(57)【要約】【課題】ＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置６０は、直流電源１０、パルス発振器１１、プリアンプ１２、キャリア信号制御ユニット２０、電圧電流制御ユニット３０およびフィードバック信号回路５０を備える。直流電源１０は、ＬＥＤ負荷端４０に必要な電源を提供する。キャリア信号制御ユニット２０は、微積分処理器２１と、微積分処理器２１に接続される信号比較回路２２と、信号比較回路２２に接続される少なくとも三つの信号処理器２３、２４、２５とを有する。信号処理器は信号差分アンプ２３１、２４１、２５１を別々に接続され、増幅信号電圧Ｖ２に対し信号電圧の比較および処理を少なくとも三回以上行い、かつ比較信号電圧Ｖ３を出力する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ負荷端に必要な電源を提供する直流電源と、
前記直流電源から入力される電流によってパルス信号電圧（Ｖ１）を生成するパルス発振器と、
前記パルス発振器の出力端に接続され、かつ前記パルス信号電圧（Ｖ１）を増幅し、増幅信号電圧（Ｖ２）を生成するプリアンプと、
微積分処理器と、前記微積分処理器に接続される信号比較回路と、前記信号比較回路に接続される少なくとも三つの信号処理器とを有するキャリア信号制御ユニットと、
信号変換器と、ＤＣ電圧処理器および定電圧回路と、ＤＣ電流処理器および定電流回路と、パワーアンプとを有する電圧電流制御ユニットと、
前記ＬＥＤ負荷端および前記微積分処理器の間に接続されるフィードバック信号回路と、を備え、
前記信号処理器は、信号差分アンプを別々に接続され、前記増幅信号電圧（Ｖ２）に対し信号電圧の比較および処理を少なくとも三回以上行い、かつ比較信号電圧（Ｖ３）を出力し、
前記電圧電流制御ユニットは、前記信号変換器によって前記比較信号電圧（Ｖ３）を変調し、そののち前記ＤＣ電圧処理器および前記定電圧回路と、前記ＤＣ電流処理器および前記定電流回路とによって処理を行い、続いて前記パワーアンプによって比較および処理を行った定電圧（Ｖ４）および定電流（Ｉ４）を増幅し、前記ＬＥＤ負荷端に出力し、
前記フィードバック信号回路は、前記ＬＥＤ負荷端を介して負荷信号電圧（Ｖ５）を獲得し、続いてフィードバックによって比較信号電圧（Ｖ６）を獲得し、そして前記微積分処理器の入力端に送って処理し、続いて前記信号処理器はソフトウェアプログラムの調整および制御動作を少なくとも三回以上行い、前記信号差分アンプは減衰した信号電圧に対し調節、補正および増幅を自動的に行うと同時に前記ＤＣ電圧処理器および前記ＤＣ電流処理器に別々に接続し、続いて前記ワーアンプは新しい稼動電圧信号（Ｖ４ｎ）を出力し、再び前記ＬＥＤ負荷端を駆動し直すため、前記ＬＥＤ負荷端は修正された稼動電圧信号の調整および制御動作によって低電圧および低電流で駆動し、かつ放熱温度を抑制することが可能であることを特徴とするＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ負荷端は、レフ球型ＬＥＤ、電球型ＬＥＤおよび蛍光灯型ＬＥＤのいずれか一つから構成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤの省エネルギー駆動装置、詳しくはＬＥＤの高温過熱を抑制する省エネルギー駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ技術が持続的に進歩し、ＬＥＤ製品の輝度が向上してくるのに伴い、ＬＥＤランプは、早期の表示機能から現今の省エネルギー、エコロジー、長寿命、小体積などを特徴とする照明および光源製品に進展し、一般の照明をはじめ自動車用照明、道路用照明およびバックライトプレートなどまで汎用されてきているため、市場規模および成長力が非常に注目され、未来でも世界中最も積極的に発展する産業と言える。しかしながら、高効率ＬＥＤは、１５から２０％の入力効率が光エネルギー、残りの８０から８５％の入力効率が熱エネルギーに転換される。とくに熱エネルギーを効率よく処理せず外部に排出すると、ＬＥＤチップの界面温度が高過ぎることが原因で波長に影響を与え、発光効率を減衰させ、寿命を短縮してしまうという問題が発生する。このためシステムの発熱問題は、製品の機能の優劣を決めるキーであるとされる。かつ、従来の放熱技術問題を処理する場合、ＬＥＤ内部のパッケージングおよび熱伝導とランプの放熱設計など二つの方面に対し改善を進めることが一般的であるため、パッケージング工程のコスト、体積および重さなどの制限に極めて大きい影響を与える。従って、市場には高効率ＬＥＤランプがほとんど見られないだけでなく、金属製ケースを放熱装置として使用していない製品もない。
