(57)【要約】      （修正有）【課題】通常の蛍光ランプの代わりに取替えて使うことができ、ＬＥＤを光源の素子としたＬＥＤ蛍光ランプを提供する。【解決手段】蛍光ランプ形状のＬＥＤランプは、直列接続された複数のＬＥＤを含むＬＥＤアレイ、第１乃至第４連結ピン、一端が第１乃至第４連結ピンにそれぞれ繋がれる第１乃至第４キャパシターを持ち、且つそのアノードは第１キャパシターの他端に繋がれてそのカソードはＬＥＤアレイの一端に繋がれる第１ダイオード、そのアノードはＬＥＤアレイの他端に繋がれてそのカソードは第２キャパシターの他端に繋がれる第２ダイオード、そのアノードはＬＥＤアレイの他端と第２ダイオードのアノードに共通接続されてそのカソードは第３キャパシターの他端に繋がれる第３ダイオード、およびそのアノードは第４キャパシターの他端に繋がれてそのカソードはＬＥＤアレイの一端と第１ダイオードのカソードに共通接続される第４ダイオードを持つ。【選択図】図６ａ
2010182656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数のＬＥＤを含むＬＥＤアレイ;
第１乃至第４連結ピン;
一端が前記第１乃至第４連結ピンにそれぞれ繋がれる第１乃至第４キャパシター;
アノードは前記第１キャパシターの他端に繋がれ、カソードは前記ＬＥＤアレイの一端に繋がれる第１ダイオード;
アノードは前記ＬＥＤアレイの他端に繋がれ、カソードは前記第２キャパシターの他端に繋がれる第２ダイオード;
アノードは前記ＬＥＤアレイの他端と前記第２ダイオードのアノードに共通接続され、カソードは前記第３キャパシターの他端に繋がれる第３ダイオード;および
アノードは前記第４キャパシターの他端に繋がれ、カソードは前記ＬＥＤアレイの一端と前記第1ダイオードのカソードに共通接続される第４ダイオードを含む蛍光ランプ形状のＬＥＤランプ。
【請求項２】
第１項において、
アノードは前記第１連結ピンに繋がれ、カソードは前記第１キャパシターの前記他端に繋がれる第５ダイオード;
アノードは前記第２キャパシターの前記他端に繋がれ、カソードは前記第２連結ピンに繋がれる第６ダイオード;
アノードは前記第３キャパシターの前記他端に繋がれて、カソードは前記第３連結ピンに繋がれる第７ダイオード;および
アノードは前記第４連結ピンに繋がれ、カソードは前記第３キャパシターの前記他端に繋がれる第８ダイオードを、さらに含むことを特徴にする蛍光ランプ形状のＬＥＤランプ。
【請求項３】
第２項において、
カソードは前記第１連結ピンに繋がれ、アノードは前記第２キャパシターの前記他端に繋がれる第９ダイオード;
カソードは前記第1キャパシターの前記他端に繋がれて、アノードは前記第２連結ピンに繋がれる第１０ダイオード;
カソードは前記第４連結ピンに繋がれ、アノードは前記第３キャパシターの前記他端に繋がれる第１１ダイオード;および
カソードは前記第４キャパシターの前記他端に繋がれて、アノードは前記第３連結ピンに繋がれる第１２ダイオードを、さらに含むことを特徴にする蛍光ランプ形状のＬＥＤランプ。
【請求項４】
第３項において、
前記第１連結ピンと前記第３連結ピンの間に接続される第１インダクター;および
前記第１連結ピンと前記第３連結ピンの間に接続される第２インダクターを、さらに含むことを特徴にする蛍光ランプ形状のＬＥＤランプ。
【請求項５】
第４項において,
一端は、前記第１ダイオードのカソードと前記第４ダイオードのカソードに共通接続され、他端は前記ＬＥＤアレイの一端に接続される第３インダクター;および
一端は、前記第２ダイオードのアノードと前記第３ダイオードのアノードに共通接続され、他端は前記ＬＥＤアレイの他端に接続される第４インダクターのうちで、何れか一つを、さらに含むことを特徴にする蛍光ランプ形状のＬＥＤランプ。
【請求項６】
第１項乃至第５項の中で、ある一項において、
前記ＬＥＤアレイは複数個が並列繋ぎされることを特徴にする蛍光ランプ形状のＬＥＤランプ。
【請求項７】
直列接続された複数のＬＥＤを含むＬＥＤアレイ;
第１乃至第４連結ピン;
カソードが前記ＬＥＤアレイの一端に繋がれる第１ダイオード;
アノードが前記ＬＥＤアレイの他端に繋がれる第２ダイオード;
アノードが前記ＬＥＤアレイの他端と前記第２ダイオードのアノードに共通接続される第３ダイオード;
カソードが前記ＬＥＤアレイの一端と前記第１ダイオードのカソードに共通接続される第４ダイオード;
アノードは前記第１連結ピンに繋がれ、カソードは前記第１ダイオードのアノードに繋がれる第５ダイオード;
アノードは前記第２ダイオードのカソードに繋がれ、カソードは前記第２連結ピンに繋がれる第６ダイオード;
アノードは前記第３ダイオードのカソードに繋がれ、カソードは前記第３連結ピンに繋がれる第７ダイオード;
アノードは前記第４連結ピンに繋がれ、カソードは前記第４ダイオードのアノードに繋がれる第８ダイオード;
カソードは前記第１連結ピンに繋がれ、アノードは前記第２ダイオードのカソードに繋がれる第９ダイオード;
カソードは前記第５ダイオードのカソードに繋がれ、アノードは前記第２連結ピンに繋がれる第１０ダイオード;
カソードは前記第４連結ピンに繋がれ、アノードは前記第７ダイオードのアノードに繋がれる第１１ダイオード;および
