KR101069550B1 - 발광다이오드 모듈의 점등회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열소자(트랜스포머, 전해 컨덴서)를 사용하지 않고 집적화(IC)가 가능하며, 입력전원의 전압 및 주파수의 변동에도 항시 일정한 밝기가 유지되며, 돌입전류와 노이즈가 발생하지 않아 발광다이오드의 안정된 점등이 유지될 뿐만 아니라, 일정한 수명을 갖는 전해 컨덴서의 제거로 인한 자체 전력소비의 최소화는 물론, 수명을 반영구적으로 유지하는 발광다이오드 모듈의 점등회로에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 입력전압이 순간 이상 전압이 공급되더라도 발광다이오드 모듈에 안정적인 전압을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 입력전압이 지속적으로 240V 이상이 공급되어도 펄스 폭 변조방식을 이용한 정전압회로를 통하여 안정적인 전압을 공급할 수 있도록 하는 발광다이오드 모듈의 점등회로에 관한 것이다.
본 발명은 교류 AC 220V 상용전원을 직류로 변환하여 출력하는 정류회로의 일측단에 정전류회로를 통해 LED 모듈이 연결된 발광다이오드 모듈의 점등회로에 있어서, 전원공급 시 일정한 주기의 톱니파를 출력하는 톱니파발생회로와, 상기 정류회로의 출력전원을 저항으로 분압하여 비교전압을 출력하는 비교전압발생부와, 상기 정류회로의 출력전원으로 기준전압을 발생하며 제1정전류회로 및 제너다이오드가 직렬 접속되어 이루어진 기준전압발생부가 각각 구비되고, 상기 비교전압발생부의 출력단은 제1비교기 및 변조기의 일측단에 연결되어 비교전압을 인가하고, 상기 기준전압발생부의 출력단은 제1비교기의 타측단에 접속되어 기준전압을 인가하고, 상기 톱니파발생회로의 출력단은 변조기의 타측단에 연결되어 톱니파의 기준전압을 인가하고, 상기 제1비교기 및 변조기의 각 출력단 신호를 수신하는 낸드회로에 접속되고, 상기 낸드회로의 출력단에는 정전류회로가 접속되고, 상기 정류회로와 정전류회로 사이에는 일정한 전류를 공급하는 정전류다이오드가 접속된 것에 특징이 있다.

Description

발광다이오드 모듈의 점등회로{The lighting circuit of module LED}

본 발명은 발열소자(트랜스포머, 전해 컨덴서)를 사용하지 않고 집적화(IC)가 가능하고, 입력전원의 전압 및 주파수의 변동에도 항시 일정한 밝기가 유지되며, 돌입전류와 노이즈가 발생하지 않아 발광다이오드의 안정된 점등이 유지될 뿐만 아니라, 일정한 수명을 갖는 전해 컨덴서의 제거로 인한 자체 전력소비의 최소화는 물론, 수명을 반영구적으로 유지하는 발광다이오드 모듈의 점등회로에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 입력전압이 순간 이상 전압이 공급되더라도 발광다이오드 모듈에 안정적인 전압을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 입력전압이 지속적으로 240V 이상이 공급되어도 펄스 폭 변조방식을 이용한 정전압회로를 통하여 안정적인 전압을 공급할 수 있도록 하는 발광다이오드 모듈의 점등회로에 관한 것이다.

일반적으로 발광다이오드 모듈의 점등회로는 스위칭 전원으로 정류회로로 직류로 교환한 후, 다시 정전류회로를 통해 발광다이오드를 점등하는 방식을 사용하고 있으나, 이러한 방식은 스위칭 전원의 손실과 정전류 회로에서의 손실로 인하여 실제 일반 형광등 보다 높지 않으며, 스위칭 전원부에 포함되는 전해 전해 컨덴서의 지속적인 충방전에 따른 전해액이 건조로 실제 전해 컨덴서의 수명이 발광다이오드 보다 짧게 되어 스위칭 전원부의 수명 단축이 곧 발광다이오드 모듈의 수명 단축으로 이어지는 문제점 있으며, 또한 스위칭 전원부에 포함되는 평활용 전해 컨덴서로 인해 돌입전류가 발생되어 시스템 전체의 수명이 현저히 단축됨으로서 돌입전류의 대책이 필요하게 되는 등 많은 문제점을 안고 있는 것이다

