JP6397589B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、LED照明装置、及びLED装置を駆動する方法を記述する。

LEDは、光源としてより広く用いられるようになっており、LEDの長い寿命及び少ない電力消費のために魅力的である。多くのLEDが、よりエネルギ効率の良くない光源、例えば、白熱電球に取って代わるよう、駆動回路と一緒に、「レトロフィット」電球に組み込まれることができる。白熱電球は、AC電源電圧、例えば、240Vにより直に駆動されることができる。ハロゲンランプは、一般に、一定のDC入力電圧、例えば、12V又は24Vを供給する変圧器によって駆動される。従来のランプは、位相カット調光などの様々な技術を用いて調光されることができる。例えば、照明器具の白熱ランプは、その照明器具のための壁に取り付けられたスイッチに組み込まれた位相カット調光器によって調光され得る。同様に、ハロゲン光源のための電源は、変圧器及び調光器を内蔵し得る。

既存の照明器具でLEDレトロフィットランプが用いられ得ることを確実にする様々な方法がある。例えば、LEDドライバは、位相カット電源AC入力を、そのLED負荷のための対応するDC信号に変換するよう実現され得る。しかしながら、このようなドライバは、非常に複雑であるおそれがあり、ランプのコストを著しく増すおそれがある。

それ故、本発明の目的は、照明装置のLEDを減光する他の方法を提供することである。

本発明の目的は、請求項１に記載のLED照明装置、及び請求項１３に記載のLED照明装置を駆動する方法によって、達成される。

本発明によれば、前記LED照明装置は、多くのLEDを備えるLED負荷と、前記照明装置に一次入力電圧を供給するよう実現される電源との接続のための入力端子と、減光レベル入力信号に基づいて前記公称動作電圧を超えるレベルに前記一次入力電圧をブーストするよう実現される電圧ブーストモジュールと、ブーストされた前記入力電圧が前記一次入力電圧レベルを上回るときに前記LEDを流れる電流（即ち、前記「LED電流」）を減少させるよう実現される減光モジュールとを有する。

LED負荷は、１つ以上のLED光源、例えば、回路基板上に任意の適切な配置で取り付けられた１つ以上のLED半導体を含み得る。本発明との関連においては、「一次入力電圧レベル」という表現は、前記LED負荷の定格又は公称電圧、即ち、前記LED負荷の両端に印加されるべきである最大電圧として、理解されるべきである。例えば、LEDは、約3.0Vの順電圧を持ち得る。このようなLEDを３個有するLED負荷の公称電圧は、9Vであるだろう。前記電源は、9V（前記一次入力電圧レベル）、及び下で説明するような或る特定のオーバーヘッドを供給しなければならない。本発明との関連においては、前記電源は、前記LED照明装置の前記入力端子において一定のDC電圧を供給するよう実現されるDC電源であると仮定され得る。

本発明によるLED照明装置の利点は、相対的に少ない労力で前記LED負荷に減光機能が供給され得ることである。前記LED照明装置は、任意の適切なDC電源に直に接続されることができ、前記減光レベル入力信号によって既存の調光器にも直に接続されることができる。更に、下で説明するように、前記減光モジュールは、常に、前記LED電流が駆動レベルを上回らないことを確実にするよう実現されることができ、斯くして、前記LEDを熱損傷から保護する。更に、本発明によるLED照明装置は、前記照明器具の既存の調光レギュレータと連動するMR16 lampsなどの低電圧交換又は「レトロフィット」ランプに代わる魅力的な代替手段を呈示する。レトロフィットランプは、前記レトロフィットランプが用いられるだろう器具に適合しなければならないが、本発明によるLED照明装置は、既知のソリューションと比べて著しく少ない労力及びコストでこの適合性を供給するよう実現され得る。本発明によるLED照明装置の別の利点は、提案回路が非常にコンパクトなようにして実現されることができ、故に、枝付き燭台ランプなどの更に小型のレトロフィットランプが可能になるということである。ブーストされた入力電圧に応じて前記LED電流を下方制御する又は減少させる本発明の技術は、以下においては、「逆電圧減光」と呼ばれる。それ故、本発明によるLED照明装置は、パルス幅変調（PWM）減光回路と関連する、望ましくない電磁干渉（EMI）又はブーンという可聴音(audible humming)を全く伴わずに、減光機能をサポートするよう実現され得る。

