JP2015050191A - 交流電圧を用いた発光ダイオードランプ - Google Patents
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Abstract
【課題】発光ダイオードランプの作動に必要な高価なスイッチングモード電源を用いることなく、通常の交流電圧に直接連結して用いる発光ダイオードランプを提供する。【解決手段】一実施形態に係る発光ダイオードランプは、互いに電気的に連結される一対の第1ピンと、互いに電気的に連結される一対の第2ピンと、一つ以上の発光ダイオード素子を含む発光ダイオード素子モジュールと、前記第1ピンおよび前記第2ピンを通じて外部の交流電圧の印加を受けることができるように前記第1および第2ピンに電気的に連結され、前記印加された交流電圧を直流電圧に変換して前記発光ダイオード素子モジュールに供給するように、前記発光ダイオード素子モジュールの両端に連結されるブリッジダイオードと、前記一対の第1ピンおよび第2ピンのうちのいずれか一つと、前記ブリッジダイオードとの間のうちの、いずれか一つ以上に備えられる一つ以上のインダクタと、を含む。【選択図】図1
Description
本発明は、発光ダイオードランプに関し、より詳しくは、発光ダイオードランプの作動に必要な高価なスイッチングモード電源(SMPS;Switching Mode Power Supply)を用いることなく、通常の交流電圧に直接連結して用いる発光ダイオードランプに関する。
従来の蛍光灯は、通常90乃至1,500V(ピーク電圧)の交流電圧が印加されて発光するのが一般的である。これに対して発光ダイオード(LED)ランプは、このような既存の蛍光灯と高圧放電管ランプを代替可能な製品であり、高電圧の交流電圧をSMPSに入力して90V未満の直流電圧に変えた後、LEDランプに印加することによって、直流電圧により発光ダイオードが光を発散するようにする。このように、通常のLEDランプはSMPSという電源装置を付加して発光する。
このように、発光ダイオードランプは直流電圧を用いる半導体であるため、蛍光灯に印加されるような交流電圧が発光ダイオードランプに印加される場合、発光ダイオードの寿命と動作に異常が発生する恐れがあり、従来の蛍光灯を点灯させる安定器にLEDランプを挿す場合、破壊、爆発、火災などの危険がある。このような理由で、蛍光灯をLEDランプに代替するためには、通常、既存の蛍光灯用安定器を除去し、LEDランプ専用のSMPSに交換する。したがって、交換のための費用が発生すると共に、高価なSMPSを用いるため、価格上昇の問題がある。
このような問題を解決するために、最近、高価なSMPSの使用を排除し、直接90乃至250V程度の交流電圧を用いてLEDランプを発光させる必要性が台頭している。
従来の発光ダイオードランプでは、低い交流電圧(通常AC12〜24V)または直流電圧(DC90V以下)を、発光ダイオードを駆動するための定電流に変換する技術を採択する。例えば、ブリッジダイオード(bridge diode)を用いてAC電圧をDC電圧に変換し、発光ダイオード素子の前端にCRD(current regulating diode)または抵抗を付加して、発光ダイオード素子を点灯させる方式が知られている。このような方式は、AC12〜24Vに使用する比較的低い電圧帯の発光ダイオードランプ、例えば12V電圧バッテリーを用いた自動車の照明に使用する場合には有用に使用され得る。
しかし、一般に使用される家庭用、事務室用発光ダイオードランプは、最小電圧がAC90V以上の部分では破損、爆発する恐れがあり、フリッカー(flicker)などの問題が発生する恐れがある。
このような問題を解決し、AC90V以上で発光ダイオードランプを発光させることができる回路が開発されている。例えば、高電圧であるAC90V以上の電圧が印加されると、ブリッジダイオードで交流電圧を直流電圧に変換し、トランジスター(transistor)を用いた定電流回路を経て一定電流が生成されて、発光ダイオード素子に印加される。
しかし、このような回路を用いた発光ダイオードランプは、高価なSMPSの使用を排除した技術としては有用であるが、いくつかの問題点があるため実際適用は難しい。
第一の問題は、AC90〜120Vの電圧が変更される時、出力電流(トランジスター定電流回路の出力)の変動が激しくて、発光ダイオード素子に印加される電流が電圧変動に応じて急激に変化することがあるため、発光ダイオード素子の信頼性を保障し難く、電圧が印加される環境ごとに消費電力が変わり得る。また、日本国内で使用される通常の50Hz周波数領域では、LEDランプが微細に点滅するフリッカー現象が激しくて、発光ダイオードランプの使用者が目眩、目の疲労を感じることがある。このような理由で、実際適用が非常に難しい。
他の問題点は、力率改善回路が含まれないため、非常に悪い力率特性、光効率特性を有するようになり、定電流駆動方式が不安定で、特定の使用環境、つまり、AC220Vでは消費電力が20W級に製作されても、AC225Vが印加される環境では消費電力が27W以上になって、発光ダイオードランプが破損する恐れがある。
