KR101500458B1 - 발광장치 - Google Patents

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KR101500458B1
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이경일
이경민
김영덕
강봉구
최형진
성창현
정유채
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주식회사 포스코
재단법인 포항산업과학연구원
포항공과대학교 산학협력단
주식회사 포스코엘이디
철강융합신기술연구조합
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Abstract

본 출원은 발광장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치는, 직렬연결된 제1 발광부 및 제2 발광부를 포함하는 제1 브랜치; 직렬연결된 제3 발광부 및 제4 발광부를 포함하는 제2 브랜치; 제1 브랜치 및 제2 브랜치와, 교류전원 사이에 연결되는 제1 인덕터; 일단은 제1 브랜치의 제1 발광부 및 제2 발광부의 접점에 연결되고, 타단은 제2 브랜치의 제3 발광부 및 제4 발광부의 접점에 연결되며, 제1 인덕터와 전기적으로 커플링되는 제2 인덕터; 제1 브랜치 및 제2 브랜치와, 교류전원 사이에 연결되며, 입력되는 제어신호에 따라 교류전원의 전원공급을 제어하는 스위치부; 및 제1 발광부에 인가되는 제1 전류 또는 제4 발광부에 인가되는 제4 전류에 따라, 제어신호를 생성하는 역률제어부를 포함할 수 있다.

Description

발광장치 {Apparatus for light emitting}
본 출원은 발광장치에 관한 것으로서, 특히 교류전원을 직류전원으로 변환하는 별도의 교류-직류 변환회로없이 직접 교류전원에 연결하여 이용할 수 있는 발광장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Device)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로서, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광소자는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 광 효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점과 친환경, 저소비전력 등의 이유로 TV, 컴퓨터, 조명, 자동차 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있으며, 점차적으로 활용분야를 넓혀 나가고 있다.
LED의 밝기 조절방식으로는, LED에 인가되는 전압을 조절하여 그 밝기를 조절하는 전압제어방식과 LED에 흐르는 전류를 조절하여 그 밝기를 조절하는 전류제어방식이 있다. 또한, 이러한 밝기 조절 방식 이외에 LED를 구동하는 회로의 방식에 따라, SMPS(Switch Mode Power Supply)을 이용하여 교류전원을 직류전원으로 변환한 후 상기 직류전원을 상기 LED에 인가하여 구동하는 직류전원방식과 교류전원을 직접 이용하여 LED를 구동하는 교류직결형방식으로 구분할 수 있다.
최근의 LED 조명 기기는 무게 및 공간에 대한 제약이 커짐에 따라, 이에 유리한 교류직결형방식을 채용하는 LED 구동 회로에 대한 수요가 늘어나고 있는 추세이다.
공개특허공보 제2012-0043188호 (2012.05.04)
본 출원은, 교류전원을 직류전원으로 변환하는 별도의 교류-직류 변환회로없이 직접 교류전원에 연결하여 이용할 수 있는 발광장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치는, 직렬연결된 제1 발광부 및 제2 발광부를 포함하는 제1 브랜치; 직렬연결된 제3 발광부 및 제4 발광부를 포함하는 제2 브랜치; 상기 제1 브랜치 및 제2 브랜치와, 교류전원 사이에 연결되는 제1 인덕터; 일단은 상기 제1 브랜치의 제1 발광부 및 상기 제2 발광부의 접점에 연결되고, 타단은 상기 제2 브랜치의 제3 발광부 및 상기 제4 발광부의 접점에 연결되며, 상기 제1 인덕터와 전기적으로 커플링되는 제2 인덕터; 상기 제1 브랜치 및 제2 브랜치와, 교류전원 사이에 연결되며, 입력되는 제어신호에 따라 상기 교류전원의 전원공급을 제어하는 스위치부; 및 상기 제1 발광부에 인가되는 제1 전류 또는 상기 제4 발광부에 인가되는 제4 전류에 따라, 상기 제어신호를 생성하는 역률제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 브랜치와 제2 브랜치는 양단노드가 서로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제2 인덕터는 상기 제1 발광부와 제2 발광부 사이에 상기 일단이 연결되고, 상기 제3 발광부와 제4 발광부 사이에 상기 타단이 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제1 발광부, 제2 발광부, 제3 발광부 및 제4 발광부는, 문턱전압 이상의 전압이 기 설정된 통전방향으로 인가되면 상기 통전방향으로 통전하여 빛을 생성할 수 있다.
