JP2011503818A - 蛍光灯器具に接続されるledランプ連結装置 - Google Patents
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Abstract
蛍光灯器具に発光ダイオード(LED)ランプを連結するLEDランプ連結装置を開示する。蛍光灯器具は、AC電源部、安定器、および蛍光灯取付部を備え、蛍光灯取付部は、第1端の第1接続端と第1端の第2接続端と、第2端の第3接続端と第2端の第4接続端とを有する。LEDランプ連結装置は、前記AC電源部に連結された前記第1端の接続端と前記安定器に連結された前記第2端の接続端との間に導通される交流電源を全波整流するブリッジダイオードと、前記ブリッジダイオードで全波整流された電源を平滑して直流電源を出力する平滑キャパシタと、前記平滑された直流電源をLEDランプ駆動電源に変換してLEDランプに出力するLEDランプ電源供給部とを含む。
Description
本発明は、蛍光灯器具に、発光ダイオード(LED)ランプを連結する連結装置に関する。
蛍光灯は、最も経済的で高照度を得ることができるため、ビル、工場、家庭などで白熱灯と共に現在最も広く使用されている照明灯である。
蛍光灯器具は、蛍光灯を点灯する点灯回路と、蛍光灯の点灯後に点灯を維持する安定器(ballast)とを含む。点灯回路は、蛍光灯を放電させる高圧発生回路から構成される。安
定器は、点灯後に放電管の点灯を維持する負抵抗特性を有するものが使用される。
蛍光灯器具は、蛍光灯を点灯する点灯回路と、蛍光灯の点灯後に点灯を維持する安定器(ballast)とを含む。点灯回路は、蛍光灯を放電させる高圧発生回路から構成される。安
定器は、点灯後に放電管の点灯を維持する負抵抗特性を有するものが使用される。
このような蛍光灯器具は、磁気方式と電子高周波方式の2種に大別される。磁気方式は、電流制限インダクタを使用する方式であり、更に点灯方式によってグロースタータ方式とラピッドスタータ方式に分けられる。電子高周波方式は、商用電源を直流に変えることによって、高周波共振回路を介して高周波電源を蛍光灯に印加する方式であり、更に電流モード方式と電圧モード方式に分けられる。
図1は、従来の磁気グロースタータ方式の蛍光灯器具を示す。この磁気グロースタータ方式の蛍光灯器具は、AC(Alternating Current)電源部11と、グロースタータ12と
、安定器13と、蛍光灯取付部とを含む。蛍光灯取付部は、蛍光灯の第1端に接続される第1接続端a1と第2接続端a2と、蛍光灯の第2端に接続される第3接続端b1と第4接続端b2とを有する。蛍光灯FLの第1端の2つの端子が蛍光灯取付部の第1端の第1接続端a1と第2接続端a2に接続され、蛍光灯FLの第2端の2つの端子が蛍光灯取付部の第2端の第3接続端b1と第4接続端b2に接続されることによって、蛍光灯FLは蛍光灯取付部に取り付けられる。
、安定器13と、蛍光灯取付部とを含む。蛍光灯取付部は、蛍光灯の第1端に接続される第1接続端a1と第2接続端a2と、蛍光灯の第2端に接続される第3接続端b1と第4接続端b2とを有する。蛍光灯FLの第1端の2つの端子が蛍光灯取付部の第1端の第1接続端a1と第2接続端a2に接続され、蛍光灯FLの第2端の2つの端子が蛍光灯取付部の第2端の第3接続端b1と第4接続端b2に接続されることによって、蛍光灯FLは蛍光灯取付部に取り付けられる。
AC電源部11を介して交流(AC)電源が入力されると、グロースタータ12に電源が印加されることによって、グロースタータ12は発熱する。発熱したグロースタータ12の内部バイメタルの撓みが増大することによって、このグロースタータ12はショートする。グロースタータ12がショートすると、安定器13と蛍光灯(FL(fluorescent lamp))のフィラメントに電流が供給されるとともに、グロースタータ12がショートしたので、熱は冷める。グロースタータ12の熱が冷めることによってバイメタルの撓みが減少すると、グロースタータ12はオープンにされる。グロースタータ12がオープンにされると、安定器13のインダクタに高電圧が誘起される。誘起された高電圧が蛍光灯の両端に誘起されることによって、蛍光灯FLは点灯する。点灯した蛍光灯FLでは、両端の加熱されたフィラメントから発生した熱電子がプラズマ状態になることによって、電流は流れ始める。安定器13は、蛍光灯のプラズマ状態が維持されるように、一定の制限電流を流すべく調節する。
