(57)【要約】  ＬＥＤ負荷のストリングは、整流本線電圧により給電される。各ＬＥＤ負荷のカソードは、ストリングによりグランドに結合される。ストリングは、電圧及び電流検知の両方を用いて整流本線の瞬間値に依存して、１個ずつ導通及び非導通にされる。
2014519687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−周波数ｆを有する低周波数ＡＣ供給電圧を供給する供給電圧源に結合する第１の入力端子及び第２の入力端子と、
−前記入力端子に結合され、前記低周波数ＡＣ供給電圧を整流する整流器と、
−Ｎ個のＬＥＤ負荷を有する直列構成であって、前記力列構成の第１及び第２の端子は、前記整流器の第１の出力端子及び第２の出力端子に結合される、直列構成と、
−前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が増大するとき、該瞬間値に依存して前記ＬＥＤ負荷に１個ずつ続けて電流を伝導させ、前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が減少するとき、該瞬間値に依存して前記ＬＥＤ負荷に１個ずつ続けて電流を伝導するのを停止させる制御回路と、
を有し、前記制御回路は、
−制御可能な電流レギュレータを有し、ＬＥＤ負荷のカソードと前記整流器の前記第２の出力端子との間に結合されるＮ個の制御ストリングと、
−最後のＮ−１個の制御ストリング内の電流を検知し、１≦ｎ≦Ｎ−１として（ｎ＋１）番目の制御ストリングが電流を伝導しているとき最初のｎ個の制御ストリング内の電流を減少させる電流検知回路と、
−（ｎ＋１）番目のＬＥＤ負荷のカソードとｎ番目の制御ストリングに含まれる制御可能な電流レギュレータとの間に結合され、（ｎ＋１）番目の制御ストリングに渡る電圧が基準値より高いとき、ｎ番目の制御ストリングを非導通にする、１≦ｎ≦Ｎ−１である、Ｎ−１個の電圧検知回路と、
−前記制御可能な電流レギュレータに結合され、前記制御ストリングを通る電流の瞬間値を制御する全体電流制御回路と、
を有し、
前記制御可能な電流レギュレータの各々は、トランジスタと少なくとも１つのインピーダンスとの直列構成を有し、各制御可能な電流レギュレータは、如何なる他の制御可能な電流レギュレータにも含まれないインピーダンスを有し、前記全体電流制御回路及び前記電圧検知回路は、前記制御可能な電流レギュレータに含まれるトランジスタの制御電極に結合される、ＬＥＤ光源。
【請求項２】
前記制御ストリング内の前記インピーダンスは、１番目の制御ストリングに含まれるトランジスタと前記整流器の前記第２の出力端子との間に結合される直列構成に含まれる、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項３】
前記電圧検知回路の各々は、更なるトランジスタを含む、請求項１又は２に記載のＬＥＤ光源。
【請求項４】
前記電流検知回路は、Ｎ−１個の電流検知回路を有し、ｎ番目の電流検知回路は、前記トランジスタ及び（ｎ＋１）番目の制御ストリングに含まれるインピーダンスに結合され、最初のｎ個の制御ストリングに含まれるトランジスタの制御電極に結合され、１≦ｎ≦Ｎ−１である、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項５】
前記電圧検知回路に含まれる前記更なるトランジスタは、前記Ｎ−１個の電流検知回路の一部を形成する、請求項３又は４に記載のＬＥＤ光源。
【請求項６】
前記全体電流制御回路は、前記整流低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が増大するとき前記電流の瞬間値が減少し、及び前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が減少するとき前記電流の瞬間値が増大するよう、周波数２ｆで前記ＬＥＤ負荷を通る電流を変調する変調器を有する、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項７】
前記ＬＥＤ光源は、前記全体電流制御回路を介して前記制御可能な電流レギュレータ内のトランジスタの制御電極の電圧を調整することにより、調光可能である、請求項１乃至６のいずれか一項以上に記載のＬＥＤ光源。
【請求項８】
前記ＬＥＤ光源は、前記整流器の前記出力端子間に結合されるスイッチとキャパシタとの直列構成と、前記低周波数ＡＣ供給電圧が基準値より下に降下した場合に前記スイッチを導通させる制御回路と、を有する請求項７に記載のＬＥＤ光源。
【請求項９】
前記ＬＥＤ光源は、位相カット調光器との動作に適し、前記全体電流制御回路は、前記位相カット調光器の調整位相角に依存して前記制御可能な電流レギュレータ内のトランジスタの制御電極における電圧を調整する回路を有する、請求項７又は８に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１０】
ＬＥＤ光源に給電する方法であって、前記方法は、
−周波数ｆを有する低周波数ＡＣ供給電圧を供給する供給電圧源を設けるステップと、
−前記低周波数ＡＣ供給電圧を整流するステップと、
−Ｎ個のＬＥＤ負荷の直列構成に前記の整流低周波数ＡＣ供給電圧を供給するステップと、
