JP6258951B2 - 回路装置及び回路装置を備えるｌｅｄランプ - Google Patents

Description

本発明は、位相カット動作電圧で少なくとも１つの低電力照明ユニットを動作させるための回路装置、回路装置を備えるＬＥＤランプ、及び低電力照明ユニットを動作させる方法に関する。

照明の分野において、現在、特に住居用及び商業用照明用途の電力消費を減少することに労力が向けられている。今日、１つ又は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むランプ又は光源が、一般的な白熱灯又はハロゲンランプの代わりに採用されている。ＬＥＤは、同じ光束を有する白熱灯に比べて、電力消費の大幅な減少を特徴とし、更に寿命がかなり長い。従って、ＬＥＤは、新世代の光源として非常に有望である。

しかし、後付けでの適用においては、即ち白熱灯又はハロゲンランプの代わりとしては、典型的には、ＬＥＤは、一般的なタイプの設置済み電源と共に直接使用することはできず、その指数関数的な電圧−電流挙動により、専用のドライバ回路を必要とする。ＬＥＤドライバ回路は通常、ＬＥＤのための電圧を必要なレベルに適応させ、また、送達される電流を一定に保つ。最も単純な「ドライバ回路」は、ＬＥＤと直列の抵抗素子を備える。

特定の問題は、ＬＥＤの電力消費の減少が、それに従って動作電流の減少を生じることにより生じ得る。特に、前縁又は後縁調光ユニット等の位相カット調光ユニットを有する電源を備えるＬＥＤランプを使用するとき、電源が最小負荷要件を有することがあり、この要件は、ＬＥＤランプによって満たされないことがある。ここで、減少された電流は、調光器／ランプの組合せの意図的でない挙動を引き起こすことがあり、これは、例えば目に見える明滅を生じることがある。

例えば、後縁（ＴＥ）タイプの調光器は、典型的にはＭＯＳＦＥＴベースであり、タイミング及びゼロ交差検出回路に電力供給する内部電源回路を備えるので、「不足負荷」により、内部電源がタイミング回路に十分な動作電力を提供することができなくなることがあり、正弦波電源電圧のゼロ交差検出の問題を引き起こす。前縁（ＬＥ）タイプの調光器では、ＴＲＩＡＣ又は２つの逆並列接続サイリスタが使用され、ここで電流は、典型的には、ＴＲＩＡＣを導通状態に保つのに十分に高い、即ち保持電流よりも高い必要があり、従って、このタイプの電源又は調光器を備えるＬＥＤランプの動作は、「意図的でない」又は時宜を得ないＴＲＩＡＣの切断をもたらすことがある。

従って、本発明の目的は、位相カット動作電圧で少なくとも１つの低電力照明ユニットを動作させることを可能にする回路装置を提供することであり、それにより、高品質の光出力を維持しながら、様々なタイプの電源で前記照明ユニットを動作させることが可能になる。更なる目的は、大量市場用途で使用され得るコスト効率の高い回路装置を提供することである。

本発明によれば、この目的は、独立請求項による回路装置、ＬＥＤランプ、照明システム、及び位相カット動作電圧で少なくとも１つの低電力照明ユニットを動作させる方法によって解決される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態に関する。

本発明の基本的な着想は、カスケード型、即ち直列のマルチステージセットアップを有する回路装置を提供して、コスト効率の高い設計を提供し、それと同時に、特に調光器を有する電源への高い適合性を提供することである。

本発明による回路装置は、少なくとも、入力デバイス、電力成形回路、及びランプドライバユニットを直列接続で備える。

電力成形回路は、減衰回路と直列の制御可能なブリーダ回路を備える。ブリーダ回路は、全体電流、即ち動作中に電源から引き出される電流が所定の最小負荷電流に対応して、様々なタイプの電源、特に、例えば位相カット調光器を含む、位相カット動作電圧を提供するようなものへの適合性を向上させることを可能にする。減衰回路は、位相カット動作電圧の各エッジで生じることがある高周波振動を減衰させて、高品質の光出力を可能にする。

ランプドライブユニットは、第１のフィードバック信号に基づいて、少なくとも１つの低電力照明ユニットのランプ電流を設定値電流に制御する。

従って、カスケード型のマルチステージセットアップは、一方では、ランプに提供される電流、即ちランプ電流を一定に保つことを可能にし、それと同時に、動作中に電源で引き出される全体電流が例えばその電源の所定の最小負荷電流に対応することを可能にする。従って、本発明は、有利には、入力電流と出力電流の両方を互いに独立してそれぞれ望みの設定値に設定できるようにし、２点制御を可能にする。

本発明による回路装置は、前に論じたように、電源からの位相カット動作電圧で少なくとも１つの低電力照明ユニットを動作させるように適合される。

低電力照明ユニットは、任意の適切なタイプのものでよい。好ましくは、低電力照明ユニットは、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えるＬＥＤユニットであり、発光ダイオードは、本発明では、任意のタイプのソリッドステート光源、例えば無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、又はソリッドステートレーザ、例えばレーザダイオードでよい。当然、ＬＥＤユニットは、直列及び／又は並列に接続された２つ以上の前述した構成要素を備えていてもよい。用語「低電力」は、白熱灯等、従来の光源の電力消費に対する照明ユニットの電力消費に関する。少なくとも１つの照明ユニットの電力消費は、好ましくは２０Ｗ未満、より好ましくは１５Ｗ未満、最も好ましくは１０Ｗ未満である。

位相カット動作電圧は、各波／サイクルの一部（又は通常は各半波／半サイクル）がチョッピング又はカットアウトされた正弦波電圧である。正弦波又は交流電圧のゼロ交差から始めて、これは、前縁部又は後縁部でよい。

