KR20120124756A - 엘이디 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디 램프에 관한 것으로서, 2개의 전극간에 서미스터와 브리지 다이오드가 각각 연결되어 전파정류회로를 형성한 후 각 정류회로의 +와 - 출력을 연결하여 회로를 구성하고, 상기 직류전원 +/-출력간에는 소용량 평활용 콘덴서와 저항 및 제너다이오드를 각각 병렬로 연결하며, 상기 직류전원 +전극에는 순차적으로 직병렬로 혼합구성되는 엘이디와, 코일과, 구동용 반도체와, 저항을 직렬로 연결하되,
상기 정전류 제어부는 엘이디에 일정 전류를 구동하는 신호를 구동용 반도체를 통해 인가하며 엘이디에 흐르는 전류량에 부합한 전압신호를 피드백 받는다. 또한 정전류 제어부의 출력은 주파수 판별부 입력에도 연결되며,
상기 주파수 판별부의 출력은 보조 구동용 반도체와 결합되고, 상기 보조 구동용 반도체의 출력은 직류전원 +전극과 연결된 대용량 평활용 콘덴서와 연결되어, 상기 주파수 판별부의 출력이 온오프됨에 따라 대용량 평활용 콘덴서의 용량을 가감시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 엘이디 램프에 주파수 판별부와 정전류 제어부를 장착하여 전자식 안정기와 자기식 안정기 또는 교류전원을 직접 인가하여도 사용할 수 있을 뿐만 아니라 일반 형광등과 마찬가지로 램프만을 교체함으로써 설치공사의 번거로움과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

엘이디 램프{LED LAMP}

본 발명은 엘이디 램프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광등 램프를 대신하여 엘이디 램프의 교체시 형광등용 자기식 안정기 또는 전자식 안정기의 교체 없이 엘이디 램프만을 교체하여 사용할 수 있도록 한 엘이디 램프에 관한 것이다.

형광등 램프를 대신하여 사용되고 있는 엘이디 램프는 양측에 브리지 다이오드를 형성한 후, 안정기에서 출력되는 신호를 평활하여 직류전원을 만든 다음, 상기 직류전원으로 구동회로를 구성하여 엘이디를 구성하는 것이 일반적이다.

그러나 상기 엘이디를 구성하는 전자식 안정기의 경우 종류가 다양하고 각각의 안정기마다 규정출력전압과 전류의 차이가 커 모든 안정기에 적합한 안정된 구동회로를 구현하는 것이 어려웠다.

특히 안정기마다 허용출력전류와 전압의 범주를 초과하게 엘이디 램프의 구동회로를 구성하는 경우 안정기에 부담을 주어 안정기의 내부발열증가, 소손, 화재, 진동음이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

또한 전자식 안정기와 일부 엘이디 램프를 연결하여 사용할 경우 일부 전자식 안정기에서 예열, 시동신호출력시 수백 볼트의 시동전압이 출력됨에 따라 엘이디 램프가 온?오프시 파손되는 문제점이 있었다.

또한 일부 엘이디 램프 제품은 안정기에서 출력되는 신호를 평활 후 얻은 직류전원에 엘이디와 코일을 직렬로 연결하여 사용하는데 이때는 정류된 직류전원에 실린 맥류 주파수로 이용하여 코일이 일정한 저항치(리액턴스)를 갖게 하여 상기 엘이디에 일정전류가 흐르게 전류를 제한하는 방법이나 모든 안정기가 동일한 주파수와 전압으로 출력되는 제품이 없으므로 리액턴스 값의 차이가 크고 전압이 변동됨에 따라 엘이디 램프의 밝기 차이가 발생하게 되는 문제점이 있을 뿐만 아니라 이런 제품을 자기식 안정기에 직접 연결하거나 교류전원을 직접 인가하는 환경에는 램프가 소손 또는 파손되는 문제점이 있었다.

또한 일부 전자식 안정기에는 형광등의 고장 여부를 진단하기 위해 필라멘트의 단선 여부와 형광등의 전류를 모니터링 하면서 일정한 출력 전압과 전류가 형광등에 공급되게 동작하게 되는데 기존 엘이디 램프의 경우 이런 필라멘트와 같은 기능을 구비하지 않아 전자식 안정기가 출력을 내보낼 때 필라멘트가 없는 것으로 오인하여 출력이 중단되고 다시 예열 신호를 출력하는 동작을 반복함에 의해 안정기 내부의 출력용 구동 반도체 발열이 증가하고 출력이 나왔다 안 나왔다 하는 문제가 발생하여 엘이디 램프의 점멸 현상이 발생함에 따라 안정기 수명 단축, 발열량의 증가로 인한 화재, 소손, 떨림, 진동음이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

