JP6423861B2 - ３段階切り替え式全方向性ｌｅｄランプ駆動回路 - Google Patents

Description

本開示はＬＥＤランプ分野に関する。より具体的には、本開示は、３段階切り替え式全方向性ＬＥＤランプの駆動回路に関する。

３段階切り替え式白熱電球を使用する３段階切り替え式照明器具は、３段階切り替え式スイッチの位置に応じて３つのレベル、すなわち低、中間、又は高レベルのうちの１つのレベルの光を発生する。３段階切り替え式スイッチは、２本は通電線であり１本は中性線である、３本の線路又は配線を受け入れる３つの接点を有する。スイッチの位置に応じて、通電線の一方又は両方が通電するか又はいずれも通電しないことになる。白熱電球は、２本の独立したフィラメントを有し、各々が２本の通電線にそれぞれ接続する。第１の電圧線が通電し、第２の電圧線が通電していない場合、第１のフィラメントが電流を受けるので、白熱電球は低レベルの光を発生する。第２の電圧線が通電し、第１の電圧線が通電していない場合、第２のフィラメントが電圧を受けるので、白熱電球は中間レベルの光を発生する。最後に、両方の電圧線が通電している場合、両方のフィラメントが電流を受けるので、白熱電球は高レベルの光を発生する。

ＬＥＤ光源は、白熱電球に比べて効率が良く長寿命である。従って、白熱電球をＬＥＤ電球に置き換えることができるように、ＬＥＤ電球を改造して既存の白熱電球器具で作動するようにすることが望ましい。しかしながら、ＬＥＤ電球は、光を発生するためにフィラメントを使用しない。正確には、ＬＥＤ電球は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用して光を発生する。ＬＥＤ組立体が電源から電流を受ける際に所望の照明レベルを発生するために、複数のＬＥＤをＬＥＤ組立体に実装することができる。３段階切り替え式照明器具の３段階切り替え式スイッチで機能するようにＬＥＤ電球を改造するために、ＬＥＤ電球は、第２のＬＥＤ組立体を含むように設計することができる。従って、ＬＥＤ電球の２つのＬＥＤ組立体は、白熱電球の２つのフィラメントと同じように機能して、３段階切り替え式スイッチの位置に応じて３つの異なる光レベルを発生することができる。

しかしながら、ＬＥＤ電球の中に２つの独立したＬＥＤ組立体を含むことは、このようなＬＥＤ電球が２倍の量の構成要素を必要とすることになるので経済的でない場合がある。加えて、２つのＬＥＤ組立体を含むＬＥＤ電球は、望ましくない寸法及び形状の外形寸法を必要とする場合がある。

ＬＥＤ駆動回路は、第１のＡＣ電圧線に接続された第１の入力端子及び第２のＡＣ電圧線に接続された第２の入力端子を含む整流回路を有する。整流回路は、第１のＡＣ電圧線上の第１のＡＣ電圧及び第２のＡＣ電圧線上の第２のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するように構成される。ＬＥＤ駆動回路は、第１のＡＣ電圧線及び第２のＡＣ電圧線に接続され、第１のＡＣ電圧及び第２のＡＣ電圧に基づいてＡＣ基準電圧を発生するように構成されたスイッチング回路を有する。ＬＥＤ駆動回路は、発生したＡＣ基準電圧に基づいて、所定の電流をＬＥＤランプに供給するように構成された電力管理回路を有する。ＬＥＤ駆動回路は、ＤＣ電圧を受け入れて、一定の電力を電力管理回路に供給するように構成された電力供給回路を有する。

