JP6997885B2 - 交換可能なモジュールのピーク電流除去のための放電回路設計 - Google Patents

Description

本発明は、交換可能なＬＥＤ回路に関する。本発明は、更に、交換可能なＬＥＤ回路を有する照明器具に関する。

将来的には、ＬＥＤモジュールは現場で交換可能になるだろう。このことは、法律（循環経済）、及び現場で偶発的に故障したモジュールを交換する必要性によって促されている。これらのモジュールを交換する際には、システムに給電しているＬＥＤドライバは、全ての場合に、ＬＥＤモジュールを交換する前に、オフに切り替えられるとは限らないことが予想される。その場合には、新しいＬＥＤモジュールとＬＥＤドライバとの間の電気的接続がなされるときに、ＬＥＤドライバの出力段によってモジュールへピーク電流が出力される可能性があり、これは、ＬＥＤに損傷を与える可能性がある。

本明細書に記載されている発明は、ＬＥＤドライバをオフに切り替えずにＬＥＤモジュールが交換される場合に、ＬＥＤドライバの出力段によって出力されるピーク電流が、ＬＥＤに到達し、ＬＥＤに可能性のある損傷を与える前に、減少されるようにする。このピーク電流は、ＬＥＤドライバの出力に起因するピーク電流であることから、アウトラッシュ電流（outrush current）とも呼ばれている。ＬＥＤモジュールが別のＬＥＤモジュールに交換され、新しいＬＥＤモジュールをＬＥＤドライバに接続すると、ＬＥＤドライバによってピーク電流が出力される場合、ＬＥＤは損傷を受け、結果的に期待寿命が低下するというのが、本発明者の洞察である。それ故、この単一のピーク電流がＬＥＤを流れることを防止することが重要である。

本発明の目的は、ピーク電流によってＬＥＤが損傷を受けないように、前記ＬＥＤを通る前記ピーク電流を減少させる交換可能なＬＥＤ回路を提供することである。

この課題を解決するために、本発明の第１態様においては、交換可能なＬＥＤ回路が、
－ 電源によって供給される電力を受け取るための対の入力ピンと、
－ 前記電力を受け取るために前記対の入力ピンの間に結合されるＬＥＤストリングと、
－ 前記ＬＥＤストリングに並列に結合されるサージ保護回路とを有し、前記サージ保護回路が、
－ 前記ＬＥＤストリングに前記電力が供給されるときに充電するよう構成されるコンデンサ、及び
－ 前記コンデンサと直列に結合される電流調整器であって、前記コンデンサが充電することを可能にすると共に、前記コンデンサが前記ＬＥＤストリングへ放電することを防止するように構成される電流調整器を有する。

前記交換可能なＬＥＤ回路がアクティブなＬＥＤドライバに結合されるとき、前記サージ保護回路は、前記ＬＥＤストリングを通る突入電流が減少されるように前記ＬＥＤドライバの出力段を放電し、前記突入電流が前記ＬＥＤストリングの寿命に与える影響を減少させる。前記電流調整器は、電流が、前記ＬＥＤストリングへ流れるよう前記コンデンサから流れることを防止する。このような電流の流れは、前記ＬＥＤドライバの動作に悪影響を及ぼし得る。

他の例においては、前記サージ保護回路は、前記コンデンサを放電するための放電回路を更に有する。

これは、前記ＬＥＤドライバが前記交換可能なＬＥＤ回路への電流の供給を停止した後に、前記コンデンサが放電することを可能にする。前記交換可能なＬＥＤ回路の、別のＬＥＤドライバとの別の再接続の場合には、前記コンデンサは、放電され、別の突入電流を吸収することを可能にする。

他の例においては、前記電流調整器はダイオードである。

これは、前記突入電流が前記コンデンサによって吸収されることを可能にすると共に、前記コンデンサが前記ＬＥＤストリングを介して放電することを防止するための簡単で安価な実施形態を提供する。

