JP2011103285A - 調光可能なｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストの調光可能なＬＥＤランプ、および低コストの調光可能なＬＥＤランプのＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】調光可能なＬＥＤランプ１１０は、ブリッジ整流器１０２と、トグル検出器７４と、維持電圧供給回路７１と、カウンタ９６と、ＬＥＤ光源９９と、ＬＥＤ照明ドライバ８０とを備える。ブリッジ整流器１０２は、壁スイッチ９８を介してソースＡＣ電圧を受け取り、整流されたＤＣ電圧を提供する。トグル検出器７４は、壁スイッチ９８のトグル動作を監視する。維持電圧供給回路７１は、維持電圧を提供する。カウンタ９６は、維持電圧を受け取って動作し、トグル検出器７４がトグル動作を検出した時に変化する計数値を保存して提供する。ＬＥＤ照明ドライバ８０は、整流されたＤＣ電圧を定電流に変換して、ＬＥＤ光源９９を駆動する。ＬＥＤ照明ドライバ８０は、また、計数値に基づいてＬＥＤ光源９９にマルチレベルの調光を提供する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ＬＥＤ（light-emitting diode）ランプに関するものであり、特に、マルチレベルの調光機能を備えたＬＥＤランプに関するものである。

照明用調光器はエネルギーを節約することができるが、様々な種類の電子調光器を設置するのに追加料金が必要となるため、電球型蛍光ランプや新ＬＥＤランプを含む白熱ランプや省エネランプのほとんどは、調光手段を備えていない。使用状態は、完全にオンか、完全にオフである。安全面を考慮すると、大部分の状況において、完全にオフになるよりは、光を調光できる方が望ましい。例えば、ショッピングセンター、商店、学校、病院、事務所、廊下、階段、工場、倉庫等の場所では、勤務後や夜間の間に、部分的に調光された照明が強く望まれる。

トライアック調光器は、既存の壁スイッチの配線システムを変えないで、単極単投（single-pole single-throw, SPST）型壁スイッチを改造することができる。つまり、配線をし直す必要がない。トライアック調光器は、基本的にＡＣ電圧の一部を切断することによって作動する。こうすることによって、ＡＣ電圧の他の部分がランプに通る。ＬＥＤランプの輝度は、伝送された電力量によって決まるため、より多くのＡＣ電圧が切断されれば、より調光される。

トライアックは、基本的に三端子（three-terminal）で、ＡＣ線から直接作動するＳＳＤ（solid-state device）である。短パルス電流がゲート端子に入ると、トライアックが「オン」になる。つまり、現在の半周期（half-cycle）の終わりまで電流を伝導することができる。負荷に大きな抵抗があると仮定すると、白熱ランプの場合、ＡＣ電圧が各半周期の終わりでゼロレベルを超えた時に、負荷電流がゼロに下がって、トライアックがオフ状態に戻る（整流する）。

図１は、白熱ランプ１０の従来のトライアック調光回路２０を示す概略図である。調光回路２０は、ＳＰＳＴ壁スイッチ１２とＡＣ１電力線の間に挿入される。抵抗Ｒ２３およびコンデンサＣ２４は、ＡＣ線電圧のゼロ交差（zero-crossing）の後に遅延時間を決定する。Ｒ２３は、可変抵抗である。ユーザーは、Ｒ２３を調整することによって、上述した遅延時間を制御することができる。トライアック２５をオンにする前は、Ｃ２４を充電するためにＲ２３に流れる小さな電流以外は、基本的に電流は存在しない。この小さな電流は、数百オームの抵抗を有するランプ１０にも流れる。（Ｒ２３*Ｃ２４によって決定された）遅延時間の後、Ｃ２４を横切る電圧が充分に大きい値（例えば、３０Ｖ）に達して、ダイアック２６を低抵抗状態に破壊する。ダイアック２６の破壊は、短い電流パルスをトライアック２５のゲート端子（ＧＴ）に提供して、導通状態に変化させる。

図２は、図１の従来のトライアック調光回路２０におけるいくつかの重要な信号を示す概略図である。図２に示すように、遅延時間を増やすことによって、トライアックの導通角（φ）を減少させ、それによって、ランプ１０に対する電流または電力の量を制御することができる。このように、遅延時間（π−φ）を調整して負荷に利用できる電力を規制する方法は、位相制御（phase control）としても知られている。

トライアック２５が信号を送った後、トライアックの端子ＭＴ１およびＭＴ２を横切る電圧は、基本的にゼロに下がる。Ｃ２４の残りの電圧は、Ｒ２３およびトライアック２５を介して放出される。注意すべきこととして、Ｃ２４が一部の電荷をトリガーダイアック２６に保存できるようにするには、いくらかの遅延時間が常に必要とされるため、最大導通角は１８０度よりも小さい。

