KR101380609B1 - 형광램프 호환형 led램프 제어회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형광램프 호환형 LED 제어회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 등기구류와 안정기의 교체없이 형광램프를 LED램프로 교체하여 사용할 수 있도록 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로에 관한 것이다.
본 발명에 따른 형광램프 호환형 LED 제어회로는 LED모듈, 제1전극과 제2전극, 정류부, 상기 정류부의 (+)(-) 출력단에 연결되어 LED모듈의 구동을 위해 펄스폭 변조하여 LED 모듈에 공급하는 PWM 구동 IC, 상기 LED모듈에 출력되는 전류를 측정하여 그 전류량에 따라 PWM 구동 IC의 PWM 구동 펄스폭을 조절하는 정전류 제어부, 상기 2개의 브릿지 다이오드의 (+)(-) 출력단에 각각 연결되어 제1전극과 제2전극에 전자식 형광등 안정기가 연결되는 경우에만 스위칭되는 스위칭부 및 일단은 상기 정전류 제어부에 연결되고 타단은 상기 스위칭부에 연결되어 스위칭부의 스위칭시에만 구동하고, LED모듈과 직렬 연결되는 제너다이오드를 구비하는 스위칭 연동부를 포함하여 구성된다.

Description

형광램프 호환형 LED램프 제어회로 {LED lamp control circuit compatible type fluorescent lamp}

본 발명은 형광램프 호환형 LED 제어회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 등기구류와 안정기의 교체없이 형광램프를 LED램프로 교체하여 사용할 수 있도록 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로에 관한 것이다.

일반적으로 형광램프는 램프 내부에 고전압에 의한 전기방전을 일으키고 이에 따라 발생한 자외선이 램프 내면에 도포된 형광물질과 반응하여 가시광선의 빛을 내는 장치이다.

상기 형광램프는 그 형상에 따라 양측에 필라멘트전극이 형성되는 FL, FLR, FHF 타입의 ｜자형과 일측에 필라멘트전극이 형성되는 FPL, FDL, FML 타입의 ∪자형으로 구분된다.

상기 형광램프가 전기방전을 일으키기 위한 고전압을 형광램프에 인가하고, 전기방전 후 부저항특성이 있는 전류를 일정하게 유지하기 위해 형광램프에는 안정기가 필수적으로 구비된다.

상기 안정기는 크게 자기식과 전자식으로 구분되며, 자기식 형광등용 안정기는 철심과 초크(choke) 코일로 구성되어 상용전원이 안정기를 거치면서 전류와 전압의 위상차가 생겨 원활한 점등과 방전후 전류의 무한 증가를 방지하게 되고, 전자식 형광등용 안정기는 내부의 전자회로를 이용하여 상용 주파수를 수십 kHz의 고주파로 변환하여 램프를 점등시킨다.

도 1a 내지 도 1d는 이와 같은 형광램프와 안정기의 배선 연결 관계를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1a는 ｜자형 형광램프(FL1)와 자기식 형광등용 안정기(MB)의 배선 연결 관계를 나타낸 것으로, ｜자형 형광램프(FL1)의 양측에 필라멘트전극이 각각 형성되어 AC전원은 자기식 형광등용 안정기(MB), ｜자형 형광램프(FL1) 타측의 필라멘트 전극 및 스타터(S)를 거쳐 ｜자형 형광램프(FL1) 타측의 필라멘트전극으로 연결되는 폐회로를 형성하며, 스타터(S)의 동작에 의해 ｜자형 형광램프(FL1)가 점등한다.

도 1b는 ∪자형 형광램프(FL2)와 자기식 형광등용 안정기(MB)의 배선 연결 관계를 나타낸 것으로, ∪자형 형광램프(FL2)의 일측 상하에 필라멘트전극이 각각 형성되어 AC전원은 자기식 형광등용 안정기(MB), ∪자형 형광램프(FL2) 일측 하부의 필라멘트전극 및 스타터(S)를 거쳐 ∪자형 형광램프(FL2) 일측 상부의 필라멘트전극으로 연결되는 폐회로를 형성하며, 스타터(S)의 동작에 의해 ∪자형 형광램프(FL2)가 점등한다.

도 1c는 ｜자형 형광램프(FL1)와 전자식 형광등용 안정기(EB)의 배선 연결 관계를 나타낸 것으로, ｜자형 형광램프(FL1)의 양측에 필라멘트전극이 각각 형성되어 AC전원이 전자식 형광등용 안정기(EB)를 거쳐 ｜자형 형광램프(FL1)의 양측 필라멘트전극을 통해 ｜자형 형광램프(FL1)에 공급되어 점등된다.

도 1d는 ∪자형 형광램프(FL2)와 전자식 형광등용 안정기(EB)의 배선 연결 관계를 나타낸 것으로, ∪자형 형광램프(FL2)의 일측 상하에 필라멘트전극이 각각 형성되어 AC전원이 전자식 형광등용 안정기(EB)를 거쳐 ∪자형 형광램프(FL2) 일측 상하의 필라멘트전극을 통해 ∪자형 형광램프(FL2)에 공급되어 점등된다.

그런데 상술한 형광램프(FL1,FL2)는 그 형상에 관계없이 수명이 짧아 자주 교체해야 하는 불편함이 있고 전력소모가 많다는 문제점이 있다.

