KR101791072B1 - 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로 및 이를 포함하는 엘이디 조명 장치 - Google Patents

두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로 및 이를 포함하는 엘이디 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 교류 전원; 상기 교류 전원과 연결되어 제 1 전원을 발생시키며, 외부 부하에 직렬 연결 되는 제 1 정류 회로; 및 상기 교류 전원과 연결되어 제 2 전원을 발생시키며, 외부 부하에 병렬 연결되는는 제 2 정류 회로를 포함하여, 상기 제 1 전원과 상기 제 2 전원을 합전원으로 상기 부하에 전원을 공급하는, 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로및 이를 포함하는 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.

Description

두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로 및 이를 포함하는 엘이디 조명 장치{LED POWER CIRCUIT IMPROVING TOTAL HARMONIC DISTORTION AND LOAD POWER FACTOR BY USING LED CIRCUIT SEPERATED AS TWO DRIVEN CIRCUIT SEPERATED AS TWO OF FULL WAVE RECTIFIER CIRCUIT, AND LED LAMP DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 수동소자를 이용하여 유사 정현파 전류를 생성하여, 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로및 이를 포함하는 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.
최근에 친환경적인 조명 기술로서 LED(발광 다이오드) 조명이 각광을 받고 있다. 이러한 LED 조명에는 발광 다이오드 전원 회로에서 적합한 전원을 공급하게 된다. 이와 같은 종래의 발광다이오드 전원회로는 인덕터를 사용한 고주파 스위칭 방식을 가장 많이 사용하고 있으나, 최근에는 발광다이오드를 직렬로 연결하여 고전압을 인가하는 방식으로 교류전원을 발광다이오드에 직접 구동하는 간단하면서 효율이 높은 실리콘 반도체 직접회로를 사용한 교류직접구동 방식이 증가하고 있는 추세이다.
그러나 실리콘 직접회로를 사용한 교류직접구동 방식은 내서어지 성능이 낮은 단점이 있다. 또한 IC를 사용하면 회로의 부품수가 줄어들어 간단하지만. IC의 제작에 초기투자가 필요하며, IC의 동작이 예민하여 전원전압이 불안정한 경우에 불쾌한 광 플리커(Flicker) 현상이 발생하는 문제가 있으며. 여름철에 발생하는 번개 등으로 교류전원선으로 서지(Surge)가 유입되어 조명기기로 침투하는 경우, 조명기기를 보호하는 내서어지 성능을 확보하기 위해, 발광다이오드를 보호하는 것이 아니라 발광다이오드를 점등하는 구동회로인 IC를 보호해야하는 문제가 있어 산화금속 바리스터(MOV)나 과도전압 억제 다이오드(TVS)등의 서지보호 소자를 추가해야하는 문제가 있다.
또한 정류된 전원전압의 순시 값에 따라 MOSFET을 구동할 때, IC 구조에 따라서 EMI가 발생하거나, IC 구조에 따라서 외부에서 유입된 고주파 EMI로 IC 스위칭 구동회로가 오동작하는 현상도 발생하고 있다. 예를 들면 IC를 사용한 교류직접구동 회로를 몇 개 이상을 동시에 연결하는 경우에, 전원전압이 조금만 불안정해도 스위칭 타이밍이 각 조명기기에서 차이가 발생하여 전원 측에서 보는 스위칭 회로는 수십 개의 스위칭 이벤트가 동시에 균일하게 발생하지 않는 결과와 비슷한 랜덤 고주파 스위칭으로 부터 전원전압이 조금만 흔들려도 각개의 교류직접구동 회로로 된 조명기기들이 랜덤하게 깜빡임을 주고받는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 구동용 IC등의 직접회로에서 EMI나 서어지 유입으로부터IC를 보호해야하는 문제가 많고, IC의 초기 투자비용이 높고, 회로를 조금만 개조해도 투자를 다시 해야만 하는 IC 방식을 벗어나, 간단한 회로이면서도 구성이 튼튼하며 EMI를 발생하지 않으며, 조광기를 연결하는 경우에도 Passive Bleeder 혹은 Active Bleeder 회로를 추가하지 않고도 어떠한 TRIAC 조광기를 연결하더라도 특별한 조광안정회로를 필요로 하지 않고도 조광이 잘되는 방식으로, 기존의 TRIAC 조광기와 호환성이 매우 높은 역률과 전류 THD를 개선한 교류직접구동 방식의 발광 다이오드 점등용 전원회로를 제공하기 위한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로는 교류 전원과 연결되어 제 1 전원을 발생시키며, 외부 부하에 직렬 연결되는 제 1 정류 회로; 및 상기 교류 전원과 연결되어 제 2 전원을 발생시키며, 외부 부하에 병렬 연결되는 제 2 정류 회로를 포함하여, 상기 제 1 전원과 상기 제 2 전원을 합전원으로 하여 상기 외부 부하에 합전원을 공급할 수 있다.
