JP5547798B2

JP5547798B2 - Ｌｅｄ照明装置

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Publication number: JP5547798B2
Application number: JP2012287181A
Authority: JP
Inventors: 聖復尹; 大原金; 貞和金
Original assignee: ポスコエルイーディカンパニーリミテッド
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: WO2014098303A1; US20140175996A1; KR20140081292A; KR101465758B1; JP2014123535A; US8760064B1

Description

本発明は、電源電流の高調波成分を改善するＬＥＤ照明装置に関し、さらに具体的には、経路選択スイッチ及び充放電部を用いて整流部から出力される入力電流の波形を正弦波に極力近いものにすることによって入力電流の全高調波歪（ＴＨＤ、ＴｏｔａｌＨａｒｍｏｎｉｃＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を改善して力率を増大し、整流電圧の電圧レベルに応じて複数のＬＥＤグループの間の直並列接続関係を能動的に変更することでＬＥＤ素子の寿命及び光均一性を向上させることができる電源電流の全高調波歪を改善するＬＥＤ照明装置に関する。

ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）、すなわち、発光ダイオードとは、Ｇａ（ガリウム）、Ｐ（燐）、Ａｓ（ヒ素）、Ｉｎ（インジウム）、Ｎ（窒素）、Ａｌ（アルミニウム）などを材料にして作られた半導体であって、ダイオードの特性を持っており、電流を流すと赤色、緑色、黄色に発光する。電球に比べて寿命が長く応答速度（電流が流れ発光するまでの時間）が速く、電力消費量が少ないという利点があって広く利用されている傾向にある。

一般に、発光素子はダイオード特性によってＤＣ電源のみによって駆動することができた。そのため、従来の発光素子を用いた発光装置はその使用が制限的であるだけでなく、現在、家庭で使用する交流電源で使用するためにはＳＭＰＳのような別途の回路を含まなければならなかった。そのため、発光装置の回路が複雑化し、その製造単価も高くなるという問題があった。

このような問題を解決するために複数の発光セルを直列又は並列接続してＡＣ電源でも駆動できる発光素子に関する研究が活発に進められている。

図１Ａは、従来技術によるＬＥＤ照明装置の構成ブロック図で、図１Ｂは、図１Ａに示す従来技術によるＬＥＤ照明装置の整流電圧と整流電流の波形を示した波形図である。

図１Ａに示すように、従来技術によるＬＥＤ照明装置は交流電源Ｖ_ＡＣと、交流電源から交流電圧を印加されて電波整流して整流電圧Ｖ_ｒｅｃを出力する整流部１０及び整流部１０から整流電圧を印加されて発光される１つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤ発光部（ＬＥＤアレイ）２０を含んで構成される。通常、整流部１０から整流電圧が印加されても、ＬＥＤ発光部２０を駆動できるしきい電圧レベルＶ_ＴＨが印加されるまではＬＥＤの素子特性上、整流部からＬＥＤ発光部２０へ電流が流れることはない。結果的に整流電圧の大きさがしきい電圧レベルＶ_ＴＨ未満の区間ではＬＥＤ発光部２０に電流Ｉ_ｒｅｃが流れないようになり、図１Ｂに示すように整流部１０から出力される電流Ｉ_ｒｅｃの波形が正弦波を持たないためＴＨＤ特性が良好ではないという問題点がある。また、従来技術によるＬＥＤ照明装置の場合、整流電圧Ｖ_ｒｅｃの大きさがしきい電圧レベルＶ_ＴＨ以上の区間に限ってＬＥＤ発光部２０が発光するようになるので、力率が悪くなるという問題点がある。このような問題を解決するために、図１ＡのＬＥＤ照明装置に力率改善（ＰＦＣ、ＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を付け加えることもあるが、この場合ＬＥＤ照明装置の大きさが大きくなり、製造単価が上昇し、回路構成が複雑化するという問題点がある。

また、図面に示していないが、従来技術によるＬＥＤ照明装置は複数のＬＥＤアレイを含み、整流電圧の電圧レベルに応じて複数のＬＥＤアレイを順に点灯及び消灯させるいわゆる順次駆動方式を行うことができるように構成され得る。しかし、このような従来技術による順次駆動方式のＬＥＤ照明装置の場合、複数のＬＥＤアレイそれぞれの発光区間が互いに異なり、ＬＥＤ照明装置の光均一度が損なわれ、ＬＥＤアレイの寿命が互いに異なるようになってＬＥＤ照明装置の寿命が長い発光区間を持つＬＥＤアレイに従属するという問題点がある。

