KR100912133B1

KR100912133B1 - 디밍제어가능 ｌｅｄ 조명장치

Info

Publication number: KR100912133B1
Application number: KR1020090045520A
Authority: KR
Inventors: 강은식; 우임제; 이현효; 김민수; 심향욱
Original assignee: (주) 일성엘이디; 특수임무수행자회 주식회사
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2009-08-13

Abstract

본 발명은 기존의 AC 디밍회로를 사용하면서도 직류 전원으로 구동되는 LED 조명을 디밍제어할 수 있도록 하는 LED 조명장치에 관한 것으로, AC 디밍회로에 직접 연결하여 구동되는 LED 조명장치에 있어서, 상기 AC 디밍회로의 출력 전원을 소정의 직류 전원으로 변환하는 정전원 공급장치; 상기 정전원 공급장치의 출력 전원으로 구동되는 LED 모듈; 상기 정전원 공급장치의 전단에 위치하고, 상기 AC 디밍회로의 출력 전원을 감지하는 디밍제어부; 및 상기 디밍제어부로부터 감지신호를 입력받고, 이 감지신호에 의거하여 상기 정전원 공급장치의 출력 전원의 전류량을 제어하는 2차측 제어부를 포함하는 LED 조명장치를 특징으로 한다.

조광기, 디밍회로, SMPS, 정전원 공급장치, LED, PWM, 조명등, 디밍제어.

Description

디밍제어가능 ＬＥＤ 조명장치{Dimming-Controllable LED lamp}

본 발명은 조명장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AC 상용전원에 연결하여 사용할 수 있는 디밍제어가능 LED 조명장치에 관한 것이다.

최근 주택이나 빌딩의 실내 조명으로서 기존의 백열등이나 형광등 외에 조명용 LED 모듈이 사용되는 경우가 많은데, 기존의 백열등이나 형광등과 비교하여 LED는 고휘도, 저전력소비, 소형, 경량, 및 장수명 등의 장점을 가지고 있기 때문에 최근 LED를 조명장치로 이용하려는 노력과 개발이 많아지고 있고 이에 대한 수요도 증가하고 있다. 또한 백열등이나 형광등에 대한 경우와 마찬가지로, LED 조명을 단순히 온/오프하는 것 뿐만 아니라 디밍(dimming) 조절을 할 수 있는 LED 조명장치도 널리 사용되고 있다.

그런데 이러한 디밍제어가능 LED 조명장치를 기존의 AC 상용전원, 즉 220V 교류전원에 바로 연결하여 사용할 수 없다는 문제가 있었다. 이와 관련하여 도1a 및 도1b는 종래의 일반적인 디밍제어가능 조명장치의 구성을 개략적으로 나타내고 있는데, 도1a는 백열등, 할로겐등, 형광등과 같은 통상의 조명을 사용할 경우를 도시한 것으로, 220V의 상용전원(1)과 조명등(3) 사이에 조광기, 즉 AC 디밍회로(2) 를 설치함으로써 조명등(3)의 디밍제어를 하고 있다.

도1b는 LED 조명을 사용할 경우를 나타낸 것으로, LED 조명(6)은 직류전원으로 동작하기 때문에 상용전원(4)이나 AC 디밍회로(2)에 바로 연결하여 사용할 수 없고 LED 전용의 디밍회로(5)를 설치하여 여기에 LED 조명(6)을 연결하여 사용하여 왔다. LED 디밍회로(5)는, AC 전원을 DC로 변환시키는 정전압 공급장치 (예컨대, SMPS 회로) 및 이 변환된 DC 전원을 디밍제어하여 LED 조명(6)에 공급하는 디밍제어회로 등으로 구성되어 있다.