本発明は、前記問題点を解決するために導き出されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、高価な発光ダイオード専用SMPSの使用を排除し、AC90V以上でも安定的に且つ簡単に使用することができ、周波数50Hz条件でもフリッカー現状の発生を最小化することができ、ひいては、高圧の交流電源(AC90V以上)を用いた発光ダイオードランプにおいて、寿命短縮、動作異常、消費電力増加、安全事故などの問題を防止することができる回路を備えた発光ダイオードランプを提供することにある。
具体的に、本発明が解決しようとする課題は、AC90V以上の既存の蛍光灯用安定器に使用することもでき、既存の蛍光灯用安定器を除外し100乃至250Vの交流電圧に直接使用することもできる発光ダイオードランプを提供することにある。これによって、既存の照明を発光ダイオードランプに交換する作業が、別途の工事なしに発光ダイオードランプの交換のみで行われ、同時に、既存の蛍光灯用安定器が寿命を終える場合には、安定器のみを除去すれば発光ダイオードランプはそのまま交流電源に使用することができる。
本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプは、互いに電気的に連結される一対の第1ピンと、互いに電気的に連結される一対の第2ピンと、一つ以上の発光ダイオード素子を含む発光ダイオード素子モジュールと、前記第1ピンおよび前記第2ピンを通じて外部の交流電圧の印加を受けることができるように、前記第1および第2ピンに電気的に連結され、前記印加された交流電圧を直流電圧に変換して前記発光ダイオード素子モジュールに供給するように、前記発光ダイオード素子モジュールの両端に連結されるブリッジダイオードと、前記一対の第1ピンおよび第2ピンのうちのいずれか一つと、前記ブリッジダイオードとの間のうちの、いずれか一つ以上に備えられる一つ以上のインダクタと、を含む。
前記インダクタは、前記一対の第1ピンと前記ブリッジダイオードにそれぞれ電気的に連結される第1インダクタ、および前記一対の第2ピンと前記ブリッジダイオードにそれぞれ電気的に連結される第2インダクタのうちの一つ以上を含むことができる。
本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記発光ダイオード素子モジュールに並列に連結されるコンデンサをさらに含むことができる。
本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記発光ダイオード素子モジュールに並列に連結される過度電圧遮断素子をさらに含むことができる。
本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記発光ダイオード素子モジュールに連結されるヒューズをさらに含むことができる。
本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記一対の第1ピンと前記一対の第2ピンに連結される安定器をさらに含むことができる。
本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記一対の第1ピンと前記一対の第2ピンがそれぞれ設置される一対のベースをさらに含むことができ、前記安定器は、前記一対のベースのうちのいずれか一つに設置され得る。
本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記発光ダイオード素子モジュールが設置される印刷回路基板をさらに含むことができ、前記安定器は、前記印刷回路基板に設置され得る。
本発明によれば、発光ダイオードランプを、別途の安定器なしに100乃至250Vの交流電源に直接連結して用いることができるため、高価な発光ダイオードランプ専用SMPSを省略することができる。
また、従来の蛍光灯安定器と別途に発光ダイオードランプを製造し、多様な保護機能を備えることによって、発光ダイオードランプは従来の蛍光灯用安定器にそのまま連結して用いることができ、100乃至250Vの交流電源に直接連結して用いることができるため、高価な発光ダイオードランプ専用SMPSを省略することができる。
また、周波数50Hz条件でもフリッカーの発生がないか、または最小化できるため、高圧の交流電圧(例えばAC90V以上)を用いた発光ダイオードランプにおいて、寿命短縮、動作異常、消費電力増加、安全事故などの問題を防止できる回路を備えた発光ダイオードランプを提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳しく説明する。
