KR101202304B1 - 교류전원 구동용 ｌｅｄ 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 교류전원 구동용 LED 조명장치는, 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 교류 전원과 연결되는 전원 입력 단자부; 상기 전원 입력 단자부를 통해 제공된 교류 전원에 의해 구동되며, 서로 직렬 연결된 다수 개의 LED 소자들로 이루어지는 LED 어레이; 상기 LED 어레이의 입력 단자와 출력 단자에 연결되며, 상기 LED 어레이로 인가된 교류 전원의 파형을 변형시켜, LED 소자들의 플리커 주파수(flicker frequency)를 AC 전원 주파수의 4배 이상으로 증대시키는 플리커 주파수 체배 회로부;를 구비한다. 상기 플리커 주파수 체배 회로부는, 상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 제1 FET; 제1 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제1 FET의 게이트로 제공하는 제1 바이어스부; 게이트가 상기 제1 FET의 드레인과 전기적으로 접속되고, 드레인은 LED 어레이의 출력단자에 연결되는 제2 FET; 상기 제1 FET의 드레인 전류를 제공함과 동시에, 제2 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제2 FET의 게이트로 제공하는 제2 바이어스부;를 구비한다. 본 발명에 따른 LED 조명 장치는 AC 전원으로 구동되어 에너지 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 깜박거림으로 인한 눈의 피로감도 최소화시키고 온도의 변화 및 전원 전압의 변동에 대해서도 안정적으로 구동될 수 있다.

Description

교류전원 구동용 ＬＥＤ 조명장치{LED Apparatus for AC Power Supply}
본 발명은 교류전원 구동용 LED 조명 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 교류 전원으로 인하여 발생하는 플리커(Flicker) 주파수를 증대시켜 사용자가 장시간 사용시 LED 조명 장치의 깜박거림으로 인한 눈의 피로감을 감소시킬 수 있는 교류전원 구동용 LED 조명 장치에 관한 것이다.
최근 LED를 이용한 조명 장치들이 널리 개발되어 사용되고 있다. 이러한 LED 조명 장치들은 주로 SMPS(Switching Mode Power Supply) 또는 정류 회로 등을 사용하여 상용 전원인 AC 전원을 DC로 변환시켜 구동하게 된다. 전술한 SMPS를 이용하는 경우 SMPS 내부에 대용량의 콘덴서 및 트랜스포머가 사용되므로 전력변환에 따른 손실이 많이 발생한다. 또한, SMPS를 구비하는 LED 조명 장치는 대용량의 콘덴서 및 트랜스포머 등으로 인하여 소형화 및 IC 집적화가 용이하지 않을 뿐만 아니라 제조단가도 높아지게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, AC 전원인 상용 전원을 그대로 사용하는 LED 조명장치들이 제안되고 있다. 하지만, LED 조명장치를 구동시키기 위하여 AC 전원인 상용 전원을 사용하는 경우, LED 조명장치는 전원 주파수의 2배, 예컨대 60Hz인 경우 120번/초에 해당하는 깜박거림(Flicker)이 발생하게 되며, 이로 인해 장시간 사용시 눈의 피로감이 가중되는 문제점이 발생한다. 또한, LED 의 자체 발열로 인하여 온도가 증가하게 되고 그 결과 화재위험이 증가하고 효율이 감소하게 된다. 또한, 전원의 전압이 불안정하게 변동됨에 따라 LED 조명장치의 조도가 불안정하게 되는 문제점이 있다. 또한, 과전압이 인가되는 경우 LED 조명장치의 수명이 저하되는 문제점이 있다.
전술한 교류 전원에서 구동되는 LED 조명장치들의 문제점을 해결하기 위한 다양한 방안들이 제시되고 있다. 한국등록특허 제 10-660800호의 "복수개의 발광셀 어레이들을 구비하는 교류용 발광 소자"는 명멸 현상을 완화할 수 있으며, 교류 전압의 위상변화에 대응하여 광을 방출하는 시간이 긴 교류용 발광 소자를 개시하고 있다. 또한, 한국등록특허 제 10-0942234호의 "발광다이오드 조명 장치"는 넓은 입력전압범위에서 고효율 및 저고조파 특성을 갖는 발광 다이오드 조명장치를 개시하고 있다. 또한, 한국등록특허 제 10-0943656호의 "발광다이오드 구동회로"는 발광다이오드에 인가되는 교류전압의 크기에 따라 흐르는 전류값을 조정하여 입력전압의 변화에도 안정적인 출력 전력을 갖는 구동회로를 개시하고 있다.
이와 같이, 다양한 기술들이 개시되고 있기는 하나, 교류 전원인 상용 전원을 이용하는 경우 전원 주파수에 따른 플리커 현상으로 인한 눈의 피로감을 감소시키는 방안은 아직 제안되고 있지 않은 실정이다. 따라서, 본 발명자는 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안을 제안하고자 한다.
(1) 한국등록특허 제 10-0942234호 (2) 한국등록특허 제 10-660800호 (3) 한국등록특허 제 10-0943656호
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 AC 전원으로 구동되어 에너지효율을 향상시킬 뿐만 아니라 AC 전원에 의한 깜박거림으로 인한 눈의 피로감을 최소화시킬 수 있는 교류전원 구동용 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 AC 전원으로 구동되어 에너지 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 깜박거림으로 인한 눈의 피로감도 최소화시키고 온도에 대해서도 안정적으로 구동되는 교류전원 구동용 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상용 전원을 사용하더라도 전원 변동에 대하여 조도를 안정화시킬 수 있으며 과전압이 인가되더라도 회로를 보호할 수 있는 교류전원 구동용 LED 조명장치를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 교류전원 구동용 LED 조명장치는, 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 교류 전원과 연결되는 전원 입력 단자부; 상기 전원 입력 단자부를 통해 제공된 교류 전원에 의해 구동되며, 서로 직렬 연결된 다수 개의 LED 소자들로 이루어지는 LED 어레이; 상기 LED 어레이의 입력 단자와 출력 단자에 연결되며, 상기 LED 어레이로 인가된 교류 전원의 파형을 변형시켜, LED 소자들의 플리커 주파수(flicker frequency)를 AC 전원 주파수의 배수로 증대시키는 플리커 주파수 체배 회로부;를 구비한다.
