JP2016524274A - 過電圧に対応可能な交流直接駆動型ｌｅｄ電源装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置に関するもので、基準電圧よりも上回る過電圧が瞬間または継続的に供給される時、電圧に応じて電流を各位相ごとに効果的に制御して、電源装置の電力的負担を軽減させ発熱を最小化して、LED光源部に過電圧による損傷を防止することによって、電源部の安全性を確保するとともに、最小限の素子で高効率、高力率を実現するための、過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置に関するものである。本発明の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置は、交流電源の供給を受ける電源入力部と、前記電源入力部から出力される前記交流電源を整流して脈流電流を生成するための整流部と、前記整流部から脈流電流を供給受けるように接続されており、一つ以上のLEDモジュールで構成されているLEDアレイ部と、前記LEDアレイ部に接続されており、前記LEDアレイ部に印加される脈流電流の波形を変形させて所定の定格電流以下の電流のみ流れるように制御するための定電流制御部と、前記定電流制御部の両端の電圧によって駆動され、前記電源入力部から供給される過電圧の大きさによって電流値を連続的に下げるため電圧に応じた電流制御部とを含むことに技術的意義がある。【選択図】図５
Description
本発明は、過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置に関するもので、基準電圧よりも上回る過電圧が瞬間または継続的に供給される時、電圧に応じて電流を各位相ごとに効果的に制御して、電源装置の電力的負担を軽減させて発熱を最小化して、LED光源部に過電圧による損傷を防止することによって、電源部の安全性を確保するとともに、最小限の素子で高効率、高力率を実現するための過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置に関するものである。
最近、発光ダイオード（LED）は、輝度が大幅に向上され、白熱電球、蛍光灯などの従来の照明装置に比べて寿命が長く、エネルギー消費量が少なく、環境に優しいという利点により、従来の照明装置の代替光源として認められている。
一般的に交流を用いたLED駆動装置は、複数のLEDを直列のアレイ形状に構成し、これを適切な間隔に分けて、電圧は電流によって制御されたスイッチを利用して、設定および制御されるように設計されている。
従来技術の定電流回路を用いたLED駆動装置は、電流値を異にした多数の定電圧回路を段階に応じて構成して電流特性が階段状に表示される構造として、大韓民国登録特許第10-1064906号（2011.09.07.登録）の「発光ダイオード照明装置」で似たような事例が提示されている。
図1は、従来技術による多段構造のLED駆動定電流回路図である。図1に示すように、印加された交流電圧を入力される電源入力部（11）は、入力された交流電圧を整流部（12)を通過した直流電圧に変更した後、多数のLEDを含むLEDアレイ部（31、32、33）に入力する。すなわち、図2に示すように、整流部（12）を通過した電圧波形（A）が定電流制御部（21、22、23）を通過した入力電流波形（B）で表される。
この過程で、その脈流電圧は、定電流制御部（21、22、23）によって定義された定格電流以下のみ流れるようにしてLEDを保護するようになっており、基準電圧よりも高い電圧が入力された場合、LEDに設定した電圧を超える電圧は駆動部で耐えなければならない。それにより駆動部は、その超過分の電圧と駆動部で定義された電流を乗じた値に対応する電力を消費しなければならず、その結果駆動部は、過発熱の問題を持つことになる。
図2は、従来技術による多段構造のLED駆動定電流回路の波形図である。図2に示すように、図1のような多数のステージを使用する定電流回路を使用する電源装置を通過した波形は、（a）に示すように、電圧（A）に応じた電流は、多段構造を有する電流（B）で制御される。このような従来技術の波形構造は、環境によって差はあるが交流電源から発生する過電圧に対応する回路を付加的に構成する。
すなわち、図2の（b）は、保護回路が動作していないときの電流（C）の形態と保護回路が動作したときの電流（D）の形態を示している。すなわち、多段構造を有する電流（C）の形態で保護回路が動作して場合には、定電流駆動部の電流（C）が全体的に減少された電流（D）の形態を示す。
また、図2の（c）は、過電圧が発生する電圧（E）の波形で過電圧が起こる区間の電流を瞬間的に断絶させる電流（F）を示している。これにより、従来の技術では、これらの図2の（b）または（c）の方式に過電圧に対応するように保護回路を設計している。
しかし、図2の（b）に示すように、電流を全体的に下げる方式は、持続的な過電圧に応じて発生される熱がシステムに問題を引き起こすことがあり、図2の（c）の電流を断絶させる方式は、部分的なフリッカ（flicker）現象が発生してLEDモジュールの照度が不安定になる問題点がある。
図3は、従来の技術である多段構造の定電流駆動回路のうち一段階の定電流回路及び図4は、従来の技術である多段構造の定電流駆動回路の一つの段階の定電流回路の波形図である。図1による定電流回路の構造は、多段構造だけでなく、一つの定電流回路で構成されている図3及び図4の場合にも保護回路の適用が可能であり、すべてのステージ（stage）の定電流回路か、一部のステージの定電流回路にも適用が可能な特徴がある。
一般的に交流を用いたLED駆動装置は、複数のLEDを直列のアレイ形状に構成し、これを適切な間隔に分けて、電圧は電流によって制御されたスイッチを利用して、設定および制御されるように設計されている。
従来技術の定電流回路を用いたLED駆動装置は、電流値を異にした多数の定電圧回路を段階に応じて構成して電流特性が階段状に表示される構造として、大韓民国登録特許第10-1064906号（2011.09.07.登録）の「発光ダイオード照明装置」で似たような事例が提示されている。
図1は、従来技術による多段構造のLED駆動定電流回路図である。図1に示すように、印加された交流電圧を入力される電源入力部（11）は、入力された交流電圧を整流部（12)を通過した直流電圧に変更した後、多数のLEDを含むLEDアレイ部（31、32、33）に入力する。すなわち、図2に示すように、整流部（12）を通過した電圧波形（A）が定電流制御部（21、22、23）を通過した入力電流波形（B）で表される。
この過程で、その脈流電圧は、定電流制御部（21、22、23）によって定義された定格電流以下のみ流れるようにしてLEDを保護するようになっており、基準電圧よりも高い電圧が入力された場合、LEDに設定した電圧を超える電圧は駆動部で耐えなければならない。それにより駆動部は、その超過分の電圧と駆動部で定義された電流を乗じた値に対応する電力を消費しなければならず、その結果駆動部は、過発熱の問題を持つことになる。
