KR20110051638A - 엘이디 조명등 - Google Patents

Abstract

이 발명은, 기존의 전구 소켓에 삽입할 수 있어 편리하고, 전원 공급 장치에서 알루미늄 재질로 이루어진 방열판을 사이에 두고 상부에 스위칭 펄스 트랜스포머를 두면서 하부에 스위칭 펄스 트랜스포머를 제외한 나머지 회로로 구성하게 하여 전원 공급 장치를 작고 한정된 공간인 소켓 베이스에 충분히 내장시키면서도 중간부분의 방열판이 쇼트키 다이오드에서 발생되는 고온의 열을 많이 흡수하여 외부로 발산을 빠르게 하는 한편으로 스위칭 펄스 트랜스포머의 귀퉁이에서 발생하는 노이즈가 하부의 주변 회로로 전달되는 것을 차단시키는 LED 조명등의 제공을 목적으로 한다.

상기의 목적을 실현하기 위해 이 발명은, 소켓 타입의 LED 조명등에 내장 설치되는 전원 공급 장치에서, 입력단 서지 전압을 흡수할 수 있는 입력 스너버 회로와, 전원을 공급받아 AC를 DC로 변환시키는 컨버터와, 스위칭 펄스 트랜스포머 제어하기 위한 제어부와, 스위칭 주파수를 극대화시켜 DC로 변환하기 위한 쇼트키 다이오드와, 고주파 필터링하여 출력 측에 양질의 직류 전원을 공급하는 드럼 코어로 이루어진 인덕터 및 상기 쇼트키 다이오드에 부착되어 동작에 의해 발생하는 열을 외부로 방열하기 위한 수직 방열판을 포함하고, 상기 스위칭 펄스 트랜스포머는, 상기 수직 방열판 위에 추가로 설치되는 수평 방열판에 적층된 상태로 설치되어, 상기 수평 방열판에 의해 상기 전원 공급 장치에서 상기 스위칭 펄스 트랜스포머를 분리시켜, 상기 쇼트키 다이오드의 열을 외부로 방열을 촉진하면서 스위칭 펄 스 트랜스포머에서 발생되는 노이즈가 주변 소자에 미치는 영양을 차단시켜 안정된 동작 상태를 장기간 지속하게 하는 것을 특징으로 하는 LED 조명등을 제공한다.

LED, 소켓, 전구, 펄스트랜스포머, 쇼트키다이오드, 방열판

Description

엘이디 조명등 {The LED lighting}

이 발명은 LED 조명등에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내용이나 장식용 등의 조명등을 구현함에 있어 기존의 전구 소켓에 삽입할 수 있고 LED에 전원을 공급하는 장치를 소켓 베이스 내부에 충분히 들어갈 수 있게 하면서도 장기간 안정된 동작 상태를 지속하는 LED 조명등에 관한 것이다.

조명등은 전원을 공급받아 전기에너지를 빛에너지로 전환함으로서 사용자에게 어두운 곳에서도 물체를 식별할 수 있게 하는 도구로서 인간의 문명을 획기적으로 발전시킨 기폭제가 되었으며, 에너지 효율과 소비자의 욕구 충족이라는 두 가지 측면을 고려하여 연구 개발이 진행되고 있다.

이러한 조명등은 여러 가지 형태로 일상생활에서 사용되고 있는데, 이중에서 현재 널리 보급되어 사용되고 있는 백열등은, 진공의 유리구 안에 필라멘트선을 넣고 전원을 인가하면 필라멘트선이 고온으로 가열되면서 온도복사에 의해 빛을 얻는 광원으로 고온에서는 필라멘트가 가늘어져 증발하므로 유리구안에 아르곤과 질소의 혼합가스를 넣어 증발작용을 억제시켜 수명을 연장시켜 자연광에 가까운 빛을 발하여 눈의 피로감을 덜어줄 수 있고 소켓에 용이하게 착탈 가능하여 에디슨에 의해 발명된 이래 형광등과 함께 오랜 세월동안 널리 사용되고 있는 조명등 중의 하나이기는 하지만, 대부분의 에너지가 열로 방출되고 일부만이 빛으로 이용되어 수명이나 에너지 효율 면에서 그다지 성능이 뛰어나지 못해 효율적인 에너지 관리가 어려운 문제점이 있었다.

