(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源エンジンの電流を調整する方法であって、
周期的な励起電圧を受け取るように構成された対の入力端子を提供することと、
前記対の入力端子のそれぞれに、前記励起電圧に応じて流れる電流を受け入れることと、
第１の回路網であって、少なくとも前記第１の回路網に結びついた順方向しきい値電圧を超える前記励起電圧に応じて、前記電流を伝導するように構成された第１の回路網の形に配置された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供することと、
前記第１の回路網と直列の関係になった第２の回路網の形に配置された複数のＬＥＤを提供することと、
前記第２の回路網と並列で、且つ前記第１の回路網と直列の関係になったバイパス経路を提供することと、
しきい値電流を超える範囲に前記電流の振幅が増大するのに応じて、前記バイパス経路のインピーダンスを動的に徐々に増大させることと、
を備え、
前記バイパス経路は、少なくともひとつのＭＯＳＦＥＴおよび前記ＭＯＳＦＥＴを制御する少なくともひとつのバイポーラトランジスタを有し、
前記ＭＯＳＦＥＴのインピーダンスは調整可能であり、
前記バイパス経路のインピーダンスを動的に徐々に増大させることは、前記ＭＯＳＦＥＴのインピーダンスの線形変化を利用することを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記バイパス経路にわたる電圧降下が、前記第２の回路網に結びついた順方向しきい値電圧を超える範囲内で実質的に滑らか且つ連続的に増大するのに対応して、前記バイパス経路を流れる電流を実質的に滑らか且つ連続的に減少させることを更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電流の振幅が前記しきい値電流を下回る範囲にあるのに応じて、前記第２の回路網と並列に実質的な低インピーダンスを提供するように前記バイパス経路を動作させることを更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記励起電圧は、各周期に交互極性の電圧を有する周期的な波形を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記入力端子で受け取った前記励起電圧を整流して実質的に単極の励起電圧を生成し、前記電流を駆動することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記励起電圧を調整することを更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記励起電圧を調整することは、前記励起電圧の振幅を制御することを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記励起電圧を調整することは、制御信号を受け取ることと、前記制御信号に含まれる情報に応じて、前記励起電圧の波形の周期の、前記制御信号に含まれる前記情報に対応する部分の間だけ前記励起電圧を前記入力端子に印加することと、を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記励起電圧の波形の周期の、前記制御信号に含まれる前記情報に対応する部分の間だけ前記励起電圧を前記入力端子に印加することは、複数の前記周期のうちの少なくとも１周期の間に、前記入力端子への前記励起電圧の印加を遅延させることを含み、遅延の長さは、前記制御信号に含まれる前記情報に応じたものである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記励起電圧の波形の周期の、前記制御信号に含まれる前記情報に対応する部分の間だけ前記励起電圧を前記入力端子に印加することは、複数の前記周期のうちの少なくとも１周期の間に、前記入力端子からの前記励起電圧の除去を早めることを含み、早める長さは、前記制御信号に含まれる前記情報に応じたものである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記励起電圧の波形の基本周波数の２倍の周波数で、前記ＭＯＳＦＥＴの前記インピーダンスを調整することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
単極の励起電圧の波形の基本周波数で、前記ＭＯＳＦＥＴの前記インピーダンスを調整することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電流が、実質的に正弦波の波形を有する前記励起電圧に応じて、３０％未満の全高調波歪みを示すように、前記第１の回路網、前記第２の回路網、前記電流の前記実質的に滑らか且つ連続的な関数、及び前記しきい値電流を構成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
対の入力端子であって、周期的な励起電圧を受け取り、前記励起電圧に応じて流れる電流を、前記対の入力端子のそれぞれに受け入れるように構成された対の入力端子と、
第１の回路網であって、少なくとも前記第１の回路網に結びついた順方向しきい値電圧を超える前記励起電圧に応じて前記電流を伝導するように構成された第１の回路網の形に配置された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記第１の回路網と直列の関係の第２の回路網の形に配置された複数のＬＥＤと、
前記第２の回路網と並列で、且つ前記第１の回路網と直列の関係のバイパス経路と、
前記バイパス経路内の制御可能なインピーダンス素子と、
前記制御可能なインピーダンス素子に連結された動的インピーダンス制御モジュールであって、前記電流の振幅がしきい値電流を超えて増大するのに応じて、前記バイパス経路のインピーダンスを徐々に増大させるよう構成された動的インピーダンス制御モジュールと、
を備え、
前記制御可能なインピーダンス素子は、少なくともひとつのＭＯＳＦＥＴおよび前記ＭＯＳＦＥＴを制御する少なくともひとつのバイポーラトランジスタを有し、
前記ＭＯＳＦＥＴのインピーダンスは調整可能であり、
前記動的インピーダンス制御モジュールは、前記ＭＯＳＦＥＴのインピーダンスの線形変化を利用して前記バイパス経路のインピーダンスを徐々に増大させる、
ことを特徴とする光源エンジン。
【請求項１５】
前記動的インピーダンス制御モジュールは、前記バイパス経路にわたる電圧降下が前記第２の回路網に結びついた順方向のしきい値電圧を上回る範囲で実質的に滑らか且つ連続的に増大するのに応じて、前記バイパス経路を流れる電流を実質的に滑らか且つ連続的に減少させるように前記制御可能なインピーダンス素子を動的に動作させるように更に構成されている、請求項１４に記載の光源エンジン。
【請求項１６】
前記動的インピーダンス制御モジュールは、前記電流の振幅が前記しきい値電流を下回る範囲にあるのに応じて、前記バイパス経路のインピーダンスを、前記第２の回路網に並列の実質的な低インピーダンス経路として維持するように前記制御可能なインピーダンス素子を動的に動作させるように構成されている、請求項１４に記載の光源エンジン。
【請求項１７】
前記入力端子で受け取った前記励起電圧を整流して実質的に単極の励起電圧を生成し、前記電流を駆動するよう構成された整流器を更に有する、請求項１４に記載の光源エンジン。
【請求項１８】
前記第１の回路網と直列の関係で、且つ前記第２の回路網と直列の関係の第３の回路網の形に配置された複数のＬＥＤを更に有する、請求項１４に記載の光源エンジン。
【請求項１９】
前記第１の回路網と直列の関係の第３の回路網の形に配置された複数のＬＥＤと、
前記第３の回路網と並列で、前記第１の回路網と直列の関係にある第２のバイパス経路と、
前記第２のバイパス経路内の第２の制御可能なインピーダンス素子と、
前記第２の制御可能なインピーダンス素子に連結された第２の動的インピーダンス制御モジュールであって、前記電流の振幅が第２のしきい値電流を超えて増大するのに応じて、前記電流の振幅の実質的に滑らか且つ連続的な第２の関数として前記第２のバイパス経路のインピーダンスを増大させ、前記第２のバイパス経路にわたる電圧降下が前記第３の回路網に結びついた順方向しきい値電圧を下回っている時に、前記電流が前記第１の回路網を流れることができるようにし、実質的に全ての前記電流を前記第３の回路網から迂回させ、前記第２のバイパス経路にわたる前記電圧降下が前記第３の回路網に結びついた前記順方向しきい値電圧を上回っている時に、前記電流が実質的に滑らか且つ連続的に増大するのに応じて、実質的に全ての前記電流を前記第２のバイパス経路から前記第３の回路網に、滑らか且つ連続的に遷移させるように前記第２の制御可能なインピーダンス素子を動的に動作させるように構成された第２の動的インピーダンス制御モジュールと、
をさらに有する、請求項１４に記載の光源エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
種々の実施形態は、概して、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照明システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
顧客に電力を供給する公益事業者にとって、力率は重要である。同じレベルの実電力を必要とする２つの負荷において、力率が良好な方の負荷は実際に、公益事業者へ要求する電流が少なくてすむ。力率が１．０の負荷が公益事業者から必要とする電流の量は、最小限で済む。公益事業者は、力率が高い負荷を有する顧客に対して料金を下げる場合がある。
【０００３】
低い力率は、電圧と電流との間の位相差に起因する場合がある。電流の歪み及び高調波成分によっても、力率が低下させられる場合がある。歪んだ電流波形は、場合によっては、高調波エネルギー含有量を増大させるとともに、基本周波数のエネルギーを低下させる傾向がある。正弦波の電圧波形では、基本周波数のエネルギーだけが、負荷に有効電力を伝えることができる。歪んだ電流波形は、整流器負荷のような非線形負荷の結果である場合がある。整流器負荷の例として、例えばＬＥＤ等のダイオードを挙げることができる。
【０００４】
ＬＥＤは、電流の供給を受けた時に発光することができる広く用いられているデバイスである。例えば、単一の赤色ＬＥＤは、機器のオペレータに動作状態（例えばオン又はオフ）を視覚的に示すことができる。別の例では、携帯式計算機のような、電子工学に基づいた一部の装置において、情報を表示するのにＬＥＤを用いることができる。ＬＥＤは、例えば照明システム、データ通信、及びモータ制御でも用いられてきている。
【０００５】
ＬＥＤは、一般的に、アノードとカソードを有する半導体ダイオードとして形成されている。理想的なダイオードは、理論上は一方向にのみ電流を伝導する。十分な順方向バイアス電圧がアノードとカソードとの間に印加されると、通常の電流がダイオードを流れる。ＬＥＤを流れる順方向電流によって、フォトンが正孔と再結合させられて、光の形態でエネルギーが放出される。
【０００６】
一部のＬＥＤから放射される光は、可視波長スペクトル内にある。半導体材料を適切に選択することによって、例えば赤、青、又は緑のような一定の色（例えば波長）を放射するように、個々のＬＥＤを製作することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＬＥＤは一般に、従来の半導体ダイ上に生成される場合がある。個々のＬＥＤは、他の回路機構と一緒に同一のダイ上に組み込むこともできれば、別個の単一の部品としてパッケージにすることもできる。ＬＥＤ半導体素子を含むパッケージは、一般に、光がパッケージから出射できるように、透明な窓を含んでいる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
装置及びそれに関連する方法は、電流又はそれに結びついた周期的な励起電圧が所定のしきい値レベルに達するまで、直列回路に配置された複数のＬＥＤのうちの少なくとも１つのから実質的に励起電流を迂回させ、励起電流又は電圧が所定のしきい値レベルを実質的に上回っている時に、電流迂回をやめさせることによって、励起電流の高調波歪みを低減する。説明的な例では、整流器はＡＣ(例えば正弦波)電圧を受け取り、一方向の電流を直列に接続されたＬＥＤ列に送ってよい。ＡＣ電圧が所定のレベルを下回っている時に、電流にダイオード列内のダイオードのうちの少なくとも１つを迂回させることによって、ダイオード列の有効ターンオンしきい値電圧を低減することができる。種々の例において、ＬＥＤ列内で電流を選択的に迂回させることによって、入力電流の導通角を広げることができ、それによって、ＡＣ  ＬＥＤ照明システムの高調波歪みが実質的に低減される。
【０００９】
種々の実施態様は、１つ又は複数の利点を実現することができる。例えば、一部の実施態様は、例えば、非常に簡素、低コスト、且つ低電力の回路機構を用いて、ＡＣ入力電流波形の高調波歪みを実質的に低減することができる。一部の実施態様では、高調波歪みを実質的に低減できる追加の回路機構は、単一のトランジスタを含んでいてよく、第２のトランジスタ及び電流感知素子を更に含んでいてもよい。一部の例では、電流センサは、ＬＥＤ電流の一部が流れる抵抗性素子であってよい。一部の実施態様では、高調波を改善する回路機構を、高調波を改善する回路機構によって制御される１つ又は複数のＬＥＤと一緒にダイ上に組み込むことによって、寸法及び製造コストの大幅な削減を実現することができる。一定の例では、高調波を改善する回路機構を、ＬＥＤだけを製造するのに要するプロセスステップの数を増やすことなく、対応する制御対象のＬＥＤと一緒に共通のダイ上に組み込んでよい。種々の実施態様において、例えば、半波整流又は全波整流を用いたＡＣ駆動ＬＥＤ負荷において、ＡＣ入力電流の高調波歪みを実質的に改善することができる。一部の構成は、ＡＣ  ＬＥＤ光源エンジンにおいて、２個のトランジスタと２個の抵抗器さえあれば、電力品質を改善するように入力電流を調節するように制御されるバイパス経路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】全波整流器として構成されたＬＥＤ及びその整流器からの一方向の電流を受け取るように構成されたＬＥＤ列を備えるＡＣ  ＬＥＤ回路の例を示す模式図である。
【図２】図１のＡＣ  ＬＥＤ回路の代表的な波形を示す図である。
【図３】図１のＡＣ  ＬＥＤ回路の代表的な性能曲線を示す図である。
【図４】図１のＡＣ  ＬＥＤ回路の代表的な波形を示す図である。
【図５】図１のＡＣ  ＬＥＤ回路の代表的な波形を示す図である。
【図６】電力品質を改善するための選択的電流迂回路を備える全波整流器照明システムの例示的な実施形態を示す図である。
【図７】電力品質を改善するための選択的電流迂回路を備える全波整流器照明システムの例示的な実施形態を示す図である。
【図８】電力品質を改善するための選択的電流迂回路を備える全波整流器照明システムの例示的な実施形態を示す図である。
【図９】電力品質を改善するための選択的電流迂回路を備える全波整流器照明システムの例示的な実施形態を示す図である。
【図１０】選択的電流迂回路を用いていない、半波整流用に構成されたＡＣ  ＬＥＤ列を示す図である。
【図１１】選択的電流迂回路を用いていない、半波整流用に構成されたＡＣ  ＬＥＤ列を示す図である。
【図１２】選択的電流迂回路を用いた、半波整流用に構成されたＡＣ  ＬＥＤ列を有する回路例を示す図である。
【図１３】選択的電流迂回路を用いた、半波整流用に構成されたＡＣ  ＬＥＤ列を有する回路例を示す図である。
【図１４】従来の（例えばＬＥＤではない）整流器を用いたＡＣ  ＬＥＤの構成を示す図である。
【図１５】従来の（例えばＬＥＤではない）整流器を用いたＡＣ  ＬＥＤの構成を示す図である。
【図１６】従来の（例えばＬＥＤではない）整流器を用いたＡＣ  ＬＥＤの構成を示す図である。
【図１７】図１４のＡＣ  ＬＥＤの構成に適用される選択的電流迂回路を示す例示的な実施形態を示す図である。
【図１８】図１４のＡＣ  ＬＥＤの構成に適用される選択的電流迂回路を示す例示的な実施形態を示す図である。
【図１９】図１４のＡＣ  ＬＥＤの構成に適用される選択的電流迂回路を示す例示的な実施形態を示す図である。
【図２０】照明装置の実施形態における力率の改善度を調整又はテストするための例示的な装置のブロック図である。
【図２１】歪み率及び／又は力率性能が改善されたＬＥＤ光源エンジンの例示的な回路の模式図である。
【図２２】図２１の光源エンジン回路の、励起電圧の関数としての規格化入力電流のグラフである。
