(57)【要約】  本発明は、少なくとも、動作電圧を供給する電圧入力部４と電圧入力部４に直列接続されるリアクタンス素子６とＬＥＤ光源３とを有するＬＥＤ回路装置１に関する。ＬＥＤ回路装置１が動作電圧で駆動されるために、ＬＥＤ光源３は、少なくとも１つのＬＥＤをそれぞれ有する第１及び第２ＬＥＤユニット８、９と、ＬＥＤユニット８、９を低電圧モード及び高電圧モードでリアクタンス素子６に接続制御可能なスイッチング手段１０と、制御ユニット１２とを含む。ＬＥＤ光源３は、低電圧モードでは第１順方向電圧を示し、高電圧モードでは第１順方向電圧より高い第２順方向電圧を示す。制御ユニット１２は、ＬＥＤ光源３への供給電流が第１の閾値３０に一致するときスイッチング手段１０を低電圧モードに設定し、供給電流が第２の閾値３１に一致するときスイッチング手段１０を高電圧モードに設定することによりＬＥＤ光源３を通る電流を制御する。
2013546174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
‐動作電圧を供給する電圧入力部と、
‐前記電圧入力部に直列に接続されるリアクタンス素子と、
‐ＬＥＤ光源と、
を有するＬＥＤ回路装置であって、
前記ＬＥＤ光源は、
‐少なくとも１つの発光ダイオードをそれぞれ有する第１及び第２のＬＥＤユニットと、
‐前記ＬＥＤユニットを、低電圧モード及び高電圧モードにおいて、前記リアクタンス素子に接続する制御可能なスイッチング手段と、
‐制御ユニットと、
を含み、
前記ＬＥＤ光源は、前記低電圧モードにおいて第１の順方向電圧を、前記高電圧モードにおいて第２の順方向電圧を有し、前記第２の順方向電圧は、前記第１の順方向電圧よりも高く、
前記制御ユニットは、
‐前記ＬＥＤ光源に供給される動作電流が、第１の閾値に一致するとき、前記スイッチング手段を前記低電圧モードに設定し、
‐前記供給電流が、第２の閾値に一致するとき、前記スイッチング手段を前記高電圧モードに設定する、
ＬＥＤ回路装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ光源の前記第１の順方向電圧は、前記動作電圧よりも低く、前記ＬＥＤ光源の前記第２の順方向電圧は、前記動作電圧よりも高い、請求項１に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤユニットは、前記低電圧モード及び前記高電圧モードの両方において、前記リアクタンス素子に接続される、請求項１又は２に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項４】
前記スイッチング手段は、
‐前記低電圧モードにおいて、前記第１及び第２のＬＥＤユニットを、互いに並列に接続させ、
‐前記高電圧モードにおいて、前記第１及び第２のＬＥＤユニットを、互いに直列に接続させる、請求項１乃至３の何れか一項に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項５】
前記第１のＬＥＤユニットの前記順方向電圧は、前記第２のＬＥＤユニットの前記順方向電圧に実質的に一致する、請求項１乃至４の何れか一項に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項６】
前記スイッチング手段は、４００Ｈｚから４０ＭＨｚのスイッチング周波数で前記制御ユニットによって制御される、請求項１乃至５の何れか一項に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項７】
前記制御ユニットは、前記ＬＥＤ光源を通る電流を測定する電流検出回路を含む、請求項１乃至６のうち何れか一項に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項８】
前記制御ユニットは、前記ＬＥＤ光源を通る電流が、所定の平均ランプ電流に一致するように前記第１及び／又は第２の閾値を適応させる、請求項７に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項９】
前記ＬＥＤユニット、前記スイッチング手段、及び／又は前記制御ユニットは、互いに一体に形成される、請求項１乃至８の何れか一項に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項１０】
前記リアクタンス素子は、前記ＬＥＤ光源と一体に形成される、請求項１乃至９の何れか一項に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項１１】
前記ＬＥＤ光源は、２極デバイスである、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項１２】
前記電圧入力部に直列に接続される２以上のＬＥＤ光源を含む、請求項１乃至１１の何れか一項に記載のＬＥＤ回路装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか一項に記載のＬＥＤ回路装置での動作のためのＬＥＤ光源であって、
‐少なくとも１つの発光ダイオードをそれぞれ有する第１及び第２のＬＥＤユニットと、
‐前記ＬＥＤユニットを、低電圧モード及び高電圧モードにおいて、リアクタンス素子に接続する制御可能なスイッチング手段と、
‐制御ユニットと、
を含み、
前記ＬＥＤ光源は、前記低電圧モードにおいて第１の順方向電圧を、前記高電圧モードにおいて第２の順方向電圧を有し、前記第２の順方向電圧は、前記第１の順電圧よりも高く、
前記制御ユニットは、
‐前記電圧源によって供給される電流が、第１の閾値に一致するとき、前記スイッチング手段を前記低電圧モードに設定し、
‐前記供給電流が、第２の閾値に一致するとき、前記スイッチング手段を前記高電圧モードに設定する、
ＬＥＤ光源。
【請求項１４】
ＬＥＤ光源を動作電圧で動作させる方法であって、前記ＬＥＤ光源は、少なくとも１つの発光ダイオードをそれぞれ有する第１及び第２のＬＥＤユニットと、前記ＬＥＤユニットを、低電圧モード及び高電圧モードにおいて、リアクタンス素子に接続する制御可能なスイッチング手段とを含み、前記ＬＥＤ光源は、前記低電圧モードにおいて第１の順方向電圧を、前記高電圧モードにおいて第２の順方向電圧を有し、前記第２の順電圧は、前記第１の順方向電圧よりも高く、前記スイッチング手段は、前記ＬＥＤ光源に供給される動作電流が、第１の閾値に一致するとき、前記低電圧モードに設定され、前記供給電流が、第２の閾値に一致するとき、前記高電圧モードに設定される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ回路装置、ＬＥＤ光源、及びＬＥＤ回路装置を動作させる方法に関する。具体的には、本発明は、ＬＥＤ回路装置を動作電圧で駆動する一方で、安全かつコスト効率のよいセットアップを提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、特定の信号伝達を含む多数の用途に用いられ、今日では、相当な程度で一般的な照明用途にも用いられている。用途及び用いられるＬＥＤのタイプによって、様々な設計のＬＥＤ用駆動回路が存在する。動作電流と電圧との間の指数関数的依存性により、ＬＥＤは、他のダイオードと同様に、通常、定電流電源ユニット又は駆動回路で駆動される。最も単純には、駆動回路は、動作電圧が変化した場合に発光ダイオードに供給される最大電流を制限するために一連の抵抗器から構成される。確かに、比較的高い損失によって、このような装置は、例えば高出力ＬＥＤと組み合わせた照明用途には特に適していないであろう。一連の抵抗器を有する上記単純な駆動回路以外にも、当技術分野には他の駆動回路が存在する。しかし、このような回路は概して複雑で、従って高価である。更に、多くの場合、回路設計は、用いられるＬＥＤのタイプ及び数に適応させる必要があり、スケーラビリティは限定される。したがって、特に、一般的な照明用途におけるＬＥＤの新たな使用には、このような回路は適していないことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
