JP2014505328A - 商用電源の２種類を支援する交流駆動ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置に関し、特に、負荷のＬＥＤを第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループとに分離し、このとき、サイズが大きい商用電源が提供される場合には、第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが直列に連結されるようにスイッチング制御し、サイズが小さい商用電源が提供される場合には、前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが並列に連結されるようにスイッチング制御することで、商用電源の変動にもＬＥＤを効率的で且つ同一の明るさで駆動することができる商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置に関する。

Description

本発明は、商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置に関し、より詳しくは、負荷のＬＥＤを第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループとに分離し、このとき、サイズが大きい商用電源が提供される場合には、第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが直列に連結されるようにスイッチング制御し、サイズが小さい商用電源が提供される場合には、前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが並列に連結されるようにスイッチング制御することで、商用電源の変動にもＬＥＤを効率的で且つ同一の明るさで駆動することができる商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置に関する。

発光ダイオードは、電流が流れると光を放出する電光変換半導体素子であって、表示器バックライトなどに広く使用されており、技術の発達により電光変換の効率が既存の白熱灯及び蛍光灯よりも高くなって、現在には一般の照明用としてその範囲を広げている。

しかし、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は、微量の電圧変動にも電流が大きく変化する。このため、精密な電流制御が要求される。

＜従来技術１＞

従来のＬＥＤ照明装置は、図１に示したように、交流電圧を供給する交流電源９１０と、前記交流電源９１０から供給された交流電圧を直流の整流電圧Ｖｒｅｃｔに変換する整流回路９４０と、前記整流回路９４０の出力である整流電圧Ｖｒｅｃｔで駆動されるＬＥＤ発光ブロック９７０と、前記ＬＥＤ発光ブロック９７０の電流スロープを設定する電流スロープ設定抵抗９３０とを含んで構成される。

しかしながら、従来のＬＥＤ照明装置では、交流入力電圧が低くなれば、ＬＥＤ発光ブロック９７０に流れる電流も続けて減少し、前記発光ブロック９７０の閾値電圧の以下になれば、前記発光ブロック９７０は消灯して照明としての機能を喪失する。

以下、図２を使用して従来技術１の問題点を説明する。

電圧−電流特性曲線９５０は、複数のＬＥＤを直列に配列して作製したソウル半導体社の製品ＡＸ３２２０の特性曲線を引用したもので、電流が本格的に流れ始める閾値電圧は１３２Ｖであることが分かる。

すなわち、商用電源２２０Ｖでは、前記電圧−電流特性曲線９５０を有する発光ブロック９７０は、よく点灯されるが、商用電源１１０Ｖでは、前記発光ブロック９７０の閾値電圧が商用電源よりも高い１３２Ｖであるので、点灯されないという問題点がある。

＜従来技術２＞

以下、図３及び図４を使用して説明する。

図３は、他の従来技術の回路を示したもので、一般的に「多段ＬＥＤ発光ブロック駆動回路」と呼ばれる（以下、「多段駆動回路」と称する）。

まず、図３の回路の構成は、交流電圧を供給する交流電源９１０、前記交流電源９１０から供給された交流電圧を直流の整流電圧Ｖｒｅｃｔに変換する整流回路９４０、発光ブロック８７１，８７２，８７３，８７４で構成された負荷、瞬時整流電圧によって点灯される発光ブロックの数を制御する制御器９４１、並列に配置されたスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４で構成されて実際の負荷電流の経路を遮断／導通させるスイッチブロック、及び点灯される発光ブロックの数によって電流を供給する電流源Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を含んで構成される。

以下、図４を使用して前記図３の回路の動作を説明する。

まず、電圧波形９２０Ｖは、商用電源２２０Ｖ／５０Ｈｚの整流波形を示したものである。そして、電流波形９２０Ａは、前記図３の回路に前記電圧波形９２０Ｖが供給される場合に好ましい電流波形の一例を示したものである。

以下、前記好ましい電流波形９２０Ａにおいて、瞬時整流電圧がそれぞれ５０Ｖ、１００Ｖ、１５０Ｖ及び２００Ｖの場合を基準として調べてみる。

１）瞬時整流電圧が５０Ｖ未満の場合には、全体を消灯（以下、「０段点灯」と称する）する。すなわち、前記制御器９４１が前記第１スイッチＳＷ１〜第４スイッチＳＷ４を全部遮断して、前記第１発光ブロック８７１〜第４発光ブロック８７４の全部を消灯することである。

２）瞬時整流電圧が５０Ｖ以上１００Ｖ未満の場合には、発光ブロックを１個のみ点灯（以下、「１段点灯」と称する）する。すなわち、前記制御器９４１が第１スイッチＳＷ１を導通させて第１電流源Ｉ１を使用し、第１発光ブロック８７１のみを点灯することである。このとき流れる負荷電流は、５ｍＡであると図３に示されている。

