JP5498499B2 - Ｌｅｄアレイに可変パワーを供給するドライバ - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤアレイ）にパワーを供給するドライバに関し、より具体的には、ＬＥＤアレイに可変パワーを供給するドライバに関する。また、本発明は、ＬＥＤアレイに可変パワーを供給する方法に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤs）は、一種の固体光源として用いられる。白熱灯や蛍光灯などの従来の光源と比較して、ＬＥＤの特長は小型、高効率であり、色がよく、いろいろな色をだしたり、色を変えたりできることなどである。このように、ＬＥＤは室内灯、装飾灯、屋外灯で広く利用されている。こうしたアプリケーションの一部では、ＬＥＤからの出力光を、最大光出力の１％から１００％まで調節することが必要となる。すなわち、ユーザは減光機能を要求することが多い。

ＬＥＤの光出力を減光するためには、ＬＥＤドライバの出力電流を制御してある減光入力に従う必要がある。現在、ほとんどのＬＥＤドライバは、余分なＭＯＳＦＥＴにより出力電流をチョッピングして減光機能を実現している。減光入力を介してＭＯＳＦＥＴのデューティサイクルを変更してＬＥＤに流れる電流を制御できる。あるいは、通常はアナログ電圧レベル信号またはＰＷＭ（パルス幅変調）信号である減光入力により、出力電流を変調して減光機能を実現する。これらの減光方法に共通する特長は、減光入力がドライバの２次側にあることである。これを２次側減光（secondary dimming）と呼ぶ。

従来の照明では、光出力の減光用に位相変調減光器がよく使われ、通常はドライバのパワー入力端子に接続される。位相変調減光器は電源から入力電圧の位相をカットし、バーナーへの出力電流を制御する。ユーザは、減光器のノブを回して、光出力を容易に制御できる。減光入力はドライバの１次側なので、かかる減光方法を１次側減光（primary dimming）と呼ぶ。

従来の照明では光出力の明るさまたは強さを変えるために位相変調減光器を利用しているが、上記のＬＥＤドライバの減光入力は１次側ではなく２次側にあるので、これらのＬＥＤドライバは位相変調減光器と互換性がない。そのため、これらのドライバの多くは、白熱灯や蛍光灯の照明に一般的に用いられる照明システムなどの既存の照明システムインフラと互換性がない。

よって、既存の位相変調減光器と互換性を有するＬＥＤドライバの開発が望まれている。

一態様では、本発明は、少なくとも１つのＬＥＤアレイに可変パワーを供給するドライバを提供する。ドライバは、ＡＣ電源に位相変調減光器を介して結合するものであり、フィルタ・整流部とスイッチングパワー部と制御部とを有する。フィルタ・整流部は、ＡＣ電源との間の電磁的干渉（ＥＭＩ）を減衰し、ＡＣ電源からのＡＣパワーをＤＣパワー出力に変換するように構成されている。スイッチングパワー部は、フィルタ・整流部からのＤＣパワー出力を受け取り、ＬＥＤアレイに出力電流を供給するように構成されている。制御部は、ＡＣパワーの位相角が減光器により変調された時のＡＣパワーの位相変調情報を表す減光参照信号と、ＬＥＤアレイへの出力電流の平均値を表すフィードバック信号との間の比較に応じて、ＬＥＤアレイへの出力電流を決定するように構成されている。

他の態様では、本発明は、少なくとも１つのＬＥＤアレイと上記のドライバとを有する照明装置を提供する。

さらに別の一態様では、本発明は、少なくとも１つのＬＥＤアレイに可変パワーを供給する方法を提供する。この方法は次の段階を有する：電源により前記ＬＥＤアレイに電流を供給する段階と、電源の入力側における位相変調情報を表す減光参照信号と、ＬＥＤアレイへの電流の平均値を表すフィードバック信号との比較を行って、電源の入力側で減光要求信号に応じて電流を調整する段階。

本発明の実施形態によるドライバ及び方法により、位相変調減光器などの１次側のどんなスイッチによっても、ＬＥＤアレイを制御して光出力を調節でき、既存の照明インフラストラクチャにおいて利用することができる。

