JP2015050191A - 交流電圧を用いた発光ダイオードランプ - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードランプの作動に必要な高価なスイッチングモード電源を用いることなく、通常の交流電圧に直接連結して用いる発光ダイオードランプを提供する。【解決手段】一実施形態に係る発光ダイオードランプは、互いに電気的に連結される一対の第１ピンと、互いに電気的に連結される一対の第２ピンと、一つ以上の発光ダイオード素子を含む発光ダイオード素子モジュールと、前記第１ピンおよび前記第２ピンを通じて外部の交流電圧の印加を受けることができるように前記第１および第２ピンに電気的に連結され、前記印加された交流電圧を直流電圧に変換して前記発光ダイオード素子モジュールに供給するように、前記発光ダイオード素子モジュールの両端に連結されるブリッジダイオードと、前記一対の第１ピンおよび第２ピンのうちのいずれか一つと、前記ブリッジダイオードとの間のうちの、いずれか一つ以上に備えられる一つ以上のインダクタと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードランプに関し、より詳しくは、発光ダイオードランプの作動に必要な高価なスイッチングモード電源（ＳＭＰＳ；Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）を用いることなく、通常の交流電圧に直接連結して用いる発光ダイオードランプに関する。

従来の蛍光灯は、通常９０乃至１，５００Ｖ（ピーク電圧）の交流電圧が印加されて発光するのが一般的である。これに対して発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプは、このような既存の蛍光灯と高圧放電管ランプを代替可能な製品であり、高電圧の交流電圧をＳＭＰＳに入力して９０Ｖ未満の直流電圧に変えた後、ＬＥＤランプに印加することによって、直流電圧により発光ダイオードが光を発散するようにする。このように、通常のＬＥＤランプはＳＭＰＳという電源装置を付加して発光する。

このように、発光ダイオードランプは直流電圧を用いる半導体であるため、蛍光灯に印加されるような交流電圧が発光ダイオードランプに印加される場合、発光ダイオードの寿命と動作に異常が発生する恐れがあり、従来の蛍光灯を点灯させる安定器にＬＥＤランプを挿す場合、破壊、爆発、火災などの危険がある。このような理由で、蛍光灯をＬＥＤランプに代替するためには、通常、既存の蛍光灯用安定器を除去し、ＬＥＤランプ専用のＳＭＰＳに交換する。したがって、交換のための費用が発生すると共に、高価なＳＭＰＳを用いるため、価格上昇の問題がある。

このような問題を解決するために、最近、高価なＳＭＰＳの使用を排除し、直接９０乃至２５０Ｖ程度の交流電圧を用いてＬＥＤランプを発光させる必要性が台頭している。

従来の発光ダイオードランプでは、低い交流電圧（通常ＡＣ１２〜２４Ｖ）または直流電圧（ＤＣ９０Ｖ以下）を、発光ダイオードを駆動するための定電流に変換する技術を採択する。例えば、ブリッジダイオード（ｂｒｉｄｇｅ ｄｉｏｄｅ）を用いてＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、発光ダイオード素子の前端にＣＲＤ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）または抵抗を付加して、発光ダイオード素子を点灯させる方式が知られている。このような方式は、ＡＣ１２〜２４Ｖに使用する比較的低い電圧帯の発光ダイオードランプ、例えば１２Ｖ電圧バッテリーを用いた自動車の照明に使用する場合には有用に使用され得る。

しかし、一般に使用される家庭用、事務室用発光ダイオードランプは、最小電圧がＡＣ９０Ｖ以上の部分では破損、爆発する恐れがあり、フリッカー（ｆｌｉｃｋｅｒ）などの問題が発生する恐れがある。

このような問題を解決し、ＡＣ９０Ｖ以上で発光ダイオードランプを発光させることができる回路が開発されている。例えば、高電圧であるＡＣ９０Ｖ以上の電圧が印加されると、ブリッジダイオードで交流電圧を直流電圧に変換し、トランジスター（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた定電流回路を経て一定電流が生成されて、発光ダイオード素子に印加される。

しかし、このような回路を用いた発光ダイオードランプは、高価なＳＭＰＳの使用を排除した技術としては有用であるが、いくつかの問題点があるため実際適用は難しい。

第一の問題は、ＡＣ９０〜１２０Ｖの電圧が変更される時、出力電流（トランジスター定電流回路の出力）の変動が激しくて、発光ダイオード素子に印加される電流が電圧変動に応じて急激に変化することがあるため、発光ダイオード素子の信頼性を保障し難く、電圧が印加される環境ごとに消費電力が変わり得る。また、日本国内で使用される通常の５０Ｈｚ周波数領域では、ＬＥＤランプが微細に点滅するフリッカー現象が激しくて、発光ダイオードランプの使用者が目眩、目の疲労を感じることがある。このような理由で、実際適用が非常に難しい。

