JP7044944B2 - 発光ダイオード(led)照明デバイスのための照明器具 - Google Patents

発光ダイオード(led)照明デバイスのための照明器具 Download PDF

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Description

本開示は、広くは、照明の分野に関し、より具体的には、交換可能な発光モジュールを有する発光ダイオード(LED)照明器具に関する。本開示は、更に、前記照明器具を動作させる方法に関する。
将来的には、発光ダイオード(LED)モジュールは現場で交換可能になることが予想される。このことは、法律によって、及び現場で偶発的に故障したモジュールを交換する必要性によって促されている。
このようなモジュールの交換中、システムに給電しているドライバがオフに切り替えられていないことが予想され得る。ドライバが依然として給電されている間にLEDモジュールを交換することは、ホットプラグと呼ばれ、本明細書で説明されている或る特定の注意を必要とする。
ドライバが依然として給電されている間に交換可能なLEDモジュールが交換される場合、ドライバは、LEDモジュールが接続されていないときに、開放電圧になる。LEDモジュールを接続(plug-in)するとき、多くの場合コンデンサを有するドライバの出力段は、開放電圧からLEDストリング電圧へ放電される。これはドライバからLEDへ流れるピーク電流が生成する。これは、アウトラッシュ電流(outrush current)と呼ばれている。
アウトラッシュ電流を低減するために、各LEDモジュールに電子電流が流され得る。この回路は、ドライバのアウトラッシュ電流を吸収するかもしれない。しかし、このような追加の回路は、LEDモジュールのコストを増大させ、プリント回路基板(PCB)スペースを使用し、LEDモジュールにおいて目に見えるという不利な点を有する。アウトラッシュ電流低減回路は、他の場所、例えば、追加のスライド接点に配置されてもよい。このような構成においては、モジュールが接続されるとき、アウトラッシュ電流低減回路は無効化される。しかし、追加の回路は、モジュールのコストを増加させる。
単一の照明器具が、交換される必要がある複数のLEDモジュールを有する場合、ドライバは、1つのモジュール、又は意図されているモジュールよりも少ないモジュールしか接続されていないことを知らない。このことは、ドライバが接続されているモジュールに過大な電流を給電することをもたらす。このような高い電流値は、LEDモジュールに損傷を与える可能性があり、防止される必要がある。
本開示の第1態様においては、発光ダイオード(LED)照明デバイスのための照明器具が提供される。前記器具は、交流(AC)主電源電圧を入力として受け取り、前記LED照明デバイスを駆動するためのLED電流を供給するよう構成されるLEDドライバと、光を放射するよう構成されるLED照明デバイスを受け、保持するよう構成される、受け手段を含む少なくとも1つのソケットとを有する。前記ソケットは、入力端子の1つのセットと、出力端子の2つのセットとを含むバイアス(biased)双極双投(DPDT)スイッチを更に有し、前記LEDドライバの前記出力は、前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子に接続され、前記バイアスDPDTスイッチの前記出力端子の2つのセットのうちの第1セットは、短絡される。
前記バイアスDPDTスイッチは、前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子が前記出力端子の前記第1セットに接続される短絡位置と、前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子が前記出力端子の2つのセットのうちの第2セットに接続され、それによって、前記LEDドライバを前記LED照明デバイスに接続する接続位置とを切り替えるよう構成される。前記バイアスDPDTスイッチは、更に、前記ソケットの前記受け手段への前記LED照明デバイスの挿入時に、前記短絡位置から前記接続位置に切り替えるよう構成される。
前記LEDモジュールは、将来的には交換可能になり、前記LEDモジュールの交換作業を実施する間、前記LEDドライバの電源が完全には切られていない場合があることが予想される。一般的なLED照明器具は、LEDドライバを含む。前記LEDドライバは、 AC主電源から入力エネルギを受け取り、前記LEDモジュールを駆動するための適切な電流を供給する。当業者には、前記LEDドライバのための複数の構成が知られている。
前記照明器具は、通常、照明モジュールが挿入され得る 1つ以上のソケットを有する。挿入された前記LED照明モジュールを所定の位置に保持するために、前記ソケットは、ロック、ラッチ又はねじ込み機構などの受け手段を有してもよい。本発明者らは、前記ソケットにおいてバイアスDPDTスイッチを含むことは有利である可能性があると考えている。
