KR20120058367A - 엘이디 어레이 교류구동 회로 - Google Patents

Abstract

복수개의 LED 어레이를 점등하는 LED 어레이 교류구동 회로가 개시된다. 이 LED 어레이 구동회로는 2보다 많은 복수개의 LED 어레이들 및 복수개의 정류다이오드들을 사용하며, 회로 동작에서 상기 LED 어레이들은 모두 직렬연결된다. 따라서, 모든 LED 어레이가 동시에 점등되는 LED 어레이 교류구동회로가 제공된다.

Description

엘이디 어레이 교류구동 회로{LED array circuit for AC driving}

본 발명은 발광다이오드(Lighting Emitting Diode, 이하 LED라 칭함) 구동회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수개의 정류다이오드를 사용하여 복수개의 LED 어레이(Array)를 교류구동하는 회로에 관한 것이다.

발광다이오드는 전류가 흐르면 빛을 방출하는 전광변환 반도체소자로서, 표시기 백라이트 등에 널리 사용되고 있으며, 기술발달로 전광변환 효율이 기존의 백열등 및 형광등보다 높아져서 현재는 일반 조명용으로 그 범위를 넓혀가고 있다.

종래의 대표적인 기술을 도1 에 도시하였다. 회로는, 2개의 LED 어레이(71)(72)를 역방향으로 병열배열하고, 상기배열의 한쪽 단자를 교류전원(50)에 연결하고, 상기 배열의 나머지 한쪽 단자를 저항(51)을 거쳐서 교류전원(50)과 연결한 것이다.

상기회로에서 양전압 공급시는 교류전원(50)에서 출발한 전류는 저항(51)과 LED 어레이(71)을 거쳐 흘르기 때문에 LED 어레이(71)이 점등되고, LED 어레이(72)는 소등된다. 또한, 음전압 공급시는 교류전원(50)에서 출발한 전류는 LED 어레이(72)와 저항(51)을 거쳐 흘르기 때문에 LED 어레이(72)가 점등되고, LED 어레이(71)는 소등된다.

따라서, 종래기술에서는 상기 LED 어레이(71)및 (72)가 동시에 점등되지 않아서 LED의 순시 사용율이 낮고, 결과적으로는 광효율이 낮은 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, LED 어레이 전부를 동시에 점등하여 광효율이 개선된 LED 어레이 교류 구동회로를 제공하는 데 있다.

이를 위해, 본 발명에 따른 LED 어레이 교류구동 회로는, 2개 이상의 LED를 포함하는 제1 내지 제(n) LED 어레이(n>=2); 상기 제1 LED 어레이와 모두 직렬로 연결되어 다이오드 폐루프를 형성하는 제(1)A 및 제(1)B 정류다이오드부; 상기 제(1)A 및 제(1)B 정류다이오드부의 접속점으로 연결되는 제1 교류공급단자; n 보다 작은 소정의 제(x) LED 어레이와 모두 직렬로 연결되어 다이오드 폐루프를 형성하는 제(x)A 정류다이오드부, 제(x) LED 어레이 및 제(x)B 정류다이오드부;

제(n) LED 어레이와 모두 직렬로 연결되어 다이오드 폐루프를 형성하는 제(n+1)A 및 제(n+1)B 정류다이오드부; 상기 제(n+1)A 및 제(n+1)B 정류다이오드부의 접속점으로 연결되는 제2 교류공급단자;를 포함하며 교류공급이 양전압/음전압에 관계없이 모든 LED 어레이가 동시에 점등하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 LED 어레이 교류구동 회로는, 상기 정류다이오드부들 중에서 1개 이상이 발광다이오드로 구비된 것도 가능하다.

본 발명의 실시예들에 따르면, LED 어레이 전부를 동시에 점등하여 광효율이 개선된 LED 어레이 교류 구동회로가 제공된다.