−前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が増大するとき前記瞬間値に依存して１個ずつ続けて前記ＬＥＤ負荷に電流を導通させ、前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が減少するとき前記瞬間値に依存して１個ずつ続けて前記ＬＥＤ負荷に電流を導通するのを停止させるステップであって、
−トランジスタ及びインピーダンスの直列構成を有し、ＬＥＤ負荷のカソードと前記整流器の前記第２の出力端子との間に結合されるＮ個の制御ストリングを設けるステップと、
−前記制御ストリングに渡る電圧を検知し、（ｎ＋１）番目の制御ストリングに渡る電圧が基準値より高いとき、ｎ番目の制御ストリング内のトランジスタを非導通にし、１≦ｎ≦Ｎ−１である、ステップと、
−最後のＮ−１個の制御ストリングの電流を検知し、（ｎ＋１）番目の制御ストリングが電流を伝導しているとき、最初のｎ個の制御ストリング内の電流を減少させ、１≦ｎ≦Ｎ−１である、ステップと、
−前記制御ストリングに含まれるトランジスタの制御電極の電圧を制御することにより、前記制御ストリングを通る電流の瞬間値を制御するステップと、
による、ステップと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本線供給のような低周波数ＡＣ電圧を供給する電源に直接接続可能な、Ｎ個のＬＥＤ負荷を有する安価且つ簡易なＬＥＤ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなＬＥＤ光源は、米国特許第７０８１７２２  Ｂ１で知られている。ＬＥＤ負荷は、個々のＬＥＤの直列構成及び場合によっては並列構成を有するＬＥＤアレイである。知られているＬＥＤ光源は、低周波数ＡＣ供給電圧を整流する整流器を有する。Ｎ個のＬＥＤ負荷を有する直列構成は、整流器の出力端子に接続される。動作中、０ボルトと最大振幅との間で変化する瞬間値を有する周期的ＤＣ電圧が、整流器の出力端子間に現れる。知られているＬＥＤ光源は、低周波数ＡＣ電圧の瞬間値が増大するとき、該瞬間値に依存して、直列構成の第１の端に最も近い第１のＬＥＤ負荷から開始して１個ずつ続けてＬＥＤ負荷に電流を伝導させ、及び低周波数ＡＣ電圧の瞬間値が減少するとき、該瞬間値に依存して、Ｎ番目のＬＥＤから開始して１個ずつ続けてＬＥＤ負荷の電流の伝導を停止する制御手段を具える。これらの制御手段は、通常、Ｎ個の制御ストリングを有する。各制御ストリングは、トランジスタを有し、ＬＥＤ負荷のうちの１つのカソードと整流器の出力端子との間に結合される。
【０００３】
周期的ＤＣ電圧の瞬間値が０ボルトのとき、制御ストリングに含まれる全てのトランジスタは導電状態だが、いずれのＬＥＤ負荷も電流を伝達しない。周期的ＤＣ電圧の瞬間値が増大するとき、電圧は、第１のＬＥＤ負荷及び第１の制御ストリングに含まれる第１のトランジスタが電流を伝導し始める電圧に達する。同様に、周期的ＤＣ電圧の瞬間値が十分高い値まで更に増大すると、第２のＬＥＤ負荷及び第２の制御ストリングに含まれるトランジスタが電流を伝導し始める。ワット損を最小限に抑えるため、第１の制御ストリングを流れる電流は低減され、望ましくは停止されることが望ましい。
【０００４】
周期的ＤＣ電圧の瞬間値が更に増大する場合、残りのＬＥＤ負荷及びこれらのＬＥＤ負荷のカソードに接続される制御ストリングに含まれるトランジスタは、続けて電流を伝導し始める。ｎ番目の制御ストリングが電流を伝達するとき、制御手段は、最初の（ｎ−１）個の制御ストリングの電流が低減されるか又は停止されることを保証する。全ＬＥＤ負荷が電流を伝導するとき、Ｎ番目のトランジスタは電流を伝導し、周期的ＤＣ電圧の瞬間値は、最大振幅に達するまで更に増大する。その後、周期的ＤＣ電圧の瞬間値は減少し始める。瞬間値が減少する間、ＬＥＤ負荷は、逆の順序で１個ずつ電流の伝導を停止する（最初にＮ番目のＬＥＤ負荷が導電を停止し、１番目のＬＥＤ負荷が最後に導電を停止する）。ＬＥＤ負荷が導電を停止するとき、（ｎ−１）番目の制御ストリングは電流を伝導し始める。ｎ番目のトランジスタは導電性のままであるが、もはや電流を伝達しないか又は大幅に低減された電流しか伝達しない。１番目のＬＥＤ負荷が導電を停止した後、全てのトランジスタは導電性であるが、いずれのトランジスタも電流を伝導せず、周期的ＤＣ電圧の瞬間値はゼロまで更に減少し、次に上述のサイクルが繰り返される。知られているＬＥＤ光源は、非常に小型で比較的単純である。さらに、知られているＬＥＤ光源は、欧州又は米国の本線供給のような低周波数ＡＣ供給電圧源から直接給電できる。
【０００５】
制御ストリングの電流を制御する幾つかの方法が従来開示されている。例えば、ｎ番目の制御ストリングにかかる電圧が（ｎ＋１）番目のＬＥＤ負荷の順方向電圧にほぼ等しい基準値より高いとき、ｎ番目のトランジスタを非導電性にすることが可能である。別の可能性は、整流低周波数ＡＣ電圧の瞬間値が最初の（ｎ＋１）個のＬＥＤ負荷の順方向電圧の和にほぼ等しい基準値より高くなると、ｎ番目の制御ストリングに含まれるトランジスタを非導電性にすることである。これら２つの方法は、ＬＥＤ負荷の順方向電圧が名目上同じであり、特定の広がりを示すという欠点に苦しむ。したがって、近隣の制御ストリングの導通間隔同士の重なり又はギャップが生じ、その結果、望ましくない電流スパイク及び谷が生じ、回路の効率を低下させてしまう。
【０００６】
