KR102414915B1 - Smt실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 led 조명 장치 - Google Patents

Smt실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 led 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 발광부의 점등 및 소등시 LED의 전압, 전류를 검출하고 비교하여 소등 유무를 판단함으로써 LED 소등시 LED에 잔류하는 LED 구동전압을 순간적으로 단락하여 잔광을 제거하도록 한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치에 관한 것으로서, LED 전원부로부터 직류 전원을 공급받아 발광하는 LED 발광부와, 상기 LED 전원부를 통해 입력된 직류 전원을 레퍼런스 전압으로 생성하여 출력하는 레퍼런스 전압 생성부와, 상기 레퍼런스 전압 생성부에서 생성된 레퍼런스 전압을 입력으로 받아 제어신호를 출력하는 스위치 제어부와, 상기 LED 발광부의 ON 또는 OFF시에 흐르는 전류를 감지하고 상기 감지된 전류 값을 상기 스위치 제어부에 출력하는 전류 셋팅부와, 상기 스위치 제어부의 제어신호에 따라 구동하여 상기 LED 발광부의 OFF시 LED에 잔류하는 LED 구동전압의 순간적인 단락을 통해 잔류 전류를 방전하여 잔상을 제거하는 방전부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치{LED lighting device including afterimage removal device capable of SMT mounting}
본 발명은 LED 조명등에 관한 것으로, 특히 LED 발광부의 점등 및 소등시 LED의 전압, 전류를 검출하고 비교하여 소등 유무를 판단함으로써 소등시 LED에 잔류하는 LED 구동전압을 순간적으로 단락하여 잔광을 제거하도록 한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치에 관한 것이다.
현재, 조명용으로 LED 램프가 설치된 LED 조명등이 가정, 사무실을 포함하여 지하주차장이나 대형 실내에 널리 설치 사용되고 있다. 이러한 LED 램프를 광원으로 사용하는 LED 조명등은 형광등을 광원으로 하는 조명등에 비해 조도를 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있고, 또한 소비전력이 현저히 낮으며, 수명이 반 영구적인 장점을 갖고 있다.
그런데 LED 조명등의 소등 시에도 잔불이 낮아 있는 잔광 현상이 발생한다.
여기서, 잔광 현상이란 형광등과 LED 조명등에서 나타나는 공동 현상으로 스위치에서 전원을 차단하지 못해 생기는 현상이다. 또한, 소등 상태에서도 불빛이 남아있거나 불빛이 깜빡 깜빡 거리는 등 잔광 현상이 계속 남아 있을 수 있다.
따라서, LED 조명등의 잔광을 제거하기 위해 잔광 제거용 콘덴서를 달아서 전등의 잔광을 제거 즉, 스위치 오프시, 잔광 제거용 콘덴서가 LED 조명등으로 가는 미세전류를 저장함으로써 미세 전류에 의한 잔광을 제거할 수 있다.
하지만, 이러한 종래의 잔광 제거 방법은 잔광 제거용 콘덴서의 미세 전류 저장용량을 초과할 만큼 스위치를 오프(OFF)하게 될 경우, 잔광이 다시 생기는 문제가 있다.
이와 같이 잔광 제거용 콘덴서를 이용한 종래의 잔광 제거 방법은 용량이 4.7uF 이상의 전해 콘덴서를 사용함에 따라 전류 공급자에게 요금 및 설비면에서 부담을 주는 문제가 있었다.
즉, 스위치 ON시에 콘덴서가 220V라인에 쓸데없이 병렬로 연결되기 때문에 역률이 저하되면서 전류가 크게 증가하여 역률 요금을 적용 받는 사업장과 가정집 마다 비록 요금 적용은 받지 않더라도 한전 입장에서는 전류 증가가 크게 보여진다. 실제 공급 전류는 344mA인데 전기요금은 47mA값만 받는 결과를 초래한다.
이로 인해 전기 공급자 입장에서는 전류 증가에 따라 전선의 굵기를 굵게 가져가야만 되기 때문에 단독 주택의 경우는 큰 문제가 아니지만 아파트나 대규모 밀집 지역의 주상, 지하 변압기에서 보면 엄청나게 큰 전류 증가가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, LED 발광부의 점등 및 소등시 LED의 전압, 전류를 검출하고 비교하여 소등 유무를 판단함으로써 LED 소등시 LED에 잔류하는 LED 구동전압을 순간적으로 단락하여 잔광을 제거하도록 한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치는 LED 전원부로부터 직류 전원을 공급받아 발광하는 LED 발광부와, 상기 LED 전원부를 통해 입력된 직류 전원을 레퍼런스 전압으로 생성하여 출력하는 레퍼런스 전압 생성부와, 상기 레퍼런스 전압 생성부에서 생성된 레퍼런스 전압을 입력으로 받아 제어신호를 출력하는 스위치 제어부와, 상기 LED 발광부의 ON 또는 OFF시에 흐르는 전류를 감지하고 상기 감지된 전류 값을 상기 스위치 제어부에 출력하는 전류 셋팅부와, 상기 스위치 제어부의 제어신호에 따라 구동하여 상기 LED 발광부의 OFF시 LED에 잔류하는 LED 구동전압의 순간적인 단락을 통해 잔류 전류를 방전하여 잔상을 제거하는 방전부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, LED 발광부의 점등 및 소등시 LED의 전압, 전류를 검출하고 비교하여 소등 유무를 판단함으로써 LED 소등시 LED에 잔류하는 LED 구동전압을 순간적으로 단락하여 잔광을 제거할 수 있다.