他の問題点は、力率改善回路が含まれないため、非常に悪い力率特性、光効率特性を有するようになり、定電流駆動方式が不安定で、特定の使用環境、つまり、ＡＣ２２０Ｖでは消費電力が２０Ｗ級に製作されても、ＡＣ２２５Ｖが印加される環境では消費電力が２７Ｗ以上になって、発光ダイオードランプが破損する恐れがある。

本発明は、前記問題点を解決するために導き出されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、高価な発光ダイオード専用ＳＭＰＳの使用を排除し、ＡＣ９０Ｖ以上でも安定的に且つ簡単に使用することができ、周波数５０Ｈｚ条件でもフリッカー現状の発生を最小化することができ、ひいては、高圧の交流電源（ＡＣ９０Ｖ以上）を用いた発光ダイオードランプにおいて、寿命短縮、動作異常、消費電力増加、安全事故などの問題を防止することができる回路を備えた発光ダイオードランプを提供することにある。

具体的に、本発明が解決しようとする課題は、ＡＣ９０Ｖ以上の既存の蛍光灯用安定器に使用することもでき、既存の蛍光灯用安定器を除外し１００乃至２５０Ｖの交流電圧に直接使用することもできる発光ダイオードランプを提供することにある。これによって、既存の照明を発光ダイオードランプに交換する作業が、別途の工事なしに発光ダイオードランプの交換のみで行われ、同時に、既存の蛍光灯用安定器が寿命を終える場合には、安定器のみを除去すれば発光ダイオードランプはそのまま交流電源に使用することができる。

本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプは、互いに電気的に連結される一対の第１ピンと、互いに電気的に連結される一対の第２ピンと、一つ以上の発光ダイオード素子を含む発光ダイオード素子モジュールと、前記第１ピンおよび前記第２ピンを通じて外部の交流電圧の印加を受けることができるように、前記第１および第２ピンに電気的に連結され、前記印加された交流電圧を直流電圧に変換して前記発光ダイオード素子モジュールに供給するように、前記発光ダイオード素子モジュールの両端に連結されるブリッジダイオードと、前記一対の第１ピンおよび第２ピンのうちのいずれか一つと、前記ブリッジダイオードとの間のうちの、いずれか一つ以上に備えられる一つ以上のインダクタと、を含む。

前記インダクタは、前記一対の第１ピンと前記ブリッジダイオードにそれぞれ電気的に連結される第１インダクタ、および前記一対の第２ピンと前記ブリッジダイオードにそれぞれ電気的に連結される第２インダクタのうちの一つ以上を含むことができる。

本発明の他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記発光ダイオード素子モジュールに並列に連結されるコンデンサをさらに含むことができる。

本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記発光ダイオード素子モジュールに並列に連結される過度電圧遮断素子をさらに含むことができる。

本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記発光ダイオード素子モジュールに連結されるヒューズをさらに含むことができる。

本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記一対の第１ピンと前記一対の第２ピンに連結される安定器をさらに含むことができる。

本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記一対の第１ピンと前記一対の第２ピンがそれぞれ設置される一対のベースをさらに含むことができ、前記安定器は、前記一対のベースのうちのいずれか一つに設置され得る。

本発明のさらに他の実施形態に係る発光ダイオードランプは、前記発光ダイオード素子モジュールが設置される印刷回路基板をさらに含むことができ、前記安定器は、前記印刷回路基板に設置され得る。

本発明によれば、発光ダイオードランプを、別途の安定器なしに１００乃至２５０Ｖの交流電源に直接連結して用いることができるため、高価な発光ダイオードランプ専用ＳＭＰＳを省略することができる。

また、従来の蛍光灯安定器と別途に発光ダイオードランプを製造し、多様な保護機能を備えることによって、発光ダイオードランプは従来の蛍光灯用安定器にそのまま連結して用いることができ、１００乃至２５０Ｖの交流電源に直接連結して用いることができるため、高価な発光ダイオードランプ専用ＳＭＰＳを省略することができる。

また、周波数５０Ｈｚ条件でもフリッカーの発生がないか、または最小化できるため、高圧の交流電圧（例えばＡＣ９０Ｖ以上）を用いた発光ダイオードランプにおいて、寿命短縮、動作異常、消費電力増加、安全事故などの問題を防止できる回路を備えた発光ダイオードランプを提供することができる。

本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプの回路図である。 本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプが蛍光灯の形態に具現された一例を示す図面である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳しく説明する。

