JP2012038711A - Ｌｅｄランプ及びｌｅｄランプ用駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＬＥＤランプ用駆動回路及びＬＥＤランプに関する。
【解決手段】本発明は、一端が外部電源印加用端子として提供されるサーミスターと、当該サーミスターの他端に連結され、当該他端に印加された交流電圧を直流電圧に変換する交流−直流変換部と、当該交流−直流変換部から出力された直流電圧をＬＥＤランプの駆動のための直流電圧に変換する直流−直流変換部とを含むＬＥＤランプ用駆動回路と、少なくとも一つのＬＥＤが実装されたＬＥＤ実装用基板と、上記ＬＥＤの動作に必要な制御回路が実装され、一端に上記ＬＥＤと電気的に連結されるための両端子を含む制御回路基板と、上記ＬＥＤ実装用基板と上記制御回路基板とを連結し、当該制御回路基板に形成された両端子が挿合されるための溝部が形成されたカードエッジコネクタとを含むＬＥＤランプとを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤランプ及びＬＥＤランプ用駆動回路に関する。より詳細には、ハロゲンランプ用安定器とＬＥＤランプ間の互換性を確保してＬＥＤを安定的に駆動させることができるＬＥＤランプ用駆動回路と、ＬＥＤ実装用基板とＬＥＤの駆動のための制御回路基板との結合構造が改善されたＬＥＤランプとに関する。

ハロゲンランプは、白熱電球の一種であって、ガラス球内にハロゲン物質を注入してタングステンの蒸発を抑制したランプである。このようなハロゲンランプは、白熱電球に比べてさらに明るい光を放ちながらも寿命が長いため、舞台照明やインテリア照明の光源として広く用いられている。しかしながら、このようなハロゲンランプは、電力消耗が大きく発熱が激しくて火災や火傷等の事故が頻繁に発生する問題があるため、最近では、ハロゲンランプを、電力消耗量が少なく且つ発熱量が低く且つ発光効率に優れたＬＥＤランプに交替する作業がなされている。

従来のハロゲンランプは、ハロゲンランプ専用安定器を用いて動作するため、ＳＭＰＳ等の専用安定器を用いる一般ＬＥＤランプとの互換性が悪い問題がある。即ち、ハロゲン光源をＬＥＤに代替時、ハロゲンランプ専用安定器をＬＥＤランプにそのまま用いる場合、フリッカーリング（ｆｌｉｃｋｅｒｉｎｇ）現象が発生し、高熱によって、駆動回路内に含まれた素子が消失され、ＬＥＤが破損され寿命が低下する等の問題が発生する。このような問題を解決するために、ＬＥＤランプ専用安定器を別途に加えたり、従来のハロゲンランプ専用安定器を新たに設計する方法等が用いられているが、新たな安定器の新規設置及び既存の安定器の修理補修に伴う追加コストが大きく発生する問題がある。

なお、構造的な側面において、ＬＥＤが実装されたＬＥＤ実装用基板と、ＬＥＤの駆動のための回路が実装された制御回路基板との連結時、ワイヤ（ｗｉｒｅ）、ハーネス（ｈａｒｎｅｓｓ）等を利用したソルダリング工程を経た電気配線が求められるため、製造工程及び回路構造が複雑となって信頼性が低下する問題がある。

本発明の目的は、ハロゲンランプ用安定器とＬＥＤランプ間の互換性を確保してＬＥＤを安定的に駆動させることができるＬＥＤランプ用駆動回路と、ＬＥＤ実装用基板とＬＥＤの駆動のための制御回路基板との結合構造が改善されたＬＥＤランプとを提供することである。

本発明の一側面は、一端が外部電源印加用端子として提供されるサーミスターと、当該サーミスターの他端に連結され、当該他端に印加された交流電圧を直流電圧に変換する交流−直流変換部と、当該交流−直流変換部から出力された直流電圧をＬＥＤランプの駆動のための直流電圧に変換する直流−直流変換部とを含むＬＥＤランプ用駆動回路を提供する。

本発明の一実施形態において、上記サーミスターは、ハロゲンランプ用安定器から供給された外部電源と連結されることができる。

本発明の一実施形態において、上記直流−直流変換部は、ブースト（ｂｏｏｓｔ）、バック（ｂｕｃｋ）及びバック−ブースト（ｂｕｃｋ−ｂｏｏｓｔ）のいずれかの方式で構成されることができる。