둘째, 추가적인 전력 소비가 발생하지 않음으로써, 전기 공급자에게 요금 및 설비면에서 부담을 주지 않으면서, 효과적으로 잔광을 제거할 수 있다.
셋째, LED 조명등의 전원 오프시, 순간적인 단락에 의해, LED 발광부에 잔류하는 미세 전류를 일괄적으로 방전시킬 수 있고, 이로 인해, LED 발광부들 각각의 턴 오프 전압 차이로 인한 LED 모듈의 산발적인 잔광을 일시에 제거할 수 있다.
넷째, 전원 오프 순간을 정확히 감지하고, 순간적으로 LED 발광부에 잔류하고 있는 구동전압을 방전부를 이용하여 방전시킴으로써, LED 조명등의 동작 효율을 개선할 수 있다.
다섯째, LED ON시 VDC 전압만 측정함으로써 전력소모가 낮아 제품의 효율 및 LED 등기구의 광효율에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치를 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 도 1의 레퍼런스 전압 생성부를 보다 상세하게 나타낸 회로도
도 3은 도 2의 레퍼런스 전압 생성부에서 입력 전압에 대한 레퍼런스 전압의 변화를 나타낸 그래프
도 4는 도 2의 레퍼런스 전압 생성부에서 레퍼런스 전압과 기준전압의 관계를 설명하기 위한 도면
도 5는 도 1의 스위치 제어부를 개략적으로 나타낸 구성도
도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치를 적용한 예시를 나타낸 도면
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치를 상세히 설명하기로 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.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1의 레퍼런스 전압 생성부를 보다 구체적으로 나타낸 개념도이다.
본 발명에 의한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상용 교류 전원(AC)을 공급받아 직류 전원(DC)으로 변환하여 출력하는 LED 전원부(110)와, 상기 LED 전원부(110)에서 변환된 DC 전원을 공급받아 발광하는 LED 발광부(120)와, 상기 LED 전원부(110)를 통해 입력된 직류 전원을 공급받아 레퍼런스 전압으로 생성하여 출력하는 레퍼런스 전압 생성부(130)와, 상기 LED 전원부(110)에서 출력되는 전압을 입력받아 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)의 노이즈를 줄이기 위한 전압으로 분배하여 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)에 공급하는 분배 전압부(140)와, 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)에서 생성된 레퍼런스 전압을 입력으로 받아 제어신호를 출력하는 스위치 제어부(150)와, 상기 LED 전원부(110)와 상기 레퍼런스 전압 생성부(130) 사이에 구성되어 LED 소등시 역전류가 LED 전원부(110)로 유입되는 것을 방지하기 위한 역전류 방지부(160)와, 상기 LED 발광부(120)에 흐르는 전압 및 전류를 감지하고 상기 감지된 전압 및 전류 값을 상기 스위치 제어부(150)에 출력하는 전류 셋팅부(170)와, 상기 전류 셋팅부(170)의 출력단에 1차측이 연결되고 2차측이 접지단에 연결되어 상기 전류 셋팅부(170)의 전압을 바이패스하여 상기 전류 셋팅부(170)를 과전류에 의한 소손을 방지하는 바이패스부(180)와, 상기 스위치 제어부(150)의 제어신호에 따라 구동하여 상기 LED 발광부(120)의 스위치 OFF시 상기 LED 발광부(120)의 LED에 잔류하는 잔류 전류를 방전하는 방전부(190)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 LED 전원부(110)는 내부에 전해 콘덴서(CAP1)를 포함하여, 상용 교류 전압(AC)을 직류 전압(DC)으로 변환하여 출력한다. 이때 상기 전해 콘덴서(CAP1)는 통상 그 용량이 470㎌ 이상이다. 이는, LED 조명등의 플리커 현상을 감소시키기 위함이다.