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決することにある。

本発明の１つの目的は、経路選択スイッチ及び充放電部を用いて整流部から出力される入力電流の波形を正弦波に極力近いものにすることによって入力電流の全高調波歪（ＴＨＤ、ＴｏｔａｌＨａｒｍｏｎｉｃＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を改善して力率を増大できるＬＥＤ照明装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、整流電圧の電圧レベルに応じて複数の発光グループの間の直並列接続関係を能動的に制御し、一定の電圧レベル以上で全ての発光グループが発光して照明装置の光均一性及び明るさを改善できるＬＥＤ照明装置を提供することにある。

上記のような本発明の目的を達成し、後述する本発明の特有の効果を達成するための、本発明の特徴的な構成は下記のとおりである。

本発明の一態様によれば、単相の交流電圧を全波整流して整流電圧に変換して出力する整流部と、少なくとも１つ以上のＬＥＤで構成されるＬＥＤ発光部と、電荷を充電し、または前記ＬＥＤ発光部を発光させるように電荷を放電する充放電部と、前記整流部を前記ＬＥＤ発光部または接地電圧に接続する経路選択スイッチと、前記整流部から出力される整流電圧の電圧レベルを判断し、前記整流電圧の電圧レベルが特定電圧レベル以上となる充電区間に進入する場合は前記経路選択スイッチを制御して前記ＬＥＤ発光部に前記整流部を接続し前記充放電部を制御して前記充放電部に電荷を充電させ、前記整流電圧の電圧レベルが前記特定電圧レベル未満となる放電区間に進入する場合は前記経路選択スイッチを制御して接地電圧に前記整流部を接続し前記充放電部を制御して前記充放電部に充電された電荷を前記ＬＥＤ発光部に放電させる駆動制御部と、を含み、前記特定電圧レベルは、前記ＬＥＤ発光部を構成する少なくとも１つのＬＥＤを駆動させることができる電圧レベルであることを特徴とするＬＥＤ照明装置が提案される。

好ましくは、前記ＬＥＤ発光部は、少なくとも１つ以上のＬＥＤで構成される第１発光グループ及び第２発光グループを含み、前記駆動制御部は、前記ＬＥＤ発光部の前記第１発光グループと前記第２発光グループとの接続関係を、前記充電区間のうち前記整流電圧の電圧レベルが、前記特定電圧レベルより大きい所定のしきい値以上となる区間では直列に制御し、当該所定のしきい値以上となる区間以外では並列に制御してもよい。
また、好ましくは、上述したＬＥＤ発光部は、前記整流電圧の電圧レベルに応じて前記第１発光グループ及び前記第２発光グループが直列又は並列のいずれか１つで接続されるように回路を変更する第１スイッチ、第２スイッチ及び第３スイッチをさらに含み、前記駆動制御部は前記整流電圧の電圧レベルに応じて前記第１スイッチ乃至第３スイッチを制御して前記第１発光グループと前記第２発光グループの接続関係を並列又は直列に制御するように構成され得る。

好ましくは、前記整流電圧が第１しきい電圧レベル以上で第２しきい電圧レベル未満となる区間では、前記駆動制御部は前記第１スイッチと前記第２スイッチをターンオンし前記第３スイッチをターンオフして、前記第１発光グループと前記第２発光グループが並列に接続されるように制御するように構成され得る。

好ましくは、前記整流電圧が前記第２しきい電圧レベル以上となる区間では、前記駆動制御部は前記第１スイッチと前記第２スイッチがターンオフし前記第３スイッチがターンオンして、前記第１発光グループと前記第２発光グループが直列に接続されるように制御するように構成され得る。

好ましくは、上述した前記整流電圧の電圧レベルが前記第１しきい電圧レベル未満となる区間でも前記ＬＥＤ発光部が消灯されることなく前記充放電部から放電される電荷によって駆動されるように構成され得る。

好ましくは、上述した充放電部はキャパシタ及び充放電制御スイッチを含み、前記駆動制御部は前記充放電制御スイッチを制御して前記充電区間の間電荷を前記キャパシタに充電し、前記放電区間の間前記キャパシタに充電された電荷を前記ＬＥＤ発光部に供給するように構成され得る。

好ましくは、上述した経路選択スイッチは前記駆動制御部から出力される経路選択スイッチ制御信号ＳＳＷ＿ＣＮＴによって制御されるように構成され得る。

好ましくは、上述したＬＥＤ発光部に含まれた前記第１スイッチ、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチの制御は前記駆動制御部から出力されるスイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ１~３によって調節されるように構成され得る。

好ましくは、上述した充放電制御スイッチは前記駆動制御部から出力される充放電スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ４によって制御されるように構成され得る構成され得る。