この文脈での電源は通常、「調光器」、例えば位相カット調光器を備え、これは、時として、（位相カットのタイミングに対応する）チョッピングされる波の部分がユーザによって調節され得るという意味合いで「位相点弧制御装置」とも呼ばれるが、この部分が不変であることも想定可能である。いずれにせよ、電圧の時間変化は、各位相カット操作時に比較的急峻な減少又は増加を示す。当技術分野で知られている任意の位相カット技術が、本発明での文脈で使用され得る。しかし、本発明による回路は、前縁（ＬＥ）タイプの調光器を有する電源と共に使用するのに特に適している。

前述したように、本発明による回路装置は、入力デバイス、２ポート電力成形回路、及びランプドライバユニットを備え、これらは、カスケード型、即ち直列の３段階セットアップで接続される。

入力デバイスは、例えば適切な（着脱可能な）接続端子を介して電源に接続するように適合され、少なくとも第１及び第２の供給（出力）端子を備える。２ポート電力成形回路は、第１及び第２の入力端子と、第１及び第２の出力端子とを備える。出力端子は、第１及び第２の供給接続線を介して前記入力端子に接続される。

前述した端子はそれぞれ、永久電気接続、例えばはんだ付けによって接続されても、プラグ／ソケット接続等、着脱可能な接続によって接続されてもよい。端子は、少なくとも回路装置の動作状態で導電性接続を提供する。

本発明の文脈で述べられる任意の電気接続は切替え可能でよく、更に間接的でよく、即ち中間構成要素を備えていてよいが、好ましくは直接的である。

本発明による電力成形回路は、交流経路を提供するために第１の入力端子と第２の入力端子の間に接続された制御可能なブリーダ回路を備える。前述したように、ブリーダ回路は、電源から動作中に引き出される全体電流を所定の最小負荷電流に設定するように構成される。

従って、制御可能なブリーダ回路は、全体電流、即ち入力デバイスの第１及び第２の供給端子を通して電源から引き出される電流を、回路装置の更なる構成要素とは無関係に、所定の最小負荷電流に設定できるようにする。本発明の文脈で、ブリーダ回路は、全体電流が少なくとも最小負荷電流に相当するようにすることができる。当然、全体電流は、最小負荷電流よりも高く設定されてもよい。しかし、より高い電流は、回路装置の効率を低下させることがある。

所定の最小負荷電流は、ブリーダ回路で永久的に設定されても、外部信号によって提供されてもよく、及び／又は、それぞれの電源の要件に個別に適応するように、対応して適応されたユーザインターフェース、スイッチ、又は電位差計を使用者が使用することによって制御可能でもよい。所定の最小負荷電流は、好ましくは電源／調光器の最小保持電流に対応し、ここで、用語「対応する」は、最小保持電流よりもわずかに高い、即ち調光器の最小保持電流よりも１５％未満だけ高い範囲内の電流設定を含む。最小負荷電流は、５０ｍＡ程度の高さでよく、しかし好ましくは２０ｍＡであり、最も好ましくは２２ｍＡであり、特に好ましくは３５ｍＡである。

制御可能なブリーダ回路は、任意の適切なタイプでよい。例えば、ブリーダ回路は、第１の入力端子と第２の入力端子との間の電流を設定するために可変抵抗を備えることがある。好ましくは、ブリーダ回路は、制御可能な電流源又は適応型の電流源を備える。本明細書において、用語「適応型の電流源」は、引き出される電流の振幅／オンタイムが調光レベル、調光曲線、ランプ電流、及び／又は最小負荷電流に応じて制御される電流源に関する。最も好ましくは、ブリーダ回路は、制御可能なクランプ回路を備え、調光器のオフ状態で電位を接地電位に設定して、約２００ｍＡの大きな電流を可能にする。ブリーダ回路は、任意の適切なタイプの制御回路、例えばディスクリート及び／又は集積電子回路を備えていてよく、また、マイクロコントローラ及び／又は１つ又は複数の比較器を備えていてもよい。

上述したように、電力成形回路は、更に、第１及び第２の接続点で電力成形回路の第１及び第２の供給接続線に接続された減衰回路を備える。従って、減衰回路は、入力及び出力端子に直列の「中間」接続点に結合される。減衰回路は、位相カット動作電圧において、特に前述した調光器エッジで存在することがある高周波振動（即ち、典型的には、５０Ｈｚ電源周波数で動作される調光器に関しては８ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの範囲内であり、６０Ｈｚ電源周波数で動作される調光器に関しては１０〜１００ｋＨｚの間である）を減衰又は減衰するように配置される。減衰回路が、前述した直列構成でブリーダ回路と出力端子（即ちランプドライバユニット）との間に配置されることが特に重要であり、それにより、２つの回路の動作は、それぞれ他方の回路に干渉しない。

減衰回路は、任意の適切なタイプのものでよく、好ましくはＲＣ回路を備える。例えば、減衰回路は、抵抗／容量ネットワークでよく、即ち１つ又は複数の抵抗とコンデンサとの組合せでよい。好ましくは、減衰回路は、位相カット調光器によって引き起こされる位相カット動作（即ち前述した急峻な減少又は増加）時、又はその直後に電源から追加の電流を引き出すように構成される。最も好ましくは、減衰回路は、非散逸型であり、コンデンサ等のエネルギー貯蔵デバイスを備える。本明細書では、用語「非散逸」は、引き出される電流が、例えば位相カット動作電圧の異なる位相角又は半サイクルで、回路装置の更なる構成要素、特に電源及び／又はランプドライバユニットに実質的に提供されることと理解される。

本発明による回路装置は、更にランプドライバユニットを備え、ランプドライバユニットは、電力成形回路の出力端子の少なくとも１つに接続され、少なくとも１つの低電力照明ユニットに接続するように構成される。ランプドライバユニットは、少なくとも、制御可能な／適応型の電流源等の制御可能なランプ電流制御装置を備え、ランプ電流制御装置は、前記少なくとも低電力照明ユニットのランプ電流を制御するように構成される。本発明の文脈では、用語「ランプ電流」は、回路装置の動作状態において、少なくとも１つの低電力照明ユニットを通って流れる電流として理解される。

