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JP2015513771A - Led光源 - Google Patents

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Abstract

本発明は、発光ダイオード光源であって、電源電圧供給源への接続のための入力端子K1、K2と、前記電源電圧供給源により供給される電源電圧を整流するため前記入力端子に結合された、整流器出力端子を有する整流器RBと、前記整流された電源電圧から直流電流を生成するための、前記整流器出力端子に接続されたコンバータ入力端子と、第1のコンバータ出力端子A及び第2のコンバータ出力端子Bと、を有するDC−DCコンバータCONVと、発光ダイオード負荷LLであって、前記発光ダイオード負荷の陽極から前記第1のコンバータ出力端子へと流れる電流を遮断するための電流制御要素D5を介して前記第1のコンバータ出力端子に結合された陽極と、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードにある場合に、第1の制御可能なスイッチを非導通状態にするための第1の制御回路に結合された制御電極を持つ第1の制御可能なスイッチM1を介して、前記第2のコンバータ出力端子に結合された陽極と、を備えた発光ダイオード負荷と、を有する発光ダイオード光源に関する。

Description

本発明は、発光ダイオード(LED)光源の分野に関する。更に詳細には、本発明は、スタンバイ機能を備えたLED光源、即ち電源供給がLED光源に接続されたままで該LED光源の動作が停止されることができるようなLED光源に関する。
LEDに基づく照明システムは、ますます広範囲に亘って用いられている。LEDは、高い効率と長い寿命を持つ。多くの照明システムにおいて、LEDは他の光源よりも高い光学的な効率をも提供する。その結果、LEDは、蛍光灯、高輝度放電ランプ又は白熱灯といった良く知られた光源に対する、興味深い代替を提供する。
LED光源は、LED光源の動作が制御命令により制御されるような照明システムに含まれることが多い。斯かる制御命令は、LED光源を起動するための命令及びLED光源の動作を停止させるための命令、即ちLED電流を開始させる命令及びLED電流の生成を停止する命令、を含む。後者の場合には、電源へのLED光源の接続を遮断することによってではなく、例えばLED光源に含まれるコンバータ回路の動作を停止することによって、動さが停止される。該後者の場合には、LED光源はスタンバイモードにあると言える。該スタンバイモードにおいては、電源がLED光源に依然として接続されているため、LED光源は依然として更なる命令を受信しこれら命令を処理することが可能である。しかしながら同時に、電源が、LED光源に含まれる寄生コンデンサ及びLED負荷(の一部)を通る漏れ電流を引き起こし得る。該漏れ電流は、LED列がグロー効果に帰着する少量の光を生成することを引き起こし、このことはしばしば望ましくないことである。
本発明の目的は、スタンバイモードにあるときに、漏れ電流によって引き起こされる少量の光を生成しないLED光源を提供することにある。
本発明の第1の態様によれば、発光ダイオード光源であって、
電源電圧供給源への接続のための入力端子と、
前記電源電圧供給源により供給される電源電圧を整流するため前記入力端子に結合された、整流器出力端子を有する整流器と、
前記整流された電源電圧から直流電流を生成するための、前記整流器出力端子に接続されたコンバータ入力端子と、第1のコンバータ出力端子及び第2のコンバータ出力端子と、を有する直流−直流コンバータと、
発光ダイオード負荷であって、前記発光ダイオード負荷の陽極から前記第1のコンバータ出力端子へと流れる電流を遮断するための電流制御要素を介して前記第1のコンバータ出力端子に結合された陽極と、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードにある場合に、第1の制御可能なスイッチを非導通状態にするための第1の制御回路に結合された制御電極を持つ第1の制御可能なスイッチを介して、前記第2のコンバータ出力端子に結合された陽極と、を備えた発光ダイオード負荷と、
を有する発光ダイオード光源が提供される。
動作の間、LEDに電源供給する電流は、電流制御要素を通り、更に導電状態に保持された第1の制御可能なスイッチをも通って流れることができる。コンバータによりLED負荷に供給されるLED電流が停止させられた場合には、LED光源がスタンバイ状態となり、第1の制御可能なスイッチが非導電状態とされる。その結果、電源から寄生コンデンサを通ってLED負荷へと流れる漏れ電流が効果的に抑制され、それによりLEDはスタンバイ状態の間に少量の光を生成しなくなる。
本発明の更なる態様によれば、スタンバイの間の発光ダイオード光源の発光ダイオード負荷を通って流れる漏れ電流を抑制する方法であって、前記発光ダイオード光源は、