３）瞬時整流電圧が１００Ｖ以上１５０Ｖ未満の場合には、発光ブロックを２個を点灯（以下、「２段点灯」と称する）する。すなわち、前記制御器９４１が第１スイッチＳＷ１を遮断して第２スイッチＳＷ２を導通させ、第２電流源Ｉ２を使用して第１発光ブロック８７１及び第２発光ブロック８７２を点灯することである。このとき流れる負荷電流は、１０ｍＡであると図３に示されている。

４）瞬時整流電圧が１５０Ｖ以上２００Ｖ未満の場合には、発光ブロックを３個を点灯（以下、「３段点灯」と称する）する。すなわち、前記制御器９４１が第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２を遮断し、第３スイッチＳＷ３は導通させて、第３電流源Ｉ３を使用して第１発光ブロック８７１〜第３発光ブロック８７３の全部を点灯することである。このとき流れる負荷電流は、１５ｍＡであると図３に示されている。

５）瞬時整流電圧が２００Ｖ以上の場合には、発光ブロックを４個を点灯（以下、「４段点灯」と称する）する。すなわち、前記制御器９４１が第１スイッチＳＷ１〜第３スイッチＳＷ３を全部遮断し、第４スイッチＳＷ４は導通させて、第４電流源Ｉ４を使用して第１発光ブロック８７１〜第４発光ブロック８７４の全部を点灯することである。このとき流れる負荷電流は、２０ｍＡであると図３に示されている。

以上で、前記０段点灯〜４段点灯の結果で構成される前記負荷電流波形９２０Ａを調べてみた。

前記多段駆動回路は、１）力率が改善され、２）整流電圧の１サイクルでＬＥＤ発光ブロックの点灯期間が従来よりも長くなって、明るさが従来よりも明るくなる効果があるが、下のような問題点がある。

図４に前記従来技術２の問題点を説明するために、電圧波形９１０Ｖ及び負荷電流波形９１０Ａを示した。前記電圧波形９１０Ｖは、商用電源１１０Ｖ／５０Ｈｚの整流電圧の１サイクルを示したものであり、電流波形９１０Ａは、前記電圧波形９１０Ｖが前記図２の回路に供給された時、前記０段点灯〜２段点灯による負荷電流波形９１０Ａである。

前記図２の回路で商用電圧が２２０Ｖから１１０Ｖに変更された時に発生する、第一の問題点は、発光ブロックが１／２のみ点灯されるので、明るさが約１／２に低くなる。そして、第二の問題点は、負荷電流の最大値が２２０ＶＡＣの１／２に低くなり、点灯期間も２２０ＶＡＣよりも短くなる。すなわち、商用電圧が２２０Ｖから１１０Ｖに変更すると、明るさが１／４以下に減少するという問題点がある。

以上の問題点は、電流の流れを制御する前記第１スイッチＳＷ１〜第４スイッチＳＷ４が並列に配置された多段駆動回路のみで発生するものではなく、前記第１スイッチＳＷ１〜第４スイッチＳＷ４が直列に配置された多段駆動回路（本発明者が出願した特許出願１０−２０１０−０１３６００１に詳細に説明されている）においても発生することは、当然である。

本発明は、上述したような問題点を解決するために提案されたもので、サイズが大きい商用電源が提供される場合には、第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが直列に連結されるようにスイッチング制御し、サイズが小さい商用電源が提供される場合には、前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが並列に連結されるようにスイッチング制御することで、商用電源の変動にもＬＥＤを効率的で且つ同一の明るさで駆動することができる商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置を提供する。

これのために、本発明に係る商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置は、交流電圧を整流して直流の整流電圧に変換する整流回路と、前記整流回路から電流を供給される負荷であって、それぞれ１つ以上のＬＥＤを有する第１ＬＥＤ発光グループ及び第２ＬＥＤ発光グループと、前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが直列または並列のいずれか一つに連結されるように回路を変更する商用電圧選択スイッチと、前記交流電圧の実効値を測定して前記測定された交流電圧の実効値が高い場合には、前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが直列に連結されるように前記商用電圧選択スイッチを制御し、前記測定された交流電圧の実効値が低い場合には、前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが並列に連結されるように前記商用電圧選択スイッチを制御する制御器と、を含むことを特徴とする。

このとき、前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループは、それぞれ直列に連結された複数の発光ブロックを具備し、前記各発光ブロックのうち選択的なものを多段に駆動するために複数のスイッチで構成されたスイッチブロックをさらに含み、前記制御器は、前記交流電圧の瞬時電圧によって前記発光ブロックの点灯数を調節するように前記スイッチブロックを制御することが好ましい。

また、前記制御器によって制御される電流源（電流制限装置）をさらに含むことが好ましい。

また、前記制御器は、前記交流電圧を基礎にして算定された正弦波の設計電流値を算出し、前記算出された設計電流値を制御信号Ｃｓｉｎとして提供する機能をさらに含み、前記負荷に供給される電流を調節する電流源は、前記制御器の制御信号Ｃｓｉｎによって前記負荷に供給される電流を調節することが好ましい。

