(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関連するドライバをもつ複数のＬＥＤを有する照明システムであって、各ドライバが、
ＡＣメイン電圧を受信する電力入力部と、
前記ＡＣメイン電圧を受信し、電流中断周波数及び可変デューティサイクルをもつ規則的に中断される出力電流を供給するように設計された電流ソース手段と、
光源を接続するためのランプ出力と、
クロック信号を生成するためのクロック生成部と、
所望の調光レベルを示すユーザ入力信号を受信するためのユーザ入力部をもち、前記クロック生成部からの前記クロック信号を受信するために結合されたクロック入力部をもち、入力部での前記メイン電圧の実際の位相を表すメイン信号を表すメイン信号を受信するために結合されたメイン入力部をもち、前記電流ソース手段に対する制御信号を生成するための制御出力部をもつ、コントローラとを有し、
前記電流ソース手段は、前記出力電流のスイッチング時間に関する前記コントローラの制御信号に応答し、
前記コントローラは、前記ユーザ入力信号に基づいて、必要とされるデューティサイクルを計算するように設計され、
前記コントローラは、前記制御信号を、前記メイン入力部で受信された前記メイン信号と同期させるように設計され、
各コントローラは、入力メイン信号に対する当該各コントローラの出力制御信号の位相差に関する任意の値を設定するように設計される、照明システム。
【請求項２】
各コントローラは、予め決められた周波数範囲内、例えば３００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの任意の適切な値で、又は、固定された予め決められた周波数で、対応する電流中断周波数を計算するように設計される、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
各電流ソース手段は、
前記ＡＣメイン電圧を受信し、ＤＣ出力電流を生成するように設計されたＡＣＤＣコンバータと、
前記ＡＣＤＣコンバータから前記ＤＣ出力電流を受信し、可変デューティサイクルをもつ規則的に中断される出力電流を供給するように設計された制御可能なチョッパーとを有する、請求項１に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、光源を調光可能な、メインのような交流電源から給電される、光源、詳細にはＬＥＤのようなソリッドステート光源を駆動させるためのシステムに関する。以下において、光源は、単に"ＬＥＤ"として示されるだろう。
【背景技術】
【０００２】
図１は、光源２を調光するための従来のアプローチを概略的に示している。可変抵抗３は、光源２と直列に接続され、この直列接続は、入力１に接続され、この入力１はメインに接続され、このメインは、一定振幅交流電圧の供給源であると見なされる。結果として、光源は、少ない電圧を受信するだろう。このアプローチの欠点は、抵抗において生じる消散、低強度の調光レベルの削減された正確さ、及び、ＬＥＤ電流を変えることによる光出力のカラーシフトを含む。
【０００３】
図２は、光源２を調光するための異なる従来のアプローチを概略的に示している。調光部４は、その入力部においてメインからＡＣ電圧を受信し、位相カットＡＣ電圧、即ち或る位相の範囲に関しては実質的にゼロであるとともに残りの位相に関しては入力電圧に実質的に等しい電圧を出力する。斯様なアプローチの欠点は、これが、可視的なフリッカーやストロボ効果をもたらし得ることである。
【０００４】
図３は、前記の欠点を回避するアプローチを概略的に示しており、これは、"高周波数でのデューティサイクル調光"として示されるだろう。コンバータ５は、ＡＣメイン電圧を受信し、ＤＣ電流を出力する。チョッパー６は、コンバータ５からＤＣ電流を受信し、典型的には３００Ｈｚ〜３ｋＨｚの範囲における、少なくともメイン周波数よりも高いチョッピング周波数をもつチョップされた電流を出力する。"チョッピング"は、電流期間の第１の部分において電流がゼロである一方で、電流期間の第２の部分において電流が受信した入力電流に等しくなり、逆もまた同様であることを意味する。前記期間の全体に対する第２の部分の期間の割合は、デューティサイクルとして示される。ディーティサイクルの変化は、平均電流を変える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、図３に示されるような高周波数デューティサイクル調光を更に詳述する。斯様なアプローチの問題は、チョッピング周波数を決定するシステムクロックが典型的にはフリーランニングクロックである一方で、コンバータ５により出力されるＤＣ電流が、正確には一定ではなく、メインの位相に関連付けられた小さな変化をもつという事実に関連する。チョッピング周波数は、実際には多少変化し得るか、又は、一定に保たれ得る。チョッピング周波数が正確な複数のメインの周波数ではない場合には、ビート効果は、光出力が比較的低い周波数でゆっくりと変化するように生じ、これは、フリッカーとして知覚される。例えば、メインの周波数が５０Ｈｚに等しくチョッピング周波数が３１０Ｈｚに等しい場合には、１０Ｈｚの拍動周波数が生じ得る。本発明の目的は、この問題が除去されるか又は少なくとも削減される駆動システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の重要な態様によれば、チョッピング周波数は、メインの周波数に同期される一方で、前記メインの周波数に対する前記チョッピング周波数の位相は、ランダムに設定される。結果として、複数のＬＥＤが、本発明が実装された複数のドライバにより駆動された場合には、全てのＬＥＤは、同一の周波数で駆動されるが、互いに対して異なる位相をもつだろう。同期により、ビート効果は生じないだろう。チョッピング周波数の異なる位相化により、異なるランプの暗い期間が同時に発生せず、異なるＬＥＤの光出力の平均である光出力全体がフリッカーを示さないだろう。更に有利な詳細が従属請求項において述べられる。
