JP6134337B2 - 光源、ドライバの使用、及び駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体光源、固体光源の発光素子を駆動するドライバ回路の使用、固体光源の発光素子を駆動する方法、及び対応するコンピュータプログラムに関する。

レーザダイオード又は特にＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface emitting laser）（垂直共振器面発光レーザ）のような発光素子は、従来、供給される電力がおおむね一定であり且つ最大効率を可能にする電力値に少なくとも極めて近いことを目的として、電力を発光素子へ供給するドライバ回路を設けられている。そのような従来のドライバ回路は、例えば、エネルギを蓄える１以上のキャパシタへ接続されている力率改善用第１コンバータ段（ＰＦＣ）を含み、それにより、第２の段はおおむね一定の電力を発光素子へ供給することができる。そのような設計は、使用される構成要素の特性、性能及び精度に対する制約に起因して費用がかかる。
国際公開第２０１１／００８６３５（Ａ１）号パンフレットは、１以上のＬＥＤと、ディマー制御部と、電力コンバータとを備える発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプを開示する。
米国特許出願公開第２０１０／００２６２０８（Ａ１）号明細書は、複数の発光ダイオードのような負荷へ電力を供給する電力変換のための装置、方法及びシステムを開示する。
国際公開第２０１１／００８６３５（Ａ１）号パンフレット 米国特許出願公開第２０１０／００２６２０８（Ａ１）号明細書

本発明の目的は、簡便な構成要素及び／又は削減された費用を伴って実現され得る固体光源、固体光源の発光素子を駆動するドライバ回路の使用、固体光源の発光素子を駆動する方法、及び対応するコンピュータプログラムを提供することである。

本発明の第１の態様において、固体光源は、ドライバ回路及び発光素子を有して与えられ、前記ドライバ回路は、ＡＣ入力を受けて、ＡＣ周期を有する電力を前記発光素子へ供給するよう配置され、前記発光素子は、最高効率電力及び最大動作電力を有し、前記ドライバ回路は、転送される電力を前記最高効率電力と最大動作電力との間にある上限カットオフ値に制限しながら、前記ＡＣ入力からの電力を前記発光素子へ転送するよう配置され、それにより、当該固体光源が発光の間、前記ＡＣ周期の一部の間前記ドライバ回路によって直接転送される前記ＡＣ入力を直接供給され得るようにする。前記発光素子は、最小動作電力を更に有し、前記ドライバ回路は、前記上限カットオフ値を超える前記ＡＣ入力からの電力を蓄え、蓄えられた電力を、前記ＡＣ入力からの電力が下限カットオフ値以下である期間の間、前記ＡＣ入力からの前記転送される電力に加えて前記発光素子へ供給するよう配置される。

電力は、ＡＣ入力から発光素子へ転送され、ＡＣ入力によって供給される電力の変動に対応する発光素子の光出力の変動をもたらし、一方、発光素子は、供給される電力を、発光素子の最大動作電力以下の値に制限することによって、過剰供給から保護される。これは、発光素子の簡単な動作及び駆動を可能にし、一方、幅広い用途において、特に、費用制限の問題を伴う用途において、光出力の変動又は変調が有意な欠点でないことが実現される。

例えば、赤外線（ＩＲ）放射を発生させるレーザ源としてＶＣＳＥＬダイオード（又はそのアレイ）を使用することが考えられる。これは、工業又は屋内電気器具における熱処理のために熱を加えるために使用されてよい。多くの場合において、そのような加熱は、電源周波数範囲における電力変動に敏感でない。発光の一例として赤外線放射を発生させるそのようなＶＣＳＥＬダイオードを製造するための簡略化及び費用削減は、従来の熱源（例えば、従来の抵抗性加熱素子）と競って、厳しい費用目標を満足することを可能にする。

たとえそのような用途が前途有望であるとしても、本発明の発光素子は、他の又は重なり合った放射線（又は光）の範囲を用いる更なる用途が更に可能であり且つ考えられるので、赤外線放射を発生させることに制限されない点が留意されるべきである。

本文脈における発光素子の最大動作電力は、発光構造の過熱の問題によって大抵は決定され、このとき、ここで言及されている最大動作電力は、一定又は実質的に一定の電力供給と比較して、変動する電力供給の低減された熱負荷により、連続動作のための許容動作電力を上回ってよい点が留意されるべきである。

従来のトポロジに従って、入力電力をバッファ（例えば、キャパシタ）に蓄えられる電力へ変換する第１の段が存在し、このとき、第２の段はバッファから負荷へ電力を供給する。たとえ（実装の欠陥及び主たる制限に起因して）バッファ電圧において一定量のリップルが存在するとしても、そのようなトポロジの目的は、通常、可能な限り一定の電力供給を供給することである。

