KR101562537B1

KR101562537B1 - 돌입전류제한 기능을 갖는 엘이디 점등용 안정기 회로

Info

Publication number: KR101562537B1
Application number: KR1020140025796A
Authority: KR
Inventors: 우종구
Original assignee: 주식회사 우성테크
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-10-23
Also published as: KR20150104279A

Abstract

본 발명은 반도체 스위칭소자인 실리콘 제어정류기(SCR) 및 RC 시정수회로에 의한 LED 보호회로의 구성을 전원 투입 시 바이패스용인 제6 저항(R6)을 통해 평활용인 제6 내지 제8 캐패시터(C6~C8)를 서서히 충전하며 전원 차단 시 제5 저항(R5)를 통해 시정수 설정용 캐패시터(C10)에 충전된 전압이 신속히 방전되도록 개량하고 상기 LED 보호회로를 대용량 전해 캐패시터의 전단에 연결되도록 위치를 변경함으로서 전원 인가 시에 발생되는 서지전압, 역 전압 및 유입되는 돌입전류를 신속히 제한함으로서 LED를 보호하도록 하여 발열이 없고 응답이 빠르며 고효율 특성을 갖도록 한 돌입전류제한 기능을 갖는 LED 점등용 안정기 회로에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 교류전원(AC 220V)의 60HZ 주기로 충, 방전하며 LED 구동 전류를 조절하도록 구성된 전류제한수단과, 상기 전류제한수단을 통한 교류전압을 직류전압으로 전파 정류하는 브리지 다이오드(BD)가 구비된 LED 점등용 안정기 회로에 있어서, 상기 브리지 다이오드(BD)의 양단간에 제9 캐패시터(C9)와 제3 저항(R3)을 직렬로 접속하고, 상기 브리지 다이오드의 정(+)단자에는 직접적으로 직렬 접속된 제4 저항(R4) 및 제10 캐패시터(C10)에 실리콘 제어정류기(SCR)를 병렬로 접속하고 상기 제4 저항(R4) 및 제10 캐패시터(C10)의 접속점에 제5 저항(R5)을 접속하며, 상기 실리콘 제어정류기(SCR)의 양단간에 제6 저항(R6)을 접속하여 전원 온, 오프 시 발생되는 서지로부터 LED를 보호하고 전원 투입 시의 돌입전류 제한을 위한 LED 보호회로를 구성하고, 상기 회로의 출력단과 상기 브리지 다이오드(BD)의 부(-)단자 간에는 병렬 접속된 제6~제8 캐패시터(C6~C8) 및 제2 저항(R2)과 다수개의 LED가 직렬 접속된 LED 어레이(DA)가 연결되어 구성된 것이다.

Description

돌입전류제한 기능을 갖는 엘이디 점등용 안정기 회로{LED Lamp Ballast Circuit for Reduction of Inrush Current}

본 발명은 엘이디 점등용 안정기 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 스위칭소자인 실리콘 제어정류기(SCR) 및 RC 시정수회로에 의한 LED 보호회로의 구성에 돌입전류 제한을 위한 바이패스 저항을 병렬로 연결하여 전원 투입 시 이 저항을 통하여 캐패시터를 서서히 충전하며 일정시간 후 LED 구동전류가 공급되도록 하기 위해 상기 LED보호회로를 대용량 전해 캐패시터의 전단인 브리지 다이오드(BD)의 출력단에 직접 연결되도록 위치를 변경하여 전원 인가 시에 발생되는 서지전압, 역 전압 및 유입되는 돌입전류를 제한함으로서 LED와 전원공급 회로를 동시에 보호하도록 하여 발열이 없고 응답이 빠르며 고효율 특성을 갖도록 한 돌입전류제한 기능을 갖는 LED 점등용 안정기 회로에 관한 것이다.

최근에 와서, 반도체 기술의 눈부신 발달로 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)의 생산이 다양화되면서 일반 전구에 비하여 동일한 조도를 얻는데 필요한 전력의 소모가 1/10 정도에 지나지 않는 발광 다이오드가 가로등용, 간판용, 조명용 및 신호등용 전등(lamp)으로 적용되는 추세에 있다.