도 1은 종래기술의 교류구동회로 이다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예이다.
도 3는 본 발명에 따른 제1 실시예의 변형된 예이다.
도 4는 본 발명에 따른 제2 실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 제3 실시예이다.
도 6는 본 발명에 따른 제4 실시예이다.
도 7는 본 발명에 따른 제5 실시예이다.
도 8는 본 발명에 따른 제5 실시예의 변형된 예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 동일한 부호로 나타내었으며, 도면들에 있어서 구성요소의 크기(길이, 폭, 뚜께 등등)는 편의를 위하여 다소 과장되어 표현될 수 있음에 유의하여야 한다. 또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석해서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

<제1 실시예>

이하 도 2를 사용하여 본 발명의 제1 실시예를 상세히 설명한다.

먼저 회로는 3개의 LED 어레이(1)(2)(3)과 8개의 정류다이오드(1A)(1B) (2A)(2B)(3A)(3B)(4A)(4B), 전류제한저항(21) 및 교류전원(20)으로 구성된다.

먼저, 도 2 회로의 결선에 대하여 설명한다.

제1 LED 어레이(1)는, 정류다이오드(1A), 제1 LED 어레이(1) 및 정류다이오드(1B)가 순서대로 모두 직렬로 연결된 다이오드 폐루프를 형성하며, 상기 두 정류다이오드(1A)(1B)의 접속점에 교류전원(20)의 제1 공급단자가 연결된다.

또한, 제2 LED 어레이(2)는, 제1 LED 어레이(1), 정류다이오드(2A), 제2 LED 어레이(2) 및 정류다이오드(2B)가 순서대로 모두 직렬로 연결된 다이오드 폐루프를 형성하여 제1 LED 어레이(1)과 연결된다.

그리고, 제3 LED 어레이(3)은, 제2 LED 어레이(2), 정류다이오드(3A), 제3 LED 어레이(3) 및 정류다이오드(3B)를 모두 직렬로 연결된 다이오드 폐루프를 형성하여 제2 LED 어레이(2)와 연결된다.

마지막으로, 제3 LED 어레이(3)은, 제3 LED 어레이(3), 정류다이오드(4A), 및 정류다이오드(4B)가 순서대로 모두 직렬로 연결된 다이오드 폐루프를 형성하고, 상기 정류다이오드(4A) 및 정류다이오드(4B)의 접속점이 전류제한저항(21)의 한 단자에 연결되고, 상지 저항(21)의 다른쪽 단자가 교류전원(20)의 제2 공급단자에 연결된다. 여기서 전류제한저항(21)은 생략할 수도 있다.

이하, 도 2 회로의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 교류전원(20)에서 양전압(교류 순방향)이 공급되면, 교류전원(20)에서 출발한 전류는 모든 LED 어레이(1)(2)(3) 및 정류다이오드(1A)(2A)(3A)(4A) 그리고 전류제한저항(21)을 통하여 흐른다. 더욱 상세히 설명하면, 상기 교류전원 (20)의 제1 공급단자를 출발한 전류는 정류다이오드(1A), LED 어레이(1),정류다이오드(2A), LED 어레이(2), 정류다이오드(3A), LED 어레이(3), 정류다이오드(4A) 및 전류제한저항 (21) 를 차례로 통과하여 교류전원(20)의 제2 공급단자로 흐른다.

그리고, 교류전원(20)에서 음전압(교류 역방향)이 공급되면, 교류전원(20)에서 출발한 전류는 모든 LED 어레이(1)(2)(3) 및 정류다이오드(1B)(2B)(3B)(4B) 그리고 전류제한저항(21)을 통하여 흐른다. 더욱 상세히 설명하면, 상기 교류전원 (20)의 제2 공급단자를 출발한 전류는 전류제한저항(21), 정류다이오드(4B), LED 어레이(3),정류다이오드(3B), LED 어레이(2), 정류다이오드(2B), LED 어레이(1) 및 정류다이오드 (1B)를 차례로 통과하여 교류전원(20)의 제1 공급단자로 흐른다.

도3은, 도 2에 도시된 모든 다이오드(LED 어레이 및 정류다이오드)를 뒤집어 배치한 것으로, 회로동작은 앞에서 설명한 바와 동일하다. 그리고, 본 발명의 상기 실시예에 적용된 정류다이오드를 높은 역전압을 갖는 LED로 대체하여도 회로는 동일하게 작동함은 당연하다.

