JP4975084B2

JP4975084B2 - Ｌｅｄ蛍光ランプ

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Publication number: JP4975084B2
Application number: JP2009255249A
Authority: JP
Inventors: パク，ミョンク
Original assignee: パク，ミョンク; クンホエレクトリックインコーポレイテッド
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: CN102612219A; CN102612219B; US8089213B2; CN101799149A; TW201031267A; EP2222134A3; EP2222134A2; CN101799149B; TWI400005B; US20100194296A1; JP2010182666A

Description

本発明は、ＬＥＤ蛍光ランプに関し、さらに詳細には、一般的な蛍光灯器具内に設置されている安定器（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｌａｍｐｂａｌｌａｓｔ）を交替しないで蛍光ランプのみを交換して使用できるＬＥＤ蛍光ランプに関する。

技術の発展に伴い、過去インジケーターなどの小電力指示灯用にしか使用されなかったＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）の光効率が実生活に使用されうるほど向上している。また、ＬＥＤは、他の光源とは異なり、水銀が含まれていない親環境光源であって、携帯端末機用バックライト、ＬＣＤＴＶ用バックライト、車両用ランプ、及び一般照明などに用いられる次世代光源として広く脚光を浴びている。これにより、去る１００余年間照明の主光源として使用されてきた低電力効率の特性を有する白熱灯や環境廃棄物を含んでいる蛍光灯がＬＥＤランプに代替され始めている。

しかしながら、ＬＥＤランプの場合、白熱灯やハロゲンランプなどを代替する場合には、そのまま交替が可能であるが、一般照明の主流をなしている蛍光灯を代替する場合には、内部の配線や灯器具自体を変えるか、又は専用安定器を別に設置しなければならないので、時間的にかつ経済的に大きな費用を伴う。これにより、様々な側面で多くの長所を有しているＬＥＤ蛍光ランプが未だに供給の初期段階にとどまっている。

そこで、本発明の目的は、別途の専用安定器や配線の変更なしで既存の蛍光灯用安定器をそのまま使用して駆動可能なＬＥＤ蛍光ランプを提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、直列接続された複数のＬＥＤを含むＬＥＤアレイと、第１〜第４接続ピンと、一端が前記第１〜第４接続ピンにそれぞれ接続される第１〜第４キャパシタと、アノードが前記第１キャパシタの他端に接続され、カソードが前記ＬＥＤアレイの一端に接続される第１ダイオードと、アノードが前記ＬＥＤアレイの他端に接続され、カソードが前記第２キャパシタの他端に接続される第２ダイオードと、アノードが前記ＬＥＤアレイの他端と前記第２ダイオードのアノードに共通接続され、カソードが前記第３キャパシタの他端に接続される第３ダイオードと、アノードが前記第４キャパシタの他端に接続され、カソードが前記ＬＥＤアレイの一端と前記第１ダイオードのカソードに共通接続される第４ダイオードとを含む。そして、アノードが前記第１接続ピンに接続され、カソードが前記第１キャパシタの前記他端に接続される第５ダイオードと、アノードが前記第２キャパシタの前記他端に接続され、カソードが前記第２接続ピンに接続される第６ダイオードと、アノードが前記第３キャパシタの前記他端に接続され、カソードが前記第３接続ピンに接続される第７ダイオードと、アノードが前記第４接続ピンに接続され、カソードが前記第４キャパシタの前記他端に接続される第８ダイオードとをさらに含むことができる。

また、上記の目的を達成すべく、本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、直列接続された複数のＬＥＤを含むＬＥＤアレイと、第１〜第４接続ピンと、カソードが前記ＬＥＤアレイの一端に接続される第１ダイオードと、アノードが前記ＬＥＤアレイの他端に接続される第２ダイオードと、アノードが前記ＬＥＤアレイの他端と前記第２ダイオードのアノードに共通接続される第３ダイオードと、カソードが前記ＬＥＤアレイの一端と前記第１ダイオードのカソードに共通接続される第４ダイオードと、アノードが前記第１接続ピンに接続され、カソードが前記第１ダイオードのアノードに接続される第５ダイオードと、アノードが前記第２ダイオードのカソードに接続され、カソードが前記第２接続ピンに接続される第６ダイオードと、アノードが前記第３ダイオードのカソードに接続され、カソードが前記第３接続ピンに接続される第７ダイオードと、アノードが前記第４接続ピンに接続され、カソードが前記第４ダイオードのアノードに接続される第８ダイオードと、カソードが前記第１接続ピンに接続され、アノードが前記第２ダイオードのカソードに接続される第９ダイオードと、カソードが前記第５ダイオードのカソードに接続され、アノードが前記第２接続ピンに接続される第１０ダイオードと、カソードが前記第４接続ピンに接続され、アノードが前記第７ダイオードのアノードに接続される第１１ダイオードと、カソードが前記第８ダイオードのカソードに接続され、アノードが前記第３接続ピンに接続される第１２ダイオードとを含む。

