(57)【要約】【課題】本発明は照明システムに関し、特に固体素子光源用の電源アダプタを提供する。【解決手段】固体素子光源（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）を有する照明ユニット（５０）用の電源アダプタ（２０）が開示される。電源アダプタ（２０）が、幹線電源に接続する入力部（２２）と、この入力部（２２）に結合して、固体素子光源（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）を駆動するのに好適な出力を提供する電力変換モジュール（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、１４０ａ）と、入力部（２２）から電圧信号を受け取り、入力部（２２）から引出した電力を低減するための電力変換モジュール（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、１４０ａ）へ制御信号を供給することが可能なコントローラ（３０）とを備える。電源アダプタ（２０）を幹線電源に対して可変抵抗のように見せるために、電源アダプタ（２０）は入力部（２２）から、入力部（２２）における電圧の関数として電流を得る。【選択図】図１
2015062333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体素子光源を有する照明ユニット用の電源アダプタであって、前記電源アダプタが
幹線電源へ接続する入力部と、
前記入力部と結合し、前記固体素子光源を駆動するのに適した出力を提供し、スイッチを含む電力変換モジュールと、
前記入力部から電圧信号を受信し、前記電力変換モジュールへ制御信号を供給することができるコントローラと、
を備え、
前記電力変換モジュールは、ＬＣＬ直列−並列共振回路を含み、前記電源アダプタは、前記ＬＣＬ直列−並列共振回路を制御するための前記スイッチのスイッチング時間の、プロフィールに基づく前記コントローラによるオープンループ制御により、前記入力部における電圧が外部電力低減装置により設定されることに応答して、前記電源アダプタが前記幹線電源に対して可変抵抗のように見えるように前記入力部における電圧の関数として電流を前記入力部から引出し、前記入力部から引き出した前記電流を任意の所望の形状及び大きさに制御することにより、前記固体素子光源の光出力の強度を制御可能とする、ことを特徴とする、
電源アダプタ。
【請求項２】
前記固体素子光源に供給される電力は、前記ＬＣＬ直列−並列共振回路のための前記スイッチのデューティ比を共振半周期内で変化させることで調節される、ことを特徴とする請求項１に記載の電源アダプタ。
【請求項３】
前記電源アダプタが、前記電源アダプタの前記入力部と前記電力変換モジュールとの間に大容量コンデンサを含まないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源アダプタ。
【請求項４】
前記コントローラが、前記電力変換モジュールに制御信号を送信することにより、前記入力部で引出される電力を低減させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源アダプタ。
【請求項５】
前記コントローラが、前記電力変換モジュールに制御信号を送信することにより、前記入力部で引出される電力を低減させ、前記固体素子光源の光出力の強度を、前記外部電力低減装置と、前記コントローラと、の組み合わせによって制御可能にさせることを特徴とする請求項２〜３いずれか１項に記載の電源アダプタ。
【請求項６】
前記コントローラが、最大電力が取得可能な場合には前記電源アダプタの前記入力部から引出された前記電力を低減させ、取得可能な電力量が下がるに連れて低減量を軽減し、それによって前記固体素子光源を非線形の消光曲線に従わせるようになっていることを特徴とする請求項５に記載の電源アダプタ。
【請求項７】
前記固体素子光源が所定の平均電力を供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電源アダプタ。
【請求項８】
前記固体素子光源へ供給される前記所定の平均電力が、前記電源アダプタの前記入力部で引出される前記平均電力に実質的に等しいことを特徴とする請求項７に記載の電源アダプタ。
【請求項９】
前記固体素子光源の光出力の強度が、前記入力部で引出される電力の減少に応じて本質的に減少し、従って前記電源アダプタは前記固体素子光源への一定出力を調整しないことを特徴とする請求項８に記載の電源アダプタ。
【請求項１０】
前記電源アダプタの前記入力部から最大の電力が取得可能な場合、前記電力変換モジュールが、前記入力部から引出された前記電流を、前記結合した固体素子光源の最大の光出力に必要な値よりも高い値に維持するようになっており、これが次に前記コントローラによって低減されて最大出力に必要なだけの電力が供給され、それ以上とはしないことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電源アダプタ。
【請求項１１】
外部の電力低減装置が取得可能な入力電力を低減すると、前記コントローラが、前記電力変換モジュールに与えられる参照信号を変化させ、前記電源アダプタの前記入力部から得られる前記電力が、前記固体素子光源が最大輝度となるのに必要な電力に等しい閾値より下に低減されるまでは、前記出力の平均電力を前記固体素子光源が最大輝度となるのに要する電力に等しい値に維持する様になっており、その閾値以下では必然的に前記固体素子光源が暗くなる結果となる、ことを特徴とする請求項１０に記載の電源アダプタ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電源アダプタと、
少なくとも１つの固体素子光源を含む照明ユニットと、
を備える照明システム。
【請求項１３】