３段階切り替え式ＬＥＤランプは、ＬＥＤ及びＬＥＤ駆動回路を備える。ＬＥＤ駆動回路は、中性線、第１のＡＣ電圧線、及び第２のＡＣ電圧線に接続され、ＤＣ電圧出力を発生するように構成された３段階切り替え式整流回路を有する。ＬＥＤ駆動回路は、第１のＡＣ電圧線及び第２のＡＣ電圧線に接続され、第１の電圧線及び第２の電圧線の導通状態に基づいて、第１のＡＣ基準電圧、第２のＡＣ基準電圧、及び第３のＡＣ基準電圧のうちの１つに切り替わるように構成されたスイッチング回路を有する。ＬＥＤ駆動回路は、スイッチング回路が選択したＡＣ基準電圧に基づいて、ＬＥＤに所定の電流を供給するように構成された電力管理回路を有する。ＬＥＤ駆動回路は、ＤＣ電圧出力を受け取って、電力管理回路に対して一定電流を供給するように構成された電力供給回路を含む。

添付の図面において、以下の詳細な説明と共に、本教示の例示的な態様を説明する構造体が示されている。同じ要素には同じ参照番号が付与される。単一の構成要素として示される各要素は、複数の構成要素に置き換えることができること、さらに複数の構成要素で示される各要素は、単一の構成要素に置き換えることができることを理解されたい。各図面は縮尺通りではなく、特定要素の比率は説明目的で誇張されている。

３段階切り替え式全方向性ＬＥＤランプ用の例示的な駆動回路を示す。 ３段階切り替え式全方向性ＬＥＤランプ用の例示的な駆動回路を示す。 図２に示すような例示的な整流回路である。 図２に示すような例示的なスイッチング回路である。 図２に示すような例示的な電力供給回路である。 スイッチング回路の別の実施形態である。

図１は、３段階切り替え式全方向性ＬＥＤランプを駆動する例示的な駆動回路１００を示す。駆動回路１００は、第１のＡＣ電圧線１０２、第２のＡＣ電圧線１０４、及び中性線１０６の３本の入力線に接続する。第１のＡＣ電圧線１０２、第２のＡＣ電圧線１０４、及び中性線１０６は、第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４が導通状態にある場合の制御のために、３段階切り替え式スイッチ（図示せず）に接続することができる。換言すると、第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４の各々は、ＯＮ又はＯＦＦのいずれかに選択的に制御できる。

駆動回路１００は、第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４上のＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換するための整流回路１０８を含む。１つの実施例において、整流回路１０８は、３つのハーフブリッジダイオード回路を並列に組み合わせたものである。

駆動回路１００は、第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４に基づいて基準電圧を発生するスイッチング回路１１０を含む。スイッチング回路１１０は、第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４の導通状態に基づいて、第１のＡＣ基準電圧、第２のＡＣ基準電圧、及び第３のＡＣ基準電圧のうちの１つに切り替わる。例えば、スイッチング回路１１０は第１のＡＣ電圧線１０２がＯＮ又は導通状態で、第２のＡＣ電圧線１０４がＯＮ又は導通状態に場合に第１のＡＣ基準電圧に切り替わり、スイッチング回路１１０は、第１のＡＣ電圧線１０２がＯＮ又は導通状態で、第２のＡＣ電圧線１０４がＯＦＦ又は非導通状態の場合に第２のＡＣ基準電圧に切り替わり、スイッチング回路１１０は、第１のＡＣ電圧線１０２がＯＦＦ又は非導通状態で、第２のＡＣ電圧線１０４がＯＮ又は導通状態の場合に第３のＡＣ基準電圧に切り替わる。

１つの実施例において、第１の基準電圧は低電圧、第２の基準電圧は中間電圧、及び第３の基準電圧は高電圧である。１つの実施例において、第２の基準電圧は、第１の基準電圧の２倍の電圧とすることができ、第３の基準電圧は、第１の基準電圧の３倍の基準電圧とすることができる。

