JP2017503465A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

本願は、低電力負荷３と、低電力負荷３用のドライバ２と、メイン供給電力４を通常電力負荷５用の供給電力に変換するための電子トランス２に接続するためのコネクタ３００と、電子トランス２の動作の間、自励発振を持続させるために、逆電流Ｉｒｅｖ＿ＬＰ、Ｉｒｅｖ＿ＳＢを提供する逆電流生成手段Ｌｐ、ＳＢとを含み、逆電流Ｉｒｅｖ＿ＬＰ、Ｉｒｅｖ＿ＳＢの電流フローの方向は、電子トランス２の出力電流と反対の方向である、低電力負荷装置１を説明する。更に、本願は、メイン供給電力４を通常電力負荷用の供給電力に変換するための電子トランス２と、低電力光源３０を含む、電子トランス２に接続される低電力負荷３とを含む照明装置１であって、当該照明装置１は、トランス２が低電力負荷３を駆動するときにトランスの自励発振を持続させるために、逆電流Ｉｒｅｖ＿ＬＰ、Ｉｒｅｖ＿ＳＢを提供する逆電流生成手段Ｌｐ、ＳＢを含み、逆電流Ｉｒｅｖ＿ＬＰ、Ｉｒｅｖ＿ＳＢの電流フローの方向は、電子トランス２の出力電流と反対の方向である、照明装置１を説明する。また、本願は、通常電力負荷５を駆動するための電子トランス２で低電力負荷３を駆動する方法も説明する。

Description

本発明は、照明装置、電子トランス装置、及び低電力照明負荷を説明する。

一部のタイプの照明装置は、特定の電圧レベルを得るためにトランスが用いられることを必要とする。例えばハロゲンランプは、メイン電圧をより低いレベル、通常は１２Ｖに変換するためのトランスを必要とする。ハロゲンランプは、典型的には２０Ｗ〜５０Ｗの電力を消費する。通常、斯様な負荷を駆動するのに用いられるトランスは、メイン周波数よりもはるかに高い周波数でスイッチングするスイッチモード電源である。通常、電子トランスは、自励発振の原理によって動作する。しかしながら、ＬＥＤ光源は、当該ＬＥＤ光源と同等のハロゲン光源よりも、はるかに高いワット当たりルーメンの比率を有し、著しく少ない電力を消費するので、このタイプのトランスは、ＬＥＤに基づく新しいランプと共にはうまく機能しない。自励発振する電子トランスは、発振を維持するために、最小負荷電流（すなわち光源を通る電流）を必要とする。しかしながら、ＬＥＤはハロゲンランプよりも著しく少ない電流を引き込むので、上述のタイプの電子トランスを用いて駆動されるとき、電子トランスの自励発振が中断される恐れがある。特に、斯様なＬＥＤランプと併せて調光器が用いられるとき、電子トランスの自励発振の中断は、不安定な調光器動作の原因となる。これは、ＬＥＤの光出力における目に見えるフリッカの原因となる恐れがある。

この不適合は、既存の照明装置のハロゲン光源を、同等のＬＥＤ光源によって置き換えることが望ましいときに問題である。ここで「同等」とはランプ型のコンテキストで理解されるものであり、例えばＭＲ１６ランプ型は、ランプソケット及びルーメン出力を規定する。ＬＥＤ光源は通常、ハロゲン光源よりも著しく長い寿命を有し、著しく少ない電力を消費するので、斯様なレトロフィッティングは、環境の観点から望ましい。通常、既に調光器及びトランスを含む斯様な照明装置の光源にだけはアクセスすることが可能であるが、電子トランス（及び調光器）は、たとえ熟練した技術者によっても修正のためにアクセスされることができないので、通常、比較的低電力を使用するＬＥＤ光源は、「通常電力」のハロゲン光源を置き換えるために用いられることができない。

したがって、本発明の目的は、上述の問題点を回避する改善された照明装置を提供することである。

本発明の目的は、請求項１に記載の低電力負荷装置によって、請求項５に記載の照明装置によって、及び請求項１５に記載の低電力負荷を駆動する方法によって達成される。

本発明によると、低電力負荷装置は、低電力光源と、低電力光源を駆動するためのドライバと、メイン供給電力を通常電力負荷用の供給電力に変換するために実現された電子トランスに接続するための入力端子と、電子トランスの動作の間、自励発振を持続させるために、逆電流を提供するように実現される逆電流生成手段とを含む。

