KR101403861B1

KR101403861B1 - 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치

Info

Publication number: KR101403861B1
Application number: KR1020130148557A
Authority: KR
Inventors: 이대영
Original assignee: (주)에너브레인
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-06-09
Also published as: JP6050554B2; US20150156835A1; WO2015083885A1; EP2986085A1; US9474110B2; JP2016524274A; EP2986085A4; CN104684203A

Abstract

본 발명은 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치에 관한 것으로, 기준전압 보다 상회하는 과전압이 순간적 또는 지속적으로 공급될 시, 전압에 따라 전류를 각 위상별로 효과적으로 제어하여, 전원장치의 전력적 부담을 줄여 발열을 최소화하고 LED 광원부에 과전압에 따른 손상을 방지함으로써, 전원부의 안전성을 보장함과 동시에 최소한의 소자로 고효율, 고역률을 실현하기 위한 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치에 관한 것이다.
본 발명의 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치는 교류전원을 공급받는 전원입력부와 상기 전원입력부에서 출력되는 상기 교류전원을 정류하여 맥류전류를 생성하기 위한 정류부와 상기 정류부로부터 맥류전류를 공급받도록 연결되며, 하나 이상의 LED 모듈로 구성되는 LED 배열부와 상기 LED 배열부에 연결되며, 상기 LED 배열부에 인가되는 맥류전류의 파형을 변형시켜 소정 정격전류 이하만 흐르도록 제어하기 위한 정전류 제어부 및 상기 정전류 제어부의 양단 전압에 의해 구동되며, 상기 전원입력부에서 공급되는 과전압을 크기에 따라 전류값을 연속적으로 낮춰주기 위한 전압에 따른 전류 제어부를 포함하는 것에 기술적 의의가 있다.

Description

과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치{AC direct drive led power supply capable of handling overvoltage}

본 발명은 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치에 관한 것으로, 기준전압 보다 상회하는 과전압이 순간적 또는 지속적으로 공급될 시, 전압에 따라 전류를 각 위상별로 효과적으로 제어하여, 전원장치의 전력적 부담을 줄여 발열을 최소화하고 LED 광원부에 과전압에 따른 손상을 방지함으로써, 전원부의 안전성을 보장함과 동시에 최소한의 소자로 고효율, 고역률을 실현하기 위한 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치에 관한 것이다.

최근들어 발광 다이오드(LED)는 휘도가 크게 향상되고, 백열전구, 형광등 등과 같은 기존 조명장치에 비해 수명이 길고, 에너지 소모량이 적으며, 친환경적이라는 장점으로 인하여 기존 조명장치의 대체광원으로 인정받고 있다.

일반적으로 교류를 이용한 LED 구동장치는 다수의 LED를 직렬의 배열 형상으로 구성하여 이를 적절한 간격으로 나누고, 전압은 전류에 의해 통제된 스위치를 이용하여 설정 및 통제되도록 설계된다.

종래기술의 정전류 회로를 이용한 LED 구동장치는 전류값을 달리한 다수의 정전압 회로를 단계별로 구성하여 전류적 특성이 계단 형태로 나타나는 구조로써, 대한민국등록특허 제10-1064906호(2011.09.07 등록)의 '발광다이오드 조명장치'에서 비슷한 사례가 제시되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 다단 구조의 LED 구동 정전류 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 인가된 교류전압를 입력받는 전원입력(11)는 입력된 교류전압을 정류부(12)를 통해 직류전압으로 변경한 후, 다수의 LED를 포함하는 LED 배열부(31, 32, 33)로 입력한다. 즉, 도 2에서와 같이, 정류부(12)를 통과한 전압파형(A)이 정전류 제어부(21, 22, 23)를 통과한 입력전류 파형(B)로 표현된다.