スイッチの極数は、前記スイッチが何個の別々の回路を制御することができるかを規定する。従って、1極を備えるスイッチは、単一の回路にしか影響を与えることができない。2極スイッチは、2つの異なる回路を別々に制御することができる。スイッチの投数は、前記スイッチの極の各々が何個の位置に接続されることができるかを規定する。例えば、スイッチが2投を有する場合には、スイッチの各回路(極)は2つの端子のうちの1つに接続されることができる。
当業者は、DPDTスイッチの機能は、物理的なスイッチを採用することによって実施されてもよく、又は他の適切なハードウェア又はソフトウェアによって同じ機能が達成されてもよいことを理解している。前記DPDTスイッチは、入力端子の1つのセットと、出力端子の2つのセットとを有する。前記入力端子は前記LEDドライバの出力に接続される。出力端子の1つのセットは、内部で短絡され、出力端子の1つのセットは、前記LED照明モジュールが挿入されるときに、このようなモジュールに接続されるよう構成される。
更に、前記DPDTスイッチは、1つの特定の位置に留まるよう構成されるという点でバイアスをかけられている。好ましくは、前記スイッチは、前記入力端子が、内部で短絡される端子の前記セットに接続されるような前記短絡位置にある。前記ソケットへの前記LED照明モジュールの挿入は、前記入力端子が、前記出力端子の第2セットに接続され、それによって、前記LEDモジュールに接続される前記接続位置に、前記スイッチを切り替えさせる。前記スイッチは、前記LED照明モジュールが前記ソケットの前記受け手段に挿入されたままになるまで、前記入力端子が前記出力端子の第2セットに接続されるこの接続位置に留まるだろう。
前記照明器具は、多くの場合、各ソケットに対して1つのLED照明モジュールを受けるよう構成されるソケットを2つ以上有する。多くの場合、このような構成が、必要とされる量の光出力を供給するために必要である。このようなシナリオにおいては、必要とされる電流を全てのモジュールに一括して供給する1つのLEDドライバしかない。本開示の利点は、LED照明モジュールが前記照明器具の各ソケットに挿入されている限り、前記LEDドライバは、その出力端子における短絡を確認(see)し続けることである。
前記LEDドライバは、通常、短絡電流を防止するための防止機構を有しており、それ故、必要とされる全ての前記LED照明モジュールが接続されない限り、接続された前記LEDモジュールに全く電流を供給しない。それ故、本開示による照明デバイスは、接続された前記照明モジュールが、前記照明モジュールに損傷を与えるより大きなアウトラッシュ電流にさらされないことを確実にする。
例によれば、前記LEDドライバは、短絡検出時に低電力モードで動作するよう構成される。当業者に知られている幾つかのLEDドライバは、所謂hiccupモードを有する。このようなLEDドライバにおいては、前記LEDドライバの前記出力端子における短絡検出時に、前記LEDドライバは、出力LED電流がゼロに設定されることを確実にする。本開示の照明器具にこのようなドライバを組み込むことは、全ての前記LEDモジュールが接続されるまで、前記LEDドライバが、前記照明モジュールへの如何なる電流の供給も開始しないことを確実にする。それ故、各LED照明モジュールは、定格量の電流を受け取り、それ以上は受け取らないだろう。これは、前記照明モジュールが大量の電流にさらされないことを確実にし、それによって、前記LED照明モジュールに損傷を与える可能性を低減するのに役立ち得る。
実施形態においては、前記バイアスDPDTスイッチは、更に、前記LED照明デバイスが前記ソケットの前記受け手段から取り外されるときに、前記接続位置から前記短絡位置に切り替えるよう構成される。前記DPDTスイッチにおける前記バイアスは、LED照明モジュールがそれぞれのソケットから取り外されるときに、前記スイッチを前記短絡位置に戻させる。これは、照明モジュールが前記ソケットから取り外されるとすぐに、前記LEDドライバがその出力端子における短絡を確認することを確実にする。
例によれば、前記バイアスDPDTスイッチは、ばね仕掛けのものである。当業者は、スイッチにバイアスをかける手段を知っている。前記LED照明モジュールが前記ソケットの前記受け手段に挿入されるまで、前記スイッチが前記短絡位置に留まることを確実にするようなやり方で、ばねが接続され得る。
実施形態においては、前記受け手段は、光を放射せずにLED照明デバイスをエミュレートするよう構成されているダミー要素を受けるよう構成される。前記照明器具からのより少ない光出力が必要とされる場合には、前記ソケットが、光を全く放射せずにLEDランプをエミュレートするダミー要素を受けるよう構成され得ることを考慮することは有益であり得る。このようなダミー要素は、同等の量の電流を引き出してもよく、又は引き出さなくてもよい。当業者は、前記ダミー要素が電流を引き出す場合には、それは例えば熱のような何らかの形で消散される必要があり得ることを理解している。
例によれば、前記照明器具は、ソケットごとに1つのLED照明デバイスを受けるよう構成される少なくとも2つのソケットであって、少なくとも1つのソケットの前記レバースイッチコネクタが、各ソケットが前記LED照明デバイス又は前記ダミー要素のいずれかを受けるまで、前記短絡位置にあるような、少なくとも2つのソケットを有する。
