JP5355600B2 - 発光素子を使用した蛍光灯回路 - Google Patents

Description

本発明は発光素子を使用した蛍光灯回路に関し、より詳しくは、コンデンサにより従来の電子安定器の共振回路の共振周波数を変更する発光素子を使用した蛍光灯回路に関する。

ＬＥＤ等の発光素子の生産技術は長年の研究と発展を経て並々ならぬ進歩を遂げ、体積や寿命、発光効率等の理由により各領域に使用されるようになり、更には蛍光灯に取って代わる照明装置にもなった。現在市場に出ているＬＥＤ等の発光素子を使用した蛍光灯はそのほとんどが透明な管状のものの中にＬＥＤ等の発光素子モジュールを設置する方式を取っており、更に蛍光灯の接続端子は従来のものと同様の設計になっている。

現在の建築物にある蛍光灯器具は従来のインバータ式安定器を備えたインバータ形蛍光灯器具が多数を占め、共振により高周波を生じ蛍光灯を点灯させる。しかし、ＬＥＤ蛍光灯をインバータ形蛍光灯器具に取り付けると、共振現象により生じる高電圧によりＬＥＤ等の発光素子が焼けてしまう。そのため、従来のインバータ形蛍光灯器具にそのままＬＥＤ蛍光灯を取り付けることはできず、蛍光灯器具内にあるインバータ式安定器を取り除き、配線を変更することが必要であり、ＬＥＤ蛍光灯が普及し辛い要因ともなっている。

ＬＥＤ蛍光灯が従来のインバータ形蛍光灯器具に使えない欠点を解決すべく、発光素子を使用した蛍光灯回路を発明する思いに至った。

台湾特許出願公開第Ｉ３１８８５０号明細書

本発明は、ＬＥＤ蛍光灯を直接インバータ形蛍光灯器具に取り付けることを可能とする、発光素子を使用した蛍光灯回路を提供することを目的とする。

前記インバータ形蛍光灯器具は、第一ソケット及び第二ソケットを備え、本発明の発光素子を使用した蛍光灯回路は、コンデンサ、整流ユニット、定電流ユニット及び発光素子を備える。

前記コンデンサは前記第一ソケット及び前記第二ソケットの間に接続され、これによりインバータ式安定器の共振回路の共振周波数を変更し、インバータ式安定器に高周波を生じさせないようにする。

前記整流ユニットは前記コンデンサと接続され、前記インバータ式安定器が出力した交流電圧を整流し、ＬＥＤ蛍光灯の使用電圧に適した直流電圧を出力する。

前記定電流ユニットは前記整流ユニットと接続され、前記直流電圧を基に直流電流を流し、発光素子を発光させる。

本発明の発光素子を使用した蛍光灯回路は、ＬＥＤ蛍光灯を直接従来のインバータ形蛍光灯器具に取り付けることを可能にし、ＬＥＤ蛍光灯の規格に合った照明器具を購入する、或いは配線を変更するという手間を無くすことを可能にする。

従来のインバータ式安定器が備える直列共振回路の回路図を示す説明図である。 本発明の発光素子を使用した蛍光灯回路の実施例の構成を示す説明図である。 直列共振回路の周波数及び電圧の関係を示す図である。 本発明の発光素子を使用した蛍光灯回路の定電流ユニットの実施例の構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は従来のインバータ式安定器を備える直列共振回路の回路図を示す説明図である。交流電源１０はコンバータ回路２０に交流電圧を出力し、整流後の直流電圧を平滑ユニット３０に流す。平滑ユニット３０はＰＦＣ回路及び平滑回路（図示せず）を備え、前記ＰＦＣ回路はスイッチのコントロールにより前記平滑回路にあるコンデンサの蓄電及び放電を行い、電流の波形を正確に制御し、平滑化することを可能にする。ＰＦＣ回路は現在の技術において、数十から数百ｋＨｚの周波数に対応しており、高周波ノイズをほとんど無くすことを可能にし、力率も限りなく１に近づけることを可能にしている。電源や抵抗も広い範囲で利用可能である。