カソードは前記第８ダイオードのカソードに繋がれ、アノードは前記第３連結ピンに繋がれる第１２ダイオードを含む蛍光ランプ形状のＬＥＤランプ。
【請求項８】
第７項において、前記ＬＥＤアレイは複数個が並列繋ぎされることを特徴にする蛍光ランプ形状のＬＥＤランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光ランプ形状のＬＥＤランプ（ＬＥＤ蛍光ランプと呼ぶ）に関するものであり、更に詳細には、一般的な蛍光灯器具の内に設置されている安定器を取替えないで通常の蛍光ランプの代わりに、取替えて使うことができるＬＥＤ蛍光ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
過去、インジケーターなどの小電力用途の指示灯用などでのみ使われてきたＬＥＤ(Light Emitting Diode)は、技術の進展によりその発光効率が〜100lｍ／Ｗと実生活に使われることができるほど向上している。また、ＬＥＤは他の光源と違い、水銀を含有しないので、環境に悪影響を与えない。
【０００３】
従って、携帯端末機用のバックライト、ＬＣＤ ＴＶ用バックライト、自動車用ランプおよび一般照明などに使われはじめ、次世代光源として広く脚光を浴びてきている。これにより、去る１００年余りの間に照明の主光源として、使われてきた低い電力効率特性を持つ白熱灯や、環境汚染物質を含んでいる蛍光灯がＬＥＤランプに置換えられ始めている。
【０００４】
蛍光管と同様に、既設の蛍光灯器具に簡単に取付けられるＬＥＤ蛍光ランプとしては特許文献１〜３が知られている。
【０００５】
特許文献１は投光器に応用したものであって、蛍光灯器具に接続できる機構を有し、ＬＥＤおよび商用電源によってＬＥＤを点灯する回路を内蔵し、蛍光灯器具に装着することによってＬＥＤを点灯し、投光する技術が開示されている。この技術を実現する為の具体的な回路構成については記述されていない。
【０００６】
特許文献２は、蛍光管と同様に、既設の蛍光灯器具に簡単に取付けられる蛍光灯型ＬＥＤ照明装置であって、蛍光灯器具のソケット部に嵌合する端子と、この端子に接続し、ＬＥＤの支持板の上面に設けられたＡＣ／ＤＣ変換器と、これに接続され、支持板の底面に設けられた複数のＬＥＤにそれぞれ供給する電圧を調整する電圧制御部とからなるＬＥＤ照明装置が開示されている。この特許文献２には、ＡＣ／ＤＣ変換器や電圧制御部の具体的な内容は開示されていない。
【０００７】
特許文献３に開示されたＬＥＤ照明装置には、照明用インバータ安定器からの高周波電力を整流する整流回路と、この整流回路の出力端子にインダクタ素子を介して接続した平滑回路と、この平滑回路に接続した発光ダイオード群とからなり、前記発光ダイオード群は、ｎ個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードアレイをｍ個並列に接続した発光ダイオードアレイ群からなり、前記平滑回路は、平滑コンデンサを備え、この平滑コンデンサは、前記発光ダイオードアレイ群の各発光ダイオードが点灯し始めるときに流れる順方向電流をＩmin.アンペア、そのときの各発光ダイオードの電圧降下をＶmin.ボルト、また、各発光ダイオードの最大定格順方向電流をＩmax.アンペア、そのときの各発光ダイオードの電圧降下をＶmax.ボルトとしたとき、前記各発光ダイオードの点灯時に前記平滑回路出力電圧が常にｎＶmin.よりも高く、かつ、ｎＶmax.よりも低い電圧値を維持する容量に設定し、前記インダクタ素子は、前記照明用インバータ安定器からの高周波の周波数からこの周波数の２倍の周波数の範囲において充分なインピーダンスを有する技術が開示されている。
【０００８】
この特許文献３には、ＡＣ／ＤＣの例として、ダイオードブリッジの整流回路と平滑回路の記述があるが、通常の片側２端子の蛍光ランプのフィラメントへの電圧供給に対しての対策は、具体的に記述されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平０６−５４１０３号公報（請求項１と図２）
【特許文献２】特開平２００１−３５１４０２号公報（請求項１と図２）
【特許文献３】特開平１９９９−１３５２７４号公報（請求項１と図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献１〜３には、以下に述べるように既存の蛍光灯器具を改造、または変更をしないで、蛍光灯をＬＥＤランプに取り替えるのに必要な基本的な特性を備えていない。
【００１１】
即ち、既設の多くの蛍光灯器具には、フィラメントを加熱する為の電圧を供給する回路が組み込まれているので、ＬＥＤランプ内で適切に処置しない場合には不具合が発生することが予想される。また、殆どの蛍光灯器具は回路が方向性を持つが其れが器具に明示されていないので、既存の蛍光灯と同じにＬＥＤ蛍光ランプは、内蔵する回路が対称に作られていなければ、不具合の発生が予想される。これらの対策はなされていない。
【００１２】
したがって、フィラメントへの対策回路を内蔵することが必要である。ＬＥＤ蛍光ランプは、回路的に対称な構成なので蛍光灯器具への取り付方向によらず使用できることが必要である。更に、蛍光灯の点灯時に印加される電圧に対しても安定に動作をするＬＥＤ蛍光ランプを提供できる必要がある。