그런데 도1a 및 도1b를 비교해 보면 알 수 있듯이, LED 조명은 상용전원을 받아 직류전원으로 변경하여 사용하기 때문에 기존 AC 전용에 사용되는 조광기(즉 AC 디밍회로(2))에는 바로 적용하는 것이 불가능하였고, 따라서 기존 주택이나 빌딩에 이미 AC 디밍회로가 설치되어 있는 도1a와 같은 상황에서 조명만을 기존의 백열등이나 형광등에서 디밍제어 가능한 LED 조명으로 변경하고자 할 경우, 이미 설치된 AC 디밍회로(2)도 모두 제거하고 도1b에 도시된 것처럼 LED 전용의 디밍회로(5)를 새로 설치하고 거기에 LED 조명(6)을 연결해야 했으므로, 결과적으로 AC 상용전원 및 AC 디밍회로가 설치된 기존 주택설비 하에서 조명등을 디밍제어 가능한 LED 조명으로 교체하고자 하는 경우 이에 대한 교환 및 설치비용이 증가하고 교체의 번거로움이 있다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 조광기, 즉 AC 디밍회로를 사용하면서도 직류 전원으로 구동되는 LED 조명을 디밍제어할 수 있도록 하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, AC 디밍회로에 직접 연결하여 구동되는 LED 조명장치에 있어서, 상기 AC 디밍회로의 출력 전원을 소정의 직류 전원으로 변환하는 정전원 공급장치; 상기 정전원 공급장치의 출력 전원으로 구동되는 LED 모듈; 상기 정전원 공급장치의 전단에 위치하고, 상기 AC 디밍회로의 출력 전원을 감지하는 디밍제어부; 및 상기 디밍제어부로부터 감지신호를 입력받고, 이 감지신호에 의거하여 상기 정전원 공급장치의 출력 전원의 전류량을 제어하는 2차측 제어부를 포함하는 LED 조명장치를 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 LED 조명장치를 사용함으로써, 기존 AC 조광기를 그대로 사용하여 LED 조명의 디밍제어를 할 수 있고, 따라서 AC전원으로 구동되는 기존 조명을 LED 조명으로 교체하는 데 대한 설치비를 줄이고 교체작업도 간단해지는 장점이 있다. 또한 LED 조명의 디밍제어가 필요없는 경우에는 본 발명의 LED 조명장치의 마이컴 보드 부분만을 제거한 채로 조명장치를 설치하면 되므로, LED 조명의 디밍제어 여부에 관계없이 본 발명의 LED 조명장치를 사용할 수 있고 마이컴 보 드에 들어가는 비용도 절약할 수 있는 이점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예를 설명한다.

도2는 본 발명의 LED 조명장치의 개념을 나타내는 개략적인 블록도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 디밍가능 LED 조명장치(30)는 AC 상용전원(10)에 연결된 기존의 AC 디밍회로(20)에 바로 연결되어 사용가능하게 설계된다. 따라서 도1a 및 도1b의 블록도와 비교에서 알 수 있듯이 기존 AC 디밍회로(2)의 제거 및 별도의 LED 전용 디밍회로(5)의 설치가 필요없고 조명등(3)만을 본 발명에 따른 디밍가능 LED 조명장치(30)로 교체하는 것으로 작업이 끝나므로 설치비가 저렴하고 그리고 교체작업이 용이하게 된다.

도3은 본 발명의 LED 조명장치(30)의 일 실시예의 회로구성을 개략적인 블록으로 나타낸 블록도이다. LED 조명장치(30)는 크게 회로부(31)와 LED 조명부(43)로 구성된다. 회로부(31)는 AC 디밍회로(20)로부터 AC전류를 입력받아 디밍제어된 DC 전류로 변환시켜 LED 조명부(43)로 공급하는 역할을 한다.

AC 디밍회로(20)에서의 디밍제어는 특정 방법에 제한되지 않으며 백열등, 형광등과 같은 AC 전원구동 조명에 대한 공지된 모든 형태의 디밍제어가 AC 디밍회로(20)에 적용될 수 있다. 예컨대 일 실시예로서 AC 디밍회로(20)가 정류부, 펄스 발생부, 트라이액(triac) 등으로 구성될 수 있고, 이 경우 AC 상용전원(도2의 10)으로부터 입력된 교류전원 중 일부가 AC 디밍회로(20) 내의 정류부에서 직류 전원으로 변환되어 AC 디밍회로(20)의 IC 구동전원 및 디밍 제어를 위한 펄스 생성에 사용되고, 이 생성된 펄스를 트라이액 소자의 제어신호로 사용함으로써 디밍 제어된 교류전원을 출력하게 된다. 이와 관련하여 도4a는 AC 디밍회로(20)에서 출력되는 디밍제어된 AC 전원의 파형을 예시적으로 나타내고 있다. 도4a의 제일 왼쪽은 트라이액 조광기, 즉 AC 디밍회로(20)에서 디밍의 정도를 0%로 설정했을 때의 출력파형이고, 도면의 중간 및 오른쪽 파형은 디밍의 정도를 점차 증가시켰을 때의 출력파형을 각각 나타낸다. 일 실시예에서 디밍 정도는 최대로 100%, 즉 출력전원이 없어 조명이 완전히 어두워지는 정도까지 제어할 수 있다.