電子トランスは通常、特定の電力の範囲すなわち定格電力内の負荷と共に用いるためにデザインされる。電子トランスの構成要素は、電子トランス及び負荷がこの電力範囲内で問題なく動作するように選択される。電子トランスの電力定格は、電子トランスの負荷の電力定格と合致されなければならないので、ここで「通常電力負荷」との用語は、電子トランスの意図されたアプリケーションに適した定格電力を有する負荷として理解されるべきである。例えば、電子トランスが４０Ｗの定格電力を有する負荷を駆動するためにデザインされている場合、負荷の「通常電力」は４０Ｗである。したがって、「低電力負荷」は、電子トランスが合致された「通常電力」の負荷の定格電力よりも著しく低い定格電力を有する負荷であり、したがって電子トランスは、困難又はマイナスの副次的影響なく、この低電力負荷を駆動するのに直接用いることができない。本発明のコンテキストでは、「通常電力負荷」との用語は、少なくとも２０Ｗを消費する負荷として理解され、電子トランスは、斯様な通常電力負荷を駆動するために実現されたものとして理解され、「低電力負荷」との用語は、最大で７Ｗの領域で電力を消費する負荷として理解されるべきである。

電子トランスは、出力電流すなわち「順電流」、すなわち、エネルギが電子トランスから負荷回路に伝送されるような極性を有する出力電流を、負荷回路に提供するために実現される。したがって本発明のコンテキストでは、逆電流は、電流フローの方向が、電子トランスの出力電流すなわち「順電流」と反対の方向の電流である。

本発明による低電力負荷装置の利点は、たとえ電子トランスが本来は明確に通常電力負荷を駆動するためにデザインされていた場合であっても、電子トランスが低電力光源に電力供給するために用いられ得ることである。この態様で、ＬＥＤ照明装置等の既存のタイプの低電力負荷装置への比較的単純な修正で、この低電力装置が、より古いタイプの電子トランスと共に用いられることができ、上述のような不必要な無駄を回避する。

本発明によると、照明装置は、メイン供給電力を通常電力負荷用の供給電力に変換するための電子トランスと、低電力光源を含む、電子トランスに接続される低電力負荷とを含み、照明装置は、電子トランスが低電力負荷を駆動するときにトランスの自励発振を持続させるために、逆電流を提供する逆電流生成手段を含み、逆電流は、電流フローの方向が電子トランスの出力電流と反対の方向の電流である。

本発明による照明装置の利点は、ほんの小さな調節だけで、本来は通常電力負荷を駆動するためにデザインされた電子トランスを、当該電子トランスがたとえ非常に低い負荷電流レベルにおいても問題なく発振し続けるような態様で、低電力光源等の低電力負荷を駆動するのに用いることが可能であることである。この態様で、より古い世代の電子トランスの有用な寿命は延長され、不必要な無駄や関連する環境へのマイナスの影響を回避することができ、より新しい低電力負荷は、これらの電子トランスを用いて駆動され、最初に専用のトランスを特別にデザイン及び製造する必要なく用いられ得る。本発明による照明装置は、例えば電子トランス（及び調光器）を変更しないまま光源をＬＥＤ光源で置き換えることだけによって、既存の照明装置をレトロフィッティングすることを可能にする。逆電流生成手段は、たとえ低電力負荷が通常電力負荷よりも大幅に少ない負荷電流を引き込む場合であっても、電子トランスが安定して動作することを保証する。

本発明によると、低電力負荷を駆動する方法は、メイン供給電力を通常電力負荷用の供給電力に変換するために実現された電子トランスに、低電力負荷を接続するステップと、電子トランスが低電力負荷を駆動するときにトランスの自励発振を持続させるために、逆電流を提供するステップとを含む。

本発明による方法の利点は、単純に適切な逆電流を提供することによって、レトロフィッティングされる低電力光源等の低電力負荷が、通常電力負荷を駆動することを意図された電子トランスによって駆動され得ることである。この態様で、例えば、より古い照明装置が、調光器及びトランスの乏しい適合性や、結果としてもたらされる可視的なフリッカといういかなる通常の欠点も有さずに、比較的経済的且つ簡単な態様でＬＥＤ等の低電力光源を用いるためにアップグレードされ得る。

従属請求項及び以下の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴を開示する。実施形態の特徴は、必要に応じて組み合わされてもよい。ある請求項のカテゴリのコンテキストで説明される特徴が、別の請求項のカテゴリにも等しく当てはまり得る。

以下において、本発明を決して限定することはないが、「通常電力負荷」は、ハロゲンランプ装置等の負荷であり、電子トランスは、当初は斯様な負荷を駆動するために実現されることが仮定される。本発明によると、斯様な電子トランスの使用は、知覚可能な苛立たしいフリッカがなく「低電力負荷」が駆動され得るように調整される。やはり本発明を決して限定することなく、以下において低電力光源は、１以上のＬＥＤを含むことが仮定される。