平滑ユニット３０が出力した直流電圧はインバータ回路５０に流される。インバータ回路５０は第一ｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０２、第二ｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０４、第一インバータ回路コンデンサＣ１及び第二インバータ回路コンデンサＣ２を備え、第一ｎ型ＭＯＳＦＥＴ及び第一ダイオード４０６は並列に接続されており、第二ｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０４及び第二ダイオード４０８は並列に接続されている。第一インバータ回路コンデンサＣ１は第一ｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０２のドレイン及び第二インバータ回路コンデンサＣ２の間に接続されており、第二インバータ回路コンデンサＣ２は第一インバータ回路コンデンサＣ１及び第二ｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０４のソースの間に接続されている。インバータ回路５０が備える２つのｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０２及び４０４はスイッチ素子として利用する。第一ゲートソース電圧Ｖｇｓ１及び第二ゲートソース電圧Ｖｇｓ２が交互に導通し、共振回路に交流電流を流す。第一インバータ回路コンデンサＣ１及び第二インバータ回路コンデンサＣ２の静電容量は非常に大きく、フィルタとして利用され、定電圧源と見なすことができる。第一ゲートソースＶｇｓ１及び第二ゲートソースＶｇｓ２は同時にオンになり電源がショートしないようデッドタイムが設けられる。第一ｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０２が導通した場合、入力電圧Ｖｄｃは第二ｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０４の両端にかかり、第二ｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０４が導通した場合、入力電圧Ｖｄｃは第一ｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０２の両端にかかる。上下２つのスイッチ素子のデッドタイムにより、第一インバータ回路コンデンサＣ１及び第二インバータ回路コンデンサＣ２を放電させ、スイッチ素子の印加電圧が０になった場合に導通させることでゼロ電圧スイッチングを行う。

インバータ回路５０は平滑ユニット３０が出力した直流電圧を２つのｎ型ＭＯＳＦＥＴ４０２及び４０４によって高周波交流電圧及び電流に変換する。蛍光灯４１６はインバータ式安定器４０の抵抗であり、インバータ回路５０のスイッチングにより高周波電圧を出力し、共振回路の電源となる。コイル４１０及び安定器コンデンサ４１２は共に前記共振回路の構成要素である。前記共振回路は蛍光灯４１６が起動する際に必要な始動電圧を提供し、蛍光灯４１６が始動した後、適切なフィラメント電流を提供する。

一般的なインバータ式安定器４０の静電容量はおおよそ３３〜４７ｎＦ、インダクタンスは０．２〜０．３ｍＨに設定されている。以下に示すＬＣ直列共振回路の共振周波数の公式から直列共振周波数ｆはおおよそ５０ｋＨｚであり、一般のインバータ式安定器４０の許容範囲は２０ｋＨｚ〜７０ｋＨｚである。

図２は本発明の発光素子を使用した蛍光灯回路の実施例の構成を示す説明図である。インバータ式安定器４０の回路及び動作原理は図１のものと同じである。本発明に係る実施例では図１の蛍光灯４１６を発光素子を使用した蛍光灯回路８０に交換している。

本発明の発光素子を使用した蛍光灯回路８０はコンデンサ４１４、整流ユニット６０、定電流ユニット７０及び発光素子４２０を備え、コンデンサ４１４はインバータ式安定器４０を含む蛍光灯器具の第一接続端子４２２及び第二接続端子４２４の間に接続され、インバータ式安定器４０の共振回路の等価抵抗を変更し、共振条件が満たされないようにしている。本実施例の共振回路の等価容量は安定器コンデンサ４１２とコンデンサ４１４を並列に接続したものの静電容量と見なすことができ、元の安定器コンデンサ４１２の静電容量より大きい。これによりインバータ式安定器４０の共振回路の共振周波数を変更する。よって、インバータ回路５０の切替周波数と共振回路の共振周波数は異なることになる。

整流ユニット６０は第一接続端子４２２及び第二接続端子４２４の間に接続される。図２に示すように、整流ユニット６０及びコンデンサ４１４は並列に接続されている。整流ユニット６０はインバータ式安定器４０の交流電圧を直流電圧に整流する。整流ユニット６０は複数のダイオードで構成されるブリッジ整流器であり、各ダイオードは前述の共振周波数に使える高周波ダイオードである。

定電流ユニット７０の入力端子７０２は整流ユニット６０と接続され、出力端子７０４は発光素子４２０と接続される。定電流ユニット７０は整流ユニット６０が出力した直流電圧を基に直流電流を流す。発光素子４２０の他端は整流ユニット６０に接続され、直流電流を受けて発光する。発光素子４２０は有機発光ダイオード、発光ダイオード、エレクトロルミネッセンスのいずれかであり、発光素子４２０は複数でもよい。

