(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源への接続のための一次側と回路装置への接続のための二次側とを有する自励発振電源を用いて少なくとも１つの低出力照明ユニットを動作させる前記回路装置であって、少なくとも、
前記自励発振電源の前記二次側において前記自励発振電源から動作電圧を受け取る入力部と、
１つ以上の低出力照明ユニットとの接続のための出力部と、
前記入力部に接続され、動作中に、少なくとも１つのトリガパルスを前記自励発振電源の前記二次側に投入するパルス発生器と、
少なくとも前記パルス発生器に接続され、前記動作電圧に依存して前記パルス発生器を制御するパルス制御器と、
を含む、回路装置。
【請求項２】
前記パルス発生器は、少なくとも１つのスイッチ可能なエネルギー蓄積デバイスを含み、前記パルス発生器は更に、前記少なくとも１つのトリガパルスを前記自励発振電源の前記二次側に投入するように、前記少なくとも１つのスイッチ可能なエネルギー蓄積デバイスを前記入力部に接続させる、請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
スイッチングデバイスを更に含み、前記スイッチングデバイスは、前記パルス制御器によって制御可能であり、前記１つ以上の低出力照明ユニットと前記自励発振電源との間の接続を制御する、請求項１に記載の回路装置。
【請求項４】
前記入力部及び前記パルス制御器に接続され、前記動作電圧のエンベロープ成分を決定するエンベロープ検出器を更に含み、前記パルス制御器は、前記エンベロープ成分の各周期において、少なくとも１つのトリガパルスが前記自励発振電源に投入されるように、前記パルス発生器を制御する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項５】
前記パルス制御器は、前記エンベロープ成分の各周期において、所定の位相角で前記少なくとも１つのトリガパルスが投入されるように、前記パルス発生器を制御する、請求項４に記載の回路装置。
【請求項６】
前記パルス発生器は、前記エンベロープ成分の各周期において、複数のトリガパルスが前記自励発振電源に投入されるように制御される、請求項４又は５に記載の回路装置。
【請求項７】
前記パルス発生器は、少なくとも、順極性を有する第１のトリガパルスと、逆極性を有する第２のトリガパルスとを投入する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項８】
前記パルス制御器は、前記少なくとも１つの低出力照明ユニットの負荷情報に依存して、前記パルス発生器を制御する、請求項１乃至７の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項９】
前記出力部は、ドライバユニットを含む、請求項１乃至８の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項１０】
前記入力部に接続され、前記パルス発生器と並列に装置される整流器回路を更に含む、請求項１乃至９の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの低出力照明ユニットは、ＬＥＤユニットである、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか一項に記載の回路装置と、前記回路装置の前記出力部に接続される少なくとも１つのＬＥＤユニットとを含む、ＬＥＤランプ。
【請求項１３】
電源と、請求項１２に記載の１つ以上のＬＥＤランプとを含む、照明システム。
【請求項１４】
少なくとも、
‐電源への接続のための一次側と回路装置への接続のための二次側とを有する自励発振電源から動作電圧を受け取る入力部と、
‐１つ以上の低出力照明ユニットとの接続のための出力部と、
‐前記入力部に接続されるパルス発生器と、
‐少なくとも前記パルス発生器に接続され、前記動作電圧に依存して前記パルス発生器を制御するパルス制御器と、
を含む前記回路装置を用いて、少なくとも１つの低出力照明ユニットを動作させる方法であって、
動作中に、少なくとも１つのトリガパルスを前記自励発振電源の前記二次側に投入する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明の分野に関し、より具体的には、電源を用いてＬＥＤユニットといった低出力照明ユニットを動作させる回路装置及び当該回路装置を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明の分野において、現状の開発は、一般的な白熱灯又はハロゲン灯をいわゆるレトロフィットランプを用いて、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して置換することを目的としている。当該ＬＥＤは、エネルギー効率増進及び寿命の増加といった重要な利点により、従来のランプよりも望ましい。
【０００３】
既存の照明システムにこのようなランプをレトロフィットさせる場合、通常、正常な動作ができるように、レトロフィットランプを、設置されている対応の照明システムに適応させることが必要である。これは、例えばオフィスビル内に設置されるレトロフィットされるべき対応の照明システムのセットアップ及び配線は、簡単に変更できず、また、レトロフィットプロセス全体の費用を大幅に増加してしまうからである。
【０００４】
上述のレトロフィットアプリケーションの具体例は、低電圧照明システムにおける一般的なハロゲン式ランプの置換である。このような照明システムは、通常、例えば１２ＶのＡＣである二次側電圧を提供する電源を含み、当該電圧は、次に、１つ以上のランプを動作させるように使用される。二次電圧を提供するためには、電子式のいわゆるスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）が使用される。ここでは、５０／６０Ｈｚの正弦波主電源電圧が、より高い周波数に変換され、結果として、小型トランスが、約１２ＶのＡＣの二次電圧を得る。
【０００５】
