KR101231762B1 - Ｌｅｄ 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 ｌｅｄ 조명용 전원공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치에 관한 것으로, LED 조명을 구성하는 하나 이상의 LED들을 직렬로 연결하여 구성되는 다수의 LED부; LED 조명을 구성하는 LED부들의 정격전압에 맞게 교류전원(AC)을 입력받아 AC/DC 변환하여 직류전원(DC)으로 변환하여 공급하는 SMPS부(AC), 또는 일정 DC전압을 입력받아 LED 모듈의 정격전압으로 DC전압을 제공하는 DC/DC 변환부로 구성되고, 상기 다수의 LED부로 정격전압(DC전압)을 제공하는 전원공급부; 상기 다수의 LED부로 일정한 정전류를 공급하는 적어도 하나 이상의 정전류제어부; 및 상기 정전류제어부의 출력을 감시하고 다수의 LED부에서 어느 하나의 LED가 단락(short circuit)이 발생할 경우, 상기 정전류제어부의 동작을 중지시켜 상기 다수의 LED부로 정전류의 공급을 차단함으로써 전력의 공급을 중단되도록 하는 보호회로부로 구성된다. 따라서, 일반적인 스위칭 방식 또는 리니어 방식의 정전류제어부 회로를 사용한 LED 조명용 전원공급장치는 출력단에 LED 조명의 어느 하나의 부하에 단락(short circuit)이 발생할 경우 전원공급장치 내부 부품의 파손을 방지하도록 보호회로부를 구비하여 안정적인 전원공급장치를 사용하여 LED를 점등하게 된다.

Description

ＬＥＤ 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 ＬＥＤ 조명용 전원공급장치{Power supply device for LED illumination to provide the protection function of embedded components and load damage by short of LED load}
본 발명은 LED(Light Emitting Diode) 조명용 전원공급장치에 관한 것으로, 특히 스위칭 방식 또는 리니어 방식의 정전류제어부 회로를 사용한 LED 조명용 전원공급장치의 출력단에 LED 모듈 부하의 단락(short circuit)이 발생하였을 경우 LED용 전원공급장치의 내부의 부품의 파손을 방지하는 보호 회로부를 내장하여 안정적으로 점등하게 하는, LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode, 발광 다이오드)는 미국 일리노이 대학의 닉 호로니악 교수에 의해 1962년에 최초로 개발되었으며, pn 반도체에 순방향 전압이 인가되어 전류가 흐르면 화합물 반도체의 전계 발광(Electroluminescence) 효과 특성을 이용하여 전자(electron)가 가지는 전기에너지를 빛에너지로 전환되어 빛을 방출하는 다이오드(diode)이다. LED는 PN 접합(PN junction)의 발광 다이오드(LED)의 전극에 순방향 전압(forward bias)이 공급되면, p형 반도체의 애노드(Anode)측의 다수 반송파인 정공(hole)들은 n영역으로, n형 반도체의 캐소드(Cathode)측의 다수 반송파인 전자(electron)들은 p영역으로 확산(diffusion)되고 PN 접합면에 공핍층(Depletion Layer)이 생기며, PN 접합면 근처에서 전자(electron)와 정공(hole)들이 서로 재결합(recombination)할 때 광전 효과(electroluminescence effect)에 의해 에너지 갭에 해당하는 만큼의 파장(wavelength)을 갖는 많은 광자들(photons)이 방사된 빛(Emitted visible light)으로 광원이 발광된다. LED는 25 온도에서 색상에 따라 RED(100mW, 50mA), Yellow(120mW, 20mA), Green(120mW, 30mA), White의 power dissipation, average forward current가 필요하다.
전극으로부터 반도체에 주입된 전자(electron)와 정공(hole)들은 다른 에너지띠(전도띠나 원자가띠)를 흘러 PN 접합부 부근에서 띠간격를 넘어 정공과 전자가 재결합한다. 재결합할 때 거의 띠간격에 상당한 에너지가 빛으로 방출된다. LED의 전기적 특성은 다른 일반적인 다이오드(diode)와 동일하게 극성을 가지고 있으며, Cathode(-,음극)에서 Anode(+,양극)로 정전압을 가하여 사용한다. 전압이 낮은 동안은 전압을 올려도 거의 전류가 흐르지 않고 발광하지 않으며, 특정 전압 이상이 공급되면 전압 상승에 의해 전류가 빠르게 흐르고 전류량에 비례하여 LED로부터 빛이 발생된다. 이 전압을 순방향 강하전압이라고 하고, 일반적인 다이오드와 비교하여 LED(발광 다이오드)는 순방향 강하전압이 높다.
