KR102018365B1

KR102018365B1 - 플리커 방지용 led 조명 장치

Info

Publication number: KR102018365B1
Application number: KR1020170139928A
Authority: KR
Inventors: 공명국; 공다영
Original assignee: 공명국; 공다영
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-09-04
Also published as: EP3703468B1; US11076459B2; WO2019083110A1; EP3703468A4; EP3703468A1; KR20190046298A; US20200281057A1

Abstract

본 발명은 플리커 방지용 LED 조명 장치를 공개한다. 이 장치는 교류 전원으로부터 교류 전압을 인가받아 정류하여 직류 전류를 출력하는 정류부; 상기 직류 전류를 인가받아 제1 정전류를 조절하여 제1 LED 어레이를 발광시키는 제1 발광부; 상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 정전류를 조절하여 제2 LED 어레이를 발광시키는 제2 발광부; 및 상기 직류 전류, 상기 조절된 제1 및 제2 정전류를 인가받아 내장된 복수개의 트랜지스터의 개폐에 따라 전류의 전달을 제어하는 직렬형 스위칭부;를 구비하고, 인가되는 상기 직류 전류 및 상기 제1 정전류는 제1 및 제2 다이오드 각각을 통과하여 인가되는 것을 특징으로 한다.

Description

플리커 방지용 LED 조명 장치{A LED lighting device for flicker prevention}

본 발명은 LED 조명 장치에 관한 것으로, 특히 발광부 내 정전류 조절을 통해 LED 조명 장치의 교류 전원에서 야기되는 전류 리플을 감소시켜, 전해 커패시터의 수 및 용량의 증가 없이 플리커 현상을 방지함으로써, LED 조명 장치의 미관을 해치지 않으면서 LED 조명 장치의 성능 인증 프로그램을 용이하게 만족시킬 수 있는 플리커 방지용 LED 조명 장치에 관한 것이다.

최근에, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)의 비용 및 신뢰도에 있어서의 계속되는 개선에 의해 옥내 및 옥외 조명 분야에 있어서 LED 기술의 더 넓은 채용을 이끌어 왔다.

하지만, LED 조명 시스템에 조정된 전류를 공급하기에 적합한 드라이버 전자 회로를 제공함에 있어서 여러 가지 난제들이 존재한다.

즉, LED 조명은 저 주파수의 특정한 주파수 성분을 가지고 있기 때문에, 특정 주기로 온(On) 구간과 오프(OFF) 구간이 반복됨으로써 플리커(flicker) 현상이 발생한다.

이 때, 플리커란 사람의 육안으로 볼 때에는 깜박거림이 없어 보이나, 카메라로 동영상을 촬영하였을 때에는 카메라가 사람의 눈 보다 잔상을 잡는 속도가 빨라서 발생하는 깜박임 현상을 의미한다.

따라서, 플리커는 LED 조명 장치에서 시간에 따라 주기적으로 발생함에 따라 사용자의 눈이 쉽게 피로감을 느끼는 단점이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 플리커 방지용 23W 교류 구동 LED 조명 장치의 사진이다.

도 2는 도 1에 도시된 LED 조명 장치의 회로도로서, 교류 전원(10), 정류부(20), 제1 및 제2 발광부(30, 40) 및 직렬형 스위칭부(50)를 구비한다.

제1 발광부(30)는 제1 LED 어레이(LA1), 제1 전해 커패시터(EC1), 제1 방전 저항(RC1)을 구비하고, 제2 발광부(40)는 제2 LED 어레이(LA2), 제2 전해 커패시터(EC2), 제2 방전 저항(RC2)을 구비한다.

도 3은 도 2에 도시된 LED 조명 장치 내 교류 전원(10)에서 출력되는 교류 전압의 사인파 파형의 그래프이다.

도 4는 도 2에 도시된 LED 조명 장치 내 제1 LED 어레이(LA1)에 흐르는 전류 및 리플 전류를 시뮬레이션한 결과 파형의 그래프이다.

일반적으로 교류 전압은 현실적으로 고정된 값이 될 수 없다.

이것은 상용 교류 계통에서 다양한 형태의 부하가 형성되어 계통의 전압 크기가 부하 조건에 따라 10~20% 수준으로 가변적이기 때문이다.

이러한 교류 전압을 통해 LED 부하에 공급되는 구동 전류의 변동은 성능에 부정적 영향을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다.

특히, 교류 성분은 도 3에서 보는 바와 같이, 간선 또는 유사한 전원으로부터의 교류 전압의 주파수의 2배인 정현파 전압의 형태를 취한다.

다이오드인 LED는 그들의 동작 영역에서 전류에 대한 전압의 변화율로 정의되는 낮은 차동 임피던스를 나타낸다.

이러한 낮은 차동 임피던스는 전압 리플이 존재할 때 LED의 상당한 수준의 리플 전류를 발생한다.

이 리플은 간선 교류 주파수의 2배에서, 그래서 100Hz와 120Hz 사이에서 발생한다.

한 연구에 의하면, 이 주파수 범위 내에서 대부분의 건강한 성인은 LED 조명 플리커의 존재에 의해 발생하는 스트로보 효과에 민감한 것으로 밝혀졌다.

그러한 플리커는 LED 조명 기구 내에서 전류 리플의 존재에 의해 발생된다.

LED에서의 광 출력(광속)이 전류와 직접 관계된다는 사실에 비추어, 이 전류 리플은 광 플리커를 야기할 수 있다.

이 때문에 가정용 조명, 사무실 조명, 가로등 및 산업용 조명과 같은 응용에서 LED 기술의 수용성이 제한된다.

사실, 최근의 연구에 따르면, 플리커 레벨이 매우 낮은 경우에도 건강한 성인들 중에서 플리커로부터 발생하는 스트로보 효과에 민감한 것으로 나타났다.

사실상, 이 연구에서는 (100Hz의 약 20% 전류 리플로부터 야기되는) 10% 플리커에서 약 75%의 건강한 성인이 상기 플리커로부터 발생하는 스트로보 효과를 검출할 수 있는 것으로 나타났다.

