JP6970839B2 - レトロフィットledランプ - Google Patents

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Description

本発明は、蛍光安定器への接続に関して好適な、管状LED(tubular LED;TLED)などの、レトロフィットLEDランプに関する。
固体照明(solid state lighting;SSL)は、多くの照明用途において急速に標準になりつつある。これは、発光ダイオード(light emitting diode;LED)などのSSL要素が、制御可能な光出力色、強度、ビーム広がり、及び/又は照明方向を可能にするばかりではなく、優れた寿命及びエネルギー消費を呈し得るためである。
管状照明デバイスは、オフィス照明用、小売環境用、廊下内、ホテル内などの、商業的照明用途において広く使用されている。従来の管状ライト取付具は、管状ライトの各端部の接続ピンに機械的及び電気的に接続するための、ソケットコネクタを各端部に有する。従来の管状ライトは、蛍光灯管の形態である。蛍光管ランプ用の電磁安定器又は電子安定器が装備されている、照明器具の巨大な設置ベースが存在する。
現在では、伝統的な蛍光灯管の直接的な置き換えとして使用されることが可能な、管状LED(tubular LED;「TLED」)ランプが存在している。このようにして、既存の蛍光照明安定器を含む既存のライト取付具を変更する費用なしで、固体照明の利点が得られることが可能である。実際に、蛍光ランプ安定器に適合するTLEDが、蛍光照明をLED照明で置き換える最も単純で最も低コストな方法である。再配線すること(安定器を取り外し、AC主電源に直接TLEDを接続すること)、及び照明器具全体を置き換えることの双方とも、遥かにより煩雑で高価なものとなる。電磁(electromagnetic;EM)安定器及び電子高周波(high frequency;HF)安定器の双方が、蛍光照明において使用されている。EM安定器は、実質的に50/60Hzの主電源周波数の周波数でAC信号を出力し、HF安定器は、10KHz以上の周波数でAC信号を出力する。電子高周波安定器は、フィラメント加熱/検出機能を有する、プログラムスタートタイプ及びラピッドスタートタイプと、そのような機能を有さないインスタントスタートタイプとを更に含む。
EM安定器及びHF安定器への接続に対しては、通常、異なる管状LED設計が必要とされる。
いずれのタイプの安定器が照明器具内に設置されているかを、顧客が知らないという問題が生じ得るため、多くの異なるタイプの安定器との適合性を有するTLEDを、提供することが可能であることが望ましいであろう。
完全を期すために、図1は、電子(高周波)蛍光安定器に適合するTLEDの典型的なブロック図を示す。
安定器10は、ハーフブリッジ並列共振コンバータを備え、電子(高周波)安定器適合TLED12を駆動する。
安定器10と高周波適合TLED12とは、TLEDの一方の端部における接続ピン1及び接続ピン2を介して、並びに、TLEDの他方の端部における接続ピン3及び接続ピン4を介して(簡略化のために、回路図の一方の側に示されている)接続されている。
高周波適合TLED12は、典型的には、図1に示される構成ブロックのうちの一部又は全てを備える。これらは、フィラメントエミュレーションユニット14、待機機能用の再構成可能静電容量回路16、インピーダンス整合回路18、整流器20、LEDドライバ22、平滑コンデンサ23、並びにLEDストリング24である。
これらの構成ブロックの殆どに関しては、図1に示される実装形態は単なる例であり、当該機能の他の実装形態が可能であり、また使用されてもいる。図1に示されるLEDドライバは、シャントスイッチドライバである。
ハーフブリッジ安定器10の設計の詳細は、図1には示されていない。このタイプの安定器もまた、単なる例であり、プッシュプルコンバータなどの他の実装形態もまた可能であり、使用されてもいる。
TLED12は、安定器10にTLEDを接続するために使用される、4つの接続ピンを備える。ピン1及びピン2は、TLEDの一方の端部に位置しており、ピン3及びピン4は、TLEDの他方の端部に位置している。フィラメントエミュレーションユニットは、ピン1及びピン2をピン5に接続し、ピン3及びピン4をピン6に接続する、第1の回路機構を含む。ピン安全性及びスタートアップ回路16、整合回路18、並びに整流器20は、ピン5及びピン6を介してのみ安定器に接続されている。
電子(高周波)蛍光安定器内で使用される、種々のタイプのスタート技術が存在しており、それらは、異なる安定器出力、またそれゆえ、接続されているランプへの異なる入力を生じさせる。
プログラムスタート安定器及びラピッドスタート安定器は、低電圧予熱方法に依拠しているため、ライトのスイッチがオンにされると、安定器がランプのフィラメントを加熱/検出して、次いでランプをオンにする。したがって、プログラムスタート安定器及びラピッドスタート安定器は、ランプフィラメント加熱/検出回路を有する。プログラムスタート安定器とラピッドスタート安定器とに関しては、具体的な加熱回路又は検出回路が異なる場合があり、ラピッドスタートタイプに関しては500ms未満、及びプログラムスタートタイプに関しては1s超の、異なる動作持続時間を有し得る。電磁安定器もまた、電子安定器と同様の、この予熱機能を有し、また、ランプフィラメント加熱回路も備える(回路の具体的な実装形態は、プログラムスタート安定器又はラピッドスタート安定器のものとは異なり得る)。一般に、当該種々のタイプの安定器内のフィラメント加熱/検出回路は、本特許出願において、ランプフィラメントインタフェース回路と呼ばれる。
インスタントスタート安定器は、予熱方法を使用しない。その代わりに、インスタントスタート安定器は、最初にオンにする際、ランプの両端間に高電圧を印加する。インスタントスタート安定器は、蛍光ランプが頻繁にオン及びオフに切り替えされない場合に使用される。インスタントスタート安定器は、いずれの他のタイプのランプ安定器よりも、少ないエネルギーを消費する。
プログラムスタート安定器は、典型的には、占有センサ又は運動センサとペアにされている。このようにして、安定器は、ランプスタートサイクルの数を最大化しつつ、エネルギー効率を維持する。プログラムスタート安定器は、最終的にライトに電源投入するために、特定のイベントのシーケンスをトリガする。プログラムは、例えば、予熱間隔中にカソードを予熱するために、電圧を供給する前にランプの両端間に低電圧を印加することを含む。ランプの両端間電圧は、グロー電流の量を低減するために、予熱間隔中は低く保たれる。次いで、アークを確立するために、より高い電圧が印加される。
