KR102008341B1 - 발광 소자 회로 - Google Patents

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Abstract

발광 소자 회로가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로는, 복수 개의 발광 소자가 연결되어 있는 제1 발광 소자 그룹; 복수 개의 발광 소자가 연결되어 있는 제2 발광 소자 그룹; 상기 제1 발광 소자 그룹에 대한 전류를 제어하기 위하여 상기 제1 발광 소자 그룹에 직렬 연결되어 있는 저항성 부하; 및 상기 제2 발광 소자 그룹에 대한 전류를 제어하기 위하여 상기 제2 발광 소자 그룹에 직렬 연결되어 있는 커패시턴스 부하를 포함할 수 있다.

Description

발광 소자 회로{Driving Light Emitting Circuit}
본 발명은 발광 소자 회로에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 간단한 수동 소자만으로 THD 및 플리커(Flicker) 개선 효과를 얻을 수 있는 발광 소자 회로에 관한 것이다.
반도체 광원인 LED의 조명 광원으로 적용이 확대되는 가운데 기존 조명에서 큰 비중을 차지하지 않던 PSU(Power Supply unit)의 비중이 LED 조명에서는 커지고 있다. 이에 따른 부작용으로 PSU의 짧은 수명으로 인한 등기구의 유지 보수비 증가와 공간적 디자인의 추가 등이 필요하게 되었다. 이를 극복하기 위해 기존의 필라멘트 광원과 같이 구동 드라이버가 없는 LED 광원을 만들기 위해 교류 구동 LED를 요구하게 되었고 이를 위해 양방향 동작과 에너지 효율을 올리기 위해 높은 구동 전압을 필요로 하게 되었다.
이러한 교류 구동 LED는 기본적으로 높은 순방향 전압을 갖고 있기 때문에 교류 전압의 낮은 부분에서는 빛이 나지 않고 전류가 흐르지 않게 된다. 이것은 광학적으로 on-off를 반복하게 되어 플리커(flicker) 현상으로 나타나게 되며 전기적으로는 전압과 전류의 위상차를 가지고 오게 되어 낮은 전기적 품질을 유발하게 된다. 이에 대한 전기적 특성으로 낮은 PFC(Power Factor Correlation)와 높은 THD(Total Harmonic Distortion) 특성을 들 수 있다. 낮은 PFC는 에너지 효율이 높지 않음을 의미하고 THD는 주변의 전자장비에 방해전파를 보내어 오동작을 일으키게 할 수 있음을 나타낸다.
종래의 교류 구동 LED는 도 1에 나타난 것과 같은 전류/전압 파형을 갖게 된다. 도 1을 참조하면, 전류(120) 및 전압(110)의 위상 차이가 커서 낮은 PFC 특성을 나타내게 되고, 전류(120) 파형이 정현파에서 구형파의 형태로 전개됨에 따라 THD 특성이 높게 나와 전자파 방해를 일으킬 수 있으며, 전류(120) 파형이 빛의 발광과 같아 플리커 특성도 나빠지게 된다.
따라서, 상술한 단점들을 개선하기 위하여 도 2와 같은 전류/전압 파형을 갖는 회로가 필요하다. 전류(220)의 파형을 정현파와 같은 전압(210)의 파형과 최대한 비슷하게 할수록 THD 특성 및 빛 품질을 개선할 수 있기 때문이다. 또한, 입력 전압에서도 전류(220)가 흐르게 되어 전압(210)과 전류(220)의 위상 차이도 줄어들게 되고, 따라서 PFC 특성도 개선될 수 있다.
도 2와 같은 전류/전압 파형을 갖는 회로를 생성하기 위한 방법으로서 집적회로(Integrated Circuit)를 이용한 드라이브를 적용하기도 한다.
도 3 및 도 4는 종래의 집적회로를 이용한 발광 소자 회로를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 종래의 집적회로(310, 410)를 이용한 발광 소자 회로는 스위치(320, 420)를 이용하여 선택적으로 발광 소자를 구동할 수 있다. 따라서, 종래의 발광 소자 회로는 낮은 전압에서는 Vf1이 먼저 온(On) 되어 전류가 흐르게 되고 입력 전압이 올라갈수록 이어서 Vf2, Vf3 순서로 LED가 켜지게 될 수 있다. 이렇게 함으로써, 그림 2와 같은 전류/전압 파형을 가질 수 있다.
그러나, 도 3 및 도 4와 같이 집적회로를 이용하는 경우 비용이 더 소모되고 회로가 복잡해지는 문제가 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로는, 복수 개의 발광 소자가 연결되어 있는 제1 발광 소자 그룹; 복수 개의 발광 소자가 연결되어 있는 제2 발광 소자 그룹; 상기 제1 발광 소자 그룹에 대한 전류를 제어하기 위하여 상기 제1 발광 소자 그룹에 직렬 연결되어 있는 저항성 부하; 및 상기 제2 발광 소자 그룹에 대한 전류를 제어하기 위하여 상기 제2 발광 소자 그룹에 직렬 연결되어 있는 커패시턴스 부하를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로는, 복수 개의 발광 소자가 연결되어 있는 제1 발광 소자 그룹; 복수 개의 발광 소자가 연결되어 있는 제2 발광 소자 그룹; 상기 제1 발광 소자 그룹 및 상기 제2 발광 소자 그룹이 병렬 구조로 연결되어 실장되어 있는 4단자 구조의 발광 소자 패키지; 상기 제1 발광 소자 그룹에 직렬 연결되도록 상기 발광 소자 패키지의 어느 하나의 단자에 연결되는 저항성 부하; 및 상기 제2 발광 소자 그룹에 직렬 연결되도록 상기 발광 소자 패키지의 어느 하나의 단자에 연결되는 커패시턴스 부하를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 복잡한 집적회로 등의 추가 드라이버 없이 간단한 수동 소자만으로 원하는 THD와 플리커 개선 특성을 갖는 발광 소자 회로를 제공할 수 있다.
