JP5680761B2

JP5680761B2 - 力率補償型エルイーディー照明装置

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Publication number: JP5680761B2
Application number: JP2013533765A
Authority: JP
Inventors: テクリム，チュン; チョルキム，ボン; ホンリ，ビョン; ジェキム，ヒョン
Original assignee: OPTOMIND Inc
Current assignee: OPTOMIND Inc
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: JP2013543230A

Description

本発明の実施例はエルイーディーのための力率補償型エルイーディー照明装置に関する。さらに詳細には既存の蛍光灯で使用されているラピッドスタート（ＲａｐｉｄＳｔａｒｔ）式安定器に直接使用でき、且つ力率が良く、出力パワ−をＬＥＤに合わせて設計することができる力率補償型エルイーディー照明装置に関する。

ＬＥＤは電力消耗が少なくて半永久的に長い寿命を持ち、既存の蛍光灯に匹敵するほどの輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）特性を有するなど長所が多いことから、現在全世界的に多くの研究がなされており、徐々に照明光源として蛍光灯を代替するＬＥＤ照明灯が広く使用されている傾向である。

一般的に蛍光灯は負性抵抗特性を有する水銀放電管の一種であり、蛍光灯の放電開始を誘導し、点灯後の安定的な点灯状態を維持するための装置として安定器が必要である。安定器は初期の蛍光灯の点灯に必要な放電開始高電圧を印加し、点灯後には蛍光灯に安定的に電圧と電流を供給する役割をする。

一方、ＬＥＤを利用した照明は蛍光灯と違い、安定器という部品がなくても一定の電圧電流によって直ちに動作が可能であり、蛍光灯と同じ照度を発生させるための必要電力がＬＥＤ照明灯の場合は蛍光灯の半分の水準であるという長所がある。ところが、既存の蛍光灯照明を代替してＬＥＤ照明灯に取り替えようとする時に安定器と蛍光灯を取り外して設置することになる。しかし、ラピッドスタート式の場合、安定器が頑丈に建物の天井に付着されている場合が一般的であり、これを除去することが容易ではなく、専門家の助けが必要であり、これに伴う費用がたくさんかかる問題点がある。

従って、既存のラピッドスタート式安定器をそのままにして蛍光灯のみをＬＥＤ照明灯に取り替る方法を使用することもできるが、単純に既存の蛍光灯をＬＥＤ照明灯に取り替ると、入力力率も悪くなり、さらに入力電流の高調波（ｈａｒｍｏｎｉｃｓ）が過度に発生して出力電力も温度や入力電圧に対して敏感に変化する問題点がある。

このような問題点を解決するために本発明の一実施例は、既存の水銀放電式蛍光灯をＬＥＤなどの発光素子を利用した照明灯に取り替るに当たり、蛍光灯の点灯のために既設置されたラピッドスタート式安定器を除去しなくても力率特性が良く、既存の蛍光灯に近い照度を出せる方法を提供することに目的がある。

前述した目的を果たすために、本発明の一実施例は、力率補償型エルイーディー照明装置において、ラピッドスタート式安定器のソケットに結合できるように前記エルイーディー照明装置の両端部にそれぞれ備えられた接続端子と、前記両端部のうち、一端部の接続端子と他端部の接続端子との間に連結されるようにインダクタンス素子及びキャパシタンス素子が直列で連結された直列インダクタンス−キャパシタンス素子を備える補償回路；及び前記キャパシタンス素子の両端に連結され、前記キャパシタンス素子の両端の交流電流を直流電流に整流する整流回路及び前記整流回路の両端に連結され、前記直流電流を受信して駆動されるエルイーディーモジュールを備えるエルイーディー負荷回路を含むことを特徴とするエルイーディー照明装置を提供する。

前記エルイーディー照明装置は、前記接続端子は前記両端部にそれぞれ２個が備えられ、前記直列インダクタンス−キャパシタンス素子の一端と連結される前記一端部のいずれか一つの接続端子を選択する第１スイッチ；及び前記直列インダクタンス−キャパシタンス素子の他端に連結される前記他端部のいずれか一つの接続端子を選択する第２スイッチをさらに含むことができる。

前記キャパシタンス素子の容量は、ラピッドスタート式安定器の電源入力端での力率が１となるように設定することができる。

前記インダクタンス素子の容量は前記ラピッドスタート式安定器及び前記補償回路がラピッドスタート式安定器の入力電源の周波数に共振するように設定することができる。

また、前述した目的を果たすために、本発明の他の実施例は、力率補償型エルイーディー照明装置において、ラピッドスタート式安定器のソケットに結合できるように前記エルイーディー照明装置の両端部にそれぞれ２個ずつ備えられた接続端子、前記一端部のいずれか一つの接続端子と前記一端部の他の一つの接続端子との間に直列で連結される第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子、前記他端部のいずれか一つの接続端子と前記他端部の他の一つの接続端子との間に直列で連結される第３インダクタンス素子及び第４インダクタンス素子、前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子との間の接続点と、前記第３インダクタンス素子と前記第４インダクタンス素子との間の接続点同士を連結するキャパシタンス素子を備える補償回路；及び前記キャパシタンス素子の両端に連結され、前記キャパシタンス素子の両端の交流電流を直流電流に整流する整流回路及び前記整流回路の両端に連結され、前記直流電流を受信して駆動されるエルイーディーモジュールを備えるエルイーディー負荷回路を含むことを特徴とするエルイーディー照明装置を提供する。