【００１３】
このように、ＬＥＤランプで、白熱灯やハロゲンランプなどを置き替える場合にはそのまま入れ替えが可能だが、一般照明の主流である蛍光灯を置き替える場合には内部の配線や灯器具の自体を変えるとか、または、専用安定器を別に設置しなければならないので時間的でも経済的に大きな費用を伴う。それ故に、様々な側面で多くの長所を持っているＬＥＤ蛍光ランプが未だに普及の初期段階にとどまっている。
【００１４】
そこで、本発明の目的は別途の専用安定器および配線の変更なしに既存蛍光灯用の安定器をそのまま使って駆動可能な蛍光ランプ形状のＬＥＤランプを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を果たすための本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、直列接続された複数のＬＥＤを含むＬＥＤアレイ、第１乃至第４のＬＥＤ蛍光ランプと外部の連結ピン、一端が前記第１乃至第４連結ピンにそれぞれ繋がれる第１乃至第４キャパシターを持ち、且つそのアノードは前記第１キャパシターの他端に繋がれてそのカソードは前記ＬＥＤアレイの一端に繋がれる第１ダイオード、そのアノードは前記ＬＥＤアレイの他端に繋がれてそのカソードは前記第２キャパシターの他端に繋がれる第２ダイオード、そのアノードは前記ＬＥＤアレイの他端と前記第２ダイオードのアノードに共通接続されてそのカソードは前記第３キャパシターの他端に繋がれる第３ダイオード、およびアノードは前記第４キャパシターの他端に繋がれてそのカソードは前記ＬＥＤアレイの一端と前記第１ダイオードのカソードに共通接続される第４ダイオードを持つＬＥＤ蛍光ランプである。
【００１６】
そして、そのアノードは前記第１連結ピンに繋がれて、そのカソードは前記第１キャパシターの前記他端に繋がれる第５ダイオード、そのアノードは前記第２キャパシターの前記他端に繋がれてそのカソードは前記第２連結ピンに繋がれる第６ダイオード、そのアノードは前記第３キャパシターの前記他端に繋がれてそのカソードは前記第３連結ピンに繋がれる第７ダイオード、およびそのアノードは前記第４連結ピンに繋がれてそのカソードは前記第４キャパシターの前記他端に繋がれる第８ダイオードをさらに含むことができる。
【００１７】
また、上記の目的を果たすための本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、直列接続された複数のＬＥＤを含むＬＥＤアレイ、第１乃至第４連結ピン、そのカソードが前記ＬＥＤアレイの一端に繋がれる第１ダイオードそのアノードが前記ＬＥＤアレイの他端に繋がれる第２ダイオード、そのアノードが前記ＬＥＤアレイの他端と前記第２ダイオードのアノードに共通接続される第３ダイオード、そのカソードが前記ＬＥＤアレイの一端と前記第１ダイオードのカソードに共通接続される第４ダイオード、そのアノードは前記第１連結ピンに繋がれてそのカソードは前記第１ダイオードのアノードに繋がれる第５ダイオード、そのアノードは前記第２ダイオードのカソードに繋がれてそのカソードは前記第２連結ピンに繋がれる第６ダイオード、そのアノードは前記第３ダイオードのカソードに繋がれてそのカソードは前記第３連結ピンに繋がれる第７ダイオード、そのアノードは前記第４連結ピンに繋がれてそのカソードは前記第４ダイオードのアノードに繋がれる第８ダイオード、そのカソードは前記第１連結ピンに繋がれてそのアノードは前記第２ダイオードのカソードに繋がれる第９ダイオード、そのカソードは前記第５ダイオードのカソードに繋がれてそのアノードは前記第２連結ピンに繋がれる第１０ダイオード、そのカソードは前記第４連結ピンに繋がれてそのアノードは前記第７ダイオードのアノードに繋がれる第１１ダイオード、およびそのカソードは前記第８ダイオードのカソードに繋がれてそのアノードは前記第３連結ピンに繋がれる第１２ダイオードを含むＬＥＤ蛍光ランプである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、別途の専用安定器設置や灯器具内部の配線変更なしに既存蛍光灯用安定器にそのまま使うことができるＬＥＤ蛍光ランプが提供される。従って、特別な費用をかけないで簡単に既存蛍光灯を置き替ることができ、環境対応で、高効率の照明がより容易に利用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】交流駆動の第１実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。
【図２】図１のＬＥＤアレイの構造を示す図である。
【図３】交流駆動の第２実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。
【図４】本発明の第１実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。
【図５】本発明の第２実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。