그리고 내부에 형광물질이나 수은과 같은 중금속이 내장되어 환경오염의 주범으로 분류되면서 곧 생산이 금지되고 그에 따라 점차 사용도 제한되어지고 있어 새로운 형태의 조명등이 요구되는 실정이다.

한편 LED(light emitting diode : 발광다이오드)는 반도체에 전압을 가할 때 발생되는 발광현상을 이용한 광원으로서, 그 용도에 따라 전자제품, 표시등, 광고판 등의 다양한 분야에 적용되고 있으며 지난 수년간 기술 의 급격한 발전으로 조명용으로도 사용할 수 있게 되었다.

이러한 LED 조명등은, 비록 아직까지는 제조비용이 높아 경제성이 떨어지지만 전력소비가 백열등에 비해 20~30%에 불과하여 작은 전력으로 높은 조도를 얻으면서 그 수명도 길어 한번 설치하면 별도의 유지보수가 없을 정도의 큰 장점을 가지고 있고 환경적 측면도 고려되어 공공 부분에서부터 조명등으로서 적용이 확산되는 추세에 있다.

구체적으로 개발 및 적용이 활발한 소켓 타입의 LED 조명등은, 일반적인 전구 소켓에 착탈할 수 있게 형성되어 외부의 전원공급원과 나사식으로 고정 연결하는 소켓 베이스와, 상기 소켓 베이스 내부에 인쇄회로기판 형태로 설치되어 상기 소켓 베이스를 통해 공급되는 교류전원을 안정된 직류 전원으로 정류하여 공급하는 전원 공급 장치 그리고 상기 전원 공급 장치에서 직류 전원을 공급받아 빛을 고르게 방출하며, 상기 소켓 베이스와 결합되는 구조를 가지고 빛을 방출할 때 발생되는 열을 외부로 전달하는 방열판에 설치되는 LED로 이루어진다.

여기서 LED 조명등은, 직류의 저전압에서 LED를 점등시키게 되나 현실적으로 대부분의 전압은 교류 220V가 공급되고 있으므로, 이러한 고전압을 LED 조명등에 사용하기 위해서는 백열등과 달리 별도의 전원 공급 장치를 필요로 함을 알 수 있다.

그리고 이와 같은 LED를 점등하게 하는 전원 공급 장치는, 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 입력단 서지 전압을 흡수할 수 있는 입력 스너버와, 전원을 공급받아 AC를 DC로 변환시키는 컨버터부와, 스위칭 펄스 트랜스포머 제어하기 위한 제어부와, 스위칭 주파수를 극대화시켜 DC로 변환하기 위한 쇼트키 다이오드들과, 고주파 필터링하여 출력 측에 양질의 직류 전원을 공급하는 드럼 코어로 이루어진 인덕터 및 상기 쇼트키 다이오드에 부착되어 동작에 의해 발생하는 열을 외부로 방열하기 위한 수직 방열판을 포함하여, 예를 들면 220V의 교류전원을 12~24V의 직류전원으로 공급하면서 LED를 점등시켜 적은 소비전력으로도 높은 조도를 얻는 조명을 하고 있다.

