(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプであって、
１つ以上のＬＥＤと、
前記入力電圧を受信し、整流された入力電圧を提供するように構成される整流器と、
前記整流された入力電圧とレファレンス電圧とを比較し、検知入力電圧を生成するように構成される第１の比較器であって、前記入力電圧の位相角切り替えによって、前記検知入力電圧は、前記入力電圧が提供されている間に第１の状態にあり、前記入力電圧が提供されていない間に第２の状態にある、第１の比較器と、
前記検知入力電圧を受信し、前記検知入力電圧を表示する調光制御信号を生成するように構成される調光係数回路と、
前記整流された入力電圧を受信し、前記１つ以上のＬＥＤに調整電流を提供するように構成されるＬＥＤドライバであって、前記ＬＥＤドライバは、前記整流された入力電圧に従って前記１つ以上のＬＥＤへの前記安定化電流を調節して、前記１つ以上のＬＥＤの出力光強度を調節するように構成され、前記ＬＥＤドライバは、
前記１つ以上のＬＥＤを通る電流を表示する一次側電流検知信号を生成するようにトランスの一次巻線に結合される電流検知回路と、
調光係数回路からの前記調光制御信号と前記１つ以上のＬＥＤを通る前記電流を表示する前記一次側電流検知信号とを比較して、スイッチ制御信号を生成するように構成される第２の比較器であって、前記スイッチ制御信号は、前記調光制御信号が前記電流検知信号より高い電圧を有する間に電源スイッチをオンにし、前記調光制御信号が前記電流検知信号より低い電圧を有する間に前記電源スイッチをオフにする、第２の比較器と
を含む、ＬＥＤドライバと
を備えることを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項２】
前記調光係数回路は、前記第１の状態における前記検知入力電圧のパルス幅を表示する前記調光制御信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
【請求項３】
前記調光係数回路は、前記第１の状態における前記検知入力電圧の前記パルス幅に比例する電圧を有する前記調光制御信号を生成することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤランプ。
【請求項４】
ＬＥＤランプの１つ以上のＬＥＤの出力光強度を調節する方法であって、前記方法は、
前記ＬＥＤランプの入力電圧を整流するステップと、
前記整流された入力電圧とレファレンス電圧とを比較して、検知入力電圧を生成するステップであって、前記入力電圧の位相角切り替えによって、前記検知入力電圧は、前記入力電圧が提供されている間に第１の状態にあり、前記入力電圧が提供されていない間に第２の状態にある、ステップと、
前記検知入力電圧を表示する調光制御信号を生成するステップと、
トランスの一次巻線に結合される電流検知回路によって、前記１つ以上のＬＥＤを通る電流を表示する一次側電流検知信号を生成するステップと、
前記調光制御信号と前記１つ以上のＬＥＤを通る前記電流を表示する前記一次側電流検知信号とを比較して、スイッチ制御信号を生成するステップであって、前記スイッチ制御信号は、前記調光制御信号が前記電流検知信号より高い電圧を有する間に電源スイッチをオンにし、前記調光制御信号が前記電流検知信号より低い電圧を有する間に前記電源スイッチをオフにし、前記電源スイッチのオンオフは前記１つ以上のＬＥＤへの調整電流を調節して、前記１つ以上のＬＥＤの出力光強度を調節する、ステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記第１の状態における前記検知入力電圧のパルス幅を表示する前記調光制御信号を生成することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の状態における前記検知入力電圧の前記パルス幅に比例する電圧を有する前記調光制御信号を生成することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ランプ装置であって、
１つ以上の発光手段であって、前記発光手段を通る電流によって光を発する１つ以上の発光手段と、
前記ランプ装置の入力電圧を整流する整流手段と、
整流された入力電圧とレファレンス電圧とを比較して、検知入力電圧を生成する第１の比較手段であって、前記入力電圧の位相角切り替えによって、前記検知入力電圧は、前記入力電圧が提供されている間に第１の状態にあり、前記入力電圧が提供されていない間に第２の状態にある、第１の比較手段と、
