JP6391856B2 - Ｌｅｄ照明モジュール - Google Patents

Description

本発明は、LED照明モジュール、LED照明装置、及びLED負荷を駆動する方法を記述する。

LEDは、光源としてより広く用いられるようになっており、LEDの長い寿命及び少ない電力消費のために魅力的である。多くのLED及び駆動回路が、例えば、よりエネルギ効率の良くない白熱電球に取って代わるよう、「レトロフィット」電球に組み込まれることができる。白熱電球は、AC電源電圧、例えば、240Vにより直に駆動されることができる。

ハロゲンランプは、一般に、入力電圧レベルを低下させる変圧器によって駆動される。これらのタイプの電源は、安全に動作するのに相対的に低いDC電圧を必要とするLEDには適さない。LEDを既存の電源と共に使用する様々な方法がある。例えば、高い入力電圧に合う構成で、複数のLEDが用いられ得る。他の例においては、入力電圧及び電流を適切且つ安全なレベルに変換するために、電源とLED光源との間にドライバ電子回路が配置され得る。

LED負荷は、LED負荷の両端の電圧が或る特定の最低値を上回るときに光を発するだろう。電圧が増加するにつれて、LED電流はそれに応じて増加し、より多くの光出力をもたらす。一般に、入力電圧は、定格電圧レベルを上回るべきではない。なぜなら、過度に高いLED電流は、最終的にLEDの寿命を減らすからである。これらの理由のため、LED負荷の両端の電圧が定格レベル以下に維持され、LED電流が、推奨されている駆動レベルを上回らないことが重要である。これは、多くの方法で達成されることができる。或るアプローチにおいては、LED電流は、LED負荷と直列のバイポーラ接合トランジスタ（BJT）などの半導体スイッチを用いる相対的に簡単な方法で、BJTのベースに適切な電圧を印加して、スイッチによって通される電流の量を調整することによって、制御され得る。電流制御回路は、LED電流が、最低限のレベルと定格レベルとの間の入力電圧範囲にわたって一定のままであることを確実にするよう、BJTベース電圧を調整する。入力電圧が定格電圧を上回るとき、LED電流は一定のままであり、過剰な電力は電流制御回路によって損失される。結果として、この制御アプローチは、好ましくなく高い損失を伴う。

様々な数のLEDランプを並列に有する構成においては、例えば、レトロフィットLED電球の並列配置を備える照明器具においては、電源は、一定の電圧を供給しなければならないが、各個別のLEDランプにおいて、電流調整がなされなければならない。LEDランプの光出力を制御するためには、即ち、LEDランプの光出力を要望通りに増加又は減少させるためには、通常、供給電圧が、唯一の利用可能な制御パラメータであり、故に、電圧制御減光が、一般に用いられている技術である。しかしながら、LED負荷の場合には、ドライバ損失を制限したいという要求が、LED照明装置の線形性及び制御範囲と矛盾する。

それ故、本発明の目的は、LED負荷を流れる電流を調整する他の方法を提供することである。

本発明の目的は、請求項１に記載のLED照明モジュール、請求項７に記載のLED照明装置、及び請求項１１に記載のLED負荷を駆動する方法によって、達成される。

本発明によれば、前記LED照明モジュールは、入力電圧に接続するための入力端子と、公称電圧レベルにおいて動作するよう実現されるLED負荷と、前記入力電圧が前記公称電圧レベルより大きいときに前記LED負荷を流れるLED電流を減少させるよう実現される調整回路とを有する。

LED負荷は、１つ以上のLED光源、例えば、回路基板上に任意の適切な配置で取り付けられる１つ以上のLED半導体を含み得る。本発明との関連においては、前記公称電圧又は定格電圧は、前記LED負荷に印加されるべきである最大又は推奨電圧を意味すると理解されるべきである。

本発明によるLED照明モジュールの利点は、前記LED照明モジュールが、相対的に少ない労力及び低いコストで、前記LEDに過電圧保護を供給することができること、及び／又は既存の回路、例えば、ハロゲンランプのための従来の高周波変圧器、位相カット調光器などを内蔵する照明器具と適合するものにされ得ることである。

このことは、下でより詳細に説明されるだろう。本発明の核となるアイデアは、電圧における、前記公称電圧レベルより上への増加を認識し、より高い入力電圧に応じて前記LED電流を下方制御するというものである。入力電圧の増加に応じて前記LED電流を下方制御する又は減少させるこの技術は、以下においては、「逆電圧減光」と呼ばれる。