これらの種々のタイプの電子安定器は、適合性の問題を更に複雑なものにする。
図2は、EM蛍光安定器に適合するTLED30の典型的なブロック図を示す。TLED30は、LEDストリングの形態であるLED構成34に接続している、ドライバ32を備える。
LEDドライバ32は、整流器、EMIフィルタ、及びドライバ回路(例えば、スイッチモード電源回路、例えば、バック回路)を含む。
ランプの接続ピン(及び、照明器具ハウジングのエンドコネクタの、対応する端子)は、一方の端部にライブ端子1を規定し、他方の端部にニュートラル端子3を規定している。EM安定器適合LED管は、多くの場合、図2に示されるようなシングルエンド入力用に、すなわち、一方の端部のピンによってのみドライバが給電されるように設計されている。(典型的には、ヒューズ式短絡(fused short)である)ダミースタータ38が、2つの端部間の電流ループを閉じるために使用される。
この接続スキームは、ランプ自体の一方の端部から他方への導電経路が存在しないため、ピン漏れ電流に対する保護をもたらし、またそれゆえ、ピン安全性をもたらす。それゆえ、何者かが一方の端部のピンに接触する場合には、他方の端部にエネルギーが既に加えられていても、漏れ電流は流れることができない。入力電力は、管の一方の端部に印加され、他方の端部には、外部のライブL接続及びニュートラルN接続との間の回路を完成するように電流を通過させるための、ヒューズ36が設けられている。器具内のグロースタータは、その場合、ダミースタータ38に置き換えられている。ランプは、いずれの向きでも設置されることができる。
しかしながら、一般に電子安定器への接続に関してピン安全性が問題となる、ダブルエンド入力LED管もまた存在する。様々なピン安全性対策が提案されている。これらのピン安全性対策は通常、TLEDの両端部が照明器具内に挿入される際にのみ閉じられる、少なくとも1つのスイッチによって、TLEDの両端部間の電気的接続を中断する。しかしながら、電気的ピン安全性メカニズム及び機械的ピン安全性メカニズムの双方が既知である。機械的ピン安全性ソリューションでは、TLEDの各端部において、ボタンを押すとスイッチが閉じられる。TLEDを照明器具内に挿入する際に、ランプホルダがボタンを押すことになるか、又は、ボタンは、手動で押されることを必要とする。
それゆえ、種々の安定器のタイプに対するレトロフィットランプの適合性を可能にすることが必要とされており、また、ピン安全性を確実にすることも必要とされている。
米国特許第9441795号は、周波数又は測定電流に基づいて、安定器がEM安定器又はHF電子安定器のいずれであるかを検出して(段落[0014])、LEDの群を、HF安定器(又は、低電流)に接続されている場合には並列に、及び、EM安定器(又は、高電流)に接続されている場合には直列に接続するための回路を備える、レトロフィットLEDランプを開示している。これは、LED構成の全順方向電圧を、存在している安定器のタイプに適合させることに基づいている。より高い電圧のEM安定器に対しては、より多くのLEDが直列であり、それゆえ、より高いストリング電圧を有する。いずれの安定器のタイプが存在しているかの検出は、例えば、安定器の出力における電圧又は電流の、周波数、出力インピーダンス、若しくは変化率を検出することに基づく。
米国特許第9144121号(及び、米国特許出願公開第2013/0127350号)は、直列又は並列に接続され得るLEDのペアを使用する、再構成可能LEDアレイを開示している。構成は、LEDアレイの電圧定格を変更し、当該機能は、主電源電圧に整合させることにより、種々の主電源電圧に対して定電流を供給することである。米国特許出願公開第20170027028(A1)号もまた、安定器の出力の周波数、又は安定器の電流若しくは電圧における周波数関連パラメータに従った、回路構成の切り替えを開示している。
複数のタイプの安定器用に設計されているランプに関する問題点は、それらが低劣なエネルギー性能を有する点である。特に、米国特許第9441795号では、異なる安定器からの出力(電流及び電圧)が異なっていることにより、異なる安定器のタイプは、異なる効率をもたらすことになる。
本発明は、請求項によって定義される。
本発明の文脈では、目標は、異なる安定器、特に異なる出力電流を有する安定器に対して、適合性及び統一された電力を有する、ランプを提供することである。例えば、本発明の一実施形態は、T8サイズ蛍光ランプ用の、インスタントスタート電子安定器と、T12サイズ蛍光ランプ用の、EM安定器並びにプログラムスタート電子安定器及びラピッドスタート電子安定器とに、適合性があることを目的とする。本発明者は、T8用のインスタントスタート電子安定器の出力電流が、T12用のEM/プログラムスタート又はラピッドスタート安定器の出力電流よりも低いことを見出した。それゆえ、本発明の構想は、ランプが接続されている蛍光安定器のタイプに従って、ランプのLEDを再構成することである。特に、安定器によって供給される電流に応じて、構成は、異なる安定器のタイプ間で、電力がより一貫する(同様となる)ように変更され、それにより、特に大出力電流を有する安定器に関して、効率の改善が得られる。より具体的には、大きい安定器電流を有する、EM安定器、ラピッドスタート電子安定器、及びプログラムスタート安定器の場合に、LEDは並列に構成され、小さい安定器電流を有するインスタントスタート安定器の場合に、LEDは直列に構成され、それにより、ランプの総電力(等価的には、電圧に電流を乗じたもの)が一貫し、すなわち、より同様となる。
米国特許第9441795号は、反対の手法を開示しており、測定電流が、EM安定器を示す大きいものである場合に、LEDは直列に接続され、そうではない場合の、HF安定器を示す小さい測定電流に対して、LEDは並列に接続される。この手法の技術的な問題点は、ランプが、異なるタイプの安定器に関して、全く異なる出力電力を有する点である。
