KR20010093337A

KR20010093337A - 전원장치 및 ｌｅｄ 램프장치

Info

Publication number: KR20010093337A
Application number: KR1020017010020A
Authority: KR
Inventors: 사이토유타카; 오자키고에이; 나루카와도시아키; 오타쓰토무
Original assignee: 오자키 고에이; 가부시키가이샤 다키온
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2001-10-27
Also published as: AU1889201A; JP5165637B2; KR100520721B1; JP5507517B2; JP2016001617A; US6577072B2; JP2015079764A; JP2011258589A; JP4353667B2; US20020158590A1; JP2009200053A; JP5994161B2; JP5877473B2; JP2014063744A; WO2001045470A1

Abstract

본 발명에 의한 LED 램프장치는 교류전원이 입력되는 전원장치부(102, 103)와, 이 전원장치부(102, 103)의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프(106)를 구비하고, 전원장치부(102)는 교류전원전압의 정류파형을 취득해서 이 정류파형 중의 교류전원 전압파형의 반주기에 상당하는 각각의 파형의 필요로 하는 전압치 이상의 기간중의 일부의 기간에서만 전력을 받아들여서 상기 LED 램프(106)의 점등용 전원으로 하는 것이다.

Description

전원장치 및 ＬＥＤ 램프장치{POWER SUPPLY AND LED LAMP DEVICE}

사업소 건물 집합주택 공공시설 건물 등에서 사용되는 각종 표시등 예로서, 소화전등 비상등 또는 티켓 발매기(發賣機), 엘리베이터 등의 조작 버튼 등은 지금까지도 텅스텐 필라멘트를 사용한 백열 램프가 주류(主流)이다. 또한, 옥내의 조명기구용 램프도 용도에 따라서는 아직 백열 램프가 주류이다.

한편, 최근의 반도체소자 기술의 발전으로써, LED는 발광색의 종류 휘도 내구성 소비전력(발광효율)의 관점에서 상기 백열 램프를 능가하는 성능에 도달했음에도 불구하고, 상기 용도에는 거의 사용되지 않는 것이 현상이다.

표시 및 조명을 실행하는 램프는 통상 상용교류전원(일본국내: 100V, 미국: 110V, 유럽: 230V)에 직결해서 사용하는 것이 전제이기 때문이다.

즉, LED는 주지하는 바와 같이, 수 V의 직류(DC)전원전압에서 동작하는 것이고, 따라서 종래에 이 것을 사용하는 데에는 상용교류전원을 DC 수 V로 변환하는 전원장치부가 별도로 필요하게 되어서, LED 램프장치 전체가 고가이면서 대형으로되기 때문이다.

이러한 실정에서도, 종래부터, LED를 무엇인가 해서 상용교류전원에 직결사용 가능하도록 하는 시도가 있다. 이 예를 도면을 이용하여 이하에서 설명한다.

도 23은 종래예 1의 LED 램프장치를 나타내는 회로도이다.

이 도 24에 있어서, 2003은 AC 입력단자 H(HOT LINE), 2004는 AC 입력단자 C(COOL LINE), 2004는 전파정류용 다이오드 브리지(BrD1), 2005는 직렬저항(Rp), 2006은 정전류(定電流) 소자(CRD; Current Regulated Diode), 2007은 LED 램프이다.

상기 LED 램프(2007)는 VF(순방향 강하전압) 2V 정도의 LED가 2~8개 정도, 직렬접속되는 것이 많고, 따라서, VF는 4~16V가 된다. 다이오드 브리지(2002)에서 송출되는 전파정류파형의 첨두전압은 실효치 100V인 일본국내의 경우, 대략 140V가 된다.

필요한 발광휘도를 얻기 위한 LED의 IF(순방향 전류)를 대략 10mA로 하면, LED가 만일 1개이면 VF가 2V이므로, 저항(2005)과 정전류소자(2006)에서 부담하게 되는 전압은 140V-2V=138V가 되고, 138V×10mA=1.38W가 열(熱)로되어 방출된다.

한편, 발광에 기여하는 전력은 2V×10mA=0.02W가 되고, 그 효율은,

0.02W/(1.38W+0.02W)=0.014가 되어서, 1.4%에 지나지 않는 99%에 가까운 것이 열로서 방출되어 버리게 된다.

도 24는 종래예 2의 LED 램프장치를 나타내는 회로도이다.

이 도 24에 있어서, 2105는 전압조정기(Vregl), 2106은 전류제한용 저항(Rc)이다. 기타, 도 24에 있어서 도 23과 동일부호는 동일한 또는 상당하는 부분을 나타낸다.

이 종래예 2에서는 전파정류 AC파형의 전압변동분은 전압조정기(2105)가 평형화되어 있기 때문에, 상기 종래예 1에서의 정전류소자 CRD는 불필요하게 되고, 발광도 안정되지만, 전기효율적에 대해서는 기본적으로는 전압의 직렬 조정 때문에 상기 종래예 1과 완전히 동일(저효율)하다.

상기와 같이, 종래기술에서는 어느 것이나 저효율, 고손실이고, 종래부터, 이 점의 개선이 요망되어 왔다.

본 발명의 목적은 고효율, 저손실의 전원장치 및 LED 램프장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)를 사용하여 표시 및 조명을 실행하는 램프장치에 관한 것이고, 특히 교류전원에 직접접속(직결) 가능한 LED 램프 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명장치의 제1실시형태를 나타내는 회로도.

도 2는 제1실시형태의 동작 설명도.

도 3은 본 발명장치의 제2실시형태를 나타내는 회로도.

도 4는 상기 제2실시형태의 동작 설명도.

도 5는 상기 제2실시형태에서의 구체적인 회로 구성예를 나타내는 도면.

도 6은 본 발명장치의 제3실시형태를 나타내는 회로도.

도 7은 본 발명장치의 제4실시형태를 나타내는 회로도.

도 8은 상기 제4실시형태의 동작 설명도.

도 9는 상기 제4실시형태에서의 구체적인 회로 구성예를 나타내는 도면.

도 10은 본 발명장치의 제5실시형태를 나타내는 회로도.

도 11은 도 10 중의 스위치드 커패시터 강압회로부의 동작원리의 설명도.

도 12는 상기 스위치드 커패시터 강압회로부의 구체적인 회로 구성예를 나타내는 도면.

도 13은 본 발명장치의 제6실시형태를 나타내는 회로도.

도 14는 도 13 중의 스위치드 커패시터 강압회로부의 구체적인 회로 구성예를 나타내는 도면.

도 15는 본 발명장치의 구조예를 나타내는 도면.

도 16은 본 발명장치의 기타 구조예를 나타내는 도면.

도 17은 도 16 중의 플렉시블 인쇄회로기판 부분의 화살표에서 본 단면도(제1실시예).

도 18은 동일하게 화살표에서 본 단면도(제2예).

도 19는 동일하게 화살표에서 본 단면도(제3예).

도 20은 본 발명장치의 제7실시형태를 나타내는 회로도.

도 21은 제7실시형태에 있어서의 LED 램프와 제너다이오드에 대해서, 전류와 전압과의 관계를 나타내는 그래프.

도 22는 본 발명장치의 제8실시형태를 나타내는 회로도.

도 23은 종래의 장치(예 1)를 나타내는 도면.

도 24는 종래의 장치(예 2)를 나타내는 도면.

상기 과제를 해결하기 위해서, 제1의 발명은 교류전원전압의 정류파형을 취득하는 정류파형 취득수단과, 이 정류파형 취득수단에 의한 정류파형 중의 교류전원전압 파형의 반주기에 상당하는 각각의 파형의 필요로 하는 전압치 이상의 기간중의 일부의 기간에서만 전력을 받아들여서 부하의 작동용 전원으로서 출력하기 위한 전원출력수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

제2의 발명은 전원전압의 정류파형을 취득하는 정류용 다이오드 브리지와, 발진회로부와, 클록신호 제어회로부와, 스위치드 커패시터(switched capacitor) 강압(降壓)회로부를 구비하고, 상기 스위치드 커패시터 강압회로부는 직렬로 접속되고 또한 2개의 위치로 절환가능한 복수의 절환 스위치와, 절환 스위치 사이에 배치된 커패시터를 구비하고, 각각의 절환 스위치는, 클록신호 제어회로부에 의해서 2개의 위치로 절환되어서, 한쪽의 위치에서 커패시터에 충전을 실행하고, 다른 쪽의 위치에서 커패시터로부터 방전이 실행되어서, 부하에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.

