JP2012524961A - Ｌｅｄランプのためのドライバ - Google Patents

Abstract

照明装置１００は、出力線５；６を持つ電流源１と、前記電流源出力線間に直列に配設されるＬＥＤ ＬＥＤ１，ｉの主列１０１と、前記電流源出力線間に直列に配設されるＬＥＤ ＬＥＤ２，ｉの少なくとも１つの副列１０２と、前記副列１０２の前記ＬＥＤ ＬＥＤ２，ｉと直列に配設される制御可能な電流制限器１２０とを有する。好ましい実施例においては、前記制御可能な電流制限器は、トランジスタＴ２であって、前記副列１０２の前記ＬＥＤ ＬＥＤ２，ｉと直列に前記トランジスタＴ２のコレクタ・エミッタ経路を持つトランジスタＴ２と、前記コレクタ・エミッタ経路と直列に配設される電流検出抵抗器Ｒ２ｘと、オペアンプ１２１であって、前記トランジスタのベースに接続される出力部を持ち、前記電流検出抵抗器Ｒ２ｘに接続される前記オペアンプ１２１の反転入力部を持ち、基準電圧レベルに接続される前記オペアンプ１２１の非反転入力部を持つオペアンプ１２１とを有する。

Description

本発明は、広くは、複数のＬＥＤと、単一の電流源とを有する照明装置に関する。

近年においては、光源としてＬＥＤを有する照明装置には、大きな発展が見られている。同様に、このような装置のためのドライバは発展されている。ＬＥＤに電力を供給する１つの単純明快な方法は、一連の直列接続ＬＥＤを、電流源の出力端子間に接続することである。図１は、このような設計を概略的に図示しているブロック図であり、前記設計においては、電流源１は、直列に配設される、電源との接続のための入力端子２と、誘導性インピーダンス３と、整流器４とを持つ従来の銅鉄安定器として実施される。ＬＥＤの第１列１１は、整流器４の出力端子５及び６の間に接続される。

直列に接続されるべきＬＥＤの数は、各ＬＥＤにわたる電圧降下と、出力端子５及び６の間で利用可能な電圧とに依存することは、当業者には明らかであろう。ＬＥＤの数が多すぎる場合には、ＬＥＤは光を生成しないであろう。ＬＥＤの数が少なすぎる場合には、直列抵抗が、供給源とＬＥＤとの間の電圧差を吸収すべきである。理解しやすいように、このような抵抗は示されていない。

ＬＥＤの数が増やされることが望ましい場合には、図１にも示されているように、整流器４の出力端子５及び６の間に、第１列１１と並列に、ＬＥＤの第２列１２を接続することが可能である。特性における違いを吸収するために、各列には、それ自身の直列抵抗が設けられるべきであるが、理解しやすいように、直列抵抗は示されていない。電流源１によって供給される電流Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}は、各々、２つの列１１及び１２のための２つの電流Ｉ１及びＩ２に分かれ、故に、Ｉ１＋Ｉ２＝Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}である。
更に、電流源が供給できる電流の量に依存して、第３列、第４列などを並列に接続することが可能である。

図１の設計には、簡単であるという利点があるが、異なる列の間の電力比を変えること、換言すれば、比Ｉ１：Ｉ２を変えることが可能ではないという不利な点がある。これは、全てのＬＥＤが同じタイプ（色）のものである場合には、問題を引き起こさないかもしれない。しかしながら、より一般的な設計においては、ＬＥＤは、様々な色を持ち、全体的な色の出力を変えるために、列電流比を変えることが望ましいかもしれず、又は逆に、温度を変える場合に、異なるタイプ（色）のＬＥＤは異なる温度依存性を持つことを考慮に入れて、全体的な色の出力を一定に保つために、列電流比を変えることが望ましいかもしれない。

本発明の目的は、ＬＥＤの２つ以上の列に電力を供給することが可能な単純な安定器であって、前記列の間の電力比を変えることが可能である単純な安定器を提供することである。

本発明の重要な態様によれば、照明装置は、電流源の電力出力線の間に配設されるＬＥＤの主列を有する。前記主列と並列に、ＬＥＤの副列及び制御可能な電流制限器の直列配置が配設される。前記電流制限器を制御するための制御装置は、前記主列のノードから電力を受け取る。

他の有利な詳細は、従属請求項において言及されている。

図面に関する１つ以上の好ましい実施例の以下の記載によって、本発明のこれら及び他の態様、特徴及び利点を更に説明する。図面において、同じ参照符号は、同じ又は同様のパーツを示す。