또한, 복합 LED 어레이 회로(11)은, 단일 부도체(일예로 사파이어) 기판을 사용하여 하나의 LED 패키지(소자)로 제작할 수도 있다. 이 경우 상기 복합 LED 어레이 회로(11)은 교류전원에서 작동하기 때문에 별도의 전원공급장치가 필요없는 종래보다 고효율의 소형 LED 램프(예를 들면 캔들 라이트, 취침등 ...)을 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 의하여 모든 LED 어레이가 동시에 점등되는 LED 어레이 교류구동 회로에 대하여 상세히 설명하였다.

<제2 실시예>

도 4는 본 발명에 따른 제2 실시예를 도시한 예이다.

제2 실시예의 회로 구성은, 도 2의 제1 실시예에서 제3 LED 어레이(3)과 정류다이오드(4A)(4B)를 제거하고, 상기 소자들을 제거함으로써 개방된 정류다이오드 (3A)(3B) 및 전류제한저항(21) 개방단자들을 서로 접속시킨 것이다. 제2 실시예의 동작은 제1 실시예와 유사하므로 설명을 생략한다.

<제3 실시예>

도 5은 본 발명에 따른 제3 실시예를 도시한 예이다.

제3 실시예의 회로 구성은, 도 2의 제1 실시예에서 제4 LED 어레이(4)와 정류다이오드(5A)(5B)를 추가한 것이다. 이때, 제3 LED 어레이(3), 정류다이로드 (4A), 제4 LED 어레이(4) 및 정류다이오드(4B)가 순서대로 모두 직렬로 연결된 다이오드 루프를 형성한다. 그리고 제4 LED 어레이(4)와 정류다이오드(5A)(5B)도 모두 직렬로 연결되어 다이오드 폐루프를 형성한다. 마지막으로, 상기 정류다이오드 (5A)(5B)의 접속점은 전류제한저항(21)로 접속된다.

제3 실시예의 동작도 제1 실시예와 유사하므로 설명은 생략한다. 그리고 보다 많은 개수의 LED 어레이를 동일한 개념으로 확장하여 구동할 수 있음은 당연하며, 그 개수는 특별히 제한되지 않는다.

<제4 실시예> -단일기판 LED 소자

이하, 본 제1 실시예의 도2에 도시된 복합 어레이 회로(11)을 단일부도체(일 예를 들면 사파이어)기판을 사용하여 제작가능한 단일기판 LED 소자에 대하여 설명한다.

도 6은, 도 2의 회로를 구체화한 단일기판 LED 소자의 일 예로서, 제1 발광셀 어레이(1), 제2 발광셀 어레이(2), 제3 발광셀 어레이(3)은 각각 발광셀을 3개, 4개 및 4개로 구성되며, 상기 발광셀 어레이(1)(2)(3)을 단일기판(S1)에 제작한 단일기판 LED 소자(9) 이다. 그 동작에 관한 설명은 제1 실시예에서 도2 설명시 상세히 하였으므로 생략한다.(발광셀은 단일기판에 제작된 발광다이오드 1개를 나타내는 용어임)

순방향전압 3V, 역방향전압 30V인 발광셀로 도6 에 도시된 모든 발광셀 및 정류다이오드를 구성한 특정한 예를 살펴보면, 1)양전압이 단자(P1) 및 단자(P2) 사이에 공급되면 정류다이오드(3B)에 최대 역전압이 걸리며, 그 값은 27V (셀9개)이다. 2)단일기판 LED 소자(9)에 배치 가능한 사용셀(모든 발광셀, 정류다이오드 및 미사용셀 개수의 합)은 22개[가로4 x 세로6 - 2(단자 개수) = 22]이고, 전압 공급시 점등되는 점등셀은 15개 [발광셀 어레이(1)(2)(3)에 있는 점등셀 11개 및 점등 정류다이오드 (1A)(2A) (3A)(4A) 4개로 합은 15개 ]이다.