それ故、本発明は、ＬＥＤ光源の効率のよい動作を可能にする、即ち、損失が少なく、コストが最適化された回路設計を有するＬＥＤ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】
【０００４】
この目的は、請求項１に記載のＬＥＤ回路装置、請求項１３に記載のＬＥＤ光源、及び請求項１４に記載のＬＥＤ光源を動作させる方法によって達成される。従属請求項は、本発明の好適な実施形態に関する。
【０００５】
本発明の基本的な考えは、ＬＥＤ光源を通る電流を制御するために、ＬＥＤ光源が、電流レベルに依存して、低電圧モード及び高電圧モードにおいて動作可能である、ＬＥＤ回路装置を提供することである。従って、本発明は、標準的な電源ユニットのような単純かつコスト効率のよい電圧源でＬＥＤ光源を駆動することを有利に可能にする。
【０００６】
本発明によるＬＥＤ回路装置は、少なくとも、動作時に動作電圧を供給するように適合された電圧入力部と、当該電圧入力部に直列に接続されるリアクタンス素子と、少なくとも１つのＬＥＤ光源とを含む。ＬＥＤ光源は、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）をそれぞれ有する第１及び第２のＬＥＤユニットと、当該ＬＥＤユニットを、低電圧モード及び高電圧モードにおいて、リアクタンス素子に接続する制御可能なスイッチング手段と、制御ユニットとを含む。低電圧モードでは、ＬＥＤ光源は、第１の順方向電圧を示す。高電圧モードでは、ＬＥＤ光源は、第１の順方向電圧より高い第２の順方向電圧を示す。制御ユニットは、ＬＥＤ光源に供給される動作電流が、第１の閾値に一致するときスイッチング手段を低電圧モードに設定し、供給電流が、第２の閾値に一致するときスイッチング手段を高電圧モードに設定するように構成される。
【０００７】
上記のとおり、本発明のＬＥＤ回路装置は、動作時に、動作電圧をＬＥＤ光源に供給する電圧入力部を含む。従って、電圧入力部は、適切な電圧制御電源ユニットを含むか、又は、例えば適切な外部電源である適切な電圧源に接続される。内部／外部電源は、例えば３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖ、１３．８Ｖ、２４Ｖ、又は４８Ｖの公称出力電圧を供給し、決められた最大電流まで充電可能である。このような電源は、例えば整流器を有する単純な、幹線に接続可能な変圧器か又は電池であってよい。任意選択的に、電源は、フィルタ回路を含んでもよい。従って、電圧入力部は、例えば、はんだパッド、ボンドワイヤバッド、又は、電源への接続のための任意の適切な導体若しくはプラグといった２つの電気端子を含む。
【０００８】
本発明では、「動作電圧」との用語は、例えばＤＣ電圧である単極電圧を指すが、本発明のＬＥＤ回路装置は、標準的な安定化されていない整流器を介して幹線から供給される電圧における幾らかの変動（例えばＤＣ電圧の電圧「リップル」）を許容する。電圧入力部は、当然ながら、追加の電気的又は機械的コンポーネント、例えば、回路装置が電圧源から取り外されるように提供される場合にあっては、対応する分離可能な電気コネクタを含んでもよい。
【０００９】
リアクタンス素子は、ＬＥＤユニットに「無効電力」を供給するように、電圧入力部に直列に接続される。従って、リアクタンス素子は、電圧入力部とＬＥＤ光源との間に配置されるが、或いは、各用途に応じて、上記コンポーネントのいずれかと部分的に一体であってもよい。リアクタンス素子は、例えば電圧入力部の電気端子のうちの１つと、ＬＥＤ光源の対応する端子との間に配置される。
【００１０】
リアクタンス素子は、例えばインダクタ、結合インダクタ、変圧器である磁場エネルギー貯蔵体、誘導的特性を与える、適切な導体又は任意のタイプの電気コンポーネントといった任意の適切な種類のエネルギー貯蔵体であってよい。しかし、好適には、リアクタンス素子は、例えば適切なタイプ及びインダクタンスのコイルといったインダクタである。
【００１１】
本発明によるＬＥＤ回路装置は、第１及び第２のＬＥＤユニットを有するＬＥＤ光源を更に含む。第１及び第２のＬＥＤユニットは、それぞれ、少なくとも１つの発光ダイオードを含み、この発光ダイオードは、本発明では、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤといった任意のタイプの固体光源、又は、例えばレーザダイオードである固体レーザを含んでよい。
【００１２】
一般的な照明用途に関して、ＬＥＤユニットは、好適には、少なくとも１つの高出力ＬＥＤ（即ち、１lmを上回る光束を有する）を含む。この高出力ＬＥＤは、好適には２０lmを上回る、最も好適には５０lmを上回る光束を提供する。改良用途では、ＬＥＤ光源の全光束が、３００lmから１０，０００lmの範囲内であることが特に好適である。
【００１３】
最も好適には、第１及び／又は第２のＬＥＤユニットの発光ダイオードは、コンパクトなセットアップを提供するために、単一の半導体ダイ又は基板上に一体に形成される。
【００１４】
ＬＥＤユニットは、当然ながら、例えば輝度及び又は色を設定するためのドライバユニット、平滑化ステート（smoothing state）又はフィルタコンデンサといった更なる電気又は電子コンポーネントを含んでよい。各ＬＥＤユニットは、例えばＬＥＤ光源の光束を増加するために又は例えばＲＧＢのＬＥＤを用いて発光の色制御が望まれる用途では、２つ以上のＬＥＤを含んでもよい。
【００１５】
本発明では、ＬＥＤ光源は、第１及び第２のＬＥＤユニットを、低電圧モード及び高電圧モードにおいて、リアクタンス素子に接続する制御可能なスイッチング手段を更に含む。従って、このスイッチング手段は、ＬＥＤユニットが、低電圧モード又は高電圧モードにおいて、リアクタンス素子に接続可能であることを可能にする任意の適切なタイプであってよい。当然ながら、低及び高電圧モードを実現する更なる電気回路が存在してもよい。しかし、スイッチング手段は、各動作モード、即ち、低及び高電圧モードをそれぞれ制御することを可能にする。スイッチング手段は、好適には最大電圧及び電流に関して、用途の電気仕様に適応されるべきであるが、スイッチング周波数に関しても適応されるべきであり、即ち、低電圧モード及び高電圧モードに対して反復的に設定されるべきである。最も好適には、スイッチング手段は、２０ｋＨｚより高いスイッチング周波数を提供するように、リアクタンス素子及び動作電圧と合わせて適応される。
【００１６】
スイッチング手段は、例えば１つ以上のトランジスタ、具体的には１つ以上のバイポーラ及び／又は電界効果トランジスタである１つ以上の適切な電気又は電子スイッチングデバイスを含む。好適には、スイッチング手段は、１つ以上のＭＯＳＦＥＴを含み、これらは、スイッチング電流及び周波数範囲の観点から特に有利である。
