(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの第１及び第２ＬＥＤカスケードを動作させるための回路装置に関する。各ＬＥＤカスケードはそれぞれ異なる個数のＬＥＤを含む。各ＬＥＤカスケードは、適切な駆動ロジックによって、整流された交流供給電圧の目下の値に適合されて交番的に動作される。各ＬＥＤカスケードは、ＬＥＤユニットに割り当てられており，各ＬＥＤユニットは、各ＬＥＤカスケードを駆動するための駆動装置を含む。各ＬＥＤユニットは、整流器の出力側によって形成される２つの入力端子間に直列に結合されている。ＬＥＤカスケードに対して直列にリニアレギュレータが設けられており、該リニアレギュレータは、２つの入力端子間に結合された分圧器を介して駆動される。種々異なる交流供給電圧に適合させるために、少なくとも最上位のＬＥＤカスケードにスイッチング装置が割り当てられており、該スイッチング装置は、第１状態では、当該ＬＥＤカスケードの全てのＬＥＤを直列に接続し、第２状態では、当該ＬＥＤカスケードの第１半数のＬＥＤを第２半数のＬＥＤに並列に接続するように構成されている。
2016535406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１ＬＥＤカスケードと、少なくとも１つの第２ＬＥＤカスケードとを動作させるための回路装置であって、
前記回路装置は、
・整流された交流供給電圧に結合される第１入力端子（７０３）及び第２入力端子（７０４）を備える入力側と、
・入力側を備えるリニアレギュレータ（１２）と、
・少なくとも１つの上位の第１ＬＥＤユニット（ＬＥ２）と、少なくとも１つの下位の第２ＬＥＤユニット（ＬＥ３）と、
を含み、但し、前記第１ＬＥＤユニット（ＬＥ２）は、複数のＬＥＤからなる第１ＬＥＤカスケード（ＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２）を含み、前記第２ＬＥＤユニット（ＬＥ３）は、複数のＬＥＤからなる第２ＬＥＤカスケード（ＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８）を含み、
・前記回路装置はさらに、前記第１入力端子（７０３）と前記第２入力端子（７０４）との間に結合された分圧器（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｄ５，Ｄ６）を含み、但し、前記分圧器（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｄ５，Ｄ６）のタップ（７５９）は、前記リニアレギュレータ（１２）の前記入力側に結合されており、
・・各前記ＬＥＤユニット（ＬＥ３，ＬＥ２）はさらに、各前記ＬＥＤカスケード（ＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２，ＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８）に対して直列に結合された第１ダイオード（Ｄ３３，Ｄ２３）を含み、但し、前記第１ダイオード（Ｄ３３，Ｄ２３）と、各前記ＬＥＤカスケード（ＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２，ＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８）との結合点は、第１ノード（Ｎ３１，Ｎ２１）であり、前記ＬＥＤカスケード（ＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２，ＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８）の、前記第１ダイオード（Ｄ３３，Ｄ２３）に結合されていない端子は、第２ノード（Ｎ３２，Ｎ２２）であり、前記第１ダイオード（Ｄ３３，Ｄ２３）の、前記ＬＥＤカスケード（ＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２，ＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８）に結合されていない端子は、第３ノード（Ｎ３３，Ｎ２３）であり、
・・各前記ＬＥＤユニット（ＬＥ３，ＬＥ２）はさらに、前記第３ノード（Ｎ３３，Ｎ２３）と前記第２ノード（Ｎ３２，Ｎ２２）との間に結合された第２ダイオード（Ｄ３２，Ｄ２２）と、第１コンデンサ（Ｃ３２，Ｃ２２）との直列回路を含み、但し、前記第１コンデンサ（Ｃ３２，Ｃ２２）と前記第２ダイオード（Ｄ３２，Ｄ２２）との結合点は、第４ノード（Ｎ３４，Ｎ２４）であり、
・・各前記ＬＥＤユニット（ＬＥ３，ＬＥ２）はさらに、それぞれ１つの制御電極と基準電極と作用電極とを備える、第１電子スイッチ（Ｑ３１，Ｑ２１）及び第２電子スイッチ（Ｂ３１，Ｂ２１）を含み、但し、前記第１電子スイッチ（Ｑ３１，Ｑ２１）の前記制御電極は、第５ノード（Ｎ５）に結合されており、前記第１電子スイッチ（Ｑ３１，Ｑ２１）の前記基準電極は、前記第４ノード（Ｎ３４，Ｎ２４）に結合されており、前記第１電子スイッチ（Ｑ３１，Ｑ２１）の前記作用電極は、前記第２電子スイッチ（Ｂ３１，Ｂ２１）の前記制御電極に結合されており、前記第２電子スイッチ（Ｂ３１，Ｂ２１）の前記基準電極は、前記第３ノード（Ｎ３３，Ｎ２３）に結合されており、前記第２電子スイッチ（Ｂ３１，Ｂ２１）の前記作用電極は、前記第２ノード（Ｎ３２，Ｎ２２）に結合されており、
・最上位の前記ＬＥＤユニット（ＬＥ２）の前記第３ノード（Ｎ２３）は、前記第１入力端子（７０３）に結合されており、最下位の前記ＬＥＤユニット（ＬＥ３）の前記第２ノード（Ｎ３２）は、前記リニアレギュレータ（１２）が、当該最下位のＬＥＤユニット（ＬＥ３）の前記第２ノード（Ｎ３２）と前記第２入力端子（７０４）との間に直列に結合されるように、前記リニアレギュレータ（１２）に結合されており、
・前記最上位のＬＥＤユニットではない各ＬＥＤユニット（ＬＥ３）の前記第３ノード（Ｎ３３）は、その次に上位にあるＬＥＤユニットの前記第２ノードに結合されており、
・全てのＬＥＤユニット（ＬＥ３，ＬＥ２）の前記第５ノード（Ｎ５）は、１つの直流電圧源（１４）に結合されており、
・少なくとも前記最上位のＬＥＤカスケードには、スイッチング装置（ＳＶ２）が割り当てられており、前記スイッチング装置（ＳＶ２）は、第１状態では、当該ＬＥＤカスケードの全てのＬＥＤを直列に接続するように、且つ、第２状態では、当該ＬＥＤカスケードの第１半数のＬＥＤを当該ＬＥＤカスケードの第２半数のＬＥＤに対して並列に接続するように構成されている、
ことを特徴とする回路装置。
【請求項２】
少なくとも前記最上位のＬＥＤカスケード（ＬＥ２）の前記第１半数のＬＥＤの下位の端部は、第６ノード（Ｎ２６）であり、前記最上位のＬＥＤカスケードの前記第２半数のＬＥＤの上位の端部は、第７ノード（Ｎ２７）であり、
前記スイッチング装置（ＳＶ２）は、第１スイッチ（Ｓ２１）と第２スイッチ（Ｓ２２）と第３スイッチ（Ｓ２３）とを含み、
前記第１スイッチ（Ｓ２１）は、前記第６ノード（Ｎ２６）と前記第７ノード（Ｎ２７）との間に結合されており、前記第２スイッチ（Ｓ２２）は、前記第１ノード（Ｎ２１）と前記第７ノード（Ｎ２７）との間に結合されており、前記第３スイッチ（Ｓ２３）は、前記第６ノード（Ｎ２６）と前記第２ノード（Ｎ２２）との間に結合されている、
請求項１記載の回路装置。
【請求項３】
少なくとも１つの別のＬＥＤカスケード（ＬＥ２，ＬＥ３）に、好ましくは全てのＬＥＤカスケード（ＬＥ２，ＬＥ３）に、対応するスイッチング装置（ＳＶ１，ＳＶ３）が割り当てられている、
請求項１又は２記載の回路装置。
【請求項４】
前記分圧器（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｄ５，Ｄ６）は、スイッチ（Ｓ４）と、少なくとも１つの第１オーミック抵抗（Ｒ３）及び少なくとも１つの第２オーミック抵抗（Ｒ２）とを含み、
前記スイッチは、第１状態では、前記第２オーミック抵抗を前記第１オーミック抵抗から分離するように、且つ、第２状態では、前記第１オーミック抵抗と前記第２オーミック抵抗とを並列に接続するように構成及び配置されている、
請求項１から３のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項５】
前記回路装置はさらに、制御装置（２０）を含み、
前記制御装置（２０）は、前記入力側に印加された電圧の振幅を検出するように構成及び配置されており、
前記制御装置（２０）はさらに、少なくとも１つの前記スイッチング装置と前記分圧器（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｄ５，Ｄ６）の前記スイッチとを、前記入力側に印加された電圧の、検出された前記振幅に依存して駆動するように構成されている、
