(57)【要約】【課題】キャパシタンスの使用量を低減する方法及びその装置を提供する。【解決手段】パルス制御可能な装置に使用される方法であって、交流電圧をパルス直流電圧に整流する整流ステップと、前記パルス直流電圧が零ボルトである時間点を検知する零点を検知するステップと、前記パルス直流電圧と時脈信号に対する頻度と位相を一致化させる頻度と位相の一致化をロックするステップと、前記パルス直流電圧が零ボルトに近くなる時に、前記時脈信号中の少なくとも上昇時間点と落下時間点を設定するパルス期間を設定するステップと、前記パルス期間を設定するステップによる設定される上昇時間点と落下時間点に対して所定の時間内に前記パルス制御可能な装置をオープン又はクローズするオープンとクローズステップと、を有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス制御可能な装置に使用される方法であって、
交流電圧をパルス直流電圧に整流する整流ステップと、
前記パルス直流電圧が零ボルトである時間点を検知する零点を検知するステップと、
前記パルス直流電圧と時脈信号に対する頻度と位相を一致化させる頻度と位相の一致化をロックするステップと、
前記パルス直流電圧が零ボルトに近くなる時に、前記時脈信号中の少なくとも上昇時間点と落下時間点を設定するパルス期間を設定するステップと、
前記パルス期間を設定するステップによる設定される上昇時間点と落下時間点に対して所定の時間内に前記パルス制御可能な装置をオープン又はクローズするオープンとクローズステップと、を有することを特徴とするキャパシタンスの使用量を低減する方法。
【請求項２】
前記オープンとクローズステップにおいて、前記パルス制御可能な装置をクローズする所定の時間内にデューティサイクルを有し、前記デューティサイクルは、１０％〜９０％の工作サイクル周期率から選られることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタンスの使用量を低減する方法。
【請求項３】
電子部材と、
外部の交流電源に電気接続されることにより、交流電圧をパルス直流電圧に整流する整流器と、
前記電子部材を駆動するための駆動器と、
前記整流器と前記駆動器との間に電気接続されることにより、キャパシタンスに対応する前記駆動器が前記電子部材を駆動するための電力をセーブするキャパシターと、
前記整流器と前記駆動器との間に電気接続され、前記パルス直流電圧が零ボルトに近くなると、前記駆動器を少なくとも所定時間内にオープン又はクローズする制御器と、を備えることを特徴とするパルス制御可能な装置。
【請求項４】
前記整流器は、フルブリッジ式整流器であることを特徴とする請求項３に記載のパルス制御可能な装置。
【請求項５】
前記電子部材は、冷陰極蛍光ランプ、外部電極蛍光ランプ又はナノ級カーボンランプであり、前記駆動器は、インバータであることを特徴とする請求項３に記載のパルス制御可能な装置。
【請求項６】
前記電子部材は、発光ダイオードであり、前記駆動器は、定電流装置であることを特徴とする請求項３に記載のパルス制御可能な装置。
【請求項７】
前記電子部材は、有機発光ダイオードであり、前記駆動器は、定電圧装置であることを特徴とする請求項３に記載のパルス制御可能な装置。
【請求項８】
前記制御器は、パルス幅変調(pulse-width modulation, PWM)信号によって前記駆動器のオープンとクローズを行うことを特徴とする請求項３に記載のパルス制御可能な装置。
【請求項９】
前記制御器は、前記パルス直流電圧の頻度と位相を感知すると共に、対応する時脈信号(clock signal)を発生位相ロックループ(phase-locked loop, PLL)の回路と、
前記位相ロックループの回路と前記駆動器に連結されることにより、前記時脈信号を接収すると共に、この時脈信号に対応するPWN信号を発生するように、前記駆動器をオープン又はクローズする工作周期セレクターと、を有することを特徴とする請求項８に記載のパルス制御可能な装置。
【請求項１０】
前記PWN信号は、少なくともオープン時間と少なくともクローズ時間を有し、前記クローズ時間を１０％〜２５％の工作サイクル周期率に設定することを特徴とする請求項８又は９に記載のパルス制御可能な装置。
【請求項１１】
