KR102653673B1 - 전원공급장치로 정격전력정보를 제공하면서 플리커 현상이 없는 전원공급장치 분리형 스마트 led광원 - Google Patents

전원공급장치로 정격전력정보를 제공하면서 플리커 현상이 없는 전원공급장치 분리형 스마트 led광원 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 전원공급장치 분리형 LED 광원에 관한 것으로서, 그 LED 전원공급장치 분리형 LED 광원은, 다수의 LED소자가 직렬로 연결된 LED 어레이를 복수개 포함하며, 상기 복수의 LED 어레이는 병렬로 연결되는 LED 모듈; 및 상기 LED 모듈에 전원을 공급하는 전원공급장치의 전원을 제어하는 전원공급장치 피드백신호(FB)를 생성하여 상기 전원공급장치로 출력하는 SMPS 피드백신호 생성부를 포함할 수 있고, 상기 SMPS 피드백신호생성부는 그 LED모듈의 LED 어레이가 턴온(turn on)되는데 필요한 전압(LEDVF)에 상응하는 미리 설정된 저항값을 갖는 제1저항(RC1)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기존의 전원공급장치와 제조자 중심의 LED 광원이 아닌 광원(LED ARRAY MODULE) 중심 소비자 중심의 LED 조명 시스템을 구현할 수 있고, LED 제품 불량으로 발생하는 환경 폐기물을 줄일 수 있으며, LED 등제품의 광효율을 극대화하여 소비전력을 줄일 수 있어 LED등 제품의 수명을 결정하는 광원(LED LAMP)을 소비자가 기존의 백열등처럼 용이하게 교체할 수 있다. 또한, 불량이 발생하면 전원공급장치나 광원(LED LAMP) 중 불량이 발생한 부분만 교체하면 정상 사용이 가능하므로 불필요한 산업쓰레기를 막고, 소비자는 불필요한 지출을 줄일 수 있다.

Description

전원공급장치로 정격전력정보를 제공하면서 플리커 현상이 없는 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원 {Flicker-free smart LED light source detachable from power supply providing its rated power information with power supply}
본발명은 LED 광원에 관한 것으로, 특히 전원공급장치 분리형으로서 광원의 정격전력 정보를 전원공급장치에 제공하면서 플리커 현상이 없는 스마트 LED광원에 관한 것이다.
현재 주로 사용되는 LED등 제품용 전원공급장치는 종래의 형광등용 안정기를 개량한 맥류의 정전류형으로서 광원(LED LAMP)의 LED 직렬 수량(LED VF)에 상관없이 LED 램프(LAMP)로 흐르는 전류만 정전류 상태로 관리된다. 그런데 맥류를 사용함에 따라 광원(LED LAMP)에 플리커가 발생한다. 예를 들어, 맥류를 사용함에 따라 120 Hz의 플리커가 발생할 수 있으며, 원가절감을 위하여 맥류의 최고전압보다 현저히 낮은 값의 LED VF값을 가지도록 LED 어레이(ARRAY)를 구성함으로 인하여 불필요하게 무효전력이 발생한다.
예를 들어, 전원공급장치의 공급전력이 32 와트(Watt) 일 때 LED 어레이의 소비전력이 18 Watt라면, 차이값 14 Watt는 전원공급장치와 LED광원에서 열로 소비된다. 따라서 맥류의 최고점 전압과 LED VF 전압의 차이 값이 전원공급장치에서 고스란히 열손실로 이어지며, 이러한 상태가 지속되면 전원공급장치의 수명이 단축되는 직접적인 원인이 될 수 있다. 맥류를 사용하면 LED에 빛을 내는 시간 설정에 따라 LED의 VF 값을 전원장치의 전압보다 현격하게 낮추어야 될 경우도 있다. LED 어레이 구성에 사용되는 LED개수에 따라 LED VF값이 설정되며 LED의 VF값에 비례하여 플리커 지수가 변하게 된다
그리고 정전류형 전원공급장치를 사용할 경우 병렬 연결된 LED 어레이들 각각에 전류가 균등하게 분배되는 것이 바람직하지만 실제는 합성 LED VF 값이 낮은 LED 어레이 쪽으로 더 많은 전류가 흐르며 전류가 더 많이 흐르는 LED 어레이에는 열이 더 많이 발생하여 열 폭주가 발생하기도 한다 . LED 직렬 개수의 구성에서 원가절감을 이유로 LED의 직렬개수를 줄이면 LED에 과도한 열이 발생하게 되며, 이에 따라 열이 축적됨에 따라 LED 불량, 예를 들어 단선/열화로 인한 광출력 저하가 발생할 수 있다. LED 단선이 발생하면 단선된 LED로 흐르던 전류가 남아있는 LED 어레이로 흐르면서 열 폭주가 발생하고, 이에 따라 짧은 시간 내에 광원(LED LAMP) 전체가 동작하지 않게 된다.