請求項１から４のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項６】
前記制御装置（２０）は、
第１電圧範囲内にある前記入力側の電圧と相互に関連がある第１状態では、前記少なくとも１つのスイッチング装置を、対応するＬＥＤ同士が直列に接続されるように駆動し、且つ、前記分圧器（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｄ５，Ｄ６）の前記スイッチを、前記第２オーミック抵抗が分離されるように駆動し、
前記第１電圧範囲よりも低い電圧が割り当てられている第２電圧範囲内にある前記入力側の電圧と相互に関連がある第２状態では、前記少なくとも１つのスイッチング装置を、前記第１半数のＬＥＤが前記第２半数のＬＥＤに対して並列に接続されるように駆動し、且つ、前記分圧器（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｄ５，Ｄ６）の前記スイッチを、前記第２オーミック抵抗が前記第１オーミック抵抗に対して並列に接続されるように駆動する
ように構成されている、
請求項５記載の回路装置。
【請求項７】
前記回路装置が前記第２状態で動作する場合には、前記第１状態における当該回路装置の全ＬＥＤ出力にほぼ相当する全ＬＥＤ出力を供給するために、各前記ＬＥＤカスケードのスイッチオン期間が短縮されている、
請求項６記載の回路装置。
【請求項８】
各前記ＬＥＤユニット（ＬＥ３，ＬＥ２）は、それぞれ異なる個数のＬＥＤ（ＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８，ＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２）を含む、
請求項１から７のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項９】
それぞれ上位のＬＥＤユニット（ＬＥ２）は、その直ぐ下位にあるＬＥＤユニット（ＬＥ３）の２倍の個数のＬＥＤ（ＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２）を含む、
請求項８記載の回路装置。
【請求項１０】
前記最上位のＬＥＤカスケード（ＬＥ１）だけにスイッチング装置（ＳＶ１）が割り当てられており、
各前記ＬＥＤユニット（ＬＥ１，ＬＥ２，ＬＥ３）のＬＥＤの個数は、バイナリに構成されていない、
請求項１又は２並びに４から７のいずれか１項を引用した請求項８記載の回路装置。
【請求項１１】
前記直流電圧源（１４）は、前記回路装置の動作時に前記最下位のＬＥＤユニット（ＬＥ３）の前記第２ノード（Ｎ３２）において生じる交流電圧を、直流電圧を形成するために使用することによって実現されている、
請求項１から１０のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項１２】
少なくとも前記最上位のＬＥＤカスケードの前記第１半数のＬＥＤには、第１コンデンサ（Ｃ１３）が並列に接続されており、
少なくとも前記最上位のＬＥＤカスケードの前記第２半数のＬＥＤには、第２コンデンサ（Ｃ１４）が並列に接続されている、
請求項１から１１のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項１３】
各前記ＬＥＤユニット（ＬＥ３，ＬＥ２）はさらに、第３ダイオード（Ｄ３１，Ｄ２１）を含み、
前記第３ダイオード（Ｄ３１，Ｄ２１）は、前記第５ノード（Ｎ５）と、各前記第１電子スイッチ（Ｑ３１，Ｑ２１）の前記制御電極との間に結合されている、
請求項１から１２のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項１４】
前記直流電圧源（１４）は、チャージポンプを含み、
前記チャージポンプの入力側は、前記最下位のＬＥＤユニット（ＬＥ３）の前記第２ノード（Ｎ３２）に結合されており、前記チャージポンプの出力側は、全ての前記ＬＥＤユニット（ＬＥ３，ＬＥ２）の前記第５ノード（Ｎ５）に結合されている、
請求項１から１３のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項１５】
前記チャージポンプは、半波整流器（Ｄ３）と電圧制限装置（Ｄ２）との直列回路を含む、
請求項１４記載の回路装置。
【請求項１６】
前記直流電圧源（１４）は、オーミック抵抗（Ｒ４）と第４ダイオード（Ｄ３）との直列回路を含み、前記直列回路は、前記最下位のＬＥＤユニット（ＬＥ３）の前記第２ノード（Ｎ３２）と全ての前記ＬＥＤユニット（ＬＥ３，ＬＥ２）の前記第５ノード（Ｎ５）との間に結合されており、
前記直流電圧源（１４）はさらに、第３コンデンサ（Ｃ２）とツェナーダイオード（Ｄ２）との並列回路を含み、前記並列回路は、全ての前記ＬＥＤユニット（ＬＥ３，ＬＥ２）の前記第５ノード（Ｎ５）と前記第２入力端子（７０４）との間に結合されている、
請求項１から１５のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項１７】
前記第４ダイオード（Ｄ３）に対して直列に接続されている前記抵抗は、固定のオーミック抵抗（Ｒ４）として構成されている、
請求項１６記載の回路装置。
【請求項１８】
前記第４ダイオード（Ｄ３）に対して直列に接続されている前記抵抗は、前記チャージポンプの調整装置を実現するために可変抵抗として構成されている、
請求項１６記載の回路装置。
【請求項１９】
前記チャージポンプの前記調整装置は、前記第５ノード（Ｎ５）の電圧を所定の値まで調整するように構成されている、
請求項１８記載の回路装置。
【請求項２０】
前記チャージポンプの前記調整装置は、反転型の電圧レギュレータとして構成されている、
請求項１８又は１９記載の回路装置。
【請求項２１】
前記チャージポンプの前記調整装置は、それぞれ１つの制御電極と作用電極と基準電極とを備える、第３電子スイッチ（Ｑ４）及び第４電子スイッチ（Ｑ５）を含み、
前記第３電子スイッチ（Ｑ４）の前記制御電極は、前記ツェナーダイオード（Ｄ２）のアノードに結合されており、前記第３電子スイッチ（Ｑ４）の前記基準電極は、前記第２入力端子（７０４）に結合されており、前記第３電子スイッチ（Ｑ４）の前記作用電極は、前記第４電子スイッチ（Ｑ５）の前記制御電極に結合されており、
前記第４電子スイッチ（Ｑ５）の前記制御電極はさらに、オーミック抵抗（Ｒ１０）を介して当該第４電子スイッチ（Ｑ５）の前記作用電極に結合されており、前記第４電子スイッチ（Ｑ５）の前記作用電極自体は、前記第４ダイオード（Ｄ３）のカソードに結合されており、前記第４電子スイッチ（Ｑ５）の前記基準電極は、全ての前記ＬＥＤユニット（ＬＥ３，ＬＥ２）の前記第５ノード（Ｎ５）に結合されている、
請求項１８から２０のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項２２】
前記第３電子スイッチ（Ｑ４）及び前記第４電子スイッチ（Ｑ５）の各前記制御電極と、前記第２入力端子（７０４）との間に、コンデンサ（Ｃ１）が結合されている、
請求項２１記載の回路装置。
【請求項２３】
前記リニアレギュレータ（１２）を通る電流を調整するための調整装置（１６）がさらに設けられており、
前記調整装置（１６）の入力側は、前記第５ノード（Ｎ５）に結合されており、前記調整装置（１６）の出力側は、前記リニアレギュレータ（１２）の前記入力側に結合されている、
請求項１から２２のいずれか１項記載の回路装置。
【請求項２４】
前記調整装置（１６）は、
・制御電極と基準電極と作用電極とを備える第５電子スイッチ（Ｑ３）と、
・少なくとも１つのオーミック抵抗（Ｒ７，Ｒ９）とＮＴＣ抵抗（ＮＴＣ）とを備える分圧器（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｄ５，Ｄ６）と
を含み、但し、前記分圧器（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｄ５，Ｄ６）は、前記第５ノード（Ｎ５）と前記第２入力端子（７０４）との間に結合されており、
前記分圧器（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｄ５，Ｄ６）の前記タップは、前記第５電子スイッチ（Ｑ３）の前記制御電極に結合されており、前記第５電子スイッチ（Ｑ３）の前記基準電極は、前記第２入力端子（７０４）に結合されており、前記第５電子スイッチ（Ｑ３）の前記作用電極は、前記リニアレギュレータ（１２）の前記入力側に結合されている、
