JP5295368B2 - 複数のｌｅｄを有する照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、広くは、複数のＬＥＤを有する照明装置に関する。本発明は、特には、自動車に使用するための、尾灯、ブレーキランプ又は方向指示灯を形成するのに適した装置に関する。

照明目的でＬＥＤを使用することが広く知られている。ＬＥＤに関する問題は、電源である。例えば、自動車における電源は、自動車用バッテリにより供給され、典型的には、６Ｖ又は１２Ｖ又は２４Ｖのオーダの電圧を供給する。ＬＥＤが光を発生するには、ＬＥＤを介して一方向に（陽極から陰極へ）電流を通過させることを要し、反対方向への電流の流れは阻止される。正しい方向を持つ電流により駆動された場合、当該ＬＥＤには電圧降下が生じ、該電圧降下はＬＥＤ電流とは実質的に無関係である。許容範囲内において、ＬＥＤ電流は変化させることができ、この電流に光出力は実質的に比例する。１つのＬＥＤが発生することができるものより多い光を発生させたい場合、複数のＬＥＤを組み合わせることができる。ＬＥＤは直列接続に配置することができ、この配置は同一の電流に対して一層高い電圧降下を必要とする。又は、ＬＥＤは並列接続で配置することができ、この配置は同一の電圧降下に対して一層多くの電流を必要とする。このように、電源の費用は増加する。直列接続と並列接続との組み合わせも可能である。

複数のＬＥＤに給電する相対的に簡単且つ安価な方法は、全ＬＥＤを直列に接続すると共に、この列（string）を、電流制限抵抗を直列に有して、バッテリに接続することである。ＬＥＤ又は複数のＬＥＤの列を自動車用バッテリから直接的に給電する場合の問題は、供給電圧が時間に伴い大幅に変化し得るということである。図１は、供給電圧とＬＥＤ電流との間の関係を示すグラフである。水平の点線１１は、複数のＬＥＤの列にまたがる所要の電圧降下（順方向電圧としても示される）を表している。曲線１２は、バッテリ電圧を表す。水平軸は時間を表すと仮定する。期間Ａにおいて当該自動車のエンジンはオフ状態であり、バッテリ電圧は通常値であり、上記所要の電圧降下よりも高いと仮定する。この場合、ＬＥＤは電流（曲線１３）を通過させ、光が発生される。供給電圧と電圧降下との間の差は、前記直列抵抗により調整され、該抵抗における消散によるエネルギの損失を伴う。期間Ｂにおいて、当該自動車のエンジンが起動され、バッテリ電圧は低下して、前記所要の電圧降下よりも低くなると仮定する。この場合、当該ＬＥＤは電流を通過させることはできず、光を発生させることはできない。期間Ｃにおいて、当該エンジンは動作中であり、バッテリ電圧は通常値より高くなると仮定する。この場合、上記直列抵抗は一層大きな電圧を調整する必要があり、かくして、該抵抗において消散される電力は増加する。

本発明の目的は、上述した課題に対する解決策を提供することである。

ドイツ国特許出願公開第10.2006.024607号は、ＤＣ電源から給電される、直列に接続された複数のＬＥＤの２つの列及び３つの制御可能なスイッチを有する回路を開示しており、該ＤＣ電源の実際の電圧は環境に応じて変化し得る。該電源電圧は測定され、閾値と比較される。電源電圧が閾値より高い場合、上記スイッチは、上記２つの列が直列に接続されるように制御される。電源電圧が閾値より低い場合、上記スイッチは、上記２つの列が並列に接続されるように制御される。当該ＬＥＤにおける電流が上記列が直列に又は並列に接続されるかに無関係に一定に留まることを保証するために、各列は当該列に直列に接続された専用の電流源を有さなければならない。更に、この既知の回路は２つの可能性のある構成しか有さない。

従って、本発明の目的は、前記従来技術を更に改善することにある。

一態様において、本発明は、少なくとも３つの状態のうちの何れかに切り換えられることが可能な制御可能なスイッチにより一緒に結合される少なくとも３つの群のＬＥＤのシステムを提供し、上記３つの状態のうち、
第１状態においては、全ての群が直列に接続され、
第２状態においては、全ての群が並列に接続され、
第３状態においては、少なくとも２つの群が直列に接続されると共に、少なくとも２つの群が並列に接続される。

第２態様において、上記システムは、全てのＬＥＤに対して、制御可能な電流源を共通に有する。該電流源の電流設定は、個々のＬＥＤの電流を実質的に一定に保つ等のために、前記スイッチの状態に関連して変更される。