【図２３】図２１の回路の実施形態についての電圧及び電流の波形のオシロスコープでの測定結果を示す図である。
【図２４】図２３の電圧波形及び電流波形の場合の電力品質の測定結果を示す図である。
【図２５】図２３の電圧波形及び電流波形の場合の高調波特性を示す図である。
【図２６】歪み率及び／又は力率の性能が改善されたＬＥＤ光源エンジンの例示的な回路の模式図である。
【図２７】図２６の光源エンジン回路の、励起電圧の関数としての規格化入力電流のグラフである。
【図２８】図２６の回路の一実施形態についての電圧及び電流の波形のオシロスコープでの測定結果を示す図である。
【図２９】図２８の電圧波形及び電流波形の場合の電力品質の測定結果を示す図である。
【図３０】図２６の回路の別の実施形態についての電圧及び電流の波形のオシロスコープでの測定結果を示す図である。
【図３１】図３０の電圧波形及び電流波形の場合の電力品質の測定値を示す図である。
【図３２】図２７〜２９を参照して説明した図２６の回路の実施形態についての電圧及び電流の波形のオシロスコープでの測定結果を示す図である。
【図３３】図３２の電圧波形及び電流波形の場合の電力品質の測定結果を示す図である。
【図３４】図３２の波形の高調波成分を示す図である。
【図３５】図３２の電圧波形及び電流波形の高調波特性を示す図である。
【図３６】図２７を参照して説明した光源エンジンの場合の、光出力の実験的な測定結果のプロットを示す図である。
【図３７】図２７を参照して説明した光源エンジンの場合の、光出力の実験的な測定結果のデータを示す図である。
【図３８】ＡＣ入力励起が所定のレベルを下回っている時に１または複数のＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図である。
【図３９】ＡＣ入力励起が所定のレベルを下回っている時に１または複数のＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図である。
【図４０】ＡＣ入力励起が所定のレベルを下回っている時に１または複数のＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図である。
【図４１】ＡＣ入力励起が所定のレベルを下回っている時に１または複数のＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図である。
【図４２】ＡＣ入力励起が所定のレベルを下回っている時に１または複数のＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図である。
【図４３】ＡＣ入力励起が所定のレベルを下回っている時に１または複数のＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
種々の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の記載で説明する。他の特徴及び利点は、明細書と図面及び請求項から明らかになるであろう。
【００１２】
図面において、類似する参照記号は類似の要素を指している。
【００１３】
理解し易くするために、本明細書は、全体的に次のように構成されている。第１に、種々の実施形態の論述を導入し易くするために、図１〜５を参照して、ＬＥＤを用いた全波整流器の形態を説明する。その説明に続いて、２番目に、図６〜９を参照して、力率の能力を改善するための選択的電流迂回路を有する全波整流器照明システムの幾つかの例示的な実施形態を説明する。３番目に、図１０〜１３を参照して、半波整流用に構成された例示的なＬＥＤ列に適用する選択的電流迂回路を説明する。４番目に、図１４〜１９を参照して、従来の（例えばＬＥＤではない）整流器を用いたＬＥＤ列に適用した選択的電流迂回路を示す例示的な実施形態について論じる。５番目に、図２０を参照して、照明装置の実施形態における力率の改善度を調整又はテストするのに有用な例示的な装置及び方法について説明する。６番目に、実験データの説明及び２つのＡＣ  ＬＥＤ光源エンジンの形態について説明する。１つの形態を、図２１〜２５を参照して説明する。３種類の実施形態（例えば、構成要素の、互いに異なる３つの選択）における第２の構成を、図２６〜３７を参照して説明する。７番目に、入力電流波形を調節するために選択的電流迂回路を組み込んだＡＣ  ＬＥＤ光源エンジン用の、互いに異なる複数の形態を図３８〜４３を参照して説明する。最後に、ＡＣ  ＬＥＤ照明の用途における電力の高品質化に関連して、更に別の実施形態、例示的な用途、及び態様について説明する。
【００１４】
図１は、全波整流器として構成された複数のＬＥＤ及びその整流器から一方向の電流を受け取るように構成されたＬＥＤ列を備えるＡＣ  ＬＥＤ回路の例の模式図である。図示するＡＣ  ＬＥＤは、自己整流型ＬＥＤ回路の一例である。矢印で示しているように、（４つの辺上に描かれている）整流器ＬＥＤは、４つのＡＣ四分区間（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）のうちの２つでしか電流を伝導しない。（整流器内に斜めに描かれている）負荷ＬＥＤは、４四分区間の全てで電流を伝導する。例えば、電圧が正で、それぞれ増加し又は減少しているＱ１及びＱ２において、電流は、整流器ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄｎ）を通過し、負荷ＬＥＤ（±Ｄ１から±Ｄｎ）を通過して伝導される。電圧が負で、それぞれ増加し又は減少しているＱ３及びＱ４において、電流は、整流器ＬＥＤ（−Ｄ１から−Ｄｎ）を通過し、負荷ＬＥＤ（±Ｄ１から±Ｄｎ）を通過して伝導される。いずれの場合も（例えばＱ１〜Ｑ２又はＱ３〜Ｑ４）、ＬＥＤが実質的に電流を伝導し始めるためには、入力電圧が所定の導通角電圧に達する必要があってよい。
【００１５】
図２は正弦波電圧を示しており、１つの励起期間が４つの四分区間にわたっている。Ｑ１は０から９０度（電気角）にわたり、Ｑ２は９０〜１８０度（電気角）にわたり、Ｑ３は１８０〜２７０度（電気角）にわたり、Ｑ４は２７０〜３６０（又は０）度（電気角）にわたっている。
【００１６】
図３は、ＬＥＤの一例の特性曲線を示している。同図において、電流は、約２．８Ｖのしきい値電圧未満では実質的に無視できるものとして示されている。この特定の特性は典型的なものであるが、あるＬＥＤについてのものであり、他の適切なＬＥＤでは異なっていてもよく、したがって、この具体的な図は、限定することを意図するものではない。この特性は、温度の関数として変動してもよい。
【００１７】
図４は、図１の回路に図２の正弦波電圧を適用した場合の例示的な電流波形を示している。正の半サイクルの間、導通角は、図示するように約３０度の電気角で始まり、約１５０度の電気角まで及んでいる。負の半サイクルの間、導通角は、約２１０度（電気角）から約３３０度（電気角）まで及んでいる。各半サイクルは、約１２０度だけ電流を伝導するものとして示されている。
【００１８】
図５は、例えば、互いに異なる複数の回路構成における典型的な変動を示している。例えば、直列のＬＥＤの個数を減らすことによって、（曲線「ａ」で示しているように）広い導通角が得られ、これは、ピーク電流が過大になることにつながる場合がある。図示する例では、追加の直列の抵抗を導入することによって、（曲線「ｂ」で示しているように）高調波の低減が試みられており、これによって、電力消費が大きくなり及び／又は光出力が減る場合がある。
【００１９】
本明細書において次に説明する方法及び装置は、ＡＣ  ＬＥＤの導通角を広げ、及び／又は力率を改善することができ、有利である選択的電流迂回回路機構を含んでいる。一部の構成は、複数の負荷ＬＥＤの間の電流負荷の均衡を実質的に改善するように構成されるのが有利である。
【００２０】
図６は、力率の能力の改善を目的とした選択的電流迂回路を備える全波整流器照明システムの第１の例示的な実施形態を示している。この例では、直列に接続された一群の負荷ＬＥＤを横切って付加された追加のバイパス回路がノードＡとノードＢとの間に設けられている。このバイパス回路は、スイッチＳＷ１と、感知回路ＳＣ１と、を含んでいる。動作の際に、ＳＷ１が閉じるとバイパス回路が機能させられ、電流が、少なくとも一部の負荷ＬＥＤを迂回させられる。スイッチＳＷ１は、バイパス回路をいつ機能させるのかを選択する感知回路ＳＣ１によって制御される。
【００２１】
一部の実施形態では、ＳＣ１は、入力電圧を感知することによって作動する。例えば、感知された入力電圧がしきい値を下回っている時に、Ｑ１又はＱ３では電流の伝導を早め、次いで、Ｑ２又はＱ４では電流の伝導を維持するように、バイパス回路を機能させてよい。
【００２２】
一部の実施形態では、ＳＣ１は、電流を感知することによって作動してよい。例えば感知されたＬＥＤ電流がしきい値を下回っている時に、バイパス回路が機能させられて、Ｑ１又はＱ３では電流の伝導が早められ、次いで、Ｑ２又はＱ４では電流の伝導が維持される。
【００２３】
一部の実施形態では、ＳＣ１は、整流後の電圧から導出される電圧を感知することによって作動する。例えば、電圧感知は、抵抗分割器を用いて実施されてよい。一部の実施形態では、ＳＷ１の状態を制御する光カプラのＬＥＤを通過する電流を生じさせるように結合された高抵抗によって、しきい値電圧を判定してよい。一部の実施形態では、電圧波形の特定の点（例えばゼロクロス又は電圧のピーク）に対する所定の時間遅延に基づいて、ＳＷ１を制御してよい。この場合、ＡＣ供給源から光装置に供給される電流波形の高調波歪みを最小限に抑えるようにタイミングを決めてよい。
【００２４】
説明的な例では、バイパススイッチＳＷ１を、第一に、しきい値を超える電圧信号に応答して機能させるように構成してよい。所定のしきい値の付近での震えを抑制するために、所定量のヒステリシスを伴って切替えを行なうように電圧感知回路機構を設けてもよい。（例えば、電圧感知及び制御に障害が起きた場合に）バックアップ制御信号を増強し及び／又は提供するために、一部の実施形態は、電流及び／又はタイミングに基づいて動作する補助的な切替え部を更に含んでいてよい。例えば、電流が何らかの所定のしきい値を超え、及び／又はサイクルにおけるタイミングが所定のしきい値を越えており、且つ電圧感知回路から信号を受け取っていない場合、高調波歪みを低減させるようにバイパス回路を機能させてもよい。
【００２５】
例示的な実施形態では、入力電圧ＶＡＣを感知するように回路ＳＣ１を構成してもよい。入力電圧が一定の、又は所定の値ＶＳＥＴを下回っている場合、ＳＣ１の出力は高（真）である。ＳＣ１が高（真）の場合、スイッチＳＷ１は閉じている（伝導状態）。同様に、電圧が一定の、又は所定の値ＶＳＥＴを上回っている場合、ＳＣ１の出力は低（偽）である。ＳＣ１が低（偽）の場合、スイッチＳＷ１は開いている（非伝導状態）。ＶＳＥＴは、設定電流の時の整流器ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄｎ）の総順方向電圧を示す値に設定される。
【００２６】
説明的な例では、Ｑ１から始まるサイクルの最初にＡＣ  ＬＥＤに電圧が印加されるとすぐに、感知回路ＳＣ１の出力は高になり、スイッチＳＷ１が作動させられる（閉じられる）。電流は、整流器ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄｎ）だけを通過し、ＳＷ１を通るバイパス回路経路を経由して伝導される。入力電圧がＶＳＥＴまで上がった後、感知回路ＳＣ１の出力は低（偽）になり、スイッチＳＷ１は、不作動の（開いた）状態に遷移させられる。この点において、電流は、バイパス回路のＳＷ１が、実質的に非伝導状態になるまで、整流器ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄｎ）及び負荷ＬＥＤ（±Ｄ１から±Ｄｎ）を通って伝導されるように遷移する。感知回路ＳＣ１は、正の半サイクル及び負の半サイクルの双方で同様に機能し、ＶＳＥＴの絶対値に応じてＳＷ１のインピーダンス状態を制御してよい。したがって、Ｑ３〜Ｑ４時に負荷電流が整流器ＬＥＤ（−Ｄ１から−Ｄｎ）を流れるという点を除けば、両半サイクル（例えばＱ１〜Ｑ２又はＱ３〜Ｑ４）において実質的に同じ動作が行われる。
【００２７】
図７は、図６の回路で選択的電流迂回を実施するバイパス回路経路を用いた場合と用いない場合の、典型的な電流波形を示している。選択的電流迂回路を用いた場合の入力電流に対する特性波形の例が、曲線（ａ）及び（ｂ）に示されている。曲線（ｃ）は、選択的電流迂回路を無効に（例えば、バイパス経路を高インピーダンスに）した状態での入力電流に対する典型的な特性波形の例を示している。負荷ＬＥＤ（±Ｄ１から±Ｄｎ）をバイパスすることによって、導通角を大幅に広げることができる。同図において、曲線（ａ，ｂ）の波形の場合の導通角は、Ｑ１，Ｑ２では約１０〜１５度（電気角）から約１６５〜１７０度（電気角）までに、Ｑ３，Ｑ４では約１９０〜１９５度（電気角）から約３４５〜３５０度（電気角）までにそれぞれ及んでいる。
【００２８】
別の例示的な実施形態では、ＳＣ１は、感知電流に応じて作動してよい。本実施形態において、ＳＣ１は、整流器ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄｎ）又は（−Ｄ１から−Ｄｎ）をそれぞれ流れる電流を感知してよい。順方向電流が一定の予め設定された、又は所定の値ＩＳＥＴを下回っている場合、ＳＣ１の出力は高（真）である。ＳＣ１が高（真）の場合、スイッチＳＷ１は閉じている（伝導状態）。同様に、順方向電流が一定の、又は所定の値ＩＳＥＴを上回っている場合、ＳＣ１の出力は低（偽）である。ＳＣ１が低（偽）の場合、スイッチＳＷ１は開いている（非伝導状態）。ＩＳＥＴは、例えば、整流器ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄｎ）の名目順方向電圧における電流を示す値に設定してよい。
【００２９】
ここで、例示的な装置の動作について説明する。ＡＣ  ＬＥＤに電圧が印加されるとすぐに、感知回路ＳＣ１の出力は高になり、スイッチＳＷ１は作動させられる（閉じられる）。電流は、整流器ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄｎ）だけを通過し、ＳＷ１を通るバイパス回路経路を経由して伝導される。順方向電流がしきい値電流ＩＳＥＴまで増加した後、感知回路ＳＣ１の出力は低（偽）になり、スイッチＳＷ１は、不作動の（開いた）状態に遷移させられる。この点において、バイパス回路が高インピーダンス状態に遷移すると、電流は、整流器ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄｎ）及び負荷ＬＥＤ（±Ｄ１から±Ｄｎ）を通って伝導されるように遷移する。同様に、入力電圧が負の場合、電流は、整流器ＬＥＤ（−Ｄ１から−Ｄｎ）を流れる。選択的に負荷ＬＥＤ（±Ｄ１から±Ｄｎ）をバイパスする選択的電流迂回路を導入することによって、導通角を実質的に改善することができる。
【００３０】
図８は、直列抵抗Ｒ３を介して励起源（ＶＡＣ）によって供給される入力電流に応答するバイパス回路に応じてバイパス回路を動作させる例示的な実施形態を示している。抵抗Ｒ１が、負荷ＬＥＤ列（±Ｄ１から±Ｄ１８）に直列に、第１のノードに導入されている。Ｒ１は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）Ｔ１のベース及びエミッタと並列に接続されており、このバイポーラ接合トランジスタのコレクタは、Ｎチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ２のゲート及びプルアップ抵抗Ｒ２に接続されている。抵抗Ｒ２は、その反対側の端部で、ＬＥＤ列の第２のノードに接続されている。トランジスタＴ２のドレイン及びソースは、ＬＥＤ列の第１のノード及び第２のノードにそれぞれ結合されている。この実施形態において、感知回路は、自己バイアスされており、外部電源は不要である。
【００３１】
１つの例示的な構成において、抵抗Ｒ１は、所定の電流しきい値ＩＳＥＴにおけるＲ１にわたる電圧降下が約０．７Ｖに達する値に設定してよい。例えば、ＩＳＥＴが１５ｍＡの場合、Ｒ１のおよその値は、Ｒ＝Ｖ／Ｉ＝０．７Ｖ／０．０１５Ａ≒４６Ωから評価することができる。ＡＣ  ＬＥＤに電圧が印加されるとすぐに、トランジスタＴ２のゲートは、順方向にバイアスされ、数百ｋΩに設定してよい抵抗Ｒ２を介して給電される。入力電圧が約３Ｖに達した後、スイッチＴ１は完全に閉じられる（作動させられる）。すると、電流は、整流器ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄｎ）、スイッチＴ２、及び抵抗Ｒ１（バイパス回路）を流れる。順方向電流が概ねＩＳＥＴに達するとすぐに、トランジスタＴ１はトランジスタＴ２のゲート−ソース電圧を下げるように動作し、これにより、バイパス経路のインピーダンスが上がる。この状態において、入力電流の振幅が増大すると、電流は、トランジスタＴ２から負荷ＬＥＤ（±Ｄ１から±Ｄｎ）に遷移する。負の半サイクルでは、電流が、代わりに、整流器ＬＥＤ（−Ｄ１から−Ｄｎ）を流れることを除いて、同様の状況が繰り返される。