【００１７】
スイッチング手段は、適切な有線又は無線制御接続を介して、制御ユニットによって、制御される。制御ユニットは、ＬＥＤ光源に供給される動作電流が第１の閾値に一致するとき、スイッチング手段を低電圧モードに制御し、供給電流が第２の閾値に一致するとき、スイッチング手段を高電圧モードに制御する。従って、制御ユニットは、例えば動作電圧が電圧入力部において回路装置に供給されている場合に、動作時の電流レベル、即ち、ＬＥＤ光源を通る電流に依存して、スイッチング手段を制御するように構成される。
【００１８】
制御ユニットは、上記のとおりにスイッチング手段を制御することを可能にする任意の適切なタイプであってよい。従って、制御ユニットは、例えば適切なプログラミングを有する、別々の及び／又は一体化される電気又は電子コンポーネント、マイクロプロセッサ、及び／又はコンピュータユニットを含んでよい。好適には、制御ユニットは、最もコンパクトなセットアップを提供するために、スイッチング手段と一体にされる。
【００１９】
第１及び第２の閾値は、例えば、各用途に応じて、例えば第１及び第２のＬＥＤユニットのＬＥＤのタイプ及び電流消費量に応じて、工場で設定される固定設定値である。或いは、第１及び第２の閾値は、例えば適切なメモリに記憶されて可変であってもよい。この場合、ユーザ又はインストーラーが閾値を設定することを可能にするユーザインターフェースが提供される。これに代えて又はこれに加えて、閾値は、例えば動作時にＬＥＤユニットの光束を測定するフィードバックユニットによって設定されても又は当該フィードバックユニットによって影響を与えられてもよい。
【００２０】
本発明では、第１及び第２の閾値は、決められた電流レベルを指すので、制御ユニットは、スイッチング手段の動作モードを、電流に基づいた制御を提供するように、それに応じて設定する。かように、スイッチング手段の動作モードは、動作電流のレベルに応じて設定される。制御ユニットは、動作電流が第１の閾値に一致するとき、低電圧モードで動作するようにスイッチング手段を制御する。従って、供給電流が第２の閾値に一致するとき、スイッチング手段は、高電圧モードで動作するように制御される。
【００２１】
スイッチング手段の２つの動作モードは、ＬＥＤ光源の順方向電圧において、互いに異なる。本文脈における「ＬＥＤ光源の順方向電圧」との用語は、例えば電圧入力部を介して、電圧がＬＥＤ光源に印加される場合のＬＥＤ光源の両端間の総電圧降下を指す。
【００２２】
第１の順方向電圧による、従って、低電圧モードにおける総電圧降下は、第２の順電圧による、即ち、高電圧モードにおける電圧降下より低い。
【００２３】
比較的一定の又は穏やかに変化する動作電圧を仮定した場合、ＬＥＤ光源の異なる電圧降下は、電流を制御することを有利に可能にする。これは、直列リアクタンス素子が、ある程度まで、動作電圧をＬＥＤユニットの両端間の電圧から切り離し、各電圧レベルに依存してＬＥＤ光源に電流を供給することによる。例えば、低電圧モードでは、リアクタンス素子は、充電モードで動作する、即ち、エネルギーを蓄積する。この結果、電流が増加する。従って、高電圧モードでは、リアクタンス素子は、放電モードで動作するので、電流は逐次減少する。かように、本発明の回路装置は、第１及び第２の閾値による制御範囲内に第１及び第２のＬＥＤユニットを通る電流を調整する。故に、ＬＥＤ回路装置を、固定電流源又は複雑な電流制御回路ではなく、電圧源で動作させることが可能である。
【００２４】
ＬＥＤ回路装置及び／又はＬＥＤ光源は、当然ながら、ハウジング、１つ以上のソケット、平滑化ステージ、フリッカーフィルタ回路、及び／又は、例えば少なくとも１つのＲＧＢ  ＬＥＤユニットの場合に発光の色を設定するための更なる制御回路といった更なるコンポーネントを含んでもよい。これに加えて、例えば０−１０Ｖ制御信号、Ｄａｌｉ、ＤＭＸ、イーサネット（登録商標）、ＷＬＡＮ、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）等を介して、壁掛け調光器から、制御コマンドを受信する及び／又はステータス情報を報告するために、通信インターフェースがあることが好適である。
【００２５】
上記のとおり、第１及び第２の閾値は、用途に応じて、特に、ＬＥＤユニットの電流レベルに応じて設定される。本発明の好適な実施形態では、第１の閾値に一致する電流は、第２の閾値に一致する電流未満である。
【００２６】
特に、後者の場合、制御ユニットは、好適には、動作電流が第１の閾値以下である場合に、低電圧モードで動作するようにスイッチング手段を制御する。最も好適には、制御ユニットは、これに加えて、動作電流が、第２の閾値以上である場合に、高電圧モードで動作するようにスイッチング手段を制御する。
【００２７】
好適には、低電圧モードでは、ＬＥＤ光源の順電圧、即ち、第１の順電圧は、動作電圧未満である。最も好適には、高電圧モードにおけるＬＥＤ光源の順電圧、即ち、第２の順電圧は、動作電圧より高い。
【００２８】
本実施形態は、例えばブーストコンバータといったスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）の動作に対応するスイッチモード制御でＬＥＤ回路装置を動作させることを可能にし、これにより、より高められた柔軟な制御が提供される。本実施形態では、低電圧モードにおける、例えばＬＥＤユニットの総順方向電圧であるＬＥＤ光源の第１の順方向電圧は、動作電圧より低い。それに応じて、この動作モードでは、リアクタンス素子の両端間には電圧降下があり、この結果、電流が増加する。高電圧モードでは、ＬＥＤ光源の第２の順方向電圧は、動作電圧より高く、この結果、上記のとおり、例えば直列インダクタンスであるリアクタンス素子の両端間に負の電圧がもたらされる。従って、電流は減少する。リアクタンス素子は、エネルギー蓄積挙動により、電流レベルを維持しようとするので、高電圧モードにおいてＬＥＤ光源に印加される電圧は、動作電圧より高く、これにより、ＬＥＤ光源内に電流が流れる。かように、本実施形態による回路は、ブースト変換回路に対応する。
【００２９】
好適には、スイッチング手段は、ＬＥＤユニットに連続的に電力が供給されるように、即ち、ＬＥＤユニットが両スイッチングモードにおいてリアクタンス素子に接続されるよう、連続動作するように適応される。本実施形態は、両ＬＥＤユニットに電力が安定して供給され、従って連続的に発光するので、光のちらつきを有利に減少する。更に、ＬＥＤユニットの固有容量が完全には放電されないので、スイッチング手段のスイッチング周波数を有利に増加できる。
【００３０】
本発明の発展では、スイッチング手段は、低順方向電圧モードでは、第１及び第２のＬＥＤユニットは互いに並列に接続されるように適応される。好適には、スイッチング手段は、高電圧モードでは、第１及び第２のＬＥＤユニットを互いに直列に接続するように更に適応される。本実施形態は、更に単純化された回路装置を有利に可能にする。
【００３１】
ＬＥＤユニットの並列配置は、ＬＥＤ光源の比較的低い第１の順方向電圧を提供し、これは、本実施形態では、第１及び第２のＬＥＤユニットの並列接続の順方向電圧に実質的に一致する。高電圧モードにおける、即ち、ＬＥＤユニットが直列接続される場合の、ＬＥＤ光源の第２の順方向電圧は、第１及び第２のＬＥＤユニットの順方向電圧の合計に実質的に一致する。したがって、本実施形態は、上記の低及び高電圧モードの制御に更に単純化された回路設計を提供し、また、更に、ＬＥＤユニットの光出力における光のちらつきを減少するように連続動作を有利に可能にする。