更に有利な熟慮例は、従属請求項に記載されている。

ドイツ国特許出願公開第10.2007.006438号が、複数の列のＬＥＤを有する回路であって、２つの直列のＬＥＤを備える一層多くの列から、より多くの直列のＬＥＤを備える一層少ない列へ変更するためのスイッチを備える回路を開示していることに注意されたい。しかしながら、この文献の提案においては、各列に対して常に１つの電流源が存在するのに対し、本発明の提案においては、１つの共通の電流源しか存在しない。更に、スイッチング状態に依存して、ＬＥＤと直列のスイッチの数は、異なる列の間において変化し得、これは、各スイッチが或る電圧降下を有し、従ってＬＥＤの間の電流の分布は、ＬＥＤと直列のスイッチの数が変化すると変化するので不利である。

本発明は、これらの欠点を克服することも目的とする。

本発明の上記及び他の態様、フィーチャ並びに利点を、図面を参照する1以上の好ましい実施例の下記記載により更に説明するが、これら図面において同一の符号は同一又は同様の部分を示す。

図１は、従来の技術による解決策の供給電圧とＬＥＤ電流との間の関係を示すグラフである。 図２は、本発明による照明装置を概略図示するブロック図である。 図３は、スイッチマトリクスのブロック図である。 図４Ａは、或るスイッチ状態を示す。 図４Ｂは、他のスイッチ状態を示す。 図４Ｃは、他のスイッチ状態を示す。 図４Ｄは、他のスイッチ状態を示す。 図５は、本発明による照明装置の動作を示すグラフである。

図２は、本発明による照明装置２０を概略図示するブロック図である。該装置２０は、１２ＶＤＣを供給する自動車用バッテリ２２（又は、実際には、該バッテリに接続された電源バス）に接続するための入力端２１を有している。

Ｄ１、Ｄ２、…Ｄｎは、ＬＥＤの各群を示している。各群は、１つのＬＥＤのみからなることができる。また、各群は直列及び／又は並列に接続された複数のＬＥＤを有することもできる。各群は相互に同一であることが好ましいが、これは必須ではない。簡略化のために、以下では、各群は単一のＬＥＤと同一であるかのように説明される。

ＬＥＤ Ｄ１、Ｄ２、…Ｄｎは、スイッチマトリクス３０の出力端子Ａ１及びＫ１、Ａ２及びＫ２、…Ａｎ及びＫｎに接続された端子を有し、該スイッチマトリクスは後述するように複数の、即ちＮ個のスイッチＳ１〜ＳＮを有している。スイッチマトリクス３０は、前記バスのＤＣ電圧を入力するための、前記入力端２１に結合された入力端３１を有している。

装置２０は、スイッチマトリクス３０に直列に結合された制御可能な電流源４０を更に有している。

装置２０は、前記バスのＤＣ電圧を入力するための、前記入力端２１に結合された入力端５１を有するコントローラ５０を更に有している。該コントローラ５０は、スイッチマトリクス３０の制御入力端３５に結合された第１出力端５３を有し、該スイッチマトリクス３０におけるスイッチの構成を後述するように制御する。コントローラ５０は、前記制御可能な電流源４０の制御入力端４５に、電流の大きさを制御するために結合された第２出力端５４を有している。当業者にとっては明らかなように、上記の個々のスイッチは個々の制御端子を各々有し、第１出力端５３は、実際には、各々が上記スイッチの各々の制御端子に結合された複数の出力端子（図示略）を有することに注意されたい。このように、コントローラ５０は、上記スイッチマトリクスにおける個々のスイッチの状態を個別に制御することができる。

図３は、４つのＬＥＤ Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を有する装置２０の一実施例に対するスイッチマトリクス３０の可能性のある実施例のブロック図である。明瞭化のために、これらのＬＥＤも図３に示されている。この実施例において、スイッチマトリクス３０は９個の制御可能なスイッチＳ１〜Ｓ９を有している。各スイッチはバイポーラトランジスタ、ＦＥＴ等として実施化することができるが、スイッチをリレーとして実施化することもできる。このようなスイッチ自体は既知であるので、ここでは詳細な説明は必要でないであろう。各スイッチはコントローラ５０により個別にアドレス指定される個別の制御端子を有するであろうが、これらの個別の制御端子及びコントローラ５０に接続する対応する制御ラインは簡略化のために図示されていないことに注意されたい。

ＬＥＤ Ｄ１〜Ｄ４の陽極に接続するための陽極端子は、Ａ１〜Ａ４に各々示されている。ＬＥＤ Ｄ１〜Ｄ４の陰極に接続するための陰極端子は、Ｋ１〜Ｋ４に各々示されている。入力端３１で入力される電圧が正であると仮定する場合、該電圧入力端子３１は第１陽極端子Ａ１に接続される。第１スイッチＳ１は、第１陽極端子Ａ１と第２陽極端子Ａ２との間に接続される。