本発明によれば、LED照明装置を駆動する前記方法は、照明負荷として１つ以上のLEDを有する前記照明装置に一次入力電圧を供給するよう実現される電源に前記LED照明装置を接続するステップと、減光レベルを指示するために減光レベル入力信号を前記LED照明装置に接続するステップと、前記減光レベル入力信号に基づいて前記公称動作電圧を超えるレベルに前記一次入力電圧をブーストするステップと、ブーストされた前記入力電圧が前記一次入力電圧レベルを上回るときに前記照明負荷の前記LEDを流れる電流を減少させるステップとを有する。

本発明による方法の利点は、LED照明装置を既存のDC電源及び既存の調光器に接続することを可能にすると共に、前記LEDを非常に簡単な方法で減光することを可能にするというものである。本発明による逆電圧減光方法は、用いられている調光器のタイプに関係なく、前記LEDを流れる電流を、非常に簡単なようにして、所望の光出力レベルを達成するよう調整することを可能にする。

従属請求項及び以下の記載は、本発明のとりわけ有利な実施例及び特徴を開示している。前記実施例の特徴は必要に応じて組み合わされ得る。或る請求項カテゴリとの関連において記載されている特徴は、別の請求項カテゴリに等しく当てはまり得る。

入力減光信号は、対応するブーストされた電圧を得るための制御信号としての使用のために必要に応じて変換され得る。例えば、減光器は、低い減光設定と高い減光設定との間の減光範囲に対応する、低い電圧と高い電圧との間の範囲内の電圧の形態で減光レベル入力信号を供給するポテンショメータに基づいて、動作し得る。本発明の好ましい実施例においては、前記LED照明装置は、前記減光レベル入力信号を、前記電圧ブーストモジュールの制御信号に変換するためのインターフェース回路を有する。以下においては、最大光出力は、０％減光レベルに対応するのに対して、ゼロ光出力は、１００％減光レベルに対応するとみなされ得る。最大光出力は、前記LED電流がその公称駆動レベルにあるときに、達成され、ゼロ光出力は、前記LED電流が、前記LEDが事実上「オフ」であるレベルまで減らされるときに、達成される。本発明による方法は、入力電圧の増加が光出力の減少をもたらし、入力電圧の減少が光出力の増加をもたらす点で、比較か可能な既知の減光方法と異なる。

前記電圧ブーストモジュールは、入力電圧を、より高い出力電圧に変換することが可能である任意の回路を含み得る。例えば、前記入力電圧は、ブースト、フライバック、SEPIC(single-ended primary inductance converter)などのような様々なスイッチモードトポロジのうちのいずれか１つを用いてブーストされ得る。前記入力電圧は、前記電圧ブーストモジュールの入力ピン（正の入力ピン及び負の入力ピン）にわたって印加されることができ、前記より高い出力ピンは、前記電圧ブーストモジュールの出力ピン（或る正の出力ピン及び或る負の出力ピン）において供給されることができる。

本発明のとりわけ好ましい実施例においては、前記電圧ブーストモジュールは、ブーストコンバータを有する。このような実現例においては、前記インターフェース回路は、前記減光レベル入力信号を、前記ブーストコンバータのスイッチを制御するためのスイッチ制御信号に変換することができる。前記減光レベル入力信号から得られるスイッチ制御信号は、例えば、前記ブーストコンバータの前記スイッチのデューティサイクルを設定することができる。このような実現例においては、前記電圧ブーストモジュールは、減光中しかアクティブではなく、前記LED負荷が全出力（１００％光出力）で駆動されているときには停止したままである。このような実現例の利点は、相対的に安価な既製の又は標準的な電源が用いられ得ることである。

