JP5759491B2 - 半導体式照明器具の調光範囲を広げる方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に半導体式照明器具のコントロールに関する。より詳細には、ここで開示される種々の本発明に係る方法や装置は、ブリード（ｂｌｅｅｄ）回路を使用した半導体式照明器具の調光範囲（ｄｉｍｍｉｎｉｇ ｒａｎｇｅ）を選択的に広げることに関するものである。

例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）といった半導体光源に基づくイルミネーションのようなデジタル式または半導体式照明器具技術は、従来の蛍光灯、高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）や白熱灯に対する種々の代替品を提供する。ＬＥＤの機能上の強みおよび利点は、高いエネルギー変換と光学効率、耐久性、低ランニングコスト、その他多くを含んでいる。最近のＬＥＤ技術における進歩は、多くのアプリケーションにおいて種々の照明効果を可能にするような効率的で強健なフルスペクトラム（ｆｕｌｌ−ｓｐｅｃｔｒｕｍ）の光源を提供する。これらの光源を含んだいくつかの器具は照明モジュールを備えており、例えば、赤、緑、そして青といった異なる色を生成することのできる一つまたはそれ以上のＬＥＤを含み、同様に、種々の色や色の変化による照明効果を発揮するようにＬＥＤの出力を個別にコントロールするためのプロセッサーを含んでいる。例えば、ここにおいて参考として組み入れられている米国特許第６０１６０３８号および第６２１１６２６号において詳細に記述されているようにである。ＬＥＤ技術は、フィリップス社から提供されるエッセンシャルホワイトシリーズといった、ライン電圧駆動の白色照明器具を含む。これらの器具は、１２０ボルトのライン電圧に対するＥＬＶ（電気的低電圧）型の調光器（ｄｉｍｍｅｒ）といった、後縁（ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）の調光技術を使用して照明を調光することができる。

多くの照明アプリケーション器具が調光器を使用している。従来の調光器は白熱灯（バルブおよびハロゲン）で上手く機能する。しかしながら、小型蛍光灯（ＣＦＬ：Ｃｏｐａｃｔ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）、変圧器を使用する低電圧ハロゲンランプ、そして、ＬＥＤやＯＬＥＤといった、半導体式照明（ＳＳＬ）を含んだ他のタイプの電気照明について問題が生じる。特に、変圧器を使用する低電圧ハロゲンランプは、特殊な調光器を使用することで調光できる。ＥＬＶ型の調光器もしくはＲＣ型（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ−ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）の調光器といったもので、入力においてＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を持った負荷と共に適切に作動する。

従来の調光器は典型的には、電源電圧信号のそれぞれの波形部分をチョップ（ｃｈｏｐ）し、波形の残り部分を照明器具に対して渡す。前縁（ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ）もしくは同位相（ｆｏｒｗａｒｄ−ｐｈａｓｅ）の調光は、電圧信号波形の前縁をチョップする。後縁もしくは逆位相（ｒｅｖｅｒｓｅ−ｐｈａｓｅ）の調光は、電圧信号波形の後縁をチョップする。ＬＥＤドライバーといった、電気的な負荷は、典型的には、後縁調光器と共により良く作動する。

米国特許第６０１６０３８号明細書 米国特許第６２１１６２６号明細書 米国特許第７２５６５５４号明細書

白熱灯や他の従来の電気抵抗型の照明器具は、位相チップ調光器（ｐｈａｓｅ ｃｈｏｐｐｉｎｇ ｄｉｍｍｅｒ）によって生成されたチョップされたサイン波に対して、自然にエラー無く反応する。対照的に、ＬＥＤや他の半導体型照明器具が位相チョップ調光器に置かれると多くの問題を招く。ローエンドのドロップアウト（ｌｏｗ ｅｎｄ ｄｒｏｐ ｏｕｔ）、トリアック ミスファイアリング（ｔｒｉａｃ ｍｉｓｆｉｒｉｎｇ）、最小負荷問題（ｍｉｎｉｍｕｍ ｌｏａｄ ｉｓｓｕｅ）、ハイエンドの明滅（ｈｉｇｈ ｅｎｄ ｆｌｉｃｋｅｒ）、そして照明出力のステップが大きい、といったものである。

加えて、調光器が最も低い設定にあるときの、半導体式負荷による最小照明出力は、比較的に大きい。例えば、ＬＥＤの低調光設定での照明出力は、照明出力の最大設定の１５から３０パーセントであり、低設定においては望ましくない高い照明出力である。高い照明出力は、人間の目は低い照明レベルに非常に敏感であるという事実によってさらに悪化させられ、照明出力がより高いように見せてしまう。さらに、従来の位相チョップ調光器は最小限の負荷を要求するので、ＬＥＤ負荷を単純に回路から取り外すことはできない。このように、位相チョップ調光器のあらゆる最小限の負荷要求を満たす一方で、対応する調光器が低設定にされたときに、半導体式照明負荷による照明出力を減じる必要がある。

本発明開示は、位相角または調光器の調光レベルが低い値に設定されたときに、半導体式照明負荷による照明出力を減少させる創意に富んだ方法および機器に関するものである。

一般的に、一つの見地においては、調光レベルの低いところにおいて半導体式照明負荷による照明の出力レベルをコントロールするための機器は、半導体式照明負荷に並列に接続されたブリード回路を含む。ブリード回路は、直列に接続された抵抗とトランジスタ、調光器により設定された調光レベルが既定の第１の境界値よりも小さいときにデジタルコントロール信号のデューティサイクルに応じてオンとオフするように構成されたトランジスタ、を含んでおり、調光レベルが減少するにつれてブリード回路の実効抵抗を減じる。

別の見地においては、機器は、調光器の位相角に応じた照明の出力を有するＬＥＤ負荷、検知回路、オープンループの電力変換器、そしてブリード回路を含んでいる。検知回路は、調光位相角を検知して、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントロール信号をＰＷＭ出力ポートから出力するように構成されている。ＰＷＭコントロール信号は、検知された調光位相角に基づいて決定されたデューティサイクルを持っている。オープンループの電力変換器は、調光器から整流された電圧を受け取るように、そして、ＬＥＤ負荷に対して、整流された電圧に応じた電圧出力を提供するように、構成されている。ブリード回路はＬＥＤ負荷と並列に接続され、抵抗と、ＰＷＭコントロール信号を受け取るためにＰＷＭ出力ポートに接続されたゲートを有するトランジスタを含んでいる。トランジスタは、ＰＷＭコントロール信号のデューティサイクルに応じてオンとオフされる。検知された位相角が既定の低い調光境界値より下で減少するにつれてデューティサイクルのパーセントは増加し、ブリード回路の実効抵抗は減少して、ブリード回路を通るブリード電流は検知された調光位相角が減少するにつれて増加する。

さらに別の見地においては、調光器によってコントロールされた半導体式照明負荷による照明の出力レベルをコントロールする方法が提供される。半導体式照明負荷は、ブリード回路と並列に接続されている。本方法は、調光器の位相角を検知すること、検知された位相角に基づいてデジタルコントロール信号のデューティサイクルのパーセントを決定すること、そしてデジタルコントロール信号を使用してブリード回路に並列なスイッチをコントロールすること、を含む。スイッチは、並列なブリード回路の抵抗を調整するためにデジタルコントロール信号のデューティサイクルのパーセントに応じて開いたり閉まったりする。並列なブリード回路の抵抗は、デジタルコントロール信号のデューティサイクルのパーセントに反比例している。デューティサイクルのパーセントを決定することは、検知された位相拡張領域が既定の低い調光境界値よりも上であるときはデューティサイクルのパーセントを０（ゼロ）パーセントに決定すること、そして検知された位相拡張領域が既定の低い調光境界値よりも下であるときは既定の関数に応じてデューティサイクルのパーセントを算出すること、を含んでいる。規定の関数は、検知された位相角が減少するのに応じてデューティサイクルのパーセントを増加する。

