KR20090105207A - 발광 다이오드를 구비한 광원 장치 - Google Patents

발광 다이오드를 구비한 광원 장치 Download PDF

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오창훈
이승민
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엘지전자 주식회사
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Abstract

발광 다이오드를 구비한 광원 장치가 개시된다. 본 광원 장치는, 적어도 하나의 발광 다이오드, 발광 다이오드에 교류 전압을 공급하는 교류 전원, 일 단이 교류 전원과 연결되고 타 단이 발광 다이오드와 연결되어 교류 전원으로부터 발광 다이오드로 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 브릿지 다이오드, 및 브릿지 다이오드의 타 단과 교류 전원 사이에 직렬로 연결되어 교류 전원으로부터 브릿지 다이오드로 흐르는 전류를 제어하는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 광원 장치가 제공된다.
발광 다이오드, 광원 장치, 브릿지 다이오드, 커패시터

Description

발광 다이오드를 구비한 광원 장치{Light Source Appartus With Light Emitting Diodes}
본 발명은 발광 다이오드를 구비한 광원 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: 발광 다이오드)는 전력 소모가 작고 반영구적인 수명을 갖는 등 장점이 많아 최근 광원으로서 널리 사용되고 있는 추세이다.
특히, 발광 다이오드는 기존의 백열등을 대체할 정도의 광 특성을 가지고 있으며, 최근 들어 기존 조명 장치에 필적할 정도의 휘도(brightness) 특성을 가진 발광 다이오드 조명 시스템이 발표되고 있어 차세대 핵심 광원 장치로 널리 각광 받고 있다.
그러나, 발광 다이오드는 전류의 방향에 따라 온/오프를 반복하므로, 발광 다이오드를 교류 전원에 직접 연결하여 사용할 경우 발광 다이오드가 쉽게 파손되는 문제점이 있다. 따라서, 종래의 발광 다이오드를 가정용 교류 전원에 직접 연결하여 일반 조명용으로 사용하는 것은 어렵다.
이에 따라 종래 교류 전원을 이용하여 발광 다이오드를 구동하기 위해서는 정류 장치를 이용하여 교류를 직류로 변환하는 방식을 채용하고 있다.
도 1은 종래의 발광 다이오드를 구비한 광원 장치를 나타낸 블록도이다.
광원 장치(100)는 교류 전원(101)과 교류를 직류로 변환하기 위한 정류 장치(102)와 적어도 하나 이상의 발광 다이오드(103)를 포함한다.
또한, 정류 장치(102)는 교류 전원(101)에서 인가되는 전압을 일정 전압 이하로 낮추는 변압기(미도시)와 교류를 직류로 변환하는 정류 회로(미도시)로 구성된다. 그러나, 이러한 정류 장치(102)는 일반적으로 큰 부피를 차지하고 상대적으로 제조 비용이 높은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 교류 전원을 이용하여 발광 다이오드를 구동하는 광원 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따르면, 적어도 하나의 발광 다이오드, 상기 발광 다이오드에 교류 전압을 공급하는 교류 전원, 일 단이 상기 교류 전원과 연결되고 타 단이 상기 발광 다이오드와 연결되어 상기 교류 전원으로부터 상기 발광 다이오드로 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 브릿지 다이오드, 및 상기 브릿지 다이오드의 상기 타 단과 상기 교류 전원 사이에 직렬로 연결되어 상기 교류 전원으로부터 상기 브릿지 다이오드로 흐르는 전류를 제어하는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 광원 장치가 제공된다.
여기서, 상기 커패시터는 상기 교류 전원의 양측에 각각 하나씩 연결될 수 있다.
또한, 상기 브릿지 다이오드의 일 단과 상기 발광 다이오드 사이에는 오프셋 커패시터가 상기 발광 다이오드와 병렬로 연결될 수 있다.
그리고, 상기 브릿지 다이오드는 상기 발광 다이오드에 흐르는 전원을 상기 교류 전원의 2배의 주파수로 구동시킬 수 있다.
또한, 상기 발광 다이오드는 복수 개의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
한편, 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따르면, 에노드(Anode) 와 케소드(Cathod)가 엇갈리도록 병렬 연결된 두 개의 발광 다이오드부, 상기 발광 다이오드부에 교류 전압을 공급하는 교류 전원, 상기 교류 전원과 상기 발광 다이오드부 사이에 연결되어 상기 발광 다이오드부로 흐르는 전류를 제어하는 적어도 하나의 커패시터를 포함하며, 상기 교류 전원과 상기 발광 다이오드부 및 상기 커패시터는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 장치가 제공된다.
여기서, 상기 커패시터는 상기 교류 전원의 양측에 각각 하나씩 연결될 수 있다.
또한, 상기 두 개의 발광 다이오드부 각각은 복수의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 발광 다이오드를 구비한 광원 장치에 있어서, 간단한 구동 회로를 적용하여 교류 전원 구동이 가능하다.
또한, 고효율, 고품질의 교류 전원 구동이 가능한 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