여기서, 상기 외부 부하는 발광 다이오드일 수 있다.
여기서, 상기 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로는 상기 발광 다이오드 전단에 설치되어서, 상기 합전원을 정전류로 변환하는 정전류 회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로는 상기 제 1 정류 회로와 상기 교류 전원 사이에 설치되는 제 1 위상 변이 회로를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로는 상기 제 2 정류 회로와 상기 교류 전원 사이에 설치되는 제 2 위상 변이 회로를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 전원은 제 1 위상 변이 전류 전원이고, 상기 제 2 전원은 제 2 위상 변이 전류 전원이고, 상기 합전원은 제 1 위상 변이 전원과 상기 제 2 위상 변이 전원을 합하여 생성된 유사 정현파 전류 전원일 수 있다.
여기서, 상기 유사 정현파 전류 전원은 상기 교류 전원과 동등한 위상을 갖을 수 있다.
여기서, 상기 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로는 상기 제 1 위상 변이 회로는 진상 회로를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 위상 변이 회로는 진상 회로를 포함하고, 상기 제 2 위상 변이 회로는, 지상 회로를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발광 다이오드는, 제 1 발광 다이오드 및 제 2 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로는 상기 제 1 발광 다이오드 전단에 설치된 제 1 정전류 회로; 및 상기 제 2 발광 다이오드 전단에 설치된 제 2 정전류 회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로는 상기 제 1 정류 정전류 회로의 전단에 설치되는 제 1 평활회로; 및 상기 제 2 정전류 회로의 전단에 설치되는 제 2 평활회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로는 상기 제 1 정류 정전류 회로의 전단에 설치되는 제 1 맥류 여과 회로; 및 상기 제 2 정전류 회로의 전단에 설치되는 제 2 맥류 여과 회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로는 상기 제 1 평활회로 및 제 2 평활회로와, 상기 제 1 정전류회로 및 상기 제 2 정전류 회로 사이에 설치되는 방전회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로는 상기 제 1 발광 다이오드와 상기 제 2 발광 다이오드 사이에 설치되는 바이패스 다이오드를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로는 상기 교류 전원과 상기 제 1 정류 회로 및 상기 제 2 정류 회로 사이에 설치되는 과전류 보호회로 및 충전 전류 제한 회로를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 과전류 보호회로는, 퓨즈 또는 저항, 그리고 상기 퓨즈 또는 저항과 병렬 연결된 PTCR을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로를 포함하는 엘이디 조명 장치는, 상기 교류 전원과 연결되어 제 1 전원을 발생시키는, 제 1 정류 회로; 상기 교류 전원과 연결되어 제 2 전원을 발생시키며, 제 2 정류 회로; 상기 제 1 정류 회로와 직렬 연결되며, 상기 제 2 정류 회로와 병렬 연결되어서 상기 제 1 전원과 상기 제 2 전원을 합전원 발광하는 제 1 엘이디 모듈; 및 상기 제 1 정류 회로와 직렬 연결되며, 상기 제 2 정류 회로와 병렬 연결되어서 상기 제 1 전원과 상기 제 2 전원을 합전원 발광하는 제 2 엘이디 모듈을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로의 제 1 예를 나타내는 블록 구성도.
도 2는 도 1에서의 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로의 입력 전원 파형도.
도 3은 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 제 2 예를 나타내는 블록 구성도.
도 4는 도 3에서의 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로의 입력 전원 파형도.
도 5은 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 제 3 예를 나타내는 블록 구성도.
도 6는 도 5에서의 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 입력 전원 파형도.
도 7은 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드구동 회로의 제 4 예를 나타내는 블록 구성도.
도 8는 도 7에서의 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 입력 전원 파형도.
도 9는 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로의 제 4 예의 블록 구성도.
도 10는 도 1의 회로도,
도 11는 도 7의 회로도.
