KR102316206B1 - Multi-stage current control LED lighting apparatus - Google Patents

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이진효
이규홍
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(주)알에프세미
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Abstract

An LED lighting apparatus according to the present invention includes a rectifying unit in the form of a full bridge that converts alternating current (AC) into direct current (DC), first to fourth LED modules connected in series with a plurality of LEDs, and first to seventh current control units controlling the current of the LED module, and controls current in five steps.

Description

다단 전류제어 발광다이오드 조명장치{Multi-stage current control LED lighting apparatus}Multi-stage current control LED lighting apparatus

본 발명은 다단 전류제어 발광다이오드(LED) 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고효율, 고역률, 전고조파 왜율을 최소화하기 위하여 다단계 전류제어로 직병렬 자동 전환을 하는 회로를 구비한 LED 조명장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-stage current-controlled light-emitting diode (LED) lighting device, and more particularly, an LED lighting device having a circuit for automatic serial-to-parallel switching with multi-step current control in order to minimize high efficiency, high power factor, and total harmonic distortion. is about

교류전원을 이용한 발광다이오드 조명장치는 교류전원을 직류전원으로 변환하고 조명장치가 안전하게 동작하도록 전압과 전류가 일정 범위 내에서 동작하도록 제어하는 구동회로가 필요하게 된다.A light emitting diode lighting device using AC power requires a driving circuit that converts AC power into DC power and controls voltage and current to operate within a certain range so that the lighting device operates safely.

가장 일반적으로 사용되는 기술은 SMPS 직류전원 장치를 사용하는 것이나, SMPS는 부피가 크고, 사용부품이 많아 가격도 비싸며 수명도 발광다이오드에 비해 상대적으로 짧다. 특히 고온에서 사용할 경우 사용된 일부 부품의 수명이 급격히 단축된다.The most commonly used technology is to use the SMPS DC power supply, but the SMPS is bulky, has many parts, is expensive, and has a relatively short lifespan compared to the light emitting diode. Especially when used at high temperatures, the life of some parts used is drastically shortened.

다른 방법은 정류다이오드, 커패시터 및 저항 등을 활용한 여러 소자와 집적회로를 이용한 단계적 점등 방법 등이 있으나 휘도의 균일성 등이 문제가 된다.As another method, there is a step-by-step lighting method using various elements and integrated circuits using rectifier diodes, capacitors and resistors, but the uniformity of luminance is a problem.

전압 레벨이 낮은 그룹의 LED는 점등되는 빈도가 전압 레벨이 높은 그룹의 LED보다 높으며, 전압 레벨이 높은 그룹의 LED는 점등되는 빈도가 전압 레벨이 낮은 그룹의 LED보다 적어 LED 수명에 균일성이 없으며, 전류 편차의 발생으로 인해 LED의 조도 편차가 심화되는 문제점을 가지고 있다.The LEDs of the low voltage group have a higher lighting frequency than the LEDs of the high voltage group, and the LEDs of the high voltage group are illuminated less frequently than the LEDs of the low voltage group, so there is no uniformity in LED lifespan. , there is a problem in that the illuminance deviation of the LED is deepened due to the occurrence of a current deviation.

순차적 LED 구동을 보완할 수 있는 방법으로 특허문헌에 전압에 따라서 병렬회로와 직렬회로가 자동으로 전환되며 수명이 매우 긴 조명장치가 제안되었다.As a method to supplement sequential LED driving, a lighting device with a very long lifespan in which a parallel circuit and a series circuit is automatically switched according to the voltage in the patent literature has been proposed.

도 1은 종래의 LED 조명장치 회로도이고 도 2는 시간에 따른 전류 또는 전압 파형으로 3단계 전류제어를 한다. 전압에 따라서 직렬 또는 병렬(이하 '직/병렬'로 표기함) 연결이 이루어지기 위한 역전류 방지 다이오드(25, 26)와 소등상태에서 누설전류에 의한 발광현상을 방지하기 위한 누설전류통과저항(20, 21)이 구성된다. 이와 같은 구성에서 전류변화는 최대 3단계로 구성되고, 고조파왜율을 감소시키기 위해서 누설전류통과저항(20, 21)을 작게 하여야 하나, 저항이 작으면 도 2의 점선 영역의 전류(22)로 인한 전력 손실이 증가하여 광효율이 떨어진다.1 is a circuit diagram of a conventional LED lighting device, and FIG. 2 is a three-step current control with a current or voltage waveform according to time. Reverse current prevention diodes 25 and 26 for series or parallel (hereinafter referred to as 'series/parallel') connection according to voltage and leakage current passing resistance ( 20, 21) are constructed. In this configuration, the current change consists of a maximum of three steps, and in order to reduce the harmonic distortion, the leakage current passing resistances 20 and 21 should be made small. As the power loss increases, the luminous efficiency decreases.

