(57)【要約】      （修正有）【課題】既存の安定器を使用する照明装置に適用し、電力エネルギーを直流発光源部材に直接用い、各種メーカー型式の安定器と組み合わせて使用できる直流発光部材を提供する。【解決手段】直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置は、第１蛍光灯シミュレーションモジュール２０１と、第２蛍光灯シミュレーションモジュール２０２と、整流モジュール２０３と、を含み、第１蛍光灯シミュレーションモジュールは、それぞれ安定器の第１組交流出力端１０１１に電気接続する２つの電流入力接続端を有し、第２蛍光灯シミュレーションモジュールは、それぞれ安定器の第２組交流出力端１０１２に電気接続する２つの電流入力接続端を有し、整流モジュール２０３の２つの入力端は、安定器の第１組交流電出力端及び第２組交流電出力端中の任意の１つの出力端に電気接続し、整流後の直流電源を出力し、直流発光部材が必要とする電源を提供する。【選択図】図２
2014022362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源変換装置であって、直流発光部材及び安定器の間に設置し、前記電源変換装置は、
それぞれ前記安定器の第１組交流出力端に電気接続する２つの電流入力接続端を有する第１蛍光灯シミュレーションモジュールと、
それぞれ前記安定器の第２組交流出力端に電気接続する２つの電流入力接続端を有する第２蛍光灯シミュレーションモジュールと、
２つの入力端を有し、２つの入力端が前記第１蛍光灯シミュレーションモジュールの両端及び前記第２蛍光灯シミュレーションモジュール両端中の各１つの出力端に電気接続し、整流後の直流電流を出力し、前記直流発光部材が必要とする電源を提供する整流モジュールと、
を含む電源変換装置。
【請求項２】
前記第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールは、気体放電型電光源の負性抵抗特性に対し、前記気体放電型電光源の電気特性をシミュレーションするシミュレーション等価回路により実現される請求項１に記載の電源変換装置。
【請求項３】
前記第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び前記第２蛍光灯シミュレーションモジュールのフィラメント電極片をシミュレーションするシミュレーション等価回路は、抵抗器、インダクタ又はインダクタを直列した抵抗器からなり、低電気抵抗特性を有する請求項２に記載の電源変換装置。
【請求項４】
前記第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールのシミュレーション等価回路は、蛍光ランプ内のフィラメント電極片をシミュレーションし、且つ前記第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び前記第２蛍光灯シミュレーションモジュールは、同一の電気特性規格を有する請求項２に記載の電源変換装置。
【請求項５】
前記第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールのシミュレーション等価回路は、蛍光ランプ内のフィラメント電極片をシミュレーションし、且つ前記第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び前記第２蛍光灯シミュレーションモジュールは、異なる電気特性規格を有する請求項２に記載の電源変換装置。
【請求項６】
前記電源変換装置は、前記直流発光部材から構成される負荷に直列接続し、前記安定器に対して、蛍光ランプと同一の電気特性を呈する請求項５に記載の電源変換装置。
【請求項７】
前記直流発光部材は、ＬＥＤ光源である請求項１に記載の電源変換装置。
【請求項８】
前記電源変換装置は、先ず安定器の４つの線の出力端を２線に引き出し、前記２つの線を前記整流モジュールに導き、直流電源に整流する請求項１に記載の電源変換装置。
【請求項９】
前記２つの線において、交流高周波高電圧電源を構成する請求項８に記載の電源変換装置。
【請求項１０】
前記整流モジュールは、全波ブリッジ整流回路であり、前記全波ブリッジ整流回路は、４つの整流ダイオードがブリッジ接続されてなり、前記整流ダイオードは、低抵抗値のオン電気抵抗及び低オン電圧の電気特性を有する請求項１に記載の電源変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源変換装置に関し、特に、既存の安定器を使用する照明装置に適用し、電力エネルギーを直流発光部材に直接用いることができる電源に変換する直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー源及び世界の気候の変化の議題、グリーンエネルギー及びその他の代替エネルギー源の開発推進等により、高性能な発光源の応用が非常に重視されている。現在、発光ダイオード（LED）により既存の蛍光ランプに取って代わっていることも重要な議論の選択肢及び応用となっている。蛍光ランプに電源を提供するのは、高いパワーファクタ（power factor、簡易に力率と呼ばれる）を有する電子式安定器又は一般のスタータ（starter）を必要とする従来のケイ素鋼式安定器であるが、安定器が提供する電源は、直流発光体、例えば、発光ダイオードに直接使用することができない。従って、電源変換装置を有する必要があり、安定器から提供される電源を適切に変換し、発光ダイオード等の直流発光源に使用させる必要がある。