他の例においては、前記電流調整器は半導体スイッチである。

これは、前記突入電流が前記コンデンサによって吸収されることを可能にすると共に、前記コンデンサが前記ＬＥＤストリングを介して放電することを防止するためのより汎用性の高い実施形態を提供する。

他の例においては、前記交換可能なＬＥＤ回路基板が前記ＬＥＤドライバに接続されるときに、前記交換可能なＬＥＤ回路基板を通る突入電流が前記交換可能なＬＥＤ回路基板の安全動作領域内にとどまるように、前記半導体スイッチが閉じられる。

前記交換可能なＬＥＤ回路がアクティブなＬＥＤドライバに結合されるとき、前記サージ保護回路は、前記ＬＥＤストリングを通る突入電流が前記ＬＥＤストリングの安全動作領域内におさまるように前記ＬＥＤドライバの出力段を放電する。前記突入電流が前記ＬＥＤストリングの前記安全動作領域内にとどまる場合には、前記ＬＥＤストリングの寿命への悪影響はない。

他の例においては、前記ＬＥＤストリングは、ライファイ（light fidelity）又は可視光通信プロトコルを使用して動作するよう構成される。

この状況においては、前記ＬＥＤストリングと並列にキャパシタンスが生じることはないかもしれない。これは、前記通信プロトコルを妨害する可能性がある。通常動作モードにおいては、前記電流調整器が、前記コンデンサが前記ＬＥＤストリングの電流に如何なる影響を及ぼすことも防止する。

他の例においては、前記コンデンサの充電中、前記ＬＥＤストリングを通る電流は、前記ＬＥＤストリングの公称電流の４倍を超えない。

前記ＬＥＤストリングを通る突入電流が前記公称電流の４倍未満のままである限り、前記ＬＥＤストリングの寿命は少なくとも２０，００００時間であることが保証され得る。

他の例においては、前記ＬＥＤストリングと前記サージ保護回路とが同じプリント回路基板に配置される。

前記サージ保護回路を前記ＬＥＤストリングと同じプリント回路基板に有することは、前記保護回路が少なくとも１回は前記ＬＥＤストリングを保護することを保証する。

他の例においては、前記コンデンサは多層セラミックコンデンサタイプのものである。

このタイプのコンデンサは、突入電流を吸収するのに最も適している。

別の例においては、照明器具が、
－ 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の交換可能なＬＥＤ回路と、
－ 前記交換可能なＬＥＤ回路基板に電力を供給するためのＬＥＤドライバとを有する。

前記照明器具は、前記照明器具をオフにすることなく、ＬＥＤストリングを安全に交換することを可能にする交換可能なＬＥＤ回路を有する。

ここで、添付図面を参照して本発明の例について説明する。
アクティブなＬＥＤドライバに接続されるときにＬＥＤを通るピーク電流を減少させるよう構成される交換可能なＬＥＤ回路の例を示す。 アクティブなＬＥＤドライバに接続されるときにＬＥＤを通るピーク電流を減少させるよう構成される交換可能なＬＥＤ回路の他の例を示す。

図１は、交換可能なＬＥＤ回路１の例を示している。交換可能なＬＥＤ回路１は、ＬＥＤドライバによって供給される電力を受け取るための入力ピンＩｎを有する。交換可能なＬＥＤ回路１は、ＬＥＤドライバによって電流が供給されるときに光を発するＬＥＤストリング３を更に有する。サージ保護回路２は、ＬＥＤストリング３と並列に結合される。サージ保護回路２は、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と直列に電流調整器Ｄ１を有する。この例においては、電流調整器Ｄ１は、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が、ＬＥＤドライバの電流によって充電されることはできるが、前記ＬＥＤストリング３を介して放電されることはできないように配置されるダイオードである。

大きすぎる電流がサージ保護回路２を流れることを防止するよう、抵抗器Ｒ１が導入されることができ、さもなければ、前記大きすぎる電流がダイオードＤ１及びコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のうちの１つに損傷を与えるだろう。

