KR101267278B1

KR101267278B1 - 변조지수가 개선된 엘이디 조명장치

Info

Publication number: KR101267278B1
Application number: KR1020120149227A
Authority: KR
Inventors: 이동원
Original assignee: 이동원
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-05-27
Also published as: CN104756603B; US20140139125A1; WO2014081145A1; JP6170683B2; IN2015DN04030A; CN104756603A; US9035575B2; JP2014107535A

Abstract

본 발명은 LED 를 사용하는 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시간에 따라 주기적으로 변하는 순시 교류전압을 사용하여 LED 를 점등하는 교류 구동 LED 조명장치에 있어서, 변조지수 ( 순시 빛 방출량의 최댓값과 최솟값으로 계산 ) 가 개선된 LED 조명장치에 관한 것이다.
주요 특징으로는, 스위치로 전류의 흐름이 제어되는 LED 블럭에 병렬로 콘덴서를 부가하여서, LED 블럭이 교류전원으로부터 직접 전류를 공급받지 못할 때는, 병렬 연결된 콘덴서로부터 전류를 공급받아 상기 LED 블럭이 점등되도록 하는 것이다. 이로써, 모든 LED 블럭이 한꺼번에 모두 미 점등되는 것을 방지함으로써 변조지수를 개선한 LED 조명장치가 제공된다. 또한 전원전류를 제한하는 전류원을 채택함으로써, LED 를 보호함과 동시에 고역률을 달성한다.

Description

변조지수가 개선된 엘이디 조명장치{LED Lighting device with improved modulation depth}

본 발명은 LED 를 사용하는 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 시간에 따라 주기적으로 변하는 순시 교류전압을 사용하여 LED 를 점등하는 교류 구동 LED 조명장치에 있어서, 변조지수 ( 순시 빛 방출량의 최댓값과 최솟값으로 계산 ) 가 개선된 LED 조명장치에 관한 것이다.

발광다이오드는 전류가 흐르면 빛을 방출하는 전광변환 반도체소자로서, 표시기 백라이트 등에 널리 사용되고 있으며, 기술의 발달로 전광변환 효율이 기존의 백열등 및 형광등보다 높아져서 현재는 일반 조명용으로 그 범위를 넓혀가고 있다.

LED 조명장치를 구동하는 기술들 중에서, 시간에 따라 주기적으로 변하는 순시 교류전압을 사용하여 LED 를 점등하는 교류구동 LED 조명장치가 다수 개발되어 있다.

일예를 든다면, 미국 특허 US 6,989,807 B2 및 US 7,936,135 B2, 일본 특허 JP 4581646 B 및 JP-P-2009-260505, 한국 출원특허 KR 10-2011-0019213 및 KR 10- 2010-0136362, 그리고 본 발명인이 개발한 특허 KR 10-1110380 을 들 수 있다.

이하, 도1 내지 도2 를 사용하여 종래기술의 문제점에 대해 설명한다.

도1 ( KR 10-1110380 도15 를 인용한 것 ) 에서 종래기술의 회로 구성을 간단히 살펴보면, 교류전압을 제공하는 교류전원(1), 상기 교류전압을 정류하는 정류회로 (2), 직렬로 연결된 다수 개의 LED 블럭, 전류가 바이패스 할 수 있도록 각 LED 블럭에 병렬로 설치된 바이패스 스위치, 순시 교류전원 전류량을 제한하는 전류원(CS) 및 제어기(4) 를 포함하여 구성된다.

주기적으로 변하는 순시 교류전압의 한 시점에서 도1 회로 동작을 간단히 설명하면, 1) 직렬로 연결된 LED 블럭 개수를 조정하여 상기 한 시점의 순시전압에서 점등을 되도록 하고, 2) 역률개선 목적으로, 전원전류를 제한하는 전류원 (CS)를 정현파 (Csin)로 제어한다.

도2 ( KR 10-1110380 의 도18 을 인용한 것 ) 는 도1 회로가 동작하여 각 LED 블럭에 흐르는 전류를 도시한 것이다. 도2 에서, 제일 먼저 ( 제일 낮은 순시전압부터 ) 점등되는 LED 블럭은 파형(1AA)의 전류가 흐르고, 제일 나중에 점등되는 LED 블럭은 파형(4AA)의 전류가 흐른다.

여기서 각 LED 블럭에 흐르는 전류파형(1AA) 내지 전류파형(4AA)를 살펴보면 전류가 흐르지 않는 구간이 있음을 알 수 있다. 특히 전류파형(1AA)에서 전류가 0 인 부분 ( 교류전압 위상 0 도 및 180 도 부근, 즉 1개 LED 블럭의 문턱전압 이하인 부분 ) 은 나머지 전류파형에서도 전류가 0 이다. 즉, 빛이 나오지 않는 부분 (시각)이 있다. 여기서, 변조지수 ( Modulation depth, 순시 빛 방출량의 최댓값과 최솟값으로 계산 ) 를 계산해 보면 변조지수는 100 % 가 된다.

종래기술의 문제점으로는, 일반적으로 백열등은 변조지수가 6 % 정도이고, 형광등은 25 ~ 40 % 수준임을 고려하면 상기 변조지수 100 % 는 너무 높은 문제점이 있다.

US 6,989,807 B2 US 7,936,135 B2 JP 4581646 B JP-P-2009-260505 KR 10-2011-0019213 KR 10-2010-0136362 KR 10-1110380

본 발명의 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출한 것이다. 즉, 교류전압 위상 0 도 및 180 도 부근에서도 1개 이상의 LED 블럭에 전류가 공급 ( 즉, 빛 방출량이 0 이상이 되도록 ) 되어서 변조지수가 개선된 LED 조명장치를 제공하는데 있다.

이를 위해, 본 발명에 따른 변조지수가 개선된 LED 조명장치는, 교류전압을 정류하여 직류의 정류전압으로 변환하는 정류회로; 상기 정류회로의 (전원)전류량을 제한하는 전류원; 적어도 1개 이상의 LED로 구성된 LED 블럭; 복수개의 상기 LED 블럭들이 서로 직렬 연결된 부하; 상기 부하를 구성하는 LED 블럭에 흐르는 전류를 바이패스시키는 적어도 1개 이상의 스위치로 구성된 스위치 블럭; 상기 부하를 구성하는 상기 LED 블럭들 중에서 1개 이상의 LED 블럭에 병렬로 연결된 콘덴서;를 구비하며, 상기 부하는 상기 정류전압으로 구동되고, 상기 콘덴서의 방전전류는 병렬 연결된 상기 LED 블럭으로는 흐를 수 있지만 상기 스위치를 통하여 다른 회로로는 흐르지 않도록 구성된 회로;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, LED 조명장치는 상기 전류원을 상기 교류전압과 동일한 위상의 정현파 신호로 제어하는 제어기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, LED 조명장치는 상기 스위치 블럭의 스위치가 변경될 때, 상기 전류원의 제어량을 변경하여 계단파 전류가 상기 LED 블럭에 공급되도록 하는 제어기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 교류전압이 차단되면, 상기 콘덴서를 강제로 방전시키는 방전회로를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 교류전압이 차단되면, 상기 콘덴서를 상기 LED 블럭과 분리하는 차단회로를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스위치 블럭의 스위치는 상기 LED 블럭에 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 혹은 직렬 및 병렬 혼합식으로 연결되는 것이 바람직하다.

