KR101397953B1 - 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 엘이디 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 LED 조명장치에 관한 것으로, 특히 부하인 LED를 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹으로 분리하고, 이때 크기가 큰 상용전원이 제공되는 경우에는 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 직렬로 연결되도록 스위칭 제어하고, 크기가 작은 상용전원이 제공되는 경우에는 상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 병렬로 연결되도록 스위칭 제어하여 상용전원의 변동에도 LED를 효율적이면서 동일한 밝기로 구동할 수 있는 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 LED 조명장치에 관한 것이다.

Description

상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 엘이디 조명장치{LED Lighting Device for dual commercial AC line supply}

본 발명은 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 LED 조명장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하인 LED를 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹으로 분리하고, 이때 크기가 큰 상용전원이 제공되는 경우에는 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 직렬로 연결되도록 스위칭 제어하고, 크기가 작은 상용전원이 제공되는 경우에는 상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 병렬로 연결되도록 스위칭 제어하여 상용전원의 변동에도 LED를 효율적이면서 동일한 밝기로 구동할 수 있는 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 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.

그러나, 발광 다이오드(Light Emitting diode, LED)는 미량의 전압변동에도 전류가 크게 변화된다. 이 때문에 정밀한 전류제어가 요구된다.

<종래기술 1>

종래의 LED 조명장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 교류전압을 공급하는 교류전원(910), 상기 교류전원(910)으로부터 공급받은 교류전압을 직류의 정류전압(Vrect)으로 변환하는 정류회로(940), 상기 정류회로(940)의 출력인 정류전압(Vrect)으로 구동되는 LED 발광블럭(970) 및 상기 LED 발광블럭(970)의 전류기울기를 설정하는 전류 기울기 설정 저항(930)을 포함하여 구성된다.

그런데 종래의 LED 조명장치에서는, 교류입력전압이 낮아지면 LED 발광블럭 (970)에 흐르는 전류도 계속 감소하고, 상기 발광블럭(970)의 문턱전압 이하가 되면 상기 발광블럭(970)은 소등되어 조명으로서의 기능을 상실한다.

이하 도 2를 사용하여 종래기술 1의 문제점을 설명한다.

전압-전류 특성곡선(950)은 LED 를 다수개 직렬로 배열하여 만든 서울반도체사의 제품 AX3220 의 특성곡선을 인용한 것으로서, 전류가 본격적으로 흐르기 시작하는 문턱전압은 132V 임을 알 수 있다.

즉, 상용전원 220V 에서는 상기 전압-전류 특성곡선(950)을 갖는 발광블럭(970)은 점등이 잘 되지만, 상용전원 110V 에서는 상기 발광블럭(970)의 문턱전압이 상용전원보다 높은 132V 이기 때문에 점등이 되지 않는 문제점이 있다.

<종래기술 2>

이하 도 3 및 도 4를 사용하여 설명한다.

도 3은 또 다른 종래시술 회로를 도시한 것으로, 흔히 "다단 LED 발광블럭 구동회로"라 불리 운다.(이하, "다단구동회로"라 칭함)

먼저, 도 3의 회로구성은, 교류전압을 공급하는 교류전원(910), 상기 교류전원 (910)으로부터 공급받은 교류전압을 직류의 정류전압(Vrect)으로 변환하는 정류회로(940), 발광블럭(871)(872)(873)(874)들로 구성된 부하, 순시 정류전압에 따라 점등될 발광블럭의 개수를 제어하는 제어기(941), 병렬로 배치된 스위치 (SW1)(SW2)(SW3)(SW4)들로 구성되며 실제 부하전류의 경로를 차단/도통 시키는 스위치블럭 및 점등되는 발광블럭 개수에 따라 전류를 공급하는 전류원 (I1)(I2)(I3)(I4)를 포함하여 구성된다.

이하, 도 4를 사용하여 상기 도 3 회로의 동작을 설명한다.

먼저, 전압파형(920V)는 상용전원 220V / 50Hz 의 정류파형을 도시한 것이다. 그리고 전류파형(920A)는, 상기 도 3의 회로에 상기 전압파형(920V)가 공급될 경우에 바람직한 전류파형의 일 예를 도시한 것이다.

이하, 상기 바람직한 전류파형(920A)에서 순시정류전압이 각각 50V, 100V, 150V 및 200V 인 경우를 기준으로 살펴본다.

1)순시정류전압이 50V 미만인 경우에는, 전체를 소등(이하, "0단 점등"이라 칭함)한다. 즉 상기 제어기(941)가 상기 제1 스위치(SW1) 내지 제4 스위치(SW4)를 모두 차단하여 상기 제1 발광블럭(871) 내지 제4 발광블럭(874) 모두를 소등하는 것이다.

2)순시정류전압이 50V 이상 100V 미만인 경우에는, 발광블럭을 1개만 점등(이하, "1단 점등"이라 칭함)한다. 즉 상기 제어기(941)이 제1 스위치(SW1)을 도통시켜서 제1 전류원(I1)을 사용하여 제1 발광블럭(871)만 점등하는 것이다. 이때 흐르는 부하전류는 5mA 라고 도 3에 도시되어 있다.

