KR19990084247A

KR19990084247A - 교류전원 엘이디 구동회로

Info

Publication number: KR19990084247A
Application number: KR1019980015843A
Authority: KR
Inventors: 이종규
Original assignee: 이종규
Priority date: 1998-05-02
Filing date: 1998-05-02
Publication date: 1999-12-06

Abstract

본 발명은 교류전원 LED 구동회로에 관한 것으로서, 더 상세하게는 교류전원을 이용하여 발광 다이오드(LED(Light Emitting Diode))를 구동할 때에 교류전원의 ON/OFF가 지속적으로 반복되거나, 교류전원의 전압세기가 변하거나 또는 주변의 온도가 크게 변할지라도 LED에 공급되는 전류량을 제어하는 교류전원 LED 구동회로에 관한 것으로, 전류가 흐르면 점등되어 빛을 발생하는 발광 다이오드(LED1)로 구성되는 발광부(400)와; 입력되는 교류전원(Vi)을 상기 발광 다이오드(LED1) 구동에 적합한 전압으로 변환하는 트랜스포머(100)와; 상기 트랜스포머(100)를 통한 양극성의 교류 전압을 단극성의 전압으로 바꾸는 정류부(200)와; 상기 발광 다이오드(LED1)의 ON/OFF 및 전류 흐름량을 제어하는 트랜지스터(TR1)로 구성되는 구동 제어부(500)와; 상기 구동 제어부(500)에 일정 세기 이상의 전압에서 일정한 바이어스 전압을 제공하는 바이어스 전압제어부(300)와; 온도 변화에 의한 발광 다이오드(LED1)의 전류변화 특성을 상대적으로 보상하여 전류량을 제어하는 온도보상 전류제어부(600)로; 구성됨을 특징으로 하는 교류전원 LED 구동회로를 제공하여, 교류전압의 세기나 온도가 변하더라도 빛의 밝기가 일정하며 평균 소모전력을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 직류전원 공급장치를 사용하지 않고 교류전원을 사용하여 LED를 구동하기 위한 부품수 및 비용을 절감할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Description

교류전원 엘이디 구동회로

본 발명은 교류전원 LED 구동회로에 관한 것으로서, 더 상세하게는 교류전원을 이용하여 발광 다이오드(LED(Light Emitting Diode))를 구동할 때에 교류전원의 ON/OFF가 지속적으로 반복되거나, 교류전원의 전압세기가 변하거나 또는 주변의 온도가 크게 변할지라도 LED에 공급되는 전류량을 제어하여 줌으로써 LED의 고장이 적어 장기간 사용할 수 있고 빛의 밝기가 일정하며 소모되는 전력량을 최소화할 수 있는 교류전원 LED 구동회로에 관한 것이다.

일반적으로 LED를 발광시키는 구동회로의 입력으로는 직류 정전압을 사용하고, 전압 세기의 제어 또는 정전류 제어를 통하여 LED 빛의 밝기를 조절하며, LED의 ON/OFF 제어는 직류전압의 ON/OFF 제어 또는 LED의 전류통로 ON/OFF 제어 등을 통하여 제어한다.

또한, 옥내에서 입력전원으로 직류 정전압 사용이 여의치 않거나, 교류전원이 작동되고 있는 상태를 표시하고자 할 경우에는 교류 전압의 최대치에서 LED에 흘리고자 하는 전류를 발생하도록 계산된 저항과 LED만으로 단순하게 구동하는 기술이 사용되어 지고 있다.

직류 정전압을 사용하여 LED를 구동하는 기술들은 매우 향상되어 있어서 안정화, 밝기 제어, 소모전력의 감소 등에 관련된 다양한 기술들이 구현되고 있다.

그러나, 직류 정전압의 입력전원으로 사용되는 교류전원이 짧은 주기를 갖고 지속적으로 ON/OFF를 반복할 경우 정전압 장치에 전기적 충격이 지속적으로 가해지므로 수명이 짧아지고 고장이 자주 발생되며 전력이 많이 소모되는 문제점이 있었다.

