JP2013105740A

JP2013105740A - 光供給モジュール

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Publication number: JP2013105740A
Application number: JP2011290316A
Authority: JP
Inventors: Dae-Seung Hong; 大勝洪; Lien-Ta Chien; 連達簡
Original assignee: HEP Tech Co Ltd
Current assignee: HEP Tech Co Ltd
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2013-05-30
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: TW201320821A; JP5832890B2; EP2595451B1; TWI599265B; EP2595451A1; US20130119884A1

Abstract

【課題】コストが低く反応速度が速い光供給モジュールを提供する。
【解決手段】光供給モジュールは、発光ダイオード２および電源開閉装置１を備える。電源開閉装置１は電源１００に電気的に接続される入力ポート１０、発光ダイオード２に電気的に接続される出力ポート２０、電源変換回路３０およびスイッチ回路４０を有する。電源変換回路３０は入力ポート１０および出力ポート２０に電気的に接続されることで電力を受けて定電圧または定電流の電気エネルギーに変換して出力する。スイッチ回路４０は自励式フライバックコンバータ方式によって構成され、電源変換回路３０に電気的に接続され、電源変換回路３０から出力された電気エネルギーを導通または遮断する。これにより、電源変換回路３０から発光ダイオード２に出力される電流の電流値が一定に制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置としての光供給モジュールに関するものである。

光学技術の進歩に伴い発光ダイオード(Light-emitting diode，ＬＥＤ)の製造工程および応用が日増しに熟成してきた。一方、発光ダイオードは体積が小さい、反応が速い、寿命が長い、減衰しにくい、外側が硬い、振動に耐えられる、フルカラー発光（不可視光も含む）ができる、損失が低い、熱放射が小さい、量産が容易であることがその特徴であるため、従来の管状または円球状ランプの代わりに発光ダイオードを光供給モジュールの光源として採用する傾向が強くなった。

発光ダイオードと別の電子部品との大きな違いは、供給された電圧量でなく、流れた電流量によって稼動程度が決まることである。発光ダイオードによって光供給を安定させる光供給モジュールを採用する際、定電流の電源開閉装置を配置することによって電流供給および発光ダイオードを安定させることが一般的である。

電子科学技術の進歩に伴い、光供給モジュールの電源開閉装置は電子チップの設計によって定電流効果を達成できることになったが、電子チップはコストが高いだけでなく、内部の回路設計の効果を果たすには別の給電に頼る必要があるため、別の電気エネルギーを消費し、反応速度が遅くなる。また調光器を増設し発光ダイオードの調光を行う際、調光器と電源開閉装置にハンチング現象が発生しやすいため、発光ダイオードのちらつき現象を発生させる。従って、従来の光供給モジュールには改善の余地がある

特開２０１１−２１６３１６号公報

本発明は、コストが低く反応速度が速い光供給モジュールを提供することを主な目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明による光供給モジュールは、発光ダイオードおよび電源開閉装置を備える。電源開閉装置は入力ポート、出力ポート、電源変換回路およびスイッチ回路を有する。入力ポートは電源に電気的に接続される。出力ポートは発光ダイオードに電気的に接続される。電源変換回路は入力ポートおよび出力ポートに電気的に接続されることで電力を受けて定電圧または定電流の電気エネルギーに変換して出力することが可能である。スイッチ回路は自励式フライバックコンバータ(Ringing Choke Converter、ＲＣＣ)方式によって構成され、電源変換回路に電気的に接続され、かつ電源変換回路から出力された電気エネルギーを導通するまたは遮断することによって電源変換回路から発光ダイオードに出力される電流の電流値が一定に制御される。

電源開閉装置は、電圧補償回路を有する。電圧補償回路はスイッチ回路に電気的に接続されることでスイッチ回路を制御するため、給電電圧が変わる時でも、電源変換回路から発光ダイオードに出力される電流を電流値一定に制御する。

電源開閉装置は、さらに温度補償回路を有する。温度補償回路はスイッチ回路に電気的に接続されることでスイッチ回路を制御するため、電源開閉装置の稼動温度が変わる時でも、電源変換回路から発光ダイオードに出力される電流の電流値が一定に制御される。