한편, 시중에는 여러 가지 다양한 형태의 형광등 램프가 있으며 대표적인 것이 피엘 램프(PL), T5형, T8형, T10형, T12형 등 제품이 있고 이것에 부합된 전자식 안정기의 종류도 매우 다양하여 여기에 모두 사용상 문제가 없는 적합한 형태의 엘이디 램프 구현은 어려운 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전자식 안정기나 자기식 안정기에 연결하여 사용하더라도 초기 예열과 시동신호에서 발생하는 대전류와 과전압으로부터 구동회로와 엘이디를 보호할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 양측 전극 간에 서미스터를 사용하여 필라멘트 저항을 구성함에 따라 예열신호 구동회로루프가 형성되어 안정기의 정상적인 동작을 유도하면서 점등상태로 진입하여 안정적인 전압과 전류를 제공할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 엘이디 램프에 주파수 판별부와 정전류 제어부를 장착하여 전자식 안정기와 자기식 안정기뿐만 아니라 교류전원을 직접 인가하여도 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 기존 피엘 램프(PL), T5형, T8형, T10형, T12형 형광등 램프에 부합된 자기식 안정기와 전자식 안정기의 종류별로 엘이디 램프 구동회로를 각각 구현할 필요가 없이 한 개의 회로로 모두 수용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 서미스터와 브리지 다이오드가 구비되는 직류전원 +전극과 -전극을 각각 형성한 후 상기 전극을 연결하여 회로를 구성하고, 상기 직류전원 +전극과 - 전극간에는 소용량 평활용 콘덴서와 저항 및 제너다이오드를 각각 병렬로 연결하며, 상기 직류전원 +전극에는 순차적으로 직병렬로 혼합구성되는 엘이디와, 코일과, 구동용 반도체와, 저항을 직렬로 연결하되, 상기 정전류 제어부의 출력은 구동용 반도체의 입력에 인가됨과 동시에 주파수 판별부의 입력에도 연결되며,구동용 반도체를 통한 엘이디를 구동하여 엘이디에 흐르는 전류량에 부합된 전압신호를 피드백 받으며 상기 주파수 판별부의 출력은 보조 구동용 반도체와 결합되고, 상기 보조 구동용 반도체의 출력은 직류전원 +전극과 연결된 대용량 평활용 콘덴서의 일측과 연결되어, 상기 주파수 판별부의 출력이 온오프됨에 따라 대용량 평활용 콘덴서의 용량을 가감시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주파수 판별부는 정전류 제어부의 출력신호나 정류된 맥류를 전달받아 주파수를 감지하되, 상기 주파수 판별부는 주파수가 1KHZ 이하인 경우 상기 보조 구동용 반도체 또는 보조 구동용 반도체와 릴레이를 통해 대용량 평활용 콘덴서를 온?오프 제어하여 평활 용량을 증감할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 엘이디 램프를 전자식 안정기로 사용할 경우 상기 주파수 판별부와 대용량 평활용 콘덴서는 연결되지 않고 상기 정전류 제어부는 직류전원을 공급받고, 상기 구동용 반도체의 입력은 정전류 제어부의 출력과 연결되고, 상기 저항은 양단에서 정전류에 비례하는 전압을 피드백할 수 있도록 정전류 제어부의 입력에 연결되며, 상기 정전류 제어부에 인가되는 직류전원의 크기가 직렬로 조합된 엘이디의 전압과 같거나 낮은 경우 구동용 반도체는 항시 온 되어 직류 전원의 맥류주파수가 코일에서 리액턴스 저항치를 형성하여 엘이디에 일정한 전류를 제한하는 회로를 구성할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 엘이디 램프는 정전류 제어부 없이 직류전원에서 맥류 주파수를 입력받은 주파수 판별부의 출력단에 릴레이를 이용하여 접점의 일 측에 정전류 다이오드를 연결하고 릴레이의 반대 측 접점에는 코일을 연결구성하여, 상기 주파수 판별부는 전자식 안정기의 경우에 릴레이의 접점을 코일과 엘이디에 직렬로 연결하고, 자기식 안정기의 경우에는 정전류 다이오드와 엘이디를 직렬로 연결한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 엘이디 램프에 주파수 판별부와 정전류 제어부를 장착하여 전자식 안정기와 자기식 안정기 또는 교류전원을 직접 인가하여도 사용할 수 있을 뿐만 아니라 일반 형광등과 마찬가지로 램프만을 교체함으로써 설치공사의 번거로움과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 양측 전극 간에 서미스터를 사용하여 필라멘트 저항을 구성함에 따라 예열신호 구동회로루프가 형성되어 안정기의 정상적인 동작을 유도하면서 점등상태로 진입하여 안정적인 전압과 전류를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 전압출력이 안정되게 출력되어 엘이디 램프의 점멸 현상이 사라지고 안정기 내부 구동반도체의 발열이 증가하지 않아 화재의 위험과 진동음이 발생하지 않는 효과가 있다.

