(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電流に従って光を供給するよう構成される発光デバイスと、
前記発光デバイスと並列結合され、該発光デバイスに印加される電圧に従って前記第１の電流をレギュレートするよう構成される二端子電流コントローラと
を有し、
前記発光デバイスに印加される前記電圧が第１の電圧を超えない整流ＡＣ電圧の立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第１のモードにおいて動作し、
前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが第２の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第２のモードにおいて動作し、
前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第２の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第３のモードにおいて動作し、
前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧と前記第２の電圧よりも大きい第３の電圧との間にある前記整流ＡＣ電圧の立ち下がり期間の間、前記二端子電流コントローラは前記第２のモードにおいて動作し、
前記二端子電流コントローラは、
前記二端子電流コントローラが前記第１のモードにおいて動作する場合に、前記整流ＡＣ電流に関連する第２の電流を導き、前記発光デバイスに印加される前記電圧に従って前記第２の電流をレギュレートし、前記第１の電流を零に保ち、
前記二端子電流コントローラが前記第２のモードにおいて動作する場合に、前記第２の電流を導き、該第２の電流を零よりも大きい一定値である第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保ち、
前記二端子電流コントローラが前記第３のモードにおいて動作する場合にオフする
よう構成される電流制限ユニットと、
前記第１の所定値及び前記第２の電圧を調整するよう構成される調整ユニットと
を有し、
前記電流制限ユニットは、
制御信号に従って前記第２の電流を導くよう構成されるスイッチと、
バンドギャップ基準電圧を供給するよう構成されるバンドギャップ基準電圧発生器と、
前記バンドギャップ基準電圧を分圧することによって第１の基準電圧及び第２の基準電圧を供給するよう構成される第１の分圧回路と、
前記整流ＡＣ電圧を分圧することによって第４の電圧及び第５の電圧を供給するよう構成される第２の分圧回路と、
前記スイッチと直列結合され、前記第２の電流を検出して、対応するフィードバック電圧を供給するよう構成される電流検出回路と、
前記整流ＡＣ電圧が前記立ち上がり期間又は前記立ち下がり期間の間にあるかどうかを決定するよう構成される電圧エッジ検出回路と、
前記第１の基準電圧と前記フィードバック電圧との間の関係、前記第２の電圧、前記第３の電圧、及び前記電圧エッジ検出回路の決定された結果に従って、前記制御信号を供給するよう構成される第１のコンパレータと、
前記第２の基準電圧と前記第４の電圧との間の関係に従って、前記第２の電圧を供給するよう構成される第２のコンパレータと、
前記第２の基準電圧と前記第５の電圧との間の関係に従って、前記第３の電圧を供給するよう構成される第３のコンパレータと
を有する、ＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記調整ユニットは、前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧を調整するよう前記第１の分圧回路と並列結合される抵抗を有する、
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記調整ユニットは、
抵抗と、
前記抵抗と並列結合されるヒューズと
を有し、
前記ヒューズは、切れた場合に前記抵抗を前記第１の分圧回路と並列に結合して、前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧を調整する、
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記調整ユニットは、
抵抗と、
前記抵抗と直列結合されるヒューズと
を有し、
前記ヒューズは、切れない場合に前記抵抗を前記第１の分圧回路と並列に結合して、前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧を調整する、
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えない前記立ち下がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、
前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが前記第３の電圧を超えない前記立ち下がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流を前記第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保つよう構成される、
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
前記二端子電流コントローラは、前記発光デバイスに印加される前記電圧に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、それにより、前記発光デバイスに印加される前記電圧と前記第２の電流との間の関係は、前記スイッチが特定の動作範囲において動作する場合の特性に対応する、
請求項５に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、
前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流を前記第１の所定値に保つよう構成される、
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
前記二端子電流コントローラをオンするバリア電圧は、前記発光デバイスをオンするバリア電圧よりも小さい、
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
直列に結合されるｎ個の発光デバイスと、
ｎ個の二端子電流コントローラと
をさらに有し、
前記ｎ個の発光デバイスの夫々は、対応する第１の電流に従って光を供給するよう構成され、
前記ｎ個の二端子電流コントローラの夫々は、
前記ｎ個の発光デバイスの中の対応する発光デバイスと並列結合され、該対応する発光デバイスに印加される電圧に従って前記対応する第１の電流をレギュレートするよう構成され、
前記対応する発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記第１のモードにおいて動作し、
前記対応する発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが前記第２の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記第２のモードにおいて動作し、
前記対応する発光デバイスに印加される前記電圧が前記第２の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、前記第３のモードにおいて動作する、
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１０】
前記ｎ個の発光デバイスと直列結合される（ｎ＋１）番目の二端子電流コントローラをさらに有し、