다시 도3을 참조하여, 도시된 일 실시예에서 회로부(31)는 입력된 AC 전류의 노이즈를 제거하고 역률을 보상하기 위해 EMI 회로(32) 및 역률 보상회로(33)를 포함할 수 있다. 역률 보상회로(33)의 후단부는 AC 전원을 DC로 변환하여 공급하기 위한 통상의 정전류 정전압 공급장치가 배치된다. 도시된 바람직한 일 실시예에서 스위칭모드 파워서플라이(SMPS)가 사용될 수 있고, 이러한 통상의 SMPS는 도3에 도시한 것처럼 정류부(35), 스위칭부(37), 1차/2차 트랜스부(39), 및 2차 평활부(41)로 구성된다.

정류부(35)는 예컨대 브릿지 다이오드로 구성되고, 입력된 교류전원을 직류전원으로 정류시키는 역할을 한다. 정류부(35)에 의해 정류된 직류전원은 1차/2차 트랜스(39)에 의해 소정 크기의 전압으로 변압되고, 트랜스(39)의 2차측 권선의 출력은 2차 평활부(41)에서 다시 정류 및 평활된다. 이 때, 2차측 권선의 전류가 귀환부(도시 생략)에 의해 감지되고 이에 따라 트랜스(39)의 1차측 권선을 스위칭하는 제어신호가 스위칭부(37)에 입력되어 1차측 권선을 일정 주기로 단속함으로써 부하에 공급되는 평균전류를 조정한다. 본 발명은 이와 같은 통상의 SMPS 회로를 포함함으로써 AC 디밍회로(20)로부터의 교류전원을 LED 조명부(43)에 적합한 직류전원으로 변환시켜 공급하는 구성소자를 포함하나, 도3을 참조하여 상기 설명한 구성은 일 실시예에 불과하므로 여기에 한정되지 않고, 본 발명은 이와 같이 교류를 적절한 직류전원으로 변환하여 공급하는 역할을 갖는 어떠한 회로구성도 본 발명에 적용될 수 있음은 물론이다.

한편 본 발명의 회로부(31)는 디밍제어부(51) 및 2차측 제어부(53)를 더 포함한다. 디밍제어부(51)는 회로부(31)의 전단에 위치하며, 도시되 실시예에서 역률 보상회로(33)와 정류부(35) 사이에 위치한다. 디밍제어부(51)는 AC 디밍회로(20)에서 출력되는 디밍제어된 AC 파형(즉 도4a의 출력파형)을 감지하여 2차측 제어부(53)로 보내는 역할을 한다. 2차측 제어부(53)는 디밍제어부(51)로 수신받은 감지신호로부터 AC 디밍회로(20)의 출력파형이 어떠한지를 판단한다. 즉 도4a의 0% 내지 100%의 디밍제어된 출력파형 중에서 현재 감지한 출력이 어느 정도로 디밍제어 되었는지를 판단하고 이에 기초하여 회로부(31)의 출력전압을 디밍제어하는 역할을 한다. 일 실시예에서 본 발명의 2차측 제어부(53)는 2차 평활부(41)에서 나오는 출력전압을 PWM 방식으로 제어함으로써 LED 조명부(43)로 공급되는 공급전류의 전류폭을 제한하는데, 도3에서 B로 표시한 지점의 공급전류의 파형을 도4b에서 예시하고 있다. 즉 2차측 제어부(53)가 디밍제어부(51)에서 감지한 AC 디밍제어의 정도에 따라 이에 대응하는 DC 디밍제어를 행하여 LED 조명부(43)에 공급하게 됨으로써, 결과적으로, AC 디밍회로(20)가 설치된 종래 주택이나 빌딩에 본 발명의 LED 조명장치(30)를 설치하게 되면, 사용자가 예전처럼 AC 디밍회로(20)만 사용하여 디밍제어를 하더라도 이에 상응하는 LED 조명부(43)의 DC 디밍제어가 가능하게 되는 것이다. 그러므로 상기 설명한 본 발명의 구성에 의해, 기존 AC 조광기(디밍회로)를 사용하여 LED 조명의 디밍제어가 가능하게 되어 기존에 설비된 통신방식으로도 LED 조명을 제어할 수 있게 되어 AC전원으로 구동되는 조명을 LED 조명으로 교체하는 데 대한 설치비가 적게 들고 설치작업도 용이하게 되는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서 디밍제어부(51) 및 2차측 제어부(53)는 다른 회로 구성요소와 별도로 소형의 탈부착가능 카드에 구현될 수 있다. 본 명세서에서는 이 소형의 탈부착 카드를 '마이컴 보드'(50)라 부르기로 하며, 마이컴 보드(50)는 예컨대 기존의 SD 카드 또는 MMC 카드와 같은 얇은 직사각형의 형상을 가진다. 바람직한 일 실시예에서 마이컴 보드(50)는 일측면의 단부에 하나 이상의 도전성 단자가 노출되어 있고 LED 조명장치(30)에는 마이컴 보드(50)를 수용할 수 있는 슬롯이 형성되고 이 수용부 내부에 마이컴 보드(50)의 상기 단자와 전기적으로 접속할 수 있는 단자가 형성되어 있다.

