(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を駆動するための駆動装置であって、
−  受信されたＡＣ供給電圧を整流するための整流器ユニットと、
−  前記負荷を駆動するための駆動電圧及び／又は駆動電流を供給するための負荷端子と、
−  前記整流器ユニットと前記負荷端子との間に結合された容量性蓄積ユニットであって、前記整流器ユニットによって供給された電気エネルギを蓄積し、且つ電気エネルギを前記負荷に供給するための容量性蓄積ユニットと、
−  前記整流器ユニットと前記負荷との間に結合されたブリッジ切り替えユニットであって、全ＡＣサイクル中において負荷電流経路を維持しながら、前記容量性蓄積ユニットを所望の極性で前記整流器ユニットから前記負荷端子への負荷電流経路内に切り替えるための、且つ前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路外に切り替えるためのブリッジ切り替えユニットと、
を含む駆動装置。
【請求項２】
前記ブリッジ切り替えユニットが、並列に結合された２つのスイッチ経路のフルブリッジを含み、各スイッチ経路が直列に結合された２つのスイッチを含み、前記容量性蓄積ユニットが、前記２つの並列スイッチ経路の直列結合端子間に結合され、これら直列結合端子において、前記２つのスイッチ経路のそれぞれの前記２つのスイッチが接続される、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記容量性蓄積ユニットが、単一のコンデンサを含む、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記容量性蓄積ユニットが、並列に結合された２つ以上のコンデンサを含み、前記ブリッジ切り替えユニットが、各コンデンサを前記負荷電流経路内に又はその経路外に別々に切り替える、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記ブリッジ切り替えユニットが、全て又は幾つかのコンデンサ用に、コンデンサごとの追加コンデンサスイッチを含み、前記追加コンデンサスイッチが、その関連するコンデンサに直列に結合される、請求項２及び４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記ブリッジ切り替えユニットが、前記フルブリッジの前記２つのスイッチ経路に並列に結合された全て又は幾つかのコンデンサ用に、コンデンサごとの追加スイッチ経路を含む、請求項２及び４に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記整流器ユニットと前記負荷端子との間に結合された電流源をさらに含む、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記ブリッジ切り替えユニットが、前記整流供給電圧の瞬間値が前記負荷電圧より高い場合に、前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路内に第１の極性で切り替えるように制御され、且つ前記整流供給電圧の瞬間値が前記負荷電圧より低い場合に、前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路内に前記第１の極性と反対の第２の極性で切り替えるように制御される、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記ブリッジ切り替えユニットが、前記整流供給電圧の半サイクル中に特に１回、２回又は４回、前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路内に前記第１及び第２の極性で交互に切り替えるように制御される、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記ブリッジ切り替えユニットが、前記整流供給電圧のゼロ交差に対する遅延時間によって、前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路内に前記異なる極性で切り替えるタイミングを制御するように制御される、請求項８に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記ブリッジ切り替えユニットが、前記容量性蓄積ユニットに蓄積された電気エネルギが前記負荷に電力を供給するために使用されない場合に、前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路外に切り替えるように制御される、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項１２】
前記ブリッジ切り替えユニットが、所定のコンデンサ電圧、特に所定の初期コンデンサ電圧に前記容量性蓄積ユニットを充電するように制御される、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項１３】
前記スイッチが、特に１つ又は複数のＰＭＯＳトランジスタ、ＮＭＯＳトランジスタ又はダイオードを含む双方向又は一方向スイッチとして実現される、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項１４】
負荷を駆動するための駆動方法であって、
−  受信されたＡＣ供給電圧を整流器ユニットによって整流するステップと、
−  前記負荷を駆動するために、負荷端子に駆動電圧及び／又は駆動電流を供給するステップと、
−  前記整流器ユニットと前記負荷端子との間に結合された容量性蓄積ユニットによって、前記整流器ユニットによって供給された電気エネルギを蓄積し、且つ電気エネルギを前記負荷に供給するステップと、
−  前記整流器ユニットと前記負荷との間に結合されたブリッジ切り替えユニットによって、全ＡＣサイクル中において負荷電流経路を維持しながら、前記容量性蓄積ユニットを所望の極性で前記整流器ユニットから前記負荷端子への負荷電流経路内に切り替え、且つ前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路外に切り替えるステップと、
を含む駆動方法。
【請求項１５】
−  １つ又は複数のＬＥＤを含む光ユニットと、
−  前記光ユニットを駆動するために前記光ユニットに結合された、請求項１に記載の駆動装置と、
を含む照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷、特に１つ又は複数のＬＥＤを含むＬＥＤアセンブリを駆動するための駆動装置、及び対応する駆動方法に関する。さらに、本発明は、照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、照明の世界に大変革をもたらしつつある。その高度で未だに向上している発光効率、その長い寿命、その小さなフォームファクタ、その低い重量、その堅牢性、その製造の容易さ等は、照明産業が白熱電球からＬＥＤランプへと移行する推進力となっている。しかしながら、ＬＥＤの非線形的（近指数関数的）Ｉ−Ｖ曲線、その低い動作電圧（数ボルト）、及び電流から光出力への変換におけるその高速応答は、ランプが、電源電圧（例えば１１５ＶＡＣ又は２３０ＶＡＣ）から電力を供給されることになる場合に、光出力フリッカ及び電圧不整合を含む多くの問題を引き起こす。
【０００３】
理想的には、ＬＥＤは、電流から光出力への変換がほぼ線形的であるため、直流電流を供給されなければならない。解決法は、電源入力電圧からＬＥＤ用のＤＣ供給をもたらすために、ＡＣ−ＤＣコンバータを適用することである。このようなコンバータは、出力電流が所定のレベルに設定されるような方法で制御され得る。所定のレベルは、例えば電源のライブ接続部及びランプと直列に接続された調光器によって取られる動作によって変更され得るのが好ましい。電力効率の良い解決法を実現するために、共通のアプローチは、（半導体）スイッチ、及び誘導子又は変圧器などの誘導エネルギ蓄積コンポーネントで構築された切り替えモード電源を使用することである。特に、誘導コンポーネントは、システムのコスト及び物理的体積を増加させる。
【０００４】
例えば、米国特許第６９８９８０７  Ｂ２号、米国特許第７０８１７２２  Ｂ１号又は米国特許出願公開第２００８／００９４０００  Ａ１号に説明されているようなタップ線形ドライバ（ＴＬＤ）概念は、ＬＥＤ照明システム用の将来の電源互換性ドライバに対するかなりのコスト削減を可能にする。それは、その小さなフォームファクタゆえに、ＬＥＤレトロフィットバルブ及びスポットなどの統合ＬＥＤ光源に敵しているが、しかしまたダウンライトモジュールに適している。タップ線形ドライバ概念は、それが誘導切り替えモード電源の使用を回避するため低コストである。それは、高電圧ＬＥＤを適用することに基づいている。実質的に、高電圧ＬＥＤは、ＬＥＤが光を放射する場合に、高電圧ＬＥＤの順方向にバイアスをかけられた電圧が数十ボルトであるように、多重接合ＬＥＤ、すなわち直列接続ＬＥＤのストリングである。タップ線形ドライバにおいて、幾つかの高電圧ＬＥＤが、直列に接続され、高電圧ＬＥＤが相互接続されるノードが、タップを形成する。（整流された）電源電圧の瞬間値に依存して、より多く又は少数の高電圧ＬＥＤが、電流を供給される。
【０００５】
電流は、線形（非切り替え）電流源、その最も単純な形態では抵抗器によって供給される。米国特許第６９８９８０７  Ｂ２号及び米国特許第７０８１７２２  Ｂ１号によれば、電流は、並列電流源によって供給され、これらの並列電流源は、様々な電流源に異なる電流値を割り当てる選択肢を提供する。米国特許出願公開第２００８／００９４０００  Ａ１号によれば、単一の（定）電流源回路が、ＬＥＤストリングと直列に適用され、一方で再び、論理回路によってアドレスされる複数のスイッチが、ＬＥＤをバイパスする。
【０００６】
これらのＴＬＤシステムの全ては、１つの共通の不都合を有する。（整流された）電源電圧が、「最短」高電圧ＬＥＤストリングの電圧より下に降下した場合に、光出力が存在しないことである。これは、電源ＡＣ電圧のゼロ交差のまわりで発生する。例えば、国際公開第２０１０／０２７２５４  Ａ１号において提案されている解決法は、いわゆるフィルインコンデンサを挿入することである。フィルインコンデンサは、整流（ｒｅｃｔｉｆｉｅｄ）電源電圧のほぼピーク値（電源ＲＭＳ電圧が２３０ＶＡＣである場合に＋３２５Ｖ）に充電され、且つそれは、整流電源電圧が「低すぎる」（実際にはこれは、ある閾値未満である）時間にわたって、エネルギをＬＥＤに供給する。この時間中に、電源ブリッジ整流器におけるダイオードは、逆バイアスをかけられ、フィルインコンデンサは、様々な設計パラメータ及び選択肢に依存して、ほぼ＋３２５Ｖから例えば＋２８０ＶへとＬＥＤによって放電される。
【０００７】
別の不都合は、効率の低下である。線形電流源は、あるエネルギ量を熱へと放散し、この量は、瞬間的な（整流）電源と利用可能なＬＥＤストリング電圧タップとの間の不整合に依存する。タップの数が、通常、（ドライバ用の非常に高い複雑さ及び部品数を回避するために）制限されるため、この電圧ステップ、したがって不整合及び損失は極めて著しく、約８０％のドライバ効率に帰着する可能性がある。
【０００８】
このような回路が、電源供給ブランチにおける調光器と共に使用される場合に、新しい問題が生じる。エネルギを供給するためにフィルインコンデンサが使用される時間の間に、電源から引き出される電流は、電源ブリッジ整流器におけるダイオードが逆バイアスをかけられるため、ほぼゼロであり、これは、調光器、例えばＴＲＩＡＣ調光器などの２線式調光器における内部タイミング回路の誤動作につながる可能性がある。そのような調光器は、白熱電球と共に動作するように設計されており、白熱電球は、白熱電球自体が抵抗器であるため、常に導電経路を提供する。ひとたび（非調光）ＬＥＤランプが、調光器に接続されると、この導電経路は、常に存在するとは限らない。ほとんどの場合に、ランプ電流は、電源電圧のゼロ交差の前に流れるのを停止する。これは、調光器における電源スイッチの不作動又は誤作動に帰着し、光出力がないか又は不安定な光出力（光フリッカ）につながり、これはもちろん望ましくない。
【０００９】
電源スイッチがＴＲＩＡＣである場合に、ランプによって引き出される電流がＴＲＩＡＣの保持電流未満ならば、光フリッカがまた発生する。この状況において、調光器は、通電を停止し、タイミング回路は、再スタートしてＴＲＩＡＣをもう一度トリガする可能性がある。このシーケンスは、繰り返す可能性がある。これは、通常「多重トリガリング」と呼ばれ、且つまた望ましくない。
【００１０】
フィルインコンデンサの追加は、電源電圧のゼロ交差のまわりで光出力を維持するのを支援する（フリッカの低減）が、しかし多重トリガリングなどの調光器に関する問題を引き起こす。なぜなら、フィルインコンデンサの放電電流が、電源ブランチを通過しないからである。
【００１１】
一般に、固体照明（ＳＳＬ）において、すなわち一般的な照明において、ドライバの相対的コスト寄与は、ＬＥＤコストにおける低下ゆえに、増加すると予想される。したがって、所与の性能レベルにおいてシステム全体のコストを低減するために、同様にドライバは、より安く（特に、より単純でより小さい）且つ／又はより効率的にならなければならない。ＬＥＤとドライバとの間のより密接な関連が、やはり高性能を可能にする。コストに加えて、幾つかの国々に関して、低高調波歪み及び／又は高力率のなど、ある種の電源規制が満たされなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、負荷、特に１つ又は複数のＬＥＤを含み、より優れた性能を提供し、且つよりコスト効率の良いＬＥＤアセンブリを駆動するための駆動装置及び対応する駆動方法を提供することである。さらなる目的は、力率を改善し、且つ損失及び出力光フリッカを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様において、負荷を駆動するための駆動装置であって、
−  受信されたＡＣ供給電圧を整流するための整流器ユニットと、
−  前記負荷を駆動するために駆動電圧及び／又は駆動電流を供給するための負荷端子と、
−  前記整流器ユニットと前記負荷端子との間に結合された容量性蓄積ユニットであって、前記整流器ユニットによって供給される電気エネルギを蓄積し、且つ電気エネルギを前記負荷に供給するための容量性蓄積ユニットと、
−  前記整流器ユニットと前記負荷との間に結合されたブリッジ切り替えユニットであって、前記整流器ユニットから前記負荷端子への負荷電流経路内に、前記容量性蓄積ユニットを所望の極性で切り替えるための、且つ前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路外に切り替えるためのブリッジ切り替えユニットと、
含む駆動装置が提供される。
【００１４】
本発明のさらなる態様において、駆動方法であって、
−  受信されたＡＣ電源電圧を整流器ユニットによって整流するステップと、
−  前記負荷を駆動するために、負荷端子において駆動電圧及び／又は駆動電流を供給するステップと、
−  前記整流器ユニットと前記負荷端子との間に結合された容量性蓄積ユニットによって、前記整流器ユニットによって供給される電気エネルギを蓄積し、且つ電気エネルギを前記負荷に供給するステップと、
−  前記整流器ユニットと前記負荷との間に結合されたブリッジ切り替えユニットによって、前記整流器ユニットから前記負荷端子への負荷電流経路内に、前記容量性蓄積ユニットを所望の極性で切り替え、且つ前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路外に切り替えるステップと、
を含む駆動方法が提供される。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項において定義される。請求される方法が、請求される装置と、及び従属請求項で定義されるのと類似の及び／又は同一の好ましい実施形態を有することが理解されるであろう。
【００１６】
本発明は、特に商用電源式高電圧ＬＥＤ用の（理論上）無損失で高力率のドライバを提供する。ドライバは、様々に動作され得る。実施形態において、ドライバは、無損失モードにおいて電源半サイクルのほぼ５０％の間動作し、且つ非常に効率的に負荷（例えばＬＥＤ又はＬＥＤストリング）に電力を供給し得る。電源半サイクルの残りの部分の間、ドライバは、周知の損失のあるモードで動作することができる。実際上、全損失は、半分に削減され得る。力率は、ほぼ一定のＤＣ電圧を発生するために大きなフィルインバッファコンデンサを用いた供給整流の場合に発生するような（整流）供給電圧のピーク近くでのバッファコンデンサの充電による電流ピークを回避することによって、特に改善される。
【００１７】