이 과정에서, 해당 맥류전압은 정전류 제어부(21, 22, 23)에 의해 정의된 정격 전류 이하만 흐르도록하여 LED를 보호하게 되어져 있는데, 기준전압보다 높은 전압이 입력될 경우, LED에 설정한 전압을 초과하는 전압은 구동부에서 감당해야 한다. 그로 인하여 구동부는 그 초과분의 전압과 구동부에서 정의된 전류를 곱한 값에 해당하는 전력을 소모해야 하며, 그 결과 구동부는 과발열의 문제를 가지게 된다.

도 2는 종래기술에 따른 다단 구조의 LED 구동 정전류 회로의 파형도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1과 같은 다수의 스테이지를 사용하는 정전류 회로를 사용하는 전원장치를 통한 파형은 (a)와 같이 전압(A)에 따른 전류는 다단구조를 가지는 전류(B)로 제어된다. 이러한 종래기술의 파형 구조는 환경에 따라 차이는 있지만 교류전원에서 발생하는 과전압에 대응하는 회로를 부가적으로 구성한다.

즉, 도 2의 (b)는 보호회로가 동작되지 않을 때의 전류(C)의 형태와 보호회로가 동작되었을 때의 전류(D)의 형태를 나타내고 있다. 즉, 다단구조를 가지는 전류(C)의 형태에서 보호회로가 동작되는 경우에는 정전류 구동부의 전류(C)가 전체적으로 감소된 전류(D)의 형태를 나타낸다.

또한, 도 2의 (c)는 과전압이 발생하는 전압(E)의 파형에서 과전압이 일어나는 구간의 전류를 순간적으로 단절시키는 전류(F)의 흐름을 나타내고 있다. 이에 따라, 종래기술에서는 이러한 도 2의 (b) 또는 (c)의 방식으로 과전압에 대응하도록 보호회로를 설계하고 있다

그러나, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 전류를 전체적으로 낮추는 방식은 지속적인 과접압에 따라 발생되는 발열이 시스템에 문제를 초래할 수 있으며, 도 2의 (c)의 전류를 단절시키는 방식은 부분적인 플리커(flicker) 현상이 발생하여 LED 모듈의 조도가 불안정하게 되는 문제점이 있다.

도 3은 종래기술인 다단 구조의 정전류 구동 회로 중 한 단계의 정전류 회로도 및 도 4는 종래기술인 다단 구조의 정전류 구동 회로 중 한 단계의 정전류 회로의 파형도이다. 도 1에 의한 정전류 회로의 구조는 다단 구조뿐만 아니라 하나의 정전류 회로로 구성되는 도 3 및 도 4의 경우에도 보호회로의 적용이 가능하며, 모든 스테이지(stage)의 정전류 회로나 일부 스테이지의 정전류 회로만에도 적용이 가능한 특징이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 교류전원 입력에 따라 발생하는 과열문제와 이에 따른 조도 불안정이나 LED의 수명 문제를 해결하기 위해 종래의 정전류 제어부에 결합된 전압에 따른 전류 제어부를 추가하기 위한 목적이 있다.

