KR101603251B1 - 정전류 출력 방식의 led 조명용 컨버터 및 이를 적용한 led 조명 장치 - Google Patents

정전류 출력 방식의 led 조명용 컨버터 및 이를 적용한 led 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본원의 제1 발명에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터는, 적어도 2 이상의 LED 스트링을 스위칭하기 위한 LED 조명용 컨버터에 있어서, 소정의 입력 전압을 정전류의 직류 전압으로 변환하는 정전류 출력 DC-DC 변환부; 복수의 개방 검출 회로를 포함하고, 상기 복수의 개방 검출 회로 각각은 각각의 상기 LED 스트링에 병렬 연결되고, 상기 개방 검출 회로는 병렬 연결된 상기 LED 스트링 내 전기적으로 개방된 LED가 발생하면 개방 검출 신호를 출력하는 개방 검출부; 및 상기 LED 스트링 양단에 결합되고, 상기 개방 검출 신호에 스위칭하는 복수의 스위치를 포함하는 스위치군을 포함한다.

Description

정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터 및 이를 적용한 LED 조명 장치{CONVERTER FOR LED LIGHT IN CONSTANT CURRENT TYPE AND LED LIGHT APPARATUS USING IT}
본 발명은 LED 조명에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터 및 이를 적용한 LED 조명 장치에 관한 것이다.
LED는 높은 효율에도 불구하고 백열등, 형광등 등 종래의 광원들과 달리 개별적으로는 조명용으로 사용하기에 충분한 광량을 내지 못하므로 다수의 LED를 사용하여야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 다수의 LED를 직렬연결한 회로 구성이고, 도 2는 종래기술에 따른 다수의 LED를 병렬연결한 회로 구성이다.
LED는 소자 특성상 순방향 전압(VF)을 가지므로 일정한 전류 즉, 정전류로 구동하는 것이 일반적이다. 도 1은 직렬연결된 회로 구성이므로 하나 이상의 LED가 개방(Open)될 경우 나머지 LED들과 함께 전체가 소등되는 단점이 있지만 LED에 흐르는 전류는 LED 특성과 관계없이 항상 일정하다는 장점이 있다. 그리고, 정전류 구동을 하면 다수의 LED 중 하나 이상이 단락(Short)되더라도 전체 전압(Vo)은 감소하지만 단락되지 않은 나머지 LED들은 전류변화 없이 구동될 수 있는 장점이 있다.
도 2와 같은 병렬연결의 회로 구성에서는 LED 특성이 모두 동일하지 않을 경우 전류 불균형 문제가 발생한다. 특성 차이가 미미하다면 문제가 되지 않지만, 정전류로 구동할 경우 병렬연결된 LED 중 하나 이상이 개방(Open)되면 그 LED에 흐르던 전류가 나머지 LED들에 분담하여 흐르게 되므로 정상시보다 큰 전류가 흘러 수명이 단축될 수 있다. 한편, 단락(Short)이 되면 전체 LED가 함께 소등된다.
종합해 보면, LED를 정전류로 구동할 경우 도 1의 직렬 구성이 상대적으로 유리하지만, 직렬연결된 LED의 개수가 늘어나면 전체 LED를 구동하는 전압(Vo)이 너무 높아진다.
따라서, 도 3과 같이 LED를 직병렬로 조합한 구성을 취할 수밖에 없다. 그러면 병렬 구성에 따른 단점을 고스란히 이어받아, LED 고유의 순방향 전압(VF) 차이로 인한 직렬 스트링(String) 간의 전압 차이가 생길 수 있으며, 전체를 정전류로 구동할 경우 스트링 간 전류 차이가 발생할 수 있다. 또한 직렬연결된 LED 중 하나 이상의 LED가 개방(Open) 되면 그 LED가 속한 직렬 스트링의 모든 LED가 소등되고, 해당 스트링에 흐르던 전류를 나머지 스트링들이 분담하게 되므로 LED에 설계치보다 높은 전류가 흐르게 되어 수명이 짧아지게 된다. LED 중 하나 이상 단락(Short)되면 그 LED가 속한 직렬 스트링의 전압이 낮아지게 되는데 직렬 스트링들이 병렬로 묶어있는 회로 특성상 낮아진 전압이 전체 스트링에 걸리게 되고 단락된 LED가 속한 회로에만 전류가 집중되어 수명이 급격히 짧아질 수 있다.