복수의 전류제어부(10~14)는 npn바이폴라 트랜지스터 2개와 nJFET 및 저항으로 구성되며, 정전류량은 0.6/저항값으로 결정된다.The plurality of current control units 10 to 14 are composed of two npn bipolar transistors, an nJFET, and a resistor, and the amount of constant current is determined as 0.6/resistance value.

도 2에서 피크전류인 제1 전류값은 제1 전류제어부(10)의 전류이고, 피크전류보다 낮은 제2 전류값은 제2 전류제어부(11) 및 제3 전류제어부(12)의 전류값이고, 제2 전류값보다 낮은 제3 전류값은 제4 전류제어부(13) 및 제5 전류제어부(14)의 전류값으로 3단계 전류값으로 제어된다.In FIG. 2 , the first current value that is the peak current is the current of the first current control unit 10 , and the second current value lower than the peak current is the current value of the second current control unit 11 and the third current control unit 12 , , The third current value lower than the second current value is the current value of the fourth current control unit 13 and the fifth current control unit 14 and is controlled as a three-step current value.

점등 동작은 낮은 전압구간에서는 병렬로 연결되고 점차 전압이 증가함에 따라 회로가 순차적으로 직렬 연결된다. 이때 점등된 상태에서도 전부 직렬 연결전까지 낮은 전압 범위에서 도 2의 점선 영역의 전류(22)와 같이 누설전류통과저항(20, 21)에 전류가 일정하게 흐르게 되어 불필요한 전력을 소모한다.The lighting operation is connected in parallel in the low voltage section, and as the voltage gradually increases, the circuits are sequentially connected in series. At this time, even in the lit state, a current constantly flows through the leakage current passing resistors 20 and 21 like the current 22 in the dotted line region of FIG.

그러나 조명장치에서 전자파 및 광효율 등 고기능성 성능이 점진적으로 개선 되면서 전고조파(Total Harmonic Distortion: THD) 규제뿐만 아니라 제3, 5, 7 고조파 각각에 대하여 규제하게 되었다. 따라서 고조파와 효율을 더욱 개선하기 위해서는 부가하여야 할 회로가 증가하고 비용과 구조에 문제가 발생한다.However, with the gradual improvement of high functional performance such as electromagnetic wave and light efficiency in lighting devices, not only Total Harmonic Distortion (THD) regulation but also 3rd, 5th, and 7th harmonics were regulated. Therefore, in order to further improve harmonics and efficiency, the number of circuits to be added increases, and problems arise in cost and structure.

한국등록특허 제10-1301087호Korean Patent Registration No. 10-1301087

상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 고효율, 고역률, 전고조파 왜율을 최소화하기 위하여 다단계 전류제어로 직병렬 자동 전환을 하는 회로를 구비한 LED 조명장치를 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to provide an LED lighting device having a circuit for automatic serial-to-parallel conversion with multi-step current control in order to minimize high efficiency, high power factor, and total harmonic distortion.

상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 다단 전류제어 LED 조명장치는, 교류(AC)를 직류로 변환하는 풀브릿지 형태의 정류부(51); 상기 정류부와 직렬 연결되어 제1 LED모듈(56) 및 제2 LED 모듈(57)에 제1 전류를 공급하는 제1 전류제어부(60); 상기 제1 전류제어부와 상기 제2 LED모듈(57) 사이에 연결되어 제2 전류 이하에서 제2 LED모듈(57)에 전류를 공급하는 제2 전류제어부(61); 상기 제1 LED모듈(56)과 제3 LED모듈(58) 사이에 연결되어 제2 전류 이하에서 상기 제1 LED모듈에 전류를 공급하는 제3 전류제어부(62); 상기 제2 LED모듈(57)과 제4 LED모듈(59) 사이에 연결되어 제3 전류 이하에서 상기 제4 LED모듈에 전류를 공급하는 제4 전류제어부(63); 상기 제3 LED모듈과 전원 접지 사이에 연결되어 제4 전류 이하에서 상기 제3 LED모듈에 전류를 공급하는 제5 전류제어부(64); 상기 제2 전류제어부(61)와 상기 제3 전류제어부(62) 사이에 연결되어 제5 전류 이하에서 상기 제3 전류제어부에 전류를 공급하고 제5 전류 이상에서는 상기 제1 LED모듈과 상기 제2 LED모듈을 전기적으로 연결하는 제6 전류제어부(70) 및 상기 제4 전류제어부와 상기 제5 전류제어부 사이에 연결되어 제5 전류 이하에서 상기 제5 전류제어부에 전류를 공급하고 제5 전류 이상에서는 상기 제3 LED모듈과 상기 제4 LED모듈를 전기적으로 연결하는 제7 전류제어부(71)를 포함하여 5단계로 전류제어되는 것을 특징으로 한다.A multi-stage current-controlled LED lighting device according to the present invention for the above-mentioned problems, a rectifying unit 51 in the form of a full bridge for converting alternating current (AC) to direct current; a first current control unit 60 connected in series with the rectifying unit to supply a first current to the first LED module 56 and the second LED module 57; a second current control unit 61 connected between the first current control unit and the second LED module 57 to supply a current to the second LED module 57 at a second current or less; a third current control unit 62 connected between the first LED module 56 and the third LED module 58 to supply a current to the first LED module at a second current or less; a fourth current control unit 63 connected between the second LED module 57 and the fourth LED module 59 to supply a current to the fourth LED module under a third current; a fifth current control unit (64) connected between the third LED module and a power ground to supply a current to the third LED module under a fourth current; It is connected between the second current control unit 61 and the third current control unit 62 to supply a current to the third current control unit below a fifth current, and at a fifth current or higher, the first LED module and the second A sixth current control unit 70 that electrically connects the LED module and is connected between the fourth current control unit and the fifth current control unit to supply a current to the fifth current control unit under a fifth current and above the fifth current It is characterized in that the current is controlled in five steps, including a seventh current control unit 71 that electrically connects the third LED module and the fourth LED module.