종래의 LED 조명등용 안정기회로는 주로 스위칭모드 전원공급 장치(SMPS)를 사용하여 직류 정전압회로를 구성하고 있고, 각각의 LED 모듈에 전류제한용 저항을 사용하여 LED가 안정적으로 구동하도록 구성되어 있다.

그러나, 위에 언급한 스위칭모드 전원공급 장치(SMPS)는 매우 정밀하고 복잡한 회로로 구성되어 있고, 원리 상 고속 스위칭을 해야 하므로 발열 및 잡음(noise)발생의 우려가 크며 고가이고 고 신뢰, 장수명 등을 기대하기 어려운 문제점이 있었다.

특히, 적절한 용량의 캐패시터를 이용하여 상용전원으로부터 전류를 제한하고 LED를 직렬로 연결할 경우 인가전압은 일종의 다이오드인 LED의 특성 상 PN 접합부의 전위차× LED 개수만큼만 안정적으로 인가되는 특성이 있어 이를 이용하고자 하는 연구들이 진행되고 있으나, 전기적으로 충격에 매우 민감하고 긴 수명을 요구하는 조명용 LED를 상용전원에 적절한 보호회로 없이 직결하게 되면 전원투입 시 발생되는 서지전압과 전원에 포함될 수 있는 고주파성분 노이즈로 인해 LED가 파괴되어 버리므로 실험적으로는 가능할지 몰라도 산업 상 이용가능성은 전혀 없다.

특히, 캐패시터와 브리지 다이오드를 매개로 전원과 직결할 경우, 실험에 의하면 최근 개발된 각종의 서지전압 억제소자(예를 들면 바리스터, TVS다이오드, 서지프로텍터 등)를 적용하더라도 LED를 효과적으로 보호할 수 없음을 알 수 있었다.

본 출원인이 상기한 문제점을 해결하고자 앞서 제안된 바 있는 종래의 LED 조명등 용 안정기회로는 도1에 도시된 바와 같이 교류전원(AC 220V)의 일단에 60HZ 주기로 충, 방전하며 LED 사용전류를 조절하도록 교류전원(AC 220V)의 특성에 상응하여 적정한 용량을 갖는 병렬접속 캐패시터(C1, C2)와 이에 병렬로 접속된 저항(R1)으로 구성된 전류제한수단이 연결된다.

상기 전류제한수단의 출력 단에는 교류전압을 직류전압으로 전파 정류하는 브리지 다이오드(BD)가 연결되고, 상기 브리지 다이오드(BD)의 출력단 양단에는 순차적으로 평활용 캐패시터(C3, C4), 방전저항(R2), 서지 업서버(surge absorber)인 직렬접속의 캐패시터(C5) 및 저항(R3)이 연결되며, 상기 브리지 다이오드(BD)의 정(+)단자에는 직렬 접속된 저항(R4) 및 캐패시터(C6)에 실리콘 제어정류기(SCR)를 병렬로 접속한 타임딜레이 회로를 구성하여 전원 온, 오프 시 발생되는 서지로부터 LED를 보호하기 위한 LED보호회로를 구성하고, 또한, 브리지 다이오드(BD)의 출력단 양단에는 다수개의 LED로 구성된 LED 어레이(DA)가 연결되어 구성된다.

그러나, 도1에 도시된 종래의 LED 조명등 용 안정기회로는 교류 입력전원(AC 220V)이 투입되는 순간 다수개의 LED로 구성된 LED 어레이(DA)는 보호되지만 전원공급 측에 과도한 돌입전류가 흐르는 문제가 있다.

특히, 한, 두개 정도 동시에 점등하는 것은 상관없지만 가로등용 LED와 같이 다수개의 LED가 동시에 켜지게 되면 돌입전류에 의해 전원 스위치에는 순간적으로 과부하가 걸리게 되는 부담을 준다.

