JP3158493U

JP3158493U - Ｌｅｄ点灯システム及びその電力システム

Info

Publication number: JP3158493U
Application number: JP2010000308U
Authority: JP
Inventors: シー，チェン−テ
Original assignee: ダーフォンエレクトロニクスコーポレイション
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: US20110121740A1; KR20110005497U; TW201119489A

Abstract

【課題】ＬＥＤデバイス、電流平衡デバイス、比較デバイス、電力デバイス及び制御デバイスを含むＬＥＤ点灯システムを提供する。【解決手段】電流平衡デバイスは、ＬＥＤデバイス２４の動作状態に基づいてフィードバック電圧を発生する。比較デバイスは、フィードバック電圧を基準電圧と比較し、対応して比較結果を発生する。電力デバイスは、ＬＥＤデバイス２４にＤＣ電圧を提供するために使用される。制御デバイスは、比較結果に基づいて制御信号を発生する。電力デバイスは制御信号に従ってＤＣ電圧を調整する。【選択図】図２（Ａ）

Description

本考案は概して電力システムに関する。より具体的には、本考案はＬＥＤ点灯システム用電力システムに関する。

技術の進歩に伴い、電子製品は、商業、公共及び家庭の場において益々一般的になっている。機能及び外観に加えて、電子製品の安全性及び耐久性も重要視されている。電子製品の設計不良や破損によってユーザが傷つけられることを防止する方法は、多くの製造者が多くの注意を払う事項である。この事項を対象とした多くの仕様が存在する。

例えば、電子製品では、ユーザを傷つける恐れのあるより高い電圧は、一般に商用電力を受信する側に近い方の部品に存在する。幾つかの安全性仕様に従うと、高電圧側に位置するこれらの回路は、ユーザが触ることが出来るその他の部品から絶縁されねばならない。更に、電子製品内の高電圧側に位置する回路と低電圧側に位置する回路との間には、適切な絶縁が設定されねばならない。

それ自体の電力システムを有する典型的なＬＥＤ光源のブロック図を説明する図１（Ａ）を参照する。電圧変換回路１２は、商用電源ポート１０によって提供されるＡＣ電圧を、ＬＥＤユニット１４が必要とするＤＣ電圧に変換するために使用される。一般に、電圧変換回路１２は、前述の高電圧側に属し、ＬＥＤユニット１４は前述の低電圧側に属する。

従来のＬＥＤ点灯システムでは、電圧変換回路１２によって出力されるＤＣ電圧Ｖ_ＤＣの値は固定される。しかしながら、実際の適用では、ＬＥＤが点灯される時に個々のＬＥＤが必要とする交差電圧は他のＬＥＤと異なる。ＬＥＤユニット１４内の全ＬＥＤが十分な交差電圧を有することを保証するために、電圧変換回路１２によって提供されるＤＣ電圧Ｖ_ＤＣは典型的にはＬＥＤユニット１４が実際に必要とする電圧よりも高く設定される。

図１（Ｂ）に示すように、ほとんどの従来のＬＥＤ点灯システムは、低電圧側に比較ユニット１６及び昇降圧ユニット１８を含む。比較ユニット１６は各連続するＬＥＤの低電圧側の電圧を検出するために使用される。昇降圧ユニット１８は検出された結果によって調整される。昇降圧ユニット１８は、各連続するＬＥＤが受信する交差電圧を夫々調整するため、電圧変換回路１２の出力ポートとＬＥＤユニット１４内の各連続するＬＥＤとの間の電圧を補償する。

しかしながら、もしＤＣ電圧Ｖ_ＤＣが実際の要求よりも高く設定されると、電力は浪費される。加えて、著しく高い電圧及び電流を受信しなくてはならないため、昇降圧ユニット１８は、一般に多くの電力を消費し、大きな空間を占有する。今日のエネルギー節約及び小型を重視する傾向では、図１（Ｂ）に示すように昇降圧ユニット１８を利用する回路構成は理想的ではない。

ＬＥＤ光源の電力システム用の新しい構造を提供する。ＬＥＤの動作電流に従って高電圧側の回路を調整することによって、本考案の電力システムは、昇降圧回路を必要とせずにＬＥＤに適切な電圧を提供するという効果を達成することが出来る。