また、前記スイッチブロックのスイッチは、直列または並列に配置されていることが好ましい。

以上のような本発明によれば、負荷のＬＥＤを第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループとに分離し、このとき、サイズが大きい商用電源が提供される場合には、第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが直列に連結されるようにスイッチング制御し、サイズが小さい商用電源が提供される場合には、前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが並列に連結されるようにスイッチング制御する。

したがって、サイズが大きい商用電源（例：２２０Ｖ）を提供する使用場所からサイズが小さい商用電源（例：１１０Ｖ）を提供する使用場所に移動するか、あるいは、その逆に移動して商用電源が変動しても、ＬＥＤを効率的に駆動できることはもちろん、続けて同一の明るさでＬＥＤを駆動できるようにする。

従来のＬＥＤ照明装置を示す図面である。 従来技術に係る電圧−電流特性曲線である。 従来の多段駆動ＬＥＤ照明装置を示す図面である。 従来の多段駆動回路による電流波形である。 本発明の第１実施例の回路である。 本発明の第１実施例に適した発光モジュール直線モデルである。 本発明の第１実施例に係る電流波形である。 本発明の第２実施例の回路である。 本発明の第３実施例に係る電流波形である。 本発明の第３実施例の回路である。 本発明の第３実施例に係る電流波形である。 本発明の第４実施例の回路である。 本発明の第４実施例に適した発光モジュール直線モデルである。 本発明の第４実施例に係る電流波形の例である。 本発明の第４実施例に係るさらに他の電流波形の例である。

以下、添付された図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。このとき、添付された図面で同一の構成要素は、なるべく同一の符号で示していることに留意しなければならない。また、以下で説明される本明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈してはいけず、本発明の技術的思想に符合する意味および概念に解釈しなければならない。そして、本発明の要旨を不必要に不明確にするものと判断される公知構成及び機能に関する詳細な説明を省略する。

まず、本発明の核心概念について説明すれば、本発明は、負荷のＬＥＤアレイを２つの発光グループに分けて、高い商用電圧（例えば、２２０Ｖ）が供給される時には、２つの発光グループを直列に連結して駆動し、低い商用電圧（例えば、１１０Ｖ）が供給される時には、２つの発光グループを並列に連結して低い商用電圧でもすべての発光ブロックが点灯されるようにすることである。

以下、図５〜図７を使用して本発明の第１実施例を詳細に説明する。

図５は、本発明の第１実施例に係るＬＥＤ照明装置回路であって、従来技術１を改善したものである。

まず、図５を参照して回路の構成を調べてみれば、交流電源１、整流回路２、そして第１ＬＥＤ発光グループ７及び第２ＬＥＤ発光グループ８で構成された負荷、制御器３、及び第１商用電圧スイッチＶＳＷ１ａと第２商用電圧スイッチＶＳＷ１ｂで実現される商用電圧選択スイッチを含んで構成される。

好ましくは、前記第１発光グループ７及び第２発光グループ８は、１つ以上のＬＥＤで構成され、複数のＬＥＤが直列配列、並列配列、または、直列／並列の配列で構成される。前記第１発光グループ７及び第２発光グループ８は、広く知られた公知技術で構成されるので、本明細書では、説明の簡略化のためにこれに関する具体的な技術は省略する。

そして、前記制御器３は、交流電圧の実効値を測定して高い商用電圧（例えば、２２０Ｖ）が供給される時には、前記第１発光グループ７及び第２発光グループ８が直列に連結されるように、商用電圧選択スイッチＶＳＷ１ａ，ＶＳＷ１ｂを制御する制御信号ＬＶＳ１（Ｌｉｎｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）を発生し、低い商用電圧（例えば、１１０Ｖ）が供給される時には、前記第１発光グループ７及び第２発光グループ８が並列に連結されるように、商用電圧選択スイッチＶＳＷ１ａ，ＶＳＷ１ｂを制御する制御信号ＬＶＳ１を発生することが好ましい。

そして、前記第１商用電圧スイッチＶＳＷ１ａは、高い商用電圧が供給される時には、第２発光グループ８が第１発光グループ７と直列に連結されるようにし、低い商用電圧が供給される時には、前記第２発光グループ８が整流電圧Ｖｒｅｃｔと連結されて第１発光グループ７と並列になるように動作することが好ましい。

また、前記第２商用電圧スイッチＶＳＷ１ｂは、高い商用電圧が供給される時には遮断され、第２発光グループ８が第１発光グループ７と直列に連結されるようにし、低い商用電圧が供給される時には導通され、前記第１発光グループ１の出力端を接地Ｖｓｓと連結することが好ましい。

図６は、前記負荷である発光グループを線形でモデリングしたものである。

まず、発光グループの電圧−電流特性曲線５０は、従来技術を説明した図４における特性曲線９５０を引用して示したものである。前記特性曲線５０を簡単な線形モデルで示したのが直線モデル５２である。前記直線モデル５２の閾値電圧は１３２Ｖであり、２０ｍＡが流れる整流電圧は２２０Ｖであることが図６から分かる。前記直線モデル５２は、高い商用電圧が供給される時に適用するモデルの一例である。すなわち、前記第１発光グループ７及び第２発光グループ８を直列に連結して駆動する時をモデリングしたものである。