実施形態においては、前記少なくとも2つのソケットは、前記LEDドライバからの前記LED電流が前記少なくとも2つのソケットの間で分配されるような並列構成で接続される。
本開示の第2態様においては、発光ダイオード(LED)照明デバイスのための照明器具においてスイッチを切り替える方法であって、前記器具が、交流(AC)主電源電圧を入力として受け取り、前記LED照明デバイスを駆動するためのLED電流を供給するよう構成されるLEDドライバと、光を放射するよう構成されるLED照明ランプを受け、保持するよう構成される、受け手段を含む少なくとも1つのソケットとを有する方法が提示されている。前記ソケットは、入力端子の1つのセットと、出力端子の2つのセットとを含むバイアス双極双投(DPDT)スイッチを更に有し、前記LEDドライバの前記出力は、前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子に接続され、前記バイアスDPDTスイッチの前記出力端子の2つのセットのうちの第1セットは、短絡される。
前記方法は、前記受け手段によって、前記LED照明デバイスを受けるステップと、前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子が前記出力端子の第1セットに接続される短絡位置から、前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子が前記出力端子の2つのセットのうちの第2セットに接続され、それによって、前記LEDドライバを前記LED照明デバイスに接続する接続位置に、前記バイアスDPDTスイッチを切り替えるステップとを有する。
前記照明器具である本発明の第1態様に関連する利点及び定義は、前記照明器具においてスイッチを切り替える方法である本発明の第2態様にも関連することに留意されたい。
本開示の第2態様の実施形態によれば、前記LEDドライバは、短絡検出時に低電力モードで動作する。
本開示の第2態様の実施形態によれば、前記バイアスDPDTスイッチは、前記LED照明デバイスが前記ソケットの前記受け手段から取り外されるときに、前記接続位置から前記短絡位置に切り替える。
本開示の第2態様の例によれば、前記受け手段は、光を放射せずにLED照明デバイスをエミュレートするよう構成されているダミー要素を受けるよう構成される。
下記の実施形態を参照して、本発明のこれら及び他の態様を説明し、明らかにする。
従来技術による照明器具を図示する。 従来技術による照明器具を図示する。 本開示による照明器具の実施形態を図示する。 本開示によるソケットの実施形態を図示する。 本開示によるソケットの実施形態を図示する。
全ての図において、同じ参照符号は、同じ又は本質的に同様の機能を実施する同じ構成要素又は同様の構成要素を示している。
図1は、従来技術による照明器具1を図示している。前記照明器具は、2つのLED照明モジュール6を、対応するソケット4、5において受けるのに適している。図1においては、LED照明モジュール6がソケット4に挿入されているが、他方のLED照明モジュールはまだソケット5に挿入されていない。LED照明モジュールは、ドライバ3から入力電力を受け取り、ドライバ3は、交流(AC)主電源2から入力を受け取る。
LEDドライバ3は、一般に、例えば2アンペアの定格出力電流を有する。従来技術によれば、図1において示されているような状況において、ドライバ3の電源がまだ入っているときにLEDが交換又は挿入されている場合には、接続されたソケットは、LEDドライバ3からの全電流、即ち、2アンペアにさらされる。これは、接続されたLEDモジュール6に損傷を与え得る。
図2は、従来技術による照明器具7を図示している。参照符号7によって示されているような、ソケット4、5への2つのLEDモジュール8の挿入時には、LEDモジュール8の各々は、同じ量の電流、即ち、1アンペアを引き出す。図示されているLEDモジュール8は、各々、1アンペアの定格電流を有すると仮定され得る。
図3は、本開示による照明器具10の実施形態を図示している。図3の実施形態は、ソケット11、12を除いて同一であり、ソケット11、12は、本開示の説明に従うソケットである。更に、照明器具は、4つのLED照明モジュール6を支持するよう構成される。本例によれば、ドライバは、動作時に各LED照明モジュール6が各々0.5アンペアを引き出すように、2アンペアの最大電流出力を供給するよう構成される。
各ソケット11は、(図においては示されていない)出力端子の2つのセットと、入力端子の1つのセットとを有する。当業者は、端子のセットは、別の回路の対応する端子に接続されるよう構成される正の端子及び負の端子を有することを理解している。12において示されているように、LED照明モジュール6がソケットに挿入されていないときは、ソケットは、入力端子が短絡回路に接続されるような短絡位置にある。
