KR20110102523A

KR20110102523A - 발광다이오드 구동장치

Info

Publication number: KR20110102523A
Application number: KR1020100021558A
Authority: KR
Inventors: 신정희
Original assignee: 신정희
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2011-09-19
Also published as: KR101082150B1

Abstract

본 발명은 LED구동 소자 및 구동장치를 구성함에 있어서 정전류 구동부를 다 단으로 직렬 연결하여 구성시킴으로써 안정된 펄스의 정전류를 공급하여 LED 구동 효율의 향상 및 간단한 회로 구성으로 부품 수를 줄여 제조 원가를 낮출 수 있는 LED구동 소자 및 구동장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 LED구동 소자는 상용 교류(AC) 전원을 입력받아 브리지 정류기를 통과하여 출력되는 맥류를 콘덴서를 사용하여 정류하여 평활 시키지 않고 구동부 레귤레이터가 직렬로 연결되고, 다 단으로 구성하여 제1 구동부에서 정전류가 흐르도록 제어하고 제2 구동부에서 맥류 전압을 제한하여 발광부의 전압(Vf)에 맞추어 상부 파형을 절단하여 전압을 제한하고, 안정된 펄스로 변환하여 LED구동장치가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

발광다이오드 구동장치{LED drive circuit and LED lighting device}

본 발명은 LED 구동장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 교류 전원을 공급받아 SMPS를 사용하지 않고 정류부에 전류제한 구동부와 전압제한 구동부를 직렬로 구성시킴으로써 전기적으로 펄스구동을 하여 발광부의 효율의 향상 및 제조 원가를 낮출 수 있는 LED 구동 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED : Light Emitting Diode)는 전류가 흐르면 빛을 방출하는 다이오드의 한 종류로 최근 발광 다이오드의 효율성이 많이 향상됨에 따라 발광 다이오드는 형광등이나 백열 전구와 같은 기존의 조명장치에 비하여 수명이 길고 에너지 소모가 적은 장점이 있다.

따라서 발광 다이오드를 채용하는 LED 조명 장치는 종래의 조명 장치에 비해 경제적일 뿐만 아니라 친환경적이라는 장점이 있어 기존 조명을 빠르게 대체해 나가고 있을 뿐만 아니라 미래의 차세대 조명 장치로 부각되고 있다.

일반적으로, LED 또는 전자기기에는 기기가 동작할 수 있도록 상용 교류(AC) 전원을 직류 전압으로 변환해주는 직류 전원 공급장치가 필요하며, 이러한 직류 전원 공급장치로 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply 이하 SMPS라 칭함)가 주로 사용되고 있어 구동장치의 부피가 크고 구동효율을 저하 시키고 있다.

또한, 종래의 일반적인 LED 구동회로는 저항을 사용하여 전류를 제한하거나 콘덴서를 이용한 방법은 제조 비용을 줄일 수 있으나 발열로 손실이 발생하고 효율과 역률(Power Facter)이 낮다.

앞서 설명된 바와 같이 LED 조명 장치는 기존의 조명 장치에 비하여 여러 가지 장점이 있는 반면에 LED 조명 장치에 포함되는 기존의 구동 장치가 부피가 크고 제조 비용이 비싸다는 문제점과 발열로 수명 단축의 원인이 되고 있어 이러한 문제점은 고효율 LED 조명장치의 확산에 걸림돌로 작용하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, LED를 구동함에 있어서 전류를 제한하는 제1구동부와 전압을 제한하는 제2구동부가 직렬로 구성시킴으로써 안정된 전압과 정전류를 공급하여 효율의 향상 및 부피를 줄여 제조 원가를 낮출 수 있는 LED 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 LED구동장치는 상용 교류(AC) 전원을 입력받아 브리지 정류기를 통과하여 출력되는 맥류를 콘덴서를 사용하여 정류하여 평활 시키지 않고 제1 구동부에서 정전류가 흐르도록 제어하고, 제2 구동부에서 맥류 전압을 제한하는 구동부의 레귤레이터를 직렬로 구성하여, 발광부의 전압(Vf)에 맞추어 상부 파형을 절단하여 전압을 제한하고, 안정된 펄스로 변환하여 LED구동장치가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 LED구동 구동장치는 다음과 같은 효과가 있다.

