(57)【要約】  本発明は、熱放散負荷１０のヒートシンク１０７に熱的に接続される当該熱放散負荷１０を含む電子デバイス３用のサージ保護装置１について説明し、当該サージ保護装置１は、負荷１０と直列に接続される少なくとも１つの高インピーダンス構成部ＺＨＩ、ＺＨＩ＿Ｎ、ＺＨＩ＿Ｐと、負荷１０と並列に接続される少なくとも１つの低インピーダンス構成部ＺＬＯ、ＺＬＯ＿Ｎ、ＺＬＯ＿Ｐと、ヒートシンク１０７と低インピーダンス構成部ＺＬＯ、ＺＬＯ＿Ｎ、ＺＬＯ＿Ｐとを電気的に接続させる接地接続部ＦＥとを含み、高インピーダンス構成部ＺＨＩ、ＺＨＩ＿Ｎ、ＺＨＩ＿Ｐは、コモンモードサージ電流Ｉｓが負荷１０に入ることを阻止し、低インピーダンス構成部ＺＬＯ、ＺＬＯ＿Ｎ、ＺＬＯ＿Ｐは、コモンモードサージ電流Ｉｓが、接地接続部ＦＥへと、負荷１０をバイパスすることを促進する。本発明は更に、負荷１０のヒートシンク１０７に熱的に接続される幾つかの熱放散コンポーネント１００を有する当該負荷１０と、負荷１０を駆動するドライバ２０と、上記サージ保護装置１とを含む電子デバイス３について説明する。本発明は更に、上記サージ保護装置１を含み、ＬＥＤ照明回路１０を駆動するドライバ２０と、負荷１０のヒートシンク１０７に熱的に接続される当該熱放散負荷１０を含む電子デバイス３を通るコモンモードサージ電流Ｉｓからの保護を提供する方法とについて説明する。
2016541093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱放散負荷のヒートシンクに熱的に接続される当該熱放散負荷を含む電子デバイス用のサージ保護装置であって、
前記熱放散負荷と直列に接続される少なくとも１つの高インピーダンス構成部と、
前記熱放散負荷と並列に接続される少なくとも１つの低インピーダンス構成部と、
前記ヒートシンクと前記少なくとも１つの低インピーダンス構成部とを電気的に接続させる接地接続部と、
を含み、
前記少なくとも１つの高インピーダンス構成部は、コモンモードサージ電流が前記熱放散負荷に入ることを阻止し、前記少なくとも１つの低インピーダンス構成部は、コモンモードサージ電流が、前記接地接続部へと、前記熱放散負荷をバイパスすることを促進する、サージ保護装置。
【請求項２】
負の負荷コネクタと前記接地接続部との間に接続される第１の低インピーダンス構成部を含む、請求項１に記載のサージ保護装置。
【請求項３】
正の負荷コネクタと前記接地接続部との間に接続される第２の低インピーダンス構成部を含む、請求項１又は２に記載のサージ保護装置。
【請求項４】
前記低インピーダンス構成部は、コンデンサを含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載のサージ保護装置。
【請求項５】
負の負荷コネクタと負の負荷端子との間に接続される第１の高インピーダンス構成部を含む、請求項１乃至４の何れか一項に記載のサージ保護装置。
【請求項６】
正の負荷コネクタと正の負荷端子との間に接続される第２の高インピーダンス構成部を含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載のサージ保護装置。
【請求項７】
前記高インピーダンス構成部は、インダクタを含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載のサージ保護装置。
【請求項８】
前記高インピーダンス構成部は、リンギング抑制器回路部を含む、請求項１乃至７の何れか一項に記載のサージ保護装置。
【請求項９】
負荷のヒートシンクに熱的に接続される幾つかの熱放散コンポーネントを含む前記負荷と、
前記負荷を駆動するドライバと、
請求項１乃至８の何れか一項に記載のサージ保護装置と、
を含む、電子デバイス。
【請求項１０】
前記負荷は、熱放散発光ダイオードを有する発光ダイオード照明回路を含み、前記発光ダイオードは、前記ヒートシンクに熱的に接続される熱スプレッダに取り付けられる、請求項９に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記発光ダイオードは、前記熱スプレッダに熱的に接続する熱ピンを含む、請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項１２】