交換可能なＬＥＤ回路１が電流を全く受け取っていないときにコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を放電するための放電回路Ｒ２が導入され得る。この例においては、放電回路Ｒ２は抵抗器として実施されている。放電回路Ｒ２はまた、ＬＥＤドライバが交換可能なＬＥＤ回路１に電流を全く供給していないときにしかコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を放電しない能動回路であってもよい。

コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、任意の値を有してもよく、主に、ＬＥＤストリング３及びＬＥＤドライバの電流能力に依存する。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の値は、ピーク電流が、ＬＥＤストリング３がもはや損傷を受けないようなレベルに減少されるように、調整され得る。

ＬＥＤストリング３に電力を供給するＬＥＤドライバは、定電流源であってもよい。ＬＥＤドライバは、ＬＥＤストリング３が光を発するための電流を供給する。ストリング内のＬＥＤが故障する場合、ＬＥＤストリング３の光出力は低下する。それ故、ＬＥＤは、故障したＬＥＤが交換され得るように交換可能なＬＥＤ回路１に取り付けられる。ＬＥＤドライバが、オフにされていない場合、又はオフにされることができない場合がある。交換可能なＬＥＤ回路１がＬＥＤドライバから切り離されるときには、ＬＥＤドライバの出力における電圧はＬＥＤドライバの最大許容電圧まで急増する。これは通常、ＬＥＤドライバの過電圧保護機能によって調整される。新しい交換可能なＬＥＤ回路１がＬＥＤドライバの出力に結合されるときには、ＬＥＤドライバの出力電圧がＬＥＤストリング３の順方向電圧よりもはるかに大きいことから、ピーク電流がＬＥＤストリング３を流れる。この電圧差が、ＬＥＤドライバからＬＥＤストリング３に向かって流れるピーク電流をもたらす。サージ保護回路２は、ＬＥＤストリング３と同じプリント回路基板（ＰＣＢ）に配置され得る。このサージ保護回路２は、残りの電流によってＬＥＤストリング３が損傷を受けないように、ピーク電流の大部分を吸収する。電流調整器Ｄ１は、ピーク電流に対して低いインピーダンスを有し、電流がサージ保護回路２を容易に流れることを可能にし、ピーク電流のエネルギをコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積する。

コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、ピーク電流の吸収後には、（部分的に）充電されていることから、サージ保護回路２は、ピーク電流に対する更なる保護を提供することができなくなる。場合によっては、複数のピーク電流に対する、例えば、ＬＥＤドライバが起動するたびの、更なる保護を提供することが望まれることがある。その場合、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と並列接続の放電回路Ｒ２が、交換可能なＬＥＤ回路１に電流が供給されないときにコンデンサを放電するために使用され得る。図１において示されている放電回路Ｒ２は、抵抗器として実施されている。これは、交換可能なＬＥＤ回路１に電流が供給されていないときだけでなく、ＬＥＤストリング３の動作中にも、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の放電を提供し、交換可能なＬＥＤ回路１において追加の損失を発生させる。放電回路Ｒ２の別の実施形態は、ＬＥＤドライバによって供給されている電流がないときにしかコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を放電しないスマート回路を導入するものである。電流が供給されていないかどうかを検出する方法は、入力ピンにおける高周波信号を感知することによるものである。高周波信号は、ＬＥＤドライバのスイッチング動作から来ており、三角電流波形としてＬＥＤストリング３の方へ運ばれ、ＬＥＤの順方向電圧において電圧リップルをもたらす。