電圧補償回路は、ダイオードと、コンデンサーと抵抗を並列させる回路との直列接続によって構成される。

温度補償回路は、サーミスタから構成される。

電源変換回路は、直流／直流変換器（DC/DC Converter）を有する。直流／直流変換器は受けた電気エネルギーを定電圧または定電流の電気エネルギーに変換して負荷に出力する。

電源変換回路は、整流回路を有する。整流回路は入力ポートに電気的に接続されることで電源の電気エネルギーを受け、直流電流に変換して直流／直流変換器に出力する。

本発明は電子チップを使用する必要なく、定電流に達することができるだけでなく、電源開閉装置のコストを削減し、電源開閉装置の反応速度を速くすることができる。

本発明の第１実施形態による光供給モジュールを示す模式図である。本発明の第１実施形態による光供給モジュールを示す詳細な回路図である。本発明の第２実施形態による光供給モジュールを示す模式図である。本発明の第２実施形態による光供給モジュールを示す詳細な回路図である。本発明の第３実施形態による光供給モジュールを示す模式図である。本発明の第３実施形態による光供給モジュールを示す詳細な回路図である。本発明の第４実施形態による光供給モジュールを示す模式図である。本発明の第４実施形態による光供給モジュールを示す詳細な回路図である。本発明に基づいて調光器を増設し、調光を進める状態を示す模式図である。本発明の設計が単巻変圧器に適用される状態を示す模式図である。本発明の設計が単巻変圧器に適用される状態を示す模式図である。本発明の設計が単巻変圧器に適用される状態を示す模式図である。本発明の設計が単巻変圧器に適用される状態を示す模式図である。本発明の第１実施形態を測量した結果を示す波形図である。

以下、本発明による光供給モジュールを図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態による光供給モジュールは、電源開閉装置１および複数の発光ダイオード２を備える。電源開閉装置１は電源１００からの電気エネルギーを受けて変換し、そののち発光ダイオード２に供給する。本実施形態において、電源１００は電力会社から供給される交流電源であるが、これに限らず、設置の需要または設置環境に応じ、発電・蓄電システム（風力発電、太陽光発電、地熱発電など）によって生成される直流電源または交流電源を採用してもよい。電源開閉装置１は入力ポート１０、出力ポート２０、電源変換回路３０およびスイッチ回路４０を有する。

入力ポート１０は、電源１００に電気的に接続される。

出力ポート２０は、発光ダイオード２に電気的に接続される。

電源変換回路３０は、入力ポート１０および出力ポート２０に電気的に接続され、かつ整流回路３０１および直流／直流変換器（DC/DC Converter）３０２を有する。整流回路３０１は入力ポート１０に電気的に接続されることで電源１００の電気エネルギーを受け、直流電流に変換し、そののち出力する。直流／直流変換器３０２は整流回路３０１および出力ポート２０に電気的に接続されることで整流回路３０１から出力された直流電流を受け、受けた電気エネルギーを定電圧または定電流の電気エネルギーに変換し、そののち発光ダイオード２に出力する。

スイッチ回路４０は、自励式フライバックコンバータ(Ringing Choke Converter、ＲＣＣ)の自励発振型（Self-oscillating）回路によって構成されるが、これに限らず、別の実施できる自励発振型回路を採用してもよい。スイッチ回路４０は電源変換回路３０に電気的に接続され、かつ電源変換回路３０から出力された電気エネルギーを導通させるまたは遮断することによって電源変換回路３０から発光ダイオード２に出力される電流の電流値が一定に制御されるため、発光ダイオード２に定電流を供給する目的を達成することができる。