そのような従来のトポロジとは対照的に、本発明は、多大なＡＣ周期（望ましくは、大部分の時間）に、発光素子が、ドライバ回路によって直接転送されるＡＣ入力を直接供給されることを提供し、このとき、それでもなお、所望のレベルを超える電力が発光素子に届くことが防がれる。

ピークの間、コンバータは小さいバッファを充電することが更に可能であり、このとき、コンバータ及びバッファは、従来技術のそれらよりも簡単且つ安価であり得る。蓄えられたエネルギは、次いで、ＡＣ入力の低電力フェーズの間、第２の段（又は直接に負荷、すなわち、発光素子）に供給するために使用される。

発光素子の最小動作電力を下回る電力の供給は、如何なる光出力ももたらさない。しかし、上記の実施形態では、ドライバ回路は、ＡＣ入力からの電力が上限カットオフ値を超えることにより発光素子へ転送されないＡＣ入力からの電力を一時的な電力ストレージへ導き、このようにして一時的に蓄えられた電力が次いで、ＡＣ入力からの電力が下限カットオフ値を超える値を有さない場合において、発光素子へ供給されるようにする。よって、下限カットオフ値及び上限カットオフ値が適切に設定されることを条件として（すなわち、電力が上限カットオフ値を超える間に蓄えられるエネルギの量は、電力が下限カットオフ値より又は最小動作電力より低い間に動作を維持するのに必要なエネルギの量に近い。）、発光素子へ供給される電力は上限カットオフ値と下限カットオフ値の間で変動し、発光素子の継続的な動作、すなわち、光出力を確かにする。

好ましい実施形態において、前記発光素子は最小動作電力を更に有し、前記ドライバ回路は、前記転送される電力が下限カットオフ値以上である場合にのみ、前記ＡＣ入力からの電力を前記発光素子へ転送するよう配置される。

転送する電力が、発光素子を動作させるのに必要な最小動作電力を超えないか又は実質的に超えない場合は、そのような不十分な電力を発光素子へ転送しても意味がない。

上記の実施形態（請求項１又は２で定義）の変形例において、前記下限カットオフ値は、前記最小動作電力と前記最高効率電力との間にある。

下限カットオフ値は、最小動作電力に制限されず、本発明の特定の実現に関連する検討により、そのような最小動作電力を上回ってもよい。

上記の実施形態（請求項１又は２で定義）の変形例において、前記発光素子は、前記ドライバ回路によって独立して電力を供給されるよう配置される複数の発光部材を含み、前記発光素子の前記最小動作電力は、前記複数の発光部材のうちの１つ又はサブセットの最小動作電力であり、前記ドライバ回路は、前記ＡＣ入力からの電力が減少値以下である期間の間、前記複数の発光部材の前記１つ又はサブセットにのみ電力を供給するよう配置される。

発光素子が２以上の別々に給電可能な発光部材を有し、且つ、利用可能な電力が発光素子の全てを動作させるのに十分でない（すなわち、電力がもはや減少値を超えない）場合は、この変形例は、発光部材のサブセットのみへの電力供給の制限を提供する。すなわち、発光部材の１以上は電力供給から除外される。これは、ＡＣ入力の電力が発光素子に給電するのに直接使用され得るＡＣ入力の期間の部分の延長を可能にする。更に、上限カットオフ値を超える電力が蓄えられて、後に、ＡＣ入力からの転送された電力に加えて、発光素子へ供給される場合は、電力を蓄えて、蓄えられた電力を供給するのに必要な構成要素は、縮小された仕様及び削減された費用のために設計されてよい。これは更に、完全な発光素子が常に使用される場合と比べて、より少ないエネルギが補完電力供給を提供するのに必要とされるので、上限カットオフ値の増大と結合されてよい。

上記の実施形態（請求項２で定義）の更なる変形例において、前記ドライバ回路は、前記ＡＣ入力からの電力が前記下限カットオフ値未満である場合に、前記ＡＣ入力からの電力を前記発光素子以外の負荷へ供給するよう配置される。

下限カットオフ値を下回る電力レベルは、発光素子の動作に不十分であると考えられる。それでもなお、電力がＡＣ入力によって供給されるので、この電力は、他の負荷又はエネルギ消費要素を駆動し又は動作させるのに使用されてよい。

ＡＣ入力からの電力が下限カットオフ値以下である場合における発光素子への電力供給の中断、及び特に、そのような場合における他の負荷へのＡＣ入力からの供給電力の供給は、デカップリングのために従来設けられていた第２の段が削除され得る点で、固体光源の一般的な回路設計を更に簡略化するのに使用されてよい。

上記の実施形態（請求項１で定義）の他の変形例において、前記ドライバ回路は、前記上限カットオフ値を超える前記ＡＣ入力の電力を蓄えるキャパシタを含む。

ＡＣ入力によって供給される電力、すなわち、より具体的に電圧は、キャパシタを充電するのに使用され、蓄えられたエネルギは次いで、充電されたキャパシタから適切なタイミングで容易に解放される。