第２スイッチＳ２は、第１陰極端子Ｋ１と第２陽極端子Ａ２との間に接続される。

第３スイッチＳ３は、第１陰極端子Ｋ１と第２陰極端子Ｋ２との間に接続される。

第４スイッチＳ４は、第２陽極端子Ａ２と第３陽極端子Ａ３との間に接続される。

第５スイッチＳ５は、第２陰極端子Ｋ２と第３陽極端子Ａ３との間に接続される。

第６スイッチＳ６は、第２陰極端子Ｋ２と第３陰極端子Ｋ３との間に接続される。

第７スイッチＳ７は、第３陽極端子Ａ３と第４陽極端子Ａ４との間に接続される。

第８スイッチＳ８は、第３陰極端子Ｋ３と第４陽極端子Ａ４との間に接続される。

第９スイッチＳ９は、第３陰極端子Ｋ３と第４陰極端子Ｋ４との間に接続される。

電流源４０に接続する電流入力端子３４は、第４陰極端子Ｋ４に接続される。

以下においては、スイッチは導通状態にある場合に"閉"として示され、非導通状態にある場合に"開"として示される。

コントローラ５０は、少なくとも４つの異なる制御状態で動作することができる。第１制御状態において、コントローラ５０はスイッチＳ１〜Ｓ９に対し、スイッチＳ１、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ３、Ｓ６、Ｓ９が閉じられ、スイッチＳ２、Ｓ５、Ｓ８が開かれるように制御信号を発生する。この状態においては、全てのＬＥＤは図４Ａに示されるように並列に接続される。各ＬＥＤに対して、端子３１から端子３４への電流経路を考えることができる。即ち、このような各電流経路は、常に、直列の３つの閉じたスイッチを含むことが容易に分かる。

第２制御状態において、コントローラ５０はスイッチＳ１〜Ｓ９に対し、スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９が閉じられ、スイッチＳ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８が開かれるように制御信号を発生する。この状態においては、図４Ｂに示されるように、ＬＥＤ Ｄ１及びＤ２が並列に接続され、ＬＥＤ Ｄ３及びＤ４が並列に接続され、これら並列接続が直列に接続される。この場合も、各ＬＥＤに対して、端子３１から端子３４への対応する電流経路が、常に、直列の３つの閉じたスイッチを含むことが容易に分かる。

第３制御状態において、コントローラ５０はスイッチＳ１〜Ｓ９に対し、スイッチＳ２、Ｓ５、Ｓ９が閉じられ、スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８が開かれるように制御信号を発生する。この状態においては、図４Ｃに示されるように、ＬＥＤ Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が直列に接続される。Ｄ４に関しては、２つの可能な変形例が存在する。第１変形例においては、図４Ｃに示されるようにＳ７は開状態である。この変形例では、３つのＬＥＤ Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３全てが同一の電流を受け、従って全てが結果的に同じ量の光を放出する。一方、第４のＬＥＤ Ｄ４は如何なる電力も受けない。第２変形例では、図４ＣにおいてＤ３及びＤ４の陽極の間に点線により示されるように、Ｓ７が閉じられ、従って、Ｄ３及びＤ４は並列に接続される。この第２の変形例では、全てのＬＥＤが光を放出するが、ＬＥＤ Ｄ３及びＤ４は、Ｄ１及びＤ２と比較して各々半分の電流を受け、従って、Ｄ１及びＤ２が放出するものの約半分の光を放出する。しかしながら、上記第２変形例は、当該ＬＥＤが所謂垂下効果（droop effect）を被る（これは、光出力が電流に比例するよりも少ないことを意味する）場合に、改善された全体の光出力を生じ得ることに注意されたい。

