(57)【要約】  熱的に自動安定化し、既存の懐中電灯に組み込むことができ改良されたＬＥＤモジュールが提供される。１つの実施形態では、ＬＥＤモジュールは、発光ダイオードと、増幅回路と、マイクロチップとを含む。増幅回路は、発光ダイオードからの熱を検出するための温度検出素子を含む。増幅回路の出力は、発光ダイオードに供給されるエネルギーを調節するスイッチング素子に出力するマイクロチップに入力される。スイッチング素子は、昇圧回路、降圧回路または反転回路の一部である。
2009509301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
懐中電灯用照明モジュールであって、
発光ダイオードと、
サーミスタを含み、前記サーミスタが前記発光ダイオードからの熱を検出するように配置された増幅回路と、
入力および出力を有し、前記増幅回路が前記入力に接続され、前記出力が前記発光ダイオードに供給されるエネルギーを調整するスイッチング素子に接続されているマイクロチップとを含む照明モジュール。
【請求項２】
前記スイッチング素子は、昇圧回路の一部である請求項１の照明モジュール。
【請求項３】
前記スイッチング素子は、降圧回路の一部である請求項１の照明モジュール。
【請求項４】
前記スイッチング素子は、反転回路の一部である請求項１の照明モジュール。
【請求項５】
前記スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴである請求項１の照明モジュール。
【請求項６】
前記マイクロチップは、前記サーミスタが２０℃から３０℃を検出したとき、前記発光ダイオードに８７６ｍＡから９３０ｍＡを供給するように前記スイッチング素子を操作するよう構成されている請求項１の照明モジュール。
【請求項７】
前記マイクロチップは、前記サーミスタが２３℃から２７℃を検出したとき、前記発光ダイオードに８８０ｍＡから９１０ｍＡを供給するように前記スイッチング素子を操作するよう構成されている請求項１の照明モジュール。
【請求項８】
前記マイクロチップは、前記サーミスタが２５℃を検出したとき、前記発光ダイオードに略９００ｍＡを供給するように前記スイッチング素子を操作するよう構成されている請求項１の照明モジュール。
【請求項９】
前記マイクロチップは、前記スイッチング素子のスイッチングのデューティサイクルを調節することで前記発光ダイオードに供給されるエネルギーを調整するよう構成されている請求項１に記載の照明モジュール。
【請求項１０】
前記マイクロチップは、前記サーミスタが８０℃から１００℃を検出したとき、前記発光ダイオードに３３０ｍＡから４５０ｍＡを供給するように前記スイッチング素子を操作するよう構成されている請求項１の照明モジュール。
【請求項１１】
前記マイクロチップは、前記サーミスタが９０℃から１００℃を検出したとき、前記発光ダイオードに３３０ｍＡから３７０ｍＡを供給するように前記スイッチング素子を操作するよう構成されている請求項１の照明モジュール。
【請求項１２】
前記マイクロチップは、前記サーミスタが１００℃を検出したとき、前記発光ダイオードに略３３０ｍＡを供給するように前記スイッチング素子を操作するよう構成されている請求項１の照明モジュール。
【請求項１３】
前記マイクロチップは、マイクロプロセッサである請求項１の照明モジュール。
【請求項１４】
前記マイクロチップは、集積回路である請求項１の照明モジュール。
【請求項１５】
前記マイクロチップは、電源によりエネルギーが供給され、前記電源の前記エネルギーが時間と共に消耗する請求項１の照明モジュール。
【請求項１６】
懐中電灯用照明モジュールであって、
第１端部、第２端部およびキャビティを含む導電性ハウジングと、
前記導電性ハウジングの前記第１端部に配置された発光ダイオードと、
前記発光ダイオードに電気的に接続されたモジュール回路を含む回路基板とを含み、
前記回路基板は、少なくとも部分的に前記ハウジングの前記キャビティに収容され、前記モジュール回路が前記発光ダイオードからの熱を検出するサーミスタを有する照明モジュール。
【請求項１７】
前記サーミスタは、増幅回路に接続されている請求項１６の照明モジュール。
【請求項１８】
前記モジュール回路は、前記導電性ハウジングに電気的に接続されている請求項１６の照明モジュール。
【請求項１９】
前記サーミスタは、増幅回路に接続され、前記増幅回路のゲインは、前記サーミスタの検出した温度に従って調節される請求項１６の照明モジュール。
【請求項２０】
