JP7724226B2 - Ｌｅｄ照明システム及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明システムの分野に関し、より具体的には、ＬＥＤ照明システムの分野に関する。本発明は、とりわけ、照明負荷への電流の供給の中断に基づく調光機能を含むＬＥＤ照明システムに関するが、これに限定されない。

ＬＥＤを使用する照明器具を駆動するための多くの異なる駆動方式がある。例えば、高周波スイッチモード電力変換回路のような複雑な回路が、主電源照明システムにおいて使用され、それらは、高い力率及び低い全高調波歪みを可能にするが、高コストの解決策である。低コストの回路は、例えば、リニアドライバを使用する。最も基本的な駆動回路は、単に、電流リミッタとしての役割を果たす所謂安定抵抗器を通してＬＥＤにＤＣ電圧を供給し得る。

複雑なドライバは、例えばスイッチモード電力変換器の設定の制御を提供する調光入力での、調光機能を内蔵する。より単純な回路において調光を実施するために、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を使用して制御される直列スイッチを使用して、ＬＥＤ装置への電流供給が遮断される場合がある。その場合、ＰＷＭ信号のデューティサイクルが、光出力を決定する。

ＬＥＤが最適に動作するよう、ＬＥＤは、最も効率的な動作ポイントにおいて所望の光出力を達成するために製造業者によって規定されているような電流によって駆動される。これは、上述のように抵抗器と直列の電圧源にＬＥＤを接続することによって最も簡単に達成されることができる。これは、一般に低出力及び中出力ＬＥＤのために使用される、低コストの解決策である。それ故、ＬＥＤを通る電流は、（Ｖ_ＶＳーＶ_ＬＥＤ）／Ｒによって決定され、ここで、Ｖ_ＶＳは、電圧源によって供給される電圧であり、Ｖ_ＬＥＤは、ＬＥＤの順方向電圧であり、Ｒは、直列の抵抗器の抵抗値である。しかしながら、この抵抗器は、損失をもたらし、それ故、照明システムの効率を低下させる。

この効率を向上させるためには、抵抗器を通した電圧降下が可能な限り低く抑えられる必要がある。これを行うための或るやり方は、複数のＬＥＤを直列に設けるものである。複数のＬＥＤの光出力を単一のＬＥＤと比較して同じに保つことは、より小さいドライバ電流を必要とし、このことは、抵抗器損失を低減させる。しかしながら、それは、例えば製造誤差又は公差により、ＬＥＤの順方向電圧が期待値と異なる場合には、光レベルが著しく異なることも意味する。この変動の問題をなくすためには、Ｖ_ＶＳとＶ_ＬＥＤとの間の大きな差が必要とされるが、これは大きな損失をもたらす。

わずかにより複雑な回路という代償を払って、それ故、システムコストの増大という代償を払って、電流制限抵抗器の必要性をなくし、効率を向上させるために、ＬＥＤを通る電流を調整する定電流回路が使用されることができる。

定電流回路の使用に伴う或る問題点は、定電流回路は、定電流を供給する前に関連する起動時間がある傾向があることである。これは、一般に約１ｋＨｚ以上で動作する、上述のような標準的なＰＷＭ調光方式の場合、デューティサイクルの下限があり、それ故、調光されるＬＥＤ照明システムの下限があることを意味する。

ＬＥＤ装置への電流供給の中断に基づく低コストの調光を可能にするが、広範囲の調光レベルを達成することができるドライバアーキテクチャの必要性が残っている。

本発明は、請求項によって規定されている。

本発明の或る態様による例によれば、
電圧源と、
パルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号によって制御される、前記電圧源と直列の電子スイッチと、
前記電子スイッチと並列のバイパスブランチと、
前記電圧源及び前記電子スイッチと直列のＬＥＤ照明モジュールとを有するＬＥＤ照明システムであって、前記ＬＥＤ照明モジュールが、
定電流駆動回路と、
ＬＥＤ群とを有し、
前記定電流駆動回路が、前記ＬＥＤ群を通る定電流を駆動するよう適合され、
前記バイパスブランチ及び／又は電圧源が、前記電子スイッチが開いているときに、前記定電流駆動回路に供給される電力が前記定電流駆動回路の動作を維持するのに十分であるように適合されるＬＥＤ照明システムが提供される。