電源への接続のための、及び電源電圧を整流するための、整流器と、
発光ダイオード負荷と、
前記整流器と前記発光ダイオード負荷との間に結合された直流−直流コンバータと、
前記電源の中性端子に接続され、寄生コンデンサによって前記発光ダイオード負荷に結合された、保護接地端子と、
を有し、前記方法は、
前記直流−直流コンバータの動作が停止させられ、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードとなった後に、
一方向性素子によって前記発光ダイオード負荷の陽極から前記整流器への電流の流れを遮断するステップと、
電流経路における制御可能なスイッチを非導通状態にすることにより、前記発光ダイオード負荷の陰極から前記整流器への電流の流れを遮断するステップと、
を有する方法が提供される。
本発明による方法は、寄生コンデンサを通って流れてLEDに少量の光を発生させてしまい得る漏れ電流を、効果的に抑制する。
前記電流制御要素は、好適にはダイオード又は更なる制御可能なスイッチとして実装され、前記更なる制御可能なスイッチは、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードにある場合に、前記更なる制御可能なスイッチを非導通状態にするための、更なる制御回路に結合された制御電極を持つ。該電流制御要素と該第1の制御可能なスイッチとの両方が、電界効果トランジスタ(FET)又はリレー(relais)を有しても良い。
第1の好適な実施例においては、LED光源がスタンバイモードにある場合に第1の制御可能なスイッチを非導通状態にするために利用される制御回路が、前記第1のコンバータ出力端子を前記第2のコンバータ出力端子に接続する第1の抵抗及び第2の抵抗の直列構成を有する分圧器と、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との間の端子に結合された制御可能なスイッチの制御電極とを有する。LED光源がスタンバイモードに入るためにDC−DCコンバータの動作が停止させられた場合には、コンバータ出力端子間の電圧が低下し、制御可能なスイッチの制御電極における電圧もまた、第1の制御可能なスイッチが非導通状態となるほど低い電圧にまで低下する。このようにして、安価で信頼性の高い態様で、第1の制御回路が実現される。
更なる好適な実施例においては、前記直流−直流コンバータは、一次巻線及び二次巻線を備えた変圧器と、前記一次巻線と前記二次巻線との間に結合されたコンデンサと、を有する。
該コンデンサは別個の構成要素であっても良く、例えばEMIを抑制するためのコンデンサであっても良い。該コンデンサはまた、寄生コンデンサであっても良い。
該変圧器は、LED光源を離隔されたLED光源とする。該変圧器はLED負荷と電源との間の分離を提供するが、一次巻線と二次巻線との間に結合されたコンデンサの存在により、該変圧器は、LEDが少量の光を生成することを防ぐために、寄生コンデンサを通って及びLEDを通って電源から流れる漏れ電流を十分に抑制しない。しかしながら本発明は、LED光源がスタンバイ状態にある場合に、分離されたLED光源における漏れ電流を効果的に抑制することが分かった。
本発明によるLED光源の別の好適な実施例においては、前記スタンバイモードには、前記直流−直流コンバータの動作を停止することにより入り、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードにある場合に前記第1の制御可能なスイッチを非導通状態にするための前記制御回路は、前記直流−直流コンバータに含まれるコンバータ制御回路に含まれ、前記第1の制御可能なスイッチの制御電極は、前記コンバータ制御回路の出力端子に結合される。
DC−DCコンバータの動作が停止されたときには第1の制御可能なスイッチが導通状態とされる必要があるため、DC−DCコンバータのコンバータ制御回路を用いて、DC−DCコンバータの動作と第1の制御可能なスイッチの導通状態との両方を制御することが効率的である。
本発明によるLED光源の更に別の好適な実施例においては、前記スタンバイモードには、前記直流−直流コンバータの動作を停止することにより入り、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードにある場合に前記更なる制御可能なスイッチを非導通状態にするための前記更なる制御回路は、前記直流−直流コンバータに含まれるコンバータ制御回路に含まれ、前記更なる制御可能なスイッチの制御電極は、前記コンバータ制御回路の第2の出力端子に結合される。
DC−DCコンバータの動作が停止されたときには該更なる制御可能なスイッチも導通状態とされる必要があるため、DC−DCコンバータのコンバータ制御回路を用いて、DC−DCコンバータの動作と該更なる制御可能なスイッチの導通状態との両方を制御することが効率的である。
