JP6505096B2 - 直管型蛍光ランプのための発光ダイオード（ｌｅｄ）ランプ置換えドライバ - Google Patents

Description

本発明は、一般にＬＥＤランプのための置換え解決策に関する。より詳細には、本発明は、直管型蛍光ランプ（ＬＦＬ）における電子式安定器のためのＬＥＤ置換えドライバに関する。

電気照明の分野では、多くの様々なタイプの光源が長年にわたって開発されてきた。最近、蛍光灯器具が、そのような明かりによってもたらされるより大きな電気効率を活用するために開発されている。

自己消灯を防ぐために、従来の蛍光ランプは、ランプのガラス管を通る電流の流れを調整するための安定器を使用しなければならない。しかしながら、安定器及び他の構成部品が故障し、置換えを必要とする場合、蛍光灯の修理は、部品及び労力の両方の点から高価になる可能性がある。また、蛍光ランプの廃棄処分は、蛍光ランプが水銀を含有するため環境問題を引き起こす。

蛍光ランプに関連付けられた問題に対処するために、ＬＥＤランプは、蛍光ランプより効率的で環境にやさしい光源として今や広く受け入れられている。ＬＥＤランプは、電流がデバイスを一方向に通過することを可能にし、一方、反対方向の電流の流れを阻止する。ＬＥＤランプは、蛍光ランプと比較して、代替照明として多くの利点を備えている。ＬＥＤランプを使用する一部の利点には、水銀のないこと、極度の低温状態での動作、長寿命、及びよりよいエネルギー効率が含まれる。

要求されるＵＬ１５９８Ｃ規格を満たし、蛍光灯の利点を活用するために、大部分の照明製造業者は、ＬＥＤ構成部品を既存の照明器具に据え付けるための改造キットを生産している。しかしながら、これらのキットの多くは、既存の器具に対する変更を必要とし、それでもなお潜在的に火災の危険性及び電撃を引き起こすものがある。しばしば、これらの変更を行うために高度に訓練された技能者が必要とされる。したがって、既存の蛍光灯器具を改造し、再配線することは、かなり高価で危険な場合がある。一部の製造業者は、電撃の危険性から身を守るための安全開閉器を生産している。

電撃の危険性に対処することに加えて、普通の消費者が置き換えるのに十分に簡単なＬＥＤランプを提供するために製造業者によって努力がなされてきた。蛍光ランプの置換えに関連付けられた別の問題は、ランプを適切に始動させ、動作させるために、異なる電子式安定器によってそれぞれのタイプの蛍光ランプが設計されているということである。

既存の置換え解決策の多くは、例えば、スイッチスタート式磁気式安定器によってのみ作動する。しかしながら、スイッチスタート式磁気式安定器置換えＬＥＤの置換え解決策では、以下でさらに詳細に説明するように、器具の変更が必要である。これらの手法が最も必要である地域の多くでは、器具の変更が許容されない。

背景として、市場で入手可能な異なるタイプの安定器を含む何百もの異なるタイプの蛍光ランプがあり、これにより、安定器製造業者が安定器タイプの広範な在庫を抱えることが必要となっている。最も一般的な電磁式安定器は、スイッチスタート式（予備加熱）、急速スタート式、プログラムスタート式、及び瞬時スタート式である。

スイッチスタート式（予備加熱）電磁式安定器は、初めにフィラメントを安定器と直列に接続するスタータスイッチと併せて、ランプの各端部でフィラメント一体型カソードを使用し、それによって発光管を点弧する前にフィラメントを予備加熱する。スタータスイッチが閉じて、加熱電流が各電極を通って流れることができるようにする。スタータスイッチは、放電を開始するように発光管の両端間に印加される電源電圧を作動させる。ランプ放電が開始した後、電極加熱電源が切られる。

急速スタート式電子式安定器は、ランプの点灯に先立って安定器内のフィラメント電力巻線を使用してランプに低電圧を供給する。安定器は、電圧を印加し、同時にカソードを加熱する。急速スタート式電子式安定器は、ランプが始動した後でさえ、ランプ電極を加熱し続ける。

プログラムスタート式電子式安定器は、ランプの点灯前にカソードに熱を印加するランプフィラメントを予備加熱するための回路を含み、ランプが点灯した後で熱を除去する。安定器は、最初にフィラメントに電力を印加し、次いで少し遅れて、カソードを予備加熱することができるようにして、ランプに電圧を印加してアークを点弧する。