また、他の発光グループの直線モデル５１は、前記発光グループの直線モデル５２を２つの発光グループに均等に分けたとき、各発光グループをモデリングしたものである。すなわち、第１発光グループ７及び第２発光グループ８をモデリングしたものである。前記直線モデル５１は、前記直線モデル５２よりも等価直列抵抗（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が１／２であるので、閾値電圧が従来の１３２Ｖから１／２である６６Ｖに低くなり、２０ｍＡの電流が流れる電圧は２２０Ｖから１／２である１１０Ｖに低くなる。

図７は、前記直線モデル５１と前記直線モデル５２を使用して商用電圧２２０Ｖ及び商用電圧１１０Ｖに対して模擬試験した結果を、整流電圧の一周期に対して示したものである。

前記図７において電流波形５２ＡＡは、高い商用電圧の２２０Ｖが供給されたとき、第１発光グループ７及び第２発光グループ８が直列に連結されて、前記直線モデル５２を使用して負荷に流れる電流を模擬試験した結果である。

また、前記電流波形５１ＡＡは、商用電圧１１０Ｖが供給されたとき、前記第１発光グループ７及び前記第２発光グループ８が並列に連結される場合、前記直線モデル５１を使用してそれぞれの発光グループに流れる電流を模擬試験した結果である。

高い商用電圧２２０Ｖが閾値電圧１３２Ｖを通過する時刻と、低い商用電圧１１０Ｖが閾値電圧６６Ｖを通過する時刻とは、同一である。また、整流電圧が位相９０度であるとき、高い商用電圧に使用された直線モデル５２による瞬時電流と、低い商用電圧に使用された直線モデル５１による瞬時電流とが２０ｍＡとして同一であるので、前記モデル５１，５２による電流は、全部同一の波形５２ＡＡで表れる。

電流波形５１ＡＡは、商用電圧１１０Ｖが供給される場合、前記第１発光グループ７と前記第２発光グループ８が並列に連結されて駆動されるので、前記交流電源１から供給される電流は、各発光グループに流れる電流の２倍になったことを示す。すなわち、電流波形５２ＡＡの２倍になった波形が波形５１ＡＡである。

電流波形５２Ｓは、商用電圧２２０Ｖが供給されたとき、電流波形５１Ｓは、商用電圧１１０Ｖが供給されたとき、整流電圧と同一位相の正弦（サイン）波であって、力率が１である理想的な電流波形を示す。

ここで、前記電流波形５１Ｓ及び前記電流波形５２Ｓを比較してみれば、低い商用電源の電流波形５１Ｓの場合が、高い商用電源の前記電流波形５２Ｓよりも２倍高いことが分かる。これは、商用電圧の高低に関係なく、同一の光の明るさを実現するために、同一の電力を必要とするからである。すなわち、電圧が１／２に減少すれば、電流は２倍に増加することを表わす。

以上、本発明の第１実施例を詳細に説明した。

以下、図８〜図９を使用して本発明の第２実施例を詳細に説明する。

図８は、本発明の第２実施例に係るＬＥＤ照明装置の回路であって、従来技術２を改善したものである。

まず、図８を参照して回路の構成を調べてみれば、交流電源１、整流回路２、そして第１ＬＥＤ発光グループ１１と第２ＬＥＤ発光グループ１２で構成された負荷、前記第１ＬＥＤ発光グループ１１を構成する第１発光ブロック１１ａ及び第２発光ブロック１１ｂ、前記第２ＬＥＤ発光グループ１２を構成する第３発光ブロック１２ａ及び第４発光ブロック１２ｂ、制御器４、電流源１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ、前記制御器４の命令によって電流の流れを制御するスイッチブロックを構成し、並列に配置されたスイッチＳＷ１ａ，ＳＷ２ａ，ＳＷ３ａ，ＳＷ４ａ及び商用電圧選択スイッチＶＳＷ２を含んで構成される。

好ましくは、前記第１ＬＥＤ発光グループ１１及び第２ＬＥＤ発光グループ１２を構成する前記第１発光ブロック１１ａ〜第４発光ブロック１２ｂは、それぞれ１つ以上のＬＥＤで構成され、複数のＬＥＤが直列配列、並列配列、または、直列／並列の配列で構成される。前記第１発光ブロック１１ａ〜第４発光ブロック１２ｂは、広く知られた公知技術で構成されるので、本明細書では、説明の簡略化のためにこれに関する具体的な技術は省略する。

そして、前記制御器４は、交流電圧の実効値を測定して高い商用電圧（例えば、２２０Ｖ）が供給される時には、前記第１発光グループ１１及び前記第２発光グループ１２を直列に連結するように、前記商用電圧選択スイッチＶＳＷ２を制御する制御信号ＬＶＳ２（Ｌｉｎｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ）を発生し、低い商用電圧（例えば、１１０Ｖ）が供給される時には、前記前記第１発光グループ１１及び前記第２発光グループ１２を並列に連結するように、商用電圧選択スイッチＶＳＷ２を制御する制御信号ＬＶＳ２を発生することが好ましい。