好ましい実施形態において、前記ドライバ回路は、前記ＡＣ入力が前記上限カットオフ値を超える期間の間、前記ＡＣ入力の電力の一部を前記発光素子以外の負荷へ供給するよう配置される。

ＡＣ入力からの電力が上限カットオフ値を超える時間の期間において、すなわち、ＡＣ入力が発光素子へ転送されるよりも多い電力を供給する期間において、この追加的に供給される電力は、追加的に供給される電力を単に拒絶するのではなく、他のエネルギ消費要素を駆動し又は動作させるために使用されてよい。

好ましい実施形態において、前記発光素子は、前記ドライバ回路によって独立して電力を供給されるよう配置される複数の発光部材を含み、前記発光素子の前記最大動作電力は、前記複数の発光部材の最大動作電力であり、前記ドライバ回路は、前記ＡＣ入力の電力が加算値以下である期間の間、前記複数の発光部材のサブセットにのみ電力を供給するよう配置される。

発光素子が２以上の別々に給電可能な発光部材を有し、且つ、利用可能な電力が加算値を下回る場合は、この変形例は、発光部材のサブセットのみへの電力供給の制限を提供する。すなわち、発光部材の１以上は電力供給から除外される。しかし、利用可能な電力が加算値を超える場合に、この追加的に利用可能な電力は、残りの発光部材も更に駆動するために使用される。これは、電力供給のピーク部分の間にのみ、完全な発光素子が動作され、一方、そうでない場合は、発光素子の発光部材の１以上は駆動されないことを意味する。よって、これは、ピーク電力を他の負荷へ供給すること（上記参照）以外に、ピーク電力の更なる使用を可能にする。

好ましい実施形態において、前記ドライバ回路は、ＳＥＰＩＣ（single-ended primary-inductor converter）、ブーストコンバータ又は同期インバータを、該コンバータ若しくはインバータの出力又は前記ＡＣ入力の電力が前記発光素子へ転送されるかどうかが制御されるように配置されて含む。特に、記載される要素は、ダイオードに並列に設けられてよい。

そのような回路要素は、本発明との関連で有利に使用されてよいことが見出された。

好ましい実施形態において、前記発光素子は、レーザ発光素子、望ましくはレーザダイオードを含み、最も望ましくは、前記発光素子はＶＣＳＥＬを含む。

特にＶＣＳＥＬに関し、本発明の利益を享受することができる、赤外線放射による加熱のための使用のような幾つかの用途が存在する。

好ましい実施形態において、前記下限カットオフ値及び前記上限カットオフ値は、前記下限カットオフ値での前記発光素子の効率が前記上限カットオフ値での前記発光素子の効率に対応するように設定される。

よって、少なくとも電力の使用の効率は、下限カットオフ値及び上限カットオフ値によってそれ相応に決定されて与えられる。

好ましい実施形態において、前記上限カットオフ値は、前記最高効率電力の値の１．０から３．０倍の間にある。

適切な上限カットオフ値の選択は、特定の実施において使用される発光素子の特性に大いに依存し、それでもなお、前述の範囲は、良好な結果を生じさせると期待される。

好ましい実施形態において、前記下限カットオフ値は、前記最高効率電力の値の０．２から１．０倍の間にある。

適切な下限カットオフ値の選択は、特定の実施において使用される発光素子の特性に大いに依存し、それでもなお、前述の範囲は、良好な結果を生じさせると期待される。

好ましい変形例において、前記下限カットオフ値及び前記上限カットオフ値は、前述の範囲の対応する部分的範囲において設定される。例えば、下限カットオフ値が各自の範囲の下端寄りに設定され、例えば、最大効率電力の値の０．３倍に設定される場合に、上限カットオフ値はまた、相応して、その各自の範囲の下端寄りに設定され、例えば、最大効率電力に（又は最大効率電力の１．１倍に）設定される。代替的に、下限カットオフ値は、例えば、最大効率電力の０．８倍に設定されてよく、一方、上限カットオフ値は、その場合に、例えば、最大効率電力の３．０倍に設定される。

電力効率の考慮に加えて、又はその代替として、最大許容電流及び／又は電圧に関する考慮がまた、特に発光素子及び／又はドライバ回路のサービス時間を鑑みて、上限カットオフ値を設定するのに使用されてよい点が留意されるべきである。

更に、本発明は、厳密に正弦曲線をたどるＡＣ入力を有することに制限されない点が留意されるべきである。特定の実施において、ＡＣ入力を供給する電源は、正弦曲線をたどっておらず、更なる（より高次の）高調波を更に含む。

ＡＣ入力に従う波形が少なくともおおよそ知られている場合は、ドライバ回路動作（及びよって間接的に発光素子）の制御はタイミングに基づいてよい。すなわち、制御は、ＡＣ入力の期間における時間位置に基づく。そのような場合に、ＡＣ入力等からの電力の転送を停止するタイミングは、間接的にのみＡＣ入力からの現在供給されている電力に関係があり、つまり、ＡＣ入力の期間における時間位置に関係がある。