米国特許出願公開第2013/0127350号との主な相違点は、米国特許出願公開第2013/0127350号は、異なる電圧源振幅が与えられるLEDを再構成することによって、定電流を供給するためのものである点である。電流は、LEDの並列構成又は直列構成によって決定される。また、この先行技術では、LEDの順方向電圧が一定ではなく、電流が一定に維持されるため、電力は一定ではない。反対に、本発明は、定格電流源を有する安定器に関して特に好適であり、再構成は、安定器の電流を変化させることができず(電流は、安定器の定格に依存する)、又は再構成は、安定器の入力電圧を整合させることができない(安定器は、電圧源ではない)。本発明の再構成は、異なる安定器電流を整合させるためのものであり、それにより、異なるタイプの安定器に対して普遍的な、同様の電力をもたらす。直列構成への電流が高い場合に、直列LEDセグメントが過度に電力を消費することを回避するために、LED電圧を変化させることによって、同様の電力が供給されることができる。それゆえ、本発明の再構成は、米国特許出願公開第2013/0127350号とは異なる。
本発明の一態様による実施例によれば、照明安定器と共に使用されるためのレトロフィットランプであって、
接続ピンの第1のペア、及び接続ピンの第2のペアと、
第1のペアの接続ピンの間、及び/又は、第2のペアの接続ピンの間の、フィラメントエミュレーション回路と、
フィラメントエミュレーション回路の両端間に潜在的に存在する加熱電圧に反応する、電圧検出要素を含む、検出回路と、
少なくとも2つのLEDセグメントを含む、LED構成と、
加熱電圧が存在していない場合には、少なくとも2つのLEDセグメントを直列構成で接続するように、及び、加熱電圧が存在している場合には、少なくとも2つのLEDセグメントを並列構成で接続するように適合されている、再構成回路と、を備える、レトロフィットランプが提供される。
一実施形態では、検出回路は、接続されている照明安定器が、ランプインタフェース回路を有さない第1のタイプの安定器であるか、及び/又は、ランプインタフェース回路を有する第2のタイプの安定器であるかを検出するために、潜在的に存在する加熱電圧に反応するように適合されており、ランプインタフェース回路は、加熱電圧を出力するように適合されている、ランプフィラメント加熱回路を含む。第1のタイプの安定器は、第1の電流を出力するように定格されており、第2のタイプの安定器は、第1の電流よりも高い第2の電流を出力するように定格されている。
より具体的には、例えばT8サイズ蛍光管ランプ用の、インスタントスタート電子安定器は、例えば、T12サイズ蛍光管ランプ用の電磁安定器、及びT12サイズ蛍光管ランプ用のプログラムスタート/ラピッドスタート電子安定器の、約半分の出力電流を送達する。より高電流の電磁安定器又はプログラムスタート電子安定器若しくはラピッドスタート電子安定器に対して、並列構成を使用することによって、電流は、2つの分岐間で分割され、各分岐が、より低いストリング電圧を有する。それゆえ、総電力は低減されて、インスタントスタート電子安定器によって同じランプが駆動され、LEDセグメントがインスタントスタート電子安定器用に直列に再構成される場合の電力と一致する。異なる出力電流を有する当該安定器は、安定器がランプのフィラメントに加熱電圧を出力するか否かによって、識別されることができる。それゆえ、本発明の実施形態は、加熱電圧の存在の有無に従って、LEDセグメントを再構成することを提案する。このようにして、LED構成は、安定器を識別するための、周波数検出などの複雑な検出技術を使用することなく、ランプへの電流送達を整合させるように設定される。特に、この設計は、電子安定器及び電磁安定器の双方によって駆動されることが可能なランプに関して、より良好なエネルギー節約性能を与える。ここで、請求項における用語「定格されている」とは、安定器が、負荷のインピーダンスに実質的に関わりなく、この電流を出力するための電流源として動作することを意味する。
直列構成は、例えば、並列構成の導電路においてバイパスされるように適合されている、直列静電容量を含む。
それゆえ、直列構成は、並列構成の導電路内には存在しない、直列静電容量を含む。高周波数では、コンデンサは低インピーダンスを有し、低周波数では、コンデンサは高インピーダンスを有する。コンデンサは、ランプがEM安定器に接続されることになる場合には、危険な低周波電流成分を遮断することによって、ピン安全性機能を実行し、コンデンサはまた、HF安定器の高周波信号に対する電流リミッタとしても機能し、それゆえ、ランプがHF安定器に接続されている場合にもまた、ピン安全性機能が提供される。直列構成内にのみコンデンサを設けることによって、コンデンサは、安定器から受信される高周波信号を考慮に入れて最適化されることができる。
好ましくは、照明安定器は、蛍光照明安定器を含み、第1のタイプの安定器は、ランプフィラメントインタフェース回路を有さず、第2のタイプの安定器は、ランプフィラメントインタフェース回路を有する。
この実施形態は、蛍光ランプ用のレトロフィットランプを提供する。伝統的な蛍光ランプは、ランプフィラメントインタフェース回路の有無を問わず、種々のタイプの安定器と共に使用され、この実施形態は、双方のタイプに対する適合性を提供する。
第1のタイプの安定器は、例えば、インスタントスタート電子安定器を含み、第2のタイプの安定器は、電磁安定器、プログラムスタート電子安定器、及び、ラピッドスタート電子安定器のうちのいずれか1つを含む。
ランプフィラメントインタフェース回路を有する、EM安定器、ラピッドスタート電子安定器、及びプログラムスタート電子安定器は、並列構成が所望される高電流を送達する。そうではない場合の、ランプフィラメントインタフェース回路を有さない、インスタントスタート電子安定器は、直列構成が選択される低電流を送達する。
それゆえ、インスタントスタート(低電流)タイプの安定器は、直列構成をトリガし、他の(高電流)タイプの安定器は、並列構成をトリガすることが分かる。
好ましくは、ランプフィラメントインタフェース回路は、ランプフィラメントインピーダンスを検出するように適合されている、ランプフィラメント検出回路を更に含む。
オプションのフィラメント検出回路を有するプログラムスタート電子安定器に対しては、ランプは、好ましくは、フィラメント検出回路に接続されるように適合されている、フィラメントエミュレーション回路を備える。
好ましくは、ラピッドスタート安定器内のランプフィラメント加熱回路は、500ms以内で動作するように適合されており、プログラムスタート安定器内のランプフィラメント加熱回路は、1sよりも長く動作するように適合されている。
