KR101435847B1 - Ｌｅｄ 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디밍 기능을 구현한 LED 장치를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 정전류를 입력받는 적어도 하나의 LED 소자를 포함하는 LED 스트링; 교류전압을 입력받아 상기 정전류를 생성하기 위한 교류 전압펄스를 생성하는 안정기; 상기 교류 전압펄스를 이용하여 상기 정전류를 생성하는 브릿지 다이오드부; 적어도 하나의 다이오드를 구비하여, 상기 교류 전압펄스를 입력받아 펄스형태의 디밍신호를 생성하기 위한 디밍신호 생성부; 및 상기 디밍신호와 상기 정전류를 입력받아, 상기 정전류가 상기 LED 소자를 관통하여 흐르게 하기 위한 LED 구동제어부를 포함하는 LED 장치를 제공한다.

할로겐, 브릿지 다이오드, LED, 디밍, 제너 다이오드.

Description

ＬＥＤ 장치{LED DEVICE}

본 발명은 LED 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 효과적인 디밍 동작을 구현한 LED 장치에 관한 것이다.

LED 소자는 고효율, 고속응답, 장수명, 소형화, 경량, 저소비 전력에 의한 에너지 절감 등의 장점과 함께, 일산화탄소 발생이 전혀 없으며, 무수은 광원이므로 폐기물 처리가 간편한 친환경 광원 등의 우수한 특징을 가지고 있어 많은 용도에 응용되고 있다. 또한 점광원 및 초소형 광소자로 선, 면, 공간 디자인을 자유롭게 할 수 있어서 활용분야가 표시, 신호, 디스플레이, 조명, 바이오, 통신, 휴대전화, LCD, 자동차 산업 등 산업 전반으로 매우 넓게 지속성장이 예측된다.

최근에는 LED 소자의 발광 효율이 증가하면서 밝기의 제한으로 사용되지 않던 광원 분야에서 LED 소자가 적용되기 시작했다. LED 조명은 백열 전등에 비하여 전기 절감 효과가 높고, 형광등에 비하여 수은을 사용하지 않아 친환경적이다. 그러나 일반적으로 전압으로 구동시키는 조명장치들에 비해 전류로 구동시키는 LED 소자에 대해 디밍(Dimming) 기능을 구현하는 것이 쉽지 않아 LED 조명의 사용 용도가 크게 제한받고 있다.

본 발명은 디밍 기능을 구현한 LED 장치를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 정전류를 입력받는 적어도 하나의 LED 소자를 포함하는 LED 스트링; 교류전압을 입력받아 상기 정전류를 생성하기 위한 교류 전압펄스를 생성하는 안정기; 상기 교류 전압펄스를 이용하여 상기 정전류를 생성하는 브릿지 다이오드부; 적어도 하나의 다이오드를 구비하여, 상기 교류 전압펄스를 입력받아 펄스형태의 디밍신호를 생성하기 위한 디밍신호 생성부; 및 상기 디밍신호와 상기 정전류를 입력받아, 상기 정전류가 상기 LED 소자를 관통하여 흐르게 하기 위한 LED 구동제어부를 포함하는 LED 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 정전류를 입력받는 적어도 하나의 LED 소자를 포함하는 LED 스트링; 교류전압을 입력받아 상기 정전류를 생성하기 위한 정전류 생성부; 적어도 하나의 다이오드를 구비하여, 상기 교류전압을 입력받아 펄스형태의 디밍신호를 생성하기 위한 디밍신호 생성부; 및 상기 디밍신호와 상기 정전류를 입력받아, 상기 정전류가 상기 LED 소자를 관통하여 흐르게 하기 위한 LED 구동제어부를 포함하는 LED 장치를 제공한다.

본 발명에 의해서 LED 장치에 디밍 기능을 효과적으로 구현할 수 있다. 특히, LED 조명의 경우에 디밍 기능을 구현하려면 고가의 부품을 사용해야만 했는데, 본 발명에 의해 고가의 부품없이도 효과적이면서도 저렴하게 디밍 기능을 구현할 수 있다. 그러므로, 이미 사용되고 있는 다양한 종류의 조명 장치를 본 발명의 LED 장치로 대체할 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도1은 할로겐 램프를 사용하는 장치를 나타내는 블럭도이다. 도1의 하단에는 할로겐 램프를 사용하는 장치의 동작 파형도가 도시되어 있다.