또한 직류 정전압 및 LED 구동장치가 신호등처럼 옥외에 설치되어 외부환경에 노출되어 있는 경우에는 온도 습도 등과 같은 다양한 환경조건에 의해 정상적으로 작동되지 않으며 정상적으로 작동시키기 위해서는 가격이 매우 비싸지는 등 LED 장치 작동 및 운용조건에도 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 교류전원을 입력으로 하여 LED를 구동시 교류전원의 ON/OFF가 지속적으로 반복되거나 교류전원의 전압세기가 변하거나 LED 주변의 온도가 크게 변할지라도 주변 온도변화에 따른 LED의 전류 변화특성을 상대적으로 보상하고 LED에 흐르는 전류량을 제어하여 줌으로써, 온도 변화나 전압 변동이 발생해도 빛의 밝기가 일정하고 가격이 저렴한 소자들의 간단한 회로로 동일한 밝기에서는 최소의 전력이 소모되며 LED의 고장이 적어 장기간 사용할 수 있는 교류전원 LED 구동회로를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전류가 흐르면 점등되어 빛을 발생하는 발광 다이오드로 구성되는 발광부와; 입력되는 교류전원을 상기 발광 다이오드 구동에 적합한 전압으로 변환하는 트랜스포머와; 상기 트랜스포머를 통한 양극성의 교류 전압을 단극성의 전압으로 바꾸는 정류부와; 상기 발광 다이오드의 ON/OFF 및 전류 흐름량을 제어하는 트랜지스터로 구성되는 구동 제어부와; 상기 구동 제어부에 일정 세기 이상의 전압에서 일정한 바이어스 전압을 제공하는 바이어스 전압제어부와; 온도 변화에 의한 발광 다이오드의 전류변화 특성을 상대적으로 보상하여 전류량을 제어하는 온도보상 전류제어부로; 구성됨을 특징으로 하는 교류전원 LED 구동회로를 제공하고자 한다.

도 1 - 본 발명에 따른 LED 구동회로도

도 2 - 도 1의 각 부분 파형도

도 3 - 본 발명의 일 실시예에 따른 회로도

도 4 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 트랜스포머, 200: 정류부, 300: 바이어스 전압제어부, 400: 발광부, 500: 구동 제어부, 600: 온도보상 전류제어부, LED1,LED2,…,LEDn: 발광 다이오드, ZD: 제너 다이오드, TR1,TR2,…,TRn; 트랜지스터, R1,R2,…,R2n+2: 저항, Rt1,Rt2,…,Rtn: 열저항 소자, Vi: 교류전원.

이하 본 발명을 첨부된 도면 도 1 내지 도 4를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 LED 구동회로도, 도 2는 도 1의 각 부분 파형도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로도, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회로도이다.

먼저 본 발명의 기본적인 구성을 살펴보면, 전류가 흐르면 점등되어 빛을 발생하는 발광 다이오드(LED1)로 구성되는 발광부(400)와;

입력되는 교류전원(Vi)을 상기 발광 다이오드(LED1) 구동에 적합한 전압으로 변환하는 트랜스포머(100)와;

상기 트랜스포머(100)를 통한 양극성의 교류 전압을 단극성의 전압으로 바꾸는 정류부(200)와;

상기 발광 다이오드(LED1)의 ON/OFF 및 전류 흐름량을 제어하는 트랜지스터로 구성되는 구동 제어부(500)와;

상기 구동 제어부(500)에 일정 세기 이상의 전압에서 일정한 바이어스 전압을 제공하는 바이어스 전압제어부(300)와;

온도 변화에 의한 발광 다이오드(LED1)의 전류변화 특성을 상대적으로 보상하여 전류량을 제어하는 온도보상 전류제어부(600)로;

구성됨을 특징으로 한다.

회로의 동작을 좀 더 상세하게 설명하면, 입력되는 상용의 교류전원(Vi)은 트랜스포머(100)를 통하여 발광부(400)의 발광 다이오드(LED1)를 구동하기에 적절한 세기의 전압으로 변환된다.

트랜스포머(100)를 통하여 변환된 교류전압은 정류부(200)에서 정류하여 단일 극성의 전압으로 변환되는 바, 전파정류나 반파정류 방식중 하나의 방식을 채택하여 사용할 수 있으며 도 2a는 전파정류한 전압파형의 일예로서 도 1의 A부분에서 파형도이다.

바이어스 전압제어부(300)는 정류부(200)에서 정류된 전압의 일정세기 이상에서 일정한 바이어스 전압을 구동 제어부(500)의 트랜지스터(TR1)에 인가하여 트랜지스터(TR1)가 ON 상태로 될 때 일정한 전류가 흐를 수 있도록 하며, 직렬 연결된 저항(R1,R2)중에 저항(R2)과 제너 다이오드(ZD)가 병렬로 연결되어 구성된다.

트랜지스터(TR1)의 구동바이어스 전압은 정류된 전압의 일정세기 이상에서 저항(R1)과 저항(R2)의 저항 값의 비에 의해 결정되고 제너 다이오드(ZD)는 교류전압의 세기가 변할지라도 일정한 바이어스 전압을 유지할 수 있도록 한다.