本発明の上記その他の形態、特徴、及び利点は、添付した図面を参照して好ましい実施形態の詳細な説明を読めば明らかとなるであろう。詳細な説明及び図面は単なる例示であって、本発明を限定するものではない。
本発明の第１の実施形態によるドライバを示す図である。 本発明の第２の実施形態によるドライバを示す回路図である。 本発明の第３の実施形態によるドライバを示す回路図である。

図１は、本発明の第１の実施形態によるドライバ１０を示す。ドライバ１０は、ＬＥＤアレイ２０に可変パワーを供給するように構成されている。ドライバ１０は、減光器３０を介してＡＣ電源４０に結合し、ＡＣ電源４０からのＡＣパワーをＬＥＤアレイ２０に適したＤＣパワーに変換し、減光要求を満たす。

ドライバ１０は、フィルタ・整流部５０、スイッチングパワー部６０、制御部７０を有する。フィルタ・整流部５０は、ＡＣ電源４０との間の電磁的干渉（ＥＭＩ）を減衰し、ＡＣ電源４０からのＡＣパワーをＤＣパワー出力に変換するように構成されている。スイッチングパワー部６０は、フィルタ・整流部５０からＤＣパワー出力を受け取り、制御部７０の制御下、ＬＥＤアレイ２０に出力電流を供給するように構成されている。制御部７０は、ＡＣパワーの位相角が減光器３０により変調された時のＡＣパワーの位相変調情報を表す減光参照信号と、ＬＥＤアレイ２０への出力電流の平均値を表すフィードバック信号との間の比較に応じて、ＬＥＤアレイ２０への出力電流を決定するように構成されている。

有利にも、制御部７０は、第１の副サンプリング部７１、第２の副サンプリング部７２、副エラー増幅部７３、及び副制御部７５を有する。

第１の副サンプリング部７１は、減光参照信号をサンプリングして、その減光参照信号を低周波数範囲にするように構成されている。実施形態によっては、減光参照信号はほぼ平坦な電圧信号であってもよい。ここで、及び以下の同様な状況において、「ほぼ（approximately）」とは、電圧信号が限定的な許容できる範囲で変動し、絶対的に平坦な信号である必要はないことを意味する。例えば、電圧信号の電圧値は、ある値に対して±５％の誤差で変動しているかも知れない。あるいは、第１の副サンプリング部７１は、スイッチングパワー部６０の１次側または２次側に結合することができる。

第２の副サンプリング部７２は、フィードバック信号をサンプリングして、そのフィードバック信号を低周波数範囲にするように構成されている。実施形態によっては、フィードバック信号は、高周波数スイッチング成分からフィルタされ、ＬＥＤアレイ２０への出力電流の電流波形に応じて電圧波形に保たれる。

副エラー増幅部７３は、第１の副サンプリング部７１からの減光参照信号と、第２の副サンプリング部７２からのフィードバック信号との比較を実行するように構成されている。実施形態によっては、副エラー増幅部７３は、交差周波数が５-３０HZになるように構成される。

副制御部７５は、副エラー増幅部７３からの比較結果に基づいてスイッチングパワー部６０に制御動作を行うように構成されている。

ユーザにより減光器３０が異なる動作レベルに設定されると、ＡＣ電源４０の電圧は異なる位相角でカットされる。これは減光参照信号に化体され、さらに比較結果に化体される。それゆえ、スイッチングパワー部６０は、制御部７０の制御下で、ユーザによる減光要求信号に応じてＬＥＤアレイ２０に出力電流を供給するよう動作する。減光機能は、ＡＣ電源４０からのＡＣパワーの電圧の位相カットに続いて、ＬＥＤアレイ２０への出力電流の平均値を制御することにより実現する。

図２は、本発明の第２の実施形態によるドライバ１００を示す回路図の一例である。ドライバ１００は、ＬＥＤアレイ１２０とＡＣ電源１４０との間に減光器１３０を介して結合され、ＬＥＤアレイ１２０にＤＣパワーを供給する。ドライバ１００は、ＥＭＩフィルタ１５１とＡＣ／ＤＣコンバータ１５２を含むフィルタ・整流部１５０と、スイッチングパワー部１６０と、第１の副サンプリング部１７１と、第２の副サンプリング部１７２と、副エラー増幅部１７３と、第３の副サンプリング部１７４と、副制御部１７５とを含む制御部１７０とを有する。