さらに、前記発光ダイオードへ流れるエネルギーを調節するように構成されたマイクロチップを含み、前記増幅回路の出力が前記マイクロチップに入力される請求項１９の照明モジュール。
【請求項２１】
前記マイクロチップは、昇圧回路に接続されている請求項２０の照明モジュール。
【請求項２２】
前記マイクロチップは、降圧回路に接続されている請求項２０の照明モジュール。
【請求項２３】
前記マイクロチップは、反転回路に接続されている請求項２０の照明モジュール。
【請求項２４】
導電性ハウジングと、
前記ハウジングの一端に配設されたＬＥＤと、
前記ＬＥＤと電気的に接続された前記ハウジングの中に、収容されたモジュール回路とを含み、
前記モジュール回路は、検出された前記ＬＥＤの温度に基づいて、前記ＬＥＤに供給されるエネルギーを調節するように構成されているＬＥＤモジュール。
【請求項２５】
前記モジュール回路は、前記ＬＥＤの温度を検出するサーミスタを含む請求項２４のＬＥＤモジュール。
【請求項２６】
前記サーミスタは、負の抵抗係数を有する請求項２４のＬＥＤモジュール。
【請求項２７】
前記モジュール回路は、増幅回路を含み、前記増幅回路のゲインは、前記ＬＥＤの検出温度の関数である請求項２４のＬＥＤモジュール。
【請求項２８】
前記モジュール回路は、前記増幅回路のゲインに従って調節される昇圧回路を含む請求項２７のＬＥＤモジュール。
【請求項２９】
前記モジュール回路は、前記増幅回路のゲインに従って調節される降圧回路を含む請求項２７のＬＥＤモジュール。
【請求項３０】
前記モジュール回路は、前記増幅回路のゲインに従って調節される反転回路を含む請求項２７のＬＥＤモジュール。
【請求項３１】
導電性ハウジングと、
前記ハウジングの一端に配設されたＬＥＤと、
前記ＬＥＤおよび前記導電性ハウジングと電気的に接続された前記ハウジングの中に収容されたモジュール回路とを含み、
前記モジュール回路は、エネルギー調節回路と、熱感応増幅回路とを含むＬＥＤモジュール。
【請求項３２】
前記熱感応増幅回路は、温度検出素子を含む請求項３１のＬＥＤモジュール。
【請求項３３】
前記温度検出素子は、サーミスタである請求項３２のＬＥＤモジュール。
【請求項３４】
前記熱感応増幅回路の出力は、前記エネルギー調節回路に入力される請求項３１のＬＥＤモジュール。
【請求項３５】
前記エネルギー調節回路は、マイクロチップと昇圧回路とを含む請求項３４のＬＥＤモジュール。
【請求項３６】
前記エネルギー調節回路は、マイクロチップと降圧回路とを含む請求項３４のＬＥＤモジュール。
【請求項３７】
前記エネルギー調節回路は、マイクロチップと反転回路とを含む請求項３４のＬＥＤモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照明モジュールに関し、特に、懐中電灯のような手で持ち運び可能な光源装置エネルギー調整熱安定ＬＥＤを基礎とするモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、腕時計の照明、リモコンからの情報伝達および大型テレビスクリーンでの画像形成を含む多様な用途に使用されている。より最近は、ＬＥＤは、とりわけ、より効率的に光を生成し続けることができ、懐中電灯に広く使用される白熱電球よりも耐久性があり得るので、ＬＥＤが（懐中電灯のような）携帯用照明装置に使用されている。さらに、白熱電球を使用する懐中電灯がこの分野で支配的であるため、ＬＥＤモジュール（光源としてＬＥＤを使用するモジュール）が既存の懐中電灯に組み込み可能なように設計されている。
【０００３】
既存の懐中電灯の白熱電球を単純にＬＥＤモジュールに交換することの問題は、熱的に安定な条件下での最大発光能力でのＬＥＤの動作ができなくなることである。
【０００４】
ＬＥＤは、順方向電流の増加によりより多くの光を発することが知られている。利用可能な電圧が十分である場合には、ＬＥＤは、その最大の電流値の近くで駆動され、より多くの光を発生する。しかしながら、電池電源の懐中電灯の場合など、利用可能な電圧が制限または時間と共に消耗したとき、ＬＥＤの最大値に近い順方向電流を供給することは不可能である。もし、電池または既存の懐中電灯に収容した電池が高すぎる電圧を印加すると、それにより、ＬＥＤに損傷を与えることとなるようなＬＥＤの最大値を超える順方向電圧を供給しないかという同様の危惧が存在する。
【０００５】