好ましくは、前記電圧ブーストモジュールは、減光レベルの増加に正比例して前記一次入力電圧をブーストするよう実現される、即ち、前記ブーストされた電圧は、前記減光レベルが増加するにつれて（即ち、所望の光出力レベルの減少と共に）、増加する。本発明の或る好ましい実施例においては、前記電圧ブーストモジュールは、最大減光レベルに対応する減光レベル入力信号の場合は、前記一次入力電圧を最大ブーストレベルにブーストするよう実現される。換言すれば、１００％の減光レベル（ゼロ光出力）は、前記最大ブーストレベルへの電圧増加をもたらし、故に、前記電圧ブーストモジュールは、この最大ブーストレベルより高い電圧を前記減光モジュールに印加しないだろう。それ故、前記電源からの電圧は、前記一次入力電圧レベルから前記最大ブーストレベルまでの「ブースト範囲」にわたって増加され得る。本発明のとりわけ好ましい実施例においては、前記電圧ブーストモジュールは、前記一次入力電圧を、3Vの範囲にわたってブーストするよう実現される。例えば、既製のDC電源は、その出力部において12Vを供給することができる。本発明によるLED照明装置の前記LED負荷は、各々が3Vの公称電圧を持つLEDを４個含み得る。前記電圧ブーストモジュールは、3Vまでの電圧増加を前記減光モジュールに供給し、前記減光モジュールは、前記ブーストされた電圧レベルと前記一次電圧レベルとの間の差に対して、その差に比例した量だけ前記LED電流を減少させることによって反応する。例えば、前記ブーストされた電圧レベルと前記一次電圧レベルとの間に小さな差しかない場合には、前記LED電流は、少量だけしか減少されず（光出力においてそれに応じた少ない減少をもたらし）、前記ブーストされた電圧レベルと前記一次電圧レベルとの間に大きな差がある場合には、前記LED電流は、対応する程度まで減少されるだろう（光出力において著しい減少をもたらす）。好ましくは、前記減光モジュールは、前記ブーストされた入力電圧が前記最大ブーストレベルに近づく、即ち、前記光出力が１００％減光されるときに、前記LED電流をゼロに減少させるよう実現される。

本発明の好ましい実施例においては、前記減光モジュールは、前記ブーストされた入力電圧が前記一次入力電圧レベルを上回らないときに前記LED電流を最大又は公称駆動レベルにおいて維持するよう実現される。それ故、前記最大又は公称駆動レベルは、同じ電源によって直に駆動されるときに同じLED負荷を流れるだろう電流に対応する、前記LEDを通過するだろうLED電流の最も高い値である。換言すれば、前記電圧ブーストモジュールは、前記減光レベル入力信号が０％減光（即ち、１００％光出力）を指示するときには、前記減光モジュールが、「非アクティブ」のままであり、前記LED電流が、前記公称駆動レベルに保たれるように、前記入力電圧をゼロだけブーストする。

LED負荷は、LED負荷の両端の電圧が或る特定の最低値を上回るときに光を発するだろう。LED電流は、LEDの両端の電圧に依存し、前記光出力は、基本的に前記LED電流に従う。一般に、入力電圧は、定格電圧レベルを上回るべきではない。なぜなら、過度に高いLED電流は、最終的にLEDの寿命を減らすからである。これらの理由のため、前記LED電流が、推奨されている駆動レベルを上回らないことが重要である。これは、多くの方法で達成されることができる。或るアプローチにおいては、LED電流は、LED負荷と直列のバイポーラ接合トランジスタなどの半導体スイッチを用いる相対的に簡単な方法で、BJTのベースに適切な電圧を印加して、スイッチによって通される電流の量を調整することによって、制御され得る。電流制御回路は、LED電流が、定格又は公称レベルまでの入力電圧に対して一定のままであることを確実にするよう、BJTベース電圧を調整する。従来の回路においては、前記入力電圧が前記定格電圧を上回るとき、LED電流は一定のままであり、過剰な電力は電流制御回路によって損失される。

このような従来の制御アプローチは、好ましくなく高い損失を伴う。本発明によるLED照明装置においては、対照的に、減光モジュールが、前記入力電圧が前記一次又は公称電圧レベルを超えて上昇するにつれて前記LED電流が減少することを確実にする。これは多くの方法でなされ得る。例えば、本発明の「逆電圧減光」原理に従って、前記入力電圧をモニタし、前記LED電流を調整するために、マイクロプロセッサが用いられてもよい。しかしながら、本発明の好ましい実施例においては、前記減光モジュールは、基準入力及び変量入力を有する電流制御回路を有し、前記電流制御回路は、前記基準入力及び前記変量入力の間の差に従って前記第１半導体スイッチを流れるLED電流を調整するよう実現される。更に、前記減光モジュールは、前記ブーストされた入力電圧に基づいて前記電流制御回路に対する前記変量入力を生成するよう実現される電圧モニタ回路を更に有する。この有利な実現例では、電圧における、前記一次電圧レベルを超える増加が検出され、前記LED電流が、より高い入力電圧に応じて下方制御される。前記電流制御回路及び前記電圧モニタ回路は、アナログ部品を用いて設計されることができ、有利にコンパクトな実現を可能にする。この方法においては、相対的に少ない労力及び低いコストで、既存の回路、例えば、ハロゲンランプのための従来の高周波変圧器、位相カット調光器などを内蔵する照明器具に適合するLED照明装置が実現可能である。