図2は、従来の磁気ラピッドスタータ方式の蛍光灯器具を示す。この磁気ラピッドスタータ方式の蛍光灯器具は、AC電源部21と、安定器22と、蛍光灯取付部とを含む。蛍光灯取付部は、蛍光灯の第1端に接続される第1接続端a1と第2接続端a2と、蛍光灯の第2端に接続される第3接続端b1と第4接続端b2とを有する。蛍光灯FLの第1端の2つの端子が蛍光灯取付部の第1端の第1接続端a1と第2接続端a2に接続され、蛍光灯FLの第2端の2つの端子が蛍光灯取付部の第2端の第3接続端b1と第4接続端b2に接続されることによって、蛍光灯FLは、蛍光灯取付部に取り付けられる。
この磁気ラピッドスタータ方式の蛍光灯器具は、安定器22が常に蛍光灯FLのフィラメント電源を供給することによって、且つ蛍光灯の両端電極に高電圧を供給することによって、電源投入の際に速い点灯が可能である。点灯すると、安定器22は、蛍光灯に流れる電流を点灯電流に制限することによって、点灯を維持する。
電子高周波方式の蛍光灯器具は、AC電源を直流に変えることによって、高周波共振回路を介して高周波電源を蛍光灯に印加する方式であり、更にフィラメント駆動方式によって電圧モード方式と電流モード方式がある。
図3は、従来の電子高周波電圧モード方式の蛍光灯器具を示す。蛍光灯FLは、磁気スタータ方式の蛍光灯器具と同様に、両端にそれぞれ2つの接続端を有する蛍光灯取付部に取り付けられる。この電子高周波電圧モード方式の蛍光灯器具は、AC電源をブリッジダイオードD31と、D32と、D33と、D34と、平滑キャパシタCREGとによって直流に整流した後、制御回路31で数十KHzの高周波信号を用いてハーフブリッジFET(FET31、FET32)を介して高周波電圧を作る。こうして作られた高周波電圧は、共振コイルLRESと共振キャパシタCRESを介して、ブロッキングキャパシタCBLKを経て蛍光灯に高周波信号を供給する。共振コイルLRESから誘導される電圧は、結合インダクタLFIL1、LFIL2を介して、蛍光灯FLのフィラメントに供給される。
図4は、従来の電子高周波電流モード方式の蛍光灯器具を示す。蛍光灯FLは、磁気スタータ方式の蛍光灯器具と同様に、両側の2つの接続端を有する蛍光灯取付部に取り付けられる。この電子高周波電流モード方式の蛍光灯器具は、AC電源をブリッジダイオードD41と、D42と、D43と、D44と、平滑キャパシタCREGとによって直流に整流した後、制御回路41で数十KHzの高周波信号を用いて、ハーフブリッジFET(FET41、FET42)を介して高周波電圧を作る。こうして作られた高周波電圧は、ブロッキングキャパシタCBLKと、共振コイルLRESに連結された蛍光灯FLのフィラメントと、共振キャパシタCRESとを介して、蛍光灯FLに供給される。また、共振コイルLRESと共振キャパシタCRESの共振電流が、蛍光灯FLのフィラメントに供給される。
現在、大部分の家庭では蛍光灯を用いて照明している。
しかし、蛍光灯は、LEDランプに比べて短い寿命と、低い発光効率と、封入ガスによる環境汚染問題とを有する。したがって蛍光灯をLEDランプに置換することが、好ましい。
蛍光灯をLEDランプに置換するには、既存の蛍光灯器具をLED灯器具に置換しなければならない。しかし、この場合、LED灯器具それ自体のコストも高いうえ、蛍光灯器具をLED灯器具に置換して設置する費用も高いという問題点がある。
そこで、本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、既存の蛍光灯器具をLED灯器具に置換することなく、蛍光灯器具にLEDランプを連結することによって、最小費用で蛍光灯をLEDランプに置換できる、蛍光灯器具のLE
Dランプ連結装置を提供することにある。