従来のトライアック調光器には、欠点がいくつかある。（１）トライアック調光器の使用中に、照明器具の力率（power factor）が下がる。調光器が非常に暗い光の状態に設定された場合、照明器具の力率は０．２０またはそれ以下になる可能性がある。

（２）ＡＣサイクルの半ばでトライアックを突然オンにすると、トライアック調光器が電磁妨害（electro-magnetic interference, EMI）と騒音を発生させる。通常、ＥＭＩノイズが同じ配線システムに接続された他の電気または電子機器の操作に達して影響を及ぼすのを阻止するために、ＥＭＩフィルターが必要である。図１は、コンデンサ２１およびインダクタ２２を使用した典型的ＥＭＩフィルターを図示したものである。

（３）トライアック調光器は、もともと白熱ランプのような抵抗型負荷を制御するために設計されたものである。白熱ランプは、そのタングステンフィラメントを摂氏３，０００度以上に熱することによって、光を放つ。ＡＣ電圧が６０Ｈｚ／１２０Ｈｚで振動している時でも、フィラメント温度は変動しないため、ＡＣ電圧の一部を切断しても、人間の目にはちらついているようには見えない。しかしながら、調光によって、白熱ランプはより低い温度で作動し、赤みがかった光を放つ。

（４）トライアック調光器は、通常、大部分の蛍光ランプやコンパクト型蛍光ランプ（compact fluorescent lamp, CFL）と互換性を持たないため、ちらつきを発生させたり、ランプを完全に破損させることがよくある。実際に、蛍光ランプは、周知の通り調光するのが難しい。

（５）トライアック調光器は、大部分のＬＥＤ照明器具とも互換性を持たない。ＬＥＤは、順電流（forward current）を導通している時にだけ、光を放つ。電流がオフになると、すぐに光を放つのを停止する。そのため、導通角が９０度よりも小さい時、トライアック調光器の使用によって切断されたＡＣ電圧波形は、目で見えるちらつきになる。

図３は、赤外線（infra-red, IR）リモコンシステムを用いた従来の電子調光器を示す概略図である。伝導時間変調器３１は、電力をランプ３５に変えるために用いられる。ＡＣ／ＤＣ電源装置３２は、ＤＣ電圧を赤外線受信器３３および伝導時間変調器３１に提供する。赤外線受信器３３は、赤外線リモコン３６によって発せられた調光レベル命令に応答する。注意すべきこととして、リモコン３６は、作動電圧を供給して内部回路を動かすためのバッテリーを必要とする。

赤外線または無線リモコンを使用する電子調光器は、調光機能だけでなく、時間設定操作のような、その他の高度な制御機能も提供することができる。これによって、トライアック調光回路の限界を防ぐことができるとともに、蛍光ランプやＬＥＤランプの調光をサポートすることができる。しかし、これらの利点には全て、（ａ）各ランプに赤外線または無線受信器やデコーダ回路を付け加える追加料金を含む非常に高いコストを要する、（ｂ）リモコン装置にはバッテリーのようなＤＣ電圧が必要である、（ｃ）コントローラを置き忘れたり、乱暴に扱ったり、盗まれたりしやすい等の問題が付随する。

ＬＥＤ照明は、通常、定電流の状態で作動する。オフラインアプリケーションについては、バックコンバータ（buck converter）を使用して、整流されたＡＣ電圧をＬＥＤランプによって要求された一定のＤＣ電流に変換することができる。図４は、バックコンバータに基づくＬＥＤ照明ドライバ４０を示す概略図である。ＬＥＤ照明ドライバ４０は、スイッチコントローラ５０と、インダクタ４７と、還流用ダイオード（free-wheeling diode）４８と、パワーＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）４５と、電流検出抵抗４６とを備える。

通常５０ｋＨｚで動いている高周波クロック５３がパルスを発してＳＲフリップフロップ５４を設定した時、ＭＯＳＦＥＴ４５がオンになる。ゲートドライバ５５は、ＳＲフリップフロップ５４の出力を増幅して、パワーＭＯＳＦＥＴ４５を駆動する。ＭＯＳＦＥＴ４５がオンになると、ＬＥＤランプ４９およびインダクタ４７に流れる電流がより高くなる。ＬＥＤ電流レベルは、検出抵抗４６によって検出される。抵抗４６を横切る検出電圧が基準電圧ＶＲＥＦを上回った時、コンペレータ５６がフリップフロップ５４の出力をリセットする。それに応じて、ＭＯＳＦＥＴ４５がオフになる。誘導性のＬＥＤ電流は、ダイオード４８に流れる。次のクロックパルスまで、インダクタの電流が低下し始める。高周波でＭＯＳＦＥＴ４５を繰り返しオン／オフすることによって、ＬＥＤ電流が基準電圧ＶＲＥＦによって設定された一定のレベルに調整される。

