KR101437564B1 - 형광등 안정기에 연결되어 구동하는 led형광등 구동장치 및 그 구동장치를 탑재한 led형광등 - Google Patents

Abstract

최근 에너지 절감을 위한 그린산업의 중요성이 날로 강조되고 있다. 그 일환으로 LED 조명등의 보급이 활성화 되고 있으나, 기존의 유리관형광등의 경우는 LED 형광등으로의 교체가 활발히 진행되고 있지 못한데, 그 이유는 기존의 형광등을 LED 형광등으로 교체하기 위해서는 형광등 등기구내에 설치되어있는 기존의 형광등 안정기를 제거하고 LED 컨버터를 다시 설치해야 하는, 교체작업이 너무 힘들기 때문이다. 본 발명의 LED형광등은 형광등 안정기에서 출력되는 교류전원을 그대로 사용해서 LED 형광등을 구동하기 때문에, 형광등 안정기를 포함한 형광등 등기구는 있는그대로 사용하면서, 유리관형 형광등을 본 발명의 형광등으로 교체만하면 LED형광등의 설치가 완료되는 것이다. 뿐만 아니라 본 발명의 LED형광등은 입력교류전압이 AC250∼260V까지 상당히 상승하여도 소비전력을 일정하게 유지하는 장점도 함께 제공하고 있다.

Description

형광등 안정기에 연결되어 구동하는 LED형광등 구동장치 및 그 구동장치를 탑재한 LED형광등 {LED lamp driving device operating connected to the ballast for fluorcent lamp and the LED lamp comprising the driving device.}

본 발명은 LED형광등 구동장치 및 그 구동장치를 내장한 LED형광등에 관한 것으로, 형광등 안정기를 내장한 종래의 형광등 등기구에서 종래의 형광등을 떼어내고 효율이 좋은 LED형광등으로 교체하여 사용할 수 있도록 하는 LED등 구동장치 및 이를 탑재한 LED형광등에 관한 것이다.

최근 에너지 절감을 위하여 형광등을 포함한 각종의 조명용 등기구가, 외관이 유사하고 소켓을 공용할 수 있으면서 효율이 좋은 LED등으로 교체하는 추세에 있다. 그러나 기설치되어 있는 기존의 형광등 등기구 내에는 기존의 형광등용 안정기가 내장되어 있어 일반 LED형광등을 사용하기 위해서는 기존의 형광등 등기구내에 탑재된 형광등안정기를 LED 컨버터로 교체해야 하는 불편함이 있어 LED형광등의 보급이 활성화되지 못하고 있다. 따라서 기존의 형광등 등기구에서 종래의 유리관 형광등을 떼어내고, 그 자리에 형광등 모양의 LED등[LED 형광등]을 장착하여 사용할 수 있는 그러한 LED형광등[일명, L광등]이 요구되어 왔다.

본 발명의 목적은 종래의 형광등 등기구에서 종래의 유리관형 형광등만 떼어내고, 그 자리에 L광등[LED 형광등]을 꽃아 사용할 수 있는 그러한 L광등 구동장치 및 이를 탑재한 L광등을 제공함에 있다. 종래의 형광등 등기구에 내장되어 있는 전자식 형광등 안정기에 종래의 유리관형 형광등을 연결하면 형광등 안정기에서 약 45KHz의 공진형 발진기가 구동하여 유리관형 형광등에 약 45KHz의 교류전류가 흐르면서 관 내부에 도색된 형광물질에 전자가 부딛쳐 빛을 발하게 되어 있다. 전자식 안정기는 안정기와 유리관형 형광등이 공진회로를 구성하여 형광등 안정기마다 약간의 차이는 있으나 약 45KHz로 공진하도록 하여 효율을 극대화 하고 있다. 또 전자식 형광등 안정기는 교류입력전압이 상승하면, 같은 비율로 출력전압도 상승하기 때문에, 그 출력을 특단의 대책이 없이는 L광등 [LED형광등]에 사용할 수 없다. 즉 전자식 형광등안정기 출력을 L광등에 사용할 경우

1. 공진 주파수가 크게 변하여서는 안된다.

2. 안정기 입력전원의 역울저하가 있어서는 안된다.

3. 입력교류전압이 상승하여도 L광등 소비전력이 상승하지 않도록 해야한다.

4. 광효율이 상당히 개선되어야 한다.

5. 4항의 광효율이 개선된만큼 입력전력을 낮추어 에너지가 절감되어야 한다.

상기 5가지 과제가 해결되면, 기존의 안정기 배선공사 없이 L광등으로, 쉽게 교체가 가능하기 때문에 LED형광등의 보급이 활성화 될 것이다.