3)순시정류전압이 100V 이상 150V 미만인 경우에는, 발광블럭을 2개를 점등(이하, "2단 점등"이라 칭함)한다. 즉 상기 제어기(941)이 제1 스위치(SW1)을 차단하고 제2 스위치(SW2)를 도통시켜서 제2 전류원(I2)을 사용하여 제1 발광블럭(871) 및 제2 발광블럭(872)를 점등하는 것이다. 이때 흐르는 부하전류는 10mA 라고 도 3에 도시되어 있다.

4)순시정류전압이 150V 이상인 200V 미만인 경우에는, 발광블럭을 3개를 점등(이하, "3단 점등"이라 칭함)한다. 즉 상기 제어기(941)가 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 차단하고 제3 스위치(SW3)는 도통시켜서 제3 전류원(I3)을 사용하여 제1 발광블럭(871) 내지 제3 발광블럭(873) 모두를 점등하는 것이다. 이때 흐르는 부하전류는 15mA 라고 도 3에 도시되어 있다.

5)순시정류전압이 200V 이상인 경우에는, 발광블럭을 4개를 점등(이하, "4단 점등"이라 칭함)한다. 즉 상기 제어기(941)가 제1 스위치(SW1) 내지 제3 스위치(SW3)을 모두 차단하고 제4 스위치(SW4)는 도통시켜서 제4 전류원(I4)을 사용하여 제1 발광블럭(871) 내지 제4 발광블럭(874) 모두를 점등하는 것이다. 이때 흐르는 부하전류는 20mA 라고 도 3에 도시되어 있다.

이상, 상기 0단 점등 내지 4단 점등의 결과로 구성되는 상기 부하 전류파형 (920A)를 살펴보았다.

상기 다단구동회로는 1) 역율이 개선되고, 2)정류전압 한 사이클에서 LED 발광블럭의 점등기간이 종래보다 길어져서 밝기가 종래보다 밝아지는 효과가 있지만, 아래와 같은 문제점이 있다.

도 4에 상기 종래기술 2의 문제점을 설명하기 위하여, 전압파형(910V) 및 부하 전류파형(910A)를 나타내었다. 상기 전압파형(910V)는 상용전원 110V / 50Hz 의 정류전압 한 싸이클을 도시한 것이고, 전류파형(910A)는 상기 전압파형 (910V)가 상기 도 2 회로에 공급되었을 때 상기 0단 점등 내지 2단 점등에 의한 부하 전류파형(910A) 이다.

상기 도 2회로에서 상용전압이 220V 에서 110V 로 변경 되었을때 발생하는, 첫 번째 문제점으로는, 발광블럭이 1/2 만 점등되기 때문에 밝기가 약 1/2 로 낮아진다. 그리고 두 번째 문제점으로는 부하전류의 최대값이 220VAC 의 1/2 로 낮아지고, 점등기간도 220VAC 보다 짧아진다. 즉, 상용전압이 220V 에서 110V 로 변경되면 밝기가 1/4 이하로 줄어는 문제점이 있다.

이상의 문제점은, 전류 흐름을 제어하는 상기 제1 스위치(SW1) 내지 제4 스위치(SW4)가 병렬로 배치된 다단구동회로에서만 발생하는 것이 아니고, 상기 제1 스위치(SW1) 내지 제4 스위치(SW4)가 직렬로 배치된 다단구동회로(본 발명인이 출원한 출원특허 10-2010-0136001에 상세히 설명되어 있음)에서도 발생함은 당연하다.

본 발명의 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 큰 상용전원이 제공되는 경우에는 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 직렬로 연결되도록 스위칭 제어하고, 크기가 작은 상용전원이 제공되는 경우에는 상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 병렬로 연결되도록 스위칭 제어하여 상용전원의 변동에도 LED를 효율적이면서 동일한 밝기로 구동할 수 있는 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 LED 조명장치를 제공하고자 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 LED 조명장치는 교류전압을 정류하여 직류의 정류전압으로 변환하는 정류회로와; 상기 정류회로로부터 전류를 공급받는 부하로서 각각 1개 이상의 LED를 갖는 제1 LED 발광그룹 및 제2 LED 발광그룹과; 상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 직렬 또는 병열 중 어느 하나로 연결되도록 회로를 변경하는 상용전압 선택스위치; 및 상기 교류전압의 실효값을 측정하고 상기 측정된 교류전압의 실효값이 높은 경우에는 상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 직렬로 연결되도록 상기 상용전압 선택스위치를 제어하고, 상기 측정된 교류전압 실효값이 낮은 경우에는 상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 병렬로 연결되도록 상기 상용전압 선택스위치를 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹은 각각 직렬로 연결된 복수개의 발광블럭을 구비하고, 상기 각 발광블럭들 중 선택적 것을 다단으로 구동하기 위해 다수개의 스위치로 구성된 스위치블럭을 더 포함하며, 상기 제어기는 상기 교류전압의 순시전압에 따라 상기 발광블럭의 점등 개수를 조절하도록 상기 스위치블럭을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어기에 의하여 제어되는 전류원(전류제한장치)을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어기는 상기 교류전압을 기초로 산정된 정현파 설계전류 값을 산출하고 상기 산출된 설계전류 값을 제어신호(Csin)로서 제공하는 기능을 더 포함하며, 상기 부하에 공급되는 전류를 조절하는 전류원은 상기 제어기의 제어신호(Csin)에 의하여 상기 부하로 공급되는 전류를 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스위치블럭의 스위치는 직렬 또는 병렬로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 부하인 LED를 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹으로 분리하고, 이때 크기가 큰 상용전원이 제공되는 경우에는 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 직렬로 연결되도록 스위칭 제어하고, 크기가 작은 상용전원이 제공되는 경우에는 상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 병렬로 연결되도록 스위칭 제어한다.