電流源の出力端子間に接続される一連の直列接続ＬＥＤを持つ、ＬＥＤに電力を供給する従来の方法を概略的に図示するブロック図である。 本発明による照明装置を概略的に図示するブロック図である。 本発明による照明装置における時間の関数としての電流を図示するグラフである。

図２は、本発明による照明装置１００を概略的に図示するブロック図である。装置は、電力線５、６を持ち、電力線５、６は、一般に、電流源１の電流出力端子と同一である又は接続される。前記電流源は、原則的に、任意の適切な設計を持っていてもよく、図１の電流源と同じであってもよい。電力線５、６は、整流交流電流を運び、上の方の線５は、下の方の線６に対して正であると仮定されるが、本発明の要旨は、電力線５、６が直流電流を運ぶ場合にも、機能するであろう。電源から受け取られる電流は、Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}と示されるであろう。

装置１００は、電力線５、６の間に接続される、互いに直列に配設され、且つ直列抵抗器Ｒ１と直列に配設されるＬＥＤの主列１０１を有する。この列における電流は、Ｉ１と示される。この列内のＬＥＤは、ＬＥＤ１，ｉと示され、ｉは１からｎに及び、ｎは主列１０１内のＬＥＤの数である。

装置１００は、電力線５、６の間に接続される、互いに直列に配設され、且つ直列抵抗器Ｒ２と直列に配設されるＬＥＤの副列１０２を有する。この副列における電流は、Ｉ２と示される。この列内のＬＥＤは、ＬＥＤ２，ｉと示され、ｉは１からｎに及び、ｎは副列１０２内のＬＥＤの数である。副列１０２内のＬＥＤの数は、主列１０１内のＬＥＤの数と異なり得ることに注意されたい。

装置１００は、副列１０２と直列に配設される、より詳細には、下の方の電力線６と最後のＬＥＤであるＬＥＤ２，ｎとの間に配設される、制御可能な電流制限器１２０を更に有する。制御可能な電流制限器１２０は、ここでは、一例として、最後のＬＥＤであるＬＥＤ２，ｎに接続されるコレクタを持ち、電流検出抵抗器Ｒ２ｘを介して下の方の電力線６に接続されるエミッタを持ち、演算増幅器（オペアンプ）１２１の出力部に接続されるベースを持つＮＰＮトランジスタＴ２として実施される。オペアンプ１２１の反転入力部は、トランジスタのエミッタに接続される。オペアンプ１２１の非反転入力部は、コンデンサ１２２を介して下の方の電力線６に接続され、抵抗器１２３を介してマイクロコントローラ１２４の出力部に接続される。

マイクロコントローラ１２４のための電力は、主列１０１から得られる。一般的な例においては、この列内の各ＬＥＤは、ほぼ3.5乃至4Vの順電圧を持つ。従って、最後から数えて３番目のＬＥＤであるＬＥＤ１，（ｎ−２）と２番目のＬＥＤであるＬＥＤ１，（ｎ−１）との間のノードＡにおいては、約7乃至8Vの電圧が利用可能である。この電圧は、ダイオード１２５と、コンデンサ１２６と、電圧安定装置１２７、一般に、78L05又は直流5Vを供給する同様の構成要素とを有する段において整流した後に、マイクロコントローラ１２４に供給するのに用いられる。マイクロコントローラの動作電圧が、１つ以上のＬＥＤの順電圧と同じ範囲内にある場合には、電圧調整器は省かれ得る。

動作を説明する前に、Ｉ_１，μＣと示されている、マイクロプロセッサ１２４によって抜き取られる電流は、無視できるほど小さく、故に、最後の２つのＬＥＤであるＬＥＤ１，（ｎ−１）及びＬＥＤ１，ｎにおける電流、並びにＬＥＤ１，（ｎ−１）及びＬＥＤ１，ｎによって放射される光に対する影響は無視できることに注意されたい。更に、図示されているように、主列１０１と並列に、副列１０２と同様の、第２副列１０３を持つことが可能であることに注意されたい。より多くの副列が付加され得る。更なる副列１０３の各々には、それ自身の制御可能な電流制限器２２０が設けられるであろう。図２においては、第２副列１０３に、それ自身のマイクロプロセッサ２２４と、ノードＡに接続される関連電源回路２２５、２２６、２２７とが設けられると仮定されている。しかしながら、この電源回路２２５、２２６、２２７は、省かれることが可能であり、マイクロプロセッサ２２４は、第１副列１０２の電源回路１２５、１２６、１２７から供給されることが可能である。第１マイクロプロセッサ１２４が、第２の制御可能な電流制限器２２０を制御するための第２出力端子を持つ場合には、第２マイクロプロセッサ２２４が省かれることさえ可能であり、換言すれば、マイクロプロセッサ１２４及び２２４は統合され得る。