勿論、もっと多くの変形例が存在する。Ｓ２、Ｓ６、Ｓ８を閉じ、Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ９を開くことにより、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４が直列に接続されると共にオプションとしてＳ４を閉じることによりＤ３がＤ２に並列に結合されるようにするか、又はＳ２、Ｓ５、Ｓ７を閉じ、Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ９を開くことにより、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４が直列に接続されると共にオプションとしてＳ９を閉じることによりＤ３がＤ４に並列に結合されるようにすることも可能である。また、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ８を閉じ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ９を開くことにより、Ｄ１、Ｄ３、Ｄ４が直列に接続されると共にオプションとしてＳ１を閉じることによりＤ２がＤ１に並列に結合されるようにするか、又はＳ２、Ｓ４、Ｓ８を閉じ、Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ９を開くことにより、Ｄ１、Ｄ３、Ｄ４が直列に接続されると共にオプションとしてＳ６を閉じることによりＤ２がＤ３に並列に結合されるようにすることもできる。また、Ｓ１、Ｓ５、Ｓ８を閉じ、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ９を開くことにより、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が直列に接続されると共にオプションとしてＳ３を閉じることによりＤ１がＤ２に並列に結合されるようにすることもできる。ＬＥＤのアレイが見るものに対し均一に点っているように見えるのが好ましい場合、前記コントローラが、一定の順序又はランダムな順序の何れかで上記のような変形例を高速で入れ換えることも可能である。

ここでも、これら変形例の全てに関し、各ＬＥＤに対して、端子３１から端子３４への対応する電流経路が、常に、直列の３つの閉じたスイッチを含むことが容易に分かる。

第４制御状態において、コントローラ５０はスイッチＳ１〜Ｓ９に対し、スイッチＳ２、Ｓ５、Ｓ８が閉じられ、スイッチＳ１、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ３、Ｓ６、Ｓ９が開かれるように制御信号を発生する。この状態においては、図４Ｄに示されるように、全てのＬＥＤが直列に接続される。この場合も、端子３１から端子３４への電流経路が、常に、直列の３つの閉じたスイッチを含むことが容易に分かる。

所望なら、前記コントローラは、全てのスイッチが開かれ、従って全ＬＥＤがオフとなるような第５の制御状態で動作することができることも可能であるが、このような効果を、例えばスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３を開かせることにより達成することも可能である（この場合、残りのスイッチの状態は重要ではない）。

コントローラ５０の動作を説明するために、図５を参照するが、該図は当該システムの挙動をスイッチマトリクス３０の電圧入力端３１で入力される電圧Ｖinの関数として示すグラフである。以下の説明においては、コントローラ５０は電圧入力端５１において同じ電圧Ｖinを受けるものと仮定されるが、該コントローラ５０がＶinに比例する測定電圧Ｖｍを受ける場合も自明な修正を伴う同様の説明が当てはまる。このような測定電圧はＶinより高くてもよいが、該測定電圧はＶinより低いことが好ましく、Ｖｍ＝μ・Ｖin（但し、０＜μ＜１）と表すことができる。更に、全てのＬＥＤは、Ｖｆとして示される同一の順方向電圧を有するものと仮定される。

Ｖinが相対的に低く、特にはＶｆより低い、即ち如何なるＬＥＤを駆動するにも低すぎる、と仮定する。ＬＥＤの個々の許容誤差が不規則な挙動を生じさせないことを保証するために、コントローラ５０は、例えば全てのスイッチＳ１〜Ｓ９が開状態であることにより、全てのＬＥＤがオフ状態であるような基底状態にあることが好ましい。

コントローラ５０にはメモリ６０が設けられ、該メモリは４つの閾レベルＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４を定める情報を含んでいる。第１閾レベルＵ１は、１つのＬＥＤを駆動するために要する電圧に対応する。この電圧は、例えば当該ＬＥＤのうちの何れかに常に直列に接続される３つのスイッチにまたがる電圧降下及び当該電流を測定するためのシャント抵抗（図示略）の間の電圧降下も含む故に、典型的にはＶｆよりも高いことに注意されたい。同様にして、第２閾電圧Ｕ２は２つの直列のＬＥＤを駆動するために要する電圧に対応し、該電圧は典型的には２・Ｖｆよりも幾らか高い。同様にして、第３閾電圧Ｕ３は３つの直列のＬＥＤを駆動するために要する電圧に対応し、該電圧は典型的には３・Ｖｆよりも幾らか高い。同様にして、第４閾電圧Ｕ４は４つの直列のＬＥＤを駆動するために要する電圧に対応し、該電圧は典型的には４・Ｖｆよりも幾らか高い。一般的に、ｉ番目の閾電圧Ｕｉは、
Ｕｉ＝ｉ・Ｖｆ＋γ （１）
と近似することができ、ここで、ｉ＝１〜ｎであり、ｎはＬＥＤ群の数を示し、γはγ＝３α＋β＋δと近似することができる定数であり、αはスイッチにまたがる電圧降下であり、βはシャント抵抗にまたがる電圧降下であり、δは制御状態に留まるために前記電流源により必要とされる最小電圧降下を表す。尚、メモリ６０はＶｆ及びα及びβ及びδのみを含み、前記コントローラがＵｉを計算することができるようにすることもできることに注意されたい。更に、γは、上述した説明から当業者によれば明らかであるように、前記スイッチマトリクスの実際の構成に依存すると共に、制御状態にさえも依存し得ることに注意されたい。