前記第１インダクタンス素子、前記第２インダクタンス素子、前記第３インダクタンス素子及び前記第４インダクタンス素子の容量は前記ラピッドスタート式安定器、前記第１インダクタンス素子、前記第２インダクタンス素子、前記第３インダクタンス素子及び前記第４インダクタンス素子及びキャパシタンス素子が前記ラピッドスタート式安定器の入力電源の周波数に共振するように設定することができる。

そして、前記第１インダクタンス素子、前記第２インダクタンス素子、前記第３インダクタンス素子及び前記第４インダクタンス素子は同一のインダクタンス容量を有することができる。

また、前述した目的を果たすために、本発明の他の実施例は、力率補償型エルイーディー照明装置において、ラピッドスタート式安定器のソケットに結合することができるように前記エルイーディー照明装置の両端部にそれぞれ２個ずつ備えられた接続端子；前記エルイーディー照明装置の両端部のうち、一端部のいずれか一つの接続端子に一端が連結される第１抵抗素子；前記一端部の他の一つの接続端子に一端が連結される第２抵抗素子；前記エルイーディー照明装置の両端部のうち、他端部のいずれか一つの接続端子に一端が連結される第３抵抗素子；前記他端部の他の一つの接続端子に一端が連結される第４抵抗素子；前記第１抵抗素子の他端と前記第２抵抗素子の他端の接点に一端が連結される第１インダクタンス素子；前記第３抵抗素子の他端と前記第４抵抗素子の他端の接点に一端が連結される第２インダクタンス素子；前記第１インダクタンス素子の他端と前記第２インダクタンス素子の他端との間に直列で連結されたキャパシタンス素子を備える補償回路；及び前記キャパシタンス素子の両端に連結され、前記キャパシタンス素子の両端の交流電流を直流電流に整流する整流回路及び前記整流回路の両端に連結され、前記直流電流を受信して駆動されるエルイーディーモジュールを備えるエルイーディー負荷回路を含むことを特徴とするエルイーディー照明装置を提供する。

前記第１インダクタンス素子及び前記第２インダクタンス素子の容量は前記ラピッドスタート式安定器、前記第１インダクタンス素子、前記第２インダクタンス素子及び前記キャパシタンス素子が前記ラピッドスタート式安定器の入力電源の周波数に共振するように設定することができる。

前記第１インダクタンス素子及び前記第２インダクタンス素子は同一のインダクタンス容量を有するように設定することができる。

前記第１抵抗素子、第２抵抗素子、第３抵抗素子及び前記第４抵抗素子は同一の容量を有するように設定することができる。

前述した目的を果たすための本発明の他の実施例は、力率補償型エルイーディー照明装置において、ラピッドスタート式安定器のソケットに結合できるように前記エルイーディー照明装置の両端部にそれぞれ２個ずつ備えられた接続端子；前記エルイーディー照明装置の両端部のうち、一端部のいずれか一つの接続端子に一端が連結される第１抵抗素子；前記一端部の他の一つの接続端子に一端が連結される第２抵抗素子；前記エルイーディー照明装置の両端部のうち、他端部のいずれか一つの接続端子に一端が連結される第３抵抗素子；前記他端部の他の一つの接続端子に一端が連結される第４抵抗素子；前記第１抵抗素子の他端と前記第２抵抗素子の他端との接点と、前記第３抵抗素子の他端と前記第４抵抗素子の他端との接点との間にインダクタンス素子とキャパシタンス素子が直列で連結された補償回路；及び前記キャパシタンス素子の両端に連結され、前記キャパシタンス素子の両端の交流電流を直流電流に整流する整流回路、及び前記整流回路の両端に連結され、前記直流電流を受信して駆動されるエルイーディーモジュールを備えるエルイーディー負荷回路を含むことを特徴とするエルイーディー照明装置を提供する。

ここで、前記第１抵抗素子、第２抵抗素子、第３抵抗素子及び前記第４抵抗素子は同一の容量を有するように設定することができる。

以上で説明したように本発明の実施例によると、既設置されているラピッドスタート式安定器の後端に蛍光灯を代替するＬＥＤ照明灯を設置するに当たり、補償回路を適用し、入力端の力率が１に近いながらも出力を安定的に出すことができるという效果がある。

図１は、補償回路１１０とエルイーディー負荷回路１２０を含む本発明の第１実施例に係るエルイーディー照明装置１００とラピッドスタート式安定器１３０とで構成された照明システムを図示した図である。図２は、補償回路１１０とエルイーディー負荷回路１２０を含む本発明の第１実施例に係るエルイーディー照明装置１００とラピッドスタート式安定器１３０とで構成された照明システムのブロック図を図示した図である。図３は、補償回路１１０、エルイーディー負荷回路１２０及びラピッドスタート式安定器１３０の回路図を例示した図である。図４は、図３で示した回路を理想的な単巻変圧器（ＩｄｅａｌＡｕｔｏＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を含んだ等価回路で示した図である。図５は、図４で図示した等価回路において理想的な単巻変圧器（Ｉｄｅａｌａｕｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を除去し、２次側Ｔ２のインピーダンスを１次側Ｔ１に移動させた等価回路を図示した図である。図６は、補償回路６１０とエルイーディー負荷回路１２０を含む本発明の第２実施例に係るエルイーディー照明装置６００を備える照明システムを示した図である。図７は、補償回路７１０とエルイーディー負荷回路１２０を含む本発明の第３実施例に係るエルイーディー照明装置７００を備える照明システムを示した図である。図８は、補償回路８１０とエルイーディー負荷回路８２０を含む本発明の第４実施例に係るエルイーディー照明装置８００を備える照明システムを示した図である。図９は、補償回路９１０とエルイーディー負荷回路９２０を含む本発明の第５実施例に係るエルイーディー照明装置９００を備える照明システムを示した図である。

