JP6087937B2 - Ｌｅｄを電子バラストに接続するためのドライバ - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード回路を駆動するためのドライバに関する。本発明は、更にデバイスに関する。

このようなデバイスの例は、ランプ及びその部品である。

ＵＳ ２０１０／００３３０９５ Ａ１は、蛍光灯の代替にソリッド・ステート半導体発光ダイオードを開示する。この代替は、電圧変換及び力率補正に基づくという理由から、比較的複雑及び比較的高価である。

本発明の目的は、改良されたドライバを提供することである。本発明の更なる目的は、改良されたデバイスを提供することである。

第１の態様によると、発光ダイオード回路を駆動するためのドライバが提供され、前記ドライバは、
−電子バラストの共振タンクを離調するための第１の回路であって、前記第１の回路は、キャパシタ及び双方向スイッチの直列接続を有し、前記直列接続の端子は、前記電子バラストから交流信号を受信するために、前記電子バラストの端子に結合されるように配置される当該第１の回路と、
−前記発光ダイオード回路に直流信号を供給するための第２の回路であって、前記第２の回路は、前記直列接続の前記端子に結合される入力端と、前記発光ダイオード回路の端子に結合されるように配置される出力端と、を備える整流器を有する当該第２の回路と、
−前記発光ダイオード回路に供給される電力量を制御するために、制御信号を前記第１の回路に供給するための第３の回路と、
を有する。

電子バラストは、大抵、管の形状をした蛍光灯又は類似のランプを点灯させるための高周波バラスト又はスタータ・バラストとしても知られている。これらの回路は電力の消費を削減できるより良好な光学効率を有するという理由から、このようなランプは、発光ダイオード回路で置き換えられる必要がある。

好ましくは、主に、管は置き換えられ（直接的な置き換え）、電子バラストは、その位置に残る。この目的のために、ドライバは、電子バラストの共振タンクを離調するための第１の回路を備える。第１の回路は、キャパシタ及び双方向スイッチの直列接続を有する。直列接続の端子は、電子バラストから交流信号を受信するために、電子バラストの端子に結合されるように配置される。更に、ドライバは、直流信号を発光ダイオード回路に供給するための第２の回路を備える。第２の回路は、直列接続の端子に結合される入力端と、発光ダイオード回路の端子に結合されるように配置される出力端と、を備える整流器を有する。最後に、ドライバは、発光ダイオード回路に供給される電力量を制御するために、第１の回路に制御信号に供給するための第３の回路を備える。

結果として、比較的単純及び比較的低コストのドライバが作製され、蛍光管ランプ又は類似のランプの電子バラストが、電子バラストを取り外すことなく発光ダイオード回路で置き換えられることを可能とする。

発光ダイオード回路は、如何なる種類であれ、及び如何なる組合せであれ、一つ以上の発光ダイオードを有する。双方向スイッチは、交流環境用に設計されたスイッチである。

ドライバの実施形態は、固定のスイッチング周波数及び調整可能なデューティサイクルを有する制御信号により規定される。固定のスイッチング周波数は、１０Ｈｚと１００ｋＨｚとの間であり、通常、例えば４０ｋＨｚなどのような電子バラストの動作周波数未満が選択される。デューティサイクルのオフタイム（Ｔｏｆｆ）と一致する双方向スイッチの非導通モードの間、より多くの電力（Ｐｏｆｆ）が発光ダイオード回路に供給され、デューティサイクルのオンタイム（Ｔｏｎ＝１−Ｔｏｆｆ）と一致する双方向スイッチの導通モードの間、より少ない電力（Ｐｏｎ）が発光ダイオード回路に供給される。結果として、発光ダイオード回路に供給される平均電力は、Ｐａｖ＝Ｔｏｆｆ＊Ｐｏｆｆ＋Ｔｏｎ＊Ｐｏｎとなり、ここで、Ｔｏｆｆ＋Ｔｏｎ＝１である。

