KR20120031521A

KR20120031521A - 점등회로, 램프 및 조명장치

Info

Publication number: KR20120031521A
Application number: KR1020127004042A
Authority: KR
Inventors: 다츠미 세토모토; 다모츠 안도; 가즈시게 스기타
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-04-03
Also published as: US8686655B2; CN102474959A; US20120153854A1; WO2012011288A1; EP2597935A1; CN102474959B; JP5513606B2; EP2597935A4; JPWO2012011288A1

Abstract

LED를 광원으로 하는 램프의 점등회로로, 공진 회로의 설계가 용이한 점등회로를 제공한다. LED로 이루어지는 발광부(39)를 광원으로 하는 램프의 점등회로(11)는 교류 전원으로부터 베이스(28)를 개재하여 공급된 전력을 정류하는 정류회로(31)와, 정류회로(31)의 출력 측에 접속되고 또한 LED에 교류 전력을 출력하는 인버터회로(33)와, 인버터회로(33)의 출력 측에 접속된 공진 회로(35)를 구비하고, 공진 회로(35)는 인덕터(L)와 콘덴서(C1)의 직렬회로로 구성되며, 공진 회로(35)에 발광부(39)가 직렬로 접속되어 있다.

Description

점등회로, 램프 및 조명장치{LIGHTING CIRCUIT, LAMP AND ILLUMINATION DEVICE}

본 발명은 LED를 광원으로 하는 램프의 점등회로 및 당해 점등회로를 구비한 램프 및 조명장치에 관한 것이다.

최근 에너지 절약의 관점에서 백열전구에 대체하는 전구형 램프로 LED를 광원으로 이용하는 LED 램프가 제안되어 있다. 또, LED를 이용한 전구형 램프를 LED 램프라고 하며, 이하에 설명한다.

LED 램프는 LED를 점등시키기 위한 점등회로를 베이스가 장착되어 있는 케이스 내에 수납한다. 이와 같은 회로로는 인버터회로와 트랜스를 구비하는 것(특허문헌 1)이나, 인버터회로와 공진 회로를 구비하는 것(특허문헌 2) 등이 있다.

최근 백열전구를 사용하고 있던 기존의 조명기구에도 장착할 수 있는 크기의 LED 램프가 요망되어 있으며, LED 램프의 소형화의 관점에서 공진 회로를 이용하는 점등회로가 주류로 되어 있다.

공진 회로를 이용한 특허문헌 2에 기재된 점등회로는 직류 전원회로, 인버터회로, 직렬접속된 인덕터와 콘덴서로 이루어지는 공진 회로를 가지며, 이 공진 회로의 콘덴서에 대해서 복수의 LED가 병렬로 접속되어 있다.

특허문헌 1：일본국 특개 2009－516922호 공보 특허문헌 2：일본국 특개 2010－86943호 공보

상기의 LED 램프는 대상으로 하는 백열전구의 휘도나 와트 수에 맞춘 소정 수의 LED(칩임)가 기판 등에 실장되어서 광원을 구성하고 있다.

따라서 상기 공진 회로를 갖는 종래의 점등회로에서는 대상으로 하는 백열전구의 휘도 등에 맞춰서 LED의 개수가 결정되므로 공진 회로의 설계가 어렵다고 하는 과제가 있다.

즉, 백열전구는 복수 종류(예를 들어, 40W, 60W, 100W 등이다) 있으며, 종류별로 휘도가 다르다. 그러므로 대체 대상으로 하는 백열전구의 휘도에 맞춰서 LED 램프의 LED 수가 결정되며, 다른 종류의 백열전구 대체의 LED 램프의 점등회로를 그대로 이용할 수 없다.

한편, 이들 복수의 LED는 공진 회로의 콘덴서에 병렬로 접속되어 있으므로 공진 회로의 설계가 인덕터와 콘덴서뿐만 아니라 LED 수 등의 영향도 받는다.

따라서 대체 대상의 백열전구에 대응한 LED 램프의 각각의 점등회로는 대상의 백열전구에 대응하여 LED 수가 결정되고, 이 LED 수와 당해 LED에 병렬접속된 콘덴서의 합산과 인덕터에 의해 공진 회로의 사양을 그때마다 정할 필요가 있어서 그 설계가 매우 번잡한 것이 된다.

본 발명은 LED를 광원으로 하는 램프의 점등회로로 공진 회로의 설계가 용이한 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 점등회로는 LED를 광원으로 하는 램프의 점등회로이며, 교류 전원으로부터 공급된 전력을 정류하는 정류회로와, 상기 정류회로의 출력 측에 접속된 인버터회로와, 상기 인버터회로의 출력 측에 접속된 공진 회로를 구비하고, 상기 공진 회로는 인덕터와 콘덴서의 직렬회로로 구성되며, 당해 공진 회로에 상기 LED가 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 의하면, LED가 공진 회로에 직렬로 접속되어 있으므로 공진 회로의 설계를 인덕터와 콘덴서로 실행할 수 있어서 공진 회로의 설계를 용이하게 할 수 있다.