ランプは、接続ピンの第1のペア、及び接続ピンの第2のペアを備えてもよく、それぞれのペアの接続ピン間に、検出回路に接続されているフィラメントエミュレーション回路を備えてもよく、フィラメントエミュレーション回路は、抵抗及び静電容量を含み、
検出回路は、ランプフィラメントインタフェース回路によって出力される、それぞれのペアの接続ピンの両端間に潜在的に存在する加熱電圧に反応することによって、第1のタイプ又は第2のタイプを検出するための、電圧検出要素を含む。
このことにより、安定器内のランプフィラメントインタフェース回路を検出し、それにより、第1のタイプ又は第2のタイプを検出するための方法が提供される。
ランプは、直列構成に対して使用されるように適合されている、第1のダイオードブリッジ整流器であって、少なくとも2つのLEDセグメントの直列構成が、第1のダイオードブリッジ整流器の正の出力と負の出力との間にある、第1のダイオードブリッジ整流器と、並列構成に対して使用されるように適合されている、第2のダイオードブリッジ整流器であって、並列構成が、第2のブリッジ整流器の正の出力と負の出力との間にある、第2のダイオードブリッジ整流器と、を備える。
別個のダイオードブリッジ整流器を使用することにより、2つの構成に関する、異なる電流流路が可能となる。
例えば、第2のダイオードブリッジ整流器の正の出力から、少なくとも2つのLEDセグメントのうちの第1のLEDセグメントのアノードへの、第1のクロスオーバーダイオードと、少なくとも2つのLEDセグメントのうちの第2のセグメントのカソードから、第2のダイオードブリッジ整流器の負の出力への、第2のクロスオーバーダイオードと、第2のダイオードブリッジ整流器の正の出力から、少なくとも2つのLEDセグメントのうちの第2のLEDセグメントのアノードへの、第3のクロスオーバーダイオードと、少なくとも2つのLEDセグメントのうちの第1のLEDセグメントのカソードから、第2のダイオードブリッジ整流器の負の出力への、第4のクロスオーバーダイオードと、が存在してもよい。
ダイオードがAからBへの位置として説明される場合、それは、ダイオードの順方向がAからBである(すなわち、アノードがAにあり、カソードがBにある)ことを示す点に留意されたい。
これらのクロスオーバーダイオードは、第2のダイオードブリッジ整流器とLEDセグメントとの間の(反対極性の信号の双方に関する)導電路を、並列接続で提供する。直列構成は、好ましくは、第1のLEDセグメントのカソードから第2のLEDセグメントのアノードへと順方向にされている、ダイオードを更に含む。このダイオードは、直列接続を可能にして、第3のクロスオーバーダイオード及び第4のクロスオーバーダイオードからの導電路を阻止するために使用される。
検出回路は、例えば、第1のペアのピン間の、第1の検出ユニットと、第2のペアのピン間の、第2の検出ユニットとを含む。これらのユニットは、安定器から受信された信号から、安定器のタイプを検出するために使用される。
例えば、第1の検出ユニット及び第2の検出ユニットは、それぞれ、電力端子及び制御端子を有するゲート制御スイッチを含み、ゲート制御スイッチは、ペアのピン間の電圧が閾値を超過する場合に、第2のダイオードブリッジ整流器を接続するように適合されている。この実施形態は、検出及び再構成の双方の機能を、同じゲート制御スイッチ構成要素によって達成し、構成要素の数及びコストを節減する。
ゲート制御スイッチは、例えばトライアックを含み、検出ユニットは、それぞれのペアの接続ピン間に、コンデンサ及び抵抗器を並列に有する、フィルタ回路を更に含む。シリコン制御整流器又はトランジスタ回路などの、他のゲート制御スイッチが使用されてもよい。
トライアックは、例えば、ゲート電流に応答する。それゆえ、ピンの両端間電圧が、電流に変換されることができる。フィルタ回路は、(ノイズ電流を平滑化する)ノイズ電流用の経路を提供することによって、トライアックの誤ったトリガを回避し、その場合、ノイズ電流はトライアックのゲートには入らない。
ゲート制御スイッチは、オプションとして、ゲート制御スイッチの制御端子から、ペア間の電流の一部分をシャントするための、シャント回路を更に含む。このことが有用であるのは、高電流がシャントされない場合には、一部の安定器は、トライアックに損傷を与える恐れがある、より高い電流をピンに注入することになるためである。
各ゲート制御スイッチは、例えば、接続ピンのそれぞれのペアのうちの一方の接続ピンと、電力端子を介した第2のダイオードブリッジ整流器への入力との間にあり、制御端子は、接続ピンの対応するペアのうちの他方の接続ピンに接続されている。それゆえ、各ゲート制御スイッチは、第2のダイオードブリッジ整流器への(又は、第2のダイオードブリッジ整流器からの)電流の流れを可能にするか又は阻止し、またそれゆえ、並列構成を有効にするか又は無効にする。並列構成を無効にすることは、ピン安全性機能をもたらす。並列構成が有効にされると、回路内のダイオードは、直列構成の代わりに、並列構成を自動的に実行する。それゆえ、並列構成は、より低いインピーダンスを有し、同様にして、直列LEDの高インピーダンスを有するだけではなく余分な静電容量も有する、直列構成を事実上無効にする。
上述のように、ゲート制御スイッチと共に、コンデンサが、ピン安全性のために使用されてもよい。特に、ランプは、T8又はT12サイズの蛍光管状ランプをレトロフィットするように適合されている、管状LEDランプであってもよく、第1の安定器のタイプは、T8サイズ蛍光管状ランプに適合されており、第2の安定器のタイプは、T12サイズ蛍光管状ランプに適合されている。直列構成は、一方の入力端に第1の直列コンデンサ(C2)を、もう一方の入力端に第2の直列コンデンサ(C3)を含む。
それゆえ、これらのコンデンサは、ピン安全性を提供するために、接続ピンに存在している。例えば、第1の直列コンデンサ及び第2の直列コンデンサは、それぞれ、0.5nF〜10nFの範囲の静電容量を有する。
好ましくは、並列構成の順方向電圧は、直列構成の順方向電圧の実質的に半分である。このことは、異なるタイプの安定器に関する、レトロフィットランプの一貫した/同様の出力電力をもたらす。
蛍光照明安定器と共に使用される代わりに、レトロフィットランプは、例えばHID代替LEDランプであり、照明安定器は、HID照明安定器を含む。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以降で説明される実施形態から明らかとなり、当該の実施形態を参照して解明されるであろう。
