KR101432222B1 - 수명연장을 위한 엘이디 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해당하는 스위칭모드전원장치(SMPS)의 고장이 발생될시 이를 즉시 감지하여 다른 스위칭모드전원장치를 작동시켜 부하를 구동시키도록 한 수명연장을 위한 엘이디 구동회로를 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 수명연장을 위한 엘이디 구동회로는, 상용전원의 인가로 제1스위칭모드전원장치를 구동시켜 LED 스트링을 포함하는 부하를 구동시키는 회로에 있어서, 상기 제1스위칭모드전원장치의 전원 입력측 단자에 연결되어 제1스위칭모드전원장치의 정상적인 출력 전압이 발생시 전기적 오프 상태로 절환되는 제1릴레이와; 상기 제1릴레이의 출력 단자에 접속되어 있는 제2스위칭모드전원장치와; 상기 제1스위칭모드전원장치와 상기 부하의 사이에 연결되어 제1스위칭모드전원장치와 제2스위칭모드전원장치 중 어느 하나의 출력 회로를 선택하는 제2릴레이와; 상기 제1스위칭모드전원장치의 출력 전압을 검출하여 정상 출력시 제2릴레이를 온 절환시켜 상기 LED 스트링에 연결시키고, 비정상적 출력시 상기 제1릴레이를 온 절환시킴과 동시에 제2릴레이를 오프 절환시켜 제2스위칭모드전원장치의 출력 전압을 상기 LED 스트링에 공급시키는 출력전압검출부;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

수명연장을 위한 엘이디 구동회로{Led driver circuit for life extension}

본 발명은 엘이디 구동회로에 관한 것으로, 특히 해당하는 스위칭모드전원장치(SMPS)의 고장이 발생될시 이를 즉시 감지하여 다른 스위칭모드전원장치를 작동시켜 부하를 구동시키도록 한 수명연장을 위한 엘이디 구동회로에 관한 것이다.

LED는 최장 100,000시간, 환경적 요소를 감안하여도 50,000시간을 보증할 정도로 그 신뢰성이 탁월하다. 한편, 엘이디측 부하에 일정한 전압을 공급하는 스위칭모드전원장치(SMPS)는 반도체소자와 저항, 인덕터, 콘덴서 등과 같은 수동부품으로 복잡한 회로를 형성하고 있다. 특히 수동부품 중에서 전해콘덴서의 수명이 가장 취약하다. 반면 SMPS가 LED조명에 사용될 경우 LED의 수명에 비해서 SMPS의 수명이 현저히 짧으므로 SMPS가 고장이 나면 등기구 전체를 교환해야하는 불합리한 단점을 갖게 된다.

이에 대한 대안으로 별도의 SMPS를 추가하고, 수명연장 회로를 적용함으로써 LED를 구동하는 SMPS를 LED 수명만큼 장시간 사용이 가능하도록 구현할 수 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1164631호로서, 입력된 상용 교류 전압을 출력하는 스위칭 모듈과, 상기 스위칭 모듈로부터 출력되는 상기 상용 교류 전압을 일정 레벨의 직류전압으로 변환하여 출력하는 메인 전원 공급 장치 또는 서브 전원 공급 장치와, 상기 메인 전원 공급 장치로부터 출력된 상기 직류 전압을 감지하여 상기 메인 전원 공급 장치가 정상적으로 동작하는지 여부를 판단하여 판단결과에 따른 제어 신호를 출력하는 제어부와, 적어도 하나 이상의 LED 소자를 포함하는 복수의 LED 모듈, 및 상기 메인 전원 공급 장치 또는 상기 서브 전원 공급 장치로부터 출력되는 상기 직류 전압을 공급받아 상기 복수의 LED 모듈 각각으로 정전류를 인가하는 복수의 LED 구동 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 "LED 조명 제어 시스템 및 그의 제어 방법'을 제공한다.

