KR101553342B1

KR101553342B1 - 스위칭 회로내의 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치

Info

Publication number: KR101553342B1
Application number: KR1020130056436A
Authority: KR
Inventors: 공명국; 유경호; 조용욱; 추길호; 김종일; 이영준; 한승종
Original assignee: 주식회사 루멘스
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2015-09-15
Also published as: KR20140136209A

Abstract

본 발명은 스위치회로부의 내부에서 흐르는 전류를 감지하여 입력전압에 따른 스위치회로부의 전류값을 측정하고, 스위치회로부에 흐르는 전류값이 안정동작 전루값 이상이 되는 경우에 스위치회로부의 전류를 차단하여 스위치회로부를 보호하는 것이 목적이다. 이를 위해서, 입력전원을 공급하는 전원부;와 상기 전원부로부터 입력전원을 공급받아 정류된 정류전원을 출력하는 정류회로부;와 하나 이상의 엘이디(LED) 채널이 직렬로 연결되고 상기 엘이디 채널의 마지막 단에 저항부가 연결되어 있는 엘이디부;와 전류 센싱 저항;과 하나 이상의 스위치를 포함하며, m 번 스위치는 m 번 엘이디 채널의 뒷단에 연결되어 있고 마지막 스위치는 상기 저항부 및 전류 전환스위치를 통해 마지막 스위치의 뒷단에 연결되어 있으며, 상기 전류 센싱 저항에 흐르는 이웃하는 두 스위치의 전류의 합에 의해서 이전 스위치를 제어하는 스위치회로부;와 상기 저항부와 상기 마지막 스위치 사이에 구성되어 상기 스위치회로부에 흐르는 전류를 차단하는 전류 전환스위치; 및 상기 스위치회로부에 과전류가 흐르는 경우에 상기 전류 전환스위치를 제어하여 상기 스위치회로부로 흐르는 전류를 차단하는 전류차단제어부;를 포함하는 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치가 제공된다.(단, 상기 m 은 자연수임)

Description

스위칭 회로내의 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치{LED illumination device for protecting switching circuit using switching circuit current control}

본 발명은 LED(Light Emitting Diode) 조명 장치에 관한 것으로, 입력전압에 의해서 엘이디를 동작시키는 스위치가 자동적으로 전환되고, 엘이디부에 흐르는 전류를 감지하여 입력전압이 정격전압이상으로 입력되어 IC 로 구성된 스위치회로부에 과전류가 흐르는 경우에 이를 차단하여 IC 로 구성된 스위치회로부를 보호하는 조명장치에 대한 것이다.

최근에는 저전력 고효율 및 긴 수명으로 인해 엘이디 다이오드(이하, 엘이디라고 표기함)를 조명 장치에 많이 이용하고 있다.

광원으로 엘이디를 사용하기 위해서는 입력전압에 따라 엘이디를 동작시키는 스위칭 회로가 필요하다.

기존의 스위칭 회로는 전압 센싱 회로 또는 주기 센싱 회로를 포함하여 입력전압에 따라 전압의 크기 또는 전압의 입력주기를 센싱하여 엘이디에 해당하는 스위치를 제어한다. 그런데 이러한 기존의 스위칭 회로는 전압 센싱 회로 또는 주기 센싱 회로를 포함하고 있으므로, 전체 회로의 사이즈가 커지는 문제가 발생한다. 따라서 엘이디를 더 포함할 수 있는 면적이 적어진다.

또한, 스위칭 회로는 FET 로 구성되어 있는데, 이러한 FET는 민감한 부품이기 때문에 발명에 취약한 문제점을 가지고 있다. 여기서 입력전압이 정격전압 이상으로 입력되는 경우에는 스위칭 회로에 많은 열이 발생하는 문제가 있다. 즉, 입력 전압이 정격전압이상으로 입력되는 경우에 스위칭 회로에 높은 암페어의 전류가 흐르게 되어 스위칭 회로에 많은 발열이 발생하게 되는 문제가 있다.