한편, 현재 유통되는 LED등 제품은 대체적으로 전원공급장치와 광원(LED LAMP) 및 등기구가 일체형으로 구성되어 있다. 따라서 LED등 제품에서 전원공급장치나 광원(LED LAMP) 중 어느 하나 만 불량이 발생하여도 LED등 제품을 모두 교체해야 한다. LED등 제품의 설치 및 교체는 상용전원을 다뤄야 하는 것으로서, 일반소비자가 다루기에는 어려움이 있다. LED등 제품 전체를 교체하면, 비용 부담도 있지만 산업폐기물이 늘어나게 된다.
현재 시장에서 호환형으로 판매되는 튜브형(형광등 모양) 또는 FPL 광원(LED LAMP)은 상술한 정전류형 전원장치를 사용하는 범주에 속한다. 일부 거실용 LED등 제품은 전원공급장치와 광원(LED LAMP)이 분리되어 있는 형태이기는 하지만 실제는 일체형의 조건인 전원공급장치와 LED광원이 짝을 이루도록 설계되어 있다, 전원공급장치 또는 광원(LED LAMP)의 잦은 불량으로 인하여 소비자의 불편이 가중되고 있으며, 전원공급장치와 광원(LED LAMP)이 분리형이긴 하나 표준화가 되어있지 않아 소비자가 직접 교체하기에는 어려움이 따른다.
관리가 이루어지는 업체의 제품일지라도 전원공급장치와 광원(LED LAMP)가 짝을 이루고 있어, 전원공급장치나 광원(LED LAMP)중 어느 하나라도 고장이 발생하면, 일반 시중에서는 해결이 어려우며, 해당업체의 서비스망을 통해서만 조치할 수 있다. 이러한 경우도 상술한 범주를 크게 벗어나지 않는다.
도 1을 참조하면, LED 단품의 특성을 보면 VF(Forward Voltage)와 색온도와 빛 밝기의 산포가 매우 큰 특징을 가진다. 소비전력 및 광효율을 살펴보면, 현재 판매되고 있는 제품에서, 전원공급장치의 출력은 맥류 32 Watt (100V *320mA)이다. 이 때, 광원의 구성은 주로 LED 어레이에서 60mA LED가 직렬로 20개, 병렬로 5개 사용시 LED VF는 약 60V 이고 소비전류가 300mA 이므로, 18 Watt (60V * 300mA)의 소비전력이 발생한다. 즉, 이러한 구성일 경우 실제 빛을 내는 것은 32 Watt 가 아닌 18 Watt 이므로 광효율이 매우 떨어진다.
또한 맥류를 사용한 정전류 전원공급장치에 광원을 사용할 경우 형광등보다는 2~4 배 정도의 광효율을 가지는 LED구성이지만 실제로는 기존의 형광등 대비 광효율이 그리 높지 않은 상황이다. 따라서 광효율을 높일 수 있는 LED 조명(LIGHTING) 시스템에 대한 적극적인 기술개발이 요구된다.
