JP3152260U - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな回路構造を利用して、パワーファクターを０．９以上にまで高め、さらに、アクティブ式またはパッシブ式のパワーファクター改善回路（ＰＦＣ）を必要としない発光装置を提供する。【解決手段】発光装置２は、発光回路２１、整流回路２２、第一フィードバック回路２３、第二フィードバック回路２４及び調光回路２５を備える。発光回路２１は発光ダイオードＬＥＤ及び切換スイッチＱ１１を有する。整流回路２２は交流電源ＡＣによって駆動信号ＳＤを出力して発光回路２１を駆動させる。第一フィードバック回路２３は駆動信号ＳＤに基づき第一フィードバック信号ＦＢ１を出力する。第二フィードバック回路２４は発光ダイオードＬＥＤの発光状態に基づき第二フィードバック信号ＦＢ２を出力する。調光回路２５は第一フィードバック信号ＦＢ１及び第二フィードバック信号ＦＢ２に基づき切換信号Ｓｓｗを出力する。切換信号Ｓｓｗは切換スイッチＱ１１をコントロールする。【選択図】図３

Description

本考案は、発光装置に関し、特に高パワーファクターを有する発光装置に関する。

光源は現代社会において不可決な要素の一つであり、一般には照明、バックライト、インジケーター等に応用されている。
通常、光源となる発光ユニットは白熱灯、放電灯、蛍光灯または発光ダイオード等である。
このうち、発光ダイオードは、その他の発光ユニットに比べて、消費電力が小さい、素子の寿命が長い、アイドリングタイムが不要、反応速度が速い等の長所を有するため、広く使用されるようになっている。

図１を参照しながら説明する。
従来の発光装置１は、整流ユニット１１、フィルタリングユニット１２、電磁干渉防護ユニット１３、発光ユニット１４、コントロールユニット１５及びフィードバックユニット１６を備える。

整流ユニット１１、フィルタリングユニット１２及び電磁干渉防護ユニット１３は並列接続される。
このうち、フィルタリングユニット１２は、大容量の電解コンデンサＣ_０１を有し、電磁干渉防護ユニット１３は無極性コンデンサＣ_０２によって電磁干渉防護効果を達成する。

整流ユニット１１は、交流電源ＡＣを直流リプルに変換後出力して、フィルタリングユニット１２を介して直流リプルをフィルタリングして、直流の波形にさらに近づけた後、発光ユニット１４に出力する。

発光ユニット１４は、複数の直列接続された発光ダイオードＬＥＤ及び切換スイッチＱ_０１を有する。
切換スイッチＱ_０１はそれぞれコントロールユニット１５及びフィードバックユニット１６に電気的に接続される。
このうち、コントロールユニット１５は、切換スイッチＱ_０１の開閉をコントロールすることで、発光ダイオードＬＥＤの平均輝度をコントロールする。
フィードバックユニット１６は抵抗Ｒ_０１を有することで、切換スイッチＱ_０１を通過する電流を電圧に変換し、さらに、コントロールユニット１５にフィードバックすることでコントロールユニット１５に切換スイッチＱ_０１をコントロールさせる。

上述のように、発光装置１において、大容量の電解コンデンサＣ_０１を使用してフィルタリングに用いるため、発光装置１全体のパワーファクター（power factor, ｐｆ）が小さくなる上、容量性負荷の状態が生じる。
パワーファクターとは、回路中の有効パワーと総消費電力の比較値であり、回路全体の負荷特性でもある。
一般的には、パワーファクターが１に近いほど用電効率が良好である。

図１の構造から言えば、交流電源ＡＣから負荷端子の方向に見て測定された電源電圧Ｖ_０１及び電源電流Ｉ_０１の波形は図２に示したとおりである。
発光装置１は容量性負荷であり、計算を経た後のパワーファクターが０．５７５であることがわかる。

通常、パワーファクターの調整には２種類の方法がある。
一つはパッシブＰＦＣ（PASSIVE PFC）で、もう一つはアクティブＰＦＣ（ACTIVE PFC）である。
このうち、パッシブＰＦＣ（PASSIVE PFC）は、回路中のパッシブ素子を利用して組成された回路で、その価格は安価であるが、パワーファクターを高める効果には限りがある。
アクティブＰＦＣ（ACTIVE PFC）は、回路中のアクティブ素子を利用して組成された回路で、その価格は高価であるが、パワーファクターを０．９以上まで調整して、抵抗性負荷にまで近づけることができる。