前記（ｎ＋１）番目の二端子電流コントローラは、
前記ｎ個の二端子電流コントローラがオフされる場合に前記第１の電流を第２の所定値に保つよう構成される（ｎ＋１）番目の電流制限ユニットと、
前記第２の所定値を調整するよう構成される（ｎ＋１）番目の調整ユニットと
を有する、
請求項９に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１１】
負荷を通る第１の電流を制御する二端子電流コントローラであって、
前記負荷に印加される電圧が第１の電圧を超えない整流ＡＣ電圧の立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは、第１のモードにおいて動作し、
前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが第２の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは、第２のモードにおいて動作し、
前記負荷に印加される前記電圧が前記第２の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは、第３のモードにおいて動作し、
前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧と前記第２の電圧よりも大きい第３の電圧との間にある前記整流ＡＣ電圧の立ち下がり期間の間、当該二端子電流コントローラは、前記第２のモードにおいて動作し、
当該二端子電流コントローラは、
当該二端子電流コントローラが前記第１のモードにおいて動作する場合に、前記整流ＡＣ電流に関連する第２の電流を導き、前記負荷に印加される前記電圧に従って前記第２の電流をレギュレートし、前記第１の電流を零に保ち、
前記二端子電流コントローラが前記第２のモードにおいて動作する場合に、前記第２の電流を導き、該第２の電流を零よりも大きい一定値である第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保ち、
前記二端子電流コントローラが前記第３のモードにおいて動作する場合にオフする
よう構成される電流制限ユニットと、
前記第１の所定値及び前記第２の電圧を調整するよう構成される調整ユニットと
を有し、
前記電流制限ユニットは、
制御信号に従って前記第２の電流を導くよう構成されるスイッチと、
バンドギャップ基準電圧を供給するよう構成されるバンドギャップ基準電圧発生器と、
前記バンドギャップ基準電圧を分圧することによって第１の基準電圧及び第２の基準電圧を供給するよう構成される第１の分圧回路と、
前記整流ＡＣ電圧を分圧することによって第４の電圧及び第５の電圧を供給するよう構成される第２の分圧回路と、
前記スイッチと直列結合され、前記第２の電流を検出して、対応するフィードバック電圧を供給するよう構成される電流検出回路と、
前記整流ＡＣ電圧が前記立ち上がり期間又は前記立ち下がり期間の間にあるかどうかを決定するよう構成される電圧エッジ検出回路と、
前記第１の基準電圧と前記フィードバック電圧との間の関係、前記第２の電圧、前記第３の電圧、及び前記電圧エッジ検出回路の決定された結果に従って、前記制御信号を供給するよう構成される第１のコンパレータと、
前記第２の基準電圧と前記第４の電圧との間の関係に従って、前記第２の電圧を供給するよう構成される第２のコンパレータと、
前記第２の基準電圧と前記第５の電圧との間の関係に従って、前記第３の電圧を供給するよう構成される第３のコンパレータと
を有する、二端子電流コントローラ。
【請求項１２】
前記調整ユニットは、
抵抗と、
前記抵抗と並列結合されるヒューズと
を有し、
前記ヒューズは、切れた場合に前記抵抗を前記第１の分圧回路と並列に結合して、前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧を調整する、
請求項１１に記載の二端子電流コントローラ。
【請求項１３】
前記調整ユニットは、
抵抗と、
前記抵抗と直列結合されるヒューズと
を有し、
前記ヒューズは、切れない場合に前記抵抗を前記第１の分圧回路と並列に結合して、前記第１の基準電圧及び前記第２の基準電圧を調整する、
請求項１１に記載の二端子電流コントローラ。
【請求項１４】
前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えない前記立ち下がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、
前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが前記第３の電圧を超えない前記立ち下がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流を前記第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保つよう構成される、
請求項１１に記載の二端子電流コントローラ。
【請求項１５】
当該二端子電流コントローラは、前記負荷に印加される前記電圧に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、それにより、前記負荷に印加される前記電圧と前記第２の電流との間の関係は、前記スイッチが特定の動作範囲において動作する場合の特性に対応する、
請求項１４に記載の二端子電流コントローラ。
【請求項１６】
前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流をレギュレートするよう構成され、
前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、前記スイッチは、前記制御信号に従って前記第２の電流を前記第１の所定値に保つよう構成される、
請求項１１に記載の二端子電流コントローラ。
【請求項１７】
当該二端子電流コントローラをオンするバリア電圧は、前記負荷をオンするバリア電圧よりも小さい、
請求項１１に記載の二端子電流コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二端子電流コントローラ及び関連するＬＥＤ照明装置に係り、より具体的には、高い力率を有する二端子電流コントローラ及び関連するＬＥＤ照明装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来の白熱電球と比較して、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電力消費が小さいこと、長寿命であること、サイズが小さいこと、ウォームアップ時間が不要であること、反応速度が速いこと、及び小型又はアレイデバイスとして製造されるべき能力という点で、有利である。屋外用ディスプレイ、交通標識、及び携帯電話、ノートブック型コンピュータ又はテレビ受像機等の様々な電子機器のためのＬＥＤバックライトに加えて、ＬＥＤは、蛍光又は白熱ランプの代わりに、屋内／屋外用照明装置としても幅広く使用されている。
【０００３】
図１は、発光ダイオードの電圧−電流特性を表す図である。発光ダイオードの順方向バイス電圧がそのバリア電圧Ｖｂよりも小さいとき、発光ダイオードは、無視できるほどの量の電流しか導かないので、開回路デバイスとして機能する。発光ダイオードの順方向バイアス電圧がそのバリア電圧Ｖｂを超えるとき、発光ダイオードは、その電流が順方向バイアス電圧とともに指数関数的に増大するので、短絡デバイスとして機能する。発光ダイオードの材料及びドーピングタイプに関連する値を有するバリア電圧Ｖｂは、通常、１．５から３．５ボルトの間にある。ほとんどの電流値に関し、発光ダイオードの発光は電流に比例する。従って、電流ソースは、一般的に、一様な発光を提供するように発光ダイオードを駆動するために使用される。
【０００４】