前記ドライバは、前記ドライバの一次側と二次側との間に電磁妨害を抑制する電磁妨害抑制手段を含む、請求項９乃至１１の何れか一項に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記ドライバは、不所望の周波数を除去するコモンモード電磁妨害チョークコイルを含む、請求項９乃至１２の何れか一項に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
発光ダイオード照明回路に接続される請求項１乃至８の何れか一項に記載のサージ保護装置を含み、当該発光ダイオード照明回路を駆動する、ドライバ。
【請求項１５】
熱放散負荷のヒートシンクに熱的に接続される当該熱放散負荷を含む電子デバイスを通るコモンモードサージ電流からの保護を提供する方法であって、
前記コモンモードサージ電流が、少なくとも１つの高インピーダンス構成部によって、前記熱放散負荷に入ることが阻止され、また、前記コモンモードサージ電流が、少なくとも１つの低インピーダンス構成部によって、接地接続部へと、前記熱放散負荷をバイパスすることが促進されるように、
前記少なくとも１つの高インピーダンス構成部を、前記熱放散負荷と直列に接続するステップと、
前記少なくとも１つの低インピーダンス構成部を、前記熱放散負荷と並列に接続するステップと、
前記ヒートシンクと前記少なくとも１つの低インピーダンス構成部との間に前記接地接続部を電気的に接続するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サージ保護装置、電子デバイス、電子デバイスのドライバ、及び、サージ電流からの保護を提供する方法について説明する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー効率のよい発光ダイオード（ＬＥＤ）に基づいた照明ソリューションは、ますます広く受け入れられてきている。しかし、一部のＬＥＤ照明ソリューションに使用されるＬＥＤパネル（ヒートシンク内に配置されるＬＥＤ列）の故障率が比較的高いことが観察されている。電流サージが、多くの故障の原因として特定されている。コモンモード電流サージは、「Ｙ字型コンデンサ」が、ドライバトランスの一次巻線と二次巻線との間に配置されている特定のタイプのＬＥＤドライバによって助長されることが知られている。このようなトランスは、ＬＥＤ用の必要なＤＣ動作電圧及び電流を提供するために必要であり、Ｙ字型コンデンサは、電磁妨害（ＥＭＩ）を低減するために使用される。ドライバにおける電流サージの発生は、確実に阻止することができず、このような電流サージは、Ｙ字型コンデンサを通過してＬＥＤパネルに入ってしまう。通常のＬＥＤパネルデザインは、大抵、ＬＥＤの熱パッドと、接地、即ち、アース接続との間に不可避の寄生容量を含むため、サージ電流損傷を更に助長する。電流サージの間、これらのコンデンサは充電され、また、ＬＥＤは、熱パッドがＬＥＤに電気的に接続されていることから、事実上、サージ電流路内にあるため、ピーク電流も、ＬＥＤを通過し、ＬＥＤを破壊する可能性がある。
【０００３】
ドライバの一次側と二次側との間の通常のＹ字型コンデンサは、一次側から二次側に、サージ電流用の経路を提供することが分かっている。ＬＥＤ損傷を回避する１つの方法は、ドライバの一次側と二次側との間で、Ｙ字型コンデンサを分割するか又は実際に取り除くことである。しかし、Ｙ字型コンデンサは、ドライバのＥＭＩ減衰システムの一部であり、当該コンデンサを分割する、或いは、取り除くことは、ドライバのＥＭＩ性能に厳しいペナルティをもたらす。分割されたＹ字型コンデンサを有するソリューションは、例えば１０倍でＥＭＩの深刻な増加をもたらす。
【０００４】
もう１つのソリューションは、個々のＬＥＤに、コンデンサによってバイパス経路を設け、これにより、サージ電流が、ＬＥＤを通る経路ではなく、当該バイパスコンデンサを通る経路を取るようにすることである。しかし、ＬＥＤ基板にこのようなバイパスコンデンサを追加することは、特別注文のＬＥＤ基板デザインを必要とし、これは、極めて高価であるか、又は、商業的に非現実的である。
【０００５】