したがって本発明の好ましい実施形態では、電子トランスは、当初は１以上の２０Ｗ〜６０ＷのＭＲ１６ハロゲンランプを含む「通常電力」の負荷を駆動するために実現されているトランスを含む。本発明による照明装置の逆電流生成手段を用いて、この電子トランスは、斯様な「通常電力」の負荷よりも著しく少ない電力を全体で消費する１以上の本発明による低電力負荷装置を駆動するのに用いられるときに、安定した態様で、すなわち電子トランスの自励発振の望ましくない中断がなく、ひいてはいかなるマイナスの又は知覚可能な副次的影響もなく、動作し得る。例えば低電力負荷は、並列構成で接続される複数の本発明による低電力負荷装置を含んでもよい。

本発明の好ましい実施形態では、低電力光源は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。ＬＥＤは比較的低レベルの電力を消費するので、また、ＬＥＤのデザインにおける開発がＬＥＤの電力消費の更なる低減をもたらしているので、本発明による照明装置は好ましくは、最大で７Ｗ、好ましくは最大で４Ｗを消費するように実現される低電力光源を含む。もちろん、適切な選択の電子構成要素を用いて、本発明による照明装置は、電子トランスの自励発振のいかなる中断もなく、４Ｗ未満を消費する低電力負荷を駆動するのにさえ用いられ得る。本発明による照明装置は、従来技術の解決策とは対照的に、照明装置が用いる低電力光源についての最小電力要件を課すことはない。

メイン供給電力（通常、欧州では２３０Ｖ及び５０Ｈｚ、あるいは米国では１１０Ｖ）を、小型の家電製品、民生電子機器、又はハロゲンランプ等の光源を用いる照明アプリケーション等の装置と共に用いるのに安全なレベルに低減させるためのトランスを実現する様々な態様がある。以下において、本発明を決して限定することはないが、電子トランスは、メイン周波数よりも大幅に高いスイッチング周波数を有するスイッチモード電源であることが仮定される。

通常、電子トランスは、当該電子トランスの入力における整流器と、自励発振のためのトランジスタスイッチのペアを有するハーフブリッジ回路と、自励発振をトリガするためのスタート回路と、トランジスタスイッチを駆動するための駆動トランスと、電子トランスの出力間に負荷を結合するための主トランスとを有する。電子トランスによって駆動されるべき負荷は、主トランスの２次巻線の両端間に接続される。好ましくは、各トランジスタスイッチは、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）等の電流駆動スイッチである。以下において、明瞭化の目的であって本発明を決して限定することはないが、ＢＪＴが用いられることが仮定される。通常、電子トランスのトランジスタスイッチは、誘導性負荷の電流フローを容易にするための逆並列ダイオードを備える。

電子トランスの動作の原理は、スタート回路からのトリガパルスが自励発振を開始させると、この自励発振が、メインの半分の周期内での開始時点と終了時点との間、中断なく持続することである。メインのゼロクロスの近くで自励発振は停止し、新たなトリガパルスによるゼロクロスの直後に再びリトリガされる。負荷が十分な電流を引き込む限り、自励発振はこれらの開始時点と終了時点との間で持続し、主トランスの２次巻線において、（メイン信号に実行される任意の調光によるエンベロープを有した）本質的に方形波の出力電圧及び電流が提供される。自励発振は、トランジスタ、駆動トランス、主トランス、及び負荷電流の間の相互作用の結果である。トランジスタスイッチは、交互の態様で急速にオン及びオフにスイッチングする。一方のトランジスタが「アクティブ」すなわち導通しているときはいつでも、他方は「非アクティブ」すなわち導通していない。スイッチング周波数は通常、メイン周波数よりもかなり高い。

電子トランスのＢＪＴがスイッチをオンにされて導通するためには、ＢＪＴのベース電流が最小レベルに達しなければならない。このベース電流は、負荷によって引き込まれる電流に密接に依存する。低電力負荷は、斯様な電子トランスによって直接駆動されるとき、トランジスタのスイッチングを保つために十分な電流を必ずしも確実に引き込むことができるとは限らず、したがって自励発振は中断される。したがって、本発明の好ましい実施形態では、逆電流生成手段が、負荷側から主トランスへと逆電流を注入するように実現され、この結果、この逆電流は、主トランスの１次側での対応する電流をもたらし、ひいてはトランジスタのスイッチングを支援するために「利用可能」である。好ましくは、逆電流、ひいては主トランスの１次側での対応する電流は、アクティブなトランジスタのベース電流を維持及び／又は増強するために提供される。逆電流は、平均負荷電力を低減させながら、アクティブなトランジスタの動作のために必要とされる最小ベース電流を維持する役割を果たす。この態様で、アクティブなトランジスタが常に導通できることを保証することによって、自励発振は中断なく継続する。この逆電流生成手段は、以下に説明されるように多くの態様で実現され得る。

