JP6198733B2 - 固体照明モジュールの主電源信号に基づく調光を実施するシステム及び方法 - Google Patents

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Description

[0001]本発明は、広くは、固体照明装置の制御に関するものである。更に詳細には、本明細書に記載される種々の発明的方法及び装置は、固体照明モジュールの主電源信号に基づいた調光の実施に関するものである。
[0002]デジタル照明技術、即ち発光ダイオード(LED)等の半導体光源に基づく照明は、伝統的な蛍光灯、HIDランプ及び白熱電球に対する発展性のある代替物を提供する。LEDの機能的利点及び利益は、高いエネルギ変換及び光学的効率、耐久性、低運転コスト並びに多くの他のものを含む。LED技術における最近の進歩は、多くの応用分野における種々の照明効果を可能にするような効率的で堅牢な全スペクトル照明源をもたらしている。
[0003]従来の屋外照明器具においてLEDモジュール利用に改良するために、伝統的な主電源による調光可能な磁気バラストは、例えば主電源電圧供給部とLEDモジュールとの間に接続されるLEDドライバを用いて置換されねばならない。主電源電圧に基づいた(従来の磁気バラスト適用例において使用されていたような)LEDにより出力される光の調光を可能にするために、LEDドライバは主電源電圧を感知し、該感知された電圧に基づいて出力電流を減少させる。該LEDドライバは、絶縁バリヤにより分離された一次側回路及び二次側回路を備えた電力トランスを含み得る。従って、上記絶縁バリヤの一次側の調光された主電源電圧に関する情報が、該絶縁バリヤの二次側のコントローラに該絶縁バリヤを介して送られねばならない。
[0004]従って、当業技術においては、主電源電圧を感知すると共に主電源調光情報を絶縁バリヤを介してコントローラに伝送するための簡単な回路を用いた主電源調光技術に対する要求が存在する。
[0005]本開示は、LEDドライバの一次側の調光された主電源電圧を感知すると共に該調光された主電源電圧の情報を絶縁バリヤを介して当該LEDドライバの二次側のコントローラへ正確に伝送する回路を用いた主電源調光のための発明的装置及び方法に関するものである。調光された主電源電圧の情報を用いて、LEDモジュール電流を調光するための種々の方策を実施することができる。
[0006]一態様において、固体照明モジュールの主電源電圧に基づく調光を実施するシステムは、概して、トランス、主電源感知回路及び処理回路を含む。上記トランスは、一次側回路に接続される一次側及び二次側回路に接続される二次側を含み、これら一次側及び二次側回路は絶縁バリヤにより分離されている。上記主電源感知回路は上記一次側回路から整流された主電源電圧を入力し、該整流された主電源電圧の振幅を示す主電源感知信号を発生する。上記処理回路は、主電源感知回路から絶縁バリヤを介して上記主電源感知信号を入力すると共に、該主電源感知信号に応答して調光基準信号を二次側回路に出力する。二次側回路に接続された固体照明モジュールにより出力される光は、上記処理回路により出力された調光基準信号に応答して調整される。
[0007]他の態様において、発光ダイオード(LED)モジュールの主電源信号に基づく調光を行う方法は、電源トランスの一次側に接続された一次側回路から整流された主電源電圧の振幅を示す主電源感知信号を発生するステップと、該主電源感知信号を上記電源トランスに対応する絶縁バリヤを介して伝送するステップと、該伝送された主電源感知信号に少なくとも部分的に基づいて、上記電源トランスの二次側に接続された二次側回路において調光フィードバック信号を発生するステップと、を含む。該調光フィードバック信号は、二次側回路から一次側回路へ上記絶縁バリヤを介して伝送される。この場合、二次側回路により出力されるLEDモジュールの駆動電流が、一次側回路に伝送された上記調光フィードバック信号に基づいて調整される。
[0008]他の態様において、LEDモジュールを調光するための主電源信号に基づくドライバは、一次側及び二次側を有するトランスと、該トランスの一次側に接続された一次側回路と、該トランスの二次側に接続された二次側回路と、調光制御回路とを含む。上記一次側回路は、調光された主電源電圧を整流するように構成された電圧整流器を含む。二次側回路は、LEDモジュールを駆動するための駆動電流を出力するように構成され、出力電流制御部を含む。該二次側回路は一次側回路から絶縁バリヤにより分離される。上記調光制御回路は、整流された主電源電圧の振幅を示す主電源感知信号を発生するように構成された主電源感知回路と、上記絶縁バリヤを介して電気的結合を行うように構成された光絶縁器と、該光絶縁器を介して前記主電源感知回路から主電源感知信号を入力し、該主電源感知信号に応答して電流基準信号を発生し、且つ、該電流基準信号を前記出力電流制御部へ出力するように構成されたマイクロプロセッサとを有する。上記出力電流制御部は、上記電流基準信号と駆動電流との比較に基づいて調光フィードバック信号を発生すると共に、該調光フィードバック信号を絶縁バリヤを介して一次側回路に伝送する。該一次側回路は調光フィードバック信号に応答して前記トランスに対する入力を調整し、これにより、二次側回路における駆動電流を調整する。
[0009]本開示の目的で本明細書において使用される場合、“LED”なる用語は、電気信号に応答して放射を発生することが可能な如何なるエレクトロルミネッセントダイオード又は他の形式のキャリア注入/接合型システムをも含むものと理解されるべきである。このように、LEDなる用語は、これらに限定されるものではないが、電流に応答して光を放出する種々の半導体型構造、発光ポリマ、有機発光ダイオード(OLED)及びエレクトロルミネッセントストリップ等を含む。特に、LEDなる用語は、赤外スペクトル、紫外スペクトル及び可視スペクトルの種々の部分(一般的に、約400ナノメートルから約700ナノメートルの放射波長を含む)の1以上で放射を発生するように構成することができる全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の幾つかの例は、これらに限定されるものではないが、種々のタイプの赤外LED、紫外LED、赤色LED、青色LED、緑色LED、黄色LED、琥珀色LED、オレンジ色LED及び白色LEDを含む。