図２は、先行技術のＬＥＤ照明装置６００の図である。ＬＥＤ照明装置６００は、電源回路１１０と、抵抗Ｒと、発光デバイス１０とを有する。電源回路１１０は、正及び負の期間を有する交流（ＡＣ）電圧を受け取り、負の期間におけるＡＣ電圧ＶＳの出力をブリッジ整流器１１２により変換して、発光デバイス１０を駆動するための整流ＡＣ電圧ＶＡＣを供給するよう構成される。抵抗Ｒは、発光デバイス１０の電流ＩＬＥＤをレギュレートするよう、発光デバイス１０と直列結合されている。多くの用途において、十分な輝度を供給するために、複数の発光ダイオードが必要とされる。発光ダイオードは、駆動電流に比例する輝度を有する電流駆動型デバイスであるから、発光デバイス１０は、通常、直列結合された複数の発光ダイオードＤ１〜Ｄｎを採用する。全ての発光ダイオードＤ１〜Ｄｎのバリア電圧が理想値Ｖｂに等しく、整流ＡＣ電圧ＶＡＣが０とＶＭＡＸとの間で周期的に変化すると仮定すると、ｎ×Ｖｂよりも大きい順方向バイアス電圧が、発光デバイス１０をオンするために必要とされる。従って、０からｎ×Ｖｂの間のエネルギは使用され得ない。発光ダイオードＤ１〜Ｄｎの数が増えるにつれて、発光デバイス１０をオンするには、より高い順方向バイアス電圧が必要とされる。一方、発光ダイオードＤ１〜Ｄｎの数が減るにつれて、ＶＡＣ＝ＶＭＡＸの場合に、発光ダイオードの信頼性に影響を及ぼしうる駆動電流は大きくなる。従って、先行技術のＬＥＤ照明装置６００は、有効な動作電圧範囲と信頼性との間で妥協する必要がある。一方では、電流制限抵抗Ｒも余分の電力を消費し、よって、システム効率を下げうる。
【０００５】
図３は、他の先行技術のＬＥＤ照明装置７００の図である。ＬＥＤ照明装置７００は、電源回路１１０と、インダクタＬと、キャパシタＣと、スイッチＳＷと、発光デバイス１０とを有する。電源回路１１０は、正及び負の期間を有するＡＣ電圧ＶＳを受け取り、負の期間におけるＡＣ電圧ＶＳの出力をブリッジ整流器１１２により変換して、発光デバイス１０を駆動するための整流ＡＣ電圧ＶＡＣを供給するよう構成される。インダクタＬ及びスイッチＳＷは、発光デバイス１０の電流ＩＬＥＤを制限するよう、発光デバイス１０と直列結合されている。キャパシタＣは、電源回路１１０の電圧リプルを吸収するよう、発光デバイス１０と並列結合されている。同じ電流レギュレート機能のために、インダクタＬは、ＬＥＤ照明装置６００の抵抗Ｒよりもエネルギ消費が小さい。しかし、電流をレギュレートするインダクタＬ、及び電圧を安定化させるキャパシタＣは、ＬＥＤ照明装置７００の力率及びエネルギ利用率を大いに低減する。従って、先行技術のＬＥＤ照明装置７００は、有効な動作電圧範囲と輝度との間で妥協する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記を鑑み、本発明は、力率を改善し且つ広い有効動作電圧範囲及び高い輝度を有する照明装置、並びにそのような照明装置を実現する二端子電流コントローラ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】
【０００７】
本発明は、第１の電流に従って光を供給するよう構成される発光デバイスと、該発光デバイスと並列結合され、該発光デバイスに印加される電圧に従って前記第１の電流をレギュレートするよう構成される二端子電流コントローラとを有するＬＥＤ照明装置を提供する。前記発光デバイスに印加される前記電圧が第１の電圧を超えない整流ＡＣ電圧の立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第１のモードにおいて動作する。前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが第２の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第２のモードにおいて動作する。前記発光デバイスに印加される前記電圧が前記第２の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、前記二端子電流コントローラは第３のモードにおいて動作する。前記二端子電流コントローラは、電流制限ユニット及び調整ユニットを有する。前記電流制限ユニットは、前記二端子電流コントローラが前記第１のモードにおいて動作する場合に、前記整流ＡＣ電圧に関連する第２の電流を導き、前記発光デバイスに印加される前記電圧に従って前記第２の電圧をレギュレートし、前記第１の電流を零に保ち、前記二端子電流コントローラが前記第２のモードにおいて動作する場合に、前記第２の電流を導き、該第２の電流を零よりも大きい第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保ち、前記二端子電流コントローラが前記第３のモードにおいて動作する場合にオフするよう構成される。前記調整ユニットは、前記第１の所定値及び前記第２の電圧を調整するよう構成される。
【０００８】
また、本発明は、負荷を通る第１の電流を制御する二端子電流コントローラを提供する。前記負荷に印加される電圧が第１の電圧を超えない整流ＡＣ電圧の立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは第１のモードにおいて動作する。前記負荷に印加される前記電圧が前記第１の電圧を超えるが第２の電圧を超えない前記立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは第２のモードにおいて動作する。前記負荷に印加される前記電圧が前記第２の電圧を超える前記立ち上がり期間の間、当該二端子電流コントローラは第３のモードにおいて動作する。当該二端子電流コントローラは、電流制限ユニット及び調整ユニットを有する。前記電流制限ユニットは、当該二端子電流コントローラが前記第１のモードにおいて動作する場合に、前記整流ＡＣ電圧に関連する第２の電流を導き、前記負荷に印加される前記電圧に従って前記第２の電圧をレギュレートし、前記第１の電流を零に保ち、当該二端子電流コントローラが前記第２のモードにおいて動作する場合に、前記第２の電流を導き、該第２の電流を零よりも大きい第１の所定値に保ち、前記第１の電流を零に保ち、当該二端子電流コントローラが前記第３のモードにおいて動作する場合にオフするよう構成される。前記調整ユニットは、前記第１の所定値及び前記第２の電圧を調整するよう構成される。
【０００９】
本発明の上記の及び他の目的は、様々な図において説明される好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むことで当業者にはきっと明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、力率を改善し且つ広い有効動作電圧範囲及び高い輝度を有する照明装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】発光ダイオードの電圧−電流特性を表す図である。
【図２】先行技術のＬＥＤ照明装置の図である。
【図３】他の先行技術のＬＥＤ照明装置の図である。
【図４】本発明の実施形態に従うＬＥＤ照明装置の図である。
【図５】本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。
【図６】本発明のＬＥＤ照明装置の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。
【図７】本発明の実施形態に従うＬＥＤ照明装置の図である。
【図８】本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。
【図９】本発明のＬＥＤ照明装置の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。
【図１０】本発明の実施形態に従うＬＥＤ照明装置の図である。
【図１１Ａ】本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。