好ましくは、上述したスイッチは金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）、接合形電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、サイリスタ（Ｓｉｌｉｃｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）、トライアック（Ｔｒｉａｃ）のうち少なくとも１つを含むように構成され得る。

一方、本発明の他の一態様によれば、単相の交流電圧を全波整流して整流電圧に変換して出力する整流部と、少なくとも１つ以上のＬＥＤで構成されるＬＥＤ発光部と、電荷を充電し、または前記ＬＥＤ発光部を発光させるように電荷を放電する充放電部と、前記整流電圧の電圧レベルが特定の電圧レベル以上となる充電区間に進入する場合は前記ＬＥＤ発光部に前記整流電圧を供給して前記充放電部に電荷を充電させ、前記整流電圧の電圧レベルが前記特定の電圧レベル未満となる放電区間に進入する場合は接地電圧に前記整流電圧を接続して前記充放電部に充電された電荷を前記ＬＥＤ発光部に放電させる駆動制御部と、を含み、前記特定電圧レベルは、前記ＬＥＤ発光部を構成する少なくとも１つのＬＥＤを駆動させることができる電圧レベルであることを特徴とするＬＥＤ照明装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、単相の交流電圧を全波整流して整流電圧に変換して出力する整流部と、少なくとも１つ以上のＬＥＤで構成されるＬＥＤ発光部と、電荷を充電し、または前記ＬＥＤ発光部を発光させるように電荷を放電する充放電部と、前記整流電圧の電圧レベルが特定の電圧レベル以上となる充電区間に進入する場合は前記整流部を前記ＬＥＤ発光部に接続し、前記整流電圧の電圧レベルが前記特定の電圧レベル未満となる放電区間に進入する場合は前記整流部を接地電圧に接続する経路選択スイッチを含み、前記特定電圧レベルは、前記ＬＥＤ発光部を構成する少なくとも１つのＬＥＤを駆動させることができる電圧レベルであることを特徴とするＬＥＤ照明装置が提供される。

好ましくは、上述した整流電圧の電圧レベルが前記第１しきい電圧レベル未満の区間でも前記ＬＥＤ発光部が消灯されることなく前記充放電部から放電される電荷によって駆動され得る。

好ましくは、上述した充放電部はキャパシタ及び充放電制御スイッチを含み、前記駆動制御部は前記充放電制御スイッチを制御して前記充電区間の間電荷を前記キャパシタに充電し、前記放電区間の間前記キャパシタに充電された電荷を前記ＬＥＤ発光部に供給できる。

好ましくは、上述した充放電制御スイッチは前記駆動制御部から出力される充放電スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ４によって制御され得る。

上述のように、本発明によれば、経路選択スイッチ及び充放電部を介して整流部から出力される入力電流の波形を正弦波に極力近いものにすることによって入力電流のＴＨＤを改善して力率を増大することができる効果を期待することができる。

また、本発明によれば、整流電圧の電圧レベルに応じて複数のＬＥＤ発光グループの間の直並列接続関係を能動的に制御して、一定の電圧レベル以上で全てのＬＥＤ発光グループが発光されて照明装置の光均一性及び明るさを改善できるという効果を期待することができる。

従来技術によるＬＥＤ照明装置の構成ブロック図である。図１Ａに示す従来技術によるＬＥＤ照明装置の整流電圧と整流電流の波形を示した波形図である。本発明の好ましい一実施形態によるＬＥＤ照明装置の構成ブロック図である。本発明の好ましい一実施形態による第１発光グループと第２発光グループが並列に接続される回路図である。本発明の好ましい一実施形態による第１発光グループと第２発光グループが直列に接続される回路図である。本発明の好ましい一実施形態による整流電圧とＬＥＤ駆動電圧の波形を示した波形図である。本発明の好ましい一実施形態による整流部から出力される整流電流と接地電流及びＬＥＤ駆動電流の波形を示した波形図である。

後述する本発明に対する詳細な説明は、本発明が実施され得る特定の実施形態を例示として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は当業者が本発明を実施できるように充分に詳細に説明される。本発明の様々な実施形態は互いに異なるが、相互排他的である必要は無いことが理解されるべきである。例えば、ここに記載されている特定の形状、構造及び特性は一実施形態に関連して本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の実施形態に具現され得る。また、それぞれの開示された実施形態内の個別の構成要素の位置又は配置は本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更され得ることが理解されるべきである。したがって、後述する詳細な説明は限定的な意味として捉えることを意図せず、本発明の範囲は、適切に説明される場合、その請求項が主張するものと均等な全ての範囲とともに添付された請求項のみによって限定される。図面において類似の参照符号は様々な側面にわたって同一または類似の機能を指す。