本考案に従う一実施形態は、ＬＥＤデバイス、電流平衡デバイス、比較デバイス、電力デバイス、及び制御デバイスを含むＬＥＤ点灯システムである。電流平衡デバイスは、ＬＥＤデバイスに結合され、ＬＥＤデバイスの動作状態に基づいてフィードバック電圧を発生するために使用される。比較デバイスは、電流平衡デバイスに結合され、フィードバック電圧を基準電圧と比較し比較結果を発生するために使用される。電力デバイスは、ＬＥＤデバイスにＤＣ電圧を提供する。制御デバイスは、比較デバイスと電力デバイスとの間に結合される。制御デバイスは、比較結果に基づいて制御信号を発生する。電力デバイスは制御信号に従ってＤＣ電圧を選択的に調整する。

本考案に従うその他の実施形態は、電流平衡デバイス、比較デバイス、電力デバイス及び制御デバイスを含むＬＥＤデバイスを駆動する電力システムである。電流平衡デバイスは、ＬＥＤデバイスに結合され、ＬＥＤデバイスの動作状態に基づいてフィードバック電圧を発生するために使用される。電力デバイスはＬＥＤデバイスにＤＣ電圧を提供する。制御デバイスは、比較デバイスと電力デバイスとの間に結合される。制御デバイスは比較結果に基づいて制御信号を発生する。電力デバイスは、制御信号に従ってＤＣ電圧を選択的に調整する。

本考案に従う電力システムは、ＬＥＤを光源として利用する様々な電子製品に広く応用することが出来る。本考案の利益及び精神は、添付の図面と共に以下の記述によって理解される。

本考案及びその利益をより完全に理解するために、付随の図面と併せて以下の記述にこれから言及する。

それ自体の電力システムを有する典型的なＬＥＤ光源のブロック図を説明する。それ自体の電力システムを有する典型的なＬＥＤ光源のブロック図を説明する。本考案に従う第１の実施形態におけるＬＥＤ点灯システムを説明する。本考案に従う第１の実施形態におけるＬＥＤ点灯システムを説明する。本考案に従う第１の実施形態におけるＬＥＤ点灯システムを説明する。本考案に従う第１の実施形態におけるＬＥＤ点灯システムを説明する。本考案に従う第１の実施形態におけるＬＥＤ点灯システムを説明する。

本考案に従う第1の実施形態におけるＬＥＤ点灯システムを説明する図２（Ａ）を参照する。図２（Ａ）に示すように、ＬＥＤ点灯システム２０は、電力デバイス２２、ＬＥＤデバイス２４、電流平衡デバイス２５、比較デバイス２６及び制御デバイス２８を含む。実際の適用では、ＬＥＤデバイス２４は、直列に接続された一組又は複数組のＬＥＤを含むことが出来る。

この実施形態では、電力デバイス２２は、商用電源ポート１０からのＡＣ電圧（Ｖ_ＡＣ）を受信する。電力デバイス２２は、ＡＣ電圧（Ｖ_ＡＣ）をＤＣ電圧（Ｖ_ＤＣ）に変換し、ＬＥＤデバイス２４にＤＣ電圧（Ｖ_ＤＣ）を提供する。言い換えれば、電力デバイス２２は、ＡＣ／ＤＣ電圧変換する機能を提供するために主に使用される。ＤＣ電圧（Ｖ_ＤＣ）の大きさは、ＬＥＤデバイス２４の要求に従って決定される。

図２（Ａ）に示すように、電流平衡デバイス２５はＬＥＤデバイス２４に結合され、ＬＥＤデバイス２４の動作状態に基づいてフィードバック電圧（Ｖ_ＦＢ）を発生する。比較デバイス２６は、フィードバック電圧（Ｖ_ＦＢ）を基準電圧（Ｖ_ＲＥＦ）と比較するために使用される。例えば、ＬＥＤデバイス２４内のある一組のＬＥＤが十分な電圧を取得しないならば、電流平衡デバイス２５が発生するフィードバック電圧（Ｖ_ＦＢ）は基準電圧（Ｖ_ＲＥＦ）よりも小さくなる。従って、比較デバイス２６は、対応する比較結果を発生して制御デバイス２６にその結果を提供することが出来る。次に、制御デバイス２８は、比較結果に基づいて制御信号を発生して電力デバイス２２にＤＣ電圧Ｖ_ＤＣを上昇するように要求する。言い換えれば、この実施形態のＤＣ電圧Ｖ_ＤＣは調整可能である。実際の適用では、本考案に従う制御デバイス２８は、テキサス・インスツルメンツ社（ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）が製造するＩＣ品番ＴＩＵＣＣ２５６００によって実施出来る。制御デバイス２８が発生する制御信号は、パルス幅変調信号又は周波数変調信号でよい。