請求項２３記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの第１ＬＥＤカスケードと、少なくとも１つの第２ＬＥＤカスケードとを動作させるための回路装置であって、前記回路装置は、整流された交流供給電圧に結合される第１入力端子及び第２入力端子を備える入力側と、入力側を備えるリニアレギュレータと、上位の第１ＬＥＤユニットと、下位の第２ＬＥＤユニットとを含み、但し、前記第１ＬＥＤユニットは、複数のＬＥＤからなる第１ＬＥＤカスケードを含み、前記第２ＬＥＤユニットは、複数のＬＥＤからなる第２ＬＥＤカスケードを含む、回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上位概念に記載された回路装置は、ＤＥ２９２５６９２Ａ１から公知である。この文献では、それぞれに多数のＬＥＤを含む複数のＬＥＤカスケードに、交流電圧網から整流器を介して給電することが公知である。しかしながらこのことは、著しい光変調、すなわちいわゆる“フリッカー”を引き起こし、且つ、ＬＥＤの利用をエネルギ的に非効率的にしてしまう。このアプローチはさらに、電力クラスが比較的高い場合には、力率と高調波とに関して標準となる設定値との問題を引き起こす。
【０００３】
ＤＥ２０２０１３００００６４Ｕ１からはさらに、複数のＬＥＤカスケードを半波の電圧に応じて連続的に橋絡することが公知であり、この場合には、ＬＥＤカスケードに対して直列に、正弦波電流制御を行うリニアレギュレータが接続されている。
【０００４】
ＥＰ２５１９０８０Ａ２（図４）からは、複数のＬＥＤカスケードを電流源に直列接続することが公知であり、この場合には、それぞれのＬＥＤカスケード内の各ＬＥＤが、スイッチング装置によって半波の電圧に依存して直列又は並列に接続される。
【０００５】
ＤＥ１０２０１２００６３１５Ａ１（図４）からは、複数のＬＥＤカスケードを電流源に直列接続することが公知であり、この場合には、これら複数のＬＥＤカスケードが、半波の電圧に依存して、直列又は並列にスイッチング装置に接続され、橋絡される。
【０００６】
ＵＳ２０１０／０１３４０１８Ａ１（図４〜５Ｂ）からは、複数のＬＥＤを半波の電圧に応じて連続的に橋絡することが公知であり、この場合には、ＬＥＤカスケードに対して直列に、正弦波電流制御を行うリニアレギュレータが接続されており、リニアレギュレータの制御入力側は、整流された交流電圧に分圧器を介して結合されている。
【０００７】
ＥＰ２６４５８１６Ａ１（図６）からは、複数のＬＥＤカスケードを半波の電圧に応じて連続的に橋絡することが公知であり、この場合には、ＬＥＤカスケードに対して直列にリニアレギュレータが接続されており、ＬＥＤに対して並列にコンデンサが接続されており、ＬＥＤに対して直列にデカップリングダイオードが設けられており、これによって、ＬＥＤの橋絡時にコンデンサが放電されないようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、少なくとも１つの第１ＬＥＤカスケードと、少なくとも１つの第２ＬＥＤカスケードとを動作させるための上位概念に記載された回路装置を改良して、ＬＥＤの動作がより効率的になるような回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は、請求項１に記載の特徴を有する回路装置によって解決される。
【００１０】
本発明は、前記第１入力端子と前記第２入力端子との間に結合された分圧器が設けられており、前記分圧器のタップが、前記ＬＥＤカスケードに直列に結合されたリニアレギュレータの入力側に結合されている場合に、上位概念に記載された回路装置の性能、ひいては効率を改善し、力率に関する設定値を満たすことが可能であるという発見に基づいている。上記の手段によって、回路装置の電流消費を、整流された交流供給電圧のその時々の位相に依存させることができる。
【００１１】
各前記ＬＥＤユニットは、各前記ＬＥＤカスケードに対して直列に結合された第１ダイオードを含む。この第１ダイオードは、ブロッキングダイオードとして使用される。前記第１ダイオードと、各前記ＬＥＤカスケードとの結合点は、第１ノードであり、前記ＬＥＤカスケードの、前記第１ダイオードに結合されていない端子は、第２ノードであり、前記第１ダイオードの、前記ＬＥＤカスケードに結合されていない端子は、第３ノードである。各前記ＬＥＤユニットはさらに、前記第３ノードと前記第２ノードとの間に結合された第２ダイオードと、第１コンデンサとの直列回路を含み、但し、前記第１コンデンサと前記第２ダイオードとの結合点は、第４ノードである。各前記ＬＥＤユニットはさらに、それぞれ１つの制御電極と基準電極と作用電極とを備える、第１電子スイッチ及び第２電子スイッチを含み、但し、前記第１電子スイッチの前記制御電極は、第５ノードに結合されており、前記第１電子スイッチの前記基準電極は、前記第４ノードに結合されており、前記第１電子スイッチの前記作用電極は、前記第２電子スイッチの前記制御電極に結合されており、前記第２電子スイッチの前記基準電極は、前記第３ノードに結合されており、前記第２電子スイッチの前記作用電極は、前記第２ノードに結合されている。後でより詳細に説明するが、このようにすると、複数の異なるＬＥＤカスケードを、整流された交流供給電圧の目下の値に依存してスイッチオン・オフするための必要条件を得ることができる。この場合、ただ１つのＬＥＤカスケードだけを動作させることも、又は、複数のＬＥＤカスケードを同時に動作させることも可能である。この目的のために、最上位の前記ＬＥＤユニットの前記第３ノードは、前記第１入力端子に結合されており、最下位の前記ＬＥＤユニットの前記第２ノードは、前記リニアレギュレータが、当該最下位のＬＥＤユニットの前記第２ノードと前記第２入力端子との間に直列に結合されるように、前記リニアレギュレータに結合されている。前記最上位のＬＥＤユニットではない各ＬＥＤユニットの前記第３ノードは、その次に上位にあるＬＥＤユニットの前記第２ノードに結合されている。
【００１２】
各第１電子スイッチは、基準電極の電位の変化によって切り換えられるので、これらの第１電子スイッチの制御電極には、適切に選択された直流電圧を印加しなければならない。従って、本発明によれば、全てのＬＥＤユニットの前記第５ノードが、１つの直流電圧源に結合されている。
【００１３】
さらに、少なくとも前記最上位のＬＥＤカスケードには、スイッチング装置が割り当てられており、前記スイッチング装置は、第１状態では、当該ＬＥＤカスケードの全てのＬＥＤを直列に接続するように、且つ、第２状態では、当該ＬＥＤカスケードの第１半数のＬＥＤを当該ＬＥＤカスケードの第２半数のＬＥＤに対して並列に接続するように構成されている。上記の手段は、例えば２００Ｖの交流供給電圧用に設計された上位概念に記載された回路装置が１００Ｖの交流供給電圧において動作される場合に、さらなる手段が講じられなければ、電灯用電流が非常に小さい値まで減少してしまうという事態を考慮したものである。このような事態は、欧州市場を対象とした本発明に係る回路装置が、例えば日本のような別の標準的な定格電圧によって動作される場合に発生し得る。このような事態により、複数の異なるＬＥＤカスケードのＬＥＤの一部がもはや発光しなくなってしまう。この結果、照明密度の許容できない不均一性が発生することとなる。
【００１４】
これとは逆に、１００Ｖの定格電圧からの給電用に設計された回路装置を、２００Ｖの電源網において動作させることはできない。なぜなら、これによって入力電力が極めて著しく増加するからである。システム全体の効率（ｌｍ／Ｗ）は、非常に悪化してしまうだろう。さらには、とりわけＬＥＤについて言えることであるが、回路装置の電子部品が非常に短期間で破壊されるおそれがある。
【００１５】
上記の課題に対処するために、上位概念に記載された従前の回路装置は、広範囲の入力側を備える外部の電子バラストを用いて動作させざるを得なかった。しかしながらこのような回路装置は、一方では高価であり、他方では照明のデザイン性を著しく制限することとなる。
【００１６】
本発明に係る手段によれば、ＬＥＤカスケードの両端で降下する電圧、いわゆるストリング電圧を、実際に手元にある交流供給電圧に適合させることが可能となる。これによって、照明密度の望ましくない不均一性、効率の悪化、回路装置の構成素子の破壊、又は早期の劣化を、確実に回避することが可能となる。
【００１７】
好ましい１つの実施形態では、少なくとも前記最上位のＬＥＤカスケードの前記第１半数のＬＥＤの下位の端部は、第６ノードであり、前記最上位のＬＥＤカスケードの前記第２半数のＬＥＤの上位の端部は、第７ノードであり、前記スイッチング装置は、第１スイッチと第２スイッチと第３スイッチとを含み、前記第１スイッチは、前記第６ノードと前記第７ノードとの間に結合されており、前記第２スイッチは、前記第１ノードと前記第７ノードとの間に結合されており、前記第３スイッチは、前記第６ノードと前記第２ノードとの間に結合されている。このことにより、入力電圧が２分の１になった場合に、ストリング電圧も相応にして２分の１にすることが特に簡単に可能になる。最上位のＬＥＤカスケードの２つの部分ストリングは、スイッチング装置によって、入力電圧が比較的高い場合には直列に接続され、入力電圧が比較的低い場合には並列に接続される。