本発明開示の目的のためにここにおいて使用されるように、用語「ＬＥＤ」は、あらゆる電界発光（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）ダイオード又は電子信号に応じて光放射を生成することのできる他のタイプのキャリア注入（ｃａｒｒｉｅｒ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）／接合ベースのシステムを含むものと理解されるべきである。このように、用語ＬＥＤは、これらに限定されるわけではないが、電流に応じて発光する種々の半導体ベースの構成品、発光ポリマー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電界発光ストリップ（ｓｔｒｉｐ）、といったものを含む。特に、用語ＬＥＤは、全てのタイプの発光ダイオード（半導体および有機の発光ダイオードを含む）に関するものであり、一つまたはそれ以上の赤外スペクトラム、紫外スペクトラム、そして可視スペクトラムの種々の「部分の光放射を生成するように構成され得るものである（一般的には約４００ナノメートルから約７００ナノメートルの波長の放射を含んでいる）。いくつかのＬＥＤのサンプルは、これらに限定されるわけではないが、種々のタイプの赤外ＬＥＤ、紫外ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ，青色ＬＥＤ，緑色ＬＥＤ，黄色ＬＥＤ，こはく色（ａｍｂｅｒ）ＬＥＤ、オレンジ色ＬＥＤ、そして白色ＬＥＤを含む（さらに以下に述べられる）。ＬＥＤは、与えられたスペクトラム（例えば、狭バンド幅、広バンド幅）のための種々のバンド幅（例えば、半値全幅もしくはＦＷＨＭ）、そして与えられた一般的な色分類の中で支配的な種々の波長をもった光放射を生成するように構成され及び／又はコントロールされ得る、ことが正しく理解されるべきである。

例えば、本質的に白色光を生成するように構成されたＬＥＤ(例として、ＬＥＤ白色光照明機器)の一つの実施例は、それぞれが異なったスペクトラムの電界発光をするが、組み合せにより、本質的な白色光を形成するように混合される多くのダイ（ｄｉｅ）を含んでいる。他の実施では、ＬＥＤ白色光照明機器は、第１のスペクトラムを有する電界発光を異なる第２のスペクトラムに変換する蛍光物質を伴い得る。この実施の一つの実施例においては、比較的に短い波長と狭いバンド幅のスペクトラムを有する電界発光が蛍光物質を「ポンプ（ｐｕｍｐ）」して、いくらか広いスペクトラムを有する、より長い波長の光を放射する。

用語ＬＥＤは、物理的及び／又は電気的なＬＥＤのパッケージタイプを限定するものではないことが正しく理解されるべきである。例えば、上に述べたように、ＬＥＤは、それぞれが異なった放射スペクトラム（例えば、個別にコントロールできてもできなくても）を放つように構成された複数のダイを有する単一の照明発光機器であり得る。また、ＬＥＤは、ＬＥＤ（例えば、あるタイプの白色光照明ＬＥＤ）の必須部分であると考えられる蛍光体を伴い得る。一般的に、用語ＬＥＤは、パッケージされたＬＥＤ，パッケージされていないＬＥＤ、表面実装されたＬＥＤ、チップオンボードのＬＥＤ、Ｔ型パッケージ実装のＬＥＤ、ラジアルパッケージＬＥＤ、パワーパッケージＬＥＤ、あるタイプの箱詰め及び／又は光学的エレメント（例えば、ディフュージョンレンズ）を含んだＬＥＤ，等を参照し得る。

用語「光源（ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）」は、以下のものを含んだ、一つまたはそれ以上の種々の放射源を参照するものと理解されるべきである。これらに限定されるわけではないが、以下のものを含んでいる。ＬＥＤ基盤の光源（上に述べたように一つまたはそれ以上のＬＥＤを含む）、白熱光源（例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光発光源、りん光源、高輝度放電光源（例えば、ナトリウム灯、水銀灯、ハロゲン化金属ランプ）、レーザー、他のタイプの電界ルミネセンス（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）光源、発光源、パイロルミネセンス（ｐｙｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）光源（例えば、炎）、キャンドルルミネセンス（ｃａｎｄｌｅ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）光源（例えば、ガスマントル、炭素アーク放射源）、フォトルミネセンス（ｐｈｏｔｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）光源（例えば、ガス放電（ｇａｓｅｏｕｓ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）光源、電気的飽和（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓａｔｉａｔｉｏｎ）を使用したカソードルミネセンス光源、ガルバノルミネセンス（ｇａｌｖａｎｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）光源、クリスタロルミネセンス（ｃｒｙｓｔａｌｌｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）光源、キネルミネセンス（ｋｉｎｅ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）光源、熱発光源、トライボルミネセンス（ｔｒｉｂｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）光源、ソノルミネセンス（ｓｏｎｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）光源、放射線ルミネセンス（ｒａｄｉｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）光源、そして発光ポリマーである。

与えられた光源は、可視スペクトラムの範囲内で、可視スペクトラムの範囲外で、もしくは両方の組み合わせにおいて、電磁放射を生成するように構成され得る。それゆえ、用語「光（ｌｉｇｈｔ）」と「放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」は、ほとんど同じ意味でここでは使用されている。加えて、光源は、必須のコンポーネントとして、一つまたはそれ以上のフィルター（例えば、カラーフィルター）、もしくは他の光学的なコンポーネントを含み得る。また、光源は、これらに限定されるわけではないが、インディケーション（ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）、ディスプレイ、及び／又はイルミネーションを含んだ種々のアプリケーションのために構成され得ることが理解されるべきである。「イルミネーション源」は、インテリアもしくはイクステリア空間を効果的に照明するのに十分な輝度を有する放射を生成するように構成された光源である。ここにおいて、「十分な輝度（ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）」とは、雰囲気照明（例として、間接的に知覚される光、例えば、その全体もしくは部分が知覚される前に一つまたはそれ以上の種々の干渉面で反射された光、であり得る）を提供するために空間または環境（単位「ルーメン（ｌｕｍｅｎ）」が、放射パワーもしくは「光束（ｌｕｍｉｎｏｕｓ ｆｌｕｘ）」の観点で、全方向における光源からの全体の光の出力を代表するために使用される）において生成された可視スペクトラムにおける十分な放射パワーを意味する。

用語「照明機器（ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｆｉｘｔｕｒｅ）」は、ここにおいて、特定のフォームファクター、アセンブリ、またはパッケージでの一つまたはそれ以上の照明ユニットの実施もしくは構成を意味するものとして使用されている。用語「照明ユニット（ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）」は、ここにおいて、一つまたはそれ以上の同一もしくは異なったタイプの光源を含む装置を意味するものとして使用されている。所定の照明ユニットは、種々の光源の接地構成、エンクロージャー／ハウジングの構成や形状、及び／又は電気的そして機械的な接続構成の一つをとることができる。加えて、所定の照明ユニットは任意に、光源の動作についての種々の他のコンポーネント（例えば、コントロール回路）と関連し得る（例えば、結合されること、及び／又は同梱されること、を含む）。「ＬＥＤ基盤の照明ユニット（ＬＥＤ−ｂａｓｅｄ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｕｎｉｔ）」は、上記に述べたような一つまたはそれ以上のＬＥＤ基盤の照明ユニットを含んだ照明ユニット単体、もしくは他のＬＥＤ基盤でない照明ユニットとの組み合わせを意味するものである。「マルチチャネル（ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ）」な照明ユニットは、それぞれが異なる放射スペクトラムを生成する少なくとも二つの光源を含んだＬＥＤ基盤の、もしくはＬＥＤ基盤でない、照明ユニットを意味するものであり、それぞれの異なる光源スペクトラムはマルチチャネル照明ユニットの「チャネル」として参照され得る。

用語「コントローラー」は、ここにおいて、一つまたはそれ以上の光源の動作に関する種々の装置を記述するために一般的に使用されている。コントローラーは、ここに述べられているように、種々の機能を発揮するために、数多くの方法で（例えば、専用のハードウェア）実施することができる。「プロセッサ」は、ここで記述される種々の機能を実行するためのソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用してプログラムすることのできる一つまたはそれ以上のマイクロプロセッサを利用するコントローラーの一例である。コントローラーは、プロセッサを利用しても、しなくても実施することができ、ある機能を実行するための専用ハードウェアと他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば、一つまたはそれ以上のプログラムされたマイクロプロセッサと周辺回路）の組み合わせとしても、実施することができる。本発明の種々の実施例において利用されるコントローラーコンポーネントの例は、これらに限定されるわけではないが、従来のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラー、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、そして現場で書換え可能なゲートウェイ（ＦＰＧＡ）を含んでいる。

