JP6203722B2 - 位相カット調光器を具備する半導体光源の適合性を改善するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、固体光源の制御を対象とする。より具体的には、ここで開示される様々な本発明の装置は、調光可能な固体光源の位相カット調光器との適合性の改善に関する。本発明は、占有センサを具備する回路、又は、常夜灯を有するスイッチなどのランプ及び制御を含む他の回路、即ち、ランプのオフ状態の間、適切な待機動作のために電流経路を必要とする任意の回路においても用いられ得る。

ディジタル照明技術、即ち、発光ダイオード（ＬＥＤ：light-emitting diode）などの半導体光源に基づく照明は、伝統的な蛍光灯、ＨＩＤ、及び、白熱灯に対する実行可能な代案を提示する。ＬＥＤの機能的利点及び有益性は、高いエネルギー変換、光効率、耐久性、低い運用コスト、及び、その他多くを含む。ＬＥＤ技術における近年の進歩は、多くのアプリケーションにおける照明効果の多様性を可能にする効率的且つロバストなフルスペクトルの光源を提供している。これらの光源を実現する幾つかの治具は、例えば、赤、緑、青などの異なる色を生成可能な１又は複数のＬＥＤと、様々な色及び色の異なる照明効果を生成するために、ＬＥＤの出力を独立制御するためのプロセッサとを含む照明モジュールを特徴としている。

近年、調光回路の一部であり得る固体光源装置を含む、ＬＥＤランプなどのレトロフィット固体光源装置が、市場に多数参入してきている。例えば、調光可能なスクリューベースのＬＥＤランプは、スクリューベースの白熱電球用に設計されたランプソケットへねじ込むように構成され、また、ピンベースのＬＥＤランプは、ピンベースの白熱電球及び／又は蛍光灯用に設計されたピンソケットへ差し込むように構成され得る。

調光器は、通常、負荷と直列接続され（２線接続）、負荷を通る電流の導通に関する適切な動作に依存する。従来の白熱ランプの場合、負荷は、レジスタのように振る舞うが、電子負荷（省エネルギーＬＥＤランプ）の場合、負荷特性は、（メインサイクル間の）振幅及び時間で顕著に異なる。簡単化のために、ここでは、（位相カット）調光器のみが言及されるが、高度な制御の有無に関わらない電子スイッチ（光センサ、存在検出器、タイマ回路、遠隔制御など）についても同じことが言える。

レトロフィットＬＥＤランプは、しばしば、既存の調光器と適合せず、結果、ＬＥＤランプのフリッカ及び／又は点滅、あるいは、全く光出力がないことにつながる。フリッカは、調光回路上のＬＥＤランプの数だけでなく、ＬＥＤランプと調光器との組み合わせに依存して、特定の調光位相角度において、又は、調光位相角度の広範囲に亘って発生し得る。例えば、幾つかの調光器は、調光器あたりのＬＥＤランプの数が小さい場合には正常に機能するが、ＬＥＤランプの数が増加するにつれ、フリッカが発生し始める。また、調光回路に給電するために、ＬＥＤランプを通る連続した小さい電流の流れを必要とする調光器の場合、特に、性能が不十分となる。とりわけ、フリッカは、調光回路におけるＬＥＤランプに、少なくとも１つの白熱ランプを含むことによって、減少され得る。しかしながら、白熱ランプを含むことは、高効率及び長寿命のＬＥＤランプに支障を来し、将来、白熱ランプのりよう可能性は限定され得る。また、白熱ランプを含むことは、調光回路が単一のランプからなる場合には、選択肢とならない。

従って、当該技術分野においては、フリッカを減少又は除去する、及び／又は、調光のタイプ、調光位相角度、及び／又は、調光回路に含まれる固体光源の数に関わらず、光源と調光回路との間などの、低電力光源と制御回路との間の適合性を改善する、調光回路におけるレトロフィット固体光源に付加され得る回路に対する要求がある。

本開示は、固体光源に並列接続されるアダプタ回路を用いて、調光回路における固体光源のフリッカを抑制するための本発明の装置を対象としている。

一般的に、ある態様では、本発明は、フリッカを抑制するための、及び／又は、少なくとも１つの固体光源を含み、例えば、調光回路、占有センサ回路、又は、常夜灯を持つスイッチ回路などの制御回路に動作可能に接続されたランプの適合性を改善するための装置を対象としている。当該装置は、固体光源を、白熱光源を受けるように構成されたランプソケットに接続可能とするコネクタと、固体光源がコネクタを介してソケットに接続される場合に、少なくとも１つの固体光源と並列接続されたアダプタ回路とを含む。

他の態様では、本発明は、フリッカを抑制するための、及び／又は、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照明ユニットにおける適合性を改善するための、拡張ベース、拡張ソケット、及び、アダプタ回路を含む拡張装置に関する。拡張ベースは、例えば、調光器、などの制御回路に接続される、白熱照明ユニットを受けるように構成されたランプソケットに挿入されるように構成されている。拡張ソケットは、少なくとも１つのＬＥＤを含む照明ユニットを受けるように構成されている。アダプタ回路は、拡張ベースと拡張ソケットとの間に配置され、照明ユニットが拡張ソケットに挿入された場合に、アダプタ回路が調光器によって発せられる少なくとも１つのＬＥＤのフリッカを抑制するように、少なくとも１つのＬＥＤと電気的に並列接続されるように構成されている。当該回路は、ランプとスクリューベースソケットとの間に挿入可能なモジュールに実装されてもよい。