このＬＥＤ照明システムは、単一のＬＥＤ、又はＬＥＤの群の調光を可能にする。所望の調光量のために選択されるデューティサイクルを備えるＰＷＭ信号が電子スイッチに印加される。前記スイッチが開いているとき、前記ＬＥＤはオフにされるよう意図されている。バイパスブランチが、前記スイッチにわたって並列にある。前記スイッチと前記バイパスブランチとの並列組み合わせは、電圧源及びＬＥＤ照明モジュールと直列に接続される。前記ＬＥＤ照明モジュールは、ＬＥＤ群及び定電流駆動回路から成る。前記定電流駆動回路は、前記ＬＥＤ群を通る定電流を確保し、このことは、ＬＥＤ群の製造業者によって規定されているような適切な光出力を確実にする。これは、より低い効率及びあまり一貫性のない光出力特性をもたらす、直列の静的抵抗器（static resistor）のより基本的なシステムとは対照的である。更に、幾つかのＬＥＤ照明モジュールが一緒に並列に接続されることができる。

前記バイパスブランチは、前記ＬＥＤがオフにされているときでも前記定電流駆動回路が給電され続けることが可能にする。供給される前記電力は、例えば、前記駆動回路を動作可能な状態に維持するのに十分である供給電圧として使用される。

或る特定の定電流駆動回路が使用される場合、数マイクロ秒のスイッチオン遅延が存在する。ＰＷＭ制御ＬＥＤシステムは、通常、１ｋＨｚより高いＰＷＭ周波数において動作し、故に、前記遅延は、とりわけＰＷＭ信号の低いデューティサイクルに対しては、かなりのものとなる。例えば、４ｋＨｚのＰＷＭ信号では、１％の調光レベルは２．５μｓのパルスを生じさせ、これはスイッチオン遅延に相当する。従って、可能な最低調光レベルは制限される。

更に、前記定電流駆動回路がオンに切り替えられるときに、大きなスイッチオン電流が生じる可能性があり、このことは、これらの電流が制御されることを確実にするために更なる遅延を必要とすることがあり、このことは、更なる数マイクロ秒の遅延を生じさせる可能性がある。これらの遅延は、可能な最低調光レベルを押し上げる。バイパスブランチの追加によって、前記定電流駆動回路は、前記スイッチが開いているときでも継続的に給電されることができ、この問題をなくす。

前記バイパスブランチ及び／又は前記電圧源は、例えば、前記電子スイッチが開いているときに、前記ＬＥＤ群内の前記ＬＥＤの各々の両端の電圧がそれぞれの閾値電圧よりも低いままであるように適合される。前記バイパスブランチの追加により、前記ＬＥＤはまた、非常に低いが、それでも目に見えるレベルにおいて光を発する可能性がある。これは、幾つかのＬＥＤ照明モジュールが並列にある場合に、前記定電流駆動回路の全てに給電し続けるために、より高い電流が必要とされ、前記ＬＥＤ群を通るより高い電流をもたらすので、とりわけ問題となる。前記ＬＥＤの両端の電圧を前記ＬＥＤの閾値電圧未満に保つことによって、前記ＬＥＤを流れる電流はなくなる。従って、前記電子スイッチが開いているときに、前記定電流駆動回路はオンに切り替えられたままであるが、前記ＬＥＤはオフに切り替えられる。

前記ＬＥＤ群は、例えば、直列に接続される１つ以上のＬＥＤを有する。これは、前記ＬＥＤ群の全体の閾値電圧が、前記電子スイッチが開いているときに前記閾値電圧に到達しないように選択されることができることを意味する。直列に配置される各追加ＬＥＤは、前記閾値電圧を増加させる。所望の照明レベルも、群内のＬＥＤの数に基づいて選択されることができる。

前記バイパスブランチは、例えば、抵抗器を有する。前記抵抗器は、前記電子スイッチが開いているときに前記ＬＥＤ群を通る如何なる電流の発生も防止するよう前記ＬＥＤ群の両端の電圧を下げるが、前記定電流駆動回路の動作を確保するのに十分な高い電圧を可能にする。

前記バイパスブランチは、例えば、ツェナーダイオードを有する。前記ツェナーダイオードは、所定の電圧降下を提供し、従って、前記電子スイッチが開いているときに前記ＬＥＤ群を通る如何なる電流の発生も防止するよう前記ＬＥＤ群の両端の電圧を下げるが、前記定電流駆動回路の動作を確保するのに十分な高い電圧を可能にする。

前記バイパスブランチは、例えば、直列の抵抗器及びツェナーダイオードを有する。前記ツェナーダイオード又は前記抵抗器のうちの一方では、ＬＥＤをオフに切り替えるのに十分に低く、前記定電流駆動回路の動作に十分に高い電圧が可能ではない場合には、前記ツェナーダイオードと直列に追加される抵抗器が使用されることができる。