コントローラ５０は、Ｖinを上記閾レベルＵｉと比較する。Ｖin＞Ｕ１の場合、当該電圧は少なくとも１つのＬＥＤを駆動するのに充分なだけ高い。Ｖin＞Ｕ２の場合、当該電圧は少なくとも２つの直列のＬＥＤを駆動するのに充分なだけ高い。Ｖin＞Ｕ３の場合、当該電圧は少なくとも３つの直列のＬＥＤを駆動するのに充分なだけ高い。Ｖin＞Ｕ４の場合、当該電圧は少なくとも４つの直列のＬＥＤを駆動するのに充分なだけ高い。一般的に、Ｖin＞Ｕｉの場合、当該電圧は少なくともｉ個の直列のＬＥＤを駆動するのに充分なだけ高い。

上記コントローラがＵ１≦Ｖin＜Ｕ２である（ｔ_１〜ｔ_２の場合である）ことを見出した場合、該コントローラは、図４Ａに示されたように、全てのＬＥＤを並列に切り換えるように第１制御状態に切り換わる。更に、この第１制御状態において、該コントローラは、制御可能な電流源４０に対して、該電流源４０が電流Ｉ＝４・Ｉ_LED（Ｉ_LEDは公称ＬＥＤ電流を示す）を供給し、かくして各ＬＥＤがＩ_LEDを受けるように制御信号を発生する。

上記コントローラがＵ２≦Ｖin＜Ｕ３である（ｔ_２〜ｔ_３の場合である）ことを見出した場合、該コントローラは、図４Ｂに示されたように、前記ＬＥＤを２つのＬＥＤ群の直列接続（各群は並列の２つのＬＥＤを含む）に切り換えるように第２制御状態に切り換わる。これは、各ＬＥＤ列が２つの直列のＬＥＤを含むような、２つのＬＥＤ列の並列接続と等価である。更に、この制御状態において、該コントローラは、制御可能な電流源４０に対して、該電流源４０が電流Ｉ＝２・Ｉ_LEDを供給し、かくして各ＬＥＤ列がＩ_LEDを受けるように制御信号を発生する。

上記コントローラがＵ３≦Ｖin＜Ｕ４である（ｔ_３〜ｔ_４の場合である）ことを見出した場合、該コントローラは、図４Ｃに示されたように、前記ＬＥＤを３つのＬＥＤの直列接続に切り換えるように第３制御状態に切り換わる。更に、この制御状態において、該コントローラは、制御可能な電流源４０に対して、該電流源４０が電流Ｉ＝Ｉ_LEDを供給するように制御信号を発生する。前述したように、第４ＬＥＤ Ｄ４は第３ＬＥＤ Ｄ３と並列に結合されるようにしてもよい。

上記コントローラがＵ４≦Ｖinである（ｔ_４の以降の場合である）ことを見出した場合、該コントローラは、図４Ｄに示されたように、全てのＬＥＤを直列に切り換えるように第４制御状態に切り換わる。更に、この第４制御状態において、該コントローラは、制御可能な電流源４０に対して、該電流源４０が電流Ｉ＝Ｉ_LEDを供給するように制御信号を発生する。

これも前述したように、第３制御状態は、３つのＬＥＤが直列に結合された他の群を備える変形例を含むことができる。何れの場合においても、オン状態の３つのＬＥＤのみが常に存在し、第４のものがオフ状態であるか、又は第４のものが隣接するものと並列に結合され、これら両者が半分の電流で動作されるかであり、ここでも基本的に、公称光出力の３倍となる。これは、全光出力の２５％の減少に相当する。全光出力が実質的に一定に留まることが望ましい場合、当該コントローラが、図５において期間ｔ_３〜ｔ_４の点線により示されたように、ＬＥＤ電流を３３％増加させることも可能である。

