JP6072776B2 - Ｌｅｄレトロフィット駆動回路及びｌｅｄレトロフィット駆動回路を動作させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明の分野に関し、特にＬＥＤレトロフィット駆動回路及びＬＥＤレトロフィット駆動回路を動作させる方法に関する。

照明の分野における今日の発展は、白熱灯又はハロゲン灯といった一般的な照明デバイスを、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用するレトロフィットランプによって置き換えることを目的としている。このようなＬＥＤレトロフィットランプは、同程度の光束での電力消費量の削減と寿命の延長とを示すので、照明用途の効率を上げ、電気エネルギーを節約するために使用されている。

ＬＥＤの電力消費量削減は、エネルギー節約には有益である一方で、電力消費量削減に応じて動作電圧及び電流が低下するという事実から問題が生じる。例えばＬＥＤレトロフィットランプが、ハロゲン照明システムに使用されるような電子トランスといった従来の電源で動作される場合、トランスは最小負荷要件を有するが、これは、通常、ＬＥＤレトロフィットランプではその低い電力消費量のために満たされない。当該最小負荷レベル以下では、電子トランスの動作は不安定となるか、又は、ランプに電流が供給されないことがある。

例えば使用するＬＥＤの数を増やす又はランプの回路に１つ以上の抵抗を追加することによって、ＬＥＤランプを適応させて電力消費量を増加させることは可能であるが、電力消費量の増加は、当然ながら、デバイスの効率、したがって、エネルギー節約のために今日なされている努力に影響を及ぼす。

本出願人による文書、国際特許公開公報ＷＯ２０１１／０３３４１５は、上記問題に対する解決策を提供する。当該デバイスは、電子トランスといった最小負荷要件を有する電源でＬＥＤを動作させる。

当該文書は、３段階セットアップと例えば発光ダイオードである低電力の光源とを有する照明デバイスを開示する。開示されたデバイスは更に、ブーストコンバータを使用する電力入力段を含み、当該ブーストコンバータは、電源から電流パルスを引き出す。これらのパルスの間、電流レベルは、トランスの最小負荷要件を満たすように十分に高く、したがって、電気エネルギーが照明デバイスに転送される。電力入力段は、ランプに転送される電力を設定するために、電流生成モードとオフモードとの間でスイッチされる。

開示された照明デバイスは、最小負荷要件を有する電源でＬＥＤ光源を有利に動作させるが、本発明者は、電気効率がすべての動作条件下で最適とは限らないことを認識した。

したがって、本発明は、開示されたセットアップに基づき、複数の動作条件下で効率を増加させる改良型ＬＥＤレトロフィット駆動回路を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載されるＬＥＤレトロフィット駆動回路、請求項１２に記載されるＬＥＤレトロフィットランプ、請求項１３に記載されるＬＥＤレトロフィット照明システム、及び請求項１４に記載されるＬＥＤレトロフィット駆動回路を動作させる方法によって達成される。

本発明は、様々な電源を用いて、及び／又は、様々な負荷条件下で本発明の駆動回路の効率のよい動作を可能にするために、複数の動作状態において発光ダイオードを駆動可能にするＬＥＤレトロフィット駆動回路を提供することを基本概念とする。したがって、本発明の駆動回路は汎用性が高い。

上記動作状態のうちの第１の動作状態では、駆動回路は、接続された電源から電流パルスが引き出されて第１の平均入力電流が提供される高電流生成モードと、電源から実質的な電流が引き出されないオフモードとをスイッチする。上記動作状態のうちの第２の動作状態では、駆動回路は、少なくとも、電源から電流が引き出されて第２の平均入力電流が提供される低電流生成モードにおいて動作する。第２の平均入力電流は第１の平均入力電流より低い。

第１の動作状態による動作は、高入力電流を提供する。高入力電流は、駆動回路のセットアップに依存して、通常、高出力、即ち、ランプ電流をもたらす。このモードによる動作は、対応して接続された電源が比較的高い最小負荷要件を有する場合、及び／又は、例えば複数のＬＥＤが回路に接続されている場合に、高出力ランプ電流が必要である場合に使用される。

第２の動作状態による動作は、特に、対応して接続された電源が低い最小負荷要件を有するか若しくは全く最小負荷要件を有さない場合、及び／又は、低電力用途、即ち、例えば接続されているＬＥＤが調光状態にある場合に、比較的低い入力（例えばランプ）電流を提供する。

したがって、ＬＥＤレトロフィット駆動回路は、例えば比較的高いランプ電流を必要とする様々な用途に使用されるが、当該駆動回路を、比較的低いランプ電流を必要とする用途にも使用することができる。更に、第２の動作状態では上述した第１の動作状態のオフモードが省かれるので、第２の動作状態は、電流流れ角を有利に増加する。したがって、本発明は、力率が増加された動作状態を提供し、これにより当該動作状態におけるセットアップ全体の効率が高まる。

本発明は、参照することにより本明細書に組み込まれる、本出願人による先に公開された特許出願である国際特許公開公報ＷＯ２０１１／０３３４１５に基づいている。この先願による動作は、主に、駆動回路が比較的高い最小負荷要件を有する電源に接続される場合に通常使用される第１の動作状態による本発明のＬＥＤレトロフィット駆動回路の動作に一致する。

本発明では、ＬＥＤレトロフィット駆動回路は、少なくとも、ＡＣ又はＤＣ動作電圧、特に電源からの動作電圧を受け取る入力部を含む。１つ以上のＬＥＤユニットへの接続のために出力部が提供される。

更に、少なくとも、入力部及び出力部に接続され、動作時に出力部においてランプ電流を提供する電力コンバータが提供される。電力コンバータは、少なくとも、第１及び第２の動作状態で動作する。第１の動作状態では、電力コンバータは、電源から電流パルスを引き出して第１の平均電流を供給するように電力コンバータが制御される高電流生成モードと、電源から実質的な電流が引き出されないオフモードとをスイッチする。