도 4는 종래기술에 따른 하나의 출력을 가진 LED 조명 회로도이다.
종래기술에 따른 하나의 출력을 가진 LED 조명 회로로서, AC 입력 전원을 받아 필터와 정류회로, 평활 회로를 거쳐 DC 전압을 얻고, 정전류 출력 DC-DC 변환회로는 LED 구동에 적절한 전류를 출력한다.
도 5는 종래기술에 따른 복수의 출력을 가진 LED 조명 회로도로서, 도 4와 마찬가지로, AC 입력 전원을 받아 필터와 정류회로 평활 회로를 거쳐 DC 전압을 얻고, 정전압 출력 DC-DC 변환회로는 정전류 출력 DC-DC 변환회로에 공급할 적절한 DC 전압을 출력한다. 정전류 출력 DC-DC 변환회로는 정전압 DC-DC 변환회로의 출력을 받아 LED 구동에 적절한 전류를 출력한다.
등록특허 10-0961172호 정전류 구동형의 발광다이오드 신호등 구동회로 등록특허 10-1005199호 엘이디 조명기구의 엘이디 부하 비정상상태 발생시 엘이디 보호장치 등록특허 10-1192377호 엘이디 소자를 보호하는 엘이디 조명 장치 및 그 조명 장치의 제어 방법 등록특허 10-1453053호 엘이디 소자를 보호하는 엘이디 조명 장치 및 그 조명 장치의 제어 방법
도 5에서 정전류 출력 DC-DC 변환회로는 직렬 LED 스트링 수만큼 존재하여 독립적으로 변환 동작을 하므로 LED의 특성 차이가 있더라도 도 2 또는 도 3의 LED 구성에서 발생하는 스트링간 전류 불균형 문제가 발생하지 않는다. 특히, LED 중 하나 이상이 단락되는 비정상적인 상황이 발생하더라도 그 LED가 속한 스트링을 제외한 나머지 LED 스트링들은 영향을 받지 않고 정상적인 점등 상태를 유지할 수 있다. 도 5에 도시된 복수의 출력을 가진 LED 조명 회로는 특정 스트링이 개방되어 소등되더라도 나머지 스트링은 원래 설계대로 정상 점등될 수 있는 장점이 있는 반면, 스트링 수만큼 정전류 출력 DC-DC 변환회로가 필요하므로 제품가격이 상승하는 단점이 있다.
도 6은 종래기술에 따른 컨버터 내부에 직렬연결 회로가 내장된 LED 조명 회로도로서, 정전류 DC-DC 출력 회로가 LED 스트링들을 직렬로 구동할 수 있도록 컨버터 내부에 직렬연결 회로를 포함한 경우이다. 이 회로 구성에서 LED들은 정전류 DC-DC 출력에 의해 순방향 전압 편차와 무관하게 동일한 크기의 전류로 구동될 수 있다. 하지만, LED 중 하나 이상이 개방되면 전체 LED가 모두 소등될 수밖에 없는 단점이 있다. 또한, LED 스트링 개수가 늘어나면 정전류 DC-DC 출력 회로의 출력 전압을 상승시켜야 한다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결할 수 있는 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터 및 이를 적용한 LED 조명 장치를 제공한다.
본원의 제1 발명에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터는, 적어도 2 이상의 LED 스트링을 스위칭하기 위한 LED 조명용 컨버터에 있어서, 소정의 입력 전압을 정전류의 직류 전압으로 변환하는 정전류 출력 DC-DC 변환부; 복수의 개방 검출 회로를 포함하고, 상기 복수의 개방 검출 회로 각각은 각각의 상기 LED 스트링에 병렬 연결되고, 상기 개방 검출 회로는 병렬 연결된 상기 LED 스트링 내 전기적으로 개방된 LED가 발생하면 개방 검출 신호를 출력하는 개방 검출부; 및 상기 LED 스트링 양단에 결합되고, 상기 개방 검출 신호에 스위칭하는 복수의 스위치를 포함하는 스위치군을 포함한다.
