固体照明は、長年の約束による省エネを実現し始めていると ALI FAWAZ は説明しますが、採用を広げるために開発企業は制御回路からコストを削減し、調光などの機能は引き続きサポートしなければなりません。
LEDベースの照明は、世界の先進地域で照明に使用される膨大なエネルギーに影響を与え始めているが、固体照明（SSL）技術にはさらなる期待が寄せられている。 たとえば、この 10 年の終わりまでに商業用照明の普及率が 50% を超えるという予測を実現するために、SSL メーカーは関連するランプや器具のコストをさらに削減する必要があります。 LED の制御用電子部品はコスト削減の主要なターゲットであり、シリコンチップや IC レベルでの統合が目標達成のために重要な役割を担っています。 それでも、調光はエネルギー節約にさらなる影響を与えると同時に、多くのアプリケーションで作業員にとってより良い環境を提供し、雰囲気を高めることができるため、エレクトロニクスは調光をサポートするフル機能でなければなりません。
調光制御に関する記事 & SSLエレクトロニクスに関する発表に興味がありますか
実際、前述の商業照明部門を考えてみてください。 ウースター工科大学が2014年に発表した論文によると、米国の商業ビルの電力予算の半分近く（349TWh/年）を照明が占めている。 このような使用レベルに関連する膨大なエネルギーコストは、LEDベースのランプの所有コストの優位性が、新規プロジェクトで市場シェアを獲得するのに十分である場合が多いことを意味します。 しかし、開発者は依然として、初期の取得コストを下げる機能性の向上に努めなければなりません。
Optimize 0-10V dimming controls for efficient and cost-effective LED luminaires
調光電子機器は SSL 開発者にとって特に難しい領域となっています。 LED 自体が本質的に調光可能であるにもかかわらず、多くの初期世代の LED ランプは、従来の調光器と互換性がありませんでした。 さらに、従来のスイッチモード電源ICコントローラは、LEDバラスト・アプリケーションには不適当であることが判明しました。 その結果、LEDバラスト用のコントローラーICは、特に調光部分にデジタル技術を採用することが多くなっています。 このようにコントローラーICに集中することで、LEDコントローラーICと調光制御（ディマー）間のインターフェースはほとんど無視されるようになりました。
Methods for incorporating 0-10V dimming control
Phase-cut dimming は大衆向け住宅アプリケーションによく使用されますが、固有のフリッカーに関する問題があり、商業市場での使用は制限されています。 商業用の屋内外のシナリオや、色の変更が必要ないハイエンドの住宅用照明では、多くの照明デザイナーや設計者が0-10V調光を好んで使用しています。 0-10V 調光制御には 2 つの方式があります。 1 つは、コントローラー (調光器) が LED ドライバに電流を供給する方法で、これは ESTA E1.3 標準で定義およびサポートされており、劇場やエンターテインメント技術のアプリケーションで好まれる方法です。 この方式は、比較的簡単に使用できるため、最も幅広い商業用途に使用されています。
– 調光コントローラ(調光器)への最小シンク電流は10μA、最大シンク電流は2mA。
– 調光コントローラのインターフェース回路端子はいかなる場合も+20V以上、-20V以下の電圧を発生させないこと。
– インターフェース回路の制御端子は、逆極性保護されている必要があります。
– 調光回路インターフェースは、0-11Vの調光制御電圧に対して、安定した出力光を生成する必要があります。
– 調光コントローラ（ディマー）の信号が10V以上の場合、出力光が最大である必要があります。
– 調光コントローラ(調光器)を使用しない場合、調光端子は通常オープンとし、出力光を最大にします。
– 調光端子の供給線は紫、戻り線はグレーです。
さらに、入力電圧を含むすべての危険電圧からの二重または強化絶縁/絶縁は、安全のために、調光コントローラ（調光）回路がユーザーアクセス可能であるすべてのケースで要求されます。 1187>
Developing designs for a dimming interface
Two earlier figures show typical design solutions for a dimming interface circuit.は、調光インターフェイス回路の代表的な設計ソリューションを示しています。 図1はトランスを用いた調光インターフェース回路、図2はオプトカプラを用いた調光インターフェース回路である。 どちらの回路でも、調光信号はパルスに変換され、LED ICのメインコントローラーが存在する境界の反対側で、調光信号に比例した信号を持つことが容易になる。 トランスを使用した調光インターフェースは、バイアス電圧を必要としませんが、温度変化に対して不正確であるという問題があります。 さらに、トランスは高価で、比較的大きなPCB（プリント回路基板）フットプリントを必要とします。 また、外部からの矩形波パルスが必要で、通常、ローサイドのパワーMOSFETのゲート駆動を利用して実装する。 このゲート駆動信号は立ち上がりと立ち下がりのエッジが速く、調光器のEMIを悪化させる可能性があります。 また、パワーMOSFETのゲートに発生する高電圧過渡現象（主にサージ電圧）は、絶縁トランス周辺の調光信号に対してクランプ要件を課しています。 これらの問題の多くは解決され、制御された矩形パルスを生成でき、調光信号の温度補償を行うメイン LED コントローラーの使用により、トランスベースの調光インターフェイスの性能は大幅に改善されます。 オプトカプラに加え、バイアス電圧と少なくとも2つのオペアンプが必要です。 どちらのインタフェース回路も、設計パラメータは所定の仕様に固定されており、容易に変更することはできません。 1187>
Benefits of simplified circuit designs for dimming interfaces
半導体業界ではよくあることですが、回路設計の問題を解決する最善の方法は、その時のタスクに合わせて作られた IC である可能性があります。 そのような IC の設計と製造をサポートできるほど大規模なアプリケーションであれば、より高い性能と低コストの利点が得られます。 1187>
Fig. 3 は、オプトカプラベースの設計におけるディスクリート素子の大部分が、このようなコンパクトな IC である Infineon CDM10V に統合されているアプローチを示しています。 図 2 のオプトカプラの左側に示されている回路は、基本的にすべてこの IC に集約されています。
IC のアプローチは、設計の簡素化に加えて、システム全体のコストとサイズの削減、組み立てコストの低減、および信頼性の改善を実現します。 また、プログラム可能なパラメーターにより、複数の照明器具の開発において回路設計を再利用する柔軟性も備えています。 1回限りのプログラム可能な設定には、抵抗電流、最小デューティーサイクル、パルス幅変調信号の周波数、ディムトゥオフ機能などがあります。 プログラマブルな機能を表にまとめました。 この IC は、ソース・パルス幅変調信号の直接出力用に透過モードで構成することもできます。
調光インターフェース回路へのこのよりシンプルなアプローチは、トロファー、ダウンライト、燭台、キャビネット下の照明、オフィス照明など、産業および商業照明における幅広い調光アプリケーションに柔軟に対応できます。 この回路は、LEDを使用した看板など、一般照明以外の用途にも使用することができます。 実際、照明メーカーは、商業用 LED バラストのプラットフォーム全体に 1 つのハードウェア設計を展開することで、調光技術の大量適用を可能にします。
ALI FAWAZ は Infineon Technologies Americas (infineon.com) のシニア スタッフ アプリケーション エンジニアです。