【図１１Ｂ】本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。
【図１１Ｃ】本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。
【図１１Ｄ】本発明に従う二端子電流コントローラの電流−電圧特性を表す図である。
【図１２】本発明のＬＥＤ照明装置の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。
【図１３】本発明の実施形態に従うＬＥＤ照明装置の図である。
【図１４】本発明のＬＥＤ照明装置の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。
【図１５】本発明の実施形態に従うＬＥＤ照明装置の図である。
【図１６】二端子電流コントローラの表される実施形態の図である。
【図１７】二端子電流コントローラの表される実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図４は、本発明の第１の実施形態に従うＬＥＤ照明装置１００の図である。ＬＥＤ照明装置１００は、電源回路１１０と、二端子電流コントローラ１２０と、発光デバイス１０とを有する。電源回路１１０は、正及び負の期間を有するＡＣ電圧ＶＳを受け取り、負の期間におけるＡＣ電圧ＶＳの出力をブリッジ整流器１１２により変換して、発光デバイス１０を駆動するための、時間とともに値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧ＶＡＣを供給するよう構成される。発光デバイス１０は、直列結合されているｎ個の発光ユニットＤ１〜Ｄｎを採用してよい。発光ユニットの夫々は、単一の発光ダイオード又は複数の発光ダイオードを有してよい。図４は、ＩＬＥＤが発光デバイス１０を通る電流を表し、ＶＡＫが発光デバイス１０に印加される電圧を表す単一の発光ダイオードを用いる実施形態を表す。二端子電流コントローラ１２０は、発光デバイス１０及び電源回路１１０と並列結合されており、電流制限ユニット１２０Ａ及び調整ユニット１２０Ｂを有する。二端子電流コントローラ１２０は、整流ＡＣ電圧ＶＡＣに従って発光デバイス１０を通る電流ＩＬＥＤを制御するよう構成される。ここで、ＩＡＫは、電流制限ユニット１２０Ａを通る電流を表し、ＶＡＫは、電流制限ユニット１２０Ａに印加される電圧を表す。本発明の第１の実施形態において、二端子電流コントローラ１２０のバリア電圧Ｖｂ’は、発光デバイス１０の全体のバリア電圧ｎ×Ｖｂよりも小さい（夫々の発光ユニットのバリア電圧はＶｂに等しいとする。）。
【００１３】
図５及び図６は、ＬＥＤ照明装置１００の動作を表す。図５は、二端子電流コントローラ１２０の電流−電圧特性を表す図であり、図６は、ＬＥＤ照明装置１００の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。図５において、縦軸は、電流制限ユニット１２０Ａを通る電流ＩＡＫを表し、横軸は、電流制限ユニット１２０Ａに印加される電圧ＶＡＫを表す。本発明の第１の実施形態において、二端子電流コントローラ１２０は、０＜ＶＡＫ＜ＶＤＲＯＰの場合に、電流制限ユニット１２０Ａが電圧制御型デバイスとして機能する第１のモードにおいて、動作する。言い換えると、電圧ＶＡＫが二端子電流コントローラ１２０のバリア電圧Ｖｂ’を超えるとき、電流ＩＡＫは、特定の態様において電圧ＶＡＫとともに変化する。二端子電流コントローラ１２０は、ＶＤＲＯＰ＜ＶＡＫ＜ＶＯＦＦ＿ＴＨ’の場合に、電流制限ユニット１２０Ａが定電流源として機能する第２のモードにおいて、動作する。言い換えると、電流ＩＡＫは、電圧ＶＡＫとともに変化する代わりに、調整可能な特定の電流ＩＭＡＸ’に保たれる。二端子電流コントローラ１２０は、ＶＡＫ＞ＶＯＦＦ＿ＴＨ’の場合に、電流制限ユニット１２０Ａがオフされる第３のモードにおいて、機能する。言い換えると、二端子電流コントローラ１２０は、電流ＩＡＫが急に零まで下げられるので、開回路デバイスとして機能する。一方で、調整ユニット１２０Ｂは、二端子電流コントローラ１２０が第２のモードにおいて動作する場合のＩＭＡＸ’の値と、第２のモードと第３のモードとの間を切り替えるＶＯＦＦ＿ＴＨ’の値とを調整することによって、様々な特性を備えた柔軟な設計を提供することができる。
【００１４】
図６は、電圧ＶＡＫ、電流ＩＡＫ及び電流ＩＬＥＤの波形を表す。電圧ＶＡＫは、時間とともに値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧ＶＡＣに関連するので、ｔ０からｔ６の間の周期が例示のために用いられ、ｔ０からｔ３の間の期間は整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち上がり期間であり、ｔ４からｔ６の間の期間は整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち下がり期間である。電圧ＶＡＫが徐々に増大するｔ０からｔ１の間、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａは最初にオンされ、その後、電流ＩＡＫは特定の態様において電圧ＶＡＫとともに増大し、電流ＩＬＥＤは零に保たれる。電圧ＶＡＫが電圧ＶＤＲＯＰよりも大きいｔ１からｔ２の間、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａは、電流ＩＡＫを特定の電流ＩＭＡＸ’に制限するよう構成され、電流ＩＬＥＤは、発光デバイス１０が依然としてオフされているので、零のままである。電圧ＶＡＫが電圧ＶＯＦＦ＿ＴＨ’よりも大きいｔ２からｔ４の間、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａはオフされ、よって、整流ＡＣ電圧ＶＡＣに関連する電流が発光デバイス１０を通って流れる。従って、電流ＩＡＫは零まで下がり、電流ＩＬＥＤは電圧ＶＡＫとともに変化する。電圧ＶＡＫが電圧ＶＤＲＯＰと電圧ＶＯＦＦ＿ＴＨ’との間の値に下がるｔ４からｔ５の間、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａはオンされ、それにより、電流ＩＡＫを特定の電流ＩＭＡＸ’に制限し、電流ＩＬＥＤを再び零に保つ。電圧ＶＡＫが電圧ＶＤＲＯＰを下回るｔ５からｔ６の間、電流ＩＡＫは特定の態様において電圧ＶＡＫとともに低下する。言い換えると、二端子電流コントローラ１２０は、０＜ＶＡＫ＜ＶＤＲＯＰであるｔ０〜ｔ１及びｔ５〜ｔ６の間、第１のモードにおいて動作し、二端子電流コントローラ１２０は、ＶＤＲＯＰ＜ＶＡＫ＜ＶＯＦＦ＿ＴＨ’であるｔ１〜ｔ２及びｔ４〜ｔ５の間、第２のモードにおいて動作し、二端子電流コントローラ１２０は、ＶＡＫ＞ＶＯＦＦ＿ＴＨ’であるｔ２〜ｔ４の間、第３のモードにおいて動作する。
【００１５】
図７は、本発明の第２の実施形態に従うＬＥＤ照明装置２００の図である。ＬＥＤ照明装置２００は、電源回路１１０と、二端子電流コントローラ１２０と、発光デバイス２０とを有する。類似する構造を有するが、本発明の第１及び第２の実施形態は発光デバイス２０及びそれがどのように端子電流コントローラ１２０に接続されるのかにおいて相違する。本発明の第２の実施形態において、発光デバイス２０は２つの発光素子２１及び２５を有する。発光素子２１は、二端子電流コントローラ１２０と並列結合されており、直列結合されたｍ個の発光ユニットＤ１〜Ｄｍを有する。ここで、ＩＬＥＤ＿ＡＫは、発光素子２１を通って流れる電流を表し、ＶＡＫは、発光素子２１に印加される電圧を表す。発光素子２５は、二端子電流コントローラ１２０と直列結合されており、直列結合されたｎ個の発光ユニットＤ１〜Ｄｎを有する。ここで、ＩＬＥＤは、発光素子２５を通って流れる電流を表し、ＶＬＥＤは、発光素子２５に印加される電圧を表す。夫々の発光ユニットは、単一の発光ダイオード又は複数の発光ダイオードを有してよい。図７は、単一の発光ダイオードを用いる実施形態を表す。二端子電流コントローラ１２０は、整流ＡＣ電圧ＶＡＣに従って、発光デバイス２０を通って流れる電流をレギュレートするよう構成される。ここで、ＩＡＫは、電流制限ユニット１２０Ａを通って流れる電流を表し、ＶＡＫは、電流制限ユニット１２０Ａに印加される電圧を表す。本発明の第２の実施形態において、電流制限ユニット１２０Ａのバリア電圧Ｖｂ’は、発光素子２１の全体のバリア電圧ｍ×Ｖｂよりも小さい（夫々の発光素子のバリ電圧はＶｂに等しいとする。）。
