(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサーモジュールを使用している電子回路内のコンデンサーモジュールの動作寿命を改善する方法であって、
同じ構成の２以上のコンデンサーモジュールを用意するステップと、
前記電子回路内の前記コンデンサーモジュールのそれぞれが交互に同じ第１の所定期間の時間、動作するように制御するステップと、を備え、
前記制御するステップは、前記電子回路がターンオンする毎に、常に前記コンデンサーモジュールの１つである第１のコンデンサーモジュールを起動して前記第１の所定期間の半分の時間、動作させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のコンデンサーモジュールの動作後、前記コンデンサーモジュールの１つである第２のコンデンサーモジュールから始めて、前記コンデンサーモジュールの各々を前記第１の所定期間の時間、前記電子回路内で交互に動作させる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
それぞれのコンデンサーモジュールと、前記コンデンサーモジュールの１つである動作準備完了しているコンデンサーモジュールとを、前記それぞれのコンデンサーモジュールの動作が停止される前に、第２の所定期間の時間、前記電子回路内で同時に動作させるステップを備えている請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記コンデンサーモジュールは、電解コンデンサーモジュールである請求項１に記載の方法。
【請求項５】
電子回路内で使用されるコンデンサー制御回路構造であって、
同じ構成の２以上のコンデンサーモジュールと、
前記コンデンサーモジュールのそれぞれと動作接続されている１以上のスイッチ装置と、
同じ第１の所定期間の時間、前記コンデンサーモジュールのそれぞれとの前記１以上のスイッチ装置の前記動作接続を交互に制御し、前記第１の所定期間の時間、前記電子回路内で動作するように前記コンデンサーモジュールのそれぞれを起動するコンデンサーモジュールコントローラと、を備え、
前記コンデンサーモジュールコントローラは、前記電子回路がターンオンする毎に、常に前記コンデンサーモジュールの１つである第１のコンデンサーモジュールを起動して前記第１の所定期間の半分の時間、動作させることを特徴とするコンデンサー制御回路構造。
【請求項６】
前記コンデンサーモジュールコントローラが適切に機能することを確実にするために、前記コンデンサーモジュールコントローラの前段に配された電圧レギュレータをさらに備える請求項５に記載のコンデンサー制御回路構造。
【請求項７】
前記コンデンサーモジュールコントローラは、前記コンデンサーモジュールの各々を交互に制御して、前記第１の所定期間の時間、前記電子回路内で動作するようにプログラムされたマイクロコントローラとして構成されている請求項５に記載のコンデンサー制御回路構造。
【請求項８】
前記第１の所定期間の半分が経過した後、前記コンデンサーモジュールコントローラは、前記コンデンサーモジュールの１つである第２のコンデンサーモジュールから始めて、前記第１の所定期間の時間、前記電子回路内で交互に動作するように前記各コンデンサーモジュールを交互に制御する請求項５に記載のコンデンサー制御回路構造。
【請求項９】
前記コンデンサーモジュールコントローラは、それぞれのコンデンサーモジュールと、コンデンサーモジュールの１つである動作準備完了しているコンデンサーモジュールとを、前記それぞれのコンデンサーモジュールの動作が停止される前に、第２の所定期間の時間、前記電子回路内で同時に動作可能とするように構成されている請求項５に記載のコンデンサー制御回路構造。
【請求項１０】
前記スイッチ装置は、前記それぞれのコンデンサーモジュール用のトランジスターとして構成可能であり、それによって、前記コンデンサーモジュールコントローラは、前記それぞれのコンデンサーモジュールの動作を可能にするために前記トランジスターの接続を制御することができる請求項５に記載のコンデンサー制御回路構造。
【請求項１１】
請求項５に記載のコンデンサー制御回路構造を備えたＬＥＤランプ用の駆動回路。
【請求項１２】
前記コンデンサーモジュールコントローラがプログラマブルカウンター又はマイクロコントローラ（ＭＣＵ）として構成されている請求項５に記載のコンデンサー制御回路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサーの分野に関する。より具体的には、本発明は、コンデンサーを使用している電子回路内にあるコンデンサーの動作寿命を延ばすためにコンデンサーの動作を調整する方法と、延長された動作寿命を示すコンデンサー制御回路構造と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサーは、電子回路内において重要な電子部品である。コンデンサーは、電力平滑化用の電源フィルター回路、信号結合回路、共振回路などにおいて広く使用される。電解コンデンサーは、コンデンサーの一型式で、近年、様々な用途に使用されるようになっている。しかしながら、電解コンデンサーは、動作寿命が比較的短い。したがって、多くの電子回路の寿命は、内部の電解コンデンサーの寿命に直接関連している。例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）は、約５万〜１０万時間の長い寿命の固形状光源である。その一方で電解コンデンサーは、約３０００〜６０００時間の寿命を有している。換言すれば、ＬＥＤの動作寿命は、ＬＥＤのフィルターおよびドライバー内において使用されている電解コンデンサーによって、かなりの影響を受ける。
【０００３】