LED照明モジュール6の挿入時、照明モジュール6は、入力端子が端子の第2セットに接続されるような、(図においては示されていない)内部スイッチの切り替えを引き起こし、それによって、短絡を解消する。LEDドライバ3は、実施形態においては、その端子における短絡検出時に低電力(hiccup)モードで動作するよう構成される。本構成によれば、ソケットの1つ1つにLED照明モジュール6が、挿入されない限り、及び挿入されるまで、LEDドライバ3は、その出力端子における短絡を確認する。
この結果、全てのソケットがLED照明モジュール6を、受けない限り、及び受けるまで、LEDドライバ3は出力電流を全く供給しない。これは、どのLED照明モジュール6も高い突入電流にさらされないという状況を回避し、それによって、故障の可能性が低減される。必要とされるLED照明モジュール6の数が利用可能なソケットの数より少ない場合には、ダミー要素が残りの空のソケットに挿入されてもよい。ダミー要素は、LED照明モジュール6の物理的特性、及び好ましくは、電気的特性をエミュレートするよう構成される。このようなダミー要素は、主に、スイッチを短絡位置から接続位置に切り替える目的を果たす。更に、ダミー要素は、光を放射するLED照明モジュールによって引き出される電流と同等の電流を引き出してもよい。
図4は、本開示によるソケットの実施形態を図示している。参照符号20は、本開示によるソケットを、側面図及び上面図で図示している。ソケットは、LED照明モジュールを受け、保持するよう構成される受け手段を有する。受け手段は、LED照明モジュールを所定の位置にしっかりと保持するために、(図においては示されていない)ラッチ又はねじ機構を有してもよい。
LED照明モジュールが挿入されていないとき、バイアス双極双投(DPDT)スイッチ21は、入力端子23、24が、内部で短絡されている出力端子の第1セット25に接続されるような、短絡位置22にある。受け手段は、本開示において説明されているように、ダミー要素を受けるよう構成されてもよいことは、当業者には理解され得る。
図5は、本開示によるソケットの実施形態を図示している。参照符号30は、LED照明モジュール31が挿入されている、本開示によるソケットを、側面図及び上面図で図示している。LEDモジュール31の挿入時、バイアスDPDTスイッチ21は、入力端子23、24が、出力端子の第2セットに接続され、それによって、LEDドライバをLED照明モジュール31に接続する接続位置に切り替える。
本開示の要素は、LEDモジュールが接続されていないときに、「レバースイッチコネクタ」内のドライバの出力を短絡することによって、電子発光ダイオード(LED)ドライバのソフトスタート機能を使用するものである。全てのLEDモジュールが接続されるときに、レバースイッチコネクタ内の短絡回路がオフに切り替えられ、ドライバが起動する。このやり方においては、ドライバからの、LEDを流れるアウトラッシュ電流はない。
更に、LEDモジュールが過大な電流を受け取ることは可能ではなく、ドライバの短絡回路は、全てのLEDモジュールが接続されるときしか、オフに切り替えられない。
アウトラッシュ電流を制限する既知の方法と比較すると、本開示による解決策を実施するために特別な電子回路は必要とされず、LEDモジュールにおけるスライド又は追加の接点も必要ない。これは、LEDモジュールのコストを低く抑えるのに役立ち、また、LEDモジュールを簡素化する。
本開示によれば、LEDドライバがその出力端子における短絡を確認しないように、全てのソケットがLEDモジュールを受けなければならない。これは、例えば、より少ない数のLEDモジュールしか必要とされない場合には、問題になり得る。このような場合には、ダミーモジュールが、対応するソケット内の短絡回路をオフに切り替えるようにソケットに挿入されてもよい。
このようなダミー端子は、更なる電気接点又は構成要素を全く含まない、LEDモジュールの物理的コピーであってもよい。このようなダミーモジュールをソケットに挿入することは、特定の端子において開回路を生成することをもたらす。これは、接続されたLEDモジュールに通常よりも高い電流が流れることをもたらし得る。この問題に対処するために、ダミー負荷は、発光要素の全くない、LEDモジュールの電気負荷と同等の電気負荷を含み得る。
当業者は、請求項記載の発明の実施において、図面、明細及び添付の特許請求の範囲の研究から、開示されている実施形態に対する他の変形を、理解し、達成することができる。特許請求の範囲において、「有する」という単語は、他の要素又はステップを除外せず、単数形表記は、複数性を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲において挙げられている複数のアイテムの機能を果たしてもよい。単に、或る特定の手段が、相互に異なる従属請求項において挙げられているという事実は、これらの手段の組み合わせは有利になるようには使用されることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又は他のハードウェアの一部として供給される光学式記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体上に記憶/分散されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介するような他の形態で分散されてもよい。特許請求の範囲における如何なる参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (11)