また、他の態様では、本発明は、ドライバ、固体照明モジュール、フリッカ抑制／適合性向上回路及びコネクタを含むレトロフィット固体光源装置に関する。ドライバは、調光器からの調光されたメイン電圧を受けるとともに、調光されたメイン電圧の調光レベルに基づいて駆動電流を出力するように構成されている。固体照明モジュールは、少なくとも１つの固体光源を含み、ドライバからの駆動電流を受けるように構成されている。フリッカ抑制回路は、少なくとも１つの固体光源のフリッカを抑制するための、及び／又は、少なくとも１つの固体光源の調光器又は他のコントローラとの適合性を改善するための固体照明モジュールと並列接続されている。コネクタは、固体光源を、白熱照明ユニットを受けるように構成されたソケットと接続するように構成されている。

ここで、本開示の目的のために使用されるように、「ＬＥＤ」なる用語は、任意のエレクトロルミネセントダイオード、又は、電気信号に応じて放射を生成可能な他のタイプのキャリアインジェクション／インジェクションベースのシステムを含むものと理解されるべきである。従って、ＬＥＤなる用語は、電流に応じて光を発する様々な半導体ベース構造、発光ポリマー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：organic light emitting diode）、エレクトロルミネセントストリップなどを含むが、これらに限定されない。特に、ＬＥＤなる用語は、１又は複数の赤外線スペクトル、紫外線スペクトル、及び、（一般的に、約４００ナノメートルから約７００ナノメートルの放射波長を含む）可視スペクトルの様々な部分における放射を生成するように構成され得る（半導体発光ダイオード及び有機発光ダイオードを含む）全てのタイプの発光ダイオードに関する。ＬＥＤの幾つかの例は、様々なタイプの赤外線ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、アンバー色ＬＥＤ、オレンジ色ＬＥＤ、及び、（以下、詳述される）白色ＬＥＤを含むが、これらに限定されない。また、ＬＥＤは、（例えば、狭帯域、広帯域の）所与のスペクトルに対し、様々な帯域幅（例えば、半値全幅又はＦＷＨＭ）を有する放射、及び、所与の一般色分類の範囲内での様々な主波長を生成するように構成及び／又は制御され得ることを認識すべきである。

例えば、実質的に白色光を生成するように構成されたＬＥＤの一実施例（例えば、白色ＬＥＤ）は、組み合わされて混合されて実質的に白色光を形成する異なるスペクトルのエレクトロルミネセンスをそれぞれ発する複数のダイを含んでいてもよい。他の実施例では、白色光ＬＥＤは、第１のスペクトルを持つエレクトロルミネセンスを異なる第２のスペクトルに変換する蛍光体材料と関連付けられてもよい。本実施例の一例では、比較的短い波長及び狭帯域スペクトルを有するエレクトロルミネセンスが、蛍光体材料を「励起」し、結果、幾分広いスペクトルを持つより長波長の放射が発せられる。

また、ＬＥＤなる用語は、ＬＥＤの物理的及び／又は電気的なパッケージタイプを限定しないものと理解されるべきである。例えば、上述のように、ＬＥＤは、異なるスペクトルの放射をそれぞれ発するように構成された複数のダイを持つ単一の発光装置に関するものであってもよい（例えば、ダイは、個別に制御可能であってもよいし、個別に制御可能でなくてもよい）。また、ＬＥＤは、ＬＥＤ（例えば、幾つかのタイプの白色ＬＥＤ）の一体部分としてみなされる蛍光体と関連付けられていてもよい。一般的に、ＬＥＤなる用語は、パッケージ化されたＬＥＤ、パッケージ化されていないＬＥＤ、表面実装ＬＥＤ、チップオンボードＬＥＤ、Ｔパッケージ実装ＬＥＤ、放射パッケージＬＥＤ、パワーパッケージＬＥＤ、幾つかのタイプの箱及び／又は光学素子（例えば、拡散レンズ）を含むＬＥＤなどに関していてもよい。

「光源」なる用語は、（１又は複数の上記ＬＥＤを含む）ＬＥＤベースの光源、白熱光源（例えば、フィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光源、リン光源、高輝度放電光源（例えば、ナトリウム灯、水銀灯、メタルハライドランプ）、レーザ、他のタイプのエレクトロルミネセント源、熱ルミネセント源（例えば、炎）、ろうそくルミネセント源（例えば、ガスマントル、炭素アーク放射源）、光ルミネセント源（例えば、ガス放電源）、電子飽和を用いたカソードルミネセント源、ガルバノルミネセント源、結晶ルミネセント源、キネルミネセント源、熱ルミネセント源、摩擦ルミネセント源、音響ルミネセント源、ラジオルミネセント源、及び、発光ポリマーを含むが、これらに限定されない、任意の１又は複数の様々な放射源に関するものと理解されるべきである。

「コントローラ」なる用語は、ここでは、一般的に、１又は複数の光源の動作に関する様々な装置を説明するために用いられる。コントローラは、ここで議論される様々な機能を実行するために、多くの態様において（専用のハードウェアとともに）実装されることができる。「プロセッサ」は、ここで議論される様々な機能を実行するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用いてプログラムされ得る１又は複数のマイクロプロセッサを用いるコントローラの一例である。コントローラは、プロセッサを用いるか否かに関わらず、実装され、また、幾つかの機能を実行するために、及び、プロセッサ（例えば、１又は複数のプログラムされたマイクロプロセッサ及び関連回路）に他の機能を実行させるために、専用のハードウェアの組み合わせとして実装されてもよい。本開示の様々な実施形態を使用し得るコントローラコンポーネントの例は、従来のマイクロプロセッサ、アプリケーション特有集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）を含むが、これらに限定されない。