【００１８】
前記最上位のＬＥＤカスケードだけにスイッチング装置を割り当てることが可能である。しかしながら、少なくとも１つの別のＬＥＤカスケードに、好ましくは全てのＬＥＤカスケードに、対応するスイッチング装置を割り当てることも可能である。
【００１９】
前記分圧器は、好ましくはスイッチと、少なくとも１つの第１オーミック抵抗及び少なくとも１つの第２オーミック抵抗とを含み、前記スイッチは、第１状態では、前記第２オーミック抵抗を前記第１オーミック抵抗から分離するように、且つ、第２状態では、前記第１オーミック抵抗と前記第２オーミック抵抗とを並列に接続するように構成及び配置されている。このスイッチは、交流供給電圧が２分の１になった場合にはＬＥＤカスケード（単・複）を通って２倍の電流が流れるように、電流値を相応に適合させるために使用され、一定の光出力を実現している。
【００２０】
好ましい１つの発展形態では、前記回路装置はさらに、制御装置を含み、前記制御装置は、前記入力側に印加された電圧の振幅を検出するように構成及び配置されており、前記制御装置はさらに、少なくとも１つの前記スイッチング装置と前記分圧器の前記スイッチとを、前記入力側に印加された電圧の、検出された前記振幅に依存して駆動するように構成されている。このようにすると、ストリング間の切り換え又は電流目標値の切り換えを手動で行う必要がなくなる。従って、制御装置は、相応の自動切換装置を備える入力電圧識別装置を含む。これは、好ましくはシュミットトリガとＭＯＳＦＥＴ回路とを使用して実現される。
【００２１】
この関連において好ましくは、前記制御装置は、第１電圧範囲内にある前記入力側の電圧と相互に関連がある第１状態では、前記少なくとも１つのスイッチング装置を、対応するＬＥＤ同士が直列に接続されるように駆動し、且つ、前記分圧器の前記スイッチを、前記第２オーミック抵抗が分離されるように駆動し、前記第１電圧範囲よりも低い電圧が割り当てられている第２電圧範囲内にある前記入力側の電圧と相互に関連がある第２状態では、前記少なくとも１つのスイッチング装置を、前記第１半数のＬＥＤが前記第２半数のＬＥＤに対して並列に接続されるように駆動し、且つ、前記分圧器の前記スイッチを、前記第２オーミック抵抗が前記第１オーミック抵抗に対して並列に接続されるように駆動する、ように構成されている。
【００２２】
好ましい１つの実施形態では、前記回路装置が前記第２状態で動作する場合には、前記第１状態における当該回路装置の全ＬＥＤ出力にほぼ相当する全ＬＥＤ出力を供給するために、各前記ＬＥＤカスケードのスイッチオン期間が短縮されている。このようにすると、ずっと後でより詳細に説明するが、ＬＥＤの過負荷を阻止することが可能となる。
【００２３】
各前記ＬＥＤユニットがそれぞれ異なる個数のＬＥＤを含む場合には、有利であることが判明している。このようにすると基本的に、ＬＥＤのストリング電圧を、整流された交流供給電圧の目下の値に適合させることが可能となる。
【００２４】
この場合には、それぞれ上位のＬＥＤユニットは、その直ぐ下位にあるＬＥＤユニットの２倍の個数のＬＥＤを含むことができる。このようにすると、整流された交流供給電圧への特に均一な適合が可能となる。
【００２５】
とりわけ、前記最上位のＬＥＤカスケードだけにスイッチング装置が割り当てられている実施形態においては、各前記ＬＥＤユニットの個数がバイナリに構成されていない場合に有利であることが判明している。このようにすると、それでもなお適切な電力特性を実現することが可能であり、対応するスイッチング装置を省略した結果、最上位のＬＥＤカスケードよりも下位にあるＬＥＤカスケードのためのコスト及び取り付け費用が削減される。３個のＬＥＤユニットを備える実施例では、第１ＬＥＤユニットは例えば２６個のＬＥＤを有し、第２ＬＥＤユニットは８個のＬＥＤを有し、第３ＬＥＤユニットは４個のＬＥＤを有する。
【００２６】
好ましくは、この関連において、最上位のＬＥＤカスケードよりも下位にあるＬＥＤのスイッチング期間が周期的に短縮される。このようにすると、当該下位にあるＬＥＤカスケードの過負荷を確実に回避することが可能となる。
【００２７】
スイッチング装置が設けられたＬＥＤユニットにおいては、好ましくは、前記第１半数のＬＥＤには、第１コンデンサが並列に接続されており、前記第２半数のＬＥＤには、第２コンデンサが並列に接続されている。このことは、本発明によれば、少なくとも最上位のＬＥＤカスケードを有するＬＥＤユニットに関連している。このようにすると、直列動作の場合にも光変調とフリッカーの発生とを低減することができる。特に好ましくは、それぞれ別のＬＥＤユニットも、少なくとも１つの第２コンデンサを含み、前記第２コンデンサは、当該それぞれ別のＬＥＤカスケードに対して並列に接続されている。このようにすると、整流された交流供給電圧が、当該それぞれ別のＬＥＤカスケードの各順方向電圧の合計よりも小さいことにより、又は、他のＬＥＤカスケードが活性化されていて、当該それぞれ別のＬＥＤカスケードが短絡されていることにより、当該それぞれ別のＬＥＤカスケードのＬＥＤが、整流された交流供給電圧から直接的には給電されないような位相においても、当該それぞれ別のＬＥＤカスケードのＬＥＤを、それぞれの前記第２コンデンサから給電することが可能となる。この結果、光変調がさらに低減されるので、フリッカーの発生は、人の目には殆ど知覚され得なくなる。
【００２８】
本発明に係る回路装置の効率を特に向上させるために、前記直流電圧源は、前記回路装置の動作時に前記最下位のＬＥＤユニットの前記第２ノードにおいて生じる交流電圧を、直流電圧を形成するために使用することによって実現されている。このようにすると、例えば整流器の出力側に結合されるバックコンバータを使用して、第５ノードの電位を形成するための別個の補助電圧を設ける必要がなくなる。本発明ではむしろ、回路装置内において、特に巧妙に選び抜かれた交流電圧信号が使用される。すなわち、本発明の発明者が発見したように、最下位のＬＥＤユニットの第２ノードにおいて生じる交流電圧が、特に適しているのである。なぜなら、上記の交流電圧は、交流供給電圧の目下の値とは関係なくほぼ永続的に第２ノードに存在しているので、持続的に、すなわち交流供給電圧の目下の値とは関係なく、第５ノードに供給するために利用することが可能だからである。本発明において形成される補助電圧源は、小さい残留リップルしか有さないので、他の補助電圧供給部に比べて格段に小さいキャパシタンスを使用することができる。この補助電圧源は、非常に簡単に構築され、コンパクトに実現可能である。この補助電圧源はさらに、上記の理由から低コストでもある。そうでなければリニアレギュレータにおいて損失電力に変換されていたはずの電流を、補助電圧を供給するために取り出すという状況は、特に有利である。従って、補助電圧供給部によって付加的な損失電力が発生することがなくなり、これによって回路装置の効率が最適化される。この結果、本発明に係る回路装置のコストが縮小するのみならず、構造サイズも小さくなる。
【００２９】
好ましくは、各前記ＬＥＤユニットはさらに、第３ダイオードを含み、前記第３ダイオードは、前記第５ノードと、各前記第１電子スイッチの前記制御電極との間に結合されている。この第３ダイオードは、各第１電子スイッチの制御電極を保護するために使用される。第１電子スイッチが相応に耐電圧に設計されている場合には、この第３ダイオードを省略してもよい。
【００３０】
特に好ましくは、前記直流電圧源は、チャージポンプを含み、前記チャージポンプの入力側は、前記最下位のＬＥＤユニットの前記第２ノードに結合されており、前記チャージポンプの出力側は、全ての前記ＬＥＤユニットの前記第５ノードに結合されている。チャージポンプを使用することによって、最下位のＬＥＤユニットの第２ノードにおいて生じる交流電圧から、全てのＬＥＤユニットの第５ノードに供給するための直流電圧を、特に簡単に獲得することが可能となる。前記チャージポンプは、好ましくは、半波整流器と電圧制限装置との直列回路を含む。このことにより、第５ノードのために、所定の閾値を確実に下回る電圧を供給することが可能となる。上記の手段によって、補助電圧のリップルを特に小さくすることが可能となる。
【００３１】
好ましい１つの実施形態では、前記直流電圧源は、抵抗と第４ダイオードとの直列回路を含み、前記直列回路は、前記最下位のＬＥＤユニットの前記第２ノードと全ての前記ＬＥＤユニットの前記第５ノードとの間に結合されており、前記直流電圧源はさらに、第３コンデンサとツェナーダイオードとの並列回路を含み、前記並列回路は、全ての前記ＬＥＤユニットの前記第５ノードと前記第２入力端子との間に結合されている。
【００３２】