또, 상기 LED에 대해서 병렬접속된 콘덴서를 구비하는 것을 특징으로 하거나, 혹은, 상기 인버터회로는 한 쌍의 스위칭소자와 한 쌍의 결합콘덴서를 구비하는 하프 브리지 타입이며, 상기 한 쌍의 결합콘덴서 중 하나가 상기 공진 회로를 구성하는 콘덴서를 겸용하는 것을 특징으로 하고 있다.

한편, 본 발명에 관한 램프는 광원으로서의 LED와 당해 LED를 점등시키는 점등회로를 구비하는 램프이며, 상기 점등회로는 상기 구성의 점등회로인 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명에 관한 조명장치는 광원으로서의 LED를 구비하는 램프와, 상기 LED를 점등시키는 점등회로를 구비하는 조명장치이며, 상기 점등회로는 상기 구성의 점등회로인 것을 특징으로 하고 있다.

도 1은 제 1 실시형태에 관한 LED 램프의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 실시형태에 관한 점등회로의 블록도이다.
도 3은 본 실시형태에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 변형 예 1에 관한 점등회로의 블록도이다.
도 5는 변형 예 1에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 6은 변형 예 2에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 7은 제 2 실시형태에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 8은 변형 예 3에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 9는 변형 예 4에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 10은 발명에 관한 조명장치의 일 예를 설명하는 개략도이다.

＜제 1 실시형태＞

본 발명을 실시하기 위한 제 1 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

1. 전체 구성

도 1은 제 1 실시형태에 관한 LED 램프의 구조를 나타내는 단면도이다.

LED 램프(본 발명의 「램프」에 상당한다)(1)는 LED(18)를 광원으로 구비하는 LED 모듈(3)과, LED 모듈(3)을 탑재하는 탑재 부재(5)와, 탑재 부재(5)를 일단에 구비하는 케이스(7)와, LED 모듈(3)을 덮는 글로브(9)와, LED(18)를 점등시키는 점등회로(11)와, 점등회로(11)를 내부에 수납하면서 또한 케이스(7) 내에 배치된 회로홀더(13)와, 케이스(7)의 타단에 설치된 베이스 부재(15)를 구비한다. 또, LED 램프(1)는 소위 전구형의 램프이다.

(1) LED 모듈

LED 모듈(3)은 절연기판(17)과, 절연기판(17)의 표면에 실장된 복수의 LED(18)와, 절연기판(17)상에서 LED(18)를 피복하는 밀봉체(19)를 구비한다. 밀봉체(19)는 주로 투광성 재료로 이루어지고, LED(18)로부터 나오는 광의 파장을 소정의 파장으로 변환할 필요가 있는 경우는 광의 파장을 변환하는 변환재료가 상기 투광성 재료에 혼입되어서 이루어진다.

투광성 재료로는 예를 들어 실리콘 수지를 이용할 수 있으며, 또 변환재료로는 예를 들어 형광체 입자를 이용할 수 있다.

복수의 LED(18)가 접속된 것은 광원으로서 발광하므로 발광부(39)라고도 한다.

(2) 탑재 부재

탑재 부재(5)는 판 형상의 부재로 이루어지며, 그 표면에 LED 모듈(3)을 탑재하는 동시에, 후술하는 케이스(7)의 일단을 덮고 있다.

탑재 부재(5)는 점등시에 LED(18)에 발생하는 열을 케이스(7)에 전하는 기능도 담당하고 있으며, 열 전도성이 높은 재료가 이용된다. 본 실시형태에서는 원반형상의 부재에 의해 구성되며, 케이스(7)의 일단에 압입(壓入)되고, 또 나사(21)에 의해 회로홀더(13)에 연결되어 있다. 열 전도성이 높은 재료로는 예를 들어 알루미늄 등의 금속재료를 이용할 수 있다.

탑재 부재(5)의 외주면은 단차 형상으로 되어 있으며, 단차 부분과 케이스(7)의 일단 사이에 생성된 홈부에 글로브(9)의 개구 측의 단부가 삽입되어 접착제(23)로 고착되어 있다.

(3) 케이스

케이스(7)는 통 형상을 하며, 그 일단에 상기 재치 부재(5)가, 타단에 베이스 부재(15)가 각각 장착된다. 케이스(7)는 점등시의 LED(18)로부터의 열을 재치 부재(5)로부터 받아서 이 열을 방사하는 기능(소위, 히트 싱크이다)도 갖고 있으며, 열 방사성이 높은 재료가 이용된다. 열 방사성이 높은 재료로는 예를 들어 알루미늄 등의 금속재료를 이용할 수 있다.

케이스(7)의 내부에는 회로홀더(13)의 본체부가 수용되고, 일부가 케이스(7)의 타단 측으로부터 외부로 연장하며, 그 연장 부분에 베이스 부재(15)가 장착되어 있다.