ドライバの実施形態は、制御信号を受信するための制御電極と、第１及び第２の主電極と、を備えるトランジスタを有する双方向スイッチによって規定され、キャパシタの一方の側は直列接続の端子のうちの１つに結合され、第１の主電極は、第１ダイオードを介してキャパシタの他方の側に、及び第２ダイオードを介して直列接続の他の端子に接続され、並びに、第２の主電極は、第３ダイオードを介してキャパシタの他方の側に、及び第４ダイオードを介して直列接続の他の端子に結合される。これらの４つのダイオードは、電子バラスト及びキャパシタ周辺の交流環境を、トランジスタ用の直流環境に整流するための整流器を形成する。トランジスタは、任意の種類のトランジスタでも可能である。他の種類の双方向スイッチも、除外されない。

ドライバの実施形態は、発光ダイオード回路のパラメータを検出するための検出器に接続している第３の回路であって、検出結果に応じて、制御信号を供給するためのコントローラを有する当該第３の回路で規定される。このようなフィードバックループは、成分変動に対して更なる安定性及び補償を提供する。

ドライバの実施形態は、発光ダイオード回路の少なくとも一つの発光ダイオードを流れる電流であるパラメータにより規定され、コントローラは前記電流又は前記電流のローパス・フィルタリングされたバージョンを基準電流と比較する比較器を有し、比較結果を制御信号に変換するコンバータを有する。比較器は、減算回路又はより複雑な回路でもよい。他の種類のパラメータ、例えば電圧及び光出力も、除外されない。

ドライバの実施形態は、比例積分制御ユニット、モジュレータ、及びガルバニック絶縁を提供するためのアイソレータを有するコンバータで規定され、比例積分制御ユニットの出力端は、モジュレータの入力端に結合され、モジュレータの出力端は、アイソレータのトランジスタの制御電極に結合され、トランジスタの主電極の一つは、変圧器の一次側又はアイソレータのオプトカプラに結合され、変圧器の二次側又はオプトカプラは、制御信号を供給するように配置される。ガルバニック絶縁は、スイッチの交流側と第３の回路の直流側との間の整合を提供し、これにより、双方向スイッチに対するフローティング駆動を提供する。比例積分制御ユニットは、デューティサイクル情報を提供し、モジュレータは、トランジスタの制御電極に対して制御電極情報を提供する。トランジスタは、任意の種類のトランジスタでも可能である。

ドライバの実施形態は、整流器の出力端のうちの１つと発光ダイオード回路の端子のうちの１つとの間に位置する抵抗を有する検出器で規定される。このような検出器は、比較的単純及び比較的低コストである。他の種類の検出器、例えば他の種類のパラメータを検出するための検出器も、除外されない。

ドライバの実施形態は、ドライバが、直流信号をフィルタリングするための第４の回路であって、整流器の出力端に結合される別のキャパシタを有する当該第４の回路を更に有することで規定される。このような別のキャパシタは、比較的単純及び比較的低コストである。フィードバック目的のために使用される電流は、発光ダイオード回路の少なくとも一つの発光ダイオードを流れる電流でもよく、又は発光ダイオード回路と別のキャパシタとの並列の組合せを流れる電流でもよい。

ドライバの実施形態は、発光ダイオード回路の他のパラメータを検出するために別の検出器に更に接続される第３の回路と、別の検出結果に応じて、制御を止めるように配置されるコントローラと、で規定される。このような別の検出器は、保護及び電力消費の削減を提供する。

ドライバの実施形態は、整流器の出力端間に存在する電圧である別のパラメータと、電圧が予想される範囲外である場合に止められる制御と、で規定される。通常、整流器の出力端間に存在する電圧は、予想される範囲内にあるべきである。これを確認するためには、別の検出器は、整流器の出力端に接続する２つの抵抗の更なる直列接続を有し、例えば抵抗のうちの１つの間に存在する電圧は、基準電圧と比較される。他の種類の別の検出器も、除外されない。