この関連において、前記第４ダイオードに対して直列に接続されている前記抵抗は、固定のオーミック抵抗として構成することができる。この形態は、回路装置を調光可能に構成する必要がない場合に好ましい。しかしながら、調光可能に構成する必要がある場合には、前記第４ダイオードに対して直列に接続されている前記抵抗は、前記チャージポンプの調整装置を実現するために可変抵抗として構成されている。この場合、前記チャージポンプの前記調整装置が、前記第５ノードの電圧を所定の値まで調整するように構成されていることが好ましい。このことは、リーディングエッジ調光及びトレーリングエッジ調光の場合には、リニアレギュレータの両端で降下する電圧、ここでは最下位のＬＥＤユニットの第２ノードの電圧が、ドロップアウトを有する非対称の鋸歯状の信号に相当する、ということを考慮している。チャージポンプに調整装置を設けることによって、このような場合にも、全てのＬＥＤユニットの第５ノードにほぼ一定の所定の電圧を供給するために充分な電流が、第３コンデンサに供給されることが保証される。
【００３３】
好ましくは、前記チャージポンプの前記調整装置は、反転型の電圧レギュレータとして構成されている。前記反転型の電圧レギュレータは、それぞれ１つの制御電極と作用電極と基準電極とを備える、第３電子スイッチ及び第４電子スイッチを含み、前記第３電子スイッチの前記制御電極は、前記ツェナーダイオードのアノードに結合されており、前記第３電子スイッチの前記基準電極は、前記第２入力端子に結合されており、前記第３電子スイッチの前記作用電極は、前記第４電子スイッチの前記制御電極に結合されており、前記第４電子スイッチの前記制御電極はさらに、オーミック抵抗を介して当該第４電子スイッチの前記作用電極に結合されており、前記第４電子スイッチの前記作用電極自体は、前記第４ダイオードのカソードに結合されており、前記第４電子スイッチの前記基準電極は、全ての前記ＬＥＤユニットの前記第５ノードに結合されている。上記の構成では、第３電子スイッチは、ツェナーダイオードを通る電流を測定する。従って、ツェナーダイオードを通る電流の流れが確認できない場合には、第３コンデンサの電圧が低すぎるということである。ツェナーダイオードを通る電流が欠如していることにより、第３電子スイッチは非導通状態に切り換えられ、またこれとは逆に、オーミック抵抗が、第４電子スイッチの作用電極と制御電極との間でプルアップ抵抗として機能することによって、この第３電子スイッチは導通状態に切り換えられる。このようにすると、最下位のＬＥＤユニットの第２ノードから第３コンデンサへと、ひいては全てのＬＥＤユニットの第５ノードへと、電流が流れることが可能となる。
【００３４】
好ましくは、前記第３電子スイッチ及び第４電子スイッチの各前記制御電極と、前記第２入力端子との間に、コンデンサが結合されている。このコンデンサは、ジャンプ、スパイク等をフィルタリングするために使用され、従って、回路装置の干渉脆弱性を低減する。
【００３５】
さらには、前記リニアレギュレータを通る電流を調整するための調整装置を設けることができ、前記調整装置の入力側は、前記第５ノードに結合されており、前記調整装置の出力側は、前記リニアレギュレータの前記入力側に結合されている。このような調整装置によって、例えば、少なくとも１つのＬＥＤユニットを通る電流を、温度に依存して調整することが可能となる。
【００３６】
特に好ましくは、このような調整装置は、制御電極と基準電極と作用電極とを備える第５電子スイッチと、少なくとも１つのオーミック抵抗とＮＴＣ抵抗とを備える分圧器とを含み、但し、前記分圧器は、前記第５ノードと前記第２入力端子との間に結合されており、前記分圧器の前記タップは、前記第５電子スイッチの前記制御電極に結合されており、前記第５電子スイッチの前記基準電極は、前記第２入力端子に結合されており、前記第５電子スイッチの前記作用電極は、前記リニアレギュレータの前記入力側に結合されている。従って、回路装置が発熱すると、第３電子スイッチの制御電極の電圧が上昇し、これによって第３電子スイッチは、ますます導通状態に切り換えられる。このことによってリニアレギュレータの入力側の電圧は、これとは逆に、相応に減少する。このようにすると、リニアレギュレータを通る電流も同じく低減され、ひいてはＬＥＤユニットによって変換される電力も低減される。上記の手段は、温度調整の他に、所定の最大温度を上回った場合にはサーマルシャットダウンも提供する。
【００３７】
さらなる好ましい実施形態は、従属請求項から明らかとなる。
【００３８】
図面の簡単な説明
以下、本発明の複数の実施例を、添付図面を参照しながらより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る回路装置の第１実施例の概略図である。
【図２】本発明に係る回路装置の第２実施例の概略図である。
【図３】第１交流供給電圧によって動作する場合における、図２の回路装置の複数の異なるノードにおける電圧の時間推移を示す図である。
【図４】図３で使用された交流供給電圧の２分の１の大きさである第２交流供給電圧によって動作する場合における、図２の回路装置の複数の異なるノードにおける電圧の時間推移を示す図である。
【図５】図１に概略的に図示された回路装置の１つの部分領域の択一的形態を示す概略図である。
【図６】図１に概略的に図示された回路装置の１つの部分領域の別の択一的形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、本発明に係る回路装置の１つの実施例の概略図を示す。交流電源電圧７０１は、整流器７０２を介して２つのノード７０３及び７０４に接続されている。ノード７０３は、オーミック抵抗Ｒ１を介してノード７５９に接続されている。ノード７５９は、２つのダイオードＤ５，Ｄ６の直列回路と、オーミック抵抗Ｒ３とを介してノード７０４に結合されており、これらのダイオードＤ５，Ｄ６のカソードは、ノード７０４の方向に向いている。オーミック抵抗Ｒ１，Ｒ２と、ダイオードＤ５，Ｄ６と、オーミック抵抗Ｒ３とが、１つの分圧器を形成しており、この分圧器のタップがノード７５９となっている。オーミック抵抗Ｒ３には、スイッチＳ４を介してオーミック抵抗Ｒ２を並列に接続することが可能である。
【００４１】
回路装置はさらに、リニアレギュレータ１２を含む。リニアレギュレータ１２は、ダーリントン接続された２つのＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、オーミック抵抗Ｒ５とを含む。オーミック抵抗Ｒ５は、上述したダーリントン段Ｑ１，Ｑ２に対して直列に結合されている。トランジスタＱ２のベースは、リニアレギュレータ１２の制御端子であり、ノード７５９に結合されている。
【００４２】
ノード７０３と７０４との間には、本実施例では３つのＬＥＤユニットＬＥ１，ＬＥ２，ＬＥ３と、リニアレギュレータ１２とからなる直列回路が結合されている。以下に、ＬＥＤユニットＬＥ３を例にしてＬＥＤユニットの構造を示す。ＬＥＤユニットＬＥ１及びＬＥ２の構造は、ほぼ同一であり、それぞれのＬＥＤの個数と、個数の違いに基づく構成素子の回路定数とが異なっているだけである。
【００４３】
ＬＥＤユニットＬＥ３は、ＬＥＤ，ＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８、つまり６個のＬＥＤを含み、これらのＬＥＤは、互いに直列に接続されており、１つのＬＥＤカスケードを形成している。このＬＥＤカスケードに対して直列にダイオードＤ３３が結合されており、ダイオードＤ３３とＬＥＤカスケードとの結合点は、ノードＮ３１である。ＬＥＤカスケードの、ダイオードＤ３３に結合されていない端子は、ノードＮ３２である。ダイオードＤ３３の、ＬＥＤカスケードに結合されていない端子は、第３ノードＮ３３である。ＬＥＤカスケードに対して並列に、任意選択のコンデンサＣ３３を結合してもよい。ノードＮ３３とノードＮ３２との間には、コンデンサＣ３２とダイオードＤ３２との直列回路が結合されており、コンデンサＣ３２とダイオードＤ３２の結合点は、ノードＮ３４である。
【００４４】
ＬＥＤユニットＬＥ３はさらに、２つの電子スイッチＱ３１及びＢ３１を含み、スイッチＱ３１の制御電極は、ダイオードＤ３１とオーミック抵抗Ｒ３１との直列回路を介してノードＮ５に結合されている。スイッチＱ３１の基準電極は、ノードＮ３４に結合されており、その一方で、スイッチＱ３１の作用電極は、オーミック抵抗Ｒ３２を介してスイッチＢ３１の制御電極に結合されている。スイッチＢ３１の基準電極は、ノードＮ３２に結合されており、その一方で、スイッチＢ３１の作用電極は、ノードＮ３３に結合されている。
【００４５】
スイッチＢ３１は、本実施例ではダーリントン段として実現されており、トランジスタＱ３２，Ｑ３３と、オーミック抵抗Ｒ３３及びＲ３４とを含む。しかしながら、ダーリントン段の代わりにただ１つのトランジスタを設けてもよい。