그런데 이러한 LED 조명등은, 도 1a에 도시되어 있는 바와 같은 회로를 인쇄회로기판 상에 구현한 도 1b에 도시되어 있는 바와 같은 일반적인 전원 공급 장치의 경우에는 별다른 문제가 없지만, 소켓 타입의 전원 공급 장치인 경우에는 트랜스포머나 각종 안정화 부품이 차지하는 면적, 전류 용량에 따른 부품의 크기 등에 따른 제약이 있으며, 소켓 베이스 내부에 이러한 전원 공급 장치가 내장되도록 해당 크기 이하로 제조하는 경우에는 주변 소자들 상호 간에 안정적인 동작을 위해 필요한 최소한의 이격 거리를 확보할 수 없기 때문에 내압이 낮아지게 되고, 내압이 낮아짐으로 인해 소자 상호 간의 동작에 따른 간섭이 커져 전체 작동에 영향을 줄 수 있고, 이에 따라 인접하는 부품들 간의 간섭에 의해 전류의 리플, 부하의 변동에 대한 급격한 전류변화, 전압변화 등이 발생하여 전체적인 동작에 악영향을 미치게 되어 장시간 사용 시 문제가 발생할 수 있기 때문에, 일반 전구용 소켓 베이스에 수용할 만큼의 용량, 안전성, 크기 등이 충분하게 고려되어야 한다.

여기서 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 LED 조명등의 LED에 전원을 공급하는 장치는, 스위칭 방식의 전원장치로서 교류전원을 직류전원으로 변환하고 이것을 스위칭 펄스 트랜스포머에 공급하는데, 중간에 발진회로로 ON/OFF를 빠른 속도, 예를 들면 30~100㎑의 주파수로 스위칭을 반복하여 LED의 점등 주기를 변경하거나 깜빡임 속도를 변경시킨다.

이렇게 하면 ON/OFF 스위칭 반복 속도에 따라서 펄스 트랜스포머의 2차쪽 코일에 낮은 전압의 교류 전원이 생성된다. 이것을 정류하여 안정화 시키면 수 10V에서 수V의 DC 전압을 얻을 수 있는데, 출력은 30~100㎑ 고주파 스위칭하여 얻은 전압이므로 고주파 성질에 알맞은 고주파용 정류다이오드를 사용하여 고주파 전압을 정류하기 위해, 반도체+금속의 결합으로 문턱전압이 일반 다이오드보다 절반정도로 낮고 소수캐리어가 아닌 다수캐리어에 의해서는 전류가 흐르기 때문에 축척효과가 없어 역 회복시간이 매우 짧은 쇼트키 다이오드를 사용한다.

그리고 쇼트키 다이오드는 스위칭 펄스 트랜스포머에서 발생하는 스위칭 주파수를 극대화시켜 DC로 변환하며, 방열판을 부착하여 쇼트키 다이오드의 동작에 의해 발생하는 열을 외부로 배출한다.

그러나 작고 밀폐된 한정된 공간인 소켓 베이스 내부에 전원 공급 장치를 구성하기 위해서는 일부를 분리하고 적층하여야 하지만, 제한된 좁은 공간 내에서 각 부분이 서로 구분되어 있지 않고 인접하여 있음으로 인하여 발생하는 현상들, 예를 들면 서지 전압 인입 시 충분한 이격 거리를 확보할 수 없기에 신뢰성 있는 회로를 구현할 수 없는 문제점이 발생한다.

특히 전원 공급 장치의 구동 시 구동 주파수가 30~100㎑ 사이로 스위칭 펄스 트랜스포머에서 발생하는 방사 노이즈가 상당히 크기 때문에 전체 회로에 부정적인 영향을 주고, 그로 인한 리플 전압이 상승되면서 열이 발생하여 수명이 단축될 수 있으며 출력 전압을 불안정하게 공급할 수도 있게 된다.

이로부터, 이 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 전구 소켓에 삽입할 수 있어 편리하고, 전원 공급 장치에서 알루미늄 재질로 이루어진 방열판을 사이에 두고 상부에 스위칭 펄스 트랜스포머를 두면서 하부에 스위칭 펄스 트랜스포머를 제외한 나머지 회로로 구성하게 하여 전원 공급 장치를 작고 한정된 공간인 소켓 베이스에 충분히 내장시키면서도 중간부분의 방열판이 쇼트키 다이오드에서 발생되는 고온의 열을 많이 흡수하여 외부로 발산을 빠르게 하는 한편으 로 스위칭 펄스 트랜스포머의 귀퉁이에서 발생하는 노이즈가 하부의 주변 회로로 전달되는 것을 차단시키는 LED 조명등의 제공을 목적으로 한다.

