KR101456161B1 - Led 구동 컨버터 회로가 탑재된 led 바 및 이를 적용한 엘이디 등기구 - Google Patents

Led 구동 컨버터 회로가 탑재된 led 바 및 이를 적용한 엘이디 등기구 Download PDF

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문철수
윤한기
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주식회사 현대엠앤케이
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    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
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Abstract

본 발명은 LED 구동 컨버터 회로가 LED 바에 탑재되어 전체 등기구를 간소화시킬 수 있고, 회로가 간단해져 원가 절감이 가능하며 수명도 반영구적인 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바 및 이를 적용한 엘이디 등기구를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바는, 상용전원에 접속되는 접속 단자를 갖는 회로기판에 다수개의 LED 스트링이 실장되어 있는 LED 바와; 상기 상용전원의 교류 전압을 맥류 전압으로 정류시키는 정류부와; 상기 정류부에 연결되어 정전압 전원을 생성시키는 정전압 전원 생성부와; 상기 정전압 전원생성부에 연결되어 공통 단자에서 미소의 맥류전압을 출력시키는 제3 및 제4 분압저항과; 상기 정전압 전원 생성부에서 생성된 정전압 전원으로 구동함과 동시에 상기 제3 및 제4 분압저항측으로부터 인가받은 맥류 전압을 연산증폭하여 게이트 신호를 출력하는 연산증폭기와; 상기 연산증폭기의 출력단자에 연결되어 도통시 상기 LED 스트링을 구동시키는 제3트랜지스터를 포함하되; 상기 정류부, 정전압 전원 생성부, 제3 및 제4 분압저항, 연산증폭기 및 제3트랜지스터는 상기 LED 바에 실장되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바 및 이를 적용한 엘이디 등기구{LED bar mounted led driver converter circuit and LED lamp usint it}
본 발명은 LED 바 및 이를 적용한 엘이디 등기구에 관한 것으로, 특히 LED 구동 컨버터 회로가 LED 바에 탑재되어 전체 등기구를 간소화시킬 수 있고 시공이 편리하며, 회로가 간단해져 원가 절감이 가능하며 수명도 반영구적인 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바 및 이를 적용한 엘이디 등기구에 관한 것이다.
일반적으로 LED는 최종적으로 직류전압으로 점등하도록 되어 있으며 이는 상용 교류전압에서 LED에 사용가능한 직류 전압으로 변환 가능한 LED 컨버터를 필요로 한다.
기존에 LED를 구동하기 위한 LED 컨버터는 고주파 스위칭 방식으로 동작을 한다. 구체적으로는 상용전원 AC220V를 정류하여 직류전압으로 생성하고 이 전압을 고주파로 스위칭하여 트랜스를 경유하여 트랜스 2차측으로 전달된다. 2차측에서 고주파스위칭 파형을 다시한번 정류하고 대용량 전해콘덴서를 이용하여 LED구동에 적합한 직류전압과 직류전류를 생성한다. 여기서 고주파 스위칭을 하기 위해 부피가 큰 트랜스와 다른 소자에 비해 수명이 짧은 전해 콘덴서를 사용한다. 또한, 고주파 스위칭 전압,전류가 다른 기기에 영향을 미치지 않도록 불필요한 고주파신호(EMI)를 억제하기 위한 별도의 필터링 회로가 추가된다.
이러한 이유에 의해 엘이디 컨버터 전체의 부피가 커지며, 원가도 높아지게 되는 단점을 갖게 된다.
본 발명의 배경이 되는 기술로 한국 등록특허 등록번호 제10-1202400호에 따르면, 알루미늄 내부로 관통되며 상단의 중앙으로 거치부가 형성되고, 상단 좌우측으로 확산커버를 체결하는 결합요홈이 형성되면서 그 밑부분으로 단자부를 체결하는 나사홈이 형성되는 방열몸체; 상기 방열몸체의 좌우측으로 결합되는 컨버터 기판이 체결된 단자부와 다른 단자부, 그리고 내장되는 투명한 사각형의 절연필름; 상기 방열몸체의 거치부에 놓여지는 엘이디 어레이모듈 및; 투명 또는 불투명재질의 2 단으로 양측의 끝단에 결합 돌출부가 형성되는 한편 중앙의 고정 돌출부가 형성되어 있는 확산커버로 구성된 '엘이디 형광등'을 제안한다.