미국등록특허 US6989807 에는 실시간으로 전압이 변동하는 교류입력전압에서 직렬로 연결된 복수개의 LED 그룹에 병렬로 연결된 복수개의 스위치를 조절함으로써 실시간으로 변동하는 전압에서 LED를 구동할 수 있도록 하는 특징이 언급되어 있으나, 미국등록특허 US6989807 에서도 입력 전압을 센싱하는 전압 센싱 회로가 포함되어 있어, 엘이디를 추가할 수 있는 면적이 작아지고, 정격전압이 100% 이상 입력되는 경우에는 스위칭 회로에 많은 발열이 발생하여 소모 전력이 증가하여 효율이 떨어지며, 스위칭 회로에 발생하는 높은 열로 인해서 회로의 오동작이 발생할 가능성이 커지게 된다.

본 발명의 종래의 문제점을 해결하기 위해서, 스위치회로부의 내부에서 흐르는 전류를 감지하여 입력전압에 따른 스위치회로부의 전류값을 측정하고, 스위치회로부에 흐르는 전류값이 안정동작 전루값 이상이 되는 경우에 스위치회로부의 전류를 차단하여 스위치회로부를 보호하는 것이 목적이다.

본 발명의 또 다른 목적은 복수개의 엘이디가 연결되어 있는 엘이디부에 열분산용 저항을 연결하여 정격전압 이상이 입력되는 경우에 저항에서 열을 분산하여 발생하게 함으로써, FET 로 구성되어 있는 스위치회로부에서 발생하는 열을 감소시켜 스위치회로부를 보호하는 것이 목적이다.

본 발명의 또 다른 목적은 센싱 저항을 두어 센싱 저항에 걸리는 전압에 따라 자동적으로 엘이디부의 엘이디의 동작을 스위칭을 하도록 하는 것이 목적이다.

본 발명의 또 다른 목적은 입력전압을 센싱하는 전압 센싱회로 또는 주기 센싱회로를 구성하지 않고 스위치회로부를 구성하여 제한된 면적에 엘이디를 추가로 구성할 수 있도록 하는 것이 목적이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 입력전원을 공급하는 전원부;와 상기 전원부로부터 입력전원을 공급받아 정류된 정류전원을 출력하는 정류회로부;와 하나 이상의 엘이디(LED) 채널이 직렬로 연결되고 상기 엘이디 채널의 마지막 단에 저항부가 연결되어 있는 엘이디부;와 전류 센싱 저항;과 하나 이상의 스위치를 포함하며, m 번 스위치는 m 번 엘이디 채널의 뒷단에 연결되어 있고 마지막 스위치는 상기 저항부 및 전류 전환스위치를 통해 마지막 스위치의 뒷단에 연결되어 있으며, 상기 전류 센싱 저항에 흐르는 이웃하는 두 스위치의 전류의 합에 의해서 이전 스위치를 제어하는 스위치회로부;와 상기 저항부와 상기 마지막 스위치 사이에 구성되어 상기 스위치회로부에 흐르는 전류를 차단하는 전류 전환스위치; 및 상기 스위치회로부에 과전류가 흐르는 경우에 상기 전류 전환스위치를 제어하여 상기 스위치회로부로 흐르는 전류를 차단하는 전류차단제어부;를 포함하는 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치가 제공된다.(단, 상기 m 은 자연수임)

여기서, 상기 전류차단제어부는 상기 스위치 회로부를 안정하게 동작시킬 수 있는 안정동작 전류값이 설정되어 있어, 상기 스위치회로부에 흐르는 전류가 상기 안정동작 전류값보다 커지는 경우에 상기 전류 전환스위치를 제어하여 상기 스위치회로부에 전류가 흐르지 않도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 엘이디 채널은 하나 이상의 엘이디를 포함하고 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 복수의 엘이디 채널들은 스위치에서 발생하는 전력 소모를 줄이기 위해 서로 다른 순방향전압(Vf)을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, m+1 번 스위치의 포화전류가 m 번 스위치의 포화전류보다 높게 설정되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 전류 센싱 저항의 전압은 이웃하는 m 번 스위치와 m+1 번 스위치에 흐르는 전류의 합에 의해서 변화되고, 상기 입력전압이 m+1 번 엘이디 채널의 순방향 전압(Vf)이상이 되어 상기 m+1 번 스위치에 포화전류가 흐르게 되면, m 번 스위치는 오프(OFF)되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 스위치회로부에 과전류가 흐르게 되는 경우에 스위치회로부의 전류를 차단하여 스위치회로부에 과전류가 흐르게 되는 것을 방지하여 스위치회로부를 보호하는 효과가 있다.