또한, 본 발명은 교류전원 입력에 의해 발생하는 과전압에서도 LED 모듈에 부가되는 과전압의 전류를 과전압 정도에 비례하여 전류 제한을 수행하기 위한 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기존의 스위칭 방식의 과전압 보호 회로에 비해 적은 비용으로 LED 모듈의 플리커를 방지하면서, 목표하는 만큼의 전류 제한을 이끌어 내기 위한 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전압에 따른 전류 제어부를 포함하는 회로에 기준전압원을 직렬로 추가하여 과전압에 따른 전류 제한 회로가 동작하는 시기를 지연시키기 위한 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 정전류 제어부에 전류보장부를 추가하여 구성함으로써, 정전류 제어부에서의 복합적인 과전압 보호부 동작 상태에서도 최소 전류를 보장하기 위한 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 온도증가에 따른 전력하강을 방지하기 위하여 정전류 제어부의 내측에 경합된 온도보상부를 구비하는 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 온도 증가에 따른 회로부의 파괴를 방지하기 위해 전압에 따른 전류 제어부에 결합된 과열 감지부를 구비하는 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치에 있어서, 교류전원을 공급받는 전원입력부와 상기 전원입력부에서 출력되는 상기 교류전원을 정류하여 맥류전류를 생성하기 위한 정류부와 상기 정류부로부터 맥류전류를 공급받도록 연결되며, 하나 이상의 LED 모듈로 구성되는 LED 배열부와 상기 LED 배열부에 연결되며, 상기 LED 배열부에 인가되는 맥류전류의 파형을 변형시켜 소정 정격전류 이하만 흐르도록 제어하기 위한 정전류 제어부 및 상기 정전류 제어부의 양단 전압에 의해 구동되며, 상기 전원입력부에서 공급되는 과전압을 크기에 따라 전류값을 연속적으로 낮춰주기 위한 전압에 따른 전류 제어부를 포함하여 이루어지는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명의 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치는 종래의 정전류 제어부에 결합된 전압에 따른 전류 제어부를 추가함으로써, 교류전원 입력에 의해 발생하는 과전압에서 LED 모듈에 부가되는 과전압의 전류를 과전압 정도에 비례하여 전류 제한을 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전압에 따른 전류 제어부를 포함하는 회로에 전압감지부를 직렬로 추가함으로서, 고전압에 따른 전류 제한 회로가 동작하는 시기를 지연시키고, 과전압 보호회로의 동작 시점을 보다 정밀하게 조절할 수 있는 다른 효과가 있다.

또한, 본 발명은 정전류 제어부와 병행하여 구성되는 최소전류보장부에 의해 정전류 제어부에서의 최소한의 전류량을 보장하면서 정전류 제어부를 구성할 수 있기 때문에 목표로 하는 회로를 쉽게 유도 및 설계할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

또한, 본 발명은 정전류 제어부의 내측에 결합된 온도보상부를 구비함으로써, 온도증가에 따른 전력하강을 방지할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전압에 따른 전류 제어부에 결합된 과열 감지부를 구비함으로써, 온도 상승에 따른 회로부의 파괴를 방지할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존의 스위칭 방식의 과전압 보호 회로에 비해 적은 비용으로 원하는 범위에서 최소한의 전류를 보장하고, 동시에 목표하는 만큼의 전류 제한을 이끌어 낼 수 있으며, 안정적인 조도를 확보할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 다단 구조의 LED 구동 정전류 회로도,
도 2는 종래기술에 따른 다단 구조의 LED 구동 정전류 회로의 파형도,
도 3은 종래기술인 다단 구조의 정전류 구동 회로 중 한 단계의 정전류 회로도,
도 4는 종래기술인 다단 구조의 정전류 구동 회로 중 한 단계의 정전류 회로의 파형도,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도,
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전류 회로의 파형도,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정전류 회로의 파형도,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도,
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도,
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도,
도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도,
도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도,
도 14는 본 발명의 제8 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도,
도 15는 본 발명의 실시예들을 이용할 수 있는 다단 구조의 정전류 회로의 예,
도 16은 본 발명의 제1 실시예를 조합한 다른 예의 파형도,
도 17은 본 발명의 실시예들을 이용할 수 있는 다단 구조의 정전류 회로의 또 다른 실시예이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도이며, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전류 회로의 파형도이다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 엘이디 전원장치(100)는 외부로부터 교류전원을 입력받는 전원입력부(110), 전원입력부(110)에서 출력되는 교류전원을 정류하여 직류전원(맥류전원)으로 변경하기 위한 정류부(120), 정류부(120)로부터 전원을 공급받으며 하나 이상의 LED 모듈을 포함하여 구성되는 LED 배열부(130), LED 배열부(130)에 연결되어 전류를 제어하기 위한 정전류 제어부(140) 및 정전류 제어부(140)의 양단 전압에 의해 구동되는 전압에 따른 전류 제어부(150)를 포함하여 이루어진다.

전원입력부(110)는 외부의 교류전류를 입력받도록 구성되어 있으며, 입력된 교류전원를 정류부(120)로 전달한다.