따라서 마이컴 보드(50)를 LED 조명장치(30)의 슬롯에 장착하면 도3에서와 같이 회로부(31)의 나머지 구성소자들과 전기적으로 연결됨으로써 위에서 설명한 것과 같이 LED 조명의 디밍제어를 위해 동작하게 되며, 마이컴 보드(50)를 슬롯에서 제거한 채로 LED 조명장치(30)를 설치한 경우에는 도3에서 알 수 있듯이 AC 상용전원은 EMI 회로(32), 역률 보상회로(33), 정류부(35), 스위칭부(37), 1차/2차 트랜스(39), 및 2차 평활부(41)를 거쳐 DC 전원으로 변환되어 LED 조명부(43)로 바 로 공급되므로, LED 디밍제어가 없는 상태로 LED 조명부(43)로 공급된다.

그러므로 일반 AC 조광기가 없고 AC 상용전원으로부터 바로 LED 조명을 연결하는 경우, 즉 도2에서 AC 디밍회로(20)가 설치되지 않은 경우라면 마이컴 보드(50)를 제거한 채 본 발명의 LED 조명장치(30)를 설치하면 되고, 이에 따라, LED 조명의 디밍제어가 필요없는 경우에도 마이컴 보드(50)가 없는 본 발명의 LED 조명장치(30)를 그대로 사용할 수 있으므로, 본 발명의 LED 조명장치(30)를 LED 조명의 디밍제어 여부에 관계없이 설치할 수 있고 마이컴 보드(50)에 들어가는 비용도 절약할 수 있는 이점이 있다.

도5는 본 발명의 탈부착가능 마이컴 보드(50)의 일 실시예를 블록도로서 보다 구체적으로 도시한 도면이다.

마이컴 보드(50)는 AC 디밍회로(20)의 출력전류를 감지하고 이로부터 LED 조명의 디밍제어를 위한 제어신호를 생성하기 위한 IC칩(55)을 포함하고, 센싱부 전원(56), 센싱부(57), 및 PWM 제어부(58)를 포함한다. 센싱부 전원(56)은 센싱부(57)에 공급하는 전원을 생성하는 곳으로, 일 실시예에서 교류 상용전원으로부터 전원을 공급받아 정류하는 다이오드 브릿지회로, 평활화하는 여파기 등으로 구성되어 결과적으로 0 내지 5V의 직류전원을 생성하여 센싱부(57)로 공급한다. 센싱부(57)는 AC 디밍회로(20)의 출력전류를 감지하는 역할을 하며 도3에서의 디밍제어부(51)에 대응된다고 볼 수 있다. 센싱부(57)는 감지한 AC 전류에 대응하는 신호를 IC칩(55)으로 전송하고, IC칩(55)은 이 감지신호로부터 AC 디밍제어의 정도를 판단하고 이에 대응하는 LED 디밍제어를 위한 제어신호를 생성한다.