【図６ａ】本発明の第３実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。
【図６ｂ】本発明の第３実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。
【図７】本発明の第４実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。
【図８ａ】本発明の第５実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。
【図８ｂ】本発明の第５実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。
【図９】蛍光灯の電子式安定器で主流となっている直列共振方式の電子式安定器での蛍光ランプの負荷を使用する場合の基本動作を説明するために参照する回路図である。
【図１０】図９に示す直列共振方式の電子安定器の一例を表わす図である。
【図１１】正常状態で初期駆動の時、蛍光ランプの両端に印加される電圧波形を示す図である。
【図１２】異常状態で初期駆動の時、蛍光ランプの両端に印加される電圧波形を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施例によるＬＥＤ蛍光ランプを直列共振方式の電子式安定器に使った場合の回路構成を表わした図である。
【図１４】ＬＥＤ蛍光ランプ負荷に印加される電圧をシミュレーションした結果を表わした図である。
【図１５】ＬＥＤアレイに流れる電流に対するタイミングダイヤグラムである。
【図１６】本発明の第５実施例によるＬＥＤ蛍光ランプを直列共振方式の電子式安定器に使った場合の回路構成を表わした図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
一般的に広く使われている電子式蛍光灯用の安定器の基本回路には、ハーフブリッジ(Half Bridge)方式、インスタントスタート(Instant Start)方式、およびプログラムスタート(Program Start)方式などがある。本発明によるＬＥＤ蛍光ランプはこのような蛍光灯用の安定器に容易に適用が可能なように構成されている。先ず、本発明によるＬＥＤ蛍光ランプの構成に対して説明する。次に本発明によるＬＥＤ蛍光ランプが多様な蛍光灯用の安定器に使われた場合、動作過程を説明することとする。
【００２２】
図１は、交流駆動のＬＥＤ蛍光ランプの実施例による回路図である。図１を参照すれば、本実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ110はＬＥＤアレイ10と容量性素子であるキャパシターC11，C12，C13およびC14を含んで、外部連結ピンである第１乃至第４連結ピン111，112，113，114を具備する。ＬＥＤの直列接続で構成されたＬＥＤアレイ10は二つ以上が並列につながれた構造で使うこともでき、このような構成は以下説明する他の実施例によるＬＥＤ蛍光ランプでも等しく適用することができる。
【００２３】
ＬＥＤアレイ10は直列連結された複数のＬＥＤを含んで、アノード側の端子10aとカソード側の端子10bを具備する。キャパシターC11はＬＥＤアレイ10のアノード側の端子10aと第１連結ピン111の間に繋がれ、キャパシターC12はＬＥＤアレイ10のカソード側の端子10bと第２連結ピン112の間に繋がれる。キャパシターC13はＬＥＤアレイ10のアノード側の端子10aと第３連結ピン113の間に繋がれ、キャパシターC14はＬＥＤアレイ10のカソード側の端子10bと第４連結ピン114の間に繋がれる。
【００２４】
キャパシターC11乃至C14は第１乃至第４連結ピン111，112，113，114を通じて、後述するハーフブリッジ方式の蛍光灯用の安定器回路などの多様な種類の安定器と接続する場合に、インダクターとキャパシターで構成された直列共振回路の複合容量(Capacitance)を変化させることができる。このような共振回路の容量の変化によって、固定周波数で動作する電子式安定器の場合には、蛍光灯用の安定器回路内の電流制御インダクターのインピーダンスを増加させ、ＬＥＤ蛍光ランプ110で流れる電流が減少させることができるので、一般的な蛍光灯用の安定器を変更なしに使って消費電力を制御することができる。
【００２５】
図２は図１に示したＬＥＤアレイの構成を示した図である。図２の(a)に示したように、ＬＥＤアレイ10は複数のＬＥＤが直列に繋がれる構成が一般である。しかし、直列に繋がれたＬＥＤの保護のため、図２の(b)に示すように、ツェナーダイオードZ1乃至ZnがそれぞれのＬＥＤに逆方向で並列に繋ぐこともできる。
【００２６】
このように、各ＬＥＤに並列でツェナーダイオードが使われる場合、交流電圧の(+)周期にはダイオードD1乃至Dnを通じて電流が流れるが、(-)周期ではツェナーダイオードZ1乃至Znを通じて電流が流れる。ツェナーダイオードZ1乃至Znを通じた電流の流れは無効損失になる。従って、ツェナーダイオードZ1乃至Znを通じた電流の流れを防止して効率を高めるために、本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは以下に説明する実施例のように構成を変更することができる。