여기서, 상기 제1 발광부 및 제2 발광부는 기 설정된 제1 통전방향을 가지고, 상기 제3 발광부 및 제4 발광부는 상기 제1 통전방향의 반대방향인 제2 통전방향을 가질 수 있다.
여기서 상기 스위치부는, 기 설정된 게이트전압이 인가되면, 제1 방향으로 전류를 도통하는 제1 트랜지스터와 상기 제1 방향의 반대방향인 제2 방향으로 전류를 도통하는 제1 다이오드가 병렬연결되는 제1 스위치모듈; 및 기 설정된 게이트전압이 인가되면, 제2 방향으로 전류를 도통하는 제2 트랜지스터 및 상기 제1 방향으로 전류를 도통하는 제2 다이오드가 병렬연결되는 제2 스위치모듈을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 스위치모듈과 제2 스위치모듈은 직렬연결될 수 있다.
여기서, 상기 역률제어부는, 상기 교류전원의 부호가 (+)이면 상기 제1 전류의 크기에 따라 상기 제어신호를 생성하고, 상기 교류전원의 부호가 (-)이면 상기 제4 전류의 크기에 따라 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
여기서 상기 역률제어부는, 상기 제1 전류 또는 제4 전류의 크기가 기 설정된 한계상한값 이상이면 상기 교류전원의 공급을 차단하는 차단신호를 출력하고, 상기 제1 전류 또는 제2 전류의 크기가 상기 한계하한값 미만이면 상기 교류전원의 공급을 재개하는 공급재개신호를 출력할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치는, 교류전원을 직접 활용하므로 전력손실이 적고 회로의 전력효율이 높다. 또한, 교류전원을 직류로 변환하기 위한 브릿지 다이오드 등의 변환장치가 필요없으므로, 구조가 간단하고 설계가 용이하며 발광장치의 부피를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치는, 전류제어를 위한 저항을 사용하지 않으므로 회로에서 발생하는 전력손실을 최소화할 수 있다. 또한, 교류전원의 일부가 커플링된 인덕터에 인가되므로 낮은 문턱전압을 가지는 발광소자를 사용할 수 있으며, 역률개선이 가능하다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치를 나타내는 회로도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치의 스위치부를 나타내는 회로도이다.
도3 및 도4는 입력되는 교류전원의 부호가 (+)인 경우에 본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치의 동작을 나타내는 개략도 및 그래프이다.
도5 및 도6은 입력되는 교류전원의 부호가 (-)인 경우에 본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치의 동작을 나타내는 개략도 및 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치를 나타내는 회로도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치는, 제1 브랜치(branch, 10), 제2 브랜치(20), 제1 인덕터(30), 제2 인덕터(40), 스위치부(50) 및 역률제어부(60)를 포함할 수 있다.
이하, 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치를 설명한다.
제1 브랜치(10)는, 직렬연결된 제1 발광부(11) 및 제2 발광부(12)를 포함할 수 있으며, 제2 브랜치(20)는, 직렬연결된 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)를 포함할 수 있다.