１つの実施例において、スイッチング回路１１０及び電力管理回路１１２は、１つの集積回路に統合することができ、この集積回路は説明されるような２つの機能性を含む。

駆動回路１００は、発生されたＡＣ基準電圧に基づいて電流をＬＥＤ回路１１４に供給する電力管理回路１１２を含む。例えば、電力管理回路１１２は、スイッチング回路１１０が第３の基準電圧を発生する場合に最大レベルの電力をＬＥＤ回路１１４に供給することができ、電力管理回路１１２は、スイッチング回路１１０が第２の基準電圧を発生する場合に最大レベルの３分の２の電力をＬＥＤ回路１１４に供給することができ、電力管理回路１１２は、スイッチング回路１１０が第１の基準電圧を発生する場合に最大レベルの３分の１の電力をＬＥＤ回路１１４に供給することができる。最大電力レベルは、最大輝度に達するのにＬＥＤ回路１１４が必要とする電流として定義することができる。従って、発生した基準電圧に応じて、ＬＥＤ回路１１４が低レベル、中間レベル、又は高レベルで点灯するように制御することができる。

駆動回路１００は、整流回路１０８からＤＣ電圧を受け取り、電力管理回路１１２又はＬＥＤ回路１１４に一定電流又は電力を供給するための電力供給回路１１６を含む。説明するように、整流回路１０８が受け入れた第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４は、ＯＮ又はＯＦＦのいずれかに選択的に制御することができる。しかしながら、第１のＡＣ電圧線１０２がＯＮ、第２のＡＣ電圧線１０４がＯＮ、又は両方がＯＮであるか否かに無関係に、電力供給回路１１６は、第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４の導通状態に無関係に一定の電圧が電力管理回路１１２に確実に供給されるようにする。

１つの実施例において、電力供給回路１１６は、整流回路１０８のＤＣ出力電圧に基づいて、内部インピーダンスを調整することで一定電流を維持する。例えば、ＤＣ出力電圧が高くなると、電力供給回路１１６は、一定電圧出力を維持するために内部インピーダンスが高くなる。別の実施例において、電力供給回路１１６は、ＤＣ電圧に基づいてスイッチＯＮ又はＯＦＦ時間を調整することで一定電流を維持する。

図２は、整流回路１０８、スイッチング回路１１０、電力管理回路１１２、ＬＥＤ回路１１４、及び電力供給回路１１６を含む、図１の駆動回路１００の例示的な実施構成を示す。ＬＥＤ回路１１４に電力を供給することに加えて、電力管理回路１１２は、ＬＥＤ回路１１４での電流を検知し、検知した電流をスイッチング回路１１０により生じた基準電圧と比較する。電力管理回路１１２は、ＬＥＤ回路１１４に供給される電流を適宜調整して、基準電圧に基づいた一定電流を保証するようになっている。電力管理回路１１２は、テキサス・インスツルメンツ社製のＬＭ３４４５等の集積回路、又は検知電流を基準電流と比較して、基準電圧に基づいて一定電流を供給することができる、他の任意の回路とすることができる。

図３は、図２の整流回路１０８のクローズアップ図である。整流回路１０８は、第１のＡＣ電圧線１０２に接続した第１の入力端子３０２、及び第２のＡＣ電圧線１０４に接続した第２の入力端子３０４を含む。また、整流回路は、中性線１０６に接続した第３の入力端子３０６を含む。

１つの実施例において、整流回路１０８は、３つのハーフブリッジダイオード回路を並列に組み合わせたものである。例えば、整流回路１０８は、第１の４端子ブリッジダイオード回路ＢＲ１（又は、２つのハーフブリッジダイオード回路）を含む。ＢＲ１は、直列に接続したダイオードＤ２及びＤ６に並列に接続して、第３のハーフブリッジダイオード回路を形成するようになっている。

図２に戻ると、スイッチング回路１１０は、第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４に接続する。図４は、図２のスイッチング回路１１０のクローズアップ図である。スイッチング回路１１０は、それぞれ第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４に接続したスイッチＱ３及びＱ４を含む。Ｑ３及びＱ４は、第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４が導通状態にあるか否かによってＯＮ及びＯＦＦに切り替えられる。スイッチＱ３及びＱ４の位置は、結果として、スイッチング回路１１０が選択した基準電圧を決定する。