種々の実施例において、プロセッサは一つまたはそれ以上のストレージ媒体と関係し得る（ここにおいて、一般的に「メモリー」として言及されるものであって、例えば、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリー（ＲＯＭ）、プログラム可リードオンリーメモリー（ＰＲＯＭ）、電気的プログラム可リードオンリーメモリー（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可プログラム可リードオンリーメモリー（ＥＥＰＲＯＭ）、ＵＳＢドライブ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク、磁気ディスク、等である）。いくつかの実施例において、ストレージ媒体は、一つまたはそれ以上のプロセッサ及び／又はコントローラー上で実行されるときに、ここで述べられた少なくとも一つの機能を実行する一つまたはそれ以上のプログラムによりエンコードされ得る。種々のストレージ媒体は、プロセッサまたはコントローラーの中に固定され、もしくは、運搬可能であり得る。そこに保管された一つまたはそれ以上のプログラムが、ここで述べられた本発明の種々の見地を実施するためにプロセッサまたはコントローラー内にロードされるようにである。用語「プログラム」または「コンピュータープログラム」は、ここでは一般的な意味において、一つまたはそれ以上のプロセッサまたはコントローラーをプログラムするために利用され得るあらゆるタイプのコンピューターコード（例えば、ソフトウェアもしくはマイクロコード）を意味している。

一つのネットワークの実施例においては、ネットワークに接続された一つまたはそれ以上の機器は、そのネットワークに接続された他の一つまたはそれ以上の機器に対するコントローラーとして機能し得る（例えば、マスター／スレーブの関係において）。別の実施例において、ネットワーク環境は、ネットワークに接続された一つまたはそれ以上の機器をコントロールするように構成された一つまたはそれ以上の専用のコントローラーを含み得る。一般的には、ネットワークに接続された複数の機器のそれぞれは、通信メディアまたは媒体上にあるデータにアクセスすることができる。しかしながら、所定の機器は、その機器に割り当てられた一つまたはそれ以上の特定の識別子（例えば、「アドレス」）に基づいて、そのネットワークと選択的にデータ交換するように（例えば、データを受信したり、及び／又はデータを送信したりするように）構成されているという点で、「アドレス可能（ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ）」である。

用語「ネットワーク」は、ここにおいて、いかなる二つまたはそれ以上の機器間で、及び／又はネットワークに接続された複数の機器間において、情報伝達（例えば、機器コントロール、データ保管、データ交換、等）を促進する、あらゆる二つまたはそれ以上の機器（コントロールもしくはプロセッサを含む）の相互接続を意味している。容易に理解されるように、複数の機器を相互接続するのに好適なネットワークの種々の実施は、あらゆる種類のネットワークトポロジー含み得るし、あらゆる種類の通信プロトコルを利用し得る。加えて、本発明開示に従った種々のネットワークにおいては、二つの機器間のあらゆる一つの接続が、二つのシステム間の専用接続、もしくは代替的に非専用接続を代表し得る。二つの機器のために意図された情報を伝達することに加えて、こうした非専用接続は、必ずしも二つの機器のどちらかにも意図されたものでない情報を伝達し得る（例えば、オープンネットワーク接続）。さらには、ここにおいて述べたように、種々のネットワークが、ネットワークの至る所への情報伝達を促進するために一つまたはそれ以上のワイヤレス接続、ワイヤ／ケーブル接続、及び／又は光ファイバー接続を利用できることが進んで正しく理解されるべきである。

前述のコンセプトと以降の詳細な説明において記述される追加のコンセプトとの全ての組み合わせは（一貫性のあるものとして）、ここにおいて開示される本発明の主題の一部として考えられることが、正しく理解されるべきである。特に、添付の特許請求の範囲に記載されたクレームに係る発明の主題の全ての組み合わせは、ここで開示される発明の主題の一部であるものと考えられる。ここにおいて明示的に使用された用語は、参考として組み入れられたあらゆる開示にも表れ得るが、ここで開示された特定のコンセプトとほぼ一致した意味を有することも、正しく理解されるべきである。

図面において、一般的に参照記号は、異なる図面の全てを通して、同一の又は類似のパーツを参照している。また、図面は必ずしも基準化されていない。代わりに、本発明の原理を説明するときには強調される。

図１は、本発明の代表的な実施例に従って、半導体式照明器具とブリード回路を含んだ、調光可能な照明システムのブロックダイアグラムを示している。 図２は、本発明の代表的な実施例に従って、半導体式照明器具とブリード回路を含んだ、調光コントロールシステムのブロックダイアグラムを示している。 図３は、本発明の代表的な実施例に従って、調光位相角（ｄｉｍｍｅｒ ｐｈａｓｅ ａｎｇｌｅ）に関して、ブリード回路の実効抵抗を示すグラフである。 図４は、本発明の代表的な実施例に従って、ブリード回路の実効抵抗をコントロールするデューティーサイクル（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）の設定プロセスを示すフロー図である。 図５Ａから図５Ｃは、本発明の代表的な実施例に従って、波形とそれに対応する調光器のデジタルパルスの例を示している。 図６は、本発明の代表的な実施例に従って、調光器の位相角を検知するプロセスを示すフロー図である。

以下の詳細な記載においては、説明目的のためであり限定するためではなく、特定の詳細を開示している代表的な実施例が、本発明開示を完全に理解をするために明らかにされている。しかしながら、本発明の開示の利益を受けた当業者にとっては、ここで開示された特定の詳細事項から生じる本発明開示に従った他の実施例が、添付の特許請求の範囲の中に留まることが明らかである。さらには、代表的な実施例の記載が不明瞭にならないように、よく知られた装置や方法に関する記載は除かれている。そうした方法や装置は明らかに本発明開示の範囲の中にある。

出願人は、最小照明出力レベルを下げる装置と方法を提供することが有益であろうことを認識し評価している。そうでないと、特に位相チョップ調光器の最小負荷要求を満たす一方で、位相チョップ調光器に接続された半導体式照明負荷を伴う変圧器によらなければ達成できない。

図１は、本発明の代表的な実施例に従って、半導体式照明器具とブリード回路を含んだ、調光可能な照明システムのブロックダイアグラムを示している。

図１を参照すると、いくつかの実施例において、調光可能な照明システム１００は調光器１０４と、電源電圧１０１からの（調光された）整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔを提供する整流回路１０５を含んでいる。調光器１０４は、例えば、位相チョップ調光器（ｐｈａｓｅ ｃｈｏｐｐｉｎｇ ｄｉｍｍｅｒ）であり、調節スライダーの操作によって、電源電圧１０１からの電圧信号波形の前縁（前縁調光）もしくは後縁（後縁調光）をチョップすることで調光が可能となる。電源電圧１０１は、種々の実施例に従って、１００ＶＡＣ、１２０ＶＡＣ，２３０ＶＡＣ、そして２７７ＶＡＣといった、異なる値の整流されていないＡＣライン電圧入力を提供し得る。

調光可能な照明システム１００は、さらに調光位相角検知器１１０、電力変換器１２０、半導体式照明負荷１３０、そしてブリード回路１４０を含んでいる。一般的に、電力変換器１２０は整流回路１０５から整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔを受け取り、半導体式照明負荷１３０を動作させるための対応したＤＣ電圧を出力する。整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔとＤＣ電圧の間の変換機能は、多くの要因に依存している。当業者にとっては明らかなように、電源電圧１０１の電圧、電力変換器１２０の性能、半導体式照明負荷１３０のタイプや構成、そして他のアプリケーションや種々の実施の設計要求事項を含む多くの要因である。電力変換器１２０は、調光器１０４による調光動作の後で整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔを受け取るので、電力変換器１２０によるＤＣ電圧出力は、調光器１０４によって適用される調光位相角（例えば、調光のレベル）を反映している。