既存の懐中電灯の白熱電球を単純にＬＥＤモジュールに交換することの他の問題は、ＬＥＤに関する熱の影響に対応できなくなることである。ＬＥＤは、白熱電球よりも効率的に光を発生するが、ＬＥＤは、無視できないほどより多くの熱を生成する。このため、ＬＥＤの温度をその設計限度内に維持するために、効率的な熱の散逸が必要である。懐中電灯の光源により生成された熱の散逸の１つの効果的な方法は、改良されたＬＥＤ懐中電灯と題され、２００４年８月２０日に出願され、ここに参照して取り入れる係属中の米国出願１０／９２２７１４号に開示されている。
【０００６】
しかしながら、交換用に設計されたＬＥＤモジュールの場合、ＬＥＤモジュールを使用した既存の懐中電灯は、ＬＥＤによって生成された増加した熱を十分に散逸できないかもしれない。殆どのＬＥＤは、所定のＬＥＤ動作温度が維持された条件での予測される寿命と光束量とを有する。この温度が維持されなければ、寿命および／またはＬＥＤにより生成される光の強度は減少する。従って、ＬＥＤモジュールが組み込まれた既存の懐中電灯がこの点に関して不十分であれば、ＬＥＤモジュールは、ＬＥＤまたはＬＥＤを制御するであろう電子機器が損傷を受けないことを保証するために、ＬＥＤが生成する熱の量をそれ自身が自制しなければならない。
【０００７】
既存のＬＥＤモジュールは、熱の散逸の問題を、それが可能な発光容量以下の安全なレベルの連続した値にＬＥＤに供給される電流を制限することによって取り扱おうとしていた。しかしながら、そのような取り組みは、ＬＥＤの発光能力の使用を不十分にし、ＬＥＤの最大発光能力が決して達成されないようにする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、エネルギーを制限し、熱を自動安定化し、既存の懐中電灯に組み込むことができる照明モジュールを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの実施形態において、照明モジュールは、ＬＥＤと、増幅回路と、マイクロチップとを含む。増幅回路は、ＬＥＤからの熱を検出するように設けられたサーミスタを有する。マイクロチップは、増幅回路と、ＬＥＤに供給されるエネルギーを制限するスイッチング素子とに接続されている。スイッチング素子は、昇圧回路、降圧回路または反転回路の一部であってもよい。
【００１０】
第２の実施形態において、照明モジュールは、導電性のハウジングと、ＬＥＤと、回路基板とを含む。回路基板は前記的にＬＥＤに接続されたモジュール回路を含む。回路は、少なくとも部分的に、ハウジングのキャビティの中に収容され、また、ＬＥＤからの熱を検出するサーミスタを有する。サーミスタは、増幅回路に接続されてもよい。増幅回路のゲインは、サーミスタが検出した温度に従って調整されてもよい。増幅回路の出力は、マイクロチップに入力されてもよい。
【００１１】
他の実施形態において、モジュールは、検出したＬＥＤの温度に基づいて、ＬＥＤに供給されるエネルギーを制限するように構成されたモジュール回路を有することができる。さらに他の実施形態において、ＬＥＤモジュールは、エネルギー調節回路および熱感応増幅回路を含むモジュール回路を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に図１Ａに示すような図面を参照して検討すると、電子装置のメイン回路７０の１つの実施形態の概略図は、電源２と、メインスイッチ４と、ＬＥＤモジュール４０とを含む。電源２からのエネルギーは、好ましくは、ＬＥＤモジュール４０を駆動し、メインスイッチ４は、ＬＥＤモジュール４０に供給されるエネルギーを制御する。本発明の１つの実施形態において、メインスイッチ４は、単純に、電源２からＬＥＤモジュール４０にエネルギーが到達することを許容または妨害する。
【００１３】
図１Ｂを参照すると、メイン回路７０が、懐中電灯１０の１つの実施形態の中に示される。懐中電灯１０は、筒１２と、末尾キャップアセンブリ２０と、ヘッドアセンブリ３０と、ＬＥＤモジュール４０と、メインスイッチアセンブリ５０とを含む。図示した実施形態において、筒１２は、２つの電池１４，１５を包み込む。ヘッドアセンブリ３０およびＬＥＤモジュール４０は、好ましくは、筒１２の前端付近に配設され、末尾キャップアセンブリ２０は、好ましくは、筒１２の後端に配設され、メインスイッチアセンブリ５０は、好ましくは、ＬＥＤモジュール４０と電池１４，１５との間に介在する。
【００１４】
図示した実施形態において、電池１４，１５は、メイン回路７０の電源２としての機能を果たす。好ましい実施形態では、電池１４，１５は、アルカリ乾電池である。しかしながら、リチウム−イオン電池、ニッケルメタルハイドライド電池またはニッケルカドミウム電池のような充電式電池を含む、他の適当な持ち運び可能なエネルギー源を使用してもよい。