플리커의 스트로보 효과에 대한 이러한 민감도는 움직임에 대한 편안하고 정확한 인지가 중요한 응용, 특히 조명되는 장면(scene)이 물체의 움직임, 진동 또는 회전을 포함하는 응용에서 LED 조명을 광범위하게 채용함에 있어서 커다란 난제가 되고 있다.

이러한 문제를 극복하기 위하여, 종래에 트라이악을 이용한 LED 조명 램프의 디밍(dimming) 장치는 디밍의 범위를 결정하는 위상각의 값이 고정되었다고 하여도 변화량에 대응한 출력 전압이 일정 비로 변화하게 된다.

이에 따라 교류 전원(10)에 의해 구동되는 조명 램프의 LED에 플리커 현상을 피할 수가 없었다.

이는 LED가 발광되기 위해서 설정된 레벨의 순방향 전압이 입력되어야 하나, 외부 환경에 의해 상기와 같은 교류 전압은 일정 비로 변화되기에 임계값 이하의 전압(임계 전압)으로 변화된다.

이와 같은 임계 전압의 변화는 주로 전압이 낮은 대역에서 발생된다.

그러므로, 전류 리플 및 광학 플리커를 경감하기 위해, LED 조명 기구에 구동 전류를 공급하기 위해 사용되는 교류 입력 구동 회로로부터 나오는 전압 리플을 감소시킬 필요가 있다.

이러한 필요성은 예전부터 고려되어 왔고 교류 전원 장치의 주기적인 변동의 결과로서 발생하는 광학적 플리커의 문제점을 해결할 수 있는 LED 드라이버 회로를 제공하려는 시도가 있어 왔다.

구체적으로, 전원 공급 장치의 출력에서 또는 그 부근에서의 커패시턴스의 제공은 전원 공급 장치로부터 발생하는 전압 리플을 평활화하기 위해, 바람직하게는 수 퍼센트의 레벨로 낮추기 위해 사용된다.

그러나, 예를 들면 비용 및 신뢰도 차원에서, LED 조명 기구, 특히 도로, 사무실 또는 산업용 조명 기구에서 사용되는 것에 대하여, 직렬 연결된 LED의 긴 스트링으로 구성되는 것이 가끔은 유리하고, 각각의 스트링은 단일 드라이버에 의해 직류 정전류가 제공된다.

따라서, 각각의 드라이버가 자신이 구동하는 LED의 스트링으로부터 충분한 광 출력을 생성하는 것을 보장하기 위해, 그 직류 출력 전압이 다수의 LED를 구동하도록 충분히 높게 할 필요가 있다.

이점에 비추어, 전원 공급 장치로부터 나오는 전압 리플을 평활화하기 위해 사용되는 전기 커패시터가 예를 들면 200 V까지 또는 그 이상의 영역에 있는 비교적 높은 직류 전압에 견딜 수 있게 할 필요가 있다.

이것은 전해 커패시터의 사용을 유도하였고, 전해 커패시터는 다른 유형의 커패시터에 비하여 수백 마이크로패러드(μF) 정도의 높은 커패시턴스 값을 제공하면서 상기와 같은 전압에 견딜 수 있다.

또한, 전압 리플을 최소치까지 낮추는 필요성은 높은 커패시턴스의 사용을 필요로 한다.

이것은 소수의 높은 값 전해 커패시터 또는 다수의 낮은 값 전해 커패시터를 사용함으로써 달성될 수 있다.

필요한 총 커패시턴스를 실현하기 위해 사용되는 이러한 커패시터의 수는 적어도 부분적으로 각각의 개별 커패시터에 대한 최대 정격 리플 전류에 의해 결정된다.

그러나, 높은 값 전해 커패시터 또는 수 개의 낮은 값 전해 커패시터를 사용하면 예상되는 커패시터 고장률을 증가시키고, 이것에 의해 전원 공급 장치의 통계적 고장률을 증가시키는 문제점이 있다.

그러므로, 이러한 관점에서 LED 드라이버의 전원 공급 장치의 출력에서 필요한 전해 커패시터의 수 및 용량을 감소시키는 것이 바람직하다.

사실, 시장에서는 LED 어레이 내에서 전류 리플의 피크 대 피크 값이 LED 어레이에 제공된 직류 전류의 약 1 %를 초과하지 않게 하고, 이것에 의해 직접 검출 가능한 플리커 및 스트로보스코픽적으로 검출 가능한 플리커 양자를 크게 감소시키거나 가능하다면 제거하는 것이 바람직하다.

따라서, LED 드라이버 내에서 사용하도록 설계된 전원 공급 장치는, 특히 도로, 사무실 및 산업용 조명 시장을 목표로 할 때, 2가지의 상반된 목적을 달성하기 위해 가끔 요구된다.

한편, 전원 공급 장치는 낮은 전압 리플을 제공하여 LED 전류 리플 및 광학적 플리커를 최소화하는 것이 바람직하다.

이러한 필요 조건들을 충족시키기 위하여 전원 공급 장치의 출력에서 고용량의 사용이 요구되므로, 도 1에서 보는 바와 같이, 부피가 큰 4 개의 전해 커패시터의 사용을 요구한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 종래 기술에 의한 플리커 방지용 23W 교류 구동 LED 조명 장치의 동작을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

제1 및 제2 전해 커패시터(EC1, EC2)에 충전된 전하는 제1 및 제2 LED 어레이(LA1, LA2)에서의 전압 강하 또는 저항에 의해 방전되는데, 방전 초기에 많은 량의 전류가 흘러 전하가 많이 방전된다.

이에 따라, 방전 말기에는 제1 및 제2 전해 커패시터(EC1, EC2)에 충전된 전하가 부족하게 되어 제1 및 제2 LED 어레이(LA1, LA2)에 흐르는 전류가 급격하게 감소하는 자연 방전 상태에서 구동하게 된다.

따라서, 제1 및 제2 전해 커패시터(EC1, EC2)의 용량과 부피가 인쇄 회로 기판(PCB)에 실장하였을 때 제품 구현이 어려울 정도로 큰 상태이다.

또한, 트라이액 디머로 밝기를 조절할 때 정상 전력보다 저전력 수준에서 플리커가 증가하는 경향이 있다.

그래서, 저전력 수준에서 플리커 규격을 만족시키기 위해서는 정상 전력 수준의 플리커를 만족시키는 커패시터보다 용량과 크기가 더 큰 커패시터를 사용하여야 한다.