【００３２】
種々の実施形態に関して説明するように、負荷の均衡をとることによって、整流器ＬＥＤと負荷ＬＥＤ（例えば、全４四分区間において一方向の電流を伝える負荷）との間での使用率の非対称性を低減し又は使用率を実質的に等しくするのが有利である。一部の例において、このように負荷の均衡をとることによって、使用率が高いＬＥＤほど低くすることができる明滅効果を大幅に低減することができ、好都合である。
【００３３】
バイパス回路の実施形態は、２以上のバイパス回路を含んでいてもよい。例えば、２以上のバイパス回路を用いて、選択されたＬＥＤをバイパスした場合に、力率の更なる改善が達成される場合がある。
【００３４】
図９は、２つのバイパス回路を示している。ＳＣ１及びＳＣ２は、しきい値が互いに異なっていてよく、入力電流波形を、更に大きい導通角を達成するように更に改善するのに効果的である場合がある。
【００３５】
個々のＡＣ  ＬＥＤ回路におけるバイパス回路の個数は、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４としてよく、または、１５、約１８、２０、２２、２４、２６、２８、又は少なくとも３０のようにもっと多くしてもよいが、電力品質を改善するために、実用的な個数の順列を含んでいてよい。バイパス回路は、回路の条件に応じて、単一のＬＥＤから電流を迂回するように構成しても、直列に接続された、並列に接続された、又は、直列／並列に接続された任意の個数のＬＥＤを群から迂回するように構成してもよい。
【００３６】
図６、図８、及び図１０の実施形態の例に示すように、負荷ＬＥＤ内のＬＥＤにバイパス回路を適用してもよい。一部の構成において、電流を、全波整流器段内の１つ又は複数のＬＥＤを選択的に迂回させるのに１つ又は複数のバイパス回路を適用してもよい。
【００３７】
図８の例から分かるように、別個の少数の部品で自己バイアス式バイパス回路を実現することができる。一部の構成において、バイパス回路は、ＬＥＤと一緒に単一ダイ上で製造してもよい。一部の実施形態では、バイパス回路は、全体または一部を、別個の部品を用いて実現してもよく、及び／又は、バイパスされるＬＥＤの群に結びついた１つ又は複数のＬＥＤ、又はＡＣ  ＬＥＤ回路全体と一緒に組み込んでもよい。
【００３８】
図１０は、半波整流器として構成された２つのＬＥＤ列を含み、各ＬＥＤ列が、半サイクルで交互に伝導して発光するＡＣ  ＬＥＤ照明装置の例を示している。特に、正の群（＋Ｄ１から＋Ｄｎ）は、Ｑ１及びＱ２の際に電流を伝導し、負の群（−Ｄ１から−Ｄｎ）は、Ｑ３及びＱ４の際に電流を伝導する。いずれの場合も（Ｑ１〜Ｑ２又はＱ３〜Ｑ４）、図４を参照して論じたように、ＬＥＤが実質的に電流を伝導し始めるためには、ＡＣ入力電圧が、相応の導通角に相当するしきい値励起電圧に達する必要があってよい。
【００３９】
図１１は、図１０のＡＣ  ＬＥＤ照明装置を励起するための典型的な正弦波励起電圧Ｖａｃの波形を示している。この波形は、図２を参照して説明したものと実質的に同様である。
【００４０】
本明細書に記載する例示的な方法及び装置の幾つかは、周期的に交代する極性（例えば、正弦波ＡＣ、三角波、方形波）の励起電圧の少なくとも１つの極性におけるＡＣ  ＬＥＤの導通角を、大幅に改善することができる。一部の構成において、励起電圧は、例えば、先行の、及び／又は後続の位相調整、パルス幅調整によって調整されてもよい。一部の例は、負荷ＬＥＤへの電流の均衡を実質的にとって、有利な性能改善を達成することができる。
【００４１】
図１２に示すように、少なくとも一部の負荷ＬＥＤを横切って付加された２つのバイパス回路を含むように、図１０の回路が修正されている。第１のバイパス回路は、感知回路ＳＣ１によって制御されるスイッチＳＷ１を含んでいる。第２のバイパス回路は、感知回路ＳＣ２によって制御されるスイッチＳＷ２を含んでいる。それぞれスイッチＳＷ１又はＳＷ２によって機能させ、また機能しないようにしてよいバイパス経路が各バイパス回路によって提供されている。
【００４２】
説明的な例において、典型的な光源エンジンは、正の半サイクル及び負の半サイクルそれぞれの間に伝導するために３９個の直列のＬＥＤを含んでいてよい。直列及び並列のＬＥＤの任意の適切な組合せを用いるできることが理解されるべきである。種々の構成において、選択されるＬＥＤの個数及び配置は、例えば光出力、電流、及び電圧の各仕様の関数としてよい。ｒｍｓ（二乗平均平方根）線間電圧は、地域によって、約１００Ｖ、１２０Ｖ、２００Ｖ、２２０Ｖ、又は２４０Ｖであってよい。
【００４３】
第１の例示的な実施形態において、バイパススイッチは、入力電圧に応じて作動させられる。ＳＣ１によって、入力電圧が感知されてよい。電圧が一定の、又は所定の値ＶＳＥＴを下回っている場合、ＳＣ１の出力は高（真）である。ＳＣ１が高（真）の場合、スイッチＳＷ１は閉じている（伝導状態）。同様に、電圧が一定の、又は所定のしきい値ＶＳＥＴを上回っている場合、ＳＣ１の出力は低（偽）である。ＳＣ１が低（偽）の場合、スイッチＳＷ１は開いている（非伝導状態）。ＶＳＥＴは、例えば、バイパス回路によってバイパスされるＬＥＤを除く全ＬＥＤの、設定電流における総順方向電圧を示す値に設定される。
【００４４】
以下、装置の動作について説明する。ＡＣ  ＬＥＤに電圧が印加されるとすぐに、感知回路ＳＣ１の出力は高になり、スイッチＳＷ１は作動させられる（閉じられる）。電流は、（＋Ｄ１から＋Ｄ９）及び（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）だけを通過し、第１のバイパス回路を経由して伝導される。入力電圧がＶＳＥＴまで上がった後、感知回路ＳＣ１の出力は低（偽）になり、スイッチＳＷ１は、不作動にされる（開く）。この点において、電流は、全ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ３９）を通って伝導されるように遷移させられ、第１のバイパス回路は、高インピーダンス状態（例えば、実質的に非導電状態）に遷移させられる。
【００４５】
入力電圧が負の場合、負荷が、負のＬＥＤ群（−Ｄ１から−Ｄ３０）を流れることを除けば、正のＬＥＤ群を参照して説明したのと実質的に同じプロセスが繰り替えされる。感知回路ＳＣ２及びスイッチＳＷ２は、入力電圧がＶＳＥＴの負の値に達すれば、しかるべく作動させられ、又は不作動にされることになる。
【００４６】
図１３は、選択的電流迂回を実施するバイパス回路経路を用いた場合と用いない場合の、図１２の回路の典型的な電流波形を示している。選択的電流迂回を用いた場合の入力電流に対する特性波形の例を、曲線（ａ）及び（ｂ）で示している。曲線（ｃ）は、選択的電流迂回路を無効に（例えば、バイパス経路を高インピーダンスに）した状態での入力電流に対する例示的な特性波形の例を示している。この例の選択的電流迂回技術によって、図７を参照して説明したのと実質的に同様に、導通角を大幅に広げることができる。ＬＥＤ（＋Ｄ１０から＋Ｄ２９）及び（−Ｄ１０から−Ｄ２９）をそれぞれバイパスすることによって、導通角を大幅に改善することができる。
【００４７】
第２の例示的な実施形態では、入力電圧感知信号に応じて、バイパススイッチＳＷ１，ＳＷ２を作動させてよい。ＳＣ１，ＳＣ２によって、ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ９）及び（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）のそれぞれを流れる電流が感知される。順方向電流が一定の値又は所定のしきい値ＩＳＥＴを下回っている場合、ＳＣ１の出力は高（真）である。ＳＣ１が高（真）の場合、スイッチＳＷ１は閉じている（伝導状態）。同様に、順方向電流がＩＳＥＴを超えている場合、ＳＣ１の出力は低（偽）である。ＳＣ１が低（偽）の場合、スイッチＳＷ１は開いた状態（非伝導状態）に遷移させてよい。ＩＳＥＴは、例えば、ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ９）及び（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）の合計の名目順方向電圧における電流を概ね示す値に設定してよい。
【００４８】
以下、例示的な装置の動作について説明する。ＡＣ  ＬＥＤに電圧が印加されるとすぐに、感知回路ＳＣ１の出力は高になり、スイッチＳＷ１は作動させられる（閉じられる）。電流は、ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ９）及び（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）だけを通過し、バイパス回路を経由して伝導される。順方向電流がＩＳＥＴまで増加した後、感知回路ＳＣ１の出力は低（偽）になり、スイッチＳＷ１は、不作動にされる（開かれる）。この点において、電流は、ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ３９）を通って伝導されるように遷移させることができ、第１のバイパス回路のＳＷ１は、実質的に非伝導状態になる。同様に、入力電圧が低下し、電流が実質的にＩＳＥＴより下に減少すると、スイッチＳＷ１が作動させられ、電流の少なくとも一部を、ＬＥＤ（＋Ｄ１０から＋Ｄ２９）ではなくバイパススイッチＳＷ１を流れるように迂回させることができる。
【００４９】
入力電圧が負の場合、負荷電流が負のＬＥＤ群及び／又は第２のバイパス回路を流れることを除けば、実質的に同じプロセスが行なわれる。
【００５０】
一部の実施形態では、負荷の均衡をとることによって、明滅効果がある場合、それを低減することができ、好都合である。適用可能な場合は、明滅効果は、概して、使用率を高め及び／又はＬＥＤの導通角を広げることで低減することができる。
【００５１】
選択的電流迂回技術を用いて電流を調節するように作動することができるバイパス回路機構は、バイパス回路を１つだけ備える実施形態に限定されない。力率を更に改善するために、一部の例は、もっと多くの個数のバイパス回路を含み、ＬＥＤから幾つかの下位群を構成してもよい。２以上のバイパス回路を有する例示的な実施形態を、例えば、少なくとも図９、１２、２０、３９、又は４２〜４３を参照して説明する。
【００５２】
一部の実施態様において、図８の例示的なバイパス回路機構のような一部のバイパス回路の実施形態は、ＡＣ  ＬＥＤ光源エンジンの１つ又は複数のＬＥＤと一緒に単一ダイ上で製造することができる。
【００５３】
図１４は、ＬＥＤ列に給電する従来のダイオード整流器を含む例示的なＡＣ  ＬＥＤの構成を示している。この例示的な構成は、図１４に示すように、フルブリッジ整流器及び負荷ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ３９）を含んでいる。
【００５４】
図１５は、フルブリッジ整流器によって処理された後の正弦波電圧を示している。ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ３９）にわたる電圧は、極性が、実質的に常に一方向である（例えば正）。
【００５５】
図１６は、図１４のＡＣ  ＬＥＤ回路の動作を示す電流波形を示している。特に、ＬＥＤが比較的高い電流を伝導し始めるためには、入力電圧が所定の導通角電圧に達する必要がある。この波形は、図４を参照して説明したのと実質的に同様である。
【００５６】
図１７〜１９は、図１４のＡＣ  ＬＥＤの構成に適用される選択的電流迂回路を示す例示的な実施形態を示している。
【００５７】
図１７は、負荷内のＬＥＤの一部に適用されているバイパス回路を更に含む、図１４のＡＣ  ＬＥＤの構成の模式図を示している。
【００５８】
本明細書に記載する方法及び装置は、ＡＣ  ＬＥＤの導通角を大幅に改善することができる。図１７に示すように、負荷ＬＥＤを横切って例示的なバイパス回路が付加されている。バイパス回路は、スイッチ（ＳＷ１）によって機能させられ、また機能しないようににされる。スイッチＳＷ１は、感知回路ＳＣ１によって制御される。
【００５９】
第１の例示的な実施形態において、ＳＣ１は、入力電圧に応じてバイパススイッチを制御する。ＳＣ１は、ノードＡ（図１７参照）の入力電圧を感知してよい。電圧が一定の、又は所定の値ＶＳＥＴを下回っている場合、ＳＣ１の出力は高（真）である。ＳＣ１が高（真）の場合、スイッチＳＷ１は閉じている（伝導状態）。同様に、電圧が一定の、又は所定の値ＶＳＥＴを上回っている場合、ＳＣ１の出力は低（偽）である。ＳＣ１が低（偽）の場合、スイッチＳＷ１は開いている（非伝導状態）。１つの例において、ＶＳＥＴは、設定電流におけるＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ９）及び（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）の合計の総順方向電圧を概ね示す値に設定される。
【００６０】
ＡＣ  ＬＥＤに電圧が印加されるとすぐに、感知回路ＳＣ１の出力は高になり、スイッチＳＷ１は作動させられる（閉じられる）。電流は、ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ９）及び（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）だけを通過し、バイパス回路を経由して伝導される。入力電圧がＶＳＥＴまで上がった後、感知回路ＳＣ１の出力は低（偽）になり、スイッチＳＷ１は、不作動の（開いた）状態に遷移させられる。この状態で、電流は、ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ９）及び（＋Ｄ９から＋Ｄ２９）及び（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）を通って伝導されるように転換させることができる。バイパス回路は、実質的に非伝導状態になるように遷移させることができる。同様に、Ｑ２又はＱ４で入力電圧がＶＳＥＴより下に低下すると、スイッチＳＷ１が作動させられ、電流の流れはＬＥＤ（＋Ｄ１０から＋Ｄ２９）をバイパスする。
【００６１】
図１８は、入力電流への例示的な効果を示している。ＬＥＤ（＋Ｄ１１〜＋Ｄ２９）の群をバイパスすることで、導通角を大幅に改善することができる。
【００６２】
第２の例示的な実施形態において、ＳＣ１は、電流感知に応じてバイパススイッチを制御する。ＳＣ１は、ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ９）及び（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）のそれぞれを流れる電流を感知する。順方向電流が一定の、又は所定の値ＩＳＥＴを下回っている場合、ＳＣ１の出力は高（真）である。ＳＣ１が高（真）の場合、スイッチＳＷ１は閉じている（伝導状態）。順方向電流が一定の、又は所定の値ＩＳＥＴを上回っている場合、ＳＣ１の出力は低（偽）である。ＳＣ１が低（偽）の場合、スイッチＳＷ１は開いている（非伝導状態）。ＩＳＥＴは、ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ９）及び（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）の合計の名目順方向電圧における電流を示す値に設定される。
【００６３】
ＡＣ  ＬＥＤに電圧が印加されるとすぐに、感知回路ＳＣ１の出力は高になり、スイッチＳＷ１は作動させられる（閉じられる）。電流は、ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ９）及び（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）だけを通過し、バイパス回路を経由して伝導される。順方向電流がＩＳＥＴまで増加した後、感知回路ＳＣ１の出力は低（偽）になり、スイッチＳＷ１は、不作動にされる（開かれる）。すると、電流は、ＬＥＤ（＋Ｄ１から＋Ｄ９）と（＋Ｄ３０から＋Ｄ３９）及びＬＥＤ（＋Ｄ１０から＋Ｄ２９）を通って伝導される。バイパス回路は非伝導状態となる。同様に、Ｑ２又はＱ４で電流がＩＳＥＴより下に低下すると、スイッチＳＷ１が作動させられ、電流の流れはＬＥＤ（＋Ｄ１０から＋Ｄ２９）をバイパスする。