前記照明システムが、電力低減装置を含むことを特徴とする請求項１２に記載の照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明システムに関し、特に固体素子光源用の電源アダプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの固体素子光源が、通常の照明システム、特に家庭用途のものに導入されてきている。ＬＥＤは電流駆動の装置であり、明るさが順方向電流にほぼ比例する。従来、固体素子光源は光源を流れる電流を調整し、光出力の強度を制御するために一般的にパルス幅変調方式（ＰＷＭ）を用いて調節する電源アダプタによって駆動されている。特に、複数の固体素子光源を含む固体素子照明ユニットが、国際公開第２００６／０１８６０４号に記述されているように、いわゆる「ムード」照明を提供するために家庭用として普及してきた。異なる３色（一般的に、赤、緑、青）のＬＥＤを設け、違う色グループ別に光の出力強度を個別に変えることにより、ＬＥＤ照明ユニットから出る全体の光の色を変化させることができる。
【０００３】
従来のＬＥＤ電流の制御方法は、定電流電源によってＬＥＤを駆動することであった。具体的には、定電流電源は一般的に検流抵抗にかかる電圧を調整し、ＬＥＤを駆動する定電流が、電源の参照電圧と検流抵抗値とから決定される。しかし、ＬＥＤは一般的に順方向電位差を有し、これは温度や製造によるばらつきなどによって、装置ごとに許容範囲内で変化する。従って、定電流電源使用の不利な点は、ＬＥＤが異なれば全電力、従って光の出力強度が異なりやすいということである。このことが照明ユニット間での光出力のばらつきをもたらす可能性がある。
【０００４】
国際公開第２００６／０１８６０４号においては、白熱灯と固体素子照明ユニットの両方を有する照明システム用に、電源アダプタおよび調光器の多くの配列が記述されている。これらの既存の電源アダプタは、通常のパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて、あるいは国際公開第２００７／０２６１７０号に記述されている２乗則鋸歯状波手法を用いて、ＬＥＤ用の駆動信号を生成することにより、光の出力強度、および／または固体素子照明ユニットのカラー特性を制御できる。この場合、ＬＥＤ駆動電流のデューティサイクル(すなわちオン継続時間）の変化が、ＬＥＤが電源アダプタから使用できる平均電流量に対応する変化を生じさせる。この電流調整段階は通常、幹線電源の電圧を下げるためのスイッチモード電源によって与えられるプロセッサ制御された閉ループである。しかしそのような電源アダプタでは、高調波電流が幹線電源から引出され、これは、幹線電源から引出される電流の高調波の範囲に制限を設けているＩＥＣ標準に違反する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、従来技術に関する上記、および／またはその他の不都合を克服、あるいは実質的に軽減する、改良された電源アダプタが考案された。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、固体素子光源を有する照明ユニット用の電源アダプタが提供され、この電源アダプタが、幹線電源へ接続する入力部と、その入力部と結合し、固体素子光源を駆動するのに適した出力を提供する電力変換モジュールと、電力変換モジュールへ制御信号を供給することができるコントローラとを備えている。ここで、電力変換モジュールは、ＬＣＬ直列−並列共振回路を含み、電源アダプタは、入力部における電圧の関数として入力部から電流を引出すことにより、前記固体素子光源の光出力の強度を外部電力低減装置によって制御可能とする。
【０００７】
この電源アダプタとそれに接続された固体素子光源とが幹線電源からは可変抵抗のように見え、従って固体素子光源が通常のフィラメント白熱電球と同じように振る舞う、という点が本発明による電源アダプタの第１の利点である。固体素子光源からの光の出力強度は、従って外部電力低減装置によって制御することが可能である。あるいはまた、固体素子光源からの光出力の強度が、外部の電力低減装置と、電源アダプタの入力部から引出す電力を低減できる内部コントローラ、との組合せによって制御可能である。例えば、内部コントローラは、最大電力が取得可能な場合には電源アダプタの入力部において引出される電力を低減させ、取得可能な電力が下がった場合には低減量を軽減させるようになっている。それにより固体素子光源が非線形の消光曲線に従うことになる。
【０００８】
本発明の電源アダプタの更なる利点は、代表的には発光ダイオード（ＬＥＤ）である固体素子光源が、所望強度の光出力を達成するために所定の平均電力を与えられ得るということである。従って電源アダプタは、ＬＥＤの順方向電位差には関係なしに特定の光出力強度を実現できる。最も好ましくは、ＬＥＤに供給される平均電力は、電源アダプタの入力部で引出される平均電力と実質的に等しい。電源アダプタとこれに接続されたＬＥＤは、電力低減装置に接続された場合には、従来のタングステン線電球と同様に振る舞い、入力部で引出される電力が減少すれば光出力の強度は本質的に低減する。そして電源アダプタはＬＥＤへの一定出力を調整しない。
【０００９】
電源アダプタは、入力部における電圧の関数として入力部から電流を引出すことにより、幹線電源に対して可変抵抗のように見える。これは好ましくは、（ｉ）電源アダプタの入力部における静電容量を最小化する、（ｉｉ）入力部における正弦波の電圧波形と実質的に同期した正弦波の電流波形を入力部から引出す、（ｉｉｉ）電圧が下がれば電流も下がるように、電圧に比例した電流を引出す、ことにより達成される。これらの特徴は電流のひずみ、および幹線電源から引出される高調波電流を低減させ、幹線電源に対する静電負荷をなくすことにより電源アダプタの効率および力率を向上させる。実際、これらの特徴により、電源アダプタおよびそれに接続された固体素子光源は、幹線電源にとっては通常の照明器具として見えることが可能となる。
【００１０】
固体素子光源は、好ましくは単一の発光ダイオード（ＬＥＤ）もしくは２個以上の一連のＬＥＤである。１つのＬＥＤ、あるいは２個以上の一連のＬＥＤの両端間の電位差は実質的に一定であるので、入力部から引出される平均電力を所定の値に実質的に一定に保つために、電源アダプタは好ましくは入力部から引出す電流を制御する。所定の平均電力は好ましくは、少なくとも部分的には、コントローラにより与えられる制御信号を含む参照信号により決定される。