또한, 전자식 안정기나 자기식 안정기를 사용하는 환경에서 안정기의 수명이 다한 경우 추가로 신규 안정기를 구입하여 교체하지 않고 배선만 변경하여 직접 교류전원을 인가하여 사용함으로써 자원낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엘이디 램프의 기본 구성을 나타낸 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 판별부의 입력을 정류된 맥류신호의 주파수를 이용하여 구성한 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 주파수 판별부를 이용하여 실제 릴레이와 결합하여 구성한 예를 나타낸 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 전자식 안정기 전용으로만 구성한 회로도.
도 5는 일반적인 전자식 안정기의 출력부가 형광등과 결합한 구성을 나타낸 도면.
도 6은 형광등의 점등시 등가회로를 나타낸 회로도.
도 7은 일반적인 형광등의 예열과 시동 및 점등의 동작순서에 따른 형광등 인가전압과 형광등 필라멘트의 인가 전류의 형태를 나타낸 도면.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조로 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 엘이디 램프의 기본 구성을 나타낸 회로도이고, 도 2는 본 발명에 따른 주파수 판별부의 입력을 정류된 맥류신호의 주파수를 이용하여 구성한 회로도이며, 도 3은 본 발명에 따른 주파수 판별부를 이용하여 실제 릴레이와 결합하여 구성한 예를 나타낸 회로도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전자식 안정기 전용으로만 구성한 회로도이다.

본원발명의 엘이디 램프는 기존 형광등용 규격에 맞게 형성되는 전극(P1, P2, P3, P4)과, 상기 전극(P1, P2, P3, P4) 양단에 필라멘트에 해당하는 임피던스를 형성하는 서미스터(SR1, SR2)와, 안정기의 출력신호를 정류하기 위한 정류부(D1, D2)와, 과전압, 대전류로부터 회로를 보호하기 위한 제너다이오드(ZD1)와, 엘이디(LED1~N)와, 주파수 신호를 판독하여 평활용 콘덴서(C1, C2)를 온?오프하는 주파수 판별부(U1)와, 상기 엘이디(LED1~N)에 일정한 전류가 흐르게 하는 정전류 제어부(U2) 등으로 구성되고 상기 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본원발명의 엘이디 램프는 양측에 일반 형광등과 마찬가지로 전극(P1, P2)과 전극(P3, P4)을 각각 형성한 후, 상기 전극(P1, P2, P3, P4)에 서미스터(SR1, SR2)와 브리지 다이오드(D1, D2)를 각각 연결한 다음, 상기 전극(P1, P2, P3, P4)을 연결하여 회로를 구성한다.

즉, 상기 엘이디 램프는 기존 형광등 규격에 맞는 전극(P1, P2, P3, P4)을 양측에 형성하면서 상기 전극(P1, P2, P3, P4)의 양단에 형광등의 필라멘트에 해당하는 저항체로 사용되는 서미스터(SR1, SR2)를 장착하여 안정기의 예열 신호 발생시 엘이디 램프의 장착 여부를 인식할 수 있도록 한 것이다.

이때, 상기 서미스터(SR1, SR2)는 제너다이오드(ZD1)와 함께 안정기에서 예열신호의 출력시 발생하는 과전류와 시동시 발생하는 과전압으로부터 회로를 보호하는 역할도 함께 수행하게 된다.

그리고 상기 전극(P1, P2, P3, P4)의 양단에 장착되는 정류부(D1, D2)는 안정기의 출력신호를 정류하여 직류 출력 전압이 주파수 판별부(U1), 엘이디(LED1~N)와, 정전류 제어부(U2)에 인가되도록 한 것이다.

참고로 대다수 전자식 안정기는 예열신호 출력시(도 7의 예열구간) 순간적으로 큰 전류를 출력하고 시동시에는 큰 전압이 서지의 형태로 출력되는데 이것이 엘이디 램프 회로에 직접적으로 인가되면 회로 부품 파손이나 소손을 하게 된다.

예를 들어 도시된 도 7과 같이 32와트 전자식 안정기의 경우, 시동 전압은 규정상 300볼트이고 점등 이후(점등구간)는 150볼트로 되지만 시동전압 300볼트가 출력되는 시점(시동구간)에선 이론적으로 최대 2.828배의 전압이 걸리게 되어 순간적으로 약 848볼트의 전압이 회로에 인가된다.

이때, 상기 전압이 엘이디 램프의 회로에 영향을 주지 않게 하기 위해서는 브리지 다이오드(D1, D2) 출력단에 제너다이오드(ZD1)를 장착하여 일정 기준 이상의 전압을 흡수하여야만 하는 것이다.

또한 통상적으로 형광등 필라멘트에 인가되는 초기 예열 전류는 1.6암페어이지만 이것도 이론적으로 최대 2.828배가 되어 4.52암페어 정도 크게 되므로 큰 예열전류로부터 회로를 보호하고 필라멘트와 같은 효과를 얻기 위해 본원발명에서와 같이 부저항 서미스터(SR1, SR2)를 장착한 후 사용해야만 하는 것이다.

다음으로 안정기로부터 인가되는 전압을 평활하기 위한 소용량 평활용 콘덴서(C1)와, 평활 작동시 방전 전류루프를 안정하기 위한 저항(R1)과, 안정기에서 출력되는 예열과 시동신호에서 발생하는 고압의 신호를 적정한 크기 이하로 제하여 회로 보호를 위한 제너다이오드(ZD1)를 병렬로 연결한다.

여기서 상기 제너다이오드(ZD1)는 단방향 또는 양방향의 제너다이오드(ZD1)가 선택적으로 사용될 뿐만 아니라 상기 제너다이오드(ZD1)를 대신하여 단방향 또는 양방향의 바리스터가 사용될 수 있다.