また、上記の目的を達成すべく、本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、並列接続される第１〜第ｎＬＥＤアレイと、第１〜第４接続ピンと、前記第１〜第ｎＬＥＤアレイの一端が共通に接続された第１ノードにカソードが接続される第１ダイオードと、前記第１〜第ｎＬＥＤアレイの他端が共通に接続された第２ノードにアノードが接続される第２ダイオードと、アノードが前記第２ノードと前記第２ダイオードのアノードに共通接続される第３ダイオードと、カソードが前記第１ノードと前記第１ダイオードのカソードに共通接続される第４ダイオードと、アノードが前記第１接続ピンに接続され、カソードが前記第１ダイオードのアノードに接続される第５ダイオードと、アノードが前記第２ダイオードのカソードに接続され、カソードが前記第２接続ピンに接続される第６ダイオードと、アノードが前記第３ダイオードのカソードに接続され、カソードが前記第３接続ピンに接続される第７ダイオードと、アノードが前記第４接続ピンに接続され、カソードが前記第４ダイオードのアノードに接続される第８ダイオードとを含む。

また、上記の目的を達成すべく、本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、第１〜第４接続ピンと、一端が前記第１〜第４接続ピンにそれぞれ接続される第１〜第４キャパシタと、アノードが前記第１キャパシタの他端に接続される第１ダイオードと、カソードが前記第２キャパシタの他端に接続される第２ダイオードと、アノードが前記第２ダイオードのアノードに接続され、カソードが前記第３キャパシタの他端に接続される第３ダイオードと、アノードが前記第４キャパシタの他端に接続され、カソードが前記第１ダイオードのカソードに接続される第４ダイオードと、アノードが前記第１接続ピンに接続され、カソードが前記第１ダイオードのアノードに接続される第５ダイオードと、アノードが前記第２ダイオードのカソードに接続され、カソードが前記第２接続ピンに接続される第６ダイオードと、アノードが前記第３ダイオードのカソードに接続され、カソードが前記第３接続ピンに接続される第７ダイオードと、アノードが前記第４接続ピンに接続され、カソードが前記第４ダイオードのアノードに接続される第８ダイオードと、一端が前記第１ダイオードのカソードと前記第４ダイオードのカソードとが接続された第１ノードに接続され、他端が前記第２ダイオードのアノード及び前記第３ダイオードのアノードが接続された第２ノードに接続され、少なくとも一つのＬＥＤアレイと少なくとも一つのインダクタが直列接続されるＬＥＤアレイ回路部とを含む。

本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、一般的な蛍光灯器具内に設置されている多様な形態の安定器をそのまま使用できるから、付加的な装置の付着や配線の変更なしで一般的な蛍光ランプを代替して使用することができる。

本発明の第１の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。図１のＬＥＤアレイの構造を示した図である。本発明の第２の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第３の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第４の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第５の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第５の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第５の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第６の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。電子式蛍光灯用安定器の主流をなしている直列共振方式の電子式安定器における蛍光ランプ負荷の使用時に基本動作を説明するために参照される回路図である。図９に示す直列共振方式の電子式安定器の一例を示した図である。定常状態で初期駆動時に蛍光ランプの両端に印加される電圧波形を示す図である。異常状態における初期駆動時に蛍光ランプの両端に印加される電圧波形を示す図である。本発明の第５の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプを直列共振方式の電子式安定器に使用した場合における回路構成を示した図である。ＬＥＤ蛍光ランプ負荷に印加される電圧をシミュレートした結果を示した図である。ＬＥＤアレイに流れる電流に対するタイミング図である。本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプを直列共振方式の電子式安定器に使用した場合における回路構成を示した図である。

以下では、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

一般に広く使用されている電子式蛍光灯用安定器の基本回路には、ハーフブリッジ（ＨａｌｆＢｒｉｄｇｅ）方式、インスタントスタート（ＩｎｓｔａｎｔＳｔａｒｔ）方式、及びプログラムスタート（ＰｒｏｇｒａｍＳｔａｒｔ）方式などがある。本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、このような蛍光灯用安定器に容易に適用できるように構成されている。まず、本発明によるＬＥＤ蛍光ランプの構成について説明し、次に本発明によるＬＥＤ蛍光ランプが多様な蛍光灯用安定器に使用された場合における動作過程を説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。図１に示すように、本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１１０は、ＬＥＤアレイ１０と容量性素子であるキャパシタＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３及びＣ１４を含み、外部接続ピンである第１〜第４接続ピン１１１、１１２、１１３、１１４を具備する。ＬＥＤの直列接続で構成されたＬＥＤアレイ１０は、二つ以上が並列接続された構造で使用されることもでき、このような構成は、以下説明する他の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプでも同様に適用されることができる。