도1에 도시된 바와 같이, 할로겐 램프를 사용하는 조명장치는 전원(10)에서 제공되는 220V 전원을 입력받는 할로겐 안정기(11)와, 할로겐 안정기(11)에서 제공하는 12V의 구동전압을 입력받는 할로겐 램프(12)를 포함한다. 도1의 하단에 도시된 바와 같이, 할로겐 안정기(11)는 220V의 교류전압을 입력받아 11kHz, 12V의 구동전압을 제공한다. 할로겐 램프(12)는 할로겐 안정기(11)에서 제공하는 구동전압을 입력받아 구동한다.

도2는 LED 소자를 사용한 장치의 블럭도이다. 도1의 하단에는 LED 소자를 사용한 장치의 동작 파형도가 도시되어 있다.

도2에 도시된 바와 같이, LED 장치는 전원(20)에서 제공되는 220V 전원을 입력받는 할로겐 안정기(21)와, 할로겐 안정기(21)에서 제공하는 12V의 구동전압을 입력받아 LED 소자(23)를 드라이빙하는 LED 드라이버(22)를 포함한다.

LED 소자(23)를 구동시키기 위해서는 DC 정전류를 제공해야 하고, 그 역할을 LED 드라이버(22)가 하게 된다. 도2의 하단에 도시된 바와 같이, 할로겐 안정기(11)는 220V의 교류전압을 입력받아 11kHz, 12V의 구동전압을 제공하고, LED 드라이버(22)는 11kHz, 12V의 구동전압을 이용하여 LED 소자(23)을 드라이빙하기 위한 정전류를 생성하여 LED 소자(23)로 제공한다.

도3은 트리악 디머를 적용한 할로겐 램프의 포함하는 장치를 나타내는 블럭도이며, 도3의 하단에는 그 동작 파형도가 도시되어 있다.

도3은 널리 사용되고 있는 트리악(triac) 디머를 할로겐 램프에 적용 시 디밍 원리를 보여 주고 있다. 트리악 디머(31)와 할로겐 램프(33)를 포함하는 장치는 전원(30)에서 제공되는 220V 전원을 입력받는 트리악 디머(31)와, 트리악 디머(31)에서 제공하는 구동전압을 이용하여 할로겐 램프(33)를 구동하는 할로겐 안정기(32)를 포함한다. 트리악 디머(31)는 입력전압의 각을 조절하여 전압의 크기를 제어한다. 할로겐 램프(33)는 전압 구동 방식이기 때문에 트리악 디머를 이용하는 경우에 빛의 밝기를 효과적으로 제어할 수 있다.

도4는 트리악 디머를 적용한 LED 장치의 사용방법을 나타내는 블럭도이다.

도4를 참조하여 살펴보면, LED 장치는 220V 전원을 입력받는 트리악 디머(41)와, 트리악 디머(41)에서 제공하는 구동전압을 이용하여 11kHz, 12V의 구동전압을 제공하는 할로겐 안정기(42)와, 할로겐 안정기(42)에서 제공하는 구동전압을 입력받아 DC 정전류를 생성하는 LED 드라이버(43)와, 그 DC 정전류를 입력받는 LED 소자(44)를 포함한다.

도4과 같이 구현된 LED 장치는 트리악 디머(41)가 전압 제어이며, LED 드라이버(43)는 전류 제어 방식이기 때문에 LED 소자의 디밍 동작이 효과적이지 않다. LED 소자(44)를 구동하기 위한 최종 구동전류가 펄스성으로 국부적으로만 나타난다. 이로 인해 디밍 동작시 부드러운 디밍이 되지 않고, 플리커 후 바로 소등 되어 버리는 문제점이 생긴다.

이를 해결 하기 위해서는 부드러운 디밍 동작을 구현할 수 있는 12V 할로겐 안정기를 신규 개발 하거나, 디밍 동작을 위한 펄스신호를 생성할 수 있는 고가의 LED 드라이버를 사용해야만 한다.

본 발명은 펄스신호를 생성할 수 있는 고가의 LED 드라이버나 새로운 할로겐 안정기를 사용할 필요없이 효과적으로 디밍 동작을 구현할 수 있는 LED 장치를 제안한다.

도5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 장치를 나타내는 블럭도이다.

도5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 LED 장치는 트리악 디머(49), 할로겐 안정기(50), 브릿지 다이오드부(60), LED 스트링(70), LED 구동 제어부(80), 디밍신호 생성부(90), 모스 트랜지스터(T1), 저항(Rs), 캐패시터(Cin, Cv), 인덕터(L), 제너 다이오드(Z1)를 포함한다.