前記検知入力電圧を表示する調光制御信号を生成する第１の生成手段と、
トランスの一次巻線に結合される電流検知回路によって、前記１つ以上の発光手段を通る電流を表示する一次側電流検知信号を生成する第２の生成手段と、
前記調光制御信号と前記１つ以上の発光手段を通る前記電流を表示する前記一次側電流検知信号とを比較して、スイッチ制御信号を生成する第２の比較手段であって、前記スイッチ制御信号は、前記調光制御信号が前記電流検知信号より高い電圧を有する間に電源スイッチをオンにし、前記調光制御信号が前記電流検知信号より低い電圧を有する間に前記電源スイッチをオフにし、前記電源スイッチのオンオフは前記１つ以上の発光手段への前記調整電流を調節して、前記１つ以上の発光手段の出力光強度を調節する、第２の比較手段と
を備えることを特徴とするランプ装置。
【請求項８】
前記第１の生成手段は、前記第１の状態における前記検知入力電圧のパルス幅を表示する前記調光制御信号を生成することを特徴とする請求項７に記載のランプ装置。
【請求項９】
前記第１の生成手段は、前記第１の状態における前記検知入力電圧の前記パルス幅に比例する電圧を有する前記調光制御信号を生成することを特徴とする請求項８に記載のランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）ランプを駆動することに関し、具体的には、ＬＥＤランプを調光することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは種々の電子技術応用、例えば、建築化照明、自動車前照灯かつ尾灯、液晶表示装置のバックライト、閃光灯などにおいて採用されている。白熱灯および蛍光灯など従来の光源に比べると、ＬＥＤは、高効率、よい方向性、色彩安定性、高信頼性、長寿命、小型および環境安全性を含む著しい利点を有する。
【０００３】
照明応用におけるＬＥＤの使用は、電源効率（ルーメン毎ワット）およびスペクトル品質で白熱灯（電球）より著しい利点をもたらすので、拡大すると期待されている。さらに、蛍光灯処分によって水銀汚染を生じさせる（蛍光灯安定器と蛍光灯とが結合される）蛍光灯照明システムに比べると、ＬＥＤランプは低い環境影響を示す。
【０００４】
しかしながら、従来のＬＥＤランプは、白熱電球の周囲に構築されている現在の配線およびインフラストラクチャー構成要素に対する変更なしで、白熱灯および調光可能な蛍光灯システムに直接に代わることができない。これは、従来の白熱灯は電圧駆動装置であるが、ＬＥＤは電流駆動装置であり、それぞれの光出力の強度を制御する異なる技術を必要とすることからである。
【０００５】
図１は従来の白熱灯の動作特性を示す。図１に示されるように、白熱灯において発生する光量は、２乗平均平方根（ＲＭＳ）入力電圧の比の３．４乗に比例し、ＲＭＳ入力電圧は白熱灯への瞬時入力電圧の２乗の平均値の平方根である。従って、ＲＭＳ電圧を半分（１／２）低減すると、出力は（１／２）３．４即ちおよそ十分の一（１／１０）にまで低減される。要するに、発生する光量はＲＭＳ入力電圧の増加関数とする。
【０００６】
図２は従来の住宅および商業照明応用の典型的調光器配線構成を示す。主に、白熱灯は交流電流（ＡＣ）システムで動作する。具体的には、調光器スイッチ１０が入力電圧源１５および白熱灯２０と直列に配置される。調光器スイッチ１０は、白熱灯２０の所望の光出力強度を設定する調光入力信号２５を受信する。白熱灯２０の光強度の制御は、白熱灯２０に印加されるランプ入力電圧のＲＭＳ電圧値（Ｖ−ＲＭＳ）３０を調節する（ａｄｊｕｓｔ）ことによって実現する。調光入力信号２５は、手作業で（ノブもしくはスライドスイッチを介して）、または自動照明制御システムを介して提供することができる。
【０００７】
多数の調光器スイッチは、白熱灯に印加されて白熱灯を調光するＡＣ−入力電源の位相角を制御することによりＶ−ＲＭＳを調節する。位相角制御は、ＴＲＩＡＣ装置などスイッチング装置によって提供することができる。図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、位相角切り替えを用いる調光スイッチによって出力される典型的ランプ入力電圧波形を示す。図３Ａは、調光器スイッチ１０が最大光強度に設定されるときのランプ入力電圧３０を示し、このとき、入力電圧源１５からの電圧信号が調光器スイッチ１０の影響を受けない。図３Ｂは、調光器スイッチ１０が入力電圧源１５の部分区間３２を除去するとともにわずかの調光効果を有するランプ入力電圧３０を示す。図３Ｃは、調光器スイッチ１０によって切り替えられる入力電圧源１５の部分３４をさらに増加させることにより調光効果が増加したランプ入力電圧３０を示す。位相角を制御するのは、白熱電球に供給されるＲＭＳ−電圧を調節して調光能力を提供するための非常に効果的かつ簡単な方法である。