以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるようにするために、本発明の好ましい実施例について添付された図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施形態において、「発光グループ」という用語は、複数のＬＥＤが直列／並列／直並列に接続され照明装置内で発光するＬＥＤ（ＬＥＤパッケージ）の集合であって、制御部の制御に応じて１つの単位として動作が制御される（すなわち、共に点灯／消灯される）ＬＥＤの集合を意味する。

また、「しきい電圧レベルＶ_ＴＨ」という用語は、１つの発光グループを駆動できる電圧レベルであって、「第１しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿１」は第１発光グループを駆動できる電圧レベルを意味し、「第２しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿２」は第１及び第２発光グループを駆動できる電圧レベルを意味する。第１発光グループのしきい電圧レベルと第２発光グループのしきい電圧レベルが同じ場合、第２しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿２は２Ｖ_ＴＨ＿１である。したがって、以下で「第ｎしきい電圧レベルＶ_{ＴＨ_ｎ}」という場合、それは第１乃至第ｎ発光グループをすべて駆動できる電圧レベルを意味する。

また、「充電区間」という用語は、整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが第１しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿１以上であるので少なくとも第１発光グループを駆動することができ、充放電部に電荷を充電させることができる電圧レベル区間を意味する。また、「放電区間」という用語は、整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが第１しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿１未満であるため、いずれの発光グループも駆動することができず、充放電部から放電される電荷によって発光グループが駆動される電圧レベル区間を意味する。

図２は、本発明の好ましい一実施形態によるＬＥＤ照明装置の構成ブロック図である。以下で、図２を参照して本発明の好ましい一実施形態によるＬＥＤ照明装置の構成と機能について詳しく説明するようにする。

図２に示すように、本発明によるＬＥＤ照明装置１００は、整流部１１０、経路選択スイッチ１２０、充放電部１３０、ＬＥＤ発光部１４０及び駆動制御部１５０を含むことができる。

整流部１１０はＬＥＤ照明装置１００の内部又は外部の交流供給器から交流電源Ｖ_ＡＣを印加されて整流して整流電源Ｖ_ｒｅｃを出力する機能を行うように構成され得る。上述したように、ＬＥＤ照明装置の特性上、ＳＭＰＳ等の定電流／定電圧回路を備えることができないため、本発明による整流部１１０は半波整流回路又はフルブリッジで構成された電波整流回路に具現され得る。また、図示していないが、本発明による整流部１１０はサージ電圧から回路を保護できるバリスタなどの素子に具現され得るサージ保護部（図示せず）、過電流から回路を保護できるヒューズなどの素子に具現され得るヒューズ部（図示せず）をさらに含むことができる。

経路選択スイッチ１２０は本発明による整流部１１０とＬＥＤ発光部１４０の間に位置し、駆動制御部１５０の制御に応じて整流部１１０から出力される整流電圧Ｖ_ｒｅｃをＬＥＤ発光部１４０に接続するか、又はグラウンド電圧（接地電圧）Ｖ_ｓｓに接続する機能を行うように構成される。すなわち、上述のような整流部１１０から出力される電流Ｉ_ｒｅｃの高調波特性を改善するために、本発明による経路選択スイッチ１２０は整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが第１しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿１未満の区間では整流部１１０を、第２経路Ｐ２を介して接地電圧Ｖ_ｓｓに接続して整流部１１０から出力される電流Ｉ_ｒｅｃを流し、整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが第１しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿１以上の区間では整流部１１０を、第１経路Ｐ_１を介してＬＥＤ発光部１４０に接続して整流部１１０から出力される整流電圧Ｖ_ｒｅｃがＬＥＤ発光部１４０に印加されることができるようにする。このような経路選択スイッチ１２０の制御は駆動制御部１５０から出力される経路選択スイッチ制御信号ＳＳＷ＿ＣＮＴによって行われ、このために本発明による駆動制御部１５０は整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルを判断し、判断された整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルに応じて整流部１１０を第２経路Ｐ_２に接続するか、又は第１経路Ｐ_１に接続するように経路選択スイッチ制御信号ＳＳＷ＿ＣＮＴを生成して経路選択スイッチ１２０に出力するようになる。図５は、本発明の好ましい一実施形態による整流部から出力される整流電流と接地電流及びＬＥＤ駆動電流の波形を示した波形図である。図５の上段には第１経路Ｐ_１を介したＬＥＤ駆動電流Ｉ_ＬＥＤの波形が示されており、中段には第２経路Ｐ_２を介した接地電流Ｉ_ｇの波形が示されており、下段には整流電圧Ｖ_ｒｅｃと整流部１１０から出力される整流電流Ｉ_ｒｅｃの波形が示されている。図５に示すように、ＬＥＤ発光部１４０の非発光区間０〜ｔ１、ｔ４〜ｔ６、ｔ９〜ｔ１０の間、第２経路Ｐ_２を介して接地電流Ｉ_ｇが流れるようになり、ＬＥＤ発光部１４０の発光区間ｔ１〜ｔ４、ｔ６〜ｔ９の間、第１経路Ｐ_１を介して駆動電流Ｉ_ＬＥＤが流れるようになり、結果的に整流部１１０から出力される整流電流Ｉ_ｒｅｃの波形が図５の下段に示すように整流電圧Ｖ_ｒｅｃの波形に極力近接した階段波形をなすようになって高調波特性が改善される効果をもたらす。

