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負荷駆動装置および負荷ユニット コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P130008983
整理番号 10038
掲載日 2013年4月5日
出願番号 特願2011-040771
公開番号 特開2012-178280
登録番号 特許第5691639号
出願日 平成23年2月25日(2011.2.25)
公開日 平成24年9月13日(2012.9.13)
登録日 平成27年2月13日(2015.2.13)
発明者
  • 野下 裕市
  • 伊東 淳一
出願人
  • 国立大学法人長岡技術科学大学
発明の名称 負荷駆動装置および負荷ユニット コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】同一特性の負荷や素子を用いることができ、しかも負荷を含めた放熱設計を簡素化することが可能な負荷駆動装置を提供する。
【解決手段】交流電源1からの交流電圧が上昇するに従って、第1回路81AのLED75A,76Aと、第2回路81BのLED74B~76Bと、第3回路81CのLED73C~76Cと、第4回路81DのLED72D~76Dが順次点灯し始め、その後、全てのLED71A~76A,71B~76B,71C~76C,71D~76Dが点灯し始める。また、例えば第1回路81Aにおいて、LED75A,76Aを流れる電流量と、定電流ダイオード51A~54Aを流れる電流量は、抵抗41Aを流れる電流量と一致し、全てのLED71A~76Aを流れる電流量も、やはり抵抗41Aを流れる電流量と一致する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



負荷として用いられるLEDの照明は、従来の白熱電球と比較して発光効率が5倍あり、また蛍光灯に対して寿命が4倍長い利点を有するが、LED駆動装置としての点灯回路が大型でコストが高い。その理由は、従来の点灯回路は、交流電源からの交流電圧をダイオードブリッジで全波整流し、その整流出力を昇圧回路で昇圧して、複数のLEDを直列接続したLED列と抵抗との直列回路に、昇圧した直流電圧を供給する構成となっているが、昇圧回路はトランジスタなどのスイッチング素子の他に、当該スイッチング素子のスイッチングを制御するための制御ICや、エネルギー蓄積及び放出用のコイルや電解コンデンサなどを含み、多数の電子回路を使用するために、実装回路全体の薄型化並びに体積の増加及びコスト高を回避できないことにある。





また別な問題として、電解コンデンサはLEDよりも寿命が短く、LED本来の利点である長寿命化を活かせない。さらに、力率改善を目的として組み込まれた昇圧回路は、高周波でスイッチング素子をスイッチング動作させる必要があり、点灯回路から交流電源にノイズが伝搬して、テレビ受像機やラジオなどの電子機器に電波障害などの悪影響を及ぼす恐れがある。





上記問題に対処するために、特許文献1では、ダイオードブリッジと直列負荷回路との間に昇圧回路を組み込むことなく、抵抗や定電流ダイオードなどの駆動子だけで力率を改善し得るLEDの駆動装置を提案している。





図9は、特許文献1で提案された回路図を示している。同図において、1は交流電源、2は交流電源1からの交流電圧を全波整流するダイオードブリッジであり、当該ダイオードブリッジ2は4つのダイオード、すなわち第1ダイオード3,第2ダイオード4,第3ダイオード5及び第4ダイオード6をブリッジ接続して構成される。ここでは、交流電源1の第1出力端子11に第1ダイオード3のアノードと第3ダイオード5のカソードが接続され、交流電源1の第2出力端子12に第2ダイオード4のアノードと第4ダイオード6のカソードが接続され、第1ダイオード3と第2ダイオード4のカソードどうしを接続して、ダイオードブリッジ2の第1出力端子13とし、第3ダイオード5と第4ダイオード6のカソードどうしを接続して、ダイオードブリッジ2の第2出力端子14としている。これにより、ダイオードブリッジ2の第2出力端子14を基準として、第1出力端子13に正極性の全波整流された電圧波形が生成するようになっている。





7はLED駆動装置に接続される負荷としてのLEDで、複数個のLED7を直列接続したLED列17A,17Bを複数備えている。本図では便宜上、n個のLED7からなるLED列17Aと、(n+a)個のLED7からなるLED列17Bが有るものとする(n,aは何れも自然数)。