정류부(120)는 전원입력부(110)에서 출력되는 교류전원을 정류하여 맥류전원으로 변환하기 위한 구성이며, 이 단계에서 교류전원에서 인입될 수 있는 과전압은 여과되지 않고 LED 배열부(130)로 전달된다.

LED 배열부(130)는 하나 이상의 LED 소자가 결합된 하나 이상의 LED 모듈로 구성되어 있으며, 정전류 제어부(140)는 정전류 구동회로이며, 정격 전류 이하만 흐르도록 하여 LED 배열부(130)를 보호하는 회로로 구성된다.

도 5의 (b)에서 정전류 제어부(140)는 두 개의 FET(이하의 문장에서 FET라 명시되는 것은 FET(Field Effect Transistor, 전계효과 트랜지스터) 혹은 BJT(Bipolar Junction Transistor, 접합형 트랜지스터)를 의미함) 및 두 개의 저항으로 이루어진 정전류 회로의 대표적인 구성이다. 회로가 구동되어 일정전압에 이르면, 부하(LED 배열부(130))에 전류가 흐르고 R1 저항의 Pull up 저항에 의해 Q1 FET Gate에 기전압이 발생하고, 이에 따라 Drain-Source 간은 통전되어진다. 이때, R2 저항 양단에 흐르는 전류에 비례한 전압이 발생하고, R2 저항 양단의 전압이 제어를 설정한 범위값에 이르면, Q2 FET Gate에 전압이 유기되므로 Q2 FET로의 Drain-Source간의 저항값이 낮아지는 결과를 가진다. 이로 인해 Q2 FET의 Gate에 R1 저항의 Pull up으로 인하여 인가되었던 전위가 낮아지게되어, Q1의 Drain-Source간의 저항이 증가하게 되어 목적으로 하는 전류를 유지할 수 있게 된다. LED 배열부(130)에 공급되는 전압 즉, TP(Test Point)1과 TP2 간의 전압을 일정하게 유지해야 하므로, 과전압시 Q1 FET의 Drain과 Source 간에 LED 배열부(130)가 사용한 전압을 제외한 전압이 걸리게 된다.

전압에 따른 전류 제어부(150)는 정전류 제어부(140)의 양단 전압(TP2-TP3 간의 전압)에 의해 구동되며, 전원입력부(110)에서 공급되는 과전압의 크기에 따라 전류값을 연속적으로 낮춰준다. 즉, 완전히 전류를 차단하는 보호회로의 경우에는 LED 모듈이 꺼지는 경우가 발생하여 제어로 인한 플리커(flicker) 현상이 나타날 수 있지만, 전압에 따른 전류 제어부(150)를 구비하는 경우에는 흐르는 전류량을 유동적으로 조절하므로 과전압보호회로에 의하거나, 과전압에 따른 플리커(flicker) 현상을 방지할 수 있다. 또한, 급격한 스위칭으로 인해 발생할 수 있는 고조파 문제도 방지된다.

도 5의 (b)에서와 같이 전압에 따른 전류 제어부(150)는 Q3 FET를 구비하여 Drain과 Source를 Q2 FET의 Drain과 Source에 각각 연결하고 TP2와 TP3 즉, 정전류 제어부(140)의 양단에 R3 저항, R4 저항을 연결하여 정전류 제어부(140)의 과전압시 발생하는 전압을 감시한다. 이때 R3 저항과 R4 저항의 값을 적절히 정의하여 과전압에 따른 통제가 가능하게 설정하고, Q3 FET의 Gate에 결선한다.

따라서, 도 5의 (b)에 도시된 회로를 이용한 전류의 파형은 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 정해진 전류로 구동이 되지만 특정 전압 이상일 경우(전류제한 시작시점(A))에는 입력전압의 크기에 비례(최대 전류제한(B))하여 전류가 적게 흐르게 된다. 이럴 경우, 과전압 상태가 길게 지속되어도 과전압시 전류가 낮게 흐르므로 구동부에서 발생하는 열이 줄어든다.