또한, 스위치회로부의 발열을 분배하는 저항단을 구성함으로써 정격전압 이상이 입력되는 경우에도 스위치회로부의 과도한 발열을 방지하여 IC로 구성된 스위치회로부의 동작을 정상적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 엘이디 채널의 순방향 전압을 재분배하여 스위치회로부에서 발생하는 소모전력을 감소시켜 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 입력전압에 따라 엘이디를 구동시키는 스위치를 자동적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예로 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치의 구조를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예로 전류차단제어부가 스위치회로부와 전류 센싱 저항 사이에 구성되어 있는 것을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예로 입력 전압에 따른 엘이디 채널 위치에 걸리는 전류를 나타낸 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예로 입력 전압이 정격전압이상으로 입력되는 경우에 스위치회로부에 흐르는 전류를 차단하는 것을 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 1번째 및 2번째 또는 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예로 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치의 구조를 도시한 도면이다.

본 발명의 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치는 전원부(10), 정류회로부(20), 엘이디부(30), 스위치회로부(40), 전류 센싱 저항(50) 및 전류 전환스위치(60)를 포함한다.

전원부(10)는 입력전원을 공급한다.

정류회로부(20)는 전원부(10)로부터 교류의 입력전원을 공급받아 정류된 정류전원을 출력한다.

엘이디부(30)는 직렬로 연결되어 있는 n개의 엘이디(LED) 채널을 포함하고 있으며, 마지막 엘이디 채널(35)의 마지막 단에는 저항부(36)가 연결되어 있다.

이하 설명의 편의를 위해서 n=4 라고 가정하고 설명을 하기로 한다.

도1에는 엘이디부(30)는 4개의 엘이디 채널(31,32,33,34)을 포함하고 있다. 저항부(35)은 서로 직렬로 연결되어 있는 엘이디 채널의 마지막 엘이디 채널(34)의 다음단에 직렬 연결되어 있다.

전류 전환스위치(60)는 저항부(35)와 스위치회로부(40)의 마지막 스위치 사이에 연결되어 있다. 그리고, 전류 전환스위치(60)는 그라운드 전압과 연결되어 있어 내부의 스위치 동작에 따라서 전류의 방향을 변화시킬 수 있다.

스위치회로부(40)는 입력 전원에 따라 엘이디 채널을 동작시키기 위한 4 개의 스위치를 포함하고 있다. 여기서 첫번째부터 네번째까지의 4개의 스위치는 입력 전원에 따라 엘이디 채널의 동작을 제어한다.

즉, 첫번째 스위치(41)은 첫번째 엘이디 채널(31)과 연결되어 있어 온(on)상태인 경우에 첫번째 엘이디 채널(31)을 동작시키고, 두번째 스위치(42)은 두번째 엘이디 채널(32)과 연결되어 있어 온(on)상태인 경우에 첫번째 엘이디 채널(31)과 두번째 엘이디 채널(32)을 동작시키고, 세번째 스위치(43)은 세번째 엘이디 채널(33)과 연결되어 있어 온(on)상태인 경우에 첫번째 엘이디 채널(31)과 두번째 엘이디 채널(32)과 세번째 엘이디 채널(33)을 동작시킨다.

네번째 스위치(44)은 저항부(35)와 전류 전환스위치(60)를 통해서 네번째 엘이디 채널(34)과 연결되어 있어 온(on)상태인 경우에 첫번째 엘이디 채널(31)과 두번째 엘이디 채널(32)과 세번째 엘이디 채널(33)과 네번째 엘이디 채널(34)을 동작시킨다.(단, 전류 전환스위치(60)의 내부 스위치가 스위치회로부(60)의 네번째 스위치(44)와 연결되어 있는 경우)

도1을 예로 들어 스위칭 회로부(40)의 스위칭 동작을 설명하면 다음과 같다.

1번 엘이디 채널(31)의 다음단에는 2번 엘이디 채널(32)과 1번 스위치(41)가 연결되어 있다. 2번 엘이디 채널(32)의 다음단에는 3번 엘이디 채널(33)과 2번 스위치(42)가 연결되어 있다. 3번 엘이디 채널(33)의 다음단에는 4번 엘이디 채널(34)과 3번 스위치(43)가 연결되어 있다. 4번 엘이디 채널(34)은 저항부(35)와 전류 전환스위치(60)를 통해서 4번 스위치(44)가 연결되어 있다.