ＥＭＩフィルタ１５１は、ＡＣ電源１４０との間の電磁的干渉（ＥＭＩ）を減衰するように構成されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１５２は、ＡＣ電源１４０からのＡＣパワーをＤＣパワー出力に変換するように構成され、ブリッジ整流器であってもよい。あるいは、ＥＭＩフィルタ１５１とＡＣ／ＤＣコンバータ１５２はどんなタイプのものでもよく、その詳細な説明は省略する。

スイッチングパワー部１６０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５２とＬＥＤアレイ１２０との間に結合され、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５２からＤＣパワー出力を受け取り、ＬＥＤアレイ１２０に出力電流を供給するように構成されている。スイッチングパワー部１６０は、フライバックトランスフォーマＴ１と、出力整流ダイオードＤ３と、出力フィルタキャパシタＣ６と、アクティブスイッチングトランジスタＱ１と、抵抗Ｒ１５とを有する。

フライバックトランスフォーマＴ１は、主巻線Ｗ１と、副巻線Ｗ２と、追加巻線Ｗ３とを含む。主巻線Ｗ１は、アクティブスイッチングトランジスタＱ１と抵抗Ｒ１５と直列に組み合わされ、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５２の出力端子と、１次側のグランドとの間に結合している。副巻線Ｗ２は、整流ダイオードＤ３を介してＬＥＤアレイ１２０と接続され、ＬＥＤアレイ１２０に電流を供給する。キャパシタＣ６は、ＬＥＤアレイ１２０と並列に接続され、電流が流れる方向で整流ダイオードＤ３の後段にある。ＬＥＤアレイ１２０への出力電流は、整流ダイオードＤ３を流れる電流からキャパシタＣ６を流れる電流を引いたものである。キャパシタＣ６を流れる電流のＡＣ周波数は高いので、整流ダイオードＤ３に流れる電流をキャパシタＣ６でフィルタリングすることにより、ＬＥＤアレイ１２０への出力電流は低周波数に維持される。追加巻線Ｗ３は、制御部１７０にゼロクロス検出信号を供給する。これは当業者には周知である。フライバックトランスフォーマＴ１スイッチングトランジスタＱ１を介して制御部１７０により制御される。これは以下に説明する。

第１の副サンプリング部１７１は、フライバックトランスフォーマＴ１の１次側から減光参照信号を検出するように構成されている。第１の副サンプリング部１７１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、キャパシタＣ１と、ツェナーダイオードＤ１と、演算増幅器Ｏ１とを有する。抵抗Ｒ１とＲ２は、直列に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５２の出力端子と、１次側のグランドとの間に結合している。抵抗Ｒ１とＲ２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５２の出力から減光参照信号をサンプリングする電圧分配器を構成する。そのため、減光参照信号はＡＣパワーの位相変調情報を表す。減光器１３０は、ユーザにより異なる動作レベルに設定されると、位相変調を行う。抵抗Ｒ３とキャパシタＣ１は直列に接続され、抵抗Ｒ１とＲ２のグランドとノードの間に結合している。抵抗Ｒ３とキャパシタＣ１はローパスフィルタを構成する。その値は、減光参照信号を低周波数範囲にするように選択する。あるいは、抵抗Ｒ３とキャパシタＣ１の値は、減光参照信号がほぼ平坦な電圧信号になるように選択する。ツェナーダイオードＤ１はキャパシタＣ１と並列に接続され、減光参照信号の最大値をクランプするように構成され、ＡＣ電源１４０からの入力電圧が高い（例えば、２６４Ｖ）場合に、ＬＥＤアレイ１２０への出力電流の最大値を制限するようになっている。そして、減光参照信号は、演算増幅器Ｏ１でバッファされてから、副エラー増幅部１７３に送られる。そのため、上記の処理後、ＡＣパワーの位相変調情報を表し、低周波数範囲にあり、副エラー増幅部１７３が許容できる減光参照信号を抽出する。

