KR20110000006U - 엘이디 조명 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열전소자를 이용하여 엘이디가 실장된 인쇄회로기판의 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 한 엘이디 조명 장치에 관한 것으로, 엘이디 스트링부가 실장되는 인쇄회로기판과; 인쇄회로기판의 열을 흡수하고, 흡수한 열을 방열판으로 방출하는 열전모듈부와; 열전모듈부로 일정한 전압과 전류를 공급하는 SMPS부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

엘이디, 열전소자, 방열판, 인쇄회로기판

Description

엘이디 조명 장치{LED LIGHTING APPARATUS}

본 고안은 엘이디 조명 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 열전소자를 이용하여 엘이디가 실장된 인쇄회로기판의 열을 효과적으로 방출할 수 있도록 한 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엘이디(LED:Light Emitting Diode)는 GaP, GaAs 등의 화합물 반도체의 PN접합에 전류가 흐를 때 빛이 발생하는 현상을 이용한 발광체 소자로서, 발광다이오드 제조시 반도체 화합물의 성분비를 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 발생시킬 수 있다.

이러한 엘이디는 소정 영역의 파장을 이용하는 의료용은 물론, 식물의 생장촉진용으로도 사용되고 있으며, 특히 전력 소모가 적으면서도 시인성이 높다는 장점이 있어서, 최근에는 신호등, 차량의 리어 램프, 그리고 옥외 광고용 간판으로도 널리 적용되고 있으며, 그 적용범위는 점점 확대되어 종래에 알려진 조명수단을 대체하여 가고 있다.

그런데, 최근에는 휘도가 높고 광량이 많은 고출력 엘이디가 개발되었다. 이러한 고출력 엘이디를 사용하는 엘이디 조명 장치는 엘이디로부터 고온의 열이 발생하게 된다.

상기한 기술구성은 본 고안의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 고안이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

엘이디 조명 장치의 엘이디에서 고온의 열이 발생하게되면, 고온의 열에 의해 엘이디의 성능이 급격하게 저하되거나, 기판과 저항 및 실리콘과 케이스 등이 열에 의한 물성변형으로 수명이 단축되는 문제점이 발생한다.

엘이디 조명 장치에서 가장 중요한 부분은 엘이디 수명에 대한 부분으로써, 이러한 수명 단축 문제를 해결하기 위해 엘이디를 인쇄회로기판에 실장하고 이를 별도의 히트 싱크(Heat Sink)를 이용해서 방열시키는 공냉식이 주를 이루고 있다.

하지만 엘이디의 소비전력이 클수록 히트 싱크의 크기가 커질뿐만 아니라 열을 효과적으로 발산하기 위한 구조 설계에 어려움이 있다. 따라서 엘이디 조명 장치에서는 열에 의한 피해를 줄이기 위하여 엘이디로부터 발생되는 열을 신속히 분산 및 방출시키기 위한 장치가 필요하다.

따라서, 본 고안은 열전소자를 이용하여 엘이디가 실장된 인쇄회로기판에서 발생하는 열을 신속히 방열판으로 분산 및 방출할 수 있도록 함으로써 엘이디 조명을 구성하는 부품들의 기능저하 및 수명이 열에 의해 단축되는 것을 방지할 수 있도록 한 엘이디 조명 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안에 따른 엘이디 조명 장치는, 엘이디 스트링부가 실장된 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판의 열을 흡수하고, 흡수한 열을 방열판으로 방출하는 열전모듈부와; 상기 열전모듈부로 일정한 전압과 전류를 공급하는 SMPS부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안에서, 상기 열전모듈부는 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안은 교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 엘이디 스트링부로 공급하는 정류부; 및 상기 엘이디 스트링부가 정전류로 구동되도록 제어하는 정전류 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안에서, 상기 정전류 제어부는 상기 엘이디 스트링부와 접지사이에 전기적으로 연결되는 션트저항과; 상기 엘이디 스트링부와 상기 션트저항 사이에 전기적으로 연결되어 전류를 단속하는 FET부와; 상기 FET부와 상기 션트저항 사이의 전류를 감지하는 전류감지부와; 상기 전류감지부의 감지전류와 기준전류를 비교하고, 그 비교결과에 따라 PWM 듀티를 조절하는 제어부와; 상기 제어부의 PWM 듀티 조절에 따라 상기 FET부를 구동하는 FET구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 감지전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 PWM 듀티를 작 게하고, 상기 감지전류가 상기 기준전류보다 작으면 상기 PWM 듀티를 크게하여 정전류 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따르면, 열전소자를 이용하여 엘이디 및 저항 등이 실장된 인쇄회로기판에서 발생하는 열을 신속히 방열판으로 분산 및 방출함으로써 엘이디 조명을 구성하는 부품들의 기능저하를 방지하고, 엘이디 수명이 열에 의해 단축되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 고안을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 고안을 예시하기 위한 것이며, 본 고안의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 고안에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치의 블럭도이고, 도 2는 도 1의 열전모듈부가 설치되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치는 전원부(1), 정류부(2), SMPS(Switching Mode Power Supply)부(3), 열전모듈부(4), 엘이디 스트링부(5), 정전류 제어부(6)를 포함한다.

전원부(1)는 전자파 차단을 위한 EMI(ElectroMagnetic Interference)필터(13)를 통해 상용전원(11)을 필터링하여 교류전원을 공급한다. 전원부(1)에는 상용전원(11)과 EMI필터(13) 사이에 과전류로부터 엘이디 조명 장치를 보호하기 위한 퓨즈(12)를 더 구비한다.