【００１１】
電源アダプタは好ましくは、入力部における電圧に実質的に比例する電流を入力部から引出すようになっている。特に、電力変換モジュールは好ましくは、入力部での正弦波の電圧波形と実質的に同期した正弦波の電流波形を入力部から引出すようになっており、電力変換モジュール、および／またはコントローラは好ましくは乗算器を含み、これによって電流と電圧との間の比例関係を決定し、その結果として所定の平均電力を入力部から引出す。電力変換モジュールおよび／またはコントローラは好ましくは、電源アダプタの入力部における電圧波形を検知し、その電圧波形に基づいて入力部から引出す所要電流を決定するようになっている。電源アダプタは好ましくは、電源アダプタの入力部における電圧を、縮小した振幅で表示する電圧モニタを含む。
【００１２】
電力変換モジュールは好ましくは変圧器と１つまたは複数のダイオードをその出力部に含み、そこから出力電力信号が光源へ供給される。変圧器は光源を幹線電源から分離し、かつ、１つまたは複数のダイオードは光源にダメージを与える可能性のある逆方向電流がないことを保証する。
【００１３】
コントローラの制御回路は、統合電源によって電力を供給される。
【００１４】
コントローラの制御回路が統合電源によって電力を供給される場合、この電源は好ましくは幹線電源から直接に、最も好ましくは電源アダプタの入力部を介して電力を引出す。特に、電源は好ましくは、スイッチモードの定電流調整器などの定電流電源であり、これは好ましくは過度の突入電流を発生させず、かつ安価である。例えば電源アダプタがトライアックやそれに類似の装置に接続されている場合、定電流装置の電力を低くし、従って効率を高くするために、幹線のサイクルがオフの期間は、制御回路は好ましくは自分自身を遮断するようになっている。
【００１５】
電源アダプタは好ましくは故障検知回路を含み、これは例えば光源の故障あるいは切断により起きる可能性のある、負荷がなくなった場合に電力変換モジュールの動作を止める。故障検知回路は、好ましくは光源を幹線電源から分離しておくための光遮断機を含む。この故障検知回路はフィードバック回路であるが、好ましくは正常動作の場合には電力変換モジュールの出力から電力を引出さない。従って、電力の出力を調整するアクティブフィードバックと混同してはならない。故障検知回路は故障状態のときにのみアクティブとなり、正常使用時の出力制御には不可欠ではない。
【００１６】
電力変換モジュールは、単一のＬＥＤにも、一連の複数のＬＥＤにも適応できる。電源アダプタは好ましくは、複数の電力変換モジュールを含み、別々の出力を生成する。最も好ましくは、入力部から入手可能な電力はそれぞれの電力変換モジュールに対して同一であり、出力が個別のＬＥＤおよび／または一連のＬＥＤを駆動する。コントローラからの制御信号が何もなければ、入力電力の減少に応じて出力電力も減少し、従ってＬＥＤは通常のフィラメント電球と同じように見える。
【００１７】
コントローラは好ましくは、電力変換モジュールへ供給される参照信号を変化させ、従って入力部から引出される所定の平均電力を変化させる制御信号を提供するようになっている。電源アダプタが複数の電力変換モジュールを含む場合、コントローラは好ましくはこれらの電力変換モジュールに与えられる参照信号を個別に変化させることができる。この機能によって、特定のＬＥＤ、および／または一連のＬＥＤから放出される光強度を個別に変化させることが可能となる。特に、コントローラは好ましくは、電源アダプタと直列になった電力低減装置の形態を取り、ユーザインタフェースからの命令、配線接続されたコントローラもしくは無線コントローラからのシリアルデータ、あるいは電源アダプタそのものに与えられた制御信号を受取れるようになっている。コントローラには好ましくは１つまたは複数の照明プロフィールがプログラムされており、それによってユーザインタフェースからの命令に応答して電力変換モジュールに与える参照信号の変化のさせ方を決定する。コントローラは、好ましくは制御信号を出力して参照信号を変化させ、好ましくはＤＣ電圧によって参照信号をオフセットする。
【００１８】
コントローラの制御信号によってもたらされる、電力変換モジュールに与えられる参照信号の任意の変化は、好ましくは入力電力信号のゼロクロスの点において、もしくはその代わりに、入力電力信号の周波数よりも低い周波数で生成される。そうして、電源アダプタが引出す電流は、入力部での電圧と同期した実質的な正弦波を維持し、電流の高調波歪は最小化される。更なる可能性として、好ましくはＤＣレベルを調整した鋸歯状波のひずみを加える。この振幅は小さくて、関連する高調波基準よりも高い入力部からの電流に対してはひずみを与えない。この鋸歯状波は２乗則を利用して、国際公開第２００７／０２６１７０号に記載されているような、低い水準での正確な電流制御を与える。特定チャネルの高調波歪を最小化するためにＤＣレベルが高次項を制御する方向に動くのに応じて、この鋸歯状波形は好ましくは振幅を減少させる。
【００１９】
個別の電力変換モジュールは電力調整器ではないので、電力低減装置が電源アダプタへ入力可能な電力を低減すると、それに比例して出力電力が減少する。電源アダプタの入力部から得られる電力が減少すると、電力変換モジュールのそれぞれは通常、入力部から減少した平均電力を引出し、それによって減少した平均電力を出力として与える。しかしながら、電力の最大値が電源アダプタの前記入力部から得られる場合、それぞれの電力変換モジュールは、入力部から得られた電流を、結合した固体素子光源の最大の光出力に必要な値よりも高い値に維持するように設計されており、それが次にコントローラによって減少されて最大出力に必要なだけの電力が供給され、それ以上は供給されない。外部の電力低減装置が入手可能な入力電力を下げると、コントローラが次にそれぞれの電力変換モジュールに供給される参照信号を変化させて入力部から引出される電流を増やす。そして出力の平均電力は、ＬＥＤの最高輝度を得るために必要な電力と同じに保たれる。この結果、電源アダプタの入力部から引出せる電力が、通常ＬＥＤが最大輝度を出すために必要な電力に等しい電力にまで下がったとしても、ＬＥＤは最大輝度を持つことが可能となる。電力変換モジュールに得られる電力がこの閾値より少しでも下に下がると、ＬＥＤは必然的に減光してしまう。