실제 120V 교류 전압에서 23W 정도의 LED 조명 장치의 에너지 스타(Energy Star) 규격 30 %를 만족시키기 위해서는 내 전압(internal voltage) 80V, 정전 용량 100uF, 크기가 10 mm 지름, 길이 10 mm, 부피 785 mm²의 커패시터를 4개 정도 사용하여야 한다.

여기에서, 에너지 스타는 에너지 절약 소비자 제품의 사용을 장려하는 미국 정부의 성능 인증 프로그램으로서, 수많은 컴퓨터 제품과 주변 기기, 조명 장치 등 각종 전자 장치에서 찾을 수 있는 로고로 잘 알려져 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 종래 기술에 의한 플리커 방지용 23W 교류 구동 LED 조명 장치의 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

LED 어레이(LAj)(j=1 또는 2)에 병렬 연결된 전해 커패시터(ECj)는 직렬형 스위칭부(50) 내 트랜지스터(Qj)에 흐르는 전류가 LED 어레이(LAj)와 나누어져 과도 기간을 거쳐 정상 상태로 충전 및 방전이 반복된다.

정상 상태에서 충전 및 방전되는 속도는 각 LED 어레이(LAj)의 동적 저항(R_LAj)와 전해 커패시터(ECj)의 커패시턴스(C_ECj)의 곱에 의해 정의되는 시정수에 의한다.

전압의 변동은 충전 시에는 충전 직전의 전압에서 1-exp(-R_LAj x C_ECj)의 비율로 증가하고, 방전 시에는 방전 직전의 전압에서 exp(-R_LAj x C_ECj)의 비율로 감소한다.

따라서, 동일한 LED 어레이(LAj) 수에 동일한 전력의 220V 버전을 110V로 구동하여 동일한 플리커 지수를 얻으려면, LED 어레이(LAj)의 직렬 수를 반으로 나누어 병렬로 구동하여야 하므로, 저항은 1/2로 감소되고 구동 전류는 2배가 되어 커패시턴스의 값은 4배가 되어야 한다.

이때, 내 전압을 1/2로 사용 가능하므로 전해 커패시터(ECj)의 부피는 실제 구현 시 약 2배가 되어야 한다.

또한, 플리커 지수를 예를 들어, 30%에서 1/10인 3%로 만들기 위해서는 위에서 설명한 바와 같이 커패시턴스를 10배로 해 주어야 하므로 부피도 10배가 되어야 한다.

트라이액 디머를 사용하여 전력을 감소시켜 밝기를 낮게 하여 주었을 때에는 전원이 공급되는 시간이 길어지기 때문에 방전 시간이 길게 되므로, 시정수에 의한 방전 전류의 감소가 더 심해져 플리커 지수가 또한 증가하게 된다.

실제로 도 2에 도시된 종래의 LED 조명 장치 내 제1 LED 어레이(LA1)에 흐르는 전류를 시뮬레이션한 결과 도 4의 파형과 같았으며, 도 5의 파형에서 보는 바와 같이, 퍼센트 플리커가 10.5%로 측정되었다.

그런데, LED 조명 장치에서 전해 커패시터의 수 및 용량이 커지면 미관상 좋지 않고, 다수의 LED가 복수개의 위치에서 켜진 경우 전해 커패시터의 그림자가 나타나 조명 장치의 조도를 감소시키는 문제점이 있다.