정류부(2)는 교류전원을 직류전원으로 변환하는 정류회로(21)와, 정류회로(21)로부터 출력되는 직류전원을 원하는 전압레벨로 컨버팅하는 벅 컨버터(Buck Converter)(22)를 포함한다. 이러한 정류부(2)는 EMI필터(13)를 통해 출력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 엘이디 스트링부(5)로 공급한다.

SMPS부(3)는 EMI필터(13)로부터 출력되는 교류전원을 일정한 전압과 전류로 변환하여 열전모듈부(4)로 공급한다.

열전모듈부(4)는 P형 반도체와 N형 반도체의 배열로 이루어진 열전소자로 구성되어, SMPS부(3)로부터 일정한 전압과 전류가 공급되면 엘이디 스트링부(5)가 실장된 인쇄회로기판(7, 도2 참고)에서 발생하는 열을 흡수하여 방열판(8)으로 방출한다. 이러한 열전모듈부(4)는 서로 다른 성질을 가진 P형 반도체와 N형 반도체에 일정한 전압과 전류를 공급하면 한 쪽은 열을 흡수하고 다른 쪽은 열을 방출하는 펠티어 효과를 이용하여 인쇄회로기판(7)의 열을 흡수하여 방열판(8)으로 방출한다.

엘이디 스트링부(5)는 다수의 엘이디(51)가 직병렬로 연결되어 인쇄회로기판(7)에 실장된다.

정전류 제어부(6)는 FET(Field Effect Transistor)부(61), 션트저항(62), 전류감지부(63), 제어부(64), FET구동부(65)를 포함하여, 엘이디 스트링부(5)를 정전류로 구동한다.

여기서, FET(Field Effect Transistor)부(61)는 엘이디 스트링부(5)와 션트저항(62) 사이에 전기적으로 연결되어 전류를 단속하고, 션트저항(62)은 FET부(61)와 접지사이(VSS)에 연결되며, 전류감지부(63)는 FET부(61)와 션트저항(62) 사이의 전류를 감지한다.

제어부(64)는 전류감지부(63)의 감지전류와 기준전류를 비교하고, 그 비교결과에 따라 PWM 듀티를 조절하는데, 이러한 제어부(64)는 전류감지부(63)부터의 감지전류가 기준전류보다 크면 PWM 듀티를 작게하고, 감지전류가 기준전류보다 작으면 PWM 듀티를 크게하여 정전류 제어를 수행한다.

FET구동부(65)는 제어부(64)의 PWM 듀티 조절에 따라 FET부(61)를 구동하여 엘이디 스트링부(5)와 션트저항(62) 사이의 전류를 단속한다.

이와 같이 구성된 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치의 동작을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전원부(1)는 교류전원을 정류부(2)와 SMPS부(3)로 공급한다.

그러면, 정류부(2)는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 엘이디 스트링부(5)로 공급하고, SMPS부(3)는 교류전원을 일정한 전압과 전류로 변환하여 열전모듈 부(4)로 공급한다.

이후, 엘이디 스트링부(5)로 직류전원이 공급되면, 정전류 제어부(6)는 전류감지부(63)부터의 감지전류가 기준전류보다 크면 PWM 듀티를 작게하고, 감지전류가 기준전류보다 작으면 PWM 듀티를 크게하여 FET부(61)를 PWM로 구동함으로써 정전류 제어를 수행한다.

이와 동시에, 펠티어 효과를 이용한 열전모듈부(4)는 SMPS부(3)로부터 일정한 전압과 전류가 공급되면 엘이디 스트링부(5)가 실장된 인쇄회로기판(7)에서 발생하는 열을 흡수하고, 흡수한 열을 방열판(8)으로 방출한다.

이와 같이 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치는, 엘이디 및 저항 등이 실장된 인쇄회로기판에서 발생하는 열을 열전모듈부(4)를 통해 신속히 방열판(8)으로 분산 및 방출함으로써 엘이디 조명을 구성하는 부품들의 기능저하를 방지하고, 엘이디 수명이 열에 의해 단축되는 것을 방지한다.

상술한 바와 같이 본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 고안의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

도 1은 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치의 블럭도이다.

도 2는 도 1의 열전모듈부가 설치되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 전원부 2 : 정류부

3 : SMPS부 4 : 열전모듈부

5 : 엘이디 스트링부 6 : 정전류 제어부

Claims (5)

1. 엘이디 스트링부가 실장된 인쇄회로기판;

   상기 인쇄회로기판의 열을 흡수하고, 흡수한 열을 방열판으로 방출하는 열전모듈부; 및

   상기 열전모듈부로 일정한 전압과 전류를 공급하는 SMPS부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열전모듈부는 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   교류전원을 직류전원으로 변환하여 상기 엘이디 스트링부로 공급하는 정류부; 및

   상기 엘이디 스트링부를 정전류로 구동하는 정전류 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 정전류 제어부는

   상기 엘이디 스트링부와 접지사이에 전기적으로 연결되는 션트저항;

   상기 엘이디 스트링부와 상기 션트저항 사이에 전기적으로 연결되어 전류를 단속하는 FET부;

   상기 FET부와 상기 션트저항 사이의 전류를 감지하는 전류감지부;

   상기 전류감지부의 감지전류와 기준전류를 비교하고, 그 비교결과에 따라 PWM 듀티를 조절하는 제어부; 및

   상기 제어부의 PWM 듀티 조절에 따라 상기 FET부를 구동하는 FET구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는

   상기 감지전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 PWM 듀티를 작게하고, 상기 감지전류가 상기 기준전류보다 작으면 상기 PWM 듀티를 크게하여 정전류 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.

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