도 12는 도 9의 회로도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로 및 이를 포함하는 엘이디 조명 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 제 1 예를 나타내는 블록 구성도이다. 도 1에 도시된 엘이디 구동회로는, (과전류) 보호 회로(2), 충전 전류 제한 회로, 제 1 정류 회로(4), 제 2 정류 회로(5), 제 1 평활 회로(6-1), 제 2 평활 회로(6-2), 제 1 방전 회로(7-1), 제 2 방전회로, 제 1 정전류 회로(8-1), 제 2 정전류 회로(8-2)를 포함하여, 교류 전원을 정전류로 변경하여 제 1 엘이디(A)와 제 2 엘이디(B)에 공급하게 된다. 여기서 교류 전원(1)과 상기 전원 회로, 및 엘이디(A,B)를 포함하여, 엘이디 조명 기기를 구성할 수 있다.
교류 전원(1) 사용 전원을 그대로 사용한다면 은 80~260Vac 전원주파수 50~60Hz의 전원이 되며, 본 발명에 따르는 엘이디 조명 장치의 입력 전원에 해당한다.
(과전류) 보호 회로(2)는, 퓨즈(Fuse) 혹은 퓨즈성 저항(Fusible Resistor)으로 입력전류가 과다하게 흐르는 경우 화재방지 및 안전을 위한 전원차단 회로이다. 보호 회로(2)에는 금속산화물 가변저항(Metal Oxide Varistor)을 보호 회로(2)에서 병렬로 연결하거나, 정특성 온도가변저항(Positive Temperature Coefficient Resistor)을 PTCR의 2~5배 값의 고정저항과 병렬로 연결하여 Fuse나 Fusible Resistor 대신 사용하여 조광장치의 온도가 상승하면 PTCR의 저항이 상승하여 입력전류를 제한하는 보상회로를 사용할 수도 있다.
충전 전류 제한 회로(3)는, 일반적으로 단순한 저항을 한 개 혹은 한 개 이상으로 분리하여 사용하고 있지만, 반도체 능동소자를 사용한 충전 전류 제한(Active Alternative Current Limit) 회로를 사용할 수도 있다. 일반적인 정류 회로는 전류제한 회로를 정류 회로의 출력에 배치하여 맥류여과기(Ripple Filter)로 유입되는 충전전류의 첨두 전류(Peak Current)의 크기를 제한하여 입력전류의 파형을 정현파로 유지하는 용도로 사용하고 있으나, 본 발명에 따른 엘이디 전원회로에서는, 전파정류 회로(제 1 정류 회로(4) 및 제 2 정류 회로(5))의 앞부분에 배치하여 교류부품으로 사용하고 있다.
직류회로에서의 저항은 단선 등으로 발생하는 직류아크 발생에 취약하고, 대부분의 금속저항기는 아크로 발생하는 국부적인 높은 온도에서 저항이 낮아지는 문제가 있으므로, 직류 측에 배치하는 방법보다는 교류 측에 배치하는 것이 뒤에 연결된 회로부품의 보호 혹은 직류아크의 발생도 방지할 수 있으므로 특히 교류 직접구동 발광다이오드 구동회로에 적합하다.
제 1 정류 회로(4)는 일반적인 실리콘 전파 정류 회로(Bridge Diode)를 사용하여 입력된 교류전원을 정류된 반파인 100~120Hz의 맥류파형의 정류전압(Rectified Ripple Voltage)을 생성한다. 혹은 입력전원이 출력 주파수가 10~25KHz 이상인 방전관용 AC-AC 고주파 변환기 (High Frequency Converter)를 사용하는 경우에는 정류 속도가 빠른 SBD(Schottky Barrier Diode)나 Schottky Diode를 사용한 정류 회로(Bridge Rectifier Circuit)를 사용할 수도 있다.
제 1 정류 회로(4)는 후술하는 제 1 발광 다이오드(A)와 제 2 발광 다이오드(B)에 직렬로 연결된다.
제 2 정류 회로(5)는, 기본적으로 제 1 정류 회로(4)와 동일한 구성을 가진다. 그러나, 제 1 정류 회로(4)의 출력에 연결된 제 1 발광다이오드와 제 2 발광 다이오드(B)의 중간에 직렬로 삽입하여 제 2 정류 회로(5)의 출력전압을 제 1 발광 다이오드(A)와 제 2 발광 다이오드(B)회로에 전류를 가산하는 방향으로 제공되는 정류 회로로서, 제 2 전원을 발생시켜, 제 1 발광 다이오드(A) 및 제 2 발광다이오드에 병렬로 연결된다.