KR 10-1618544 B1

본 발명의 목적은 발광부 내 정전류 조절을 통해 LED 조명 장치의 교류 전원으로부터 발생하는 전류 리플을 감소시킴으로써, 전해 커패시터의 수 및 용량의 증가 없이 플리커 현상을 감소시킬 수 있는 플리커 방지용 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치는 교류 전원으로부터 교류 전압을 인가받아 정류하여 직류 전류를 출력하는 정류부; 상기 직류 전류를 인가받아 제1 정전류를 조절하여 제1 LED 어레이를 발광시키는 제1 발광부; 상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 정전류를 조절하여 제2 LED 어레이를 발광시키는 제2 발광부; 및 상기 직류 전류, 상기 조절된 제1 및 제2 정전류를 인가받아 내장된 복수개의 트랜지스터의 개폐에 따라 전류의 전달을 제어하는 직렬형 스위칭부;를 구비하고, 인가되는 상기 직류 전류 및 상기 제1 정전류는 제1 및 제2 다이오드 각각을 통과하여 인가되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제1 발광부는 일측이 상기 제1 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 다이오드의 애노드 단자에 연결되어 제1 전하를 충전하는 제1 전해 커패시터; 상기 제1 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제1 전하를 방전하는 제1 방전 저항; 복수개의 LED를 구비하고 상기 제1 다이오드를 통과한 직류 전류를 인가받아 발광되는 상기 제1 LED 어레이; 및 일측이 상기 제1 LED 어레이의 출력 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 다이오드의 애노드 단자에 연결되어, 게이트 바이어스가 조정된 상기 제1 정전류를 조절하여 출력하는 제1 정전류 조절부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제1 정전류 조절부는 드레인 단자가 상기 제1 LED 어레이의 출력 단자에 연결되어 상기 게이트 바이어스가 조정되어, 상기 제1 정전류의 흐름을 스위칭하는 제1 전계 효과 트랜지스터; 일측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되어, 상기 게이트 바이어스를 조정하는 제1 드레인 저항; 일측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자에 연결되어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 분기하는 제1 전류 분기 저항; 일측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 다이오드의 애노드 단자에 연결되어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 소오스 전류를 제어하는 제1 전류 제어 저항; 일측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 다이오드의 애노드 단자에 연결되어, 상기 게이트 바이어스를 조정하는 제1 게이트 저항; 및 상기 제1 게이트 저항에 병렬로 연결되어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 변동되는 제1 드레인 전압에 대해 제1 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 제1 게이트 전압 유지 커패시터;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제2 발광부는 일측이 상기 제2 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되어 제2 전하를 충전하는 제2 전해 커패시터; 상기 제2 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제2 전하를 방전하는 제2 방전 저항; 복수개의 LED를 구비하고 상기 제2 다이오드를 통과한 직류 전류를 인가받아 발광되는 상기 제2 LED 어레이; 및 일측이 상기 제2 LED 어레이의 출력 단자에 연결되어, 게이트 바이어스가 조정된 상기 제2 정전류를 조절하여 출력하는 제2 정전류 조절부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제2 정전류 조절부는 드레인 단자가 상기 제2 LED 어레이의 출력 단자에 연결되어 상기 게이트 바이어스가 조정되어, 상기 제2 정전류의 흐름을 스위칭하는 제2 전계 효과 트랜지스터; 일측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되어, 상기 게이트 바이어스를 조정하는 제2 드레인 저항; 일측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자에 연결되어, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 분기하는 제2 전류 분기 저항; 일측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자에 연결되고, 타측이 상기 직렬형 스위칭부에 연결되어, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 소오스 전류를 제어하는 제2 전류 제어 저항; 일측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되고, 타측이 상기 직렬형 스위칭부에 연결되어, 상기 게이트 바이어스를 조정하는 제2 게이트 저항; 및 상기 제2 게이트 저항에 병렬로 연결되어, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 변동되는 제2 드레인 전압에 대해 제2 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 제2 게이트 전압 유지 커패시터;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 직렬형 스위칭부는 일측이 상기 정류부에 연결되어 상기 직류 전류를 인가받아 정전압을 공급받는 전력 공급 저항; 일측이 상기 전력 공급 저항의 타측에 연결되어 상기 정전압을 인가받고, 타측이 접지되어 상기 정전압을 분기하는 직렬 연결된 제1 내지 제3 분기 저항; 애노드 단자가 접지되고 상기 제1 내지 제3 분기 저항과 병렬 연결되어 과전압을 방지하는 제너 다이오드; 게이트 단자가 상기 제1 및 제2 분기 저항의 접점에 연결되고, 드레인 단자가 상기 제1 정전류를 인가받아 스위칭되는 제1 트랜지스터; 및 게이트 단자가 상기 제2 및 제3 분기 저항의 접점에 연결되고, 드레인 단자가 상기 제2 정전류를 인가받아 스위칭되는 제2 트랜지스터;를 구비하고, 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 소오스 단자가 상호 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치는 일측이 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 소오스 단자에 공통 연결되고 타측이 접지되어 상기 직렬형 스위칭부의 전류량을 제어하는 전류량 제어 저항;을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제1 전해 커패시터 및 상기 제1 LED 어레이는 상기 제1 트랜지스터에 흐르는 전류를 소정의 과도 시간을 거쳐 충전 및 방전시키는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제1 전해 커패시터는 상기 제1 LED 어레이의 동적 저항 및 상기 제1 전해 커패시터의 커패시턴스 의 곱에 의해 정의되는 시정수에 의한 속도로 충전되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제1 LED 어레이는 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전압의 평균값에 비례하여 상기 게이트 바이어스가 조정되어, 상기 제1 정전류로 산출되어 방전하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제1 정전류 조절부는 상기 교류 전원의 정격 전압에서 상기 산출되는 제1 정전류의 변동을 통해 플리커 지수 목표값을 얻을 수 있도록 상기 제1 정전류를 조정하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제2 전해 커패시터 및 상기 제2 LED 어레이는 상기 제2 트랜지스터에 흐르는 전류를 소정의 과도 시간을 거쳐 충전 및 방전시키는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제2 전해 커패시터는 상기 제2 LED 어레이의 동적 저항 및 상기 제2 전해 커패시터의 커패시턴스 의 곱에 의해 정의되는 시정수에 의한 속도로 충전되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제2 LED 어레이는 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전압의 평균값에 비례하여 상기 게이트 바이어스가 조정되어, 상기 제2 정전류로 산출되어 방전하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치의 상기 제2 정전류 조절부는 상기 교류 전원의 정격 전압에서 상기 산출되는 제2 정전류의 변동을 통해 플리커 지수 목표값을 얻을 수 있도록 상기 제2 정전류를 조정하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플리커 방지용 LED 조명 장치는 교류 전원으로부터 교류 전압을 인가받아 정류하여 직류 전류를 출력하는 정류부; 상기 직류 전류를 인가받아 제1 정전류를 조절하여 제1 LED 어레이를 발광시키는 제1 발광부; 상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 정전류를 조절하여 제2 LED 어레이를 발광시키는 제2 발광부; 및 상기 직류 전류, 상기 조절된 제1 및 제2 정전류를 인가받아 내장된 복수개의 트랜지스터의 개폐에 따라 전류의 전달을 제어하는 직렬형 스위칭부;를 구비하고, 상기 제1 및 제2 발광부에 내장된 전계 효과 트랜지스터의 드레인 저항, 게이트 저항, 소오스 저항을 변경하여 요구되는 플리커 지수를 조정하는 것을 특징으로 한다.

기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 게시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.

본 발명에 의할 경우, LED 조명 장치에서 전해 커패시터의 수 및 용량을 증가시킬 필요가 없어 미관을 해치게 하는 현상을 방지하고, 다수의 LED가 복수개의 위치에서 켜진 경우에도 전해 커패시터의 그림자가 나타나지 않아 조명 장치의 조도가 향상된다.

또한, LED 조명 장치에서 시간에 따라 주기적으로 발생하는 플리커 현상이 방지됨에 따라, 장시간 LED 조명 장치에 노출되어 있는 사용자의 눈에 피로감이 감소되고, 가정용 조명, 사무실 조명, 가로등 및 산업용 조명으로서 LED 조명 장치의 수용성이 확장된다.

특히, 조명되는 장면이 물체의 움직임, 진동 또는 회전을 포함하는 응용으로서 움직임에 대해 편안하고 정확한 인지가 필요한 분야에서 LED 조명을 광범위하게 채용할 수 있게 된다.