一方、本発明による充放電部１３０はＬＥＤ発光部１４０の発光区間の間電荷を充電し、ＬＥＤ発光部１４０の非発光区間の間充電された電荷をＬＥＤ発光部１４０に供給してＬＥＤ発光部１４０を駆動する機能を行うように構成される。このような機能を行うために、本発明による充放電部１３０は充放電キャパシタＣ１及び充放電制御スイッチＳＷ４を含むことができる。

充放電制御スイッチＳＷ４は駆動制御部１５０の制御に応じて充電電流Ｉ_ｃと放電電流Ｉ_ｄｉｓを制御することによって、充放電部１３０の充電と放電を制御できるように構成される。すなわち、駆動制御部１５０は充電区間に進入したと判断された場合、充放電スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ４を充放電制御スイッチＳＷ４に出力し、充放電制御スイッチＳＷ４は充電電流Ｉ_ｃが流れることができるようにする。また、駆動制御部１５０は放電区間に進入したと判断された場合、充放電スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ４を充放電制御スイッチＳＷ４に出力し、充放電制御スイッチＳＷ４は放電電流Ｉ_ｄｉｓが流れることができるようにする。このような充放電制御スイッチＳＷ４は充電電流Ｉｃと放電電流Ｉ_ｄｉｓの電流値を制御できる電子式スイッチング素子に具現され得る。より好ましくは、充放電制御スイッチＳＷ４は充電区間でＬＥＤ発光部１４０の駆動に影響を与えない為に充電電流Ｉ_ｃを相対的に小さな値に制御し、放電区間でＬＥＤ発光部１４０を円滑に駆動するために放電電流Ｉ_ｄｉｓを相対的に大きい値に制御するように構成され得る。

また、図５に示すように、充電区間（すなわち、ＬＥＤ発光部１４０の発光区間（ｔ１〜ｔ４、ｔ６〜ｔ９））の間、第１経路Ｐ_１を介して整流電流Ｉ_ｒｅｃが流れるようになって充放電部１３０は電荷を充電する。すなわち、整流部１１０から出力される整流電流Ｉ_ｒｅｃの大半はＬＥＤ発光部１４０を駆動するためのＬＥＤ駆動電流Ｉ_ＬＥＤとして使われるが、そのうち一部は充放電キャパシタＣ１が完全に充電されるまで充放電キャパシタＣ１の充電電流Ｉ_ｃとして利用される。

一方、充放電キャパシタＣ１の静電容量は放電区間（すなわち、ＬＥＤ発光部１４０の非発光区間（０〜ｔ１、ｔ４〜ｔ６、ｔ９〜ｔ１０））でＬＥＤ発光部１４０を十分に駆動できるように設計される。したがって、放電区間では上述したように、整流部１１０から出力される整流電流Ｉ_ｒｅｃが第２経路Ｐ_２に沿って流れ、充放電キャパシタＣ１からＬＥＤ発光部１４０に電荷が放電されてＬＥＤ発光部１４０が発光するようになる。これにより、本発明によるＬＥＤ照明装置１００は非発光区間を持つことなく常に発光する効果を期待することができる。

図４は、本発明の好ましい一実施形態による整流電圧とＬＥＤ駆動電圧の波形を示した波形図である。図４に示すように、整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが第１しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿１未満の非発光区間（０〜ｔ１、ｔ４〜ｔ６、ｔ９〜ｔ１０）で、充放電キャパシタＣ１から電荷が放電されて第１しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿１に相当するＬＥＤ駆動電圧（Ｖ_ＬＥＤ）がＬＥＤ発光部１４０に印加され、したがって、本発明によるＬＥＤ発光部１４０が発光しない非発光区間がなくなるようになる。