(4) 글로브

글로브(9)는 탑재 부재(5)와 케이스(7)를 조합시킨 때에 생성되는 상기 홈부에 삽입되고, 그 홈부에 접착제(23)가 충전됨으로써 탑재 부재(5) 및 케이스(7)에 고정(고착)되어 있다.

(5) 점등회로

점등회로(11)는 절연기판(25)에 각종 전자부품이 실장된 것이며, 회로홀더(13)에 수납되어 있다. 점등회로(11)의 출력단자와 LED 모듈(3)의 입력단자는 배선(27)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또, 회로 구성에 대해는 후술한다.

(6) 회로홀더

회로홀더(13)는 절연성 재료로 이루어진다. 절연성 재료로는 예를 들어 합성 수지(구체적으로는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)이다)를 이용할 수 있다.

(7) 베이스 부재

베이스 부재(15)는 조명기구의 소켓에 장착되며, 이 소켓을 개재하여 급전을 받기 위한 것이다. 구체적으로는 에디슨식의 베이스(28)와, 베이스(28)와 케이스(7)의 절연성을 확보하기 위한 절연 부재(29)를 갖는다.

베이스 부재(15)는 회로홀더(13)의 케이스(7)의 타단의 개구로부터 연장하는 부분을 피복하는 상태로 장착되어 있다. 또, 베이스(28)와 점등회로(11)의 입력단자는 배선(도시 생략)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.

2. 회로 구성

(1) 개략

도 2는 본 실시형태에 관한 점등회로의 블록도이다.

LED 램프(1)는 주로 정류회로(31), 인버터회로(33), 초크코일(L)과 콘덴서(C1)가 직렬접속된 공진 회로(35)를 구비하고, 복수의 LED(18)가 공진 회로(35)에 직렬로 접속되어 있다.

정류회로(31)는 상용 저주파 교류를 정류하여 직류로 변환하여 인버터회로(33)에 출력한다. 또, 구체적인 구성에 대해서는 후술한다.

인버터회로(33)는 정류회로(31)로부터 출력된 직류를 고주파의 교류로 변환하여 공진 회로(35)에 출력한다. 또, 구체적인 구성에 대해서는 후술한다.

공진 회로(35)는 인버터회로(33)로부터 출력된 전압을 승압하여 발광부(39)에 정전류를 출력한다.

(2) 구체적 구성

도 3은 본 실시형태에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.

정류회로(31)는 예를 들어 4개의 다이오드(D1)를 이용한 소위 다이오드 브리지이다.

인버터회로(33)는 예를 들어 2개의 스위칭소자(Q1, Q2)를 구비하며, 정류회로(31)의 출력 측에 직렬로 접속되어 있다. 여기에서는 스위칭소자(Q1, Q2)는 전계 효과 트랜지스터가 이용되고, 각 전계 효과 트랜지스터의 게이트가 제어부 IC에 접속되어 있다.

제어부(IC)는 점등회로(11)에 전류가 흐르면 스위칭소자(Q1, Q2)의 ON/OFF를 소정의 간격으로 교호로 반복하도록 제어신호를 스위칭소자(Q1, Q2)에 출력한다.

또, 정류회로(31)와 인버터회로(33) 사이에는 평활회로, 여기에서는 전해콘덴서(CD1)가 접속되어 있다.

인버터회로(33)의 출력 측에는 공진 회로(35)를 구성하는 인덕터(L)와 공진 콘덴서(C1)가 발광부(39)를 개재하여 직렬로 접속되어 있다.

발광부(39)는 LED(18)를 순방향으로 복수 개 직렬로 접속한 LED 직렬접속 군(41, 43)을 순방향이 서로 역이 되도록 병렬로 접속되어서 이루어진다.

또, 여기에서는 인버터회로(33)로 2개의 스위칭소자 Q1, Q2를 구비한 소위 시리즈 인버터 타입이지만, 1개의 스위칭소자와 인덕터로 구성하는 것도 가능하다.

(3) 동작

베이스(28)를 개재하여 상용전원으로부터 교류 전원이 공급되면 정류회로(31)에서 정류되고, 평활회로에 의해 평활 된 직류전력이 인버터회로(33)로 출력된다. 제어부(IC)는 회로에 전류가 흐르면(전압이 인가되면) 스위칭소자(Q1, Q2)에 대해서 소정의 간격으로 ON/OFF 신호를 출력한다.

이에 의해 공진 회로(35) 측으로 고주파 전력이 출력되고, 공진 회로(35)에서 승압된 전압이 발광부(39)의 LED(18)에 인가된다.

구체적으로 설명하면, 스위칭소자(Q1)가 OFF이고, 스위칭소자(Q2)가 ON의 경우, 인덕터(L)로부터 LED 직렬접속 군(43)을 지나서 공진 콘덴서(C1)로 향하는 방향의 전류가 흘러서 공진 콘덴서(C1)가 충전된다.