本発明の特に好ましい一実施形態では、逆電流生成手段は、低電力負荷と並列に配置されるインダクタを含み、例えば高周波パルスの形式で出力電圧及び／又は電流を提供するスイッチモード電源を用いることによって、低電力負荷のパルスモード動作と組み合わされる。「並列インダクタ」は、上述の主トランスの２次巻線へと逆電流を注入する役割を果たし、これによりトランスの自励発振機能を促す。逆電流は、電子トランスの自励発振の結果として、出力電圧が転流する度に直接付与される。並列インダクタの反応特性のために、電圧転流の直後にインダクタを通る電流は、出力電圧の極性と反対であり、ひいてはインダクタ電流の方向は、電子トランスによる電流出力の方向と反対であり、すなわちインダクタ電流は「逆電流」である。この態様で、並列インダクタと、低電力負荷のパルスモード動作との組合せは、平均負荷電力を低減しながら、アクティブなトランジスタの動作のために必要とされる最小ベース電流を維持する。

ＬＥＤ等の低電力負荷のドライバは、ブーストコンバータを含んでもよい。これは、電子トランスの出力端子に接続するための入力端子を有する電力入力段に続く電力バッファ段として実現され、これにより並列インダクタは、電子トランスの一部としてか、又はより好ましくは低電力負荷の一部として、これらの端子間に接続される。本発明の好ましい実施形態では、低電力負荷は、ブーストコンバータ用のパルスモードタイミング回路を含む。上述のように、電子トランスは効果的に、メイン周波数よりもかなり高い周波数でスイッチングするスイッチモード電源である。したがって、本発明の更に好ましい実施形態では、低電力負荷は、例えばブーストコンバータをパルスモードの動作のモードで制御するために、タイミング回路を電子トランスのスイッチング周波数と同期させるように実現される同期モジュールを含む。

並列インダクタとパルスモード動作との組合せは、平均負荷電力を低減させる有利な効果を有する。

本発明の代替的な好ましい実施形態では、逆電流生成手段は、従来技術の装置で低電力照明負荷の入力段として通常用いられる整流器とブーストコンバータとを含む単純な装置の代わりに用いられる、ブリッジレス同期ブーストコンバータを含む。ブリッジレス同期ブーストコンバータは通常、高電力のアプリケーションで高電力負荷の効率性を高めるためのドライバとして用いられる。したがって、本発明による照明装置の斯様な実施形態は、同期ブーストコンバータを非典型的なアプリケーション、すなわち通常は同期ブーストコンバータが検討されないであろうアプリケーションで用いる。照明装置の開発中、発明者は、ブリッジレス同期ブーストコンバータは、当該ブリッジレス同期ブーストコンバータの電流が双方向であるため、それ自体電子トランスでの逆電流の形成にうまく役に立つことを観察した。双方向の入力電圧及び電流で用いるためのブリッジレス同期ブーストコンバータは通常、フルブリッジ構成の４つの金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を用いたデザインに基づく。通常、負荷電流の振幅を制御するために、適切なタイミングモジュールが、ＭＯＳＦＥＴのための適当なゲート制御信号を生成するのに用いられる。本発明の照明装置で用いられるとき、同期ブーストコンバータへの双方向電圧は、電子トランスの出力電圧であり、タイミングモジュールは、所望のタイミング及び振幅を有する負荷電流を得るために、ＭＯＳＦＥＴゲートを制御する。好ましくは、同期ブーストコンバータは、当該同期ブーストコンバータの入力電圧の各転流の後に逆電流を提供するように制御される。入力電圧の転流は、逆電流の生成をトリガする「イベント」とみなされる。入力電圧の転流の直後に逆電流を生成することによって、エネルギが負荷回路から電子トランスへと戻って伝送される。この態様で、たとえ低電力負荷でも、実際は通常電力負荷を駆動するために実現された電子トランスと適合され得る。

ブーストコンバータは通常、タイミングモジュール、同期モジュール等のモジュールを既に含む。したがって、本発明の更に好ましい実施形態では、同期ブーストコンバータは、電子トランスへと戻って注入される逆電流の期間を制御するように実現される制御モジュールも含む。これらのモジュールの適当な構成によって、電子トランスの自励発振を維持するための所望の大きさ及び正確にタイミングされ得る期間を有する逆電流を得ることは、比較的簡単である。例えば、逆電流の大きさは、電子トランスのトランジスタのうちのいずれか一方を導通状態に保つように調整され得る。