또한, 각각의 상기 LED 스트링의 단부 전압과 접지 전위를 입력받아 상기 단부 전압을 측정하고, 비정상적인 상황이 발생하면 보호 신호를 출력한다.
또한, 상기 스위치군 내 복수의 스위치는 SCR이다.
또한, 상기 개방 검출 회로는, 상기 LED 스트링 양단 간에 배치되는 직렬연결의 제너다이오드와 저항을 포함하고, 상기 제너다이오드의 제너 전압은 상기 LED 스트링의 정상 상태 전압보다 높게 설정된다.
또한, 상기 개방 검출 회로는, 상기 LED 스트링 양단 간에 인가되는 전압을 분압하는 분압 저항부; 상기 분압 저항부로부터 출력되는 소정의 전압에 따라 스위칭하는 3단자 제너 다이오드를 이용하여 스위칭 신호를 발생하는 스위칭 신호 발생부; 상기 스위칭 신호에 스위칭되는 스위칭부; 및 상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 LED 스트링 양단 간에 인가되는 전압을 분압하여 개방 검출 신호로 출력하는 개방 검출 신호 발생부를 포함한다.
또한, 상기 전압 검출 판단 회로는, 각각의 상기 LED 스트링의 단부 전압을 분압하는 분압 저항부; 및 상기 분압 저항부로부터 입력되는 분압 전압을 이용하여 상기 LED 스트링 각각의 차전압을 계산하고, 상기 차전압이 정상 범위를 벗어나면 보호 신호를 출력하는 보호 신호 발생부를 포함한다.
또한, 상기 정전류 출력 DC-DC 변환부는 단일 출력단을 가질 수 있다.
또한, 상기 정전류 출력 DC-DC 변환부의 입력단은 복수의 출력단을 가진 정전압 출력 DC-DC 변환부의 출력단과 연결될 수 있다.
또한, 상기 보호 신호 발생부는, MCU, 차동증폭기 및 아날로그 비교기 중 어느 하나이다.
또한, 본원의 제2 발명에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 장치는, 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터와, 상기 적어도 2 이상의 LED 스트링이 직렬 연결된 LED 조명을 포함한다.
다수의 출력을 갖는 정전류구동 LED 컨버터는 도 6과 같이 LED 스트링들을 컨버터 내부에서 직렬로 연결될 수 있도록 하고 정전류 출력 회로 하나로 전체 LED를 구동할 수 있도록 하는 방법으로 간단하게 구현할 수 있다.
그러나 LED 중 하나 이상에 문제가 발생하여 전기적으로 개방이 되면 나머지 LED들도 모두 소등되는 단점이 있다. 도 7, 도 8과 같이 개방 검출회로와 스위치를 추가하면 LED 스트링 중 어느 하나 이상이 개방되더라도 개방된 LED가 포함된 스트링 출력이 단락되면서 바이패스 회로가 형성되어 문제의 LED 스트링만 소등될 뿐 나머지 LED 스트링들은 정전류출력 DC-DC 변환회로에 의해 정상적인 전류로 구동이 가능하다. 또한 개방되는 LED 스트링이 많아지면 그에 따라 정전류출력 DC-DC 변환회로가 정상적으로 기능을 유지해야 하는 출력 전압범위를 넘어서게 되면 전압 검출 판단 회로가 보호기능을 수행할 수 있다.
도 9의 회로는 구동할 LED 수가 많을 때 LED 스트링 전압이 너무 높아지지 않도록 복수개의 정전류출력 DC-DC 변환회로를 두어 회로를 분리한 것이다. LED 스트링 각각에 개방 검출 회로와 스위치를 추가하여 LED 중 개방된 것이 생겼을 때 개방된 LED가 포함된 스트링 출력이 단락되면서 바이패스 회로가 형성되도록 하여 문제의 LED 스트링만 소등되고 나머지 LED 스트링들은 정전류출력 DC-DC 변환회로에 의해 정상적인 전류로 구동이 가능하다. 전압 검출 판단 회로에 의해 LED 스트링 전압이 정상범위를 벗어날 경우 보호기능이 수행될 수도 있다. 정전류출력 DC-DC 변환회로들은 독립적인 전력변환 동작을 하므로 서로 동작에 영향을 주지 않는다.