前記定電流駆動回路は、例えば、バックコンバータ（buck converter）である。前記バックコンバータは、既知のやり方で、高速スイッチングによって前記ＬＥＤ群にわたって定電流を維持するために使用されることができる。これは、電気的に効率的な設計を提供するが、相対的の高コストの回路を提供する。

前記定電流駆動回路は、その代わりに、リニア定電流コンバータ（linear constant current converter）であってもよい。前記リニア定電流コンバータは、駆動トランジスタをその線形領域において動作させることによって、前記ＬＥＤ群にわたって電流を一定に保つ。これは、単純な抵抗回路よりも効率的であり、バックコントローラを使用するよりもシステムコストが低い。

前記電子スイッチは、例えば、トランジスタである。

前記システムは、各々がそれぞれの定電流駆動回路とそれぞれのＬＥＤ群とを含む、複数のＬＥＤ照明モジュールを更に有してもよく、各ＬＥＤ照明モジュールはそれぞれの並列ブランチにあり、前記バイパスブランチは、前記電子スイッチが開いているときに、各定電流駆動回路の両端の電圧が前記定電流駆動回路を動作させるのに十分なままであるように適合される。従って、前記照明システムは、複数のＬＥＤブランチを有してもよい。

本発明の或る態様による例によれば、ＬＥＤ照明システムを制御する方法であって、
ＰＷＭ制御を使用して電子スイッチを制御し、それによって、調光を実施するステップであって、前記電子スイッチが、電圧源及びＬＥＤ照明モジュールと直列にあるステップと、
前記電子スイッチが閉じられているときに、前記電圧源を使用して、前記ＬＥＤ照明モジュールの定電流駆動回路に給電し、それによって、前記ＬＥＤ照明モジュールのＬＥＤ群を通る定電流を駆動するステップと、
前記電子スイッチが開いているときに、前記電圧源を使用して、前記電子スイッチと並列のバイパスブランチを通して前記定電流駆動回路に電力を供給するステップであって、供給される前記電力が、前記定電流駆動回路の動作を維持するのに十分であるステップとを有する方法が提供される。

例においては、電子スイッチが開いているとき、前記ＬＥＤ群内の前記ＬＥＤの各々の両端の電圧は、それぞれの閾値電圧よりも低いままである。

前記バイパスブランチは、例えば、抵抗器、ツェナーダイオード、又は直列の抵抗器及びツェナーダイオードを有する。

定電流駆動回路に給電することは、例えば、バックコンバータ又はリニア定電流コンバータを動作させることを含む。

例においては、前記電子スイッチが閉じられているときに、前記方法は、各々がそれぞれの定電流駆動回路とそれぞれのＬＥＤ群とを含む、複数のＬＥＤ照明モジュールの定電流駆動回路に給電するステップを有し、各ＬＥＤ照明モジュールはそれぞれの並列ブランチにあり、前記電子スイッチが開いているとき、各定電流駆動回路の両端の電圧は、前記定電流駆動回路を動作させるのに十分なままである。

下記の実施形態を参照して、本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。

本発明のより良い理解のために、及び本発明がどのようにして実施され得るかをより明確に示すために、ここで、ほんの一例として、添付図面を参照する。
１つのＬＥＤと、電圧源と、抵抗器とを直列に備える、基本的なＬＥＤ照明システムを示す。 ＬＥＤ群と、抵抗器とを直列に備える、基本的なＬＥＤ照明システムを示す。 ＬＥＤ群を通る定電流を供給するバックコントローラを備えるＬＥＤ照明システムを示す。 ＬＥＤ群を通る定電流を供給するリニア定電流コンバータを備えるＬＥＤ照明システムを示す。 調光のために電圧源及びＬＥＤ照明モジュールと直列にＰＷＭ駆動電子スイッチを備える、図２ＢのＬＥＤ照明システムを示す。 抵抗器を含む第１バイパスブランチを、電子回路と並列に備える、図３のＬＥＤ照明システムを示す。 ツェナーダイオードを含む第２バイパスブランチを、電子回路と並列に備える、図３のＬＥＤ照明システムを示す。 直列に接続される抵抗器及びツェナーダイオードを含む第１バイパスブランチを、電子回路と並列に備える、図３のＬＥＤ照明システムを示す。 並列に接続される複数のＬＥＤ照明モジュールを備える、ＬＥＤ調光照明システムを示す。