本発明によれば、ブリッジ切り替えユニット、例えばフルブリッジなどのスイッチネットワークを介して、容量性蓄積ユニット、例えばコンデンサを整流器ユニットと直列に接続して、例えば、供給された電源電圧をＤＣ電圧に変換することが提案される。さらに、ブリッジ切り替えユニットによって、コンデンサは、負荷に直列に結合され得る。ＬＥＤ及びドライバを通る負荷電流は、容量性蓄積ユニットを充電及び放電するために交互に使用されるか、又は容量性蓄積ユニットのまわりでバイパスされる。このように、負荷電流は、ＡＣ供給電圧（例えば電源電圧）サイクルの１００％にわたって流れることができ、それは、様々なタイプの調光器を用いる適正な動作に好適である。容量性蓄積ユニットの極性の切り替えは、ブリッジ切り替えユニットを用いて実行され得る。このタイミングは、容量性蓄積ユニットにわたって経時的に安定した平均電圧を維持するように適合される。
【００１８】
提案される駆動装置が、一般に、ＡＣ供給電圧を入力として受信し、ＡＣ供給電圧が、ＡＣ電源電圧（又は任意の他の利用可能な電圧）を要求されたＡＣ供給電圧に変換する任意の前処理ユニット（変圧器、インバータ又は調光器など）によって供給され得ることが、ここで留意されなければならない。もちろんまた、よくあることだが、利用可能なＡＣ電源電圧が、駆動装置用の入力として使用されるための基準を満たす場合に、利用可能なＡＣ電源電圧をＡＣ供給電圧として直接使用することが可能であり得る。したがって、「供給電圧」が本明細書で言及される場合は必ず、それはまた、ある条件において「電源電圧」として、又は他の実施形態において「調光電源電圧」として理解されてもよい。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記ブリッジ切り替えユニットは、並列に結合された２つのスイッチ経路のフルブリッジを含み、各スイッチ経路において直列に結合された２つのスイッチを含み、前記容量性蓄積ユニットは、前記２つの並列スイッチ経路の直列結合端子間に結合され、これら直列結合端子において、前記２つのスイッチ経路のそれぞれにおける２つのスイッチは接続される。一般に、スイッチは、所望のモードで駆動装置を動作させるために、それぞれ別個に制御され得る。
【００２０】
単純な実施形態によれば、前記容量性蓄積ユニットは、単一のコンデンサを含む。代替として、前記容量性蓄積ユニットは、並列に結合された２つ以上のコンデンサを含み、前記ブリッジ切り替えユニットは、２つ以上のコンデンサを前記負荷電流経路内に又はその経路外に別々に切り替えるように、例えば、所望の数のコンデンサを作動させ、且つそれらを所望の極性で前記負荷電流経路内に又はその経路外に別々に切り替えるように適合される。これは、有効静電容量を選択することと、負荷電流量を調整すること、例えば、平滑化された光出力を供給するために、電源サイクル中に電流を異なる値に調整することと、を可能にする。
【００２１】
一般に、各追加コンデンサ用のそのような実施形態において、上記で言及されたような４つのスイッチの別個のフルブリッジが、設けられ得る。しかしながら、はるかに単純な実施形態において、前記ブリッジ切り替えユニットが、全て又は幾つかのコンデンサ用に、好ましくは第１のコンデンサを除いて全てのコンデンサ用に、コンデンサごとの追加コンデンサスイッチを含むことで十分であり、この追加コンデンサスイッチは、その関連するコンデンサに直列に結合される。代替として、別の単純な実施形態において、前記ブリッジ切り替えユニットは、全て又は幾つかのコンデンサ用に、好ましくは第１のコンデンサを除いて全てのコンデンサ用に、フルブリッジの２つのスイッチ経路に並列に結合される、コンデンサごとの追加コンデンサスイッチ経路を含む。これらの実施形態の単純なコンデンサスイッチはまた、負荷電流量を調整する有効静電容量の望ましい設定を可能にする。
【００２２】
好ましくは、駆動装置は、前記整流器ユニットと前記負荷端子との間に結合された電流源をさらに含む。この電流源は、電流を設定するために容量性蓄積ユニットが使用されず、損失のあるモードで負荷電流を制限するために前記電流源が使用される動作モードにおいて、特に有用である。
【００２３】
好ましい実施形態において、コンデンサ蓄積ユニットを通る電流の方向は、簡単に変更されることができるが、その目的で、前記ブリッジ切り替えユニットは、整流供給電圧の瞬間値が負荷電圧より高い場合に、前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路内に第１の極性で切り替えるように制御され、且つ整流供給電圧の瞬間値が負荷電圧より低い場合に、前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路内に第１の極性と反対の第２の極性で切り替えるように制御される。
【００２４】
実施形態において、前記ブリッジ切り替えユニットは、整流供給電圧の半サイクル中に特に１回、２回又は４回、前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路内に第１及び第２の極性で交互に切り替えるように制御される。整流電源電圧の半サイクルごとに偶数回切り替えることは、容量性蓄積ユニットの電圧を常に正とすることが可能であり、それは、上記で言及された４つのスイッチのフルブリッジが、ブリッジ切り替えユニットとして使用される場合には好ましい。利点は、一方向スイッチ、例えば、単一のダイオード、単一のＮＭＯＳトランジスタ、単一のＰＭＯＳトランジスタ等が、フルブリッジの４つのスイッチを実現するために使用され得るということである。容量性蓄積ユニットにわたる正電圧は、安価な電解コンデンサの使用を可能にする。そうでなければ、より大きくてより高価なフィルムコンデンサが、必要とされることになろう。
【００２５】
さらなる実施形態において、前記ブリッジ切り替えユニットは、整流電源電圧のゼロ交差に対する遅延時間によって、前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路内に前記異なる極性で切り替えるタイミングを制御するように制御される。したがって、位相、すなわちその間にブリッジ切り替えユニットの様々なブランチが導通する位相は、電源サイクルに対してシフト、すなわち遅延又は前進され得る。タイミングがどのように最適に選択されるかは、どの目的が遂行されるかということ、また用途の種類に依存する。時間遅延の値は、フィードバック及び制御機構によって生成されてもよく、又は予め決定されてもよい。
【００２６】
有利なことに、前記ブリッジ切り替えユニットは、容量性蓄積ユニットに蓄積された電気エネルギが、負荷に電力を供給するために使用されない場合に、前記容量性蓄積ユニットを前記負荷電流経路外へ切り替えるように制御される。この時間中に、容量性蓄積ユニットは、充電も放電もされない。しかしながら、切り替えのタイミングは、負荷が、やはり十分なエネルギを供給され得るように制御され得る。この動作モードは、無損失電流制限と組み合わせると特に有用である。この無損失電流の制限の終わりに、コンデンサは、ある電圧レベルに充電されたままであってもよい。この電荷は、入力電流及び／又はＬＥＤ電力供給の開始を可能にするため、次のサイクルの最初までコンデンサに保持されることになる。さらに、この実施形態の利点は、最大負荷電圧及び最小負荷電圧の比率が低減され、それが、より少ない出力光フリッカを生成し、且つ力率を改善するのを支援するということである。また、必要とされる高電圧ＬＥＤの数が、低減される可能性があり、それはコスト削減に好適である。さらに、コンデンサ電圧の振幅は比較的小さい。これは、同じ電力用のより小さなコンデンサに形を変える。
【００２７】
さらに、実施形態において、前記ブリッジ切り替えユニットは、例えば、容量性蓄積ユニットにわたる電圧を所定の下位及び上位コンデンサ閾値電圧内に維持するために、所定の電圧、特に所定の初期コンデンサ電圧へ前記容量性蓄積ユニットを充電するように制御される。これは、初期位相においてまた、十分な負荷電流が供給されることを確実にするために特に重要である。また、切り替えのタイミングは、それに応じて、これを確実にするように制御されるのが好ましい。起動時に、コンデンサは、空である。起動シーケンスの目的は、コンデンサが、ほぼ典型的な電圧に素早く充電されることを確実にすることである。それは、スイッチオンの直後に、負荷電流が、コンデンサを充電するために直ちに使用され得ることを意味するが、しかし直ちに光が、発生されることは保証され得ない。なぜなら、それは、負荷電圧が、最短ＬＥＤストリングの順方向電圧と少なくとも同じ大きさであることを要求するからである。起動シーケンスが、電源オンと平衡状態が達成された時間との間の時間として定義される場合に、起動シーケンスの第１の部分中に、まだ連続光出力はなく、一方で最後の部分中に、連続光出力が存在する（恐らく正確な大きさではないが）。ここで、連続的とは、「全電源半サイクルにわたって」を意味すると理解されるべきである。
【００２８】
好ましくは、前記スイッチは、特に１つ又は複数のＰＭＯＳトランジスタ、ＮＭＯＳトランジスタ又はダイオードを含む双方向又は一方向スイッチとして実現される。両方の選択肢とも、それら自体の利点を有し、所望の用途及びインプリメンテーションに依存して一般に選択される。もちろん、ＮＰＮ又はＰＮＰトランジスタ、ＩＧＢＴ又は他のスイッチインプリメンテーションなどの他の素子もまた、使用され得る。
【００２９】
例えば、実際的なインプリメンテーションにおいて、前記スイッチは、双方向スイッチによって実現され、双方向スイッチは、共通ゲート端子及び共通ソース端子を有する、２つの逆直列接続された高電圧ＮＭＯＳトランジスタによって実現される。代替の実際的なインプリメンテーションにおいて、前記スイッチは、一方向スイッチによって実現され、一方向スイッチは、単一のトランジスタ例えば高電圧トランジスタ、又は適用可能な場合にはダイオードによって実現される。
【００３０】
さらなる実施形態において、前記ブリッジ切り替えユニットは、整流供給電圧の半サイクルごとの負荷電圧における極小値が実質的に等しいように、前記容量性蓄積ユニットを切り替えるように制御される。実際的なインプリメンテーションにおいて、例えば、負荷電圧が、十分な光を生成するために必要とされる最低レベルより下に降下しないことが好ましい。このレベルは、ＬＥＤストリング＋ドライバ負荷が、どのように実現されるかに依存する。例えば、少なくとも２つの６６ＶのＬＥＤストリングに順方向バイアスかけ得ることが望ましい場合に、１３４Ｖ程度の最小負荷電圧が、必要とされる（電流源ドライバ用に２＊６６Ｖ及びいくらかの電圧ヘッドルーム（例えば２Ｖ））。順方向ＬＥＤストリング電圧が、温度、電流レベルに依存し、且つまた製造差を示すため、絶対的な電圧レベルは、与えられ得ない。次に、代替基準が、少なくとも２つの（又は別の数の）高電圧ＬＥＤにおける十分な電流を保証することになろう。さらに、この実施形態は、電気効率の改善に有益なより対称的な波形に帰着する、コンデンサの最適化されたタイミング制御である。
【００３１】
一般に、前記ブリッジ切り替えユニットのスイッチを制御するために、適切な制御手段が設けられる。前記制御手段は、一般に、素子によって、例えばプロセッサ又は専用ハードウェアによって実現され、且つ電圧及び／又は電流の測定及び比較、電流ステータスの記憶、立ち下がり勾配とは異なる、電源の立ち上がり勾配における動作、ＬＥＤストリングの一部における分路を作動させるためのタイミング調整、連続的な入力電流の供給、光出力又は高調波などを平滑にするための、有効蓄積静電容量の調整など、それぞれの用途及びインプリメンテーションに従って必要なタスクを実行するように調整される。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態によれば、負荷に対する状況を著しく変更せずに、前記ブリッジ切り替えユニットのブリッジノード上の電圧を常に正に保ちながら、それらを低減する有利なスイッチ制御回路及び方法が提供される。これらの制御方法は、それぞれどの時間及びどのシーケンスで、スイッチが、開放及び閉鎖に切り替えられるかを定義する。
【００３３】
さらに、より大きな直列コンデンサ値域を可能にし、より少ないグリッチを生成し、位相カット調光器とのより良い適合性を有し、且つ切り替え直列コンデンサの過充電及び高すぎるノード電圧を回避するスイッチ制御方法が提供される。
【００３４】
本発明のこれらや他の態様は、以下で説明される実施形態に関連して明白になり、解明されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による駆動装置の第１の実施形態の回路図を示す。
【図２】本発明による駆動装置の第２の実施形態の回路図を示す。
【図３】第１の動作モード用の例示的な波形を示す。
【図４】本発明による駆動装置の試験回路の回路図を示す。
【図５】第１の設定用の、試験回路における電圧の例示的な波形を示す。
【図６】第２の設定用の、試験回路における電圧の例示的な波形を示す。
【図７】第３の設定用の、試験回路における電圧の例示的な波形を示す。
【図８】第４の設定用の、試験回路における電圧の例示的な波形を示す。
【図９】第５の設定用の、試験回路における電圧の例示的な波形を示す。
【図１０】第６の設定用の、試験回路における電圧の例示的な波形を示す。
【図１１】第７の設定用の、試験回路における電圧の例示的な波形を示す。
【図１２】第８の設定用の、試験回路における電圧の例示的な波形を示す。
【図１３】本発明による駆動装置の第３の実施形態の回路図を示す。
【図１４】図１３に示されている回路における電圧及び電流の波形を示す。
【図１５】本発明による駆動装置において使用するための容量性蓄積ユニットの実施形態を示す。
【図１６】図１に示されている駆動装置のブリッジ切り替えユニットの実施形態におけるスイッチＳ２及びＳ３を制御するための制御信号を示す。
【図１７】図１６に示されている制御信号用の整流供給電圧及び結果としての負荷電圧の波形を示す。
【図１８】図１に示されている駆動装置のブリッジ切り替えユニットの実施形態におけるスイッチＳ２及びＳ３を制御するための制御信号を示す。
【図１９】図１８に示されている制御信号用の整流供給電圧及び結果としての負荷電圧及びコンデンサ電圧の波形を示す。
【図２０】図１３に示されている駆動装置の例示的なインプリメンテーションを示す。
【図２１】図１に示されている駆動装置の例示的なインプリメンテーションを示す。
【図２２】正規化されたコンデンサ電圧振幅ｄの関数として、正規化され保証された電圧ｘを示す。
【図２３】第１のスイッチ制御方法を用いる場合の電圧の波形を示す。
【図２４】第２のスイッチ制御方法を用いる場合の電圧の波形を示す。
【図２５】第３のスイッチ制御方法を用いる場合の電圧の波形を示す。
【図２６】第３のスイッチ制御方法を実行するための制御回路の実施形態を示す。
【図２７】第３のスイッチ制御方法を用いる様々な電圧及び論理信号の波形を示す。
【図２８】第３のスイッチ制御方法を用いる場合における、最初の１００ｍｓ中の起動動作を示す様々な信号の波形を示す。
【図２９】第４のスイッチ制御方法を用いる場合の電圧の波形を示す。
【図３０】電圧の観点から状態が説明される第４のスイッチ制御方法の状態図を示す。
【図３１】論理信号の観点から状態が説明される第４のスイッチ制御方法の状態図を示す。
【図３２】追加状態を備えた第４のスイッチ制御方法の状態図を示す。
【図３３】第４のスイッチ制御方法を実行するための制御回路の実施形態を示す。
【図３４】比較的小さな直列コンデンサ値の場合における、第４のスイッチ制御方法の第１の変形を用いる様々な電圧及び論理信号の波形を示す。
【図３５】比較的大きな直列コンデンサ値の場合における、第４のスイッチ制御方法の第１の変形を用いる様々な電圧及び論理信号の波形を示す。
【図３６】比較的大きな直列コンデンサ値の場合における、第４のスイッチ制御方法の第２の変形を用いる様々な電圧及び論理信号の波形を示す。
【図３７】比較的小さな直列コンデンサ値の場合における、第４のスイッチ制御方法の第３の変形を用いる様々な電圧及び論理信号の波形を示す。
【図３８】比較的大きな直列コンデンサ値の場合における、第４のスイッチ制御方法の第３の変形を用いる様々な電圧及び論理信号の波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、本発明に従って、負荷１００、特に１つ又は複数のＬＥＤを含むＬＥＤアセンブリを駆動するための駆動装置１（ドライバ回路とも呼ばれる）の第１の実施形態を示す。前記駆動装置１は、受信されたＡＣ供給電圧ＶＳを整流することによって、整流供給電圧ＶＲを生成するための整流器ユニット１０を含み、受信されたＡＣ供給電圧ＶＳは、この実施形態では、電源電圧Ｖｍａｉｎｓを供給する（外部）電源電圧供給部３００に結合された（外部）調光器２００によって供給される。負荷１００を駆動するための駆動電圧ＶＬは、一組の負荷端子２０において供給される。容量性蓄積ユニット３０が、整流器ユニット１０によって供給される電気エネルギを蓄積するために、且つ電気エネルギを負荷１００に供給するために、整流器ユニット１０と負荷１００との間に結合される。ブリッジ切り替えユニット４０が、整流器ユニット１０から負荷１００への負荷電流経路内に容量性蓄積ユニット３０を所望の極性で切り替えるために、且つ容量性蓄積ユニット３０を前記負荷電流経路外に切り替えるために、整流器ユニット１０と負荷１００との間に結合される。
【００３７】