그리고, 소정 시간이 경과하여 스위칭소자(Q1)가 ON이 되고 스위칭소자(Q2)가 OFF가 각각 되면 공진 콘덴서(C1)가 방전하며, 공진 콘덴서(C1)로부터 LED 직렬접속 군(41)을 지나서 인덕터(L)로 향하는 방향의 전류가 흐른다. 이어서 소정 시간이 경과하여 스위칭소자(Q1)가 OFF가 되고 스위칭소자(Q2)가 ON이 각각 되면 상술한 전류가 다시 흘러서 스위칭소자(Q1, Q2)의 ON/OFF가 반복됨으로써 교호로 LED 직렬접속 군(41, 43)에 전류가 흘러서 발광부(39)가 연속해서 점등상태가 된다.

(4) 효과

상기 구성의 점등회로(11)에서는 공진 회로(35)를 구성하는 인덕터(L)와 공진 콘덴서(C1)가 발광부(39)의 복수의 LED(18)에 직렬로 접속되어 있다. 그러므로 공진 특성을 결정하는 파라미터가 인덕터(L)와 콘덴서(C1) 2개가 되므로 회로설계가 용이하게 된다.

3. 변형 예

(1) 변형 예 1

상기 설명한 회로 구성이 기본 구성이지만, 콘덴서 등을 더 부가함으로써 다양한 효과를 얻을 수 있다. 콘덴서를 추가한 예를 변형 예 1로 설명한다.

도 4는 변형 예 1에 관한 점등회로의 블록도이고, 도 5는 변형 예 1에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.

변형 예 1에 관한 점등회로(51)는 복수의 LED(18)에 대해서 병렬로 접속된 콘덴서(C2)를 구비하는 점에서 점등회로(11)와 다르다.

콘덴서(C2)를 설치함으로써 발광부(39) 내에서 단선 등이 발생하여 오픈 상태가 된 경우, 공진 회로(35)에 의해 전압이 승압되고, 이 고전압에 의해 각종 전자부품을 파괴시켜서 회로 기능을 정지시키는 것과 같은 일이 가능해진다. 이하, 구체적으로 설명한다.

발광부(39)를 구성하고 있는 복수의 LED(18)가 정상으로 접속되고, 또 다른 전자부품에 이상이 없는 경우, 즉, 정상적인 상태에서의 점등의 경우에는 콘덴서(C2)가 발광부(39)에 대해서 병렬로 접속되어 있으므로 콘덴서(C2)에 흐르는 전류가 작으며, 회로로서의 기여율이 낮게 되어 있다.

한편, 발광부(39)를 구성하는 복수의 LED(18)나 이들을 접속하는 배선(도전로)에 예를 들어 단선 등이 발생한 경우, 콘덴서(C2)와 발광부(39)의 병렬회로에서 발광부(39)에 흐르는 전류는 없어지며, 콘덴서(C2)만의 회로가 된다.

그 결과, 인덕터(L)와 콘덴서(C1, C2)가 직렬접속이 되고, 콘덴서의 용량이 작아져서 발광부(39)의 단선에 의해 콘덴서(C2)의 공진 특성의 기여율이 높아진다.

따라서 정상적인 상태에서의 점등시에 공진 회로(35)의 공진 주파수를 벗어난 주파수로 작동하도록 회로 구성한 경우, 발광부(39)에 단선이 발생하면 상술한 콘덴서(C2)의 기여율 향상에 의해 공진 회로(35)에서 승압되는 전압은 정상 점등시의 전압보다도 높아진다.

이에 의해 예를 들어 인덕터 등의 전자부품의 내전압을 발광부(39)에서 단선이 발생한 때의 공진 회로(35)에서 승압된 전압보다 낮게 해 두면, 발광부의 이상(발광부(39)에서의 단선)에 의해 파괴시킬 수 있어서 안전하게 회로기능을 정지시킬 수 있다.

또, 발광부(39)의 전압, 즉, LED(18)의 수에 따라 발광부(39)에 인가하는 전압이 설정된다. 이때, 발광부(39)의 전압에 맞춰서 발광부(39)에 병렬로 접속되어 있는 콘덴서(C2)의 용량을 조정함으로써 다양한 종류(다른 사용의 LED 램프)의 발광부(39)에 대응할 수 있다.

즉, 발광부(39)의 전압의 변화에 대응하여 콘덴서(C2)의 용량을 조정함으로써 공진 회로(35)를 구성하는 인덕터(L) 및 공진 콘덴서(C1)의 사양의 변경을 수반하지 않고 다양한 종류의 발광부(39)에 대응할 수 있다.

또, 실제의 공진 주파수의 하한치는 상용 주파수를 제외한 101[Hz] 이상 또는 121[Hz] 이상이며, LED(18)의 플리커링을 느낄 수 없거나 또는 느끼기 어려운 주파수로 하는 것이 바람직하다. 또, 실용적인 주파수의 예로 형광등용 전원의 주파수인 25[kHz]에서 100[kHz]가 바람직하다.

역으로 공진 주파수의 상한치로는 무 전극 등에서 사용되어 있는 13.56[MHz]나 2.56[MHz] 등 IMS 밴드의 지정 주파수대라도 좋다.