【００６４】
種々の実施形態によって、全波整流式ＡＣ  ＬＥＤ光源エンジンにおいて、高い使用率で動作するＬＥＤほど低くできる明滅効果を低減することができ、好都合である。
【００６５】
一部の実施形態は、電流にＬＥＤ群を迂回させるように構成された複数のバイパス回路を含んでいてよい。例えば、力率を更に改善するために、２以上のバイパス回路を用いてもよい。一部の例では、バイパスＬＥＤの群を複数の下位群に分割するように、２以上のバイパス回路を配置してもよい。一部の他の例では、光源エンジンの実施形態は、電流に別個の２つのＬＥＤ群（例えば図９、図２６参照）を選択的に迂回させるように構成された少なくとも２つのバイパス回路を含んでいてよい。図１２は、２つのバイパス回路を含む光源エンジンの例を示している。２以上のバイパス経路を備える光源エンジン回路の更に別の実施形態を、例えば、少なくとも図４２〜４３を参照して説明する。
【００６６】
図１９は、ＬＥＤ光源エンジン用のバイパス回路の例示的な構成を示している。ＬＥＤ群を選択的にバイパスするためのバイパス回路１９００は、バイパスさせるＬＥＤ群と並列に接続されたトランジスタＴ２（例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴ）を含んでいる。トランジスタＴ２のゲートは、プルアップ抵抗Ｒ２及びバイポーラ接合トランジスタＴ１によって制御される。トランジスタＴ１は、トランジスタＴ２及びＬＥＤ群を通過する瞬時電流の合計を伝える感知抵抗Ｒ１にわたる電圧に応答する。例えば図３２を参照して、更に詳細に説明するように、バイパス回路の電圧及び電流の瞬間的な状態は滑らかに、且つ連続的に変化するので、トランジスタＴ２とＬＥＤ群との間での入力電流の分割は、相応に滑らかに、且つ連続的に変化する。
【００６７】
種々の実施形態は、線周波数（例えば約５０又は６０Ｈｚ）の整数（例えば１、２、３）倍の周波数でトランジスタＴ２のインピーダンスを調整することによって、光源エンジンを動作させてよい。インピーダンスを調整することは、飽和領域、線形領域、及びカットオフ領域を、例えば、回路条件（例えば電圧、電流）の、相応の範囲にわたって生じさせることによって、線形的（例えば連続的又はアナログ的）にバイパス経路のトランジスタＴ２を動作させてよい。
【００６８】
一部の例において、トランジスタの動作モードは、瞬間的入力電流のレベルの関数としてよい。そのような関数の例について、例えば、少なくとも図２２、２７、又は３２を参照して説明する。
【００６９】
図２０は、照明装置の実施形態における力率の改善度を調整又はテストするための例示的な装置のブロック図を示している。この装置によって、電流の高調波含有量のテストし、独立して制御される電圧しきい値又は電流しきい値の多数のバイパススイッチの構成の力率を測定する能力が提供される。このようにして、例えば、自動的なテスト手順によって、１つ又は複数のバイパススイッチの、任意の照明装置に最適な構成を迅速に判定することができる。結果として得られる最適な構成は、データベースに格納し、及び／又は、テスト対象の照明装置に結び付けられたデータ記憶装置にダウンロードしてよい。
【００７０】
図示する装置２０００は、複数の構成要素から成る補助モジュール及び発光用のＬＥＤ列を含む負荷と直列に、整流器２００５（これは、ＬＥＤ、ダイオード、又はその両方を含んでいてよい）を含んでいる。この装置は、ダイオード列における任意のノードを複数のバイパススイッチのうちの任意のものの端子に接続できるアナログスイッチマトリクス２０１０を更に含んでいる。一部の例では、テスト対象の照明装置のノードと接触させるために、テストピン固定具を用いてもよい。装置は、照明装置による出力の強度及び／又は色温度を測定するように構成してよい光センサ２０２０を更に含んでいる。装置は、パワーアナライザ２０３０から力率（例えば高調波歪み）のデータを受け取り、光センサ２０２０から情報を受け取り、バイパススイッチを設定する制御コマンドを生成するようにプログラムされた制御部２０２５を更に含んでいる。
【００７１】
制御部は、動作の際に、照明装置の選択されたノードを１つ又は複数のバイパススイッチに接続するようにコマンドを送る。テスト環境において、バイパススイッチは、リレー、リードスイッチ、ＩＧＢＴ、又は他の制御可能なスイッチ素子として実現してよい。アナログスイッチマトリクス２０１０によって、ＬＥＤ列の利用可能なノードから複数の利用可能なバイパススイッチへのフレキシブルな接続が行われる。制御部は、しきい値条件の設定も行ない、各バイパススイッチは、そのしきい値条件で開閉してよい。
【００７２】
制御部２０２５は、実行可能な命令であって、実行された時に、バイパススイッチの複数の組合せの構成を生じさせるように複数のバイパススイッチを制御部に動作させる命令からなるプログラム２０４０にアクセスしてよい。一部の実施形態では、制御部２０２５は、バイパススイッチのうちのいずれか又は全部に結び付けられた所定のしきい値電圧レベルを受け取る命令から成るプログラムを実行してよい。
【００７３】
例えば、制御部２０２５は、バイパススイッチのうちの選択された１つを低インピーダンス状態と動的インピーダンス状態との間で遷移させるように動作してよい。一部の例において、制御部２０２５は、印加された励起電圧が所定のしきい値電圧を超えた時に、遷移を生じさせてよい。一部の例において、制御部２０２５は、入力電流が所定のしきい値電流を超え、及び／又は１つ又は複数の時間に基づく条件を満足した時に、遷移を生じさせてよい。
【００７４】
一部の構成は、種々のパラメータの範囲下で回路性能を経験的に評価することによって、予め定められた一組の仕様を満足する構成を判別できるようにしてよい。限定するのではなく例示として、この仕様は、力率、総高調波歪み、効率、光強度、及び／又は色温度を含んでいてよい。
【００７５】
規定された基準を満足する構成のそれぞれ毎に、（例えば構成要素のコスト、製造コストに基づいて）１つ又は複数のコスト値を求めてもよい。説明的な例として、２つのバイパス経路、各バイパス回路によってバイパスされるＬＥＤの組、及び２つのバイパス回路を含む構成において、最低コスト又は最適出力の構成を判別してよい。各経路は、各バイパス回路内のインピーダンス特性によって特徴付けられてよい。
【００７６】
実験結果を、図２１〜３７を参照して説明する。ＬＥＤ光源エンジンの電流を調節する選択的電流迂回路を含む複数の例示的な実施形態について、実験の実測値を収集した。印加励起電圧は、各測定において、Ａｇｉｌｅｎｔ  ６８１２Ｂ  ＡＣ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅ／Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて、１２０Ｖｒｍｓ（別段に記述しない限り）で６０Ｈｚの正弦波電圧源に設定した。入力励起電圧及び電流に対する波形プロット、及び、算出された電力品質パラメータを、ＤＰ０３ＰＷＲモジュールを備えたＴｅｋｔｒｏｎｉｘ  ＤＰ０３０１４  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐｈｏｓｐｏｒオシロスコープを用いて取り込んだ。実験での励起電圧振幅、波形、及び周波数は一例であり、必須の限定として理解されるべきものではない。
【００７７】
図２１は、歪み率及び／又は力率性能が改善されたＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図である。図示する例では、光源エンジン回路２１００は、周期的電圧源２１１０からの電気的な励起を受け取る全波整流器２１０５を含んでいる。整流器２１０５は、負荷回路に、実質的に一方向の出力電流を供給する。負荷回路は、電流制限抵抗Ｒｉｎと、電流感知抵抗Ｒｓｅｎｓｅと、５つのＬＥＤ群（ＬＥＤ群１〜ＬＥＤ群５）から成る回路網に接続されたバイパススイッチ２１１５と、を含んでいる。
【００７８】
ＬＥＤ群１とＬＥＤ群２は、第１の並列回路網の形に接続された２つのＬＥＤ回路網である。同様に、ＬＥＤ群４とＬＥＤ群５は、第２の並列回路網の形に接続された２つのＬＥＤ回路網である。ＬＥＤ群３は、第１及び第２の並列回路網と直列に、それらの間に接続されたＬＥＤ回路網である。バイパススイッチ２１１５は、ＬＥＤ群３と並列に接続されている。バイパススイッチを動作させる制御回路は、図示していないが、例えば、少なくとも図６〜８、１９、又は２６〜２７を参照して、適切な実施形態を更に詳細に説明する。
【００７９】
動作の際に、ＡＣ入力励起電流が所定のしきい値を下回っている各周期の最初と最後において、バイパススイッチ２１１５は低インピーダンス状態にある。バイパススイッチ２１１５が低インピーダンス状態の間は、ＬＥＤ群１，２を流れる入力電流は、第３のＬＥＤ群に並列のバイパススイッチ２１１５を通過する経路に沿って迂回させられる。したがって、ＡＣ入力励起部２１１０が所定のしきい値を下回っている間、光源エンジン２１００によって放射される光は、実質的にＬＥＤ群１，２，４，５によってのみ生じさせられる。低励起レベルにおいて電流にＬＥＤ群３を迂回させるようにバイパススイッチ２１１５を働かせることによって、入力電流を引き込み始めるのに必要とされる順方向しきい値電圧を効果的に低下させることができる。したがって、これによって、バイパススイッチ２１１５のない同じ回路に比べ、導通角が大幅に広げられる。
【００８０】
バイパススイッチは、ＡＣ入力励起電流が所定のしきい値（例えば、ＬＥＤ群３の順方向しきい値電圧）を超えて上昇した時に、高インピーダンス状態へ実質的に線形に遷移してよい。バイパススイッチ２１１５が高インピーダンス状態に遷移すると、第１及び第２の各ＬＥＤ群を流れる入力電流も、バイパススイッチ２１１５を通過する流れからＬＥＤ群３を通過する流れに遷移し始める。したがって、ＡＣ入力励起部が所定のしきい値を上回っている間、光源によって放射される光は、実質的に、ＬＥＤ群１〜５によって生じさせられる光が組み合わさったものとなる。
【００８１】
１２０Ｖｒｍｓを印加する説明的な例において、ＬＥＤ群１，２，４，５はそれぞれ、１６個の直列のＬＥＤを含んでいてよい。ＬＥＤ群３は、２３個の直列のＬＥＤを含んでいてよい。ＬＥＤ群１，２，４，５は、第１の色出力を放射するＬＥＤを含んでいてよく、ＬＥＤ群３は、実質的な電流によって駆動された時に少なくとも第２の色出力を放射するＬＥＤを含んでいてよい。種々の例において、ＬＥＤの個数、色、及び／又はタイプは、種々のＬＥＤ群内及びＬＥＤ群間で異なっていてよい。
【００８２】
限定ではなく説明的な例として、第１の色は、色温度が約２７００〜３０００Ｋの実質的な暖色（例えば青又は緑）であってよい。第２の色は、色温度が約５０００〜６０００Ｋの実質的な寒色（例えば白）であってよい。一部の実施形態は、例えば調光制御装置上のユーザ入力エレメントの位置を下げることによって光源に供給されるＡＣ励起が弱められると、寒色（第２の色）から暖色（第１の色）に、例示的な光器具の出力色を滑らかに遷移させるのが好都合である。色を変化させるための回路の例は、例えば、２００９年８月１４日にＧｒａｊｃａｒによって出願された「調光可能なＡＣ  ＬＥＤ照明のための色温度変化制御」と題された米国仮特許出願シリアル番号第６１／２３４，０９４号の図２０Ａ〜２０Ｃを参照して説明されており、この内容の全体は、参照することにより組み込まれている。
【００８３】
１つの例において、ＬＥＤ群１、２、４、５はそれぞれ、約８、９、又は１０個の直列のＬＥＤを含んでいてよく、ＬＥＤ群３は、２３、２２、２１、又は２０個のＬＥＤを含んでいてよい。種々の実施形態は、例えば許容可能なピーク電流（例えばピークＡＣ入力電圧励起において）を用いて所望の出力照度を生じるように、適切な抵抗器及び複数の直列に接続されたダイオードを用いて構成されていてよい。
【００８４】
ＬＥＤ群１〜３のＬＥＤは、パッケージとして、又は単一モジュールの形に構成してよく、又は、個々のマルチＬＥＤパッケージ及び／又はそれらの群として構成してもよい。一部の例において、個々のＬＥＤは、全部が互いに同じ色スペクトルを出力してよい。他の例において、１つ又は複数のＬＥＤは、残りのＬＥＤとは実質的に異なる色を出力してもよい。
【００８５】
一部の実施形態では、ＬＥＤ群１，２，４，５を並列に配置することで、ＬＥＤ群１、２，４，５の経年変化に対するＬＥＤ群３の経年変化の不均衡を実質的に低減することができ、好都合である。そのような不均衡は、例えば、バイパスされるＬＥＤを通過する電流の導通角が第１及び第２の各ＬＥＤ群を通過する電流の導通角よりも実質的に狭い場合に生じる可能性がある。ＬＥＤ群１，２，４，５は、ＡＣ励起入力電流が流れている時には、実質的にいつでも電流を伝導する。一方、ＬＥＤ群３は、バイパススイッチ２１１５が入力電流の少なくとも一部をＬＥＤ群３と並列の経路を通して迂回させていない時にだけ、順方向電流を伝導する。
【００８６】
整流器ブリッジ２１０５は、電圧源２１１０から供給される単一位相ＡＣ励起を整流するフルブリッジとして示されている。この構成において、整流器ブリッジ２１０５は、ＡＣ入力励起の正の半サイクル及び負の半サイクルの両方を整流して、入力ラインの励起周波数の２倍の基本周波数を有する一方向の電圧波形を生成する。したがって、一部の構成は、知覚可能な明滅があったとしても、それを、ＬＥＤの出力発光が脈動する周波数を高めることによって低減することができる。一部の他の実施形態では、半波整流を用いても、全波整流を用いてもよい。一部の例において、整流は、３、４、５、６、９、１２、１５、またはそれより多くの位相の源のように、複数の位相の源から行ってもよい。
【００８７】
図２２〜２５は、実質的に図２１に示し、これを参照して説明した例示的なＬＥＤ光源回路の動作によって収集された実験結果を示している。実験において、ＬＥＤは、例えば日本国、シチズン電子株式会社から市販されている、型式ＣＬ−Ｌ２３３−ＭＣ１３Ｌ１とした。テストしたＬＥＤ群１、２、４、５はそれぞれ８個の直列のダイオードを含み、ＬＥＤ群３は、２３個の直列のダイオードを含むものとした。テストした構成要素の値は、Ｒｉｎが５００Ω、Ｒｓｅｎｓｅが２３．２Ωであった。
【００８８】
図２２は、図２１の光源エンジン回路の、励起電圧の関数としての規格化入力電流のグラフを示している。図示するように、グラフ２２００は、電流を調節する選択的電流迂回路を用いた入力電流のプロット２２０５と、選択的電流迂回路を無効にした状態での入力電流のプロット２２１０と、を含んでいる。本明細書では、抵抗的条件に関するものとしてプロット２２１０を参照する場合がある。
【００８９】
実験結果によって、同様のピーク電流に対し、実質的な伝導が始まる有効順方向しきい値電圧は、点２２１５の約８５Ｖ（抵抗的条件）から、点２２２０の約４０Ｖ（選択的電流迂回）に下がったことが示されている。これは、しきい値電圧が５０％以上低下したことを示している。各サイクルの立上がり及び立下りの四分区間の双方に適用した場合、これは、導通角のかなりの拡張に相当する。
【００９０】
プロット２２０５は、第１の変曲点２２２０を示しており、この第１の変曲点２２２０は、一部の例において、ＬＥＤ群１、２、４、５の関数とすることができる。特に変曲点２２２０の電圧は、ＬＥＤ群１、２、４、５の順方向しきい値電圧に基づいて定められていてよく、またさらに、ブリッジ整流器２１０５の動作の分岐の順方向しきい値電圧の関数としてもよい。
【００９１】
プロット２２０５は、第２の変曲点２２２５を更に含んでいる。第２の変曲点２２２５は、例によっては、バイパス制御回路に結び付けられた電流しきい値に相当していてよい。その電流しきい値は、種々の実施形態において、例えば入力電流に基づいて定められていてよい。
【００９２】
点２２２０と２２２５の間でのプロット２２０５の傾斜２２３０は、その逆数が、選択的電流迂回路を備える光源エンジン回路２１００が、この範囲において、プロット２２１０によって示されるいかなるインピーダンスよりも実質的に低いインピーダンスを示すことを示している。一部の構成において、このようにインピーダンスが下がることによる効果によって、ＬＥＤ電流が概ね光出力に比例する低励起電圧において、比較的高速に電流を上昇させることにより、光出力を高めるのを促進することができ、好都合である。
【００９３】
プロット２２０５は、第３の変曲点２２４０を更に含んでいる。点２２４０は、例によっては、超えるとバイパススイッチ経路を通過する電流が実質的にほぼゼロになるしきい値に相当していてよい。点２２４０より下では、バイパススイッチ２１１５は、入力電流の少なくとも一部にＬＥＤ群３を迂回させる。
【００９４】