図２（Ｂ）に示すように、比較デバイス２６は、電圧比較器２６Ａを含むことが出来る。比較器２６Ａの第１の入力端子は電流平衡デバイス２５に接続されてフィードバック電圧（Ｖ_ＦＢ）にアクセスする。比較器２６Ａの第２の入力端子は、基準電圧ポート（Ｖ_ＲＥＦ）に接続される。この実施形態では、Ｖ_ＦＢがＶ_ＲＥＦよりも小さい時は、制御デバイス２８は電力デバイス２２にＶ_ＤＣを上昇するように要求する。一方、Ｖ_ＦＢがＶ_ＲＥＦよりも大きい時は、制御デバイス２８は電力デバイス２２にＶ_ＤＣを下降するように要求する。

本考案に従う電流平衡デバイス２５の詳細例を更に説明する図２（Ｃ）を参照する。図２（Ｃ）を単純化するため、本例では２組のＬＥＤを示す。本例では電流平衡デバイス２５は、２個の抵抗器（Ｒ１及びＲ２）、２個のダイオード（Ｄ１及びＤ２）、２個のＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１及びＭ２）及び電流平衡制御回路２５Ａを含む。Ｔ１，Ｔ２及びＴ３としてラベル付けされたノードは全て電流平衡制御回路２５Ａに接続される。

図２（Ｃ）に示すように、２個のＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１及びＭ２）の３本の端子は夫々電流平衡制御回路２５Ａに結合される。電流平衡制御回路２５Ａは２個のＭＯＳＦＥＴを制御し、２個の抵抗器（Ｒ１及びＲ２）を流れる電流を同じにする。２個のダイオードの第１の端子は、夫々対応するＬＥＤの組に結合される。２個のダイオードの第２の端子は、Ｘとしてラベル付けされたノードで互いに結合される。ノードＸでの電圧は、前述したフィードバック電圧（Ｖ_ＦＢ）である。実際の適応では、電流平衡制御回路２５Ａは、ＮＩＫＯＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社が製造するＩＣ品番ＧＳ７Ｌ０５によって実施することが出来る。

本考案に従う電力デバイス２２の詳細例を更に説明する図２（Ｄ）を参照する。図２（Ｄ）に示すように、本例における電力デバイス２２は、図２（Ｄ）に示すように、本例の電力デバイス２２は、整流器２２Ａ、力率補正（ＰＦＣ）回路２２Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃを含む。整流器２２Ａは、指定の順序で接続された複数のダイオードを含み、ＡＣ電圧Ｖ_ＡＣをＤＣ電圧Ｖ_ＤＣに予め変換するために使用される。実際の適用では、整流器２２Ａは全波整流器でよい。

ＰＦＣ回路２２Ｂは、整流器２２ＡとＤＣ／ＤＣ電圧変換２２Ｃとの間に接続される。力率は、有効電力と総消費電力の関係、即ち、有効電力を総消費電力で割った比を表わすために使用される。力率は、電力がどの程度効率的に利用されたかを評価するために使用することが出来る。より大きな力率は、より高い電力利用を表わす。ＰＦＣ回路２２Ｂによって、ＬＥＤ点灯システム２０の全体的な効率を上昇出来る。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃは、力率補正回路２２Ｂが出力するＤＣ電圧をＬＥＤデバイス２４に適したＤＣ電圧Ｖ_ＤＣを変換するために使用される。実際の適用では、本考案に従うＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃは、プッシュプルコンバータ、フルブリッジコンバータ、ハーフブリッジコンバータ、ＤＣブ昇圧コンバータ、ＤＣ降圧コンバータ、又はフライバックコンバータでよいが、これらの例に制限されない図２（Ｄ）に示すように、本例の制御デバイス２８が発生する制御信号は、電力デバイス２２内のＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃを制御するために使用される。従って、ＬＥＤデバイス２４へ提供されるＤＣ電圧Ｖ_ＤＣは調整される。