【０００３】
長時間にわたってＬＥＤを駆動して発光させると、高熱が生じるだけでなく光度（Ｌｍ）に影響を与えるという事態が起こりやすい。早期のＬＥＤの駆動による発光方法は、直接ＤＣ電流を入力し、ＬＥＤに刺激を与え、光を発生させることである。ＬＥＤは主にＧａＡｓＰまたはＧａＰから構成され、材料によって放射光の波長および色が異なる。ＧａＡｓＰを使用する場合、発射光の色は赤色である。ＧａＰを使用する場合、放射光の色は黄色と緑色の間である。図１Ａに示すように、ＬＥＤの放射光の光度と通電電流は正比例の関係にあるため、図１Ｂに示すように、光度を調節する場合、比較低い（Ｌ）または比較的高い（Ｈ）ＤＣ電流（Ｉ）を入力することによって制御することが可能である。しかしながら、このような駆動方法は、長時間にわたってＬＥＤを導通、発光させるため、短時間内に温度を高く上昇させてしまう。そのうえ良好な放熱装置が整わなければ、ＬＥＤの輝度を減衰させ、信頼性を低下させてしまう。
【０００４】
図２Ａと図２Ｂに示すように、従来の技術は、ＬＥＤを駆動するためＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路を採用し、かつ入力電圧の振幅（図２Ａに示す）を一定の幅のパルス（図２Ｂに示す）に変換する。即ち、振幅データをパルスの幅に変換することが主な機能であるため、パワー回路の出力状態を監視、制御することが可能であるだけでなく、パワーユニットに制御信号を提供し、高効率効能変換回路に広範に適用することが可能である。しかしながら、ＰＷＭ回路の発振波形および振幅電圧は一定している。例えばＬＥＤを駆動する振幅電圧を５Ｖに設定すれば、波形および振幅はこの設定値に従って操作の際の電圧および電流を供給する。これがＬＥＤの稼動温度を下げることが困難となる要因の一つである。
【０００５】
ＬＥＤ照明が未だ普及してこない理由は、ＬＥＤのパッケージングによって放熱を達成する効率が限られることにある。それは操作の際の電圧および電流が変化しない限り高温が生じるという事態を招くからである。従って、パッケージングによって放熱を果たすとしてもなかなか所期の効果は達成できない。一方、ランプに複数の放熱フィンなどの放熱装置を増設すれば、体積を増大させ、室内の空間設計に不利になるだけでなく、ランプの表面は依然として高温状態に維持される。例えば、ＬＥＤを光源とするランプを使用する場合、ケースが非常に熱いため、ケースの回りが熱くなるだけでなく、使用状況に影響を与えてしまう。かつ高温が原因で変形ないし焼損が生じるという事態を避けるため、ランプは金属ケースを使用しなければならないという制限がある。従って、全体には改善の余地がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主な目的は、ＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置を提供することである。ＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置は、信号電圧を稼動エネルギーに変換する装置が制御された上で負荷端を介して獲得したフィードバック信号電圧を、微積分処理器によって信号電圧比較を持続的に行い、電圧および電流の制御作動を修正する。これにより、低電圧および低電流の状態下でＬＥＤ負荷の特性に従って高輝度、高効率ＬＥＤを駆動することが可能であるため、温度が高くなり過ぎるという問題が発生せず、省エネルギー効果を有するだけでなく、環境を安全に保護する効果を増進することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明の技術手段によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置は、直流電源、パルス発振器（ＰｕｌｓｅＯＳＣ）、プリアンプ、キャリア信号制御ユニット、電圧電流制御ユニットおよびフィードバック信号回路を備える。