以下、本発明の一部の実施例を例示的な図面を通じて詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付けるに当り、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されていても可能な限り同一の符号を有するようにしている事に留意しなければならない。また、本発明を説明するに当り、関連の公知構成、または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を紛らすと判断される場合にはその詳細な説明は省略する。

また、本発明の構成要素を説明するに当たり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用し得る。このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別することに限るものであり、その用語によって該当の構成要素の本質や順番、または手順などが限定されない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」、または「接続」されると記載した場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結される、または接続されるのみならず、各構成要素の間にさらに他の構成要素が「連結」、「結合」、または「接続」されることもあり得ると理解されなければならない。

図１は補償回路１１０とエルイーディー負荷回路１２０を含む本発明の第１実施例に係るエルイーディー照明装置１００とラピッドスタート式安定器１３０とで構成された照明システムを図示した図であり、図２は補償回路１１０とエルイーディー負荷回路１２０とを含む本発明の第１実施例に係るエルイーディー照明装置１００とラピッドスタート式安定器１３０とで構成された照明システムのブロック図を図示した図であり、図３は補償回路１１０、エルイーディー負荷回路１２０及びラピッドスタート式安定器１３０の回路図を例示した図である。

図１ないし図３に図示したように、本発明の第１実施例に係る補償回路１１０はラピッドスタート式安定器１３０のソケット１３２ａ、１３２ｂに結合できるようにエルイーディー照明装置１００の両端部にそれぞれ備えられた接続端子１１２ａ、１１２ｂを具備し、接続端子１１２ａ、１１２ｂの両端部のうち、一端部の接続端子１１２ａと他端部の接続端子１１２ｂとの間にはインダクタンス素子Ｌ１及びキャパシタンス素子Ｃ１が直列で連結された直列インダクタンス−キャパシタンス素子１１４を備える。

エルイーディー負荷回路１２０はキャパシタンス素子Ｃ１の両端に連結され、キャパシタンス素子の両端の交流電流を直流電流に整流する整流回路１２２、及び整流回路の両端に連結され、整流回路１２２で発生した直流電流を受信して駆動されるエルイーディーモジュール１２４を備える。図３において整流回路１２２としてはフルブリッジ整流器を使用し、エルイーディーモジュール１２４としてはフルブリッジ整流器に並列で連結されたエルイーディーアレイを使用したが、本発明がこれに限定されない。

図３のラピッドスタート式安定器１３０が一般的な直管型蛍光灯を負荷回路として使用するように作られた場合、ａ及びｂは蛍光灯一端部の２個の接続端子１１２ａが結合される図１におけるラピッドスタート式安定器１３０のソケット一端部１３２ａの接続部を表し、ｃ及びｄは蛍光灯他端部の２個の接続端子１１２ｂが結合されるラピッドスタート式安定器１３０のソケット他端部１３２ｂの接続部を表す。

ラピッドスタート式安定器１３０は負荷回路（例えば、蛍光灯）が直接連結される場合に、入力電源Ｖｓが入力される瞬間には入力電源の周波数に可飽和リアクトル（Ｔ_２のインダクタンス成分）及び安定器キャパシターＣｍを共振させて大きい電流を蛍光灯に流して蛍光灯をオン（Ｏｎ）させ、蛍光灯が点いた後は可飽和リアクトルが飽和することによって可飽和リアクトルのインダクタンスの大きさが下落して可飽和リアクトル及び安定器キャパシターＣｍとの間で共振が発生しない。したがって蛍光灯に加えられる電圧が大幅に低下することによって蛍光灯に入力される電流は減少し、入力端の力率を１として満しながら蛍光灯の出力である負荷電流を一定に維持させるようになる。

図３において、補償回路１１０はラピッドスタート式安定器１３０のソケット一端部１３２ａの一つの接続部ａとソケット他端部１３２ｂの一つの接続部ｄとの間に直列インダクタンス−キャパシタンス素子１１４が連結される。ここで、直列インダクタンス−キャパシタンス素子１１４はインダクタンス素子として使用される補償インダクターＬ_１と、キャパシタンス素子として使用される補償キャパシターＣ_１を含み、エルイーディー負荷回路１２０は補償キャパシターＣ_１の両端者に並列で連結される。

エルイーディー負荷回路１２０は整流回路１２２を構成するフルブリッジ整流器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、エルイーディーモジュール１２４を構成するエルイーディーアレイ及び出力キャパシターＣ_２から成り得る。

図３のように、ラピッドスタート式安定器１３０を補償回路１１０なしにエルイーディー負荷回路１２０に直に使用するとエルイーディーモジュール１２４に要求される出力電力は、同じ程度の照度で蛍光灯の略半分になる。そうすると、ラピッドスタート式安定器１３０に流れる電流もその分減少するようになり、これによってラピッドスタート式安定器１３０内の容量性電流（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔ）が減少する結果をもたらすようになり、ラピッドスタート式安定器１３０の電源入力端の力率がラグ（ｌａｇ）になる。従って、このようにラピッドスタート式安定器１３０の電源入力端の力率が減少することを防止し、力率を１に合わせるために補償回路１１０が必要になり、補償回路１１０ではエルイーディー負荷回路１２０と並列で補償キャパシターＣ_１を設ける。ラピッドスタート式安定器１３０の電源入力端の力率を１に合わせるために単純に補償キャパシターＣ_１のみを補償回路１１０に備える場合には電源入力端での共振周波数が変化するようになるので、共振周波数が変化しないように補償キャパシターＣ_１と直列で補償インダクターＬ_１を追加することで、共振周波数をラピッドスタート式安定器１３０の入力電源の周波数に合うように調節できる。