또한, 도 6의 (b)는 과전압에 의한 전류 제한을 극적으로 걸어(전류 차단(C)) 교류 파형의 양 꼭지에서만 전류가 흐르게 유도한 회로이다. 다수의 스테이지를 가지는 LED 구동회로의 설계 시 응용하여 사용할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도이며, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정전류 회로의 파형도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 LED를 구동하기 위한 정전류 회로는 제1 실시예의 정전류 회로에서 LED 배열부(130)와 전압에 따른 전류 제어부(150)의 사이에 구비되며, LED 배열부(130)에서 흐르는 전류를 전압에 따른 전류 제어부(150)에 구비된 R3 저항에 연결되는 기준전압원부(160)을 포함하여 이루어진다.

기준전압원부(160)는 LED 배열부(130)와 전압에 따른 전류 제어부(150)의 사이에 직렬로 연결되거나, Q3 FET의 Gate에 연결되어 과전압에 따른 전압에 따른 전류 제어부(150)가 동작하는 시기를 지연한다. 이에 따른 전류의 파형은 도 8에 도시된 바와 같이, 과전압을 보호하기 위한 전압에 따른 전류 제어부(150)의 동작 시점인 전류 제한 시점(A)을 지연시킴으로써 보다 정밀하게 조절할 수 있다. 또한, 기준전압을 판독하는 데에 응용할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도이다. 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 정전류 회로를 기반으로 하는 제3 실시예는 전압에 따른 전류 제어부(150)의 내부에 기준전압원부(160)을 구비하며, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 기준전압원부(160)는 전압에 따른 전류 제어부(150)에 구비된 R3 저항과 R4 저항 사이의 전압 분배점에서 Q3 FET의 Gate 전극 사이에 직렬로 연결된다.

제3 실시예는 기준전압원부(160)의 다른 응용법에 관한 것이며, 구성 위치가 제2 실시예와는 상이하나 동작 특성은 제2 실시예와 유사하다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에 따른 LED를 구동하기 위한 정전류 회로는 제1 실시예의 정전류 회로에서 LED 배열부(130)와 전압에 따른 전류 제어부(150)의 사이에 구비되며, LED 배열부(130)에서 흐르는 전류를 전압에 따른 전류 제어부(150)에 구비된 R3 저항을 거치는 기준전류원부(170)를 포함하여 이루어진다.

기준전류원부(170)는 기준전압원부(160)을 치환한 구조이며, 기준 전류 이상이 되어야 전류를 보낼 수 있기 때문에 그 양단에 일정 전압 이상이 입력되어야 하고, 수 ㎂ 정도의 전류를 통제해야하는 특징이 있다. 따라서, 기준전류원부(170) 역시 기준전압원부(160)과 같이 전류 제한 시점을 지연시키는 특징이 있으며, 기준전류 판독에 응용할 수도 있다.

도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 기준전류원부(170)는 하나의 Q4 FET와 Q4 FET의 Gate 전극 전단에 연결되어 전류의 양을 결정하는 R5 저항 및 R6 저항을 포함하여 이루어진다.

도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 정전류 회로를 기반으로 하는 제5 실시예는 정전류 제어부(140)의 내부에 최소전류보장부(180)를 구비한다. 최소전류보장부(180)는 LED 배열부(130)에 연결된 R1 저항과 Q2 FET의 Source 전극에 연결된다. 한편, 최소전류보장부(180)는 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 정전류 제어부(140)의 R1 저항에 연결된 Q5 FET와 Q5 FET의 Gate 전극에 연결된 R7 저항을 포함하여 이루어진다.