電解コンデンサーは、その構造上、電解液、イオン導電性液体を使用する。電解コンデンサーの内側にある湿電解質の化学物質は、経年劣化に伴い蒸発する。それ故、最終的には電解コンデンサーは、故障する。一般に、電解コンデンサーの負荷寿命は、回路内で動作しているコンデンサーの経年劣化による影響を示すため、特定の負荷条件下における電解コンデンサーの基本電気特性の変化量を反映している。温度が高いほど、電解質の化学物質の蒸発は加速される。このため、負荷寿命を導く時の温度は、製造者によって推奨された電解コンデンサー用の定格の最大動作温度を典型的には示す。電解コンデンサー内で使用されている電解液は蒸発する。それ故、電解コンデンサーの負荷寿命は、設定温度での時間で評価される。
【０００４】
電解コンデンサーは経年劣化により徐々に故障し、それに応じて、そのＥＳＲ（等価直列抵抗）が増加することは、電子及び／又は電気工学の分野において周知なことである。コンデンサーが電圧を平滑化するフィルター回路で使用される場合、ＥＳＲが電力損失量を決定するので、ＥＳＲはできるだけ小さくするべきである。電解コンデンサー中の電力損失はそれを通って流れるリプル電流の２乗に応じて変わり、かつ、該電力損失はＥＳＲに比例する。低ＥＳＲ（Ｌｏｗ  ＥＳＲ）は、電源の高効率化のためのキー要素である。電子回路内の電解コンデンサーは、正常使用している間に経年劣化すると同時に、そのＥＳＲは増加する。その結果、電解コンデンサーは、電子回路内で意図される機能を、もはや提供することができない。
【０００５】
図１は、整流した後に、直流電圧を平滑化するために電解コンデンサーを使用する典型的な先行技術に係るＡＣ−ＤＣ降圧型整流回路を示す。この回路は、家庭用の交流電圧、例えば２２０ボルトを、より低い電圧に変換する絶縁変圧器Ｔ１と、４つのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４から成り、前記降圧された交流電圧を直流電圧に変換する全波ブリッジ整流回路と、前記直流電圧を平滑化するための電解コンデンサーＥｃａｐ１とを含んでいる。
【０００６】
図２ａは、図１に示されているような降圧型ＡＣ−ＤＣ整流回路用の電解コンデンサーＥｃａｐ１に流れる正常なＤＣ出力電圧波形を示す。図２ｂは、コンデンサーが開回路であるかのように、電解コンデンサーＥｃａｐ１のＥＳＲが無限大になった場合のシミュレート出力電圧波形を示す。図２ｂに示されているように、電解コンデンサーＥｃａｐ１の経年劣化による最悪の事態をシミュレートするため、ＥＳＲが無限大にまで増加した時、コンデンサーは出力電圧を平滑化する意図した機能を提供することができない。ＡＣ−ＤＣ整流回路は別の電子回路を駆動するために通常使用されるので、経年劣化による電解コンデンサーの故障は、電子回路全体の機能および性能に否定的な影響を与え得る。
【０００７】
多くの時間と努力が、電解コンデンサーの寿命を最大限にする試みに費やされてきた。例えば、コンデンサーの寿命の改善については、特許文献１〜４から知り得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０２７０７２３号明細書
【特許文献２】中国特許出願公開第１０１９００２６９号
【特許文献３】中国特許出願公開第１０２２２２５６８号
【特許文献４】中国特許出願公開第１０２１３６３７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、これらの改善は、単にコンデンサー自身の構造の変更に関するものである。それ故、コンデンサーの動作寿命をコスト効率良く改善できる、回路用途においてコンデンサーの動作を調整する新たな方法が必要とされている。
【００１０】
本発明は、前述の必要を満たすために開発されている。それ故、本発明は、電子回路で使用されるコンデンサーの動作寿命を延ばす課題を果たすことを試みる、新しい方法を提供するという主目的を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴は、同一構成の２以上のコンデンサーモジュールを用意し、前記コンデンサーモジュールを電子回路内で動作を切換えられるようにし、この結果、電子回路の任意の動作時に、前記コンデンサーモジュール内の１つのみが動作可能にされ、前記コンデンサーモジュールの各々が、電子回路内での動作時間を概ね等しく分けて、電子回路内で用いられているコンデンサーモジュールの動作寿命を最大化するという点にある。
【００１２】
以下に使用される「コンデンサーモジュール」の用語は、電子用途において使用される単一のコンデンサー、または、電子用途において使用される、直列及び／又は並列に配置した所定数のコンデンサーを含んでいる１つのモジュールを指す。
【００１３】
２以上のコンデンサーモジュールに関し、コンデンサーモジュールの１つが他のコンデンサーモジュールよりはるかに早く故障した場合、恐らく、故障したモジュールは使用停止され、したがって、電子用途にある各コンデンサーモジュールの寿命は、可能な限り最大化することができない。各モジュールが実質同一の動作寿命を持つように造られたものであることが非常に望ましい。
【００１４】
本発明の、これらおよび他の目的と、利点とは、コンデンサーモジュールを使用している電子回路内において、コンデンサーモジュール（例えば、電解コンデンサーモジュール等）の動作寿命を改善する方法を提供することによって満たされる。前記方法は、同じ構成の２以上のコンデンサーモジュールを用意するステップと、第１の所定期間の間、電子回路内で、コンデンサーモジュールのそれぞれの１つが交互に動作するように制御するステップと、を備えている。
【００１５】
本発明の１つの実施形態では、前記方法は、更に、電子回路がターンオフされる前に使用されていたコンデンサーモジュールを識別するステップと、前記コンデンサーモジュールのための第１の所定期間の終わりまでにどれだけの時間が残されているかを決定する工程を備え、その結果、電子回路がターンオンされて再動作するとき、前記ターンオフされる前に使用されていたコンデンサーモジュールが前記残りの時間動作するように再開される。
【００１６】