ＬＥＤアレイ１０は、直列接続された複数のＬＥＤを含み、アノード側端子１０ａとカソード側端子１０ｂとを具備する。キャパシタＣ１１は、ＬＥＤアレイ１０のアノード側端子１０ａと第１接続ピン１１１との間に接続され、キャパシタＣ１２は、ＬＥＤアレイ１０のカソード側端子１０ｂと第２接続ピン１１２との間に接続される。キャパシタＣ１３は、ＬＥＤアレイ１０のアノード側端子１０ａと第３接続ピン１１３との間に接続され、キャパシタＣ１４は、ＬＥＤアレイ１０のカソード側端子１０ｂと第４接続ピン１１４との間に接続される。

キャパシタＣ１１〜Ｃ１４は、第１〜第４接続ピン１１１、１１２、１１３、１１４を介して後述するハーフブリッジ方式の蛍光灯用安定器回路などのような多様な種類の安定器と接続される場合、インダクタとキャパシタとから構成された直列共振回路の複合キャパシタンス（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を変化させることができる。このような共振回路のキャパシタンスの変化によって、固定周波数で動作する電子式安定器の場合には、蛍光灯用安定器回路内の電流制御インダクタのインピーダンスを増加させて、ＬＥＤ蛍光ランプ１１０に流れる電流が減少するので、一般的な蛍光灯用安定器を変更なしで使用して消費電力を制御することができる。

図２は、図１に示すＬＥＤアレイの構成を示した図である。図２の（ａ）に示すように、ＬＥＤアレイ１０は、複数のＬＥＤが直列接続される構成が一般的である。しかしながら、直列接続されたＬＥＤを保護するために、図２の（ｂ）に示すように、ツェナーダイオードＺ１〜ＺｎがそれぞれのＬＥＤに逆方向に並列接続されることもできる。

このように、各ＬＥＤに並列にツェナーダイオードが用いられる場合、交流電圧の（＋）周期では、ダイオードＤ１〜Ｄｎを介して電流が流れるが、（−）周期では、ツェナーダイオードＺ１〜Ｚｎを介して電流が流れることができる。ツェナーダイオードＺ１〜Ｚｎを介した電流の流れは、無効損失になることができる。したがって、ツェナーダイオードＺ１〜Ｚｎを介した電流の流れを防止して効率を上げるために、本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、以下に説明する実施の形態のように構成が変更されうる。

図３は、本発明の第２の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。図３に示すように、本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１２０は、第１の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１１０に比べてダイオードＤ２１、Ｄ２２が追加される。ダイオードＤ２１は、キャパシタＣ２１及びＣ２３の接続点とＬＥＤアレイ１２のアノード側端子との間に接続され、ダイオードＤ２２は、キャパシタＣ２２及びＣ２４の接続点とＬＥＤアレイ１２のカソード側端子との間に接続される。ダイオードＤ２１及びＤ２２により安定器の出力端子の極性と無関係にＬＥＤ蛍光ランプ１２０に安定化電流が流れるようになる。

図４は、本発明の第３の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１３０は、ダイオードＤ３１〜Ｄ３４が使用されて、多様な蛍光灯用安定器で第１〜第４接続ピン１３１、１３２、１３３、１３４に印加される交流電圧の位相変化と無関係に、本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１３０が安定して動作されるようにする。

図５は、本発明の第４の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１４０は、第３の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１３０に比べてダイオードＤ４５〜Ｄ４８が追加される。キャパシタＣ４１〜Ｃ４４は、それぞれ第１〜第４接続ピン１４１、１４２、１４３、１４４に一端が接続され、ダイオードＤ４５〜Ｄ４８は、キャパシタＣ４１〜Ｃ４４にそれぞれ並列に接続される。

図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の第５の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。図６Ａに示すように、本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１５０には、ダイオードＤ５１〜Ｄ５４が使用されて、多様な蛍光灯用安定器で第１〜第４接続ピン１５１、１５２、１５３、１５４に印加される交流電圧の位相変化と無関係に本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１５０が安定して動作されるようにする。

本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１５０は、第１の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１１０に比べてダイオードＤ５５〜Ｄ５８が追加される。ダイオードＤ５５〜Ｄ５８は、第１〜第４接続ピン１５１、１５２、１５３、１５４に一端が接続したキャパシタＣ４１〜Ｃ４４にそれぞれ並列に接続される。

