(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤのために電力を供給するシステムであって、
前記ＬＥＤへの電流を検出し、検出電流信号を生成する電流検出素子と、
基準電流信号を生成する手段と、
前記検出電流信号を前記基準電流信号と比較し、フィードバック信号を生成する比較手段と、
前記フィードバック信号に応じて電力を変換し、前記ＬＥＤに電流を供給する電力変換手段と、
前記ＬＥＤに印加される電圧に基づいて、前記電力変換手段から前記ＬＥＤに供給される電流を制限するように、前記検出電流信号を変化させる電流制限手段と、
を有し、
前記電流制限手段は、前記ＬＥＤに供給される電圧が所定の値を超える場合に、前記電流検出素子を流れる前記検出電流信号を増大させる回路である、システム。
【請求項２】
前記回路は、第１のツェナーダイオード回路であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電力変換手段が、
前記フィードバック信号に応答し、ゲートドライブ信号を生成するＰＦＣと、
前記ゲートドライブ信号に応じてトランスに流れる電流を調整するトランス制御信号を生成するトランス調整手段と、
前記トランス制御信号に応答し、前記ＬＥＤに電流を供給するフライバックトランス巻線と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記トランス調整手段が、トランジスタ、ＭＯＳ電界効果トランジスタ、ＩＧＢＴ及びバイポーラトランジスタから成るグループから選択されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記比較手段が、比例型オペアンプ制御回路であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記電力変換手段から前記比較手段を絶縁する絶縁手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記絶縁手段がオプトカプラであることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記基準電流信号生成手段が第２のツェナーダイオード回路に給電するフォワードコンバータトランスであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のツェナーダイオード回路は、前記検出電流信号とは独立に、前記ＬＥＤに供給される電圧を前記所定の値にクランプする、請求項２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示の技術分野は、電源に関し、とりわけＬＥＤ用の電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の技術においては著しい進歩がなされている。１０乃至１５ルーメン／ワットを生成する白色光ＬＥＤが市販されている。これは、白熱電球の性能に匹敵する。更に、ＬＥＤは、より長い動作寿命、耐衝撃性／耐振動性、及びＬＥＤの大きさが小さいための設計の融通性などの他の利点を供給する。このため、白色光ＬＥＤは、サイネージ照明(signage lighting)、アクセント照明(accenting lighting)及び通路照明(pathway lighting)などの照明アプリケーションのための従来の白熱光源に取って代わっている。白色ＬＥＤは、特定の効果のために単独で又はカラーＬＥＤと共に用いられ得る。
【０００３】
白色光ＬＥＤシステム用の既存の電源は、図１に示されているように、整流器／フィルタ及び限流抵抗器に給電する、絶縁及び電圧の整合のための線路周波数トランス(line frequency transformer)から成る。整流器／フィルタは、降圧された線路交流電圧(stepped down line ac voltage)を直流電圧に変換する。限流抵抗器は、線路電圧における変動に対してＬＥＤ電流を調整する。線路周波数トランスの使用は電源を嵩張るもの(bulky)にする。限流抵抗器は、電源を非効率にする電力損をもたらす。更に、電流調整は、異なるＬＥＤの列の長さ（LED string lengths）（直列に接続されたＬＥＤ）に対して異なり、正確でない。効率及び電流調整(current regulation)は、特定の光源における固定数のＬＥＤに対しては最適化され得るが、その場合に、この電源はこの特定の光源に対してしか適さないであろう。それ故、現在利用可能な電源は、異なる数の（例えば直列接続における１つ以上の）ＬＥＤを備える光源を良好な調整及び効率を伴って駆動することは出来ない。
【０００４】