プロット２２０５の、点２２２５と２２４０の間の範囲２２５０に示されている変化している傾斜は、その逆数で、バイパススイッチが、この範囲において、励起電圧の増加に応じて滑らか且つ連続的にインピーダンスを上昇させていることを示している。一部の構成において、このような動的なインピーダンスの効果は、実質的にバイパススイッチ２１１５だけを流れる電流から、実質的にＬＥＤ群３だけを流れる電流への、滑らかで、実質的に線形的な（例えば、低高調波歪みの）遷移を促進することができ、好都合である。
【００９５】
図２３は、図２１の回路の一実施形態についてオシロスコープで測定した電圧波形及び電流波形を示している。プロット２３００は、正弦波電圧波形２３０５と電流波形２３１０を示している。電流波形２３１０は、頭部と肩部を有する形状をしている。
【００９６】
この例では、肩部２３１５は、低ＡＣ入力励起レベルの範囲内でバイパススイッチを流れる電流に相当している。ＡＣ入力励起レベルの中間の第２の範囲にわたって、バイパス電流のインピーダンスが増加している。励起電圧が、第２の範囲とオーバーラップしている第３の範囲内で実質的に滑らか且つ連続的に上昇し続けると、バイパススイッチにわたる電圧は、ＬＥＤ群３の有効順方向しきい値電圧を超えて上昇し、入力電流は、実質的に滑らか且つ連続的に、バイパススイッチ２１１５内を流れる状態からＬＥＤ群３を流れる状態に遷移する。高ＡＣ入力励起レベルでは、電流は、バイパススイッチ２１１５の代わりに、実質的にＬＥＤ群３だけを流れる。
【００９７】
一部の実施形態では、第１の範囲は、ＬＥＤ群１、２、４、５によって形成される回路網の有効順方向しきい値電圧の関数となる下限を有していてよい。一部の実施形態では、第２の範囲は、所定のしきい値電圧によって規定される下限を有していてよい。第２の範囲の下限は、例によっては、所定のしきい値電流に実質的に相当していてよい。一部の実施形態では、所定のしきい値電流は、接合温度（例えば、ベース−エミッタ接合順方向しきい値電圧）の関数であってよい。一部の実施形態では、第３の範囲の下限は、ＬＥＤ群３の有効順方向しきい値電圧の関数であってよい。一部の実施形態では、第３の範囲の上限は、入力電流の実質的に大部分（例えば、負荷への瞬間的入力電流の少なくとも約９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、又は少なくとも約９９．５％）がＬＥＤ群３を流れるのに相当していてよい。一部の例において、第３の範囲の上限は、バイパススイッチ２１１５を通過する実質的にほぼゼロ（例えば、負荷への瞬間的入力電流の０．５％、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％未満又は約１０％未満）の電流の関数であってよい。
【００９８】
図２４は、図２３の電圧波形及び電流波形に対する電力品質測定値を示している。特に、測定値は、力率が約０．９８７（例えば９８．７％）と測定されたことを示している。
【００９９】
図２５は、図２３の電圧波形及び電流波形に対する高調波特性を示している。特に、全高調波歪みの実測値は、約１６．１％と測定された。
【０１００】
したがって、選択的迂回回路機構を備えるＬＥＤ光源エンジンの実施形態は、実質的に、例えば９０％、９２．５％、９５％、９７．５％、又は少なくとも約９８％を超える力率で動作することができ、同時に、定格励起電圧において、実質的に、例えば２５％、２２．５％、２０％、又は約１８％のＴＨＤを達成することができ、好都合である。ＡＣ  ＬＥＤ光源の一部の実施形態は更に、振幅調整及び／又は位相制御調整下で印加された励起電圧の全範囲（例えば０〜１００％）にわたって、実質的に滑らか且つ連続的に調光可能としてよい。
【０１０１】
図２６は、改善された歪み率特性及び／又は力率特性を備えるＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図を示している。種々の実施形態は、ＬＥＤからのピーク発光出力が所与の場合について、力率を改善し、及び／又は高調波歪みを減少させることができ、好都合である。
【０１０２】
光源回路２６００は、ブリッジ整流器２６０５と、それぞれ複数のＬＥＤを備えており、どちらもノードＡとノードＣとの間に接続されているＬＥＤ群１及びＬＥＤ群２との、並列に接続された２つのＬＥＤ群を含んでいる。回路２６００は、ノードＣとノードＢとの間に接続されたＬＥＤ群３を更に含んでいる。ＬＥＤ群１、２、３はそれぞれ、動作の際に、印加されるピーク励起電圧のかなりの部分となる有効順方向電圧を有していてよい。それらの総合順方向電圧によって、電流制限素子と組み合わせて、ピーク順方向電流を制御してもよい。その電流制限素子は、抵抗Ｒ１として示されている。一部の実施形態では、例えば、電流制限素子は、固定抵抗、電流制御半導体、及び感温抵抗から選択された１つの素子または複数の素子の組み合わせを含んでいてよい。
【０１０３】
光源エンジン回路２６００は、回路２６００の有効順方向ターンオン電圧を下げるように動作するバイパス回路２６１０を更に含んでいる。種々の実施形態において、バイパス回路２６１０は、低ＡＣ入力励起レベルにおいて導通角の拡張に寄与することができ、これは、例えばより正弦波形状の電流波形を生じさせることにより、力率及び／又は歪み率を改善するのに役立たせることができる。
【０１０４】
バイパス回路２６１０は、電流にノードＣからＬＥＤ群３及び直列抵抗Ｒ１を迂回させるようにチャネルが接続されたバイパストランジスタＱ１（例えば金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ））、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、等）を含んでいる。そのチャネルの導電率は、制御端子（例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲート）によって調整される。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１のゲートは、ノードＣに対して抵抗Ｒ２を介して電圧をプルアップされている。一部の他の実施形態では、この抵抗は、ノードＡにプルアップされていてよい。ゲート電圧は、プルダウントランジスタＱ２（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、接合ＦＥＴ（ＪＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、等）によって、トランジスタＱ１のソース電圧に近い電圧に下げることができる。図示する例では、トランジスタＱ２（ＮＰＮバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ））のコレクタは、トランジスタＱ２のベース−エミッタ電圧を確立する負荷電流に応じてゲート電圧を調整するように構成されている。感知抵抗Ｒ３は、トランジスタＱ２のベース−エミッタを横切って接続されている。種々の実施形態において、トランジスタＱ１のゲートにかかる電圧は、入力電流の大きさの相応の滑らか且つ連続的な変化に応じて、実質的に滑らか且つ連続的に変化させてよい。
【０１０５】
図２７〜２９及び図３６〜３７は、図２６に示し、これを参照して説明したのと実質的に同様の例示的なＬＥＤ光源エンジン回路の動作によって収集された実験結果を示している。この実験において、ＬＥＤ群１、２は、例えば台湾、Ｅｖｅｒｌｉｇｈｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から市販されている、型式ＥＨＰ＿Ａ２１＿ＧＴ４６Ｈ（白）とした。ＬＥＤ群３には、同じく台湾、Ｅｖｅｒｌｉｇｈｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から市販されている、型式ＥＨＰ＿Ａ２１＿ＵＢ０１Ｈ（青）を含ませた。テストしたＬＥＤ群１、２はそれぞれ２４個の直列のダイオードを含み、ＬＥＤ群３は、２１個の直列のダイオードを含むものとした。テストした構成要素の値は、Ｒ１を１３．４Ω、Ｒ２を４．２Ω、Ｒ３を８０６ｋΩとした。
【０１０６】
図２７は、図２６の光源エンジン回路の励起電圧の関数としての規格化入力電流のグラフを示している。図示するように、グラフ２７００は、電流を調節する選択的電流迂回路を用いた入力電流のプロット２７０５と、選択的電流迂回路を無効にした状態の入力電流のプロット２７１０と、を含んでいる。本明細書では、抵抗的条件に関するものとしてプロット２７１０を参照する場合がある。
【０１０７】
実験結果は、同様のピーク電流に対し、実質的な伝導が始まる有効順方向しきい値電圧が、点２７１５の約８５Ｖ（抵抗的条件）から、点２７２０の約４５Ｖ（選択的電流迂回）に下がったことを示している。これは、しきい値電圧が約４５％低下したことを示している。各整流正弦波サイクルの立上がり及び立下りの四分区間の双方に適用した場合、これは、導通角のかなりの拡張に相当する。
【０１０８】
プロット２７０５は、第１の変曲点２７２０を示しており、この第１の変曲点２７２０は、一部の例において、ＬＥＤ群１、２の関数であってよい。特に、変曲点２７２０における電圧は、ＬＥＤ群１、２の順方向しきい値電圧に基づいて定められていてよく、またさらに、ブリッジ整流器２６０５の動作の分岐の順方向しきい値電圧の関数としてもよい。
【０１０９】
プロット２７０５は、第２の変曲点２７２５を更に含んでいる。第２の変曲点２７２５は、例によっては、バイパス回路２６１０に結び付けられた電流しきい値に相当していてよい。その電流しきい値は、種々の実施形態において、例えばトランジスタＱ１の入力電流、ベース−エミッタ接合電圧、温度、電流利得、及び／又は伝達特性に基づいて定められていてよい。
【０１１０】
点２７２０と２７２５の間でのプロット２７０５の傾斜２７３０は、その逆数で、選択的電流迂回路を備える光源回路２６００が、この範囲において、プロット２７１０によって示されるいかなるインピーダンスよりも実質的に低いインピーダンスを示すことを示している。一部の構成において、このようにインピーダンスが下がることによる効果によって、ＬＥＤ電流が概ね光出力に比例する低励起電圧において、比較的高速に電流を上昇させることによって、例えば光出力を高めるのを促進することができ、好都合である。
【０１１１】
プロット２７０５は、第３の変曲点２７４０を更に含んでいる。点２７４０は、例によっては、超えるとトランジスタＱ１を通過する電流が実質的にほぼゼロになるしきい値に相当していてよい。点２７４０より下では、トランジスタＱ１は、入力電流の少なくとも一部にＬＥＤ群３を迂回させる。
【０１１２】
プロット２７０５の、点２７２５と２７４０の間の範囲２７５０に示されている変化している傾斜は、その逆数で、トランジスタＱ１が、この範囲において、励起電圧の増加に応じて滑らか且つ連続的なインピーダンスの上昇を示すことを示している。一部の構成において、このような動的なインピーダンスの効果は、実質的にトランジスタＱ１だけを流れる電流から、実質的にＬＥＤ群３だけを流れる電流への、滑らかで、実質的に線形的な（例えば、低高調波歪みの）遷移を促進することができ、好都合である。
【０１１３】
図２８は、図２６の回路の一実施形態についてオシロスコープで測定した電圧波形及び電流波形を示している。プロット２８００は、正弦波電圧波形２８０５と電流波形２８１０を示している。電流波形２８１０は、頭部と肩部を有する形状をしている。
【０１１４】
この例では、肩部２８１５は、低ＡＣ入力励起レベルの範囲内でトランジスタＱ１を流れる電流に相当している。ＡＣ入力励起レベルの中間の第２の範囲にわたって、トランジスタＱ１のインピーダンスは増加している。励起電圧が、第２の範囲とオーバーラップする第３の範囲内で実質的に滑らか且つ連続的に上昇し続けると、トランジスタＱ１にわたる電圧は、ＬＥＤ群３の有効順方向しきい値電圧を超えて上昇し、入力電流は、実質的に滑らか且つ連続的に、トランジスタＱ１内の流れからＬＥＤ群３を通過する流れに遷移する。高ＡＣ入力励起レベルでは、電流は、トランジスタＱ１の代わりに、実質的にＬＥＤ群３だけを流れる。
【０１１５】
一部の実施形態では、第１の範囲は、ＬＥＤ群１、２によって形成される回路網の有効順方向しきい値電圧の関数となる下限を有していてよい。一部の実施形態では、第２の範囲は、所定のしきい値電圧によって規定される下限を有していてよい。第２の範囲の下限は、例によっては、実質的に所定のしきい値電流に相当していてよい。一部の実施形態では、所定のしきい値電流は、接合温度（例えば、ベース−エミッタ接合順方向しきい値電圧）の関数であってよい。一部の実施形態では、第３の範囲の下限は、ＬＥＤ群３の有効順方向しきい値電圧の関数であってよい。一部の実施形態では、第３の範囲の上限は、入力電流の実質的に大部分（例えば、負荷への瞬間的入力電流の少なくとも約９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、又は少なくとも約９９．５％）がＬＥＤ群３を流れるのに相当していてよい。一部の例において、第３の範囲の上限は、トランジスタＱ１を通過する実質的にほぼゼロ（例えば、負荷への瞬間的入力電流の０．５％、１％、２％、３％、４％未満又は約５％未満）の電流の関数であってよい。
【０１１６】
図２９は、図２８の電圧波形及び電流波形に対する電力品質測定値を示している。特に、測定値は、力率が、約０．９６７（例えば９６．７％）と測定されたことを示している。
【０１１７】
図３０〜３１は、実質的に図２６に示し、これを参照して説明した例示的なＬＥＤ光源エンジン回路の動作によって収集された実験結果を示している。実験において、ＬＥＤ群１、２、３は、例えば韓国、Ｓａｍｓｕｎｇ  ＬＥＤ社から市販されている、型式ＳＬＨＮＮＷＷ６２９Ｔ０を含むものとした。ＬＥＤ群３は更に、カリフォルニア州、Ａｖａｇｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から市販されている、型式ＡＶ０２−０２３２ＥＮを含むものとした。テストしたＬＥＤ群１、２はそれぞれ２４個の直列のダイオードを含み、ＬＥＤ群３は、１８個の直列のダイオードを含むものとした。テストした構成要素の値は、Ｒ１を４７Ω、Ｒ２を３．３２Ω、Ｒ３を８０６ｋΩとした。
【０１１８】
図３０は、図２６の回路の別の実施形態についてオシロスコープで測定した電圧波形及び電流波形を示している。プロット３０００は、正弦波励起電圧波形３００５と入力電流波形３０１０のプロットを示している。電流波形３０１０は、特徴となるしきい値、変曲点、又は傾斜は変化しているものの、図２８を参照して説明したのと実質的に同様に、頭部と肩部を有する形状をしている。
【０１１９】
図３１は、図３０の電圧波形及び電流波形に対する電力品質測定値を示している。特に、測定値は、力率が、約０．９７８（例えば９７．８％）と測定されたことを示している。
【０１２０】
図３２〜３５は、図２６に示し、これを参照して説明したのと実質的に同様の例示的なＬＥＤ光源回路の動作によって収集された実験結果を示している。この実験において、ＬＥＤ群１、２は、例えば韓国、Ｓａｍｓｕｎｇ  ＬＥＤ社から市販されている、型式ＳＬＨＮＮＷＷ６２９Ｔ０（白）及び例えばカリフォルニア州、Ａｖａｇｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社から市販されている、型式ＡＶ０２−０２３２ＥＮ（赤）を含むものとした。ＬＥＤ群３は、例えば日本国、シチズン電子株式会社から市販されている、型式ＣＬ−８２４−Ｕ１Ｄ（白）を含むものとした。テストしたＬＥＤ群１、２は、それぞれ２４個の直列のダイオードを含み、ＬＥＤ群３は、２０個の直列のダイオードを含むものとした。テストした構成要素の値は、Ｒ１を７１５Ω、Ｒ２を２３．２Ω、Ｒ３を８０６ｋΩとした。
【０１２１】
図３２は、図２７〜２９を参照して説明した図２６の回路の実施形態についてオシロスコープで測定した電圧波形及び電流波形を示している。図示するように、グラフ３２００は、正弦波励起電圧波形３２０５と、総入力電流波形３２１０と、トランジスタＱ１を通過する電流の波形３２１５と、ＬＥＤ群３を通過する電流の波形３２２０と、を含んでいる。
【０１２２】
図２７を参照して、実験データは、第１の変曲点２７２０と第２の変曲点２７２５との間の励起電圧に対し、総入力電流波形３２１０が実質的に波形３２１５と合致することを暗示している。入力電流とトランジスタＱ１を通過する電流とは、第２の変曲点２７２５を超える励起範囲にわたって、実質的に等しいままとなっている。しかしながら、点２７２５と２７４０の間の範囲２７５０内の遷移変曲点３２２５において、波形３２１５は、波形３２２０の相応の増加によって実質的に相殺される速度で減少し始めている。波形３２１５、３２２０は、励起電圧が、変曲点３２２５に対応する電圧から変曲点２７４０に対応する電圧に上昇する際、大きさが同じで方向が反対の、ほぼ一定の（例えば線形の）傾斜を有しているように見える。点２７４０を超える励起電圧において、ＬＥＤ群３を通過する電流の波形３２２０は、実質的に入力電流波形３２１０と等しくなっている。