詳細には、Ｑ３又はＱ４の両方がＯＦＦに切り替わると、第１のＡＣ電圧線１０２又は第２の電圧線１０４のいずれも電流が流れないので、スイッチング回路には全く電流が流れず、結果的に基準電圧が発生しない。第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４の両方が導通状態にある場合、Ｑ３及びＱ４がＯＮに切り替わり、抵抗Ｒ１５及びＲ８を遮断又は接地して、結果的に全能力の３分の１の第１の基準電圧が発生する。第１のＡＣ電圧線１０２が導通状態にあり、第２のＡＣ電圧線が非導通状態にある場合、Ｑ３はＯＮ、Ｑ４はＯＦＦとなる。これによって、抵抗Ｒ１５が遮断、抵抗Ｒ８が導通になり、結果的に全能力の３分の２の第２の基準電圧が発生する。第１のＡＣ電圧線１０２は非導通状態で、第２のＡＣ電圧線１０４は導通状態にある場合、Ｑ３はＯＦＦでＱ４はＯＮとなる。これにより、抵抗Ｒ８が遮断、抵抗Ｒ１５が導通となり、結果的に全能力の第３の基準電圧が発生する。

図５は、図２の電力供給回路１１６のクローズアップ図である。電力供給回路１１６は、ダイオードＤ７に並列に接続されたスイッチＱ１を含む電流調整回路を有する。スイッチＱ１は、ダイオードＤ７と一緒に、抵抗Ｒ３及びツェナーダイオードＤ７の選択的組み合わせを用いてインピーダンスを調整することで一定電圧出力を保証する。

１つの実施例において、電力供給回路１１６は、第１のツェナーダイオードＤ１３、第２のツェナーダイオードＤ１４、及び第３のツェナーダイオードＤ１５を有するダイオードスタック５０２を含む。第１のツェナーダイオードＤ１３、第２のツェナーダイオードＤ１４、及び第３のツェナーダイオードＤ１５は直列に接続され、電圧をクランプして電力管理回路１１２に供給される電力が温度上昇に応答して増加するのを防止するように構成される。１つの実施例において、第１のツェナーダイオードＤ１３、第２のツェナーダイオードＤ１４、及び第３のツェナーダイオードＤ１５は、定格５ボルト未満の負特性ダイオードである。

図６は、スイッチング回路１１０の別の実施形態を示し、スイッチング回路１１０及び電力管理回路１１２の機能は、単一のフローティング集積回路６０２に統合されている。フローティング集積回路６０２は、２本の入力線６０４及び６０６に接続するようになっており、２本の入力線６０４及び６０６は、それぞれ第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４に関連している。

検知電流を基準電圧と比較して、ＬＥＤ回路１１４への供給電流を適宜調整できることに加えて、フローティング集積回路６０２は、入力線６０４及び６０６がそれぞれＯＮ又はＯＦＦであるかを検出して、それに対応して基準電圧を発生するように構成される。例えば、第１のＡＣ電圧線１０２及び第２のＡＣ電圧線１０４が導通状態にあり、浮動接地（Ｆ）がＧＮＤレベルにある場合、ダイオードＤ７及びＤ８の両方が導通状態にあり、結果的に抵抗Ｒ５及びＲ６の電圧は、入力ライン６０４及び６０６に伝達され、フローティング集積回路６０２は第１の基準電圧を発生する。第１のＡＣ電圧線１０２だけが導通状態にある場合、フローティング集積回路６０２は、第２の基準電圧を発生する。第２のＡＣ電圧線１０４だけが導通状態にある場合、フローティング集積回路６０２は、第３の基準電圧を発生する。フローティング集積回路６０２は発生した基準電圧を使用して検知電流と比較を行い、ＬＥＤ回路１１４への電流供給を調整する。

集積回路６０２は、浮動接地（Ｆ）が接地と第２のレベルとの間で移動するので浮動型である。ダイオードＤ７及びＤ８は、浮動接地が接地レベルにある場合にコンデンサＣ４及びＣ６の両端にそれぞれ電圧を供給し、次に、コンデンサＣ４及びＣ６は電圧を蓄積して、入力信号を入力ライン６０４及び６０６からフローティング集積回路６０２に供給する。

