は、磁気変圧器または電子変圧器であり得、出力信号506は、低周波数(約120Hzより低く、または等しい)AC信号、または高周波数(約120Hzより高い)AC信号であり得る。変圧器502は、例えば、ステップダウン60Hz出力信号506(または、変圧器502が電子変圧器である場合に、出力信号の重なり)を提供する5:1変圧器または10:1変圧器であり得る。変圧器出力信号506は、LEDモジュール508によって受信され、LEDモジュール508は、変圧器出力信号506を、1つ以上のLED510に電力を供給するために適切な信号に変換する。本発明の実施形態に従って、以下により詳細に説明されるように、LEDモジュール508は、変圧器502のタイプを検出し、その挙動を警告し、従ってLED510に一定の電源を提供する。
アナライザー702および生成器706は、調光器が存在するかまたはしないこと、および調光器が存在する場合に、調光の量に基づいて、調整器IC608のそれらの制御を変更し得る。上流回路に存在する調光器は、図4を参照して上に議論されるように、例えば、クリッピングのための入力電圧618を観察することによって検出され得る。典型的には、磁気変圧器と共に働くように設計された調光器は、入力信号のリーディングエッジを切り取り、電子変圧器と共に働くように設計された調光器は、入力信号のトレーリングエッジを切り取る。アナライザー702は、いずれのタイプの変圧器によって出力された信号についてのリーディングエッジ調光またはトレーリングエッジ調光を検出し得、ただし、前述のように、最初に変圧器のタイプを検出し、そして入力信号のリーディングエッジおよびトレーリングエッジの両方を調査することによって検出し得る。
前述のように、ブリーダー回路が、電子変圧器がULDT状態に落ちることを防止するために使用され得る。ただし、さらに前述のように、ブリーダー回路は、電子変圧器と共に使用される場合に非効率であり、磁気変圧器と共に使用される場合に非効率かつ不要である。しかしながら、本発明の実施形態において、一旦アナライザー702が、取り付けられた変圧器502のタイプを決定すると、ブリーダー制御回路712は、ブリーダー回路が電力を引き抜くか否か、またはいつ引き抜くかを制御する。例えば、DC電源および/または磁気変圧器に対して、ブリーダーがつけられず、それゆえに、ブリーダーが、電力を消費しない。電子変圧器に対して、ブリーダーがときどき必要であり得るが、それが、サイクルごとに働く必要がない。
調整器IC608にわたる電力制御を有するプロセッサ616は、LED612の熱管理を行い得る。LEDの寿命およびルーメンメンテナンスが、LED612が動作される温度および電力にリンクされ、従って、LED612の正確な熱管理は、LED612の寿命を延ばし、LED612の明るさを維持し得る。1つの実施形態において、プロセッサ616は、温度センサー622から入力624を受け入れる。記憶デバイス714は、LED612に対するメンテナンスデータ(例えば、ルーメンメンテナンスデータ)を含み得、熱制御回路716は、温度センサー入力624を受信し、かつLED612の現在の熱動作ポイントに対応するメンテナンスデータへアクセスし得る。次に、熱制御回路716は、最も明るいLED612に対する最安全な動作ポイントを計算し、かつ従ってLED制御信号を増大させ、または減少させるように生成器706を命令し得る。
Claims (14)
- LEDを調光するために、入力信号に応答する装置であって、
前記装置は、
前記入力信号を感知し、前記入力信号の低周波数成分のデューティサイクルを推定するデューティサイクル推定器であって、前記低周波数成分は、第1の周波数閾値以下の周波数を有する、デューティサイクル推定器と、
前記入力信号の周波数が第2の周波数閾値よりも高い場合に、前記入力信号が電子変圧器を用いて生成されたと決定し、前記入力信号の周波数が前記第2の周波数閾値以下である場合に、前記入力信号が磁気変圧器を用いて生成されたと決定するアナライザーであって、前記第1の周波数閾値は、前記第2の周波数閾値よりも高い、アナライザーと、
第1の制御信号および第2の制御信号を生成する生成器であって、前記第1の制御信号は、前記アナライザーによる前記決定に従って電子変圧器または磁気変圧器のいずれかを示し、前記生成器は、前記推定されたデューティサイクルと、前記アナライザーによる前記決定とに少なくとも基づいて、前記入力信号において特定された調光の利用可能な範囲を調光の完全な0%〜100%の範囲に変換することにより、調光のための前記0〜100%の範囲内の値を示す前記第2の制御信号を生成する、生成器と、