当技術分野において、より高い周波数を提供するために様々なセットアップのスイッチモード電源が採用されている。いわゆる自励発振電源では、スイッチングレギュレータが、整流された主電源電圧の極性を交互にし、したがって、高周波交流電圧をトランスに供給する。トランスの二次側は、ランプに接続され、ランプを給電する。自励発振型電源は更に、電源と接続すると、スイッチング動作を開始する起動回路を含む。振動は、スイッチングレギュレータを制御するために、通常、トランスのフィードバック巻線を使用して、主電源電圧の次のゼロ交差まで自続する。少なくとも、主電源電圧の各ゼロ交差において、再始動が必要であり、これは、通常、当該電源の起動回路によって制御される。
【０００６】
上述の自励発振電源は、一般的なタイプのランプと共に使用された場合に、安定した動作を提供する一方で、低出力ランプを使用する場合は、問題が発生する。ここでは、電力消費量の低減は、エネルギー効率の側面からは有益であるが、自励発振動作が早期に中断されてしまう。これは、電源が、所定の最小電流がランプによって引き込まれる場合にしか、自励発振を持続できないからである。したがって、主電源電圧の各半周期、即ち、ゼロ交差間の相当な期間の間、電源によってランプに給電できずに、不安定な動作がもたらされ、例えば光学的なちらつきが引き起こされる。
【０００７】
自励発振電源の対応するタイプは、例えば、文献「Elektronik ecodesign 2007」（WEKA FACHMEDIEN社、ドイツ、３０ｆｆ頁）に開示される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は、光学的及び電気的特性が向上された自励発振電源ユニットを用いて低出力照明ユニットを効率的に動作させる回路装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
当該目的は、請求項１に記載の回路装置、請求項１３に記載のＬＥＤランプ、請求項１４に記載の照明システム及び請求項１５に記載の回路装置を動作させる方法によって解決される。従属請求項は、発明の好適な実施形態に関する。
【００１０】
本発明の基本的な考えは、動作中、自励発振電源といった電源の二次又は出力側に、即ち、当該電源の出力部に接続された対応する回路装置から、少なくとも１つのトリガパルスを投入することである。
【００１１】
本発明者は、意外にも、例えば、引き込まれる電流が当該電源の最小電流以下であることによって自励発振が中断される場合、又は、接続された照明ユニットの動作モードによって自励発振がフェードアウトする場合、二次側から自励発振電源に、トリガパルスを投入することによって、当該電源の自励発振が開始又は再開されることを見出した。
【００１２】
したがって、本発明は、照明ユニットによって、例えば当該電源の最小電流よりも低い比較的低い平均電流しか引き込まれない場合でも、典型的な自励発振電源を用いて、ＬＥＤユニットといった低出力照明ユニットの動作を有利に高めることができる。
【００１３】
したがって、電源の不安定な動作又は照明ユニットのバッファの早期の排出からもたらされる光学的なちらつきが、大幅に減少される。更に、本発明は、電源の二次側からの自励発振の開始又は再開を制御できるため、導通時間のより柔軟な制御が提供され、これにより、セットアップ全体の力率を増加させる。
【００１４】
更に、本発明の回路装置は、動作させる低出力照明ユニットの、例えば位相カット調光器を含む調光型電源との適合性を高める。更に、本発明の回路装置は、電磁トランスとも適合性があるため、本発明は非常に汎用性が高い。
【００１５】
本発明によれば、例えば従来の白熱灯又はハロゲン式ランプをレトロフィットさせるために、自励発振電源といった電源を用いて低出力照明ユニットを動作させる回路装置が提供される。当該回路装置は、少なくとも、電源から動作電圧を受け取る入力部と、少なくとも１つの低出力照明ユニットとの接続のための出力部と、入力部に接続され、少なくとも１つのトリガパルスを電源に投入するパルス発生器とを含む。
【００１６】
入力部及び出力部は、それぞれ、電源及び少なくとも１つの低出力照明ユニットとの接続を可能にする任意の適切なタイプでよく、また、例えば、それぞれ、接続ピン、はんだパッド、又は、対応する永久若しくは着脱可能な電気的接続を可能にする任意の他の適切なコネクタ若しくはプラグといった２つの電気的端子を含む。入力部及び出力部は、当然ながら、更なる電気的又は機械的構成要素を含んでもよい。例えば、入力部には、電源から提供される電圧を平滑化するフィルタ素子が設けられてもよい。出力部は、緩衝増幅器及び／又はドライバユニットを用いて、即ち、例えば使用される照明ユニットの対応するタイプに応じて及び／又はユーザによって設定される所定の調光レベルに応じて、照明ユニットの電圧及び／又は電流を設定するように適応される。
【００１７】
入力部は、少なくとも動作中に、即ち、本発明の回路装置の入力部が、電源の出力部に電気的に接続（当該電源の「二次側」への接続とも呼ばれる）されているときに、当該電源から動作電圧を受け取る。
【００１８】
本説明のコンテキストでは、電源は、１つ以上の低出力照明ユニットに、動作電圧を提供する任意の適切なタイプであってよい。好適には、電源は、例えば高周波数スイッチングレギュレータを含むスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）である。本発明は、集積回路（ＩＣ）によって制御される電源との使用に特に適している。最も好適には、電源は、時に、「自励発振コンバータ」とも呼ばれる自励発振電源であり、スイッチングレギュレータとトランスとを含むスイッチモード電源と理解される。当該スイッチングレギュレータの高周波発振は、高周波発振のフィードバックによって制御され、したがって、自励発振動作が提供される。
【００１９】
電源は、その入力部において、主電源電圧といったＡＣ電圧（以下、「一次側電圧」又は「一次側交流電圧」と呼ばれる）が提供されることが好適である。したがって、電源は、ＡＣ電源であってよい。ＡＣ電源の場合、一次側電圧は、通常、スイッチングレギュレータの前に、例えばブリッジ型整流器を使用して整流される。当然ながら、整流器が電源の外部に配置され、したがって、電源に整流済みの一次側電圧が提供されるセットアップも可能である。或いは、電源は、ＤＣ電圧が提供されてもよい。