本発明によれば、前記LED照明装置は、このようなLED照明モジュールを有すると共に、前記LED照明装置に対する減光入力信号に基づいて、前記LED照明モジュールの入力電圧を、前記LED照明モジュールの上側しきい値電圧レベルより上に上げるよう実現される変換モジュールも有する。

本発明によるLED照明装置は、MR16ランプなどの低電圧交換又は「レトロフィット」ランプに代わる魅力的な代替手段を呈示する。レトロフィットランプは、前記レトロフィットランプが用いられるだろう器具に適合しなければならず、この適合性を確保するために多くの労力がかけられている。本発明によるLED照明装置は、前記LEDが過電圧から保護されることを確実にすると共に、照明器具の既存の減光調節器と協働するよう実現されることもできる。本発明によるLED照明装置の別の利点は、枝付き燭台ランプ(candelabra lamp)などの更に小型のレトロフィットランプが可能になるように非常にコンパクトなようにして実現されることができる。

本発明によれば、公称電圧レベルにおいて動作するよう実現されるLED負荷を駆動する方法は、前記LED負荷を入力電圧に接続するステップと、前記入力電圧が前記公称電圧レベルより大きいときに前記LED負荷を流れるLED電流を減少させるステップとを有する。

本発明による方法の利点は、非常に簡単であるが、効果的なLED電流制御が、可能であり、前記LEDを過電圧から保護する、且つ／又はLED照明装置を費用対効果の良いようにして既存の器具と適合するものにする、且つ／又は物理的には調光器を内蔵していない既存の照明回路に減光機能を与えるなどの様々な状況下で用いられることができることである。

従属請求項及び以下の記載は、本発明のとりわけ有利な実施例及び特徴を開示している。前記実施例の特徴は必要に応じて組み合わされ得る。或る請求項カテゴリとの関連において記載されている特徴は、別の請求項カテゴリに等しく当てはまり得る。

本発明の好ましい実施例においては、前記LED照明モジュールの前記調整回路は、LED照明装置の過電圧保護回路の一部として実現される。本発明の別の好ましい実施例においては、前記LED照明モジュールの前記調整回路は、LED照明装置の減光回路の一部として実現される。それ故、本発明によるLED照明装置は、パルス幅変調（PWM）減光回路と関連する、望ましくない電磁干渉（EMI）又はブーンという可聴音(audible humming)を全く伴わずに、減光機能をサポートするよう実現されることができる。本発明のLED照明装置においては、当然、これらの機能、即ち、過電圧保護及び減光は、組み合わされることもできる。

以下において、「上側しきい値電圧レベル」という表現は、電圧レベルであって、前記電圧レベルより上では、前記調整回路が、前記LED電流を下方制御するだろう電圧レベルとして理解されるべきである。前記上側しきい値電圧レベルは、前記LED公称電圧と同じであり得る。例えば、３つの（各LEDが3Vの順電圧を持つ）3VのLEDのストリングの場合は、このLEDストリングの公称電圧は9Vであることから、前記調整回路は、前記LEDモジュールに対する前記入力電圧が9.0Vを超えて増加するときに、前記LED電流の下方制御を始めることができる。前記「上側しきい値電圧レベル」の他の定義は、前記調整回路によって必要とされ得る任意の付加的な電圧オーバーヘッド又は「ヘッドルーム」を考慮に入れてもよい。

本発明の好ましい実施例においては、前記LED負荷は、第１半導体スイッチ及び電流検出抵抗器と直列に配設され、前記調整回路は、基準入力及び変量入力を備える電流制御回路であって、前記基準入力及び前記変量入力の間の差に従って前記第１半導体スイッチを流れるLED電流を調整するよう実現される電流制御回路を有する。前記調整回路は、前記LED照明モジュールに印加される入力電圧、及び上側しきい値電圧レベルに従って、前記電流制御回路に対する前記変量入力を生成するよう実現される電圧モニタ回路を更に有する。

上記のように、前記LED電流は、前記LED負荷と直列のBJTなどの半導体スイッチを使用し、前記BJTのベース端子に適切な電圧を印加して、前記スイッチによって通される電流の量を調整する相対的に簡単な方法で、制御され得る。前記スイッチと直列の電流検出抵抗器は、前記LED負荷を流れる電流の大きさを供給することができる。本発明の好ましい実施例においては、前記電流制御装置に対する変量入力部は、前記電流検出抵抗器と前記電圧モニタ回路とを接続する共通ノードである。