【００３２】
スイッチング手段は、任意の適切な設計に応じて並列動作と直列動作との間で切り替わるように提供される。好適には、スイッチング手段は、ＬＥＤユニットを、互いに並列か又は直列に接続するために少なくとも２つのスイッチングデバイスを含む。
【００３３】
例えば、第１のスイッチング状態にある２つのスイッチングデバイスは、ＬＥＤユニットを互いに並列に接続するように提供される。この場合、第１及び第２のＬＥＤユニットの配置全体が、リアクタンス素子及び電圧入力部のそれぞれに直列に接続される。第２の状態では、第１及び第２のＬＥＤユニットは、例えば逆電圧保護ダイオード及び／又はＭＯＳＦＥＴといった更なるスイッチングデバイスを含む適切なブリッジ回路を介して、互いに直列に接続される。ここでも、２つのＬＥＤユニットの直列接続は、リアクタンス素子に直列に接続される。
【００３４】
上記のとおり、第１及び第２のＬＥＤユニットが互いに直列に接続される場合、ＬＥＤ光源の順方向電圧は、第１及び第２のＬＥＤユニットの順方向電圧の合計に一致する。第１及び第２のＬＥＤユニットの順方向電圧は、用途に応じて選択される。多くの用途のために高品質の光出力を得るためには、第１のＬＥＤユニットの順方向電圧が、第２のＬＥＤユニットの順方向電圧に実質的に一致することが好適であり、したがって、例えば１：１に近い、特に有利な電圧比がもたらされる。確かに、第１及び第２のＬＥＤユニットに対して同一の順方向電圧を供給することは、特に典型的な大量製造プロセスの製造公差によって、困難である。しかし、偏差があると、第１及び第２のＬＥＤユニットが互いに並列に接続される場合は、不均等な電流共有がもたらされ、ＬＥＤユニットに不均等なストレスがかかり、また、不均等な発光が引き起こされる。それ故、第１のＬＥＤユニットの順方向電圧は、第２のＬＥＤユニットの順電圧の９０〜１１０％の範囲内にあることが好適である。
【００３５】
適切な電圧範囲は、用いられるＬＥＤの順方向特性にも依存する。ＬＥＤ、即ち、ＬＥＤユニットの電流−電圧曲線が急勾配であるほど、順方向電圧間の所与の差について、電流共有が「不一致」である可能性が高い。従って、順電圧一致要件に代えて又はこれに加えて、ＬＥＤユニットは、例えば特定の用途に応じて設定される、所与の電圧における決められた順電圧一致のために適応される。この場合、所与の順電圧において、第１のＬＥＤユニットの電流は、例えば第２のＬＥＤユニットの電流の９０〜１１０％の範囲において、第２のＬＥＤユニットの電流に実質的に対応すべきである。
【００３６】
本発明の発展では、スイッチング手段は、４００Ｈｚから４０ＭＨｚ、好適には１６ｋＨｚから１０ＭＨｚ、最も好適には２０ｋＨｚから４ＭＨｚのスイッチング周波数を有するように制御ユニットによって制御される。本実施形態は、有利に、光のちらつきを更に減少し、ＬＥＤ回路装置の光出力を高める。
【００３７】
好適には、制御ユニットは、ＬＥＤ光源を通る電流を測定する電流検出回路を含む。電流検出回路は、ＬＥＤ回路装置の動作時の信頼できる検出を可能にする任意の適切なタイプであってよい。電流検出回路は、動作時のＬＥＤ光源及び／又はＬＥＤユニットを通る電流の現在の電流レベルに一致する信号を、制御ユニットに提供すべきである。電流検出回路は、例えば対応するマイクロコントローラにおいて制御ユニットと一体に形成されても、別個に提供されて、適切な有線又は無線信号伝達接続を介して制御ユニットに接続されてもよい。好適には、電流検出回路は、第１及び第２のＬＥＤユニットに直列に接続され、ＬＥＤユニットを通る電流に対応する電圧信号を制御ユニットに供給する電流検出抵抗器を含む。
【００３８】
最も好適には、制御ユニットは、動作電圧又はＬＥＤユニットのいずれか１つの順方向電圧といった、動作時のＬＥＤ光源における電圧から発生される補助供給電圧で、例えばデカップリングダイオード、フィルタコンデンサ、及び線形電圧レギュレータである適切な回路を介して、動作される。ＬＥＤ光源内に既にある電圧から補助供給電圧を発生することは、ＬＥＤ光源が外部で発生された補助供給電圧を送り込むための追加の端子を必要としないため、有利である。
【００３９】
上記のとおり、ＬＥＤユニットの発光ダイオードは、共通の半導体ダイ、基板、又はモジュール上に形成されることが好適である。特に、高出力ＬＥＤが用いられる場合、幾つかのＬＥＤ、即ち、ｐｎ接合は、照明又は一般的な照明用途のために必要な光束を提供するために、単一のダイ上に形成される。したがって、特に後者の場合は、第１及び第２のＬＥＤユニットを共通のダイ上に形成することが可能である。
【００４０】
本発明の更なる発展では、ＬＥＤユニット、スイッチング手段、及び／又は、制御ユニットは、例えば単一のダイ上に、又は、共通パッケージ若しくはモジュール内に互いに一体に形成される。本実施形態は、本発明の回路装置のサイズを更に小さくすることができ、これにより、かなりコンパクトなセットアップが提供される。
【００４１】
ＬＥＤユニット、スイッチング手段、及び／又は制御ユニットは、更に単純化された製造プロセスを提供するために、単一の半導体ダイ上に設けられる。或いは、ＬＥＤユニットを機械的に支持する及び／又は電気的に接続するための電気サブマウントがあってもよく、このサブマウントが、スイッチング手段及び／又は制御ユニットを含む。当然ながら、サブマウントは、例えばＬＥＤユニット又はＬＥＤ光源の更なる電子コンポーネントによって発生される熱を散逸させるヒートシンク又はヒートパイプといった更なる電気的又は機械的コンポーネントを含んでもよい。
【００４２】
リアクタンス素子は、ＬＥＤ光源、即ち、ＬＥＤユニット、スイッチング手段、及び／又は制御ユニットと一体に形成されることが更に好適である。最も好適には、リアクタンス素子は電気サブマウントと一体に形成される。
【００４３】
本発明の更に好適な実施形態では、ＬＥＤ光源は、２極デバイスである。本説明では、２極又は２ピンデバイスとは、ＬＥＤ回路装置との接続のための２つの電気端子を有する電気コンポーネントである。
【００４４】
本実施形態は、ＬＥＤ光源を印刷回路基板に搭載するのに、特に有利である。上記のとおり、ＬＥＤ光源は内部電流制御を含むが、ユーザは、このデバイスを、通常の従来のＬＥＤ光源と同様に、ＰＣＢレイアウトと一体化できる。したがって、ＬＥＤ光源は、「疑似アノード（quasi-anode）」及び「疑似カソード（quasi-cathode）」を有すると見なせる。
【００４５】
本発明の発展では、ＬＥＤ回路装置は、電圧入力部に直列に接続される２つ以上のＬＥＤ光源を含む。本実施形態では、本発明の回路装置の光束は、上記のとおり、多数のＬＥＤ光源の対応する直列接続によって更に増加できる。特に、本実施形態は、多数のＬＥＤ光源が接続された単一のリアクタンス素子を有するＬＥＤ回路装置を用いることを可能にする。電圧入力部は動作電圧を提供し、電流は各ＬＥＤ光源によって内部で制御されるので、回路の更なる適応が不要である。しかし、当然ながら、標準的な電源が用いられ、電圧入力部に接続される場合は、定格電圧、定格電流、及び定格電力によって、それらに対応する数のＬＥＤ光源の動作が可能となるべきである。これに加えて又はこれに代えて、ＬＥＤ回路装置には、１つ以上の本発明のＬＥＤ光源及び少なくとも１つのリアクタンス素子に直列に接続される１つ以上の従来技術のＬＥＤが設けられることが好適である。このような複合回路装置は、特にコスト効率がよく、同時に、光束も増加する。
