KR20130066165A - 구동장치 및 발광장치 - Google Patents

구동장치 및 발광장치 Download PDF

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이봉진
김현정
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Abstract

본 발명은 구동장치 및 발광장치에 관한 것으로,
본 발명의 일 측면에 따른 구동장치는 외부 전원과 연결되어 초기 구동 시 상기 외부 전원으로부터 과도 전류가 회로에 유입되는 것을 방지하기 위한 기동저항, 상기 외부 전원을 이용하여 부하에 공급되는 전압을 제어하는 제어부, 및 슈미트리거 인버터를 포함하며 사전 설정 시간 이후 상기 기동저항에 입력되는 전원을 차단하는 기동저항 차단부를 포함할 수 있다.

Description

구동장치 및 발광장치{Driving Device and Light Emitting Device}
본 발명은 구동장치 및 발광장치에 관한 것이다.
최근 반도체 기술의 발전에 따라 반도체로 제조되는 광원인 발광 다이오드(LED)의 고출력화가 이루어져 왔다. 이에 따라 기존의 백열등 또는 형광등과 같은 조명용 램프를 LED를 광원으로 적용한 램프로 대체시키고자 하는 연구가 활발하게 이루어지고 있으며 일부 기술분야에서는 이미 기존 램프를 대체하는 새로운 광원으로 이용되고 있다.
이러한 LED를 이용한 램프를 구동하기 위해서는 LED를 구동하기 위한 구동회로가 필요하다. LED를 구동하기 위한 구동회로는, 상용의 교류(AC) 전원으로부터 LED에 직접 공급하는 직류(DC) 전류를 생성하는데 필요한 정류 회로, 역률 개선(PFC) 회로, 전압 변환 회로 등이 필요하다. 특히, LED 램프를 구동하는 회로에는 스위칭 방식으로 역률 및 전압의 크기를 제어하는 PFC IC 또는 펄스폭 변조(PWM) IC와 같은 스위칭 제어 IC가 사용되고 있다.
본 발명의 목적 중 하나는, 정상 상태에 도달 후 기동 저항에 의해 낭비되는 불필요한 전력 소비를 차단할 수 있는 구동 장치 및 발광 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면은,
외부 전원과 연결되어 초기 구동 시 상기 외부 전원으로부터 과도 전류가 회로에 유입되는 것을 방지하기 위한 기동저항, 상기 외부 전원을 이용하여 부하에 공급되는 전압을 제어하는 제어부, 및 슈미트리거 인버터를 포함하며 사전 설정 시간 이후 상기 기동저항에 입력되는 전원을 차단하는 기동저항 차단부를 포함하는 구동장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기동저항 차단부는 상기 기동저항 차단부의 전원전압 입력단과 상기 슈미트리거 인버터 사이에 직렬 연결된 RC 병렬회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기동저항 차단부는 상기 기동저항과 상기 제어부 사이에 연결되어, 초기 구동시 스위칭 온상태를 유지하는 스위칭 트랜지스터, 및 베이스단이 상기 슈미트리거 인버터의 출력단과 연결되고, 에미터단이 접지되고, 콜렉터단이 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트단에 연결되어 상기 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 NPN 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기동저항 차단부는 상기 RC 병렬회로에 병렬로 연결된 제너 다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 기동저항 차단부는 일단이 상기 기동저항 차단부의 입력단과 연결되고 타단이 상기 RC 병렬회로에 연결되어, 상기 기동저항 차단부의 전원전압 입력단으로부터 제공되는 전압을 전압 강하시켜 상기 RC 병렬회로에 인가하기 위한 저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 일단이 상기 제어부의 전원전압 입력단과 연결되고 타단이 접지되는 