공진 회로는 고효율이며, 종래의 1개의 스위칭소자를 갖는 직류 평활 LED 점등회로와 비교하면 스위칭 손실이 작고, 고출력이 될수록 종래의 1개의 스위칭소자의 회로와 비교하여 회로 효율이 향상하는 것으로 생각되며, 종래 회로의 85[%] 정도의 회로 효율에서 90[%] 이상의 회로 효율을 얻을 수 있으며, 램프 전체의 열 매니지먼트가 용이해진다. 또, 심플한 회로 구성이므로 램프의 소형화에도 유효하며, 염가의 회로를 제공할 수 있다.

(2) 변형 예 2

상기 설명에서는 스위칭소자(Q1, Q2)에 전계 효과 트랜지스터(FET)가 이용되고, 스위칭동작을 제어부(IC)에 의해 제어하고 있으나, 스위칭소자에 다른 소자를 이용할 수도 있고, IC를 이용한 제어부 이외의 것으로도 제어할 수 있다.

도 6은 변형 예 2에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.

점등회로(101)는 정류회로(103), 평활회로, 인버터회로(105), 공진 회로(107) 등으로 구성되어 있다.

정류회로(103)는 제 1 실시형태와 마찬가지로 4개의 다이오드(1D1)로 구성되고, 평활회로는 제 1 실시형태와 마찬가지로 전해콘덴서(1CD1)에 의해 구성되어 있다. 공진 회로(107)는 제 1 실시형태와 마찬가지로 인덕터(1L)와 공진 콘덴서(1C1)로 구성되고, 발광부(39)에 대해 직렬로 접속되어 있다.

인버터회로(105)는 한 쌍의 스위칭소자(1Q1, 1Q2)를 직렬접속이며, 평활회로의 출력 측에 접속되어 있다. 본 변형 예 2에서는 스위칭소자(1Q1, 1Q2)에 트랜지스터가 이용되고 있다.

인버터회로(105)는 제 1 실시형태와 마찬가지로 스위칭소자(트랜지스터)(1Q1, 1Q2)가 교호로 ON/OFF 함으로써 공진 회로(107) 및 발광부(39)에 고주파의 전압이 공급된다.

스위칭소자(1Q1, 1Q2)의 스위칭동작은 전류 변성기(1CT)에 의해 이루어진다. 전류 변성기(1CT)는 1개의 1차 코일과 2개의 2차 코일을 갖는다. 2차 코일은 1차 코일에 흐르는 부하 전류의 크기 및 방향에 따른 전압을 각각 유기한다.

도 6에 나타내는 구성에 의하면, 트랜지스터(1Q1)가 ON일 때에 흐르는 부하 전류에 의해 2차 코일에 전압이 유기되어 트랜지스터(1Q1)가 OFF가 되는 동시에 트랜지스터(1Q2)가 ON이 된다. 한편, 트랜지스터(1Q2)가 ON일 때에 흐르는 부하 전류에 의해 2차 코일에 전압이 유기되어 트랜지스터(1Q2)가 OFF가 되는 동시에 트랜지스터(1Q1)가 ON이 된다.

스위칭동작은 저항(1R1, 1R2), 기동용 콘덴서(1C2) 및 트리거 다이오드(1TD)로 구성되는 기동회로에 의해 개시된다. 기동회로는 저항(1R1, 1R2) 및 기동용 콘덴서(1C2)가 직렬접속되어 있고, 저항(1R1)과 기동용 콘덴서(1C2)의 접속 노드가 트리거 다이오드(1TD)를 개재하여 트랜지스터(1Q2)의 베이스에 접속되어 있다.

또, 변형 예 2의 인버터회로(105)에는 한 쌍의 스위칭소자(1Q1, 1Q2) 뿐만이 아니라 기동회로도 포함하는 것으로서 도 6에 기재하고 있다.

＜제 2 실시형태＞

1. 실시형태

상기 제 1 실시형태에서는 시리즈 인버터회로를 이용했으나, 다른 종류의 인버터회로를 이용해도 좋다. 제 2 실시형태에서는 하프 브리지 타입의 인버터회로를 구비하는 점등회로에 대해 설명한다.

도 7은 제 2 실시형태에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.

점등회로(201)는 주로 정류회로(203), 평활회로(205), 인버터회로(207), 공진 회로(209) 등으로 구성되고, 공진 회로(209)를 구성하는 인덕터(2L)와 공진 콘덴서(2C1) 사이에 발광부(39)가 접속되어 있다. 또, 도면에서는 도면 작성상의 이유에서 발광부(39)가 점등회로(201)에 포함되도록 도시되어 있으나, 발광부(39)는 점등회로(201)를 구성하는 것은 아니다.

정류회로(203)는 제 1 실시형태에서의 정류회로(31)와 마찬가지로 4개의 다이오드(2D1)에 의해 구성되어 있다. 평활회로(205)는 전해콘덴서(2CD1, 2CD2)를 2개 직렬접속한 이른바 배전압방식이며, 평활회로(205)의 출력전압은 제 1 실시형태에서 평활회로(전해콘덴서(CD1))의 출력전압의 약 2배가 된다.