【００４６】
更に、光束を増加するために、多数のＬＥＤ回路装置が電源に並列に接続されてもよい。
【００４７】
スイッチングモード動作のスイッチング周波数、したがって、デューティサイクルは、主に、動作電圧に依存する。第１及び第２のＬＥＤユニットを通る電流は、低及び高電圧モードで異なるので、両モードにおける光束も異なり、したがって、光束は動作電圧に依存する。このことは、特に安定化されていない電源が用いられる場合に、光束を特定の範囲内に容易に設定できる点で有利であるが、光出力の品質は低下する。
【００４８】
本発明の更に好適な実施形態では、制御ユニットは、ＬＥＤ光源を通る電流が、所定の平均ランプ電流に一致するように第１及び／又は第２の閾値を適応させる。光束は、平均ランプ電流に依存するので、本実施形態は、入力電圧レベルに関係なく光束を設定可能にし、従って、これにより、更に安定化された光出力が提供される。平均ランプ電流は、用途に応じて、例えばユーザによって対応するユーザインターフェースを用いて設定され、適切なメモリに記憶されてもよいし、工場で設定されてもよい。これに代えて又はこれに加えて、平均ランプ電流は可変で、また、出力光束を測定し平均ランプ電流を所与の設定値の光束に設定するように設けられたフィードバックデバイスを用いて制御ユニットによって適応されてもよい。本実施形態は、かように、例えば経年劣化及び温度による影響を有利に補償できる。
【００４９】
好適には、制御ユニットは、例えば電圧測定回路を用いて入力電圧を測定し、これに応じて平均ランプ電流を適応させる。この場合、制御ユニットは、入力電圧にほとんど無関係で、一定の光束を提供するように平均ランプ電流を設定するように構成される。これに代えて又はこれに加えて、制御ユニットは、入力電圧との所与の関係に応じて平均ランプ電流を設定するように構成されてもよい。従って、入力電圧を制御することによって、即ち、更なる制御信号又はユーザインターフェースを必要とすることなく、ＬＥＤ光源の光束を設定できる。最も好適には、制御ユニットは、所定の平均ランプ電流を提供するために、第１の、例えば低い電流閾値を適応させる。
【００５０】
本発明によるＬＥＤ光源は、上記のとおりのＬＥＤ回路装置との動作のために適応される。ＬＥＤ光源は、少なくとも１つの発光ダイオードをそれぞれ有する第１及び第２のＬＥＤユニットと、当該ＬＥＤユニットを、低電圧モード及び高電圧モードにおいて、リアクタンス素子に接続する制御可能なスイッチング手段と、制御ユニットとを含む。低電圧モードでは、ＬＥＤ光源は、第１の順方向電圧を示す。高電圧モードでは、ＬＥＤ光源は、第２の順方向電圧より高い第２の順方向電圧を示す。
【００５１】
制御ユニットは、電圧源によって供給される電流が、第１の閾値に一致するとき、スイッチング手段を低電圧モードに設定し、供給電流が、第２の閾値に一致するとき、スイッチング手段を高電圧モードに設定する。当然ながら、ＬＥＤ光源は、上記好適な実施形態に適応されることが好適である。
【００５２】
ＬＥＤ光源を動作電圧で動作させる本発明の方法では、ＬＥＤ光源は、少なくとも１つの発光ダイオードをそれぞれ有する第１及び第２のＬＥＤユニットと、当該ＬＥＤユニットを、低電圧モード及び高電圧モードにおいて、リアクタンス素子に接続する制御可能なスイッチング手段とを含む。低電圧モードでは、ＬＥＤ光源は第１の順方向電圧を示す。高電圧モードでは、ＬＥＤ光源は、第１の順方向電圧より高い第２の順電圧を示す。スイッチング手段は、ＬＥＤ光源に供給される動作電流が、第１の閾値に一致するとき、低電圧モードに設定され、供給電流が、第２の閾値に一致するとき、高電圧モードに設定される。当然ながら、ＬＥＤ光源は、上記実施形態によるＬＥＤ回路装置を用いて動作されることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
本発明の上記の及び他の目的、特徴、並びに利点は、好適な実施形態の記載から明らかとなろう。
【００５４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ光源を有するＬＥＤ回路装置の概略回路図を示す。
【図２】図２は、図１のＬＥＤ回路装置における動作時の電流のタイミング図を示す。
【図３ａ】図３ａは、第２の実施形態によるＬＥＤ光源の断面図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、第３の実施形態によるＬＥＤ光源の断面図を示す。
【図３ｃ】図３ｃは、第４の実施形態によるＬＥＤ光源の断面図を示す。
【図４】図４は、本発明の更なる実施形態によるＬＥＤ回路装置の概略回路図を示す。
【図５】図５は、本発明の更なる実施形態によるＬＥＤ回路装置の概略回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１は、本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ回路装置１の概略回路図を示す。ＬＥＤ回路装置１は、ＬＥＤ光源３に接続されたＬＥＤ電源回路２を含む。ＬＥＤ光源３は、図２を参照して以下に説明されるように、単一のモジュール又はチップとして形成される。ＬＥＤ電源回路２は、電圧入力部４ａ及び電圧入力部４ｂ、即ち、本実施形態では１５Ｖの直流電圧を供給する電圧源５への接続のための２つの端子を含む。電圧源５は、例えば対応する主電源ラインに接続され、上記直流電圧を供給するための整流器を含むスイッチングモード電源ユニットであってよい。
【００５６】
ＬＥＤ電源回路２は、リアクタンス素子６、即ち、本実施例では、電圧入力部４、従って電圧源５とＬＥＤ光源３との間に直列に接続された、１００μＨのインダクタンスを有するコイルを更に含む。
【００５７】
ＬＥＤ光源３は、ＬＥＤ電源回路２との接続のための２つの端子７ａ及び７ｂを含む。従って、本実施例によるＬＥＤ光源３は、「２極」又は「２ピン」デバイスと呼ばれることがあり、ＬＥＤ光源３を既存の電源回路に組み込むことが容易に可能である。本実施形態による端子７ａ及び７ｂは、例えば印刷回路基板への接続のための金属性はんだパッドとして設けられる。ＬＥＤ光源３は、第１のＬＥＤユニット８及び第２のＬＥＤユニット９を更に含み、これらは、本実施例では、それぞれ、直列に配置された３つの高出力発光ダイオード４８（図１には図示せず）を含み、約９Ｖの決められた順方向電圧がもたらされる。第１及び第２のＬＥＤユニット８、９を、リアクタンス素子６、従って電圧源５と接続するために、本実施形態では２つの制御可能なスイッチ１１を含むスイッチング手段１０が設けられる。これらのスイッチ１１は、図１に点線により示される適切な制御接続を介して制御ユニット１２によって動作される。本実施例では、制御ユニット１２は、以下に記載されるように電流制御のために適切にプログラムされたマイクロコントローラを含む。制御ユニット１２は、回路装置１を流れる電流を測定する電流検出器１３に更に接続される。スイッチング手段１０は、ＬＥＤ光源３を高電圧モード及び低電圧モードで動作させるように設けられている。
【００５８】