【００２０】
電源と接続すると、スイッチングレギュレータのスイッチング動作を又は発振を開始するために、電源は、起動回路を含む。起動回路は更に、一次側電圧の各ゼロ交差において、即ち、一次側電圧が約０Ｖであるときに、自励発振を再開する働きをする。このような再開制御は、整流された主電源電圧がスイッチングレギュレータに直接供給され、通常、大型コンデンサによってバッファリングされないため、トランスの一次側電圧は、主電源電圧のゼロ交差付近では実質的にゼロであり、フィードバック巻線は、自励発振を維持するための電圧を提供しないことから、必要である。起動回路は、任意の適切なタイプの電子回路を含んでよい。一例では、起動回路は、起動パルスをスイッチングレギュレータに投入するように、ＲＣネットワークと共に一次側電圧に結合されるダイアックを使用して実現される。例えば、スイッチングレギュレータがハーフブリッジである場合、起動パルスは、ハーフブリッジトランジスタのうちの１つのトランジスタのベースに投入される。
【００２１】
本発明の回路装置は、例えばハーフブリッジ・スイッチングレギュレータと対応するトランスとを含む自励発振ハーフブリッジ電源を用いて動作される場合に、特に有利である。当該ハーフブリッジ電源内のスイッチングレギュレータの動作のフィードバックは、当該スイッチングレギュレータを適宜トリガさせるように、当該トランス又は別個の電流トランスのフィードバック巻線を使用して提供される。
【００２２】
自励発振電源によって回路装置に供給される動作電圧は、可変電圧、即ち、交流電圧であってよい。電源のスイッチング挙動によって、動作電圧は、典型的な５０／６０Ｈｚの主電源周波数よりも高い高周波発振を示す。ＡＣ電源の場合、高周波発振は、通常、（整流された）一次側交流電圧に相当する（整流された）正弦波によって振幅変調される。したがって、動作電圧は、通常、高周波成分と、低周波数におけるエンベロープ成分とを示す。
【００２３】
好適には、動作電圧の高周波成分は、２０乃至２５０ｋＨｚの周波数を示す。エンベロープ成分は、４０〜４５０Ｈｚの周波数を有する。最も好適には、動作電圧は、安全低電圧、即ち、５０ＶのＲＭＳ以下、最も好適には、２５Ｖ又は１４ＶのＲＭＳ以下である。
【００２４】
少なくとも１つの低出力照明ユニットは、任意の適切なタイプであってよい。「低出力」との用語は、白熱灯及びハロゲンランプといった従来のランプの電力消費量に比べた照明ユニットの電力消費量に関する。少なくとも１つの照明ユニットの電力消費量は、好適には２５Ｗ未満であり、より好適には１５Ｗ未満であり、特に好適には１０Ｗ未満である。
【００２５】
好適には、少なくとも１つの照明ユニットは、ＬＥＤユニットである。本コンテキストでは、「ＬＥＤユニット」は、本発明の観点では、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ又は固体レーザ（例えばレーザダイオード）といった任意のタイプの固体光源であってよい少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むものとして理解される。当然ながら、ＬＥＤユニットは、直列及び／又は並列接続された上述の構成要素のうちの２つ以上を含んでもよい。当然ながら、低出力照明ユニットは、例えば輝度及び／又は色を設定するドライバユニット、平滑化ステージ、及び／又は１つ以上のフィルタコンデンサといった更なる電気的、電子的又は機械的構成要素を含んでもよい。
【００２６】
本発明の回路装置は更に、上述のパルス発生器を含む。パルス発生器は、少なくとも１つのトリガパルスを当該自励発振電源に投入するために、少なくとも、当該電源の入力部、したがって、動作中は、出力部に一時的に接続される。本コンテキストでは、トリガパルスの「投入」との用語は、電源の出力部、即ち、電源の二次側に、電流を、少なくとも一時的に提供することと理解される。したがって、電力は、回路装置によって、電源に、即ち、正常動作中の電力伝達の方向とは反対に提供される。
【００２７】
トリガパルスを動作中に提供することによって、電源の出力部において、したがって、電源のトランス及び／又は電流トランスの接続された二次巻線を通る電流のフローがもたらされる。トランス内の容量性結合によって、電圧がフィードバック巻線内で生成され、これにより、スイッチングレギュレータがその自励発振動作を再開する。
【００２８】
したがって、本発明のドライバ回路は、二次側から、かつ、起動回路の上述の動作から独立して、自励発振電源の動作を有利に制御することができる。上述の通り、この点は、当該電源の最少電流よりも低い公称電流を有する低出力照明ユニットとの組み合わせにおいて有益である。これは、この場合、早期に消滅した自励発振が、即ち、一次側交流電圧のゼロ交差間で早期に照明した自励発振が再開されることが可能だからである。
【００２９】
したがって、本発明は、例えば、導通期間、即ち、上述の通り、一次側交流電圧の各半周期、即ち、上述の通り、２つの続いたゼロ交差間において、当該電源によって照明ユニットに電力が伝達される時間を制御できるようにする。したがって、本発明の回路装置は、電源の変更を必要とすることなく、低出力照明ユニットの安定動作が可能であるため、レトロフィットアプリケーションにおいて特に有利である。
【００３０】
少なくとも１つのトリガパルスの振幅及び継続時間は、アプリケーション、特に電源の対応するタイプに応じて選択される。例えば、スイッチングレギュレータが１つ以上のＭＯＳＦＥＴトランジスタを含む場合、トリガパルスは、ＭＯＳＦＥＴトランジスタが導電状態、例えば０．１ｎＣ以上となるように、当該ＭＯＳＦＥＴトランジスタの入力キャパシタンスを充電できるようにするべきである。対応するスイッチングレギュレータが、１つ以上のバイポーラトランジスタを含む場合、トリガパルスは、トランジスタを駆動するために、少なくとも０．１ｍＡ、好適には少なくとも１０ｍＡのベース電流を提供するべきである。いずれの場合においても、当然ながら、フィードバック巻線における電流は、トランスと、二次巻線とフィードバック巻線との間のトランス比とに依存する。一般的に、大体のアプリケーションについて、トランス／電源の一次側で少なくとも１ｍＡの電流を提供するトリガパルスが好適である。