[0010]例えば、実質的に白色の光を発生するように構成されたLED(例えば、白色LED)の一構成例は、組み合わせで混合して実質的に白色光を形成するような異なるスペクトルのエレクトロルミネッセンスを各々放出する複数のダイを含むことができる。他の構成例では、白色光LEDは、第1スペクトルを持つエレクトロルミネッセンスを別の第2スペクトルに変換する蛍光材料に関連し得る。この構成の一例において、相対的に短い波長及び狭い帯域幅のスペクトルを持つエレクトロルミネッセンスが該蛍光材料を“ポンピング”し、該蛍光材料は幾分広いスペクトルを持つ一層長い波長の放射を放出する。
[0011]また、LEDなる用語は、LEDの物理的及び/又は電気的パッケージのタイプを限定するものではないと理解されたい。例えば、前述したように、LEDは異なるスペクトルの放射を各々放出するように構成された複数のダイ(例えば、個々に制御可能であるか又は可能でない)を有する単一の発光デバイスを指すことができる。また、LEDは当該LED(例えば、幾つかのタイプの白色LED)の一体部分と考えられる蛍光体に関連され得る。一般的に、LEDなる用語は、パッケージ化されたLED、非パッケージ化LED、表面実装型LED、チップオンボード型LED、Tパッケージ実装型LED、放射パッケージ型LED、電力パッケージ型LED、何らかのタイプのケース及び/又は光学素子(例えば、拡散レンズ)を含むLED等を指すことができる。
[0012]“光源”なる用語は、これに限定されるものではないが、LED型光源(上に定義したような1以上のLEDを含む)を含む種々の放射源の何れかの1以上を指すものと理解されるべきである。
[0013]或る光源は、電磁放射を、可視スペクトル内、可視スペクトル外又は両者の組み合わせで発生するように構成することができる。従って、“光”及び“放射”なる用語は、ここでは入れ換え可能に使用される。更に、光源は、一体部品として、1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含むことができる。また、光源は、これらに限定されるものではないが、指示、表示及び/又は照明を含む種々の用途のために構成することができる。“照明用光源”は、室内又は室外空間を効果的に照明するために十分な輝度を有する放射を発生するように特別に構成された光源である。このような前後状況において、“十分な輝度”とは、周囲照明(即ち、間接的に知覚され得、且つ、例えば全体として若しくは部分的に知覚される前に種々の介在する表面の1以上から反射され得る光)を提供するために空間又は環境内で発生される可視スペクトル内での十分な放射パワー(放射パワー及び“光束”に関しては、光源から全方向への全光出力を表すために、しばしば、“ルーメン”なる単位が使用される)を指す。
[0014]“照明器具”なる用語は、ここでは、特定のフォームファクタ、アセンブリ若しくはパッケージでの1以上の照明ユニットの構成又は配置を指すために使用されている。“照明ユニット”なる用語は、ここでは、同一又は異なるタイプの1以上の光源を含む装置を指すために使用されている。所与の照明ユニットは、光源(又は複数の光源)のための種々の取付配置、エンクロージャ/ハウジング配置及び形状、並びに/又は電気的及び機械的接続構造の何れかを有することができる。更に、所与の照明ユニットは、オプションとして、当該光源(又は複数の光源)の動作に関係する種々の他の部品(例えば、制御回路)に関連され得る(例えば、含む、結合される及び/又は一緒にパッケージ化される)。“LED型(に基づく)照明ユニット”とは、上述したような1以上のLED型光源を単独で又は他の非LED型光源との組み合わせで含む照明ユニットを指す。“多チャンネル”照明ユニットとは、異なるスペクトルの放射を各々発生するように構成された少なくとも2つの光源を含むLED型又は非LED型の照明ユニットを指し、上記異なるスペクトルの各々を当該多チャンネル照明ユニットの“チャンネル”と称することができる。
[0015]“コントローラ”なる用語は、ここでは、1以上の光源の動作に関係する種々の装置を広く記述するために使用されている。コントローラは、ここで述べる種々の機能を実行するために、多数の形態で(例えば、専用のハードウェアによる等)実施化することができる。“プロセッサ”は、ここで述べる種々の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)を用いてプログラムすることができる1以上のマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを使用するか又は使用しないで実施化することができ、幾つかの機能を実行するための専用のハードウェアと、他の機能を実行するためのプロセッサ(例えば、1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)との組み合わせとして実施化することもできる。本開示の種々の実施態様で使用することが可能なコントローラ部品の例は、これらに限定されるものではないが、通常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)を含む。
[0016]種々の構成において、プロセッサ又はコントローラは1以上の記憶媒体(例えばRAM、PROM、EPROM及びEEPROM等の揮発性及び不揮発性コンピュータメモリ、フロッピー(登録商標)ディスク、コンパクトディスク、光ディスク又は磁気テープ等であり、ここでは広く“メモリ”と称する)に関連され得る。幾つかの構成例において、上記記憶媒体は、1以上のプロセッサ及び/又はコントローラ上で実行された場合に本明細書で述べる機能の少なくとも幾つかを実行する1以上のプログラムによりコード化することができる。種々の記憶媒体は、当該記憶媒体上に記憶された1以上のプログラムをプロセッサ又はコントローラにロードして、ここで述べる本発明の種々の態様を実施することができるように、プロセッサ若しくはコントローラ内に固定され又は移送可能なものとすることができる。“プログラム”又は“コンピュータプログラム”なる用語は、ここでは、1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することが可能な如何な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)をも示すように汎用的な意味で使用されている。