상기 발광부(11, 12, 21, 22)는, 각각 기 설정된 통전방향으로 전류가 흐르도록 제한하는 정류기능을 수행할 수 있으며, 상기 통전방향으로 전류가 흐르게 되면 빛을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 발광부(11, 12, 21, 22)에 문턱전압 이상의 전압이 기 설정된 통전방향으로 인가되면, 제1 전류(I1), 제2 전류(I2), 제3 전류(I3) 및 제4 전류(I4)를 각각의 통전방향으로 통전시킬 수 있으며, 빛을 발생시킬 수 있다. 일반적으로, LED(light emitting diode)는 정류기능을 수행하는 동시에, 문턱전압 이상의 전압이 인가되면 빛을 발생시키는 특징을 가지고 있으므로, 상기 LED를 상기 발광부(11, 12, 21, 22)로 활용할 수 있다. 나아가, 복수개의 LED를 직렬연결하여 형성하는 발광 어레이 또는 복수개의 발광 어레이를 병렬연결하여 형성하는 발광블록 등을 상기 발광부(11, 12, 21, 22)에 포함할 수 있다.
다만, 도1에 도시한 바와 같이, 상기 제1 발광부(11)와 제2 발광부(12)의 통전방향은 동일한 제1 통전방향을 가지지만, 상기 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)는 상기 제1 통전방향의 반대방향인 제2 통전방향을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 발광부(11) 및 제2 발광부(12)는 제1 브랜치(10)의 위에서 아래방향으로 상기 제1 통전방향을 설정할 수 있으며, 상기 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)는 제 2 브랜치(20)의 아래에서 위로 상기 제2 통전방향을 설정할 수 있다.
도1에 도시한 바와 같이, 제1 브랜치(10)는 제1 발광부(11) 및 제2 발광부(12)가 순차적으로 직렬연결될 수 있으며, 제2 브랜치(20)는 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)가 순차적으로 직렬연결될 수 있다. 여기서, 상기 제1 브랜치(10)와 제2 브랜치(20)의 양단노드는 각각 a 노드 및 b 노드에 연결되어, 병렬연결의 형태로 구현될 수 있다. 다만, 상기 제1 브랜치(10)와 제2 브랜치(20) 사이에 제2 인덕터(40)가 연결될 수 있다. 특히 상기 제2 인덕터(40)는, 상기 제1 발광부(11)와 제2 발광부(12) 사이에 위치하는 접점 P에 상기 일단이 연결되고, 상기 제3 발광부(21)와 제4 발광부(22) 사이에 위치하는 접점 q에 상기 타단이 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광장치는, 서로 병렬연결된 상기 제1 브랜치(10)와 제2 브랜치(20) 사이에, 제2 인덕터(40)가 추가로 더 연결되는 형태의 회로를 포함할 수 있다.
제1 인덕터(30)는, 상기 제1 브랜치(10) 및 제2 브랜치(20)와, 교류전원(VAC) 사이에 연결될 수 있으며, 제2 인덕터(40)와 전기적으로 커플링(coupling)될 수 있다. 상기 제1 인덕터(30) 및 제2 인덕터(40)는, 인가되는 전류에 의하여 자계를 형성할 수 있으며, 상기 전류에 의한 자기 에너지(magnetic energy)를 저장할 수 있다. 상기 제1 인덕터(30) 및 제2 인덕터(40)에 저장된 자기에너지는, 이후 상기 발광장치의 역률향상에 활용될 수 있다. 여기서, 상기 제1 인덕터(30)와 제2 인덕터(40)는 전기적으로 커플링된 것이므로, 상기 제1 인덕터(30)와 제2 인덕터(40)는 동일한 철심에 연결되어 상기 철심에 유도되는 자속을 공유하는 것일 수 있다.
스위치부(50)는, 상기 제1 브랜치(10) 및 제2 브랜치(20)와, 교류전원(VAC) 사이에 연결될 수 있으며, 입력되는 제어신호에 따라 상기 교류전원(VAC)의 전원공급을 제어할 수 있다. 즉, 상기 스위치부(50)가 폐쇄되면 상기 제1 브랜치(10), 제2 브랜치(20), 제1 인덕터(30) 및 제2 인덕터(40)에 교류전원(VAC)이 공급되고, 상기 스위치부(50)가 개방되면 상기 교류전원(VAC)의 공급이 중단될 수 있다. 여기서, 상기 스위치부(30)의 개방 및 폐쇄는 역률제어부(40)에서 출력하는 제어신호에 따라 제어될 수 있다. 따라서, 상기 역률제어부(40)가 차단신호를 출력하면 상기 스위치부(30)는 개방되고, 상기 역률제어부(40)가 공급재개신호를 출력하면 상기 스위치부(30)는 폐쇄될 수 있다.