前記制御ステップは、好ましくは、記憶装置を備えたマイクロコントローラによって実行され、前記記憶装置は、前記コンデンサーモジュールの動作記録及び最新情報に関するデータを記憶する。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、前記制御ステップは、電子回路がターンオンする毎に、コンデンサーモジュールの１つである第１のコンデンサーモジュールを常に作動させて、第１の所定期間の半分の間、動作させるステップを備えている。第１の所定期間の半分の間、第１のコンデンサーモジュールが動作した後、コンデンサーモジュールの１つである第２のコンデンサーモジュールから始まり、コンデンサーモジュールの各々は、第１の所定期間の間、電気回路内で動作するように交互に制御される。
【００１８】
好ましくは、前記方法は、それぞれのコンデンサーモジュールと、コンデンサーモジュールの１つである動作準備完了しているコンデンサーモジュールとを、前記それぞれのコンデンサーモジュールの動作が停止される前に、第２の所定期間、電子回路内で同時に動作するステップを備えている。本発明の第２の態様では、コンデンサーモジュール（以下、「オリジナルのコンデンサーモジュール」）が事前に配置されている電子回路内で使用されるコンデンサー制御回路構造を提供する。コンデンサー制御回路構造は、同じ構成の２以上のコンデンサーモジュールと、前記コンデンサーモジュールのそれぞれの１つと動作接続されている１以上のスイッチ装置と、第１の所定期間、コンデンサーモジュールのそれぞれの１つを伴う１以上のスイッチ装置の動作接続を交互に制御し、その結果、それぞれのコンデンサーモジュールを第１の所定期間だけ電子回路内で作動するように、作動させるコンデンサーモジュールコントローラと、を備えている。
【００１９】
電圧レギュレータは、好ましくは、コントローラが適切に機能することを確実にするために、コンデンサーモジュールコントローラの前段に配列される。本発明の１つの好ましい実施形態では、コンデンサーモジュールコントローラは、コンデンサーモジュールの各々を交互に制御して、第１の所定期間だけ電子回路内で動作するようにプログラムされたマイクロコントローラとして構成されている。マイクロコントローラ、または、コンデンサーモジュールの動作記録及び最新情報に関するデータを記憶するための外部記憶装置を備えたマイクロコントローラは、電子回路がターンオフされる前に使用されていたコンデンサーモジュールを識別し、前記コンデンサーモジュールのための第１の所定期間の終わりまでにどれだけの時間が残されているかを決定し、これによって、電子回路がターンオンされて再動作するときに、ターンオフされる前に使用されていたコンデンサーモジュールが残りの時間動作するように再開されるように設計され得る。
【００２０】
本発明の別の好ましい実施形態では、コンデンサーモジュールコントローラは、プログラマブルカウンター又はマイクロコントローラ（ＭＣＵ）として構成されており、これによって、電子回路がターンオンされる毎に第１の所定期間の半分だけ動作するように、コンデンサーモジュールの内の１つの第１のコンデンサーモジュールを常に作動し、第１の所定期間の半分が経過した後、カウンター又はＭＣＵは、コンデンサーモジュールの内の１つの第２のコンデンサーモジュールから始めて、第１の所定期間だけ電子回路内で動作するように各コンデンサーモジュールを交互に制御する。好都合なように、コンデンサーモジュールコントローラは、それぞれのコンデンサーモジュールと、コンデンサーモジュールの１つである動作準備完了しているコンデンサーモジュールとを、前記それぞれのコンデンサーモジュールの動作が停止される前に、第２の所定期間、電子回路内で同時に動作可能とするように構成され得る。
【００２１】
本発明のある特定の実施形態では、スイッチ装置は、コンデンサーモジュールの各々がコンデンサーモジュールコントローラに動作接続されている専用の切換え器を有するように、それぞれのコンデンサーモジュール用のトランジスターとして構成可能である。このように、コントローラは、それぞれコンデンサーモジュールを備えているトランジスターの動作接続を制御して、それぞれのコンデンサーモジュールを動作させることができる。
【００２２】
本発明の第３の態様は、ＬＥＤランプ用の駆動回路内のコンデンサー制御回路構造の使用法に関係する。
【００２３】
コンデンサーの構造および／または材料を変更することにより、電解コンデンサーの動作寿命の延長を可能にする先行技術テクノロジーとは異なり、本発明は、同一構成の２以上のコンデンサーモジュールを用意し、該コンデンサーモジュールは、電子回路内で動作を切り換えられるように構成されており、この結果、電子回路の任意の動作時に、前記コンデンサーモジュール内の１つのみが動作可能にされ、前記コンデンサーモジュールの各々が電子回路内での動作時間を概ね等しく分けるように作られていることを特徴とする。この方法によって、電子回路内のコンデンサーモジュールの動作寿命を延ばすことができる。
【発明の効果】
【００２４】
均等な時間動作する各コンデンサーモジュールにより、本発明のコンデンサー制御回路構造は、オリジナルのコンデンサーモジュールに対して延長された動作寿命を示す。特に、本発明のコンデンサー制御回路構造は、コンデンサー制御回路構造に含まれているコンデンサーモジュールの数に依存して、オリジナルのコンデンサーモジュールに対して２倍、３倍又はさらに長い動作寿命を示す。電子回路内で使用されているオリジナルのコンデンサーモジュールの動作寿命が、１０５℃において２０００時間であるとすると、この電解コンデンサーモジュールが、電子回路内のオリジナルのコンデンサーモジュールとして、同一の構成を有する２つの電解コンデンサーモジュールを含んでいる本発明のコンデンサー制御回路構造に置き換えられた場合、理論上、本発明のコンデンサー制御回路構造は、電子回路内で置き換えられたオリジナルのコンデンサーモジュールの動作寿命を合計で４０００時間にまで延長する。
【００２５】
本発明の、目的物、利点、および技術的な効果は、添付図面を参照しつつ発明の概念および構成についての以下の記載によって詳しく説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】先行技術による整流後に直流電圧を平滑化するため、電解コンデンサーを使用する典型的なＡＣ−ＤＣ降圧型整流回路。
【図２ａ】図１に示されるようなＡＣ−ＤＣ降圧型整流回路用の電解コンデンサーＥｃａｐ１に流れる正常なＤＣ出力電圧波形。