【０００３】
所謂安定器（又はバラスト、Ballastと称する）とは、電気機器であり、気体放電型電光源の負性抵抗特性を克服し、正常動作可能にすることに用いられる。気体放電型電光源は、その放電メカニズムにより、その正常動作領域で往々にして負性抵抗特性をもたせ、即ち、電流の増加に伴い、電圧が反対に減少し、その反対も然りである。従って、気体放電ランプを電圧源に直接接続する場合、電流が極限を超過して焼損するまで急速に増大するので、安定器を直列し、回路中でその電流に対し制限を行う必要がある。公知の従来の安定器は、エナメル線と、ケイ素鋼片で組成される鉄心と、が巻き付いてなるインダクタであり、往々にして更にスタータと組み合わせて使用する必要がある。一方で、日増しに発展成熟している電子安定器（Electronic Ballast）は、従来の誘導形安定器に徐々に取って代わっている。
【０００４】
電子式安定器とは、電子技術を採用し、電光源を駆動し、必要な照明を発生することに用いる電子設備を指す。その小型・軽量であること、更には、ランプ等と統合できることによって、益々多くの蛍光灯が電子安定器を使用している。電子安定器は、更に、その他の機能を有し、例えば、電流周波数を向上させるか、電流波形を変化させる（例えば、方形波に変化させる）ことによって、蛍光灯のフリッカ現象を改善又は消去することができる。電子式安定器の力率は、高く、その力率が０．９５より高くなっている。その他の利点は、更に、消費エネルギーが低く、発熱量が小さく回路負荷及び消費電力を減少できること；ノイズが低く、高品質な電子安定器のノイズは、３５ｄｂ以下を達成できること；ランプを予熱した後、１回で点灯に成功し、複数回の点灯を行うことを回避し、ランプの寿命を延長することができること；瞬間的な起動によりちらつきが生じず、スタータを用いる必要がないこと；発光が更に安定し、視覚解析度の向上に有利であり、効率を向上し、連続作業の視覚疲労を低減し、視力保護に有利であることを含む。また、電源、電圧の偏差が大きい時、依然として光源定電力を保持し、光の照度を安定させ、省エネに有利であることができる。従って、電子式安定器は、既に広く応用されており、徐々に一般のスタータ（starter）を必要とするケイ素鋼式安定器に取って代わっている。
【０００５】
前記のように、蛍光灯の照明の電力エネルギー使用効率を向上する為、既に高いパワーファクタを有する電子式安定器により一般のスタータ（starter）を必要とするケイ素鋼式安定器（力率が約０．６５）に取って代わっており、現在は、発光ダイオードの発光性能が良好であり、寿命が長いという利点が分かっており、既に省エネの発光源となっている。故に原高力率の電子式安定器を利用し、更に発光性能が良好で寿命が長い発光ダイオードを組み合わせることは、利点を極めて具えた照明試案となっている。
【０００６】
しかしながら、安定器が出力するのは、交流（AC）電流であり、更に、安定器は、気体放電型電光源の負性抵抗特性を克服することに用いられるので、安定器は、直流式（DC）の発光ダイオード直接接続することができない。言い換えれば、装置を用いて安定器が出力する交流型式の電気エネルギーを、直流電源を必要とする発光ダイオードに正しく効率的に供給し、使用させる必要がある。
【０００７】
現在、多くは、安定器を取り除き、１つの交流（AC）都市電源を直流電源に変換する電源変換モジュール(AC to DC power module)を加えており、この方法は、使用寿命、効率及びコストの何れも使用する部材特性の制限を受け、それは、スイッチ部材（例えば、MOSFET）、出力フィルタコンデンサ（例えば、電解コンデンサの電解液の寿命の問題）、及び変圧器の品質、コストの問題等を含む。従って、装置を如何に開発し、既存の安定器を使用する照明装置に応用し、電力エネルギーを直流発光源部材に直接用いることができる電流に変換し、円滑に市場に既存の各種メーカー型式の従来式又は電子式安定器と正常に組み合わせて使用し、且つ各種メーカー型式の安定器が提供する電源エネルギーに適用して正常動作可能にし、誤動作を発生させないようにするかは、重要な課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術の欠陥に基づき、本発明の目的は、既存の安定器を使用する照明装置に適用し、電力エネルギーを直流発光源部材に直接用いることができる電力エネルギーに変換し、円滑に市場の既存の各種メーカー型式の安定器と正常に組み合わせ使用できる直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置を提供することにある。
【０００９】