図2は、従来技術による多段構造のLED駆動定電流回路の波形図である。図2に示すように、図1のような多数のステージを使用する定電流回路を使用する電源装置を通過した波形は、（a）に示すように、電圧（A）に応じた電流は、多段構造を有する電流（B）で制御される。このような従来技術の波形構造は、環境によって差はあるが交流電源から発生する過電圧に対応する回路を付加的に構成する。
すなわち、図2の（b）は、保護回路が動作していないときの電流（C）の形態と保護回路が動作したときの電流（D）の形態を示している。すなわち、多段構造を有する電流（C）の形態で保護回路が動作して場合には、定電流駆動部の電流（C）が全体的に減少された電流（D）の形態を示す。
また、図2の（c）は、過電圧が発生する電圧（E）の波形で過電圧が起こる区間の電流を瞬間的に断絶させる電流（F）を示している。これにより、従来の技術では、これらの図2の（b）または（c）の方式に過電圧に対応するように保護回路を設計している。
しかし、図2の（b）に示すように、電流を全体的に下げる方式は、持続的な過電圧に応じて発生される熱がシステムに問題を引き起こすことがあり、図2の（c）の電流を断絶させる方式は、部分的なフリッカ（flicker）現象が発生してLEDモジュールの照度が不安定になる問題点がある。
図3は、従来の技術である多段構造の定電流駆動回路のうち一段階の定電流回路及び図4は、従来の技術である多段構造の定電流駆動回路の一つの段階の定電流回路の波形図である。図1による定電流回路の構造は、多段構造だけでなく、一つの定電流回路で構成されている図3及び図4の場合にも保護回路の適用が可能であり、すべてのステージ（stage）の定電流回路か、一部のステージの定電流回路にも適用が可能な特徴がある。
前記のような従来技術の問題点を解決するために案出された本発明は、交流電源入力によって発生する過熱問題とそれに伴う照度の不安定及びLEDの寿命の問題を解決するために、従来の定電流制御部に結合された電圧に応じた電流制御部を追加することを目的とする。
また、本発明は、交流電源入力によって発生する過電圧でもLEDモジュールに付加される過電圧の電流を過電圧の程度に応じて電流制限を遂行することを別の目的とする。
また、本発明は、従来のスイッチング方式の過電圧保護回路に比べて低コストでLEDモジュールのフリッカを防止しながら、目標だけの電流制限を引き出すことをまた別の目的とする。
また、本発明は、電圧に応じた電流制御部を含む回路に基準電圧源を直列に追加して過電圧に伴う電流制限回路が動作するタイミングを遅延させることをまた別の目的とする。
また、本発明は、定電流制御部に電流を保障部を追加して構成することにより、定電流制御部での複合的な過電圧保護部の動作状態でも最小電流を保障することをまた別の目的とする。
また、本発明は、温度の上昇に伴う電力降下を防止するために、定電流制御部の内側に結合された温度補償部を備えることをまた別の目的とする。
また、本発明は、交流電源入力によって発生する過電圧でもLEDモジュールに付加される過電圧の電流を過電圧の程度に応じて電流制限を遂行することを別の目的とする。
また、本発明は、従来のスイッチング方式の過電圧保護回路に比べて低コストでLEDモジュールのフリッカを防止しながら、目標だけの電流制限を引き出すことをまた別の目的とする。
また、本発明は、電圧に応じた電流制御部を含む回路に基準電圧源を直列に追加して過電圧に伴う電流制限回路が動作するタイミングを遅延させることをまた別の目的とする。
また、本発明は、定電流制御部に電流を保障部を追加して構成することにより、定電流制御部での複合的な過電圧保護部の動作状態でも最小電流を保障することをまた別の目的とする。
また、本発明は、温度の上昇に伴う電力降下を防止するために、定電流制御部の内側に結合された温度補償部を備えることをまた別の目的とする。
本発明の前記目的は、過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置において、交流電源を供給受ける電源入力部と、前記電源入力部から出力される前記交流電源を整流して脈流電流を生成するための整流部と前記整流部から脈流電流を供給受けるように接続されており、一つ以上のLEDモジュールで構成されているLEDアレイ部と、前記LEDアレイ部に接続されており、前記LEDアレイ部に印加される脈流電流の波形を変形させて所定の定格電流以下のみ流れるように制御するための定電流制御部と、前記定電流制御部の両端の電圧によって駆動され、前記電源入力部から供給される過電圧の大きさによって、電流値を連続的に下げるため電圧に応じた電流制御部と、を含んで構成される過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置によって達成される。
したがって、本発明の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置は、従来の定電流制御部に結合された電圧に応じた電流制御部を追加することにより、交流電源入力によって発生する過電圧にLEDモジュールに付加される過電圧の電流を過電圧の程度に応じて電流制限を行うことができるという効果がある。
また、本発明は、電圧に応じた電流制御部を含む回路に電圧検出部を直列に追加することで、高電圧に応じた電流制限回路が動作するタイミングを遅延させ、過電圧保護回路の動作タイミングをより精密に調節することができるという、また別の効果がある。
また、本発明は、定電流制御部と並行して構成されている最小電流保障部によって定電流制御部で最小限の電流量を保障しながら定電流制御部を構成することができるので、目標とする回路を簡単に誘導および設計することができるという、また別の効果がある。
また、本発明は、定電流制御部の内側に結合された温度補償部を備えことにより、温度上昇に伴う電力降下を防止することができるという、また別の効果がある。
また、本発明は、電圧に応じた電流制御部に結合された過熱検出部を備えことにより、温度上昇に伴う回路部の破壊を防止することができるという、また別の効果がある。
また、本発明は、従来のスイッチング方式の過電圧保護回路に比べて低コストで必要な範囲で最小限の電流を保障し、同時に目標するほどの電流制限を引き出すことができ、安定的な照度を確保することができるという、また別の効果がある。
また、本発明は、電圧に応じた電流制御部を含む回路に電圧検出部を直列に追加することで、高電圧に応じた電流制限回路が動作するタイミングを遅延させ、過電圧保護回路の動作タイミングをより精密に調節することができるという、また別の効果がある。