本発明との関連においては、入力減光信号又は減光入力は、対応するブースト電圧を得るための制御信号と解釈され得る。例えば、減光器は、低い減光設定と高い減光設定との間の減光範囲に対応する、低い電圧と高い電圧との間の範囲内の電圧の形態で減光レベル入力信号を供給するポテンショメータに基づいて、動作し得る。本発明の好ましい実施例においては、前記LED照明装置は、前記減光レベル入力信号を前記電圧ブーストモジュールの制御信号に変換するためのインターフェース回路を有する。以下においては、最大光出力は、０％減光レベルに対応するのに対して、ゼロ光出力は、１００％減光レベルに対応するとみなされ得る。最大光出力は、前記LED電流がその公称駆動レベルにあるときに、達成され、ゼロ光出力は、前記LED電流が、前記LEDが事実上「オフ」であるレベルまで減らされるときに、達成される。

好ましくは、前記電圧モニタ回路は、前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベルを上回るときに前記電流制御回路に対する前記変量入力における電圧レベルを上げるよう実現される。これは、任意の適切な回路を用いて達成され得る。本発明のとりわけ好ましい実施例においては、前記電圧モニタ回路は、この機能を果たすためにプログラム可能なシャントレギュレータを有する。前記プログラム可能なシャントレギュレータは、好ましくは、その陰極を介して前記照明装置の入力電圧端子に接続される。前記シャントレギュレータの基準端子及びその陽極に対する閉ループフィードバック接続は、分圧器によって形成される。前記分圧器は、抵抗器の値の適切な選択によって、前記上側しきい値レベルであって、前記上側しきい値レベルを超えると、前記電流の下方制御が始まるだろう前記上側しきい値レベルを設定することができる。以下においては、前記上側しきい値電圧レベルは、「減光トリガレベル」とも呼ばれ得る。なぜなら、前記入力電圧がこのレベルより上に上昇するときには、前記LED電流が減らされ、それ故、前記LEDモジュールの光出力も減らされるからである。

基準入力及び制御入力に基づいてLED電流制御を実施する様々な実現可能な方法がある。例えば、前記基準入力は、電流制御回路内の内部ノードであり得る。他のアプローチにおいては、前記供給電圧をモニタし、それに応じて前記LED電流を調節するためにマイクロプロセッサが用いられ得る。

本発明によるLEDモジュールのとりわけ好ましい実施例においては、前記電流制御装置は、前記変量入力と前記基準入力を比較するよう実現される比較器を有し、前記比較器のゲインは、前記入力電圧によって制御される。例えば、正の供給端子が前記入力電圧端子に接続される単一電源オペアンプ(single-supply op amp)が用いられ得る。前記オペアンプの出力信号の大きさは、その入力の間の差に依存すると共に、この構成においては前記入力電圧によって決定されるそのゲインにも依存するだろう。このような実現例は、マイクロプロセッサをベースにしたより複雑な構成と比べて、実現するのに相対的に経済的である。

前記LED照明モジュールの「通常」動作中には、前記入力電圧は、前記上側しきい値レベルを上回らないだろう。それ故、前記電流制御装置に対する前記変量入力は、前記電流検出抵抗器を介して前記LEDを流れる電流の大きさを供給するだろう。本発明の好ましい実施例においては、前記比較器は、これらの状況下で、前記LED電流を本質的に一定の駆動レベルに保つために前記BJTのベース端子電圧を調節するよう作用するだろう。前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベルを上回ると、前記比較器は、前記LED電流を減らすために前記BJTのベース端子電圧を調節するよう作用するだろう。例えば、NPNトランジスタスイッチの場合は、前記ベース端子電圧を減らすことは、前記スイッチを流れる電流を減らすだろう。

前記入力電圧が前記減光トリガレベルを上回るとき、前記LED電流は、任意の適切な方法で調整され得る。例えば、前記LED電流は、前記入力電圧が前記減光トリガレベルを超えて増加したら急に減らされ得る。他の例においては、前記LED電流は、前記入力電圧が前記減光トリガレベルを超えて増加するにつれて段階的なようにして減らされ得る。本発明のとりわけ好ましい実施例においては、前記LED電流は、前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベルを超えて増加するにつれて、線形に減らされる。この方法においては、前記入力電圧が着実に増加するにつれて、前記LED電流が着実に減少する。