瞬時スタート式電子式安定器は、点灯を実現するためにフィラメントを使用する。これらの管の安定器は、電極を予備加熱しない。むしろ、これらの安定器は、高電圧を使用してガス及びマーキュリコラムを絶縁破壊し、放電アークを起こす。これらの管は、管の各端部の単一のピン又はシャントされたランプホルダによって識別され得る。

上記の電子式安定器のいずれも、ＬＦＬ置換えＬＥＤランプの設計を可能にするための堅牢で直截的な解決策を有さない。限定された解決策は存在するが、これらの手法のそれぞれは、ランプの器具のあるレベルの変更を必要とする。そのような解決策がない場合、ＬＦＬ置換えＬＥＤのための市場は、限定されたままとなるであろう。

前述の欠陥を考慮すると、ＬＦＬ ＬＥＤ置換えランプに対する普遍的で低コストの解決策のための方法及びシステムが必要である。より詳細には、著しく器具を変更する必要がない電子式安定器用のＬＦＬ ＬＥＤ置換えランプドライバのための方法及びシステムが必要である。

国際公開第２０１０／０６９９８３号

本発明の実施形態は、置換えドライバ回路を提供する。ドライバ回路は、安定器に結合するために構成された入力ポートと、入力ポートに結合された第１の側を有する変圧器とを含む。また、ドライバ回路は、変圧器の第２の側に結合された入力部分、及び光源に結合するために構成された出力部分を有する整流器を含む。変圧器は、安定器の出力特性を光源の入力特性に整合させるように構成される。

上記のように、本発明の例示的な実施形態は、ランプの器具に対して著しい変更をする必要がない電子式安定器用のＬＦＬ ＬＥＤ置換えランプのための低コストのドライバ解決策を提供する。各実施形態によって、ＬＦＬ置換えＬＥＤランプ、特に急速スタート式、及びプログラムスタート式安定器を有するＬＦＬ置換えＬＥＤランプの設計が可能となり、ＬＦＬ置換え解決策のためのニッチなマーケットを拡大する。

また、例示的な実施形態の態様は、直列に接続されたＬＦＬ管（例えば、４管のオフィス器具における２フィートのＬＦＬ管）用に特に適合している。直列に接続された器具は、世界中のオフィスビルで普通に使用されている。

本発明のさらなる特徴及び利点、並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作について、添付図面を参照して以下で詳細に説明する。本発明は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されないことに留意されたい。そのような実施形態は、本明細書では例示的な目的のためにのみ提示される。さらなる実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて当業者には明らかになるであろう。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を例示すること、並びに記述とともに、本発明の原理について説明すること、及び当業者が本発明を作製して使用できるようにすることにさらに役立つ。本発明の各実施形態は、各添付図面に例示され、これらの図面を通して、同様の参照数字が様々な図において対応する又は同様の部分を示すことがある。

従来の磁気式安定器用途におけるＬＥＤ置換え解決策のブロック図である。 従来の磁気式安定器用途における別のＬＥＤ置換え解決策のブロック図である。 本発明の実施形態により構築され構成されたＬＥＤ置換え解決策のブロック図である。 各実施形態により構築され構成された図３の回路におけるＬＥＤドライバの概略図である。 本発明の実施形態を実行する例示的な方法の流れ図である。

各図面は、好ましい実施形態を例示することのみを目的としており、本開示を限定すると解釈されるべきではない。以下の各図面を実施可能にする説明を考慮することで、本発明の新奇な態様が当業者には明らかになるはずである。

以下の詳細な説明は、性質上単に例示であって、本明細書に開示された用途及び使用法を限定することは意図されていない。さらに、前述の背景若しくは概要、又は以下の詳細な説明において提示されるいかなる理論によっても拘束される意図はない。本技術の実施形態は、本明細書では主として蛍光照明器具に関連して記載されているが、各概念は、他のタイプの取り付け型照明器具にも適用可能でもある。

背景として、図１〜２は、ＬＦＬ ＬＥＤ置換え回路の従来の実施態様である。例えば、図１は、従来の磁気式安定器用途のためのＬＦＬ ＬＥＤ置換え回路１００のブロック図である。より詳細には、回路１００は、Ｔ８管などのＬＦＬ ＬＥＤの置換えのための物理的な解決策である。

回路１００では、ＬＥＤ管１０４の一方の端部で、シングルエンドの電源入力部１０２が、回路１００に電力を供給する。管１０４の反対側の端部１０５は、シャントされている。また、回路１００を短絡させる、シャントされた又はダミーのスタータ１０６が使用されている。また、位相シフトコンデンサ１０８が含まれている。ＬＥＤドライバ１１０は、ＬＥＤドライバ１１０に接続されたＬＥＤ（図示せず）への駆動電流を調整する。一般に、ＬＥＤドライバ１１０などのＬＥＤドライバは、それらの関連付けられたＬＥＤの所望の出力性能パラメータに整合させた出力特性を有する。