트리악 디머(49)는 전원(48)에서 제공하는 교류전압을 입력받아 할로겐 안정기(50)로 전압의 각을 조절한 교류전압(도3 참조)을 출력한다. 할로겐 안정기(50)는 트리악 디머(49)에서 제공하는 교류전압을 입력받아 LED 스트링(70)에 공급할 정전류를 생성하기 위한 교류 전압펄스를 생성하여 제1 및 제2 출력단(V1,V2)을 통하여 출력한다. 여기서는 12V의 교류 전압 펄스를 생성하는 것으로 가정하였다.

브릿지 다이오드부(60)는 교류 전압펄스를 이용하여 LED 스트링(70)으로 공급할 정전류를 생성한다. LED 스트링(70)은 브릿지 다이오드부(60)에서 제공하는 정전류를 입력받으며, 적어도 하나 이상의 LED 소자를 포함한다.

디밍신호 생성부(90)는 적어도 하나의 다이오드를 구비하며, 할로겐 안정기(50)에서 출력되는 교류 전압펄스를 입력받아 펄스형태의 디밍신호(DIM)를 생성한다. LED 구동제어부(80)는 디밍신호(DIM)와 브릿지 다이오드부(60)에서 제공하는 정전류를 입력받아 정전류가 LED 스트링(70)을 관통하여 흐르게 한다. 구체적으로는 LED 구동제어부(80)는 모스 트랜지스터(T1)를 제어하기 위한 신호를 생성하고, 모스트랜지스터(T1)는 그 제어신호를 게이트로 입력받아 LED 스트링(70)에서 접지전압 공급단으로 상기의 정전류를 흐르게 한다. 캐패시터(Cin)는 정전류가 제공되는 노드의 전압 안정성을 위한 것이고, 캐패시터(Cv)는 LED 구동 제어부(80)의 전원단의 전압 안정성을 위한 것이다. 제너 다이오드(Z1)는 그 양단에 걸리는 전압크기를 제한하기 위한 것이다.

LED 구동 제어부(80)는 정전류가 입력단(IN)으로 입력되고, 디밍신호가 활성화되어 입력되면, 모스 트랜지스터(T1)를 턴온시키는 제어신호를 생성한다.

전술한 바와 같이, 트리악 디머(49)는 전압 제어 방식이고, LED 구동 제어부(80)은 전류 제어 방식이기 때문에, 종래 방식을 그대로 이용하기 위해서는 트리악 디머(49)로 전압을 제어할 때 전압 감소분만큼의 정보를 LED 구동 제어부(80)에 전달하여 주어야만, 효과적인 디밍을 수행할 수 있다.

본 실시예에 따른 LED 장치는 트리악 디머에서 출력되는 교류의 전압신호를 이용하여 교류펄스를 출력하는 안정기의 출력을 이용하여 디밍신호를 생성하고, 그 디밍신호가 LED 구동 제어부(80)로 입력되도록 구성되었다. 결과적으로 트리악 디머(49)의 전압정보가 LED 구동 제어부(80)로 입력되는 전류 정보에 더해져 디밍신호가 생성될 수 있는 것이다.

도6은 도5에 도시된 디밍신호 생성부를 나타내는 회로도이다.

도6에 도시된 바와 같이, 디밍신호 생성부(90)는 안정기(50)의 제1 출력단(V1)에 일측이 연결된 제1 저항(R1)과, 할로겐 안정기(50)의 제2 출력단(V2)에 애노드단이 연결되고, 캐소드단이 접지전압 공급단에 접속된 다이오드(Da)와, 제1 저항(R1)의 타측과 다이오드(Da)의 캐소드단에 연결된 캐패시터(C)와, 캐패시터와 병렬로 연결된 제너 다이오드(Z)와, 캐패시터(C)와 병렬로 연결된 제2 저항(R2)와, 제1 저항(R1)의 타측에 일측이 연결되고, 타측으로 디밍신호(DIM)를 전달하는 제3 저항(R3)을 포함한다.

디밍신호 생성부(90)에서 생성하는 디밍신호(DIM)는 할로겐 안정기(50)에서 제공하는 교류 전압펄스의 전압 감소분에 대한 정보를 가지고 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 트리악 디머부(49)에서 출력되는 신호가 양에서 음으로 변하는 정보를 디밍신호(DIM)가 가지고 있는 것이다. 구체적인 일예로, 디밍신호는 트리악 디머(49)에서 제공하는 교류 전압의 + 구간에서 - 구간으로 변하는 감소 횟수에 대응하는 펄스를 가진다.

제1 저항(R1)과 캐패시터(C)는 교류 전압펄스의 평활을 위한 평활부의 역할을 한다. 본 실시예에 따른 디밍신호 생성부(90)는 하나의 다이오드만을 사용하여 교류 전압펄스인 입력전압의 마이너스 성분을 제거하고 양의 부분만을 사용하고 있기 때문에, 신호의 빈 부분을 채우기 위하여 저항(R1)과 캐패시터(C)을 사용하여 평활시키는 것이다.