第２の副サンプリング部１７２は、ＬＥＤアレイ１２０への出力電流の平均値を表すフィードバック信号を検出して、フィードバック信号を低周波数範囲にするように構成されている。あるいは、第２の副サンプリング部１７２は、フィードバック信号が、ＬＥＤアレイ１２０への出力電流の電流波形に応じた電圧波形になるように構成されている。第２の副サンプリング部１７２は、電流トランスフォーマＴ２と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４と、キャパシタＣ５と、ダイオードＤ２と、演算増幅器Ｏ３とを有する。

電流トランスフォーマＴ２は主巻線Ｗ４と副巻線Ｗ５を含む。主巻線Ｗ４を結合するのは、電流の流れる方向において、ダイオードＤ３の後段でも前段でもよいが、キャパシタＣ６の前段でなければならない。副巻線Ｗ５と、ダイオードＤ２と、抵抗Ｒ１３とはこの順で直列に接続され、ループを形成している。フィードバック信号は、ダイオードＤ２と抵抗Ｒ１３のノードから取られる。フィードバック信号の電圧Ｖｆは、整流ダイオードＤ３の電流Ｉ_Ｄ３に比例し、Ｖｆ＝Ｎ_Ｔ２×Ｒ１３×Ｉ_Ｄ３である。ここで、Ｎ_Ｔ２はＴ２の巻数比である。フィードバック信号は、ＬＥＤアレイ１２０への出力電流の電流波形に応じた電圧波形になる。

抵抗Ｒ１４とキャパシタＣ５は、直列に接続され、１次側のグランドと、ダイオードＤ２及び抵抗Ｒ１３のノードとの間に結合され、フィードバック信号から高周波成分を取り除くローパスフィルタを構成する。抵抗Ｒ１４とキャパシタＣ５の値は、フィードバック信号が低周波数範囲となるように選択する。ローパスフィルタを通ると、フィードバック信号は、ＬＥＤアレイ１２０へ出力電流の電源周期（mains period）にわたる狭帯域幅における平均電流値を表す。

演算増幅器Ｏ３を利用して、フィードバック信号Ｖｆの電圧スケールを拡大し、後段回路とのインピーダンスマッチング機能を提供する。抵抗Ｒ１１とＲ１２は、１次側のグランドと、演算増幅器Ｏ３の出力端子との間に、直列に接続され、抵抗Ｒ１１とＲ１２のノードは、演算増幅器Ｏ３の反転入力端子に接続されている。フィードバック信号の電圧Ｖｆは、１＋Ｒ１１／Ｒ１２倍になり、副エラー増幅部１７３が許容できるレベルになる。

副エラー増幅部１７３は、減光参照信号と電流フィードバック信号との間の比較を行い、その比較に基づいて減光制御電圧信号を生成して、副制御部１７５に送る。実施形態によっては、減光制御電圧信号は、減光器１３０の設定が最大から最小になるにつれて変化する。上記の通り、減光器１３０の設定を第１の副サンプリング部１７１により検知し、減光参照信号にする。以下により詳しく説明するように、減光制御電圧信号を用いて、ＬＥＤアレイ１２０への出力電流の制御により、ＬＥＤアレイ１２０の光出力を制御する。実施形態によっては、減光制御電圧信号が最大レベルであれば、ＬＥＤアレイ１２０の光出力は最小レベルになり、減光制御電圧信号が最小レベルであれば、ＬＥＤアレイ１２０の光出力は最大レベルになる。

副エラー増幅部１７３は、演算増幅器Ｏ２と、抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０及びキャパシタＣ４などのコンポーネントとを有する。演算増幅器Ｏ２は、反転入力として、第１の副サンプリング部１７１から抵抗Ｒ９を介して減光参照信号を受け取り、非反転入力として、第２の副サンプリング部１７２から抵抗Ｒ１０を介してフィードバック信号を受け取り、副制御部１７５の入力用に減光制御電圧信号としてＤＣ電圧を出力する。ＬＥＤアレイ１２０への出力電流の平均値は、減光参照信号、すなわち、減光器１３０でカットされた位相角を有する入力電圧に追随する。直列接続した抵抗Ｒ７とキャパシタＣ４は、抵抗Ｒ８と並列になっており、演算増幅器Ｏ２の出力端子及び反転入力との間に結合されている。演算増幅器Ｏ２のＤＣゲインはＲ８／Ｒ９である。抵抗Ｒ７とキャパシタＣ４により、制御部１７０の制御ループにゼロクロス（zero-crossing）が生じる。キャパシタＣ４の値を大きくすると、ゼロクロスは低周波数側に動き、制御ループの位相マージンが大きくなり、その結果制御が安定化する。

