改良閃爍器的發光二極管照明設備的制作方法

改良閃爍器的發光二極管照明設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及使用LED(發光二極管)的照明裝置,更具體而言涉及改良了閃爍器(Flicker)的LED照明裝置。一般來說，在不使用開關電源(SMPS:Switching?mode?power?supply)的現有的直流驅動LED照明裝置上，閃爍器百分比(以下稱為“％F”)為100％,但是本發明改良的閃爍器的發光二極管照明設備能夠提供使用磁穩定器的熒光燈水平的40％以下。
【專利說明】改良閃爍器的發光二極管照明設備

【技術領域】
[0001]本發明涉及使用LED(發光二極管)的照明裝置，更具體而言涉及對不使用一般的開關電源(SMPS:Switching mode power supply)而是利用直接利用整流電壓驅動的閃爍器(Flicker)進行了改良的LED照明裝置。

【背景技術】
[0002]發光二極管(LED)是當流過電流時發光的電光變換半導體器件，廣泛用于顯示器背光等上，由于技術發展，電光變換效率比已知的白熾燈和熒光燈高，目前，其使用范圍擴展到一般照明。
[0003]關于驅動LED的方法，例如，在本發明人的專利10-1110380號介紹了不使用一般的開關電源(SMPS:Switching mode power supply)而通過整流電壓驅動LED燈的方法(以下稱為“LED直驅動方法”)。
[0004]下面，使用圖1?圖4，對現有技術的LED直驅動方法進行說明。
[0005]<現有技術例1>
[0006]現有的LED照明裝置如圖1所示，包括:用于供給交流電源的交流電源(910);將上述交流電壓變換為直流的整流電壓(Vrect)的整流電路((940));由上述整流電路(940)的輸出驅動的負載即LED發光模塊(970);以及用于限制在上述LED發光模塊(970)中流過的電流的電流限制器件(930)。
[0007]但是，在現有的LED照明裝置中，在LED發光模塊(970)的閾值電壓以下不流過電流，所以作為電光變換器件的LED發光模塊(970)不發光，而在瞬間最大整流電壓下發出最大的光。因此，存在光亮度根據時間不均勻而發生變動的問題。
[0008]下面，利用圖2和圖3，具體說明。
[0009]在圖2中，電流-電壓特性曲線(950)是首爾半導體公司的AX2200交流驅動LED器件的特性曲線。上述AX2200本身為由交流驅動的器件，所以在使用上述器件的LED照明裝置不另外需要整流電路(940)。但是，電流-電壓特性曲線的形態與一般的二極管特性曲線相同(電壓線性增加，電流呈指數增加)，為了用數值進行說明，在本說明書中使用上述AX2200的特性曲線(圖2中的橫軸為實際電壓，豎軸為實際電流，在本說明書中，為了方便說明本發明的宗旨，將上述軸分別設定為瞬間電壓和瞬間電流來進行說明)。
[0010]在圖2中可知，電流-電壓特性曲線(950)中的閾值電壓為62.5V。第I直線模型(951)和第2直線模型(952)是簡單地以直線模擬上述特性曲線(950)的模型，第I直線模型(951)可用于模擬瞬間整流電壓(Vrect)在OV?112.5V之間變化的情況，在62.5V下電流為0mA，在112.5V下流過31mA的電流。此外，第2直線模型(952)能夠用于瞬間整流電壓(Vrect)在OV?87.5V之間變換時的模擬，可知在62.5V下電流為0mA，并且在87.5V下流過IlmA的電流。
[0011]圖3是在電源頻率為50Hz時使用上述第I直線模型(951)和第2直線模型(952)的一例。
[0012]首先，在為應用了整流最大電壓112.5V的第I直線模型(951)的情況下，整流電壓(Vrect)表現為波形(951)V，整流電流表現為波形(951A)。此外，在為應用整流最大電壓87.5V的第2直線模型(952)的情況下，整流電壓(Vrect)表現為波形(952) V，整流電流表現為波形(952A)。
[0013]在此，對于同一發光模塊(970)，只有輸入整流電壓的大小發生了變更，因此，雖然上述發光模塊的閾值電壓均為62.5V，但是上述LED發光模塊(970)的開始點亮時刻則隨著整流電壓(Vrect)實際值越大就越早。作為一例，對于電源頻率50Hz，整流最大電壓為87.5V和112.5V時，計算通過LED發光模塊(970)的閾值電壓62.5V的時刻，則分別為
2.53ms和1.87ms。將其分別換算為整流電壓相位，則分別為相位45.5 ( = 2.53/5x90)度和相位 33.7( = 1.87/5x90)度。
[0014]S卩，當供給整流最大電壓87.5V時，在整流電壓相位45.5度之前，整流電壓為發光模塊(970)的閾值電壓以下，不流過電流，所以發光為O。此外，若被供給整流最大電壓112.5V，則在整流電壓相位33.7度之前，整流電壓為發光模塊(970)的閾值電壓以下，不流過電流，所以發光為O。
[0015]此外，在整流電壓相位90度，如電流波形(952A)和電流波形(951A)所示流過最大電流。