本発明のより良好な理解のために、及び、どのようにして本発明が遂行され得るかをより明確に示すために、次に、例としてのみ、添付図面が参照される。
電子安定器用の既知のTLED設計を示す。 電磁安定器用の既知のTLED設計を示す。 本発明によるTLED設計の一実施例を示す。 図3のTLED設計を通る、一方の導電路を示す。 図3のTLED設計を通る、もう一方の導電路を示す。 検出回路及びスイッチQ1に関する代替的実施形態を示す。
本発明が、図を参照して説明される。
詳細な説明及び具体例は、装置、システム、及び方法の例示的実施形態を示すものであるが、単に例示目的に過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではない点を理解されたい。本発明の装置、システム、及び方法の、これら及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の請求項、及び添付の図面から、より良好に理解されるであろう。これらの図は、概略的なものに過ぎず、縮尺どおりに描かれていないことを理解されたい。また、同じ参照番号は、これらの図の全体を通して、同じ部分又は同様の部分を示すために使用されていることも理解されたい。
本発明は、蛍光照明安定器と共に使用されるための、レトロフィットランプを提供する。検出回路が、(少なくとも)接続されている安定器が、低出力電流を有する安定器であるか、又は高出力電流を有する安定器であるかを、検出する。それに応答して、LED構成が、低出力電流安定器用の直列構成で、又は、高出力電流安定器用の並列構成で接続されてもよい。このようにして、出力電力は、特に高出力電流安定器に関して、効率的な動作を確実にするように、維持及び管理される。異なる構成において、異なるピン安全性機能もまた提供される。
図3は、本発明の一実施例によるランプを示す。
ランプは、従来の管状ランプのように、4つの入力ピンを2つのペアとして備える。第1のペアは、ピンPin1及びPin2を含み、第2のペアは、ピンPin3及びPin4を含む。それぞれが、それぞれのヒューズ(fuser)F1〜F4に接続している。
4つのピンは、安定器に接続し、安定器は、電子高周波安定器(ラピッドスタート、インスタントスタート、又はプログラムスタートを伴うもの)であってもよく、又は、電磁安定器であってもよい。
ランプは、少なくとも2つのLEDセグメントを含む、LED構成D1〜D4、D41〜D44を備える。LED D1〜D4は、(それぞれが2つのLEDを有する、2つの並列分岐の)第1のセグメントを形成しており、LED D41〜D44は、(この場合もまた、それぞれが2つのLEDを有する、2つの並列分岐の)第2のセグメントを形成している。当然ながら、各セグメントは、任意の数のLEDを含んでもよい。
LED構成を駆動するための、安定器からの駆動電圧は、第1のペア及び第2のペアの両端間に存在する。ランプは、いずれかの端部から端部への向きで、かつ、2つの可能な180度の回転位置のうちのいずれかで、適用されることができる点に留意されたい。インスタントスタート安定器に対しては、ランプホルダがシャントされるため、各端部の2つのピンが短絡される。プログラムスタート安定器及びラピッドスタートEM安定器に対しては、4つのピン全てが接続される。
Pin1は、ブリッジダイオードBD2、BD3、BD6、及びBD7で形成されている第1のダイオードブリッジ整流器の、第1の入力に接続している。Pin3は、当該第1のダイオードブリッジ整流器の第2の入力に接続している。Pin1及びPin3から、第1のダイオードブリッジ整流器の(それぞれ)第1の入力及び第2の入力への接続は、直接ではなく、その代わりに、それぞれの直列コンデンサC2及びC3を介している。
Pin1はまた、ブリッジダイオードBD4、BD5、BD9、及びBD10から形成されている第2のダイオードブリッジ整流器の、第1の入力にも接続している。Pin3は、当該第2のダイオードブリッジ整流器の第2の入力に接続している。しかしながら、第2のダイオードブリッジ整流器への接続は、ゲート制御スイッチングデバイスQ1、Q2を介している。それゆえ、当該接続もまた直接ではなく、制御されることができる。
検出回路DET1、DET2は、接続されている安定器が、EM安定器、プログラムスタート安定器、又はラピッドスタート安定器を含めた、高出力電流電子安定器であるか、又は、インスタントスタート安定器を含めた低出力電流安定器であるかを、少なくとも検出するために使用される。
2つのLEDセグメントは、安定器が、インスタントスタート電子安定器のような低出力電流安定器である場合には、直列構成で接続され、安定器が、電磁安定器のような高出力電流安定器である場合には、並列構成で接続される。第1のダイオードブリッジ整流器は、直列構成に対して使用され、第2のダイオードブリッジ整流器は、並列構成に対して使用される。直列構成は、2つの直列コンデンサを含み、それらは、並列構成の導電路には存在していない。
構成は、いくつかの能動構成要素と、いくつかの受動構成要素とによって制御される。能動構成要素は、この実施例ではトライアックとして示されている、2つのゲート制御スイッチングデバイスQ1、Q2を含む。それらが閉じられると、第2のダイオードブリッジ整流器へのピン接続が実施される。このことは、LEDセグメントの並列接続を確立する。以下の論考から明らかとなるように、このことは、より低いインピーダンスに起因して、直列構成を自動的に無効にする。
受動部品は、ダイオードBD1、BD8、BD12、BD13を含み、これらは一体となって再構成回路を構成すると見なされてもよい。これらのダイオード、及び2つのダイオードブリッジ整流器のダイオードは、全て、グローバルダイオードブリッジ回路の一部と見なされてもよい点に留意されたい(それゆえ、それらは、ブリッジダイオードに関してはBD#と名付けられ、その一方で、LEDは、D#と名付けられている)。ダイオードBD1、BD8、BD12、BD13は、2つのダイオードブリッジ整流器間の交差経路を提供し、それゆえ、クロスオーバーダイオードを構成すると見なされてもよい。
第2のダイオードブリッジ整流器の正の出力から、第1のダイオードブリッジ整流器の正の出力への、第1のクロスオーバーダイオードBD1と、第1のダイオードブリッジ整流器の負の出力から、第2のダイオードブリッジ整流器の負の出力への、第2のクロスオーバーダイオードBD8と、第2のダイオードブリッジ整流器の正の出力から、少なくとも2つのLEDセグメント間の第1のノードN1への、第3のクロスオーバーダイオードBD12と、少なくとも2つのLEDセグメント間の第2のノードN2から、第2のダイオードブリッジ整流器の負の出力への、第4のクロスオーバーダイオードBD13とが存在している。