第３の副サンプリング部１７４は、ＡＣ電源１４０からＡＣパワーの電圧波形を反映した電圧信号を検出するように構成されている。電圧信号を用いて、パワーファクタ補正（ＰＦＣ）を行う。一実施形態では、第３の副サンプリング部１７４は、抵抗Ｒ４、Ｒ５とキャパシタＣ２を有する。抵抗Ｒ４、Ｒ５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５２の出力端子と１次側のグランドとの間に、直列に結合され、キャパシタＣ２が抵抗Ｒ５と並列になっている。抵抗Ｒ４とＲ５は電圧分配器を構成し、電圧信号は抵抗Ｒ４とＲ５のノードから抽出され抵抗Ｒ４に形成される。電圧信号は、小さくなり、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５２の出力電圧に比例し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５２からの出力の電圧波形を反映し、減光器１３０により位相角をカットした後のＡＣ電源１４０からのＡＣパワーを反映する。その電圧信号をさらに副制御部１７５に供給し、減光制御電圧信号とかけて、ＬＥＤアレイ１２０への出力電流を、ＡＣパワーの出力電圧の波形に追随するようにする。それゆえ、パワーファクタを高くできる。

実施形態によっては、例えば、入力パワーが２５Ｗより低いＬＥＤアレイで、パワーファクタが比較的低くてもよければ、第３の副サンプリング部１７４を含まない。

副制御部１７５は、集積回路を含むものを使い、副エラー増幅部１７３からの減光制御電圧信号、及び／または第３の副サンプリング部１７４からのＰＦＣ制御用電圧信号に基づいて、フライバックトランスフォーマＴ１の動作を制御するトランスフォーマ制御信号を供給するように構成されている。実施形態によっては、副制御部１７５は、パワーファクタ補正機能を有するＳＴマイクロエレクトロニクス社のＬ６５６１、Ｌ６５６２、またはオンセミ社のＭＣ３３２６２などの制御ＩＣと、抵抗Ｒ６やＲ１６、及びキャパシタＣ３などのコンポーネントを有する。実施形態によっては、ＰＦＣの性能をよくするため、主に抵抗Ｒ６とキャパシタＣ３の値により決まる、制御部１７０の交差周波数を５０Ｈｚより低く抑えるとよい。あるいは、制御部１７０の交差周波数を１５Ｈｚより低く、さらには１０Ｈｚより低く設計することもできる。
パワーファクタに特別な要求が無ければ、テキサスイントルメンツ社製ＵＣ３８４Ｘなどのパワーファクタ補正機能のない制御ＩＣを選択することもできる。副制御部１７５は、副エラー増幅部１７３からの減光制御電圧信号のみに基づき、フライバックトランスフォーマＴ１の動作を制御するトランスフォーマ制御信号を供給するように構成されている。あるいは、副制御部１７５は、上記の機能を満たせば、プログラミングされたプロセッサなどを含む、別の構成であってもよい。

制御部１７０は、トランスフォーマ制御信号により、フライバックトランスフォーマＴ１の巻線Ｗ１を流れる電流を、ＬＥＤアレイ１２０の電流需要に合わせて調整することができる。制御部１７０の副制御部１７５が抵抗Ｒ１６によりアクティブスイッチングトランジスタＱ１のゲートにパルスを送ると、トランスフォーマ制御信号がフライバックトランスフォーマＴ１に入力される。アクティブスイッチングトランジスタＱ１からのパルス化信号により、トランスフォーマの巻線Ｗ１／Ｗ２を通ってエネルギーが送られ、ＬＥＤアレイ１２０に出力電流を供給する。

