KR20120126578A - 무극성 발광다이오드 형광등 - Google Patents

무극성 발광다이오드 형광등 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수은 방전 형광등을 대체하여 발광다이오드를 광원으로 하면서 전극으로부터 유입되는 전원의 극성에 관계없이 동작하도록 설계된 발광다이오드 형광등에 관한 것으로, 한 쌍의 제1전극 및 제2전극을 통하여 전류가 유입되어 다수의 LED가 발광하는 LED 형광등에 있어서, 양극(anode) 및 음극(cathode)이 상기 제1전극에 각각 연결된 제1다이오드 및 제2다이오드로 구성되는 제1커플링 다이오드; 양극 및 음극이 상기 제2전극에 각각 연결된 제3다이오드 및 제4다이오드로 구성되며, 상기 제3다이오드의 음극은 상기 제1다이오드의 음극에 연결되어 제1노드를 형성하고, 상기 제4다이오드의 양극은 상기 제2다이오드의 양극에 연결되어 제2노드를 형성하는 제2커플링 다이오드; 및 양극이 상기 제1노드에 연결되고, 음극이 상기 제2노드에 연결되는 다수개 LED로 구성되는 LED 발광부;를 포함한다.

Description

무극성 발광다이오드 형광등{A LED lamp}
본 발명은 발광다이오드를 이용한 형광등에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수은 방전 형광등을 대체하여 발광다이오드를 광원으로 하면서 전극으로부터 유입되는 전원의 극성에 관계없이 동작하도록 설계된 발광다이오드 형광등에 관한 것이다.
실내 조명등으로 사용되는 형광등은 수은 방전관의 일종으로, 백열등보다 수명이 길고 전기 소모량이 작은 등의 장점이 있다. 이러한 형광등은, 전원 인가만으로는 방전이 이루어지지 않으므로, 초기 방전에 필요한 전압을 인가하기 위하여 별도의 안정기를 구비하며, 예를 들어, 전자식 안정기를 사용하여 순간 점등이 가능하다. 그러나 대부분의 수은 방전 형광등은 진공 유리관으로 구성되며, 제조시 진공유리관이 충분히 밀폐되어야 하므로 제작에 어려움이 있어서, 최근에는 이를 대체하고자 발광다이오드를 사용하는 형광등이 개발되고 있는 추세이다. 발광다이오드(이하, 'LED'라 함)를 사용한 형광등은, 종래의 일반적인 수은방전 형광등에 비하여 상대적으로 작은 전력으로 구동이 가능하고, 반응 속도가 빠르며, 오랫동안 수명이 유지되는 장점이 있다.
LED 형광등의 일반적인 구성은, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 전면의 확산 튜브(1a)와 배면의 알루미늄 프레임(1b)으로 구성되는 하우징(1) 내부에 다수개의 LED(2)가 배치되는데, LED(2)는 기판(3)에 부착된 상태에서 기판(3)이 프레임(1b)에 고정되도록 삽입된다. 또한, 하우징(1)의 양단부에는 기존의 형광등 소켓(미도시)에 체결되기 위한 단자 캡(5)이 구비된다. 단자 캡(5)에는 한 쌍의 전극(5a)이 구비되는데, LED 모듈용 컨버터(미도시)는 한 쌍의 전극(5a)을 통하여 전원을 공급하여 다수의 LED(2)를 발광시킨다.
한편, LED는 양극(anode)에서 음극(cathode)으로의 일 방향으로 전류가 흐를 때 발광하므로, LED 모듈용 컨버터의 전극과 LED 형광등 단자 캡의 전극 극성이 서로 일치하도록 하우징을 체결하여야 한다. 따라서, LED 모듈용 컨버터와 LED 형광등의 전극에는 사용자가 용이하게 확인할 수 있도록 전극의 극성을 별도로 표시하여야 한다. 이 경우, 사용자는 형광등 모듈 설치시 및 LED 형광등의 체결시 극성을 일일이 확인하여야 하는 번거로움이 있다. 또한, 일반 사용자의 경우 이러한 극성을 확인하지 않고 체결하는 경우가 많으며, 이로 인하여 LED 형광등이 점등이 되지 않거나 심지어 LED가 파손되는 경우도 발생한다.
