【手続補正書】
【提出日】平成18年6月16日(2006.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  回路装置およびその回路装置が設けられた信号灯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−制御ユニットを接続するための接続端子を有する半導体光源、
−入力フィルタ手段、
−制御回路を有するコンバータ、
−前記半導体光源を接続するための出力端子、
−非導通状態の前記制御ユニット内で発生するリーク電流を除去する、半導体制御要素を含む手段CM、
−前記手段CMを非活性化させるための自己制御式非活性化手段を作動させる回路装置において、
この回路装置が、前記コンバータの、または、それに接続されている前記半導体光源の、不正確な動作を検出する検出手段を備えていることを特徴とする回路装置。
【請求項２】
前記検出手段が、前記自己制御式非活性化手段の一部を形成することを特徴とする請求項1に記載の回路装置。
【請求項３】
前記手段CMがカットアウト要素を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の回路装置。
【請求項４】
前記カットアウト要素および前記半導体制御要素が、直列に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の回路装置。
【請求項５】
前記コンバータが正しく機能すると、前記制御半導体要素を非導通にすることによって、前記手段CMを非活性化させるための制御信号SLを生成するために、前記検出手段を、適切に使うことができることを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項６】
接続されている前記半導体光源が正確に機能しない場合に、前記制御半導体要素を導通させるコントロール信号SHを生成するために、前記検出手段を適切に使うことができることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項７】
前記制御信号SHが、前記制御信号SLを除去するように機能することを特徴とする請求項6に記載の回路装置。
【請求項８】
前記検出手段が、前記出力端子で最小電圧または最大電圧を検出するように機能することを特徴とする請求項１ないし７の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項９】
前記最小電圧を検出する前記検出手段が、前記制御信号SLを生成するように機能することを特徴とする請求項5または8に記載の回路装置。
【請求項１０】
前記最大電圧を検出する前記検出手段が、前記制御信号を生成するように機能することを特徴とする請求項6または8に記載の回路装置。
【請求項１１】
前記最大電圧を検出する前記検出手段を、前記コンバータを活性化させるための制御信号SOを生成するためにも用いることができることを特徴とする請求項8または10に記載の回路装置。
【請求項１２】
前記回路装置に、安定化低電圧電源が設けられていて、かつ前記活性状態の前記手段CMが、前記安定化低電圧電源に対する供給源を構成することを特徴とする請求項１ないし１１の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項１３】
ハウジングが設けられている半導体光源を含む信号灯において、前記信号灯に請求項１ないし１２の何れか一項に記載の回路装置が設けられていることを特徴とする信号灯。
【請求項１４】
前記回路装置に、前記信号灯の前記ハウジングと一体化されているハウジングが設けられていることを特徴とする請求項13に記載の信号灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、
−制御ユニットを接続するための接続端子を有する半導体光源、
−入力フィルタ手段、
−制御回路を有するコンバータ、
−前記半導体光源を接続するための出力端子、
−非導通状態の前記制御ユニット内で発生するリーク電流を除去する、半導体制御要素を含む手段CM、
−前記手段CMを非活性化させるための自己制御式非活性化手段を作動させる回路装置に関する。本発明は、このような回路装置を備えている信号灯にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
第一段落において言及したタイプの回路装置は、米国特許第5,661,645号に記載されている。半導体光源は、信号灯としてその使用が増大している。この種の用途の場合、半導体光源は、通常の白熱電球に比べて当該白熱電球よりはるかに長い有効寿命とかなり低い消費電力を有すると言う利点がある。信号灯は、しばしば、複雑な信号システム、例えば、交通信号灯を有する交通管制システムの一部を構成する。半導体光源の上記の利点を広範囲に利用しようとする場合には、回路装置が、既存の信号システムに対しレトロフィット(retrofit)の可能性を提供することが必要である。
【０００３】