그리고 상기 정류된 직류전원 +측에는 순차적으로 직?병렬로 혼합구성되는 엘이디(LED1~N)와, 상기 엘이디(LED1~N)와 연결되는 코일(L)과, 상기 코일(L)과 연결되고 반대 측은 전류를 제어하기 위한 구동용 반도체(Q2)의 일 측이 연결되고 구동용 반도체(Q2)의 다른 일 측에는 전류를 감지하는 저항(R2)이 직렬로 연결되게 구성한다. 저항(R2)는 직류전원의 - 측과 연결된다.

여기서 상기 구동용 반도체(Q2)는 정전류 제어부(U2)로부터 엘이디(LED1~N)에서 일정한 전류를 흐르게 하기 위한 신호를 입력받으며 구동용 반도체(Q2)의 일측은 전류량에 부합된 전압신호를 감지하여 정전류 제어부(U2)로 피드백 한다.

상기 정전류 제어부(U2)의 출력은 주파수 판별부(U1)의 입력과도 연결되며, 상기 주파수 판별부(U2)의 출력은 보조 구동용 반도체(Q1)와 결합되고, 상기 보조 구동용 반도체(Q1)의 출력은 일측이 직류전원 전극과 연결된 대용량 평활용 콘덴서(C2)와 연결되어 상기 주파수 판별부(U1)의 출력이 온?오프됨에 따라 대용량 평활용 콘덴서(C2)의 용량을 가감시킬 수 있도록 한다.

즉, 본원발명의 엘이디 램프는 입력신호의 주파수를 판별하여 전자식인지 자기식 회로인지를 인지하는 주파수 판별부(U1)와 엘이디(LED1~N)에 일정한 전류가 흐르게 하는 정전류 제어부(U2)를 구비한 것이다.

그리고 상기 주파수 판별부(U1)는 정전류 제어부(U2)의 출력신호나 정류된 맥류를 전달받아 주파수를 감지하되, 상기 주파수 판별부(U1)는 주파수가 1KHZ 이하인 경우 상기 보조 구동용 반도체(Q1) 또는 보조 구동용 반도체(Q1)와 릴레이(RL1)를 통해 대용량 평활용 콘덴서(C2)를 온?오프 제어하여 평활 용량을 증감할 수 있도록 구성한다.

다음으로 도시된 도 2 내지 4는 본 발명에 따른 엘이디 램프의 다른 실시 예를 나타낸 것이다.

먼저 도시된 도 2는 주파수 판별부의 입력을 정류된 맥류신호의 주파수를 이용하여 구성한 회로도를 나타낸 것으로서, 상기 주파수 판별부(U1)의 입력을 정류된 직류전원에 직접 연결한 구성도이다.

즉, 전자식 안정기나 자기식 안정기를 사용하는 경우 평활된 맥류 주파수 차이가 발생하는데, 예들 들어 자기식 안정기를 60HZ의 주파수의 전원에서 사용하면 전파정류 후에는 120HZ가 맥류신호가 되고, 50HZ의 환경에서는 100HZ가 되며, 군용장비의 경우는 400HZ의 전원이 사용되므로 800HZ의 맥류신호가 만들어진다.

아울러 일부 정류회로에선 역률을 개선하기 위하여 통상적으로 3배의 배전압 회로를 추가하는데 60HZ 전원의 사용 환경에선 기본 맥류주파수의 3배인 360HZ의 맥류 신호가 생성된다.

결국 자기식 안정기 회로의 경우 맥류주파수의 최대치는 1KHZ 이하로 고려될 수 있고 도 2의 주파수 판별부(U1)에선 맥류 주파수를 감지하여 1KHZ 이하의 경우 보조 구동용 반도체(Q1)를 동작시켜 대용량 평활용 콘덴서(C2)가 그라운드와 연결되게 하여 평활용량을 증대하여 맥류성분이 적고 직류전압에 가깝게 한 것이다.

그리고 도시된 도 3은 주파수 판별부를 이용하여 실제 릴레이와 결합하여 구성한 예를 나타낸 회로도로서, 상기 주파수 판별부(U1)를 직류전원에 연결한 후 맥류신호를 판독하여 1KHZ 이하의 신호가 감지되는 자기식 안정기를 사용하거나 60HZ 교류전원에 직접 인가한 경우에는 구동용 반도체(Q1)를 사용하여 릴레이(RL1)를 구동시켜 릴레이 접접1(SW1)과 접접2(SW2)의 각각의 1-2간이 단락되게 한 것이다.

이때, 대용량 평활용 콘덴서(C2)는 그라운드로 연결됨과 동시에 엘이디(LED1~N)가 정전류 다이오드(D3,D4,D5)와 직렬로 연결되는 회로가 구성되어 안정적인 정전류가 엘이디(LED1~N)에 공급되고, 반대로 전자식 안정기 회로에 사용되는 경우는 보조 구동용 반도체(Q1)의 출력이 오프되어 릴레이(RL1)가 오프되고 접점 SW1, SW2가 각각 1-3간이 단락되어 엘이디(LED1~N)는 코일(L)과 전류 센싱저항(R2)과 직렬로 회로를 구성하게 된다.