또한, 교류 전원 구동이 가능한 발광 다이오드를 구비한 광원 장치의 제조 비용을 절감할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치의 전류 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치(200)는 교류 전원(201), 커패시터(202) 및 발광 다이오드들(203a 및 203b)을 포함한다.
교류 전원(201)과 제1 및 제2 커패시터(202a 및 202b)와 발광 다이오드들(203a 및 203b)은 직렬로 연결된다.
또한, 발광 다이오드(203a 및 203b)에서, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 발광 다이오드(203a)와 제2 발광 다이오드(203b)의 에노드(Anode)와 케소드(Cathod) 단자는 엇갈리게 배치된다.
여기서는, 제1 발광 다이오드(203a) 및 제2 발광 다이오드(203b)가 각각 1개의 발광 다이오드를 포함하는 것으로 기재하였으나 제1 발광 다이오드(203a)와 제2 발광 다이오드(203b)는 각각 직렬 연결된 복수개의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
커패시터(202a 및 202b)는 발광 다이오드(203a 및 203b)에 초기 전류가 과도하게 흐르는 것을 방지하고, 전류의 활용률을 높여 고효율의 발광이 가능하게 한다. 또한, 통상 사용하는 레지스터가 아닌 커패시터(202)를 사용함으로써 발열로 인한 전류 소모를 방지하여 전력 효율을 높일 수 있다.
커패시터(202a 및 202b)의 양단에 흐르는 교류 전류는 아래 식1과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112008023808317-PAT00001
여기서 V1은 교류 전원의 전압값이며, f는 교류 전원의 주파수, VL , Forward 는 에 순방향 전압이 인가되는 경우의 발광 다이오드 전압이다. 상기 식1에서 커패시터(202a 및 202b)에 흐르는 교류 전류가 양(+)의 값일 경우에는 두 개의 발광 다이오드(203a 및 203b) 중에서 어느 한 개의 발광 다이오드가 도통하여 발광하게 된다.
도 3은 커패시터(202)에 흐르는 교류 전류 곡선을 나타내며, 교류 전류가 양(+)의 값인 경우에는 두 개의 발광 다이오드(203a 및 203b) 중 상단의 제1 발광 다이오드(203a)가 도통하고, 교류 전류가 음(-)의 값인 경우에는 두 개의 발광 다이오드(203a 및 203b) 중 하단의 제2 발광 다이오드(203b)가 도통하여 발광한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드를 구비하는 광원 장치를 나타내는 블록도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광원 장치의 전류 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 광원 장치(300)는 교류 전원(301), 제1 및 제2 커패시터(302a, 302b), 발광 다이오드(303) 및 브릿지 다이오드(304)를 포함한다.
제1 커패시터(302a)는 교류 전원(301)과 브릿지 다이오드(304)의 상부의 단자(304-1), 그리고 제2 커패시터(302b)는 교류 전원(301)과 브릿지 다이오드(304)의 하부의 단자(304-3)에 각각 연결되며, 브릿지 다이오드(304) 양 측면의 두 단자(304-2, 304-4)는 발광 다이오드(303)와 연결된다.
발광 다이오드(303)에 흐르는 정류된 전류는 아래 식2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008023808317-PAT00002
여기서 V1은 교류 전원의 전압값이며, f는 교류 전원의 주파수, VD1은 브릿지 다이오드에 순방향 전압이 인가되는 경우의 다이오드 전압, VL , Forward 는 발광 다이오드에 순방향 전압이 인가되는 경우의 발광 다이오드 전압이다.
상기 식2에서와 같이 발광 다이오드(303)에 흐르는 교류 전류의 첨두치는 커패시터로 제어가 가능하다.
도 5는 발광 다이오드(303)에 흐르는 교류 전류 곡선을 나타낸다. 발광 다이오드(303)는 브릿지 다이오드(304)로 인하여 인가되는 교류 전원(301)의 두 배의 주파수로 구동된다.
따라서, 일반 가정에서 사용되는 전원은 220V에 60Hz이므로, 상기와 같은 구성의 발광 다이오드 조명 장치는 120Hz로 구동하게 되어 고품질의 조명을 제공하게 된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 광원 장치를 나타내는 블록도이고, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광원 장치의 전류 특성을 설명하기 위한 도면이다.
광원 장치(400)는 교류 전원(401)과 커플링(Coupling) 커패시터(402a, 402b), 발광 다이오드(403), 브릿지 다이오드(404), 오프셋(Offset) 커패시터(405)로 구성되어 있다.
커플링 커패시터(402a, 402b)는 교류 전원(401)과 브릿지 다이오드(404)의 상부와 하부의 단자(404-1, 404-3)에 각각 연결되며, 브릿지 다이오드(404) 양 측면의 두 단자(404-2, 404-4)는 발광 다이오드(403)와 연결된다.
또한, 발광 다이오드(403)에 오프셋 전류를 생성해주는 오프셋 커패시터(405)는 발광 다이오드(403)와 병렬로 연결된다.
발광 다이오드(403)에 흐르는 정류된 전류에는 중첩의 원리(Superposition Principle)를 이용한 기술이 적용될 수 있다.