따라서 발광 다이오드(LED1)를 구동하는 전류 역시 일정하게 유지된다.

도 2b는 바이어스 전압제어부(300)에서 트랜지스터(TR1)에 인가하는 바이어스 전압파형의 일예로서 도 1의 B부분에서 파형도이다.

구동 제어부(500)는 발광 다이오드(LED1)에 흐르는 전류를 ON 또는 OFF시키고 전류량을 제어하며 트랜지스터(TR1) 중에서 바이폴라 트랜지스터나 FET를 사용할 수 있다.

바이어스 전압제어부(300)에서 조정된 전압에 의해 트랜지스터(TR1)의 작동이 ON/OFF되고, 이에 따라 발광 다이오드(LED1)에 흐르는 전류가 ON/OFF 됨으로써 발광 다이오드(LED1)가 점멸되며, 트랜지스터(TR1)가 0N시 흐르는 전류량은 바이어스 전압제어부(300)에서 조정된 바이어스 전압과 온도보상 전류제어부(600)의 총저항값에 의해 결정되므로 교류입력이 크게 변하여도 트랜지스터(TR1)에 일정량의 전류가 흐르게 되어 결과적으로 발광 다이오드(LED1)의 점등시 빛의 밝기는 일정하게 되는 것이다.

온도보상 전류제어부(600)는 열저항 소자(Rt1)와 열저항 소자(Rt1)의 온도-저항 특성곡선의 기울기를 원하는 특성곡선으로 조정하기 위하여 열저항 소자(Rt1)와 병렬로 연결한 저항(R3)과, 상기 발광 다이오드(LED1)의 기본 전류량을 결정하고 열저항 소자(Rt1)에 직렬로 연결되는 저항(R4)으로 구성된다.

발광 다이오드(LED1)의 밝기를 결정하는 전류량은 바이어스 전압제어부(300)에서 조정한 구동 제어부(500)의 트랜지스터(TR1) 바이어스 전압과 온도보상 전류제어부(600)에 의해 결정되는 바, 발광 다이오드(LED1)는 일정한 전압이 인가되고 있을 때 주변의 온도에 따라 발광 다이오드(LED1)에 흐르는 전류량이 변하므로 빛의 밝기가 변하게 된다.

따라서 이러한 특성을 보상하기 위하여 열저항 소자(Rt1)와 저항(R3)을 사용하여 발광 다이오드(LED1)의 온도-전류 특성곡선의 기울기에 대응하여 온도에 따라 전류량을 조정할 수 있음으로써 발광 다이오드(LED1)의 주변 온도가 변하더라도 빛의 밝기가 일정하게 되는 것이다.

도 2c는 발광 다이오드(LED1)에 흐르는 전류 파형을 나타낸 것으로 발광 다이오드(LED1)에 흐르는 전류는 모두 온도보상 전류제어부(600)에 흐름으로 결국 도 1의 C부분에서 전류 파형도이다.

이상의 동작을 간략하게 설명하면 교류전원(Vi)을 정류한 맥류전압이 일정세기 이상이 되면 트랜지스터(TR1)가 ON되면서 발광 다이오드(LED1)에 전류가 흐르게 되고 이때 흐르는 전류량은 온도가 변하더라도 온도보상 전류제어부(600)에 의해 일정하게 되어 발광 다이오드(LED1)의 점등시 빛의 밝기가 일정하게 되는 것이다.

또한, 도 2c에서처럼 발광 다이오드(LED1)에 흐르는 전류는 교류전원(Vi)의 주파수에 따라 ON/OFF를 반복하게 되므로 지속적으로 전류가 흐르는 것보다 도 2c의 OFF 시간대에는 전류가 흐르지 않으므로 평균전력 소모가 감소되어 절전효과가 큰 것이다.

도 1에서 발광 다이오드(LED1)는 1개 이상을 직렬 연결한 것을 나타낸 것이며, 도 1의 회로를 기본으로 하여 여러 가지로 응용이 가능한 것으로 도 3은 발광부에서 다수의 발광 다이오드(LED1,LED2,…,LEDn)를 병렬로 연결하여 발광 다이오드(LED1,LED2,…,LEDn)의 출력 단자를 구동 제어부(500)를 구성하는 트랜지스터(TR1)에 연결하는 실시예로서 다수의 발광 다이오드(LED1,LED2,…,LEDn)를 구동할 경우 소요되는 부품의 수를 최소화하고 소용되는 비용을 절감할 수 있는 것이다.

