(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路であって、
第１の端子と、
第２の端子と、
前記第１および第２の端子を選択的に結合するように結合される電力スイッチと、
前記集積回路の外部における発光ダイオード（ＬＥＤ）のストリングの電気特性の少なくとも一部および入力電圧に基づいて、前記電力スイッチを制御するように適合された制御回路と、
保護スイッチとを備え、
第１の時間中、電流は前記電力スイッチを通って流れ、第２の時間中、前記電流は前記電力スイッチを通って流れず、前記第２の時間中の前記入力電圧は、前記第１の時間中の前記入力電圧より高く、
ＬＥＤの前記ストリングは、第１の端部および第２の端部を有し、前記入力電圧は、ＡＣライン・イン電圧信号を整流したものであり、また、前記第１の端部と前記第２の端部との間のＬＥＤの前記ストリングにわたって存在し、ＬＥＤの前記ストリングの前記電気特性は、ＬＥＤストリング電流であり、前記第１の時間中と前記第２の時間中の両方において、電流は、ＬＥＤの前記ストリングの少なくとも一部を通って流れ、
前記保護スイッチは前記第２の端部に結合され、ＬＥＤの前記ストリングは電力を消費し、ＬＥＤストリング電流がＬＥＤの前記ストリングのうちすべてのＬＥＤを流れる場合、前記保護スイッチは、前記ＡＣライン・イン電圧信号が最大である間にＬＥＤの前記ストリングによって消費される前記電力を減少させ、かつフリッカを低減するように、前記ＬＥＤストリング電流をゼロに制限する、
ことを特徴とする集積回路。
【請求項２】
第１の端子と、
第２の端子と、
第３の端子と、
前記第１および第２の端子を選択的に結合するように結合される第１の電力スイッチと、
前記第２および第３の端子を選択的に結合するように結合される第２の電力スイッチと、
電流センス抵抗器と、
集積回路の外部における発光ダイオード（ＬＥＤ）のストリングの電気特性の少なくとも一部に基づいて前記第１および第２の電力スイッチを制御するように適合された制御回路と、
保護スイッチとを備え、
第１の時間中、電流は、前記第１の端子から出て、ＬＥＤの前記ストリング上の第１の相互接続ノード上に流れ、第２の時間中、電流は、前記第２の端子から出て、ＬＥＤの前記ストリング上の第２の相互接続ノード上に流れ、第３の時間中、電流は、前記第３の端子から出て、ＬＥＤの前記ストリング上の第３の相互接続ノード上に流れ、
前記制御回路は、
第１の個数であるＮ個のＬＥＤが、前記電流センス抵抗器と前記第１の相互接続ノードの間で直列に結合され、
第２の個数である２Ｎ個のＬＥＤが、前記第１の相互接続ノードと前記第２の相互接続ノードの間で直列に結合され、
第３の個数である４Ｎ個のＬＥＤが、前記第２の相互接続ノードと前記第３の相互接続ノードの間で直列に結合され、
第４の個数である８Ｎ個のＬＥＤが、前記第３の個数である４Ｎ個のＬＥＤの反対側において前記第３の相互接続ノードに結合され、
前記Ｎは正のゼロでない整数である、
という条件下において、前記第１および第２の電力スイッチを制御するように適合され、
整流されたＡＣ電圧がＬＥＤの前記ストリングにわたって存在し、前記保護スイッチは前記電流センス抵抗器に接続され、ＬＥＤの前記ストリングは電力を消費し、前記電流がＬＥＤの前記ストリングのうちすべてのＬＥＤを流れる場合、前記保護スイッチは、前記整流されたＡＣ電圧が最大である間にＬＥＤの前記ストリングによって消費される前記電力を減少させ、かつフリッカを低減させるようにＬＥＤの前記ストリングの電流をゼロに制限する、
ことを特徴とする集積回路。
【請求項３】
前記電気特性は、ＬＥＤの前記ストリングから流れ出る電流である請求項２に記載の集積回路。
【請求項４】
前記電気特性は、ＬＥＤの前記ストリングの少なくとも一部分の両端に存在する電圧である請求項２に記載の集積回路。
【請求項５】
ＬＥＤの前記ストリングは、第１の端部および第２の端部を有し、整流されたＡＣ正弦波波形に実質的に同一である波形を有するＡＣ電圧信号が、前記第１の端部および前記第２の端部の間のＬＥＤの前記ストリングにわたって存在する請求項２に記載の集積回路。
【請求項６】
前記制御回路は、ＬＥＤの前記ストリングを流れる電流を検知し、前記電流が所定の値を下回るように前記第１および第２の電力スイッチを制御する請求項２に記載の集積回路。
【請求項７】
第４の時間中、電流は、前記第２の電力スイッチを経て電流経路に流れ、そして前記第１の電力スイッチを通過し、前記第１の端子を経て前記集積回路の外へ流れ、ＬＥＤの前記ストリングの前記第１の相互接続ノード上へ流れる請求項２に記載の集積回路。
【請求項８】
増加する入力電圧信号がＬＥＤの前記ストリングにわたって存在し、前記制御回路は、電流がＬＥＤの前記ストリングのうち所定の数のＬＥＤのみを流れるように前記第１および第２の電力スイッチを制御し、前記所定の数は第１の非ゼロ値から第２の非ゼロ値まで前記入力電圧信号の電圧が増加するにしたがって増加する請求項２に記載の集積回路。
【請求項９】
前記制御回路は、複数ビット・デジタル値を維持し、前記複数ビット・デジタル値は、ＬＥＤの前記ストリングにわたる電圧を示す請求項２に記載の集積回路。
【請求項１０】
前記制御回路は、ＬＥＤの前記ストリングにわたる電圧を示す複数ビット・デジタル値を維持し、ＬＥＤの前記ストリングは力率を有し、前記制御回路は、前記複数ビット・デジタル値の少なくとも一部に基づいて、前記ストリングを通る平均電流を制御することによりＬＥＤの前記ストリングの力率補正を実行する請求項２に記載の集積回路。
【請求項１１】
ＡＣ電圧信号が、ＬＥＤの前記ストリングにわたって存在し、ＬＥＤの前記ストリングは平均電力を消費し、前記制御回路は、ＬＥＤの前記ストリングにわたる前記ＡＣ電圧信号の電圧値が変動しても、ＬＥＤストリングの平均電力が実質的に一定制御されるように、ＬＥＤの前記ストリングを通る平均電流の制御によってＬＥＤの前記ストリングの平均電力調節を実行する請求項２に記載の集積回路。
【請求項１２】
ＬＥＤの前記ストリングを通るすべての電流は前記保護スイッチを通過し、所定の条件下における前記制御回路は、前記保護スイッチのゲートにおけるゲート電圧を制御することにより、ＬＥＤの前記ストリングを通る電流を電流制限値に制限する請求項２に記載の集積回路。
【請求項１３】
前記制御回路は、
ＬＥＤの前記ストリングを通る電流を検知するように適合された電流センス回路と、
ＬＥＤの前記ストリングを通る前記電流が電流閾値を超えたことを電流センス回路が検知するのに応答して、カウントを変化させるカウンタと、
を含む請求項２に記載の集積回路。
【請求項１４】
前記制御回路の前記カウンタは複数ビット・デジタル値を出力し、前記複数ビット・デジタル値は前記第１および第２の電力スイッチを制御するのに用いられる請求項１３に記載の集積回路。
【請求項１５】
前記制御回路は、
第１の数であるＬＥＤが、前記第１の端子および前記第２の端子の間で直列に結合され、
第２の数であるＬＥＤが、前記第２の端子および前記第３の端子の間で直列に結合され、
前記第１の数および前記第２の数は異なるゼロでない数である、
という条件下において、前記第１および第２の電力スイッチを制御するように適合される請求項２に記載の集積回路。
【請求項１６】
前記第２の数は前記第１の数の２倍である請求項１５に記載の集積回路。
【請求項１７】
直列接続した発光ダイオード（ＬＥＤ）のストリングと、
集積回路であって、
ＬＥＤの前記ストリング上の第１のノードに結合される第１の端子、
ＬＥＤの前記ストリング上の第２のノードに結合される第２の端子、
ＬＥＤの前記ストリング上の第３のノードに結合される第３の端子、
前記第１および第２の端子を選択的に結合するように結合される第１の電力スイッチ、
前記第２および第３の端子を選択的に結合するように結合される第２の電力スイッチ、
保護スイッチ、
前記第１および第２の電力スイッチを制御する制御回路
を備える、集積回路と、
第１の入力電力ノードと、
第２の入力電力ノードとを備え、
電流は、前記第１の入力電力ノードから、前記集積回路によって制御される、ある量のＬＥＤの前記ストリングおよび前記保護スイッチを通して、前記第２の入力電力ノードへ流れ、
整流されたＡＣ電圧がＬＥＤの前記ストリングにわたって存在し、ＬＥＤの前記ストリングは電力を消費し、前記電流がＬＥＤの前記ストリングのうちすべてのＬＥＤを流れる場合、前記保護スイッチは、前記整流されたＡＣ電圧が最大である間にＬＥＤの前記ストリングによって消費される前記電力を減少させ、かつフリッカを低減させるように前記電流をゼロに制限する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
前記電流が流れるＬＥＤの前記ストリングの量は、前記整流されたＡＣ電圧の大きさが変化するにしたがって変わる請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記集積回路の前記制御回路は、ＬＥＤの前記ストリングを通って流れる前記電流を検知する請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記集積回路の前記制御回路は、前記整流されたＡＣ電圧入力に対してＬＥＤの前記ストリングを通る電流の流れを調整して、力率補正および約１の力率を達成する請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
ＬＥＤの前記ストリングは平均電力を消費し、前記制御回路は、前記整流されたＡＣ電圧の大きさを示す情報を維持し、前記集積回路の前記制御回路は、前記制御回路によって維持される前記情報の少なくとも一部に基づいて、ＬＥＤの前記ストリングを通る平均電流を制御することによりＬＥＤの前記ストリングの平均電力制限を実行する請求項１７に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１の入力電力ノードに結合された谷充填キャパシタをさらに備え、