[0016]簡要說明圖3。整流電壓(Vrect)的實際值越大，LED發光模塊的開始點亮時刻逐漸變快，從而點并亮的時間加長，但是在發光模塊(970)的閾值電壓以下不發光，從而存在瞬間最小光売度為O的區間。
[0017]〈現有的技術例2>
[0018]圖4是在本發明人的專利第10-1110380號中引用的附圖。從本發明的觀點說明圖4的特征。I)將作為負載的現有的LED發光模塊(970)分為多個子發光模塊[即第I發光模塊(10)，第2發光模塊(11)和第3發光模塊(12)]。此外，2)具備通過根據瞬間電壓變更流過負載電流的路徑調節點亮的子發光模塊的數量的并聯開關模塊[(第I開關(Sll)和第2開關(S12)]和控制器4。此外，3)利用限流器(CS2)限制負載電流。
[0019]在瞬間電壓較低時，將少量的發光模塊串聯排列來進行驅動。此時，作為負載的發光模塊的閾值電壓比現有技術I降低，從而在相對較快的電壓相位上流過電流，從而從LED發光模塊不發光的時間縮短。
[0020]在此，若點亮單個的子發光模塊，則在子發光模塊的閾值電壓以下不發光，因此，仍然沒有解決存在瞬間最小光亮度為O的區間的問題。
[0021]在先技術文獻
[0022]專利第10-1110380 號，專利第 10-0942234 號
[0023]專利第10-0971757 號，專利第 10-0997050 號
[0024]專利第1-O97M32 號


【發明內容】

[0025]技術問題
[0026]本發明是為了解決現有的問題而做出的，其技術課題是提供一種如下的LED照明裝置:減小從LED照明裝置放出的瞬間最小光亮度和瞬間最大光亮度之差，以降低瞬間光亮度偏差，從而改善了閃爍器(Flicker)質量。
[0027]技術問題解決方案
[0028]為此，本發明的改良閃爍器的LED照明裝置，其特征在于，包括:交流電源，供給第I相交流電壓和第2相交流電壓；第I整流電路和第2整流電路，將交流電壓變換為直流的整流電壓；第ILED發光模塊和第2LED發光模塊，由I個以上的LED構成，作為負載；第I限流器和第2限流器，限制電流量；第ILED照明模塊，包括對上述第I相交流電壓進行整流的上述第I整流電路、由上述第I整流電路的輸出驅動的第ILED發光模塊以及限制上述第ILED發光模塊電流量的第I限流器；以及第2LED照明模塊，包括對上述第2相交流電壓進行整流的上述第2整流電路、由上述第2整流電路的輸出驅動的第2LED發光模塊以及限制上述第2LED發光模塊電流量的第2限流器；在供給到上述LED照明模塊的一對應的LED照明模塊的各交流電壓通過零V而開始上升的時刻設定為電壓相位O度時，在電壓相位10度之前，各LED照明模塊開始供給電流而開始發光，各LED照明模塊的閃爍器百分比(percent flicker)為 100% ?
[0029]此外，本發明的改良閃爍器的LED照明裝置，優選還包括第3LED照明模塊，該第3LED照明模塊包括:供給第3相交流電壓的交流電源；第3整流電路，對上述第3相交流電壓進行整流；由上述第3整流電路的輸出驅動的第3LED發光模塊；以及限制上述第3LED發光模塊電流量的第3限流器，在供給到上述LED照明模塊的一對應的LED照明模塊的各交流電壓通過零V而開始上升的時刻設定為電壓相位O度時，在電壓相位40度之前，各LED照明模塊開始供給電流而開始發光，各LED照明模塊的閃爍器百分比(percent flicker)為 100%。
[0030]此外，優選上述第ILED發光模塊包括2個以上的子LED發光模塊串聯連接的發光模塊，上述第I照明模塊還包括調節通過變更電流的流動而點亮的子LED發光模塊的數量的第I開關模塊(由I個以上的開關構成)和第I控制器(用于控制第I限流器和第I開關模塊)；上述第2LED發光模塊包括2個以上的子LED發光模塊串聯連接的發光模塊，上述第2照明模塊還包括調節通過變更電流的流動而點亮的子LED發光模塊的數量的第2開關模塊(由I個以上的開關構成)和第2控制器(用于控制第2限流器和第2開關模塊)；上述第3LED發光模塊包括2個以上的子LED發光模塊串聯連接的發光模塊，上述第3照明模塊還包括調節通過變更電流的流動而點亮的子LED發光模塊的數量的第3開關模塊(由I個以上的開關構成)和第3控制器(用于控制第3限流器和第3開關模塊)；在供給到上述LED照明模塊的一對應的LED照明模塊的各交流電壓通過零V而開始上升的時刻設定為電壓相位O度時，在電壓相位30度之前，各LED照明模塊開始供給電流而開始發光；上述第I控制器?第3控制器分別利用與整流電壓同相位的正弦波信號(以下稱為“正弦波I信號”)控制上述第I限流器?第3限流器。
[0031]此外，優選上述第I控制器?第3控制器根據瞬間整流電壓或整流電壓相位的其中之一，分別以梯形波方式控制上述第I限流器?第3限流器。
[0032]此外，優選上述第I控制器?第3控制器生成比整流頻率低的頻率的正弦波信號(以下稱為“正弦波2信號”)，并分別控制上述第I限流器?第3限流器，以向負載供給與上述正弦波2信號對應的電流。