여기서, 상기 스위치부(50)는, 입력되는 제어신호에 따라 개방 또는 폐쇄되어 전원공급을 조절할 수 있는 것이면 어떠한 것도 활용할 수 있으나, 도2에 도시한 바와 같이, 직렬로 연결되는 2개의 스위치모듈(51, 52)을 포함하여 구현할 수 있다.
구체적으로, 제1 스위치모듈(51)은 기 설정된 게이트 전압(Vg1)이 인가되면 제1 방향으로 전류를 도통하는 제1 트랜지스터(Transistor)와, 상기 제1 방향의 반대방향인 제2 방향으로 전류를 도통하는 제1 다이오드가 병렬연결된 것일 수 있다. 또한, 제2 스위치모듈(52)은, 기 설정된 게이트전압(Vg2)이 인가되면 상기 제2 방향으로 전류를 도통하는 제2 트랜지스터와 상기 제1 방향으로 전류를 도통하는 제2 다이오드가 병렬연결된 것일 수 있다.
따라서, 상기 스위치부(50)에 게이트 전압 Vg1이 입력되면 제1 트랜지스터가 동작하여 제1 방향으로 전류를 도통시킬 수 있으며, 이때 제2 다이오드는 전류의 흐름을 제1 방향으로 제한하여, 역방향(제2 방향)으로의 전류흐름을 차단할 수 있다. 반면에, 상기 스위치부(50)에 게이트 전압 Vg2를 입력하면 제2 트랜지스터가 동작하여 제2 방향으로 전류를 도통시킬 수 있으며, 이때, 제1 다이오드는 전류흐름을 제2 방향으로 제한할 수 있으므로, 역방향(제1 방향)으로의 전류흐름을 완벽하게 차단할 수 있다.
여기서, 상기 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터에 대하여, 각각의 게이트 전압 Vg1과 Vg2는 동일하게 인가될 수 있다. 구체적으로, 상기 차단신호가 입력되면, 상기 스위치부(30)는 게이트 전압 Vg1과 Vg2에는 전압을 인가하지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터는 모두 동작하지 않으므로, 제1 브랜치(10) 및 제2 브랜치(20)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 즉, 상기 스위치부(50)는 개방된 것으로 동작할 수 있다.
반면에, 상기 공급재개신호가 입력되면, 상기 스위치부(50)는 상기 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터에 대하여, 게이트 전압 Vg1과 Vg2를 동시에 인가할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터가 모두 동작하므로, 제1 방향 또는 제2 방향으로 전류가 흐를 수 있으나, 상기 전류의 방향은 상기 제1 다이오드 또는 제2 다이오드에 의하여 제한될 수 있다. 예를들어, 교류전원(VAC)의 부호가 (+)인 경우에는 상기 제2 다이오드가 제2 방향으로의 전류흐름을 차단하므로, 제1 방향으로만 전류가 흐르게 된다. 반면, 교류전원(VAC)의 부호가 (-)인 경우에는 상기 제1 다이오드가 제1 방향으로의 전류흐름을 차단하므로, 제2 방향으로만 전류가 흐를 수 있다. 따라서, 상기 공급재개신호가 입력되면, 상기 스위치부(50)는 폐쇄된 것으로 동작할 수 있다.
이외에도, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 교류전원(VAC)의 부호에 따라, 상기 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터에 인가하는 게이트 전압 Vg1과 Vg2를 달리하는 것도 가능하다. 즉, 상기 교류전원(VAC)의 부호가 (+)이면 Vg1만 입력하여 제1 방향으로만 전류를 도통시킬 수 있으며, 상기 교류전원(VAC)의 부호가 (-)이면 Vg2만 입력하여 제2 방향으로만 전류를 도통하도록 하는 것이 가능하다.
여기서, 상기 트랜지스터는 N타입의 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)일 수 있다.
