JP6646654B2 - Ｌｅｄ調光器回路及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ照明装置を調光するためのアプローチに関する。

ＬＥＤは、照明ソリューションとしてますます人気となってきている。ＬＥＤは、ＬＥＤの調光能力を利用した適応性のある照明オプションを可能にする。しかし、既存の調光可能なシステムと適合可能であるためには、複雑かつ高価なＬＥＤドライバが必要である。

基本ＬＥＤドライバは、通常、ＬＥＤに印加される定電圧又は定電流を生成する。最も安価なＬＥＤドライバは、調光能力を提供しない。

ＬＥＤドライバの１つの一般的なタイプは、いわゆるウィンドウドライバである。このドライバは、固定の出力電流を有するが、この電流を、すべて、そのいわゆる動作ウィンドウ内にある比較的大きい範囲の値に亘って出力電圧を調節しつつ、供給することができる。

調光（又は他のインテリジェント機能）を提供するが、基本ＬＥＤドライバを利用する様々な可能なＬＥＤドライバソリューションが、発明者によって検討されている。

１つのソリューションは、定電流ドライバによって提供される電流の一部をシャントスイッチングすることによって、ＬＥＤ回路基板上に調光機能を提供することである。シャントスイッチングには、必要なデューティサイクルでＬＥＤ列を短絡することが伴う。実際には、この短絡機能は、例えばバックコンバータ出力を短絡することによって、ＤＣ−ＤＣコンバータの一部として実現される。このアプローチでの１つの問題は、通常、ドライバ出力と並列、したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータダイオードと並列のコンデンサがあることである。したがって、ドライバは、並列容量を有する電流源として機能する。この容量を周期的に短絡することは、受け入れられないエネルギー損失と非常に大きい電流ピークとにつながる可能性がある。

もう１つのソリューションは、直列スイッチを使用して、ＬＥＤ回路基板上に調光機能を提供することである。これには、必要なデューティサイクルを有する出力負荷開回路を作ることが伴う。これは、理論上は、定電圧ドライバに適用することができる。しかし、定電流ドライバの場合は、ドライバが、この開回路に対応しない場合がある。理論的に言えば、理想的な電流源が、出力電圧を無限に上昇させることによって、開回路を補償しようとする。実際のドライバは、限界の電圧に到達し、低い電流フローを容認する。しかし、ドライバは、これを故障状態と見なす場合がある。この場合、過剰電圧保護システムが、特定の期間の間、供給全体をオフにする。

ドライバ出力に相対するコンデンサが、ここでも問題である。ＬＥＤ列が直列スイッチによって切断されている期間の間、このコンデンサは、より高い電圧に充電する。直列スイッチが閉じられると、コンデンサにある余分な電荷が、高ピーク電流につながる。これは、オン期間中のＬＥＤ電流の増加をもたらす。したがって、ＬＥＤによって消費される総電力量が全く変わらないので、ＬＥＤの調光はもたらされない。

したがって、ＤＡＬＩ（ＤＡＬＩは、デジタル・アドレッサブル・ライティング・インターフェースの頭文字である）ドライバといった高価なドライバの必要を回避し、また、例えばウィンドウドライバに接続可能である低価格の調光ソリューションが必要である。

本発明は、請求項によって規定される。

本発明の一態様によれば、ＬＥＤドライバとＬＥＤ装置との間の接続のためのＬＥＤ調光器が提供される。当該調光器は、
ＬＥＤドライバから定電流を受信する入力部と、
必要な調光レベルに依存して、電圧ブースティングを提供するブーストコンバータと、
ブーストコンバータからＬＥＤ装置の第１の端子に、信号を提供する第１の出力部とを含む。

この中間調光器は、例えば定電流ウィンドウドライバから定電流入力を受信し、また、ブーストコンバータを使用して、調光制御を実施することができる。ブーストコンバータは、出力電圧を上げ、対応して、（同じ出力を維持するために）出力電流を減少させ、これにより、調光機能が実施される。

インダクタが、入力部と第１のダイオードコンポーネントのアノードとの間に提供され、第１のダイオードコンポーネントのカソードは、第１の出力部に接続される。また、制御スイッチが、第１のダイオードコンポーネントのアノードと、ＬＥＤドライバへの電流戻り経路との間に接続されてよい。これにより、スイッチインダクタブーストコンバータが画定される。

次に、コントローラが、制御スイッチを制御するために提供される。コントローラは、スイッチングデューティサイクルを変化させることによってブースト比を制御する。制御スイッチは、例えばトランジスタを含む。平滑化コンデンサが、出力部と電流戻り経路との間に、即ち、ＬＥＤ装置を通り接続されることが好適である。

入力部は更に、ＬＥＤドライバから定電圧を受信してよい。このようにすると、調光器は、定電圧入力又は定電流入力を受信し、取り扱うことができる。したがって、調光器は更に、当該調光器が、定電圧及び定電流のどちらを受信しているのかを決定する手段と、調光器が、定電圧及び定電流のどちらを受信しているのかに依存して、ブーストコンバータを制御することによって、調光器を制御するコントローラとを含む。この決定手段は、デューティサイクルが減少された場合に、ＬＥＤ電流に何が起きるかを確認するソフトウェアコードを含んでよい。これを用いて、入力部に、定電流があるのか又は定電圧があるのかを決定することができる。