本発明のもう１つの目的は、蛍光灯の既存の安定器を使用する照明装置中における電気特性をシミュレーションするシミュレーションモデルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する為、本発明が提供する直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置は、第１蛍光灯シミュレーションモジュールと、第２蛍光灯シミュレーションモジュールと、整流モジュールと、を含み、該第１蛍光灯シミュレーションモジュールは、それぞれ該安定器の第１組交流出力端に電気接続する２つの電流入力接続端を有し、該第２蛍光灯シミュレーションモジュールは、それぞれ該安定器の第２組交流出力端に電気接続する２つの電流入力接続端を有し、該整流モジュールの２つの入力端は、第１蛍光灯シミュレーションモジュールの両端(即ち、安定器の第１組交流電出力端)及び第２蛍光灯シミュレーションモジュール両端(即ち、第２組交流電出力端)中の各１つの出力端に電気接続し、整流後の直流電流を出力し、該直流発光部材が必要とする電源を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施例及び既存の公知技術の比較を経て、本発明は、以下の利点を有する：
１．従来の蛍光ランプに取って代わることができ、既存の安定器の照明装置に直接応用でき、照明設備を新たに構築する費用発生を回避する。
２．構造が簡単で、製造コストが低く、市場競争力を具える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置の使用構造説明図である。
【図２】本発明の直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置の実施例の構造説明図である。
【図３】第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールの等価回路の実施例の説明図である。
【図４】本発明の整流モジュールの実施例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１が示すのは、本発明の直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置の使用構造説明図である。図１に示すように、本発明の直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置１０２は、安定器１０１及び直流発光部材１０３の間に配置される。該安定器１０１は、交流電源１１０に接続し、第１組交流電出力端１０１１及び第２組交流電出力端１０１２を有し、交流電源を出力し、光源に使用させる。注意すべきこととして、交流電源を出力するので、各組の交流電出力端は、それぞれ２つの出力端点（即ち、２本の接続線）を有し、負荷（load）との電気接続を提供し、そのうち、該負荷は、本実施例において、光源である。本発明の直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置１０２は、それぞれ該安定器１０１の第１組交流電出力端１０１１及び第２組交流電出力端１０１２に電気接続し、それを直流電源出力(L+及びL-で示す)に変換し、電気接続する直流発光部材１０３を駆動する。本実施例において、直流発光部材１０３は、少なくとも１つの発光ダイオード（LED）から構成される発光体である。
【００１４】
図２が示すのは、本発明の直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置の実施例の構造説明図である。図２に示すように、本発明の直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置は、第１蛍光灯シミュレーションモジュール２０１と、第２蛍光灯シミュレーションモジュール２０２と、整流モジュール２０３と、を含む。そのうち、該第１蛍光灯シミュレーションモジュール２０１は、それぞれ該安定器１０１の第１組交流電出力端１０１１に電気接続する２つの電流入力接続端を有する。該第２蛍光灯シミュレーションモジュール２０２は、それぞれ該安定器１０１の第２組交流電出力端１０１２に電気接続する２つの電流入力接続端を有する。該整流モジュール２０３の２つの入力端は、該安定器１０１の第１組交流電出力端１０１１及び第２交流電出力端１０１２中の各１つの出力端に電気接続し、整流後の直流電流を出力し、該直流発光部材１０３が必要とする電源を提供する。注意すべき点として、図面において、該整流モジュール２０３の２つの入力端は、それぞれ該安定器１０１の第１組交流電出力端１０１１及び第２交流電出力端１０１２中の下方に位置する出力端に電気接続しているが、これに限定するものではない。該整流モジュール２０３は、該第１組交流電出力端１０１１及び第２交流電出力端１０１２中の各任意の１つの出力端に電気接続することができる。
【００１５】
注意すべき点として、安定器１０１は、従来の気体放電型電光源（例えば、蛍光灯）の負性抵抗特性に対して設計され、その第１組交流電出力端及び第２交流電出力端が出力する交流電源は、該直流発光部材１０３が必要とする電源ではない。従って、第１蛍光灯シミュレーションモジュール２０１及び第２蛍光灯シミュレーションモジュール２０２は、気体放電型電光源(例えば、蛍光灯)の負性抵抗特性に対し、等価回路の方式で該気体放電型電光源の電気機器特性をシミュレーションし、更に、整流モジュール２０３により、該第１組交流電出力端及び第２交流電出力端が出力する交流電源を、整流後の直流電源に変換し、該直流発光部材１０３が必要とする電源を出力する。言い換えれば、該安定器１０１の方面から見て、本発明の直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置１０２及び該直流発光部材１０３が構成する負荷は、従来の気体放電型電光源と同一の電気特性を有するので、従来の気体放電型電光源に取って代え、既存の安定器を使用する照明装置に用い、円滑に市場の既存の各種メーカー型式の安定器と正常に組み合わせ使用することができる。