상기 전류제어부는 3개의 트랜지스터로 구성되되, 제1 트랜지스터(TR1)의 드레인 단자와 제3 트랜지스터(TR3)의 컬렉터 단자는 연결되어 LED모듈의 입력 단자(i)를 이루고, 저항(R)의 일측 단자에 공통으로 연결되어 있는 트랜지스터(TR2)의 베이스 단자와 트랜지스터(TR3)의 에미터 단자는 제어 단자(c)를 이루며, 저항(R)의 타측 단자에 연결되어 있는 트랜지스터(TR2)의 에미터 단자는 출력 단자(o)를 이루는 것을 특징으로 한다.The current control unit is composed of three transistors, the drain terminal of the first transistor TR1 and the collector terminal of the third transistor TR3 are connected to form the input terminal (i) of the LED module, one side of the resistor (R) The base terminal of the transistor TR2 connected to the terminal in common and the emitter terminal of the transistor TR3 form the control terminal c, and the emitter of the transistor TR2 connected to the other terminal of the resistor R The terminal is characterized in that it forms the output terminal (o).

상기 전류제어부는 2개의 트랜지스터로 구성되되, CRD(current regulation diode) 구조인 것을 특징으로 한다.The current control unit is composed of two transistors, characterized in that it has a CRD (current regulation diode) structure.

상기 전류제어부는 3개의 트랜지스터로 구성되되, 달링턴 구조인 것을 특징으로 한다.The current control unit is composed of three transistors, characterized in that the Darlington structure.

본 발명은 다단계 전류제어로 직병렬 자동 전환을 하는 회로를 사용하여 종래의 기술에 비하여 고조파 왜율을 감소시키고 광효율을 현저하게 개선할 수 있다.The present invention can reduce harmonic distortion and remarkably improve optical efficiency compared to the prior art by using a circuit for automatic serial-to-parallel switching with multi-step current control.

종래의 기술은 병렬로 점등된 상태에서도 전류가 일정하게 흐르게 되어 불필요한 전력을 소모하였으나, 본 발명은 점등되면 바로 누설전류가 차단되어 불필요한 전력소모가 없다.In the prior art, current flows uniformly even in a state of being lit in parallel, thereby consuming unnecessary power, but in the present invention, leakage current is immediately cut off when lit, so that there is no unnecessary power consumption.

도 1은 종래의 기술에 따른 LED 조명장치의 회로도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 LED 조명장치의 동작 파형이다.
도 3은 본 발명에 따른 LED 조명장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 LED 조명장치의 동작 파형이다.
도 5는 본 발명에 따른 전류제어부의 상세도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전류제어부의 다른 실시예이다.
도 7은 본 발명에 따른 전류제어부의 또 다른 실시예이다.1 is a circuit diagram of an LED lighting device according to the prior art.
2 is an operation waveform of the LED lighting device according to the prior art.
3 is a circuit diagram of an LED lighting device according to the present invention.
4 is an operation waveform of the LED lighting device according to the present invention.
5 is a detailed view of a current control unit according to the present invention.
6 is another embodiment of the current control unit according to the present invention.
7 is another embodiment of the current control unit according to the present invention.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예와 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시예에 한정되지 아니하고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.Hereinafter, with reference to specific examples and drawings for the practice of the present invention will be described. The embodiment of the present invention is intended to explain one invention, and the scope of rights is not limited to the illustrated embodiment, and the illustrated drawings are limited to the drawings because only the essential content is enlarged and illustrated for the clarity of the invention and incidental elements are omitted. should not be interpreted as such.

본 발명에서 사용하는 '포함하다' 또는 '배치되다' 또는 '구비하다' 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것으로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As used in the present invention, terms such as 'include' or 'arranged' or 'provide' mean that the corresponding component may be embedded, and other components are excluded, unless otherwise stated. Rather, it should be understood as further including other components.

또한, 단수 표현인 '상기'는 아래위 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현도 포함하는 것으로 이해될 수 있다.In addition, the singular expression 'above' may be understood to include a plural expression, unless the context clearly indicates otherwise.