전술한 제1 특징에 따른 교류전원 구동용 LED 조명장치에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는, 상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 제1 FET(Field Effect Transistor); 제1 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제1 FET의 게이트로 제공하는 제1 바이어스부; 게이트가 상기 제1 FET의 드레인과 전기적으로 접속되고, 드레인은 LED 어레이의 출력단자에 연결되는 제2 FET; 상기 제1 FET의 드레인 전류를 제공함과 동시에, 제2 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제2 FET의 게이트로 제공하는 제2 바이어스부; 를 구비하거나,
상기 플리커 주파수 체배 회로부는, 상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 제1 FET; 게이트가 상기 제1 FET의 드레인 단자와 전기적으로 접속되고, 드레인은 LED 어레이의 출력단자에 연결되는 제2 FET; 베이스가 상기 제1 FET의 소스 및 드레인 중 어느 하나에 전기적으로 접속되는 BJT; 제1 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제1 FET의 게이트로 제공하는 제1 바이어스부; 상기 제1 FET의 드레인 전류 및 상기 BJT의 콜렉터 전류를 제공함과 동시에, 제2 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제2 FET의 게이트로 제공하는 제2 바이어스부; 을 구비하여, 전원 전압이나 온도가 증가하더라도 전류를 일정하게 안정화시킬 수 있도록 하거나,
상기 플리커 주파수 체배 회로부는, 상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 BJT; 게이트가 상기 BJT의 에미터 및 콜렉터 중 어느 하나에 전기적으로 접속된 제1 FET; 게이트가 상기 제1 FET의 드레인에 접속되고, 드레인이 LED 어레이의 출력단자에 접속되는 제2 FET; 상기 BJT를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 BJT의 베이스로 제공하는 제1 바이어스부; 상기 제1 FET의 드레인 전류 및 상기 BJT의 콜렉터 전류를 제공함과 동시에, 제2 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제2 FET의 게이트로 제공하는 제2 바이어스부; 을 구비하여, 전원 전압이나 온도가 증가하더라도 전류를 일정하게 안정화시킬 수 있도록 하거나,
상기 플리커 주파수 체배 회로부는, 상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 제1 FET; 상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 BJT; 게이트가 상기 제1 FET의 드레인 및 상기 BJT의 콜렉터에 접속되고, 드레인은 LED 어레이의 출력단자에 연결되는 제2 FET; 상기 BJT를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 BJT의 베이스로 제공하는 제1 바이어스부; 상기 제1 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제1 FET의 게이트로 제공하는 제2 바이어스부; 상기 제1 FET의 드레인 전류 및 상기 BJT의 콜렉터 전류를 제공함과 동시에, 제2 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제2 FET의 게이트로 제공하는 제3 바이어스부; 을 구비하여, 전원 전압이나 온도가 증가하더라도 전류를 일정하게 안정화시킬 수 있도록 하거나,
상기 플리커 주파수 체배 회로부는, 상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 제1 FET; 게이트가 상기 제1 FET의 드레인과 전기적으로 접속되고, 드레인은 LED 어레이의 출력단자에 연결되는 제2 FET; 제1 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제1 FET의 게이트로 제공하는 제1 바이어스부; 상기 제1 FET의 드레인 전류를 제공하는 제2 바이어스부; 상기 제2 FET의 드레인과 게이트의 사이에 배치되어 상기 제2 FET의 드레인 전류를 상기 제2 FET의 게이트로 피드백시키는 피드백 임피던스부;를 구비하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 교류전원 구동용 LED 조명 장치에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는, 제2 FET의 드레인과 게이트의 사이에 배치되어, 상기 제2 FET의 드레인 전류를 상기 제2 FET의 게이트로 피드백시키는 피드백 임피던스부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 교류전원 구동용 LED 조명 장치에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는 제2 FET의 게이트와 접지 단자의 사이에 과전압 보호 회로부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 교류전원 구동용 LED 조명 장치에 있어서, 상기 LED 조명 장치는 상기 전원 입력 단자부에 브릿지 다이오드 회로를 더 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 특징에 따른 교류전원 구동용 LED 조명장치는, 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 교류 전원과 연결되는 전원 입력 단자부; 상기 전원 입력 단자부를 통해 제공된 교류 전원에 의해 구동되며, 서로 직렬 연결된 다수 개의 제1 LED 소자들로 이루어진 제1 LED 어레이; 상기 전원 입력 단자부를 통해 제공된 교류 전원에 의해 구동되며, 서로 직렬 연결된 다수 개의 제2 LED 소자들로 이루어진 제2 LED 어레이; 상기 제1 LED 어레이의 입력 단자와 출력 단자에 연결되며, 상기 제1 LED 어레이로 인가된 교류 전원의 파형을 변형시켜, 제1 LED 소자들의 플리커 주파수(flicker frequency)를 AC 전원 주파수의 배수로 증대시키는 제1 플리커 주파수 체배 회로부; 상기 제2 LED 어레이의 입력 단자와 출력 단자에 연결되며, 상기 제2 LED 어레이로 인가된 교류 전원의 파형을 변형시켜, 제2 LED 소자들의 플리커 주파수(flicker frequency)를 AC 전원 주파수의 배수로 증대시키는 제2 플리커 주파수 체배 회로부;를 구비하며, 상기 제1 LED 어레이 및 제1 플리커 주파수 체배 회로부와 상기 제2 LED 어레이 및 제2 플리커 주파수 체배 회로부는 각각 교류 전원과 접지 단자 사이에 서로 반대 극성으로 병렬 연결된다.
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본 발명에 따른 LED 조명장치는 FET들을 이용함으로써, AC 전원인 상용전원을 그대로 사용하여 에너지 효율을 최대로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 플리커 주파수를 전원주파수의 4배로 증가시켜 깜박거림으로 인한 눈의 피로감을 최소화시킬 수 있다. 본 발명에 따른 LED 조명 장치는 구동 주파수의 파형을 변형하여 사람의 눈이 인식할 수 있는 플리커 주파수(Flicker frequency) 이상으로 플리커링시킴으로써 LED 조명장치의 깜박거림을 사람이 인식할 수 없도록 한다. 그 결과, 장시간 사용하더라도 눈의 누적 피로감을 없앨 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 LED 조명 장치는 플리커 주파수 체배 회로부를 사용함으로써, 온도가 증가하더라도 LED 구동전류의 안정화를 도모할 수 있게 된다. 특히, 본 발명에 따른 LED 조명장치의 플리커 주파수 체배 회로부는 온도에 대한 특성이 서로 상반된 FET와 BJT를 연결한 달링톤 회로를 사용함으로써, 온도가 증가하더라도 LED 구동전류가 더욱 안정되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 LED 조명장치의 플리커 주파수 체배 회로부는 AC 전압이 일정 범위를 벗어나면 오프(OFF)되도록 함으로써, 과전압이 인가되거나 전압변동이 발생하더라도 안정적으로 동작할 수 있으며 회로에 과전압이 인가되는 것을 방지하여 회로도 보호할 수 있게 된다.