好ましくは、前記電圧モニタ回路は、前記入力電圧が前記一次入力電圧レベルを上回るときに前記電流制御回路に対する前記変量入力における電圧レベルを上げるよう実現される。これは、任意の適切な回路を用いて達成され得る。本発明のとりわけ好ましい実施例においては、前記電圧モニタ回路は、この機能を果たすためにプログラム可能なシャントレギュレータを有する。前記プログラム可能なシャントレギュレータは、好ましくは、その陰極を介して前記ブーストコンバータの正の出力ピンに接続される。前記シャントレギュレータの基準端子及びその陽極に対する閉ループフィードバック接続は、分圧器によって形成される。前記分圧器は、抵抗器の値の適切な選択によって、前記上側しきい値レベルであって、前記上側しきい値レベルを超えると、前記電流の下方制御が始まるだろう前記上側しきい値レベルを設定することができる。以下においては、前記一次入力電圧レベルは、「減光トリガレベル」とも呼ばれ得る。なぜなら、前記入力電圧がこのレベルを上回るときには、前記LED電流が減らされ、その結果、前記光出力が減光されるからである。

基準入力及び制御入力に基づいてLED電流制御を実施する様々な実現可能な方法がある。しかしながら、本発明のとりわけ好ましい実施例においては、前記電流制御装置は、前記変量入力と前記基準入力を比較するよう実現される比較器を有し、前記比較器のゲインは、前記入力電圧によって制御される。例えば、正の供給端子が前記ブーストコンバータの正の出力ピンに接続される単一電源オペアンプ(single-supply op amp)が用いられ得る。前記オペアンプの出力信号の大きさは、その入力の間の差に依存すると共に、この構成においては前記入力電圧によって決定されるそのゲインにも依存するだろう。

前記LED照明装置の「通常」動作中には、前記入力電圧は、前記一次入力電圧レベルを上回らないだろう。それ故、前記電流制御装置に対する前記変量入力は、前記電流検出抵抗器を介して前記LEDを流れる電流の大きさを供給するだろう。本発明の好ましい実施例においては、前記比較器は、これらの状況下で、前記LED電流を本質的に一定の駆動レベルに保つために前記BJTのベース端子電圧を調節するよう作用するだろう。前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベルを上回ると、前記比較器は、前記LED電流を減らすために前記BJTのベース端子電圧を調節するよう作用するだろう。例えば、NPNトランジスタスイッチの場合は、前記ベース端子電圧を減らすことは、前記スイッチを流れる電流を減らし、それ故、前記LED電流も減らすだろう。

前記入力電圧が前記減光トリガレベルを上回るとき、前記LED電流は、任意の適切な方法で調整され得る。例えば、前記LED電流は、前記入力電圧が前記減光トリガレベルを超えて増加するにつれて段階的なようにして減らされ得る。本発明のとりわけ好ましい実施例においては、前記LED電流は、前記入力電圧が前記減光トリガレベルを超えてブーストされるにつれて、本質的に線形のようにして減らされる。この方法においては、前記ブーストされた電圧が着実に増加するにつれて、前記LED電流が着実に減少する。

好ましくは、前記電流制御装置及び電圧モニタは、前記ブーストされた入力電圧が最大値に近づくときにゼロまで減少する前記LED電流をもたらすよう実現される。換言すれば、或る特定のブーストされた電圧レベルより上では、前記LED負荷は、完全に減光され、光を発さない。

本発明によるLED照明装置は、好ましくは、DC電源によって給電される照明器具のソケットへの挿入のためのコネクタを備えるレトロフィットLEDランプとして実現される。前記コネクタは、２ピン(bi-pin)、バヨネット又はねじ込み式コネクタなどの任意の標準的なコネクタであり得る。例えば、本発明によるLED照明装置は、ハロゲンランプに取って代わるためにGU 10コネクタを備えるMR 16ランプとして実現され得る。

本発明によるLED照明装置に対する前記電源は、前記LEDを駆動するための電圧、及び満足の行く電流調整のための十分な電圧「ヘッドルーム」を供給しなければならない。本発明によるLED照明装置の減光モジュールは、約0.5乃至1.0Vを必要とすることがあり、配線及び逆極性ダイオードにおける電圧損失も考慮に入れられなければならない。一般に、付加的な3Vのオーバーヘッド又はヘッドルームが供給されなければならない。