상기 LED 전원부(110)는 상기 LED 발광부(120)에 상용 교류 전압(AC Voltage), 예컨대 110 또는 220볼트를 직류 전압(VIN)으로 변환하여 출력하기 위해 정류기(LED구동장치, 도시되지 않음)를 포함한다. 상기 정류기는 다양한 정류기를 구비할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 브리지(bridge) 정류기를 사용하고 있다
상기 역전류 방지부(160)와 접지단(GND) 사이에 콘덴서(CAP2)로 구성되어 상기 LED 전원부(110)에서 출력되는 직류 전원을 충전하고 상기 LED 전원부(110)에서 상기 LED 발광부(120)로 전원이 공급되지 않을 경우 상기 충전된 직류 전원을 상기 LED 발광부(120)에 공급하는 전압 충전부(200)를 구비하고 있다.
상기 전압 충전부(200)는 LED ON시 전원을 저장하고 LED OFF시에 저장된 전원으로 구동하여 LED 단락을 유지할 수 있다. 한편, LED 조명등의 AC라인 누설에 의해서 잔류 전원에 의해 약점등(잔상) 상태에서 5~20mA 전류 생성시 상기 전압 충전부(200)에 저장된 전원으로 구동하여 잔광을 제거 및 유지할 수 있다.
상기 역전류 방지부(160)와 전압 충전부(200) 사이에 1차 측이 연결되고 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)의 입력단에 2차 측이 연결되어 상기 LED 전원부(110)에서 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)로 공급되는 전압을 안정적인 전압으로 변환하여 공급하는 클램프부(210)를 포함한다.
상기 LED 전원부(110)의 출력전압이 상기 분배 전압부(140) 또는 전압 충전부(200)로 전달되는 경로에는, 다이오드로 구현된 역전류 방지부(160)가 연결되는데, 이는 상기 LED 전원부(110)가 오프되어 전해 콘덴서(CAP1)가 방전될 경우, 상기 전압 충전부(200)를 구성하는 콘덴서(CAP2)에 충전된 전압을 유지시켜주기 위함이다. 즉, 상기 역전류 방지부(160)는 상기 전압 충전부(200)를 구성하는 콘덴서(CAP2)의 전압이 LED 전원부(110) 측으로 역류하는 것을 방지한다.
상기 레퍼런스 전압 생성부(130)는 상기 LED 전원부(110)와 스위치 제어부(150) 사이에 연결된다. 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)는 상기 LED 전원부(110)에서 연결되는 LED 발광부(120)의 LED -에 연결되는 전류 셋팅부(170)에서 생성되는 직류전압(Vsen)을 입력으로 받고 상기 직류전압(Vsen)의 변동 레벨을 감지하여 레퍼런스 전압을 생성한다.
상기 스위치 제어부(150)는 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)와 방전부(190) 사이에 구성된다. 상기 스위치 제어부(150)는 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)의 출력을 받아서 상기 방전부(190)를 구동한다. 상기 스위치 제어부(150)의 출력단은 상기 방전부(190)를 구성하는 파워 NMOS FET의 게이트에 연결된다.
따라서, 상기 스위치 제어부(150)는 상기 전류 셋팅부(170)에서 센싱된 전압 값에 따라 상기 방전부(190)의 동작을 제어한다. 즉, 상기 스위치 제어부(150)는 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)의 출력 신호가 크면 상기 방전부(190)를 온(on)시키고, 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)의 출력 신호가 작으면 상기 방전부(190)의 Off상태를 유지시킨다.
상기 분배 전압부(140)는 복수개의 저항들이 직렬로 연결되어 구성되며, 상기 LED 전원부(110)의 출력 전압을 강화시켜서 출력할 수도 있다.
상기 분배 전압부(140)는 상기 LED 전원부(110)에 연결되어 상기 LED 전원부(110)에서 출력되는 직류 전압을 다양한 전압 레벨로 분배한다. 즉, 상기 분배 전압부(140)는 상기 정류기에서 출력되는 직류 전압을 그보다 낮은 전압으로 출력한다.
상기 분배 전압부(140)는 2개의 직렬 연결된 저항(R1, R2)들이 직렬로 연결되어 구성되는데, 상기 2개의 직렬 연결된 저항(R1, R2)은 LED +단과 접지단(GND) 사이에 연결된다. 상기 2개의 저항(R1, R2) 사이에서 분배 전압부(140)의 출력 전압은 LED +단 전압의 노이즈를 제거하여 출력한다.
상기 분배 전압부(140)의 출력 전압은 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)로 전달된다. 상기 분배 전압부(140)를 구성하는 저항들의 수가 증가하면, 상기 분배 전압부(140)의 출력 전압의 수가 늘어난다. 따라서, 상기 분배 전압부(140)는 다양한 레벨의 전압들을 출력할 수가 있다.
상기 전류 셋팅부(170)는 상기 LED 발광부(120)의 LED에 흐르는 전류를 감지하고 감지된 전류 값을 전압으로 센싱할 수 있는 저항체로 0.05~10R 미만의 무유도 저항을 사용한다.