【００１６】
図８及び図９は、本発明の第２の実施形態に従うＬＥＤ照明装置２００の動作を表す。図８は、二端子電流コントローラ１２０の電流−電圧特性を表す図であり、図９は、ＬＥＤ照明装置２００の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。図８において、縦軸は、電流制限ユニット１２０Ａを通って流れる電流ＩＡＫを表し、横軸は、二端子電流コントローラ１２０に印加される電圧ＶＡＫを表す。
【００１７】
整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち上がり期間の間、二端子電流コントローラ１２０は、０＜ＶＡＫ＜ＶＤＲＯＰの場合に、電流制限ユニット１２０Ａが電圧制御型デバイスとして機能する第１のモードにおいて、動作する。言い換えると、電圧ＶＡＫが二端子電流コントローラ１２０のバリア電圧Ｖｂ’を超えるとき、電流ＩＡＫは特定の態様において電圧ＶＡＫとともに変化する。二端子電流コントローラ１２０は、ＶＤＲＯＰ＜ＶＡＫ＜ＶＯＦＦ＿ＴＨ’の場合に、電流制限ユニット１２０Ａが定電流源として機能する第２のモードにおいて、動作する。言い換えると、電流ＩＡＫは、電圧ＶＡＫとともに変化する代わりに、調整可能な特定の電流ＩＭＡＸ’に保たれる。二端子電流コントローラ１２０は、ＶＡＫ＞ＶＯＦＦ＿ＴＨ’の場合に、電流制限ユニット１２０Ａがオフされる第３のモードにおいて、動作する。言い換えると、二端子電流コントローラ１２０は、電流ＩＡＫが急に零に下げられるので、開回路デバイスとして機能する。
【００１８】
整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち下がり期間の間、二端子電流コントローラ１２０は、ＶＡＫ＜ＶＯＮ＿ＴＨ’の場合に、電流制限ユニット１２０Ａが電流ＩＡＫを特定の電流ＩＭＡＸ’に制限するようオンされる第２のモードにおいて、動作する。二端子電流コントローラ１２０は、０＜ＶＡＫ＜ＶＤＲＯＰ、電流制限ユニット１２０Ａが電圧制御型デバイスとして機能する第１のモードにおいて、動作する。言い換えると、電圧ＶＡＫが二端子電流コントローラ１２０のバリア電圧Ｖｂ’を超えるとき、電流ＩＡＫは、特定の態様において電圧ＶＡＫとともに変化する。一方で、調整ユニット１２０Ｂは、二端子電流コントローラ１２０が第２のモードにおいて動作する場合のＩＭＡＸ’の値と、第２のモードと第３のモードとの間を切り替えるＶＯＦＦ＿ＴＨ’の値とを調整することによって、様々な特性を有する柔軟な設計を提供することができる。
【００１９】
図９は、電圧ＶＡＣ、ＶＡＫ、ＶＬＥＤ及び電流ＩＡＫ、ＩＬＥＤ＿ＡＫ、ＩＬＥＤの波形を表す。整流ＡＣ電圧ＶＡＣは時間とともに周期的に変化するので、ｔ０からｔ６の間の周期が例示のために用いられ、ｔ０からｔ３の間の期間は整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち上がり期間であり、ｔ４からｔ６の間の期間は整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち下がり期間である。ｔ０からｔ１の間、二端子電流コントローラ１２０に印加される電圧ＶＡＫ、及びｎ個の直列結合された発光ユニットＤ１〜Ｄｎに印加される電圧ＶＬＥＤは、整流ＡＣ電圧ＶＡＣとともに増大する。より小さいバリア電圧に起因して、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａは最初にオンされ、その後、電流ＩＡＫ及び電流ＩＬＥＤは特定の態様において電圧ＶＡＫとともに増大し、電流ＩＬＥＤ＿ＡＫは零に保たれる。
【００２０】
電圧ＶＡＫが電圧ＶＤＲＯＰよりも大きいｔ１からｔ２の間、二端子電流コントローラ１２０は、電流ＩＡＫを特定の電流ＩＭＡＸ’に制限するよう構成され、電流ＩＬＥＤは、発光素子２１が依然としてオフされているので、零のままである。発光素子２５における夫々の発光ユニットの順方向電圧を表すＶＦを用いると、電圧ＶＬＥＤの値はｍ×ＶＦによって表されてよい。従って、発光素子２１は、ｔ０〜ｔ２の間は導通しておらず、電源回路１１０によって供給される整流ＡＣ電圧ＶＡＣは、二端子電流コントローラ１２０及び発光素子２５におけるｎ個の発光ユニットに印加される。
【００２１】
電圧ＶＡＫが電圧ＶＯＦＦ＿ＴＨ’よりも大きいｔ２からｔ４の間、二端子電流コントローラ１２０はオフされ、よって、整流ＡＣ電圧ＶＡＣに関連する電流が発光素子２１及び２５を通る。電流ＩＡＫは零まで下がり、電流ＩＬＥＤ＿ＡＫは電圧ＶＡＫとともに変化する。従って、発光素子２１がｔ２からｔ４の間に導通しているとき、二端子電流コントローラ１２０に印加される電圧ＶＡＫは、発光デバイス２０が整流ＡＣ電圧ＶＡＣに対する電圧分割を実行するように、供給される。
【００２２】
電圧ＶＡＫが電圧ＶＤＲＯＰと電圧ＶＯＮ＿ＴＨ’との間の値まで下がるｔ４からｔ５の間、二端子電流コントローラ１２０はオンされ、それにより、電流ＩＡＫを特定の電流ＩＭＡＸ’に制限し、電流ＩＬＥＤ＿ＡＫを再び零に保つ。電圧ＶＡＫが電圧ＶＤＲＯＰを下回るｔ５からｔ６の間、電流ＩＡＫは、特定の態様において電圧ＶＡＫとともに低下する。図７及び図９において表されるように、電流ＩＬＥＤの値は、電流ＩＬＥＤ＿ＡＫを再び零及び電流ＩＡＫの和である。本発明の第２の実施形態に従う二端子電流コントローラ１２０は、有効な動作電圧範囲（例えば、ｔ０〜ｔ２及びｔ４〜ｔ６の間の整流ＡＣ電圧ＶＡＣの出力）を増大させて、ＬＥＤ照明装置２００の力率を高めることができる。
【００２３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に従うＬＥＤ照明装置３００の図である。ＬＥＤ照明装置３００は、電源回路１１０と、複数の二端子電流コントローラと、発光デバイス３０とを有する。類似する構造を有するが、本発明の第２及び第３の実施形態は、ＬＥＤ照明装置３００が複数の二端子電流コントローラ（例示のため、図１０においては、４つの二端子電流コントローラ１２１〜１２４が表されている。）を有し、発光デバイス３０が複数の発光素子（例示のため、図１０においては、５つの発光素子２１〜２５が表されている。）を有する点で相違する。発光素子２１〜２４は夫々、対応する二端子電流コントローラ１２１〜１２４と並列結合されており、直列結合された複数の発光ユニットを有する。ここで、ＩＬＥＤ＿ＡＫ１〜ＩＬＥＤ＿ＡＫ４は夫々、発光素子２１〜２４を通って流れる電流を表し、ＶＡＫ１〜ＶＡＫ４は夫々、発光素子２１〜２４に印加される電圧を表す。発光素子２５は、二端子電流コントローラ１２１〜１２４と直列結合されており、直列結合された複数の発光ユニットを有する。ここで、ＩＬＥＤは、発光素子２５を通って流れる電流を表し、ＶＬＥＤは、発光素子２５に印加される電圧を表す。夫々の発光ユニットは、単一の発光ダイオード又は複数の発光ダイオードを有してよい。図１０は、単一の発光ダイオードを用いる実施形態を表す。図１０において表される実施形態では、二端子電流コントローラ１２１〜１２４は夫々、対応する電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａ及び対応する調整ユニット１２１Ｂ〜１２４Ｂを有し、電圧ＶＡＫ１〜ＶＡＫ４に従って、対応する発光デバイス２１〜２４を通って流れる電流をレギュレートするよう構成される。ここで、ＩＡＫ１〜ＩＡＫ４は夫々、電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａを通って流れる電流を表し、ＶＡＫ１〜ＶＡＫ４は夫々、電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａに印加される電圧を表す。本発明の第３の実施形態において、電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａのバリア電圧は、対応する発光素子２１〜２４の全体のバリア電圧よりも小さい。