様々な実施形態において、プロセッサ又はコントローラは、１又は複数のストレージ媒体（ここでは一般に「メモリ」と称され、例えば、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、及び、ＥＥＰＲＯＭなどの揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリ、フロッピーディスク、コンパクトディスク、光学ディスク、磁気テープなど）と関連付けられていてもよい。幾つかの実施形態では、ストレージ媒体は、１又は複数のプロセッサ及び／又はコントローラ上で実行された場合に、ここで議論される少なくとも幾つかの機能を実行する１又は複数のプログラムで符号化されていてもよい。様々なストレージ媒体は、プロセッサ又はコントローラの内部に固定されていてもよく、又は、記録された１又は複数のプログラムが、ここで議論される本発明の様々な態様を実施できるように、プロセッサ又はコントローラの中に読み込まれることができるように、移送可能であってもよい。ここでは、「プログラム」又は「コンピュータプログラム」なる用語は、１又は複数のプロセッサ又はコントローラをプログラムするために用いられ得る任意のタイプのコンピュータコード（例えば、ソフトウェア又はマイクロコード）について言及する包括的な意味で用いられる。

（相互に矛盾しない）上記の概念及び以下でより詳細に議論される追加的な概念の全ての組み合わせが、ここで開示される本発明の一部として検討されることが認識されるべきである。特に、添付の請求項に記載の全ての組み合わせが、ここで開示される本発明の一部として検討される。また、参照により組み込まれる任意の開示において表れもする、ここで明確に用いられる専門用語は、ここで開示される特定の概念と最も一致する意味とされることが認識されるべきである。

図面において、類似の参照符号は、一般的に、異なる図面を通じて、同じ部分について言及している。また、図面は、縮尺通りである必要はなく、本発明の原理を図示する上で、強調されていることがある。
図１Ａ及び図１Ｂは、代表的な実施形態に従ったフリッカ抑制／適合性向上回路（ここでは「アダプタ回路」とも称される）を含む、調光可能照明システムを示している簡略化されたブロック図である。 図２は、第１の代表的な実施形態に従ったアダプタ回路を示している簡略化された回路図である。 図３は、「猫耳ブリーダ」として称される、第２の代表的な実施形態に従ったアダプタ回路を示している簡略化された回路図である。 図４は、どのようにして、猫耳ブリーダが、スクリューベースソケットにおいて簡単な設置で実装されるのかを示す概略図である。 図５は、動作中に猫耳ブリーダによって引き込まれる電流の代表的な例を示している。 図６は、猫耳ブリーダが電流を導通している図５の領域の拡大図を示している。 図７は、他の代表的な実施形態に従ったアダプタ回路の斜視図である。 図８は、代表的な実施形態に従ったアダプタ回路及びＬＥＤランプの斜視図である。 図９は、代表的な実施形態に従った、アダプタ回路の有無に応じてＬＥＤランプを通じた電圧及び電流出力を示している。 図１０は、アダプタ回路を具備しないＬＥＤランプを通じた電圧及び電流出力を示している。 図１１は、代表的な実施形態に従った、アダプタ回路を具備するＬＥＤランプを通じた電圧及び電流出力を示している。 図１２Ａ及び図１２Ｂは、他の代表的な実施形態に従ったアダプタ回路を示す回路図を示している。

以下の詳細な説明では、限定ではなく説明のため、特定の詳細を開示している代表的な実施形態が、本発明の教示の深い理解を供給するために、説明されている。しかしながら、ここで開示される特定の詳細から逸脱するが、添付の請求項の範囲内である本発明の教示に従った他の実施形態が、本開示の利点を有することは、当該技術分野における当業者にとって明らかであろう。さらに、よく知られている装置及び方法の説明は、代表的な実施形態の説明を阻害しないように、省略され得る。かかる方法及び装置は、明確に、本教示の範囲内である。

出願人は、例えば、調光回路又は他の種類の制御回路に含まれる場合に、フリッカを抑制可能且つＬＥＤ又は他の固体光源の適合性を改善可能な回路を供給することが有益であることに気付き、認識した。

従って、様々な実施形態によれば、フリッカ抑制／適合性向上回路（「アダプタ回路」とも称される）は、１又は複数の固体光源と並列に抵抗又は他の回路を含む。当該回路は、調光回路における１又は複数の固体光源とともに、白熱光源を含む効果を模する。当該回路は、例えば、抵抗を、任意のスクリューベース又はピンベースのランプソケットにそれぞれ配置可能とする単純なスクリューベース又はピンベースの拡張装置に含まれていてもよい。拡張装置は、ランプとスクリューベースとの間に挿入されるスクリューベース内にフィットする薄いディスクの形であってもよい。同様に、拡張期は、固体光源を含むランプを受けるためのスクリューベース又はピンベースのソケットを含んでいてもよい。あるいは、上記回路は、ランプ又は調光器自体に含まれていてもよい。回路上により多数のＬＥＤがある場合、フリッカを低減又は抑制し、コントローラとの適合性を改善するために、必要であれば、追加的な回路が供給されてもよい。

図１Ａ及び図１Ｂは、代表的な実施形態に従った、アダプタ回路を含む調光可能照明システムを示すブロック図である。図１Ａ及び図１Ｂは、調光されたＡＣメイン電圧を照明ユニット１６０に供給するため、電源１０１と照明ユニット１６０との間に接続された調光器１１０をそれぞれ含む、調光可能照明システム１００Ａ及び１００Ｂをそれぞれ図示している。図１Ａ及び図１Ｂは、図１Ａにおける調光可能照明システム１００Ａが、ニュートラル接続を具備しない調光器１１０を含むとともに、図１Ｂにおける調光可能照明システム１００Ｂが、ニュートラル接続を具備する調光器１１０を含む点を除いて、実質的に同じである。