교류 전원을 입력받아 LED를 구동함에 있어 간단한 회로 구성으로 제조원가 및 부피를 줄여 미려한 제품의 제작이 용이하고, 정전류 펄스 구동으로 LED의 열 발생을 줄이고, 에너지 효율을 향상할 수 있다.

또한, 맥류를 평활 하는 전해 콘덴서를 사용하지 않아 장 수명과 고역률, 고효율 LED 구동장치를 용이하게 제작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 구동장치의 회로 구성도.
도 2는 직렬로 구성한 제1구동부와 제2구동부의 구동부 회로 구성도.
도 3은 복수의 발광다이오드를 포함하는 LED 발광부 회로 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동장치의 회로 구성도.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동부와 발광부를 병렬로 추가 구성한 LED 구동장치의 회로구성도
도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동부를 병렬로 추가 구성한 LED 구동장치의 회로구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동장치의 회로 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동장치의 스위칭 회로 구성도.
도 8은 도 1의 LED 구동장치의 정류부와 구동부의 출력 전압 파형도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동소자 및 구동장치를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동장치의 회로를 살펴보면 도 1에 도시한 바와 같이 기본적으로 브리지 정류부(110), 부하저항(120), 제1구동부(130), 제2구동부(140), LED 발광부(150)를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동소자의 회로를 살펴보면 도 2에 도시한 바와 같이 기본적으로 전류를 제한하는 제1구동부(130)는 레귤레이터(231)와 전류조절용 저항(132)을 포함하고, 전압을 제한하는 제2구동부(140)도 레귤레이터(141)와 전류 제한용 저항(142)을 포함한다.

상용 교류(AC) 전원을 입력받아 브리지 정류부(110)를 통과하여 출력되는 맥류를 콘덴서를 사용하여 정류하여 평활 시키지 않고 제1구동부(130) 레귤레이터(131)의 입력에 연결되고 레귤레이터(131)에 전류제한 저항(132)을 구비하여 제1구동부(130)에서 정전류가 흐르도록 제어하고, 제2구동부(140)의 레귤레이터(141) 입력에 연결되며 제2 구동부(140) 레귤레이터(140)에 전류제한 저항(142)을 구비하여 LED 발광부의 전압(Vf)에 맞추어 상부 파형을 절단하여 맥류 전압의 피크 전압을 제한하고, 정전류 펄스로 변환하여 안정된 LED구동장치가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 브리지 정류부(110)는 외부로부터 입력되는 교류(AC) 전원을 직류(DC)로 변환하는 역할을 수행하는 것으로서, 통상적으로 브리지 다이오드 및 평활 케패시터로 구성되나, 상기 정류부(110)에 의해 정류된 직류 전원은 케패시터로 평활 시키지 않고 전파정류를 통해 입력 주파수의 2배에 해당하는 맥류로 변환하여 후술하는 구동부에 인가된다.

정류부(110)에서 인가된 맥류를 정전류가 흐르도록 제한하는 전류제한 제1구동부(130)와 맥류 전압의 피크 전압을 제한하는 전압제한 제2구동부(140)를 통해 구형파로 정형하는 역할을 수행하여 LED 발광부에(150)에 구동 전류를 인가한다.

상기 부하저항(120)은 상기 정류부(110)로 부터 전압을 인가받아 소정의 주파수 및 듀티를 갖는 펄스 폭 변조 파형을 생성하는 과정에서 과전류 보호 및 안정된 파형이 출력되도록 하는 역할을 한다.

상기 구성요소 이외에, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동소자 및 구동장치의 회로는 상기 정류부(410)로 부터 맥류 전원을 인가받아 상기 제1구동부(430)에 레귤레이터(431)와 전류 제한 저항(432)이 연결되고, 제2 구동부(440)에 레귤레이터(441)와 전류제한 저항(442)이 연결되고, 제1구동부와 제2 구동부가 직렬로 연결되고, 잡신호 제거를 위해 제1구동부(430)와 제2구동부(440)에 각각 병렬로 케패시터(433,443)가 더 포함하여 이루어진다.

도 5a는 다수의 LED 발광소자의 구동이 가능하도록 브리지 정류부(510) 출력에 연결된 제1구동부(530)와 제2구동부(540) 및 발광부(550)의 회로와 다수의 제1구동부(531)와 제2구동부(541) 및 발광부(551)가 병렬로 연결되고 다 단으로 더 포함하여 이루어진다.

