(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を受け取るための第１の回路分岐であって、第１の位相シフト要素と直列に接続されている第１の発光ダイオード回路を有する第１の回路分岐と、
前記第１の回路分岐と並列に接続されている第２の回路分岐であって、前記第１の回路分岐内の前記ＬＥＤ回路及び位相シフト要素と比較して逆順において、第２の位相シフト要素に直列に接続されている第２のＬＥＤ回路を有する第２の回路分岐と、
第３のＬＥＤ回路を有する第３の回路分岐であって、前記第１のＬＥＤ回路と前記第１の位相シフト要素との間の前記第１の回路分岐内の点に接続されている第 １の端部と、前記第２のＬＥＤ回路と前記第２の位相シフト要素との間の前記第２の回路分岐の点とに接続されている第２の端部とを有する第３の回路分岐と、
を有し、
前記第１の位相シフト要素と前記第２の位相シフト要素とが、交流駆動される発光装置におけるフリッカを減少させるように選択される、交流駆動される発光装置のための回路装置。
【請求項２】
前記位相シフト要素のうちの少なくとも１つが、コンデンサによって形成されている、請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
前記第１の回路分岐、前記第２の回路分岐及び第３の回路分岐が、それぞれ、対応する前記第１のＬＥＤ回路、前記第２のＬＥＤ回路及び第３のＬＥＤ回路に直列に結合されている又は対応する前記第１のＬＥＤ回路、前記第２のＬＥＤ回路及び第３のＬＥＤ回路の一部を形成している第１の抵抗、第２の抵抗及び第３の抵抗を有している、請求項１又は２に記載の回路装置。
【請求項４】
前記第１の位相シフト要素及び前記第２の位相シフト要素の少なくとも一方は制御可能である、請求項１、２又は３に記載の回路装置。
【請求項５】
前記第１のＬＥＤ回路及び前記第２のＬＥＤ回路の少なくとも一方は制御可能である、請求項１、２又は３に記載の回路装置。
【請求項６】
前記第１の抵抗及び前記第２の抵抗の少なくとも一方が制御可能である、請求項３に記載の回路装置。
【請求項７】
前記発光ダイオード回路の少なくとも１つは、前記交流電圧の少なくとも負の半分の一部に応答するのと同様に、前記交流電圧の少なくとも正の半分の一部に応答して、光を生成することができる、請求項１乃至６の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項８】
前記発光ダイオード回路の少なくとも１つは、１つ以上の発光ダイオードの２つの逆並列ストリング有している、請求項７に記載の回路装置。
【請求項９】
前記発光ダイオード回路の少なくとも１つは、１つ以上の発光ダイオードのストリングに結合されている整流器を有している、請求項７に記載の回路装置
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の少なくとも１つの回路装置を含む光源を有する交流電圧照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善されたフリッカ性能を備える交流駆動に適応化されたＬＥＤ回路配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色ＬＥＤの低コストの一般的な照明用途のために、交流動作のための高電圧ＬＥＤストリングの使用が、非常に有利である。これらのＬＥＤモジュールは、専用の動作電圧を有するように設計されることができ、前記ＬＥＤモジュールをメイン供給電圧に接続するための抵抗性バラストの使用を可能にする。このバラスト抵抗器は、例えば、パワー半導体、磁気構成要素及び制御電子装置等を必要とする通常の駆動回路と比較して、非常に安価である。この簡単さのため、非常に信頼できるものであると期待されることができる。高い動作温度への適応は、非常に単純明快である。
【０００３】
電流は、電圧が前記ＬＥＤの順方向電圧を超える場合に、前記ＬＥＤを流れるのみであり、結果として、各電圧交差の周りにおける光出力の期間は、存在しない。従って、前記ＬＥＤは、パルス光を供給し、メイン周波数によって決定される周波数を有している。パルス周波数は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの送電網（grid）格子（例えば、ヨーロッパ又は米国）における使用に基づいて、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚである。
【０００４】