상기의 문제점을 해소하기 위해 본 출원인은 도 1에 도시된 대한민국 등록특허 제949392호(등록일자:2010년03월17일)에서와 같이 발열소자(트랜스포머, 전해 컨덴서)를 사용하지 않고 집적화(IC)가 가능하며, 입력전원의 전압 및 주파수의 변동에도 항시 일정한 밝기가 유지되며, 돌입전류와 노이즈가 발생하지 않아 발광다이오드의 안정된 점등이 유지될 뿐만 아니라, 일정한 수명을 갖는 전해 컨덴서의 제거로 인한 자체 전력소비의 최소화는 물론, 수명을 반영구적으로 유지하는 LED 모듈의 점등회로를 제안하였다.

상기와 같이 본 출원인이 제안한 종래 기술은 입력전압이 상승하게 되면 발광다이오드에 흐르는 전류가 증가하게 되는데 LED 모듈(200)에 직렬로 저항(70)을 연결하여 일정 이상의 전류가 흐르게 되면 정전류회로(30)에 의해 전압이 차단되도록 하는 방법으로 정전류를 발광다이오드에 제공하여 높은 입력전압이 인가될 경우 내부 저항(70)의 열화는 도 2a에 도시된 바와 같이 온도가 상승하는데 정전류회로(30)가 차단되어 저항(70)의 열화가 식기 전에 도 2b에 도시된 바와 같이 다시 턴 온(turn on)을 하게 되므로 저항(70)의 열화는 계속 상승할 수밖에 없게 되므로 저항(70)의 열화로 인한 소손이 발생할 수 있는 문제점이 있으며, 이러한 저항(70)의 열화로 인한 소손은 발광다이오드 모듈의 수명을 저하시키는 요인이 되는 것이다.

또한, 상기의 종래 기술은 정전류방식의 회로를 구현하기 위해 기준전압발생부(60)의 전압과 전류를 전압의 형태로 변환하기 위해 저항(70)을 연결하였고, 이 저항(70)을 통해 흐르는 전류는 전압 값으로 변환되어 이 전압이 기준전압발생부(60)의 전압보다 높게 되면 비교기(20)가 동작하여 정전류공급부(30)를 차단하게 되는데 입력전압이 높아지게 되면 그 입력전압을 조절할 수 있는 방법이 없어 저항(70)의 열화는 피할 수 없게 되며, 특히 출력 쪽에 단락이 생길 경우 도 2b에 도시된 바와 같이 급속한 소손이 발생하게 된다.