[0017]上述した概念及び後に詳述する更なる概念の全ての組み合わせ(斯かる概念が相互に矛楯しない限り)は、ここに述べる本発明の主題の一部であると考えられるものと理解されるべきである。特に、本開示の末尾に記載された請求項の主題の全ての組み合わせは、ここに開示される本発明の主題の一部であると考えられる。また、参照により組み込まれる如何なる開示にも現れる、ここで明示的に使用される用語には、ここに開示される特定の概念と最も一貫性がある意味が付与されるべきであると理解されたい。
[0018]尚、図面において、同様の符号は、概して、異なる図を通して同一の部分を示す。また、図面は必ずしも寸法通りではなく、通常は、代わりに本発明の原理を説明するために強調されている。
[0019]図1は、代表的実施態様による主電源信号に基づく調光可能な固体照明システムのためのドライバを示す簡略化されたブロック図である。 [0020]図2は、代表的実施態様による、PWM信号を発生するよう構成された例示的主電源感知回路の簡略化されたブロック図である。 [0021]図3は、代表的実施態様による、固体照明負荷を主電源信号に基づいて調光する処理を示すフローチャートである。 [0022]図4は、代表的実施態様による、主電源信号に基づく調光可能な固体照明システムのためのドライバを示す簡略化されたブロック図である。 [0023]図5は、代表的実施態様による、主電源信号に基づく調光可能な固体照明システムのためのドライバのシミュレーション結果を示す一連のグラフである。
[0024]以下の詳細な説明においては、限定ではなく説明の目的で、特定の詳細を開示する代表的実施態様が本教示内容の十分な理解を行うために説明される。しかしながら、本開示の利益を享受した当業者によれば、ここに開示された特定の詳細から外れる本教示による他の実施態様も、添付請求項の範囲内に入ることは明らかであろう。更に、良く知られた装置及び方法の説明は、斯かる代表的実施態様の説明を不明瞭にさせないように省略される。このような方法及び装置も、明らかに本教示の範囲内である。
[0025]出願人は、LEDドライバの一次側の調光された主電源電圧を感知すると共に、該感知された調光された主電源電圧に関する情報を絶縁バリヤを介して当該LEDドライバの二次側のプロセッサ又はコントローラへ伝送することができる回路を設けることが有益であることを認識し、理解した。
[0026]主電源電圧に基づく調光方式は、例えば、従来の照明応用例の磁気バラストに使用されている。磁気バラストを交換するために改良置換型(レトロフィット)LEDモジュールが使用される場合、調光は、継続して主電源電圧を同様に用いて実行されることが望ましい。主電源電圧に基づく調光方式によれば、光出力の量は、主電源電圧が例えば調光コントローラにより減少されるのにつれて減少される。LEDの場合、調光は、当該LEDに供給される出力電流を、例えば調光コントローラによる主電源電圧の変化に応答して変化させることにより達成される。光出力が主電源電圧のレベルに依存して2つのレベルの間で切り換わる2レベル調光法及び光出力が主電源電圧のレベルが減少されるのにつれてリニアに減少するリニア調光法等の、異なる主電源電圧調光方式を実施化することができる。
[0027]図1は、代表的実施態様による調光可能な照明システムのためのドライバを示す簡略化されたブロック図である。
[0028]図1を参照すると、LEDモジュール160として示された固体照明モジュールの主電源電圧に基づく調光を実施するためのドライバ100は、一次側回路110に接続された一次側及び二次側回路140に接続された二次側を持つ絶縁トランス120を含んでいる。例えば、トランス120は、LEDモジュール160が高輝度LEDモジュールとして実施化された場合に絶縁を実現することができるような、高周波数/高出力トランスであり得る。一次側回路110は主電源電圧源101から調光コントローラ105を介して調光された主電源電圧を入力する。上記調光コントローラ105は、例えば、正弦調光コントローラとすることができる。後に詳述するように、一次側回路110は、上記の調光された主電源電圧を入力し、整流された主電源電圧Vを供給する電圧整流器(図1には図示されていない)を含む。二次側回路140は、LEDモジュール160に接続され、トランス120の一次側電流Ipri及び誘導された二次側電流Isecに基づいてLEDモジュール160に対し調整可能な駆動電流Iを出力する。
[0029]ドライバ100は、更に、トランス120に対応する絶縁バリヤ125を介して一次側回路110及び二次側回路140の両方に接続された調光制御回路130を含んでいる。該調光制御回路130は、主電源感知回路132、絶縁器134及び処理回路136を含んでいる。主電源感知回路132は、一次側回路110における前記電圧整流器から整流された主電源電圧Vを入力し、該整流された主電源電圧Vの振幅を示す主電源感知信号MSSを発生するように構成されている。該主電源感知回路132は、上記主電源感知信号MSSを、絶縁器134を介することにより絶縁バリヤ125を経て処理回路136に伝送する。絶縁器134は、例えば光絶縁器とすることができ、該光絶縁器は、絶縁バリヤ125の間の電気的絶縁を維持しながら光信号を用いて情報(例えば、主電源感知信号MSS)が交換されることを可能にする。このように、絶縁器134は、例えば安価な2レベル光絶縁器を用いて的確に実施化することができる。他の実施態様では、絶縁バリヤ125の間の結合は、本教示の範囲から外れることなく、トランス等の他のタイプの絶縁を用いて得ることもできる。
[0030]処理装置(処理回路)136は、一次側回路110からは絶縁バリヤ125を経て配置される。何故なら、該処理装置136は、後述するように、LEDモジュール160及び他の調光コントローラ(図示略)からの信号を感知すると共に、監視的基準コマンドを二次側回路140に供給するからである。例えば、図示の構成において、処理回路136は、主電源感知回路132から主電源感知信号MSSを入力し、該主電源感知信号MSSに少なくとも部分的に基づいて決定された1以上の調光基準信号を二次側回路140に供給する。該調光基準信号は、後述するように、例えば電流基準信号Iref及び/又は電圧基準信号Vrefを含むことができる。また、処理回路136は、設定調光レベルを示す調光制御信号、並びにLEDモジュール160からの光レベル及び温度等を含む1以上のLEDフィードバック信号も入力することができる。前記調光基準信号は、処理回路136により、少なくとも主電源感知信号MSSに応答して、並びに種々の実施態様では上記調光制御信号及び/又はLEDフィードバック信号にも応答して発生される。