【図２ｂ】コンデンサーが開回路であるかのように、電解コンデンサーＥｃａｐ１のＥＳＲが無限大に大きくなった場合のシミュレート出力電圧波形。
【図３】本発明の第１の実施形態により構成され、図１のＡＣ−ＤＣ降圧型整流回路に用いられているコンデンサー制御回路構造。
【図４】図３のコンデンサー制御回路構造の制御アルゴリズムを示すフローチャート。
【図５】先行技術のＬＥＤランプ用に直列接続されている２つの電解コンデンサーを含んでいるコンデンサーモジュールを使用する典型的なＡＣーＤＣ変換回路。
【図６】本発明の第２の実施形態により構成され、図５の変換回路に用いられているコンデンサー制御回路構造。
【図７】図６のコンデンサー制御回路構造の制御アルゴリズムを示すフローチャート。
【図８】図６のコンデンサー制御回路構造の予想動作寿命の説明図。
【図９】本発明の第３の実施形態により構成され、図５の変換回路に用いられているコンデンサー制御回路構造。
【図１０】図９のコンデンサー制御回路構造の制御アルゴリズムを示すフローチャート。
【図１１】図９のコンデンサー制御回路構造の動作順序の説明図。第１のコンデンサーモジュールＥｃａｐ１は、電力がターンオフされる直前には動作している。
【図１２】図９のコンデンサー制御回路構造の動作順序の説明図。第２のコンデンサーモジュールＥｃａｐ２は、電力がターンオフされる直前には作動している。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の方法の本質は、図面に関するコンデンサー制御回路構造の以下の説明から明らかになる。本発明が好ましい実施形態について図示され、説明されると同時に、コンデンサー制御回路構造が様々な構成、サイズ、形状および材料で製造される。図面を参照すると、図１は、整流後に直流電圧を平滑化するために単一の電解コンデンサーから成るオリジナルのコンデンサーモジュールを使用する先行技術に係る典型的なＡＣ−ＤＣ降圧型整流回路である。図３は、発明の第１の実施形態として構成されたコンデンサー制御回路構造１０を提供する。コンデンサー制御回路構造１０は、オリジナルの電解コンデンサーモジュールと置き換えるため、図１の降圧整流回路で使用される。本実施形態では、コンデンサー制御回路構造１０は、第１および第２の電解コンデンサーモジュールＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２と、コンデンサーモジュールコントローラとして働く汎用マイクロコントローラ（ＭＣＵ）１２と、ＥＥｐｒｏｍ外部記憶装置１４と、ＭＣＵ１２を駆動するための電圧レギュレータ１６と、３つの端子の内の２つが第１のコンデンサーモジュールＥｃａｐ１及び回路の共通グランドにそれぞれ接続され、３つ目の端子がＭＣＵ１２の第１のピン１に接続されている第１のトランジスターＴＲ１と、３つの端子の内の２つが第２のコンデンサーモジュールＥｃａｐ２及び回路の共通グランドにそれぞれ接続され、３つ目の端子がＭＣＵ１２の第２のピン２に接続されている第２のトランジスターＴＲ２と、を備えている。第１および第２の電解コンデンサーモジュールＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２は、図１に示されているオリジナルの電解コンデンサーモジュールと同じ構成および同じ機能を有している。ＭＣＵ１２は、電子回路に電子的に結合されている。ＭＣＵ１２の動作電圧は、ＡＣ−ＤＣ降圧型整流回路の出力電圧と異なるため、電圧レギュレータ１６が、ＭＣＵ１２用の適切な動作電圧を与えるためにコンデンサー制御回路構造１０内に含まれる。
【００２８】
図示されるように、コンデンサーモジュールＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２は、単に並列接続されているのではない。それらが並列および／または直列に接続された場合、２つの電解コンデンサーモジュールは、双方同時に電圧を平滑化し、同時に経年劣化する。それ故、並列および／または直列に電解コンデンサーモジュールを単に接続することによっては、コンデンサーモジュールの動作寿命は改善されない。
【００２９】
ＭＣＵ１２およびトランジスターＴＲ１、ＴＲ２は、２つのコンデンサーモジュールＥｃａｐ１、Ｅｃａｐ２が、降圧整流回路内で均等な期間、交互に作動されるように、備えられている。それ故、このコンデンサー制御回路構造中の２つのコンデンサーモジュールの動作寿命は、回路内において２倍になる。
【００３０】
図４は、コンデンサー制御回路構造１０の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。電力が印加されると、ＭＣＵ１２はピン１に論理値“１”を印加することにより、トランジスターＴＲ１をターンオンする。トランジスターＴＲ１のターンオンは、直流電圧を平滑化するように降圧整流回路を備えた閉回路を形成するように、トランジスターＴＲ１がコンデンサーモジュールＥｃａｐ１を接続することのみを可能にする。同時に、ＭＣＵ１２は、例えば６０分のカウントダウン期間の内部カウントダウンタイマーを始動する。前記６０分のカウントダウンの終わりに、ＭＣＵ１２はピン２に論理値“１”に印加することにより、トランジスターＴＲ２をターンオンする。トランジスターＴＲ２のターンオンは、直流電圧を平滑化するように降圧整流回路を備えた閉ループを形成するように、トランジスターＴＲ２がコンデンサーモジュールＥｃａｐ２を接続することのみを可能にする。ＭＣＵ１２は、異なるコンデンサーモジュール間でのスイッチ切換時の様々な電気的スイッチングノイズを最小限にするため、短時間（例えば１０秒間）だけ２つのコンデンサーモジュールＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２の双方が回路に接続できるように構成されてもよい。前記１０秒間の終了時、ＭＣＵ１２はピン１に論理値“０”を印加することにより、トランジスターＴＲ１をターンオフする。すなわち、回路内で６０分間動作した後、コンデンサーモジュールＥｃａｐ１は切り離され、一方で、コンデンサーモジュールＥｃａｐ２だけが整流後の電圧を平滑化する機能を与えるため、降圧整流回路に接続される。その後、ＭＣＵ１２は内部６０分カウントダウンタイマーをリセットし、別の６０分カウントダウンタイマーを再始動する。次の６０分カウントダウンタイマーの終了時、ＭＣＵ１２はコンデンサーモジュールＥｃａｐ２が無効にされる前に、トランジスターＴＲ１へ接続を切換えることにより、再度コンデンサーモジュールＥｃａｐ１を接続する。電力が回路に印加される限り、上記ステップは幾度も繰り返される。