代替的に、又は追加的に、制御はまた、ＡＣ入力からの現在供給されている電力の実際の決定に基づいてよく、制御は、その場合に、そのような測定に基づく。

可能な組み合わせは、多数の期間にわたるＡＣ入力の波形の決定であり、その後に、波形に関する情報は、次いで、タイミングに基づきドライバ回路動作を制御するために使用される。

更に、固体光源が抵抗負荷のようにＡＣ入力に対して振る舞うことは不要である。つまり、電流は厳密に供給電圧に従うことは不要である。

例えば、ＩＥＣ／ＥＮ６１０００−３−２クラスＡに従って接続される２．３ｋＷデバイスのための電力挙動は、許容される高調波を考慮して、一次正弦曲線よりも速く電流が立ち上がり、更により小さい最大値にしか達しないように行われてよい。よって、電流は、相対的により長い時間高いレベルのままであり、第２象限の期間の間により速く下がる。然るに、正弦二乗曲線に従う入力の電力と比較して、実際に使用される電力はピークがより小さく、ピークどうしの間の谷はより狭い。これは、実際の使用される電力が下限カットオフ値を下回る時間期間が正弦曲線に従う場合と比べて短いことを意味する。

ＡＣ入力に対する固体光源の挙動における前述の可能性を考慮することは、ドライバ回路で使用される構成要素に対する制約の更なる縮小を可能にする。

本発明の更なる態様において、固体光源の発光素子を駆動する駆動回路の使用が提供され、前記ドライバ回路は、ＡＣ入力を受けて、ＡＣ周期を有する電力を前記発光素子へ供給するよう配置され、前記発光素子は、最高効率電力及び最大動作電力を有し、前記ドライバ回路は、転送される電力を前記最高効率電力と最大動作電力との間にある上限カットオフ値に制限しながら、前記ＡＣ入力からの電力を前記発光素子へ転送するよう配置され、それにより、当該固体光源が発光の間、前記ＡＣ周期の一部の間前記ドライバ回路によって直接転送される前記ＡＣ入力を直接供給され得るようにする。前記発光素子は、最小動作電力を更に有し、前記ドライバ回路は、前記上限カットオフ値を超える前記ＡＣ入力からの電力を蓄え、蓄えられた電力を、前記ＡＣ入力からの電力が下限カットオフ値以下である期間の間、前記ＡＣ入力からの前記転送される電力に加えて前記発光素子へ供給するよう配置される。

本発明の更なる態様において、固体光源の発光素子を駆動する方法が提供され、前記発光素子は、最高効率電力、最大動作電力及び最小動作電力を有し、当該方法は、ＡＣ入力を受けて、ＡＣ周期を有する電力を前記発光素子へ供給するステップと、転送される電力を前記最高効率電力と最大動作電力との間にある上限カットオフ値に制限しながら、前記ＡＣ入力からの電力を前記発光素子へ転送し、それにより、当該固体光源が発光の間、前記ＡＣ周期の一部の間前記ドライバ回路によって直接転送される前記ＡＣ入力を直接供給され得るようにするステップと、前記上限カットオフ値を超える前記ＡＣ入力からの電力を蓄えるステップと、蓄えられた電力を、前記ＡＣ入力からの電力が下限カットオフ値以下である期間の間、前記ＡＣ入力からの前記転送される電力に加えて前記発光素子へ供給するステップとを有する。

本発明の更なる態様において、固体光源の発光素子を駆動するコンピュータプログラムが提供され、当該コンピュータプログラムは、当該コンピュータプログラムが前記固体光源を制御するコンピュータで実行される場合に前述の方法が実行されるようにするプログラムコード手段を有する。

請求項１に記載の固体光源、請求項１２に記載のドライバ回路の使用、請求項１３に記載の発光素子の駆動方法、及び対応するコンピュータプログラムは、特に、従属請求項において定義されるような、類似する及び／又は同じ好ましい実施形態を有する点が理解されるべきである。

本発明の好ましい実施形態はまた、夫々の独立請求項との従属請求項又は前述の実施形態の如何なる組み合わせであることもできる点が理解されるべきである。

本発明のそれら及び他の態様は、以降で記載される実施形態から明らかであり、それらを参照して説明されるであろう。

従来のドライバ回路の例を示す。 本発明に従うドライバ回路の第１の実例となる実施形態を示す。 本発明に従うドライバ回路の第２の実例となる実施形態を示す。 本発明に従うドライバ回路の第３の実例となる実施形態を示す。 本発明に従うドライバ回路の第４の実例となる実施形態を示す。 本発明に従うドライバ回路の第５の実例となる実施形態を示す。 本発明に従うドライバ回路の第６の実例となる実施形態を示す。 発光素子へ供給される電圧、光出力及び効率の関係の例を表す。 ＡＣ入力電圧、ＡＣ入力電力、転送電力及びバッファ電圧の関係の例を表す。 本発明に従う固体光源の実施形態の略図を示す。 本発明に従う方法の実施形態を表す略フロー図を示す。