図１に示されている実施形態において、整流器ユニット１０は、４つのダイオードＤ１．．．Ｄ４のフルブリッジダイオード整流器によって実現され、容量性蓄積ユニット３０は、単一のコンデンサＣによって実現され、ブリッジ切り替えユニット４０は、前記コンデンサＣを囲み、且つ負荷１００に直列に結合される４つのスイッチＳ１．．．Ｓ４のフルブリッジ回路によって実現される。さらに、前記ブリッジ切り替えユニット４０のスイッチを制御するために（且つ他のコンポーネントを制御するために）、適切で必要とされる場合には、制御装置６０（全ての図には明示的に示されていない）が、設けられるのが好ましい。
【００３８】
図１において、負荷１００は、単純な抵抗器記号によって表されているが、しかし本発明によれば、任意のタイプの線形又は非線形負荷が、駆動装置１によって駆動され得る。非線形負荷の例として、図２は、タップＬＥＤストリング負荷１００’を示す。前記タップＬＥＤストリング負荷１００’は、直列に結合された複数の高電圧ＬＥＤストリングＬ１．．．Ｌ６、及び前記ＬＥＤストリング負荷１００’の異なるノード（タップ）に結合された１つ又は複数の制御可能な電流源Ｊ１．．．Ｊ３を含む。これらの制御可能な電流源Ｊ１．．．Ｊ３は、負荷電圧ＶＬの瞬間値に依存して、前記複数の高電圧ＬＥＤ  Ｌ１．．．Ｌ６のより多数又は少数が、電流を供給されることを保証する。これは、様々な電流源Ｊ１．．．Ｊ３に異なる電流値を供給する可能性を提供する。さらに、この実施形態において、供給電圧ＶＳは、電源電圧供給部３００及び調光器２００の直列結合に並列に結合された可変抵抗器４００及びコンデンサ５００の並列回路において供給される。
【００３９】
これらの実施形態において、負荷１００又は１００’に供給される負荷電圧ＶＬは、電源ブリッジ整流器１０によって発生された整流供給電圧ＶＲと、エネルギ蓄積コンデンサＣ及びブリッジ切り替えユニット４０によって発生された（切り替えられる）直列コンデンサ電圧ＶＣと、の和である。原則として、スイッチＳ１及びＳ４が閉じられるか、スイッチＳ２及びＳ３が閉じられるか、スイッチＳ１及びＳ３が閉じられるか、又はスイッチＳ２及びＳ４が閉じられる。スイッチＳ１及びＳ２、又はスイッチＳ３及びＳ４の同時の閉鎖は、通常の動作に有用とは考えられない。負荷１００を通して電流が流れる限り、電流はまた、電源フルブリッジ整流器１０を通って流れる。この値が、調光器保持電流を超えている限り、調光器のトリガリング問題は回避され、ブリーダ（例えば、国際公開第２０１１／０１３０６０  Ａ号に説明されているような）は、必要ではない。ブリッジ切り替えユニット４０のタイミングは、時間の１００％にわたって、したがってまた電源電圧のゼロ交差中に、負荷電流ＩＬが流れ続けることができるような方法で、制御されるべきである。これは、負荷電圧ＶＬが、タップ線形ドライバストリングの最小ストリング電圧を超えて留まることを必要とし、この電圧は、例えば４８Ｖ又は６４Ｖである。このように、ＬＥＤは、時間の１００％にわたって光を発生し、それは、光フリッカ低減に好適である。
【００４０】
負荷電圧が最小ストリング電圧未満である場合に負荷電流が流れ続けるような方法で、負荷１００は設計され得るが、これは、一般に有用とは考えられない。なぜなら、そのときには光出力が発生され得ず、光フリッカに帰着するからである。これは、特に、大きくてかさばったコンデンサとの組み合わせにおいて真である。無損失型の、しかしまた起動直後に電流フローを可能にすることができる小さなコンデンサと組み合わせて、負荷を短絡させることが有用である。
【００４１】
図２に示されている駆動装置１の実施形態用の例示的な波形セットが、図３に示されている。整流供給電圧ＶＲは、２３０Ｖ＊√２＝３２５Ｖのピーク値を達成する。図３は、駆動装置１の実施形態によって達成され得る負荷電圧ＶＬ、及びＬＥＤ  Ｌ１．．．Ｌ６のストリング電圧ＶＬＥＤをさらに示す。少なくとも１つの高電圧ＬＥＤが、常に導通し光を放射していることが理解され得る。したがって、最高４つの高電圧ＬＥＤが、電力を供給される。さらなる詳細は、下記で提供される。
【００４２】
見て分かるように、力率が改善される。定電流負荷を仮定すると、入力電流波形は、交流矩形波に似ている。コンデンサ充電及び放電電流が負荷電流と等しいため、さらなる利点は、入力電流波形における繰り返しピークの著しい低減であり、それは、ＴＲＩＡＣ調光器に好都合である。
【００４３】
動作は、図４に示されている試験回路に関連して、より詳細に説明される。この例において、負荷は、固定値ＪＬを備えた電流源１１０によって表される。調光器は、存在しないと仮定される。電源電圧Ｖｍａｉｎｓは、２３０Ｖ  ＲＭＳ、５０Ｈｚと仮定される。負荷電流ＪＬは、５０ｍＡと仮定される。この定電流の例において、ブリッジ切り替えユニット４０は、平均コンデンサ電圧ＶＣを経時的に一定に保つために、５０％の負荷サイクルで切り替えられる必要がある。
【００４４】
繰り返し波形が望ましいと仮定すると、ブリッジ切り替えユニット４０が供給半サイクルごとに何回切り替えられるかの選択がなされ得る。本明細書で提供される説明を単純にするために、以下の説明は、供給半サイクルごとに１回か、２回か又は４回の切り替えに制限される。
【００４５】
図４を参照すると、第１の例において、ブリッジ切り替えユニット４０が、供給半サイクルごとに２回、すなわち５ｍｓごとに切り替えられると仮定される。直列コンデンサＣは、１０μＦの値を有すると仮定される。次に、コンデンサ電圧振幅は、ΔＶＣ＝ＪＬ＊Δｔ／Ｃ＝５０ｍＡ＊５ｍｓ／１０μＦ＝２５Ｖである。平均コンデンサ電圧が、１００Ｖであるように選択され、且つブリッジ切り替えユニット４０が、ｔ１＝２．５ｍｓ及びｔ２＝７．５ｍｓ（５０％の負荷サイクルにつながる）で切り替えられる場合に、電圧は、図５に示されているようになる。
【００４６】
図５は、整流供給電圧ＶＲ、コンデンサ電圧ＶＣ及び負荷電圧ＶＬを示す。最初に、コンデンサＣは、電源電圧のゼロ交差のまわりで負荷電流によって放電される。平均コンデンサ電圧が、１００Ｖの高さで選択されるため、最小コンデンサ電圧は、それでもＶＣ，ｍｉｎ＝８７．５Ｖである。ブリッジ切り替えユニット４０は、ｔ１＝２．５ｍｓで切り替えられ、そのときからずっと、コンデンサＣは、ｔ２＝７．５ｍｓでブリッジ切り替えユニット４０が再び切り替えられるまで、同じ負荷電流によって充電される。したがって、コンデンサＣは、整流供給電圧のピーク値のまわりで充電された。これらの状況下で、最小負荷電圧は、ＶＬ，ｍｉｎ＝１００Ｖであり、それは、電源電圧ゼロ交差で達成される。最大負荷電圧は、ＶＬ，ｍａｘ＝３４３Ｖであり、それは、ピーク電源電圧を超過する。その最大値は、ｔ２＝７．５ｍｓにおける切り替えの直後に達成される。
【００４７】
＋０．５ｍｓにわたってタイミングをわずかに遅延させることによって、波形は、図６に示されている波形に変化する。今や、最小コンデンサ電圧は、ＶＣ，ｍｉｎ＝８５Ｖへとわずかに減少するのに対して、最大電圧は、１１０Ｖへ減少し、その結果、平均コンデンサ電圧は、９７．５Ｖへとわずかに減少した。これらの状況下で、最小負荷電圧は、ＶＬ，ｍｉｎ＝８１．２Ｖであり、これは、ｔ２＝８ｍｓにおける切り替えの直前に達成される。最大負荷電圧は、ＶＬ，ｍａｘ＝３４８Ｖであり、これは、ピーク電源電圧を再び超過する。その最大値は、ｔ１＝３ｍｓにおける切り替えの直前に達成される。
【００４８】
初期コンデンサ電圧が、続いて１２０Ｖに変更された場合に、波形は、図７の波形に変化する。今や、最小コンデンサ電圧は、ＶＣ，ｍｉｎ＝１０５Ｖに変化する。これらの状況下で、最小負荷電圧は、ＶＬ，ｍｉｎ＝６１．２Ｖであり、これは、ｔ２＝８ｍｓにおける切り替えの直前に達成される。最大負荷電圧は、ＶＬ，ｍａｘ＝３６８Ｖであり、これは、ピーク電源電圧を再び超過する。その最大値は、ｔ１＝３ｍｓにおける切り替えの直前に達成される。
【００４９】
一般に、初期コンデンサ電圧は、例えば駆動装置が、非常に長い時間にわたって供給電圧に接続されなかった場合に、恐らくゼロボルト（近く）になる。コンデンサが、電荷を有しないか、ごくわずかな電荷か、又は低すぎる電荷を有する場合に、提案される本発明の一般的概念が実現されるのは難しい。提案される本発明の一般的概念とは、すなわち、全供給サイクルにわたって光を発生できるようにし、且つ（とりわけ調光器の適合性のために）全供給サイクルにわたって供給電流が流れることを保証するために、負荷が、全供給サイクルにわたって、十分に高い負荷電圧を供給されるようにすることである。したがって、起動シーケンスが追加されるのが好ましい。
【００５０】
起動シーケンスにおいて、コンデンサのまわりのブリッジ切り替えユニットにおける様々なスイッチのタイミングは、平衡が達せられる場合のシーケンスとは異なる。最初に、スイッチのタイミングは、コンデンサ電圧が、全供給サイクルにわたって光出力を発生するほど十分に高くなるまで、コンデンサが、放電されるよりも多く充電されるように、選択される。これは、次のことを意味する。様々な充電サイクル、すなわち、その間にスイッチＳ１及びＳ４が最初に閉じられる様々な充電サイクルが、例えば最初に放電モードを完全に省略することによって、スイッチＳ２及びＳ３が閉じられる放電サイクルより長く続くことを意味する。
【００５１】
タイミング及び初期コンデンサ電圧はまた、図８に示されているように、コンデンサ電圧の供給半サイクルごとの３つの極小値が等しいように選択され得る。最小コンデンサ電圧は、今やＶＣ，ｍｉｎ＝１０３Ｖに変化する。これらの状況下で、最小負荷電圧は、ＶＬ，ｍｉｎ＝１１４．４Ｖであり、供給半サイクルごとに３回、すなわち、ｔ１＝２．３２７ｍｓにおける切り替えの直後、ｔ２＝７．３２７ｍｓにおける切り替えの直前、及び供給電圧ゼロ交差において発生する。最大負荷電圧は、ＶＬ，ｍａｘ＝３７０Ｖであり、それは、ピーク電源電圧を超過する。
【００５２】
上記で与えられた例は、（電源電圧が存在しない場合の、又はそれが存在する場合には起動直後の状況は別にして）負荷電圧が、ゼロ値を決して達成しないことを明白に示す。最小値は、少なくとも数十ボルトであるように選択され得る。他方で、電源ピーク電圧を著しく超過する負荷電圧の最大値は、魅力的ではない。なぜなら、それは、電力効率を十分に高く保つために、超高電圧ＬＥＤを必要とする可能性があり、それが、コストを増加させるからである。
【００５３】
供給半サイクルごとに２回の切り替えは、コンデンサ電圧が常に正であることを可能にし、それは、ブリッジ切り替えユニット４０のインプリメンテーションにとって魅力的である。スイッチＳ１．．．Ｓ４は、一方向の電圧阻止能力を必要とするのが好ましい。例えば、Ｓ１及びＳ４は、高電圧ダイオードで実現され得る。スイッチＳ２は、高電圧ＮＭＯＳトランジスタで実現されることができ、スイッチＳ３は、高電圧ＰＭＯＳトランジスタで実現され得る。
【００５４】
上記で説明されたように、図４におけるブリッジ切り替えユニット４０を供給半サイクルごとに一度だけ切り替える選択もまたなされ得る。それは、５０Ｈｚ電源周波数において、コンデンサが、１０ｍｓの間に放電され、次の１０ｍｓの間に充電されることを意味する。半供給サイクルの間（５０Ｈｚで１０ｍｓ）、負荷電圧ＶＬは、整流供給電圧ＶＲ−（マイナス）コンデンサ電圧ＶＣであり、次の１０ｍｓの間、負荷電圧ＶＬは、整流供給電圧ＶＲ＋コンデンサ電圧ＶＣである。様々な供給半サイクルにおける波形が同一であることを保証するために、平均コンデンサ電圧は、ゼロであるのが好ましい。これは、供給半サイクルごとにブリッジ切り替えユニット４０を偶数回切り替える場合に対して重要な差であり、平均コンデンサ電圧は、自由に選択され得る。一般に、供給半サイクルごとに奇数回切り替えること、及び様々な供給半サイクルにおける波形が同一であるように要求することは、平均コンデンサ電圧がゼロであるという要件に帰着する。
【００５５】
平均してゼロであるコンデンサ電圧は、ブリッジ切り替えユニット４０のインプリメンテーションにとってそれほど魅力的ではない。なぜなら、スイッチＳ１．．．Ｓ４が、双方向電圧阻止能力を必要とするのが好ましいからである。スイッチＳ１．．．Ｓ４は、四象限スイッチであるのが好ましく、且つ例えば２つの逆直列接続された高電圧ＮＭＯＳトランジスタ（共通ゲート及び共通ソース）を用いて実現され得る。複雑さが、他の場合よりも多少高いため、これは、別々のコンポーネントで実現されるよりも、モノシリック集積化に一層よく適している。
【００５６】
しかしながら、平均コンデンサ電圧が、ゼロである（に近い）可能性は十分にある。それは、ブリッジ切り替えユニットのインプリメンテーションにとって、それほど魅力的ではない。なぜなら、そのときスイッチは、双方向電圧阻止能力を必要とし、それは、スイッチが、端子にわたる正電圧に対して非導通であるが、しかしまた端子間の負電圧に対して非導通になれるべきであることを意味するからである。パワーエレクトロニクスにおいて、これは、通常、四象限スイッチとして説明される。そのような双方向又は四象限スイッチは、例えば、２つの逆直列接続された（例えばＮＭＯＳ）トランジスタ（共通ゲート及び共通ソース）用いて実現され得る。制御回路を備えた双方向スイッチの複雑さが、一方向スイッチ（単一のトランジスタで実現され得る）の複雑さより高く、且つ一方向スイッチより大きな活性シリコンエリアを占有する（スイッチ端子間の同じ等価なオン抵抗を達成するために、双方向スイッチの実現は、４倍多くの活性シリコンエリアを必要とする）ため、双方向スイッチが必要とされる場合は、離散的な（別々の）トランジスタを用いて実現されるより、モノリシック集積化に一層適している。
【００５７】
数十ボルトの最小負荷電圧を保証するために、コンデンサＣが、前述の場合（１０μＦ）よりはるかに低い値を有することが理解され得る。以下の例において、２．２μＦの値が選択される。コンデンサ電圧の交番極性ゆえに、コンデンサＣは、電解型にすることができず、したがって、例えばフィルムコンデンサなどの非電解型が選択されるのが好ましく、それは、一般に、電解コンデンサより長い寿命を有する。
【００５８】
２．２μＦにおいて、コンデンサ電圧振幅は、ΔＶＣ＝ＪＬ＊Δｔ／Ｃ＝５０ｍＡ＊１０ｍｓ／２．２μＦ＝２２７Ｖである。図９は、ブリッジ切り替えユニット４０が、全ての供給半サイクルにおいてｔ１＝７．５ｍｓで切り替えられ、且つ平均コンデンサ電圧がゼロである場合の波形を示す。最小コンデンサ電圧は、ＶＣ，ｍｉｎ＝−１１４Ｖであり、最大コンデンサ電圧は、ＶＣ，ｍａｘ＝１１４Ｖである。最初に、コンデンサＣは、５０ｍＡ負荷電流ＩＬによって放電される。ｔ１＝７．５ｍｓでブリッジ切り替えユニット４０を切り替えた後で、コンデンサＣは、半供給サイクル後にｔ１＝１７．５ｍｓでブリッジ切り替えユニット４０が再び切り替えられるまで、同じ負荷電流ＩＬによって充電される。これらの状況下で、最小負荷電圧は、ＶＬ，ｍｉｎ＝５６．８Ｖであり、それは、電源電圧ゼロ交差においてである。最大負荷電圧は、ＶＬ，ｍａｘ＝３４４Ｖであり、それは、ピーク電源電圧を超過する。それは、ｔ１＝７．５ｍｓにおける切り替え直後に達成される。
【００５９】
タイミングが、ｔ１＝８．５ｍｓへと１ｍｓだけ遅延された場合に、波形は、図１０の波形に変化する。今や最小負荷電圧は、ＶＬ，ｍｉｎ＝４５Ｖであり、それは、ｔ１＝７．５ｍｓにおける切り替えの直前に達成される。最大負荷電圧は、ＶＬ，ｍａｘ＝２９９Ｖであり、それは、ピーク電源電圧を超過しない。それは、ｔ＝４．３ｍｓにおいて達成される。
【００６０】
タイミングはまた、コンデンサ電圧の供給半サイクルごとの極小値が等しいように、選択され得る。上に挙げられた例においてその目標を達成するために、ブリッジ切り替えユニット４０は、ｔ１＝８．０８８ｍｓで切り替えられなければならず、電圧は、図１１に示されているようになる。最小負荷電圧は、ＶＬ，ｍｉｎ＝７０．２Ｖであり、それは、ｔ１＝８．０８８ｍｓ及び電源電圧ゼロ交差における切り替えの直前に達成される。最大負荷電圧は、ＶＬ，ｍａｘ＝２９７Ｖであり、それは、ピーク電源電圧を超過しない。それは、ｔ１＝８．０８８ｍｓにおける切り替えの直後に達成される。
【００６１】
ＩＬ＝５０ｍＡにおける高電圧ＬＥＤのストリング電圧がＶＬＥＤ＝６５Ｖであると仮定すると、上記の図１１における負荷電圧波形は、ＬＥＤのストリング電圧ＶＬＥＤを示す図１２に示されているように、少なくとも１つの高電圧ＬＥＤが時間の１００％にわたって光を放射できるようにすることが理解され得る。少なくとも１つの高電圧ＬＥＤが、常に導通し光を放射していることが理解され得る。したがって、最大４つの高電圧ＬＥＤが、電力を供給される。負荷電圧ＶＬとＬＥＤストリング電圧ＶＬＥＤとの間の（常に正の）差は、５０ｍＡ電流源にバイアスをかける電圧ＶＣＳである。
【００６２】
供給半サイクルごとに１回又は２回切り替わる、上記で提示された２つの例において、負荷電流は、一定であると仮定された。これは、計算及び実例となる図の作成を容易にするが、しかし、それが、本発明によれば全く要求されず、負荷電流が、同様に変化してもよいことが留意されるべきである。
【００６３】
さらにまた、調光器が存在しないことが仮定されたが、しかしこれもまた、本発明によれば要求されない。これに反して、本発明は、時間の１００％にわたって負荷電流が、調光器が接続される電源ブランチにより導通されることを保証することによって、ＴＲＩＡＣ調光器の多重トリガリングのような調光器に関する問題を回避するために、且つ負荷電流が調光器の保持電流を超過することを確実にするために、有利に働く。
【００６４】