第２の動作状態では、電力コンバータは、少なくとも、電源から電流を引き出して、第１の平均入力電流より低い第２の平均入力電流を提供するように電力コンバータが制御される低電流生成モードで動作する。

上述したように、ＬＥＤレトロフィット駆動回路は、少なくとも、電源から動作電圧を受け取る入力部と、１つ以上のＬＥＤユニットへの接続のための出力部とを含む。

入力部及び出力部は、それぞれ、電源及び１つ以上のＬＥＤユニットへの接続を可能にする任意の適切なタイプであってよく、例えば対応する電気的接続を確立することを可能とする接続ピン、はんだパッド、ボンドワイヤパッド、又は任意の他の適切なコネクタ又はプラグといった２つの電気端子をそれぞれ含む。入力部及び出力部は、当然ながら、更なる構成要素又は回路を含んでもよい。例えば入力部は、例えば電力コンバータに単極動作電圧を提供する整流器を含む。これに対応して、出力部は、例えば１つ以上のＬＥＤユニットに供給される電圧及び／又は電流を平滑化するフィルタデバイスを含む。或いは、又は、これに加えて、入力部及び／又は出力部は、例えばＬＥＤレトロフィット駆動回路が電源及び／又はＬＥＤユニットから取り外し可能に提供される場合は、少なくとも１つの対応して分離可能な電気コネクタといった更なる機械部品を含む。最も好適には、入力部及び／又は出力部は、一般的なランプソケットといったランプソケットと一体にされる。

上述したように、入力部は、電源から動作電圧を受け取る。本発明では、電源は、ＡＣ主電源ライン又は電気若しくは電子トランスである。動作電圧は、例えばＡＣ電圧、即ち、１１０Ｖ又は２２０Ｖ主電源接続に対応する。しかし、動作電圧は、安全低電圧、即ち、４２Ｖ以下であることが好適であり、最も好適には、２５Ｖ又は１４Ｖ以下である。

動作電圧は可変電圧であることが特に好適である。本コンテキストでは、「可変電圧」との用語は、経時変化する電圧を指す。可変電圧は、周期電圧又は交流電圧であるが、最も好適には、可変電圧は、例えば整流された交流又は周期電圧といった単極周期電圧である。

上述したように、本発明によるＬＥＤレトロフィット駆動回路は、１つ以上のＬＥＤユニットへの接続のための出力部を含む。出力部は、上述したように、１つ以上のＬＥＤユニットへの電気的接続が確立されることを可能にする任意の適切なタイプであってよい。好適には、出力部は、ＬＥＤレトロフィット駆動回路をＬＥＤユニットから分離できるように、分離可能な電気コネクタを含む。２つ以上のＬＥＤユニットが接続される場合、各ＬＥＤユニットは互いに直列及び／又は並列に接続される。当然ながら、１つ以上のＬＥＤユニットは、例えばバッファ段である中間構成要素を介して出力部に接続されることも可能である。

ＬＥＤユニットは、任意の適切なタイプであってよく、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。ＬＥＤは、本発明に関しては、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、又は、例えばレーザダイオードである固体レーザといった任意のタイプの固体光源であってよい。ＬＥＤユニットは、当然ながら、直列及び／又は並列に接続された２つ以上の上述の構成要素を含む。

一般的な照明用途では、ＬＥＤユニットは、少なくとも１つの高出力ＬＥＤ、即ち、１ｌｍを上回る光束を有するＬＥＤを含むことが好適である。好適には、当該高出力ＬＥＤは、２０ｌｍを上回る光束を、最も好適には５０ｌｍを上回る光束を提供する。

ＬＥＤユニットは、当然ながら、例えば輝度及び／又は色を設定する例えば駆動ユニット、平滑化段、及び／又は１つ以上のフィルタコンデンサといった更なる電気、電子又は機械部品を含む。

本発明のＬＥＤレトロフィット駆動回路は、上述したように、電力コンバータを更に含む。ＬＥＤレトロフィット駆動回路は、当然ながら、筐体、１つ以上の分離可能なランプソケット又はコネクタ、１つ以上の更なるＬＥＤ、平滑化段、バッファ段、ＬＥＤユニットのうちの１つ以上に関連付けられた専用の更なるランプドライバ、及び／又は更なる制御回路といった他の構成要素を含む。

本発明の駆動回路による電力コンバータは、ＬＥＤレトロフィット駆動回路の入力部が電源に接続されているとき、即ち、入力部に、接続されている適切な電源からの動作電圧が供給されている動作時に、出力部においてランプ電流を供給する任意の適切なタイプであってよい。電力コンバータは、例えば入力部及び／又は出力部である本発明のレトロフィット駆動回路の更なる構成要素と一体にされても、別個のユニットとして提供されてもよい。

電力コンバータは、少なくとも、第１及び第２の動作状態における動作を可能にする。当然ながら、電力コンバータは、これらの２つの動作状態以外でも動作可能である。

各動作を制御するために、電力コンバータは、例えばマイクロプロセッサといった集積回路から形成される適切な制御ユニット又は適切なコンピュータデバイスを含む。或いは、又は、これに加えて、制御ユニットは、少なくとも、第１及び第２の動作状態での動作を可能とするための個別の電子部品を含む。

上述したように、第１の動作状態では、電力コンバータは、高電流生成モードとオフモードとをスイッチする。オフモードでは、電源から電流は引き出されない。しかし、オフモードであっても、例えば５ｍＡ未満のミリアンペアの範囲の少量のアイドル電流が存在することに留意されたい。

高電流生成モードでは、電力コンバータは、接続された電源から電流パルスを引き出し第１の平均入力電流を提供する。したがって、このモードにおける駆動回路は、接続された電源から、本発明の駆動回路の電力コンバータに電流が流れるように、接続された電源に間欠負荷を提供し、これにより、第１の平均入力電流が提供される。