[0031]二次側回路140は、上記調光基準信号を入力し、該調光基準信号を対応する電気的状態と比較する。二次側回路140は、上記比較の結果に基づいて調光フィードバック信号DFSを発生し、該調光フィードバック信号DFSを、絶縁バリヤ125を介して(例えば、他の絶縁器(図1には図示されていない)を介して)一次側回路110に伝送する。例えば、調光制御信号が電流基準信号Irefを含んでいる場合、二次側回路140の出力電流制御部(図示略)は該電流基準信号IrefをLEDモジュール160に供給されている駆動電流Iと比較する。この場合、該二次側回路140は電流基準信号Irefと駆動電流Iとの間の差(もしあるなら)を示す調光フィードバック信号DFSを発生する。
[0032]調光フィードバック信号DFSは、他の絶縁器(図1には図示されていない)を介することにより絶縁バリヤ125を経て一次側回路110に伝送される。該調光フィードバック信号DFSに応答して、一次側回路110は、トランス120の一次側に入力される一次側電圧Vpriを必要に応じて調整し、このことが、該トランス120の二次側を介しての二次側電圧Vsecを、従って二次側回路140によりLEDモジュール160に出力される駆動電流Iを調整することになる。従って、駆動電流IはLEDモジュール160を、調光コントローラ105の設定に対応する量の光を供給するように駆動することになる。一実施態様において、処理回路136は他の絶縁器(図1には図示されていない)を介することにより絶縁バリヤ125を経て一次側回路110に電力制御信号PCSも供給することができ、該電力制御信号は、図4を参照して後述するように、一次側回路110及び二次側回路140に対する電力の供給を選択的に制御する。
[0033]種々の実施態様において、処理回路136は、例えばソフトウェア、ファームウエア、配線ロジック回路又はこれらの組み合わせを用いた、プロセッサ若しくは中央処理ユニット(CPU)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)又はこれらの組み合わせを含む、コントローラ又はマイクロコントローラとして実施化することができる。プロセッサ又はCPUを使用する場合、処理回路136の動作を制御する実行可能なソフトウェア/ファームウエア及び/又は実行可能なコードを記憶するためにメモリ(図示略)が含まれる。該メモリは、如何なる数、タイプ及び組み合わせの不揮発性読出専用メモリ(ROM)及び揮発性ランダムアクセスメモリ(RAM)とすることもでき、当該プロセッサ又はCPUにより実行することが可能なコンピュータプログラム及びソフトウェアアルゴリズム等の種々のタイプの情報を記憶することができる。該メモリは、如何なる数、タイプ及び組み合わせのディスクドライブ、電気的にプログラム可能な読出専用メモリ(EPROM)、電気的に消去及びプログラム可能な読出専用メモリ(EEPROM)、CD、DVD及び汎用シリアルバス(USB)ドライブ等の有形のコンピュータ読取可能な記憶媒体を含むこともできる。
[0034]一実施態様において、前記主電源感知回路132により出力される主電源感知信号MSSはパルス幅変調(PWM)信号であり、該PWM信号は絶縁器134を介して処理回路136に伝送される。主電源感知回路132は種々の方法で該PWM信号を発生することができる。例えば、図2は、代表的実施態様によるPWM信号を発生するように構成された主電源感知回路の簡略化されたブロック図である。
[0035]図2を参照すると、主電源感知回路132は抵抗分圧器236、クロック部237及びパルス信号発生器238を含んでいる。抵抗分圧器236は、一次側回路110における電圧整流器から整流された主電源電圧Vを入力し、分圧された主電源電圧をパルス信号発生器238に供給するように構成されている。クロック部237はクロック信号Clkを発生するように構成され、該クロック信号もパルス信号発生器238に供給される。かくして、パルス信号発生器238は、上記の分圧された主電源電圧及びクロック信号Clkに基づいて前記主電源感知信号MSSとしてのPWM信号を、該PWM信号の各パルスの幅が前記整流された主電源電圧Vの振幅に変調されるように発生する。例示的構成例においては、例えば上記PWM信号を発生するために、クロック部237は第1の555タイマ(IC)を含み、パルス信号発生器238は第2の555タイマを含む。
[0036]勿論、主電源感知回路132の他の構成及び/又は該回路の他の種々の部品を、本教示の範囲から逸脱することなしに組み込むこともできる。例えば、代替実施態様において、主電源感知回路132は上記PWM信号を発生するように構成されたマイクロコントローラとして実施化することもできる。該マイクロコントローラは、一次側回路110における電圧整流器から整流された主電源電圧Vを入力し、これに応答してPWM信号を発生するように構成されたアナログ/デジタル変換器(ADC)を含むことができる。該マイクロコントローラは、I2C又はUART等の何からの形態のデジタル通信プロトコルを用いて二次側回路140と通信することもできる。該マイクロコントローラは、例えばSTから入手可能なSTM8Sとすることができる(もっとも、他のタイプのマイクロコントローラを本教示の範囲から逸脱することなしに組み込むこともできる)。
[0037]図3は、代表的実施態様による、主電源調光を用いて固体照明負荷を調光する処理を示すフローチャートである。図3の例示的ステップは、例えば図1のドライバ100により実施することができるが、これらステップは、本教示の範囲から逸脱することなく、同様の能力を有する如何なるシステムによっても実施することができる。