도 1(a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 1(b)는 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 1(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 2(a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 2(b)는 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 2(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 3(a)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 3(b)는 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 3(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 4(a)는 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 4(b)는 제4 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 4(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 5(a)는 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 5(b)는 제5 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 5(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 6(a)는 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 6(b)는 제6 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 6(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 7(a)는 본 발명의 제7 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 7(b)는 제7 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 7(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 8은 반대 극성으로 추가의 LED 조명장치를 연결하여 교류 전원의 정현파의 전파를 사용하는 LED 조명장치를 예시적으로 도시한 회로도이다.
도 9는 추가의 LED 조명장치를 LED 소자가 역방향이 되도록 연결함으로써 교류 전원의 정현파의 전파를 사용하는 LED 조명장치를 예시적으로 도시한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 LED 조명 장치들의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.
제1 실시예
본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 1(a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 1(b)는 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 1(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치는 전력 변환 효율이 우수한 AC 전원으로 직접 구동되는 LED 조명장치에 관한 것으로서, FET들을 이용하여 AC 전원의 반파장 구간중 일부 구간 동안 LED 소자로 공급되는 전원을 차단시킴으로써, LED 소자들이 초당 플리커(Flicker) 회수를 AC 전원 주파수의 4 배 이상이 되도록 한 것을 특징으로 한다. 따라서, AC 전원 주파수가 60Hz인 경우 플리커 회수는 초당 240회 이상이 되도록 한다. 이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치는 전력 변환 효율이 우수한 AC 전원으로 직접 구동하되 인체가 빛의 깜박거림을 감지하지 못하는 플리커 주파수 이상으로 LED 소자들이 구동되도록 LED 구동 전류를 조절함으로써, 눈의 피로누적을 줄임과 동시에 전원 전압의 변동과 온도에 대한 안정된 LED 구동회로를 제공하게 된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치(1)는 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 외부의 교류 전원(100)에 연결되어 구동되는 것으로서, 전원 입력 단자부(110), LED 어레이(120), 플리커 주파수 체배 회로부(130)를 구비한다.
상기 전원 입력 단자부(110)는 외부의 교류 전원(100)에 접속되어 교류 전원으로부터 LED 어레이로 AC 전압을 제공하게 된다.
상기 LED 어레이(120)는 서로 직렬 연결된 다수 개의 LED 소자들로 이루어지며, 상기 LED 어레이(120)의 입력 단자는 상기 전원 입력 단자부와 연결되어 있으며, 전원 입력 단자부를 통해 연결된 교류 전원에 의해 구동된다. 상기 LED 어레이(120)의 출력 단자는 플리커 주파수 체배 회로부(130)의 제2 FET의 드레인에 접속되며, 플리커 주파수 체배 회로부의 제2 FET의 턴온 및 턴오프에 따라 LED 어레이에 인가되는 구동 전류도 함께 온(ON) 및 오프(OFF)된다.
상기 플리커 주파수 체배 회로부(130)는 상기 LED 어레이의 입력 단자와 출력 단자에 접속되며, 상기 LED 어레이로 인가되는 교류 전압이 사전 설정된 진폭 범위를 벗어나는 구간동안 오프되도록 하여 교류 전원의 파형을 변형시킴으로써, LED 소자들의 플리커 주파수를 AC 전원 주파수의 4배 이상으로 증대시키게 된다.
상기 플리커 주파수 체배 회로부(130)는 제1 FET(M1), 제2 FET(M2), 제1 바이어스부(132) 및 제2 바이어스부(134)를 구비한다.
제1 바이어스부(132)는 전원 입력단자부를 통해 교류 전원과 연결되어, 사전에 설정된 동작점에서 제1 FET를 구동시키기 위한 바이어스 전압을 상기 제1 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor; 이하 ‘FET’이라 한다)의 게이트로 제공한다. 상기 제1 바이어스부(132)는 다수 개의 저항들로 구성되는 전압 분배 회로로 구성되거나, 다이오드, 트랜지스터, OP-AMP, 써미스트 등의 소자들로 구성될 수 있다. 아울러, 본 실시예에서는 제1 바이어스부를 제1 게이트 저항(R1)과 제2 게이트 저항(R4)로 구성하여 상기 교류 전원(100)의 전압을 분배하여 제1 FET의 게이트로 제공하는 것을 예시적으로 설명하고 있으나, 본 발명의 권리범위를 이것에 한정하는 것은 아니다. 따라서, 제1 FET(M1)의 게이트에 사전에 설정된 전압이 인가되면, 상기 제1 바이어스부는 제1 FET(M1)이 온(on)되도록 한다.
제2 바이어스부(134)는 전원 입력단자부를 통해 교류 전원과 연결되어, 제1 FET의 드레인 전류를 제1 FET의 드레인으로 제공하고, 사전에 설정된 동작점에서 제2 FET를 구동시키기 위한 바이어스 전압을 제2 FET의 게이트로 제공한다. 상기 제2 바이어스부(134)는 전술한 제1 바이어스부(132)와 마찬가지로 다수 개의 저항들로 구성되는 전압 분배 회로로 구성되거나, 다이오드, 트랜지스터, OP-AMP, 써미스트 등의 소자들로 구성될 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 제1 바이어스부(132)는 제1 게이트 저항과 제2 게이트 저항으로 구성되고, 제2 바이어스부(134)는 드레인 저항(R2)으로 구성된 경우를 예시적으로 설명하나, 전술한 바와 같이 제1 및 제2 바이어스부는 다른 회로로도 구성될 수 있음은 당연하다.
상기 제1 FET(M1)에 있어서, 게이트는 제1게이트 저항(R1)을 개재하여 LED 어레이의 입력 단자에 접속되고 제2 게이트 저항(R4)를 개재하여 접지 단자에 접속되며, 드레인은 드레인 저항(R2)을 개재하여 LED 어레이의 입력 단자에 접속되고, 소스는 소스 저항(R3)을 개재하여 접지 단자에 접속된다. 상기 제2 FET(M2)에 있어서, 게이트는 제1 FET의 드레인에 접속되며, 드레인은 LED 어레이의 출력 단자에 접속되며, 소스는 접지 단자에 접속된다.
도 1(b) 및 1(c)를 참조하여, 전술한 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치의 동작을 설명한다. LED 조명장치에 교류 전압이 인가되는 경우, 교류 전원의 반파장 구간 동안 LED 소자들에 흐르는 전류의 파형을 살펴본다.