상기 전류 셋팅부(170)의 입력 전류 값(Vsen)이 192mV~208mV 미만이 생성될 수 있도록 설정한다. 전압을 전류로 환산시 5~20mA를 잔상 전류로 판단하며, 5~20mA 전류는 상기 전류 셋팅부(170)의 저항 값을 조정하여 설정할 수 있다. 예를 들면, 상기 전류 셋팅부(170)의 저항 값을 0.1~51Ω 값으로 설정할 수 있다.
상기 바이패스부(180)는 0.3~0.6VDC의 Vf를 갖으며, 0.3~0.6VDC 이상의 전압은 바이패스하여 상기 전류 셋팅부(170)를 과전류로부터 소손되는 것을 방지한다.
여기서, 상기 과전류란 통상 LED에 흐르는 전류로서 100mA~10A를 말하는데, 상기 전류 셋팅부(170)에 100mA~10A의 전류가 평상시에 흐르면서 상기 전류 셋팅부(170)를 소손시킨다. 따라서 상기 전류 셋팅부(170)의 무유도 저항을 최소화하기 위하여 1/8~1/4W의 무유도 저항을 사용하고 있다.
한편, 상기 전류 셋팅부(170)의 소비전력(WRS)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
WRs
Figure 112021094412311-pat00001
[W],
여기서, Rs는 상기 전류 셋팅부의 무유도 저항 값을 나타내고, Io는 상기 LED 발광부(120)의 LED에 흐르는 전류이다.
예를 들면, 종래의 경우 40W의 소비전력이 상기 전류 셋팅부(170)에 형성될 경우 2배인 80W의 무유도 저항을 사용해야 한다. 이는 제품의 소형화 설계가 힘들고 제품의 효율을 떨어뜨린다.
반면에 본 발명에서 상기 전류 셋팅부(170)의 소비전력(WRS)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
WRs
Figure 112021094412311-pat00002
=
Figure 112021094412311-pat00003
= 2.25[mW], 여기서, Vb는 상기 바이패스부(180)의 양단에 걸리는 전압이다.
상기 전류 셋팅부(170)에 2.25mW의 소비전력이 형성될 경우 2배인 4.5mW의 무유도 저항을 사용할 수 있기 때문에 그 만큼의 제품의 소형화가 가능하다.
상기 바이패스부(180)의 소비전력(Wb)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Wb = Vb * Io = 0.3 * 1 = 0.3W
상기 바이패스부(180)에 0.3W의 소비전력이 형성될 경우 상기 전류 셋팅부(170)의 무유도 저항의 손실을 최소화하면서 제품의 소형화를 달성할 수 있다.
상기 방전부(190)는 상기 LED 발광부(120)의 1차측 LED +와 접지단(GND) 사이에 파워 NMOS FET로 구성된다. 이때 상기 파워 NMOS FET의 드레인은 상기 LED 발광부(120)의 1차측 LED +에 연결되고 소오스는 접지단(GND)에 연결되며 게이트는 상기 스위치 제어부(150)에 연결된다.
따라서 상기 스위치 제어부(150)에서 출력되는 제어 신호(Vout)가 파워 NMOS FET의 문턱전압보다 높으면 상기 파워 NMOS FET는 턴온되어 상기 LED +와 LED -를 쇼트시켜서 LED에 잔류하는 전원을 방전하고, 상기 스위치 제어부(150)에서 출력되는 신호(Vout)가 파워 NMOS FET의 문턱 전압보다 낮으면 상기 파워 NMOS FET는 턴오프된다.
여기서, 상기 파워 NMOS FET의 온(ON) 시간이 길어지면 LED 발광부(120)의 방전 시간이 짧아진다. 반대로 상기 파워 NMOS FET의 오프(OFF) 시간이 길어지면 LED 발광부(120)의 방전 시간이 길어진다. 그 때문에 상기 파워 NMOS FET의 온 시간과 오프 시간을 적절히 조절함으로써 LED 발광부(120)의 방전 시간을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 파워 NMOS 트랜지스터는 N-CH 파워 트랜지스터로 LED에 공급되는 전압에 따라 내전압을 정하는데, 24~50VDC 미만의 전압으로 구성(감전 안전전압 50 50VDC 미만)하므로 60VDC 내전을 가지는 N-CH 파워 트랜지스터를 사용한다. 한편, 상기 N-CH 파워 트랜지스터의 전류에 대한 용량은 0.1~1A로 구성된 파워 트랜지스터를 선택하여 사용할 수 있다.
상기 전압 충전부(200)는 다이오드로 구현된 역전류 방지부(160)와 연결되는데, 이는 상기 LED 전원부(110)가 오프되어 콘덴서(CAP1)가 방전될 경우 상기 전압 충전부(200)를 구성하는 콘덴서(CAP2)에 충전된 전압을 유지시켜 주기 위함이다. 즉, 상기 역전류 방지부(160)는 콘덴서(CAP2)의 전압이 상기 LED 전원부(110)측으로 역류하는 것을 방지하고 안정적인 잔상 제거 장치의 전원을 유지시켜 주기 위한 회로이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치의 동작 원리는 다음과 같다.