【００３１】
現在接続されて回路内で動作しているコンデンサーモジュールの動作軌跡（トラック）、およびそのコンデンサーモジュールのカウントダウン時間の残り時間を保持することを目的として、ＭＣＵ１２又はＥＥｐｒｏｍ等の外部記憶装置１４は、電子回路の正常動作中、例えば１０秒ごとの、その時々においてコンデンサーモジュールの動作記録および最新情報に関するデータを記憶するように構成され得る。本実施形態において、電力が故意に、又は故意でなくシャットダウンされた場合、ＥＥｐｒｏｍ外部記憶装置１４は、どのコンデンサーモジュールがシャットダウン前に動作していたのか、カウントダウン時間はどれほど残っていたのか、のデータを保存し、これにより、ＭＣＵ１２はＥＥｐｒｏｍ外部記憶装置１４に保存されていたデータに基づいて、電力が復旧した後に、電力がシャットダウンされる前に使用されていたコンデンサーモジュールを再接続して、前記コンデンサーモジュールが整流回路内で自身のカウントダウン及び役割を完了できるようにする。コンデンサー制御回路構造１０によって提供されるこの論理制御によって、２つの電解コンデンサーモジュールＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２の各々は、交互に連続して電圧を平滑化可能にされ、整流回路内での動作時間を等しく分ける。それ故、図１に示されるオリジナルの電解コンデンサーモジュールが摂氏１０５度で２０００時間の動作寿命を有している場合、コンデンサー制御回路構造１０によって提供される動作寿命は、２つの電解コンデンサーモジュールＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２の使用により、事実上、２倍の４０００時間になる。
【００３２】
図５には、照明用のＬＥＤランプに一般に使用されている先行技術に係る典型的なＡＣ−ＤＣスイッチモード変換回路が図示されている。この回路では、家庭の交流電圧（例えば２２０ボルト）は、４つのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４から成る全波ブリッジ回路を使用して、直流電圧へ直接整流される。直列接続されている２つの電解コンデンサーＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２を含んでいるコンデンサーモジュールは、スイッチモードＤＣ−ＤＣ変換回路を駆動するのに使用される直流電圧を平滑化し、それによって、ＬＥＤアレイを駆動して、照明用の適切な明かりを生成する。整流された直流電圧を平滑化するために、この変換回路で使用されるコンデンサーモジュールのコストは、全電子回路のコストと比較して、比較的小さいことが注目される。例えば、コンデンサーモジュールのコストは、ＬＥＤランプの全コストの１％未満である。しかし、変換回路内のコンデンサーモジュールは、ＬＥＤランプの電気性能および光線出力にかなりの影響を及ぼし得る。図５に示されるように、ＡＣ−ＤＣスイッチモード変換回路は、整流回路と、スイッチモードＤＣ−ＤＣ変換回路とから成る。整流回路は、家庭用交流電圧を直流電圧に整流するために使用される。前記直流電圧は、次に、ＬＥＤアレイを駆動するスイッチモードＤＣ−ＤＣ変換回路に電力を供給するのに用いられる。スイッチモードＤＣ−ＤＣ変換回路は、当該技術分野において周知であり、発明の本質部分ではない。それ故、ここでは詳細に記載しない。表１は、図５に示されるようなＬＥＤランプ回路の正常な電気性能および光線出力を示す。また、表２は、電解コンデンサーの中で経年劣化する最悪の事態をシミュレートするため、整流回路内の２つの電解コンデンサーのＥＳＲが無限大に大きくされた場合の、同じＬＥＤランプ回路の低下した電気性能および光線出力を示す。
【００３３】
【表１】
0005913149.tif 000002
【００３４】
【表２】
0005913149.tif 000003
【００３５】
上記の２つの表は、２つの電解コンデンサーＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２のＥＳＲが無限に大きくされた場合、表１の正常な０．０９Ａ（アンペア）から表２の０．１０４Ａへと、回路の全消費電流の著しい増加と、１９０ｌｕｘ（ルクス）から１７０ｌｕｘへの光線出力の減少と、を明らかにする。それは、ＥＳＲが増加する場合、消費電力は回路内での動作電圧および全電流より求められるため、回路の全電流および消費電力も増加するが、光線出力は減少することを明らかにしている。２つの電解コンデンサーＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２を含むコンデンサーモジュールのコストは、図５の回路の全体のコストに対して比較的無意味なものであるが、それは回路の性能にかなりの影響を及ぼすものである。
【００３６】