本発明の一実施形態において、上記直流−直流変換部は、少なくとも一つのＬＥＤを含むＬＥＤモジュールと連結されることができる。

本発明の他の側面は、少なくとも一つのＬＥＤが実装されたＬＥＤ実装用基板と、上記ＬＥＤの動作に必要な制御回路が実装され、一端に上記ＬＥＤと電気的に連結されるための両端子を含む制御回路基板と、上記ＬＥＤ実装用基板と上記制御回路基板とを連結し、当該制御回路基板に形成された両端子が挿合されるための溝部が形成されたカードエッジコネクタとを含むＬＥＤランプを提供する。

本発明の一実施形態において、上記カードエッジコネクタの溝部内には、上記制御回路基板に形成された両端子と電気的に接続するための端子が含まれることができる。

本発明の一実施形態において、上記カードエッジコネクタの一側は、上記ＬＥＤ実装用基板と結合し、上記カードエッジコネクタの他側は、上記制御回路基板と結合することで、上記ＬＥＤと上記ＬＥＤ制御回路とを電気的に連結することができる。

本発明の一実施形態において、上記カードエッジコネクタは、溝部内に形成された突出部をさらに含み、当該カードエッジコネクタに挿入される制御回路基板の厚さによって上記突出部の高さが調節されることで、上記制御回路基板を固定することができる。

本発明の一実施形態において、上記ＬＥＤランプは、上記ＬＥＤ実装用基板と上記制御回路基板との間に形成されたヒートシンクをさらに含むことができる。

本発明の一実施形態において、上記ＬＥＤランプは、上記制御回路基板の他側に形成され、外部接続端子と結合するための接続ピンをさらに含むことができる。

本発明に係るＬＥＤランプ用駆動回路及びＬＥＤランプによると、ハロゲンランプ用安定器とＬＥＤランプ間の互換性を確保してＬＥＤを安定的に駆動させ、ＬＥＤ実装用基板とＬＥＤの駆動のための制御回路基板との結合構造が改善されてＬＥＤランプの製造工程及び内部構造が簡素化されることができる。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤランプ用駆動回路のブロック構成図である。 本発明の一実施形態に係るＬＥＤランプ用駆動回路の回路図である。 既存のハロゲンランプ用安定器をハロゲンランプに適用する場合におけるハロゲンランプ用安定器の出力波形を示す図面である。 （ａ）及び（ｂ）は、既存のハロゲンランプ用安定器をＬＥＤランプに適用する場合におけるハロゲンランプ用安定器の出力波形を示す図面である。 （ａ）及び（ｂ）は、入力キャパシタの容量に伴うハロゲンランプ用安定器の出力波形を示す図面である。 （ａ）及び（ｂ）は、サーミスターを適用しない場合と適用した場合の出力波形を示す図面である。 （ａ）及び（ｂ）は、サーミスターを適用しない場合と適用した場合の出力波形を示す図面である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るＬＥＤランプの構造を示す図面である。 本発明の他の実施形態に係るＬＥＤランプの構造を示す図面である。 本発明の他の実施形態に係るＬＥＤランプの構造を示す図面である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳述する。

しかしながら、本発明の実施形態は、多様な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が後述する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、この発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における構成要素の形状及びサイズなどは、より明確な説明のために誇張されることがある。なお、図面上において同一の符号で表示される要素は、同一の要素である。

図１は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤランプ用駆動回路のブロック構成図である。図１を参照すると、ＬＥＤランプ用駆動回路１００は、サーミスター１０と交流−直流変換部２０と直流−直流変換部３０とからなり、外部から供給された電源によってＬＥＤモジュールを駆動する。この際、外部電源は、ハロゲンランプ用安定器から印加される電源であっても良く、上記ＬＥＤランプ用駆動回路１００は、既存のハロゲンランプを代替するＬＥＤランプの駆動のための回路として利用されることができる。即ち、既存のハロゲンランプを駆動するための安定器をそのまま利用して動作することができるＬＥＤランプのための駆動回路１００であっても良い。

具体的には、上記ＬＥＤランプ用駆動回路１００は、ハロゲンランプ用安定器等から供給された外部電源と連結されるサーミスター１０を含む。当該サーミスター１０は、初期電源の印加時、突入電流を制限して瞬間的な過電流を防止することによって、回路素子を保護し、外部電源と連結されたハロゲンランプ用安定器との互換性を確保することができる。当該サーミスター１０については、後に詳述することにする。次に、上記サーミスター１０から入力された交流電圧を、当該サーミスター１０と連結された交流−直流変換部２０で直流電圧に変換し、次いで、直流−直流変換部３０では、上記交流−直流変換部２０で変換された直流電圧を入力電圧として、ＬＥＤの駆動に適した直流電圧に変換する。