しかしながら、回路１００では、ランプ器具を使用できるようにする前に新規のユーザは、ランプ器具を変更する必要がある。具体的には、スタータ（図示せず）を置き換えなければならない。回路１００は、主として、磁気式／スイッチスタート式安定器とともに使用される。さらに、回路１００は、従来の電磁式スイッチスタート式用途でのみ使用することができる。この限定された適用可能性を考慮すると、回路１００は、ＬＦＬ ＬＥＤ置換え市場のわずかな部分でしか有用でない。

図２は、従来の磁気式安定器用途に使用することができる別のＬＦＬ ＬＥＤ置換え回路２００のブロック図である。また、置換え回路２００は、ＬＥＤ管２０４の一方の端部に単一のダブルエンドの電源入力部２０２を含む。ＬＥＤ置換え回路２００では、反対側の端部２０６は、開いている。ＬＥＤドライバ２０８は、電源調整及びパラメータ整合を行う。

しかしながら、ＬＥＤ置換え回路２００は、使用に先立ってかなりの配線のし直しが必要である。そのような配線のし直しは、典型的なユーザには容易に安全に行うことができず、通常、経験を積んだ電気工が置換えを行う必要がある。さらに、多くの国々の電気的な規制により、このタイプの回路の使用が制限されており、そのため、その適用可能性が主として米国の市場に限定されている。

図１に戻ると、ＬＦＬ ＬＥＤ置換え回路１００及び２００はともに、一般にダブルエンドの電源用に構成されている。しかしながら、電源の二重化（ｄｏｕｂｌｉｎｇ）は、一般に危険であると考えられている。この安全面での危険性は、置換え中の電撃の可能性に起因する。

図３は、本発明の実施形態により構築されたＬＥＤ置換え回路３００のブロック図である。回路３００は、電子式安定器によって作動し、既存の安定器器具の電流制限能力に影響を及ぼす。さらに、回路３００では、使用に先立ってユーザ又は他の人がランプ器具を変更する必要がない。さらに、回路３００は、直列に接続するためのダブルエンドの電力入力部構成を含む管である。このタイプの器具は、オフィスで、例えば、２×２フィートの器具及び様々な他の既存の既製のランプ器具で広く使用されている。

回路３００は、ＬＦＬ管３０３を作動させるために電源の出力端子（例えば、電子式安定器出力部）から電力を受け取るための第１の入力端子３０２を含む。また、別の電源に接続するために構成された第２の入力端子３０４が含まれている。ＬＥＤドライバ３０５は、ＬＥＤなどの光源を駆動するのに必要な電力調整、及び安定器出力と入力パラメータ間のパラメータ整合を行う。

例示的な回路３００では、電力は、第１の端子３０２及び第２の端子３０４を介してＬＥＤドライバ３０５に流れる。各実施形態では、ＬＥＤへの電力を調整するために単一の変圧器が使用されている。

図４は、例示的なドライバ回路４００の詳細な概略図である。ドライバ回路４００は、図３のＬＦＬ管３０３におけるＬＥＤドライバ３０５のより詳細な図を含む。以下でより詳細に説明するように、ドライバ回路４００は、電子式安定器４０３の出力特性を、ＬＥＤアレイ４０４を動作させるのに必要なパラメータに整合させるために単一の変圧器４０２を使用する。

例として、ドライバ回路４００は、直列に接続されたＬＦＬ管、例えば、４管のオフィス器具で通常使用される２フィートのＬＦＬ管などとともに使用され得る。抵抗器４０６は、ドライバ回路４００のための入力ポートを形成し、電子式安定器４０３から交流（ＡＣ）電圧出力を受け取る。インダクタ４０７は、電流を制限し、変圧器４０２に伝える前にＡＣ電圧に対して必要な他の調整を行う。変圧器４０２は、安定器４０３から受け取ったＡＣ電圧をＬＥＤアレイ４０４のための電源として使用するのに最終的に適したレベルに低減させる。

例示的なドライバ回路４００では、整流器４０８は、安定器４０３からＡＣ電圧をＬＥＤアレイ４０４に入力するための直流（ＤＣ）電圧に変換する。ドライバ回路４００では、整流器４０８は、整流器４０８を流れる電圧が回路経路に沿ってＬＥＤへ一方向にのみ流れるようにすることができる。整流器４０８は、ダイオードブリッジ、又は他のなんらかの適切な構成部品として実施されてもよい。例示的なドライバ回路４００では、コンデンサ４１０は、ＬＥＤを駆動するＤＣ電圧のためにスパイクをフィルター除去し、平滑化することによって、ＬＥＤアレイ４０４の性能を向上させる。