3) 발광셀 어레이를 4줄 더 추가하면, 점등이 되는 셀은 20개(4줄 x 5개 = 20)가 더 증가하여 35개가 되고, 사용셀은 24개(4줄 x 6개 = 24)가 더 증가하여 46개가 된다. 이때 점등셀과 사용셀의 비율은 35점등셀 / 46사용셀 x 100 = 76.1% 가 되며 이것은 종래기술 50%보다 무려 26.1%가 높은 값이다. 즉 그만큼 원가가 절감된다.

<제5 실시예 >

도 7은, 도 6에서 사용하지않는 셀(미사용셀)을 사용하여 점등셀 개수를 더 증가시킨 것을 도시한 것이다. 도 6과의 차이점은 정류다이오드(4A) 및 정류다이오드(4B)가 각각 정류다이오드 어레이(4AA) 및 정류다이오드 어레이(4BB)로 대체된 것이다. 모든셀을 발광셀로 구성하면 점등셀은 도 6의 개수보다 1개 더 늘어난다.도7에서 정류다이오드 어레이가 마지막 발광셀 어레이 다음에 배치되었으나, 첫열 또는 중간열에 배치된 정류다이오드 위치에 배치될 수 있음은 당연하다.

도 8은, 도 6의 미사용 셀 공간에 발광셀 어레이(4)를 추가한 것이다. 여기서 발광셀 어레이(4)는 하나의 발광셀로 구성되었으며, 모든셀을 발광셀로 구성하면 점등셀은 도 6의 개수보다 2개 더 늘어난다.

이상의 설명에서 발광셀 어레이가 1개 이상 다수개의 발광셀로 구성될 수 있음을 상세히 설명하였으며, 또한 정류다이오드 대신에 정류다이오드 어레이를 사용하여도 본 발명의 회로가 정상적으로 동작 됨을 상세히 설명하였다. 여기서, 정류다이오드 어레이도 1개 이상 다수개의 정류다이오드로 구성되며 그 개수가 특별히 제한되지 않음은 당연하다. 따라서, 본 발명에서는 정류다이오드와 정류다이오드를 모두 대표하는 용어를 "정류다이오드부"라고 정의하여 사용한다.

이상, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다.본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술내용을 쉽게 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 준 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1,2,3 ,4 제1 LED 어레이
1A,2A,3A,4A,5A,4AA,4BB 교류 양전압시 도통되는 정류다이오드
1B,2B,3B,4B,5B 교류 음전압시 도통되는 정류다이오드
20,50 교류전원
21,51 전류제한저항
S1 부도체 기판
9 단일기판 LED 소자
P1,P2 교류전원 공급단자

Claims (2)

1. LED 어레이 교류구동 회로에 있어서,
   2개 이상의 LED를 포함하는 제1 내지 제(n) LED 어레이(n>=2);
   상기 제1 LED 어레이와 모두 직렬로 연결되어 다이오드 폐루프를 형성하는 제(1)A 및 제(1)B 정류다이오드부;
   상기 제(1)A 및 제(1)B 정류다이오드부의 접속점으로 연결되는 제1 교류공급단자;
   
   n 보다 작은 소정의 제(x) LED 어레이와 모두 직렬로 연결되어 다이오드 폐루프를 형성하는 제(x)A 정류다이오드부, 제(x) LED 어레이 및 제(x)B 정류다이오드부;
   
   제(n) LED 어레이와 모두 직렬로 연결되어 다이오드 폐루프를 형성하는 제(n+1)A 및 제(n+1)B 정류다이오드부;
   상기 제(n+1)A 및 제(n+1)B 정류다이오드부의 접속점으로 연결되는 제2 교류공급단자;를 포함하며 교류공급이 양전압/음전압에 관계없이 제1 내지 제(n) LED 어레이가 동시에 점등하는 것을 특징으로 하는 LED 어레이 교류구동 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 정류다이오드부들 중에서 1개 이상이 발광다이오드인 것;을 특징으로하는 LED 어레이 교류구동 회로.

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