エルイーディー負荷回路１２０は多様な形態で構成でき、出力キャパシターＣ_２の代りにエルイーディーモジュール１２４と整流回路１２２との間にインダクター（図示なし）を置いて出力電流の変化を減らすこともできるが、この場合、インダクター（図示なし）と出力キャパシターＣ_２の値を組み合わせることで出力電流の変化を減らすこともできる。あるいは、出力キャパシターＣ_２を省略して電源周波数の２倍（１２０Ｈｚ）であるフリッカリング・ノイズを許容するように設計することもできる。また、整流回路１２２として、フルブリッジ整流器の代わりにハーフブリッジ整流器を用いることができ、整流回路１２２内においてダイオードの代わりにＬＥＤを直・並列で用いることもできる。このように多様なエルイーディー負荷回路１２０を用いることができ、エルイーディー負荷回路１２０として使用できる負荷回路の種類は本実施例において言及したものに限定されない。

一方、本実施例において、エルイーディー負荷回路１２０内のエルイーディーモジュール１２４の素材として使用できるＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）、ＡＭＯＬＥＤ（ＡｃｔｉｖｅＭａｔｒｉｘＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）など、多様な発光素子を含めて使用することができる。

図４は、図３で示した回路を理想的な単巻変圧器（ＩｄｅａｌＡｕｔｏＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を含んだ等価回路で示した図である。

実質の単巻変圧器（ＡｕｔｏＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を理想的な単巻変圧器に代替すると、１次側Ｔ１の磁化インダクタンスＬ_ｍと１、２次側の漏洩インダクタンスを等価的に示したＬ_１Ｋが含まれる。ｎ_１とｎ_２はそれぞれ１次側Ｔ１と２次側Ｔ２コイルのターン数をそれぞれ示したものであり、エルイーディー負荷回路１２０は等価的にＲ_０にモデリングすることができる。ここで２次側Ｔ２コイルのターン数（ｎ_２）は２次側Ｔ２での可飽和リアクトルの特性を反映して等価的に可変であることを仮定した。

図５は図４で図示した等価回路において理想的な単巻変圧器（Ｉｄｅａｌａｕｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を除去し、２次側Ｔ２のインピーダンスを１次側Ｔ１に移動させた等価回路を図示した図である。ここで、Ｌ_２はＬ_１ｋとＬ_１の合を意味し、Ｉ_ｍとＩ_１はそれぞれ磁化インダクタンスに流れる電流とインダクタンスＬ_２に流れる電流を表す。Ｖ_ｏは出力電圧を意味し、ｎは変圧器（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）の１次側Ｔ１と２次側Ｔ２のターン数の比（ｎ_１＋ｎ_２）／ｎ_１を意味する。

図５におけるインダクタンスＬ_２と等価インピーダンスＺ_１、Ｚ_２は数学式１のように表すことができる。

前述したように、入力電源側における力率が１となるようにＬ_１及びＣ_１の大きさを決定し、これは一般的な家庭用エル光源（すなわち、蛍光灯の端子に連結されるエルイーディー負荷回路１２０を意味する）の出力を２０Ｗとして仮定して大きさを決めることができる。この際、電源入力端の共振周波数（ｆ_ｓ）が入力電源の周波数と一致する条件は数学式２のように表すことができる。

数学式２においてＶ_ｓは入力電源の電圧、Ｖ_ｏは等価インピーダンスＺ_２にかかる出力電圧を表す。

このように数学式２は３個の独立的な式で構成され、数学式２の三個の式を同時に満すＬ_１、Ｃ_１、Ｒ_ｏの値を計算して選定することができる。しかし、実際にはラピッドスタート式安定器１３０内の２次側Ｔ２の過飽和特性と数学式２の近似的特性のため、Ｌ_１、Ｃ_１、Ｒ_ｏの値を決定するに当たって数学式２で計算された値に対し、実験を通じた若干の補正が必要である。このように、エルイーディー負荷回路１２０の負荷値であるＲ_ｏが決定された場合、エルイーディー照明装置１００が希望する出力（すなわち、エルイーディー負荷回路１２０の希望する負荷値Ｒ_ｏによる出力）を得るために、入力力率が１となり、入力電源の周波数と共振周波数が一致して入力電流の高調波が最小化する特性を得るように補償回路１１０のインダクターＬ_１及びキャパシターＣ_１の値を決定することができる。

一方、負荷値であるＲ_ｏ値はエルイーディー負荷回路１２０においてＬＥＤの連結形態によって変化させることができる。すなわち、エルイーディー負荷回路１２０においてＬＥＤを複数で直列、または並列で連結すると、等価のＲ_ｏが変わることができ、ＬＥＤアレイに直列で連結するＬＥＤの個数が多くなるほど等価のＲ_ｏが増加し、並列で連結するＬＥＤアレイの個数が多くなるほど等価のＲ_ｏは減少する。

数学式１と数学式２の関係において入力電源の周波数が６０Ｈｚ（ｆ_１）ではなく、５０Ｈｚ（ｆ_２）に設定された環境で使用される場合に、ラピッドスタート式安定器１３０のインダクターとキャパシターの値が共にｆ_１／ｆ_２倍で比例するように設定されることが一般的である。従って、補償回路１１０に使用されるインダクターとキャパシターの値も共に入力電源の周波数が６０Ｈｚ（ｆ_１）の場合の値のｆ_１／ｆ_２倍になるように設定すると数学式１のインピーダンスＺ_１、Ｚ_２は大きさが変わらない。すなわち、入力電源の周波数（ｆ_２）の変化によってラピッドスタート式安定器１３０内の１、２次側の漏洩インダクタンスＬ_１ｋ、キャパシターＣｍの大きさ、補償回路１１０のキャパシターＣ１及び補償インダクターＬ１の大きさもｆ１／ｆ２倍に設定するとインピーダンスＺ１、Ｚ２は周波数との関りのない大きさになり得る。