【００１５】
筒１２は、好ましくは、所望の数の電池を収容するのに適当な長さを有する。図示した実施形態では、筒１２は、２つの電池１４，１５を収容するのに適当な長さを有する。しかしながら、ここでは、１以上の電池を受け入れるのに、様々な長さを有する筒が意図される。
【００１６】
図示した実施形態において、スイッチアセンブリ５０は、メイン回路７０のメインスイッチ４として機能する。図２を参照すると、電池１４，１５からメインスイッチアセンブリ５０へのエネルギーは、好ましくは、バッテリ１４の前端とメインスイッチアセンブリ５０との間に介設された接触ボタン１６を通して流れる。
【００１７】
メインスイッチアセンブリ５０は、好ましくは、ユーザインターフェイス６８と、プランジャ７２と、スナップドーム７３と、メインスイッチ回路基板７４と、メインスイッチ電池接点７５と、メインスイッチモジュール接点７６と、スイッチハウジング７７とを含む。図示した実施形態において、バッテリ１４の前端の中央電極は、メインスイッチ電池接点７５と接触ボタン１６を介して電気的に接続され、メインスイッチ電池接点７５は、メインスイッチ回路基板７４に電気的に接続され、メインスイッチ回路基板７４は、メインスイッチモジュール接点７６に電気的に接続されている。
【００１８】
メインスイッチアセンブリ５０は、好ましくはモーメンタリースイッチである、ユーザインターフェイス８６が押下されたとき、プランジャ７２は、スナップドーム７３をメインスイッチ回路基板７４の選択位置と接触させるように押下する。この瞬間的接触は、電池１４，１５からメインスイッチモジュール７６へのエネルギーの流れを通過または阻止するように変化するスイッチ回路基板７４への信号として受信される。このように、メインスイッチアセンブリ５０は、懐中電灯を点灯または消灯できる。メインスイッチ回路基板７４は、光源または図示した実施形態ではＬＥＤモジュール４０に供給される電流に作用することで、さらに懐中電灯１０に、例えば、点滅、調光またはストロボのような、機能を提供するのに回路的に望ましいものを含んでもよい。他の機能は、電子ゲーム、全方位位置検出装置、デジタルコンパス、または、他の商業的に望ましい機能を含んでもよい。
【００１９】
依然として図２の図示された実施形態を参照すると、メインスイッチ電池接点７５およびモジュール接点７６は、接触ボタン１６およびばね１７をそれぞれ受け止める湾曲したばねまたは付勢部材を含むように構成されている。メインスイッチ電池接点７５およびモジュール接点７６の湾曲したばね部を、接点７５，７６によりばね力が生成されてスイッチハウジング７７に伝達されるように、スイッチハウジング７７に対して配置することにより、メインスイッチ回路基板７４は、例えば、電池１４，１５がメインスイッチアセンブリ５０を移動して押圧することを防止する。このように、部材を付勢することで、メインスイッチ回路基板７４のような傷付きやすい構成要素を保護しながら、有効な電気的接続が維持される。
【００２０】
上述のようなメインスイッチアセンブリ５０は、懐中電灯を点灯および消灯するための構成を提供するが、単純な機械スイッチのような、他の好ましいスイッチがこの機能を提供するために適用できる。しかしながら、ここに開示したメインスイッチアセンブリ５０は、有利にも、懐中電灯１０に機能を追加、変更、除去する柔軟な構成を提供する。また、上述のメインスイッチアセンブリ５０は、機械スイッチにおいてしばしば経験する接点の間の高酸化の問題を回避する。
【００２１】
依然として図２を参照すると、メインスイッチアセンブリ５０からＬＥＤモジュール４０への電流の流れは、好ましくは、ばね１７および（ばね１７の前端に配設された）一端でメインスイッチモジュール接点７６に電気的に接続され、他端でＬＥＤモジュール４０に接続されたレセプタクル１８を通して達成される。ばね１７は、レセプタクル１８をＬＥＤモジュールに積極的に接触させるように付勢する。図示した実施形態では、電流は、ＬＥＤモジュール４０にその陽極接点２８において流れ込み、外側ハウジング２４においてＬＥＤモジュール４０から流れ出る。電気エネルギーは、好ましくは、筒１２へと導電手段を通して、末尾キャップアセンブリ２０を通して通過し、最後尾の電池１５の陰極に環流する。このように、懐中電灯１０のメイン回路７０は形成される。
【００２２】