実施例の中で、コンデンサ４１４及び安定器コンデンサ４１２は並列に接続され、インバータ式安定器４０の静電容量が元の安定器コンデンサ４１２の静電容量を上回るようになっている。前述の共振周波数の公式から、共振回路の共振周波数は大幅に減少することがわかる。これにより、本実施例の発光素子を使用した蛍光灯回路８０はインバータ回路５０の切替周波数と共振周波数に差異を生じさせるため、共振条件を満たさなくなることが可能になる。そのため、発光素子４２０の操作電圧に適した電圧を出力することができ、発光素子４２０が焼けてしまう恐れがない。

図３は直列共振回路の周波数及び電圧の関係を示す図である。ｆ１は蛍光灯４１６を抵抗とする従来のインバータ式安定器４０の共振回路の共振周波数である。ｆ２は本発明に係る発光素子を使用した蛍光灯回路８０及びインバータ式安定器４０を並列に接続した共振回路の共振周波数である。本発明に係る発光素子を使用した蛍光灯回路８０はコンデンサ４１４を備え、コンデンサ４１４はインバータ式安定器４０回路の安定器コンデンサ４１２と並列に接続される。それにより等価容量は元の安定器コンデンサ４１２の静電容量を大きく上回る。前述の共振周波数の公式から、コンデンサ４１４を並列に接続した場合の共振回路の共振周波数ｆ２は図に示すようにｆ１より大幅に減少し、本発明に係る発光素子を使用した蛍光灯回路８０の共振周波数の操作周波数範囲は従来のインバータ式安定器４０回路の操作周波数範囲と重複しない。

図４は本発明の発光素子を使用した蛍光灯回路の定電流ユニットの実施例の構成を示す説明図である。

図４ａに示す実施例１の定電流ユニットは、入力端子７０２に接続される第一ドレインＤ、第一ドレインＤに接続される第一ゲートＧ及び第一ソースＳを有する第一トランジスタ７０６と、第一ソースＳ及び出力端子７０４の間に接続される第一抵抗器７１０と、第一ゲートＧ及び入力端子７０２の間に接続される第二抵抗器７１２と、を備える。入力端子７０２は整流ユニット６０と接続され、出力端子７０４は発光素子４２０と接続される。第一トランジスタ７０６は整流ユニット６０が整流した電圧を受け取った後、第一トランジスタ７０６を導通させ、ゲートＧ及びソースＳ間の電圧を基にソースＳから一定の電流Ｉ_Ｄを出力する。ソースＳが出力した電流Ｉ_Ｄは第一抵抗器７１０に流れ、その際第一抵抗器７１０にかかる電圧Ｖ_Ｒに伴い第一トランジスタ７０６のゲート電圧を制御することで、定電流回路として働く。

図４ｂに示す実施例２の定電流ユニットは、入力端子７０２に接続される第一ドレインＤ、第二抵抗器７１２に接続される第一ゲートＧ及び第一ソースＳを有する第一トランジスタ７０６と、第一ソースＳ及び出力端子７０４の間に接続される第一抵抗器７１０と、第一ゲートＧに接続される第二ドレインＤ、第一ソースＳに接続される第二ゲートＧ及び出力端子７０４に接続される第二ソースＳを有する第二トランジスタ７０８と、第一ゲートＧ及び入力端子７０２の間に接続される第二抵抗器７１２と、を備える。入力端子７０２は整流ユニット６０と接続され、出力端子７０４は発光素子４２０と接続される。第二抵抗器７１２は外部電源に接続され、第二抵抗器７１２にかかる電圧を基に電流を流す電流源と見なすことができる。前記外部電源は整流された直流電源である。第一トランジスタ７０６のドレインＤは前記外部電源に接続され、ゲートＧ及びソースＳ間の電圧を基にソースＳから一定の電流を流し、第二トランジスタ７０８は第一抵抗器７１０にかかる電圧を基に第一トランジスタ７０６のゲートＧの電圧を制御する。つまり、第二トランジスタ７０８は電圧によって電流を制御している。前記外部電源の電圧が上がった場合、第一トランジスタ７０６のドレインＤとソースＳの間に流れる電流が増加するため、第一トランジスタ７０６はゲートＧ及びソースＳ間の電圧により制御される抵抗器と見なすことができる。そのため、電流Ｉ_Ｄの増加により第一抵抗器７１０の電圧が増加し、第二トランジスタ７０８のゲートＧとソースＳの間の電圧が増加した状況下で、第二トランジスタ７０８の内部抵抗は大幅に減少する。つまり第一トランジスタ７０６のゲートＧの電圧を大幅に減少させることで第一トランジスタ７０６のドレインＤとソースＳの間の電流Ｉ_Ｄを制限することで、定電流回路として働く。