これらのクロスオーバーダイオードは、第2のダイオードブリッジ整流器からLEDセグメントに至り、また引き返す導電路を、並列方式で提供する。ダイオードBD11が、少なくとも2つのLEDセグメント間で直列に存在しており、第1のノードN1と第2のノードN2との間に接続されている。このことは、第2のダイオードブリッジ整流器の出力を短絡させる、ダイオードBD12とダイオードBD13との接続を阻止する。
検出回路は、ピンPin1、Pin2の第1のペアのピン間の、第1の検出ユニットDET1と、ピンPin3、Pin4の第2のペアのピン間の、第2の検出ユニットDET2とを含む。第1の検出ユニット及び第2の検出ユニットは、それぞれ、フィルタ回路及び対応のゲート制御スイッチQ1、Q2を含む。第1の検出ユニットDET1は、抵抗器R2と並列なコンデンサC1を有し、第2の検出ユニットDET2は、抵抗器R3と並列なコンデンサC4を有する。
この実施形態では、検出回路は、安定器のタイプを検出するために、安定器のランプフィラメントインタフェース回路の存在を検出するためのものであるが、これは、ランプフィラメントインタフェース回路の有無が、安定器が高出力電流安定器又は低出力電流安定器のいずれであるかに、強く関連しているためである。検出回路は、電圧検出機能を実行して、EM安定器/プログラムスタート/ラピッドスタート安定器のピン電圧が検出されない場合に、トライアックをオフに切り替え、そのようなピン電圧が検出される場合に、トライアックをオンに切り替える。北米におけるEM安定器及びプログラムスタート/ラピッドスタート安定器に関しては、このピン電圧は、例えば3.6Vである。C1及びR2を含むフィルタ回路は、誤った検出を回避するために、ピン電圧を平滑化するためのものである。
トライアックは、電流駆動型構成要素である。正又は負の微小電流が、ゲートピンを通過すると、トライアックは、短絡として導通することになる。インスタントスタート安定器の場合、各端部の2つのピンが短絡され、そのため、トライアックのゲートを通る電流は存在しない。トライアックは、開いている。
北米におけるEM安定器は、殆どがラピッドスタート安定器であり、3.6Vのフィラメント電圧を有する。各端部の2つのピンにおいてこのフィラメント電圧の場合、微小電流がゲートを通過して、トライアックが導通する。プログラムスタート安定器もまた、フィラメント電圧を有し、それにより、トライアックはまた導通することになる。プログラムスタート安定器のうちの一部は、トライアックに対して過度に高いゲート電流をもたらす恐れのある、より高いフィラメント電流を有する。この目的のために、追加的なRC構成要素又は異なる値が選択され、フィラメントの殆どをRC回路に通過させて、トライアックのゲートを通る電流を低減してもよい。図6は、この実施形態を示している。
それゆえ、プログラムスタート安定器、ラピッドスタート安定器、及びEM安定器の共通の特徴は、ランプフィラメント加熱回路である。EM安定器は、フィラメント検出回路を有さなくてもよいが、その一方で、プログラムスタート安定器及びラピッドスタート安定器は、フィラメント検出を有してもよい。これらは、「フィラメントインタフェース回路」と称される。インスタントスタート安定器は、フィラメントインタフェース回路を有さない。
上述のように、最も基本的な機能は、安定器がインスタントスタート電子安定器であるか又は電磁安定器であるかを検出することである。
インスタントスタート電子安定器に関する出力電流と、電磁/プログラムスタート/ラピッドスタート安定器に関する出力電流との間には、有意な差異が存在する。例えば、T8インスタントスタート電子安定器に関しては、出力電流は、T12電磁/プログラムスタート/ラピッドスタート安定器に関する電流の殆ど半分の低さである。このことは、単一のランプ設計に対して、適切なランプ電力を出力することは問題であることを意味する。安定器間の差異により、ランプ電流は、インスタントスタート電子高周波安定器に接続されている場合、約200mAになり得、低周波電磁安定器又はプログラムスタート/ラピッドスタート高周波安定器に接続されている場合、約430mAになり得る。同じLEDレイアウトに関しては、T12電磁/プログラムスタート/ラピッドスタート安定器に関する電力は、T8インスタントスタート電子安定器の2倍となる。
直列構成及び並列構成が、この問題を解決する。より高電流の安定器に対して並列構成を使用することによって、電流は2つの分岐間で分割され、各分岐が、LEDセグメントに対応するストリング電圧(すなわち、直列接続のストリング電圧の半分)で動作する。それゆえ、総電力が低減される。このようにして、LED構成は、ランプへの電流送達を整合させるように設定される。特に、この設計は、高出力電流安定器及び低出力電流安定器の双方によって駆動されることが可能なランプに対して、より良好なエネルギー節約性能を与える。また、並列構成は、トライアックが開かれることにより、アクティブとならないため、ランプが安定器に適切に接続されていない場合には、漏れ電流を導通させることがなく、直列構成は、導電性であるが、直列コンデンサが、EM安定器からの低周波電流を遮断し、HF安定器からの高周波電流を制限することにより、当該電流は、人間の接触に関しても有害ではない。それゆえ、検出回路及び再構成回路は、ピン安全性及び出力電力調整の双方を提供する。このことは、有意な技術的利点である。
上述ように、検出回路DET1、DET2は、接続されている安定器が、ラピッドスタート電子安定器若しくはプログラムスタート電子安定器又はEM安定器であるかを、検出することができる。この場合には、2つのLEDセグメントは、並列に接続されるが、これは、並列の接続が高電流動作モードであるためである。
図4は、直列構成に関する導電路を示し、図5は、並列構成に関する導電路を示す。双方とも、Pin1がPin3よりも高電圧であることにより、Pin1からPin3に電流が流れることを想定している。しかしながら、安定器(EM又はHFのいずれか)のAC出力電流の逆位相においては、反対の電流の流れ方向で、等価の導電路が存在する。当業者には明らかとなるように、ダイオードブリッジ整流器ダイオードの一方のサブセットは、1つの導電方向に対して使用され、残りの他方のサブセットは、反対の導電方向に対して使用される。