ＬＥＤの電気的な特性は、ＬＥＤランプに加えられる電圧における小さな変化がかなりの電流の変化をもたらすような特性である。更に、周囲の温度変化もまた、ＬＥＤの両端間の順方向電圧降下(forward drop)を変化させることによりＬＥＤ電流の変化をもたらすであろう。更に、ＬＥＤのルーメン出力はＬＥＤ電流に依存する。既存のＬＥＤ光源用の電源は、入力交流電圧の変動及び周囲の温度のための光度の変動を防止するようＬＥＤ電流を正確に調整するようには設計されていない。長時間の過大な順方向電流でのＬＥＤランプの動作は、受け入れがたい光度の変動、及び破局的な故障さえもたらし得る。更に、電流電源は、エネルギ節減を最大化するように電力消費を最小化しない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の不利な点を克服するであろうＬＥＤ用の電源を持つことは望ましいであろう。
【０００６】
本発明の或る特徴は、良好な調整及び効率を備えるＬＥＤ光源用の電源を供給する。
【０００７】
本発明の別の特徴は、可変数のＬＥＤを駆動することが可能なＬＥＤ光源用の電源を供給する。
【０００８】
本発明の別の特徴は、新世代の高出力ＬＥＤに適応することが可能なＬＥＤ光源用の電源を供給する。
【０００９】
本発明の別の特徴は、小さなサイズ及び軽い重量のＬＥＤ光源用の電源を供給する。
【００１０】
本発明の別の特徴は、開回路(open circuit)及び回路の不具合(circuit malfunction)から保護するＬＥＤ光源用の電源を供給する。
【００１１】
本発明の別の特徴は、過大な順方向電流でのＬＥＤランプの動作を回避するＬＥＤ光源用の電源を供給する。
【００１２】
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、添付図面と共に読まれる現在好ましい実施例の以下の詳細な説明から更に明らかになるであろう。この詳細な説明及び図面は、添付されている特許請求の範囲及び該特許請求の範囲と同等のものによって規定されている本発明の範囲を制限するものではなく、本発明の単なる例示に過ぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のＬＥＤ光源用の電源は、直列又は並列に配線された可変数のＬＥＤに電力を供給する。この電源は、ＬＥＤへの電力を調整するために電流フィードバックを使用し、開回路及び回路の不具合に対する保護を供給する。
【００１４】
図２は、本発明に基づいて作成されたＬＥＤ光源用の電源のブロック図を示している。単相交流入力が、ブロック１００において供給され、交流／直流変換器１０２によって直流に変換される。電力変換器１０４はＬＥＤ１０６への電力を調整する。電力変換器１０４は、比較器１０８において生成される電流誤差を表わすフィードバック信号に基づいてＬＥＤへの電力を調節する。電流センサ１１０は、ＬＥＤ１０６への電流の流れ(current flow)を測定し、検出電流信号を供給する。図２に図示されている実施例において、電流制限器１１２は、電流センサ１１０からの検出電流信号を制限し、電力変換器１０４への大き過ぎるフィードバック信号を防ぐ。他の実施例において、電流制限器１１２は、省かれ得る、又は直接的にフィードバック信号を制限するために比較器１０８と電力変換器１０４との間に取り付けられ得る。電流制限器１１２の出力は、比較器１０８において基準電流１１４と比較され、比較器１０８は、電流制限器の出力と基準電流１１４との間の差に基づいてフィードバック信号を供給する。フィードバック信号は、電力変換器１０４への入力である。
【００１５】
図３は、本発明に基づいて作成されたＬＥＤ光源用の電源の概略図を示している。この電源は、可変数のＬＥＤ光源に電力を供給するために力率補正器(power factor corrector)を介する電流フィードバックを備えるフライバックトランスを用いる。
【００１６】
ＥＭＩフィルタ１２０に対するVINにおける電源に電圧が供給される。この電圧は、交流入力であることができ、典型的には120/230VRMSにおいて50/60ヘルツである。ＥＭＩフィルタ１２０は、入力における電磁干渉を阻止する。交流／直流変換器１２２は、ブリッジ整流器であることができ、ＥＭＩフィルタ１２０の交流出力を直流に変換する。トランス１２４は、一次巻線Ｗ１と、二次巻線Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４及びＷ５とを有する。巻線Ｗ１／Ｗ２は、ＬＥＤ１２６に電力を供給するためにフライバックトランスを構成する。ＬＥＤ１２６は、照明又は信号などの特定のアプリケーションに依存して白色ＬＥＤ又はカラーＬＥＤであり得る。ＬＥＤ１２６は、望みどおりに、直列若しくは並列に接続される多数のＬＥＤ、又は直列回路と並列回路との組み合わせであり得る。フライバックトランスは、ＳＴマイクロエレクトロニクス株式会社によって製造されているモデルL6561などの力率補正器の集積回路であるＰＦＣ１２８によって制御される。力率補正器の構成を備えるフライバックトランスは、絶縁された固定電圧の直流電源に高線路力率(high line power factor)を供給するために広く用いられている。
【００１７】