前記第1の制御信号に基づいて第1の動作モードまたは第2の動作モードのいずれかの動作モードを選択し、前記選択された動作モードで動作しているときに、前記第2の制御信号に基づいて、前記完全な0〜100%の範囲において前記LEDを調光する調整器ICであって、前記第1の動作モードは、前記電子変圧器を用いて生成された信号を受け入れ、前記第2の動作モードは、前記磁気変圧器を用いて生成された信号を受け入れる、調整器ICと
を含む、装置。 - 前記デューティサイクル推定器は、前記入力信号のゼロ交差を検出する、請求項1に記載の装置。
- 前記デューティサイクル推定器は、高周波数ゼロ交差を除去する、請求項2に記載の装置。
- 前記入力信号の位相クリッピングを推定する位相クリップ推定器であって、前記位相クリッピングは、特定の位相範囲内の振幅がゼロに駆動されている波形歪みである、位相クリップ推定器と、
前記推定された位相クリッピングに基づいて前記入力信号から電力を引き抜くためのブリーダー制御回路と
をさらに含む、請求項1に記載の装置。 - 前記入力信号は、第1のサイクルおよび第2のサイクルを含む周期的信号であり、前記第2のサイクルは、前記第1のサイクルよりも後であり、前記位相クリップ推定器は、前記第1のサイクルにおける位相クリッピングの開始点に基づいて前記第2のサイクルにおいて前記推定された位相クリッピングがいつ開始するかを決定する、請求項4に記載の装置。
- 前記位相クリップ推定器は、前記第1のサイクルにおける位相クリッピングの終了点に基づいて前記第2のサイクルにおいて前記推定された位相クリッピングがいつ終了するかを決定する、請求項5に記載の装置。
- 前記ブリーダー制御回路は、前記推定された位相クリッピングが開始する時点の前にブリーダー回路を有効にさせる、請求項5に記載の装置。
- 前記ブリーダー制御回路は、前記推定された位相クリッピングが終了する時点の後に前記ブリーダー回路を無効にさせる、請求項7に記載の装置。
- 入力電力信号に応じてLEDを調光するための方法であって、前記方法は、
前記入力電力信号を感知したことに応答して前記入力電力信号の低周波数成分のデューティサイクルを推定することであって、前記低周波数成分は、第1の周波数閾値以下の周波数を有する、ことと、
前記入力電力信号の周波数が第2の周波数閾値よりも高い場合に、前記入力電力信号が電子変圧器を用いて生成されたと決定し、前記入力電力信号の周波数が前記第2の周波数閾値以下である場合に、前記入力電力信号が磁気変圧器を用いて生成されたと決定することであって、前記第1の周波数閾値は、前記第2の周波数閾値よりも高い、ことと、
第1の制御信号および第2の制御信号を生成することであって、前記第1の制御信号は、前記決定に従って電子変圧器または磁気変圧器のいずれかを示し、前記第2の制御信号は、前記推定されたデューティサイクルと、前記決定とに少なくとも基づいて、前記入力電力信号において特定された調光の利用可能な範囲を調光の完全な0%〜100%の範囲に変換することにより前記第2の制御信号が調光のための前記0〜100%の範囲内の値を示すように生成される、ことと、
前記第1の制御信号に基づいて第1の動作モードまたは第2の動作モードのいずれかの動作モードを選択し、前記選択された動作モードで動作している間に、前記第2の制御信号に基づいて、前記完全な0〜100%の範囲において前記LEDを調光することであって、前記第1の動作モードは、前記電子変圧器を用いて生成された信号を受け入れ、前記第2の動作モードは、前記磁気変圧器を用いて生成された信号を受け入れる、ことと
を含む、方法。 - 前記デューティサイクルを推定することは、前記入力電力信号のゼロ交差を検出することを含む、請求項9に記載の方法。
- 高周波数ゼロ交差を濾過することをさらに含む、請求項10に記載の方法。
- 前記入力電力信号の位相クリッピングを推定することをさらに含み、前記位相クリッピングは、特定の位相範囲内の振幅がゼロに駆動されている波形歪みである、請求項9に記載の方法。
- 前記位相クリッピングの間に、ブリーダー回路によって、前記入力電力信号から電力を引き抜くことをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記ブリーダー回路が前記入力電力信号から電力を引き抜いている間に、前記デューティサイクルが推定される、請求項13に記載の方法。
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