먼저, LED 발광부(120)를 ON하여 LED 조명등으로 사용하다가 OFF했을 때 레퍼렌스 전압 발생부(130)의 레퍼런스 전압(Vref)이 기준전압 1.21V보다 크게 되면 상기 LED 발광부(120)가 OFF된 상태로 판단하여 LED에 잔류하는 구동전압을 순간적으로 단락하여 잔상을 제거할 수 있다.
또한, 상기 LED 발광부(120)를 ON하여 LED 조명등으로 사용하다가 OFF했을 때 LED에 흐르는 전류를 체크하여 최소 전류(5~20mA)인 경우 상기 LED 발광부(120)가 OFF된 상태로 판단하여 LED에 잔류하는 구동전압을 순간적으로 단락하여 잔상을 제거할 수 있다.
한편, 본 발명은 LED 발광부(120)의 ON시 전압 충전부(200)의 콘덴서(CAP2)에 전원을 저장하고 LED 발광부(120)의 OFF시에 전압 충전부(200)에 저장된 전원으로 구동하여 LED 단락을 유지할 수 있다. 조명등의 AC라인 누설에 의해서 전류 전원에 의해 약점등(잔상) 상태에서 5~20mA 전류 생성시 전압 충전부(200)에 저장된 전원으로 구동하여 잔광을 제거 및 유지할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치는 LED ON시 VDC 전압만 측정하기 때문에 전력 소모가 낮아 제품의 효율에 미치는 영향이 없을 뿐만 아니라 LED 등기구의 광효율에 미치는 영향 또한 미비하다.
상기 클램프부(210), 레퍼런스 전압 생성부(130), 스위치 제어부(150)로 구성되는 잔상 제거 판단부(300)는 상기 LED 전원부(110)에 1차측에 연결되어 LED 발광부(120)의 LED +에 생성되는 직류전압을 상기 분배 전압부(140)를 통하여 직류전압의 피크 전압을 검출하고, 상기 피크 전압이 미리 설정된 전압 변화 폭 이하로 떨어지는 경우 즉 분배 전압(Vcontrol)이 기준전압보다 클 때 상기 LED 전원부(110)의 전원이 오프(OFF)된 것으로 판단하고 LED에 잔류하는 LED 구동전압을 순간적으로 단락하여 방전한다.
또는 상기 잔상 제거 판단부(300)가 LED 전원부의 ON 또는 OFF 여부를 감지하고, 상기 LED 전원부(110)가 ON일 때와 OFF일 때 각각의 피크 전압을 측정한 후 그 차이값이 상기 전압 변화폭 이하일 때 즉 분배 전압(Vcontrol)이 기준전압보다 클 때 상기 LED 전원부(110)의 전원이 OFF된 것으로 판단한다. 이는 통상적으로 디밍(Dimming)시에도 분배 전압(Vcontrol)이 기준전압 이하로 떨어지지 않게 상기 분배 전압부(140)를 셋팅하여 전압을 고려하여 설계할 수 있다.
이와 같이 상기 LED 전원부(110)의 전원이 OFF된 것으로 판단된 경우, 상기 잔상 제거 판단부(300)는 상기 LED 발광부(120)에 흐르는 전류 값에 따라 상기 방전부(190)를 제어하되, 상기 LED 발광부(120)에 흐르는 전류를 감지하는 전류 셋팅부(170)로부터 전류 값을 전달받고 상기 전류 값이 미리 설정된 미세전류 범위(예를 들면, 10~20mA)에 포함되는 경우 상기 LED 전원부(110)의 전원이 OFF된 것으로 판단하고 상기 LED에 잔류하는 LED 구동전압을 순간적으로 단락하여 방전한다.
따라서 상기 스위치 제어부(150)의 출력신호(Vout)의 크기에 따라서 상기 방전부(190)의 동작이 제어된다. 즉, 상기 스위치 제어부(150)는 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)의 출력 신호가 기준전압보다 클 때 상기 방전부(190)를 구동시킬 수 있도록 한다.
또한, 상기 전류 셋팅부(170)로부터 전류 값을 전달받고 상기 전류 값이 미리 설정된 미세전류 범위에 포함되는 경우 상기 방전부(190)를 구동시킬 수 있는데, 그 결과에 의해 LED 발광부(120)에 잔류하여 잔광의 원인이 되는 미세 전류의 방전 여부를 결정한다.