このパルセーションは、光源を又は前記光源によって照明される対象からの反射を、見る又は覗き込んだ場合に、直ちにフリッカ効果をもたらすわけではないほど十分に速い。しかしながら、運動（前記光源、照明される対象又は目の何れか）が生じるとすぐに、ストロボ効果が生成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
国際特許出願公開第２００５／１２０１３４号パンフレットは、２つの並列な回路分岐を有している回路であって、各分岐は、一対の逆並列接続されている発光ダイオードを有している、回路を開示している。第１の前記分岐はコンデンサを更に有しており、第２の前記分岐は、コイルを更に有している。結果として、２つの前記分岐における電流は、位相シフトされており、逆並列発光ダイオードの対の発される光の変化は、異なる時点において生じ、前記逆並列の発光ダイオードの対の個々のフリッカ率と比較して、回路の全体的なフリッカ率は、減少される。
【０００６】
本発明の目的は、この問題を解決し、改善されたフリッカ性能を有する発光ダイオードのための改善された回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の見地によれば、当該目的は、交流電圧を受け取る第１の回路分岐であって、第１の位相シフト要素と直列に接続されている第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）回路を有する第１の回路分岐と、前記第１の回路分岐と並列に接続されている第２の回路分岐であって、前記第１の回路分岐における前記ＬＥＤ回路及び位相シフト要素と比較して逆順において、第２の位相シフト要素に直列に接続されている第２のＬＥＤ回路を有する第２の回路分岐と、第３のＬＥＤ回路を有する第３の回路分岐であって、前記第１のＬＥＤ回路と前記第１の位相シフト要素との間の前記第１の回路分岐内の点に接続されている第１の端部と、前記第２のＬＥＤ回路と前記第２の位相シフト要素との間の前記第２の回路分岐内の点に接続されている第２の端部とを有する第３の回路分岐とを有する発光装置のための回路装置によって達成される。
【０００８】
このような回路設計によれば、前記第１のＬＥＤ回路及び第２のＬＥＤ回路を流れる電流は、前記第３のＬＥＤ回路を流れる電流と比較して位相シフトされることができ、この結果、前記第１の発光ダイオード回路及び前記第２の発光ダイオード回路が、第１の期間において発光する一方で、前記第３の発光ダイオード回路は第２の期間において発光する。適切な位相シフト要素を選択することによって、これらの期間は、時間的に重複することもでき、この結果、暗い期間は存在しない。幾らかの輝度の変動は、依然として存在し得るが、連続的な光束が存在し、即ち光が生成されない時点は、存在しない。従って、移動する対象は、一連の閃光よりもむしろ連続的な経路によって示されている。
【０００９】
フリッカ率は、平均より上の輝度を備える光束と全体の光束の間の関係として規定されることができる。当該回路の設計に応じて、５．２％程度の低さのフリッカ率が、シミュレーションにおいて見出されている。より良好なフリッカ率は、異なるパラメータ又は構成要素（即ち異なるスケールの選択）を使用する場合にあり得る。このことは、位相シフト要素を有していない、従来の構成のフリッカの４８％と比較して著しい改善である。
【００１０】
このことは、フリッカの唯一の妥当な測定というわけではないことに留意されたい。この状況において非常に関連し得る他の要因は、光束を有さない期間（暗い期間）の発生である。上述したように、本発明は、暗い期間を完全に回避するように設計されることができる点において有利である。
【００１１】
更に、当該バラストの効率が、通常の７５―７８％と比較して改良されることができる。構成要素の値の選択に依存して、最高８５％の効率が、シミュレーションの間、発見されている。異なるパラメータ又は構成要素（即ち他のＬＥＤ）を使用する場合、より良好な効率が、あるかもしれない。
【００１２】
本発明の更に他の有利な点は、第１のＬＥＤ回路及び第２のＬＥＤ回路を流れる電流が、前記メイン電圧と比較して低減された３次高調波を有することにある。交流電源によって供給される前記全体の電流の前記３次高調波の減少は、メイン高調波の規則を遵守するのに有利である。
【００１３】
発光ダイオード回路は、１つ以上の無機発光ダイオード、有機発光ダイオード（例えば、ポリマ発光ダイオード）及び／又はレーザー発光ダイオードを有している。
【００１４】
前記位相シフト要素は、コンデンサによって形成されることができる。電流を位相シフトさせるコンデンサの使用は、前記コンデンサが、関連する動作周波数の範囲に対して大きさがより小さいものであることができるという事実のために、コイルの使用と比較して有利である。