図６は補償回路６１０とエルイーディー負荷回路１２０を含む本発明の第２実施例に係るエルイーディー照明装置６００を備える照明システムを示した図である。

図６の補償回路６１０は、図３に示した補償回路１１０の補償インダクターＬ１をラピッドスタート式安定器１３０のソケット１３２ａ、１３２ｂの４個の結合端子の極性とは関係なく、補償回路６１０及びエルイーディー負荷回路１２０を連結して動作するようにするために補償回路１１０はエルイーディー照明装置６００の両端部にそれぞれ２個ずつの接続端子（６１２ａ、６１２ｂ）を具備し、図３での補償インダクターＬ_１と同一のインダクタンス値を有するそれぞれのインダクターＬ_１ａ（第１インダクタンス素子）、Ｌ_１ｂ（第２インダクタンス素子）、Ｌ_１ｃ（第３インダクタンス素子）、Ｌ_１ｄ（第４インダクタンス素子）の一端部を各接続端子（６１２ａ、６１２ｂ）に連結し、Ｌ_１ａ、Ｌ_１ｂの他端部は補償キャパシターＣ１の一端部に、Ｌ_１ｃ、Ｌ_１ｄの他端部は補償キャパシターＣ１の他端部に連結することができる。

図６の場合、インダクターＬ_１ａ、Ｌ_１ｂ、Ｌ_１ｃ、Ｌ_１ｄに流れるそれぞれの電流は図３のインダクターＬ_１に流れる電流（Ｉ_１）の半分（Ｉ_１／２）なので、各インダクター（Ｌ_１ａ、Ｌ_１ｂ、Ｌ_１ｃ、Ｌ_１ｄ）の消費電力はＬ_１（Ｉ_１／２）^２／２であることから、４個のインダクター（Ｌ_１ａ、Ｌ_１ｂ、Ｌ_１ｃ、Ｌ_１ｄ）での消費電力の合はＬ_１Ｉ_１ ^２／２になり、図３の場合のＩ_１の電流が流れる補償インダクターＬ_１の消費電力（Ｌ_１Ｉ_１ ^２／２）と等しくなる。従って、補償回路１１０において補償インダクターをラピッドスタート式安定器１３０のソケット１３２ａ、１３２ｂの４個の結合端子にそれぞれ連結しても消費電力の増加が発生せず、補償インダクターを４個連結する費用のみ追加で発生するので、大きい費用の増加なしに補償回路１１０を具現できる。

図７は補償回路７１０とエルイーディー負荷回路１２０を含む本発明の第３実施例に係るエルイーディー照明装置７００を備える照明システムを示した図である。

図７において、図３のようにラピッドスタート式安定器１３０のソケット一端部１３２ａの二つの端子ａ、ｂの電圧をＶａ、Ｖｂとし、ラピッドスタート式安定器１３０のソケット他端部１３２ｂの二つの端子ｃ、ｄの電圧をＶｃ、Ｖｄとすると、（Ｖ_ａ＞Ｖ_ｂ＞Ｖ_ｃ＞Ｖ_ｄ）であり、ａ、ｂ間の電圧差とｃ、ｄ間の電圧差は入力電源が２２０Ｖの場合、所定の電圧差（一般的に、約４Ｖｒｍｓ）を有する。すなわち、｜Ｖ_ａ−Ｖ_ｂ｜＝｜Ｖ_ｃ−Ｖ_ｄ｜≒（４Ｖ）_ｒｍｓとなる。

図７の回路において（Ｖ_ａ＞Ｖ_ｂ＞Ｖ_ｃ＞Ｖ_ｄ）であり、｜Ｖ_ａ−Ｖ_ｂ｜＝｜Ｖ_ｃ−Ｖ_ｄ｜≒（４Ｖ）_ｒｍｓである点を利用し、正格電圧２２０Ｖを基準で入力電圧が２２０Ｖより低い所ではＶａ−Ｖｄ、２２０Ｖより高い所ではＶｂ−Ｖｃ、２２０Ｖ近辺の所ではＶａ−ＶｃまたはＶｂ−Ｖｄが補償回路１１０の入力端に選択されるようにスイッチを使うことができる。この時、スイッチでは直列インダクタンス−キャパシタンス素子の一端とエルイーディー照明装置１００の両端部に備えられた接続端子のうち、一端部の接続端子７１２ａを連結する第１スイッチ７１６ａ、直列インダクタンス−キャパシタンス素子の他端とエルイーディー照明装置１００の両端部の接続端子のうち、他端部の接続端子７１２ｂを連結する第２スイッチ７１６ｂを含むことができる。

図８は補償回路８１０とエルイーディー負荷回路８２０を含む本発明の第４実施例に係るエルイーディー照明装置８００を備える照明システムを示した図である。

図１ないし図７が１灯式の照明システムを示したのに対し、図８は２灯式の照明システムを示したものであり、補償回路８１０とエルイーディー負荷回路８２０の実在の連結関係を示したものではなく、２灯式の照明システムに補償回路８１０及びエルイーディー負荷回路８２０を二つ（８２２、８２４）連結する場合、照明システムの動作特性を分析するためにその原理を説明するための図である。