역률제어부(60)는, 상기 제1 발광부(11)에 인가되는 제1 전류(I1) 또는 상기 제4발광부(22)에 인가되는 제4 전류(I4)에 따라, 상기 제어신호를 생성할 수 있다. 특히, 상기 역률제어부(60)는 상기 제어신호를 이용하여 상기 스위치부(50)의 개방 또는 폐쇄를 제어함으로써, 상기 발광장치 전체의 역률을 높일 수 있다.
구체적으로, 교류전원(VAC)의 부호가 (+)이고, 스위치부(50)가 폐쇄되어 교류전원으로부터 전력을 공급받는 경우에는, 도3a와 같이, 제1 발광부(11), 제2 발광부(12) 및 제4 발광부(22)에 전류가 흐를 수 있다. 먼저, 상기 교류전원(VAC)에 의하여 인가되는 전압은, 각각 제1 인덕터(30), 제1 발광부(11) 및 제2 발광부(12)에 분배될 수 있다. 여기서, 상기 제1 발광부(11) 및 제2 발광부(12)의 문턱전압의 합보다 높은 전압이 제1 브랜치(10)에 인가되면, 상기 제1 발광부(11) 및 제2 발광부(12)에는 전류가 흐르기 시작한다. 즉, 상기 제1 발광부(11) 및 제2 발광부(12)에는 각각 제1 전류(I1) 및 제2 전류(I2)가 흐르게 되며, 제1 발광부(11) 및 제2 발광부(12)는 빛을 출력하게 된다. 또한, 상기 교류전원(VAC)에 의하여 제1 인덕터(30)에는 VL1이 인가될 수 있으며, 상기 VL1에 의하여 상기 제1 인덕터(30)와 커플링된 제2 인덕터(40)에는 VL2의 전압이 유도된다. 여기서, VL1 > 0, VL2 > 0가 성립하므로, 상기 VL2에 의하여 제2 발광부(12)와 제4 발광부(22) 사이에 전압차가 발생하게 된다. 따라서, 제4 발광부(22)에는 제4 전류(I4)가 흐르게 되고, 상기 제4 발광부(22)는 빛을 출력하게 된다. 이때 I2 = I1 + I4의 관계를 가질 수 있다. 상기 VL1은 VL1 > 0을 만족하므로, 제1 인덕터(30)에는 상승 기울기를 가지는 전류가 흐르게 되며, 그에 따라, 제1 발광부(11)에 흐르는 제1 전류(I1)도 상승기울기를 가지게 된다.
이후, 상기 역률제어부(60)가 상기 스위치부(50)를 개방하여 교류전원(VAC)의 공급을 차단하면, 도3b와 같이, 제2 인덕터(40)가 전원으로 동작하여 폐회로 내부에 전류가 흐를 수 있다. 즉, 상기 스위치부(50)를 개방하게 되면, 커플링된 제1 인덕터(30) 및 제2 인덕터(40)에는 패러데이의 법칙(Faraday' law)에 따라 역전압이 인가되므로, VL1 < 0, VL2 < 0이 성립하게 된다. 이 경우, 상기 제2 인덕터(40)에 유도된 VL2에 의하여, 제1 발광부(11)와 제3 발광부(21) 사이에 전압차가 발생하게 되므로, 제1 발광부(11)와 제3 발광부(21)에 각각 제1 전류(I1) 및 제3 전류(I3)가 흐르게 되며, 각각 발광하게 된다. 이때, 제1 전류(I1)와 제3 전류(I3)는 I1 = I3의 관계를 가질 수 있다. 여기서, 상기 제1 발광부(11)와 제3 발광부(21)는 각각 상기 교류전원(VAC)의 공급없이 전력을 소모하고 있으므로, 상기 전력소모에 따라 상기 제1 전류(I1) 및 제3 전류(I3)의 크기는 점차 하강하게 된다. 일반적으로, 인덕터나 캐패시터 등에 저장되는 자기에너지나 전기에너지와 같이 실제로 사용되지 않는 무효전력 때문에 역률이 나빠지는 것이므로, 도3b와 같이, 상기 제2 인덕터(40)에 저장된 무효에너지인 자기에너지를 활용하게 되면, 상기 발광장치에 대한 역률을 개선하는 것이 가능하다.