【０１２３】
図３３は、図３２の電圧波形及び電流波形に対する電力品質測定値を示している。特に、測定値は、力率が、約０．９７９（例えば９７．９％）と測定されたことを示している。
【０１２４】
図３４は、図３２の波形の高調波成分を示している。特に、実質的に奇数次高調波としてのみ高調波の大きさを測定し、最強のものは第７高調波であり、基本周波数の２０％未満であった。
【０１２５】
図３５は、図３２の電圧波形及び電流波形の高調波特性を示している。特に、総高調波歪みの実測値は、約２０．９％と測定された。
【０１２６】
したがって、選択的迂回回路機構を備えるＡＣ  ＬＥＤ光源エンジンの実施形態は、３０％、２９％、２８％、２７％、２６％、２５％、２４％、２３％、２２％、又は約２１％未満のＴＨＤで動作することができ、好都合であり、この際、例えば１ｋＨｚを超える周波数における高調波の大きさは、実質的に基本周波数の振幅の約５％未満である。
【０１２７】
図３６〜３７は、図２７を参照して説明したような光源エンジンの光出力の実験的な測定結果のプロット及びデータを示している。１２０Ｖｒｍｓの励起電圧を印加しての実験の際に、光出力が、レンズ及び白に着色された（例えば実質的に放物線状の）反射器に結びついた約２０％の光学的な損失を示すのが測定された。最大励起電圧（１２０Ｖｒｍｓ）では、入力電力の実測値は１４．４１Ｗであった。
【０１２８】
したがって、選択的迂回回路機構を備えるＡＣ  ＬＥＤ光源の実施形態は、約１２０Ｖｒｍｓの正弦波励起が供給された時に、少なくとも約４２、４４、４６、４８、５０、又は約５１ｌｍ／Ｗ、且つ少なくとも９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、又は少なくとも９６％の力率で動作することができ、好都合である。ＡＣ  ＬＥＤ光源エンジンの一部の実施形態は更に、振幅調整及び／又は位相制御調整下で、印加された励起電圧の全範囲（例えば０〜１００％）にわたって、実質的に滑らか且つ連続的に調光されてよい。
【０１２９】
図３６は、光出力の、計算された成分及び組合された総出力の計算結果のグラフを、調光レベルの範囲で示している。この構成における選択的迂回回路機構により、かなりの電圧範囲にわたって、滑らかに調光できる光出力が提供されることがこのグラフによって示されている。この例では、光出力は、最大定格励起（例えば、この例では１２０Ｖ）における１００％から、定格励起の約３７％（例えば、この例では４５Ｖ）における０％まで、滑らかに（例えば、連続的で単調な変化で）低下した。したがって、電流を調節する選択的電流迂回路を備えるＡＣ  ＬＥＤ光源エンジンの一部の構成の振幅調整を用いた滑らかな調光に用いることができる制御範囲は、定格励起電圧の少なくとも６０％又は少なくとも約６３％とすることができる。
【０１３０】
図３７は、調光レベルの範囲での光出力の、計算された成分及び組合された総出力の計算結果の実験的データを示している。ＬＥＤ群１、２は、５０Ｖを下回るところまで少なくとも５ｌｍの光を出力し、ＬＥＤ群３は、９０Ｖを下回るところまで少なくとも５ｌｍの光を出力している。
【０１３１】
図３８は、ＡＣ入力励起が所定レベルを下回っている間、ＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図を示している。種々の実施形態は、ＬＥＤからのピーク発光出力が所与の場合について、力率を改善し、及び／又は、高調波歪みを減少させることができ、好都合である。
【０１３２】
光源エンジン回路３８００は、ブリッジ整流器３８０５と、それぞれ複数のＬＥＤを含んでいるＬＥＤ群１及びＬＥＤ群２の２つの直列のＬＥＤ群と、を含んでいる。ＬＥＤ群１、２はそれぞれ、動作の際に、印加されるピーク励起電圧のかなりの部分となる有効順方向電圧を有していてよい。それらの総合順方向電圧によって、電流制限素子と組み合わせて、ピーク順方向電流を制御してよい。その電流制限素子は、抵抗Ｒ１として示されている。一部の実施形態では、電流制限素子は、例えば、固定抵抗、電流制御半導体、及び感温抵抗から選択される１つの素子、又は複数の素子の組み合わせを含んでいてよい。
【０１３３】
光源エンジン回路３８００は、回路３８００の有効順方向ターンオン電圧を下げるように動作するバイパス回路３８１０を更に含んでいる。バイパス回路３８１０は、種々の実施形態において、低ＡＣ入力励起レベルで導通角の拡張に寄与することができ、これは、例えばより正弦波形状の電流波形を形成することにより、力率及び／又は歪み率を改善するのに役立たせることができる。
【０１３４】
バイパス回路３８１０は、チャネルがＬＥＤ群２と並列に接続されたバイパストランジスタＱ１（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラ、等）を含んでいる。そのチャネルの導電性は、制御端子（例えば、ＭＯＳＦＥＴのゲート）によって調整される。図示する例では、ゲートは、抵抗Ｒ２を介して、整流器の正の出力端子（ノードＡ）に電圧をプルアップされているが、ＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタによって、このゲートをトランジスタＱ１のソースの電圧に近い電圧にプルダウンすることもできる。種々の実施形態において、トランジスタＱ１のゲートの電圧は、感知抵抗Ｒ３を流れる入力電流の大きさの相応の滑らか且つ連続的な変化に応じて、実質的に滑らか且つ連続的に変化させることができる。ＮＰＮトランジスタＱ２は、十分なＬＥＤ電流が感知抵抗Ｒ３を流れることによってＮＰＮトランジスタＱ２のベース−エミッタが順方向にバイアスされている時に、トランジスタＱ１のゲート電圧をプルダウンすることができる。
【０１３５】
図示する例は、ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間電圧を制限する例示的な保護素子を更に含んでいる。この例では、ツェナーダイオード３８１５（例えば、１４Ｖの降伏電圧）が、ゲートに印加される電圧をトランジスタＱ１にとって安全なレベルに制限する働きをすることができる。
【０１３６】
図３９は、ＡＣ入力励起が、対応する２つの所定のレベルを下回っている時に２つのＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図を示している。
【０１３７】
光源エンジン回路３９００は、図３８の光源エンジン回路と直列の構成の追加のＬＥＤ群及びそれに対応する追加のバイパス回路を含んでいる。光源エンジン回路３９００は、ノードＡとノードＣとの間に接続されたＬＥＤ群１と、ノードＣとノードＤとの間に接続されたＬＥＤ群２と、ノードＤとノードＢとの間に接続され、ＬＥＤ群１、２と直列になっているＬＥＤ群３と、を含んでいる。バイパス回路３９０５、３９１０が、ＬＥＤ群２、３のそれぞれと並列になっており、２つのレベルの選択的電流迂回路を提供している。
【０１３８】
図示する実施形態では、バイパス回路３９０５、３９１０は、それらそれぞれのゲート電圧をそれぞれノードＣ、Ｄにプルアップするように接続されたプルアップ抵抗Ｒ２、Ｒ４を含んでいる。別の実施形態では、プルアップ抵抗Ｒ２、Ｒ４は、それらそれぞれのゲート電圧をそれぞれノードＡ、Ｃにプルアップするように接続されていてもよい。そのような実施形態の例は、２００９年１０月２９日にＺ．Ｇｒａｊｃａｒによって出願された「畜産のためのＬＥＤ照明」と題された米国仮特許出願第６１／２５５，８５５号の少なくとも図５Ｂを参照して説明されており、この出願は、参照することにより全体が本明細書に組み込まれている。
【０１３９】
種々の実施形態において、本開示によれば、別々であれ組合せであれ、バイパス回路３９０５、３９１０のそれぞれに適切な電流しきい値及び電圧しきい値を設定することにより、光源エンジン３９００のようなＡＣ  ＬＥＤ光源エンジンにおいて、少なくともＴＨＤ及び力率の点で優れた性能を得ることができる。
【０１４０】
光源回路３９００の励起電圧及び入力電流が高まるにつれて、励起の第１の範囲にわたって、例えば、バイパス回路の一方が、励起の第１の範囲にわたって、低インピーダンスから高インピーダンスに遷移し、バイパス回路の他方が、励起の第２の範囲にわたって、低インピーダンスから高インピーダンスに遷移してよい。一部の構成おいて、バイパス回路のそれぞれの電圧しきい値及び電流しきい値は、励起の第１及び第２の範囲が少なくとも部分的に重なるように設定されていてよい。励起の、このように重なる範囲は、例えば力率が改善されると共にＴＨＤ性能が最適となるように電流しきい値及び電圧しきい値を適切に選択することによって生じさせられる場合がある。一部の他の構成では、第１及び第２の各励起範囲は、実質的に重なっていなくてもよく、それによって、導通角が広がるのを促進し、例えば１近く例えば、約９７％、９８％、９８．５％、９９％、９９．２５％、９９．５％、又は約９９．７５％）の力率を達成することができ、好都合である。
【０１４１】
種々の実施形態では、より正弦波形状の電流波形を形成し、及び／又は半サイクル当たりの導通角が１８０度に近づくように導通角を拡張する上での自由度を更に増やすように、例えば２、３、又は４以上のバイパス回路を設けるのが好都合である。追加の回路により、更なる自由度を生じさせてもよく、それによって、ＬＥＤからのピーク発光出力が所与の場合について、力率が更に改善され、及び高調波歪みが更に低減される場合がある。
【０１４２】
図４０は、ＡＣ入力励起が所定のレベルを下回っている時にＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、例示的な回路の模式図を示している。図４０に示す模式図は、ブリッジ整流器４００５と、電流制限抵抗Ｒ１と、一方がバイパス回路４０１０によって遮断される２つの並列のＬＥＤ経路の一実施形態を含んでいる。
【０１４３】
光源エンジン回路４０００は、抵抗Ｒ１を介して一方向の負荷電流を供給するブリッジ整流器４００５を含んでいる。その負荷電流は、感知抵抗Ｒ２を経由して、それぞれが（例えば、直列、並列、又は直列と並列の組み合わせの構成の）複数のＬＥＤで形成されたＬＥＤ群１及びＬＥＤ群２の２つの並列のＬＥＤ群に流れる。負荷電流は更に、バイパス回路４０１０にも、群１、２を迂回して流れるバイアス電流を供給する。バイパス回路４０１０は、ＬＥＤ群２を通過する電流経路と直列のＰチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタＱ１を含んでいる。トランジスタＱ１は、抵抗Ｒ２からＬＥＤ群２へとドレイン電流が流れるように接続されている。トランジスタＱ１のゲート電圧は、感知抵抗Ｒ２を経由するＬＥＤ群１、２への負荷電流に応じてベース−エミッタ電圧が制御されるＰＮＰバイポーラ接合トランジスタＱ２によって制御される。感知抵抗Ｒ２を経由する負荷電流に応じてコレクタ電流が流れることによって、トランジスタＱ２及びバイアス抵抗Ｒ３を通過するコレクタ電流が生じる。ゲート電圧は、抵抗Ｒ３にわたる電圧の関数である。例えばコレクタ電流が増加すると、ゲート電圧は上昇する。定格励起電圧における動作の際に、ゲート電圧の増加は、実質的に低インピーダンス状態（例えば、１００、５０、３０、２０、１０、５．１、０．５、０．１、０．０５Ω未満）から、インピーダンスが増加中の状態（例えば、抵抗器と並列の実質的な定電流源の等価回路）、高インピーダンス状態（例えば、実質的に開いた回路）へのトランジスタＱ１の滑らかな遷移に相当する。
【０１４４】
ＬＥＤ群１、２はそれぞれ、印加されるピーク励起電圧の一部となる有効順方向電圧を有していてよく、実質的に全負荷電流が、ＬＥＤ群１、２間で分割されてよい。印加される励起電圧がＬＥＤ群１の有効順方向しきい値電圧を超えるのに十分な時には、抵抗Ｒ２を通過する負荷電流は、ＬＥＤ群１を流れる電流に応じて増加する。一部の実施形態では、ＬＥＤ群２を流れる電流は、感知抵抗を通過する電流がある範囲で実質的に滑らか且つ連続的に増加するのに応じて、実質的に滑らか且つ連続的に減少させることができる。一部の構成において、この範囲は、ＬＥＤ群１の有効順方向しきい値電圧を実質的に上回る励起電圧に相当するものとすることができる。
【０１４５】
例示的な動作の際に、ＬＥＤ群２は、ＬＥＤ群１よりも実質的に低い有効順方向しきい値電圧を有していてよい。一部の実施形態によれば、ＡＣ励起が連続的且つ滑らかに増大する際に、負荷電流は、最初は、ＬＥＤ群１を流れてよい。励起がＬＥＤ群１の有効順方向しきい値電圧を超えて上昇すると、負荷電流はＬＥＤ群１、２の双方を流れる。負荷電流がしきい値に達すると、バイパス回路４０１０がトランジスタＱ１のチャネルのインピーダンスを増大させるので、ＬＥＤ群２を通過する電流は、滑らか且つ連続的にゼロへと遷移する。しきい値電流値をいくらか上回ると、負荷電流は、ほんの一部がバイパス回路４０１０のトランジスタＱ２にバイアス電流を供給するだけで、実質的にＬＥＤ群１だけを流れる。
【０１４６】
光源回路４０００はこのように、回路４０００の有効順方向ターンオン電圧を下げるように動作するバイパス回路４０１０を含んでいる。バイパス回路４０１０は、種々の実施形態において、低ＡＣ入力励起レベルでの導通角の拡張に寄与することができ、これは、例えばより正弦波形状の電流波形を形成することにより、力率及び／又は歪み率を改善するのに役立たせることができる。
【０１４７】
図４１は、図４０のＬＥＤ光源エンジンであって、直列の構成の追加のＬＥＤ群を備えるＬＥＤ光源の、例示的な回路の模式図を示している。この実施形態では、光源回路４０００は、直列抵抗Ｒ１と直列に接続されたＬＥＤ群３を含むように修正されている。図示する例では、ＬＥＤ群３は、ＬＥＤ群１、２の有効順方向しきい値電圧の要求を高めることになる。
【０１４８】
滑らか且つ連続的に高まる例示的な励起電圧にわたって、一部の実施形態では、低励起レベルでＬＥＤ群１が発光している時、中間励起レベルでＬＥＤ群１、２が発光している時、及び高励起レベルでＬＥＤ群２が発光し且つＬＥＤ群１が発光していない時に、ＬＥＤ群３を発光させてよい。
【０１４９】
説明的な例において、一部の実施形態は、励起レベルの関数として実質的に異なる複合色温度を生じるように（例えば、定格電圧の０〜１００％の範囲内の調光レベルに応じた色の変化）、ＬＥＤ群１及びＬＥＤ群２に互いに異なる色を用いてよい。一部の実施形態は、ＬＥＤ群１、２、及び３それぞれにスペクトル出力を適切に選択することによって、所望の色変化能力を実現することができる。
【０１５０】
図４２は、ＡＣ入力励起が所定のレベルを下回っている時にＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、別の例示的な回路の模式図を示している。図４２に示す模式図は、ブリッジ整流器４２０５と、電流制限抵抗Ｒ１と、３つの並列のＬＥＤ経路とを含み、３つの並列のＬＥＤ経路のうちの２つは、図４０を参照して上述したのと実質的に同様に、独立したバイパス回路によって遮断することができる、光源エンジン回路の一実施形態を含んでいる。
【０１５１】
図４２の模式図は、図４０の光源エンジン回路４０００の素子を含み、バイパス回路４２１０によって遮断できるＬＥＤ群３を含む第３の並列経路を更に含んでいる。この実施形態では、バイパス回路４０１０、４２１０は、バイパストランジスタとして、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ  Ｑ１、Ｑ２をそれぞれ含んでいる。各バイパストランジスタＱ１、Ｑ２のゲートは、ＰＮＰ型バイポーラ接合トランジスタＱ３、Ｑ４によって制御される。ＰＮＰトランジスタＱ３、Ｑ４は、２つの電流感知抵抗Ｒ２、Ｒ３を通過する電流に応答するように構成されている。この例では、ＬＥＤ群３用のバイパス回路４２１０は、ＬＥＤ群２がオフするしきい値よりも低い励起しきい値でオフする。
【０１５２】
図４３は、ＡＣ入力励起が所定のレベルを下回っている時にＬＥＤ群をバイパスする選択的電流迂回路を備えるＬＥＤ光源エンジンの、更なる例示的な回路の模式図を示している。図４３に示す模式図は、図４２を参照して上述したのと実質的に同様の光源回路エンジンの一実施形態を含み、図４１を参照して説明したのと実質的に同様の追加のＬＥＤ群を更に含んでいる。
【０１５３】
図４３は、図４２のＬＥＤ光源エンジンであって、直列の構成の追加のＬＥＤ群を備えるＬＥＤ光源の、例示的な回路の模式図を示している。本実施形態では、光源エンジン回路４２００は、直列抵抗Ｒ１と直列に接続されたＬＥＤ群４を含むように修正されている。図示する例では、ＬＥＤ群４は、ＬＥＤ群１、２、及び３の有効順方向しきい値電圧の要求を高めることになる。
