KR20110000534U - 엘이디 조명 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 엘이디에서 발생하는 폐열을 전기에너지로 변환하여 보조전원으로 사용하는 엘이디 조명 장치에 관한 것으로, 다수개의 엘이디를 포함하는 발광모듈부와, 상기 발광모듈부로 전류를 공급하는 정류부와, 상기 발광모듈부로부터 발생하는 열을 전기에너지로 변환하고, 변환한 전기에너지를 상기 정류부로 공급하는 보조전원생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

엘이디, 열전소자, 방열, 보조전원

Description

엘이디 조명 장치{LED LIGHTING APPARATUS}

본 고안은 엘이디 조명 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 엘이디에서 발생하는 폐열을 전기에너지로 변환하여 보조전원으로 사용하는 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.

엘이디 조명 장치에서 가장 중요한 부분은 엘이디 수명에 대한 부분으로써, 엘이디에서 고온의 열이 발생하게되면 고온의 열에 의해 엘이디의 성능이 급격하게 저하되거나 기판과 저항 및 실리콘과 케이스 등이 열에 의한 물성변형으로 수명이 단축된다.

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

이러한 수명 단축 문제를 해결하기 위해, 엘이디를 인쇄회로기판에 실장하고 이를 별도의 히트싱크(Heat Sink)를 이용해서 방열시키는 공냉식이 주를 이루고 있다.

그런데, 히트싱크를 통해 방열되는 열 에너지는 공기중으로 방출되어 폐열이 된다.

본 고안은 히트싱크를 통해 방출되는 열 에너지를 열전소자를 이용하여 전기에너지로 변환하고 변환한 전기에너지를 엘이디 램프 구동을 위한 보조전원으로 사용함으로써 전력소모를 최소화할 수 있는 엘이디 조명 장치를 제공하는데 그 목적 이 있다.

본 고안에 따른 엘이디 조명 장치는, 다수개의 엘이디를 포함하는 발광모듈부와, 상기 발광모듈부로 전류를 공급하는 정류부와, 상기 발광모듈부로부터 발생하는 열을 전기에너지로 변환하고, 변환한 전기에너지를 상기 정류부로 공급하는 보조전원생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안에서, 상기 보조전원생성부는 P형반도체와 N형 반도체의 배열로 구성된 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안에서, 상기 보조전원생성부는 상기 발광모듈부 구동시 열을 방출하는 히트싱크부에 접착시켜 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 고안에서, 상기 발광모듈부를 정전류로 구동하는 정전류 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안에서, 상기 정전류 제어부는 상기 발광모듈부와 접지사이에 전기적으로 연결되는 션트저항과, 상기 발광모듈부와 상기 션트저항 사이에 전기적으로 연결되어 전류를 단속하는 스위칭부와, 상기 스위칭부와 상기 션트저항 사이의 전류를 감지하는 전류감지부와, 상기 전류감지부의 감지전류와 기준전류를 비교하고, 그 비교결과에 따라 펄스폭 변조(PWM)의 듀티비를 조절하는 제어부와, 상기 제어부의 듀티비 조절에 따라 상기 스위칭부를 구동하는 스위칭 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 감지전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 작게하고, 상기 감지전류가 상기 기준전류보다 작으면 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 크게하여 정전류 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따르면, 히트싱크를 통해 방출되는 열 에너지를 열전소자를 이용하여 전기에너지로 변환하고 변환한 전기에너지를 엘이디 램프 구동을 위한 보조전원으로 사용함으로써 전력소모를 최소화할 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 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치에 열전소자가 설치되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치는 전원부(1)와, 정류부(2)와, 보조전원생성부(4)와, 발광모듈부(5)와, 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 EMI 필터(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 EMI 필터(13)를 통해 출력되는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 발광모듈부(10)로 공급한다.

발광모듈부(5)는 직병렬 연결된 다수개의 엘이디(51)를 포함한다.

보조전원생성부(4)는 P형반도체와 N형 반도체의 배열로 구성된 열전소자를 포함하여, 발광모듈부(5)로부터 발생하는 열을 전기에너지로 변환하고, 변환한 전기에너지를 정류부(2)로 공급하여 보조전류원으로 사용한다.