따라서, 크기가 큰 상용전원(예: 220V)을 제공하는 사용장소에서 크기가 작은 상용전원(예: 110V)을 제공하는 사용장소로 이동하거나, 혹은 그 반대로 이동하여 상용전원이 변동되더라도 LED를 효율적으로 구동할 수 있음은 물론, 계속해서 동일한 밝기로 LED를 구동할 수 있게 한다.

도 1은 종래의 LED 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래기술의 따른 전압-전류 특성곡선이다.
도 3은 종래의 다단구동 LED 조명장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 다단구동회로에 따른 전류 파형이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예 회로이다.
도 6은 본 발명에 제1 실시예에 적합한 발광모듈 직선모델 이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예 따른 전류파형이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예 회로이다.
도 9은 본 발명의 제3 실시예 따른 전류파형이다.
도 10는 본 발명의 제3 실시예 회로이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예 따른 전류파형이다.
도 12은 본 발명의 제4 실시예 회로이다.
도 13은 본 발명에 제4 실시예에 적합한 발광모듈 직선모델 이다.
도 14은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전류파형의 예이다.
도 15은 본 발명의 제4 실시예에 따른 또 다른 전류파형의 예이다.

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.

먼저 본 발명의 핵심 개념에 대해 설명하면, 본 발명은 부하인 LED 어레이를 2개의 발광그룹으로 나누고, 높은 상용전압(일 예를 들면 220V)이 공급될 때는 2개의 발광그룹을 직렬로 연결하여 구동하고, 낮은 상용전압(일 예를 들면 110V)이 공급될때는 2개의 발광그룹을 병렬로 연결하여 낮은 상용전압에서도 모든 발광블럭이 점등 되도록 하는 것이다.

이하 도 5 내지 도 7을 사용하여 본 발명의 제1 실시예를 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명장치 회로로서 종래기술 1 을 개선한 것이다.

먼저 도 5를 참조하여 회로구성을 살펴보면, 교류전원(1), 정류회로(2) 그리고 제1 LED 발광그룹(7) 및 제2 LED 발광그룹(8)으로 구성된 부하, 제어기(3) 및 제1 상용전압 스위치(VSW1a)와 제2 상용전압 스위치(VSW1b)로 구현되는 되는 상용전압 선택스위치를 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 제1 발광그룹(7) 및 제2 발광그룹(8)은 1개 이상의 LED 로 구성되며, 다수개의 LED 가 직렬배열, 병렬배열 또는 직/병렬 배열로 구성될 수 있다. 상기 제1 발광그룹(7) 및 제2 발광그룹(8)은 널리 알려진 공지기술로 구성할 수 있으므로, 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 구체적인 기술은 생략한다

그리고, 상기 제어기(3)은, 교류전압의 실효값을 측정하여 높은 상용전압 (일 예를 들면 220V)이 공급될 때는 상기 제1 발광그룹(7) 및 제2 발광그룹(8)이 직렬로 연결되도록 상용전압 선택스위치(VSW1a)(VSW1b)를 제어신호(LVS1, Line Voltage Selection)를 발생하고, 낮은 상용전압(일 예를 들면 110V)이 공급될 때는 상기 제1 발광그룹(7) 및 제2 발광그룹(8)이 병렬로 연결하도록 상용전압 선택스위치(VSW1a)(VSW1b)를 제어하는 신호(LVS1)을 발생하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제1 상용전압 스위치(VSW1a)는 높은 상용전압이 공급될 때는 제2 발광그룹(8)이 제1 발광그룹(7)과 직렬로 연결되도록 하고, 낮은 상용전압이 공급될 때는 상기 제2 발광그룹(8)이 정류전압(Vrect)와 연결되어서 제1 발광그룹(7)과 병렬이 되도록 동작하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제2 상용전압 스위치(VSW1b)는 높은 상용전압이 공급될 때는 차단되어서 제2 발광그룹(8)이 제1 발광그룹(7)과 직렬로 연결되도록 하고, 낮은 상용전압이 공급될 때는 도통 되어서 상기 제1 발광그룹(1)의 출력단을 접지(Vss)와 연결하는 것이 바람직하다.

도 6은 상기 부하인 발광그룹을 선형으로 모델링한 것이다.

먼저, 발광그룹의 전압-전류 특성곡선(50)은 종래기술을 설명한 도 4에서의 특성곡선(950)을 인용하여 나타낸 것이다. 상기 특성곡선(50)을 간단한 선형 모델로 나타낸 것이 직선모델(52)이다. 상기 직선모델(52)의 문턱전압은 132V 이고 20mA 가 흐르는 정류전압은 220V 임을 도 6에서 알 수 있다. 상기 직선모델(52)는 높은 상용전압이 공급될 때에 적용할 모델의 일 예이다. 즉, 상기 제1 발광그룹(7) 및 제2 발광그룹(8)을 직렬로 연결하여 구동할 때를 모델링 한 것이다.