또한, "제1"과 "제2" 등의 서수적 표현은 대등한 구성요소들을 서로 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.In addition, ordinal expressions such as "first" and "second" are for distinguishing equivalent elements from each other, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 구성 요소간 회로 동작을 의미하는 것으로서, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이며, '배치되는' '배치된'의 표현들은 구성요소 간 동작 연결 상태를 의미하는 것이 아닌 구성 요소간 물리적인 연결 상태를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.In addition, when it is said that a component is "connected" or "connected" to another component, it means a circuit operation between the components, and may be directly connected or connected to the other component. However, it should be understood that other components may exist in between. On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there is no other element in the middle, and 'disposed' is 'disposed'. Expressions of ' should be understood to mean the state of physical connection between components, not the state of operational connection between components. In addition, other expressions describing the relationship between elements, that is, "between" and "immediately between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.

본 발명은 교류 직결형 발광다이오드(LED) 조명장치로서 광효율 높이고 고조파 왜율을 감소시키기 위하여 5단계로 전류를 제어하는 것이 특징이다. 종래에는 LED 모듈간에 역전류를 차단하기 위하여 다이오드(25,26)을 사용한다. 다이오드는 비선형 소자로 고조파가 발생하기 때문에 저항(20, 21)을 사용하나, 저항이 작으면 누설전류로 인한 전력 손실이 증가하여 광효율이 떨어진다. 따라서 본 발명에서는 다이오드 대신에 정전류원을 사용한 전류제어로 고조파 발생을 억제하고 3단계 전류제어에서 5단계 전류제어로 광효율을 향상시키는 것이 특징이다.The present invention is an AC direct-coupled light emitting diode (LED) lighting device, characterized in that the current is controlled in five steps to increase light efficiency and reduce harmonic distortion. Conventionally, diodes 25 and 26 are used to block reverse current between LED modules. The diode is a nonlinear element and uses the resistors 20 and 21 because harmonics are generated. However, if the resistance is small, the power loss due to the leakage current increases and the luminous efficiency is lowered. Therefore, in the present invention, it is characterized in that harmonic generation is suppressed by current control using a constant current source instead of a diode, and the light efficiency is improved from 3-stage current control to 5-stage current control.

도 3은 본 발명에 따른 LED 조명장치의 회로도이고, 도 4는 본 발명에 따른 LED 조명장치의 동작 파형이다.3 is a circuit diagram of an LED lighting device according to the present invention, and FIG. 4 is an operation waveform of the LED lighting device according to the present invention.

본 발명에 따른 LED 조명장치는 교류(AC)를 직류로 변환하는 풀브릿지 형태의 정류부(51), 복수의 LED를 직렬로 연결한 제1 내지 제4 LED모듈(56~59), 상기 LED모듈의 전류를 제어하는 제1 내지 제7 전류제어부(60~64,70,71)를 포함한다.The LED lighting device according to the present invention includes a full-bridge type rectifying unit 51 for converting alternating current (AC) into direct current, first to fourth LED modules 56 to 59 connecting a plurality of LEDs in series, and the LED module. and first to seventh current control units 60 to 64, 70 and 71 for controlling the current.

상기 교류 전원(AC)은 가정이나 사무실에 공급되는 일반적인 220V 교류 전원이다.The AC power (AC) is a general 220V AC power supplied to a home or office.

상기 정류부(51)는 다이오드가 풀브릿지 형태로 연결되어 교류 전원을 전파 정류하여 정류 전압을 출력한다.The rectifier 51 has a diode connected in the form of a full bridge to full-wave rectify the AC power to output a rectified voltage.

상기 LED모듈은 출력된 정류 전압으로 구동되는 복수의 LED가 직렬로 연결된 것이다.In the LED module, a plurality of LEDs driven by the output rectified voltage are connected in series.

상기 전류제어부는 3개의 트랜지스터를 사용한 정전류원이다. 상기 전류제어부의 제1 트랜지스터(TR1)는 접합전계효과 트랜지스터(JFET)이고 제2 및 제3 트랜지스터(TR2, TR3)는 npn 바이폴라 트랜지스터(BJT)로 서로 연결되어 이루어져 있다. 출력 전류는 0.6/R(저항값)으로 결정된다.The current control unit is a constant current source using three transistors. The first transistor TR1 of the current control unit is a junction field effect transistor (JFET), and the second and third transistors TR2 and TR3 are connected to each other by an npn bipolar transistor BJT. The output current is determined as 0.6/R (resistance value).

도 5는 상기 전류제어부의 상세도로 제1 트랜지스터(TR1)의 드레인 단자와 제3 트랜지스터(TR3)의 컬렉터 단자는 연결되어 LED모듈의 입력 단자(i)를 이루고, 저항(R)의 일측 단자에 공통으로 연결되어 있는 트랜지스터(TR2)의 베이스 단자와 트랜지스터(TR3)의 에미터 단자는 제어 단자(c)를 이루며, 저항(R)의 타측 단자에 연결되어 있는 트랜지스터(TR2)의 에미터 단자는 출력 단자(o)를 이룬다.5 is a detailed view of the current control unit, wherein the drain terminal of the first transistor TR1 and the collector terminal of the third transistor TR3 are connected to form an input terminal i of the LED module, and to one terminal of the resistor R The base terminal of the transistor TR2 connected in common and the emitter terminal of the transistor TR3 form the control terminal c, and the emitter terminal of the transistor TR2 connected to the other terminal of the resistor R is It forms the output terminal (o).