[0033]此外，優選上述第ILED發光模塊包括2個以上的子LED發光模塊串聯連接的發光模塊，上述第I照明模塊還包括調節通過變更電流的流動而點亮的子LED發光模塊的數量的第I開關模塊(由I個以上的開關構成)和第I控制器(用于控制第I限流器和第I開關模塊)；上述第2LED發光模塊包括2個以上的子LED發光模塊串聯連接的發光模塊，上述第2照明模塊還包括調節通過變更電流的流動而點亮的子LED發光模塊的數量的第2開關模塊(由I個以上的開關構成)和第2控制器(用于控制第2限流器和第2開關模塊)；上述第I控制器和第2控制器分別利用與整流電壓同相位的正弦波信號(以下稱為“正弦波I信號”)控制上述第I限流器和第2限流器。
[0034]此外，優選上述第I控制器和第2控制器根據瞬間整流電壓或整流電壓相位的其中之一，分別以梯形波方式控制上述第I限流器和第2限流器。
[0035]此外，優選上述第I控制器和第2控制器生成比整流頻率低的頻率的正弦波信號(以下稱為“正弦波2信號”)，并分別控制上述第I限流器和第2限流器，以向負載供給與上述正弦波2信號對應的電流。
[0036]發明效果
[0037]在不使用開關電源(SMPS:Switching mode power supply)的現有的直流驅動LED照明裝置上，閃爍器百分比(以下稱為“％F”)為100%，但是本發明的改良閃爍器的發光二極管照明設備能夠提供與使用了磁穩定器的熒光燈相同水平或改善的水平(25%?40% )。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是示出LED照明裝置的圖。
[0039]圖2是LED發光模塊的電流-電壓特性曲線。
[0040]圖3是LED發光模塊電流波形。
[0041]圖4是示出另一 LED照明裝置的圖。
[0042]圖5是示出閃爍器計算方法的圖。
[0043]圖6是在各波形中計算閃爍器的例子。
[0044]圖7是模擬了 LED光輸出的圖表。
[0045]圖8是模擬了 LED光輸出的另一圖表。
[0046]圖9是3相電源的整流電壓波形圖表。
[0047]圖10是將3相電源的光亮度按相模擬的波形。
[0048]圖11是將3相電源的光亮度按相模擬的另一波形。
[0049]圖12是3相電源的光亮度合并的圖表。
[0050]圖13是計算了 3相電源的閃爍器質量指數的表。
[0051]圖14是將2相電源的光亮度按相模擬的波形。
[0052]圖15是將2相電源的各相亮度合并的圖表。
[0053]圖16是將2相電源的光亮度按相模擬的另一波形。
[0054]圖15將2相電源的各相亮度合并的圖表。
[0055]圖18是計算了 2相電源的閃爍器質量指數的表。

【具體實施方式】
[0056]下面，參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細說明。請注意附圖中的相同的構成要素盡可能標注了相同的標記。此外，下面說明的本說明書和權利范圍中所使用的術語和詞匯不應以通常或詞典上的意義來限定，應僅解釋為符合本發明的技術思想的意思和概念。此外，對于判斷為有可能不必要地模糊化本發明的宗旨的已知結構以及功能，省略詳細說明。
[0057]本發明的核心概念是，將閃爍器百分比(Percent Flicker,以下稱為F”)為100%的LED照明模塊配置在三相交流電源的2個相以上，使得整體照明裝置的％ F達到與現有的磁熒光燈相同的水平或進一步改善的水平。
[0058]<閃爍器質量指數計算方法>
[0059]下面，利用圖5?圖6，對計算用于照明的閃爍器質量指數即閃爍器百分比(Percent Flicker,以下稱為“％F”)和閃爍器指數(Flicker Index,以下稱為“FI”)的方法進行說明。
[0060]圖5 弓丨用了北美照明工程學會(Illuminating Engineering Society of NorthAmerica,以下稱為 “IESNA〃)發刊的 “IESNA Lighting Handbook, 9th Edit1n” 中刊載的閃爍器計算方法。
[0061]首先，圖5中，根據(數學公式I)計算％ F，利用瞬間最大光亮度值和瞬間最小光亮度值來計算。
[0062]% F = (A-B) / (A+B) xl00-----(數學公式 I)
[0063]但是，瞬間最小光亮度值為O時，％ F為100%。
[0064]閃爍器質量指數％ F以0%?100%之間的值來表示，值越小質量越好。％ F是公指的廣泛使用的指數，也稱作峰值-峰值對比度(Peak-to-Peak Contrast),邁克爾森對比度(Michelson Contrast),調制(Modulat1n)或調制深度(Modulat1n depth)等。
[0065]此外，在圖5，另一閃爍器質量指數FI如(數學公式2)所示利用光亮度的面積來計算。
[0066]FI= (Areal)/(Areal+Area2)-----(數學公式 2)
[0067]仔細觀察(數學公式2)，分子是平均光亮度值以上的亮度面積，分母是整體光亮度的面積。即，在光亮度分布中，平均以上光亮度面積在整體光亮度中所占的比。FI以O?