また、好ましくは、制御器４は、交流電圧の実効値を測定して高い商用電圧（例えば、２２０Ｖ）が供給される時には、前記第１スイッチＳＷ１ａ〜第４スイッチＳＷ４ａを従来の技術と同一の方法で制御し、低い商用電圧（例えば、１１０Ｖ）が供給される時には、第１ＬＥＤ発光グループ１１の一番目の発光ブロックである第１発光ブロック１１ａと、第２ＬＥＤ発光グループ１２の一番目の発光ブロックである第３発光ブロック１２ａとを同一に導通または遮断することが好ましい。すなわち、第１ＬＥＤ発光グループ１１と第２発光グループの内部にある発光ブロックの順序によって、同一順序のスイッチは同一の操作状態を有するように制御することが好ましい。

そして、前記商用電圧選択スイッチＶＳＷ２は、高い商用電圧が供給される時には、第２発光グループ１２が第１発光グループ１１と直列に連結されるようにし、低い商用電圧が供給される時には、前記第２発光グループ１２の入力端を整流電圧Ｖｒｅｃｔに連結して第１発光グループ１１と並列に連結されるように動作することが好ましい。

また、好ましくは、前記制御器４は、交流電圧の実効値を測定して低い商用電圧（例えば、１１０Ｖ）が供給される時には、前記各電流源Ｉ１ａ，Ｉ２ａ，Ｉ３ａ，Ｉ４ａによって負荷に供給される電流量を高い商用電圧の場合とは異なるように制御することが好ましい。

具体的な数値を例に挙げて説明すれば、前記第１電流源Ｉ１ａ〜第４電流源Ｉ４ａは、高い商用電圧供給される時には、それぞれ電流５ｍＡ、１０ｍＡ、１５ｍＡ及び２０ｍＡを負荷に供給するように制御し、低い商用電圧が供給される時には、それぞれ電流１０ｍＡ、２０ｍＡ、１０ｍＡ及び２０ｍＡを負荷に供給するように制御することが好ましい。

図９において電流波形６０Ｓは、整流電圧と同一位相の正弦（サイン）波電流であって、力率が１である理想的な電源電流波形を示したものである。電流波形６２Ａ（太い点線）は、前記第１電流源Ｉ１ａ〜第４電流源Ｉ４ａは、高い商用電圧が供給されるとき、それぞれ電流５ｍＡ、１０ｍＡ、１５ｍＡ及び２０ｍＡを負荷に供給するように制御して、直列に連結された負荷に流れる電流を示したものであり、他の電流波形６１Ａは、前記第１電流源Ｉ１ａ〜第４電流源Ｉ４ａは、低い商用電圧が供給されるとき、それぞれ電流１０ｍＡ、２０ｍＡ、１０ｍＡ及び２０ｍＡを負荷に供給するように制御して、並列に連結された各負荷に流れる電流を示したものである。

図９において斜線の面積６１ｄは、低い商用電圧が供給されるとき、高い商用電圧が供給されるときよりも不足した電流量を示したものであり、従来技術を説明した図４の電流波形９２０Ａ及び電流波形９１０Ａと比較すれば、本実施例がより改善されたことが分かる。

以上、本発明の一実施例について、電流の流れを制御する前記第１スイッチＳＷ１ａ〜第４スイッチＳＷ４ａが並列に配置された多段駆動回路を使用して説明した。しかし、前記第１スイッチＳＷ１ａ〜第４スイッチＳＷ４ａが直列に配置された多段駆動回路にも実現可能であることは当然である。

以下、図１０〜図１１を使用して本発明の第３実施例を詳細に説明する。

図１０は、本発明の第１実施例をさらに改善したものである。

まず、図１０を参照して回路の構成を調べてみれば、交流電源１、整流回路２、第１ＬＥＤ発光グループ７及び第２ＬＥＤ発光グループ８で構成された負荷、第１商用電圧スイッチＶＳＷ３ａ及び第２商用電圧スイッチＶＳＷ３ｂで実現される商用電圧選択スイッチ、制御器５、及び前記制御器５の制御を受ける電流源ＣＳ１を含んで構成される。

本実施例に追加された電流源ＣＳ１及び制御器５で発生する制御信号Ｃｓｉｎを説明する。

好ましくは、前記制御器５は、交流電圧と同一位相の正弦（サイン）波信号を発生させ、前記正弦（サイン）波信号を整流（負電圧を正電圧に変換）し、また、前記整流された正弦波のサイズを調節して電流量調節信号Ｃｓｉｎを作製し、前記電流量調節信号Ｃｓｉｎを電流源ＣＳ１に供給する。

ここで、前記制御器５が交流電圧と同一位相の正弦（サイン）波を発生する理由は、交流電源１から供給される交流電流が交流電圧と同一位相の正弦波であるので、力率が改善されることを希望するからである。そして、負荷に流れる負荷電流は、前記交流電流が整流されたものであることは当然である。