감지된 AC 디밍제어의 정도로부터 LED 디밍제어의 정도를 대응시키고 이에 따른 제어신호를 생성하는 것은 특정한 방법에 제한되지 않는다. 예컨대 일 실시예에서 상기 대응에 대한 룩업테이블을 메모리에 미리 저장해 놓고, 수신된 감지신호에 따라 룩업테이블을 참조하여 제어신호를 출력할 수도 있다. 이렇게 하여 IC칩(55)에서 생성된 제어신호는 PWM 제어부(58)로 출력된다. PWM 제어부(58)의 구성은 특정 회로구성에 한정되지 않으며, 예를 들어 광커플러 및 트랜지스터로 구성될 수 있다. 이 경우, IC칩(55)으로부터의 제어신호가 광커플러를 거쳐서 트랜지스터의 베이스단에 입력되도록 하고, 2차 평활부(41)의 출력단 및 LED 조명부(43)의 입력단을 이 트랜지스터의 이미터단자 및 컬렉터 단자에 연결함으로써, 제어신호에 의해 LED 조명부(43)로 공급되는 직류전압의 전류폭을 조절함으로써 디밍제어가 가능하게 된다. 한편 본 발명에서는 바람직한 실시예로서 PWM 제어를 사용하고 있으나 이 역시 특정 제어방식에 제한되지 않음은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명의 LED 조명장치를 사용함으로써, 기존 AC 조광기를 그대로 사용하여 LED 조명의 디밍제어를 할 수 있게 되어, 기존설비의 통신방식으로도 LED 조명이 제어가능하게 되고 AC전원으로 구동되는 기존 조명을 LED 조명으로 교체하는 데 대한 설치비가 적게 들고 작업량도 간단해지는 장점이 있다. 또한 LED 조명의 디밍제어가 필요없는 경우에는 마이컴 보드(50)를 제거한 채로 본 발명의 LED 조명장치(30)를 설치하면 되므로, LED 조명의 디밍제어 여부에 관계없이 본 발명의 LED 조명장치(30)를 설치할 수 있고 마이컴 보드(50)에 들어가는 비용도 절약할 수 있는 이점이 있다.

이상과 같은 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며 그와 같은 변형은 하기에 기재된 특허청구범위 내에 있게 된다.

도1a 및 도1b는 종래의 일반적인 조명장치의 구성도.

도2는 본 발명의 LED 조명장치의 구성도.

도3은 본 발명의 LED 조명장치의 일 실시예를 개략적인 블록으로 나타낸 블록도.

도4a는 도3의 A 지점의 전원 파형, 도4b는 도3의 B 지점의 전원 파형을 각각 나타내는 파형도.

도5는 도3의 마이컴 보드부의 구체적인 일 실시예의 블록도.

Claims

AC 디밍회로에 직접 연결하여 구동되는 LED 조명장치에 있어서,

상기 AC 디밍회로의 출력 전원을 소정의 직류 전원으로 변환하는 정전원 공급장치;

상기 정전원 공급장치의 출력 전원으로 구동되는 LED 모듈(43);

상기 정전원 공급장치의 전단에 위치하고, 상기 AC 디밍회로의 출력 전원을 감지하는 디밍제어부(51); 및

상기 디밍제어부로부터 감지신호를 입력받고, 이 감지신호에 의거하여 상기 정전원 공급장치의 출력 전원의 전류량을 제어하는 2차측 제어부(53)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
제 1 항에 있어서, 상기 정전원 공급장치의 전단부에, 상기 AC 디밍회로의 출력 전원의 노이즈를 제거하고 역률을 보상하기 위한 EMI 회로(32) 및 역률 보상회로(33)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 디밍 제어부(51) 및 2차측 제어부(53)가 탈부착가능 카드(50)에 구성되고, 상기 LED 조명장치는 상기 탈부착가능 카드를 수용하기 위한 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
제 3 항에 있어서, 상기 탈부착가능 카드(50)는,

상기 AC 디밍회로의 출력 전원을 감지하는 센싱부(57);

상기 센싱부로부터 감지신호를 수신받고 상기 LED 모듈의 디밍제어를 위한 제어신호를 생성하는 IC칩(55); 및

상기 IC칩으로부터 제어신호를 수신받아 상기 정전원 공급장치의 출력 전원의 전류폭을 PWM 제어하는 제어부(58)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
AC 디밍회로에 연결된 LED 조명장치에서 LED 조명의 디밍제어를 위한 제어회로에 있어서,

상기 AC 디밍회로의 출력 전원을 감지하는 센싱부(57);

상기 센싱부로부터 감지신호를 수신받고 상기 LED 조명의 디밍제어를 위한 제어신호를 생성하는 IC칩(55); 및

상기 IC칩으로부터 제어신호를 수신받아 상기 LED 조명에 공급되는 직류 전원의 전류폭을 PWM 제어하는 제어부(58)를 포함하고,

상기 제어회로는 상기 LED 조명장치에 탈부착 가능한 카드에 구성되는 것을 특징으로 하는 제어회로.