1.0之間的值來表示,越低其質量越好。
[0068]圖6示出計算了上述閃爍器質量指數％ F和FI的例子。光亮度波形以三角波(81)表現時FI為0.25，以正弦波(82)表現時FI為0.32，以球形波(83)表現時FI為0.50。但是，在這三種情況下都存在瞬間光亮度為O的部分，所以％ F為100%。
[0069]在此，觀察％ F和FI之間的關系，則當％ F得到改善時(降低)，平均值增加，因此平均光亮度值以上的光亮度面積(Areal)變小，結果，上述(數學公式2)的分子變小，FI得到改善(降低)。
[0070]<發光量模型:三角波>
[0071]圖7是從圖3部分摘取的，LED發光模塊的發光量和LED發光模塊(970)中流過的電流成比例，因此電流波形(951A)和電流波形(952A)可認為是瞬間發光量。
[0072]在為了便于計算，將上述電流波形(951A)作為三角波電流波形51A近似計算時，％ F為100%，沒有變動。即，若用三角波模擬發光模塊的發光量，則能夠快速計算F%。
[0073]但是，FI可預測電流波形(951A)比三角波電流波形51A高(圖6中，三角波FI= 0.25,正弦波FI = 0.32)。電流波形(951A)是在圖2中，將發光模塊(970)的電流-電壓特性曲線(950)近似于視為直線模型(951)而得到的電流波形，是計算為供給比實際電流更多的電流的模型。
[0074]綜上所述，在發光模塊直線模型(951)中，計算出較多的電流，在發光量三角波模型(51A)計算出較小的電流，因此在相互抵消而發光量計算值會與實際情況近似，所以會有利于FI計算。當然，使上述電流波形(952A)盡速三角波電流波形(52A)的情況下也相同。
[0075]圖8是圖4的電路中的發光模塊由4個子發光模塊構成，限流器(CS2)，在以正弦波供給負載電流時，不出發光量模型((27L))的一實施例。橫軸為整流電壓相位，豎軸為發光量。上述發光量是在整流電壓相位90度設發光量值為100來標準化的。(以正弦波供給負載電流的方法詳細記載在本發明人的專利第10-1110380號中，因此省略說明)。
[0076]在此，仔細觀察發光量模型(27L)，則在使I個子發光模塊點亮時，瞬間光亮度值為(O)?(8)。在使2個子發光模塊點亮時，瞬間光亮度值為(17)?(28)。在使3個子發光模塊點亮時，瞬間光亮度值為(43)?￠1)。在使4個子發光模塊點亮時瞬間光亮度值為(83)?(100)。
[0077]在此，有光亮度從(8)垂直上升到(17)的部分，這是因負載電流被限流器(CS2)限制成正弦波而雖然電流增加較少，但是使另一個發光模塊點亮而增加整體發光量的現象。
[0078]關于3個子發光模塊開始點亮時，即從(28)垂直上升到(43)，以及4個開始點亮時，即從(61)垂直上升到(83)的情況，以與前面相同的原理解釋就可以，在此省略說明。
[0079]在圖8進一步詳細說明發光量模型(27L)，則瞬間光亮度從2個發光模塊開始點亮之前的(8)增加到2個開始點亮之后的(17)，增加了大約2倍。若簡單說明，將用同一電流點亮I個改為點亮2個，使得亮度成為2倍。
[0080]此外，瞬間光亮度從開始點亮3個發光模塊之前的(28)增加到開始點亮3個之后的(43)，大概增加了 3/2。若簡單說明，則將用同一電流點亮2個發光模塊改為點亮3個，亮度成為3/2倍。
[0081]此外，瞬間光亮度從開始點亮3個發光模塊之前的61增加到開始點亮4個之后的(83)，大概增加了 4/3。若簡單說明，則將用同一電流點亮3個發光模塊改為點亮4個，亮度成為4/3倍。
[0082]如以上說明可知，理論上發光量模型(27L)設定得較好。
[0083]圖8中可知，在整流電壓相位O度附近，發光量模型(27L)和三角波模型(28L)幾乎一致。為了便于計算，將上述發光量模型(27L)近似為三角波模型(28L)計算，則％ F為100%，幾乎沒有變動。因此，若用三角波模擬發光模塊的發光量，則能夠快速計算F%。
[0084]此外，即時在圖8中電流不是以正弦波形式增加[即，(17)?(28)區間，(43)?
(61)區間，(83)?(100)區間]，而是以梯形波形式增加，當然也可以基于發光量三角波模型的％ F和FI進行計算。
[0085]以上，照明裝置的質量指數％ F和FI對用三角波模擬發光量來計算的方法進行了說明。
[0086]% F是以瞬間最大光亮度值和瞬間最小光亮度值進行計算的，所以雖然發光量模型稍微不正確，整體傾向沒有大變化。此外，當值得到改善時(減小)(即平均值變大)，則FI自動得到改善(減小)。下面，以％ F為中心進行說明。
[0087]<第I實施例:3相交流電源>
[0088]本發明的第I實施例是在三相電源的各相上分別具備LED照明裝置(表示圖1或圖4電路全體，下面，將設在三相電源的各相上的LED照明裝置稱作“LED照明模塊”)的情況下計算％ F和FI的具體的一實施例。
[0089]第I實施例上使用的電路結構，包括:供給第I相交流電壓的交流電源；由上述第I相交流電壓驅動的第I照明模塊；提供第2相交流電壓的交流電源；由上述第2相交流電壓驅動的第2照明模塊；供給第3相交流電壓的交流電源；由上述第3相交流電壓驅動的第3照明模塊。
[0090]具體來說，上述第I照明模塊包括:對上述第I相交流電壓進行整流的第I整流電路；第ILED發光模塊，由上述第I整流電路的輸出驅動的I個以上的LED構成；第I電流源，調節供給到上述第ILED發光模塊的電流量(以下稱為“第I限流器”)。