そして、好ましくは、前記電流源ＣＳ１は、負荷電流が前記制御器５から受けた前記調節信号Ｃｓｉｎに相応する電流（通常、希望電流あるいは設計電流という）よりも多ければ、前記電流源ＣＳ１の両端に電圧降下を誘発して前記負荷の両端電圧を調節し、希望電流が負荷に供給されるようにし、負荷電流が前記希望電流よりも低ければ、前記電流源ＣＳ１の両端電圧を最小（電流源飽和電圧）にして、負荷が流せる最大電流が流れるようにすることである。

前記電流源ＣＳ１及び制御信号Ｃｓｉｎの動作に関する詳細な説明は、本発明者が出願した韓国特許出願１０−２０１０−０１２９５３８に詳細に説明されているので、本明細書では、説明の簡略化のためにこれに関する具体的な技術は省略する。

また、前記商用電圧選択スイッチＶＳＷ３ａ，ＶＳＷ３ｂによる前記第１ＬＥＤ発光グループ７及び第２ＬＥＤ発光グループ８との関係は、本発明の実施例１と同一であるので、本明細書では、説明の簡略化のためにこれに関する具体的な技術は省略する。

本実施例で前記制御器５は、商用電圧２２０Ｖから１１０Ｖに１／２低くなれば、同一の電力で負荷を駆動するために、前記希望電流設定用制御信号Ｃｓｉｎを２倍高く発生することが好ましい。これは、低い商用電源では、負荷が２つのグループに分けて並列に駆動され、電源電流を２倍必要とするからであることは当然である。

図１１は、本実施例による電流波形の一例を示したものである。

まず、電流波形７２Ｓ，７２ＡＬ，７２ＡＨは、２２０Ｖ／５０Ｈｚ商用電源の整流電圧の一周期に対して示したものであり、ここで、整流電圧と同一位相の正弦（サイン）波電流の希望電流は、波形７２Ｓで示した。

このとき、電流波形７２ＡＬは、前記商用電源が設計下限値に供給されるときの負荷電流を示したもので、整流電圧の一周期において負荷電流が希望電流よりも常に低い特別な場合である。

そして、電流波形７２ＡＨは、前記商用電源が設計下限値よりも高い電圧が供給されるとき、負荷電流を示したもので、整流電圧の一周期において前記電流源ＣＳ１の両端に余剰電圧に相応する電圧降下が生じて、負荷電流が希望電流と一致する区間があることを示した一例である。

また、電流波形７１Ｓ，７１ＡＬ，７１ＡＨは、１１０Ｖ／５０Ｈｚ商用電源の整流電圧の一周期に対して示したものであり、ここで、整流電圧と同一位相の正弦（サイン）波電流の希望電流は、波形７１Ｓである。前記希望電流７１Ｓが前記希望電流７２Ｓよりも２倍高いのは、同一の明るさを実現するためには当然である。

このとき、電流波形７１ＡＬは、前記商用電源が設計下限値に供給されるときの負荷電流を示したもので、整流電圧の一周期において負荷電流が希望電流よりも常に低い特別な場合を示したものである。

そして、電流波形７１ＡＨは、前記商用電源が設計下限値よりも高い電圧が供給されるとき、負荷電流を示したもので、整流電圧の一周期において前記電流源ＣＳ１の両端に余剰電圧に相応する電圧降下が生じて、負荷電流が希望電流と一致する区間があることを示した一例である。

以下、図１２〜図１５を使用して本発明の第４実施例を詳細に説明する。

図１２は、本発明の第２実施例をさらに改善したものである。

まず、図１２を参照して回路の構成を調べてみれば、交流電源１、整流回路２、第１ＬＥＤ発光グループ１１と第２ＬＥＤ発光グループ１２で構成された負荷、前記第１ＬＥＤ発光グループ１１を構成する第１発光ブロック１１ａ及び第２発光ブロック１１ｂ、前記第２ＬＥＤ発光グループ１２を構成する第３発光ブロック１２ａ及び第４発光ブロック１２ｂ、制御器６、電流源ＣＳ２、前記制御器６の命令によって電流の流れを制御するスイッチブロックを構成して並列に配置されたスイッチＳＷ１ｂ，ＳＷ２ｂ，ＳＷ３ｂ，ＳＷ４ｂ、及び商用電圧選択スイッチＶＳＷ４を含んで構成される。

好ましくは、前記第１ＬＥＤ発光グループ１１及び第２ＬＥＤ発光グループ１２を構成する第１発光ブロック１１ａ〜第４発光ブロック１２ｂは、それぞれ１つ以上のＬＥＤで構成され、複数のＬＥＤが直列配列、並列配列、または、直列／並列の配列で構成される。前記第１発光ブロック１１ａ〜第４発光ブロック１２ｂは、広く知られた公知技術で構成されるので、本明細書では、説明の簡略化のためにこれに関する具体的な技術は省略する。