【００３１】
トリガパルスの継続時間は、好適には、１００ｎｓ乃至１０μｓである。方形パルス又は指数関数的に減衰するパルスといった様々なパルス形式を使用してもよい。
【００３２】
少なくとも１つのパルスを提供するために、パルス発生器は、例えば、適切なタイプの制御可能な電源を含む。好適には、パルス発生器は、スイッチ可能なエネルギー蓄積デバイスを含む。この場合、パルス発生器は、当該エネルギー蓄積デバイスを入力部、したがって、接続された電源に（一時的に）接続させることによって、当該トリガパルスを投入する。パルス発生器には、エネルギー蓄積デバイスと回路装置の入力部との接続を制御するために、ＭＯＳＦＥＴ又はバイポーラトランジスタといった少なくとも１つの対応するスイッチが具備される。当該エネルギー蓄積デバイスは、少なくとも、電荷を一時的に蓄積し、例えば１つ以上のコンデンサ及び／又は電池を含む任意の適切なタイプであってよい。
【００３３】
上述の通り、発振が消滅する又はフェードアウトする度に、電源のスイッチングレギュレータの再開が必要である。したがって、パルス発生器は、複数のトリガパルスを、電源に投入することが好適である。最も好適には、トリガパルスの発生は、セットアップ全体の動作を向上させるように、動作中に、回路装置の入力部に提供される動作電圧に依存して制御される。したがって、好適な実施形態では、回路装置は、少なくとも、当該パルス発生器に接続され、動作電圧に依存して、及び／又は、接続された１つ以上の低出力照明ユニットの、電圧、電流及び／又は電力要件といった電気的要件に依存して、当該パルス発生器を制御するパルス制御器を含む。
【００３４】
パルス制御器は、パルス発生器を制御する任意の適切なタイプであってよい。例えば、パルス制御器は、対応するプログラミングが提供されたマイクロコントローラを含む。当然ながら、パルス制御器は、これに代えて又はこれに加えて、費用効率的なセットアップを提供するために、別箇の電子回路を含んでもよい。パルス制御器とパルス発生器との間の接続は、パルス制御器によるトリガパルスの発生及び投入の制御を与える任意の有線又は無線、直接又は間接的なタイプであってよいが、有線接続が好適である。
【００３５】
パルス制御器の動作及び動作電圧に依存するトリガパルスの投入に関し、様々な実施形態が可能であり、それらのうちの幾つかが以下に説明される。
【００３６】
１つの好適な実施形態では、パルス制御器は、動作電圧から、電源が自励発振モードであるかどうか、即ち、電力が動作中に回路装置に提供されているかどうかを決定し、電力が提供されていない場合に、トリガパルスを投入するようにパルス制御器を制御する。
【００３７】
本実施形態では、電源の発振がフェードアウトする場合、スイッチングレギュレータの再開がトリガパルスの投入によって開始され、これにより、導通時間が増加される。この動作は、有利に、接続された低出力照明ユニットのより安定した動作をもたらす。
【００３８】
上述の動作を提供するために、パルス制御器は、入力部における動作電圧及び／又は電流を決定する電力検出器に接続されることが好適である。上述の場合において最も好適には、パルス制御器は、動作中に当該入力部に供給された動作電圧／電流が最小閾値に対応するかどうかを決定する。電圧及び／又は電流が当該閾値未満である場合、パルス制御器は更に、電源の自励発振を再開するために、電源に対応のトリガパルスが提供されるようにパルス発生器を制御する。
【００３９】
上述に加えて又は代えて、当該入力部及びパルス制御器に接続されるエンベロープ検出器が提供される。当該エンベロープ検出器は、動作電圧のエンベロープ成分の周期情報を決定する。パルス制御器は、当該エンベロープ成分の各周期において、少なくとも１つのトリガパルスが、電源に投入されるように、パルス発生器を制御する。
【００４０】
上述の実施形態は、一次側交流電圧、即ち、電源の一次側におけるタイミング又は位相の情報が、動作中に回路装置に提供される動作電圧から決定可能であるという認識に基づいている。上述の通り、動作電圧は、通常、（整流された）一次側交流電圧に対応する低周波エンベロープ成分を含む。したがって、エンベロープ成分の各周期においてトリガパルスを投入することによって、一次側交流電圧の各半周期において、したがって、一次側交流電圧と同期して、トリガパルスが生成されることが有利に可能である。
【００４１】
本実施形態のコンテキストでは、「周期情報」との用語は、動作電圧、したがって、一次側交流電圧に対応するエンベロープ成分のタイミング、周波数又は周期期間に関する任意のタイプの情報に相当する。当然ながら、一次側電圧と、エンベロープ検出器の出力部におけるエンベロープ成分との間には、固定の遅延が存在してもよい。
【００４２】
好適には、周期情報は、一次側交流電圧のゼロ交差のタイミングに対応する、エンベロープ成分における「ゼロ点」のタイミングを含む。したがって、「ゼロ点」との用語は、実質的に電圧のない瞬間、即ち、エンベロープ成分の電圧振幅が約０Ｖであるときを指す。したがって、エンベロープ成分に関する「周期」とは、２つの続いたゼロ点間の間隔を指し、したがって、一次側交流電圧の半周期に対応する。
【００４３】
エンベロープ検出器は、例えば適切なプログラミングを有するマイクロコントローラを使用してパルス制御器に当該周期情報を提供する任意の適切なタイプであってよい。例えば、エンベロープ検出器は、動作電圧の高周波復調に適応し、即ち、高周波成分を除去し、復調された信号を、０Ｖに近い閾値と比較する。したがって、エンベロープ検出器は、動作電圧のエンベロープ成分における上述の「ゼロ点」、したがって、「周期情報」を決定する。
【００４４】
これに代えて又は加えて、エンベロープ検出器は、動作電圧の２つの続いた局所的な高周波数の極大値を決定し、「ゼロ点」のタイミングをそれぞれ決定するように位相を補間するサンプルホールド回路を含む。
【００４５】