삭제

이상과 같은 본 발명에 따른 변조지수가 개선된 LED 조명장치에 의하면, 교류전압 위상 0 도 및 180 도 부근에서도 1 개 이상의 LED 블럭에 전류가 공급 ( 즉, 빛 방출량이 0 이상 ) 되어서 변조지수가 개선된 LED 조명장치가 제공되는 효과가 있다.

도1 은 종래기술에서 인용한 회로도이다.
도2 는 종래기술에 의한 전류파형이다.
도3 은 본 발명에 의한 회로도의 일예이다.
도4 는 본 발명 회로도에서 흐르는 전류를 도시한 예이다.
도5 는 본 발명 회로도를 컴퓨터로 모의시험 결과의 일예이다.
도6 는 본 발명 회로도를 컴퓨터로 모의시험 결과의 다른 일예이다.
도7 는 본 발명 회로도를 컴퓨터로 모의시험 결과의 다른 일예이다.
도8 는 본 발명 회로도를 컴퓨터로 모의시험 결과의 다른 일예이다.
도9 는 본 발명 회로도를 컴퓨터로 모의시험 결과의 다른 일예이다.
도10 는 본 발명 회로도를 컴퓨터로 모의시험 결과의 다른 일예이다.
도11 는 본 발명 회로도를 컴퓨터로 모의시험 결과의 다른 일예이다.
도12 는 본 발명 회로도를 컴퓨터로 모의시험 결과의 다른 일예이다.
도13 는 본 발명 회로도를 컴퓨터로 모의시험 결과의 다른 일예이다.
도14 는 본 발명 회로도를 컴퓨터로 모의시험 결과의 다른 일예이다.
도15 는 본 발명에 의한 또 다른 회로도의 일예이다.
도16 는 본 발명에 의한 또 다른 회로도의 일예이다.
도17 는 본 발명에 의한 또 다른 회로도의 일예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석해서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공기구성 및 기능에 대한 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 핵심 개념은, 스위치로 전류의 흐름이 제어되는 LED 블럭에 병렬로 콘덴서를 부가하여서, LED 블럭이 교류전원으로부터 직접 전류를 공급받지 못할 때는, 병렬 연결된 콘덴서로부터 전류를 공급받아 상기 LED 블럭이 점등되도록 하는 것이다. 이로써, 모든 LED 블럭이 한꺼번에 모두 미 점등되는 것을 방지함으로써 변조지수가 개선된 LED 조명장치가 제공된다. 또한 전원전류를 제한하는 전류원을 채택함으로써, LED 를 보호함과 동시에 고역률을 달성한다.

이하, 도3 및 도4 를 사용하여 본 발명에 따른 변조지수가 개선된 LED 조명장치를 상세히 설명한다.

도3 은 본 발명에 따른 변조지수가 개선된 LED 조명장치 회로도의 일예이다.

먼저, 도 3과 같이 본 발명은 교류전압을 제공하는 교류전원(1)과, 상기 교류전압을 정류하는 정류회로(2) 및 부하인 제1 LED 블럭(1a) 내지 제4 LED 블럭(4a)을 포함한다.
특히, LED 블럭에 각각 병렬로 연결된 제1 콘덴서(1c) 내지 제4 콘덴서(4c) 및 상기 콘덴서의 방전시 LED 블럭으로는 전류가 흐르고 다른 회로로는 흐르지 않도록 제한하는 제1 방전방지 다이오드(1d) 내지 제4 방전방지 다이오드(4d)를 포함한다.
또한, 각 LED 블럭에 흐르던 전류를 바이패스 시키는 제1 바이패스 스위치 (1s) 내지 제4 바이패스 스위치(4s) 및 전원전류량을 제한하는 전류원(CL)을 포함한다. 각 LED 블럭과 전류원(CL)은 모두 직렬 연결되어 정류전압(Vrect)와 접지(Vss) 사이에 연결된다.

여기서, 제1 LED 블럭(1a)과, 제1 방전방지 다이오드(1d) 및 제1 콘덴서(1c)를 포함하는 회로를 "제1 발광블럭" 이라 한다. 같은 방식으로 나머지는 각각 "제2 발광블럭", "제3 발광블럭" 및 "제4 발광블럭"이라 한다.
일반화하여 표현하면, 제N LED 블럭(Na)과, 제N 방전방지 다이오드(Nd) 및 제N 콘덴서(Nc)를 포함하는 회로를 "제N 발광블럭" 이라 칭할 수 있다. 또한, 서로 직렬 연결된 "제1 발광블럭"부터 "제N 발광블럭"을 "부하"라 한다.

이때, 상기 제1 LED 블럭(1a) 내지 제4 LED 블럭(4a)는 1개 이상의 LED로 구성되며, 다수개의 LED 가 직렬, 병렬 또는 직/병렬 배열로 구성될 수 있다. 상기 각 LED 블럭은 널리 알려진 공지기술로 구성할 수 있으므로, 이하에서는 설명의 간략화를 위하여 구체적인 기술은 생략한다.

그리고, 교류전압과 동일한 위상의 정현파 신호를 발생시키고, 상기 정현파 신호를 정류 ( 음전압을 양전압으로 변환 ) 하고, 정류된 정현파의 크기를 조절하여 전류량 조절신호(Csin)을 생성하며, 생성된 조절신호(Csin)을 전원전류량을 제한하는 전류원 (CL)에 공급하는 제거기(미도시)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어기(미도시)가 교류전압과 동위상의 정현파를 발생하는 이유는, 교류전원 (1) 에서 공급되는 교류전류가 교류전압과 동일한 위상이고, 그 형태는 정현파 여서 역률이 개선되도록 바라기 때문이다.

전류원(CL)은 상기 제어기(미도시)로부터 제공된 상기 조절신호(Csin)에 상응하는 전류를 공급할 여건이 되면 ( 부하에 충분한 전류가 흐르면 ) , 상기 전류원(CL) 양단에 전압강하를 유발하여 상기 부하의 양단전압을 줄여서 부하전류를 요청받은 수준으로 흐르도록 하고, 여건이 되지 않으면 ( 부하에 흐르는 전류가 요청전류보다 낮으면 ) 상기 전류원(CL) 양단전압을 최소 ( 전류원 포화전압 ) 로 만들어 부하가 흘릴 수 있는 최대 전류가 흐르도록 하는 것이다.

즉, 순시 정류전압이 설계 값보다 높게 공급되면 잉여전압은 전류원(CL) 양단에 걸리고, 부하에는 설계전압이 걸리도록 하여서, 부하전류는 상기 전류원(CL)에 의하여 제한되는 것이 바람직하다.

상기 전류원(CL)의 동작에 대한 보다 상세한 설명은, 본 발명인이 출원한 특허 제 10-1110380 호에 상세히 설명되어 있으므로 설명의 편의상 생략한다.

이하, 도4 를 사용하여 본 발명에 따른 변조지수가 개선된 LED 조명장치를 상세히 설명한다. 변조지수 ( "퍼센트 플리커"라고도 불림 ) 에 대한 설명은, 본 발명인이 출원한 특허 10-2012-0045950 에 상세히 설명되어 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다. [ 변조지수는 순시 빛 방출량의 최댓값과 최솟값을 사용하여 계산함. 변조지수 = (최댓값 - 최솟값) / (최댓값 + 최솟값) x 100 ]

먼저, 정류전압 상승구간 ( 전압위상 0 도 에서 90 도 ) 에서 회로 동작을 설명한다.