먼저, A 구간은 교류 전원이 저전압 구간으로서, ① 제1 FET의 게이트 전압이 낮아 제1 FET 턴오프되고 --> ② 그 결과 제1 FET의 드레인 저항(R2) 전류가 흐르지 않고 드레인 저항에서의 전압 강하 없다. --> ③ 다음, 제2 FET의 게이트 전압이 증가하게 되면 --> ④ 제2 FET가 턴온되고 --> ⑤ LED 소자의 구동 전류가 제2 FET의 드레인과 소스를 통해 흐르게 된다.
B 구간은 교류 전원이 고전압 구간으로서, ① 제1 FET의 게이트 전압이 충분히 높아 제1 FET 턴온되고 --> ② 그 결과 제1 FET의 드레인 저항(R2)으로 드레인 전류가 흐르고 드레인 저항에서의 전압 강하가 생기게 된다. --> ③ 드레인 저항에서의 전압 강하로 인하여 제2 FET의 게이트 전압이 감소하게 되고 --> ④ 제2 FET 턴오프되어 --> ⑤ 제2 FET로 전류가 흐르지 못하게 되어 LED 소자의 구동 전류가 차단된다.
C 구간은 교류 전압이 다시 저전압 구간으로 변환됨에 따라, ① 제1 FET의 게이트 전압이 다시 낮아져 제1 FET 턴오프되고 --> ② 그 결과 제1 FET의 드레인 저항(R2)으로 전류가 흐르지 않고 드레인 저항에서의 전압 강하가 없다. --> ③ 드레인 저항에서의 전압 강하가 없기 때문에 제2 FET의 게이트 전압이 증가하게 되고 --> ④ 제2 FET 턴온되어 --> ⑤ LED 소자의 구동 전류가 제2 FET의 드레인과 소스를 통해 흐르게 된다.
전술한 동작을 하는 LED 조명장치는 교류 전원으로부터 인가되는 교류 전압의 반파장 구간 중 전압이 일정값 이상이 되는 구간(도 1(b)의 B 구간) 동안 제2 FET가 오프됨과 동시에 LED 소자들도 오프된다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명장치는 교류 전원의 반파장 구간 동안 LED 소자들이 한번 더 오프됨에 따라 LED 조명장치의 플리커 주파수는 AC 전원 주파수의 4배가 된다.
한편, 도 1(b)와 도 1(c)를 참조하면, 파형의 반파장 동안 인가된 LED 소자들의 총 구동전류는 파형의 총 면적으로 나타낼 수 있는데, 도 1(b)는 T=20℃에서의 LED 구동 전류이며, 도 1(c)는 T=80℃에서의 LED 구동 전류를 나타낸다. 도 1(b) 및 1(c)의 파형의 총 면적을 비교하면 온도가 증가함에 따라 총 전류가 일정함을 알 수 있다. 이를 통해, 본 실시예에 따른 LED 조명 장치는 온도가 증가하더라도 온도 보상이 되었음을 알 수 있다.
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2(a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 2(b)는 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 2(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치는 제1 실시예에 따른 LED 조명장치의 플리커 주파수 체배 회로부에 FET와 바이폴라 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor; 이하 ‘BJT’라 한다)의 달링톤 회로를 추가함으로써, 온도가 변화되더라도 반파장 동안의 LED 구동 전류에 대한 총 전류값을 일정하게 유지할 수 있도록 한 온도 안정화를 도모한 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치(2)는 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 외부의 교류 전원(200)에 연결되어 구동되는 것으로서, 전원 입력 단자부(210), LED 어레이(220), 플리커 주파수 체배 회로부(230)를 구비한다. 제2 실시예의 상기 플리커 주파수 체배 회로부(230)만이 제1 실시예의 그것과 상이하므로, 플리커 주파수 체배 회로부만을 설명하기로 하며, 전원 입력 단자부(210), LED 어레이(220)에 대한 설명은 제1 실시예의 그것들과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
상기 플리커 주파수 체배 회로부(230)는 상기 LED 어레이의 입력 단자와 출력 단자에 접속되며, 상기 LED 어레이로 인가되는 교류 전원이 사전 설정된 진폭 범위를 벗어나는 구간동안 제2 FET들이 오프되도록 하여 교류 전원의 파형을 변형시킴으로써, LED 소자들의 플리커 주파수를 AC 전원 주파수의 4배 이상으로 증대시키게 된다.
상기 플리커 주파수 체배 회로부(230)는 제1 FET(M1), 제2 FET(M2), BJT(B1), 제1 바이어스부(232) 및 제2 바이어스부(234)를 구비한다.
제1 바이어스부(232)는 상기 교류 전원과 연결되어 제1 FET의 게이트로 바이어스 전압을 제공하며, 제2 바이어스부(234)는 상기 교류 전원과 연결되어 제1 FET의 드레인 전류를 제공하고 상기 제2 FET의 게이트로 바이어스 전압을 제공한다.
상기 제1 FET(M1)에 있어서, 게이트는 제1 바이어스부를 통해 교류 전원으로부터 바이어스 전압이 인가되고, 드레인은 제2 바이어스부와 연결되어 교류 전원으로부터 드레인 전류를 제공받는다. 상기 제2 FET(M2)에 있어서, 게이트는 제1 FET의 드레인에 접속되고 제2 바이어스부를 통해 교류 전원으로부터 바이어스 전압이 인가되며, 드레인은 LED 어레이의 출력 단자에 접속되며, 소스는 소스 저항(R6)를 개재하여 접지 단자에 접속된다. 상기 BJT(B1)는, 베이스는 제1 FET의 소스에 접속되고, 콜렉터는 제2 FET의 게이트와 제1 FET의 드레인이 접속된 접점에 연결되어 제2 바이어스부를 통해 교류 전원으로부터 콜렉터 전류가 제공되며, 에미터는 제5 바이어스부(R5)를 개재하여 접지 단자에 접속된다.
상기 제5 바이어스부는 저항 등과 같은 소자로 구성될 수 있으며, 상기 제5 바이어스부(R5)를 조절함으로써 BJT에 전류가 많이 흐르게 되면 BJT의 에미터 전류(IE)가 증가하게 되고, 그 결과 제2 바이어스부에 흐르는 전류를 증가시켜 제2 바이어스부에서의 전압 강하가 늘어나 되고, 이로 인해 제1 FET의 드레인 전류(ID)가 감소된다.
FET는 온도가 증가함에 따라 드레인 전류가 감소하는 특성을 가진 반면에, BJT는 온도가 증가함에 따라 콜렉터 전류가 증가하는 특성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예는 FET와 BJT의 전술한 온도 특성을 이용함으로써, LED 조명장치가 온도가 올라가더라도 총 전류는 일정하게 유지되도록 한다.