一対の第１ピン（ｐｉｎ）１１と一対の第２ピン１３が備えられる。例えば、図２に例示しているように、本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプが既存の蛍光灯のような形態に具現される場合、第１ピン１１と第２ピン１３は、それぞれ透光カバー１００の両側に結合されるベース２００から外側に突出するように設置され得る。

この時、一対の第１ピン１１は互いに電気的に連結され、同様に一対の第２ピン１３も電気的に互いに連結される。

一つ以上のインダクタ（ｉｎｄｕｃｔｏｒ）２１、２３が一対の第１ピン１１および第２ピン１３のうちのいずれか一つと、発光ダイオード素子モジュール３０との間のうちの、いずれか一つ以上に備えられ得る。例えば、図１を参照すれば、第１インダクタ（ｉｎｄｕｃｔｏｒ）２１は電気的に連結された一対の第１ピン１１に電気的に連結され、第２インダクタ２３は電気的に連結された一対の第２ピン１３に電気的に連結される。図１は、二つのインダクタ２１、２３が備えられる場合であるが、二つのうち一つのインダクタが省略されてもよく、その位置も変更されてもよい。

発光ダイオード素子モジュール３０は、一つ以上の発光ダイオード素子３１を含む。発光ダイオード素子３１は、直流電圧が印加されて光を発散する通常の発光ダイオード素子であり得る。

ブリッジダイオード（ｂｒｉｄｇｅ ｄｉｏｄｅ）４０は、第１ピン１１および第２ピン１３を通じて、外部からの交流電圧の印加を受けることができるように、第１インダクタ２１および第２インダクタ２３にそれぞれ連結される。そして、ブリッジダイオード４０は、第１および第２インダクタ２１、２３を通じて印加される交流電圧が、直流電圧の形態に整流されて発光ダイオード素子モジュール３０に供給されるように、発光ダイオード素子モジュール３０の両端に連結される。つまり、ブリッジダイオード４０は、第１および第２インダクタ２１、２３と発光ダイオード素子モジュール３０にそれぞれ電気的に連結されて、第１および第２ピン１１、１３を通じて印加される外部からの交流電圧を直流電圧の形態に整流して、発光ダイオード素子モジュール３０に供給する。そして、ブリッジダイオード４０は、交流電圧を発光ダイオード素子３１を駆動するための直流電圧に変換する役割に加えて、無極性に変更する役割を果たす。発光ダイオード素子３１は、ブリッジダイオード４０を通じて印加される直流電圧により駆動されて光を発散するようになる。

従来知られているように、ブリッジダイオード４０は、四つの整流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４から構成されており、ブリッジダイオード４０の作用についての詳細な説明は省略する。この時、図面には図示の便宜のために二つの整流ダイオードＤ１、Ｄ２は第１ピン１１側に配置され、残りの二つの整流ダイオードＤ３、Ｄ４は第２ピン１３側に配置されるものと示されているが、四つの整流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は互いに連結されており、その連結により一つのブリッジダイオード４０を構成する。

本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプは、このような構成により、高価なＳＭＰＳを用いることなく、交流電圧（例えば、９０乃至２５０Ｖの交流電圧）に直接連結して用いることができる。

一方、図１に示されているように、コンデンサ（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）５０が発光ダイオード素子モジュール３０に並列に連結され得る。コンデンサ５０は、発光ダイオード素子モジュール３０の入力端と出力端に並列に連結されて、発光ダイオードランプのフリッカリング（ｆｌｉｃｋｅｒｉｎｇ）を防止する役割を果たす。

前述したインダクタ２１、２３は、発光ダイオードランプのフリッカリングの防止のために備えられたコンデンサ５０により、発光ダイオードランプの力率（ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ）が悪くなることによって発生する電圧と電流の位相差の増加を、補償する機能を果たすことができる。また、インダクタ２１、２３は、入力される過電流を一定電流に安定化させて回路安定化の機能を果たすことができる。

一方、過度電圧遮断素子６０が発光ダイオード素子モジュール３０に並列に連結される。過度電圧遮断素子６０は、大きい異常電圧が発光ダイオード素子モジュール３０に印加されることを遮断して、発光ダイオード素子３１を保護するものであり、ＴＶＳダイオード、ツェナーダイオード、バリスタなどで具現され得る。例えば、非常に大きい異常電圧が発生した場合に、異常電圧が発光ダイオード素子モジュール３０に印加される前に過度電圧遮断素子６０を経てバイパスされることによって、発光ダイオード素子３１が保護され得る。