前記谷充填キャパシタと前記第１の入力電力ノードの間にＬＥＤは存在せず、所定の数のＬＥＤが前記谷充填キャパシタと前記第３のノードの間で直列結合され、前記整流されたＡＣ電圧が最小である間に前記所定の数の直列結合されたＬＥＤに対して電圧を供給することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２３】
電流が第１のノードから第２のノードへそこを通って流れる直列接続されたＬＥＤのストリングの発光ダイオード（ＬＥＤ）の数を制御することと、
保護スイッチを用いてＬＥＤの前記ストリングを流れる前記電流を制限することを含み、
変化する電圧入力は、前記第１のノードと前記第２のノードとの間に存在し、前記数は、前記変化する電圧入力の電圧の大きさが増加するにつれて増加し、前記数は、前記変化する電圧入力の前記電圧の大きさが減少するにつれて減少し、前記数は、前記変化する電圧入力の前記電圧の大きさが変化するにつれて、少なくとも２つの離散的な異なる非ゼロ値を有し、
前記保護スイッチはＬＥＤの前記ストリングと直列に配置され、ＬＥＤの前記ストリングは電力を消費し、前記電流がＬＥＤの前記ストリングのうちすべてのＬＥＤを流れる場合、前記保護スイッチは、前記電圧の大きさが最大である間にＬＥＤの前記ストリングによって消費される前記電力を減少させ、かつフリッカを低減させるように前記電流をゼロに制限する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記数は、ＬＥＤの前記ストリングに結合されるように適合された集積回路によって制御される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
電流が前記第１のノードから前記第２のノードまでの途上でそこを通って流れるＬＥＤの数は、ＬＥＤの前記ストリングの選択された部分を短絡除外するように電力スイッチを使用することによって制御され、前記電力スイッチは、前記集積回路の部品である請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記変化する電圧信号は、全波整流されたＡＣ正弦波信号である請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
電流を検知すること、および、前記電流を検知することに基づいて、電流が流れるＬＥＤの数を制御することをさらに含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
電流センス抵抗器を用いて前記電流を検知することをさらに含み、
前記電流センス抵抗器は、前記第１のノードと前記第２のノードの間においてＬＥＤの前記ストリングと直列で配置されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
ＬＥＤの前記ストリングを通る前記電流は、前記保護スイッチのゲートにおけるゲート電圧を調節することにより制限される請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
過電圧条件および過温度条件のうちいずれか１つが検出された場合、前記保護スイッチをターンオフすることによりＬＥＤの前記ストリングを通る電流を止めることをさらに含む請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その主題が参照により本明細書に組み込まれる、２０１０年３月１９日に出願された「ＡＣ  ＬＥＤ  Ｌａｍｐ  Ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ  Ａｎ  ＬＥＤ  Ｓｔｒｉｎｇ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ  Ｓｈｏｒｔａｂｌｅ  Ｓｅｃｔｉｏｎｓ」という名称の仮米国特許出願番号１２／６６１，６０３の一部継続出願であり、かつ、米国特許法第１２０条の下でのそれからの優先権を主張する。
【０００２】
本開示は、一般に、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）給電、制御、および保護回路に関し、より具体的には、交流（「ＡＣ」）駆動式ＬＥＤ給電、制御、および保護回路に関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオードまたは「ＬＥＤ」は、汎用照明のために益々使用されている。一例では、いわゆる白色ＬＥＤのグループは、ＡＣ電力源から給電給される。用語「ＡＣ  ＬＥＤ」は、こうした回路を指すのに使用されることがある。並列接続されたＬＥＤの対向するストリングを利用するＡＣ  ＬＥＤ回路は、米国特許第５，４９５，１４７号、６，８３０，３５８号、７，０４５，９６５号、７，１３８，７７０号、７，２６４，３８１号、および７，３４４，２７５号に記載される。ブリッジ整流式ＬＥＤストリングを含むＡＣ  ＬＥＤ回路は、米国特許第５，４６３，２８０号および７，２７６，８５８号に記載される。米国特許出願公報ＵＳ２００７／０００８７２１は、複数の方法で接続された並列接続されたＡＣ  ＬＥＤのネットワークを示す。
【０００４】
図１（従来技術）は、ＡＣ−ＤＣ変換器も整流器も必要としない１つのＡＣ  ＬＥＤランプ回路の図である。ＤＣ電圧が供給されうるが、ＡＣ電圧が、通常、入力端子１と２との間に供給される。端子１および２は、たとえば、１１０Ｖ  ＡＣライン電力を受けるために結合されてもよい。端子１上の電圧が、端子２上の電圧より高い場合、電流は、端子１から電流制限抵抗器３を通りノード４へ、次に、直列接続されたＬＥＤ５の第１のストリングを通りノード６へ、次に、電流制限抵抗器７を通り端子２へ流れる。端子１上の電圧が、端子２上の電圧より低い場合、電流は、反対方向に、端子２から電流制限抵抗器７を通りノード６へ、直列接続されたＬＥＤ８の第２のストリングを通りノード４へ、次に、電流制限抵抗器３を通り端子１へ流れる。
【０００５】
図２（従来技術）は、第２のＡＣ  ＬＥＤランプ回路の図である。この回路は、全波整流器９を使用する。ＤＣまたはＡＣ入力は、端子１０および１１で受電される。端子１０および１１は、たとえば、１１０Ｖ  ＡＣライン電力を受電するように結合され得る。到来ＡＣ入力の各半サイクルで、両方のＬＥＤストリング１２および１３が光を発するが、全波整流器９を設けるという余分のコストが必要とされる。図１の回路の場合にそうであるように、電流は、電流制限抵抗器１４および１５で制限される。
【０００６】
図１および２のＡＣ  ＬＥＤ回路の効率的な使用は、一般に、安定性を確保するために、ＬＥＤでの電圧降下に対して、ラインのＡＣ電圧を良好に制御して整合させることの必要や、および／または、ライン電圧またはＬＥＤ電圧降下が変化するときの電流変動を制限するために図示すような電流制限抵抗器の付加することの必要がある。電流制限抵抗器手法の欠点は、電力損失である。この電力損失は、ＬＥＤランプの低い効率および高い熱発生をもたらす。
【０００７】
図２の回路の１１０Ｖ  ＡＣ動作例では、６２５オーム実効抵抗が、１１０Ｖ  ＡＣおよび４０ミリアンペアＲＭＳで動作するＬＥＤストリングと直列に配設される。これは、４ワットＬＥＤランプの場合、１ワットの抵抗性電力損失をもたらす。これは、２６％の効率損失になる。２２０Ｖ  ＡＣ動作例では、２．５ｋオーム実効抵抗が、２２０Ｖ  ＡＣおよび２０ミリアンペアＲＭＳで動作するＬＥＤストリングと直列に配設される。これは、４ワットＬＥＤランプの場合、１ワットの抵抗性電力損失をもたらす。これは、２６％の効率損失になる。電流制限抵抗器の両端のＲＭＳ電圧降下は、ＡＣラインＲＭＳ電圧の約２６％であるため、ＡＣライン電圧の１０％の増加が、ＬＥＤ電流の約４０％（１０％／２６％）の増加をもたらす。ＬＥＤ電流のこの増加は、抵抗にわたる７０％多い電力損失をもたらし、熱消散の増加をもたらし、電力消費の約５０％の増加をもたらす。同様に、ライン電圧の１０％の低減は、ＬＥＤ電流の観測可能な３６％の低下をもたらす。
【０００８】
こうした抵抗性電力損失を回避するために、キャパシタ結合式ＡＣ  ＬＥＤが提案された。たとえば、米国特許第６，９７２，５２８号および７，４８９，０８６号は、並列接続された対向するＬＥＤ対に直列接続した、高周波分離用のキャパシタを使用することを開示する。この手法の欠点は、値の高いキャパシタを提供する必要性である。別の欠点は、安定したｄＶ／ｄｔに依存することおよびトライアック調光器と一般的な互換性がないことである。こうした回路は、高周波ＡＣ供給源コントローラで駆動され得るが、そうすることは、高周波ドライバ用の複雑な回路要素を必要とする。
【０００９】
米国特許第６，５７７，０７２号は、貯蔵キャパシタと並列接続されたＬＥＤのストリングに接続されたスイッチを備える非モノリシック回路要素を使用する別の手法を述べる。スイッチは、ライン電圧があるレベルより下がるとターンオフするため、ＬＥＤは、キャパシタによって給電される。排出されたキャパシタがスイッチを通して再充電することを必要とするため、これは、損失無し手法ではない。さらに、ＬＥＤの光出力は、ライン電圧の変化に対して調節されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】仮米国特許出願番号１２／６６１，６０３
【特許文献２】米国特許第５，４９５，１４７号
【特許文献３】米国特許第６，８３０，３５８号
【特許文献４】米国特許第７，０４５，９６５号
【特許文献５】米国特許第７，１３８，７７０号