ほとんどの調光器は、光出力を調光するために、立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジにおいて電源電圧波形の位相をカットする。ＬＥＤ光に関して、これは、動作電流が低減されざるを得ないことを意味する。全波が整流され調光された供給電圧ＶＲが利用可能なため、回路は、その位相カットされた入力電圧を用い、且つ入力波形の計算されたＲＭＳ成分（又は平均成分か類似のもの）に比例して、電流設定を出力することができる。代替として、調光器位相カット角度から負荷電流設定又は出力電力設定への変換を示す他の調光特性が実現され得る。
【００６５】
非定常電流を導通する負荷に対処するために、又は調光器が電源ブランチに接続された場合に、ブリッジ切り替えユニット４０のタイミングが適合される必要があることが留意されるべきである。
【００６６】
上記で説明されたように、本発明の態様に従って、切り替え容量性電流制限方法が提案される。コンデンサ又はより一般的には容量性切り替えユニットが、負荷の電流経路へと切り替えられ得る。周囲のスイッチ（例えば、ＣＭＯＳ双方向アナログスイッチＩＣ、又は別個のＭＯＳＦＥＴ若しくはバイポーラトランジスタによって実現される）を介して、コンデンサの有効極性が、正又は負に設定され得るか、又はコンデンサは、バイパスされてもよい。供給電圧の瞬間値が、負荷電圧より高い場合に、過電圧は、コンデンサを充電するために使用される。供給電圧の瞬間値が、負荷電圧より低い場合に、（前に充電された）コンデンサは、反対極性と接続され、したがって、負荷が動作され得るように、電圧を上昇させる。例えば、コンデンサを介した負荷電圧の充電が望ましくない場合に、コンデンサは、バイパスされてもよい。過電圧（及びエネルギ）を蓄積し解放するためにコンデンサを使用することは、通常使用される損失のある電流制限と比較して、システム全体の効率を改善する。
【００６７】
図１３は、本発明による駆動装置２の別の実施形態のブロック図を示す。ここで、負荷として、可変順方向電圧を用いるＬＥＤストリング（ここでは、スイッチＳ５、Ｓ６によって制御される直列の１つか、２つか又は３つのＬＥＤ  Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を備えたタップＬＥＤストリングによって表される）が使用される。Ｌ１、Ｌ２及びＬ３用に単一のＬＥＤ記号が使用されているが、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３のいずれかを実現するために使用される、直列又は並列に接続された複数の個別又は統合ＬＥＤ接合部が存在してもよい。負荷電圧を設定する際のより高い自由のために、ＬＥＤ  Ｌ１を分路し、且つ負荷電圧をＶＬ＝０であるように任意選択的に制御するための第３のスイッチが、使用されてもよい。さらに、駆動装置１の実施形態に加えて、追加電流源５０が、整流ユニット１０と負荷１００との間に直列に設けられる。この機構は、
・  Ｓ１及びＳ４が閉じられている場合に、コンデンサＣを通して一方向にＬＥＤ電流ＩＬを駆動することと、
・  Ｓ２及びＳ３が閉じられている場合に、コンデンサＣを通して反対方向にＬＥＤ電流ＩＬを駆動することと、
・  Ｓ４、Ｓ２又はＳ３、Ｓ１を閉じることにより、コンデンサＣによってＬＥＤ電流ＩＬを通過させ、一方でコンデンサＣは、いずれの充電電流も放電電流も受信しない。この状態は、損失のあるモードにおいてＬＥＤ電流を制限するために、切り替えコンデンサＣが使用されず、電流源５０が使用される場合に、特に有用である。コンデンサＣは、充電されたままであり（すなわち、次の起動段階用にエネルギを蓄積しておくために）、一方で負荷電流ＩＬは、機構によって伝達されることと、
を可能にする。
【００６８】
コンデンサＣを通るＩＬの方向と一緒に、また、駆動装置２におけるコンデンサ電圧の有効極性が、設定される。コンデンサＣは、そのコンデンサ電圧をループ全体に「加える」か、又はそこから「引く」ことができる。
【００６９】
供給電圧サイクル中に、供給電圧ＶＳの絶対的な瞬間値は、ほとんどの時間にわたって負荷電圧ＶＬ（ＬＥＤ負荷順方向電圧によって実現される）と等しくない。損失のある線形ドライバにおいて、供給電圧の絶対的な瞬間値より低いＶＬに帰着するＬＥＤ負荷設定が、選択されてもよく、電圧における差は、損失のある電流源／抵抗器にわたって降下され得る。例えば、図１２は、電圧ＶＣＳを示すが、電圧ＶＣＳは、別の実施形態において電流源にわたる電圧降下である。この電圧降下は、ドライバにおける損失をかなりの程度まで決定する。図１２における波形が由来するシステムが、容量性切り替えユニットを既に含むが、しかしこれが、今説明されている実施形態とは異なる方法で必要な大きさにされ制御されることが留意されるべきである。
【００７０】
極性切り替え可能コンデンサＣを導入すると、このコンデンサＣは、電圧における差を「消費」するために使用され得る。コンデンサＣが、エネルギを蓄積できるため、後の時点で、コンデンサＣは、その電圧及びエネルギを負荷へ「解放」することができる。損失のある電流源５０とは対照的に、コンデンサＣは、より良い効率を有し、また電圧を上昇させることができる。電流が、電流源５０の実際に現在プログラムされた電流レベルより低い値へとコンデンサによって制限されている限り、電流源５０は、飽和モードに留まる。そのとき、電流源５０にわたる著しい電圧降下はなく、この電流源に関連する著しい損失はない。
【００７１】
適切な方法で消費及び解放状態間を切り替える場合に、（電流源５０が、電流を制限する必要がないように）負荷電流ＩＬは制御されることができ、負荷１００は、少なくとも一部の時間にわたって実質的に損失なしに、整流供給電圧波形から電力を供給され得る。特に、供給電圧の立ち上がり勾配（各半サイクルの０〜ほぼ９０°）中に、コンデンサＣは、負荷１００用の主な「無損失ドライバ」として使用され得る。期間の残りの間、コンデンサＣはバイパスされ、通常の（損失のある）電流源５０が、負荷電流ＩＬを制御／制限する。
【００７２】
代替として、選択可能な静電容量を備えたコンデンサユニットを使用することによって、１つの静電容量設定が、無損失駆動モード用に使用されてもよく、一方で異なる静電容量設定が、以前に説明された本発明の実施形態による動作モード用に使用されてもよい。
【００７３】
完全な供給サイクルにわたって平均すると、時間の約５０％にわたって、無損失ドライバが、アクティブになることができ、一方で時間の約５０％にわたって、「通常の」損失のあるドライバが使用される。
【００７４】
本発明による駆動装置の動作は、図１３に示されている駆動装置２の例示的なインプリメンテーション２’を示す、図２０に示されているようなシミュレーション回路を使用することによって計算された。このインプリメンテーションにおいて、ツェナーダイオードＤ１．．．Ｄ６が、高電圧ＬＥＤストリングをモデル化する。このインプリメンテーションにおいて、電圧源Ｖ１は、第２のＬＥＤセグメント（Ｄ３、Ｄ４）の時間駆動される分路を制御し、電圧源Ｖ２は、第３のＬＥＤセグメント（Ｄ５、Ｄ６）の時間駆動される分路を制御する。第１のセグメント（Ｄ１、Ｄ２）は、この例では分路されない。任意選択的に、さらなる電圧源が、同様に、このＬＥＤセグメントの分路を制御することが可能である。電圧源Ｖ３は、（シミュレーションを開始するための）初期リセット状態を生成する。電圧制御される電圧源Ｂ４は、コンパレータであり、コンデンサ電圧を下位閾値（ゼロボルト近く）と比較する。コンデンサ電圧が、下位閾値未満に降下した場合に、Ｂ４は、高出力信号を発生し、ラッチＡ１を設定する。電圧制御される電圧源Ｂ３は、コンパレータであり、コンデンサ電圧を上位閾値（ＬＥＤセグメント電圧である０．５Ｖｓｅｇ近く）と比較する。コンデンサ電圧が上位閾値を超えて上昇した場合に、Ｂ３は、高出力信号を発生し、ラッチＡ１をリセットする。ラッチＡ１は、切り替えステータスを記憶するために使用される。ラッチ出力Ｑ及び逆のラッチ出力／Ｑは、コンデンサを囲むスイッチＳ１．．．Ｓ４を制御する。ここで使用されるスイッチＳ１．．．Ｓ４は、理論的な（シミュレーションを目的とした）スイッチである。物理的なインプリメンテーションにおいて、異なるタイプ／数のスイッチ及び（論理ラッチ以外に）異なる駆動法が、足りているか又は要求される。
【００７５】
図２０に示されているように、このインプリメンテーションにおいて、プログラム可能な（電圧制御された）電圧源は、スイッチ（コンデンサスイッチ用と同様にＬＥＤストリング長の調整用の両方のための）を制御するために使用された。例えば、論理ゲートは、単純な電圧監視によってコンデンサスイッチＳ１．．．Ｓ４を制御するために使用され得る。コンデンサＣにわたる電圧が、ほぼゼロ又はＬＥＤ順方向電圧ステッピングの半分と等しくなるとすぐに、信号源のいずれか１つが信号を発し、記憶素子が、この状態を変更してスイッチを制御し、コンデンサは、コンデンサの有効極性が逆にされるような方法で切り替わる。コンデンサＣは、できるだけ深く放電される。再充電中に、コンデンサＣは、それが、次のセグメントにおける順方向電圧の５０％に達するまで充電される。この充電モード中に、有効コンデンサ電圧は、負である。５０％に達した直後に、コンデンサＣは、逆にされて放電され始め、有効コンデンサ電圧は、正であり、同時にＬＥＤの順方向電圧は、電力を供給されるＬＥＤ接合部の数を増加させることによって増加される（例えばタップストリングにおいて、これは、分路スイッチＳ５、Ｓ６を開くことを介して行われる）。
【００７６】
例えば、１つのＬＥＤセグメントから２つのＬＥＤセグメントへの遷移中における合計整流入力電圧ＶＲを見ると、
ｔ＜充電の終了：１Ｖｓｅｇ−ＶＣ
ｔ＞充電の終了：２Ｖｓｅｇ＋ＶＣ
である。
スイッチ動作が、ＶＣ＝１／２Ｖｓｅｇ中に実行される場合に、これは、平滑な遷移になる。
【００７７】
図１４Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、（最初の５ｍｓを意味する５０Ｈｚ電源給電電圧用の）電源電圧の立ち上がり勾配中の幾つかの信号トレースが描かれている。コンデンサ電圧ＶＣは、常に正であるが、しかしスイッチゆえに、コンデンサＣの有効電圧ＶＣ，ｅｆｆはまた、負になり得る。供給サイクルの初めに、整流供給電圧ＶＲは、最低ＬＥＤストリング電圧ＶＬ（ここでは６６Ｖ）より低く、その結果、コンデンサＣは、電圧を上昇させるように設定される。整流供給電圧が４０Ｖになるとすぐに、整流供給電圧及びコンデンサＣの残存電荷（前のサイクルからの）の和は、６６Ｖレベルに達し、且つツェナーダイオードＤ１、Ｄ２によってモデル化されたＬＥＤセグメントを通した電流フローを可能にするのに十分である。コンデンサＣは、放電され、３Ｖでコンデンサ極性は逆にされ、今やコンデンサ電流ＩＣは、少なくとも１つのＬＥＤ接合部を通って流れ、光を生成する。コンデンサＣが、ＬＥＤストリング電圧の約半ステップに充電されると、コンデンサＣは再び逆にされ（今や有効コンデンサ電圧のステップに帰着する）、ＬＥＤストリングは、より高い電圧に設定される（２つのセグメント、ＶＬ＝１３２Ｖ）。またもや、純粋な整流供給電圧は、ＬＥＤを駆動するのに十分ではないが、しかしコンデンサＣからのブースト電圧を用いれば、２つのセグメントは駆動され得る。充電及び放電間、すなわち電圧の増加及び低減間のこの切り替えは、ＬＥＤセグメントの数に対して、供給電圧の立ち上がり勾配にわたって繰り返す（ここでは、３つのセグメント及び１５６Ｖの低減されたＲＭＳ電源電圧だけが、シミュレーション及び説明を容易にするために使用された）。
【００７８】
ＬＥＤにおける電流（したがってまた電源電流）は、多少の変調を有するが、しかし供給電圧に対して大きな位相シフトを有しない。これは、高力率を可能にする。コンデンサＣの正確な設定で、入力電流波形は、所望の値に調整され得る。任意の時点で、損失のある電流源５０は、より低い電流（適所のコンデンサＣを用いて）又はより高い電流（コンデンサＣをバイパスした後）を設定するために使用され得る。
【００７９】
極めて広範な入力電流波形（供給サイクルの大部分にわたる電流フローを意味する）は、既存の位相カット調光器との組み合わせで、回路の調光可能性に（原則として）有益である。
【００８０】
コンデンサＣにおける電流は、電圧ＶＣの時間導関数（時間における電圧ＶＣの変化）に比例する。ゼロ交差の隣で、供給電圧の時間導関数は極めて高く、したがって、コンデンサＣによって設定された電流もまた、極めて高い。供給電圧のピークのまわりで、時間導関数は極めて低く、したがってコンデンサ電流は、より小さな値に降下する。その結果、ＬＥＤ用の動作電流もまた変化する。一見すると欠点のように見える可能性があるものが、回路の利益であると分かる。ゼロ交差の隣で、ＬＥＤストリングは極めて「短く」、したがってほんの少数の接合部しか、直列に接続され得ない。その結果、高電流は、低電圧を掛けられ、ある程度の電力及び最後に光に帰着する。供給電圧がより高い場合に、より多くのＬＥＤセグメントが動作され得るが、しかしより小さな電流でのみである。今や、低減された電流が有益である。なぜなら、高電圧を掛けられた同じ高電流が、より高い電力及びより多くの光に帰着するからである。その結果、電流の変調は、光出力を平滑にするのを少し支援する。
【００８１】
コンデンサにわたる電圧が変化するため、これは、コンデンサのサイズ／値及びコンデンサ電圧における変化率によって定義される電流フローに帰着する。固定コンデンサ値及び固定のＬＥＤセグメント電圧ステップを用いると、固定入力電流形状が達成されることになり、それは、電源高調波規制に準拠しない可能性がある。さらに、ＬＥＤによって発生される光量は、コンデンサの値によって決定される。制御パラメータ及びコンデンササイズの１つの固定セットが、高調波及び光出力要件を同時に満たすことは考えにくい。制御は、ある高調波に対処するために、切り替え瞬間をより早いか又は遅い時点へシフトするように（同様に等しくないＬＥＤセグメントと組み合わせて）変化され得るが、しかし電流レベル自体は、静電容量によって、より大きく影響される。したがって、動作中におけるコンデンサ値の変化は、必要な場合に、利用可能なより高いか又は低い静電容量を有するように使用され得る。例として、ＬＥＤへの電力供給（したがって、一次近似において、同様にＬＥＤによって発生される光）は、固定静電容量値を用いた動作中に安定しない。０°近く及び９０°近くで静電容量を増加させることは、電力を上昇させ、ある程度、光を均一にすることができる。
【００８２】
フルブリッジによるブリッジ切り替えユニット４０の実現は、コンデンサ電圧が、常に同じ極性を有することができるという利益を有し、したがって、非極性コンデンサタイプが使用されることができ、回路は、例えばＣＭＯＳアナログスイッチＩＣによって実現されることができ、この場合に、コンデンサは、電源端子において接続される。コンデンサ又はコンデンサ切り替えステージの直列接続が、例えばコンデンサごとの又はスイッチごとの最大電圧ストレスを制限することが望ましい場合に、もちろんまた可能である。
【００８３】
上記の例は、タップ線形ストリングを用いるが、しかし本発明による駆動装置の適用可能性は、これに限定されない。他の駆動概念用に、同じ駆動法が使用され得る。
【００８４】
（供給半サイクルの前半における）無損失容量性駆動中に、コンデンサＣの値及び整流供給電圧ＶＲの時間導関数は、負荷電流ＩＬを決定する。負荷電流ＩＬに対してさらに良い制御を有するために、複数の容量性蓄積ユニット、又は複数の（少なくとも２つの）コンデンサを備えた容量性蓄積ユニットが、並列に使用にされ得る。有効静電容量を選択することによって、負荷電流ＩＬの量は、例えば調光中に電流を低減するように調整され得る。作動されるコンデンサの数は、上記で言及されたように、例えば、ある位相角における電力上昇を達成するために、供給サイクル中にさえ調整され得る。電流の低減は、コンデンサを不作動することによって、任意の時点で可能である。電流供給の増加のための、コンデンサの無損失作動がまた、供給サイクルに可能である。なぜなら、コンデンサ電圧が、図１４Ａに示されているように、電源電圧より高いレートで循環されるからである。活性コンデンサの（変化する）電圧が、前に作動されなかったコンデンサのいずれかの（静）電圧と等しい複数の時点が存在し、その結果、それらは、電流を均一にすることなしに、（並列に接続されて）再び作動され得る。
【００８５】
例として、図１３に示されているような駆動装置２の実施形態における動作のより詳細な説明が提供される。この実施形態は、利用可能な整流供給電圧を、高効率でＬＥＤ負荷電圧に一致させることに基づいている。負荷電圧は、段階的に調整され得る。例えば、３０Ｖ又は６０ＶをＬＥＤ（の一部）に供給することが可能であり得る。入力電圧は、整流正弦波である。
【００８６】
動作及び説明は、電源電圧ゼロ交差（ＶＳ＝０）においてスタートし、コンデンサは、放電されている（ＶＣ＝０）。
・  ＶＳ＝０：完全なＬＥＤストリングを分路し、その結果、負荷電圧はゼロである。制御は、コンデンサが「極性１」で接続されるように切り替わる。
・  ＶＳ＞０：入力電圧は、上昇する。コンデンサは、入力電圧値に充電される。ＶＬ＝ＶＳ−ＶＣ＝０（ＬＥＤは分路される）−＞ＶＣ＝ＶＳ。
・  ＶＳ＝１５Ｖ：コンデンサ電圧は、ＶＣ＝１５Ｖである。最低ＬＥＤセグメントの分路は、不作動にされ、その結果、ＶＬ＝３０Ｖである。スイッチは、コンデンサが、反対極性と接続されるように制御される。
ＶＬ＝ＶＳ＋ＶＣ＝１５Ｖ＋１５Ｖ＝３０Ｖであり、ＬＥＤセグメントは、電力を供給される。