更に別の方法は、ｎ番目の制御ストリングを流れる電流を検知し、この電流が基準レベルより高いとき、最初のｎ−１個の制御ストリングを非導電性にすることである。この方法は、ＬＥＤ光源が調光動作中のとき、検知した電流信号が非常に弱くなるという欠点に苦しむ。
【０００７】
別の可能性は、ＵＳ７,０８１７２２B１のＦｉｇ．８に記載のように、インピーダンス、望ましくは抵抗器を各制御ストリング内のトランジスタに直列に配置し、全ての抵抗器を１番目の制御ストリングに含まれるトランジスタと整流器の第２の出力端子との間に直列に配置することである。さらに、ＬＥＤ光源は、全体電流制御回路を備える。
【０００８】
トランジスタが例えばＮＰＮトランジスタとして実装される場合、これらのトランジスタの全てのベース電極は、全体電流制御回路により生成される同一の全体電流制御電圧に保持される。その結果、例えば第１及び第２の２つの近隣の制御ストリング内のトランジスタが両方と導電性であるとき、それらのエミッタ電圧は、ほぼ等しい（両方とも、全体電流制御電圧−０．７ボルト（導電しているトランジスタのベース−エミッタ電圧降下）にほぼ等しい）。しかしながら、第１及び第２の制御ストリングに含まれるトランジスタの僅かな特性差、及び伝導される電流の不均等性のために、エミッタ電圧は全く同一ではない。第１の制御ストリングに含まれるトランジスタはこれらのエミッタ間に接続されるので、この抵抗器に渡る電圧降下はほぼゼロであり、したがって、第１の制御ストリングを流れる電流もほぼゼロである。同様に、ｎ番目の制御ストリングが電流を伝導するとき、最初のｎ−１個の制御ストリングを流れる電流は、ｎ番目の制御ストリングを流れる電流に対して減少することが分かる。この方法の欠点は、電流を完全にピンチオフできず、減少するだけであることである。減少係数は、ｎ番目のストリングの電流、抵抗器の値、関与するＮＰＮトランジスタのベース−エミッタ電圧差に依存する。これは、例を用いて説明される。
【０００９】
バイポーラトランジスタのコレクタ電流とベース−エミッタ電圧との間の指数関数的関係により、１００のコレクタ電流間の比は、室温で、約１２０ｍＶのベース−エミッタ電圧差に対応する。ｎ番目の制御ストリングと（ｎ−１）番目の制御ストリングのトランジスタのベース−エミッタ電圧が１２０ｍＶ異なり、ｎ番目の制御ストリングを流れる電流が１０ｍＡである場合、（ｎ−１）番目のストリングを流れる電流は０．１ｍＡ＝１００μＡになる。次に、（ｎ−１）番目のストリング内のトランジスタに直列に配置された抵抗器の抵抗値は、１２０ｍＶ／０．１ｍＡ＝１２００Ωである。例えば調光の結果、ｎ番目のストリングを流れる電流が例えば３ｍＡまで減少すると、抵抗器の値が固定されているので、電流比は変化する。結果として（ｎ−１）番目のストリングを流れる電流は、約６０μＡであり、電流間の比は１００から約５０まで減少する。これらの数値例は、（ｎ−１）番目のストリングが完全にカットオフされず、電流がｎ番目のストリングの電流に対して減少しただけであることを示す。さらに、これらの例は、近隣ストリングの電流間の比がＬＥＤ光源の調光レベルに依存することを示す。
【００１０】
制御ストリングを流れる電流はゼロまで減少できず、及びこれらの不要な電流は調光レベルに依存するという事実は、ＬＥＤ負荷及び制御ストリングを流れる電流を制御する上述の方法の欠点である。
【００１１】
ＬＥＤ負荷を流れる電流を制御する上述の方法の別の効果は、次のＬＥＤ負荷及び次の制御ストリングが電流を伝導し始めるとき、導通しているＬＥＤ負荷の全てを流れる電流が増大することである。これは、電流が流れる制御ストリングに含まれる抵抗器の数が１だけ減少し、全体電流制御回路により生成される全体電流制御電圧が一定であると考えられるからである。このため、電流を制御するこの方法は、「相電流スタッキング（phase  current  stacking）」と称される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ＬＥＤ光源を提供することである。当該ＬＥＤ光源では、ＬＥＤ負荷を通る電流の制御は、電源から引き出される電流のギャップ及びスパイクが、光フリッカ及びワット損と共に、ＬＥＤ光源の調光動作の場合にも回避されるように為される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によると、ＬＥＤ負荷のストリングが設けられ、整流本線電圧により給電される。各ＬＥＤ負荷のカソードは、ストリングによりグランドに結合される。ストリングは、電圧及び電流検知の両方を用いて整流本線の瞬間値に依存して、１個ずつ導通及び非導通にされる。
【００１４】
本発明の更なる態様によると、ＬＥＤ光源が提供され、当該ＬＥＤ光源は、
−周波数ｆを有する低周波数ＡＣ供給電圧を供給する供給電圧源に結合する第１の入力端子及び第２の入力端子と、−前記入力端子に結合され、前記低周波数ＡＣ供給電圧を整流する整流器と、
−Ｎ個のＬＥＤ負荷を有する直列構成であって、前記力列構成の第１及び第２の端子は、前記整流器の第１の出力端子及び第２の出力端子に結合される、直列構成と、
−前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が増大するとき、該瞬間値に依存して前記ＬＥＤ負荷に１個ずつ続けて電流を伝導させ、前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が減少するとき、該瞬間値に依存して前記ＬＥＤ負荷に１個ずつ続けて電流を伝導するのを停止させる制御回路と、