本発明のコンテキストでは、「電流パルス」との用語は、可変又は不連続電流を指し、電流は、少なくとも、明白な低レベルと高レベルとの間を経時的に変動する。例えば電流は、当該平均入力電流を得るために約０Ａと明確なパルス振幅との間で変動する。「平均入力電流」との用語は、第１及び第２の電流生成モードの各モードの間の入力部における経時的な平均電流を指す。

上述したように、本発明のＬＥＤレトロフィット駆動回路の電力コンバータは更に、当該電力コンバータが低電流生成モードで動作する第２の動作状態での動作を可能にする。低電流生成モードでは、電力コンバータは、電源から電流を引き出して、第１の平均入力電流より低い第２の平均入力電流を提供する。

電力コンバータとＬＥＤユニットとの間に接続される、コンデンサ又はインダクタといった可能なエネルギー蓄積素子を無視した場合、低い平均入力電流は、対応して低いランプ電流をもたらす。したがって、第２の動作状態は、例えば調光目的の「低電力モード」と呼ぶこともできる。第１の動作状態の間は、高電流生成モードにおけるパルス動作には、電流生成モードとオフモードとの切り替えが重ね合わされる、即ち、第１の動作状態では、電力コンバータが「パルス動作」にある段階は、電源から電流が引き出されない段階（オフモード）と交互に入れ替わるが、これは、第２の動作状態では必ずしもそうではない。したがって、電流導通角、即ち、交流又は反復する可変動作電圧の各半周期において電流が引き出される時間が、少なくとも２つの動作状態のうちの第２の動作状態においてより大きい。したがって、動作が第２の状態で行われる場合、力率及び電気効率が有利に増加される。

したがって、本発明は、電子トランスといった様々に異なる電源を用いて効率的に駆動回路を動作させることを可能にする。したがって、本発明のＬＥＤレトロフィット駆動回路は、汎用性が高く、電気効率を高めるので、電気エネルギーを節約する。

本発明の駆動回路は、第１の動作状態における動作に従って、上述したような比較的高い最小負荷、即ち、電流要件を有する電源、即ち、電子トランスと組み合わせて使用される。

対応する接続された電源又は電子トランスが最小負荷要件を有さないか、又は比較的低い最小負荷要件を有する場合、本発明の駆動回路は、第２の動作状態に従って、そのような電源を用いてＬＥＤユニットを高められた効率で有利に動作させる。対応する動作状態を設定するために、電力コンバータは、使用される対応する電源に依存して、動作状態が設置時に手動で設定できるように対応するスイッチを含む。或いは、又は、これに加えて、電源のタイプを決定する検出器があってもよい。

本発明によるＬＥＤレトロフィット駆動回路は、上述したように、高及び低電流発生モードに応じて平均入力電流を設定することを可能にする。第１及び第２の平均入力電流は、用途に応じて選択されるが、第１の平均入力電流は、電子トランスといった一般的な電源の最小負荷、即ち、電流要件以上であることが好適である。第２の平均入力電流は、出力部に接続された１つ以上のＬＥＤユニットを動作させるのに必要な電流に一致することが好適である。

高電流モードの間、電力コンバータは、接続された電源から電流パルスを引き出し、低電流モードでは、電力コンバータは、電源から連続電流を引き出し第２の低い平均入力電流を提供する。

本発明の発展によれば、低電流生成モードにおける電力コンバータは、電源から電流パルスを引き出し第２の平均入力電流を提供する。

本実施形態は、低電流生成モードにおける動作は、低い平均入力電流及びオフモードの使用以外は、高電流生成モードにおける動作に一致するので、動作を単純化する。第２の、低い平均入力電流を提供するために、低電流生成モードにおける平均パルス振幅は、好適には、高電流生成モードにおける平均パルス振幅より低いべきである。

上述したように、電力コンバータは、電流パルスを引き出す場合、即ち、パルス動作時、電源から可変又は不連続電流を引き出す。一般に、本発明の実施形態では、電流は約０Ａと上記パルス振幅との間で変動するが、高及び／又は低電流生成モードにおける電力コンバータは、高及び低入力電流レベルを交互に繰り返して第１及び／又は第２の平均入力電流を提供する。

ゼロ又はオフレベル、即ち、０ｍＡとは異なる高及び低入力電流レベル間を交互に繰り返す本実施形態は、本コンテキストでは、高及び低入力電流間の交互の繰り返しの周波数であるパルス周波数を特に有利に高める。好適には、電力コンバータは、ヒステリシス動作用に構成される。即ち、高及び低入力電流レベルが電流に適切な差を示すことによって構成される。より好適には、高及び低入力電流は、少なくとも２００ｍＡの差を示し、具体的には、当該差は、少なくとも３５０ｍＡである。

当然ながら、高並びに低入力電流レベル及びパルス周波数は、対応する第１及び／又は第２の平均入力電流を提供するべきである。交流又は周期入力動作電圧の場合、パルス周波数は、好適には、当該周期可変動作電圧の周波数よりも高いべきである。より好適には、パルス周波数は、１００ｋＨｚより高く、一定のランプ電流を提供するためには３００ｋＨｚより高いことが特に好適である。

上述したように、電力コンバータは、上述したパルス動作を可能にする任意の適切なタイプであってよい。例えば電力コンバータは、例えばインダクタといったリアクタンス素子であるスイッチ可能なエネルギー蓄積素子を含む。エネルギー蓄積素子は、当該パルス動作を提供するように、電源及びＬＥＤユニットに間欠的に接続される。或いは、又は、これに加えて、電力コンバータは、当該パルス動作を提供する線形電源を含んでもよい。