상기 배경기술은 상기 제어부에서 출력되는 제어신호에 따라 스위칭 모듈을 제어하여 상용 교류전압을 상기 메인 전원 공급장치에서 서브 전원 공급 장치로 변경하여 공급한다. 즉, 제어부가 타이머로부터 제공되는 시간정보를 기준 클럭으로 사용하여 상기 메인전원 공급 장치의 동작시간을 카운트하여 메인 전원 공급 장치의 수명을 체크하고, 체크결과에 따라 메인 전원 공급 장치가 수명이 다 된 것으로 판단되는 경우 서브 전원 공급 장치로 상기 상용전압을 공급하도록 스위칭 모듈을 제어한다.

이같이, 메인 전원 공급 장치의 수명이 다 되었는지의 여부를 동작 시간으로 계수함으로써 실질적으로 메인 전원 공급장치의 정상적인 동작일 경우에도 서브 전원 공급 장치가 가동되는 경우가 발생되는 문제가 있다.

한국 등록특허 등록번호 제10-1169639호(엘이디 조명장치에서의 자동 전환 전원공급장치)

본 발명은 해당하는 스위칭모드전원장치(SMPS)의 고장이 발생될시 이를 즉시 감지하여 다른 스위칭모드전원장치를 작동시켜 부하를 구동시키도록 한 수명연장을 위한 엘이디 구동회로를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 수명연장을 위한 엘이디 구동회로는,

상용전원의 인가로 제1스위칭모드전원장치를 구동시켜 LED 스트링을 포함하는 부하를 구동시키는 회로에 있어서,

상기 제1스위칭모드전원장치의 전원 입력측 단자에 연결되어 제1스위칭모드전원장치의 정상적인 출력 전압이 발생시 전기적 오프 상태로 절환되는 제1릴레이와;

상기 제1릴레이의 출력 단자에 접속되어 있는 제2스위칭모드전원장치와;

상기 제1스위칭모드전원장치와 상기 부하의 사이에 연결되어 제1스위칭모드전원장치와 제2스위칭모드전원장치 중 어느 하나의 출력 회로를 선택하는 제2릴레이와;

상기 제1스위칭모드전원장치의 출력 전압을 검출하여 정상 출력시 제2릴레이를 온 절환시켜 상기 LED 스트링에 연결시키고, 비정상적 출력시 상기 제1릴레이를 온 절환시킴과 동시에 제2릴레이를 오프 절환시켜 제2스위칭모드전원장치의 출력 전압을 상기 LED 스트링에 공급시키는 출력전압검출부;를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 출력전압검출부는,

상기 제1스위칭모드전원장치의 출력단자에 연결되어 출력 전압을 분압하는 제1 분압저항 및 제2 분압저항과;

상기 제1 저항과 제2 저항의 사이에 게이트단이 연결되고 케소드단이 저항을 통해 제1스위칭모드전원장치의 +출력단자에 연결되고 애노드단이 제1스위칭모드전원장치의 -출력단자 연결되어 분압된 전압을 감지하는 전압감지소자와;

상기 제1스위칭모드전원장치의 출력단자에 병열 연결되어 상기 전압감지소자의 도통시 도통 전압을 저항을 통해 인가받아 스위칭 온 동작하는 제1 트랜지스트와;

상기 제1스위칭모드전원장치의 출력단자에 병열 연결되어 상기 제1 트랜지스트의 도통시 생성된 전압에 의해 동시 스위칭 온 동작하는 제2,제3 트랜지스트와;

상기 제2,제3 트랜지스트와 제1스위칭모드전원장치의 단자간에 각기 연결되어 제2,제3 트랜지스트의 도통시 기전력을 발생시켜 부하측 단자를 제1스위칭모드전원장치으로 연결시키는 제1,제2 릴레이 코일을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 제1,제2 릴레이 코일에 역기전력을 억제하기 위해 다이오드가 각기 병열로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수명연장을 위한 엘이디 구동회로에 따르면, 제1스위칭모드전원장치와 제2스위칭모드전원장치 및 전압감지회로를 이용하여 제1스위칭모드전원장치가 정상적인 동작을 할 경우에는 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력이 부하와 연결되고, 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)는 AC상용전원과 차단된 상태로 대기를 하다가 제1스위칭모드전원장치가 고장이나면 감지회로가 오프(OFF)되므로 제2스위칭모드전원장치가 AC전원에 연결되고 부하도 제2스위칭모드전원장치로 연결되어서 제2스위칭모드전원장치로 부하를 구동하게 된다.