この際、上記直流−直流変換部３０の選択及び相互接続は、変換されるべき入力電圧が、ＬＥＤを所望の動作電流で駆動させるのに必要な電圧より大きいか小さいか、あるいは、大きな電圧から小さな電圧に変化するか等により決定される。例えば、入力電圧がＬＥＤ電圧より大きい場合に用いられる降圧型（バック、ｂｕｃｋ）変換器、入力電圧がＬＥＤ電圧より小さい場合に用いられる昇圧型（ブースト、ｂｏｏｓｔ）変換器、入力電圧がＬＥＤ電圧より大きな電圧から小さな電圧に変わる場合に用いられるバック−ブースト（ｂｕｃｋ−ｂｏｏｓｔ）変換器等を用いることができる。

図２は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤランプ用駆動回路の回路図である。図２を参照すると、ＬＥＤランプ用駆動回路１００の一側は、外部電源ＡＣ１、ＡＣ２と連結され、他側は、ＬＥＤモジュール４０と連結されている。この際、外部電源ＡＣ１、ＡＣ２は、ハロゲンランプ用安定器から入力された電源であっても良い。上記ＬＥＤランプ用駆動回路１００は、外部電源ＡＣ１、ＡＣ２と連結されたサーミスター１０と、当該サーミスター１０と連結された交流−直流変換部２０と、当該交流−直流変換部２０と連結された直流−直流変換部３０とからなる。本実施形態において、上記直流−直流変換部３０は、非絶縁型の降圧型（ｂｕｃｋ）変換器が用いられたが、前述したように、ＬＥＤが所望の動作電流で駆動されるのに必要な電圧等によって変わることができる。

以下、本実施形態に係るＬＥＤランプ用駆動回路１００の特性を説明するために、従来のハロゲンランプ用安定器を交替用ＬＥＤランプに適用した場合におけるハロゲンランプ用安定器の特性について説明する。

図３は、既存のハロゲンランプ用安定器をハロゲンランプに適用する場合におけるハロゲンランプ用安定器の出力波形を示す図面である。ハロゲンランプは、交流電源の入力を受けて動作するため、ハロゲンランプ用安定器は、ハロゲンランプを駆動するための適正出力電圧（例えば、１２ボルト）を有する出力信号を生ずる。図３に示されるハロゲンランプ用安定器の出力は、周波数５０ｋＨｚで、ＰＷＭ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ波形を示し、出力電圧は１２Ｖｒｍｓである。この際、ハロゲンランプ用安定器から出力される交流電圧の入力を受けてＬＥＤモジュールを駆動させるためには、交流を直流に変換させる交流−直流変換部が求められ、図３に示されるように、波形内に発生したｏｆｆ区間を除去するためには、平滑用キャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）が求められる。

図４は、既存のハロゲンランプ用安定器をＬＥＤランプに適用する場合におけるハロゲンランプ用安定器の出力波形を示す図面である。図４（ａ）及び（ｂ）は、同一のＬＥＤランプに相違する社製のハロゲンランプ用安定器を適用した場合におけるハロゲンランプ用安定器の出力波形を示す図面である。図示のように、ハロゲンランプ用安定器の出力波形が相違して互換性の確保に問題があり、ＬＥＤランプの駆動のための電圧に達していない区間が発生することがある。入力された最小電圧がＬＥＤランプの駆動電圧に達していない場合、ＬＥＤが未点灯になったり、フリッカーリング（ｆｌｉｃｋｅｒｉｎｇ）が発生したりする。

このような現象を防止するためには、ハロゲンランプ用安定器の出力最小電圧を高くすべきであり、このためには、入力キャパシタの容量を大きくすべきである。図５は、入力キャパシタの容量に伴うハロゲンランプ用安定器の出力波形を示す図面である。図５（ａ）は、入力キャパシタの容量を大きくした場合を示し、図５（ｂ）は、入力キャパシタの容量を小さくした場合を示す図面である。図５（ａ）のように、入力キャパシタの容量を大きくした場合、ハロゲンランプ用安定器の出力電圧の最小値（約８．１Ｖ）は、ＬＥＤの駆動電圧（約６．８Ｖ）より大きな値を有することが分かる。なお、図５（ｂ）のように、入力キャパシタの容量を小さくした場合、ハロゲンランプ用安定器の出力電圧の最小値（約５．３Ｖ）は、ＬＥＤの駆動電圧（約６．８Ｖ）より小さいため、出力電圧が駆動電圧に達していない区間が発生するようになる。即ち、ハロゲンランプ用安定器の出力最小電圧がＬＥＤの駆動電圧より大きい場合にのみ、ＬＥＤランプが正常に作動することができる。

