(57)【要約】【課題】電源効率を十分に利用し、効率消耗を減らす発光ダイオードの駆動装置を提供する。【解決手段】発光ダイオードの駆動装置は、複数の電流方向制御回路で複数の発光ダイオードモジュールを駆動し、該電流方向制御回路は少なくとも二個の相互並列のトランジスタで少なくとも二スイッチング回路を形成し、供給電圧源に基づき、整流回路及び電流源回路によって正方向の異なる電圧レベルを提供し、異なるスイッチング回路を形成する。そして制御を受けた発光ダイオードモジュールを導通発光か、導通しないかを行い、異なる電圧で最多の発光ダイオードモジュールを発光する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードの駆動装置において、そのうち、少なくとも
発光ダイオードに必要な電源を供給する供給電圧源と、
供給電圧源を脈動直流電圧源に転換する整流回路と、
該整流回路と各発光ダイオードモジュールの間に設置して、該脈動直流電圧源を同位相の脈動直流電流源に転換するのに用い、各発光ダイオードモジュールのループ電流を供給する電流源回路と、
各発光ダイオードモジュールが複数の発光ダイオードによって直列、並列もしくはパラレル方式で構成する少なくとも三個の発光ダイオードモジュールと、
各発光ダイオードモジュールの間に連接し、第一、第二トランジスタ、第一、第二、第三、第四抵抗器、第一、第二入力ポート及び第一、第二出力ポートを設置し、該第一入力ポートはそのうちの一発光ダイオードモジュールの正極と並列で連接して一つ前の発光ダイオードモジュールの負極で直列し、該第二入力ポートは供給電圧源と共に該第三抵抗器を通じて連接し、該第一出力ポートは発光ダイオードモジュールの制御を受けた負極で連接し、該第二出力ポートは次の一発光ダイオードモジュールの正極で連接する少なくとも二電流方向制御回路を含むことを特徴とする発光ダイオードの駆動装置。
【請求項２】
前記第一、第二トランジスタは、それぞれ第一ポート、第二ポート及び制御ポートを設置し、該第一入力ポートは該第一トランジスタの第一ポートへ連接し、該第一トランジスタの制御ポートは該第一抵抗器一端へ連接し、該第一抵抗器の別端は該第二トランジスタの第一端と共に該第二出力ポートへ連接し、該第二トランジスタの制御ポートは該第二抵抗器一端へ連接し、該第二抵抗器の別端は該第一トランジスタの第二ポートと共に該第一出力ポートへ連接し、該第二トランジスタの第二ポートは該第二出力ポートへ連接し、且つ該第四抵抗器は該第二トランジスタの制御ポートと第二ポートの間へ連接することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの駆動装置。
【請求項３】
前記各発光ダイオードモジュール内の発光ダイオードの数量は、徐々に増加した後、徐々に減少し、且つ各電流方向制御回路は、一回路板上に設置し、次に各発光ダイオードモジュールと電気連接するか、もしくは各発光ダイオードモジュールと各電流方向制御回路が集積回路内で一体パッケージングすることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオードの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードの駆動装置に関し、特に発光ダイオードを駆動する装置で、電源効率を十分に利用して力率を高め、電磁干渉を減らす駆動装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
天然エネルギーは徐々に枯渇しているが、新しい代替エネルギーの開発速度及び使用効率は、需要に対して未だ満足できる状況にはなっておらず、現段階ではエネルギーを節約することが必要である。エネルギーを節約する具体的な対策として、先ず、各種電気設備に電気効率に優れたものが検討されている。現代人の生活では無くてはならない照明器具を例にすると、伝統的なタングステン電球は、電力のたったの５％しか光エネルギーに転換できず、その残りの９５%の電力は熱エネルギーに転換されてしまい、電気効率は極めて低い。また発生した熱エネルギーによって、別の電気（例として空調、放熱)が必要となる。伝統的な照明具の工作効率が低いことから、集積回路産業の発達と技術的革新によって、寿命が長く、消費エネルギーが低い発光ダイオードが注目を浴びており、多くの照明具に使用されている。
【０００３】
前述のとおり、発光ダイオードの長所は、使用寿命が長く、省エネで廃熱性が低い点であり、業界が照明設備に発光ダイオードを積極的に採用する主な原因である。発光ダイオードは、直流電源で駆動するため、発光ダイオードを交流電源、例として商用電源に応用して、装置に設置する場合、発光ダイオード駆動回路で交流電源を脈動の直流電源に転換して発光ダイオードを駆動する必要がある。
【０００４】