【００１５】
更に、本発明のこの実施例によれば、前記第１の発光ダイオード回路及び前記第２の発光ダイオード回路は、本質的に容量性電流によって駆動される。しかしながら、前記第３の発光ダイオード回路は、前記第１の発光ダイオード回路及び前記第２の発光ダイオード回路の電圧降下の両端に接続され、誘導電流に似た位相シフトを有する電流によって駆動される。従って、前記第１の発光ダイオード回路及び前記第２の発光ダイオード回路を流れる電流は、時間的に進んでいる一方で、前記第３の（中間の）発光ダイオード回路を流れる電流は、時間的に遅延している。即ち、国際特許出願公開第２００５／１２０１３４号パンフレットにおけるものに似た効果が、誘導的な要素を伴うことなく、達成される。
【００１６】
一実施例によれば、各発光ダイオード回路は、前記交流電圧の少なくとも負の半分の一部に応答するのと同様に、前記交流電圧の少なくとも正の半分の一部に応答して、光を生成することができる。このような発光ダイオード回路は、好ましくは、交流電圧を供給される場合に使用されるべきである。
【００１７】
このような発光ダイオード回路の例は、１つ以上の直列に接続されている発光ダイオードの２つの逆並列ストリングを有している。他の例は、１つ以上の直列に接続されている発光ダイオードのストリングと直列に結合されている整流器を有する。
【００１８】
本発明は、添付請求項に列挙されているフィーチャの全てのあり得る組み合わせに関するものであることに留意されたい。
【００１９】
本発明のこの及び他の見地は、ここで、本発明の現在好適な実施例を示していている添付図面を参照して、詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施例の模式的な回路図である。
【図２】図１の回路配置におけるＬＥＤ回路の更に詳細な回路図を示している。
【図３】図１の回路における束及び電流波形を示している図である。
【図４ａ】フリッカ率 対 静電容量及びスケーリングファクタを示している図である。
【図４ｂ】フリッカ率 対 静電容量及び抵抗値を示している図である。
【図５】相対的な光束 対 静電容量及びスケーリングファクタを示していている図である。
【図６】本発明の第２の実施例の模式的な回路図である。
【図７】図６の回路における束及び電流波形を示している図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施例による回路１は、図１に示されている。
【００２２】
第１の回路分岐２は、第１のＬＥＤ回路３及び第１の位相シフト要素４（ここでコンデンサ）を有している。ＬＥＤ回路３は、ここで、極性が逆転されて並列に接続されている（逆並列）少なくとも２つのＬＥＤ５と、これらのＬＥＤと直列に接続されているバラスト抵抗器６とを有している。第２の回路分岐１２は、第２のＬＥＤ回路１３（ＬＥＤ１５及びバラスト抵抗器１６）と第２の位相シフト要素１４（例えば、第２のコンデンサ）とを有している。第２の分岐１２は、コンデンサ４、１４及びＬＥＤ回路３、１３が逆順になっているような仕方において、第１の分岐２と並列に接続されている。即ち、これらの相互の接合のうちの一方から他方までの分岐に続いて、一方の分岐は、前記ＬＥＤ回路の前に前記コンデンサを有している一方で、他方の分岐は、前記コンデンサの前に前記ＬＥＤ回路を有する。
【００２３】
第３の分岐２２は、第３のＬＥＤ回路２３（ＬＥＤ及びバラスト抵抗器２６）を有しており、２つの分岐２、１２の間、即ち第１のＬＥＤ回路３と第１のコンデンサ４との間の点２４と、第２のＬＥＤ回路１３と第２のコンデンサ１４との間の点２５との間に接続されている。この示されている場合において、ＬＥＤ回路３、１３は、外付けのバラスト抵抗器６、１６を含んでおり、各々対応する抵抗器６、１６は、接続点２４、２５のＬＥＤ５、１５自体と同じ側になければならない。
【００２４】
交流電源２７は、前記第１の回路分岐及び前記第２の回路分岐と並列に接続されており、回路を駆動するように配されている。
【００２５】
一実施例によれば、各ＬＥＤ回路３、１３、２３は、所謂ＡＣＬＥＤパッケージであり、前記ＡＣＬＥＤパッケージは、逆並列において接続されていると共にメイン電圧からの直接的な動作のために適応化されている幾つかのＬＥＤを有している。一例として、図２に示されているように、パッケージ３１は、逆並列高電圧ＬＥＤ３２の４つの直列に接続されている対からなり得る。各ＬＥＤの対は、バラスト抵抗器３３を備えている。このパッケージは、交流電圧への接続のための２つの端子３４を有している。