各周期における少なくとも１つのトリガパルスの位置決め、即ち、ゼロ点に対するトリガパルスのタイミングは、アプリケーションに応じて選択される。当然ながら、パルス制御器は、好適には、例えば照明ユニットが必要とする電力に依存して、当該エンベロープ成分の周期毎に、複数のトリガパルスを生成してもよい。
【００４６】
最も好適には、パルス制御器は、当該少なくとも１つのトリガパルスが、各周期において所定の位相角で、即ち、各ゼロ点の後、所定の時間間隔が経過した後に、投入されるようにパルス発生器を制御する。本実施形態は、力率を増加させ、費用効率的なセットアップを可能にする。
【００４７】
更なる好適な実施形態によれば、本発明の回路装置は更に、スイッチングデバイスを含み、当該スイッチングデバイスは、パルス制御器によって制御可能であり、１つ以上の低出力照明ユニットと電源との間の接続を制御する。
【００４８】
当該スイッチングデバイスは、より柔軟な制御を可能とするために、当該低出力照明ユニットを電源から少なくとも一時的に切断するように提供される。スイッチングデバイスは、任意の適切なタイプであってよく、例えば当該パルス制御器に接続される、少なくとも、バイポーラトランジスタ又はＭＯＳＦＥＴを含む。スイッチングデバイスは、例えば１つ以上の照明ユニットの電源との接続の制御を可能とするために、入力部と出力部との間に配置される。当然ながら、スイッチングデバイスが入力部又は出力部と一体に形成される実施形態も想到可能である。例えば、スイッチングデバイスは、出力部の緩衝増幅器及び／又はドライバユニットと一体に形成される。
【００４９】
スイッチングデバイスは、対応するアプリケーションに応じてパルス制御器によって制御される。好適には、パルス制御器は、各周期において、ゼロ点の後のオフ間隔、例えば数ｍｓの継続時間の間、少なくとも１つの照明ユニットが電源から切断されるように、スイッチングデバイスを制御する。
【００５０】
本実施形態では、実質的な負荷がなく、１つ以上の照明ユニットへの電力の伝達がないため、電源の起動回路によって開始されるスイッチングレギュレータの発振が急速にフェードする。本実施形態は、１００Ｈｚ〜４０ｋＨｚまでのより高いパルス周波数を有利に可能にする。更に、好適には、パルス制御器が、上述したように、位相角又は対応する時間間隔は、オフ間隔よりも長いので、各周期において、ゼロ点に対し所定の位相角でトリガパルスを投入する場合、回路の動作は更に強化される。
【００５１】
対応する制御によって、通常、電源の起動回路によってゼロ点のすぐ後に開始する、各周期における導通期間、即ち、少なくとも１つの照明ユニットに電力が伝達される時間が、より大きい位相角に向かってシフトされる。したがって、本実施形態は、アプリケーションに応じて、各周期において、導通期間を自由に位置決めすることができる。
【００５２】
最も好適には、パルス制御器は、各周期における導通期間が、ピーク電圧、即ち、エンベロープ成分又は一次側電圧のそれぞれのピークの周りに中心が合わされるようにスイッチングデバイス及びパルス発生器を制御する。本実施形態は、導通期間を、例えば２つの続いたゼロ点の間で中心が合わされて、各周期に対して実質的に左右対称である。したがって、本実施形態は、導通期間が、各周期において、提供される一次側電圧が最大である時間に設定されるため、高い効率及び力率を可能にする。
【００５３】
上記に代えて又は加えて、パルス制御器は、複数のオフ間隔が提供され、続いたオフ間隔の間に、少なくとも１つのトリガパルスが生成されるように、スイッチングデバイス及びパルス発生器を制御してもよい。本実施形態によれば、通常、短いオフ間隔が使用され、これらのオフ間隔は、対応するトリガパルスとインタレースされる。したがって、１つ以上の照明ユニットへの電流のフローは、エンベロープ成分の周期にわたって、即ち、上述したように、一次側交流電圧の半周期にわたって、分配、即ち、「分散」される。したがって、対応する動作は、更に向上された調光可能性を提供する「バーストモード」をもたらす。オフ間隔の周波数は、例えば１００Ｈｚ〜４０ｋＨの間のより高い周波数に選択される。最も好適には、動作の周波数又はデューティサイクル、即ち、負荷のオンタイムと負荷のオフタイムとの比は、以下に更に説明される通り、負荷、即ち、１つ以上の照明ユニットの負荷情報に依存して、設定される。
【００５４】
上述の「バーストモード」動作の場合、トリガパルスの投入の前に、スイッチングレギュレータの発振がフェードアウトしていることが好適である。
【００５５】
一般的に、複数のトリガパルスのうちのいくつか又はすべては同じ極性を有してよいが、更なる好適な実施形態によれば、パルス発生器は、少なくとも、順極性を有する第１のトリガパルスと、逆極性を有する第２のトリガパルスとを提供する。したがって、パルス発生器は、少なくとも、第１及び第２のトリガパルスを提供することができ、入力部の端子に供給される第２のトリガパルスの極性は、第１のトリガパルスの逆である。
【００５６】
パルス発生器は、任意の適切な手段によって、第１及び第２のトリガパルスを生成する。好適には、パルス発生器は、少なくとも、第１及び第２のスイッチ可能なエネルギー蓄積デバイスを含む。当該エネルギー蓄積デバイスは、第１及び第２のトリガパルスを提供するために、例えば互いに並列に、かつ、互いに対向して接続される。
【００５７】
本実施形態は、電源の自励発振動作の再開を容易にする。自励発振電源の特定のセットアップに依存して、トリガパルスの極性が、動作電圧の高周波成分の瞬時極性又は位相に対応することが有益である。したがって、回路装置は更に、入力部及びパルス制御器に接続され、動作電圧の高周波成分の位相を決定する位相検出器を含むことが好適である。位相制御器は、トリガパルスが当該高周波成分と同調しているようにパルス発生器を制御する。これに代えて又は加えて、パルス制御器は、交互の極性を有する複数のパルスを生成する。
【００５８】
本発明の別の好適な実施形態では、パルス制御器は、少なくとも１つ以上の低出力照明ユニットの負荷情報を決定し、当該負荷情報に依存して、パルス生成器を制御する。
【００５９】
