(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の交流電源と接続された整流器と、電子装置を駆動する駆動器と、当該整流器及び当該駆動器の間に接続されて駆動電圧を維持するべく整流電圧の上昇時に充電され下降時に放電するキャパシターとを有するパルス作動装置に使用される、当該キャパシターのキャパシタンスの使用量を低減する方法であって、
前記整流器を通じて、前記交流電源の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検知ステップと、
前記パルス直流電圧とクロック信号とを周波数及び位相について同期させる周波数・位相同期ステップと、
前記パルス直流電圧が零ボルトに近くなる時に、少なくとも当該零ボルトに近くなる時の前後に前記クロック信号中の下降時間点と上昇時間点とを設定するパルス期間設定ステップと、
前記電子装置を駆動するべく前記駆動器を通じて、前記パルス期間設定ステップにより設定される前記クロック信号の上昇時間点と下降時間点との間の時間内に前記パルス作動装置をオンとオフとをするオン・オフステップと、
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】
前記オン・オフステップにおいて、前記パルス作動装置をオフするデューティサイクルは、１０％〜９０％から選択さ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】
電子装置と、
外部の交流電源に電気的に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、
前記電子装置を駆動する駆動器と、
前記整流器と前記駆動器との間に電気的に接続されたキャパシターであって、前記駆動器が前記電子装置を駆動するための、当該キャパシターが有するキャパシタンスに対応する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双方に電気的に接続された制御器であって、前記パルス直流電圧が零ボルトに近くなると、少なくとも当該零ボルトに近くなる時の前後に前記駆動器をオフ及びオンするための前記パルス直流電圧と同期する信号を出力する制御器と、
を備えることを特徴とするパルス作動装置。
【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に記載のパルス作動装置。
【請求項５】
前記電子装置は、冷陰極蛍光ランプ、外部電極蛍光ランプ又はカーボンナノチューブランプであり、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に記載のパルス作動装置。
【請求項６】
前記電子装置は、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に記載のパルス作動装置。
【請求項７】
前記電子装置は、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に記載のパルス作動装置。
【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ンとオフを行うことを特徴とする請求項３に記載のパルス作動装置。
【請求項９】
前記制御器は、
前記パルス直流電圧の周波数と位相とを検知すると共に、対応するクロック信号(clock signal)を出力する位相同期ループ(phase-locked loop, PLL)回路と、
前記位相同期ループ回路と前記駆動器とに連結されることにより、前記クロック信号を取得すると共に、このクロック信号に対応するPWM信号を出力して、前記駆動器をオン及びオフするデューティサイクルセレクターと、
を有する
ことを特徴とする請求項８に記載のパルス作動装置。
【請求項１０】
前記PWM信号は、少なくともオン時間と少なくともオフ時間とを有し、前記オフ時間を１０％〜２５％のデューティサイクルに設定することを特徴とする請求項８又は９に記載のパルス作動装置。
【請求項１１】
前記パルス作動装置は、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、アクティブ力率改善回路又はシングルステージのアクティブ力率改善回路であることを特徴とする請求項１０に記載のパルス作動装置。
【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作動装置(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、電子装置（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】
前記電子装置（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）と電気的に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）に電気的に接続される。
【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）の陰極に電気的に接続されるプラス端と前記グランド（GND）に電気的に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）をクローズ（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）をオープン（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装置（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、前記電子装置（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、そして前記電子装置（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作動装置(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作動装置(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、キャパシターを有するパルス作動装置に使用される、当該キャパシターのキャパシタンスの使用量を低減する方法であって、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検知ステップと、前記パルス直流電圧とクロック信号とを周波数及び位相について同期させる周波数・位相同期ステップと、前記パルス直流電圧が零ボルトに近くなる時に、少なくとも当該零ボルトに近くなる時の前後に前記クロック信号中の下降時間点と上昇時間点とを設定するパルス期間設定ステップと、前記パルス期間設定ステップにより設定される前記クロック信号の上昇時間点と下降時間点との間の時間内に前記パルス作動装置をオンとオフとをするオン・オフステップと、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、前記オン・オフステップにおいて、前記パルス作動装置をオフするデューティサイクルは、１０％〜９０％から選択さ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、電子装置と、外部の交流電源に電気的に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、前記電子装置を駆動する駆動器と、前記整流器と前記駆動器との間に電気的に接続されたキャパシターであって、前記駆動器が前記電子装置を駆動するための、当該キャパシターが有するキャパシタンスに対応する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双方に電気的に接続された制御器であって、前記パルス直流電圧が零ボルトに近くなると、少なくとも当該零ボルトに近くなる時の前後に前記駆動器をオフ及びオンするための前記パルス直流電圧と同期する信号を出力する制御器と、を備えることを特徴とするパルス作動装置、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に記載のパルス作動装置、を提供する。
【００２５】
本願の請求項５の発明は、前記電子装置は、冷陰極蛍光ランプ、外部電極蛍光ランプ又はカーボンナノチューブランプであり、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に記載のパルス作動装置、を提供する。
【００２６】
本願の請求項６の発明は、前記電子装置は、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に記載のパルス作動装置、を提供する。
【００２７】
本願の請求項７の発明は、前記電子装置は、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に記載のパルス作動装置、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ンとオフを行うことを特徴とする請求項３に記載のパルス作動装置、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周波数と位相とを検知すると共に、対応するクロック信号(clock signal)を出力する位相同期ループ(phase-locked loop, PLL)回路と、前記位相同期ループ回路と前記駆動器とに連結されることにより、前記クロック信号を取得すると共に、このクロック信号に対応するPWM信号を出力して、前記駆動器をオン及びオフするデューティサイクルセレクターと、を有することを特徴とする請求項８に記載のパルス作動装置、を提供する。