前記パルス制御可能な装置は、更に力率改善回路を有することにより、力率を改善し、前記力率改善回路は、主動式力率改善回路又はシングルステージの主動式力率改善回路であることを特徴とする請求項１０に記載のパルス制御可能な装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタンスの使用量を低減する方法及びその装置に関し、特にキャパシターを有するパルス制御可能な装置(pulse activated device)に使用することにより、力率(power factor)を改善すると共に、大型のキャパシターの使用を不要とする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、力率改善回路(power factor correction，PFC)が様々な電子装置に使用され、電流と電圧との間の位相関係を調整することにより、力率を改善すると共に、伝送電力の損耗を低減することに寄与される。
【０００３】
図１に示すように、従来に力率改善効果を有する電子式安定器を説明し、前記安定器は、灯具に使用され、グランド（GND）と、電気部材（１４）と、ブリッジ式整流器(bridge rectifier)（１１）と、PFC回路（１２）と、定電圧電流制御器（１３）とを備える。
【０００４】
前記電子部材（１４）は、例えば冷陰極蛍光ランプ（CCFL）又は他の省エネランプ（CFL）である。
【０００５】
前記ブリッジ式整流器（１１）は、外部の交流電源（１０）と電気接続されることにより、交流電圧(alternating current (AC) voltage)を全波形整流電圧(full-wave rectified voltage)に整流し、前記外部の交流電源（１０）は、例えば家庭用のライン電圧(line voltage)である。
【０００６】
前記灯具の力率を改善するためによく使用される前記PFC回路（１２）は、昇圧回路構成であり、４００ボルトまでの高い直流電圧を輸出することにより、伝送電力の損耗を低減すると共に、輸入電圧と電流との間の位相関係を改変することを通じて力率を改善し、このPFC回路（１２）は、インダクタンス(inductance)（１２１）と、フライバックダイオード(flyback diode)（１２２）と、フィルターキャパシター(filter capacitor)（１２３）と、スイッチ（１２０）と、制御器（１２４）と、を有する。
【０００７】
前記インダクタンス（１２１）は、前記ブリッジ式整流器（１１）と連結されることにより、輸入電流の激変を防止する。
【０００８】
前記フライバックダイオード（１２２）は、陰極と陽極を有し、前記陽極が前記インダクタンス（１２１）に電気接続される。
【０００９】
前記フィルターキャパシター（１２３）は、前記フライバックダイオード（１２２）の陰極と前記グランド（GND）との間に設けられると共に、前記フライバックダイオード（１２２）の陰極に電気接続されるプラス端と前記グランド（GND）に電気接続されるマイナス端を有する。
【００１０】
前記スイッチ（１２０）は、前記PFC回路（１２）の連接回路を制御すると共に、両端を有し、その一端が前記インダクタンス（１２１）とフライバックダイオード（１２２）に連接され、他端が前記グランド（GND）に連接される。
【００１１】
前記連接回路は、オンの状態の回路(ON-state loop)（１００）と、オフの状態の回路(OFF-state loop)（１０１）を有する。
【００１２】
前記スイッチ（１２０）がクローズ（CLOSE）すると、前記オンの状態の回路（１００）が前記ブリッジ式整流器（１１）、前記インダクタンス（１２１）及び前記グランド（GND）の連結を連接する。
【００１３】
前記スイッチ（１２０）がオープン（OPEN）すると、前記オフの状態の回路（１０１）が前記ブリッジ式整流器（１１）と前記インダクタンス（１２１）との連結を連接すると共に、電流がフライバックダイオード（１２２）を通じて前記フィルターキャパシター（１２３）に流れることにより、前記フィルターキャパシター（１２３）に対してチャージ（充電）を行う。
【００１４】
前記制御器（１２４）は、前記スイッチ（１２０）に連接されると共に、前記スイッチ（１２０）のオープンとクローズを制御するように制御信号を発送する。
【００１５】
前記定電圧電流制御器（１３）は、前記PFC回路（１２）から輸出された直流電流が前記電子部材（１４）を駆動するための適当な電圧又は電流に転換される。
【００１６】