【０１５４】
ＡＣ  ＬＥＤ光源エンジン用の例示的な選択的迂回回路の構成を示す更なる実施形態は、集積化モジュールパッケージも含め、例えば、２００９年１０月２８日にＺ．Ｇｒａｊｃａｒによって出願された「高力率且つ低高調波歪みＬＥＤ照明のための構造」と題された米国仮特許出願第６１／２５５，４９１号の少なくとも図７Ａ〜１０Ａを参照して説明されており、その全ての内容は、参照することにより本明細書に組み込まれている。
【０１５５】
図面を参照して種々の実施形態を説明してきたが、他の実施形態も可能である。例えば、バイパス回路の一部の構成は、アナログ又はデジタルの構成要素からの信号に応じて制御されてよく、この構成要素は、別個のもの、集積されたもの、又は両者の組合せとしてよい。一部の実施形態は、プログラムされた、及び／又はプログラム可能なデバイス（例えば、ＰＬＡ、ＰＬＤ、ＡＳＩＣ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ）を含んでいてよく、単階層の、又は多階層のデジタルデータ格納能力を提供し、揮発性であっても、不揮発性であってよい１つ又は複数のデータ格納部（例えば、セル、レジスタ、ブロック、ページ）を含んでいてよい。一部の制御機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウエア、又はそれらのうちのいずれかの組合せの形で実現されていてよい。
【０１５６】
コンピュータプログラム製品は、プロセッサデバイスによって実行された時に、予め規定された機能をそのプロセッサに実行させる一組の命令を含んでいてよい。これらの機能は、プロセッサと機能可能なように通信する制御されたデバイスと連動して実行されてよい。ソフトウェアを含んでよいコンピュータプログラム製品は、電子的、磁気的、又は回転式の記憶装置などの記憶媒体上に実態的に埋め込まれたデータ格納部に格納されていてよく、固定されていても、除去可能であってもよい（例えば、ハードディスク、フロッピディスク、サムドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ）。
【０１５７】
種々の実施形態のそれぞれにおけるＬＥＤの数は一例であり、限定を意味するものではない。ＬＥＤの数は、選択されたＬＥＤの順方向電圧降下及び電源から供給される印加励起振幅に従って構成されていてよい。図２６を参照して、例えば、ノードＡとＣの間のＬＥＤ群１、２におけるＬＥＤの数は、優れた力率を達成するように減らしてもよい。ノードＡとＣの間のＬＥＤ群は、２組のＬＥＤ群の負荷を、例えば、ＬＥＤ群３の負荷に対して、相対的な使用率に従って実質的に均衡させるように、並列に配置するのが好都合である。一部の構成において、電流は、入力電流が電源から引き出されている時にはいつでもノードＡからＣに流れてよいが、ノードＣとＢとの間の電流は、実質的にピーク励起付近でのみ流れてよい。種々の実施形態において、装置及び方法は、実質的な抵抗性消散部をＬＥＤ列と直列に導入することなく、力率を改善することができ、好都合である。
【０１５８】
例示的な実施形態では、照明装置の１つ又は複数のＬＥＤは、様々な色特性及び／又は電気的特性を有していてよい。例えば、図６の実施形態の（交流の半サイクルの間だけ電流を伝える）整流器ＬＥＤは、４つの四分区間の全ての間、電流を伝える負荷ＬＥＤとは異なる色温度を有していてよい。
【０１５９】
別の実施形態によれば、例えば、ダイオードを介した逆漏洩電流を低減するために、他の構成要素が含められてもよい。例えば、整流器の正の電流経路及び負の電流経路における逆漏洩を最小限に抑えるために、整流器の分岐路の両方と直列に、ＬＥＤではない低逆漏洩整流器を含めてもよい。
【０１６０】
別の実施形態によれば、整流器へのＡＣ入力を、他の電力処理回路機構によって修正してもよい。例えば、位相制御を用いてターンオンを遅延させ及び／又は各半サイクルにおける選択された点において電流の流れを遮断する調光モジュールを用いてもよい。場合によっては、高調波の改善は、調光モジュールによって電流に歪みが生じさせられたとしても、依然として達成でき、好都合である。例えば調光モジュール、可変変圧器、又は可変抵抗器によって、整流された正弦波電圧波形の振幅が調整されている場合にも、改善された力率を達成できる。
【０１６１】
１つの例において、励起電圧は、約１２０ＶＡＣで約５０Ｈｚ又は６０Ｈｚでの線間電圧のような、実質的に正弦波形状の波形を有していてよい。一部の例において、励起電圧は、各半サイクルにおける選択された位相にターンオンを遅延させるように又はターンオフを阻止するように動作する位相制御スイッチ等の調光回路によって処理された、実質的に正弦波形状の波形としてよい。その調光器は、一部の例において、ＡＣ正弦波電圧の振幅を調整してよく（例えば、ＡＣ−ＡＣコンバータ）、または、整流された正弦波形を調整してもよい（例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ）。
【０１６２】
線周波数の例としては、例えば約５０、約６０、約１００、又は約４００Ｈｚを挙げることができる。一部の実施形態では、基本動作周波数は、実質的に１ｋＨｚ未満としてよく、これにより、高調波電流に結びついている場合がある許容無線周波数放射の超過による問題を低減することができ、好都合である。
【０１６３】
一部の実施形態では、動作時の実質的に滑らかな線状の波形は、実質的に無視できるレベルの高調波しか生じないようにすることができ、好都合である。一部の例は、可聴周波数領域又はＲＦ領域では実質的に無視できると見なすことができるような低レベル且つ低周波数で、伝導性の、又は放射性の放出を発してよい。一部の実施形態は、例えば住宅用又は業務用の照明製品に適用可能な規準等の、一般に伝導性の、又は放出性の電磁放射を規制している場合がある広範囲に適用可能な規準を満たすのに、実質的にフィルタ要素を必要としないものとすることができる。例えば、種々の実施形態は、住宅用途又は業務用途で、キャパシタ（例えばアルミ電解キャパシタ）、インダクタ、チョーク、又は、磁界又は電界を吸収し又は遮蔽する材料のようなフィルタ要素を用いることなく動作することができ、好都合である。したがって、そのような実施形態は、そのようなフィルタ要素に結びついたコスト、重量、パッケージ処理、有害物質、及び容積なしで、高効率で調光可能な照明を提供することができ、好都合である。
【０１６４】
一部の構成において、バイパス回路は、照明用ＬＥＤの一部又は全部と一緒に組み込まれた単一のダイ上で製造することができる。例えば、ＡＣ  ＬＥＤモジュールは、バイパスされる群内の１つ又は複数のＬＥＤを含み、バイパス回路の構成要素及び相互接続部の一部又は全部を更に含んでいてよいダイを含んでいてよい。そのような構成は、バイパス回路の実施形態に結びついた配置及び配線を削減し又は実質的に無くすことによって、組立てコスト及び構成要素のコストを更に大幅に削減することができる。例えば、バイパス回路をＬＥＤと一緒に同一ダイ又はハイブリッド回路組立体上に組み込めば、少なくとも１つの配線又は少なくとも１つのインターフェース電気接続を無くすことができる。説明的な例において、別々の基板上のバイパス回路とＬＥＤとの間の電気的インターフェースは、バイパス回路への、及びバイパスされるＬＥＤからの電流迂回を可能にする配線又は他の相互接続体（例えばボード間ヘッダ）を含んでいてよい。集積化された実施形態では、構成要素の配置、及び／又はバイパス経路用の相互接続の引き回し用のスペースは、大幅に削減し、又は無くすことができ、それによって、さらに、ＡＣ  ＬＥＤ光源エンジンの完成品のコスト低減及び小型化が促進される。
【０１６５】
正弦波励起に対して本明細書で概して用いているように、導通角は、（半サイクルでは１８０度の）整流された正弦波形の（度で測った）一部であって、実質的な励起入力電流が負荷内の１つ又は複数のＬＥＤに流れて各ＬＥＤに光を放射させる一部を指している。一例として、抵抗性負荷は、１８０度の導通角を有することになる。典型的なＬＥＤ負荷は、各ダイオードの順方向ターンオン電圧のために、１８０度未満の導通角を示してよい。
【０１６６】
説明的な例において、ＡＣ入力は、例えば６０Ｈｚで名目１２０Ｖの正弦波電圧を用いて励起されてよいが、この特定の電圧、波形、又は周波数に限定されるものではない。例えば、一部の構成は、４００Ｈｚで１１５Ｖの方形波のＡＣ入力励起で動作してもよい。一部の構成において、励起は、例えば、実質的に（整流後）単極の正弦波形状、長方形、三角形、又は台形の周期的な波形であってよい。種々の実施形態において、ＡＣ励起のピーク電圧は、約４６、５０、５５、６０、６５、７０、８０、９０、１００、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２６０、２８０、３００、３５０、４００、５００、６００、８００、１０００、１１００、１３００、又は少なくとも約１５００Ｖであってよい。
【０１６７】
例示的な調光モジュールは、ポテンショメータに結合されていてよいスライド式制御装置を介したユーザ入力に応じて動作してよい。他の実施形態では、ユーザ制御入力は、増幅され、１つ又は複数の他の入力で置き換えられてもよい。例えば、自動的に生成されたアナログ及び／又はデジタル入力に対して、それのみに、又はユーザからの入力と組み合せたものに応じて、光源エンジンに供給されるＡＣ励起を調整してもよい。例えば、プログラマブルコントローラが、調光制御モジュールの動作点を確立するための制御信号を供給してよい。
【０１６８】
例示的な調光モジュールは、ＡＣ励起波形のうちのどの部分を、例示的な光源回路の端子に供給するのを実質的に遮断するかを制御する位相制御モジュールを含んでいてよい。他の実施形態では、１つ又は複数の他の技術を単独で又は組み合わせて用いることによって、ＡＣ励起を調整してもよい。例えば、基本ＡＣ励起周波数よりも実質的に高い調整周波数でＡＣ励起を調整するのに、パルス幅調整を単独で又は位相制御と組み合わせて用いてもよい。
【０１６９】
一部の例において、ＡＣ励起信号の調整は、光源エンジンに励起が実質的に全く印加されない非通電モードを含んでいてよい。したがって、一部の構成は、励起調整制御装置（例えば位相制御モジュール）と組み合わせて、切断スイッチ（例えば、半導体リレー又は機械式リレー）を含んでいてよい。その切断スイッチは、光源エンジンへのＡＣ励起の供給接続を遮断するように、直列に配置されていてよい。一部の例では、実用的な電源からＡＣ入力を受け取り、ＡＣ励起を調光モジュールに分配するサーキットブレーカパネル上に、切断スイッチが設けられていてよい。一部の例では、切断スイッチは、回路内の、サーキットブレーカパネル内のノードとは別のノードに配置されていてよい。一部の例は、（例えば、プログラマブルコントローラからの）自動入力信号に応じ、及び／又はユーザ入力エレメントが所定の位置に配置されたこと（例えば、移動位置の端部に移動させられたこと、スイッチに係合するように押下されたこと、等）に応答するように構成された切断スイッチを含んでいてもよい。
【０１７０】
一部の実施形態は、所望の強度特性及び１つ又は複数の対応する色変化特性を提供することができる。一部の実施形態は、調光可能なＬＥＤ光源のコスト、寸法、構成要素の数、重量、信頼性、及び効率を実質的に低減することができる。一部の実施形態では、選択的電流迂回回路機構は、例えば非常に簡素、低コスト、且つ低電力の回路機構を用いたＡＣ入力電流波形に対し、低い高調波歪み及び／又は力率で動作することができる。したがって、一部の実施形態は、発光のためのエネルギーの要求を低減し、簡単な調光制御装置を用いて生物学的なサイクルにわたって所望の発光強度と色を提供し、また、望まれない波長での発光を回避することができる。一部の実施形態は、加圧冷水噴霧を用いて洗浄できるように、防水性筐体内に封入するのが好都合である。一部の実施形態において、その筐体は、耐久性を高められていてよく、材料及び組立てのコストが安くなるようにされていてよく、また、動作時にＬＥＤ光源エンジンに対して実質的に吸熱作用を生じるようにされていてよい。種々の例は、実質的に均一な、及び／又は一定の方向の発光パターンを生じさせるレンズを含んでいてよい。一部の実施形態は、吊りコードへの簡単な接続部を含んでよい簡素且つ低コストの実装構成を提供してよい。
【０１７１】
一部の実施形態では、高調波歪みを実質的に減少させることができる追加の回路機構が、単一のトランジスタを含んでいてよく、または、第２のトランジスタ及び電流感知素子を更に含んでいてもよい。一部の例において、電流センサは、ＬＥＤ電流の一部が流れる抵抗性素子を含んでいてよい。一部の実施形態では、高調波を改善する回路機構を、高調波を改善する当該回路機構によって制御される１つ又は複数のＬＥＤと一緒にダイ上に組み込むことによって、寸法及び製造コストの大幅な削減を実現することができる。一定の例では、高調波を改善する回路機構を、ＬＥＤだけを製造するのに要するプロセスステップの数を増やすことなく、対応する制御対象のＬＥＤと一緒に共通のダイ上に組み込むことができる。種々の実施形態において、例えば、半波整流又は全波整流を用いてＡＣによって駆動されるＬＥＤ負荷について、ＡＣ入力電流の高調波歪みを実質的に改善することができる。
【０１７２】
ＬＥＤ光源への電気的インターフェースを構成し、ＬＥＤランプ組立体に対する機械的な支持をするのに、時には「Ｅｄｉｓｏｎ−ｓｃｒｅｗ」型ソケットとも呼ばれるねじ式ソケットを用いてもよいが、他の様式のソケットを用いてもよい。一部の構成は、バヨネット式のインターフェースを用いてもよく、このバヨネット式のインターフェースは、放射状に配置された１本又は複数本の導電性のピンであって、ＬＥＤランプ組立体が所定の位置に回転させられた時に、ソケットの、相応のスロットに係合して、電気的接続及び機械的支えとなる接続をするピンを特徴としていてよい。一部のＬＥＤランプ組立体は、例えば、相応のソケットに係合できる２本以上の接触ピンであって、これらのピンを、電気的、及び機械的の両面でソケットに係合させるのに、例えば、ひねり運動が用いられる、ピンを用いてもよい。限定ではなく例として、電気的なインターフェースは、例えば市販のＧＵ−１０型ランプと同様に、２ピン構成を用いていてよい。
【０１７３】
一部の構成において、コンピュータプログラム製品は、プロセッサによって実行された時に、ＬＥＤ照明を含んでいてよい照明の色温度及び／又は強度をそのプロセッサに調整させる命令を含んでいてよい。色温度は、１つ又は複数の色温度の１つ又は複数のＬＥＤを、各々が特有の色温度特性及び／又は光出力特性を有する、ＬＥＤ以外の１つ又は複数の光源と組み合わせた複合光装置によって操作してもよい。限定ではなく例として、複数の色温度のＬＥＤを、励起条件の範囲にわたって、所望の色温度特性を生じさせるために、１つ又は複数の蛍光光源、白熱光源、ハロゲン光源、及び／又は水銀光源と組み合わせてもよい。
【０１７４】
一部の実施形態は、光源エンジンに供給されるＡＣ励起が低下すると、寒色から暖色に、光器具の出力の色を滑らかに遷移させるのが好都合であるが、他の構成も可能である。例えば、ＡＣ入力励起が低下すると、ＬＥＤ器具の色温度が、例えば比較的暖色から比較的寒色に変化させられてよい。
【０１７５】
一部の実施形態では、、ＬＥＤの色温度及び他の光出力パラメータ（例えば、強度、方向）を、所望の複合特性を生じるＬＥＤを提供するように操作するために、材料の選択及び処理方法を制御してもよい。所望の色温度を生じるようにＬＥＤを適切に選択し、併せて、バイパス回路を適切に適用するとともにそのしきい値を適切に決定することによって、入力励起の範囲にわたる色温度の変化を調整することができ、好都合である。
【０１７６】
一部の構成では、例えば、変圧器タップの、制御された切替えを行なうことによって、励起電圧の振幅を調整してもよい。一般に、幾つかのタップの組合せは、幾つかの互いに異なる巻線比に対応していてよい。例えば、所望のＡＣ励起電圧に最も近い巻線比を生じさせるために、変圧器の１次側及び／又は２次側にある幾つかの利用可能なタップからの選択をするのに、固体リレー又は機械式リレーを用いてよい。
【０１７７】