【００４６】
ＬＥＤユニットＬＥ２，ＬＥ１は同様に構成されているが、それぞれ異なる個数のＬＥＤを含む。例えば、ＬＥＤユニットＬＥ２は、ＬＥＤ，ＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２、すなわち１４個のＬＥＤを含む。ＬＥＤユニットＬＥ１は、ＬＥＤ，ＬＥＤ１〜ＬＥＤ２８、すなわち２８個のＬＥＤを含む。これらのＬＥＤは、好ましくはそれぞれ２つのＰＮ接合部を有するデュアルコアＬＥＤとして構成されている。
【００４７】
最下位のＬＥＤユニットの第２ノード、この場合にはノードＮ３２は、リニアレギュレータ１２の作用電極に結合されており、その一方で、最上位のＬＥＤユニットＬＥ１の第３ノードＮ１３は、ノード７０３に結合されている。ノードＮ５とリニアレギュレータ１２との間には、補助電圧源１４が結合されている。この補助電圧源１４については、ずっと後でより詳細に説明する。
【００４８】
図１に図示された回路装置は、例えば以下に挙げる構成素子又は回路定数を有する：Ｒ１  ２００ｋΩ、Ｒ２  １．５ｋΩ、Ｒ３  １．５ｋΩ、Ｒ５  １０Ω、Ｒ１１  １００ｋΩ、Ｒ２１  ５００ｋΩ、Ｒ３１  １０ｋΩ、Ｒ１２  ５００ｋΩ、Ｒ２２  ２０ｋΩ、Ｒ３２  １０ｋΩ、Ｒ１３＝Ｒ２３＝Ｒ３３＝Ｒ４３  １０ｋΩ、Ｒ１４＝Ｒ２４＝Ｒ３４＝Ｒ４４  １ｋΩ、Ｃ１２＝４７０ｎｆ、Ｃ１３＝Ｃ１４＝４７ｎｆ、Ｃ２２＝２μｆ、Ｃ３２＝４μｆ、Ｃ２３＝１００μｆ、Ｃ３３＝２２０μｆ、Ｒ４＝３ｋΩ、Ｃ２＝１０μｆ。
【００４９】
コンデンサＣ１３，Ｃ１４，Ｃ２３，Ｃ３３は、回路定数が比較的大きく設定されており、それぞれのＬＥＤカスケードのＬＥＤのためのバッファコンデンサとして使用される。この場合には、これらのコンデンサを、対応するＬＥＤカスケードで降下する電圧用に設計するだけでよく、交流電源電圧Ｖ１の全域用に設計する必要がないということが利点である。従って、これらのコンデンサを小さく、ひいては省スペースに構成することが可能となる。
【００５０】
ダイオードＤ１１，Ｄ２１，Ｄ３２は、任意選択であり、トランジスタＱ１１，Ｑ２１，Ｑ３１が相応に耐電圧に設計されている場合には省略することが可能である。
【００５１】
ダイオードＤ５及びＤ６は、分圧器内において、トランジスタＱ１及びＱ２のベース・エミッタ間電圧を補償するために使用される。従って、オーミック抵抗Ｒ３で降下する電圧は、オーミック抵抗Ｒ５の両端で降下する電圧にほぼ一致する。従って、抵抗Ｒ５を通る電流は、正弦半波形である。従って、回路装置を通る電流は入力電圧に追従し、これによって力率は良好になり、電磁妨害は小さくなる。
【００５２】
図１に図示された回路装置の回路定数の設定により、トランジスタＢ１１を、約１００Ｈｚのスイッチング周波数で動作させることが可能となる。上述したスイッチング周波数に起因して場合により知覚され得るフリッカーは、割り当てられたバッファコンデンサＣ１３及びＣ１４によって阻止される。トランジスタＢ２１は、約２００Ｈｚのスイッチング周波数で動作し、スイッチＢ３１は、約４００Ｈｚのスイッチング周波数で動作する。
【００５３】
コンデンサＣ１２とダイオードＤ１２とからなる組み合わせは、ＬＥＤユニットＬＥ１のためのピーク値検出回路を形成している。相応にして、コンデンサＣ２２とダイオードＤ２２は、ＬＥＤユニットＬＥ２のためのピーク値検出回路を形成しており、コンデンサＣ３２とダイオードＤ３２は、ＬＥＤユニットＬＥ３のためのピーク値検出回路を形成している。
【００５４】
トランジスタＱ１１，Ｑ２１，Ｑ３１は、比較器として機能する。機能方法については、以下、最下位のＬＥＤユニットＬＥ３に基づいて例示的に説明する。
【００５５】
抵抗Ｒ３２は、コンデンサＣ３２と組み合わされて、このコンデンサＣ３２が、スイッチＢ３１の予想される最も長いスイッチオンフェーズ中にもほんの僅かしか放電されないように構成されている。電圧源１４は、最小電圧として例えば６Ｖの大きさの電圧オフセットを供給する。この６Ｖという大きさは、リニアレギュレータ１２のスイッチＱ１，Ｑ２において下回るべきではない大きさである。トランジスタＱ３１は、この６Ｖの電圧と、ノードＮ３４の電圧とを比較する。スイッチＢ３１が導通状態に切り換わると、ＬＥＤ，ＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８が橋絡され、すなわち短絡される。このことにより、ＬＥＤユニットＬＥ２及びＬＥ１のＬＥＤのための残りの駆動ユニットの動作点もシフトする。
【００５６】
機能方法に関して、まず、スイッチＳ１２，Ｓ１３，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ３２，Ｓ３３が非導通状態に切り換えられており、その一方でスイッチＳ１１，Ｓ２１，Ｓ３１が導通状態に切り換えられている状態における、図１に図示された回路装置が考慮される。スイッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３は、１つのスイッチング装置ＳＶ１を形成し、スイッチＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３は、１つのスイッチング装置ＳＶ２を形成し、スイッチＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３は、１つのスイッチング装置ＳＶ３を形成する。制御装置２０は、差し当たり考慮しないでおく。
【００５７】
以下では、交流電圧源７０１の半波の開始時を電源投入時点と仮定する。さらには、ＬＥＤユニットの全てのスイッチ、すなわちスイッチＱ１１，Ｂ１１，Ｑ２１，Ｂ２１，Ｑ３１，Ｂ３１が導通状態であり、全てのコンデンサが充電されている（定常状態）と仮定する。１つのＬＥＤの順方向電圧は、３Ｖであると仮定し、１つのダイオードの順方向電圧は、０．７Ｖであると仮定する。
【００５８】
各スイッチが導通状態に切り換えられていることにより、ノード７０３における整流器７０２の目下の出力電圧が、ポイントＮ３２にも印加される。ノードＮ３２とＮ３３とは、同じ電位にある。なぜならスイッチＱ３２とＢ３１とが導通状態であると仮定されているからである。補助電圧源１４からノードＮ５に供給される電圧は、本実施例では６Ｖと仮定する。
【００５９】
コンデンサＣ３２は、半波の開始時には、前回のサイクルから＋１８Ｖまで充電されているものとする。この２１Ｖは、ダイオードＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８の順方向電圧の６倍から導かれ、但し、それぞれの順方向電圧は、上述したように３Ｖと仮定される。従って、ノードＮ３４において、−１８Ｖの電位が生じる。
【００６０】
ノードＮ５は、補助電圧源１４によって６Ｖまで充電されている。これによって、ダイオードＤ３１と、抵抗Ｒ３１と、トランジスタＱ３１とを通る電流の流れが生じる。トランジスタＱ３１は、導通状態である。なぜなら、トランジスタＱ３１のベースには、約６Ｖの電位が印加されており、トランジスタＱ３１のエミッタには、約−１８Ｖの電位が印加されているからである。トランジスタＱ３１が導通状態であることによって、スイッチＢ３１も導通状態となっている。従って、電流は、ＬＥＤユニットＬＥ３のＬＥＤカスケードを通り過ぎて流れる。すなわち、ＬＥＤカスケードは短絡されており、通電されていない。取り決めたとおり、スイッチＢ２１及びＢ１１も導通状態であるので、ＬＥＤユニットＬＥ１及びＬＥ２の各ＬＥＤカスケードも通電されていない。この状況が、整流された交流電源電圧Ｖ１の半波の出発点である。
【００６１】
半波がさらに推移すると、半波の電位が上昇する。これによりノード７５９の電位が上昇することによって、リニアレギュレータ１２が次第に導通し始める。
【００６２】
スイッチＱ３１及びＢ３１が導通状態である間は、ノードＮ３３の電位は、ノードＮ３２の電位と同じである。半波がさらに推移すると、ノードＮ３４の電位が約５．３Ｖ（ノードＮ５の電位から、ダイオードＤ３１の順方向電圧を減算した値）になるまでの間、ノードＮ３３の電位が上昇する。この時点に、トランジスタＱ３１のベース・エミッタ間電圧は０Ｖになる。コンデンサＣ３２の両端では１８Ｖが降下するので、これは、ノードＮ３２の電位が２６．３Ｖである場合に該当する。この時点に、スイッチＱ３１及びＢ３１は遮断状態へと移行し、すなわちノードＮ３３の電位とノードＮ３２の電位とがデカップリングされている。ノードＮ３３の電位は、２６．３Ｖのままである。
【００６３】