도 1은 종래기술에 따른 다수의 LED를 직렬연결한 회로 구성도,
도 2는 종래기술에 따른 다수의 LED를 병렬연결한 회로 구성도,
도 3은 종래기술에 따른 다수의 LED를 직병렬로 조합한 회로 구성도,
도 4는 종래기술에 따른 하나의 출력을 가진 LED 조명 회로도,
도 5는 종래기술에 따른 복수의 출력을 가진 LED 조명 회로도,
도 6은 종래기술에 따른 컨버터 내부에 직렬연결 회로가 내장된 LED 조명 회로도,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 회로도,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 회로도,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 회로도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 개방 검출 회로도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방 검출 회로도, 및
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 검출 판단 회로도이다.
본 발명의 여러 실시 예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 회로도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 회로는, 필터/정류/평활회로(710), 정전류 출력 DC-DC 변환 회로(720), 전압 검출 판단 회로(730), 개방 검출부(740), 스위치군(750), 및 LED 조명(760)을 포함한다.
필터/정류/평활회로(710)는 교류 전압이 인가되면 필터링하고, 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압을 평활화한다. 또는 필터/정류/평활회로(710)는 직류 전압을 인가받는 경우, 정류부가 생략될 수 있다.
정전류 출력 DC-DC 변환 회로(720)는 평활된 직류 전압을 LED 구동에 적절한 정전류의 직류 전압으로 변환한다.
전압 검출 판단 회로(730)는 각각의 LED 스트링 단부 전압(V1, V2, ..., Vn)과 접지 전위(V0)를 입력받아 LED 스트링 단부 전압(V1, V2, ..., Vn)을 측정하고, 비정상적인 상황이 발생하면 보호 신호를 출력할 수 있다.
개방 검출부(740)는 각각의 LED 스트링(761, 762, ..., 76n)에 병렬 연결되는 복수의 개방 검출 회로(741, 742, ..., 74n)를 구비하고, 각각의 개방 검출 회로(741, 742, ..., 74n)는 각각 병렬 연결된 LED 스트링(761, 762, ..., 76n)에 전기적으로 개방된 LED가 발생하는 경우 개방된 LED가 포함된 LED 스트링을 검출하여 개방 검출 신호를 출력할 수 있다.
스위치군(750)은 각각의 LED 스트링(761, 762, ..., 76n) 양단에 결합되고, 개방 검출 신호에 스위칭하는 복수의 스위치(751, 752, ..., 75n)를 포함한다.
LED 조명(760)은 직렬 연결된 복수의 LED 스트링(761, 762, ..., 76n)을 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 회로는 다음과 같이 동작한다.
개별의 개방 검출 회로(741, 742, ..., 74n)는 각각 연결된 LED 스트링의 스트링 전압(Vs1, Vs2, ..., Vsn)이 정상 범위 내에 있는지 상시로 감시한다. LED가 모두 직렬로 연결되어 있으므로 그 중 하나라도 개방되면 전류가 흐를 수 없다. 개방된 LED로는 전류가 흐르지 못하더라도 개방 검출 회로(741, 742, ..., 74n)와, 전압 검출 판단 회로(730) 내에는 저항성 부하와 용량성 부하가 존재하므로 전류가 흐를 수 있는 통로가 있다.
그러나 LED 부하에 비해 임피던스가 매우 높기 때문에 LED를 통한 정상적인 전류보다 작은 전류가 흐를 수밖에 없고 정전류출력 DC-DC 변환회로(720)는 출력 전압을 점점 상승시키게 된다. 정상 LED가 포함된 스트링의 스트링 전압은 그 스트링에 연결된 LED의 전체 순방향 전압을 초과할 수 없으므로 정상보다 높아진 정전류출력 DC-DC 변환회로(720)의 출력전압은 개방된 LED가 포함된 스트링에 반영된다. 따라서 개방 검출 회로(741, 742, ..., 74n)는 정상보다 높은 전압을 통해 LED의 개방 여부를 판단할 수 있으며 소정의 기준치를 초과하면 개방 검출 신호를 출력한다.