【０００８】
しかしながら、ＬＥＤ、そしてＬＥＤランプは電流駆動装置であるので、入力電圧の位相角を制御する従来の調光器スイッチは従来のＬＥＤランプに適合しない。ＬＥＤランプからの光出力はＬＥＤを通る電流によって決まる。図４は従来のＬＥＤの動作特性を示す。図４に示されるように、ＬＥＤからの光束（ルーメン単位）はＬＥＤの順方向電流（ｍＡ単位）が増加するとともに増加する。
【０００９】
図５は、図２に示される調光器配線構成と同じである住宅および商業応用の従来の調光器配線構成において取り付けられる従来のＬＥＤランプを示す。典型的に、ＡＣ電源に直接接続されるＬＥＤランプは、ＬＥＤを通る順方向電流を制御する電流調整（ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）制御回路を包含する。図５を参照すると、ＬＥＤランプ５０は調光器スイッチを介してＡＣ入力電圧源１５と直列に接続され、ＬＥＤ装置（複数可）５１およびＬＥＤドライバ（複数可）５２を含む。ＬＥＤドライバ５２は、ＬＥＤ５１の順方向電流５３を監視して調整し（ｒｅｇｕｌａｔｅ）、入力電圧範囲にわたって定電流を提供する。調光器スイッチ１０は調光入力信号２５に応答してＬＥＤランプ５０へのランプ入力電圧５７を調節する場合にも、ＬＥＤドライバ５２はＬＥＤ５１を通る固定の順方向電流５３を保持する。従って、従来のＬＥＤランプ５０はランプ入力電圧５７の可変範囲をわたって、ＬＥＤランプ５０から固定光強度出力だけを有することができる。従って、従来のランプ５０は、図５に示される、一般に典型的住宅および商業設置において見つけられる従来の調光器スイッチ１０を使用して調光することができない。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の実施形態は、ＬＥＤランプにおけるＬＥＤの出力光強度がＬＥＤランプへの入力電圧に基づいて調節されるＬＥＤランプを含む。ＬＥＤランプ入力電圧を検知し、検知したランプ入力電圧に従ってＬＥＤ（複数可）の前方向電流を制御することによりＬＥＤの出力光強度を調節する。一実施形態において、発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプは１つ以上のＬＥＤと、入力電圧を受信し、前記１つ以上のＬＥＤに調整電流を提供するように構成されるＬＥＤドライバとを備え、ＬＥＤドライバは、入力電圧に従って、前記１つ以上のＬＥＤへの調整電流を調節して、１つ以上のＬＥＤの出力光強度を調節するように構成される。
【００１１】
本発明の種々の実施形態によるＬＥＤランプは、住宅および商業ビル照明応用で見つけられる典型的配線構成においてＬＥＤランプは従来の白熱灯に直接に代わることができ、および、入力電圧を変更することにより調光を実施する従来の調光器スイッチと共にＬＥＤランプを使用することができるという利点を有する。加えて、ＡＣ入力電圧とＬＥＤ要素との間にはガルバニック絶縁が提供されている。
【００１２】
本明細書に記載された特徴および利点は網羅的ではなく、詳細には、添付の図面、明細書および特許請求の範囲を参照することによって、多数の追加の特徴および利点が当業者にとって自明である。また、本明細書において用いられている用語は、主として読みよすさおよび説明を目的として選択されており、本発明の主題を線引きしたり限定したりするために選択されたわけではないことに留意すべきである。
【００１３】
以下の発明を実施するための形態を添付の図面とともに考案することによって、本発明の実施形態の教示は容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の白熱灯の動作特性を示す図である。
【図２】従来の住宅および商業照明応用の典型的調光器配線構成を示す図である。
【図３Ａ】位相角切り替えを用いる調光スイッチによって出力される典型的ランプ入力電圧波形を示す図である。
【図３Ｂ】位相角切り替えを用いる調光スイッチによって出力される典型的ランプ入力電圧波形を示す図である。
【図３Ｃ】位相角切り替えを用いる調光スイッチによって出力される典型的ランプ入力電圧波形を示す図である。
【図４】従来のＬＥＤの動作特性を示す図である。