여기서 스위치회로부(40)의 각각의 스위치는 FET(Field Effect Transistor)로 구성된다. 특히, NMOS FET 로 구성한다.

전류 센싱 저항(50)은 가변저항으로 구성할 수도 있다.

전류 센싱 저항(50)은 스위치회로부(40)에 포함되어 있는 각각의 스위치(41,42,43,44)와 연결되어 있다. 따라서, 스위치에 전류가 흐르게 되면 전류 센싱 저항(50)에 흐르는 전류는 스위치에 흐르는 전류의 합이 된다.

먼저 초기에는 스위치회로부(40)의 모든 스위치(41,42,43,44)를 온(on) 상태인 쇼트 상태로 설정한다.

이후에 입력전압이 정류회로부(20)에서 정류되어 엘이디부(30)로 입력되는 정류전압의 크기에 따라 엘이디부(30)를 통해 전류 센싱 저항(50)에 걸리는 전압값에 의해서 스위치부(40)의 스위치는 자동으로 스위칭된다.

본 발명에서는 전류 센싱 저항(50)은 예를 들어 10옴으로 설정한다.

다음 <표1>은 스위치(FET)에 따른 포화 전류값과 스위치에 포화 전류가 흐르는 경우에 전류 센싱 저항에 걸리는 전압을 표시하고 있다.

여기서, Id는 해당 스위치의 포화전류를 의미한다. 스위치가 동작하여 전류가 흐르는 경우의 포화 전압을 의미한다. Vrs는 전류 센싱 저항에 걸리는 전압을 의미한다.

	Id(mA)	Vrs
1번 FET	20	0.2
2번 FET	40	0.4
3번 FET	60	0.6
4번 FET	80	0.8

또한, 각 엘이디 채널의 순방향전압(Vf)은 50V 라고 한다.

이러한 경우에 입력 전압이 상승하여 50V 근처에 이르게 되면, 1번 엘이디 채널(31)이 동작하게 되고 1번 스위치(41)를 통해서 전류(I1)가 서서히 흐르게 된다. 그리고 입력 전압이 50V 이상이 되면 1번 스위치(41)는 20mA의 포화전류가 흐르고 전류 센싱 저항(50)에 걸리는 전압은 0.2V 가 된다.

입력 전압이 상승하여 100V 근처에 이르게 되면 2번 엘이디 채널(32)이 동작하게 되고 2번 스위치(42)를 통해서 전류(I2)가 서서히 흐르게 된다. 이때에 전류 센싱 저항(50)에서는 1번 스위치(41)에 흐르는 전류인 20mA와 2번 스위치(42)에 흐르는 전류(I2)의 합만큼 전류가 흐르게 된다. 따라서 전류 센싱 저항(50)에는 전압이 점점 높아지게 된다. 이렇게 전류 센싱 저항(50)에 걸리는 전압이 상승하게 되면 상대적으로 1번 스위치(41)의 게이트에 입력되는 전압(Vgs1)이 낮아지게 되어 1번 스위치(41)는 온 상태에서 오프 상태로 바뀌는 스위칭 조건에 들어가게 되고, 입력 전압이 점차 상승하여 2번 스위치(42)에서 흐르는 전류(I2)가 점차 증가하게 되면, 전류 센싱 저항(50)에 걸리는 전압이 점차 상승하고 상대적으로 Vgs1의 전압값이 낮아지게 되어 1번 스위치(41)는 오프 상태가 된다.

입력 전압이 100V 이상이 되면 2번 스위치(42)는 40mA의 포화전류가 흐르고 1번 스위치(41)는 완전히 오프 상태가 된다.