本発明によるＬＥＤ発光部１４０は整流部１１０から印加される整流電圧Ｖ_ｒｅｃ又は充放電部１３０から印加される放電電圧を供給されて発光するようになる。様々な形態のＬＥＤ発光部１４０が本発明によるＬＥＤ照明装置１００に採用され得るが、より好ましくは整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルに応じて駆動制御部１５０の制御に応じてＬＥＤ発光部１４０を構成する複数のＬＥＤ発光グループの間の接続関係が直列又は並列にスイッチングされ得るＬＥＤ発光部１４０が用いられ得る。このような直／並列スイッチング機能を行うために、本発明によるＬＥＤ発光部１４０は、少なくとも１つ以上のＬＥＤを含む第１発光グループ１４２、少なくとも１つ以上のＬＥＤを含む第２発光グループ１４４、駆動制御部１５０の制御に応じて第１発光グループ１４２及び第２発光グループ１４４の間の接続を直列又は並列にスイッチングするための第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３を含んで構成され得る。以下で、説明及び理解の便宜のために直列に接続された複数のＬＥＤを含み、同じしきい電圧レベルを有する第１発光グループ１４２及び第２発光グループ１４４を基準に説明するが、本発明がこれに限定されることなく、本発明の要旨を含む様々なＬＥＤ発光部１４０の構成が本発明の権利範囲に属することは当業者に自明である。

図２に示すように、第１スイッチＳＷ１は第１ＬＥＤ発光グループ１４２のカソード端と接地電圧Ｖ_ｓｓの間に接続され、第２スイッチＳＷ２は第１発光グループ１４２のアノード端と第２発光グループ１４４のアノード端の間に接続され、第３スイッチＳＷ３は第１発光グループ１４２のカソード端と第２発光グループ１４４のアノード端の間に接続され、駆動制御部１５０から出力されるスイッチ制御信号に応じてターンオンまたはターンオフされる。

これをさらに詳しく述べると、整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが第２しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿２未満の区間（図４の時間区間（０〜ｔ２、ｔ３〜ｔ７））では１つの発光グループのみが発光できるので、駆動制御部１５０は第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４が互いに並列に接続されるように第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３を制御する。したがって、この区間では駆動制御部１５０は第１スイッチＳＷ１をターンオンするための第１スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ１を第１スイッチＳＷ１に出力し、第２スイッチＳＷ２をターンオンするための第２スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ２を第２スイッチＳＷ２に出力し、第３スイッチＳＷ３をターンオフするための第３スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ３を第３スイッチＳＷ３に出力する。その結果、構成される第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４の間の並列接続関係が図３Ａに示されている。

一方、時間の経過に沿って整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが第２しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿２に到達すると（図４のｔ２、ｔ７）、２つの発光グループがすべて発光できるので、駆動制御部１５０は第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４が互いに直列に接続されるように第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３を制御する。したがって、この区間では駆動制御部１５０は第１スイッチＳＷ１をターンオフするための第１スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ１を第１スイッチＳＷ１に出力し、第２スイッチＳＷ２をターンオフするための第２スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ２を第２スイッチＳＷ２に出力し、第３スイッチＳＷ３をターンオンするための第３スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ３を第３スイッチＳＷ３に出力する。その結果、構成される第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４の間の直列接続関係が図３Ｂに示されている。

また、時間の経過に沿って整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが第２しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿２未満に下降する時点（図４のｔ３、ｔ８）に、駆動制御部１５０は再度第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４が互いに並列に接続されるように第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３を制御する。

上述のような制御過程が、整流電圧の一周期（交流電圧の半周期）ごとに実行され、本発明によるＬＥＤ照明装置１００に含まれる発光グループが整流電圧の電圧レベルにかかわらず常に発光するようになる。

一方、上述した経路選択スイッチ１２０、充放電制御スイッチＳＷ４、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３は、駆動制御部１５０から入力されるスイッチ制御信号に応じてターンオン又はターンオフされ得る金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）、接合形電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、サイリスタ（Ｓｉｌｉｃｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）、トライアック（Ｔｒｉａｃ）のうち１つを用いて具現され得る。

本発明の好ましい一実施形態による駆動制御部１５０は上述したようにＬＥＤ照明装置１００の全体的な駆動を制御する機能を行うように構成される。さらに具体的に述べると、本発明による駆動制御部１５０は、ｉ）放電区間で整流部１１０を第２経路Ｐ_２に接続し、充電区間で整流部１１０を第１経路Ｐ_１に接続する機能、ｉｉ）充電区間で充放電キャパシタＣ１に電荷を充電し、放電区間でＬＥＤ発光部を発光させるように充電された電荷を放電させる機能、ｉｉｉ）整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルに応じて第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４の間の直並列接続関係を制御する機能を行うように構成される。

下記表１は整流電圧の１周期間の整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルに基づいた駆動制御部１５０の制御によるＬＥＤ照明装置１００の構成各部の動作状態をまとめた表である。