도4 에서 제1 바이패스 스위치(1s)가 개방되어 있으므로 제1 발광블럭에는 전원전류가 직접 공급된다. 상기 제1 발광블럭에 공급된 상기 전원전류는 제1 방전방지 다이오드(1d)를 통과하여서 제1 콘덴서(1c)를 충전하는 전류와 제1 LED 블럭(1a)을 통과하여 다음 발광블럭으로 공급되는 전류로 나누어진다. 이때, 전압위상이 증가함에 따라 정류전압은 계속 증가함으로 상기 제1 콘덴서(1c)에 계속 전류가 충전되고, 상기 제1 콘덴서(1c)의 전압도 계속 상승하게 된다. 그리고, 전압위상 90 도 에서 상기 콘덴서(1c)는 최대 충전되어서 콘덴서 양단 전압도 최대가 된다. [ 다이오드(1d) 전류 = 콘덴서(1c) 충전전류 + LED 블럭(1a) 전류 ]

도4 에서 제2 바이패스 스위치(2s)는 접속되어 있으므로, 상기 제1 발광블럭을 통과한 전류는 제2 발광블럭을 바이패스 한다. 그리고, 제2 콘덴서(2c)에 충전되어 있던 전류는 병렬로 연결된 상기 제2 LED 블럭(2a)를 통하여 방전하게 된다. 즉, 전원전류가 직접 공급되지 않아도 제2 LED 블럭은 점등된다. 이때 제2 방전방지 다이오드(2d)는 상기 제2 콘덴서(2c) 방전전류가 상기 제2 스위치(2s)를 통하여 방전하지 않고, 병렬로 연결된 상기 제2 LED 블럭(2a)로 흐르도록 하는 역할을 수행한다.

만약, 제2 방전방지 다이오드 (2d)가 없다면 상기 제2 콘덴서(2c)는 상기 제2 바이패스 스위치(2s)를 통하여 빠르게 방전함은 당연하다. [ 다이오드(2d) 전류 = 0, 콘덴서(2c) 방전전류 = LED 블럭(2a) 전류 ]

즉, 상기 제2 콘덴서(2c)의 방전전류가 병렬 연결된 제2 LED 블럭(2a)으로는 흐를 수 있지만 제2 바이패스 스위치(2s)를 통하여 다른 회로로는 흐르지 않도록 회로가 구성되어 있다.

LED 블럭(2a)의 문턱전압 이하에서는 전류가 미약하게 흐르므로 상기 제2 콘덴서 (2c)의 방전도 미약하고, 결과적으로 상기 제2 콘덴서(2c)의 전압변동도 미약할 것이다. 즉, 간략히 요약하면 전원전류가 직접 공급되지 않을 때 LED 블럭에 전류를 공급하는 콘덴서의 최소전압은 LED 블럭의 문턱전압이다.

이하, 정류전압 하강구간 ( 전압위상 90 도 에서 180 도 ) 에서 회로 동작을 설명한다.

도4 에서 제3 바이패스 스위치(3s)가 개방되어 있으므로 제3 발광블럭에는 전원전류가 직접 공급된다. 상기 제3 발광블럭에 공급된 상기 전원전류는 제3 방전방지 다이오드(3d) 및 제3 LED 블럭(3a)을 통과하여 다음 발광블럭으로 공급된다. 또한, 전압위상이 증가함에 따라 정류전압은 계속 감소하므로, 상기 제3 콘덴서(3c)는 병렬로 연결된 제3 LED 블럭(3a)를 통하여 방전하여서 상기 제3 콘덴서(3c) 전압은 감소하게 된다. [ LED 블럭(3a) 전류 = 콘덴서(3c) 방전전류 + 다이오드(3d) 전류 ]

도4 에서 제4 바이패스 스위치(4s)는 접속되어 있으므로, 상기 제3 발광블럭을 통과한 전류는 제4 발광블럭을 바이패스 한다. 그리고, 제4 콘덴서(4c)에 충전되어 있는 전류는 병렬로 연결된 상기 제4 LED 블럭(4a)를 통하여 방전하게 된다. 즉, 전원전류가 직접 공급되지 않아도 제4 LED 블럭은 점등된다. 이때 제4 방전방지 다이오드(4d)는 상기 제4 콘덴서(4c) 방전전류가 상기 제4 스위치(4s)를 통하여 방전하지 않고, 병렬로 연결된 상기 제4 LED 블럭(4a)로 흐르도록 하는 역할을 수행한다.

만약, 제4 방전방지 다이오드 (4d)가 없다면 상기 제4 콘덴서(4c)는 상기 제4 바이패스 스위치(4s)를 통하여 빠르게 방전함은 당연하다

즉, 상기 제4 콘덴서(4c)의 방전전류가 병렬 연결된 제4 LED 블럭(4a)으로는 흐를 수 있지만 제4 바이패스 스위치(4s)를 통하여 다른 회로로는 흐르지 않도록 회로가 구성되어 있다.

제4 LED 블럭(4a)의 문턱전압 이하에서는 전류가 미약하게 흐르므로 상기 제4 콘덴서(4c)의 방전도 미약하고, 결과적으로 제4 콘덴서(4c)의 전압변동도 미약할 것이다. 즉, 간략히 요약하면 전원전류가 직접 공급되지 않을 때 블럭에 전류를 공급하는 콘덴서의 최소전압은 LED 블럭의 문턱전압이다.

이로써, LED 블럭은 전원전류가 직접 공급되지 않아도, 상기 LED 블럭에 병렬로 연결된 콘덴서를 통하여 전류가 공급된다. 즉, 종래의 기술에서는 LED 블럭에 전원전류 공급이 차단되면 빛 방출이 발생 0 가 되어서 변조지수가 100 % 가 되지만, 본 발명에 따르면 계속 전류가 공급되므로 변조지수가 개선된 LED 조명장치가 제공된다.

본 발명의 제1 실시예는 구체적인 값을 가지고 컴퓨터 모의 시험한 것이다.

먼저, 도4 회로에서, 교류전원(1)은 110 Vac, 50 Hz 이고, 전류원(CL)은 순시 최댓값이 60 mA 인 정현파가 되도록 설정하였으며, 제1 콘덴서(1c) 내지 제4 콘덴서 (4c)는 10 uF 를 사용하였다.

그리고, 제1 LED 블럭(1a) 내지 제4 LED 블럭(4a)은 모두 동일하게 구성하였다. 제1 LED 블럭(1a) 와 제1 방전방지 다이오드(1d)를 직렬 연결한 것의 전류-전압 특성은 표1 과 같다. 즉, 순방향전압 32.22 V ( @ 20 mA ) 로 백색 LED 10 개를 직렬 연결한 것과 비슷하다.

전류가 1 mA 흐를 때 전압을 문턱전압으로 보면 문턱전압은 25.85 V 이다. 그리고, 전류 60 mA 가 흐를 때 순방향전압이 34.63 V 이므로, 스위치 변경은 36 V 의 배수에서 수행하도록 설정하였다.