高電圧モードでは、スイッチ１１は、図１に示されるように、開放されている。第１及び第２のＬＥＤユニット８、９は、従って、逆電圧保護ダイオード１５を含むブリッジ回路１４を介して、互いにかつリアクタンス素子６と直列に接続され、ＬＥＤ光源３の第１の決められた総順方向電圧がもたらされる。低電圧モードでは、両スイッチ１１は閉成され、それにより、第１及び第２のＬＥＤユニット８、９は互いに並列に接続され、ＬＥＤ光源３の第２の決められた総順方向電圧がもたらされる。このモードでは、逆電圧保護ダイオード１５によって、短絡が阻止される。したがって、ＬＥＤ光源３は、２つのモードに設定可能である。例えば２つの端子７ａ及び７ｂ間で測定されるＬＥＤ光源３、従ってＬＥＤユニット８、９の総順方向電圧は、低電圧モードでは９ＶのＬＥＤ光源の第１の順方向電圧に、高電圧モードでは１８ＶのＬＥＤ光源３の第２の順方向電圧に、適宜、設定可能である。従って、低電圧モードにおけるＬＥＤ光源３の総順方向電圧は、電圧源５の電圧よりも低い。高電圧モードでは、順方向電圧は、供給電圧よりも高い。
【００５９】
図１の実施形態の、本発明のＬＥＤ回路装置１の動作原理を、図２のタイミング図を参照しながら以下に説明する。図中、リアクタンス素子６、従ってＬＥＤ光源３の端子７ａ及び７ｂを流れる電流ＩＬと、電流ＩＪＵＮＣとが、ＬＥＤ回路装置１を電源、即ち電圧源５に接続した時点から開始して経時的に示される。
【００６０】
電流ＩＪＵＮＣとは、各ＬＥＤユニット８、９のＬＥＤの１つの接合点あたりの実効電流を指す。ＬＥＤ光源３が低又は高電圧モード３３にあることにそれぞれ依存して、電流ＩＬは、２つのＬＥＤユニット８及び９を並列又は直列に流れる。故に、１つのＬＥＤユニット８、９あたりの実効電流ＩＪＵＮＣは、ここでは、２つのＬＥＤユニット８、９は、高電圧モード３３では電流ＩＬと一致し、低電圧モード３２では、並列に接続されて電流ＩＬが共有されるので、電流ＩＬの半分と一致する。本実施例では、ＬＥＤユニット８、９は、対応する電気特性、即ち、ＬＥＤユニット８、９の順電圧の電圧比は１：１であることを示すと仮定する。従って、電流ＩＬは均等に共有される。上述したとおり、制御回路１２は、電流検出器１３を用いてＬＥＤ光源３を通る電流ＩＬを測定するように適合される。制御ユニット１２は、スイッチング手段１０のスイッチ１１を、上記低電圧モード（即ち、並列接続）から上記直列接続に切替えるように制御するように適合される。制御ユニット１２には、本実施例では、７００ｍＡの第１の電流閾値３０と、１４００ｍＡの（即ち、第１の閾値３０よりも７００ｍＡの「電流リップル」Δｉ分高い）第２の電流閾値３１とがプログラムされている。測定された電流が、第１の閾値３０以下の場合、制御ユニット１２は、低電圧モード３２で動作するようにスイッチング手段１０を制御する。電流ＩＬが更に増加しても、スイッチング手段１０は、低電圧モードを保つ。電流が、第２の閾値３１に到達する、即ち、第２の閾値３１以上となる場合、スイッチング手段１０は、高電圧モード３３で動作するように制御される。スイッチング手段１０は、ここでも、電流ＩＬが第１の閾値３０以下となるまで、高電圧モード３３に維持される。かように、本発明による電流制御を適切に使用することにより、電流ＩＬを、第１の閾値と第２の閾値との間で、動作状態、即ち、正常な動作条件下に維持することが可能となる。本実施例は、約３０ｋＨｚのスイッチング周波数をもたらす。
【００６１】
スイッチング手段１０のデューティサイクル又はスイッチング周波数は、閾値３０、３１、従って電流リップルΔｉ、リアクタンス素子６のインダクタンス、及びＬＥＤユニット８、９の特性、即ち、特に順方向電圧に確実に依存する。上記閾値で、２０ｋＨｚから４ＭＨｚの範囲内のスイッチング周波数を提供するために、約１５０μＨから７５０ｎＨのインダクタンスが特に望ましい。
【００６２】
このセットアップの動作は、従って、昇圧型コンバータの動作に実質的に対応するので、デューティサイクル又はスイッチング周波数は、当業者によって、既知の設計基準及び設計式を用いて、各用途に応じて設定してもよい。
【００６３】
図２を参照するに、制御ユニット１２の動作は、電圧源５への回路１の接続によって開始される。初めは、制御ユニット１２は、スイッチング手段１０を低電圧モード３２に設定する。電流ＩＬは、しかるべくゼロである。低電圧モード３２では、ＬＥＤ光源３の実効総順方向電圧は、上述したとおり、電圧源５の動作電圧よりも低いので、リアクタンス素子６の両端間に電圧降下がある。結果的に、電流ＩＬは、低電圧モード／フェーズ３２の間で増加する。
【００６４】
電流ＩＬが第２の閾値３１に到達すると、制御ユニット１２は、スイッチング手段１０のスイッチ１１を開放状態、即ち、高電圧モード／フェーズ３３に設定する。このモードにおけるＬＥＤユニット８、９の総順方向電圧は、直列接続によって、電圧源５の電圧よりも高い。しかし、リアクタンス素子６がＩＬの変化に抵抗しようとするため、ＬＥＤ光源３の端子７における電圧は、第１のＬＥＤユニット８、第２のＬＥＤユニット９、及び逆電圧保護ダイオード１５の直列接続を通る電流フローが可能となるレベルにまで増加する。この電圧増加は、スイッチング手段１０の停止手順と同時に起き、連続的な電流フロー、したがって、第１及び第２のＬＥＤユニット８、９のＬＥＤの連続動作をもたらす。
【００６５】
この高電圧モード３３による総順方向電圧は、電圧源５の動作電圧よりも高いため、リアクタンス素子６の両端間の電圧は負であり、図２に示されるように、高電圧モード３３における電流ＩＬの減少をもたらす。電流ＩＬが第１の閾値３０に到達すると、制御ユニット１２は、再び低電圧モード３２、即ち、第１及び第２のＬＥＤユニット８、９の並列動作のモードで動作するようにスイッチング手段１０のスイッチ１１を制御する。従って、電流ＩＬは、後続の低電圧モード３２において増加し、上記動作が繰り返される。ＬＥＤ光源３の制御ユニット１２の動作は、かように、２つの閾値３０、３１内の電流制御を与え、電圧源５を用いたＬＥＤ光源３の動作を可能にする一方で、電流を安定化させる。かように、複雑な電流レギュレータを好適にも省略できる。更に、ＬＥＤユニット８、９のＬＥＤ４８には動作電流が連続的に供給され、それにより、暗くなる時間がなく、かつ、高いスイッチング周波数によるちらつきが実質的にない光出力がもたらされる。回路装置１が、高電圧モード３３におけるＬＥＤ光源３の総順方向電圧よりも高い電圧で動作される場合、内部電流調整はアクティブではない。代わりに、ＬＥＤ光源３は、通常の一連のＬＥＤ４８のように動作されてよく、この場合、電流は外部から制御される必要がある。従って、特定の供給電圧範囲内では自己制御型デバイスとして動作する同じ光源３が、高電圧モード３３において、総順電圧より高い供給電圧を受ける場合は、通常の高電圧ＬＥＤ光源３として動作させられることが可能である。この場合、電流制限デバイスが、外部に設けられるべきである。従って、ＬＥＤ光源３及び回路装置１は、汎用性が高い。確かに、電気特性及び電流閾値は、各用途に応じて、また、特に供給電圧及び用いられる特定の電気コンポーネントに関して、適応されるべきである。しかし、このような適応は、当業者が行える。
【００６６】
上述したとおり、ＬＥＤ光源３は、一体化モジュールとして形成されてよいので、有利に小さい形状因子を有する。図３ａは、図１の実施形態に実質的に対応する光源３’の実施形態を断面図で示す。図示されるように、第１及び第２のＬＥＤユニット８、９は、それぞれ、当技術分野において周知のように、ダイオード半導体構造体を含むエピタキシャル半導体層２０ａ、２０ｂから形成される。白色光出力を提供するために、りん光体層２１ａ、２１ｂがエピタキシャル半導体層２０ａ、２０ｂ上に設けられる。ＬＥＤ光源モジュール３’の上記層２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂは、標準的な半導体製造プロセスで形成されるので、コスト効率のよいセットアップが可能となる。半導体層２０ａ、２０ｂは、はんだ接合部２２を介して電気サブマウント２３に接続されて、必要な電気的接続及び機械的固定を提供する。