상기의 목적을 실현하기 위해 이 발명은, 일반적인 전구 소켓에 착탈할 수 있게 형성되어, 외부의 전원공급원과 나사식으로 고정 연결하는 소켓 베이스와; 상기 소켓 베이스 내부에 인쇄회로기판 형태로 설치되어 상기 소켓 베이스를 통해 공급되는 교류전원을 안정된 직류 전원으로 정류하여 공급하는 전원 공급 장치; 및, 상기 전원 공급 장치에서 직류 전원을 공급받아 빛을 고르게 방출하며, 상기 소켓 베이스와 결합되는 구조를 가지고 빛을 방출할 때 발생되는 열을 외부로 전달하는 방열판에 설치되는 LED;로 이루어지는 LED 조명등에 있어서, 상기 전원 공급 장치는, 입력단 서지 전압을 흡수할 수 있는 입력 스너버 회로와, 전원을 공급받아 AC를 DC로 변환시키는 컨버터와, 스위칭 펄스 트랜스포머 제어하기 위한 제어부와, 스위칭 주파수를 극대화시켜 DC로 변환하기 위한 쇼트키 다이오드와, 고주파 필터링하여 출력 측에 양질의 직류 전원을 공급하는 드럼 코어로 이루어진 인덕터 및 상기 쇼트키 다이오드에 부착되어 동작에 의해 발생하는 열을 외부로 방열하기 위한 수직 방열판을 포함하고, 상기 스위칭 펄스 트랜스포머는, 상기 수직 방열판 위에 추가로 설치되는 수평 방열판에 적층된 상태로 설치되어, 상기 수평 방열판에 의해 상기 전원 공급 장치에서 상기 스위칭 펄스 트랜스포머를 분리시켜, 상기 쇼트키 다이오드의 열을 외부로 방열을 촉진하면서 스위칭 펄스 트랜스포머에서 발생되는 노이즈가 주변 소자에 미치는 영양을 차단시켜 안정된 동작 상태를 장기간 지 속하게 하는 것을 특징으로 하는 LED 조명등을 제공한다.

상기의 구성을 갖는 이 발명의 LED 조명등에 의하면, 기존의 전구 소켓에 삽입할 수 있게 함으로써 기존의 시설을 그대로 활용할 수 있어 적용이 간편할 뿐만 아니라 반영구적으로 눈부심을 적게 하면서 소비전력도 감소시켜 LED 자체 특징을 그대로 발휘시키는 효과가 있게 되며, 또한 전원 공급 장치에서 방열판을 사이에 두고 상부에 스위칭 펄스 트랜스포머를 두면서 하부에 스위칭 펄스 트랜스포머를 제외한 나머지 회로로 구성함으로써 전원 공급 장치를 작고 한정된 공간인 소켓 베이스에 충분히 내장시켜 소형화를 달성하면서도 중간부분의 방열판이 쇼트키 다이오드에서 발생되는 고온의 열을 많이 흡수하여 외부로 발산을 빠르게 시키는 한편으로 스위칭 펄스 트랜스포머의 귀퉁이에서 발생하는 노이즈가 하부의 주변 회로에 영향을 미치는 것을 차단시켜 안정된 동작 상태를 장기간 지속하는 효과도 아울러 있게 된다.

이하에서는, 이 발명의 바람직한 실시 예를 첨부하는 도면들을 참조하여 상세하게 설명하는데, 이는 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 이 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않으며, 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도 2a 내지 도 2c는 이 발명의 실시 예에 따른 LED 조명등에 적용되는 도 1a 의 전원 공급 장치를 소켓 베이스에 내장하기 위해 분리 및 조립된 상태를 도시한 것이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b의 전원 공급 장치를 인쇄회로기판 형태로 구현하여 촬영한 사진들이고, 도 4a 내지 도 4c는 도 3b의 전원 공급 장치를 LED가 부착된 방열판에 설치 후 소켓 베이스에 내장하여 조립을 하는 과정을 촬영한 사진들이다.