筒１２は、好ましくは、ＬＥＤモジュール４０と電源２、つまり、電池１４，１５との間のメイン回路７０の電路の一部として機能してもよいように、導電性材料、好ましくはアルミニウムからなる。しかしながら、筒１２は、選択的に、プラスチックやゴムのような非導電材料からなり、非導電性の筒に電路としての機能を果たす導電性スリーブを有することによって電路を含んでもよい。そのようなスリーブは、参照してここに組み入れるアンソニーマグリカの米国特許第６５８５３９１号および第４８５１９７４号に記載されている。代案の実施形態において、筒内の導電性ストリップは電路としての役目を果たしてもよい。そのようなストリップは、米国特許第６５８５３９１号に示されている。
【００２３】
図１Ｂを参照すると、末尾キャップアセンブリ２０は、好ましくは、キャップばね６とよびキャップ８を含む。末尾キャップアセンブリ２０は、ＬＥＤモジュール４０と電源２との間の電路の一部であって、筒１２を貫流する電流を受けてもよい。１つの実施形態において、筒１２からの電路は、キャップ８からキャップばね６、そして、最後尾の電池１５の陰極であってもよい。代案として、電路は、キャップ８をバイパスし、筒１２から直接キャップばね６へと流れてもよい。他の実施形態は、末尾キャップアセンブリ２０全体をバイパスし、筒１２を電池に電気的に接続する電路を提供してもよい。キャップばね６を有する末尾キャップアセンブリ２０は、懐中電灯１０に含まれる構成要素の間のばねで補助された電気的接続を維持するための効果的な構成を提供する。
【００２４】
図１Ｂおよび図２に示すように、ヘッドアセンブリ３０は、ヘッド３１，反射板３３、レンズ３５およびキャップ３９を含む。反射板３３およびレンズ３５は、図２に示すように、ヘッド３１とキャップ３９との間に介在する。反射板３３は、好ましくは、反射性の放物面を含み、ＬＥＤモジュール４０から放射する光を反射する。ヘッドアセンブリ３０は、ねじ接続によって筒１２に固定されてもよい。
【００２５】
既に言及し、図１Ａに図示したように、電源２からの電流は、その陽極接点２８においてＬＥＤモジュール４０に流れ込み、ＬＥＤモジュール４０を、その外部ハウジング２４から流れ出る。図３を参照すると、本発明に係るＬＥＤモジュール４０の１つの実施形態の概略図は、全体として、ＬＥＤランプ２２とモジュール回路３８とを含む。
【００２６】
図３，４Ａ，４Ｂおよび４Ｃを参照すると、ＬＥＤランプ２２は、好ましくは、市場入手可能であり、ＬＥＤと、モジュール回路３８が接続されるＬＥＤリード８２，８３とを含む。典型的には、ＬＥＤは、許容される運転条件について定格化されている。例えば、ＬＥＤは、最大順方向電流を定格１０００ｍＡに、そして、最大ＬＥＤ接合点温度を１３５℃に制限してもよい。
【００２７】
本発明の課題は、できるだけ長い間、ＬＥＤランプ２２またはＬＥＤモジュール４０を構成する電子部品を損傷することなく、可能な限り多くの光を生成するＬＥＤランプ２２を得ることである。この課題は、ＬＥＤランプ２２に流れる電流を調整し、ＬＥＤランプ２２から発生した熱を監視することによって達成される。好ましい実施形態では、温度計測装置がＬＥＤモジュール４０に配設され、ＬＥＤを取り巻く状況を監視する。温度の望まざる上昇が計測されたとき、ＬＥＤランプ２２への電流の供給を減少し、ＬＥＤおよび電子部品の損傷を防止してもよい。温度の望まざる低下が計測されたとき、ＬＥＤランプ２２へ供給される電流を増加し、ＬＥＤランプ２２にさらなる光を生成させてもよい。
【００２８】
図３を参照すると、モジュール回路３８の第１実施形態は、好ましくは、制御された昇圧回路４４と、熱感応増幅回路５２と、検出抵抗４８とを有する。昇圧回路４４は、その出力を調整するためのフィードバックを含むので制御がなされる。昇圧回路４４は、ＬＥＤ４０を駆動する電源２が望ましい順方向電流を供給するために必要な電圧より低い最大電圧を有する場合に有用である。例えば、懐中電灯１０が直列に配置された２つのアルカリ形乾電池を含む場合、２つの電池が１．８ボルトから３．０ボルトの使用範囲を有することが一般に知られている。しかしながら、ＬＥＤの最大順方向電流定格値に近い順方向電流を供給するために、３．５ボルトが必要であるかもしれない。そのような場合、昇圧回路４４は、望ましい順方向電流がＬＥＤランプ２２に供給されるように、使用可能な電圧を約３．５ボルトに昇圧する。昇圧回路４４は、また、時間と共に衰える電池の電圧レベルとしての順方向電流を、望ましい値に維持する役目を果たす。
【００２９】