[0038]図1及び3を参照すると、ステップS311において、一次側回路110からの整流された主電源電圧Vが主電源感知回路132により入力される。ステップS312において、主電源感知回路132は主電源感知信号MSSを発生し、該主電源感知信号MSSは上記の整流された主電源電圧Vの振幅を示す。主電源感知信号MSSは例えばPWM信号であり得、その場合、パルス幅は整流された主電源電圧Vの振幅に対応するように変化される。ステップS313において、主電源感知信号MSSは絶縁バリヤ(例えば、絶縁器134)を介して処理回路136に伝送される。
[0039]ステップS314において、処理回路136は、主電源感知回路132から入力された上記主電源感知信号MSSに少なくとも部分的に基づいて、1以上の調光基準信号を発生する。これら調光基準信号は、ステップS315において、二次側回路140に供給される。例えば、上記調光基準信号は電流基準信号Iref及び/又は電圧基準信号Vrefを含むことができ、これら基準信号は二次側回路140の出力電流制御部及び出力電圧制御部に各々供給される。ステップS316において、上記調光基準信号は二次側回路140における対応する電気的条件と比較され、ステップS317において該比較の結果を示す調光フィードバック信号DFSが発生される。例えば、電流基準信号Irefは駆動電流Iと比較され、電圧基準信号VrefはLEDモジュール160を駆動する駆動電圧Vと比較される。ステップS318において、調光フィードバック信号DFSは絶縁バリヤ125を介して(例えば、他の絶縁器を介して)一次側回路110に伝送される。これに応答して、ステップS319において、一次側回路110はトランス120の一次側の入力(例えば一次側電圧Vpri及び/又は一次側電流Ipri)に対する適切な調整を行うことができ、これにより、二次側回路140によりLEDモジュール160に出力される駆動電流I及び/又は駆動電圧Vに対する対応する調整を生じさせる。従って、LEDモジュール160は、調光コントローラ105の設定に対応した適切な量の光を供給するように駆動されることになる。
[0040]図4は、代表的実施態様による、調光可能な照明システムのための一層詳細なドライバを示す簡略化されたブロック図である。
[0041]図4を参照すると、例示的にLEDモジュール460として示された固体照明モジュールの主電源電圧に基づいた調光を実施するためのドライバ400は、一次側回路410に接続された一次側及び二次側回路440に接続された二次側を有する絶縁トランス420を含んでいる。一次側回路410は主電源電圧源401から、調光コントローラ405(例えば、正弦調光コントローラであり得る)を介して、調光された主電源電圧を入力する。二次側回路440は、LEDモジュール460に接続され、後述するように該LEDモジュール460に対しトランス420の一次側電流Ipriに基づいて調整可能な駆動電流Iを出力する。ドライバ400は、更に、トランス420に対応する絶縁バリヤ425に跨って一次側回路410及び二次側回路440の両方に接続された調光制御回路430を有している。該調光制御回路430は、後述する主電源感知回路432、第1光絶縁器434及びマイクロプロセッサ436を含んでいる。
[0042]一次側回路410は、電圧整流器411、ブースト力率補正(PFC)回路412、ブースト制御回路413、PWMハーフブリッジコンバータ414及びPWMハーフブリッジ制御段415を含んでいる。電圧整流器411(及びEMIフィルタ)は、調光コントローラ405に接続されている。従って、電圧整流器411は主電源電圧源401から調光された主電源電圧を入力すると共に、整流された主電源電圧V(及び対応する整流された主電源電流I)を出力し、これにより、ACの主電源電圧を整流された正弦波に変換する。斯かる整流は、後述するブーストPFC回路412を介して一定のDC電圧を生成するために必要とされる。上記EMIフィルタは、電力線に入り込んだ高周波成分を制限するインダクタ及びコンデンサのネットワーク(図示略)を含むことができる。
[0043]整流された主電源電圧VはブーストPFC回路412に供給され、該PFC回路は該整流された主電源電圧Vの整流された正弦波を、ブースト電圧Vとして示す一定の安定化されたDC電圧(及び対応する整流されたブースト電流I)に変換する。更に、ブーストPFC回路412は、電圧整流器411から取り出されブーストPFC回路412に入力される整流された主電源電流Iが、整流された主電源電圧Vと同相になることを保証する。このことは、当該ドライバ400が1に近い力率で動作することを保証する。これに応じて、ブースト制御回路413はブーストPFC回路412内のブーストコンバータのスイッチを制御する。
[0044]PWMハーフブリッジコンバータ414は、ブーストPFC回路412から入力されるDCのブースト電圧Vを、PWMハーフブリッジ制御段415の制御の下で、高周波パルス信号である一次側電圧Vpri(及び対応するパルス状一次側電流Ipri)に変換する。該一次側電圧Vpriは、例えばPWMハーフブリッジコンバータ414内のスイッチ(図示略)の動作により設定されるパルス幅を持つPWM信号であり得る。該一次側電圧Vpriは、トランス420の一次側(一次巻線)に供給される。PWMハーフブリッジ制御段415は、一次側電圧Vpriのパルス幅が、後述するように、PWMハーフブリッジコンバータ414によって二次側回路440の出力電流制御部444及び出力電圧制御部446の少なくとも一方から入力される調光フィードバック信号DFSに基づいて決定されるようにする。
[0045]二次側電圧Vsec(及び対応する二次側電流Isec)は、上記一次側電圧Vpriによりトランス420の二次側(二次巻線)に誘起される。該二次側電圧Vsecは、二次側回路440に含まれる出力整流器/フィルタ回路442により整流され且つ高周波濾波され、LEDモジュール460を駆動するための所望の駆動電圧V及び対応する駆動電流Iを得る。特に、上記駆動電流Iの大きさはLEDモジュール460における1以上のLEDの照明レベルを決定する。
