(57)【要約】【課題】本発明は、圧電共振式発光ダイオード駆動回路を提供する。【解決手段】整流器で、商用電源によって供給される交流電圧を直流電圧に整流して、擬似共振スイッチングモジュールで直流電圧を共振させてインダクタンス電流を生成し、共振の周波数が圧電共振器の作動周波数までに上昇され、最後に、インダクタンス電流を圧電共振器により共振フィルターされた後、サイン波電流を生成する。また、サイン波電流を整流し、直流電流を出力して、発光ダイオードモジュールを駆動できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を受信して、直流電圧に整流する整流器と、
前記整流器に接続され、インダクタンスとコンデンサー及びスイッチからなり、前記スイッチと前記コンデンサーとが並列に接続されて、前記インダクタンスと前記コンデンサーとの間に接続され、前記直流電圧を共振させて、インダクタンス電流を生成する擬似共振スイッチングモジュールと、
前記擬似共振スイッチングモジュールに接続され、前記インダクタンス電流を受信して、共振フィルターした後、擬似サイン波電流を生成する圧電共振器と、
前記圧電共振器に接続され、前記擬似サイン波電流を受信して、直流電流に整流した後駆動される発光ダイオードモジュールと、を含有することを特徴とする、
圧電共振式発光ダイオード駆動回路。
【請求項２】
前記スイッチがオンされる時、前記直流電圧が、前記インダクタンスに対して充電させて、前記インダクタンス電流が増大され、前記スイッチがオフされる時、前記インダクタンスが前記コンデンサーに対して放電させ、これにより、前記コンデンサーが充電され、前記コンデンサーの電圧が、ロー電圧レベルから、ハイ電圧レベルに上昇することを特徴とする、請求項１に記載の圧電共振式発光ダイオード駆動回路。
【請求項３】
前記圧電共振器と前記発光ダイオードモジュールとの間に接続され、サイン波電流を受信して、直流電流に整流させ、前記発光ダイオードモジュールが発光するように駆動させる整流回路が備えられることを特徴とする、請求項１に記載の圧電共振式発光ダイオード駆動回路。
【請求項４】
前記圧電共振器と前記整流回路との間に接続されて、前記擬似共振スイッチングモジュールにより、共振した時生成したノイズを隔離させたり、前記発光ダイオードモジュールの駆動電圧を増大させる、少なくとも一つの変圧器が備えられることを特徴とする、請求項３に記載の圧電共振式発光ダイオード駆動回路。
【請求項５】
前記インダクタンスと前記コンデンサーの共振周波数が、前記スイッチの切替え周波数や前記圧電共振器の共振フィルター周波数よりも大きく、前記スイッチの切替え周波数が、前記圧電共振器の共振フィルター周波数よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の圧電共振式発光ダイオード駆動回路。
【請求項６】
前記コンデンサーと前記圧電共振器との間に直列に接続され、前記擬似共振スイッチングモジュールにより、共振する時生成したノイズをフィルターする、フィルターインダクタンスが備えられることを特徴とする、請求項１に記載の圧電共振式発光ダイオード駆動回路。
【請求項７】
前記インダクタンスと前記フィルターインダクタンスが、同一のアイロンコアーに巻かれて、セルフカップルド変圧器が形成され、前記インダクタンスのインダクタンス電圧が向上されることを特徴とする、請求項６に記載の圧電共振式発光ダイオード駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電共振式発光ダイオード駆動回路に関し、特に、単一の能動スイッチを利用し、薄型圧電共振器に合わせて発光ダイオードを駆動するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の世界においては、石油の値段が高騰し、エネルギーや原物料の供給も重要な問題となり、如何に電力や消費材を節約するかが産業の課題になっている。
その中で、エネルギー消費の大きな割合を占める照明設備も、エネルギー節約の重要品目になっている。発光ダイオードの光電素子は、高いカラー飽和度や水銀を使用しない事、長寿命、快速点滅、高輝度、小消費電力及び軽薄短小等の利点があるため、照明設備に発光ダイオードを適用することが一般である。
【０００３】
既存の機器は、圧電変圧器で、発光ダイオード回路を駆動する物が多く、交流電源を直流電圧に整流した後、フルブリッジやハーフブリッジパワーアンプで、矩形波電圧を生成する。矩形波電圧は、外部から接続されたインダクタンスと圧電変圧器により、コンデンサーの共振が入力されて上下に対称する擬似サイン波電流が、圧電変圧器に入力されて、電圧変換さる。最後に、整流器により圧電変圧器から出力された交流電流が、直流電流に整流され、発光ダイオードを駆動する。