제3의 발명은 입력단자로부터 교류전원이 입력되고, 출력단자에 접속되는 부하에 전력을 공급하는 전원장치로서, 발진회로부와, 클록신호 제어회로부와, 2개의 스위치드 커패시터 강압회로부를 구비하고, 상기 2개의 스위치드 커패시터 강압회로부는 한쪽의 스위치드 커패시터 강압회로부의 고전압측 입력단자 및 다른 쪽의 스위치드 커패시터 강압회로부의 저전압측 입력단자를 전원장치부의 한 쪽의 입력단자에 다른 쪽의 스위치드 커패시터의 저전압측 입력단자와 다른 쪽의 스위치드 커패시터 강압회로부의 고전압측 입력단자를 전원장치부의 다른 쪽의 입력단자에 접속하는 것을 특징으로 하는 것이다.

제4의 발명은 교류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 교류전원전압의 정류파형을 취득해서, 이 정류파형 중의 상기 교류전원 전압파형의 반주기에 상당하는 각각의 파형의 필요로 하는 전압치 이상의 기간중의 일부의 기간에서만 전력을 받아들이고, 상기 LED 램프의 점등용 전원으로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

제4의 발명에 있어서, 전원장치부는 정류용 다이오드 브리지와, 저전압소자로서의 제너다이오드를 직렬로 배치하여 구성하고, 입력전압을 다이오드 브리지로써 정류한 후, 제너다이오드가, 소정 전압치 이상의 기간에서만 전력을 받아들여서 LED 램프를 점등시키는 것이 바람직하다.

제5의 발명은 교류 또는 직류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 1개 또는 복수의 LED 램프에는 제너다이오드가 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

제5의 발명에 있어서, LED 램프가 복수 개의 경우에는 전원장치부의 출력단과, LED 램프와의 사이에 정전류소자를 직렬로 접속하는 것이 바람직하다. 어느 것인가의 램프가 끊어져 소등되어도 나머지 LED 램프의 점등을 유지할 수 있기 때문이다.

제5의 발명에 있어서, 제너다이오드의 제너 전압은 제너다이오드에 병렬접속되어 있는 LED 램프의 순방향 강하전압에 대해서 10% 이상 30% 이하의 범위 내에서 높은 것이 바람직하다. 10% 보다도 작으면 어두운 점등을 유효하게 방지할 수 없고, 또한 30%를 초과하면, 과대전류로부터의 LED 램프의 보호가 충분하지 않게 되기 때문이다.

제6의 발명은, 교류 또는 직류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 전류검출회로부와, 입력전압검출부와, 발진회로부와, 스위칭회로부와, 스위칭소자를 구비하고, 스위칭회로부는 전류검출회로부 및 입력전압검출부로부터의 신호를 받아서 스위칭소자를 개폐 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.

제6의 발명에 있어서, 전원장치부는 전원전압의 정류파형을 취득해서, 이 정류파형 중의 상기 교류전원 전압파형의 반주기에 상당하는 각각의 파형의 필요로 하는 전압치 이상의 기간중의 일부의 기간에서만 전력을 받아들여서, 상기 LED 램프의 점등용 전원으로 하는 것이 바람직하다.

제7의 발명은 교류 또는 직류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 입출력 전압검출부와, 발진회로부와, 스위칭 제어회로부와, 스위칭소자와, 전류검출회로부를 구비하고, 스위칭 제어회로부는 입출력 전압검출부 및 전류검출회로부로부터의 신호를 받아서 스위칭소자를 개폐 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.

제8의 발명은 교류 또는 직류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 정류용 다이오드 브리지와, 전류검출회로부와, 입력전압검출부와, 발진회로부와, 스위칭회로부와, 스위칭소자를 구비하고, 상기 스위칭회로부는 전류검출회로부 및 입력전압검출부로부터의 신호를 받아서 스위칭소자를 개폐 제어하는 것으로서, 상기 스위칭소자와 LED 램프와의 사이에 커패시터를 구비하여, 스위칭소자가 도통시에 커패시터에 충전하고, 스위칭소자가 차단시에 커패시터로부터 LED에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 것이다.

제9의 발명은 교류 또는 직류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 전원전압의 정류파형을 취득하는 정류용 다이오드 브리지와, 발진회로부와, 클록신호 제어회로부와, 스위치드 커패시터 강압회로부를 구비하고, 상기 스위치드 커패시터 강압회로부는 직렬로 접속되고 또한 2개의 위치로 절환가능한 복수의 절환 스위치와, 절환 스위치 사이에 배치된 커패시터를 구비하고, 각각의 절환 스위치는 클록신호 제어회로부에 의해서 2개의 위치로 절환되어서, 한쪽의 위치에서 커패시터에 충전을 실행하고, 다른 쪽의 위치에서 커패시터로부터 LED 램프에의 방전이 실행되어서, LED 램프를 점등시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

제10의 발명은 교류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 발진회로부와, 클록신호 제어회로부와, 전류검출회로부와, 2개의 스위치드 커패시터 강압회로부를 구비하고, 상기 2개의 스위치드 커패시터 강압회로부는 한쪽의 스위치드 커패시터의 고전압측 입력단자와 다른 쪽의 스위치드 커패시터 강압회로부의 저전압측 입력단자를 전원장치부의 한 쪽의 입력단자에 다른 쪽의 스위치드 커패시터의 저전압측 입력단자와 다른 쪽의 스위치드 커패시터 강압회로부의 고전압측 입력단자를 전원장치부의 다른 쪽의 입력단자에 접속하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 발명에 있어서, 전원장치부는 플렉시블 인쇄회로기판상에 구성되어 있고, 이 플렉시블 회로기판은 대략 S자 형상으로 굴곡시켜서 배치하는 것이 바람직하다. 그리고, 전원장치부는 대략 S자의 대향하는 부위에 단자를 설치하고, 또한 AC 입력단자의 한 쪽을 플렉시블 회로기판의 표면에, 다른 쪽을 이면에 설치하는 것이 바람직하다. 장치의 스페이스의 절약을 도모하면서 절연성의 확보나, 특성 및 신뢰성의 향상을 도모할 수 있기 때문이다.

또한, 전원장치부는 설정되는 평균전류치보다도 높은 전류치의 첨두치를 갖는 펄스 전류를 발생하고, 이 펄스 전류의 주파수는 100Hz이상인 것이 바람직하다. 적은 전력으로써 체감 휘도를 높일 수 있기 때문이다.

상기 제1~제4발명 및 제6~제10의 발명에 의하면, 전원전압의 일부의 기간에서만 전력을 받아들이고, 부하의 작동용 전원으로서 출력하도록 전원장치를 구성했으므로, 전원전압 이상의 필요로 하는 전압으로써, 고효율, 저손실의 전원장치 및 이 것을 전원장치부로써 사용한 LED 램프 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

상기 제5발명에 의하면, 고효율, 저손실인 것과 함께 어두운 점등의 방지와 과대전류로부터의 LED 램프의 보호를 도모할 수 있다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 전원장치 및 LED 램프장치의 제1실시형태를 나타내는 회로도이다.

이 도 1에서, 102는 전파정류용 다이오드 브리지(BrD1), 103은 정전압(定電壓)소자, 여기서는 제너다이오드(Dz1), 104는 직렬저항(Rp), 105는 정전류소자 (CRD; Current Regulated Diode), 106은 LED 램프이다.

또한, 108은 AC 입력단자 H(HOT LINE), 109는 AC 입력단자 C(COOL LINE)이다. AC 입력전압은 상용 100V이다.

여기서, LED 램프(106)는 양극이 정전류소자(CRD1)(105), 직렬저항(104) 및 도시된 극성의 제너다이오드(103)를 통해서 전파정류용 다이오드 브리지(102)의 양극 출력단에 접속되고, 음극이 동일 다이오드 브리지(102)의 음극 출력단에 직결되어 있다. 또한, LED 램프(106)는 1개 또는 복수 개의 직렬접속된 LED로 구성된다.그리고, LED 램프(106)를 제외한 회로부분이 전원장치부를 구성한다(이하의 각 실시형태에 있어서 동일함).