최소전류보장부(180)는 LED 구동을 위한 최소 전류를 보장하는 회로이며, 제2 실시예에서의 전압에 따른 전류 제어부(150)와 병행하여 사용하는 경우에는 최소한의 전류량을 보장하면서 정전류 회로를 구성할 수 있기 때문에 목표하는 회로를 쉽게 유도 및 설계할 수 있다. 이에 따라, 전류를 통제함에 있어서 플리커가 발생할 만큼의 전류가 제한되는 경우가 발생하는데, 최소전류보장부(180)를 추가함으로써 플리커가 발생하지 않는 최소 전류에 대한 강제 보장을 하여 통제구간을 유도할 수 있는 특징이 있다.

도 12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도이다. 도 12의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 정전류 회로를 기반으로 하는 제6 실시예는 정전류 제어부(140) 내에서 R2 저항으로부터 전류를 입력받고, Q2 FET의 Gate 전극에 연결된 온도보상부(190)를 포함하여 이루어진다.

온도보상부(190)는 R2 저항과 연결된 R8 저항과 Q2 FET의 Gate 전극 전단에 연결되어 R8 d저항으로부터 병렬로 연결되는 각각의 R9 저항 및 R10 저항으로 이루어지며, R10 저항의 전단에는 서미스터(thermistor)(195)가 구비된다.

즉, 정전류 제어부(140)는 온도가 높아질 경우 전력이 낮아지는 것을 방지하기 위해 서미스터(195)와 조합으로 온도보상용 회로를 구성함으로써 온도변화에 따른 전류변화를 보정하며, 서미스터(195)와 직렬로 연결된 저항은 구비하지 않아도 구동은 하지만, 광원이 구동되는 환경이 영하일 경우 회로부가 구동할 시 급격한 열상승에서는 오동작(과전류)할 우려가 있으므로 댐퍼(damper) 역할을 하기 위해 구비된다.

도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도이다. 도 13의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 정전류 회로를 기반으로 하는 제6 실시예는 LED 배열부(130)와 전압에 따른 전류 제어부(150)의 Gate 전극에 연결되며, 기준전압원부(160)과 병렬로 연결되는 과열감지부(192)를 포함하여 이루어진다.

과열감지부(192)는 정전류 제어부(140)와 연결되는 R11 저항과 R11 저항에 연결되는 Q6 FET, R11 저항으로부터 Q6 FET의 Source에 같이 연결되는 R12 저항 및 서미스터(195)에 연결되는 R13 저항으로 이루어지며, Q6 FET의 Gate 전극은 서미스터(195)의 후단과 R13 저항의 전단에 연결된다.

과열감지부(192)는 온도 변화를 모니터링하여 온도에 따른 추가 전류 제한을 가하여 과열에 대한 파손을 방지하기 위해 구비한다.

도 13의 (b)에서 설정된 과열의 상태에 이르면 서미스터(195)의 저항값이 낮아짐으로 인하여 R11 + R12 + 서미스터의 값 역시 낮아지므로 고정값을 지닌 R13 저항과의 연결점(Q6 FET의 Gate)에 기전압이 유지되므로 Q3 FET의 Drain과 Source의 양단 저항값은 낮아지는 결과를 갖는다. Q1 FET의 Gate에 정전류를 유지하게 하는 Q2 FET의 Drain-Source 간의 저항값에 Q3 FET에의 Drain-Source 간의 낮아진 저항값이 병렬로 연결되므로 Q1 FET의 Gate는 정상적인 상태보다 낮은 기전압을 지니게 되어 LED 배열부(130)에 공급되는 전류는 기 설정한 과열로 판단된 온도에 반비례하여 작용하게 된다.

도 14는 본 발명의 제8 실시예에 따른 LED 구동을 위한 정전류 회로도이다. 도 14의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 제2 실시예의 정전류 회로를 기반으로 하는 제8 실시예는 도 11의 제5 실시예에서 정전류 제어부(140) 내에 구비된 최소전류보장부(180), 도 12의 제6 실시예에서 정전류 제어부(140) 내에 구비된 온도보상부(190)와 동일한 온도보상부(191) 및 도 13의 제7 실시예에서 기준전압원부(160)과 병렬로 연결되는 과열감지부(192)와 동일한 과열감지부(192)을 모두 포함하여 이루진다.