好適には、電力コンバータは、ブーストコンバータ、バックブーストコンバータ、ＳＥＰＩＣ、又は任意の他の適切なタイプのコンバータといったステップアップコンバータを含む。通常は、ステップアップコンバータは、出力部における電圧が入力電圧より高いように電圧を増加させるように使用されるが、このようなコンバータは、上記高及び低電流生成モードによる動作によって提供されるように、高入力電流から比較的一定の低出力電流を提供するように有利に使用される。

本発明の更に好適な実施形態では、第２の動作状態における電力コンバータは更に、低電流生成モードと高電流生成モードとをスイッチする。

本実施形態は、特に、例えば調光時にランプ電流が少し増加されるべき場合、第２の動作状態におけるランプ電流の制御を向上させることができる。有利には、本実施形態は、電流導通角及び力率が高いままであることを保証する。

更に、本実施形態は、接続された電源に依存して、電力コンバータの対応する動作状態を「自動的に設定」することを可能にする。電源が最小電流要件を有さない、又は、比較的低い最小電流要件のみ、即ち、第２の平均入力電流以下の最小電流要件を有するとすると、本実施形態は、電力コンバータが低及び高電流生成モード間でスイッチするように設定される第２の動作状態で電力コンバータを、上述のように動作させる。しかし、電源が比較的高い最小電流要件、即ち、第２の平均入力電流より高い最小電流要件を有し、また、最小電流要件が満たされない場合に電流が提供されないとすると、電力コンバータの同じスイッチング動作が、第１の動作状態による動作、即ち、電力コンバータが高電流生成モードとオフモードとをスイッチする動作をもたらす。

したがって、本実施形態は、ユーザによる入力を必要とせず、また、上述の手動スイッチを省くことができるように、電力コンバータの最も適切な動作状態を固有の方法で有利に選択することを可能にする。

好適には、周期又は交流動作電圧の場合、電力コンバータは、スイッチング時間又はスイッチング点が周期動作電圧の一周期又は半周期に対して実質的に一定であるように、動作電圧と同期して、高電流生成モードと低電流生成モードとを、及び／又は、高電流生成モードとオフモードとをスイッチする。

最も好適には、第２の動作状態では、電力コンバータは、スイッチング周波数が周期電圧の周波数以下であるように、周期電圧の一周期毎に１回のみ、即ち、整流された主電源又はＡＣ電圧の場合、主電源電圧の半周期毎に１回、低及び高電流生成モード間でスイッチする。

上記によれば、電力コンバータは、入力部における電流を第１及び第２の平均入力電流に設定するが、別の態様では、ちらつきのない光出力を可能とするために１つ以上のＬＥＤユニットに実質的に一定の電力を提供する。

上記に関連して、本発明の別の好適な実施形態では、ＬＥＤ駆動回路は更に、電力コンバータに接続され、出力部における少なくとも１つの電気パラメータを決定し、当該決定されたパラメータに依存して電力コンバータのモードを設定する（例えば当該決定されたパラメータに依存して、高電流生成モードとオフモードとをスイッチする、及び／又は、高電流生成モードと低電流生成モードとをスイッチする）フィードバック回路を含む。

本実施形態では、電力コンバータのモードを制御するために、例えば電流及び／又は電圧である少なくとも１つの電気パラメータが決定される。例えばフィードバック回路は、出力部又はＬＥＤユニットのうちの１つにおけるランプ電流に対応するパラメータを決定する。或いは、又は、これに加えて、また、特に、電力コンバータと少なくとも１つ以上のＬＥＤユニットとの間にコンデンサが配置される場合といったバッファの場合、フィードバック回路は、電力コンバータのモードを制御するために、バッファの両端間の電圧に対応する電気パラメータを決定する。単純なセットアップを有する駆動回路を提供するために、電気パラメータは出力部において直接測定されることが好適であるが、出力部において電気パラメータに対応するパラメータを測定することも可能である。例えば接続されたＬＥＤユニットを流れる電流を測定することによってランプ電流も決定される。

フィードバック回路は、少なくとも１つの電気パラメータを決定する任意の適切なタイプであってよく、例えば所定の閾値との決定されたパラメータの所定の関係に対応するように電力コンバータのモードを設定するコンパレータを含む。好適にはフィードバック回路は、ランプ電流及び／又は１つ以上のＬＥＤユニットを流れる電流が所定の平均ランプ電流と一致するように電力コンバータのモードを設定する。所定の平均ランプ電流は、例えば電流が、接続された１つ以上のＬＥＤユニットの公称動作条件に有利に調整されるように、ＬＥＤユニットの公称動作電流又は動作電流範囲に一致する。

本発明の更に好適な実施形態では、フィードバック回路は、決定された電気パラメータが最大閾値に一致する場合、電力コンバータを高電流生成モードから低電流生成モード及び／又はオフモードにスイッチする。これに追加して又はこれに代えて、フィードバック回路は、決定された電気パラメータが最小閾値に一致する場合、電力コンバータを低電流生成モード及び／又はオフモードから高電流生成モードにスイッチする。

上記によれば、例えば電流及び／又は電圧である出力部における電気パラメータは、フィードバック回路によって、決められた限界、即ち、最小閾値と最大閾値との間となるように制御される。１つ以上のＬＥＤユニットの瞬間電流消費量に依存して、高電流生成モードと、低電流生成モード又はオフモードとの間のスイッチング動作のデューティサイクルは、それぞれ、ヒステリシス動作に従うフィードバック回路によって設定される。

上述したように、例えば比較的高い最小負荷要件を有する電源が使用される場合、電力コンバータは、第１の動作状態に従って動作される。したがって、電力コンバータは、ランプ電流が、本実施形態では最大許容ＬＥＤ又はランプ電流に一致する最大閾値に到達するまで、高電流生成モードに設定される。次に、電力コンバータは、最小許容ランプ電流に一致する最小閾値となるまでオフモードに設定される。上記によれば、電力コンバータは、接続された電源が比較的低い最小負荷要件を有する場合、第２の動作状態に従って動作される。したがって、電力コンバータは、ランプ電流が最大許容ランプ電流に到達するまで、高電流生成モードに設定される。次に、電力コンバータは、最小許容ランプ電流となるまで低電流生成モードに設定される。