그러나 상기 배경기술은 어레이모듈에 별도로 LED 컨버터가 필요하므로 전체 등기구를 간소화시킬 수가 없고, 제작 비용이 상승하게 된다.
한국 등록특허 등록번호 제10-1325627호(엘이디 바) 한국 등록특허 등록번호 제10-1096092호(접이식 조명장치) 한국 등록특허 등록번호 제10-0980365호(바 타입의 엘이디 조명장치)
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, LED 구동 컨버터 회로가 LED 바에 탑재되어 전체 등기구를 간소화시킬 수 있고, 회로가 간단해져 원가 절감이 가능하며 수명도 반영구적인 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바 및 이를 적용한 엘이디 등기구를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바는,
상용전원에 접속되는 접속 단자를 갖는 회로기판에 다수개의 LED 스트링이 실장되어 있는 LED 바와;
상기 상용전원의 교류 전압을 맥류 전압으로 정류시키는 정류부와;
상기 정류부에 연결되어 정전압 전원을 생성시키는 정전압 전원 생성부와;
상기 정전압 전원생성부에 연결되어 공통 단자에서 미소의 맥류전압을 출력시키는 제3 및 제4 분압저항과;
상기 정전압 전원 생성부에서 생성된 정전압 전원으로 구동함과 동시에 상기 제3 및 제4 분압저항측으로부터 인가받은 맥류 전압을 연산증폭하여 게이트 신호를 출력하는 연산증폭기와;
상기 연산증폭기의 출력단자에 연결되어 도통시 상기 LED 스트링을 구동시키는 제3트랜지스터를 포함하되;
상기 정류부, 정전압 전원 생성부, 제3 및 제4 분압저항, 연산증폭기 및 제3트랜지스터는 상기 LED 바에 실장되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정류부는 4개의 다이오드가 브리지회로로 구성되고, 정류부의 입력단자에는 서지 전압을 제거하기 위한 바리스트가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정전압 전원 생성부는,
직열 연결된 제1저항, 제2저항 및 제너다이오드와;
제1저항과 제2저항간의 분압에 의해 스위칭 동작하는 제1트랜지스터와;
제1트랜지스터와 직열 연결되어 제2저항(R2)과 제너다이오드간의 분압에 의해 스위칭 동작하여 연산증폭기에 요구되는 전원 전압을 공급하는 제2트랜지스터를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 엘이디의 안정된 동작을 위해 엘이디 소자들 간의 사이에 저항이 더 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 엘이디의 전류를 트랜지스터를 통하여 저항으로 흐르게 하되, 저항측에서 생성된 전압을 연산증폭기의 입력단자로 부궤환이 걸리도록 한 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바를 적용한 엘이디 등기구는,
일정 폭과 길이를 갖는 판상의 베이스부, 베이스부의 상면에 서로 대향하여 돌출되어 있는 가이드 레일을 갖는 등프레임과;
상기 가이드 레일에 끼워져 상기 등프레임에 조립되는 어느 하나의 LED 바와;
상기 등프레임에 끼워맞춤으로 결합되어 있는 등커버; 및
상기 등프레임의 적어도 일단부에 결합되어 있는 접속플러그를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 등프레임은 반원형의 방열판이 일체로 형성되어 있고, 양단부에는 등커버의 끼움 결합을 위한 등커버 결합용 홈이 각기 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바 및 이를 적용한 엘이디 등기구에 따르면, LED 구동 컨버터 회로가 스위칭 작용을 하지않고 상용전원 AC220V를 정류한 전압을 그대로 반도체회로를 이용하여 LED구동에 필요한 최적의 전류로 구동시킨다. 따라서 트랜스, 전해콘덴서, EMI필터링 회로가 없어도 되므로 회로가 간단하고 부피도 작아지며 수명도 반영구적이다. 따라서 LED가 탑재되는 엘이디 바의 PCB에 LED구동 컨버터회로를 동시에 탑재가 가능하므로 전체 등기구가 간소하게 되고 시공이 편리해지며 원가절감이 가능하다.
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 발명의 LED 바에 탑재된 LED 구동 컨버터 회로의 구성도.
도 2는 도 1의 LED 구동 컨버터 회로의 실시 예 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바를 적용한 엘이디 등기구의 분해사시도.