図4の直列構成に関しては、ランプがインスタントスタート安定器に接続されており、Pin1及びPin2の両端間、又はPin3及びPin3の両端間にピン電圧が存在せず、トライアックQ1、Q2がオフにされることが想定されている。導電路は、第1のダイオードブリッジ整流器の入力側ダイオードBD2を通り、第1のLEDセグメントD1〜D4を通り、直列ダイオードBD11を通り、第2のLEDセグメントD41〜D44を通り、第1のダイオードブリッジ整流器の出力側ダイオードBD7を通り、Pin3に至る。電流経路はまた、コンデンサC2、C3も通っている。
第2のダイオードブリッジ整流器は、2つのトライアックによって絶縁されているため、電流は、クロスオーバーダイオードを通って流れない。
図5の並列構成に関しては、ランプがプログラムスタート/ラピッドスタート安定器又はEM安定器に接続されており、そのため、Pin1及びPin2の両端間、並びにPin3及びPin4の両端間にピン電圧が存在し、トライアックQ1、Q2がオンにされることが想定されている。
第1の導電路は、第1のトライアックQ1を通り、第2のダイオードブリッジ整流器の入力側ダイオードBD4を通り、クロスオーバーダイオードBD1を通り、第1のLEDセグメントD1〜D4を通り、クロスオーバーダイオードBD13を通り、第2のダイオードブリッジ整流器の出力側ダイオードBD10を通り、トライアックQ2を通り、Pin3に至る。これは、第1の並列分岐である。
第2の導電路は、第1のトライアックQ1を通り、第2のダイオードブリッジ整流器の入力側ダイオードBD4を通り、クロスオーバーダイオードBD12を通り、第2のLEDセグメントD41〜D44を通り、クロスオーバーダイオードBD8を通り、第2のダイオードブリッジ整流器の出力側ダイオードBD10を通り、トライアックQ2を通り、Pin3に至る。これは、第2の並列分岐である。クロスオーバーダイオードは、直列構成が抑止されるように、(他方の)LEDセグメントよりも直接的な導電路をLEDセグメントに提供する。
検出回路は、フィラメントエミュレーション回路として機能する。それらは、プログラムスタート安定器用のフィラメントをエミュレートする、RCネットワーク回路を含む。それらは、プログラムスタート(又は、ラピッドスタート)安定器に接続されると、並列モードを設定するようにトライアックをトリガする。それゆえ、検出回路は、必要とされる検出及びフィラメントエミュレーションを提供するために、示されている単純な並列構成よりも、複雑なRCネットワークを有してもよい。
上述のように、直列コンデンサC2、C3は、電流制限機能並びにピン安全性機能を提供する。第1の直列コンデンサ及び第2の直列コンデンサは、それぞれ、0.5nF〜10nFの範囲の静電容量を有してもよい。
直列構成では、コンデンサは(低周波に対して高いインピーダンスを有しているため)、身体に有害なものである低周波成分に対して電流遮断機能を提供し、かつ、電子安定器からの高周波電流を制限する。コンデンサは、低周波(電磁)安定器に対する回路内には存在しないため、当該回路の低周波動作の動作を妨げない。
低周波電磁安定器と共に動作している場合、トライアックは、異常な電流条件を遮断することによって、ピン安全性を実行する。ピン電圧が検出されない場合は、ランプがEM安定器又はプログラムスタート安定器又はラピッドスタート安定器に適切に接続されておらず、トライアックが開いており、並列構成が非アクティブであることを意味する。残っている直列構成は、EM安定器からの低周波電流を遮断し、プログラムスタート/ラピッドスタート安定器又はインスタントスタート安定器からの高周波電流を、人間に危険なレベルから制限するための、直列コンデンサを有する。それゆえ、ランプが(誤って)接続されている安定器のタイプに関わりなく、危険な電流は存在しない。
上記の実施形態では、検出回路は、安定器内の、当該出力電流に直接相関するフィラメントインタフェース回路を検出するための、電圧検出回路によって実装されている。これは一実施例に過ぎない。検出回路は、安定器が低電流タイプであるか又は高電流タイプであるかを判定するための、他の方法を使用することができる。例えば、検出は、安定器の出力電流を直接感知するための、電流感知要素を有してもよい。
上記の実施形態は、蛍光ランプ用の照明安定器に基づくものである点に留意されたい。本発明はまた、HIDランプ用の種々の照明安定器に対して汎用性のある、HIDレトロフィットLEDランプを提供するためにも適用可能である。
電圧フィルタリングなどの回路最適化のための、いくつかの追加的なコンデンサ及び抵抗器が、図3に示されている点に留意されたい。
図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者により理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に実行されることができる。請求項では、単語「備える(comprising)」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「1つの(a)」又は「1つの(an)」は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項において列挙される、いくつかの項目の機能を果たすことができる。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得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、又は他のハードウェアの一部として供給される、光学記憶媒体又は固体媒体などの、好適な媒体上に記憶/分散されてもよいが、また、インターネット、又は他の有線若しくは無線の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。請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

  1. 照明安定器と共に使用されるためのレトロフィットランプであって、
    接続ピンの第1のペア、及び接続ピンの第2のペアと、
    前記第1のペアの前記接続ピンの間、及び/又は、前記第2のペアの前記接続ピンの間の、フィラメントエミュレーション回路と、