これらの既知のソリューションは共に、十分なレベルのサージ保護を提供するが、照明器具の他の性能基準又は実現の費用に負の影響を与えるペナルティを伴う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は、上記問題を回避するＬＥＤ照明回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、請求項１のサージ保護装置、請求項９の電子デバイス、請求項１４のドライバ、及び、コモンモードサージ電流からの保護を提供する請求項１５の方法によって達成される。
【０００８】
本発明によれば、熱放散負荷のヒートシンクに熱的に接続される当該負荷を含む電子デバイス用のサージ保護装置は、負荷と直列に接続される少なくとも１つの高インピーダンス構成部と、負荷と並列に接続される少なくとも１つの低インピーダンス構成部と、ヒートシンクと低インピーダンス構成部とを電気的に接続させる接地接続部とを含み、高インピーダンス構成部は、コモンモードサージ電流が負荷に入ることを阻止し、低インピーダンス構成部は、コモンモードサージ電流が、接地接続部へと、負荷をバイパスすることを促進する。
【０００９】
本発明によるサージ保護装置の利点は、デバイスデザインの他のアスペクトを妥協する必要なく、確実なサージ保護が、比較的単純かつ簡単に、提供される点である。例えば負荷がＬＥＤ照明ユニットである場合、安価で容易に入手可能なＬＥＤパネルを使用することが可能となる。これは、パネルの各ＬＥＤに、バイパスコンデンサを含める必要がないからである。本発明によるサージ保護装置のもう１つの利点は、ドライバのＥＭＩ減衰システムの変更を伴わない点である。したがって、当該サージ保護装置を使用するデバイスのＥＭＩ放射レベルは、一次ドライバ側と二次ドライバ側との間のＹ字型コンデンサに基づいている既知のタイプのデバイスと同程度である。したがって、本発明によるサージ保護装置は、「ＥＭＩ中立」である。本発明によるサージ保護装置は、負荷用のドライバ内に組み込まれても、負荷内に組み込まれても、又は、別個のモジュールとして実現されてもよい。
【００１０】
本発明のサージ保護装置、即ち、サージ保護回路は、当該サージ保護装置、即ち、サージ保護回路をドライバの出力部に追加することによって、効果的に、サージ電流をＬＥＤ基板又はパネルから接地へと方向転換し、また、ヒートシンクと接地との間の電気的接続を使用する。このような接地接続部は、通常、「機能アース」（ＦＥ）と呼ばれる。本発明によるサージ保護装置は、コモンモードサージ電流から「見た」場合に、負荷基板のインピーダンスを効果的に変えることによって動作する。本発明によるサージ保護装置は、実際上、負荷の直列インピーダンスを増加させ（サージ電流が負荷に入ることを阻止する）、負荷の並列インピーダンスを減少させる（サージ電流に接地へのより容易な経路を提供する）。
【００１１】
本発明によれば、電子デバイスは、回路基板に取り付けられ、負荷のヒートシンクに熱的に接続される幾つかの熱放散コンポーネントを有する当該負荷と、負荷を駆動するドライバと、当該サージ保護装置とを含む。
【００１２】
本発明による電子デバイスの利点は、負荷のコンポーネントが、常にサージ電流損傷から保護されるので、本発明による電子デバイスは、有利に高いレベルのデバイス信頼度を確実にすることができ、これは、製品が高い消費者満足に関連付けられる場合には、非常に重要な検討事項である。
【００１３】
本発明によれば、ＬＥＤ照明回路を駆動するドライバが、当該ＬＥＤ照明回路に接続される上記サージ保護装置を含む。
【００１４】
本発明によるドライバの利点は、サージ保護装置が、ドライバ自体に組み込まれることが可能であり、したがって、単一のタイプのドライバが、様々な異なるタイプのＬＥＤパネル又は基板と共に使用される場合に、確実なサージ保護を提供できる点である。
【００１５】
本発明によれば、回路基板の熱スプレッダに熱的に接続される熱放散負荷を有する電子デバイスを通るコモンモードサージ電流からの保護を提供する方法は、コモンモードサージ電流が、高インピーダンス構成部によって、負荷に入ることが阻止され、また、コモンモードサージ電流が、低インピーダンス構成部によって、接地接続部へと、負荷をバイパスすることが促進されるように、少なくとも１つの高インピーダンス構成部を、負荷と直列に接続するステップと、少なくとも１つの低インピーダンス構成部を、負荷と並列に接続するステップと、ヒートシンクと低インピーダンス構成部との間に接地接続部を電気的に接続するステップとを含む。