LED로부터 특정 색상의 가시광선으로 발광되는 빛의 파장(wavelength)은 PN 접합을 형성하는 소재의 띠간격의 크기와 관련이 있으며, 근적외선이나 가시광선, 자외선에 이르는 파장에 대응하는 띠간격을 가지는 반도체 재료를 사용하며, GaAsP(gallium arsenide phosphide), GaP(gallium phosphide) 등의 사용되는 재료에 따라 달라지며, 직접 천이형 반도체에서 발광 효율(luminous efficacy)이 우수하다. LED는 사용되는 소재의 종류에 따라 red, green, yellow, orange, white의 색상으로 발광되며, nanoseconds 정도의 response time을 가지며, 보통 1.7 ~ 3.3V의 전압 레벨(voltage level)에서 동작된다. 광통신 분야는 갈륨 비소 인(GaAsP) 등을 재료로 하는 LED를 광원으로 사용된다. LED의 발광색은 사용되는 재료에 따라 다르며 자외선영역에서 가시광선, 적외선 영역까지 발광하는 것을 제조할 수 있다.
LED는 발광색에 따라 구동 전압이 다르며, 빨간색(red), 노란색(yellow), 초록색(green), 오렌지색(orange)으로 발광하는 경우 2.1V 정도, 빨간(red) 빛을 내지 않는 것에는 1.4V 정도, 백색(white)과 파란색(blue)으로 발광하는 경우 3.5V 정도 구동 전압이 필요하다. 상대적으로 고출력 LED 제품은 5V 전후인 것도 있다. LED 발광할 때 소비 전류는 표시등 용도에서 수 mA ~ 50 mA정도 이지만, 조명 용도에서 소비 전력이 수W 단위의 대출력 LED(발광 다이오드)도 판매되고 있으며, 구동 전류가 1 A 를 넘는 제품도 있다.
LED는 역방향으로 전압을 가하는 경우의 내전압은 일반적인 실리콘 다이오드 보다 더 낮고, 보통은 -5 V 정도이며, 이것을 넘으면 LED 소자가 파괴된다. 따라서, 정류 용도로 사용할 수 없다.
일반적으로 LED(발광 다이오드)는 발광재결합 확률이 높은 직접 천이형의 반도체가 적합하고, 일반적인 반도체 재료인 실리콘(Si, 규소)나 게르마늄(Ge)과 같은 간접 천이형 반도체에서는 전자(electron)나 정공(hole)이 재결합할 경우, 빛을 방출하기 어렵다. 그러나 노란색이나 황녹색에 오랫동안 사용되어온 GaAsP계 또는 GaP계 LED는 도핑한 불순물 준위를 개입시켜 강하게 빛을 발광하는 재료도 있으므로 폭넓게 사용되고 있다.
LED는 다음과 같은 소재를 사용하여 제조시 필요 색상에 따라 LED(발광 다이오드)를 만들 수 있다.
알루미늄 갈륨 비소(AlGaAs)- 적외선, 빨간색
갈륨 비소 인(GaAsP) - 빨간색, 오렌지색, 노란색
인듐 질화 갈륨(InGaN)/질화 갈륨 (GaN), 알루미늄 질화 갈륨(AlGaN)
-(오렌지색, 노란색)녹색, 파란색, 보라색, 자외선
인화 갈륨(GaP) - 빨간색, 노란색, 녹색
셀렌화 아연(ZnSe) - 녹색, 파란색
알루미늄 인듐 갈륨 인(AlGaInP) - 오렌지색, 노란색, 녹색
다이아몬드(C) - 자외선
산화 아연(ZnO) - 근 자외선(개발중)
아래는 회로 기판으로 사용되는 LED를 나열하였다.
탄화 규소(SiC) 기판 - 파랑
사파이어(Al2O3) 기판 - 파랑
규소(Si) 기판 - 파랑 (연구 단계)
최근 LED(Light Emitting Diode) 기술은 소형 LED 전구, LED 스탠드, LED 조명, LED 램프, 광고용 LED 전광판, 디지털 가전(LED BLU), 휴대폰, DTV 등의 전자제품의 점멸등, LED TV 등의 전자제품, 의료(UV살균) 분야 등 여러가지 용도에 사용이 가능하며, 향후 형광등이나 전구를 대체할 광원으로 기대되고 있다.