・  ＶＳ＞１５Ｖ：ＬＥＤの順方向電流は、コンデンサ用の放電電流として働く。同時に、入力電圧は、増加している。入力電圧の増加及びコンデンサ電圧の低下は、打ち消し合い、その結果、ＶＬは、３０Ｖに留まる。
・  ＶＳ＝３０Ｖ：コンデンサは、０Ｖに放電される。さらなる放電は、負電圧に帰着することになろう。コンデンサ極性は、もう一度逆にされる。ＶＣ＝０Ｖであるため、瞬間ＬＥＤ電流にはどんな影響もない。
・  ＶＳ＞３０Ｖ：入力電圧がさらに増加すると、コンデンサは、ＶＳ及びＶＬ間の電圧差に充電される（まさに前にＶＳ＞０のときのように。差が、今やＶＬ＝３０Ｖであるのに対して、前は、分路されたＬＥＤゆえにＶＬ＝０である）。コンデンサは、充電される。
・  ＶＳ＝４５Ｖ：コンデンサ電圧は、ＶＣ＝１５Ｖである。次のＬＥＤセグメントの分路は、非作動にされ、その結果、ＶＬ＝６０Ｖである。スイッチは、コンデンサが反対極性で接続されるように制御される。ＶＬ＝ＶＳ＋ＶＣ＝４５Ｖ＋１５Ｖ＝６０Ｖであり、ＬＥＤは、動作される。
・  ＶＳ＞４５Ｖ：ＬＥＤの順方向電流は、コンデンサに対して放電電流として働く。同時に、入力電圧は、増加している。入力電圧の増加及びコンデンサ電圧の低下は打ち消し合い、その結果、ＶＬは、６０Ｖに留まる。
同じ方法で、動作は継続する。
【００８７】
一種の制御法則として、等しいＬＥＤセグメント電圧の場合に（例えば、Ｖｓｅｇ＝３０Ｖ、ＶＬ＝ｎ＊Ｖｓｅｇ：ｎ＝０→ＶＬ＝０、ｎ＝１→ＶＬ＝３０Ｖ、ｎ＝２→ＶＬ＝６０Ｖ、．．）、動作は、以下のとおりである。
・  整流入力供給電圧ＶＲを測定する。
・  入力電圧に最もよく一致する順方向電圧設定にＬＥＤ負荷を設定する：ｎ＝ｒｏｕｎｄ（ＶＳ／Ｖｓｅｇ）。
・  必要とされる有効コンデンサ電圧ＶＣ，ｅｆｆ＝ＶＲ−ｎ＊Ｖｓｅｇを計算する。有効コンデンサ電圧は、−０．５Ｖｓｅｇ≦ＶＣ，ｅｆｆ≦０．５Ｖｓｅｇになる。
・  ＶＣ，ｅｆｆの符号に従ってスイッチを設定する（差：ＶＣが、コンデンサの電圧であるのに対して、ＶＣ，ｅｆｆは、極性＝周囲のスイッチのステータスに依存してコンデンサが生成する有効電圧である）。
【００８８】
上記で言及されたように、スイッチは、この実施形態では単極／一方向スイッチであるのが好ましい。コンデンサ電圧は、常に正であるが、しかしコンデンサが、ＬＥＤと直列に接続される際の極性は、変更される。次に、コンデンサのまわりのスイッチは、一方向とすることができる。コンデンサ電圧用に両方の極性を使用することは（コンデンサのタイプがこれを可能にする場合には）可能であり、その結果、０を横切って＋０．５Ｖｓｅｇから−０．５Ｖｓｅｇにコンデンサを循環させる。次に、スイッチは、正及び負電圧の両方を阻止しなければならないことになろう。通常、これは、より多くの労力を必要とし（１つの双方向スイッチを実現するために２つの物理的スイッチを必要とする可能性がある）、したがってそれほど好ましくない。
【００８９】
複数のコンデンサを使用するために、各容量性蓄積ユニット用に４つのスイッチを有することが可能であるが、しかし要求はされない。代替として、追加コンデンサＣ２、Ｃ３ごとにさらなるスイッチＳ７、Ｓ８が、図１５Ａ、すなわち、並列に結合された３つのコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３及び２つの追加スイッチＳ７、Ｓ８を含むブリッジ切り替えユニット４１並びに容量性蓄積ユニット３１の別の実施形態を示す図１５Ａに示されているように使用され得る。ブリッジ切り替えユニット４２の別の実施形態が、図１５Ｂに示されており、そこでは、第３の追加スイッチＳ９が、コンデンサＣ１に直列に設けられる。
【００９０】
別の選択肢は、図１５Ｃ、すなわち、４つの追加スイッチＳ１’、Ｓ１’’、Ｓ３’、Ｓ３’’を含むブリッジ切り替えユニット４３、及び並列に結合された３つのコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を含む容量性蓄積ユニット３２の別の実施形態を示す図１５Ｃに示されているように、ブリッジ切り替えユニットの半分だけを複製することである。図１５Ｂに示された解決法は、より多くのスイッチを必要とするが、これは、共有レベルゆえに一層よりよく、より安く、より小さくなる可能性があり、既存の４つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とのシフト論理が可能になり得る。
【００９１】
上記で説明されたような３つの全ての動作モード（コンデンサの充電、コンデンサの放電、及びコンデンサのバイパス）を用いれば、さらに一層魅力的な波形が達成され得る。そのような波形の例が、以下で示される。図２１は、図１に示されているような駆動装置１の例示的なインプリメンテーション１’を示す。このインプリメンテーションにおいて、駆動装置１’は、正弦波２３０Ｖで５０ＨｚのＡＣ電圧源３００によって電力を供給される。スイッチＳ１及びＳ４は、ダイオードＤＳ１、ＤＳ４によって実現され、スイッチＳ２及びＳ３は、ＰＭＯＳトランジスタＰＳ２、ＰＳ３によって実現される。各スイッチは、別個の電圧源ＶＳ２、ＶＳ３によってそれぞれ発生される各スイッチのタイミングを有するのが好ましい。１００μＦのかなり大きな値が、コンデンサＣ用に選択された。
【００９２】
図１６は、スイッチＳ２及びＳ３用の例示的な制御信号を示す。スイッチＳ２は、図１６Ａに示されているように、０〜１．４７６ｍｓ、及び（１０ｍｓ−１．４７６ｍｓ）＝８．５２４ｍｓ〜１０ｍｓに閉じられ、繰り返し波形である。スイッチＳ３は、図１６Ｂに示されているように、３．５２４ｍｓ〜（１０ｍｓ−３．５２４ｍｓ）＝６．４７６ｍｓに閉じられ、繰り返し波形である。
【００９３】
図１７において、整流供給電圧ＶＲ及び負荷電圧ＶＬが示されている。放電中に、コンデンサ電圧ＶＣは低下する。これは、電源電圧のゼロ交差のまわりで行われる。充電中に、整流供給電圧ＶＲのピークのまわりで、コンデンサ電圧ＶＣは、増加する。充電及び放電モード間に、コンデンサＣは、充電も放電もされない。なぜなら、ブリッジ切り替えユニット４０が、貫通接続又はコンデンサバイパスモードに置かれるからである。
【００９４】
コンデンサＣの１００μＦの値が、かなり大きく選択されたため、コンデンサ電圧ＶＣは、ほとんど変化しない。図１７の例において、それは、ほぼ一定の１４５．５Ｖである。したがって、全供給サイクルにわたって達成される最小負荷電圧は、２３０Ｖの電源ＲＭＳ電圧で１４５．５Ｖである。
【００９５】
実際的な直列コンデンサは、コスト及び体積を低減するために、はるかに低い値を有する。２．２μＦのコンデンサ値に関し、スイッチのタイミングは、できるだけ大きな負荷電圧を保証する目的で、図１８に示されているように適合された。この例において、スイッチＳ２は、図１８Ａに示されているように、０〜１．４２ｍｓ及び（１０ｍｓ−１．４２ｍｓ）＝８．５８ｍｓ〜１０ｍｓに閉じられ、繰り返し波形である。スイッチＳ３は、図１８Ｂに示されているように、２．８４ｍｓ〜５．６８ｍｓに閉じられ、繰り返し波形である。
【００９６】
図１９は、この実施形態用の負荷電圧ＶＬ、整流供給電圧ＶＲ及びコンデンサ電圧ＶＣの波形を示す。平衡状態において、コンデンサ電圧ＶＣは、２つの値の間（この場合には１０８Ｖと１７２Ｖとの間）で振動する。図１７に示されている結果に関して、最小負荷電圧は、約１４０Ｖへと少し減少した。
【００９７】
負荷が、タップ線形ＬＥＤドライバである場合に、図１６及び１８の両方の負荷電圧ＶＬは、全供給サイクルにわたって、直列の２つの６４ＶのＬＥＤストリングに電力を供給するほど十分に高いのに対して、第３及び第４の高電圧ＬＥＤストリングは、供給サイクルの一部にわたって電力を供給され得る。これらの高電圧ＬＥＤの順方向電圧ストリングは、同様に６４Ｖになり得るが、しかしそれらが、第１及び第２のＬＥＤストリングの順方向電圧と必ずしも等しい必要がないことが強調されなければならない。
【００９８】
上記の例において、最小電圧は、全供給サイクルにわたって約１４０Ｖである。したがって、第１及び第２の６４ＶのＬＥＤストリング間にタップを有することは、もはや必要ではない。第１及び第２の６４ＶのＬＥＤストリングの代わりに、代替として、単一の１２８ＶのＬＥＤストリングが、同様に使用され得る。
【００９９】
図８において、それぞれのスイッチが導通している位相は、図７に対して０．５ｍｓだけ時間をシフトされた。図１６〜１９に示されている波形において、位相、すなわち、その間にスイッチが導通している位相、つまりその間に制御信号が１２Ｖの値を有する位相は、右（遅延）又は左（進む）へと少しシフトする。タイミングがどのように最適に選択されるかは、どの目的が追求されるかに依存する。その目的は、負荷電圧の全ての極小値が、互いに等しい（例えば、図８に示されているように）ことを確実にすることであり得る。しかしながら、例えば、少なくとも２つの直列に接続された６４ＶのＬＥＤストリング（又は単一の１２８ＶのＬＥＤストリング）が、全供給サイクルにわたって電力を供給されるようにするほどに供給半サイクルにわたる最小電圧が十分に高いことを確実にする他の目的もまた、追及されてもよく、価値があり得る。これは、そのとき、他の極小値が、大域的最小値より高いという結果を有する。そのような目的は、ブリッジ切り替えユニットにおける様々なスイッチが導通／非導通である位相を注意深く制御することによって実現され得る。
【０１００】
図１６及び１８の上記の例で選択されたタイミングは、最小負荷電圧が、全供給サイクルにわたってほぼ等しいように選択された。しかしながら、タイミングを制御又は決定するさらに多くの方法がある。
【０１０１】
上記で説明された実施形態は、同じ一般的概念に基づいている。動作及び機能は、コンポーネントの選択及びスイッチの制御／使用に依存する。さらに、実施形態は、効率、フリッカ、及び立ち上がりエッジＴＲＩＡＣベース調光器又は立ち下がりエッジ調光器などの調光器、コンデンサのサイズ／値との適合性において、同様に双方向又は一方向スイッチなどの他のインプリメンテーション詳細において、異なる可能性があり、これは、ＩＣ集積化に密接な関係を有する。しかし一般に、全ての実施形態は、高力率、電源電流の低高調波歪み、光出力の低フリッカを達成するように導かれる。さらに、実施形態は、例によって示された以外の負荷、例えば固体ＬＥＤ照明以外の負荷とさえ用いられ得る。
【０１０２】
上記で説明されたインプリメンテーションは、容易にモノリシックに集積され得ないコンデンサ値を用いる。典型的な集積できる特定のコンデンサ値は、１ｍｍ２のシリコン面積当たり１ｎＦであり、それは、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）コンデンサのＩＣ技術選択を必要とする。コンデンサ上の電圧は、集積高密度コンデンサ上で２０．．．２５Ｖの許容電圧を超過する。しかしながら、一般に、コンデンサがモノリシックに集積され得るかどうかは、アーキテクチャの選択、電流レベル等に依存する。
【０１０３】
様々な実施形態間の差は、電力効率改善、フリッカ低減、調光器適合性、電源電流の高調波歪み、コンデンサ値及びコンデンサ電圧の選択、並びに他の態様に対する異なる主眼に起因する。
【０１０４】
さらに、図１３に示されている実施形態において、電力効率の増加が、整流供給電圧の立ち上がりの間に達成されるのに対して、立ち下がりの間は「通常の」損失のあるドライバが使用される。図１に示されている実施形態において、（損失のある）電流源は、時間の１００％にわたってＬＥＤ電流を決定する。
【０１０５】
図１３に示されている実施形態において、整流電源電圧の立ち上がりの間に、電流源は、多かれ少なかれ短絡回路として動作（したがって電力消費を回避）するはずであり、ＬＥＤストリングを通る電流は、コンデンサによって決定されるが、コンデンサは、エネルギ蓄積装置であり、エネルギを消散装置ではない。コンデンサ電圧は、整流供給電圧及びＬＥＤストリング電圧の差である（電流源にわたる電圧が無視できると仮定されている）。ＬＥＤストリング電圧の時間導関数が、（整流正弦波であると仮定された）整流供給電圧の時間導関数に対して小さいため、電流は、図１４Ｃに示されているように、（切り替えグリッチは別として）余弦波として動作する。コンデンサ電圧は、極性を交番させる。コンデンサ電圧の大きさが、単一の高電圧ＬＥＤにおける順方向電圧の半分と等しい値に達するたびに、フルブリッジはトグルされ、同時にＬＥＤストリングの次のタップが選択される。
【０１０６】
図１３に示されている実施形態において、整流電源電圧の立ち下がりの間に、コンデンサはバイパスされ、通常の（損失のある）電流源５０は、ＬＥＤ電流を制御／制限しなければならない。
【０１０７】
図２に示されている実施形態において、（損失のある）電流源は、時間の１００％にわたってＬＥＤ電流を決定する。フルブリッジに包まれたコンデンサの目的は、光出力フリッカを低減するために、利用可能な負荷電圧が、常に、少なくとも１つの高電圧ＬＥＤの順方向電圧降下を超過することを保証することである。そのようなものとして、フルブリッジ＋コンデンサは、タップ線形ドライバ及びＬＥＤ負荷と直列に接続されるが、他のタップ線形ドライバにおける（並列）フィルインコンデンサの代用品として見なされ得る。しかしながら、今や、例えば、ＴＲＩＡＣベースの調光器に関する問題を回避し力率を改善するＡＣ電源電流が、常に流れる。好ましくは、最大及び最小負荷電圧の比率は、多数の必要とされる高電圧ＬＥＤ、及び／又はＬＥＤストリングに沿った多数のタップ、及び／又は（損失のある）電流源にわたる大きな電圧降下を回避するために、制限されて保たれる。電流源にわたる平均電圧降下は、電力損失を回避するために、できるだけ小さく保たれるのが好ましい。これは、フルブリッジにおけるスイッチの適切なタイミングによって達成され得る。特に、フルブリッジが、供給半サイクルごとに４回切り替えられ、且つ「充電」から、「貫通接続」へ、「放電」へ、「貫通接続」へ等に順序づけられるモードは、図１６〜１９において上記で示されたような非常に魅力的な波形を提供する。
【０１０８】
図２に示されている実施形態において、負荷電流の形状は、例えば電流源を制御することによって、自由に選択され得る。例えば、負荷電流は、経時的に一定であるように選択され得る。他の電流波形がまた、電流源を制御することによって可能である。
【０１０９】
図１３に示されている実施形態において、提案される発明に従って整流供給電圧の立ち上がりの間に、無損失駆動のために選択がなされる場合に、負荷電流の形状は、自由に選択され得ない。なぜなら、そのとき、負荷電流が、立ち上がりの間における整流供給電圧のｄＶ／ｄｔ、及び接続されるコンデンサの値によって決定されるからである。整流供給電圧の立ち上がりの間における負荷電流値のより良い制御は、調整可能なコンデンサによって達成され得る。ブリッジ切り替えユニットの貫通接続又はブリッジの異なるタイミングを用いれば、電流源は、強制的に動作され得て、それは、無損失駆動が、もはや選択されないことを意味する。
【０１１０】
図１３に示されている実施形態において、供給電流は、供給電圧ゼロ交差中には流れず、供給電圧が、４０Ｖのレベル超過した場合にだけ流れる。これは、小さなコンデンサ値、制限されたコンデンサ電圧及び６６ＶのＬＥＤセグメント電圧を用いる特定の実施形態に起因する。図１及び２に示されている実施形態において、供給電流は、供給サイクルの１００％にわたって流れる。
【０１１１】
図１３に示されている実施形態において、ブリッジ切り替えユニットは、供給半サイクルごとに６回切り替えられるのが好ましい。回数はまた、高電圧ＬＥＤの順方向電圧降下に依存する（例えば、６６Ｖ、１３２Ｖ、１９８Ｖ）。順方向電圧が高ければ高いほど、ブリッジ切り替えユニットが切り替えられる頻度は少ない。
【０１１２】
ブリッジ切り替えユニットは、コンデンサ電圧の極性が交番するため、双方向スイッチで構築され得る。しかしながら、一方向スイッチを可能にする他のインプリメンテーションが存在する。例えば、図１３に示されているインプリメンテーションにおいて、ブリッジ切り替えユニットは、一方向スイッチを使用することができる。なぜなら、コンデンサ電圧の極性が、その実施形態において使用されるディメンショニングと共に変化せず、電流フローの方向が、常に同じであるからである。もちろん、双方向スイッチ（例えば、いわゆる「アナログスイッチ」のような市販されている）も同様に使用され得る。
【０１１３】
図１及び２に示されている実施形態において、ブリッジ切り替えユニットは、それが、供給半サイクルごとに奇数回切り替えられる場合に、双方向スイッチで構築されるのが好ましいが、しかしブリッジ切り替えユニットはまた、それが、供給半サイクルごとに偶数回（例えば、２回又は４回等）切り替えられる場合に、一方向スイッチで構築され得る。一方向スイッチは、モノリシック集積化にはより魅力的である。なぜなら、それは、双方向スイッチと比較して、多くのシリコン面積を節約するからである。さらに、（ＮＭＯＳＴなどの）一方向スイッチの（ゲート−ソース電圧の）制御は、通常、双方向スイッチの（ゲート−ソース電圧の）制御より簡単である。なぜなら、一方向スイッチのソースが、通常、直流電圧との端子に接続されるからである。一組の逆直列接続されたＮＭＯＳトランジスタによって形成された双方向スイッチにおいて、共通ソースは、直流電圧との端子に接続されず、「浮遊」している。そのようなものとして、ドライバはまた、制御（すなわち、双方向スイッチのゲート−ソース電圧を決定するが、「浮遊」しており、「浮遊」供給を必要とする。