중첩의 원리를 적용하기 위하여, 오프셋 커패시터(405)를 제외한 발광 다이오드(403)에 흐르는 전류는 아래 식3으로 나타낼 수 있으며, 발광 다이오드(403)을 제외한 오프셋 커패시터(405)에 흐르는 전류는 아래 식4로 나타낼 수 있다.
Figure 112008023808317-PAT00003
Figure 112008023808317-PAT00004
여기서 V1은 교류 전원의 전압값이며, f는 교류 전원의 주파수, VD1은 브릿지 다이오드에 순방향 전압이 인가되는 경우의 다이오드 전압, VL , Forward 는 발광 다이오드에 순방향 전압이 인가되는 경우의 발광 다이오드 전압, Z C1, Z C2, Z L1은 커패시터(402a, C1), 커패시터(402b, C2) 및 발광 다이오드(403)의 임피던스이다.
중첩의 원리를 적용하면 발광 다이오드(403)와 오프셋 커패시터(405)에 유입되는 총 교류 전류는 상기 식 3과 식 4를 합한 값으로 표현되며, 이는 아래 식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008023808317-PAT00005
그러므로, 발광 다이오드(403)에 흐르는 교류 전류는 아래 식 6과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112008023808317-PAT00006
도 7은 발광 다이오드(403)에 흐르는 교류 전류 곡선을 나타낸다. 오프셋 커패시터(405)의 충전 및 방전에 의해 발광 다이오드(403)에 흐르는 전류는 상기 도 7에 도시된 바와 같이 오프셋 전류를 형성한다.
즉, 오프셋 커패시터(405)에 의해 발광 다이오드(403)에 흐르는 전류는 소정의 직류 전류에 리플(Riffle)이 있는 형태의 특성을 나타내게 된다. 이에 따라 발광 다이오드(403)에 흐르는 교류 전류의 스윙(swing) 폭을 줄여 발광 다이오드(403)를 보다 신뢰성 있게 구동할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 커패시터, 브릿지 다이오드 등과 같은 간단한 부품을 이용하여 고효율의 조명 장치를 구현할 수 있다. 또한 기존 교류 전원을 이용한 발광 다이오드 광원 장치와 달리 120Hz로 구동 및 오프셋 전류의 형성이 가능하고, 고품질, 고 신뢰성을 갖는 발광 다이오드 광원 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이러한 단순하고 저비용 부품을 이용한 조명 장치의 설계에 따라 제품의 생산 비용을 현저히 절감시키는 것이 가능하다.
도 1은 종래의 교류 전원에서 구동하는 발광 다이오드를 구비한 광원 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광원 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광원 장치를 설명하기 위한 도면이다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 발광 다이오드;
    상기 발광 다이오드에 교류 전압을 공급하는 교류 전원;
    일 단이 상기 교류 전원과 연결되고 타 단이 상기 발광 다이오드와 연결되어 상기 교류 전원으로부터 상기 발광 다이오드로 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 브릿지 다이오드; 및
    상기 브릿지 다이오드의 상기 타 단과 상기 교류 전원 사이에 직렬로 연결되어 상기 교류 전원으로부터 상기 브릿지 다이오드로 흐르는 전류를 제어하는 적어도 하나의 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커패시터는 상기 교류 전원의 양측에 각각 하나씩 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 브릿지 다이오드의 일 단과 상기 발광 다이오드 사이에는 오프셋 커패시터가 상기 발광 다이오드와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 브릿지 다이오드는 상기 발광 다이오드에 흐르는 전원을 상기 교류 전원의 2배의 주파수로 구동시키는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 복수 개의 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  6. 에노드(Anode)와 케소드(Cathod)가 엇갈리도록 병렬 연결된 두 개의 발광 다이오드부;
    상기 발광 다이오드부에 교류 전압을 공급하는 교류 전원;
    상기 교류 전원과 상기 발광 다이오드부 사이에 연결되어 상기 발광 다이오드부로 흐르는 전류를 제어하는 적어도 하나의 커패시터를 포함하며,
    상기 교류 전원과 상기 발광 다이오드부 및 상기 커패시터는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 커패시터는 상기 교류 전원의 양측에 각각 하나씩 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 두 개의 발광 다이오드부 각각은 복수의 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104244537A (zh) * 2014-09-29 2014-12-24 中国科学院半导体研究所 一种应用于养鱼池的led光源控制系统
KR20150018609A (ko) * 2011-01-28 2015-02-23 서울반도체 주식회사 Led 구동회로
KR20160075101A (ko) * 2014-12-19 2016-06-29 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 구동 장치

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