도 3은 전체적으로 전류가 많이 흐르고 이 전류가 구동 제어부(500)의 트랜지스터(TR1) 및 온도보상 전류제어부(600)의 소자(Rt1,R3,R4)에 흐르게 되어 트랜지스터(TR1) 및 소자(Rt1,R3,R4)의 소모전력이 증대되고 열이 발생하게 되므로 큰 소모전력에 견딜 수 있는 것으로 사용해야 된다.

도 4는 발광부(400)를 병렬로 연결된 다수의 발광 다이오드(LED1,LED2,…,LEDn)로 구성하여 그 출력 단자를 구동 제어부(500)를 구성하는 다수의 트랜지스터(TR1,TR2,…,TRn)에 연결하고 이를 다시 다수개의 열저항소자(Rt1,Rt2,…,Rtn)와 저항(R3,R4,,…,R2n+2)으로 구성되는 온도보상 전류제어부(600)에 연결하는 회로로, 전류의 흐름을 분산시켜 열의 발생을 미연에 방지할 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 교류전원을 입력으로 하여 LED를 구동시 교류전원의 ON/OFF가 지속적으로 반복되거나 교류전원의 전압세기가 변하거나 LED 주변의 온도가 크게 변할지라도 주변 온도변화에 따른 LED의 전류 변화특성을 상대적으로 보상하고 LED에 흐르는 전류량을 제어함으로써, 상용 교류전원 및 ON/OFF가 반복되는 교류전원에서도 안정적으로 LED를 구동할 수 있고 교류전압의 세기나 온도가 변하더라도 빛의 밝기가 일정하며 평균 소모전력을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 직류전원 공급장치를 사용하지 않고 교류전원을 사용하여 LED를 구동하기 위한 부품수 및 비용을 절감할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims

전류가 흐르면 점등되어 빛을 발생하는 발광 다이오드(LED1)로 구성되는 발광부(400)와;

입력되는 교류전원(Vi)을 상기 발광 다이오드(LED1) 구동에 적합한 전압으로 변환하는 트랜스포머(100)와;

상기 트랜스포머(100)를 통한 양극성의 교류 전압을 단극성의 전압으로 바꾸는 정류부(200)와;

상기 발광 다이오드(LED1)의 ON/OFF 및 전류 흐름량을 제어하는 트랜지스터(TR1)로 구성되는 구동 제어부(500)와;

상기 구동 제어부(500)에 일정 세기 이상의 전압에서 일정한 바이어스 전압을 제공하는 바이어스 전압제어부(300)와;

온도 변화에 의한 발광 다이오드(LED1)의 전류변화 특성을 상대적으로 보상하여 전류량을 제어하는 온도보상 전류제어부(600)로;

구성됨을 특징으로 하는 교류전원 LED 구동회로.
제 1 항에 있어서, 상기 바이어스 전압제어부(300)는 직렬 연결된 저항(R1,R2)과 상기 저항(R2)에 병렬 연결되는 제너 다이오드(ZD)로 구성됨을 특징으로 하는 교류전원 LED 구동회로.
제 1 항에 있어서, 상기 온도보상 전류제어부(600)는 열저항 소자(Rt1)와 상기 열저항 소자(Rt1)에 병렬 연결되는 저항(R3)과 직렬 연결되는 저항(R4)으로 구성됨을 특징으로 하는 교류전원 LED 구동회로.
제 1 항에 있어서, 상기 발광부(100)는 다수의 발광 다이오드(LED1,LED2,…,LEDn)가 병렬 연결되어 이루어지고 상기 발광 다이오드(LED1,LED2,…,LEDn)의 출력 단자는 트랜지스터(TR1)에 연결됨을 특징으로 하는 교류전원 LED 구동회로.
제 1 항에 있어서, 상기 발광부(100)는 다수의 발광 다이오드(LED1,LED2,…,LEDn)가 병렬 연결되어 이루어지고 상기 발광 다이오드(LED1,LED2,…,LEDn)의 출력 단자는 구동 제어부(500)를 구성하는 다수의 트랜지스터(TR1,TR2,…,TRn)에 각각 연결되며 상기 트랜지스터(TR1,TR2,…,TRn)는 온도보상 전류제어부(600)를 구성하는 다수개의 열저항 소자(Rt1,Rt2,…,Rtn)와 저항(R3,R4,,…,R2n+2)에 각각 연결됨을 특징으로 하는 교류전원 LED 구동회로.