上記の最大及び最小閾値は、工場出荷時に設定されてもよく、例えば駆動回路が１つ以上のＬＥＤユニットと一体に形成されている場合にはフィードバック回路の適切なメモリに含まれる。特に、後者の場合、最大及び最小閾値は、ＬＥＤユニットの動作条件に対する許容境界に対応する。

或いは、又は、これに追加して、駆動回路は、例えば接続されたＬＥＤユニットの特定のタイプに応じて又は所望の調光レベルに応じて、手動で閾値を設定できるようにするユーザインタフェースを含む。

好適には、駆動回路は、フィードバック回路に接続され、最大及び／又は最小閾値を設定する平均化回路を含む。本実施形態は、駆動回路が電子トランスといったランダムに離間された開始パルスを有する電源と共に使用される場合に特に有利である。後者の場合、電力コンバータが高電流生成モードに設定されている場合でも、ランプ電流が更に減少することがある。これは、電力コンバータの切り替えが開始パルスに対応しないからである。この状況を回避するために、例えばランプ電流に対応するパラメータである上記の電気パラメータを決定し、当該パラメータが、確実に、実際の又は事実上意図する最小値を下回らないようにフィードバック回路の最小閾値を適応させる平均化ユニットが提供される。

したがって、平均化ユニットは、向上された「長期」制御を提供し、任意の種類の適切な回路を含む。特に平均化回路は、好適には、Ｐ、ＰＩ、又はＰＩＤ調整器を含む。この場合、時定数は、周期又は交流電圧の一周期内、即ち、整流された主電源又はＡＣ電圧の場合、主電源電圧の半周期毎に１回に調整するように十分に小さいように選択されるべきである。

本発明の第２の態様によれば、少なくとも、上述したＬＥＤレトロフィット駆動回路と１つ以上のＬＥＤユニットとを含み、ＬＥＤユニットは駆動回路に接続されるＬＥＤレトロフィットランプが提供される。好適には、ＬＥＤレトロフィットランプは、駆動回路及びＬＥＤユニットがその中に配置される筐体を含む。

本発明の更なる態様によれば、本発明のＬＥＤ照明システムは、上述したＬＥＤレトロフィットランプと、ＬＥＤレトロフィット駆動回路の入力部に接続され、動作時に、電力コンバータが低及び高電流生成モード間でスイッチされるように、第２の平均入力電流より低い最小電流要件を有する電源とを含む。或いは、又は、これに加えて、ＬＥＤ照明システムは、第２の平均入力電流より高い一般的な最小負荷要件を有する電源を含む。その場合、ＬＥＤ駆動回路は、第１の動作状態で動作する。

ＬＥＤレトロフィット駆動回路を動作させる本発明の方法では、駆動回路は、電源から動作電圧を受け取る入力部と、１つ以上のＬＥＤユニットへの接続のための出力部と、入力部及び出力部に接続され、動作時に出力部においてランプ電流を提供する電力コンバータとを含む。第１の動作状態では、電力コンバータは、電力コンバータが電源から電流パルスを引き出し第１の平均入力電流を提供する高電流生成モードと、電源から電流が引き出されないオフモードとをスイッチする。第２の動作状態では、電力コンバータは、電源から電流を引き出し第１の平均入力電流より低い第２の平均入力電流を提供する。

ＬＥＤ駆動回路は、当然ながら、上記の好適な実施形態のうちの１つ以上の実施形態に従って適応される。

本発明のこれらの及び他の態様、特徴並びに利点は、好適な実施形態の説明を参照して明らかとなろう。

図１は、ＬＥＤレトロフィット駆動回路とＬＥＤユニットとを含むＬＥＤ照明システムの一実施形態の概略回路図を示す。 図２は、図１の実施形態によるＬＥＤレトロフィット駆動回路の概略回路図を示す。 図３は、図２によるＬＥＤレトロフィット駆動回路の電力コンバータが、高及び／又は低電流生成モードで動作する場合の駆動回路の入力電流の概略グラフを示す。 図４は、図２によるＬＥＤレトロフィット駆動回路の電力コンバータが、高及び／又は低電流生成モードで動作する場合の駆動回路の入力電流の概略グラフを示す。 図５は、第２の動作状態で動作する場合の図２によるＬＥＤレトロフィット駆動回路の動作の概略グラフを示す。 図６は、第１の動作状態で動作する場合の図２によるＬＥＤレトロフィット駆動回路の動作の概略グラフを示す。 図７は、第２の動作状態における動作の更なる例を概略グラフで示す。 図８は、第１の動作状態における動作の更なる例を更なる概略グラフで示す。

図１は、概略回路図でＬＥＤ照明システム１の一実施形態を示す。照明システム１は、本実施形態ではＬＥＤレトロフィット駆動回路３に、破線で示される分離可能なコネクタを使用して接続される電源２を含む。本実施形態による電源２は、ハロゲン照明との使用を意図している１２Ｖ電子トランスである。電源２は、照明システム１に１２Ｖ（公称電圧）の交流動作電圧を提供するように主電源ライン４に接続される。

ＬＥＤレトロフィット駆動回路３は、エネルギー節約のためにＬＥＤを用いてハロゲンランプをレトロフィットするために、電源２を用いて１つ以上のＬＥＤユニット５を動作させる役割を果たす。本実施形態では、ＬＥＤユニット５は、直列接続された４つの高出力半導体発光ダイオード（図示せず）を含み、それぞれ、公称動作条件下で、５０ｌｍ以上の光束を提供する。