한편, 전류가 인가되면 발광하여 빛을 방출하는 LED램프는 낮은 소비전력, 높은 광효율, 긴 수명, 낮은 자외선 방출량 및 온도변화(계절에 따른 온도변화)로 인한 낮은 빛 밝기 변화율이 다른 조명등보다 우수한 것으로 알려져 있어 기존 형광램프를 LED램프로 교체하는 추세에 있다.

이때 기존에 설치된 등기구류와 안정기를 포함하는 형광램프의 부속품을 철거하고 새로운 LED램프의 부속품으로 교체하여 설치하면 그 원자재 및 설치비용이 LED램프를 교체하면서 생기는 이익을 초과하게 된다.

따라서 기존에 설치된 등기구류와 안정기는 교체하지 않고 형광램프만 LED램프로 교체하여 사용할 수 있어야 한다.

그런데 LED램프는 상당히 낮은 직류 전원에 의해 동작하는 반면에, 형광램프의 안정기는 형광램프를 점등하기 위해 상용 AC전원을 수십 ㎑의 고주파로 변환하여 형광램프에 공급하기 때문에 기존 형광램프 안정기를 이용하여 LED램프를 점등할 수 없다.

상기 형광램프 안정기에 LED램프를 연결하면, LED램프가 안정기 등의 높은 주파수나 전압을 제대로 처리하지 못하고, LED램프가 동작하지 않거나 파괴되는 등의 문제를 야기한다.

이런 문제를 해결하기 위해 안정기와 LED램프 사이에 형광램프를 LED램프로 교체하여 안정적으로 사용하기 위한 회로를 구비해야 하는데 종래에는 간단한 브릿지 정류회로를 구비하여 이런 문제를 해결하였다.

이와 같이 간단한 브릿지 정류회로 방식으로 상기 문제를 해결하는 경우 자기식 형광등용 안정기나 전자식 형광등용 안정기의 제조사 및 제품별 LED램프의 소비전력 차이가 크게 발생하였다.

즉, 종래 간단한 브릿지 정류회로 방식은 안정기의 다양한 출력 변화에 능동적으로 형광램프를 제어하지 못해 어느 제조사의 안정기에 대해서는 소비전력의 차이가 너무나 커서 심지어는 기존 형광램프와 같은 소비전력 또는 너무 낮게 소비전력이 되어 LED램프의 특성 중에 중요한 소비전력의 소폭의 변화에 부합하지 못하였다.

또한, 안정기의 수명이 LED보다 훨씬 짧아 안정기의 수명이 끝나면 AC전원을 그대로 사용할 수 없어 안정기 제거후 새로운 안정기로 교체하여 사용해야하므로 번거롭고 교체비용이 들어가는 문제점이 있었다.

또한, LED램프 설치 교체시 일측 전극이 AC전원에 연결된 상태에서 타측 전극이 손에 접촉되는 경우 폐회로가 형성되어 감전 사고가 발생할 문제점이 있었다.

한편, 국내 선행특허문헌 등록특허 제10-0949087호에는 엘이디 조명장치에 대해 개시하고 있는 바, 이 선행특허는 LED램프에서 출력되는 전류값을 반영하지 않고 단지 형광램프의 안정기를 통해 입력되는 고주파의 교류전원을 처리하여 LED램프를 점등하기 때문에 상술한 소비전력의 인증기준을 만족하지 못하였고, 감전에 의한 사고를 방지할 수 없는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-0949087호(공고일자 2010년03월22일)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 형광램프의 안정기를 통해 입력되는 고주파의 AC전원이나 상용 AC전원을 정류하고 LED램프에서 출력되는 전류값을 반영하여 PWM 구동 펄스폭을 조절해서 LED램프를 제어하기 때문에 안정기의 제조사나 종류에 관계없이 소비전력의 차이를 균일하게 할 수 있고, 안정기의 수명이 다한 경우 안정기의 교체없이 상용 AC전원을 입력으로 하여 LED램프를 제어할 수 있는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명이 제공하고자 하는 목적은 정류회로 뒤단에 저항을 통해 게이트가 연결되는 FET를 구비하여 일측 전극이 AC전원에 연결된 상태에서 타측 전극에 손이 접촉되더라도 게이트 구동전압이 미약하여 FET가 도통되지 않음으로써 감전에 의한 사고를 방지할 수 있는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 형광램프 호환형 LED램프 제어회로는, 다수의 LED가 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결된 LED모듈;

각각 두 단자를 구비하여 형광등 안정기에서 출력하는 AC전원이나 상용 AC전원을 입력받는 제1전극과 제2전극;

2개의 브릿지 다이오드로 구성되어 상기 제1전극과 제2전극을 통해 입력되는 AC전원(상용 AC전원 포함)을 정류하여 출력하는 정류부;

상기 정류부의 (+)(-) 출력단에 연결되어 LED모듈의 구동을 위해 펄스폭 변조하여 LED 모듈에 공급하는 PWM 구동 IC;

상기 LED모듈에서 출력되는 전류를 측정하여 그 전류량에 따라 PWM 구동 IC의 PWM 구동 펄스폭을 조절하는 정전류 제어부;

상기 2개의 브릿지 다이오드의 (+)(-) 출력단에 각각 연결되어 제1전극과 제2전극에 전자식 형광등 안정기가 연결되는 경우에만 스위칭되는 스위칭부; 및