しかしながら、四つのスイッチのフルブリッジや、二つのスイッチのハーフブリッジは、回路のコストや体積を増大し、回路配線の設計も、相対的に複雑になる。そのため、回路を簡素化させながらも、同じく、発光ダイオード駆動回路機能を実現することが至急の課題である。
【０００４】
本発明は、上記のような従来技術の欠点を解消できる圧電共振式発光ダイオード駆動回路を提供する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の主な目的は、従来の二つのスイッチのハーフブリッジ設計の代わりに、単一スイッチを使用して、共振の時、ゼロ電圧切替えによって有効にスイッチ磨耗を低減し、また、回路のコストを低下する圧電共振式発光ダイオード駆動回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明は、整流器と擬似共振スイッチングモジュール、圧電共振器及び発光ダイオードモジュールを備ける、圧電共振式発光ダイオード駆動回路を提供する。
整流器は、例えば、商用電源である交流電圧を受信して、直流電圧に整流し、擬似共振スイッチングモジュールは、整流器が接続され、インダクタンスとコンデンサー及びスイッチが備えられ、スイッチとコンデンサーとが並列に接続された後、インダクタンスと圧電振盪器との間に接続され、直流電圧を共振させてインダクタンス電流を生成する。
圧電共振器は、擬似共振スイッチングモジュールに接続され、インダクタンス電流を受信して、共振フィルターさせた後、サイン波電流を生成する。発光ダイオードモジュールは、圧電共振器に接続され、サイン波電流を受信して、直流電流に整流し、駆動する。
【０００７】
以下、図面を参照しながら本発明の特徴や技術内容について詳しく説明するが、それらの図面等は参考や説明のためであり、本発明はそれによって制限されることは無い。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一実施例の概念図
【図２】本発明の擬似共振スイッチングモジュールがスイッチオフされる時の等価回路図
【図３】本発明の擬似共振スイッチングモジュールが作動する時の波形図
【図４】本発明の第二実施例の概念図
【図５】本発明の第三実施例の概念図
【図６】本発明の第四実施例の概念図
【図７】本発明の第五実施例の概念図
【図８】本発明の第六実施例の概念図
【図９】本発明の擬似共振スイッチングモジュールが作動する時の他の波形図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の第一実施例概念図である。圧電共振式発光ダイオード駆動回路には、整流器１０や擬似共振スイッチングモジュール１２、圧電共振器１４、発光ダイオードモジュール１６及び整流回路１８が備えられる。
擬似共振スイッチングモジュール１２は、整流器１０と圧電共振器１４との間に接続され、整流回路１８は、圧電共振器１４と発光ダイオードモジュール１６との間に接続される。その内、擬似共振スイッチングモジュール１２には、インダクタンス１２２とコンデンサー１２４及びスイッチ１２６が備えられる。
スイッチ１２６のドレイン（ｄｒａｉｎ）とコンデンサー１２４とが、並列に接続された後、インダクタンス１２２と圧電共振器１４との間に接続され、インダクタンス１２２は、整流器１０とスイッチ１２６との間に接続され、圧電共振器１４は、コンデンサー（電容器）１２４と整流回路１８との間に接続される。
【００１０】
整流器１０は、商用電源から入力される交流電圧（ＶAC）を受信して、正半周の直流電圧（ＶDC）に整流する。その内、整流器１０は、ショットキー・バリアダイオード（ＳＢＤ）や高速応答ダイオード（ＦＲＤ）、ツェナーダイオード（ＺＤ）等のブリッジ式整流器である。
図２と図３を参照する。図２は、本発明に係る擬似共振スイッチングモジュール１２が、スイッチオフの時の等価回路図であり、図３は、本発明に係る擬似共振スイッチングモジュール１２が、作動の時の波形図である。
擬似共振スイッチングモジュール１２は、直流電圧を受信し、スイッチ１２６がオン状態であれば、例えば波形図に示された時間区間のｔ０−ｔ１である時、直流電圧がインダクタンス１２２に対して充電し始め、インダクタンス１２２の電流が増大され、そのクロスボルテージがＶDCになる。スイッチ１２６がオフ状態であれば、例えば波形図に示された時間区間のｔ１−ｔ２である時、インダクタンス１２２とコンデンサー１２６とが共振し始め、これにより、インダクタンス電流（ｉLin）とコンデンサー電圧（ＶC）とが生成される。