입력 전압이 상승하여 150V 근처에 이르게 되면 3번 엘이디 채널(33)이 동작하게 되고 3번 스위치(43)를 통해서 전류(I3)가 서서히 흐르게 된다. 이때에 전류 센싱 저항(50)에서는 2번 스위치(42)에 흐르는 전류인 40mA와 3번 스위치(43)에 흐르는 전류(I3)의 합만큼 전류가 흐르게 된다. 따라서, 전류 센싱 저항(50)에 걸리는 전압이 점점 높아지게 된다. 이렇게 전류 센싱 저항(50)에 걸리는 전압이 상승하게 되면 상대적으로 2번 스위치(42)의 게이트에 입력되는 전압(Vgs2)이 낮아지게 되어 2번 스위치(42)는 온 상태에서 오프 상태로 바뀌는 스위칭 조건에 들어가게 되고, 전류 센싱 저항(50)의 전압값이 점차 상승하여 Vgs2의 전압값이 상대적으로 낮아지면 2번 스위치(42)는 오프 상태가 된다.

입력 전압이 150V 이상이 되면 3번 스위치(43)는 60mA의 포화전류가 흐르고 2번 스위치(42)는 완전히 오프 상태가 된다.

상술한 바와 같이 이렇게 입력전압에 따라 스위치는 순차적으로 m+1번째 스위치에 전류가 흐르기 시작하면, m번째 스위치는 오프 상태로 전환되게 된다.

입력 전압이 상승하여 200V 근처에 이르게 되면 4번 엘이디 채널(34)이 동작하게 되고, 3번 스위치(43) 및 4번 스위치(44)를 통해서 전류(I3 및 I4)가 서서히 흐르게 된다. 이때에 전류 센싱 저항(50)에서는 3번 스위치(43)에 흐르는 전류인 60mA와 4번 스위치(44)에 흐르는 전류의 합만큼 전류가 흐르게 된다. 마찬가지로 입력 전압이 200V 이상이 되면 4번 스위치(44)는 80mA의 포화전류가 흐르고 3번 스위치(43)는 완전히 오프 상태가 된다.

여기서 정격전압을 200V라고 할때, 입력전압이 정격전압 이상으로 입력되는 경우에는 4번 스위치(44)에 스위치가 정상 동작을 수행할 수 있는 전류 이상의 전류가 흐를 수 있게 되어 스위치 과도한 전류가 흐르게 되고 이에 따라서 스위치에 많은 발열이 발생하게 된다. 이렇게 4번 스위치(44)에 많은 발열이 발생하게 되면, FET 로 이루어져 IC 로 구성되는 스위치회로부(40)에 치명적인 손상을 줄 수 있다.

따라서, 본 발명은 4번 엘이디 채널(34) 다음단에 저항부(35)를 직렬로 연결하여 입력 전압이 정격전압 이상으로 입력되는 경우에 저항부(35)로 전류가 흐르도록 해서 정격전압 이상이 입력되는 경우에 스위치 회로부(40)에서 발생되는 열을 저항부(35)에서 분배하도록 하여 스위치회로부(40)에 과도한 열이 발생되는 것을 방지한다.

즉, 본 발명에서와 같이 엘이디부(30)의 마지막 단에 저항부(35)를 연결하여 정격전압 이상이 입력되는 경우에는 저항부(35)에서 전압을 분배하여 스위치 회로부(40) 내의 4번 스위치(44)에서 발생하는 열을 저항부(35)로 분배하게 하여, 4번 스위치(44)에 과도한 열이 발생하는 것을 차단해 준다. 이렇게 함으로써, 본 발명에서는 입력전압이 정격전압 이상으로 입력되는 경우에도 스위치회로부(40)에 과도한 열이 발생하지 않게 되어 IC 로 구성된 스위치회로부(40)의 안정성을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명은 정격전압 이상이 입력되는 경우에 스위치회로부(40)에 과전류가 입력되어 스위치회로부(40)가 손상이 발생하는 것을 방지 및 정격전압 이상의 전압이 지속적으로 입력되어 스위치회로부(40)에 과전류가 지속적으로 입력되어 발열로 인한 손상을 방지하기 위해서, 스위치회로부(40)의 전류를 차단하는 전류차단제어부(45)를 구성한다.

전류차단제어부(45)는 전류 전환스위치(60)와 4번 스위치(44) 사이에 구성될 수 있으며, 도1에 도시되어 있는 바와 같이 4번 스위치(44)와 전류 센싱 저항(50) 사이에 구성될 수도 있다.

또한, 전류차단제어부(45)는 스위치회로부(40) 내부에 구성될 수도 있고, 스위치회로부(40)와 전류 센싱저항(50) 사이의 스위치회로부(40) 외부에 구성될 수도 있다.