Dランプ連結装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、蛍光灯器具に接続されるLEDランプ連結装置を提供し、蛍光灯器具は、AC電源部と、安定器と、蛍光灯取付部とを備える。蛍光灯取付部は、第1端の2つの接続端と、第2端の2つの接続端とを有する。LEDランプ連結装置は更に、前記AC電源部に連結された前記第1端の接続端と、前記安定器に連結された前記第2端の接続端との間に導通される、交流電源を全波整流するブリッジダイオードと;前記ブリッジダイオードで全波整流された電源を平滑にすることによって直流電源を出力する平滑キャパシタと;平滑にした前記直流電源をLEDランプ駆動電源に変換することによって、前記LEDランプ駆動電源をLEDランプに出力するLEDランプ電源供給部とを含む。
また、本発明は、蛍光灯器具に接続されるLEDランプ連結装置を提供し、蛍光灯器具は、AC電源部と、安定器と、蛍光灯取付部とを備える。蛍光灯取付部は、第1端の2つの接続端と、第2端の2つの接続端とを有する。LEDランプ連結装置は更に、前記第1端の任意の一接続端と前記第2端の任意の一接続端との間に導通される、交流電源を全波整流する2つのブリッジダイオードと;前記2つのブリッジダイオードで全波整流された電源を平滑にすることによって直流電源を出力する平滑キャパシタと;平滑にした前記直流電源をLEDランプ駆動電源に変換することによって、前記LEDランプ駆動電源をLEDランプに出力するLEDランプ電源供給部とを含む。
本発明は、蛍光灯器具にLEDランプを連結することができるようにした。よって、蛍光灯器具の取り替えなしで、照明灯の寿命延長と、電力消費の節減と、環境適合性の向上とを実現することができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施例に係る蛍光灯器具のLEDランプ連
結装置について説明する。
図5は、本発明の第1実施例に係る蛍光灯器具のLEDランプ連結装置50であって、磁気グロースタータ方式の蛍光灯器具に連結される実施例を示す。
結装置について説明する。
図5は、本発明の第1実施例に係る蛍光灯器具のLEDランプ連結装置50であって、磁気グロースタータ方式の蛍光灯器具に連結される実施例を示す。
このLEDランプ連結装置50では、蛍光灯器具の蛍光灯取付部の第1側の2つの接続端のうち一つが、AC電源部11に直列に連結され、且つ蛍光灯器具の蛍光灯取付部の第2端の2つの接続端のうち一つが、安定器13に直列に連結される。図5に示すように、第1接続端a1がAC電源部11に連結され、且つ第3接続端b1が安定器13に連結された場合、このLEDランプ連結装置50は、第1接続端a1と第3接続端b1の間に連結されなければならない。
LEDランプ連結装置50は、入力電源を整流するブリッジダイオードD51、D52、D53、およびD54と、ブリッジダイオードD51、D52、D53、およびD54において全波整流した電源を平滑にすることによって直流電源を出力する平滑キャパシタCREGと、平滑にされた直流電源をLEDランプ駆動電源に変換するLEDランプ電源供給部とを含む。LEDランプ電源供給部の出力電源がLEDアレイに供給されることによって、LEDランプは駆動される。図5にはLEDランプ電源供給部としてDC/DCコンバータ定電流電源回路51が示されているが、LEDランプ電源供給部は、シリーズレギュレータ定電流電源回路または電流制限抵抗によって、実現されうる。ここで、DC/DCコンバータ定電流電源回路51を使用することによってLEDアレイの安定とエネルギー効率とが高まるため、シリーズレギュレータ定電流電源回路と電流制限抵抗の使用は、実用的に実現することが可能な方法である。
このような本発明の第1実施例に係る蛍光灯器具のLEDランプ連結装置50では、AC電源部11の正(+)周期の間には第1ダイオードD51と、平滑キャパシタCREGと、第2ダイオードD52とを介して直流電源が生成され、負(−)周期の間には第3ダイオードD53と、平滑キャパシタCREGと、第4ダイオードD54とを介して直流電源が生成される。DC/DCコンバータ定電流電源回路51は、こうして生成された直流電源を、LEDランプ駆動電源に変換することによってLEDアレイに供給する。