一対の第1ピン(pin)11と一対の第2ピン13が備えられる。例えば、図2に例示しているように、本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプが既存の蛍光灯のような形態に具現される場合、第1ピン11と第2ピン13は、それぞれ透光カバー100の両側に結合されるベース200から外側に突出するように設置され得る。
この時、一対の第1ピン11は互いに電気的に連結され、同様に一対の第2ピン13も電気的に互いに連結される。
一つ以上のインダクタ(inductor)21、23が一対の第1ピン11および第2ピン13のうちのいずれか一つと、発光ダイオード素子モジュール30との間のうちの、いずれか一つ以上に備えられ得る。例えば、図1を参照すれば、第1インダクタ(inductor)21は電気的に連結された一対の第1ピン11に電気的に連結され、第2インダクタ23は電気的に連結された一対の第2ピン13に電気的に連結される。図1は、二つのインダクタ21、23が備えられる場合であるが、二つのうち一つのインダクタが省略されてもよく、その位置も変更されてもよい。
発光ダイオード素子モジュール30は、一つ以上の発光ダイオード素子31を含む。発光ダイオード素子31は、直流電圧が印加されて光を発散する通常の発光ダイオード素子であり得る。
ブリッジダイオード(bridge diode)40は、第1ピン11および第2ピン13を通じて、外部からの交流電圧の印加を受けることができるように、第1インダクタ21および第2インダクタ23にそれぞれ連結される。そして、ブリッジダイオード40は、第1および第2インダクタ21、23を通じて印加される交流電圧が、直流電圧の形態に整流されて発光ダイオード素子モジュール30に供給されるように、発光ダイオード素子モジュール30の両端に連結される。つまり、ブリッジダイオード40は、第1および第2インダクタ21、23と発光ダイオード素子モジュール30にそれぞれ電気的に連結されて、第1および第2ピン11、13を通じて印加される外部からの交流電圧を直流電圧の形態に整流して、発光ダイオード素子モジュール30に供給する。そして、ブリッジダイオード40は、交流電圧を発光ダイオード素子31を駆動するための直流電圧に変換する役割に加えて、無極性に変更する役割を果たす。発光ダイオード素子31は、ブリッジダイオード40を通じて印加される直流電圧により駆動されて光を発散するようになる。
従来知られているように、ブリッジダイオード40は、四つの整流ダイオードD1、D2、D3、D4から構成されており、ブリッジダイオード40の作用についての詳細な説明は省略する。この時、図面には図示の便宜のために二つの整流ダイオードD1、D2は第1ピン11側に配置され、残りの二つの整流ダイオードD3、D4は第2ピン13側に配置されるものと示されているが、四つの整流ダイオードD1、D2、D3、D4は互いに連結されており、その連結により一つのブリッジダイオード40を構成する。
本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプは、このような構成により、高価なSMPSを用いることなく、交流電圧(例えば、90乃至250Vの交流電圧)に直接連結して用いることができる。
一方、図1に示されているように、コンデンサ(condenser)50が発光ダイオード素子モジュール30に並列に連結され得る。コンデンサ50は、発光ダイオード素子モジュール30の入力端と出力端に並列に連結されて、発光ダイオードランプのフリッカリング(flickering)を防止する役割を果たす。
前述したインダクタ21、23は、発光ダイオードランプのフリッカリングの防止のために備えられたコンデンサ50により、発光ダイオードランプの力率(power factor)が悪くなることによって発生する電圧と電流の位相差の増加を、補償する機能を果たすことができる。また、インダクタ21、23は、入力される過電流を一定電流に安定化させて回路安定化の機能を果たすことができる。
一方、過度電圧遮断素子60が発光ダイオード素子モジュール30に並列に連結される。過度電圧遮断素子60は、大きい異常電圧が発光ダイオード素子モジュール30に印加されることを遮断して、発光ダイオード素子31を保護するものであり、TVSダイオード、ツェナーダイオード、バリスタなどで具現され得る。例えば、非常に大きい異常電圧が発生した場合に、異常電圧が発光ダイオード素子モジュール30に印加される前に過度電圧遮断素子60を経てバイパスされることによって、発光ダイオード素子31が保護され得る。
ヒューズ(fuse)70が発光ダイオード素子モジュール30に連結され得る。ヒューズ70は、発光ダイオード素子モジュール30を保護するための回路安定化素子であり、過度電圧遮断素子60と共に備えられる場合、過度電圧遮断素子60が破壊された場合に、発光ダイオード素子モジュール30を2次的に保護することができる。
前述した本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプの具体的な形態について、図2を参照して説明する。