本発明によるLED照明装置の効率は、前記LED負荷において用いられるLEDの個数、及び前記電源に大きく依存するだろう。例えば、既製の24Vの電源、及び各々が3Vの順電圧を持つ６個のLEDのストリングでは、前記電源の（3.0Vの６倍の）18.0Vが光出力のために有効に用いられ得る。前記LED負荷の前記公称又は定格電圧が前記上側しきい値レベルである。それ故、上の例においては、前記上側しきい値レベル又は減光トリガレベルは、18.0Vである。残りの3.0Vのオーバーヘッドは、減光モジュールによって、その電流調整を実施するために用いられ得る。このような回路の効率は、（18を24で割った）７５％である。

７個の3VのLEDでは、全LED電圧は（3.0Vの７倍の）21.0Vである。この場合における効率は、有利に高い（21を24で割った）８７．５％である。この例においては、前記上側しきい値レベル又は減光トリガレベルは、21.0Vである。

本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面と共に考慮に入れられる以下の詳細な説明から明らかになるだろう。しかしながら、図面は、単に、説明の目的のためだけに設計されており、本発明の範囲を規定するものとしては設計されていないことを理解されたい。

本発明によるLED照明装置の第１実施例の概略図である。 本発明によるLED照明装置の動作を図示するグラフを示す。 本発明によるLED照明装置の第２実施例の概略図である。 本発明によるLED照明装置の減光モジュールのあり得る実施例を示す。 レトロフィットランプとして実現される本発明によるLED照明装置の概略図である。 本発明によるLED照明装置の第３実施例の概略図である。

図面において、同様の参照符号は、一貫して同様の対象を指す。図における物体は、必ずしも縮尺通りには描かれていない。

図１は、本発明によるLED照明装置１の実施例のブロック図である。前記ブロック図は、一定又は一次電圧レベルにおいてDC電圧Ｕ_ＰＳを供給するDC電源２に接続されるLED照明装置１を示している。電源２の出力端子は、LED照明装置１の入力端子１４_ｈｉ、１４_ｌｏに接続される。LED照明装置１は、LED照明負荷１０を有し、LED照明負荷１０は、この場合には、パワーLED１００のストリング又は直列構成から成る。LEDは、好ましくは、全て、同じ公称又は定格電圧を持つ。上で既に述べたように、LED１００は、十分に高い電圧、即ち、ｎ個のLED１００のストリングの場合は、少なくとも、公称LED電圧のｎ倍の電圧の両端に接続される場合に、１００％の光出力を発するだろう。この実施例においては、LED照明装置１の入力端子１４_ｈｉ、１４_ｌｏにおいて印加されるDC電圧Ｕ_ＰＳは、１００％光出力を達成するのに十分に高く、電流調整のための追加の数ボルトのオーバーヘッドも供給すると仮定されている。

LED照明装置１は、減光レベル入力信号３０に従って一次入力電圧レベルを超えるレベルに入力電圧Ｕ_ＰＳをブーストするよう実現されるブーストコンバータ１１と、ブースト電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}が一次入力電圧レベルを上回るときにLED負荷１０を流れるLED電流Ｉ_ＬＥＤを減少させるよう実現される減光モジュール１２とを有する。

LED照明装置１の動作の原理は図２に示されている。ここでは、グラフ２０は、減光モジュール１２に印加される電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}に対する光出力［％］を示している。一次入力電圧レベルＶ_ＰＳまでは、光出力は、１００％又は最大光出力である。減光モジュール１２に印加される電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}が一次入力電圧レベルＶ_ＰＳを超えて増加するとき、光出力は減少し始める。減光モジュール１２に印加される電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}が最大値Ｖ_ｍａｘに近づくにつれて、光出力はゼロに近づく。換言すれば、LED負荷の光出力を減少させるために、減光モジュール１２に印加される電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}が増加される。これが、本発明の「逆電圧減光」原理である。

ブーストコンバータ１１及び減光モジュール１２は、好ましくは、パフォーマンスにおいて互いに整合させるよう実現され、故に、例えば、ブーストコンバータ１１は、或る特定のスパン２００又は範囲２００にわたって電圧を増加させるよう実現され、（ブーストコンバータ１１の出力端子から駆動される）減光モジュール１２は、駆動レベル（１００％光出力）からオフ（０％光出力）までの全減光範囲にわたってLED電流Ｉ_ＬＥＤを減少させるよう実現される。