図２に示すように、第１実施形態において、直流／直流変換器３０２は単巻変圧器であるが、これに限らない。電源１００が電源変換回路３０に給電する際、スイッチ回路４０中のトランジスターＱ１は導通し、直流／直流変換器３０２を稼動させることによって発光ダイオード２に電気エネルギーを供給する。このとき図１４に示すように、トランジスターＱ１のベース電流（波形１）およびトランジスターＱ２のベース電圧（波形２）は上昇する。トランジスターＱ２のベース電圧が一定値まで上昇すると、トランジスターＱ２は導通し、トランジスターＱ１は遮断され、直流／直流変換器３０２はエネルギーを放出し始める。一方、直流／直流変換器３０２の補助コイルＮ２の電圧波型（波形３）は負圧を呈する。またトランジスターＱ１がしばらく遮断され、直流／直流変換器３０２がエネルギーを放出し終わり、直流／直流変換器３０２の補助コイルＮ２の電圧波型（波形３）が正圧を呈する際、トランジスターＱ１は導通し、トランジスターＱ２は遮断される。従って、上述した原理に基づいてトランジスターＱ１およびトランジスターＱ２を交互に導通させる作動を繰り返せば、電源変換回路３０から発光ダイオード２に出力される電流の電流値を一定に制御することができる。

（第２実施形態）
入力された電源が不安定である場合、発光ダイオード２へ出力する電流に影響し、浮動現象が起こりやすい。図３に示すように、上述した現象を防止するために、本発明は第２実施形態による電源開閉装置３の光供給モジュールを提示する。電源開閉装置３は、第１実施形態の構造と同じように入力ポート１１、出力ポート２１、電源変換回路３１およびスイッチ回路４１を有する。第１実施形態との違いは、次の通りである。電源開閉装置３はさらに電圧補償回路５１を有する。電圧補償回路５１はスイッチ回路４１に電気的に接続されることでスイッチ回路４１を制御するため、電源１００から供給された電圧が浮動し、整流回路３１１から供給された直流電流を変化させる時でも、電源変換回路３１から発光ダイオード４に出力される電流の電流値を一定に制御することができる。

図４に示すように、第２実施形態において、電圧補償回路５１はダイオードＤ１と、コンデンサーＣ１と、抵抗Ｒ１、Ｒ２を並列させる回路との直列接続によって構成されるが、これに限らない。電源１００から供給された電圧が浮動し、整流電流３１１から供給された直流電流を上昇させる際、コンデンサーＣ１の電圧は上昇し、トランジスターＱ４のベース電圧の上昇速度は速くなるとともに、トランジスターＱ４の導通を加速し、トランジスターＱ３の導通時間を短縮するため、入力電圧が上昇する時でも、出力電流が安定する。

（第３実施形態）
光供給モジュールがしばらく光を供給した後、稼動温度が漸増し、内部のユニットの作動に影響を与えるため、発光ダイオードへ出力する電流を徐々に上昇させるような現象が発生する。図５に示すように、上述した現象を防止するために、本発明は第３実施形態による電源開閉装置５の光供給モジュールを提示する。電源開閉装置５は、第１実施形態の構造と同じように入力ポート１２、出力ポート２２、電源変換回路３２およびスイッチ回路４２を有する。第１実施形態との違いは、次の通りである。電源開閉装置５はさらに温度補償回路５２を有する。温度補償回路５２はスイッチ回路４２に電気的に接続されることでスイッチ回路４２を制御するため、電源開閉装置５の稼動温度が変わる時でも、電源変換回路３２から発光ダイオード６に出力される電流の電流値を一定に制御することができる。

図６に示すように、第３実施形態において、温度補償回路５２は抵抗Ｒ３とサーミスタＲＨ１との直列接続によって構成されるが、これに限らない。電源開閉装置５の稼動温度が上昇し、サーミスタＲＨ１の数値を増大させる際、トランジスターＱ６のベース電圧の上昇速度は速くなるとともにトランジスターＱ５の導通時間を短縮するため、稼動温度が上昇する時でも、出力電流が安定する。

（第４実施形態）
図７に示すように、定電流を供給する効果をより良好にするために、本発明は第４実施形態による電源開閉装置７の光供給モジュールを提示する。電源開閉装置７は、第１実施形態の構造と同じように入力ポート１３、出力ポート２３、電源変換回路３３およびスイッチ回路４３を有する。第１実施形態との違いは、次の通りである。電源開閉装置７はさらにスイッチ回路４３に電気的に接続される電圧補償回路５３と、電圧補償回路５３に電気的に接続される温度補償回路５４とを有することによって電圧および温度の二重補償を果たすため、発光ダイオード８へ出力する電流を安定させることができる。