ドライバの実施形態は、コントローラに電圧源を提供するための第５の回路を更に有することで規定される。このような電圧源は、電池の使用を回避するために用いられる。

ドライバの実施形態は、整流器の出力端に結合される入力端と、コントローラの電圧源入力端に結合される出力端と、を有する第５の回路で規定される。

ドライバの実施形態は、蛍光管ランプ又は類似のランプの電子バラストが、電子バラストを取り外すことなく発光ダイオード回路で置き換えられることを可能とするように配置されるドライバで規定される。

第２の態様によると、デバイスは、ドライバを有し、電子バラスト及び／又は発光ダイオード回路を更に有して提供される。

電子バラストは、発光ダイオード回路と組み合わせて使用されるときに、キャパシタを通して離調されるという洞察である。発光ダイオード回路に供給される出力電力を制御できるために、キャパシタが切替えられるというのが基本的な考えである。

更なる有利な点は、ドライバは、比較的単純且つ比較的低コストであり、よって比較的堅牢であること、ドライバは、蛍光管ランプ又は類似のランプの電子バラストが、電子バラストを取り外すことなく発光ダイオード回路で置き換えられることを可能とし、これによって、電力消費が削減され、置き換え時間が最小化されることである。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される実施形態の参照から明らかであり、解明されるであろう。

図１は、ドライバの実施形態を示す。 図２は、双方向スイッチの実施形態を示す。 図３は、第３の回路の実施形態を示す。 図４は、発光ダイオード回路を有する管を示す。 図５は、シュミレーション波形を示す。

図１では、ドライバ１の実施形態が示されている。発光ダイオード回路２を駆動するためのドライバ１は、電子バラスト３の共振タンクを離調するための第１の回路１０を有する。この第１の回路１０は、キャパシタ１１及び双方向スイッチ１２の直列接続を有する。直列接続の端子は、電子バラスト３から交流信号を受信するために、電子バラスト３の端子に結合するように配置される。

ドライバ１は、発光ダイオード回路２に直流信号を供給するための第２の回路２０を更に有する。この第２の回路２０は、直列接続の端子に結合される入力端、及び発光ダイオード回路２の端子に結合されるように配置される出力端を備える整流器を有する。
整流器は、例えば１つのダイオード、２つのダイオード、又はブリッジ構成の４つのダイオードを有する。

ドライバ１は、発光ダイオード回路２に供給される電力量を制御するために、制御信号を第１の回路１０に供給するための第３の回路３０を更に有する。

好ましくは、ドライバ１は、直流信号をフィルタリングするための第４の回路４０を更に有し、第４の回路４０は、整流器の出力端に結合される別のキャパシタを有する。

好ましくは、ドライバ１は、第３の回路３０に電圧源を提供するための第５の回路５０を更に有し、第５の回路５０は、整流器の出力端に結合される入力端、及び第３の回路３０の電圧源入力端に結合される出力端を有する。

好ましくは、ドライバ１は、図３を参照して説明される検出器６０、及び図３の記述の後で説明される別の検出器７０を更に有する。

図２では、双方向スイッチ１２の実施形態が示されている。双方向スイッチ１２は、制御信号を受信するための制御電極、並びに第１及び第２の主電極を備えるトランジスタ１３を有することができる。キャパシタ１１の一方の側は、直列接続の端子のうちの１つに結合される。第１の主電極は、第１ダイオード１４を介して、キャパシタ１１の他方の側に、及び第２ダイオード１５を介して、直列接続の他の端子に結合される。第２の主電極は、第３ダイオード１６を介してキャパシタ１１の他方の側に結合し、第４ダイオード１７を介して、直列接続の他の端子に結合される。

好ましくは、第３の回路３０によって生成される制御信号は、固定のスイッチング周波数及び調整可能なデューティサイクルを有する。

図３では、第３の回路３０の実施形態が示されている。第３の回路３０は、発光ダイオード回路２のパラメータを検出するための検出器６０に接続されることができる。第３の回路３０は、検出結果に応じて制御信号を供給するためのコントローラ３１、３２、３３、３４を有する。