전류 [ mA ]	전압 [ V ]	전류 [ mA ]	전압 [ V ]	전류 [ mA ]	전압 [ V ]
0.1	10.5	2.0	27.27	50.0	34.22
0.2	19.9	5.0	29.25	60.0	34.63
0.5	24.31	10.0	30.73	100.0	35.78
1.0	25.85	20.0	32.22

즉, 1) 정류전압 0 ~ 36 V 까지는 제1 LED 블럭(1a)에 전원전류가 직접 공급되도록 스위치(1s)를 개방하고, 나머지 스위치들은 접속하였다. [ 결론적으로, 제1 스위치(1s)는 항상 개방되어 있음 ]

2) 정류전압 36 V 이상 ~ 72 V 미만 에서는 2 개의 LED 블럭을 점등할 수 없으므로 스위치의 변경은 없다. [ 제1 스위치(1s)만 개방 ]

3) 정류전압이 72 V 를 통과하여 상승할 때, 즉시 스위치(2s)를 개방하여서 2 개의 LED 블럭에 전원전류가 직접 공급되도록 한다. 즉, 제1 LED 블럭(1a) 및 제2 LED 블럭(2a)에 전원전류를 공급한다.

4) 정류전압이 108 V 를 통과하여 상승할 때, 즉시 스위치(3s)를 개방하여서 3 개의 LED 블럭에 전원전류가 직접 공급되도록 한다. 즉, 제1 LED 블럭(1a) 내지 제3 LED 블럭(3a)에 전원전류를 공급한다.

5) 교류전압이 100 Vac 여서 정류최대전압은 141.4 V 이기 때문에 4 개의 LED 블럭을 구동 ( 144 V = 36 x 4 ) 하기에는 정류전압이 낮다. 따라서, 제4 스위치(4s)는 항상 접속 상태를 유지한다.

정류전압이 108 V 및 72 V 를 통과하여 하강할 때( 90 도 ~ 180 도 구간 ) 는, 반대로 제3 스위치(3s) 및 제2 스위치(2s)는 각각 접속한다.

정류전압이 30 V, 36 V, 72 V 및 108 V 통과할 때의 전원전류 ( 정현파 설계전류 ), 전원전압 위상, 전압위상 90 도 이전의 통과시각, 전압위상 90 도 이상의 통과시각을 sine 함수를 사용하여 계산하면 표2 와 같다.

전압 [ V ]	전원 전류 [ mA ]	전원전압 위상 [ 도 ]	90도 이전시각 [ ms ]	90도 이후 시각 [ ms ]
30.0	12.8	12.3	0.68	9.32
36.0	15.3	14.8	0.82	9.18
72.0	30.6	30.7	1.71	9.29
108.0	46.0	50.0	2.78	7.22

상기의 회로조건으로 컴퓨터 모의 시험한 결과가 도5 내지 도9 이다. ( 전원투입 후 180 ms 에서 195 ms 사이를 나타낸 것임, 각 콘덴서에 전류가 충전될 기간을 부여한 이후임 )

도5 는 제1 발광블럭에 관계된 모의시험 결과파형이다. 수직축은 전류 축으로 단위는 mA 이고, 수평축은 교류전압 위상으로 단위는 도 ( 또는 ms , 이때 한 눈금은 50 Hz 이므로 1 ms ) 이다.

도5 에서, 구간(A) 는 제1 발광블럭이 점등되는 구간이고, 구간(B)는 제1 발광블럭 내지 제2 발광블럭이 점등되는 구간이며, 구간(C)는 제1 발광블럭 내지 제3 발광블럭이 점등되는 구간이다. [ 기타 도면에서도 구간(A) 내지 구간(C) 에 대한 내용은 동일하므로 이하 설명은 생략한다. ]

도5 에서 제1 방전방지 다이오드(1d)를 통과한 전류(101da)는 전원전류와 크기는 같고 부호는 모두 양(+)이다. 이것은 종래기술에서 인용한 도2 의 전류파형(1AA)에 상응하는 것이다.

그리고, 제1 방전방지 다이오드(1d)를 통과한 전류(101da)는 시각으로 0.7 ms 근처에서 스파이크 전류를 가지는데, 이것은 정류전압이 제1 콘덴서의 전압보다 높아져서 콘덴서로 전원전류가 급격하게 흐르기 시작하기 때문이다. 또한, 정류전압이 72 V (시각 1.71 ms) 에서도 스파이크 전류를 가지는데, 이것은 전원전류가 직접 공급되는 LED 블럭이 2 개로 변경될 때이기 때문이다. 그리고 정류전압이 108 V ( 시각 2.78 ms ) 에서도 스파이크 전류를 가지는데, 이것은 전원전류가 직접 공급되는 LED 블럭이 3 개로 변경될 때이기 때문이다.

여기서, 정류전압 36 V ( 시각 0.82 ms ) 이상에서 정류전압 72 V ( 시각 1.71 ms ) 미만 까지는 제1 발광블럭에만 전원전류를 직접 공급하기 때문에, 부하 특성상 100 mA ( @ 35.78 V ) 이상을 흘릴 수 있는 전압이 되지만, 전류를 제한하는 전류원(CL)에 의하여 정현파 형태로 전원전류가 제한된다.

동일한 이유로, 정류전압 72 V ( 시각 1.71 ms ) 이상에서 정류전압 108 V ( 시각 2.78 ms ) 미만까지는 2 개의 발광블럭을 구동하기 때문에, 부하 특성상 100 mA ( @ 35.78 x 2 V ) 이상을 흘릴 수 있는 전압이 되지만, 전류를 제한하는 전류원(CL)에 의하여 정현파 형태로 전원전류가 제한된다.

역시 동일한 이유로, 정류전압 108 V ( 시각 2.78 ms ) 이상에서는 3 개의 발광블럭을 구동하기 때문에, 부하 특성상 100 mA ( @ 35.78 x 3 V ) 이상을 흘릴 수 있는 전압이 되지만, 전류를 제한하는 전류원(CL)에 의하여 정현파 형태로 전원전류가 제한된다.

도5 에서 제1 콘덴서(1c)의 전류(101ca)는 양(+)의 값을 가질 때는 상기 제1 콘덴서 (1c)가 충전중이고, 음(-)의 값을 가질 때는 상기 제1 콘덴서(1c)가 방전중임을 의미한다. 그리고 상기 제1 LED 블럭의 전류(101aa)는 0 으로 떨어지지 않고 계속 양(+)의 값을 가짐을 알 수 있다.

즉, 전원전류가 차단된 상태에서도 콘덴서에 충전되어 있던 전류가 LED 블럭에 공급되어 계속 빛 을 방출함으로써, 최소 빛 밝기가 높아져서, 변조지수가 개선됨을 알 수 있다. 이것은 다수개의 LED 블럭으로 부하를 구성하고, 단 1 개의 LED 블럭에 병렬로 연결된 콘덴서와 방전방지 다이오드를 구비하여도 변조지수가 개선됨을 의미한다.

도6 은 제2 발광블럭에 관계된 모의시험 결과파형이다. 도6 에서, 제2 방전방지 다이오드(2d)를 통과한 전류(102da)는 종래기술에서 인용한 도2 의 전류파형 (2AA)에 상응하는 것이다. 제2 LED 블럭 전류(102aa)와 제2 콘덴서 전류(102ca) 도 함께 도시되어 있다.