また、本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１５０には、ダイオードＤ５９〜Ｄ６２がさらに追加されている。ダイオードＤ５９は、カソードが第１接続ピン１５１に接続され、アノードがダイオードＤ５２のカソードに接続される。ダイオードＤ６０は、アノードが第２接続ピン１５２に接続され、カソードがダイオードＤ５１のアノードに接続される。また、ダイオードＤ６１は、カソードが第４接続ピン１５４に接続され、アノードがダイオードＤ５３のカソードに接続され、ダイオードＤ６２は、アノードが第３接続ピン１５３に接続され、カソードがダイオードＤ５４のアノードに接続されて外部から印加される電圧に対して完全に対称動作を行う構成からなっているから、一般蛍光灯のように完全対称に極性を選ばなく直ちに使用することができる。

また、図６Ｂに示すように、ＬＥＤアレイ１５に使用されるＬＥＤの数によって、Ｃ５１〜Ｃ５４が使用されないこともある。図６Ｃに示すように、第１〜第ｎＬＥＤアレイ１５ａ〜１５ｎが並列接続された構造で使用されることもできる。

図７は、本発明の第６の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路である。本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１７０は、第１接続ピン１７１と第３接続ピン１７３との間にインダクタＬ７１が接続され、第２接続ピン１７２と第４接続ピン１７４との間にインダクタＬ７２が接続される。インダクタＬ７１及びＬ７２は、電子式安定器の初期動作時には、蛍光灯のフィラメントとして機能して、フィラメント感知保護回路が動作しないようにし、点灯時には、Ｌ７１及びＬ７２のインダクタンスが共振回路のインダクタンスに加算されてＬＥＤに印加される電力をコントロールする機能を果たす。

図８Ａ〜図８Ｉは、本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。図８Ａに示すように、本実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１９０は、ダイオードＤ９１のカソードとＤ９４のカソードとの接続点を第１ノードとし、ダイオードＤ９２のアノードとＤ９３のアノードとの接続点を第２ノードと定義すると、第１ノードと第２ノードとの間に接続されるＬＥＤアレイ１９に直列にインダクタＬ９３が追加される。

インダクタＬ９３は、点灯時にＬＥＤアレイ１９のインピーダンスを変化させて、ＬＥＤ電流をコントロールする機能を果たし、その挿入位置は、第１ノードと第２ノードとの間に自由に位置できる。

また、図８Ｂに示すように、インダクタＬ９１及びＬ９２の代わりに抵抗Ｒ９１及びＲ９２が使用されることができる。同様に、図７に示すような第６の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプ１７０の場合にも、インダクタＬ７１及びＬ７２の代わりに抵抗が使用されることができる。

図８Ｃに示す回路図は、インダクタＬ９３をＬＥＤアレイ１９と第２ノードとの間に配置した例であり、図８Ｄに示す回路図は、インダクタＬ９３を第１ＬＥＤアレイ１９ａと第２ＬＥＤアレイ１９ｂとの間に配置した例を示したものである。

また、第１ノードと第２ノードとの間に接続されるインダクタとＬＥＤアレイは、複数使用されることができる。すなわち、第１ノードと第２ノードとの間に多様な個数のＬＥＤアレイとインダクタとから構成されたＬＥＤアレイ回路部が接続されることができる。

図８Ｅ及び図８Ｆに示す回路図は、１個のインダクタＬ９３と、ｎ個の第１〜第ｎＬＥＤアレイ１９ａ〜１９ｎを使用して、ＬＥＤアレイ回路部が構成された形態を示す。図８Ｇ及び図８Ｈに示す回路図は、ｎ個の第１〜第ｎインダクタＬ９３ａ〜Ｌ９３ｎと、ｎ個の第１〜第ｎＬＥＤアレイ１９ａ〜１９ｎを使用してＬＥＤアレイ回路部が構成された例を示したものである。

そして、図８Ｉ及び図８Ｊに示す回路図は、並列接続した複数のＬＥＤアレイの間に１個あるいはｎ個のインダクタを使用して、ＬＥＤアレイ回路部が構成された例を示したものである。この他にも、多様な形態のＬＥＤアレイとインダクタの配列を使用して、ＬＥＤ回路部を構成することができる。

上記のような構成のＬＥＤ蛍光ランプは、別途の回路変更無しで、既存に使用される蛍光灯用安定器に接続されて使用されることができる。これについて、説明の便宜上、図６で説明したＬＥＤ蛍光ランプを例に挙げて、多様な蛍光灯用安定器での動作過程を説明する。

図９は、電子式蛍光灯用安定器の主流をなしている直列共振方式の電子式安定器における蛍光ランプ負荷使用時の基本動作を説明するために参照される回路図である。この方式は、高周波で動作するインバータの出力端にインダクタＬｏとキャパシタＣとから構成された直列共振回路を接続し、キャパシタＣの両端に並列に蛍光ランプ２００を接続して、インバータの共振電圧で初期放電を誘導する。いったん、放電が行われた後には、インダクタＬｏのインピーダンスｊωＬｏで蛍光ランプ２００に流れる電流を制御する。