점등회로(201)는 베이스(28)를 개재하여 상용전원에 접속되고, 또 베이스(28)와 정류회로(203) 사이, 즉, 정류회로(103)의 입력 측에 돌입전류 방지저항(2P)이 접속되어 있다.

인버터회로(207)는 한 쌍의 스위칭소자(2Q1, 2Q2)와 한 쌍의 결합콘덴서(2C1, 2C2)를 구비하는 소위 하프 브리지 타입이다.

한 쌍의 스위칭소자(2Q1, 2Q2) 및 한 쌍의 결합콘덴서(2C1, 2C2)를 직렬접속으로 평활회로(205)의 출력 측에 접속되며, 한 쌍의 스위칭소자(2Q1, 2Q2)의 접속 노드(2N1)와 한 쌍의 결합콘덴서(2C1, 2C2)의 접속 노드(2N2) 사이에 인덕터(2L) 및 발광부(39)가 직렬접속이 되어 있다. 또, 후술하지만 결합콘덴서(2C1)는 공진 회로(209)를 구성하는 공진 콘덴서를 겸용한다.

제 2 실시형태에서는 스위칭소자(2Q1, 2Q2)에 변형 예 2와 마찬가지로 트랜지스터가 이용되고, 그 스위칭동작은 변형 예 1과 마찬가지로 전류 변성기(2CT)에 의해 이루어진다. 또, 스위칭동작은 기동회로에 의해 기동이 되며, 이 기동회로도 변형 예 2와 동일하나, 기동회로의 저항(2R2)에는 병렬로 스너버 콘덴서(Snubber Condenser, 2C4)가 접속되어 있다.

또, 제 2 실시형태에서의 인버터회로(207)에는 기동회로도 포함하는 것으로서 도 7에 기재하고 있다.

또, 인버터회로(207)와 평활회로(205) 사이에는 필터코일(2NF)이 접속되어 있다. 이에 의해 상용전원 측으로부터의 노이즈의 침입을 방지할 수 있다.

공진 회로(209)는 인덕터(2L)와 한 쌍의 결합콘덴서의 하나인 콘덴서(2C1)가 직렬접속되어 구성되어 있다.

상기 구성의 점등회로(201)에서는 제 1 실시형태와 마찬가지로 공진 회로(209)가 인덕터(2L)와 공진 콘덴서(2C1)가 직렬접속되어 이루어지고, 또 발광부(39)와 직렬접속되어 있으므로 공진 회로의 설계를 용이하게 실시할 수 있다.

또, 제 2 실시형태에서는 한 쌍의 결합콘덴서 중 결합콘덴서(2C2)가 스위칭소자(2Q2)의 이미터에 접속되어 있다. 이에 의해 인버터회로(207) 내의 스위칭소자(2Q1, 2Q2)로부터 발생하는 스위칭 노이즈를 결합콘덴서(2C2)에 의해 제거할 수 있고, 결과적으로 인버터회로(207) 내에서 발생한 노이즈가 인버터회로(207) 외로 누출하는 것을 방지할 수 있다.

또, 인버터회로(207)의 입력 측에는 필터 코일(NF)이 접속되어 있으므로, 필터 코일(2NF)과 결합콘덴서(2C2)로 LC 필터가 구성되게 되어서, 스위칭 노이즈가 상용전원으로 유출하는 것을 방지할 수 있다.

또, 인버터회로(207) 내에서 스위칭동작이 개시하면 스위칭소자(2Q1, 2Q2)는 전류 변성기(2CT)의 출력전압에 의해 교호로 ON/OFF를 반복한다. 이 스위칭의 턴 오프에는 스위칭소자 특유의 소정의 시간을 필요로 하며, 또, 그 직전에 흐르고 있던 전류는 인덕터(2L)에도 흘러서 전압과 전류의 스위칭시간이 약간 어긋난다. 이에 의해 스위칭소자(2Q1, 2Q2)에서의 손실이 발생하나, 본 실시형태에서는 스너버 콘덴서(2C4)를 구비하고 있으므로 스위칭소자(2Q1, 2Q2)의 손실을 억제할 수 있다.

2. 변형 예 3

상기 제 2 실시형태의 설명에서는 하프 브리지 타입의 인버터회로(207)를 가지며, 한 쌍의 스위칭소자(2Q1, 2Q2)를 구비하고 있었으나, 이들 스위칭소자는 패키지 된 것을 사용해도 좋으며, 이하, 패키지 된 IC를 이용하는 예를 변형 예 3으로 설명한다.

도 8은 변형 예 3에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.

변형 예 3에 관한 점등회로(301)는 정류회로(303), 평활회로(305), 인버터회로, 공진 회로(309), 발광부(311) 등을 구비한다. 또, 도면에서는 도면 작성상의 이유에서 발광부(311)가 점등회로(301)에 포함되도록 나타내고 있으나, 발광부(311)는 점등회로(301)를 구성하는 것은 아니다.