따라서, LED 형광등에는 한 쌍의 전극을 통하여 입력되는 전원의 극성에 관계없이 LED가 발광될 수 있도록 하는 제어회로가 구비되어야 할 필요성이 존재하였다. 일 예로 종래에는 브릿지 다이오드(Bridge Diode) 모듈을 이용하여 전극의 극성에 무관한 무극성의 LED 형광등을 구현하는 방법이 제시되었다. 브릿지 다이오드 모듈은 4개의 다이오드 소자가 일체로 연결되어 구성되는데, LED 형광등에 적용되는 경우 상대적으로 큰 면적을 차지한다. 그러나 이러한 큰 면적은 LED 형광등에 있어서, 암부를 발생시키는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 브릿지 다이오드 모듈은 높은 전위 장벽에 의하여 역회복 시간이 상대적으로 느려 고속 동작에 불리한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, LED를 이용한 형광등에 있어서, 무극성 제어회로가 구비되어 단자 캡 전극으로 유입되는 전원의 극성에 무관하게 LED가 발광될 수 있도록 하는 LED 형광등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 숏키 다이오드(Schottky Diode)를 커플링한 다이오드를 이용하여 무극성 제어회로를 구성함으로써, 고속 동작에 유리하면서 상대적으로 적은 면적에 의하여 암부 발생을 최소화하는 LED 형광등을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED 형광등은, 한 쌍의 제1전극 및 제2전극을 통하여 전류가 유입되어 다수의 LED가 발광하는 LED 형광등에 있어서, 양극(anode) 및 음극(cathode)이 상기 제1전극에 각각 연결된 제1다이오드 및 제2다이오드로 구성되는 제1커플링 다이오드; 양극 및 음극이 상기 제2전극에 각각 연결된 제3다이오드 및 제4다이오드로 구성되며, 상기 제3다이오드의 음극은 상기 제1다이오드의 음극에 연결되어 제1노드를 형성하고, 상기 제4다이오드의 양극은 상기 제2다이오드의 양극에 연결되어 제2노드를 형성하는 제2커플링 다이오드; 및 양극이 상기 제1노드에 연결되고, 음극이 상기 제2노드에 연결되는 다수개 LED로 구성되는 LED 발광부;를 포함한다.
여기서, 상기 다이오드들은, 숏키 다이오드(Schottky Diode)로 구성되며, 상기 LED 발광부는, 다수의 LED가 직렬, 병렬 또는 이들의 혼합으로 연결되는 것이 가능하다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 LED를 이용한 형광등에 무극성 제어회로가 구비되어, 전극을 통하여 유입되는 전원의 극성에 무관하게 LED 형광등이 점등될 수 있다.
또한, 숏키 다이오드(Schottky Diode)를 이용하여 무극성 제어회로를 구성함으로써, 고속 동작에 유리하고, 제어회로에 의한 암부 발생을 최소화한다.
도 1은 LED를 이용한 형광등의 개략적인 구조를 나타낸 정단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 형광등의 구조를 나타낸 회로도,
도 3은 도 2의 LED 형광등에 대한 전류 흐름의 일 실시예를 나타낸 회로도, 및
도 4는 도 2의 LED 형광등에 대한 전류 흐름의 다른 실시예를 나타낸 회로도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 형광등도, 도 1에 도시된 바와 같이 전면의 확산 튜브(1a)와 배면의 알루미늄 프레임(1b)으로 구성되는 하우징(1) 내부에 다수개의 LED(2)가 배치된 기판(3)이 삽입되며, 하우징(1)의 양 단부에는 전극(5a)이 돌출된 단자 캡(5)이 구비되는 구조를 이룬다. 한편, 기존의 수은 방전 형광등을 대체하기 위하여 그 외형이 수은 방전 형광등과 유사한 형상을 이룰 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것을 아니고, 적용되는 상황에 따라 다양한 형상을 이룰 수 있다. 이하에서는 LED 형광등을 점등시키기 위한 회로적인 구성을 살펴본다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LED 형광등의 구조를 나타낸 회로도이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 LED 형광등(100)은, 램프 하우징을 외부의 소켓에 연결시키기 위한 단자 캡(110)과 단자 캡(110)으로 입력되는 전원을 내부의 램프 모듈에 연결시키기 위한 커넥터(120)가 구비된다. 커넥터(120)에는 극성에 무관하게 LED를 발광시키기 위한 무극성 제어회로(130,140)가 연결되고, 무극성 제어회로(130,140)에는 다수개의 LED(151)가 배열되는 발광부(150)가 연결된다.