【特許文献６】米国特許第７，２６４，３８１号
【特許文献７】米国特許第７，３４４，２７５号
【特許文献８】米国特許第５，４６３，２８０号
【特許文献９】米国特許第７，２７６，８５８号
【特許文献１０】米国特許出願公報ＵＳ２００７／０００８７２１
【特許文献１１】米国特許第６，９７２，５２８号
【特許文献１２】米国特許第７，４８９，０８６号
【特許文献１３】米国特許第６，５７７，０７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、電力損失を低減させたＡＣ  ＬＥＤランプを実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ＡＣ  ＬＥＤランプは、整流器、集積回路、および直列接続されたＬＥＤのストリングを含む。ＡＣ  ＬＥＤランプは、到来するＡＣ信号（即ちＡＣ入力）を受電し、受電したＡＣ信号（ＡＣ入力）の整流をしたものがＬＥＤストリングに印加されるようにして、受電したＡＣ信号（ＡＣ入力）から電力供給がされる。集積回路は、複数の電力スイッチを含む。各電力スイッチは、ＬＥＤストリング内のＬＥＤの複数のグループのうちの対応する１つのグループを、別々ににかつ選択可能に短絡させて除外し得るように結合される。グループは、ＬＥＤストリングのセクションとも呼ばれる。ＬＥＤストリングにわたる電圧が増加するにつれて、集積回路は、通電されるＬＥＤの総数が増加するように、電力スイッチを制御する。ストリングにわたる電圧が減少するにつれて、集積回路は、通電するＬＥＤの総数が減少するように、電力スイッチを制御する。
【００１３】
ＡＣ  ＬＥＤランプでは、通電するＬＥＤの総数およびＬＥＤストリングの電流値は、優れた効率、信頼性、フリッカ防止性、ライン電圧変動に対する調節、電力力率の補正、ランプ過電圧保護、ランプ過電流保護、およびランプ過温度保護が提供できるように、制御され、調節される。開示されるランプ・アーキテクチャを使用することは、電解キャパシタを全く含まず、かつ、単に比較的少数のコンポーネントを含む、効率が高い固体ＡＣ  ＬＥＤランプが実現されることを可能にする。電解キャパシタの使用の回避は、電解キャパシタがＡＣ  ＬＥＤランプに含まれる場合には普通なら信頼性を低下される可能性がある電解キャパシタ故障の問題を防止する。低減されたコンポーネント数は、ランプ信頼性を改善し、ランプの平均故障間隔を延ばす。電磁干渉（ＥＭＩ）問題は、多くのＡＣ−ＤＣ変換器ＬＥＤランプと比較して、最小になる。その理由は、本明細書で述べる新規のＡＣ  ＬＥＤランプが、高周波電力スイッチングを必要としないからである。
【００１４】
別の実施形態では、ＡＣ  ＬＥＤランプは、フリッカ防止モードで動作する。ＬＥＤ電流が流れる直列接続のＬＥＤのストリング内のＬＥＤの数は、変化する電圧の信号（入力）の電圧振幅がピーク値へと増加するにつれて増加する。そして、ＬＥＤ電流が流れる直列接続のＬＥＤのストリング内のＬＥＤの数は、変化する電圧の信号（入力）の電圧振幅がピーク値から減少するにつれて減少する。光強度の複数のピークを生成するために、サイクル期間中のＬＥＤ電流は、サイクル期間の１２％未満の継続時間の間に、変化する電圧の入力の瞬時電流値の半分以上を低減される。
【００１５】
なお別の実施形態では、ＡＣ  ＬＥＤランプは、第２のフリッカ防止モードで動作する。ＬＥＤ電流が流れる直列接続のＬＥＤのストリング内のＬＥＤの数は、変化する電圧の信号（入力）の電圧振幅がピーク値へと増加するにつれて増加する。そして、ＬＥＤ電流が流れるＬＥＤのストリング内のＬＥＤの数は、変化する電圧の入力の電圧振幅がピーク値から減少するにつれて減少する。光強度の複数のピークを生成するために、ＬＥＤストリングの端部に接続された谷充填キャパシタは、それを変化する電圧の入力に結合することによって、変化する電圧の信号（入力）の電圧振幅が増加するにつれて、充電される。そして、谷充填キャパシタは、変化する電圧の信号（入力）の電圧振幅がピーク値の９０％以上に達すると（第１の時点）、変化する電圧の入力から分離される。そして、谷充填キャパシタは、変化する電圧の信号（入力）の電圧振幅が谷電圧閾値より下がると、変化する電圧の信号（入力）に結合され、それにより、光強度のピークが生成される。
【００１６】
他の構造および方法が、以下の詳細な説明で述べられる。本要約は、本発明を規定することを意図しない。本発明は、特許請求の範囲によって規定される。
【００１７】
同じ番号が同じコンポーネントを示す添付図面は、本発明の実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＡＣ−ＤＣ変換器または整流器を必要としない、ＡＣ  ＬＥＤランプ回路の図（従来技術）である。
【図２】整流器を含むＡＣ  ＬＥＤランプ回路の図（従来技術）である。
【図３】１つの新規な態様によるＡＣ  ＬＥＤランプの第１の実施形態の図である。
【図４】図３のＡＣ  ＬＥＤランプのより詳細な図である。
【図５】図４の集積回路５２のコントローラ９２のより詳細な図である。
【図６】到来するＡＣライン電圧が１１０Ｖ  ＡＣの公称値であるときの、図３および４のＡＣ  ＬＥＤランプの動作を示す波形図である。
【図７】到来するＡＣライン電圧が公称値より１０％高いときの、図３および４のＡＣ  ＬＥＤランプの動作を示す波形図である。
【図８】到来するＡＣライン電圧が公称値より３０％低いときの、図３および４のＡＣ  ＬＥＤランプの動作を示す波形図である。
【図９】入力ライン電圧が変化するときの、図３および４のＡＣ  ＬＥＤランプ５０のＬＥＤ電力、入力電力、効率、入力電力の力率を示す波形図のセットである。
【図１０】図３および４のＡＣ  ＬＥＤランプ５０のフリッカ防止動作を示す波形図のセットである。
【図１１】図４および５の集積回路５２を含む例示的なＬＥＤランプ・モジュール２００の平面図である。
【図１２】図１１に示すモジュールなどの、複数のＬＥＤランプ・モジュールから作られるＡＣ  ＬＥＤランプの略図である。
【図１３】ＡＣ  ＬＥＤランプの第２の実施形態の図である。
【図１４】図１３のＡＣ  ＬＥＤランプのより詳細な図である。
【図１５】図１３および１４の回路要素を利用するＡＣ  ＬＥＤランプ構造の図である。
【図１６】ＡＣ  ＬＥＤランプの第３の実施形態の図である。
【図１７】図１６の第３の実施形態のデコーダ６１６の回路図である。
【図１８】図１７のルックアップＲＯＭ６１７の動作を示す表である。
【図１９】図１６〜１８の回路要素を利用するＡＣ  ＬＥＤランプ構造７００の図である。
【図２０】新規な方法７０７の単純化したフローチャートである。
【図２１】フリッカ防止動作モードを示す図１４のＡＣ  ＬＥＤランプの変形した図である。
【図２２】谷充填キャパシタがフリッカ防止モードで使用されるときの、図２１のＡＣ  ＬＥＤランプの動作を示す波形図のセットである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図３は、第１の実施形態によるＡＣ  ＬＥＤランプ５０の回路図である。ＡＣ  ＬＥＤランプ５０は、全波整流器５１、ＬＥＤランプ・レギュレータ集積回路（制御集積回路とも呼ばれる）５２、および直列接続されたＬＥＤのストリングを含む。整流器５１は、示すように、入力電力端子５３および５４に接続される。ＡＣまたはＤＣライン・イン電力入力が端子５３および５４上で受電される。
【００２０】
ＬＥＤストリングは、第１の端部５５および第２の端部５６を有する。ＬＥＤストリングは、次に、いくつかのセクション５７〜６２を含む。セクションは、本明細書でＬＥＤのグループとも呼ばれる。種々のＬＥＤグループ間の示されるノードは、本明細書において技術的でない意味で曖昧に相互接続ノードと呼ばれる。図３に示すように、ＬＥＤストリングの第２の端部５６は、導体６３を介してＣＳＰ端子６４に結合され、ＬＥＤストリングの相互接続ノード６５は、導体６６を介して集積回路５２のＬ０端子６７に結合され、ＬＥＤストリングの相互接続ノード６８は、導体６９を介して集積回路５２のＬ１端子７０に結合され、相互接続ノード７１は、導体７２を介して集積回路５２のＬ２端子７３に結合され、相互接続ノード７４は、導体７５を介して集積回路５２のＬ３端子７６に結合され、相互接続ノード７７は、導体７８を介して集積回路５２のＬ４端子７９に結合され、ＬＥＤストリングの第１の端部５５は、導体８０を介して集積回路５２のＬ５端子８１に結合される。
【００２１】
ＡＣ  ＬＥＤランプ５０は、ＡＣまたはＤＣライン・イン電力入力によって入力電力端子５３および５４において給電される。ＡＣライン・イン入力は、たとえば、１１０ボルトを有する６０ＨｚのＡＣ正弦波であってよい。このＡＣライン・イン入力は、全波整流器５１によって整流され、整流されたライン電圧入力が、ＶＳＳ端子８２とＬ５端子８１との間に、変化する電圧の信号（入力）として現れる。参照番号８０は、整流器５１からＬ５端子８１まで、そして、ＬＥＤストリングの第１の端部５５まで延在する導体およびノードを表す。正しい動作条件下で、集積回路５２は、電流が、ＬＥＤストリングのＬＥＤの種々の選択されたグループを通り、次に、集積回路５２を通り、次に、ＶＳＳ端子８２から出て、整流器５１に戻るように流れることを可能にする。集積回路５２は、選択的に、ＬＥＤの選択されたグループを短絡させて除外し、ＬＥＤの選択されたグループを切換え投入して、ＬＥＤストリング電流経路内のＬＥＤの数を変更し、それにより、ＬＥＤストリング全体の電流および電力を調節する。たとえば、入力電力端子５３および５４上の１１０Ｖ  ＡＣライン・イン正弦波ＡＣ入力の単一のサイクルでは、０°位相から３６０°位相まで変化する電圧の振幅を呈する。波形の０°の時には、導体８０上の入力の（整流されたＡＣラインの電圧に対応する）電圧は、最小値から、増加するか増加し始める。導体８０の電圧は、０°位相のこの時点から、９０°位相の時点まで増加する。この最初の９０°の経過時間中、電流が流れ得るＬＥＤの総数は、ＬＥＤストリングにわたる順方向電圧降下が、整流された瞬時ライン電圧に本質的に一致するように増加させられる。その後、導体８０上の電圧が、９０°位相の時点から１８０°位相の時点まで減少するにつれて、電流が流れ得るＬＥＤの総数は、ＬＥＤストリングにわたる順方向電圧降下が、整流された瞬時ライン電圧に本質的に一致するように減少させられる。整流されたライン電圧が増減するときに、（たとえば、短絡除外される任意のＬＥＤグループを含む端部５５〜端部５６の）全ＬＥＤストリングにわたる電圧降下を、導体８０上の整流された瞬時ライン電圧に実質的に一致させることによって、優れたランプ効率が達成される。ＡＣ  ＬＥＤランプ５０の平均効率損失は、ライン電圧と比較して最も小さなＬＥＤグループにわたる電圧降下の約半分に等しい。