好ましくは、このパラメータは、発光ダイオード回路２の少なくとも一つの発光ダイオードを流れる電流である。コントローラ３１、３２、３３、３４は、ここに参照符号３７で示される、前記電流又は前記電流のローパス・フィルタリングされたバージョンを基準電流と比較するための比較器３１を有する。コントローラ３１、３２、３３、３４は、比較結果を制御信号に変換するためのコンバータ３２、３３、３４を更に有する。

好ましくは、コンバータ３２、３３、３４は、比例積分制御ユニット３２、モジュレータ３３、及びガルバニック絶縁を提供するためのアイソレータ３４を有する。比例積分制御ユニット３２の出力端は、モジュレータ３３の入力端に結合される。モジュレータ３３の出力端は、アイソレータ３４のトランジスタ３５の制御電極に結合される。
トランジスタ３５の主電極のうちの１つは、アイソレータ３４の変圧器３６の一次側（一次巻線）に、及び変圧器３６の二次側（二次巻線）は、例えば抵抗ブリッジを介して、制御信号を供給するように配置される。変圧器の代わりに、オプトカプラを使用することができる。オプトカプラが使用されるとき、双方向スイッチを駆動するのに必要なエネルギーが追加的に供給される必要がある。変圧器は、その一次側から二次側にエネルギーを伝達することができるという理由から、このようなエネルギーの追加的な供給を必要としない。

検出器６０は、整流器の出力端のうちの１つと発光ダイオード回路２の端子のうちの１つとの間に位置する抵抗を有することができる。

第３の回路３０は、発光ダイオード回路２の他のパラメータを検出するために、別の検出器７０に更に接続されている。コントローラ３１、３２、３３、３４は、別の検出結果に応じて、制御を止めるために配置される。好ましくは、他のパラメータは、整流器の出力端間に存在する電圧であり、制御は、電圧が予想される範囲外である場合に止められる。

図４では、発光ダイオード回路２及びドライバ１を有する管が示されており、前記管は、電子バラスト３に結合されている。ドライバ１は、蛍光管ランプ又は類似のランプの電子バラスト３が、電子バラスト３を取り外すことなく発光ダイオード回路２で置き換えられることを可能とする。

図５では、上から下へ、制御信号、ドライバ入力電圧、ドライバ入力電流、電子バラスト３（の共振タンク）を流れる電流、キャパシタ１１を流れる電流、及び発光ダイオード回路２を流れる電流を含むシミュレーション波形が、示されている。

要約すると、蛍光管ランプ又は類似のランプの電子バラスト３が、電子バラスト３を取り外すことなく発光ダイオード回路２で置き換えられることを可能とするために、ドライバ１は、電子バラスト３の共振タンクを離調するための第１の回路１０を備える。第１の回路１０は、キャパシタ１１及び双方向スイッチ１２の直列接続を有する。直接接続は、交流信号を受信するために電子回路バラスト３に結合される。ドライバ１は、直流信号を発光ダイオード回路２に供給するための第２の回路２０を備える。第２の回路２０は、直列接続に結合される入力端と、発光ダイオード回路２に結合される出力端と、を備える整流器を有する。更に、ドライバ１は、発光ダイオード回路２に供給される電力量を制御するために、制御信号を第１の回路１０に供給するための第３の回路３０を備える。