また、本発明は、定電流制御部と並行して構成されている最小電流保障部によって定電流制御部で最小限の電流量を保障しながら定電流制御部を構成することができるので、目標とする回路を簡単に誘導および設計することができるという、また別の効果がある。
また、本発明は、定電流制御部の内側に結合された温度補償部を備えことにより、温度上昇に伴う電力降下を防止することができるという、また別の効果がある。
また、本発明は、電圧に応じた電流制御部に結合された過熱検出部を備えことにより、温度上昇に伴う回路部の破壊を防止することができるという、また別の効果がある。
また、本発明は、従来のスイッチング方式の過電圧保護回路に比べて低コストで必要な範囲で最小限の電流を保障し、同時に目標するほどの電流制限を引き出すことができ、安定的な照度を確保することができるという、また別の効果がある。
図1は、従来技術による多段構造のLED駆動定電流回路図、
図2は、従来技術による多段構造のLED駆動定電流回路の波形図、
図3は、従来の技術である多段構造の定電流駆動回路のうち一段階の定電流回路、
図4は、従来の技術である多段構造の定電流駆動回路のうち一段階の定電流回路の波形図、
図5は、本発明の第1の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図6は、本発明の第1の実施例による定電流回路の波形図、
図7は、本発明の第2の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図8は、本発明の第2の実施例による定電流回路の波形図、
図9は、本発明の第3の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図10は、本発明の第4の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図11は、本発明の第5の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図12は、本発明の第6の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図13は、本発明の第7の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図14は、本発明の第8の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図15は、本発明の実施例を利用できる多段構造の定電流回路の例、
図16は、本発明の第1の実施例を組み合わせた他の例の波形図、
図17は、本発明の実施例を利用できる多段構造の定電流回路の他の実施例である。
図2は、従来技術による多段構造のLED駆動定電流回路の波形図、
図3は、従来の技術である多段構造の定電流駆動回路のうち一段階の定電流回路、
図4は、従来の技術である多段構造の定電流駆動回路のうち一段階の定電流回路の波形図、
図5は、本発明の第1の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図6は、本発明の第1の実施例による定電流回路の波形図、
図7は、本発明の第2の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図8は、本発明の第2の実施例による定電流回路の波形図、
図9は、本発明の第3の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図10は、本発明の第4の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図11は、本発明の第5の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図12は、本発明の第6の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図13は、本発明の第7の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図14は、本発明の第8の実施例によるLED駆動用の定電流回路図、
図15は、本発明の実施例を利用できる多段構造の定電流回路の例、
図16は、本発明の第1の実施例を組み合わせた他の例の波形図、
図17は、本発明の実施例を利用できる多段構造の定電流回路の他の実施例である。
本明細書および請求の範囲に使用された用語や単語は通常的であるか、辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、発明者の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができという原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に即して解釈されるべきである。
したがって、本明細書に記載された実施例と図面に図示された構成は、本発明の最も好ましい一つの実施例に過ぎないだけであり本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる様々な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
以下、添付された本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図5は、本発明の第1の実施例によるLED駆動をするための定電流回路であり、図6は、本発明の第1の実施例による定電流回路の波形図である。図5の（a）に示すように、LED電源装置（100）は、外部からの交流電源が入力される電源入力部（110）、電源入力部（110）から出力される交流電源を整流して直流電源（脈流電源）に変更するための整流部（120）、整流部（120）から電源を供給され一つ以上のLEDモジュールを含んで構成されているLEDアレイ部（130）、LEDアレイ部（130）に接続されて電流を制御するための定電流制御部（140）、及び定電流制御部（140）の両端電圧によって駆動される電圧に応じた電流制御部（150）を含んでなる。
電源入力部（110）は、外部の交流電流を入力されるように構成されており、入力された交流電源を整流部（120）に伝達する。
整流部（120）は、電源入力部（110）から出力される交流電源を整流して脈流電源に変換するための構成であり、この段階で交流電源から引き込みすることができる過電圧は濾過されず、LEDアレイ部（130）に伝達される。
LEDアレイ部（130）は、一つ以上のLED素子が結合された一つ以上のLEDモジュールで構成されており、定電流制御部（140）は、定電流駆動回路であり、定格電流以下のみ流れるようにしてLEDアレイ部（130）を保護する回路で構成されている。
