JP2014534598A - 複数の高電力ledユニットを駆動するシステム及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
に基づく電圧コントロールにより達成され、ここで、VOUTは、出力にまたがる電圧であり、VINは、入力電圧であり、TOFFは、分離変成器のコアの放電時間であり、TONは、電子スイッチのスイッチオン時間であり、L1は、変成器の一次巻線のインダクタンス値であり、そしてL2は、変成器の二次巻線のインダクタンス値である。
に基づく連続モードで動作する誘導性素子を有する非分離型構成で動作し、ここで、TOFFは、定数として固定され、TONは、電子スイッチのスイッチオン時間であり、Tは、TON、TOFF及びTCALCの和であり、ここで、TCALCは、誘導性素子の放電時間後に式を計算するための時間であり、I1は、望ましい基準電流であり、そしてIMAXは、ピーク電流である。ヒステリシスコントローラ構成では、IMAX及びI1の値が固定され、TON及びTOFF時間が決定される。
(a)誘導性素子L1及びL2の放電時間に基づく基準定数K;
(b)LEDのための望ましい出力DCリップルなし電流IOUT;
(c)ブリッジ回路16と並列に接続された電位分割器22から取り出されてデジタル化されたデジタル電圧値VDD(Vin);
(d)電位分割器30を通して測定されて基準電圧と比較される変成器11のコアの放電の時間値TOFF;及び
(e)スイッチング周期T(即ち、発振器により決定される電子スイッチ14のスイッチング周期)。
但し、L3は、フライバック構成の誘導性素子のインダクタンス値である。
但し、TCALCは、誘導性素子の放電時間後に式を計算するための時間であり、電子スイッチのスイッチング時間周期は、TON、TOFF及びTCALCの和である。
・変成器11のインダクタンスL1及びL2;
・電子スイッチ14、514のスイッチング周波数、VDSドレイン/ソース電圧、及びIDドレイン電流;
・キャパシタCS及びダイオードDSの値。キャパシタCSにまたがる電圧がLED負荷100の電圧より高くなることを保証するように注意を払わねばならない。
A.電流コントロールではなく電圧コントロール;
B.TOFFベースのフィードバック(又は監視)ではなく一次インダクタ電流フィードバックでの不連続モード;
C.TOFFベースのフィードバック(又は監視)ではなく一次インダクタ電流フィードバックでの連続モード;及び
D.ヒステリシスコントローラのための連続モード。
TOFFベースのフィードバック(又は監視)ではなく一次インダクタ電流フィードバックでの不連続モードの場合に、ピーク電流IMAXと、入力電圧VINと、誘導性素子Lとの間の関係は、次のように数学的に表現される。
式(6)を式(3)に代入すると、誘導性素子Lが、例えば、非分離型構成に使用される単一インダクタである場合には、次のようになり、
誘導性素子Lが変成器であり、そしてL1及びL2が各々一次及び二次インダクタンスを表わす場合には、次のようになる。
TOFFベースのフィードバック(又は監視)ではなく一次インダクタ電流フィードバックでの連続モードの場合、整流器ダイオードシリーズを通してLEDへ流れる電流は、LEDの電流と同じであることが明らかである。
但し、T=TON+TOFF+TCALC;TCALCは、変成器又はインダクタ素子の放電時間である。
i.電子スイッチと直列の抵抗器;
ii.電子スイッチと直列の変流器;及び
iii.フィルタインダクタ。
ヒステリシスコントローラの構造が図10に示されている。実施については、IMAX及びI1の値が式(9)に基づいて固定され、そしてTON及びTOFF時間が決定される。しかしながら、電流IOUTは、図の下のエリアとなる。
a.高電力LEDランプ負荷100の設置容易性;
b.複数のLEDランプ100を直列に接続する効果、及び高電力LEDランプ100がブレークダウンした場合のシステム規模の開路問題を軽減;及び
c.設置中の共通のエラー、特に、電気的極性の逆転に関するエラーを軽減又は完全に排除。
LEDドライバ10、8ピン(低解像度)構成について推奨される動作技術仕様を以下にリストする。
動作電圧: USでは100〜120VAC;EUでは220〜240VAC