上述の両方のアプローチは、平均負荷電力を低減させると同時に、電子トランスの自励発振を維持することを可能にする。逆電流生成手段は、任意の適切な態様で照明装置へと組み込まれてよい。例えばＭＲ１６ハロゲンランプをＬＥＤランプによって置き換えることを可能にするといったように、既存の照明装置のレトロフィッティングを容易にするために、逆電流生成手段はＬＥＤランプに含まれる。例えば、たとえ非常に低電力のＬＥＤランプでも、例えばＭＲ１６ハロゲンランプ、又はＡＲ１１１ランプ、ＭＲ１１ランプ、Ｇ４ランプ等の他の低電圧ランプといった、典型的な２０Ｗ、３５Ｗ，又は５０Ｗのランプを駆動するために実現されたタイプの電子トランスと共に用いられ得るように、適切なサイズの並列インダクタがＬＥＤランプの入力端子間に接続される。

通常、ＭＲ１６ランプ等のハロゲンランプに基づく照明回路は、光源の光出力が所望のとおり調光され得るように、調光器も備える。斯様な調光器は、例えばリーディングエッジ調光器である。したがって、本発明の更に好ましい実施形態では、照明装置は、電子トランスに接続される照明負荷の光出力を調光するために実現される調光器を含む。斯様な調光器は通常、メイン電源と電子トランスとの間に配置される。

本発明による照明装置の開発の際、様々なバージョンの照明装置がテストされ、これらのうちの一部が以下に説明される。

本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面と併せて考慮される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面は単に説明の目的のためにデザインされ、本発明の限定を規定するものとしてデザインされるのではないことを理解されたい。

電子トランス２の単純化された回路図を示す。 図１の電子トランスに関する波形を示す。 図１の電子トランスの自励振動の原理を示す例示的な波形を示す。 本発明による照明装置の第１の実施形態を示す。 図４の照明装置を動作するときに得られる理想的な波形を示す。 本発明による照明装置の第２の実施形態を示す。 図６の照明装置を動作するときに得られる理想的な波形を示す。 従来技術の装置で低電力負荷を駆動するのに用いられるときの図１の電子トランスの挙動を示す。

図において全体にわたり、類似の参照番号は類似のオブジェクトを指す。図におけるオブジェクトは、必ずしも縮尺通りに描かれていない。

図１は、電子トランス２の単純化された回路図を示す。この図は、入力段において整流器２０を含み、ここで示されるようにメイン電源４に直接接続されるか、又はリーディングエッジ調光器等の調光器の出力に接続されてもよい。電子トランス２は、ハーフブリッジ回路２３のトランジスタのペアＱ１、Ｑ２の交互のスイッチング挙動をトリガするスタータ回路２１と、トランジスタＱ１、Ｑ２を駆動するための駆動トランス２２と、負荷５に結合するための主トランス２４とを含む。主トランス２４は、１次巻線２４０と２次巻線２４１とを有する。駆動トランス２２は、２つの２次巻線２２０＿１、２２０＿２（これらの各々がトランジスタＱ１、Ｑ２のうちの一方と関連付けられる）と、主トランス２４の１次巻線２４０に直列に接続される１次巻線２２１とを有する。電子トランス２のスイッチング周波数、すなわち電子トランス２の自励発振周波数は、トランジスタＱ１、Ｑ２、駆動トランス２２、主トランス２４、及び負荷によって引き込まれる電流の間の相互作用によって主に決定される。ハロゲンＭＲ１６ランプ等の負荷５を駆動することが意図された電子トランス２は、典型的には２０Ｗ〜６０Ｗの負荷電力消費用に最適化される。この図は、通常電力負荷５が、電子トランス２の出力ターミナル２００間に接続され得ることを示す。

図２は、図１の電子トランス２に関する波形を示す。左手側には、全メイン周期にわたる波形が示される。入力メイン電圧Ｕ_{ｍａｉｎｓ}は、整流信号Ｕ_ｒｅｃｔを与えるように整流される。メインのゼロクロス（「転流」）の少し後に整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔが所定のレベルに達したとき、スタータ回路は、トランジスタＱ１、Ｑ２の交互のスイッチングによって特徴付けられる自励発振挙動をトリガするトリガパルスＴ２１を生成する。右手側には、トリガパルスＴ２１近くのメイン周期のわずかな部分にわたって波形が拡大されている。右手側の拡大された電圧波形では、自励発振が明確に示され、これら電圧波形は、「自励発振周波数」で発振する主トランス２４の１次巻線及び２次巻線での入力電圧２４＿ｉｎ及び出力電圧２４＿ｏｕｔを示す。