したがって、本考案は、シンプルな回路構造を利用して、パワーファクターを０．９以上にまで高め、さらに、アクティブ式またはパッシブ式のパワーファクター改善回路（ＰＴＣ）を必要としない発光装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本考案は、パワーファクターを高める発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本考案の発光装置は、発光回路、整流回路、第一フィードバック回路、第二フィードバック回路及び調光回路を備える。
発光回路は、相互に電気的に接続される少なくとも１個の発光ダイオード及び切換スイッチを有する。
整流回路は発光回路に電気的に接続されて、交流電源によって駆動信号を出力して発光回路を駆動させる。
第一フィードバック回路は整流回路に電気的に接続されて、駆動信号に基づき第一フィードバック信号を出力する。
第二フィードバック回路は発光回路に電気的に接続されて、発光ダイオードの発光状態に基づき第二フィードバック信号を出力する。
調光回路はそれぞれ発光回路、第一フィードバック回路及び第二フィードバック回路に電気的に接続されて、第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号に基づき切換信号を出力する。
このうち、切換信号は切換スイッチをコントロールするための信号である。

本考案の好適な実施例において、第一フィードバック回路は電圧フィードバック回路で、第二フィードバック回路は電流フィードバック回路である。

本考案の好適な実施例において、調光回路は、第一コンパレータ、第二コンパレータ、ＯＲゲート及びプロセッサを有する。
第一コンパレータは、第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号を受信して、これに基づき第一比較信号を出力する。
第二コンパレータは、第二フィードバック信号及びリファレンス信号を受信して、これに基づき第二比較信号を出力する。
ＯＲゲートは、第一コンパレータ及び第二コンパレータに電気的に接続されることで、第一比較信号及び第二比較信号に基づきコントロール信号を出力する。
プロセッサは、ＯＲゲートに電気的に接続されてコントロール信号に基づき切換信号を出力する。

このように、本考案の発光装置は、第一フィードバック回路及び第二フィードバック回路が得た第一フィードバック信号（例：電圧フィードバック信号）及び第二フィードバック信号（例：電流フィードバック信号）を利用してフィードバックコントロールの信号とする。
さらに、調光回路を組み合わせて使用することで、容易に電圧及び電流の波形がコントロールでき、パワーファクターも効果的に高めることができる。

本考案の発光装置は、第一フィードバック回路及び第二フィードバック回路が得た第一フィードバック信号及び第二フィードバック信号を利用してフィードバックコントロールの信号とする。
さらに、調光回路を組み合わせて使用することで、容易に電圧及び電流の波形がコントロールでき、パワーファクターも効果的に高めることができる。

従来の発光装置を示した図である。 従来の発光装置の電源電圧−電源電流の波形を示した図である。 本考案の好適な実施例の発光装置のブロック図である。 本考案の好適な実施例の発光装置の等価回路を示した図である。 本考案の好適な実施例の発光装置における調光回路の等価回路を示した図である。 本考案の好適な実施例の発光装置における電源電圧−電源電流の波形を示した図である。

以下、図を参照しながら、本考案の好適な実施例における発光装置について説明する。
図３を参照しながら説明する。
本考案の好適な実施例における発光装置２は、発光回路２１、整流回路２２、第一フィードバック回路２３、第二フィードバック回路２４及び調光回路２５を備える。

発光回路２１は、少なくとも１個の発光ダイオードＬＥＤ及び切換スイッチＱ_１１を有し、発光ダイオードＬＥＤは、切換スイッチＱ_１１に電気的に接続される。
ここで言うところの電気的な接続とは、直接的な電気的接続または間接的な電気的接続である。
発光ダイオードの数量が複数個の場合は、直列接続、並列接続または直並列接続であり、ここでは制限しない。

整流回路２２は、発光回路２１に電気的に接続されて、交流電源ＡＣにより駆動信号ＳＤを出力することで発光回路２１を駆動する。
このうち、整流回路２２は、半波整流回路または全波整流回路である。
本実施例において、整流回路２２は、全波整流回路を例としており、交流電源ＡＣを整流して直流リプルにすることで、駆動信号ＳＤとして出力する。

第一フィードバック回路２３は、整流回路２２に電気的に接続されて、駆動信号ＳＤに基づき第一フィードバック信号ＦＢ_１を出力する。
第二フィードバック回路２４は、発光回路２１に電気的に接続されて、発光ダイオードＬＥＤの発光状態に基づき第二フィードバック信号ＦＢ_２出力する

調光回路２５は、それぞれ発光回路２１、第一フィードバック回路２３及び第二フィードバック回路２４に電気的に接続されて、第一フィードバック信号ＦＢ_１及び第二フィードバックＦＢ_２に基づき切換信号Ｓ_ＳＷを出力することで発光回路２１の切換スイッチＱ_１１をコントロールする。