제 1 평활 회로(6-1) 및 제 2 평활 회로(6-2)는 상기 제 1 정류 회로(4) 및 상기 제 2 정류 회로(5)의 후단에 각각 위치하는 구성요소로서, 사용전원인 정현파상의 50~60Hz 교류입력전원을 전파 정류한 100~120Hz의 정류전압의 맥류성분을 Capacitor를 사용하여 여과하는 일반적인 상용전원 정류장치의 맥류여과(Ripple Filter)회로이다. 단 주파수가 높은 AC-AC 변환기(Converter)를 사용하여 1차 안정기 출력을 연결하는 경우에는 작은 용량으로 충분하므로, 수명이 길고 부피가 작은 적층세라믹 콘덴서(Multi Layer Ceramic Capacitor) 등의 고체 용량성 부품(Capacitance Component)을 사용할 수도 있다. 또한 이방식의 교류직접구동 발광 다이오드 전원회로는 비교적 간단하므로 상용 주파수를 사용하는 조광장치의 경우에도 변환회로(Converter)를 내장하려면 최근에 부피가 비약적으로 줄고 가격이 저렴한 MLCC를 사용하면 부피가 작으므로 발광 다이오드가 탑재된 기판(Printed Wired Board)에 구동회로를 직접 탑재할 수 있다.
제 1 방전 회로(7-1) 및 제 2 방전회로(7-2)는, 비교적 높은 저항으로 캐패시터와 병렬로 접속되어, 작동이 끝나면 캐패시터에 남아있는 충전된 전하를 모두 방전하여, 기판이나 조명모듈을 통전 시험한 다음 일정시간이 지나서 인체를 접촉할 경우에 위험하지 않도록 보호하는 역할을 한다.
제 1 정전류 회로(8-1) 및 제 2 정전류 회로(8-2)는 직류로 구동되는 제 1 발광 다이오드(A) 및 제 2 발광 다이오드(B)의 전단에 설치된다. 이와 같은 제 1 정전류 회로(8-1) 및 제 2 정전류 회로(8-2)는, 리플 필터가 있더라도 비용적으로커패시터(Capacitor)의 용량을 충분히 사용할 수 없는 문제가 있으므로, 적정량의 커패시터와 함께 전류제한 회로는 맥류성분의 전류가 발광다이오드로 흐르지 않도록 하여 발광품질을 완벽히 구현하는 보완회로이다. 정전류 회로는 기본회로에 나타낸 방법이 아닌 다양한 부품을 사용한 모든 정전류 구동회로를 포함한다. 예를 들면, 정전류 다이오드(CRD), NCH-MOSFET 혹은 DMOS-FET를 등을 사용하거나, 종래의 기술인 2개의 BJT(Bipolar Junction Transistor)정전류 회로, 혹은 IC를 사용한 정전류 회로를 제한하지 않고 사용할 수 있다.
제 1 발광 다이오드(A) 및 제 2 발광 다이오드(B)는, 각각 제 1 정전류 회로(8-1) 및 제 2 정전류 회로(8-2)에 후단에 설치되어서, 제 1 정류 회로(4) 및 제 2 정류 회로(5)에서 각각 공급되는 제 1 전원 및 제 2 전원의 합전원으로 광원을 조사하게 된다. 일반적으로는 제 1 발광 다이오드(A)과 제 2 발광다이오드는 원래 1개의 회로로 연결하여 구동하거나, 복수개의 전원을 사용하는 경우에만 전원장치의 구동용량에 비례하여 분리 구동하고 있지만, 본 발명에서는 1개의 전원 장치에 내장된 제 1 정류 회로(4)의 출력을 2개로 분리하고 2개로 분리된 1 개의 전원에 각각 연결하고 우회 다이오드(Bypass Diode)를 통하여 직렬로 연결된다.