図４ｃに示す実施例３の定電流ユニットは、入力端子７０２に接続される第一ドレインＤ、第二抵抗器７１２に接続される第一ゲートＧ及び第一ソースＳを有する第一トランジスタ７０６と、第一ソースＳ及び出力端子７０４の間に接続される第一抵抗器７１０と、第一ゲートＧに接続される第二ドレインＤ、第一ソースＳに接続される第二ゲートＧ及び出力端子７０４に接続される第二ソースＳを有する第二トランジスタ７０８と、第一ゲートＧ及び入力端子７０２の間に接続される第二抵抗器７１２と、第一抵抗器７１０と並列に接続される第一コンデンサ７１４と、を備える。入力端子７０２は整流ユニット６０と接続され、出力端子７０４は発光素子４２０と接続される。本実施例の回路及び動作原理は図４ｂのものと同じであるが、本実施例では新たに第一コンデンサ７１４を設置している。

第一コンデンサ７１４及び第一抵抗器７１０は並列に接続される。第一コンデンサ７１４は第一トランジスタ７０６が導通した場合に蓄電し、その際第一抵抗器７１０にリバースバイアスが発生し、第一抵抗器７１０にかかる電圧が下がる。つまり、第二トランジスタ７０８のゲートＧとソースＳの間の電圧を下げることで、第一トランジスタ７０６に流れる電流を調節することができる。

図４ｄに示す実施例４の定電流ユニットは、入力端子７０２に接続される第一ドレインＤ、第二抵抗器７１２に接続される第一ゲートＧ及び第一ソースＳを有する第一トランジスタ７０６と、第一ソースＳ及び出力端子７０４の間に接続される第一抵抗器７１０と、第一ゲートＧに接続される第二ドレインＤ、第一ソースＳに接続される第二ゲートＧ及び出力端子７０４に接続される第二ソースＳを有する第二トランジスタ７０８と、第一ゲートＧ及び入力端子７０２の間に接続される第二抵抗器７１２と、第一抵抗器７１０と並列に接続される第一コンデンサ７１４と、第二抵抗器７１２と並列に接続される第二コンデンサ７１６と、を備える。入力端子７０２は整流ユニット６０と接続され、出力端子７０４は発光素子４２０と接続される。本実施例の回路及び動作原理は図４ｃのものと同じであるが、本実施例では新たに第二コンデンサ７１６を設置している。

第二コンデンサ７１６及び第二抵抗器７１２は並列に接続される。第二コンデンサ７１６は第一トランジスタ７０６が導通した場合に蓄電し、その際第二抵抗器７１２にリバースバイアスが発生し、第二抵抗器７１２にかかる電圧が下がる。つまり、第一トランジスタ７０６のゲートＧとドレインＤの間の電圧を下げることで、第二トランジスタ７０８に流れる電流を調節することができる。

上述において、本発明の説明の利便性のために最良の実施例を挙げて説明したが、これ らの実施例は本発明の請求の範囲を限定するものではなく、本発明に基づく本発明の要旨
を逸脱しないあらゆる変更は本発明の特許請求の範囲に含まれる。

１０ 交流電源
２０ コンバータ回路
３０ 平滑ユニット
４０ インバータ式安定器
４０２ 第一ｎ型ＭＯＳＦＥＴ
４０４ 第二ｎ型ＭＯＳＦＥＴ
４０６ 第一ダイオード
４０８ 第二ダイオード
４１０ コイル
４１２ 安定器コンデンサ
４１４ コンデンサ
４１６ 蛍光灯
４２０ 発光素子
４２２ 第一接続端子
４２４ 第二接続端子
５０ インバータ回路
６０ 整流ユニット
７０ 定電流ユニット
７０２ 入力端子
７０４ 出力端子
７０６ 第一トランジスタ
７０８ 第二トランジスタ
７１０ 第一抵抗器
７１２ 第二抵抗器
７１４ 第一コンデンサ
７１６ 第二コンデンサ
８０ 発光素子を使用した蛍光灯回路
Ｖｄｃ 入力電圧
Ｖｇｓ１ 第一ゲートソース電圧
Ｖｇｓ２ 第二ゲートソース電圧
Ｃ１ 第一インバータ回路コンデンサ
Ｃ２ 第二インバータ回路コンデンサ
ｆ 共振周波数
ｆ１ インバータ式安定器の共振回路の共振周波数
ｆ２ インバータ式安定器と発光素子を使用した蛍光灯回路を並列に接続した共振回路の共振周波数
Ｇ ゲート
Ｓ ソース
Ｄ ドレイン
Ｉ_Ｄ 電流
Ｖ_Ｒ 電圧