반도체의 수명은 반영구적이고 LED의 특성상 수명이 길지만, 청색 LED 위에 백색광을 발생시키는 형광체를 LED 반도체에 고착시키는 수지(주로 실리콘)의 특성이 자외선과 열에 의하여 경년 변화를 가지기 때문에 일정시간이 지나면 수명을 다하게 되는 특징이 있다. 또한 LED의 청색광 발광시 자외선도 함께 발생되는데, 이 자외선은 실리콘의 수명을 단축시키는 요인이 된다. 따라서 LED 광원은 전원장치에 비해 수명이 영구적이지는 못하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다음과 같다. 첫째, 소비전력을 절감하기 위해, 광원(LED LAMP)의 LED VF 특성을 이용하여 전원공급장치로부터 꼭 필요한 전력만 제공받기 위한 LED 광원의 정격 전력 정보를 전원공급장치로 제공하는 스마트 LED 광원이 요구된다. 둘째, 전원공급장치와 광원(LED LAMP)의 표준화를 이루어, 호환성을 가지게 함으로써 생산 및 소비자의 편리성을 제공할 필요가 있다. 구체적으로, 불필요한 소비전력을 차단하고 전원공급장치가 광원에 반드시 필요한 전압만 출력할 수 있도록 하기 위해, LED의 VF특성에 맞추어 광원에 필요한 정보를 전원공급장치로 제공할 수 있는 광원(LED LAMP)이 요구된다. 셋째, LED는 광효율이 뛰어나지만 실제로 소비전력의 약 75%는 열로 소비되고 25% 정도의 빛을 내는 특성을 가지고 있어 방열이 매우 중요한 요소 중에 하나이다. 하지만 경제성 측면에서, LED 수량을 줄이기 위하여 LED가 허용하는 최대의 전류를 흘리고, 방열을 위한 구조는 최대한 줄일 수 밖에 없는 현실에서 LED 램프의 수명 보장을 위해서는 LED 램프의 열에 대한 제어가 필요하다. 넷째, 스마트한 광원(led lamp)의 개발이 필요하다. 구체적으로, LED VF 특성을 이용하여 전원공급장치의 출력전압을 제어하는 방법과 LED 과열 검출 및 FB 값을 제어하는 방법이 요구된다. 또한 마이콤(Micom)을 사용하거나 개별(Discrete) 부품과 비교기 또는 OP 앰프 IC를 사용하여 LED 어레이 불량(단선) 검출 방법이 필요하다. 또한 LED 어레이 불량(단선) 불량 발생시 표시할 수 있는 방법과 가변저항기 또는 고정저항과 스위치를 사용하여 디밍(Dimming) 방법이 필요하다.
따라서 본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 창출된 것으로서, LED 직렬구성의 정격전압(LED VF)값과, LED광원에 발생하는 열에 대한 정보와 LED광원에 흐르는 전류 정보를 전원공급장치로 제공함으로써, LED 전원공급장치로부터 맞춤형 전력을 공급받을 수 있는, LED 전원공급장치 분리형 스마트 LED 광원을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 LED 전원공급장치 분리형 LED 광원은, 다수의 LED소자가 직렬로 연결된 LED 어레이를 복수개 포함하며, 상기 복수의 LED 어레이는 병렬로 연결되는 LED 모듈; 및 상기 LED 모듈에 전원을 공급하는 전원공급장치의 전원을 제어하는 전원공급장치 피드백신호(FB)를 생성하여 상기 전원공급장치로 출력하는 SMPS 피드백신호생성부를 포함할 수 있고, 상기 SMPS 피드백신호생성부는 상기 LED모듈의 LED 어레이가 턴온(turn on)되는데 필요한 전압(LEDVF)에 상응하는 미리 설정된 저항값을 갖는 제1저항(RC1)를 포함할 수 있다.
상기 LED모듈은 상기 복수의 LED 어레이 각각의 일단에 LED 전류분리용 저항을 포함할 수 있다. 상기 복수의 LED 어레이에 구비된 복수의 LED 전류 분리용 저항과 연결되고, LED전류검출용 저항(RI1)를 구비하고, 상기 LED전류검출용 저항(RI1) 양단에 걸리는 전압(RID)을 통해 상기 복수의 LED 어레이에 흐르는 전류를 검출하는 LED전류검출부를 더 포함할 수 있고, 상기 SMPS 피드백신호생성부는 상기 LED모듈의 LED 어레이가 턴온(turn on)되는데 필요한 전압(LEDVF)에 상응하는 미리 설정된 저항값을 갖는 제1저항(RC1)를 포함하고, 상기 제1저항(RC1)의 일단은 상기 LED전류검출용 저항(RI1) 양단 간의 전압(RID)이 가해지고, 상기 제1저항(RC1)의 타단은 전원공급장치 피드백신호(FB)와 연결될 수 있다.
상기 SMPS 피드백신호생성부는 온도검출소자를 더 포함하고, 상기 LED모듈에서 발생하는 온도를 감지하여 온도가 올라가면 상기 전원공급장치 피드백신호(FB)의 전압이 올라가 상기 전원공급장치의 전압을 낮추는 온도보상부를 더 포함할 수 있다.