図１０は、図９に示す直列共振方式の電子式安定器の一例を示したものである。この方式は、インバータのスイッチング素子Ｑ１とＱ２とは、制御回路により固定周波数で動作する他励式（ＦｏｒｃｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）であり、このインバータの出力点にバイパス用キャパシタＣｏ、インダクタＬｏ、及び共振用キャパシタＣ１からなる直列共振回路を接続して蛍光ランプを駆動する。この方式の電子式安定器は、制御回路により予め決まった周波数で駆動されるため、負荷の特性によって動作点が変わる自励式（ＳｅｌｆＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）安定器に比べて様々な短所を内包しているが、最近、半導体技術の発展に伴い、スイッチング損失を最小化でき、蛍光ランプ２１０の状態を常にモニタリングして、安定器を安定して動作させることができる等の長所があるから、次第に広く使用される傾向にある。

しかしながら、このように蛍光灯の特性に合せて専用に設計された安定器に既存の蛍光灯とは動作特性が全く異なるＬＥＤ蛍光ランプを使用する場合、ＬＥＤに印加される電力を制御し難い。また、初期点灯時に蛍光灯の特性に合せて設計されたランプ負荷の異常状態感知回路２２０が動作してインバータの保護回路が動作することにより、正常な点灯がなされ難いという問題点がある。

図１１は、定常状態で初期駆動時に蛍光ランプの両端に印加される電圧波形を示したものである。一般に、蛍光ランプは、初期駆動時、１）予熱、２）放電、３）点灯の３ステップで動作する。図１１の場合には、約１秒程度の予熱区間（ａ区間）及び約０．１３秒程度の放電区間（ｂ区間）を示し、その以後、正常点灯区間（ｃ区間）を示している。

図１２は、異常状態における初期駆動時に蛍光ランプの両端に印加される電圧波形を示したものである。図１２の場合、１．６秒程度の予熱区間（ｄ区間）及び０．６２秒程度の放電区間（ｅ区間）後、蛍光ランプの両端に印加される高電圧により保護回路が動作される状態を示す。

一方、蛍光ランプ負荷の場合には、ランプの放電動作が開始されるまでは、ランプ負荷は、無負荷と見なすことができるので、放電開始前までの動作特性は、次の通りである。まず、共振時のインダクタＬｏとキャパシタＣ_１とからなる直列共振回路のＱ値（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）であるＱ_０は、以下のように表すことができる。

ここでＲｏは、直列共振回路の内部インピーダンスを表す。そして、バイパス用キャパシタＣｏは、相対容量が極めて大きいので無視できる。

また、共振キャパシタＣ_１に誘起される電圧をＶｃと置けば、このときのＶｃは、以下のとおりに表すことができる。

しかしながら、一般蛍光ランプの代わりにＬＥＤ蛍光ランプを負荷として使用する場合には、放電灯点灯のためのキャパシタＣ_１に誘起される初期共振時の高電圧によって、インバータの内部の保護回路が動作するという問題が発生する。

図１３は、本発明の第５の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプを直列共振方式の電子式安定器に使用した場合における回路構成を示した図である。

ＬＥＤ蛍光ランプは、一般蛍光ランプとは異なり、インバータ動作初期から負荷として見えるようになり、これを抵抗と簡略化してＲと置けば、負荷特性は、インバータの内部に内蔵されているキャパシタＣに負荷抵抗Ｒが並列接続された形態を見せ、この並列負荷の複合アドミッタンス（ＣｏｍｐｌｅｘＡｄｍｉｔｔａｎｃｅ）をＹｒｃと置けば、Ｙｒｃは、以下のとおりに表すことができる。

Ｙｒｃに対応する複合インピーダンスをＺｒｃと置けば、Ｚｒｃは、以下のとおりにＲとＣの関数で表すことができる。

Ｔ８／３２Ｗ蛍光ランプのインピーダンスは、約５００Ω程度と見なすことができるので、Ｒ負荷の値をＲ＝５００Ωと置き、Ｌｏ＝２．５ｍＨ、Ｃ＝６．８ｎＦ、ｆ＝５０ＫＨｚ、Ｖｍ＝２５０Ｖの正弦波(Applied_voltage)を直列共振回路に印加したとき、ＬＥＤ蛍光ランプ負荷に印加される電圧(C_voltage)をＰＳｐｉｃｅ（ＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＰｒｏｇｒａｍｗｉｔｈＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＥｍｐｈａｓｉｓ）を利用してシミュレートした結果を図１４に示している。図１４に示すように、ＬＥＤ蛍光ランプの電圧(C_voltage)は、２５０Ｖの尖頭値が１４８Ｖで約４３％程度低くなっており、その位相が０．６２π程度シフトされていることが確認される。すなわち、共振初期からＲ負荷が見えるようにすることによって、Ｑ値を減らし、これによりキャパシタＣの両端のピーク電圧を低くして、インバータに内蔵された保護回路が動作しないようにすることができる。