이어서, 상기 제1실시형태의 동작을 도 2를 병용해서 설명한다.

도 2는 도 1 중의 노드(node) A(107) 및 노드 B(1081)의 전압파형도이고, 도면 중에서, 종축이 전압(v), 횡축이 시간(t), 201이 노드 A(107)의 전압파형, 202가 노드 B(1081)의 전압파형을 나타낸다.

AC 입력전압의 첨두치는 약 140V, 제너다이오드(103)의 제너전압(Vz)은 100V이다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 여기서는 AC 입력전압 100V가 다이오드 브리지(102)에서 전파정류되고, 제너다이오드(103)에 의해서 100Hz 전파정류파형의 100V 이상의 기간에서 LED 램프(106)가 점등(점멸 점등)한다.

이 때의 점멸 기간의 비율, 즉 LED 램프(106)의 개폐 듀티(duty)는 6 : 4 (100Hz)이고, 발광에 어른거림을 느끼게 하지 않는 범위에서의 전력 고효율화(저손실화)를 도모할 수 있다.

LED 램프(106)에의 인가전압의 첨두치는 LED 램프(106), 정전류소자(105) 및 직렬저항(103)에의 인가전압의 첨두전압이 제너전압(Vz)을 초과한 분 만큼이므로, 여기서는 약 40V이다.

LED 램프(106)에의 통전 전류는 정전류소자(105)에 의해서 정전류화가 실행된다.

도 3은 본 발명에 의한 전원장치 및 LED 램프장치의 제2실시형태를 나타내는 회로도이다.

이 도 3에서 303은 커패시터(C1), 304, 305는 분압용(分壓用) 저항(R1, R2), 306은 전원계의 1V ddH 라인, 307은 전류검출회로부(I DET), 308은 GND(접지) 라인, 309는 제로크로스(zero-cross) 대응 입력전압 검출회로(V DET), 310은 발진ㆍ분주회로부(OscㆍDiv), 311~313은 작용선, 314는 전원계의 2V ddL 라인, 315는 인덕터(코일), 316은 N채널형 MOS FET로 구성되는 스위칭 소자, 317은 플라이휠 (flywheel) 다이오드, 322는 스위칭 제어회로부(SW Cont)이다. 기타, 도 3에서 도 1과 동일부호는 동일 또는 상당부분을 나타낸다.

여기서, 저항(304, 305)은 직렬접속되어서 전파정류용 다이오드 브리지(102)의 출력전압을 분압하는 것으로서, 이 분압점은 입력전압 검출회로(309)의 입력단 및 발진ㆍ분주회로부(310)의 작동전원 입력단 및 전원계의 2V ddL 라인(314)에 접속되어 있다. 커패시터(303)는 동일한 분압점 및 접지와의 사이에 접속되어 있다.

LED 램프(106), 인덕터(315) 및 스위칭 소자(316)는 직렬접속되어서 전원계의 1V ddH 라인(306) 및 GND 라인(308) 사이에 삽입되어 있고, 전류검출회로부 (307)는 전원계의 1V ddH 라인(306) 중에 삽입되어 있다. LED 램프(106)는 여기서는 2~8개의 LED를 직렬접속해서 구성한다.

플라이휠 다이오드(317)는 LED 램프(106) 및 인덕터(315)의 직렬회로에 병렬로 접속되어 있다.

스위칭 제어회로부(322)는 전원계의 2V ddL 라인(314)으로부터 작동전원을 받고, 전류검출회로부(307), 입력전압 검출회로(309) 및 발진ㆍ분주회로부(310)로부터 신호를 받아서, 스위칭 소자(316)(LED 램프(106))를 이하에 설명하는 바와 같이 개폐 제어하는 것이다.

이어서, 상기한 제2실시형태의 동작을 도 4를 병용해서 설명한다.

도 4는 도 3 중의 노드 A(107) 및 노드 B(321)의 전압파형도이고, 도면 중에서, 종축이 전압(v), 횡축이 시간(t), 401이 노드 A(107)의 전압파형, 402가 노드B(321)의 전압파형을 나타낸다.

AC 입력전압의 첨두치는 약 140V이다. 여기서는 입력전압(노드 A(107)의 전압)이 0V로부터 40V로 상승했을 때 스위칭 제어회로부(322)부가 작동하고, 첨두치를 거쳐서 40V로 하강했을 때에 상기 제어회로부(322)가 작동 정지하는 설정으로 되어 있다. 저항(304, 305)의 분압점 전압(전원계의 2V ddL 라인(314)의 전압)은 여기서는 5V이고, 스위칭 제어회로부(322)는 작동시의 도통 전압도 5V이다.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 여기서는 AC 입력전압 100V가 다이오드 브리지(102)에서 전파정류되고, 스위칭 제어회로부(322)에 의해서 전파정류파형의 40V 이상의 기간에서 스위칭 소자(316)가 개폐 제어(PWM 제어)되어 LED 램프(106)가 점등(점멸 점등)한다.

상기 스위칭 소자(316)의 개폐 주파수, 즉, LED 램프(106)의 개폐 주파수는 여기서는 40kHz이고, 발광에 어른거림을 느끼게 하지 않는 범위에서의 전력 고효율화(저손실화)를 도모할 수 있다.

LED 램프(106)에의 통전 전류는 스위칭 제어회로부(322)에 의해서 정전류화가 실행되고, 부하(LED 램프(106)를 구성하는 LED의 개수)가 변화해도 동일 전류를 흘릴 수 있다.

커패시터(303)에는 저항(304, 305)으로써 분압된 전압, 여기서는 약 5V가 인가되는 것에 지나지 않으므로, 내압이 낮은 것으로 족하고, 입력전압 검출회로 (309), 발진ㆍ분주회로부(310) 및 스위칭 제어회로부(322)에의 전원공급기능을 달성하는 것뿐이므로 용량도 작은 것으로 족하다.

또한, 상기의 "정전류"라고 하는 것은, 평균전류에서의 정전류를 가리키는 것이고, 본 실시형태에서는 발진회로부를 이용해서 스위칭하므로, 예로서, 10mA의 정전류가 필요한 경우, 첨두 전류를 30mA로 하고 듀티 비 30%의 구동을 하면, 평균으로 10mA로 된다. LED의 발광 용도로서는 오히려 이러한 구동방법의 편이 바람직하다. 왜냐 하면, 인간의 체감 휘도에 대해서 LED의 전류ㆍ휘도 특성은 선형(線形)이 아니고 소위 초선형(超線形; superlinear)인 특성을 나타내기 때문이고, 예로서, 전류를 2배로 한 경우에, 일반적으로, 휘도는 2배가 아니고 2의 n승(乘)(n은 1 이상)배로 되기 때문이다. 이 것은 인간의 눈은 최대에서의 휘도를 잔상(殘像)으로서 남기므로, 동일한 평균전류라면 DC 전류보다 첨두 전류를 높게 설정한 듀티 구동(일반적으로 "펄스 구동"이라고 한다)의 편이 밝게 느끼기 때문이다. 이러한 펄스 구동을 이용하면, 동일한 체감 휘도를 취득하기 위해서 더욱 적은 전력으로써 족하다. 단, 마찬가지의 체감을 취득하는 것에 더하여 100Hz 이상에서의 펄스 구동이 아니면, 이번에는 어른거림을 인식할 수 있는 지장이 발생하게 되므로, 100Hz 이상에서의 펄스 구동이 바람직하다. 이러한 펄스 구동은 이후에 설명하는 발진회로부를 갖는 제3, 제5의 실시형태에서도 마찬가지로 유효하고, 또한 제4, 제6의 실시형태에서도 발진회로부는 보유하지 않지만, 100Hz 이상의 AC에서 동작시키는 한에 있어서는 역시 마찬가지로 유효하다.