既存の信号システムの信号灯は、しばしば、ソリッドステートリレーによって制御され、リレーと信号灯のステータス・テストが、接続された回路装置の接続端子で行われる。リーク電流がリレーの非導通状態で発生することは、ソリッドステートリレーの一般的な特性である。半導体光源の動作中、ステータス・テストの結果が不正確とならないように、手段CMが使用される。この手段CMは、制御ユニット（例えば、ソリッドステートリレー）の非導通状態において、制御ユニットに発生するリーク電流を除去することと、回路装置の接続端子の電圧を、ステータス・テストの正しい結果を得るために必要なレベル以下に保つこととを確実に行う。このようにして、回路装置が、白熱電球の特性と実質的に一致する特性をその接続端子で示すようにさせることが、単純で効果的な方法で行うことが出来る。この点で、白熱電球特性の重要な特性は、消燈状態での電球のインピーダンスが相対的に低い点で、そのため白熱電球を流れるリーク電流を除去しても、制御ユニットの接続端子には低電圧しか得られない。本願明細書において記述される回路装置では、手段CMは、スイッチオンしたコンバータに対応して、制御ユニットが伝導状態にある時、手段CMを非活性化させる（これは、不必要な電力消費を防止させる効果がある）ための非活性化手段も含む。非活性化手段の機能は、電圧-依存型で自己制御式である。公知の回路装置では、制御ユニットが、白熱電球が欠陥となった状況に関する信号を受信することは出来ない。これは、この回路装置の応用と当該回路装置を備えた半導体光源に対しては問題となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、上記の問題を完全にまたは部分的に解決することができる手段を提供することにある。
【０００５】
本発明によると、この目的は、前記回路装置が、前記コンバータの、または、それに接続されている前記半導体光源の、不正確な動作を検出する検出手段を備えていることにより達成される。コンバータが不正確な動作をする場合、または半導体光源の一つ以上の要素の有効寿命が終った場合、本発明は、回路装置が、その接続端子で欠陥白熱電球の特性に対応する特性を示すことを可能にする。検出手段は、自己制御式非活性化手段の一部を形成することが好ましい。これは、回路装置を相対的に単純な構造にすることができる効果を有する。
【０００６】
手段CMには、カットアウト要素を設けることが好ましい。これによって、コンバータがスイッチオンされている間に、制御半導体要素を非導通にすることによって、手段CMを非活性化させる（これにより、不必要な電力消費が防止される）ことが可能になり、また、コンバータまたは半導体光源が正確に動作していないことが検出された場合、カットアウト要素を活性化させることにより非活性化を行わせることも可能になる。カットアウト要素と半導体要素を、直列に配置させ、手段CMの制御半導体要素が伝導状態にあるときに、カットアウト要素を活性化させることが有利である。このようにして、手段CMの非活性化について、プロテクト機能と、制御ユニットが非導通（すなわちコンバータがスイッチオフ）であるときの手段CMの状態に合う、非プロテクト機能の区別がなされる。本発明の回路装置の有利な一実施例の場合、前記コンバータが正しく機能すると、前記制御半導体要素を非導通にすることによって、前記手段CMを非活性化させるための制御信号SLを生成するために、前記検出手段を、適切に使うことができる。このように、コンバータが正確に機能しない場合、すなわちコントロール信号SLが存在しない場合に、手段CMの制御半導体要素が、導通することが、有利に達成される。続いて、カットアウト要素を活性化させることによって、手段CMの非活性化が起こり、接続端子が非常に高いインピーダンスになる。接続端子に非常に高いインピーダンスが存在することは、制御ユニットに対し、白熱電球が欠陥であると言う指示に対応する。本発明の回路装置の別の有利な一実施例においては、接続されている前記半導体光源が正確に機能しない場合に、前記制御半導体要素を導通させるコントロール信号SHを生成するために、前記検出手段を適切に使うことができる。簡単化のために、これは、コントロール信号SLを除去することによって行われることが好ましい。また、これらの条件下では、続いて、手段CMの非活性化が、カットアウト要素を活性化させることによって行われる。出力端子で最小電圧を検出することによって、コンバータの不適切な機能を、容易に検出することができる。この点で、最小電圧を検出するための検出手段は、コントロール信号SHを生成する機能を有することが好ましい。他方、出力端子での最大電圧の検出により、半導体光源が完全にまたは部分的に欠陥であるかどうかを決定することが可能になる。最大電圧を検出するための検出手段が、コントロール信号SHを生成する機能を有することが好ましい。本発明の回路装置の更に改良された一実施例の場合、最大電圧を検出する前記検出手段は、前記コンバータを活性化させるためのコントロール信号SOを生成するためにも用いること出来る。このように、カットアウト要素が手段CMを非活性化させるまで、手段CMの制御半導体要素が確実に導通状態にあるようにすることが有利である。本発明の回路装置の有利な一実施例の場合、前記回路装置に、安定化低電圧電源が設けられていて、かつ前記活性状態の前記手段CMが、前記安定化低電圧電源に対する供給源を構成する。この実施例は、安定化低電圧電源が、手段CMがすでに活性化させてあるので、制御ユニット、例えば、ソリッドステートリレー手段CMをオンにすることによって、スイッチングオンするコンバータに基づいて、非常に速く必要低電圧を分配すると言う大きな効果を有する。