蛍光灯は極性がないため、蛍光灯器具のLEDランプ連結装置の配線形態では、図6に示すように第4接続端b2に安定器が連結されるか、または図7に示すように第2接続端a2にAC電源部が連結されている。また図示していないが、第4接続端b2に安定器が連結され、且つ第2接続端a2にAC電源部が連結されていてもよい。LEDランプ連結装置50を図6または図7に示すように連結する場合には、LEDランプ連結装置50は、LEDランプ駆動電源を出力できなくなる。蛍光灯器具は、蛍光灯取付部の両端の2つずつの接続端のうち、どの接続端がAC電源部に連結された接続端であるかと、どの接続端が安定器に連結された接続端であるかとを判定できないため、蛍光灯器具に図5のLEDランプ連結装置50を連結するためには各接続端の接続状態を把握しなければならないという問題点がある。
蛍光灯器具のLEDランプ連結装置の配線形態は4種類あるが、各ランプコネクター配線形態を問わずLEDランプを駆動する方法が必要である。
図8は、図5のLEDランプ連結装置50の問題点を改善した、本発明の第2実施例に係る蛍光灯器具のLEDランプ連結装置80であって、磁気グロースタータ方式の蛍光灯器具に連結される実施例を示す。LEDランプ連結装置80は、蛍光灯取付部の第1端の第1接続端a1および第2接続端a2と、第2端の第3接続端b1および第4接続端b2とにそれぞれ接続され、且つ第1端の任意の一接続端と第2端の任意の一接続端との間に導通される交流電源を全波整流する第1ブリッジを構成するダイオードD81〜D84および第2ブリッジを構成するダイオードD85〜D88と、前記全波整流された電源を平
滑にする平滑キャパシタCREGと、平滑にされた直流電源をLEDランプ駆動電源に変換するLEDランプ電源供給部とを含む。LEDランプ電源供給部の出力電源がLEDアレイに供給されることによって、LEDランプは駆動される。図8にはLEDランプ電源供給部としてDC/DCコンバータ定電流電源回路81が示されているが、このLEDランプ電源供給部は、シリーズレギュレータ定電流電源回路または電流制限抵抗で実現することもできる。ここでDC/DCコンバータ定電流電源回路81の使用によってLEDアレイの安定とエネルギー効率とが高まるため、シリーズレギュレータ定電流電源回路と電流制限抵抗の使用は、実用的に実現することが可能な方法である。
図8は、図5のLEDランプ連結装置50の問題点を改善した、本発明の第2実施例に係る蛍光灯器具のLEDランプ連結装置80であって、磁気グロースタータ方式の蛍光灯器具に連結される実施例を示す。LEDランプ連結装置80は、蛍光灯取付部の第1端の第1接続端a1および第2接続端a2と、第2端の第3接続端b1および第4接続端b2とにそれぞれ接続され、且つ第1端の任意の一接続端と第2端の任意の一接続端との間に導通される交流電源を全波整流する第1ブリッジを構成するダイオードD81〜D84および第2ブリッジを構成するダイオードD85〜D88と、前記全波整流された電源を平
滑にする平滑キャパシタCREGと、平滑にされた直流電源をLEDランプ駆動電源に変換するLEDランプ電源供給部とを含む。LEDランプ電源供給部の出力電源がLEDアレイに供給されることによって、LEDランプは駆動される。図8にはLEDランプ電源供給部としてDC/DCコンバータ定電流電源回路81が示されているが、このLEDランプ電源供給部は、シリーズレギュレータ定電流電源回路または電流制限抵抗で実現することもできる。ここでDC/DCコンバータ定電流電源回路81の使用によってLEDアレイの安定とエネルギー効率とが高まるため、シリーズレギュレータ定電流電源回路と電流制限抵抗の使用は、実用的に実現することが可能な方法である。
図8の例では、AC電源部11は第1接続端a1に連結され、且つ安定器13は第3接続端b1に連結される。AC電源部11から出力される交流電源の正(+)周期の間にはダイオードD85と、平滑キャパシタCREGと、ダイオードD86とを介して直流電源が生成され、負(−)周期の間にはダイオードD87と、平滑キャパシタCREGと、ダイオードD88とを介して直流電源が生成される。DC/DCコンバータ定電流電源回路81は、こうして生成された直流電源を、LEDランプ駆動電源に変換することによってLEDアレイへ供給する。