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 외부 전원으로부터 인가된 교류 전압을 정류하는 정류부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 정류부는 브릿지 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 정류부는 상기 브릿지 다이오드에 병렬로 연결되어 상기 정류회로를 통과한 전기가 저장되는 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 초기 구동 이후, 상기 제어부에 전원전압을 제공하는 구동전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 구동전원 공급부는 상기 광원부에 부하 전압을 제공하도록 마련된 트랜스포머의 1차 코일에 유도 결합되는 2차 보조 코일을 포함하며, 상기 2차 보조 코일에서 유도되는 전압을 상기 제어부의 전원전압 입력단에 인가할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
적어도 하나의 LED를 구비하는 광원부, 외부 전원과 연결되어 초기 구동 시 상기 외부 전원으로부터 과도 전류가 회로에 유입되는 것을 방지하기 위한 기동저항, 상기 외부 전원을 이용하여 상기 광원부에 공급되는 전압을 제어하는 제어부, 및 슈미트리거 인버터를 포함하며 사전 설정 시간 이후 상기 기동저항에 입력되는 전원을 차단하는 기동저항 차단부를 포함하는 발광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광원부는 복수의 LED를 포함하며 상기 복수의 LED는 직렬 연결, 병렬 연결 및 직렬과 병렬이 혼용된 형태 중 어느 하나의 전기적 연결구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 구동장치 및 발광장치의 경우, 정상 상태에 도달 후 기동 저항에 의해 낭비되는 불필요한 전력 소비를 차단할 수 있는 구동장치 및 발광장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시형태에 따른 발광장치의 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기동저항 차단부의 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시된 기동저항 차단부의 VA 및 VB 지점에서의 전압 파형을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구동장치를 포함하는 발광장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시된 실시형태에 따른 구동장치를 포함하는 발광장치의 일 예를 나타낸 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 구동장치는 외부 전원과 연결되어 초기 구동 시 상기 외부 전원으로부터 과도 전류가 회로에 유입되는 것을 방지하기 위한 기동저항(20), 상기 외부 전원을 이용하여 부하에 공급되는 전압을 제어하는 제어부(40), 및 슈미트리거 인버터를 포함하며 사전 설정 시간 이후 상기 기동저항에 입력되는 전원을 차단하는 기동저항 차단부(30)를 포함할 수 있다.
상기 기동저항(20)은 정류부(10)의 출력단에서 출력되는 전압의 크기를 제어부(20)의 전원전압으로 사용할 수 있도록 적절하게 조정하는 역할을 수행한다.
상기 제어부(40)는 상기 외부 전원을 공급받아 LED와 같은 부하(60)를 구동시키며, 도 2에 도시된 바와 같이, PWM IC(41), 스위칭 트랜지스터(SW1), 다이오드(D1), 커패시터(C3), 저항(R2) 및 DC/AC 인버터(42)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제어부(40)는 부하, 본 실시형태에서는 복수의 LED로 구성된 발광부(60)에 대해 직렬로 연결되어 발광 장치를 형성할 수 있다.