本実施例に追加された電流源ＣＳ２及び制御器６で発生する制御信号Ｃｓｉｎを説明する。

好ましくは、前記制御器６は、交流電圧と同一位相の正弦（サイン）波信号を発生させ、前記正弦（サイン）波信号を整流（負電圧を正電圧に変換）し、また、前記整流された正弦（サイン）波のサイズを調節して電流量調節信号Ｃｓｉｎを作製し、前記調節信号Ｃｓｉｎを電流源ＣＳ２に供給する。

ここで、前記制御器６が交流電圧と同一位相の正弦（サイン）波を発生する理由は、交流電源１から供給される交流電流が交流電圧と同一位相の正弦波であるので、力率が改善されることを希望するからである。そして、負荷に流れる負荷電流は、前記交流電流が整流されたものであることは当然である。

そして、好ましくは、前記電流源ＣＳ２は、負荷電流が前記制御器６から受けた前記調節信号Ｃｓｉｎに相応する電流（以下、希望電流と称する）よりも多ければ、前記電流源ＣＳ２の両端に電圧降下を誘発して前記負荷両端電圧を調節し、希望電流が負荷に供給されるようにし、負荷電流が前記希望電流よりも低ければ、前記電流源ＣＳ２の両端電圧を最小（電流源飽和電圧）にして、負荷が流せる最大電流が流れるようにすることである。

前記電流源ＣＳ２及び制御信号Ｃｓｉｎの動作に関する詳細な説明は、本発明者が出願した韓国特許出願１０−２０１０−０１２９５３８に詳細に説明されているので、本明細書では、説明の簡略化のためにこれに関する具体的な技術は省略する。

また、前記商用電圧選択スイッチＶＳＷ４による前記第１ＬＥＤ発光グループ１１及び前記第２発光グループ１２との関係は、本発明の第２実施例と同一であるので、本明細書では、説明の簡略化のためにこれに関する具体的な技術は省略する。

本実施例で前記制御器６は、商用電圧２２０Ｖから１１０Ｖに１／２低くなれば、前記希望電流設定用制御信号Ｃｓｉｎを２倍高く発生させることが好ましい。これは、低い商用電源では、負荷が２つのグループに分けて並列に駆動され、電源電流を２倍必要とするからであることは当然である。

図１３は、本実施例に必要な発光ブロックを線形でモデリングしたものである。

まず、発光ブロックの電圧−電流特性曲線５０は、従来技術を説明した図４における特性曲線９５０を引用して示したものである。前記特性曲線５０を簡単な線形モデルで示したのが直線モデル７４である。前記直線モデル７４の閾値電圧は１３２Ｖであり、２０ｍＡが流れる整流電圧は２２０Ｖであることが図１３から分かる。

そして、発光ブロックの直線モデル７１は、前記発光ブロックの直線モデル７４を４個の発光ブロックに均等に分けたとき、各発光ブロックをモデリングしたものである。すなわち、第１発光ブロック１１ａ、第２発光ブロック１１ｂ、第３発光ブロック１２ａ、及び第４発光ブロック１２ｂをモデリングしたものである。前記直線モデル７１は、他の直線モデル７４よりも等価直列抵抗が１／４であるので、閾値電圧が従来の１３２Ｖの１／４である３３Ｖに低くなり、２０ｍＡの電流が流れる電圧は２２０Ｖの１／４である５５Ｖに低くなる。

また、発光ブロックの直線モデル７２は、前記発光ブロックの直線モデル７４を２つの発光ブロックに均等に分けたとき、各発光ブロックをモデリングしたものである。すなわち、第１ＬＥＤ発光グループ１１及び第２ＬＥＤ発光グループ１２をモデリングしたものである。前記直線モデル７２は、前記直線モデル７４よりも等価直列抵抗が１／２であるので、閾値電圧が従来１３２Ｖの１／２である６６Ｖに低くなり、２０ｍＡの電流が流れる電圧は２２０Ｖの１／２である１１０Ｖに低くなる。

そして、発光ブロックの直線モデル７３は、他の発光ブロックの直線モデル７４を４個の発光ブロックに均等に分けて、３個の発光ブロックを直列に連結したものである。前記直線モデル７３は、前記他の直線モデル７４よりも等価直列抵抗が３／４であるので、閾値電圧が従来の１３２Ｖの３／４である９９Ｖに低くなり、２０ｍＡの電流が流れる電圧は２２０Ｖの３／４である１６５Ｖに低くなる。

図１４は、高い商用電圧が印加されたとき、前記第１ＬＥＤ発光グループ１１と第２ＬＥＤ発光グループ１２を直列に連結して駆動する場合の一例を模擬試験した結果である。電圧波形７２Ｖは、２３０Ｖ／５０Ｈｚの整流電圧の一周期を示したものであり、整流電圧と同一位相の正弦（サイン）波希望電流は、電流波形７０Ｓで示した。

このとき、第１直線モデル７１の電流を前記電圧波形７２Ｖと連係して示したのが電流波形７１ａ，７１ｂであり、第２直線モデル７２の電流を電圧波形７２Ｖと連係して示したのが電流波形７２ａ，７２ｂであり、第３直線モデル７３の電流を電圧波形７２Ｖと連係して示したのが電流波形７３ａ，７３ｂであり、第４直線モデル７４の電流を電圧波形７２Ｖと連係して示したのが電流波形７４ａ，７４ｂである。