動作周波数: 50/60ヘルツ(Hz)
AC電流: USでは0.2アンペア(A);EUでは0.1A
インラッシュ電流: USでは最大許容4A;EUでは最大許容12A
漏れ電流: 0.7mA未満
効率(全負荷): 83%を越える
力率(全負荷): 0.98を越える
出力チャンネル: 1
出力電圧範囲: 12〜36VDC
出力電流: 600又は700mA
電流公差: ±5%
電流調整範囲: 調整不可
定格電力: 21.6WMAX(600mAにおいて)、及び
25.2WMAX(700mAにおいて)
動作電圧: USでは100〜120VAC;EUでは220〜240VAC
動作周波数: 50/60ヘルツ(Hz)
AC電流: USでは1.3アンペア(A);EUでは0.6A
インラッシュ電流: USでは最大許容7A;EUでは最大許容30A
漏れ電流: 0.7mA未満
効率(全負荷): 86%を越える
力率(全負荷): 0.96を越える
出力チャンネル: 2
出力電圧範囲: 35〜85VDC(単一チャンネル)、合計70〜170VDC
出力電流: 600又は700mA
電流公差: ±5%
電流調整範囲: 調整不可
定格電力: 102WMAX(600mAにおいて)、及び
119WMAX(700mAにおいて)
LEDドライバ10、500は、分離型のDC構成で、DC駆動のLED照明ユニットでしか動作しないので、主電源から分離されて二次側にあるLED照明ユニット100に対してAC電流に関連した安全に関する問題は生じない。LEDドライバ10、500はLED照明ユニット100から分離されるので、内蔵構成の場合のように設計上のサイズ限界はなく、従って、LEDドライバ10、500は、安全要件に従って設計することができる。
「ストリングドライバ」と称されるLEDドライバ10、500は、LED負荷ユニット100から分離され且つ連続動作中にLEDユニット100により放出される熱の影響を受けないので、熱的に低温の環境で動作する。これは、LEDドライバ10、500の熱損失を減少し、従って、動作中に消費される電力が少なく、効率の改善となる。各LEDランプがそれ自身のドライバを備え、それがAC主電源に直結される従来の構成と比べると、完全な照明システムのACドライバ照明ユニットに比して電力効率が著しく改善される。というのは、全電力損失が特定の単一のドライバのみに適用されるのに対し、AC駆動の照明ユニットが各照明の損失のために大きな合計電力損失を有することになるからである。
関連効果として、ストリング構成は、LED装置の光学的損失を下げる低温の動作環境を与え、従って、LED装置によって示される高い光束が最終的に全照明システムの効率(ルーメン/ワット)を改善する。
ASICコントロールを使用するLEDドライバ10、500は、アルミニウム電解キャパシタのような短寿命コンポーネントの使用を排除し、LEDドライバ10、500の寿命を延長させる。LEDランプユニット100に関しては、熱的に低温で且つほぼリップルのない一定電流での動作が、LED装置の性能及び信頼性を著しく改善すると共に、LED装置100の全劣化進行を低速化し、最終的に、全LED照明ユニットの寿命を延ばす。
単一LEDドライバ10、500の柔軟な設計は、いかなるタイプのDC駆動LED照明ユニットにも適用でき、そして理論的に、上述した特定コンポーネントの僅かな微同調により全照明システムにおいて無制限の数のLEDを駆動することができる。
ストリングドライバ構成は、従来の構成が各LED照明に対して1つのドライバを要求したのに対して、単一のLEDドライバ10、500で一連のDC駆動LED照明ユニットを駆動できるので、費用効果の高い解決策である。更に、この解決策は、より競争力のある製造コスト、及び特にヒートシンクについて設計パーツコストも与える。
単一LEDドライバ10、500は、LED照明ユニット100から分離されるので、そのLEDドライバ10、500の欠陥により照明システム内に故障が生じても、ユーザは、LED照明全体を分解するのではなく欠陥LEDドライバを交換するだけでよい(内蔵概念)。そのような保守プロセスは簡単であり、比較的短い期間内に完了することができる。