도 15는 본 발명의 실시예들을 이용할 수 있는 다단 구조의 정전류 회로의 예이며, 도 16은 본 발명의 제1 실시예를 조합한 다른 예의 파형도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 직렬로 연결된 LED 배열부를 적절한 스테이지(131, 132, 133)로 나누고, 스테이지별로 정전류 회로의 정전류 양을 달리하여 연속적으로 통제하도록 한 회로도를 나타내고 있다.

이러한 회로의 각각의 응용된 파형은 도 16에서와 같이 나타낼 수 있는데, (a)는 첫 번째 스테이지(131)와 두 번째 스테이지(132)를 도 3의 종래기술의 정전류 회로를 사용하며, 세 번째 스테이지(133)를 도 5에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전류 회로로 구성한 것이다. 이때, 정상적인 동작 시에는 반듯한 계단형 파형의 전류 흐름을 보여주고 있다.

(b)는 (a)의 회로도(첫 번째 스테이지(131)와 두 번째 스테이지(132)는 도 3의 종래기술의 정전류 회로, 세 번째 스테이지(133)는 도 5에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전류 회로)에서 과전압이 인가되었을 때, 마지막 스테이지인 세 번째 스테이지(133)의 보호회로가 동작하여 전압에 따라 전류 제한을 걸어주는 것을 나타내고 있다. 가장 높은 전압이 걸리는 꼭지점에서의 전류 흐름이 가장 작다.

(c)는 첫 번째 내지 세 번째 스테이지(131, 132, 133)를 도 5에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전류 회로로 구성한 것이다. 각각 스테이지가 전환되는 부분을 명확하게 끊어 구성한 형태로 높은 효율을 나타내고 있다.

(d)는 (c)의 회로도(첫 번째 내지 세 번째 스테이지(131, 132, 133)를 도 5에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전류 회로)에서 과전압이 발생하는 경우에 보호회로가 동작하는 경우를 나타내는 파형이다.

도 17은 본 발명의 실시예들을 이용할 수 있는 다단 구조의 정전류 회로의 또 다른 실시예이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 정전류 회로 1(210) 및 정전류 회로 2(220)는 기존 회로와 같은 역할을 하며, 정전류 회로 3(230)은 앞에서 제시한 실시예들을 적용하여 보호회로 역할을 하는 구성이다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100 : 엘이디 전원장치 110 : 전원입력부
120 : 정류부 130 : LED 배열부
140 : 정전류 제어부 150 : 전압에 따른 전류 제어부
160 : 기준전압원부 170 : 기준전류원부
180 : 최소전류보장부 190 : 온도보상부
192 : 과열감지부