또한, 여기서는 전원계 2V dd를 저항 분할로써 간이하게 구성했지만, 물론 별도의 능동적(스위칭 등) 전원회로를 구성(또는 사용)하여도 더욱 동작이 안정하게 되고, 편리하다. 또한, 여기서는 입력 첨두전압 140V에 대해서 동작개시 입력전압(V DET)을 40V로 설정했지만, 이와 같이 입력에 대해서 V DET를 수 10% 이상으로 설정하는 것으로써는 스위칭 안정기로서의 도통/차단(ON/OFF)의 비율(듀티)을 극단적으로 작게(아래에서 수 %이든가) 할 필요가 없게 되고, 회로적으로 설계상의 여유를 쉽게 확보할 수 있다. 한편, 상기에서 설명한 바와 같이, 스위칭 주파수와는 별도로 V DET를 너무 높게 하면, 이번에는 AC 주파수, 예로서, 100Hz가 어른거리면서 출현하게 되고, 입력 AC 주파수가 예로서 50Hz 이하든가의 경우 이 어른거림을 체감할 수 있게 되며, 문제가 된다. 이 경우, 동작개시 입력전압(V DET)을 3~40V와 같이 작게 함으로써 AC 주파수가 50Hz 이하로 되어도 완전히 어른거림의 염려를 하지 않고, 동작시키는 것이 가능하게 된다. 그러나, 이 경우, 듀티가 극단적으로 작게(최저 수 % 이하로 되고, 거의 스파이크(spike)상(狀)의 펄스의 것이 있을 수 있다) 되는 수가 있다. 상기에서 설명한 회로적인 설계 여유는 이러한 경우의 사용하는 인덕터 요소의 특성(DC저항 성분) 및 스위칭 소자의 특성(속도)을 고성능의 것으로 할 필요가 있다고 하는 것이다.

원래 사용하는 각각의 요소(소자)를 어느 정도 고성능으로 해놓고, 듀티에 대한 이러한 다이내믹한 범위의 염려(이하에서 스파이크상의 펄스에 의한 것)나, AC 주파수의 출현의 염려를 할 것이 없도록 V DET를 3~40V로 하고, 오히려 V DET에 의한 동작을 발진회로부나 스위칭 제어회로부의 안정동작(이들 회로부가 올바르게 동작할 수 있는 전압으로 되어 있기 때문에 출력을 내어 제어하는 것)에 유용하게 사용하는 것으로서도 충분히 유익하며, 본 실시형태의 본질은 변경되는 것은 아니다.

또한, 도 5에 상기 제2실시형태에서의 구체적인 회로구성예를 나타낸다. 이 도 5에서 502는 1칩(모놀리틱) IC에 의한 집적회로부를 나타낸다. 이 집적회로부 (502) 중의 스위칭 소자(316) 부분은 집적회로부(502)의 밖에 구성하는 것도 있다. 기타, 도 5에서 도 3과 동일부호는 동일 또는 상당부분을 나타낸다.

도 6은 본 발명에 의한 전원장치 및 LED 램프장치의 제3실시형태를 나타내는 회로도이다. 이 도 6에서, 609는 입출력 전압검출회로, 620은 커패시터(C2), 621은 직렬저항(Rs)이다. 기타, 도 6에서 도 3과 동일부호는 동일 또는 상당부분을 나타내지만, 여기서는 스위칭 소자(316)는 PNP형 트랜지스터로 구성되고, LED 램프(106) 쪽에서 보아 전파정류용 다이오드 브리지(102)의 양극 출력단측에, 그 에미터-콜렉터 사이를 순방향으로 하여 삽입되어 있다. 한편, 전류검출회로부(307)는 동일한 상기의 다이오드 브리지(102)의 음극 출력단측에 삽입되어 있다.

또한, 인덕터(315)는 상기 트랜지스터로 구성되는 스위칭 소자(316) 및 LED 램프(106) 상호간에 삽입되어 있고, 상기 직렬저항(621)은 이 인덕터(315) 및 LED 램프(106) 상호간에 삽입되어 있다.

입출력 전압검출회로(609)는 출력전압을 검출하는 것이고, 출력전압의 검출치는 입력전압의 검출치와 마찬가지로 스위칭 제어회로부(322)에 인가된다. 즉, 입출력 전압검출회로(609)는 여기서는 출력전압을 검출해서 진폭제한기(limiter)로서의 역할을 담당하고, 전원장치부(LED 램프(106)를 제외한 회로부분)를 통상은 전압귀환형의 스위칭 전원으로서 기능을 하게 하지만, LED 램프(106)가 접속되었을 때에는 전류귀환형의 스위칭 전원으로 바뀌어서 기능하도록 스위칭 제어회로부 (322)를 제어하도록 구성되어 있다.

즉, 입력 전압검출회로(609)는 LED 램프에 대한 출력전압을 일정하게 유지하기 위한 출력전압조정기로서 동작하는 것으로서, 예로서, 도 6에 나타내는 회로에서는 출력전압이 16V이고, LED 램프가 2V인 경우에 부하가 10mA를 초과하면 출력전압을 2V로 한다. 환언하면, 출력전압이 2V 내지 16V의 사이에서는 10mA의 정전류 동작을 한다.

또한, 제3실시형태에서는 스위칭 소자(316)는 N채널형 MOSFET 또는 PNP형 트랜지스터의 어느 것이라도 좋다.

도 7은 본 발명에 의한 전원장치 및 LED 램프장치의 제4실시형태를 나타내는 회로도이다.

이 도 7에서 708은 제로크로스 대책용 저항(R3), 712는 개폐 제어회로부 (ON, OFF Cont), 716은 커패시터(C3), 717은 커패시터(C4)이다. 기타 도 7에서 도 6과 동일부호는 동일 또는 상당부분을 나타내지만, 여기서는 커패시터(716)는 스위칭 소자(316)의 출력전압(노드 B(715)의 전압)의 평활화 기능을 달성하지만, 커패시터(717)는 직렬저항(621)과 함께 충방전회로를 구성한다. LED 램프(106)는 여기서는 2~수 100개 직렬접속된 LED로 구성된다.

또한 도 6에 나타내는 제3실시형태에 있어서의 전류검출회로부(307), 발진ㆍ분주회로부(310), 플라이휠 다이오드(317) 등은 구비하지 않고, 다른 한편, 스위칭 제어회로부(322)에 대신해서 개폐 제어회로부(712)를 구비하고 있다. 이 개폐 제어회로부(712)는 입출력 전압검출회로(609)로부터 신호를 받아서 스위칭 소자 (316)를 이후에 설명하는 바와 같이 개폐 제어하는 것이다.

즉, 이 제4실시형태는 소비전류(전력)의 당연한 저감을 위해서 스위칭 소자(316)의 차단 기간을 연장하고, 이 차단 기간은 커패시터(716, 717)에서 전원공급하여, LED 램프(106)를 점등시키도록 한 것이다.

또한, 이 제4실시형태에서는 스위칭 소자(316)의 개폐 전압은 개폐 제어회로부(712)에서 설정, 예로서 도통전압 30V, 차단전압 16V로 하도록 설정할 수 있고, 스위칭 소자(316)로서 내압이 작은 트랜지스터의 사용을 가능하게 하고 있다.

이어서, 상기 제4실시형태의 동작을 도 8을 병용해서 설명한다.

도 8은 도 7 중의 노드 A(107) 및 노드 B(715)의 전압파형도이고, 도면 중에서, 종축이 전압(v), 횡축이 시간(t), 801이 노드 A(107)의 전압파형, 802가 노드 B(715)의 전압파형을 나타낸다.

개폐 제어회로부(712)에서는 AC 입력전압의 첨두치는 약 140V이고, 입력전압(노드 A(107)의 전압)이 0V로부터 30V로 상승했을 때 스위칭 소자가 도통으로 되고, 30V를 초과하면 스위칭 소자가 차단으로 되도록 작동한다. 그 후에, 노드 B 전압은 하강해 가고, 이 하강시의 노드 B의 어느 값(대략 상기의 30V)으로부터 16V까지 스위칭 소자는 차단인 채로 있고, 16V를 하회하면 스위칭 소자는 다시 도통한다. 개폐 제어회로부(712)에서는 이상의 동작을 반복한다.

