JP6755431B1 - 光のちらつきのない安定したドライバ動作を向上させるための改善されたタイミングイベント検出を有するレトロフィットｌｅｄ照明デバイス - Google Patents

Abstract

安定器に接続するためのレトロフィット発光ダイオード（ＬＥＤ）照明デバイスであって、前記安定器が、安定器電流を供給するよう構成され、前記レトロフィットＬＥＤ照明デバイスが、光を発するための少なくとも１つのＬＥＤと、前記安定器電流を整流し、前記少なくとも１つのＬＥＤにランプ電流を供給するよう構成される整流器と、前記少なくとも１つのＬＥＤをシャントし、それによって、前記ランプ電流が前記少なくとも１つのＬＥＤを通って流れるのを防止するためのシャントスイッチと、前記シャントスイッチを制御するための制御ユニットとを有し、前記制御ユニットが、前記安定器電流及び前記ランプ電流のうちの一方において、前記安定器電流又は前記ランプ電流の特定の非ゼロ値である特定の振幅オフセット電流レベルの検出をし、前記検出によってトリガされて前記シャントスイッチを作動させるよう構成されるレトロフィットＬＥＤ照明デバイスが開示されている。

Description

本発明は、広くは、照明の分野に関し、より詳細には、レトロフィット発光ダイオード（ＬＥＤ）照明デバイスに関する。本発明は、更に、安定器を含む照明システムに関し、レトロフィットＬＥＤ照明デバイスを動作させる方法に関する。

照明デバイスは、様々な照明アプリケーションの場合は発光ダイオード（ＬＥＤ）の中の開発されたもの製造使用法であった。ＬＥＤランプは、それらの長い寿命及び高いエネルギ効率のために、今日では、従来の蛍光ランプに取って代わるための、即ち、レトロフィット用途のための設計もされている。このような用途のために、レトロフィットＬＥＤランプは、一般に、後付けされるべき各々のランプ器具のソケットに嵌合するよう適合される。更に、ランプのメンテナンスは一般にユーザによって行われることから、レトロフィットＬＥＤランプは、理想的には、器具を再配線する必要なしに、あらゆるタイプの適切な器具と共に容易に動作可能であるべきである。

しかしながら、既存のシステムは、レトロフィットＬＥＤ照明デバイスのために必要とされる電力よりも多くの電力を供給するよう構成される安定器と共に動作する。

一般に用いられるレトロフィットＬＥＤドライバトポロジは、安定器からＬＥＤへの電力量が削減されるようにＬＥＤをシャントするためのシャントスイッチである。シャントスイッチは、安定器出力を部分的に短絡する単一のスイッチング要素として実施され得る。別の既知の実施例は、同期整流器として動作するダイオードブリッジの一部としてデュアルスイッチ要素を有する。

これらの場合のいずれにおいても、短絡のタイミング及び同期、即ち、シャントスイッチの制御は、例えば、如何なる光のちらつきもない安定したドライバ動作を行うために重要である。従来、シャントスイッチを制御するためのトリガイベントはゼロ交差検出器を用いて生成され、ゼロ交差検出器はランプドライバ入力における電流又は電圧におけるゼロ交差を検出する。

しかしながら、これらの検出は、安定器電流が乱されているときには、不正確になり得る。イベント誤検出は、許容できないドライバ及び／又は安定器動作をもたらし得る。更に、安定器及びドライバの相互作用も、許容できないドライバ及び安定器動作をもたらし得る。

更に、特に調光可能なＬＥＤ照明デバイスには、安定器のタイプ、安定器の動作点、システム減衰係数などの、安定器電流歪みに影響を及ぼし得る多くのパラメータがあることに留意されたい。これらのパラメータは全て、調光レベルの設定によって変わり得る。

改善されたタイミングイベント検出を有し、それによって、例えば光のちらつきのない安定したドライバ動作を向上させるレトロフィット発光ダイオード（ＬＥＤ）照明デバイスを実現することは有利であるだろう。照明システム、及びＬＥＤ照明デバイスを動作させる方法を実現することも有利であるだろう。

これらの問題のうちの１つ以上によりよく対処するために、本発明の第１態様においては、安定器に接続するためのレトロフィットＬＥＤ照明デバイスが提供される。前記安定器は、安定器電流を供給するよう構成される。前記レトロフィットＬＥＤ照明デバイスは、
− 光を発するための少なくとも１つのＬＥＤと、
− 前記安定器電流を整流し、前記少なくとも１つのＬＥＤにランプ電流を供給するよう構成される整流器と、
− 前記少なくとも１つのＬＥＤをシャントし、それによって、前記ランプ電流が前記少なくとも１つのＬＥＤを通って流れるのを防止するためのシャントスイッチと、
− 前記シャントスイッチを制御するための制御ユニットとを有し、前記制御ユニットは、
− 前記安定器電流及び前記ランプ電流のうちの一方において、前記安定器電流又は前記ランプ電流の特定の非ゼロ値である特定の振幅オフセット電流レベルの検出をし、
− 前記検出によってトリガされて前記シャントスイッチを作動させるよう構成される。