전류차단제어부(45)는 4번 스위치(44)에 흐르는 전류를 감지하고 이를 설정되어 있는 안정동작 전류값과 비교하여 안정동작 전류값 이상의 과전류가 흐르는 경우에는 전류 전환스위치(60)를 제어하여 내부 스위치를 저항부(35)와 그라운드 전압 사이로 연결하여 스위치회로부(40)에 전류가 흐르는 것을 차단한다.

여기서, 안정동작 전류값은 전류차단제어부(45)에 설정되어 있을 수도 있고, 스위치회로부(40)의 외부에 별도의 저장부를 두어 여기에 안정동작 전류값을 설정하고 전류차단제어부(45)는 흐르는 전류값을 감지하여 안정동작 전류값보다 전류값이 커지는 경우에는 전류 전환스위치(60)를 제어하여 스위치회로부(40)로 전류가 흐르는 것을 차단한다.

정격전압 이상이 입력전압이 입력되어 스위치회로부(40)에 과전류가 흐르게 되는 경우에, 스위치회로부(40)의 전류를 차단하는 것은 도4에서 자세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예로 전류차단제어부가 스위치회로부와 전류 센싱 저항 사이에 구성되어 있는 것을 도시한 도면이다.

전류차단제어부(45)는 도2에 도시된 바와 같이 스위치회로부(40)와 전류 센싱 저항(50) 사이에 구성되어 있을 수도 있다.

전류차단제어부(45)가 스위치회로부(40) 외부에 구성되는 경우에 스위치 회로부(40)를 안정하게 동작시킬 수 있는 안정동작 전류값은 전류차단제어부(45)에 설정되어 있을 수 있다. 이를 위해서 전류차단제어부(45)는 메모리를 더 포함하여 구성될 수 있다.

전류차단제어부(45)는 스위치회로부(40)의 4번 스위치(44)에 흐르는 전류를 감지하고 이를 설정되어 있는 안정동작 전류값과 비교하여 안정동작 전류값 이상의 과전류가 4번 스위치(44)에 흐르는 경우에는 전류 전환스위치(60)를 제어하여 스위치회로부(40)에 전류가 흐르는 것을 차단한다.

스위치 회로부(40)에서 과전류는 보통 마지막 스위치인 4번 스위치(44)에서 발생하나, 그외 다른 요인으로 1번 내지 3번 스위치에서 과전류가 발생할 수도 있다. 도2와 같이 전류차단제어부(45)가 스위치회로부(40)와 전류 센싱 저항(50) 사이에 구성되는 경우에는, 전류차단제어부(45)는 스위치회로부(40)의 모든 스위치에 흐르는 전류값을 감지하여 모니터링 할 수도 있다.

도3은 본 발명의 일 실시예로 입력 전압에 따른 엘이디 채널 위치에 걸리는 전류를 나타낸 도면이다.

도1에 상술한 바와 같이 각각의 엘이디 채널(31,32,33,34)은 입력전압에 따라 순방향전압(Vf)이상이 입력되면 포화전류가 흐르게 된다.

도3의 a 구간은 첫번째 엘이디채널(31)을 동작시키는 입력전압이 입력되는 구간이다. 따라서, 입력전압이 a인 구간에서는 첫번째 엘이디채널(31) 및 첫번째 스위치(41)에는 I1의 전류가 흐르게 된다.

b 구간은 두번째 엘이디채널(32)을 동작시키는 입력전압이 입력되는 구간이다. 따라서, 입력전압이 b인 구간에서는 두번째 엘이디채널(32) 및 두번째 스위치(42)에는 I2의 전류가 흐르게 된다.

c 구간은 세번째 엘이디채널(33)을 동작시키는 입력전압이 입력되는 구간이다. 따라서, 입력전압이 c인 구간에서는 세번째 엘이디채널(33) 및 세번째 스위치(43)에는 I3의 전류가 흐르게 된다.

d 구간은 네번째 엘이디채널(34)을 동작시키는 입력전압이 입력되는 구간이다. 따라서, 입력전압이 d인 구간에서는 네번째 엘이디채널(34) 및 네번째 스위치(44)에는 I4의 전류가 흐르게 된다.