【図５】図２に示されるものと同じような住宅および商業応用の従来の調光器配線構成において取り付けられる従来のＬＥＤランプを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、パルス幅変調を介してＬＥＤを調光するための入力電流駆動波形を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による、定電流制御下において調光されるＬＥＤのＶ−Ｉ特性を示す図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による、従来の調光器スイッチとともに使用されるＬＥＤランプを含むＬＥＤランプシステムを示す図である。
【図８Ｂ】従来の調光器スイッチの回路を示す図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による、ＬＥＤランプの回路を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態による、調光係数回路を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態による、調光のための種々の位相角の切り替えを受けるランプ入力電圧に応答する、調光係数回路への検知出力信号の波形を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の一実施形態による、調光のための種々の位相角の切り替えを受けるランプ入力電圧に応答する、調光係数回路への検知出力信号の波形を示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の一実施形態による、調光のための種々の位相角の切り替えを受けるランプ入力電圧に応答する、調光係数回路への検知出力信号の波形を示す図である。
【図１０Ｄ】本発明の一実施形態による、検知出力信号とＬＥＤドライバへのＬＥＤ駆動信号との間の関係を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、ＬＥＤドライバをさらに詳細に示す図である。
【図１２】本発明の代替実施形態による、ＬＥＤランプの回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付の図面および以下の記載は、本発明の好ましい実施形態に関し、単に説明するためのものである。以下の議論から、ここで開示される構造および方法の代替実施形態は、請求項に係る発明の原理から逸脱せずに、実現可能な代替的ものと容易に見なされることに留意すべきである。
【００１６】
次に、添付の図面において例が示される本発明（複数可）のいくつかの実施形態を詳細に参照する。実施可能な場合に同一または同等の参照符号は添付の図面において使用し、同一または同等の機能を示すことができる。添付の図面は、単に説明のために本発明の実施形態を表現するものである。ここで記載される発明の原理から逸脱せずに、ここで説明される構造および方法の代替実施形態を用いることができるのは、以下の記載から当業者にとって容易に理解されるであろう。
【００１７】
以下添付の図面を参照してさらに詳細に説明されるように、本発明の種々の実施形態によるＬＥＤランプシステムおよび方法は、（１）ＬＥＤランプへの動作入力電圧およびその波形（位相角切り替え）を検出し、（２）入力電圧に基づいて調光係数信号を生成し、（３）調光係数信号に基づいて、ＬＥＤランプのＬＥＤへの対応する出力駆動電流を提供する。ＬＥＤランプシステムは、ＡＣ入力電圧手段とＬＥＤ要素との間にガルバニック絶縁を提供することもでき、および、複数の調光可能なＬＥＤランプおよび／または白熱灯と並列に取り付けることができる。これに関して、ＬＥＤランプは、ＬＥＤランプへのＡＣ入力波形のＡＣ位相切り替えを検出し、この情報を使用して調光係数信号を生成する。調光係数信号は、調光係数信号を使用してＬＥＤ要素への適切なＬＥＤ駆動電流を計算するＬＥＤドライバに入力される。従って、ＬＥＤ駆動電流は、調光係数信号に基づいて生成され、ＬＥＤランプへのＡＣ入力電圧のＶ−ＲＭＳ値には直接に基づいていない。これによって、ＬＥＤランプは、調光のために白熱灯（電球）と同じように（例えば、白熱灯電圧／強度曲線に従って）「動き」、および、従来の調光器スイッチを使用する典型的住宅および商業設置において取り付けられることが可能となる。
【００１８】