前記ランプ電流又は安定器電流におけるゼロ交差を検出するためのゼロ交差検出器の使用は、ゼロ電流しきい値の周りに生じる不規則性のために十分ではないということが本発明者の洞察であった。そのため、本発明者は、前記安定器電流又は前記ランプ電流が特定の振幅オフセット電流レベルと交差することを検出することによって、トリガイベントが生成されるべきであることを発見した。前記特定の振幅オフセット電流レベルは、前記安定器電流又は前記ランプ電流の特定の非ゼロ値である。

上記のことは、前記シャントスイッチを制御するための安定したトリガが生成される可能性を高める。このような安定した動作は、光がちらつく可能性を減らす。

前記ＬＥＤ照明デバイスは、本質的に交流である前記安定器電流を直流（ＤＣ）ランプ電流に整流するよう構成される整流器を有する。

整流器は、４つのスイッチング要素を含み得る。これらのスイッチング要素は、ダイオードのように制御不能であってもよく、又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、サイリスタなどのように制御可能であってもよい。

本開示の目的では、前記スイッチング要素はダイオードと呼ばれるが、それらは、必要に応じて適切な付加的な制御機器を備える他の同等の制御可能な又は制御できないスイッチに置き換えられ得ることに留意されたい。

前記照明デバイスは、光を発するための少なくとも１つのＬＥＤを有する。好ましくは、ＬＥＤの１つ以上のアレイが用いられる。ＬＥＤの各アレイは別々に制御され得る。例えば、ＬＥＤの第１アレイは白色光を発してもよい。ＬＥＤの第２アレイは青色光を発してもよい。ＬＥＤの第３アレイは赤色光を発してもよい。ＬＥＤの第４アレイは緑色光を発してもよい。前記アレイの各々を別々に制御することによって、前記照明デバイスのために特定の色が設定されてもよい。

上述のように、前記シャントスイッチは、前記少なくとも１つのＬＥＤをシャントし、それによって、前記ランプ電流が前記少なくとも１つのＬＥＤを通って流れるのを防止するよう構成される。前記シャントスイッチは、単一のスイッチ、例えば、ＭＯＳＦＥＴとして実施されてもよく、前記スイッチは、前記少なくとも１つのＬＥＤにわたって並列に配置される。前記スイッチを作動させることによって、前記ランプ電流が前記少なくとも１つのＬＥＤを迂回するような短絡が引き起こされる。

前記シャントスイッチはまた、前記整流器を用いて実施されてもよい。即ち、前記整流器は、シャントスイッチとしても用いられ得る１つ以上のスイッチを含み得る。この特定の例は、図を参照してより詳細に説明される。

前記制御ユニットは、前記安定器電流又は前記ランプ電流が、特定の電流レベル、即ち、特定の振幅オフセット電流レベルと交差することを検出するよう構成される。このようなオフセット電流レベルは、例えば工場において、一度設定されてもよく、又は前記オフセット電流レベルが時間とともに変化し得るような適応オフセット電流レベルであってもよい。

上述のように、多くの場合、前記ゼロ電流しきい値のまわりで、前記安定器電流及び／又は前記ランプ電流における歪みが生じることが分かっている。そのため、本開示は、前記シャントスイッチのためのトリガを作成する方法であって、前記トリガは、前記ランプ電流又は前記安定器電流が前記特定の電流レベルと交差することの検出から生じ、その特定の電流レベルはゼロではない方法を対象にする。このようなやり方においては、前記歪みがトリガ作成プロセスに影響を及ぼさない可能性が高い。

前記制御ユニットは、デジタル方式及び／又はアナログ方式で実施され得る。

前記制御ユニットは、例えば、マイクロコントローラ、又はマイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのような任意の他の制御デバイスであってもよい。前記マイクロコントローラは、例えば、利用可能な入力ピンのうちの幾つかにおいて関連する入力信号を受信してもよく、他の利用可能な出力ピンにおいて、前記シャントスイッチを制御するために、出力制御信号を供給してもよい。

例においては、前記整流器は、振動安定器電流を受け取るよう構成され、前記照明デバイスは、
− 前記特定の振幅オフセット電流レベルが、前記振動電安定器電流の振幅の5%と20%との間、より好ましくは5%と15%との間、更により好ましくは5%と10%との間となるように、前記特定の振幅オフセットを設定するよう構成されるオフセット生成ユニットを更に有する。

前記レトロフィットＬＥＤ照明デバイスは、レトロフィットデバイスとして用いられるのに適している。これは、前記照明デバイスは既存の照明システムに接続されるのに適していることを意味する。これらの既存の照明システムは、元々、例えば、蛍光灯用に設計されていた。そのため、これらの既存の照明システムは、安定器電流を供給するための安定器を有する。前記レトロフィットＬＥＤ照明デバイスは、前記安定器に対処することができるように設計されている。