ブリード回路１４０は、半導体式照明負荷１３０と電力変換器１２０に並列に接続され、抵抗１４１とスイッチ１４５を直列に含んでいる。従って、ブリード回路１４０の実効抵抗は、スイッチ１４５の動作を通じてコントロールされる。例えば、以下に述べられるように、調光位相角検知器１１０によるものである。次に、ブリード回路１４０の実効抵抗は、ブリード回路１４０を通って流れるブリード電流Ｉ_Ｂの電流量に直接的に影響し、同時に並列の半導体式照明負荷１３０を通って流れる負荷電流Ｉ_Ｌの電流量に直接的に影響する。このようにして、半導体式照明負荷１３０が放つ光の量をコントロールしている。

調光位相角検知器１１０は、整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔに基づいて調光角を検出し、スイッチ１４５の動作をコントロールするために、コントロールライン１４９を介してブリード回路１４０に対してデジタルコントロール信号を出力する。デジタルコントロール信号は、例えば、パルス符号変調（ＰＣＭ）であり得る。一つの実施例においては、デジタルコントロール信号の高レベル（例えば、デジタルの「１」）はスイッチ１４５を動作させるか若しくは閉じ、そして、デジタルコントロール信号の低レベル（例えば、デジタルの「０」）はスイッチ１４５を非動作とするか若しくは開く。デジタルコントロール信号は、また、検知された位相角に基づいて調光位相角検知器１１０によって決定されたデューティサイクル（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）に従って、高レベルと低レベルを交互にとることができる。デューティサイクルの範囲は、１００パーセント（例えば、継続的に高レベル）から０パーセント（例えば、継続的に低レベル）であり、半導体式照明負荷１３０が放つ光のレベルをコントロールするためブリード回路１４０の実効抵抗を適切に調整するように、それらの間のいかなるパーセントを含んでいる。例えば、７０パーセントのデューティサイクルは、デジタルコントロール信号の矩形波が、波形期間の７０パーセントで高レベルにあり、波形期間の３０パーセントで低レベルにあることを意味している。

例えば、調光位相角検知器１１０がスイッチ１４５をオープン位置（デューティサイクル０パーセント）にあるように操作すれば、ブリード回路１４０の実効抵抗は無限大（オープン回路）であり、ブリード電流Ｉ_Ｂは０（ゼロ）であり、負荷電流Ｉ_Ｌはブリード電流Ｉ_Ｂにより影響されない。この操作は、電流Ｉ_Ｌが電力変換器１２０の出力にのみ反応するといった高調光レベル（例えば、以下に述べられる、第１の低調光レベルより上）に適用することができる。調光位相角検知器１１０がスイッチ１４５をクローズ位置（デューティサイクル１００パーセント）にあるように操作すれば、ブリード回路１４０の実効抵抗は比較的に低い抵抗である抵抗１４１と同じであり、ブリード電流Ｉ_Ｂは可能な限り高いレベルであり、負荷電流Ｉ_Ｌは可能な限り低いレベル（例えば、０に近づいていく）である。一方、もしあるとすれば、最小負荷要求をまだ維持している。この操作は、極端に低い調光レベル（例えば、以下に述べられる、第２の低調光レベルより下）に適用することができる。電流Ｉ_Ｌは十分に低いレベルであり、半導体式照明負荷１３０からの光の出力はほとんどない。調光位相角検知器１１０がスイッチ１４５をオープンとクローズに交互に操作すれば、ブリード回路１４０の実効抵抗は、デューティサイクルのパーセントに応じて、抵抗１４１の低い抵抗と無限大の間にある。それにより、ブリード電流Ｉ_Ｂと負荷電流Ｉ_Ｌは、低調光レベルにおいては、互いに相補的に変化する（例えば、第１の低調光レベルと第２の低調光レベルの間）。従って、半導体式照明負荷１３０による光の出力は、低い調光レベルにおいてさえも、同様に継続して調光される。そうでなければ、従来のシステムによれば光の出力に対して全く効果がなかったであろう。

図２は、本発明の代表的な実施例に従って、半導体式照明器具とブリード回路を含んだ、調光コントロールシステムのブロックダイアグラムを示している。図２における一般的なコンポーネントは図１のそれと類似したものであるが、図示された構成に従って、種々のコンポーネントに関してさらに詳細が示されている。もちろん、本発明開示の範囲から外れることなく、他の構成が実施され得るものである。

図２を参照すると、いくつかの実施例において、調光システム２００は、整流回路２０５、調光位相角検知回路２１０（破線の四角内）、電力変換器２２０、ＬＥＤ負荷２３０、そしてブリード回路２４０（破線の四角内）を含んでいる。整流回路１０５について上記に述べたように、整流回路２０５は、調光器（図示なし）に接続され、電源電圧（図示なし）からの（調光され）整流されていない電圧を受け取るように、ホット調光（ｄｉｍ ｈｏｔ）とニュートラル調光（ｄｉｍ ｎｅｕｔｒａｌ）の入力によって指示される。図示された構成において、整流回路２０５は、整流電圧ノードＮ２とグラウンドの間に接続された４つのダイオードＤ２０１からＤ２０４を含んでいる。整流電圧ノードＮ２は、（調光され）整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔを受け取り、整流回路２０５と並列に接続された入力フィルターキャパシタＣ２１５を通じてグラウンドに接続されている。

電力変換器２２０は、整流電圧ノードＮ２において整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔを受け取り、整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔをＬＥＤ負荷２３０を作動するための対応するＤＣ電圧に変換する。電力変換器２２０は、例えば、オープンループまたはフィードフォワードの形態で動作し得る。ここにおいて参考として取り込まれている米国特許第７２５６５５４号においてリス氏（Ｌｙｓ）によって記述されたようにである。種々の実施例において、電力変換器２２０は、例えば、ＳＴマイクロ社から提供される型番Ｌ６５６２であり得る。なお、他のタイプの電力変換器または他の電子回路用変成器（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）及び／又はプロセッサも、本発明開示の範囲から外れることなく、含まれ得るものである。

ＬＥＤ負荷２３０は、代表的なＬＥＤ２３１と２３２によって示されるように、電力変換器２２０の出力とグラウンドの間に直列に接続された一列のＬＥＤを含んでいる。低調光位相角においてＬＥＤ負荷２３０を通る負荷電流Ｉ_Ｌの電流量は、抵抗のレベルと対応するブリード回路２４０のブリード電流Ｉ_Ｂによって決定される。ブリード回路２４０の抵抗のレベルは、以下に述べるように、検知された調光器の位相角（調光レベル）に基づいて調光位相角検知回路２１０によってコントロールされる。

図示された実施例においては、ブリード回路２４０は、図１におけるスイッチ１４５の実例となる、トランジスタ２４５と、抵抗Ｒ２４１を含んでいる。トランジスタ２４５は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり得る。例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）もしくはガリウム ヒ素電界効果トランジスタ（ＧａＡｓＦＥＴ）といったものである。もちろん、本発明開示の範囲から外れることなく、種々の他のトランジスタタイプ及び／又はスイッチが実施され得るものである。説明目的のために、例えば、トランジスタ２４５がＭＯＳＦＥＴであると仮定すると、トランジスタ２４５は、抵抗Ｒ２４１に接続されたドレインと、グラウンドに接続されたソースと、調光位相角検知回路２１０におけるマイクロコントローラー２１５のＰＷＭ出力にコントロールライン２４９を介して接続されたゲートを含んでいる。従って、トランジスタ２４５は調光位相角検知回路２１０からのＰＷＭコントロール信号を受け取り、対応するデューティサイクルに応じて「オン」そして「オフ」される。スイッチ１４５の動作に関して上記に述べたように、このようにしてブリード回路２４０の実効抵抗をコントロールしている。

ブリード回路２４０の抵抗Ｒ２４１は固定抵抗であり、その抵抗値は、ＬＥＤ負荷１３０から転じた負荷電流Ｉ_Ｌの電流量を最大化することと、もしあれば、位相チョップ調光器の最小負荷要求を満たすような十分な負荷を提供すること、との間でバランスされていなければならない。つまり、抵抗Ｒ２４１の値は十分小さく、トランジスター２４５のデューティサイクルが１００パーセントのときには（例えば、トランジスター２４５が完全に「オン」を保持している）、ＬＥＤ負荷１３０から最大量の負荷電流Ｉ_Ｌが配達され、照明出力を最小化する一方で、いまだに最小負荷要求を満たすことができるように十分に大きいのである。例えば、抵抗Ｒ２４１は約１０００オームの抵抗値を持ち得る、しかし、当業者にとって明らかなように、あらゆる特定の状況にとって固有の利益を提供するように、もしくは種々の実施の特定のデザイン要求を満たすように、抵抗の値は変化し得るものである。