を有し、前記制御回路は、
−制御可能な電流レギュレータを有し、ＬＥＤ負荷のカソードと前記整流器の前記第２の出力端子との間に結合されるＮ個の制御ストリングと、
−最後のＮ−１個の制御ストリング内の電流を検知し、１≦ｎ≦Ｎ−１として（ｎ＋１）番目の制御ストリングが電流を伝導しているとき最初のｎ個の制御ストリング内の電流を減少させる電流検知回路と、
−（ｎ＋１）番目のＬＥＤ負荷のカソードとｎ番目の制御ストリングに含まれる制御可能な電流レギュレータとの間に結合され、（ｎ＋１）番目の制御ストリングに渡る電圧が基準値より高いとき、ｎ番目の制御ストリングを非導通にする、１≦ｎ≦Ｎ−１である、Ｎ−１個の電圧検知回路と、−前記制御可能な電流レギュレータに結合され、前記制御ストリングを通る電流の瞬間値を制御する全体電流制御回路と、を有し、前記制御可能な電流レギュレータの各々は、トランジスタと少なくとも１つのインピーダンスとの直列構成を有し、各制御可能な電流レギュレータは、如何なる他の制御可能な電流レギュレータにも含まれないインピーダンスを有し、前記全体電流制御回路及び前記電圧検知回路は、前記制御可能な電流レギュレータに含まれるトランジスタの制御電極に結合される。
【００１５】
本発明の別の態様によると、対応する方法が提供される。
【００１６】
本発明によるＬＥＤ光源では、ＬＥＤ負荷及び制御ストリングを通る電流は、電流検知回路を用いて及び電圧検知回路を用いて制御される。これら２つの制御メカニズムの組合せは、調光範囲全体に亘り制御ストリングと通る電流の優れた制御を提供することが分かった。
【００１７】
本発明によるＬＥＤ光源の実施形態について良好な結果が得られた。ここで、前記制御ストリング内の前記インピーダンスは、１番目の制御ストリングに含まれるトランジスタと前記整流器の前記第２の出力端子との間に結合される直列構成に含まれる。このように、ＬＥＤ負荷及び制御ストリングを通る電流の効率的な制御が可能であり、同時に制御回路は非常に簡易である。
【００１８】
本発明によるＬＥＤ光源の実施形態について良好な結果が得られた。ここで、電圧検知回路の各々は更なるスイッチを有する。
【００１９】
本発明によるＬＥＤ光源の実施形態について良好な結果が得られた。ここで、前記電流検知回路は、Ｎ−１個の電流検知回路を有し、ｎ番目の電流検知回路は、前記トランジスタ及び（ｎ＋１）番目の制御ストリングに含まれるインピーダンスに結合され、最初のｎ個の制御ストリングに含まれるトランジスタの制御電極に結合され、１≦ｎ≦Ｎ−１である。望ましくは、前記電圧検知回路に含まれる更なるトランジスタは、Ｎ−１個の電流検知回路の一部も形成する。
【００２０】
本発明によるＬＥＤ光源の好適な実施形態では、前記全体電流制御回路は、前記整流低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が増大するとき前記電流の瞬間値が減少し、及び前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が減少するとき前記電流の瞬間値が増大するよう、周波数２ｆで前記ＬＥＤ負荷を通る電流を変調する変調器を有する。上述のように、ＬＥＤ負荷を通る電流を制御する幾つかの方法は、導通するＬＥＤ負荷の数が増大するとき、電流を増大させる。言い換えると、多くのＬＥＤ負荷が電流を伝導するほど、この電流が大きくなる。実際には、光フリッカを低減するために、逆のことが要求される。全体電流制御回路を介して、ＬＥＤ負荷を通る電流を変調することにより、相電流スタック制御の電流増大効果の影響が弱められる。
【００２１】
本発明によるＬＥＤ光源の調光は、例えば、全体電流制御回路を介して制御ストリングに含まれるトランジスタの制御電極に現れる電圧を調整することにより為される。
【００２２】
この調光方法は、前記ＬＥＤ光源が、前記整流器の前記出力端子間に結合されるスイッチとキャパシタとの直列構成と、前記低周波数ＡＣ供給電圧が基準値より下に降下した場合に前記スイッチを導通させる制御回路と、を有する場合に特に効果的である。
【００２３】
キャパシタは、ＬＥＤ負荷の供給電圧が決してゼロまで降下しないこと、及び少なくとも一部のＬＥＤ負荷が常に電流を伝達することを保証する。この電流の大きさは、全体電流制御回路を介して制御ストリングに含まれるトランジスタの制御電極に現れる電圧を調整することにより調整される。より詳細には、前記ＬＥＤ光源が位相カット調光器と共に用いられる場合、前記全体電流制御回路は、前記位相カット調光器の調整位相角に依存して前記制御可能な電流レギュレータ内のトランジスタの制御電極における電圧を調整する回路を有しても良い。このように、ＬＥＤ光源の位相カット調光器との互換性が効果的な方法で実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明によるＬＥＤ光源の実施形態は、図面を参照して更に議論される。
【図１】本発明のＬＥＤ光源の一実施形態を示す。
【図２】本発明のＬＥＤ光源の別の実施形態を示す。