정류회로(303), 평활회로(305) 및 공진 회로(309)는 상기에서 설명한 것과 같다.

인버터회로는 회로 구성으로는 제 2 실시형태와 동일한 하프 브리지 타입이지만, 본 변형 예 3에서는 한 쌍의 스위칭소자와 한 쌍의 결합콘덴서(3C1, 3C2)를 구비하고, 한 쌍의 스위칭소자가 패키징 된 집적회로(3IC)를 이용하고 있다. 또, 한 쌍의 스위칭소자의 스위칭동작은 스위칭소자와 함께 패키지 된 제어부에 의해 제어되고 있다.

인버터회로로부터의 교류 전력은 집적회로(3IC)의 「OUT」에서 출력된다. 즉, 집적회로(3IC)의 OUT 단자가 인덕터(초크코일)(3L)에 접속되고, PGND 단자가 결합콘덴서(3C2)에 접속되어 있다. 이에 의해 하프 브리지 타입의 인버터회로가 구성된다.

정류회로(303)는 4개의 다이오드(3D1)로 구성된 다이오드 브리지이며, 평활회로(305)는 2개의 전해콘덴서(3CD1, 3CD2)를 직렬로 접속해서 이루어진다.

발광부(311)는 지금까지 설명한 것과 마찬가지로 공진 회로(309)를 구성하는 초크코일(3L)과 공진 콘덴서(결합콘덴서)(3C1)가 직렬로 접속되어 이루어지는 공진 회로(309)에 직렬로 접속되어 있다. 여기에서의 발광부(311)는 동 도면에 나타내는 것과 같이 복수의 LED(18)가 직렬로 접속되어서 이루어지는 직렬접속 군을 1개 가지고 있다.

발광부(311)에는 인버터회로로부터 출력되는 교류 전력을 직류 전력으로 정수?평활하는 정류회로(313)와 평활회로(315)가 병렬로 접속되어 있다. 이에 의해 발광부(311)가 1개의 직렬접속 군이라도 교류 전력의 쌍방향에서의 점등이 가능해진다.

또, 정류회로(313)는 정류회로(303)와 마찬가지로 4개의 다이오드(3D2)로 이루어지고, 평활회로(315)는 전해콘덴서(3CD3)에 의해 구성되어 있다.

또, 발광부(311)에는 변형 예 1에서 설명한 콘덴서(C2)와 동일한 작용을 갖는 콘덴서(3C3)가 병렬로 접속되어 있다.

본 예에서는 역률을 개선하기 위해서, 평활회로(305)에 대해서 다이오드(3D3)와 콘덴서(3C4)의 병렬회로가 직렬로 접속되어 있다. 이에 의해 공진 콘덴서(결합콘덴서)(3C1)와 정류회로(303)에서 전압?전류의 위상이 어긋나는 것을 조정하며, 정현파를 발생시켜서 역률을 향상시킬 수 있다.

＜변형 예＞

이상, 본 발명의 구성을 실시형태나 그 실시형태의 변형 예(실시형태 등이라고 한다)에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 이하와 같은 변형 예를 들 수 있다.

1. 인버터회로

실시형태 등에서는 인버터회로로 시리즈 타입, 하프 브리지 타입 등에 대해 설명했으나, 다른 타입, 예를 들어, 풀 브리지 타입의 인버터회로라도 좋다.

2. 램프

실시형태에서는 휘도를 조정할 수 있는 조광기능에 대응할 수 없는 전구형 램프에 대해 설명하였으나, 트라이액 등에 의해 전력을 조정한 조광기능에 대응한 램프에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.

도 9는 변형 예 4에 관한 점등회로의 구성을 나타내는 회로도이다.

변형 예 4에 관한 점등회로(401)는 변형 예 2에 관한 점등회로(101)에서의 전해콘덴서(1CD1)에 대해서 다이오드(4D1)와 콘덴서(4C1)를 직렬접속한 것이다. 또, 다이오드(4D1)와 콘덴서(4C1)는 서로 병렬로 접속되어 있다. 또, 정류회로(103)의 입력 측에 콘덴서(4C2)가 병렬로 접속되어 있다.

이 구성에 의해, 제 2 실시형태와 마찬가지로 통상 점등에서 역률을 개선할 수 있다. 즉, 공진 콘덴서(1C1)와 콘덴서(4C1)에서 여기한 공진 전압을 다이오드(4D1)에 인가함으로써 전해콘덴서(1CD1)에의 충전전류를 고주파로 인입할 수 있으며, 필터코일(4NF)과 콘덴서(4C2)에서 고주파 성분을 커트함으로써 정현파 형상의 고출력의 입력전류를 얻을 수 있다.

또, 도 9에 나타내는 것과 같이 조광기를 구비하는 조명기구에 대해서 장착된 경우, 점등회로(401)가 파괴되는 일 없이 조광 점등할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 이는 전류 파형을 통상의 콘덴서 입력 파형으로부터 개선하여, 전압 제로 크로스에서의 전류를 흘리기 위해 역률을 개선할 수 있으므로 전류 실효치의 상승이 억제된다. 또, 이와 같은 전류를 흘림으로써 조광기, 특히 트라이액 조광기의 오동작이 없어진다.