更に、図２（Ｄ）に示す例において、絶縁デバイス２７が比較デバイス２６と制御デバイス２８との間に配置される。絶縁デバイス２７は、安全性仕様に従うように、高電圧側の回路と低電圧側の回路を絶縁するために使用される。低電圧側の比較デバイス２６が発生する比較結果は、絶縁デバイス２７を介して高電圧側の制御デバイス２８へ送信される。実際の適用では、絶縁デバイス２７は、オプトカプラ又は絶縁変圧器によって実施出来る。もしＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃが低電圧側にあるならば（例えば、ＤＣ昇圧コンバータ又はＤＣ降圧コンバータが使用される時）、絶縁デバイス２７は不要である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃ及び絶縁デバイス２７のより模範的な詳細を説明する図２（Ｅ）を参照する。図２（Ｅ）に示すＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃはハーフブリッジコンバータであり、絶縁デバイス２７はオプトカプラである。本コンバータの２個のＭＯＳＦＥＴのゲート（Ｔ４及びＴ５としてラベル付けされた）は、制御デバイス２８によって制御でき、従って、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は調整される。

本考案に従う第２の実施形態は、ＬＥＤデバイスを駆動する電力システムである。本電力システムは、図２（Ａ）における電力デバイス２２、電流平衡デバイス２５、比較デバイス２６及び制御デバイス２８を含む。上述したように、電力デバイス２２は、ＤＣ電圧をＬＥＤデバイスへ提供するために使用される。電流平衡デバイス２５は、ＬＥＤデバイスに結合され、フィードバック電圧を発生する。比較デバイス２６は、フィードバック電圧を基準電圧と比較し、比較結果を発生する。制御デバイス２８は、比較結果に基づいて制御信号を発生する。電力デバイス２２は、制御信号に従ってＤＣ電圧Ｖ_ＤＣを調整する。実際の適用では、制御信号は、パルス幅変調信号又は周波数変調信号でよい。

先の実施形態と同様に、本実施形態の電力デバイス２２も、図２（Ｄ）に示すように、整流器２２Ａ、ＰＦＣ回路２２Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃを含むことが出来る。また、制御デバイス２８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃが出力するＤＣ電圧Ｖ_ＤＣを制御することが出来る。更に、本実施形態の電力システムは、高電圧側に位置する制御デバイス２８と低電圧側に位置する比較デバイス２６を絶縁する絶縁デバイスを含むことが出来る。先の実施形態と同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃは、ハーフブリッジコンバータによって実施することが出来、絶縁デバイス２７は、オプトカプラによって実施出来る。もしＤＣ昇圧コンバータ又はＤＣ降圧コンバータがＤＣ／ＤＣコンバータ２２Ｃ内で使用されるならば、絶縁デバイス２７は不要である。

先の実施形態と同様に、本例の電流平衡デバイス２５は、２個の抵抗器、２個のダイオード、２個のＭＯＳＦＥＴ及び１個の電流平衡制御回路を含むことが出来る。２個のＭＯＳＦＥＴが互いに結合されるノードＸの電圧は、比較デバイス２６へ送信されるフィードバック電圧である。実際の適用では、電流平衡制御回路は、ＮＩＫＯＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社が製造するＩＣ品番ＧＳ７Ｌ０５によって実施出来る。

上記したように、ＬＥＤ光源の電力システムの新しい構造が提供される。ＬＥＤの動作電流に従って高電圧側の回路を調整することによって、本考案に従う電力システムは、先行技術における昇降圧ユニットを必要とすることなくＬＥＤへ適切な電力を提供するという効果を達成することが出来る。更に、本考案に従う電力システムでは、ＤＣ電圧Ｖ_ＤＣはＬＥＤ光源の状態に基づいて直接調整され、電力は昇降圧ユニットで浪費されない。本考案に従う電力システムは、ＬＥＤを光源として利用する様々な電子製品に広く適応出来る。

上記の例及び説明によって、本考案の特徴及び精神はおそらく十分に記述されている。当業者は、本考案の教示を留めつつ本デバイスの多くの改良や変形が行われることを容易に認めるだろう。従って、上記述は添付の請求項の境界によってのみ制限されるとみなされるべきである。