２灯式照明システムの場合にも、１灯式照明システムの場合に既存の蛍光灯１個に補償回路１１０とエルイーディー負荷回路１２０を使用するように、これを既存の二灯式蛍光灯照明システムのラピッドスタート式安定器８３０に接続される蛍光灯の２個位置に同様の方法でエルイーディー照明装置８００を挿入する。実際には１灯式照明システムと２灯式照明システムのラピッドスタート式安定器の動作点が異なるため、１灯式照明システムに適用したのと同一のパラメタの値を有するエルイーディー照明装置８００をそのまま２灯式照明システムに適用すると同様の動作特性が見られない場合がある。しかし、このようにしても出力電力と入力力率特性などが類似することが実験的に確認され、もしさらに優れた特性が要求される場合には数学式１ないし２を使用して２灯式照明システムに合わせた補償インダクター及び補償キャパシターの容量を設計すると良い。

その他に３灯式照明システム、４灯式照明システムの場合にも同様の設計原理が適用され、本発明は照明システム内に挿入できる蛍光灯の個数に制限はない。

（第５実施例）
図９は補償回路９１０とエルイーディー負荷回路９２０を含む本発明の第５実施例に係るエルイーディー照明装置９００を備える照明システムを示した図である。

図９に図示したように、本発明の第５実施例に係る補償回路９１０はラピッドスタート式安定器９３０のソケット９３２ａ、９３２ｂに結合できるようにエルイーディー照明装置９００の両端部にそれぞれ備えられた接続端子９１２ａ、９１２ｂを具備し、接続端子９１２ａ、９１２ｂの両端部のうち、一端部の接続端子９１２ａと連結される二つの連結点ａ’、ｂ’にはそれぞれ第１抵抗素子Ｒ_ｂ１の一端部と第２抵抗素子Ｒ_ｂ２の一端部が連結され、第１抵抗素子Ｒ_ｂ１の他端部と第２抵抗素子Ｒ_ｂ２の他端部は互いに連結され、また第１抵抗素子Ｒ_ｂ１の他端部と第２抵抗素子Ｒ_ｂ２の他端部の接点は第１インダクタンス素子Ｌ_ｃ１の一端部と連結される。また、接続端子９１２ａ、９１２ｂの両端部のうち、他端部の接続端子９１２ｂと連結される二つの連結点ｃ’、ｄ’にはそれぞれ第３抵抗素子Ｒ_ｂ３の一端部と第４抵抗素子Ｒ_ｂ４の一端部が連結され、第３抵抗素子Ｒ_ｂ３の他端部と第４抵抗素子Ｒ_ｂ４の他端部は互いに連結され、また第３抵抗素子Ｒ_ｂ３の他端部と第４抵抗素子Ｒ_ｂ４の他端部の接点は第２インダクタンス素子Ｌ_ｃ２の一端部と連結される。

そして、第１インダクタンス素子Ｌ_ｃ１の他端部と第２インダクタンス素子Ｌ_ｃ２の他端部との間にはキャパシタンス素子Ｃｃの両端がそれぞれ連結される。

連結点ａ’、ｂ’はラピッドスタート式安定器９３０の出力端子ａ、ｂにそれぞれ連結され、連結点ｃ’、ｄ’はラピッドスタート式安定器９３０の出力端子ｃ、ｄにそれぞれ連結される。

各抵抗素子Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２、Ｒ_ｂ３、Ｒ_ｂ４は互いに同じ値を有することができる。また、各インダクタンス素子Ｌ_ｃ１、Ｌ_ｃ２も互いに同じ値を有することができる。

エルイーディー負荷回路９２０はキャパシタンス素子Ｃｃの両端に連結され、キャパシタンス素子の両端の交流電流を直流電流に整流する整流回路１２２及び整流回路の両端に連結され、整流回路９２２で発生した直流電流を受信して駆動されるエルイーディーモジュール９２４を備える。図９において、整流回路９２２としてはフルブリッジ整流器を使用し、エルイーディーモジュール９２４としてはフルブリッジ整流器に並列で連結されたエルイーディーアレイを使用したが、本発明での整流回路及びエルイーディーモジュールがこれに限定されない。

図９のラピッドスタート式安定器９３０が一般的な直管型蛍光灯を負荷回路として使用するように作られた場合、ａ及びｂは蛍光灯一端部の２個の接続端子９１２ａが結合される図１でのラピッドスタート式安定器１３０のソケット一端部１３２ａの接続部を表し、ｃ及びｄは蛍光灯他端部の２個の接続端子１１２ｂが結合されるラピッドスタート式安定器１３０のソケット他端部１３２ｂの接続部を表すものである。

エルイーディー負荷回路９２０は整流回路９２２を構成するフルブリッジ整流器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、エルイーディーモジュール９２４を構成するエルイーディーアレイ及び出力キャパシターＣ_ｏから成り得る。

図９においても図３と類似してラピッドスタート式安定器９３０の電源入力端の力率が減少することを防止し、力率を１に合わせるために補償回路９１０を使用し、補償回路９１０ではエルイーディー負荷回路９２０と並列で補償キャパシターＣ_ｃを設ける。ラピッドスタート式安定器９３０の電源入力端の力率を１に合わせるために単純に補償キャパシターＣ_ｃのみが補償回路９１０に具備する場合には電源入力端での共振周波数が変化するようになるので、共振周波数が変化しないように補償キャパシターＣ_ｃの両端に直列で補償インダクタンス素子Ｌ_ｃ１、Ｌ_ｃ２を追加して共振周波数をラピッドスタート式安定器１３０の入力電源の周波数に合わせるように調節することができる。

図９の場合には図６においてインダクタンス素子を４個使用する場合とは異なり、類似した容量のインダクタンス素子を２個のみ使用しながらも図６での構成のような長所を有するように試みた。