제 1 발광 다이오드(A)와 제 2 발광 다이오드(B)를 직렬로 연결하여 제 1 정류 회로(4)의 출력전압으로 교류입력 전원전압의 순시전압이 높은 구간에서 제 1 발광 다이오드(A)와 제 2 발광 다이오드(B)를 직렬로 구동한다. 제 1 정류회로의 출력은 둘로 분할하여 각각의 발광다이오드에 연결하고, 제 2 정류 회로(5)의 출력과 우회 다이오드(Bypass Diode)는 병렬로 접속하여, 제 1 발광 다이오드(A)와 제 2 발광 다이오드(B)를 직렬로 연결하여 제 2 정류 회로(5)의 출력전압이 제 1 정류 회로(4)의 출력전압과 가산되도록 한다. 실리콘 다이오드(Silcon Diod)e나 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)를 사용할 수 있다. 물론, 고속 회복 다이오드(Fast Recovery Diode)도 사용이 가능하다.
특히, 제 2 정류 회로(5)의 출력을 제 1 발광 다이오드(A)와 제 2 발광 다이오드(B)의 사이에 직렬로 연결하면, 두 개의 우회 다이오드(Bypass Diode)가 제 2 정류 회로(5)에서 발생하여 연결되므로, 별도의 우회 다이오드(Bypass Diode)는 생략할 수도 있다.
이의 구체적인 회로도는 도 9로 표시한다.
도 2는 도 1에서의 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 입력 전원 파형도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 부하로 출력되는 입력 전압(Vin) 정현파인 정상 입력 전압의 파형을 알 수 있다. 본 전원회로에서 공급되는 입력 전류(Iin)는 도시된 바와 같이, 제 1 전원과 제 2 전원이 합쳐진 유사 정현파 형태를 가지게 된다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 제 2 예를 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 제 2 예를 나타내는 블록 구성도이다. 도 3에 도시된 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동회로는, 보호 회로(2), 충전 전류 제한 회로(3), 제 1 정류 회로(4), 제 2 정류 회로(5), 제 1 맥류 여과회로(미도시), 제 2 맥류 여과회로(미도시), 제 1 정전류 회로(8-1), 제 2 정전류 회로(8-2), 및 제 2 정류 회로(5) 전단에 설치되는 진상 회로(10)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 예와 동일한 동작을 하는 구성요소에 대해서는 발명의 설명의 간략화를 위하여 그 설명을 생략하도록 한다.
제 2 실시예에서는, 제 1 실시예와 상이한 구성요소로서, 제 1 맥류 여과 회로, 제 2 맥류 여과 회로 및 진상 회로(10)이다. 상기 맥류 여과회로는 일종의 평활회로에 해당하므로, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
진상 회로(10)가 추가된 제 2 예에서는, 충전 전류 제한 회로(3)와 제 2 정류 회로(5)의 중간에 직렬로 저항-콘덴서(Resistor-Capacitor) 병렬회로로 구성되는 진상 회로(10)를 추가하여 제 2 정류 회로(5)에 입력되는 교류전원의 위상을 진상으로 위상을 빠르게 변화시켜 인가한다. 이에 따라, 제 1 정류 회로(4)의 원래 위상의 정류전압과 진상된 제 2 정류 회로(5)의 정류전압을 시간적으로 가산하여 전류의 실효값(Root Mean Square)을 증가시키고, 작동전류 시간을 넓게 만들어 주므로 맥류여과(Ripple Filter)회로의 시정수를 낮출 수 있으며, 광 플리커(Optical Flicker)를 정전류 회로와 함께 효과적으로 저감하는 역할을 한다.
또한 이렇게 넓어진 입력전류는 교류전원의 이상적인 부하를 평가하는 전 고조파 (Total Harmonics Distortion)성분을 저감하여 조명장치의 성능을 향상하는 역할을 한다.
도 4는 도 3에서의 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 입력 전원 파형도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 정현파인 입력전압(Vin)의 전압 파형에 대하여, 입력 전류(Iin)의 파형 역시, 유사 정현파의 형태를 가짐을 알 수 있다. 도 2의 예에 비하여 제 2 전원이 위상이 변위되므로서, 좀더 유사 정현파의 모습을 가지게 된다.
도 5은 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 제 3 예를 나타내는 블록 구성도이다. 도 5에서는 도 3에서와 달리, 진상 회로(11)를 제 1 정류 회로(4) 전단에 설치하게 된다.