図5の（b）で定電流制御部（140）は、二つのFET（以下の文章でFETと明示されているのは、FET（Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ）あるいはBJT（Bipolar Junction Transistor、接合型トランジスタ）を意味する）と2つの抵抗からなる定電流回路の代表的な構成である。回路が駆動され、一定の電圧に達すると、負荷（LEDアレイ部（130））に電流が流れ、R1の抵抗のプルアップ抵抗によってQ1 FET ゲートに基準電圧が発生して、それによってドレインとソースとは通電される。このとき、R2の抵抗の両端に流れる電流に比例した電圧が発生して、R2の抵抗の両端の電圧が制御を設定した範囲の値に達すると、Q2 FET Gateに電圧が誘起されるので、Q2 FETへのドレインとソースとの間の抵抗値が下がる結果となる。これにより、Q2 FETのGateにR1の抵抗のプルアップにより印加された電位が低くなり、Q1のドレインとソースと間の抵抗が増加することになって目的とする電流を維持することができるようになる。 LEDアレイ部（130）に供給される電圧、すなわち、TP（Test Point）1とTP2との間の電圧を一定に維持する必要があるため、過電圧時にQ1 FETのドレインとソースと間でLEDアレイ部（130）が使用された電圧を除いた電圧がかかるようになる。
電圧に応じた電流制御部（150）は、定電流制御部（140）の両端電圧（TP2-TP3間の電圧）によって駆動され、電源入力部（110）から供給される過電圧の大きさに応じて電流値を連続的に下げてくれる。すなわち、完全に電流を遮断する保護回路の場合には、LEDモジュールがオフになることが(発生して制御によるフリッカ（flicker）現象が発生することがあるが、電圧に応じた電流制御部（150）を備えている場合には、流れる電流量を流動的に調節するので、過電圧保護回路によるか、または、過電圧に伴うフリッカ（flicker）現象を防止することができる。また、急激なスイッチングが原因で発生することがある高調波の問題も防止される。
図5の（b）に示すように、電圧に応じた電流制御部（150）は、Q3 FETを備えてドレインとソースをQ2 FETのドレインとソースにそれぞれ接続し、TP2とTP3、つまり、定電流制御部（140）の両端にR3の抵抗、R4の抵抗を接続して定電流制御部（140）の過電圧時に発生する電圧を監視する。このとき、R3の抵抗とR4の抵抗の値を適切に定義して過電圧に伴う制御が可能に設定して、Q3 FETのゲートに結線する。
したがって、図5の（b）に図示された回路を用いた電流の波形は、図6の（a）に示すように、所定の電流で駆動されるが、特定の電圧以上の場合(電流制限開始時点（A））には、入力電圧の大きさに比例（最大電流制限（B））して電流が少なくなる。このような場合、過電圧状態が長く持続されても過電圧時の電流が低くなるので、駆動部から発生する熱が減る。
また、図6の（b）は、過電圧による電流制限を限界に設定して（電流遮断（C））の交流波形の両方のピークをのみ電流が流れるように誘導した回路である。多数のステージを具備するLED駆動回路の設計時に応用して使用することができる。
図7は、本発明の第2の実施例によるLED駆動のための定電流回路であり、図8は、本発明の第2の実施例による定電流回路の波形図である。図7に示すように、第2の実施例によるLEDを駆動するための定電流回路は、第1実施例の定電流回路でLEDアレイ部（130）と電圧に応じた電流制御部（150）の間に具備され、LEDアレイ部（130）から流れる電流を電圧に応じた電流制御部（150）に備えられたR3の抵抗に接続されている基準電圧源部（160）を含んでなる。
基準電圧源部（160）は、LEDアレイ部（130）と電圧に応じた電流制御部（150）との間に直列に接続され、Q3 FETのゲートに接続されている過電圧による電圧に応じた電流制御部（150）の動作時期を遅延させる。これによる電流の波形は、図8に示すように、過電圧を保護するための電圧に応じた電流制御部（150）の動作時点である電流制限時点（A）を遅延させることで、より精密に調節することができる。また、基準電圧を読み取ることに応用することができる。
図9は、本発明の第3の実施例によるLED駆動用の定電流回路図である。図9の（a）に示すように、第1実施例の定電流回路をベースにした第3の実施例では、電圧に応じた電流制御部（150）の内部に基準電圧源部（160）を備え、図9（b）に示すように、基準電圧源部（160）は、電圧に応じた電流制御部（150）に備えられたR3の抵抗とR4の抵抗の間の電圧分配点でQ3 FETのゲート電極との間に直列に接続されている。
第3の実施例は、基準電圧源部（160）の他の応用法に関するものであり、構成の位置が第2の実施例とは異なるが、動作特性は第2の実施例と類似している。
図10は、本発明の第4の実施例によるLED駆動するための定電流回路図である。図10に示すように、第4の実施例によるLEDを駆動するための定電流回路は、第1実施例の定電流回路でLEDアレイ部（130）と電圧に応じた電流制御部（150）の間に具備され、LEDアレイ部（130）から流れる電流を電圧に応じた電流制御部（150）に備えられたR3の抵抗を経る基準電流源部（170）を含んでなる。
基準電流源部（170）は、基準電圧源部（160）を置換した構造であり、基準電流以上でなければ電流を送ることができるので、その両端に一定電圧以上が入力されるべきで、数μA度の電流を制御しなければならない特徴がある。したがって、基準電流源部（170）も基準電圧源部（160）のように電流制限時点を遅延させる特徴があり、基準電流の読み取りに応用することもできる。
図10の（b）に示すように、基準電流源部（170）は、一つのQ4 FETとQ4 FETのゲート電極前段に接続されて電流の量を決定するR5の抵抗とR6の抵抗を含んでなる。
図11は、本発明の第5の実施例によるLED駆動用の定電流回路図である。図11に示すように、第2の実施例の定電流回路をベースにした第5の実施例は、定電流制御部（140）の内部に最小電流保障部（180）を備える。最小電流保障部（180）は、LEDアレイ部（130）に接続されたR1の抵抗とQ2 FETのソース電極に接続されている。一方、最小電流保障部（180）は、図11の（b）に示すように、定電流制御部（140）のR1の抵抗に接続されたQ5 FETとQ5 FETのゲート電極に接続されたR7の抵抗を含んでなる。
最小電流保障部（180）は、LEDを駆動するための最小電流を保障する回路であり、第2の実施例での電圧に応じた電流制御部（150）と並行して使用する場合には、最小限の電流量を確保しながら定電流回路を構成することができますので、目標回路を簡単に誘導および設計することができる。これにより、電流を制御するに当たり、フリッカが発生するほどの電流が制限される場合が発生するが、最小電流保障部（180）を追加することにより、フリッカが発生していない最小電流に対する強制保障をして制御区間を誘導することができる特徴がある。