前記レトロフィットＬＥＤ照明デバイスの設計は、前記安定器から受け取られると予想される前記安定器電流を考慮に入れ得る。即ち、一般に、前記安定器は、所定の周波数及び振幅を有する所定の安定器電流を供給する。

上記に続いて、本発明者は、前記特定の振幅オフセット電流レベルが、好ましくは、前記振動安定器電流の振幅の5％と10％との間である場合に有益であり得ることを発見した。

例においては、前記制御ユニットは、更に、前記検出によってトリガされて、又は前記検出時に、所定の遅延時間が考慮に入れられることによって、前記シャントスイッチを作動させるよう構成され、前記所定の遅延時間は、１）前記安定器電流又は前記ランプ電流のゼロ交差と、２）前記特定の振幅オフセット電流レベルが検出される期待時点との間の期待時間差に基づいている。

この特定の例の利点は、前記シャントスイッチの実際のトリガが、依然として、だいたい、前記安定器電流又は前記ランプ電流のほぼゼロ交差にあることである。第１に、前記ランプ電流又は前記安定器電流が特定の電流オフセットレベルと交差することが検出される。もちろん、これは、ゼロ交差自体とは異なる時点である。そのため、第２に、検出された交差は、実際のゼロ交差が期待される時点へ時間的にシフトされる。そのため、前記特定の電流オフセットレベルとの交差の時点は、前記安定器電流又は前記ランプ電流の実際のゼロ交差付近で前記シャントスイッチがトリガされるように所定の期待時間差で遅延される。

別の例においては、安定器に接続するためのレトロフィット発光ダイオード（ＬＥＤ）照明デバイスであって、前記安定器が、安定器電流を供給するよう構成され、前記レトロフィットＬＥＤ照明デバイスが、
− 光を発するための少なくとも１つのＬＥＤと、
− 前記安定器電流を整流し、前記少なくとも１つのＬＥＤにランプ電流を供給するよう構成される整流器と、
− 前記少なくとも１つのＬＥＤをシャントし、それによって、前記ランプ電流が前記少なくとも１つのＬＥＤを通って流れるのを防止するためのシャントスイッチと、
− 前記シャントスイッチを制御するための制御ユニットとを有し、前記制御ユニットが、
− 前記安定器電流又は前記ランプ電流からトリガ信号を生成し、
− 生成された前記トリガ信号の平均周期を計算し、
− 計算された前記平均周期に基づいて前記シャントスイッチを作動させ、それによって、前記安定器を強制的に対称モードで動作させるよう構成されるレトロフィットＬＥＤ照明デバイスが提供される。

この例は、先に提供された例のいずれとも組み合わされ得ることに留意されたい。

上記に示したトリガ信号は、例えば、前記ランプ電流又は前記安定器電流におけるゼロ交差を検出するよう構成されるゼロ交差検出器を用いて生成されてもよい。別のオプションは、上記に示したトリガが、本開示による非ゼロ交差検出器によって生成されるものである。即ち、前記制御ユニットは、前記安定器電流及び前記ランプ電流のうちの一方において、前記安定器電流又は前記ランプ電流の特定の非ゼロ値である特定の振幅オフセット電流レベルを検出するよう構成され得る。

ここで、シャントスイッチ基準タイミングイベントは、前記安定器と前記ドライバとの間の相互作用によって時間的にシフトされ得ることに留意されたい。わずかな時間基準の時間シフトが、シャントスイッチの期間の誤りをもたらし得る。これは、タイミングが完全に乱れた雪崩効果をもたらし得る。上記で示されているような例は、前記生成されたトリガ信号の平均周期に基づく前記シャントスイッチの制御が、前記安定器を平衡状態にするので、この不利な点を軽減する。

例においては、前記整流器は、２つのスイッチと組み合わせた２つのダイオードを有し、前記制御ユニットは、前記安定器電流を整流するために前記２つのスイッチを制御するよう構成され、前記２つのスイッチは、更に、前記シャントスイッチとして動作するよう構成される。

本発明の第２態様においては、
− 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレトロフィットＬＥＤ照明デバイスと、
− 前記レトロフィットＬＥＤ照明デバイスに接続される安定器とを有する照明システムが提供される。

本発明の第１態様の実施例に関して開示されている利点及び定義は、照明システムである本発明の第２態様の実施例にも対応することに留意されたい。

好ましくは、前記照明システムは、電磁（ＥＭ）安定器を有する。

本発明の第３態様においては、上記で示されているような例のいずれかによるレトロフィットＬＥＤ照明デバイスを動作させる方法であって、前記方法が、
− 前記整流器によって、前記安定器電流を整流し、前記少なくとも１つのＬＥＤにランプ電流を供給するステップと、
− 前記制御ユニットによって、前記安定器電流及び前記ランプ電流のうちの一方において、前記安定器電流又は前記ランプ電流の特定の非ゼロ値である特定の振幅オフセット電流レベルの検出をするステップと、
− 前記制御ユニットによって、前記検出によってトリガされて、前記シャントスイッチを作動させるステップとを有する方法が提供される。