本実施形態は、例えば少なくとも１つの低出力照明ユニットの電力消費量に応じて、回路装置の制御を更に向上させる。本実施形態のコンテキストでは、「負荷情報」との用語は、例えば出力部において決定される少なくとも１つの低出力照明ユニットの電力及び／若しくは電流消費量、並びに／又は少なくとも１つの低出力照明ユニットによって生成される流束を指す。
【００６０】
後者の場合、パルス制御器は、例えば動作中の少なくとも１つの低出力照明ユニットの光束が適宜決定されるように、光検出器に接続されてもよい。
【００６１】
本実施形態によれば、パルス制御器は、負荷情報に依存してパルス発生器を制御する。例えばパルス制御器は、負荷情報に依存して、エンベロープの周期毎のパルス数、即ち、パルス周波数を決定する。低出力照明ユニットが調光状態にあるときといった比較的低い負荷の場合、電源の自励発振動作を維持するために、パルス周波数は適宜高く選択される。
【００６２】
本発明の回路装置は、当然ながら、更なる構成要素、例えば出力部に接続される少なくとも１つの低出力照明ユニットに提供される電流及び／又は電圧を制御するドライバユニットを含んでもよい。
【００６３】
更に、出力部は、実質的に一定の電流を提供する緩衝増幅器を含んでもよい。緩衝増幅器は、特に低出力照明ユニットが、ＬＥＤが使用される場合といったように電流の変動に敏感である場合に、動作を高める。これに加えて又は代えて、ドライバユニットは、調光動作に適応される、即ち、例えば外部調光信号によって提供される所望の調光レベルに応じて少なくとも１つの低出力照明ユニットに提供される電流を制御する。
【００６４】
好適には、回路装置は、入力部に接続され、パルス発生器と並列に装置される整流器回路を含む。整流器をパルス発生器と並列に配置することによって、特に、相対する極性を有する第１及び第２のトリガパルスが提供される必要がある場合に、自励発振電源への少なくとも１つのトリガパルスの投入が容易にされる。
【００６５】
本発明の第２の態様によれば、上述の回路装置と少なくとも１つのＬＥＤユニットとを有するＬＥＤランプが提供される。当該ＬＥＤランプでは、少なくとも１つのＬＥＤユニットは、当該回路装置の出力部に接続される。上述の回路装置及び少なくとも１つのＬＥＤユニットは、例えば最も小型のセットアップを提供するために共通のランプ筐体内に互いに一体に形成されることが好適である。
【００６６】
本発明の更なる態様では、例えば自励発振電源である電源と、上述の１つ以上のＬＥＤランプとを含む、照明システムが提供される。
【００６７】
最後に、本発明の更なる態様では、回路装置を用いて少なくとも１つの低出力照明ユニットを動作させる方法が提供される。当該回路装置は、少なくとも、電源から動作電圧を受け取る入力部と、１つ以上の低出力照明ユニットへの接続のための出力部と、当該入力部に接続されるパルス発生器とを含む。ここで、少なくとも１つのトリガパルスが、動作中に、電源に投入される。
【００６８】
なお、本発明の上述した追加の態様を参照するに、回路装置、照明ユニット及び電源は、本発明の主要な態様を参照して上述された好適な実施形態のうちの１つ以上の実施形態に応じて適応される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
本発明のこれらの及び他の態様は、添付図面を参照することにより以下に詳細に述べられる。
【００７０】
【図１】図１は、自励発振電源に接続された本発明による回路装置及びＬＥＤユニットを有するＬＥＤランプの一実施形態を示す。
【図２】図２は、自励発振電源の一実施形態を示す。
【図３ａ】図３ａは、概略タイミングチャートで、図２の自励発振電源の動作を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、概略タイミングチャートで、図２の自励発振電源の動作を示す。
【図４】図４は、典型的な低出力照明ユニットと共に動作される場合の図２の自励発振電源の動作を示す。
【図５ａ】図５ａは、第１の例示的な制御方法による更なるタイミングチャートでの図１のＬＥＤランプの動作を示す。
【図５ｂ】図５ｂは、第１の例示的な制御方法による更なるタイミングチャートでの図１のＬＥＤランプの動作を示す。
【図６ａ】図６ａは、第２の例示的な制御方法による更なるタイミングチャートでの図１のＬＥＤランプの動作を示す。
【図６ｂ】図６ｂは、第２の例示的な制御方法による更なるタイミングチャートでの図１のＬＥＤランプの動作を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
図１は、自励発振型の電子スイッチモード電源（以下、自励発振電源４と呼ぶ）に接続されたＬＥＤランプ１を含む照明システムの一実施形態を示す。電源４は、典型的なハロゲン照明システムの１２Ｖの電源に相当し、主電源７に接続されるので、その一次側で、１１０／２３０Ｖの（正弦波）交流電圧２７を受け取る。電源４は、ＬＥＤランプ１に接続されたその二次側端子１０において、１２ＶのＲＭＳの動作電圧を提供する。
【００７２】
ＬＥＤランプ１は、本実施形態では直列接続された４つの高出力半導体発光ダイオード（図示せず）が具備されるＬＥＤユニット２を含む。各高出力半導体発光ダイオードは、公称動作条件下で１０ｌｍを上回る光束を提供する。ＬＥＤランプ１は更に、動作中、ＬＥＤユニット２に給電する回路装置３を含む。したがって、図示されるように、ＬＥＤランプ１の回路装置３の入力部１２は、自励発振電源４の二次側端子１０に接続される。
【００７３】
本実施形態の入力部１２は、ＬＥＤランプ１の筐体（図示せず）と一体に形成され、ＧＵ５．３型ソケットコネクタを含む。ＬＥＤユニット２に給電するために、出力部１１が整流器２６を介して入力部１２に接続される。出力部１１は、ＬＥＤユニット２に定電流を提供するために、ドライバユニット及び緩衝増幅器（共に図示せず）と一体に形成される。更に、出力部１１は、ＬＥＤユニット２、ドライバユニット及び緩衝増幅器を、電源から一時的に切断するためのスイッチングデバイス２９を含む。本実施例のスイッチングデバイス２９は、ＭＯＳＦＥＴである。
【００７４】