図１３に示すように、電子式安定器の内部のフィラメント感知回路が動作するのを防止するために、第１接続ピン１５１と第３接続ピン１５３、及び第２接続ピン１５２と第４接続ピン１５４は、直接ショートされるか、又は抵抗又はインダクタを使用してＤＣ的にショートされる。

ここでは、第１接続ピン１５１と第３接続ピン１５３、及び第２接続ピン１５２と第４接続ピン１５４がショートされた場合を仮定して、その基本動作を説明する。第２及び第４接続ピン１５２、１５４を基準として電子安定器の内部の共振用キャパシタＣにかかる電圧Ｖｃの電位が（＋）になる周期、すなわち第１及び第３接続ピン１５１、１５３に印加される電圧が（＋）である周期では、正弦波電圧の電位が上昇してＬＥＤアレイ１５の閾値電圧（Ｖｔｈ）に達すれば、電流は、［Ｄ５５−Ｄ５１−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５２−Ｄ５６］、［Ｄ５５−Ｄ５１−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５３−Ｄ６１］、［Ｄ６２−Ｄ５４−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５２−Ｄ５６］及び［Ｄ６２−Ｄ５４−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５３−Ｄ６１］の複数経路に流れる。また、この電圧が下降してＬＥＤアレイの閾値電圧（Ｖｔｈ）以下に低下すると、ＬＥＤアレイ１５には、電流が流れないようになる。

また、第１及び第３接続ピン１５１、１５３に（−）電圧が印加される（−）周期では、電位が下降してＬＥＤアレイ１５の閾値電圧（Ｖｔｈ）より低くなるようになれば、再度電流が流れ始めて［Ｄ５８−Ｄ５４−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５３−Ｄ５７］、［Ｄ５８−Ｄ５４−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５２−Ｄ５９］、［Ｄ６０−Ｄ５１−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５３−Ｄ５７］、及び［Ｄ６０−Ｄ５１−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５２−Ｄ５９］の複数経路に電流が流れるようになる。このとき、ＬＥＤアレイ１５に印加される電圧の尖頭値は、ダイオードでの電圧降下を無視すれば、印加電圧Ｖｍ・ｓｉｎ（ωｔ＋θ）の最大値Ｖｍが印加される。

図１５は、ＬＥＤアレイに流れる電流に対するタイミング図を示したものである。図１５において各区間別に動作を説明すれば、以下のとおりである。

・０〜ｔａ区間：（Ｃ５３−Ｄ６１）及び（Ｄ６２−Ｃ５４）の経路にキャパシタＣ５３とＣ５４がＬＥＤアレイ１５に電流が流れ始める時点ｔａまで充電される。

・ｔａ〜ｔｂ区間：［Ｄ５５−Ｄ５１−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５２−Ｄ５６］、［Ｄ５５−Ｄ５１−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５３−Ｄ６１］、［Ｄ６２−Ｄ５４−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５２−Ｄ５６］、［Ｄ６２−Ｄ５４−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５３−Ｄ６１］の複合経路に主電流が流れる。

・ｔｂ〜π区間：ＬＥＤに主電流が流れず、キャパシタＣ５３とＣ５４に充電されていた電圧がｔｃ区間まで放電する。

・π〜ｔｃ区間：（Ｄ５９−Ｃ５１）及び（Ｃ５２−Ｄ６０）の経路にキャパシタＣ５１とＣ５２がＬＥＤアレイ１５に電流が流れる時点ｔｃまで充電される。

・ｔｃ〜ｔｄ区間：［Ｄ６０−Ｄ５１−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５３−Ｄ５７］、［Ｄ５８−Ｄ５４−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５３−Ｄ５７］、［Ｄ６０−Ｄ５１−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５２−Ｄ５９］、［Ｄ５８−Ｄ５４−ＬＥＤアレイ１５−Ｄ５２−Ｄ５９］の複合経路に主電流が流れる。

・ｔｄ〜２π区間：ＬＥＤに主電流が流れず、キャパシタＣ５１とＣ５２に充電されていた電圧がｔａ区間まで放電する。

・ｔｄ〜（２π＋ｔａ）区間：ＬＥＤには、主電流が流れず、（Ｃ５３−Ｄ６１）及び（Ｄ６２−Ｃ５４）の経路にキャパシタＣ５３とＣ５４がＬＥＤアレイ１５に電流が流れる時点（２π＋ｔａ）までＶｔｈ値に充電され、Ｃ５１とＣ５２に充電されていた電圧が放電する。