이러한 현상을 경감시키기 위해 일반적으로 NTC(Negative Temperature Coefficiect)를 사용하나 NTC는 초기(온도가 낮을 때)에는 저항이 높아 돌입전류를 제한하는 효과가 있으나 온도가 높아지면서 저항이 낮아져도 계속 고온을 유지하면서 일정한 저항치는 상존하므로 발열이 심하고 이로 인해 전력 손실이 커지게 되는 문제점이 있으며, 전원이 오프 되었다가 다시 온 되었을 때, 부저항 특성을 가진 서미스터인 NTC(Negative Temperature Coefficient)의 열이 완전히 식어야만 다시 돌입전류 제한 기능이 정상적으로 작동되므로 순간 정전 등 짧은 시간 내의 전원 재투입 시에는 전혀 기능을 할 수 없는 문제점이 있었다.

상기한 NTC(Negative Temperature Coefficient)는 온도가 올라갈수록 저항이 낮아지는 특성을 이용하여 돌입전류를 방지하기 위한 수단으로 주로 사용된다.

공개특허공보 공개번호 10-2013-0081522호 "형광등 안정기에 연결되어 구동하는 LED형광등 구동장치 및 그 구동장치를 탑재한 LED형광등"

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로 서, 본 발명의 목적은 반도체 스위칭소자인 실리콘 제어정류기(SCR) 및 저항-캐패시터(RC) 시정수회로에 의한 LED보호회로에 병렬로 바이패스 저항을 연결하여 전원 투입 시 이 바이패스 저항을 통하여 캐패시터를 서서히 충전하며 일정 시간 후 LED 구동 전류가 공급되도록 하기위해 상기 LED 보호회로를 대용량 전해 캐패시터의 전단인 브리지 다이오드(BD)의 출력단에 직접 연결되도록 위치를 변경하여 전원 인가 시에 발생되는 서지전압, 역 전압 및 유입되는 돌입전류를 제한함으로서 전원 공급회로와 LED를 동시에 보호하도록 하여 발열이 없고 응답이 빠른 고효율 특성을 갖도록 한 돌입전류제한 기능을 갖는 LED 점등용 안정기 회로를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 교류전원의 60HZ 주기로 충, 방전하며 LED 사용전류를 조절하도록 구성된 전류제한수단과, 상기 전류제한수단을 통한 교류전압을 직류전압으로 전파 정류하는 브리지 다이오드(BD)가 구비된 LED 점등용 안정기 회로에 있어서, 상기 브리지 다이오드(BD)의 양단 간에 제9 캐패시터(C9)와 제3 저항(R3)을 직렬로 접속하고, 상기 브리지 다이오드(BD)의 정(+)단자에는 직접적으로 직렬 접속된 제4 저항(R4) 및 제10 캐패시터(C10)에 실리콘 제어정류기(SCR)를 병렬로 접속하고 상기 실리콘 제어정류기(SCR)의 양단간에 제6 저항(R6)을 접속하여 전원 온, 오프 시 발생되는 서지로부터 LED를 보호하기 위한 타임딜레이 및 돌입전류 제한을 위한 바이패스회로를 구성하고, 상기 회로의 출력단과 상기 브리지 다이오드(BD)의 부(-)단자 간에는 병렬 접속된 제6~제8 캐패시터(C6~C8) 및 제2 저항(R2)과 다수개의 LED가 직렬 접속된 LED 어레이(DA)가 연결되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 전류제한수단이 병렬 접속된 제1 내지 제5 캐패시터(C1~C5)와 제1 저항(R1)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 돌입전류제한 기능을 갖는 엘이디 점등용 안정기 회로에 의하면, 반도체 스위칭소자인 실리콘 제어정류기(SCR) 및 저항-캐패시터(RC) 시정수회로에 의한 LED 보호회로의 구성을 바이패스 저항을 통해 캐패시터가 서서히 충전되도록 개량하고 상기 LED 보호회로를 대용량 캐패시터의 전단인 브리지 다이오드(BD)의 출력단에 직접 연결되도록 위치를 변경함으로서 전원 인가 시에 발생되는 서지전압, 역 전압 및 유입되는 돌입전류를 제한함으로서 LED 및 전원회로를 보호하도록 하여 발열이 없고 응답이 빠른 고효율 특성을 갖는 효과가 있다.