도 1은 LED 조명용 단일 채널 전원공급장치의 구성도이다.
LED 조명용 단일 채널 전원공급장치는 전원공급부(100), 정전류제어부(110), LED부(300)로 구성된다.
단일 채널 LED 조명용 전원공급장치는 교류전원(AC)을 LED의 전압특성에 적합한 전압의 직류전원(DC)으로 변환하는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 또는 입력된 직류(DC) 전원을 LED 전압특성에 적합한 전압으로 변경하는 DC/DC 컨버터로 구성된 전원공급부(100); LED들의 조합에 적합한 전류를 인가하는 정전류제어부(110)로 구성되고, 정전류제어부(110)에 LED부(300)가 연결된다.
LED 조명용 전원공급장치는 연결되는 LED부(300a, 300b, 300c)의 부하모듈의 개수에 따라 전원 공급부(100)에 연결된 단일 정전류 제어부(110) 또는 다수의 정전류제어부(110a, 110b, 110c)를 포함한다.
도 2는 LED 조명용 다중 채널 전원공급장치의 구성도이다.
다중 채널 LED 조명용 전원공급장치는 교류전원(AC)을 입력받아 LED의 전압특성에 적합한 전압의 직류전원(DC)으로 변환하는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 또는 입력된 직류(DC) 전원을 LED 전압특성에 적합한 전압으로 변경하는 DC/DC 컨버터로 구성된 전원공급부(100); 일측에 전원공급부(100)에 연결되고, 타측에 LED들의 조합의 각각의 LED부에 필요한 정전류를 공급하는 정전류제어부(110a, 110b, 110c)로 구성되고, 하나의 정전류제어부(110a)에 각각 하나의 LED부(300a)가 연결되는 방식으로 다수의 정전류제어부(110a, 110b, 110c)에 각각 연결된 다수의 LED부(300a, 300b, 300c)를 포함한다.
LED 조명은 전원이 공급받고 점등되면 발열을 하게 되고, 온도와 변화에 따라 LED의 순방향전압(forward voltage, Vf)가 변하는 특성을 갖는다. 이러한 이유로 LED 조명에 전원을 공급하는 전원 공급장치는 정전압 특성이 아닌 정전류 특성을 가져야 한다. 일반적인 LED용 전원공급장치는 온도에 따라 변화하는 LED의 순방향전압의 변화에 따라 출력전압이 조정되어 정전류가 공급되도록 스위칭 방식의 정전류제어회로를 포함한 LED 구동회로를 사용하거나 출력전압을 고정된 상태에서 변화하는 LED의 순방향전압에 따라 LED 구동회로의 임피던스를 변화시켜 LED에 공급되는 전류의 양이 일정하게 조절하는 리니어 방식의 정전류제어부 회로를 포함한 LED 구동회로를 사용한다.
LED에 정전류를 공급하는 정전류제어부 회로는 단일 IC로 구현하거나 FET(Field Effect Transistor), 전류 측정용 저항, 제어 IC 등을 조합하여 구현할 수 있다. 이 정전류제어부 회로는 구성된 부품에 따라 정격용량이 결정되며 이 용량을 초과한 전류가 인가될 경우 발열 또는 파손이 발생할 수 있다. LED를 연결하는 출력단에 LED 부하단에서 어느 하나의 LED 단락이 발생할 경우 과도한 전류가 짧은 시간동안 인가되며 정전류 부품이 파손되게 된다.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전술한 일반적인 스위칭 방식 또는 리니어 방식의 정전류제어부 회로를 사용한 LED 조명용 전원공급장치의 출력단에 어느 하나의 LED 모듈 부하에 단락(short circuit, 전기 회로의 전원의 양극이 도중에 부하(load)없이 직접 연결되는 것)이 발생할 경우 전원공급장치 내부 부품의 파손을 방지하도록 보호회로부를 구비하여 안정적인 전원공급장치를 사용하여 LED를 점등하는, LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치를 제공하는 것이다..