제너 다이오드(Z)는 디밍신호(DIM)의 펄스폭의 제한을 위해 배치된 것이다. 즉, 제너다이오드(Z)는 LED 구동 제어부로 제공되는 디밍신호의 전압 레벨의 폭을 제한한다. 제2 저항(R2)은 교류 전압펄스가 입력되지 않는 경우, 디밍신호(DIM)를 출력시키지 않기 위한 노드(A)를 방전시키기 위한 것이다. 즉, 저항(R2)는 방전 저항으로 할로겐 안정기(50)로부터 입력신호가 없는 구간에 노드(A)의 전압을 '0'으로 유지 시킨다. 제3 저항(R3)은 출력전류를 줄이기 위한 것이다. 즉, 제3 저항(R3)는 LED 구동 제어부(80)의 디밍신호 입력단으로 흐르는 전류를 제한하는 역할을 한다.

본 실시예에 따른 디밍신호 생성부(90)는 하나의 다이오드(Da)를 이용하여 할로겐 안정기(50)에서 제공하는 교류 전압펄스의 마이너스 성분을 제거하게 된다. 디밍신호 생성부에 브릿지 다이오드등과 같은 회로를 구비하여 입력신호가 음인 구간의 신호를 양의 신호를 생성할 수도 있다. 이 경우 많은 다이오드가 필요하게 되므로, 본 실시예에서는 1개의 다이오드 만으로 입력신호중 절반의 구간에 있는 신호 만을 검출하도록 구현하였다. 그러므 경우에 따라서는 디밍신호 생성부(90)가 브릿지 다이오드를 포함하여 구현될 수 있다.

도7은 도5에 도시된 LED 구동 제어부를 나타내는 블럭도이다.

도7에 도시된 바와 같이 LED 구동 제어부는 레귤레이터(81), 밴드갭 레퍼런스부(82), 비교기(83, 84), 디밍버퍼(85), 게이트 드라이버(86)를 포함한다. 레귤레이터(81)는 입력되는 신호(IN)에 대응하여 일정한 레벨의 전압을 제공한다. 밴드갭 레퍼런스부(82)는 레귤레이터(81)에서 제공하는 신호를 입력받아 기준전압을 생성한다. 비교기(83)는 각각 입력신호(IN,CSN)를 비교한다. 비교기(84)는 각각 입력신호(CSN)와 밴드갭 레퍼런스에서 제공하는 기준신호를 비교한다. 디밍버퍼(85)는 디밍신호를 버퍼링하여 출력한다. 게이트 드라이버(86)는 두 비교기(83, 84)에서 출력되는 신호와 디밍버퍼(85)에서 출력되는 신호를 조합하여 모스트랜지터(T1)를 구동시키는 제어신호(DRV)를 생성한다. 구체적으로 두 비교기(83, 84)에서 출력되는 신호와 디밍버퍼(85)가 모두 활성화되는 경우에 제어신호(DRV)를 활성화시킨다.

도8은 도5에 도시된 브릿지 다이오드부를 나타내는 회로도이다.

도8에 도시된 바와 같이, 브릿지 다이오드부(60)는 4개의 다이오드(D1~D4)를 포함한다. 브릿지 다이오드부(60)는 안정기(50)에서 출력되는 12V의 교류 전압펄스 를 입력받아 LED 스트링(70)으로 제공할 정전류를 생성한다.

도9와 도10은 도5에 도시된 LED 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.

도9의 좌측은 안정기(50)에서 트리악 디머(49)에서 출력된 신호를 입력받아 생성한 교류 전압펄스가 도시되어 있다. 도9의 우측은 LED 구동제어부에 입력되는 디밍신호가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제너 다이오드에 의해서 디밍신호의 폭이 제한된다.

도10에는 디밍신호 제어부(90)의 동작이 자세히 도시되어 있다.

디밍신호 제어부(90)의 다이오드(Da)에 의해 안정기(50)에서 출력되는 교류 전압펄스중 음의 영역에 있는 부분은 제거되고, 양의 영역에 있는 펄스만 남는다. 이어서 평활부를 이루는 저항(R1)과 캐패시터(C)에 의해 신호가 평활되고, 제어다이오드(Z)에 의해 디밍신호의 폭이 제한된다.

도11은 도5에 도시된 LED 장치의 동작을 나타내는 시뮬레이션 파형도이다.