상기 온도보상부는 상기 LED모듈에서 발생하는 온도를 감지하여 온도가 올라가면 상기 온도검출소자의 저항이 낮아지는 특성을 이용하여 상기 전원공급장치 피드백신호(FB)의 전압이 올라가도록하여 상기 전원공급장치의 전압을 낮출 수 있거나, 상기 LED모듈에서 발생하는 온도를 감지하여 온도가 올라가면 상기 온도검출소자의 저항이 높아지는 특성을 이용하여 상기 전원공급장치 피드백신호(FB)의 전압이 올라가도록하여 상기 전원공급장치의 전압을 낮출 수 있다.
상기 SMPS 피드백신호생성부는 상기 제1저항(RC1)과 직렬 연결되는 가변저항(VR1); 및 상기 가변저항과 병렬연결되는 제2저항(RC2)를 포함할 수 있고, 상기 가변저항이 최대가 될 때 상기 LED모듈에 빛이 출력되지 않고, 상기 가변저항(VR1)과 상기 제2저항(RC2)의 저항값에 따라 디밍의 부드러움 정도가 결정되는 디빙제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른, LED 전원공급장치 분리형 LED 광원은 상기 LED 전류검출용 저항(RI1) 양단의 전압(RID)를 증폭하여 상기 증폭된 전압과 미리 설정된 값을 비교하여 상기 LED 어레이의 단선을 검출하는 LED단선검출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 LED 전원공급장치 분리형 스마트 LED 광원에 의하면, LED 등제품의 구현으로 광효율을 극대화시킴으로 소비전력을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 LED 전원공급장치 분리형 스마트 LED 광원에 의하면, 기존의 전원공급장치와 제조자 중심의 LED 광원이 아닌 광원(LED ARRAY MODULE) 중심 소비자 중심의 LED 조명 SYSTEM을 구현할 수 있다.
본발명에 의하면, 본 발명의 디밍 방법을 응용하여 센서등이나 주차장등에 용이하게 적용할 수 있으며 빛의 밝기 제어나 점등 및 소등을 쉽게 구현할 수 있다.
본 발명에 의하면, LED 제품 불량을 줄임으로써 LED 제품 불량으로 발생하는 환경 폐기물을 줄일 수 있다.
본 발명에 의하면, LED등 제품의 수명을 결정하는 광원(LED LAMP)을 소비자가 기존의 백열등처럼 용이하게 교체할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기존의 등제품과는 차별화된 전원공급장치를 기반으로 다양한 디자인으로 다양한 소비전력을 가진 광원(LED LAMP)을 설치할 수 있다.
본 발명에 의하면, 불량이 발생하면 전원공급장치나 광원(LED LAMP) 중 불량이 발생한 부분만 교체하면 정상 사용이 가능하므로 불필요한 산업쓰레기를 막고, 소비자는 불필요한 지출을 줄일 수 있다. 전원공급장치에 사용되는 반도체 칩을 정상적으로 설계하고 정상적으로 생산하여 정상적으로 사용한다면 그 수명이 반영구적이므로 전원공급장치는 반영구적인 수명을 가지도록 설계 및 생산하여 공급할 수 있고, LED 광원은 형광체의 특성상 장수명은 가능하나 반영구적으로 사용은 어려우므로 다양한 형태와 다양한 소비전력을 가지는 LED 광원을 공급하고 소비자는 이중 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전원공급장치와 상응하는 LED 어레이의 표준화를 통하여 국제표준을 이룰 수 있다. LED의 등급이 매우 다양한데 특히 LED VF에 허용 범위를 넓힘으로써 LED의 채산성을 높일 수 있다.
도 1은 LED광원의 대표적인 특성 항목들과 그에 대한 값을 표로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원의 구성을 블록도로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원에서 LED 모듈 및 LED 모듈 전류검출부의 세부적인 구성에 대한 일 예의 회로도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원에서 SMPS 피드백 신호 생성부의 일 구현예에 대한 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원에서 LED 단선검출부의 일 구현예에 대한 회로도이다.
도 6는 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원과 전원공급장치를 연결하는 커넥터에 대한 회로도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원에서 디밍명령부의 구현예들에 대한 회로도이다.