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら説明され明らかとなるであろう。
先行技術によるLED光源の例の模式的な表現を示す。 本発明によるLED光源の第1の実施例の模式的な表現を示す。 本発明によるLED光源の第2の実施例の模式的な表現を示す。 本発明によるLED光源の第3の実施例の模式的な表現を示す。 本発明によるLED光源の第4の実施例の模式的な表現を示す。
図1において、K1及びK2は、電源に対する接続のための入力端子である。ダイオードD1乃至D4は、整流器出力端子を有する整流器RBを形成する。該整流器出力端子は、整流された電源電圧から直流(DC)電流を生成するための、DC−DCコンバータCONVの対応するコンバータ入力端子に接続される。コンバータCONVは、第1のコンバータ出力端子A、及び第2のコンバータ出力端子Bを有する。コンバータ入力端子同士はコンデンサCinにより接続され、第1のコンバータ出力端子と第2のコンバータ出力端子とはコンデンサCoutにより接続される。
コンバータCONVは、DC−DCコンバータに含まれるコンバータ制御回路の動作を起動又は停止し、それによりそれぞれ、LED光源の動作を開始又はLED光源をスタンバイモードに移行させる制御命令を受信するための、入力端子K3を備える。該制御信号は例えば、LED光源を一部として含む照明システムにおける照明制御回路により生成されても良い。
第1のコンバータ出力端子Aは、LED負荷LLの陽極に接続される。図1において、LED負荷LLは、2つのLED即ちLED1及びLED2により模式的に表されている。実際には、LED負荷は一般に、はるかに多い数のLEDを有する。LED負荷LLの陰極は、第2のコンバータ出力端子Bに接続される。
図1に示されるLED光源は、照明器具において使用されるのに非常に適している。安全性の理由から、斯かる照明器具は通常、保護接地PEに接続され、該保護接地PEは次いで、電源の「中性端子」に接続される。本発明者は、LEDはしばしば照明器具と結合し、従って寄生コンデンサによって保護接地PEと結合することを見出した。寄生コンデンサは、図1においてCpar1、Cpar2及びCpar3として模式的に表されている。
図1に示されるLED光源の通常動作の間は、電源電圧が整流器RBにより整流され、DC−DCコンバータCONVは、該整流された電源電圧から、LED負荷LLに供給されるDC電流を生成する。該DC電流は、LEDに光を発生される。
しかしながら、DC−DCコンバータの動作を停止させる制御信号が端子K3において受信された場合、LEDを流れるDC電流はもはや生成されず、LED光源はスタンバイモードに入る。
LED光源の入力端子が依然として電源に接続されているため、保護接地をLEDに結合させる寄生コンデンサが、AC漏れ電流を流れさせる。
端子K2における電圧が端子K1における電圧よりも高い場合には、第1の電流が、端子K2から、寄生コンデンサCpar3及びダイオードD3を通って、入力端子K1へと流れる。第2の電流は、入力端子K2から、Cpar2、LED2及びダイオードD3を通って、入力端子K1へと流れる。第3の電流は、端子K2から、寄生コンデンサCpar1、コンデンサCout及びダイオードD3を通って、入力端子K1へと流れる。これらの電流は、寄生コンデンサを充電する。
端子K1における電圧が端子K2における電圧よりも高い場合には、電流が、端子K1から、ダイオードD1及びコンデンサCinを通って、コンバータ出力端子Bへと流れる。コンバータ出力端子Bからは、第1の電流が、コンデンサCout及び寄生コンデンサCpar1を通って、入力端子K2へと流れる。第2の電流は、コンバータ出力端子Bから、コンデンサCout、LED1及び寄生コンデンサCpar2を通って、入力端子K2へと流れる。第3の電流は、コンバータ出力端子Bから、寄生コンデンサCpar3を通って、端子K2へと流れる。これらの電流は、寄生コンデンサを放電する。
斯くして、漏れ電流が寄生コンデンサ及び部分的にLEDを通って流れ、それによりLEDに望ましくないと考えられる少量の光を発生させる。
図2のLED光源は更に抵抗R1及びR2、ダイオードD5、第1の制御可能なスイッチM1並びにツェナーダイオードZ1を有する点において、図2に示されたLED光源は、図1に示された先行技術のLED光源とは異なる。図2に示された実施例においては、第1の制御可能なスイッチはFETである。DC−DCコンバータCONVのコンバータ出力端子同士は、抵抗R1及び抵抗R2の直列構成によって接続される。抵抗R1及び抵抗R2の共通端子は、第1の制御可能なスイッチM1の制御電極に接続され、抵抗R2は、ツェナーダイオードZ1により分路される。抵抗R1、抵抗R2及びツェナーダイオードZ1はあわせて、DC−DCコンバータの動作が停止されLED光源がスタンバイモードとなった場合に、制御可能なスイッチM1を非導通状態とするための、第1の制御回路を形成する。