好ましくは、前記電流制御装置及び電圧モニタは、前記入力電圧が最大入力電圧値に近づくときにゼロまで減少する前記LED電流をもたらすよう実現される。換言すれば、入力電圧の或る特定のレベルより上では、前記LED負荷は、オフに切り替えられ、光を発さない。

本発明の好ましい実施例においては、前記電圧モニタ及び電流制御装置は、さもないと熱暴走及び装置の故障をもたらし得る過度に高い電流から前記LEDを保護するために上記の制御技術を用いる過電圧保護回路の一部として実現される。

入力電圧とLED電流との間の直線関係は、前記LED照明装置が減光機能を持つべきである場合に、効果的に用いられ得る。それ故、本発明の他の好ましい実施例においては、前記電圧モニタ及び電流制御装置は、減光回路の一部として実現される。これは多くの方法で実現され得る。例えば、前記LED照明装置は、既に減光器を含む照明回路において用いられ得る。このため、本発明によるLED照明装置は、好ましくは、前記減光器によって出力された減光設定信号を、増加された入力電圧に変換するための変換回路を有する。好ましくは、このような変換回路は、前記減光設定が減少するにつれて前記入力電圧を増加させるよう実現される。換言すれば、所望の低い減光レベルは、それに応じて高い入力電圧をもたらすだろう。前記減光設定の調節は、前記入力電圧に対する対応する調節をもたらすだろう。

白熱ランプ又はハロゲンランプなどの光源は、AC入力の位相カット調光、PWMなどのような様々な技術を用いて調光され得る。

LED光源は、LED負荷が、通常、一定のDC電圧によって駆動されることから、一般に、PWM技術又は電流制御技術を用いて調光される。LED光源が、白熱ランプに取って代わるためにレトロフィットランプにおいて用いられる場合、電源入力を本質的に一定のDC入力電圧に変換し、前記LED電流を制御するために、電子ドライバ回路が必要とされる。調光器はこのようなドライバに組み込まれ得る。本発明の好ましい実施例においては、減光入力信号に応じて（前記ドライバによって供給される）前記DC電圧を前記しきい値レベルより上に上昇させるために、上記のような変換回路を前記ドライバと前記LED照明装置との間に組み込むことによって、前記LED照明装置に減光機能が組み込まれ得る。

本発明によるLED照明モジュール及びLED照明装置は、一定の入力電圧におけるPWM制御も可能にする。例えば、約４０％のPWMデューティサイクルは、平均LED電流をその公称レベルの約４０％まで減らし、それ故、前記光出力もその公称レベルの約４０％まで減らすだろう。PWM制御を用いた前記LED照明モジュールの減光は、前記調整回路の前記電圧モニタ回路を作動させず又はトリガせず、故に、電流調整はPWM減光設定に基づいてしか実施されず、直列トランジスタスイッチにおける電力損失は減光レベルに従って減らされる。この減光制御方法は、MR16ランプなどの低電圧レトロフィットランプに代わるアプローチである。

本発明によるLED照明装置は、好ましくは、照明器具のソケットへの挿入のためのコネクタを備えるレトロフィットLEDランプとして実現される。前記コネクタは、２ピン(bi-pin)、バヨネット又はねじ込み式コネクタなどの任意の標準的なコネクタであり得る。例えば、本発明によるLED照明装置は、ハロゲンランプに取って代わるためにGU 10コネクタを備えるMR 16ランプとして実現され得る。

本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面と共に考慮に入れられる以下の詳細な説明から明らかになるだろう。しかしながら、図面は、単に、説明の目的のためだけに設計されており、本発明の範囲を規定するものとしては設計されていないことを理解されたい。

本発明によるLED照明モジュールの第１実施例の回路図である。 本発明によるLED照明モジュールの動作を図示するグラフである。 本発明によるLED照明モジュールの機能素子を表わすブロック図を示す。 本発明によるLED照明装置の実施例のブロック図である。 レトロフィットランプとして実現される本発明によるLED照明装置の概略図である。 本発明によるLED照明装置のレトロフィット実施例を有する照明器具の概略図である。 本発明によるLED照明モジュールの動作に関する他のグラフを示す。