２０ＬＥＤ点灯システム
２２電力デバイス
２４ＬＥＤデバイス
２５電流平衡デバイス
２６比較デバイス
２８制御デバイス

Claims

ＬＥＤ点灯システムであって、
ＬＥＤデバイス、
ＬＥＤデバイスの動作状態に基づいてフィードバック電圧を発生する、ＬＥＤデバイスに結合された電流平衡デバイス、
フィードバック電圧を基準電圧と比較して比較結果を発生する、電流平衡デバイスに結合された比較デバイス、
ＬＥＤデバイスにＤＣ電圧を提供する電力デバイス、及び
比較結果に基づいて制御信号を発生して、電力デバイスが制御信号に従ってＤＣ電圧を選択的に調整する、比較デバイスと電力デバイスとの間に結合された制御デバイスを備える、ＬＥＤ点灯システム。
ＬＥＤデバイスが１組又は複数組の直列接続されたＬＥＤを備える、請求項１に記載のＬＥＤ点灯システム。
フィードバック電圧が基準電圧よりも低い時、制御デバイスは電力デバイスにＤＣ電圧を上昇するように要求し、フィードバック電圧が基準電圧よりも高い時、制御デバイスは電力デバイスにＤＣ電圧を減少するように要求する、請求項１に記載のＬＥＤ点灯システム。
電力デバイスがＤＣ／ＤＣコンバータを備え、電力デバイスは制御信号に従ってＤＣ／ＤＣコンバータが出力するＤＣ電圧を任意に調整する、請求項１に記載のＬＥＤ点灯システム。
ＤＣ／ＤＣコンバータは、プッシュプルコンバータ、フルブリッジコンバータ、ハーフブリッジコンバータ、ＤＣ昇圧コンバータ、ＤＣ降圧コンバータ又はフライバックコンバータである、請求項４に記載のＬＥＤ点灯システム。
電力デバイスは、更に、ＤＣ／ＤＣコンバータとＡＣ電圧を提供するＡＣ電源ポートとの間に結合された力率補正回路からなり、力率補正回路は、力率補正機能を提供するために使用される、請求項４に記載のＬＥＤ点灯システム。
更に、比較デバイスと制御デバイスとの間に結合された絶縁デバイスを備える、請求項１に記載のＬＥＤ点灯システム。
絶縁デバイスがオプトカプラ又は絶縁変圧器を備える、請求項７に記載のＬＥＤ点灯システム。
制御信号がパルス幅変調信号又は周波数変調信号である、請求項１に記載のＬＥＤ点灯システム。
ＬＥＤデバイスを駆動する電力システムであって：
ＬＥＤデバイスの動作状態に基づいてフィードバック電圧を発生する、ＬＥＤデバイスに結合された電流平衡デバイス、
フィードバック電圧を基準電圧と比較して比較結果を発生する、電力平衡デバイスに結合された比較デバイス、
ＬＥＤデバイスにＤＣ電圧を供給する電力デバイス、及び
比較結果に基づいて制御信号を発生して、電力デバイスが制御信号に従ってＤＣ電圧を選択的に調整する、比較デバイスと電力デバイスの間に結合された制御デバイスからなる、電力システム。
ＬＥＤデバイスが１組又は複数組の直列接続されたＬＥＤからなる、請求項１０に記載の電力システム。
フィードバック電圧が基準電圧よりも低い時、制御デバイスは電力デバイスにＤＣ電圧を上昇するように要求し、フィードバック電圧が基準電圧よりも高い時、制御デバイスは電力デバイスにＤＣ電圧を減少するように要求する、請求項１０に記載の電力システム。
電力デバイスがＤＣ／ＤＣコンバータからなり、電力デバイスは制御信号に従ってＤＣ／ＤＣコンバータが出力するＤＣ電圧を任意に調整する、請求項１０に記載の電力システム。
ＤＣ／ＤＣコンバータは、プッシュプルコンバータ、フルブリッジコンバータ、ハーフブリッジコンバータ、ＤＣ昇圧コンバータ、ＤＣ降圧コンバータ又はフライバックコンバータである、請求項１３に記載の電力システム。
電力デバイスは、更に、ＤＣ／ＤＣコンバータとＡＣ電圧を提供するＡＣ電源ポートとの間に結合された力率補正回路を備え、力率補正回路は、力率補正機能を提供するために使用される、請求項１３に記載の電力システム。
更に、比較デバイスと制御デバイスの間とに結合された絶縁デバイスを備える、請求項１０に記載の電力システム。
絶縁デバイスがオプトカプラ又は絶縁変圧器を備える、請求項１６に記載の電力デバイス。
制御信号がパルス幅変調信号又は周波数変調信号である、請求項１０に記載の電力システム。