コントローラは、定電流入力が検出される場合は、第１のモードでブーストコンバータを動作させ、ＬＥＤ装置の動作電圧を下回る定電圧入力が検出される場合は、第２のモードでブーストコンバータを動作させてよい。これらの２つのモードは、所望の調光レベルと、ブーストコンバータスイッチが制御される態様との間で異なる機能関係を実現する。

コントローラは、１００％のデューティサイクルを与えるために、ブーストコンバータを、パススルーモード（制御スイッチは常に開いている）で動作させることができる。したがって、調光が不要である場合、ブーストコンバータは、電力を消費しないように動作させられる。これは、定電流又は定電圧モードにも当てはまる。ブーストコンバータは、調光が必要である場合、デューティサイクル０＜ｄ＜１００％を有するアクティブスイッチングモードで動作させられる。

低電圧入力供給が検出される場合、ブーストコンバータ回路は、電圧アップコンバータとして動作させられる。或いは（又は追加的に）、回路は、バックコンバータを含んでもよく、当該バックコンバータは、高電圧入力供給が検出された場合に使用することができる。したがって、バックコンバータは、電圧ダウンコンバージョンを行うように動作させられる。

上記されたように、調光器は、入力部と第１のダイオードコンポーネントのアノードとの間のインダクタと、第１のダイオードコンポーネントのアノードとＬＥＤドライバへの電流戻り経路との間に接続される制御スイッチとを含み、第１のダイオードコンポーネントのカソードは、第１の出力部に接続される。センサは、ＬＥＤ装置と電流戻り経路との間に接続されるセンサ抵抗器として実現可能である。第２のスイッチが、センサ抵抗器と直列に提供され、第２のダイオードコンポーネントが、入力部とＬＥＤ装置の第２の端子への接続のための第２の出力部との間に接続されてよい。

第２のダイオードコンポーネントは、同じインダクタ及び蓄積コンデンサをブーストコンバータとして使用して、バックコンバータ回路の一部を形成する。バックコンバータ回路は、高電圧供給をダウンコンバートするのに使用することができる。

第２のスイッチは、入力電流又は電圧を、直接ＬＥＤ装置を通り送るための検知機能の一部として使用されてよい。これにより、入力の種類を決定することができる。

本発明は更に、
定電流又は定電圧ＬＥＤドライバと、
ＬＥＤ装置に駆動信号を提供するために、ＬＥＤドライバの出力部に接続される本発明の調光器とを含む、ＬＥＤドライバ装置を提供する。

したがって、ドライバ装置は、調光機能を組み込む。調光器は、ドライバのプリント回路基板上に提供されても、ドライバの外部であっても、ＬＥＤ装置のＰＣＢ上に提供されてもよい。

したがって、照明装置は、
本発明のＬＥＤドライバ装置と、
ＬＥＤ装置とを含む。

ＬＥＤドライバ装置の調光器は、ＬＥＤ装置の回路基板上に提供されてよい。したがって、ドライバアーキテクチャの全体は、２つの別箇のロケーションに分割される。

本発明は更に、ＬＥＤ装置を駆動する駆動方法を提供する。当該方法は、
ＬＥＤドライバから、定電流ＬＥＤ駆動信号を受信するステップと、
ブーストコンバータを使用して、必要な調光レベルに依存して、電圧ブースティングを提供するステップと、
ブーストコンバータからＬＥＤ装置の第１の端子に、信号を提供するステップとを含む。

当該方法は、
ＬＥＤドライバからの受信入力信号が、定電圧であるか、又は、定電流であるかを決定するステップと、
受信入力信号が定電流である場合は、第１のモードで動作するブーストコンバータを用いて、本発明の方法を実行するステップと、
受信入力信号が、ＬＥＤ装置の動作電圧を下回る定電圧である場合は、第２のモードで動作するブーストコンバータを用いて、必要な調光レベルに依存して、電圧ブースティングを提供するステップと、
ブーストコンバータからＬＥＤ装置の第１の端子に、信号を提供するステップとを含む。

第１及び第２のモードは、必要な調光レベルに応じて異なる方法で、ブーストコンバータのスイッチングを制御することが伴う。例えばスイッチングデューティサイクルが、所望の調光レベルに依存して反対に制御される。

当該方法は更に、受信入力信号が、ＬＥＤ装置の動作電圧を上回る定電圧である場合は、バックコンバータを用いて、必要な調光レベルに依存して、電圧バッキングを提供するステップと、バックコンバータからＬＥＤ装置の第１の端子に、信号を提供するステップとを含む。

本発明の例について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一例による照明システムの一般的な構成を示す。 図２は、ブーストコンバータを使用する調光回路の第１の例を示す。 図３は、ブーストコンバータの代わりに使用可能なバックブーストコンバータを示す。 図４は、調光回路の第２の例を示す。 図５は、既存のプリント回路基板上に調光回路を実装する２つの可能な態様を示す。 図６は、調光回路を組み込むＬＥＤプリント回路基板のアーキテクチャをより詳細に示す。 図７は、複数のＬＥＤ装置を組み合わせる３つの可能な態様を示す。 図８は、駆動方法の一例を示す。