도 2(b) 및 2(c)를 참조하여, 전술한 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치의 동작을 설명한다. LED 조명장치에 교류 전원이 인가되는 경우, 교류 전원의 반파장 구간 동안 LED 소자들에 흐르는 전류의 파형을 살펴본다.
제2 실시예에 따른 LED 조명장치의 구동 전류에 대한 파형은 제1 실시예의 그것들과 유사하므로, 중복되는 설명은 생략한다. 다만, 제2 실시예에 따른 LED 조명장치는, T=80℃인 경우는 T=20℃일 때보다 최고 전류값은 약간 증가했으나, OFF 되는 구간이 증가됨에 따라 전체적으로 온도가 증가하더라도 총전류는 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 제2 실시예에 있어서, BJT의 에미터에 연결되는 제5 바이어스부(R5)의 크기를 조절함에 따라 오프(OFF)되는 구간의 폭(도 2(c)의 'd')을 조절할 수 있게 된다.
전술한 동작을 하는 LED 조명장치는 교류 전원의 반파장 구간 동안 전압이 일정값 이상이 되는 구간은 오프되며, 교류 전원이 오프되는 동안 LED 소자들이 오프된다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명장치는 교류 전원의 반파장 구간 동안 한번 더 오프됨에 따라 LED 조명장치의 플리커 주파수는 AC 전원 주파수의 4배가 된다. 또한, 본 실시예에 따른 LED 조명장치는 서로 다른 온도 특성을 갖는 FET와 BJT를 연결한 달링톤 회로를 추가함으로써, 온도가 증가하더라도 총전류를 일정하게 유지할 수 있도록 한 온도 보상 특성을 원하는 형태로 조절할 수 있게 된다.
제3 실시예
본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 3(a)는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 3(b)는 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 3(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치는 제2 실시예에 따른 LED 조명장치와 마찬가지로, 플리커 주파수 체배 회로부에 FET와 BJT의 달링톤 회로를 추가함으로써, 온도가 변화되더라도 반파장 동안의 LED 구동 전류에 대한 총 전류값을 일정하게 유지할 수 있도록 한 온도 보상 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 다만, 제1 및 제2 실시예에 따른 LED 조명 장치는, FET와 BJT의 배치 형태가 서로 반대인 점에서 차이가 있다. 이하, 제2 실시예에 따른 LED 조명장치와의 차이점에 대하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치(3)는 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 외부의 교류 전원(300)에 연결되어 구동되는 것으로서, 전원 입력 단자부(310), LED 어레이(320), 플리커 주파수 체배 회로부(330)를 구비한다.
상기 플리커 주파수 체배 회로부(330)는 제1 FET(M1), 제2 FET(M2), BJT(B1), 제1 바이어스부(332) 및 제2 바이어스부(334)를 구비한다. 상기 BJT(B1)에 있어서, 베이스는 제1 바이어스부와 연결되어 제1 바이어스부를 통해 교류 전원으로부터 바이어스 전압이 인가되고, 콜렉터는 제2 FET의 게이트와 제1 FET의 드레인이 접속된 접점에 연결되고 제2 바이어스부(334)와 연결되어 제2 바이어스부로부터 콜렉터 전류가 제공되며, 에미터는 에미터 저항(R9)를 개재하여 접지 단자에 접속된다.
상기 제1 FET(M1)에 있어서, 게이트는 BJT의 에미터에 접속되고, 드레인은 BJT의 콜렉터와 제2 FET의 게이트가 접속되는 접점에 연결되며 제2 바이어스부(334)를 통해 교류 전원으로부터 드레인 전류가 제공되며, 소스는 소스 저항(R3)을 개재하여 접지 단자에 접속된다. 상기 제2 FET(M2)에 있어서, 게이트는 제1 FET의 드레인과 BJT의 콜렉터가 접속되는 접점에 접속되고 제2 바이어스부와 연결되어 제2 바이어스부를 통해 상기 교류 전원으로부터 바이어스 전압이 인가되며, 드레인은 LED 어레이의 출력 단자에 접속되며, 소스는 소스 저항(R6)를 개재하여 접지 단자에 접속된다.
상기 에미터 저항(R9)를 줄임으로써 BJT에 전류가 많이 흐르게 되면 BJT의 에미터 전류(IE)가 증가하게 되고, 그 결과 드레인 저항(R2)에 흐르는 전류를 증가시켜 드레인 저항(R2)에서의 전압 강하가 늘어나 되고, 이로 인해 제1 FET의 드레인 전류(ID)가 감소된다. 한편, 제1 FET의 소스 저항(R3)을 줄이면 제1 FET의 드레인 전류가 증가하여 BJT의 베이스 전류가 감소하게 된다. 달링톤 회로의 제1 FET의 드레인 전류(ID)와 BJT의 컬렉터 전류(IC)의 합이 제1 FET의 드레인 저항(R2)으로 흐르게 된다.
FET는 온도가 증가함에 따라 드레인 전류가 감소하는 특성을 가진 반면에, BJT는 온도가 증가함에 따라 콜렉터 전류가 증가하는 특성을 갖는다. 따라서, 제1 FET의 소스 저항(R3)와 BJT의 에미터 저항(R9)의 값을 조절하여 온도 특성을 조절할 수 있게 된다. 본 발명의 제3 실시예는 FET와 BJT의 전술한 특성을 이용함으로써, LED 조명장치가 온도가 올라가더라도 총 전류는 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
제4 실시예
본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 4(a)는 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 4(b)는 제4 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 4(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 조명 장치는 제1 실시예에 따른 LED 조명장치의 플리커 주파수 체배 회로부에 FET와 BJT를 평행하게 연결함으로써, 온도가 변화되더라도 반파장 동안의 LED 구동 전류에 대한 총 전류값을 일정하게 유지할 수 있도록 한 온도 안정화를 도모한 것을 특징으로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 조명 장치(4)는 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 외부의 교류 전원(400)에 연결되어 구동되는 것으로서, 전원 입력 단자부(410), LED 어레이(420), 플리커 주파수 체배 회로부(430)를 구비한다. 제4 실시예의 상기 플리커 주파수 체배 회로부(430)만이 제1 실시예의 그것과 상이하므로, 플리커 주파수 체배 회로부만을 설명한다.