[0091]此外，具體來說，上述第2照明模塊包括:第2整流電路，對上述第2相交流電壓進行整流；第2LED發光模塊，由上述第2整流電路的輸出驅動的I個以上的LED構成；第2電流源，對供給到上述第2LED發光模塊的電流量進行調節(以下稱為“第2限流器”)。
[0092]此外，具體來說，上述第3照明模塊包括:第3整流電路，對上述第3相交流電壓進行整流；第3LED發光模塊，由上述第3整流電路的輸出驅動的I個以上的LED構成；第3電流源，對供給到上述第3LED發光模塊的電流量進行調節(以下稱為“第3限流器”)。
[0093]在此，上述第ILED發光模塊?第3LED發光模塊可由串聯連接的多個子發光模塊構成。此外，還可以在各LED照明模塊中包括開關模塊，該開關模塊(I個以上的開關構成)通過變更各子發光模塊中流過的電流流動來調節點亮的子發光模塊的數量。此時，各優選照明模塊包括用于控制上述開關模塊的控制器。
[0094]優選上述各照明模塊控制器，以在被供給一個周期的整流電壓時，在低的瞬間整流電壓下流過較低的負載電流，在較高的瞬間整流電壓下流過較大的負載電流的方式控制各限流器來改善功率因素。
[0095]此時，優選上述各照明模塊控制器控制各限流器以根據瞬間整流電壓向負載供給梯形波電流。
[0096]此外，優選上述各照明模塊控制器控制各限流器根據整流電壓相位向負載供給梯形波電流。
[0097]此外，如本發明人的專利第10-1110380中說明，優選上述各照明模塊控制器還包括生成與各照明模塊整流電壓和同相位的正弦波信號(以下稱為“正弦波I信號”)的功能，控制各限流器以向負載供給與上述正弦波I信號對應的電流(以下稱為“正弦波I電流”)。
[0098]此時，上述各照明模塊控制器生成與整流電壓同相位的正弦波I信號是因為:在各照明模塊交流電源供給的交流電流為與交流電壓相同的相位，其形態為正弦波，因此希望改善功率因素。此外，當然，在負載中流過的負載電流是對上述交流電流進行了整流之后的電流。
[0099]此外，上述各照明模塊控制器控制各照明模塊限流器生成比整流頻率(交流電源頻率的2倍頻率)低的頻率的正弦波信號(以下稱為“正弦波2信號”)，將與上述正弦波2信號對應的電流(以下稱為“正弦波2電流")供給到負載。在此，優選在各整流電壓相位90度，出現上述正弦波2信號的最大瞬間電壓。
[0100]通過上述結構，電源電流高諧波含有率相對于正弦波I電流變高，但是能夠提供更亮的LED照明裝置。例如，韓國將低功率(例如25瓦以下)的LED照明裝置的電源電流高諧波含有率規定為30%以下。但是，根據正弦波1，對于一般電阻負載，電源電流高諧波含有率理論上為0%，對于LED照明裝置則理論上為1%以下。因此，優選提供一種雖然電源電流高諧波含有率稍微增加(規定值30%以下)而功率因素稍微降低但改善了亮度的LED照明裝置。
[0101]此時，優選控制各照明模塊限流器來根據上述正弦波2信號向負載供給梯形波電流。
[0102]如以上說明，存在多重向負載供給電流的方法，且這些不是本發明的宗旨，所以為了避免反復說明，在向負載供給正弦波I電流時，以用三角波模擬了發光量的例子為例進行說明。
[0103]優選上述第ILED發光模塊?第3LED發光模塊由I個以上的LED構成，也可以由多個LED串聯或并聯或串/并聯排列構成。上述發光模塊可由公知技術構成，因此在本說明書中省略具體技術，以簡化說明。
[0104]以在瞬間整流電壓上串聯連接適當數量的LED發光模塊的方式控制開關模塊的方法，將基于根據瞬間整流電壓的梯形波電流供給到負載的方法，將基于瞬間整流電壓相位的梯形波電流供給到負載的方法以及向負載供給正弦波I電流的方法，可由以本發明人的專利第10-1110380號和專利10-1043533號為代表的公知技術來構成，所以在本說明書中省略具體技術以簡化說明。
[0105]下面，利用圖9和圖10來說明本發明的第I實施例。
[0106]首先，對三相交流電壓進行整流的整流電壓如圖9所示。即，從電壓相位O開始的第I相整流電壓(301)在電壓相位90度出現瞬間最大整流電壓。從電壓相位120度開始的第2相整流電壓(302)，在電壓相位30度出現瞬間最大整流電壓。此外，電壓相位240度開始的第3整流電壓303在150度出現瞬間最大整流電壓。即，在電壓相位30度，90度和150度出現各相的瞬間最大整流電壓。
[0107]下面，參考圖10，利用三角波模型說明V0F為100%的邊界條件(開始發光相位)。
[0108]首先，對第I照明模塊的發光量三角波模型(311)進行說明。第I相整流電壓(301)從電壓相位O度開始并在電壓相位90度成為最大值。但是，發光量三角波模型(311)在電壓相位O度?電壓相位60度范圍內發光量為O。在電壓相位60度開始發光，并且在出現第I相整流電壓(301)的最大瞬間整流電壓的電壓相位90度，發光量線性增加而成為最大。此外，在電壓相位90度之后，在相反符號的相同斜坡處發光量減小。此外，發光量成為O時，在開始下一整流電壓周期之前維持O狀態。若簡單說明，發光量三角波模型(311)是“比第I相整流電壓(301)相位晚60度開始發光，在瞬間最大整流電壓下發光量成為最大，比整流電壓相位快60度結束發光、％ F為100%”的模型。
[0109]第2LED照明模塊的發光量三角波模型(312)和第3LED照明模塊的發光量模型313是以與第I照明模塊的發光量三角波模型(311)相同原理實施的，在此省略說明。