図１は、従来のドライバ回路の例を示す。ドライバ回路は、４つのダイオードを有するダイオードブリッジ１を入力側（左）に有し、ダイオードブリッジ１にはブーストコンバータ２が接続されており、ブーストコンバータ２は、そのキャパシタ４を適切な電圧に充電するよう制御ユニット３によって制御される。更に、スイッチ６を有する第２の段５が設けられている。スイッチ６はやはり制御ユニット３によって制御され、右側に出力部が設けられている。当業者は、そのような従来のドライバ回路の原理設計及び動作によく精通しており、そのため、その更なる議論はここでは省略されてよい。

図示される回路の下記の議論において、入力側は常に左に設けられ、一方、出力は左に設けられる。このような図示の仕方は限定として理解されるべきではない。

図２は、本発明に従うドライバ回路２００の第１の実施形態を示す。図１のドライバ回路と同様に、ドライバ回路２００はダイオードブリッジ２０１を有する。ダイオードブリッジ２０１へ接続されて、ドライバ回路２００は、直列なダイオード２１６を伴うＳＥＰＩＣ２０２と、ＳＥＰＩＣ２０２及びダイオード２１６に並列に設けられたダイオード２０７を更に有する。ＳＥＰＩＣ２０２は制御ユニット２０３によって制御される。ＳＥＰＩＣ２０２及びダイオード２０７の出力部へ結合されて、ドライバ回路２００の第２の段２０５が存在し、主として発光素子（図示せず。）のデカップリングのために設けられている。第２の段２０５は、図１に示されている従来のドライバ回路の第２の段５に対応する。よって、第２の段２０５については、ここではこれ以上論じられない。

ＳＥＰＩＣ２０２は、共通コアを有する２つのインダクタ２１１，２１２と、スイッチ２１３と、キャパシタ２１４と、ダイオード２１５とを有し、これらはバッファキャパシタ２０４へ給電し、キャパシタ２０４での電圧レベルは、図１のキャパシタ４の電圧レベルと比較して低い。

ダイオード２０７を通じて、入力からの電力は、出力側にある発光素子（図示せず。）へ接続されている第２の段２０５へ直接供給される。

制御は、バッファキャパシタ２０４での電圧レベルの適切な設定とともにダイオード２０７及び２１６によって実行される。バッファキャパシタ２０４の電圧レベルは、ＡＣ入力電力が下限カットオフ値に達する時点（後述される図９における時間ｔ４を参照。）で整流ＡＣ入力電圧と等しくなるようなレベルへと制御される。

図９は、図２の例についてＡＣ入力電圧、ＡＣ入力電力、転送電力及びバッファ電圧の関係の例を表す。ｔ１から開始して、入力電力は第２の段２０５へ直接供給される（よって、結果として、転送電力として発光素子へ供給される）。ＡＣ入力電力は短鎖線によって示され、発光素子へ供給される電力は一点鎖線によって示される。バッファキャパシタ２０４での充電（実線によって示される。）は一定である。ｔ２で、ＡＣ入力は、より高い（すなわち、上限カットオフ値９０１を超える）電力を割り当てられ、第２の段は、出力される電力を上限カットオフ値９０１に保つよう制御される。上限カットオフ値を超えるＡＣ入力は、バッファキャパシタ２０４を充電するのに使用される。ｔ３で、第１の段（すなわち、ＳＥＰＩＣ２０２）は停止され、再び、ＡＣ入力によって供給される全電力が発光素子に回される。ｔ４で、ＡＣ入力は下限カットオフ値９０２を下回り（すなわち、最小限の有用な出力のためにもはや十分でないと考えられる。）、ＳＥＰＩＣ２０２の出力側にあるダイオード２１６は、前に蓄えられたエネルギを供給するようバッファキャパシタ２０４を第２の段２０５へ接続し、一方、ＳＥＰＩＣ２０２は、所望の入力電流形状を維持するために、利用可能な電力をバッファに注ぎ込むよう制御される。ｔ５で、ＡＣ入力は下限カットオフ値９０２に達し、ダイオード２０７を介してＡＣ入力は第２の段へ供給される（一方、ダイオード２１６は再び非導通状態となる。）。供給されるＡＣ電圧の第２の半サイクル（長鎖線によって示される。）は第１の半サイクルに対応し、時間ｔ５、ｔ６、ｔ７及びｔ８での制御は夫々、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３及びｔ４での制御に対応する。斜線領域によって表されるエネルギ（すなわち、転送電力の制限の間の超過電力）は、ＡＣ入力電力が下限カットオフ値９０２を超えない期間の間、発光素子へ供給される（図９において矢印によって表される。）。