여기서, 단자 캡(110)은 외부의 LED 모듈용 컨버터(미도시)로부터의 전원을 LED 형광등(100) 내부로 유입시키기 위한 구성으로, 한 쌍의 전극이 구비된 G13 베이스 소켓이 이용될 수 있다. G13 베이스 소켓은 단자 캡(110)으로 이용하는 경우 수은 방전 형광등을 대체하여 기존의 램프 소켓을 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다. 이러한 단자 캡(110)은 램프 하우징의 양 단부에 모두 구비되는데, 타 측의 단자 캡은 전기적으로 절연된 더미(dummy) 캡(110')으로 구성된다.
커넥터(120)는 무극성 제어회로(130,140)와 LED 발광부(150)가 실장된 기판(도 1의 3 참조)을 포함하는 램프 모듈을 단자 캡(110)의 전원 라인에 접속시키기 위한 구성으로, 한 쌍의 접속 단자로 이루어진다. LED 형광등(100)은 램프 하우징 내부에 램프 모듈이 배치되는데, LED에 불량이 발생하는 경우 램프 모듈을 램프 하우징으로부터 분리하여 수리하거나 램프 모듈만을 교체하여야 할 필요성이 있다. 이를 위하여 커넥터(120)는 램프 하우징과 램프 모듈이 분리 및 결합이 가능하도록 하며, 서로 대응하는 한 쌍의 접속 단자가 램프 하우징과 램프 모듈에 구비된다.
무극성 제어회로(130,140)는 단자 캡(110)으로부터 유입되는 전원의 극성에 무관하게 LED 발광부(150)가 구동될 수 있도록 하는 구성으로, 한 쌍의 커플링 다이오드로 이루어진다. 이러한 무극성 제어회로는 단자 캡(110)의 제1전극(110a) 및 제2전극(110b)에 각각 '+' 전원과 '-' 전원이 인가되거나 그 반대 극성의 전원이 인가되는 경우에도 LED 발광부(150)에는 일정한 방향으로 전류가 흐르도록 제어한다.
이러한 무극성 제어회로(130,140)는 도시된 바와 같이, 단자 캡(110)의 제1전극(110a)에 연결되는 제1커플링 다이오드(130)와 제2전극(110b)에 연결되는 제2커플링 다이오드(140)로 구성된다. 이때, 각 커플링 다이오드(130,140)는 바이어스 방향을 달리하는 한 쌍의 제1다이오드(131)와 제2다이오드(132) 또는 제3다이오드(141)와 제4다이오드(142)로 구성되며, 제1다이오드(또는 제3다이오드)의 양극(anode)과 제2다이오드(또는 제4다이오드)의 음극(cathode)이 서로 연결되어, 입력 또는 출력 단자를 형성한다.
또한, 무극성 제어회로를 구성하는 각 다이오드(134,132,141,142)는 숏키 다이오드(Schottky Diode)로 이루어지는 것이 바람직하다. 숏키 다이오드는 반도체와 금속의 결합 구조에 의하여 0.3 내지 0.5V 정도의 낮은 전위 장벽을 가져 고속동작에 유리한 장점을 나타낸다.
LED 발광부(150)는 무극성 제어회로(130,140)에 의하여 일정한 방향으로 전송되는 전류에 의하여 광을 방출하는 구성으로, 다수의 LED(151)로 이루어진다. 다수의 LED(151)는 일 방향으로 직렬로 연결되거나 병렬로 연결될 수 있으며, 도시된 바와 같이 다수의 LED(151)가 직렬 연결된 어레이가 다시 병렬 연결될 수도 있다. 이때, 각 LED(151)는 일정한 방향으로 연결되어야 한다.
한편, LED 발광부(150)의 입력단자(양극)는 제1커플링 다이오드(130)의 제1다이오드(131) 및 제2커플링 다이오드(140)의 제3다이오드(141) 출력단자(음극)에 연결되어 제1노드(A)를 구성한다. 또한, LED 발광부(150)의 출력단자(음극)는 제1커플링 다이오드(130)의 제2다이오드(132) 및 제2커플링 다이오드(140)의 제4다이오드(142) 입력단자(양극)에 연결되어 제2노드(B)를 구성한다. 이러한 연결 구조에 의하여, 제1다이오드(131) 또는 제3다이오드(141)를 통하여 제1노드(A)에는 양의 전원이 인가되고, 제2다이오드(132) 또는 제4다이오드(142)를 통하여 제2노드(B)에는 음의 전원이 인가되어, 항상 제1노드(A)에서 제2노드(B) 방향으로 전류가 흐르게 된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 LED 형광등에 대한 전류 흐름을 나타낸 회로도로서, 도 3은 단자 캡의 제1전극이 양 전위에 접속될 때의 전류 흐름을 나타내었으며, 도 4는 단자 캡의 제2전극이 양 전위에 접속될 때의 전류 흐름을 나타내었다.