【００２２】
図４は、図３のＡＣ  ＬＥＤランプ５０の集積回路５２をさらに詳細に示す図である。端子６４、６７、７０、７３、７６、７９、および８１に加えて、集積回路５２は、電力スイッチ８３〜８８、保護電力スイッチ８９、電流センス抵抗器９０、内部電源回路９１、コントローラ回路９２、およびデコーダ９３を含む。電力スイッチ８３は、ＣＳＰ端子６４をＬ０端子６７に結合するように制御され、それにより、ＬＥＤグループ５７を短絡させて除外することができ、電力スイッチ８４は、Ｌ０端子６７をＬ１端子７０に結合するように制御され、それにより、ＬＥＤグループ５８を短絡除外することができ、電力スイッチ８５は、Ｌ１端子７０をＬ２端子７３に結合するように制御され、それにより、ＬＥＤグループ５９を短絡除外することができ、電力スイッチ８６は、Ｌ２端子７３をＬ３端子７６に結合するように制御され、それにより、ＬＥＤグループ６０を短絡除外することができ、電力スイッチ８７は、Ｌ３端子７６をＬ４端子７９に結合するように制御され、それにより、ＬＥＤグループ６１を短絡除外することができ、電力スイッチ８８は、Ｌ４端子７９をＬ５端子８１に結合するように制御され、それにより、ＬＥＤグループ６２を短絡除外することができる。電力スイッチ８３〜８８は、コントローラ９２およびデコーダ９３によって個々に制御される。内部給電回路９１は、内部ＶＣＣ供給電圧（図示せず）を生成し、その内部供給電圧をコントローラ９２およびデコーダ９３に供給して、これらのブロック内の回路要素に電力供給する。コントローラ９２は、６ビット・デジタルＬＥＤＣＯＵＮＴ信号９４を６ビット・バス９５に供給する。ＬＥＤＣＯＵＮＴ信号は、ＬＥＤストリング全体での順方向電圧降下が、所望の平均ＬＥＤ電流レベルで導体８０の整流されたライン電圧に一致するために、通電を許容されるべき（ＬＥＤストリング中の）ＬＥＤの最適数を示す。ＬＥＤストリングを通る電流は、電流センス抵抗器９０によって検出される。デコーダ９３は、ＬＥＤＣＯＵＮＴ信号を、電力スイッチ８３〜８８のゲートを駆動するための適切なゲートドライブ信号に変換するため、指示された数のＬＥＤが、ＬＥＤストリング電流経路に切換え投入される。
【００２３】
通常動作中、保護スイッチ８９は、最小オン抵抗を有し、また、ＬＥＤストリング電流経路を整流器５１へと戻すべく閉路をするように、ターンオンする。しかし、電流が大きい条件下では、保護スイッチ８９のゲート上の電圧は、電流を所定の電流制限値に制限するように調整される。以下でさらに詳細に説明されるように、異常な動作条件下では、保護スイッチ８９は、電流がＬＥＤストリングを通って流れないように、また、ＬＥＤストリングが損傷から保護されるよう、開路するように制御される。
【００２４】
１１０Ｖ  ＡＣ用では、ＬＥＤストリングは、直列に結合された約４０〜５０の白色ＬＥＤを含み、一方、２２０Ｖ  ＡＣ用では、ＬＥＤストリングは、直列に結合された約８０〜１００の白色ＬＥＤを含む。示すように、これらのＬＥＤは、それぞれ、Ｎ、２Ｎ、４Ｎ、８Ｎ、および１６ＮのＬＥＤの５つのグループに分割される。最後のグループ６２は、残りのＰのＬＥＤを含むため、（３１Ｎ＋Ｐ）は、ＬＥＤストリング内のＬＥＤの総数に等しい。
【００２５】
図５は、図４のコントローラ９２のより詳細な図である。ＬＥＤＣＯＵＮＴ信号９４は、アップ／ダウン・カウンタ１２２の出力である。導体およびノード８０上の整流された瞬時ライン電圧がパワー・オン・リセット閾値（ＰＯＲＴ）より小さいとき、パワー・オン・リセット回路９６は、リセット信号９７をアサートする。リセット信号９７は、アップ／ダウン・カウンタ１２２を最大カウント状態にリセットする。カウンタ１２２をこの最大カウント状態に設定することは、突然のライン電圧ステップ（調光器トライアックがターンオンすることなどによる）が、ＬＥＤストリングにわたる制限された初期電流をもたらすことを確実にする。アップ信号９８は、デジタル「ロー（ｌｏｗ）」に設定される。整流された瞬時ライン電圧が、ＰＯＲＴ閾値電圧より大きい場合、集積回路５２は、整流されたライン電圧に一致する初期ＬＥＤＣＯＵＮＴを見出すために最初の調整を行う。これを行うために、アップ／ダウン・カウンタ１２２は、適切な電流がＬＥＤを通って流れていることを電流センス信号９９が示すまで、カウントダウンする。電流センス信号９９は、電流センス抵抗器９０の両端で降下した電圧である。
【００２６】
この時点で、アップ信号９８は、デジタル「ハイ（ｈｉｇｈ）」に設定され、回路は、ライン電圧包絡線にいつでも追従し始めることができる。アップ／ダウン・カウンタ１２２は、オンチップ・クロック発生器１００によって供給されるクロック信号ＣＬＫによって決まるレートで増分されるかまたは減分される。整流されたライン電圧が増加していることを位相制御回路１０１が検出する場合、アップ信号９８は、「ハイ」であり、一方、整流されたライン電圧が減少していることを位相制御回路が検出する場合、アップ信号９８は、「ロー」である。アップ信号９８が「ハイ」である（整流ライン電圧の増加）場合で、かつ、アップ／ダウン・カウンタ１２２のイネーブル入力１０２上に供給されるイネーブル信号がアサートされる場合、アップ／ダウン・カウンタ１２２は、クロック信号ＣＬＫの次の立上りエッジで増分する。イネーブル信号は、電流センス信号９９が電流センス閾値信号１０４電圧（ＣＳＴＳ）を超えていることをアップ／ダウン比較器１０３が検出したときはいつでも、その条件が存在しなくなるまでアサートされる。アップ信号９８が「ハイ」であり、イネーブル信号がアサートされていて、立上りクロック・エッジが生じると、ＬＥＤＣＯＵＮＴの増分をする。ＬＥＤＣＯＵＮＴの増分は、ＬＥＤストリング電流経路により多くのＬＥＤを切換え投入できることを意味する。
【００２７】
一方、アップ信号９８が「ロー」である場合、ＣＳＴＳ信号１０４からＶＨＹＳＴヒステリシス電圧１０５を引いた値より電流センス信号９９が低いことをアップ／ダウン比較器１０３が検出したときはいつでも、その条件が存在しなくなるまで、アップ／ダウン・カウンタ１２２は、クロック信号ＣＬＫの次の立上りエッジで減分する。ＬＥＤＣＯＵＮＴを減分することは、ＬＥＤストリング電流経路からＬＥＤを切換え除外していくことを意味する。
【００２８】
集積増幅器回路１０６は、増幅器１０７およびキャパシタ１０８を含む。集積増幅器回路１０６は、スケーラ１０９によって変調された信号９９の瞬時電圧と参照１１０によって供給されるＶＰＡＶＧ参照電圧との電圧差を線形増幅する。増幅された差は、キャパシタ１０８上で積分されて、エラー信号１１１が生成される。エラー信号１１１は、平均ＬＥＤ電力がターゲットＬＥＤ電力より低い場合、漸増し、平均ＬＥＤ電力がターゲットＬＥＤ電力より高い場合、漸減する。したがって、ＬＥＤストリングの平均ＬＥＤ電力は、（ＳＣＡＬＥ・ＶＦ・ＶＰＡＶＧ／Ｒ９０）へと調節される。ここで、ＳＣＡＬＥは、スケーラ１０９およびＬＥＤのグループ内のＬＥＤの数に応じた定数であり、Ｒ９０は、電流センス抵抗器９０の抵抗値である。
【００２９】
標準的なトライアック調光器を含む用途で回路を動作させるために、ＶＰＡＶＧは、検出された調光器位相カット角によって調整される。標準的なトライアック調光器回路では、トライアックは、照明負荷に供給される全電力を低減するために、到来するＡＣ入力の部分または整流されたライン入力の部分を開回路にしてもよい。図５の回路では、位相制御回路１０１は、本明細書では調光器「位相カット角」と呼ぶ、この開回路継続時間の位相を検出する。位相制御回路１０１は、位相カットが大きくなればなるほど、平均ＬＥＤ電力が小さくなるように、相応してＶＰＡＶＧを調整する。
【００３０】
アップ／ダウン比較器１０３用の電流センス閾値信号１０４は、スケーラ１１２によって変調された、キャパシタ１０８からのエラー信号１１１である。スケーラ１１２は、ＬＥＤＣＯＵＮＴ信号９４によって制御される。スケーラ１０９および１１２は、たとえば、抵抗器ラダーとして実現されてもよく、スケーラの制御信号によって制御されるアナログ・マルチプレクサを通して抵抗器ラダーの選択されたタップ上の信号が出力される。ＬＥＤＣＯＵＮＴが小さな値である場合、スケーラ１１２は、小さな量だけエラー信号１１１をスケーリングし、一方、ＬＥＤＣＯＵＮＴが大きな値である場合、スケーラ１１２は、エラー信号１１１を大きな量だけスケーリングする。瞬時ＬＥＤストリング電流を、その大きさが、直列接続されたＬＥＤの数にほぼ比例して変わるようにスケーリングすることによって、ＡＣサイクルにわたるＬＥＤストリング電流の位相角は、電圧降下（ＬＥＤストリングにわたる電圧降下）信号の位相角に対して調整される。したがって、ＬＥＤランプの力率が調整され、ほぼ１になる。
【００３１】