図６は、発明の第２の実施形態によって構築されたコンデンサー制御回路構造２０を提供する。該コンデンサー制御回路構造２０は、オリジナルの電解コンデンサーモジュールに置き換わり、図５の変換回路の中で使用されている。この実施形態のコンデンサー制御回路構造２０は、構造上は上記の第１の実施形態に示されたコンデンサー制御回路構造１０と同じであるが、使用されるコンデンサーモジュールが相違する。図示されるように、コンデンサー制御回路構造２０は、第１、第２および第３のコンデンサーモジュール２７、２８および２９を備えている。第１のコンデンサーモジュール２７は、モジュール内で直列接続されている２つの電解コンデンサーＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２を含む。第２のコンデンサーモジュール２８は、モジュール内で直列接続されている２つの電解コンデンサーＥｃａｐ３およびＥｃａｐ４を含む。また、第３のコンデンサーモジュール２９は、モジュール内で直列接続されている２つの電解コンデンサーＥｃａｐ５およびＥｃａｐ６を含む。第１、第２および第３のコンデンサーモジュール２７、２８および２９は、図５に示されるオリジナルの電解コンデンサーモジュールと同じ構成で、同じ機能のものである。それぞれコンデンサーモジュール２７、２８、２９の１つのためのトランジスターＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３は、ＭＣＵ２２によって調停され、それぞれのコンデンサーモジュールの整流回路への選択的な接続を可能にする。電圧レギュレータ２６は、コンデンサー制御回路構造２０を駆動するために含まれている。
【００３７】
図７は、コンデンサー制御回路構造２０の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。電力が印加される場合、ＡＣ−ＤＣ整流回路は、４つのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を通って、家庭用交流電圧、例えば２２０ボルトを直流電圧へ整流する。ＭＣＵ２２は、トランジスターＴＲ１をターンオンし、次に、第１のコンデンサーモジュール２７を接続して、直流電圧を平滑化するように整流回路内で動作させる。その後、ＭＣＵ２２は、例えば６０分間のカウントダウンを行う内部カウントダウンタイマーを初期化する。６０分のカウントダウンの終了時、ＭＣＵ２２はトランジスターＴＲ２をターンオンし、次に、第２のコンデンサーモジュール２８を接続して、整流回路内で動作させる。ＭＣＵ２２は、異なるコンデンサーモジュール間でのスイッチ切換時の様々なスイッチングノイズを最小限にするため、短時間、例えば１０秒間、２つのコンデンサーモジュール２７、２８の双方が整流回路に接続できるように構成されてもよい。１０秒間の終了時、ＭＣＵ２２はピン１に論理値“０”を印加することによりトランジスターＴＲ１をターンオフにする。この結果、回路内での６０分の動作後、コンデンサーモジュール２７は切り離され、コンデンサーモジュール２８のみが整流回路に接続されて、整流後の電圧を平滑化する機能を与える。その後、ＭＣＵ２２は自己の内部カウントダウンタイマーをリセットし、第２のコンデンサーモジュール２８用に別の６０分間のカウントダウンを再始動する。この６０分間のカウントダウンの終了時、ＭＣＵ２２はコンデンサーモジュール２８をターンオフする前に約１０秒間、並行動作となるように、コンデンサーモジュール２８および２９の双方を動作する。１０秒間のカウントダウンの終了時、ＭＣＵ２２は、トランジスターＴＲ２をターンオフにする。トランジスターＴＲ３は、依然としてコンデンサーモジュール２９を整流回路に接続しており、電圧を平滑化している。その後、ＭＣＵ２２は自己の内部カウントダウンタイマーをリセットし、第３のコンデンサーモジュール２９用に別の６０分間のカウンターを再始動する。別の６０分間のカウントダウンの終了時、ＭＣＵ２２はトランジスターＴＲ１をターンオンし、コンデンサーモジュール２７を整流回路に再接続する。再び、ＭＣＵ２２はコンデンサーモジュール２９をターンオフする前に約１０秒間、並行動作となるように、コンデンサーモジュール２７および２９の双方を動作する。上記のステップは、幾度も繰り返される。
【００３８】
上に議論された第１の実施形態のように、ＥＥｐｒｏｍ外部記憶装置２４は、電子回路の正常動作中、規則的に、例えば１０秒ごとに、３つのコンデンサーモジュール２７、２８、２９の動作記録および最新情報についてのデータを記録し、更新するように構成されている。電力が故意に、又は故意でなくシャットダウンされた場合に、ＥＥｐｒｏｍ外部記憶装置１４は、どのコンデンサーモジュールがシャットダウン前に動作していたのか、カウントダウン時間はどれほど残っていたのか、のデータを保存し、これにより、ＭＣＵ２２が前記ＥＥｐｒｏｍ外部記憶装置２４に保存されたデータに基づいて、電力が復旧した後に、電力がシャットダウンされる前に使用されていたのと同じコンデンサーモジュールを再接続して、前記コンデンサーモジュールが整流回路内で自身のカウントダウン及び役割を完了できるようにする。コンデンサー制御回路構造２０によって提供されるこの論理制御によって、３つのコンデンサーモジュール２７、２８および２９の各々は、かわるがわる、連続して、整流回路内での動作時間を等しく分けて、電圧を平滑化する。それ故、図５に示されるコンデンサーモジュールが摂氏１０５度で２０００時間の動作寿命を有していると仮定すると、コンデンサー制御回路構造２０によって提供される動作寿命は、３つのコンデンサーモジュール２７、２８および２９の使用により、事実上、３倍の６０００時間になる。
【００３９】
図８は、コンデンサー制御回路構造２０の予想動作寿命の説明図である。示されているように、３つのコンデンサーモジュール２７、２８および２９は、かわるがわる、連続して、等間隔で、回路内で動作する。結果として、コンデンサー制御回路構造２０の論理制御下において、３つのコンデンサーモジュールの動作寿命は、３つのコンデンサーモジュール２７、２８および２９の寿命の和である。コンデンサー制御回路構造１０または２０において、ＥＥｐｒｏｍ外部記憶装置１４または２４は、電力が故意に、又は故意でなく下がっている場合に、どのコンデンサーモジュールが現在使用されているのか、および整流回路内での該コンデンサーモジュールの残りの動作時間についてのデータを記録するために使用される。故に、電源回復により、最後に使用されていたコンデンサーモジュールは、整流回路内において自己の残りの動作時間を完了するため再接続されるように始動され、この結果、異なる種類の用途（アプリケーション）の電子回路内でのそれらの動作寿命を最大限にするために、各コンデンサーモジュールが等しく動作時間を分けることを確実にする。
【００４０】