以下、図４を参照しながら、本考案の好適な実施例における発光装置２についてさらに詳しく説明する。

図４に示したとおり、発光回路２１はさらに、インダクタＬ_１１及びフリーホイール・ダイオードＷＤを有する。
このうち、発光ダイオードＬＥＤ、インダクタＬ_１１及びフリーホイール・ダイオードＷＤは、電気回路を構成する。
つまり、切換スイッチＱ_１１がＯＦＦの時でも、インダクタＬ_１１は電源を発光ダイオードＬＥＤに供給することができるということである。

第一フィードバック回路２３は、電圧フィードバック回路で、分圧器を有する。
本実施例において、分圧器は、少なくとも２個の抵抗Ｒ_１１、Ｒ_１２から構成されることで、駆動信号ＳＤの電圧を下げて第一フィードバック信号ＦＢ_１に変換する。

第二フィードバック回路２４は、電流フィードバック回路で、抵抗Ｒ_１３を有することで、切換スイッチＱ_１１を流れる電流を電圧形式の第二フィードバック信号ＦＢ_２に変換する。

調光回路２５は、集積回路（integrated circuit, ＩＣ）であり、複数の入力／出力ポート（Ｉ／Ｏ ｐｏｒｔ）を有し、それぞれ電源入力ポートＶ_ＩＮ、リニア調光ポートＬＤ、電圧出力ポートＶｄｄ、リファレンス信号入力ポートＰＷＭＤ、フィードバック信号入力ポートＣＳ及び切換信号出力ポートＧａを有する。
電源入力ポートＶ_ＩＮは、駆動信号ＳＤを受信して調光回路の作業電圧とする。

以下、図５を参照しながら説明する。
調光回路２５の詳細な構造は、第一コンパレータ２５１、第二コンパレータ２５２、ＯＲゲート２５３及びプロセッサ２５４を有する。

第一コンパレータ２５１は、リニア調光ポートＬＤを介して第一フィードバック信号ＦＢ_１を、さらに、フィードバック信号入力ポートＣＳを介して第二フィードバック信号ＦＢ_２を受信して、これに基づき第一比較信号ＳＣ１を出力する。

第二コンパレータ２５２は、フィードバック信号入力ポートＣＳを介して第二フィードバック信号ＦＢ_２及びリファレンス信号Ｓ_ＲＥＦを受信して、これに基づき第二比較信号ＳＣ２を出力する。

ＯＲゲート２５３は、第一コンパレータ２５１及び第二コンパレータ２５２に電気的に接続されて、第一比較信号ＳＣ１及び第二比較信号ＳＣ２に基づきコントロール信号Ｓ_ＣＲＬを出力する。

プロセッサ２５４は、ＯＲゲート２５３に電気的に接続されて、コントロール信号Ｓ_ＣＲＬに基づき切換信号Ｓ_ＳＷを出力する。
本実施例において、プロセッサ２５４は、コントロール信号Ｓ_ＣＲＬ及びリファレンス信号入力ポートＰＷＭＤから入力されるリファレンス信号を、ＡＮＤゲートを通過させた後、切換信号Ｓ_ＳＷを出力する。

電圧出力ポートＶｄｄは、それぞれ電源入力ポートＶ_ＩＮ及びリファレンス信号入力ポートＰＷＭＤに電気的に接続されて、さらに、コンデンサＣ_１１（図４に示したとおり）に電気的に接続される。

また、図４に示したように、本実施例において、発光装置２はさらに、電磁干渉防護回路２６を備え、整流回路２２に並列接続される。
このうち、電磁干渉防護回路２６は、コンデンサＣ_１２を有するものを例とする。

次に、図４及び図６を参照しながら説明する。
図６は、本考案の好適な実施例における発光装置２を、交流電源ＡＣから負荷端子の方向に見て測定された電源電圧Ｖ_１１及び電源電流Ｉ_１１の波形を示した図である。
図６からわかるように、電源電圧Ｖ_１１と電源電流Ｉ_１１の位相は類似しており、さらに、計算を経た後、そのパワーファクターは０．９６２であり、従来の技術に比べるとパワーファクターは大幅に向上している。