또한, 플리커 현상을 방지하기 위하여 LED 구동 장치에서 전해 커패시터 및 LED 발광부의 고장률이 감소되어 제품의 성능이 향상됨에 따라, LED 조명 장치의 성능 인증 프로그램인 에너지 스타 규격을 용이하게 만족시키게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 플리커 방지용 23W 교류 구동 LED 조명 장치의 사진이다.
도 2는 도 1에 도시된 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 LED 조명 장치 내 교류 전원(10)에서 출력되는 교류 전압의 사인파 파형의 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시된 LED 조명 장치 내 제1 LED 어레이(LA1)에 흐르는 전류 및 리플 전류를 시뮬레이션한 결과 파형의 그래프이다.
도 5는 도 2에 도시된 LED 조명 장치에서 측정된 플리커 파형의 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 플리커 방지용 23W 교류 구동 LED 조명 장치의 사진이다.
도 7은 도 6에 도시된 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 8은 도 7에 도시된 LED 조명 장치에서 측정된 플리커 파형의 그래프이다.
도 9는 도 7에 도시된 LED 조명 장치를 발광한 상태에서 카메라로 촬영한 사진을 종래 기술과 비교한 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있다.

더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다.

이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있다.

또한, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있다.

한편, 상기 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용된다.

하지만, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 한다.

또한, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.

더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "부", "기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미한다.

이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 플리커 방지용 23W 교류 구동 LED 조명 장치의 사진이다.

도 7은 도 6에 도시된 LED 조명 장치의 회로도로서, 교류 전원(10), 정류부(20), 제1 및 제2 발광부(100, 200), 제1 및 제2 다이오드(D1, D2) 및 직렬형 스위칭부(50)를 구비한다.

제1 발광부(100)는 제1 LED 어레이(LA1), 제1 전해 커패시터(EC1), 제1 방전 저항(RC1) 및 제1 정전류 조절부(150)를 구비하고, 제2 발광부(200)는 제2 LED 어레이(LA2), 제2 전해 커패시터(EC2), 제2 방전 저항(RC2) 및 제2 정전류 조절부(250)를 구비한다.

제1 정전류 조절부(150)는 제1 드레인 저항(RT1D), 제1 게이트 저항(RT1G), 제1 게이트 전압 유지 커패시터(CT1G), 제1 전류 제어 저항(RT1S), 제1 전류 분기 저항(RTM1)을 구비하고, 제2 정전류 조절부(250)는 제2 드레인 저항(RT2D), 제2 게이트 저항(RT2G), 제2 게이트 전압 유지 커패시터(CT2G), 제2 전류 제어 저항(RT2S), 제2 전류 분기 저항(RTM2)을 구비한다.

직렬형 스위칭부(50)는 전력 공급 저항(R1), 제너 다이오드(Z1), 게이트 전압 분기 저항(R2, R3, R4), 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)를 구비한다.

도 8은 도 7에 도시된 LED 조명 장치에서 측정된 플리커 파형의 그래프이다.

도 9는 도 7에 도시된 LED 조명 장치를 발광한 상태에서 카메라로 촬영한 사진을 종래 기술과 비교한 사진이다.

도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치의 각 구성요소의 구조 및 기능을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

정류부(20)는 교류 전원(10)으로부터 교류 전압을 인가받아 정류하여 직류 전류를 출력한다.

제1 발광부(100)는 정류부(20)로부터 직류 전류를 인가받아 제1 정전류를 조절하여 제1 LED 어레이(LA1)를 발광시킨다.

제2 발광부(200)는 제1 발광부(100)로부터 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 정전류를 조절하여 제2 LED 어레이(LA2)를 발광시킨다.

직렬형 스위칭부(50)는 정류부(20)로부터 직류 전류, 제1 및 제2 발광부(100, 200)로부터 각각 조절된 제1 및 제2 정전류를 인가받아 내장된 복수개의 트랜지스터(Q1, Q2)의 개폐에 따라 전류의 전달을 제어한다.

전류량 제어 저항(RS)은 일측이 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)의 소오스 단자에 공통 연결되고 타측이 접지되어 직렬형 스위칭부(50)의 전류량을 제어한다.

한편, 제1 발광부(100)에 인가되는 직류 전류는 제1 다이오드(D1)를 통과하여 인가되고, 제2 발광부(200)에 인가되는 제1 정전류는 제2 다이오드(D2)를 통과하여 인가된다.

도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 제1 발광부(100)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1 전해 커패시터(EC1)는 일측이 제1 다이오드(D1)의 캐소우드 단자에 연결되고, 타측이 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자에 연결되어 제1 전하를 충전한다.

제1 방전 저항(RC1)은 제1 전해 커패시터(EC1)에 병렬로 연결되어 충전된 제1 전하를 방전한다.

제1 LED 어레이(LA1)는 복수개의 LED(미도시)를 구비하고 직류 전류를 인가받아 발광된다.

제1 정전류 조절부(150)는 일측이 제1 LED 어레이(LA1)의 출력 단자에 연결되고, 타측이 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자에 연결되어, 게이트 바이어스가 조정된 제1 정전류를 조절하여 출력한다.

도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 제1 정전류 조절부(150)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1 전계 효과 트랜지스터(T1)는 일측이 제1 LED 어레이(LA1)의 출력 단자에 연결되어 게이트 바이어스가 조정되어, 제1 정전류의 흐름을 스위칭한다.

제1 드레인 저항(RT1D)은 일측이 제1 전계 효과 트랜지스터(T1)의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 제1 전계 효과 트랜지스터(T1)의 게이트 단자에 연결되어, 게이트 바이어스를 조정한다.

제1 전류 분기 저항(RTM1)은 일측이 제1 전계 효과 트랜지스터(T1)의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 제1 전계 효과 트랜지스터(T1)의 소오스 단자에 연결되어, 제1 전계 효과 트랜지스터(T1)의 드레인 전류를 분기한다.

제1 전류 제어 저항(RT1S)은 일측이 제1 전계 효과 트랜지스터(T1)의 소오스 단자에 연결되고, 타측이 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자에 연결되어, 제1 전계 효과 트랜지스터(T1)의 소오스 전류를 제어한다.

제1 게이트 저항(RT1G)은 일측이 제1 전계 효과 트랜지스터(T1)의 게이트 단자에 연결되고, 타측이 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자에 연결되어, 게이트 바이어스를 조정한다.

제1 게이트 전압 유지 커패시터(CT1G)는 제1 게이트 저항(RT1G)에 병렬로 연결되어, 제1 전계 효과 트랜지스터(T1)의 변동되는 제1 드레인 전압에 대해 제1 게이트 전압을 일정하게 유지시킨다.