【００６７】
図３ａに示されるように、電気サブマウント２３は、図１に示されるＬＥＤ光源モジュール３’の残りの電気コンポーネント、即ち、スイッチング手段１０、制御ユニット１２、電流検出器１３、及び逆電圧保護ダイオード１５を有するブリッジ回路１４を含む。明確性の理由から、図３ａでは、上記コンポーネントがすべて示されているわけではない。電気サブマウント２３も、標準的な既知の半導体セラミック又は印刷回路基板製造プロセスによって形成される。この配置全体は、対応するはんだ端子７ａ及び７ｂを介してＬＥＤ電源回路２（図３ａには図示せず）に接続可能である。ＬＥＤユニット８、９及び電気サブマウント２３によって発生される熱を散逸させるためにヒートシンクインターフェース２４が設けられる。図３ｂは、ＬＥＤ光源３’’の更なる実施形態を示す。
【００６８】
図３ｂの実施形態は、リアクタンス素子６’として機能する更なる誘導層２５を除き、図３ａの実施形態に実質的に対応する。したがって、ＬＥＤ光源３’’は、更により一体化されたセットアップを提供するので、ＬＥＤ光源３’’は、電圧入力部４ａ及び４ｂを介して電圧源５に容易に接続可能である。
【００６９】
図３ｃは、本発明のＬＥＤ光源３’’’の更なる実施形態を示す。図３ｃの実施形態は、ここでは電気サブマウント２３がないことを除き、図３ａの実施形態に実質的に対応する。したがって、第１及び第２のＬＥＤユニット８、９は、はんだ接合部２２を介して、ＬＥＤ光源３’’’の上記更なるコンポーネント、即ち、制御可能なスイッチング手段１０、制御ユニット１２、電流検出器１３、及びブリッジ回路１４（図３ｃには図示せず）を含む印刷回路基板２６に接続される。
【００７０】
図４は、更なる実施形態によるＬＥＤ回路装置１’の概略回路図を示す。
【００７１】
図４による回路装置１’の実施形態は、変更されたスイッチング手段１０’及び制御ユニット１２’を除き、図１を参照して上で説明された実施形態に実質的に対応する。本実施例によるスイッチング手段１０’は、制御ユニット１２’によって制御される２つのＭＯＳＦＥＴ４０ａ及び４０ｂを含む。図４の実施形態による制御ユニット１２’は、フリップフロップデバイス４６を含み、その出力Ｑは、ゲートドライバ４７に接続される。ゲートドライバ４７は、フリップフロップデバイス４６の信号を、ＭＯＳＦＥＴ４０のゲートを駆動するのに適したレベルまで増幅する機能を有する。本実施例では、ＭＯＳＦＥＴ４０ａは、Ｎチャネル型である一方で、ＭＯＳＦＥＴ４０ｂは、Ｐチャネル型である。用いられるＭＯＳＦＥＴ４０ａ、４０ｂの特定の型に応じて、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４０ｂを駆動するためにレベルシフトが不要となる。即ち、高順方向電圧が、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ４０ｂの許容ゲート−ソース電圧より低い場合、不要となる。当技術分野には、ＭＯＳＦＥＴゲート駆動のために多数の概念及びドライバＩＣが存在する。上記一体化デバイスでは、ＭＯＳＦＥＴ４０の入力特性、電圧レベル及び期待スイッチング周波数を考慮して、サブマウント２３上に適切な回路が実現される。制御ユニット１２’は、第１の電圧基準発生器４２及び第２の電圧基準発生器４３にそれぞれ接続される第１のコンパレータ４４及び第２のコンパレータ４５を更に含む。
【００７２】
コンパレータ４４、４５は、それらの入力接続に供給された電圧レベルを比較する。それぞれの非反転入力部（図４では「＋」の符号が付されている）における電圧が、それぞれのもう一方の反転入力部における電圧よりも高い場合、フリップフロップデバイス４６への出力信号は高い。従って、非反転入力部における電圧が反転入力部における電圧よりも低い場合、出力信号は低い。コンパレータ４４、４５は、所望のスイッチング動作を可能とするために、適切な共通モード電圧範囲を示すべきである。高効率のためには、検出抵抗器４１の両端間の電圧降下は、例えば１００mVより低いといったようにかなり小さくなるべきである。故に、コンパレータ４４、４５は、最も負の供給電圧として供給される接地電位近くの入力信号で動作しなければならない。この用途のためのコンパレータは様々な種類が市販されており、通常、「単一電源」又は更には「レイルトゥレイル入力（rail-to-rail input）」コンパレータと呼ばれる。最も単純には、適切な差動増幅器をコンパレータとして用いてもよい。
【００７３】
電圧基準発生器４２は、適切な電圧レベル及び安定性を有する共通の補助電源から電力供給される個々にバイアスされたツェナーダイオード、バンドギャップ基準又は単純な分圧器を含む。
【００７４】
第１及び第２のコンパレータ４４、４５は、本実施例では、電流検出抵抗器４１を含む電流検出器１３に接続される。抵抗器４１は、ランプ３’’’’を流れる電流に対応する電圧を第１及び第２のコンパレータ４４、４５に供給する。コンパレータ４４、４５は、信号を、第１及び第２の電流閾値３０、３１に対応するように設定された、第１及び第２の電圧基準発生器４２、４３によって供給される基準電圧と比較する。デバイスの初期化による起動フェーズの際、コンパレータ４５は、高出力信号を発生して、フリップフロップデバイス４６を設定する。それに応じて、フリップフロップ４６の出力Ｑも高く、ＭＯＳＦＥＴ４０を閉成状態にさせる。したがって、ＬＥＤ光源３’’’’は、低電圧モードに設定される。抵抗器４１の両端間の電圧降下が第１の閾値３０に到達すると、コンパレータ４５は、低出力信号を発生するが、フリップフロップデバイス４６によって、スイッチは閉成状態に維持される。抵抗器４１の両端間の電圧降下が第２の閾値３１、即ち、第２の電圧基準発生器４３によって設定される電圧に到達すると、コンパレータ４４は、高出力信号を発生し、ＭＯＳＦＥＴ４０が非アクティブとなるように、即ち、開放状態に設定されるようにフリップフロップデバイス４６が再設定される。ＬＥＤ光源３’’’’は、従って、高電圧モードに設定され、図２を参照して上述したとおり、電流ＩＬの減少がもたらされる。図４による実施形態は、ＬＥＤ光源３’’’’の単純かつコスト効率のよいセットアップを提供する。上述したとおり、第１及び第２の電流閾値３０、３１は、対応する第１及び第２の電圧基準発生器４２、４３によって設定される。両モード、即ち、低電圧モード及び高電圧モードにおいて、両ＬＥＤユニット８、９（それぞれ、単一のＬＥＤ４８を含む）に、動作電流が連続的に供給されるが、両モードにおける光束は、ＬＥＤユニット８、９の並列接続から直列接続への切替えにより確実に異なる。それ故、ＬＥＤユニット８、９の光束は、制御のデューティサイクル、したがって、少なくともある程度までは、電圧源５の電圧に依存する。高順方向電圧と低順方向電圧との間の動作電圧の変化によって光束を制御可能であることは有利である一方で、十分に安定しない電圧源５への依存は、回路１’を動作させるには望ましくない場合もある。
【００７５】