本発明は、基本ＬＥＤドライバとＬＥＤ装置との間に接続可能であるＬＥＤ調光器を提供する。調光器は、少なくとも、定電流ＬＥＤドライバから定電流を受け取ることができ、次に、ブーストコンバータを使用して、必要な調光レベルに依存して、電圧ブースティングを提供する。

調光器は、ＬＥＤ回路基板と一体にされることができ、これは、基本ウィンドウドライバに接続可能であるＬＥＤ基板の使用が伴う調光ソリューションを提供する。基本ウィンドウドライバは、固定の出力電流を有するが、この電流を、比較的大きい範囲の値に亘って出力電圧を調節しつつ、供給可能であるドライバであってよい。

図１は、本発明の一例による照明装置の基本構成を示す。

当該照明装置は、例えば定電流ウィンドウドライバを含む基本的な標準ＬＥＤドライバ１０を含む。ＬＥＤ装置が、中間ドライバとして機能する調光器回路１２を介して、ドライバ１０に結合される。図１に示されるように、調光器回路１２は、ＬＥＤ装置のＰＣＢ１４上に提供されてよい。ＬＥＤ装置は、１つのＬＥＤ列１６を含む。図１に示されるように、複数のＬＥＤ列１６、１８があってもよい。これらのＬＥＤがすべて同じレベルに調光されるべき場合、図示されるように、単一の調光ユニット１２が提供されてよい。しかし、様々なＬＥＤ列の独立調光が所望される場合、複数の調光ユニットが提供される。ＬＥＤ ＰＣＢ１４は、通常、図１には示されていないヒートシンクも含む。

ＬＥＤ列は、ＬＥＤの直列接続を含んでよいが、並列接続だけでなく、直列接続及び並列接続を含む回路構成も可能である。しかし、本発明は、単一のＬＥＤだけでなく、一列又は複数列のＬＥＤにも適用される。

調光器回路は、基板に取り付けられる追加の中間ドライバであり、少なくともブースト機能を含む。以下の例から明らかとなるように、調光器回路は、バック（buck）機能及びブースト機能の両方を含んでもよい。

基本ドライバ１０は、定電流源として機能するが、調光機能はない。これは、調光機能を実施する従来のやり方である調光可能なウィンドウドライバの必要を回避する。図１のアーキテクチャは、ＬＥＤ基板にインテリジェンスを追加するのにより適している。

図１は、基板１４の外部の入力２０を受信する入力部を有する調光器回路を示す。これは、外部センサから受信される入力であってよい。

例えばタッチ入力、スライダ若しくは制御ノブ入力又は可聴入力を含んでよいユーザインターフェース２２も示される。基板に取り付けられるセンサ２４も示される。

これらの入力は、調光回路１２を制御するコントローラ２６に提供される。

調光機能の制御は、これらの制御入力２０、２２、２４の１つ以上を使用してもたらされる。センサが使用される場合、当該センサには、日光センサ又は存在センサが含まれ、インテリジェント照明制御が提供される。

より詳細には、インテリジェントＬＥＤ基板は、
１つのＬＥＤ、一列のＬＥＤ、又は、複数列のＬＥＤ１６と、
コントローラ２６と、
ＬＥＤに提供される電力から少量を抽出することによって導出されることが好適であるコントローラ２６用の電源（図示せず）と、
センサ、センサを接続するインターフェース、又は、調光機能を制御するために基板への制御信号を受信するインターフェースと、
少なくとも調光機能を提供するように、光出力を制御するＤＣ−ＤＣブーストコンバータとを含む。

この構成は、調光機能の局所実装を可能にする。好適には、非調光状態では、調光回路１２は、著しい量の電力を消費することはない。しかし、調光器回路１２が、フル調光（ＬＥＤを流れる電流がない）にセットされる場合でも、当該構成は、回路機能に給電する能力を依然として有すべきである。

メインコンバータ１０は、ＬＥＤ装置とは別箇の筐体内に収容され、ガルバニック絶縁を提供する。ＤＣ−ＤＣブーストコンバータを含む調光回路１２は、ＬＥＤ装置と同じ基板上に物理的に提供される。

ＤＣ−ＤＣブーストコンバータは、フィードフォワードパルス幅変調（ＰＷＭ）機能を利用する。ＰＷＭ制御のデューティサイクルは、所望の調光レベルに応じて変えられる。

上記されたように、コントローラ２６は、ドライバ１０から受信される駆動信号によって給電される必要がある。コントローラ２６は、ＬＥＤ列、又は、ＬＥＤ列におけるＬＥＤのサブセットと並列に給電されてもよい。この結果、ＬＥＤのサブセットは、コントローラの必要電圧供給に対応する電圧を有していてよい。コントローラは、ＬＥＤ電流に比べて小さい並列電流を引き込み、したがって、ＬＥＤ出力に影響を与えない。