즉, 이 제4실시형태에서는 AC 입력전압 100V가 다이오드 브리지(102)에서 전파정류되어, 개폐 제어회로부(712)에 의해서 전파정류파형의 30V 이하의 기간 내에서, 또한 출력전압(노드 B(715)의 전압)이 16V로 하강하기 까지의 기간에서 스위칭소자(316)가 도통되고, 이 이후에 전파정류파형이 30V에 도달하는 사이는 커패시터(716, 717)에서 전원공급하여, LED 램프를 저전력으로써 연속 점등시킨다. 이 것에 의하면, 발광에 어른거림을 발생시키지 않고 전력고효율화를 도모할 수 있다.

또한, 개폐 제어회로부(712)의 작동 및 작동정지 전압은 임의의 개수의 LED의 직렬접속으로 구성되는 LED 램프(106)가 점등하는 데에 필요한 최저전압에 임의로 설정할 수 있다. 그리고, 상기 LED 램프(106)에의 공급전류도 직렬저항(621) 및 커패시터(716, 717)에 의해서 임의로 설정할 수 있고, 대전류 구동이 가능하므로, LED 램프(106)를 구성하는 LED의 직렬접속 개수는 수 100개까지 가능하게 된다.

그리고, 여기서는 알기 쉽게 하기 위하여, 입력을 AC로 하여 설명하였지만, 입력이 DC라도 본 실시형태에서는 마찬가지로 필요로 하는 동작을 하는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 도 9에 상기 제4실시형태에서의 구체적인 회로 구성예를 나타낸다. 이 도 9에 있어서, 도 7과 동일부호는 동일 또는 상당부분을 나타낸다.

도 10은 본 발명에 의한 전원장치 및 LED 램프장치의 제5실시형태를 나타내는 회로도이다.

이 도 10에서, 1011은 발진회로부(Osc), 1013은 클록신호 제어회로부(CLK Cont), 1018은 스위치드 커패시터 강압회로부(SCConv), 1021, 1023은 작용선, 1025는 블리더(bleeder) 저항(Rb)이다. 기타, 도 9에서 도 1, 도 6과 동일부호는 동일 또는 상당부분을 나타내지만, 여기서는 LED 램프(106)에의 전원공급의 개폐제어,전압강압기능 및 정전류 제어를 스위치드 커패시터 강압회로부(1018)에서 실행하는 것이다.

이 스위치드 커패시터 강압회로부(1018)는 클록신호 제어회로부(1013), 전류검출회로부(307)로부터의 신호를 받아서 정전류소자(105)로부터의 전파정류용 다이오드 브리지(102)의 양극 출력(HV)을 제어하고, 직류 출력 DC OUT을 LED 램프 (106)에 인가하여 점등하는 것이다.

스위치드 커패시터 강압회로부(1018)는 HV 입력단자(1018a), HV 출력단자 (1018b), LV 출력단자(1018c), 클록 입력단자(1018d), 반전클록 입력단자(1018e), 접지단자(1018f)를 구비하고 있다.

이 중에서, HV 입력단자(1018a)는 정전류소자(105)를 통해서 양극 출력단에, HV 출력단자(1018b)는 LED 램프(106)의 양극에 LV 출력단자(1018c)는 전류검출회로부(307)를 통해서 LED 램프(106)의 음극에 각각 접속된다. 또한, 클록 입력단자 (1018d), 반전클록 입력단자(1018e)는 클록신호 제어회로부(1013)의 클록 출력단자, 반전클록 출력단자에 각각 접속되고, 접지단자(1018f)는 GND 라인(308)에 접속(접지)된다.

여기서, 발진회로부(1011)는 저항(304, 305)의 분압출력이 입력되어, 소정의 발진신호를 작용선(1023)에 출력하는 것이다. 클록신호 제어회로부(1013)는 작용선(1021, 1023)으로부터 전류검출신호 및 발진신호를 받아서 전류검출신호치에 따라서 듀티가 제어된 클록신호를 스위치드 커패시터 강압회로부(1018)에 인가하는 것이다. 블리더 저항(1025)은 LED 램프(106)에 병렬접속되어 있다. LED 램프(106)는 2~8개 직렬접속된 LED로 구성된다.

이하, 상기 스위치드 커패시터 강압회로부(1018)의 상세에 대해서 설명한다.

도 11은 스위치드 커패시터 강압회로부(1018)의 동작원리의 설명도이고, 이 도 11에서, SW1~SW2n은 스위치, CPT1~CPTn은 커패시터(컨덴서)이다. 기타, 도 11에서 1018a~1018f는 각각 도 10과 동일하다.

여기서, 클록 입력단자(1018d)에는 스위치(SW1~SW2n)를 각각 "1"측(상태 1)으로 절환하는 클록신호가 반전클록 입력단자(1018e)에는 스위치(SW1~SW2n)를 각각 "2"측(상태 2)으로 절환하는 반전클록신호가 각각 입력된다.

상기 커패시터(CPT1~CPTn)는 상태 1에서는 직렬접속되어서 HV 입력단자 (1018a) 및 접지단자(1018) 상호간에 접속되고, 상태 2에서는 병렬접속되어서 HV 출력단자(1018b) 및 LV 출력단자(1018c) 상호간에 삽입되도록 스위치(SW1~SW2n)에 접속되어 있다. 또한, 스위치(SW1~SW2n)는 커패시터(CPT1~CPTn)가 상기와 같이 접속되도록 각각의 단자(1018a~1018c, 1018f)에 접속되어 있다.

이러한 스위치드 커패시터 강압회로부(1018)의 동작을 도 10을 병용해서 설명하면, 상태 1에서는 직렬접속된 커패시터(CPT1~CPTn)가 HV 입력단자(1018a)를 통해서 전원계 1V ddH 라인(306)에 접속되고, 접지단자(1018)를 향해서 통전되어서 각각 충전된다.

또한, 상태 2에서는 병렬접속된 커패시터(CPT1~CPTn)가 HV 출력단자(1018b)를 통해서 LED 램프(106)의 양극에 접속되고, LV 출력단자(1018c)를 향해서 방전전류가 흘러서, LED 램프(106)를 점등한다.

상태 1, 2는 클록 입력단자(1018d) 및 반전클록 입력단자(1018e)에 입력되는 클록신호, 반전클록신호에 따라서 절환 제어되는 스위치(SW1~SW2n)에 의해서 소정의 주파수(주기)로써 번갈아서 반복된다. 따라서, 커패시터(CPT1~CPTn)의 상기 충방전 동작이 소정의 주파수로써 반복되어서 LED 램프(106)가 점등(점멸 점등)한다.

상기 LED 램프(106)의 도통, 차단(점멸) 주파수는 클록신호 제어회로부 (1013)에서 예로서 40kHz에 설정되어서, 발광에 어른거림을 느끼게 하지 않는 범위에서의 전력 고효율화(저손실화)를 도모할 수 있다.

상기 클록신호 제어회로부(1013)는 전류검출회로부(307)로부터의 신호를 수신해서 적정한 주파수의 클록신호, 반전클록신호를 설정한다. 또한, 스위치드 커패시터 강압회로부(1018)(HV 출력단자(1018b)의 출력전압은 커패시터(CPT1~CPTn)의 용량 등으로써 적절하게 설정된다.

따라서, 이러한 스위치드 커패시터 강압회로부(1018)를 이용한 구성에 의하면, 트랜스나 인덕터(315)를 사용하지 않고, 또한 고내압 스위칭 소자도 사용하지 않고, 상용전원전압을 LED 램프(106)에 적합한 저전압으로 강압하여 LED 램프(106)에 인가할 수 있게 된다. 또한, 정전류소자(105)는 없어도 좋고, 또는 이 것을 저항으로 대신해도 좋다.

즉, 전류 피드백 제어가 아니고, 전압 피드백 제어(클록주파수 변화)로 함으로써(정전압 출력) 전압조정기로 되고, 본 실시예에 의하면, 소위, AC 어댑터 (adaptor) 전원의 소형화, 저코스트화도 가능하게 하는 것이다. 더욱이, 트랜스가 없으면서, 절연(isolate) 전원을 구성할 수 있어서, 매우 획기적이다.

또한 도 12에 도 11에서 설명한 스위치드 커패시터 강압회로부(1018)의 구체적인 회로 구성예를 나타낸다. 이 도 12에서, NMOS1~NMOS3n-1은 각각 N 채널형 MOSFET를 나타낸다. 기타, 도 12에서 도 11에 동일한 부호는 동일부호 또는 상당부분을 나타낸다.