図2に示されているように、発光ダイオードランプは、従来の蛍光灯のような形態を有することができ、透光カバー100の両側にベース200がそれぞれ備えられ、一対の第1ピン11と一対の第2ピン13が両側ベース200にそれぞれ設置される。
発光ダイオード素子31は印刷回路基板300上に設置されてもよく、また前述したインダクタ21、23、ブリッジダイオード40、コンデンサ50、過度電圧遮断素子60、ヒューズ70なども印刷回路基板300上に設置されてもよい。そして、透光カバー100の後方側に放熱部材400が結合されてもよく、印刷回路基板300が、放熱部材400に設置されることによって、発光ダイオード素子31で発生する熱が効果的に放出されるようにすることができる。
そして、印刷回路基板300の一端には、第1ピン11との電気的接触のための電極端子610が備えられ得る。一方、図面には省略されたが、印刷回路基板300の他の端部には、第2ピン13との電気的接触のための電極端子が備えられ得る。
図2に示された既存の蛍光灯の形態を有する発光ダイオードランプは、交流電源にそのまま連結されて用いられ得る。
一方、図1を参照すれば、本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプは、安定器80をさらに含むことができる。安定器80の四端子は一対の第1ピン11と一対の第2ピン13にそれぞれ連結され得る。この時、図面には明らかに示されていないが、安定器80は、ベース200のうちのいずれか一つに設置されたり印刷回路基板300上に設置されたりし得る。
このように安定器80が発光ダイオードランプに一体に備えられることによって、発光ダイオードランプは、別途のSMPSなしでも既存の蛍光灯のように交流電源に連結されて用いられ得る。
以上で、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
11…第1ピン
13…第2ピン
21…第1インダクタ
23…第2インダクタ
30…発光ダイオード素子モジュール
40…ブリッジダイオード
50…コンデンサ
60…過度電圧遮断素子
70…ヒューズ
100…透光カバー
200…ベース
300…印刷回路基板
400…放熱部材
610…電極端子
13…第2ピン
21…第1インダクタ
23…第2インダクタ
30…発光ダイオード素子モジュール
40…ブリッジダイオード
50…コンデンサ
60…過度電圧遮断素子
70…ヒューズ
100…透光カバー
200…ベース
300…印刷回路基板
400…放熱部材
610…電極端子
Claims (8)
- 互いに電気的に連結される一対の第1ピンと、
互いに電気的に連結される一対の第2ピンと、
一つ以上の発光ダイオード素子を含む発光ダイオード素子モジュールと、
前記第1ピンおよび前記第2ピンを通じて外部の交流電圧の印加を受けることができるように、前記第1および第2ピンに電気的に連結され、前記印加された交流電圧を直流電圧に変換して前記発光ダイオード素子モジュールに供給するように、前記発光ダイオード素子モジュールの両端に連結されるブリッジダイオードと、
前記一対の第1ピンおよび第2ピンのうちのいずれか一つと、前記ブリッジダイオードとの間のうちの、いずれか一つ以上に備えられる一つ以上のインダクタと、
を含む発光ダイオードランプ。 - 前記インダクタは、前記一対の第1ピンと前記ブリッジダイオードにそれぞれ電気的に連結される第1インダクタ、および前記一対の第2ピンと前記ブリッジダイオードにそれぞれ電気的に連結される第2インダクタのうちの一つ以上を含む、請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
- 前記発光ダイオード素子モジュールに並列に連結されるコンデンサをさらに含む、請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
- 前記発光ダイオード素子モジュールに並列に連結される過度電圧遮断素子をさらに含む、請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
- 前記発光ダイオード素子モジュールに連結されるヒューズをさらに含む、請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
- 前記一対の第1ピンと前記一対の第2ピンに連結される安定器をさらに含む、請求項1に記載の発光ダイオードランプ。
- 前記一対の第1ピンと前記一対の第2ピンがそれぞれ設置される一対のベースをさらに含み、
前記安定器は、前記一対のベースのうちのいずれか一つに設置される、請求項6に記載の発光ダイオードランプ。 - 前記発光ダイオード素子モジュールが設置される印刷回路基板をさらに含み、
前記安定器は、前記印刷回路基板に設置される、請求項6に記載の発光ダイオードランプ。
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