コントローラが、ＬＥＤ列を通る全電圧から給電される場合、ＤＣ−ＤＣダウンコンバータを使用して、適切な電圧レベルを導出することができる。

或いは、コントローラ２６は、ＬＥＤ列と直列の回路によって給電されてもよい。この直列回路が、ブーストコンバータであってよい。

或いは、コントローラ２６は、調光回路１２のＤＣ−ＤＣブーストコンバータに使用されるインダクタコイルの追加の巻線を使用して給電されてもよい。

したがって、基本ＬＥＤドライバ１０から受信される信号から、回路コントローラ２６に給電する様々なやり方がある。

外部制御入力２０は、様々な形式を取ることができる。
ＺｉｇＢｅｅ、ＫＮＸ ＲＦといったワイヤレス無線リンク制御信号、
赤外線、ＶＬＣＣ又はコード化光といった光学通信信号、
１．．１０、ＤＡＬＩ、ＤＭＸ又は１２Ｃといったデジタルプロトコル信号用のワイヤレス接続を受けるためのインターフェースがあってよい。

図２は、調光回路１２の可能な実施態様の第１の例を示す。

基本ドライバ１０は、定電流源として機能する。

調光回路１２は、ＬＥＤドライバ１０と、ＬＥＤ装置１６との間に接続され、ＬＥＤドライバ１０から定電流を受け取る入力部３０と、コントローラ２６の制御下で、必要な調光レベルに依存して、電圧ブースティングを提供するＤＣ−ＤＣブーストコンバータとを含む。ブーストコンバータの出力３２は、ＬＥＤ装置１６の第１の端子に提供される。

ブーストコンバータは、入力部３０と、第１の（フライバック）ダイオード３６のアノードとの間のインダクタ３４を含み、第１のダイオード３６のカソードは、第１の出力部３２に接続される。トランジスタ３７が、第１のダイオード３６のアノードと、ＬＥＤドライバの電流戻り経路３８との間に接続される制御スイッチとして機能する。トランジスタは、コントローラ２６によってスイッチングされる。図２は更に、ＬＥＤ列１６に相対して接続される平滑化コンデンサ４０も示す。

定電流ドライバ１０は、基板内に電流を入れる。調光回路１２は、異なる電流を供給するので、出力電圧を変化させて電力が節約される。調光時、ＬＥＤ列を流れる電流は減少されなければならない一方で、ＬＥＤを通る電圧はかなり一定のままである。

負荷の電力需要が減少すると、定電流を供給する際にドライバ１０によって提供される電圧も減少する。

したがって、入力電流が提供されるときの電圧の減少を相殺するために、出力部において、電圧が増加されることが必要であり、これは、調光機能を実施するためには、ブーストコンバータを使用することが必要となる。

１００％（フル電力）調光の場合では、ブーストコンバータは、スイッチングを停止し、基本ドライバ１０から直接ＬＥＤ列に電流を供給する。この場合、その効率は、１００％にほぼ近い。調光回路１２を形成する追加のコンバータは、追加の損失をもたらさない。

１００％を下回る調光時には、ブーストコンバータは、スイッチングを開始し、一般的には、約３％の多少の性能ペナルティが生じるが、光電力を下げることによる節約は著しく、最大で９０％にもなる。

図２の構成は、コンポーネント数に関して非常に単純である。これは、固定電流一次ドライバの後にブーストコンバータが続く新規の組み合わせを提供する。

ディープ調光が必要である場合、電圧入力は、ＬＥＤ装置によって要求される電力減少を追うように、著しく減少する。ドライバは、十分に大きい電圧動作ウィンドウを有さない場合があり、特定の調光レベルにおいてオフになる場合がある。これは、その短絡保護が作動することによる。したがって、最大調光レベルが、ドライバ１０の特性に基づいて選択される。以下に説明されるように、これらの特性は、テスト手順によって得ることができる。

最も好適には、ドライバ１０は、低電圧でもその電流を供給し続ける。短絡保護を生じさせる閾値は、低いことが好適であり、例えば約１０ボルト、又は、動作するのに、通常、約３０乃至６０ボルトを必要とする１０乃至２０個のＬＥＤからなるＬＥＤ列では、更に低くてよい。より長いＬＥＤ列では、例えば中間又は低電力ＬＥＤが使用される場合、より高い短絡保護閾値を用いることができる。しかし、調光範囲の下方境界は、公称電圧と、短絡保護が生じるドライバ出力電圧との比率によって左右される。

上記考えの任意選択的な拡張は、調光器が、特定の電圧よりも下で又は特定のデューティサイクルの範囲外で動作することを試みたときに、短絡保護機構が作動したのかどうかを検出可能であることである。調光器は、これを、ドライバの出力（電圧又は電流）がゼロに降下することを測定することによって、検出することができる。この挙動が観察されると、調光器は、今度は、将来において、このようなデューティサイクル決定を回避することができる、又は、限られた程度の調光しか許容しない。

コントローラ２６用の電力は、依然として、最初の１つ又は２つのＬＥＤから取られる場合がある。特に、例えば１０％を下回るディープ調光が不要である場合、ＬＥＤを通る電流は、常に、最大電流の１０％よりも高い。コントローラが、数ミリアンプ以上を消費しない限り、これは、コントローラ電力供給を生成するために使用されるＬＥＤの輝度に視覚的な影響を及ぼすことなく、容認可能である。