ＡＣ入力電圧、ＡＣ入力電力、転送電力及びバッファ電圧の間のレベル関係は実寸でなく、例示のためにのみ提供される点が留意されるべきである。

図３は、本発明に従うドライバ回路３００の第２の実例となる実施形態を示す。ドライバ回路３００は、第１の段（ダイオードブリッジ３０１、ＳＥＰＩＣ３０２及びダイオード３０７，３１６を含む）と、第２の段３０５とを有する。ドライバ回路３００の第１の段は、前述のドライバ回路２００の第１の段に対応する。電源からのデカップリングの必要性がない場合は、第２の段３０５はよりずっと簡単に設けられてよい。そうでない場合は、制御は、前述のドライバ回路２００の制御に対応する。

図４は、本発明に従うドライバ回路４００の第３の実例となる実施形態を示す。ドライバ回路４００は、図２のドライバ回路２００と類似する（同じくデカップリング用の第２の段４０５を有する。）が、図２のＳＥＰＩＣ２０２がブーストコンバータ４０２によって置換されている。ドライバ回路４００はダイオードブリッジ４０１を有し、図２の場合と同様に、ダイオード４０７及び４１６が設けられている。ブーストコンバータ４０２は、インダクタ４１１、ダイオード４１４及びスイッチ４１３を有し、バッファキャパシタ４０４へ出力する。ドライバ回路４００の動作において、ダイオード４１４が導通状態にならないようにするために、バッファキャパシタ４０４での電圧はＡＣ入力の電圧よりも高くなければならない。バッファキャパシタ４０４からの電圧が第２の段４０５へ供給されるのを停止するために、更なるスイッチ４１７が更に設けられている。

図９のタイミングを参照すると、ｔ１からｔ２の間、スイッチ４１３及び４１７は開放され、スイッチ４０６は整流ＡＣ入力に直接作用する。ｔ２からｔ３の間、スイッチ４０６はそれらの動作を続け、制御ユニット４０３は転送電力の制限を引き起こす。スイッチ４１３は、バッファキャパシタ４０４で電力を蓄えるよう制御される（図９における斜線領域を参照。）。ｔ３からｔ４の間、スイッチ４１３及び４１７は開放され、スイッチ４０６は再び整流ＡＣ入力に直接作用する。ｔ４からｔ５の間、スイッチ４１７は閉じられ、スイッチ４０６は、むしろ高電圧にもかかわらず小さい電力しか転送されないように制御され、スイッチ４１３は、ＡＣ入力から電力を受け取るよう制御される。

ダイオード４１６は除かれてよいことが知られる。

図５は、本発明に従うドライバ回路５００の第４の実例となる実施形態を示す。ドライバ回路５００は、図３に表されているドライバ回路３００（簡略化された第２の段５０５）及び図４のドライバ回路４００（バッファキャパシタ５０４へ結合されている、インダクタ５１１、スイッチ５１３及びダイオード５１４を含むブーストコンバータ５０２の使用）の概念を含む。図４で設けられていた追加のスイッチ４１７の代わりに、ドライバ回路５００では、２つのバックスイッチ（buck switch）５１８，５１９が設けられている。図９のタイミングを参照すると、ｔ１からｔ４の間、第２の段（バックコンバータ）５０５は、スイッチングするスイッチ５１９を有して動作し、一方、スイッチ５１８は開放されている。ｔ４からｔ５の間、スイッチ５１８はスイッチングし、一方、スイッチ５１９は開放されている。スイッチ５１８，５１９のスイッチングは、当業者によって認識されるであろうように、高周波数による制御様態において提供される。

図６は、本発明に従うドライバ回路６００の第５の実例となる実施形態を示す。ドライバ回路６００は、図５のドライバ回路５００と同様のアプローチに従い（やはり、ブーストコンバータ６０２に並列に設けられたダイオード６０７とともに、バッファキャパシタ６０４へ給電するダイオードブリッジ６０１及びブーストコンバータ６０２を有する。）、デカップリング用の第２の段６０５のハーフブリッジの上側スイッチ６０６’は、対応するスイッチ６１８よって補完される。再び図９のタイミングを参照すると、ｔ１からｔ４の間、ハーフブリッジは、スイッチングするスイッチ６０６及び６０６’を有して動作し、一方、スイッチ６１８は開放されている。ｔ４からｔ５の間、スイッチ６０６及び６１８はスイッチングし、一方、スイッチ６０６’は開放されている。

図７は、本発明に従うドライバ回路７００の第６の実例となる実施形態を示す。ドライバ回路７００は、前述のドライバ回路と同様に、ダイオードブリッジ７０１と、ダイオードブリッジ７０１によって給電される第２の段７０５とを有する。前述の実例となる実施形態とは異なって、ドライバ回路７００は、発光素子への出力側へ（すなわち、第２の段を介して）結合されないブーストコンバータ７０２を有する。ブーストコンバータ７０２は、別の負荷（図示せず。）への追加出力を含み、ブーストコンバータ７０２へ接続されているバッファキャパシタ７０４に蓄えられている電圧（すなわち、エネルギ）を供給する。