図面において、同様の参照符号は、一貫して同様の対象を指す。図における物体は、必ずしも縮尺通りには描かれていない。

図１は、本発明によるLED照明モジュール１の第１実施例の回路図であり、多くのLED１００を有するLED負荷１０と、電圧モニタ回路１１及び電流制御回路１２を有する調整回路１１、１２とを示している。LED照明モジュール１の入力端子１３_ｈｉ、１３_ｌｏには、適切なDC電源の出力端子が接続され得る。LED負荷１０は、第１半導体スイッチＱ１及び電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}と直列に接続される。第１半導体スイッチＱ１は、NPN BJTであり、そのベース端子は、電流制御回路１２の出力部に接続される。

電流制御回路１２は、演算増幅器１２０と第２半導体スイッチＱ２とを有する。演算増幅器１２０の基準入力部１２１は、電圧源記号によって示されている、一定の電圧、即ち、基準レベルに接続される。演算増幅器１２０の正の供給端子は、正の入力電圧端子に接続され、負の供給端子は、接地される。

電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}のサイズが、デフォルト又は公称LED駆動電流を決定する。電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}は、照明装置の通常動作中、LED電流Ｉ_ＬＥＤを本質的に一定の駆動レベルに調整するのに役立つ。このため、電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}は、ノードＮを介して電流制御回路１２の制御入力部１２２に接続される。

ノードＮは、プログラム可能なシャントレギュレータ１１０として実現される電圧モニタ回路１１にも接続される。入力電圧Ｕ_ｉｎが、分圧器構成Ｒ１、Ｒ２によって設定される上側しきい値レベル未満である限り、ノードＮ（それ故、オペアンプ１２０に対する制御入力部１２２の「電流制御レベル」）における電圧は、LED電流Ｉ_ＬＥＤにおける変化に応じてしか変化しないだろう。演算増幅器１２０は、第２トランジスタスイッチＱ２のベース端子電圧を調節し、それによって、第１トランジスタスイッチＱ１のベース端子電圧を間接的に調節することによって、基準入力部１２１における電圧と制御入力部１２２における電圧との間のあらゆるわずかな差に反応する。それ故、入力電圧Ｕ_ｉｎが、（LED負荷１０内のLEDの個数に依存する）或る特定の最低限のレベルを上回り、且つ上側しきい値レベル未満である限り、LED電流Ｉ_ＬＥＤは、駆動レベルにおいて本質的に一定に保たれ、光出力も、１００％光出力において本質的に一定に保たれるだろう。上側しきい値レベル又は減光トリガレベルは、LED負荷１０の公称又は定格電圧である。

電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}、演算増幅器１２０及び第２トランジスタスイッチＱ２を有する回路の閉ループ動作は、常に、制御入力部１２２における電圧を、基準入力部１２１又は「電流制御レベル」における電圧と等しくし続けようとする。換言すれば、前記閉ループ動作は、電流制御レベルにおける電圧を基準電圧と等しくするよう電流制御レベルにおける電圧を修正するよう作用する。

入力電圧Ｕ_ｉｎが前記しきい値電圧を上回って増加するときには、電圧モニタ回路１１のシャントレギュレータ１１０が、その通過電流を増加させるだろう。この通過電流は、ノードＮにおける電圧を上げるだろう。なぜなら、前記通過電流は、抵抗器Ｒ４及び電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}の両端の付加的な電圧降下をもたらすものであるからである。換言すれば、シャントレギュレータ１１０は、制御入力部１２２における電圧を基準レベルより上に引き上げるだろう。結果として、電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}を流れる電流は、制御入力部１２２における電圧を基準レベルに戻すよう減少するにちがいない。演算増幅器１２０に対する制御入力部１２２における増加した電圧は、第２トランジスタスイッチＱ２のベースにおける電圧を増加させ、故に、それは、より多くの電流をシンクし、それによって、第１トランジスタスイッチＱ１のベース端子における電圧を低下させ、LED電流Ｉ_ＬＥＤを減少させる。LED電流Ｉ_ＬＥＤの減少は、減少した又は減光した光出力をもたらす。電流制御回路１２は、事実上、（矢印によって示されている）ノードＮと接地との間の電圧降下における変化に反応し、基準入力部１２１及び制御入力部１２２における電圧を同じレベルに保つよう努める。