따라서, 스위칭모드전원장치 한개 일 경우보다 2배의 수명을 가지는 전원공급이 가능해지고, LED 수명만큼 등기구를 사용할 수 있게 되는 이점을 갖는다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 수명연장을 위한 엘이디 구동회로의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 수명연장을 위한 엘이디 구동회로의 실시 예 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 엘이디 구동회로의 작동 순서를 나타낸 흐름도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1과 같이 본 발명은 상용전원 AC220V의 인가로 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)를 구동시켜 부하(100)측 LED 스트링(102)을 구동시키는 기본적인 회로를 가지며, 추가적으로 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)를 갖는다.

따라서, 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 고장이나 수명이 다할 경우 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)를 통하여 전원 공급이 계속적으로 이루어져 LED 스트링(102)을 구동시킬 수 있도록 한 것이다. 여기서 LED 스트링(102)은 다수개의 LED 소자가 회로적으로 연결된 것을 의미한다. 또한 'SMPS'는 'Switching mode power supply'의 약자이다.

도 1 및 도 2와 같이 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 전원 입력측 단자와 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)간의 사이에 제1릴레이(11)가 연결되어 있다. 제1릴레이(11)는 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 정상적인 출력 전압이 발생시 도 2와 같이 전기적 오프(off) 상태로 절환을 유지한다.

제1릴레이(11)의 출력 단자에 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)가 접속되어 있고, 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)와 부하(100)의 사이에 제2릴레이(12)가 연결되어 있다. 제2릴레이(12)는 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)와 제2스위칭모드전원장치(SMPS2) 중 어느 하나의 출력 회로를 선택한다. 즉 제2릴레이(12)는 절환 위치에 따라 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)와 제2스위칭모드전원장치(SMPS2) 중 어느 하나의 출력 전압을 부하(100)측에 공급한다.

제1스위칭모드전원장치(SMPS1)와 제2릴레이(12)의 사이에는 출력전압검출부(20)가 연결되어 있다. 출력전압검출부(20)는 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력 전압을 검출하여 정상 출력시 제2릴레이(12)를 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 절환시켜 부하(100)측에 연결시킨다. 또한 출력전압검출부(20)는 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력 전압을 검출하여 비정상 출력시 제1릴레이(11)를 온(on) 절환시킴과 동시에 제2릴레이(12)를 오프(off) 절환시켜 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)의 출력 전압을 부하(100)측에 공급시킨다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 출력전압검출부(20)가 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)에서 출력되는 전압의 정상 여부를 검출하여 정상 전압일 경우 제2릴레이(12)는 부하(100)를 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)측에 연결시키고, 비정상 전압일 경우 제2릴레이(12)는 부하(100)를 제2스위칭모드전원장치(SMPS1)측에 연결시킨다. 따라서 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)에 고장이 발생되면 출력전압검출부(20)의 검출로 즉시 상용전원 AC220V가 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)에 공급되고 동시에 부하측(100)측 LED 스트링(102)이 구동된다.