또한, 상기의 종래 기술에 있어 도 2c의 (가)는 과전류가 입력되지 않거나 부하에 문제가 없을 경우에 나타나는 파형이고, 도 2c의 (나)는 순간 이상 전압이 인가될 경우에 나타나는 파형이며, 도 2c의 (다)는 240V 이상의 전압이 계속 인가될 경우에 발생하는 파형이나, 도면상으로는 3회 정도만 스위칭되는 것처럼 보이지만 실제는 수십 회 이상 반복되며, 이는 발열의 요인이 되어 수명 저하와 소비전력 상승의 요인이 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 본 출원인이 선 등록한 선행기술의 문제점을 해소하기 위해 입력전압이 순간 이상 전압이 공급되더라도 발광다이오드 모듈에 안정적인 전압을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 입력전압이 지속적으로 240V 이상이 공급되어도 펄스 폭 변조방식을 이용한 정전압회로를 통하여 안정적인 전압을 공급할 수 있게 함과 동시에 정전류의 효과를 얻기 위해 정전류다이오드(CRD)를 추가하여 발열소자(트랜스포머, 전해 컨덴서)를 사용하지 않아 집적화(IC)가 가능하며, 입력전원의 전압 및 주파수의 변동에도 항시 일정한 밝기가 유지되며, 돌입전류와 노이즈가 발생하지 않아 발광다이오드의 안정된 점등이 유지될 뿐만 아니라, 일정한 수명을 갖는 전해 컨덴서의 제거로 인한 자체 전력소비의 최소화는 물론, 수명을 반영구적으로 유지할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 교류 AC 220V 상용전원을 직류로 변환하여 출력하는 정류회로의 일측단에 정전류회로를 통해 LED 모듈이 연결된 발광다이오드 모듈의 점등회로에 있어서, 전원공급 시 일정한 주기의 톱니파를 출력하는 톱니파발생회로와, 상기 정류회로의 출력전원을 저항으로 분압하여 비교전압을 출력하는 비교전압발생부와, 상기 정류회로의 출력전원으로 기준전압을 발생하며 제1정전류회로 및 제너다이오드가 직렬 접속되어 이루어진 기준전압발생부가 각각 구비되고, 상기 비교전압발생부의 출력단은 제1비교기 및 변조기의 일측단에 연결되어 비교전압을 인가하고, 상기 기준전압발생부의 출력단은 제1비교기의 타측단에 접속되어 기준전압을 인가하고, 상기 톱니파발생회로의 출력단은 변조기의 타측단에 연결되어 톱니파의 기준전압을 인가하고, 상기 제1비교기 및 변조기의 각 출력단 신호를 수신하는 낸드회로에 접속되고, 상기 낸드회로의 출력단에는 정전류회로가 접속되고, 상기 정류회로와 정전류회로 사이에는 일정한 전류를 공급하는 정전류다이오드가 접속된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 정전류회로의 일측에 일정한 전류를 공급하는 정전류다이오드를 2~3개 병렬 접속한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 발광다이오드 모듈의 점등회로를 집적화하여 원 칩(One Chip)화 한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 발열소자(트랜스포머, 전해 컨덴서)를 사용하지 않고 집적화(IC)가 가능하며, 입력전원의 전압 및 주파수의 변동에도 항시 일정한 밝기가 유지되며, 돌입전류와 노이즈가 발생하지 않아 발광다이오드의 안정된 점등이 유지될 뿐만 아니라, 일정한 수명을 갖는 전해 컨덴서의 제거로 인한 자체 전력소비의 최소화는 물론, 수명을 반영구적으로 유지하는 발광다이오드 모듈의 점등회로에 있어서, 입력전압이 순간 이상 전압이 공급되더라도 발광다이오드 모듈에 안정적인 전압을 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 입력전압이 지속적으로 240V 이상이 공급되어도 펄스 폭 변조방식을 이용한 정전압회로를 통하여 안정적인 전압을 공급할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래 발광다이오드 모듈의 점등회로도.
도 2a 및 도 2b는 종래 발광다이오드 모듈의 점등회로에 있어 저항의 열화상태를 나타낸 그래프.
도 2c는 종래 발광다이오드 모듈의 점등회로에 있어 각단의 출력파형도.
도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드 모듈의 점등회로도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 발광다이오드 모듈의 점등회로에 있어 각단의 출력파형도.

이하 본 발명에 따른 발광다이오드 모듈의 점등회로를 첨부된 도 3 내지 도 4b에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 발광다이오드 모듈 점등회로도로서, AC 220V 상용전원단에는 교류(AC) 전원을 직류(DC)로 변환하여 출력하는 정류회로(10)가 연결되고, 이 정류회로(10)의 일측단에는 일정한 레벨의 전류만을 공급하는 정전류다이오드(63)와 두개의 트랜지스터(Q1)(Q2)가 직렬 연결되어 이루어진 정전류공급부(30)를 통해 LED 모듈(200)에 연결되고, 상기 LED 모듈(200)은 다수의 발광다이오드(LED)가 하나의 패케이지 안에 직렬 연결되어 있다.

또한, 전원공급 시 일정한 주기의 톱니파를 출력하는 톱니파발생회로(80)가 구비되고, 상기 정류회로(10)의 양단에는 두개의 저항(41)(42)이 직렬 접속되어 분압에 의해 비교전압(com)을 출력하는 비교전압발생부(61)와, 제1정전류회로(31) 및 제너다이오드(51)가 직렬 접속되어 기준전압(ref1)을 출력하는 기준전압발생부(62)가 각각 병렬 접속되어 있다.