各調光可能照明システム１００Ａ及び１００Ｂは、以下議論される、調光器１１０に続いて照明ユニット１６０と並列接続されたアダプタ回路１２０を含む。様々な実施形態において、照明ユニット１６０は、白熱電球用に設計された従来のランプソケットとともに用いられるＬＥＤランプレトロフィットであってもよい。例えば、図示された実施形態では、照明ユニット１６０は、ＬＥＤ１５１〜１５４によって示されるように、互いに直列接続された複数のＬＥＤを有するＬＥＤ照明モジュール１５０を含む。勿論、照明ユニット１６０は、本教示の範囲を逸脱しない他のタイプの固体光源を含んでいてもよい。照明ユニット１６０は、ビーム形成及び／又は色影響などの様々な設計特有の要求を満たすために、電圧整流器１３０及びパワーコンバータ１４０を更に含み、必要であれば、光学素子（図示省略）を含む。

調光器１１０は、例えば、スライダ又は他の機構の作動によって、又は、コントローラを具備するプログラマブルインタフェースを通じて、調光能力を供給するように構成された任意のタイプの回路であってもよい。調光スキームに基づくメイン電圧によれば、例えば、光出力量は、メイン電圧が著後記１１０を介して低減されるにつれて、低減される。ＬＥＤモジュール１５０の調光は、メイン電圧の変化に応じて、電圧整流器１３０及び／又はパワーコンバータ１４０により、駆動電圧／駆動電流の出力を変化させることによって達成される。光出力がメイン電圧のレベルに依存した２つのレベル間で切り替わる二値調光や、メイン電圧のレベルが低減するにつれて光出力が（例えば、線形に）減少する線形調光などの異なるメイン電圧調光スキームが実装され得る。例えば、図１Ａにおける調光器１１０は、電源１０１からの電圧信号波形のチョッピング先端により（リーディングエッジ調光器）、又は、電源１０１からの電圧信号波形の後端により（トレイリングエッジ調光器）、調光能力を供給する位相チョッピング調光器であってもよい。電源１０１は、様々な実装に応じて、１００ＶＡＣ、１２０ＶＡＣ、２３０ＶＡＣ、２７７ＶＡＣなどの異なる未整流の入力メイン電圧を供給してもよい。

電圧整流器１３０は、調光されたＡＣライン電圧を受け、整流された電圧をパワーコンバータ１４０に供給する。パワーコンバータ１４０は、パワー変換器及びブースト力率補正（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路を含んでいてもよく、例えば、一般的には、ＬＥＤ駆動電圧Ｖ_Ｄ及びＬＥＤ駆動電流Ｉ_Ｄとして示される、電圧整流器１３０からの整流された電圧を対応するＤＣ電圧、及び、ＬＥＤ照明モジュール１５０に給電するための対応する電流に変換するように構成される。電圧整流器１３０及びパワーコンバータ１４０は、まとめて、ＬＥＤドライバと称され得る。

ＬＥＤドライバがＬＥＤ照明モジュール１５０に対する駆動電圧Ｖ_Ｄ及び駆動電流Ｉ_Ｄを制御する手段は、本教示の範囲から逸脱しない範囲で変わってもよい。例えば、ＬＥＤドライバは、調光位相角度を検出し、ＬＥＤ照明モジュール１５０に対するＬＥＤ駆動電圧Ｖ_Ｄ及び／又はＬＥＤ駆動電流Ｉ_Ｄを調整するための制御信号を供給する調光位相角度検出器を更に含んでいてもよい。あるいは、ＬＥＤドライバは、電圧整流器１３０から整流されたメイン電圧を受け、コントローラに対する調光のレベルを示すメイン検知信号を供給するメイン検知回路を更に含んでいてもよく、また、当該メイン検知回路は、ＬＥＤ照明モジュール１５０からの実際の電圧及び電流情報を受ける。コントローラは、パワーコンバータ１４０に、ＬＥＤ照明モジュール１５０に供給されるＬＥＤ駆動電圧Ｖ_Ｄ及び／又はＬＥＤ駆動電流Ｉ_Ｄを調整するためのフィードバックを供給することができる。

上述のように、アダプタ回路１２０が、電源１０１により供給される未整流（未調光）のライン電圧とニュートラルとの間に、調光器１１０の後段の照明ユニット１６０と並列接続される。図１Ａ及び図１Ｂで図示される実施形態では、アダプタ回路１２０は、照明ユニット１６０の外側にある。例えば、アダプタ回路１２０は、図７及び図８を以下参照して議論されるように、一端において従来のスクリューソケットにスクリューを適合されるとともに、他端において照明ユニット１６０のスクリューベースを受けるようにに適合された拡張装置に含まれていてもよい。アダプタ回路は、図４に示されるように、ランプとスクリューベースとの間に挿入される、スクリューベースにフィットする薄いディスクの形であってもよい。しかしながら、代替的な実施形態において、アダプタ回路１２０は、照明ユニット１６０の内部に配置されてもよい。例えば、アダプタ回路１２０は、電圧整流器の入力側において未整流（未調光）のライン電圧とニュートラルとの間に接続されてもよく、又は、パワーコンバータ１４０の出力側においてＤＣ駆動電圧とニュートラルとの間に接続されてもよい。照明ユニット１６０の内部にアダプタ回路１２０を含めることは、回路を強固にするとともに、拡張装置の必要性を除去する。しかしながら、照明ユニット１６０が調光回路に接続されていなければ、アダプタ回路１２０は関係ないであろう。同様に、代替的な実施形態では、アダプタ回路１２０は、例えば、図１Ｂに示されるように、ニュートラルへの接続を持つ調光器１１０内に組み込まれてもよい。また、かかる構造は、回路を強固にするとともに、拡張装置の必要性を除去するが、効率を低下させ得るとともに、調光器１１０における熱負荷を増加され得る。物理的な配置に関わらず、アダプタ回路１２０は、実質的に同じ態様で機能する。