ＬＥＤランプにおけるＬＥＤの輝度は、パルス幅変調（ＰＷＭ）または定電流によって制御することができる。ＰＷＭにおいて、ＬＥＤへの出力駆動電流は本質的に固定のレベルにあり、それが高速でオンオフされる。このように、平均出力駆動電流は、入力電流を乗じたデューティサイクル「Ｄ」（サイクルにおいて出力駆動電流がオンである時間の百分率）に等しい。デューティサイクルＤは、０％（０アンペアの平均出力駆動電流をもたらす）から１００％（平均ＬＥＤ出力駆動電流＝入力電流）まで変更することができる。ＰＷＭ設定は、調光器設定によって設定される所望の光出力強度に基づいて決定される。ＬＥＤによって発生する光は、例えば図４において前述の動作特性で輪郭を描かれる平均出力駆動電流に比例する。５０％のデューティサイクルのＰＷＭ信号をＬＥＤに印加することは、１００％のデューティサイクルが印加されるときにＬＥＤが生成する光の約１／２を発生させる。
【００１９】
図６は、本発明の一実施形態による、パルス幅変調（ＰＷＭ）を介してＬＥＤを調光するための入力電流駆動波形を示す。ｔ−オン時間６１の間に、入力電流６４がＬＥＤに提供され、ｔ−オフ時間６２の間に、入力電流がＬＥＤに提供されない。ＬＥＤ駆動信号６０によって発生する（図４に示される光出力強度に対応する）平均ＬＥＤ電流６３は、次のように決定される：
IＡｖｅｒａｇｅ ＬＥＤ[６３]＝(ｔＯＮ[６１]／(ｔＯＦＦ[６２]＋ｔＯＮ[６１]))×ＩＩＮＰＵＴ[６４]
【００２０】
定電流駆動において、固定のＬＥＤ電流がＬＥＤに提供される。その定電流のレベルは、調光器設定によって設定される所望の光出力強度に基づいて設定される。定電流駆動は動作電圧範囲にわたってＬＥＤに提供され、電流出力強度は動作電圧の変化に影響を受けない。調光器設定によって設定される所望の光出力強度（図４において示される光出力強度に対応）に基づいて定電流設定を切り替えることにより、調光を実現する。
【００２１】
図７は、本発明の一実施形態による、定電流制御下において調光されるＬＥＤのＶ−Ｉ特性を示す。図７に示されるように、ＬＥＤ駆動信号７０は、ＬＥＤの動作電圧範囲７３にわたって固定の出力駆動電流を保持するＶ−Ｉ特性を保持する。定電流値「Ａ」は、調光設定によって示される所望の光出力強度に対応する。低い光出力強度が望ましい場合に、「Ｂ」およびＬＥＤ駆動信号７１によって表されるように、定電流設定を低減することができる。高い光出力強度が望ましい場合に、「Ｃ」およびＬＥＤ駆動信号７２によって表されるように、定電流設定を増大させることができる。
【００２２】
図８Ａは、本発明の一実施形態による、従来の調光器スイッチとともに使用されるＬＥＤランプを含むＬＥＤランプシステムを示す。本発明の種々の実施形態によるＬＥＤランプ８０は、従来の典型的調光スイッチ設定において白熱灯に直接に代わるものである。従来の調光器スイッチ１０は、入力電圧源１５およびＬＥＤランプ８０と直列に配置される。調光器スイッチ１０は従来のものであり、ＬＥＤランプ８０の所望の光出力強度を設定するために使用される調光入力信号２５を受信する。調光器スイッチ１０はＡＣ入力電圧信号８２を受信し、調光入力信号２５に応答してランプ入力電圧８４のＶ−ＲＭＳ値を調節する。つまり、調光器スイッチ１０によるＬＥＤランプ８０の光強度への制御は、ＬＥＤランプ８０に印加されるランプ入力電圧８４のＶ−ＲＭＳ値を従来のように調節することによって実現される。しかしながら、ＬＥＤが電流駆動装置であって電圧駆動装置ではないが、本発明の実施形態によるＬＥＤランプ８０によって、ＬＥＤランプ８０の光出力強度は、ランプ入力電圧８４の増加関数として変化することが可能となり、白熱灯に対する動きを示す。調光入力信号２５は、手作業で（ここで示されていないノブもしくはスライドスイッチを介して）、または自動照明制御システムを介して提供することができる。
【００２３】
ここで示される実施形態において、調光スイッチ１０は、図３Ａ，３Ｂおよび３Ｃ（または図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃ）において見られる波形によって示されるように、ランプ入力電圧８４の位相角切り替えを用いてランプ入力電圧８４を調節し、ＬＥＤランプの調光を実現することが想定される。図８Ｂは従来の調光器スイッチの回路を示す。調光器スイッチ１０は、電位差計抵抗器（可変抵抗器）、抵抗器１５１、キャパシタ１５３、１５７、ダイアック（ｄｉａｃ）１５５、トライアック（ｔｒｉａｃ）１５６およびインダクタ１５４など構成要素を含む。
【００２４】
トライアック１５６はＡＣ入力電圧８２のゼロ交差に関連してトリガーされる。トライアック１５６はトリガーされると、その負荷が電球のように純抵抗的である場合に、ちょうど次のゼロ交差でトライアック１５６を通る電流がゼロになるまで、トライアック１５６が導通し続ける。トライアック１５６がトリガーされる位相を変化させることにより、ランプ入力電圧８４のデューティサイクルを変化させることができる。可変抵抗器に比べたトライアックの利点は、トライアックが完全オンまたは完全オフとなるときに、それは非常に少ない電力を消散することである。通常、トライアックは、負荷電流が流れるとき、１−１．５Ｖの電圧降下を引き起こす。