ヒューズ（ｆｕｓｅ）７０が発光ダイオード素子モジュール３０に連結され得る。ヒューズ７０は、発光ダイオード素子モジュール３０を保護するための回路安定化素子であり、過度電圧遮断素子６０と共に備えられる場合、過度電圧遮断素子６０が破壊された場合に、発光ダイオード素子モジュール３０を２次的に保護することができる。

前述した本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプの具体的な形態について、図２を参照して説明する。

図２に示されているように、発光ダイオードランプは、従来の蛍光灯のような形態を有することができ、透光カバー１００の両側にベース２００がそれぞれ備えられ、一対の第１ピン１１と一対の第２ピン１３が両側ベース２００にそれぞれ設置される。

発光ダイオード素子３１は印刷回路基板３００上に設置されてもよく、また前述したインダクタ２１、２３、ブリッジダイオード４０、コンデンサ５０、過度電圧遮断素子６０、ヒューズ７０なども印刷回路基板３００上に設置されてもよい。そして、透光カバー１００の後方側に放熱部材４００が結合されてもよく、印刷回路基板３００が、放熱部材４００に設置されることによって、発光ダイオード素子３１で発生する熱が効果的に放出されるようにすることができる。

そして、印刷回路基板３００の一端には、第１ピン１１との電気的接触のための電極端子６１０が備えられ得る。一方、図面には省略されたが、印刷回路基板３００の他の端部には、第２ピン１３との電気的接触のための電極端子が備えられ得る。

図２に示された既存の蛍光灯の形態を有する発光ダイオードランプは、交流電源にそのまま連結されて用いられ得る。

一方、図１を参照すれば、本発明の実施形態に係る発光ダイオードランプは、安定器８０をさらに含むことができる。安定器８０の四端子は一対の第１ピン１１と一対の第２ピン１３にそれぞれ連結され得る。この時、図面には明らかに示されていないが、安定器８０は、ベース２００のうちのいずれか一つに設置されたり印刷回路基板３００上に設置されたりし得る。

このように安定器８０が発光ダイオードランプに一体に備えられることによって、発光ダイオードランプは、別途のＳＭＰＳなしでも既存の蛍光灯のように交流電源に連結されて用いられ得る。

以上で、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

１１…第１ピン
１３…第２ピン
２１…第１インダクタ
２３…第２インダクタ
３０…発光ダイオード素子モジュール
４０…ブリッジダイオード
５０…コンデンサ
６０…過度電圧遮断素子
７０…ヒューズ
１００…透光カバー
２００…ベース
３００…印刷回路基板
４００…放熱部材
６１０…電極端子

Claims (8)

1. 互いに電気的に連結される一対の第１ピンと、
   互いに電気的に連結される一対の第２ピンと、
   一つ以上の発光ダイオード素子を含む発光ダイオード素子モジュールと、
   前記第１ピンおよび前記第２ピンを通じて外部の交流電圧の印加を受けることができるように、前記第１および第２ピンに電気的に連結され、前記印加された交流電圧を直流電圧に変換して前記発光ダイオード素子モジュールに供給するように、前記発光ダイオード素子モジュールの両端に連結されるブリッジダイオードと、
   前記一対の第１ピンおよび第２ピンのうちのいずれか一つと、前記ブリッジダイオードとの間のうちの、いずれか一つ以上に備えられる一つ以上のインダクタと、
   を含む発光ダイオードランプ。
2. 前記インダクタは、前記一対の第１ピンと前記ブリッジダイオードにそれぞれ電気的に連結される第１インダクタ、および前記一対の第２ピンと前記ブリッジダイオードにそれぞれ電気的に連結される第２インダクタのうちの一つ以上を含む、請求項１に記載の発光ダイオードランプ。
3. 前記発光ダイオード素子モジュールに並列に連結されるコンデンサをさらに含む、請求項１に記載の発光ダイオードランプ。
4. 前記発光ダイオード素子モジュールに並列に連結される過度電圧遮断素子をさらに含む、請求項１に記載の発光ダイオードランプ。
5. 前記発光ダイオード素子モジュールに連結されるヒューズをさらに含む、請求項１に記載の発光ダイオードランプ。
6. 前記一対の第１ピンと前記一対の第２ピンに連結される安定器をさらに含む、請求項１に記載の発光ダイオードランプ。
7. 前記一対の第１ピンと前記一対の第２ピンがそれぞれ設置される一対のベースをさらに含み、
   前記安定器は、前記一対のベースのうちのいずれか一つに設置される、請求項６に記載の発光ダイオードランプ。
8. 前記発光ダイオード素子モジュールが設置される印刷回路基板をさらに含み、
   前記安定器は、前記印刷回路基板に設置される、請求項６に記載の発光ダイオードランプ。

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