直流電源は、ＬＥＤ負荷端に必要な電源を提供する。
パルス発振器（ＰｕｌｓｅＯＳＣ）は、直流電源から入力される電流によってパルス（Ｐｕｌｓｅ）信号電圧Ｖ１を生成する。
【０００８】
プリアンプは、パルス発振器の出力端に接続され、かつパルス信号電圧Ｖ１を増幅し、増幅信号電圧Ｖ２を生成する。
キャリア信号制御ユニットは、微積分処理器と、微積分処理器に接続される信号比較回路と、信号比較回路に接続される少なくとも三つの信号処理器とを有する。信号処理器は信号差分アンプを別々に接続され、増幅信号電圧Ｖ２に対し信号電圧の比較および処理を少なくとも三回以上行い、かつ比較信号電圧Ｖ３を出力する。
【０００９】
電圧電流制御ユニットは、信号変換器によって比較信号電圧Ｖ３を変調し、そののちＤＣ電圧処理器および定電圧回路と、ＤＣ電流処理器および定電流回路とによって処理を行う。続いて、パワーアンプによって比較および処理を行った定電圧Ｖ４および定電流Ｉ４を増幅し、ＬＥＤ負荷端に出力する。
【００１０】
フィードバック信号回路は、ＬＥＤ負荷端および微積分処理器の間に接続される。フィードバック信号回路は、ＬＥＤ負荷端を介して負荷信号電圧Ｖ５を獲得し、続いてフィードバックによって比較信号電圧Ｖ６を獲得し、そして微積分処理器の入力端に送って処理する。続いて、信号処理器は、ソフトウェアプログラムの調整および制御作動を少なくとも三回以上行い、信号差分アンプは減衰した信号電圧に対し調節、補正および増幅を自動的に行うと同時にＤＣ電圧処理器およびＤＣ電流処理器に別々に接続する。続いて、パワーアンプは、新しい稼動電圧信号Ｖ４ｎを出力し、再びＬＥＤ負荷端を駆動し直すため、ＬＥＤ負荷端は修正された稼動電圧信号の調整および制御作動によって低電圧および低電流で稼動し、かつ放熱温度を抑制することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（一実施形態）
図３に示すように、本発明の一実施形態によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置６０は、直流電源１０、パルス発振器（ＰｕｌｓｅＯＳＣ）１１、プリアンプ１２、キャリア信号制御ユニット２０、電圧電流制御ユニット３０およびフィードバック信号回路５０を備える。
【００１２】
直流電源１０は、ＬＥＤ負荷端４０に必要な電源を提供する。
【００１３】
パルス発振器（ＰｕｌｓｅＯＳＣ）１１は、直流電源１０から入力される電流によってパルス（Ｐｕｌｓｅ）信号電圧Ｖ１を生成する。
【００１４】
プリアンプ１２は、パルス発振器１１の出力端に接続され、かつパルス信号電圧Ｖ１を増幅し、増幅信号電圧Ｖ２を生成する。
【００１５】
キャリア信号制御ユニット２０は、微積分処理器２１と、微積分処理器２１に接続される信号比較回路２２と、信号比較回路２２に接続される少なくとも三つの信号処理器２３、２４、２５とを有する。信号処理器２３、２４、２５は信号差分アンプ２３１、２４１、２５１を別々に接続され、増幅信号電圧Ｖ２に対し信号電圧の比較および処理を少なくとも三回以上行い、かつ比較信号電圧Ｖ３を出力する。
【００１６】
電圧電流制御ユニット３０は、信号変換器３１によって比較信号電圧Ｖ３を変調し、そののちＤＣ電圧処理器３２および定電圧回路３３と、ＤＣ電流処理器３４および定電流回路３５とによって処理を行い、続いてパワーアンプ３６によって比較および処理を行った定電圧Ｖ４および定電流Ｉ４を増幅し、ＬＥＤ負荷端４０に出力する。
【００１７】
フィードバック信号回路５０は、ＬＥＤ負荷端４０および微積分処理器３１の間に接続される。フィードバック信号回路５０はＬＥＤ負荷端４０を介して負荷信号電圧Ｖ５を獲得する。続いて、フィードバックによって比較信号電圧Ｖ６を獲得し、そして微積分処理器２１の入力端に送って処理する。続いて、信号処理器２３、２４、２５は、ソフトウェアプログラムの調整および制御作動を少なくとも三回以上行い。信号差分アンプ２３１、２４１、２５１は、減衰した信号電圧に対し調節、補正および増幅を自動的に行うと同時にＤＣ電圧処理器３２およびＤＣ電流処理器３４に別々に接続する。続いて、パワーアンプ３６は、新しい稼動電圧信号Ｖ４ｎを出力し、再びＬＥＤ負荷端４０を駆動し直すため、ＬＥＤ負荷端４０は修正された稼動電圧信号の調整および制御作動によって低電圧および低電流で稼動し、かつ放熱温度を抑制することが可能である。