ＬＥＤレトロフィット駆動回路３は、１２Ｖの交流電圧を受け取るように電源２に接続された入力部６を含む。入力部６は、電力コンバータ７に電力を供給し、電力コンバータは、電源２、即ち、ハロゲントランスの交流電圧を変換し、適切な出力部８を介して、ＬＥＤユニット５を駆動させる電力を提供する。図１には図示されないが、出力部８は、Ｇ−４タイプソケットといった標準ランプソケット接続を介してＬＥＤユニット５に接続される。図１では、電力コンバータ７は、非常にコンパクトなセットアップを提供するために入力部６及び出力部８と一体に形成される。

ＬＥＤレトロフィット駆動回路３は更に、互いにかつ電力コンバータ７に接続されて、以下に説明されるように電力コンバータ７の動作を制御するフィードバック回路９及び平均化回路１０を含む。フィードバック回路９及び平均化回路１０は、検出器１１、即ち、電流測定抵抗に接続されて、ＬＥＤユニット５を流れる電流、即ち、ランプ電流５０の瞬間値を求め、電力コンバータ７の動作状態を制御する。或いは、フィードバック回路９及び平均化回路１０は、電力コンバータ７とＬＥＤユニット５のＬＥＤとの間にコンデンサといったバッファが配置される場合は、バッファ電圧を求めるために相互に接続される。

図２は、図１による電力コンバータ７の更により詳細な概略回路図を示す。電力コンバータ７は、入力部６に接続された整流器１２、即ち、本実施形態では、典型的なブリッジ型整流器を含む。整流器１２は、ＬＥＤレトロフィット駆動回路３の更なる構成要素に単極可変動作電圧を提供するために、電源２によって提供される可変の１２Ｖ動作電圧を整流する役割を果たす。整流器１２と出力部８との間には、直列接続されたインダクタ２０とダイオード２１とが配置される。更に、電力コンバータ７は、インダクタ２０を短絡させるように提供される制御可能なスイッチ２２を含む。このような短絡の場合、ダイオード２１は、ＬＥＤユニット５の発光ダイオード及び任意のバッファコンデンサのキャパシタンスを流し出してしまう電流の逆流から、ＬＥＤユニット５を保護する。本実施形態による制御可能なスイッチ２２は、制御ユニット２３によって制御されるＭＯＳＦＥＴである。したがって、電力コンバータ７のセットアップは、ステップアップコンバータ、特に典型的なブーストコンバータデザインに対応する。電力コンバータ７は、入力電圧、即ち、電源２の出力電圧より高い出力電圧が出力部８において得られることを可能にする。

電力コンバータ７の動作は、一般に、典型的なブーストコンバータの動作に一致する。スイッチ２２がオンのとき、即ち、閉じた状態のとき、電源２は、インダクタ２０を充電するために使用される電流の大きさを増加する。スイッチ２２がオフのとき、即ち、図示されるように開いた状態のとき、インダクタ２０は、電流の大きさを減少して出力部８に提供する。したがって、充電されたインダクタ２０からＬＥＤユニット５に、エネルギーを転送することが可能である。

本実施形態によるスイッチ２２は、上述したとおり、制御ユニット２３によって制御される。制御ユニット２３は、コンパレータ回路を含み、入力、即ち、インダクタ電流に応じてスイッチ２２を制御して平均入力電流を提供する。したがって、制御ユニット２３は、動作入力電流の瞬間値を得るために入力電流検出器２４に接続される。制御ユニット２３がそれに応じてスイッチ２２を制御する各平均入力電流レベルは、設定点線２５を介してフィードバック回路９によって設定される。

制御ユニット２３は、電流パルスが電源２から引き出されるように「内部」ヒステリシスに応じてスイッチ２２を制御する。制御ユニット２３の動作は、図３から明らかとなろう。図３は、図２によるＬＥＤレトロフィット駆動回路３の入力電流の概略グラフを示す。

図３は、入力電流３０の波形を経時的に示す。なお、図３は、入力電流３０をかなり拡大して概略的に示している。通常、制御ユニット２３は、約３００ｋＨｚ以上のスイッチング周波数でスイッチ２２を制御する。

ＬＥＤレトロフィット駆動回路３が電源に接続される場合、制御ユニット２３は、スイッチ２２をオンモードに制御し、これにより入力電流３０は増加する。入力電流が所定の高入力電流レベル３１に到達すると、スイッチ２２はオフモードに設定され、これに応じて入力電流３０も減少する。低入力電流レベル３２に到達すると、制御可能なスイッチ２２は、オンモードに設定され、これに応じて入力電流３０も再び増加する。

上記動作は、対応して繰り返され、図３の中心に破線によって示される上記平均入力電流レベル３３が提供される。このように形成されたパルス間の電流３０はゼロレベルに到達しないので、高いスイッチング周波数が可能である。

当然ながら、制御ユニット２３は、それぞれの所望の平均入力電流レベル３３を得るために高及び低入力電流レベル３１、３２を適応させる。したがって、制御ユニット２３は、入力電流検出器２４によって得られた瞬間電流値を積分して、平均入力電流が、フィードバック回路９によって設定された所望の平均入力電流レベル３３に一致するか否かを求める。高及び低入力電流レベル３１、３２は、設定された平均入力電流と実際の平均入力電流とに差がある場合には、対応して適応される。

上述したように、制御ユニット２３は、設定点線２５を介してフィードバック回路９によって供給された平均入力電流レベル３３に応じて低及び高入力レベル３１、３２を設定する。本実施形態では、フィードバック回路９は、少なくとも、第１の平均入力電流レベル３３ａと第２の平均入力電流レベル３３ｂとの間で、制御ユニット２３をスイッチする。

図４のグラフに示されるように、第２の平均入力電流レベル３３ｂは、第１の平均入力電流レベル３３ａより低い。したがって、電力コンバータ７は、高電流生成モード４０及び低電流生成モード４１に設定可能である。両モード４０、４１において、電流パルスが電源２から引き出される。高電流生成モード４０と低電流生成モード４１との切替えの瞬間は、図４に点線で示される。