도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 제2 발광부(200)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제2 전해 커패시터(EC2)는 일측이 제2 다이오드(D2)의 캐소우드 단자에 연결되어 제2 전하를 충전한다.

제2 방전 저항(RC2)은 제2 전해 커패시터(EC2)에 병렬로 연결되어 충전된 제2 전하를 방전한다.

제2 LED 어레이(LA2)는 복수개의 LED(미도시)를 구비하고 직류 전류를 인가받아 발광된다.

제2 정전류 조절부(250)는 일측이 제2 LED 어레이(LA2)의 출력 단자에 연결되어, 게이트 바이어스가 조정된 제2 정전류를 조절하여 출력한다.

도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 제2 정전류 조절부(250)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제2 전계 효과 트랜지스터(T2)는 일측이 제2 LED 어레이(LA2)의 출력 단자에 연결되어 게이트 바이어스가 조정되어, 제2 정전류의 흐름을 스위칭한다.

제2 드레인 저항(RT2D)은 일측이 제2 전계 효과 트랜지스터(T2)의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 제2 전계 효과 트랜지스터(T2)의 게이트 단자에 연결되어, 게이트 바이어스를 조정한다.

제2 전류 분기 저항(RTM2)은 일측이 제2 전계 효과 트랜지스터(T2)의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 제2 전계 효과 트랜지스터(T2)의 소오스 단자에 연결되어, 제2 전계 효과 트랜지스터(T2)의 드레인 전류를 분기한다.

제2 전류 제어 저항(RT2S)은 일측이 제2 전계 효과 트랜지스터(T2)의 소오스 단자에 연결되고, 타측이 직렬형 스위칭부(50)에 연결되어, 제2 전계 효과 트랜지스터(T2)의 소오스 전류를 제어한다.

제2 게이트 저항(RT2G)은 일측이 제2 전계 효과 트랜지스터(T2)의 게이트 단자에 연결되고, 타측이 제2 다이오드(D2)의 애노드 단자에 연결되어, 게이트 바이어스를 조정한다.

제2 게이트 전압 유지 커패시터(CT2G)는 제2 게이트 저항(RT2G)에 병렬로 연결되어, 제2 전계 효과 트랜지스터(T2)의 변동되는 제2 드레인 전압에 대해 제2 게이트 전압을 일정하게 유지시킨다.

도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 직렬형 스위칭부(50)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

전력 공급 저항(R1)은 일측이 정류부(20)에 연결되어 직류 전류를 인가받아 정전압을 공급받는다.

제1 내지 제3 분기 저항(R2, R3, R4)은 일측이 전력 공급 저항(R1)의 타측에 연결되어 정전압을 인가받고, 상호 직렬 연결되고 타측이 접지되어 공급받은 정전압을 분기한다.

제너 다이오드(Z1)는 애노드 단자가 접지되고 제1 내지 제3 분기 저항(R2, R3, R4)과 병렬 연결되어 과전압을 방지한다.

제1 트랜지스터(Q1)는 게이트 단자가 제1 및 제2 분기 저항(R2, R3)의 접점에 연결되고, 드레인 단자가 제1 정전류를 인가받아 스위칭된다.

제2 트랜지스터(Q2)는 게이트 단자가 제2 및 제3 분기 저항(R3, R4)의 접점에 연결되고, 드레인 단자가 제2 정전류를 인가받아 스위칭된다.

도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치의 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

LED 어레이(LAj)(j는 1 또는 2) 및 전해 커패시터(ECj)는 트랜지스터(Qj)에 흐르는 전류가 LED 어레이(LAj)와 나누어져 소정의 과도 시간을 거쳐 정상 상태로 충전 및 방전이 반복된다.

정상 상태에서 충전되는 속도는 종래 기술과 마찬가지로 각 LED 어레이(LAj)의 동적 저항(R_LAj)와 전해 커패시터(ECj)의 커패시턴스(C_ECj)의 곱에 의해 정의되는 시정수에 의한다.

그러나, 방전은 본 발명에 의해 게시된 전계 효과 트랜지스터(Tj)를 포함한 드레인 전압의 평균값에 비례하는 정전류 회로에 의한다.

드레인 저항(RTjD), 게이트 저항(RTjG), 게이트 전압 유지 커패시터(CTjG)에 의해 전계 효과 트랜지스터(Tj)의 게이트 바이어스(VG_Tj)를 조정하면, 소오스 저항(RTjS)을 통해 흐르는 전계 효과 트랜지스터(Tj)의 드레인에서 소오스로 흐르는 정전류는 (VG_Tj VT_Tj)/RTjS로 계산된다.

여기에서, VG_Tj, VT_Tj는 각각 전계 효과 트랜지스터(Tj)의 게이트 전압과 문턱 전압(Threshold Voltage)이다.

그런데, 전계 효과 트랜지스터(Tj)의 게이트 전압(VG_Tj)은 전계 효과 트랜지스터(Tj)의 드레인 전압(VD_Tj)에 의해 분기된 전압으로서, 다음과 같은 수학식 1에 의해 산출된다.

[수학식 1]

VG_Tj = VD_Tj x RTjG / (RTjG + RTjD) x α

여기에서, α는 게이트 전압 유지 커패시터(CTjG)에 의해 상수 전압으로 바뀌었을 때 인수로서, 1보다 작은 값이다.

예를 들어, 드레인 전압의 변동이 전파 정류된 사인 함수일 경우에는 2/π로서, 실제는 약간 차이가 생기므로 약 0.64가 되며, 삼각파로 선형함수일 경우에는 1/2로 실제는 약간 차이가 생기므로 약 0.5가 된다.

실제 응용 시에는 정격 전압 내지는 마진을 고려한 약간 높은 전원 전압에서 전계 효과 트랜지스터(Tj)로 흐르는 전류의 변동을 원하는 목표값의 플리커 지수를 얻을 수 있도록 조정하여 준다.

이 경우에는 동일한 LED 어레이(LAj) 수에 동일한 전력의 220V 버전을 110V로 구동하여 동일한 플리커 지수 및 광 효율 얻으려면, LED 어레이(LAj)의 직렬 수를 반으로 나누어 병렬로 구동하더라도 전계 효과 트랜지스터(Tj)의 드레인 저항(RTjD), 게이트 저항(RTjG), 소오스 저항(RTjS) 각각 또는 이를 모두 변경 조정하여 원하는 플리커 지수를 얻을 수 있다.