発光素子に加えて、発光素子へ転送されないＡＣ入力からの電力を供給され得る更なる負荷が存在する可能な実施がある。全ての受け取られた電力を発光素子へ転送せずにＩＥＣのような要件（例えば、高調波）に従うことは、転送されない電力が他の負荷へ供給される場合に可能となる。ドライバ回路７００の場合に、上限カットオフ値を超える電力は他の負荷（図示せず。）へ供給され、ＡＣ入力が下限カットオフ値を超えない間にも、ＡＣ入力電力は他の負荷（図示せず。）へ供給される。この時間の間、発光素子は如何なる電力も供給されない。

図８は、発光素子へ供給される電圧、光出力及び効率の関係の例を表す。図８のダイアグラムの横座標は、発光素子の一例としてのＶＣＳＥＬへ供給される電力を参照する（単位ワット）。電圧は、破線によって示され、完全のためにのみ与えられている。発光素子の光出力（電力）は、一点鎖線によって示される。効率は、点線によって示される。ＶＣＳＥＬは９０Ｗ入力電力の周りでその最も良い効率を有することが分かる。このとき、例えば、５０Ｗから１５０Ｗの範囲もＶＣＳＥＬを動作させる許容範囲にあり、一方、４５Ｗを下回る動作及び１６０Ｗを上回る動作は好ましくないように思われることが、発明者によって認識される。従来技術と比較して、５０Ｗから１５０Ｗの間で変動する電力によるＶＣＳＥＬの動作について、ドライバ回路の第１の段のサイズは４分の１に低減され得ることが分かった。

図１０は、本発明に従う固体光源の実施形態の略図を表す。図１０に示される固体光源は、例えば、図２乃至７に関連して論じられたような、制御ユニット１０３及び更なる回路素子を含むドライバ回路１００を有する。固体光源は、別々に電力を供給され得る複数の発光部材１６０を有する発光素子１５０を更に有する。ドライバ回路１００は、本発明に従って、ＡＣ入力から電力を受けて、電力を発光素子１５０へ供給する。

図１１は、本発明に従う方法の実施形態を表す略フロー図を示す。方法は、ＡＣ入力を受けて、電力を発光素子へ供給するステップ（ステップ８）と、転送される電力を前記最高効率電力と最大動作電力との間にある上限カットオフ値に制限しながら、ＡＣ入力からの電力を発光素子へ転送するステップ（ステップ９）とを有する。

開示されている実施形態に対する他の変形例は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求される発明を実施する際に当業者によって理解され達成され得る。

ここで論じられている回路図において、ダイオードは、たとえ実際の実施がダイオードを用いてより容易に実現され得るとしても、適切に制御されるスイッチによって置換されてよい点が留意されるべきである。

最大動作電力、最高効率電力及び最小動作電力の実際の値と、更に、然るに、下限及び上限カットオフ値並びに減少値及び加算値とは、必ずしも、所与の実施のために一定ではない点が留意されるべきである。周囲温度のような動作の詳細及び条件はまた、固体光源の特性に影響を与えることがある。これは、本発明に従って設定される値の適応において反映されてよい。

先に説明及び議論された実施形態において、４つのダイオード（ダイオードブリッジ）を用いるブリッジ整流器の形で全波整流器が設けられている。整流はまた、当業者がやはり精通している他の回路素子を用いて設けられてよい点が留意されるべきである。

特許請求の範囲において、語「有する」は他の要素又はステップを除外せず、単称は複数個を除外しない。

値が下限と上限との間にあるとの指示は、その値が、下限及び上限の値を含む所与の範囲内のいずれかの値を有し得ると理解されるべきである。

単一のユニット又は装置は、特許請求の範囲に挙げられている幾つかの事項の機能を満たしてよい。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単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。

スイッチング、電力値の計算、電力値の比較、並びに発光素子及び／又はドライバ回路の要素の制御若しくは選択は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用のハードウェアとして実施され得る。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又はその部分として供給される光記憶媒体又は固体状態媒体のような適切な媒体において記憶／分配されてよいが、他の形態において、例えば、インターネット又は他の有線若しくは無線の電気通信システムを介して、分配されてもよい。

Claims (13)