본 발명은 LED구동장치가 전자식형광등 안정기 출력을 입력받아 LED형광등을 구동하면서, 안정기의 효율과 역율을 저하시키지도 않고, 안정기 입력교류전압이 상당히 상승하여도 L광등의 전력소모량의 증가가 없도록 하는 것이 가능하고, 또 L광등의 광효율 개선분만큼 형광등 안정기 입력전력이 절감되도록 하는 그러한 L광등 구동장치 및 그러한 구동장치를 탑재한 L광등을 제공한다.

본 발명의 L광등 구동장치 또는 본 발명의 L광등을 사용할 경우, 기존의 전자식형광등 안정기 및 등기구를 있는 그대로 사용하면서 에너지를 약 35％이상 절감할 수 있기 때문에 L광등 보급확산과 에너지 절감에 크게 기여하는 효과가 있다. 전자식 형광등 안전기측을 고려해 볼 때 주파수등 변동없이 공급 소비전력을 줄여주기 때문에 그만큼 노이즈양이 줄어들면서 안정기의 수명은 연장되는 효과가 있다.

도1 은 전자식 형광등안정기와 유리관형 형광등의 상호연결 및 동작관계를 나타내는 도면.
도2 는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 회로구성도 및 블록도.
＜도면의 주요부분에대한 부호의 설명＞
A ; 전자식 형광등 안정기
B ; 유리관형 형광등 [도1]
B ; LED형광등. [도2]
a,b ; 형광등 안정기의 공진출력단자
c,d ; 형광등 안정기의 공진궤환단자
a' , b' ; 형광등의 전원입력단자
c' , d' ; 형광등의 전원궤환단자
B₁ : LED형광등 구동장치
B₂ : 직병렬 연결한 LED 매트릭스 어레이
1 : LED 형광등의 브릿지 정류회로 블럭
2 : LED형광등의 구동전원 회로블럭
3 : LED형광등의 스위칭방식 전류제한 회로블럭
D₁∼D₄ ; 제1∼제4 다이오드
C₁ ; 제1 콘덴서
C₂ ; 주파수 및 출력전압 안정용콘덴서

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED형광등 구동장치 및 그 구동장치를 탑재한 LED형광등의 동작원리를 도면과 함께 상세히 설명한다. 도1은 전자식 형광등 안정기와 유리관형 형광등의 결선관계를 나타내는 도면이다. 전자식 형광등 안정기의 a, b단자와 연결되는 a' , b' 단자 사이에는 유리관형 형광등 내부에서는 약 1∼2Ω의 저항치를 가지는 필라멘트가 연결되고, 마찬가지로 형광등 안정기의 c,d 단자와 연결되는 c' , d' 단자 사이에도 상기 a' , b' 단자사이에 연결된 필라멘트와 동일한 저항치를 가지는 필라멘트가 형광등 내부에 구성되어 있다. 유리관형 형광등의 경우는 필라멘트가 가열되어야 전자가 방출될 수 있기 때문이다. 유리관형 형광등의 경우의 전류의 경로는 도1에서

의 경로와

의 경로를 반복한다. 따라서 형광등 유리관도 일종의 콘덴서 성분으로 볼 수 있다. 본 발명의 LED 형광등에 있어서는 도2에서와 같이 a' , b' 단자 사이에 필라멘트를 삭제하고 브릿지 정류회로블럭[1]을 추가하여 여기서 얻어지는 직류전원으로 직병렬 연결한 LED 매트릭스 어레이[B₂]를 발광시키는 것이다. 브릿지 정류 회로블럭 [1]은 4개의 다이오드[D₁∼D₄]와 하나의 콘덴서[C₁]로 구성된다. 그리고 도2에서 c' , d' 단자는 쇼트(short)해 두는 것이다. 이렇게 구성할 경우 유리관형 형광등에 있어서의 용량성 부하가 없기 때문에 전자식 안정기의 발진 주파수가 변할 수 있다. 이 경우는 주파수 및 출력전압 안정용콘덴서[C₂]를 구성하는 것이 바람직하다. 도2의 실시예의 있어서는 b' 단자와 c' 단자 사이에 주파수 및 출력전압 안정용콘덴서 [C₂]를 구성하였다.
이렇게 해서 LED형광등을 구성하면 고효율의 훌륭한 LED형광등이 구성될 수 있으나, 형광등 안정기에 공급되는 교류입력전압이 정격보다 상승하면 LED형광등의 경우는 LED형광등에 흐르는 전류가 기하급수적으로 상승하여 결국 LED매트릭스 어레이가 파괴되기 때문에 전류제한회로가 추가되어야 한다. 도2의 실시예에 있어서는 LED형광등 구동장치가 브릿지정류회로블럭[1]을 포함하고 구동전원회로블럭[2]과, 스위칭방식 전류제한 회로블럭[3]을 포함한다. 상기 스위칭방식 전류제한 회로블럭은 직병렬 연결한 LED매트릭스 어레이[B2]와 직렬로 연결하여 구성된다. 스위칭방식 전류제한 회로를 구성하면 직병렬 연결한 LED 매트릭스 어레이[B₂]에 직렬연결된 다수의 LED중 수 개의 LED가 쇼트되어도 전류를 제한하고 있기 때문에 소비전력은 줄어들고 잔여 LED의 수명에는 문제가 없게 되며, 또한 안정기에 입력되는 교류전원의 전압이 상당히 상승하여도 전류를 제한하고 있기 때문에 LED형광등의 신뢰성에는 전혀 문제가 없을 뿐 아니라, 오히려 절전의 효과가 증대된다.
이상의 동작원리는 도2에서 형광등 안정기 내부에 주파수 안정 및 공진용 콘덴서[C]가 내장된 전자식 형광등 안정기에 본 발명의 LED 형광등을 적용한 경우에 대한 동작원리이고, 이 경우의 부하전류 경로를 살펴보면 형광등안정기로부터 교류전원이 a단자로 출력되어 d단자로 궤환 될 때에는
처음 반주기는