본 발명의 도 4의 실시예에서 제1 내지 제7 전류제어부(60~64,70,71)는 동일한 전류제어부를 사용하였으나, 도 6의 CRD(current regulation diode) 구조나 도 8의 달링턴 구조 등 다양한 정전류 회로를 사용할 수 있다.In the embodiment of FIG. 4 of the present invention, the first to seventh current control units 60 to 64, 70, and 71 use the same current control unit, but the CRD (current regulation diode) structure of FIG. 6 or the Darlington structure of FIG. A variety of constant current circuits are available.

도 3의 LED 조명장치는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 실시예로서 종래의 다이오드를 사용하는 대신에 정전류원의 전류제어부를 사용하여 직병렬 자동 전환을 하여 역전류를 차단하고 전류제어 단계를 높이는 해결원리가 적용된 다양한 실시예로 확장할 수 있다.As an embodiment for explaining the present invention, the LED lighting device of FIG. 3 uses a current control unit of a constant current source instead of using a conventional diode to automatically switch between series and parallel to block the reverse current and increase the current control step. It can be extended to various embodiments to which the solution principle is applied.

도 3의 다단 전류제어 LED 조명장치는, 교류(AC)를 직류로 변환하는 풀브릿지 형태의 정류부(51); 상기 정류부와 연결되어 제1 LED모듈(56)에 제1 전류를 공급하는 제1 전류제어부(60); 상기 제1 전류제어부와 상기 제2 LED모듈(57) 사이에 연결되어 제2 전류 이하에서 제2 LED모듈(57)에 전류를 공급하는 제2 전류제어부(61); 상기 제1 LED모듈(56)과 제3 LED모듈(58) 사이에 연결되어 제2 전류 이하에서 상기 제1 LED모듈에 전류를 공급하는 제3 전류제어부(62); 상기 제2 LED모듈(57)과 제4 LED모듈(59) 사이에 연결되어 제3 전류 이하에서 상기 제4 LED모듈에 전류를 공급하는 제4 전류제어부(63); 상기 제3 LED모듈과 전원 접지 사이에 연결되어 제4 전류 이하에서 상기 제3 LED모듈에 전류를 공급하는 제5 전류제어부(64); 상기 제2 전류제어부(61)와 상기 제3 전류제어부(62) 사이에 연결되어 제5 전압 이하에서 상기 제3 전류제어부에 전류를 공급하고 제5 전압 이상에서는 상기 제1 LED모듈과 상기 제2 LED모듈을 전기적으로 연결하는 제6 전류제어부(70) 및 상기 제4 전류제어부와 상기 제5 전류제어부 사이에 연결되어 제5 전압 이하에서 상기 제5 전류제어부에 전류를 공급하고 제5 전압 이상에서는 상기 제3 LED모듈과 상기 제4 LED모듈를 전기적으로 연결하는 제7 전류제어부(71)를 포함하되, 전류 크기는 제1 전류/제4 및 제5 전류/제2 및 제3 전류/제6 및 제7 전류 순으로 작아져 5단계로 전류제어되는 것을 특징으로 한다.The multi-stage current control LED lighting device of FIG. 3 includes a rectifying unit 51 in the form of a full bridge that converts alternating current (AC) to direct current; a first current control unit 60 connected to the rectifying unit to supply a first current to the first LED module 56; a second current control unit 61 connected between the first current control unit and the second LED module 57 to supply a current to the second LED module 57 at a second current or less; a third current control unit 62 connected between the first LED module 56 and the third LED module 58 to supply a current to the first LED module at a second current or less; a fourth current control unit 63 connected between the second LED module 57 and the fourth LED module 59 to supply a current to the fourth LED module under a third current; a fifth current control unit 64 connected between the third LED module and a power ground to supply a current to the third LED module under a fourth current; It is connected between the second current control unit 61 and the third current control unit 62 to supply a current to the third current control unit under a fifth voltage and above the fifth voltage, the first LED module and the second A sixth current control unit 70 that electrically connects the LED module and the fourth current control unit and the fifth current control unit are connected between the fifth current control unit to supply current to the fifth current control unit at a voltage below a fifth voltage, and at a voltage above the fifth voltage and a seventh current control unit 71 electrically connecting the third LED module and the fourth LED module, wherein the magnitude of the current is first current/fourth and fifth current/second and third current/sixth and It is characterized in that the current is controlled in 5 steps as it decreases in the order of the 7th current.

본 발명에 따른 다단 전류제어 LED 조명장치의 동작을 도 4를 참고하여 설명한다.The operation of the multi-stage current control LED lighting device according to the present invention will be described with reference to FIG. 4 .