도 8은 종래의 정전류 전원장치를 사용시 광출력 특성을 나타낸 것으로서, (a)는 광효율은 비교적 높아지지만 플리커 지수가 커지고, (b)는 광효율은 낮아지지만 플리커 지수가 비교적 작아지는 것을 나타내고 있다.
도 9는 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원에서 직류전압을 이용할 때의 광출력 특성을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원의 구성을 블록도로 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원은 LED모듈(210) 및 SMPS 피드백신호 생성부(220)를 포함하여 이루어지고, LED모듈 전류검출부(230) 및 LED 단선 검출부(240)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원에서 LED 모듈(210) 및 LED 모듈 전류검출부(230)의 세부적인 구성에 대한 일 예의 회로도이다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원에서 SMPS 피드백 신호 생성부(220)의 구현예들에 대한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원의 LED 모듈(210)은 다수의 LED소자가 직렬로 연결된 LED 어레이(212, 214)를 복수개 포함하며, 상기 복수의 LED 어레이(212, 214)는 병렬로 연결된다. LED모듈(210)은 복수의 LED 어레이(212, 214) 각각의 일단에 LED 전류분리용 저항(213, 215)를 구비할 수 있다.
SMPS 피드백신호생성부(220)는 LED 모듈(210)에 전원을 공급하는 전원공급장치(250)의 전원을 제어하는 전원공급장치 피드백 제어신호(FB)를 생성하여 전원공급장치(250)로 출력하며, LED모듈(210)의 LED 어레이(212, 214)가 턴온(turn on)되는데 필요한 전압(LEDVF)에 상응하는 미리 설정된 저항값을 갖는 제1저항(RC1, 222a, 222b)를 포함한다.
LED전류검출부(230)는 복수의 LED 어레이(212, 214)에 구비된 복수의 LED 전류 분리용 저항(213, 215)과 연결되고, LED전류검출용 저항(RI1, 232)를 구비하고, 상기 LED전류검출용 저항(RI1, 232) 양단에 걸리는 전압(RID)을 통해 상기 복수의 LED 어레이(212, 214)에 흐르는 전류를 검출한다.
LED전류검출용 저항(RI1, 232)이 1 Ohm이 적용되었을 경우, LED모듈(210)의 LED에 흐르는 전류 값은 다음과 같이 산출될 수 있다. LED모듈(210)의 LED에 전류가 흐르면 그 합성전류가 LED전류검출부(230)의 LED전류검출용 저항(RI1)으로 흐르게 되며, 이 때 RI1의 저항값에 LED 모듈(210)의 합성전류값의 곱이 LED 모듈(210)에 흐르는 전류값이 전압으로 치환되어 나타난다.
LED 어레이(212, 214)의 전류가 60mA 이고, LED 어레이 4개가 병렬로 연결되어 있다면, 합성전류값은 240mA 가 되고, LED전류검출용 저항(RI1)의 양단에 걸리는 전압은 약 0.24V가 된다. 이 때 LED 어레이 하나가 단선이 발생하면 전류값은 180mA가 되고 LED전류검출용 저항(RI1) 양단에 걸리는 전압은 0.18V가 된다. 이 치환된 전압은 비교적 낮은 값이기 때문에 1차 증폭한 후 비교하여 기준 값보다 낮은지 판별하고, 정해진 기준값보다 낮으면 LED가 단선임을 표시할 수 있다.
한편, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, SMPS 피드백신호생성부(220)는 LED모듈(210)의 LED 어레이(212, 214)가 턴온(turn on)되는데 필요한 전압(LEDVF)에 상응하는 미리 설정된 저항값을 갖는 제1저항(RC1, 222a, 222b)를 포함하고, 제1저항(RC1, 222a, 222b)의 일단은 LED전류검출용 저항(RI1, 232) 양단 간의 전압(RID)이 가해지고, 상기 제1저항(RC1, 222a, 222b)의 타단은 전원공급장치 피드백신호(FB)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1저항(RC1, 222a, 222b)은 500 오옴(Ohm)의 저항 값을 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, LED로 전압이 걸리면 그 전압값에 비례하는 전류가 흐르게 되며, LED가 직렬로 연결되어 있을 경우 LED의 직렬 갯수와 LED VF값을 곱하면 광원의 합성 VF 값이 얻어진다. LED에 정격 이상의 전압을 인가하면 전류가 정격을 초과하게 되며, 광원에 열화 현상이 발생하여 광 출력이 줄어들게 된다. LED에 전류가 흐르면, LED에 열이 발생하게 되는데, 이 때 적절한 방열 대책이 마련되어 있지 않으면 과도한 열이 발생하게 되고, 이때 반도체의 특성상 열이 올라갈수록 전류가 증가하게 되는데, 이에 따라 과전류가 발생하여 전원공급장치의 손상이 발생하거나 LED모듈(210)의 광원의 열화특성으로 광 출력이 줄어들게 된다.