図８に示すように、第４実施形態において、電圧補償回路５３はダイオードＤ２と、コンデンサーＣ２と、抵抗Ｒ４、Ｒ５を並列させる回路との直列接続によって構成される。温度補償回路５４は電圧補償回路５３の抵抗Ｒ５と直列するサーミスタＲＨ２によって構成されるが、これに限らない。電源１００から供給された電圧が浮動し、整流電流３３１から供給された直流電流を上昇させる際、コンデンサーＣ２の電圧は上昇し、トランジスターＱ８のベース電圧の上昇速度は速くなるとともにトランジスターＱ７の導通時間を短縮する。電源開閉装置７の稼動温度が上昇し、サーミスタＲＨ２の数値を増大させる際、トランジスターＱ８のベース電圧の上昇速度が速くなるとともにトランジスターＱ７の導通時間を短縮される。従って、本発明は上述した設計により、電圧が変わるか稼動温度が上昇する時でも、出力電流を安定させ、二重補償を果たすことができる。

図９に示すように、本発明は図１に示した光供給モジュールに調光器９を増設することができる。調光器９は電源１００と電源開閉装置１との間に位置する。電源１００からの電気エネルギーは調光器９によって調整された後、電源開閉装置１に供給されることで発光ダイオード２の輝度を調整する目的を達成する。電気エネルギーが供給された後、スイッチ回路４０は別の給電が必要なことが原因で作動が遅延するような事態が発生しないため、調光器９と電源開閉装置１に生じるハンチング現象を防止し、発光ダイオード２のちらつき現象を発生させないことができる。本発明は、第１実施形態のほかに第２実施形態、第３実施形態および第４実施形態に調光器を増設することが可能である。

第１実施形態から第４実施形態による電源開閉装置は隔離変圧器に適用されるだけでなく、図１０から図１３に示すように単巻変圧器にも適用されるため、電流出力を安定させる効果を果たすことができる。また図に示したスイッチ回路の中のダイオードＤは設置の需要に応じ、抵抗に取り替えられてもよい。上述した実施形態においてのスイッチ回路の中のトランジスターＱ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７および図１０から図１３に示したトランジスターは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスター（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，ＭＯＳＦＥＴ）に取り替えられてもよく、同じ目的を達成することができる。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１：電源開閉装置、
１０：入力ポート、
２０：出力ポート、
３０：電源変換回路、
３０１：整流回路、
３０２：直流／直流変換器、
Ｎ２：補助コイル、
４０：スイッチ回路、
Ｑ１：トランジスター、
Ｑ２：トランジスター、
２：発光ダイオード、
３：電源開閉装置、
１１：入力ポート、
２１：出力ポート、
３１：電源変換回路、
３１１：整流回路、
３１２：直流／直流変換器、
４１：スイッチ回路、
Ｑ３：トランジスター、
Ｑ４：トランジスター、
５１：電圧補償回路、
Ｄ１：ダイオード、
Ｃ１：コンデンサー、
Ｒ１、Ｒ２：抵抗、
４：発光ダイオード、
５：電源開閉装置、
１２：入力ポート、
２２：出力ポート、
３２：電源変換回路、
４１：スイッチ回路、
Ｑ５：トランジスター、
Ｑ６：トランジスター、
５２：温度補償回路、
Ｒ３：抵抗、
ＲＨ１：サーミスタ、
６：発光ダイオード、
７：電源開閉装置、
１３：入力ポート、
２３：出力ポート、
３３：電源変換回路、
３３１：整流回路、
４３：スイッチ回路、
Ｑ７：トランジスター、
Ｑ８：トランジスター、
５３：電圧補償回路、
Ｄ２：ダイオード、
Ｃ２：コンデンサー、
Ｒ４、Ｒ５：抵抗、
５４：温度補償回路、
ＲＨ２：サーミスタ、
８：発光ダイオード、
９：調光器、
１００：電源、
Ｄ：ダイオード。