먼저, 도 3을 참조하면, 단자 캡(110)의 제1전극(110a)에 '+' 전원이 접속되고, 제2전극(110b)에 '-' 전원이 접속되는 경우, 제1커플링 다이오드(130)의 제1다이오드(131)에 순방향 전압이 인가되고, 제2다이오드(132)에 역방향 전압이 인가된다. 따라서, 제1전극(110a)에서 유입되는 전류는 제1다이오드(131) 방향으로 흐르고, 제1다이오드(131)를 통과한 전류는 제1노드(A)에서 LED 발광부(150)를 거쳐 제2노드(B)로 흐르게 된다. 이때, 제2커플링 다이오드(140)에서는 제3다이오드(141)에 역방향 전압이 인가되고, 제4다이오드(142)에 순방향 전압이 인가된다. 따라서, LED 발광부(150)를 통과한 전류는 제2노드(B)에서 제4다이오드(142) 방향으로 흐르고, 제4다이오드(142)를 통과한 전류는 제2전극(110b)으로 흐르게 된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 이와 반대로 단자 캡(110)의 제1전극(110a)에 '-' 전원이 접속되고, 제2전극(110b)에 '+' 전원이 접속되는 경우, 제2커플링 다이오드(140)의 제3다이오드(141)에 순방향 전압이 인가되고, 제4다이오드(142)에 역방향 전압이 인가된다. 따라서, 제2전극(110b)에서 유입된 전류는 제3다이오드(141) 방향으로 흐르고, 제3다이오드(141)를 통과한 전류는 제1노드(A)에서 LED 발광부(150)를 거쳐 제2노드(B)로 흐르게 된다. 이때, 제1커플링 다이오드(130)에서는 제1다이오드(131)에 역방향 전압이 인가되고, 제2다이오드(132)에 순방향 전압이 인가된다. 따라서, LED 발광부(150)를 통과한 전류는 제2노드(B)에서 제2다이오드(132) 방향으로 흐르고, 제2다이오드(132)를 통과한 전류는 제1전극(110a)으로 흐르게 된다.
즉, 무극성 제어회로에 의하여 단자 캡이 접속되는 전원의 극성이 바뀌더라도, LED 형광등의 구조적인 변화없이도 LED 형광등은 극성과 무관하게 점등될 수 있다. 또한, 상술한 제어회로는 한 쌍 커플링 다이오드를 별도로 구성되어, 램프 모듈 조립시 면적을 최소로 할 수 있으며, 이로 인하여 제어회로에 의한 암부를 최소로 할 수 있다. 또한, 제어회로의 각 다이오드로 숏키 다이오드를 이용함으로써, 특히 교류 전원이 인가되는 LED 형광등에서 고속 동작에 유리한 효과를 나타낼 수 있다.
이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100 : LED 형광등 110 : 단자 캡
110a : 제1전극 110b : 제2전극
120 : 커넥터 130,140 : 커플링 다이오드
131,132,141,142 : 숏키 다이오드
150 : LED 발광부 151 : 발광다이오드(LED)

Claims (3)

  1. 한 쌍의 제1전극 및 제2전극을 통하여 전류가 유입되어 다수의 LED가 발광하는 LED 형광등에 있어서,
    양극(anode) 및 음극(cathode)이 상기 제1전극에 각각 연결된 제1다이오드 및 제2다이오드로 구성되는 제1커플링 다이오드;
    양극 및 음극이 상기 제2전극에 각각 연결된 제3다이오드 및 제4다이오드로 구성되며, 상기 제3다이오드의 음극은 상기 제1다이오드의 음극에 연결되어 제1노드를 형성하고, 상기 제4다이오드의 양극은 상기 제2다이오드의 양극에 연결되어 제2노드를 형성하는 제2커플링 다이오드; 및
    양극이 상기 제1노드에 연결되고, 음극이 상기 제2노드에 연결되는 다수개 LED로 구성되는 LED 발광부;를 포함하는 LED 형광등.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4다이오드는,
    숏키 다이오드(Schottky Diode)로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 형광등.
  3. 제1항에 있어서, 상기 LED 발광부는,
    다수의 LED가 직렬, 병렬 또는 이들의 혼합으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 형광등.
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KR102249803B1 (ko) * 2020-10-16 2021-05-11 에이펙스인텍 주식회사 브리지 엘이디 회로를 이용한 무극성 무손실 고효율 엘이디 조명시스템

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