도 4는 도 3의 엘이디 등기구의 조립된 정면도.
도 5는 도 4의 K-K선 단면도.
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.
본 발명은 엘이디 소자가 탑재되는 인쇄회로기판에 엘이디 구동 컨버터가 동시에 탑재되어 엘이디 바(LED BAR)를 구성한다
도 1 및 도 3과 같이 상용전원 AC220V에 접속되는 접속 단자를 갖는 회로기판에 다수개의 엘이디 소자(LED1,LED2,..,LEDn)가 실장되어 있는 LED 바(100)가 구비된다.
LED 바(100)에는 엘이디 구동 컨버터 회로가 실장되어 있다.
엘이디 구동 컨버터 회로는 도 1에 도시된 바와 같이 상용전원 AC220V의 교류 전압을 맥류 전압으로 정류시키는 정류부(11)와, 정류부(11)에 연결되어 정전압 전원을 생성시키는 정전압 전원 생성부(12)와,
정전압 전원생성부(12)에 연결되어 공통 단자에서 미소의 맥류전압을 출력시키는 제3 및 제4 분압저항(R3,R4)과, 정전압 전원 생성부(12)에서 생성된 정전압 전원으로 구동함과 동시에 상기 제3 및 제4 분압저항(R3,R4)측으로부터 인가받은 맥류 전압을 연산증폭하여 게이트 신호를 출력하는 연산증폭기(OPAMP)와, 연산증폭기(OPAMP)의 출력단자에 연결되어 도통시 LED 스트링(13)을 구동시키는 제3트랜지스터(Q3)를 포함하여 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이 정류부(11)는 4개의 다이오드(D1,D2,D3,D4)가 브리지회로로 연결되고, 정류부(11)의 입력단자에는 바리스트(VAR1)가 연결되어 있다. 바리스트(VAR1)는 특정 전압 이상시 온 동작하여 서지 전압을 제거한다.
정전압 전원 생성부(12)는 정류부(11)의 출력단에 직열 연결된 제1저항(R1), 제2저항(R2) 및 제너다이오드(ZD)와, 제1저항(R1)과 제2저항(R2)간의 분압에 의해 스위칭 동작하는 제1트랜지스터(Q1)와, 제1트랜지스터(Q1)와 직열 연결되어 제2저항(R2)과 제너다이오드(ZD)간의 분압에 의해 스위칭 동작하여 연산증폭기(OPAMP)에 요구되는 전원 전압을 공급하는 제2트랜지스터(Q2)로 구성된다.
한편, LED 스트링(10)의 안정된 동작을 위해 엘이디 소자(LED1,LED2,..,LEDn)들 간의 사이에 저항(R6,R7,..,Rn)이 더 연결되어 구성될 수 있다.
여기서, 엘이디의 전류를 트랜지스터(Q3)를 통하여 저항(R5)으로 흐르게 하되, 저항(R5)측에서 생성된 전압을 연산증폭기(OPAMP)의 입력단자로 부궤환이 걸리도록 구성된다.
이와 같이 구성된 LED 바에 탑재된 엘이디 구동 컨버터의 회로 동작을 설명한다.
먼저, 상용 AC220V 전압이 인가되면 휴즈(F1)를 거처서 바리스터(VAR1)에 인가된다. 바리스트(VAR1)는 상용전원에 혼입된 서지전압을 제거해준다. 바리스트(VAR1)를 경유하여 4개의 다이오드(D1~D4)로 구성된 브리지정류회로를 이용하여 정류부(11)에서 교류 120Hz의 맥류파를 생성하게 된다.
이 맥류파를 이용하여 저항(R1)과 저항(R2), 제너다이오드(ZD), 트랜지스트(Q1, Q2)를 거치게 되면 연산증폭기(OPAMP)의 전원전압이 생성된다. 즉, 저항(R1)과 저항(R2)간의 분압에 의해 제1트랜지스트(Q1)가 온 동작하고, 저항(R2)과 제너다이오드(ZD)간의 분압에 의해 제2트랜지스트(Q2)가 온 동작하여 연산증폭기(OPAMP)의 전원전압이 생성된다.