本発明は、図面及び前述の説明において、図示され詳細に説明されているが、このような図示及び説明は、実例又は解説のためであり、限定するためではないと考えられるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態の他のバリエーションは、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許が請求される発明を実施する当業者により理解され、達成され得る。特許請求の範囲において、単語「有する（comprising）」は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ａ」又は「an」は、複数を除外しない。ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に用いられ得ないことを示すものではない。特許請求の範囲における如何なる参照符号も、範囲を限定するとして解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. 発光ダイオード回路を駆動するためのドライバであって、前記ドライバは、
   −電子バラストの共振タンクを離調するための第１の回路であって、前記第１の回路は、キャパシタ及び双方向スイッチの直列接続を有し、前記直列接続の端子は、前記電子バラストから交流信号を受信するために、前記電子バラストの端子に結合される当該第１の回路と、
   −前記発光ダイオード回路に直流信号を供給するための第２の回路であって、前記第２の回路は、前記直列接続の前記端子に結合される入力端と、前記発光ダイオード回路の端子に結合される出力端と、を備える整流器を有する当該第２の回路と、
   −前記発光ダイオード回路に供給される電力量を制御するために、制御信号を前記第１の回路に供給するための第３の回路であって、前記発光ダイオード回路のパラメータを受信し、該パラメータに応じて前記制御信号を供給する当該第３の回路と、
   を有する、ドライバ。
2. 前記制御信号は、固定のスイッチング周波数及び調整可能なデューティサイクルを有する、請求項１に記載のドライバ。
3. 前記双方向スイッチは、前記制御信号を受信するための制御電極と、第１及び第２の主電極と、を備えるトランジスタを有し、前記キャパシタの一方の側は、前記直列接続の前記端子のうちの１つに結合され、前記第１の主電極は、第１ダイオードを介して前記キャパシタの他方の側に、及び第２ダイオードを介して前記直列接続の他の端子に接続され、並びに、前記第２の主電極は、第３ダイオードを介して前記キャパシタの他方の側に、及び第４ダイオードを介して前記直列接続の他の端子に結合される、
   請求項２に記載のドライバ。
4. 前記第３の回路は、コントローラを有する、請求項１に記載のドライバ。
5. 前記パラメータは、前記発光ダイオード回路の少なくとも一つの発光ダイオードを流れる電流であり、前記コントローラは、前記電流又は前記電流のローパス・フィルタリングされたバージョンを基準電流と比較する比較器を有し、前記コントローラは、比較結果を前記制御信号に変換するコンバータを有する、請求項４に記載のドライバ。
6. 前記コンバータは、比例積分制御ユニット、モジュレータ、及びガルバニック絶縁を提供するためのアイソレータを有し、前記比例積分制御ユニットの出力端は、前記モジュレータの入力端に結合され、前記モジュレータの出力端は、前記アイソレータのトランジスタの制御電極に結合され、前記トランジスタの主電極の一つは、変圧器の一次側又は前記アイソレータのオプトカプラに結合され、前記変圧器の二次側又は前記オプトカプラは、前記制御信号を供給する、請求項５に記載のドライバ。
7. 前記整流器の前記出力端のうちの１つと前記発光ダイオード回路の前記端子のうちの１つとの間に位置する抵抗を有する検出器を備える、請求項５に記載のドライバ。
8. 前記直流信号をフィルタリングするための第４の回路であって、前記整流器の前記出力端に結合される別のキャパシタを有する前記第４の回路を更に有する、請求項１に記載のドライバ。
9. 前記第３の回路は、前記発光ダイオード回路の他のパラメータを検出するために別の検出器に更に接続され、前記コントローラは、別の検出結果に応じて、制御を止める、請求項４に記載のドライバ。
10. 前記他のパラメータは、前記整流器の前記出力端間に存在する電圧であり、前記制御は、前記電圧が予想される範囲外である場合に止められる、請求項９に記載のドライバ。
11. 前記コントローラに電圧源を提供するための第５の回路を更に有する、請求項４に記載のドライバ。
12. 前記第５の回路は、前記整流器の前記出力端に結合される入力端と、前記コントローラの電圧源入力端に結合される出力端と、を有する、請求項１１に記載のドライバ。
13. 蛍光管ランプ又は類似のランプの前記電子バラストは、前記電子バラストを取り外すことなく前記発光ダイオード回路で置き換えられることを可能とする、請求項１に記載のドライバ。
14. 請求項１に記載の前記ドライバを有し、前記電子バラスト及び／又は前記発光ダイオード回路を更に有する、デバイス。
    

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