図を参照して本発明について説明する。

詳細な説明及び特定の例は、装置、システム及び方法の例示的な実施形態を示しているが、説明の目的のためのものでしかなく、本発明の範囲を限定しようとするものではないことは理解されたい。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、添付の特許請求の範囲及び添付の図面からよりよく理解されるようになるだろう。図は、単に概略的なものに過ぎず、縮尺通りには描かれていないことは、理解されたい。図の全体を通して、同じ参照符号は、同じ又は同様のパーツ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、電圧源と、パルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号によって制御される電子スイッチと、ＬＥＤ照明モジュールとを有し、これらの全てが直列に接続される、ＬＥＤ照明システムを提供する。ＬＥＤ照明モジュールは、ＬＥＤ群と、ＬＥＤ群を通る定電流を駆動するよう適合される定電流駆動回路とを有する。加えて、ＬＥＤ照明システムは、電子スイッチと並列にバイパスブランチを更に有する。このバイパスブランチ及び／又は電圧源は、電子スイッチが開いているときに、定電流駆動回路に供給される電力が定電流駆動回路の動作を維持するのに十分であるように適合される。

図１Ａ及び１Ｂは、ＬＥＤ照明回路１００、１０１の例を示している。図１Ａの回路は、電圧源１１０と、抵抗器１２０と、ＬＥＤ１３０とを直列に有する。図１Ｂは、単一のＬＥＤ１３０の代わりにＬＥＤ群１３１を備える、図１ＡのＬＥＤ照明回路１００を示している。ＬＥＤ群１３１は、直列に接続される複数のＬＥＤ１３２を有する。

ＬＥＤが所要の光レベルを出力するために必要とされる電流レベルは、製造業者によって規定されているが、ＬＥＤに損傷を与えるのを防ぐために制限される必要もある。この駆動電流は、どちらの例においても、電圧源と抵抗器とを直列に接続することによって、供給される。

ＬＥＤを通る駆動電流は、（Ｖ_ＶＳーＶ_ＬＥＤ）／Ｒによって決定され、ここで、Ｖ_ＶＳは、電圧源によって供給される電圧であり、Ｖ_ＬＥＤは、ＬＥＤの順方向電圧であり、Ｒは、直列の抵抗器の抵抗値である。ＬＥＤを通した電圧降下、順方向電圧は、駆動電流の範囲にわたって相対的に一定である。

それ故、ＬＥＤの製造業者によって規定されている順方向電圧及び駆動電流で、電圧源と一緒に、抵抗器の値が決定されることができる。しかしながら、この抵抗器は、損失をもたらし、従って、システムの効率を低下させる。

例えば、図１ＡにおけるＬＥＤ１３０が、２００ｍＡにおいて３Ｖの順方向電圧を持ち、電圧源１１０が、１０Ｖを供給する場合、抵抗器１２０は、２００ｍＡを供給するためには、３５Ωの抵抗器である必要がある。これは、１．４Ｗの抵抗器損失をもたらす。

図１ＢにおけるＬＥＤ群１３１が、３個のＬＥＤを有し、電圧源１１０が、図１Ａの例と同一である場合、上記の例と同じ光レベルを達成するためには、ＬＥＤ群１３１を通る６６．６ｍＡの電流及び９Ｖの順方向電圧が必要とされる。この場合には、抵抗器１２１の値は、１５Ωである必要がある。これは、０．０６６Ｗの抵抗器損失をもたらし、図１Ａの例の抵抗器損失のおよそ２１分の１である。

この効率の向上は、抵抗器を通した電圧降下の低下のためである。残念ながら、ＬＥＤの順方向電圧は、生産要素（production factor）であり、この値は数％変動する可能性があることを意味する。

図１Ａのために示されている例において、公差によるＬＥＤ順方向電圧が１０％高い場合、ＬＥＤ１３０によって必要とされる順方向電圧は３．３Ｖである。３５オームの抵抗値の場合、これは、ＬＥＤ１３０を通る電流が５％減少して１９１ｍＡとなり、５％低い光出力をもたらすことを意味する。

図１Ｂのために示されている例において、公差によるＬＥＤ順方向電圧が１０％高い場合、ＬＥＤ群１３１によって必要とされる順方向電圧は９．９Ｖである。１５オームの抵抗値の場合、これは、ＬＥＤ群１３1を通る電流が９０％減少して６．６６ｍＡとなり、９０％低い光出力をもたらすことを意味する。

要約すると、より低い、抵抗器１２０を通した電圧降下を与えられれば、より低い抵抗器損失が達成され、照明システムの効率を上げる。しかしながら、これは、システムの光出力が、ＬＥＤ群１３１の順方向電圧の変動による変化の影響を受けやすくする。これは、順方向電圧における小さな変動が駆動電流におけるより大きな変動をもたらすことを意味する、電圧源１１０によって供給される電圧と、ＬＥＤ群１３１の順方向電圧との間のより小さいヘッドルームのためである。