図３は、本発明の第３の実施形態によるドライバ２００を示す回路図の他の一例である。概して、ドライバ２００の構成は図２に示したドライバ１００の構成と同様である。ドライバ２００は、ＬＥＤアレイ２２０とＡＣ電源２４０との間に減光器２３０を介して結合され、ＬＥＤアレイ２２０に可変ＤＣパワーを供給する。

ドライバ２００は、ＥＭＩフィルタ２５１とＡＣ／ＤＣコンバータ２５２を含むフィルタ・整流部２５０と、スイッチングパワー部２６０と、第１の副サンプリング部２７０と、第２の副サンプリング部２７１と、副エラー増幅部２７２と、第３の副サンプリング部２７３と、副制御部２７４とを含む制御部２７０とを有する。第１の副サンプリング部２７１、第２の副サンプリング部２７２、副エラー増幅部２７３を除き、ドライバ２００の他の部分は、対応するドライバ１００の部分と同じ機能を有するように設計されている。これらの対応部分の構成は同様であってもよい。それゆえ、ドライバ２００に関する以下の説明では、主に第１の副サンプリング部２７１、第２の副サンプリング部２７２、及び副エラー増幅部２７３にフォーカスする。

第１の副サンプリング部２７１は、フライバックトランスフォーマＴ３の２次側から減光参照信号を検出するように構成されている。第１の副サンプリング部２７１は、フライバックトランスフォーマＴ３との接続を除き、ドライバ１００の第１の副サンプリング部１７１と同様のコンポーネントとレイアウトで設計されている。第１の副サンプリング部２７１は、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３と、キャパシタＣ２１と、ツェナーダイオードＤ２１と、演算増幅器Ｏ４とを有する。抵抗Ｒ２１とＲ２２は、直列に接続され、フライバックトランスフォーマＴ３の２次側の出力端子と、２次側のグランドとの間に結合している。そのため、抵抗Ｒ２１とＲ２２は、フライバックトランスフォーマＴ３の出力から減光参照信号をサンプリングする電圧分配器を構成する。第１の副サンプリング部２７１の他のコンポーネントの機能と接続に関する説明は、前述の第１の副サンプリング部１７１と同様なので、繰り返さない。フライバックトランスフォーマＴ３の出力は、入力に比例し、ＡＣ電源からのＡＣパワーに追随するので、減光参照信号はＡＣパワーの位相変調情報を表す。あるいは、抵抗Ｒ２３とキャパシタＣ２１により減光参照信号が低周波数範囲のほぼ平坦な電圧信号となる。

第２の副サンプリング部２７２は、抵抗Ｒ２０、Ｒ３１、Ｒ３２，及びＲ３３と、キャパシタＣ２３と、演算増幅器Ｏ６とを有する。抵抗Ｒ２０は、出力端子を介して２次側のグランドに接続され、入力端子を介してスイッチング部２６０のキャパシタ２０とＬＥＤアレイ２２０の出力端子のノードに接続されている。フィードバック信号は、抵抗Ｒ２０の入力端子から取られる。フィードバック信号Ｖｆの電圧は整流ダイオードＤ２０の電流Ｉ_Ｄ２０に比例し、Ｖｆ＝Ｒ２０×Ｉ_Ｄ２０である。ドライバ１００の抵抗Ｒ１４とキャパシタＣ５と同様に、抵抗Ｒ３３とキャパシタＣ２３は、直列に接続され、２次側のグランドと抵抗Ｒ２０の入力端子との間に結合し、フィードバック信号から高周波成分を除去するローパスフィルタを構成する。演算増幅器Ｏ６と、抵抗Ｒ３１、Ｒ３２の機能とレイアウトは、演算増幅器Ｏ３と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２と同じである（上記の第２の実施形態を参照）。そのため、第２の副サンプリング部２７２によりサンプリングされたフィードバック信号は、電源周期（mains period）にわたるＬＥＤアレイ２２０への出力電流の平均値を表し、低帯域幅にあり、副エラー増幅部２７３が許容するレベルである。