このように、本考案の発光装置は、第一フィードバック回路及び第二フィードバック回路が得た第一フィードバック信号（例：電圧フィードバック信号）及び第二フィードバック信号（例：電流フィードバック信号）を利用してフィードバックコントロールの信号とする。
従来の技術と比べたとき、駆動に用いる信号（電圧及び電流）と、フィードバックコントロールに用いる信号（電圧及び電流）がより一致している。
さらに、調光回路を使用することにより、アクティブ式またはパッシブ式のパワーファクター改善回路（ＰＦＣ）を使用する必要がないことで、簡単に電圧及び電流の位相及び波形をコントロールすることができ、さらに、パワーファクターも効果的に高めることができる。
また、発光装置中の高価な電解コンデンサが必要ないため、コスト削減にも貢献できる。

以上、本考案の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施例に限られるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、本考案に含まれる。

［従来］
ＡＣ 交流電源
Ｃ_０１，Ｃ_０２ コンデンサ
Ｉ_０１ 電源電流
Ｑ_０１ 切換スイッチ
Ｖ_０１ 電源電圧
Ｒ_０１ 抵抗
１ 発光装置
１１ 整流ユニット
１２ フィルタリングユニット
１３ 電磁干渉防護ユニット
１４ 発光ユニット
１５ コントロールユニット
１６ フィードバックユニット
［本考案］
２ 発光装置
２１ 発光回路
２２ 整流回路
２３ 第一フィードバック回路
２４ 第二フィードバック回路
２５ 調光回路
２５１ 第一コンパレータ
２５２ 第二コンパレータ
２５３ ＯＲゲート
２５４ プロセッサ
２６ 電磁干渉防護回路
ＡＣ 交流電源
Ｃ_１１，Ｃ_１２ コンデンサ
ＣＳ フィードバック信号入力ポート
ＦＢ_１ 第一フィードバック信号
ＦＢ_２ 第二フィードバック信号
Ｇａ 切換信号出力ポート
ＬＥＤ 発光ダイオード
Ｌ_１１ インダクタ
ＬＤ リニア調光ポート
ＰＷＭＤ リファレンス信号入力ポート
Ｑ_１１ 切換スイッチ
Ｒ_１１，Ｒ_１２，Ｒ_１３ 抵抗
ＳＣ１ 第一比較信号
ＳＣ２ 第二比較信号
Ｓ_ＣＲＬ コントロール信号
Ｓ_ＲＥＦ リファレンス信号
Ｓ_ＳＷ 切換信号
ＳＤ 駆動信号
Ｖ_ＩＮ 電源入力ポート
Ｖｄｄ 電圧出力ポート
ＷＤ フリーホイール・ダイオード
Ｖ_１１ 電源電圧
Ｉ_１１ 電源電流

Claims (5)

1. 少なくとも１個の発光ダイオード及び切換スイッチを有し、前記発光ダイオードは前記切換スイッチと電気的に接続される発光回路と、
   前記発光回路に電気的に接続されて、交流電源により駆動信号を出力して前記発光回路を駆動させる整流回路と、
   前記整流回路に電気的に接続されて、前記駆動信号に基づき第一フィードバック信号を出力する第一フィードバック回路と、
   前記発光回路に電気的に接続されて、前記発光ダイオードの発光状態に基づき第二フィードバック信号を出力する第二フィードバック回路と、
   それぞれ前記発光回路、前記第一フィードバック回路及び前記第二フィードバック回路に電気的に接続されて、前記第一フィードバック信号及び前記第二フィードバック信号に基づき切換信号を出力し、このうち、前記切換信号は前記切換スイッチをコントロールする調光回路とを備えることを特徴とする
   発光装置。
2. 前記発光回路はさらに、インダクタ及びフリーホイール・ダイオードを有し、このうち、前記発光ダイオード、前記インダクタ及び前記フリーホイール・ダイオードは、電気的回路を構成することを特徴とする
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第一フィードバック回路は電圧フィードバック回路、または、第二フィードバック回路は電流フィードバック回路であることを特徴とする
   請求項１に記載の発光装置。
4. 前記整流回路に並列接続される電磁干渉防護回路を備えることを特徴とする
   請求項１に記載の発光装置。
5. 前記調光回路は、
   前記第一フィードバック信号及び前記第二フィードバック信号を受信して、これに基づき第一比較信号を出力する第一コンパレータと、
   前記第二フィードバック信号及びリファレンス信号を受信して、これに基づき第二比較信号を出力する第二コンパレータと、
   前記第一コンパレータ及び前記第二コンパレータに電気的に接続されて、前記第一比較信号及び前記第二比較信号に基づきコントロール信号を出力するＯＲゲートと、
   前記ＯＲゲートに電気的に接続されて、前記コントロール信号に基づき切換信号を出力するプロセッサとを有することを特徴とする
   請求項１に記載の発光装置。

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