도7 은 제3 발광블럭에 관계된 모의 시험 결과파형이다. 도7 에서, 제3 방전방지 다이오드(3d)를 통과한 전류(103da)는 종래기술에서 인용한 도2 의 전류파형(3AA)에 상응하는 것이다. 제3 LED 블럭 전류(103aa)와 제3 콘덴서 전류(103ca) 도 함께 도시되어 있다.

도5 내지 도7 에서, 제1 LED 블럭 전류(101aa) 내지 제3 LED 블럭 전류(103aa)를 살펴보면, 정류전압 위상 0 ~ 90 도 구간보다 90 ~ 180 도 구간에서 전류가 더 많이 흐름을 알 수 있다. 즉 정류전압 상승구간 보다 정류전압 하강구간이 더 밝음을 알 수 있다.

그리고, 제1 콘덴서(1c) 내지 제3 콘덴서(3c) 중 어느 하나만 사용하여도 [ 전원전류가 흐르지 않는 구간 ( 전압위상 0 도 및 180 도 부근 ) 에서 콘덴서에 충전된 전류가 LED 블럭에 공급되어서 빛을 방출하기 때문에 ] LED 조명장치의 순시 최소 빛 밝기가 높아져서 변조지수는 개선됨은 당연하다.

도8 은 제1 LED 블럭(1a) 내지 제3 LED 블럭(3a)의 전류를 모두 합한 컴퓨터 모의 시험결과(100aa)이다. 각 LED 블럭을 모두 동일하게 구성하였으므로, 상기 시험결과 (100aa)는 LED 조명장치의 순시 밝기에 대응한다. 상기 그래프(100aa)에서 최댓값은 약 180, 최솟값은 약 20 이다. 이것으로 변조지수를 계산해 보면 변조지수는 80 % 가 된다. [ ( 180 - 20 ) / ( 180 + 20 ) * 100 = 80 ]

도9 는 상기 조건으로 컴퓨터 모의 시험하여서, 제1 콘덴서(1c) 내지 제3 콘덴서(3c)의 전압을 도시한 것이다.

도9 에서, 상기 각 콘덴서의 최대전압은 정류전압위상 90 도 부근에서 제일 높고, 각 콘덴서에 전원전류가 충전을 개시 ( 즉, 해당 발광블럭에 전원전류가 직접 공급개시 ) 되는 시점에 제일 낮음을 알 수 있다.

도9 에서, 제2 콘덴서(2c)의 제일 낮은 전압을 살펴보면, 정류전압 상승구간에서 구간(A)와 구간(B)의 경계( 즉, 전원전류가 LED 블럭이 1 개에 직접 공급되다가 LED 블럭 2 개로 직접 공급을 개시하는 시각 ) 에서 제2 콘덴서 전압(102cv)은 대략 29 V 이다.

그런데 반대로 정류전압 하강구간에서 구간(B)와 구간(A)의 경계 ( 즉, 전원전류가 LED 블럭 2 개에 직접 공급되다가 LED 블럭 1 개에 직접 공급을 개시하는 시각 ) 에서 제2 콘덴서 전압(102cv)은 대략 33 V 이다.

이것은 정류전압 상승구간에서 각 발광블럭을 바이패스 시키는 스위치 변경 기준전압(낮은값) 과, 정류전압 하강구간에서 각 발광블럭을 바이패스 시키는 스위치 변경 기준전압(높은값) 이 다른 것이 바람직함을 의미한다.

그리고 다른 측면에서는, 상기 스위치 변경 기준전압들을 소정의 값 [ 예를 들면 콘덴서 최대전압의 합보다 보다 약간 높은 전압 ( 전류원 포화전압과 방전방지 다이오드의 순방향전압을 고려 ) ] 의 배수로 설정하면 기준전압을 발생하는 회로 및 스위치 변경을 판단하는 회로가 간단해지는 효과가 있으므로, 이 또한 바람직하다.

이상 본 발명의 바람직한 제1 실시예 를 상세히 설명하였다.

본 발명의 제2 실시예는 상기 제1 실시예에서 제1 콘덴서(1c) 내지 제4 콘덴서(4c)를 47 uF 로 변경하여 컴퓨터 모의 시험한 예이다.

도10 은 제1 발광블럭에 관계된 모의시험 결과파형이다.

도10 에서, 제1 방전방지 다이오드(1d)를 통과한 전류(471da)는 종래기술에서 인용한 도2 의 전류파형(1AA)에 상응하는 것이다. 제1 LED 블럭 전류(471aa)와 제1 콘덴서 전류(471ca) 도 함께 도시 되어 있다.

도5 ( 콘덴서 10 uF 사용 ) 에서, 제1 LED 블럭 전류 (101aa)는 전압위상 90 도 부근에서 최댓값 ( 약 60 mA ) 을 가진다. 반면에 도10 ( 콘덴서 47 uF 사용 ) 에서는, 제1 LED 블럭 전류 (471aa)는 전압위상 125 도 ( 7ms 부근, 50Hz ) 부근에서 최댓값 ( 약 50 mA ) 을 가진다.

즉, 제1 콘덴서(1c)의 용량을 높이면, 제1 LED 블럭(1a)의 순시 전류 최댓값이 낮아짐을 알 수 있다. 이것은 변조지수가 순시 최댓값과 순시 최솟값의 차가 작으면 작을수록 개선되므로, 순시 최대전류가 낮아진 것 그 자체만으로도 변조지수가 개선됨을 의미한다. 또한, 전압위상 180도 부근에서 콘덴서가 방전하는 전류량도 콘덴서 용량이 크면 더 많음으로 순시 최솟값이 더 높아져서 변조지수가 개선된다.

도11 은 제2 발광블럭에 관계된 모의시험 결과파형이다. 도11 에서, 제2 방전방지 다이오드(2d)를 통과한 전류(472da)는 종래기술에서 인용한 도2 의 전류파형 (2AA)에 상응하는 것이다. 제2 LED 블럭 전류(472aa)와 제2 콘덴서 전류(472ca) 도 함께 도시 되어 있다.

도12 는 제3 발광블럭에 관계된 모의시험 결과파형이다. 도12 에서, 제3 방전방지 다이오드(3d)를 통과한 전류(473da)는 종래기술에서 인용한 도2 의 전류파형 (3AA)에 상응하는 것이다. 제3 LED 블럭 전류(473aa)와 제3 콘덴서 전류 (473ca) 도 함께 도시 되어 있다.

도10 내지 도12 에서, 제1 LED 블럭 전류(471aa) 내지 제3 LED 블럭 전류(473aa)를 살펴보면, 각 LED 블럭 전류는, 정류전압 상승구간과 하강구간에서 거의 동일한 량의 전류가 흐름을 알 수 있다. ( 보다 정확히 서술하면, 하강구간에서 약간 더 전류량이 많음 )

도13 은 제1 LED 블럭(1a) 내지 제3 LED 블럭(3a)의 전류를 모두 합한 컴퓨터 모의 시험결과(470aa)이다. 각 LED 블럭을 모두 동일하게 구성하였으므로, 상기 시험결과(470aa)는 LED 조명장치의 순시 밝기에 대응한다. 상기 그래프(470aa)에서 최댓값은 약 140, 최솟값은 약 60 이다. 이것으로 변조지수를 계산해 보면 변조지수는 40 % 가 된다. [ ( 140 - 60 ) / ( 140 + 60 ) * 100 = 40 ]

도14 는 상기 조건으로 컴퓨터 모의 시험하여서, 제1 콘덴서(1c) 내지 제3 콘덴서(3c)의 전압을 도시한 것이다.