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치는, LED 조명을 구성하는 하나 이상의 LED들을 직렬로 연결하여 구성되는 다수의 LED부; 상기 다수의 LED부로 정격전압(DC전압)을 제공하는 전원공급부; 상기 다수의 LED부에 정전류를 공급하는 적어도 하나 이상의 정전류제어부; 및 상기 정전류제어부의 출력을 감시하고 다수의 LED부에서 어느 하나의 LED가 단락(short circuit)이 발생할 경우, 상기 정전류제어부의 동작을 중지시켜 상기 다수의 LED부로 정전류의 공급을 차단함으로써 전력의 공급을 중단되도록 하는 보호회로부를 포함한다.
본 발명에 따른 LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치는 일반적인 스위칭 방식 또는 리니어 방식의 정전류제어부 회로를 사용한 LED 조명용 전원공급장치의 출력단에 어느 하나의 LED 모듈 부하의 단락(short circuit)이 발생할 경우에 자동으로 전원의 공급을 차단하여 전원공급장치의 파손, 화재 등을 방지하며 LED 조명에 안정적으로 전원을 공급하는 효과를 제공한다.
도 1은 LED 조명용 단일 채널 전원공급장치의 구성도이다.
도 2는 LED 조명용 다중 채널 전원공급장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 LED 조명용 다중 채널 전원공급장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보호 회로부의 구체적인 회로도이다.
도 5는 보호 회로부의 제너 다이오드의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 LED 조명용 다중 채널 전원공급장치의 구성도이다.
LED 조명용 다중 채널 전원공급장치는 다중출력전원 공급장치로 구성되어 다수의 정전류제어부를 포함하는 전원공급장치를 표현하였으나, 하나의 정전류제어부를 갖는 단일 출력 전원공급장치의 경우 단락(short circuit)을 감시할 위치가 하나로 줄어드는 것 외에 동일한 원리로 적용된다.
도 3을 참조하면, LED 조명용 다중 채널 전원공급장치는
LED 조명을 구성하는 하나 이상의 LED들을 직렬로 연결하여 구성되는 다수의 LED부(300a,300b,300c); LED 조명을 구성하는 다수의 LED 모듈의 정격전압에 맞게 교류전원(AC)을 입력받아 AC/DC 변환하여 직류전원(DC)으로 변환하여 LED부로 정격전압을 공급하는 SMPS부(AC), 또는 일정 DC전압을 입력받아 LED부의 정격전압인 DC전압을 제공하는 DC/DC 변환부로 구성되고, 상기 다수의 LED부(300a,300b,300c)로 정격전압(DC전압)을 제공하는 전원공급부(100); 상기 다수의 LED부(300a,300b,300c)에 정전류를 공급하는 적어도 하나 이상의 정전류제어부(110a,110b,110c); 및 상기 정전류제어부(110a,110b,110c)의 출력을 감시하고 다수의 LED부(300a,300b,300c)에서 어느 하나의 LED가 단락(short circuit)이 발생할 경우, 상기 정전류제어부(110a,110b,110c)의 동작을 중지시켜 상기 다수의 LED부(300a,300b,300c)로 정전류의 공급을 차단함으로써 전력의 공급을 중단하는 보호회로부(200)로 구성된다.
상기 다수의 LED부(300a,300b,300c)는 LED 조명을 구성하기 위한 하나 이상의 LED부로 구성되고, 하나의 정전류제어부에 각각 하나의 LED부가 연결되는 방식으로 다수의 정전류제어부(110a, 110b, 110c)에 각각 연다수의 LED부(300a, 300b, 300c)를 연결된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보호 회로부의 구체적인 회로도이다.
LED부(300a, 300b, 300c)는 각각 직렬 연결된 다수의 LED들로 구성된다.
그러나, LED는 수명이 다되거나 임계치 이상의 과전압에 의해 단락(short circuit)이 발생되면, 직렬로 연결된 하나 이상의 LED 바의 캐소드 단에 제너 다이오드(Z)의 캐소드(cathode)를 연결하여 과전압을 막고 보호회로부(200)의 제너 다이오드(Z)를 사용하였다.
도 5에 도시된 바와 같이, 보호 회로부(200)에 사용된 제너 다이오드(Zener Diode)의 특성은 제너 저압(예: 최소1.8V, 3V~150V 전압, 전력은 200mW~50W의 범위) 이상의 항복전압(breakdown voltage)을 가하면 전류가 급격히 증가하지만 전압이 일정하게 유지되는 정전압 현상이 발생한다.