フライバックコンバータは、ＬＥＤ１２６への電流を所望の値に制御する。巻線Ｗ１／Ｗ３のフォワードコンバータ動作はコンデンサＣ３を充電し、基準電流信号が直列の抵抗器Ｒ４とツェナーダイオードＺ２との間に生成される。コンデンサＣ３の両端間のピーク電圧はＷ１／Ｗ３の巻数比に依存する。ＬＥＤ１２６の両端間の出力直流電圧が１つのＬＥＤランプのための直流の2.6ボルトから直列の８個のＬＥＤのための直流の約32ボルトまでの広い範囲を持ち得ることから、巻線Ｗ１／Ｗ２のフライバック動作からの出力直流電圧は、基準電流信号を生成するためには用いられ得ない。その代わりに、巻線Ｗ１／Ｗ３のフォワードコンバータ動作が用いられ得る。Ｗ１／Ｗ３及びＷ１／Ｗ５の巻線のフォワードコンバータ動作はまた、ＰＦＣ１２８及び電流制御器１３０などの集積回路に電力を供給するために用いられ得る。
【００１８】
検出電流信号は、ＬＥＤ１２６と直列である抵抗器Ｒ１の両端間に生成される。検出電流信号と基準電流信号とは電流制御器１３０において比較される。電流制御器１３０は、比例型オペアンプ制御回路(proportional type op-amp control circuit)であり得る。電流制御器１３０からのフィードバック信号はオプトカプラ(optocoupler)１３２を駆動する。電流制御器１３０は、オプトカプラが広範囲の電流伝達率 (CTR)を持つことから必要である。電流制御器１３０は、正確な電流フィードバック信号を維持し、それにより、ＬＥＤ電流における大きな誤差を回避する。オプトカプラ１３２は、ＥＭＩフィルタ１２０における交流回路電源からＬＥＤ１２６に給電する直流回路を絶縁し、これら２つの回路はトランス１２４の反対側にある。
【００１９】
オプトカプラ１３２はＰＦＣ１２８に接続され、ＰＦＣ１２８はＭＯＳ電界効果トランジスタＱ１にゲートドライブ信号を供給する。ＭＯＳ電界効果トランジスタＱ１は、トランス制御信号を供給し、電流制御器１３０において検出電流信号と基準電流信号とが等しくなるまでＬＥＤ１２６の電流需要(current demand)を整合するようトランス１２４の巻線Ｗ１を通る電流の流れを調節するので、フィードバック誤差信号は零になる。このＬＥＤの電流需要は満たされるので、他の動作は必要とされない。ＰＦＣ１２８の内部補償回路及び内部2.5V基準信号は、抵抗器Ｒ６の両端間の電圧降下を2.5Vに維持する。この例は、トランスの電流を調節するためにＭＯＳ電界効果トランジスタＱ１を用いているが、別の実施例は、この電流を調節するために、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ(IGBT)又はバイポーラトランジスタなどの他のタイプのトランジスタを用い得る。ZCDにおけるＰＦＣ１２８への入力は、巻線Ｗ１／Ｗ４から電力を供給されるリセット信号を供給する。
【００２０】
図３を参照すると、ツェナーダイオードＺ１が、ＬＥＤ１２６のための過電圧保護を供給している。ツェナーダイオードＺ１は、ＬＥＤ１２６に対する出力接続部の両端間に接続し、出力電圧を指定された最大値までにクランプする。公称ツェナ動作電圧は、指定された最大出力電圧をほんの少し上回るように選択される。出力開回路の場合には、トランス１２４の巻線Ｗ１／Ｗ２のフライバック動作は、出力電圧を増大させ続けるであろう。増大する出力電圧は、ツェナーダイオードＺ１をオン状態にし、それにより、検出電流信号を増大させ、検出電流信号は、電流制御器１３０からのフィードバック信号を制限する。これは、ＭＯＳ電界効果トランジスタＱ１へのゲートドライブ信号を制限し、フライバックコンバータがＬＥＤ１２６への出力電圧を指定された最大電圧を超えて増大させるのを防止する。同様に、図３に示されているリセット巻線Ｗ４から抵抗器Ｒ６まで接続されているツェナーダイオードＺ３は、ＬＥＤ電流制御システムの不具合のための出力過電圧を防止するであろう。別の実施例においては、ツェナーダイオードＺ１若しくはツェナーダイオードＺ３のいずれか、又はツェナーダイオードＺ１及びツェナーダイオードＺ３の両方が、特定のアプリケーションのために必要とされる保護の程度に依存して省かれ得る。
【００２１】
図３は、本発明の特定のアプリケーション及び実施例を図示しており、本開示の範囲又は特許請求の範囲を図３に呈示されている範囲に限定することを目的としていないことに留意することが重要である。本明細書を読み、本明細書の図面を調べることにより、本発明の無数の他の実施例がありうり、このような実施例は現在請求されている発明の範囲内で予想され、該範囲内に含まれることは、当業者にとってすぐに明らかになるであろう。
【００２２】
本明細書において開示されている本発明の実施例は、現在好ましいとみなされているが、本発明の精神及び範囲から外れることなしに様々な変更及び修正がなされ得る。本発明の範囲は、添付されている特許請求の範囲において示されており、同等の意味及び範囲内に入る全ての変更は特許請求の範囲内に含まれることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】既存のＬＥＤ電源のブロック図を示す。
【図２】本発明に基づいて作成されたＬＥＤ光源用の電源のブロック図を示す。
【図３】本発明に基づいて作成されたＬＥＤ光源用の電源の概略図を示す。
【図１】
0004657579.tif 000002
【図２】
0004657579.tif 000003
【図３】
0004657579.tif 000004