制御ユニット２３の上記内部ヒステリシス動作は、入力電流検出器２４によって決定される入力電流の瞬間値に基づき、また、それぞれ設定された平均入力電流レベル３３ａ、３３ｂに基づくが、フィードバック回路９は第２のコンパレータを含み、ランプ電流検出器１１によって決定される出力ランプ電流５０の瞬間値に基づき第２の「外部」ヒステリシスに応じて高電流生成モード４０と低電流生成モード４１とをスイッチする。したがって、それぞれ制御のためにヒステリシスを使用する２つのスイッチング動作が重ね合わされる。

図５のグラフに示されるように、フィードバック回路９は、電源に接続されると、制御ユニット２３を高電流生成モード４０に設定する。図５は、入力電流３０、出力ランプ電流５０、及びそれぞれ設定された高及び低電流生成モード４０、４１の波形を経時的に示す。

ランプ電流５０が最大閾値５１に到達すると、電力コンバータ７は低電流生成モード４１にスイッチされる。したがって、ランプ電流５０は減少する。ランプ電流５０が最小閾値５２に一致すると、制御ユニット２３は、当該低電流生成モード４１から当該高電流生成モード４０にスイッチされる。この動作は、対応して繰り返され、高及び低電流生成モード４０、４１の切替えのデューティサイクルは、ＬＥＤユニット５の電力消費量に対応するように適応される。

最小閾値５１及び最大閾値５２、即ち、設定点は、フィードバック回路９のメモリに記憶され、ＬＥＤユニット５の最大及び最小許容電流に一致する。したがって、ランプ電流５０は、ＬＥＤユニット５の公称動作範囲内に留まる。或いは、又は、これに加えて、フィードバック回路９は、例えば対応するユーザインターフェース（図示せず）を使用して調光動作にも適応される。この場合、最小閾値５１及び最大閾値５２は、所望の調光レベルに対応する。

したがって、ＬＥＤレトロフィット駆動回路３のセットアップは、２つのヒステリシス制御動作、即ち、制御ユニット２３を使用する入力電流３０への第１の内部ヒステリシス動作と、フィードバック回路９を使用する出力ランプ電流５０への第２の外部ヒステリシス動作とを提供する。したがって、ＬＥＤレトロフィット駆動回路３は、図５及び６を参照して以下に説明されるように、第１及び第２の動作状態での動作を可能にする。

ＬＥＤレトロフィット駆動回路３の本実施形態のセットアップにより、ＬＥＤユニット５の動作は、様々に異なるタイプの電源２を用いてかつ様々な負荷条件下で有利に可能である。したがって、ＬＥＤレトロフィット駆動回路３は、レトロフィット用途、特に設置されている電源２の具体的なタイプを詳しく知る必要なく、有利に使用することができる。

特にＬＥＤレトロフィット駆動回路３を、電源２としての電子ハロゲン電子トランスで動作させる場合、２つの主なグループのトランスが通常設置される。第１のグループは、相対的に高い最小負荷要件を示し、この負荷要件は、通常、ＬＥＤユニット５の動作に必要な電流及び第２の平均入力電流レベル３３ｂより高い。第２のグループは、最小負荷、即ち、電流要件を示さないか、又は、相対的に低い最小負荷、即ち、電流要件を示す。

本実施形態は、接続された電源２のタイプ又はグループに依存して設定される第１及び第２の動作状態に応じた動作を有利に可能にする。

第２の動作状態、即ち、ＬＥＤレトロフィット駆動回路３が、当該第２のグループの電源２に接続される場合、電源２の最小電流要件は第２の平均入力電流レベル３３ｂより低いので、電源２は、高及び低電流生成モード４０、４１での動作を可能にする。この状況は、図５に示される動作に対応する。図７は、当該第２の動作状態における動作の第２の例に応じたグラフを示す。ここでは、提供された交流電圧（図示せず）の半周期に亘る入力電流３０が示される。図７から分かるように、制御ユニット２３のヒステリシス動作のスイッチング周波数は比較的高く、これは、電流３０の波形が「べた」のブロックとして現れる理由である。図７の例では、フィードバック回路９が、交流電圧の半周期毎に１回だけ、高電流生成モード４０と低電流生成モード４１とをスイッチすることが更に示される。

第１の動作状態、即ち、ＬＥＤレトロフィット駆動回路３が、当該第１のグループの電源２に接続される場合、電力コンバータ７が低電流生成モード（以下、オフモード４２と呼ぶ）に設定されるときは、入力電流３０がない。図６のグラフに示されるように、このような電源２の最小電流要件５３は、第２の平均入力電流レベル３３ｂより高い。したがって、オフモード４２では入力電流は提供されない。このことは、一見したところ、高電流生成モード４０とオフモード４２とのスイッチング動作のデューティサイクルを増加する。

図７に対応して、図８は、交流電圧の半周期の継続時間に亘って当該第１の動作状態にある入力電流３０のグラフを示す。ここでも、制御ユニット２３の内部ヒステリシス動作のスイッチング周波数は、比較的高い。したがって、電流３０の波形は、べたのブロックとして現れる。ランプ電流５０は、オフモード４２の間に急速に減少するという事実により、フィードバック回路９は、半周期毎に、数回、高電流生成モード４０とオフモード４２とを切替え、上述したように、高いデューティサイクルがもたらされる。