更に、ランプドライバユニットは、低電力照明ユニットの瞬時ランプ電流に対応する第１のフィードバック信号を提供するように構成された第１のフィードバック回路を備える。ランプ電流制御装置は、フィードバック回路に接続されて、第１のフィードバック信号に応じてランプ電流を制御し、それによりランプ電流は所与の設定値電流に対応し、即ち閉ループ動作でランプ電流を実質的に一定に保つ（±０．５ｍＡ≒１％）。

フィードバック回路及びランプ電流制御装置は、瞬時ランプ電流を決定し、それに従ってランプ電流を制御するのに適切な任意のタイプのものでよい。ランプ電流制御装置は、マイクロコントローラや、１つ又は複数の比較器の適切なセットアップ等、制御回路（例えばディスクリート及び／又は集積回路）を備えることができる。フィードバック回路は、任意の適切な回路によって形成され得る。好ましくは、フィードバック回路はアナログタイプであり、即ち、フィードバック回路は、ランプ回路に対応するアナログ信号を提供し、回路装置のコスト効率の高いセットアップを可能にする。

当然、フィードバック回路は、例えばアナログ及び／又はデジタル集積回路デバイス（ＩＣ）の一部として集積されて形成され得る。また、第１のフィードバック回路は、更なる構成要素、例えば上述したランプ電流制御装置と集積されて形成されてもよい。これは、以下に論じるようにランプ電流制御装置がスイッチモード電源である場合に特に有利となり得る。ここで、フィードバック回路は、やはりスイッチモードを制御するＩＣと集積されて形成されてもよい。

設定値電流は、例えば接続された低電力照明ユニットのそれぞれのタイプに応じて予め定められても、例えば使用者によって、若しくは位相カット動作電圧のそれぞれの調光レベルに従って外部から設定されてもよい。これについては、以下に更に詳細に説明する。

ランプドライバユニットは、例えば１つ又は複数の制御可能な電流源を備える少なくとも１つの低電力照明ユニットを通る電流を制御するように適切に適合され得る。例えば、ランプドライバユニットは、バック、バックブースト、フライバック、又はハーフブリッジコンバータ等のスイッチモード電源でよい。当業者に明らかなように、典型的には、スイッチモード電源回路は、スイッチングデバイスと、エネルギー貯蔵装置とを備え、エネルギー貯蔵装置は、用途に応じて電圧及び／又は電流を適合させるように繰り返し充電及び放電される。特にこの場合、ランプドライバユニットは、スイッチモード電源回路のスイッチングデバイス、例えばＰＩフィルタ（コンデンサ／インダクタフィルタ）の動作によって引き起こされる高周波リップルを減衰させるために、ＥＭＩフィルタ回路を備えることがある。ランプドライバユニットは、更に、１つ又は複数の適切に接続されたコンデンサ等、バッファ／フィルインステージを備えることがある。

代替又は追加として、ランプドライバユニットは、タップリニアドライバを備えることがあり、タップリニアドライバは、例えば、同数の低電力照明ユニット（例えばＬＥＤ）を動作させるための複数の制御可能な電流源を備える。

前に論じたように、ランプドライバユニットは、電力成形回路の出力端子の少なくとも１つに接続される。ランプドライバユニットは、好ましくは、出力端子の１つと基準電位部、例えば接地電位部との間に接続されてよい。当然、ランプドライバユニットは、電力成形回路の出力端子の両方に接続されることが更に好ましいこともある。従って、この場合、少なくとも１つの低電力照明ユニットが、電力成形回路の第１の出力端子と第２の出力端子との間に接続される。

本発明による回路装置の動作中、ランプ電流は、電流制御装置によって、望みの設定値電流に従って閉ループ動作で調整される。本発明によるセットアップによれば、この制御は、ランプドライバユニットで、即ち回路装置の「第３のステージ」で行われる。それとは別に、電力成形回路の前述したブリーダ回路、即ち「第２のステージ」は、全体電流を所望の最小負荷電流で維持する。従って、本発明による回路装置は、カスケード型又は直列のセットアップで「２点」制御を提供し、これは特にコスト効率が高く、特に低コスト大量市場用途のための制御及び適合性を改良できるようにする。

好ましくは、ブリーダ回路は、全体電流が所定の最小負荷電流よりも低いときにのみ作動されるように構成される。上記のことによれば、ブリーダ回路は例えば散逸タイプでよいので、この実施形態は、回路装置のエネルギー効率を更に高める。なぜなら、ブリーダは、ランプドライバユニット及び少なくとも１つの低電力照明ユニットが所定の最小負荷電流で全体電流を維持するのに十分な電流を引き出さないときにのみ、入力端子間の前記電流経路を提供するように作動、即ち制御されるからである。

当然、減衰回路が、その設計に応じて、その動作中に小さい電流を引き出すこともあることに言及しておく。従って、ブリーダ回路は、ランプ電流と、減衰回路によって引き出される電流との和が最小負荷電流未満であるときにのみ作動されるように構成され得ることを理解すべきである。しかし、減衰回路によって引き出される電流は、典型的には無視することができる。

上述したように、ブリーダ回路は、電源から動作中に引き出される全体電流を所定の最小負荷電流に設定するのに適した任意のタイプのものでよい。

本発明の１つの好ましい実施形態によれば、回路装置、例えば電力成形回路は、更に第２のフィードバック回路を備え、第２のフィードバック回路は、瞬時全体電流に対応する第２のフィードバック信号を決定し、設定された第２のフィードバック信号をブリーダ回路に提供するように構成される。