【０００７】
本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び利点は、図面を参照して１又はそれ以上の好ましい実施形態の以下の説明により更に説明されるだろう。図面において、同一の参照符号は、同一又は類似の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】光源を調光するための従来のアプローチを概略的に示すブロック図である。
【図２】光源を調光するための異なる従来のアプローチを概略的に示すブロック図である。
【図３】"高周波数でのデューティサイクル調光"を概略的に示すブロック図である。
【図４】本発明のＬＥＤドライバの一実施形態を概略的に示すブロック図である。
【図５】関連付けられたドライバをもつ複数のＬＥＤを有するシステムを概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図４は、本発明のＬＥＤドライバ４０の一実施形態を概略的に示すブロック図である。このドライバの一般的なデザインは、図３のデザインに大部分が対応する。ランプ出力は７で示される。ドライバ４０は、チョッパー６を制御するためのコントローラ５０と、クロック信号ＳＣＬを生成するためのクロック生成部２０とを更に有する。コントローラ５０は、クロック生成部２０からのクロック信号ＳＣＬを受信するための、クロック生成部２０の出力に結合されたクロック入力５２をもつ。コントローラ５０は、所望の調光レベルを示すユーザ入力信号ＳＵを受信するためのユーザ入力５３をもち、ユーザ入力信号は、例えば、電位差計（図示省略）により生成される。コントローラ５０は、入力１でメインの電圧の実際の位相を表すメイン信号ＳＭを受信するための、ＡＣＤＣコンバータに結合された（又は代わりに入力１に直接結合される）メインの入力５５をもつ。斯様なメイン信号は、入力メイン電圧、又は、任意の適切な手段による任意の中間電圧、例えば、当業者にとって明らかであり更なる説明を必要としない電圧センサから導出され得る。コントローラ５０は、チョッパー６に結合された制御出力６をもつ。
【００１０】
制御出力６では、コントローラ５０は、チョッパー６のための制御信号ＳＣを生成し、この制御信号ＳＣは、ＡＣＤＣコンバータ５からの電流がブロックされたときのスイッチング時間と、ＡＣＤＣコンバータ５からの電流が通過するのを許可されたときのスイッチング時間とを決定する。詳細には、制御信号ＳＣは、チョッピング周波数及びチョッピング期間を決定し、チョッピングデューティサイクルを決定する。
【００１１】
コントローラ５０は、ユーザ入力信号ＳＵに基づいて、必要とされるデューティサイクルを計算するように設計される。
【００１２】
更に、コントローラ５０は、予め決められた周波数範囲内の任意の適切な値、例えば３００Ｈｚ〜３０００Ｈｚ、又は、製造業者により予め決められた固定周波数でのチョッピング周波数を計算するように設計される。
【００１３】
本発明の重要な特徴によれば、コントローラ５０は、制御信号ＳＣがメインの信号ＳＭに基づいて入力１でのメイン電圧と同期されるように設計される。出力制御信号ＳＣを入力メイン信号ＳＭと同期させるための方法は、利用可能であるとともに、当業者にとって明らかなものであり、例えば位相ロックループを含む（更なる説明はここでは必要としない）。
【００１４】
出力制御信号ＳＣを入力メイン信号ＳＭと同期させた状態において、コントローラ５０は、入力メイン信号ＳＭに対する出力制御信号ＳＣ（生ずるチョップされた出力電流）の位相差に関して自由度をもつ。この位相差は、例えば、当業者にとって明らかであるべき、入力メイン信号ＳＭの下方ゼロ交差での出力制御信号ＳＣ（生ずるチョップされた出力電流）の位相として表され得る。
【００１５】
前記位相差が、全てのドライバに等しい、予め決められた固定値であり、その結果が、複数のＬＥＤをもつシステム１００において、全てのＬＥＤが正確に同時にＯＮ及び／又はＯＦＦに切り替えられることをもたらす場合には、フリッカー効果は増大され、より目立つだろう。それ故、斯様なシステムにおいて、これは、異なるドライバの出力制御信号が相互に異なる位相をもつ場合に有利であるだろう。一のソリューションは、相互に異なる位相をもつように互いに適合されたドライバ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ等のセットを設けることであるだろう。例えば、１２のドライバを有するシステムにおいて、相互の位相差は、常に、３０°又はその整数倍になり得る。