図１に示されている例示的な実施例においては、減光レベル変換器１３が、減光レベル入力信号３０をブーストコンバータ１１のための制御信号３００に変換する。或るあり得る実現例が図３に示されている。この場合には、ブーストコンバータ１１は、インダクタＬ、スイッチＳ、ダイオードＤ及びコンデンサＣの良く知られている配置を有する。スイッチＳは、通常、MOSFETを用いて実現される。なぜなら、この種類のトランジスタは非常に素早く切り替えられることができるからである。ブーストコンバータ１１の動作の連続モードの間、スイッチＳが開閉される割合を制御することによって（即ち、そのデューティサイクルを制御することによって）、コンデンサＣにわたって蓄積され得る出力電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}のレベルを設定することが可能である。好ましくは、減光レベル変換器１３は、減光設定（０％乃至１００％）をデューティサイクル（０乃至１）に変換する。０というデューティサイクルにおいては、出力電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}は、本質的に、一次入力電圧レベルＶ_ＰＳに対応し、１というデューティサイクルにおいては、出力電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}は、最大レベルＶ_ｍａｘにあるだろう。

図４は、本発明によるLED照明装置の減光モジュール１２のあり得る実施例を示している回路図である。減光モジュール１２は、電圧モニタ回路１７と、電流制御回路１６とを有する。LED負荷１０は、第１半導体スイッチＱ１及び電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}と直列に接続される。この例示的な実施例においては、第１半導体スイッチＱ１は、NPN BJTであり、そのベース端子は、電流制御回路１６の出力部に接続される。

電流制御回路１６は、演算増幅器１６０と第２半導体スイッチＱ２とを有する。演算増幅器１６０の基準入力部１６１は、（電圧源符号によって示されている）一定の電圧、即ち、基準レベルに接続される。演算増幅器１６０の正の供給端子は、減光モジュール１２にブースト入力電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}を印加しているブーストコンバータの正の出力端子に接続される。演算増幅器１６０の負の供給端子は、接地される。

電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}のサイズが、デフォルト又は公称LED駆動電流を決定する。電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}は、照明装置の通常動作中、即ち、ブースト入力電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}が一次入力電圧レベルＶ_ＰＳより高くないとき、LED電流Ｉ_ＬＥＤを本質的に一定の駆動レベルに調整するのに役立つ。このため、電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}は、ノードＮを介して、電流制御回路１６の制御入力部１６２、即ち、演算増幅器１６０の変量入力部１６２に接続される。

ノードＮは、プログラム可能なシャントレギュレータ１７０を用いて実現される電圧モニタ回路１７にも接続される。入力電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}が、分圧器構成Ｒ１、Ｒ２によって設定されるレベル未満である限り、ノードＮ（それ故、オペアンプ１６０に対する制御入力部１６２の「電流制御レベル」）における電圧は、LED電流Ｉ_ＬＥＤにおける変化に応じてしか変化しないだろう。演算増幅器１６０は、第２トランジスタスイッチＱ２のベース端子電圧を調節し、それによって、第１トランジスタスイッチＱ１のベース端子電圧を間接的に調節することによって、基準入力部１６１における電圧と制御入力部１６２における電圧との間のあらゆるわずかな差に反応する。それ故、入力電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}が、そのLED負荷１０の公称レベルにある限り、LED電流Ｉ_ＬＥＤは、本質的に一定の駆動レベルに保たれ、光出力も、１００％において本質的に一定に保たれるだろう。上側しきい値レベル又は減光トリガレベルは、LED負荷１０の公称又は定格電圧である。

電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}、演算増幅器１６０及び第２トランジスタスイッチＱ２を有する回路の閉ループ動作は、常に、制御入力部１６２における電圧を、基準入力部１６１又は「電流制御レベル」における電圧と等しくし続けようとする。換言すれば、前記閉ループ動作は、電流制御レベルにおける電圧を基準電圧と等しくするよう電流制御レベルにおける電圧を修正するよう作用する。入力電圧Ｕｉｎがしきい値電圧を超えて増加するときには、電圧モニタ回路１７のシャントレギュレータ１７０が、その通過電流を増加させるだろう。この通過電流は、ノードＮにおける電圧を上げるだろう。なぜなら、前記通過電流は、抵抗器Ｒ４及び電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}の両端の（矢印によって示されている）付加的な電圧降下をもたらしているからである。換言すれば、シャントレギュレータ１７０は、制御入力部１６２における電圧を基準レベルより上に引き上げるだろう。結果として、電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}を流れる電流は、制御入力部１６２における電圧を基準レベルに戻すよう減少するにちがいない。演算増幅器１６０に対する制御入力部１６２における増加した電圧は、第２トランジスタスイッチＱ２のベースにおける電圧を増加させ、故に、それは、より多くの電流をシンクし、それによって、第１トランジスタスイッチＱ１のベース端子における電圧を低下させ、LED電流Ｉ_ＬＥＤを減少させる。LED電流Ｉ_ＬＥＤの減少は、減少した又は減光した光出力をもたらす。電流制御回路１６は、事実上、矢印によって示されているような、ノードＮと接地との間の電圧降下における変化に反応し、基準入力部１６１及び制御入力部１６２における電圧を同じレベルに保つよう努める。