リニアレギュレータ１２は、オーミック抵抗Ｒ５を通る電流を分圧器による相応の駆動に基づいて分圧器の設定値に合わせて維持しようとするので、リニアレギュレータ１２は、ますます導通状態に切り換えられ、これによってノードＮ３２の電位は、目標電流がセットされるまでの間、降下する。これは、ノードＮ３２の電圧が４．６Ｖまで降下している場合に該当する。この値は、スイッチＱ３１及びＢ３１が遮断状態に切り換えられた後には上述したように２６．３ＶであったノードＮ３３の電位から、ダイオードの順方向電圧である３Ｖに７を乗算した値を減算して、さらにダイオードＤ３３の順方向電圧である０．７Ｖを減算した値である。これによって、ＬＥＤユニットＬＥ３のＬＥＤカスケードを通って電流が流れるための必要条件が得られ、従って、この時点からこのカスケードが発光する（但し、任意選択のコンデンサＣ３３が欠如している場合であり、コンデンサＣ３３が存在する場合には、このコンデンサＣ３３の充電を考慮しなければならない。）
【００６４】
さらに推移すると半波がさらに上昇し、これによってノードＮ３３の電位がさらに上昇する。これにより、導通状態のＬＥＤ，ＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８を介してノードＮ３２の電位も上昇する。ノードＮ３３の電位とノードＮ３２の電位との間の電圧差は、２６．３Ｖ−４．６Ｖ＝２１．７Ｖとなる。コンデンサＣ２２は、１４×３Ｖ＝４２Ｖまで充電されている（１４×ダイオードＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２の順方向電圧）。
【００６５】
半波が２６．７Ｖまで上昇すると、この２６．７ＶがノードＮ２３に印加される。なぜなら、より上位にある全てのスイッチＱ１１及びＢ１１が導通状態に切り換えられているからである。従って、ノードＮ２４の電圧は、２６．７Ｖ−４２Ｖ＝−１５．３Ｖである。ノードＮ５の電圧は、依然として６Ｖであるので、スイッチＱ２１及びＢ２１は、導通状態である。半波がさらに上昇すると、ノードＮ２３の電位と、ひいてはノードＮ２４の電位とが上昇する。ノードＮ２４の電位が５．３Ｖ（ノードＮ５の電位である６Ｖから、スイッチＱ２１のベース・エミッタ間電圧を減算した値）に到達すると、スイッチＱ２１と、ひいてはスイッチＢ２１とが、遮断状態へと移行する。入力電圧がさらに増加すると、ノードＮ２３の電位はさらに増加して４７．３Ｖに到達する（ノードＮ２４の５．３Ｖに、１４×３Ｖを加算した値）。この時点を過ぎると、ＬＥＤユニットＬＥ２のＬＥＤカスケードのＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２を通って電流が流れ始める。従って、入力電圧が４７．３Ｖである場合には、１４に３Ｖを乗算して０．７Ｖを加算した値（１４に、ＬＥＤ，ＬＥＤ２９〜ＬＥＤ４２の順方向電圧と、ダイオードＤ２３の順方向電圧とを乗算）が降下し、従って、ノードＮ２２の電位は、たった４．６Ｖに過ぎなくなる。ノードＮ２２はノードＮ２３に一致するので、ノードＮ２３の電位もたった４．６Ｖのみとなる。従って、ノードＮ２４の電位は、４．６Ｖから２１．０Ｖ（ノードＮ２３の電位から、コンデンサＣ２２の両端で降下した電圧を減算した値に相当する）を減算した値となり、すなわち−１６．４Ｖとなる。これによってノードＮ５とノードＮ２４との間の電圧差は−２２．４Ｖとなり、これによってトランジスタＱ２１と、ひいてはスイッチＢ２１とが再び導通状態になる。このようにすると、ＬＥＤユニットＬＥ３のＬＥＤカスケードＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４８は再び短絡され、すなわちもはや通電されなくなる。
【００６６】
ＬＥＤユニットＬＥ１のＬＥＤカスケードは、相応にして通電される。
【表１】
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【００６７】
半波が自身の最大値を上回った場合には、逆の効果が生じる。すなわち、ＬＥＤユニットＬＥ１，ＬＥ２，ＬＥ３の各ＬＥＤカスケードが、上述した順序に即して連続的に切り換えられていき、やがて位相角が１８０°になると、再び全てのＬＥＤカスケードが橋絡され（Ｂ１１〜Ｂ３１は導通状態）、新しい半波が開始する。
【００６８】
以下の説明は、ノードＮ５における電位の供給のための特に有利な実施形態に関する。
【００６９】
一般的に、補助電圧を供給するためには、整流器の出力側に結合されたバックコンバータが使用される。しかしながら本発明によれば、ノードＮ５のための補助電圧を形成するために、リニアレギュレータ１２における電圧降下、すなわちノードＮ３２の電圧が利用される。ＬＥＤカスケードのバイナリ構成に基づき、リニアレギュレータ１２において鋸歯状の電圧が取り出し可能となり、この鋸歯状の電圧は、全てのＬＥＤカスケードがスイッチオンされるまで０〜２６．７Ｖの間で変動する。全てのＬＥＤカスケードが活性化されると、それぞれのＬＥＤカスケードの両端で降下した電圧の合計と、入力電圧との差から導かれる電圧が、リニアレギュレータ１２において降下する。この鋸歯状の電圧の電圧ピークは１つの半波内において時間的に良好に分布しているので、この鋸歯状の電圧を、ＲＣ素子Ｒ４，Ｃ２と、整流ダイオード及びツェナーダイオードＤ３，Ｄ２とを用いて補助電圧を形成するために利用することができる。この補助電圧は、小さい残留リップルしか有さないので、他の補助電圧供給部に比べて格段に小さいキャパシタンスを使用することができる。この補助電圧源は、非常に簡単に構築され、コンパクトに実現可能である。この補助電圧源はさらに、上記の理由から低コストでもある。そうでなければリニアレギュレータ１２において損失電力に変換されていたはずの電流を、補助電圧を供給するために取り出すという状況は、特に有利である。本発明によればつまり、ノードＮ５における補助電圧の形成のために寄生電力が利用される。従って、補助電圧供給部によって付加的な損失電力が発生することがなくなり、回路装置の効率が最適化される。
【００７０】
回路装置のさらなる機能方法に関して、スイッチング装置ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３及び制御装置２０が考慮される：
【００７１】
制御装置２０は、端子７０３と７０４との間に結合されており、整流された交流供給電圧の振幅を検出するように構成されている。
【００７２】
制御装置２０は、検出した電圧に基づいて、スイッチＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ３３を制御する。制御装置が、入力側において例えば２００Ｖの電圧を確認すると、該制御装置は、各スイッチを以下のように、すなわちＳ１２，Ｓ１３，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ３２，Ｓ３３が非導通状態になるように、且つ、Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１が導通状態になるように制御する。制御装置２０はさらにスイッチＳ４を駆動して、このスイッチＳ４が、上述した電圧範囲にある場合には非導通状態となるようにする。上述した回路手段によれば、ＬＥＤユニットＬＥ１の全てのＬＥＤは、直列に接続されている。同じことが、ＬＥＤユニットＬＥ２及びＬＥＤユニットＬＥ３のＬＥＤにも当てはまる。
【００７３】
整流器の出力側の電圧が第１電圧範囲よりも低い第２電圧範囲内にあること、すなわち整流器の出力側の電圧が例えば１００Ｖであることを、制御装置２０が確認すると、該制御装置２０は、各スイッチを以下のように、すなわちＳ１２，Ｓ１３，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ３２，Ｓ３３が導通状態になるように、且つ、Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１が非導通状態になるように制御する。さらには、スイッチＳ４が導通状態に切り換えられる。
【００７４】
さてこのとき、上記の制御によって、ＬＥＤユニットＬＥ１の、ＬＥＤ，ＬＥＤ１〜ＬＥＤ１４を含む第１半数のＬＥＤは、当該ＬＥＤユニットＬＥ１の、ＬＥＤ，ＬＥＤ１５〜ＬＥＤ２８を含む残りの第２半数のＬＥＤに対して並列に接続されている。同じことがＬＥＤユニットＬＥ２にも当てはまる。すなわち、ＬＥＤユニットＬＥ２の場合には、上述したスイッチ切り換えによって、ＬＥＤ，ＬＥＤ２９〜ＬＥＤ３５が、ＬＥＤ，ＬＥＤ３６〜ＬＥＤ４２に対して並列に接続されている。ＬＥＤユニットＬＥ３の場合には、ＬＥＤ，ＬＥＤ４３〜ＬＥＤ４５の直列回路は、ＬＥＤ，ＬＥＤ４６〜ＬＥＤ４８の直列回路に対して並列に接続されている。
【００７５】
今や、スイッチＳ４が導通状態に切り換えられていることにより、活性化されているそれぞれのＬＥＤユニットＬＥ１，ＬＥ２，及び／又はＬＥ３を通って２倍の電流が流れることができる（スイッチＳ４が非導通状態に切り換えられている状態と比較して）。
【００７６】