일단은 상기 정전류 제어부에 연결되고 타단은 상기 스위칭부에 연결되어 스위칭부의 스위칭시에만 구동하고, LED모듈과 직렬 연결되는 제너다이오드를 구비하는 스위칭 연동부; 를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 정류부 후단의 (+)라인과 (-)라인에는 각각 게이트가 저항을 통해 드레인과 소스에 연결되는 제1FET와 제10FET가 구비되어 감전방지부를 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스위칭부는 발광소자의 다이오드와 수광소자의 트랜지스터가 결합된 포토커플러로 각각 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스위칭 연동부는 상기 포토커플러에 베이스가 연결되고 (-)라인에 에미터가 연결되는 제6트랜지스터와,

상기 제6트랜지스터의 컬렉터에 베이스가 연결되고 (-)라인에 에미터가 연결되며 컬렉터에 제너다이오드 및 정전류 제어부가 연결되는 제5트랜지스터와,

상기 제5트랜지스터의 에미터에 게이트가 연결되고 제너다이오드에 드레인이 연결되며 (-)라인에 소스가 연결되는 제7FET로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PWM 구동 IC의 게이트핀에 베이스가 연결되고 상기 제7FET의 게이트에 컬렉터가 연결되며 (-)라인에 에미터가 연결되는 제8트랜지스터로 구성되는 PWM 연동부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 정전류 제어부는 제9저항을 통해 LED모듈에 베이스가 연결되고 컬렉터가 상기 스위칭 연결부에 연결되는 제3트랜지스터와,

상기 제3트랜지스터의 에미터에 베이스가 연결되고 에미터가 (+)라인에 연결되는 제2트랜지스터와,

상기 제2트랜지스터의 컬렉터에 베이스가 연결되고 컬렉터는 PWM 구동 IC의 VDD핀에 연결되며 에미터는 (-)라인에 연결되는 제9트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PWM 구동 IC의 게이트핀과 스위칭 주파수를 조정하는 RT핀에 게이트가 연결되고 소스가 (-)선에 연결되며 드레인이 (+)라인과 제3트랜지스터의 컬렉터에 연결되는 제4FET를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 정류부 후단의 (+)라인은 2 라인으로 구성되어 어느 하나의 (+)라인은 직접 LED램프에 연결되고, 다른 하나의 (+)라인은 (-)라인과 연계하여 PWM 구동 IC, 정전류 제어부 및 스위칭 연동부를 연결하면서 후단에서 상기 어느 하나의 (+)라인과 합쳐져 LED 램프에 연결되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제1전극의 두 단자와 제2전극의 두 단자에는 제1~4코일이 직렬연결되어 각 코일을 통해 정류부에 AC전원이 입력되고, 상기 정류부 후단의 (+)라인에는 제5코일이 연결되는 것을 특징으로 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 형광램프의 안정기를 통해 입력되는 고주파의 AC전원이나 상용 AC전원을 정류하고 LED램프에서 출력되는 전류값을 반영하여 PWM 구동 펄스폭을 조절해서 LED램프를 제어하기 때문에 안정기의 제조사나 종류에 관계없이 소비전력의 차이를 균일하게 할 수 있고, 안정기의 수명이 다한 경우 안정기의 교체없이 상용 AC전원을 입력으로 하여 LED램프를 제어할 수 있다.

또한, 정류회로 뒤단에 저항을 통해 게이트가 연결되는 FET를 구비하여 일측 전극이 AC전원에 연결된 상태에서 타측 전극에 손이 접촉되더라도 게이트 구동전압이 미약하여 FET가 도통되지 않음으로써 감전에 의한 사고를 방지할 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 일반적인 형광램프와 안정기의 배선 연결 관계를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 LED램프 제어회로를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따라 형광램프를 LED램프로 교체한 실시예를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 LED램프 제어회로를 나타내는 도면이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 전극부(J1,J2), 코일부(10), 정류부(20), 스위칭부(30), 감전방지부(40), PWM 구동부(50), 정전류 제어부(60), PWM 연동부(70), 스위칭 연동부(80) 및 LED모듈(90)을 포함하여 구성된다.

전극부(J1,J2)는 LED램프(90)의 양측이나 일측 상하에 구비되는 필라멘트전극으로, 제1전극(J1)과 제2전극(J2)은 각각 2개의 단자로 이루어진다.

상기 제1전극(J1)의 제1,2단자와, 제2전극(J2)의 제1,2단자는 자기식 형광등용 안정기(MB)나 전자식 형광등용 안정기(EB)의 출력측과 연결되거나, 일반 상용 AC전원과 연결되어 제1전극(J1)과 제2전극(J2)을 통해 AC전원이 입력된다.

제1전극(J1)의 제1단자는 제1코일(L1)을 통해 직렬연결된 제4다이오드(D4)와 제9다이오드(D9) 사이에 연결되고, 제2단자는 제2코일(L2)을 통해 직렬연결된 제5다이오드(D5)와 제10다이오드(D10) 사이에 연결되며, 또한 제4다이오드(D4)와 제5다이오드(D5), 제9다이오드(D9)와 제10다이오드(D10)가 상호 연결된다.