抵抗器Ｒ４は、シャントレギュレータ１７０を流れる小さな電流がLED電流Ｉ_ＬＥＤにおける大きな減少をもたらすだろうことを確実にするよう、電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}よりずっと大きいよう選ばれる。この方法においては、回路を通るトータルな電流の流れが減少するだろう。入力電圧が増加するにつれてLED電流Ｉ_ＬＥＤを減少させるプロセスは、第１トランジスタスイッチＱ１が事実上オフにされ、０％光出力（１００％減光）をもたらすまで、続くだろう。LED電流が「逆電圧減光」によって下方制御されている間、第１トランジスタスイッチＱ１における電力損失も減少し、LED電流Ｉ_ＬＥＤが0mAに到達するときには0Wまで低下する。減光トリガレベル、即ち、LED負荷１０の「減光」が始まる入力電圧Ｕｉｎのレベルは、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のために適切な値を選ぶことによって設定され得る。

図５は、レトロフィットランプとして実現される本発明によるLED照明装置１の概略図である。ここでは、LED負荷のLED１００は、反射器ランプハウジング５０内に取り付けられる。LED照明装置１の制御回路、即ち、電圧ブーストモジュール１１及び減光モジュール１２は、必要に応じてハウジング５０の台座(base)内に配設される。レトロフィットランプは、この例においては２ピンコネクタ５１として示されている、適切なコネクタインターフェース５１を有し得る。本発明によるLED照明装置１の制御回路は、非常にコンパクトにすることができ、故に、小型レトロフィットランプが可能である。

図６は、幾つかのレトロフィット枝付き燭台電球６０を有する照明器具６の概略図である。各レトロフィット枝付き燭台電球６０は、１つ以上のLED１００を囲む小型ハウジング６０と、ランプハウジング６０の台座内に配設される減光モジュール１２を有する制御回路とを含み得る。この実施例においては、物理的に別個の駆動回路６１内に共通ブーストコンバータ１１が配設され、前記共通ブーストコンバータ１１は、AC電源入力を、枝付き燭台器具６に対する減光入力３０に応じて出力電圧Ｕ_{ｂｏｏｓｔ}にブーストされ得る適切なDC入力に変換するよう実現される。減光信号変換器１３は、減光入力信号３０を、ブーストコンバータ１１のスイッチ制御信号に変換する。減光入力信号３０は、減光アプリとしてインストールされたソフトウェア「減光器」３を備える、スマートフォンなどのようなハンドヘルドコントローラ７から生じる無線信号であり得る。本発明との関連で記載したLED制御技術は、とりわけ既知の電源電圧減光可能な枝付き燭台ランプと比べて、すごく小型化されることができる。この小型のものの実現は、非常に魅力的なランプ設計をもたらし得る。他の発展例においては、電力コンバータユニット６１は、照明器具の中央位置に、例えば、枝付き燭台の懸架器具に、目立たないように配置され得る。

本発明は、好ましい実施例及びそれらの変形例の形態で開示されているが、本発明の範囲から逸脱せずに、多くの更なる修正及び変形がなされ得ることは理解されるだろう。例えば、「逆電圧減光」原理は、上記の「１００％減光」レベルを超える公称出力電圧を持つ電源、即ち、LED電圧、オーバーヘッド及び制御範囲の合計を上回る電圧を供給する電源、７個の3VのLEDの場合は、LEDのための21.0V、オーバーヘッドのための3.0V、及び電流制御のための数ボルトを供給する28Vの電源で用いられ得る。最大減光（０％光出力）は、27.0Vにおいてであり得る。或る特定の照明レベルに減光するためには、出力電圧は、（バックコンバータ、フライバックコンバータなどのような適切な電圧減少回路を用いて）下方制御される必要がある。例えば、７０％にまで減光するためには、電圧は、約25.0Vに下方制御され得る。このような実施例は、全体のコストを増し得る標準的ではない電源を必要とし得る。電圧減少回路は、非減光モードにおいてアクティブであり、電力消費を増す。