【００２０】
コントローラは好ましくは幹線電源の平均電圧、例えば実効電圧、を検知し、幹線電源の２以上の異なる平均電圧に対して同一の所定平均電力を維持するために、電源アダプタの入力部において引出される電流と電源アダプタの入力部における電圧との間の適切なる比例関係を選択する。電力変換モジュール、および／またはコントローラが、所定の平均電力となる電流と電圧の間の比例関係を決定する乗算器を含む場合、コントローラは好ましくは幹線電源の平均電圧に依存する参照信号を乗算器に提供する。最も好ましくは、コントローラは幹線電源が実効電圧が約１１０Ｖであるか約２３０Ｖであるかを検知できるようになっており、適切な信号を乗算器に供給する。特に、実効電圧が１１０Ｖに対する参照信号は、実効電圧が２３０Ｖに対する参照信号の約２００％であってよい。通常、ＬＥＤに供給される電流は、ＬＥＤの損傷を防ぐためにＬＥＤに直列な抵抗によって制限されなければならない。しかし、本発明による電源アダプタはＬＥＤに対して所定の平均電力を供給するようになっており、ＬＥＤの電位差は実質的に一定であるので、直列抵抗や出力部での電流検知調整などを全く必要とせずに電流は調整される。
【００２１】
電源アダプタは、幹線電源からの高調波電流を減少させるために入力部にフィルタを含んでもよい。フィルタは、小さな非電解コンデンサとインダクタの回路網でできていてもよい。電源アダプタは好ましくは、入力波形を一定極性の波形に変換するための整流器も含む。最も好ましくは、整流器は、交流電流波形のマイナス（あるいはプラス）部分を反転させる、全波整流器である。しかし電源アダプタが電力変換モジュールの入力部に安定した直流信号を提供する必要はなく、従って大容量コンデンサ（貯蔵コンデンサ、あるいは平滑コンデンサとしても知られている）を、好ましくは電源アダプタの入力部と電力変換モジュールとの間には設けない。実際に、電源アダプタは好ましくは実質的に電解コンデンサを含まない。このことにより、最小リアクタアンス、最小突入電流でかつ固体素子照明システム用の従来技術による電源アダプタに比べて小寸法、低コストの長寿命電源の設計が可能となる。大容量コンデンサは電力変換モジュールの出力部に設けてもよい。しかしこれは通常の固体素子光源用に用いる電源アダプタの機能のために必須ではない。
【００２２】
本発明による電源アダプタは、電源アダプタの入力部で使用可能な電力を決定するために、任意の電力低減装置を利用する照明システムへの使用に好適である。特に電力低減装置はバリアック（Ｖａｒｉａｃ）、あるいはレオスタットなどの可変抵抗であってもよい。電源アダプタはまた、電源アダプタの入力部における電力を低減するために、サイリスタの位相制御を利用した調光器を含む照明システムでも機能することができる。しかしながらこの場合、照明ユニットの電源が切断されていない限り、調光器の継続的な機能を確保するために、電力変換モジュールは幹線電源から最小電流を引出して、幹線サイクルの全工程の間サイリスタを安定に保つようになっている。
【００２３】
この好適な実施形態においては、電力変換モジュールは電源アダプタの入力部に電圧が存在すると直ちに電力を引出すようになっており、電力変換モジュールが十分に連続的かつ滑らかな導通を可能として、幹線サイクルの残りの間トライアック装置がオンを維持できるようにする。従って電源アダプタの入力部に電圧がない場合、例えば、トライアック装置が幹線サイクルのオフ期間を起こしている場合には、電力変換モジュールのすべての集積回路は、好ましくはスタンバイモードとなっていて、電圧がかかれば直ちに電力を継続して引出すようになっている。最も好ましくは、コントローラは、電源アダプタの入力部に電圧が存在するかどうかを検知し、入力部に電圧がない場合には電力変換モジュールの集積回路に制御信号を送って集積回路をスタンバイモードに切り替えさせ、入力部に電圧が検知される場合には動作モードに切り変えさせるようになっている。“スタンバイモード”というのは、集積回路には動作するのに十分な電力が供給されているが、電力変換モジュールが幹線電源から固体素子光源を駆動するのに必要な電力を引出さないことを指す。“動作モード”というのは、電力変換モジュールが幹線電源から十分な電力を引出して、固体素子光源を駆動することを指す。
【００２４】
従って、電力低減装置が、例えば交流制御用３端子ダイオードスイッチ（トライアック）を用いて、電源アダプタの入力部の電圧をサイクルの度に少なくとも１回オン、オフするようになっている場合には、好ましくはコントローラが、電力変換モジュールの集積回路を切り替えて、入力部に電圧が検知されない場合にはスタンバイモードとし、電圧が検知されると動作モードにするようになっている。従って、電力変換モジュールの集積回路はスタンバイモードと動作モードとの切り替えを毎秒毎に多数回行う。例えば、５０Ｈｚの幹線電源であれば１秒間に１００回の切替えを行う。幹線電源からトライアックが起動されるすべての期間に亘って、この方式が低コストで高効率を維持する。
【００２５】
電源アダプタが複数の固体素子光源を駆動するようになっている場合、つまり複数の出力回路を持っている場合には、コントローラは好ましくは複数の電力変換モジュールの集積回路を個別にスタンバイモードに切り替えることができる。特に、コントローラは好ましくは、結合した電力変換モジュールの集積回路をスタンバイモードに切り替えることによりその固体素子光源を非動作状態にするようになっている。
【００２６】
こうして、電源アダプタは、たとえば白色光源のような１つの高効率光源用の出力部のほかに、カラー光源のような効率の低い１つまたは複数の光源用の出力部も備えることができる。この実施形態において電源アダプタは、高効率出力（例えば白色光源）に、所定の、たとえば最大の、電力レベルで電力を投入している間に、１つまたは複数の低効率出力（例えばカラー光源）をスタンバイモードに切り替えられるようになっている。この構成により最大電力レベルで非常に高い効率が得られる。
【００２７】