【００１８】
図４に示すのは、本発明の一実施形態によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置がＬＥＤ負荷端４０に適用された状態を示す回路図である。本発明の一実施形態によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置６０は、ＩＣ形態に設計され、ＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置６０に必要な部品が周辺に配置されている。詳しい説明は省略する。ＬＥＤ負荷端４０は図５Ａに示す如きレフ球型ＬＥＤ４０Ａ、図５Ｂに示す如き電球型ＬＥＤまたは図５Ｃに示す如き蛍光灯型ＬＥＤ４０Ｃとすることが可能である。本実施形態による駆動回路の大きさは、わずか（１．５＊１．５＊１．０ｃｍ前後）であるため、上述したＬＥＤ照明の内部に装着することは容易である。
【００１９】
図６の上方のグラフは一般のＰＷＭを示すグラフ、例えば電圧振幅ｈｉｇｈが５Ｖ、電圧振幅Ｌｏｗが０Ｖ、周波数が１ｋＨｚの方形波である。図６の下方のグラフに示すように、本実施形態は、図３に示すキャリア信号制御ユニット２０および電圧電流制御ユニット３０によってＰＷＭの一定の幅のパルス波の上、ＬＥＤ負荷端４０及びフィードバック信号回路５０を介して比較信号Ｖ６を獲得し、続いて微積分処理器２１を介して信号電圧比較を持続的に行い、かつソフトウェアの調整及び制御作動を少なくとも三回以上行い、発振波形、振幅電圧および波形の線形性を制御することにより、キャリアを図６の下方に示す如き不規則な鋸歯状に変調し、続いて増幅すれば形が図７Ａと図７Ｂに示すとおりである。図７Ａに示すキャリア変調は、約１．８Ｖの振幅電圧を入力し、続いて一次信号比較、二次信号比較、三次信号比較、四次信号比較などの多次の信号比較と、ソフトウェアプログラムの調整および制御作動とを行い、かつ信号差分アンプ２３１、２４１、２５１によって減衰した信号電圧に対し調節、補正および増幅を自動的に行い、続いてパワーアンプ３６によって新しい稼動電圧信号Ｖ４ｎを出力し、電圧および電流を修正することである。つまり本発明によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置は、ＬＥＤ製品の負荷特性に応じ、負荷端の電圧および電流のインピーダンス整合を調整し、消耗を最小にすることによって省エネルギー効能による出力を達成することが可能である。図７Ａのうちの網掛けの区域においてのｆ１とｆ２は節約した電圧および電流を表示する。図７Ｂに示すように、電流が異なる際、振幅が変わる、即ち入力電流の増減を制御することによって波形および振幅を変えることが可能である。
【００２０】
上述したとおり、本発明は調整および制御作動を持続的に行うことによって低電圧および低電流状態下で高輝度・高効率ＬＥＤを駆動するため、省エネルギー効果を有し、放熱問題を解決することが可能であるだけでなく、環境保護を達成し、安全効果を増進することが可能である。
【００２１】
上述した技術手段によりＬＥＤに応用された本発明の駆動装置と従来の駆動装置に対し、テストおよび比較を行った。その結果は下記の表１に示すとおりである。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
上記の表１に示すとおり、本発明による駆動装置６０は、ＬＥＤ負荷端及びフィードバック信号回路を介して比較信号Ｖ６を獲得し、続いて微積分処理器２１を介して信号電圧比較を持続的に行い、かつソフトエアの調整及び制御作動を少なくとも三回以上行い、続いて信号差分アンプによって減衰した信号電圧に対し調節、補正および増幅を自動的に行い、続いて新しい稼動電圧信号によって電圧および電流を修正するため、０．１６（ＤＣＡ）および０．１８（ＤＣＡ）低電流状態下でＬＥＤを駆動し、高温現象が発生することなく温度を３９℃〜４０℃および５２℃〜５３℃に別々に維持することが可能であるだけでなく、ＬＥＤ明度（Ｌｕｘ）を相対的に増大させ、消費電力Ｗを低下させることが可能である。