ここで、実際に負荷に流れる電流の波形７２ＡＡ（太い点線）は、前記希望電流７０Ｓと前記直線モデル７１ａ，７２ａ，７３ａ，７４ａ，７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ，７４ｂによる電流（以下、「モデル電流」と称する）とのサイズを比較して、希望電流（すなわち、設計電流）よりもモデル電流が高い場合、電流源ＣＳ２によって電圧降下が生じて負荷両端の電圧が減少し、負荷電流を希望電流と一致するようにしたものである。

図１５は、低い商用電圧が印加されたとき、前記第１ＬＥＤ発光グループ１１と第２ＬＥＤ発光グループ１２を並列に連結して駆動する場合を模擬試験した結果である。電圧波形７１Ｖは、１２０Ｖ／５０Ｈｚ整流電圧の一周期を示したものであり、前記各発光グループ１１１２に流れる整流電圧と同一位相の正弦（サイン）波希望電流は、電流波形７０Ｓで示した。

このとき、前記直線モデル７１の電流を前記電圧波形７１Ｖと連係して示したのが電流波形７１ｃ，７１ｄであり、他の直線モデル７２の電流を前記電圧波形７１Ｖと連係して示したのが電流波形７２ｃ，７２ｄである。

ここで、実際に負荷に流れる電流の波形７１ＡＡ（太い点線）は、前記希望電流７０Ｓと前記直線モデル７１ｃ，７２ｃ，７１ｄ，７２ｄによる電流（以下、「モデル電流」と称する）とのサイズを比較して、希望電流（すなわち、設計電流）よりもモデル電流が高い場合、電流源ＣＳ２によって電圧降下が生じて負荷両端の電圧を調整することで、負荷電流を希望電流と一致するようにしたものである。

そして、第１ＬＥＤ発光グループ１１及び第２ＬＥＤ発光グループ１２が並列に連結されて駆動されるので、前記電流源ＣＳ２は、低い商用電源で希望電流を高い商用電源で希望電流よりも２倍高く設定しなければならないことは、同一の明るさを実現するために当然である。

以上、本発明の一実施例を電流の流れを制御する前記第１スイッチＳＷ１ｂ〜前記第４スイッチＳＷ４ｂが並列に配置された多段駆動回路を使用して説明した。しかし、前記第１スイッチＳＷ１ｂ〜第４スイッチＳＷ４ｂが直列に配置された多段駆動回路でも実現可能であることは当然である。

以上、本発明の実施例を中心に詳細に説明した。本実施例で詳細に説明された整流回路、電流源、制御器、及びスイッチは、一つの半導体素子で製作できることは、当然である。

また、本発明に対してその好ましい実施例を調べてみたが、これは、例示に過ぎず、本技術分野の通常の知識を有する者であれば、これから多様に変形された実施例が可能であることを理解しなければならない。したがって、本明細書および図面に開示された本発明の実施例は、本発明の技術内容を容易に説明し、本発明の理解を助けるために特定例を提示したものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

Claims (5)

1. 交流電圧を整流して直流の整流電圧に変換する整流回路と、
   前記整流回路から電流を供給される負荷であって、それぞれ１つ以上のＬＥＤを有する第１ＬＥＤ発光グループ及び第２ＬＥＤ発光グループと、
   前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが直列または並列のいずれか一つに連結されるように回路を変更する商用電圧選択スイッチと、
   前記交流電圧の実効値を測定して前記測定された交流電圧の実効値が高い場合には、前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが直列に連結されるように前記商用電圧選択スイッチを制御し、前記測定された交流電圧の実効値が低い場合には、前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループが並列に連結されるように前記商用電圧選択スイッチを制御する制御器と、
   を含むことを特徴とする商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置。
2. 前記第１ＬＥＤ発光グループと第２ＬＥＤ発光グループは、それぞれ直列に連結された複数の発光ブロックを具備し、前記各発光ブロックのうち選択的なものを多段に駆動するために複数のスイッチで構成されたスイッチブロックをさらに含み、
   前記制御器は、前記交流電圧の瞬時電圧によって前記発光ブロックの点灯数を調節するように前記スイッチブロックを制御することを特徴とする請求項１に記載の商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置。
3. 前記制御器によって制御される電流源（電流制限装置）をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置。
4. 前記制御器は、前記交流電圧を基礎にして算定された正弦波の設計電流値を算出し、前記算出された設計電流値を制御信号Ｃｓｉｎとして提供する機能をさらに含み、前記負荷に供給される電流を調節する電流源は、前記制御器の制御信号Ｃｓｉｎによって前記負荷に供給される電流を調節することを特徴とする請求項３に記載の商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置。
5. 前記スイッチブロックのスイッチは、直列または並列に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の商用電源の２種類を支援する交流駆動ＬＥＤ照明装置。

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