【００２４】
図１１Ａ〜１１Ｄ及び図１２は、ＬＥＤ照明装置３００の動作を表す。図１１Ａ〜１１Ｄは、電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａの電流−電圧特性を表す図であり、図１２は、ＬＥＤ照明装置３００の動作時の関連する電流及び電圧における変動を表す図である。調整ユニット１２１Ｂ〜１２４Ｂは、二端子電流コントローラ１２１〜１２４が第２のモードにおいて動作する場合のＩＭＡＸ’の値と、第２のモードと第３のモードとの間を切り替えるＶＯＮ＿ＴＨ’及びＶＯＦＦ＿ＴＨ’の値とを調整することによって、様々な特性を備えた柔軟な設計を提供することができる。図１１Ａ〜１１Ｄにおいて表される実施形態では、ＩＭＡＸ１＜ＩＭＡＸ２＜ＩＭＡＸ３＜ＩＭＡＸ４、ＶＯＮ＿ＴＨ１＜ＶＯＮ＿ＴＨ２＜ＶＯＮ＿ＴＨ３＜ＶＯＮ＿ＴＨ４、及びＶＯＦＦ＿ＴＨ１＜ＶＯＦＦ＿ＴＨ２＜ＶＯＦＦ＿ＴＨ３＜ＶＯＦＦ＿ＴＨ４である。
【００２５】
図１２は、ＬＥＤ照明装置３００の動作時の電圧ＶＡＣ及び電流ＩＬＥＤの波形を表す。整流ＡＣ電圧ＶＡＣの値は時間とともに周期的に変化するので、ｔ０からｔ１０の間の周期が例示のために用いられ、ｔ０からｔ５の間の期間は整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち上がり期間であり、ｔ５からｔ１０の間の期間は整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち下がり期間である。
【００２６】
立ち上がり期間ｔ０からｔ５の間のＬＥＤ照明装置３００の動作は、これによって説明される。電圧ＶＡＫ１〜ＶＡＫ４が整流ＡＣ電圧ＶＡＣとともに増大するｔ０からｔ１の間、二端子電流コントローラ１２１〜１２４は、より小さいバリア電圧に起因して、より早くオンされ、電流は、電源回路１１０から発光素子２５へと順次に電流制限ユニット１２１Ａ〜１２４Ａを介して流れる（すなわち、ＩＬＥＤ＝ＩＡＫ１＝ＩＡＫ２＝ＩＡＫ３＝ＩＡＫ４及びＩＬＥＤ＿ＡＫ１＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ２＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ３＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ４＝０）。電圧ＶＡＫ１が電圧ＶＯＦＦ＿ＴＨ１よりも大きいｔ１からｔ２の間、二端子電流コントローラ１２１は最初にオフされ、電流は、電源回路１１０から発光素子２５へと順次に発光素子２１及び電流制限ユニット１２２Ａ〜１２４Ａを介して流れる（すなわち、ＩＬＥＤ＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ１＝ＩＡＫ２＝ＩＡＫ３＝ＩＡＫ４及びＩＡＫ１＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ２＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ３＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ４＝０）。電圧ＶＡＫ２が電圧ＶＯＦＦ＿ＴＨ２よりも大きいｔ２からｔ３の間、二端子電流コントローラ１２２が次にオフされ、電流は、電源回路１１０から発光素子２５へと順次に発光素子２１、発光素子２２及び電流制限ユニット１２３Ａ〜１２４Ａを介して流れる（すなわち、ＩＬＥＤ＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ１＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ２＝ＩＡＫ３＝ＩＡＫ４及びＩＡＫ１＝ＩＡＫ２＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ３＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ４＝０）。電圧ＶＡＫ３が電圧ＶＯＦＦ＿ＴＨ３よりも大きいｔ３からｔ４の間、二端子電流コントローラ１２３が次にオフされ、電流は、電源回路１１０から発光素子２５へと順次に発光素子２１、発光素子２２、発光素子２３及び電流制限ユニット１２４Ａを介して流れる（すなわち、ＩＬＥＤ＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ１＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ２＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ３＝ＩＡＫ４及びＩＡＫ１＝ＩＡＫ２＝ＩＡＫ３＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ４＝０）。電圧ＶＡＫ４が電圧ＶＯＦＦ＿ＴＨ４よりも大きいｔ４からｔ５の間、二端子電流コントローラ１２４が次にオフされ、電流は、電源回路１１０から発光素子２５へと順次に発光素子２１〜２４を介して流れる（すなわち、ＩＬＥＤ＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ１＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ２＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ３＝ＩＬＥＤ＿ＡＫ４及びＩＡＫ１＝ＩＡＫ２＝ＩＡＫ３＝ＩＡＫ４＝０）。電圧ＶＡＫ４、ＶＡＫ３、ＶＡＫ２及びＶＡＫ１が夫々順次にＶＯＮ＿ＴＨ４’、ＶＯＮ＿ＴＨ３’、ＶＯＮ＿ＴＨ２’及びＶＯＮ＿ＴＨ１’を下回る立ち下がり期間ｔ５からｔ１０の間、電流制限ユニット１２４Ａ〜１２１Ａは夫々、ｔ６〜ｔ９で順次にオンされる。立ち下がり期間ｔ５からｔ１０の間のＬＥＤ照明装置３００の動作は、先に説明された対応する立ち上がり期間ｔ０からｔ５の間の動作に類似する。言い換えると、同じ期間の間、発光素子２５は最も長い導通時間を有し、発光素子２１は二番目に長い導通時間を有し、発光素子２４は最も短い導通時間を有する。多くの用途において、発光素子２１〜２４は、異なる発光を提供し又は異なる時点で発光するよう、要求されてよい。このように、本発明は、調整ユニット１２１Ｂ〜１２４Ｂを用いて柔軟な設計を提供することができる。
【００２７】
図１３は、本発明の第４の実施形態に従うＬＥＤ照明装置４００の図である。ＬＥＤ照明装置４００は、電源回路１１０と、複数の二端子電流コントローラと、発光デバイス４０とを有する。第３の実施形態と類似する構造を有しており、ＬＥＤ照明装置４００も複数の二端子電流コントローラ（例示のために、図１３においては、５つの二端子電流コントローラ１２１〜１２５が表されている。）及び複数の発光素子（例示のために、図１３においては、４つの発光素子２１〜２４が表されている）を有するが、二端子電流コントローラ１２１〜１２４が夫々対応する発光素子２１〜２４と並列結合されており且つ二端子電流コントローラ１２１５が発光素子２１〜２４と直列結合されている点で、ＬＥＤ照明装置３００と相違する。