다음으로 도시된 도 4는 본 발명에 따른 전자식 안정기 전용으로만 구성한 회로이며, 자기식 안정기나 직접 전원이 인가되는 경우는 사용이 불가능 하지만 전자식 안정기를 사용하는 환경에서는 전자식 안정기의 출력 전압을 정류하여 직류전원을 얻고 전원이 높은 경우는 정전류 제어부(U2)가 PWM 제어 방식으로 일정전류가 엘이디(LED1~N)에 공급되게 동작하고 반대로 전자식 안정기의 출력전압이 낮은 경우는 정전류 제어부(U2)의 출력이 일정한 직류전압의 형태로 출력되어 구동용 반도체(Q2)를 항시 온으로 하여 직류전원에 엘이디(LED1~N)와 코일(L)과 전류 센싱용 저항(R2)이 직렬로 연결되는 형태가 되어 코일(L)의 리액턴스 값으로 엘이디에 흐르는 전류를 제한하여 일정 전류가 흐르게 한 것이다.

이를 통해 기존 코일만을 사용하는 기존 엘이디 램프와 같이 안정기마다 밝기 차이가 나지 않고 일정한 밝기를 얻을 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성되는 엘이디 램프의 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 설명하면 도 1은 본 발명에 따른 엘이디 램프의 기본 구성을 나타낸 회로도이다.

먼저, 형광등의 전극 (P1,P2)간에 서미스터(SR1)이 병렬로 연결되고 브리지 다이오드(D1)을 통해 직류전원+와 -가 출력되며 다른 반대쪽 형광등의 전극(P3,P4)간에 서미스터(SR2)가 병렬로 연결되고 브리지 다이오드(D2)를 통해 마찬가지로 직류전원 +와 -를 출력하여 회로를 구성한다.

그리고 상기 직류전원 +와 -출력간에는 소용량 평활용 콘덴서(C1)와 저항(R1) 및 제너다이오드(ZD1)를 각각 병렬로 연결하며, 상기 직류전원 + 측에는 직?병렬로 혼합구성되는 엘이디(LED1~N)와, 코일(L)과, 구동용 반도체(Q2)와, 저항(R2)을 순차적으로 직렬연결한다.

다음으로 정전류 제어부(U2)는 엘이디(LED1~N)에 일정한 전류를 구동하기 위한 신호를 구동용 반도체(Q2)를 통해 출력함과 동시에 주파수판별부(U1)으로도 인가되며 구동용반도체(Q2)의 일측은 엘이디(LED1~N)에 연결됨과 동시에 다른 일측에는 엘이디에 흐르는 전류량을 감지하기 위한 센싱저항(R2)와 직렬로 연결된다. 아울러 센싱저항(R2)에 의해 감지된 전압신호는 정전류제어부(U2)로 피드백되게 된다. 주파수판별부(U1)의 출력은 보조 구동용 반도체(Q1)의 출력은 일측이 직류전원에 연결된 대용량 평활용 콘덴서(C2)의 다른 일측과 연결되어 엘이디 램프를 구성한다.

여기서 상기 엘이디 램프의 조립 순서는 상기와 다르게 구성될 수 있음을 밝힌다.

상기와 같은 상태에서 엘이디 램프의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저 양쪽의 전극(P1, P2, P3, P4)을 일반적인 형광등 소켓에 각각 체결한 후 안정기의 예열신호로 필라멘트에 도시된 도 7과 같이 예열전류(예열구간)를 인가한다.

이때 상기 전류는 전극(P1, P2)과 전극(P3, P4)간에 동시에 인가되고 내부에 연결된 서미스터(SR1, SR2)를 통해 전류회로가 형성되면서 순간적으로 서미스터(SR1, SR2) 저항치 증가로 인한 급격한 전류 흐름을 제한한다.

여기서 상기 서미스터(SR1, SR2)는 내구성 있는 재질로 제작되므로 예열시 큰 전류가 인가되더라도 잘 견디면서 끊어지지 않는다.

즉, 부저항 서미스터(SR1, SR2)는 예들 들어 32W 일반 형광등의 경우 예열시 최대 4.52A까지 순간적으로 인가되더라도 서미스터(SR1, SR2)의 저항치가 순간적으로 증가하여 적은 예열전류가 흐르게 하고 이후에는 수옴의 저항치로 낮게 유지하기 때문에 필라멘트 저항처럼 사용할 수 있다.

만약 단순히 5옴의 고정저항을 사용하여 엘이디 전극 양단에 사용한다고 할 때는 필라멘트의 효과는 얻을 수 있으나 순간적으로 큰 전류의 흐름에 의해 필요한 저항의 크기는 4.52A *4.52A * 5옴 = 102와트이므로 이런 경우 약 102와트 5옴의 저항을 엘이디 램프에 내장하기에는 부피가 너무 크다는 불편함이 발생하고 램프를 점등하는 순간마다 저항이 조금씩 타는 냄새가 발생하게 된다.