具体的に言えば、共振の時、インダクタンス１２２がコンデンサー１２４に対して放電し始め、コンデンサー１２４が充電し始め、そのｖ電圧が、ロー電圧レベルからハイ電圧レベルへ上昇し、この時のコンデンサー電圧が最大値（例えば、ＶDCの二倍）になる。圧電共振器１４の共振フィルター特性により、圧電共振器１４に経由するインダクタンス電流がフィルターされた後、サイン波電流（即ち、圧電電流）が形成されて、整流回路１８へ送信され、サイン波電流が直流電流に整流されて、発光ダイオードモジュール１６が発光するように駆動される。
また、コンデンサー電圧が、ハイ電圧レベルからロー電圧レベル（ＶC＝０）に回復した時、スイッチ１２６のボディダイオード１２８がオンされて、強制的に共振を停止させる。例えば、スイッチ１２６が、オフ状態を維持する場合、共振が終了された後、例えば、波形図に示される時間区間のｔ２−ｔ０の時、ボディダイオード１２８のダイオード電流と圧電共振器１４の圧電電流（ｉpiezo）が等しくなる。
コンデンサー１２４のクロスボルテージが０であるため、インダクタンスのクロスボルテージが、ＶDCになり、インダクタンス１２２が充電し始める。ｔ２−ｔ０の区間が終了した時、スイッチ１２６が、再びオン状態に切替えられ、即ち、区間ｔ０−ｔ１を繰り返して行われ、この時、コンデンサー１２４のクロスボルテージが０であるため、ゼロ電圧で切替える機能が実現され、スイッチ１２６の磨耗が低減される。
要するに、擬似共振スイッチングモジュール１２で直流電圧（ＶDC）の周波数を圧電共振器１４の作動周波数に近くするか、それより大きくするかにより、ゼロ電圧で切替える機能を確保でき、下記の各作動周波数の関係式になる。
【００１１】
【数１】
2013120753.tif 000003
【００１２】
この内、Ｌinが、インダクタンス１２２のインダクタンス値で、Ｃが、コンデンサー１２４のコンデンサー値で、ｆSWが、スイッチ１２６の切替え周波数で、ｆpiezoが、圧電共振器１４の共振フィルター周波数である。
【００１３】
インダクタンス１２２とコンデンサー１２４の共振周波数は、スイッチ１２６の切替え周波数と圧電共振器１４の共振フィルター周波数（即ち、作動周波数）よりも大きく、また、スイッチ１２６の切替え周波数が、圧電共振器１４の共振フィルター周波数よりも大きい。
【００１４】
また、図４は、本発明の第二実施例の概念図であり、第一実施例とは、コンデンサー１２４と圧電共振器１４との間に、フィルターインダクタンス２０が直列に接続される点で異なる。
フィルターインダクタンス２０は、擬似共振スイッチングモジュール１２により共振時に生成したノイズをフィルターするとともに、圧電共振器１４のフィルター性を強化する。例えば、圧電共振器１４の寄生コンデンサーにより生成されたノイズを遮断して、圧電電流のサイン波特性を、最適化する。
【００１５】
図５は、本発明の第三実施例の概念図であり、第二実施例とは、インダクタンス１２２とフィルターインダクタンス２０が同一なコアー２２に巻かれて単巻変圧器が形成され、電圧の伝達能力を向上する点、即ち、インダクタンス１２２とフィルターインダクタンス２０のインダクタンス電圧を向上する点で異なる。
【００１６】
図６は、本発明の第四実施例の概念図であり、第一実施例とは、発光ダイオードモジュール１６自身が、整流特性を有し、圧電共振器１４によって供給されたサイン波電流を、内部の発光ダイオード素子１６２を駆動する直流電流に整流することで、整流回路のコストを低下でき、発光ダイオード駆動回路の全体設計を、より簡素化且つ体積軽薄化でき、市場競争力を向上できる点で異なる。
【００１７】
図７は、本発明の第五実施例の概念図であり、第一実施例とは、圧電共振器１４と整流回路１８との間に接続される変圧器２４を増設し、変圧器２４で、共振時、擬似共振スイッチングモジュール１２により形成されたノイズを遮断でき、或いは、変圧器２４で、発光ダイオードモジュール１６の駆動電圧を増大する点で異なる。
【００１８】
図８は、本発明の第六実施例の概念図である。間欠発振回路（ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）が増設されて、自己共振効果が実現される。第一実施例と、間欠発振回路と擬似共振スイッチングモジュール１２との作動原理が同じであるが、両者の内部回路設計がやや異なるため、回路のエネルギー伝達方式においてやや異なる。