副エラー増幅部２７３は、演算増幅器Ｏ５と、抵抗Ｒ２７、Ｒ２８、Ｒ２９、Ｒ３０及びキャパシタＣ２２などのコンポーネントとを有する。演算増幅器Ｏ５は、抵抗Ｒ２９を介して第１の副サンプリング部２７１から減光参照信号を受け取り、抵抗Ｒ３０を介して第２の副サンプリング部２７２からフィードバック信号を受け取り、減光参照信号とフィードバック信号の比較結果を提供するように構成されている。抵抗Ｒ２７、Ｒ２８と、キャパシタＣ２２の機能とレイアウトは、第２の実施形態を参照して上で説明したように、抵抗Ｒ７、Ｒ８と、キャパシタＣ４のものと同じである。

減光参照信号とフィードバック信号はスイッチング部２６０の２次側で生成され、比較結果を１次側においてスイッチング部２６０の制御に用いるので、安全上の理由から１次側と２次側とを絶縁する電気光学絶縁デバイスなどの絶縁デバイスが必要である。そのため、本実施形態では、副エラー増幅部２７３は、さらに絶縁デバイスとして光カップラＰ１を有する。演算増幅器Ｏ５からの比較結果は、抵抗Ｒ２６を介して光カップラＰ１に送られ、減光制御電圧信号は抵抗Ｒ２４を介して光カップラＰ１のエミッタから得る。抵抗Ｒ２５は、光カップラＰ１と１次側グランドとの間に接続される。

副制御部２７５は、副エラー増幅部２７３からの減光制御電圧信号、及び／または第３の副サンプリング部１７４からのＰＦＣ制御用電圧信号に基づきスイッチングパワー部２６０を制御する。そのため、ＬＥＤアレイ２２０の光出力は、ＡＣパワー入力側の共通の減光器を利用して、ユーザにより入力された減光要求に応じて調整される。

図２と図３に示し上に説明した実施形態では、スイッチングパワー部のアクティブスイッチングトランジスタＱ１としてｎチャンネルＭＯＳＦＥＴを選択する。別の実施形態では、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴの替わりに、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やバイポーラトランジスタなどその他のタイプのトランジスタを、電流の調整に用いてもよい。

実施形態によっては、上記のように、スイッチングパワー部は１段階構成である。かかる構成は、必要なコンポーネント数が少ないため、コストが低く、設計が比較的容易であるとの利点がある。他の実施形態では、スイッチングパワー部は２段階構成でもよく、例えば、ブーストコンバータとフライバックコンバータ、またはフライバックコンバータとバックコンバータ（buck converter）を有する。

本発明の実施形態では、利用する減光器は、本技術分野のいろいろなスイッチのうちどれでもよく、好ましくは位相変調減光器である。ＬＥＤアレイは、いかなるタイプや色のＬＥＤのアレイ（１つまたは複数）であってもよく、各アレイは少なくとも１つのＬＥＤを含む。ＡＣ電源は、２２０Ｖ／５０Ｈｚや１１０Ｖ／６０Ｈｚであり、特別な要求はない。

上記の実施形態の一部では、制御ループ全体の応答周波数は非常に低いが、これは副エラー増幅部と副制御部の交差周波数が低いことによる。制御ループは、第１の副サンプリング部からの参照信号と第２の副サンプリング部からのフィードバック信号との信号をローパスフィルタリングすることにより、ＬＥＤアレイへの出力電流の平均値を低周波数範囲で処理するだけである。そのため、本発明の一部の実施形態では、入力側（すなわち、１次側）におけるパワーファクタ補正とともに、提案の制御方式により出力電流を比較的容易に制御できる。

理解しやすくするため、１つ以上のＬＥＤアレイにいろいろなパワーを供給する方法の一例を、上記のドライバ１００を参照して説明する。最初に、ドライバ１００を有する電源により、ＬＥＤアレイ１２０などの１つ以上のＬＥＤアレイに電流を供給する。次に、電源の入力側に減光要求信号が入力されると、ドライバ１００の制御部１７０は、スイッチングパワー部１６０を制御し、ＬＥＤアレイ１２０への電流を調整し、減光要求を満たす。上記の通り、第１の副サンプリング部１７１によりサンプリングした減光参照信号と、第２の副サンプリング部１７２によりサンプリングしたフィードバック信号との比較に基づき制御が行われる。減光参照信号は、電源の入力側における位相変調情報を表す。フィードバック信号は、ＬＥＤアレイ１２０への電流の平均値を表す。より詳細については、ドライバ１００と２００の説明を参照する。