照明器具用のヒートシンクは、サイズが小さく、LED照明ユニット100により発生された熱だけを消散するように設計され、AC−DC LEDドライバから発生される熱は、それらの間の分離のために消散しない。又、単一のドライバは、一体的な概念に比してシステム全体に要求されるコンポーネントの数が少ないので最適なサイズで設計することができ、従って、使用する材料が少なく且つプレーナ変成器の導入により、かさばるフォームファクタの従来の変成器ではなく、ドライバのスリムな見掛けが更に向上される。
ジャンクションボックス1100は、エラーのない設置経験をエンドユーザに与えるように「フール・プルーフ」概念で設計される。全照明システムが予想通りに作用することを保証するためには設置中の極性が問題である。各ジャンクションボックスのブリッジ整流器がドライバ10、500及びSSLドライバなし照明ユニット100とのインターフェイスを与える状態では、設置中の偶発的な逆極性接続が否定される。照明システム内の照明ユニット100は、ドライバ10、500とSSLドライバなし照明ユニット100との間に連続性が存在する限り、極性を考慮しなくても、通常に動作する。更に、ドライバ出力とジャンクションボックス入力との間のインターフェイスにはヘッダ及びプラグインコネクタ設計が存在し、これは、ドライバ出力をジャンクションボックスの出力コネクタに接続するおそれを完全に排除する。
ジャンクションボックス1100は、ドライバ10、500、及びSSLドライバなし照明ユニット100とインターフェイスするためのコネクタ設計を含む。従って、ユーザは、ストリップ端ケーブルを正しい又は専用のコネクタにプラグイン又は挿入するためにそれを容易に見つけることができる。更に、設置が簡単であるために、設置及びシステム設定に費やされる時間が短くなり、ひいては、コストも低下する。
ジャンクションボックス1100にはDC電源しか存在しないので、設置のための安全な環境が作り出される。
ストリングドライバの概念は、設置中のワイヤ長さに制約がないので、ユーザは、自分の好みの設計及び/又はニーズに従ってSSLドライバなし照明ユニットを配置するという融通性がある。ユーザは、SSLドライバなし照明ユニット100の電気ワイヤを希望の長さに容易に延長し、例えば、アメリカン・ワイヤ・ゲージ(AWG)16〜24のような特定ワイヤ仕様での適用を満足させ、ジャンクションボックスの入力/出力コネクタ1120、1140に完全に一致させることができる。更に、ジャンクションボックスは、設置に付加的な融通性を与える2つ(又はおそらく多数)のジャンクションボックスリンケージをサポートするようにも設計される。
この実施形態に述べるジャンクションボックスの特定の設計特徴は、ユーザ/設置者が欠陥ユニットを容易に識別でき、そしてストリング装置が直列接続で動作しているとしても従来の習慣で経験する必要な保守を実施できるようにする。
照明システム内の接続に使用される前記入力/出力接続1120、1140は、市場で広く使用されている従来のスクリュー締め付け方法に比して良好な接続を与えるワイヤエントリ又はラッチロックタイプのいずれかである。
Claims (27)
- 複数の高電力LEDユニットを駆動するためのシステムであって、リップルのない一定の直流を複数の高電力LEDランプユニットに与えるための単一のドライバを備え、前記単一のドライバは、エネルギーの検出及びそのエネルギーをLEDランプユニットへ放出して前記リップルのない一定の直流を調整するのに要する期間の計算に基づき、前記リップルのない一定の直流を各所定の時間間隔で調整するようにプログラム可能なデジタルコントローラを備えているシステム。
- 前記単一のドライバは、複数の高電力LEDを分離する変成器として誘導性素子を有する分離型交流フライバック構成において前記変成器の二次端で動作する、請求項1に記載のシステム。
- 前記デジタルコントローラは、特定用途向け集積回路(ASIC)であり、該ASICは、更に、前記変成器のコアにより前記複数の高電力LEDへ放出されるエネルギーを検出し及びその期間を計算し、前記リップルのない出力DC電流を調整し及び与えるように動作する、請求項2に記載のシステム。