図9は、図5のLEDランプ連結装置の問題点を改善した、本発明の第3実施例に係る蛍光灯器具のLEDランプ連結装置90であって、磁気グロースタータ方式の蛍光灯器具に連結される実施例を示す。図9のLEDランプ連結装置は、蛍光灯取付部の両側の端子を電気的に連結する。すなわち、第1接続端a1と第2接続端a2を互いに連結し且つLEDランプ連結装置90のブリッジダイオードD91、D94に連結し、第3接続端b1端子と第4接続端b2を互いに連結し且つLEDランプ連結装置90のブリッジダイオードD92、D93に連結する。このような第3実施例のLEDランプ連結装置の回路は、図8に比べて簡単であるが、LEDアレイを構成するLEDの直列連結の数が多い場合、LEDアレイの駆動電圧が高くなってグロースタータが動作する可能性があり、この場合、LEDアレイの両端に高電圧が誘起されてLEDアレイが破壊されるおそれがある。また、この第3実施例は、磁気グロースタータ方式でのみ使用できる。
図10は、本発明の第2実施例に係る蛍光灯器具のLEDランプ連結装置80を、図2の磁気ラピッドスタータ方式の蛍光灯器具に適用した実施例を示す。LEDランプ連結装置100は、蛍光灯取付部の第1端の第1接続端および第2接続端と、第2端の第3接続端および第4接続端とに接続され、且つ第1端の任意の一接続端と第2端の任意の一接続端との間に導通される交流電源を全波整流する第1ブリッジを構成するダイオードD101〜D104および第2ブリッジを構成するダイオードD105〜D108と、前記全波整流された電源を平滑にする平滑キャパシタCREGと、平滑にされた直流電源をLEDランプ駆動電源に変換するLEDランプ電源供給部とを含む。LEDランプ電源供給部の出力電源がLEDアレイに供給されることによって、LEDランプは駆動される。図10にはLEDランプ電源供給部としてDC/DCコンバータ定電流電源回路101が示されるが、このLEDランプ電源供給部は、シリーズレギュレータ定電流電源回路または電流制限抵抗によっても実現されうる。ここで、DC/DCコンバータ定電流電源回路101の使用によってLEDアレイの安定とエネルギー効率とが高まるため、シリーズレギュレータ定電流電源回路と電流制限抵抗の使用は、実用的に実現することが可能な方法である。図10のLEDランプ連結装置100の動作は、図8と同様である。
図11は、本発明の第2実施例に係る蛍光灯器具のLEDランプ連結装置80を、図3の電子高周波電圧モード方式の蛍光灯器具に適用した実施例を示す。このLEDランプ連結装置110は、第1ブリッジを構成するダイオードD111〜D114と、第2ブリッジを構成するダイオードD115〜D118と、平滑キャパシタCREGと、LEDランプ電源供給部とを含む。図11にはLEDランプ電源供給部としてDC/DCコンバータ
定電流電源回路111が示されているが、このLEDランプ電源供給部は、シリーズレギュレータ定電流電源回路または電流制限抵抗によっても実現されうる。高周波電圧モード方式では、ブリッジダイオードD111〜D118に高周波信号が供給されるので、ファストリカバリー(fast recovery)ダイオードなどのスイッチング周波数が高いダイオード
を使用しなければならず、平滑キャパシタCREGも高周波用を使用しなければならない。図11のLEDランプ連結装置110の動作は、図8と同様である。
定電流電源回路111が示されているが、このLEDランプ電源供給部は、シリーズレギュレータ定電流電源回路または電流制限抵抗によっても実現されうる。高周波電圧モード方式では、ブリッジダイオードD111〜D118に高周波信号が供給されるので、ファストリカバリー(fast recovery)ダイオードなどのスイッチング周波数が高いダイオード
を使用しなければならず、平滑キャパシタCREGも高周波用を使用しなければならない。図11のLEDランプ連結装置110の動作は、図8と同様である。