도 1 및 2는 발광 소자 회로에 있어서의 전압/전류 파형을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 종래의 집적회로를 이용한 발광 소자 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로에 있어서의 전압/전류 파형을 나타내는 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 발광 소자 회로를 나타내는 도면이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로는 복수 개의 발광 소자가 연결되어 있는 제1 발광 소자 그룹(510), 제2 발광 소자 그룹(520), 저항성 부하(530) 및 커패시턴스 부하(540)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 제1 발광 소자 그룹(510) 및 제2 발광 소자 그룹(520)은 양방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹일 수 있다. 도 5에 표시된 발광 소자 회로는 제1 발광 소자 그룹(510) 및 제2 발광 소자 그룹(520)이 양방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹으로 구현되어 있는 실시예를 나타낸다.
커패시턴스 부하(540)는 제2 발광 소자 그룹(520)에 대한 전류를 제어하기 위하여 제2 발광 소자 그룹(520)에 직렬 연결될 수 있다.
또한, 저항성 부하(530)는 제1 발광 소자 그룹(510)에 대한 전류를 제어하기 위하여 제1 발광 소자 그룹(510)에 직렬 연결될 수 있다.
이 때, 커패시턴스 부하(540)와 직렬 연결되어 있는 제2 발광 소자 그룹(520)에 포함되어 있는 복수 개의 발광 소자의 전류는, 도 6의 제1 전류/전압 파형(610)과 같은 형태를 띄게 될 수 있다. 즉, 전류가 전압보다 앞서는 특성을 나타내게 되고, 따라서 PFC가 낮은 특성을 보이게 될 수 있다.
그러나, 저항성 부하(530)와 직렬 연결되어 있는 제1 발광 소자 그룹(510)에 포함되어 있는 복수 개의 발광 소자의 전류 및 전압은, 도 6의 제2 전류/전압 파형(620)과 같은 형태를 띄게 될 수 있다. 즉, 전류와 전압의 피크(Peak) 위상이 같게 나타날 수 있다.
따라서, 커패시턴스 부하(540) 및 저항성 부하(530)에 의하여 중첩이 발생하게 되고, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로는 도 6의 제3 전류/전압 파형(630)과 같은 특성을 갖게 될 수 있다. 이와 같이 발광 소자 회로는 정현파에 가까운 전류 파형을 구현할 수 있게 되어 우수한 THD 특성을 얻을 수 있게 되며, 동시에 발광 소자가 온(On) 되는 듀티 레티오(Duty ratio) 또한 늘어나게 되어 광학적으로도 개선된 플리커(flicker) 특성을 얻을 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 제1, 2 발광 소자 그룹은 도 5에서 표현된 양방향으로 구동되는 발광 소자 외에 다른 형태로도 구현될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로에 있어서, 제1, 2 발광 소자 그룹은 정류기를 이용하여 단방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹일 수 있다.
자세히 설명하면, 정류기를 이용하여 단방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 제1 발광 소자 그룹(710)과 저항성 부하(730)는 직렬 연결되고, 정류기를 이용하여 단방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 제2 발광 소자 그룹(720)과 커패시턴스 부하(740)는 직렬 연결될 수 있다.
따라서, 도 7의 발광 소자 회로는 도 6의 의 제3 전류/전압 파형(630)과 같은 특성을 갖게 될 수 있다.
또 다른 실시예에 따라서는, 도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로에 있어서, 제1, 2 발광 소자 그룹은 양방향 교류 구동 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹일 수 있다.