그리고 또 다른 발광그룹 직선모델(51)은 상기 발광그룹 직선모델(52)를 2개의 발광그룹으로 균등하게 나누었을 때 각 발광그룹을 모델링 한 것이다. 즉, 제1 발광그룹(7) 및 제2 발광그룹(8)을 모델링 한 것이다. 상기 직선모델(51)은 상기 직선모델(52)보다 등가직렬저항(Equivalent Series Resistance)이 1/2 이기 때문에 문턱전압이 종래 132V 에서 1/2 인 66V 로 낮아지고, 전류가 20mA가 흐르는 전압이 220V 에서 1/2 인 110V로 낮아진다.

도 7은 상기 직선모델(51)과 상기 직선모델(52)를 사용하여 상용전압 220V 및 상용전압 110V 에 대하여 모의시험한 결과를 정류전압 한 주기에 대하여 나타낸 것이다.

상기 도 7에서, 전류파형(52AA)는 높은 상용전압인 220V 가 공급되었을 때 제1 발광그룹(7) 및 제2 발광그룹(8)이 직렬로 연결되어서, 상기 직선모델(52)로 부하에 흐르는 전류를 모의시험한 결과이다.

또한 상기 전류파형(51AA)는 상용전압 110V 가 공급되었을 때 상기 제1 발광그룹(7) 및 상기 제2 발광그룹(8)이 병렬로 연결되는 경우, 상기 직선모델(51)로 각각의 발광그룹에 흐르는 전류를 모의시험한 결과이다.

높은 상용전압 220V 가 문턱전압 132V 를 통과하는 시각과, 낮은 상용전압 110V 가 문턱전압 66V 를 통과하는 시각은 동일하다. 또한 정류전압이 위상 90도일 때 높은 상용전압에 사용된 직선모델(52)에 의한 순시전류와 낮은 상용전압에 사용된 직선모델(51)에 의한 순시전류가 모두 20mA 로 같으므로 상기 모델(51)(52)에 의한 전류는 모두 동일한 파형(52AA)으로 나타난다.

전류파형(51AA)는 상용전압 110V 가 공급되는 경우 상기 제1 발광그룹(7)과 상기 제2 발광그룹(8)이 병렬로 연결되어 구동되므로 상기 교류전원(1)에서 공급되는 전류는 각 발광그룹에 흐르는 전류의 2배가 된 것을 나타낸 것이다. 즉 전류파형(52AA) 2배가 된 파형이 파형(51AA)이다.

전류파형(52S)는 상용전압 220V 가 공급되었을 때, 그리고 전류파형(51S)는 상용전압 110V 가 공급되었을 때, 정류전압과 동일한 위상인 정현(사인)파여서 역율이 1 인 이상적인 전류파형을 나타낸 것이다.

여기서 상기 전류파형(51S) 및 상기 전류파형(52S)를 비교해 보면, 낮은 상용전원의 전류파형(51S)의 경우가, 높은 상용전원의 상기 전류파형(52S) 보다 2배 높은 것을 알 수 있다. 이것은 상용전압의 높고 낮음에 관계없이 동일한 빛 밝기를 구현하기 위하여 동일한 전력이 필요하기 때문이다. 즉 전압이 1/2 로 감소하면 전류는 2배 증가하여야 함을 나타낸다.

이상 본 발명의 제1 실시예를 상세히 설명하였다.

이하 도 8 내지 도 9을 사용하여 본 발명의 제2 실시예를 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명장치의 회로로서, 종래기술 2 를 개선한 것이다.

먼저 도 8를 참조하여 회로구성을 살펴보면, 교류전원(1), 정류회로(2) 그리고 제1 LED 발광그룹(11)과 제2 LED 발광그룹(12)으로 구성된 부하, 상기 제1 LED 발광그룹(11)을 구성하는 제1 발광블럭(11a) 및 제2 발광블럭(11b), 상기 제2 LED 발광그룹(12)을 구성하는 제3 발광블럭(12a) 및 제4 발광블럭(12b), 제어기(4), 전류원 (11a)(12a)(13a)(14a), 상기 제어기(4)의 명령에 의하여 전류의 흐름을 제어하는 스위치블럭을 구성하며 병렬로 배치된 스위치(SW1a)(SW2a)(SW3a)(SW4a) 및 상용전압 선택스위치(VSW2)을 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 제1 LED 발광그룹(11) 및 제2 LED 발광그룹(12)을 구성하는 상기 제1 발광블럭(11a) 내지 제4 발광블럭(12b)은 각각 1개 이상의 LED로 구성되며, 다수개의 LED가 직렬배열, 병렬배열 또는 직/병렬 배열로 구성될 수 있다. 상기 제1발광블럭(11a) 내지 제4발광블럭(12b)은 널리 알려진 공지기술로 구성할 수 있으므로, 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 구체적인 기술은 생략한다.