ＬＥＤユニット２に給電することに加えて、回路装置３は、トリガパルス４０ａ、４０ｂを、自励発振電源４に、その二次側端子１０を介して投入させる。したがって、回路装置３は、パルス制御器１８によって制御されるパルス発生器１７を含む。電源４の出力端子１０へのトリガパルス４０ａ、４０ｂの投入、即ち、短い電流パルスの提供は、ＬＥＤユニット２といった比較的低い負荷と共に、典型的な自励発振電源４を用いた場合に、動作の安定性を高める。
【００７５】
パルス制御器１８は、パルス発生器１７の動作を制御するように適切なプログラミングを有するマイクロプロセッサ（図示せず）を含む。パルス発生器１７との接続に加えて、パルス制御器１８は、スイッチングデバイス２９の動作を制御し、電流検出器３０を使用してＬＥＤユニット２の瞬時負荷を求めるために、出力部１１に接続される。これにより、トリガパルス４０ａ、４０ｂの正確な位置決めが可能である。更に、パルス制御器１８は、エンベロープ検出器１９及び位相検出器２１に接続される。エンベロープ検出器１９は、動作電圧２８のエンベロープ成分の周期情報を決定し、したがって、以下に説明されるように、ゼロ点２０のタイミングを決定できる。
【００７６】
パルス発生器１７は、電源４にトリガパルス４０ａ、４０ｂを投入するための第１のコンデンサ２２及び第２のコンデンサ２３を含む。図１から分かるように、２つのコンデンサ２２、２３は、入力部１２に対し反対の極性で接続され、したがって、トリガパルスを順及び逆極性で投入できる。パルス制御器１８によって制御される２つのトランジスタ２４は、関連付けられる第１及び第２のコンデンサ２２、２３の入力部１２、したがって電源４との接続を切り替えるように設けられる。抵抗器３１は、トランジスタ２４の逆ボディダイオードを使用して、トランジスタ２４が開放位置にあるときに、コンデンサ２２、２３を充電させる。
【００７７】
なお、対応する自励発振電源４は当技術分野において知られているが、図２には、その動作を明確にするために、典型的なハーフブリッジ自励発振電源４の一実施形態が示される。上述の通り、自励発振電源４は、スイッチモード電源であり、その入力部側にあるフルブリッジ整流器と、電圧Ｕｚを有するフィルタコンデンサＣ１と、Ｒ１及びＣ２からなる起動回路とを含む。トランジスタハーフブリッジが、フリーホイーリングダイオードＤ１、Ｄ２と共に、Ｔ１及びＴ２によって形成される。更に、電源４は、電流トランスＣＴと、安定器インダクタＬｒと、共振点火コンデンサＣｒと、電流シャント抵抗器Ｒ２、Ｒ３と、Ｃ３及びＣ４によって形成される容量性分圧器とを含む。
【００７８】
正常動作中、トランジスタハーフブリッジは、電流トランスＣＴによって駆動される。トランジスタＴ１における電流は、インダクタＬｒを流れるインダクタ電流ｉＬが、結果として得られるＴ１のベース・エミッタ電圧が必要電流を駆動するには低過ぎる電圧に到達するまで、ＣＴの正のフィードバックによって導通し続ける。このレベルは、ＣＴ出力電圧と、Ｒ２を介する負の電圧フィードバックとによって定義される。当該瞬間において、ＣＴ出力電圧は、極性を反転し、トランジスタＴ１をオフにし、ここでも、電流ｉＬがその所定の負のピークに到達するまで、トランジスタＴ２をオンにする。
【００７９】
Ｒ１及びＣ２は、起動回路である。電源オン時、Ｃ２の両端間の電圧は、ダイアックＤ４がその降伏電圧に到達するまで増大し、トランジスタＴ２をオンにする。動作中の再トリガリングは、トランジスタＴ２及びダイオードＤ３を介してＣ２を定期的に放電することによって阻止される。起動を向上させるために、抵抗器Ｒｂが使用される。
【００８０】
コンデンサＣｒは、主に、蛍光ランプを動作かつ点火させるものであり、ＬＥＤユニット２と共に電源４を動作させる場合には不要である。
【００８１】
図３ａ及び図３ｂに、スイッチモード電源４の動作が示される。図３ａは、一次側交流電圧２７のタイミングチャートを示し、電圧２７のゼロ交差２０が、破線で示される。図３ｂでは、自励発振電源４の二次側端子１０における動作電圧２８が示される。図３ｂから分かるように、トランジスタＴ１及びＴ２のスイッチング挙動によって、動作電圧は、例えば５０ｋＨｚの周波数において、高周波数振動を示す。高周波振動は、整流された正弦波によって振幅変調され、即ち、整流された一次側交流電圧２７に相当する。電源４の二次側端子１０における動作電圧２８は、したがって、高周波成分と、低周波数、本実施形態では、主電源周波数、即ち、５０／６０Ｈｚにおけるエンベロープ成分とを示す。なお、図３ｂは、明確にするために、単純な形式の高周波成分のみを示す。図３ｂから分かるように、動作電圧２８は、一次側交流電圧２７のゼロ交差２０に対応する「ゼロ点」２０を示す。図３ｂは、最適条件下、即ち、典型的なハロゲンランプが接続された状態の電源４の動作電圧２８を示す。ここでは、振動は、各ゼロ交差２０において、電源４の起動回路によって開始され、次のゼロ交差２０まで自続される。
【００８２】
しかし、図２に示されるような典型的な自励発振電源４が、ＬＥＤユニット２といった比較的小さい負荷と共に動作されると、振動が早期に、即ち、２つのゼロ交差２０の間に、消滅する又はフェードアウトすることがある。図４のタイミングチャートに、この状況が示される。以下に明らかとなるように、自励発振の早期消滅によって、電力は、電源４の二次側端子１０において、交流電圧２７の各半周期、即ち、２つの連続ゼロ点２０の間における限られた時間の間しか存在しない。これは、接続されたＬＥＤユニット２に光学的なちらつきと、比較的低い力率をもたらす。
【００８３】
次に、図５ａ及び図５ｂを参照して、第１の例示的な制御方法による図１の実施形態の動作が説明される。
【００８４】
上述したように、電源に接続されると、起動回路は、例えば図４に示されるように、トランジスタＴ１及びＴ２の振動を開始する。回路装置３のエンベロープ検出器１９が、幾つかの周期について、動作電圧２８を高周波復調し、また、復調された信号をゼロボルトに近い閾値と比較することによって、ゼロ点２０のタイミングを決定する。この段階では、動作は、図４のタイミングチャートに対応する。
【００８５】
したがって、エンベロープ検出器１９は、パルス制御器１８に、ゼロ点２０のタイミングに対応する周期情報を提供する。更に、パルス制御器１８は、出力部／ドライバユニット１１から、ＬＥＤユニット２の瞬時負荷を受け取る。本実施例では、３Ｗの比較的低い負荷が（調光された）ＬＥＤユニット２によって提供される。