コントローラ９２は、保護スイッチ８９を制御する保護ゲート信号１１３（ＮＰＲＯＴ）をも生成する。通常の動作条件では、保護ゲート信号１１３は、バッファ１１５を通して電流制限増幅器１１４によって駆動される。電流センス信号９９が、電圧源１１６によって設定されたＶＩＬＩＭ閾値より小さいと、電流制限増幅器１１４は、ＮＰＲＯＴ信号１１３を「ハイ」に駆動して、保護スイッチ８９をターンオンする。電流センス信号９９がＶＩＬＩＭ閾値のレベルに近づくと、ＮＰＲＯＴ信号１１３は、大きさが減じられて、電流センス信号９９がほぼＶＩＬＩＭに調節されるように、保護スイッチ８９を通して電流を制限する。結果として、ＬＥＤストリングを通って流れる電流は、電流制限される。ＬＥＤ電流制限値は、ＶＩＬＩＭ／Ｒ９０と言う値によって決まる。さらに、保護スイッチ８９は、過温度保護を提供するのに使用される。過温度保護回路１１７は、その接合部温度が所定の温度閾値に達したことを検知するといつも、ノード１１８上の電圧を、ダイオード１１９を通して低く引込み始める。ノード１１８上の電圧を低下させることは、ＬＥＤ電流を減少させる。過電圧条件では、内部給電回路９１は、整流された瞬時電圧が最大閾値を超えると、過電圧保護（ＯＶＰ）信号１２０をアサートする。ＯＶＰがアサートされると、電流制限増幅器１１４は、使用不能にされ、保護ゲート信号１１３がローになり、保護スイッチ８９がターンオフする。
【００３２】
パワー・オン・リセット回路９６は、整流された瞬時ライン電圧が、パワー・オン・リセット閾電圧（ＰＯＲＴＶ）より小さいときを検出する。導体およびノード８０上の整流された瞬時ライン電圧が、ＰＯＲＴＶより小さいことが検出されると、回路９６は、信号ＲＥＳＥＴ９７をデジタル・ハイにアサートする。それで、アップ／ダウン・カウンタ１２２を最大カウンタ状態にリセットし、一方同時に、ＬＥＤＣＯＵＮＴ値を０の値に設定する。さらに、ＲＥＳＥＴ信号９７がデジタル「ロー」であることはまた、電流制限増幅器１１４の参照閾値電圧を低電圧ＶＩＴＲＩＡＣに変更する。ＶＩＴＲＩＡＣは、電圧参照１２１によって設定される。これは、保護スイッチ８９がオンである間に、全ての電力スイッチ８３〜８８がオンであるようにさせ、トライアック調光器トリガー電流およびリセットのためにＬＥＤストリング電流を低い電流制限レベルに調節する。このトライアック調光器トリガー電流は、（ＶＩＴＲＡＩＡＣ／Ｒ９０）によって決まる。トライアックは、通常、それ自身をリセットするために小さな電流を必要とする。したがって、整流された瞬時ライン電圧が、パワー・オン・リセット回路９６によって、ＰＯＲＴＶ閾値より小さいことを検出されると、集積回路５２は、トライアック調光器の保持電流レベルを超える、ＬＥＤを通して流れる小さな電流が常に存在することを確実にする。トライアックによって必要とされる典型的な保持電流は、１５ミリアンペアである。この小さな電流を維持することはまた、瞬時ライン電圧が低くても、ランプの光出力を平滑化する作用を有する。
【００３３】
人の目は、しばしば、ターンオンおよびターンオフのレートが適度に低い場合、ターンオンされ、ターンオフされる光源の望ましくないフリッカリングを知覚しうる。ＡＣ  ＬＥＤランプ５０のこうした問題を回避するために、ＬＥＤ電流のターンオンおよびターンオフは、１００Ｈｚ以上であるように変調される。こうするために、ライン電圧のピーク時（およびその近くの時点）にはＬＥＤ電流がゼロまたはほぼゼロに低減されるようにして、ＬＥＤランプが、ライン電圧の正／負の半周期それぞれのほとんどの間、光を出力するように構成される。したがって、ＬＥＤ光変調周波数は、ライン電圧周波数の実質上４倍（５０Ｈｚライン電圧の場合、２００ＨｚＬＥＤ光変調周波数、および、６０Ｈｚライン電圧の場合、２４０ＨｚＬＥＤ光変調周波数）である。一実施形態では、このフリッカ防止動作は、ＬＥＤ光出力がライン周波数の４倍でターンオンし、ターンオフするように、ＯＶＰ閾値を、整流されたライン電圧のピークよりわずかに低く設定することによって、達成される。
【００３４】
図６、７、および８は、それぞれ、到来するＡＣライン電圧入力が１１０Ｖ  ＡＣの公称値であるとき、到来するＡＣライン電圧入力が公称値より１０％高いとき、および到来するＡＣライン電圧入力が公称値より３０％低いときの、図３および４のＡＣ  ＬＥＤランプ５０の動作を示す波形図である。例示的な回路では、グループ５７、５８、５９、６０、６１、および６２内のＬＥＤの数は、それぞれ、１、２、４、８、１６、および１８である（Ｎ＝１）。電流センス抵抗器９０は、約４３．３オームの小さな抵抗を有し、抵抗器９０の両端の電圧降下は小さく（たとえば、十分に１ボルト未満）、抵抗器９０にわたる電力損失は小さい。ＬＥＤ電力は、（調節後）５ワットであり、この値は、到来するＡＣライン電圧入力の振幅が７７Ｖ  ＡＣから１４３Ｖ  ＡＣまで変わっても変化しない。
【００３５】
「整流された入力（Ｖ）（ＲＥＣＴＩＦＩＥＤ  ＩＮＰＵＴ（Ｖ））」と表示された図６の一番上の波形は、図３における導体８０上の整流された信号（入力）の電圧波形を示す。「アクティブＬＥＤカウント（ＡＣＴＩＶＥ  ＬＥＤ  ＣＯＵＮＴ）」と表示された図６の下方向の次の波形は、ＬＥＤストリングのＬＥＤのどれだけの数（ＬＥＤＣＯＵＮＴ）が、ＬＥＤストリング電流を流するようにさせられるかを示す。ＣＬＫ信号は図６に示されないが、ＬＥＤＣＯＵＮＴは、信号ＣＬＫの立上りエッジ時に増加するだけである。図６に示す整流された正弦波波形の一番上などにおいて、整流された入力電圧が徐々に変化するだけである条件では、ＬＥＤＣＯＵＮＴは、整流された入力電圧がより急速に変化するときに比べて、頻度少なく増加する。「アクティブＬＥＤカウント」波形では、ライン電圧が低い時間の間、ＬＥＤＣＯＵＮＴがゼロ（または、トライアック・リセット電流を確保するために非常に小さな値）であることに留意されたい。これらのときに、回路は、先に説明したように、信号ＲＥＳＥＴ９７によってリセットされる。「入力電流（ｍＡ）（ＩＮＰＵＴ  ＣＵＲＲＥＮＴ  （ｍＡ））」と表示された図６の下方向の３番目の波形は、整流された入力電圧が増加しているときの間、一連の鋸歯状波形状を含む。こうしたそれぞれの鋸歯状波形状のよりゆっくりと立上る部分は、整流された入力電圧が一定数のＬＥＤを通して増加するため、ＬＥＤストリング電流の増加を示す。電流センス抵抗器９０の両端で検知されるＬＥＤストリング電流が、電流センス閾値信号１０４を超えると、アップ／ダウン比較器１０３は、アップ／ダウン・カウンタ１２２を使用可能にし、アップ／ダウン・カウンタ１２２は、ＣＬＫの次の立上りで増分する。この増分は、より多くのＬＥＤを、ＬＥＤストリング電流経路に切換え投入し、これは、ＬＥＤストリング電流の急峻な減少をもたらす。この急峻な減少は、鋸歯状波形状の急峻な下方向部分によって示される。
【００３６】
整流された入力電圧が減少するときの間に起こる鋸歯状波形状は、整流された入力電圧が増加するときの間に起こる鋸歯状波形状と比較して、反転形状を有する。整流された入力電圧が減少するときの間に起こる反転した鋸歯状波形状は、よりゆっくりと減少する入力電流部分を含む。この減少する入力電流部分は、減少する整流されたライン電圧が、ＬＥＤストリング内の一定数のＬＥＤにわたって降下するからである。電流が、低くなるため、電流センス閾値信号１０４を下回ると、アップ／ダウン比較器１０３は、アップ／ダウン・カウンタ１２２を使用可能にする。アップ／ダウン・カウンタ１２２は、減分し、それにより、ＬＥＤ電流が通過するＬＥＤストリング内のＬＥＤの数を減少させる。結果として、ＬＥＤストリング電流は、ほぼ垂直に立上る。この急峻な増加は、反転した鋸歯状波形状の端部の急峻な上方向部分によって示される。
【００３７】
図９は、８０Ｖ  ＡＣから１４０Ｖ  ＡＣの範囲の電圧の入力ＡＣラインの場合の、図３および４のＡＣ  ＬＥＤランプ５０のＬＥＤ電力、ランプ入力電力、効率、入力電力の力率を示す波形図のセットである。光出力（ＬＥＤ電力）が、広い範囲の電圧のラインについて十分に調節されていることが見てわかる。効率は、通常、（整流器５１による１％の効率損失を含む）９６％であり、スイッチング変換トポロジまたは電流制限抵抗器トポロジより優れていることも見てわかる。最後に、力率が０．９７にあるか又はその近傍の値にあることが見てわかる。
【００３８】
図１０は、ＡＣ  ＬＥＤランプ５０のフリッカ防止動作を示す波形図のセットである。この機構が使用可能にされると、ＬＥＤ電流は、整流されたライン電圧のピークよりわずかに低いＯＶＰレベルでターンオフされる。たとえば、整流された入力電圧がそのピークにあるとき、第３の波形によって示されるように、ＬＥＤ電流がゼロまたはほぼゼロである期間が存在することに留意されたい。さらに、整流された入力電圧がその最小値にあるときの間にも微量のＬＥＤ電流が流れる。組み合わせると、結果全体として、端子５３および５４上のＡＣ入力が６０Ｈｚであっても、２４０ＨｚのＬＥＤ光変調周波数になる。
【００３９】
別の実施形態では、ＬＥＤ電流は、ほぼゼロに減少させるのではなく、光強度の２つの別々にのピークを生成するために、有意の量だけ減少させる。一態様では、レギュレータＩＣ４０９は、サイクル期間の１２％未満の継続時間の間、変化する入力の電流瞬時値の半分を超える分、ＬＥＤ電流を減少させる。たとえば、低減されたＬＥＤ電流の継続時間は、整流器５１で受ける６０Ｈｚ交流入力の各８．３３ミリ秒サイクル中で０．７ミリ秒〜０．９ミリ秒の間である。
【００４０】