図2に示されるLED光源の通常動作の間は、コンデンサCoutの両端電圧、及び従って抵抗R1及び抵抗R2の直列構成の両端電圧は、第1の制御可能なスイッチM1を導通状態に維持するのに十分に高い。その結果、ダイオードD5及び制御可能なスイッチM1はDC−DCコンバータCONVにより生成されるDC電流を通すため、図2に示されるLED光源の通常動作は、図1に示された先行技術のLED光源の通常動作と非常に類似したものとなる。
DC−DCコンバータCONVが、通常動作からスタンバイモードへの切り換えのための制御信号を端子K3において受信した場合、該DC−DCコンバータの動作は停止させられ、LED負荷に電力供給するDC電流はもはや生成されず、コンバータ出力端子間の電圧が減少して、それにより第1の制御可能なスイッチM1は非導通状態となる。ダイオードD5及び制御可能なスイッチM1の本体ダイオードは、漏れ電流を遮断し、それにより、LED光源がスタンバイモードにあるときに、寄生コンデンサはもはや充電及び放電されず、LEDは少量の光を生成しなくなり、そのためグロー効果が効果的に抑制される。
ダイオードD5が省かれると、LEDは依然として少量の光を生成するであろうことに留意されたい。このことは、端子K2における電圧が端子K1における電圧よりも高いときに、電源電圧の瞬間的に高い値のため、LEDの陰極から陽極へ流れる逆電流をLEDが担持するためである。該電流は、寄生容量を変化させる。LEDは次いで、LEDは依然として少量の光を生成するであろうことに留意されたい。このことは、端子K1における電圧が端子K2における電圧よりも高いときに、寄生容量を放電させ、LEDの陽極から陰極へと流れる電流を担持する。図2に示された実施例においては、LEDを流れる逆電流は、ダイオードD5により遮断される。
図3に示された実施例は、DC−DCコンバータが、一次巻線Lp及び二次巻線Lsを備えた変圧器Tを有する点において、図2に示された実施例と異なる。一次巻線Lpは、干渉を抑制するため、コンデンサC−EMIによって二次巻線Lsと接続される。該変圧器の存在により、LEDのドライバは分離したLEDドライバとなり、このことは、該変圧器の二次側における回路及びLEDが電源から分離されることを意味する。
図3に示されるLED光源の動作は、図2に示されるLED光源の動作に非常に類似する。唯一の違いは、スタンバイモードにおいて、コンデンサC−EMIもがDC電圧に充電されることである。
図4に示されるLED光源は、抵抗R1及びR2が省かれ、制御可能なスイッチM1の導通状態がDC−DCコンバータCONVの第3の出力端子における信号によって制御される点において、図2に示されたLED光源とは異なる。DC−DCコンバータの動作が停止させられ、LED光源がスタンバイモードに入ると、該第3の出力端子における信号は、制御可能なスイッチM1を非導通状態にする。
図5に示されるLED光源は、ダイオードD5が更なる制御可能なスイッチSW2により置き換えられている点において、図4に示されたLED光源とは異なる。第1の制御可能なスイッチを形成するFETは、第1の制御可能なスイッチのためのより一般的な記号により置き換えられ、ツェナーダイオードZ1が省かれている。該第1の制御可能なスイッチ及び更なる制御可能なスイッチはそれぞれ、DC−DCコンバータCONVの第3の出力端子に存在する信号、及び第4の出力端子に存在する信号によって、制御される。この目的のために、スイッチSW1及びSW2はそれぞれ、DC−DCコンバータCONVの第3及び第4の出力端子に接続される。LED光源がスタンバイモードにある場合、スイッチSW1及びSW2は共に非導通状態とされる。スイッチSW1及びSW2は、FET若しくはリレー又はその他のタイプのスイッチのような、いずれのタイプのスイッチにより形成されても良い。これら制御可能なスイッチの一方又は両方がリレーにより実装される場合には、スイッチが非導通状態とされると、両方の方向における電流伝導が遮断される点に留意されたい。この場合にも、漏れ電流の効果的な抑制が実現される。
本発明は図面及び以上の記述において説明され記載されたが、斯かる説明及び記載は説明する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り、本発明は開示された実施例に限定されるものではない。図面、説明及び添付される請求項を読むことにより、請求される本発明を実施化する当業者によって、開示された実施例に対する他の変形が理解され実行され得る。請求項において、「有する(comprising)」なる語は他の要素又はステップを除外するものではなく、「1つの(a又はan)」なる不定冠詞は複数を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙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が有利に利用されることができないことを示すものではない。請求項におけるいずれの参照記号も、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. 発光ダイオード光源であって、