LED 전류 분리용 저항(213, 215)이 없으면 LED 어레이(212)와 LED어레이(214) 각각의 VF 값이 다를 수 있으며, 이 경우 VF가 낮은 LED 어레이 쪽으로 전류가 많이 흐르는 현상이 발생함으로 LED전류 분리용 저항(213, 215)은 이를 최소화 시켜주는 역할을 한다. 실제로 LED 전류 분리용 저항(213, 215)은 LED특성을 고려하여 저항값을 최소화하여 사용할 수 있다. 상황에 따라 LED 전류 분리용 저항(213, 215)은 0 오옴(Ohm)을 적용할 수도 있다. VF 전압은 LED에 흐르는 전류에 따라 결정되는데, LED에 흐르는 전류를 이용하여 LED 직렬 어레이(212, 214)의 VF 전압을 읽어 낼 수 있다.
예를 들어, 아래 표 1을 참조하면, LED 전류를 110mA 흘릴 때 LED VF값이 2.91V 이고 LED 직렬 갯수가 15개라면 LED ARRAY의 VF값은 약 43.65V가 된다.
[표 1]
계속해서 도 4a 및 도 4b를 참조하면, SMPS 피드백신호생성부(220)는 온도보상부(224a, 224b)를 더 포함할 수 있다. 온도보상부(224a, 224b)는 온도검출소자 (225a, 225b)를 포함하고, LED모듈(210)에서 발생하는 온도를 감지하여 온도가 올라가면 상기 전원공급장치 피드백신호(FB)의 전압이 올라가 전원공급장치(250)의 전압을 낮춘다. 상기 온도검출소자의 예로 서미스터 (Thermistor)가 사용될 수 있다.
구체적으로, 도 4a를 참조하면, 서미스터(225a)가 NTC Type 일 경우, 온도보상부(224a)는 LED모듈(210)에서 발생하는 온도를 감지하여 온도가 올라가면 서미스터(225a)의 저항이 낮아져 상기 전원공급장치 피드백신호(FB)의 전압이 올라가 전원공급장치(250)의 전압을 낮춘다. 또한 도 4b를 참조하면, 서미스터(225a)가 PTC Type 일 경우, 온도보상부(224a)는 LED모듈(210)에서 발생하는 온도를 감지하여 온도가 올라가면 서미스터(225b)의 저항이 높아져 상기 전원공급장치 피드백신호(FB)의 전압이 올라가 전원공급장치(250)의 전압을 낮춘다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, SMPS 피드백신호생성부(220)는 디밍제어부(226a, 226b)를 더 포함할 수 있다. 디밍제어부(226a, 226b)는 상기 제1저항(RC1, 222a, 222b)과 직렬 연결되는 가변저항(VR1) 및 상기 가변저항(VR1)과 병렬연결되는 제2저항(RC2)를 포함하고, 상기 가변저항(VR1)이 최대가 될 때 LED모듈(210)에 빛이 출력되지 않고, 상기 가변저항(VR1)과 상기 제2저항(RC2)의 저항값에 따라 디밍의 부드러움 정도가 결정된다. 디밍(Dimming)은 가변저항을 사용한 무단계나 저항과 스위치를 사용한 단계 방법을 사용할 수 있다.
SMPS 피드백신호 생성부(220)의 전원공급장치 피드백신호(FB)의 값을 결정하는 회로의 시정수는 다음과 같이 결정될 수 있다. 디밍제어부(226a, 226b)의 VR1 값을 0 Ohm으로 두고, 전원공급장치 피드백신호(FB)의 전압이 1.25V가 되도록 온도보상부(224a, 224b)의 저항 R3, R4, R5 의 값과 저항 RC1(222a, 222b) 값을 정한다. 계산식을 만들기 위하여 저항 RC1을 약 500 Ohm으로 두고 0.83V 전압이 걸릴 때 전류값을 구하면, 전류값은 약 1.66mA (= 0.83V / 500 Ohm)이 된다.