출력전압검출부(20)는 실시 예로서 도 2와 같이 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력단자(+,-)에 연결되어 출력 전압을 분압하는 제1 분압저항(R1) 및 제2 분압저항(R2)과, 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 사이에 게이트단이 연결되고 케소드단이 저항(R3)을 통해 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 +출력단자에 연결되고 애노드단이 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 -출력단자 연결되어 분압된 전압을 감지하는 전압감지소자(REF)와, 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력단자(+,-)에 병열 연결되어 전압감지소자(REF)의 도통(ON)시 도통 전압을 저항(R4)을 통해 인가받아 스위칭 온(on) 동작하는 제1 트랜지스트(Q1)와, 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력단자(+,-)에 병열 연결되어 제1 트랜지스트(Q1)의 도통시 생성된 전압에 의해 동시 스위칭 온 동작하는 제2,제3 트랜지스트(Q2, Q3)와, 제2,제3 트랜지스트(Q2, Q3)와 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 +단자간에 각기 연결되어 제2,제3 트랜지스트(Q2, Q3)의 도통시 기전력을 발생시켜 부하측 단자를 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)으로 연결시키는 제1,제2 릴레이 코일(L1,L2)을 포함하여 구성된다.

여기서 제1,2 릴레이 코일(L1,L2)에 역기전력을 억제하기 위해 다이오드(D1,D2)가 각기 병열로 연결됨이 바람직하다. 다이오드(D1,D2)는 역기전력을 억제하여 출력전압검출부(20)의 원할한 검출 작동과 노이즈를 제거한다.

이와 같이 구성된 출력전압검출부(20)를 적용한 LED 구동회로의 동작을 도 3과 함게 설명한다.

먼저, 도 2에서 상용전원 AC220V가 인가되면 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 입력에 전달되고 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 내부회로가 동작(S10)하여 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력 DC 전압이 상승한다.

이때, 저항(R1)과 저항(R2)의 분압된 분압전압이 전압감지소자(REF)의 입력단자에 인가되고, 이 분압전압이 전압감지소자(REF)의 기준전압보다 높은지를 판단(S11)하고, 높으면 전압감지소자(REF)는 도통(ON)하게 된다. 분압전압은 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 정상 동작인 경우 전압감지소자(REF)의 기준전압보다 높게 설정되어 있다.

또한, 저항(R3)을 통하여 전류가 전압감지소자(REF)를 통하여 흐른다. 이때 저항(R3) 단자의 출력 신호가 저항(R4)을 경유하여 트랜지스트(Q1)의 베이스에 인가된다. 따라서 제1 트랜지스트(Q1)는 전류가 흘러 도통(ON)한다.

제1 트랜지스터(Q1)의 도통으로 제1 트랜지스트(Q1)을 통과하여 흐르는 전류가 저항(R6)으로 흘러서 전압이 생성되면 제7,8 저항(R7, R8)을 통하여 제2,3 트랜지스트(Q2, Q3)의 게이트에 각기 인가되고 결국 제2,3 트랜지스트(Q2, Q3)가 도통(ON)한다.

제2,3 트랜지스트(Q2, Q3)의 도통전류는 제1 릴레이(11)과 제2 릴레이(12)의 부속물인 제1릴레이 코일(L1)과 제2릴레이 코일(L2)에 흐르게 되므로 제1 릴레이(11)와 제2 릴레이(12)의 스위치는 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력 단자측에 접점이 붙게된다(S12).

따라서 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)가 정상적인 동작을 하여 출력전압이 정상적을 나오면 제2 릴레이(12)에 의해서 부하(100)는 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)로 연결되어 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)로부터 전력을 공급 받는다(S13).

이때 제1 릴레이(11)은 오프(off) 상태로 절환되어 있어 상용전원은 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)로 공급은 되지 않으므로 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)는 동작을 하지 않는다.

만약, 일정기간이 경과후 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)가 내부회로의 소자 수명의 한계에 도달하여 고장이 나면, 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력전압은 정상적으로 나오지 않게 된다. 즉, 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력전압이 전압감지소자(REF)의 기준전압보다 비정상적으로 낮게 된다.