【００１６】
図３が示すのは、第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールの等価回路の実施例の説明図である。図３に示すように、該第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールは、それぞれ抵抗器３０１、インダクタ３０２、又は抵抗器３０１を直列したインダクタ３０２からなり、その特徴は、低電気抵抗値を有することにある。図３が示すのは、抵抗器３０１がインダクタ３０２を直列してなる回路であり、蛍光灯の電気特性規格をシミュレーションする。該蛍光灯シミュレーションモジュールは、蛍光ランプ内のフィラメント電極片をシミュレーションするので、該第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールは、同一の電気特性規格を有することができる。
【００１７】
本発明の第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールの原理を以下に説明する。本発明は、抵抗器３０１及びインダクタ３０２から構成される電気模型(即ち、第１蛍光灯シミュレーションモジュール２０１及び第２蛍光灯シミュレーションモジュール２０２)を利用し、安定器の出力電源を引き出し、元の蛍光灯内部は、この出力電源を利用し、ランプを点灯する。電子式安定器にとって、該電源は、交流高周波数（一般は、約４０ＫＨｚであり、又は更に高く５０ＫＨｚ以上に達することができる）高電圧（一般は、約３００Ｖであり、又は更に高く６００Ｖ以上に達することができる）であり、即座に負荷端に導く必要がある。故に、本発明の実施例中のＬＥＤ負荷が元の蛍光灯内部の負荷に取って代わる時、前記電気モデルを利用し、安定器の出力端（４つの線）を蛍光灯出力の両端（４つの線）に対応し、両端を利用し、それぞれ１つの線を引き出し、４つの線の構造を２つの線の構造に導き、２つの線の構造（この時、この２つの線において、交流高周波高電圧電源である）をブリッジ式に導き、直流電源型式（Ｌ＋、Ｌ−で示す）に整流し、ＬＥＤ負荷を供給する。そのうち、電気抵抗及びインダクタンス電気モデルは、低抵抗値であり、その抵抗値は、約１オーム以下である。この電気抵抗及びインダクタンス電気モデルの低抵抗値特性により、本発明は、その他の型式の構造の安定器、例えば、３つの線の出力のみを有する電子安定器に応用することができ、ただ３つの線の出力のみを有する電子式安定器を使用する時、通常、該蛍光灯の両端を何れも短絡(short)させる。
【００１８】
図４が示すのは、本発明の整流モジュールの実施例の説明図である。図４に示すように、本発明の整流モジュールは、全波ブリッジ整流回路により実現でき、該全波ブリッジ整流回路は、４つの整流ダイオードがブリッジ接続してなる。該全波ブリッジ整流回路の２つの入力端は、それぞれ該第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールの任意の一端に電気的に接続する。注意すべき点として、この時、該第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールの任意の一端が出力する交流電源は、高周波高電流電源である。該第１蛍光灯シミュレーションモジュール及び第２蛍光灯シミュレーションモジュールの両端は、それぞれ安定器１０１の第１組交流電出力端及び第２交流電出力端に接続し、従って、該全波ブリッジ整流回路の２つの硫力端は、安定器１０１の第１組交流電出力端及び第２交流電出力端中の各組の各一端に接続し、安定器１０１の交流電流を直流電流に変換し、発光部材１０３に使用させる。
【００１９】
以上の本発明の実施例及び既存の公知技術の比較を経て、本発明は、以下の利点を有する：
１．従来の蛍光ランプに取って代わることができ、既存の安定器の照明装置に直接応用でき、照明設備を新たに構築する費用発生を回避する。
２．構造が簡単で、製造コストが低く、市場競争力を具える。
【００２０】
従って、本発明の直流発光部材及び安定器の間に介する電源変換装置は、開示する技術によって、予期する目的及び効果を確実に達成することができ、特許の新規性、進歩性及び産業利用性の要件に適合する。
【符号の説明】
【００２１】
１０１    安定器
１０１１    第１組交流電出力端
１０１２    第２組交流電出力端
１０２    電源変換装置
１０３    直流発光部材
１１０    交流電源
２０１    第１蛍光灯シミュレーションモジュール
２０２    第２蛍光灯シミュレーションモジュール
２０３    整流モジュール
３０１    抵抗器
３０２    インダクタ
【図１】
2014022362.tif 000003
【図２】
2014022362.tif 000004
【図３】
2014022362.tif 000005
【図４】
2014022362.tif 000006