Claims (8)

1. 安定器整流ユニット、力率補正器、共振変換器、インダクタ及び安定器コンデンサを含むインバータ式安定器と、第一接続端子と、第二接続端子とを有し、そのうち、前記安定器コンデンサの一端が第一接続端子に接続され、別の一端が第二接続端子に接続されている発光素子をインバータ形蛍光灯器具に直接取り付けることが可能な発光素子を使用した蛍光灯回路であって、
   前記第一接続端子及び前記第二接続端子の間に接続されるコンデンサと、
   前記第一接続端子及び前記第二接続端子に接続され、前記インバータ形蛍光灯器具が出力した交流電圧を整流し、直流電圧を出力する整流ユニットと、
   前記整流ユニットと接続され、前記直流電圧を基に直流電流を出力する定電流ユニットと、
   前記定電流ユニット及び前記整流ユニットの間に接続され、前記定電流ユニットが出力した直流電流により発光する発光素子と、
   を備える発光素子を使用した蛍光灯回路。
2. 請求項１に記載の発光素子を使用した蛍光灯回路において、
   前記インダクタ及び安定器コンデンサは共振回路に相等し、前記安定器コンデンサは等価インピーダンス、或いは共振回路の共振周波数を変更するために利用されることを特徴とする発光素子を使用した蛍光灯回路。
3. 請求項２に記載の発光素子を使用した蛍光灯回路において、
   前記共振回路の等価コンデンサは前記コンデンサと前記安定器コンデンサとが並列に接続されて得られるものあって、前記等価コンデンサの値は前記安定器コンデンサの値より大きいことを特徴とする発光素子を使用した蛍光灯回路。
4. インバータ式安定器と、第一接続端子と、第二接続端子とを有し、そのうち、前記インバータ式安定器の一端が第一接続端子に接続され、別の一端が第二接続端子に接続されている発光素子をインバータ形蛍光灯器具に直接取り付けることが可能な発光素子を使用した蛍光灯回路であって、
   前記第一接続端子及び前記第二接続端子の間に接続されるコンデンサと、
   前記第一接続端子及び前記第二接続端子に接続され、前記インバータ形蛍光灯器具が出力した交流電圧を整流し、直流電圧を出力する整流ユニットと、
   前記整流ユニットと接続され、前記直流電圧を基に直流電流を出力する定電流ユニットと、
   前記定電流ユニット及び前記整流ユニットの間に接続され、前記定電流ユニットが出力した直流電流により発光する発光素子と、
   を備える発光素子を使用した蛍光灯回路 。
5. 請求項４に記載の発光素子を使用した蛍光灯回路において、
   前記インバータ式安定器は安定器整流ユニット、力率補正器、共振変換器、インダクタ及び安定器コンデンサを含み、そのうち、前記安定器コンデンサの一端が第一接続端子に接続され、別の一端が第二接続端子に接続されていることを特徴とする発光素子を使用した蛍光灯回路。
6. 請求項５に記載の発光素子を使用した蛍光灯回路において、
   前記インダクタ及び安定器コンデンサは共振回路に相等し、前記安定器コンデンサは等価インピーダンス、或いは共振回路の共振周波数を変更するために利用されることを特徴とする発光素子を使用した蛍光灯回路。
7. 請求項６に記載の発光素子を使用した蛍光灯回路において、
   前記共振回路の等価コンデンサは前記コンデンサと前記安定器コンデンサとが並列に接続されて得られるものあって、前記等価コンデンサの値は前記安定器コンデンサの値より大きいことを特徴とする発光素子を使用した蛍光灯回路。
8. インバータ式安定器と、第一接続端子と、第二接続端子とを有し、そのうち、前記インバータ式安定器の一端が第一接続端子に接続され、別の一端が第二接続端子に接続されている発光素子をインバータ形蛍光灯器具に直接取り付けることが可能な発光素子を使用した蛍光灯回路であって、
   前記第一接続端子及び前記第二接続端子の間に接続され、等価インピーダンス、或いは共振回路の共振周波数を変更するために利用されるコンデンサと、
   前記第一接続端子及び前記第二接続端子に接続され、前記インバータ形蛍光灯器具が出力した交流電圧を整流し、直流電圧を出力する整流ユニットと、
   前記整流ユニットと接続され、前記直流電圧を基に直流電流を出力する定電流ユニットと、
   前記定電流ユニット及び前記整流ユニットの間に接続され、前記定電流ユニットが出力した直流電流により発光する発光素子と、
   を備える発光素子を使用した蛍光灯回路 。

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