【００１６】
本発明による方法の利点は、サージ電流に「安全」な経路が提供される点である。この安全な経路は、実際上、熱放散負荷のコンポーネントを迂回する。例えばこれらのコンポーネントは、ＬＥＤパネルのＬＥＤであってよく、ＬＥＤは、サージ電流経路内にないので、究極的には不可避であるデバイスを流れる電流サージ時でも損傷を受けない。
【００１７】
従属請求項及び以下の説明は、本発明の特に有利な実施形態及び特徴を開示する。実施形態の特徴は、適宜、組み合わされてよい。１つのクレームカテゴリのコンテキストにおいて説明される特徴は、別のクレームカテゴリにも同等に適用される。
【００１８】
熱放散負荷は、動作時に発熱する任意の負荷であってよい。以下、負荷は、回路基板上に取り付けられた熱放散発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する照明回路を含むと仮定されるが、これは、本発明を限定するものではない。以下、「ＬＥＤ基板」及び「ＬＥＤパネル」との同義語は、置換可能に使用される。同様に、「接地」及び「アース」との同義語も、置換可能に使用される。
【００１９】
以下、電子デバイスは、トランスと、トランスの一次巻線と二次巻線との間に配置される電磁妨害を抑制する手段とを含むドライバによって駆動されると仮定される。本発明の特に好適な実施形態では、ＥＭＩ抑制は、ドライバの一次側と二次側との間のＹ字型コンデンサによって提供される。以下、本発明による電子デバイスは、１つ以上のＬＥＤパネルを含むデバイスであり、ドライバは、主電源電圧を、ＬＥＤパネルによって要求される必要なＤＣ電圧及び電流に変換すると仮定される。しかし、ここでも、これらは、本発明を限定するものではない。
【００２０】
ＬＥＤパッケージ又は「カプセル化されたＬＥＤ」は、通常、熱負荷に対処可能である金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）に取り付けられた１つ以上のＬＥＤチップを含む。金属コアプリント回路基板のバックプレートは、ヒートシンクとして機能する。ＬＥＤが、動作中に過熱しないことを確実とするために、ＬＥＤパッケージは、通常、その独自の熱スプレッダ上にも取り付けられる。熱スプレッダは、通常、ＬＥＤパッケージよりも大きい面積を有する金属プレートであってよい。好適には、「熱ピン」が、ＬＥＤチップと熱スプレッダとの間に延在し、ＬＥＤチップと熱スプレッダとの間の効率的な熱伝達ブリッジとして機能する。通常、ＬＥＤ電極のうちの１つと、熱スプレッダとの間に電気的接続がなされ、これにより、これらは、同電位にあり、また、熱スプレッダ自体が、対応する電極と見なされてもよい。ＬＥＤパネルは、幾つかのこのようなＬＥＤパッケージ／熱スプレッダモジュールを、ＭＣＰＣＢによって与えられるヒートシンク上で直列に接続することによって、例えば１つのモジュールの熱スプレッダを次のモジュールのＬＥＤアノードに接続することによって製作される。しかし、（ＬＥＤパッケージの）熱スプレッダは、例えばプラスチック薄層によって、ＭＣＰＣＢから分離されているので、１つの端子が熱スプレッダの金属であり、もう１つの端子がＭＣＰＣＢ（即ち、ヒートシンク）の金属基板である寄生容量が生成される。このようにすると、ＬＥＤパネルは、事実上、ＬＥＤと寄生コンデンサとのラダーネットワークを呈する。コモンモードサージ電流がドライバを通過すると、寄生コンデンサは充電をし始め、高電流がＬＥＤを流れ、これは、通常、ＬＥＤパネルの故障をもたらす。
【００２１】
好適には、低インピーダンス構成部は、ＬＥＤ基板の全寄生容量よりも著しく多い容量を有するコンデンサを含む。好適には、低インピーダンス構成部は、ＬＥＤ基板の全寄生容量よりも少なくとも１０倍多い全容量を有するコンデンサ構成部を含む。これは、サージ電流が、望ましくは、寄生容量を通り基板上のＬＥＤではなく、低インピーダンス構成部を流れることを確実にする。
【００２２】