この実施形態によれば、第２のフィードバック回路又はループは、通常動作中の所定の最小負荷電流に対応する全体電流を設定することを可能にするように提供される。好ましくは、第２のフィードバック回路もアナログタイプでよく、即ち、第２のフィードバック回路は、全体電流に対応するアナログ信号を提供する。第１のフィードバック回路と第２のフィードバック回路のセットアップは同一でよく、例えばアナログタイプでよい。

アナログフィードバック回路の提供が非常にコスト効率の高い設計をもたらすので、この実施形態は、回路装置が低コスト照明用途に関して使用されるときに特に有利となり得る。

上述したように、第１及び第２のフィードバック回路は、それぞれ瞬時ランプ電流及び全体電流に対応する第１及び第２のフィードバック信号を決定するための任意の適切なタイプのものでよい。また、第２のフィードバック回路は、第１のフィードバック回路を参照して上述したように集積されて形成され得る。第１のフィードバック回路と第２のフィードバック回路の両方が集積回路として形成される場合、それらのフィードバック回路が１つのＩＣに集積されることが好ましい。

最も好ましくは、ブリーダ回路は、導電期間のほとんどの間、即ちＬＥ調光器を使用するとき、即ち調光器エッジとその後の位相カット動作電圧のゼロ交差との間の各半サイクル中の時間に、全体電流を２０〜５０ｍＡの範囲内で実質的に一定に保つように構成される。

本発明の更なる好ましい実施形態によれば、第１及び／又は第２のフィードバック回路は、第１の電流感知抵抗と第２の電流感知抵抗との直列接続に結合され、前記直列接続が、前記第２の供給端子と基準電位部との間に結合される。好ましくは、基準電位部はグランドである。

当業者には明らかなように、感知抵抗で決定される電圧は、そこを通って流れる電流に対応し、従って、感知抵抗の使用は、特にコスト効率の高い回路セットアップによってフィードバック信号を提供することを可能にする。入力デバイスの第２の供給端子と基準電位部との間に電圧分割器回路を形成する直列の少なくとも２つの感知抵抗を提供することは、瞬時全体電流及び瞬時ランプ電流の効率的な決定に特に有利である。

動作中、第１及び第２の感知抵抗の存在が、第２の供給端子での電圧を基準電位に対して「シフト」させる。従って、電流は、前記第１及び第２の感知抵抗を通って、供給端子と基準電位部との間を流れる。このシフト及びそれぞれの電流は、更なる構成要素、例えば少なくとも１つの低電力照明ユニットを通る電流に依存する。

従って、有利には、この実施形態は、ランプドライバでの電流を直接決定することを必要としない。ランプドライバでの電流を直接決定する際には、感知抵抗の存在が電力散逸を生じる。

電流感知抵抗は、任意の適切なタイプのものでよく、１つ又は複数の抵抗素子を備えていてよい。感知抵抗のセットアップは、電圧レベルを適応させるために１つ又は複数のツェナーダイオード又はトランジスタを備えることがある。基準電位は、用途に応じて選択され得る。好ましくは、基準電位は、グランド電位である。

最も好ましくは、第１のフィードバック回路は、瞬時ランプ電流に対応する前記第１のフィードバック信号を決定するために、前記第１の電流感知抵抗と第２の電流感知抵抗との間の電流感知点に接続され得る。

最も好ましくは、第２のフィードバック回路は、瞬時全体電流に対応する第２のフィードバック信号を決定するために、前記入力デバイスの前記第２の供給端子に接続される。

本発明の更なる発展形態によれば、電力成形回路の第２の出力端子は、基準電位部、例えばグランドに接続される。追加又は代替として、第１の電流感知抵抗は、電力成形回路の前記第２の入力端子と前記第２の出力端子との間に、即ち第２の供給接続線に直列接続される。代替又は追加として、第２の電流感知抵抗は、好ましくは前記第２の供給端子と前記第２の入力端子との間に直列に配置され得る。

結果として得られる電力成形回路の第２の入力端子へのブリーダ回路の接続、即ち感知抵抗の「間」での接続により、第２の感知抵抗（即ち第２の供給端子と電力成形回路との間の抵抗）を通る電流、従って第２の感知抵抗にわたる電圧は、ブリーダ回路によって引き出される電流を含む。従って、第２の感知抵抗にわたる電圧は、瞬時全体電流に対応し、第１の感知抵抗にわたる電圧は、瞬時ランプ電流に対応する。

上述したことから、第２の入力端子と出力端子との間での第１の感知抵抗の位置決めに関して２つの可能性が存在することが明らかになろう。抵抗は、電力成形回路の第１の入力端子と減衰回路の第２の接続点との間、即ちブリーダと減衰回路との「間」、又は第２の接続点と第２の出力端子との間に配置され得る。上述した第１の代替形態によれば、減衰回路によって引き出される任意の追加の電流は、第１のフィードバック信号に影響を及ぼさない。しかし、減衰回路と出力端子との間に抵抗を配置することによって、第１のフィードバック信号は、照明ユニットと減衰回路とによって引き出される複合電流に対応する。これは、比較的一定の全体電流が望まれるときに特に有利である。当然、具体的な構成は、用途に応じて決まる。

好ましくは、ランプドライバユニットは、電力成形回路の前記第１の出力端子と、前記基準電位部、例えばグランドとの間に接続される。

最も好ましくは、入力デバイスは、フルブリッジ整流器を備え、前記整流器の正の出力が前記第１の供給端子に接続され、前記整流器の負の出力が前記第２の供給端子に接続される。

この実施形態は、有利には、回路装置を正弦波又は交流電源電圧で直接動作させることを可能にし、融通性を向上させる。

本発明の更なる発展形態によれば、減衰回路は、調光器エッジの検出後、全体電流が、前記所定の最小負荷電流よりも高い増加されたエッジ電流に制御されるように適合される。好ましくは、ピークエッジ電流は、所定の最小負荷電流の１０％よりも高い。