- 前記ASICは、前記変成器のコアにより放出されるエネルギーの期間に基づいて各クロックサイクルにおいてフィードバックを入力として受け取り、次のクロックサイクルでの前記リップルのない一定のDC電流の量を決定するようにプログラムされる、請求項3に記載のシステム。
- 前記ASICは、各クロックサイクルにおいて電子スイッチをターンオン及びオフするための電圧波形を与えるようにプログラムされる、請求項4に記載のシステム。
- 前記複数の高電力LEDランプユニットの各々は、他の高電力LEDランプユニットと直列である、請求項1に記載のシステム。
- 前記単一のドライバは、前記複数の高電力LEDランプユニットの輝度を調整するための減光回路に電気的に接続される、請求項1に記載のシステム。
- 前記減光回路は、電位計、赤外線インターフェイス、モーションセンサ、又は周囲光センサを含む、請求項7に記載のシステム。
- 前記システムは、前記減光器が調整されるとき少なくとも0.9の力率を維持するようにそのキャパシタンスを変化させるよう動作するフィルタキャパシタを備える、請求項7に記載のシステム。
- 前記電位計は、0から10ボルトの電圧内で作用するように動作する、請求項8に記載のシステム。
- 前記変成器の二次端は、短絡保護回路に電気的に接続される、請求項2に記載のシステム。
- 前記ASICは、能動的な力率コントローラに結合される、請求項3に記載のシステム。
- 前記能動的な力率コントローラは、少なくとも1つの電圧ホロワを含む、請求項12に記載のシステム。
- 前記ASICは、14ピン構成である、請求項3に記載のシステム。
- 各高電力LEDランプには、高電力LEDのみから熱を消散する形状及び構成にされたヒートシンクが設けられる、請求項1に記載のシステム。
- ヒステリシスコントローラ構成では、IMAX及びI1の値が固定され、TON及びTOFF時間が決定される、請求項17に記載のシステム。
- ハードウェア記述言語を使用してプログラム可能な少なくとも1つの集積回路(IC)と、
力率電圧をコントロールするために第1のスイッチング時間周期を与えるように動作可能な第1の電子スイッチであって、前記第1のスイッチング時間周期は少なくとも1つのICによりプログラム可能である、第1の電子スイッチと、
少なくとも1つのLEDに流れ込むリップルのない一定のDC電流を調整するために第2のスイッチング時間周期を与えるように動作する第2の電子スイッチであって、前記第2のスイッチング時間周期は少なくとも1つのICによりプログラム可能である、第2の電子スイッチと、
を備えたLEDドライバ。 - 前記第1及び第2の電子スイッチは、電力MOSFETである、請求項19に記載のLEDドライバ。
- 前記少なくとも1つのICは、ASICである、請求項19に記載のLEDドライバ。
- 入力ポート及び複数の出力ポートを有する装置であって、
前記入力ポート及び前記複数の出力ポートの各々に電気的に接続されるように構成された逆極性保護装置と、
出力ポートに接続するように各々動作する複数の開路保護回路と、
を備え、
前記逆極性保護装置は、負荷が前記出力ポートのいずれかに誤った極性で接続された場合に極性要求を否定するように動作し、前記開路保護回路は、負荷が出力ポートに接続されない場合又は負荷がブレークダウンしたときに閉ループ直列接続を形成するように動作する、装置。 - 前記逆極性保護装置は、ダイオードブリッジ整流器である、請求項22に記載の装置。
- 各入力ポートは、対応する開路保護装置を含む、請求項22に記載の装置。
- 前記入力ポートは、LEDドライバに接続するのに適しており、そして前記出力ポートの各々は、高電力LEDランプユニットを含む負荷に接続するのに適している、請求項22に記載の装置。
- 請求項22から25に記載の装置を更に備え、請求項22から25に記載の装置の前記入力ポートが単一のドライバに接続するように動作可能である、請求項6に記載のシステム。
- LEDドライバに使用するための減光回路であって、少なくとも1つの減光コントローラに接続可能なように動作する減光インターフェイスと、減光回路内に少なくとも0.9の力率を維持するように調整できる容量性素子と、を少なくとも備えた減光回路。
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