예를 들면, LED부1(300a)은 하나의 LED가 40V 전압과 100mA 전류가 필요한 LED 20개로 구성된 경우, LED부1(300a)을 구동하기 위해 정전류제어부(110a) 회로부터 20x100mA= 2000mA의 정전류를 공급해야 LED부1(300a)가 동작된다.
만약 LED부1(300a) 부하단의 어느 하나의 LED가 단락(short circuit)된 경우, 단락검출부가 동작하여 LED부1(300a)에 단락의 문제가 있음을 표시하고, 다이오드1(D1)가 동작(ON)되고 제너 다이오드(Z)에 항복전압(Breakdown voltage, 예:30V)보다 높은 LED전압이 인가되므로, 제너 다이오드(Z)는 역방향도통 되고, 스위칭 소자(Q)가 작동(ON)된다. 스위칭 소자(Q)가 작동(ON)되면 컬렉터단 전압 Vr=0.2V가 인가되므로 정전류제어부 회로에 입력 제어신호를 접지(GND) 방향으로 우회(bypass)시키고, 3개의 정전류제어부 회로(110a,110b,110c)는 각각 3개의 LED부(300a,300b,300c)들로 일정한 정전류를 공급하지 않고 LED부들의 동작을 중단시킨다. 사용자는 단락검출부의 표시를 보고 LED부1의 이상을 점검하여 LED부1(300a)에서 단락된 LED를 찾아내 새로운 LED 부품으로 교체하여 정상적으로 작동되게 한다.
보호 회로부(200)는 다수의 LED부(300a,300b,300c)의 각 LED 부하단의 LED들의 어느 하나 이상의 LED들의 단락(short circuit)을 감지하여 표시하는 단락검출부; 단락검출부와 연결되고 다수의 LED부(300a,300b,300c)의 부하단의 캐소드(cathode)와 병렬로 연결된 다이오드들(D1,D2,D3); 병렬로 연결된 다이오드들(D1,D2,D3)의 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode)가 연결된 제너 다이오드(Z); 제너 다이오드(Z)의 애노드(Anode)와 연결된 저항(Rz); 상기 저항(Rz)의 타측과 베이스(base)가 연결되고, 베이스(base)와 접지 사이에 저항(R1)을 구비하고 에미터는 접지와 연결되며 베이스와 에미터 사이의 전압(VBE)이 공급되면 ON/OFF 스위칭 동작을 하는 스위칭 소자(Q); 및 상기 스위칭 소자(Q)의 컬렉터 단과 연결되고, 다수의 LED부(300a,300b,300c)의 정상동작시 컬렉터 단 제어신호에 따라 일정한 정전류를 공급하고, 다수의 LED(300a,300b,300c)부 중에서 어느 하나의 LED의 단락(short circuit) 검출시 제너다이오드(Z)가 역방향 도통되어 스위칭 소자(Q)가 동작(ON)되어 컬렉터단 전압(Vr)이 0.2V가 되면 다수의 LED부(300a,300b,300c)로 일정한 정전류를 공급하지 않고 동작을 중단시키는 다수의 정전류제어부 회로(110a,110b,110c)로 구성된다.
정전류제어부 회로(110a, 110b, 110c)의 출력을 감시하여 어느 하나의 LED 부하단에 단락(short circuit)이 발생하여 제너 다이오드(Z)에 항복전압(Breakdown voltage)(예:30V)보다 높은 LED전압(예:40V)이 인가되면, 제너 다이오드(Z)는 역방향도통상태가 되고 제너 다이오드(Zener diode)의 애노드(Anode)단에 저항(Rz)을 통해 연결된 스위치 소자(Tr 또는 FET)를 동작(ON)시켜 다수의 정전류제어부 회로(110a,110b,110c)의 동작을 중단시킨다.
정전류제어부(110a, 110b, 110c)는 구성 방법에 따라 다소의 차이가 있을 수 있다. 도 4에서, 전원공급부(100)에서 전원이 인가되어 LED 조명으로 전원이 공급되면, 정전류제어부 회로(110a, 110b, 110c)는 LED 조명으로 공급되는 전력의 전류량을 일정하게 설정된 값에 따라 제어하여 LED 조명이 안정적으로 점등되도록 한다. 이때, 정상적으로 동작하는 경우, 전원공급장치에 연결된 LED의 애노드(Anode) 단에 LED 조명을 점등하기 위한 정격전압(Vled)이 인가되고, 캐소드(Cathode) 단에 정전류제어부 회로(110a, 110b, 110c)를 구동하기 위한 최소전압이 인가되게 된다.