間欠発振回路２６は、第一インダクタンス２８や第二インダクタンス３０、抵抗３２及びＢＪＴスイッチ３４が備えられる。第一インダクタンス２８と第二インダクタンス３０とは、逆方向に、同一のコアー３６に巻かれ、抵抗３２が第一インダクタンス２８とＢＪＴスイッチ３４ベース（ｂａｓｅ）との間に接続され、ＢＪＴスイッチ３４のコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）とコンデンサー３８とが並列に接続された後、第二インダクタンス３０と圧電共振器１４との間に接続される。
間欠発振回路２６が起動される時、電流（ｉ2）が、第一インダクタンス２８と抵抗３２を経由してＢＪＴスイッチ３４をオンさせる。ＢＪＴスイッチ３４がオンされた後、第二インダクタンス３０が充電し始め、同時に、第一インダクタンス２８と第二インダクタンス３０とが逆方向にカップリングされているため、第二インダクタンス３０のベース電流（ｉb）が、低減し始め、図９のように時間区間が、ｔ２−ｔ０となる。
ベース電流（ｉb）が、コレクタ電流（ｉc）に対して、相対的に小さい時、ＢＪＴスイッチ３４がオフされる。そのオフ関係式は、下記である。
【００１９】
【数２】
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【００２０】
その内、ｉbが、ベース電流で、ｉcが、コレクタ電流で、βが、ＢＪＴスイッチ３４の拡大倍数である。スイッチ３４がオフされた後、第二インダクタンス３０とコンデンサー３８とが、共振し、図に示される時間区間が、ｔ１−ｔ２になる。第二インダクタンス３０とコンデンサー３８との共振が終了した後、入力端電流（ｉ2）が再び、第一インダクタンス２８と抵抗３２を経由して、ＢＪＴスイッチ３４をオンする。
図に示されたｔ０とｔ２が、同一の点になるため、この実施例においては、ＢＪＴスイッチ３４には、外部から能動的なフリップフロップ信号を接続する必要がなく、コイルと抵抗３２だけで十分であるため、大幅に回路のコストが低減される。
【００２１】
図９の波形図から分かるように、間欠発振回路が、ｔ０（時間軸の約１．０６５の所）乃至ｔ１（時間軸の約１．０９５の所）の間において、ＢＪＴスイッチ３４がオンされ、この時、第二インダクタンス３０が充電される。間欠発振回路がｔ１（１．０９５の所）乃至ｔ０（ここでは、１．１０５を指す）の区間において、ＢＪＴスイッチ３４がオフされ、この時、第二インダクタンス３０が放電され、第二インダクタンス３０と圧電共振器１４が、一緒に共振し、圧電電圧Ｖc波形が図３ｔ１乃至ｔ２の区間になる。
間欠発振回路の実施例において、ＢＪＴスイッチ３４は、インダクタンス３０と圧電共振器１４との共振が終了された後、ＢＪＴスイッチ３４が即時にオンされる。そのため、この実施例において、図３のｔ０がｔ２に重なる。間欠発振回路２６の第二インダクタンス３０により、第一実施例と同じようなｉLin-（図３と図９のｉLin波形を比較すること）が供給され、圧電共振器１４が共振してエネルギーを伝達し、発光ダイオードモジュール１６を駆動できる。
【００２２】
以上のように、本発明は、従来の二つのスイッチのハーフブリッジ設計に替わり、単一スイッチを使用し、共振の時ゼロ電圧で切替えることができ、有効にスイッチの磨耗を低減でき、また、回路のコストを低下する利点が得られる。
【００２３】
そのため、本発明は、より進歩的かつより実用的である。
【００２４】
以上は、本発明のより良い実施例であり、本発明は、これによって制限されることが無く、本発明に係わる発明の請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の請求の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００２５】
１０  整流器
１２  擬似共振スイッチングモジュール
１２２  インダクタンス
１２４  コンデンサー
１２６  スイッチ
１２８  寄生ダイオード
１４  圧電共振器
１６  発光ダイオードモジュール
１８  整流回路
２０  フィルターインダクタンス
２２  コアー
２４  変圧器
２６  間欠発振回路
２８  第一インダクタンス
３０  第二インダクタンス
３２  抵抗
３４  ＢＪＴスイッチ
３６  コアー
３８  コンデンサー
【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】
2013120753.tif 000011
【図８】
2013120753.tif 000012
【図９】
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