이와 같은 다이오드(D4,D5,D9,D10)의 조합으로 제1브릿지 정류회로를 구성한다.

마찬가지로 제2전극(J2)의 제1단자는 제3코일(L3)을 통해 직렬연결된 제12다이오드(D12)와 제15다이오드(D15) 사이에 연결되고, 제2단자는 제4코일(L4)을 통해 직렬연결된 제13다이오드(D13)와 제16다이오드(D16) 사이에 연결되며, 또한, 제12다이오드(D12)와 제13다이오드(D13), 제15다이오드(D15)와 제16다이오드(D16)가 상호 연결된다.

이와 같은 다이오드(D12,D13,D15,D16)의 조합으로 제2브릿지 정류회로를 구성한다.

또한, 제1브릿지 정류회로와 제2브릿지 정류회로 간에는 상호 연결된 제4다이오드(D4)와 제5다이오드(D5)의 출력측 (+)라인은 제17,18다이오드(D17,18)를 통해 상호 연결된 제12다이오드(D12) 및 제13다이오드(D13)와 연결되고, 상호 연결된 제9다이오드(D9) 및 제10다이오드(D10)는 상호 연결된 제15다이오드(D15)와 제16다이오드(D15)의 출력측 (-)라인에 연결되어 2중 브릿지 정류회로를 이룬다.

즉, 본 발명은 정류부(20)가 2중 브릿지 정류회로로 이루어진다.

이때 제1브릿지 정류회로의 다이오드(D4,D5,D9,D10)와 제2브릿지 정류회로의 다이오드(D12,D13,D15,D16)의 연결방향은 제1전극(J1)과 제2전극(J2) 각각에 대해 동일하다.

상기 정류부(20)에 입력된 AC전원은 2중 브릿지 정류회로를 거치면서 정류되어 (+)라인과 (-)라인을 통해 출력된다.

또한 상기 각 전극(J1,J2)의 단자와 브릿지 정류회로 사이에 개재되는 코일(L1~L4)은 상기 (+)라인에 연결된 제5코일(L5)과 함께 코일부(10)를 구성하여 안정기의 전류값을 맞추어 주는 역할을 하는 것으로, 안정기의 전류값에 따라 인덕턴스값이 달라질 수 있고 부분적으로 삭제될 수도 있다.

또한, 정류부의 상기 제1브릿지 정류회로와 제2브릿지 정류회로의 뒷단에는 제1,2전극(J1,J2)의 단자가 모두 연결될 때에만 스위칭하는 스위칭부(30)가 구비된다.

본 발명에서 상기 스위칭부(30)는 발광소자의 다이오드와 수광소자의 트랜지터가 결합된 포토커플러(PC1,PC2)로 각각 이루어진다.

상기 포토커플러(PC1,PC2)는 제1,2전극(J1,J2)의 양쪽 단자가 모두 연결될 때에만 발광소자의 다이오드가 동작하고, 제1,2전극의 한쪽 단자에 연결될 때에는 발광소자의 다이오드가 동작하지 않는다.

즉, 도 3c 및 도 3d의 전자식 형광등용 안정기가 연결되는 경우에는 제1,2전극의 양쪽 단자에 모두 연결되고 형광램프의 필라멘트 점등전압이 포토커플러의 구동전압으로 직렬 연결되어 발광소자의 다이오드가 동작하고, 도 3a 및 도 3b의 자기식 형광등용 안정기 또는 도 3e 및 도 3f의 상용 AC전원이 연결되는 경우에는 제1,2전극의 한쪽 단자에만 연결되고 AC전원과 직렬 연결되어 발강소자의 다이오드 소자가 동작하지 않는다.

이때 상기 수광소자인 트랜지스터의 에미터와 컬렉터는 후술하는 스위칭 연동부(80)의 제6트랜지스터(Q6)의 베이스에 연결되고, 상기 제6트랜지스터(Q6)의 컬렉터는 제5트랜지스터(Q5)의 베이스에 연결된다.

한편, 상기 제5코일(L5)을 통한 (+)라인은 (-)라인 사이에 제1콘덴서(C1)와 제4콘덴서(C4)가 병렬 연결된다.

상기 제5코일(L5)은 전자식 형광등용 안정기의 높은 전압과 전류를 억제하기 위한 코일이고, 제1,4콘덴서(C1,C4)는 1차 평활을 위한 충전 콘덴서이다.

제1,4콘덴서(C1,C4)를 통해 1차 평활된 (+)전압은 (+)라인을 통해 감전방지부(40)를 구성하는 제1FET(Q1)에 연결되고, (-)전압은 (-)라인을 감전방지부(40)를 구성하는 제10FET(Q10)에 연결된다.

제1FET(Q1)의 게이트는 제2저항(F2)을 통해 드레인에 연결되고, 제10FET(Q10)의 게이트는 제30저항(R30)을 통해 드레인에 연결된다.

상기 감전방지부(40)의 제1,10FET(Q1,Q10)는 제1전극(J1)과 제2전극(J2)이 완전히 연결된 상태에서만 동작한다.

상기 감전방지부(40)의 후단의 (+)라인과 (-)라인에는 2차 평활을 위한 제5콘덴서(C5)가 병렬 연결되고 (+)라인의 제2다이오드(D2)를 통해 3차 평활을 위한 제6콘덴서(D6)가 병렬 연결된다.