【００２８】
図１４は、本発明の第４の実施形態に従うＬＥＤ照明装置４００の動作を表す電圧及び電流の波形を示す。先に説明されたように、二端子電流コントローラ１２１〜１２４はｔ４からｔ５の間オフされ、発光素子２１〜２４を通る電流ＩＬＥＤは、電源回路１１０によって供給される整流ＡＣ電圧ＶＡＣによって決定される。図１０及び図１２において表される第３の実施形態では、電源回路１１０が安定した出力を供給することができない場合、電流ＩＬＥＤは発光素子２１〜２５の最大動作電流を超えて、永久的な損傷を装置において引き起こしうる。従って、本発明の第４の実施形態に従うＬＥＤ照明装置４００では、二端子電流コントローラ１２５は、電流ＩＬＥＤを、様々な用途において調整されうる特定の値ＩＭＡＸ５に保つよう構成される。図１４において表されるＩＭＡＸ１〜ＩＭＡＸ５の間の関係は、単に例示のためにすぎない。
【００２９】
図１５は、本発明の第５の実施形態に従うＬＥＤ照明装置５００の図である。ＬＥＤ照明装置５００は、電源回路４１０と、二端子電流コントローラ１２０と、発光デバイス１０とを有する。類似する構造を有するが、本発明の第１及び第５の実施形態は、電源回路において相違する。本発明の第１の実施形態では、電源回路１１０は、ブリッジ整流器１１２によりＡＣ電圧ＶＳ（例えば、１１０〜２２０Ｖの本線）を整流して、時間とともに値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧ＶＡＣを供給するよう構成される。本発明の第５の実施形態では、電源回路４１０は、何らかのＡＣ電圧ＶＳを受け取り、ＡＣ−ＡＣコンバータ４１２により電圧変換を行い、変換されたＡＣ電圧ＶＳをブリッジ整流器１１２により整流して、時間とともに値が周期的に変化する整流ＡＣ電圧ＶＡＣを供給するよう構成される。また、ＬＥＤ照明装置５００の動作を説明するために、図５及び図６が参照されてよい。同様に、本発明の第２乃至第４の実施形態も、整流ＡＣ電圧ＶＡＣを供給するために電源回路４１０を使用してよい。
【００３０】
図１６及び図１７は、二端子電流コントローラ１２０の表される実施形態の図である。これら２つの実施形態において、二端子電流コントローラ１２０の電流制限ユニット１２０Ａは、抵抗Ｒ１〜Ｒ７と、スイッチＱＮと、コンパレータＣＰ１と、バンドギャップ基準電圧発生器５０と、電圧検出回路７０とを有する。バンドギャップ基準電圧発生器５０は、概して、温度に無関係の出力特性を達成して、安定した基準電圧ＶＲＥＦを供給するために、正及び負の温度係数を有するデバイスを採用する。
【００３１】
抵抗Ｒ１は、スイッチＱＮを通って流れる電流を検出して、対応するフィードバック電圧ＶＦＢを供給するために使用される。抵抗Ｒ２〜Ｒ４は、基準電圧ＶＲＥＦに従って基準電圧ＶＲＥＦ１及びＶＲＥＦ２を供給する分圧回路を形成する。コンパレータＣＰ１は、基準電圧ＶＲＥＦ１を受ける正入力端と、フィードバック電圧ＶＦＢを受ける負入力端とを有し、基準電圧ＶＲＥＦ１とフィードバック電圧ＶＦＢとの間の関係に従って制御信号ＶｇをスイッチＱＮへ出力するよう構成される。
【００３２】
スイッチＱＮは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、又は同様の機能を備えた他のデバイスを有してよい。図１６及び図１７において表される実施形態では、Ｎタイプ金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ）トランジスタが例示のために使用されている。制御信号Ｖｇを受けるようコンパレータＣＰ１へ結合されたゲートにより、スイッチＱＮのドレイン−ソース間電圧、ゲート−ソース間電圧及び閾電圧は夫々、ＶＤＳ、ＶＧＳ及びＶＴＨによって表される。スイッチＱＮが線形領域において動作するとき、そのドレイン電流は主にドレイン−ソース間電圧ＶＤＳによって決定される。スイッチＱＮが飽和領域において動作するとき、そのドレイン電流はゲート−ソース間電圧ＶＧＳにしか関連しない。
【００３３】
整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち上がり期間の間、スイッチＱＮのドレイン−ソース間電圧ＶＤＳは、電圧ＶＡＫとともに増大する。電圧ＶＡＫがＶＤＲＯＰを超えないとき、ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳは、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳと閾電圧ＶＴＨとの間の差よりも小さい（ＶＤＳ＜ＶＧＳ−ＶＴＨ）。コンパレータＣＰ１は、ドレイン電流が主にドレイン−ソース間電圧ＶＤＳによって決定される線形領域においてスイッチＱＮが動作することを可能にする制御信号Ｖｇを供給する。言い換えると、二端子電流コントローラ１２０は、線形領域において動作するときのスイッチＱＮのＩ−Ｖ特性に対応する関係を有する電流ＩＡＫ及びＶＡＫを供給するよう構成される。
【００３４】
ＶＤＲＯＰ＜ＶＡＫ＜ＶＯＦＦ＿ＴＨ’の場合の整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち上がり期間の間、ドレイン−ソース間電圧ＶＤＳは、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳと閾電圧ＶＴＨとの間の差よりも大きい（ＶＤＳ＞ＶＧＳ−ＶＴＨ）。コンパレータＣＰ１は、ＶＧＳ＞ＶＴＨをもたらす制御信号Ｖｇを供給して、スイッチＱＮが飽和領域において動作することを可能にする。この時点で、スイッチＱＮのドレイン電流は、ゲート−ソース間電圧ＶＧＳにしか関連しない。言い換えると、電流ＩＡＫは電圧ＶＡＫとともに変化しない。
【００３５】
電圧検出回路７０は、論理回路７２と、電圧エッジ検出回路７４と、２つのコンパレータＣＰ２及びＣＰ３とを有する。コンパレータＣＰ２は、基準電圧ＶＲＥＦ２を受ける正入力端と、電圧ＶＯＮを受ける負入力端とを有し、電圧ＶＯＮと基準電圧ＶＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号ＶＯＮ＿ＴＮ’を出力するよう構成される。コンパレータＣＰ３は、電圧ＶＯＦＦを受ける正入力端と、基準電圧ＶＲＥＦ２を受ける負入力端とを有し、電圧ＶＯＦＦと基準電圧ＶＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号ＶＯＦＦ＿ＴＨ’を出力するよう構成される。
【００３６】
コンパレータＣＰ２は、電圧ＶＡＫとＶＯＮ＿ＴＨ’との間の関係を決定してよく、一方、コンパレータＣＰ３は、電圧ＶＡＫとＶＯＦＦ＿ＴＨ’との間の関係を決定してよい。一方では、電圧ＶＡＫがＶＯＦＦ＿ＴＨ’とＶＯＮ＿ＴＨ’との間にあるとき、電圧エッジ検出回路７４は、整流ＡＣ電圧ＶＡＣが立ち上がり期間の間又は立ち下がり期間の間にあるかどうかを決定するよう構成される。電圧エッジ検出回路７４並びにコンパレータＣＰ２及びＣＰ３の結果に基づき、論理回路７２は、対応する制御信号をコンパレータＣＰ１へ出力する。電圧ＶＡＫがＶＯＦＦ＿ＴＨ’とＶＯＮ＿ＴＨ’との間にある整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち上がり期間の間、コンパレータＣＰ１は、閾電圧ＶＴＨよりも小さい制御信号Ｖｇを供給し、それにより、スイッチＱＮをオフし、電流ＩＡＫを零に保つ。電圧ＶＡＫがＶＯＮ＿ＴＨ’とＶＯＦＦ＿ＴＨ’との間にある整流ＡＣ電圧ＶＡＣの立ち下がり期間の間、コンパレータＣＰ１は、閾電圧ＶＴＨよりも大きい制御信号Ｖｇを供給し、それにより、スイッチＱＮを飽和領域において動作させ、電流ＩＡＫをＩＭＡＸ’に保つ。
【００３７】