したがって、本発明のＬＥＤ蛍光ランプの場合、内蔵されているキャパシタＣ５１〜Ｃ５４の値をＣａと置けば、ＬＥＤアレイ１５に電流が流れないｔｄ〜ｔａ、ｔｂ〜ｔｃ区間には、インバータの内部に内蔵されているキャパシタＣに２・Ｃａが並列に接続されているように動作し、このときの実効キャパシタンスＣｒは、以下のとおりに表すことができる。

したがって、式１にて示したように、直列共振回路のＱ値（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）は、Ｑｏ＝１／（ω_０ＲＣ）で表すことができるので、キャパシタンスが大きくなると、Ｑｏ値は小さくなって、式２によりＬＥＤ蛍光ランプの両端間にかかる電圧Ｖｃの値が小さくなり、このＣａ値を変化させてＬＥＤ蛍光ランプに流れる電流の最大値及び電流が流れる区間を制御できるようになるので、結果的にＬＥＤ電力を制御できるようになる。

また、図６Ｃに示すように、複数のＬＥＤアレイが使用された場合にも、ＬＥＤアレイ１５に流れる電流が第１〜第ｎＬＥＤアレイ１５ａ〜１５ｎに分類されて流れるだけであり、基本的な動作は、前述したものと同様に行われうる。

図１６は、本発明の第７の実施の形態によるＬＥＤ蛍光ランプを直列共振方式の電子式安定器に使用した場合における回路構成を示した図である。前述したように、ＬＥＤ蛍光ランプ１９０のインダクタＬ９１とＬ９２とは、蛍光ランプのフィラメントのような機能を果たし、インダクタＬ９１とＬ９２とが挿入されることによって、インバータの内部のフィラメントの異常状態感知回路が動作しなくなる。また、ＬＥＤ蛍光ランプ１９０は、図８Ｂに示すように、インダクタＬ９１及びＬ９２の代りに抵抗が使用されうる。しかしながら、抵抗を使用する場合には、インダクタを使用する場合とは異なり、共振電流がこの抵抗を介して流れることによる電力損失が生じるという短所がある。

図１６に示すように、第１接続ピン１９１と第２接続ピン１９２とにインバータの内部共振キャパシタＣが接続され、第３接続ピン１９３と第４接続ピン１９４とにインバータからの出力が接続されれば、インダクタＬ９１とＬ９２の値をＬａと置けば、全体共振インダクタンスＬは、Ｌ＝Ｌｏ＋２Ｌａと置くことができる。したがって、第１接続ピン１９１と第２接続ピン１９２とに最も大きな電圧がかかるようになる。

また、ＬＥＤアレイ１９に直列接続されたインダクタＬ９３は、その値をＬｂと置けば、ＬＥＤアレイ１９に主電流が流れる時区間には、インバータ動作周波数の２倍の周波数のＬＥＤ電流が流れるようになるので、ＺＬｂ＝ｊ２ωＬｂのインピーダンス値がＬＥＤアレイ１９のインピーダンスに加算されて、Ｑ値を変化させる。したがって、ＬＥＤアレイ１９に印加される電圧の尖頭値Ｖｍの値を制御して、ＬＥＤアレイ１９に流れる電流を制御できるようになる。

また、図８Ｄ〜図８Ｊに示すように、複数のＬＥＤアレイやインダクタが使用された場合にも、基本的な動作は、前述したものと同様に行われうる。

以下の表１は、Ｃａ値を変化させたときのＬＥＤ蛍光ランプの特性変化を示すもので、インバータ動作周波数は、５０ＫＨｚ、ＬＥＤアレイ１５は、４８個×３列、そしてＣは、６８００ｐＦの場合である。

このように本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、一般に使用されている電子式安定器に回路変更なしで直に装着して使用することができる。また、本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、上記のように説明された実施の形態の構成と方法が限定されて適用されるものではなく、前記実施の形態は、多様な変形がなされうるように各実施の形態の全て又は一部が選択的に組合わせられて構成されることもできる。

以上説明したように、本発明によれば、別途の専用安定器の設置や灯器具の内部の配線変更なしで既存蛍光灯用安定器にそのまま使用することができるＬＥＤ蛍光ランプが提供される。したがって、特別な費用をかけないで簡単に既存蛍光灯を交替することができることから、親環境、高効率の照明をより容易に利用できるようにする。

また、以上では、本発明の好ましい実施の形態について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の実施の形態に限定されるものではなく、請求の範囲から請求する本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当該発明が属する技術分野における通常の知識を有した者により多様な変形実施が可能なことはもちろんで、このような変形実施は、本発明の技術的思想又は展望から個別的に理解されてはならない。