또, 조광 시의 효과는 도 8에서 나타내는 변형 예 3에 관한 점등회로(301), 즉, 한 쌍의 스위칭소자가 패키징 된 집적회로(3IC)를 이용한 점등회로(301)에서도 마찬가지로 얻을 수 있다.

3. 조명장치

상기 각 실시형태나 변형 예에서 본 발명에 관한 램프의 일 예인 전구형 램프에 대해 설명하였으나, 여기에서는 상기 전구형 램프를 이용한 조명장치에 대해 설명한다. 또, 전구형의 램프는 백열전구를 장착하고 있는 점등 기구에 장착해도 점등하는 램프를 말한다.

도 10은 본 발명에 관한 조명장치의 일 예를 설명하는 개략도이다.

조명장치(501)는 제 1 실시형태에서 설명한 LED 램프(1)와 조명기구(503)를 구비하며, 여기에서의 조명기구(503)는 소위 다운 라이트용 조명기구이다.

조명기구(503)는 LED 램프(1)와 전기적으로 접속되고 또한 LED 램프(1)를 보유하는 소켓(505)과, LED 램프(1)로부터 나온 광을 소정 방향으로 반사시키는 반사판(5057)과, 도면 외의 상용전원과 접속되는 접속부(509)를 구비한다.

여기에서의 반사판(507)은 천장(511)의 개구(513)를 개재하여 소켓(505) 측이 천장(511)의 안쪽에 위치하도록 천장(511)에 장착되어 있다.

또, 본 발명에 관한 조명장치는 상기 다운 라이트용에 한정되는 것이 아님은 말할 필요도 없다. 또, 여기에서의 조명장치는 점등회로를 구비하는 전구형의 LED 램프에 대해 설명하였으나, 본 발명에 관한 점등회로는 점등회로를 구비하지 않는 램프를 광원으로 하는 조명장치, 즉, 조명기구 측에 점등회로를 구비하는 것과 같은 조명장치에도 적용할 수 있다.

4. 공진 주파수와 스위칭 주파수

실시형태 등에서는 공진 회로의 공진 주파수와 인버터회로를 구성하는 스위칭소자의 ON/OFF의 스위칭 주파수(이하, 「스위칭 주파수」라고 한다)의 관계에 대해 설명하지 않았으나, 변형 예 1에서 설명한 점등회로(51)에서는 스위칭 주파수는 무 부하 상태의 공진 주파수에 대해서 10[%] 정도 낮은 것이 바람직하다.

이는, 변형 예 1에 관한 점등회로(51)는 발광부(39)를 구성하고 있는 복수의 LED(18)가 단락한 경우에는 단락 분(分)만큼 발광부(39)의 전압이 저하하며, 이에 의해 공진 주파수가 변동한다. 따라서 스위칭 주파수가 공진 주파수에 가까운 값으로 설정되어 있는 경우(예를 들어, ±5% 정도), 발광부(39)의 LED(18)가 1개 단락한 것만으로 공진 주파수가 될 우려가 있으며, 휘도의 저하가 적은 단계에서 회로 기능이 정지할 가능성이 있기 때문이다.

본 발명은 LED를 광원으로 하는 램프의 점등회로로, 공진 회로의 설계가 용이한 회로에 이용 가능하다.

1 LED 램프
11 점등회로
18 LED
31 정류회로
33 인버터회로
35 공진 회로
39 발광부
L 인덕터
C1 콘덴서

Claims

LED를 광원으로 하는 램프의 점등회로에 있어서,
교류 전원으로부터 공급된 전력을 정류하는 정류회로와,
상기 정류회로의 출력 측에 접속된 인버터회로와,
상기 인버터회로의 출력 측에 접속된 공진 회로를 구비하고,
상기 공진 회로는 인덕터와 콘덴서의 직렬회로로 구성되며,
당해 공진 회로에 상기 LED가 직렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 점등회로.
제 1 항에 있어서,
상기 LED에 대해서 병렬접속된 콘덴서를 구비하는 것을 특징으로 하는 점등회로.
제 1 항 또는 2항에 있어서,
상기 인버터회로는 한 쌍의 스위칭소자와 한 쌍의 결합콘덴서를 구비하는 하프 브리지 타입이고,
상기 한 쌍의 결합콘덴서의 하나가 상기 공진 회로를 구성하는 콘덴서를 겸용하는 것을 특징으로 하는 점등회로.
광원으로서의 LED와, 당해 LED를 점등시키는 점등회로를 구비한 램프로,
상기 점등회로는 청구항 1에 기재된 점등회로인 것을 특징으로 하는 램프.
광원으로서의 LED를 구비하는 램프와, 상기 LED를 점등시키는 점등회로를 구비하는 조명장치로,
상기 점등회로는 청구항 1에 기재된 점등회로인 것을 특징으로 하는 조명장치.