本発明の第１及び第２態様の実施例に関して開示されている利点及び定義は、レトロフィットＬＥＤ照明デバイスを動作させる方法である本発明の第３態様にも対応することに留意されたい。

例においては、前記整流器は、振動安定器電流を受け取るよう構成され、前記照明デバイスは、オフセット生成ユニットを更に有し、前記方法は、
− 前記オフセット生成ユニットによって、前記特定の振幅オフセット電流レベルが、前記振動電安定器電流の振幅の5%と20%との間、より好ましくは5%と15%との間、更により好ましくは5%と10%との間となるように、前記特定の振幅オフセットを設定するステップを有する。

例においては、前記作動させるステップは、
− 前記制御ユニットによって、前記検出によってトリガされて、所定の遅延時間が考慮に入れられることによって、前記シャントスイッチを作動させるステップを有し、前記所定の遅延時間は、１）前記安定器電流又は前記ランプ電流のゼロ交差と、２）前記特定の振幅オフセット電流レベルが検出される期待時点との間の期待時間差に基づいている。

他の例においては、前記方法は、
− 前記制御ユニットによって、前記安定器電流又は前記ランプ電流の平均周期を計算するステップと、
− 前記制御ユニットによって、計算された前記平均周期に基づいて前記シャントスイッチを作動させ、それによって、前記安定器を強制的に対称モードで動作させるステップとを有する。

更に別の例においては、前記整流器は、２つのスイッチと組み合わせた２つのダイオードを有し、前記制御ユニットは、前記安定器電流を整流するために前記２つのスイッチを制御するよう構成され、前記２つのスイッチは、更に、前記シャントスイッチとして動作するよう構成される。

本発明のこれら及び他の態様を、下記の実施例に関して説明し、明らかにする。

従来技術による同期整流器の概略的な回路の例を示す。 安定器電流、ＭＯＳＦＥＴゲート信号及びドレイン・ソース電流を示す。 スイッチング要素のオン時間が増加されることによりＬＥＤ電流が減少される状況を示す。 安定器の複数のゼロ交差の例を示す。 電流振幅オフセット検出によるイベント検出を示す。 ピーク検出及び時間シフトによるイベント検出を示す。 安定器及びドライバの構成を示す。 不平衡状態における安定器出力電流（８ａ）を示す。 タイミングイベントを再構成し、システムを平衡動作モードにする位相ロックループ（ＰＬＬ）システムを示す。 測定される不平衡安定器電流及びＰＬＬ回路なしのゼロ交差検出を示す。 平衡安定器動作に対応する波形及び対応するゼロ交差検出を示す。 単一電源比較器を用いる電流オフセット検出の例示的な実施例を示す。 集積ＰＬＬ回路を用いるＰＬＬ回路の例示的な実施例を示す。

図１は、従来技術による同期整流器の概略的な回路の例を示している。

参照符号１００は、従来技術において知られているような同期整流器を示している。同期整流器１００は、その入力端子１０１において交流電流（ＡＣ）を受け取り、その出力端子１０２において直流電流（ＤＣ）、即ち、ランプ電流を供給する。一般に、入力端子１０１において供給される入力電流は、安定器からの出力電流であり、これは、より便利に、安定器電流と呼ばれる。回路構成要素１０３、１０４、１０５、１０６は、一緒に、同期整流器を構成する。同期整流器は、他の例においては、アクティブ整流器と呼ばれます。同期整流器又はアクティブ整流器の動作は、整流器の２つの異なるレッグにおいて、ダイオードのうちの少なくとも２つが、トランジスタ又は金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のような能動制御可能なスイッチング要素に置き換えられる点を除けば、ブリッジ整流器の動作と同様である。

図１において示されている例示的な実施例においては、２つの下部ダイオードがＭＯＳＦＥＴ１０５及び１０６に置き換えられている。ダイオードをＭＯＳＦＥＴなどの能動制御スイッチング要素に置き換えることが、アクティブ整流の核心である。ＭＯＳＦＥＴは、導通時に、オン抵抗として知られている一定の非常に低い抵抗を有する。10mΩという低さの又は更に低いオン抵抗を備えるＭＯＳＦＥＴが作成され得る。その場合、トランジスタの両端の電圧降下ははるかに低くなり、これは電力損失の減少及び効率の向上を意味する。出力端子における出力電流、即ち、ランプ電流の振幅は、切り替え可能な要素、この場合には、参照符号１０５、１０６で参照されるようなＭＯＳＦＥＴのスイッチングを制御することによって、制御され得る。

ＭＯＳＦＥＴ１０５、１０６は、それぞれのゲート端子１０７、１０８における信号を変えることによって制御され得る。更に、ＭＯＳＦＥＴと直列に接続される抵抗器１０９、１１０は検出抵抗器である。それらは、何らかの制御目的のために抵抗の両端の電圧が比較さえれる必要がある場合に、利用され得る。更に、コンデンサ１１１は、平滑コンデンサであり、端子１０２における出力電流の脈動率を改善する。