図２は、代表的な実施形態に従ったアダプタ回路を示す簡略化された回路図である。

図２によれば、アダプタ回路１２０は、線路導体１２６と中性線１２７との間に接続されたレジスタ１２５を含む。図１Ａ及び図１Ｂに図示された回路では、レジスタ１２５は、入力端子１２１及び１２２を介して調光器１１０に接続し、出力端子１２３及び１２４を介して照明ユニット１６０の電圧整流器１３０に接続するであろう。あるいは、レジスタ１２５は、上述のように、照明ユニット１６０又は調光器１１０内部に含まれてもよい。レジスタ１２５の値は、例えば、約０．５ワット〜約１．５ワットのワット損を生成する、約１５ｋオーム〜約２５ｋオームの範囲内であってもよい。しかしながら、抵抗は、任意の特定の状況に対する一意の利点を供給するために、又は、様々な実装のアプリケーション特有の設計要求を満たすために、変わってもよい。例えば、レジスタ１２５は、一般的に、ワット数のより低いランプに対してはより高い値を持つであろうし、ワット数のより高いランプに対してはより低い値を持つであろう。さらに、図では単一のレジスタが示されているが、アダプタ回路１２０は、本教示の範囲から逸脱しない範囲で、所望の抵抗を供給するための、他の回路、及び／又は、複数のレジスタ、及び／又は、他の抵抗性コンポーネントを含んでいてもよい。

図３は、フリッカ抑制／適合性向上を供給する他の回路を示している。図３の手法は、より効率的であるが、図２と比較してより複雑である。図３の回路は、適切なコンポーネント選択とともに、電圧が比較的低い場合に、電流がランプを流れることのできる時間を制限するために、用いられてもよく、これは、効率を改善しつつ、なおフリッカ抑制／適合性向上を供給する。

図７は、代替的な実施形態に従った拡張装置内に含まれるアダプタ回路の斜視図であり、図８は、代替的な実施形態に従ったフリッカ抑制回路に付加されたレトロフィットＬＥＤ照明ユニットの斜視図である。

図７によれば、拡張装置３２０は、拡張装置本体３２５の第１端部上にスクリューベース３２１を含み、第１端部の反対側の拡張装置本体３２５の第２端部にランプソケット３２２を含む。拡張装置３２０のスクリューベース３２１は、従来的な白熱ランプソケット（内のスクリュー）と接続されるように構成されるエジソンスクリューベースなどの従来的なスクリューベースである。同様に、ランプソケット３２２は、照明ユニット１６０などのレトロフィット固体光源装置の従来的なスクリューベース（例えば、エジソンスクリューベース）を受けるように構成された従来的な白熱ランプソケットである。様々な代替的な実施形態では、拡張装置３２０は、本教示の範囲から逸脱しない範囲で、対応するタイプの白熱ランプソケット及びレトロフィット固体光源装置のベースと接続するための任意のタイプのベース及びランプソケットを含んでいてもよい。例えば、拡張装置３２０は、第１端部上に白熱（又は蛍光）ランプソケットへ差し込むためのピンベース、及び、第２端部にレトロフィット固体光源ランプのピンベースを受けるためのピンソケットを含んでいてもよい。

図７及び図８の手法の欠点は、ランプ拡張装置によって、有効ランプ長が増加されるという点である。長さの増加は、図４に示されるように、スクリューベースソケットの中に挿入され得るディスクにおけるフリッカ抑制／適合性向上エレクトロニクスを組み込むことを大きく低減させ得る。ソケットでのディスクの挿入に続いて、ランプが、ソケットの中にねじ込まれる。

拡張装置本体３２５は、プラスティックなどの適切な絶縁材料で形成されていてもよい。アダプタ回路１２０の回路は、拡張装置本体３２５内部に含まれる。例えば、図２によれば、入力端子１２１及び１２２は、既知の手法により、スクリューベース３２１のホットコネクタ及びニュートラルコネクタ（図示省略）に接続され、出力端子１２３及び１２４は、既知の手法により、ランプソケット３２２のホットコネクタ及びニュートラルコネクタ（図示省略）に接続されるであろう。従って、レジスタ１２５は、入力端子１２１と出力端子１２３との間に延在しているホットコンダクタ（又は、線路導体）１２６と、入力端子１２２と出力端子１２４との間に延在している中性線（neutral conductor）１２７との間に接続され、結果、レジスタ１２５は、ランプソケット３２２の中にねじ込まれると、照明ユニット１６０とともに、並列回路を形成する。

複数のＬＥＤランプを有する調光回路の場合、拡張装置３２０は、ＬＥＤランプの各々を、調光回路の対応するランプソケットに接続するために用いられるであろう。しかしながら、全てのＬＥＤランプよりも少ない数のＬＥＤランプのために拡張装置３２０を含めることでもなお、許容レベルまでフリッカを減少させ得る。一般的に、図示の構成を有する拡張装置３２０は、上述のように、約０．５ワットを消費し、従って、大量消費によって熱負荷を増加させることがない。また、調光回路上のより多数のＬＥＤランプの場合、追加的なレジスタ１２５が、必要に応じて、フリッカをうまく低減又は抑制するために供給されてもよい。一般的に、（例えば、１つの照明ユニットに接続された）単一のアダプタ回路１２０が、同じ調光回路における複数の照明ユニット（又はランプ）のために、フリッカを低減又は除去する。単一のアダプタ回路１２０によって安定化され得る同じ調光回路における照明ユニットの数は、照明ユニットのタイプ及び調光器１１０のタイプに依存する。