調光位相角検知回路２１０は、以下に述べるように、整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔに基づいて調光位相角を検知し、トランジスタ２４５の動作をコントロールするためにブリード回路２４０に対してコントロールライン２９０を介してＰＷＭコントロール信号を出力する。より特定的には、図示された実施例において、調光位相角検知回路２１０は、マイクロコントローラー２１５を含んでおり、以下に述べるように、マイクロコントローラーは調光位相角を決定するために整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔの波形を使用し、ＰＷＭ出力２１９を通じてＰＷＭコントロール信号を出力する。例えば、ＰＷＭコントロール信号の高レベル（例えば、デジタルの「１」）はトランジスタ２４５を「オン（ｏｎ）」にし、ＰＷＭコントロール信号の低レベル（例えば、デジタルの「０」）はトランジスタ２４５を「オフ（ｏｆｆ）」にする。それにより、ＰＷＭコントロール信号が継続的に高レベル（デューティサイクル１００パーセント）であるときは、トランジスタ２４５は「オン」に保たれ、ＰＷＭコントロール信号が継続的に低レベル（デューティサイクル０パーセント）であるときは、トランジスタ２４５は「オフ」に保たれる。そして、ＰＷＭコントロール信号が高レベルと低レベルの間で変調するときは、トランジスタ２４５は対応するＰＷＭコントロール信号のデューティサイクルに応じた比率で「オン」と「オフ」の間を循環する。

図３は、本発明の代表的な実施例に従って、調光位相角（ｄｉｍｍｅｒ ｐｈａｓｅ ａｎｇｌｅ）に関して、ブリード回路の実効抵抗を示すグラフである。

図３を参照すると、垂直軸はゼロから無限大までのブリード回路（例えば、ブリード回路２４０）の実効抵抗を表わし、水平軸は、低または最小の調光レベルから増加する、調光位相角（例えば、調光位相角検知回路２１０により検知されたもの）を表わしている。

調光位相角検知回路２１０が、調光位相角が既定の第１の低調光境界値、第１の位相角θ_１により示される、よりも上であると決定すると、ＰＷＭコントロール信号のデューティサイクルは０パーセントに設定される。これに応じて、トランジスタ２４５は、非伝導状態である「オフ」として閉じられ、ブリード回路２４０の実効抵抗を無限大に設定する。別の言葉で言えば、ブリード電流Ｉ_Ｂはゼロになり、負荷電流Ｉ_ＬがＬＥＤ負荷２３０から転じてくることはない。種々の実施例においては、第１の位相角θ_１は、調光器におけるさらなる調光レベルの減少が、ＬＥＤ負荷２３０による光の出力を減じることにならない、調光位相角である。例えば、それは光の出力の最大設定のおよそ１５から３０パーセントであり得る。

調光位相角検知回路２１０が、調光位相角が既定の第１の低調光境界よりも下であると決定すると、０パーセントから上方にＰＷＭコントロール信号のデューティサイクルのパーセントを調整することでトランジスタ２４５のパルス幅変調を開始する。ＬＥＤ負荷２３０と電力変換器２２０に並列に接続されたブリード回路２４０の実効抵抗を低くするためである。上記に述べたように、負荷電流Ｉ_Ｌの増大する部分はＬＥＤ負荷２３０から転じて、ブリード電流Ｉ_Ｂとしてブリード回路２４０に届けられる。減少しているブリード回路２４０の実効抵抗に応じたものである。電力変換器がオープンループで作動している種々の実施例においては、位相チョップ調光器だけが、整流回路２０５を介して、電力変換器２２０の出力に届けられる電力を変調する。これにより、ブリード回路２４０を出力に接続しても、出力における全体の電力量は変わらない。むしろ、ＰＷＭ信号のデューティサイクルのパーセントに従ってＬＥＤ負荷２３０とブリード回路２４０の間で電力量を効果的に分配している。電力（そして電流）が２つのパス（ｐａｔｈ）に分配されるので、ＬＥＤ負荷２３０はより小さな電力を受け取り、こうしてより低い照明レベルを生成する。

調光位相角検知回路２１０が、調光位相角が既定の第２の低調光境界値、第２の位相角θ_２により示される、よりも下に減少したと決定すると、ＰＷＭコントロール信号のデューティサイクルは１００パーセントに設定される。これに応じて、トランジスタ２４５は、完全に伝導状態である「オン」として起動され、ブリード回路２４０の実効抵抗を抵抗Ｒ２４１の抵抗（無視可能な量のライン抵抗とトランジスタ２４５からの抵抗を加えて）と実質的に同じにする。別の言葉で言えば、ＬＥＤ負荷２３０から最大量の負荷電流Ｉ_Ｌが転じてくるために、ブリード電流Ｉ_Ｂは最大値になる。

種々の実施例において、第２の位相角θ_２は、さらなるブリード回路２４０の抵抗の減少が調光器の最小負荷要求を下回る負荷を引き起こすところの位相角である。従って、ブリード回路２４０の実効抵抗は第２の位相角θ_２の下で一定である（例えば、抵抗Ｒ２４１の抵抗値）。このように、ブリード回路２４０は、非常に低い調光位相角においてさえも電流を流すことになり、ＬＥＤ２３１と２３２の替わりに「ダミー負荷」に電流が流れる。もちろん、Ｒ２４１の抵抗値が低いほど、ＬＥＤ負荷２３０を通って流れる負荷電流Ｉ_Ｌは０（ゼロ）に近づくことになる。デューティサイクル１００パーセントに応じてトランジスタ２４５が伝導状態のままだからである。Ｒ２４１の抵抗値は、効果の減少とＬＥＤ負荷２３０の望ましい低い照明レベルとを比較考量して選択され得る。

図３において、線形なスロープとして示されている代表的な曲線は、１００パーセントから０パーセントまでの線形なパルス幅変調を表わしたものである。しかしながら、非線形な曲線も、本発明開示の範囲から外れることなく、含まれ得るものである。例えば、種々の実施例において、調光器のスライド操作に応じたＬＥＤ負荷２３０の照明出力変化の線形的な感じ（ｌｉｎｅａｒ ｆｅｅｌ）を生成するためにＰＷＭコントロール信号の非線性が必要とされ得る。

図４は、本発明の代表的な実施例に従って、ブリード回路の実効抵抗をコントロールするデューティサイクルの設定プロセスを示すフロー図である。図４に示されるプロセスは、例えば、マイクロコントローラー２１５によって実施され得る。なお、他のタイプのプロセッサやコントローラーも本発明開示の範囲から外れることなく使用され得る。

ブロックＳ４２１においては、調光位相角検知回路２１０によって調光位相角θが決定される。ブロックＳ４２２においては、検知された位相角が、既定の第１の低調光境界に応じた第１の位相角θ_１より大きいか又は等しいかを決定する。検知された位相角が、既定の第１の低調光境界に応じた第１の位相角θ_１より大きいか又は等しい場合は（ブロックＳ４４２でイエス（Ｙｅｓ）のとき）、ブロックＳ４２３でＰＷＭコントロール信号のデューティサイクルが０（ゼロ）パーセントに設定され、トランジスタ２４５が「オフ」される。このことは事実上ブリード回路２４０を取り外すことになり、調光器に応じてＬＥＤ負荷２３０が通常に動作できる。