정류부(51)의 출력 전압(52)은 정현파의 반파 형태이고 정류 전류(69)는 이산적인 계단식 전류값을 가진다. 정류부(51)의 피크 전류는 i1이고, 제4 전류제어부와 제5 전류제어부의 전류값은 i2이고, 제2 전류제어부와 제3 전류제어부의 전류값은 i3이며 제6 전류제어부와 제7 전류제어부의 전류값은 i4이다. 점선 역영의 전류(72)는 제6 전류제어부에 흐르는 전류로 점등된 상태에서는 전혀 흐르지 않아 광효율을 증가시킨다. 점등상태는 LED모듈에 전류가 흐르기 시작하는 상태로서 입력전압이 LED모듈의 문턱전압보다 낮을 때만 흐르고 LED모듈의 문턱전압보다 높을 때는 전혀 흐르지 않는다. 종래기술은 입력 전압이 직렬 연결에 도달할 때까지 흐른다.The output voltage 52 of the rectifier 51 is in the form of a half-wave of a sine wave, and the rectified current 69 has discrete stepped current values. The peak current of the rectifier 51 is i1, the current values of the fourth current control unit and the fifth current control unit are i2, the current values of the second current control unit and the third current control unit are i3, and the sixth current control unit and the seventh current The current value of the control unit is i4. The current 72 in the dotted line is a current flowing through the sixth current control unit and does not flow at all in the lighted state, thereby increasing the light efficiency. The lighting state is a state in which current starts to flow in the LED module, and only flows when the input voltage is lower than the threshold voltage of the LED module, and does not flow at all when the input voltage is higher than the threshold voltage of the LED module. The prior art flows until the input voltage reaches a series connection.

각 LED모듈의 전류제어부 동작 상태는 정류 전압(Vcc)의 크기에 따라 달라진다. 정류부(51)에서 출력되는 정류 전압(Vcc)의 크기가 순방향의 문턱전압(Vt) 이상일 때뿐만 아니라 순방향 문턱전압(Vt)이하와 순방향 문턱전압(Vt) 이상의 구간에서도 네 개의 LED모듈 각각이 동작하여 점등된다. The operating state of the current control unit of each LED module depends on the magnitude of the rectified voltage (Vcc). Each of the four LED modules operates not only when the magnitude of the rectified voltage Vcc output from the rectifier 51 is greater than or equal to the forward threshold voltage Vt, but also in the sections below the forward threshold voltage Vt and above the forward threshold voltage Vt. to light up

제1 LED모듈(56)은 정류 전압을 이용하여 제1 전압 및 제2 전압 중 어느 하나의 동작 선택에 따라 제2 LED모듈(57)과 직렬 연결되거나 병렬 연결되어 LED를 동작시킬 수 있다.The first LED module 56 may be connected in series or parallel with the second LED module 57 according to an operation selection of any one of the first voltage and the second voltage by using the rectified voltage to operate the LED.

직/병렬 연결은 제1 LED모듈과 다른 구성간 회로적으로 연결된 상태가 아닌 교류 전압에 따라 동작되는 연결 상태를 의미할 수 있다. The series/parallel connection may refer to a connection state operated according to an AC voltage, not a state in which the first LED module and other components are connected in a circuit manner.

LED를 이용한 조명장치에서 LED모듈은 다이오드 특성상 순방향으로만 전류가 흐르며 이때 발광현상이 일어난다. 또한 순방향으로 일정 전압 이상이 되어야 전류가 흐르며 이때의 전압을 문턱전압(Vt)이라 한다. In a lighting device using LED, current flows only in the forward direction in the LED module due to the characteristics of the diode, and light emission occurs at this time. In addition, the current flows only when a certain voltage or more in the forward direction, and the voltage at this time is called the threshold voltage (Vt).

도 4는 교류 전원(AC)이 정류부(51)에 의해 정류된 전압(52) 또는 전류(69) 특성을 나타내며, 입력 전원 주파수의 2배수로 반복된다.4 shows the characteristics of the voltage 52 or the current 69 rectified by the rectifier 51 of the AC power source, which is repeated at twice the frequency of the input power source.

LED모듈들(56, 57, 58, 59)의 각 문턱전압을 Vt라 하면, 정류 전압(52)이 상기 문턱전압 이하(0V에서 Vt까지)에서는 상기 LED모듈들은 전류가 전혀 흐를 수 없다. 고조파 특성 개선과 발광다이오드의 미세한 전류에 의해서도 발광되는 특성 때문에 소등 상태에서의 미세한 기생 전압에 의한 발광 현상을 방지하기 위하여 도 4의 점선 영역의 누설전류(72)인 제5 전류(i5)을 흘려준다. 상기 누설전류(72)는 제1 전류제어부(60)-제2 전류제어부(61)-제6 전류제어부(70)-제3 전류제어부(62)-제4 전류제어부(63)-제7 전류제어부(71)-제5 전류제어부(64)를 통하여 흐르며, 전류량은 제7 전류제어부(71)에서 설정한다.If the threshold voltage of each of the LED modules 56, 57, 58, and 59 is Vt, when the rectified voltage 52 is below the threshold voltage (from 0V to Vt), no current can flow in the LED modules. A fifth current i5, which is the leakage current 72 in the dotted line region of FIG. give. The leakage current 72 is the first current control unit 60 - the second current control unit 61 - the sixth current control unit 70 - the third current control unit 62 - the fourth current control unit 63 - the seventh current The control unit 71 - flows through the fifth current control unit 64, the amount of current is set by the seventh current control unit (71).