以下で、表１及び図４を参照して、時間による整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルの変化に沿って駆動制御部１５０の制御過程について述べるようにする。表１の動作状態はＬＥＤ照明装置１００が最初駆動されて充放電部１３０に充電が既に起きた後の整流電圧Ｖ_ｒｅｃの１周期による動作状態である。

先ず、駆動制御部１５０は整流部１１０から出力される整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルを判断し、整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが第１しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿１未満の区間（時間区間０〜ｔ１）に属する場合、経路選択スイッチ１２０を制御して整流部１１０を、第２経路Ｐ_２を介して接地電圧Ｖ_ｓｓに接続させ、充放電制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ４を発生して充放電部１３０の充放電制御スイッチＳＷ４を制御して充放電キャパシタＣ１に電荷が充電されることができるようにするとともに、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２はターンオン状態に維持し第３スイッチＳＷ３をターンオフ状態に維持して第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４が並列に接続されるように制御する。この状態で、並列に接続された第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４は充放電部１３０から放電される電荷によって駆動される。

時間の経過に沿って整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが上昇して第１しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿１に到達すると（ｔ１）、駆動制御部１５０は充電区間に到達したと判断し、経路選択スイッチ１２０を制御して整流部１１０を、第１経路Ｐ_１を介して充放電部１３０及びＬＥＤ発光部１４０に接続させ、充放電部１３０の充放電制御スイッチＳＷ４をターンオンさせて充放電キャパシタに電荷が充電されるようにする。この時、第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４は並列接続状態が維持され、整流部１１０から供給される整流電圧Ｖ_ｒｅｃによって発光される。

また、時間の経過に沿って整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが上昇して第２しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿２に到達すると（ｔ２）、駆動制御部１５０は第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をターンオフし、第３スイッチＳＷ３をターンオンして第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４が直列に接続されるように制御する。

さらに、時間の経過に沿って整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが下降して第２しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿２未満になると（ｔ３）、駆動制御部１５０は第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２をターンオンし第３スイッチＳＷ３をターンオフして第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４が並列に接続されるように制御する。

さらに、時間の経過に沿って整流電圧Ｖ_ｒｅｃの電圧レベルが下降して第１しきい電圧レベルＶ_ＴＨ＿１未満になると（ｔ４）、駆動制御部１５０は放電区間に進入したと判断し、経路選択スイッチ１２０を制御して整流部１１０を、第２経路Ｐ_２を介して接地電圧Ｖ_ｓｓに接続させ、充放電部１３０の充放電制御スイッチＳＷ４をターンオフしてキャパシタに充電された電荷を放電させる。このとき、第１発光グループ１４２と第２発光グループ１４４は並列接続状態が維持され、充放電部１３０から放電される電荷によって駆動される。

以上のように本発明では具体的な構成要素などのような特定の事項及び限定された実施形態及び図面によって説明されたが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものに過ぎず、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する分野における通常の知識を持つ者であれば、このような記載から様々な修正及び変形が可能である。

したがって、本発明の思想は説明された実施形態に限定されず、後述する特許請求の範囲だけでなくこの特許請求の範囲と均等または等価的な変形のあるあらゆるものは本発明の思想の範ちゅうに属すると言うことができる。