上記されたように、サージ保護装置は、ドライバの一部として、負荷の一部として、又は、スタンドアロンユニットとして実現可能である。いずれの場合でも、サージ保護装置は、ドライバと負荷との間、即ち、ドライバの出力端子と負荷の入力端子との間に接続される。以下、「負の負荷コネクタ」との用語は、「負」の電力供給路におけるドライバと負荷との間のノード又はコネクタを意味すると理解されるべきであり、「負の負荷端子」との用語は、負荷の最後のカソード、例えばＬＥＤパネルの最後のカソードを意味していると理解されるべきである。同様に、「正の負荷コネクタ」との用語は、「正」の電力供給路におけるドライバと負荷との間のノード又はコネクタを意味すると理解されるべきであり、「正の負荷端子」との用語は、ＬＥＤパネルのＬＥＤ列の最初のアノードを意味していると理解されるべきである。ドライバの負の出力コネクタは、負の負荷コネクタに接続される一方で、ドライバの正の出力コネクタは、正の負荷コネクタに接続されてよい。
【００２３】
上記されたように、コモンモードサージ電流は、ＬＥＤの端子も熱スプレッダに電気的に接続されている場合に、熱スプレッダ上に取り付けられたＬＥＤを損傷する。ＬＥＤは、比較的大きい順方向電流については、損傷なく、耐えることができるので、コモンモードサージ電流の順方向経路は、ＬＥＤに対し深刻な脅威とは必ずしもならない。しかし、熱スプレッダとＭＣＰＣＢ基板の金属層との間の寄生容量は、「逆方向」に、即ち、カソードからアノードに、ＬＥＤを通るコモンモードサージ電流の逆電流経路を開く。これは、危険であり、ＬＥＤ損傷を阻止するためには、回避されなければならない。したがって、本発明の特に好適な実施形態では、サージ保護装置は、負の負荷コネクタと負の負荷端子との間に接続される高インピーダンス構成部と、負の負荷コネクタと、ヒートシンクへの機能アース接続との間に接続される低インピーダンス構成部とを含む。高インピーダンス構成部は、実際上、サージ電流の観点から、高いインピーダンスを呈し、これにより、サージ電流はＬＥＤ負荷を回避するようにされ、その一方で、低インピーダンス構成部は、接地への魅力的な代替経路を提供し、したがって、サージ電流をＬＥＤ負荷から迂回させる。
【００２４】
幾つかの具現化において、負荷を、コモンモード電流サージの順方向電流経路からも保護することが望ましい場合がある。したがって、本発明の更なる好適な実施形態では、サージ保護装置は更に、正の負荷コネクタと機能アースとの間に接続される低インピーダンス構成部と、正の負荷コネクタと正の負荷端子との間に接続される高インピーダンス構成部とを含む。
【００２５】
好適には、高インピーダンス構成部は、インダクタを含む。これは、インダクタは、電流の大きさの変化に「抵抗」するので、電流サージの場合のように電流が急に増加しても、インダクタは、電流が流れることを妨げる障害として機能する。インダクタ及びＬＥＤ基板の寄生コンデンサによって形成される共振タンクの特性によって生じる任意の「リンギング」に対抗するために、高インピーダンス構成部は更に、好適には、リンギング抑制器回路部を含む。例えばリンギング抑制器回路は、インダクタと並列に、直列に接続されたツェナーダイオード及び抵抗を配置することによって実現される。
【００２６】
上記されたように、負荷を、例えば電源からの電磁妨害から切り離すことが重要である。従って、本発明の更なる好適な実施形態では、電子デバイスは更に、正の負荷端子及び負の負荷端子間にコモンモードフィルタ又はチョークコイルを含む。好適には、これは、ドライバエンドから見た場合に、サージ保護装置の前にある。好適には、チョークコイルは、任意の不所望の周波数を除去する。
【００２７】
本発明の他の目的及び特徴は、添付図面と併せて検討される以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、当然ながら、図面は、例示のためだけにデザインされたものであり、本発明の範囲の限定としてデザインされたものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、パッケージ化されたＬＥＤの概略横断面を示す。
【図２】図２は、図１のパッケージ化されたＬＥＤの直列配置を示す。
【図３】図３は、サージ電流損傷が生じやすい従来技術の回路を示す。
【図４】図４は、ＥＭＩ減衰のプロットを示す。
【図５】図５は、サージ保護のない従来技術の電子デバイスのＬＥＤ電流及び電圧サージの波形を示す。
【図６】図６は、本発明による電子デバイスの第１の実施形態の概略図である。