図１１は、例示的なＬＥＤランプ・モジュール２００の略平面図である。モジュール２００は、金属コア・プリント回路板２０１などのプリント回路板または基板、図３および４の集積回路５２、光学レンズ２０２、およびＬＥＤのダイ２０３を含む。４９または９８個の各ＬＥＤが、ダイ２０３上に実現される。図上の空間的制限のため、図１１の図において全てのＬＥＤを識別するために、参照番号が設けられていないが、図１１に示すＬＥＤは、図４に示されるのと同じＬＥＤである。光学レンズ２０２は、放出された光を所望の方向に向ける。金属コア・プリント回路板２０１は、熱伝導性があり、かつ、電気的に絶縁される。図１１の実施形態では、集積回路５２は、半導体ダイであり、半導体ダイは、示すように、ボンド・ワイヤによって、プリント回路板２０１およびダイ２０３にワイヤボンディングされる。あるいは、集積回路５２は、プリント回路板２０１に直接ボンディングされるように、チップスケール・マイクロバンプを備え得る。ＶＩＮ（整流器５１からの整流された入力）を受けるパッド２０４が設けられる。パッド２０４は、導体２０５およびボンド・パッドおよびボンド・ワイヤによって、集積回路５２のＬ５端子８１に結合される。接地（整流器５１からのＶＳＳ）に結合するパッド２０６が設けられる。パッド２０６は、導体２０７およびボンド・パッドおよびボンド・ワイヤによって、集積回路５２のＶＳＳ端子８２に結合される。ライン・イン電圧入力が１１０Ｖ  ＡＣである実施形態では、ダイ２０３の図上の各ＬＥＤシンボルは１つのＬＥＤを示し、一方、ライン・イン電圧入力が２２０Ｖ  ＡＣである実施形態の場合、各ＬＥＤシンボルは、直列接続の２つのＬＥＤを示す。この実施形態のＬＥＤは全て、単一ダイ上に配設されているが、そうでなくても良い。各ＬＥＤは、相互に対して、また、レンズ２０３に対して図示のように方向づけされる。
【００４１】
図１２は、ＡＣ  ＬＥＤランプ３００の略図である。ランプ３００は、入力端子３０１および３０２、１つのダイオード整流器ブリッジ３０３、および図１１に示したタイプの複数のモジュール３０４〜３０６を含む。モジュールは、示すように、並列に接続される。並列に配置し得るモジュールの数についての制限は存在しない。この配置構成は、互いから異なる距離に配置される複数のランプ・モジュールを必要とする複数の異なるタイプの照明器具について使用されうる。この柔軟性がある配置構成は、異なる数のＬＥＤモジュールを必要とする複数の異なるタイプの照明器具について使用されうる。モジュール式設計は、ランプ製造業者のための在庫を減らす点で有利である。ランプ製造業者は、１つのタイプのＬＥＤランプ・モジュールを在庫する必要があるだけであるが、製造業者は、多くの異なるタイプの照明器具を作り得る。
【００４２】
図１３は、ＡＣ  ＬＥＤランプ４００の第２の実施形態の図である。この実施形態では、電力スイッチの数は、図３および４の実施形態と比較して、減少する。ＬＥＤグループ４０１、４０２、４０３、および４０４だけが切換り、残りのＬＥＤは、ＬＥＤグループ４０５を形成し、このグループ４０５は、常に、ＬＥＤストリング電流経路内にある。この実施形態は、単純な設計を有するが、効率が少し低い。１１０Ｖ  ＡＣライン・イン入力の実施形態では、ＬＥＤグループ４０１、４０２、４０３、および４０４は、それぞれ、２、４、８、および１６のＬＥＤを有し（Ｎ＝２に相当する）、一方、ＬＥＤグループ４０５は、約１８のＬＥＤを有する（Ｍ＝１８に相当する）。２２０Ｖ  ＡＣライン・イン入力の実施形態では、ＬＥＤグループ４０１、４０２、４０３、および４０４は、それぞれ、４、８、１６、および３２のＬＥＤを有し（Ｎ＝４に相当する）、一方、ＬＥＤグループ４０５は、約３６のＬＥＤを有する（Ｍ＝３６に相当する）。フリッカを低減するために、谷充填キャパシタ４０６が設けられる。キャパシタ４０６は、ノード４０７と、集積回路４０９のＣＡＰ端子４０８との間に接続される。この谷充填キャパシタ４０６は、ノード４０７上の整流されたライン電圧の電圧ピークまで充電され、その後の瞬時ライン電圧の減少の間、瞬時ライン電圧が谷電圧閾値未満に降下する時点まで、整流されたライン電圧から切離され、当該の時点では、谷充填キャパシタ４０６は、ＣＡＰ端子４０８を通してＬＥＤストリングに再接続される。結果として、瞬時ライン電圧がその谷にあるときの間、ノード４０７上に補助電圧が生じる。
【００４３】
図１４は、図１３の集積回路４０９のより詳細な図である。集積回路４０９は、ＬＥＤグループ４０１、４０２、４０３、および４０４を短絡除外する電力スイッチ４１０、４１１、４１２、および４１３をそれぞれ備える。電力スイッチは、内部給電回路４１６から受ける内部供給電圧ＶＣＣを使用して、コントローラ４１４およびデコーダ４１５によって制御される。コントローラ４１４は、図４のコントローラ９２と同様に動作する。デコーダ４１５は、コントローラ４１４から受けるＬＥＤＣＯＵＮＴ信号を、ゲート駆動用信号へ変換する、すなわち、電流を所望の数のＬＥＤを通して流すようにする、電力スイッチ４１０〜４１３用の適切なゲート駆動用信号へと変換する。電力スイッチ４１０〜４１３に加えて、保護スイッチ４１７は、通常動作中に、ＬＥＤストリング電流を許容するために、ＣＳＮ端子４１８をＶＳＳ端子４１９に接続する。谷充填スイッチ４２０が使用されて、整流されたピーク・ライン電圧への谷充填キャパシタ４０６の充電を制御し、また、瞬時ライン電圧が低い適切なときに、谷充填キャパシタ４０６の放電を制御する。谷充填スイッチ４２０は、選択された瞬時ライン電圧が増加すると、オンにラッチされ、ピーク電圧でオフにラッチされる。谷充填スイッチ４２０は、ＬＥＤＣＯＵＮＴ信号が所定の値まで降下したときに、再びオンにラッチされる。この谷充填技法を使用することによって、ランプの光出力は、ライン周波数の４倍（５０Ｈｚライン周波数の場合２００Ｈｚおよび６０Ｈｚライン周波数の場合２４０Ｈｚ）でフラッシュし、それにより、動き関連のフリッカ作用を最小にする。
【００４４】
図１５は、図１３および１４の回路要素を利用するＡＣ  ＬＥＤランプ構造５００の図である。２×８ＬＥＤの４つのグループ５０１〜５０４は、中心の１つのグループの１×１６ＬＥＤ５０６と組み合わせて、プリント回路板５０５の周辺で使用される。２×８ＬＥＤの各グループは、２つのストリングとして接続される１６の発光ダイオードの結合部を含み、各ストリングは、直列接続の８つの結合部を含み、各グループを、直列接続の８つのＬＥＤの１つのストリングと挙動が等価となるようにさせる。全てのこれらのＬＥＤは、光を収束する光学レンズの下に配置される。円５０７〜５１１はレンズを示す。１×１６ＬＥＤのグループ５０６は、全てが、光を収束する光学レンズ５１１の下に配置された、直列接続の１６のＬＥＤを有する。２×８ＬＥＤのグループは、図１４のＬＥＤグループ４０５（直列接続の全部で１８のＬＥＤのうちの１６のＬＥＤ）および図１４のＬＥＤグループ４０４（直列接続の１６のＬＥＤ）を構成する。１×１６ＬＥＤのグループ５０６は、２、４、および８のＬＥＤの２値セグメントに分割される。１×１６ＬＥＤのグループ５０６は、それぞれ、ＬＥＤグループ４０５（２つの残りのＬＥＤ）、ＬＥＤグループ４０１、ＬＥＤグループ４０２、およびＬＥＤグループ４０３を構成する。ＬＥＤグループ４０１、４０２、および４０３内のＬＥＤは、瞬時ライン電圧の遷移のために、約５０％デューティ・サイクルで動作するため、中心の１×１６ＬＥＤのグループ５０６の電力消費は、ＬＥＤの周辺グループの電力消費と同じ程度である。したがって、全てのＬＥＤのグループ（５０１〜５０４および５０６）は、同じかまたは同様なＬＥＤダイから作られうる。集積回路４０９、電流センス抵抗器４２１、整流器４２２、谷充填キャパシタ４０６は、それぞれの参照番号によって図１５で識別される。図１３の入力電力端子４２３および４２４は、同じ参照番号によって図１６で識別される。図１３の導体４２５〜４３１は、同じ参照番号によって図１５で識別される。集積回路４０９は、パッケージングされた集積回路、チップスケール・マイクロバンプ付きシリコン・ダイ、または、プリント回路板５０５にワイヤボンディングされたシリコン・ダイであってよい。
【００４５】
なお別の実施形態では、ＬＥＤグループは、同じ数のＬＥＤを有し、電力スイッチは、全てのＬＥＤグループが同じ平均光出力を有するように、互いに対称に動作する。これは、ＬＥＤが、ＬＥＤごとに観測可能な輝度変化をすることなく、照明器具内の異なる位置に配置されることを可能にする。ＬＥＤグループの数は、２〜１６までであることができ、４、５、６が好ましい数であり、単純さと効率との間の均衡を提供する。
【００４６】
図１６は、第３の実施形態の図である。ＡＣ  ＬＥＤランプ６００は、電力入力端子６０１および６０２、整流器６０３、集積回路６０４、およびＬＥＤの５つのグループ６０５〜６０９を含む。集積回路６０４内には、ＬＥＤの５つの対応するグループ６０５〜６０９を制御する５つの電力スイッチ６１０〜６１４が存在する。ＬＥＤの各グループは、同じＮの数のＬＥＤを有し、ここで、Ｎは整数である。この実施形態では、コントローラ６１５は、図５のコントローラ９２と同様な方法で動作する。一方、デコーダ６１６はまた、ＬＥＤの全てのグループ間の電力消費を均一にするように処理する。
【００４７】
図１７は、図１６のデコーダ６１６のより詳細な図である。ルックアップ読取り専用メモリ（ＲＯＭ）回路６１７は、入力として、３ビットＬＥＤＣＯＵＮＴ値ならびに３ビットＳＣＡＴＴＥＲ信号６１８を受ける。これらの６ビットから、ルックアップＲＯＭ回路６１７は、レベル・シフト回路６１９によってレベル・シフトされる５ビット・コードＮＧ０〜ＮＧ４を出力する。５ビット・コードによって指令される（ｄｉｒｅｃｔ）ように、レベル・シフト回路６１９は、電力スイッチ６０５〜６０９を駆動する。ＳＣＡＴＴＥＲ信号６１８は、ＣＬＫ信号によってクロック駆動されるカウンタ６２０によって生成される。カウンタ６２０は、ライン・イン電圧の各半サイクルの始めにおいて、信号ＲＥＳＥＴによって第２カウンタ６２１の状態をロードされる。両方のカウンタ６２０および６２１は、４の値に達した後、ゼロに戻るように循環される。カウンタ６２１はまた、信号ＲＥＳＥＴによってクロック駆動される。結果として、ＳＣＡＴＴＥＲ信号６１８は、０から４の範囲の３ビット値を有し、この値は、短い各ＣＬＫ期間後に増分され、５つの順次ライン・イン電圧半サイクルのそれぞれについて異なる開始値を有する。