図９の場合、各抵抗素子Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２、Ｒ_ｂ３、Ｒ_ｂ４の値とインダクタンス素子Ｌ_ｃ１、Ｌ_ｃ２の容量を有するように構成された場合、各抵抗素子Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２、Ｒ_ｂ３、Ｒ_ｂ４に流れるそれぞれの電流もやはり図３のインダクターＬ_１に流れる電流Ｉ_１の半分Ｉ_１／２なので、図６のと類似して各インダクタンス素子Ｌ_ｃ１、Ｌ_ｃ２の消費電力はＬ_１（Ｉ_１／２）^２／２であるため、インダクタンス素子Ｌ_ｃ１、Ｌ_ｃ２での消費電力の合が減少し、各抵抗素子Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２、Ｒ_ｂ３、Ｒ_ｂ４による消費電力は一部増加するが、インダクタンス素子を２個のみを使用できるようにすることで４個を使用する場合に比べて補償回路９１０の大きさと価格を最小化することができる長所がある。従って、補償回路９１０において補償インダクターをラピッドスタート式安定器９３０のソケット１３２ａ、１３２ｂの４個の結合端子にそれぞれ連結しても消費電力の増加があまり発生ぜす、それに補償インダクターを２個で連結する費用のみが追加で発生するので、費用を節減しながらもサイズが小さな補償回路９１０を具現することができる。

一方、図９において第１インダクタンス素子Ｌ_ｃ１及び第２インダクタンス素子Ｌ_ｃ２のうち、一つは省略して構成することもできる。この場合、第１インダクタンス素子Ｌ_ｃ１及び第２インダクタンス素子Ｌ_ｃ２のうち、一つが省略されることで、第１抵抗素子Ｒ_ｂ１の他端と第２抵抗素子Ｒ_ｂ２の他端との接点と、第３抵抗素子Ｒ_ｂ３の他端と第４抵抗素子Ｒ_ｂ４の他端との接点の間に補償キャパシタンス素子Ｃ_ｃと省略されないインダクタンス素子（Ｌ_ｃ１またはＬ_ｃ２）が直列で連結される。

以上において、本発明の実施例を構成するすべての構成要素が一つに結合されるか、結合されて動作することが説明されたからといって、本発明が必ずしもこのような実施例に限定されるものではない。すなわち、本発明の目的範囲内であれば、そのすべての構成要素が一つ以上選択的に結合して動作することもできる。

また、以上で記載した「含む」、「構成する」または「有する」などの用語は、特に反対の記載がない限り、該当の構成要素が内在され得ることを意味するので、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができると解釈されなければならない。技術的、もしくは科学的な用語を含むすべての用語は、異なるように正義されない限り、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。あらかじめ正義された用語と同様に一般的に使用される用語は関連技術の文脈上の意味と一致することと解釈されなければならず、本発明において明白に定義しない限り、理想的、もしくは、過度に形式的な意味に解釈されない。

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば本発明の本質的な特性から脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。従って、本発明に開示された実施例は本発明の技術思想を限定するものではなく、説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるべきではない。本発明の保護範囲は下の請求範囲によって解釈されなければならず、それと同等な範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものとして解釈されなければならない。

ＣＲＯＳＳ−ＲＥＦＥＲＥＮＣＥＴＯＲＥＬＡＴＥＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
本特許出願は２０１０年１０月１３日に韓国に出願した特許出願番号第１０−２０１０−００９９８０２号、２０１１年９月２４日に韓国に出願した特許出願番号第１０−２０１１−００９６６２３号及び２０１１年１０月５日に韓国に出願した特許出願番号第１０−２０１１−０１０１０９３号に対して米国特許法１１９（ａ）条（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９（ａ））によって優先権を主張すると、そのすべての内容は参考文献として本特許出願に併合される。同時に、本特許出願は米国以外の国家に対しても上と同一の理由で優先権を主張するとそのすべての内容は参考文献として本特許出願に併合される。

以上で説明したように本発明は既設置されているラピッドスタート式安定器の後端に蛍光灯を代替するＬＥＤなどの発光素子を設けるに当たり、補償回路を適用して入力端の力率が１に近いながらも出力を安定的に出せるという效果があって有用な発明である。