上記例において、装置２０は４つの（群の）ＬＥＤ Ｄ１〜Ｄ４を有している。しかしながら、本発明は如何なる数の（群の）ＬＥＤ Ｄ１〜Ｄｎに対しても実施することができる。前記スイッチマトリクスの一層複雑な設計も可能であるが、より大きな数のＬＥＤは、モジュール的である図３のマトリクス設計を拡張することにより容易に対処することができ、式（１）の対応する修正は当業者にとり明らかであろう。追加される各ＬＥＤに対して、３つの追加のスイッチが必要である。一般的に、ｎがＬＥＤの（群の）数を示し、ｎが２以上であり、Ｎがスイッチの数を示し、Ｎが３ｎ−３に等しい場合、ｍ番目のＬＥＤ（但し、２≦ｍ≦ｎ）に対して下記が成り立つ：
ａ）制御可能なスイッチＳｘは、ＬＥＤ Ｄｍの陽極ＡｍをＬＥＤ Ｄ(m-1)の陽極Ａ(m-1)に接続し；
ｂ）制御可能なスイッチＳｙは、ＬＥＤ Ｄｍの陽極ＡｍをＬＥＤ Ｄ(m-1)の陰極Ｋ(m-1)に接続し；
ｃ）制御可能なスイッチＳｚは、ＬＥＤ Ｄｍの陰極ＫｍをＬＥＤ Ｄ(m-1)の陰極Ｋ(m-1)に接続し；
ここで、ｘ＝３(ｍ−２)＋１，ｙ＝３(ｍ−２)＋２，ｚ＝３(ｍ−２)＋３である。
ｎの値に依存して、ｎ個の並列のＬＥＤ（即ち、各列が１つの"直列の"ＬＥＤを持つｎ個の列の並列接続）、ｎ個の直列のＬＥＤの１つの列、ｎ−１個の直列のＬＥＤの１つの列、ｎ−２個の直列のＬＥＤの１つの列、ｎ／２個の（又はそれより少ない数の）直列のＬＥＤの２つの列、ｎ／３個の（又はそれより少ない数の）直列のＬＥＤの３つの列等々を備える状態で動作することが可能である。更に、各ＬＥＤに関する各電流経路に対して、直列の閉じたスイッチの数は常にｎ−１に等しい。

例えば、ｎ＝１０の場合、１０個の並列なＬＥＤを有することが可能であり、前記コントローラは前記電流源を１０・Ｉ_LEDを供給するように設定する。電圧が増加した場合、２つの直列のＬＥＤを５つ有することができるようになり、前記コントローラは前記電流源が５・Ｉ_LEDを供給するように設定する。電圧が更に増加した場合、３つの直列のＬＥＤを３つ有することができるようになる。当該ＬＥＤのうちの１つは非動作状態とすることができるが、前述したのと同様に、３つの並列なＬＥＤの２つの群と、４つの並列なＬＥＤの１つの群とを有することも可能である。前記コントローラは前記電流源を３・Ｉ_LEDを供給するように設定するか、又は、オプションとして、全体の光出力を一定に維持するために電流を１０％増加させることもできる。

電圧が更に増加した場合、４つの直列のＬＥＤを２つ有することができるようになる。ここでも、当該ＬＥＤのうちの２つは非動作状態とすることができるが、前述したのと同様に、２つの並列なＬＥＤの２つの群と、３つの並列なＬＥＤの２つの群とを有することも可能である。前記コントローラは前記電流源を２・Ｉ_LEDを供給するように設定するか、又は、オプションとして、全体の光出力を一定に維持するために電流を２０％増加させることもできる。

電圧が更に増加した場合、５つの直列のＬＥＤを２つ有することができるようになる。前記コントローラは前記電流源が２・Ｉ_LEDを供給するように設定する。電圧が更に増加した場合、６個の直列のＬＥＤを１つ有することができるようになり、前記コントローラは前記電流源を１・Ｉ_LEDを供給するように設定する。これは、更なる電圧の上昇にも当てはまり、７、８、９及び１０個のＬＥＤを直列に接続することができる（３、２、１及び０個のＬＥＤは非動作状態とするか、又は、オプションとして、並列に接続される）。

全ての場合において、前記コントローラは、前記スイッチマトリクスを、各列がｎ_Ｓ個の直列のＬＥＤから形成され、ｎ_Ｓが入力電圧に鑑みて可能な最大数となるように制御する。即ち、ｎ_Ｓ・Ｖｆ≦Ｖin＜(ｎ_Ｓ＋１)・Ｖｆである（ここで、α及びβ及びδは簡略化のために無視されている）。更に、このような列の数ｎ_Ｐは可能な限り大きくする。即ち、ｎ_Ｐ・ｎ_Ｓ≦ｎ＜(ｎ_Ｐ＋１)・ｎ_Ｓとし、前記コントローラは前記電流源を電流Ｉ＝ｎ_Ｐ・Ｉ_LEDを供給するように制御する。