図12は、本発明の第6の実施例に係るLED駆動用の定電流回路図である。図12の（a）および（b）に示すように、第2の実施例の定電流回路をベースにした第6の実施例は、定電流制御部（140）内でR2の抵抗から電流が入力されて、Q2 FETのGate電極に接続された温度補償部（190）を含んでなる。
温度補償部（190）は、R2の抵抗と接続されたR8の抵抗とQ2 FETのゲート電極前段に接続されてR8の抵抗から並列に接続されているそれぞれのR9の抵抗とR10の抵抗で成り立ち、R10の抵抗の前段には、サーミスタ（thermistor）（195）が備えられている。
すなわち、定電流制御部（140）は、温度が高くなる場合、電力が低くなることを防止するために、サーミスタ（195）との組み合わせで、温度補償用の回路を構成することにより、温度変化に伴う電流変化を補正し、サーミスタ（195）と直列で接続された抵抗は備えなくても駆動できるが、光源が駆動されている環境が零下の場合、回路が駆動する時に急激な熱上昇で誤動作（過電流）する恐れがありますので、ダンパー（damper）の役割をするために備えられる。
図13は、本発明の第7の実施例によるLED駆動用の定電流回路図である。図13の（a）および（b）に示すように、第2の実施例の定電流回路をベースにした第6の実施例は、LEDアレイ部（130）と電圧に応じた電流制御部（150）のゲート電極に接続されており、基準電圧源部（160）と並列に接続されている過熱検出部（192）を含んでなる。
過熱検出部（192）は、定電流制御部（140）と接続されているR11の抵抗とR11の抵抗に接続されているQ6 FET、R11の抵抗からQ6 FETのソースに接続されているR12の抵抗とサーミスタ（195）に接続されているR13の抵抗に成り立ち、Q6 FETのゲート電極はサーミスタ（195）の後端とR13の抵抗の前端に接続されている。
過熱検出部（192）は、温度変化を監視し、温度による追加の電流制限を加えて過熱に起因する破損を防止するために備える。
図13の（b）で設定された過熱の状態に達するとサーミスタ（195）の抵抗値が低くなるにつれてR11+ R12+サーミスタの値も低くなるので、固定値を持つR13の抵抗との接続点（Q6 FETのゲート）に基準電圧が維持されるので、Q3 FETのドレイン及びソースの両端の抵抗値は低くなる結果となる。 Q1 FETのゲートに定電流を維持させるQ2 FETのドレインとソースとの間の抵抗にQ3 FETへのドレインとソースとの間の低くなった抵抗が並列に接続されるので、Q1 FETのは、通常の状態よりも低い基準電圧を持つようになってLEDアレイ部（130）に供給される電流は、既に設定した過熱と判断された温度に反比例して作用することになる。
図14は、本発明の第8の実施例によるLED駆動用の定電流回路図である。図14の（a）と（b）に示すように、第2の実施例の定電流回路をベースとする第8の実施例は、図11の第5の実施例では、定電流制御部（140）内に備えられ、最小電流保障部（180）、図12の第6の実施例では、定電流制御部（140）内に備えられ、温度補償部（190）と同じ温度補償部（191）と、図13の第7の実施例では基準電圧源部（160）と並列に接続されている過熱検出部（192）と同じ過熱検出部（192）の両方を含んでなる。
図15は、本発明の実施例を利用できる多段構造の定電流回路の例であり、図16は、本発明の第1の実施例を組み合わせた他の例の波形図である。図15に示すように、直列に接続されたLEDアレイ部を適切なステージ（131、132、133）に分けて、ステージごとに定電流回路の定電流量を異にして連続的に制御するようにした回路図を示している。
これらの回路のそれぞれの応用された波形を、図16に示すように表すが、（a）は、第1のステージ（131）と第2のステージ（132）を、図3の従来技術の定電流回路を使用して、第3のステージ（133）を図5に図示された本発明の第1の実施例による定電流回路で構成したものである。この時、通常の動作時には、正しい階段型波形の電流が流れることを示している。
（b）は、（a）の回路図（第1のステージ（131）と第2のステージ（132）は、図3の従来技術の定電流回路、第3のステージ（133）は、図5に示された本発明の第1実施例による定電流回路）において、過電圧が印加されたとき、最後のステージである第三のステージ（133）の保護回路が動作し、電圧に応じた電流制限をかけてくれることを示している。最も高い電圧がかかる頂点での電流の流れが最も小さい。
（c）は、第1ステージないし第3ステージ（131、132、133）を、図5に図示された本発明の第1の実施例による定電流回路で構成したものである。それぞれのステージが転換される部分を明確に切って構成した形で高効率を示している。
（d）は、（c）の回路図（第1ステージないし第3ステージ（131、132、133）を図5に図示された本発明の第1の実施例による定電流回路）において、過電圧が発生した場合に保護回路が動作している場合を示す波形である。
図17は、本発明の実施例を利用できる多段構造の定電流回路のもう一つの実施例である。図17に示すように、定電流回路1（210）と定電流回路2（220）は、従来の回路のような役割をし、定電流回路3（230）は、先に提示した実施例を適用して保護回路の役割をする構成である。
本発明は、以上で説明したように、好適な実施例として図示して説明したが、前記した実施例に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって様々な変更や修正が可能である。
したがって、本明細書に記載された実施例と図面に図示された構成は、本発明の最も好ましい一つの実施例に過ぎないだけであり本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる様々な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
以下、添付された本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図5は、本発明の第1の実施例によるLED駆動をするための定電流回路であり、図6は、本発明の第1の実施例による定電流回路の波形図である。図5の（a）に示すように、LED電源装置（100）は、外部からの交流電源が入力される電源入力部（110）、電源入力部（110）から出力される交流電源を整流して直流電源（脈流電源）に変更するための整流部（120）、整流部（120）から電源を供給され一つ以上のLEDモジュールを含んで構成されているLEDアレイ部（130）、LEDアレイ部（130）に接続されて電流を制御するための定電流制御部（140）、及び定電流制御部（140）の両端電圧によって駆動される電圧に応じた電流制御部（150）を含んでなる。