그리고, 상기 제어기(4)는 교류전압 실효값을 측정하여 높은 상용전압(일 예를 들면 220V)이 공급될 때는 상기 제1 발광그룹(11) 및 상기 제2 발광그룹(12)를 직렬로 연결하도록 상기 상용전압 선택스위치(VSW2)를 제어하는 제어신호(LVS2, Line Voltage Selection)를 발생하고, 낮은 상용전압(일 예를 들면 110V)이 공급될 때는 상기 상기 제1 발광그룹(11) 및 상기 제2 발광그룹(12)을 병렬로 연결하도록 상용전압 선택스위치(VSW2)를 제어하는 제어신호(LVS2)을 발생하는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게 제어기(4)는 교류전압 실효값을 측정하여 높은 상용전압(일 예를 들면 220V)이 공급될 때는 상기 제1 스위치(SW1a) 내지 제4 스위치(SW4a)를 종래의 기술과 동일한 방법으로 제어하고, 낮은 상용전압(일 예를 들면 110V)이 공급될때는 제1 LED 발광그룹(11)의 첫번째 발광블럭인 제1 발광블럭(11a)와 제2 LED 발광그룹(12)의 첫번째 발광블럭인 제3발광블럭(12a)를 동일하게 도통 또는 차단하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 LED 발광그룹(11)과 제2 발광그룹 내부에 있는 발광블럭의 순서에 따라 동일한 순서의 스위치는 동일한 조작상태를 가지도록 제어하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 상용전압 선택스위치(VSW2)는 높은 상용전압이 공급될 때는 제2 발광그룹(12)이 제1 발광그룹(11)과 직렬로 연결되도록 하고, 낮은 상용전압이 공급될때는 상기 제2 발광그룹(12)의 입력단을 정류전압(Vrect)에 연결하여 제1 발광그룹 (11)과 병렬로 연결되도록 동작하는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게 상기 제어기(4)은 교류전압 실효값을 측정하여 낮은 상용전압(일 예를 들면 110V)이 공급될 때는 상기 각 전류원(I1a)(I2a)(I3a)(I4a)에 의하여 부하에 공급되는 전류량을 높은 상용전압의 경우와는 다르게 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

구체적인 수치를 예를 들어 설명하면, 상기 제1 전류원(I1a) 내지 제4 전류원(I4a)는 높은 상용전압 공급될 때는 각각 전류 5mA, 10mA, 15mA 및 20mA를 부하에 공급하도록 제어하고, 낮은 상용전압이 공급될 때는 각각 전류 10mA, 20mA, 10mA 및 20mA 를 부하에 공급하도록 제어하는 것이 바람직하다.

도 9에서 전류파형(60S)는 정류전압과 동일한 위상인 정현(사인)파 전류로서 역율이 1 인 이상적인 전원 전류파형을 나타낸 것이고, 전류파형(62A, 검은색 점선)는 상기 제1 전류원(I1a) 내지 제4 전류원(I4a)는 높은 상용전압 공급될 때는 각각 전류 5mA, 10mA, 15mA 및 20mA를 부하에 공급하도록 제어하여 직렬로 연결된 부하에 흐르는 전류를 나타낸 것이며, 다른 전류파형(61A,붉은색 실선)는 상기 제1 전류원(I1a) 내지 제4 전류원(I4a)는 낮은 상용전압이 공급될 때 각각 전류 10mA, 20mA, 10mA 및 20mA를 부하에 공급하도록 제어하여 병렬로 연결된 각 부하에 흐르는 전류를 나타낸 것이다.

도 9에서 빗금친 면적(61d)은 낮은 상용전압이 공급될때 높은 상용전압이 공급될 때보다 부족한 전류량을 나타낸 것이고, 종래기술을 설명한 도 4의 전류파형 (920A) 및 전류파형(910A)과 비교하면 본 실시예가 더욱 개선된 것을 알 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시예를 전류 흐름을 제어하는 상기 제1 스위치(SW1a) 내지 제4 스위치(SW4a)가 병렬로 배치된 다단구동회로를 사용하여 설명하였다. 그러나 상기 제1 스위치(SW1a) 내지 제4 스위치(SW4a)가 직렬로 배치된 다단구동회로에서도 구현 가능함은 당연하다.

이하 도 10 내지 도 11을 사용하여 본 발명의 제3 실시예를 상세히 설명한다.

도 10은 본 발명의 제1 실시예를 더욱 개선한 것이다.

먼저 도 10을 참조하여 회로구성을 살펴보면, 교류전원(1), 정류회로(2), 제1 LED 발광그룹(7) 및 제2 LED 발광그룹(8)으로 구성된 부하, 제1 상용전압 스위치(VSW3a) 및 제2 상용전압 스위치(VSW3b)로 구현되는 되는 상용전압 선택스위치, 제어기(5) 및 상기 제어기(5)의 제어를 받는 전류원(CS1)을 포함하여 구성된다.

본 실시예에 추가된 전류원(CS1) 및 제어기(5)에서 발생하는 제어신호(Csin)를 설명한다.

바람직하게 상기 제어기(5)는 교류전압과 동일한 위상의 정현(사인)파 신호를 발생시키고, 상기 정현(사인)파 신호를 정류(음전압을 양전압으로 변환하고)하고, 또한 상기 정류된 정현파의 크기를 조절하여 전류량 조절신호(Csin)을 만들고, 상기 전류량 조절신호(Csin)을 전류원(CS1)에 공급한다.

여기서 상기 제어기(5)가 교류전압과 동위상의 정현(사인)파를 발생하는 이유는 교류전원(1)에서 공급되는 교류전류가 교류전압과 동일한 위상의 정현파 이어서 역율이 개선되기를 바라기 때문이다. 그리고, 부하에 흐르는 부하전류는 상기 교류전류가 정류된 것임은 당연할 것이다.

그리고, 바람직하게 상기 전류원(CS1)은 부하전류가 상기 제어기(5)로부터 받은 상기 조절신호(Csin)에 상응하는 전류(보통 희망전류 혹은 설계전류라 함)보다 많으면, 상기 전류원(CS1) 양단에 전압강하를 유발하여서 상기 부하 양단전압을 조절하여, 희망전류가 부하에 공급되도록 하고, 부하전류가 상기 희망전류보다 낮으면 상기 전류원(CS1) 양단전압을 최소(전류원 포화전압)로 만들어 부하가 흘릴 수 있는 최대 전류가 흐르도록 하는 것이다.