例示的なドライバ回路４００は、特定の構成部品を含んでいるが、ドライバ回路４００は、安定器４０３などの電子式安定器の出力特性を、ＬＥＤアレイ４０４などのＬＥＤアレイを動作させるのに必要なパラメータに整合させる一手法に過ぎない。他の手法は、当業者に容易に明らかであり、本発明の趣旨及び範囲内にある。

図４の例示的な実施形態では、例示的なドライバ回路４００は、ＬＥＤアレイ４０４への入力と安定器４０３からの出力との間を整合する及び分離するために使用される。別の実施形態では、単一の変圧器は、安定器とＬＥＤアレイ間のドライバ回路の２つの側（安定器出力部及びＬＥＤ入力部）を分離し完全に絶縁することができる。

さらに別の実施形態では、分離機能を行うために１つの変圧器を使用することができ、一方でパルス符号変調（ＰＣＭ）、パルス幅変調（ＰＷＭ）及び周波数変調などの変調技術を使用して、パラメータの整合を実現することができる。

図５は、本発明の実施形態を実行する例示的な方法５００の流れ図である。ステップ５０２で、１つの変圧器のみの一方の側で第１のタイプの電圧が安定器からの出力として受け取られ、この変圧器が受け取った電圧のレベルを調整するように構成されている。ステップ５０４で、第１のタイプの電圧は、第２のタイプの電圧に変換される。ステップ５０６で、第２のタイプの電圧は、ＬＥＤアレイへの入力として、その入力特性に応じた任意のやり方で提供される。

依然として本開示によって包含される代替の実施形態、例、及び変更形態が特に前述の教示に照らして当業者によってなされてもよい。さらに、本開示を説明するために使用された述語は、限定ではなく、性質上説明の用語であることが意図されていることを理解されたい。

また、当業者は、上記の好ましい、代替の実施形態の様々な適応形態及び変更形態が本開示の範囲及び趣旨から逸脱せずに構成され得ることを理解されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲内で、本開示は、本明細書に特に記載される通りではなく実行され得ることを理解されたい。

１００ 回路
１０２ 電源入力部
１０４ ＬＥＤ管
１０５ 端部
１０６ スタータ
１０８ コンデンサ
１１０ ＬＥＤドライバ
２００ 回路
２０２ 電源入力部
２０４ ＬＥＤ管
２０６ 端部
２０８ ＬＥＤドライバ
３００ 回路
３０２ 端子
３０３ ＬＦＬ管
３０４ 端子
３０５ ＬＥＤドライバ
４００ ドライバ回路
４０２ 変圧器
４０３ 安定器
４０４ ＬＥＤアレイ
４０６ 抵抗器
４０７ インダクタ
４０８ 整流器
４１０ コンデンサ
５００ 方法

Claims (6)

1. ＬＥＤ置換えドライバ回路（４００）であって、
   安定器（４０３）の第１の出力部分に接続された第１の複数の抵抗器（４０６）を備える第１の入力ポートと、
   安定器（４０３）の第２の出力部分に接続された第２の複数の抵抗器（４０６）を備える第２の入力ポートと、
   第１の入力ポート及び第２の入力ポートに接続された第１の側を有する変圧器（４０２）と、
   変圧器（４０２）の第２の側に接続された入力部分及びＬＥＤ光源（４０４）に接続された出力部分を有する整流器（４０８）と
   を備えており、変圧器（４０２）が安定器（４０３）の出力特性をＬＥＤ光源（４０４）の入力パラメータに整合させる、回路（４００）。
2. 第１の入力ポートと第２の入力ポートとが同一の端部に配置され、
   第１の複数の抵抗器（４０６）が並列に接続された一対の抵抗器を備え、
   第２の複数の抵抗器（４０６）が並列に接続された一対の抵抗器を備え、
   第２の入力ポートに接続された入力部分と変圧器（４０２）に接続された出力部分とを有するインダクタ（４０７）をさらに備える、請求項１に記載の回路（４００）。
3. 安定器（４０３）が電子式である、請求項１又は請求項２に記載の回路（４００）。
4. 整流器（４０８）の出力部分とＬＥＤ光源（４０４）の入力部分との間に接続されたコンデンサ（４１０）をさらに備える、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回路（４００）。
5. ＬＥＤ光源（４０４）がＬＥＤアレイである、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回路（４００）。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の回路（４００）を備えるＬＦＬ置換えＬＥＤランプ。