しかしながら、キャパシタの容量を大きくする場合、入力電流が上昇するため、内部素子（例えば、ＦＥＴ）の内圧が増加して素子が損傷される問題が発生し、一部駆動回路は入力電流を制限することで、一定サイズ以上の電流が入力されると、保護回路が動作してＬＥＤが未点灯される問題が発生する。したがって、本発明の一実施形態では、キャパシタの容量を大きくしてハロゲンランプ用安定器の出力最小電圧をＬＥＤの駆動電圧より大きくすることによって、ハロゲンランプ用安定器とＬＥＤランプ間の互換性を確保すると共に、ＬＥＤランプ用駆動回路内にサーミスターを設けることで、ハロゲンランプ用安定器と交流−直流変換部間に過電流の流入を防止することができる。即ち、ハロゲンランプ用安定器とＬＥＤランプ用駆動回路との間にサーミスター１０を配置することによって、キャパシタの容量増加による過電流又は突入電流を防止して回路内部の素子を保護し、ハロゲンランプ用安定器とＬＥＤランプ間の互換性を確保してＬＥＤを安定的に駆動させることができる。
なお、本実施形態では、サーミスターが外部電源ＡＣ２に連結された場合を説明しているが、サーミスターは、ハロゲンランプ用安定器とＬＥＤランプ用駆動回路との間に配置されていればよい。例えば、外部電源ＡＣ１にサーミスターを連結してもよい。また、直流−交流変換部２０と直流−直流変換部３０との間にサーミスターを設けてもよい。また、直流−直流変換部３０とＬＥＤモジュール４０との間にサーミスターを設けてもよい。さらに、サーミターを配置する箇所は１箇所に限られず、上述した複数の箇所に配置されてもよい。また、直流−交流変換部２０と直流−直流変換部３０との間、及び直流−直流変換部３０とＬＥＤモジュール４０との間に配置されるサーミスターの特性は、外部電源と連結されるサーミスターの特性と異なっていてもよい。例えば、直流−交流変換部２０と直流−直流変換部３０との間、及び直流−直流変換部３０とＬＥＤモジュール４０との間に配置されるサーミスターは、外部電源と連結されるサーミスターよりも応答速度が速い。

図６及び図７は、サーミスターを適用しない場合と適用した場合の出力波形を示す図面である。まず、図６を参照すると、図６（ａ）は、サーミスターを適用しない場合の出力波形を示し、図６（ｂ）は、サーミスターを適用した場合の出力波形を示す図面である。図６（ａ）に示されるように、サーミスターを適用しない場合、突入電流が大きく示されるため、突入電流によって回路内部の素子が損傷されたり保護回路の作動によるＬＥＤの未点灯問題が発生したりすることがあるが、図６（ｂ）に示されるように、サーミスターを適用した場合は、突入電流が弱く示されることが分かる。

図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、サーミスターを適用しない場合と適用した場合のハロゲンランプ用安定器の出力波形を示す図面である。図７（ａ）を参照すると、円で表示した部分で瞬間的に出力電流が上昇するため、出力電流が不安定であり、矢印で示したように、出力電圧も一定せず、不安定な形態を示す。これに対し、サーミスターを適用した図７（ｂ）を参照すると、ハロゲンランプ用安定器の出力電圧（矢印で図示）が安定的であることが分かる。

図８から図１０は、本発明の他の実施形態に係るＬＥＤランプの構造を示す図面である。図８（ａ）は、ＬＥＤ実装用基板１と制御回路基板２とが結合される前の形態を示し、図８（ｂ）は、ＬＥＤ実装用基板１と制御回路基板２とがカードエッジコネクタ３によって結合された形態を示す図面である。図８を参照すると、本発明の他の実施形態に係るＬＥＤランプは、少なくとも一つのＬＥＤ４が実装されたＬＥＤ実装用基板１と、上記ＬＥＤ４の動作に必要な制御回路が実装された制御回路基板２と、上記ＬＥＤ実装用基板１と制御回路基板２とを連結するカードエッジコネクタ３とを含む。