또한 코일을 사용하는 방법도 있으나 전자식 안정기의 출력이 최대 75KHZ의 예열신호가 인가될 때 필라멘트의 저항과 같이 예들 들어 5옴 저항치를 형성한다고 가정할 때 필요한 코일의 값은 5옴 = 2*3.14*75KHZ * 코일치이므로 코일 값은 5/(6.28*75000) = 약 10UH가 나오게 되는데 상기 코일이 감내할 전력은 4.52 전류가 점등시까지 약 0.2초간의 누적된 값을 10UH로 나눈 것과 같으므로 약 수십 KW의 용량이 필요하게 되어 이것 또한 부피가 커지는 문제점이 발생한다.

또한 예열 동작(예열구간) 이후 시동 단계(시동구간)에선 순간적으로 예열 때보다 매우 높은 전압이 코일 양단에 인가되면서 순간적인 코일 양단에 전압이 크게 발생하여 엘이디와 구동회로 파손과 제품 수명단축 문제가 발생하기 때문에 이를 위해서는 본원발명에서와 같이 부저항 서미스터(NTC)(SR1,SR2)를 사용해야한다.

상기 부저항 서미스터(NTC)(SR1,SR2)에 대해서 좀더 보충설명하면, 상기 부저항 서미스터(NTC)(SR1,SR2)는 초기 예열시 4.52A의 큰 전류가 서미스터(SR1,SR2) 양단에 인가되면 매우 큰 저항치로 전류를 제한하여 회로를 보호하면서 필라멘트가 연결된 것처럼 작용하고 일정시간이 지나 점등 상태가 되면 낮은 저항 상태가 되어 필라멘트처럼 수옴의 저항치를 유지하므로 엘이디 램프를 구현하는데 적합하다

그리고 서미스터(SR1,SR2) 양단에 인가되는 높은 주파수의 예열과 시동 전압은 브리지 다이오드(D1, D2)와 소용량 평활용 콘덴서(C1)를 통해 맥류 성분이 포함된 직류전원으로 변환된다.

즉, 도시된 도 7에 도시한 바와 같이 예열 전압(예열구간)은 시동 전압(시동구간)에 비해 크지 않지만 시동 단계 초기시점(시동구간)에선 급격히 높은 전압이 인가되고, 상기 엘이디 램프에서는 시동 이후 출력되는 점등 전압(점등구간)이 실제 엘이디를 구동하는 동력원이 되므로 시동 전압은 엘이디 램프에선 서지와 같은 성격이라고 할 수 있으며 이것을 단방향 제너다이오드(ZD1)를 사용하여 정전류 제어부(U2)가 견딜 수 있는 허용 동작 전압 이상이 되지 않게 제너다이오드(ZD1)를 선정한다.

상기 엘이디(LED1~N)는 직, 병렬로 조합되어 직렬로 코일(L)과 연결되며 구동용반도체(Q2)에 의해 구동되며, 엘이디에 흐르는 전류는 저항(R2) 양단에 전압의 형태로 감지되어 정전류 제어부(U2)에 피드백신호로 전달된다.

이때 대다수 엘이디 램프(LED1~N)는 효율적인 전류구동을 위하여 PWM 방식을 범용적으로 사용하며 엘이디(LED1~N)에 흐르는 전류가 일정전류보다 크면 저항(R2) 양단의 전압이 증가하고 이것을 정전류 제어부(U2)에서는 구동 PWM 신호의 폭을 좁게 하거나 주파수를 높여 엘이디(LED1~N)에 흐르는 전류를 감소시킨다. 반대로 저항(R2) 양단의 전압이 감소하면 구동 PWM 신호의 폭을 넓게 하거나 주파수를 낮추어 엘이디(LED1~N)에 흐르는 전류를 증가시키는 일반적인 PWM 제어 기능과 동일하다.

하지만 상기 정전류 제어부(U2)에 인가되는 직류전원의 크기가 엘이디(LED1~N)의 직렬 연결전압의 크기(예들 들면 30개의 엘이디를 사용한다고 할 때 3.1V X 30 = 93V)와 같거나 낮다고 판단되면 PWM 제어출력을 내지 않고 직류적으로 일정한 하이 신호를 출력하여 구동용 반도체(Q2)가 항시 온 상태가 되게 한다.

이러면 직류전원에 엘이디(LED1~N)가 연결되고 코일(L)과 전류센싱용 저항(R2)이 직렬로 연결되는 회로가 형성되어 정전류 제어부(U2)의 정전류 제어 기능은 중단되고 직류전원에 실린 맥류신호가 코일(L)에 일정한 리렉턴스 값을 형성하여 엘이디(LED1~N)에 일정한 전류가 흐르게 되는 것이다.

참고로 도시된 도 5는 일반 전자식 안정기의 출력부가 형광등과 결합한 구성을 나타낸 회로도로써, 먼저 정류부(U3)를 통해 얻어진 직류전압을 스위칭 제어부(U4)에 공급한다.

그리고 상기 스위칭 제어부(U4)는 특정 발진 주파수를 구동용 반도체(Q3, Q4)에 인가하여 형광등(T1)에 예열신호와 시동신호 및 점등된 이후에 일정한 점등전압이 형광등(T1)에 공급되도록 작동한다.