図２の例は、ブーストコンバータを使用する。

バックブーストコンバータが代わりに使用されてもよい。図３は、バックブーストコンバータを示す。同じコンポーネントには、同じ参照符号が付けられている。この場合、定電流ドライバ１０の出力は、直列スイッチ３７を介して、出力部に結合される。１つのスイッチ位置では、インダクタ３４は、ドライバ１０に結合され、もう１つのスイッチ位置では、インダクタ３４は、並列出力コンデンサ４０を有するＬＥＤ１６に接続される。バックブーストコンバータは、パススルーモードを有さないが、これは、ドライバ１０が直接ＬＥＤ１６に供給するスイッチ位置がないからである。ＬＥＤから光を生成するために、アクティブスイッチングが常になければならず、これは、通常、公称の（非調光の最大）光出力しか必要ではない場合でも、追加の損失をもたらす。

したがって、ブーストコンバータの利点は、非スイッチング（非調光）モードにおいて、１００％の効率が達成される点である。

上記例は、定電流の基本ドライバ１０向けに特にデザインされている。

図４は、アップコンバージョン又はダウンコンバージョンを可能にし、また、電流源又は電圧源として機能するドライバに接続可能である調光器回路の改良実施態様を示す。

図２におけるコンポーネントと同じコンポーネントに同じ参照符号が付けられている。したがって、入力部３０も、ＬＥＤドライバから定電圧を受け取ることができる。回路は、ＬＥＤ装置１６と電流戻り経路３８との間に接続されるセンサ抵抗器４２を含むセンサを有する。第２のスイッチ４４が、センサ抵抗器４２と直列にあり、第２のダイオード４６が、入力部と、ＬＥＤ装置の第２の端子への接続のための第２の出力部との間に接続される。

センサ抵抗器４２は、ＬＥＤを通る電流を測定するために使用される。これは更に、調光器が定電圧を受け取っているのか、又は、定電流を受け取っているのかを決定するために使用することができる。実際には、ＬＥＤを通る電流は、定電流ドライバでは、定電圧ドライバと比べて、反対方向に変化（増加又は減少）する。調光器ソフトウェアは、初期のセットアップ段階中に、この挙動を学習することができる。したがって、センサ抵抗器は不要である場合もある。

コントローラ２６は、次に、調光器への入力の検知されたタイプに依存して、調光器回路（特に第１及び第２のトランジスタ）を制御することができ、また、（調光を実施するために）ＬＥＤ電流を減少させるために、デューティサイクルを増加するべきか又は減少するべきかが分かる。

インダクタ３４、コンデンサ４０、スイッチ４４及びダイオード４６は、バックコンバータとして構成される。この結果、回路は、高い入力供給電圧に対し電圧ダウンコンバータとして動作することが可能である。

回路が、定電流ドライバと共に使用される場合、トランジスタ４４は、常にオンであり、トランジスタ３７は、スイッチングされる。この結果、回路は、図２の回路と同じ方法で機能し、光出力は、１−ｄに比例する。ここで、ｄは、ＤＣ−ＤＣブーストコンバータのスイッチングデューティサイクルである。したがって、ｄ＝０は、スイッチングなし及びフル光出力の場合であり、ｄ＝０．９は、１０％の輝度レベルまでのディープ調光の場合である。

回路が、ハロゲン１２ボルトＡＣトランスといった低電圧−定電圧ドライバと共に使用される場合、整流器が、トランス１０と調光器入力部３０との間に追加される。トランジスタ４４は、常にオンであり、トランジスタ３７は、ここでもスイッチングされる。光出力は、デューティサイクルに比例し、ブースト回路は、電圧アップコンバータとして機能する。

回路が、高電圧−定電圧ドライバと共に使用される場合、トランジスタ３７は、常に開き、トランジスタ４４は、ダイオード４６を利用するバックダウンコンバージョンに使用される。ダイオード３６は、常に順方向バイアスがかけられ、何の役割も果たさない。したがって、回路は、バックコンバータとしてのみ機能する。

したがって、３つの可能な動作モードがある。２つの動作モードは、ブーストコンバータを使用するアップコンバージョンを利用し、１つの動作モードは、バックコンバータを使用するダウンコンバージョンを利用する。

電流源ドライバと共に使用される場合、
ＬＥＤ電流＝（１−ｄ）×入力電流である。

定電流ドライバによって生成される入力電圧＝（１−ｄ）×必要なＬＥＤ列電圧である。これは、所望のＬＥＤ列電圧に戻るようにブーストされる必要のある電圧である。

この構成では、Ｔｏｎ及びＬに関して安全に関する制限がない。つまり、Ｔｏｎ及びＬに関して、ドライバを深刻に損傷する選択がない。

非調光出力では、ブーストコンバータは、パススルーモード（スイッチ３７が常に開いている）で実行され、したがって、電流が常に一次ドライバ１０から流れる。

調光を達成するために、デューティサイクルが変更される。デューティサイクルの全範囲を使用することができる。

（ＬＥＤ装置の動作電圧を下回る定電圧を提供する）低電圧源ドライバの電圧ブースティングに使用される場合、回路は、アクティブスイッチングモードで動作する。
１サイクル当たりのエネルギー＝１／２Ｌｉ^２ ただし、ｄｉ／ｄｔ＝Ｖ／Ｌ、したがって、ｉ＝Ｖｔ／Ｌ。