図２Ａは、電圧源２１０とＬＥＤ照明モジュール２２０とを有するＬＥＤ照明回路２００の例を示している。ＬＥＤ照明モジュール２２０は、定電流駆動回路２４０と、ＬＥＤ群２３０とを有する。定電流駆動回路２４０は、ＬＥＤ群２３０を通る定電流を制御するよう適合される。

定電流駆動回路２４０は、電流バックコントローラ回路（current buck controller circuit）である。それは、供給電圧ＶＣＣ及び接地電圧ＧＮＤを有する供給レールによって動作される。これらの供給レールは、電圧源２１０の出力から得られる。定電流駆動回路は、例えば、回路が動作可能な状態のままである（接地に対する）最低供給電圧を有する。

ＬＥＤ群２３０を通る定電流は、既知のやり方で、バックコントローラ（buck controller）によって高いスイッチング速度において達成される。電流は、電流検出抵抗器２７０によって検知される。電流バックコントローラ２４０は、モニタされる検出抵抗器２７０にわたる電流に応じて、直列の主コンバータスイッチ２６０を制御する。コンデンサＣ１及びインダクタＬ１は、バックコンバータのタンク回路を形成し、ダイオードＤ１は、バックコンバータのフリーホイールダイオード（freewheeling diode）である。これは、効率的な設計と、ＬＥＤ群２３０からの一貫性のある光出力とを提供する。しかしながら、この解決策は、インダクタ及び高速バックコントローラの使用を必要とし、システムコストを引き上げる。

図２Ｂは、この場合も先と同様に電圧源２１０とＬＥＤ照明モジュール２２１とを有する、ＬＥＤ照明回路２０１の代替例を示している。ＬＥＤ照明モジュール２２１は、定電流駆動回路２４１と、ＬＥＤ群２３０とを有する。この例における定電流駆動回路２４１は、リニア定電流コンバータである。

定電流コンバータは、線形領域において動作される主トランジスタ２６１（Ｔ１）を有する。この場合も先と同様に、電流検出抵抗器２７０が、ＬＥＤ群２３０を流れる電流を検知する。結果として生じる電圧は、比較器Ｕ１において、電圧源２５１によって表されている基準と比較される。比較器の出力は、トランジスタＴ２の、導通状態を決定し、従って、出力インピーダンスを決定する。トランジスタＴ２は、トランジスタＴ２と抵抗器Ｒ１との間の接合部における電圧が、ＬＥＤ群を流れる電流に依存して変化するような分圧器を、抵抗器Ｒ１と共に形成する。これは、主トランジスタＴ１のベース電圧を制御する。このやり方においては、基準２５１によって設定される所望の電流を維持するようＴ１の導通状態を調整するフィードバック経路が形成される。電流が低下する場合には、電流の調整（この場合には増加）を提供するよう、Ｔ２が低インピーダンス状態にされ、従って、Ｔ１のベースにおける電圧が増加する。

定電流駆動回路２４１は、供給電圧ＶＣＣ及び接地電圧ＧＮＤを有する供給レールによって動作される。これらの供給レールは、電圧源２１０の出力から得られる。定電流駆動回路は、（周辺回路構成要素を備える）集積回路であってもよく、集積回路は、この場合も先と同様に、回路が動作可能な状態のままである（接地に対する）最低供給電圧を有する。

これは、効率的な設計と、ＬＥＤ群２３０からの一貫性のある光出力とを提供する。リニア定電流コンバータは、システムコストがバックコントローラより低く、より単純な設計である。

図２Ａ及び２Ｂにおいては、図１Ａ及び１Ｂにおいて示されている照明回路とは異なり、実際のＬＥＤ群の順方向電圧と、製造業者によって供給される期待値との間に差がある場合でも、ＬＥＤ群２３０を通る電流は一定のままである。

図３は、図２Ｂの回路設計に適用される、電圧源２１０及びＬＥＤ照明モジュール３２０と直列に接続されるパルス幅変調（ＰＷＭ）制御電子スイッチ３５０を有するＬＥＤ照明回路２０１の例を示している。

電子スイッチ３５０は、例えば、トランジスタ、又は電子信号によってオン及びオフに切り替えられることができる、当業者によって知られている別のスイッチであってもよい。

ＰＷＭ制御電子スイッチ３５０は、ＬＥＤ群２３０の光出力の調光を可能にする。これは、規則的に、繰り返し、電子スイッチ３５０を開閉し、電圧源２１０をＬＥＤ照明モジュール２２１に接続する及び切り離すことによって、実施される。デューティサイクルを減少させることによって、ＬＥＤ群２３０からの平均光出力は減らされ、この効果は人間の目によって減光として知覚される。デューティサイクルを増加させることによって、ＬＥＤ群２３０からの平均光出力は、ＬＥＤ群２３０が常にオンになっている最大レベルまで増やされる。従って、デューティサイクルは、所望のレベルの調光のために選択されることができる。