Claims

과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치에 있어서,
교류전원을 공급받는 전원입력부;
상기 전원입력부에서 출력되는 상기 교류전원을 정류하여 맥류전류를 생성하기 위한 정류부;
상기 정류부로부터 맥류전류를 공급받도록 연결되며, 하나 이상의 LED 모듈로 구성되는 LED 배열부;
상기 LED 배열부에 연결되며, 상기 LED 배열부에 인가되는 맥류전류의 파형을 변형시켜 소정 정격전류 이하만 흐르도록 제어하기 위한 정전류 제어부; 및
상기 정전류 제어부의 양단 전압에 의해 구동되며, 상기 전원입력부에서 공급되는 과전압을 크기에 따라 전류값을 연속적으로 낮춰주기 위한 전압에 따른 전류 제어부
를 포함하여 이루어지되, 상기 전압에 따른 전류 제어부는 하나의 Q3 FET를 구비하고, 상기 Q3 FET의 동작에 따라 상기 정전류 제어부의 전압을 낮춰주며, 상기 Q3 FET의 Gate 전극 전단에는 제어 시점을 결정할 수 있는 R3 저항 및 R4 저항이 구비되되, 직렬로 연결된 상기 R3 저항과 상기 R4 저항의 사이에 상기 Gate 전극이 결선된 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 1 항에 있어서,
상기 정전류 제어부는 연결된 두 개의 Q1 및 Q2 FET를 구비하고, 두 개의 상기 Q1 및 Q2 FET의 동작에 따라 상기 정전류 제어부에 연결된 상기 LED 배열부 내의 전류 흐름을 통제하는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
삭제
제 2 항에 있어서,
상기 Q1 및 Q2 FET는 BJT(Bipolar Junction Transistor, 접합형 트랜지스터) 또는 FET(Field Effect Transistor, 전계효과 트랜지스터)인 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 1 항에 있어서,
상기 Q3 FET는 BJT 또는 FET인 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 2 항에 있어서,
상기 Q1 FET 및 상기 Q2 FET의 Gate 전극 전단에는 상기 Q1 및 Q2 FET의 구동을 위한 기준전압을 만들어주기 위한 R1 저항 및 전류제한의 양을 조절하기 위한 R2 저항이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
삭제
제 2 항에 있어서,
상기 LED 배열부와 상기 전압에 따른 전류 제어부의 사이에 구비되며, 상기 LED 배열부에서 흐르는 전류를 상기 전압에 따른 전류 제어부에 구비된 R3 저항에 연결시키기 위한 기준전압원부를 더 포함하되, 상기 기준전압원부는 전류제한시점을 지연시키거나 기준전압 판독 중 어느 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 1 항에 있어서,
상기 LED 배열부와 상기 전압에 따른 전류 제어부의 사이에 구비되며, 상기 LED 배열부에서 흐르는 전류를 상기 전압에 따른 전류 제어부에 구비된 R3 저항에 연결시키기 위한 기준전류원부를 더 포함하되, 상기 기준전류원부는 전류제한시점을 지연시키거나 기준전류 판독 중 어느 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 9 항에 있어서,
상기 기준전류원부는 하나의 Q4 FET와 상기 Q4 FET의 Gate 전극에 연결되어 전류의 양을 결정하는 R5 저항 및 R6 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전압에 따른 전류 제어부는 상기 전압에 따른 전류 제어부에 구비된 Q3 FET의 Gate 전극과 R3 저항에 연결된 기준전압원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 8 항에 있어서,
상기 정전류 제어부는 상기 LED 배열부에 연결된 R1 저항과 상기 Q2 FET의 Source 전극에 연결된 최소전류보장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 12 항에 있어서,
상기 최소전류보장부는 상기 R1 저항에 연결된 Q5 FET와 상기 Q5 FET의 Gate 전극에 연결된 R7 저항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 8 항에 있어서,
상기 정전류 제어부는 R2 저항으로부터 전류를 입력받고, 상기 Q2 FET의 Gate 전극에 연결된 온도보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 14 항에 있어서,
상기 온도보상부는 R2 저항과 연결된 R8 저항과 상기 Q2 FET의 Gate 전극에 직렬로 연결되며, 상기 R8 저항으로부터 각각 병렬로 연결되는 R9 저항 및 R10 저항으로 이루어지며, 상기 R10 저항의 전단에는 서미스터(thermistor)가 구비되는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 8 항에 있어서,
상기 LED 배열부와 상기 전압에 따른 전류 제어부의 Gate 전극에 연결되며, 상기 기준전압원부와 병렬로 연결되는 과열감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.
제 16 항에 있어서,
상기 과열감지부는 상기 LED 배열부와 연결되는 R11 저항, 상기 R11 저항에 연결되는 Q6 FET, 상기 R11 저항으로부터 상기 Q6 FET와 병렬로 연결되며, 후단에 서미스터(thermistor)가 연결되는 R12 저항 및 상기 서미스터(thermistor)에 연결되는 R13 저항으로 이루어지며, 상기 Q6 FET의 Gate 전극은 상기 서미스터(thermistor)의 후단과 상기 R13 저항의 전단에 연결되는 것을 특징으로 하는 과전압에 대응 가능한 교류 직접 구동형 엘이디 전원장치.