抵抗器Ｒ４は、シャントレギュレータ１１０を流れる小さな電流がLED電流Ｉ_ＬＥＤの大きな減少をもたらすだろうことを確実にするよう、電流検出抵抗器Ｒ_{ｓｅｎｓｅ}よりずっと大きいよう選ばれる。このようにして、回路を流れるトータルな電流の流れが減少するだろう。

入力電圧が増加するにつれてLED電流Ｉ_ＬＥＤを減少させるプロセスは、第１トランジスタスイッチＱ１が事実上オフにされ、０％光出力（１００％減光）をもたらすまで、続くだろう。LED電流が「逆電圧減光」によって下方制御されている間、第１トランジスタスイッチＱ１における電力損失も減少し、LED電流Ｉ_ＬＥＤが0mAに到達するときには0Wまで低下する。

減光トリガレベル、即ち、LED負荷１０の「減光」が始まる入力電圧のレベルＵ_ｉｎは、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の適切な値によって設定され得る。

LED照明モジュール１の動作原理が図２に示されている。ここでは、グラフ２０は、LED照明モジュール１に印加される電圧Ｕ_ｉｎに対する光出力［％］を示している。上側しきい値電圧レベル又は「減光トリガレベル」Ｖ_ｄｉｍまでは及び未満では、光出力は、１００％又は最大光出力である。電圧Ｕ_ｉｎが上側しきい値電圧レベルを超えて増加するとき、光出力は減少し始める。電圧Ｕ_ｉｎが最大値Ｖ_ｍａｘに近づくにつれて、光出力はゼロに近づく。入力電圧Ｕ_ｉｎの増加が、LED負荷１０を流れる電流の減少をもたらすことから、過電圧保護が単純且つ洗練された方法で達成され得る。それと同時に、電圧Ｕ_ｉｎは、LED負荷１０の光出力を減少させるために、故意に増加されることができ、これが、本発明の「逆電圧減光」原理である。LEDモジュールを駆動する既定の原理とは逆に、LEDモジュールに対する電圧は、LEDへの如何なる損傷も生じずに、故意に、公称電圧を上回って増加されることができ、過電圧保護機能は、減光機能を兼ねることができる。これらの効果を達成するために用いられる相対的に単純な回路は、本発明のLEDモジュールをコスト及び機能に関して魅力的にする。

ブーストコンバータ１１及び減光モジュール１２は、好ましくは、パフォーマンスにおいて互いに整合させるよう実現され、故に、例えば、ブーストコンバータ１１は、或る特定のスパン又は範囲（例えば、3.0V）にわたって電圧を増加させるよう実現され、（ブーストコンバータ１１の出力端子から駆動される）減光モジュール１２は、駆動レベル（１００％光出力）からオフ（０％光出力）までの全減光範囲にわたってLED電流Ｉ_ＬＥＤを減少させるよう実現される。

図３は、本発明によるLED照明装置１の機能素子を表わすブロック図を示している。入力電圧は、電源への接続、整流電源電圧への接続などを含み得る第１段３０において供給される。

第１段３０によって供給される入力電圧は、上側しきい値レベルＶ_ｄｉｍを通って最大レベルＶ_ｍａｘまで線形に増加するだろう。電流制御段３１及び電圧モニタ段３２は、上記のように、LED負荷段３３に流れるLED電流を調整するよう動作する。

図４は、本発明によるLED照明装置４の或る実施例の簡略化されたブロック図である。この例示的な実施例においては、LED照明装置４は、最大光出力においてLEDモジュール１の公称電圧を供給するよう実現される減光電圧源４１と共に用いられ得る。減光電圧源４１は、ユーザ選択減光設定に応じて、LED照明装置１に減光入力信号４１０を供給し、前記減光入力信号４１０は、減光入力変換器４３によって電圧ブーストモジュール４２のための制御に号に変換される。減光入力変換器４３は、所望の減少光出力（即ち、減光設定）を、電圧ブーストモジュールの出力部における電圧を上記のような本発明の逆電圧減光原理に従って増加させる制御信号４３０に「変換する」。変換回路４３及び電圧ブーストモジュール４２は、１００％の調光設定を、上で図２において示されているように上側しきい値レベルＶ_ｄｉｍの入力電圧Ｕ_ｉｎに変換し、１００％より低い調光設定（例えば、８０％光出力、６０％光出力など）を、上で図１において説明したように、LED電流の減少をもたらし、それに応じて、光出力の減少をもたらす、上側しきい値レベルＶ_ｄｉｍより大きい入力電圧Ｕ_ｉｎに変換するよう実現される。ゼロ光出力に対応する０％の調光設定は、図２に示されている電圧範囲の上限の最大電圧Ｖ_ｍａｘに変換されるだろう。この例示的な実施例においては、LED照明装置４は、LED照明モジュール１、並びに破線によって示されているような変換回路４３及び電圧ブーストモジュール４２を含む。