도 5b는 대전류의 LED 구동을 위해 구동부(제1구동부와 제2구동부)가 병렬로 연결되어 출력 전류를 증대하고, 구동부가 다 단으로 더 포함하여 이루어진다.

도 6은 정류부(610)에서 공급되는 맥류를 제1구동부(630)와 제2 구동부(640)에 공급함에 있어 LED 발광부(650)의 합성전압을 구성함에 있어 잔여 전압을 저항(660)으로 분산시켜 과도한 열 발생을 억제하고 n1, n2, n3, n4의 노드 중 한곳에 하나 이상의 저항(660)을 더 포함하고, 구동부의 레귤레이터의 보호를 위해 제1구동부(630)와 제2구동부(640)에 병렬로 제너다이오드(634, 644)를 더 포함하여 이루어진다.

도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동소자의 회로를 살펴보면 도 4의 회로에 제어부를 부가하여 흐르는 전류를 감지하기 위한 전류감지부(762), 과도 전류 제한 및 밝기 조절을 위한 스위칭부(761)와 제어프로그램 탑재를 위한 제어부(763) CPU를 더 포함하여 이루어진다.

도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 발광 다이오드가 직렬 연결 및 병렬 연결을 포함할 수 있다. 발광 다이오드의 직렬 연결시 하나의 발광 다이오드의 캐소드 단은 인접 발광 다이오드의 애노드에 연결된다. 또한, 복수 개의 발광 다이오드가 병렬로 연결되는 것도 가능하다. 발광 다이오드의 병렬 연결시 모든 발광 다이오드의 애노드 단이 서로 연결되고, 발광다이오드의 캐소드 단이 서로 연결된다.

다음으로, 구동부(130,140)의 동작에 대해서는 이후에 수학 식을 참조하여 상세히 설명된다.

도 1의 노드 n3을 통하여 발광부(150)에 흐르는 전류는 다음의 수학식과 같다.

( Qled : 직렬연결 LED 개수, Vled : LED의 총 전압, Vin : AC 입력전압 )

Vled = Vf x Qled

Vpeak = Vin x

2

Vled = Vpeak x sin

도 8에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 구동장치의 정류부 출력 전압파형(n1)으로 입력 주파수의 2배의 맥류가 흐르고, 정전류로 변환된 제1 구동부의 출력 전압파형(n2)과 전압을 제한하여 펄스 정형하는 제2 구동부의 출력 전압파형(n3)을 통해 LED 발광부에 공급되며 각각의 노드에 걸리는 전압을 도시한 파형도이다.

Claims

교류 전원으로부터 공급된 전압을 정류하는 정류부;
정류부에 병렬로 부하저항이 연결되고, 정류부에 직렬로 연결되며 공급된 전류와 전압을 제한하는 구동부;
구동부에 병렬로 연결된 케패시터, 상기 구동부를 통하여 전류를 공급받아 빛을 방출하는 발광부; 로 구성되며,
상기 구동부에 있어서, 공급된 전류를 제한하는 제1구동부;와
제1구동부에 직렬로 연결되며 공급된 전압을 제한하는 제2구동부;가 구비되는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 구동부는 서로 직렬 또는 병렬 또는 직 병렬로 연결된 복수의 레귤레이터 구성을 포함하며, 각각의 구동부와 케패시터가 병렬로 연결되고, 전류 조절을 위한 저항이 구비되고, 제1구동부의 한쪽 단은 정류부의 양극에 제1구동부의 한쪽 단은 제2구동부의 한쪽 단에 직렬로 연결되고 마지막 구동부의 한쪽 단은 발광부의 애노드에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
제 2항에 있어서,
상기 구동부의 구동소자는 FET, TR, LDO REGULATOR, VOLTAGE REGULATOR를 포함하며, 구동소자의 입력단과 출력단에 케패시터가 연결되고, 전류 조절을 위한 저항이 구비되고, 제1 구동부와 제2 구동부가 직렬로 연결되며, 전기적으로 펄스 구동을 특징으로 하는 LED 구동장치.
제 1항에 있어서,
상기 발광부에 전류 감지 저항이 구비되고, 스위칭소자를 직렬로 연결하여 밝기 조절을 위해 듀티비를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 구동부의 양단에 연결된 케패시터와 제너다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
제 1항에 있어서,
상기 발광부는 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 발광다이오드를 포함하며, 발광부의 애노드와 구동부의 출력단이 연결되고, 발광부의 캐소드가 정류부의 음극에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.