【００２７】
図３は交流駆動の第２実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。図３を参照すれば、本実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ120は、第１実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ110に比べてダイオードD21，D22が追加される。ダイオードD21はキャパシターC21およびC23の接続点とＬＥＤアレイ12のアノード側の端子の間に接続され、ダイオードD22はキャパシターC22およびC24の接続点とＬＥＤアレイ12のカソード側の端子の間に接続される。ダイオードD21およびD22によって安定器の出力端子の極性と関係なくＬＥＤ蛍光ランプ120に安定化電流が流れるようになる。
【００２８】
図４は本発明の第１実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ130はダイオードD31乃至D34が使われ、多様な蛍光灯用の安定器で第１乃至第４連結ピン131，132，133，134に印加される交流電圧の位相変化と関係なく本実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ130が安定的に動作されるようにする。
【００２９】
図５は本発明の第２実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ140は第２実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ130に比べてダイオードD45乃至D48が追加される。キャパシターC41乃至C44はそれぞれ第１乃至第４連結ピン141，142，143，144に一端が繋がれて、ダイオードD45乃至D48はキャパシターC41乃至C44にそれぞれ並列に接続される。
【００３０】
図６ａおよび図６ｂは本発明の第３実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路図である。本実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ150にはダイオードD59乃至D62がさらに追加されている。ダイオードD59のカソードは第１連結ピン151に接続され、アノードはダイオードD52のカソードに接続される。ダイオードD60はアノードが第２連結ピン152に接続され、カソードがダイオードD51のアノードに接続される。また、ダイオードD61はカソードが第４連結ピン154に接続され、アノードがダイオードD53のカソードに接続されて、ダイオードD62はアノードが第３連結ピン153に接続され、カソードがダイオードD54のアノードに接続されて外部から印加される電圧に対して完全に対称動作をする構成になっていて、一般蛍光灯のように完全対称で極性に関係なくすぐ使うことができる。また、図６ｂに示したように、ＬＥＤアレイ15に使われるＬＥＤの個数によって、C51乃至C54が使われないこともある。
【００３１】
図７は本発明の第４実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路である。本実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ170は、第１連結ピン171と第３連結ピン173の間にインダクターL71が接続され、第２連結ピン172と第４連結ピン174の間にインダクターL72が接続される。インダクターL71およびL72は電子式安定器の初期動作時には蛍光灯のフィラメントの役割をして、フィラメントの感知保護回路が動作しないようにし、点灯の時にはL71およびL72のインダクターが共振回路のインダクタンスに加わってＬＥＤに印加される電力をコントロールする役割をする。
【００３２】
図８ａおよび図８ｂ本発明の第５実施例によるＬＥＤ蛍光ランプの回路である。本実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ190は、図８ａで示すように、ダイオードD91とD94の連結点とダイオードD92とD93の連結点の間に接続されるＬＥＤアレイ19と直列でインダクターL93が追加される。インダクターL93は点灯時にＬＥＤアレイ19のインピーダンスを変化させてＬＥＤ電流をコントロールする役割をして、その挿入位置はダイオードD91とD94の接点とダイオードD92とD93間に自由に選ぶことができる。
【００３３】
上記したような構成のＬＥＤ蛍光ランプは別途の回路変更なく、既存に使われる蛍光灯用の安定器に繋いで使うことができる。これに対して説明の便宜上、図６ａで説明したＬＥＤ蛍光ランプを例であげて、多様な蛍光灯用の安定器で動作過程を説明することにする。
【００３４】
また、図８ｂに示したように、インダクターL91およびL92の代わりに、抵抗器（以下抵抗という）R91およびR92を使うことができる。同様に、図７に示した第４実施例によるＬＥＤ蛍光ランプ170の場合にもインダクターL71およびL72の代わりに、抵抗を使うことができる。