[0110]在此，若將上述發光量三角波模型(311)?發光量三角波模型(313)的瞬間發光量全部相加后計算％ F和？1，則％ FS 100%，FI為0.253。S卩，可知為了改善(減少)％F，需要在各相的整流電壓相位60度之前開始發光。
[0111]下面，對利用三角波模型改善了 ％ F的一例進行說明。
[0112]在圖11，發光量三角波模型(321)是“比第I相整流電壓(301)相位晚45度開始發光，在瞬間最大整流電壓下發光量成為最大，比整流電壓相位早45度結束發光、％F為100%”的模型。
[0113]第2照明模塊的發光量三角波模型(322)和第3照明模塊的發光量三角波模型(323)是與第I照明模塊的發光量三角波模型(311)相同的原理實施的，在此省略說明。
[0114]在圖12，瞬間光平均波形(320)是將上述發光量三角波模型(321)?發光量三角波模型(323)的瞬間發光量全部相加后取平均的波形。若用上述瞬間光平均波形(320)計算％?和？1，則，FI成為0.063。此外，直線波形(325a)示出了電壓相位O度?180度之間的平均發光量。
[0115]以上利用圖11和圖12，說明了將在單相電源中％ FS 100%的LED照明模塊用于三相電源時％ F改善為20%的一例。
[0116]圖13是利用應用于圖10?圖12的原理將開始發光相位計算為多種值的結果的圖。在此，行(Ang3)為在各相的照明模塊開始發光的電壓相位，在行Flicker)計算了 ％ F，在行(Flicker Index)計算了 FI 的結果。
[0117]在此，觀察幾個數值可知，開始發光相位為45時，％ F為20%，40度時為
11.1%，35度時為4.8%。尤其是，在開始發光相位30度時％ F和FI成為O。此外，開始發光相位越是比30度早，％ F更差，電壓相位5度％ F成為10.2%。
[0118]考慮在本發明中實用的發光量模型的準確度和LED之間的亮度偏差，為了實現％F成為11.1 %以下，優選在整流電壓相位40度之前開始發光。此外，若在整流電壓相位30度開始發光，則％ F成為O %，所以優選在整流電壓相位30度之前開始發光。
[0119]以上，舉出在向負載供給正弦波I電流時用三角波模擬了發光量的例子進行了說明。基于瞬間整流電壓的梯形波電流，基于整流電壓相位的梯形波電流和將正弦波2電流供給到負載時也將發光量近似地以三角波模型模擬來計算％ F，也屬于本發明的思想。
[0120]〈第2實施例:2相〉
[0121]本發明的第2實施例是在三相電源的2個相上分別具備LED照明裝置(表示圖1或圖4電路全體，下面將在三相電源中設在各相上的LED照明裝置稱為“LED照明模塊”)時計算％ F和FI的具體的實施例。
[0122]用于第2實施例的電路結構，包括:供給第I相交流電壓的交流電源；由上述第I相交流電壓驅動的第I照明模塊；提供第2相交流電壓交流電源；由上述第2相交流電壓驅動的第2照明模塊。
[0123]具體說明上述第I照明模塊，第ILED照明模塊包括:對上述第I相交流電壓進行整流的第I整流電路；第ILED發光模塊，由上述第I整流電路的輸出驅動的I個以上的LED構成；第I電流源，調節供給到上述第ILED發光模塊的電流量(以下也稱為“第I限流器”)。
[0124]此外，具體說明上述第2照明模塊，第2LED照明模塊包括:第2整流電路，對上述第2相交流電壓進行整流；第2LED發光模塊，由上述第2整流電路的輸出驅動的I個以上的LED構成；第2電流源，對供給到上述第2LED發光模塊的電流量進行調節(以下也稱為“第2限流器”)。
[0125]在此，上述第ILED發光模塊?第2LED發光模塊可由串聯連接的多個子發光模塊構成。此外，也可以在各LED照明模塊包括開關模塊，該開關模塊(由I個以上的開關構成)調節通過變更電流流動而點亮的子LED發光模塊的數量。此時，各照明模塊優選包括控制上述開關模塊的控制器。
[0126]上述各照明模塊控制器優選控制各照明模塊限流器，以在供給一周期的整流電壓時，在低的瞬間整流電壓下流過較少的負載電流，在較高的瞬間整流電壓下流過較大的負載電流。
[0127]此時，上述各照明模塊控制器控制各照明模塊限流器，以根據瞬間整流電壓向負載供給梯形波電流。
[0128]此外，上述各照明模塊控制器控制各照明模塊限流器，以根據整流電壓相位向負載供給梯形波電流。
[0129]此外，如在本發明人的專利第10-1110380號中說明，上述各照明模塊控制器包括生成與各照明模塊整流電壓同相位的正弦波信號(以下稱為“正弦波I信號”)的功能，控制各照明模塊限流器以向負載供給對應于上述正弦波I信號的電流(以下稱為“正弦波I電流”)。
[0130]此時，上述各照明模塊控制器生成與整流電壓同相位的正弦波I信號是為了:在從各照明模塊交流電源供給的交流電流具有與交流電壓相同的相位，其為正弦波形式，改善功率因素。此外，在負載中流過的負載電流當然是對上述交流電流進行整流后的電流。
[0131]此外，上述各照明模塊控制器優選控制各照明模塊限流器，以生成比整流頻率(交流電源頻率的2倍頻率)低頻率的正弦波信號(以下稱為“正弦波2信號”)，將與上述正弦波2信號對應的電流(以下稱為“正弦波2電流“)供給到負載。在此，優選在各整流電壓相位90度出現上述正弦波2信號的最大瞬間電壓。
[0132]根據上述結構，雖然電源電流高諧波含有率相對于正弦波I電流高，但是能夠提供更亮的LED照明裝置。例如，韓國將低功率(例如25瓦以下)的LED照明裝置的電源電流高諧波含有率規定為30%以下。但是，根據正弦波1，對于一般電阻負載，電源電流高諧波含有率理論上為0%，對于LED照明裝置則理論上為1%以下。因此，優選提供一種雖然電源電流高諧波含有率稍微增加(規定值30%以下)而功率因素稍微降低但改善了亮度的LED照明裝置。