整流器の出力におけるシャントスイッチは、本開示に従って説明されるのと同じスイッチング動作を供給するためにも用いられ得ることに留意されたい。図２は、安定器電流２００、ＭＯＳＦＥＴゲート信号２０１、２０３、及びドレイン・ソース電流２０２、２０４を示している。参照符号２００は、同期整流器の入力端子１０１において利用可能であるようなＡＣ波形を示している。参照符号２００は、入力電流又は安定器電流とも呼ばれ得る。プロット波形２００乃至２０４は、全て、時間に対する大きさの変化を示している。安定器電流波形２００内の点２１０、２１２はゼロ交差点を示している。一般的な回路においては、これは、制御手段及び制御可能なスイッチ要素に対する良い基準点としての役割を果たす。

参照符号２０１及び２０３は、それぞれ、２つのＭＯＳＦＥＴ１０５、１０６への、それぞれのゲート端子１０７、１０８を介した制御信号をそれぞれ示している。制御信号２０１、２０３は、通常、ロー状態２２１及びハイ状態２２２を有するデジタル信号である。ロー状態２２１は、ＭＯＳＦＥＴのオフ位置に対応し、ハイ状態２２２は、ＭＯＳＦＥＴのオン位置に対応する。

参照符号２０２及び２０４は、それぞれ、抵抗器１０９、１１０を流れる電流を表している。本開示によれば、示されている電流は負であり、ＭＯＳＦＥＴにおけるドレインからソースへの電流は正であると見なされる。この場合には、電流は、ソースからドレインに流れ、従って、負として表されている。

図３は、スイッチング要素のオン時間が増加されるによりランプ電流が減少される状況を示している。一般的なレトロフィットの状況においては、安定器が、前記安定器が電力を供給する少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）に定格されている電力量よりも高い電力量に定格されている場合がよくある。従って、制御要素は、多くの場合、入力電力の一部をシャントする必要がある。これを実施する或る方法は、短期間の間、ＭＯＳＦＥＴ１０５、１０６の両方が確実にオンのままであるようにすることによるものである。両方のＭＯＳＦＥＴがオンである期間中、安定器は短絡され、少なくとも１つのＬＥＤへの実効電流、即ち、ランプ電流は減らされる。

参照符号２５０は、安定器電流、又は入力電流２００と同様の入力電流を示している。更に、ゼロ交差点２１０、２１２も基準として示されている。図２において示されている波形と同様の波形２５１及び２５３は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ１０５、１０６のゲート端子１０７、１０８において利用可能な制御信号を表している。ＭＯＳＦＥＴ１０５のターンオン時間は、ゼロ交差点２１０における安定器電流の正から負への遷移に対応する。同様に、ＭＯＳＦＥＴ１０６のターンオン時間は、ゼロ交差点２１２における安定器電流の負から正への遷移に対応する。ＭＯＳＦＥＴ１０５、１０６が起動されると、ＭＯＳＦＥＴ１０５、１０６がオンのままである継続期間は、所定の継続期間である、又は（図においては示されていない）他の制御手段によって制御可能であり得る。ＭＯＳＦＥＴ１０５、１０６のオン時間の増加に対応して、ＭＯＳＦＥＴは、より長い期間の間導通状態を維持し、それによって、抵抗器１０９、１１０を通る電流伝導の重複をもたらす。これは、波形２５１、２５２から見られ得る。

両方の場合において、ＭＯＳＦＥＴのスイッチングのタイミングは、ゼロ電流又はゼロ交差イベントによって決定されることが示されている。従って、ゼロ電流又はゼロ交差イベントを正確に決定することは有利であり得る。

図４は、安定器の複数のゼロ交差の例を示している。多くの場合、回路にスイッチング構成要素が存在するため、入力、又は安定器電流は、純粋な正弦波形ではない。多くの場合、波形により高次の高調波が存在し、これは前記波形に小さな変動をもたらす。このような波形は、参照符号３００によって示されている。とりわけ、ゼロ電流値の周りに変動３０４が存在することが見られ得る。このようなリンギング現象は、波形３０１、３０２において示されているような、複数のゼロ電流の検出につながり得る。波形３０１は、ドライバ入力における電圧によるゼロ交差検出を示している。波形３０２は、電流検出によるゼロ交差検出を示している。両方とも安定したドライバ動作には適していない。外乱は、固定されておらず、動作中、幾つかのパラメータによって変わる。最初のゼロ交差検出を行うだけでは、安定したドライバ動作のための選択肢はない。

図５は、電流振幅オフセット検出によるイベント検出を示している。本開示によるソリューションは、波形３５０、３６０において示されているような電流振幅オフセット検出によるイベント検出を用いるものである。シャントスイッチ時間の開始は、電流オフセットレベル３７５によって生成される。波形３５０においては、正の安定器電流の立ち上がりエッジのために正のオフセット３７５が用いられている。相補的に、負の安定器電流の立ち下がりエッジのためには、負のオフセットが用いられる。この場合には、シャント時間は、複数のゼロ交差時間を含む。