図９及び図１０は、本発明の第３の実施形態として構築されたコンデンサー制御回路構造３０を提供する。コンデンサー制御回路構造３０は、図５の回路の中で長期間（例えば１０時間を超える時間）連続的に使用され、またはノンストップで使用され得る。コンデンサー制御回路構造２０は、図５に示されるオリジナルのコンデンサーモジュールに置き換えることができる。簡潔性および明確性に関し、本実施形態のコンデンサー制御回路構造３０は、図５のオリジナルのコンデンサーモジュールと同じ構成、同じ機能の第１、第２のコンデンサーモジュール３７、３８を備えている。第１のコンデンサーモジュール３７は、モジュール内で直列接続されている２つの電解コンデンサーＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２を備えている。第２のコンデンサーモジュール３８は、モジュール内で直列接続されている２つの電解コンデンサーＥｃａｐ３およびＥｃａｐ４を備えている。同様に、コンデンサーモジュール３７、３８それぞれのためのトランジスターＴＲ１、ＴＲ２は、ＭＣＵ３２によって調停され、それぞれのコンデンサーモジュールの整流回路への選択的な接続を可能にする。電圧レギュレータ３６は、コンデンサー制御回路構造３０を駆動するために含まれている。コンデンサー制御回路構造３０は、該コンデンサー制御回路構造３０内部または外部の何れにも記憶装置が無いという点で、前記第１、第２の実施形態で述べたものと著しく異なる。
【００４１】
コンデンサー制御回路構造３０において、各コンデンサーモジュール３７および３８は、２Ｔユニットの予定時間だけ動作するように構成されている。しかしながら、電力がターンオンされるたびに、第１のコンデンサーモジュール３７は、予定時間の半分の間、すなわちＴユニットの時間だけ作動するように常に始動される。その後、第２のコンデンサーモジュール３８は、２Ｔユニットの予定時間にわたって動作し、２Ｔユニットの終了時、コンデンサー制御回路構造３０は、次の２Ｔユニット用に第１のコンデンサーモジュール３７に切換え復帰するように動作する。その後、２つのコンデンサーモジュール３７および３８はＭＣＵ３２により始動され、２Ｔユニットの予定時間だけ作動する。この方法により、２つのコンデンサーモジュールの各々の動作のための総時間は、概ね等しいと予想される。
【００４２】
コンデンサー制御回路構造３０内で、コンデンサーモジュール３７、３８の動作寿命を最大にするため、実質等しい時間だけ、コンデンサー制御回路構造３０のコンデンサーモジュール３７、３８が動作する基本原理は、図１１および１２を参照しつつ以下のように説明される。
【００４３】
電力がターンオフされた時、コンデンサーモジュール３７および３８の各々は、タイミングＴの時点から始めて２Ｔユニット期間をｎ回（インスタンス）、動作すると仮定すると、ｔは、整流回路の動作があるコンデンサーモジュールが他のものに最後に切換えられたときからの、総経過時間と定義される。故に、０≦ｔ≦２Ｔである。また、ＸとＹは、電力がターンオフされた時、整流回路がコンデンサーモジュール３７および３８によってそれぞれ動作された総時間と仮定する。
【００４４】
各回において、コンデンサーモジュール３７および３８は各々整流回路内において２Ｔユニットの期間動作する。それ故、各回の長さは、４Ｔユニット（すなわちコンデンサーモジュール３７による２Ｔユニット＋コンデンサーモジュール３８による２Ｔユニット）である。回数を定める式は次式のようになる。
【００４５】
ｎ＝ｆｌｏｏｒ（Ｘ＋Ｙ−Ｔ）／４Ｔ）
【００４６】
ｎはコンデンサー制御回路構造の動作回数、Ｘは電力がターンオフされた時の第１のコンデンサーモジュール３７の総動作回数、Ｙは電力がターンオフされた時の第２のコンデンサーモジュール３８の総動作回数、Ｔはコンデンサーモジュール３７および３８の各々の予定時間の半分を表す。
【００４７】
電力がターンオフされた時、第１のコンデンサーモジュール３７が整流回路で作動していれば、コンデンサーモジュール３７および３８の双方は、２Ｔユニットをｎ回だけ整流回路内で動作しており、即ち、整流回路内の第１のコンデンサーモジュール３７の総動作回数はＸ＝Ｔ＋２Ｔ＋２Ｔ＋…＋２Ｔ＋ｔ＝Ｔ＋ｎ（２Ｔ）＋ｔとなり、また、整流回路内の第２のコンデンサーモジュール３８の総動作回数はＹ＝２Ｔ＋２Ｔ＋…＋２Ｔ＝（ｎ＋１）２Ｔとなる。このことは、下記表３に図説されており、図１１を参照することにより一層理解できるであろう。
【００４８】
【表３】
0005913149.tif 000004
【００４９】
故に、Ｘ−Ｙ＝［Ｔ＋ｎ（２Ｔ）＋ｔ］−［（ｎ＋１）２Ｔ］＝ｔ−Ｔとなる。この回数は、電力がターンオフされた時に第１のコンデンサーモジュールによって整流回路が動作している場合において、第１のコンデンサーモジュール３７の動作回数が第２のコンデンサーモジュール３８の動作回数をどのくらい越えているかを示すものである。
【００５０】
電力がターンオフされた時、第２のコンデンサーモジュール３８は整流回路内で動作しており、コンデンサーモジュール３７および３８の双方は、２Ｔユニットをｎ回だけ整流回路内で動作されており、即ち、整流回路内の第１のコンデンサーモジュール３７の総動作回数は、Ｘ＝Ｔ＋２Ｔ＋２Ｔ＋…＋２Ｔ＝Ｔ＋ｎ（２Ｔ）となり、また、整流回路内の第２のコンデンサーモジュール３８の総動作回数は、Ｙ＝２Ｔ＋２Ｔ＋…＋２Ｔ＋ｔ＝ｎ（２Ｔ）＋ｔである。このことは、下記表４に図説されており、図１２を参照することにより一層理解できるであろう。
【００５１】
【表４】
0005913149.tif 000005
【００５２】
それ故、Ｘ−Ｙ＝［Ｔ＋ｎ（２Ｔ）］−［ｎ（２Ｔ）＋ｔ］＝Ｔ−ｔとなる。この回数は、電力がターンオフされた時に第２のコンデンサーモジュールによって整流回路が動作している場合において、第２のコンデンサーモジュール３８の動作回数が第１のコンデンサーモジュール３７の動作回数をどのくらい越えているかを示すものである。
【００５３】