【００３５】
図９は電子式蛍光灯用の安定器の主流をなしている直列共振方式の電子式安定器で蛍光ランプ負荷使用の時の基本動作を説明するために参照される回路図である。この方式は高周波動作するインバーターの出力端にインダクターLoとキャパシターCで構成された直列共振回路を接続し、キャパシターCの両端に、並列に蛍光ランプ200を連結してインバーターの共振電圧で初期放電を誘導する。一旦、放電が成り立った後にはインダクターLoのインピーダンスjωLoで蛍光ランプ200を流れる電流を制御する。
【００３６】
図１０は、図９に示す直列共振方式の電子式安定器の一例を表したものである。この方式は、インバーターのスイチング素子Q1とQ2は制御回路230によって決められた周波数で動作する他励式(Forced Oscillation)であり、このインバーターの出力点にバイパス用キャパシターCoとインダクターLoそして、共振用キャパシターC1で成り立つ直列共振回路を連結して蛍光ランプ210を駆動する。この方式の電子式安定器は制御回路230によってあらかじめ決めた周波数で駆動されるため、負荷の特性によって動作点が変わる自励発振式(Self Oscillation)安定器に比べ、様々な短所を内包しているが、最近半導体技術の発展によってスイッチングの損失を最小化でき、蛍光ランプ210の状態をいつもモニタリングして、安定器の回路を安定するように動作させることができるなどの長所があって、益々広く使われてきている。
【００３７】
しかしこのように蛍光灯の特性に合わせて専用で設計された安定器を、既存の蛍光灯とは動作特性が全然違ったＬＥＤ蛍光ランプを使う場合、ＬＥＤに印加される電力を制御しにくい。また、初期点灯の時に蛍光灯の特性に合わせて設計されたランプ負荷異常状態の感知回路220が動作して、インバーターの保護回路が働くことにより正常的な点灯が成り立ちにくい問題点がある。
【００３８】
図１１は正常状態での初期駆動時の蛍光ランプ両端に印加される電圧波形を示したものである。一般的に蛍光ランプはスイッチオン後、1)フィラメントの予熱、2)放電、3)点灯の３段階で動作する。図１１の場合には約１秒程度の予熱区間(ａ区間)および約0.13秒程度の放電区間(ｂ区間)を表わして、その後、正常点灯区間(ｃ区間)を示している。
【００３９】
図１２は異常状態でのスイッチオン後の蛍光ランプ両端に印加される電圧波形を示したものである。図１２の場合、1.6秒程度の予熱区間(d区間)および0.62秒程度の放電区間(ｅ区間)後、蛍光ランプの両端に印加される高電圧によって保護回路が動作して、高圧印加がオフされた状態を表わす。
【００４０】
一般に、蛍光ランプ負荷の場合にはランプの放電動作が開始されるまではランプ負荷は無負荷とみなすことができるので、放電開始の前までの動作特性は次のようである。先ず、共振の時のインダクターLoとキャパシターC1で成り立った直列共振回路の特性関数(Quality Factor)Q0は次のように表わすことができる。
【００４１】
【数１】
2010182656.tif 000003
【００４２】
ここでRoは直列共振回路の内部インピーダンスを表わす。そして、バイパス用キャパシターCoは容量がとても大きいので、C1に比べ無視することができる。
【００４３】
また、共振キャパシターC1に誘起される電圧をVcとおけば、この時のVcは次のように表わすことができる。
【００４４】
【数２】
2010182656.tif 000004
【００４５】
しかし一般蛍光ランプ代わりに、ＬＥＤ蛍光ランプを負荷に使う場合には放電点灯のために、キャパシターC1に誘起される初期共振時の高電圧によってインバーター内部の保護回路が動作する問題が発生する。
【００４６】
図１３は本発明の第５実施例によるＬＥＤ蛍光ランプを直列共振方式の電子式安定器に使った場合の回路構成を表わした図である。
【００４７】
ＬＥＤ蛍光ランプは一般蛍光ランプと違いインバーター動作初期時からおおむね抵抗負荷になっている。その抵抗値をRとおけば、負荷特性はインバーター内部に内蔵しているキャパシターCに負荷抵抗Rが並列接続された形態なる。この並列負荷の複合アドミッタンス(Complex Admittance)をYrcとおけば、Yrcは次のように表わすことができる。
【００４８】
【数３】
2010182656.tif 000005
【００４９】
Yrcの複合インピーダンスをZrcとおけば、Zrcは次のようにRとCの関数で表わすことができる。
【００５０】
【数４】
2010182656.tif 000006
【００５１】
例えば、T8/32W蛍光ランプのインピーダンスは、約500Ωとみなすことができるので、負荷抵抗の値をR=500Ωにおいて、Lo=2.5mH、C=6.8nF、f=50KHz、Vm=250Vの正弦波を直列共振回路に印加した時、ＬＥＤ蛍光ランプ負荷に印加される電圧をSpice(Professional Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)を利用してシミュレーションした結果を図１４に示している。図１４によれば、ＬＥＤ蛍光ランプの電圧は、250Vの尖頭値が148Vで、約43%くらいまで低くなっており、その位相が0.62πくらいシフトしていることを見いだせる。すなわち、スイッチオン時即ち共振初期からR負荷となることで特性関数Q値を減らし、これによってキャパシターC両端のピーク電圧を低めてインバーターに内蔵した保護回路が動作しないようにできる。