スイッチングオフの瞬間において、Ｅ＝１／２Ｖ^２Ｔ_ｏｎ ^２／Ｌである。このエネルギーは、Ｔ_{ｃｙｃｌｅ}中に放出される。
電力は、Ｅ／Ｔ_{ｃｙｃｌｅ}＝１／２Ｖ^２Ｔ_ｏｎ ^２／（ＬＴ_{ｃｙｃｌｅ}）である。

固定のオン時間Ｔ_ｏｎでは、調光レベルは、ｄに比例する（即ち、Ｔ_ｏｎに比例する）。

したがって、光出力は、定電流ドライバに比べて、デューティサイクルの変化に対して反対に反応することが見て取れる。光出力は、定電流ドライバでは、（１−ｄ）に比例し、低電圧−定電圧ドライバでは、ｄに比例する。これは、上記されている。

（ＬＥＤ装置の所望の動作電圧を上回る定電圧を提供する）高電圧源ドライバの電圧ダウンコンバーティングに使用される場合、回路は、アクティブスイッチングモードで実行するバックコンバータを使用して動作する。

したがって、図４の回路は、電流源及び電圧源と共に、所望のＬＥＤ電圧を上回っても、又は、下回っても動作することができる。回路は、同じであるが、ソフトウェア制御アルゴリズムが異なる。回路は、当該回路に接続されるドライバのタイプに、その動作を自動的に調節することができる。

特に、最初の電源投入時、ＬＥＤ基板は、ドライバの特性を知らない。例えば、ＬＥＤ基板は、電圧源が接続されているのか、又は、電流源が接続されているのかを知らない。１つの登録手順について、電流検知抵抗器を使用して説明する。

第１の登録ステップは、トランジスタ３７を開き、トランジスタ４４を閉じることが伴う。これにより、ブーストコンバータ回路（及びバックコンバータ回路）が無効にされ、供給された電力をＬＥＤ装置に送る。検知抵抗器４２を通る電圧ＶＲはモニタリングされる。当該電圧は、抵抗器４２を通る電流と相関する。（端子３０上の）出力電圧ＶＯもモニタリングされる。

ＶＲが最大閾値を上回って増加し、ＶＯは一定のままである場合、接続されたドライバは、高電圧ドライバである。この場合、回路は、バックモードで動作すべきである。

ＶＲがＬＥＤの最大動作範囲付近の値において安定する場合、接続されたドライバは、電流ドライバである。調光機能は、低デューティサイクルで開始して、トランジスタ３７をスイッチングすることによってテストすることができる。ＬＥＤ電流は減少するので、電圧ＶＲは、（１−ｄ）に従って下がるべきである。定電流ドライバは、その動作ウィンドウ内の低電圧において動作するため、電圧ＶＯも下がるべきである。ＶＯが安定した状態を保つデューティサイクルの最低値が決定でき、したがって、特定のドライバに適した最もディープな調光レベルが決定できる。

ＶＲがゼロに近い状態を保つ場合、接続されたドライバは、低電圧ドライバ、例えば１２ボルトハロゲンドライバである。この場合、回路は、低デューティサイクルで開始して、トランジスタ４４をスイッチングすることによって、光レベルを増加することを試みることによってテストされる。平均電圧ＶＲが、ｄに従って増加すべきである。電圧ＶＯは、一定の状態を保つべきである。

調光能力は、ＬＥＤを担持する回路基板に組み込まれてよい。又は、調光能力は、ドライバ回路基板上に提供されても、別箇のユニットであってもよい。

図５（ａ）は、標準的な定電流又は定電圧ドライバ（調光能力は有さない）と、上記されたような調光機能を実施するためのスイッチモード回路５１との組み合わせを含む調光可能なドライバ１０を示す。調光可能なドライバ１０は、２つのＬＥＤ装置１６ａ、１６ｂを駆動する。調光機能は、遠隔制御されてもよく、そのために、ユニット５２は、ＲＦ受信器を含んでよい。調光機能は更に、又は、代わりに、光センサ入力に基づいて自動的に制御されてもよく、したがって、ユニット５２は、この場合、センサを含んでよい。

図５（ｂ）は、標準的な定電流又は定電圧ドライバ１０（調光能力は有さない）を示す。上記されたような調光機能を実施するためのスイッチモード回路５１は、第１のＬＥＤ装置１６ａの回路基板上に提供される。第２のＬＥＤ装置１６ｂは、第１のＬＥＤ装置１６ａからデイジーチェーンで接続される。