動作を説明するため、まず、トランジスタＴ２は完全に導通していると仮定される。電流の大きさＩ１及びＩ２は、各列内のＬＥＤの数及び各々のＬＥＤの動的抵抗に基づいて、それら自身を設定するであろう。この状況は、時間（水平軸、ms）の関数として電流（垂直軸、mA）を示している図３の左側グラフに図示されている。この例においては、主列１０１における電流Ｉ１は、700mAの振幅を持ち、副列１０２における電流Ｉ２は、300mAの振幅を持つ。従って、Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}は、1000mAの振幅を持つ。

マイクロコントローラ１２４は、副列１０２における電流Ｉ２のための上限を示す信号を入力するためのユーザ入力部１２８を持つ。マイクロコントローラ１２４は、この入力信号に基づいて、オペアンプ１２１の非反転入力部における基準レベルを設定する出力信号を生成する。示されている実施例においては、マイクロコントローラ１２４は、レベルがパルス幅に依存するオペアンプ１２１の非反転入力部における電圧レベルをもたらす、可変持続期間の電流パルス（ＰＷＭ）を生成する。この電圧レベルが、オペアンプの反転入力部における電圧レベルより高い限り、オペアンプは、トランジスタＴ２を導電性に保つＨＩＧＨの出力信号を生成する。オペアンプの反転入力部における電圧レベルは、常に、電流Ｉ２に比例する。

ユーザが、ユーザ入力部１２８の設定を変更し、オペアンプの出力パルスのパルス幅を減らし、従って、オペアンプ１２１の非反転入力部における電圧レベルを、測定抵抗器Ｒ２ｘによって供給される電圧信号の振幅より低い250mA相当まで減らすと仮定する。この状況は、図３の右側グラフに図示されている。最初は、電流Ｉ２は、通常通り、0から上昇し、約8msにおいて、Ｉ２は、オペアンプ１２１に、トランジスタＴ２を部分的にオフにさせるのに十分な、250mAと等しくなる。詳細には、トランジスタは、電流Ｉ２を250mAと等しいままにするのに十分なだけ導電性に保たれる（図３の曲線の平坦部）。従って、この図の左側の状況と比較して、ピーク電流に関する限り、及び平均電流に関する限り、副列１０２における電流Ｉ２は減っている。10msにおけるピークにおいて、全電流Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}は、依然として1000mAであり、故に、この例においては、Ｉ１のピーク電流は、750mAである。

従って、Ｉ２とＩ１との間の比が変更され得ることが分かる。

マイクロコントローラ１２４のための、その入力部１２８における制御入力信号は、多くの方法で生成され得ることに注意されたい。例えば、マイクロコントローラが、温度の影響を打ち消すために電流比を変えるようプログラムされ得る場合には、装置には、ＬＥＤ組立体の温度を検出し、マイクロコントローラの入力部に温度信号を供給するための温度センサが設けられ得る。更に、マイクロコントローラが、光出力を一定に保つようプログラムされ得る場合には、装置には、両方の列の光出力を測定し、マイクロコントローラの入力部に光信号を供給するための光センサが設けられ得る。更に、装置には、マイクロコントローラの入力部に接続されるポテンショメータなどのユーザ入力装置が設けられ得る。更に、マイクロコントローラは、無線ユーザ制御のための遠隔制御装置に応答し得る。上記のオプション（及び他のオプション）は、組み合わせて実施され得る。

要約すると、本発明は、
出力線５；６を持つ電流源と、
電流源出力線間に直列に配設されるＬＥＤの主列１０１と、
電流源出力線間に直列に配設されるＬＥＤの少なくとも１つの副列１０２と、
副列１０２のＬＥＤと直列に配設される制御可能な電流制限器１２０とを有する照明装置１００を提供する。

好ましい実施例においては、制御可能な電流制限器は、
− 副列１０２のＬＥＤと直列にコレクタ・エミッタ経路を持つトランジスタＴ２と、
− 前記コレクタ・エミッタ経路と直列に配設される電流検出抵抗器Ｒ２ｘと、
− トランジスタのベースに接続される出力部を持ち、前記電流検出抵抗器Ｒ２ｘに接続される反転入力部を持ち、基準電圧レベルに接続される非反転入力部を持つオペアンプ１２１とを有する。