【０１１４】
全ての実施形態は、ＬＥＤ（幾つかはスイッチによってバイパスされ得る）の直列接続ストリングとして負荷を有する、且つ直列に接続された電流源を有するタップ線形ドライバとして実現され得る。またタップに接続された（制御されるか切り替えられる）電流源が、使用され得る。
【０１１５】
図１３に示されている実施形態に関し、電流波形は、可変ＬＥＤストリング長さで、異なる順方向電流要件を補償するために（余分な損失なしに、できるだけよく試みるために）主に調整され選択される。
【０１１６】
下記において、本発明による制御ユニットのさらなる実施形態が説明される。上記で説明された実施形態によれば、図１９に示されている波形に帰着するスイッチＳ１−Ｓ４のタイミングは、クロック基準に同期される。時間は、最小負荷電圧が全電源サイクルにわたってほぼ等しくなるように、単に発生された波形の検査及び試行錯誤によって選択される。しかしながら、専門及び／又は消費者製品実現のためには、より進歩した制御方法が、より好ましくなり得る。
【０１１７】
制御方法が、供給電圧のＲＭＳ電圧における変化（例えば、ＥＵ電源２３０Ｖ＋１０％−６％）、ＬＥＤストリング電圧における変化（製造における差、電流における差、温度における差等）、及び供給／電源周波数（５０Ｈｚ＋／−１％又は６０Ｈｚ＋／−１％）における変化のような他の不確実性に適合することが特に望ましい。さらに、フルブリッジのスイッチＳ１−Ｓ４（すなわちブリッジ切り替えユニット４０）のタイミングは、測定及び制御回路によって生成されるのが好ましいであろう。したがって、最低負荷電圧が、コンデンサ値、負荷電流、電源ＲＭＳ電圧、電源周波数等にどのように関係するかの理解に基づいて、本発明による以下の制御方法及び制御ユニットが、優れた性能用にＬＥＤストリング電圧などの設計パラメータを選択するために、且つスイッチのタイミングを最適に制御するように測定及びフィードバック回路を設計するために、提案される。さらに、加えて、フルブリッジの４つの動作モード（以下では、コンデンサ充電モード、コンデンサ放電モード、コンデンサトップバイパスモード又はコンデンサボトムバイパスモードと呼ばれる）間で選択し、一方で全ての電圧をゼロより高く保ち、且つフルブリッジの全てのノード電圧をできるだけ低く保つ制御方法が提案される。
【０１１８】
第１に、上記で説明された制御方法の理論的な限界が検査されるが、それらに対して幾つかの仮定がなされる。
【０１１９】
第１の仮定は、電源電圧（一般に、用語「電源電圧」は、供給電圧を一般に指すと理解されるものとする）が、ピーク値Ｖｐｅａｋを備えた正弦波の時間発展を有するということである。
Ｖｍａｉｎｓ（ｔ）＝Ｖｐｅａｋ・ｓｉｎ（２・π・ｆ・ｔ）      （１）
供給電圧は、実効値又は二乗平均平方根値Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳの点から規定されることが多い。式の正弦波の時間発展に関して、これは、
【数１】
0006038115.tif 000002
に帰着する。
【０１２０】
第２の仮定は、平衡が達成され、その結果、状況が、（コンデンサ３０がまだ充電されていない）起動後十分に長いと見なされることである。
【０１２１】
第３の仮定は、理想的スイッチが仮定されており、スイッチが開いている場合にゼロの電流導通を意味し、スイッチが閉じられている場合にゼロの電圧降下を意味するということである。
【０１２２】
第４の仮定は、大きな静電容量を備えたコンデンサが使用されるということである。そのときコンデンサ電圧は、無視できる変動を示し、コンデンサ電圧は、一定のＶＣと考えられ得る。
【０１２３】
電源電圧のゼロ交差において、負荷電圧は、コンデンサ電圧と等しい。例えば、図１９におけるｔ＝１０ｍｓを参照。
【０１２４】
経時的に現れる最低負荷電圧の最大値が、
【数２】
0006038115.tif 000003
であることが計算され得る。
これは、上記で説明された方法の絶対的な理論的限界である。名目２３０Ｖ電源ＲＭＳ電圧に対して、これは、１４５．５Ｖになり、名目１２０Ｖ電源電圧に対して、これは、７５．９Ｖになる。これらの高い値は、高力率と組み合わされたＬＥＤ照明用の低光出力フリッカを達成するために、非常に魅力的である。
【０１２５】
第４の仮定（非常に大きな静電容量）は、あまり現実的ではない。大きな静電容量は、体積及びコストの理由で望ましくない。より実際的な新しい第４の仮定は、（平衡状態において、第２の仮定を参照）コンデンサ電圧が、最小値ＶＣ，ｍｉｎと最大値ＶＣ，ｍａｘとの間を循環するということである。コンデンサ電圧振幅ΔＶＣは、今や、
ΔＶｃ＝ＶＣ，ｍａｘ−ＶＣ，ｍｉｎ      （４）
である。値ＶＣ、ｍは、ＶＣ，ｍａｘ及びＶＣ、ｍｉｎの平均値であると定義され得る。
【数３】
0006038115.tif 000004
一般的な平均コンデンサ電圧が、後で理解されるように、この平均値に等しくないことが留意されるべきである。
【０１２６】
コンデンサ電圧振幅は、正規化されたコンデンサ電圧振幅ｄを
【数４】
0006038115.tif 000005
として定義することによって、供給電圧に対して正規化され得る。
第５の仮定は、システムから引き出される電流が、経時的に一定であるということである。常に存在することを保証され得る最低電圧の最大値が、式（５）のＶＣ，ｍと等しいことが証明され得る。静電容量が無限大に近づき、且つコンデンサ電圧振幅がゼロになる場合に、ＶＣ，ｍが、式（３）のＶＣに近づくことに留意されたい。さらに、ＶＣ，ｍの値が、
【数５】
0006038115.tif 000006
であることが、計算され得る。
非常に大きなコンデンサ値（ｄ＝０の事例を取り上げることを意味する）用に計算された式（３）の結果との関係をよりよく理解するために、式は、
【数６】
0006038115.tif 000007
と書き換えられ得る。
正規化され保証された電圧ｘは、以下のように定義され得る。
【数７】
0006038115.tif 000008
正規化されたコンデンサ電圧振幅ｄと正規化され保証された電圧ｘとの間の関係は、式（８）を書き換えて、
【数８】
0006038115.tif 000009
を得ることによって見い出される。
図２２は、ｄの関数としてのｘのグラフを示す。
【０１２７】
式（１０）はまた、ｘの関数としてｄを表現するために逆にされ得る。
【数９】
0006038115.tif 000010
図２２は、正規化されたコンデンサ電圧振幅ｄ＜０．１０の値に対して、正規化され保証された電圧ｘの低減が、２．２％に制限され、且つｄ＜０．１５に対してｘの低減が、５％に制限されることを示す。
【０１２８】
図２２に示されているグラフから、ｄ＝０．２などの著しいコンデンサ電圧振幅が許されるべきでないことが明白である。なぜなら、それが、約１３％の、正規化され保証された電圧ｘの著しい低減につながり、値ｄ＞０．２３６へのｄの増加が、不安定なシステムにつながりさえするからである。コンポーネント値がいくらかの差（又はコストを低減するためにかなりの差さえ）を示すこと、及び追加の電圧ヘッドルームが、スイッチにわたる実際的な電圧降下（例えば、制御不可能なスイッチとして使用される半導体ダイオード用の約１Ｖの順方向にバイアスされたダイオード電圧降下）用に可能にされなければならないことを考慮すると、正規化されたコンデンサ電圧振幅ｄが０．１０．．．０．１５の範囲で選択されるように、コンデンサの静電容量を選択することが好ましい。
【０１２９】
式（６）及びｄ＝０．１０の目標値を用いれば、許容可能なコンデンサ電圧振幅は、電源電圧において表現され得る。
ΔＶｃ＝０．２８３・Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳ      （１２）
【０１３０】
この限界値は、十分に大きなコンデンサ値を選択することによって遵守され得る。このコンデンサ選択を行えば、経時的に現れる最低負荷電圧は、式（３）によって予想されるより２．２％悪いだけであり、
【数１０】
0006038115.tif 000011
になる。
【０１３１】
欧州電源ＲＭＳ電圧は、２３０Ｖ−６％＋１０％で指定される。
最悪の場合は、Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳ＝２１６．２Ｖであり、それは、ΔＶＣ＝６１．２Ｖのコンデンサ電圧振幅、及びＶｌｏａｄ（ｔ）≧ＶＣ，ｍ＝１３３．８Ｖの最低負荷電圧に帰着する。
【０１３２】
コンデンサ電圧は、ＶＣ，ｍａｘ及びＶＣ，ｍｉｎの値の間で振動する。式（４）及び（５）を用い、最悪の場合Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳ＝２１６．２Ｖを仮定すると、
【数１１】
0006038115.tif 000012
が計算され得る。
Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳ＝２３０Ｖの名目電源電圧において、コンデンサ電圧振幅は、ΔＶＣ＝６５．１Ｖであり、最低負荷電圧は、Ｖｌｏａｄ（ｔ）≧ＶＣ（ｍ＝１４２．４Ｖである。
【０１３３】
Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳ＝２３０Ｖにおいて、コンデンサ電圧は、
【数１２】
0006038115.tif 000013
との間で振動する。
【０１３４】
最適な切り替え時間が、
【数１３】
0006038115.tif 000014
であることが計算され得る。
上記で決定された値を用い、且つ最悪の場合Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳ＝２１６．２Ｖを仮定すると、ｔ１＝１．４４２ｍｓ、ｔ２＝２．８２４ｍｓ、ｔ３＝５．７０８ｍｓ、ｔ４＝８．５５８ｍｓとなる。Ｖｍａｉｎｓ、ＲＭＳ＝２３０Ｖにおいて、ｔ１＝１．４４２ｍｓ、ｔ２＝２．８２７ｍｓ、ｔ３＝５．７１２ｍｓ、ｔ４＝８．５５８ｍｓとなる。
【０１３５】
必要とされるコンデンサ値は、
【数１４】
0006038115.tif 000015
と計算され得る。
Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳ＝２１６．２Ｖ及びＩｌｏａｄ＝５０ｍＡの負荷電流に対して、結果は、Ｃ＝２．３６μＦである。Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳ＝２３０Ｖ及びＩｌｏａｄ＝５０ｍＡの負荷電流に対して、結果は、Ｃ＝２．２２μＦである。
【０１３６】
上記で言及されたように、欧州電源ＲＭＳ電圧は、２３０Ｖ−６％＋１０％に指定される。最低値は、Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳ＝２１６．２Ｖであり、これは、ΔＶＣ＝６１．２Ｖ及びＶｌｏａｄ（ｔ）≧ＶＣ，ｍ＝１３３．８Ｖに帰着する。Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳ＝２３０Ｖの名目ＲＭＳ電源電圧において、結果は、ΔＶＣ＝６５．１Ｖ及びＶｌｏａｄ（ｔ）≧ＶＣ，ｍ＝１４２．４Ｖである。
【０１３７】
Ｉｌｏａｄ＝５０ｍＡの定負荷電流を仮定すると（これは、もちろん、負荷のタイプ、例えばタップ線形ＬＥＤドライバ又はスイッチマトリックスドライバに依存する）、必要とされるコンデンサ値は、２１６．２Ｖの最悪の場合の電源ＲＭＳ電圧においてＣ＝２．３６μＦ、及び２３０Ｖの名目電源ＲＭＳ電圧においてＣ＝２．２２μＦと計算される。
【０１３８】
図１９は、２３０Ｖの名目ＲＭＳ供給電圧、２．２μＦのコンデンサ値（標準値）、及びＩｌｏａｄ＝５０ｍＡの定負荷電流における負荷電圧、整流電源電圧及びコンデンサ電圧の例示的な波形を示す。平衡状態において、コンデンサ電圧振幅は、６４Ｖであり、最小負荷電圧は、約１４０Ｖである。これらの値は、計算にかなりよく一致する。
【０１３９】
計算は、次のことを示す。すなわち、式（３）の理論的なＶＣ限界又は式（１３）のより実際的なＶＣ，ｍ限界を超えるストリング電圧を備えた高電圧ＬＥＤストリング負荷（例えば２３０ＶのＲＭＳ電源電圧における１５０ＶのＬＥＤストリング）（タップなし）が選択された場合に、ＬＥＤ負荷電流は、全電源（半）サイクルにわたって伝導され得ず、電源（半）サイクルの少なくとも一部の間に中断し、それによって、望ましくない光出力フリッカを発生することを、上記で説明された技術が意味することを示す。
【０１４０】
逆から見ると、理論的なＶＣ限界又はより実際的なＶＣ，ｍ限界未満のストリング電圧を備えた高電圧ＬＥＤストリング（例えば、２３０ＶのＲＭＳ電源電圧における１２８ＶのＬＥＤストリング）が選択された場合に、負荷電流は、フルブリッジにおいて、十分に大きなコンデンサ、及びスイッチの適切なタイミング制御を選択することによって、全電源（半）サイクル中に連続的に伝導され、それによって、光出力フリッカを回避することができる。
【０１４１】
電源供給ブランチにおいて位相カット調光器、例えば立ち上がりエッジ、立ち下がりエッジ又はさらに両エッジの調光器が使用される場合に、結果としてのＲＭＳ電圧は、伝導位相角に依存して降下する。その結果、また、上記で説明された技術によって発生され得る最低負荷電圧の最大値は、降下する。上記の洞察に基づいて、さらに改善された測定及び制御手法が、以下で説明されているように、導き出され得る。
【０１４２】
少なくとも３つのさらなる方法が、スイッチを制御するために提案される。３つの方法のそれぞれにおいて、図１９に示されているような、結果としての負荷電圧は、同一である。３つの方法間の差は、フルブリッジ４０に含まれるコンデンサ３０の負及び正端子における電圧において見い出される。差を明白に示すために、図２３〜２５の縦軸目盛りは、−５０Ｖ．．．５００Ｖの範囲に固定される。
【０１４３】
フルブリッジ４０のスイッチＳ１．．．Ｓ４は、負荷を通る電流フローが可能であるような方法で、制御されなければならない。これは、４つの可能性を開く。
−  スイッチＳ１及びＳ４が、閉じられる（コンデンサ充電モード）。
−  スイッチＳ２及びＳ３が、閉じられる（コンデンサ放電モード）。
−  スイッチＳ１及びＳ３が、閉じられる（コンデンサトップバイパスモード）。
−  スイッチＳ２及びＳ４が、閉じられる（コンデンサボトムバイパスモード）。
【０１４４】
第１のスイッチ制御方法は、図２３に示されている方法で、以下のように、モード、すなわち、
−  コンデンサ放電モード
−  コンデンサトップバイパスモード
−  コンデンサ充電モード
−  コンデンサトップバイパスモード
を通し反復して循環する。図２３Ａの上部の２つの波形は、整流電源電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）及びＶｌｏａｄ（ｔ）を示し、それらは、図１９の波形と同一である。図２３Ｂの底部の２つの波形は、フルブリッジ４０に含まれるコンデンサ３０のそれぞれ正端子及び負端子における電圧ＶＣｐｏｓ（ｔ）及びＶＣｎｅｇ（ｔ）を示す。どの電圧も電源電圧のピーク値（３２５Ｖ）を超える値を達成しないが、しかしコンデンサの負端子における電圧ＶＣｎｅｇ（ｔ）が負値を示すことに留意されたい。これは、特にコンデンサ充電モードの終わりに発生し、且つこの第１のスイッチ制御方法に固有である。電源電圧ゼロ交差のときに負荷にＶＣ，ｍの電圧を供給できるために、コンデンサ充電モードの終わりにコンデンサに蓄積されている電圧は、少なくともＶＣ，ｍと同じくらい大きい。これは、別個のコンポーネントで構築された回路にとって問題ではないが、しかしそれは、集積回路にとっては欠点になり得る。
【０１４５】
第２及び第３のスイッチ制御方法において、これらの負電圧は、防止される。
【０１４６】
第２のスイッチ制御方法において、モードコンデンサトップバイパスモード及びコンデンサ充電モードは、コンデンサボトムバイパスモードによって取り替えられる。したがって、モードの繰り返し反復されるシーケンスは、図２４に示されている方法で、
−  コンデンサ放電モード
−  コンデンサトップバイパスモード
−  コンデンサ充電モード
−  コンデンサボトムバイパスモード
になる。電圧のどれも、決して負値を達成せず、それが、集積回路設計にとって良いことが理解され得る。しかしながら、コンデンサの正端子における電圧ＶＣｐｏｓ（ｔ）は、電源電圧のピーク値を著しく超える値、すなわち、２３０ＶのＲＭＳ電源電圧の３２５Ｖピーク値において４８８Ｖを達成する。これは、コンポーネントに対して設定される要件を広げ、欠点になり得る。
【０１４７】
第３のスイッチ制御方法は、第１及び第２のスイッチ制御方法の特性を混合する。第３のスイッチ制御方法において、コンデンサ充電モード後のコンデンサバイパスモードは、２つの部分に分割される。すなわち、第１のコンデンサトップバイパスモードが選択され、続いてコンデンサボトムバイパスモードが選択される。したがって、モードの繰り返し反復されるシーケンスは、図２５に示されている方法で、
−  コンデンサ放電モード
−  コンデンサトップバイパスモード
−  コンデンサ充電モード
−  コンデンサトップバイパスモード
−  コンデンサボトムバイパスモード