要約すると、本発明は、
−変化する大きさのＤＣ入力電圧Ｖinを受ける入力端と、
−制御可能な電流源４０と、
−複数の制御可能なスイッチＳ１〜ＳＮを有するスイッチマトリクス３０と、
−該スイッチマトリクス３０の出力端子に接続される複数（ｎ個）のＬＥＤ Ｄ１，Ｄ２，…Ｄｎと、
−上記ＤＣ入力電圧Ｖinの瞬時値に依存して上記スイッチを制御すると共に上記電流源により発生される電流を制御するコントローラ５０と、
を有する光発生装置２０を提供する。上記コントローラは、少なくとも３つの異なる制御状態で動作することができる。第１制御状態において、全てのＬＥＤは並列に接続される。第２制御状態において、全てのＬＥＤは直列に接続される。第３制御状態において、前記ＬＥＤのうちの少なくとも２つは並列に接続される一方、前記ＬＥＤのうちの少なくとも２つは直列に接続される。

他の実施例において、当該装置は、過度に上昇する前記入力電圧に対して保護される。自動車バッテリの場合、上記入力電圧が１６Ｖより高く上昇することが起こり得る。本発明によれば、上記コントローラは上記入力電圧を、例えば１６Ｖなる所定の最大閾電圧Ｖmaxと比較することができる。上記入力電圧が該閾電圧より低い限り、動作は上述したようになる。上記入力電圧が閾電圧Ｖmaxより高い場合、上記コントローラは、電流源４０の電流の大きさを、一定の電流というよりも、当該装置により消費される全電力が一定となるように制御する。言い換えると、該コントローラは電流源４０の電流の大きさＩを、Ｉ＝Ｐ／Ｖin（但し、Ｐは所定の定数）に従い計算する。

以上、本発明を図面及び上記記載において詳細に図示及び説明したが、当業者によれば、このような図示及び説明は解説的又は例示的なもので、限定するものではないと見なされるべきであることが明らかであろう。即ち、本発明は開示された実施例に限定されるものではなく、むしろ、幾つかの変形例及び変更例が、添付請求項に記載された本発明の保護範囲内で可能である。

例えば、整流された電圧は負極性のものとすることもできる。

当業者によれば、開示された実施例の他の変形例は、請求項に記載された発明を実施化する際に、図面、開示内容及び添付請求項の精査から理解され実施することができる。尚、請求項において、"有する"なる用語は他の構成要素及びステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載された幾つかの構成品目の機能を満たすことができる。また、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。また、コンピュータプログラムは、光記憶媒体又は他のハードウェアと一緒に若しくは斯かるハードウェアの一部として供給される固体媒体等の適切な媒体に記憶し／斯かる媒体上で分配することができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介して等の他の形態で分配することもできる。また、請求項における如何なる符号も、範囲を限定するものと見なしてはならない。

上記において、本発明はブロック図を参照して説明されたが、斯かるブロック図は本発明による装置の機能ブロックを示すものである。これらの機能ブロックの１以上はハードウェアで実施化することができ、その場合において、斯様な機能ブロックの機能は個々のハードウェア部品により実行されるが、これら機能ブロックの１以上はソフトウェアで実施化することもでき、その場合、斯様な機能ブロックの機能はコンピュータプログラムの１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、デジタル信号プロセッサ等のプログラマブル装置により実施することができると理解されたい。

Claims (7)