正常動作の環境下において、電力がターンオフされた時に整流回路がコンデンサーモジュール３７、３８よって動作されている可能性は、Ｅ（Ｘ−Ｙ）＝０．５（ｔ−Ｔ）＋０．５（Ｔ−ｔ）＝０を満たし、故に、整流回路が整流回路内の各コンデンサーモジュールによって動作される回数は、等しいと予想される。最悪の事態の時でさえ、パラメーターＴが例えば、５分と短く設定されるならば、式Ｘ−Ｙ＝ｔ−Ｔと式Ｘ−Ｙ＝Ｔ−ｔとの違いはあまり意味を持たない。実質的に等しい時間だけ電子回路内で作動することによって、コンデンサー制御回路構造３０内の全コンデンサーモジュールは、最大の動作寿命が与えられる。
【００５４】
図９および図１０を再度参照する。コンデンサー制御回路構造３０は、図５のＡＣ−ＤＣ変換回路で使用されるために提供される。電気の交流電力が印加されると、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３およびＤ４から成る全波ブリッジ整流回路は、交流電圧を直流電圧に整流する。その後、ＭＣＵ３２は、電界効果トランジスターＴＲ１をターンオンして第１のコンデンサーモジュール３７を接続する。第１のコンデンサーモジュール３７は、電圧を平滑化するために、整流回路に接続されている、直列接続されている２つの電解コンデンサーＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２を含んでいる。その後、ＭＣＵ３２は、Ｔユニット時間（例えばＴユニットは５分に設定されている）の予定時間の半分の間だけ、カウントダウンを始める。この５分間のカウントダウンの終了時、ＭＣＵ３２は、電界効果トランジスターＴＲ２をターンオンし、今度は第２のコンデンサーモジュール３８を接続して整流回路内で動作させる。その後、ＭＣＵ３２は、トランジスターＴＲ１をターンオフし、整流回路から第１のコンデンサーモジュール３７を切り離し、現に第２のコンデンサーモジュール３８だけを接続して整流回路内で作動させる。その後、ＭＣＵ３２は、２Ｔユニット時間の予定時間の間だけ、カウントダウンを始める。前述したように、Ｔは５分に均一に設定され、それ故、２Ｔユニット時間は１０分である。この１０分のカウントダウンの終了時、ＭＣＵ３２は、第２のコンデンサーモジュール３８が整流回路から切り離される前に、トランジスターＴＲ１をターンオンし、第１のコンデンサーモジュール３７を接続して整流回路内で動作させる。その後、ＭＣＵ３２は、２Ｔユニット時間のカウントダウンを始め、電力がターンオフされるまでの間、前記シーケンスを継続する。コンデンサー制御回路構造３０はＭＣＵ３２を使用するが、プログラマブルカウンターを含む他の論理装置が使用可能である。
【００５５】
コンデンサー制御回路構造３０によれば、２つのコンデンサーモジュール３７および３８は整流回路内で順に動作するように制御される。２つのコンデンサーモジュール３７および３８の各々は、整流回路内での動作時間をほぼ半分に分ける。この論理制御を利用することにより、２つのコンデンサーモジュールＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２の各々は、交互に連続して電圧を平滑化可能にされ、整流回路内での動作時間を等しく分ける。それ故、図５内のオリジナルのコンデンサーモジュールは、摂氏１０５度で２０００時間の動作寿命を有していると仮定すると、コンデンサー制御回路構造３０の動作寿命は、２つのコンデンサーモジュールＥｃａｐ１およびＥｃａｐ２の使用により、事実上、２倍の約４０００時間となる。前述された本発明の３つの実施形態は、２つの異なる方法を複数のコンデンサーモジュールの動作を調整するために利用して前記複数のコンデンサーモジュールの動作寿命をのばしている。これらの方法は、コンデンサー制御回路構造内で使用されている複数のコンデンサーモジュールが、回路内での動作時間を等しく分け、回路内での各コンデンサーモジュールの動作寿命を最大にすることを保証する。いくつかの用途において、コンデンサー制御回路構造は、例えば１０秒ごとの比較的短い時間間隔で、複数のコンデンサーモジュールを順に切換えて連続使用するように、簡単に構成することができる。順に切換えることは、コンデンサーモジュールの各々が回路内での動作時間を等しく分けることを保証できず、即ち、あるコンデンサーモジュールがより長い時間だけ回路内で動作し、それ故回路内で他のコンデンサーモジュールよりも速く経年劣化するが、コンデンサー制御回路構造全体の動作寿命は、ある程度までのびる。これは、まだ本発明の範囲内にある。故に、本発明は、コンデンサーモジュールを使用する電子回路内で使用されるコンデンサーモジュールの動作寿命をコスト効率良くのばし得る方法を提供する。いくつかの好ましい実施形態によって本発明の特徴について十分に記述した。しかし、本発明は実施形態と図面の構成および機能に限定されるべきものではない。その基本原理が改造、変更、修正されない限りにおいて、種々変形され得る。本発明の範囲を逸脱しない範囲において、当業者によって容易に想到される種々の変形及び改良は、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１０、２０、３０            コンデンサー制御回路構造
１２、２２、３２            マイクロコントローラ（ＭＣＵ）
１４、２４                  ＥＥｐｒｏｍ外部記憶装置
１６、２６、３６            電圧レギュレータ
ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３      トランジスター
２７、２８、２９、３７、３８、３９、Ｅｃａｐ１、Ｅｃａｐ２、Ｅｃａｐ３、Ｅｃａｐ４                          電解コンデンサーモジュール
【図１】
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【図３】
0005913149.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005913149.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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