電源入力部（110）は、外部の交流電流を入力されるように構成されており、入力された交流電源を整流部（120）に伝達する。
整流部（120）は、電源入力部（110）から出力される交流電源を整流して脈流電源に変換するための構成であり、この段階で交流電源から引き込みすることができる過電圧は濾過されず、LEDアレイ部（130）に伝達される。
LEDアレイ部（130）は、一つ以上のLED素子が結合された一つ以上のLEDモジュールで構成されており、定電流制御部（140）は、定電流駆動回路であり、定格電流以下のみ流れるようにしてLEDアレイ部（130）を保護する回路で構成されている。
図5の（b）で定電流制御部（140）は、二つのFET（以下の文章でFETと明示されているのは、FET（Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ）あるいはBJT（Bipolar Junction Transistor、接合型トランジスタ）を意味する）と2つの抵抗からなる定電流回路の代表的な構成である。回路が駆動され、一定の電圧に達すると、負荷（LEDアレイ部（130））に電流が流れ、R1の抵抗のプルアップ抵抗によってQ1 FET ゲートに基準電圧が発生して、それによってドレインとソースとは通電される。このとき、R2の抵抗の両端に流れる電流に比例した電圧が発生して、R2の抵抗の両端の電圧が制御を設定した範囲の値に達すると、Q2 FET Gateに電圧が誘起されるので、Q2 FETへのドレインとソースとの間の抵抗値が下がる結果となる。これにより、Q2 FETのGateにR1の抵抗のプルアップにより印加された電位が低くなり、Q1のドレインとソースと間の抵抗が増加することになって目的とする電流を維持することができるようになる。 LEDアレイ部（130）に供給される電圧、すなわち、TP（Test Point）1とTP2との間の電圧を一定に維持する必要があるため、過電圧時にQ1 FETのドレインとソースと間でLEDアレイ部（130）が使用された電圧を除いた電圧がかかるようになる。
電圧に応じた電流制御部（150）は、定電流制御部（140）の両端電圧（TP2-TP3間の電圧）によって駆動され、電源入力部（110）から供給される過電圧の大きさに応じて電流値を連続的に下げてくれる。すなわち、完全に電流を遮断する保護回路の場合には、LEDモジュールがオフになることが(発生して制御によるフリッカ（flicker）現象が発生することがあるが、電圧に応じた電流制御部（150）を備えている場合には、流れる電流量を流動的に調節するので、過電圧保護回路によるか、または、過電圧に伴うフリッカ（flicker）現象を防止することができる。また、急激なスイッチングが原因で発生することがある高調波の問題も防止される。
図5の（b）に示すように、電圧に応じた電流制御部（150）は、Q3 FETを備えてドレインとソースをQ2 FETのドレインとソースにそれぞれ接続し、TP2とTP3、つまり、定電流制御部（140）の両端にR3の抵抗、R4の抵抗を接続して定電流制御部（140）の過電圧時に発生する電圧を監視する。このとき、R3の抵抗とR4の抵抗の値を適切に定義して過電圧に伴う制御が可能に設定して、Q3 FETのゲートに結線する。
したがって、図5の（b）に図示された回路を用いた電流の波形は、図6の（a）に示すように、所定の電流で駆動されるが、特定の電圧以上の場合(電流制限開始時点（A））には、入力電圧の大きさに比例（最大電流制限（B））して電流が少なくなる。このような場合、過電圧状態が長く持続されても過電圧時の電流が低くなるので、駆動部から発生する熱が減る。
また、図6の（b）は、過電圧による電流制限を限界に設定して（電流遮断（C））の交流波形の両方のピークをのみ電流が流れるように誘導した回路である。多数のステージを具備するLED駆動回路の設計時に応用して使用することができる。
図7は、本発明の第2の実施例によるLED駆動のための定電流回路であり、図8は、本発明の第2の実施例による定電流回路の波形図である。図7に示すように、第2の実施例によるLEDを駆動するための定電流回路は、第1実施例の定電流回路でLEDアレイ部（130）と電圧に応じた電流制御部（150）の間に具備され、LEDアレイ部（130）から流れる電流を電圧に応じた電流制御部（150）に備えられたR3の抵抗に接続されている基準電圧源部（160）を含んでなる。
基準電圧源部（160）は、LEDアレイ部（130）と電圧に応じた電流制御部（150）との間に直列に接続され、Q3 FETのゲートに接続されている過電圧による電圧に応じた電流制御部（150）の動作時期を遅延させる。これによる電流の波形は、図8に示すように、過電圧を保護するための電圧に応じた電流制御部（150）の動作時点である電流制限時点（A）を遅延させることで、より精密に調節することができる。また、基準電圧を読み取ることに応用することができる。
図9は、本発明の第3の実施例によるLED駆動用の定電流回路図である。図9の（a）に示すように、第1実施例の定電流回路をベースにした第3の実施例では、電圧に応じた電流制御部（150）の内部に基準電圧源部（160）を備え、図9（b）に示すように、基準電圧源部（160）は、電圧に応じた電流制御部（150）に備えられたR3の抵抗とR4の抵抗の間の電圧分配点でQ3 FETのゲート電極との間に直列に接続されている。
第3の実施例は、基準電圧源部（160）の他の応用法に関するものであり、構成の位置が第2の実施例とは異なるが、動作特性は第2の実施例と類似している。
図10は、本発明の第4の実施例によるLED駆動するための定電流回路図である。図10に示すように、第4の実施例によるLEDを駆動するための定電流回路は、第1実施例の定電流回路でLEDアレイ部（130）と電圧に応じた電流制御部（150）の間に具備され、LEDアレイ部（130）から流れる電流を電圧に応じた電流制御部（150）に備えられたR3の抵抗を経る基準電流源部（170）を含んでなる。
基準電流源部（170）は、基準電圧源部（160）を置換した構造であり、基準電流以上でなければ電流を送ることができるので、その両端に一定電圧以上が入力されるべきで、数μA度の電流を制御しなければならない特徴がある。したがって、基準電流源部（170）も基準電圧源部（160）のように電流制限時点を遅延させる特徴があり、基準電流の読み取りに応用することもできる。
図10の（b）に示すように、基準電流源部（170）は、一つのQ4 FETとQ4 FETのゲート電極前段に接続されて電流の量を決定するR5の抵抗とR6の抵抗を含んでなる。