望ましい実施形態において、昇圧回路４４は、スイッチングレギュレータである。図３を参照すると、昇圧回路４４は、マイクロチップ４６と、スイッチングＭＯＳＦＥＴ５４と、インダクタ５８と、キャパシタ５９と、ダイオード６１とを含む。マイクロチップ４６は、スイッチングＭＯＳＦＥＴ５４のスイッチングのデューティサイクルを制御する。図示するように、ＭＯＳＦＥＴ５４、インダクタ５８、キャパシタ５９およびダイオード６１は、当業者に公知の方法で配置され、昇圧コンバータを形成する。マイクロチップ４６は、熱感応増幅回路５２によりフィードバックを受ける。フィードバックが所定の調整範囲外であれば、マイクロチップは、調整範囲に合うまでデューティサイクルを調節する。
【００３０】
昇圧回路４４は、ここでは、入力電圧を昇圧する他の望ましい回路または装置からなってもよい。例えば、昇圧回路４４のエネルギー蓄積部材としてのインダクタ５８を有する代わりに、キャパシタまたはトランスのような他の望ましいエネルギー蓄積部材を使用してもよい。トランジスタのような他の望ましいスイッチング素子がスイッチングＭＯＳＦＥＴ５４に代えて使用されてもよい。
【００３１】
さらに図３を参照すると、電路が昇圧回路４４の出力を第１ＬＥＤ受容接点３６に接続し、第１ＬＥＤ受容接点３６は第２ＬＥＤリード８２に接続されている。電流は、ＬＥＤランプ２２から第１ＬＥＤ受容接点３７に接続された第２ＬＥＤリード８３を通して流出する。主な電力の経路は、検出抵抗４８およびグランド接点３４を通る。検出抵抗４８は、ＬＥＤランプ２２を流れる電流を計測するのに使用され、検出抵抗４８がマイクロチップ４６へのフィードバックとして機能することで電圧が計測される。好ましくは、検出抵抗４８は、非常に小さく、電力損失を最小化する。好ましい実施形態では、検出抵抗４８は０．１０オームの値を有する。
【００３２】
検出抵抗４８が非常に小さいので、検出抵抗に形成される電圧もまた非常に小さい。このため、検出抵抗電圧は、マイクロチップ４６にフィードバックされる前に、増幅回路５２によって増幅される。
【００３３】
本発明の熱安定性の特徴は、熱感応増幅回路５２に組み入れられている。さらに図３を参照すると、増幅回路５２は、オペアンプ６２と、第１抵抗６４と、第２抵抗６６とサーミスタ５６とを含む。サーミスタ５６は、第２抵抗６６と並列に配設されている。この構成では、第１抵抗６４、第２抵抗６６およびサーミスタ５６が、その組み合わせにより増幅回路５２のゲインを定めることが当業者には理解される。サーミスタ５６は、検出された温度に従って抵抗を変化させる温度感応抵抗である。それ故、検出されたＬＥＤランプ２２の温度が変化するので、増幅回路５２のゲインが変化する。
【００３４】
好ましい実施形態において、サーミスタ５６は、負の抵抗／温度係数を有する。従って、ＬＥＤモジュール４０の温度が増加するとき、サーミスタ抵抗は減少し、増幅回路５２のゲインは増加する。上記調整範囲のマイクロチップフィードバックにより、マイクロチップ４６は、スイッチングＭＯＳＦＥＴ５４のデューティサイクルを減少させ、ＬＥＤランプ２２に供給される電流を減少させる。このように、ＬＥＤランプの２２の温度効果は、監視され、ＬＥＤまたは制御電子機器の損傷を防止され得る。好ましい実施形態において、マイクロチップ４６は、ＬＥＤランプ２２に供給される電流を、サーミスタの検出温度が２０℃から３０℃の間でおよそ８７５ｍＡから９３０ｍＡの間に、２３℃から２７℃の間で８８０ｍＡから９１０ｍＡの間で、２５℃で略９００ｍＡに調整するように構成されている。
【００３５】
温度が高いとき、マイクロチップ４６は、好ましくは、ＬＥＤランプ２２に供給される電流を、サーミスタの検出温度が８０℃から１００℃の間でおよそ３３０ｍＡから４５０ｍＡの間に、９０℃から１００℃の間で３３０ｍＡから３７０ｍＡの間で、１００℃で略３３０ｍＡに調整するように構成されている。
【００３６】
これらの温度／電流の範囲は、ＬＥＤの熱損傷を効果的に防止するように見つけられねばならないが、本発明は特定の温度／電流の範囲に限定されるものと考えてはならない。むしろ、本発明は、ＬＥＤをその最大能力で使用するＬＥＤモジュールを提供し、それは熱的に自動安定化する。
【００３７】
負の抵抗／温度係数を有するサーミスタがここに開示されているが、正の抵抗／温度係数を有するサーミスタも使用できる。さらに、電圧出力温度センサのような他の好ましい温度検出素子がサーミスタの代わりに使用されてもよい。
【００３８】
さらに、この用途の好ましいマイクロチップ４６は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、集積回路、ＡＳＩＣまたは他の当業者に公知の装置であってもよい。