도14 에서, 상기 각 콘덴서의 최대전압은 정류전압 위상 125 도 ( 7ms 부근, 50Hz ) 에서 제일 높고, 각 콘덴서에 전원전류가 충전을 개시 ( 즉, 해당 발광블럭에 전원전류가 직접 공급개시 ) 되는 시점에 제일 낮음을 알 수 있다.

도14 에서, 제2 콘덴서(2c)의 제일 낮은 전압을 살펴보면, 정류전압 상승구간에서 구간(A)와 구간(B)의 경계 ( 즉, 전원전류가 LED 블럭이 1 개에 직접 공급되다가 LED 블럭 2 개로 직접 공급을 개시하는 시각 ) 에서 제2 콘덴서 전압(472cv)은 대략 31 V 이다.

그런데 반대로 정류전압 하강구간에서 구간(B)와 구간(A)의 경계 ( 즉, 전원전류가 LED 블럭 2 개에 직접 공급되다가 LED 블럭 1 개에 직접 공급을 개시하는 시각 ) 에서 제2 콘덴서 전압(472cv)은 대략 33 V 이다.

그리고, 또 다른 측면에서는, 상기 스위치 변경 기준전압들을 소정의 값 [ 예를 들면 콘덴서 최대전압의 합보다 약간 높은 전압 ( 전류원 포화전압과 방전방지 다이오드의 순방향전압을 고려 ) ] 의 배수로 설정하면 기준전압을 발생하는 회로 및 판단하는 회로가 간단해 지는 효과가 있으므로, 이 또한 바람직하다.

이상 본 발명의 바람직한 제2 실시예를 상세히 설명하였다.

본 발명의 제3 실시예는, 스위치가 병렬 배치된 스위치 블럭(병렬배치)으로 구현한 실시예이다.

이하, 도15 를 사용하여 스위치가 병렬 배치된 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명한다.

먼저, 도15 를 참조하여 회로구성을 살펴보면, 본 발명은 교류전압을 제공하는 교류전원(1)과, 상기 교류전압을 정류하는 정류회로(2)와, 부하인 제1 LED 블럭 (1a) 내지 제4 LED 블럭(4a), 각 LED 블럭에 병렬로 연결된 제1 콘덴서(1c) 내지 제4 콘덴서(4c), 상기 각 콘덴서가 방전시 병렬 연결된 상기 각 LED 블럭으로는 전류가 흐르고 각 바이패스 스위치를 통하여 다른 회로로는 흐르지 않도록 하는 제1 방전방지 다이오드(1d) 내지 제4 방전방지 다이오드(4d), 전원전류량을 제한하는 전류원(CL), 상기 각 LED 블럭의 캐서더(cathode) 단자와 상기 전류원(CL)의 양전압단자 사이에 연결된 제1 바이패스 스위치(1s) 내지 제4 바이패스 스위치(4s)로 구성된 병렬배치 스위치 블럭 및 전원전류량을 제한하는 전류원(CL)을 포함하여 구성되며, 각 LED 블럭 및 전류원(CL)은 순서대로 모두 직렬 연결되어 정류전압(Vrect) 와 접지(Vss) 사이에 연결되어 있다.

여기서, 제1 LED 블럭(1a)과 직렬 연결된 제1 방전방지 다이오드(1d) 및 상기 제1 LED 블럭(1a)와 병렬 연결된 제1 콘덴서(1c)로 구성되는 회로를 "제1 발광블럭" 이라 칭할 수 있다. 그리고 제4 LED 블럭(4a)과 직렬 연결된 제4 방전방지 다이오드(4d) 및 상기 제4 LED 블럭(4a)와 병렬 연결된 제4 콘덴서(4c)로 구성되는 회로를 "제4 발광블럭" 이라 칭할 수 있다. 이것을 일반화하여서 표현하면, 제N LED 블럭(Na)과 직렬 연결된 제N 방전방지 다이오드(Nd) 및 상기 제N LED 블럭(Na)와 병렬 연결된 제N 콘덴서(Nc)로 구성되는 회로를 "제N 발광블럭" 이라 칭할 수 있다.

이하 도15 의 바람직한 회로 동작의 일예를 설명한다.

먼저, 병렬배치 스위치 블럭은 시간적으로 한순간에는 1 개의 스위치만 접속 상태를 유지하고 나머지 스위치는 모두 개방되는 것이 바람직하다.

일예로써 제1 스위치(1s)만 접속된 경우는, 제1 LED 블럭(1a)만 정류회로(2) 와 전류원(CL) 사이에 접속되어서 전원전류가 직접 제1 LED 블럭(1a)에 공급된다. 이때, 상기 제1 콘덴서(1c)는 정류전압이 상승하는 경우는 충전되고, 하강하는 경우는 방전된다. 그리고, 나머지 콘덴서( 제2 ~ 제4 콘덴서 ) 는 모두 병렬연결된 각 LED 블럭으로 방전된다. 이때, 각 콘덴서 방전전류는 각 LED 블럭외에 다른 회로로 방전을 방지하는 각 방전방지 다이오드에 의하여 차단되므로 병렬 연결된 각 LED 블럭을 통하여 방전된다.

그런데 상기 도15 회로를 자세히 살펴보면, 각 방전 콘덴서는, 병렬 연결된 각 LED 블럭 이외로는 전류 폐루프 회로를 형성할 수 없어서 각 방전방지 다이오드는 없어도 됨을 알 수 있다 ( 결과 회로는 도16 ). 따라서, 본 발명의 전체적인 관점에서 보면, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에서 설명한 방전방지 다이오드는 방전방지 회로로 칭하는 것이 바람직하다.

도15 회로에서 제일 마지막 스위치, 즉 제4 스위치(4s)가 없어도 ( 즉, 단락 ) 제4 콘덴서(4c)는 제4 LED 블럭으로 방전됨을 알 수 있다. 즉 제4 방전방지 다이오드(4d)가 작동하여 다른 회로로 상기 제4 콘덴서(4c) 방전전류가 흐르는 것을 방지하다. 그런데, 방전방지 다이오드를 모두 제거한 도16 회로에서는, 제4 스위치(4s)가 없으면 ( 즉, 단락 ) 상기 제4 콘덴서(4c)의 방전전류가 제3 스위치(3s)을 통하여 흐를 수 있다. 따라서 도16 회로에서는 제4 스위치(4s)는 방전방지 회로로써 반드시 필요함을 알 수 있다.[상기 제4 스위치(4s)는 일 방향 스위치인 다이오드로 대체될 수도 있음.]

전류를 제한하는 전류원(CL), 정류회로(2) 및 각 LED 블럭의 구성 등에 대한 설명은 본 명세서에서 이미 상세히 설명 하였으므로 설명의 간략화를 위하여 생략한다.

도 15 및 도 16과 같이 스위치가 병렬 배치된 경우 전원 전류량을 제한하는 전류원은(본 명세서에서 선행기술로 언급한 특허 US6,989,807의 도 5A, JP-P-2009-260505의 도 1 및 KR10-2011-0019213의 도 1에 도시된 것처럼) 다수개의 전류원으로 구현될 수 있음은 당업자에게는 당연하다. 이상 본 발명의 바람직한 제3 실시예를 상세히 설명하였다.