図６は、図５（ｂ）における第１のＬＥＤ回路基板１６ａによって担持されるコンポーネントをより詳細に示す。調光制御回路は、５１と示される。調光回路５１は、定電流を受け取る。スイッチモード回路５１の効果は、電流の一部を、バイパス経路５５に沿って、ＬＥＤ列１６をバイパスさせることである。電流は、ドライバ１０に戻るために、ＬＥＤ列１６の出力において再び合流する。電源５３が、ブーストコンバータスイッチコントローラを実現し、更に、上記されたように、ドライバ１０が電流源ドライバであるか、電圧源ドライバであるかのインテリジェント検出も実現するプロセッサ５４に給電する。ＲＦインターフェース及び／又は光センサも、５２と示される。

複数のＬＥＤ装置が、様々な態様で組み合わされることが可能である。図７は、３つの例を示す。図７（ａ）では、２つのＬＥＤ装置１６ａ、１６ｂが単純に直列の状態である。第１のＬＥＤ装置１６ａによって生成される調光電流Ｉｄｉｍが、第２のＬＥＤ装置１６ｂに提供される。第１のＬＥＤ装置１６ａのみが調光能力を有する。

定電流ドライバでは、また、電圧ブーストコンバータを使用して、
出力電圧＝入力電圧／（１−ｄ）
ここで、ｄは、デューティサイクルである。したがって、
出力電流−入力電流^＊（１−ｄ）である。

どんなに多くのＬＥＤ装置が使用されようとも、所望の電流レベルを、デューティサイクル制御に基づいて設定することができる。Ｎ個のＬＥＤ装置について、ドライバは、Ｍｉｎ^＊Ｎ^＊Ｖｓ乃至Ｎ^＊Ｖｓの範囲を対象とする電圧ウィンドウを必要とする。ここで、Ｖｓは、各ＬＥＤ装置のＬＥＤ列電圧であり、Ｍｉｎは、最小調光レベルである。

図７（ａ）は、基本的に、マスタＬＥＤ基板１６ａの後に、スレーブＬＥＤ基板１６ｂが続いている。

図７（ｂ）は、直列状態にある２つのマスタＬＥＤ基板１６ａ、１６ｂを示す。第１のＬＥＤ基板からのＬＥＤ電流及びバイパス電流は、第２のＬＥＤ基板１６ｂへの供給の前に、（元の電流Ｉを形成するために）組み合わされる。各ＬＥＤ基板は、同じやり方で又は独立して、その関連付けられているＬＥＤ列を制御することができる。

２つのマスタＬＥＤ回路基板は、或いは、並列であってもよい。

図７（ｃ）は、マスタ基板１６ａが、調光制御を有し、スレーブ基板１６ｂは、直列であるが、フル輝度にまで駆動され、また、フルの再合成された電流Ｉを受け取る装置を示す。この場合、ドライバは、（Ｍｉｎ＋１）Ｖｓ乃至２Ｖｓ（２つのＬＥＤ基板の例では）の範囲を対象とする電圧ウィンドウを有さなければならない。

図８は、ドライバのタイプを決定する方法を示す。

ステップ６０において、抵抗器電圧ＶＲが測定される。

ステップ６２において、電圧ＶＲが、最大閾値を上回るかどうか（また、任意選択的に、出力電圧が一定であるかどうかも）が決定される。上回る場合、ステップ６３において、高電圧ドライバが接続されていると決定される。

ステップ６４において、電圧ＶＲが、最小値を上回るが閾値を下回るかどうかが決定される。この範囲は、ＬＥＤの正常の最大動作電圧を含む。そうである場合、ステップ６５において、定電流ドライバが接続されていると決定される。これは、電圧がＬＥＤの正常駆動に対応するからである。

ステップ６６において、電圧が最小値を下回るかどうかが決定される。下回る場合、ステップ６７において、低電圧ドライバが接続されていると決定される。

処理は、ステップ６８において終了する。

本発明による幾つかの例は、初歩的な低価格ドライバが、調光がその中で行われる照明器具に適しているようにする。調光回路とＬＥＤ装置との組み合わせは、下位互換性があるので、既存のＬＥＤが使用されるすべての製品において動作することができる。基板上のセンサの使用によって、日光ハーベスティング機能を実現することが可能になる。ＬＥＤ装置及び調光回路は、依然として既存の固定電流ドライバと共に動作しつつ、その光出力レベルを自立的に減光することが可能である。

他の例は、電圧源によって駆動されているのか、又は、電流源によって駆動されているのかを自動的に認識可能であり、この結果、それに応じて、その内部の調光アルゴリズムを適応可能であるＬＥＤ基板を提供する。

図示されるＬＥＤドライバ回路は、ダイオードを使用する。しかし、当然ながら、当業者であれば、他のコンポーネントを使用して、整流機能を実現することも可能であることを理解するであろう。例えばトランジスタが、整流器として構成可能であるか、又は、（例えば同期整流器、ハーフブリッジ等において）電流が特定の方向に流れることが期待されるときに、トランジスタがアクティブにスイッチして導通状態となることが可能である。請求項において使用される場合、「ダイオードコンポーネント」との用語は、あらゆるこれらの可能性を包含することを意図している。

開示された実施形態の変形態様は、図面、開示内容及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項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はない。

Claims (14)