상기 비교전압발생부(61)로부터 출력되는 비교전압(com)은 제1비교기(21) 및 변조기(22)의 일측단에 인가되고, 상기 기준전압발생부(62)로부터 출력되는 기준전압(ref1)은 제1비교기(21)의 타측단에 인가되며, 상기 톱니파발생회로(80)의 출력단은 변조기(22)의 타측단에 인가된다.

상기 제1비교기(21) 및 변조기(22)의 각 출력단에는 낸드회로(23)에 연결되어 조합되고, 이 낸드회로(23)의 출력단에는 정전류회로(30)를 통해 LED 모듈(200)에 연결되는 구성을 이루고 있다.

본 발명의 다른 실시예로서 상기 정류회로(10)와 정전류회로(30) 사이에 연결되어 일정한 전류를 공급하는 정전류다이오드(63)를 2~3개 병렬 접속하여 하나의 정전류다이오드(63) 파손될 경우 병렬 접속된 다른 정전류다이오드가 대체 작동하여 LED 모듈(200)에 보다 안정적인 정전류를 공급하도록 한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 발광다이오드 모듈의 점등회로에 있어 각단의 출력파형도이다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 발광다이오드 모듈 점등회로의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 발광다이오드 모듈의 점등회로(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 AC 220V 상용전원이 정류회로(10)를 경유함에 따라 DC 전원으로 변환 출력되며, 이 변환된 DC 전원은 정전류다이오드(63)에 의해 도 4b의 (사)에서와 같이 "m"부분의 파형을 갖는 일정한 전류만을 출력하여 정전류회로(30)에 공급된다.

상기 정류회로(10)를 경유한 DC전원은 비교전압발생부(61)의 저항(41)(42)에 의해 분압되어 설정된 "c"부분의 비교전압(com) 파형(도 4a의 (나))은 제1비교기(21)와 변조기(22)의 비반전단자(+)에 비교전압(com)으로 각각 인가 된다.

이와 동시에 상기 정류회로(10)를 경유한 DC전원은 기준전압발생부(62)의 제1정전류회로(31)와 제너다이오드(51)에 의해 설정된 일정한 레벨의 "e"부분 전압파형(도 4a의 (라))은 제1비교기(21)의 반전단자(-)에 기준전압(ref1)으로 각각 인가되며, 또한 톱니파발생회로(80)로부터 출력되는 "b"부분의 톱니파 파형(도 4a의 (가))은 변조기(22)의 반전단자(-)에 기준전압(ref2)으로 각각 인가된다.

이때, 상기 제1비교기(21)는 비교전압발생부(61)의 저항(41)(42)에 의해 분압되어 설정된 비교전압(com)인 "c"부분의 전압파형(도 4a의 (나))과 기준전압발생부(62)의 제1정전류회로(31)와 제너다이오드(51)에 의해 설정된 일정한 레벨의 "e"부분의 기준전압(ref1) 파형(도 4a의 (라))과 비교하여 기준전압발생부(62)의 기준전압(ref1) 보다 낮은 부분을 커팅하여 "f"부분의 파형(도 4a의 (라))을 출력하게 된다.

이와 동시에 상기 변조기(22)는 비교전압발생부(61)의 저항(41)(42)에 의해 분압되어 설정된 "c"부분의 비교전압(com) 파형(도 4a의 (나))과 톱니파발생회로(80)로부터 출력되는 기준전압(ref2) 즉, "b"부분의 톱니파 파형(도 4a의 (가))을 비교하여 "d"부분 파형(도 4a의 (다))과 같은 펄스를 출력하게 된다.

상기 제1비교기(21)로부터 출력되는 "f"부분의 파형(도 4a의 (라))과, 변조기(22)로부터 출력되는 "d"부분 파형(도 4a의 (다))은 낸드회로(23)에 인가되어 조합됨으로써 도 4b의 (마)에서와 같이 f"부분의 파형(도 4a의 (라))과 "d"부분 파형(도 4a의 (다))이 겹치는 부분에서 위상이 반전된 파형, 즉 "g"부분의 펄스(도 4b의 (마))가 출력된다.