【００３０】
本願の請求項１０の発明は、前記PWM信号は、少なくともオン時間と少なくともオフ時間とを有し、前記オフ時間を１０％〜２５％のデューティサイクルに設定することを特徴とする請求項８又は９に記載のパルス作動装置、を提供する。
【００３１】
本願の請求項１１の発明は、前記パルス作動装置は、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、アクティブ力率改善回路又はシングルステージのアクティブ力率改善回路であることを特徴とする請求項１０に記載のパルス作動装置、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、パルス作動装置がオフすると、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下降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アクティブ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アクティブ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、パルス作動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検知ステップ（３１）と、前記パルス直流電圧（４０）とクロック信号とを周波数及び位相について同期させる周波数・位相同期ステップ（３２）と、前記パルス直流電圧（４０）が零ボルトに近くなる時に、少なくとも当該零ボルトに近くなる時の前後に前記クロック信号中の下降時間点(falling time)と上昇時間点(rising time)とを設定するパルス期間設定ステップ（３３）と、前記パルス期間設定ステップ（３３）により設定される前記クロック信号の上昇時間点(rising time)と下降時間点(falling time)との間の時間内に前記パルス作動装置をオンとオフとをするオン・オフステップ（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的に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、零点検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】
前記周波数と位相とについて同期させるステップ（３２）は、位相同期ループ(phase-locked loop, PLL)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)が前記周波数と位相とについて同期させるステップ（３２）の位相同期ループ回路に連接することにより達成する。
【００４０】
前記上昇時間点と下降時間点を有するクロック信号は、オン時間とオフ時間（４１）を有し、前記オフ時間（４１）のデューティサイクル(duty cycle)は、前記オフ時間（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作動装置について、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)、カーボンナノチューブランプ(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)である電子装置（５４）と、家庭用のライン電圧(line voltage)である外部の交流電源（５０）に電気的に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、前記電子装置（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）との間に電気的に接続されることにより、前記駆動器（５３）が前記電子装置（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）との間に電気的に接続され、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）を少なくとも当該零ボルトに近くなる時の前後の所定時間内にオフ及びオンするための前記パルス直流電圧（４０）と同期する信号を出力する制御器（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装置（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装置（５４）の種類によって異なる。
【００４３】
前記電子装置（５４）は、冷陰極蛍光ランプ、外部電極蛍光ランプ又はカーボンナノチューブランプである場合、前記駆動器（５３）は、インバータである。前記電子装置（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。前記電子装置（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）のオンとオフとを行い、位相同期ループ(phase-locked loop, PLL)回路（５５１）とデューティサイクルセレクター（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）の周波数と位相を検知すると共に、対応するクロック信号(clock signal)を発生し、前記クロック信号の周波数と前記パルス直流電圧（４０）とが同期する。
【００４６】
前記デューティサイクルセレクター（５５２）は、前記位相同期ループ回路（５５１）と前記駆動器（５３）に連結されることにより、前記クロック信号を取得すると共に、このクロック信号に対応するPWM信号を発生するように、前記駆動器（５３）をオン及びオフする。
【００４７】
前記PWM信号は、少なくとも上昇時間点と少なくとも下降時間点を有し、この上昇時間点と下降時間点によりオン時間とオフ時間（４１）とを形成し、前記オフ時間（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）をパルス直流電圧（４０）が零ボルトに近くなる前後の所定の時間にオフ及びオンする。前記オフ時間（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作動装置は、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、前記パルス作動装置の力率(power factor)を改善する。前記PFC回路は、アクティブ力率改善回路（active PFC回路）（５６Ａ）又はシングルステージのアクティブ力率改善回路（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）をオフすると、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、前記オフ時間（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】
また、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オフした後オンすることにより、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、パルス作動装置をオフすると、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作動装置は、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、パルス作動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    電子装置
２０    リップル電圧
３０    整流ステップ
３１    零点検知ステップ
３２    周波数・位相同期ステップ
３３    パルス期間設定ステップ
３４    オン・オフステップ
４０    パルス直流電圧
４１    オフ時間
５０    外部の交流電源
５１    整流器
５２    キャパシター
５３    駆動器
５４    電子装置
５５    制御器
５５１  位相同期ループ回路
５５２  デューティサイクルセレクター
５６Ａ  アクティブ力率改善回路
５６Ｂ  シングルステージのアクティブ力率改善回路
【図１】
0005851083.tif 000002
【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】
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【図７】
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【図８】
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