メイン電圧Ｕ_{ｍａｉｎｓ}と整流信号Ｕ_ｒｅｃｔとは、本質的に同一のピーク値を有する。メイン１次巻線での入力電圧２４＿ｉｎのピーク値は、メインのピーク値の約半分である。メイン２次巻線での出力電圧２４＿ｏｕｔのピーク値は、巻線比に依存する。入力電圧２４＿ｉｎ及び出力電圧２４＿ｏｕｔは各々、整流メイン信号Ｕ_ｒｅｃｔから導出されるエンベロープを有する。

次のゼロクロスの少し前に整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔが所定のレベルまで下がったとき、自励発振は停止し、スタータ回路２１が次のトリガパルスＴ２１を発するときに再開する。時間ｔ１とｔ２との間で自励発振が中断されてはならないが、このことは、電子トランス２の出力において接続されている負荷が、電子トランス２がある電力定格用にデザインされている当該電力定格よりも低い定格電力を有する場合には保証され得ない。

図３は、図１の電子トランス２の等価回路に基づく自励発振の原理を示す例示的な波形を示す。負荷を通る電流を表す出力電流Ｉ_ｏは、本質的に方形波形状を有する。駆動トランスの磁化インダクタンスを通る電流を表す磁化電流Ｉ_ｍは、本質的に三角形状を有する。トランジスタＱ１、Ｑ２を通るベース電流Ｉ_ｂ＿Ｑ１、Ｉ_ｂ＿Ｑ２は、間欠的に存在し、各々がピーク値で開始し、ＢＪＴの蓄積時間効果のためにゼロを下回る値まで低減する。第１のトランジスタが有効であるとき、第２のトランジスタは非アクティブであり、逆も同じである。駆動トランスの磁化インダクタンスの両端間の電圧は、アクティブなトランジスタのベース‐エミッタ接合間の電圧によって規定される。これは、ＢＪＴ等のトランジスタを用いるとき、０．７Ｖの一定電圧であると仮定され得る。この電圧は、磁化電流Ｉ_ｍを決定する。アクティブなトランジスタが導通しているとき、トランジスタのベースエミッタ接合を通る電流は、駆動トランスの２次側に反射される出力電流と磁化電流Ｉ_ｍとの差によって与えられる。アクティブなトランジスタは、伝導電荷がトランジスタのベースから除去されるまで導通したまま保つ。この時点で、磁化インダクタンスに蓄積されるエネルギが、他方のトランジスタをオンにすることを引き起こし、負荷電流Ｉ_ｏは方向を変える。この単純化されたモデルでは、トランジスタＱ１、Ｑ２のベースエミッタ接合を通るピーク電流は、反射される出力電流の２倍を幾分超える。

負荷によって引き込まれる電流は、電子トランスが上述の自励発振を維持又は持続させる能力に影響し得る。自励発振サイクルは、負荷が十分な負荷電流を引き込むとき、無限に継続する。しかしながら、電子トランスがある電力定格用にデザインされている当該電力定格を下回る電力定格を有する負荷を駆動するのに電子トランスが用いられるときに当てはまるように、電子トランスに接続される負荷が十分な電流を引き込まないとき、アクティブなトランジスタは適切にスイッチがオンにされず（飽和に駆動されず）したがって図３で上述されたサイクルは中断される。再び自励発振が開始するためには、スタータ回路２１からの別のトリガが必要とされる。低電力負荷が照明負荷であるとき、中断は、電子トランスに先行する調光器の挙動にも影響し、この結果目に見えるフリッカが生じる恐れがある。

図４は、本発明による照明装置１の第１の実施形態を示す。ここで照明装置１は、ＬＥＤ光源３０とＬＥＤドライバ３１とを含む低電力負荷装置３を含む。ＬＥＤドライバ３１は、ブーストコンバータ等の通常のモジュールを含み、ブーストコンバータは、当該ブーストコンバータのスイッチングサイクルの、負荷電圧のゼロクロスの後の部分の間、ブースト電流が「オフ」であるように、パルスモードの動作で駆動される。照明装置１は、通常電力負荷を駆動するために実現された電子トランス２を更に含む。この実施形態では、電源４と電子トランス２との間に調光器４０が設置される。負荷３は、電子トランス２の出力端子に接続するためのＭＲ１６ピン等の適切なコネクタ３００によって電子トランス２に接続される。この例示的な実施形態では、照明装置１は、コネクタ３００間の出力電圧が転流し、ブーストコンバータが電子トランスのスイッチングサイクルの半分の部分の間スイッチをオフにされる度に、電子トランス２の主トランスの２次巻線へと逆電流Ｉ_{ｒｅｖ＿ＬＰ}を注入する並列インダクタＬ_ｐを更に含む。