【００２６】
１１０Ｖの動作のために設計されている典型的なＡＣＬＥＤパッケージは、以下のパラメータを有することができる：
【表１】
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【００２７】
もちろん、内部抵抗を変更することによって外部バラスト抵抗器６、１６、２６を前記ＡＣＬＥＤ内に組み込むことも可能である。この場合、コンデンサ４、１４のみが、外部構成要素として必要とされる。
【００２８】
得られる全体の束の滑らかさと、従ってフリッカ率とを更に改善するために、前記第１のＬＥＤ回路及び前記第２のＬＥＤ回路の出力は、前記第３の、中間のＬＥＤ回路と比較して低減されることができる。このようなダウンサイジング又はスケーリングは、前記第１のＬＥＤ回路及び前記第２のＬＥＤ回路が、第１の期間において同時に光を発する一方で、前記第３のＬＥＤ回路のみが、第２の期間において光を発するという事実によって動機づけされる。実際的な現実化として、このことは、ストリング当たりの直列に接続されている異なる数の個々のＬＥＤを持つことに対応し得る。この場合、同じ駆動電流によって、消費される電力はより少なく、従って、生成される光はより少ない。
【００２９】
図３は、１１００ｎＦのコンデンサ、第３のＬＥＤ回路２３としての上述の仕様によるＡＣＬＥＤ及び０．６のスケーリングファクタを使用して、図１の回路のシミュレーションから得られる電流３５ａ、３５ｂ（下側）及び束３６（上側）波形を示している。この束の図は、更に、平均束３７と平均より上の束を示している別個の波形３８とを示している。このことは、後述されるように、フリッカ率の例としてみられることができる。この例において、第１のＬＥＤ回路３及び第２のＬＥＤ回路１３内の電流３５ａが、約３０°だけメイン電圧３９を先導している一方で、第３のＬＥＤ回路２３内の電流３５ｂが、４０°だけ遅延している。
【００３０】
図４ａは、様々な動作点に対するフリッカ率を示している。前記フリッカ率とは、ＩＥＳＮＡの計算方法に従って決定されたものであり、全体の統合された束によって除算された平均束より上の統合された束として規定されている。
【００３１】
このグラフに関して、前記コンデンサの値は、前記第１のＬＥＤ回路及び前記第２のＬＥＤ回路の相対的な順方向電圧及び抵抗と同様に、変化された（即ちスケーリング）。幾つかの組み合わせは、１３％程度の低さのフリッカ率を有している。この通常ＡＣＬＥＤは、０．４８のフリッカ率を有しており、従って、本発明のこの実施例は、約４倍の改善を提供する。
【００３２】
図４ｂは、異なるパラメータ範囲内の様々な動作点に対するフリッカ率を示している。このグラフに関して、前記コンデンサの値は、前記第１のＬＥＤ回路及び前記第２のＬＥＤ回路内のバラスト抵抗と同様に変化された一方で、スケールを０．５の固定値に保持していると共に、前記第３のＬＥＤ回路内に付加的なバラスト抵抗器を有していない。幾つかの組み合わせは、図４ａと比較して、更に低いフリッカ率（５．２％程度の低さ）を有する。
【００３３】
静電容量及びスケーリングファクタの選択は、図５に示されているように、全光出力にも影響を与える。一般に、前記第１のＬＥＤ回路及び前記第２のＬＥＤ回路のスケーリングは、全体の束に軽微な影響を及ぼし、従って、このパラメータは、所望のフリッカ率に従って選択されることができる。次いで、適切な静電容量値が、所望の束及び前記コンデンサのために許容されたボリュームによって選択されることができる。
【００３４】
静電容量及びスケーリングファクタの選択は、全体の回路の効率にも影響を与え、前記全体の回路の効率とは、前記ＬＥＤに供給される電力と全体の電力消費との間の比として規定される。１１００ｎＦ及び０．６のスケーリングファクタ（結果として、選択されたパラメータ範囲に対して最も低いフリッカ率を与える）を備える動作点に関して、効率は７８％であり、これは、典型的な従来の値である。電力損失は、前記ＬＥＤ回路間で非常に等しくバランスが保たれる。前記第１のＬＥＤ回路及び前記第２のＬＥＤ回路は、各々２．９Ｗの入力電力を受け取り、前記第３のＬＥＤ回路は、３．２Ｗの入力電力を受け取る。
【００３５】
第３のＬＥＤ回路２３のバラスト抵抗器２６が省略される場合、効率は、８５％まで向上される。不利な点として、この場合、フリッカ率は、１４．７％まで僅かに増大され、損失は、もはやバランスをとられない（第１のＬＥＤ回路及び第２のＬＥＤ回路の各々に対しては３．１Ｗ、第３のＬＥＤ回路に対しては４．０４Ｗ）。しかしながら、当業者が、改善された効率、バランスをとられた負荷及び改善されたフリッカを備える更に良好な動作点を見つけることもあり得る。改善されたフリッカ性能を有する幾つかの可能な動作点は、図４ｂに既に示されている。