저항 R3, R4, R5 (상온 25도 일 때 47KOhm 기준)의 합성 저항값을 Rfb라 하면, 46.15V 에서 저항 RC1에 걸리는 0.83V를 뺀 45.32V에서 전류 1.66mA 흐르는 저항값이 합성 저항값 Rfb가 된다. 즉, 합성 저항 Rfb는 약 27.3 KOhm (= 45.32V / 1.66mA)가 된다. 상기에서 LED 어레이의 합성 VF값이 43.65V 라고 하였으므로 여기에 약 2.5V 를 더하면, 46.15V가 된다. 상기 46.15V가 목표로 하는 전원공급장치의 출력 전압이 된다.
이상에서 구한 값을 기준으로 두고 전원공급장치에 LED 모듈(210)을 연결한 다음 실제로 LED 모듈(210)에 흘릴 전류 값이 나오도록 저항 RC1의 값 또는 합성저항 RfB 값을 정한다. 이렇게 해서 저항 RC1의 값 또는 합성저항 RfB 값이 정해지면, 저항 R5의 값이 상온, 25도, 60도, 80도 값일 때를 적용하여 LED 모듈(210) 광원으로 흐르는 전류 값이 비슷하게 되도록 저항 R3 및 R4의 값을 조절하며 최종 튜닝(tuning)한다.
한편, LED단선검출부(240)는 상기 LED 전류검출용 저항(RI1, 232) 양단의 전압(RID)를 증폭하여 상기 증폭된 전압과 미리 설정된 값을 비교하여 LED 어레이(212, 214)의 단선을 검출한다. 도 5는 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원에서 LED 단선검출부(240)의 일 구현예에 대한 회로도이다. 도 5를 참조하면, LED단선검출부(240)는 LED 단선검출 전류 증폭부(242), LED 단선검출비교부(244), LED어레이단선검출부(246), LED 단선 표시부(248) 및 LED 단선검출 전원부(249)를 포함한다.
LED단선검출부(240)의 전원은 전원공급장치(250)로부터 별도로 전원회로를 만들어서 사용하여도 되지만, 도 5에 도시된 LED 단선검출 전원부(249)와 같이 LED하단부에 걸리는 LED VF를 이용할 수도 있다. 실제로 OPAMP 또는 MICOM의 소비전류가 수 mA 임을 감안하면 LED하단부에 걸리는 LED VF를 이용하여 정전압 IC를 사용하는 방법이 경제적이다. 또한 LED 어레이(212, 214)의 단선이 발생할 것을 염두에 두면 복수의 LED 어레이(212, 214)에서 전압을 인출하는게 합리적일 수 있다.
한편, 도 6는 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원과 전원공급장치를 연결하는 커넥터에 대한 일 실시 회로도이다. LED광원과 전원공급장치(250)를 연결하는 커넥터(610)은 전원공급장치(250)로부터 출력되는 전압 LED B+ 단자, 전원공급장치 피드백신호(FB) 단자, 디밍명령신호 DIM 단자를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원에서 디밍명령부의 구현예들에 대한 회로도이다. 디밍명령부는 가변저항을 사용하여 전체 밝기부터 완전소등까지 제어하는 제1실시예(710)와 저항과 스위치를 조합하여 강(HIGH), 중(MIDDLE), 약(LOW)의 3단계로 밝기를 제어하는 제2실시예(720)를 포함할 수 있다.
도 8은 종래의 정전류 전원장치를 사용시 광출력 특성을 나타낸 것으로서, (a)는 광효율은 비교적 높아지지만 플리커 지수가 커지고, (b)는 광효율은 낮아지지만 플리커 지수가 비교적 작아지는 것을 나타내고 있다. 도 8을 참조하면, 종래의 LED등제품용 전원공급장치는 맥류의 정전류형으로서, 광원(LED LAMP)의 직렬수량 (LED VF)과 병렬 갯수에 상관없이 LED LAMP로 흐르는 전류만 정전류상태로 관리된다. 맥류를 사용함에 따라 광원(LED LAMP)에 플리커가 발생하며, 맥류를 사용하므로 120 Hz의 플리커가 발생한다. 또한 맥류를 사용함에 따라, 맥류의 최고전압보다 현저히 낮은 값의 LED VF 값을 가지도록 LED 어레이를 구성해야 하고, 이에 따라 불필요하게 무효 전력이 발생한다.