상기 레퍼런스 전압 생성부(130)는 상기 분배 전압부(140)의 출력 전압(VSEN)에 포함된 피크전압을 감지하는 피크전압 감지부(131)와, 상기 피크전압 감지부(131)의 출력신호에 응답하여 분배 전압(Vcontrol)을 생성하여 출력하는 차동 증폭부(132)와, 상기 분배 전압부(140)의 분배 전압을 받아 전파전류를 생성하는 전파전류 생성부(133)와, 상기 전파전류 생성부(133)의 출력단에 연결되어 전파전류를 전달하는 제 1 전류 미러부(134)를 포함하여 이루어진다.
상기 피크전압 감지부(131)는 상기 분배 전압부(140)에 연결된다. 상기 피크전압 감지부(131)는 상기 분배 전압부(140)에서 출력되는 분배 전압(Vcontrol)의 피크 전압과 최저 전압을 검출한다. 상기 분배 전압부(140)에서 출력되는 분배 전압(Vcontrol)은 상기 LED 전원부(110)로 입력되는 전압이 변동되면 따라서 변동된다.
즉, 상기 LED 전원부(110)로 입력되는 전압의 변동량만큼 상기 분배 전압(Vcontrol)도 변동된다. 상기 피크전압 감지부(131)는 상기 분배 전압(Vcontrol)의 최고값 즉, 피크전압과 상기 직류 전압의 최저값 즉, 최저 전압을 검출한다.
상기 차동 증폭부(132)는 상기 피크전압 감지부(131)로부터 출력되는 신호에 응답하여 레퍼런스 전압을 출력한다. 즉, 상기 차동 증폭부(132)는 피크전압 감지부(131)로부터 상기 피크 전압이 출력되면 기준전압의 출력 신호(OUT)를 감소시키고, 상기 피크전압 감지부(131)로부터 상기 최저 전압이 출력되면 레퍼런스 전압의 출력 신호(OUT)를 증가시켜서 출력한다.
상기 차동 증폭부(132)는 상기 피크전압 감지부(131)의 출력 신호(V1)가 게이트에 인가되는 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)와 기준 전압(V2)이 게이트에 인가되는 제 2 NMOS 트랜지스터(NM2) 및 저항들(Ra1, Ra2)을 구비하는 차동부(135)와, 상기 제 1 NMOS트랜지스터(NM1)의 드레인에 연결된 제 1 PMOS 트랜지스터(PM1), 제 2 NMOS 트랜지스터(NM2)의 드레인에 연결된 제 2 전류 미러부(136)와, 상기 차동부(135)에 연결되어 차동부(135)로부터 출력되는 전압을 전류로 변환하는 전압전류 변환기(NM3)와, 상기 제 2 전류 미러부(136)로부터 출력되는 전류를 전압으로 변환하여 레퍼런스 전압 생성부(130)의 출력 신호(OUT)로써 출력하는 전류전압 변환기(Ra3) 를 포함하여 구성된다.
상기 제 1, 제 2 전류 미러부(134, 136)는 2개의 PMOS 트랜지스터들(PM2, PM3)을 구비한다.
여기서, 상기 차동 증폭부(132)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 상기 피크전압 감지부(131)의 출력 신호(V1)가 피크 전압으로써 출력되면 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)가 제 2 NMOS 트랜지스터(NM2)보다 많은 전류를 흘려준다. 그러면 상기 제 2 전류 미러(136)의 출력 전류가 감소하고, 그에 따라 상기 차동 증폭부(132)의 출력 신호(OUT)의 전압 레벨이 감소한다.
반대로, 상기 피크전압 감지부(131)의 출력 신호(V1)가 최저 전압으로써 출력되면 제 2 NMOS 트랜지스터(NM2)가 제 1 NMOS 트랜지스터(NM1)보다 많은 전류를 흘려준다. 그러면 상기 제 2 전류 미러부(136)의 출력 전류가 증가하고, 그에 따라 차동 증폭부(132)의 출력 신호(OUT)의 전압 레벨이 증가한다.
이와 같이, 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)로 입력되는 분배 전압(Vcontrol)이 증가하면, 즉, 상기 LED 전원부(110)로 입력되는 전압이 증가하면, 상기 피크전압 감지부(131)는 피크 전압을 출력하고, 그에 따라 차동 증폭부(132)의 출력 신호(OUT) 즉, 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)의 출력 신호(OUT)의 전압은 감소한다. 반대로, 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)로 입력되는 분배 전압(Vcontrol)이 감소하면, 즉, LED 전원부(110)로 입력되는 전압(VAC)이 감소하면, 상기 피크전압 감지부(131)는 최저 전압을 출력하고, 그에 따라 차동 증폭부(132)의 출력 신호(OUT) 즉, 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)의 출력 신호(OUT)의 전압 레벨은 증가한다.