検知された位相角が、既定の第１の低調光境界に応じた第１の位相角θ_１より大きいか又は等しい場合でないときは（ブロックＳ４４２でノー（Ｎｏ）のとき）、ブロックＳ４２４においてＰＷＭコントロール信号のデューティサイクルのパーセントが決定される。デューティサイクルのパーセントは、例えば、検知された調光位相角の既定の関数に応じて算出され得る。例として、マイクロコントローラー２１５によって実行されるソフトウェア及び／又はファームウェアとして実施される。既定の関数は、調光レベルの減少に応じてデューティサイクルのパーセントを線形的に増加させる線形関数であり得る。代替的には、既定の関数は、調光レベルの減少に応じてデューティサイクルのパーセントを非線形的に増加させる非線形関数でもあり得る。ＰＷＭコントロール信号のデューティサイクルは、ブロックＳ４２５において決定されたパーセントに設定される。次に、プロセスは、ブロックＳ４２１に戻り、再び調光位相角θを決定することができる。

一つの実施例では、既定の関数は、既定の第２の低調光境界に応じて、デューティサイクルのパーセントを第２の位相角θ_２において１００パーセントに設定することになる。しかしながら、種々の代替的な実施例においては、検知された調光位相角が第２の位相角θ_２より小さいか若しくは等しいかについて、後続のブロックＳ４２２で別個の決定がされ得る。検知された調光位相角が第２の位相角θ_２より小さいか若しくは等しい場合には、デューティサイクルのパーセントや検知された調光位相角に関していかなる計算もすることなく（例えば、ブロックＳ４２４）、ＰＷＭコントロール信号のデューティサイクルは１００パーセントに設定される。

再び図２を参照すると、図示された代表的な実施例においては、調光位相角検知回路２１０はマイクロコントローラー２１５を含んでおり、調光位相角を決定するために整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔの波形を使用する。マイクロコントローラー２１５は、上側ダイオードＤ２１１と下側ダイオードＤ２１２の間に接続されたデジタル入力ピン２１８を含んでいる。上側ダイオードＤ２１１のアノードはデジタル入力ピン２１８に接続され、カソードは電源電圧Ｖ_ＣＣに接続されている。そして、下側ダイオードＤ２１２のアノードはグラウンドに接続され、カソードはデジタル入力ピン２１８に接続されている。マイクロコントローラー２１５は、ＰＷＭ出力２１９といった、デジタル出力も含んでいる。

種々の実施例において、マイクロコントローラー２１５は、例えば、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から提供される型番ＰＩＣ１２Ｆ６８３であり得る。なお、他のタイプのマイクロコントローラーや他のプロセッサも本発明開示の範囲から外れることなく含まれ得るものである。例えば、マイクロコントローラー２１５の機能性は、種々の機能を実行するためのソフトウェア又はファームウェアを使用してプログラムできるような、一つまたはそれ以上のプロセッサ及び／又はコントローラー、そして対応するメモリーによって実行され得る。もしくは、いくつかの機能を実行するための専用のハードウェアと他の機能を実行するためのプロセッサとの組み合わせ（例えば、一つまたはそれ以上のプログラムされたマイクロプロセッサと関連する回路）として実行され得る。種々の実施例において採用されるであろうコントローラー部品の例は、これらに限定されるわけではないが、上記に述べたように、従来のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラー、ＡＳＩＣ、そしてＦＰＧＡを含む。

調光位相角検知回路２１０は、さらに、第１と第２のキャパシタＣ２１３とＣ２１４や第１と第２の抵抗Ｒ２１１とＲ２１２といった、種々の受動的な電子部品を含んでいる。第１のキャパシタＣ２１３は、マイクロコントローラー２１５のデジタル入力ピン２１８と検知ノードＮ１の間に接続されている。第２のキャパシタＣ２１４は、検知ノードＮ１とグラウンドの間に接続されている。第１と第２の抵抗Ｒ２１１とＲ２１２は、整流電圧ノードＮ２と検知ノードＮ１との間に直列に接続されている。図示された実施例において、例えば、第１のキャパシタＣ２１３は約５６０ｐＦ（ピコファラッド）の値を取り得るし、第２のキャパシタＣ２１４は約１０ｐＦの値を取り得る。同様に、例えば、第１の抵抗Ｒ２１１は約１ＭＯｈｍ（メガオーム）の値を取り得るし、第２の抵抗Ｒ２１２は約１ＭＯｈｍの値を取り得る。しかしながら、当業者にとって明らかなように、第１と第２のキャパシタＣ２１３とＣ２１４や第１と第２の抵抗Ｒ２１１とＲ２１２のそれぞれの値は、特定の状況において独自の利益を提供するために、若しくは、種々の実施における特定の設計要求を満たすために、さまざまな値であり得る。

（調光された）整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔは、マイクロコントローラー２１５のデジタル入力ピン２１８にＡＣ結合されている。第１の抵抗Ｒ２１１と第２の抵抗Ｒ２１２は、デジタル入力ピン２１８に流れ込む電流を制限している。整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔの信号波形が上昇するときは、第１と第２の抵抗Ｒ２１１とＲ２１２を通じて、その立ち上がり端（ｒｉｓｉｎｇ ｅｄｇｅ）において第１のキャパシタＣ２１３がチャージされる。マイクロコントローラー２１５の中の上側ダイオードＤ２１１は、例えば、デジタル入力ピン２１８をＶ_ＣＣから一ダイオード電圧降下（ｏｎｅ ｄｉｏｄｅ ｄｒｏｐ）分上の電圧にクランプ（ｃｌａｍｐ）する。整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔの信号波形の立ち下り下降端（ｆａｌｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）においては、第１のキャパシタＣ２１３はディスチャージし、下側ダイオードＤ２１２によってデジタル入力ピン２１８はグラウンドから一ダイオード電圧降下分下の電圧にクランプされる。従って、マイクロコントローラー２１５のデジタル入力ピン２１８におけるロジックレベルのデジタル信号が、チョップされた整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔの動きにきっちりと従うことになる。例が図５Ａから図５Ｃに示されている。

より詳細には、図５Ａから図５Ｃは、本発明の代表的な実施例に従って、波形とそれに対応するデジタル入力ピン２１８におけるデジタルパルスの例を示している。それぞれの図の上側の波形は、チョップされた整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔを描いており、チョップの量は調光レベルを反映している。例えば、全１７０Ｖ（ボルト）（又は、ヨーロッパでは３４０Ｖ）であり、調光器の出力において表れる整流されたサイン波の波形の一部を示している。下側の矩形波は、マイクロコントローラー２１５のデジタル入力ピン２１８において観察される対応のデジタルパルスを示している。特に、それぞれのデジタルパルスの長さはチョップされた波形に対応しており、従って調光器の内部スイッチが「オン」である時間量に等しい。デジタル入力ピン２１８を介してデジタルパルスを受け取ることにより、マイクロコントローラー２１５は調光器が設定したレベルを決定することが可能である。

図５Ａは、調光器が最高値に設定されているときの、整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔと対応するデジタルパルスの例を示している。波形の隣りに示されている調光器のスライダーが上端の位置にある場合である。図５Ｂは、調光器が中間値に設定されているときの、整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔと対応するデジタルパルスの例を示している。波形の隣りに示されている調光器のスライダーが中間の位置にある場合である。図５Ｃは、調光器が最小値に設定されているときの、整流電圧Ｕ_ｒｅｃｔと対応するデジタルパルスの例を示している。波形の隣りに示されている調光器のスライダーが下端の位置にある場合である。

図６は、本発明の代表的な実施例に従って、調光器の位相角を検知するプロセスを示すフロー図である。本プロセスは、例えば、図２に示されるマイクロコントローラー２１５により、若しくは、より一般的には、図１に示される調光位相角検知器１１０により実行されるファームウェア及び／又はソフトウェアによって実施される。

図６のブロックＳ６２１においては、入力信号のデジタルパルスの立ち上がり端（例えば、図５Ａから図５Ｃの下側波形の立ち上がり端によって示される）が検知され、例えば、マイクロコントローラー２１５のデジタル入力ピン２１８におけるサンプリングが、ブロックＳ６２２において始まる。図示された実施例においては、主電源の半サイクルより僅かに小さな既定の時間について、信号がデジタル的にサンプリングされる。信号がサンプルされるときはいつも、サンプルが高レベル（例えば、デジタルの「１」）であるか、低レベル（例えば、デジタルの「０」）であるかがブロックＳ６２３において決定される。図示された実施例においては、ブロックＳ６２３においてサンプルがデジタルの「１」であるかどうかの比較が行われる。サンプルがデジタルの「１」である場合は（ブロックＳ６２３でイエス（Ｙｅｓ）のとき）、ブロックＳ６２４においてカウンタが増加される。そして、サンプルがデジタルの「１」でない場合は（ブロックＳ６２３でノー（Ｎｏ）のとき）、ブロックＳ６２５において小さな遅延が挿入される。遅延は、サンプルがデジタルの「１」であるか「０」であるかの決定にかかわらず、クロックサイクル数（例えば、マイクロコントローラー２１５のクロックサイクル）が等しくなるように挿入される。