具体的には、上記制御回路基板２には、ＬＥＤの動作に必要な制御回路が実装され、一側にＬＥＤと電気的に連結されるための両端子２ａが含まれる。上記制御回路基板２に形成された端子２ａは、カードエッジコネクタ３内に形成された連結端子（図示せず）と電気的に接続され、上記カードエッジコネクタ３は、上記制御回路基板２の両端子が挿合されるための溝部を含む。したがって、ＬＥＤ４が実装されたＬＥＤ実装用基板１とＬＥＤの駆動のための制御回路が実装された制御回路基板２とは、別途のワイヤ（ｗｉｒｅ）やハーネス（ｈａｒｎｅｓｓ）による配線構造なしでも端子間のカードエッジ結合のみで電気的連結が可能であり、更なるハンダ付け工程等が求められないため、製造工程が単純になり、信頼性が改善され、必要に応じてＬＥＤ実装用基板１又は制御回路基板２の交替作業が簡単になる。

図９は、カードエッジコネクタの斜視図である。図９を参照すると、上記カードエッジコネクタ３は、上記ＬＥＤが実装されたＬＥＤ実装用基板１と結合する上部面３ｂと、上記制御回路基板２とカードエッジ方式で結合するための溝部とを含むことができる。上記溝部の内側には、少なくとも一つの突出部３ａが形成され、当該突出部３ａは、上記溝部に挿合される制御回路基板２の厚さによってその高さが調節されることができる。即ち、突出部３ａは、制御回路基板２がカードエッジコネクタ３の内部に挿入されるにつれ、制御回路基板２が押す圧力によって突出部３ａが内側壁面に向かって押し入られるようになり、その結果、上記制御回路基板２の厚さに合うように溝部の幅が調節されるため、制御回路基板２がカードエッジコネクタ３内に固定されることができる。具体的に図示されてはいないが、上記溝部内には、上記カードエッジコネクタ３を介して制御回路基板２とＬＥＤ実装用基板１とを電気的に連結するための端子が形成されることができる。

図１０は、本発明の他の実施形態に係るＬＥＤランプの分解側面図である。本発明の他の実施形態に係るＬＥＤランプは、少なくとも一つのＬＥＤ４が実装されたＬＥＤ実装用基板１と、上記ＬＥＤ４を駆動するための回路が実装された制御回路基板２と、上記制御回路基板２と上記ＬＥＤ実装用基板１とを連結するためのカードエッジコネクタ３とを備え、上記ＬＥＤ実装用基板１と上記制御回路基板２との間に位置するヒートシンク６と、上記ＬＥＤ実装用基板１の光放出面に位置したレンズ５とをさらに備えることができる。

前述したように、上記ＬＥＤ実装用基板１と上記制御回路基板２とは、カードエッジコネクタ３によって別途の配線やハンダ付けなしでも簡単な構造で挿合され、上記ＬＥＤランプは、ＬＥＤからの熱を外部に放出するためのヒートシンク６をさらに含むことができる。当該ヒートシンク６は、熱放出が容易になるように熱伝導度が高い金属物質からなり、熱放出がより容易になるようにピン構造を含んで表面的を広くすることができる。なお、上記レンズは、ＬＥＤ４の光放出面に配置されることで、照射角及び背光形態を決定することができる。なお、上記ＬＥＤランプは、上記制御回路基板２の他側に、外部電源と連結されるための接続ピン２ｂをさらに含むことができる。

本発明は、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されず、添付の特許請求の範囲によって限定される。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、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によって多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これもまた本発明の範囲内に属すると言えるはずである。

１００ ＬＥＤランプ用駆動回路
１０ サーミスター
２０ 直流−交流変換部
３０ 直流−直流変換部
４０ ＬＥＤモジュール
１ ＬＥＤ実装用基板
２ 制御回路基板
２ａ 制御回路基板の両端子
３ カードエッジコネクタ
３ａ 突出部
４ ＬＥＤ
５ レンズ
６ ヒートシンク

Claims (4)

1. 一端が外部電源印加用端子として提供されるサーミスターと、
   当該サーミスターの他端に連結され、当該他端に印加された交流電圧を直流電圧に変換する交流−直流変換部と、
   当該交流−直流変換部から出力された直流電圧をＬＥＤランプの駆動のための直流電圧に変換する直流−直流変換部と
   を含む、ＬＥＤランプ用駆動回路。
2. 前記サーミスターは、ハロゲンランプ用安定器から供給された外部電源と連結される、請求項１に記載のＬＥＤランプ用駆動回路。
3. 前記直流−直流変換部は、ブースト（ｂｏｏｓｔ）、バック（ｂｕｃｋ）及びバック−ブースト（ｂｕｃｋ−ｂｏｏｓｔ）のいずれかの方式で構成される、請求項１または２に記載のＬＥＤランプ用駆動回路。
4. 前記直流−直流変換部は、少なくとも一つのＬＥＤを含むＬＥＤモジュールと連結される、請求項１から３の何れか１項に記載のＬＥＤランプ用駆動回路。