개방 검출 회로(741, 742, ..., 74n)로부터 출력되는 개방 검출 신호는 스위치 S1, S2, ..., Sn(751, 752, ..., 75n)를 구동하여 해당 LED 스트링을 단락시킨다. 결과적으로 개방된 LED가 포함된 스트링은 턴온되는 스위치에 의해 바이패스 되므로 직렬 연결된 나머지 LED 스트링들은 정상적으로 구동될 수 있다. 개방 검출회로의 동작을 위한 전원은 스트링 전압(Vs1, Vs2, ..., Vsn)을 이용하므로 별도의 전원을 필요로 하지 않는다.
스위치 S1, S2, ..., Sn(751, 752, ..., 75n)은 SCR(silicon controlled rectifier)과 같은 반도체 스위치나 릴레이 스위치가 적용될 수 있다.
전압 검출 판단 회로(730)는 LED 스트링(761, 762, ..., 76n) 각각의 전압(V1, V2, ..., Vn)과 접지 전위(V0)를 입력받아 분압 저항부를 이용하여 스트링 전압(Vs1, Vs2, ..., Vsn)과 접지 전위(V0)에 근거하여 LED 스트링 단부 전압(V1, V2, ..., Vn)을 측정하고, 비정상적인 상황이 발생하면 보호 신호를 출력함으로써 보호기능이 수행될 수 있도록 한다. 과전압, 저전압, 출력 단락 등 문제가 감지되면 출력을 낮추거나 정지 또는 간헐적으로 정지, 또는 정지 동작을 반복하게 할 수 있는데 이는 정전류출력 DC-DC 변환회로를 통해 이루는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 회로도로서, 정전류 단일 출력 LED 컨버터(810), 개방 검출부(820), 스위치군(830), 및 LED 조명(840)을 포함한다.
도 8의 본 발명의 제2 실시예에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 회로는, 도 7의 본 발명의 제1 실시예와 대부분의 구성이 동일하다. 다만, 전압 검출 판단 회로가 생략된 것이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 회로도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 정전류 출력 방식의 LED 조명 회로는, 필터/정류/평활회로(910), 정전압 출력 DC-DC 변환 회로(920), 복수의 정전류 출력 LED 조명 회로부(930, ..., 940)를 포함한다.
각각의 정전류 출력 LED 조명 회로부(930, ..., 940)는 도 7에 도시된 제1 실시예에서의 정전류 출력 DC-DC 변환 회로(720), 전압 검출 판단 회로(730), 개방 검출부(740), 스위치군(750), 및 LED 조명(760)과 동일하다.
즉, 정전압 출력 DC-DC 변환 회로(920)의 출력단에 복수의 정전류 출력 LED 조명 회로부(930, ..., 940)가 연결되는 구성으로, 직렬 연결되는 LED 스트링 수가 많아져서, 컨버터 출력전압이 너무 높아지는 경우를 대비하기 위한 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 개방 검출 회로도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 개방 검출 회로는, LED 스트링 양단 간에 연결되는 직렬연결의 제너다이오드(D1)와 저항(R1)을 포함한다.
직렬연결의 제너다이오드(D1)와 저항(R1) 양단에 인가되는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2) 간의 차이, 즉, 제1 차전압(V1-V2)이 LED 스트링 1(761)의 스트링 전압이다. 제너 다이오드(D1)의 제너 전압(Vz)은 LED 스트링 1(761)의 정상 상태 전압보다 높게 설정된다.
따라서 LED 스트링 1(761)이 정상이면 제너 다이오드(D1)는 차단 상태이고, 개방 검출 신호(S1)의 레벨은 제2 전압(V2)과 동일 전위이며, 스위치(S1)는 개방되어 LED 구동에 영향을 미치지 않는다. LED 스트링 1(761)이 개방되면 제1 차전압(V1-V2)이 상승하게 되고, 제1 차전압(V1-V2)이 제너 다이오드(D1)의 제너 전압(Vz)을 넘어서면 제너 다이오드(D1)가 도통되면서 저항(R1)을 통해 전류가 흐르게 된다.