図１及び図２に示すように、前記全波形整流電圧がピーク値から零に近くなると、前記フィルターキャパシター（１２３）が充分の駆動電圧を維持するために放電することにより、前記定電圧電流制御器（１３）は電圧が低くても、前記電子部材（１４）を駆動することができ、この時、リップル電圧(ripple voltage)（２０）を発生し、輸入電圧が１２０Hｚであると共に、整流した電圧が３０％以下に降下すると、このリップ流電圧の表現が明らかになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
一般的には、前記フィルターキャパシター（１２３）は高いキャパシタンス(capacitance)の特性を有しなければならなく、そして前記電子部材（１４）を駆動できるための充分なエネルギーを前記定電圧電流制御器（１３）に提供することを確保する。よく使用されるキャパシターは、電解式キャパシター(electrolytic capacitor)であり、この電解式キャパシターは、高いキャパシタンス、高電圧に対して耐性を有する特徴がある以外に、値段も合理的に安いが、電解式キャパシターは液体（電解質）からなるため、その液体が時間に伴い乾くなりながら、キャパシターの使用寿命を縮めて行く。特に高温の環境でこれを照明装置に使用される場合、更に前記電解式キャパシターの使用寿命を縮め（毎１０℃が増加すると、前記電解式キャパシターの使用寿命を半分に縮めてしまう）、この電解式キャパシターの使用寿命は、２０００乃至８０００時間までに長いが、一般の陰極蛍光ランプの寿命は５００００時間以上までに長いため、普通の灯具の故障原因は、ランプの損害ではなく、キャパシターの損害である。
【００１８】
他のキャパシターは、例えばプラスチックマイラーキャパシター(Plastic Mylar capacitor)が、電解式キャパシターより長い使用寿命を有し、照明装置に使用されても優れた効果を出るが、値段が高いし、且つ体積も同じキャパシタンスを有する電解式キャパシターの約１０〜２０倍であるという欠点を有する。
【００１９】
そして、当業者と研究開発者は、値段が安くて体積が小さい特徴を有するキャパシターの開発に努力し、PFC回路を使用する電子製品、或いはキャパシターを有すると共に、パルス信号の作業モジュールに動作可能なパルス制御可能な装置(pulse activated device)にもかかわらず、更に装置の体積を低減して製品の使用寿命を向上する目的を図る望みがある。
【００２０】
そこで、出願されたのが本発明であって、キャパシターを有するパルス制御可能な装置(pulse activated device)に使用することにより、力率(power factor)を改善すると共に、大型のキャパシターの使用を不要とするキャパシタンスの使用量を低減する方法及びその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本願の請求項１の発明は、パルス制御可能な装置に使用される方法であって、
交流電圧をパルス直流電圧に整流する整流ステップと、
前記パルス直流電圧が零ボルトである時間点を検知する零点を検知するステップと、
前記パルス直流電圧と時脈信号に対する頻度と位相を一致化させる頻度と位相の一致化をロックするステップと、
前記パルス直流電圧が零ボルトに近くなる時に、前記時脈信号中の少なくとも上昇時間点と落下時間点を設定するパルス期間を設定するステップと、
前記パルス期間を設定するステップによる設定される上昇時間点と落下時間点に対して所定の時間内に前記パルス制御可能な装置をオープン又はクローズするオープンとクローズステップと、を有することを特徴とするキャパシタンスの使用量を低減する方法、を提供する。
【００２２】
本願の請求項２の発明は、前記オープンとクローズステップにおいて、前記パルス制御可能な装置をクローズする所定の時間内にデューティサイクルを有し、前記デューティサイクルは、１０％〜９０％の工作サイクル周期率から選られることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタンスの使用量を低減する方法、を提供する。
【００２３】
本願の請求項３の発明は、電子部材と、
外部の交流電源に電気接続されることにより、交流電圧をパルス直流電圧に整流する整流器と、
前記電子部材を駆動するための駆動器と、
前記整流器と前記駆動器との間に電気接続されることにより、キャパシタンスに対応する前記駆動器が前記電子部材を駆動するための電力をセーブするキャパシターと、