    電源電圧供給源への接続のための入力端子と、
    前記電源電圧供給源により供給される電源電圧を整流するため前記入力端子に結合された、整流器出力端子を有する整流器と、
    前記整流された電源電圧から直流電流を生成するための、前記整流器出力端子に接続されたコンバータ入力端子と、第1のコンバータ出力端子及び第2のコンバータ出力端子と、を有する直流−直流コンバータと、
    発光ダイオード負荷であって、前記発光ダイオード負荷の陽極から前記第1のコンバータ出力端子へと流れる電流を遮断するための電流制御要素を介して前記第1のコンバータ出力端子に結合された陽極と、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードにある場合に、第1の制御可能なスイッチを非導通状態にするための第1の制御回路に結合された制御電極を持つ第1の制御可能なスイッチを介して、前記第2のコンバータ出力端子に結合された陽極と、を備えた発光ダイオード負荷と、
    を有する発光ダイオード光源。
  2. 前記電流制御要素はダイオードである、請求項1に記載の発光ダイオード光源。
  3. 前記電流制御要素は更なる制御可能なスイッチであり、前記更なる制御可能なスイッチは、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードにある場合に、前記更なる制御可能なスイッチを非導通状態にするための、更なる制御回路に結合された制御電極を持つ、請求項1に記載の発光ダイオード光源。
  4. 前記第1の制御可能なスイッチは電界効果トランジスタを有する、請求項1に記載の発光ダイオード光源。
  5. 前記更なる制御可能なスイッチは電界効果トランジスタを有する、請求項3に記載の発光ダイオード光源。
  6. 前記第1の制御可能なスイッチ及び前記電流制御要素は、それぞれリレーを有する、請求項3に記載の発光ダイオード光源。
  7. 前記第1の制御回路は、前記第1のコンバータ出力端子を前記第2のコンバータ出力端子に接続する第1の抵抗及び第2の抵抗の直列構成を有する分圧器と、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との間の端子に結合された制御可能なスイッチの制御電極と、を有する、請求項1に記載の発光ダイオード光源。
  8. 前記直流−直流コンバータは、一次巻線及び二次巻線を備えた変圧器と、前記一次巻線と前記二次巻線との間に結合されたコンデンサと、を有する、請求項1に記載の発光ダイオード光源。
  9. 前記スタンバイモードには、前記直流−直流コンバータの動作を停止することにより入り、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードにある場合に前記第1の制御可能なスイッチを非導通状態にするための前記制御回路は、前記直流−直流コンバータに含まれるコンバータ制御回路に含まれ、前記第1の制御可能なスイッチの制御電極は、前記コンバータ制御回路の出力端子に結合された、請求項1に記載の発光ダイオード光源。
  10. 前記スタンバイモードには、前記直流−直流コンバータの動作を停止することにより入り、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードにある場合に前記更なる制御可能なスイッチを非導通状態にするための前記更なる制御回路は、前記直流−直流コンバータに含まれるコンバータ制御回路に含まれ、前記更なる制御可能なスイッチの制御電極は、前記コンバータ制御回路の第2の出力端子に結合された、請求項3に記載の発光ダイオード光源。
  11. スタンバイの間の発光ダイオード光源の発光ダイオード負荷を通って流れる漏れ電流を減少させる方法であって、前記発光ダイオード光源は、
    電源への接続のための、及び電源電圧を整流するための、整流器と、
    発光ダイオード負荷と、
    前記整流器と前記発光ダイオード負荷との間に結合された直流−直流コンバータと、
    動作の間に前記電源の中性端子に接続され、寄生コンデンサによって前記発光ダイオード負荷に結合された、保護接地端子と、
    を有し、前記方法は、
    前記直流−直流コンバータの動作が停止させられ、前記発光ダイオード光源がスタンバイモードとなった後に、
    一方向性素子によって前記発光ダイオード負荷の陽極から前記整流器への電流の流れを遮断するステップと、
    電流経路における制御可能なスイッチを非導通状態にすることにより、前記発光ダイオード負荷の陰極から前記整流器への電流の流れを遮断するステップと、
    を有する方法。
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