상기 발광부(60)는, 적어도 하나의 LED를 포함하는 광원으로서, 다양한 개수와 다양한 전기적 연결관계를 갖는 복수의 LED를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 외부 전원으로부터 인가된 교류 전압을 정류하는 정류부(10)를 더 포함할 수 있으며, 상기 정류부(10)에서 변환된 직류 전원이 상기 기동저항(20)으로 인가될 수 있다. 상기 정류부(10)는 외부로부터 인가되는 교류 전원(예를 들면, 220VAC 또는 100VAC 상용 교류 전원)을 정류할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 정류기(10)는 브릿지 다이오드(BD1)와 커패시터(C2)로 구성될 수 있다. 상기 정류부(10)에서 정류된 전압은 상기 제어부(40)의 초기 구동(start-up)시에 제어부(40)의 전원전압으로 제공된다.
본 발명의 일 실시형태는, 일단이 상기 제어부의 전원전압 입력단과 연결되고 타단이 접지되는 커패시터(C1)를 더 포함할 수 있다. 상기 커패시터(C1)는 정류회로(10)의 출력단에서 출력되는 정류된 전압이 급격히 떨어져 제어부(40)의 전원전압이 요구하는 값의 범위를 벗어나는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는, 구동회로의 초기 기동이 이루어진 후 안정적인 정상 상태에서 제어부(40)로 전원전압을 제공하기 위해 마련된 구동전원 공급부(50)를 더 포함할 수 있다.
상기 구동전원 공급부(50)는 상기 광원부에 부하 전압을 제공하도록 마련된 트랜스포머의 1차 코일에 유도 결합되는 2차 보조 코일을 포함하며, 상기 2차 보조 코일에서 유도되는 전압을 상기 제어부의 전원전압 입력단에 인가할 수 있다.
초기 구동시, 외부로부터 인가되는 교류 전원은 정류부(10)를 통하여 정류되고, 상기 정류부(10)에서 정류된 전압은 상기 기동저항 차단부(30)에서 기동 저항(20)을 거쳐 커패시터(C2)에 전압이 충전된다. 커패시터(C2)에 충전되는 전압은 서서히 증가하다가 상기 제어부의 PWM IC(41)를 작동시키기 위한 일정한 전압에 도달하는 순간부터 상기 PWM IC(41)는 상기 구동전원 공급부(50)로부터 전원을 공급받는다. 캐패시터(C2)의 전압이 PWC IC(41)를 작동시키기 위한 문턱전압에 도달하는 순간 PWM IC(41)의 전력소모에 의해 순간적으로 전압이 강하되지만, PWM IC(41)는 상기 구동전원 공급부로(50)부터 전원을 공급받아 정상 상태의 일정한 전압에 도달하게 된다.
한편, PWM IC로 공급되는 전압이 일정한 전압에 도달하게 되면, 상기 기동저항 차단부(30)는 기동저항(R1)을 거처 커패시터(C2)로 연결되는 루트를 차단시켜, 기동저항에 의해 더 이상 전력이 소비되는 것을 차단시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기동저항 차단부의 회로도이고, 도4는 도3에 도시된 기동저항 차단부의 VA 및 VB 지점에서의 전압 파형을 나타낸다.
먼저 도 3을 참조하면, 상기 정류부(10)에서 입력된 전압(V1)은 저항(R2, R3)에 분배되고, 저항(R2)에 분배된 전압은 커패시터(C4)에 충전되고, 상기 슈미트리거 인버터(U1)에 입력되는 전압은 0 상태에서 점점 증가하다가 일정한 값에 도달하게 된다. 상기 정류부(10)로부터 저항(R2)에 적당한 전압이 공급될 수 있는 경우에 저항(R3)는 생략될 수 있다.
상기 슈미트리거 인버터(U1)는 도 4에 도시된 바와 같이, 입력전압(VA)이 일정한 전압, 즉, 문턱전압에 도달하기 전까지는 하이(High) 신호를 출력하고 문턱전압에 도달하고 난 이후에는 로우(Low) 신호를 출력한다. 상기 슈미트리거 인버터(U1)에서 출력된 신호는 NPN 트랜지스터(Q1)의 베이스단에 연결되고, 상기 NPN 트랜지스터의 콜렉터단은 스위칭 트랜지스터(SW2)의 게이트(gate) 단에 연결되어 상기 스위칭 트랜지스터(SW2)의 온/오프(on/off)를 제어할 수 있다. 상기 스위칭 트랜지스터(SW2)로는 PNP MosFET이 사용될 수 있다.