  1. LED照明デバイスのための照明器具であり、
    AC主電源電圧を入力として受け取り、前記LED照明デバイスを駆動するためのLED電流を供給するよう構成されるLEDドライバと、
    光を放射するよう構成されるLED照明デバイスを受けるよう構成される、受け手段を含む少なくとも1つのソケットとを有する照明器具であって、前記少なくとも1つのソケットが、入力端子の1つのセットと、出力端子の2つのセットとを含むバイアスDPDTスイッチを更に有し、前記LEDドライバの出力が、前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子に接続され、前記バイアスDPDTスイッチの前記出力端子の2つのセットのうちの第1セットが短絡され、前記バイアスDPDTスイッチが、
    前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子が出力端子の前記第1セットに接続される短絡位置と、
    前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子が前記出力端子の2つのセットのうちの第2セットに接続され、それによって、前記LEDドライバを前記LED照明デバイスに接続する接続位置とを切り替えるよう構成され、
    前記バイアスDPDTスイッチが、更に、前記ソケットの前記受け手段への前記LED照明デバイスの挿入時に、前記短絡位置から前記接続位置に切り替えるよう構成される照明器具。
  2. 前記LEDドライバが、前記LEDドライバの端子における短絡検出時に低電力モードで動作するよう構成される請求項1に記載の照明器具。
  3. 前記バイアスDPDTスイッチが、更に、前記LED照明デバイスが前記ソケットの前記受け手段から取り外されるときに、前記接続位置から前記短絡位置に切り替えるよう構成される請求項1又は2に記載の照明器具。
  4. 前記バイアスDPDTスイッチが、ばね仕掛けのものである請求項1乃至3のいずれか一項に記載の照明器具。
  5. 前記受け手段が、光を放射せずにLED照明デバイスをエミュレートするよう構成されるダミー要素を受けるよう構成される請求項1乃至4のいずれか一項に記載の照明器具。
  6. ソケットごとに1つのLED照明デバイスを受けるよう構成される少なくとも2つのソケットであって、少なくとも1つのソケットの前記バイアスDPDTスイッチが、各ソケットが前記LED照明デバイス又は前記ダミー要素のいずれかを受けるまで、前記短絡位置にあるような、少なくとも2つのソケットを有する請求項5に記載の照明器具。
  7. 前記少なくとも2つのソケットが、前記LEDドライバからの前記LED電流が前記少なくとも2つのソケットの間で分配されるような並列構成で接続される請求項6に記載の照明器具。
  8. LED照明デバイスのための照明器具においてスイッチを切り替える方法であって、前記器具が、AC主電源電圧を入力として受け取り、前記LED照明デバイスを駆動するためのLED電流を供給するよう構成されるLEDドライバと、光を放射するよう構成されるLED照明デバイスを受けるよう構成される、受け手段を含む少なくとも1つのソケットとを有し、前記ソケットが、入力端子の1つのセットと、出力端子の2つのセットとを含むバイアスDPDTスイッチを更に有し、前記LEDドライバの出力が、前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子に接続され、前記バイアスDPDTスイッチの前記出力端子の2つのセットのうちの第1セットが短絡され、前記方法が、
    前記受け手段によって、前記LED照明デバイスを受けるステップと、
    前記LED照明デバイスを受けるステップによって引き起こされる、前記バイアスDPDTスイッチを切り替えるステップであって、前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子が出力端子の前記第1セットに接続される短絡位置から、前記バイアスDPDTスイッチの前記入力端子が前記出力端子の2つのセットのうちの第2セットに接続され、それによって、前記LEDドライバを前記LED照明デバイスに接続する接続位置に、前記バイアスDPDTスイッチを切り替えるステップとを有する方法。
  9. 前記LEDドライバが、前記LEDドライバの端子における短絡検出時に低電力モードで動作する請求項8に記載の方法。
  10. 前記バイアスDPDTスイッチが、前記LED照明デバイスが前記ソケットの前記受け手段から取り外されるときに、前記接続位置から前記短絡位置に切り替える請求項8又は9に記載の方法。
  11. 前記受け手段が、光を放射せずにLED照明デバイスをエミュレートするよう構成されるダミー要素を受けるよう構成される請求項8乃至10のいずれか一項に記載の方法。
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