도 3은 도 2의 레퍼런스 전압 생성부에서 입력 전압에 대한 레퍼런스 전압의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4는 도 2의 레퍼런스 전압 생성부에서 입력 전압과 기준전압의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
한편, 상기 전압전류 변환기(NM3)의 I3을 결정하는 값은 전파전류 생성부(133)에서 생성된 전파전류의 값을 따라간다. 도 3에서와 같이, 1VDC 입력시 I1은 작아지고 Ia는 커진다. 3VDC 입력시 I1은 커지고 Ia는 작아진다. 이 값에 의하여 레퍼런스 전압(Vref)의 파형 값이 변경된다(Vin 대 Vref는 반비례로 변화한다).
Figure 112021094412311-pat00004
여기서, 상기 분배 전압부(140)의 출력 전압(Vs)은 다음의 수학식 2로 표현할 수 있다.
Figure 112021094412311-pat00005
Figure 112021094412311-pat00006
Figure 112021094412311-pat00007
Figure 112021094412311-pat00008
따라서 상기 분배 전압부(140)의 전압 변동에 의하여 Vref가 변동됨을 알 수 있다.
본 발명은 상기 분배 전압부(140)의 변화에 따라 Vref를 반비례로 변화하여 낮은 전압 측정시 높은 전압으로 변환하고 높은 전압 측정시 낮은 전압으로 변환하여 낮은 전압에서의 측정 정확도를 높임으로써 낮은 전압을 정확히 측정해야 하는 전류 셋팅부(170)의 손실을 최소화시킬 수 있다.
도 5는 도 2의 스위치 제어부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5에서와 같이, 상기 스위치 제어부(150)는 상기 레퍼런스 전압 생성부(130)에서 생성된 레퍼런스 전압과 전류 셋팅부(170)에서 감지된 LED 발광부(120)의 전압을 비교하는 비교부(141)와, 상기 비교부(141)에서 비교된 신호에 응답하여 동작하는 드라이브부(142)를 포함하여 이루어진다.
상기 드라이브부(142)는 상기 비교부(141)의 출력 신호가 전압 레벨보다 상승하면 드라이브 신호를 출력한다. 또한, 상기 전류 셋팅부(170)에서 감지된 5~20mA 기준보다 내려가면 드라이브 신호를 출력한다.
즉, 상기 드라이브부(142)로부터 상기 두 조건이 맞아 드라이브 신호가 출력되어 상기 방전부(190)를 기동하여 상기 LED 발광부(120)의 잔류 전압을 방전한다.
이와 같이, 본 발명은 LED 발광부(120)의 ON시 전압 전류를 검출하고 LED 발광부(120)의 OFF시의 전압 전류를 검출한 후 두 값을 비교하여 LED 발광부(120)가 OFF라고 판단되면 LED 발광부(120)에 잔류하는 LED 구동전압을 순간적으로 단락하여 잔불 및 잔광을 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, LED 발광부(120)를 구동하는 구동전압은 제조사마다 다르다. 통상적으로 21~48VDC 전압을 많이 사용하고 있는데, 본 발명은 LED +에 인가되는 높은 전압인 21~48VDC 모든 제품에 적용이 가능하도록 하기 위해 LED 발광부(120)의 ON 및 OFF시 전압을 체크하여 상기 분배 전압부(140)로 0.3~3V(용량에 따라 구분하여 셋팅) 이하로 발생하고, LED 발광부(120) 즉, 전류 셋팅부(170)에 흐르는 최소전류 5~20mA 기준을 만족할 경우 LED 발광부(120)에 잔류하는 LED 구동전압을 순간적으로 단락하여 잔광을 제거한다.
한편, 도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치를 적용한 예시를 나타낸 도면이다.
본 발명에 의한 잔상 제거 장치를 도 6에 도시된 바와 같이, 잔상 제거 장치를 LED 발광부를 구성하는 PCB 기판 즉 보드에 직접 실장하거나, 도 7에 도시된 바와 같이, LED 컨버터 및 LED 등기구 사이에 별도로 분리하여 외장형으로 구성할 수가 있다.
즉, 본 발명에 의한 잔상 제거 장치를 LED 조명등을 신규로 설치하는 경우에 보드에 직접 실장하여 LED 조명등의 잔상을 제거함으로써 소형, 경량 및 적용성을 향상시킬 수도 있고, 기존에 설치된 LED 조명등인 경우에 외장형으로 잔상 제거 장치를 설치하여 잔상을 제거함으로써 다양성 및 적용성이 우수하다.