【００２５】
ダイアック１５５／トライアック１５６組み合わせにおける電位差計１５０およびキャパシタ１５３の目的は、ダイアック１５５の始動点をゼロ交差から遅らせることである。抵抗電位差計１５０および抵抗器１５１が遅延キャパシタ１５３に供給する電流は大きいほど、キャパシタ１５３を通した電圧がダイアック１５５の始動する点まで上昇するのにかかる時間は長くなる。フィルタキャパシタ１５７およびインダクタ１５４は簡単なＲＦ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）干渉フィルタを構成し、それがない場合に、交流位相中におけるトライアック１５６の始動が急上昇のサージ電流を引き起こすので、回路は大きい干渉を生成する。調光入力２５は、電位差計１５０を調節するために使用することができ、ダイアック１５５の始動点を変化させ、そしてランプ入力電圧８４を変化させる。
【００２６】
図９Ａは本発明の一実施形態によるＬＥＤランプの回路を示す図である。ＬＥＤ９０が電流駆動装置であるが、本発明の一実施形態によるＬＥＤランプ８０によって、ＬＥＤ９０は、例えば従来の調光１０によって生成される図３の波形に示されるような調節されたランプ入力電圧信号８４に応答して調光することが可能となる。図９Ａに示されるＬＥＤランプは、ランプ入力電圧８４における位相角切り替えを検知することにより、ＬＥＤ９０の出力光強度を調節する。ＬＥＤランプ８０は、電源ブリッジ整流器９１、ＬＥＤドライバ９２、ＬＥＤ９０、信号ブリッジ整流器９３、検知装置９５（ここで比較器）、および調光係数回路９７を含む。１つのＬＥＤ９０および１つのＬＥＤドライバ９２が図９ＡのＬＥＤランプ８０において示されるが、ＬＥＤランプ８０は、複数のＬＥＤ９０および複数のＬＥＤドライバ９２を含みことができ、各ＬＥＤドライバ９２は１つ以上のＬＥＤ９０を駆動する。
【００２７】
従来の調光器１０によって出力されるランプ入力電圧８４はＬＥＤランプ８０に入力される。電源ブリッジ整流器９１はランプ入力電圧８４を整流し、ＬＥＤドライバ９２を介して、ＬＥＤ９０へ提供される必要なエネルギーを提供する。信号ブリッジ整流器９３はランプ入力電圧８４を整流して検知入力信号９４を生成し、検知入力信号９４を検知装置９５に提供する。ここで検知装置９５が２状態比較器として表されるが、Ａ／Ｄコンバーター（ＡＤＣ）など他の回路を使用することもできる。検知装置９５は検知入力信号９４をレファランス電圧９６と比較し、検知出力信号１３０を生成する。検知出力信号１３０は、検知入力信号９４がレファランス電圧９６より大きい場合に正数（論理レベル「１」）となり、検知入力信号９４がレファランス電圧９６以下である場合にゼロ（論理レベル「０」）となる。このような関係は、図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃにおいて示され、図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃは、本発明の一実施形態による、調光のための種々の位相角切り替えを受けるランプ入力電圧９４に応答する、調光係数回路９７への検知出力信号１３０の波形を示す。図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃにおいて示されるように、図１０Ａ、それから図１０Ｂ、そして図１０Ｃの調光入力信号２５に応答して検知入力信号９４が調光のための位相角切り替えを受けると、検知出力信号１３０のデューティサイクルは、図１０Ａ、それから図１０Ｂ、そして図１０Ｃにおいて小さくなる。
【００２８】
図９Ａに戻ると、検知出力信号１３０は調光係数回路９７に入力される。調光係数回路９７は、調光入力信号２５によって示されてランプ入力電圧８４において表現される所望の調光度を決定する。調光係数回路９７は、検知出力信号１３０のデューティサイクルを監視することを含むいくつかのアルゴリズムを用いて、所望の調光量を決定する。調光係数回路９７は、ＬＥＤ９０のＬＥＤ駆動電流１３１設定を行うＬＥＤ駆動信号９８をＬＥＤドライバ９２に出力する。ＬＥＤドライバ９２は駆動電流フィードバック信号９９を介してＬＥＤ駆動電流１３１を整流する。ＬＥＤドライバ９２は、前述のようにＰＷＭまたは定電流制御を用いてＬＥＤ９０の所望の光出力強度を実現することができる。
【００２９】