Claims

力率補償型エルイーディー照明装置において、
ラピッドスタート式安定器のソケットに結合できるように前記エルイーディー照明装置の両端部にそれぞれ接続端子を具備し、前記両端部のうち、一端部の接続端子と他端部の接続端子との間にインダクタンス素子とキャパシタンス素子が直列で連結された力率補償回路と、
前記キャパシタンス素子の両端に連結され、前記キャパシタンス素子の両端の交流電流を直流電流に整流する整流回路、及び前記整流回路の出力の両端に連結され、前記直流電流を受信して駆動されるエルイーディーモジュールを備えるエルイーディー負荷回路と、
を含み、
前記力率補償回路の前記インダクタンス素子のインダクタンス値と前記キャパシタンス素子の容量は、
前記ラピッドスタート式安定器の電源入力端子からの入力力率が１または１に近い値に調整され、共振周波数が前記ラピッドスタート式安定器の入力電源の周波数と一致するように設定されていることを特徴とするエルイーディー照明装置。
前記エルイーディー照明装置は、
前記接続端子は前記両端部にそれぞれ２個が具備され、
前記直列インダクタンス−キャパシタンス素子の一端と連結される前記一端部のいずれか一つの接続端子を選択する第１スイッチと、
前記直列インダクタンス−キャパシタンス素子の他端と連結される前記他端部のいずれか一つの接続端子を選択する第２スイッチと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエルイーディー照明装置。
力率補償型エルイーディー照明装置において、
ラピッドスタート式安定器のソケットに結合できるように前記エルイーディー照明装置の両端部にそれぞれ２個ずつ備えられた接続端子、前記エルイーディー照明装置の両端部のうち、一端部のいずれか一つの接続端子と前記一端部の他の一つの接続端子との間に直列で連結される第１インダクタンス素子及び第２インダクタンス素子、前記エルイーディー照明装置の両端部のうち、他端部のいずれか一つの接続端子と前記他端部の他の一つの接続端子との間に直列で連結される第３インダクタンス素子及び第４インダクタンス素子、並びに前記第１インダクタンス素子と前記第２インダクタンス素子との間の接続点と、前記第３インダクタンス素子と前記第４インダクタンス素子との間の接続点との間に連結されたキャパシタンス素子を備える力率補償回路と、
前記キャパシタンス素子の両端に連結され、前記キャパシタンス素子の両端の交流電流を直流電流に整流する整流回路及び前記整流回路の出力の両端に連結され、前記直流電流を受信して駆動されるエルイーディーモジュールを備えるエルイーディー負荷回路と、
を含むことを特徴とするエルイーディー照明装置。
前記キャパシタンス素子の容量は、
前記ラピッドスタート式安定器の電源入力端での力率が１となるように設定されることを特徴とする請求項３に記載のエルイーディー照明装置。
前記第１インダクタンス素子、前記第２インダクタンス素子、前記第３インダクタンス素子及び前記第４インダクタンス素子のインダクタンス値は、前記ラピッドスタート式安定器、前記第１インダクタンス素子、前記第２インダクタンス素子、前記第３インダクタンス素子及び前記第４インダクタンス素子及びキャパシタンス素子が前記ラピッドスタート式安定器の入力電源の周波数に共振するように設定されることを特徴とする請求項３に記載のエルイーディー照明装置。
前記第１インダクタンス素子、前記第２インダクタンス素子、前記第３インダクタンス素子、及び前記第４インダクタンス素子は、同一のインダクタンス値を有することを特徴とする請求項３に記載のエルイーディー照明装置。
力率補償型エルイーディー照明装置において、
ラピッドスタート式安定器のソケットに結合できるように前記エルイーディー照明装置の両端部にそれぞれ２個ずつ備えられた接続端子、前記エルイーディー照明装置の両端部のうち、一端部のいずれか一つの接続端子に一端が連結される第１抵抗素子、前記一端部の他の一つの接続端子に一端が連結される第２抵抗素子、前記エルイーディー照明装置の両端部のうち、他端部のいずれか一つの接続端子に一端が連結される第３抵抗素子、前記他端部の他の一つの接続端子に一端が連結される第４抵抗素子、前記第１抵抗素子の他端と前記第２抵抗素子の他端との接点に一端が連結される第１インダクタンス素子、前記第３抵抗素子の他端と前記第４抵抗素子の他端との接点に一端が連結される第２インダクタンス素子、及び前記第１インダクタンス素子の他端と前記第２インダクタンス素子の他端との間に直列で連結されたキャパシタンス素子を備える力率補償回路と、
前記キャパシタンス素子の両端に連結され、前記キャパシタンス素子の両端の交流電流を直流電流に整流する整流回路及び前記整流回路の出力の両端に連結され、前記直流電流を受信して駆動されるエルイーディーモジュールを備えるエルイーディー負荷回路と、
を含むことを特徴とするエルイーディー照明装置。
前記第１インダクタンス素子及び前記第２インダクタンス素子のインダクタンス値は前記ラピッドスタート式安定器、前記第１インダクタンス素子、前記第２インダクタンス素子、及び前記キャパシタンス素子が前記ラピッドスタート式安定器の入力電源の周波数に共振するように設定されることを特徴とする請求項７に記載のエルイーディー照明装置。
前記第１インダクタンス素子及び前記第２インダクタンス素子は、同一のインダクタンス値を有することを特徴とする請求項７に記載のエルイーディー照明装置。
前記第１インダクタンス素子及び前記第２インダクタンス素子は、同一のインダクタンス値を有し、
前記第１抵抗素子、第２抵抗素子、第３抵抗素子、及び前記第４抵抗素子は同一の抵抗値を有することを特徴とする請求項７に記載のエルイーディー照明装置。
力率補償型エルイーディー照明装置において、
ラピッドスタート式安定器のソケットに結合できるように前記エルイーディー照明装置の両端部にそれぞれ２個ずつ備えられた接続端子、前記エルイーディー照明装置の両端部のうち、一端部のいずれか一つの接続端子に一端が連結される第１抵抗素子、前記一端部の他の一つの接続端子に一端が連結される第２抵抗素子、前記エルイーディー照明装置の両端部のうち、他端部のいずれか一つの接続端子に一端が連結される第３抵抗素子、前記他端部の他の一つの接続端子に一端が連結される第４抵抗素子、前記第１抵抗素子の他端と前記第２抵抗素子の他端との接点と、前記第３抵抗素子の他端と前記第４抵抗素子の他端との接点との間にインダクタンス素子とキャパシタンス素子が直列で連結された力率補償回路と、
前記キャパシタンス素子の両端に連結され、前記キャパシタンス素子の両端の交流電流を直流電流に整流する整流回路及び前記整流回路の出力の両端に連結され、前記直流電流を受信して駆動されるエルイーディーモジュールを備えるエルイーディー負荷回路と、
を含むことを特徴とするエルイーディー照明装置。
前記第１抵抗素子、第２抵抗素子、第３抵抗素子、及び前記第４抵抗素子は、同一の抵抗値を有することを特徴とする請求項７または請求項１１に記載のエルイーディー照明装置。