이러한 스위치드 커패시터 강압회로는 모놀리틱 반도체집적회로로써 실현하는 데에 적합하다. 요컨대, 더욱 많은 수의 직렬 커패시터를 준비함으로써 1개의 커패시터 당 내압을 낮출 수 있고, 낮출 수 있으면, 유전체막(절연막)의 두께를 더욱 얇게 할 수 있어서, 즉 1개 당 면적도 축소가능하게 되기 때문이다.

도 13은 본 발명에 의한 전원장치 및 LED 램프장치의 제6실시형태를 나타내는 회로도이다.

이 도 13에 있어서, 105는 정전류소자, 106은 2~8개의 LED가 직렬접속되어 구성되는 LED 램프, 108은 AC 입력단자 H, 109는 AC 입력단자 C, 1025는 블리더 저항이다. 또한, 1300은 1칩(모놀리틱) IC에 의한 집적회로부, 1301, 1302는 스위치드 커패시터 강압회로부(SCConv), 1307, 1308은 역류저지(逆流沮止) 다이오드(Di1, Di2)이다. 그리고, AC 입력전압은 상용 100V이다.

상기 스위치드 커패시터 강압회로부(1301, 1302)는, AC 입력단자 H(108), C(109)로부터 AC 입력을 취득하여 직류출력 DCout을 LED 램프(106)에 인가하여, 이 것을 점등하는 것이다.

스위치드 커패시터 강압회로부(1301, 1302)는, ACH 입력단자(1301a, 1302a), ACL 입력단자(1301b, 1302b), HV 출력단자(1301c, 1302c), LV 출력단자(1301d,1302d)를 구비하게 된다.

이 스위치드 커패시터 강압회로부(1301, 1302)의 ACH 입력단자(1301a, 1302a) 및 ACL 입력단자(1301b, 1302b)는 AC 입력에 대해서 소위 X자형으로 접속되어 있다. 즉, 스위치드 커패시터 강압회로부(1301)의 ACH 입력단자(1301a), 및 스위치드 커패시터 강압회로부(1302)의 ACL 입력단자(1302b)는 각각 AC 입력단자 H(108)에 동 회로부(1301)의 ACL 입력단자(1301b) 및 동 회로부(1302)의 ACH 입력단자(1302a)는 각각 AC 입력단자 C에 접속되어 있다.

한편, 스위치드 커패시터 강압회로부(1301)의 HV 출력단자(1301c)는 역류저지 다이오드(1307)를 통해서, 스위치드 커패시터 강압회로부(1302)의 HV 출력단자 (1302c)는 역류저지 다이오드(1308)를 통해서, 각각 LED 램프(106)의 양극에 접속되어 있다.

또한, 스위치드 커패시터 강압회로부(1301)의 LV 출력단자(1301d) 및 스위치드 커패시터 강압회로부(1302)의 LV 출력단자(1302d)는 공통 접속되고, 상기 정전류 저지를 거쳐서 LED 램프(106)의 음극에 접속되어 있다.

상기 블리더 저항(1025)은 일단측에 상기 정전류 저지를 거쳐서 LED 램프 (106)에 병렬 접속되어 있다. LED 램프(106)는 2~8개 직렬 접속된 LED로 구성된다.

이하, 상기 스위치드 커패시터 강압회로부(1301, 1302)의 상세에 대해서 설명한다.

도 14는 스위치드 커패시터 강압회로부(1301, 1302)의 구체적인 회로 구성예를 나타내는 도면이고, 이 도 14에서, PMOS1~PMOS2n은 각각 P 채널형 MOSFET를 나타낸다. CPT1~CPTn은 커패시터, DiR1~DiRn+1은 정류 다이오드이다. 기타, 도 14에 있어서 1301, 1302, 1301a~1301d 및 1302a~1302d는 도 13과 동일하다.

여기서, P 채널형 MOSFET(PMOS1~PMOS2n)는 각각 게이트(gate)가 정전압(正電壓)에서 차단되고, 부전압(負電壓)에서 도통된다. 커패시터(CPT1~CPTn)는 AC 입력의 정측(正側)에서는 직렬 접속되어서 ACH 입력단자(1301a, 1302a) 및 ACL 입력단자(1301b, 1302b)의 상호간에 삽입되고, AC 입력의 부측(負側)에서는 병렬 접속되어서 HV 출력단자(1301c, 1302c) 및 LV 출력단자(1301d, 1302d)의 상호간에 삽입되도록 P 채널형 MOSFET(PMOS1~PMOS2n)에 접속되어 있다. 또한, P 채널형 MOSFET (PMOS1~PMOS2n)는 커패시터(CPT1~CPTn)가 상기와 같이 접속되도록, 각 단자(1301a ~1301d, 1302a~1302d)에 접속되어 있다.

이러한 스위치드 커패시터 강압회로부(1301, 1302)의 동작을 도 13을 병용해서 설명하면, 스위치드 커패시터 강압회로부(1301)에 대해서,

AC 입력의 정측(正側)에서는 직렬 접속된 커패시터(CPT1~CPTn)가 ACH 입력단자(1301a)를 거쳐서 AC 입력단자 H(108)에 접속되고, ACL 입력단자(1301b)를 향해서 통전되어서 각각 충전된다.

또한, AC 입력의 부측(負側)에서는 병렬 접속된 커패시터(CPT1~CPTn)가 HV 출력단자(1301c) 및 역류소자 다이오드(1307)를 거쳐서 LED 램프(106)의 양극에 접속되어서, LV 출력단자(1301d)를 향해서 방전전류가 흘러서, LED 램프(106)를 50Hz (상용교류전원이 50Hz인 경우)로써 점등(점멸 점등)한다.

스위치드 커패시터 강압회로부(1302)에 대해서도, AC 입력의 정측, 부측에있어서 상기 스위치드 커패시터 강압회로부(1301)와는 역으로 동작하는 것을 제외하고 동 회로부(1301)와 동일하게 동작하고, LED 램프(106)를 동 회로부(1301)에 의한 경우와는 90°위상을 상이하게 하여 50Hz(상용교류전원이 50Hz인 경우)로써 점등(점멸 점등)한다.

이에 따라서, LED 램프(106)는 100Hz로써 점등(점멸 점등)하여, 발광에 어른거림을 느끼게 하지 않는 범위에서의 전력 고효율화(저손실화)를 도모할 수 있다.

이 스위치드 커패시터 강압회로부(1301, 1302)는 P 채널형 MOSFET (PMOS1~PMOS2n) 자체로써 스위칭(각각의 게이트가 정전압에서 차단, 부전압에서 도통)하므로, 제어용 펄스(클록 등)는 불필요하다. 스위치드 커패시터 강압회로부 (1301, 1302)(HV 출력단자 1301c, 1302c)의 출력전압은 커패시터(CPT1~CPTn)의 용량 등으로써 적절하게 설정된다.

이러한 스위치드 커패시터 강압회로부(1301, 1302)를 이용한 구성에 의하면, 트랜스나 인덕터(315)를 사용하지 않고, 또한 고내압 스위칭 소자도 사용하지 않고, 상용전원전압을 LED 램프(106)에 적합한 저전압으로 강압하여 LED 램프(106)에 인가할 수 있게 된다. 또한, 이 실시형태에서는 전파정류용 다이오드 브리지도 불필요하다.

즉, 전류 피드백 제어가 아니고, 전압 피드백 제어로 함으로써, (정전압 출력)으로써 전압조정기로 되고, 제5실시형태에 동일하게 본 실시형태에 의하면 소위, AC 어댑터 전원의 소형화 및 저코스트화도 가능하게 하는 것이다. 더욱이, 트랜스가 없으면서, 절연 전원을 구성할 수 있어서, 매우 획기적이다.

또한, 이 제6실시형태(도 13)에 있어서, 정전류소자(105)는 LED 램프(106)의 양극측에 있어도 좋다. 그리고 역류저지 다이오드(1307, 1308)는 생략해도 좋다. 또한, 블리더 저항(1025) 및 정전류소자(105)는 집적회로부(1300)의 밖에 구성(외부에 부착)해도 좋다.