[0046]二次側回路440は、更に、出力電流制御部444及び出力電圧制御部446を含んでいる。出力電流制御部444は駆動電流Iをマイクロプロセッサ436により出力される電流基準信号Irefと比較して電流差ΔIを得る一方、出力電圧制御部446は駆動電圧Vをマイクロプロセッサ436により出力された電圧基準信号Vrefと比較して電圧差ΔVを得る。駆動補償器(図示略)は上記電流差ΔI及び電圧差ΔVの少なくとも一方に基づいて調光フィードバック信号DFSを決定する。マイクロプロセッサ436は、後述する主電源感知回路432から入力される主電源感知信号MSS(該信号は、調光コントローラ405において設定された調光レベルに基づいている)に基づいて電流及び電圧基準信号Iref及びVrefの値を決定する。
[0047]出力電流制御部444は、マイクロプロセッサ436からソフトスタート信号(短いパルス)も入力することができ、該信号は当該出力電流制御部444を経る電流制御ループを飽和させる。ソフトスタート信号がローとなった後、マイクロプロセッサ436からの電流基準信号Irefは、出力LED電流のフリッカを回避するために徐々に増加される。スタートアップの間において、電流差ΔIは電流基準信号Irefから駆動電流I及び上記ソフトスタート信号を引いたものとして決定することができ、電圧差ΔVは電圧基準信号Vrefから駆動電圧V及びソフトスタート信号を引いたものとして決定することができる。
[0048]前述したように、調光フィードバック信号DFSは、出力電流制御部444及び出力電圧制御部446により各々供給される電流差ΔI及び電圧差ΔVの両方を示す。一実施態様においては、典型的に、電流ループ(電流差ΔIを使用した)のみが活性状態となる。出力電圧が所定の限界を超えた場合は、調光フィードバック信号DFSを介して出力電流を減少させるために電圧ループ(電圧差ΔVを使用した)を使用することができる。調光フィードバック信号DFSは、二次側回路440からPWMハーフブリッジ制御段415へ、第2光絶縁器424(第1光絶縁器434と同一のもの又は異なるものとすることができる)を介することにより絶縁バリヤ425を経て供給される。このように、調光フィードバック信号DFSは、一次側電圧Vpriのパルス幅を調光フィードバック信号DFSに基づいて調整するようにPWMハーフブリッジコンバータ414を制御する。例えば、駆動電流Iが調光フィードバック信号DFSにより示されるように電流基準信号Irefを越える場合、PWMハーフブリッジ制御段415はPWMハーフブリッジコンバータ414を、例えば一次側電圧Vpriのパルス幅を減少させることにより該一次側電圧Vpriを、従って一次側電流Ipriも減少させるように制御する。一次側電圧Vpriの変化は、二次側電圧Vsec並びにLEDモジュール460を駆動するために当該ドライバ400により出力される駆動電圧V及び駆動電流Iの対応する変化に反映される。このように、PWMハーフブリッジ制御段415は、当該ドライバ400の駆動電圧V及び/又は駆動電流Iを特定の値に調整することができる。通常の定常状態動作の下では、マイクロプロセッサ436からの電流基準信号Irefは、主電源感知信号MSSにより示される所望の調光レベルに依存する。
[0049]ブーストPFC回路412により出力されたブースト電圧Vは電源427にも供給され、該電源427は例えばViper電源等の降圧DC-DCコンバータであり得る。電源427は、ブースト電圧Vを18V等の一層低い電圧に降圧することができる。該電源427の一次側は、スイッチ417の制御の下で、一次側回路410の種々の部品(例えば、電圧整流器411、ブーストPFC回路412、ブースト制御回路413、PWMハーフブリッジコンバータ414、PWMハーフブリッジ制御段415)に安定化された電圧を選択的に供給するように構成されている。スイッチ417の動作及びタイミング(オン/オフ)は、マイクロプロセッサ436により出力されると共に第3光絶縁器428(第1及び第2光絶縁器434、424と同一のもの又は異なるものとすることができる)を介することにより絶縁バリヤ425を経て該スイッチ417により入力される電源制御信号PCSにより決定される。該電源427の二次側は、安定化された電圧を二次側回路440の種々の部品(例えば、出力整流器/フィルタ回路442、出力電流制御部444、出力電圧制御部446)に供給するように構成されている。例示的構成例において、該電源427は、一次側用に1つ及び二次側用に1つの絶縁された2つの出力を備えたフライバックコンバータとすることができる。
[0050]当該ドライバ400は、更に、トランス420に対応する絶縁バリヤ425に跨って一次側回路410及び二次側回路440の両方に接続された調光制御回路430を含んでいる。該調光制御回路430は、主電源感知回路432、第1光絶縁器434及びマイクロプロセッサ436を含んでいる。前述したように、主電源感知回路432は、電圧整流器411から整流された主電源電圧Vを入力し、該整流された主電源電圧Vの振幅を示す主電源感知信号MSSを発生するように構成されている。主電源感知回路432は、該主電源感知信号MSSを、第1光絶縁器434を介することにより絶縁バリヤ425を経てマイクロプロセッサ436に伝送する。主電源感知回路432は、パルス信号発生器(例えば、図2を参照して前述したような)又はマイクロコントローラを含む種々の構成で実施化することができる。
[0051]マイクロプロセッサ436は、主電源感知回路432から上記主電源感知信号MSSを入力すると共に、これに応答して電流基準信号Iref及び電圧基準信号Vrefを決定するように構成されている。更に、マイクロプロセッサ436は、調光入力部454から調光制御インターフェース455を介して調光信号を入力するように構成され、この場合、該調光信号は例えばユーザにより設定された調光の所望レベルを示す。例えば、調光入力部454は1Vから10Vまでの調光尺度を設けることができ、その場合において、1Vは最大の調光(最低レベルの光出力)を示す一方、10Vは最小の調光又は調光無し(最高レベルの光出力)を示す。マイクロプロセッサ436は、調光入力部454及び調光コントローラ405を含む複数の調光レベル入力を入力することができ、これに応答して電流基準信号Iref及び/又は電圧基準信号Vrefを設定する。一実施態様において、マイクロプロセッサ436は、例えば、主電源感知信号MSSを線形に変換して電流基準信号Irefを得るが、斯かる変換は2レベル、対数的及び何らかの予め定められた組みのテーブル値等とすることもできる。また、マイクロプロセッサ436は、例えば負温度係数(NTC)感知回路451及びRSET感知回路452を介して、LEDモジュール460からのフィードバックを入力する。NTC感知回路451はLEDモジュール460の温度を感知し、RSET感知回路452は、これも基準電流Irefを設定する外部抵抗の値を感知する。