1. ＬＥＤドライバとＬＥＤ装置との間を接続するＬＥＤ調光器であって、
   前記ＬＥＤドライバから定電流及び定電圧を受信する入力部と、
   前記ＬＥＤ調光器が、定電圧及び定電流のどちらを受信しているのかを決定する手段と、
   必要な調光レベルに依存して、電圧変換を提供するコンバータ回路であって、ブーストコンバータ及びバックコンバータの少なくとも一方を含むコンバータ回路と、
   前記ＬＥＤ調光器が、定電圧及び定電流のどちらを受信しているのかに依存して、前記コンバータ回路を制御することによって、前記ＬＥＤ調光器を制御するコントローラと、
   前記コンバータ回路から前記ＬＥＤ装置の第１の端子に、信号を提供する第１の出力部と、
   を含む、ＬＥＤ調光器。
2. 前記入力部と第１のダイオードコンポーネントのアノードとの間のインダクタと、
   前記第１のダイオードコンポーネントの前記アノードと、前記ＬＥＤドライバへの電流戻り経路との間に接続される制御スイッチと、
   を含み、
   前記第１のダイオードコンポーネントのカソードは、前記第１の出力部に接続されている、請求項１に記載のＬＥＤ調光器。
3. 前記制御スイッチを制御するコントローラを含む、請求項２に記載のＬＥＤ調光器。
4. 前記制御スイッチは、トランジスタを含む、請求項３に記載のＬＥＤ調光器。
5. 前記第１の出力部と前記電流戻り経路との間に接続されるコンデンサを更に含む、請求項２乃至４の何れか一項に記載のＬＥＤ調光器。
6. 前記コントローラは、定電流入力が検出される場合に、第１のモードで前記コンバータ回路を動作させ、前記ＬＥＤ装置の動作電圧を下回る定電圧入力が検出される場合に、第２のモードで前記コンバータ回路を動作させる、請求項１に記載のＬＥＤ調光器。
7. 前記ＬＥＤ調光器が、定電圧及び定電流のどちらを受信しているのかを決定する手段は、前記ＬＥＤ装置と直列に接続されるセンサ抵抗器を含む、請求項１又は６に記載のＬＥＤ調光器。
8. 前記入力部と第１のダイオードコンポーネントのアノードとの間のインダクタと、
   前記第１のダイオードコンポーネントの前記アノードと、前記ＬＥＤドライバへの電流戻り経路との間に接続される制御スイッチと、
   を含み、
   前記第１のダイオードコンポーネントのカソードは、前記第１の出力部に接続され、
   前記ＬＥＤ調光器は更に、
   前記センサ抵抗器と直列の第２のスイッチと、
   前記入力部と前記ＬＥＤ装置の第２の端子への接続のための第２の出力部との間に接続される第２のダイオードコンポーネントと、
   を含む、請求項７に記載のＬＥＤ調光器。
9. 定電流又は定電圧ＬＥＤドライバと、
   ＬＥＤ装置に駆動信号を提供するために、前記ＬＥＤドライバの出力部に接続される、請求項１乃至８の何れか一項に記載のＬＥＤ調光器と、
   を含む、ＬＥＤドライバ装置。
10. 請求項９に記載のＬＥＤドライバ装置と、
    ＬＥＤ装置と、
    を含む、照明装置。
11. 前記ＬＥＤ調光器は、前記ＬＥＤ装置の回路基板上に提供される、請求項１０に記載の照明装置。
12. ＬＥＤ装置を駆動する駆動方法であって、
    ＬＥＤ調光器の入力部において、ＬＥＤドライバから入力信号を受信するステップと、
    受信されている前記入力信号が、定電圧であるか、又は、定電流であるかを決定するステップと、
    ブーストコンバータ及びバックコンバータの少なくとも一方を含むコンバータ回路を使用して、必要な調光レベルに依存して、電圧変換を提供するステップと、
    前記ＬＥＤ調光器が、定電圧及び定電流のどちらを受信しているのかに依存して、前記コンバータ回路を制御することによって、前記ＬＥＤ調光器を制御するステップと、
    前記コンバータ回路から前記ＬＥＤ装置の第１の端子に、信号を提供するステップと、
    を含む、方法。
13. 前記コンバータ回路が、ブーストコンバータを含み、前記方法が、
    前記受信入力信号が定電流である場合、第１のモードで動作するブーストコンバータを用いて、請求項１２に記載される方法を実行するステップと、
    前記受信入力信号が、前記ＬＥＤ装置の動作電圧を下回る定電圧である場合、第２のモードで動作する前記ブーストコンバータを用いて、前記必要な調光レベルに依存して、電圧ブースティングを提供するステップと、
    前記ブーストコンバータから前記ＬＥＤ装置の第１の端子に、信号を提供するステップと、
    を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記コンバータ回路が、バックコンバータを更に含み、前記方法が、
    前記受信入力信号が、前記ＬＥＤ装置の前記動作電圧を上回る定電圧である場合、前記バックコンバータを用いて、前記必要な調光レベルに依存して、電圧バッキングを提供するステップと、
    前記バックコンバータから前記ＬＥＤ装置の第１の端子に、信号を提供するステップと、
    を更に含む、請求項１３に記載の方法。