【００４８】
図１８は、ルックアップＲＯＭ６１７の動作を示す表である。到来する各ＬＥＤＣＯＵＮＴ値について、デコーダ６１６は、正しい数のＬＥＤがアクティブになるように制御するが、どの特定のグループのＬＥＤがアクティブにさせられるかについての実際の決定は、各ＣＬＫ期間について変わる。したがって、信号ＣＬＫの複数のサイクルにわたって、ＬＥＤの各グループがオンである平均デューティ・サイクルは同じである。デューティ・サイクルに関するこのＬＥＤの最大の一致を確保するために、５つの順次ライン・イン電圧半サイクルに対して、ＬＥＤの異なるグループ間のデューティ・サイクルの小さな不一致がなくなるように、カウンタ６２１は、５つの順次ライン・イン電圧半サイクルのそれぞれについて、異なる開始カウントを提供する。同様に、最良一致作用の場合、ＬＥＤ電流制限ＶＩＬＩＭは、ＬＥＤが、（Ｎ・ＶＦ）より高い整流された任意の瞬時ライン電圧において本質的に一定電流レベルで動作するように設定される。この動作モードでは、保護スイッチ６２２は、通常動作において、定電流源として動作し、コントローラ６１５は、アップ／ダウン・カウントのために、保護スイッチ６２２の両端の電圧を検出する。フリッカ防止のために、保護スイッチ６２２は、ＬＥＤストリングの実効動作周波数を２倍にするために、整流された瞬時ライン電圧のピークでターンオフする。
【００４９】
図１９は、ＡＣ  ＬＥＤランプ７００の図である。ランプ７００は、図１６の集積回路６０４を含む。このランプでは、ＬＥＤの５つのグループが使用される。各グループは、同じ数のＬＥＤを有する。１１０Ｖ  ＡＣライン・イン用の場合、ＬＥＤの各グループは、直列に結合された約１０のＬＥＤダイを有する（Ｎ＝１０）。２２０Ｖ  ＡＣライン・イン用の場合、ＬＥＤの各グループは、直列接続の約２０のＬＥＤダイを有する（Ｎ＝２０）。１２Ｖ  ＡＣライン・イン用の場合、ＬＥＤ電力が５ワットである用途において、ＬＥＤの各グループは、単一の１ワットＬＥＤを有する。２４Ｖ  ＡＣライン・イン用の場合、ＬＥＤ電力が５ワットである用途において、ＬＥＤの各グループは、全部で１ワットになるために、直列に結合された２つのＬＥＤダイを有する。集積回路６０４、電流センス抵抗器６２３、および整流器６０３はまた、ランプ７００内に設置される。集積回路６０４は、パッケージングされた集積回路、チップスケール・マイクロバンプ付きシリコン・ダイ、または、プリント回路板７０１にワイヤボンディングされたシリコン・ダイであってよい。円シンボル７０２〜７０６はレンズを示す。図１６の導体６２４〜６３１は、同じ参照番号によって図１９で識別される。
【００５０】
図２０は、新規な方法７０７のフローチャートである。第１ステップ（ステップ７０８）にて、ＡＣライン・イン電力入力は、変化する電圧の入力が第１のノードと第２のノードとの間に生じるように、受けられる。方法７０７の一実施形態では、ＡＣライン・イン電力入力は、図３および４のＡＣ  ＬＥＤランプ５０の端子５３と５４で受けられる１１０Ｖ  ＡＣ  ６０Ｈｚ入力である。対応する変化する電圧の入力（たとえば、ＡＣライン・イン入力の全波整流されたもの）は、ＬＥＤストリングの第１の端部５５とＬＥＤストリングの第２の端部５６との間に生じる。
【００５１】
第２のステップ（ステップ７０９）では、（第１のノードから第２のノードへ）通電することを許容されるＬＥＤストリングのＬＥＤの数は、変化する電圧入力の電圧振幅が増加すると数が増加するように、また、変化する電圧入力の電圧振幅が減少すると数が減少するように制御される。数は、電圧振幅が変化するにつれて、多くの（たとえば、少なくとも２つの）異なる離散的な値を有する。一実施形態では、変化する電圧入力は、図６で、「整流された入力（Ｖ）」として、一番上の波形で示される。電流が流れることを許容されるＬＥＤの数は、図６で「アクティブＬＥＤカウント」と表示される波形に示すように増減する。
【００５２】
図３および４の第１の実施形態では、電力スイッチは、ダイ面積を最適にするようなサイズにされる。典型的な作製プロセスでは、ＭＯＳＦＥＴの固有抵抗は、絶縁破壊電圧にほぼ逆比例する。所与のダイ面積について、オンであるときの電力スイッチの抵抗は、オフであるときの、その定格絶縁破壊電圧にほぼ比例して増加する。したがって、電力スイッチが、切換えられるＬＥＤのグループにおける全ＬＥＤ順方向電圧降下より高い絶縁破壊電圧を有する必要があるため、より多くのＬＥＤを駆動する電力スイッチについてより高いオン抵抗を可能にすることが最善である。保護スイッチ８９は、整流されたピーク電圧を維持することができる必要がある。５ワット１１０Ｖ  ＡＣ用途についての図３および４の第１の実施形態では、保護スイッチ８９は、４８オームの抵抗を有し、定格を２００Ｖにすることができ、電力スイッチ８８および８７は、４８オームの抵抗を有し、定格を８０Ｖにすることができ、電力スイッチ８６は、２４オームの抵抗を有し、定格を４０Ｖにすることができ、電力スイッチ８５は、１２オームの抵抗を有し、定格を２０Ｖにすることができ、電力スイッチ８４は、６オームの抵抗を有し、定格を１０Ｖにすることができ、電力スイッチ８３は、３オームの抵抗を有し、定格を５Ｖにすることができる。５ワット２２０Ｖ  ＡＣ用途についての図３および４の第１の実施形態では、保護スイッチ８９は、９６オームの抵抗を有し、定格を４００Ｖにすることができ、電力スイッチ８８および８７は、９６オームの抵抗を有し、定格を１６０Ｖにすることができ、電力スイッチ８６は、４８オームの抵抗を有し、定格を８０Ｖにすることができ、電力スイッチ８５は、２４オームの抵抗を有し、定格を４０Ｖにすることができ、電力スイッチ８４は、１２オームの抵抗を有し、定格を２０Ｖにすることができ、電力スイッチ８３は、６オームの抵抗を有し、定格を１０Ｖにすることができる。
【００５３】
図１６の第３の実施形態では、電力スイッチは、全て同じサイズである。５ワット１２Ｖ  ＡＣ用途の場合、電力スイッチは、オンであるとき、約１／２オームの抵抗を有し、それぞれ、定格を５ボルトにすることができる。５ワット２４Ｖ  ＡＣ用途の場合、電力スイッチは、オンであるとき、約１オームの抵抗を有し、それぞれ、定格を１０ボルトにすることができる。５ワット１１０Ｖ  ＡＣ用途の場合、電力スイッチは、オンであるとき、約５オームの抵抗を有し、それぞれ、定格を５０ボルトにすることができる。５ワット２２０Ｖ  ＡＣ用途の場合、電力スイッチは、オンであるとき、約１０オームの抵抗を有し、それぞれ、定格を１００ボルトにすることができる。
【００５４】
上述した実施形態は、固体ＡＣ  ＬＥＤランプを作るのに、比較的少数のコンポーネントだけが必要とされる点で有利である。結果として、ＡＣ  ＬＥＤランプは、優れた信頼性および長い平均故障間隔を有する。さらに、第１の実施形態および第３の実施形態のＡＣ  ＬＥＤランプは、信頼性を低下させる可能性がある電解キャパシタを全く含む必要がない。高い効率を達成することによって、エネルギーがほとんど浪費されない。電磁干渉（ＥＭＩ）問題は、多くのＡＣ−ＤＣ変換器ＬＥＤランプと比較して最小になる。その理由は、上述したＡＣ  ＬＥＤランプの実施形態が、高周波電力スイッチングを全く含まないからである。
【００５５】
電力スイッチを制御するために、特定用途向け回路要素の制御回路を使用することなしに、別の実施形態の制御機能が、電力スイッチを制御する、柔軟性がありかつプログラマブルなマイクロコントローラによって実施され得る。電力スイッチ、電流センス抵抗器、および保護スイッチは、マイクロコントローラの残りと共に、ある集積回路上で実現されてもよい。あるいは、電力スイッチ、電流センス抵抗器、および保護スイッチは、マイクロコントローラ集積回路の外部に設けられてもよい。マイクロコントローラは、整流されたライン・イン電圧入力のゼロ位相のときを検出するのに使用されるゼロ交差検出比較器を有する。マイクロコントローラはまた、ＬＥＤストリングにわたる電圧降下の大きさを検出し、また、電流センス抵抗器の両端の電圧降下の大きさを検出するのに使用される、アナログ−デジタル変換器および関連する入力マルチプレクサを有する。マイクロコントローラのタイマは、検出されるイベントおよび条件の発生を計時するのに使用され、また、マイクロコントローラのある出力を計時し制御するのに使用される。マイクロコントローラの入力／出力（Ｉ／Ｏ）端子は、スイッチが外部にある場合、電力スイッチのゲートを駆動し制御するのに使用されるか、または、電力スイッチが内部にある場合、ＬＥＤストリングの相互接続ノードに結合される。マイクロコントローラは、外部の電力ＭＯＳＦＥＴのゲートを駆動する特別なゲート駆動回路要素を備えてもよい。マイクロコントローラは、これらの入力回路および出力回路および他の資源を使用して、図４の集積回路５２に関連して上述した機能を実施するようにプログラムされる。
【００５６】
図２１は、ＡＣ  ＬＥＤランプの第２の実施形態のフリッカ防止動作モードを示す図１４の変更例の図である。図２１は、全波整流器４２２が、第１のノード７１０および接地ノード７１１に結合されることを示す。接地ノード７１１は、接地端子４１９に結合される。ＬＥＤ電流は、直列接続されたＬＥＤのストリング７１２を通して、第１のノード７１０から第２のノード７１３へ流れる。谷充填キャパシタ４０６は、第１のノード７１０および第３のノード７１４に結合される。キャパシタ端子４０８は、第３のノード７１４ならびに谷充填スイッチ４２０に結合される。スイッチ端子７１５は、第２のノード７１３に結合される。谷充填スイッチ４２０は、キャパシタ端子４０８をＶＳＳ端子４１９に選択的に結合する。