이에 따라 개방 검출 신호(S1)의 전압은 제2 차전압(V1-Vz)이 되어 스위치(S1)가 도통하면서 나머지 LED 스트링들로 전류가 흐를 수 있는 바이패스 경로를 형성한다. 스위치(S1)는 SCR일 수 있으며, SCR은 일단 도통이 되면 전류 흐름이 끊어질 때까지 도통 상태를 유지하는 소자 특성을 가지므로, 스위치(S1)의 도통으로 인해 제1 차전압(V1-V2)이 낮아지더라도 바이패스 동작은 문제되지 않는다. 직렬연결의 제너 다이오드(D1)와 저항(R1) 양단에 병렬연결되는 캐패시터(C1)는 외란의 영향을 줄이기 위한 목적으로 사용된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방 검출 회로도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 개방 검출 회로는, 분압 저항부(1110), 스위칭 신호 발생부(1120), 스위칭부(1130), 및 개방 검출 신호 발생부(1140)를 포함한다.
분압 저항부(1110)는 LED 스트링 1(761)의 양단 간에 인가되는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2) 간의 차이인 제1 차전압(V1-V2)를 분압한다.
스위칭 신호 발생부(1120)는 분압 저항부(1110)의 제6 저항(R6)에 인가되는 분압 전압이 소정의 설정치 이하이면 3단자 제너 다이오드(ZD2)가 차단되고, 스위칭 신호를 발생시키지 않는다. 구체적으로, LED 스트링 1(761)이 정상 동작하는 경우, 3단자 제너 다이오드(ZD2)는 차단되고, 노드 2(N2)에 전류가 흐르지 않으므로 스위칭부(1130)의 베이스-이미터 간 저항(R2)에 의해 스위칭부(1130, Q1)는 안정적으로 차단된다. 이때, 개방 검출 신호 발생부(1140) 내 노드1(N1)은 제2 전압(V2)과 동일 전위를 가지며, 노드1(N1)로부터 출력되는 개방 검출 신호에 스위치 1(S1)은 개방되어 LED 스트링 1(761)의 구동에 영향을 미치지 않는다.
한편, 분압 저항부(1110)의 제6 저항(R6)에 인가되는 분압 전압이 소정의 설정치 이상이면 3단자 제너 다이오드(ZD2)가 도통되고, 스위칭 신호 발생부(1120)는 스위칭 신호를 발생시킨다. 구체적으로, LED 스트링 1(761) 내 어느 하나 이상의 LED가 개방되면 제1 차전압(V1-V2)이 상승하게 되고, 이에 따라 제6 저항(R6)의 양단 전압이 소정의 설정치 이상으로 상승하여 3단자 제너 다이오드(ZD2)가 도통된다. 스위칭부(1130)의 베이스 전류가 3단자 제너 다이오드(ZD2)와 노드 2(N2) 사이에 배치된 저항(R4)을 통해 흘러 스위칭부(1130)가 도통한다.
이에 따라 스위칭부(1130)의 컬렉터-이미터 전압(VCE)을 무시할 경우, 노드 1(N1)의 전위는 제7 저항(R7)에 인가되는 분압 전압이고, 제7 저항(R7)에 인가되는 분압 전압에 의해 스위치 S1(751)이 도통하면서 나머지 LED 스트링으로 전류가 흐를 수 있는 바이패스 경로를 형성한다. 스위치 S1(751)이 도통 되면 전류 흐름이 끊어질 때까지 도통상태를 유지하는 SCR이므로 스위치 S1(751)의 도통으로 인해 제1 차전압(V1-V2)이 낮아지더라도 바이패스 동작에 문제가 없다. 여기서, 캐패시터 C2, C3은 외란에 영향을 줄이기 위한 목적으로 사용된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 3단자 제너 다이오드 대신 연산증폭기나 비교기를 사용할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 전압 검출 판단 회로도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전압 검출 판단 회로는, 복수의 분압 저항(1211, 1212, ..., 121n)을 포함하는 분압 저항부(1210), 및 MCU(1220)를 포함한다.