【００５２】
また、図１３の回路を採用すれば、電子式安定器の内部の蛍光ランプのフィラメント断線、ショートの感知回路が動作することを防止できる。第１連結ピン151と第３連結ピン153、および第２連結ピン152と第４連結ピン154に抵抗または、インダクターを接続し、DCまたは交流的には定められたショートに近い低い抵抗にできる。
【００５３】
ここでは第１連結ピン151と第３連結ピン153、および第２連結ピン152と第４連結ピン154がショートしたと仮定して、その基本動作を説明する。第２および第４連結ピン152，154を基準にして電子安定器の内部の共振用キャパシターCにかかる電圧Vcの電位が(+)になる周期、即ち、第１および第３連結ピン151，153に印加される電圧が(+)である周期には正弦波電圧の電位が上昇して、ＬＥＤアレイ15の臨界電圧(Vth)に至れば、電流は
［ダイオードD55−ダイオードD51−LEDアレイ15−ダイオードD52−ダイオードD56］、
［ダイオードD55−ダイオードD51−LEDアレイ15-ダイオードD53-ダイオードD61］、
［ダイオードD62-ダイオードD54-LEDアレイ15-ダイオードD52−ダイオードD56］および
［ダイオードD62−ダイオードD54−LEDアレイ15−ダイオードD53−ダイオードD61］
の複数経路で流れる。また、この電圧が下降し、ＬＥＤアレイ15の臨界電圧(Vth)以下になればＬＥＤアレイ15には電流が流れなくなる。
【００５４】
また、第１および第３連結ピン151、153に(-)電圧が印加される(-)周期では電位が下降し、ＬＥＤアレイ15の臨界電圧(Vth)よりもっと低くなるようになると、また電流が流れ始めて、
［ダイオードD58−ダイオードD54−LEDアレイ15−ダイオードD53−ダイオードD57］、
［ダイオードD58−ダイオードD54−LEDアレイ15−ダイオードD52−ダイオードD59］、
［ダイオードD60−ダイオードD51−LEDアレイ15−ダイオードD53−ダイオードD57］および
［ダイオードD60−ダイオードD51−ＬＥＤアレイ15−ダイオードD52−ダイオードD59］
の複数経路で電流が流れるようになる。この時ＬＥＤアレイ15に印加される電圧の尖頭値はダイオードでの電圧降下が少ないので概略印加電圧Vmsin(ωt+θ)の最大値Vmが印加される。
【００５５】
図１５はＬＥＤアレイに流れる電流に対するタイミングダイヤグラム(Timing Diagram)を表わしたものである。図１５で各区間別で動作を説明すると次のようである。
【００５６】
（１）0〜ta区間:(C53−D61)および(D62−C54)の経路でキャパシターC53とC54がＬＥＤアレイ15に電流が流れ始める時点taまで充電される。
【００５７】
（２）ta〜tb区間:［D55−D51−ＬＥＤアレイ15−D52−D56］、［D55−D51−ＬＥＤアレイ15−D53−D61］、［D62−D54−ＬＥＤアレイ15−D52−D56］、［D62−D54−ＬＥＤアレイ15−D53−D61］の複合経路で主電流が流れる。
【００５８】
（３）tb〜π区間:ＬＥＤに主電流が流れないで、キャパシターC53とC54に充電されていた電圧がtc区間まで放電する。
【００５９】
（４）π〜tc区間:(D59−C51)および(C52−D60)の経路でキャパシターC51とC52がＬＥＤアレイ15に電流が流れる時点tcまで充電される。
【００６０】
（５）tc〜td区間:［D60−D51−ＬＥＤアレイ15−D53−D57］、［D58−D54−ＬＥＤアレイ15−D53−D57］、［D60−D51−ＬＥＤアレイ15−D52−D59］、［D58−D54−ＬＥＤアレイ15−D52−D59］の複合経路で主電流が流れる。
【００６１】
（６）td〜2π区間:ＬＥＤに主電流が流れないで、キャパシターC51とC52に充電されていた電圧がta区間まで放電する。
【００６２】
（７）td〜(2π+ta)区間:ＬＥＤには主電流が流れないで、(C53−D61)および(D62−C54)の経路でキャパシターC53とC54がＬＥＤアレイ15に電流が流れる時点(2π+ta)までVth値で充電され、キャパシターC51とC52に充電されていた電圧が放電する。
【００６３】
したがって本発明のＬＥＤ蛍光ランプの場合内蔵しているキャパシターC51乃至C54の値をCaとおけば、ＬＥＤアレイ15に電流が流れないtd〜ta、tb〜tc区間にはインバーター内部に内蔵しているキャパシターCに2Caが並列に接続されているように動作して、この時の実効キャパシタンスを、Crは次のように表わすことができる。
【００６４】
【数５】
2010182656.tif 000007
【００６５】
したがって数式１で表わしたように直列共進回路の特性関数(Quality Factor)はQo=1/(ω0RC)に表わすことができるので、キャパシタンスが大きくなるようになると、Qo価は小さくなる。数式２によってＬＥＤ蛍光ランプの両端間にかかる電圧Vcの値が小さくなる。従って、このCa値を変化させれば、ＬＥＤ蛍光ランプに流れる電流の最大値および電流が流れる区間を制御することができるようになるので、結果的にＬＥＤ電力を制御することができるようになる。