【００５７】
フリッカを低減するために、整流器４２２による第１のノード７１０上の変化する電圧の入力からのエネルギーは、変化する電圧の入力の電圧振幅が増加するにつれて、谷充填キャパシタ４０６に蓄積される。別の実施形態では、変化する電圧の入力からのエネルギーは、インダクタなどのキャパシタ以外の受動コンポーネントに蓄積される。その後、蓄積されたエネルギーは、変化する電圧の入力の電圧振幅が、谷電圧閾値より降下すると、谷充填キャパシタ４０６から放出される。谷充填キャパシタ４０６から放出されるエネルギーによって生成される光のバーストは、その周波数が、整流器４２２によって出力される変化する電圧入力の周波数の２倍であるＬＥＤ電流入力を生成する。整流器４２２が、整流された１２０Ｈｚの変化する電圧入力に変換する６０Ｈｚ入力の場合、たとえば、ＬＥＤストリング７１２によって受けれるＬＥＤ電流入力は、２４０Ｈｚの周波数を有する。そのため、ＬＥＤストリング７１２は、２４０回／秒で光強度のピークを放出する。６０Ｈｚ入力の各サイクルについて生成される光強度の４つのピークは、必ずしも周期的または等間隔ではない。それでも、ＬＥＤランプによって出力される光変調周波数（たとえ不均一であっても）は、２４０Ｈｚであり、移動物体を観測するときでさえも、フリッカがそれについて知覚される周波数を十分に超えている。
【００５８】
図２２は、谷充填キャパシタ４０６がフリッカ防止モードで使用されるときの、図２１のＡＣ  ＬＥＤランプの動作を示す波形図である。一番上の波形７１６は、ＬＥＤストリング７１２にわたる電圧を示す。谷充填スイッチ４２０は、整流器４２２で受電される交流入力の第１の部分７１７においては、閉路して、キャパシタ端子４０８およびＶＳＳ端子４１９を結合させて谷充填キャパシタ４０６を充電させる。谷充填キャパシタ４０６は、開始期間７１８中に放電し、終了期間７１９中に充電される。谷充填スイッチ４２０は、交流入力の第２の部分７２０中に開路し、それにより、谷充填キャパシタ４０６上の電荷を維持し、その電荷は、交流入力が谷電圧閾値７２１より下がる電圧を有するときに、第１のノード７１０上の電圧を上げるのに後で使用される。
【００５９】
第１のノード７１０上の電圧が谷電圧閾値７２１より下がると、レギュレータＩＣ４０９は、谷充填スイッチ４２０を閉路することによって、谷充填キャパシタ４０６を第１のノード７１０に結合する。谷充填キャパシタ４０６に蓄積された電荷は、その後、ＬＥＤストリング７１２にわたる電圧を急速に増加させ、光強度のピークを生成する。アクティブＬＥＤカウント７２２の曲線は、第１のノード７１０上の充電電圧に追従するために、レギュレータＩＣ４０９が、さらなるＬＥＤをＬＥＤストリング７１２上にどのように結合させるかを示す。レギュレータＩＣ４０９は、アクティブＬＥＤカウントに追従することによって、第１のノード７１０上の電圧が谷電圧閾値７２１より下がったときを決定する。
【００６０】
ＬＥＤカウントはまた、谷充填キャパシタ４０６を切離すときを決定するのに使用されうる。一部の実施形態では、谷充填キャパシタ４０６は、変化する電圧の入力の正確にピーク振幅において、変化する電圧の入力から切り離さない。代わりに、谷充填スイッチ４２０が、変化する電圧入力から谷充填キャパシタ４０６を切り離すように開路するのは、変化する電圧入力の電圧振幅がピーク振幅の少なくとも９０％となる任意の所定の時刻である。アクティブＬＥＤカウント信号７２２は、第１のノード７１０上の電圧に追従するため、谷充填スイッチ４２０が開放するときを設定するのに使用されうる。
【００６１】
図４のレギュレータＩＣ５２と同様に、レギュレータＩＣ４０９は、ＬＥＤストリング７１２にわたる、変化する電圧について適切なＬＥＤの数を決定するコントローラ４１４を組込む。コントローラ４１４はまた、トライアック調光器からの位相カット角の検出に基づいてＬＥＤ電流を調整する。標準的なトライアック調光器回路では、トライアックは、照明負荷に供給される全電力を低減するために、到来するＡＣ入力の部分または整流されたライン入力の部分を開回路にしてもよい。レギュレータＩＣ４０９を、標準的なトライアック調光器を含む用途で動作可能にするために、端子７１５と端子４１８との間の電圧を調節するための電圧閾値は、検出される調光器位相カット角によって調整されるため、位相カットが大きくなればなるほど、平均ＬＥＤ電力が小さくなる。
【００６２】
図２２の実施形態では、ＬＥＤストリング７１２の平均電力は５ワットである。谷充填キャパシタ４０６は、１．５μＦのキャパシタンスを有し、谷電圧閾値は、８２ボルトである。整流器４２２によって出力される変化する電圧入力の電流波形７２３は、この実施態様では、比較的一定のままであるため、ＬＥＤストリング７１２によって放出される光の強度はまた、比較的一定のままである。この実施態様は、高い電力力率を達成することに比べて、少ない光変動が好ましい用途において適切である。高い力率を維持することがより重要である場合、レギュレータＩＣ４０９は、瞬時電流を、ＬＥＤカウントに比例するように調節する。この実施態様では、力率は、０．７４であるように計算される。変化する電圧信号の電流波形７２３は、第１のノード７１０上の電圧が、谷電圧閾値７２１を超えて上がり始めるため、谷充填キャパシタ４０６を充電することによって、大きな電流を有する前縁を有する。
【００６３】
波形７２４はＬＥＤ電力である。整流器４２２上で受けられる６０Ｈｚ交流入力の全ての８．３３ミリ秒サイクルについて、波形７２４は２つのピークを有する。ピークは等間隔ではないが、波形７２４は、２４０Ｈｚの実効周波数を有する。この実施態様では、ＬＥＤ電力の変動は、平均ＬＥＤ電力から＋／−４０％未満に減少する。
【００６４】
ある特定の実施形態が、教示のために上述されたが、本明細書の教示は、一般的な適用可能性を有し、上述した特定の実施形態に限定されない。ＬＥＤのグループ内のＬＥＤの数は、示した実施形態で述べた数と異なりうる。各ＬＥＤは、任意の数のＬＥＤを、並列にかつ同じ方向に結合することによって作られることができ、１つのＬＥＤに対する参照も、並列なＬＥＤの任意のこうした結合を指す。各ＬＥＤグループまたはセクションについて、直列接続のＬＥＤの数は、電流が印加されると、匹敵する全順方向電圧降下をもたらすＬＥＤの並列および直列ネットワークの任意の方法を示すのに使用される。さらに、全体のＬＥＤストリング内の異なるＬＥＤのグループの接続の順序は、異なる順序でありうる。ＬＥＤストリングは、直列接続されていないセクションを備えてもよい。ＬＥＤストリングは、ＬＥＤでないデバイスを備えてもよい。センス抵抗器は、集積回路の内部であっても、外部であってもよい。電力スイッチは、Ｎチャネル電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）、Ｐチャネル電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）、または別の適したタイプのスイッチでありうる。キャパシタ、過渡的抑止器、電流制限抵抗器、およびヒューズなどのさらなる外部コンポーネントが、性能を改善するために付加されてもよい。整流器ダイオード・ブリッジは、一部の実施形態では、集積回路内に組み込まれてもよく、特に、１２Ｖ  ＡＣおよび２４Ｖ  ＡＣライン・イン用などの低電圧用途の場合、電圧降下を低減するために、アクティブＭＯＳＦＥＴと置換えられてもよい。したがって、述べた実施形態の種々の特徴についての種々の変更、適応、および組合せが、特許請求の範囲で述べられる本発明の範囲から逸脱することなく実施されうる。
【符号の説明】
【００６５】
５２、４０９、６０４  ＬＥＤランプ・レギュレータＩＣ；  
５５  ＬＥＤストリングの第１の端部；    ５６  ＬＥＤストリングの第２の端部；  
５７、４０１、６０５、６０６、６０７、６０８、６０９  ＬＥＤグループ（Ｎ個のＬＥＤ）；
５８、４０２  ＬＥＤグループ（２Ｎ個）；  
５９、４０３  ＬＥＤグループ（４Ｎ個）；  
６０、４０４  ＬＥＤグループ（８Ｎ個）；  
６１  ＬＥＤグループ（１６Ｎ個）；  
６２  ＬＥＤグループ（Ｐ個）；  
９１、４１６  内部給電；  ９２、４１４、６１５  コントローラ；  
９３、４１５、６１６  デコーダ；  
９４  ６ビット・デジタルＬＥＤＣＯＵＮＴ信号；  
９６  パワー・オン・リセット回路；  ９７  リセット信号；  ９８  アップ信号；  
１００  クロック発生器；  １０１  位相制御；  
１０２  アップ／ダウン・カウンタ；  １０３  アップ／ダウン比較器；  
１０４  電流センス閾値信号；  １０９、１１２  スケーラ；  １１１  エラー信号；  
１１３  保護ゲート信号；  １１７  過温度保護回路；  
２００、３０４、３０５、３０６  ＬＥＤランプ・モジュール；  
４０５  ＬＥＤグループ（ＭのＬＥＤ）；  ４０６  谷充填キャパシタ；  
４０８  キャパシタ端子；  ４１９  接地端子；  ４２１  電流センス抵抗器；  
６１７  ルックアップＲＯＭ；  ６１８  ３ビットＳＣＡＴＴＥＲ信号；  
６１９  レベル・シフト；  ６２０、６２１  カウンタ；  ７１０  第１のノード；  
７１１  接地ノード；  ７１２  ＬＥＤストリング；  ７１３  第２のノード：  
７１４  第３のノード；  ７１５  スイッチ端子；  ７１７  交流入力の第１の部分；  
７２０  交流入力の第２の部分；  ７２１  谷電圧閾値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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