따라서, 커패시턴스의 값을 2배로 하되 내 전압을 1/2로 사용 가능하므로 전해 커패시터(ECj)의 부피는 실제 구현 시 변화가 없다.

또한, 플리커 지수를 예를 들어 30%에서 1/10인 3%로 만들기 위해서 종래 기술과 같이 커패시턴스를 10배로 해 주는 대신, 동일한 전해 커패시터(ECj)를 사용하여도 트랜지스터 저항값(RTjD, RTjG, RTjS)을 조정하여 조절이 가능하다.

디머를 사용하여 전력을 감소시켜 밝기를 낮게 하여 주었을 때에는 전원이 공급되는 시간이 짧아지나 위에서 설명한 바와 같이 본 발명의 정전류 회로에서 트랜지스터의 게이트 전압이 낮아지게 되고, 정전류 설정값도 같이 낮아져서 플리커가 증가하지 않게 조정이 가능하다.

도 9에서 보는 바와 같이, 플리커 감소 기술이 적용되지 않은 교류 구동 LED 조명 장치의 조명 시(a) 및 종래 기술에 의한 플리커 감소 교류 구동 LED 조명 장치의 조명 시(b)와 비교할 때, 본 발명의 기술에 의한 교류 구동 LED 조명 장치의 조명 시(c)는 플리커가 거의 나타나지 않음을 볼 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 발광부 내 정전류 조절을 통해 LED 조명 장치의 교류 전원으로부터 발생하는 전류 리플을 감소시킴으로써, 전해 커패시터의 수 및 용량의 증가 없이 플리커 현상을 감소시킬 수 있는 플리커 방지용 LED 조명 장치를 제공한다.

이를 통하여, LED 조명 장치에서 전해 커패시터의 수 및 용량을 증가시킬 필요가 없어 미관을 해치게 하는 현상을 방지하고, 다수의 LED가 복수개의 위치에서 켜진 경우에도 전해 커패시터의 그림자가 나타나지 않아 조명 장치의 조도가 향상된다.

또한, LED 조명 장치에서 시간에 따라 주기적으로 발생하는 플리커 현상이 방지됨에 따라 장시간 LED 조명 장치에 노출되어 있는 사용자의 눈에 피로감이 감소되고, 가정용 조명, 사무실 조명, 가로등 및 산업용 조명으로서 LED 조명 장치의 수용성이 확장된다.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.

10: 교류 전원
20: 정류부
50: 직렬형 스위칭부
100: 제1 발광부
150: 제1 정전류 조절부
200: 제2 발광부
250: 제2 정전류 조절부
D1: 제1 다이오드
D2: 제2 다이오드
LA1: 제1 LED 어레이
LA2: 제2 LED 어레이
EC1: 제1 전해 커패시터
EC2: 제2 전해 커패시터
RC1: 제1 방전 저항
RC2: 제2 방전 저항
RT1D: 제1 드레인 저항
RT2D: 제2 드레인 저항
RT1G: 제1 게이트 저항
RT2G: 제2 게이트 저항
RT1S: 제1 전류 제어 저항
RT2S: 제2 전류 제어 저항
RTM1: 제1 전류 분기 저항
RTM2: 제2 전류 분기 저항
CT1G: 제1 게이트 전압 유지 커패시터
CT2G: 제2 게이트 전압 유지 커패시터
R1: 전력 공급 저항
Z1: 제너 다이오드
R2, R3, R4: 게이트 전압 분기 저항
Q1: 제1 트랜지스터
Q2: 제2 트랜지스터