[0133]此時，優選控制各照明模塊限流器，以根據上述正弦波2信號向負載供給電流。
[0134]如以上說明，存在多重向負載供給電流的方法，且這些不是本發明的宗旨，所以為了避免反復說明，在向負載供給正弦波I電流時，以用三角波模擬了發光量的例子為例進行說明。
[0135]優選上述第ILED發光模塊、第2LED發光模塊由I個以上的LED構成，也可以由多個LED串聯或并聯或串/并聯排列構成。上述發光模塊可由公知技術構成，因此在本說明書中省略具體技術，以簡化說明。
[0136]以在瞬間整流電壓上串聯連接適當數量的LED發光模塊的方式控制開關模塊的方法，將基于根據瞬間整流電壓的梯形波電流供給到負載的方法，將基于瞬間整流電壓相位的梯形波電流供給到負載的方法以及向負載供給正弦波I電流的方法，可由以本發明人的專利第10-1110380號和專利10-1043533號為代表的公知技術來構成，所以在本說明書中省略具體技術以簡化說明。
[0137]下面，利用圖9和圖14說明本發明的第2實施例。
[0138]首先，參考圖14，利用三角波模型說明％ F為100%的邊界條件(開始發光相位)。
[0139]對應用于第I照明模塊的發光量三角波模型(201)進行說明。第I相整流電壓(301)從電壓相位O度開始在電壓相位90度成為最大值。但是，發光量三角波模型(201)線性增加，在電壓相位O度?電壓相位30度發光量為0，在電壓相位30度開始發光，在出現上述第I相整流電壓(301)的瞬間最大整流電壓的電壓相位90度發光量成為最大。另夕卜，在電壓相位90度之后，在相反符號的相同斜坡處發光量減少。然后，在發光量成為0，在開始下一整流電壓周期之前維持O狀態。
[0140]若簡單說明，發光量三角波模型(201)是“比第I相整流電壓(301)相位晚30度開始發光，在瞬間最大整流電壓下發光量成為最大，比整流電壓相位快30度結束發光、％F為100% 〃的模型。
[0141]適用于第2照明模塊的發光量三角波模型(202)是以與放出量模型(201)相同的原理實現的，在此省略說明。
[0142]圖15中瞬間光平均波形(200)是將上述發光量三角波模型(201)?發光量三角波模型(202)的瞬間發光量全部相加取平均的波形。若用上述瞬間光平均波形(200)計算％?和？1，則％?成為100%，FI成為0.222。此外，直線波形(205a)示出整流電壓相位O度?180度之間的平均發光量。
[0143]在此可知為了改善％ F，需要在各相的整流電壓相位30度之前開始發光。
[0144]下面，說明利用三角波模型改善％ F的一實施例。
[0145]在圖16，發光量三角波模型(211)是“比第I相整流電壓(301)相位晚10度發光，在瞬間最大整流電壓下發光量策劃能夠為最大，比整流電壓相位快10度結束發光、％F為100%”的模型。
[0146]第2照明模塊的發光量三角波模型(212)是以與第I照明模塊的發光量三角波模型(311)相同的原理實現的，在此省略說明。
[0147]在圖17，瞬間光平均波形(210)是將上述發光量三角波模型(211)和發光量三角波模型(212)的瞬間發光量相加后取平均的波形。若用上述瞬間光平均波形(210)計算％F和FI，則％ FS 42.9%，FI成為0.168。此外，直線波形(215a)示出整流電壓相位O度?180度之間的平均發光量。
[0148]以上，利用圖16和圖17，說明了將在單相電源下％ F為100%的LED照明模塊分別適用于以上電源時％ F改善為42.9%的一例。
[0149]圖18是示出利用圖14?圖16中適用的原理來計算開始發光相位的多種值的結果的表。在此，行(Ang2)為在各相的照明模塊開始發光的電壓相位，在行Flicker)計算了 ％ F，在行(Flicker Index)計算了 FI的結果。
[0150]在此，觀察幾個數值可知，開始發光相位為20時，％ F為60%，15度時為50%，10度時為42.9%。此外，5度時為37.5%。
[0151 ] 考慮到采用磁穩定器的熒光燈的％ F為25%?40%之間，優選在整流電壓相位10度之前開始發光。
[0152]以上，舉出在向負載供給正弦波電流時用三角波模擬了發光量的例子進行了說明。基于瞬間整流電壓的階梯波電流，基于整流電壓相位的梯形波電流和將正弦波2電流供給到負載時也將發光量近似地以三角波模型模擬來計算％ F，也屬于本發明的思想。
[0153]以上，說明了本發明的優選實施例，但是這些僅僅是示例性的，應該了解本【技術領域】的普通技術人員能夠據此做出各種變形的實施例。因此，在本說明書和附圖中公開的本發明的實施例僅是為了易于說明本發明的技術內容，幫助理解本發明的特定例子，并不以此限定本發明的范圍。
[0154]工業實用性
[0155]在作為新型成長產業的LED照明產業中，驅動LED的電源專職大體有2種。第一，供給DC電源的AC-DC變換方式的光質量指數的閃爍器百分比為40%以下，較優秀。但是，在高功率LED燈中，由于需要功率因素改善電路燈另外的電路，所以價格昂貴，在低價的低功率LED燈中，則一般的電器質量指數的功率因素交叉。并且，由于實用放入液體的電解電容器，所以LED燈的壽命受到電源裝置的壽命限制。
[0156]第二，采用交流的交流驅動方式，不需要另外的功率因素改善電路，避開了比AC-DC變換器方式有價格競爭力。但是，光質量指數的閃爍器百分比為100%，光質量較差。