【図３】図１に示す実施形態においてＬＥＤ負荷を流れる電流の変調を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１で、Ｋ１及びＫ２は、それぞれ、欧州又は米国の本線電圧のような、周波数ｆを有する低周波数ＡＣ供給電圧を供給する供給電圧源に接続するための第１及び第２の入力端子である。回路部分Ｉは、低周波数ＡＣ供給電圧を整流する整流器である。
【００２６】
整流器の出力端子は、キャパシタＣ１とスイッチＳとの直列構成により接続される。
【００２７】
ＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３、ＬＬ４、トランジスタＳ４及び抵抗器Ｒｓは、整流器の第１及び第２の出力端子間に結合されるＮ個のＬＥＤ負荷を有する直列構成を共に形成する。トランジスタＳ１は、抵抗器Ｒｅ１と共に、第１の制御ストリングを形成する。同様に、トランジスタＳ２及び抵抗器Ｒｅ２は第２の制御ストリングを形成し、トランジスタＳ３及び抵抗器Ｒｅ３は第３の制御ストリングを形成し、トランジスタＳ４及び抵抗器Ｒｓは第４の制御ストリングを形成する。
【００２８】
トランジスタは、例えば、ユニポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、ダーリントントランジスタ、又はＭＯＳＦＥＴであり得る。各制御ストリングは、個々のＬＥＤ負荷のカソードと整流器の第２の出力端子との間に結合される。
【００２９】
Ｒｅ１−Ｒｅ３は、抵抗器Ｒｓと共に、トランジスタＳ１と整流器の第２の出力端子との間に結合された直列構成に含まれる。トランジスタＱ１は、抵抗器Ｒ１’及びＲ１’’と共に、ＬＥＤ負荷ＬＬ２のカソードとトランジスタＳ１の制御電極との間に結合される電圧検知回路を形成する。抵抗器Ｒ１’及びＲ１’’は、ＬＥＤ負荷ＬＬ２のカソードと抵抗器Ｒｅ１及びＲｅ２の共通端子との間に接続される直列構成を形成する。トランジスタＱ１は、バイポーラトランジスタとして実装される。Ｑ１のベース電極は、抵抗器Ｒ１’及びＲ１’’の共通端子に接続される。一方、コレクタはトランジスタＳ１の制御電極に接続され、エミッタは抵抗器Ｒｅ１及びＲｅ２の共通端子に接続される。同様に、トランジスタＱ２は、抵抗器Ｒ２’及びＲ２’’と共に、ＬＥＤ負荷ＬＬ３のカソードとトランジスタＳ２の制御電極との間に結合される電圧検知回路を形成し、トランジスタＱ３は、抵抗器Ｒ３’及びＲ３’’と共に、ＬＥＤ負荷ＬＬ４のカソードとトランジスタＳ３の制御電極との間に結合される電圧検知回路を形成する。
【００３０】
回路部分ＩＩは、それぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を介してトランジスタＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の制御電極に結合される全体電流制御回路である。制御ストリング、電圧検知回路、及び全体電流制御回路は、低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が増大するとき該瞬間値に依存して、１個ずつ続けてＬＥＤ負荷に電流を伝導させ、低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が減少するとき該瞬間値に依存して、１個ずつ続けてＬＥＤ負荷が電流を伝導するのを停止する制御回路を共に形成する。
【００３１】
図１に示すＬＥＤ光源の動作は、次の通りである。整流器の入力端子が低周波数ＡＣ供給電圧を供給する供給電圧源に接続されるとき、周波数２ｆを有する整流ＡＣ電圧が、整流器の出力端子間に現れる。スイッチＳは、整流ＡＣ電圧の瞬間値が高いとき、キャパシタＣ１が充電されるように、及び整流ＡＣ電圧の瞬間値が単一のＬＥＤ負荷に電流を伝導させるには低過ぎるとき、該キャパシタが「充填時間（fill  in  time）」中、供給電圧源として機能するよう制御される。本実施形態の回路は、キャパシタＣ１にかかる電圧が４個全てのＬＥＤ負荷を通じて電流を流すために十分高いよう大きさを定められる。整流ＡＣ電圧の瞬間値が０ボルトから増大し、第１のＬＥＤ負荷ＬＬ１の順方向電圧より高い値に達するとき、スイッチＳは非導通になり、ＬＥＤ負荷ＬＬ１と、トランジスタＳ１と、抵抗器Ｒｅ１、Ｒｅ２、Ｒｅ３及びＲｓの直列構成とを通じて電流が流れ始めるこの電流の瞬間値は、全体電流制御回路により生成されるトランジスタＳ１の制御電極に現れる電圧により決定される。整流電圧の瞬間値が、ＬＥＤ負荷ＬＬ１及びＬＬ２の順方向電圧の和より更に増大すると、ＬＥＤ負荷ＬＬ１及びＬＬ２、トランジスタＳ２並びに抵抗器Ｒｅ２、Ｒｅ３及びＲｓの直列構成を通じて電流が流れ始める。トランジスタＳ２の制御電極の電圧は、トランジスタＳ１の制御電極の電圧と等しい。これは、両方の電圧が全体電流制御回路により制御されるからである。上述のように、トランジスタＳ１及びトランジスタＳ２の両方が導電性であると仮定するとき、トランジスタＳ１及び抵抗器Ｒｅ１の共通端子の電圧は、トランジスタＳ２及び抵抗器Ｒｅ２の共通端子の電圧とほぼ等しい。これは、これらの電圧の各々が、導通しているベース／エミッタ接合に渡る電圧だけ、つまり約０．７ボルトだけ、制御電極に現れる電圧と異なるからである。これは、抵抗器Ｒｅ１の各側の電圧がほぼ等しく、したがって抵抗器Ｒｅ１に渡る電圧降下がほぼゼロであることを意味する。言い換えると、Ｒｅ１を通る電流は、したがってトランジスタＳ１を通る電流も、大幅に減少する。抵抗器Ｒｅ１に渡る電圧が正確にゼロではないという事実は、主に、トランジスタの特性のばらつき、及びストリング内の電流比に起因する。例えば、Ｓ１及びＳ２のベース−エミッタ電圧降下は僅かに異なっても良い。上述のように、減少係数は、第２の制御ストリング内の電流及びＲｅ１の値に更に依存する。