1. ドライバ回路及び発光素子を備える固体光源であって、
   前記ドライバ回路は、ＡＣ入力を受けて、ＡＣ周期で電力を前記発光素子へ供給するよう構成され、
   前記発光素子は、最高効率電力及び最大動作電力を有し、
   前記ドライバ回路は、前記発光素子へ供給される電力を前記最高効率電力と最大動作電力との間にある上限カットオフ値に制限しながら、前記ＡＣ入力からの電力を前記発光素子へ供給するよう構成され、それにより、前記発光素子が発光の間、前記ＡＣ周期の一部の間前記ドライバ回路によって前記ＡＣ入力を供給され得るようにし、
   前記発光素子は、最小動作電力を更に有し、
   前記ドライバ回路は、前記上限カットオフ値を超える前記ＡＣ入力からの電力を蓄え、蓄えられた電力を、前記ＡＣ入力からの電力が下限カットオフ値以下である期間の間、前記ＡＣ入力からの電力に加えて前記発光素子へ供給するよう構成される、
   固体光源。
2. 前記ドライバ回路は、前記供給される電力が前記下限カットオフ値以上である場合にのみ、前記ＡＣ入力からの電力を前記発光素子へ供給するよう構成される、
   請求項１に記載の固体光源。
3. 前記下限カットオフ値は、前記最小動作電力と前記最高効率電力との間にある、
   請求項１又は２に記載の固体光源。
4. 前記発光素子は、前記ドライバ回路によって独立して電力を供給されるよう構成される複数の発光部材を含み、前記発光素子の前記最小動作電力は、前記複数の発光部材のうちの１つ又はサブセットの最小動作電力である、
   請求項１又は２に記載の固体光源。
5. 前記ドライバ回路は、前記ＡＣ入力からの電力が前記下限カットオフ値未満である場合に、前記ＡＣ入力からの電力を前記発光素子以外の負荷へ供給するよう構成される、
   請求項２に記載の固体光源。
6. 前記ドライバ回路は、前記上限カットオフ値を超える前記ＡＣ入力の電力を蓄えるキャパシタを含む、
   請求項１に記載の固体光源。
7. 前記ドライバ回路は、前記ＡＣ入力が前記上限カットオフ値を超える期間の間、前記ＡＣ入力の電力の一部を前記発光素子以外の負荷へ供給するよう構成される、
   請求項１に記載の固体光源。
8. 前記発光素子は、前記ドライバ回路によって独立して電力を供給されるよう構成される複数の発光部材を含み、前記発光素子の前記最大動作電力は、前記複数の発光部材の最大動作電力である、
   請求項１に記載の固体光源。
9. 前記ドライバ回路は、コンバータ若しくはインバータの出力及び／又は前記ＡＣ入力からの電力が前記発光素子へ供給されるかどうかが制御可能であるように構成される、ＳＥＰＩＣ、ブーストコンバータ又は同期インバータを含む、
   請求項１に記載の固体光源。
10. 前記発光素子は、レーザ発光素子を含む、
    請求項１に記載の固体光源。
11. 前記下限カットオフ値及び前記上限カットオフ値は、前記下限カットオフ値での前記発光素子の効率が前記上限カットオフ値での前記発光素子の効率に対応するように設定される、
    請求項１に記載の固体光源。
12. 固体光源の発光素子を駆動するドライバ回路の使用であって、
    当該ドライバ回路は、ＡＣ入力を受けて、ＡＣ周期で電力を前記発光素子へ供給するよう構成され、
    前記発光素子は、最高効率電力及び最大動作電力を有し、
    当該ドライバ回路は、前記発光素子へ供給される電力を前記最高効率電力と最大動作電力との間にある上限カットオフ値に制限しながら、前記ＡＣ入力からの電力を前記発光素子へ供給するよう構成され、それにより、前記発光素子が発光の間、前記ＡＣ周期の一部の間当該ドライバ回路によって前記ＡＣ入力を供給され得るようにし、
    前記発光素子は、最小動作電力を更に有し、
    当該ドライバ回路は、前記上限カットオフ値を超える前記ＡＣ入力からの電力を蓄え、蓄えられた電力を、前記ＡＣ入力からの電力が下限カットオフ値以下である期間の間、前記ＡＣ入力からの電力に加えて前記発光素子へ供給するよう構成される、
    当該ドライバ回路の使用。
13. 固体光源の発光素子を駆動する方法であって、前記発光素子は、最高効率電力、最大動作電力及び最小動作電力を有し、
    当該方法は、
    ＡＣ入力を受けて、ＡＣ周期で電力を前記発光素子へ供給するステップと、
    前記発光素子へ供給される電力を前記最高効率電力と最大動作電力との間にある上限カットオフ値に制限しながら、前記ＡＣ入力からの電力を前記発光素子へ供給し、それにより、当該発光素子が発光の間、前記ＡＣ周期の一部の間ドライバ回路によって前記ＡＣ入力を供給され得るようにするステップと、
    前記上限カットオフ値を超える前記ＡＣ入力からの電力を蓄えるステップと、
    蓄えられた電力を、前記ＡＣ入力からの電力が下限カットオフ値以下である期間の間、前記ＡＣ入力からの電力に加えて前記発光素子へ供給するステップと
    を有する、方法。

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