【００２４】
上述したとおり、本発明は低電圧および低電流状態下で高輝度、高効率ＬＥＤを駆動可能であるため、省エネルギー効果を有するだけでなく、温度が高くなり過ぎるという問題が発生しない。従って、図５Ａに示す如きレフ球型ＬＥＤ４０Ａ、図５Ｂに示す如き電球型ＬＥＤ４０Ｂまたは図５Ｃに示す如き蛍光灯型ＬＥＤ４０Ｃなどの内部に本発明を適用すれば、放熱問題を克服し、上述のＬＥＤ製品の外部に放熱装置を増設する必要なく本来の体積を維持することが可能となるだけでなく、一セットのランプ全体を交換することを必要とせず、古いランプとの互換使用を実現させることが可能となるため、便利性および実用性を確実に有する。
【００２５】
上述したとおり、本発明により開示される技術手段は、「新規性」、「進歩性」および「産業上利用することができる」などの特許請求の要件が備わっている。
上述した図面、説明は、本発明の実施形態を説明するための一例に過ぎないため、この技術を熟知している人が本発明の範疇に基づいて効果が同等な変更または修正を行うことは本発明の請求範囲に属するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】従来のＬＥＤの電流とルーメンの関係を示すグラフである。
【図１Ｂ】従来のＬＥＤの電流と時間の関係を示すグラフである。
【図２Ａ】従来の電圧振幅を示すグラフである。
【図２Ｂ】従来のＬＥＤ駆動回路のＰＷＭ振幅を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置の構造を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置がＬＥＤ負荷に適用された状態を示す回路図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置がレフ球型ＬＥＤに適用された状態を示す模式図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置が電球型ＬＥＤに適用された状態を示す模式図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置が蛍光灯型ＬＥＤに適用された状態を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態によるＬＥＤ放熱温度を抑制する省エネルギー駆動装置の振幅および従来のものの振幅を示すグラフである。
【図７Ａ】図６のキャリア振幅変調を示す拡大図である。
【図７Ｂ】図６のキャリア振幅変調を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：直流電源、１１パルス発振器、１２：プリアンプ、２０：キャリア信号制御ユニット、２１：微積分処理器、２２：信号比較回路、２３：信号処理器、２４：信号処理器、２５：信号処理器、２３１：信号差分アンプ、２４１：信号差分アンプ、２５１：信号差分アンプ、３０：電圧電流制御ユニット、３１：信号変換器、３２：ＤＣ電圧処理器、３３：定電圧回路、３４：ＤＣ電流処理器、３５：定電流回路、３６パワーアンプ、４０：ＬＥＤ負荷端、４０Ａ：レフ球、４０Ｂ：電球、４０Ｃ：蛍光灯、５０：フィードバック信号回路、６０：駆動装置、Ｉ４：定電流、Ｖ１：パルス信号電圧、Ｖ２：増幅信号電圧、Ｖ３：比較信号電圧、Ｖ４：定電圧、Ｖ４ｎ：稼動電圧信号、Ｖ５：負荷信号電圧、Ｖ６：比較信号電圧
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2010103217.tif 000010
【図５Ｂ】
2010103217.tif 000011
【図５Ｃ】
2010103217.tif 000012
【図６】
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【図７Ａ】
2010103217.tif 000014
【図７Ｂ】
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