公知の発光ダイオード駆動回路は、図５に示すとおりで、該発光ダイオード駆動回路１００は、少なくとも一発光ダイオード１０１と連接し、且つ交流電源VACと接続する。該発光ダイオード駆動回路１００は主に、ブリッジ整流器１１０及びキャパシタンスCを含み、そのうち、ブリッジ整流器１１０は、交流電源VACを脈動の直流電源に整流することで、キャパシタンスCが該脈動直流電源に対して電圧を安定させ、発光ダイオード１０１を安定した電流にして発光させる。図６に示すとおり、電流値を固定して通電するため、一般的には更に電流源回路を追加し、発光ダイオードの輝度及び色を確かにして通電する。図７に示すとおり、仮に回路内にキャパシタンスもしくはインダクタンス等リアクタンス部品がある場合、電圧と電流は同じにはならず、両者には位相差(θ)が存在する。この時、電圧と電流が同じにならないことから、力率(power factor；略称PF)であるPF＝V(電圧)×I (電流)×cosθは、位相差(θ)の存在によって力率が小さくなってしまい、力率が小さくなると、効率消耗が発生する。
【０００５】
他に、特許名「発光ダイオード駆動回路」の発光ダイオード駆動回路は、図８に示すとおりであり、その回路構造は、供給電源５１を含み（特許文献１参照）、一から複数個の共地の電流制御ユニット５２１は電流誘導制御回路５２，及び供給電源を検出する電圧レベルの電圧検出回路５３から構成される。供給電源５１と二乃至複数個の発光ダイオード・グループ５４は直列であり、発光ダイオード・グループ５４は、一から複数個の発光ダイオードから構成される。電流誘導制御回路５２の電流制御ユニット５２は、各発光ダイオード・グループ５４のN極(負極)と相互に接続し、電圧検出回路５３によって供給電源正方向の電圧レベルを判定する。その後、電圧レベルの違いに基づき、それぞれ異なる電流誘導制御回路５２を駆動して通電する。異なる電流誘導制御回路５２に通電することによって適する数の発光ダイオード・グループ５４を点灯し、このように回路設計することで、フィルター・キャパシタンスがない設計で，供給電源の正方向電圧が直接、発光ダイオード・グループを駆動し、電圧値に基づいて最も多い発光ダイオード・グループを点灯し、十分な電源効率を利用し、力率を高め、効率消耗を減らす目的を達成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】台湾  特許公告公告号第I２２００４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点として公知の駆動回路には、下述の欠点がある。
１、電圧検出回路によって、やっと供給電源正方向の電圧レベルが判定できるため、その電子部品の組立が非常に複雑になる。
２、供給電源は、先ず該電圧検出回路で判断してから、やっとどの電流制御ユニット(その他電流制御ユニットは導通しない)を駆動導通するかを決定でき、更に特定数量の発光ダイオード・グループを制御発光する。仮に電圧検出回路が壊れて導通発光できないと、全ての発光ダイオード・グループもまた発光できない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発光ダイオードの駆動装置は、複数の電流方向制御回路で複数の発光ダイオードモジュールを駆動し、該電流方向制御回路は少なくとも二個の相互並列のトランジスタで少なくとも二スイッチング回路を形成し、供給電圧源に基づき、整流回路及び電流源回路によって正方向の異なる電圧レベルを提供し、異なるスイッチング回路を形成する。そして制御を受けた発光ダイオードモジュールを導通発光か、導通しないかを行い、異なる電圧で最多の発光ダイオードモジュールを発光することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光ダイオードの駆動装置は、電源効率を十分に利用し、効率消耗を減らすという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の駆動装置の構造指示図である。
【図２】本発明の駆動装置の部分の拡大指示図である。
【図３】本発明の脈動直流電圧源と脈動直流電流源の位相関係図である。
【図４】本発明の交流半波長周期内の各発光ダイオードモジュールの点滅関係図である。
【図５】公知の駆動装置の構造指示図である。
【図６】公知の駆動装置にフィルター回路を追加設置した後の導通電流図である。
【図７】電流が落ちた後の電圧関係図である。
【図８】公知の台湾特許公告号第I２２００４７号の駆動回路の構造指示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、直接交流商用電源を用い、切換え不要式周波数変換を前提での一種の駆動装置を提供する。特に発光ダイオードを駆動する駆動装置を指し、電源功率を十分に利用して力率を高め、効率消耗を減らし、電磁干渉を減らすことを主な目的とする。
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明の駆動装置は、複数の電流方向制御回路を利用して複数の発光ダイオードモジュールを駆動し、該電流方向制御回路は、少なくとも二個の相互並列のトランジスタによって少なくとも二スイッチング回路を形成し、供給電圧源によって正方向の異なる電圧レベルを提供し、異なるスイッチング回路を形成する。そして次の一発光ダイオードモジュールを導通発光もしくは不導通させて異なる電圧によって最多の発光ダイオードモジュールが発光し、電源効率を十分に利用し、効率消耗を減らす目的を達成する。