一部の例では、動作範囲にわたってＡＣ励起電圧の滑らかで連続的な調整を行なうことができる可変変圧器（例えばバリアック）によって、ＡＣ励起振幅を動的に調整してもよい。一部の実施形態では、（例えばディーゼルを動力とした）可変速度／電圧電子機械式発電機によって、ＡＣ励起を発生してもよい。ＬＥＤに基づく光源に所望のＡＣ励起を供給するために、制御された速度及び／又は電流パラメータで発電機を動作させてもよい。一部の構成では、光源エンジンへのＡＣ励起は、よく知られた固体による方法及び／又は電磁的方法を用いて生じさせられてよく、これらの方法は、ＡＣ−ＤＣ整流、ＤＣ−ＤＣ変換（例えば、バックブースト、ブースト、バック、フライバック）、ＤＣ−ＡＣ反転（例えば、ハーフブリッジ又はフルブリッジ、変圧器結合）、及び／又は直接ＡＣ−ＡＣ変換を組み合わせたものであってよい。固体式切替え技術は、例えば共鳴（例えば、擬似共鳴、共鳴）、ゼロクロス（例えば、零電流、零電圧）切替え技術を単独で、又は適切な調整方法（例えば、パルス密度、パルス幅、パルススキッピング、デマンド、等）と組み合せて用いてもよい。
【０１７８】
例示的な実施形態では、整流器は、ＡＣ（例えば正弦波形状の）電圧を受け取り、実質的に一方向の電流を直列に配置された複数のＬＥＤモジュールに供給してよい。ＬＥＤ負荷の有効ターンオン電圧は、ＡＣ入力電圧が所定のレベルを下回っている間、電流にダイオード列のうちの少なくとも１つのダイオードを迂回させることによって、下げることができる。種々の例において、ＬＥＤ列内で電流を選択的に迂回させることによって、入力電流導通角を広げることができ、それによって、ＡＣ  ＬＥＤ照明システムの高調波歪みを実質的に低減することができる。
【０１７９】
種々の実施形態において、装置及び方法は、実質的な抵抗性電力消散部をＬＥＤ列と直列に導入することなく、力率を改善することができ、好都合である。例えば、ＡＣ励起の所定のしきい値での、選択されたＬＥＤ群を経由する１つ又は複数の電流経路の、制御された調整によって、ＬＥＤ負荷の有効ターンオン順方向電圧レベルが、ＡＣ励起レベルが上がると上がるようにしてよい。それによって、所与の導通角に対し、所望のピーク入力励起電流を維持するための有効電流制限抵抗値を低減することができる。
【０１８０】
種々の実施形態では、ＡＣ入力励起周波数の２倍の周波数で一方向の電流を伝えるようにＬＥＤを動作させることによって、人間又は動物が知覚可能な明滅を低減してもよい。例えば、全波整流器は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの正弦波入力電圧励起に応じて、それぞれ１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚの負荷電流（整流された正弦波）を供給することができる。負荷の周波数が上がることで、発光の明滅の周波数も対応して上がり、これによって、明滅のエネルギーが、人間又は一部の動物が知覚できるレベルへと、又はそれを越えて押し上げられる傾向がある。これによって、明滅光に結びついたストレスを低減することができ、好都合である。
【０１８１】
例示的な装置及びそれに結びついた方法は、第１の組のＬＥＤが、最小出力発光付近で伝導するとともに、最大出力発光時に伝導する第２の組のＬＥＤよりも広い導通角を有するようにするために、１つ又は複数の電流経路の導電率を調整するバイパスモジュールを含んでよい。説明的な例において、第２の組のＬＥＤの一部と並列のバイパス経路の導電率は、ＡＣ入力励起が所定のしきい値電圧又は電流を上回っている時に低下させてよい。このバイパス経路は、入力励起が所定のしきい値を下回っている時に、有効ターンオン電圧を下げるように動作させてよい。最大入力励起時に最大出力発光が所与の場合について、バイパスモジュールは、実質的に力率が改善され、高調波歪みが低減された入力電流波形を形成するように、選択されたＬＥＤを通過する電流を制御してよい。
【０１８２】
種々の例において、電流の調整によって、電源から引き込まれる入力励起電流の有効導通角を広げることができる。
【０１８３】
一部の例では、この調整によって、入力励起電圧の基本周波数の波形及び位相に実質的に近づくようになった入力励起電流が引き込まれるようにしてよく、これにより、高調波歪み及び／又は力率を改善することができる。説明的な例では、ＬＥＤ負荷のターンオン電圧は、励起入力電流又はそれに結びついた周期的励起電圧が所定のしきい値レベルに到達するまで、下げておいてよく、励起電流又は電圧が実質的に所定のしきい値レベルを上回っている間は、ターンオン電圧を下げるのがやめられる。
【０１８４】
種々の実施形態は、１つ又は複数の利点を実現することができる。例えば、一部の実施形態は、既存のＬＥＤモジュールを再構成することなく、容易に組み込んで、優れた電気的特性及び／又は調光性能を生じさせることができる。例えば、一部の実施形態は、少数の別個の構成要素を既存のＬＥＤモジュールと組み合わせて用いて、容易に実現することができる。一部の構成は、例えば非常に簡単、低コスト、且つ低電力の回路機構を用いて、ＡＣ入力電流波形の高調波歪みを実質的に低減することができる。一部の実施形態では、高調波歪みを実質的に低減できる追加の回路機構は、単一のトランジスタを含んでいてよく、第２のトランジスタ及び電流感知素子を更に含んでいてもよい。一部の例において、電流センサは、ＬＥＤ電流の一部が流れる抵抗性素子であってよい。一部の実施形態では、高調波を改善する回路機構を、高調波を改善する当該回路機構によって制御される１つ又は複数のＬＥＤと一緒にダイ上に組み込むことによって、寸法及び製造コストの大幅な削減を達成することができる。一定の例では、高調波を改善する回路機構を、ＬＥＤだけを製造するのに要するプロセスステップの数を増やすことなく、対応する制御対象のＬＥＤと一緒に共通のダイに組み込むことができる。種々の実施形態では、例えば、半波整流又は全波整流を用いたＡＣ駆動ＬＥＤ負荷について、ＡＣ入力電流の高調波歪みを実質的に改善することができる。
【０１８５】
一部の実施形態は、ＬＥＤ群に複数の並列のＬＥＤ経路を設けて、全群にわたって各経路間の電流負荷を、例えば定格励起の時にその経路で伝えられる電流の二乗平均平方根にほぼ応じて均衡させてよい。そのように均衡させることによって、ＡＣ  ＬＥＤ光源エンジンの寿命にわたって、ダイの劣化を実質的に均等化でき、好都合である。
【０１８６】
本明細書は、力率が高く高調波歪みが低いＬＥＤ照明システムのための構成に関する技術を開示している。関連する例を、本開示と同じ発明者を有する、以前に出願された開示に見ることができる。
【０１８７】
一部の実施形態では、方法は、パッケージ及び／又は熱管理ハードウェアのような他の要素と一緒に組み込まれていてもよい。本明細書に記載の実施形態と一緒に組み込むのが好都合な熱的要素又は他の要素の例が、例えば、２００８年１１月１９日にＺ．Ｇｒａｊｃａｒによって出願された米国特許出願公開第２００９／０１８５３７３号の図１５を参照して説明されており、その全ての内容が、参照することにより本明細書に組み込まれている。
【０１８８】
ＡＣ励起下で色が変化するＬＥＤ照明の力率を改善し、高調波歪みを低減するための技術の例が、例えば、２００９年８月１４日にＺ．Ｇｒａｊｃａｒによって出願された「ＬＥＤ負荷における高調波歪みの低減」と題された米国仮特許出願第６１／２３３，８２９号の図２０Ａ〜２０Ｃを参照して説明されており、その全ての内容が、参照することにより本明細書に組み込まれている。
【０１８９】
ＡＣ励起を用いてＬＥＤを調光し、色を変化させる技術の例は、例えば、２００９年８月１４日にＺ．Ｇｒａｊｃａｒによって出願された「調光可能なＡＣ  ＬＥＤ照明のための色温度変化制御」と題された米国仮特許出願第６１／２３４，０９４号の種々の図を参照して説明されており、その全ての内容が、参照することにより本明細書に組み込まれている。
【０１９０】
ＬＥＤランプ組立体の例は、例えば、２００９年１０月２２日にＺ．Ｇｒａｊｃａｒによって出願された「ＬＥＤダウンライト組立体」と題された米国意匠特許出願第２９／３４５，８３３号の種々の図を参照して説明されており、その全ての内容が、参照することにより本明細書に組み込まれている。
【０１９１】
種々の実施形態では、照明装置から励起源への電気的接続を形成するための１つ又は複数の電気的インターフェースが組み込まれていてよい。ダウンライトの一部の実施形態で用いてよい電気的インターフェースの例が、例えば、２００９年１０月２７日にＺ．Ｇｒａｊｃａｒによって出願された「ランプ組立体」と題された米国意匠特許出願第２９／３４２，５７８号の少なくとも図１〜３又は図５を参照して更に詳細に開示されており、その全ての内容が、参照することにより本明細書に組み込まれている。
【０１９２】
ＬＥＤ光源エンジンの更に別の実施形態が、例えば、２００９年１０月２８日にＺ．Ｇｒａｊｃａｒによって出願された「高力率且つ低高調波歪みＬＥＤ照明のための構造」と題された米国仮特許出願第６１／２５５，４９１号の少なくとも図１、２、５Ａ〜５Ｂ、７Ａ〜７Ｂ、及び１０Ａ〜１０Ｂを参照して説明されており、その全ての内容が、参照することにより本明細書に組み込まれている。
【０１９３】
種々の実施形態は、畜産用の調光可能な照明の用途に関するものであってよい。そのような装置及び方法の例は、例えば、２００９年１０月２９日にＺ．Ｇｒａｊｃａｒによって出願された「畜産のためのＬＥＤ照明」と題された米国仮特許出願第６１／２５５，８５５号の少なくとも図３、５Ａ〜６Ｃを参照して説明されており、その全ての内容が、参照することにより本明細書に組み込まれている。
【０１９４】
一部の構成は、適合する複数のピンを備え、それらのピンのうちの幾つかが、実質的に吸熱能力を発揮することができるＬＥＤを用いて、ＡＣ  ＬＥＤ光源を回路基板に搭載することを含んでいてよい。そのような装置及び方法の例が、例えば、２０１０年２月１２日にＺ．Ｇｒａｊｃａｒによって出願された「発光ダイオード組立体及び方法」と題された米国特許出願第１２／７０５，４０８号の少なくとも図１１〜１２を参照して説明されており、その全ての内容が、参照することにより本明細書に組み込まれている。
【０１９５】
図面を参照して又はその他の方法で、複数の実施形態について種々の観点から説明してきた。
【０１９６】
１つの例示的な観点において、光源エンジンにおける電流を調節する方法は、交互極性の励起電圧を受け取るように構成された対の入力端子を提供するステップを含む。それら対の入力端子のそれぞれに流入する電流は、大きさが同じで、極性が反対である。この方法は、第１の回路網の形に配置された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供することを更に含む。第１の回路網は、少なくとも、第１の回路網に結び付いた順方向しきい値電圧を超える励起電圧に応じて、電流を伝導するように構成されている。この方法は、第１の回路網と直列の関係の第２の回路網の形に配置された複数のＬＥＤを提供することを更に含む。例示的な電流調節方法は、第２の回路網と並列で、且つ第１の回路網と直列の関係のバイパス経路を提供するステップを更に含む。別のステップは、しきい値電流を超えた範囲に電流の振幅が増大するのに応じて、電流の振幅の、実質的に滑らかで、且つ連続的な関数としてバイパス経路のインピーダンスを動的に増大させ、バイパス経路にわたる電圧降下が、第２の回路網に結び付いた順方向しきい値電圧を実質的に下回っている時に、電流が第１の回路網を流れることができるようにするとともに、電流を第２の回路網から実質的に迂回させる。
【０１９７】
種々の例において、方法は、バイパス経路にわたる電圧降下が第２の回路網の順方向電圧を超えて高まるのに応じて、実質的に線形に、電流をバイパス経路から第２の回路網に遷移させることを含んでいてよい。選択的にバイパスするこのステップは、励起電圧が第２のしきい値を超えている時に、電流が第１及び第２の各回路網を流れることができるようにすることを、更に含んでいてよい。選択的にバイパスするこのステップは、励起電圧の大きさが第２のしきい値を超えて実質的に滑らか且つ連続的に増大するのに応じて、第２の回路網から迂回させられる電流を実質的に滑らか且つ連続的に減らすことを、更に含んでいてよい。選択的にバイパスするこのステップは、更に、電流の大きさを示す制御入力信号を受け取ることも含んでいてよい。
【０１９８】
このステップは、第２の回路網と並列の経路のインピーダンスを変更することであって、そのインピーダンスは、第１のしきい値と第２のしきい値との間の範囲の少なくとも一部で励起電圧が上昇するのに伴って、単調に増加する、ことを含んでいてよい。このステップは、励起電圧の大きさが第１のしきい値にある時、又は第１のしきい値と第２のしきい値との間の範囲の少なくとも一部にある時に、第２の回路網と並列に低インピーダンス経路を提供することを、更に含んでいてよい。選択的にバイパスするステップは、励起電圧が実質的に第２のしきい値を超えている時に、第２の回路網と並列に実質的に高インピーダンスの経路を提供することを含んでいてよい。
【０１９９】
一部の実施形態では、方法は、前述の電流を駆動するために、入力端子で受け取った励起電圧を実質的に単極の励起電圧に整流することを含んでいてよい。方法は、励起電圧の周波数の整数倍の基本周波数の前述の電流を選択的にバイパスすることを更に含んでいてよい。その整数倍は、少なくとも３倍であってよい。
【０２００】
別の例示的な観点において、光源エンジンは、交互極性の励起電圧を受け取るように構成された対の入力端子を含んでいてよい。対の入力端子のそれぞれに流入する電流は、大きさが同じで、極性が反対である。光源エンジンは、第１の回路網の形に配置された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでおり、この第１の回路網は、大きさが最低でも第１の回路網に結びついた順方向しきい値電圧の大きさである第１のしきい値を超える励起電圧に応じて、電流を伝導するように構成されている。光源エンジンは更に、第１の回路網と直列の第２の回路網の形で構成された複数のＬＥＤも含んでいる。第２の回路網は、少なくとも第１の回路網に結びついた順方向電圧の大きさと第２の回路網に結びついた順方向電圧の大きさとの合計である第２のしきい値を超える励起電圧に応じて、電流を伝導するように構成されている。それは、励起電圧が第２のしきい値を下回っている時に、電流が第１の回路網を流れることができるようにし、且つ実質的に第２の回路網から電流を迂回させることによって、選択的に第２の回路網をバイパスさせる手段を更に含んでいる。
【０２０１】
限定ではなく例として、選択的にバイパスする例示的な手段は、少なくとも図１９、２６、及び３８〜４３を参照して、本明細書に記載されている。
【０２０２】
一部の実施形態では、選択的にバイパスする手段は更に、励起電圧が、第１のしきい値と第２のしきい値との間の範囲の少なくとも一部にある時に、電流が第１の回路網を流れることができようにするとともに、実質的に第２の回路網から電流を迂回させてよい。選択的にバイパスする手段は更に、励起電圧が第２のしきい値を超えている時に、電流が第１及び第２の各回路網を流れることができるようにしてもよい。選択的にバイパスする手段は更に、励起電圧の大きさが第２のしきい値を超えて実質的に滑らか且つ連続的に増大するのに応じて、バイパス手段を流れる電流を実質的に滑らか且つ連続的に減らすように動作してよい。
【０２０３】
一部の例において、選択的にバイパスする手段は、電流の大きさに応答する制御入力を含んでいてよい。選択的にバイパスする手段は、第２の回路網と並列に、可変インピーダンス経路を、その可変インピーダンスが、第１のしきい値と第２のしきい値との間の範囲の少なくとも一部で励起電圧が上昇するのに伴って単調に増加するように構成するように動作可能なものとしてよい。選択的にバイパスする手段は、励起電圧の大きさが、第１のしきい値と第２のしきい値との間の範囲の少なくとも一部にある時に、第２の回路網と並列に低インピーダンス経路を構成するように動作可能なものとしてよい。選択的にバイパスする手段は、励起電圧が実質的に第２のしきい値を超えている時に、第２の回路網と並列に実質的に高インピーダンスの経路を構成するように動作可能としてよい。
【０２０４】
一部の実施形態では、光源エンジンは、入力端子で受け取った励起電圧を実質的に単極の励起電圧に変換して電流を駆動する整流器モジュールを更に含んでいてよい。
【０２０５】
複数の構成について説明してきた。とはいえ、種々の修正をしてよいことが、理解できる。例えば、開示した技術のステップを異なる順番で実行し、又は、開示したシステムの構成要素を異なる態様で組み合わせ、又は、それらの構成要素に他の構成要素を補充した場合に、有利な結果が得られる可能性がある。したがって、他の構成が、特許請求の範囲内にあることが予期される。
【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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【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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