スイッチコントローラ５０は、また、調光鋸波発生器５１およびアナログコンペレータ５２を含む調光回路を備える。調光鋸波発生器５１は、一般的に、１００Ｈｚから１ｋＨｚの範囲のパルス幅変調（pulse-width modulation, PWM）調光周波数（例えば、調光鋸波）を提供する。調光電圧ＶＤＩＭは、例えば、図３に示すような赤外線受信器によって提供される。

図５に示すように、調光電圧ＶＤＩＭのレベルを変えることによって、ＬＥＤドライバの伝導時間を調整することができる。Ｔ１からＴ２まで、ＶＤＩＭは、例えば、４．５Ｖの高レベルに設定される。ＭＯＳＦＥＴ４５は、常にスイッチモードにある。Ｔ２の後、ＶＤＩＭレベルは２．０Ｖまで下がる。調光鋸波が２．０Ｖ以上のＶＤＩＭレベルに上がると、Ｔ３において、コンペレータ５２の出力が低くなる。これによって、ＡＮＤゲート５７は、クロック５３がフリップフロップ５４を設定しないようにする。そのため、ＭＯＳＦＥＴ４５のスイッチ操作が停止する。

Ｔ４において、鋸波がゼロに下がり、コンペレータ５２の出力が再び高くなって、クロック５３がフリップフロップ５４を設定できるようになる。注意すべきこととして、Ｔ２からＴ４までの間のスイッチモードにおけるＭＯＳＦＥＴ４５のデューティサイクル（duty cycle）または比率（つまり、ＭＯＳＦＥＴ４５のスイッチデューティサイクル）は、５０％である。Ｔ４の後、ＶＤＩＭレベルは、さらに１．０Ｖまで低下する。同様に、Ｔ４からＴ６までの間のＭＯＳＦＥＴ４５のスイッチデューティサイクルは、２５％である。ＶＤＩＭレベルをさらに０．５Ｖまで減らすことによって、スイッチデューティサイクルを１２．５％まで下げることができる。

バイアス電圧供給回路４１は、インダクタ４７に接続されたバイアス巻線４４を備える。バイアス巻線４４によって誘導されたＡＣ電圧は、ダイオード４３およびコンデンサ４２によって整流され、平滑化される。ＰＷＭ調光が周期的にバックコンバータのスイッチングを妨げると、バックコンバータをスタンバイ状態に維持するために、コンデンサ４２が充分な電荷を保持する。スタートアップ抵抗Ｒｓｔは、電圧ＶＤＣとコンデンサ４２の間に接続される。抵抗Ｒｓｔは、ＡＣ供給が最初にＬＥＤランプ４９と駆動回路に接続された時に、ＬＥＤ照明ドライバ４０を始動する。

しかしながら、トライアック装置や赤外線リモコンを使用する従来の調光制御方法は全て、いくつかの欠点を有する。トライアック調光器は比較的に低コストで、設置するのが容易であるが、その性質によりＬＥＤ照明と互換性がない。また、他の調光方法では、ＶＤＩＭ情報をＬＥＤ照明ドライバに伝送するためにハードウェアを追加しなければならず、コストがかかることがネックになっている。

本発明は、低コストの調光可能なＬＥＤランプ、および低コストの調光可能なＬＥＤランプのＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの実施形態において、調光可能なＬＥＤランプは、ブリッジ整流器と、バイアス電圧供給回路と、トグル検出器と、維持電圧（sustain voltage）供給回路と、カウンタと、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ照明ドライバとを備える。バイアス電圧供給回路は、バイアスＤＣ電圧を提供するとともに、前記壁スイッチがオンの時にだけバイアスＡＣ電圧を提供し、前記バイアスＡＣ電圧を整流して、前記整流されたバイアスＡＣ電圧のリプルをフィルタリングし、前記フィルタリングの結果を前記バイアスＤＣ電圧として提供する。ブリッジ整流器は、壁スイッチを介してソースＡＣ電圧を受け取り、整流されたＤＣ電圧を提供する。トグル検出器は、壁スイッチのトグル動作を監視する。維持電圧供給回路は、維持電圧を提供する。カウンタは、維持電圧を受け取って操作する。また、カウンタは、トグル検出器が壁スイッチのトグル動作を検出した時に変化する計数値（counting value）を保存して、提供する。ＬＥＤ照明ドライバは、整流されたＤＣ電圧を定電流に変換して、ＬＥＤ光源を駆動する。ＬＥＤ照明ドライバは、計数値に基づいて、ＬＥＤ光源にマルチレベルの調光を提供することもできる。

本発明の他の実施形態において、調光可能なＬＥＤ照明装置を提供する。調光可能なＬＥＤ照明装置は、上述した調光可能なＬＥＤランプのトグル検出器と、維持電圧供給回路と、カウンタと、ＬＥＤ照明ドライバとを備える。