도11에는 디밍신호와 LED 스트링에 흐르는 전류에 대한 시뮬레이션 파형이 도시되어 있다. 이와 같이, LED 스트링에 대해 디밍 동작을 구현하려면, 펄스형태의 신호를 LED 구동 제어부로 제공해야 하는데, LED 장치의 LED 구동제어부로 펄스형태의 디밍신호를 제공하는 것이 쉽지 않았다.

기존의 백열등과 형광등을 대체하기 위해 제조되는 LED 조명에 펄스신호를 생성하는 생성부를 추가하는 것이 쉽지 않은 것이다. 펄스 신호를 생성하는 소자가 비교적 고가이기도 하며, 조명에 부착하는 것도 쉽지 않다. 조명이 배치되는 곳에 펄스신호를 생성하는 소자가 장착될 수 있어야 하는데, 일반적으로 조명장치가 부 착된 곳에 펄스신호를 생성하는 소자가 부착되기가 어렵다.

그러나, 본 실시예에 의한 LED 장치는 디밍신호 생성부(90)에서 자체적으로 펄스형태의 디밍신호를 생성하고 있으며, 디밍신호 생성부(90)를 구성하는 회로도 비교적 간단하여, 제조비용이 증가되는 문제도 발생하지 않는다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도1은 할로겐 램프를 사용하는 장치를 나타내는 블럭도.

도2는 LED 소자를 사용한 장치의 블럭도.

도3은 트리악 디머를 적용한 할로겐 램프의 사용방법을 나타내는 블럭도.

도4는 트리악 디머를 적용한 LED 장치의 사용방법을 나타내는 블럭도.

도5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 장치를 나타내는 블럭도.

도6은 도5에 도시된 디밍신호 생성부를 나타내는 회로도.

도7은 도5에 도시된 LED 구동 제어부를 나타내는 블럭도.

도8은 도5에 도시된 브릿지 다이오드부를 나타내는 회로도.

도9와 도10은 도5에 도시된 LED 장치의 동작을 나타내는 파형도.

도11은 도5에 도시된 LED 장치의 동작을 나타내는 시뮬레이션 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

50: 할로겐 안정기 60: 브릿지 다이오드부

70: LED 스트링 80: LED 구동제어부

90: 디밍신호 생성부

Claims (16)

1. 전원에서 공급되는 교류전압이 입력되며, 상기 교류전압의 각을 조절하기 위한 트리악 디머;

   상기 트리악 디머로부터 출력된 교류전압을 입력받아 정전류를 생성하기 위한 교류 전압펄스를 생성하는 안정기;

   상기 교류 전압펄스를 이용하여 상기 정전류를 생성하는 브릿지 다이오드부;

   적어도 하나의 다이오드를 구비하여, 상기 교류 전압펄스를 입력받아 펄스형태의 디밍신호를 생성하기 위한 디밍신호 생성부;

   상기 브릿지 다이오드부로부터 출력된 정전류를 입력받는 적어도 하나의 LED 소자를 포함하는 LED 스트링; 및

   상기 펄스형태의 디밍신호와 상기 브릿지 다이오드부로부터 출력된 정전류를 입력받아, 상기 정전류가 상기 LED 스트링을 관통하여 흐르게 하기 위한 LED 구동제어부를 포함하며,

   상기 디밍신호 생성부는 상기 디밍신호의 펄스 높이 제한을 위한 제너다이오드를 포함하고,

   상기 제너다이오드는 안정기의 제1 출력단과 안정기의 제2 출력단 사이를 연결하는 것을 특징으로 하는 LED 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 디밍신호 생성부는

   상기 교류 전압펄스의 평활을 위한 평활부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 평활부는 저항과 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 장치.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 디밍신호 생성부는

   상기 교류 전압펄스가 입력되지 않는 경우, 상기 디밍신호를 출력시키지 않기 위한 방전 저항을 포함하는 LED 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 디밍신호 생성부는

   상기 디밍신호의 출력단에 출력 전류를 줄이기 위한 저항을 포함하는 LED 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 디밍신호 생성부는

   상기 안정기의 제1 출력단에 일측이 연결된 제1 저항;

   상기 안정기의 제2 출력단에 애노드단이 연결되고, 캐소드단이 접지전압 공급단에 접속된 다이오드;

   상기 제1 저항의 타측과 상기 다이오드의 캐소드단에 연결된 캐패시터;

   상기 캐패시터와 병렬로 연결된 제2 저항; 및

   상기 제1 저항의 타측에 일측이 연결되고, 타측으로 상기 디밍신호를 전달하는 제3 저항을 포함하고,

   상기 제너 다이오드는 상기 캐패시터와 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 LED 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

Images