[0052]更に、マイクロプロセッサ436は電力制御信号PCSも発生し、該電力制御信号は、前記一次側の給電を、従って当該LEDドライバ400をオン/オフするために使用されるローレベルスイッチ信号である。例えば、電力制御信号PCSは外部入力部から待機コマンドが入力された場合に当該LEDドライバ400をオフするために使用することができる。主電源感知信号MSSの特定の値が、待機コマンドを意味することもできる。電力制御信号PCSは、前述したようにスイッチ417を動作させるために、マイクロプロセッサ436により第3光絶縁器428を介することにより絶縁バリヤ425を経て一次側回路410に伝送される。
[0053]図5は、代表的実施態様による、調光可能な固体照明システムのためのドライバのシミュレーション結果を示す一連のグラフである。特に、グラフ5(c)は前記一次側回路における電圧整流器(例えば、電圧整流器411)により出力される整流された主電源電圧Vを示す。グラフ5(a)及び5(b)は、感知された信号及び整流された主電源電圧Vに応答して主電源感知信号MSSとして主電源感知回路(例えば、主電源感知回路432)により出力される対応するPWM信号を、各々、示す。主電源感知信号MSSは、調光フィードバック信号DFSを決定するために絶縁バリヤ(例えば、絶縁バリヤ425)を介して処理回路(例えば、マイクロプロセッサ436)に供給される。図5に示されるように、整流された主電源電圧Vは上記絶縁バリヤを介して正確に伝送される。
[0054]上述した主電源信号に基づく調光可能な固体照明システムのドライバは、光出力を主電源電圧信号に基づいて制御することが望ましい改良置換型LEDアプリケーションに適用することができる。例えば、該主電源信号に基づく調光可能な固体照明システムのドライバは、LEDモジュールが伝統的な磁気バラストを置換する応用例に使用することができる。
[0055]以上、本発明の幾つかの実施態様を本明細書において説明及び図示したが、当業者であれば、ここに説明した機能を実行し、及び/又はここで述べた結果及び/又は利点の1以上を得るための種々の他の手段及び/又は構成に容易に想到するであろう。このような変更及び/又は修正の各々は、ここに述べた本発明の実施態様の範囲内であると見なされる。もっと一般的に言うと、当業者であれば、ここに述べた全てのパラメータ、寸法、材料及び構成は例示的なものであることを意味し、実際のパラメータ、寸法、材料及び/又は構成は、本発明の教示が用いられる特定の用途に依存するであろうことを容易に理解するであろう。当業者であれば、ここで述べた本発明の特定の実施態様に対する多くの均等物を認識し、又は通例の実験を用いるだけで確認することができるであろう。従って、上述した実施態様は例示としてのみ提示されたものであり、添付請求項及びその均等物の範囲内で、本発明の実施態様は、特定的に説明及び請求項に記載したもの以外で実施することができると理解されるべきである。本開示の発明的実施態様は、ここで述べた各フィーチャ、システム、物品、材料、キット及び/又は方法に向けられたものである。更に、2以上の斯様なフィーチャ、システム、物品、材料、キット及び/又は方法の如何なる組み合わせも、このようなフィーチャ、システム、物品、材料、キット及び/又は方法が相互に矛楯しないならば、本開示の発明の範囲内に含まれるものである。
[0056]ここで定められ及び使用された全ての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれた文献における定義及び/又は定義された用語の通常の意味を規制すると理解されるべきである。
[0057]本明細書及び請求項で使用される単数形は、そうでないと明示しない限り、“少なくとも1つの”を意味すると理解されるべきである。
[0058]本明細書及び請求項において使用された“及び/又は”なる語句は、そのように結合されたエレメントの“何れか又は両方”、即ち或る場合には連接的に存在し、他の場合には離接的に存在するエレメントを意味すると理解されるべきである。“及び/又は”で列挙された複数のエレメントは、同様に、即ちそのように結合されたエレメントの“1以上”であると見なされたい。“及び/又は”なる文により固有に識別されたエレメント以外の他のエレメントも、これらの固有に識別されたエレメントに関係するか関係しないかによらず、オプションとして存在することもできる。本明細書及び請求項で使用される場合、“又は”は上記に定義した“及び/又は”と同じ意味を持つと理解されたい。
[0059]本明細書及び請求項で使用される場合、1以上のエレメントのリストを参照する“少なくとも1つの”なる語句は、該エレメントのリストにおけるエレメントの何れか1以上から選択された少なくとも1つのエレメントを意味するものであり、該エレメントのリスト内の各及び全エレメントの少なくとも1つを必ずしも含むものではなく、該エレメントのリスト内のエレメントの如何なる組み合わせをも除くものではないと理解されるべきである。この定義は、上記“少なくとも1つの”なる語句が参照する上記エレメントのリスト内で識別されるエレメント以外のエレメントが、上記の識別されたエレメントに関係するか又は関係しないかに拘わらず、オプションとして存在することも可能にする。このように、限定するものではない例として、“A及びBの少なくとも1つ”(又は等価的に“A又はBの少なくとも1つ”若しくは等価的に“A及び/又はBの少なくとも1つ”)は、一実施態様では、少なくとも1つの(オプションとして2以上を含む)Aで、Bは存在しない(オプションとしてB以外のエレメントを含む)場合、他の実施態様では、少なくとも1つの(オプションとして2以上を含む)Bで、Aは存在しない(オプションとしてA以外のエレメントを含む)場合、更に他の実施態様では、少なくとも1つの(オプションとして2以上を含む)A及び少なくとも1つの(オプションとして2以上を含む)B(オプションとして他のエレメントを含む)の場合等を指すことができる。