調光器エッジにおける、又は調光器エッジ直後（例えばエッジ後、約２００マイクロ秒）における増加された電流により、有利には、調光器エッジによって引き起こされる振動が抑制され、又は少なくとも実質的に減少される。そのような振動は、全体電流をかなり低下させ、特に電源の最小保持電流未満に低下させることがあり、これは回避すべきである。

エネルギー効率の理由で、エッジ電流は、短期間のみ印加すべきである（即ちエッジ電流パルス）。好ましくは、エッジ電流パルスは、１００〜５００μｓのＦＷＨＭ、好ましくは１５０〜３００μｓのＦＨＷＭの間の期間を有する。

前述したように、減衰回路は、容量素子を備えることがある。ブリーダ回路の動作後、減衰回路又はランプドライバユニットの任意の容量素子が放電されないようにするために、電流制限器が、第１の供給接続線を有する減衰回路の第１の入力端子と第１の接続点との間、即ちブリーダと減衰回路との間に接続されることが特に好ましい。流量制限器は、任意の適切なタイプのものでよく、好ましくは少なくとも流量制限ダイオードを備える。

最も好ましくは、第２の電流制限器は、減衰回路の接続点と第１の出力端子、即ちランプドライバとの間に接続され得、それにより、ランプドライバから減衰回路への電流が回避される。

制御可能なランプ電流制御装置に関する上述した設定値電流を得るために、位相カット動作電圧の調光レベルに応じて、即ち接続された位相カット電源の調光器ノブ設定に従って電流を設定することが望ましいことがある。当業者に明らかなように、位相カット調光器において、調光レベルは、導電期間、即ち調光器エッジとその後の位相カット動作電圧のゼロ交差との間の時間に対応し、それにより、正弦波動作電圧の少なくとも１つの半サイクルでの導電期間の決定が、調光設定を容易に回復することを可能にする。

従って、特に好ましくは、回路装置は、前記位相カット動作電圧から調光レベルを決定するように構成された調光レベル検出器を更に備え、前記調光レベル検出器が、決定された調光レベルに応じて設定値電流を設定するために前記ランプ電流制御装置に接続される。

調光レベル検出器は、任意の適切なタイプでよく、好ましくはエッジ検出器及びゼロ交差検出器を備え、それにより、設定点電流は、ゼロ交差と検出されたエッジとの間、又はエッジとその後のゼロ交差との間の導電期間の長さに対応するように制御される。代替又は追加として、調光レベル検出器は、整流された動作電圧を積分するように適合され得る。この場合、積分された動作電圧は、調光レベルに対応する。

最も好ましくは、調光レベル検出器は、入力デバイス及び／又は２ポート電力成形回路と集積される。

本発明の更なる態様は、上述した実施形態の１つ又は複数に対応する回路装置と、回路装置（即ち回路装置のランプドライバユニット）に接続された少なくとも１つのＬＥＤユニットとを備えるＬＥＤランプに関する。ここで、ＬＥＤユニットは、前述したように任意の適切なタイプでよい。最も好ましくは、少なくとも１つのＬＥＤユニット及び回路装置は、ＬＥＤランプの共通のハウジング内に含まれる。

本発明のこれら及び他の態様、特徴、及び利点は、添付図面を参照した好ましい実施形態の説明から明らかであり、その説明を参照して述べる。

本発明による回路装置の第１の実施形態を示す概略ブロック図である。 回路装置の第２の実施形態を示す概略ブロック図である。 本発明による回路装置の第３の実施形態を示す更なる概略ブロック図である。 図２の実施形態を示す詳細回路図である。 本発明による回路装置の更なる実施形態を示す概略回路図である。 図５ａの実施形態のより詳細な回路図である。

図１は、本発明による回路装置１の第１の実施形態を概略ブロック図で示す。本発明を理解しやすくするために、図１での回路装置１は、動作状態で示されており、即ち、位相カット電源２及び２つの高電圧ＬＥＤ３に接続されている。電源２は、主電源５等の電源に接続された前縁（ＬＥ）調光器４を備える。それに従って、電源２は、位相カット動作電圧、即ち調光器４の調光操作中に各半サイクルの一部がチョッピング又はカットアウトされた交流電圧を回路装置１に提供する。調光器４はＬＥタイプであるので、チョッピングされる部分は、各半サイクルでの動作電圧の波形の前部である。ＬＥＤ３は、白色光を発し、約９Ｗの電力消費を有する。典型的なソケット接続機構を備えるランプハウジング（どちらも図示せず）が、回路装置１及びＬＥＤ３を収容するために提供される。

回路装置１は、入力デバイス６と、２ポート電力成形回路７と、ランプドライバユニット８とを備え、これらは、図１によれば、カスケード接続、即ち直列接続で配置される。

入力デバイス６は、回路装置１及びＬＥＤ３の更なる構成要素を典型的なプラグ／ソケット接続（図示せず）を介して電源２に接続し、それにより電力を供給する働きをする。図１による入力デバイス６は、整流された位相カット動作電圧を第１の供給端子１０ａと第２の供給端子１０ｂの間に提供するように適合された典型的なダイオードブリッジ整流器９を備える。供給端子１０ａ、１０ｂは、電力成形回路７に接続され、即ち電力成形回路７の第１の入力端子１１ａ及び第２の入力端子１１ｂに接続される。

電力成形回路７は、第１の供給接続線２１ａ及び第２の供給接続線２１ｂを備え、これらは、それぞれ第１の入力端子１１ａ及び第２の入力端子１１ｂを第１の出力端子１２ａ及び第２の出力端子１２ｂに接続する。更に、電力成形回路７は、供給接続線２１ａと２１ｂの間に接続されたブリーダ回路１３及び減衰回路１４を備え、それらの動作については以下に詳細に説明する。