図５は、レトロフィットランプとして実現される本発明によるLED照明装置４の概略図である。ここでは、LED負荷のLED１００は、反射器ランプハウジング５０内に取り付けられる。LED照明モジュールの電流制御回路１２及び電圧モニタ回路１１を含む制御回路は、必要に応じてハウジング５０の台座(base)内に配設される。レトロフィットランプは、この例においては２ピンコネクタ５１として示されている、適切なコネクタインターフェースを有し得る。本発明によるLED照明装置４の制御回路は、非常にコンパクトにすることができ、故に、小型レトロフィットランプが可能である。

図６は、幾つかのレトロフィット枝付き燭台電球４を有する照明器具６の概略図である。各レトロフィット枝付き燭台電球４は、１つ以上のLED１００を囲む小型ハウジングと、ランプハウジングの台座内に配設される調整回路１１、１２とを含み得る。この実施例においては、物理的に別個の駆動回路６１が、主電源(mains power supply)４０に接続され、AC電源電圧をレトロフィットランプ４に適切なDC入力Ｕ_ｉｎに変換するよう実現される。このため、駆動回路６１は、電圧ブーストモジュール６１Ａと減光信号変換器６１Ｂとを有する。減光信号変換器１６は、減光入力信号６２０を、ユーザ入力に応じたブーストコンバータ６１Ａのスイッチ制御信号に変換する。減光入力信号６２０は、減光アプリとしてインストールされたソフトウェア「減光器」６を備える、スマートフォンなどのようなハンドヘルドコントローラ６２から生じる無線信号であり得る。電圧ブーストモジュール６１Ａは、ユーザによって選択された減光設定に応じて、光出力において所望の減少を達成するだろうレベルまで入力電圧Ｕ_ｉｎを上げる、又は光出力において所望の増加を達成するだろうレベルまで入力電圧Ｕ_ｉｎを下げる。電圧ブーストモジュール６１Ａの出力電圧範囲は、上で図２を用いて説明したように、減光トリガレベルＶ_ｄｉｍと最大レベルＶ_ｍａｘとの間にある。

本発明との関連で記載したLED制御技術は、とりわけ既知の電源電圧減光可能な枝付き燭台ランプと比べて、すごく小型化されることができる。より小型のものの実現は、非常に魅力的なランプ設計をもたらし得る。他の発展例においては、電力コンバータユニット６１は、照明器具の中央位置に、例えば、枝付き燭台の懸架器具に、目立たないように配置され得る。本発明のLED照明装置の開発中、最も実際的な状況において電力ケーブルにわたる電圧降下を緩和するのに十分な電圧マージンがあることが確認された。

図７は、本発明によるLED照明モジュールの効果を示す、入力電圧Ｕ_ｉｎ［V］に対する光出力［lm］及び電力［W］の他のグラフを示している。前記図は、入力電圧Ｕ_ｉｎが、最低限のレベルＶ_ｍｉｎ（この例においては9V）と最大レベルＶ_ｍａｘ（この例においては15V）との間にある限り、光出力が一定であることを示す、光出力のグラフ７０を示している。この間隔においては、LED電流は、その本質的に一定の駆動レベルに調整される。入力電圧Ｕ_ｉｎが上側しきい値レベルＶ_ｄｉｍ（この例においては12V）に到達したら、電圧モニタ回路及び電流制御回路が、入力電圧に従ってLED電流Ｉ_ＬＥＤを減少させるよう作用する。入力電圧Ｕ_ｉｎが高ければ高いほど、LED電流Ｉ_ＬＥＤは低くなる。入力電圧Ｕ_ｉｎが最大レベルＶ_ｍａｘに到達するとき、LED電流Ｉ_ＬＥＤは0mAまで減らされる。この例においては、「減光範囲」は、12Vから15Vまでの3Vの範囲にわたって設定されている。