Claims

単相の交流電圧を全波整流して整流電圧に変換して出力する整流部と、
少なくとも１つ以上のＬＥＤで構成されるＬＥＤ発光部と、
電荷を充電し、または前記ＬＥＤ発光部を発光させるように電荷を放電する充放電部と、
前記整流部を前記ＬＥＤ発光部または接地電圧に接続する経路選択スイッチと、
前記整流部から出力される整流電圧の電圧レベルを判断し、前記整流電圧の電圧レベルが特定電圧レベル以上となる充電区間に進入する場合は前記経路選択スイッチを制御して前記ＬＥＤ発光部に前記整流部を接続し前記充放電部を制御して前記充放電部に電荷を充電させ、前記整流電圧の電圧レベルが前記特定電圧レベル未満となる放電区間に進入する場合は前記経路選択スイッチを制御して接地電圧に前記整流部を接続し前記充放電部を制御して前記充放電部に充電された電荷を前記ＬＥＤ発光部に放電させる駆動制御部と、を含み、
前記特定電圧レベルは、前記ＬＥＤ発光部を構成する少なくとも１つのＬＥＤを駆動させることができる電圧レベルであることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤ発光部は、少なくとも１つ以上のＬＥＤで構成される第１発光グループ及び第２発光グループを含み、
前記駆動制御部は、前記ＬＥＤ発光部の前記第１発光グループと前記第２発光グループとの接続関係を、前記充電区間のうち前記整流電圧の電圧レベルが、前記特定電圧レベルより大きい所定のしきい値以上となる区間では直列に制御し、当該所定のしきい値以上となる区間以外では並列に制御することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤ発光部は、前記整流電圧の電圧レベルに応じて前記第１発光グループ及び前記第２発光グループが直列又は並列のいずれか１つで接続されるように回路を変更する第１スイッチ、第２スイッチ及び第３スイッチをさらに含み、
前記駆動制御部は前記整流電圧の電圧レベルに応じて前記第１スイッチ乃至第３スイッチを制御して前記第１発光グループと前記第２発光グループの接続関係を並列又は直列に制御することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
前記整流電圧が第１しきい電圧レベル以上で第２しきい電圧レベル未満となる区間では、前記駆動制御部は前記第１スイッチと前記第２スイッチをターンオンし前記第３スイッチをターンオフして、前記第１発光グループと前記第２発光グループが並列に接続されるように制御することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記整流電圧が前記第２しきい電圧レベル以上となる区間では、前記駆動制御部は前記第１スイッチと前記第２スイッチがターンオフし前記第３スイッチがターンオンして、前記第１発光グループと前記第２発光グループが直列に接続されるように制御することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記整流電圧の電圧レベルが前記第１しきい電圧レベル未満となる区間でも前記ＬＥＤ発光部が消灯されることなく前記充放電部から放電される電荷によって駆動されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記充放電部はキャパシタ及び充放電制御スイッチを含み、前記駆動制御部は前記充放電制御スイッチを制御して前記充電区間の間電荷を前記キャパシタに充電し、前記放電区間の間前記キャパシタに充電された電荷を前記ＬＥＤ発光部に供給することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記経路選択スイッチは前記駆動制御部から出力される経路選択スイッチ制御信号ＳＳＷ＿ＣＮＴによって制御されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤ発光部に含まれた前記第１スイッチ、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチの制御は前記駆動制御部から出力されるスイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ１〜３によって調節されることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記充放電制御スイッチは前記駆動制御部から出力される充放電スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ４によって制御されることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ照明装置。
前記スイッチは金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）、接合形電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、サイリスタ（Ｓｉｌｉｃｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）、トライアック（Ｔｒｉａｃ）のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
単相の交流電圧を全波整流して整流電圧に変換して出力する整流部と、
少なくとも１つ以上のＬＥＤで構成されるＬＥＤ発光部と、
電荷を充電し、または前記ＬＥＤ発光部を発光させるように電荷を放電する充放電部と、
前記整流電圧の電圧レベルが特定の電圧レベル以上となる充電区間に進入する場合は前記ＬＥＤ発光部に前記整流電圧を供給して前記充放電部に電荷を充電させ、前記整流電圧の電圧レベルが前記特定の電圧レベル未満となる放電区間に進入する場合は接地電圧に前記整流電圧を接続して前記充放電部に充電された電荷を前記ＬＥＤ発光部に放電させる駆動制御部と、を含み、
前記特定電圧レベルは、前記ＬＥＤ発光部を構成する少なくとも１つのＬＥＤを駆動させることができる電圧レベルであることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
単相の交流電圧を全波整流して整流電圧に変換して出力する整流部と、
少なくとも１つ以上のＬＥＤで構成されるＬＥＤ発光部と、
電荷を充電し、または前記ＬＥＤ発光部を発光させるように電荷を放電する充放電部と、
前記整流電圧の電圧レベルが特定の電圧レベル以上となる充電区間に進入する場合は前記整流部を前記ＬＥＤ発光部に接続し、前記整流電圧の電圧レベルが前記特定の電圧レベル未満となる放電区間に進入する場合は前記整流部を接地電圧に接続する経路選択スイッチを含み、
前記特定電圧レベルは、前記ＬＥＤ発光部を構成する少なくとも１つのＬＥＤを駆動させることができる電圧レベルであることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記整流電圧の電圧レベルが前記第１しきい電圧レベル未満の区間でも前記ＬＥＤ発光部が消灯されることなく前記充放電部から放電される電荷によって駆動されることを特徴とする請求項１２または１３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記充放電部はキャパシタ及び充放電制御スイッチを含み、前記駆動制御部は前記充放電制御スイッチを制御して前記充電区間の間電荷を前記キャパシタに充電し、前記放電区間の間前記キャパシタに充電された電荷を前記ＬＥＤ発光部に供給することを特徴とする請求項１２または１３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記充放電制御スイッチは前記駆動制御部から出力される充放電スイッチ制御信号ＳＷ＿ＣＮＴ４によって制御されることを特徴とする請求項１５に記載のＬＥＤ照明装置。