따라서, 역률제어부(60)는, 교류전원(VAC)의 부호가 (+)인 경우에는, 도4와 같이 Vg1의 입력을 제어하여 역률개선을 도모할 수 있으며, 이 경우 상기 발광장치의 동작은 VL1, VL2, I1, I2, I3, I4에 대한 그래프를 통하여 파악할 수 있다. 즉, Vg1이 입력되어 스위치부(30)가 폐쇄되면, VL1 및 VL2에는 모두 양의 전압이 유도되고, 제1 발광부(11), 제2 발광부(12) 및 제4 발광부(22)에는 각각 제1 전류(I1), 제2 전류(I2) 및 제4 전류(I4)가 인가되어, 제1 발광부(11), 제2 발광부(12) 및 제4 발광부(22)가 빛을 출력할 수 있다. 여기서, I2 = I1 + I4의 관계를 만족함을 확인할 수 있다. 다만, 제3 발광부(21)에는 제2 인덕터(40)에 의하여 역방향의 전압이 인가되므로, 제3 발광부(21)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 이후, 상기 Vg1의 입력이 중단되어 상기 스위치부(50)가 개방되면, 패러데이의 법칙에 따라, VL1 및 VL2에는 모두 음의 전압이 유도되고, 동일한 크기의 제1 전류(I1) 및 제3 전류(I3)에 의하여 제1 발광부(11) 및 제3 발광부(21)가 빛을 출력할 수 있다. 상기 스위치부(50)에 대한 Vg1의 입력은 상기 교류전원의 공급을 재개하는 공급재개신호로 볼 수 있으며, 상기 Vg1의 입력중단은 상기 교류전원의 공급을 차단하는 차단신호로 볼 수 있다.
여기서, 상기 역률제어부(60)는, 상기 스위치부(50)의 개폐를 상기 제1 발광부(11)에 흐르는 제1 전류(I1)의 크기에 따라 제어할 수 있으며, 이를 통하여 역률을 높일 수 있다. 즉, 상기 스위치부(50)를 폐쇄한 후, 상기 제1 전류(I1)의 크기가 증가하여 기 설정된 한계상한값 이상으로 높아지면, 상기 스위치부(50)를 개방할 수 있다. 이후, 상기 전류의 크기가 점차 감소하여 기 설정된 한계하한값 미만으로 떨어지면, 상기 스위치부(50)를 폐쇄하여 교류전원(VAC)를 공급하도록 할 수 있다. 여기서, 상기 한계하한값을 0으로 설정하는 것도 가능하다.
한편, 교류전원(VAC)의 부호가 (-)이고, 스위치부(50)가 폐쇄되어 교류전원(VAC)으로부터 전력을 공급받는 경우에는, 도5a와 같이 제4 발광부(22), 제3 발광부(21) 및 제1 발광부(11)로 전류가 흐를 수 있다. 먼저 상기 교류전원(VAC)에 의하여 인가되는 전압은, 각각 제1 인덕터(30), 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)에 분배될 수 있다. 여기서, 상기 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)의 문턱전압의 합보다 높은 전압이 제2 브랜치(20)에 인가되면, 상기 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)에는 전류가 흐르기 시작한다. 즉, 상기 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)에는 각각 제3 전류(I3) 및 제4 전류(I4)가 흐르게 되며, 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)는 빛을 출력하게 된다. 또한, 상기 교류전원(VAC)에 의하여 제1 인덕터(30)에는 VL1이 인가될 수 있으며, 상기 VL1에 의하여 상기 제1 인덕터(30)와 커플링된 제2 인덕터(40)에는 VL2의 전압이 유도된다. 여기서, VL1 < 0, VL2 < 0가 성립하므로, 상기 VL2에 의하여 제1 발광부(11)와 제3 발광부(21) 사이에 전압차가 발생하게 된다. 따라서, 제1 발광부(11)도 제1 전류(I1)가 흐르게 되고, 상기 제1 발광부(11)는 빛을 출력하게 된다. 이때 I3 = I1 + I4의 관계를 가질 수 있다. 여기서, 상기 VL1 < 0 이므로, 제4 발광부(22)에 흐르는 제4 전류(I4)는 상승기울기를 가질 수 있다.