여기서, 펠티어 효과를 이용한 열전소자는 전원을 인가하게 되면 한쪽면에서는 열을 흡수하고, 반대쪽에서는 열을 방출하는 기능을 갖는다. 반대로, 열방출면에 외부에서 열원을 인가하게 되면 열에너지가 전기에너지로 변환되어 전극을 통해 전기가 발생되는 특성을 갖는다.

이러한 보조전원생성부(4)는 발광모듈부(5) 구동시 열을 방출하는 히트싱크 부(8)면과 접착시켜, 발광모듈부(5) 구동시 발생하는 열에너지를 전기에너지로 변환하고, 변환한 전기에너지를 정류부(2)로 피드백시켜 보조 전력원으로 사용한다.

정전류 제어부(6)는 스위칭(FET:Field Effect Transistor)부(61)와, 션트저항(62)과, 전류감지부(63)와, 제어부(64)와, 스위칭구동부(65)를 포함한다.

스위칭부(61)는 발광모듈부(5)와 션트저항(62) 사이에 전기적으로 연결되어 전류를 단속하고, 션트저항(62)은 스위칭부(61)와 접지사이(VSS)에 연결되며, 전류감지부(63)는 스위칭부(61)와 션트저항(62) 사이의 전류를 감지한다.

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

스위칭구동부(65)는 제어부(64)의 펄스폭 듀티 조절에 따라 스위칭부(61)를 구동하여 발광모듈부(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)로 공급한다. 그러면, 정류부(2)는 교류전원을 직류전원으로 변환하여 발광모듈부(5)로 공급한다.

이때, 정전류 제어부(6)는 전류감지부(63)부터의 감지전류가 기준전류보다 크면 펄스폭 변조 듀티를 작게하고, 감지전류가 기준전류보다 작으면 펄스폭 변조 듀티를 크게하여 스위칭부(61)를 구동시켜 발광모듈부(5)가 정전류로 구동되도록 제어한다.

이와 동시에, 보조전원생성부(4)는 발광모듈부(5) 구동시 열을 방출하는 히트싱크부(8)면과 접착되어, 발광모듈부(5) 구동시 발생하는 열에너지를 전기에너지로 변환하고, 변환한 전기에너지를 정류부(2)로 피드백시켜 보조 전력원으로 사용한다.

이와 같이 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치는, 히트싱크를 통해 방출되는 열 에너지를 열전소자를 이용하여 전기에너지로 변환하고 변환한 전기에너지를 엘이디 램프 구동의 전력원으로 사용함으로써 전력소모를 최소화할 수 있다.

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 본 실시예에 의한 엘이디 조명 장치에 열전소자가 설치되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 전원부 2 : 정류부

4 : 보조전원생성부 5 : 발광모듈부

6 : 정전류 제어부 8 : 히트싱크부

Claims (6)

1. 다수개의 엘이디를 포함하는 발광모듈부;

   상기 발광모듈부로 전류를 공급하는 정류부; 및

   상기 발광모듈부로부터 발생하는 열을 전기에너지로 변환하고, 변환한 전기에너지를 상기 정류부로 공급하는 보조전원생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보조전원생성부는

   P형반도체와 N형 반도체의 배열로 구성된 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 보조전원생성부는

   상기 발광모듈부 구동시 열을 방출하는 히트싱크부에 접착시켜 구성하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

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

   상기 발광모듈부와 접지사이에 전기적으로 연결되는 션트저항;

   상기 발광모듈부와 상기 션트저항 사이에 전기적으로 연결되어 전류를 단속하는 스위칭부;

   상기 스위칭부와 상기 션트저항 사이의 전류를 감지하는 전류감지부;

   상기 전류감지부의 감지전류와 기준전류를 비교하고, 그 비교결과에 따라 펄스폭 변조(PWM)의 듀티비를 조절하는 제어부; 및

   상기 제어부의 듀티비 조절에 따라 상기 스위칭부를 구동하는 스위칭 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제어부는

   상기 감지전류가 상기 기준전류보다 크면 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 작게하고, 상기 감지전류가 상기 기준전류보다 작으면 상기 펄스폭 변조의 듀티비를 크게하여 정전류 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.

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