도 15는 본 발명에 의한 LED 램프장치의 구조예를 나타내는 도면이고, (a)는 정면도, (b)는 배면도, (c)는 우측면도, (d)는 (c) 중의 D-D 라인의 화살표 방향으로 본 단면도이다. 여기서는 최소인 구조예를 나타낸다.

각각의 도면에서 1501은 E-10 타입의 구금(口金), 1502는 구금(1501)에 연속해 있는 합성수지 또는 유리제의 통 형상의 케이스부, 1503은 케이스부(1502) 선단면을 피복하도록 취부된 LED 램프 모듈이고, 전체적으로 E-10 타입의 구금을 갖는 형광 램프용 글로우 스타터(glow starter)의 외형상을 모방하여 형성되어 있다.

LED 램프 모듈(1503)은 여기서는 정면에서 보아서 모듈(1503) 중심으로부터 반경방향의 적절한 위치의 동심원상에 대략 등간격으로 8개의 LED 칩(1503a)이 배치된다. 각각의 LED 칩(1503a)은 직렬 접속되고, 그 전원장치부(상기의 각 실시형태에서의 LED 램프(106)를 제외한 회로부분)(1504)의 출력단에 접속된다.

전원장치부(1504)는 여기서는 전파정류용 다이오드 브리지부(1504a), IC 칩부(1504b), 인덕터부(1504c) 및 이 것들 각 부(1504a~1504c)를 탑재한 회로기판 (1504d)을 구비하게 된다(제2~4실시형태의 경우). 제1, 5, 6실시형태의 경우는 인덕터부(1504c)를 구비하고 있지 않다.

또한, 1504e, 1504f는 AC 입력리드선, 1504g, 1504h는 LED 램프 모듈 전원리드선이다.

이러한 구조의 본 발명장치에 있어서, 구금(1501)을 상용교류전원 입력소켓(도시하지 않음)에 비틀어 넣어 삽입하면, 해당 상용교류전원이 AC 입력리드선 (1504e, 1504f)을 통해서 전원장치부(1504)에 공급되고, LED 램프 모듈(1503) 중의 8개의 LED 칩(1503a)을 동시 점등시켜서, 발광표시 또는 조명을 한다.

도 16은 본 발명에 의한 LED 램프 장치의 기타의 구조예를 나타내는 단면도이고, 여기서는 상기 각 실시형태에 있어서의 LED 램프(106)를 제외한 전원장치부 (1504)를 플렉시블 인쇄회로기판(1601) 상에 구성한 예를 나타낸다.

도 17은 도 16에서의 플렉시블 인쇄회로기판(1601) 부분의 I-I 라인, II-II 라인 및 III-III 라인의 각 화살표에서 본 단면도이다.

이 도 16, 도 17에서, 1604a, 1604b는 AC 입력단자, 1604c, 1604d는 LED 램프 모듈 전원단자이다. 기타, 도 16에서 도 15에 동일한 부호는 동일한 또는 상당 부분을 나타낸다.

도시한 바와 같이, 여기서는 회로기판으로서 플렉시블 인쇄회로기판(1601)을 사용하고, 이 것을 S자 형상 또는 Z자 형상(도시예에서는 S자 형상)으로 굴곡형성해서, 스페이스 절약, 점퍼(jumper)선의 생략을 도모한다.

또한, AC 입력단자(1604a, 1604b) 및 LED 램프 모듈 전원단자(1604c, 1604d) (기판(1601) 상의 납땜용 랜드(land) 또는 패드)는 도 17에 나타내는 바와 같이 배치되어 있다. 이 배치는 도 18 또는 도 19와 같이 해도 좋다.

즉, LED 램프 모듈 전원단자(1604c, 1604d)는 LED 램프 모듈(1503) 근방측에위치시키고, 또한 도시한 바와 같이 기판(1601)의 이표면(裏表面)측에 나누어서 배치한다. 그리고, AC 입력단자(1604a, 1604b)는 도 17~도 19에 나타내는 바와 같이, 케이스부(1502)의 전후 방향(도면에서 상하 방향)으로 떨어져 있는 위치에 더욱이 기판(1601)의 이표면측에 나누어서 배치한다.

이에 따라서, 각각의 단자(1604a, 1604b, 1604c, 1604d)의 상호간, 특히 고전압이 인가되는 AC 입력단자(1604a, 1604b) 상호간의 연면(沿面) 거리를 길게 할 수 있어서, 절연성의 확보나 특성ㆍ신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, 제1~3실시형태 및 제5실시형태는 AC 입력에 대신해서 DC 입력으로도 LED 램프(106)의 점등이 가능하다.

도 20 및 도 21을 참조해서 제7실시형태를 설명한다. 그리고, 도 20의 회로도 및 이하에 설명하는 제8실시형태에 관한 도 22의 회로도에 있어서, 제1실시형태와 동일부분에는 동일부호를 붙임으로써 그 부분의 상세한 설명을 생략한다.

도 20에 나타내는 바와 같이, 제7실시형태에서는, AC 입력단자(108과 109)의 사이에 배치된 전파정류용 다이오드 브리지(102)에는 정전류소자(105)와 LED 램프(106)가 직렬로 접속되고, LED 램프(106)에 제너다이오드(2001)를 병렬로 접속한 것이다.

이 제7실시형태에서는 LED(106)에 걸리는 전압이 소정의 전압 VF에 도달하지 않는 경우에는 제너다이오드(2001)에 전류가 흐르므로, LED(106)의 암점등(暗点燈)을 방지함과 동시에 LED(106)에 과대전류가 흐르도록 하면 제너다이오드 (2001)에 전류가 흐르므로 과대전류로부터 LED(106)를 보호할 수 있다.

즉, 도 21에 LED 램프(106)와 제너다이오드(2001)에서의 전류(I)와 전압(V)과의 관계를 나타내는 바와 같이, 영역 S에서는 전압이 LED 램프(106)의 순방향 강하전압 VF 보다도 작으므로, LED 램프(106)는 통상의 점등을 당연히 하지 않지만, AC 입력단자(108과 109)에서 스위치를 차단해도 고임피던스에 의해서 수 ㎂(예로서, 100 내지 500㎂)의 전류가 회로에 흐르는 수가 있지만, 인가되는 정전류 영역 S에서는 제너다이오드(2001)에 전류가 누설되고, LED 램프(106)에는 흐르지 않으므로 암점등이 방지된다. 한편, 전류(I)가 10mA 정도, 이 경우에 전압이 LED(106)의 VF를 초과하는 일정한 전압범위 W(예로서, 2V부터 3V)에서는 LED(106)는 점등을 실행하고, 이 것에 다시 전류(I)가 범위 W를 초과하는 과대전류로 되면 그 과대전류는 제너다이오드(2001)로 흐른다. 따라서, 암점등을 방지함과 동시에 과대전류로부터 LED(106)를 보호할 수 있다.

이 제7실시형태에서는 제너다이오드(2001)의 제너 전압은 제너다이오드에 병렬로 접속되어 있는 LED 램프의 VF(순방향 강하전압)에 대해서 10%이상 30%이하의 범위내에서 높은 것이 바람직하다. 10%보다도 작으면 암점등을 유효하게 방지할 수 없고 또한 30%를 초과하면 과대전류로부터의 LED 램프(106)의 보호가 충분하게 되지 않기 때문이다.

도 22에 제8실시형태를 나타낸다. 이 제8실시형태에서는 복수의 LED 램프 (106)(각각의 LED 램프(106)가 복수의 LED 칩의 단위라도 좋다)를 직렬로 접속하고 또한 각각의 LED 램프(106)에 병렬로 제너다이오드(2001)를 접속한 것이다. 이 제8실시형태에서는 복수의 LED 램프(106)의 어느 하나의 LED 램프가 끊어져서 소등(오픈)된 경우라도, 정전류소자(105)가 있어서, 전류는 끊어진 램프(106)에 병렬로 접속되어 있는 제너다이오드(2001)를 절연파괴하여 흐르므로, 나머지의 LED 램프(106)의 점등을 유지할 수 있다.