図８によれば、代表的なレトロフィット照明ユニット３６０が、拡張装置３２０に付加されて（ねじ込まれて）示されている。照明ユニット３６０は、固体光源を含むランプであり、スクリューベース３６１、筐体３６２、及び、レンズ３６３を含んでいる。筐体３６２及びレンズ３６３は、例えば、照明ユニット１６０を参照して上述したように、調光可能な固体光源の回路を含んでいるコンパートメントを形成している。照明ユニット３６０のスクリューベース３６１は、拡張装置３２０のランプソケット３２２と接続する（にねじ込まれる）ように構成された、エジソンスクリューベースなどの従来的なスクリューベースである。これにより、回路は、調光器１１０などの調光器を通じて、（調光された）未整流のライン電圧を受け、例えば、上述のように、ＬＥＤ照明モジュール１５０などの固体光源を介して光を生成する。この光は、レンズ３６３を通じて、照明ユニット３６０を出射する。拡張装置本体３２５に含まれることにより、アダプタ回路１２０は、スクリューベース３６１がランプソケット３２２の中にねじ込まれると、照明ユニット３６０と自動的に並列接続され、これにより、調光器１１０の動作から生じ得るフリッカを低減又は除去する。

勿論、拡張装置３２０及び／又は照明ユニット３６０の構成は、本教示の範囲を逸脱しない範囲で変わってもよい。また、様々な実施形態において、アダプタ回路１２０は、図１Ａ及び図１Ｂを参照して上述したように、照明ユニット３６０の筐体３６２内に物理的に配置されてもよく、これにより、拡張装置３２０の必要性を除去する。

図９〜図１１は、アダプタ回路を具備する固体光源装置とアダプタ回路を具備しない固体光源装置との間の比較を可能にする出力波形である。特に、図９は、アダプタ回路が付加される遷移とともに、アダプタ回路の有無に応じた、代表的な実施形態に従った、対応するＬＥＤモジュールを具備する複数の照明ユニットを含んだ調光回路を通じて電圧及び電流を図示する長い時間尺度を用いた出力を示している。図１０は、代表的な実施形態に従った、アダプタ回路を具備しない調光回路を通じて電圧及び電流を図示する短い時間尺度を用いた出力を示しており、図１１は、アダプタ回路を具備する調光回路を通じて電圧及び電流を図示する短い時間尺度を用いた出力を示している。図９〜図１１の出力は、調光回路において、Philips Electronicsから入手可能な５つのＰＡＲ３８ＬＥＤランプ、及び、小型蛍光灯（ＣＦＬ）−ＬＥＤ調光器であるLutron Electronicsから入手可能なＤＶＣＬ−１５３ＰＤ調光器を用いて生成された。尺度（スケール）は、電圧波形については、１ボルト／ディヴィジョンであり、電流波形については、５アンペア／ディヴィジョンである。

図９によれば、調光器の最も低い調光レベルに合わせるためのダイヤルが、最も広い調光レンジを可能とするように設定され、ランプにフリッカを生じさせた。上段の波形５１０は、電圧における変動を示し、下段の波形５２０は、電流における変動を示しており、ここで、電圧波形５１０についての電圧は、ＬＥＤランプに亘って測定され、電流波形５２０についての電流は、ＬＥＤランプに対して測定された。アダプタ回路の効果が、拡張装置がアダプタ回路１２０などのアダプタ回路を回路内に含むように切り替えられた間の時間である「遷移」領域の片側で明確に示されている。即ち、電圧波形５１０及び電流波形５２０の「不安定な（フリッカの）」領域（図９の左側）が、アダプタ回路無しに得られ、電圧波形５１０及び電流波形５２０の「安定した」領域（図９の右側）が、ＬＥＤランプの１つと並列接続されたアダプタ回路により得られた。電圧波形５１０及び電流波形５２０の変動は、「安定」領域において著しく小さくなっており、これは、フリッカが、アダプタ回路によって、実質的に除去されたことを示している。換言すれば、フリッカにより生じた発振が停止し、電圧波形５１０及び電流波形５２０のパターンが、アダプタ回路の挿入により安定した。遷移領域は、約０．５秒続き、不安定性は徐々に消えた。

図１０及び図１１は、短い時間尺度を用いて得られた出力を含み、このため、より詳細には、図９と略同じ情報を示している。図１０によれば、上段の波形６１０は、アダプタ回路無しに得られた電圧における変動を示し、下段の波形６２０は、アダプタ回路無しに得られた電流における変動を示しており、ここで、図９の「不安定（フリッカ）」領域を参照して上述したように、電圧波形６１０についての電圧は、ＬＥＤランプに亘って測定され、電流波形６２０についての電流は、ＬＥＤランプに対して測定された。電圧波形６１０及び電流波形６２０は、例えば、電圧及び電流が、点滅に先駆けて変化する一瞬の不安定性を捉えている。このように、電流波形６２０の振幅は、変化し、一般的には、図示された期間において、徐々に大きさを増加している。電流波形６１０の振幅は、幾らか変化しているが、パルス幅は著しく変化している。これらの変化は、調光器とＬＥＤランプとの間の干渉のため、６０Ｈｚのライン周期よりもずっと長い期間に亘って生じており、従って、目によって容易に感知できる。