この調光方法は、定電流駆動回路が、電流バックコンバータ（current buck converter）、リニア定電流コンバータ、又は起動するために時間を必要とする任意の他の定電流システムである場合に問題となる。図３において示されているリニア定電流コンバータ２４１の場合には、起動時間、即ち、電子装置が機能し始めるのにかかる時間は、通常、数マイクロ秒である。この起動時間の間、大きなスイッチオン電流はＬＥＤ群２３０の損傷につながる可能性があり、故に、電流を制限するために更なる方策が取られ、更なる遅延を導入する。

ＰＷＭ制御ＬＥＤシステムは、通常、１ｋＨｚを超えるＰＷＭ制御周波数において動作する。従って、周期は１ｍｓ未満である。１ｋＨｚのＰＷＭ制御周波数を考えると、０．１％の調光においては、ＬＥＤ照明モジュール２３０は、オン／オフサイクル中、１マイクロ秒間だけ接続される。電子装置の起動中の高いスイッチオン電流に関する問題のため、定電流駆動回路の接続は遅延させられる必要がある場合がある。この遅延時間が２マイクロ秒だけである場合には、ＬＥＤ照明システムの最低調光レベルは少なくとも０．２％である。ＰＷＭ制御周波数が５ｋＨｚまで上げられる場合には、この最低調光レベルは１％まで上がる。従って、起動時間が存在する場合、調光レベルの下限が存在する。

それ故、この最低調光レベルを克服するためには、起動時間の発生が防止される必要がある。これを達成するために、本発明は、定電流駆動回路が継続的に給電される実施例をベースにしている。しかしながら、これは、直列遮断スイッチ３５０を備えるシステム（即ち、単一配線システム）においては、スイッチ３５０が、ＬＥＤ照明モジュールから電力を取り除き、従って、定電流ドライバ回路から電力を取り除くという点で、達成するのは簡単ではない。

図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、図３の回路の修正例をベースにした、本発明による照明システムの例を示している。

図４Ａは、上記のような、ＰＷＭ信号によって駆動される電子スイッチ３５０と、電圧源２１０と、ＬＥＤ照明モジュール２２１とを直列に有する照明システム４００を示している。

ＬＥＤ照明システム４００は、電子スイッチ３５０と並列に接続されるバイパスブランチ４６０を更に有する。

バイパスブランチ４６０は、この第１例においては抵抗器４６１を有する。

電子スイッチ３５０と並列に抵抗器４６１を追加することは、電子スイッチ３５０が開いているときに電流が流れることができる経路を提供する。これは、リニア定電流コンバータ２４１への電源供給、とりわけ、比較器Ｕ１及び他の回路構成要素への電力供給ＶＣＣを維持することを可能にする。それ故、電子スイッチ３５０が開いているときでも、リニア定電流コンバータ２４１は継続的に動作することができる。これは、リニア定電流コンバータ２４１が起動する必要がないので、もはや調光レベルの下限は存在しないことを意味する。

好ましくは、抵抗器４６１を通した電圧降下が、ＬＥＤの合計閾値電圧未満であるＬＥＤ群の両端の電圧をもたらすことを確実にすることによって、ＬＥＤ群２３０はオフにされる。しかしながら、リニア定電流コンバータ２４１への電圧供給ＶＣＣは、（上述の）その最低動作電圧よりも高いままであり、リニア定電流コンバータが動作することを可能にする。従って、定電流駆動回路の最低動作電圧と、ＬＥＤ群の順方向電圧との間には、或る範囲の電圧があり、この範囲内の駆動電圧を供給することによって、ＬＥＤ群はオフにされることができる一方で、定電流駆動回路がアクティブなままである。

最低供給電圧ＶＣＣは例えば２．５Ｖであり、故に、ＬＥＤストリングの動作電圧はこれより高い必要がある。抵抗器は、リニア定電流コンバータは動作している一方で、ＬＥＤを通る電流は可能な限り低くなるような値を有する。

この期間中、電流が電流検出抵抗器２７０を流れないことから、トランジスタＴ２はオフ（又は比較器Ｕ１からの最低出力電圧に対応する最低導通状態）にされる。従って、Ｔ１のベース電圧のプルアップをもたらす。従って、スイッチ３５０が開いており、回路はバイパス経路によって給電される一方で、ＬＥＤはオフである間、検出抵抗器電流はヌル（ｎｕｌｌ）であり、それ故、スイッチによって制御される電流トランジスタＴ１は、最大限に開いている。