本発明によると、逆電流はコンバータ電流とは無関係に注入される。例えば逆電流は、転流後０秒と、転流後のスイッチングサイクルの例えば４分の１（１／４）の期間との間の時点で生成される。

図５は、（上側の図において）図４の照明装置を動作するときに得られる理想的な波形を示し、及び（下側の図において）主トランスとＬＥＤドライバとの間にいかなる並列インダクタも有しない従来技術の構成に関して得られる理想的な波形５０、５１を示す。ここで、電子トランス２の出力電圧５０、２４＿ｏｕｔは、方形波として発振する。並列インダクタがないと、負荷電流５１も本質的に方形波形状を有する。図４の実施形態では、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄは、パルス状ブースト電流に重ねられる線形傾斜部分として逆電流Ｉ_{ｒｅｖ＿ＬＰ}を実効的に含み、したがって負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの極性は、スイッチングサイクルＴ_ｓｃのうちの、スイッチング時間ｔ_ｓｗにおける負荷電圧２４＿ｏｕｔの各ゼロクロスに続く部分にわたり、負荷電圧２４＿ｏｕｔの極性と反対である。また、この図は、図４の構成で用いられる電子トランス２のスイッチングサイクルＴ_ｓｃが、「通常の」すなわち従来技術の構成で用いられる電子トランス２のスイッチングサイクルＴ_{ｓｃ＿５０}よりも長いことを示す。

図６は、本発明による照明装置１の第２の実施形態を示す。ここでも照明装置１は、ＬＥＤ光源３０を含む低電力負荷装置３と、通常電力負荷を駆動するために実現された電子トランス２とを含み、負荷３は、適切なコネクタ３００によって電子トランス２に接続される。この実現形態では、低電力負荷３は、コネクタ３００間の出力電圧が転流する度に、電子トランス２の主トランスの２次巻線へと逆電流Ｉ_{ｒｅｖ＿ＳＢ}を注入するブリッジレス同期ブーストコンバータＳＢを組み込んだＬＥＤドライバ３２を含む。逆電流Ｉ_{ｒｅｖ＿ＳＢ}に関する所望の極性及び期間は、ＭＯＳＦＥＴのゲートに適当な制御信号が付与されるように同期ブーストコンバータＳＢを構成することによって達成され得る。

このことは図７に示され、当該図７は、（上側の図において）図６の照明装置を動作するときに得られる理想的な波形２４＿ｏｕｔ、Ｉ_ｌｏａｄを示し、及び（下側の図において）逆電流を生成するようにブリッジレス同期ブーストコンバータが制御されないときに得られる理想的な波形７０、７１を示す。各場合において、電子トランス２の出力電圧７０、２４＿ｏｕｔは、方形波として発振する。逆電流生成手段がないと、負荷電流７１も本質的に方形波形状を有する。しかしながら、図６の回路を用いると、低電力負荷３によって電子トランス２へと注入される逆電流Ｉ_{ｒｅｖ＿ＳＢ}が、方形波形状の負荷電流Ｉ_ｌｏａｄから効果的に「差し引かれ」る。したがって、出力電圧２４＿ｏｕｔの転流後の所定の時間の間、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄは、出力電圧２４＿ｏｕｔの極性と反対の極性を有し、これは本質的に「逆電流」Ｉ_{ｒｅｖ＿ＳＢ}である。電子トランス２の自励発振を維持するために、転流の瞬間すなわちスイッチング時間ｔ_ｓｗの直後に逆電流Ｉ_{ｒｅｖ＿ＳＢ}が注入される。この態様で、たとえ図６の照明装置１における低電力負荷３によって消費される平均負荷電力が、通常電力負荷を駆動するための電子トランス２によって駆動される「通常電力」の負荷によって消費される電力より大幅に低い場合であっても、電子トランス２の自励発振を維持することが可能である。ここで、逆電流Ｉ_{ｒｅｖ＿ＳＢ}はパルス形状を有し、電子トランス２のスイッチングサイクルＴ_ｓｃの約８分の１の期間の間注入される。また、この図は、図６の構成で用いられる電子トランス２のスイッチングサイクルＴ_ｓｃが、「通常の」すなわち従来技術の構成で用いられる電子トランス２のスイッチングサイクルＴ_{ｓｃ＿７０}よりも長いことを示す。

図８は、低電力負荷を直接、すなわち、従来技術の装置においていかなる逆電流生成手段も有さずに駆動するのに図１の電子トランスを用いるときに生じる恐れがある問題を示し、例示的な時間フレームにわたる図２の波形と類似する波形を示す。ここでは、自励発振の中断が示される。これらは典型的には、電子トランス２に対して低すぎる負荷電流の結果である。それぞれの自励発振の中断の後、スタータ回路２１は自励発振を再開するためにトリガパルスＴ２１を発する。主トランス２４における電圧２４＿ｉｎ、２４＿ｏｕｔも、トランジスタＱ１、Ｑ２が導通できない限り中断される。この不安定な挙動は非常に問題があり、特に低電力負荷が照明ユニットである場合、可視的なフリッカの原因となり、また、電子トランス２に先行する調光器の挙動が損なわれる恐れもある。