【００８６】
パルス制御器１８は、瞬時負荷から、動作電圧２８の各周期、即ち、２つの続いたゼロ点２０間のトリガパルス４０ａ、４０の数及び位置決めを決定する。次に、パルス制御器１８は、パルス発生器１７のトランジスタ２４のうちの１つを動作させて、正のトリガパルス４０ｂ又は負のトリガパルス４０ａを提供する。図５ａに示されるように、動作電圧２８の第１の周期、即ち、一次側交流電圧２７の第１の半周期では、負のトリガパルス４０ａのパルス列が生成される一方で、第２の周期では、正のトリガパルス４０ｂのパルス列が生成される。
【００８７】
更に、パルス制御器１８は、ＬＥＤユニット２及び出力部１１のドライバユニット／緩衝増幅器（図示せず）が、各ゼロ点２０の後、２０〜１００μｓの間隔の間、電源４から切断されるように、出力部１１のスイッチングデバイス２９を制御する。したがって、起動回路によって開始される、電源４のスイッチングレギュレータ、即ち、Ｔ１及びＴ２によって形成されるハーフブリッジの振動は、素早くフェードアウトし、したがって、より高いパルス周波数が可能である。
【００８８】
図５ｂは、自励発振電源４の対応する結果として得られる動作電圧２８を示す。図から分かるように、電源４の起動回路によって開始される振動は、ほぼ瞬時にフェードアウトする。次に、振動は、トリガパルス４０ａ、４０ｂのそれぞれが、回路装置３によって電源４に投入された後に、再開される。二次側端子１０における、電源４へのトリガパルス４０ａ、４０ｂの投入は、誘導結合によって、電流トランスＣＴの一次側における対応電圧をもたらし、したがって、トランジスタＴ１及びＴ２における対応する電圧をもたらす。したがって、自励発振が再開される。
【００８９】
図５ｂを図４と比較すると、導通期間又は時間、即ち、電力が電源４によって負荷、即ち、ＬＥＤユニット２に転送される各周期における時間が対応して増加されることが分かる。したがって、回路装置３の制御は、少ない負荷しか適用されていない場合でも、自励発振電源４の動作を向上させる。
【００９０】
更に、導通時間は、特に、位相カット調光器と共に使用される場合に、ランプ１の適合性が高められるように各周期においてより均等に分配される。
【００９１】
上述の通り、図示される複数のトリガパルス４０ａ、４０ｂは、主に、低負荷によって、ある時間の後、自励発振がフェードアウトするので、投入される。しかし、ＬＥＤユニット２の負荷とは関係なく、各周期における導通時間の上述の分配を提供するために、各トリガパルス、したがって、トリガパルス４０ａ、４０ｂで交互にされる前に、ＬＥＤユニット２を切断するように、パルス制御器１８が、スイッチングデバイス２９を制御することも想到できる。
【００９２】
図６ａ及び図６ｂは、第２の例示的制御方法による図１の実施形態の動作を示す。第２の制御方法による動作は、図５ａ及び図５ｂを参照して上述した動作に対応するが、ここでは、パルス制御器１８は、図６ａから分かるように、動作電圧２８の各周期において単一のトリガパルス４０ａ、４０ｂを提供するようにパルス発生器１７を動作させる。
【００９３】
本実施例によるパルス制御器１８は、ここでは、２つのゼロ点２０の間で左右対称に位置決めされる上述の導通期間の間にのみ、電力が、ＬＥＤユニット２に伝達されるように、対応するトリガパルス４０ａ、４０ｂを投入する。これを可能とするために、パルス制御器１８は、導通期間の時間と各ゼロ点２０に対するトリガパルス４０ａ、４０ｂの位置決めとを決定するために、出力部／ドライバユニット１１におけるＬＥＤユニット２の瞬時負荷を決定する。幾つかの周期後、パルス制御器１８は、導通期間の始まりにおけるエンベロープ成分の電圧Ｖｓを、導通期間の終わりにおけるエンベロープ成分の電圧Ｖｅと比較する。導通期間の左右対称な位置決めは、Ｖｓ＝Ｖｅのときに到達される。Ｖｓ＞Ｖｅの場合、パルス制御器１８は、後続の周期におけるゼロ点２０とトリガパルス４０ａ、４０ｂの投入との間の遅延を減少させる。Ｖｓ＜Ｖｅの対応するもう一方の場合では、遅延は増加させる。
【００９４】
上述の通り、パルス制御器１８は、ＬＥＤユニット２及び出力部１１のドライバユニット／緩衝増幅器（図示せず）が、各ゼロ点２０の後、１〜１．５ｍｓの間隔の間、電源４から切断されるように、出力部１１のスイッチングデバイス２９を更に制御する。したがって、電源４の起動回路によって開始された振動は、ほぼ瞬時にフェードする。
【００９５】
したがって、ＬＥＤユニット２は、動作電圧２７が最大電圧を提供するとき、即ち、ピーク電圧の間に、給電される。参考までに、動作電圧２７は、図６ｂにおいて、点線で示される。したがって、本実施形態は、特に非調節可能なタイプの電源４との使用のために、ＬＥＤユニット２に提供される高電圧によって力率が高められる。
【００９６】
開示された実施形態に対する変更は、図面、開示内容及び従属請求項の検討から、クレームされる発明を実施する際に、当業者によって理解かつ実現されよう。例えば、本発明を、
‐入力部１２が、ＧＵ５．３型ソケットコネクタではなく、異なるタイプのソケットコネクタを含み、
‐パルス制御器１８が、マイクロコントローラではなく、少なくともＮＥ５５５を含み、
‐出力部１１が、緩衝増幅器及び／又はＬＥＤドライバユニットを含み、スイッチングデバイス２９が当該緩衝増幅器及び／又はＬＥＤドライバユニットと一体に形成され、及び／又は、
‐スイッチングデバイス２９が当該入力部１２と一体に形成されるか又は入力部１２と出力部１１との間の別個の構成要素として形成される実施形態において動作させることも想到可能である。
【００９７】
請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるからといって、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【図１】
0006031669.tif 000002
【図２】
0006031669.tif 000003
【図３ａ−３ｂ】
0006031669.tif 000004
【図４−５ｂ】
0006031669.tif 000005
【図６ａ−６ｂ】
0006031669.tif 000006