상기 전류원(CS1) 및 제어신호(Csin)의 동작에 관한 상세한 설명은 본 발명인이 출원한 출원특허 10-2010-0129538 에 상세히 설명되어 있으므로, 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 구체적인 기술은 생략한다.

또한, 상기 상용전압 선택스위치(VSW3a)(VSW3b)에 의한 상기 제1 LED 발광그룹(7) 및 제2 LED 발광그룹(8)과의 관계는 본 발명의 실시예 1과 동일하므로, 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 구체적인 기술은 생략한다.

본 실시예에서 상기 제어기(5)는 상용전압 220V 에서 110V 로 1/2 낮아지면 동일한 전력으로 부하를 구동하기 위하여, 상기 희망전류 설정용 제어신호 (Csin)를 2배 높게 발생하는 것이 바람직하다. 이는 낮은 상용전원에서는 부하가 2개의 그룹으로 나누어 병렬로 구동되어 전원전류가 2배 필요하기 때문임은 당연하다.

도 11은 본 실시예에 의한 전류파형 일 예를 도시한 것이다.

먼저 전류파형(72S)(72AL)(72AH)는 220V / 50Hz 상용전원의 정류전압 한 주기에 대하여 도시한 것이며, 여기서 정류전압과 동일한 위상의 정현(사인)파 전류인 희망전류는 파형(72S)로 나타내었다.

이때, 전류파형(72AL)은 상기 상용전원이 설계 하한값으로 공급될 때의 부하전류를 도시한 것으로서, 정류전압 한 주기에 있어서 부하전류가 희망전류보다 항상 낮은 특별한 경우이다.

그리고, 전류파형(72AH)은 상기 상용전원이 설계 하한값보다 높은 전압이 공급될때 부하전류를 도시한 것으로서, 정류전압 한 주기에 있어서 상기 전류원(CS1)의 양단에 잉여전압에 상응하는 전압강하가 생겨서 부하전류가 희망전류와 일치하는 구간이 있는 것을 도시한 일 예이다.

또한, 전류파형(71S)(71AL)(71AH)는 110V / 50Hz 상용전원의 정류전압 한 주기에 대하여 도시한 것이며, 여기서 정류전압과 동일한 위상의 정현(사인)파 전류인 희망전류는 파형(71S)이다. 상기 희망전류(71S)가 상기 희망전류(72S)보다 2배 높은 것은 동일한 밝기를 구현하기 위해서는 당연하다.

이때, 전류파형(71AL)은 상기 상용전원이 설계 하한값으로 공급될때의 부하전류를 도시한 것으로서, 정류전압 한 주기에 있어서 부하전류가 희망전류보다 항상 낮은 특별한 경우를 나타낸 것이다.

그리고, 전류파형(71AH)은 상기 상용전원이 설계 하한값보다 높은 전압이 공급될때 부하전류를 도시한 것으로서, 정류전압 한 주기에 있어서 상기 전류원(CS1)의 양단에 잉여전압에 상응하는 전압강하가 생겨서 부하전류가 희망전류와 일치하는 구간이 있는 것을 도시한 일 예이다.

이하 도 12 내지 도 15을 사용하여 본 발명의 제4 실시예를 상세히 설명한다.

도 12는 본 발명의 제2 실시예를 더욱 개선 한 것이다.

먼저 도 12를 참조하여 회로구성을 살펴보면, 교류전원(1), 정류회로(2) 그리고제1 LED 발광그룹(11)과 제2 LED 발광그룹(12)으로 구성된 부하, 상기 제1 LED 발광그룹(11)을 구성하는 제1 발광블럭(11a) 및 제2 발광블럭(11b), 상기 제2 LED 발광그룹(12)을 구성하는 제3 발광블럭(12a) 및 제4 발광블럭(12b), 제어기(6), 전류원(CS2), 상기 제어기(6)의 명령에 의하여 전류의 흐름을 제어하는 스위치블럭을 구성하며 병렬로 배치된 스위치(SW1b)(SW2b)(SW3b)(SW4b) 및 상용전압 선택스위치 (VSW4)을 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 제1 LED 발광그룹(11) 및 제2 LED 발광그룹(12)을 구성하는 제1 발광블럭(11a) 내지 제4 발광블럭(12b)은 각각 1개 이상의 LED로 구성되며, 다수개의 LED가 직렬배열, 병렬배열 또는 직/병렬 배열로 구성될 수 있다. 상기 제1 발광블럭(11a) 내지 제4 발광블럭(12b)은 널리 알려진 공지기술로 구성할 수 있으므로, 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 구체적인 기술은 생략한다.

본 실시예에 추가된 전류원(CS2) 및 제어기(6)에서 발생하는 제어신호(Csin)를 설명한다.

바람직하게 상기 제어기(6)은 교류전압과 동일한 위상의 정현(사인)파 신호를 발생시키고, 상기 정현(사인)파 신호를 정류(음전압을 양전압으로 변환하고)하고, 또한 상기 정류된 정현(사인)파의 크기를 조절하여 전류량 조절신호(Csin)을 만들고, 상기 조절신호(Csin)을 전류원(CS2)에 공급한다.