前記整流器と前記駆動器との間に電気接続され、前記パルス直流電圧が零ボルトに近くなると、前記駆動器を少なくとも所定時間内にオープン又はクローズする制御器と、を備えることを特徴とするパルス制御可能な装置、を提供する。
【００２４】
本願の請求項４の発明は、前記整流器は、フルブリッジ式整流器であることを特徴とする請求項３に記載のパルス制御可能な装置、を提供する。
【００２５】
本願の請求項５の発明は、前記電子部材は、冷陰極蛍光ランプ、外部電極蛍光ランプ又はナノ級カーボンランプであり、前記駆動器は、インバータであることを特徴とする請求項３に記載のパルス制御可能な装置、を提供する。
【００２６】
本願の請求項６の発明は、前記電子部材は、発光ダイオードであり、前記駆動器は、定電流装置であることを特徴とする請求項３に記載のパルス制御可能な装置、を提供する。
【００２７】
本願の請求項７の発明は、前記電子部材は、有機発光ダイオードであり、前記駆動器は、定電圧装置であることを特徴とする請求項３に記載のパルス制御可能な装置、を提供する。
【００２８】
本願の請求項８の発明は、前記制御器は、パルス幅変調(pulse-width modulation, PWM)信号によって前記駆動器のオープンとクローズを行うことを特徴とする請求項３に記載のパルス制御可能な装置、を提供する。
【００２９】
本願の請求項９の発明は、前記制御器は、前記パルス直流電圧の頻度と位相を感知すると共に、対応する時脈信号(clock signal)を発生位相ロックループ(phase-locked loop, PLL)の回路と、
前記位相ロックループの回路と前記駆動器に連結されることにより、前記時脈信号を接収すると共に、この時脈信号に対応するPWN信号を発生するように、前記駆動器をオープン又はクローズする工作周期セレクターと、を有することを特徴とする請求項８に記載のパルス制御可能な装置、を提供する。
【００３０】
本願の請求項１０の発明は、前記PWN信号は、少なくともオープン時間と少なくともクローズ時間を有し、前記クローズ時間を１０％〜２５％の工作サイクル周期率に設定することを特徴とする請求項８又は９に記載のパルス制御可能な装置、を提供する。
【００３１】
本願の請求項１１の発明は、前記パルス制御可能な装置は、更に力率改善回路を有することにより、力率を改善し、前記力率改善回路は、主動式力率改善回路又はシングルステージの主動式力率改善回路であることを特徴とする請求項１０に記載のパルス制御可能な装置、を提供する。
【発明の効果】
【００３２】
上述した本発明に係わる方法及び装置によれば、パルス制御可能な装置がクロースすると、その内部におけるキャパシターにセーブした電力が安定状態に維持することができるので、キャパシタンスの使用量を低減することができ、体積も従来の装置より軽量化と小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来の力率改善(power factor correction, PFC)回路を有する冷陰極蛍光ランプの回路構成図である。
【図２】リップル電圧の波形を示す参考図である。
【図３】本発明に係わるキャパシタンスの使用量を低減する方法のフローチャートである。
【図４】パルス直流電圧がパルス幅変調信号により変調した波形関係図である。
【図５】図４に比べて、前記パルス直流電圧が複数の上昇時間点と落下時間点を有する参考図である。
【図６】本発明に係る装置の構成を示す参考図である。
【図７】本発明に係る装置に更に主動式力率改善回路が設けられる構成を示す参考図である。
【図８】本発明に係る装置に更にシングルステージの主動式力率改善回路が設けられる構成を示す参考図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３５】
図３乃至図５に示すように、本発明に係わるキャパシタンスの使用量を低減する方法は、パルス制御可能な装置に使用される方法であって、交流電圧(alternating current (AC)voltage)をパルス直流電圧(pulsating direct current (DC) voltage)（４０）に整流する整流ステップ（３０）と、
前記パルス直流電圧（４０）が零ボルトである時間点を検知する零点を検知するステップ（３１）と、
前記パルス直流電圧（４０）と時脈信号に対する頻度と位相を一致化させる頻度と位相の一致化をロックするステップ（３２）と、