明確にするため、この出願を通して、単数形表記は、複数性を除外せず、「有する」は、他のステップ又は要素を除外しないことを理解されたい。「ユニット」又は「モジュール」という記載は、２つ以上のユニット又はモジュールの使用を除外しない。

Claims (15)

1. 多くのLEDを有するLED負荷と、
   一次入力電圧レベルにおいて入力電圧を供給するよう実現される電源との接続のための入力端子と、
   減光レベル入力信号に基づいて前記一次入力電圧レベルを超えるレベルに前記入力電圧をブーストするよう実現される電圧ブーストモジュールと、
   ブーストされた前記入力電圧が前記一次入力電圧レベルを上回るときに前記LED負荷を流れるLED電流を減少させるよう実現される減光モジュールとを有するLED照明装置。
2. 前記電圧ブーストモジュールが、減光レベルの増加に正比例して前記入力電圧をブーストするよう実現される請求項１に記載のLED照明装置。
3. 前記電圧ブーストモジュールが、最大減光レベルに対応する減光レベル入力信号の場合は、前記入力電圧を最大ブーストレベルにブーストするよう実現される請求項１又は２に記載のLED照明装置。
4. 前記減光モジュールが、前記ブーストされた入力電圧が最大ブーストレベルに近づくときに前記LED電流をゼロに減少させるよう実現される請求項１乃至３のいずれか一項に記載のLED照明装置。
5. DC電源によって給電される照明器具のソケットへの挿入のためのコネクタを備えるレトロフィットLED電球として実現される請求項１乃至４のいずれか一項に記載のLED照明装置。
6. 前記電圧ブーストモジュールが、前記入力電圧を最大で3Vブーストするよう実現される請求項１乃至５のいずれか一項に記載のLED照明装置。
7. 前記電圧ブーストモジュールが、ブーストコンバータを有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のLED照明装置。
8. 前記減光レベル入力信号を、前記ブーストコンバータのスイッチを制御するためのスイッチ制御信号に変換するためのインターフェース回路を有する請求項７に記載のLED照明装置。
9. 前記LED負荷が、第１半導体スイッチ及び電流検出抵抗器と直列に配設され、前記減光モジュールが、
   基準入力及び変量入力を有する電流制御回路であって、前記基準入力及び前記変量入力の間の差に従って前記第１半導体スイッチを流れるLED電流を調整するよう実現される電流制御回路と、
   前記ブーストされた入力電圧に基づいて、前記電流制御回路に対する前記変量入力を生成するよう実現される電圧モニタ回路とを有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載のLED照明装置。
10. 前記電圧モニタ回路が、プログラム可能なシャントレギュレータを有する請求項９に記載のLED照明装置。
11. 前記電流制御回路が、前記変量入力と前記基準入力を比較するよう実現される比較器を有し、前記比較器のゲインが、前記ブーストされた入力電圧によって制御される請求項９又は１０に記載のLED照明装置。
12. 前記比較器が、前記ブーストされた入力電圧が前記一次入力電圧レベルを上回るときに、前記第１半導体スイッチを流れる電流を減少させるよう接続される請求項１１に記載のLED照明装置。
13. 多くのLEDを有するLED負荷を持つLED照明装置を駆動する方法であって、
    一次入力電圧レベルにおいて入力電圧を供給するよう実現される電源に前記LED照明装置を接続するステップと、
    所望の減光レベルを指示するために減光レベル入力信号を前記LED照明装置に接続するステップと、
    前記減光レベル入力信号に基づいて前記一次入力電圧レベルを超えるレベルに前記入力電圧をブーストするステップと、
    ブーストされた前記入力電圧が前記一次入力電圧レベルを上回るときに前記LED負荷を流れるLED電流を減少させるステップとを有する方法。
14. 前記ブーストされた入力電圧が前記一次入力電圧レベルを上回らないときに前記LED電流を最大駆動レベルにおいて維持するステップを有する請求項１３に記載の方法。
15. 前記ブーストされた入力電圧が前記一次入力電圧レベルを超えて増加するにつれて、前記LED電流を線形に減らすステップを有する請求項１３又は１４に記載の方法。

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