この構成では、照明ユニットが白色光を最大電力レベルで与え、かつそれより低い電力レベルで温白色光などのカラー光効果を与える照明システムも可能とする。特に、高効率の光源は好ましくは色温度の高い白色光源であり、１つまたは複数の低効率の光源は好ましくは琥珀色光源などのカラー光源を含み、これは白色光源と混合して、より望ましい、たとえばより暖色系の“白い”光を生成する。従ってこの構成では低電力レベルの利用が促進され、最大電力レベルでの効率を全く損なうことなしにエネルギが節約される。
【００２８】
電源アダプタの制御回路が統合定電流電源によって供給されている場合には、好ましくはこの電源は遮断機能を含み、低効率出力が非動作になっている間不要な電力が供給されない。
【００２９】
照明ユニットには一般的に複数の固体素子光源が設けられている。異なる色の光出力を実現するためには、好ましくは照明ユニットが異なる色の光を放出する複数の固体素子光源を含み、最も好ましくは、赤、緑、青の色を放出する複数のLEDを含む。さらに、照明
ユニットが演色性指数を上げるために、琥珀色、シアン、白のLEDも含んでもよい。
電源アダプタと照明ユニットが共通のハウジングを有してもよいし、別々に収納されてもよい。実際に、電源アダプタは、それぞれが複数の固体素子光源をふくむ複数の照明ユニットに電力を供給するようになっていてもよい。さらに、照明システムがそのような電源アダプタを複数含んでいてもよい。照明システムが、可変抵抗、レオスタットやSCR位
相制御を利用した調光器などの電力低減装置を含んでいてもよい。
【００３０】
本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照しながら、説明の目的で以下に詳細に記述する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】照明システムの概略図である。
【図２】図１の照明システムの一部を成す電源アダプタの概略図である。
【図３】図２に示される電源アダプタ用の代替的電力変換モジュールの概略図である。
【図４】本発明の電源アダプタおよび照明システムの一部を成す電力変換モジュールの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、幹線電源L、Nおよびレオスタットなどの電力低減装置１０を含む幹線回路に接続され、電源アダプタ２０および固体素子光源５０を含む照明システムを示す。固体素子照明ユニット５０は、色配列の中の３つのカラー発光体５０ａ、５０ｂ、５０ｃからなり、それぞれ１つの赤、緑、青のＬＥＤからなっている。電源アダプタ２０は幹線回路から電力を供給され、固体素子照明ユニット５０に供給される電力の制御に適応する。電源アダプタ２０および固体素子照明ユニット５０は別々のハウジングに入っていてもよいし、国際公開第２００６／０１８６０４号に記述されているタイプの共通ハウジングに収納されていてもよい。
【００３３】
次に図２を参照すると、電源アダプタ２０が、幹線回路から電力を引出す入力部２２と、固体素子照明ユニット５０の３つのＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃのそれぞれへ電力を供給する３つの電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃとを含む。それぞれの電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃはフィルタ２４および整流器２６を介して入力部２２に接続され、幹線回路から引出された正弦波電圧波形が全波整流された波形となってそれぞれの電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ供給される。
【００３４】
電圧モニタ回路３２がフィルタ２４および整流器２６を介して入力部２２へ接続され、入力部２２で得られる平均電力を監視する作用をする。電圧モニタ回路３２は単なる分圧器であり、フィルタ２４および整流器２６を介して引出された信号の振幅を縮小して表示する。
【００３５】
電源アダプタ２０にはコントローラ３０も設けられており、その中にプログラマブルインタフェースチップ（ＰＩＣ）が含まれている。コントローラ３０は電圧モニタ回路３２からの信号を受取る入力部と、別々の制御信号を電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれへ対応する直列抵抗を介して供給するための３つの出力部とを有する。それぞれの制御信号は、電圧モニタ回路３２から受取る信号を用いて、従って電源アダプタ２０の入力部２２において得られる平均電力を用いて計算される。制御信号は、電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃによってＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃへ供給される電力を決定する。従って、固体素子照明ユニット５０によって放出される光の色および／または強度を決定する。
【００３６】
電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれは、電力遷移モードで動作する集積回路Ｌ６５２６を含む力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃを含んでいる。この集積回路は、３９  Ｃｈｅｍｉｎ  ｄｕ  Ｃｈａｍｐ  ｄｅｓ  Ｒｉｌｅｓ，  Ｃ．  Ｐ．  ２１  ，  ＣＨ  １２２８  Ｐｌａｎ−Ｌｅｓ−Ｏｕａｔｅｓ，  Ｇｅｎｅｖａ，  ＳｗｉｔｚｅｒｌａｎｄのＳＴマイクロエレクトロニクス社で生産されている。力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、入力電力信号の電圧と実質的に同期した電流を引出し、電流が電圧と実質的に同期した一定平均電力の出力電力信号を与えるようになっている。従って力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃは乗算器を含み、与えられた入力電圧に対して引出す電流を決めて、電流と電圧の波形が相互に実質的に同期化した一定の平均出力電力を維持する。力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃはまた幹線電源から引き出される高調波歪を低減するようにも作用する。