以上のように、本発明のＬＥＤランプは、配線のし直しや、元の壁スイッチの改造を行う必要がない。また、トライアック調光器や、いかなるハードウェアも追加する必要がない。本発明のＬＥＤランプは、赤外線または無線リモコンを必要とせず、一般の壁スイッチを利用して調光調節を行うことができる。さらに、本発明の調光可能なＬＥＤランプは、全ての調光機能をＬＥＤランプのＬＥＤ照明ドライバに組み込むことができるため、Ａ１９、ＰＡＲ３０、ＰＡＲ３８等のような従来の照明器具と同じフォームファクタ（form factor）で作ることができる。本発明のＬＥＤランプは、全ての調光レベルにおいて非常に高い力率（０．９５以上）を維持することができる。また、本発明の調光可能なＬＥＤ照明装置は、天井扇風機の速度調節やエアコンの温度調節等、その他の家庭用電気装置の調節も行うことができる。

本発明の上記及び他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

従来のトライアック調光回路を示す概略図である。 図１の従来のトライアック調光回路におけるいくつかの重要な信号を示す概略図である。 従来のリモコン調光回路を示す概略図である。 従来のＬＥＤランプ駆動回路を示す概略図である。 図４のＬＥＤランプ駆動回路におけるいくつかの重要な信号を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るＬＥＤランプを示す概略図である。 図６のＬＥＤランプを示す別の概略図である。 図７のＬＥＤランプをより詳細に示す概略図である。 図８のＬＥＤランプのいくつかの重要な信号および操作を示す概略図である。 本発明の別の実施形態に係る別のＬＥＤランプを示す概略図である。

以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明するが、同一の参照番号を同一または類似する図面および関連説明に使用する。

図６は、本発明の実施形態に係る壁スイッチ制御式の調光機能を備えたＬＥＤランプ６０を示す概略図である。ランプ６０は、ＬＥＤ光源６１と、ヒートシンク（heat-sink）基板６２と、駆動回路６３とを備える。ＬＥＤ光源６１は、ヒートシンク基板６２に取り付けられた高輝度ＬＥＤの列である。駆動回路６３は、ＡＣ電源をＤＣ操作電流に変換して、ＬＥＤ電源６１を駆動する。駆動回路６３は、壁スイッチ６４のトグル動作によって制御された調光回路を含む。

図７は、図６のＬＥＤランプ６０と同じ壁スイッチ制御式の調光機能を備えたＬＥＤランプ１１０を示す概略図である。ＬＥＤランプ１１０は、ブリッジ整流器１０２と、コンデンサ１０３と、スタートアップ抵抗９５と、バイアス電圧供給回路９０と、トグル検出器７４と、維持電圧供給回路７１と、カウンタ９６と、ＬＥＤ光源９９と、ＬＥＤ照明ドライバ８０とを備える。ブリッジ整流器１０２は、壁スイッチ９８を介してＡＣ線１０１からソースＡＣ電圧を受け取り、整流されたＤＣ電圧ＶＤＣを提供する。コンデンサ１０３は、整流されたＤＣ電圧ＶＤＣから出たリプルとノイズをフィルタリングする。スタートアップ抵抗９５は、図４の抵抗Ｒｓｔと同じ目的で用いられる。バイアス電圧供給回路９０は、バイアスＡＣ電圧ＶＢおよびバイアスＤＣ電圧ＶＤＤ１を提供する。ＬＥＤ照明ドライバ８０は、バイアスＤＣ電圧ＶＤＤ１を受け取って操作する。トグル検出器７４は、壁スイッチ９８のトグル動作を監視する。維持電圧供給回路７１は、維持電圧ＶＤＤ２を提供する。本実施形態において、カウンタ９６は、維持電圧ＶＤＤ２を受け取って操作する２ビットカウンタである。また、カウンタ９６は、トグル検出器７４が壁スイッチ９８のトグル動作を検出した時に変化する計数値を保存して提供する。ＬＥＤ照明ドライバ８０は、整流されたＤＣ電圧ＶＤＣを定電流に変換して、ＬＥＤ光源９９を駆動する。ＬＥＤ照明ドライバ８０は、カウンタ９６によって提供された計数値に基づいて、ＬＥＤ光源９９にマルチレベルの調光を提供する。

ＬＥＤ照明ドライバ８０は、インダクタ８１と、還流用ダイオード８２と、パワーＭＯＳＦＥＴ８３と、検出抵抗８４と、スイッチコントローラ８５とを備える。インダクタ８１は、ＬＥＤ光源９９に接続される。還流用ダイオード８２は、インダクタ８１に接続された陽極と、整流されたＤＣ電圧ＶＤＣおよびＬＥＤ光源９９に接続された陰極とを有する。パワーＭＯＳＦＥＴ８３は、インダクタ８１およびダイオード８２の陽極に接続される。検出抵抗８４は、パワーＭＯＳＦＥＴ８３と接地ＧＮＤの間に接続される。