도 9는 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원에서 직류전압을 이용할 때의 광출력 특성을 나타낸 것이다. 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원은 광손실은 줄이고 빛을 내는 구간은 크게 함으로써 광효율을 극대화하고 소비전력을 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
210 : LED 모듈
212, 214 : LED 어레이
213, 215 : LED 전류분리용 저항
220 : SMPS 피드백신호 생성부
222a, 222b : 제1저항(RC1)
224a, 224b : 온도보상부
225a, 225b : 온도검출소자(서미스터)
226a, 226b : 디밍제어부
230 : LED 모듈 전류검출부
232 : LED전류검출용 저항
240 : LED 단선 검출부
242 : LED 단선검출 전류 증폭부
244 : 비교기를 사용한 LED 단선검출비교부
246 : 마이컴을 사용한 LED어레이 단선검출부
248 : LED 단선 표시부
249 : LED 단선검출부 전원부
250 : 전원공급장치
610 : 커넥터
710 : 디밍명령부 제1실시예
720 : 디밍명령부 제2실시예

Claims (7)

  1. 다수의 LED소자가 직렬로 연결된 LED 어레이를 복수개 포함하며, 상기 복수의 LED 어레이는 병렬로 연결되고, 상기 복수의 LED 어레이 각각의 일단에 LED 전류분리용 저항을 포함하는 LED 모듈;
    상기 LED 모듈에 전원을 공급하는 전원공급장치의 전원을 제어하는 전원공급장치 피드백신호(FB)를 생성하여 상기 전원공급장치로 출력하는 SMPS 피드백신호생성부; 및
    상기 복수의 LED 어레이에 구비된 복수의 LED 전류 분리용 저항과 연결되고, LED전류검출용 저항(RI1)를 구비하고, 상기 LED전류검출용 저항(RI1) 양단에 걸리는 전압(RID)을 통해 상기 복수의 LED 어레이에 흐르는 전류를 검출하여 상기 SMPS 피드백신호 생성부로 전달하는 LED전류검출부를 포함하고,
    상기 SMPS 피드백신호생성부는
    일단은 상기 LED전류검출용 저항(RI1) 양단 간의 전압(RID)이 가해지고, 타단은 전원공급장치 피드백신호(FB)와 연결되며, 상기 LED모듈의 LED 어레이가 턴온(turn on)되는데 필요한 전압(LEDVF)에 상응하는 미리 설정된 저항값을 갖는 제1저항(RC1);
    상기 LED어레이의 온도를 검출하는 온도검출소자; 및
    상기 LED모듈에서 발생하는 온도를 감지하여 온도가 올라가면 상기 전원공급장치 피드백신호(FB)의 전압이 올라가 상기 전원공급장치의 전압을 낮추는 온도보상부를 포함하는, 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 온도보상부는
    상기 LED모듈에서 발생하는 온도를 감지하여 온도가 올라가면 상기 온도검출소자의 저항이 낮아지는 특성을 이용하여 상기 전원공급장치 피드백신호(FB)의 전압이 올라가도록 하여 상기 전원공급장치의 전압을 낮추거나, 상기 LED모듈에서 발생하는 온도를 감지하여 온도가 올라가면 상기 온도검출소자의 저항이 높아지는 특성을 이용하여 상기 전원공급장치 피드백신호(FB)의 전압이 올라가도록 하여 상기 전원공급장치의 전압을 낮추는 것을 특징으로 하는, 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원.
  6. 제1항에 있어서, 상기 SMPS 피드백신호생성부는
    상기 제1저항(RC1)과 직렬 연결되는 가변저항(VR1); 및
    상기 가변저항과 병렬연결되는 제2저항(RC2)를 포함하고,
    상기 가변저항이 최대가 될 때 상기 LED모듈에 빛이 출력되지 않고, 상기 가변저항(VR1)과 상기 제2저항(RC2)의 저항값에 따라 디밍의 부드러움 정도가 결정되는 디빙제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 LED 전류검출용 저항(RI1) 양단의 전압(RID)를 증폭하여 상기 증폭된 전압과 미리 설정된 값을 비교하여 상기 LED 어레이의 단선을 검출하는 LED단선검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전원공급장치 분리형 스마트 LED광원.
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