본 발명의 제4 실시예는, 각 LED 블럭과 병렬 배치되는 콘덴서 배치가 이전 예시와는 다른 일실시예이다.

이하, 도17 을 사용하여 콘덴서가 병렬 배치된 본 발명의 바람직한 일실시예에 대하여 설명한다.

먼저, 도17 을 참조하여 회로구성을 살펴보면, 본 발명은 교류전압을 제공하는 교류전원(1)과, 상기 교류전압을 정류하는 정류회로(2)와, 전원전류량을 제한하는 전류원(CL), 직렬로 연결된 부하인 제1 LED 블럭(1a) 내지 제4 LED 블럭 (4a), 각 LED 블럭의 아노드(anode)와 상기 전류원(CL)의 양전압단자 사이에 연결 ( 각 LED 블럭과 병렬로 연결 ) 된 제1 콘덴서(1c) 내지 제4 콘덴서 (4c), 상기 정류회로(2)의 출력인 정류전압(Vrect)와 각 LED 블럭의 아노드(anode)를 연결하는 제1 바이패스 스위치 (1s) 내지 제4 바이패스 스위치(4s)을 포함하여 구성되며, 각 LED 블럭 및 전류원 (CL)은 순서대로 모두 직렬 연결되어 접지(Vss)에 연결되어 있다.

여기서, 제1 LED 블럭(1a)과 및 상기 제1 LED 블럭(1a)와 병렬 연결된 제1 콘덴서(1c)로 구성되는 회로를 "제1 발광블럭" 이라 칭할 수 있다. 또한, 제4 LED 블럭(4a)과 및 상기 제4 LED 블럭(4a)와 병렬 연결된 제4 콘덴서(4c)로 구성되는 회로를 "제4 발광블럭" 이라 칭할 수 있다. 이것을 일반화하여서 표현하면, 제N LED 블럭(Na)과 상기 제N LED 블럭과 병렬 연결된 제N 콘덴서(Nc)로 구성되는 회로를 "제N 발광블럭" 이라 칭할 수 있다.

이하 도17 회로 동작의 바람직한 일 실시예를 설명한다.

먼저, 병렬배치 스위치 블럭은 시간적으로 한순간에는 1 개의 스위치만 접속 상태를 유지하고 나머지 스위치는 모두 개방되는 것이 바람직하다. ( 제4 스위치는 일 방향 스위치인 다이오드로 구현되어 있으므로 예외임 )

일예로써 제2 스위치(2s)만 접속된 경우는, 제1 LED 블럭(1a) 와 제2 LED 블럭(2a)가 정류전압(Vrect)와 전류원(CL) 사이에 접속되어서 전원전류가 제1 LED 블럭(1a) 및 제2 LED 블럭에 직접 공급된다. 이때, 제1 콘덴서(1c) 내지 제2 콘덴서(C2)는 정류전압이 상승하는 경우는 충전되고, 하강하는 경우는 방전된다. 그리고, 나머지 콘덴서 ( 제3 ~ 제4 콘덴서 ) 는 모두 병렬 연결된 각 LED 블럭을 통하여 방전된다.

이때, 제3 콘덴서(3c)의 방전전류는 제3 스위치가 개방되어 있으므로 제3 LED 블럭으로 방전된다. 또한, 제4 콘덴서(4c)는 제4 스위치(4s)가 역방향으로 차단되므로 제4 LED 블럭(4a)으로 방전한다. 예를 들어, 각 LED 블럭의 최고전압이 30 V 라고 가정하면, 제4 콘덴서(4c)는 정류전압 몇 사이클이 경과한 후에는 약 120 V 의 전압으로 충전되어 있으며, 상기 도17 에서는 정류전압(Vrect)가 60 ~ 90 V 사이의 전압이므로, 상기 제4 스위치(4s)는 차단된다. 즉, 상기 각 콘덴서의 방전전류가 병렬 연결된 각 LED 블럭으로는 흐를 수 있지만 각 바이패스 스위치를 통하여 다른 회로로는 흐르지 않도록 회로가 구성되어 있다.

이상 본 발명의 바람직한 제4 실시예를 상세히 설명하였다.

본 발명의 제5 실시예는 전원전류가 공급되지 않을 때 병렬로 연결된 LED 블럭에 전류를 공급하는 콘덴서를 강제로 방전(discharge) 또는 방전을 차단 (disconnect) 하는 것에 관한 것이다.

교류전압이 차단되면, LED 조명장치는 즉시 소등 되는 것이 바람직하다. 그런데 본 발명의 구성요소 중에는 전원전류를 저장하였다가, 전원전류가 공급되지 않으면 병렬로 연결된 LED 블럭에 전류를 공급하는 콘덴서가 있다.

상기 콘덴서의 용량이 작으면 교류전압이 차단되면 바로 방전되어서 LED 조명장치는 즉시 소등 되지만, 변조지수를 개선하기 위하여 큰 용량 콘덴서를 사용하면 방전시간이 많이 걸리게 된다.

도18 은 컴퓨터로 콘덴서의 방전특성을 모의 시험한 결과이다.

모의시험은, 1) 47 uF 콘덴서를 34 V 로 10 ms 충전하고, 2) 상기 표1 의 특성을 갖는 LED 블럭으로 방전을 개시한다. 3) 시간 경과를 보면서 상기 LED 블럭 방전전류를 기록한다.

도18 에서 방전 전류파형(47d1) 내지 방전 전류파형(47d3) 는 모두 동일한 방전전류이고, 수직축 스케일만 다르게 표시한 것이다. 즉 방전 전류파형(471d1)은 전체적인 스케일로 본 것이고, 방전 전류파형(47d2) 및 방전 전류파형(47d3)는 낮은 수준의 방전전류를 살펴보기 위하여 확대하여 나타낸 것이다.

방전 전류파형(47d1) 내지 방전 전류파형(47d3)를 살펴보면 방전초기에는 60 mA 이상의 방전전류가 흐르지만, 0.1 초 만에 1 mA 수준으로 방전전류가 줄었다. 그리고 1 초 경과한 후 방전전류가 0.1 mA 수준으로 되었다. 이것은 LED 특성이 전압이 낮아지면 전류가 지수적으로 감소하여 흐르기 때문에, 콘덴서 전압이 감소하는 시간은 지수적으로 증가하였기 때문이다.

LED 는 특성상 전류가 조금만 흘러도 빛을 방출한다. 일반적으로 LED 는 0.1 mA 정도의 전류가 흐르면 일반 사무실 근무조건에서 육안으로 빛이 방출되는 것을 간신히 확인할 수 있다.

그런데 조명은 어두운 곳을 밝히는 것이기 때문에 0.1 mA 가 방출하는 빛도 매우 많은 양의 빛이 될 수 있다. 비슷한 예를 들면, 반딧불 수준의 밝기는 낮에는 사람이 인지하지 못하지만, 밤에는 매우 밝게 인지하는 것을 들 수 있다.

상기 도18 에 도시된 것처럼 콘덴서를 부하인 LED 블럭으로만 방전하는 경우에는 교류전압을 차단하면, 1 초가 경과 하였는데도 LED 블럭에 0.1 mA 정도의 전류가 흐르기 때문에 밤에는 LED 조명장치가 미약하게 점등되어 있는 것을 사람이 인지할 수 있다.