    前記フィラメントエミュレーション回路の両端間に存在する可能性がある加熱電圧に反応する、電圧検出要素を含む、検出回路と、
    少なくとも2つのLEDセグメントを含む、LED構成と、
    前記加熱電圧が存在していない場合には、前記少なくとも2つのLEDセグメントを直列構成で接続するように、及び、前記加熱電圧が存在している場合には、前記少なくとも2つのLEDセグメントを並列構成で接続するように適合されている、再構成回路と、を備える、レトロフィットランプ。
  2. 前記直列構成が、前記並列構成の導電路においてはバイパスされるように適合されている、直列静電容量を含み、前記照明安定器が、蛍光照明安定器を含む、請求項1に記載のレトロフィットランプ。
  3. 前記検出回路が、接続されている前記照明安定器がランプインタフェース回路を有さない第1のタイプの安定器であるか、及び/又は、ランプインタフェース回路を有する第2のタイプの安定器であるかを検出するために、前記存在する可能性がある加熱電圧に反応するように適合されており、前記ランプインタフェース回路が、前記加熱電圧を出力するように適合されている、ランプフィラメント加熱回路を含み、
    前記第1のタイプの安定器が、インスタントスタート電子安定器を含み、前記第2のタイプの安定器が、
    電磁安定器、
    プログラムスタート電子安定器、及び、
    ラピッドスタート電子安定器のうちの、いずれか1つを含む、請求項2に記載のレトロフィットランプ。
  4. 前記第1のタイプの安定器が、第1の電流を出力するように定格されており、前記第2のタイプの安定器が、前記第1の電流よりも高い第2の電流を出力するように定格されており、
    前記ランプインタフェース回路が、ランプフィラメントインピーダンスを検出するように適合されている、ランプフィラメント検出回路を更に含み、
    前記ラピッドスタート電子安定器内の前記ランプフィラメント加熱回路が、500ms以内の間、動作するように適合されており、前記プログラムスタート電子安定器内の前記ランプフィラメント加熱回路が、1sよりも長い間、動作するように適合されている、請求項3に記載のレトロフィットランプ。
  5. 前記フィラメントエミュレーション回路が、抵抗及び静電容量のうちの少なくとも一方を含む、請求項1に記載のレトロフィットランプ。
  6. 前記直列構成に対して使用されるように適合されている、第1のダイオードブリッジ整流器であって、前記少なくとも2つのLEDセグメントの前記直列構成が、前記第1のダイオードブリッジ整流器の正の出力と負の出力との間にある、第1のダイオードブリッジ整流器と、
    前記並列構成に対して使用されるように適合されている、第2のダイオードブリッジ整流器であって、前記並列構成が、前記第2のダイオードブリッジ整流器の正の出力と負の出力との間にある、第2のダイオードブリッジ整流器と、
    を備える、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ランプ。
  7. 前記第2のダイオードブリッジ整流器の前記正の出力から、前記少なくとも2つのLEDセグメントのうちの第1のLEDセグメントのアノードへの、第1のクロスオーバーダイオードと、前記少なくとも2つのLEDセグメントのうちの第2のLEDセグメントのカソードから、前記第2のダイオードブリッジ整流器の前記負の出力への、第2のクロスオーバーダイオードと、前記第2のダイオードブリッジ整流器の前記正の出力から、前記少なくとも2つのLEDセグメントのうちの前記第2のLEDセグメントのアノードへの、第3のクロスオーバーダイオードと、前記少なくとも2つのLEDセグメントのうちの前記第1のLEDセグメントのカソードから、前記第2のダイオードブリッジ整流器の前記負の出力への、第4のクロスオーバーダイオードと、を更に備える、請求項6に記載のレトロフィットランプ。
  8. 前記直列構成が、前記第1のLEDセグメントの前記カソードから前記第2のLEDセグメントの前記アノードへの方向を順方向とする、ダイオードを更に含む、請求項7に記載のレトロフィットランプ。
  9. 前記検出回路が、前記第1のペアのピン間の、第1の検出ユニットと、前記第2のペアのピン間の、第2の検出ユニットとを含む、請求項に記載のレトロフィットランプ。
  10. 前記第1の検出ユニット及び前記第2の検出ユニットが、それぞれ、電力端子及び制御端子を有するゲート制御スイッチを含み、前記ゲート制御スイッチが、前記ペアのピン間の電圧が閾値を超過する場合に、前記第2のダイオードブリッジ整流器を接続するように適合されている、請求項9に記載のレトロフィットランプ。
  11. 各ゲート制御スイッチが、トライアック、バイポーラトランジスタ、又はMOSFETを含み、
    前記検出ユニットが、それぞれの前記ペアの接続ピン間に、コンデンサ及び抵抗器を並列に有する、フィルタ回路を更に含み、
    前記ゲート制御スイッチが、オプションとして、前記ゲート制御スイッチの前記制御端子から、前記ペア間の電流の一部分をシャントするための、シャント回路を更に含む、請求項10に記載のレトロフィットランプ。
  12. 各ゲート制御スイッチが、それぞれのペアの接続ピンのうちの一方の接続ピンと、前記電力端子を介した前記第2のダイオードブリッジ整流器への入力との間にあり、前記制御端子が、対応するペアの接続ピンのうちの他方の接続ピンに接続されている、請求項10又は11に記載のレトロフィットランプ。
  13. T8又はT12サイズの蛍光管状ランプをレトロフィットするように適合されている、管状LEDランプを含み、前記第1の安定器が、T8サイズの蛍光管状ランプに適合されており、前記第2のタイプの安定器が、T12サイズの蛍光管状ランプに適合されており、
    前記直列構成が、一方の入力端に第1の直列コンデンサを含み、もう一方の入力端に第2の直列コンデンサを含む、請求項3に記載のレトロフィットランプ。
  14. 前記第1の直列コンデンサ及び前記第2の直列コンデンサが、それぞれ、0.5nF〜10nFの範囲の静電容量を有し、
    前記並列構成の順方向電圧が、前記直列構成の順方向電圧の実質的に半分である、請求項13に記載のレトロフィットランプ。
  15. HID代替LEDランプを含み、前記照明安定器が、HID照明安定器を含む、請求項1に記載のレトロフィットランプ。
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