【００１６】
しかしながら、より多くのフレキシビリティを提供し、それ故に好ましいソリューションは、互いにドライバを適合させる必要がない。この好ましい実施形態において、コントローラ５０は、常に、０〜３６０°のランダム値で入力メイン信号ＳＭに対する出力制御信号ＳＣ（生ずるチョップされた出力電流）の位相差を設定するように設計される。そして、異なるドライバ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ（図５参照）をもつ複数のＬＥＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃをもつシステム１００において、その結果は、実際には、異なるドライバ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃが異なる位相をもつ可能性が高くなることをもたらし、異なるランプの暗い期間が一致せず、従って、如何なるフリッカーもほとんどないか又はもはや気付かないだろう。
【００１７】
出力制御信号ＳＣに関するランダム位相差を決定するための方法は、当業者にとって知られており、更なる説明を必要としないことに留意されたい。
【００１８】
ランダム位相差は、時間的に完全に一致する必要がないことが更に留意される。この位相差は、時間に渡ってゆっくりと変化する場合、即ちメインの期間よりも非常に大きな時間スケールで変化する場合には、これは、ほとんどないか又は人間の目では気付かないだろう。更に、斯様な変化自体が相互に独立しており、異なる出力制御信号ＳＣが同期されることをもたらさないと仮定すると、その結果は、依然として、異なる光出力の暗い期間が一致せず、異なるＬＥＤの光出力の平均である光出力全体がフリッカーをほとんど示さないか又は示さないことをもたらすだろう。
【００１９】
チョッピング周波数は、全てのドライバに対して同一であることが好ましいが、これは本質的ではないことが更に留意される。
【００２０】
要約すると、本発明は、ＬＥＤ２を駆動させるためのドライバ１０を提供し、当該ドライバは、
−  ＡＣメイン電圧を受信し、ＤＣ出力電流を生成するＡＣＤＣコンバータ５と、
−  前記ＤＣ出力電流を受信し、規則的に中断される出力電流を供給するチョッパー６と、
−  クロック信号ＳＣＬを生成するクロック生成部２０と、
−  調光レベルを示すユーザ入力信号ＳＵを受信し、前記クロック信号を受信し、前記メイン電圧の実際の位相を表すメイン信号ＳＭを受信し、前記チョッパーに対する制御信号ＳＣを生成するコントローラ５０と
を有する。
【００２１】
チョッパーは、出力電流のスイッチング時間に関するコントローラの制御信号に応答する。
【００２２】
コントローラは、ユーザ入力信号に基づいて、必要とされるデューティサイクルを計算する。
【００２３】
コントローラは、その制御信号をメイン信号と同期させる。
【００２４】
コントローラは、入力メイン信号に対する出力制御信号の位相差に関する任意の値を設定する。
【００２５】
本発明は、図面及び前述の説明において詳細に示され説明された一方で、斯様な図示及び説明は、例示又は単なる例であり、限定するものではないものと見なされることが、当業者にとって明らかであるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。むしろ、幾つかのバリエーション及び変更は、特許請求において規定された本発明の保護範囲内で可能である。例えば、チョッパー６及びコンバータ５が一のユニットに一体化されることが可能であり、チョッピング効果がコンバータ５をＯＮ及びＯＦＦに規則的に切り替えることにより得られることが可能である。
【００２６】
開示された実施形態に対する他のバリエーションは、図面、開示及び特許請求の範囲の研究から当業者により理解され達成され得る。請求項において、"有する"という用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は、複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に記載された幾つかのアイテムの機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないことを示すものではない。
【００２７】
前記のものにおいて、本発明は、本発明のデバイスの機能ブロックを示すブロック図を参照して説明された。これらの機能ブロックの１又はそれ以上は、斯様な機能ブロックの機能が個々のハードウェアコンポーネントにより実行される場合に、ハードウェアにおいて実装されてもよいが、これらの機能ブロックの１又はそれ以上は、斯様な機能ブロックの機能が、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ等のようなコンピュータプログラム又はプログラム可能なデバイスの１又はそれ以上のプログラムラインにより実行されるように、ソフトウェアにおいて実装されることも可能である。
【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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