도3에서는 a 구간은 첫번째 스위치가 동작하여 첫번째 엘이디 채널이 동작을 하는 구간이고, b 구간은 두번째 스위치가 동작하여 첫번째 엘이디 채널 및 두번째 엘이디 채널이 동작을 하는 구간이고, c 구간은 세번째 스위치가 동작하여 첫번째 엘이디 채널과 두번째 엘이디 채널 및 세번째 엘이디 채널이 동작을 하는 구간이고, d 구간은 네번째 스위치가 동작하여 첫번째 엘이디 채널과 두번째 엘이디 채널과 세번째 엘이디 채널 및 네번째 엘이디 채널이 동작을 하는 구간이다.

도4는 본 발명의 일 실시예로 입력 전압이 정격전압이상으로 입력되는 경우에 스위치회로부에 흐르는 전류를 차단하는 것을 나타낸 도면이다.

상술한 바와 같이 전류차단제어부(45)는 스위치회로부(40)에 흐르는 과전류를 감지하여 설정되어 있는 안정동작 전류값과 비교하여 스위치회로부(40)에 안정동작 전류값이상의 과전류가 흐르는 경우에는 전류 전환스위치(60)를 제어하여 스위치회로부(40)에 흐르는 전류를 차단한다.

이러한 동작을 도4를 이용해 설명하면 다음과 같다.

먼저, V1은 정격전압 이내의 최대 전압값, V2는 정격전압을 벗어나는 전압의 최대값, Vx 는 정격전압 이상의 입력전압, Iset는 안정동작 전류값, Imax는 입력전압이 V2 인 경우의 엘이디부(30)에 흐르는 전류값을 의미한다.

입력 전압이 정격전압 이내에서 입력되는 경우에는 도3에서 설명한 바와 같이 스위치회로부(40)에 흐르는 전류는 I1 -> I2 -> I3 -> I4 -> I1 순서로 변화하며 동작을 수행한다.

그런데, 입력전압이 정격전압을 벗어나는 전압 Vx(V1과 V2 사이의 전압)로 입력되는 경우에는 도4에 도시되어 있는 바와 같이 4번 스위치(44)에 흐르는 전류 I4가 증가하게 된다.

이렇게 증가하는 전류 I4가 설정되어 있는 안정동작 전류값인 Iset 에 이르게 되면, 전류차단제어부(45)는 전류 전환스위치(60)을 제어하여 스위치회로부(40)에 전류가 흐르지 못하도록 한다. 따라서, 스위치회로부(40)에는 e 구간에서 f 구간을 뺀 구간 동안에만 전류가 증가하다가, 구간 f 에서는 스위치회로부(40)는 전류가 흐르지 않게 된다.

도4에서 입력전압이 증가하여 정격전압 이상이 입력되는 경우에는 스위치회로부(40)에 흐르는 전류는 빗금친 영역에 해당한다. 도4에 도시된 바와 같이 구간 f 에서는 스위치회로부(40)에는 전류가 흐르지 않게 된다.

전압 Vx이 감소하여 엘이디부(30)에 흐르는 전류가 감소하여 Iset 이하로 떨어지게 되면 전류차단제어부(45)는 전류 전환스위치(60)을 제어하여 스위치회로부(40)에 전류가 흐르도록 한다.

또한, 본 발명은 전력 소모면에서 다음과 같은 특징을 가질 수 있다.

1번 스위치에서 4번 스위치까지는 입력전압이 상승하는 경우에 m번 엘이디 채널에서 순방향 전압만큼 전압이 상쇄하고 남은 전압으로 m번 스위치를 동작시키고, 그 이상의 전압이 입력되는 경우에는 m번 스위치는 오프 상태로 되고, m+1번 스위치가 동작하게 되므로 각 스위치에서 소모되는 전력(열)은 증가하기는 하나, 전체적인 전력의 소모는 일정한 시스템 규격 범위이내이다.

또한, 본 발명에서는 각 엘이디 채널의 순방향전압(Vf)을 서로 다르게 재분배함으로서 각 스위치에서 소모하는 전력을 거의 동일한 수준이 되도록 만들 수 있다. 즉, m 번째 엘이디 채널의 순방향전압(Vf)보다 m+1 번째의 엘이디 채널의 순방향전압(Vf)을 증가시켜 m 번째와 m+1 번째의 스위치에서 소모되는 전력을 거의 동일한 수준으로 만들 수 있다. 이렇게 엘이디 채널의 순방향전압(Vf)를 재분배함으로서 입력전압이 변하는 경우에도 스위치회로부(40)에서 발생하는 열이 동일하도록 할 수 있다.