이때, 상기 낸드회로(23)로부터 출력되는 도 4b의 (마)와 같은 "g"부분의 펄스에 의해 정전류회로(30)가 구동하여 LED 모듈(200)에 점등전원을 공급하게 되나, 도 4b의 (바)에서와 같이 정전류다이오드(63)를 경유한 "m"부분의 전류파형과 도 4b의 (마)와 같은 "g"부분의 펄스에 의해 도 4b의 (사)에서와 같이 "g"부분의 펄스 보다 높은 "m"부분의 전류파형에서는 LED 모듈(200)에 공급되는 전원이 차단되는 "k"부분의 파형(도 4b의 (사))이 출력된다.

즉, 도 4b의 (사)에 도시된 정전류회로(30)로부터 출력되는 "k"부분 파형의 의미는 LED 모듈(200)에 과도한 전압이 공급될 경우 매우 순간적으로 전원을 차단하는 것이며, 이는 결국 전압을 낮추는 효과를 가지게 됨으로써 입력전압이 지속적으로 240V 이상이 공급되어도 펄스 폭 변조방식에 의한 정전압회로를 통하여 LED 모듈(200)에 안정적인 전압을 공급할 수 있는 것이다.

특히, 본 발명에서는 발열소자(트랜스포머, 전해 컨덴서)를 사용하지 않아 집적화(IC)가 가능하고, 입력전원의 전압 및 주파수의 변동에도 항시 일정한 밝기가 유지되며, 돌입전류와 노이즈가 발생하지 않아 LED 모듈의 안정된 점등이 유지될 뿐만 아니라, 일정한 수명을 갖는 전해 컨덴서의 제거로 인한 자체 전력소비의 최소화는 물론, 수명을 반영구적으로 유지할 수 있는 것이다.

10 : 정류회로 21 : 제1비교기
22 : 변조기 23 : 낸드회로
30 : 정전류회로 31 : 제1정전류회로
41, 42 : 저항 51 : 제너다이오드
61 : 비교전압발생부
62 : 기준전압발생부
63 : 정전류다이오드
80 : 톱니파발생회로 200 : LED 모듈

Claims (3)

1. 교류 AC 220V 상용전원을 직류로 변환하여 출력하는 정류회로(10)의 일측단에 정전류회로(30)를 통해 LED 모듈(200)이 연결된 발광다이오드 모듈의 점등회로에 있어서,
   전원공급 시 일정한 주기의 톱니파를 출력하는 톱니파발생회로(80)와,
   상기 정류회로(10)의 출력전원을 저항(41)(42)으로 분압하여 비교전압(com)을 출력하는 비교전압발생부(61)와,
   상기 정류회로(10)의 출력전원으로 기준전압(ref1)을 발생하며 제1정전류회로(31) 및 제너다이오드(51)가 직렬 접속되어 이루어진 기준전압발생부(62)가 각각 구비되고,
   상기 비교전압발생부(61)의 출력단은 제1비교기(21) 및 변조기(22)의 일측단에 연결되어 비교전압(com)을 인가하고,
   상기 기준전압발생부(62)의 출력단은 제1비교기(21)의 타측단에 접속되어 기준전압(ref1)을 인가하고,
   상기 톱니파발생회로(80)의 출력단은 변조기(22)의 타측단에 연결되어 톱니파의 기준전압(ref2)을 인가하고,
   상기 제1비교기(21) 및 변조기(22)의 각 출력단 신호를 수신하는 낸드회로(23)에 접속되고,
   상기 낸드회로(23)의 출력단에는 정전류회로(30)가 접속되고,
   상기 정류회로(10)와 정전류회로(30) 사이에는 일정한 전류를 공급하는 정전류다이오드(63)가 접속된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈의 점등회로.
2. 제1항에 있어서 상기 정전류다이오드(63)는 2~3개 병렬 접속한 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈의 점등회로.
3. 제1항에 있어서 상기 발광다이오드 모듈의 점등회로를 집적화하여 원 칩(One Chip)화 한 것을 특징으로 하는 발광다이오드 모듈의 점등회로.

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