インダクタ８１、還流用ダイオード８２、パワーＭＯＳＦＥＴ８３、および検出抵抗８４は、図４の対応する構成要素と同じ機能を果たす。ＬＥＤ照明ドライバ８０は、バックコンバータである。パワーＭＯＳＦＥＴ８３がオンの時、インダクタを横切る電圧は正である。それに応じて、ＬＥＤ光源９９およびインダクタ８１を通る電流が増加する。電流ＩＳＥＮは、図４と同じフィードバックを提供する。パワーＭＯＳＦＥＴ８３がオフの時は、定電流がダイオード８２およびＬＥＤ光源９９に入るため、インダクタ８１を横切る電圧は負になる。それに応じて、ＬＥＤ光源９９およびインダクタ８１を通る電流が減少する。パワーＭＯＳＦＥＴ８３を非常に速くスイッチングすることによって、ＬＥＤ光源９９を通る電流が実質的に一定になる。スイッチコントローラ８５は、バイアスＤＣ電圧ＶＤＤ１を受け取って操作する。スイッチコントローラ８５は、カウンタ９６によって提供された計数値に基づいて、パワーＭＯＳＦＥＴ８３のスイッチデューティサイクルを制御することによって、ＬＥＤ光源９９のマルチレベルの調光を制御する。

図８は、図７の調光可能なＬＥＤランプ１１０をより詳細に示す概略図である。バイアス電圧供給回路９０は、バイアス巻線９３と、整流ダイオード９１と、フィルタコンデンサ９２とを備える。インダクタ８１およびバイアス巻線９３は、共通の磁気コアを介して電磁的に接続される。パワーＭＯＳＦＥＴ８３がスイッチングしている時、ＡＣ電圧がインダクタ８１を横切って発生する。これは、巻線９３を横切る比例ＡＣ電圧も含まれる。つまり、バイアス巻線９３は、インダクタ８１から電力を受け取ることによって、バイアスＡＣ電圧ＶＢを提供する。整流ダイオード９１は、バイアスＡＣ電圧ＶＢを整流する。コンデンサ９２は、整流されたバイアスＡＣ電圧ＶＢのリプルをフィルタリングする。フィルタリングの結果をバイアスＤＣ電圧ＶＤＤ１としてコンデンサ９２に保存して、ＬＥＤ照明ドライバ８０に提供し、ＬＥＤ照明ドライバ８０のスイッチング操作がＰＷＭ調光モードの間に停止されても、スイッチコントローラ８５をスタンバイモードに維持する。スイッチ９８が最初にオンなった時、整流されたＤＣ電圧ＶＤＣがスタートアップ抵抗９５を介してコンデンサ９２を充電する。バイアスＤＣ電圧ＶＤＤ１が指定したレベル（例えば、５Ｖまたは１０Ｖ）に達すると、ＬＥＤ照明ドライバ８０が始動する。

トグル検出器７４は、１組の抵抗電圧ドライバ７６および７７と、整流ダイオード７８と、フィルタコンデンサ７５とを備える。ダイオード７８は、バイアスＡＣ電圧ＶＢを整流する。抵抗電圧ドライバ７６および７７は、整流されたバイアスＡＣ電圧ＶＢを駆動する。コンデンサ７５は、最小の調光周期でＰＷＭ調光によって生じた電圧リプルをフィルタリングする。コンデンサ７５は、フィルタリングの結果をトグル電圧ＶＴＧＬとして提供する。トグル検出器７４は、巻線９３上のバイアスＡＣ電圧ＶＢの存在（または不在）を監視する。壁スイッチ９８がしばらくの間オフになると、ＭＯＳＦＥＴ８３のスイッチングが停止する。バイアス巻線９３は、これ以上コンデンサ７５に電力（つまり、バイアスＡＣ電圧ＶＢ）を供給しない。コンデンサ７５を横切るトグル電圧ＶＴＧＬは、抵抗７７を介してゼロから１００ｍｓ未満に放電される。スイッチコントローラ８５に含まれる立下りエッジ（falling edge）検出器８６は、トグル電圧ＶＴＧＬを受け取って監視する。トグル電圧ＶＴＧＬが所定のしきい値よりも低くなったことを立下りエッジ検出器８６が検出した時、立下りエッジ検出器８６は、トリガー信号をカウンタ９６に出力する。カウンタ９６は、計数値を変えて、トリガー信号に応答して１まで数える。