減光入力は１次側（すなわち入力側）なので、本発明の実施形態では、ＬＥＤアレイの光出力の制御に共通の減光器を用いることができる。これにより、既存の照明インフラストラクチャでＬＥＤアレイを利用することができるようになる。

上記の実施形態は、単に本発明の好ましい実施形態である。請求項に記載した発明を実施する際、図面、本開示、及び添付した特許請求の範囲を研究して、開示した実施形態のその他のバリエーションを、当業者は理解して実施することができるであろう。これらのバリエーションも本発明の範囲内にあるものである。 請求項及び明細書において、「有する（comprising）」という動詞とその活用形は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（"a"または"an"）」という不定冠詞は複数ある場合を排除するものではない。

Claims (10)

1. ＡＣ電源に位相変調減光器を介して結合できる、少なくとも１つのＬＥＤアレイに可変パワーを供給するドライバであって、
   前記ＡＣ電源との間の電磁的干渉を減衰し、前記ＡＣ電源からのＡＣパワーをＤＣパワー出力に変換するように構成されたフィルタ・整流部と、
   前記フィルタ・整流部からの前記ＤＣパワー出力を受け取り、前記ＬＥＤアレイに出力電流を供給するように構成されたスイッチングパワー部と、
   前記ＡＣパワーの位相角が前記減光器によりカットされた時の前記ＡＣパワーの位相変調情報を表す減光参照信号と、前記ＬＥＤアレイへの出力電流の平均値を表すフィードバック信号との間の比較に応じて、前記ＬＥＤアレイへの前記出力電流を決定するように構成された制御部とを有し、
   前記制御部は、前記減光参照信号をサンプリングして、前記減光参照信号を低周波数範囲にするように構成された第１の副サンプリング部と、前記フィードバック信号をサンプリングして前記フィードバック信号を低周波数範囲にするように構成された第２の副サンプリング部とを有する、
   ドライバ。
2. 前記減光参照信号はほぼ平坦な電圧信号である、請求項１に記載のドライバ。
3. 前記フィードバック信号は、前記ＬＥＤアレイへの出力電流の電流波形に応じた電圧波形に保たれる、請求項１に記載のドライバ。
4. 前記制御部の交差周波数は５０Ｈｚより低い、請求項１に記載のドライバ。
5. 前記交差周波数は１５Ｈｚより低い、請求項４に記載のドライバ。
6. 前記スイッチングパワー部は、１段階構成であり、フライバックトランスフォーマを有する、請求項１に記載のドライバ。
7. 前記制御部は、前記ＡＣパワーの電圧波形を反映する電圧信号をサンプリングするように構成された第３の副サンプリング部を有し、前記制御部は、前記電圧信号に応じてパワーファクタ補正を行うように構成された、請求項１に記載のドライバ。
8. 少なくとも１つのＬＥＤアレイを有する照明装置であって、
   前記照明装置はさらに請求項１ないし７いずれか一項に記載のドライバを有する、照明装置。
9. 少なくとも１つのＬＥＤアレイに可変パワーを供給する方法であって、
   電源により前記ＬＥＤアレイに電流を供給する段階と、
   前記電源の入力側における位相変調情報を表す減光参照信号と、前記ＬＥＤアレイへの電流の平均値を表すフィードバック信号との比較を行って、前記電源の入力側で減光要求信号に応じて前記電流を調整する段階とを有し、
   前記調整する段階は、前記減光参照信号をサンプリングしてローパスフィルタリングする第１の副段階と、前記フィードバック信号をサンプリングしてローパスフィルタリングする第２の副段階とを有する、
   方法。
10. 前記調整する段階は、さらに、パワーファクタ補正をするため、前記電源の入力側における前記電圧波形を反映する電圧信号に基づく、請求項９に記載の方法。

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