【００３２】
制御ストリングにより伝達される電流を減少するこのメカニズムは、「ピンチオフ（pinching  off）」と称される。このピンチオフは、２個の制御ストリングが同時に相当量の電流を伝導する状況を防ぎ、それにより高いワット損を防ぐ。整流電圧の瞬間値が更に増大するとき、ＬＥＤ負荷ＬＬ３及びＬＥＤ負荷ＬＬ４は続けて導通する。また、ピンチオフメカニズムは、ＬＥＤ負荷ＬＬ３及び抵抗器Ｓ３が導通し始めると、トランジスタＳ２及び抵抗器Ｒｅ２を通る電流を減少させ、ＬＥＤ負荷ＬＬ４及び抵抗器Ｓ４が導通し始めると、トランジスタＳ３及び抵抗器Ｒｅ３を通る電流を減少させる。しかしながら、調光動作中、ＬＥＤ負荷を通じて流れる電流が非常に低いとき、ピンチオフメカニズムは頼りにならない。言い換えると、制御ストリング内の電流の減少は、次の制御ストリングが導通し始めるとき、小さい係数だけであり、電力効率は低減する。このため、図１の実施形態は、制御ストリングを通じる電流の流れを制御するために追加電圧検知回路を備える。これらの電圧検知回路は次のように動作する。例えばＬＥＤ負荷ＬＬ２が導通しているとき、ＬＥＤ負荷ＬＬ２のカソードの電圧は比較的高い。その結果、抵抗器Ｒ１’’に渡る電圧も高く、トランジスタＱ１は導電性になり、したがってトランジスタＳ１は非導電性になる。同様に、ＬＥＤ負荷ＬＬ３が導通し始めるとトランジスタＳ２は非導通になり、ＬＥＤ負荷ＬＬ４が導通し始めるとトランジスタＳ３は非導通になる。
【００３３】
整流電圧の瞬間値が最大値に達し減少し始めると、ピンチオフメカニズムと電圧検知回路の両方は、整流電圧の瞬間値が増大するときに電流を伝達した順序と逆の順序で、制御ストリングが電流を伝導することを保証する。また、整流電圧の瞬間値が減少している間、常に１つの制御ストリングのみが電流を伝導する。整流ＡＣ電圧の瞬間値が単一のＬＥＤ負荷に電流を伝導させるには低すぎる値まで減少する直前に、スイッチＳは再び導通にされ、キャパシタＣ１が一時的供給電圧源として機能できるようにする。
【００３４】
ピンチオフメカニズムと電圧検知回路の両方が制御ストリングを通じる電流の流れを制御するので、ＬＥＤ光源が調光動作中のときも、この制御は非常に信頼できることが分かり、光フリッカ及びワット損が回避された。図１に示すＬＥＤ光源の調光は、全体電流制御回路を介してトランジスタＳ１〜Ｓ４の制御電極に現れる電圧を調整することにより達成できる。
【００３５】
図２では、図１に示した同様のコンポーネント及び回路部分に対応するコンポーネント及び回路部分は、同じ参照符号を付される。図２に示す実施形態は、図１と同様に、４個の制御ストリングを有し、各制御ストリングはトランジスタ（Ｓ１−Ｓ４）及び抵抗器を有するしかしながら、図２に示す実施形態では、抵抗器はＲｓ１−Ｒｓ４を付され、直列に配置されないが、それぞれトランジスタＳ１−Ｓ４と整流器Ｉの第２の出力端子との間に結合される。電圧検知回路は、図１に示す実施形態の電圧検知回路と同じである。全体電流制御回路ＩＩ、整流器Ｉ及びＬＥＤ負荷ＬＬ１−ＬＬ４についても同じである。第１の電流検知回路は、ダイオードＤ１、抵抗器ＲＣＳ１及びトランジスタＱ１により形成される。ダイオードＤ１及び抵抗器ＲＣＳ１は、トランジスタＳ２及び抵抗器Ｒｓ２の共通端子とトランジスタＱ１の制御電極との間に直列に結合される。第２の電流検知回路は、ダイオードＤ２、抵抗器ＲＣＳ２及びＲＣＳ２’並びにトランジスタＱ２により形成される。ダイオードＤ２及び抵抗器ＲＣＳ２は、トランジスタＳ３及び抵抗器Ｒｓ３の共通端子とトランジスタＱ２の制御電極との間に直列に結合される。ダイオードＤ２及び抵抗器ＲＣＳ２’は、トランジスタＳ３及び抵抗器Ｒｓ３の共通端子とトランジスタＱ１の制御電極との間に直列に結合される。第３の電流検知回路は、ダイオードＤ３、抵抗器ＲＣＳ３、ＲＣＳ３’及びＲＣＳ３’’並びにトランジスタＱ３により形成される。’ダイオードＤ３及び抵抗器ＲＣＳ３の直列構成は、トランジスタＳ４及び抵抗器Ｒｓ４の共通端子とトランジスタＱ３の制御電極との間に直列に結合される。ダイオードＤ３及び抵抗器ＲＣＳ３’の直列構成は、トランジスタＳ４及び抵抗器Ｒｓ４の共通端子とトランジスタＱ２の制御電極との間に結合され、ダイオードＤ３及び抵抗器ＲＣＳ３’’の直列構成は、トランジスタＳ４及び抵抗器Ｒｓ４の共通端子とトランジスタＱ１の制御電極との間に結合される。
【００３６】
留意すべきことに、本実施形態では、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、電圧検知回路の一部であり、電流検知回路の一部でもある。
【００３７】
図２の実施形態の動作は、次の通りである。
【００３８】