따라서 교류전압이 차단되면 소정의 시간 ( 일예를 들면 5 개 정도의 정류 사이클에 해당하는 시간 ) 이 지나면 상기 콘덴서를 강제로 방전시키는 회로 ( discharge circuit ) 를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 콘덴서를 상기 콘덴서와 병렬로 연결된 LED 블럭과 분리하여서 상기 LED 블럭에 전류가 공급되는 것을 차단하는 회로(disconnect circuit)를 포함하는 것도 바람직하다.

그리고, 또 다른 방법으로는 교류전압이 차단되어 상기 콘덴서 전압이 감소하여 소정의 값 이하 [ 일예를 들면 도9 에서는 25 V ( 각 콘덴서 전압이 약 27 V ~ 34 V 에 있으므로 ), 도14 에서는 28 V (각 콘덴서 전압이 약 30 V ~ 34 V 에 있으므로 ) ]로 내려가면, 상기 콘덴서를 강제로 방전시키는 회로 ( discharge circuit ) 를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 콘덴서를 상기 콘덴서와 병렬로 연결된 LED 블럭과 분리하여서 상기 LED 블럭에 전류가 공급되는 것을 차단하는 회로 ( disconnect circuit ) 를 포함하는 것도 바람직하다.

여기서, 상기 방전회로는 마이크로 프로세서에서 사용하는 리셋트(reset)회로 등으로 구현가능하고, 상기 차단회로는 리튬이온 밧데리의 과방전 방지회로 등으로 구현가능하다. 따라서 방전회로 및 차단회로에 대한 상세한 설명은 생략한다

이상 본 발명의 바람직한 제5 실시예를 상세히 설명하였다.

일반적인 전원장치 ( Switch-Mode Power Supplies, 이하 "SMPS"라 칭함 ) 는 구동 주파수가 수십 KHz 이므로, 스파이크 전류가 초당 수만번 유입되지만, 본 발명에 따른 LED 조명장치 에서는 초당 수백번이면 된다. 따라서 콘덴서의 내부온도가 상대적으로 낮다. 또한, 전류의 충방전이 일반 전원장치(SMPS)에 비하여 장시간에 걸쳐서 서서히 이루어지므로 콘덴서 수명이 일반 전원장치(SMPS) 보다 장수명임은 당연하다.

본 발명의 명세서 에서는 LED 블럭이 4개 그리고 스위치가 4개를 포함하는 실시예를 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 LED 블럭 0 개 이상 , 발광블럭 1개 이상을 포함하여 구현될 수 있음은 당업자에게는 자명하다.

그리고, 스위치가 직렬 연결된 스위치 블럭(직렬배치) 및 스위치가 병렬로 배치된 예를 설명하였으나, 본 명세서에서 언급한 종래기술을 살펴보면 스위치를 직병렬 배치한 스위치 블럭으로 구현할 수 있음은 당업자에게는 당연하다.

또한, 본 발명에서는 전원전류를 제한하는 전류원(CL)을 교류전압과 동위상의 정현파 신호로 제어하는 것을 설명하였다. 그런데, 스위치 블럭의 스위치가 변경됨과 동시에 전류원(CL)을 조절하여 전원전류가 계단형태 ( 이하, "계단파 전류" 라 칭함 ) 가 되도록 하여서 본 발명을 구현할 수 있음은 당연하다. ( 즉, 스위치 개수만큼 계단이 나타나는 전원전류의 경우 )

그리고, 전원전류를 제한하는 전류원(CL)을 제어하여서, 스위치 블럭의 스위치 변경과 관계없이 정현파를 추종하는 계단파형태 전원전류도 교류전압과 동위상의 정현파 전류로 해석하여함은 당연하다. ( 즉, 스위치 개수 보다 많은 계단이 나타나는 전원전류의 경우 )

또한, 제어기(미도시)가, 정류주파수 보다 낮은 주파수의 정현파(이하, "정현파2" 라 칭함)를 발생시키고, 각 정류전압 위상 90 도 에서 상기 정현파2 의 최대 순시전압이 나타나며, 상기 정현파2 신호에 대응하는 전류를 부하에 공급하도록 전류원 (CL)을 제어하는 것도 교류전압과 동위상의 정현파 신호로 제어하는 것으로 해석하여야 함은 당연하다. ( 즉, 역률은 약간 나빠지지만, 낮은 정류전압에서 보다 많은 전류를 공급하여서, 보다 밝은 LED 조명장치를 구현하는 경우 )

이상, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 살펴보았으나 이는 예시에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형된 실시예가 가능함을 이해하여야 할 것이다. 그러므로 , 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술내용을 쉽게 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

1 교류전원
2 정류회로
CL 전류원(전류량제한)
A 1개 LED 블럭이 점등되는 구간
B 2개 LED 블럭이 점등되는 구간
C 3개 LED 블럭이 점등되는 구간

1a, 2a, 3a, 4a, Na LED 블럭
1c, 2c, 3c, 4c, Nc 콘덴서
1d, 2d, 3d, 4d, Nd 역류방지 다이오드
100aa, 470aa LED 조명장치에 공급된 전류(순시 빛 밝기)
101da, 102da, 103da, 104da, 471da, 472da, 473da, 474da 다이오드 전류
101aa, 102aa, 103aa, 104aa, 471aa, 472aa, 473aa, 474aa LED 블럭 전류
101ca, 102ca, 103ca, 104ca, 471ca, 472ca, 473ca, 474ca 콘센서 전류
101cv,102cv, 103cv, 104cv, 471cv, 472cv, 473cv, 474cv 콘덴서 전압

Claims

LED 조명장치에 있어서,
교류전압을 정류하여 직류의 정류전압으로 변환하는 정류회로;
상기 정류회로의 (전원)전류량을 제한하는 전류원;
적어도 1개 이상의 LED로 구성된 LED 블럭;
복수개의 상기 LED 블럭들이 서로 직렬 연결된 부하;
상기 부하를 구성하는 LED 블럭에 흐르는 전류를 바이패스시키는 적어도 1개 이상의 스위치로 구성된 스위치 블럭;
상기 부하를 구성하는 상기 LED 블럭들 중에서 1개 이상의 LED 블럭에 병렬로 연결된 콘덴서;를 구비하며,
상기 부하는 상기 정류전압으로 구동되고,
상기 콘덴서의 방전전류는 병렬 연결된 상기 LED 블럭으로는 흐를 수 있지만 상기 스위치를 통하여 다른 회로로는 흐르지 않도록 구성된 회로;를 구비하는 것을 특징으로 하는 변조지수가 개선된 LED 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 전류원을 상기 교류전압과 동일한 위상의 정현파 신호로 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변조지수가 개선된 LED 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 스위치 블럭의 스위치가 변경될 때, 상기 전류원의 제어량을 변경하여 계단파 전류가 상기 LED 블럭에 공급되도록 하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변조지수가 개선된 LED 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 교류전압이 차단되면, 상기 콘덴서를 강제로 방전시키는 방전회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변조지수가 개선된 LED 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 교류전압이 차단되면, 상기 콘덴서를 상기 LED 블럭과 분리하는 차단회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변조지수가 개선된 LED 조명장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 스위치 블럭의 스위치는 상기 LED 블럭에 직렬로 연결되거나, 병렬로 연결되거나, 혹은 직렬 및 병렬 혼합식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 변조지수가 개선된 LED 조명장치.