図１１によれば、上段の波形７１０は、アダプタ回路を具備して得られた電圧における変動を示し、下段の波形７２０は、アダプタ回路を具備して得られた電流における変動を示しており、ここで、図９の「安定」領域を参照して上述したように、電圧波形７１０についての電圧は、ＬＥＤランプに亘って測定され、電流波形７２０についての電流は、ＬＥＤランプに対して測定された。図示されるように、電流パルス及び電圧パルスは、一定である。駆動回路は、これらの入力波形と略一致するようにＬＥＤ電流を維持するため、目に感知できる変化はない。従って、電圧波形７１０及び電流波形７２０は、安定性（ひいては、フリッカの低減又は除去）において、電圧波形６１０及び電流波形６２０に比して、大きな改善を示す。

アダプタ回路は、レトロフィット固体光源装置アプリケーションに付与されてもよく、メイン電圧信号に基づいて、光出力を制御するのが望ましい。様々な実施形態が、調光回路におけるＬＥＤランプに白熱ランプを挿入するよりも、多くの利点を有する。例えば、低電力消費である。また、白熱ランプが切れた場合に白熱ランプの交換が必要でないため、抵抗の有益な効果は失われない。また、アダプタ回路が、所望の効果を達成するために必要な多くのソケットに付与されてもよい。例えば、一のＬＥＤランプに接続された一のアダプタ回路は、同じ調光回路において、４つまでのＬＥＤランプに対するフリッカを除去することができ、２つのＬＥＤランプにそれぞれ接続された２つのアダプタ回路は、同じ調光回路において、８つまでのＬＥＤランプに対するフリッカを除去することができる。

一般的に、本発明の更なる他の態様が、ＳＳＬベースのレトロフィットランプなどの、電子変換器を具備する光源が、点灯遅延を回避するために、電子ドライバの素早い開始を必要としていることを考慮することから生じる。これらのランプが民生の（先端／後端）調光器とともに用いられるとすると、調光器が最も低い調光レベルにおいてオンされた場合、スタートアップに利用可能な有効入力電圧は、極端に低くなり得る。一般的に、高電圧トランジスタを具備するアクティブスタートアップ回路が、当該問題を解決するために用いられる。ドライバの調光器との適切な干渉を保証すべく、メインに対する更なる負荷を動的にオンするために、調光器適合性回路が用いられる。この機能についても、高電圧トランジスタが必要とされる。

従って、スタートアップ機能は、調光器適合性のための追加的な回路と組み合わされることができ、従って、第２の高電圧トランジスタが除去されることが認識されている。

当業者が、容易に理解するように、調光器適合性のための伝統的な回路が、ブリーダとして称され、レジスタは、高電圧トランジスタを介して（通常、ダイオードブリッジの後に）メイン接続に接続される。レジスタが、低い瞬時メイン電圧において十分な電流をなお抽出できるように、設計される必要があるため、これらの回路は、典型的な高損失を示す。より進化したブリーダは、一定の電流源であり、同一の特定最小電流のための低電力損を有する。

結合された回路のための本発明の解決法は、低いメイン電圧において電流を増加させるとともに、高いメイン電圧において電流を減少させる振る舞いを示すであろう。そのメカニズムは、調光器のための高い電流導通（低インピーダンス）を可能としつつ、ブリーダが著しく損するのを低減する。

また、この回路は、スタンドアロンな調光器適合性回路としても使用され、この場合、調光器あたり（全ての接続ランプの代わりに）１つのみの回路が必要とされる。

ブリーダ機能は、（ランプのメイン端子を通じた）電流導通のための低インピーダンスの経路を可能とすることによって実現される。本発明に必要なことは、当該電流導通能力が、ランプのメイン端子に亘る瞬時電圧と逆結合されているということである。

低メイン電圧→低インピーダンス→高電流

高メイン電圧→高インピーダンス→低電流（０まで減少）

ブリーダにおける電力損は、他の伝統的な方法に比して低減される。さらに、この機能は、同じＨＶトランジスタを用いて、ファストスタートアップ機能と結合され得る。更なるステップは、（高力率変換トポロジを可能とする）メイン電流変調のために、ブーストコンバータなどのパワーコンバータを具備する回路の機能を拡張することである。

図１２Ａ及び図１２Ｂによれば、例示の回路は、ソース切り替えＨＶＭＯＳＦＥＴを用いて作られる。ゲートは、レジスタ／ツェナー／キャパシタの組み合わせを通じて、一定の電圧でバイアスされる。

ＭＯＳＦＥＴを流れる電流量は、ソースレジスタとダーリントン接続されたエミッタにおける電圧とによって決定される。

この電圧は、レジスタディバイダを通じて、瞬時メイン電圧から分離される。最終的な電流は、（Ｖｇ−Ｖｔｈ−Ｖｄａｒｌｉｎｇ）／Ｒｓｏｕｒｃｅである。図１２ｂによれば、ブースト回路が、供給され得る。

ここで、幾つかの本発明の実施形態が説明及び図示されてきたが、当該技術分野における当業者は、機能を実施するための、及び／又は、ここで説明された結果及び／又は利点の１又は複数を得るための、他の手段及び／又は構造を容易に想定し、かかる変形及び／又は修正は、ここで説明された本発明の実施形態の範囲内で実現される。より一般的には、当該技術分野における当業者は、ここで説明された全てのパラメータ、寸法、材料、及び、構造が、一例を意味しており、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は、構造が、本教示が用いられる特定のアプリケーションに依存することを容易に理解するであろう。当該技術分野における当業者は、わずかな日常の実験を用いて、ここで説明された特定の本発明の実施形態の多くの同等物を理解又は解明できるであろう。従って、であることが理解される。上記実施形態は、単なる一例として示されたものであり、添付の請求項及びその同等物の範囲内で、本発明の実施形態は、特に説明され、請求項に記載されたものと異なる態様で実施されてもよい。本開示の本発明の実施形態は、ここで説明された、互いに独立した特徴、システム、項目、材料、キット、及び／又は、方法を対象としている。さらに、かかる特徴、、システム、項目、材料、キット、及び／又は、方法が相互に矛盾しない場合、かかる特徴、システム、項目、材料、キット、及び／又は、方法の複数の任意の組み合わせが、本開示の本発明の範囲内に含まれる。