【０００７】
本明細書と請求項において、用語「コンバータ」は、制御ユニットによって供給される電力を、半導体光源を作動させるために必要となる電流-電圧結合に変換させる、電気回路を意味するものと理解すべきである。この目的には、一つ以上の半導体スイッチが設けられているスイッチモード電源を、使うことが好ましい。現行のスイッチモード電源は、DC-DCコンバータであることが多いので、それ自体公知である整流器手段も入力フィルタ手段に設けることは好ましい。
【０００８】
本発明の半導体光源を含むハウジングに設けられた信号灯には、本発明の回路装置も設けることが、好ましい。既存の信号灯のためのレトロフィット・ユニットとして、信号灯を使用する可能性は、このことにより実質的に増大する。回路装置に、信号灯のハウジングと統合されるハウジングを設けると、レトロフィット信号灯としての応用範囲は最適化される。
【０００９】
これらのそしてまた他の本発明の態様は、以下に記載する実施例を参照して明らかになるであろう。
【００１０】
【発明を実施するための形態】
図1の場合、AとBは、（例えば、ソリッドステートリレーが設けられている）制御ユニットVBを接続するための接続端子である。参照符号Iは入力フィルタ手段を示し、参照符号IIIは制御回路を有するコンバータを示す。C, Dは、半導体光源LBを接続するための出力端子である。非導通状態の制御ユニットで発生するリーク電流を除去するための手段CMは、CMと示されている。入力フィルタ手段Iには、正電極+と負電極−が設けられている。
【００１１】
図2にその回路図がより詳細に示されている手段CMは、ゲートg、ドレインdとソースsを有する制御半導体要素としてのMOSFET 1を有する。このMOSFET 1は、カットアウト要素FSと直列に配置されている。MOSFET 1のゲートgは、抵抗器R1とキャパシタC1の直列接続を有する入力フィルタ手段Iと並列に電気的に接続されている分圧器回路に、抵抗器R2を介して接続されている。キャパシタC1は、ツェナーダイオードZ1、キャパシタC1Oと抵抗器R10を有しているネットワークによってシャントされている。MOSFET 1のソースsは、ツェナーダイオードZ11の並列回路によって、入力フィルタ手段Iの負電極−に接続されている。参照符号Eは、回路装置の一部分を形成する安定化低電圧電源への接続のための手段CMの接続ポイントを示す。動作状態の手段CMは、安定化低電圧電源に対する供給源を接続ポイントEを介して形成する。
【００１２】
図2も、非活性化手段IVを示し、これは、回路装置内に含まれていてかつ手段CMを非活性化させる機能を有する。この目的のために、スイッチTMは、一方は、抵抗器R1とキャパシタC1の共通接続点に、そして他方は、負電極−に接続されている。スイッチTMの制御電極は、電圧検出ネットワークを介し出力端子Cに接続されている。当該電圧検出ネットワークは、最小電圧を検出する検出手段VIと最大電圧を検出する検出手段VIIを含む。検出手段VIは、電圧-分割ネットワークと直列に配置されていて、最小電圧より高い出力端子Cでの電圧で、スイッチTMを導通させるツェナーダイオードZ60を有する。この結果、スイッチTMは、制御半導体要素1に非導通にさせることにより手段CMを非活性化させる制御信号SLを生成する。検出手段VIIは、出力端子Cで最大電圧を検出するためのツェナーダイオードZ70を含む。抵抗ネットワークを介して、ツェナーダイオードZ70は、スイッチTHの制御電極とエミッタとに接続されている。スイッチTHのコレクタは、スイッチTMの制御電極に接続されている。出力端子Cの電圧が最大電圧以上になると、スイッチTHは導通し、その結果、スイッチTHは制御信号SLを排除するために制御信号SHを発生させる。ツェナーダイオードZ70は、接続ポイントGを介して抵抗-ダイオードネットワークによって、コンバータIIIの制御回路にも接続されている。この結果、最大電圧の検出に応じて、制御信号SOが、コンバータIIIを活性化させるために検出手段VII内に生成される。コンバータは、出力端子での電圧が常に最大電圧より高くなるような低いパワーで、制御信号SOによって、活性化させることが好ましい。制御ユニットVBがスイッチオンされる、すなわち、コンバータIIIがスイッチオンされると、出力端子Cでの電圧は増大し、それが、最小電圧に等しくなるように選ばれているツェナー電圧に至ると、ツェナーダイオードZ60が導通し、そしてスイッチTMは導通し、MOSFET 1を非導通にする。この点で、低電圧電源Vからのパワーが、例えば、コンバータIIIの出力に現れるように、とりわけ、スイッチTMを導通させる分圧ネットワークが、寸法取りされる。コンバータが適切に機能しない場合、または、接続された半導体光源が短絡した場合、出力端子Cでの電圧は、ツェナーダイオードZ1の閾値電圧に至らないであろう。従って、MOSFET 1は導通状態のままであり、しばらくして、カットアウト要素FSが活性化され、手段CMが非活性化される。