상기 제5콘덴서 후단의 (+)라인은 제1다이오드(D1)를 통해 직접 LED모듈(90)의 (+)라인에 연결되고, 제6콘덴서(C6) 후단의 또 다른 (+)라인과 (-)라인 사이에 PWM 구동부(50)가 연결된다.

본 발명에서 상기 PWM 구동부(50)는 LED모듈(90)의 구동을 위해 펄스폭 변조하는 8핀의 PWM 구동 IC로 이루어지는 것으로서, 4번의 게이트핀과 스위칭 주파수를 조정하는 8번의 RT핀은 제4FET(Q4)의 게이트에 연결되고, 상기 제4FET(Q4)의 드레인은 제6다이오드(D6)를 통해 (+)라인에 연결되고 소스는 (-)라인에 연결된다.

또한 상기 제4FET(Q4)의 드레인과 제6다이오드(D6) 사이에는 제6,7코일(L6,L7)과 제9저항(R9)을 통해 LED모듈(90)에 연결되되, 제6코일(L6)의 앞단은 제7다이오드(D7)를 통해, 제7코일(L7)의 뒷단은 제2콘덴서(C2)를 통해 상기 제2다이오드(D2) 뒷단의 (+)라인에 연결되고, 제9저항(R9)의 앞단은 정전류 제어부(60)를 구성하는 제3트랜지스터(Q3)의 에미터에 연결되는 한편, 제3콘덴서(C3)를 통해 제1다이오드(D1) 뒷단 및 제2다이오드(D2) 뒷단의 (+)라인에 연결되며, 제9저항(R9)의 뒷단은 상기 제3트랜지스터(Q3)의 베이스에 연결된다.

상기 제3트랜지스터(Q3)의 컬렉터는 제2트랜지스터(Q2)의 베이스에 연결되며, 상기 제2트랜지스터(Q2)의 에미터는 제2다이오드(D2) 뒷단의 (+)라인에 연결되고 컬렉터는 역시 정전류 제어부(60)를 구성하는 제9트랜지스터(Q9)의 베이스에 연결된다.

상기 제9트랜지스터(Q9)의 에미터는 (-)라인에 연결되고, 컬렉터는 상기 PWM 구동 IC(50)의 6번의 드레인전압(VDD)핀에 연결된다.

결국 LED모듈(90)에서 출력되는 전류를 측정하여 그 전류량에 따라 PWM 구동 IC(50)의 PWM 구동 펄스폭을 조절하는 정전류 제어부(60)는 제2,3,9트랜지스터(Q2,Q3,Q9)로 이루어지되, 제9트랜지스터(Q9)의 컬렉터는 PWM 구동 IC(50)의 VDD핀에 연결되고, 그 베이스는 제2트랜지스터(Q2)의 컬렉터에 연결되며, 상기 제2트랜지스터(Q2)의 베이스는 제3트랜지스터(Q3)의 컬렉터에 연결되면서 제3트랜지스터(Q3)의 베이스는 LED모듈(90)에 연결된다.

한편, 상기 제4FET(Q4)의 게이트는 PWM 연동부(70)를 구성하는 제8트랜지스터(Q8)의 베이스에 연결되고, 그 에미터는 (-)라인에, 그 컬렉터는 스위칭 연동부(80)를 구성하는 제7FET(Q7)의 게이트와 제5트랜지스터(Q5)의 에미터에 연결된다.

상기 스위칭부(30)의 포토커플러(PC1,PC2)가 스위칭하는 경우에만 연동하여 구동하는 스위칭 연동부(70)는 제5,6트랜지스터(Q5,Q6), 제7FET(Q7) 및 제너다이오드(ZD)를 포함하여 구성되되, 제6트랜지스터(Q6)의 베이스는 포토커플러(PC1,PC2)에 연결되면서 제16저항(R16)을 통해 제3트랜지스터(Q3)의 에미터에 연결되고, 그 컬렉터는 제14저항(R14)을 통해 제3트랜지스터(Q3)의 에미터 및 제5트랜지스터(Q5)의 베이스에 연결되고, 그 에미터는 (-)라인에 연결된다.

상기 제5트랜지스터(Q5)의 에미터는 (-)라인에 연결되고 그 컬렉터는 제15저항(R15)을 통해 제3트랜지스터(Q3)의 에미터 및 제너다이오드(ZD)에 연결된다.

상기 제너다이오드(ZD)는 일측이 LED모듈(90)에 직렬 연결되면서 타측에 제7FET(Q7)의 드레인에 연결되고, 그 제7FET(Q7)의 소스는 (-)라인에 연결되는 한편, 게이트는 상기 PWM 구동부(70)를 구성하는 제8트랜지스터(Q8)의 컬렉터에 연결된다.

상기 제너다이오드(ZD)는 LED모듈(90)에 인가되는 전압이 제너다이오드(ZD)의 제너전압 이하를 유지하도록 한다.

상술한 구성의 회로 동작을 설명하면, 먼저 전자식 또는 자기식 형광등용 안정기에서 출력되는 AC전원이나, 일반적인 상용 AC전원이 제1전극(J1)과 제2전극(J2)을 통해 인가되는 경우, 코일부(10)의 제1~4코일(L1~L4)을 통해 안정기의 전류값이 조정되고 2중 브릿지 정류회로의 정류부(20)를 통해 정류되어 DC전원을 출력하며 이 DC전원이 회로 전체의 구동전원이 된다.