前記パルス直流電圧（４０）が零ボルトに近くなる時に、前記時脈信号中の少なくとも上昇時間点(rising time)と落下時間点(falling time)を設定するパルス期間を設定するステップ（３３）と、
前記パルス期間を設定するステップ（３３）による設定される上昇時間点(rising time)と落下時間点(falling time)に対して前記パルス制御可能な装置をオープン又はクローズするオープンとクローズステップ（３４）と、を有する。
【００３６】
前記整流ステップ（３０）は、整流器が交流電源に電気接続されることにより達成する。
【００３７】
前記零点を検知するステップ（３１）は、零点感知器として差動拡大器が使用されることにより、前記パルス直流電圧（４０）が零ボルトである時間点を検知する。
【００３８】
前記頻度と位相の一致化をロックするステップ（３２）は、位相ロックループ(phase-locked loop, PLL)の回路により達成する。
【００３９】
前記パルス期間を設定するステップ（３３）は、デューティサイクルセレクター(duty cycle selector)が前記頻度と位相の一致化をロックするステップ（３２）の位相ロックループの回路に連接することにより達成する。
【００４０】
前記上昇時間点と落下時間点を有する時脈信号は、オープン時間とクローズ時間（４１）を有し、前記クローズ時間（４１）のデューティサイクル(duty cycle)は、前記クローズ時間（４１）の長短に応じて１０％〜９０％の工作サイクル周期率に設計することができる。
【００４１】
図４乃至図６に示すように、優れた力率改善効果とより小さいカパスタンスの使用量を有する本発明に係わるパルス制御可能な装置について、灯具を実施例として説明する。前記灯具は、冷陰極蛍光ランプ(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)、外部電極蛍光ランプ(External Electrode Fluorescent Lamp, EEFL)、ナノ級カーボンランプ(Carbon Nanotube Lamp, CNL)、発光ダイオード(Light Emitting Diode, LED)又は有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode, OLED)である電子部材（５４）と、
家庭用のライン電圧(line voltage)である外部の交流電源（５０）に電気接続されることにより、交流電圧をパルス直流電圧（４０）に整流する、四つのダイオード(diode)からなるフルブリッジ式整流器である整流器（５１）と、
前記電子部材（５４）を駆動するための駆動器（５３）と、
前記整流器（５１）と駆動器（５３）との間に電気接続されることにより、前記駆動器（５３）が前記電子部材（５４）を駆動するための電力（キャパシタンスに対応する）をセーブするキャパシター（５２）と、
前記整流器（５１）と駆動器（５３）との間に電気接続され、前記パルス直流電圧（４０）が零ボルトに近くなると、前記駆動器（５３）を少なくとも所定時間内にオープン又はクローズする制御器（５５）と、を備える。
【００４２】
前記駆動器（５３）は、前記キャパシター（５２）にセーブした電力によって電流を発生しながら前記電子部材（５４）を駆動し、前記キャパシター（５２）にセーブした電力が減少して行く、その減少率は前記キャパシター（５２）のキャパシタンスと前記電子部材（５４）の種類によって異なる。
【００４３】
前記電子部材（５４）は、冷陰極蛍光ランプ、外部電極蛍光ランプ又はナノ級カーボンランプである場合、前記駆動器（５３）は、インバータである。前記電子部材（５４）は、発光ダイオードである場合、前記駆動器（５３）は、定電流装置(constant current device)である。前記電子部材（５４）は、有機発光ダイオードである場合、前記駆動器（５３）は、定電圧装置である。
【００４４】
前記制御器（５５）は、パルス幅変調(pulse-width modulation, PWM)信号によって前記駆動器（５３）のオープンとクローズを行い、位相ロックループ(phase-locked loop, PLL)の回路（５５１）と工作周期セレクター（５５２）を有する。
【００４５】
前記PLL回路（５５１）は、前記整流器（５１）に連結されることにより、前記パルス直流電圧（４０）の頻度と位相を感知すると共に、対応する時脈信号(clock signal)を発生し、前記時脈信号の頻度と前記パルス直流電圧（４０）とが一致化する。