LED 모듈의 캐소드(cathode) 단은 다이오드를 순방향으로 통하여 제너 다이오드(Zener diode)의 캐소드에 연결된다. LED 모듈의 캐소드단에 순방향으로 연결된 다이오드는 병렬연결에 의해 논리합(logical sum)의 결과를 나타내고 이것은 정상적인 동작환경에서 서로 영향을 주지 않으나 다수의 부하(load)들 중에 하나만 단락(short circuit)이 발생하여도 제너 다이오드(Z)의 캐소드(cathode)에 전압을 인가하는 효과를 나타낸다. 참고로, 논리합(logical sum)은 A, B, C 중 적어도 하나의 다이오드가 T(True)이면 T(True)의 결과를 얻고, A,B,C 중 다이오드가 T(True)가 하나도 없는 경우 F(False)의 결과가 된다.
제너 다이오드(Zener diode)의 항복전압은 전원공급장치에 연결된 LED의 전압(예:40V)의 3/4 정도의 전압(예:30V) 또는 사용된 정전류제어부 회로(110a, 110b, 110c)의 내압 범위 내의 전압으로 선택한다. 정전류제어부 회로(110a, 110b, 110c)의 출력을 감시하여 어느 하나의 LED 부하단에 단락(short circuit)이 발생하여 제너 다이오드(Z)에 항복전압(예:30V)보다 높은 LED전압(예:40V)이 인가되면, 제너 다이오드(Z)는 역방향 도통상태가 되고 제너 다이오드(Z)의 애노드(Anode)단에 저항(Rz)을 통해 연결된 스위칭 소자(Tr 또는 FET)를 동작(ON)시켜 정전류제어부 회로(110a, 110b, 110c)의 동작을 중단시킨다.
스위칭 소자(Q)는 트랜지스터(TR) 또는 전계효과 트랜지스터(FET)를 사용하며, 제너 다이오드(Z)가 역방향도통된 후, 스위칭 소자(Q)로 사용된 npn 트랜지스터는 베이스(Base)와 에미터(Emitter) 사이의 전압(VBE)에 0.7 V가 공급되면 스위칭 소자(Q)가 동작(ON)되고, npn 트랜지스터는 컬렉터(Collector)와 에미터(Emitter) 사이의 전압(VCE)에 0.2 V가 걸리며 스위칭 소자(Q)의 컬렉터 단 제어신호를 접지방향으로 우회(bypass)시키므로 다수의 정전류 제어부 회로(110a, 110b, 110c)가 동작이 중단되어 각 LED부로 정전류의 공급이 중단된다.
LED 부하단 제너 다이오드(Z) 스위칭소자(Q) 정전류 제어부 회로
단락(short circuit) ON(역방향 도통) ON 동작 중단
단락 없음 OFF OFF 정상 전원 공급
만일, 다수의 LED 부하단(300a, 300b, 300c)에 어느 하나의 LED부하단이 비정상적으로 단락(short circuit)이 발생하여 제너 다이오드(Z)가 역방향도통되고, 스위치 소자(Q)가 동작(ON)되므로 스위칭 소자(Q)의 컬렉터단의 전압(Vr)이 0.2V가 걸리며 컬렉터 단 제어신호를 접지방향으로 우회(bypass)시키므로 정전류 제어부 회로(110a, 110b, 110c)는 동작을 중단한다.
그러나, LED 부하단(300a, 300b, 300c)에 정상적으로 단락(short)이 발생하지 않으면 제너 다이오드(Z)가 역방향도통되지 않고, 스위치 소자(Q)가 OFF되므로 스위칭 소자(Q)의 컬렉터단 제어신호를 접지방향으로 우회(bypass)시키지 않고, 정전류 제어부회로로 인가하여 정전류 제어부 회로(110a, 110b, 110c)는 정상적으로 동작하여 다수의 LED 부하단(300a, 300b, 300c)으로 전압이 공급되게 된다.
따라서, LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치는 일반적인 스위칭 방식 또는 리니어 방식의 정전류제어부 회로를 사용한 LED 조명용 전원공급장치의 출력단에 LED 모듈 부하의 단락(short)이 발생할 경우에 자동으로 전원의 공급을 차단하여 전원공급장치의 파손, 화재 등을 방지하며 LED 조명에 안정적으로 전원을 공급한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있으며 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허 청구범위를 기준으로 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상에 대해서까지 포함되는 것으로 해석되어야할 것이다.