波形３６０においては、正の安定器電流の立ち下がりエッジのために正のオフセット３７５が用いられている。（相補的に、負の安定器電流の立ち上がりエッジのためには、負のオフセットが用いられる。）この場合には、複数のゼロ交差時間は、シャントスイッチ時間から除外される。両方の方法は、安定器／ＬＥＤドライバの相互作用の異なる結果を有する。この機能を実現するために、比較器が、個々のＭＯＳＦＥＴ電流をオフセットレベルと比較するために用いられ得る。ＭＯＳＦＥＴの電流は、図１に示すように抵抗器１０９、１１０によって検出される。この相対オフセットレベル３７５は、全ての状況において前記レベルがゼロ交差リンギング振幅より上のままであるように適応され得る。波形３５１及び３６１は、対応するゼロ電流検出を示している。３５１、３６１において示されているトリガ波形は、ＭＯＳＦＥＴ１０５、１０６を制御する制御回路に供給され得る。

図６は、ピーク検出及び時間シフトによるイベント検出を示している。タイミングイベントを検出するための別のオプションは、しきい値検出に代わるものとしてピーク検出を用いるものである。このような実施例は、波形４００において示されている。効果的なピーク検出のために、入力波形又は入力安定器電流は、電荷を蓄積するコンデンサに供給され得る。その結果として、コンデンサの両端の電圧４２０が、ピーク値４１０を検出するために用いられ得る。波形４０１において示されているようにトリガイベントが検出されると、４０２に従う波形に到達するために、時間において所定の量４３０だけシフトされる必要がある。時間における所定のシフト４３０は、安定器電流の入力周波数に依存し、別個に決定され得る。

換言すれば、主電源周波数が固定されている場合、ピーク点４１０と、対応するゼロ電流点との間の時間オフセット４３０を決定するために、波形の時間周期が計算され得る。この時間オフセットは、正確なゼロ電流タイミング又はゼロ交差タイミングを取得するために、ピーク検出回路において容易に実施され得る。

図７は、安定器及びドライバの構成を示している。参照符号４５０によるシステにおいては、安定器システムは、変圧器及び直列コンデンサ４５７を含む。変圧器は非常に非線形な要素である。動作は、幾つかの飽和効果及び非線形漏れインダクタンス４５４、４５５、４５６を備える線形変圧器としてモデル化され得る。直列コンデンサと変圧器との組み合わせは、システムにおける減衰係数及び安定器電流に応じた共振周波数を持つＬＣ回路を形成する。安定器は、シャントスイッチドライバ４５２と相互作用４５３をし、不平衡状態をもたらし得る。安定器システムへの入力は、入力端子４５１を用いて供給される。

図８は、不平衡状態における安定器出力電流４６０を示している。ＭＯＳＦＥＴゲート信号４７０、４８０のオン／オフ時間が半周期の変化量だけ変化するだけでなく、シャントスイッチイベントタイミングも乱される。この基準タイミングイベントの歪みは、システムにおける不均衡に殺到する（avalanche）。システムは、この望ましくない動作モードから回復することができず、非常に乱れた主電源電流をもたらす。それは、高いちらつき割合ももたらす。図８は、ＬＥＤバッファコンデンサを備えるＬＥＤへの電流４９０を示している。

不平衡動作は、元のイベントタイミングを再構成するシステムによって、防止され得る。タイミングイベントの平均が、不平衡動作を防止する。また、システムが不平衡状態になると、イベントの平均化がシステムを平衡状態にする。

図９は、タイミングイベントを再構成し、システムを平衡動作モードにする位相ロックループ（ＰＬＬ）システムを示している。参照符号５００は、タイミングイベントを再構成し、システムを平衡動作モードにすることが可能なシステムを示している。システム５００内のシステム４５０は、図７において示されているような安定器及びドライバ回路を指す。その中の構成要素については、前に述べられており、ここではもう一度繰り返さない。その代わりに、本システムにおいては、ドライバは、その出力として検出イベント５０１を供給する。検出イベントは、例えば、図５を用いて述べた実施例によるゼロ電流検出若しくはゼロ交差検出であってもよく、又は図６を用いて述べた実施例による時間シフト要素と結合されたピーク検出であってもよい。

検出イベント５０１は、イベント平均システム５０２に供給される。このシステムは、例えば、フェーズロックループ（ＰＬＬ）であり得る。ＰＬＬは、出力信号の位相が入力信号の位相に関連する出力信号を生成する制御システムです。幾つかの異なるタイプがある。最も単純なものは、可変周波数発振器とフィードバックループ内の位相検出器で構成される電子回路である。発振器は、周期信号を生成し、位相検出器は、その信号の位相を入力周期信号の位相と比較し、それらの位相を整合したままにするよう発振器を調節する。次いで、イベント平均システムは、ドライバの適切な動作を保証する出力５０３をドライバに返す。代替実施例においては、ドライバの出力において利用可能な不平衡電流が、イベント平均システムへの入力５０１として供給され得る。このような場合には、イベント平均システム５０２は、不平衡電流を平衡状態にさせる制御信号５０３を供給する。