[0157]基于本發明的交流驅動方式，由于作為目前新興成長型產業LED照明產業的核心構成品不需要另外的功率因素改善電路，且提供優秀的光品質(閃爍器百分比為40%以下)，所以具有價格競爭率，產業上的可利用性非常高。
【權利要求】
1.一種改良閃爍器的LED照明裝置，其特征在于，包括: 交流電源，供給第I相交流電壓和第2相交流電壓； 第I整流電路和第2整流電路，將交流電壓變換為直流的整流電壓； 第ILED發光模塊和第2LED發光模塊，分別由I個以上的LED構成，作為負載； 第I限流器和第2限流器，分別限制電流量； 第ILED照明模塊，包括對上述第I相交流電壓進行整流的上述第I整流電路、由上述第I整流電路的輸出驅動的第ILED發光模塊以及限制上述第ILED發光模塊的電流量的第I限流器；以及 第2LED照明模塊，包括對上述第2相交流電壓進行整流的上述第2整流電路、由上述第2整流電路的輸出驅動的第2LED發光模塊以及限制上述第2LED發光模塊的電流量的第2限流器； 在供給到上述LED照明模塊的一對應的LED照明模塊的各交流電壓通過零V而開始上升的時刻設定為電壓相位O度時，在電壓相位10度之前，各LED照明模塊開始供給電流而開始發光，各LED照明模塊的閃爍器百分比(percent flicker)為100%。
2.根據權利要求1所述的改良閃爍器的LED照明裝置，其特征在于， 還包括第3LED照明模塊，該第3LED照明模塊包括: 供給第3相交流電壓的交流電源； 第3整流電路，對上述第3相交流電壓進行整流； 由上述第3整流電路的輸出驅動的第3LED發光模塊；以及 限制上述第3LED發光模塊的電流量的第3限流器， 在供給到上述ED照明模塊的一對應的LED照明模塊的各交流電壓通過零V而開始上升的時刻設定為電壓相位O度時，在電壓相位40度之前，各LED照明模塊開始供給電流而開始發光，各LED照明模塊的閃爍器百分比(percent flicker)為100%。
3.根據權利要求2所述的改良閃爍器的LED照明裝置，其特征在于， 上述第ILED發光模塊包括2個以上的子LED發光模塊串聯連接的發光模塊，上述第I照明模塊還包括第I開關模塊(由I個以上的開關構成)和第I控制器(用于控制第I限流器和第I開關模塊)，該第I開關模塊調節通過變更電流的流動而點亮的子LED發光模塊的數量； 上述第2LED發光模塊包括2個以上的子LED發光模塊串聯連接的發光模塊，上述第2照明模塊還包括第2開關模塊(由I個以上的開關構成)和第2控制器(用于控制第2限流器和第2開關模塊)，該第2開關模塊調節通過變更電流的流動而點亮的子LED發光模塊的數量； 上述第3LED發光模塊包括2個以上的子LED發光模塊串聯連接的發光模塊，上述第3照明模塊還包括第3開關模塊(由I個以上的開關構成)和第3控制器(用于控制第3限流器和第3開關模塊)，該第3開關模塊調節通過變更電流的流動而點亮的子LED發光模塊的數量； 在供給到上述LED照明模塊的一對應的LED照明模塊的各交流電壓通過零V而開始上升的時刻設定為電壓相位O度時，在電壓相位30度之前，各LED照明模塊開始供給電流而開始發光； 上述第I控制器?第3控制器分別利用與整流電壓同相位的正弦波信號(以下稱為“正弦波I信號”)控制上述第I限流器?第3限流器。
4.根據權利要求3所述的改良閃爍器的LED照明裝置，其特征在于， 上述第I控制器?第3控制器根據瞬間整流電壓或整流電壓相位的其中之一，分別以梯形波方式控制上述第I限流器?第3限流器。
5.根據權利要求3所述的改良閃爍器的LED照明裝置，其特征在于， 上述第I控制器?第3控制器生成比整流頻率低的頻率的正弦波信號(以下稱為“正弦波2信號”)，并分別控制上述第I限流器?第3限流器，以向負載供給與上述正弦波2信號對應的電流。
6.根據權利要求1所述的改良閃爍器的LED照明裝置，其特征在于， 上述第ILED發光模塊包括2個以上的子LED發光模塊串聯連接的發光模塊，上述第I照明模塊還包括第I開關模塊(由I個以上的開關構成)和第I控制器(用于控制第I限流器和第I開關模塊)，該第I開關模塊調節通過變更電流的流動而點亮的子LED發光模塊的數量； 上述第2LED發光模塊包括2個以上的子LED發光模塊串聯連接的發光模塊，上述第2照明模塊還包括第2開關模塊(由I個以上的開關構成)和第2控制器(用于控制第2限流器和第2開關模塊)，該第2開關模塊調節通過變更電流的流動而點亮的子LED發光模塊的數量； 上述第I控制器和第2控制器分別利用與整流電壓同相位的正弦波信號(以下稱為“正弦波I信號”)控制上述第I限流器和第2限流器。
7.根據權利要求6所述的改良閃爍器的LED照明裝置，其特征在于， 上述第I控制器和第2控制器根據瞬間整流電壓或整流電壓相位的其中之一，分別以梯形波方式控制上述第I限流器和第2限流器。
8.根據權利要求6所述的改良閃爍器的LED照明裝置，其特征在于， 上述第I控制器和第2控制器生成比整流頻率低的頻率的正弦波信號(以下稱為“正弦波2信號”)，并分別控制上述第I限流器和第2限流器，以向負載供給與上述正弦波2信號對應的電流。
【文檔編號】H05B37/02GK104137655SQ201380010819
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年1月31日 優先權日:2012年3月1日
【發明者】李東源 申請人:李東源