여기서 상기 제어기(6)가 교류전압과 동위상의 정현(사인)파를 발생하는 이유는 교류전원(1)에서 공급되는 교류전류가 교류전압과 동일한 위상인 정현파여서 역율이 개선되기를 바라기 때문이다. 그리고, 부하에 흐르는 부하전류는 상기 교류전류가 정류된 것임은 당연할 것이다.

그리고, 바람직하게 상기 전류원(CS2)은 부하전류가 상기 제어기(6)로부터 받은 상기 조절신호(Csin)에 상응하는 전류(이하 희망전류라 칭함)보다 많으면, 상기 전류원(CS2) 양단에 전압강하를 유발하여서, 상기 부하 양단전압을 조절하여, 희망전류가 부하에 공급되도록 하고, 부하전류가 상기 희망전류보다 낮으면 상기 전류원(CS2) 양단전압을 최소(전류원 포화전압)로 만들어 부하가 흘릴 수 있는 최대 전류가 흐르도록 하는 것이다.

상기 전류원(CS2) 및 제어신호(Csin)의 동작에 관한 상세한 설명은 본 발명인이 출원한 출원특허 10-2010-0129538 에 상세히 설명되어있으므로, 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 구체적인 기술은 생략한다.

또한, 상기 상용전압 선택스위치(VSW4)에 의한 상기 제1 LED 발광그룹(11) 및 상기 제2 발광그룹(12)과의 관계는 본 발명의 실시예 2와 동일하므로, 본 명세서에서는 설명의 간략화를 위하여 이에 대한 구체적인 기술은 생략한다

본 실시예에서 상기 제어기(6)은 상용전압 220V 에서 110V 로 1/2 낮아지면 상기 희망전류 설정용 제어신호(Csin)를 2배 높게 발생하는 것이 바람직하다. 이는 낮은 상용전원에서는 부하가 2개의 그룹으로 나누어 병렬로 구동되어 전원전류가 2배 필요하기 때문임은 당연하다.

도 13은 본 실시예에 필요한 발광블럭을 선형으로 모델링한 것이다.

먼저, 발광블럭의 전압-전류 특성곡선(50)은 종래기술을 설명한 도 4에서의 특성곡선(950)을 인용하여 나타낸 것이다. 상기 특성곡선(50)을 간단한 선형 모델로 나타낸 것이 직선모델(74)이다. 상기 직선모델(74)의 문턱전압은 132V 이고 20mA 가 흐르는 정류전압은 220V 임을 도 13에서 알 수 있다.

그리고 발광블럭 직선모델(71)은 상기 발광블럭 직선모델(74)를 4개의 발광블럭으로 균등하게 나누었을 때 각 발광블럭을 모델링 한 것이다. 즉, 제1 발광블럭(11a), 제2 발광블럭(11b), 제3 발광블럭(12a) 및 제4 발광블럭(12b)를 모델링한 것이다. 상기 직선모델(71)은 다른 직선모델(74)보다 등가직렬저항(Equivalent Series Resistance)가 1/4이기 때문에 문턱전압이 종래 132V 의 1/4 인 33V 로 낮아지고, 전류가 20mA 가 흐르는 전압은 220V 의 1/4 인 55V 로 낮아진다.

그리고 발광블럭 직선모델(72)은 상기 발광블럭 직선모델(74)를 2개의 발광블럭으로 균등하게 나누었을 때 각 발광블럭을 모델링 한 것이다. 즉, 제1 LED 발광그룹(11) 및 제2 LED 발광그룹(12)를 모델링 한 것이다. 상기 직선모델(72)은 상기 직선모델(74)보다 등가직렬저항이 1/2 이기 때문에 문턱전압이 종래 132V 의 1/2 인 66V 로 낮아지고, 전류가 20mA 가 흐르는 전압은 220V 의 1/2 인 110V 로 낮아진다.

그리고 발광블럭 직선모델(73)은 다른 발광블럭 직선모델(74)를 4개의 발광블럭으로 균등하게 나누고 3개의 발광블럭을 직렬로 연결한 것이다. 상기 직선모델 (73)은 상기 다른 직선모델(74)보다 등가직렬저항이 3/4 이기 때문에 문턱전압이 종래 132V 의 3/4 인 99V 로 낮아지고, 전류가 20mA 흐르는 전압은 220V 의 3/4 인 165V 로 낮아진다.

도 14는 높은 상용전압이 인가되었을 때 상기 제1 LED 발광그룹(11)과 제2 LED 발광그룹(12)을 직렬로 연결하여 구동하는 경우의 일 예를 모의시험한 결과이다. 전압파형(72V)는 230V / 50Hz 의 정류전압 한 주기를 도시한 것이고, 정류전압과 동일한 위상인 정현(사인)파 희망전류는 전류파형(70S, 검은색 점선)로 도시하였다.

이때, 제1 직선모델(71)의 전류를 상기 전압파형(72V)와 연계하여 나타낸 것이 전류파형(71a)(71b) 이고, 제2 직선모델(72)의 전류를 전압파형(72V)와 연계하여 나타낸 것이 전류파형(72a)(72b) 이고, 제3 직선모델(73)의 전류를 전압파형(72V)와 연계하여 나타낸 것이 전류파형(73a)(73b) 이며, 제4 직선모델(74)의 전류를 전압파형(72V)와 연계하여 나타낸 것이 전류파형(74a)(74b) 이다.