상기 정류 전압(52)이 문턱전압 Vt - 2Vt 사이에서는 제3 LED모듈(58)과 제4 LED모듈(59)에 제4 전류(i4)가 흐르며, 전류량은 제6 전류제어부(70)에서 설정하고, 전류는 도 3 구성의 도면부호 60->61->70->62->63->59 경로와 60->61->70->62->58 ->64 경로로 흘러 제3, 제4 LED모듈이 병렬 동작하고, 제7 전류제어부(71)의 전류는 차단된다.When the rectified voltage 52 is between the threshold voltage Vt - 2Vt, a fourth current i4 flows through the third LED module 58 and the fourth LED module 59 , and the amount of current is set by the sixth current control unit 70 . and the current flows through the 60->61->70->62->63->59 path and the 60->61->70->62->58->64 path of the configuration of FIG. The fourth LED module operates in parallel, and the current of the seventh current control unit 71 is cut off.

상기 정류 전압(52)이 2Vt - 3Vt에서는 제1, 제2 LED모듈에도 제3 전류(i3)가 흐르며, 전류량은 제2, 3 전류제어부(61, 62)에서 설정하고, 전류 패스는 60->61->57->63->59와 60->56->62->58->64로 흘러 제1, 제2 LED모듈이 병렬 동작하고, 제6, 7 전류제어부(70, 71)의 전류는 차단된다. When the rectified voltage 52 is 2Vt - 3Vt, a third current i3 also flows in the first and second LED modules, the amount of current is set by the second and third current control units 61 and 62, and the current path is 60- Flowing in >61->57->63->59 and 60->56->62->58->64, the first and second LED modules operate in parallel, and the sixth and seventh current control units (70, 71) current is cut off.

상기 정류 전압(52)이 3Vt - 4Vt에서는 LED모듈에 제2 전류(i2)가 흐르며, 전류량은 제4, 5 전류제어부(63, 64)에서 설정하고, 전류는 60->56->57->63->59와 60->56->57->58->64로 흘러 제1, 제 2 LED모듈이 직렬 동작하고, 제2, 3, 6, 7 전류제어부(61, 62, 70 ,71)의 순방향전류는 차단되고, 제6 전류제어부(70)의 역방향 전류가 흐른다. When the rectified voltage 52 is 3Vt - 4Vt, a second current i2 flows in the LED module, the amount of current is set by the fourth and fifth current control units 63 and 64, and the current is 60->56->57- Flowing in >63->59 and 60->56->57->58->64, the first and second LED modules operate in series, and the second, third, 6, and 7 current control units (61, 62, 70, 71) is cut off, and the reverse current of the sixth current control unit 70 flows.

상기 정류 전압(52)이 문턱전압 4배(4Vt) 이상이 되면 LED모듈에 제1 전류(i1)가 흐르며, 전류량은 제1 전류제어부(60)에서 설정하고, 전류는 60->56->57->58->59 로 흘러 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 LED모듈은 직렬 동작하고, 제2, 3, 4, 5, 6, 7 전류제어부의 순방향전류는 차단되고, 제6, 7 전류제어부(70, 71)의 역방향 전류가 흐른다.When the rectified voltage 52 is greater than or equal to 4 times the threshold voltage (4Vt), a first current i1 flows in the LED module, the amount of current is set by the first current control unit 60, and the current is 60->56-> 57->58->59, the first, second, third and fourth LED modules operate in series, and the forward current of the second, third, fourth, fifth, sixth, seventh current control unit is cut off, 6, 7 The reverse current of the current control unit (70, 71) flows.

상기 정류 전압(52)이 문턱전압의 4배, 3배, 2배, 1배 이하로 감소할 때도 전술한 방법으로 동작한다.When the rectified voltage 52 is reduced to 4 times, 3 times, 2 times, or 1 times or less of the threshold voltage, the above-described method operates.