図２は、交換可能なＬＥＤ回路１の例を示している。交換可能なＬＥＤ回路１は、ＬＥＤドライバによって供給される電力を受け取るための入力ピンＩｎを有する。交換可能なＬＥＤ回路１は、ＬＥＤドライバによって電流が供給されるときに光を発するＬＥＤストリング３を更に有する。サージ保護回路２は、ＬＥＤストリング３と並列に結合される。サージ保護回路２は、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と直列に電流調整器Ｑ１を有する。この例においては、電流調整器Ｑ１はスイッチング要素であり、前記スイッチング要素は、この例においては、更に、トランジスタとして実施されている。トランジスタは、入力電圧がトランジスタのベース・ソースノードの順方向電圧を超えるときに、導通を開始する。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、ＬＥＤストリングの順方向電圧からトランジスタにわたる電圧降下を差し引いた値まで充電する。トランジスタはまた、外部制御信号を介して制御されてもよい。その場合、トランジスタはまた、制御可能に、電流がコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に流れ込むことを可能にするために使用され得る。例えば、ＬＥＤストリング３が標準的な定電流源によって駆動される場合には、追加のキャパシタンスは、電流の安定性を向上させるのに役立ち得る。この場合には、トランジスタは、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３がＬＥＤストリング３を介して放電することができるように、閉じたままにしておくことができる。ＬＥＤストリング３がパルス幅変調電流で駆動される場合、例えば、調光中、又は符号化光若しくはＬｉＦｉのためにＬＥＤストリング３を動作させる間には、ＬＥＤストリング３と並列接続の追加のキャパシタンスは望ましくない。その場合、トランジスタは、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３がＬＥＤストリング３を介して放電することができないように、開いたままにしておくことができる。

全ての例において、ＬＥＤストリング３とサージ保護回路２とが同じプリント回路基板に配置されてもよい。

全ての例において、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、多層セラミックタイプ、フィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ、電解コンデンサのうちの１つであり得る。

Claims (10)

1. アクティブなＬＥＤドライバに結合されるよう構成される交換可能なＬＥＤ回路であって、前記交換可能なＬＥＤ回路が、
   前記ＬＥＤドライバによって供給される電力を受け取るための対の入力ピンと、
   前記電力を受け取るために前記対の入力ピンの間に結合されるＬＥＤストリングと、
   前記ＬＥＤストリングに並列に結合されるサージ保護回路とを有し、前記サージ保護回路が、
   前記ＬＥＤストリングに前記電力が供給されるときに充電するよう構成されるコンデンサ、及び
   前記コンデンサと直列に結合される電流調整器であって、前記コンデンサが充電することを可能にすると共に、前記コンデンサが前記ＬＥＤストリングへ放電することを防止するように構成される電流調整器を有する交換可能なＬＥＤ回路。
2. 前記サージ保護回路が、前記コンデンサを放電するための放電回路を更に有する請求項１に記載の交換可能なＬＥＤ回路。
3. 前記電流調整器がダイオードである請求項１乃至２のいずれか一項に記載の交換可能なＬＥＤ回路。
4. 前記電流調整器が半導体スイッチである請求項１乃至２のいずれか一項に記載の交換可能なＬＥＤ回路。
5. 前記交換可能なＬＥＤ回路が前記ドライバに接続されるときに、前記交換可能なＬＥＤ回路を通る突入電流が前記交換可能なＬＥＤ回路の安全動作領域内にとどまるように、前記半導体スイッチが閉じられる請求項４に記載の交換可能なＬＥＤ回路。
6. 前記ＬＥＤストリングが、ライファイ又は可視光通信プロトコルを使用して動作するよう構成される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の交換可能なＬＥＤ回路。
7. 前記ＬＥＤストリングと前記サージ保護回路とが同じプリント回路基板に配置される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の交換可能なＬＥＤ回路。
8. 前記コンデンサが多層セラミックコンデンサタイプのものである請求項１乃至７のいずれか一項に記載の交換可能なＬＥＤ回路。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の交換可能なＬＥＤ回路と、
   前記交換可能なＬＥＤ回路に電力を供給するためのＬＥＤドライバとを有する照明器具。
10. 前記ＬＥＤドライバが定電流ドライバである請求項９に記載の照明器具。

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