本発明に係る回路装置の図２に図示された実施形態では、ＬＥＤユニットＬＥ１だけがスイッチング装置ＳＶ１を有する。さらには、各ＬＥＤユニットにおけるＬＥＤの個数が、図１とは異なるように変化されている。つまり、ＬＥＤユニットＬＥ１は、ＬＥＤ，ＬＥＤ１〜ＬＥＤ２６、すなわち２６個のＬＥＤを有し、ＬＥＤユニットＬＥ２は、ＬＥＤ，ＬＥＤ２７〜ＬＥＤ３４、すなわち８個のＬＥＤを有し、ＬＥＤユニットＬＥ３は、ＬＥＤ，ＬＥＤ３５〜ＬＥＤ３８、すなわち４個のＬＥＤを有する。図示されているようにＬＥＤユニットＬＥ１だけがスイッチング装置ＳＶ１を有する場合であっても、図示された各ＬＥＤユニットＬＥ１，ＬＥ２，ＬＥ３のＬＥＤによる非バイナリ実装によって、適切な電力特性を実現することが可能である。
【００７７】
図３は、この関連において、２００Ｖの入力交流供給電圧によって動作する場合における、ノード７０３，Ｎ１２，Ｎ２２，Ｎ３２における各電圧の時間推移を示す。既に述べたように本実施例では、ＬＥＤユニットＬＥ１の各ＬＥＤは、スイッチング装置ＳＶ１の相応の駆動によって直列に接続されている。図３では、それぞれの電圧降下に関してどのＬＥＤユニットが関係しているか、すなわちどのＬＥＤユニットがスイッチオンされているかが、それぞれの線で囲まれた面の中に記入されている。
【００７８】
これに対して図４は、図２の回路装置が１００Ｖの交流供給電圧によって動作する場合における、それぞれ対応するパラメータの時間推移を示す。
【００７９】
従って、図２に図示された実施例に関して、デュアルコアＬＥＤとしてＬＥＤが実現されている場合には、以下の状況が発生する：
【００８０】
ＬＥＤユニットＬＥ１は、２００Ｖでの動作時には、５２個の直列接続されたＰＮ接合部を有し、１００Ｖでの動作時には、それぞれに２６個の直列接続されたＰＮ接合部からなる並列接続された２つのストリングを有する。ストリング２は、１６個の直列接続されたＰＮ接合部を有し、ストリング３は、８個の直列接続されたＰＮ接合部を有する。
【００８１】
１００Ｖの動作モードでは、リニアレギュレータ１２のスイッチＳ４の相応の切り換えによって２倍の電流に切り換えられており、従って、ストリング１のそれぞれ２６個のＬＥＤからなる二重の並列回路のために適切な定格電流がセットされている。しかしながらこれによって、ストリング２及び３に過負荷が加わるおそれがある。従って、これらのストリングの周期的に繰り返されるスイッチオン期間を、相応に短縮することを企図することができる。
【００８２】
これによって、２００Ｖの動作モードにおいて測定された、全ＬＥＤ出力が、１００Ｖの動作モードにおいても一定に維持される。
【００８３】
ストリング１及び２の順方向電圧は、第３ストリングが定格電圧最大値（９０°）においてもはやスイッチオンされないように、ＬＥＤの適切な個数によって意図して選択されている。上記の表の状態８及び９は、実現されない。これにより、第３ストリングにおけるＬＥＤの過負荷が阻止される。
【００８４】
１００Ｖの動作モードの場合には、ストリング１を、２００Ｖの動作モードの場合よりも早期に開放してより長く活性化された状態に留めるという手段によって、且つ、ストリング２のスイッチオンフェーズを、定格電圧最大値の近傍では２００Ｖの動作モードの場合よりも格段に短く選択するという手段によって、ストリング２のスイッチオン期間の短縮を達成することができる。これら２つの手段は、結果的に生じるストリング１の順方向電圧を、ＬＥＤの相応の実装によってストリング２の順方向電圧の２倍よりも低くなるように選択することによって達成される。
【００８５】
図５は、補助電圧供給部１４の択一的な実施形態を示す。この補助電圧供給部１４はさらに、リニアレギュレータ１２を通る電流を調整するための調整装置１６を含む。調整装置１６の入力側は、ノードＮ５に接続されており、出力側は、スイッチＱ２の制御電極に接続されている。調整装置１６は、トランジスタＱ３と分圧器とを含み、この分圧器は、オーミック抵抗Ｒ７及びＲ９とＮＴＣ抵抗とを含む。分圧器のタップは、トランジスタＱ３の制御電極に結合されている。トランジスタＱ３のコレクタは、スイッチＱ２の制御電極に結合されている。
【００８６】
回路装置の温度が上昇すると直ぐに、トランジスタＱ３は、ますます導通状態に切り換えられ、これによってスイッチＱ１は、ますます遮断状態へと移行する。これによって抵抗Ｒ５を通る電流が減少し、従って、ＬＥＤにおいて変換される電力が低減される。スイッチＱ３が完全に導通状態に切り換えられるほど温度が高くなると、回路装置のサーマルシャットダウンが実現される。調整装置１６は、ノードＮ５における補助電圧によって動作される。
【００８７】
図５にはさらに、コンデンサＣ７とオーミック抵抗Ｒ６との並列回路と、ダイオードＤ８とを含む突入電流遅延装置を図示している。これによってトランジスタＱ２のベースの電圧は、最初は、コンデンサＣ７が自身のピーク値まで充電されるまで緩慢に上昇する。このことから、電源投入時点にトランジスタＱ１において許容できないほど高い損失電力は発生しなくなるという利点が得られる。これによってまた、電源投入時に家庭用ヒューズが作動されることなく、該家庭用ヒューズにおける複数のモジュールを動作させることも可能となる。
【００８８】
好ましい１つの実施形態では、Ｒ９は５００Ωであり、ＮＴＣ抵抗は４７ｋΩであり、Ｒ７は５００Ωであり、Ｒ４は１０ｋΩであり、Ｃ２は１０μｆであり、Ｃ７は１０μｆであり、Ｒ６は２００ｋΩである。
【００８９】
図６は、図１に図示された本発明に係る回路装置の１つの部分領域の別の択一的形態を示す概略図である。本実施例では、オーミック抵抗Ｒ４（図１参照）が可変抵抗として構成されており、これによってノードＮ５の電圧を調整する機能が提供される。従ってこの回路装置を、調光動作のために使用することが可能となる。つまり、リーディングエッジ調光器及びトレーリングエッジ調光器の場合であれば、リニアレギュレータ１２において利用可能な電圧が、ノードＮ５における補助電圧を維持するために部分的にもはや充分ではないことがある。これを阻止するためには、補助電圧を供給するためのオーミック抵抗Ｒ４を、比較的小さく選択する必要があろう。これによって、回路効率及び電磁両立性に対して悪影響が及ぼされることとなるだろう。
【００９０】
従って、図６に図示された実施例では、チャージポンプ１４において、調光を可能にするのみならず回路装置の効率の向上も可能にする、反転型の電圧レギュレータが実現されている。電圧レギュレータは、それぞれ１つの制御電極と作用電極と基準電極とを備える２つの電子スイッチＱ４，Ｑ５を含む。スイッチＱ４の制御電極は、ツェナーダイオードＤ２のアノードに結合されており、スイッチＱ４の基準電極は、基準電位に、本実施例では第２入力端子７０４に結合されており、スイッチＱ４の作用電極は、スイッチＱ５の制御電極に結合されている。スイッチＱ５の制御電極は、プルアップ抵抗Ｒ１０を介して当該スイッチＱ５の作用電極に結合されており、スイッチＱ５の作用電極自体は、ダイオードＤ３のカソードに結合されている。スイッチＱ５の基準電極は、ノードＮ５に結合されている。回路装置の干渉脆弱性を改善するために、コンデンサＣ１が設けられており、このコンデンサＣ１は、スイッチＱ４及びＱ５の制御電極と基準電位との間に結合されている。
【００９１】
機能方法に関して：スイッチＱ４は、ツェナーダイオードＤ２を通る電流を測定する。この場合に、ツェナーダイオードＤ２が導通しなければ、コンデンサＣ２の電圧が低すぎるということである。ツェナーダイオードＤ２を通って電流が流れないことによって、スイッチＱ４は非導通状態になる。スイッチＱ５は、自身のコレクタ電圧がエミッタ電圧よりも高い場合にはプルアップ抵抗Ｒ４によって導通状態に切り換えられ、これによってコンデンサＣ２に電荷担体を供給する。従って、スイッチＱ５は、リニアレギュレータ１２における電圧が、ダイオードＤ３の順方向電圧と、スイッチＱ５のベース・エミッタ間電圧と、コンデンサＣ２の電圧とからなる合計よりも大きい場合にスイッチオンされる。
【００９２】
コンデンサＣ２の電圧が充分に高い場合には、スイッチＱ４は、導通可能となり、これによってスイッチＱ５のベースから電荷担体を引き抜く。
【００９３】
このようにすると、リーディングエッジ調光及びトレーリングエッジ調光の場合に該当するように、リニアレギュレータ１２において非対称の鋸歯状の電圧が存在する場合であっても、ノードＮ５に一定の電圧が提供される。
【００９４】
好ましい１つの実施例では、Ｒ１０は１ｋΩであり、Ｃ１は２００ｎＦである。
【００９５】
当業者には明らかであるように、本発明は、別の個数のＬＥＤユニットを用いて構成してもよく、又は、別の個数のＬＥＤを用いて構成してもよく、又は、別の交流供給電圧用に構成してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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