상기 플리커 주파수 체배 회로부(430)는 제1 FET(M1), 제2 FET(M2), BJT(B1), 제1 바이어스부, 제2 바이어스부 및 제3 바이어스부(434)를 구비한다. 상기 제1 바이어스부는 BJT의 베이스에 연결되어 상기 교류 전원을 이용하여 BJT의 베이스로 바이어스 전압을 인가하며, 제2 바이어스부는 제1 FET의 게이트에 연결되어 상기 교류 전원을 이용하여 제1 FET의 게이트로 바이어스 전압을 인가한다. 상기 제1 및 제2 바이어스부는 별개로 구성될 수도 있으며 도4에 도시된 바와 같이 다수개의 저항을 이용하여 적절하게 전압분배함으로써 공통으로 사용할 수도 있다.
상기 제3 바이어스부는 제2 FET의 게이트에 연결되어 상기 교류 전원을 이용하여 제2 FET의 게이트로 바이어스 전압을 인가하고, 상기 제1 FET의 드레인과 BJT의 콜렉터에 연결되어 제1 FET의 드레인 전류를 제공하고 BJT의 콜렉터 전류를 제공한다.
상기 제1 FET(M1)에 있어서, 게이트는 제2 바이어스부를 개재하여 LED 어레이의 입력 단자에 접속되고 드레인은 제3 바이어스부를 개재하여 LED 어레이의 입력 단자에 접속되고, 소스는 소스 저항(R3)을 개재하여 접지 단자에 접속된다. 상기 제2 FET(M2)에 있어서, 게이트는 제1 FET의 드레인과 BJT의 콜렉터가 접속되는 접점에 접속되며, 드레인은 LED 어레이의 출력 단자에 접속되며, 소스는 소스 저항(R6)를 개재하여 접지 단자에 접속된다. 상기 BJT(B1)에 있어서, 베이스는 제1 바이어스부를 개재하여 LED 어레이의 입력 단자에 접속되고 콜렉터는 제2 FET의 게이트와 제1 FET의 드레인이 접속된 접점에 연결되며, 에미터는 에미터 저항(R9)를 개재하여 접지 단자에 접속된다.
상기 에미터 저항(R9)를 줄임으로써 BJT에 전류가 많이 흐르게 되면 BJT의 에미터 전류(IE)가 증가하게 되고, 그 결과 드레인 저항(R2)에 흐르는 전류를 증가시켜 드레인 저항(R2)에서의 전압 강하가 늘어나 되고, 이로 인해 제1 FET의 드레인 전류(ID)가 감소된다.
제4 실시예에 따른 LED 조명 장치는 달링톤 회로를 이용한 제2 및 제3 실시예에 따른 LED 조명 장치와 마찬가지로 온도 보상 특성이 매우 우수하다.
제5 실시예
본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 조명 장치는 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치에 과전압 보호 회로와 피드백 임피던스부를 더 구비함으로써, 온도 안정화 특성을 더 향상시킬 뿐만 아니라 과전압이 인가되더라도 회로를 보호할 수 있게 된다. 도 5(a)는 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 5(b)는 제5 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 5(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 조명 장치(5)는 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 외부의 교류 전원(500)에 연결되어 구동되는 것으로서, 전원 입력 단자부(510), LED 어레이(520), 플리커 주파수 체배 회로부(530)를 구비한다.
상기 플리커 주파수 체배 회로부(530)는 제1 FET(M1), 제2 FET(M2), 과전압 보호 회로부(532), 제1 바이어스부(533), 제2 바이어스부(534) 및 피드백 임피던스부(536)를 구비한다. 상기 제1 FET(M1) 및 제2 FET(M2)는 제1 실시예의 조명 장치와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다. 상기 피드백 임피던스부(536)는 제2 FET의 게이트와 드레인의 사이에 연결되어 제2 FET의 드레인 전류가 게이트로 피드백되도록 한다. 상기 피드백 임피던스부(536)는 제2 FET의 드레인 전류를 게이트로 궤환시키기 위한 것으로서, 피드백 저항(RFB)으로 구성되거나, 다이오드, 트랜지스터, Op-Amp, 또는 써미스터 등으로 구성될 수도 있다.
상기 과전압 보호 회로부(532)는 제너 다이오드(DZENER)로 구성될 수 있으며, 상기 제2 FET의 게이트와 접지 단자 사이에 연결되어 제2 FET의 게이트로 과전압이 인가되는 것을 방지한다.
한편, 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, 플리커 주파수 체배 회로부는 제2 FET(M2)의 드레인 전류를 게이트로 피드백시킬 수 있는 피드백 임피던스부를 더 구비함으로써, 온도 안정화 특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다. 한편, 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, 플리커 주파수 체배 회로부는 제2 FET(M2)의 게이트와 접지 단자의 사이에 과전압 보호 회로부를 더 구비함으로써, 예상치 못한 과전압이 인가되더라도 LED 조명 장치의 회로를 보호할 수 있게 된다. 상기 과전압 보호 회로부는 제2 FET의 게이트로 과전압이 인가되는 것을 방지하기 위하여 제너 다이오드로 구성될 수 있을 것이다. 또한, 한편, 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, 플리커 주파수 체배 회로부는 전술한 피드백 임피던스부와 과전압 보호 회로부를 모두 구비함으로써, LED 조명장치의 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
제6 실시예
본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 조명 장치는 제5 실시예에 따른 LED 조명 장치와 마찬가지로 피드백 임피던스부와 과전압 보호 회로부를 구비한다는 점에서 서로 유사하며, 다만 피드백 임피던스부와 제1 FET의 드레인에 연결되는 제2 바이어스부가 공통으로 사용된다는 점에서 제5 실시예와 차이가 있다.
도 6(a)는 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 6(b)는 제6 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 6(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 6(a)를 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 조명 장치(6)는 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 외부의 교류 전원(600)에 연결되어 구동되는 것으로서, 전원 입력 단자부(610), LED 어레이(620), 플리커 주파수 체배 회로부(630)를 구비한다.