維持電圧供給回路７１は、また、バイアス巻線９３からエネルギーを受け取る。ダイオード７３は、バイアスＡＣ電圧ＶＢを整流する。コンデンサ７２は、整流されたバイアスＡＣ電圧ＶＢのリプルをフィルタリングし、フィルタリングの結果を維持電圧ＶＤＤ２として提供する。カウンタ９６は、維持電圧供給回路７１によって支持される。カウンタ９６は、超低消費電力（ultra-low power）ＣＭＯＳロジックで、一般的に１ｕＡよりも小さい電流を使用する。コンデンサ７２は、維持電圧ＶＤＤ２をカウンタ９６に対して十分に高い状態に保ち、ＬＥＤ照明ドライバ８０がスイッチングを停止した後、少なくとも２秒の間、その係数値を維持する。スイッチコントローラ８５による電流消費は、一般的に数ｍＡで、２ビットカウンタ９６の数百倍である。そのため、ダイオード７３は、スイッチコントローラ８５がコンデンサ７２から電流を引き出さないようにする必要がある。

トグル検出器７４は、壁スイッチ９８をオフにした後、第１の期間（time duration）まで、トグル電圧ＶＴＧＬを立下りエッジ検出器８６の所定のしきい値よりも高く保つことができる。バイアス電圧供給回路９０は、壁スイッチ９８をオフにした後、第２の期間まで、バイアスＤＣ電圧ＶＤＤ１をスイッチコントローラ８５に提供することができる。維持電圧供給回路７１によって提供された維持電圧ＶＤＤ２は、壁スイッチ９８をオフにした後、第３の期間まで、カウンタ９６に保存された計数値を維持することができる。第２の期間は第１の期間よりも長く、第３の期間は第２の期間よりも長い。例えば、第１、第２および第３の期間は、それぞれ１ミリ秒、１００ミリ秒、および２秒である。したがって、ユーザーは、オフにしてから、第２の期間と第３の期間の間のタイムスパンに壁スイッチ９８をオンにすることで、ＬＥＤランプ１１０の調光レベルを調節することができる。上述したタイムスパンが第３の期間よりも長ければ、カウンタ９６は、維持電圧ＶＤＤ２の不在によって計数値を失い、ＬＥＤランプ１１０の調光レベルが最初のレベルにリセットされる。

スイッチコントローラ８５は、Ｄ／Ａコンバータ（digital-to-analog converter, DAC）８７を備える。Ｄ／Ａコンバータ８７は、カウンタ９６の計数値を調光電圧ＶＤＩＭに変換する。調光電圧ＶＤＩＭは、計数値が増加するにつれて減少する。図４のスイッチコントローラ５０に類似するメカニズムを制御することによって、スイッチコントローラ８５がパワーＭＯＳＦＥＴ８３を駆動するため、パワーＭＯＳＦＥＴ８３のスイッチデューティサイクルは調光電圧ＶＤＩＭと直接比例する。結果として、カウンタ９６がその計数値を増やした時、ＬＥＤ照明ドライバ８０がそれに応じてＬＥＤ光源９９に小電力を提供する。

本実施形態において、カウンタ９６の計数値は２ビットでしか構成されていないが、本願の他の実施形態では、より多くのビットを含むことができるため、より多くの調光レベルを提供し、より細かい調光レベルの調節が可能である。

立下りエッジ検出器８６とＤ／Ａコンバータ８７以外、スイッチコントローラ８５およびＬＥＤ照明ドライバ８０の他の構成要素は、図４の構成要素と同じ機能を果たす。そのため、他の構成要素については、ここで繰り返し説明しない。

本発明の様々な実施形態において、ＬＥＤ照明ドライバ８０は、パルス幅変調（pulse-width modulation, PWM）コンバータまたはパルス周波数変調（pulse-frequency modulation, PFM）コンバータでもよい。また、ＬＥＤ照明ドライバ８０は、バックコンバータ、フォーワードコンバータ（forward converter）またはフライバックコンバータ（flyback converter）でもよい。

図９に示すように、壁スイッチ９８が初めてＬＥＤランプ１１０の電源を入れた時、カウンタ９６の計数値は００になる。この００状態は、スイッチコントローラ８５が１００％のＰＷＭ調光レベルで作動するように設定する。つまり、ＬＥＤ照明ドライバ８０は、全く抑制されない。

壁スイッチ９８の連続トグルによって、カウンタ９６が１まで数えるようにする。第1のトグルの後、計数値は０１状態になる。そのため、パワーＭＯＳＦＥＴ８３のスイッチデューティサイクルは、５０％に減少する。第２のトグルは、２５％のスイッチデューティサイクルに対応して、計数値を１０状態にする。第３のトグルは、１２．５％のスイッチデューティサイクルに対応して、計数値を１１状態にする。第４のトグルは、計数値を００状態に戻し、再度スイッチデューディサイクルを１００％にする。