여기서 엘이디 채널별로는 순방향전압(Vf)을 자유롭게 변경하여 배치할 수 있으나, 전체 순방향전압(Vf)의 합은 입력전압의 최대값에 맞도록 설정을 한다.

이상과 같이 구성하는 본 발명의 조명장치는 다음과 같은 장점을 가지고 있다.

① 전류차단제어부를 두어 정격전압 이상이 입력되어 과전류가 흐르는 경우에 IC로 구성된 스위치회로부에 흐르는 전류를 차단하여 스위치회로부를 보호한다.

② 입력전압 센싱회로나 입력주기 센싱회로를 구성하지 않고도 FET 스위치의 스위칭을 입력전압에 따라 자동적으로 수행할 수 있다.

③ 스위치회로부를 간단하게 구성할 수 있으므로 동일 면적 대비 여분의 엘이디 채널을 추가할 수 있다.

④ 엘이디 채널별 순방향전압(Vf)을 조정하여 재배치 함으로써 스위치회로부의 효율증대를 가져 올 수 있으며, 자유로운 엘이디의 조합을 수행할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 전원부 20 : 정류회로부
30 : 엘이디부 31,32,33,34 : 엘이디 채널
35 : 저항부 40 : 스위치회로부
41,42,43,44 : 스위치 45 : 전류차단제어부
50 : 전류 센싱 저항 60 : 전류 전환스위치

Claims

입력전원을 공급받아 정류된 정류전원을 출력하는 정류회로부;
하나 이상의 엘이디(LED) 채널이 직렬로 연결되고 상기 엘이디 채널의 마지막 단에 저항부가 연결되어 있는 엘이디부;
전류 센싱 저항;
하나 이상의 스위치를 포함하며, m 번 스위치는 m 번 엘이디 채널의 뒷단에 연결되어 있고 마지막 스위치는 상기 저항부 및 전류 전환스위치를 통해 마지막 스위치의 뒷단에 연결되어 있으며, 상기 전류 센싱 저항에 흐르는 이웃하는 두 스위치의 전류의 합에 의해서 이전 스위치를 제어하는 스위치회로부;
상기 저항부와 상기 마지막 스위치 사이에 구성되어 상기 스위치회로부에 흐르는 전류를 차단하는 전류 전환스위치; 및
상기 스위치회로부에 과전류가 흐르는 경우에 상기 전류 전환스위치를 제어하여 상기 스위치회로부로 흐르는 전류를 차단하는 전류차단제어부;를 포함하는 스위칭 회로내의 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치.(단, 상기 m 은 자연수임)
제1항에 있어서,
상기 전류차단제어부는 상기 스위치 회로부를 안정하게 동작시킬 수 있는 안정동작 전류값이 설정되어 있어, 상기 스위치회로부에 흐르는 전류가 상기 안정동작 전류값보다 커지는 경우에 상기 전류 전환스위치를 제어하여 상기 스위치회로부에 전류가 흐르지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로내의 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 엘이디 채널은 하나 이상의 엘이디를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로내의 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치.
제1항에 있어서,
복수의 엘이디 채널들은 스위치에서 발생하는 전력 소모를 줄이기 위해 서로 다른 순방향전압(Vf)을 가지는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로내의 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치.
제1항에 있어서,
m+1 번 스위치의 포화전류가 m 번 스위치의 포화전류보다 높게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로내의 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치.
제1항에 있어서,
상기 전류 센싱 저항의 전압은 이웃하는 m 번 스위치와 m+1 번 스위치에 흐르는 전류의 합에 의해서 변화되고,
상기 입력전원의 입력전압이 m+1 번 엘이디 채널의 순방향 전압(Vf)이상이 되어 상기 m+1 번 스위치에 포화전류가 흐르게 되면, m 번 스위치는 오프(OFF)되는 것을 특징으로 하는 스위칭 회로내의 전류제어를 통해 스위치회로부를 보호하는 엘이디 조명장치.