1. 変化し得るＤＣ入力電圧（Ｖin）のＤＣ電圧源に接続するための装置入力端と、
   制御可能な電流源と、
   複数の制御可能なスイッチを有すると共に、前記ＤＣ入力電圧（Ｖin）を受けるための前記装置入力端に結合される電圧入力端子を有し、且つ、前記電流源に結合される電流入力端子を有するスイッチマトリクスと、
   各群が直列に及び／又は並列に接続された複数のＬＥＤを有する複数の（ｎ個の）ＬＥＤ群であって、各ＬＥＤ群が前記スイッチマトリクスの出力端子に接続される複数のＬＥＤ群と、
   前記ＤＣ入力電圧（Ｖin）の瞬時値を示す信号を受けるための前記装置入力端に結合される入力端を有すると共に、前記スイッチのスイッチ状態を制御するために前記スイッチマトリクスの前記スイッチに結合される第１制御出力端を有し、且つ、前記電流源により発生される電流を制御するために前記制御可能な電流源に結合される第２制御出力端を有するコントローラと、
   を有する光発生装置であって、
   前記コントローラは、前記ＤＣ入力電圧（Ｖin）の前記瞬時値に依存して、前記スイッチのスイッチ状態及び前記電流源により発生される電流を制御し、
   前記コントローラは少なくとも３つの異なる制御状態で動作することができ、前記制御状態のうちの第１のものにおいて前記スイッチは前記ＬＥＤ群の全てが相互に並列に接続される状態に置かれ、前記制御状態のうちの第２のものにおいて前記スイッチは前記ＬＥＤ群の全てが相互に直列に接続される状態に置かれ、前記制御状態のうちの第３のものにおいて前記スイッチは前記ＬＥＤ群のうちの少なくとも２つが相互に並列に接続される一方、前記ＬＥＤ群のうちの少なくとも２つが相互に直列に接続される状態に置かれ、
   前記装置はｎ個の閾レベル（Ｕ１＜Ｕ２＜…＜Ｕｎ）を定める情報を含むメモリを更に有し、
   前記コントローラは、前記ＤＣ入力電圧（Ｖin）の前記瞬時値を前記閾レベルと比較し、
   前記コントローラは、前記スイッチを常に前記ｎ個のＬＥＤ群が相互に並列に結合されたｎ_Ｐ個の列の構成に切り換えられるように制御し、各列は相互に直列に結合されたｎ_Ｓ個のＬＥＤ群を含み、ここで、ｎ_Ｓはｎ_Ｓ番目の閾レベルＵ(ｎ_Ｓ)が前記ＤＣ入力電圧（Ｖin）の前記瞬時値よりも低い一方、(ｎ_Ｓ＋１)番目の閾レベルＵ(ｎ_Ｓ＋１)が前記ＤＣ入力電圧（Ｖin）の前記瞬時値よりも低くなるように選定された整数であり、従ってＵ(ｎ_Ｓ)≦Ｖin＜Ｕ(ｎ_Ｓ＋１)であり、
   ｎ_Ｐは、ｎ_Ｐ・ｎ_Ｓ≦ｎ＜(ｎ_Ｐ＋１)・ｎ_Ｓが成り立つように選定された整数であり、
   前記スイッチマトリクスは、前記複数の（ｎ個の）ＬＥＤ群に接続するための複数の（ｎ対の）陽極端子及び陰極端子を有すると共に、前記電圧入力端子と前記電流入力端子との間に接続され且つ前記陽極端子及び前記陰極端子に接続された複数の（３(ｎ−１)個の）個別に制御可能なスイッチを有し、
   最初のＬＥＤ群の陽極端子は前記電圧入力端子に接続され、
   ｎ番目のＬＥＤ群の陰極端子は前記電流入力端子に接続され、
   ２とｎとの間のｍの全ての値に対して、
   ｍ番目のＬＥＤ群の陽極端子と(ｍ−１)番目のＬＥＤ群の陽極端子との間には制御可能なスイッチが配置され、
   ｍ番目のＬＥＤ群の陽極端子と(ｍ−１)番目のＬＥＤ群の陰極端子との間には制御可能なスイッチが配置され、
   ｍ番目のＬＥＤ群の陰極端子と(ｍ−１)番目のＬＥＤ群の陰極端子との間には制御可能なスイッチが配置される、
   光発生装置。
2. 各ＬＥＤ群が順方向電圧Ｖｆを有し、ｉ番目の閾レベルＵｉはＵｉ＝ｉ・Ｖｆ＋γと近似することができ、ここで、γは前記ＬＥＤ群と直列な前記スイッチにまたがる電圧降下と、シャント抵抗及び前記電流源にまたがる電圧降下との和を表す定数である請求項１に記載の装置。
3. 各ＬＥＤ群が公称ＬＥＤ電流Ｉ_LEDを有し、前記コントローラが前記電流源を、該電流源により供給される電流Ｉが常にＩ＝ｎ_Ｐ・Ｉ_LEDなる関係を満足するように制御する請求項１に記載の装置。
4. 各ＬＥＤ群が公称ＬＥＤ電流Ｉ_LEDを有し、前記コントローラが前記電流源を、該電流源により供給される電流Ｉが常にＩ＝ｎ_Ｐ・Ｉ_LEDｘｎ／(ｎ_Ｐ・ｎ_Ｓ)なる関係を満足するように制御する請求項１に記載の装置。
5. 前記列の何れにも属さないｎ−ｎ_Ｐ・ｎ_Ｓ個のＬＥＤ群が非動作状態である請求項１に記載の装置。
6. 前記コントローラが前記スイッチマトリクスを、前記列の何れにも属さないｎ−ｎ_Ｐ・ｎ_Ｓ個のＬＥＤ群のうちの少なくとも１つが前記列の１つにおける前記ｎ_Ｐ・ｎ_Ｓ個のＬＥＤ群の１つと並列に結合されるように制御する請求項１に記載の装置。
7. 前記ＤＣ入力電圧（Ｖin）が所定の最大閾電圧（Ｖmax）より高い場合に、前記コントローラが前記電流源を、当該装置により消費される全電力が一定となるように制御する請求項１に記載の装置。

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