Claims

発光ダイオードと、
入力ポート、出力ポート、電源変換回路およびスイッチ回路を有する電源開閉装置と、を備え、
入力ポートは、電源に電気的に接続され、
出力ポートは、発光ダイオードに電気的に接続され、
電源変換回路は、入力ポートおよび出力ポートに電気的に接続されることで電力を受けて定電圧または定電流の電気エネルギーに変換して出力することが可能であり、
スイッチ回路は、自励式フライバックコンバータ方式によって構成され、電源変換回路に電気的に接続され、電源変換回路から出力された電気エネルギーを導通するまたは遮断することによって電源変換回路から発光ダイオードに出力される電流の電流値が一定に制御されることを特徴とする光供給モジュール。
光供給モジュールは、電圧補償回路を備え、
電圧補償回路はスイッチ回路に電気的に接続されることでスイッチ回路を制御するため、給電電圧が変わる時でも、電源変換回路から発光ダイオードに出力される電流の電流値が一定に制御されることを特徴とする請求項１に記載の光供給モジュール。
電圧補償回路は、コンデンサーおよび抵抗が並列した回路とダイオードとの直列接続によって構成されることを特徴とする請求項２に記載の光供給モジュール。
光供給モジュールは、温度補償回路を備え、
温度補償回路は電圧補償回路に電気的に接続されることでスイッチ回路を制御するため、電源開閉装置の稼動温度が変わる時でも、電源変換回路から発光ダイオードに出力される電流の電流値が一定に制御されることを特徴とする請求項２に記載の光供給モジュール。
光供給モジュールは、温度補償回路を備え、
温度補償回路はスイッチ回路に電気的に接続されることでスイッチ回路を制御するため、電源開閉装置の稼動温度が変わる時でも、電源変換回路から発光ダイオードに出力される電流の電流値が一定に制御されることを特徴とする請求項１に記載の光供給モジュール。
温度補償回路は、サーミスタから構成されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光供給モジュール。
電源変換回路は、直流／直流変換器を有し、
直流／直流変換器は受けた電気エネルギーを定電圧または定電流の電気エネルギーに変換して発光ダイオードに出力することを特徴とする請求項１に記載の光供給モジュール。
電源変換回路は、整流回路を有し、
整流回路は入力ポートに電気的に接続されることで電源の電気エネルギーを受け、直流電流に変換して直流／直流変換器に出力することを特徴とする請求項７に記載の光供給モジュール。
光供給モジュールは、電源と電源開閉装置との間に設けられる調光器を備え、
電源からの電気エネルギーは調光器によって調整された後、電源開閉装置へ出力されることを特徴とする請求項１に記載の光供給モジュール。
スイッチ回路は、二つの相互に接続するトランジスターを有し、
二つのトランジスターを交互に導通させることによって電源変換回路から負荷に出力される電流の電流値が一定に制御されることを特徴とする請求項１に記載の光供給モジュール。
スイッチ回路は、相互に接続するトランジスターおよび金属酸化膜半導体電界効果トランジスターを有し、
トランジスターと金属酸化膜半導体電界効果トランジスターとを交互に導通させることによって電源変換回路から負荷に出力される電流の電流値が一定に制御されることを特徴とする請求項１に記載の光供給モジュール。
発光ダイオードと、
入力ポート、出力ポート、電源変換回路およびスイッチ回路を有する電源開閉装置と、を備え、
入力ポートは、電源に電気的に接続され、
出力ポートは、発光ダイオードに電気的に接続され、
電源変換回路は、入力ポートおよび出力ポートに電気的に接続されることで電力を受けて定電圧または定電流の電気エネルギーに変換し、出力することが可能であり、
スイッチ回路は、自励発振型回路によって構成され、電源変換回路に電気的に接続され、電源変換回路から出力された電気エネルギーを導通するまたは遮断することによって電源変換回路から発光ダイオードに出力される電流の電流値が一定に制御されることを特徴とする光供給モジュール。