【図７】図７は、本発明による電子デバイスの第２の実施形態の概略図である。
【図８】図８は、本発明による電子デバイスの第３の実施形態の概略図である。
【図９】図９は、本発明による電子デバイスのＬＥＤ電流及び電圧サージの波形を示す。
【００２９】
図面において、同様の参照符号は、全体を通して、同様の物体を指している。図面中の物体は、必ずしも縮尺通りに描かれてはいない。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、パッケージ化されたＬＥＤ１００の概略横断面を示す。ＬＥＤパッケージ１００は、発光ダイオードチップ１０１を含み、アノード及びカソードは、リード線１０２によって、「正」のコネクタ１０５及び「負」のコネクタ１０６にそれぞれ接続されている。チップ１０１は、エポキシといった材料内に埋め込まれ、パッケージ１００の筐体は、必要に応じて、光をコリメートするように成形される。ＬＥＤチップ１０１は、動作中、非常に熱くなるので、ＬＥＤチップ１０１は、熱スプレッダ１１も有する。これに対し、端子１０６が物理的及び熱的接触をする。ＬＥＤパッケージ１００は、熱負荷に対処可能である金属コアプリント回路基板（ＭＣＰＣＢ）上に取り付けられる。ＭＣＰＣＢの金属パックプレート１０７は、ヒートシンク１０７として働き、熱スプレッダ１１に熱接触する。この例では、チップ１０１は更に、ＭＣＰＣＢにおける空洞内を延在する熱ピン１０４の近くに取り付けられ、熱スプレッダ１１と熱接触するように実現される。効果的に熱を散逸させるために、熱スプレッダ１１は、ＭＣＰＣＢの金属多角形として作成される。熱スプレッダ１１は、プラスチック絶縁薄層１０８によって、金属バックプレート１０７から分離され、結果として、熱スプレッダ１１と金属基板／ヒートシンク１０７との間に寄生容量Ｃｐａｒが生じる。
【００３１】
図２は、上記図１において説明されたように熱スプレッダ１１上に取り付けられたパッケージ化されたＬＥＤ１００の直列配置又は列の概略図を示す。ここでは、（各ＬＥＤパッケージ１００のカソード１０６に電気的に接続され、したがって、カソード１０６と等電位である）各ＬＥＤパッケージ１００の熱スプレッダ１１は、列における次のＬＥＤパッケージのアノード１０５に接続される。各ＬＥＤパッケージ１００の熱スプレッダ１１とヒートシンク１０７との間の寄生容量Ｃｐａｒは、ラダーネットワークの一部と見なされる。
【００３２】
これは、電流サージが生じた場合の当該回路に関する問題について説明する図３に示される。図３は、ここでは、一列のＬＥＤ１００とドライバ４０とを含む照明装置４である従来技術の電子デバイス４を示す。ドライバ４０は、トランス２００と、電磁妨害を減少させるためのＹ字型コンデンサＣＹとを含む。各ＬＥＤは、上記されたように、その端子のうちの１つによって、（各場合につき、短い垂直線によって概略的に示されている）熱スプレッダ１１に接続され、これにより、各ＬＥＤは、動作中に過熱せず、通常の寄生容量Ｃｐａｒが、各ＬＥＤ１００とヒートシンク１０７との間に生じる。ＬＥＤ１００と寄生容量Ｃｐａｒとは、実際上、ラダーネットワークを形成する。サージＳがある場合には、ドライバのＹ字型コンデンサは、コモンモードサージ電流Ｉｓが、ドライバの一次アースコネクタＰＥを介してアース又は接地に到達するその努力において示される経路に沿って流れることを助長する。コモンモードサージ電流Ｉｓは、逆サージ電流ＩＳＲ及び／又は順方向サージ電流ＩＳＦを含む。寄生容量Ｃｐａｒが、電流サージ中に充電する場合、寄生容量Ｃｐａｒは、ＬＥＤを流れる電流路を開く。ピークサージ電流は、通常、ＬＥＤ１００を損傷し、ＬＥＤ装置４を破壊するのに十分に大きい。この損傷は、ドライバのトランス２００からＹ字型コンデンサＣＹを取り除く、又は、Ｙ字型コンデンサＣＹを分割することによって回避可能である。しかしながら、Ｙ字型コンデンサＣＹの重要性が、図４によって説明される。ドライバトランス２００の巻線間にＹ字型コンデンサを組み込むことによって、プロットＥＭＩ＿ＣＹによって示されるように、所望の満足のいくレベルのＥＭＩ減衰が実現される。ここでは、１．０ＭＨｚのドライバ周波数において、約１４０ｄＢの減衰が実現される。１０ＭＨｚに近いより一層高い周波数においても、約２００ｄＢの減衰が実現される。この理由から、従来技術のドライバと、本発明による電子デバイスに使用されるドライバとは、それらのデザインにおいて、Ｙ字型コンデンサを含む。対照的に、プロットＥＭＩ＿ＮＯ＿ＣＹは、Ｙ字型コンデンサの分割又は除去の効果を示す。１．０ＭＨｚのドライバ周波数においては、約９５ｄＢの減衰しか実現されず、１０ＭＨｚに近い周波数においては、約１２０ｄＢの減衰しか実現されない。この理由から、Ｙ字型コンデンサを含むドライバの方が好適であり、サージ電流損傷を回避する方法に関する問題は、以下に説明される本発明によるサージ保護装置によって解決される。