ブロックＳ６２６においては、主電源の半サイクルの全てがサンプルされたかどうかが決定される。主電源の半サイクルが完了していない場合は（ブロックＳ６２６でノー（Ｎｏ）のとき）、プロセスはブロックＳ６２２に戻り、再びデジタル入力ピン２１８において信号をサンプルする。主電源の半サイクルが完了している場合は（ブロックＳ６２６でイエス（Ｙｅｓ）のとき）、サンプリングは終了し、カウンタの値（ブロックＳ６２４で累積したもの）は現在の調光位相角または調光レベルであるとして特定され、例えば、メモリーに保管される。例は上記に述べられている。カウンタは０（ゼロ）にリセットされ、再びサンプルを始めるためにマイクロコントローラー２１５は次の立ち上がり端を待つ。

例えば、マイクロコントローラー２１５は主電源の半サイクルの間に２５５個のサンプルをすることが仮定され得る。調光レベルが、範囲の上端に設定された場合は（図５Ａに示されるように）、図６のブロックＳ６２４においてカウンタが約２５５になるまで増加される。調光レベルが、その範囲の中間に設定された場合は（図５Ｂに示されるように）、ブロックＳ６２４においてカウンタが約１２８になるまで増加される。このように、マイクロコントローラー２１５は、調光器が設定されたレベルまたは調光器の位相角の正確な指標を持つために、カウンタの値は、定量的な値を提供する。種々の実施例において、調光位相角は、例えばマイクロコントローラー２１５によって、既定のカウンタ値の関数を使用して算出することができる。当業者にとって明らかなように、特定の状況において独自の利益を提供するために、若しくは、種々の実施における特定の設計要求を満たすために、関数は様々であり得る。

従って、最小限の受動的な電子部品とマイクロコントローラー（若しくは他のプロセッサまたはプロセス回路）のデジタル入力構成品を使用して、調光器の位相角を電気的に検知され得る。一つの実施例においては、ＡＣ結合回路、ダイオードにクランプされたマイクロコントローラーのデジタル入力構成品、そして調光設定レベルを決定するために実行されるアルゴリズム（例えば、ファームウェア、ソフトウェア、及び／又はハードウェアによって実施される）を使用して、位相角の検知が達成される。加えて、調光器の状況は、最小限の数の電子部品とマイクロコントローラーのデジタル入力構成品を利用して、測定され得る。

加えて、調光位相角検知回路とブリード回路を含む調光コントロールシステムおよびそれに関連するアルゴリズムは、位相チョップ調光の低い調光位相角において調光をコントロールすることが望まれ、従来のシステムでは調光が停止してしまうような、種々の状況においても使用され得る。本調光コントロールシステムは調光範囲を増大し、位相チョップ調光器に接続されたＬＥＤ負荷を伴う電子変成器（ｅｌｅｃｔｏｒｎｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）と共に使用することができる。例えば、最大の照明出力の約５パーセントより小さい調光レベルの下端が必要とされる状況において特に使用され得る。

本調光コントロールシステムは、種々の実施例に応じて、種々の照明機器において実施され得る。Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｃｏｌｏｒ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ社から提供されるｅＷ Ｂｌａｓｔ ＰｏｗｅｒＣｏｒｅ、 ｅＷ Ｂｕｒｓｔ ＰｏｗｅｒＣｏｒｅ、 ｅＷ Ｃｏｖｅ ＭＸ ＰｏｗｅｒＣｏｒｅ、そしてｅＷ ＰＡＲ ３８といった機器である。さらに、調光に対してよりフレンドリーな製品になるように、種々の製品に対する「スマート」な改善のためのビルディングブロック（ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｂｌｏｃｋ）として使用され得る。

種々の実施例においては、調光位相角検知器１１０、調光位相角検知回路２１０、またはマイクロプロセッサ２１５の機能は、ハードウェア、ファームウェア、もしくはソフトウェアアキテキクチャのあらゆる組み合わせにより構成された、一つまたはそれ以上のプロセス回路によって実施され得る。そして、種々の機能を実行させるよう実行可能なソフトウェア／ファームウェアであって実行可能なコードを保管するためのメモリー（例えば、不揮発性メモリー）を含み得る。例として、それぞれの機能は、ＡＳＩＣ，ＦＰＧＡといったものを使用して実施され得る。

また、種々の実施例において、電力変換器２２０の動作ポイントは、例えば、マイクロコントローラー２１５によっても変化しない、ＬＥＤ負荷２３０による照明出力レベルに影響するためである。結果として、照明出力の最小値のレベルは、ブリード回路２４０への電力および電流ダイバージョン（ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ）によって変化し、電力変換器２２０によって扱われる電力量を下げることによっては変化しない。このことは、もしも電力変換器２２０によって扱われる電力があまりに低くなった場合には、位相チョップ調光器のいかなる最小負荷要求をも満たすことはできないだろうことから、有益である。種々の実施例においては、ブリード回路におけるスイッチイングは、本発明開示の範囲から逸脱することなく、電力変換器の動作ポイントを下げることと組み合わされ得る。

当業者にとっては、ここにおいて記述される全てのパラメーター、寸法、材料、そして構成が典型的なものとして意図されており、実際のパラメーター、寸法、材料、及び／又は構成は、特定のアプリケーションもしくは発明開示が使用されたアプリケーションに依存するものであることが、容易に正しく理解されるであろう。当業者は、ここに記載された特定の発明の実施例について多くの均等物を認めるであろうし、もしくは、たった型通りの実験を使用するだけで確かめることができるだろう。従って、前述の実施例は例として表現されたに過ぎないこと、そして、添付の特許請求の範囲やその均等物の範囲内において、特別に記載され、クレームされた以外の方法においても本発明の実施がなされ得ることが理解されるべきである。本開示に係る発明の実施例は、ここにおいて記述されたそれぞれ個々の特徴、システム、物、材料、キット、及び／又は方法に向けたものである。加えて、仮にそのような特徴、システム、物、材料、キット、及び／又は方法が相互に一貫したものである場合には、こうした特徴、システム、物、材料、キット、及び／又は方法の二つまたはそれ以上のいかなる組み合わせも本発明開示に係る発明の範囲に含まれるものである。

ここにおいて定義され使用される全ての定義は、辞書での定義、参考として組み入れられた文書における定義、及び／又は定義された用語の日常的な意味、を優越するものであることが理解されるべきである。

不定冠詞「ひとつの（“ａ”と“ａｎ”）」は、ここにおいて明細書および特許請求の範囲で使用されているように、反対の意味であるとの明確な指示がなければ、「少なくとも一つの」を意味するものとして理解されるべきである。

「及び／又は（“ａｎｄ／ｏｒ”）」は、ここにおいて明細書および特許請求の範囲で使用されているように、結合された要素の「一方もしくは両方」を意味するものとして理解されるべきである。例えば、あるケースにおいては結合的に存在し、他のケースにおいては分離して存在する要素である。「及び／又は」によって特別に特定された要素以外にも他の要素が任意的に存在し得る。それらが特別に特定された要素に関連しても関連しなくてもである。このように、非限定的な例として、「Ａ及び／又はＢ」は、「を含む（“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）」といったオープンエンドな言葉と合わせて使用されるときには、一つの実施例においてはＡだけを意味し（任意的にＢ以外の要素を含んでいる）、別の実施例においてはＢだけを意味し（任意的にＡ以外の要素を含んでいる）、さらに別の実施例においてはＡとＢの両方を意味している（任意的に他の要素を含んでいる）。