충전 전류 제한 회로(3)와 제 1 정류 회로(4)의 중간에 직렬로 저항-콘덴서(Resistor-Capacitor) 병렬회로인 진상 회로(11)를 추가하여 제 1 정류 회로(4)에 입력되는 교류전원의 위상을 진상으로 위상을 빠르게 변화시켜 인가하므로, 제 2 정류 회로(5)의 원래 위상의 정류전압과 진상된 제 1 정류 회로(4)의 기본 정류전압을 시간적으로 가산하여 전류의 실효값(Root Mean Square)을 증가시키고, 작동전류 시간을 넓게 만들어 주므로 맥류여과(Ripple Filter)회로의 시정수를 낮출 수 있으며, 광 플리커(Optical Flicker)를 정전류 회로와 함께 효과적으로 저감하는 역할을 한다. 또한 이렇게 넓어진 입력전류는 교류전원의 이상적인 부하를 평가하는 전 고조파 (Total Harmonics Distortion)성분을 저감하여 조명장치의 성능을 향상하는 역할을 한다.
도 6는 도 5에서의 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 입력 전원 파형도이다. 도 6에서는 도 4와 유사하게, 진상 회로(11)가 제 1 정류 회로(4) 전단에 설치되게 되어서 진상된 제 1 전원과, 통상적인 제 2 전원이 합쳐져서, 도 6의 입력 전류 파형이 나타나게 된다.
도 7은 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드구동 회로의 제 4 예를 나타내는 블록 구성도이다. 도 7에서는 도 3 및 도 5와 달리, 제 1 정류 회로(4) 전단에 제 1 진상회로(12)가, 제 2 정류회로 전단에 제 2 진상 회로(13)가 설치되게 된다. 제 1 정류 회로(4)와 제 2 정류 회로(5)에 제 1 진상 회로(12)와 제 2 진상회로(13)를 각각 추가하여, 기본회로보다 구동전류 폭이 넓은 교류 진상회로가 추가된 실시 예보다도 더 전류구동 폭을 넓힌 실시 예이다. 물론 유도성 부품인 Inductor가 추가되므로 실시 비용이 상승하거나 조명장치의 부피가 늘어 날 수도 있으나, 완벽한 고효율 교류직접 구동회로가 필요한 경우에 실시할 수 있다. 경우에 따라 기본회로(도 1) 만으로 구동할 수도 있고, 제 1 진상회로 또는 제 2 진상 회로만 추가되거나, 지상회로가 추가된 실시를 할 수도 있다.
제 2 진상회로 및 제 1 진상 회로가 모두 추가된 실시 예의 경우에, 기본위상 정류회로인 제 1 정류회로는 제 1 진상회로로 교환된다. 이는 비교적 유도성 부품인 Inductor의 부피가 크고 고가이므로 작은 부품이나 적은 용량의 유도성 부품인 Inductor를 사용하는 경우의 위상지연 값이 교류 진상회로 보다는 위상 지연(Phase Shift)이 적으므로 기본위상 회로인 제 1 정류회로는 제거하고 지상 회로로 대치될 수 있다.
이의 구체적인 회로도는 도 11에 표시한다.
도 8는 도 7에서의 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 입력 전원 파형도이다. 도 8에서는 도 4 및 도 6과 유사하게, 제 1 지상 회로(12)가 제 1 정류 회로(4) 전단에 설치되어 진상된 제 1 전원과, 제 2 진상 회로(13)가 제 2 정류회로 전단에 설치되어 지상된 제 2 전원이 합쳐져서, 도 8의 입력 전류 파형이 나타나게 된다.
도 9는 본 발명의 일실시예인 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로의 제 5 예의 블록 구성도이다. 제 5 예는 제 4 예와 대부분 동일하다. 다만 제 1 진상회로(14)와 제 2 지상회로(15)가 이용된다. 제 5 예의 회로도는 도 12에 도시된 바와 같다.
상술한 구성을 가지는 본원 발명의 일실시예에 따르면, 전원전압의 순시전압에 따라 발광다이오드의 회로를 병렬과 직렬로 구성함으로써, 전원전압이 낮은 구간에서도 발광다이오드에 정상적인 구동전류가 흐르게 된다. 즉 구동전류는 낮지만 구동시간이 길어 구동전력을 유지하고, 전원전압이 높은 구간에서는 발광다이오드를 직렬로 구동하여 전파정류 회로에 의한 직병렬 발강다이오드 구동회로는 스위칭회로나 직병렬 변환회로 없이 정류 회로와 발광다이오드의 조합만으로 직병렬 구동을 할 수 있는 저렴하고 효율적인 발광다이오드 구동전원 회로를 구현할 수 있게 된다. 또한 강제 스위치나 강제 전환회로가 없으므로 EMI가 전혀 발생하지 않으며, 내서어지 성능도 매우 강하므로 작은 산화금속 바리스터(MOV)를 사용하거나 과도전압억제 다이오드(TVS)를 추가하지 않더라도 수명이 긴 조명용 발광다이오드 구동전원 회로를 구성할 수 있다.