【００３３】
図５は、ＬＥＤ負荷を含むが、サージ保護はない従来技術の電子デバイスにおいて、電圧サージＶＳＵＲＧＥの結果もたらされるＬＥＤ順方向電流ＩＳＦ及びＬＥＤ逆電流ＩＳＲの波形を示す。ここでは、電圧サージは、１．０キロボルトに達し、数マイクロ秒の間、持続する。結果として、順方向サージ電流ＩＳＦは、ＬＥＤを流れ、約３．０Ａのピーク値に到達する。多くのＬＥＤは、約１．０Ａ−２．０Ａほどの順方向電流にしか対処できないようにデザインされている。実際には、サージは、サージアレスタ（避雷器）、例えばガス放電管といった適切なコンポーネントによってクランプされる前に、６ｋＶに到達する。線形補間を適用すると、６ｋＶにおけるサージが、ほぼ確実にＬＥＤを破壊する１８Ａのサージ電流をもたらす。ＬＥＤ逆電流ＩＳＲは、ＬＥＤを破壊するには十分である０．５Ａ−０．８Ａの値に到達可能であるため、状況は、反対方向について、より深刻である。
【００３４】
図６は、本発明による電子デバイス３の一般的な実施形態の概略図である。デバイス３は、熱を放散する負荷１０を有し、その中で、熱を放散する負荷要素１００が、上記されたように、熱スプレッダ１１に接続される。これは、ここでは、概略的にのみ示され、当然ながら、負荷１０は、任意の数の負荷要素１００、例えば一列のパワーＬＥＤ１００を含んでもよい。ドライバ２０は、好ましいＥＭＩ性能を確実とするために、Ｙ字型コンデンサＣＹを有するトランス２００を含む。サージ電流損傷を回避するために、電子デバイス３は、本発明によるサージ保護装置１を含む。サージ保護装置１は、負荷１０と直列に接続される高インピーダンス構成部ＺＨＩと、負荷１０と並列に接続される低インピーダンス構成部ＺＬＯとを含む。サージ保護装置１は更に、低インピーダンス構成部ＺＬＯと負荷１０のヒートシンク１１とを電気的に接続させるように配置される接地接続部ＦＥを含む。高インピーダンス構成部ＺＨＩは、コモンモードサージ電流ＩＳが、負荷１０に入ることを阻止するように機能し、低インピーダンス構成部ＺＬＯは、当該コモンモードサージ電流ＩＳが、接地接続部ＦＥへと負荷１０をバイパスするように機能する。
【００３５】
ドライバによって供給されるＤＣ電圧及び電流を使用する負荷の通常動作中は、高インピーダンス構成部ＺＨＩ及び低インピーダンス構成部ＺＬＯは、負荷１０に影響を及ぼさない。電子デバイスの電源が入れられ、所望のＤＣ電圧が、負荷端子１０＿Ｐ、１０＿Ｎ間に印加されると、コンデンサＺＬＯが充電し、「開接続」として挙動する。対照的に、インダクタＬＳ１、ＬＳ２は、起動後すぐに、「閉接続」として機能する。例えばドライバ２０から負荷１０への急激な電流サージＩＳといった急な変化が起きる場合にのみ、高インピーダンス構成部ＺＨＩ及び低インピーダンス構成部ＺＬＯは、負荷１０を保護するように機能する。
【００３６】
図７に、本発明のサージ保護装置の動作原理についてより詳細に説明する。図７は、負荷１０と、サージ保護装置１と、ドライバ２０とを有する電子デバイス３を示し、ドライバ２０は、上記図６において説明されたように実現される。サージ保護装置１は、正の負荷コネクタ１０＿Ｐと正の負荷端子１００＿Ｐとの間で負荷１０と直列に接続される第１の高インピーダンス構成部ＺＨＩ＿Ｐと、負荷１０のヒートシンク１０７に電気的に接続される接地接続部ＦＥと正の負荷端子１０＿Ｐとの間で負荷１０と並列に接続される低インピーダンス構成部ＺＬＯ＿Ｐとを有する。サージ保護装置１は更に、負の負荷コネクタ１０＿Ｎと負の負荷端子１００＿Ｎとの間で負荷１０と直列に接続される第２の高インピーダンス構成部ＺＨＩ＿Ｌと、負の負荷端子１０＿Ｎと接地接続部ＦＥとの間で負荷１０と並列に接続される低インピーダンス構成部ＺＬＯ＿Ｎとを有する。本実施形態では、各低インピーダンス構成部ＺＬＯ＿Ｐ、ＺＬＯ＿Ｎは、コンデンサＺＬＯ＿Ｐ、ＺＬＯ＿Ｎを含み、容量値は、総寄生容量よりも著しく大きくなるように選択される。例えば負荷が、１０個のＬＥＤモジュール１００からなる一列を含み、各ＬＥＤモジュール１００は、１２０ｐＦの寄生容量Ｃｐａｒに関連付けられている場合、低インピーダンス構成部ＺＬＯ＿Ｐ、ＺＬＯ＿Ｎの容量は、好適には、少なくとも５．６ｎＦ、例えば順方向サージ経路（ＺＬＯ＿Ｐ）において５．６ｎＦ及び逆サージ経路（ＺＬＯ＿Ｎ）において５．６ｎＦである。