図８に応じたＬＥＤレトロフィット駆動回路の動作は、参照することにより本明細書に組み込まれる、本出願人による先に公開された特許出願である国際特許公開公報ＷＯ２０１１／０３３４１５に開示されるものと実質的に一致するが、本実施形態は、比較的低い最小電流要件を有する又は最小電流要件を有さない電源２が接続される第２の動作状態を更に可能にする。図８及び７の比較から明らかとなるように、電流流れ角、即ち、接続された電源２から電流が引き出される各半周期における時間は、図７による第２の動作状態ではより高い。したがって、このモードでは、セットアップ全体の力率、したがって電気効率が有利に増加される。更に、ＬＥＤレトロフィット駆動回路３は、高い最小電流要件を有する電源２を図８による第１の動作状態で動作させることも可能にし、最も適切な動作状態が自動的に選択される。したがって、ＬＥＤレトロフィット駆動回路３は、有利に、多目的に使える。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示かつ説明されたが、このような例示及び説明は、例示であって限定と考えられるべきではない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。例えば、
−図１及び２の実施形態において、電力コンバータ７がフィードバック回路９及び／又は平均化回路１０と一体にされている、
−制御ユニット２３及び／又はフィードバック回路９がそれぞれの動作を提供するために適切にプログラムされたマイクロコントローラ又はコンピュータユニットを含む、及び／又は、
−整流器１２が、電力コンバータ７内に含まれるのではなく、電源２内に含まれる、実施形態において本発明を動作させることも可能である。

開示された実施形態への他の変更は、図面、開示内容及び添付の特許請求の範囲の検討から、クレームされた発明を実施する際に、当業者によって理解かつ実現される。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、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は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項に記載されるからと言って、そ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して解釈されるべきではない。

Claims (12)

1. 少なくとも、
   電源から動作電圧を受け取る入力部と、
   １つ以上のＬＥＤユニットへの接続のための出力部と、
   前記入力部及び前記出力部に接続され、前記出力部にランプ電流を提供する電力コンバータと、
   を含み、
   第１の動作状態では、前記電力コンバータは、
   前記電力コンバータが前記電源から電流パルスを引き出して第１の平均入力電流を引き出す高電流生成モードと、
   前記電源から電流が引き出されないオフモードと、
   をスイッチし、
   前記電力コンバータは、少なくとも第２の動作状態においても動作し、前記第２の動作状態では、前記電力コンバータは、
   前記高電流生成モードと、
   前記電力コンバータが前記電源から電流パルスを引き出して前記第１の平均入力電流より低い第２の平均入力電流を引き出す低電流生成モードと、
   をスイッチし、
   前記電力コンバータは、
   前記電源の最小電流要件が前記第２の平均入力電流以下である場合に前記第２の動作状態で動作する、ＬＥＤレトロフィット駆動回路。
2. 前記高及び／又は低電流生成モードにおける前記電力コンバータは、高及び低入力電流レベル間を交互に繰り返し前記第１及び／又は第２の平均入力電流を引き出す、請求項１に記載のＬＥＤレトロフィット駆動回路。
3. 前記電力コンバータは、前記動作電圧から前記ランプ電流を提供するためにステップアップコンバータを含む、請求項１又は２の何れか一項に記載のＬＥＤレトロフィット駆動回路。
4. 前記電力コンバータは、前記動作電圧と同期して、前記高電流生成モードと前記低電流生成モード及び／又は前記オフモードとをスイッチする、請求項１乃至３の何れか一項に記載のＬＥＤレトロフィット駆動回路。
5. 前記電力コンバータに接続され、前記出力部における少なくとも１つの電気パラメータを決定し、前記決定された電気パラメータに依存して前記電力コンバータのモードを設定するフィードバック回路を更に含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載のＬＥＤレトロフィット駆動回路。
6. 前記フィードバック回路は、前記ランプ電流が所定の平均ランプ電流に一致するように前記電力コンバータの前記モードを設定する、請求項５に記載のＬＥＤレトロフィット駆動回路。
7. 前記フィードバック回路は、前記決定された電気パラメータが最大閾値に一致する場合、前記電力コンバータを、前記高電流生成モードから前記低電流生成モード及び／又は前記オフモードにスイッチする、請求項５又は６に記載のＬＥＤレトロフィット駆動回路。
8. 前記フィードバック回路は、前記決定された電気パラメータが最小閾値に一致する場合、前記電力コンバータを、前記低電流生成モード及び／又は前記オフモードから前記高電流生成モードにスイッチする、請求項５乃至７の何れか一項に記載のＬＥＤレトロフィット駆動回路。
9. 前記フィードバック回路に接続され前記最大及び／又は最小閾値を設定する平均化回路が提供される、請求項７又は８に記載のＬＥＤレトロフィット駆動回路。
10. 少なくとも、請求項１乃至９の何れか一項に記載のＬＥＤレトロフィット駆動回路と、前記ＬＥＤレトロフィット駆動回路に接続される１つ以上のＬＥＤユニットと、を含む、ＬＥＤレトロフィットランプ。
11. 請求項１０に記載のＬＥＤレトロフィットランプと、前記ＬＥＤレトロフィット駆動回路の前記入力部に接続され、動作時に前記電力コンバータが前記低電流生成モードと前記高電流生成モードとの間でスイッチされるように、前記第２の平均入力電流以下の最小電流要件を有する電源と、を含む、ＬＥＤ照明システム。
12. ＬＥＤレトロフィット駆動回路を動作させる方法であって、前記ＬＥＤレトロフィット駆動回路は、電源から動作電圧を受け取る入力部と、１つ以上のＬＥＤユニットへの接続のための出力部と、前記入力部及び前記出力部に接続され、動作時に前記出力部にランプ電流を供給する電力コンバータと、を含み、
    第１の動作状態では、前記電力コンバータは、
    前記電源から電流パルスが引き出されて第１の平均入力電流が引き出される高電流生成モードと、
    前記電源から電流が引き出されないオフモードと
    をスイッチし、
    第２の動作状態では、前記電力コンバータは、
    前記高電流生成モードと、
    前記電源から電流が引き出されて前記第１の平均入力電流より低い第２の平均入力電流が引き出される低電流生成モードと、
    をスイッチし、
    前記電力コンバータは、
    前記電源の最小電流要件が前記第２の平均入力電流以下である場合に前記第２の動作状態で動作する、
    方法。

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