이후, 상기 역률제어부(60)가 상기 스위치부(50)를 개방하여 교류전원(VAC)의 공급을 차단하면, 도5b와 같이, 제2 인덕터(40)가 전원으로 동작하여 폐회로 내부에 전류가 흐를 수 있다. 즉, 상기 스위치부(50)를 개방하게 되면, 커플링된 제1 인덕터(30) 및 제2 인덕터(40)에는 패러데이의 법칙(Faraday' law)에 따라 역전압이 인가되므로, VL1 > 0, VL2 > 0이 성립하게 된다. 이 경우, 상기 제2 인덕터(40)에 유도된 VL2에 의하여, 제2 발광부(12)와 제4 발광부(22) 사이에 전압차가 발생하게 되므로, 제2 발광부(12)와 제4 발광부(22)에 각각 제2 전류(I2) 및 제4 전류(I4)가 흐르게 되며, 각각 발광하게 된다. 이때, 제2 전류(I2)와 제4 전류(I4)는 I2 = I4의 관계를 가질 수 있다. 여기서, 상기 제2 발광부(12)와 제4 발광부(22)는 각각 상기 교류전원(VAC)의 공급없이 전력을 소모하므로, 상기 제2 전류(I2) 및 제4 전류(I4)의 크기는 점차 하강하게 된다.
따라서, 역률제어부(60)는, 교류전원(VAC)의 부호가 (-)인 경우에는, 도6과 같이 Vg2의 입력을 제어하여 역률개선을 도모할 수 있으며, VL1, VL2, I1, I2, I3, I4에 대한 그래프를 통하여 상기 발광장치의 동작을 파악할 수 있다. 구체적으로, 역률제어부(60)가 공급재개신호를 출력하면, 상기 스위치부(50)에는 Vg2가 입력될 수 있으며, 이 경우 상기 스위치부(50)는 폐쇄되어 VL1 및 VL2에는 모두 음의 전압이 유도될 수 있다. 이후, 제1 발광부(11), 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)에는 각각 제1 전류(I1), 제3 전류(I3) 및 제4 전류(I4)가 인가되어, 제1 발광부(11), 제3 발광부(21) 및 제4 발광부(22)는 빛을 출력할 수 있다. 여기서, I3 = I1 + I4의 관계를 만족함을 확인할 수 있다. 다만, 제2 발광부(12)에는 제2 인덕터(40)에 의하여 역방향의 전압이 인가되므로, 제 2 발광부(12)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 이후, 역류제어부(60)가 차단신호를 출력하면, 상기 스위치부(50)에 대한 Vg2의 입력이 중단될 수 있으며, 이 경우 상기 스위치부(50)는 개방될 수 있다. 따라서, 패러데이의 법칙에 의하여 제1 인덕터(30) 및 제2 인덕터(40)에는 모두 양의 전압이 유도되고, 동일한 크기의 제2 전류(I2) 및 제4 전류(I4)에 의하여 제2 발광부(12) 및 제4 발광부(22)가 빛을 출력할 수 있다.
여기서, 상기 역률제어부(60)는, 상기 스위치부(50)의 개폐를 상기 제4 발광부(22)에 흐르는 제4 전류(I4)의 크기에 따라 제어할 수 있으며, 이를 통하여 역률을 높일 수 있다. 즉, 상기 스위치부(50)를 폐쇄한 후, 상기 제4 전류(I4)의 크기가 증가하여 기 설정된 한계상한값 이상으로 높아지면, 상기 스위치부(50)를 개방할 수 있다. 이후, 상기 전류의 크기가 점차 감소하여 상기 기 설정된 한계하한값 미만으로 떨어지면, 상기 스위치부(50)를 폐쇄하여 교류전원(VAC)를 공급하도록 할 수 있다. 여기서, 상기 한계하한값을 0으로 설정하는 것도 가능하다.