図12は、本発明の第2実施例に係る蛍光灯器具のLEDランプ連結装置80を、図4の電子高周波電流モード方式の蛍光灯器具に適用した実施例を示す。このLEDランプ連結装置120は、第1ブリッジを構成するダイオードD121〜D124と、第2ブリッジを構成するダイオードD125〜D128と、平滑キャパシタCREGと、LEDランプ電源供給部とを含む。図12にはLEDランプ電源供給部としてDC/DCコンバータ定電流電源回路121が示されているが、このLEDランプ電源供給部は、シリーズレギュレータ定電流電源回路または電流制限抵抗によっても実現されうる。一方、このLEDランプ連結装置120を電子高周波電流モード方式の蛍光灯器具に適用するには、蛍光灯取付部の第1端の2つの接続端と第2端の2つの接続端との間に、それぞれ第1共振キャパシタCRES1〜第4共振キャパシタCRES4を更に連結しなければならない。
そうすることにより、本発明は、蛍光灯器具のランプ連結装置の配線方向を問わず常に共振キャパシタが連結されるので、LEDランプを駆動できる。ここで高周波電流モード方式では、ブリッジダイオードD121〜D128に高周波信号が供給されるので、ファストリカバリーダイオードなどのスイッチング周波数が高いダイオードを使用しなければならず、平滑キャパシタCREGも高周波用を使用しなければならない。図12のLEDランプ連結装置120の動作は、図8と同様である。
以上、本発明の技術思想を添付図面と共に述べたが、これは本発明の好適な一実施例を例示的に説明するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。また、当該分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想の範疇から逸脱しない範囲で多様に変形および模倣し得るのは、明らかな事実である。
本発明は、既存の蛍光灯器具を用いてLEDランプを照明する技術として適用することができる。
Claims (7)
- 蛍光灯器具にLEDランプを接続するLEDランプ連結装置であって、前記蛍光灯器具は、AC電源部と、安定器と、蛍光灯取付部とを備え、前記蛍光灯取付部は、第1端の第1接続端と前記第1端の第2接続端と、第2端の第3接続端と前記第2端の第4接続端とを有し、前記LEDランプ連結装置は、
前記第1接続端〜前記第4接続端にそれぞれ接続されるアノード端と、第1共通接点にそれぞれ連結されるカソード端とをそれぞれ有する第1ダイオード〜第4ダイオードと;
前記第1接続端〜前記第4接続端にそれぞれ接続されるカソード端と、第2共通接点にそれぞれ連結されるアノード端とをそれぞれ有する第5ダイオード〜第8ダイオードと;
前記第1共通接点と前記第2共通接点の間に連結された平滑キャパシタであって、前記平滑キャパシタは、前記第1ダイオード〜前記第8ダイオードが全波整流した電源を平滑にすることによって、平滑にした直流電源を出力することと;
前記直流電源を前記LEDランプに出力するLEDランプ電源供給部と
を含むことを特徴とする、LEDランプ連結装置。 - 前記第1ダイオード〜前記第8ダイオードは、ファストリカバリーダイオードである、請求項1記載のLEDランプ連結装置。
- 前記平滑キャパシタは、高周波用キャパシタである、請求項1記載のLEDランプ連結装置。
- 前記LEDランプ連結装置は更に、
前記第1接続端を前記第3接続端に連結する第1共振キャパシタと;
前記第1接続端を前記第4接続端に連結する第2共振キャパシタと;
前記第2接続端を前記第3接続端に連結する第3共振キャパシタと;
前記第2接続端を前記第4接続端に連結する第4共振キャパシタと
を含む、請求項1記載のLEDランプ連結装置。 - 前記LEDランプ電源供給部は、DC/DCコンバータ定電流電源回路である、請求項1記載のLEDランプ連結装置。
- 前記LEDランプ電源供給部は、シリーズレギュレータ定電流電源回路である、請求項1記載のLEDランプ連結装置。
- 前記LEDランプ電源供給部は、電流制限抵抗である、請求項1記載のLEDランプ連結装置。
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