【００６６】
図１６は、本発明の第５実施例によるＬＥＤ蛍光ランプを直列共振方式の電子式安定器に使った場合の回路構成を表わした図である。前述したように、ＬＥＤ蛍光ランプ190のインダクターL91とL92は蛍光ランプのフィラメントの役割をし、インダクターL91とL92が挿入されることでインバーター内部のフィラメント異常状態の感知回路が動作しなくなる。また、ＬＥＤ蛍光ランプ190は、図８ｂに示したように、インダクターL91およびL92の代りに抵抗を使うこともできる。しかし抵抗を使う場合には、インダクターを使う場合とは違い、共振電流がこの抵抗を通じて流れ、それによる電力損失の生ずる短所がある。
【００６７】
図１６を参照すると、第１連結ピン191と第２連結ピン192にインバーター内部共振キャパシターCが繋がれて、第３連結ピン193と第４連結ピン194にインバーターからの出力が繋がれれば、インダクターL91とL92の値をLaとおけば全体共振インダクタンスLはL=Lo+2Laとおくことができる。従って、第１連結ピン191と第２連結ピン192に最大の電圧がかかるようになる。
【００６８】
また、ＬＥＤアレイ19に直列接続されたインダクターL93は、その値をLbとおけば、ＬＥＤアレイ19に主電流が流れる時区間にはインバーター動作周波数の２倍の周波数のＬＥＤ電流が流れるようになるので、ZLb=j2ωLbのインピーダンス値がＬＥＤアレイ19のインピーダンスに加わって、特性関数Q値を変化させる。従って、ＬＥＤアレイ19に印加される電圧の尖頭値Vmの値を制御してＬＥＤアレイ19に流れる電流を制御することができるようになる。
【００６９】
次の［表１］はCa値を変化させた時のＬＥＤ蛍光ランプの特性変化を表わした。インバーター動作周波数は50KHz、ＬＥＤアレイ15は４８個×３列、そしてCは、6800pFの場合である。
【００７０】
【表１】
2010182656.tif 000008
【００７１】
このように本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは一般的に使われている電子式安定器に回路変更なしに、すぐ装着して使うことができる。また、本発明によるＬＥＤ蛍光ランプは、上記に説明した実施例等の構成と方法を限定して適用することができるだけでなく、上記実施例等は多様な変形が成り立ち其れを適用できる。また、各実施例等の全部、または一部が選択的に組合され、構成されることもできる。
【００７２】
また、以上では、本発明の望ましい実施例に対して示し、説明したが、本発明は上述した特定の実施例に限定されなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨を脱することなしで、当該発明が属する技術分野で通常の知識を持っている人によって多様な変形実施が可能なことは勿論である。このような変形実施例等は本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解されなければいけないことである。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、照明器具のうち、ハーフブリッジ方式などのインバーター方式だけでなく、スターター方式、ラビッドスタート方式を採る照明器具に適用できる。
【符号の説明】
【００７４】
１５：ＬＥＤアレイ
１５０：ＬＥＤ蛍光ランプ
【図１】
2010182656.tif 000009
【図２】
2010182656.tif 000010
【図３】
2010182656.tif 000011
【図４】
2010182656.tif 000012
【図５】
2010182656.tif 000013
【図６ａ】
2010182656.tif 000014
【図６ｂ】
2010182656.tif 000015
【図７】
2010182656.tif 000016
【図８ａ】
2010182656.tif 000017
【図８ｂ】
2010182656.tif 000018
【図９】
2010182656.tif 000019
【図１０】
2010182656.tif 000020
【図１３】
2010182656.tif 000021
【図１４】
2010182656.tif 000022
【図１５】
2010182656.tif 000023
【図１６】
2010182656.tif 000024
【図１１】
2010182656.tif 000025
【図１２】
2010182656.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月20日(2009.4.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【特許文献１】実開平０６−５４１０３号公報（請求項１と図２）
【特許文献２】特開２００１−３５１４０２号公報（請求項１と図２）
【特許文献３】特開平１１−１３５２７４号公報（請求項１と図４）