図面及び上述の説明において本発明を詳細に図示し、説明しているが、このような図及び説明は、説明的なもの又は例示的なものであって、限定するものではないとみなされるべきであることは、当業者には明らかであろう。本発明は、開示されている実施例に限定されず、それどころか、添付の請求項において規定されるような本発明の保護範囲内で、幾つかの変形及び修正が可能である。例えば、ダイオード１２５は、省かれてもよく、又は２つのダイオードの直列配置と置き換えられてもよい。更に、電流制限器は、異なる方法で実施されてもよい。

上記において、２つ以上の副列を持つことが可能であることが言及されている。ＬＥＤ列の数を決定するとき、考慮に入れるべき幾つかの設計要件がある。一方では、全ての副列がオンにされる場合、それらは、全て、或る電流の大きさを必要とし、電流源は、この電流を供給することが可能でなければならない。他方では、全ての副列がオフにされる場合、全電流Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}が、主列を流れるであろうが、これが、その列の過電力を招いてはならない。

請求項に記載の発明を実施する当業者は、図面、明細及び添付の請求項の研究から、開示されている実施例に対する他の変形を、理解し、達成し得る。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数の存在を除外しない。請求項において列挙されている幾つかのアイテムの機能を単一のプロセッサ又は他のユニットが実現してもよい。単に、特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように用いられることができないことを示すものではない。請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

上記においては、本発明による装置の機能ブロックを図示しているブロック図を参照して、本発明を説明している。これらの機能ブロックの１つ以上は、このような機能ブロックの機能が個々のハードウェアコンポーネントによって実施されるハードウェアにおいて実施されてもよいが、これらの機能ブロックの１つ以上は、このような機能ブロックの機能が、コンピュータプログラムの１つ以上のプログラムライン、又はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ディジタルシグナルプロセッサなどのようなプログラム可能な装置によって実施されるように、ソフトウェアで実施されることも可能であることは理解されたい。

Claims (11)

1. 出力線を持つ電流源と、
   前記電流源の出力線間に直列に配設されるＬＥＤの主列と、
   前記電流源の出力線間に直列に配設されるＬＥＤの少なくとも１つの副列と、
   前記副列の前記ＬＥＤと直列に配設される制御可能な電流制限器とを有する照明装置。
2. 前記制御可能な電流制限器が、
   トランジスタであって、前記副列の前記ＬＥＤと直列に前記トランジスタのコレクタ・エミッタ経路を持つトランジスタと、
   前記コレクタ・エミッタ経路と直列に配設され、前記トランジスタのエミッタと前記電流源の出力線のうちの１つとの間に結合される電流検出抵抗器と、
   オペアンプであって、前記トランジスタのベースに接続される出力部を持ち、前記トランジスタのエミッタと前記電流検出抵抗器との間のノードに接続される前記オペアンプの反転入力部を持ち、基準電圧レベルに接続される前記オペアンプの非反転入力部を持つオペアンプとを有する請求項１に記載の照明装置。
3. 前記基準電圧レベルが、制御可能なパルス生成器及びパルス積分器段によって供給される請求項２に記載の照明装置。
4. 前記パルス生成器が、マイクロプロセッサとして実施される請求項３に記載の照明装置。
5. 前記パルス生成器が、制御入力信号を受け取るための制御入力部を持つ請求項３に記載の照明装置。
6. 前記ＬＥＤの組立体の温度を検出するための温度センサを更に有し、前記パルス生成器が、温度の影響を打ち消すために、前記主列における電流と前記副列における電流との間の比を変えるよう、前記センサの温度信号に応答する請求項５に記載の照明装置。
7. 両方の列の光出力を測定するための光センサを更に有し、前記パルス生成器が、前記光出力を一定に保つよう、前記センサの光信号に応答する請求項５に記載の照明装置。
8. 前記制御入力部に接続されるポテンショメータなどのユーザ入力装置を更に有する請求項５に記載の照明装置。
9. 前記制御可能なパルス生成器のための低出力電圧源を更に有し、前記低出力電圧源が、前記主列の隣接する２つのＬＥＤの間のノードに接続される電力入力部を持つ請求項３に記載の照明装置。
10. 前記ノードが、前記主列の最後から数えて２番目のＬＥＤと３番目のＬＥＤとの間にある請求項９に記載の照明装置。
11. 前記低出力電圧源が、電圧安定装置であって、好ましくは、前記電圧安定装置の入力端子と前記ノードとの間に配設されるダイオードを持ち、好ましくは、前記電圧安定装置の入力端子と並列に接続されるコンデンサを持つ電圧安定装置を有する請求項９に記載の照明装置。

Images