이 발명의 실시 예에 따른 LED 조명등(100)은, 전원 공급 장치(110)와, 소켓 베이스(120) 그리고 LED가 부착된 방열판(130)을 포함한다.

먼저 상기 소켓 베이스(120)는, 일반적인 전구 소켓에 착탈할 수 있게 형성되어 외부의 전원공급원과 나사식으로 고정 연결한다.

상기 소켓 베이스(120)는 일반적인 형태의 소켓과 동일한 구조인 외주면에 나사식으로 형성된 원통형상을 가지며, 통상 황동이나 알루미늄을 이용하여 형성될 수 있고, 하단부에 전극을 형성하고 돌려 끼워 접촉시켜 외부전원이 인가되게 하며 그 내부에는 공간이 형성되어 전원 공급 장치(110)와 LED가 부착된 방열판(130)이 설치된다.

따라서 외부 전원이 상기 소켓 베이스(120)의 전극을 통해 인쇄회로 기판 형태의 전원 공급 장치(110)에 인가하게 됨으로써 LED에 구동전원을 공급하여 점등시킨다.

다음으로, 상기 전원 공급 장치(110)는, 도 2a 내지는 도 2c, 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 통상적인 형태의 인쇄회로기판이 사용되며 상기 소켓 베이스(120)의 내부에 안착될 수 있도록 적절한 형상을 갖는다.

이러한 전원 공급 장치(110)는, 주회로 기판(111)과, 수직 방열판(112), 수평 방열판(113) 그리고 펄스 트랜스포머(114)로 이루어지며, 상기 소켓 베이스(120) 내부에 적층 설치되어 상기 소켓 베이스(120)를 통해 공급되는 교류전원을 안정된 직류 전원으로 정류하여 공급한다.

상기 주회로 기판(111)에는, 수평 방열판(113)과 펄스 트랜스포머(114)를 제외한, 도 1a에 도시도어 있는 바와 같은 회로 구성인 입력단 서지 전압을 흡수할 수 있는 입력 스너버와, 전원을 공급받아 AC를 DC로 변환시키는 컨버터와, 스위칭 펄스 트랜스포머 제어하기 위한 제어부와, 스위칭 주파수를 극대화시켜 DC로 변환하기 위한 쇼트키 다이오드와, 고주파 필터링하여 출력 측에 양질의 직류 전원을 공급하는 드럼 코어로 이루어진 인덕터 및 상기 쇼트키 다이오드에 열전도성 접착부재를 매개로 부착되어 동작에 의해 발생하는 열을 외부로 방열하기 위한 수직 방열판(112)을 포함한다.

상기 주회로 기판(111)의 상부에는 수직 방열판(112)을 돌출되게 설치하며, 이러한 수직 방열판(112) 위에 수평 방열판(113)을 추가로 설치하여 상기 수직 방열판(112)과 함께 상기 쇼트키 다이오드의 열을 외부로 방열을 촉진시켜 동작의 안정을 확실하게 한다.

그리고 상기 수직 방열판(112) 위에 추가로 설치되는 상기 수평 방열판(113)에 펄스 트랜스포머(114)를 적층된 상태로 설치하여, 상기 수평 방열판(113)에 의해 상기 전원 공급 장치(110)에서 상기 스위칭 펄스 트랜스포머(114)를 분리되도록 함으로써, 스위칭 펄스 트랜스포머(114)에서 발생되는 노이즈가 상기 주회로 기 판(111)의 소자에 미치는 영향을 차단시켜 안정된 동작 상태를 장기간 지속하게 한다.

또한 LED가 부착된 방열판(130)은, 상기 LED가 부착된 방열판(130)은, 열전도성 접착부재를 매개로 하부에 필요한 광량에 따라 그 수가 적절하게 선택된 다수의 LED를 장착시키고, 상기 전원 공급장치(110)의 하부에 설치되어, 상기 전원 공급 장치(110)에서 직류 전원을 공급받아 빛을 고르게 방출하는 LED가 빛을 방출하면서 발생되는 열을 외부로 배출시킨다.