スイッチ３５０が閉じられるときには、トランジスタＴ１は再び電流を伝導し、この電流は定電流駆動回路によって調整される。

従って、非常に低いデューティサイクルが存在する場合でも、回路は、ＬＥＤ群に電流を供給する準備ができており、即ち、回路は既に給電されており、トランジスタは、ＬＥＤ群の順方向電圧に達するとすぐに電流を供給するのに適した導通状態にある。

「フラッシュ」電流のリスクを伴う、検出抵抗器に依存して回路が電流トランジスタを正しい値に戻すための応答時間が存在する。この問題は、前記時間に依存し、故に、回路の制御ループの速度に依存する。このようなフラッシュが目に見えることは許容されるべきではなく、更により重要なことには、ＬＥＤは、発生し得る如何なる電流スパイクも損傷なしに処理することができる必要がある。

トランジスタＴ１の利得は、最大電流が高くなりすぎないように制限されることができる。

図４Ｂは、この例においてはツェナーダイオード４６２を有するバイパスブランチを除けば図４Ａと同一である照明システム４０１の第２例として示している。これは、（電流に依存しない）ステップ電圧降下（ステップ電圧降下）を提供する。この場合も先と同様に、ツェナーダイオード４６２は、電子スイッチ３５０が開いているときに電流が流れることができる経路を提供する。ツェナーダイオード４６２は、ＬＥＤ群２３０の両端の電圧を、ＬＥＤ群２３０の順方向電圧よりも低い電圧に下げ、ＬＥＤ群２３０にわたって電流を防止し、それによって、発光を防止するように適合される。

上記で説明したように、リニア定電流コンバータ２４１への電圧供給は、その最低動作電圧よりも高いままであり、リニア定電流コンバータが動作することを可能にする。

図４Ｃは、ツェナーダイオード４６２と抵抗器４６４とを直列に有するバイパスブランチを除けば図４Ａと同一である照明システム４０３の第３例を示している。抵抗器５６４は、更に、スイッチが開いているときにＬＥＤ照明モジュール２２１を通る不所望に高い電流を防止し得る。

図４Ａ乃至４Ｃにおいては、ＬＥＤ群２３０において直列に接続されるＬＥＤの数が、ＬＥＤ群２３０の所望の総合順方向電圧を達成するために選択されることができる。ＬＥＤ群の順方向電圧は、ＬＥＤ群内のＬＥＤの順方向電圧の全ての合計の結果である。このことは、定電流駆動回路の最低動作電圧を、ＬＥＤの合計閾値電圧より低い適切なレベルに設定することを可能にする。

図５は、ＰＷＭ制御電子スイッチ３５０と、電圧源５１０と、ＬＥＤ照明モジュール５２０とを直列に有するＬＥＤ照明回路５００の例を示している。ＰＷＭ制御電子スイッチと並列にバイパスブランチ５６０がある。更に、互いに並列の複数の随意のＬＥＤ照明モジュール５２１がある。

複数のＬＥＤ照明モジュール５２０、５２１は、複数の閾値電圧及び駆動電流の選択肢を持つ、複数のＬＥＤ群をＬＥＤ照明システムに追加することを可能にする。バイパスブランチ５６０は、電子スイッチ５５０が開いているときに、複数の定電流駆動回路の両端の電圧が継続動作のために十分に高いままであることを確実にするために、それに応じて複数のＬＥＤ照明モジュールに適合される。バイパスブランチ５６０はまた、電子スイッチ５５０が開いているときに、複数のＬＥＤ群５３０の両端の電圧が、ＬＥＤ群５３０の順方向電圧よりも低いままであり、それによって、発光を防止することを確実にするよう適合される。

本発明は、リニア定電流ドライバに関して説明されている。これは、低コストの解決策を与える。しかしながら、同じ手法がバックコンバータに適用されてもよい。任意の他の定電流コンバータが使用されてもよい。本質的に、電流ドライバは電流源回路であり、任意の適切な電流源回路が使用され得る。

本発明は、例えば、ＤＣ電圧を使用して駆動される、ＬＥＤストリップなどのＬＥＤシステムにとって興味深い。ＤＣ電圧は、例えば、主電源からの整流によって得られ得る。

システムは、例えば、２Ｖ乃至５０Ｖの範囲内の電圧において動作する。最大電圧は、ＩＣプロセスに依存し、例えば１８Ｖ乃至５０Ｖの範囲内である。例として、ＩＣの動作範囲は、２．５Ｖ乃至１８Ｖであってもよい。