図11は、本発明の第5の実施例によるLED駆動用の定電流回路図である。図11に示すように、第2の実施例の定電流回路をベースにした第5の実施例は、定電流制御部（140）の内部に最小電流保障部（180）を備える。最小電流保障部（180）は、LEDアレイ部（130）に接続されたR1の抵抗とQ2 FETのソース電極に接続されている。一方、最小電流保障部（180）は、図11の（b）に示すように、定電流制御部（140）のR1の抵抗に接続されたQ5 FETとQ5 FETのゲート電極に接続されたR7の抵抗を含んでなる。
最小電流保障部（180）は、LEDを駆動するための最小電流を保障する回路であり、第2の実施例での電圧に応じた電流制御部（150）と並行して使用する場合には、最小限の電流量を確保しながら定電流回路を構成することができますので、目標回路を簡単に誘導および設計することができる。これにより、電流を制御するに当たり、フリッカが発生するほどの電流が制限される場合が発生するが、最小電流保障部（180）を追加することにより、フリッカが発生していない最小電流に対する強制保障をして制御区間を誘導することができる特徴がある。
図12は、本発明の第6の実施例に係るLED駆動用の定電流回路図である。図12の（a）および（b）に示すように、第2の実施例の定電流回路をベースにした第6の実施例は、定電流制御部（140）内でR2の抵抗から電流が入力されて、Q2 FETのGate電極に接続された温度補償部（190）を含んでなる。
温度補償部（190）は、R2の抵抗と接続されたR8の抵抗とQ2 FETのゲート電極前段に接続されてR8の抵抗から並列に接続されているそれぞれのR9の抵抗とR10の抵抗で成り立ち、R10の抵抗の前段には、サーミスタ（thermistor）（195）が備えられている。
すなわち、定電流制御部（140）は、温度が高くなる場合、電力が低くなることを防止するために、サーミスタ（195）との組み合わせで、温度補償用の回路を構成することにより、温度変化に伴う電流変化を補正し、サーミスタ（195）と直列で接続された抵抗は備えなくても駆動できるが、光源が駆動されている環境が零下の場合、回路が駆動する時に急激な熱上昇で誤動作（過電流）する恐れがありますので、ダンパー（damper）の役割をするために備えられる。
図13は、本発明の第7の実施例によるLED駆動用の定電流回路図である。図13の（a）および（b）に示すように、第2の実施例の定電流回路をベースにした第6の実施例は、LEDアレイ部（130）と電圧に応じた電流制御部（150）のゲート電極に接続されており、基準電圧源部（160）と並列に接続されている過熱検出部（192）を含んでなる。
過熱検出部（192）は、定電流制御部（140）と接続されているR11の抵抗とR11の抵抗に接続されているQ6 FET、R11の抵抗からQ6 FETのソースに接続されているR12の抵抗とサーミスタ（195）に接続されているR13の抵抗に成り立ち、Q6 FETのゲート電極はサーミスタ（195）の後端とR13の抵抗の前端に接続されている。
過熱検出部（192）は、温度変化を監視し、温度による追加の電流制限を加えて過熱に起因する破損を防止するために備える。
図13の（b）で設定された過熱の状態に達するとサーミスタ（195）の抵抗値が低くなるにつれてR11+ R12+サーミスタの値も低くなるので、固定値を持つR13の抵抗との接続点（Q6 FETのゲート）に基準電圧が維持されるので、Q3 FETのドレイン及びソースの両端の抵抗値は低くなる結果となる。 Q1 FETのゲートに定電流を維持させるQ2 FETのドレインとソースとの間の抵抗にQ3 FETへのドレインとソースとの間の低くなった抵抗が並列に接続されるので、Q1 FETのは、通常の状態よりも低い基準電圧を持つようになってLEDアレイ部（130）に供給される電流は、既に設定した過熱と判断された温度に反比例して作用することになる。
図14は、本発明の第8の実施例によるLED駆動用の定電流回路図である。図14の（a）と（b）に示すように、第2の実施例の定電流回路をベースとする第8の実施例は、図11の第5の実施例では、定電流制御部（140）内に備えられ、最小電流保障部（180）、図12の第6の実施例では、定電流制御部（140）内に備えられ、温度補償部（190）と同じ温度補償部（191）と、図13の第7の実施例では基準電圧源部（160）と並列に接続されている過熱検出部（192）と同じ過熱検出部（192）の両方を含んでなる。
図15は、本発明の実施例を利用できる多段構造の定電流回路の例であり、図16は、本発明の第1の実施例を組み合わせた他の例の波形図である。図15に示すように、直列に接続されたLEDアレイ部を適切なステージ（131、132、133）に分けて、ステージごとに定電流回路の定電流量を異にして連続的に制御するようにした回路図を示している。
これらの回路のそれぞれの応用された波形を、図16に示すように表すが、（a）は、第1のステージ（131）と第2のステージ（132）を、図3の従来技術の定電流回路を使用して、第3のステージ（133）を図5に図示された本発明の第1の実施例による定電流回路で構成したものである。この時、通常の動作時には、正しい階段型波形の電流が流れることを示している。
（b）は、（a）の回路図（第1のステージ（131）と第2のステージ（132）は、図3の従来技術の定電流回路、第3のステージ（133）は、図5に示された本発明の第1実施例による定電流回路）において、過電圧が印加されたとき、最後のステージである第三のステージ（133）の保護回路が動作し、電圧に応じた電流制限をかけてくれることを示している。最も高い電圧がかかる頂点での電流の流れが最も小さい。
（c）は、第1ステージないし第3ステージ（131、132、133）を、図5に図示された本発明の第1の実施例による定電流回路で構成したものである。それぞれのステージが転換される部分を明確に切って構成した形で高効率を示している。
（d）は、（c）の回路図（第1ステージないし第3ステージ（131、132、133）を図5に図示された本発明の第1の実施例による定電流回路）において、過電圧が発生した場合に保護回路が動作している場合を示す波形である。
図17は、本発明の実施例を利用できる多段構造の定電流回路のもう一つの実施例である。図17に示すように、定電流回路1（210）と定電流回路2（220）は、従来の回路のような役割をし、定電流回路3（230）は、先に提示した実施例を適用して保護回路の役割をする構成である。
本発明は、以上で説明したように、好適な実施例として図示して説明したが、前記した実施例に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって様々な変更や修正が可能である。
100：LED電源装置
110：電源入力部
120：整流部
130：LEDアレイ部
140：定電流制御部
150：電圧に応じた電流制御部
160：基準電圧源部
170：基準電流源部
180：最小電流保障部
190：温度補償部
192：過熱検出部
110：電源入力部
120：整流部
130：LEDアレイ部
140：定電流制御部
150：電圧に応じた電流制御部