이때, 상기 형광등(T1)에 흐르는 전류를 저항(R3, R4)을 통해 감지한 후 상기 스위칭 제어부(U4)로 피드백하여 형광등에 일정 전류가 흐르게 스위칭 제어부(U4)에서 제어출력을 구동용 반도체(Q3, Q4)에 지속적으로 공급되게 한다.

이를 좀더 보충설명하면, 도시된 도 7과 같이 전자식 안정기는 예열신호 이후 시동신호가 인가되면, 형광등(T1)은 발진용 코일(LO)과 발진용 콘덴서(CO)로 형성된 공진주파수로 방전을 개시하면서 점등되고 이후에는 형광등에 전류가 지속적으로 흐르게 된다.(도시된 도 6 참조)

이때, 도시된 도 6와 같이 점등된 형광등은 부하(LOAD)에 비유되고 상기 부하(LOAD)는 내부의 가스량과 주변의 사용온도 영향에 따라 항상 일정한 전류가 흐르지 않게된다.

하지만 같은 구성에서 본원발명의 엘이디 램프를 사용하게 될 경우에는 정전류 회로를 통해 항시 일정한 전류가 흐르게 된다.

따라서 형광등용 안정기의 예열, 시동신호의 출력 이후 점등동작이 안정적으로 이루어지고 안정기 정격 출력전류와 전압 범위 이내에서 엘이디 램프가 동작 되면 일반 안정기에서 엘이디 램프의 사용에는 문제가 없게 되는 것이다.

다음으로 상기와 같이 구성되고 작동하는 엘이디 램프의 효과와 특징을 다시 한번 정리하면 하기와 같다.

첫 번째로, 일반 엘이디 램프는 전자식 안정기와 자기식 안정기를 구분하여 사용하고 자기식 안정기 회로에서는 스타터를 제거하고 사용해야 하는 문제점이 있지만 본원발명의 엘이디 램프는 자기식 안정기 회로에서도 서미스터를 통하여 필라멘트처럼 전류 루프가 형성됨에 의해 스타터를 제거하지 않고 사용할 수 있는 특징이 있다.

두 번째로, 전자식 안정기에 연결하여 사용시 기존 엘이디 램프의 경우는 형광등의 필라멘트를 대체하기 위한 목적의 부품이 내장되어 있지 않고 일부 제품처럼 코일을 사용하는 경우에는 초기 예열전류가 인가시 너무 큰 저항체로 작동되어 필라멘트로 인정할 수 있는 허용 기준 저항치를 초과하는 문제가 발생하였다. 즉, 안정기마다 올바른 필라멘트가 연결되어 있는지를 판단하는 기준저항치가 다르고 허용치를 벗어나면 안정기에서 정상적인 시동, 점등 출력이 나오지 않고 출력이 껌벅거리는 동작을 반복하여 내부 구동용 소자의 발열이 증가하여 소손, 화재, 진동음이 발생할 수 있는 반면, 본원발명의 엘이디 램프는 서미스터를 사용하여 초기 예열의 큰 전류를 어느 정도 제재하여 회로를 보호하면서 형광등 필라멘트의 역할을 해주기 때문에 안정기의 예열, 시동, 점등 동작이 정상적으로 이루어질 수 있는 특징이 있다. 이로 인해 안정기의 소손, 파손, 진동문제 등이 발생하지 않고 안정적인 전압과 전류를 엘이디 램프에 공급할 수 있게 되는 것이다.

세 번째로, 전자식 안정기가 예열 동작 이후 시동 단계에 들어가면 높은 주파수와 더불어 높은 시동전압(예를 들어 600V)을 램프 양단에 인가되는데 이 써지와 같은 전압을 일정 전압 이하로 제한하여 엘이디와 구동회로를 보호할 수 있는 특징이 있다.

네 번째로, 전자식 안정기가 연결된 경우 안정기의 높은 출력 주파수가 브리지 정류회로를 거친 양파신호는 평활용 콘덴서 용량이 큰 경우 대다수 그라운드로 단락되어 버려 전자식 안정기의 출력이 단락되는 것과 같은 결과를 초래하여 안정기가 과전류로 파손되거나 소손되는 문제점이 있지만 본원발명에서는 소용량 평활용 콘덴서를 사용하여 평활을 시킴에 의해 안정기의 소손이나 파손의 문제점을 예방할 수 있는 특징이 있다.

다섯 번째로, 만약 자기식 안정기가 연결된 경우 안정기의 출력전압은 예열 신호 이후에는 공급전원과 같으므로 주파수가 50HZ, 60HZ, 400HZ의 형태 중 한가지로 되며 전자식 안정기에 비해 매우 낮은 신호가 브리지 다이오드에 인가되고 이때는 주파수가 낮아 동작에 필요한 직류전원을 형성하기 위해서는 높은 용량의 평활용 콘덴서가 필요하게 되지만 본원발명에서는 주파수를 감지하여 대용량 평활용 콘덴서를 자동적으로 연결시켜 용량증대를 하므로 자기식에서도 안정적인 작동할 수 있는 특징이 있다.