100: 전원공급부 110a,110b,110c: 정전류제어부
200: 보호회로부 300a,300b,300c: LED부

Claims (9)

  1. LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치에 있어서,
    LED 조명을 구성하는 하나 이상의 LED들을 직렬로 연결하여 구성되는 다수의 LED부;
    상기 다수의 LED부로 정격전압(DC전압)을 제공하는 전원공급부;
    상기 다수의 LED부에 정전류를 공급하는 적어도 하나 이상의 정전류제어부; 및
    상기 정전류제어부의 출력을 감시하고 다수의 LED부에서 어느 하나이상의 LED가 단락(short circuit)이 발생할 경우, 상기 정전류제어부의 동작을 중지시켜 상기 다수의 LED부로 정전류의 공급을 차단함으로써 전력의 공급을 중단되도록 하는 보호회로부;를 포함하고,
    상기 보호 회로부는,
    상기 다수의 LED부의 부하단의 캐소드(cathode)와 병렬로 연결된 다이오드들(D1,D2,D3);
    병렬로 연결된 다이오드들(D1,D2,D3)의 애노드(anode)와 캐소드(cathode)가 연결된 제너 다이오드(Z);
    상기 제너 다이오드(Z)로부터 역방향으로 전류가 흐르게 되면 정전류제어부 회로(110a, 110b, 110c)의 동작을 중단시키는 스위칭 소자(Q)로 구성되며,
    상기 제너 다이오드(Zener diode)의 항복전압은 전원공급장치에 연결된 LED의 전압의 3/4 정도의 전압 또는 사용된 정전류제어부 회로의 내압 범위 내의 전압으로 선택하는 것을 특징으로 하는 LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급부는
    교류전원(AC)을 입력받아 직류전원(DC)으로 변환하여 상기 LED부로 정격전압을 공급하는 전원공급부(SMPS부), 또는 일정 DC전압을 입력받아 상기 LED부의 정격전압인 DC전압을 제공하는 전원공급부로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 LED부는,
    LED 조명을 구성하기 위한, 하나이상의 LED부로 구성되고, 하나의 정전류제어부에 각각 하나이상의 LED부가 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자(Q)는 제너 다이오드의 애노드(Anode)와 연결된 저항(Rz)의 타측과 베이스가 연결되고, 베이스와 접지에 저항(R1)이 구비되며 에미터가 접지와 연결되고 베이스단에 전압이 공급되면 ON/OFF 스위칭 동작을 하며,
    상기 다수의 정전류 제어부 회로는 각각 상기 스위칭 소자(Q)의 컬렉터 단과 연결되고, 다수의 LED부의 정상동작시 컬렉터 단 제어신호에 따라 일정한 정전류를 공급하고, 다수의 LED부 중에서 어느 하나의 LED의 단락(short circuit) 검출시 제너다이오드(Z)가 역방향 도통되고 스위칭 소자(Q)가 동작(ON)되어 컬렉터단 전압(Vr)이 일정전압이 되면 다수의 LED부로 일정한 정전류를 공급하지 않고 동작을 중단시키는 것을 특징으로 하는 LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호 회로부는
    상기 다수의 LED부의 각 LED부의 부하단의 어느 하나 이상의 LED들의 단락(short circuit)을 감지하여 표시하는 단락검출부를 더 포함하는 LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자(Q)는 트랜지스터(Tr) 또는 전계효과 트랜지스터(FET:Field Effect TRansistor)를 사용하는 것을 특징으로 하는 LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 정전류제어부 회로의 출력을 감시하여 어느 하나의 LED 부하단에 단락(short)이 발생하여 상기 제너 다이오드에 항복전압보다 높은 LED전압이 인가되면, 상기 제너 다이오드(Z)는 역방향 도통상태가 되고 제너 다이오드의 애노드(Anode)단에 저항(Rz)을 통해 연결된 스위치 소자(Tr 또는 FET)를 동작(ON)시켜 상기 다수의 정전류제어부 회로의 동작을 중단시키는 것을 특징으로 하는 LED 부하의 단락에 의한 내장 부품 및 부하의 파손 방지 기능을 제공하는 LED 조명용 전원공급장치.
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