이 경우 저항(R1)~트랜지스트(Q3)까지 오프(OFF)되므로 제1,2 릴레이(11,12)의 일부인 릴레이 코일(L1, L2)에 전류는 흐르지 않는다

이때 제1 릴레이(11)와 제2 릴레이(12)는 릴레일 코일(L1, L2)에 전류가 흐르지 않으므로 전자석의 힘이 없어지고 릴레이의 내부장치인 스프링의 힘에 의하여 제1 릴레이(11)의 점점이 붙어서 도통되고 AC 상용전원은 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)에 인가된다. 마찬가지로 제2 릴레이(12)는 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)의 접점으로 붙게되어 부하가 되는 LED 스트링(102)은 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)의 출력과 연결된다(S14).

결국, 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)과 제2스위칭모드전원장치(SMPS2), 전압감지회로를 이용하여 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)가 정상적인 동작을 할 경우에는 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력이 부하(100)와 연결되고, 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)는 AC상용전원과 차단된 상태로 대기를 한다.

이후, 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)가 고장이 나면 출력전압검출부(20)의 회로가 오프(OFF)되므로 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)가 AC전원에 연결되고 부하도 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)로 연결되어서 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)로 부하(100)를 구동하게 된다.

따라서 스위칭모드전원장치(SMPS)가 한 개일 경우보다 2배의 수명을 가지는 전원공급이 가능해지고, LED 수명만큼 등기구를 사용할 수 있게 되는 것이다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

11: 제1릴레이
12: 제2릴레이
20: 출력전압감지부
SMPS1: 제1스위칭모든전원장치
SMPS2: 제2스위칭모든전원장치

Claims (3)

1. 상용전원의 인가로 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)를 구동시켜 LED 스트링(102)을 포함하는 부하(100)를 구동시키는 회로에 있어서,
   상기 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 전원 입력측 단자에 연결되어 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 정상적인 출력 전압이 발생시 전기적 오프 상태로 절환되는 제1릴레이(11)와;
   상기 제1릴레이(11)의 출력 단자에 접속되어 있는 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)와;
   상기 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)와 상기 부하(100)의 사이에 연결되어 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)와 제2스위칭모드전원장치(SMPS2) 중 어느 하나의 출력 회로를 선택하는 제2릴레이(12)와;
   상기 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력 전압을 검출하여 정상 출력시 제2릴레이(12)를 온 절환시켜 상기 LED 스트링(102)에 연결시키고, 비정상적 출력시 상기 제1릴레이(11)를 온 절환시킴과 동시에 제2릴레이(12)를 오프 절환시켜 제2스위칭모드전원장치(SMPS2)의 출력 전압을 상기 LED 스트링(102)에 공급시키는 출력전압검출부(20);를 포함하고,
   상기 출력전압검출부(20)는,
   상기 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력단자(+,-)에 연결되어 출력 전압을 분압하는 제1 분압저항(R1) 및 제2 분압저항(R2)과;
   상기 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 사이에 게이트단이 연결되고 케소드단이 저항(R3)을 통해 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 +출력단자에 연결되고 애노드단이 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 -출력단자 연결되어 분압된 전압을 감지하는 전압감지소자(REF)와;
   상기 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력단자(+,-)에 병열 연결되어 상기 전압감지소자(REF)의 도통(ON)시 도통 전압을 저항(R4)을 통해 인가받아 스위칭 온 동작하는 제1 트랜지스트(Q1)와;
   상기 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 출력단자(+,-)에 병열 연결되어 상기 제1 트랜지스트(Q1)의 도통시 생성된 전압에 의해 동시 스위칭 온 동작하는 제2,제3 트랜지스트(Q2, Q3)와;
   상기 제2,제3 트랜지스트(Q2, Q3)와 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)의 +단자간에 각기 연결되어 제2,제3 트랜지스트(Q2, Q3)의 도통시 기전력을 발생시켜 부하측 단자를 제1스위칭모드전원장치(SMPS1)으로 연결시키는 제1,제2 릴레이 코일(L1,L2)을 포함하여 구성된 것이고,
   제1,제2 릴레이 코일(L1,L2)에 역기전력을 억제하기 위해 다이오드(D1,D2)가 각기 병열로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 수명연장을 위한 엘이디 구동회로.
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