【００３７】
更に、本実施形態では、各高インピーダンス構成部ＺＨＩ＿Ｎ、ＺＬＯ＿Ｐは、サージ電流ＩＳＦ、ＩＳＲがＬＥＤ１００を通る経路を辿ることを阻止し、サージ電流ＩＳＦ、ＩＳＲに接地ＦＥへの安全な経路を提供するように機能するインダクタＬＳ１、ＬＳ２を含む。１０個のＬＥＤモジュール１００を含む上記例には、１００μＨ（例えば直列の２×４７μＨ）の全体値を有するインダクタＬＳ１、ＬＳ２が、典型的なサージ電流ＩＳＦ、ＩＳＲが負荷１０に入ることを阻止するには十分である。この例では、各高インピーダンス構成部ＺＨＩ＿Ｎ、ＺＬＯ＿Ｐは更に、インダクタＬＳ１、ＬＳ２と並列に配置されるリンギング抑制器ＲＳ＿Ｎ、ＲＳ＿Ｐを含む。ここでは、リンギング抑制器ＲＳ＿Ｎ、ＲＳ＿Ｐは、抵抗と直列のツェナーダイオードとして実現され、適切なコンポーネントが当業者によって選択されてよい。
【００３８】
図８は、本発明による電子デバイス３の別の実施形態を示す。ここでも、電子デバイス３は、上記図６において説明されたように、負荷１０と、サージ保護装置１と、ドライバ２０とを有する。このより単純な実施形態では、サージ保護装置１は、負の負荷コネクタ１０＿Ｎと負の負荷端子１００＿Ｎとの間で負荷１０と直列に接続される高インピーダンス構成部ＺＨＩ＿Ｎと、負の負荷コネクタ１０と、負荷１０の熱スプレッダ１１に電気的に接続される接地接続部ＦＥとの間で負荷１０と並列に接続される低インピーダンス構成部ＺＬＯ＿Ｎとのみを有する。高インピーダンス構成部ＺＨＩ＿Ｎは、上記図６において説明されたようなリンギング抑制器ＲＳ＿Ｎを含む。コンデンサＺＬＯ＿Ｎ及びインダクタＬＳ１のコンポーネントを適切に選択することによって、この具現化は、ＬＥＤが、逆サージ電流ＩＳＲによって損傷されないことを確実にするのに十分である。このような具現化では、一部のＬＥＤタイプは順方向サージの影響を受けないため、順方向サージ保護は不要である。本実施形態では、ドライバ２０は更に、不所望のＥＭＩ周波数を除去するコモンモードＥＭＩチョークコイル２１を有する。
【００３９】
図９は、ＬＥＤ負荷と、本発明によるサージ保護装置とを有する図６乃至図８の電子デバイスにおいて、電圧サージＶＳＵＲＧＥの結果もたらされるＬＥＤ順方向電流ＩＬＥＤ＿ＦとＬＥＤ逆電流ＩＬＥＤ＿Ｒの波形を示す。ここでは、より一層大きい電圧サージが、６．０ｋＶに到達し、ここでも、数マイクロ秒の間、持続する。ここでは、本発明によるサージ保護装置の高インピーダンス構成部及び低インピーダンス構成部を用いると、ＬＥＤを通る順方向電流ＩＬＥＤ＿Ｆは、約３００ｍＡほどにしか到達しない。同様に、ＬＥＤを通る逆電流ＩＬＥＤ＿Ｒは、約３００ｍＡを超えない。サージ電流のほとんどを安全に接地まで迂回させることによって、ＬＥＤは、無視できる電流レベルにのみ晒され、サージによって損傷されることはない。
【００４０】
本発明は、好適な実施形態及びその変形態様の形で開示されたが、当然ながら、本発明の範囲から離れることなく、これらには多くの追加の修正態様及び変形態様が可能である。
【００４１】
便宜上、本願全体における「ａ」又は「ａｎ」との使用は、複数を排除するものではなく、「含む」は、他のステップ又は要素を排除するものでもないことは理解されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図３】
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【図５】
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【国際調査報告】
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