[0060]明確にそうでないと示さない限り、請求項に記載された2以上のステップ又は動作を含む如何なる方法においても、該方法のステップ又は動作の順序は、これらステップ又は動作が記載された順序に必ずしも限定されるものではないと理解されるべきである。また、請求項に記載された符号(もし、あるなら)は、便宜のためにのみ設けられたものであり、如何なる形でも限定するものとみなしてはならない。
[0061]請求項及び上記明細書において、“有する”、“含む”、“担持する”、“持つ”、“収容する”、“伴う”、“保持する”及び“からなる”等の全ての移行句は非制限的であると、即ち含むが限定されるものではないことを意味すると理解されるべきである。“からなる”及び“から本質的になる”なる移行句のみが、各々、制限的又は半制限的移行句である。

Claims (14)

  1. 固体照明モジュールの主電源電圧に基づく調光を実施するシステムであって、
    一次側回路に接続された一次側及び二次側回路に接続された二次側を有し、前記一次側回路が前記二次側回路から絶縁バリヤにより分離されたトランスと、
    前記一次側回路から整流された主電源電圧を入力し、該整流された主電源電圧の振幅を示す主電源感知信号を発生し、該主電源感知信号を前記絶縁バリヤを介して伝送する主電源感知回路と、
    前記主電源感知回路から前記絶縁バリヤを介して前記主電源感知信号を入力し、該主電源感知信号に応答して前記二次側回路に調光基準信号を出力するとともに、前記主電源感知信号に応答して電力制御信号を生成し、該電力制御信号を前記絶縁バリヤを介して前記一次側回路に出力する処理回路と、
    を有し、
    前記二次側回路に接続された前記固体照明モジュールにより出力される光が、前記処理回路により出力される前記調光基準信号に応答して調整され
    前記一次側回路の給電が、前記処理回路より出力される前記電力制御信号によりオン/オフ制御される、
    システム。
  2. 前記処理回路を前記絶縁バリヤを介して前記主電源感知回路に結合する第1光絶縁器を更に有する請求項1に記載のシステム。
  3. 前記調光基準信号を入力し、該調光基準信号を前記固体照明モジュールの駆動電流と比較し、且つ、該比較の結果に基づいて調光フィードバック信号を発生する出力電流制御部を前記二次側回路に更に有する請求項2に記載のシステム。
  4. 前記出力電流制御部を前記一次側回路に結合して前記調光フィードバック信号の前記一次側回路への伝送を可能にする第2光絶縁器を更に有し、前記固体照明モジュールにより出力される光が該調光フィードバック信号に応答して調整される請求項3に記載のシステム。
  5. 前記固体照明モジュールが複数の発光ダイオード(LED)を有する請求項4に記載のシステム。
  6. 前記主電源感知信号がパルス幅変調(PWM)信号を有し、前記主電源感知回路が該PWM信号を前記第1光絶縁器を介して前記処理回路に伝送する請求項2に記載のシステム。
  7. 前記主電源感知回路が前記PWM信号を発生するマイクロコントローラを有し、該マイクロコントローラが前記整流された主電源電圧を入力するアナログ/デジタル変換器(ADC)を有する請求項6に記載のシステム。
  8. 前記主電源感知回路が、
    圧整流器から前記整流された主電源電圧を入力し、分圧された主電源電圧を供給する抵抗分圧器と、
    クロック信号を発生するクロック部と、
    前記PWM信号を前記分圧された主電源電圧及び前記クロック信号に基づいて発生するパルス信号発生器であって、前記PWM信号の各パルスの幅が前記整流された主電源電圧の振幅により変調されるパルス信号発生器と、
    を有する請求項に記載のシステム。
  9. 前記クロック部が第1の555タイマを有し、前記パルス信号発生器が第2の555タイマを有する請求項8に記載のシステム。
  10. 前記固体照明モジュールにより出力される光の量が、前記整流された主電源電圧の振幅に正比例して変化する請求項1に記載のシステム。
  11. 発光ダイオード(LED)モジュールの主電源信号に基づく調光を行う方法であって、
    電源トランスの一次側に接続された一次側回路からの整流された主電源電圧の振幅を示す主電源感知信号を発生するステップと、
    該主電源感知信号を前記電源トランスに対応する絶縁バリヤを介して伝送するステップと、
    該伝送された主電源感知信号を前記絶縁バリヤを介して入力し、該伝送された主電源感知信号に少なくとも部分的に基づいて、電力制御信号を発生するとともに、前記電源トランスの二次側に接続された二次側回路において調光フィードバック信号を発生するステップと、
    該調光フィードバック信号を、前記二次側回路から前記一次側回路へ前記絶縁バリヤを介して伝送するステップと、
    前記一次側回路に伝送された前記調光フィードバック信号に基づいて、前記二次側回路により出力される前記LEDモジュールの駆動電流を調整するステップと、
    前記電力制御信号を、前記一次側回路へ前記絶縁バリヤを介して伝送するステップと、
    前記一次側回路に伝送された前記電力制御信号に基づいて、前記一次側回路の給電をオン/オフ制御するステップと、
    を有する方法。
  12. 前記調光フィードバック信号を発生するステップが、
    前記伝送された主電源感知信号に少なくとも部分的に基づいて、調光基準信号を発生するステップと、
    該調光基準信号を前記二次側回路に供給するステップと、
    前記調光基準信号を前記二次側回路における少なくとも1つの電気的条件と比較するステップと、
    該比較の結果を示すために前記調光フィードバック信号を発生するステップと、
    を有する請求項11に記載の方法。
  13. 前記LEDモジュールの駆動電流を調整するステップが、
    前記トランスの前記一次側に入力される一次側電圧及び一次側電流の少なくとも一方を前記調光フィードバック信号に基づいて調整するステップであって、その結果として前記トランスの前記二次側の二次側電圧及び二次側電流の少なくとも一方に対する対応する調整が生じ、前記駆動電流が前記二次側電流に基づくものであるステップ、
    を有する請求項11に記載の方法。
  14. 前記主電源感知信号がパルス幅変調(PWM)信号を有する請求項11に記載の方法。
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