의 경로로 부하전류가 흐르고, 다음 반주기는

의 경로로 부하전류가 흐른다. 추파수 및 출력전압 안정용콘덴서[C₂]를 사용하지 않을 경우는 상기 전류 경로에서 ---- 으로 표시된 [C₂]를 경유하는 전류 경로가 삭제된다.
한편 형광등안정기의 [a,b]단자가 LED형광등의 [c' , d' ]단자에 연결되고 형광등 안정기의 [c,d]단자가 LED형광들의 [a' ,b' ]단자로 서로 교차해서 연결 된다면, 처음 반주기는

의 경로로 부하전류가 흐르고 다음 반주기는

의 경로로 부하전류가 흐른다. 직병렬 연결한 LED 매트릭스어레이[B₂]로 흐르는 전류는 콘덴서 [C1]에 충전된 에너지가 방전하면서 공급되는 것은 공지의 사실이기 때문에 전류 경로에 나타나 있지 않으나 이 전류 흐름은,

와 같이 나타낼 수 있을 것이다. 이상에서 알 수 있듯이 도2의 실시예에 있어서는, LED형광등의 [a' ,b' ]단자와 [c' ,d' ]단자가 서로 전기적으로 분리되어 있는 것에 특징이 있다. 이것은 LED형광등 교체시, 일측의 캡을 등기구에 끼운 상태에서 다른 일측의 캡 단자를 접촉하여도 감전의 위험이 없도록 하기 위한 구성이다.

Claims (11)

1. 한 캡에 2개의 단자씩 외부로 노출된 총 4개의 단자를 포함하는 형광등 모양의 LED형광등에 있어서,
   상기 4개의 단자 중 어느 한 캡의 2개의 단자[a', b']에 공급되는 전원을 브릿지정류하고 다른 캡의 2개의 단자[c', d']와는 전기적으로 분리되고 제1 내지 제4 다이오드를 포함하는 브릿지정류회로블럭[1],
   상기 브릿지정류회로블럭[1]에서 브릿지정류된 출력 직류전원에 의해 구동되는 직병렬로 연결된 LED매트릭스어레이[B2], 및
   상기 LED매트릭스어레이[B2]와 직렬로 연결되는 스위칭방식 전류제한 회로블럭[3]
   을 포함하고,
   상기 다른 한 캡의 2개의 단자[c', d']는 서로 직접 단락되고,
   외부의 형광등 안정기의 공진 콘덴서와 직렬로 연결되는 LED형광등.
2. 한 캡에 2개의 단자씩 외부로 노출된 총 4개의 단자를 포함하는 형광등 모양의 LED형광등을 구동하는 LED형광등 구동장치에 있어서,
   상기 4개의 단자 중 어느 한 캡의 2개의 단자[a', b']에 공급되는 전원을 브릿지정류하고 다른 캡의 2개의 단자[c', d']와는 전기적으로 분리되고 제1 내지 제4 다이오드를 포함하는 브릿지정류회로블럭[1],
   상기 브릿지정류회로블럭[1]에서 브릿지정류된 출력 직류전원에 의해 구동되는 직병렬로 연결된 LED매트릭스어레이[B2], 및
   상기 LED매트릭스어레이[B2]와 직렬로 연결되는 스위칭방식 전류제한 회로블럭[3]
   을 포함하고,
   상기 다른 한 캡의 2개의 단자[c', d']를 서로 직접 단락시키고,
   외부의 형광등 안정기의 공진 콘덴서와 직렬로 연결되는 LED형광등 구동장치.
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