또한, 과도한 돌입전류에 의한 전원회로의 순간적 과부하 현상과 발열의 문제점을 해소하여 전원공급회로와 LED의 수명 및 신뢰도가 향상되며 아울러 소비전력의 절감과 제품의 생산원가를 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래의 엘이디 점등용 안정기 회로 구성도.
도2는 본 발명에 따른 돌입전류제한 기능을 갖는 엘이디 점등용 안정기 회로 구성도이다.

본 발명을 첨부된 실시 예의 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 엘이디 점등용 안정기 회로 구성도를 나타낸다.

도2에 도시된 바와 같이 교류전원(AC 220V)의 60HZ 주기로 충, 방전하며 LED 구동전류를 조절하도록 병렬 접속된 제1 내지 제5 캐패시터(C1~C5)와 제1 저항(R1)으로 구성된 전류제한수단과, 상기 전류제한수단을 통한 교류전압을 직류전압으로 전파 정류하는 브리지 다이오드(BD)가 구비된 LED 점등용 안정기 회로에 있어서, 상기 브리지 다이오드(BD)의 양단 간에 제9 캐패시터(C9)와 제3 저항(R3)을 직렬로 접속하고, 상기 브리지 다이오드의 정(+)단자에는 직접적으로 직렬 접속된 제4 저항(R4) 및 제10 캐패시터(C10)에 실리콘 제어정류기(SCR)를 병렬로 접속하고 상기 제4 저항(R4) 및 제10 캐패시터(C10)의 접속점에 제5 저항(R5)을 접속하며, 상기 실리콘 제어정류기(SCR)의 양단간에 제6 저항(R6)을 접속하여 전원 온, 오프 시 발생되는 서지로부터 LED를 보호하기 위한 LED보호회로를 구성하고, 상기 LED보호회로의 출력단과 상기 브리지 다이오드(BD)의 부(-)단자 간에는 병렬 접속된 제6~제8 캐패시터(C6~C8) 및 제2 저항(R2)과 다수개의 LED가 직렬 접속된 LED 어레이(DA)가 연결되어 구성된다.

또한, 상기 전류제한수단은 병렬 접속된 제1 내지 제5 캐패시터(C1~C5)와 제1 저항(R1)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 돌입전류제한 기능을 갖는 엘이디 점등용 안정기 회로의 동작을 첨부된 도면 도2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도2에 도시된 본 발명에 따른 돌입전류제한 기능을 갖는 엘이디 점등용 안정기 회로는 도1에 도시된 종래의 회로구성에서 반도체 스위칭소자인 실리콘 제어정류기(SCR) 및 제4 저항(R4)과 제10 캐패시터(C10)에 의한 RC 시정수회로에 의한 LED보호회로에 제5 저항(R5)을 추가하여 바이패스 회로를 구성하여 전원 차단 시 캐패시터(C10)에 충전된 전압이 신속히 방전되도록 개량하고, 상기 LED보호회로회로를 브리지 다이오드(BD)의 출력단에 직접적으로 연결되도록 위치를 변경하고, 플리커 현상 경감을 위한 제2 저항(R2)과 제6 내지 제8 캐패시터(C6~C8)에 의한 평활회로를 상기 LED보호회로의 후단에 접속하여 전원 인가 시 실리콘 제어정류기(SCR)가 턴 온 되기 전에 제6 저항(R6)에 의해 제 6 내지 제 8 캐패시터(C6~C8)가 서서히 충전되어 서지전압, 역 전압 및 유입되는 돌입전류를 제한하도록 구성된 것이다.