図１０においては、参照符号５５０は、測定される不平衡安定器電流、及びＰＬＬ回路なしのゼロ交差検出を示しています。波形５５１から分かるように、それは不平衡安定器電流を示している。この電流は、ＭＯＳＦＥＴスイッチの制御のためのタイミング信号を供給するためのゼロ電流又はゼロ交差検出のためのベースとしては用いられることができない。波形５５２から分かるように、ゼロ電流検出パターンは、非常に不規則であり、システム内で更なる不均衡を引き起こす。これは非常に望ましくない。

図１１においては、参照符号５７０は、平衡安定器動作及び対応するゼロ交差検出に対応する波形を示している。波形５７１は、図９において示されているようなシステムの影響を受けた平衡電流波形を示している。波形が平衡していることから、スイッチング制御信号５７２及び５７３も平衡している。波形５７２は、平衡電流波形５７１の正から負への遷移に対するスイッチング制御信号を示しており、波形５７３は、平衡電流波形５７１の負から正への遷移に対するスイッチング制御信号を示している。

一般に、波形としきい値との比較は、アナログ方式又はデジタル方式で実施され得る。アナログ方法は、図１２における実施例６００において示されているような例示的な実施例において強調されている。

図１２は、単一電源比較器６０４を用いる電流オフセット検出の例示的な実施例を示している。構成要素６０１、６０２、６０３は、図１において示されているような同期整流器又はフルブリッジ整流器のレッグのうちの任意の１つに対応する。例えば、構成要素６０１、６０２、６０３は、構成要素１０３、１０４及び１０９、又は構成要素１０４、１０６、１１０のいずれかに対応する。抵抗分圧器Ｒ３、Ｒ４（６０６、６０７）は、抵抗器６０３にわたる正及び負の電流に適合するようゼロ基準オフセットを作成する。抵抗分圧器Ｒ１、Ｒ２（６０８、６０９）は、先のＲ３、Ｒ４（６０６、６０７）のように６０３にわたる測定電流をシフトするが、Ｒ２、６０９及びＲ４、６０７の値における差によって電流オフセット検出のためのオフセットが作成される。複数のゼロ交差は防止される。Ｒ２、６０９、及びＲ４、６０７の値を慎重に選択することによって、オフセット検出のために必要とされるしきい値を正確に設定することができる。例においては、Ｒ１、６０８と、Ｒ３、６０６との両方が、同じ抵抗値を持ち、抵抗器Ｒ２、６０９、及びＲ４、６０７は、抵抗器Ｒ１、６０８、及びＲ３、６０６の抵抗値の5乃至10％の範囲内にある抵抗値を持つ。前述したように、電流検出のためのオフセットは、両方の基準を満たす抵抗Ｒ２及びＲ４のための異なる値を選ぶことによって、作成される。抵抗器の絶対値も、供給電圧６０５又は回路において許容可能な最大電流との相関関係における電流の流れの要件に応じて選ばれる。

図１３は、集積ＰＬＬ回路を用いるＰＬＬ回路の例示的な実施例６５０を示している。単純なＰＬＬ回路は、74HC4046A集積ＰＬＬ回路６５１で実施され得る。（任意の他のＰＬＬ回路実施（集積又はディスクリート）が用いられてもよい）。番号１から１４は、前述の集積回路のピン構成を示している。それは、ｐ／ｆ検出器（位相／周波数）回路６５６、６５７、６５８と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）６６２とを含む。例としてｐ／ｆ検出器６５７が用いられるｐ／ｆ検出器の出力は、構成要素６５９、６６０、６６１によってフィルタリングされ、ループを閉じ、ループを閉じ、ＶＣＯ周波数及び位相を制御するようＶＣＯ６６２の入力に加えられる。ゼロ交差イベント又はオフセットイベントは、入力ピン６５２を通して、ＰＬＬシステムへの入力として供給される。平均化されたイベントは、６５３におけるシステムの出力において利用可能である。

各オフセットゼロ交差検出（二重線入力周波数）は、ｐ／ｆ検出器のための入力として用いられる。ＶＣＯ出力は、安定器ゼロ交差信号の平均においてエッジを備える50％デューティサイクルの方形波信号である。このやり方においては、安定器は強制的に対称モードで動作させられる。

当業者は、請求項に記載の発明を実施する際に、図面、明細及び添付の請求項の研究から、開示されている実施例に対する他の変形を、理解し、達成し得る。

請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数性を除外しない。請求項において列挙されている幾つかの要素の機能を、単一のプロセッサ又は他のユニットが果たしてもよい。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項において挙げられているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように用いられることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はそれの一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体などの適切な媒体に記憶／分散されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムなどを介して、他の形態で分散されてもよい。請求項におけるいかなる参照符号も、前記請求項の範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

Claims (12)