【００３７】
力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃは標準の力率補正回路とは、集積回路への出力からのフィードバックループが不要である点が異なっている。力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃの効率は、従って通常の力率補正回路に比べて向上している。
【００３８】
力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、電源電圧と、集積回路Ｌ６５６１のピンに与えられた参照電圧との差を利用して、入力部で引き出すべき電流を決定する。従って電源アダプタ２０の出力電力を変えるために、コントローラ３０が、力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃに与えられる参照電圧を制御するようになっている。
【００３９】
特に、コントローラ３０は、その時入力部２２で取得できる電力と、コントローラ３０のメモリに記憶されている照明プロフィールとの関数である制御信号を出力するようにされている。メモリは一連の照明プロフィールを記憶しており、その中の１つが、入力部２２で過去に取得できた電力の関数としてコントローラに選択される。このことにより、国際公開第２００６／０１８６０４号に記述されているような特定の方法で電力低減装置を操作して、ユーザが特定の照明プロフィールを選択することが可能となる。
【００４０】
電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれの参照電圧は、対応する直列抵抗を介して供給される電圧モニタ３２からの信号から、対応する直列抵抗を介して供給されるコントローラ３０からの制御信号を差し引いたものと等しい。
【００４１】
従ってコントローラ３０は、力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃの参照電圧を変化させることが可能で、よって電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれに送信される制御信号を変えることにより、幹線回路から引出される電流を変えることができる。
【００４２】
入力部で取得できる電力が減れば、すなわち幹線回路からの取得可能な電力が減れば、電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれは結合したＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃへ供給される電力を通常低減させる。しかし、電力低減装置１０が幹線回路から最大電力を引出せる場合には、電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃは最大の光出力に要する以上の電力をＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃへ供給しようとするように構成されており、コントローラ３０は電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃによって入力部２２へ引出される電力を減少させるように構成されていて、その結果、電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃの出力がＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃの最大輝度に必要な電力と事実上一致する。
【００４３】
照明プロフィールとしてＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃに最大輝度が必要な場合には、電力低減装置１０が幹線回路から取得可能な電力を減少させてしまったとしても、コントローラ３０が制御信号を出して電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃが引出す電力を増加させ、結果的に電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃからの出力はＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃの最大輝度に必要な電力に保たれる。このようにして、幹線回路から得られる電力が５０ａ、５０ｂ、５０ｃの最大輝度に必要な電力に等しくなるまで、コントローラ３０がＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを最大輝度に維持することが可能である。電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃが取得可能な電力がこの閾値より少しでも下に下がると、ＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは減光してしまう。
【００４４】
コントローラ３０は、幹線電源の実効電圧を検知し、２つの異なる実効電圧に対して同一の所定平均電力を維持するために、電源アダプタ（２０）の入力部（２２）において引出される電流と電源アダプタ（２０）の入力部（２２）における電圧との間の適切なる比例関係を選択するようになっている。特に、コントローラ（３０）は幹線電源の実効電圧が約１１０Ｖであるか約２３０Ｖであるかを検知して、適切な信号を力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃの乗算器に供給するようになっている。具体的には、実効電圧が１１０Ｖに対する参照信号は、実効電圧が２３０Ｖに対する参照信号の約２００％である。
【００４５】