【００３９】
このように、ＬＥＤモジュール４０は、懐中電灯の最初の動作を、電子部品の熱損傷を防止しながら、高出力にし、より多くの光を発することを可能にする。上述のような温度安定化能力がなければ、７５０ｍＡでのＬＥＤランプ２２の駆動は、ＬＥＤの熱損傷をもたらすであろう。ＬＥＤランプ２２の低い電流での使用は、光が少なくなる結果となる。
【００４０】
今、ＬＥＤモジュール４０の１つの実施形態の図解をすると、ＬＥＤモジュール４０の好ましい物理的実施例は、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃに示されている。ＬＥＤモジュール４０は、ＬＥＤランプ２２と、外側ハウジング２４と、回路アセンブリ６０と、ホルダ２６とを含む。回路アセンブリ６０は、好ましくはホルダ２６の中に保持され、ホルダ２６は、好ましくは外側ハウジング２４の中に配設され、そして、ＬＥＤランプ２２は、好ましくはホルダ２６の前側端部に配設される。
【００４１】
好ましくは、外側ハウジング２４は、導電性材料からなる。図示した実施形態では、外側ハウジング２４は、概して、第１端部８８、第２端部９２およびキャビティ９４を含む容器である。キャビティ９４は、その中にホルダ２６を受入るためのスロットのような特徴を含んでもよい。
【００４２】
好ましい実施形態において、回路アセンブリ６０は、回路基板３２、陽極接点２８と、陰極接点３４と、第１および第２のＬＥＤ受容接点３６，３７とを含む。好ましくは、サーミスタ５６を含むモジュール回路３８の構成要素は、回路基板３２に、その上にプリントされた必要な配線と共に配設されている。回路アセンブリ６０は、ホルダ２６の中に保持されるように構成されている。図４Ａを参照すると、回路アセンブリ６０の陽極接点２８は、好ましくはホルダ２６の後端の開口７８を通して延伸する。陽極接点２８は、好ましくは、支持のためにホルダ２６の後端に対向して位置するために折り重ねられる。回路アセンブリ６０の陰極接点３４は、好ましくは、回路基板３２の前端に配設され、外側ハウジング２４に電気的に接続されるように配置される。このように配置され、回路基板３２に配設された回路構成要素は、有利にもばね１７および容器１８のような機械的力から保護される。
【００４３】
図４Ｂおよび４Ｃを参照すると、ＬＥＤリード８２，８３が外側ハウジング２４の第１端部８８において開口を通して延伸し、第１および第２ＬＥＤ受容接点３６，３７に電気的に接続する。好ましくは、ＬＥＤ受容接点３６，３７とＬＥＤリード８２，８３との間の電気的接続は、機械的、または、特に摩擦により、製作および製造コストを軽減する。しかしながら、ハンダ付けのような、いかなる好ましい電気的接続方法も使用可能である。
【００４４】
説明したように配置され、モジュール回路３８の構成要素は、回路基板３２に配設されて、ＬＥＤモジュール４０に収容される。ＬＥＤモジュール４０の説明したような物理的配置は、モジュール回路３８を実現し、ＬＥＤにより生成された熱を監視し、必要ならばそれに流れる電流を減少することにより、電子部品を熱損傷から保護しながら、ＬＥＤランプをその最大照明能力で操作する１つの好ましい方法である。ＬＥＤモジュール４０、および、特に外側ハウジング２４の外部寸法は、好ましくは、ＰＲ型電球と同じである。そのような外部寸法を有することは、ここに説明したようなＬＥＤモジュール４０を、ＰＲ型白熱電球を受容する既存の懐中電灯に組み込むことを容易にする。しかしながら、ここに説明したような本発明は、説明したような外部寸法または特徴に限定されない。その最大能力で動作する、つまり熱的に自動安定化し、既存の懐中電灯に組み込むことができるＬＥＤモジュールの長所と利点は、多くの外部構成を通して達成されてもよい。
【００４５】
懐中電灯１０、特にＬＥＤモジュール４０を通してのエネルギーの流れは、今説明する。電池１４，１５からの電流は、メインスイッチアセンブリ５０を通して、陽極接点２８においてＬＥＤモジュールに流れ込む。陽極接点２８は、回路基板３２の上に配設されたモジュール回路３８に電気的に接続され、主電力は、昇圧回路４４を流れる。昇圧回路４４の出力は、第１ＬＥＤ受容接点３６に流れ、そして、ＬＥＤリード８２およびＬＥＤを流れる。電流は、ＬＥＤランプ２２から流れ出て、第２ＬＥＤ受容接点３７に接続された第２ＬＥＤリード８３を通して流れる。主電力は、検出抵抗４８を通して回路アセンブリ６０の陰極接点３４に流れ、検出抵抗４８の電圧は、熱感応増幅回路５２に導かれる。