【実施例】
【００１３】
本発明は、主に発光ダイオードの駆動装置を提供し、複数の電流方向制御回路によって複数の発光ダイオードモジュールを駆動する。該電流方向制御回路は、少なくとも二個の相互並列したトランジスタによって少なくとも二スイッチング回路を形成し、更に供給電圧源に基づき正方向の異なる電圧レベルを提供し、異なるスイッチング回路を形成する。そして制御された発光ダイオードモジュールを導通して光らせたり、電気を遮断したりする。その具体的な実施として、該駆動装置は、図１に示すとおり、少なくとも以下を含む。
【００１４】
供給電圧源Vsは、図３に示すとおり、主に整流回路４０(ブリッジ整流器でもよい)によって供給電圧源Vsを受けた交流電源を脈動直流電圧源に転換する。
【００１５】
電流方向制御回路は、主に、少なくとも三個の発光ダイオードモジュールを制御する。図に示す実施例においては、第一〜第五発光ダイオードモジュール１１、１２、１３、１４、１５を設置する。各発光ダイオードモジュール１１〜１５は、複数の発光ダイオードLを直列、並列もしくはパラレル方式で構成し、各発光ダイオードモジュール１１〜１５内の発光ダイオードLの数量は、徐々に増えた後、徐々に減っていく方式で設置する。
【００１６】
少なくとも一電流方向制御回路は、各発光ダイオードモジュールの間に連接する。図に示す実施例では、第一〜第四電流方向制御回路２１、２２、２３、２４を設置できる。各電流方向制御回路２１〜２４は、第一、第二トランジスタ２５１、２５２、第一、第二、第三、第四抵抗器２５３、２５４、２５９、２５０、第一、第二入力ポート２５５、２５６及び、第一、第二出力ポート２５７、２５８を設置する。
【００１７】
該第一、第二トランジスタ２５１、２５２は、それぞれ第一ポート、第二ポート及び制御ポートに設置する。当実施例に於いて、該第一、第二トランジスタ２５１、２５２は、NPN型バイポーラ接合トランジスタ(Bipolar Junction
Transistor，BJT)でもよく、該第一ポートはエミッター電極E(Emitter)であり、該第二ポートは集電極C(Collector)で、該制御ポートはベース電極B(Base)である。
【００１８】
図２に示すとおり、該第一入力ポート２５５は、そのうちの一発光ダイオードモジュール１２、１３、１４、１５の正極と並列連接し、前の一発光ダイオードモジュール１１、１２、１３、１４の負極に直列する。該第二入力ポート２５６は供給電圧源Vs(整流後)と連接し、該第一入力ポート２５５は該第一トランジスタ２５１第一ポートのエミッター電極Eへ連接し、また該第一トランジスタ２５１制御ポートのベース電極Bは、該第一抵抗器２５３一端へ連接する。該第一抵抗器２５３の別端は該第二トランジスタ２５２第一端の集電極Cと共に該第二出力ポート２５６へ連接し、該第二出力ポート２５６箇所には第三抵抗器２５９を設置する。該第二トランジスタ２５２制御ポートのベース電極Bは該第二抵抗器２５４一端に連接し、該第二抵抗器２５４の別端は該第一トランジスタ２５１第二ポートのエミッター電極Eと共に該第一出力ポート２５７へ連接し、該第一出力ポート２５７は制御された発光ダイオードモジュール１２、１３、１４、１５の負極で連接し、該第二トランジスタ２５２第二ポートのエミッター電極Eは該第二出力ポート２５８へ連接し、該第二出力ポート２５８は次の一発光ダイオードモジュール１３、１４、１５の正極で連接する。更に該第二トランジスタ２５２制御ポートのベース電極Bと第二ポートのエミッター電極Eの間は第四抵抗器２５０を連接する。
【００１９】
電流源回路３０は、該整流回路４０と各発光ダイオードモジュール１１〜１５の間に設置し、該脈動直流電圧源を同位相の脈動直流電流源に転換して用い、各発光ダイオードモジュール１１〜１５一ループ電流に供給して良好な力率を維持する。
【００２０】
全体的な動作方式として、図４に示すのは、交流半波長周期の各発光ダイオードモジュールの点滅関係図である。初めに第一発光ダイオードモジュール１１は、電源電圧に於いてVs１に到達し、十分な電流を得て発光する。また電源電圧(Vs２より低い)は第二発光ダイオードモジュールの導通電圧へ到達する前には，第一電流方向制御回路の第二トランジスタ２５２は対応する電流源電流がベース電極Bとエミッター電極E間の第四抵抗器２５０で発する電圧が導通に足りないため、遮断領域に於いて閉鎖状態になり、第二出力ポート２５８を遮断し、該第一トランジスタ２５１は第二入力ポート２５６から第三抵抗器２５９を通して外来電圧を得ることができ、飽和領域で通電状態に作用し、電流ルートによって該第一トランジスタ２５１のエミッター電極E、集電極Cを経て次の一発光ダイオードモジュール及び次の一電流方向制御回路へ流入する。
【００２１】