즉, 상기 역률제어부(60)는, 상기 교류전원의 부호가 (+)이면 상기 제1 전류(I1)의 크기에 따라 상기 제어신호를 생성하고, 상기 교류전원의 부호가 (-)이면 상기 제4 전류(I4)의 크기에 따라 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
10: 제1 브랜치 11: 제1 발광부
12: 제2 발광부 20: 제2 브랜치
21: 제3 발광부 22: 제4 발광부
30: 제1 인덕터 40: 제2 인덕터
50: 스위치부 60: 역률제어부

Claims (7)

  1. 직렬연결된 제1 발광부 및 제2 발광부를 포함하는 제1 브랜치;
    직렬연결된 제3 발광부 및 제4 발광부를 포함하는 제2 브랜치;
    상기 제1 브랜치 및 제2 브랜치와, 교류전원 사이에 연결되는 제1 인덕터;
    일단은 상기 제1 브랜치의 제1 발광부 및 상기 제2 발광부의 접점에 연결되고, 타단은 상기 제2 브랜치의 제3 발광부 및 상기 제4 발광부의 접점에 연결되며, 상기 제1 인덕터와 전기적으로 커플링되는 제2 인덕터;
    상기 제1 브랜치 및 제2 브랜치와, 교류전원 사이에 연결되며, 입력되는 제어신호에 따라 상기 교류전원의 전원공급을 제어하는 스위치부; 및
    상기 제1 발광부에 인가되는 제1 전류 또는 상기 제4 발광부에 인가되는 제4 전류에 따라, 상기 제어신호를 생성하는 역률제어부를 포함하는 발광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 브랜치와 제2 브랜치는 양단노드가 서로 연결되고,
    상기 제2 인덕터는, 상기 제1 발광부와 제2 발광부 사이에 상기 일단이 연결되고, 상기 제3 발광부와 제4 발광부 사이에 상기 타단이 연결되는 발광장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 발광부, 제2 발광부, 제3 발광부 및 제4 발광부는
    문턱전압 이상의 전압이 기 설정된 통전방향으로 인가되면 상기 통전방향으로 통전하여 빛을 생성하는 발광장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 발광부 및 제2 발광부는 기 설정된 제1 통전방향을 가지고,
    상기 제3 발광부 및 제4 발광부는 상기 제1 통전방향의 반대방향인 제2 통전방향을 가지는 발광장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스위치부는
    기 설정된 게이트전압이 인가되면, 제1 방향으로 전류를 도통하는 제1 트랜지스터와 상기 제1 방향의 반대방향인 제2 방향으로 전류를 도통하는 제1 다이오드가 병렬연결되는 제1 스위치모듈; 및
    기 설정된 게이트전압이 인가되면, 제2 방향으로 전류를 도통하는 제2 트랜지스터 및 상기 제1 방향으로 전류를 도통하는 제2 다이오드가 병렬연결되는 제2 스위치모듈을 포함하고, 상기 제1 스위치모듈과 제2 스위치모듈은 직렬연결되는 발광장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 역률제어부는
    상기 교류전원의 부호가 (+)이면 상기 제1 전류의 크기에 따라 상기 제어신호를 생성하고, 상기 교류전원의 부호가 (-)이면 상기 제4 전류의 크기에 따라 상기 제어신호를 생성하는 발광장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 역률제어부는
    상기 제1 전류 또는 제4 전류의 크기가 기 설정된 한계상한값 이상이면 상기 교류전원의 공급을 차단하는 차단신호를 출력하고, 상기 제1 전류 또는 제2 전류의 크기가 한계하한값 미만이면 상기 교류전원의 공급을 재개하는 공급재개신호를 출력하는 발광장치.
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