図２の実施形態の大部分の回路部分は、図１に示す実施形態と同様に機能する。図１の実施形態に含まれない回路部分は、電流検知回路のみであり、次のように動作する。低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が増大し、ＬＥＤ負荷ＬＬ２及び第２の制御ストリングが電流を伝導し始めると、抵抗器Ｒｓ４に渡る電圧は増大し、ダイオードＤ１及び抵抗器ＲＣＳ１を介して、トランジスタＱ１はオンに切り替えられ、したがってトランジスタＳ１はオフに切り替えられ、第１の制御ストリングはもはや電流を伝達しない。低周波数ＡＣ電圧の瞬間値の更なる増大により、ＬＥＤ負荷ＬＬ３及び第３の制御ストリングが電流を伝導し始めると、抵抗器Ｒｓ３に渡る電圧は増大し、ダイオードＤ２及び抵抗器ＲＣＳ２を介して、トランジスタＱ２は導電性にされ、したがってトランジスタＳ２はオフに切り替えられ、第２の制御ストリングはもはや電流を伝達しない。さらに、ダイオードＤ２及び抵抗器ＲＣＳ２’を介して、トランジスタＱ１は導電性に維持され、したがって第１の制御ストリングは非導電性のままである。低周波数ＡＣ電圧の瞬間値の更なる増大に起因して、ＬＥＤ負荷ＬＬ４及び第４の制御ストリングが電流を伝導し始めると、抵抗器Ｒｓ４に渡る電圧は増大し、ダイオードＤ３及び抵抗器ＲＣＳ３を介して、トランジスタＱ３はオンに切り替えられ、したがってトランジスタＳ３はオフに切り替えられ、第３の制御ストリングはもはや電流を伝達しない。さらに、ダイオードＤ３及び抵抗器ＲＣＳ３’を介して、トランジスタＱ２は導電性に維持され、ダイオードＤ３及び抵抗器ＲＣＳ３’’を介して、トランジスタＱ１も導電性に維持されるので、第１の制御ストリング及び第２の制御ストリングは非導電性のままである。
【００３９】
低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が減少し始めると、第４のＬＥＤ負荷ＬＬ４及び第４の制御ストリングは電流の伝導を停止し、第３、第２及び第１の制御ストリングは続けて導電性にされ、上述のサイクルが逆にされる。常に、制御ストリングを通る電流は、電圧検知回路及び電流検知回路の両者を介して制御される。まら、図２に示す実施形態の場合には、これは、非常に信頼できる制御をもたらし、それにより調光動作の場合にも光フリッカ及びワット損が回避される。
【００４０】
図１に示す実施形態では、更なるＬＥＤ負荷及び更なる制御ストリングが導電性になると、ＬＥＤ負荷を通る電流の電流経路中の抵抗器の数は１だけ減少し、したがって電流の瞬間値がいくらか増大する。
【００４１】
言い換えると、多くのＬＥＤ負荷が電流を伝導するほど、この電流が大きくなる。実際に、光フリッカを低減するために、逆のことが要求される。全体電流制御回路により生成される電圧の調節を通じて、電流を伝導するＬＥＤ負荷の量が増加するときＬＥＤ負荷を通る電流を減少させることにより、電流スタックにより引き起こされるＬＥＤ負荷を通る電流の増大の影響を弱めることが可能である。この目的のため、全体電流制御回路は変調器を有する。
【００４２】
図３は、整流低周波数ＡＣ供給電圧の形状、及びトランジスタＳ１〜Ｓ４の制御電極に現れる全体電流制御回路により生成される電圧の形状を示す。（ａ）は変調がないので、電圧が一定の場合である。（ｂ）は段階的変調がある場合である。（ｃ）は滑らかな変調がある場合である。後者２つの場合に、変調周波数は２ｆであり、変調は整流ＡＣ電圧と同相である。また、変調は、整流ＡＣ電圧が減少するときトランジスタの制御電極の電圧が増大するように、及び整流ＡＣ電圧が増大するときトランジスタの制御電極の電圧が減少するように行われることが分かる。例外は、充填時間中の電圧である。上述のように、図１に示す実施形態の場合には、充填時間中、キャパシタＣ１は４個全てのＬＥＤ負荷に給電する。したがって、充填時間中、全体電流制御回路により生成される電圧は、整流ＡＣ電圧が非常に高いときと同じ値を有する。
【００４３】
変調の深さは、光出力フリッカ及び力率に影響を与える。これは、ＬＥＤ負荷の数及びＬＥＤ負荷電圧等のようなパラメータのに依存して全体的に設計される。これは、電流スタックを完全に補償するために、又は電流スタックを過補償するために選択できるので、ＬＥＤ電流は、３個又は４個のＬＥＤ負荷が電流を伝導するときより、単一のＬＥＤ負荷のみが電流を伝達するときの方が高い。
【図１】
2014519687.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年12月11日(2013.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−周波数ｆを有する低周波数ＡＣ供給電圧を供給する供給電圧源に結合する第１の入力端子及び第２の入力端子と、
−前記入力端子に結合され、前記低周波数ＡＣ供給電圧を整流する整流器と、
−Ｎ個のＬＥＤ負荷を有する直列構成であって、前記力列構成の第１及び第２の端子は、前記整流器の第１の出力端子及び第２の出力端子に結合される、直列構成と、
−前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が増大するとき、該瞬間値に依存して前記ＬＥＤ負荷に１個ずつ続けて順次電流を伝導させ、前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が減少するとき、該瞬間値に依存して前記ＬＥＤ負荷に１個ずつ続けて電流を伝導するのを停止させる制御回路と、
を有し、前記制御回路は、
−Ｎ個の制御ストリングであって、各制御ストリングは制御可能な電流レギュレータを有し、各制御可能な電流レギュレータはＬＥＤ負荷のカソードと前記整流器の前記第２の出力端子との間に結合される、Ｎ個の制御ストリングと、