入力電圧Ｕ_ｉｎが最低限のレベルＶ_ｍｉｎを上回るとき、スイッチＱ１が、Ｕ_ｉｎ・Ｉ_ＬＥＤによって与えられる余分な電力を消費し始める。入力電圧が、公称動作電圧、即ち、上側しきい値レベルＶ_ｄｉｍを上回るとき、「減光トリガレベル」に到達し、電流制御モジュールがスイッチＱ１を介してLED電流Ｉ_ＬＥＤを減らす。前記図は、回路によって消費される電力のグラフ７１、LED負荷によって消費される電力のグラフ７２、及び全電力損失のグラフ７３を示している。逆電圧減光が始まると、LED照明装置の電力損失は、光出力が減らされるときでも依然として高い電力消費を呈する同様の従来のLED回路とは異なり、減り始める。

本発明は、好ましい実施例及びそれらの変形例の形態で開示されているが、本発明の範囲から逸脱せずに、多くの更なる修正及び変形がなされ得ることは理解されるだろう。

明確にするため、この出願を通して、単数形表記は、複数性を除外せず、「有する」は、他のステップ又は要素を除外しないことを理解されたい。「ユニット」又は「モジュール」という記載は、２つ以上のユニット又はモジュールの使用を除外しない。

Claims (15)

1. 入力電圧に接続するための入力端子と、
   上側しきい値電圧レベルにおいて動作するよう実現されるLED負荷と、
   前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベルより大きいときに前記LED負荷を流れるLED電流を減少させるよう実現される調整回路とを有するLED照明モジュール。
2. 前記LED負荷が、第１半導体スイッチ及び電流検出抵抗器と直列に配設され、
   前記調整回路が、
   基準入力及び変量入力を有する電流制御回路であって、前記基準入力及び前記変量入力の間の差に従って前記第１半導体スイッチを流れるLED電流を調整するよう実現される電流制御回路と、
   前記LED照明モジュールに印加される入力電圧、及び上側しきい値電圧レベルに基づいて、前記電流制御回路に対する前記変量入力を生成するよう実現される電圧モニタ回路とを有する請求項１に記載のLED照明モジュール。
3. 前記電圧モニタ回路が、前記LED照明モジュールに印加される前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベルを上回るときに前記変量入力における電圧を上げるよう実現される請求項２に記載のLED照明モジュール。
4. 前記電圧モニタ回路が、プログラム可能なシャントレギュレータを有する請求項２又は３に記載のLED照明モジュール。
5. 前記電流制御回路が、前記変量入力と前記基準入力を比較するよう実現される比較器を有し、前記比較器のゲインが、前記入力電圧によって制御される請求項２乃至４のいずれか一項に記載のLED照明モジュール。
6. 前記比較器が、前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベルを上回るときに、前記第１半導体スイッチを流れる電流を減少させるよう接続される請求項５に記載のLED照明モジュール。
7. LED照明装置であって、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載のLED照明モジュールと、
   前記LED照明装置に対する減光入力信号に基づいて、前記LED照明モジュールの入力電圧を、前記LED照明モジュールの上側しきい値電圧レベルより上に上げるよう実現される変換モジュールとを有するLED照明装置。
8. 照明器具のソケットへの挿入のためのコネクタを備えるレトロフィットLED電球として実現される請求項７に記載のLED照明装置。
9. 前記LED照明モジュールの前記調整回路が、過電圧保護回路の一部として実現される請求項７又は８に記載のLED照明装置。
10. 前記LED照明モジュールの前記調整回路が、前記LED照明モジュールを有するLED照明装置の減光回路の一部として実現される請求項７乃至９のいずれか一項に記載のLED照明装置。
11. 上側しきい値電圧レベルにおいて動作するよう実現されるLED負荷を駆動する方法であって、
    前記LED負荷を入力電圧に接続するステップと、
    前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベルより大きいときに前記LED負荷を流れるLED電流を減少させるステップとを有する方法。
12. 前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベル未満であるときには前記LED電流を本質的に一定の駆動レベルに維持するステップを有する請求項１１に記載の方法。
13. 前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベル上回るときには前記LED電流を減らすステップを有する請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記入力電圧が前記上側しきい値電圧レベルを超えて増加するにつれて、前記LED電流を線形に減らすステップを有する請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記入力電圧が最大入力電圧値に到達するときに前記LED電流をゼロまで減らすステップを有する請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。

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