当業者は、請求項記載の発明の実施において、図面、明細及び添付の特許請求の範囲の研究から、開示されている実施形態に対する変形を、理解し、達成することができる。特許請求の範囲において、「有する」という単語は、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。

単に、或る特定の手段が、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は有利になるようには使用されることができないことを示すものではない。

特許請求の範囲又は明細書において「～するよう適合される」という用語が使用されている場合には、「～するよう適合される」という用語は、「～するよう構成される」という用語と同等であるよう意図されていることに留意されたい。

特許請求の範囲における如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (12)

1. 電圧源と、
   ＰＷＭ駆動信号によって制御される、前記電圧源と直列の電子スイッチと、
   前記電子スイッチと並列のバイパスブランチと、
   前記電圧源及び前記電子スイッチと直列のＬＥＤ照明モジュールとを有するＬＥＤ照明システムであって、前記ＬＥＤ照明モジュールが、
   前記電子スイッチと前記ＬＥＤ照明モジュールとの間に結合されるリターンを持つ電力供給を介して電力を受け取るよう適合される定電流駆動回路と、
   直列に接続される複数のＬＥＤを含むＬＥＤ群とを有し、
   前記定電流駆動回路が、前記ＬＥＤ群を通る定電流を駆動するよう適合され、
   前記バイパスブランチが、前記電子スイッチが開いているときに、前記定電流駆動回路に供給される前記電力が前記定電流駆動回路への給電を維持するのに十分であるように適合され、
   前記バイパスブランチが、前記バイパスブランチを通した電圧降下が、前記ＬＥＤの合計閾値電圧未満である前記ＬＥＤ群の両端の電圧をもたらすように適合されるＬＥＤ照明システム。
2. 前記バイパスブランチが、抵抗器を有する請求項１に記載のＬＥＤ照明システム。
3. 前記バイパスブランチが、ツェナーダイオードを有する請求項１乃至２のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明システム。
4. 前記バイパスブランチが、直列の抵抗器及びツェナーダイオードを有する請求項１乃至２のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明システム。
5. 前記定電流駆動回路が、バックコンバータである請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明システム。
6. 前記定電流駆動回路が、リニア定電流コンバータである請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明システム。
7. 前記電子スイッチが、トランジスタである請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明システム。
8. 各々がそれぞれの定電流駆動回路とそれぞれのＬＥＤ群とを含む、複数のＬＥＤ照明モジュールを有し、各ＬＥＤ照明モジュールがそれぞれの並列ブランチにあり、前記バイパスブランチが、前記電子スイッチが開いているときに、各定電流駆動回路の両端の電圧が前記定電流駆動回路を動作させるのに十分なままであるように適合される請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明システム。
9. ＬＥＤ照明システムを制御する方法であって、
   ＰＷＭ制御を使用して電子スイッチを制御し、それによって、調光を実施するステップであって、前記電子スイッチが、電圧源及びＬＥＤ照明モジュールと直列にあるステップと、
   前記電子スイッチが閉じられているときに、前記電圧源を使用して、前記ＬＥＤ照明モジュールの定電流駆動回路に給電し、それによって、前記ＬＥＤ照明モジュールの、直列に接続される複数のＬＥＤを含むＬＥＤ群を通る定電流を駆動するステップと、
   前記電子スイッチが開いているときに、前記電圧源を使用して、前記電子スイッチと並列のバイパスブランチを通して前記定電流駆動回路に電力を供給するステップであって、供給される前記電力が、前記定電流駆動回路への給電を維持するのに十分であり、前記バイパスブランチが、前記バイパスブランチを通した電圧降下が、前記ＬＥＤの合計閾値電圧未満である前記ＬＥＤ群の両端の電圧をもたらすように適合されるステップとを有する方法。
10. 前記バイパスブランチが、抵抗器、ツェナーダイオード、又は直列の抵抗器及びツェナーダイオードを有する請求項９に記載の方法。
11. 定電流駆動回路に給電することが、バックコンバータ又はリニア定電流コンバータを動作させることを含む請求項９乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記電子スイッチが閉じられているときに、各々がそれぞれの定電流駆動回路とそれぞれのＬＥＤ群とを含む、複数のＬＥＤ照明モジュールの定電流駆動回路に給電するステップを有し、各ＬＥＤ照明モジュールがそれぞれの並列ブランチにあり、前記電子スイッチが開いているとき、各定電流駆動回路の両端の電圧が、前記定電流駆動回路を動作させるのに十分なままである請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の方法。