しかしながら、壁スイッチ９８がしばらくの間オフになると、維持電圧供給回路７１によって提供された維持電圧ＶＤＤ２がかなり低い値に下がり、２ビットカウンタ９６は計数値を失う。壁スイッチ９８が再びオンになると、カウンタ９６は計数値を００状態にリセットする。ＬＥＤ照明ドライバ８０は、１００％の調光デューティサイクルで作動する。

図１０は、図７および図８におけるスイッチコントローラ８５の変形設計例を示す概略図である。図１０において、スイッチコントローラ８５は、クロックジェネレータ８８と、クロックスキップ回路１０５とを備える。クロックジェネレータ８８は、クロック信号を提供する。クロックスキップ回路１０５は、カウンタ９６によって提供された計数値に基づいて、クロック信号のパルスの数をスキップする。スキップされたパルスの数は、計数値とともに増加する。例えば、クロックスキップ回路１０５は、２ビット計数値が００の時、クロックパルスをスキップしない。クロックスキップ回路１０５は、２ビット計数値が０１の時、８個の連続したクロックパルスの中の４個のパルスをスキップする。クロックスキップ回路１０５は、2ビット計数値が１０の時、８個の連続したクロックパルスの中の６個のパルスをスキップする。クロックスキップ回路１０５は、２ビット計数値が１１の時、８個の連続したクロックパルスの中の７個のパルスをスキップする。クロックスキップ回路１０５は、スキップされたクロック信号をＳＲフリップフロップ１０４に提供する。クロック信号の中のスキップされていない各パルスは、ＳＲフリップフロップ１０４の出力を設定し、それに応じてパワーＭＯＳＦＥＴ８３を一回スイッチさせる。このように、図１０のスイッチコントローラ８５は、図８のスイッチコントローラ８５と同じ機能を達成する。

ＬＥＤランプ１１０に加え、上述した実施形態において、調光可能なＬＥＤ照明装置も提供する。この調光可能なＬＥＤ照明装置は、図７、図８または図１０で述べた維持電圧供給回路７１と、トグル検出器７４と、バイアス電圧供給回路９０と、ＬＥＤ照明ドライバ８０と、カウンタ９６とを備えてもよい。

以上のように、本発明は、低消費電力カウンタを利用して、所望の調光レベル値を保存する。ＬＥＤ照明を最初にオンにした後の壁スイッチのトグル数によって、調光レベルを指示する。また、トグル動作の一部として壁スイッチがしばらくオフになった時も、維持電圧供給回路によって低消費電力カウンタが存続状態を維持する。さらに、維持電圧供給回路は、バイアス電圧供給回路のバイアス巻線から電力を受け取る。このように、本発明は、低コストのＬＥＤ照明用調光制御の目的を達成することができる。また、トグル検出器、維持電圧供給回路およびカウンタしか必要とせず、これらの回路の全ての構成要素は、従来のＬＥＤランプ駆動回路に容易に組み込むことができる。

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

１０ 白熱ランプ
１２ ＳＰＳＴ壁スイッチ
２０ トライアック調光回路
２１、４２、７２、１０３ コンデンサ
２２、４７、８１ インダクタ
２５ トライアック
２６ ダイアック
３１ 伝導時間変調器
３２ ＡＣ／ＤＣ電源装置
３３ 赤外線受信器
３５ ランプ
３６ リモコン
４０、８０ ＬＥＤ照明ドライバ
４１、９０ バイアス電圧供給回路
４３、７３ ダイオード
４４、９３ バイアス巻線
４５、８３ パワーＭＯＳＦＥＴ
４６ 電流検出抵抗
４８、８２ 還流用ダイオード
４９、６０、１１０ ＬＥＤランプ
５０、８５ スイッチコントローラ
５１ 調光鋸波発生器
５２ アナログコンペレータ
５３ 高周波クロック
５４、１０４ ＳＲフリップフロップ
５５ ゲートドライバ
５６ コンペレータ
５７ ＡＮＤゲート
６１、９９ ＬＥＤ光源
６２ ヒートシンク基板
６３ 駆動回路
６４、９８ 壁スイッチ
７１ 維持電圧供給回路
７４ トグル検出器
７５、９２ フィルタコンデンサ
７６、７７ 抵抗電圧ドライバ
７８、９１ 整流ダイオード
８４ 検出抵抗
８６ 立下りエッジ検出器
８７ Ｄ／Ａコンバータ
８８ クロックジェネレータ
９５ スタートアップ抵抗
９６ カウンタ
１０１ ＡＣ線
１０２ ブリッジ整流器
１０５ クロックスキップ回路
Ｃ２４ コンデンサ
ＧＮＤ 接地
ＧＴ ゲート端子
ＩＳＥＮ 電流
ＭＴ１，ＭＴ２ 端子
Ｒ２３ 抵抗
Ｒｓｔ スタートアップ抵抗
Ｔ０〜Ｔ８ 時間
ＶＢ バイアスＡＣ電圧
ＶＤＣ 電圧
ＶＤＤ１ バイアスＤＣ電圧
ＶＤＤ２ 維持電圧
ＶＤＩＭ 調光電圧
ＶＲＥＦ 基準電圧
ＶＴＧＬ トグル電圧
φ 導通角