ここで一方のLED列17Aに着目すると、LED列17Aの一端は駆動子21Aの第2接点23Aに接続され、またLED列17Aの他端はダイオードブリッジ2の第2出力端子14に接続される。駆動子21Aの第1接点22Aはダイオードブリッジ2の第1出力端子13に接続され、これにより駆動子21AとLED列17Aとの直列回路が、ダイオードブリッジ2の出力端子13,14間に接続される。さらにここでは、駆動子21Aとは別な駆動子31Aが設けられ、その第1接点32Aがダイオードブリッジ2の第1出力端子13に接続され、第2接点3AがLED列17Aの何れか二つのLED7,7の間に接続される。





上記LED列17A及び駆動子21A,31Aの回路構成は、別なLED列17Bにも同様に設けられる。すなわち、駆動子21BとLED列17Bとの直列回路が、ダイオードブリッジ2の出力端子13,14間に接続されると共に、駆動子31Bの第1接点32Bがダイオードブリッジ2の第1出力端子13に接続され、駆動子31Bの第2接点3BがLED列17Bの何れか二つのLED7,7の間に接続される。こうして、LED列17A及び駆動子21A,31Aからなる回路と、LED列17B及び駆動子21B,31Bからなる回路が、ダイオードブリッジ2の出力端子13,14間に並列接続される。





またここでは、駆動子21A,21Bが何れも電気抵抗であるとし、駆動子31A,31Bが何れも定電流ダイオードであるとする。したがって駆動子31A(または駆動子31B)は、第1接点32Aと第2接点33Aの間に印加される電圧が所定値を超えるまでは、その電圧に応じた電流を第1接点32Aから第2接点33Aに向けて流すようにし、前記印加される電圧が所定値を超えると、第1接点32Aから第2接点33Aに向けて流れる電流を一定値に制限する特性を有する。





図10は、上記負荷駆動装置の動作原理を説明するために、交流電源1から負荷駆動装置に供給される正弦波Sを分割した状態の模式図を示している。ここに示すのは、ダイオードブリッジ2で整流された正電圧の半周期の正弦波Sであり、正弦波Sが多数の領域bに分割される。





図9に示す回路では、LED列17Aを構成するLED7の数が、LED列17Bを構成するLED7の数よりも少ないので、正弦波Sの電圧が0から上昇するに従って、先ず領域b1に対応したLED列17Aが点灯し、その後に領域b2に対応したLED列17Bが点灯するようになる。したがって、図9では図示していないが、LED列BよりもLED7の個数を増やした別なLED列があれば、当該LED列が領域b3に対応して、LED列17Bの後に点灯するようになり、同様な考えで別なLED列を順に点灯させることが可能になる。このように、正弦波Sの電圧が高くなるほど、駆動されるLED列17A,17B,…の数が多くなって、これらのLED列17A,17B,…を流れる電流量も増加するので、従来のような昇圧回路を組み込んだことによる諸問題を解決して、力率を効果的に改善することが可能になる。

産業上の利用分野


本発明は、例えば現在急速に普及が進むLED(発光ダイオード)などを、劇的に小型化および低コスト化して駆動する負荷駆動装置と、その負荷駆動装置を組み込んだ負荷ユニットに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
複数の負荷を直列接続した負荷列に電流制限素子を直列に接続し、前記複数の負荷の一部に定電流素子を並列に接続した直並列回路を、交流電圧または整流電圧の出力端子間に複数個並列に接続して構成され、
前記定電流素子を並列に接続していない負荷の個数が、前記複数の直並列回路で個々に異なるように構成したことを特徴とする負荷駆動装置。

【請求項2】
交流電源からの交流電圧を整流電圧に変換して、前記出力端子に出力する整流器をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の負荷駆動装置。

【請求項3】
請求項1または2記載の負荷駆動装置と前記負荷列と接続して構成されることを特徴とする負荷ユニット。

【請求項4】
電球型,丸管蛍光管型または直管蛍光管型の筐体に収容されることを特徴とする請求項3記載の負荷ユニット。

【請求項5】
前記負荷駆動装置と前記負荷列とを、単一の基板に実装したことを特徴とする請求項3記載の負荷ユニット。
産業区分
  • 電力応用
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011040771thum.jpg
出願権利状態 登録
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