이와 같이 구성된 돌입전류제한 기능을 갖는 본 발명에 따른 엘이디 점등용 안정기 회로의 동작을 설명하면, 초기 전원(AC 220V/60HZ)인가 시에는 제6저항(R6)을 거쳐 제6 내지 제8 캐패시터(C6~ C8)의 충전을 위한 제한 된 전류만 흐를 뿐 구동전류는 턴 오프상태인 실리콘 제어정류기(SCR)에 의해 차단되어 있으며, 제3 저항(R3) 및 제9 캐패시터(C9)는 서지 전압을 흡수하며 실리콘 제어정류기(SCR)는 역 전압을 차단한다.

일정시간이 경과하여 제4 저항(R4)을 통한 제10 캐패시터(C10)의 충전 전압이 상승하여 실리콘 제어정류기(SCR)의 게이트가 턴 온상태가 되면 LED 어레이(DA)에 구동전류가 공급되며, 이때에는 반도체 스위칭소자인 실리콘 제어정류기(SCR)로 스위칭을 하므로 서지 전압이 발생되지 않아 LED 어레이(DA)에는 악영향을 주지 않게 된다.

따라서 본 발명에 의한 돌입전류제한 기능을 갖는 엘이디 점등용 안정기 회로는 충격전류에 극도로 민감한 조명용 LED에 채용하더라도 전혀 무리가 없다.

다음에, 순간 정전 시에는 제10 캐패시터(C10)에 충전되어 있던 충전전압이 제5 저항(R5)을 통해 빨리 방전되어 버리므로 이로 인해 실리콘 제어정류기(SCR)의 게이트가 턴 오프 상태가 유지되므로 LED 어레이(DA)는 소등상태가 된다.

즉, 본 발명에서는 전원 재투입 및 순간 정전 시에도 간단한 회로구성으로 기존에 사용하던 NTC의 단점을 보완함으로서, 발열이 없고 응답이 빠른 고효율 특성을 갖는 엘이디 점등용 안정기 회로를 제공할 수 있는 유용한 발명이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위 및 그와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.

C1 ~ C10: 캐패시터 R1 ~ R6: 저항
SCR: 실리콘 제어 정류기 BD: 브리지 다이오드
DA: LED 어레이

Claims

교류전원(AC 220V)의 60HZ 주기로 충, 방전하며 LED 사용전류를 조절하도록 구성된 전류제한수단과, 상기 전류제한수단을 통한 교류전압을 직류전압으로 전파 정류하는 브리지 다이오드(BD)가 구비된 LED 점등용 안정기 회로에 있어서,
상기 브리지 다이오드(BD)의 양단 간에 제9 캐패시터(C9)와 제3 저항(R3)을 직렬로 접속하고, 상기 브리지 다이오드의 정(+)단자에는 직접적으로 직렬 접속된 제4 저항(R4) 및 제10 캐패시터(C10)에 실리콘 제어정류기(SCR)를 병렬로 접속하고 상기 제4 저항(R4) 및 제10 캐패시터(C10)의 접속점에 제5 저항(R5)을 접속하며, 상기 실리콘 제어정류기(SCR)의 양단간에 제6 저항(R6)을 접속하여 전원 온, 오프 시 발생되는 서지로부터 LED를 보호하고 전원 투입 시의 돌입전류 제한을 위한 LED 보호회로를 구성하고, 상기 LED 보호회로의 출력단과 상기 브리지 다이오드(BD)의 부(-)단자 간에는 병렬 접속된 제6~제8 캐패시터(C6~C8) 및 제2 저항(R2)과 다수개의 LED가 직렬 접속된 LED 어레이(DA)가 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 돌입전류제한 기능을 갖는 엘이디 점등용 안정기 회로.
제1항에 있어서,
상기 전류제한수단은 병렬 접속된 제1 내지 제5 캐패시터(C1~C5)와 제1 저항(R1)으로 구성된 것을 특징으로 하는 돌입전류제한 기능을 갖는 엘이디 점등용 안정기 회로.