이와 같이 이 발명의 실시 예에 따른 LED 조명등(100)은, 도 4a 내지 도 4c에 도시되어 있는 바와 같이, 도 3b의 전원 공급 장치(110)를 LED가 부착된 방열판(130)에 설치 후 소켓 베이스(120)에 내장하여 조립을 완료하게 함으로써, 소켓 베이스(120)를 기존에 설치되어 있는 전구 소켓에 돌려 끼워 결합할 수 있으며, 소켓 베이스(120)를 통해 공급되는 전원은 내장 설치되는 전원 공급 장치(110)에서 안정된 레벨로 조절되어 LED에 공급되면서 장기간 조명등으로써의 기능을 수행하게 된다.

이 발명은 상기의 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재되는 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하고, 이러한 변형도 이 발명의 범위 내에 포함된다.

도 1a 및 도 1b는 이 발명의 실시 예에 따른 LED 조명등에 적용되는 전원 공급 장치를 인쇄회로기판 형태의 사진과 구체적 회로예로 도시한 것이고,

도 2a 내지 도 2c는 이 발명의 실시 예에 따른 LED 조명등에 적용되는 도 1a의 전원 공급 장치를 소켓 베이스에 내장하기 위해 분리 및 조립된 상태를 도시한 것이고,

도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b의 전원 공급 장치를 인쇄회로기판 형태로 구현하여 촬영한 사진들이고,

도 4a 내지 도 4c는 도 3b의 전원 공급 장치를 LED가 부착된 방열판에 설치 후 소켓 베이스에 내장하여 조립을 하는 과정을 촬영한 사진들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 이 발명의 실시 예에 따른 LED 조명등

110 : 전원 공급 장치

111 : 주회로 기판

112 : 수직 방열판

113 : 수평 방열판

114 : 펄스 트랜스포머

120 : 소켓 베이스

130 : LED가 부착된 방열판

Claims (1)

1. 일반적인 전구 소켓에 착탈할 수 있게 형성되어, 외부의 전원공급원과 나사식으로 고정 연결하는 소켓 베이스와;

   상기 소켓 베이스 내부에 인쇄회로기판 형태로 설치되어 상기 소켓 베이스를 통해 공급되는 교류전원을 안정된 직류 전원으로 정류하여 공급하는 전원 공급 장치; 및,

   상기 전원 공급 장치에서 직류 전원을 공급받아 빛을 고르게 방출하며, 상기 소켓 베이스와 결합되는 구조를 가지고 빛을 방출할 때 발생되는 열을 외부로 전달하는 방열판에 설치되는 LED;로 이루어지는 LED 조명등에 있어서,

   상기 전원 공급 장치는, 입력단 서지 전압을 흡수할 수 있는 입력 스너버 회로와, 전원을 공급받아 AC를 DC로 변환시키는 컨버터와, 스위칭 펄스 트랜스포머 제어하기 위한 제어부와, 스위칭 주파수를 극대화시켜 DC로 변환하기 위한 쇼트키 다이오드와, 고주파 필터링하여 출력 측에 양질의 직류 전원을 공급하는 드럼 코어로 이루어진 인덕터 및 상기 쇼트키 다이오드에 부착되어 동작에 의해 발생하는 열을 외부로 방열하기 위한 수직 방열판을 포함하고,

   상기 스위칭 펄스 트랜스포머는, 상기 수직 방열판 위에 추가로 설치되는 수평 방열판에 적층된 상태로 설치되어, 상기 수평 방열판에 의해 상기 전원 공급 장치에서 상기 스위칭 펄스 트랜스포머를 분리시켜, 상기 쇼트키 다이오드의 열을 외부로 방열을 촉진하면서 스위칭 펄스 트랜스포머에서 발생되는 노이즈가 주변 소자 에 미치는 영양을 차단시켜 안정된 동작 상태를 장기간 지속하게 하는 것을 특징으로 하는 LED 조명등.

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