フローティング集積回路６０２が発生する第１、第２、及び第３の基準電圧は、任意の適切なレベルとし得ることを理解されたい。詳細には、第２及び第３の基準電圧は、第１の基準電圧の２倍及び３倍であることに限定されない。例えば、中間基準電圧は、低基準電圧の２倍、３倍、４倍等のレベルとすることができる。同様に、第３の基準電圧は、第１の基準電圧の任意の適切な倍数とすることができる。

用語「含む」又は「含んでいる」が明細書又は請求項で使用される限りにおいて、請求項の連結詞として用いられる場合の用語「備えている」と同様に包括的であることが意図される。用語「又は」が用いられる場合（例えば、Ａ又はＢ）、「Ａ又はＢ、又は両方」を意味することが意図される。本出願人が、「両方ではなくＡ又はＢのみ」を指示すことを意図する場合、用語「両方ではなくＡ又はＢのみ」を用いることになる。従って、本明細書での「又は」の使用は包括的であり、排他的使用ではない。Ｂｒｙａｎ Ａ． Ｇａｒｎｅｒ著、Ａ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｌｅｇａｌ Ｕｓａｇｅ ６２４ （２ｄ． Ｅｄ． １９９５）を参照されたい。また、用語「内に（ｉｎ）」又は「内に（ｉｎｔｏ）」が明細書又は請求項で使用される限りにおいて、さらに「上に（ｏｎ）」又は「上に（ｏｎｔｏ）」を意味することが意図される。さらに、用語「結合する（ｃｏｎｎｅｃｔ）」が明細書又は請求項で使用される限りにおいて、「直接的に結合する」を意味するだけではなく、他の構成要素を介して結合されるような「間接的に結合する」を意味することが意図される。

本出願は、本開示の例示的な態様の説明によって例示されており、さらに例示的な態様は、かなり詳細に説明されているが、本出願では、特許請求の範囲はこのような詳細内容に限定されること又は何らかの制限を受けることは意図されていない。追加の利点及び変形例は、当業者であれば容易に理解できるはずである。従って、本出願は、その広範な態様において、特定の詳細内容に限定されず、代表的な装置及び方法並びに代表的な実施例が示されて説明される。従って、本出願人の全体的な発明コンセプトの精神又は範疇から逸脱することなく、このような詳細内容からの逸脱を行うことができる。

１００ 駆動回路
１０２ 第１のＡＣ電圧線
１０４ 第２のＡＣ電圧線
１０６ 中性線
１０８ 整流回路
１１０ スイッチング回路
１１２ 電力管理回路
１１４ ＬＥＤ回路
１１６ 電力供給回路

Claims (9)