になる。コンデンサトップバイパスモードからコンデンサボトムバイパスモードへのステッピングは、コンデンサの負端子における電圧が、例えば、ほんの数ボルトの値に低下した場合に行われ得る。今やどの電圧も、決して負値を達成せず、そもそも現れる最高電圧は、電源電圧のピーク値を少しだけ超えるだけであり、使用される例では、２３０ＶのＲＭＳ電源電圧の３２５Ｖのピーク値においてわずかに３５５Ｖである。
【０１４８】
第３のスイッチ制御方法によるスイッチの制御用に、２つの基準電圧Ｖｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２並びにリアルタイムで測定された２つの瞬間電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）及びＶＣｎｅｇ（ｔ）が使用される。さらに、タイミング信号Ｆｉｒｓｔが使用される。
【０１４９】
タイミング信号Ｆｉｒｓｔは、整流電源電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）が、電源半サイクル０．．．Ｔ／２の前半（０＜ｔ＜Ｔ／４）又は後半（Ｔ／４＜ｔ＜Ｔ／２）にあるかどうかを示す。したがって、これは、周期Ｔ／２を備えた反復シーケンスである。
【数１５】
0006038115.tif 000016
基準電圧Ｖｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２は、直流（又はＤＣ）電圧、すなわち経時的に一定であると考えられ得る電圧であるように意図されている。
第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１用の実際の値を生成する幾つかの方法がある。第１の方法は、第１のＬＥＤストリングのアノード及びカソードにおける電圧の差（例えば、典型的には、２３０Ｖの電源ＲＭＳ電圧において１２８Ｖ）を測定し、トランジスタ化された電流調整器に適切にバイアスをかけるために必要な最小電圧ヘッドルーム（例えば５Ｖ）を追加することである。この方法は、低い光出力フリッカを伴う非調光ＬＥＤドライバに適している。
【０１５０】
第２の方法は、リアルタイム電源入力電圧を測定し、例えば上記の計算に従って、ＲＭＳ値に比例する出力電圧、すなわちＶｒｅｆ１＝０．６１９Ｖｍａｉｎｓ，ＲＭＳを発生することである。この方法は、低い光出力フリッカを備えた調光可能ＬＥＤドライバに適している。
【０１５１】
他の必要とされる基準電圧はＶｒｅｆ２であり、それは、トランジスタ化された電流調整器に適切にバイアスをかけるために必要な最小電圧ヘッドルーム（例えば、２Ｖ又は５Ｖ）を反映する。この電圧は、トランジスタ回路によって発生され得る。
【０１５２】
スイッチを制御するために使用され得る、リアルタイムで測定された２つの瞬間電圧は、整流電源電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）、及びフルブリッジに含まれるコンデンサの負端子における電圧ＶＣｎｅｇ（ｔ）である。
【０１５３】
上記で言及された電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）、ＶＣｎｅｇは、（ｔ）基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２と比較され、デジタル制御信号Ａ、Ｂ及びＣを結果としてもたらす。
【０１５４】
コンパレータ（図２６におけるＢ６）が、整流電源電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較する。
【数１６】
0006038115.tif 000017
【０１５５】
コンパレータ（図２６におけるＢ５）が、コンデンサの負端子における電圧ＶＣｎｅｇ（ｔ）を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較する。
【数１７】
0006038115.tif 000018
【０１５６】
コンパレータ（図２６におけるＢ４）が、コンデンサの負端子で電圧ＶＣｎｅｇ（ｔ）を基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較する。
【数１８】
0006038115.tif 000019
【０１５７】
４つのデジタル制御信号Ｆｉｒｓｔ、Ａ、Ｂ及びＣを使用すれば、フルブリッジ４０における２つの独立スイッチＳ２及びＳ３は、第３のスイッチ制御方法に従って制御され得る。２つの入力ＮＡＮＤゲートで構築され、且つＳｎｏｔ（Ｓの論理的逆）及びＲｎｏｔ入力部をそれぞれ有する２つのＳｅｔ−Ｒｅｓｅｔフリップフロップが、２つのＭＯＳＦＥＴスイッチＳ２及びＳ３用の駆動信号Ｍ２及びＭ３を生成するために使用される。図２６は、第３のスイッチ制御方法の必要な機能を実現する例示的な回路図を示す。
【０１５８】
図２７は、１つのフル電源サイクル（又は２つの電源半サイクル）の時間スパンにわたる時間の関数として、電圧及び論理信号の様々な波形を示す。図２７Ａは、それぞれ約１３５Ｖ及び５Ｖのレベルにおける基準電圧Ｖｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２、整流電源電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）、及びコンデンサの負端子における電圧ＶＣｎｅｇ（ｔ）を示す。図２７Ｂに示されている論理信号Ｆｉｒｓｔは、整流電源電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）から導き出され得る。
【０１５９】
図２７Ｃ、２７Ｄ、２７Ｅは、図２６の３つのコンパレータＢ６、Ｂ５及びＢ４によって発生された論理信号Ａ、Ｂ及びＣをそれぞれ示す。図２７Ｆ及び２７Ｇは、２つの独立スイッチのスイッチ制御信号Ｍ２及びＭ３を示す。これらの信号は、この実施形態ではＮＡＮＤゲートで構築されたＳｅｔ−Ｒｅｓｅｔフリップフロップによって発生される。
【０１６０】
図２７Ｈ、２７Ｉ、２７Ｊ、２７Ｋは、対応するスイッチ制御モードを示す論理信号Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、Ｃｈａｒｇｅ、Ｔｏｐ＿ｂｙｐａｓｓ及びＢｏｔｔｏｍ＿Ｂｙｐａｓｓを示す。特に、整流電源電圧の負勾配におけるシーケンスは、そこではモードＴｏｐ＿Ｂｙｐａｓｓの後にＢｏｔｔｏｍ＿Ｂｙｐａｓｓが続くが、第３のスイッチ制御方法に特有である。電圧のどれも、決して負値を達成せず、そもそも現れる最高電圧は、電源電圧のピーク値をわずかに超えるだけであり、用いられる例では、２３０ＶのＲＭＳ電源電圧の３２５Ｖピーク値において、わずかに３５５Ｖである。
【０１６１】
図２７Ｌ及び２７Ｍは、正コンデンサ端子における電圧ＶＣｐｏｓ（ｔ）、及び負荷に供給される電圧ＶＬＥＤ１（ｔ）を示す。
【０１６２】
図２８は、５０Ｈｚ電源周波数で０．１秒に対応する、最初の５つのフル電源サイクル中における起動動作を示す。図２８Ａ及び２８Ｂは、整流電源電圧、並びに正及び負コンデンサ端子における電圧を示す。図２８Ｃは、差動コンデンサ電圧を示す。図２８Ｄは、結果としての負荷電圧ＶＬＥＤ１（ｔ）を示す。
【０１６３】
図２７及び２８の波形は、負荷としてタップ線形ＬＥＤドライバを備えたシステムから取られた。このシステムにおいて、第１の高電圧ＬＥＤは、１２８ＶのＬＥＤであり、したがって式（１３）の実際的なＶＣ，ｍ限界に応じる。図２８Ｅは、前記１２８ＶのＬＥＤにわたる差動電圧を示し、且つそれは、約４０ｍｓ後に、１２８ＶのＬＥＤが電流を連続的に導通し、その結果、この特定のＬＥＤが光出力フリッカを見せないことを示す。波形はまた、約６０ｍｓ（３つのフル電源サイクル）でシステムが平衡に達したことを示す。
【０１６４】
図２８Ｆは、この特定のタップ線形ＬＥＤドライバに対して、電源電流が、最初の非常に少数の電圧ゼロ交差中にのみ、ゼロに近い値を有することを明白に示す。この動作は、制御と共に直列コンデンサ及び周囲のフルブリッジスイッチネットワークに依存するだけでなく、適用される負荷に依存する。
【０１６５】
上記の第３のスイッチ制御方法において、コンデンサトップバイパスモードからコンデンサボトムバイパスモードへのステッピングは、スイッチＳ１及びＳ３の開放、並びにスイッチＳ２及びＳ４の閉鎖を必要とする。その結果、ノードｃｐｏｓ及びｃｎｅｇは、瞬間コンデンサ電圧と同じ大きさの電圧にわたってレベルをシフトしている。スイッチＳ１．．．Ｓ４が、ＤＳ１、ＰＳ２、ＰＳ３及びＤＳ４によってそれぞれ実現されるため、それは、スイッチＰＳ３の制御信号Ｍ３を論理０にすることによってスイッチＰＳ３を開く能動制御、及びスイッチＰＳ２の制御信号Ｍ２を論理１にすることによってスイッチＰＳ２を閉じる能動制御を必要とする。受動スイッチＤＳ１及びＤＳ４は、（制御信号の必要なしに）自動で開閉する。ＰＭＯＳトランジスタＰＳ２及びＰＳ３のゲートを駆動するレベルシフティング回路（図示せず）の影響が無視できず、且つ寄生容量、寄生インダクタンス及び蓄積電荷などの全ての種類の寄生効果が存在するため、スイッチＰＳ２及びＰＳ３が、同期して作動されない場合に備えるのが慣行であるが、しかしそれらの制御信号Ｍ２及びＭ３は、同期して状態を切り替えることが可能である。ＰＳ２が閉じられた後にＰＳ３が開く場合に、一時的にコンデンサ放電モードが作動され、それは、負荷電圧における正極性グリッチに帰着する。ＰＳ２が閉じられる前にＰＳ３が開く場合に、一時的にコンデンサ充電モードが作動され、それは、負荷電圧における負極性グリッチに帰着する。後者の場合は、非常に望ましくない。なぜなら、負荷電圧が、光出力を生成するには一時的に不十分なことになるからである。次に、安価な解決法は、ＰＭＯＳトランジスタＰＳ２用の制御信号Ｍ２の立ち上がりエッジと、ＰＭＯＳトランジスタＰＳ３用の制御信号Ｍ３の立ち下がりエッジとの間のタイミング遅延を生成し、かくして短いコンデンサ放電モードを実現することである。これは、例えばフィードバック戦略によってタイミング遅延が正確に調整されることを保証するために特別な措置が取られなければ、図２５ＡにおけるＶｌｏａｄのグラフで見られるように、ｔ＝８．１ｍｓ及びｔ＝１８．１ｍｓにおいて、負荷ノードのグリッチとして現れる。
【０１６６】
上記の第１、第２及び第３のスイッチ制御方法のインプリメンテーションにおいて、基準電圧Ｖｒｅｆ１は、合計電圧降下（例えば１３２Ｖ）が理論的な最大値（１４２Ｖ）に近くなるように選択される高電圧ＬＥＤストリングにわたる差動電圧を測定することによって発生される。これは、低い光出力フリッカを備えた非調光ＬＥＤドライバに適しているが、しかし低い光出力フリッカを備えた調光可能ＬＥＤドライバには最適ではない。調光ゆえの著しい位相カットを伴う入力電源電圧が存在するとすぐに、入力ＲＭＳ電圧は著しく降下し、３つの制御方法のインプリメンテーションは、光出力フリッカに帰着する可能性がある。なぜなら、システムが、１３２Ｖより大きな負荷電圧をもはや生成できないからである。
【０１６７】
適用される直列コンデンサＣの値の選択は、原則としてコスト対性能の問題である。第３のスイッチ制御方法の制御戦略は、選択されるコンデンサ値がかなり低く、且つコンデンサ電圧振幅がかなり高い場合に、適している。しかしながら、シミュレーションは、次のことを示した。すなわち、コンデンサ電圧振幅が小さなように、コンデンサ値が比較的大きく選択された場合には、コンデンサ放電モードからコンデンサトップバイパスモードに移動するときに、特に切り替え瞬間ｔ１において、負電圧が現れる可能性があることを示した。特に、そのときに、ノードｃｎｅｇ（それには負コンデンサ端子が接続される）は、負電圧を示す可能性があり、それは、望ましくなく、回避されるべきである。
【０１６８】
システムの起動時に、全てのコンデンサは放電される。切り替え直列コンデンサが素早く充電され、且つ平衡が達成されるように、制御システムが取り計らい得ることが、図２８において既に示された。図２６に示されているこの起動動作を生成するために用いられた制御方法は、直列コンデンサ自体によって決定される主時定数を有する。しかしながら、切り替え直列コンデンサによって決定される時定数より大きな主時定数の、以下で提示されるような他の制御方法が使用され得るが、それは、起動シーケンス中に、過充電された切り替え直列コンデンサ及び高すぎるノード電圧につながる可能性がある。
【０１６９】
したがって、次の説明の目的は、より大きな直列コンデンサ値範囲を可能にし、より少ないグリッチを生成し、位相カット調光器とのより良い適合性を有し、切り替え直列コンデンサの過充電及び高すぎるノード電圧を回避するさらなるスイッチ制御方法を提案することである。
【０１７０】
第３のスイッチ制御方法におけるようなグリッチは、能動スイッチの（ほぼ）同期の状態変化を必要としない制御方法を用いることによって防止され得る。上記の第１及び第２の制御方法は、そのようなグリッチを有しない。なぜなら、各モード遷移において、１つの能動スイッチ（ＰＳ２又はＰＳ３）だけが、状態を変化させるからである。しかしながら、これらの制御方法は、負電圧（制御方法１）又は高すぎる正電圧（制御方法２）の欠点を有する。解決法は、スイッチ制御方法４として以下で提示される。
【０１７１】
システムにおけるノード上の負電圧を回避するために、追加条件が満たされるべきである。これは、瞬間的な差動直列コンデンサ電圧ＶＣ＝ＶＣｐｏｓ−ＶＣｎｅｇの測定を必要とする。
【０１７２】
コンデンサ過充電は、コンデンサ電圧ＶＣが、例えば電源電圧から導き出されるか又はＬＥＤストリング電圧から導き出される基準電圧Ｖｒｅｆ３によって示される最大電圧を超えるか（Ｇ＝０）又はそれより小さい（Ｇ＝１）かどうかを示す論理信号Ｇを生成することによって防止され得る。制御戦略において、コンデンサ充電モードは、この論理信号Ｇが真＝１である場合にのみ可能にされる。
【０１７３】
位相カット調光器とのより良い適合性は、基準電圧Ｖｒｅｆ１を生成するために他の方法を用いることによって生み出され得る。基本的に、それは、基準電圧Ｖｒｅｆ１が、非調光電源電圧（２３０ＶのＲＭＳ）の場合における理論的な最大値（１４２Ｖ）より低いが、しかしそれに近い値であるべきであることを意味する。調光電源電圧の場合に、値は、それに応じて減少すべきである。
【０１７４】
スイッチ制御方法４は、以下の特性を有する。
−  各モード遷移において、１つの能動スイッチだけ（ＰＳ２又はＰＳ３）が状態を変化させる。
−  負電圧は、状態遷移のために、より多くの条件が満たされることを要求することによって回避される。
−  コンデンサ過充電は、コンデンサ電圧が電圧限界未満である間だけコンデンサ充電モードを可能にすることによって回避され得る。
【０１７５】
スイッチ制御方法４は、制御方法４における電圧を示す図２９に示されている方法で、スイッチ制御方法１と同じ順序でモードを通して循環する。
−  コンデンサ放電モード
−  コンデンサトップバイパスモード
−  コンデンサ充電モード
−  コンデンサトップバイパスモード
【０１７６】
スイッチを制御するために使用され得る、実時間で測定された３つの瞬間電圧は、
−  整流電源電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）、
−  フルブリッジに包まれたコンデンサのコンデンサ電圧ＶＣ（ｔ）、
−  負コンデンサ端子における電圧ＶＣｎｅｇ（ｔ）、
である。
これらの瞬間電圧に加えて、３つの基準電圧が必要とされる。
【０１７７】
基準電圧Ｖｒｅｆ３は、例えば起動シーケンス中に、切り替え直列コンデンサにわたってそもそも現れるはずの最大電圧を反映する。それは、例えば、電源電圧からか又はＬＥＤストリングの順方向電圧から導き出され得る。２３０Ｖの電源ＲＭＳ電圧において、その値は、例えばＶｒｅｆ３＝２００Ｖになる可能性があり、それは、安定動作においてコンデンサにわたって現れる電圧値を超える値である。
【０１７８】
基準電圧Ｖｒｅｆ２は、トランジスタ化された電流調整器に対して、その活性領域において適切にバイアスかけるために必要な最小電圧ヘッドルーム（例えば２Ｖ）を反映する。
【０１７９】
基準電圧Ｖｒｅｆ１は、発生され得る最小負荷電圧のほぼ最大値となるように選択され得る。それは、非調光２３０ＶのＲＭＳ電源において、約１４０Ｖになる。Ｖｒｅｆ１を発生する他の可能性は、以下で言及される。
【０１８０】
上記で言及された電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）、ＶＣ（ｔ）及びＶＣｎｅｇ（ｔ）は、デジタル制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＧを発生するために、基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２及びＶｒｅｆ３と比較される。コンパレータＡ、Ｂ及びＣにおいて、右項が、基準電圧Ｖｒｅｆ２に従って数ボルトだけオフセットされる。
−  コンパレータＡは、整流電源電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）をコンデンサ電圧ＶＣ（ｔ）と比較する。
【数１９】
0006038115.tif 000020
−  コンパレータＢは、整流電源電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較する。
【数２０】
0006038115.tif 000021