力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃのそれぞれからの出力は、ＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを幹線回路から分離する変圧器、およびＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃを負の電流が流れないようにするダイオードとを通過する。大容量コンデンサがＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃと並列に示されているが、これはＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃへ供給される電圧の変動を抑えるためのものである。しかし、この大容量コンデンサは電源アダプタ２０の必須部品ではなく、単にピーク電流やリップルを抑えるためだけに用いられており、従って直流に近づくほどＬＥＤへ通過する効率が上がる。
【００４６】
コントローラ３０が、電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれから対応するＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃへ供給される平均電力を決めている。ＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃの両端での電位差は、ＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃの特性によって調整されて、特定の平均値になるようにされ、平均電流は、電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃによってきめられて、ＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃへ所要電力を供給するために必要な値となる。特に、ＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃのそれぞれは特定の順方向電位差を有し、これは温度や製造変化による許容範囲内のいずれかの値に落ち着く。従って、ＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃのそれぞれは、結合した電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃからの出力電圧を調整して特定の順方向電位差に合わせる。電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれは、コントローラによって設定される所望の電力を実現するために必要な値として決められた平均電流を接続されたＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃへ提供する。
【００４７】
コントローラ３０の制御信号によってもたらされる、電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃの参照電圧の変化はすべて、幹線回路から引出された電力のゼロクロス点で生成されるか、そうでなければ、幹線の周波数よりも低い周波数で生成される。その結果電源アダプタ２０で引出される電流は実質的に幹線回路の電圧と同期したままであり、電流の高調波歪は最小化される。あるいは、ＤＣレベルを調整した鋸歯状波が利用される。ここでこの振幅は小さくて、入力部２２からの引出される電流に対して、関連する高調波基準で容認されるよりも高いひずみは与えない。この鋸歯状波は２乗則を利用して、国際公開第２００７／０２６１７０号に記載されているように、低域での正確な電流制御を与える。
【００４８】
直流電源２８がフィルタ２４および整流器２６を介して、電源アダプタ２０の入力部２２に接続され、コントローラ３０とともに電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれへ電力を供給するようになっている。これは、コントローラ３０および力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃの集積回路へ安定した電力を供給し、これらの回路の安定した機能を確保する。
【００４９】
コントローラ３０は、電源アダプタの入力部２２に電圧が存在するかどうかを検知し、入力部に電圧がない場合には力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃの集積回路に制御信号を送って集積回路をスタンバイモードに切り替えさせ、入力部に電圧が検知される場合には動作モードに切り変えさせるようになっている。それぞれの力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃは従って、電源アダプタの入力部に電圧があれば直ちに電力を引出すようになっている。
【００５０】
それぞれの電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃは好ましくは故障検知回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃも含み、これは変圧器とダイオードで構成された出力部と、力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃの集積回路の無効ピンとの間に接続されている。故障検知回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃは正常動作状態では電力を全く引出さない。しかし、ＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃの導通が停止すると、関連する故障検知回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃがその電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃを切断する。故障検知回路４８ａ、４８ｂ、４８ｃは光遮断機を含み、ＬＥＤ５０ａ、５０ｂ、５０ｃが幹線回路から分離される。