本発明は、本発明についての好ましい実施形態及びバリエーションの形式で開示されているが、これらに対して、本発明の範囲から逸脱することなく、多数の追加的な修正及びバリエーションがなされ得ることが理解されるであろう。本発明の大部分の概念は、ＬＥＤランプを駆動するために磁気トランスが用いられるときにも当てはまり、逆電流生成手段が並列インダクタである場合、これは切り離されなければならず、逆電流生成手段が同期ブーストコンバータである場合、修正は必要とされない。明瞭化の目的で、本願全体にわたり「ａ」又は「ａｎ」の使用は複数を除外するものではなく、「含む」は他のステップ又は要素を除外するものではないことを理解されたい。

Claims (15)

1. 低電力光源と、
   前記低電力光源用のドライバと、
   メイン供給電力を通常電力負荷用の供給電力に変換するための電子トランスに接続するための入力端子と、
   前記電子トランスの動作の間、前記電子トランスの自励発振を持続させるために、前記電子トランスにエネルギを伝送する逆電流を提供する逆電流生成手段と
   を含み、前記逆電流の電流フローの方向は、前記電子トランスの出力電流の方向と反対であり、前記逆電流は、前記入力端子間の電圧が転流する度に生成される、
   低電力負荷装置。
2. 前記逆電流生成手段は、低電力負荷と並列に配置されるインダクタを含む、請求項１に記載の低電力負荷装置。
3. 前記逆電流生成手段は、ブリッジレス同期ブーストコンバータを含む、請求項１又は２に記載の低電力負荷装置。
4. 前記同期ブーストコンバータは、当該同期ブーストコンバータによって生成される前記逆電流の期間を制御する、請求項３に記載の低電力負荷装置。
5. メイン供給電力を通常電力負荷用の供給電力に変換するための電子トランスと、
   低電力光源を含む、前記電子トランスに接続される低電力負荷と、
   を含む照明装置であって、
   当該照明装置は、前記電子トランスが前記低電力負荷を駆動するときに前記電子トランスの自励発振を持続させるために、前記電子トランスにエネルギを伝送する逆電流を提供する逆電流生成手段を含み、前記逆電流の電流フローの方向は、前記電子トランスの出力電流の方向と反対であり、前記逆電流は、入力端子間の電圧が転流する度に生成される、
   照明装置。
6. 前記電子トランスは主トランスを含み、前記逆電流生成手段は、前記逆電流を前記主トランスへと注入する、請求項５に記載の照明装置。
7. 前記電子トランスはトランジスタスイッチのペアを含み、前記逆電流は、前記トランジスタスイッチのベース電流を増強及び／又は維持するために提供される、請求項５又は６に記載の照明装置。
8. 前記逆電流は、前記電子トランスの出力電圧の転流の直後に生成される、請求項５乃至７の何れか一項に記載の照明装置。
9. 前記逆電流は、前記電子トランスのスイッチングサイクルの最大で４分の１にわたって生成される、請求項５乃至８の何れか一項に記載の照明装置。
10. 前記電子トランスは、２０Ｗ〜６０Ｗの範囲内の通常の定格電力を有する負荷を駆動するためのものである、請求項５乃至９の何れか一項に記載の照明装置。
11. 前記低電力光源は、３Ｗ〜６Ｗの範囲内の電力を消費する、請求項５乃至１０の何れか一項に記載の照明装置。
12. 前記低電力光源は、複数の発光ダイオードを含む、請求項５乃至１１の何れか一項に記載の照明装置。
13. 前記電子トランスに先行する調光器を含む、請求項５乃至１２の何れか一項に記載の照明装置。
14. 前記逆電流生成手段は、前記逆電流を前記電子トランスの主トランスの２次巻線に注入し、前記逆電流生成手段は、前記入力端子間に配置されるインダクタ又はブリッジレス同期ブーストコンバータを含む、請求項１３に記載の照明装置。
15. メイン供給電力を通常電力負荷用の供給電力に変換するための電子トランスに、低電力負荷を接続するステップと、
    前記電子トランスが前記低電力負荷を駆動するときに前記電子トランスの自励発振を持続させるために、前記電子トランスにエネルギを伝送する逆電流を提供するステップと、
    を含む、低電力負荷を駆動する方法。
    

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