160：基準電圧源部
170：基準電流源部
180：最小電流保障部
190：温度補償部
192：過熱検出部
Claims (17)
- 過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置において、
交流電源を供給受ける電源入力部と、
前記電源入力部から出力される前記交流電源を整流して脈流電流を生成するための整流部と、
前記整流部から脈流電流を供給受けるように接続されており、一つ以上のLEDモジュールで構成されているLEDアレイ部と、
前記LEDアレイ部に接続されており、前記LEDアレイ部に印加される脈流電流の波形を変形させて所定の定格電流以下のみ流れるように制御するための定電流制御部と、
前記定電流制御部の両端の電圧によって駆動され、前記電源入力部から供給される過電圧の大きさによって電流値を連続的に下げるため電圧に応じた電流制御部と、
で構成されることを特徴とする過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。 - 前記定電流制御部は、接続された二つのQ1 FETとQ2 FETを備え、二つの前記Q1 FETとQ2 FETの動作によって前記定電流制御部に接続された前記LEDアレイ部内の電流の流れを制御することを特徴とする請求項１に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記電圧に応じた電流制御部は、一つのQ3 FETを備え、前記Q3 FETの動作によって前記定電流制御部の電圧を下げることを特徴とする請求項１に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記Q1 FETとQ2 FETはBJT（Bipolar Junction Transistor、接合型トランジスタ）またはFET（Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ）であることを特徴とする請求項２に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記Q3 FETは、BJTまたはFETであることを特徴とする請求項３に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記Q1 FETと前記Q2 FETのGate電極前端には、前記Q1 FETとQ2 FETの駆動のための基準電圧を生成するためのR1の抵抗と電流制限の量を調節するためのR2の抵抗がそれぞれ備えられることを特徴とする請求項２に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記Q3 FETのゲート電極前端に制御時点を決定することができるR3の抵抗とR4の抵抗が並列に備されることを特徴とする請求項３に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記LEDアレイ部と、前記電圧に応じた電流制御部の間に具備され、前記LEDアレイ部から流れる電流を前記電圧に応じた電流制御部に備えられたR3の抵抗に接続させるための基準電圧源部をさらに含み、前記基準電圧源部は電流制限時点を遅延させるか、基準電圧読み取るかのいずれかを実行することを特徴とする請求項１に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記LEDアレイ部と、前記電圧に応じた電流制御部の間に具備され、前記LEDアレイ部から流れる電流を前記電圧に応じた電流制御部に備えられたR3の抵抗に接続させるための基準電流源部をさらに含み、前記基準電流源部の電流制限時点を遅延させるか、基準電流読み取るかのいずれかを実行することを特徴とする請求項１に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記基準電流源部は一つのQ4 FETと、前記Q4 FETのゲート電極に接続されて電流の量を決定するR5の抵抗とR6の抵抗を含むことを特徴とする請求項９に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記電圧に応じた電流制御部は、前記電圧に応じた電流制御部に備えられたQ3 FETのゲート電極とR3の抵抗に接続された基準電圧源部を含むことを特徴とする請求項３に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記定電流制御部は、前記LEDアレイ部に接続されたR1の抵抗と前記Q2 FETのソース電極に接続された最小電流を保障部を含むことを特徴とする請求項８に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記最小電流を保障部は、前記R1の抵抗に接続されたQ5 FETと、前記Q5 FETのGate電極に接続されたR7の抵抗からなることを特徴とする請求項１２に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記定電流制御部は、R2の抵抗から電流が入力されて、前記Q2 FETのゲート電極に接続された温度補償部を含むことを特徴とする請求項８に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記温度補償部は、R2の抵抗と接続されたR8の抵抗と前記Q2 FETのゲート電極に直列に接続され、前記R8の抵抗からそれぞれ並列に接続されているR9の抵抗とR10の抵抗で成り立ち、前記R10の抵抗の前段には、サーミスタ（thermistor）が備えられることを特徴とする請求項１４に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記LEDアレイ部と、前記電圧に応じた電流制御部のゲート電極に接続され、前記基準電圧源部と並列に接続されている過熱検出部を含むことを特徴とする請求項８に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
- 前記過熱検出部は、前記LEDアレイ部と接続されているR11の抵抗、前記R11の抵抗に接続されているQ6 FET、前記R11の抵抗から前記Q6 FETと並列に接続されており、後段にサーミスタ（thermistor）が接続されているR12の抵抗と、前記サーミスタ（thermistor）に接続されているR13の抵抗で成り立ち、前記Q6 FETのゲート電極は、前記サーミスタ（thermistor）の後端と前記R13の抵抗の前端に接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の過電圧に対応可能な交流直接駆動型LED電源装置。
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