Claims (9)

1. 壁スイッチを介してソースＡＣ電圧を受け取り、整流されたＤＣ電圧を提供するブリッジ整流器と、
   バイアスＤＣ電圧を提供するとともに、前記壁スイッチがオンの時にだけバイアスＡＣ電圧を提供し、前記バイアスＡＣ電圧を整流して、前記整流されたバイアスＡＣ電圧のリプルをフィルタリングし、前記フィルタリングの結果を前記バイアスＤＣ電圧として提供するバイアス電圧供給回路と、
   前記壁スイッチのトグル動作を監視するトグル検出器と、
   維持電圧を提供する維持電圧供給回路と、
   前記維持電圧を受け取って操作し、前記トグル検出器が前記壁スイッチの前記トグル動作を検出した時に変化する計数値を保存して提供するカウンタと、
   ＬＥＤ光源と、
   前記バイアスＤＣ電圧を受け取って操作し、前記整流されたＤＣ電圧を定電流に変換して前記ＬＥＤ光源を駆動し、前記計数値に基づいて前記ＬＥＤ光源にマルチレベルの調光を提供するＬＥＤ照明ドライバと
   を備えた調光可能なＬＥＤランプ。
2. 前記ＬＥＤ照明ドライバが、
   前記ＬＥＤ光源に接続されたインダクタと、
   前記インダクタに接続された陽極と、前記整流されたＤＣ電圧および前記ＬＥＤ光源に接続された陰極とを備えた還流用ダイオードと、
   前記ダイオードの前記陽極と接地の間に接続されたパワーＭＯＳＦＥＴと、
   前記バイアスＤＣ電圧を受け取って操作し、前記計数値に基づいて前記パワーＭＯＳＦＥＴのスイッチデューティサイクルを制御することによって前記マルチレベルの調光を制御するスイッチコントローラと
   を備えた請求項１記載の調光可能なＬＥＤランプ。
3. 前記バイアス電圧供給回路が、共通の磁気コアを共有することによって前記インダクタに電磁的に接続され、前記ＭＯＳＦＥＴがスイッチングしている時に前記インダクタから電力を受け取ることによって前記バイアスＡＣ電圧を提供するバイアス巻線を備えた請求項２記載の調光可能なＬＥＤランプ。
4. 前記トグル検出器が、前記バイアス巻線の前記バイアスＡＣ電圧の不在を検出することによって前記壁スイッチの前記トグル動作を監視する請求項３記載の調光可能なＬＥＤランプ。
5. 前記トグル検出器が、前記バイアスＡＣ電圧を整流して、前記整流されたバイアスＡＣ電圧を分割し、前記分割されたバイアスＡＣ電圧のリプルをフィルタリングして、前記フィルタリングの結果をトグル電圧として提供し、前記カウンタが、前記トグル電圧の減少に応じて前記計数値を変化させる請求項４記載の調光可能なＬＥＤランプ。
6. 前記スイッチコントローラが、
   前記トグル電圧を受け取って、前記トグル電圧が所定のしきい値よりも低くなった時に、前記カウンタにトリガー信号を出力する立下り検出器
   をさらに備え、前記カウンタが、前記トリガー信号に応じて前記計数値を変化させる請求項５記載の調光可能なＬＥＤランプ。
7. 前記トグル検出器が、前記壁スイッチをオフにした後、第１の期間まで、前記トグル電圧を前記所定のしきい値よりも高い状態に保ち、前記バイアス電圧供給回路が、前記壁スイッチをオフにした後、第２の期間まで、前記スイッチコントローラに前記バイアスＤＣ電圧を提供し、前記維持電圧供給回路によって提供された前記維持電圧が、前記壁スイッチをオフにした後、第３の期間まで、前記カウンタに保存された前記計数値を維持し、前記第２の期間が前記第１の期間よりも長く、前記第３の期間が前記第２の期間よりも長いことを特徴とする請求項６記載の調光可能なＬＥＤランプ。
8. 前記カウンタが、前記計数値を増加させ、前記ＬＥＤ照明ドライバが、それに応じて前記ＬＥＤ光源に小電力を提供する請求項１記載の調光可能なＬＥＤランプ。
9. 前記ＬＥＤ照明ドライバが、バックコンバータ、フォーワードコンバータ、またはフライバックコンバータである請求項１記載の調光可能なＬＥＤランプ。

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