실시예에 따라서는, 제1 발광 소자 그룹 및 제2 발광 소자 그룹은 복수 개의 양방향 교류 구동 발광 소자가 역병렬 구조, 휘트스톤 브릿지(Wheatstone's bridge) 구조, 사다리 구조 및 정류기를 이용한 단일 스트링(Single String) 구조 중 적어도 하나의 구조로 형성되는 발광 소자 그룹일 수 있다. 도 8에서는 회로 효율이 좋은 사다리 구조가 표시되었다.
보다 자세히 설명하면, 양방향 교류 구동 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 제1 발광 소자 그룹(810)과 저항성 부하(830)는 직렬 연결되고, 양방향 교류 구동 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 제2 발광 소자 그룹(820)과 커패시턴스 부하(840)는 직렬 연결될 수 있다. 따라서, 도 8에 나타난 발광 소자 회로는 외부 정류기를 사용하지 않고, 보다 손쉬운 방법을 통하여 중첩의 효과를 얻을 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 패키지가 포함된 발광 소자 회로를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로는 복수 개의 발광 소자가 연결되어 있는 제1 발광 소자 그룹(922), 제2 발광 소자 그룹(921), 4단자 구조의 발광 소자 패키지(910), 저항성 부하(950) 및 커패시턴스 부하(940)를 포함할 수 있다.
발광 소자 회로에 있어서, 제1 발광 소자 그룹(922) 및 제2 발광 소자 그룹(921)은 4단자 구조의 발광 소자 패키지(910)에 병렬 구조로 연결되어 실장될 수 있다.
본 발명의 일측에 따르면, 제1, 2 발광 소자 그룹(921, 922)은 (1) 양방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹, (2) 정류기를 이용하여 단방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹 및 (3) 양방향 교류 구동 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹 중 어느 하나일 수 있다.
실시예에 따라서는, 제1 발광 소자 그룹(922) 및 제2 발광 소자 그룹(921)은 복수 개의 양방향 교류 구동 발광 소자가 역병렬 구조, 휘트스톤 브릿지(Wheatstone's bridge) 구조, 사다리 구조 및 정류기를 이용한 단일 스트링(Single String) 구조 중 적어도 하나의 구조로 형성되는 발광 소자 그룹일 수 있다.
저항성 부하(950)는 제1 발광 소자 그룹(922)에 직렬 연결되도록 발광 소자 패키지(910)의 어느 하나의 단자에 연결될 수 있다.
또한, 커패시턴스 부하(940)는 제2 발광 소자 그룹(921)에 직렬 연결되도록 발광 소자 패키지(910)의 어느 하나의 단자에 연결될 수 있다.
예를 들어, 제1 발광 소자 그룹(922)이 4단자 구조의 발광 소자 패키지(910)의 제1 단자(933) 및 제2 단자(934)에 연결되어 있을 때, 저항성 부하(950)는 제1 단자(933)에 직렬 연결되어 제1 발광 소자 그룹(922)의 전류를 제어할 수 있다. 또한, 제2 발광 소자 그룹(921)이 4단자 구조의 발광 소자 패키지(910)의 제3 단자(931) 및 제4 단자(934)에 연결되어 있을 때, 커패시턴스 부하(940)는 제3 단자(931)에 직렬 연결되어 제2 발광 소자 그룹(921)의 전류를 제어할 수 있다. 따라서, 커패시턴스 부하(940) 및 저항성 부하(950)에 의하여 중첩이 발생하게 되고, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로는 도 6의 제3 전류/전압 파형(630)과 같은 특성을 갖게 될 수 있다.
이상 도 5, 7, 8, 9를 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로는 복잡한 집적회로 등의 추가 드라이버 없이 간단한 수동 소자 만으로 원하는 THD와 플리커 개선 특성을 얻을 수 있다.
예를 들어 120Vac 입력 전압에서 구동하였을 시를 기준으로 할 때의 상대 비교를 표1에 나타내었다. 저항성 부하의 경우 PFC는 좋으나 THD 및 저항 열손실이 상대적으로 큼에 따른 상대적으로 에너지 효율의 저하가 있으며, 캐패시턴스 부하의 경우 에너지 효율은 좋으나 상대적으로 PFC와 THD 특성이 저하될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 소자 회로와 같이 R, C 각각의 병렬 결선에 따른 혼합 구동의 경우, 82%의 에너지 효율과 30% 이하의 THD 특성을 얻을 수 있는 것으로 확인되었다.
[표 1]
Figure 112012023611617-pat00001