電力成形回路７の第１の出力端子１２ａ及び第２の出力端子１２ｂは、ランプドライバユニット８に接続されて、２つのＬＥＤ３に動作電力を提供する。この実施形態によるランプドライバユニット８は、制御可能な電流源１５ａ、１５ｂ、及び１５ｃを備えるタップリニアドライバである。見て分かるように、制御可能な電流源１５ａ及び１５ｂは、典型的なタップリニアドライバ構成でＬＥＤ３と直列接続され、従って、後に、印加された電圧がそれぞれのＬＥＤ３を導通モードに設定するのに十分に高くなったときに、ＬＥＤ３は電力を供給される。

電流源１５ｃは、「フィルイン」バッファコンデンサ１６と直列接続されて、フィルインコンデンサ１６が適切なレベルに維持されるようにする。

「フィルイン」コンデンサ１６は、印加された電圧がＬＥＤ３の１つの電圧よりも低いときでさえＬＥＤ３に電力供給することを可能にし、これは、位相カット動作電圧の半サイクル全体にわたってＬＥＤ３の少なくとも１つが電力を供給されることを保証し、従って、光出力が実質的に一定となり、目に見える明滅を示さないようにする。スイッチ１７が、必要時に「フィルイン」コンデンサ１６を放電できるようにする。

ランプドライバユニット８は、更にランプ電流制御装置１９を備える。ランプ電流制御装置１９は、比較器２２を備え、図１に破線で示されるように電流源１５ａ〜１５ｃ及びスイッチ１７を制御するように接続される。ランプ電流制御装置１９は、ＬＥＤ３を通る電流を制御する働きをする。ランプ電流制御装置１９は、第１のフィードバック回路１８に接続されて、瞬時ランプ電流及び調光レベル検出器２０に対応する第１のフィードバック信号を受信し、ＬＥ調光器４の設定に対応する調光信号を受信する。分かりやすくするために、調光レベル検出器２０とランプ電流制御装置１９の比較器２２との接続が矢印によって示されている。

調光レベル検出器２０は、整流された位相カット電圧から調光信号を導出するように構成され、従って第１の供給接続線２１ａに接続される。

ランプ電流制御装置１９は、第１のフィードバック回路１８によって提供される瞬時ランプ電流と、調光信号とを比較して、調光信号に対応するように電流源１５ａ〜１５ｃを設定し、従ってＬＥＤ３の明るさを設定する。従って、当業者には明らかなように、ランプ電流制御装置１９は、閉ループ動作を提供して、調光信号に従ってランプ電流、即ち「設定値電流」を設定し、これは、この実施形態によれば、ランプ電流が調光設定に良く「合致」するように、望みの設定値の±０．５ｍＡ≒１％である。

この図から分かるように、第１のフィードバック回路１８は、第２の供給接続線２１ｂ、即ち第１の電流感知抵抗２３と第２の電流感知抵抗２４の間の電流感知点に接続される。

前述したように、電力成形回路７は、ブリーダ回路１３を備える。ブリーダ回路１３は、ＬＥ調光器４等、典型的な調光器との適合性を高めるために、第１の供給接続線２１ａと第２の供給接続線２１ｂの間の更なる電流経路として働く。典型的には、対応するタイプの調光器は、調光器を導通状態で保つために最小負荷／保持電流を示すので、ドライバユニット８によって引き出される電流が所定の最小負荷電流未満であるときには、ランプドライバユニット８に加えてブリーダ回路１３が電流を引き出す。これは、特に、電流消費の減少により比較的低い調光レベルである場合に当てはまる。ブリーダ回路１３は、制御可能な電流源（図示せず）を備え、第２のフィードバック回路２５に接続され、第２のフィードバック回路２５は、入力デバイス６の第２の供給端子１０ｂに接続されて、全体的な電流、即ち瞬時全体電流に対応する第２のフィードバック信号を取得する。比較器２６は、第２のフィードバック信号の極性を反転させる働きをする。

電力成形回路７は、更に減衰回路１４を備える。減衰回路１４は、調光器エッジの検出後に、即ち検出後約２００μｓで追加の電流を引き出すことによって、前記動作電圧の高周波振動を減衰させるように構成される。減衰回路１４は、コンデンサ／抵抗ネットワーク（図示せず）を備え、このネットワークは、ネットワークの抵抗が適切な減衰を提供するように調光器の共鳴周波数に同調される。動作中のブリーダ回路１３及び減衰回路１４が電源２のみから追加の電流を引き出すことを可能にするために、ダイオード２８が第１の供給接続線２１ａに配置される。

前述した構成要素に加えて、回路装置１は、更に低電圧供給源２７を備えて、回路装置１のため、特にブリーダ１３、調光レベル検出器２０、及びランプ電流制御装置１９の動作のための電力を提供する。

動作中、供給端子１０ａ及び１０ｂに動作電圧が存在する。対応する電流が、電力成形回路７、ランプドライバユニット８、及びＬＥＤ３を通って流れる。第２の出力端子１２ｂ、及び電流源１５ａ〜１５ｃの負の側が接地電位に接続されることに留意されたい。従って、電圧分割器を形成する２つの抵抗２３、２４は、入力デバイス６の第２の供給端子１０ｂでの電圧が接地電位に対して「シフト」されるようにする。明らかなように、電圧のシフトは、それぞれの電流に依存する。従って、第１の電流感知抵抗２３にわたる電圧は、ランプ電流（及び減衰回路１４の電流）に対応し、第２の供給端子１０ｂでの電圧は、全体電流、即ちブリーダ回路１３及び減衰回路１４によって引き出される電流を含む電流に対応する。