상기 DC전원 중 (+)전압은 제5코일(L5)을 통해 전류가 억제되고, 제1,4콘덴서(C1,C4)를 거쳐 1차 평활된 (+)전압이 제2저항(R2)을 통해 제1FET(Q1)의 게이트에 인가되면서 드레인과 소스가 개통되어 제1FET(Q1)에 전류가 흐른다.

제1FET(Q1)를 거친 (+)전압은 제5콘덴서(C5)를 거쳐 2차 평할된 후 제1다이오드(D1)를 거쳐 (+)라인을 통해 직접 LED모듈(90)에 공급된다.

한편 정류부(20)를 통한 (-)전압은 (-)라인과 제1,4콘덴서(C1,C4)를 거쳐 1차 평활된 (-)전압이 제10FET(Q10)에 걸리게 된다.

이와 같은 상태에서 LED모듈(90)을 통해 출력된 전원은 제9저항(R9)과 제너다이오드(ZD)와 제7FET(Q7) 및 (-)라인을 통해 상기 제10FET(Q10)의 게이트에 제30저항(R30)을 통해 인가된다.

결국, 제10FET(Q10)의 드레인과 소스가 개통되면서 (-)전압과 연결되어, LED모듈(90)이 기본적으로 점등된다.

이때 2중 브릿지 정류회로의 정류부(20)를 거친 (+),(-)전압은 LED모듈(90)의 전압(Vf)과 제너다이오드(ZD)의 전압이 직렬로 연결된 전압이 되면서 안정기의 부하값에 따라 수십 볼트(V)에 수백 볼트(V)까지 높아지지 않고 LED모듈(90)의 전압 즉 제너다이오드(ZD)의 제너전압 보다 낮게 LED모듈(90)이 점등된다.

상기 LED모듈(90)이 점등되면서 제2다이오드(D2)를 거쳐 제6콘덴서(C6)를 통해 3차 평활된 +전압이 PWM 구동 IC(50)에 인가되어 PWM 구동 IC(50)를 동작시키게 되고, 제6코일(L6)과 제7코일(L7)의 PWM 펄스 역류 (+)전압이 제2콘덴서(C2)를 거쳐 1차 평활된 후 제3다이오드(D3)를 지나 제3콘덴서(C3)를 거쳐 2차 평할된 다음 LED모듈(90)에 인가된다.

이후 제9저항(R9)을 거쳐서 맨 처음 제1다이오드(D1)를 거친 기본 전류값과 합쳐진 전류값은, 제3트랜지스터(Q3)의 베이스 바이어스 전압이 높고 낮음에 따라 제2트랜지스터(Q2)와 제9트랜지스터(Q9)의 구동 전압값(VDD)이 변화되어 PWM 구동 IC(50)의 펄스폭에 따라 제4FET(Q4)의 구동폭도 달라지므로, 안정기의 종류에 따라 전압 및 전류값이 높은 것은 낮춰주고, 낮은 것은 높여주어 LED모듈(90)에 균등하게 전원을 공급한다.

즉, 정전류 제어부(60)에서는 제3트랜지스터(Q3)와 제9저항(R9)의 전류를 감지한 후, 제2트랜지스터(Q2)의 베이스에 전류를 흐르게 하여 제9트랜지스터(Q9)의 베이스에 드라이브 전압을 인가시켜 PWM 구동 IC(50)의 VDD 전압의 양을, 제3트랜지스터(Q3)와 제9저항(R9)의 전류량에 따라 높을 때는 제9트랜지스터(Q9)의 콜렉터와 에미터가 ON 저항을 낮추고, 낮을 때는 ON 저항을 높여 PWM 구동 IC(50)의 구동 펄스폭을 조절함으로써 LED모듈(90)에 균등하게 전원을 공급한다.

더욱이 안정기의 전압 및 전류값이 너무 높은 것은 PWM 펄스폭이 아주 좁아지면서 2중 브릿지 정류회로로 이루어지는 정류부(20)의 정류전압이 높아지는 것을 막기 위해, 제8트랜지스터(Q8)가 PWM 구동 IC(50)의 PWM 펄스와 연동하여 제7FET(Q7)의 게이트를 구동시켜 LED모듈(90)의 전압값과 제너다이오드(ZD)의 제너전압만큼 유지되게 하고, 안정기의 전압 및 전류값이 너무 낮은 것은 PWM 펄스 구동을 최대한 높게 하여 LED모듈(90)을 균등하게 구동한다.

이를 통해 안정기별 소비전력을 균등하게 맞추어 줄 수 있다.

한편, 정류부(20)의 (+),(-) 양단에 각각 연결된 포토커플러(PC1,PC2)는 도 3c 및 도 3d처럼 전자식 형광등용 안정기(EB)가 연결된 경우 형광램프의 필라멘트 점등전압이 포토커플러(PC1,PC2)의 구동전압과 직렬 연결되어(제1전극과 제2전극이 확실하게 연결된 상태에서만 전자식 형광등용 안정기가 구동되므로 어느 한쪽이라도 연결이 되지 않으면 구동하지 않음), (-)라인을 통해 제6,5트랜지스터(Q6,Q5)가 구동되고 이를 통해 제7FET(Q7)의 게이트에 전압이 인가되어 제7FET(Q7)를 구동시켜 준다.