상기와 같은 역률을 개선한 엘이디 전원 회로는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
1 : (교류) 전원
2 : 보호 회로
3 : 충전 전류 제한 회로
4 : 제 1 정류 회로
5 : 제 2 정류 회로
6-1 : 제 1 평활회로
6-2 : 제 2 평활회로
7-1 ; 제 1 방전회로
8-1 : 제 1 정전류회로
8-2 : 제 2 정전류 회로
10 : 제 2 진상 회로
11 ; 제 1 진상 회로
12 : 제 1 지상 회로
A : 제 1 발광 다이오드
B : 제 2 발광 다이오드

Claims (18)

  1. 교류 전원과 연결되어서 입력 전류가 과다하게 흘러서 발생하는 화재 또는 안전 문제를 방지하기 위한 전원 차단 회로로서, 퓨즈 또는 저항 그리고 상기 퓨즈 또는 저항과 병렬연결된 PTCR을 포함하는 과전류 보호회로;
    상기 과전류 보호회로의 후단에 설치되며 반도체 능동 소자로 구성되는 충전 전류 제한 회로;
    상기 충전 전류 제한회로의 후단에 설치되어서 제 1 전원을 발생시키며, 발광 다이오드에 직렬 연결되며, 전파 정류 회로인 제 1 정류 회로;
    상기 충전 전류 제한회로의 후단에 설치되어서 제 2 전원을 발생시키며, 상기 발광 다이오드에 병렬 연결되며, 전파 정류 회로인 제 2 정류 회로;
    상기 과전류 보호회로의 후단에 설치된 충전 전류 제한 회로;
    상기 제 1 정류 회로와 상기 충전 전류 제한 회로 사이 및 상기 제 2 정류 회로 및 제 2 충전 전류 제한 회로 사이 중 적어도 하나에 설치되어서 전류의 실효값을 증가시키고 작동 전류의 시간을 넓게 만들어주는 위상 변이 회로, 상기 위상 변이 회로는, 상기 제 1 정류 회로와 상기 충전 전류 제한 회로 사이에 설치되는 진상 회로와, 상기 제 2 정류 회로 및 제 2 충전 전류 제한 회로 사이에 설치되는 지상 회로를 포함하고, 상기 진상 회로는 저항과 커패시터의 병렬회로이고, 상기 지상회로는 코일 직렬회로임;
    상기 제 1 정류 회로 및 상기 제 2 정류 회로 각각의 후단에 설치되어서 맥류 성분을 여과하는 제 1 평활 회로 및 제 2 평활회로;
    상기 발광 다이오드 전단에 설치되어서, 합전원을 정전류로 변환하는 정전류 회로;를 포함하여, 상기 제 1 전원과 상기 제 2 전원을 합전원으로 하여 외부 부하에 합전원을 공급하고,
    상기 제 1 전원은 진상으로 변위된 제 1 위상 변이 전류 전원이고, 상기 제 2 전원은 지상으로 변위된 제 2 위상 변이 전류 전원이고, 상기 합전원은 상기 제 1 위상 변이 전원과 상기 제 2 위상 변이 전원이 합하여 생성된 유사 정현파 전류 전원인, 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로.
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  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유사 정현파 전류 전원은 상기 교류 전원과 동일한 위상을 갖는, 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로.
  8. 삭제
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  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는,
    제 1 발광 다이오드 및 제 2 발광 다이오드를 포함하는, 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 정전류 회로는,
    상기 제 1 발광 다이오드 전단에 설치된 제 1 정전류 회로; 및
    상기 제 2 발광 다이오드 전단에 설치된 제 2 정전류 회로를 포함하는, 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로.
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  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 평활회로 및 제 2 평활회로와, 상기 제 1 정전류회로 및 상기 제 2 정전류 회로 사이에 설치되는 방전회로를 더 포함하는, 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 다이오드와 상기 제 2 발광 다이오드 사이에 설치되는 바이패스 다이오드를 더 포함하는, 두 개로 분리된 정류회로에서 두 개로 분리된 발광다이오드 회로를 직렬로 구동하여 역율과 고조파 왜율이 개선된 발광다이오드 구동 회로.
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