여기서 실제로 부하에 흐르는 전류인 파형(72AA, 붉은색 점선)는 상기 희망전류(70S)와 상기 직선모델(71a)(72a)(73a)(74a)(71b)(72b)(73b)(74b)에 의한 전류(이하 '모델전류'라 함)의 크기를 비교하여, 희망전류(즉, 설계전류)보다 모델전류가 높을 경우 전류원(CS2)에 의하여 전압강하가 일어나서 부하양단의 전압이 감소하여 부하전류를 희망전류와 일치하도록 한 것이다.

도 15는 낮은 상용전압이 인가 되었을 때 상기 제1 LED 발광그룹(11)과 제2 LED 발광그룹(12)을 병렬로 연결하여 구동하는 경우를 모의시험한 결과이다. 전압파형(71V)는 120V / 50Hz 정류전압의 한 주기를 도시한 것이고, 상기 각 발광그룹 (11)(12)에 흐르는 정류전압과 동일한 위상의 정현(사인)파 희망전류는 전류파형 (70S, 검은색 점선)로 도시하였다.

이때, 상기 직선모델(71)의 전류를 상기 전압파형(72V)와 연계하여 나타낸 것이 전류파형(71c)(71d) 이고, 다른 직선모델(72)의 전류를 상기 전압파형(72V)와 연계하여 나타낸 것이 전류파형(72c)(72d) 이다.

여기서 실제로 부하에 흐르는 전류인 파형(71AA, 붉은색 점선)는 상기 희망전류(70S)와 상기 직선모델(71c)(72c)(71d)(72d)에 의한 전류(이하 모델전류라 칭함)의 크기를 비교하여, 희망전류(즉, 설계전류)보다 모델전류가 높을 경우 전류원(CS2)에 의하여 전압강하가 일어나서 부하양단의 전압을 조전하여 부하전류를 희망전류와 일치하도록 한 것이다.

그리고, 제1 LED 발광그룹(11) 및 제2 LED 발광그룹(12)가 병렬로 연결되어 구동되기 때문에, 상기 전류원(CS2)는 낮은 상용전원에서 희망전류를 높은 상용전원에서 희망전류보다 2배 높게 설정하여야함은 동일한 밝기를 구현하기 위해서 당연하다.

이상 본 발명의 일 실시예를 전류 흐름을 제어하는 상기 제1 스위치(SW1b) 내지 상기 제4 스위치(SW4b)가 병렬로 배치된 다단구동회로를 사용하여 설명하였다. 그러나 상기 제1 스위치(SW1b) 내지 제4 스위치(SW4b)가 직렬로 배치된 다단구동회로에서도 구현 가능함은 당연하다.

이상 본 발병의 실시예를 중심으로 상세히 설명하였다. 본 실시예에서 상세히 설명된 정류회로, 전류원, 제어기 및 스위치는 하나의 반도체 소자로 제작할 수 있음은 당연하다.

또한, 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.

910, 1: 교류전원 940, 2: 정류회로
941, 3, 4, 5, 6: 제어기
970, 7, 8, 11, 11a, 11b, 12, 12a, 12b: LED 발광블럭
CS1, CS2: 전류원
I1,I2,I3,I4,I1a,I2a,I3a,I4a: 전류원
VSW1a,VSW1b,VSW2,VSW3a,VSW3b,VSW4: 상용전원 선택스위치
SW1,SW2,SW3,SW4,SW1a,SW2a,SW3a,SW4a: 스위치
SC1,SC2,SC3,SC4: 스위치 제어신호

Claims (5)

1. 교류전압을 정류하여 직류의 정류전압으로 변환하는 정류회로와;
   상기 정류회로로부터 전류를 공급받는 부하로서 각각 1개 이상의 LED를 갖는 제1 LED 발광그룹 및 제2 LED 발광그룹과;
   상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 직렬 또는 병열 중 어느 하나로 연결되도록 회로를 변경하는 상용전압 선택스위치; 및
   상기 교류전압의 실효값을 측정하고 상기 측정된 교류전압의 실효값이 높은 경우에는 상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 직렬로 연결되도록 상기 상용전압 선택스위치를 제어하고, 상기 측정된 교류전압 실효값이 낮은 경우에는 상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹이 병렬로 연결되도록 상기 상용전압 선택스위치를 제어하는 제어기; 및
   상기 제어기에 의하여 제어되는 전류원(전류제한장치)을 포함하는 것을 특징으로 하는 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 LED 조명장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 LED 발광그룹과 제2 LED 발광그룹은 각각 직렬로 연결된 복수개의 발광블럭을 구비하고,
   상기 각 발광블럭들 중 선택적 것을 다단으로 구동하기 위해 다수개의 스위치로 구성된 스위치블럭을 더 포함하며,
   상기 제어기는 상기 교류전압의 순시전압에 따라 상기 발광블럭의 점등 개수를 조절하도록 상기 스위치블럭을 제어하는 것을 특징으로 하는 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 LED 조명장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 교류전압을 기초로 산정된 정현파 설계전류 값을 산출하고 상기 산출된 설계전류 값을 제어신호(Csin)로서 제공하는 기능을 더 포함하며,
   상기 부하에 공급되는 전류를 조절하는 전류원은 상기 제어기의 제어신호(Csin)에 의하여 상기 부하로 공급되는 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 LED 조명장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 스위치블럭의 스위치는 직렬 또는 병렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 상용전원 2 종류를 지원하는 교류구동 LED 조명장치.

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