그리고 4개의 다이오드(D1~D4)로 구성된 브리지정류회로에 의해 생성된 맥류전압은 저항(R3)과 저항(R4)의 분압회로에 의해서 미소 전압이 생성되고, 생성된 미소 전압은 연산증폭기(OPAMP)의 (+)단자에 입력된다. 즉, 연산증폭기(OPAMP)의 (+)입력단자에는 120Hz의 맥류파 전압이 인가된다.
연산증폭기(OPAMP) 출력은 트랜지스터(Q3)를 구동하게 되고, 트랜지스터(Q3)는 드레인에 연결되어있는 엘이디 소자(LED1,LED2,..,LEDn)를 구동하게 된다. 이때, 엘이디의 전류는 트랜지스터(Q3)를 통하여 저항(R5)으로 흐르게 된다.
이 엘이디 전류와 저항(R5)에 의해서 전압이 생성되고, 이 생성된 전압이 연산증폭기(OPAMP)의 (-)입력단자로 부궤환이 걸린다. 연산증폭기(OPAMP)의 작동원리에 따라서 연산증폭기(OPAMP)의 (-)단자전압은 연산증폭기(OPAMP)의 (+)단자전압을 그대로 따라가게 된다. 이러한 원리에 의해서 엘이디에 흐르는 전류는 상용전원의 전파정류된 120Hz의 사인파(맥류파)형태로 흐르게 된다.
따라서 사인파는 고주파 잡음을 발생하지 않으므로 별도의 EMI 필터링 회로가 필요없고 부피가 큰 트랜스와 수명이 짧은 전해콘덴서 없이도 LED가 최적의 전류로 구동된다.
또한, 엘이디 소자(LED 스트링)간에 삽입되어있는 저항(R6, R7 등)은 엘이디의 단자전압(VF) 제조과정에서 발생할수 있는 편차를 흡수하여 엘이디의 단자전압(VF)이 극도로 낮아질 경우 트랜지스터(Q3)의 드레인과 소스 양단에 걸리는 전압을 최소화하여 트랜지스터(Q3)가 안전하게 동작하도록 한다.
한편, 본 발명은 상기한 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바(100)를 적용한 엘이디 등기구(200)를 구성할 수 있다.
엘이디 등기구(200)는 도 3 도 5와 같이 일정 폭과 길이를 갖는 판상의 베이스부(102a), 베이스부의 상면에 서로 대향하여 돌출되어 있는 가이드 레일(102b)을 갖는 등프레임(102)이 구비된다. 등프레임(102)은 예로 알루미늄으로 제작될 수 있다. 등프레임(102)은 브리지(101)를 통해 반원형의 방열판(103)이 일체로 형성되어 있고, 양단부에는 등커버(104)의 끼움 결합을 위한 등커버 결합용 홈(102c)이 각기 형성되어 있다.
LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바(100)는 가이드 레일(102b)에 끼워져 등프레임(102)에 조립되어 있다. 등프레임(102)에 끼워맞춤으로 등커버(104)가 결합되어 있다. 등커버(104)는 유리(또는 강하유리)나 투명한 내열성 합성수지로 제작된 것이 될 수 있다. 등커버(104)는 본 실시 예에서 반원형으로 등프레임(102)측 등커버 결합용 홈(102c)을 통해 끼워맞춤으로 결합되어 있다. 등프레임(102)의 적어도 일단부에는 접속플러그(106)가 결합되어 있다. 접속 플러그(106)는 소켓결합용 핀(106a) 을 가질 수 있다.
이때 엘이디 등기구(200)는 소켓결합용 핀(106a)을 전극으로 할 수 있으며, 소켓결합용 핀(106a)을 전극으로 활용하지 않을 경우 플라스틱 등의 절연핀으로 구성한 후 도 3 및 도 4와 같이 접속 플러그(106)에 220V 상용전원의 전선을 인입시킬 수 있는 전선 인입홀(107)을 형성시켜 LED 바(100)의 접속단자에 연결시킬 수 있다. 그러면 시공시 기존 컨버터는 제거해버리고 전선 인입홀(107)에서 나오는 전선을 상용전원에 바로 연결하여 시공을 편리하게 할 수 있다.
이와 같이 구성된 엘이디 등기구(200)는 전체 구조가 간소화되어 설치가 간편해지고, 수명이 향상되며, 제작 비용이 저렴해지는 이점을 갖게 된다.