代替的な実施例が、図６に示されており、僅か１つのＡＣＬＥＤパッケージ４０が、全てのＬＥＤ回路に対して使用されている。第１の位相シフト要素４１（ここでは、コンデンサ）の一方の端子は、ＬＥＤ４２ａ、４２ｂの最初の２つの対の間に接続されており、他方の端子は、前記ＡＣＬＥＤの端子４３のうちの一方に接続されている。同様に、第２のシフト要素４４（再び、ここでは、コンデンサ）は、ＬＥＤ４５ａ、４５ｂの最後の２つの対の間において、第２の端子４６へと接続されている。これにより、第１の分岐は、第１のＬＥＤ対４２ａ及び第１のコンデンサ４１によって形成されており、第２の分岐は、第４のＬＥＤ対４５ｂ及び第２のコンデンサ４４によって形成されており、前記第３の分岐は、第２のＬＥＤ対４２ｂ及び第３のＬＥＤ対４５ａによって形成されている。示されている場合において、付加的なバラスト抵抗器４７ａ、４７ｂが、前記第１の分岐及び前記第２の分岐においても設けられている。
【００３６】
前記第３の分岐が前記第１の分岐及び前記第２の分岐（１つ）の２倍だけ多くのＬＥＤ対（２つ）を有するので、同じＬＥＤの種類が全てのＬＥＤ対において使用されていると仮定して、前記回路は、０．５のスケーリングファクタを有している。３７０ｎＦの静電容量を選択すると、得られるフリッカ率は２３％であり、バラスト効率は７７％である。図７は、ＬＥＤ対４２ａ及び４２ｂに対するそれぞれの電流波形５１、５２、全体のメイン電流５３、及び実際の試験回路に対する全光束の波形５４を示している。
【００３７】
図２に示されているような、従来のＡＣＬＥＤと比較して、ワイヤ４９ａ、４９ｂによって対応する接続点に接続されている２つの付加的な端子４８ａ、４８ｂが、必要とされるのみであることに、留意されたい。
【００３８】
前記位相シフト要素（ここでは、コンデンサ）及び／又は抵抗は、制御可能なものであり得る。このような制御可能性は、例えば、物理的特性（例えば、前記コンデンサ／抵抗の大きさ、距離等）を変化させることを含んでいても良く、及び／又は専用の制御入力を有していても良く、及び／又は１つ以上の制御可能スイッチによって前記第１のコンデンサ／抵抗に並列に又は直列に接続されることができる異なる大きさ及び選択手段の幾つかのコンデンサ／抵抗（例えば第２のコンデンサ）を有していても良く、及び／又は容量性電流の位相角を有利に調整するための適切な減結合ネットワークによってコンデンサ／抵抗の両端への制御電圧の印加（例えば、ランプの完全なシステムの力率の最適化）を含んでいても良い。前記コンデンサ／抵抗の制御可能性は、例えば、当該装置の製造の間（例えば、コンデンサ／抵抗の大きさのレーザートリミング）、１つ以上の装置からなる照明器具の製造の間、又は所望の動作点を達成するための動作の間において、使用されることができる。
【００３９】
代替的には、又は組み合わせて、前記ＬＥＤ回路は、制御可能なものであり得る。このような制御可能性は、例えば、レーザートリミング等による前記発光ダイオード回路の配線の調整を含み得る。
【００４０】
当業者であれば、本発明が、決して上述の好ましい実施例に限定されるものではないと理解するであろう。逆に、多くの変形及び変化は、添付請求項の範囲内で可能である。例えば、前記ＬＥＤ回路は、修正されることができるが、図２の回路に基づかなくても良い。更に、付加的な構成要素（例えば、付加的な抵抗、コンデンサ及び／又はインダクタ）が、当該回路装置内に含まれることができる。
【００４１】
当該装置の１つ以上の部分は、半導材料の１つ以上の部分又は他の種類の材料にモノリシック的に組み込まれることもでき、様々な数の接合部が、１つのパッケージ又は様々な数のパッケージ内に設けられることもでき、多くの他の異なる実施例及び実施化も、除外されないことになっている。装置１の１つ以上の部分は、装置１の１つ以上の他の部分と組み合わされることができる。装置１の１つ以上の部分は、１つ以上の寄生要素を有していても良く、及び／又は１つ以上の寄生要素の存在に基づくものであっても良い。前記交流電圧は、１１０ボルト、２２０ボルト、１２ボルト又は他の何らかの種類の交流電圧であっても良い。更に、本発明は、白色光の放出に限定されるものではないが、前記ＬＥＤによって発される光の色は、用途に従って選択されることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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