반대로 도 3a 및 도 3b처럼 자기식 형광등용 안정기(MB)나 도 3e 및 도3f 처럼상용 AC전원이 연결된 경우 AC전원이 포토커플러(PC1,PC2)의 구동전압과 직렬로 연결되어 2중 브릿지 정류회로의 정류부(20) (+),(-) 양단에 포토커플러(PC1,PC2)의 구동전압이 발생하지 않으므로, 제6,5트랜지스터(Q6,Q5)의 구동전압이 제7FET(Q7)의 게이트에 인가되지 않아 제7FET(Q7)가 구동하지 않고, 따라서 PWM 구동 IC(50) 자체만 구동되어 PWM 구동 IC(50) 자체적으로 LED모듈(90)에 균등하게 전원을 공급한다.

또한, 감전방지부(40)의 제1FET(Q1)와 제10FET(Q2)는 제1전극(J1)과 제2전극(J2)을 통해 AC전원(상용 AC전원 포함)이 입력되는 경우 각각 게이트에 연결된 제2저항(R2)과 제30저항(R30)을 통하여 구동전압이 인가되어 도통된다.

그러나 LED램프(LL1,LL2)를 설치하면서 제1전극(J1)과 제2전극(J2) 중 어느 한 전극을 꽂고(AC전원에 연결되고) 다른 전극을 손으로 잡았을 경우, 제1FET(Q1)와 제10FET(Q10)의 게이트에 정상 동작 때보다 아주 미약한 구동전압이 인가되어 각각 드레인과 소스가 열린 상태가 되고 게이트 저항이 수백㏀ 정도로 높아 제1FET(Q1)와 제10FET(Q10)가 도통되지 않으며, 따라서 감전 전류가 흐르지 못하게 된다.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따라 형광램프를 LED램프로 교체한 실시예를 나타낸 도면이다.

이하의 LED램프(LL1,LL2)는 도 2에 나타낸 직병렬된 LED모듈과 LED 제어회로를 내장한다.

먼저, 도 3a는 ｜자형 LED램프(LL1)와 자기식 형광등용 안정기(MB)의 배선 연결 관계를 나타낸 것으로, ｜자형 LED램프(LL1)의 양측에 필라멘트전극(도 2의 제1전극과 제2전극)이 각각 형성되어 일측 필라멘트전극의 한 단자에는 AC전원이 직접 입력되고, 타측 필라멘트전극의 한 단자에는 기존 LED램프에 사용되었던 자기식 형광등용 안정기(MB)를 통해 입력되어 ｜자형 LED램프(LL1)가 점등한다.

이때 일측 필라멘트전극의 다른 단자와 타측 필라멘트전극의 다른 단자가 서로 연결되지 않아도 상술한 도 2의 제어회로에 의해 ｜자형 LED램프(LL1)가 점등한다.

도 3b는 ∪자형 LED램프(LL2)와 자기식 형광등용 안정기(MB)의 배선 연결 관계를 나타낸 것으로, ∪자형 LED램프(LL2)의 일측 상하에 필라멘트전극이 각각 형성되어 일측 상부 필라멘트전극의 한 단자에는 AC전원이 직접 입력되고, 일측 하부 필라멘트전극의 한 단자에는 기존 LED램프에 사용되었던 자기식 형광등용 안정기(MB)를 통해 입력되어 ∪자형 LED램프(LL2)가 점등한다.

이때에도 일측 상부 필라멘트전극의 다른 단자와 일측 하부 필라멘트전극의 다른 단자가 서로 연결되지 않아도 상술한 도 2의 제어회로에 의해 ∪자형 LED램프(LL2)가 점등한다.

도 3c는 ｜자형 LED램프(LL1)와 전자식 형광등용 안정기(EB)의 배선 연결 관계를 나타낸 것으로, ｜자형 LED램프(LL1)의 양측에 필라멘트전극이 각각 형성되어 AC전원이 기존 LED램프에 사용되었던 전자식 형광등용 안정기(EB)를 거쳐 양측 필라멘트전극을 통해 ｜자형 LED램프(LL1)에 공급되어 점등된다.

도 3d는 ∪자형 LED램프(LL2)와 전자식 형광등용 안정기(EB)의 배선 연결 관계를 나타낸 것으로, ∪자형 형광램프(LL2)의 일측 상하에 필라멘트전극이 각각 형성되어 AC전원이 기존 LED램프에 사용되었던 전자식 형광등용 안정기(EB)를 거쳐 일측 상하의 필라멘트전극을 통해 ∪자형 LED램프(LL2)에 공급되어 점등된다.

도 3e는 ｜자형 LED램프(LL1)와 상용 AC전원의 배선 연결 관계를 나타낸 것으로, ｜자형 LED램프(LL1)의 양측에 필라멘트전극이 각각 형성되어 상용 AC전원이 양측 필라멘트전극의 두 단자 중 어느 한 단자를 통해 ｜자형 LED램프(LL1)에 공급되어 점등된다.