従って、第１のフィードバック回路１８の第１のフィードバック信号は瞬時ランプ電流に対応し、第２のフィードバック回路２５の第２のフィードバック信号は全体電流に対応する。従って、回路装置１のこの実施形態は、コスト効果の高い回路設計を用いてランプ電流と全体電流を同時に決定することを可能にし、特に、ＬＥＤ３と直列の、即ち動作中に比較的高い電流が存在する回路装置１の部分での電流測定のロスがない。

図２は、本発明による回路装置１’の第２の実施形態を示す。図２の実施形態は、電力成形回路７’及びランプドライバユニット８’を除いて、概して図１の実施形態に対応する。

この実施形態によれば、ランプドライバユニット８’は、前述した「フィルイン」コンデンサ１６、及び電流源１５ｃとスイッチ１７との組合せではなく、ＬＥＤ３に並列に２つのコンデンサ３０を備え、それにより回路装置１’のセットアップの複雑さを低減する。この実施形態によるコンデンサ３０は、提供される電圧がＬＥＤ３に電力供給するには低すぎる場合、即ち交流位相カット動作電圧の各半サイクルでのゼロ交差に近い場合に、エネルギー貯蔵装置又はバッファとして働く。

電力成形回路７’は、ブリーダ回路１３及び減衰回路１４を備え、しかしここでは、減衰回路１４は、第２の出力端子１２ｂ、従って接地電位に直接接続される。この変更されたセットアップは、減衰回路１４によって引き出される任意の電流がフィードバック回路１８の第１のフィードバック信号に有利に含まれることを可能にする。従って、より正確に（約１％の平坦度で）、全体電流を所定の最小負荷電流に制御することが可能である。

図３に、回路装置１’’の第３の実施形態が示されている。この実施形態は、ランプドライバユニット８’’のセットアップが、ＭＯＳＦＥＴスイッチ４１を備えるスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）に対応することを除いて、図２の実施形態に対応する。更に、電力成形回路７’’は、図１の実施形態に従って、第１の供給接続線２１ａに２つのダイオード２８を備える。図示されるように、ドライバユニット８’’のセットアップは、バックブーストＳＭＰＳに対応する。ドライバユニット８’’は、更にＥＭＩフィルタ４０を備え、それにより、スイッチ４１の高周波スイッチングはブリーダ回路１３及び減衰回路１４の動作に干渉しない。

図４は、電源２を含まずに、図２の実施形態を詳細な回路図で示す。見て分かるように、ブリーダ回路１３は、リニアモードで動作されるＦＥＴを有する電流源を備える。この例では、電流源は、整流された電源電圧に応じて２つのレベルの間で制御される。従って、調光器４のＯＦＦ状態中には低抵抗経路が実現される。

第２のフィードバック回路２５は、第２の電流感知抵抗２４に接続され、更にブリーダ回路１３の低電圧トランジスタに接続される。

更に、回路装置１’は、第１のフィードバック回路１８を備え、第１のフィードバック回路１８は、前記第１の電流感知抵抗２３を介してＯＰ−ＡＭＰを使用して実現される。ＯＰ−ＡＭＰの入力には、負の電圧を防止するためにクランプダイオードが構成される。感知抵抗２３を通る電流は、所定の基準値に固定される。

ランプドライバユニット８’は、前述したように、タップライナドライバに基づく電力ステージを備え、２つの高電圧ＬＥＤ３又は２列のＬＥＤ３を備える。各ＬＥＤ３は、対応する電解コンデンサ３０を並列に有する。図示される２つの制御可能な電流源１５ａ、１５ｂは、各ＬＥＤ３に取り付けられ、前記電流源１５ａ、１５ｂが切り替える入力電圧に応じて電力を提供する。電流源の電源サイクル中の実際の振幅は、前記ＯＰ−ＡＭＰによって制御される。

調光レベル検出器２０は、調光器４の位相カット角度、即ち整流された電源に応じて基準電圧を提供する。低電圧供給源２７が、１２Ｖの一定の低電圧を提供して、回路装置１’に電力供給する。減衰回路１４は、受動Ｒ−Ｃラッチとして形成される。

図５ａ及び図５ｂは、本発明による回路装置１’’’の更なる実施形態を更なる詳細な回路図で示す。この実施形態は、ＬＥＤ３を含まずに、回路装置１’’’のセットアップをスイッチモード電源バックブースト構成で示す。回路装置１’’’は、ＢＣＤからの非調光可能ＩＣ ＡＰ１６８２と、ＭＯＳＦＥＴスイッチとを備える。図５ａ及び図５ｂから分かるように、この実施形態は、上述した構成ブロックを備える。前記第１及び第２のフィードバック回路１８、２５に関して、２つのＯＰ−ＡＭＰが使用されている。

本発明を図面及び前述の説明で詳細に図示して述べてきたが、そのような図示及び説明は、説明的又は例示的なものとみなされるべきであり、限定とみなされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。例えば、以下のような実施形態で本発明を動作させることが可能であり得る。
−異なる数のＬＥＤ３が存在する。
−ＬＥＤ３が、より高い又はより低い電力を有する。
−回路装置１、１’、１’’、１’’’が、例えば更なるフィードバックループを使用することによって、ラインレギュレーションを改良／平坦化するための回路を備える。
−回路装置１、１’、１’’、１’’’が、過電力及び／又は温度保護回路を備える。
−第１のフィードバック回路１８及び／又は第２のフィードバック回路２５が、集積回路の一部として形成される。及び／又は
−図３の実施形態で、バックブーストコンバータセットアップではなく、バック、タップバック、フライバック、又はハーフブリッジセットアップが使用される。

開示される実施形態に対する他の変形形態は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を検討すれば当業者によって理解され、特許請求される発明を実施する際に用いられ得る。特許請求の範囲において、用語「備える」は、他の要素又はステップを除外せず、単数詞は、複数を除外しない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されていることだけでは、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示さない。特許請求の範囲における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきでない。

Claims (15)