【００４６】
前記工作周期セレクター（５５２）は、前記位相ロックループの回路（５５１）と前記駆動器（５３）に連結されることにより、前記時脈信号を接収すると共に、この時脈信号に対応するPWN信号を発生するように、前記駆動器（５３）をオープン又はクローズする。
【００４７】
前記PWN信号は、少なくとも上昇時間点と少なくとも落下時間点を有し、この上昇時間点と落下時間点によりオープン時間とクローズ時間（４１）を形成し、前記クローズ時間（４１）は、零ボルトに近い前記パルス直流電圧（４０）を介することにより、前記駆動器（５３）を所定の時間にオープン又はクローズする。前記クローズ時間（４１）のデューティサイクル(duty cycle)は、開閉の長短に応じて１０％〜９０％の工作サイクル周期率に設計する。
【００４８】
図４、図５、図7と図8に示すように、本発明に係わるパルス制御可能な装置は、更に前記キャパシター（５２）に連結される力率改善(power factor correction, PFC)回路を有し、前記PFC回路は、力率改善効果を提供することにより、前記パルス制御可能な装置の力率(power factor)を改善する。前記PFC回路は、主動式力率改善回路（active PFC回路）（５６Ａ）又はシングルステージの主動式力率改善回路（single stage active PFC回路）（５６Ｂ）である。
【００４９】
しかし、前記制御器（５５）によって前記駆動器（５３）をクローズすると、灯具の輸出輝度を降下してしまうが、この欠点についてより高い電圧又は電流を提供することにより補償効果を達成できる。更にまた、現在の照明技術によれば、灯具の輸出輝度を少し降下しても使用上の困りを招かない。本発明者は、本発明を灯具に使用する試験により、前記クローズ時間（４１）を１０％〜２５％の工作サイクル周期率に設定することがより好ましいことが発見される。
【００５０】
又、高温に対する耐性が悪い灯具（例えば、発光ダイオードの灯具）について、本発明にて所定の時間内にクローズした後オープンすることにより、熱の発生を低減し、高温で灯具の損害を避けることができる。
【００５１】
上述したように、本発明の方法及び装置によれば、パルス制御可能な装置をクローズすると、その内部のキャパシターにセーブする電力はパルス直流電圧を零ボルトに近いに伴い減少されなく、逆に安定状態に維持するので、本発明を使用するパルス制御可能な装置は、キャパシタンスの使用量を低減できると共に、体積も従来の装置より小型化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は上記の構成を有するので、パルス制御可能な装置に対してキャパシタンスの使用量を低減することができ、体積も従来の装置より軽量化と小型化することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０    外部の交流電源
１００  オンの状態の回路
１０１  オフの状態の回路
１１    ブリッジ式整流器
１２    PFC回路
１２０  スイッチ
１２１  インダクタンス
１２２  フライバックダイオード
１２３  フィルターキャパシター
１３    定電圧電流制御器
１４    電子部材
２０    リップル電圧
３０    整流ステップ
３１    零点を検知するステップ
３２    頻度と位相の一致化をロックするステップ
３３    パルス期間を設定するステップ
３４    オープンとクローズステップ
４０    パルス直流電圧
４１    クローズ時間
５０    外部の交流電源
５１    整流器
５２    キャパシター
５３    駆動器
５４    電子部材
５５    制御器
５５１  位相ロックループの回路
５５２  工作周期セレクター
５６Ａ  主動式力率改善回路
５６Ｂ  シングルステージの主動式力率改善回路
【図１】
2010263780.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010263780.tif 000008
【図７】
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【図８】
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