【００４６】
主電力は、そして、検出抵抗を通り、外側ハウジング２４に接続された陰極接点３４に流れる。外側ハウジング２４は、筒１２に接続されており、末尾キャップアセンブリ２０および最後尾の電池１５の陰極端部に最終的に接続され、メイン回路を完成させる。
【００４７】
検出抵抗４８の電圧は、熱感応増幅回路５２によって、ＬＥＤランプ２２の温度の関数であるゲインに増幅される。熱感応増幅回路５２の出力は、スイッチングＭＯＳＦＥＴのデューティサイクルを調節することでＬＥＤランプ２２に供給される電流を調整するマイクロチップ４６にフィードバックされる。
【００４８】
ＬＥＤモジュールの第２実施形態４０ａでは、ＬＥＤモジュール４０ａに接続された電源２は、望ましい順方向電流を供給するのに必要な以上の電圧を有してもよい。例えば、懐中電灯が直列に配列された４つの電池を含む場合、それは、３．６ボルトから６．０ボルトの動作範囲を有する。そのような例において、モジュール回路３８ａは、好ましくは、昇圧回路４４の場所に制御された降圧回路８４を含む。図５を参照すると、ＬＥＤモジュール４０ａのこの第２実施形態の概略図は、ＬＥＤランプ２２およびモジュール回路３８ａを含む。モジュール回路３８ａは、制御された降圧回路８４と、検出抵抗４８と、熱感応増幅回路５２とを含む。降圧回路８４は、その出力を調整するためのフィードバックを含むので制御されている。降圧回路８４の出力は、ＬＥＤランプ２２を駆動し、熱感応増幅回路５２を通して検出抵抗４８のフィードバックを受ける。
【００４９】
図５を参照すると降圧回路８４は、好ましくは、降圧レギュレータまたは降圧回路であり、マイクロチップ４６ａと、スイッチングＭＯＳＦＥＴ５４ａと、インダクタ５８ａと、キャパシタ５９ａと、ダイオード６１ａとを含む。これらの構成要素は、降圧回路を形成するために、当業者に公知の方法で配置されている。
【００５０】
ＬＥＤモジュールの第３実施形態４０ｂでは、ＬＥＤモジュール４０ｂに接続された電源２は、第１の期間に望ましい順方向電流を供給するのに必要な電圧を超え、第２の期間に必要な電圧より低い電圧を有してもよい。例えば、懐中電灯は、直列に配列された３つの電池を有し、その動作範囲は２．７ボルトから４．５ボルトである。そのような例において、モジュール回路３８ｂは、好ましくは、昇圧回路４４または降圧回路８４の代わりに、制御された電圧反転回路８６を含む。図６を参照すると、ＬＥＤモジュール４０ｂの第４実施形態の概略図は、全体として、ＬＥＤランプ２２およびモジュール回路３８ｂを含む。モジュール回路３８ｂは、制御された反転回路８６と、検出抵抗４８と、熱感応増幅回路５２とを含む。反転回路８６は、その出力を調整するためにフィードバックを含むので制御されている。反転回路８６の出力は、ＬＥＤランプ２２を駆動し、熱感応増幅回路５２を通して検出抵抗４８のフィードバックを受ける。
【００５１】
図６を参照すると、反転回路８６は、好ましくは、反転レギュレータまたは反転回路であり、マイクロチップ４６ｂと、スイッチングＭＯＳＦＥＴ５４ｂと、インダクタ５８ｂと、キャパシタ５９ｂと、ダイオード６１ｂとを含む。これらの構成要素は、反転回路を構成するために、当業者に公知の方法で配置されている。
【００５２】
改良されたＬＥＤモジュールの様々な実施形態およびそのそれぞれの構成要素が先の説明において提示され、多くの改良、変更、変形の実施形態、および、代替材料が当業者には予期され、本発明の様々な局面を達成するのに使用されてもよい。このため、この説明は、例示の方法としてのみなされ、特許請求する本発明の範囲を限定するものではないものと了解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】電子装置のメイン回路の１つの実施形態の回路図。
【図１Ｂ】図１Ａのメイン回路を具体化する懐中電灯の断面図。
【図２】図１Ｂの懐中電灯の前部の拡大断面図。
【図３】モジュール回路の１つの実施形態の回路図。
【図４Ａ】図３のモジュール回路を実装するＬＥＤモジュールの断面図。
【図４Ｂ】図３のモジュール回路を実装するＬＥＤモジュールの分解図。
【図４Ｃ】図３のモジュール回路を実装するＬＥＤモジュールの斜視図。
【図５】モジュール回路の第２の実施形態の回路図。
【図６】モジュール回路の第３の実施形態の回路図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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