図９Ｂは、本発明の一実施形態による調光係数回路を示す。調光係数回路９７は、調光係数回路９７に入力される検知出力信号１３０における正値となるパルス（ｐｏｓｉｔｉｖｅ−ｇｏｉｎｇ  ｐｕｌｓｅ）の変動長さに比例する出力電圧（ＬＥＤ駆動信号）９８を生成するために使用することができる。この場合に、検知出力信号１３０のデューティサイクルはＬＥＤ駆動信号９８の電圧を変化させる。調光係数回路９７は、入来信号の周波数の代わりに検知出力信号１３０のパルス長さにロックすることを除いて、位相ロックループと類似する。
【００３０】
７４ＨＣ／ＨＣＴ７４は周知のデュアルポジティブエッジトリガＤ型フリップフロップである。７４ＨＣ／ＨＣＴ７４は、ワンショットマルチバイブレータ（ｏｎｅ−ｓｈｏｔ  ｍｕｌｔｉ−ｖｉｂｒａｔｏｒ）回路１００およびパルス幅（Ｐｕｌｓｅ−ｗｉｄｔｈ）比較器１０４を実現するために使用される。ワンショットマルチバイブレータ回路１００は出力検知信号１３０をそのクロック（ＣＬＫ）入力として受信する。ワンショットマルチバイブレータ回路１００の時定数は時定数抵抗器１０１、スイッチ１０２のオン−抵抗および時定数キャパシタ１０３によって設定される。パルス幅比較器１０４はワンショットマルチバイブレータ回路１００からのレファランスパルス１３４を、インバーター１３２によって得られる検知出力信号１３０の逆である入来パルス１３６と比較する。ワンショットマルチバイブレータ回路１００のＱＮ出力１３４はハイ（ｈｉｇｈ）である場合に、パルス幅比較器１０４のＤ−入力もハイとなる。ワンショットマルチバイブレータ回路１００は出力検知信号１３０が下がる前にタイムアウトする場合に、ワンショットマルチバイブレータ回路１００のＱＮ出力はローとなり、パルス幅比較器１０４のＤ入力をローにする。出力検知信号１３０が下がるときに、これはワンショットマルチバイブレータ回路１００のＱＰ出力をハイにする。ワンショットマルチバイブレータ回路１００のＱＰ出力は抵抗器１０１を介してスイッチ１０２に接続される。パルス幅比較器１０４のＱＰ出力は、ダイオード１０５および抵抗器１０６を介してスイッチ１０２に接続される。キャパシタ１０７は、パルス幅比較器１０４のＱＰ出力をフィルタリングし、ワンショットマルチバイブレータ回路１００の時定数を調節して入来パルス１３０にマッチする。抵抗器１３１は、キャパシタ１０７およびスイッチ１０２の放電抵抗器である。比較器１０４のＱＮ出力は、開路のままにしておき、またはプルアップ抵抗器（示せず）を介して＋５Ｖの電圧に接続することができる。従って、ＬＥＤ駆動信号９８として出力されるキャパシタ１０７を通した電圧は検知出力信号１３０の入来パルス幅の表示である。他の実施形態において、ＬＥＤ駆動信号９８は、ディジタル化し、または入力信号１３０の入来パルス幅を示すディジタル信号として生成することもできる。
【００３１】
この関係は、本発明の一実施形態による検知出力信号１３０と、調光係数回路９７によって生成されるＬＥＤドライバ９２へのＬＥＤ駆動信号９８との間の関係を示す図１０Ｄにおいても示される。図１０Ｄに示されるように、調光係数回路９７は、検知出力信号１３０のデューティサイクル（入来パルス幅）に比例する（キャパシタを通した）ＬＥＤ駆動信号の電圧９８を生成し、さらに、検知出力信号１３０のデューティサイクルは、検知入力信号９４がレファランス電圧９６より大きくなっている時間のデューティサイクルに比例する。
【００３２】
図１１は、本発明の一実施形態による、図９ＡのＬＥＤドライバ９２をさらに詳細に示す。ＬＥＤドライバ９２は、定電流動作モードにおいて動作する周知のフライバックトポロジーを用いる。ＬＥＤドライバ９２は、入力フィルタキャパシタ１２２、電源トランス１２１、整流器ダイオード１２６、出力フィルタ回路１２７、スイッチ制御器１２３、検知抵抗器１３５、および比較器１２０を含む。入力フィルタキャパシタ１２２は、整流器９１から出力される入来の整流されたＡＣ入力電圧１４０をフィルタリングする。電源トランス１２１は、一次側と二次側との絶縁を提供し、および、その一次巻線と二次巻線の巻数比に基づいて電圧レベル変換を提供する。整流器ダイオード１２６および出力フィルタ回路１２７はそれぞれＬＥＤ駆動信号１２８の必要な出力整流およびＤＣフィルタリングを提供する。電源スイッチ１２５はＬＥＤドライバ９２によって送られるエネルギーパルスの制御を提供し、スイッチ制御器１２３は、電源スイッチ１２５のオン時間とオフ時間のデューティサイクルを制御することにより、ＬＥＤ９０に送られる電流の調整を提供する。電流検知信号９９は、ＬＥＤ９０に送られている電流１３１の量を示す電流フィードバックを、検知抵抗器１３５を通した電圧の形で提供する。
【００３３】