1. 安定器に接続するためのレトロフィットＬＥＤ照明デバイスであって、前記安定器が、安定器電流を供給するよう構成され、前記レトロフィットＬＥＤ照明デバイスが、
   光を発するための少なくとも１つのＬＥＤと、
   前記安定器電流を整流し、前記少なくとも１つのＬＥＤにランプ電流を供給するよう構成される整流器と、
   前記少なくとも１つのＬＥＤをシャントし、それによって、前記ランプ電流が前記少なくとも１つのＬＥＤを通って流れるのを防止するためのシャントスイッチと、
   前記シャントスイッチを制御するための制御ユニットとを有し、前記制御ユニットが、
   前記安定器電流において、前記安定器電流の特定の非ゼロ値である特定の振幅オフセット電流レベルの検出をし、
   前記検出時に前記シャントスイッチを作動させるよう構成され、前記シャントスイッチの期間の開始が、前記電流オフセットレベルによって引き起こされるレトロフィットＬＥＤ照明デバイス。
2. 前記整流器が、振動安定器電流を受け取るよう構成され、前記照明デバイスが、前記特定の振幅オフセット電流レベルが、前記振動電安定器電流の振幅の5%と20%との間、より好ましくは5%と15%との間、更により好ましくは5%と10%との間となるように、前記特定の振幅オフセットを設定するよう構成されるオフセット生成ユニットを更に有する請求項１に記載のレトロフィットＬＥＤ照明デバイス。
3. 前記制御ユニットが、更に、前記検出によってトリガされて、所定の遅延時間が考慮に入れられることによって、前記シャントスイッチを作動させるよう構成され、前記所定の遅延時間が、１）前記安定器電流又は前記ランプ電流のゼロ交差と、２）前記特定の振幅オフセット電流レベルが検出される期待時点との間の期待時間差に基づく請求項１乃至２のいずれか一項に記載のレトロフィットＬＥＤ照明デバイス。
4. 前記制御ユニットが、更に、
   前記安定器電流又は前記ランプ電流の平均周期を計算し、
   計算された前記平均周期に基づいて前記シャントスイッチを作動させ、それによって、前記安定器を強制的に対称モードで動作させるよう構成される請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレトロフィットＬＥＤ照明デバイス。
5. 前記整流器が、２つのスイッチと組み合わせた２つのダイオードを有し、前記制御ユニットが、前記安定器電流を整流するために前記２つのスイッチを制御するよう構成され、前記２つのスイッチが、更に、前記シャントスイッチとして動作するよう構成される請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレトロフィットＬＥＤ照明デバイス。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレトロフィットＬＥＤ照明デバイスと、
   前記レトロフィットＬＥＤ照明デバイスに接続される安定器とを有する照明システム。
7. 前記安定器が電磁安定器である請求項６に記載の照明システム。
8. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレトロフィットＬＥＤ照明デバイスを動作させる方法であって、前記方法が、
   前記整流器によって、前記安定器電流を整流し、前記少なくとも１つのＬＥＤにランプ電流を供給するステップと、
   前記制御ユニットによって、前記安定器電流及び前記ランプ電流のうちの一方において、前記安定器電流の特定の非ゼロ値である特定の振幅オフセット電流レベルの検出をするステップと、
   前記制御ユニットによって、前記検出によってトリガされて、前記シャントスイッチを作動させるステップとを有し、前記シャントスイッチの期間の開始が、前記電流オフセットレベルによって引き起こされる方法。
9. 前記整流器が、振動安定器電流を受け取るよう構成され、前記照明デバイスが、オフセット生成ユニットを更に有し、前記方法が、前記オフセット生成ユニットによって、前記特定の振幅オフセット電流レベルが、前記振動電安定器電流の振幅の5%と20%との間、より好ましくは5%と15%との間、更により好ましくは5%と10%との間となるように、前記特定の振幅オフセットを設定するステップを有する、請求項８に記載の、レトロフィットＬＥＤ照明デバイスを動作させる方法。
10. 前記作動させるステップが、前記制御ユニットによって、前記検出によってトリガされて、所定の遅延時間が考慮に入れられることによって、前記シャントスイッチを作動させるステップを有し、前記所定の遅延時間が、１）前記安定器電流又は前記ランプ電流のゼロ交差と、２）前記特定の振幅オフセット電流レベルが検出される期待時点との間の期待時間差に基づく、請求項８乃至９のいずれか一項に記載の、レトロフィットＬＥＤ照明デバイスを動作させる方法。
11. 前記方法が、
    前記制御ユニットによって、前記安定器電流又は前記ランプ電流の平均周期を計算するステップと、
    前記制御ユニットによって、計算された前記平均周期に基づいて前記シャントスイッチを作動させ、それによって、前記安定器を強制的に対称モードで動作させるステップとを有する、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の、レトロフィットＬＥＤ照明デバイスを動作させる方法。
12. 前記整流器が、２つのスイッチと組み合わせた２つのダイオードを有し、前記制御ユニットが、前記安定器電流を整流するために前記２つのスイッチを制御するよう構成され、前記２つのスイッチが、更に、前記シャントスイッチとして動作するよう構成される、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の、レトロフィットＬＥＤ照明デバイスを動作させる方法。

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