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: 정류부
12: 정전압 전원 생성부
100: LED 바
102: 등 프레임
104: 등커버
106: 접속플러그

Claims (7)

  1. 상용전원에 접속되는 접속 단자를 갖는 회로기판에 다수개의 LED 스트링(10)이 실장되어 있는 LED 바(100)와;
    상기 상용전원의 교류 전압을 맥류 전압으로 정류시키는 정류부(11)와;
    상기 정류부(11)에 연결되어 정전압 전원을 생성시키는 정전압 전원 생성부(12)와;
    상기 정전압 전원생성부(12)에 연결되어 공통 단자에서 미소의 맥류전압을 출력시키는 제3 및 제4 분압저항(R3,R4)과;
    상기 정전압 전원 생성부(12)에서 생성된 정전압 전원으로 구동함과 동시에 상기 제3 및 제4 분압저항(R3,R4)측으로부터 인가받은 맥류 전압을 연산증폭하여 게이트 신호를 출력하는 연산증폭기(OPAMP)와;
    상기 연산증폭기(OPAMP)의 출력단자에 연결되어 도통시 상기 LED 스트링(10)을 구동시키는 제3트랜지스터(Q3)를 포함하되;
    상기 정류부(11), 정전압 전원 생성부(12), 제3 및 제4 분압저항(R3,R4), 연산증폭기(OPAMP) 및 제3트랜지스터(Q3)는 상기 LED 바(100)에 실장되어 있는 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바에 있어서,
    상기 정류부(11)는
    4개의 다이오드(D1,D2,D3,D4)가 브리지회로로 구성되고, 정류부(11)의 입력단자에는 서지 전압을 제거하기 위한 바리스트(VAR1)가 연결되는 것이며,
    상기 정전압 전원 생성부(12)는
    직열 연결된 제1저항(R1), 제2저항(R2) 및 제너다이오드(ZD)와;
    제1저항(R1)과 제2저항(R2)간의 분압에 의해 스위칭 동작하는 제1트랜지스터(Q1)와;
    제1트랜지스터(Q1)와 직열 연결되어 제2저항(R2)과 제너다이오드(ZD)간의 분압에 의해 스위칭 동작하여 연산증폭기(OPAMP)에 요구되는 전원 전압을 공급하는 제2트랜지스터(Q2)를 포함하고,
    상기 정류부(11)의 입력단자에는 바리스트(VAR1)가 연결되고, 상기 바리스트(VAR1)는 특정 전압 이상시 온 동작하여 서지 전압을 제거하는 것이며,
    4개의 다이오드(D1~D4)로 구성된 브리지정류회로에 의해 생성된 맥류전압은 저항(R3)과 저항(R4)의 분압회로에 의해서 미소 전압이 생성되고,
    생성된 미소 전압은 연산증폭기(OPAMP)의 (+)단자에 입력되는 것을 특징으로 하는 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    엘이디의 안정된 동작을 위해 엘이디 소자(LED1,LED2,..,LEDn)들 간의 사이에 저항(R6,R7,..,Rn)이 더 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바.
  5. 제 1항에 있어서,
    엘이디의 전류를 트랜지스터(Q3)를 통하여 저항(R5)으로 흐르게 하되, 저항(R5)측에서 생성된 전압을 연산증폭기(OPAMP)의 입력단자로 부궤환이 걸리도록 한 것을 특징으로 하는 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바.
  6. 제 1항, 제 4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 LED 바(100)가 포함되고,
    일정 폭과 길이를 갖는 판상의 베이스부(102a), 베이스부의 상면에 서로 대향하여 돌출되어 LED 바(100)가 결합되는 가이드 레일(102b)을 갖는 등프레임(102)과;
    상기 등프레임(102)에 끼워맞춤으로 결합되어 있는 등커버(104); 및
    상기 등프레임(102)의 적어도 일단부에 결합되고 일측에 전선 인입홀(107)이 형성된 접속플러그(106)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바를 적용한 엘이디 등기구.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 등프레임(102)은 반원형의 방열판(103)이 일체로 형성되어 있고, 양단부에는 등커버(104)의 끼움 결합을 위한 등커버 결합용 홈(102c)이 각기 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 구동 컨버터 회로가 탑재된 LED 바를 적용한 엘이디 등기구.
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