Claims

교류 전원으로부터 교류 전압을 인가받아 정류하여 직류 전류를 출력하는 정류부;
상기 직류 전류를 인가받아 제1 정전류를 조절하여 제1 LED 어레이를 발광시키는 제1 발광부;
상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 정전류를 조절하여 제2 LED 어레이를 발광시키는 제2 발광부; 및
상기 직류 전류, 상기 조절된 제1 및 제2 정전류를 인가받아 내장된 복수개의 트랜지스터의 개폐에 따라 전류의 전달을 제어하는 직렬형 스위칭부;
를 구비하고,
인가되는 상기 직류 전류 및 상기 제1 정전류는 제1 및 제2 다이오드 각각을 통과하여 인가되며,
상기 제1 발광부는
일측이 상기 제1 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 다이오드의 애노드 단자에 연결되어 제1 전하를 충전하는 제1 전해 커패시터;
상기 제1 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제1 전하를 방전하는 제1 방전 저항;
복수개의 LED를 구비하고 상기 제1 다이오드를 통과한 직류 전류를 인가받아 발광되는 상기 제1 LED 어레이; 및
일측이 상기 제1 LED 어레이의 출력 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 다이오드의 애노드 단자에 연결되어, 게이트 바이어스가 조정된 상기 제1 정전류를 조절하여 출력하는 제1 정전류 조절부;
를 구비하고,
상기 제1 정전류 조절부는
드레인 단자가 상기 제1 LED 어레이의 출력 단자에 연결되어 상기 게이트 바이어스가 조정되어, 상기 제1 정전류의 흐름을 스위칭하는 제1 전계 효과 트랜지스터; 및
일측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자에 연결되어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 분기하는 제1 전류 분기 저항;
을 구비하는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 정전류 조절부는
일측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되어, 상기 게이트 바이어스를 조정하는 제1 드레인 저항;
일측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 다이오드의 애노드 단자에 연결되어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 소오스 전류를 제어하는 제1 전류 제어 저항;
일측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 다이오드의 애노드 단자에 연결되어, 상기 게이트 바이어스를 조정하는 제1 게이트 저항; 및
상기 제1 게이트 저항에 병렬로 연결되어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 변동되는 제1 드레인 전압에 대해 제1 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 제1 게이트 전압 유지 커패시터;
를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 발광부는
일측이 상기 제2 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되어 제2 전하를 충전하는 제2 전해 커패시터;
상기 제2 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제2 전하를 방전하는 제2 방전 저항;
복수개의 LED를 구비하고 상기 제2 다이오드를 통과한 직류 전류를 인가받아 발광되는 상기 제2 LED 어레이; 및
일측이 상기 제2 LED 어레이의 출력 단자에 연결되어, 게이트 바이어스가 조정된 상기 제2 정전류를 조절하여 출력하는 제2 정전류 조절부;
를 구비하는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제4항에 있어서,
상기 제2 정전류 조절부는
드레인 단자가 상기 제2 LED 어레이의 출력 단자에 연결되어 상기 게이트 바이어스가 조정되어, 상기 제2 정전류의 흐름을 스위칭하는 제2 전계 효과 트랜지스터;
일측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되어, 상기 게이트 바이어스를 조정하는 제2 드레인 저항;
일측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자에 연결되어, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 분기하는 제2 전류 분기 저항;
일측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자에 연결되고, 타측이 상기 직렬형 스위칭부에 연결되어, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 소오스 전류를 제어하는 제2 전류 제어 저항;
일측이 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되고, 타측이 상기 직렬형 스위칭부에 연결되어, 상기 게이트 바이어스를 조정하는 제2 게이트 저항; 및
상기 제2 게이트 저항에 병렬로 연결되어, 상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 변동되는 제2 드레인 전압에 대해 제2 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 제2 게이트 전압 유지 커패시터;
를 구비하는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제5항에 있어서,
상기 직렬형 스위칭부는
일측이 상기 정류부에 연결되어 상기 직류 전류를 인가받아 정전압을 공급받는 전력 공급 저항;
일측이 상기 전력 공급 저항의 타측에 연결되어 상기 정전압을 인가받고, 타측이 접지되어 상기 정전압을 분기하는 직렬 연결된 제1 내지 제3 분기 저항;
애노드 단자가 접지되고 상기 제1 내지 제3 분기 저항과 병렬 연결되어 과전압을 방지하는 제너 다이오드;
게이트 단자가 상기 제1 및 제2 분기 저항의 접점에 연결되고, 드레인 단자가 상기 제1 정전류를 인가받아 스위칭되는 제1 트랜지스터; 및
게이트 단자가 상기 제2 및 제3 분기 저항의 접점에 연결되고, 드레인 단자가 상기 제2 정전류를 인가받아 스위칭되는 제2 트랜지스터;
를 구비하고,
상기 제1 및 제2 트랜지스터의 소오스 단자가 상호 연결되는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제6항에 있어서,
상기 LED 조명 장치는
일측이 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 소오스 단자에 공통 연결되고 타측이 접지되어 상기 직렬형 스위칭부의 전류량을 제어하는 전류량 제어 저항;
을 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 전해 커패시터 및 상기 제1 LED 어레이는
상기 제1 트랜지스터에 흐르는 전류를 소정의 과도 시간을 거쳐 충전 및 방전시키는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 전해 커패시터는
상기 제1 LED 어레이의 동적 저항 및 상기 제1 전해 커패시터의 커패시턴스 의 곱에 의해 정의되는 시정수에 의한 속도로 충전되는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 LED 어레이는
상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전압의 평균값에 비례하여 상기 게이트 바이어스가 조정되어, 상기 제1 정전류로 산출되어 방전하는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 정전류 조절부는
상기 교류 전원의 정격 전압에서 상기 산출되는 제1 정전류의 변동을 통해 플리커 지수 목표값을 얻을 수 있도록 상기 제1 정전류를 조정하는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 전해 커패시터 및 상기 제2 LED 어레이는
상기 제2 트랜지스터에 흐르는 전류를 소정의 과도 시간을 거쳐 충전 및 방전시키는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제12항에 있어서,
상기 제2 전해 커패시터는
상기 제2 LED 어레이의 동적 저항 및 상기 제2 전해 커패시터의 커패시턴스 의 곱에 의해 정의되는 시정수에 의한 속도로 충전되는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제12항에 있어서,
상기 제2 LED 어레이는
상기 제2 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전압의 평균값에 비례하여 상기 게이트 바이어스가 조정되어, 상기 제2 정전류로 산출되어 방전하는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
제14항에 있어서,
상기 제2 정전류 조절부는
상기 교류 전원의 정격 전압에서 상기 산출되는 제2 정전류의 변동을 통해 플리커 지수 목표값을 얻을 수 있도록 상기 제2 정전류를 조정하는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.
교류 전원으로부터 교류 전압을 인가받아 정류하여 직류 전류를 출력하는 정류부;
상기 직류 전류를 인가받아 제1 정전류를 조절하여 제1 LED 어레이를 발광시키는 제1 발광부;
상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 정전류를 조절하여 제2 LED 어레이를 발광시키는 제2 발광부; 및
상기 직류 전류, 상기 조절된 제1 및 제2 정전류를 인가받아 내장된 복수개의 트랜지스터의 개폐에 따라 전류의 전달을 제어하는 직렬형 스위칭부;
를 구비하고,
상기 제1 및 제2 발광부에 내장된 전계 효과 트랜지스터의 드레인 저항, 게이트 저항, 소오스 저항을 변경하여 요구되는 플리커 지수를 조정하며,
인가되는 상기 직류 전류 및 상기 제1 정전류는 제1 및 제2 다이오드 각각을 통과하여 인가되고,
상기 제1 발광부는
일측이 상기 제1 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 다이오드의 애노드 단자에 연결되어 제1 전하를 충전하는 제1 전해 커패시터;
상기 제1 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제1 전하를 방전하는 제1 방전 저항;
복수개의 LED를 구비하고 상기 제1 다이오드를 통과한 직류 전류를 인가받아 발광되는 상기 제1 LED 어레이; 및
일측이 상기 제1 LED 어레이의 출력 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 다이오드의 애노드 단자에 연결되어, 게이트 바이어스가 조정된 상기 제1 정전류를 조절하여 출력하는 제1 정전류 조절부;
를 구비하고,
상기 제1 정전류 조절부는
드레인 단자가 상기 제1 LED 어레이의 출력 단자에 연결되어 상기 게이트 바이어스가 조정되어, 상기 제1 정전류의 흐름을 스위칭하는 제1 전계 효과 트랜지스터; 및
일측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에 연결되고, 타측이 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자에 연결되어, 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전류를 분기하는 제1 전류 분기 저항;
을 구비하는 것을 특징으로 하는,
플리커 방지용 LED 조명 장치.