比較器１２０は電流検知信号９９およびＬＥＤ駆動信号９８を検知し、それらの電圧を比較して信号１４２を出力する。効果的には、ＬＥＤランプ８０の所望の調光係数を代表するＬＥＤ駆動信号９８は比較器１２０のレファレンス点を設定する。所望の調光係数が増大すると、ＬＥＤ駆動信号９８の電圧も上がる。そして、これは出力電流１４２のトリップ点を上げ、それによって、電源スイッチ１２５が小さくなるオン時間対オフ時間のデューティサイクルを有するようになり、よって、ＬＥＤ９０への平均電流およびその輝度を低減し、よって、ＬＥＤ９０を調光する。
【００３４】
図１２は本発明の代替実施形態によるＬＥＤランプの回路を示す。図１２に示されるＬＥＤランプ２００は、ランプ入力電圧８４の平均値を検知することにより、ＬＥＤ９０の出力光強度を調節する。ＬＥＤランプ２００は、直流（ＤＣ電圧）を含むすべてのタイプのランプ入力電圧波形に対応する。
【００３５】
ランプ入力電圧８４はＬＥＤランプ２００に入力される。ランプ入力電圧８４は、例えば図１１に示されるＬＥＤドライバ９２を介して、ＬＥＤ９０へ供給される必要なエネルギーを提供する。ランプ入力電圧８４がＡＣである場合に、ブリッジ整流器回路（例えば図９Ａに示される整流器９１）を使用することもできる。ランプ入力電圧８４は、抵抗器１１２、抵抗器１１３およびフィルタキャパシタ１１４からなる回路に入力される。抵抗器１１２、１１３は、高い入力電圧８４をＬＥＤドライバ９２およびＬＥＤ９０に適合する低い電圧に縮小する抵抗性分圧器を形成する。キャパシタ１１４は縮小された入力電圧のＡＣ成分をフィルタリングし、それによって抵抗器１１３を通した縮小されたＤＣ電圧信号を生成する。縮小されたＤＣ電圧信号はＬＥＤ駆動信号１１５として使用される。ＬＥＤ駆動信号１１５はＬＥＤドライバ９２に供給されてＬＥＤ９０を調光し、すなわち、ＬＥＤ駆動信号１１５は、図９Ａ、９Ｂおよび１１に示される実施形態におけるＬＥＤ駆動信号９８と実質的に同じ機能を果たす。
【００３６】
以上図１１を参照しながら説明されるように、ＬＥＤドライバ９２は、駆動電流フィードバック信号９９を介して、ＬＥＤ９０を通るＬＥＤ駆動電流１３１を調整する。ＬＥＤドライバ９２は、前述のようにＰＷＭまたは定電流制御を用いて所望の光出力強度を実現する。抵抗器１１２、抵抗器１１３およびフィルタキャパシタ１１４からなる平均化回路を使用してランプ入力電圧８４を平均化することに加えて、図１２の実施形態によって、ＬＥＤランプはランプ入力電圧の２乗平均平方根（ＶＲＭＳ）に基づいて光出力強度を調節することが可能になる。
【００３７】
本発明の種々の実施形態によるＬＥＤランプは、住宅および商業ビル照明応用で見つけられる典型的配線構成においてＬＥＤランプは従来の白熱灯に直接に代わることができ、および、入力電圧を変更することにより調光を実施する従来の調光器スイッチと共にＬＥＤランプを使用することができるという利点を有する。加えて、ＡＣ入力電圧とＬＥＤ要素との間には、ガルバニック絶縁が提供される。
【００３８】
本開示を読めば、当業者はＬＥＤランプのさらに追加の代替的設計を理解できるだろう。従って、本発明の特定の実施形態および応用が示されおよび記載されたが、本発明はここで開示されるまさにその構造および構成要素に限定されなく、ここで開示される本発明の方法および装置の、配置、操作および詳細において、当業者にとって自明である種々の変更、変化および変形は、特許請求の範囲で特定される本発明の精神および範囲から逸脱せずに行うことができるのが理解されるべきである。
【図１】
0005422650.tif 000002
【図２】
0005422650.tif 000003
【図３Ａ】
0005422650.tif 000004
【図３Ｂ】
0005422650.tif 000005
【図３Ｃ】
0005422650.tif 000006
【図４】
0005422650.tif 000007
【図５】
0005422650.tif 000008
【図６】
0005422650.tif 000009
【図７】
0005422650.tif 000010
【図８Ａ】
0005422650.tif 000011
【図８Ｂ】
0005422650.tif 000012
【図９Ａ】
0005422650.tif 000013
【図９Ｂ】
0005422650.tif 000014
【図１０Ａ】
0005422650.tif 000015
【図１０Ｂ】
0005422650.tif 000016
【図１０Ｃ】
0005422650.tif 000017
【図１０Ｄ】
0005422650.tif 000018
【図１１】
0005422650.tif 000019
【図１２】
0005422650.tif 000020