【００１３】
コンバータIIIと半導体光源LBが正しく機能する限り、出力端子Cでの電圧は、最小電圧より上でかつ最大電圧の下にあるであろう。この結果、MOSFET 1はこの時間間隔の間、非活性化状態にあり、その結果不必要な電力が消費されることはなくなる。もし、半導体光源LBが破壊されると、出力端子Cでの電圧は増大する。この電圧がツェナーダイオードZ70のツェナー電圧の値に至ると瞬時に、ツェナーダイオードZ70は導通するであろう。ツェナーダイオードZ70のツェナー電圧は、最大電圧に等しくなるように選ばれている。ツェナーダイオードZ70が導通すると、一方で、接続ポイントGを介するコンバータIIIの活性状態は、続くので、出力端子Cでの電圧は、最大電圧に等しいままであり、そして、他方、スイッチTHが導通する事によってスイッチTMが非導通になるので、カットアウト要素FSが活性化し、その結果、手段CMが非活性化されるまで、手段CMは再び活性化させられる。キャパシタC10とツェナーダイオードZ11を組み合わせることによって、手段CMが常に活性化状態にある時、増大する電流が、カットアウト要素FSを流れるので、カットアウト要素を、信頼性高く活性化させることが有利に実行されるであろう。
【００１４】
手段CMを非活性化させる手段は、図で別個の手段IVとして示されているが、それらは、コンバータIIIの制御回路の部分を形成するのが好ましい。
【００１５】
図3は、本回路装置の一部分を構成する安定化低電圧電源Vを示す。安定化低電圧電源Vは、手段CMの接続ポイントEへの入力端に接続されていて、これは、このようにして、活性化状態のとき、安定化低電圧電源に対する供給源を形成する。接続ポイントEは、ダイオードD1と、抵抗R3とキャパシタC2のネットワークを介して集積回路（IC）100のピン101に接続されている。IC 100のピン103は、コネクタFから取り出すことができる安定化低電圧を保持する出力ピンを構成する。ピン103は、キャパシタC3を介してグランド接続されている。IC 100のピン102も、グランド接続されている。上述のように本発明の回路装置の実施例の実際的な具体例の場合、この回路装置は、最小80V, 60 Hzそして最大135 V, 60 Hzの導通状態で電圧を供給し、かつ250mAと25℃の周囲温度で、2 Vと3 Vの間の順電圧VFを有する、ヒューレット・パッカード社製の、3*6 LEDのマトリックスを有する半導体光源を作動させるのに適している制御ユニットへの接続に適している。最小80 Vと最大135 Vの実効値を有する整流化された電圧は、コンバータが活性化状態にあるとき、入力フィルタ手段の正電極+に存在する。手段CMのMOSFET 1は、STP3NA100F1型（ST社製）である。ツェナーダイオードZ1は、15 Vのツェナー電圧を有し、ツェナーダイオードZ11は、15 Vのそれを有する。キャパシタC1は220 pFの値を有し、キャパシタC10は1 μFの値を有し、抵抗R1、R2、R10とR11は、それぞれ、680 kOhm、10 kOhm、100 kΩと330 Ohmの値を有する。制御ユニットが、切り離されると、MOSFET 1を流れる最大電流は31 mAとなり、これは、最大10 Vrmsでの入力端子Aの電圧に対応する。これは、この切り離された状態での制御ユニットの最大許容電圧レベルに対応し、これにより、制御ユニットが正しい結果のステータス・テストを行うことを可能にするであろう。
【００１６】
スイッチTHと同様に、スイッチTMは、BC547C型（フィリップス社製）である。ツェナーダイオードZ60は6.2 Vのツェナー電圧を有し、ツェナーダイオードZ70は27 Vのツェナー電圧を有する。カットアウト要素FSは、470 Ωの値を有するfusistorである。IC 100は、78L08型（National Semiconductors社製）であって、5 %の精度で8 Vの安定化低電圧を供給する。抵抗R3は100 Ωの値を有し、キャパシタC2は100 nFの容量を有し、C3は1μFの容量を有する。制御ユニットが接続された状態にある時、もし、出力端子Cでの電圧が6.2 V以下にとどまるかまたは27 V以上に増大すると、MOSFET 1は、それぞれ、導通状態にあるかまたは導通するので、フシスタ（fusistor）を流れる電流は増大する。本出願において記述された実施例の場合、このことは、最小10 msそして最大1 msの後、フシスタがブロウされ、手段CMとコンバータIIIは非活性化されるであろう。ハウジングが設けられている回路装置は、半導体光源を有するハウジングが設けられている信号灯の一部分を形成している。ここで、回路装置のハウジングは、信号灯のハウジングに一体化されている。本願明細書において記載されている実施例は、交通管制システムの交通信号としての用途に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】線図的に回路装置を示す。
【図２】より詳細に手段CMの図を示す。
【図３】安定化低電圧電源の図を示す。
【符号の説明】
1  MOSFET
I  入力フィルタ手段
VB  制御ユニット
CM  手段
III  コンバータ
LB  半導体光源
100  IC
550  読み取り／再生装置