ここで定義及び使用される全ての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれる文書中の定義、及び／又は、定義された用語の通常の意味を超えて照合されるものと理解されるべきである。

明細書及び請求項において用いられる不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、反対の意味で明確に示されなければ、「少なくとも１つ」の意味であるものと理解されるべきである。

また、反対の意味で明確に示されなければ、２以上のステップ又は動作を含む請求項中の任意の方法において、方法のステップ又は動作の順序は、記載の方法のステップ又は動作の順序に必ずしも限定されない。

請求項中に現れる括弧内の参照番号は、存在する場合は、単なる便利性のために付与されたものであり、いかなる態様においても請求項を限定するものとして解釈されるべきでない。

明細書と同様に、請求項中、「有する」、「含む」、「運ぶ」、「持つ」、「包含する」、「取り込む」、「保持する」、「構成される」などの移行句は、オープンエンドである、即ち、含むが、これに限定されないものとして理解されるべきである。「〜からなる」及び「実質的に〜からなる」という移行句のみが、それぞれ、クローズド又はセミクローズド移行句であるべきである。

Claims (17)

1. 少なくとも１つの固体光源を含むとともに制御回路に動作可能に接続されたランプのフリッカを抑制するための装置であって、
   白熱光源を受けるランプソケットに前記固体光源を接続可能にするコネクタと、
   前記固体光源が前記コネクタを介して前記ランプソケットに接続される場合に、前記少なくとも１つの固体光源と並列接続されるアダプタ回路と、
   を有し、
   前記アダプタ回路は、拡張装置に含まれ、前記拡張装置は、前記ランプソケットに挿入されるスクリューベースと、前記少なくとも１つの固体光源を含む前記ランプを受ける拡張装置ソケットとを有する、装置。
2. 前記少なくとも１つの固体光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を有する、請求項１記載の装置。
3. 前記アダプタ回路は、前記ランプと前記スクリューベースとの間に挿入される薄いディスク状の筐体に含まれる、請求項１記載の装置。
4. 前記アダプタ回路は、前記少なくとも１つの固体光源を含む前記ランプ内に含まれる、請求項１記載の装置。
5. 前記アダプタ回路は、抵抗器を有する、請求項４記載の装置。
6. 前記制御回路は、調光器であり、前記ランプは、前記ランプソケットを介して前記調光器から受ける調光されたメイン電圧に応じて、前記固体光源に駆動電圧を供給するドライバを更に含む、請求項１記載の装置。
7. 前記制御回路は、前記ランプのオフ状態の間、常夜灯を含むスイッチ回路、又は占有センサ回路を動作させるための電流経路を供給する、請求項１記載の装置。
8. 少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む照明ユニットにおけるフリッカを抑制するための拡張装置であって、
   調光器に接続される、白熱照明ユニットを受けるためのランプソケットに挿入される拡張ベースと、
   前記少なくとも１つのＬＥＤを含む前記照明ユニットを受ける拡張ソケットと、
   前記拡張ベースと前記拡張ソケットとの間に配置されるとともに、前記照明ユニットが前記拡張ソケットに挿入される場合に前記少なくとも１つのＬＥＤと電気的に並列接続されるアダプタ回路と、
   を有し、
   前記アダプタ回路は、前記調光器によって発生される前記少なくとも１つのＬＥＤのフリッカを抑制する、拡張装置。
9. 前記拡張ベースは、スクリューベースを有する、請求項８記載の装置。
10. 前記ランプソケットは、前記白熱照明ユニットを受けるスクリューソケットを有する、請求項９記載の装置。
11. 前記拡張ソケットは、スクリューソケットを有する、請求項９記載の装置。
12. 前記拡張ベースは、ピンベースを有し、前記ランプソケットは、前記白熱照明ユニットを受けるピンソケットを有する、請求項８記載の装置。
13. レトロフィット固体光源装置であって、
    ランプと、
    拡張装置と、
    を有し、前記ランプは、
    調光器から調光されたメイン電圧を受け、前記調光されたメイン電圧の調光レベルに基づいて駆動電流を出力するドライバと、
    少なくとも１つの固体光源を有し、前記ドライバから前記駆動電流を受ける固体照明モジュールと、
    を有し、前記拡張装置は、
    前記ランプのフリッカを抑制するための、及び／又は、前記ランプの調光器又は他のコントローラとの適合性を改善するための、前記ランプと並列接続されるアダプタ回路と、
    前記ランプを、白熱照明ユニットを受けるランプソケットと接続するコネクタと、
    前記ランプソケットに挿入されるスクリューベースと、
    前記ランプを受ける拡張装置ソケットと、
    を有する、レトロフィット固体光源装置。
14. 前記少なくとも１つの固体光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する、請求項１３記載の装置。
15. 前記アダプタ回路は、抵抗器を有する、請求項１３記載の装置。
16. 前記アダプタ回路は、ブリーダを有する、請求項１３記載の装置。
17. 前記ドライバは、
    前記調光されたメイン電圧を整流する電圧整流器と、
    前記整流された調光済みメイン電圧を、ＤＣ電圧及び対応する電流に変換し、前記駆動電流として前記固体照明モジュールに出力するパワーコンバータと、
    を有する、請求項１３記載の装置。

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