상기 플리커 주파수 체배 회로부(630)는 제1 FET(M1), 제2 FET(M2), 제1 바이어스부(633), 피드백 임피던스부(636) 및 과전압 보호 회로부(632)을 구비한다. 제1 바이어스부(633)는 전원 입력단자부와 제1 FET의 게이트의 사이에 배치되어, 교류 전원을 이용하여 제1 FET의 게이트로 바이어스 전압을 인가한다. 상기 제1 FET(M1)에 있어서, 게이트는 제1 바이어스부를 통해 교류 전원으로부터 바이어스 전압이 인가되며, 드레인은 피드백 임피던스부를 개재하여 제2 FET의 드레인에 접속되고, 소스는 소스 저항(R3)을 개재하여 접지 단자에 접속된다. 상기 제2 FET(M2)에 있어서, 게이트는 제1 FET의 드레인에 접속되며, 드레인은 LED 어레이의 출력 단자에 접속되며, 소스는 소스 저항(R6)을 개재하여 접지 단자에 접속된다. 상기 피드백 임피던스부는 피드백 저항(RFB)으로 구성될 수 있으며, 제2 FET의 드레인과 게이트의 사이에 연결되어 제2 FET의 드레인 전류를 게이트로 피드백시키며, 제2 FET의 드레인과 제1 FET의 드레인의 사이에 연결되어 제2 FET의 드레인 전류를 제1 FET의 드레인 전류로 제공한다. 상기 과전압 보호 회로부(632)는 제2 FET의 게이트와 제1 FET의 드레인이 접속되는 접점과 접지 단자의 사이에 연결된다.
제7 실시예
본 발명의 제7 실시예에 따른 LED 조명 장치의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제7 실시예에 따른 LED 조명 장치는 제1 실시예에 따른 LED 조명 장치에 피드백 임피던스부를 더 구비함으로써, 회로 구성이 간단하면서도 온도 안정화 특성을 더 향상시킬 수 있게 된다. 도 7(a)는 본 발명의 제7 실시예에 따른 LED 조명 장치를 개략적으로 도시한 회로도이며, 도 7(b)는 제7 실시예에 따른 LED 조명 장치에 있어서, T=20℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이며, 도 7(c)는 T=80℃에서 LED 소자들에 흐르는 전류를 도시한 파형도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 LED 조명 장치(10)는 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 외부의 교류 전원(1000)에 연결되어 구동되는 것으로서, 전원 입력 단자부(1010), LED 어레이(1020), 플리커 주파수 체배 회로부(1030)를 구비한다.
상기 플리커 주파수 체배 회로부(1030)는 제1 FET(M1), 제2 FET(M2), 제1 바이어스부(1032), 제2 바이어스부(1034) 및 피드백 임피던스부(1036)를 구비한다. 상기 제1 FET(M1), 제2 FET(M2), 제1 및 제2 바이어스부는 제1 실시예의 조명 장치와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다. 상기 피드백 임피던스부(1036)은 제2 FET의 게이트와 드레인의 사이에 연결되어, 제2 FET의 드레인 전류를 게이트로 제공한다.
상기 플리커 주파수 체배 회로부는 제2 FET(M2)의 게이트와 드레인을 연결하는 피드백 임피던스부를 더 구비함으로써, 온도 안정화 특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
전술한 제1 내지 제7 실시예에 따른 LED 조명장치들은 교류전원의 정현파의 반파를 사용하는 방안들을 제시하였으나, 이하 교류전원의 정현파의 전파를 사용하는 방안을 설명한다.
교류 전원의 정현파의 전파를 사용하기 위하여 전술한 제1 내지 제7 실시예에 따른 LED 조명장치들의 교류 전원의 출력 단자에 브리지 다이오드로 구성되는 정류회로를 더 구비함으로써, LED 조명장치가 정현파의 전파에서 구동될 수 있게 된다.
또한, 교류 전원의 정현파의 전파를 사용하기 위하여, 전술한 제1 내지 제7 실시예에 따른 LED 조명장치들에 연결된 교류 전원과 접지 단자에 반대 극성으로 추가의 LED 조명장치를 연결하거나 반대 극성의 트랜지스터들로 구성된 플리커 주파수 체배 회로부를 사용함으로써, LED 조명장치가 정현파의 전파에서 구동될 수 있게 된다. 도 8은 반대 극성으로 추가의 LED 조명장치를 연결하여 교류 전원의 정현파의 전파를 사용하는 LED 조명장치를 예시적으로 도시한 회로도이다.
또한, 교류 전원의 정현파의 전파를 사용하기 위하여, 전술한 제1 내지 제7 실시예에 따른 LED 조명장치들에 연결된 교류 전원과 접지 단자에 추가의 LED 어레이를 역방향으로 연결함으로써, LED 조명장치가 정현파의 전파에서 구동될 수 있도록 한다. 도 9는 교류 전원에 추가의 LED 소자들을 역방향으로 연결함으로써, 교류 전원의 정현파의 전파를 사용하는 LED 조명장치를 예시적으로 도시한 회로도이다. 도 9에 도시된 실시 형태를 구체적으로 설명하면, 교류전원과 접지 단자의 사이에 추가의 LED 어레이와 추가의 플리커 주파수 체배 회로부로 구성된 추가의 LED 조명장치를 연결한다. 이때, 상기 추가의 LED 어레이를 구성하는 추가의 LED 소자들이 교류 전원에 대하여 역방향으로 연결되고, 상기 추가의 LED 소자들을 구동하는 추가의 플리커 주파수 체배 회로부는 플리커 주파수 체배 회로부와 동일하게 구성하되, 극성을 갖는 소자들은 서로 반대 극성의 소자들로 구성된다.
그 결과, 도 9에 도시된 LED 조명 장치의 실시 형태는 교류 전원의 정현파의 전파를 사용할 수 있게 된다.
전술한 방법들을 이용하여 교류전원의 정현파의 전파에서 구동될 수 있는 LED 조명장치를 제공할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 LED 조명장치는 플리커 주파수를 사람이 인식하지 못하고 장시간 사용하더라도 눈의 피로를 가중시키지 않도록 하는 것으로서, LED 조명 장치가 사용되는 광대한 분야에 널리 사용될 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 회로 구조는 전압이나 온도가 증가하여도 전류가 감소하거나 일정하게 하는 것이 요구되는 다른 전기기기에도 널리 사용될 수 있다.