51: 정류부 56: 제1 LED모듈
57: 제2 LED모듈 58: 제3 LED모듈
59: 제4 LED모듈 60: 제1 전류제어부
61: 제2 전류제어부 62: 제3 전류제어부
63: 제4 전류제어부 64: 제5 전류제어부
70: 제6 전류제어부 71: 제7 전류제어부51: rectifying unit 56: first LED module
57: second LED module 58: third LED module
59: fourth LED module 60: first current control unit
61: second current control unit 62: third current control unit
63: fourth current control unit 64: fifth current control unit
70: sixth current control unit 71: seventh current control unit

Claims (4)

교류(AC)를 직류로 변환하는 풀브릿지 형태의 정류부(51);
상기 정류부와 연결되고 병렬로 연결된 제1 LED모듈(56) 및 제2 LED 모듈(57)에 제1 전류를 공급하는 제1 전류제어부(60);
상기 제1 전류제어부와 상기 제2 LED모듈(57) 사이에 연결되어 제2 전류 이하에서 제2 LED모듈(57)에 전류를 공급하는 제2 전류제어부(61);
상기 제1 LED모듈(56)과 제3 LED모듈(58) 사이에 연결되어 제2 전류 이하에서 상기 제1 LED모듈에 전류를 공급하는 제3 전류제어부(62);
상기 제2 LED모듈(57)과 제4 LED모듈(59) 사이에 연결되어 제3 전류 이하에서 상기 제4 LED모듈에 전류를 공급하는 제4 전류제어부(63);
상기 제3 LED모듈과 전원 접지 사이에 연결되어 제4 전류 이하에서 상기 제3 LED모듈에 전류를 공급하는 제5 전류제어부(64);
상기 제2 전류제어부(61)와 상기 제3 전류제어부(62) 사이에 연결되어 제5 전류 이하에서 상기 제3 전류제어부에 전류를 공급하고 제5 전류 이상에서는 상기 제1 LED모듈과 상기 제2 LED모듈을 전기적으로 연결하는 제6 전류제어부(70) 및
상기 제4 전류제어부와 상기 제5 전류제어부 사이에 연결되어 제5 전류 이하에서 상기 제5 전류제어부에 전류를 공급하고 제5 전류 이상에서는 상기 제3 LED모듈과 상기 제4 LED모듈를 전기적으로 연결하는 제7 전류제어부(71)를 포함하여 5단계로 전류제어되는 것을 특징으로 하는 다단 전류제어 LED 조명장치.A full-bridge type rectifier 51 for converting alternating current (AC) to direct current;
a first current control unit 60 connected to the rectifier and supplying a first current to the first LED module 56 and the second LED module 57 connected in parallel;
a second current control unit 61 connected between the first current control unit and the second LED module 57 to supply a current to the second LED module 57 at a second current or less;
a third current control unit 62 connected between the first LED module 56 and the third LED module 58 to supply a current to the first LED module at a second current or less;
a fourth current control unit 63 connected between the second LED module 57 and the fourth LED module 59 to supply a current to the fourth LED module under a third current;
a fifth current control unit 64 connected between the third LED module and a power ground to supply a current to the third LED module under a fourth current;
It is connected between the second current control unit 61 and the third current control unit 62 to supply a current to the third current control unit below a fifth current, and at a fifth current or higher, the first LED module and the second A sixth current control unit 70 for electrically connecting the LED module and
It is connected between the fourth current control unit and the fifth current control unit to supply a current to the fifth current control unit under a fifth current and electrically connect the third LED module and the fourth LED module at a fifth current or higher A multi-stage current-controlled LED lighting device, characterized in that the current is controlled in five steps, including the seventh current control unit (71). 제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제7 전류제어부는 3개의 트랜지스터로 구성되되, 제1 트랜지스터(TR1)의 드레인 단자와 제3 트랜지스터(TR3)의 컬렉터 단자는 연결되어 LED모듈의 입력 단자(i)를 이루고, 저항(R)의 일측 단자에 공통으로 연결되어 있는 트랜지스터(TR2)의 베이스 단자와 트랜지스터(TR3)의 에미터 단자는 제어 단자(c)를 이루며, 저항(R)의 타측 단자에 연결되어 있는 트랜지스터(TR2)의 에미터 단자는 출력 단자(o)를 이루는 것을 특징으로 하는 다단 전류제어 LED 조명장치.According to claim 1,
The first to seventh current control units are composed of three transistors, and the drain terminal of the first transistor TR1 and the collector terminal of the third transistor TR3 are connected to form an input terminal i of the LED module, and a resistor The base terminal of the transistor TR2 and the emitter terminal of the transistor TR3, which are commonly connected to one terminal of (R), form the control terminal (c), and the transistor ( The emitter terminal of TR2) is an output terminal (o), characterized in that the multi-stage current control LED lighting device. 제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제7 전류제어부는 2개의 트랜지스터로 구성되되, CRD(current regulation diode) 구조인 것을 특징으로 하는 다단 전류제어 LED 조명장치.According to claim 1,
The first to seventh current control units are composed of two transistors, the multi-stage current control LED lighting device, characterized in that the CRD (current regulation diode) structure. 제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제7 전류제어부는 3개의 트랜지스터로 구성되되, 달링턴 구조인 것을 특징으로 하는 다단 전류제어 LED 조명장치.According to claim 1,
The first to seventh current control units are composed of three transistors, multi-stage current control LED lighting device, characterized in that the Darlington structure.
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