LED 스트링 단부 전압(V1, V2, ..., Vn)은 각각 저항 R10과 R11, 저항 R21과 R22, ..., 그리고 저항 Rn1과 Rn2로 분압되고, MCU(1220)에 인가된다. MCU(1220)는 입력되는 분압 전압을 내부의 AD 컨버터를 이용하여 디지털값으로 변환하고, 변환된 디지털값에 대하여 접지 전위(V0)를 기준으로 LED 스트링 단부 전압(V1, V2, ..., Vn)을 파악하고, 계산을 통하여 각각의 차전압(V1-V2, V2-V3, ..., Vn-1-Vn)을 구할 수 있다. 따라서 이들 차전압이 정상적인 전압 범위를 벗어나면 보호 신호를 출력한다. 캐패시터 C10, C20, ..., Cn0는 외란의 영향을 줄이기 위한 목적으로 사용된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, MCU(1220) 대신 차동증폭기, 또는 아날로그 비교기를 이용하여 동일한 기능을 수행하게 할 수 있다. 이는 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예(들)에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
710: 필터/정류/평활회로
720: 정전류 출력 DC-DC 변환 회로
730: 전압 검출 판단 회로
740: 개방 검출부
750: 스위치군
760: LED 조명

Claims (10)

  1. 적어도 2 이상의 LED 스트링을 스위칭하기 위한 LED 조명용 컨버터에 있어서,
    소정의 입력 전압을 정전류의 직류 전압으로 변환하는 정전류 출력 DC-DC 변환부;
    복수의 개방 검출 회로를 포함하고, 상기 복수의 개방 검출 회로 각각은 각각의 상기 LED 스트링에 병렬 연결되고, 상기 개방 검출 회로는 병렬 연결된 상기 LED 스트링 내 전기적으로 개방된 LED가 발생하면 개방 검출 신호를 출력하는 개방 검출부;
    상기 LED 스트링 양단에 결합되고, 상기 개방 검출 신호에 스위칭하는 복수의 스위치를 포함하는 스위치군; 및
    각각의 상기 LED 스트링의 단부 전압과 접지 전위를 입력받아 상기 단부 전압을 측정하고, 비정상적인 상황이 발생하면 보호 신호를 출력하는 전압 검출 판단 회로를 포함하고,
    상기 전압 검출 판단 회로는,
    각각의 상기 LED 스트링의 단부 전압을 분압하는 분압 저항부; 및
    상기 분압 저항부로부터 입력되는 분압 전압을 이용하여 상기 LED 스트링 각각의 차전압을 계산하고, 상기 차전압이 정상 범위를 벗어나면 보호 신호를 출력하는 보호 신호 발생부
    를 포함하는 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치군 내 복수의 스위치는 SCR인 것을 특징으로 하는 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 개방 검출 회로는,
    상기 LED 스트링 양단 간에 배치되는 직렬연결의 제너다이오드와 저항을 포함하고, 상기 제너다이오드의 제너 전압은 상기 LED 스트링의 정상 상태 전압보다 높게 설정되는 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 개방 검출 회로는,
    상기 LED 스트링 양단 간에 인가되는 전압을 분압하는 분압 저항부;
    상기 분압 저항부로부터 출력되는 소정의 전압에 따라 스위칭하는 3단자 제너 다이오드를 이용하여 스위칭 신호를 발생하는 스위칭 신호 발생부;
    상기 스위칭 신호에 스위칭되는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 LED 스트링 양단 간에 인가되는 전압을 분압하여 개방 검출 신호로 출력하는 개방 검출 신호 발생부
    를 포함하는 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 정전류 출력 DC-DC 변환부는 단일 출력단을 가진 것을 특징으로 하는 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 정전류 출력 DC-DC 변환부의 입력단은 복수의 출력단을 가진 정전압 출력 DC-DC 변환부의 출력단과 연결되는 것을 특징으로 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호 신호 발생부는, MCU, 차동증폭기 및 아날로그 비교기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터.
  10. 청구항 1, 청구항 3 내지 5, 및 청구항 7 내지 9 중 어느 하나의 정전류 출력 방식의 LED 조명용 컨버터와,
    상기 적어도 2 이상의 LED 스트링이 직렬 연결된 LED 조명
    포함하는 정전류 출력 방식의 LED 조명 장치.
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