본 발명에 따르면 LED 발광부의 ON시 전압 전류를 검출하고 LED 발광부의 OFF시의 전압 전류를 검출한 후 두 값을 비교하여 LED 발광부가 OFF라고 판단되면 LED 발광부에 잔류하는 LED 구동전압을 순간적으로 단락하여 잔광을 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 LED 발광부(120)를 구동하기 구동전압은 제조사마다 다르다. 통상적으로 21~48VDC 전압을 많이 사용하고 있는데, 본 발명은 21~48VDC 모든 제품에 적용이 가능하도록 하기 위하여 구동시 VDC 피크 전압을 체크하고 OFF시 VDC OFF 전압을 체크하여 3V 이상의 차이가 발생하고, LED 발광부에 흐르는 최소전류 10~20mA 기준을 만족할 경우 LED 발광부에 잔류하는 LED 구동전압을 순간적으로 단락함으로써 LED 발광부(120)의 잔상을 제거할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 LED 조명장치는 예를 들면, 1W~2000W의 형광등, 실내등, 가로등, 터널등, 보안등, 투광등에 적용하여 사용할 수가 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
110 : LED 전원부 120 : LED 발광부
130 : 레퍼런스 전압 생성부 140 : 분배 전압부
150 : 스위치 제어부 160 : 역전류 방지부
170 : 전류 셋팅부 180 : 바이패스부
190 : 방전부 200 : 전압 충전부

Claims (11)

  1. LED 전원부로부터 직류 전원을 공급받아 발광하는 LED 발광부와,
    상기 LED 전원부를 통해 입력된 직류 전원을 레퍼런스 전압으로 생성하여 출력하는 레퍼런스 전압 생성부와,
    상기 레퍼런스 전압 생성부에서 생성된 레퍼런스 전압을 입력으로 받아 제어신호를 출력하는 스위치 제어부와,
    상기 LED 발광부의 ON 또는 OFF시에 흐르는 전류를 감지하고 상기 감지된 전류 값을 상기 스위치 제어부에 출력하는 전류 셋팅부와,
    상기 스위치 제어부의 제어신호에 따라 구동하여 상기 LED 발광부의 OFF시 LED에 잔류하는 LED 구동전압의 순간적인 단락을 통해 잔류 전류를 방전하여 잔상을 제거하는 방전부와,
    상기 LED 전원부에서 출력되는 전압을 입력받아 상기 레퍼런스 전압 생성부의 노이즈를 줄이기 위한 전압으로 분배하여 상기 레퍼런스 전압 생성부에 공급하는 분배 전압부를 포함하여 이루어지고,
    상기 레퍼런스 전압 생성부는 상기 분배 전압부의 출력 전압에 포함된 피크전압을 감지하는 피크전압 감지부와, 상기 피크전압 감지부의 출력신호에 응답하여 분배 전압을 생성하여 출력하는 차동 증폭부와, 상기 분배 전압부의 분배 전압을 받아 전파전류를 생성하는 전파전류 생성부와, 상기 전파전류 생성부의 출력단에 연결되어 전파전류를 전달하는 제 1 전류 미러부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 LED 전원부의 출력단에 구성되어 LED 소등시 역전류가 LED 전원부로 유입되는 것을 방지하는 역전류 방지부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 있어서, 상기 분배 전압부는 복수개의 저항들이 직렬로 연결되어 구성되며, 상기 LED 전원부의 출력 전압을 강화시켜서 출력하는 것을 특징으로 하는 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 역전류 방지부와 접지단 사이에 콘덴서로 구성되어 상기 LED 전원부에서 출력되는 직류 전원을 충전하고 상기 LED 전원부에서 전원이 공급되지 않을 경우 상기 충전된 직류 전원을 상기 LED 발광부에 공급하는 전압 충전부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 차동 증폭부는 상기 피크전압 감지부의 출력 신호가 게이트에 인가되는 제 1 NMOS 트랜지스터와 기준 전압이 게이트에 인가되는 제 2 NMOS 트랜지스터 및 저항들을 구비하는 차동부와, 상기 제 1 NMOS트랜지스터의 드레인에 연결된 제 1 PMOS 트랜지스터, 제 2 NMOS 트랜지스터의 드레인에 연결된 제 2 전류 미러부와, 상기 차동부에 연결되어 차동부로부터 출력되는 전압을 전류로 변환하는 전압전류 변환기와, 상기 제 2 전류 미러부로부터 출력되는 전류를 전압으로 변환하여 레퍼런스 전압 생성부의 출력 신호를 출력하는 전류전압 변환기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치 제어부는 상기 레퍼런스 전압 생성부에서 생성된 레퍼런스 전압과 전류 셋팅부에서 감지된 LED 발광부의 전압을 비교하는 비교부와, 상기 비교부에서 비교된 신호에 응답하여 동작하는 드라이브부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 셋팅부의 출력단에 1차측이 연결되고 2차측이 접지단에 연결되어 상기 전류 셋팅부의 전압을 바이패스하여 상기 전류 셋팅부를 과전류로부터 보호하는 바이패스부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 역전류 방지부와 전압 충전부 사이에 1차 측이 연결되고 상기 레퍼런스 전압 생성부의 입력단에 2차 측이 연결되어 상기 LED 전원부에서 상기 레퍼런스 전압 생성부로 공급되는 전압을 안정적인 전압으로 변환하여 공급하는 클램프부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 SMT실장이 가능한 잔상제거 장치를 포함한 LED 조명 장치.
  11. 삭제
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