환언하면, 직렬로 LED 램프(106)를 접속하면서, 병렬로 접속한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, LED 램프(106)를 직렬로 접속한 경우에는 말할 필요도 없이, 총소요전력은 병렬로 접속하는 경우보다도 적게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 표시등 소화전등 비상등 또는 티켓 발매기, 자동판매기, 엘리베이터 등의 조작 버튼 램프 등의 표시나 조명을 실행하는 장치 또는 전원장치로서 이용된다.

Claims

전원장치에 있어서, 교류전원전압의 정류파형을 취득하는 정류파형 취득수단과, 이 정류파형 취득수단에 의한 정류파형 중의 교류전원전압 파형의 반주기에 상당하는 각각의 파형의 필요로 하는 전압치 이상의 기간중에서 일부의 기간에서만 전력을 받아들여서 부하의 작동용 전원으로서 출력하기 위한 전원출력수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
전원장치에 있어서, 전원전압의 정류파형을 취득하는 정류용 다이오드 브리지와, 발진회로부와, 클록신호 제어회로부와, 스위치드 커패시터 강압회로부를 구비하고, 상기 스위치드 커패시터 강압회로부는 직렬로 접속되고 또한 2개의 위치로 절환가능한 복수의 절환 스위치와, 절환 스위치 사이에 배치된 커패시터를 구비하고, 각각의 절환 스위치는 클록신호 제어회로부에 의해서 2개의 위치로 절환되어서, 한쪽의 위치에서 커패시터에 충전을 실행하고, 다른 쪽의 위치에서 커패시터로부터 방전이 실행되어서, 부하에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
입력단자로부터 교류전원이 입력되고, 출력단자에 접속되는 부하에 전력을 공급하는 전원장치로서, 발진회로부와, 클록신호 제어회로부와, 2개의 스위치드 커패시터 강압회로부를 구비하고, 상기 2개의 스위치드 커패시터 강압회로부는 한쪽의 스위치드 커패시터 강압회로부의 고전압측 입력단자 및 다른 쪽의 스위치드 커패시터 강압회로부의 저전압측 입력단자를 전원장치부의 한 쪽의 입력단자에 다른 쪽의 스위치드 커패시터의 저전압측 입력단자와 다른 쪽의 스위치드 커패시터 강압회로부의 고전압측 입력단자를 전원장치부의 다른 쪽의 입력단자에 접속하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
LED 램프장치에 있어서, 교류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 교류전원전압의 정류파형을 취득해서, 이 정류파형 중의 상기 교류전원 전압파형의 반주기에 상당하는 각각의 파형의 필요로 하는 전압치 이상의 기간중의 일부의 기간에서만 전력을 받아들이고, 상기 LED 램프의 점등용 전원으로 하는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
제4항에 있어서, 상기 전원장치부는 정류용 다이오드 브리지와, 저전압소자로서의 제너다이오드를 직렬로 배치하여 구성하고, 입력전압을 다이오드 브리지로써 정류한 후, 제너다이오드가, 소정 전압치 이상의 기간에서만 전력을 받아들여서 LED 램프를 점등시키는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
LED 램프장치에 있어서, 교류 또는 직류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 1개 또는 복수의 LED 램프에는 제너다이오드가 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
제6항에 있어서, LED 램프가 복수 개이고, 전원장치부의 출력단과 LED 램프와의 사이에 정전류소자를 직렬로 접속하는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
제7항에 있어서, 상기 제너다이오드의 제너 전압은 제너다이오드에 병렬접속되어 있는 LED 램프의 순방향 강하전압에 대해서 10% 이상 30% 이하의 범위 내에서 높은 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
LED 램프장치에 있어서, 교류 또는 직류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 전류검출회로부와, 입력전압검출부와, 발진회로부와, 스위칭회로부와, 스위칭소자를 구비하고, 스위칭회로부는 전류검출회로부 및 입력전압검출부로부터의 신호를 받아서 스위칭소자를 개폐 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
제9항에 있어서, 상기 전원장치부는 전원전압의 정류파형을 취득해서, 이 정류파형 중의 상기 교류전원 전압파형의 반주기에 상당하는 각각의 파형의 필요로 하는 전압치 이상의 기간중의 일부의 기간에서만 전력을 받아들여서, 상기 LED 램프의 점등용 전원으로 하는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
LED 램프장치에 있어서, 교류 또는 직류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 입출력 전압검출부와, 발진회로부와, 스위칭 제어회로부와, 스위칭소자와, 전류검출회로부를 구비하고, 스위칭 제어회로부는 입출력 전압검출부 및 전류검출회로부로부터의 신호를 받아서 스위칭소자를 개폐 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
LED 램프장치에 있어서, 교류 또는 직류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 정류용 다이오드 브리지와, 전류검출회로부와, 입력전압검출부와, 발진회로부와, 스위칭회로부와, 스위칭소자를 구비하고, 상기 스위칭회로부는 전류검출회로부 및 입력전압검출부로부터의 신호를 받아서 스위칭소자를 개폐 제어하는 것으로서,

상기 스위칭소자와 LED 램프와의 사이에 커패시터를 구비하여, 스위칭소자가 도통시에 커패시터에 충전하고, 스위칭소자가 차단시에 커패시터로부터 LED에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
LED 램프장치에 있어서, 교류 또는 직류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 전원전압의 정류파형을 취득하는 정류용 다이오드 브리지와, 발진회로부와, 클록신호 제어회로부와, 스위치드 커패시터 강압회로부를 구비하고, 상기 스위치드 커패시터 강압회로부는 직렬로 접속되고 또한 2개의 위치로 절환가능한 복수의 절환 스위치와, 절환 스위치 사이에 배치된 커패시터를 구비하고, 각각의 절환 스위치는 클록신호 제어회로부에 의해서 2개의 위치로 절환되어서, 한쪽의 위치에서 커패시터에 충전을 실행하고, 다른 쪽의 위치에서 커패시터로부터 LED 램프에의 방전이 실행되어서, LED 램프를 점등시키는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
LED 램프장치에 있어서, 교류전원이 입력되는 전원장치부와, 이 전원장치부의 출력단에 접속되는 1개 또는 직렬접속된 복수 개의 LED로 구성되는 LED 램프를 구비하고, 상기 전원장치부는 발진회로부와, 클록신호 제어회로부와, 전류검출회로부와, 2개의 스위치드 커패시터 강압회로부를 구비하고, 상기 2개의 스위치드 커패시터 강압회로부는 한쪽의 스위치드 커패시터의 고전압측 입력단자와 다른 쪽의 스위치드 커패시터 강압회로부의 저전압측 입력단자를 전원장치부의 한 쪽의 입력단자에 다른 쪽의 스위치드 커패시터의 저전압측 입력단자와 다른 쪽의 스위치드 커패시터 강압회로부의 고전압측 입력단자를 전원장치부의 다른 쪽의 입력단자에 접속하는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원장치부는 플렉시블 인쇄회로기판상에 구성되어 있고, 이 플렉시블 회로기판은 대략 S자 형상으로 굴곡시켜서 배치한 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
제15항에 있어서, 상기 전원장치부는 대략 S자의 대향하는 부위에 단자를 설치하고, 또한 AC 입력단자의 한 쪽을 플렉시블 회로기판의 표면에 다른 쪽을 이면에 설치하는 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
제4항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원장치부는 설정되는 평균전류치보다도 높은 전류치의 첨두치를 갖는 펄스 전류를 발생하고, 이 펄스 전류의 주파수는 100Hz이상인 것을 특징으로 하는 LED 램프장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원장치부는 플렉시블 인쇄회로기판상에 구성되어 있고, 이 플렉시블 회로기판은 대략 S자 형상으로 굴곡시켜서 배치한 것을 특징으로 하는 전원장치.
제18항에 있어서, 상기 전원장치부는 대략 S자의 대향하는 부위에 단자를 설치하고, 또한 AC 입력단자의 한 쪽을 플렉시블 회로기판의 표면에 다른 쪽을 이면에 설치하는 것을 특징으로 하는 전원장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원장치부는 설정되는 평균전류치보다도 높은 전류치의 첨두치를 갖는 펄스 전류를 발생하고, 이 펄스 전류의 주파수는 100Hz이상인 것을 특징으로 하는 전원장치.