ここにおいて明細書および特許請求の範囲で使用されているように、フレーズ「少なくとも一つ（“ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ”）」は、一つまたはそれ以上の要素のリストに関して、要素リストの中の一つまたはそれ以上の要素から選択された少なくとも一つの要素を意味するものとして理解されるべきである。しかし、要素リストの中で特別にリストされた少なくとも一つの要素そして全ての要素を含んでいる必要は必ずしもないし、要素リストにおける要素のあらゆる組み合わせを除外するものではない。この定義はまた、フレーズ「少なくとも一つ」が参照する要素リストの中で特別に特定される要素以外にも要素が存在し得ることを認めるものである。

参照番号は、もしあれば、便宜のためだけにクレームにおいて用意されているものであり、いかなる意味においても限定するものと解釈されるべきものではない。

特許請求の範囲において、上記の明細書においても同様に、「含んでいる、有している（“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”、“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”、“ｃａｒｒｙｉｎｇ”、“ｈａｖｉｎｇ”、“ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ”、“ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ”、“ｈｏｌｄｉｎｇ”、“ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ”など）」といった移行句は、オープンエンドなものとして理解されるべきである。例えば、含んでいるがこれらに限定されるわけではないことを意味する。慣習的なフレーズである「から成る（“ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ”と“ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ”）」だけが、それぞれクローズな又は準クローズな意味の慣習的フレーズである。

Claims (14)

1. 低い調光レベルにおいて半導体式照明負荷による照明出力のレベルをコントロールする機器であって、前記機器は：
   前記半導体式照明負荷と並列に接続されたブリード回路を含み、
   該ブリード回路は、直列に接続された抵抗とトランジスターを含み、
   該トランジスターは、調光器によって設定された調光レベルが既定の第１の境界値よりも小さいときは、デジタルコントロール信号のデューティサイクルに応じて動作オンと動作オフするように構成されており、
   前記調光レベルが減少すると前記ブリード回路の実効抵抗を減少し、
   前記機器は、さらに、検知回路を含み、
   前記検知回路は、
   デジタル入力および該デジタル入力を電源電圧にクランプする少なくとも一つのダイオードを含むマイクロコントローラーと；
   前記マイクロコントローラーの前記デジタル入力と検知ノードの間に接続された第１のキャパシタと；
   前記検知ノードとグラウンドの間に接続された第２のキャパシタと；そして
   前記検知ノードと前記調光器からの整流された電圧を受け取る整流電圧ノードの間に接続された少なくとも一つの抵抗と、
   を含み、
   前記マイクロコントローラーは、前記整流電圧ノードにおける整流電圧の波形に応じて、前記デジタル入力において受け取られたデジタルパルスをサンプルすることを含んだアルゴリズムを実行し、前記調光器の調光レベルを特定するために前記サンプルされたデジタルパルスの長さを決定する、
   ことを特徴とする機器。
2. 前記調光器によって設定された前記調光レベルが前記既定の第１の境界値よりも大きいときは、前記デジタルコントロール信号のデューティサイクルは０パーセントであり、
   前記ブリード回路の実効抵抗が無限大であるように、前記トランジスターを常に動作オフに保っている、
   請求項１に記載の機器。
3. 前記調光器によって設定された前記調光レベルが、前記既定の第１の境界値よりも小さい値である既定の第２の境界値にあるときは、前記デジタルコントロール信号のデューティサイクルは１００パーセントであり、
   前記ブリード回路の実効抵抗が該ブリード回路中の抵抗の抵抗値と実質的に等しいように、前記トランジスターを常に動作オンに保っている、
   請求項２に記載の機器。
4. 前記デジタルコントロール信号のデューティサイクルが１００パーセントであるときは、前記ブリード回路を流れるブリード電流は最大値であり、半導体式負荷を流れる負荷電流は最小である、
   請求項３に記載の機器。
5. 前記調光レベルが減少するにつれて前記ブリード回路の実効抵抗が減少するように、前記調光器により設定された調光レベルが前記既定の第１の境界値と前記既定の第２の境界値の間にあるときは、前記デジタルコントロール信号のデューティサイクルは、０パーセントから１００パーセントの間の算出されたパーセントに設定される、
   請求項３に記載の機器。
6. 前記算出されたパーセントは、少なくとも部分的に、前記調光器により設定された前記調光レベルに基づいた規定の関数に応じて決定される、
   請求項５に記載の機器。
7. 前記既定の関数は、減少していく調光レベルに対応して増加していく算出されたパーセントを提供する線形関数である、
   請求項６に記載の機器。
8. 前記既定の関数は、減少していく調光レベルに対応して増加していく算出されたパーセントを提供する非線形関数である、
   請求項６に記載の機器。
9. 前記検知回路は、さらに、
   前記調光器により設定された調光レベルを検知し、
   前記検知された調光レベルに基づいて前記デジタルコントロール信号のデューティサイクルを決定し、そして
   ブリード回路中の前記抵抗に対して、前記デューティサイクルにおいて前記デジタルコントロール信号を出力する、
   ように構成されている、
   請求項１に記載の機器。
10. 前記マイクロコントローラーは、さらに
    前記デジタルコントロール信号を出力するためにパルス幅変調（ＰＷＭ）出力を含んでいる、
    請求項１に記載の機器。
11. 前記半導体式照明負荷は、
    直列に接続されたＬＥＤの列を含む、
    請求項１０に記載の機器。
12. 前記機器は、さらに：
    前記調光器から整流された電圧を受け取り、半導体式負荷に対して前記整流された電圧に応じた出力電圧を提供する、オープンループの電力変換器を含む、
    請求項９記載の機器。
13. 調光器によってコントロールされた半導体式照明負荷による照明出力のレベルをコントロールする方法であって、前記半導体式照明負荷はブリード回路に並列に接続されており、前記方法は；
    前記調光器の位相角を検知すること；
    前記検知された位相角に基づいてデジタルコントロール信号のデューティサイクルのパーセントを決定すること；そして
    前記デジタルコントロール信号を使用して並列なブリード回路中のスイッチをコントロールすることであって、
    前記スイッチは、前記ブリード回路の抵抗を調整するための前記デジタルコントロール信号の前記デューティサイクルのパーセントに応じて開いたり閉じたりし、
    前記並列なブリード回路の前記抵抗は、前記デジタルコントロール信号の前記デューティサイクルのパーセントに対して反比例している、
    コントロールを含み、
    前記デューティサイクルのパーセントを決定することは；
    前記検知された位相角が既定の低い調光境界値の下であるときには、前記デューティサイクルのパーセントを０パーセントであると決定すること；かつ
    前記検知された位相角が既定の低い調光境界値の上であるときには、既定の関数に応じて前記デューティサイクルのパーセントを算出し、前記既定の関数は前記検知された位相角の減少に応じて前記デューティサイクルのパーセントを増加すること、
    を含み、
    前記調光器の位相角を検知することは、検知回路により行われ、
    前記検知回路は、
    デジタル入力および該デジタル入力を電源電圧にクランプする少なくとも一つのダイオードを含むマイクロコントローラーと；
    前記マイクロコントローラーの前記デジタル入力と検知ノードの間に接続された第１のキャパシタと；
    前記検知ノードとグラウンドの間に接続された第２のキャパシタと；そして
    前記検知ノードと前記調光器からの整流された電圧を受け取る整流電圧ノードの間に接続された少なくとも一つの抵抗と、
    を含み、
    前記マイクロコントローラーは、前記整流電圧ノードにおける整流電圧の波形に応じて、前記デジタル入力において受け取られたデジタルパルスをサンプルすることを含んだアルゴリズムを実行し、前記調光器の調光レベルを特定するために前記サンプルされたデジタルパルスの長さを決定する、
    ことを特徴とする方法。
14. 前記デューティサイクルのパーセントを決定することは、さらに：
    前記検知された位相角が別の既定の調光境界値より下、すなわち前記既定の低い調光境界値の下であるときは、前記デューティサイクルのパーセントは１００パーセントであると決定すること、を含み、
    前記１００パーセントのデューティサイクルは前記スイッチが閉じた状態であり、前記並列なブリード回路の前記抵抗が最小値を有することになる、
    請求項１３に記載の方法。

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