1,2,3,4,5,6,7,10,11 : 교류전원 구동용 LED 조명 장치
110, 210, 310, 410, 520, 610, 710 : 전원 입력 단자부
120, 220,320,420,520,620 : LED 어레이
130,,230,330,430,530, 630 : 플리커 주파수 체배 회로부

Claims (15)

  1. 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 교류 전원과 연결되는 전원 입력 단자부;
    상기 전원 입력 단자부를 통해 제공된 교류 전원에 의해 구동되며, 서로 직렬 연결된 다수 개의 LED 소자들로 이루어지는 LED 어레이;
    상기 LED 어레이의 입력 단자와 출력 단자에 연결되며, 상기 LED 어레이로 인가된 교류 전원의 파형을 변형시켜, LED 소자들의 플리커 주파수(flicker frequency)를 AC 전원 주파수의 배수로 증대시키는 플리커 주파수 체배 회로부;
    를 구비하는 교류전원 구동용 LED 조명장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는,
    상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 제1 FET(Field Effect Transistor);
    제1 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제1 FET의 게이트로 제공하는 제1 바이어스부;
    게이트가 상기 제1 FET의 드레인과 전기적으로 접속되고, 드레인은 LED 어레이의 출력단자에 연결되는 제2 FET;
    상기 제1 FET의 드레인 전류를 제공함과 동시에, 제2 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제2 FET의 게이트로 제공하는 제2 바이어스부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류전원 구동용 LED 조명장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는,
    상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 제1 FET;
    게이트가 상기 제1 FET의 드레인 단자와 전기적으로 접속되고, 드레인은 LED 어레이의 출력단자에 연결되는 제2 FET;
    베이스가 상기 제1 FET의 소스 및 드레인 중 어느 하나에 전기적으로 접속되는 BJT;
    제1 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제1 FET의 게이트로 제공하는 제1 바이어스부;
    상기 제1 FET의 드레인 전류 및 상기 BJT의 콜렉터 전류를 제공함과 동시에, 제2 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제2 FET의 게이트로 제공하는 제2 바이어스부;
    을 구비하여, 전원 전압이나 온도가 증가하더라도 전류를 일정하게 안정화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 교류전원 구동용 LED 조명 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는,
    상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 BJT;
    게이트가 상기 BJT의 에미터 및 콜렉터 중 어느 하나에 전기적으로 접속된 제1 FET;
    게이트가 상기 제1 FET의 드레인에 접속되고, 드레인이 LED 어레이의 출력단자에 접속되는 제2 FET;
    상기 BJT를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 BJT의 베이스로 제공하는 제1 바이어스부;
    상기 제1 FET의 드레인 전류 및 상기 BJT의 콜렉터 전류를 제공함과 동시에, 제2 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제2 FET의 게이트로 제공하는 제2 바이어스부;
    을 구비하여, 전원 전압이나 온도가 증가하더라도 전류를 일정하게 안정화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 교류전원 구동용 LED 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는,
    상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 제1 FET;
    상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 BJT;
    게이트가 상기 제1 FET의 드레인 및 상기 BJT의 콜렉터에 접속되고, 드레인은 LED 어레이의 출력단자에 연결되는 제2 FET;
    상기 BJT를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 BJT의 베이스로 제공하는 제1 바이어스부;
    상기 제1 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제1 FET의 게이트로 제공하는 제2 바이어스부;
    상기 제1 FET의 드레인 전류 및 상기 BJT의 콜렉터 전류를 제공함과 동시에, 제2 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제2 FET의 게이트로 제공하는 제3 바이어스부;
    을 구비하여, 전원 전압이나 온도가 증가하더라도 전류를 일정하게 안정화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 교류전원 구동용 LED 조명 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는,
    상기 전원 입력단자부에 전기적으로 접속된 제1 FET;
    게이트가 상기 제1 FET의 드레인과 전기적으로 접속되고, 드레인은 LED 어레이의 출력단자에 연결되는 제2 FET;
    제1 FET를 구동시키기 위하여 상기 교류 전원을 제1 FET의 게이트로 제공하는 제1 바이어스부;
    상기 제1 FET의 드레인 전류를 제공하는 제2 바이어스부;
    상기 제2 FET의 드레인과 게이트의 사이에 배치되어 상기 제2 FET의 드레인 전류를 상기 제2 FET의 게이트로 피드백시키는 피드백 임피던스부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류전원 구동용 LED 조명장치.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는, 제2 FET의 드레인과 게이트의 사이에 배치되어, 상기 제2 FET의 드레인 전류를 상기 제2 FET의 게이트로 피드백시키는 피드백 임피던스부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교류전원 구동용 LED 조명 장치.
  8. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는 제2 FET의 게이트와 접지 단자의 사이에 과전압 보호 회로부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교류전원 구동용 LED 조명 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 플리커 주파수 체배 회로부는 제2 FET의 게이트와 접지 단자의 사이에 과전압 보호 회로부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교류전원 구동용 LED 조명 장치.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 LED 조명 장치는 상기 전원 입력 단자부에 브릿지 다이오드 회로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 교류전원 구동용 LED 조명 장치.
  11. 사전 설정된 AC 전원 주파수를 갖는 교류 전원과 연결되는 전원 입력 단자부;
    상기 전원 입력 단자부를 통해 제공된 교류 전원에 의해 구동되며, 서로 직렬 연결된 다수 개의 제1 LED 소자들로 이루어진 제1 LED 어레이;
    상기 전원 입력 단자부를 통해 제공된 교류 전원에 의해 구동되며, 서로 직렬 연결된 다수 개의 제2 LED 소자들로 이루어진 제2 LED 어레이;
    상기 제1 LED 어레이의 입력 단자와 출력 단자에 연결되며, 상기 제1 LED 어레이로 인가된 교류 전원의 파형을 변형시켜, 제1 LED 소자들의 플리커 주파수(flicker frequency)를 AC 전원 주파수의 배수로 증대시키는 제1 플리커 주파수 체배 회로부;
    상기 제2 LED 어레이의 입력 단자와 출력 단자에 연결되며, 상기 제2 LED 어레이로 인가된 교류 전원의 파형을 변형시켜, 제2 LED 소자들의 플리커 주파수(flicker frequency)를 AC 전원 주파수의 배수로 증대시키는 제2 플리커 주파수 체배 회로부;
    를 구비하며, 상기 제1 LED 어레이 및 제1 플리커 주파수 체배 회로부와 상기 제2 LED 어레이 및 제2 플리커 주파수 체배 회로부는 각각 교류 전원과 접지 단자 사이에 서로 반대 극성으로 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 교류전원 구동용 LED 조명장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2986085A4 (en) * 2013-12-02 2016-12-21 Enebrain Co Ltd OVERVOLTAGE-RESISTANT LED POWER SUPPLY WITH AC DIRECT DRIVE
KR20170073021A (ko) * 2015-12-17 2017-06-28 삼성디스플레이 주식회사 투명 표시 장치 및 이를 포함하는 전자 기기

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2986085A4 (en) * 2013-12-02 2016-12-21 Enebrain Co Ltd OVERVOLTAGE-RESISTANT LED POWER SUPPLY WITH AC DIRECT DRIVE
KR20170073021A (ko) * 2015-12-17 2017-06-28 삼성디스플레이 주식회사 투명 표시 장치 및 이를 포함하는 전자 기기
KR102490226B1 (ko) * 2015-12-17 2023-01-20 삼성디스플레이 주식회사 투명 표시 장치 및 이를 포함하는 전자 기기

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