여섯 번째로, 본원발명의 엘이디 램프 구현시 기존 형광등과 동일하게 자기식 안정기, 전자식 안정기를 구분하지 않고 사용이 가능함에 의해 설치와 교체가 용이 해지는 효과를 얻을 수 있고 전자식 안정기나 자기식 안정기가 수명을 다한 경우 직접 교류전원에 연결하여 사용이 가능하여 안정기를 새로 구입하여 설치하지 않아도 되므로 자원 낭비를 줄일 수 있는 특징이 있다.

일곱 번째로, 현실적으로 시중에서 사용하는 전자식 안정기의 출력전압은 높고 낮고 편차가 많지만 본원발명은 일정 높은 출력전압에서는 정전류제어부의 제어 출력 주파수가 인가전압에 따라 자동으로 변동하면서 일정 전류가 엘이디에 흐르게 하고 엘이디의 직렬 합산 전압보다 낮거나 같은 경우는 정전류제어부의 출력이 하이 상태가 되어 구동용 반도체를 항시 온의 상태로 만들어 코일만이 엘이디에 직렬 연결되고 높은 맥류 주파수가 코일에 인가하여 일정한 리액턴스가 되어 엘이디에 일정한 전류가 흐르게 할 수 있는 특징이 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 엘이디 램프를 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

P1,P2,P3,P4 : 전극, SR1,SR2 :서미스터,
FUSE1,FUSE2 : 퓨즈, D1,D2 :브리지 다이오드,
R1 : 방전용 저항, ZD1 : 제너다이오드,
LED1~N : 엘이디, C1 : 소용량 평활용 콘덴서,
C2 : 대용량 평활용 콘덴서, Q1.Q2,Q3,Q3: 구동용 반도체,
U1 : 주파수 판별부, U2 : 정전류 제어부,
U3 : 정류부, U4 : 스위칭 제어부,
R2,R3,R4 : 저항, L : 코일,
CO : 발진용콘덴서, LO : 발진용 코일,
RL1 : 릴레이, D3,D4,D5 : 정전류 다이오드,
T1 : 형광램프.

Claims (8)

1. 형광등의 전극간에 서미스터와 브리지 다이오드가 각각 병렬로 연결되어 양파정류회로를 구성하여 직류전원 출력 +와 -가 각각 같이 연결되게 회로를 구성하고,
   상기 직류전원의 +와 - 출력간에는 소용량 평활용 콘덴서와 저항 및 제너다이오드를 각각 병렬로 연결하며, 상기 직류전원 +전극에는 순차적으로 직병렬로 혼합구성되는 엘이디와, 코일과, 구동용 반도체와, 저항을 직렬로 연결하되,
   상기 정전류 제어부의 출력은 구동용 반도체와 주파수 판별부에 동시 인가되며, 구동용 반도체의 일 측에는 엘이디가 연결되고 다른 일 측에는 센싱 저항이 연결되어 엘이디에 흐르는 전류를 정전류제어부로 피드백 하게 하고,
   상기 주파수 판별부의 출력은 보조 구동용 반도체와 결합되고, 상기 보조 구동용 반도체의 출력은 직류전원 +와 연결된 대용량 평활용 콘덴서와 연결되어, 상기 주파수 판별부의 출력이 온오프됨에 따라 대용량 평활용 콘덴서의 용량을 가감시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 주파수 판별부는 정전류 제어부의 출력신호나 정류된 맥류를 전달받아 주파수를 감지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 주파수 판별부는 주파수가 1KHZ 이하인 경우 상기 보조 구동용 반도체 또는 보조 구동용 반도체와 릴레이를 통해 대용량 평활용 콘덴서를 온?오프 제어하여 평활 용량을 증감할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 엘이디 램프를 전자식 안정기로 사용할 경우 상기 주파수 판별부와 평활용 콘덴서는 제거되고,
   상기 구동용 반도체의 입력은 정전류 제어부의 출력과 연결되고, 상기 센싱저항은 양단에서 정전류에 비례하는 전압을 피드백 하여 정전류 제어부로 입력되며, 상기 정전류 제어부에 인가되는 직류전원의 크기가 직렬로 조합된 엘이디의 전압과 같거나 낮은 경우 구동용 반도체의 출력은 항시 온 되어 직류 전원의 맥류주파수가 코일에서 리액턴스 저항치를 형성하여 엘이디에 일정한 전류를 제한하는 회로를 구성할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 엘이디 램프는 정전류 제어부 없이 직류전원에서 맥류 주파수를 입력받은 주파수 판별부의 출력단에 릴레이를 이용하여 접점의 일 측에 정전류 다이오드를 연결하고 릴레이의 반대 측 접점에는 코일을 연결구성한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 주파수 판별부는 전자식 안정기의 경우에 릴레이의 접점을 코일과 엘이디에 직렬로 연결하고, 자기식 안정기의 경우에는 정전류 다이오드와 엘이디를 직렬로 연결한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제너다이오드를 대신하여 단방향 또는 양방향의 바리스터가 장착되는 것을 특징으로 하는 엘이디 램프.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 대용량 평활용 콘덴서와 보조 구동용 반도체의 연결구조는, 상기 보조 구동용 반도체의 일 측을 전원 +측에 반대 측을 대용량 평활용 콘덴서의 + 측에 연결하고, 상기 대용량 평활용 콘덴서의 -측을 전원 -측에 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프.

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