図１６において表される実施形態では、調整ユニット１２０Ｂは、どのように基準電圧ＶＲＥＦが電圧分割によってコンパレータＣＰ１〜ＣＰ３へ供給されるのかを調整するよう値が変化する抵抗Ｒ８を有する。言い換えると、基準電圧ＶＲＥＦ１及びＶＲＥＦ２の値は、柔軟に調整されてよい。先に説明されたように、コンパレータＣＰ１は、基準電圧ＶＲＥＦ１とフィードバック電圧ＶＦＢとの間の関係に従って制御信号ＶｇをスイッチＱＮへ出力するよう構成され、コンパレータＣＰ２は、電圧ＶＯＮと基準電圧ＶＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号ＶＯＮ＿ＴＨ’を出力するよう構成され、コンパレータＣＰ３は、電圧ＶＯＦＦと基準電圧ＶＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号ＶＯＦＦ＿ＴＨ’を出力するよう構成される。スイッチＱＮのドレイン電流は、飽和領域において動作する場合にゲート−ソース間電圧ＶＧＳにしか関連しないので、（二端子電流コントローラ１２０が第２のモードにおいて動作する場合の）電流ＩＭＡＸ’並びに（第１のモードと第３のモードとの間を切り替えるための）電圧ＶＯＮ＿ＴＨ’及びＶＯＦＦ＿ＴＨ’の値は、調整ユニット１２０Ｂにより調整されてよい。従って、本発明は、様々な特性を備えた柔軟な設計を提供することができる。
【００３８】
図１７において表されている実施形態では、調整ユニット１２０Ｂは、抵抗Ｒ８〜Ｒ９及びヒューズＦ１〜Ｆ３を有する。抵抗Ｒ８〜Ｒ９は、ヒューズＦ１〜Ｆ３をレーザ又は電流によりきることによって、様々に抵抗Ｒ３及びＲ４へ結合されてよく、それにより、電圧分割を実行する場合に等価抵抗を調整する。例えば、抵抗Ｒ８は、ヒューズＦ１のみをきることによって抵抗列Ｒ３＋Ｒ４と並列に結合されてよく、抵抗Ｒ８＋Ｒ９は、ヒューズＦ１及びＦ２のみをきることによって抵抗列Ｒ３＋Ｒ４と並列に結合されてよく、そして、余分の抵抗は、ヒューズＦ３のみをきることによっては抵抗列Ｒ３＋Ｒ４と並列に結合されない。本発明は、同様の結果が達成され得る限りは、直列又は並列に抵抗が結合される他の抵抗−ヒューズ構成を採用してよい。従って、本発明は、どのように基準電圧ＶＲＥＦが電圧分割によってコンパレータＣＰ１〜ＣＰ３へ供給されるのかを調整することができる。言い換えると、基準電圧ＶＲＥＦ１及びＶＲＥＦ２の値は柔軟に調整され得る。先に説明されたように、コンパレータＣＰ１は、基準電圧ＶＲＥＦ１とフィードバック電圧ＶＦＢとの間の関係に従って制御信号ＶｇをスイッチＱＮへ出力するよう構成され、コンパレータＣＰ２は、電圧ＶＯＮと基準電圧ＶＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号ＶＯＮ＿ＴＨ’を出力するよう構成され、コンパレータＣＰ３は、電圧ＶＯＦＦと基準電圧ＶＲＥＦ２との間の関係に従って制御信号ＶＯＦＦ＿ＴＨ’を出力するよう構成される。スイッチＱＮのドレイン電流は飽和領域において動作する場合にゲート−ソース間電圧ＶＧＳにしか関連しないので、（二端子電流コントローラ１２０が第２のモードにおいて動作する場合の）電流ＩＭＡＸ’並びに（第２のモードと第３のモードとの間を切り替えるための）電圧ＶＯＮ＿ＴＨ’及びＶＯＦＦ＿ＴＨ’の値は、調整ユニット１２０Ｂにより調整されてよい。従って、本発明は、様々な特性を備えた柔軟な設計を提供することができる。
【００３９】
図１６において表されている実施形態では、ユーザが電流を調整してよい。図１７において表されている実施形態では、二端子電流コントローラの製造者が、ユーザのために電流を調整してよい。例えば、調整ユニットは、二端子電流コントローラのＩＣに組み込まれてよい。内蔵（ビルトイン）抵抗、及びレーザによりヒューズをとばすこと（laser-burning）は、当業者にはよく知られている。図１６及び図１７は、単に例示のためにすぎず、本発明の適用範囲を制限しない。
【００４０】
本発明のＬＥＤ照明装置１００、２００、３００、４００及び５００において、二端子電流コントローラ１２０〜１２５の数、発光素子２１〜２５の数及び構成、並びに電源回路１１０及び４１０のタイプは、種々の用途に従って決定されてよい。図４、７、１０及び１２は、単に例示のためにすぎず、本発明の適用範囲を制限しない。また、図１６において表されている二端子電流コントローラ１２０は、本発明の一実施形態であり、図５、６、８、９及び１１Ａ〜１１Ｄにおいて示される特徴を提供することができる装置によって置換されてよい。
【００４１】
本発明のＬＥＤ照明装置は、二端子電流コントローラを用いて、直列結合された発光ダイオードを通って流れる電流をレギュレートするとともに、オンされる発光ダイオードの数を制御する。発光ダイオードの幾つかは、力率を改善するために、整流ＡＣ電圧が全ての発光ダイオードの全体のバリア電圧に達する前に、導通してよい。従って、本発明は、広い有効動作電圧範囲及び高い輝度を有する照明装置を提供することができる。
【００４２】
当業者は、本発明の教示を維持しながら装置及び方法の多くの変更及び代替が行われ得ることを容易に認識するであろう。
【符号の説明】
【００４３】
１０，２０，３０，４０                  発光デバイス
２１〜２５                              発光素子
５０                                    バンドギャップ基準電圧発生器
７０                                    電圧検出回路
７２                                    論理回路
７４                                    電圧エッジ検出回路
１００，２００，３００，４００，５００  ＬＥＤ照明装置
１１０，４１０                          電源回路
１１２                                  ブリッジ整流器
１２０，１２１〜１２５                  二端子電流コントローラ
１２０Ａ，１２１Ａ〜１２４Ａ            電流制限ユニット
１２０Ｂ，１２１Ｂ〜１２４Ｂ            調整ユニット
４１２                                  ＡＣ−ＡＣコンバータ
ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３                  コンパレータ
Ｄ１〜Ｄｍ，Ｄｎ                        発光ユニット
Ｆ１〜Ｆ３                              ヒューズ
ＩＡＫ                                  電流制限ユニットを通る電流
ＩＬＥＤ，ＩＬＥＤ＿ＡＫ                発光デバイスを通る電流
Ｒ１〜Ｒ９                              抵抗
ＶＡＣ                                  整流ＡＣ電圧
ＶＡＫ，ＶＬＥＤ                        発光デバイスに印加される電圧
Ｖｂ                                    各発光ユニットのバリア電圧
Ｖｂ’                                  二端子電流コントローラのバリア電圧
Ｖｇ                                    制御信号
ＶＦＢ                                  フィードバック電圧
ＶＲＥＦ，ＶＲＥＦ１，ＶＲＥＦ２        基準電圧
ＶＳ                                    ＡＣ電圧
ＱＮ                                    スイッチ
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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