図５は、本発明の更なる実施形態によるＬＥＤ回路装置１’’の概略回路図を示す。図５の実施形態は、制御ユニット１２’’と、第１及び第２のＬＥＤユニット８’、９’とを除き、図４を参照して上で説明された実施形態に実質的に対応する。図５を参照して、第１及び第２のＬＥＤユニット８’、９’は、それぞれ、単一のＬＥＤ４８しか含まない。制御ユニット１２’’は、第１及び第２の閾値３０、３１間の差を測定する、故に、リアクタンス素子６を流れる電流ＩＬの電流リップルΔｉを測定する更なる電圧源５２を含む。第１のＯＰ−ＡＭＰ５０が、第１及び第２の電流閾値３０及び３１を設定する。これらの値は、第１のＯＰ−ＡＭＰ５０の入力部が、コンデンサ５８、抵抗器５６、５７、及びフリップフロップデバイス４６の反転出力からなる配置に接続されるので、もはや一定ではなくなり、第１の電流閾値３０は、主に、デューティサイクルに依存する。スイッチング動作の温度ヒューズ５５が、過剰温度保護を提供する。第２のＯＰ−ＡＭＰ５１は、上述したとおりＬＥＤ光源１’’を通る電流に対応する信号を提供するように抵抗器４１に接続される。図４の実施形態に対応して、ゲートドライバ５３（例えばＯＰ−ＡＭＰ）は、フリップフロップデバイス４６の信号を、ＭＯＳＦＥＴ５４ａ及び５４ｂのゲートを駆動するのに適したレベルまで増幅する働きを有する。フリップフロップデバイス４６の反転出力は、第１のゲートドライバ５３に接続され、フリップフロップデバイス４６の出力Ｑは、第２のゲートドライバ５３に接続される。
【００７６】
本実施形態によれば、第１及び第２の電流閾値３０、３１は可変であり、スイッチング動作のデューティサイクルに依存するので、出力光束は、電圧源５の入力電圧に線形に依存し、これにより、追加の制御手段を必要とすることなく、減光機能が可能となる。抵抗器５７及びコンデンサ５８によって形成されるＲＣ回路は、ＭＯＳＦＥＴ５４ａ及び５４ｂのデューティサイクルの任意の高周波成分を除去するので、第１及び第２の電流閾値３０、３１を設定するために平均値が使用される。ＬＥＤ回路装置１’’の温度が上限に到達すると、温度ヒューズ５５は、デューティサイクル信号を低値に留め、これにより、低又はゼロ電力レベルでＬＥＤ４８を駆動するように平均インダクタ電流ＩＬは低くなる。
【００７７】
スイッチ５４ａ及び５４ｂのデューティサイクルは、次のとおり定義される：
2013546174.tif 000003
ここで、Ｖｓｕｐｐｌｙは、ＬＥＤ光源３’’’’’の端子７に印加される電圧であり、Ｖｆｈｉｇｈは、高電圧モード３３におけるＬＥＤ光源３’’’’’の総順方向電圧である。時間Ｔｕｐは、リアクタンス素子６の充電時間であり、時間Ｔｓは、スイッチング期間を示し、
2013546174.tif 000004
であり、ここで、Ｖｆｌｏｗは、低電圧モード３２におけるＬＥＤ光源３’’’’’の総順方向電圧である。
【００７８】
上記実施形態の特定の場合では、
2013546174.tif 000005
となることが分かる。
【００７９】
スイッチング周波数は、次のとおりに表すことができる：
2013546174.tif 000006
ここで、Δｉは、リアクタンス素子６の電流リップル振幅である。
【００８０】
Ｋ＝２の場合、また、ＬＥＤの順方向電圧は定常状態運転では変動しないと仮定すると、ＬＥＤ４８に供給される総平均電力は、次のとおりに計算される：
2013546174.tif 000007
ここで、Ｉａｖ０は、リアクタンス素子６の平均インダクタ電流であり、これは、上記実施形態では、Ｖｓｕｐｐｌｙとは無関係であり、
2013546174.tif 000008
と等しく、ここで、ＩＬ１ｍｉｎは、定常状態におけるインダクタ電流波形の最小値である。
【００８１】
上記式から、ＬＥＤ４８に供給される平均電力は、Ｖｓｕｐｐｌｙによって線形に変動することが分かる。最大電力スパンは、０．５Ｐｍａｘに一致する。最大電力供給Ｐｍａｘは、ＶｓｕｐｐｌｙがＶｆｈｉｇｈに近づくにつれて達成される。したがって、最小電力Ｐｍｉｎには、ＶｓｕｐｐｌｙがＶｆｌｏｗに近づくと達する。
【００８２】
図５では、電圧源５２が電流リップルΔＩを定義するのに対して、ＯＰ−ＡＭＰ５０がＩＬ１ｍｉｎを設定する。ＯＰ−ＡＭＰ５０の入力は１−Ｄ２に一致するので、ＩＬ１ｍｉｎはもはや一定ではない。従って、ＯＰ−ＡＭＰ５０は、
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となるような出力信号を生成する。ＩＬ１ｍｉｎ０及びｍｘは、電圧源５２の設定によって定義される。本構成における平均出力電流は、かように、
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である。
【００８３】
本発明は、図面及び上記記載において詳細に説明された。このような説明は、例示的と見なされるべきであり、限定的ではない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。例えば、
‐ＬＥＤユニット８、９が、直列若しくは並列に接続された、又は、これらの組み合わせの多数又は少数の発光ダイオード４８を含み、
‐ＬＥＤユニット８、９が、発光素子として、ＯＬＥＤ又はレーザダイオードを含み、
‐リアクタンス素子６が、ＬＥＤ光源モジュール３、３’、３’’、３’’’、３’’’’、３’’’’’と一体化され、
‐回路装置１、１’、１’’では、多数のＬＥＤ光源３、３’、３’’、３’’’、３’’’’、３’’’’’が、リアクタンス素子６と直列に接続され、
‐電圧源５が、ＬＥＤ電源回路２と一体化され、
‐端子７ａ及び７ｂが、ワイヤボンドパッド又ははんだパッドとして設けられるのではなく、例えば１つ以上のランプキャップの接続ピンとして設けられ、及び／又は、
‐制御ユニット１２、１２’、１２’’が、当制御ユニット１２、１２’、１２’’を決められた制御設定に設定するモードスイッチで構成される、実施形態によって本発明を動作させることが可能である。これは、例えば、特殊モードにおいて、供給信号をアクティブにする、例えば増加させる手段によって、通常の端子７を介して行われる。次に、スイッチング手段１０がアクティブにされる又は非アクティブにされ、また、ＬＥＤ光源３、３’、３’’、３’’’、３’’’’、３’’’’’が、低又は高電圧モードのいずれかで動作されることが可能となる。ＬＥＤ光源３、３’、３’’、３’’’、３’’’’、３’’’’’におけるモードスイッチの具現化に依存して、この設定は、不揮発性（ＬＥＤ光源に永久的に記憶される）か、揮発性（端子７に供給電圧がある限り有効であるが、電源を切った後は無くなる）か、又はダイナミック（コマンド後、限られた時間だけ有効であるため、所望の制御モードにあり続けるためには設定を時々再読み込みしなければならない。さもなければ、ＬＥＤ光源３、３’、３’’、３’’’、３’’’’、３’’’’’は、上述したとおり、通常の内部制御モードに入る）である。
【００８４】
特許請求の範囲において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、また、単数形で示されるものはそれが複数含まれることを除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項又は実施形態に記載されるからといって、それらの手段の組み合わせを有利に用いることができないことを示すものではない。特許請求の範囲における任意の参照符号は、その範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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