次の一電流方向制御回路は、同様に電源電圧(Vs２より低い)が比較的小さいため、該第二トランジスタがバイアス導通するのに足りず、第一トランジスタを開いて導通状態にして、電流ルートで該第一トランジスタから次の一発光ダイオードモジュール及び次の一電流方向制御回路に流入する。
【００２２】
仮に電源電圧がVs２へ継続して上昇し、且つ第二発光ダイオードモジュールの導通電圧より高くなった時、対応する電流源電流は該第一電流方向制御回路２１の第四抵抗器２５０にバイアスを発生させるのに足りるため、該第二トランジスタ２５２によって順方向バイアスを形成して飽和領域に作用し、第二トランジスタ２５２のエミッター電極E、集電極Cを導通させる。そしてこの時、該第一トランジスタ２５１はバイアスが不足して遮断領域箇所が閉鎖状態に作用するため、第一入力ポート２５５を遮断して電流ルートを該第二発光ダイオードモジュール１２の正極端から流入させ、該第二発光ダイオードモジュール１２の負極端から流出させて導通回路を形成し、該第一、第二発光ダイオードモジュール１１、１２をそれぞれ発光させる。その他電流方向制御回路は電圧レベルが不足するため、電流ルートは該第一トランジスタを経由して次の一発光ダイオードモジュール及び次の一電流方向制御回路へ流入する。図４の時間t２からt３に於いて、該電源電圧(Vs２からVs３へ)が第二発光ダイオードモジュールの導通電圧より高い時、該第一発光ダイオードモジュール１１(または図に示す領域１)及び第二発光ダイオードモジュール１２(または図に示す領域２)だけが発光し、供給電源の電圧が継続して上昇した時、状況はこれに類する。
【００２３】
本発明製作時、各電流方向制御回路は、回路板上に設置し、次に各発光ダイオードモジュールと電気連接するか、もしくは各発光ダイオードモジュールと各電流方向制御回路は集積回路内に一体でパッケージングする。
【００２４】
本発明は、少なくとも二個のトランジスタで少なくとも二個のスイッチング回路を形成して電流方向制御回路で複数の発光ダイオードモジュールを駆動する。更に供給電圧源に基づき整流回路を用いて脈動直流電圧源を提供し、更に電流源回路によって対応する正方向の異なる電圧レベルのループ電流を提供する。異なる電圧レベルに於いて形成した異なるスイッチング回路を通して各発光ダイオードモジュールは交流商用電源周期内で電圧の高低を導通し、電流方向制御回路内の第四抵抗器を制御することで制御設定する。発光ダイオードモジュールは交流商用電源周期内で制御し、設定によって導通電圧が導通発光もしくは不導通したりして異なる電源電圧で最多の発光ダイオードモジュールを付け、電源効率を十分に利用し、効率消耗を防ぐ目的を達成する。
【００２５】
上述のとおり、本発明は発光ダイオードの実行可能な駆動装置を提供し、発明特許を申請する。本発明の技術内容及び技術特徴は、上述のとおりであるが、本領域技術に習熟した者が本発明の提示に基づいて各種の本発明の精神から乖離しない入替及び修飾をするかもしれない。拠って、本発明の保護範囲は、実施例に制限されず、各種の本発明から乖離しない入替及び修飾も請求範囲に属するものとする。
【符号の説明】
【００２６】
１００        駆動回路
１０１        発光ダイオード
１１０        ブリッジ整流器
Ｂ            ベース電極
Ｃ            集電極
Ｃ１          キャパシタンス
Ｅ            エミッター電極
Ｌ            発光ダイオード
ＶＡＣ        交流電源
Ｖｓ          供給電圧源
１１          第一発光ダイオードモジュール
１２          第二発光ダイオードモジュール
１３          第三発光ダイオードモジュール
１４          第四発光ダイオードモジュール
１５          第五発光ダイオードモジュール
２１          第一電流方向制御回路
２２          第二電流方向制御回路
２３          第三電流方向制御回路
２４          第四電流方向制御回路
２５１        第一トランジスタ
２５２        第二トランジスタ
２５３        第一抵抗器
２５４        第二抵抗器
２５５        第一入力ポート
２５６        第二入力ポート
２５７        第一出力ポート
２５８        第二出力ポート
２５９        第三抵抗器
２５０        第四抵抗器
３０          電流源回路
４０          整流回路
５１          供給電源
５２          電流誘導制御回路
５２１        電流制御ユニット
５３          電圧検出回路
５４          発光ダイオード・グループ
【図１】
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【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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