1. 電源からの位相カット動作電圧で少なくとも１つの低電力照明ユニットを動作させるための回路装置であって、
   少なくとも第１及び第２の供給端子を有する、前記電源に接続するための入力デバイスと、
   ２ポート電力成形回路であって、前記２ポート電力成形回路が、少なくとも、
   前記入力デバイスのそれぞれの供給端子に接続された第１及び第２の入力端子と、
   第１及び第２の供給接続線を介して前記入力端子に接続された第１及び第２の出力端子と、
   前記入力端子の間に交流経路を提供するために前記第１及び第２の入力端子に接続され、前記電源から動作中に引き出される全体電流を所定の最小負荷電流に設定する制御可能なブリーダ回路と、
   前記位相カット動作電圧の高周波振動を減衰させるために第１及び第２の接続点で前記第１及び第２の供給接続線に接続される減衰回路とを備える２ポート電力成形回路と、
   前記２ポート電力成形回路の前記出力端子の少なくとも１つに接続され、前記少なくとも１つの低電力照明ユニットに接続するランプドライバユニットとを備え、
   前記ランプドライバユニットが、少なくとも、
   前記少なくとも１つの低電力照明ユニットのランプ電流を設定するランプ電流制御装置と、
   前記少なくとも１つの低電力照明ユニットの瞬時ランプ電流に対応する第１のフィードバック信号を提供する第１のフィードバック回路とを備え、前記ランプ電流制御装置が、前記第１のフィードバック信号に応じて前記ランプ電流を制御して、前記ランプ電流が設定値電流に対応するようにするために前記第１のフィードバック回路に接続され、前記制御可能なブリーダ回路は、前記ランプ電流の制御と無関係に、前記全体電流を前記所定の最小負荷電流に設定する、
   回路装置。
2. 前記制御可能なブリーダ回路は、前記全体電流が前記所定の最小負荷電流よりも低いときに作動される、請求項１に記載の回路装置。
3. 前記全体電流に対応する第２のフィードバック信号を決定し、前記第２のフィードバック信号を前記制御可能なブリーダ回路に提供する第２のフィードバック回路を更に備える、請求項１又は２に記載の回路装置。
4. 前記第１及び／又は第２のフィードバック回路が、第１の電流感知抵抗と第２の電流感知抵抗との直列接続に結合され、前記直列接続が、前記第２の供給端子と基準電位部との間に結合される、請求項３に記載の回路装置。
5. 前記第１のフィードバック回路が、前記第１のフィードバック信号を決定するために、前記第１の電流感知抵抗と第２の電流感知抵抗との間の電流感知点に接続される、請求項４に記載の回路装置。
6. 前記第２のフィードバック回路が、瞬時全体電流に対応する前記第２のフィードバック信号を決定するために、前記入力デバイスの前記第２の供給端子に接続される、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の回路装置。
7. 前記２ポート電力成形回路の前記第２の出力端子が、前記基準電位部に接続され、前記第１の電流感知抵抗が、前記第２の入力端子と前記第２の出力端子との間に直列接続され、前記第２の電流感知抵抗が、前記第２の供給端子と前記第２の入力端子との間に直列に配置される、請求項４又は５に記載の回路装置。
8. 前記ランプドライバユニットが、前記２ポート電力成形回路の前記第１の出力端子と前記基準電位部との間に接続される、請求項４、５又は７に記載の回路装置。
9. 前記入力デバイスが、フルブリッジ整流器を備え、前記整流器の正の出力が前記第１の供給端子に接続され、前記整流器の負の出力が前記第２の供給端子に接続される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回路装置。
10. 前記減衰回路が、調光器エッジの検出後、前記全体電流が、前記所定の最小負荷電流よりも高い、増加されたエッジ電流に制御されるようにする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の回路装置。
11. 前記減衰回路から前記ブリーダ回路への電流が減少されるように、少なくとも電流制限器が、前記第１の入力端子と前記第１の接続点との間で前記第１の供給接続線に提供される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の回路装置。
12. 前記位相カット動作電圧から調光レベルを決定する調光レベル検出器を更に備え、前記調光レベル検出器が、決定された調光レベルに応じて前記設定値電流を設定するために前記ランプ電流制御装置に接続される、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回路装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の回路装置と、前記ランプドライバユニットに接続された少なくとも１つのＬＥＤユニットとを備える、ＬＥＤランプ。
14. 請求項１３に記載のＬＥＤランプと、前記ＬＥＤランプに位相カット動作電圧を提供するための電源とを備える、照明システム。
15. 回路装置を備える少なくとも１つの低電力照明ユニットを動作させる方法であって、前記回路装置が、
    少なくとも第１及び第２の供給端子を有する、電源から位相カット動作電圧を受け取るための入力デバイスと、
    ２ポート電力成形回路であって、前記２ポート電力成形回路が、前記入力デバイスのそれぞれの供給端子に接続された少なくとも第１及び第２の入力端子と、第１及び第２の供給接続線を介して前記入力端子に接続された第１及び第２の出力端子と、前記入力端子の間に交流経路を提供するために前記第１及び第２の入力端子に接続された制御可能なブリーダ回路と、前記位相カット動作電圧の高周波振動を減衰させるために前記第１及び第２の供給接続線に接続された減衰回路とを備える２ポート電力成形回路と、
    前記２ポート電力成形回路の前記出力端子の少なくとも１つに接続され、前記少なくとも１つの低電力照明ユニットに接続するランプドライバユニットとを備え、
    前記ブリーダ回路が、前記電源から動作中に引き出される全体電流を所定の最小負荷電流に設定し、
    前記ランプドライバユニットが、第１のフィードバック信号に応じてランプ電流を制御して、前記ランプ電流が設定値電流に対応するようにし、前記ブリーダ回路は、前記ランプ電流の制御と無関係に、前記全体電流を前記所定の最小負荷電流に設定する、
    方法。

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