Claims

第１〜第４接続ピンと、
一端が前記第１〜第４接続ピンにそれぞれ接続される第１〜第４キャパシタと、
アノードが前記第１キャパシタの他端に接続される第１ダイオードと、
カソードが前記第２キャパシタの他端に接続される第２ダイオードと、
アノードが前記第２ダイオードのアノードに接続され、カソードが前記第３キャパシタの他端に接続される第３ダイオードと、
アノードが前記第４キャパシタの他端に接続され、カソードが前記第１ダイオードのカソードに接続される第４ダイオードと、
アノードが前記第１接続ピンに接続され、カソードが前記第１ダイオードのアノードに接続される第５ダイオードと、
アノードが前記第２ダイオードのカソードに接続され、カソードが前記第２接続ピンに接続される第６ダイオードと、
アノードが前記第３ダイオードのカソードに接続され、カソードが前記第３接続ピンに接続される第７ダイオードと、
アノードが前記第４接続ピンに接続され、カソードが前記第４ダイオードのアノードに接続される第８ダイオードと、
一端が前記第１ダイオードのカソードと前記第４ダイオードのカソードとが接続された第１ノードに接続され、他端が前記第２ダイオードのアノード及び前記第３ダイオードのアノードが接続された第２ノードに接続され、少なくとも一つのＬＥＤアレイと少なくとも一つのインダクタが直列接続されるＬＥＤアレイ回路部と
を含むＬＥＤ蛍光ランプ。
前記ＬＥＤアレイ回路部は、
一端が前記第１ノードに接続される第１ＬＥＤアレイ、
一端が前記第１ＬＥＤアレイの他端に接続される第１インダクタ、及び
一端が前記第１インダクタの他端に接続され、他端が前記第２ノードに接続される第２ＬＥＤアレイ、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ蛍光ランプ。
前記ＬＥＤアレイ回路部は、
一端が前記第１ノードに接続される第１インダクタ、及び
一端が前記第１インダクタの他端に共通接続され、他端が前記第２ノードに共通接続される第１〜第ｎＬＥＤアレイ、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ蛍光ランプ。
前記ＬＥＤアレイ回路部は、
一端が前記第１ノードに共通接続される第１〜第ｎＬＥＤアレイ、及び
一端が前記第１〜第ｎアレイの他端に共通接続され、他端が前記第２ノードに接続される第１インダクタ、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ蛍光ランプ。
前記ＬＥＤアレイ回路部は、
一端が前記第１ノードに共通接続される第１〜第ｎインダクタ、及び
一端が前記第１〜第ｎインダクタの他端にそれぞれ接続され、他端が前記第２ノードに共通接続される第１〜第ｎＬＥＤアレイ、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ蛍光ランプ。
前記ＬＥＤアレイ回路部は、
一端が前記第１ノードに共通接続される第１〜第ｎＬＥＤアレイ、及び
一端が前記第１〜第ｎＬＥＤアレイの他端にそれぞれ接続され、他端が前記第２ノードに共通接続される第１〜第ｎインダクタ、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ蛍光ランプ。
前記ＬＥＤアレイ回路部は、
一端が前記第１ノードに共通接続される第１〜第ｎＬＥＤアレイ、
一端が前記第１〜第ｎＬＥＤアレイの他端にそれぞれ接続される第１〜第ｎインダクタ、及び
一端が前記第１〜第ｎインダクタの他端にそれぞれ接続され、他端が前記第２ノードに共通接続される第ｎ＋１〜第２ｎＬＥＤアレイ、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ蛍光ランプ。
前記ＬＥＤアレイ回路部は、
一端が第１ノードに共通接続される第１〜第ｎＬＥＤアレイ、
一端が前記第１〜第ｎＬＥＤアレイの他端に共通接続される第１インダクタ、及び
一端が前記第１インダクタの他端に共通接続され、他端が前記第２ノードに共通接続される第ｎ＋１〜第２ｎＬＥＤアレイ、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ蛍光ランプ。
カソードが前記第１接続ピンに接続され、アノードが前記第２ダイオードのカソードに接続される第９ダイオードと、
カソードが前記第１ダイオードのアノードに接続され、アノードが前記第２接続ピンに接続される第１０ダイオードと、
カソードが前記第４接続ピンに接続され、アノードが前記第３ダイオードのカソードに接続される第１１ダイオードと、
カソードが前記第４ダイオードのアノードに接続され、アノードが前記第３接続ピンに接続される第１２ダイオードと
をさらに含むことを特徴とする請求項２〜８のうちの何れか１項に記載のＬＥＤ蛍光ランプ。
前記第１接続ピンと前記第３接続ピンとの間に接続される第１制御インダクタと、
前記第２接続ピンと前記第４接続ピンとの間に接続される第２制御インダクタと
をさらに含むことを特徴とする請求項２〜８のうちの何れか１項に記載のＬＥＤ蛍光ランプ。