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
510: 제1 발광 소자 그룹
520: 제2 발광 소자 그룹
530: 저항성 부하
540: 커패시턴스 부하

Claims (10)

  1. 발광 소자 회로에 있어서,
    복수 개의 발광 소자를 포함하는 제1 발광 소자 그룹;
    복수 개의 발광 소자를 포함하며, 상기 제1 발광 소자 그룹에 흐르는 전류와 다른 위상을 갖는 전류가 흐르는 제2 발광 소자 그룹;
    상기 제1 발광 소자 그룹에 대한 전류를 제어하기 위하여 상기 제1 발광 소자 그룹에 직렬 연결되어 있는 저항성 부하; 및
    상기 제2 발광 소자 그룹에 대한 전류를 제어하기 위하여 상기 제2 발광 소자 그룹에 직렬 연결되어 있는 커패시턴스 부하
    를 포함하는 발광 소자 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광 소자 그룹 및 상기 제2 발광 소자 그룹은
    양방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹인
    발광 소자 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광 소자 그룹 및 상기 제2 발광 소자 그룹은
    정류기를 이용하여 단방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹인
    발광 소자 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광 소자 그룹 및 상기 제2 발광 소자 그룹은
    양방향 교류 구동 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹인
    발광 소자 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 발광 소자 그룹 및 상기 제2 발광 소자 그룹은
    상기 복수 개의 양방향 교류 구동 발광 소자가 역병렬 구조, 휘트스톤 브릿지(Wheatstone's bridge) 구조, 사다리 구조 및 정류기를 이용한 단일 스트링(Single String) 구조 중 적어도 하나의 구조로 형성되는
    발광 소자 회로.
  6. 발광 소자 회로에 있어서,
    복수 개의 발광 소자를 포함하는 제1 발광 소자 그룹;
    복수 개의 발광 소자를 포함하며, 상기 제1 발광 소자 그룹에 흐르는 전류와 다른 위상을 갖는 전류가 흐르는 제2 발광 소자 그룹;
    상기 제1 발광 소자 그룹 및 상기 제2 발광 소자 그룹이 병렬 구조로 연결되어 실장되어 있는 4단자 구조의 발광 소자 패키지;
    상기 제1 발광 소자 그룹에 직렬 연결되도록 상기 발광 소자 패키지의 어느 하나의 단자에 연결되는 저항성 부하; 및
    상기 제2 발광 소자 그룹에 직렬 연결되도록 상기 발광 소자 패키지의 어느 하나의 단자에 연결되는 커패시턴스 부하
    를 포함하는 발광 소자 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 발광 소자 그룹 및 상기 제2 발광 소자 그룹은
    양방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹인
    발광 소자 회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 발광 소자 그룹 및 상기 제2 발광 소자 그룹은
    정류기를 이용하여 단방향으로 구동되는 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹인
    발광 소자 회로.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 발광 소자 그룹 및 상기 제2 발광 소자 그룹은
    양방향 교류 구동 발광 소자가 복수 개 연결되어 있는 발광 소자 그룹인
    발광 소자 회로.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 발광 소자 그룹 및 상기 제2 발광 소자 그룹은
    상기 복수 개의 양방향 교류 구동 발광 소자가 역병렬 구조, 휘트스톤 브릿지(Wheatstone's bridge) 구조, 사다리 구조 및 정류기를 이용한 단일 스트링(Single String) 구조 중 적어도 하나의 구조로 형성되는
    발광 소자 회로.
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