도 3f는 ∪자형 LED램프(LL2)와 상용 AC전원의 배선 연결 관계를 나타낸 것으로, ∪자형 형광램프(LL2)의 일측 상하에 필라멘트전극이 각각 형성되어 상용 AC전원이 일측 상하의 필라멘트전극의 두 단자 중 어느 한 단자를 통해 ∪자형 LED램프(LL2)에 공급되어 점등된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 코일부 20: 정류부
30: 스위칭부 40: 감전방지부
50: PWM 구동부 60: 정전류 제어부
70: PWM 연동부 80: 스위칭 연동부
90: LED모듈

Claims (9)

1. 다수의 LED가 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결된 LED모듈;
   각각 두 단자를 구비하여 자기식 또는 전자식 형광등 안정기에서 출력하는 AC전원이나, 상용 AC전원을 입력받는 제1전극과 제2전극;
   2개의 브릿지 다이오드로 구성되어 상기 제1전극과 제2전극을 통해 입력되는 AC전원(상용 AC전원 포함)을 정류하여 출력하는 정류부;
   상기 정류부의 (+)(-) 출력단에 연결되어 LED모듈의 구동을 위해 펄스폭 변조하여 LED 모듈에 공급하는 PWM 구동 IC;
   상기 LED모듈에 출력되는 전류를 측정하여 그 전류량에 따라 PWM 구동 IC의 PWM 구동 펄스폭을 조절하는 정전류 제어부;
   상기 2개의 브릿지 다이오드의 (+)(-) 출력단에 각각 연결되어 제1전극과 제2전극에 전자식 형광등 안정기가 연결되는 경우에 구동(스위칭)되고, 자기식 형광등 안정기나 상용 AC전원이 연결되는 경우에 구동되지 않는 포토커플러로 각각 이루어지는 스위칭부; 및
   일단은 상기 정전류 제어부에 연결되고 타단은 상기 스위칭부에 연결되어 스위칭부와 연동하고, LED모듈과 직렬 연결되는 제너다이오드를 구비하는 스위칭 연동부; 를 포함하되,
   상기 스위칭부가 구동되는 경우에 스위칭 연동부가 연동하여 제너다이오드를 통과한 전압으로 LED모듈이 점등되고 PWM 구동 IC와 정전류 제어부 및 스위칭 연동부에 의해 LED모듈에 공급되는 펄스폭이 조절되며,
   상기 스위칭부가 구동되지 않는 경우에 PWM 구동 IC 자체 구동에 의해 LED모듈에 공급되는 펄스폭이 조절되는 것을 특징으로 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 정류부 후단의 (+)라인과 (-)라인에는 각각 게이트가 저항을 통해 드레인과 소스에 연결되는 제1FET와 제10FET가 구비되어 감전방지부를 구성하는 것을 특징으로 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭 연동부는 상기 포토커플러에 베이스가 연결되고 (-)라인에 에미터가 연결되는 제6트랜지스터와,
   상기 제6트랜지스터의 컬렉터에 베이스가 연결되고 (-)라인에 에미터가 연결되며 컬렉터에 제너다이오드 및 정전류 제어부가 연결되는 제5트랜지스터와,
   상기 제5트랜지스터의 에미터에 게이트가 연결되고 제너다이오드에 드레인이 연결되며 (-)라인에 소스가 연결되는 제7FET와,
   상기 LED모듈에 일측이 연결되면서 타측이 제7FET(Q7)의 드레인에 연결되는 제너다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로.
5. 제4항에 있어서,
   상기 PWM 구동 IC의 게이트핀에 베이스가 연결되고 상기 제7FET의 게이트에 컬렉터가 연결되며 (-)라인에 에미터가 연결되는 제8트랜지스터로 구성되는 PWM 연동부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로.
6. 제1항에 있어서,
   상기 정전류 제어부는 제9저항을 통해 LED모듈에 베이스가 연결되고 컬렉터가 상기 스위칭 연결부에 연결되는 제3트랜지스터와,
   상기 제3트랜지스터의 에미터에 베이스가 연결되고 에미터가 (+)라인에 연결되는 제2트랜지스터와,
   상기 제2트랜지스터의 컬렉터에 베이스가 연결되고 컬렉터는 PWM 구동 IC의 VDD핀에 연결되며 에미터는 (-)라인에 연결되는 제9트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로.
7. 제6항에 있어서,
   상기 PWM 구동 IC의 게이트핀과 스위칭 주파수를 조정하는 RT핀에 게이트가 연결되고 소스가 (-)선에 연결되며 드레인이 (+)라인과 제3트랜지스터의 컬렉터에 연결되는 제4FET를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로.
8. 제1항에 있어서,
   상기 정류부 후단의 (+)라인은 2 라인으로 구성되어 어느 하나의 (+)라인은 직접 LED램프에 연결되고, 다른 하나의 (+)라인은 (-)라인과 연계하여 PWM 구동 IC, 정전류 제어부 및 스위칭 연동부를 연결하면서 후단에서 상기 어느 하나의 (+)라인과 합쳐져 LED 램프에 연결되는 것을 특징으로 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1전극의 두 단자와 제2전극의 두 단자에는 제1~4코일이 직렬연결되어 각 코일을 통해 정류부에 AC전원이 입력되고, 상기 정류부 후단의 (+)라인에는 제5코일이 연결되는 것을 특징으로 하는 형광램프 호환형 LED램프 제어회로.

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