1. 低レベル、中間レベル、及び高レベルのうちの１つで光を生成するようにＬＥＤランプを３段階切り替え式照明制御するためのＬＥＤ駆動回路であって、
   第１のＡＣ電圧線に接続された第１の入力端子及び第２のＡＣ電圧線に接続された第２の入力端子を備え、前記第１のＡＣ電圧線及び前記第２のＡＣ電圧線は共に、前記ＬＥＤランプを３段階切り替え式照明制御するためにオン又はオフに選択的に制御されるものであり、前記第１のＡＣ電圧線上の第１のＡＣ電圧及び前記第２のＡＣ電圧線上の第２のＡＣ電圧を変換してＤＣ電圧を生成するように構成された、整流回路と、
   接地レベルと第２の電位レベルとの間で切り替わる浮動接地を有するフローティング集積回路であって、前記フローティング集積回路が前記第１のＡＣ電圧線と前記第２のＡＣ電圧線に接続され、前記第１のＡＣ電圧線と前記第２のＡＣ電圧線がオンであるか又はオフであるか応じて、前記低レベル、中間レベル、及び高レベルの光の１つに対応するＡＣ基準電圧を生成し、前記ＡＣ基準電圧に基づいて前記ＤＣ電圧による前記ＬＥＤランプへの電流供給を調整する、前記フローティング集積回路と、
   前記第１のＡＣ電圧線及び前記フローティング集積回路の第１の入力線に接続された第１のダイオードと、
   前記第２のＡＣ電圧線及び前記フローティング集積回路の第２の入力線に接続された第２のダイオードであって、前記第１のＡＣ電圧線及び前記第２のＡＣ電圧線が共にオンであり、且つ、前記浮動接地が前記接地レベルである場合に、前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードが導通状態であり、前記フローティング集積回路が前記低レベルで前記ＡＣ基準電圧を生成する、前記第２のダイオードと、
   を備える、ＬＥＤ駆動回路。
2. 前記フローティング集積回路は、前記第１のＡＣ電圧線のみがオンである場合には前記中間レベルで前記ＡＣ基準電圧を生成する、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
3. 前記フローティング集積回路は、前記第２のＡＣ電圧線のみがオンである場合には前記高レベルで前記ＡＣ基準電圧を生成する、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
4. 前記第１のダイオードと接続された第１のコンデンサと、前記第２のダイオードと接続された第２のコンデンサと、を備え、
   前記浮動接地が前記接地レベルである場合には、前記第１のダイオードと前記第２のダイオードは、それぞれ第１のコンデンサと第２のコンデンサに掛かる電圧を供給する、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
5. 前記中間レベルのＡＣ基準電圧は、前記低レベルのＡＣ基準電圧の電圧の約２倍であり、
   前記高レベルのＡＣ基準電圧は、前記低レベルのＡＣ基準電圧の電圧の約３倍である、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
6. 前記整流回路は、中性線に接続された第３の入力線を含む、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
7. 前記整流回路は、３つのハーフブリッジダイオード回路を並列に組み合わせたものである、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
8. 前記フローティング集積回路は、前記ＡＣ基準電圧を検知電流と比較し、この比較に基づいて前記ＬＥＤランプに供給される電流を調節する、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
9. 少なくとも１つのＬＥＤ及びＬＥＤ駆動回路を備え、低レベル、中間レベル、及び高レベルのうちの１つで光を生成するための３段階切り替え式ＬＥＤランプであって、
   前記ＬＥＤ駆動回路は、
   第１のＡＣ電圧線に接続された第１の入力端子及び、及び第２のＡＣ電圧線に接続された第２の入力端子を含み、前記第１のＡＣ電圧線及び第２のＡＣ電圧線は共に、前記少なくとも１つのＬＥＤを３段階切り替え式照明制御するためにオン又はオフに選択的に制御されるものであり、前記第１のＡＣ電圧線上の第１のＡＣ電圧及び前記第２のＡＣ電圧線上の第２のＡＣ電圧を変換してＤＣ電圧の出力を発生するように構成された、整流回路と、
   前記第１のＡＣ電圧線に接続された第１のダイオードと、
   前記第２のＡＣ電圧線に接続された第２のダイオードと、
   接地レベルと第２の電位レベルとの間で切り替わる浮動接地を有するフローティング集積回路であって、前記第１のダイオードを介して前記第１のＡＣ電圧線に接続された第１の入力線及び前記第２のダイオードを介して前記第２のＡＣ電圧線に接続された第２の入力線を含み、前記第１のＡＣ電圧線と前記第２のＡＣ電圧線がオンであるか又はオフであるか応じて、前記低レベル、中間レベル、及び高レベルの光の１つに対応するＡＣ基準電圧を生成し、前記ＡＣ基準電圧に基づいて前記ＤＣ電圧による前記少なくとも１つのＬＥＤへの電流供給を調整し、前記第１のＡＣ電圧線及び第２のＡＣ電圧線がオンであり、且つ、前記浮動接地が前記接地レベルである場合に、前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードが導通状態であり、前記フローティング集積回路が前記低レベルで前記ＡＣ基準電圧を生成する、前記フローティング集積回路と、
   を備える、３段階切り替え式ＬＥＤランプ。

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