−最後のＮ−１個の制御ストリング内の電流を検知し、１≦ｎ≦Ｎ−１として（ｎ＋１）番目の制御ストリングが電流を伝導しているとき最初のｎ個の制御ストリング内の電流を減少させる電流検知回路と、
−（ｎ＋１）番目のＬＥＤ負荷のカソードとｎ番目の制御ストリングに含まれる制御可能な電流レギュレータとの間に結合され、（ｎ＋１）番目の制御ストリングに渡る電圧が基準値より高いとき、ｎ番目の制御ストリングを非導通にする、１≦ｎ≦Ｎ−１である、Ｎ−１個の電圧検知回路と、
−前記制御可能な電流レギュレータに結合され、前記制御ストリングを通る電流の瞬間値を制御する全体電流制御回路と、
を有し、
−各制御可能な電流レギュレータは、トランジスタと少なくとも１つのインピーダンスとの直列構成を有し、
−各制御可能な電流レギュレータは、如何なる他の制御可能な電流レギュレータにも含まれないインピーダンスを有し、
−前記全体電流制御回路及び前記電圧検知回路は、前記制御可能な電流レギュレータに含まれるトランジスタの制御電極に結合される、ＬＥＤ光源。
【請求項２】
前記制御ストリング内の前記インピーダンスは、１番目の制御ストリングに含まれるトランジスタと前記整流器の前記第２の出力端子との間に結合される導電性経路に含まれる、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項３】
前記電圧検知回路の各々は、更なるトランジスタを含む、請求項１又は２に記載のＬＥＤ光源。
【請求項４】
前記電流検知回路は、Ｎ−１個の電流検知回路を有し、ｎ番目の電流検知回路は、前記トランジスタ及び（ｎ＋１）番目の制御ストリングに含まれるインピーダンスに結合され、最初のｎ個の制御ストリングに含まれるトランジスタの制御電極に結合され、１≦ｎ≦Ｎ−１である、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項５】
前記電圧検知回路に含まれる前記更なるトランジスタは、前記Ｎ−１個の電流検知回路の一部を形成する、請求項３又は４に記載のＬＥＤ光源。
【請求項６】
前記全体電流制御回路は、前記整流低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が増大するとき前記電流の瞬間値が減少し、及び前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が減少するとき前記電流の瞬間値が増大するよう、周波数２ｆで前記ＬＥＤ負荷を通る電流を変調する変調器を有する、請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項７】
前記ＬＥＤ光源は、前記全体電流制御回路を介して前記制御可能な電流レギュレータ内のトランジスタの制御電極の電圧を調整することにより、調光可能である、請求項１乃至６のいずれか一項以上に記載のＬＥＤ光源。
【請求項８】
前記ＬＥＤ光源は、前記整流器の前記出力端子間に結合されるスイッチとキャパシタとの直列構成と、前記低周波数ＡＣ供給電圧が基準値より下に降下した場合に前記スイッチを導通させる制御回路と、を有する請求項７に記載のＬＥＤ光源。
【請求項９】
前記ＬＥＤ光源は、位相カット調光器との動作に適し、前記全体電流制御回路は、前記位相カット調光器の調整位相角に依存して前記制御可能な電流レギュレータ内のトランジスタの制御電極における電圧を調整する回路を有する、請求項７又は８に記載のＬＥＤ光源。
【請求項１０】
ＬＥＤ光源に給電する方法であって、前記方法は、
−周波数ｆを有する低周波数ＡＣ供給電圧を供給する供給電圧源を設けるステップと、
−前記低周波数ＡＣ供給電圧を整流するステップと、
−Ｎ個のＬＥＤ負荷の直列構成に前記の整流低周波数ＡＣ供給電圧を供給するステップと、
−前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が増大するとき前記瞬間値に依存して１個ずつ続けて前記ＬＥＤ負荷に電流を導通させ、前記低周波数ＡＣ供給電圧の瞬間値が減少するとき前記瞬間値に依存して１個ずつ続けて前記ＬＥＤ負荷に電流を導通するのを停止させるステップであって、
−トランジスタ及びインピーダンスの直列構成を有し、ＬＥＤ負荷のカソードと前記整流器の前記第２の出力端子との間に結合されるＮ個の制御ストリングを設けるステップと、
−前記制御ストリングに渡る電圧を検知し、（ｎ＋１）番目の制御ストリングに渡る電圧が基準値より高いとき、ｎ番目の制御ストリング内のトランジスタを非導通にし、１≦ｎ≦Ｎ−１である、ステップと、
−最後のＮ−１個の制御ストリングの電流を検知し、（ｎ＋１）番目の制御ストリングが電流を伝導しているとき、最初のｎ個の制御ストリング内の電流を減少させ、１≦ｎ≦Ｎ−１である、ステップと、
−前記制御ストリングに含まれるトランジスタの制御電極の電圧を制御することにより、前記制御ストリングを通る電流の瞬間値を制御するステップと、
による、ステップと、
を有する方法。
【国際調査報告】
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2014519687.tif 000009
2014519687.tif 000010
2014519687.tif 000011
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