【００５１】
図３は、図２に示される電源アダプタ用の代替的電力変換モジュールを示し、全体として１４０ａで表す。対応する照明システムは、図１および図２においてコントローラ３０と共に電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれに電力を供給する低電圧直流電源２８を必要なくするために、電力変換モジュール１４０ａの１つに変更を加えた外は、図１および図２と同一である。変更された電力変換モジュール１４０ａは従って力率補正回路１４２ａおよび故障検知回路１４８ａを、図１および図２に関して説明した対応する電力変換モジュール４０ａと同様の構成で備えている。
【００５２】
変更された電力変換モジュール１４０ａが、第１の実施形態における対応の電力変換モジュール４０ａと異なる点は、変圧器が補助巻線１４４を含み、これが整流ダイオードおよび大容量コンデンサを介して変更された電力変換モジュール１４０ａの力率補正回路１４２ａ、並びにその他の電力変換モジュール４０ｂ、４０ｃの力率補正回路４２ｂ、４２ｃおよびコントローラ３０へパス２４５に沿って電力を供給することである。
【００５３】
この構成においては、出力パス１５０ａに接続されたＬＥＤを完全消光するために、変更された電力変換モジュール１４０ａの力率補正回路１４２ａの出力がゼロに落とされると、力率補正回路１４２ａ、４２ｂ、４２ｃおよびコントローラ３０に電力を供給する補助巻線１４４からの電力もまたゼロになる。このために、この変更された電力変換モジュール１４０ａが可変抵抗回路１４７を含み、出力パス１５０ａに接続されたＬＥＤを完全消光する一方で、補助巻線１４４に十分な電力を維持して力率補正回路１４２ａ、４２ｂ、４２ｃおよびコントローラ３０に電力を供給することを可能とする。特に、可変抵抗回路１４７は力率補正回路１４２ａによって結合したＬＥＤへ供給される電力が減少するのに応じて抵抗を増加させるようになっており、電力変換モジュール１４０ａの出力部に、力率補正回路１４２ａ、４２ｂ、４２ｃおよびコントローラ３０に電力を供給できるだけの電力が残っている場合でも、ＬＥＤを完全消光できる。可変抵抗回路１４７はまた、ＬＥＤへ供給される電力が中間から高電力域に増加される場合には、無視し得る抵抗となるようになっている。この構成は従って、効率が重要となる、電源アダプタの中間から高電力域での効率には影響を与えない。そしてこの構成はまた追加電源の必要性も排除する。
【００５４】
上述したように可変抵抗回路１４７の抵抗を制御する目的で、可変抵抗回路１４７には制御信号が与えられる。この信号は、コントローラ３０が入力パス１３０ａに沿って力率補正回路１４２ａに供給する制御信号から派生するものである。可変抵抗回路１４７用の制御信号のパスは、光遮断機１４６を含み、従って、結合したＬＥＤ５０ａが幹線回路から分離される。
【００５５】
変更された１つの電力変換モジュール１４０ａのみが、３つの力率補正回路１４２ａ、４２ｂ、４２ｃおよび電源アダプタのコントローラ３０に電力を供給するために必要であり、従って、他の２つの電力変換モジュール４０ｂ、４０ｃは第１の実施形態のものと全く同一である。結合されたＬＥＤ５０ａが完全に消光する場合に、力率補正回路１４２ａ、４２ｂ、４２ｃおよび電源アダプタのコントローラ３０への電力供給を維持するために、第２の実施形態のコントローラ３０は、変更された電力変換モジュール１４０ａにより必要とされる電力の増加を考慮に入れるようになっている。
【００５６】
図４は本発明による電源アダプタおよび照明システムの一部を示すものである。特に、図１および図２の電力変換モジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれに代わって使用される，電力変換モジュール２４０を示す。この電力変換モジュール２４０は、集積回路Ｌ６５６２を含む図１および図２の照明システムの力率補正回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃに代わって、ＬＣＬ技術を利用している。特に電力変換モジュール２４０は、ＬＣＬの直列−並列共振回路を利用した共振型電源であり、これは共振周波数において、ＸS＝ＸP＝ＸLとなる特徴を有している。ここで、ＸSは直列インダクタンスのリアクタンス、ＸPは
変圧器と並列のキャパシタンスのリアクタンス、ＸLは変圧器および負荷を含む回路の枝
部分のリアクタンスである。この特別の条件下で、この回路はＬＥＤ２５０のような定電力負荷を駆動するのに理想的である。ＬＥＤ２５０への電力値は入力電圧を変えることによって変化させることができる。このため電力低減装置１０と共に用いるのが好適である。
【００５７】
ＬＥＤ２５０へ供給される電力は、場合によってはコントローラ３０を用いて、共振型電源のスイッチのデューティ比を共振半周期内に変えることで更に調節できる。ＬＣＬ回路の通常の特性は、入力電圧に直接関係する電力を引出すことである。入力部２２での電圧が正弦波で変化すれば、入力部２２から引出される電流は矩形波となる。しかし、ＡＣ電圧が減少してゼロクロスに近づく毎に、スイッチのオンタイム変調を利用して入力部２２から引出される電力を低減し、よって入力電流の高調波を改善することが可能である。この制御を用いると、電流も電圧も両方が正弦波であるので、ＡＣ電源から引き出される電力はｓｉｎ2の波形となる。整流器の出力部にコンデンサを加えればＬＥＤへ供給され
る電力を滑らかにすることができ、出力光の変動が低減される。
【００５８】
スイッチング時間のプロフィール制御により、入力部２２から引出される電流は、所要の照明特性に合うように任意の所望の形状、大きさに制御することが可能である。入力電流が含む高調波成分を最適なものとし、かつ電力低減装置の変化に合わせて所要の照明特性を高調波制御に重畳させるために、この回路は交流入力波形のオープンループ制御プロフィールを有してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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