−  コンパレータＣは、負コンデンサ端子電圧ＶＣｎｅｇ（ｔ）を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較する。
【数２１】
0006038115.tif 000022
−  コンパレータＣは、負コンデンサ端子電圧ＶＣｎｅｇ（ｔ）を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較する。
【数２２】
0006038115.tif 000023
【０１８１】
４つのデジタル制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＧを用いれば、フルブリッジにおける２つの独立スイッチＳ２及びＳ３は、図３０（電圧の観点から述べられた状態）又は図３１（論理信号の観点から述べられた状態）の状態図において説明されているように、制御信号Ｍ２及びＭ３をそれぞれ用いる第４のスイッチ制御方法に従って制御され得る。
【０１８２】
図３０及び図３１の状態図は、３つの状態を示すだけである。コンデンサ放電モードをＱ１Ｑ２＝１１で符号化することが便利である。なぜなら、必要とされるスイッチ制御信号が、Ｍ２＝１及びＭ３＝１であるからである。同様に、コンデンサトップバイパスモードは、Ｑ１Ｑ２＝０１で符号化され、コンデンサ充電モードは、Ｑ１Ｑ２＝００で符号化される。
【０１８３】
４つのデジタル制御信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＧに対するスイッチ状態の影響を注意深く検査すると、第４の状態が必要であることが理解され得る。コンデンサ放電モードからコンデンサトップバイパスモードに移動するために、Ａ＝１及びＢ＝１であることが要求される。且つコンデンサトップバイパスモードからコンデンサ充電モードに移動するために、Ｃ＝１であることが要求される。しかしながら、直列コンデンサが比較的大きな値を有する場合に、コンパレータＣが、Ａ＝０及びＢ＝１の時間中に論理ハイ（Ｃ＝１）を示し、且つコンパレータＡが論理１（Ａ＝１）に切り替わった後でＣ＝０に切り替わることが発生し得る。したがって短時間の間、Ａ＝１、Ｂ＝１及びＣ＝１は、コンデンサ放電モードからコンデンサトップバイパスモードへの遷移後に、続いてコンデンサ充電モードへの即時遷移を引き起こす可能性がある。これを回避するために、言及された第４の状態が導入される。システムは、コンパレータＣが論理ハイ（Ｃ＝１）を示す限りは、この第２のコンデンサトップバイパス状態に留まり、コンパレータＣが論理ロー（Ｃ＝０）を示すとすぐに、元のコンデンサトップバイパス状態に移動する。したがって、４つの状態の２つは、コンデンサトップバイパスモードを表す。
【０１８４】
４つの状態の符号化のために、少なくとも２つのフリップフロップが必要とされる。残りの組み合わせＱ１Ｑ２＝１０を用いて、この第２のコンデンサトップバイパスモードを符号化することが選択された場合に、２つのコンデンサトップバイパスモード間の遷移は、両方のフリップフロップＱ１及びＱ２がトグルすることを要求する。回路実現における不均衡に依存して、これらの１つは、他方より速くトグルし、それは、短時間の間、コンデンサ放電モード（Ｑ１Ｑ２＝１１）又はコンデンサ充電モード（Ｑ１Ｑ２＝００）のいずれかが選択されることを意味し、それは、非常に望ましくないグリッチを表す。
【０１８５】
このグリッチを回避するために、コンデンサトップバイパスモードを表す２つの状態間を区別するための第３のフリップフロップＱｅｘｔｒａを使用することが選択される。その２つの状態は、今やＱ１Ｑ２Ｑｅｘｔｒａ＝０１０及びＱ１Ｑ２Ｑｅｘｔｒａ＝０１１と符号化される。コンデンサ放電モードは、Ｑ１Ｑ２Ｑｅｘｔｒａ＝１１０と符号化され、コンデンサ充電モードは、Ｑ１Ｑ２Ｑｅｘｔｒａ＝０００と符号化される。
【０１８６】
状態図は、起動時に現れる可能性があるが、原則として使用されない残りの４つの状態００１、１００、１０１及び１１１を用いて拡張される。状態遷移用の条件は、図３２に示されているように選択され、言及されていない全ての状態は、３つのフリップフロップの制御における無関係な位置を意味する。
【０１８７】
上記の第１のスイッチ制御方法に対する主な差は、制御用状態機械シーケンスに状態を通過させるために満たされなければならない異なる条件セットである。これは、異なるタイミングに帰着する。
【０１８８】
第３のスイッチ制御方法と比較されると、図２５及び図２９のグラフを検討すれば明白に理解され得るように、放電時間は延長され、その結果また、充電時間は、延長され進められる。この全ては、わずかに低い保証された負荷電圧の代償で進行する。
【０１８９】
コンパレータの実際的なインプリメンテーションは、遅延及びオフセットを示す。論理ゲートは、遅延を示す。例えば電源電圧におけるノイズ及び外乱に対して感度を低下させるために、且つ４つのコンパレータのより安定した遷移を生成するために、例えばコンパレータにおいて、ヒステリシスが追加され得る。ヒステリシスの追加は、図３０に示されていない。
【０１９０】
２つの入力ＮＡＮＤゲートで構築された３つのＳｅｔ−Ｒｅｓｅｔフリップフロップを用いるインプリメンテーションが、図３３に示されている。図３３は、第４のスイッチ制御方法を用い、スイッチＳ２及びＳ３用の制御信号Ｍ２及びＭ３をそれぞれ生成するためにデジタル入力信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＧを処理する論理回路を示す。
【０１９１】
図３３の状態機械によって実行される、提案された第４のスイッチ制御方法の動作は、様々な例によって示される。
【０１９２】
第１の例として、５０ｍＡの定電流負荷が取られる。基準電圧Ｖｒｅｆ１は、１２５Ｖの固定レベルに設定され（以下ではスイッチ制御方法４ａと呼ばれる）、基準電圧Ｖｒｅｆ２は、５Ｖの固定レベルに設定される。２つのサブケース、すなわち、適用される直列コンデンサの比較的低い値（図３４、Ｃ＝３μＦ）又は比較的大きい値（図３５、Ｃ＝２０μＦ）が検査される。これらは、比較的大きい（５５Ｖ）及び小さい（８Ｖ）コンデンサ電圧振幅にそれぞれ帰着する。
【０１９３】
図３４及び３５は、比較的小さな直列コンデンサ値の場合（図３４）、及び比較的大きな直列コンデンサ値の場合（図３５）に対して、回路が平衡状態である１つのフル電源サイクル（２つの電源半サイクル）の時間スパンにわたる時間の関数として、電圧及び論理信号の様々な波形を示す。
【０１９４】
図３４Ａ及び３５Ａは、１２５Ｖのレベルに設定された基準電圧Ｖｒｅｆ１、整流電源電圧Ｖｒｅｃｔ（ｔ）、及びコンデンサの負端子における電圧ＶＣｎｅｇ（ｔ）を示す。
【０１９５】
図３４Ｂ−Ｅ及び３５Ｂ−Ｅは、４つのコンパレータによって発生された論理信号Ａ、Ｂ、Ｃ及びＧをそれぞれ示す。これらのコンパレータは、式（２７）、（２８）、（２９）及び（３０）の比較を実行し、あるヒステリシスを備え、且つ遅延を示す。
【０１９６】
図３４Ｆ、Ｇ及び３５Ｆ、Ｇは、図３３の状態機械によって発生された、２つの独立スイッチのスイッチ制御信号Ｍ２及びＭ３を示す。
【０１９７】
図３４Ｈ−Ｊ及び３５Ｈ−Ｊは、対応するスイッチ制御モードを示す論理信号Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、Ｃｈａｒｇｅ及びＴｏｐ＿Ｂｙｐａｓｓを示す。
【０１９８】
図３４Ｋ−Ｍ及び３５Ｋ−Ｍは、正コンデンサ端子における電圧ＶＣｐｏｓ（ｔ）、負荷に供給される電圧Ｖｌｏａｄ（ｔ）、及び差動直列コンデンサ電圧ＶＣｐｏｓ（ｔ）−ＶＣｎｅｇ（ｔ）を示す。
【０１９９】
両方の場合において、最小負荷電圧は、約１３０Ｖ（Ｖｒｅｆ１＋Ｖｒｅｆ２＝１３０Ｖの設定レベルと等しい）である。
【０２００】
比較的小さな直列コンデンサ値（図３４、Ｃ＝３μＦ）の場合に対して、最大負荷電圧は、約３５５Ｖである。電源電圧ゼロ交差において、負荷電圧は、１４４Ｖである。差動直列コンデンサ電圧は、１２１Ｖと１７６Ｖとの間で循環する。
【０２０１】
比較的大きな直列コンデンサ値（図３５、Ｃ＝２０μＦ）の場合に対して、最大負荷電圧は、約３２５Ｖである。電源電圧ゼロ交差において、負荷電圧は、１５１Ｖである。差動直列コンデンサ電圧は、１４７Ｖと１５５Ｖとの間で循環する。
【０２０２】
回路ノード電圧のどれも、決して負値を達成しない。
【０２０３】
スイッチ制御方法４ａの上記の例において、基準電圧Ｖｒｅｆ１は、スイッチ制御方法３に提案された方法と似て、１２５Ｖの固定値に設定された。
【０２０４】
しかしながら、基準電圧Ｖｒｅｆ１はまた、他の方法で発生され得る。位相カット調光器と使用するために一層適した別の可能性は、理論的な最大値に近い最小負荷電圧の値（２３０Ｖの非調光電源ＲＭＳ電圧における１４２Ｖ）が、例えば起動中にか又は位相カット調光ゆえに、もはや維持され得ない場合に、基準電圧Ｖｒｅｆ１のより低い値を供給することである。
【０２０５】
スイッチ制御方法４ｂにおいて、基準電圧Ｖｒｅｆ１は、可能性の範囲から選択される。以下に示されている例において、この範囲は、２つの値を含む。この選択は、論理信号Ｎｏｒｍａｌを用いて行われるが、論理信号Ｎｏｒｍａｌは、差動直列コンデンサ電圧ＶＣが、２つのＬＥＤストリング（例では１２５Ｖ）に電流を供給するのに十分に高いかどうかを示す。論理信号Ｎｏｒｍａｌが偽である場合に、基準電圧Ｖｒｅｆ１は、単一ＬＥＤストリング電圧（例では６３Ｖ）と等しく選択される。Ｎｏｒｍａｌが真である場合に、基準電圧Ｖｒｅｆ１は、第１及び第２のＬＥＤストリング電圧の和（例では１２５Ｖ）と等しく選択される。
【数２３】
0006038115.tif 000024
論理信号Ｎｏｒｍａｌは、コンパレータによって発生されることができ、以下に示されているように、コンデンサ電圧ＶＣを基準電圧Ｖｒｅｆ４と比較する。
【数２４】
0006038115.tif 000025
基準電圧Ｖｒｅｆ４は、ＶＬＥＤ１とＶＬＥＤ１＋ＶＬＥＤ２との間の範囲における値、例えばＶｒｅｆ４＝１．１ＶＬＥＤ１（例では７３Ｖ）を有するように選択され得る。
【０２０６】
図３６は、Ｃ＝２０μＦの値を備えた空の直列コンデンサを用いた起動後の最初の３００ｍｓの波形を示す。図３６Ｍにおいて、基準電圧Ｖｒｅｆ４＝７３Ｖは、差動コンデンサ電圧ＶＣ＝ＶＣｐｏｓ−ＶＣｎｅｇと一緒に示されている。ｔ＝４５ｍｓにおいて、差動コンデンサ電圧ＶＣは、Ｖｒｅｆ４＝７３Ｖのレベルを横切る。論理信号Ｎｏｒｍａｌ（図示せず）は、論理ハイに切り替わり、第１の波形ストリップは、基準電圧Ｖｒｅｆ１が、６３Ｖから１２５Ｖに切り替わることを示す（式（３１）を参照）。トグル基準電圧Ｖｒｅｆ１の影響は、図３６Ｌに示されたＶｌｏａｄの波形ストリップに明白に示されている。
【０２０７】
スイッチ制御方法４ｃにおいて、基準電圧Ｖｒｅｆ１は、固定レベルに保持されず、制限のある可能性セットから選択されもしないが、しかし例えば、（最小）ピーク検出器によって制御される真のアナログ量である。この方法４ｃは、様々な高電圧ＬＥＤの順方向電圧から独立しているように特に意図されるか、又はより一般的には、（もちろん短絡は別として）どんな負荷が接続されようとも独立しているように意図される。その目的で、最小電圧レベルＶｍｉｎは、少なくとも半電源サイクルにわたるが、しかし好ましくは数サイクルにわたる負荷電圧の極小値から導き出され、このレベルは、基準電圧Ｖｒｅｆ１として使用される。能動スイッチは、この電圧レベルをできるだけ高く上昇させるように制御される。
【０２０８】
Ｖｍｉｎを発生するために、ピーク検出器が使用され得る。その最も単純な形態において、抵抗器、コンデンサ及びダイオードが、回路を実現するために必要とされる。
【０２０９】
再び、２つのサブケース、すなわち、適用される直列コンデンサの比較的低い値（図３７、Ｃ＝３μＦ）又は比較的大きい値（図３８、Ｃ＝２０μＦ）が検査される。両方の図は、起動後の最初の３００ｍｓにおける動作を示す。
【０２１０】
比較的小さい直列コンデンサ値（図３７、Ｃ＝３μＦ）の場合に対して、最小負荷電圧は、ひとたび平衡状態が達成されたならば、約１３３Ｖである。最大負荷電圧は、起動位相において最大３７５Ｖの値を達成し、平衡状態において約３３０Ｖである。電源電圧ゼロ交差において、平衡状態の負荷電圧は、１３３Ｖである。差動直列コンデンサ電圧は、１８０Ｖへと最初に素早く充電され、その時間に、コンデンサ充電モードは、直列コンデンサの過充電を防ぐために制限機能が作動されることを示す制御信号Ｇによって終了される（限界値は、Ｖｒｅｆ３＝１８０Ｖに設定される）。全体におけるこの制限機能は、起動位相中に７回作動される（図３７Ｅに示されている波形ストリップを参照）。平衡状態において、差動直列コンデンサ電圧は、１１１Ｖと１６５Ｖとの間で循環する。
【０２１１】
比較的大きい直列コンデンサ値（図３８、Ｃ＝２０μＦ）の場合に対して、起動位相における最大負荷電圧は、３１０Ｖであり、平衡状態において約２９０Ｖに減少する。最小負荷電圧は、ひとたび平衡状態が達成されたならば、約１３８Ｖである。電源電圧ゼロ交差において、平衡状態の負荷電圧は、１３８Ｖである。差動直列コンデンサ電圧は、１３６Ｖと１４４Ｖとの間で循環する。コンデンサ充電制限機能が作動されないことに留意されたい（図３８Ｅに示されている波形ストリップを参照）。
【０２１２】
回路ノード電圧のどれも、決して負値を達成しない。
【０２１３】
要するに、電源電圧供給から高電圧ＬＥＤを動作させる場合に、電気入力波形及び光出力波形の両方は、ある基準を満たさなければならない。本発明によれば、切り替え容量性電流制限装置及び方法が、提案される。コンデンサが、ＬＥＤストリングのＤＣ電流経路へと切り替えられることになる。幾つかの周囲のスイッチ（例えば、ＣＭＯＳ双方向アナログスイッチＩＣによって実現される）を介して、コンデンサの有効極性は、正又は負であるように設定され得るか、又はコンデンサは、バイパスされ得る。整流電源電圧の瞬間値が、ＬＥＤ電圧より高い場合に、過電圧は、コンデンサを充電するために使用される。整流電源電圧の瞬間値が、ＬＥＤ電圧より低い場合に、（以前に充電された）コンデンサは、反対極性と接続され、したがってＬＥＤが動作され得るように電圧を上昇させる。
【０２１４】
過電圧（及びエネルギ）を蓄積し解放するためにコンデンサを用いることは、通常使用される損失のある電流制限と比較して、全システムの効率を改善する。本明細書で提案される方法は、ＡＣ入力側で大きな位相シフトを生成せず、したがって力率は高い。一般的な方法は、任意の高電圧ＬＥＤと共に使用され得るが、しかし可変順方向電圧を備えたＬＥＤストリング、例えばタップＬＥＤストリングと組み合わせると、コンデンサのサイズ及び定格電圧は、低減される可能性がある。
【０２１５】
本発明は、様々な用途において様々なタイプの負荷を駆動するために使用され得る。例えば、本発明は、ＬＥＤ照明器具、例えば商用電源式の一般的照明用の高効率的で高力率の「線形」ＨＶ  ＬＥＤドライバ用に適用され得る。その提案は、ＬＥＤ照明及び他の用途、特に、ＬＥＤレトロフィットバルブ及びモジュール並びに統合ドライバを備えたＬＥＤランプ及びモジュール用のタップ線形ドライバなど、ＬＥＤランプ（ＡＣＬＥＤ）、すなわち低コストＬＥＤランプの高及び低電圧ＡＣ駆動に適用され得る。
【０２１６】
本発明は、図面及び前述の説明において図示され詳細に説明された、そのような図解及び説明は、実例又は例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形が、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解され達成され得る。
【０２１７】
特許請求の範囲において、単語「含む」は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を排除しない。単一の要素又は他のユニットが、特許請求の範囲において列挙される幾つかのアイテムの機能を遂行してもよい。ある措置が、相互に異なる従属請求項で挙げられているという単なる事実は、これらの措置の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。
【０２１８】
特許請求の範囲におけるいずれの参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【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】
0006038115.tif 000038
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
0006038115.tif 000048
【図１８Ｂ】
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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２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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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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