상기 스위칭 트랜지스터(SW2)는 상기 기동저항(R1)과 커패시터(C1)에 연결되는 경로에 위치하여, 상기 슈미트리거 인버터(U1)로부터 하이(High) 신호가 출력되면, NPN 트랜지스터(Q1)가 단락되어 스위칭 트랜지스터(SW2)를 단락시키고, 반대로 상기 슈미트리거 인버터(U1)로부터 로우(Low) 신호가 출력되면, 상기 NPN 트랜지스터(Q2)가 오프되어 스위칭 트랜지스터(SW2)를 개방시킨다.
따라서, 초기 기동시에는 상기 스위칭 트랜지스터(SW2)가 상기 기동저항(R1)과 커패시터(C1)에 연결되는 경로를 단락시키고, 정상상태에 도달하고 나서 상기 기동저항(R1)과 커패시터(C1)에 연결되는 경로를 차단시키도록 설정될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 기동저항(R1)과 커패시터(C1)의 연결된 경로를 차단하기 위해 NPN 트랜지스터(Q1) 및 스위칭 트랜지스터(SW2)를 사용하였지만, 스위치를 제어하기 위한 다른 소자들을 사용하여 회로가 구성될 수도 있다.
상기 슈미트리거 인버터(U1)로 입력되는 전압의 기울기 및 최대값은 RC 병렬회로의 저항과 커패시터에 의해 설정될 수 있으므로, 상기 제어부에 구동 전원 공급부(50)의 전원이 공급되어 정상 상태에 도달한 후, 일정한 시간이 지난 후에 기동저항(R1)을 차단하도록 설정될수도 있다.
상기 기동저항 차단부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 저항(R2)에 병렬로 연결된 제너 다이오드(ZD1)를 더 포함할수도 있다. 상기 제너 다이오드(ZD1)는 정전기나 과도전압에 의해 슈미트리거 인버터(U1)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 구동 장치는 상기 제어부(40)에 복수의 LED로 구성된 발광부(60)가 연결되어 발광 장치가 구성될 수 있다.
상기 발광부(60)는, 적어도 하나의 LED를 포함하는 광원으로서, 다양한 개수와 다양한 전기적 연결관계를 갖는 복수의 LED를 포함할 수 있다.
상기 슈미트리거 인버터(U1)는 출력신호를 하이(High) 에서 로우(Low)로 변경시킬 때 입력전압의 임계값(threshold)과, 출력신호를 로우(Low) 에서 하이(High)로 변경시킬 때 입력전압의 임계값이 서로 다른 특성을 갖는다. 따라서, 노이즈 등의 입력 전압의 오차에 의해 하이(High) 신호가 로우(Low) 신호로 변경되거나, 역으로 로우(Low) 신호가 하이(High) 신호로 변경되는 것을 차단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 따른 구동장치 및 발광장치는 정상 상태에서 기동 저항으로의 전원 공급 루트를 차단하여 불필요한 전력을 손실을 줄일 수 있고, 기동 저항으로의 전원 공급 루트를 차단하기 위한 기동저항 차단부에 있어서 노이즈가 제거되어 오동작이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
10: 정류부 20: 기동 저항
30: 기동저항 차단부 40: 제어부
41: PWM IC 42: DC/AC 인버터
50: 구동전원 공급부 60: 광원부
R1, R2, R3, R4: 저항 C1, C2, C3, C4: 커패시터
BD1: 브릿지 다이오드 Q1: NPN 트랜지스터
U1: 슈미트리거 인버터 SW1, SW2: 스위칭 트랜지스터
ZD1: 제너 다이오드

Claims (13)

  1. 외부 전원과 연결되어 초기 구동 시 상기 외부 전원으로부터 과도 전류가 회로에 유입되는 것을 방지하기 위한 기동저항;
    상기 외부 전원을 이용하여 부하에 공급되는 전압을 제어하는 제어부; 및
    슈미트리거 인버터를 포함하며 사전 설정 시간 이후 상기 기동저항에 입력되는 전원을 차단하는 기동저항 차단부;
    를 포함하는 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기동저항 차단부는 상기 기동저항 차단부의 전원전압 입력단과 상기 슈미트리거 인버터 사이에 직렬 연결된 RC 병렬회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기동저항 차단부는
    상기 기동저항과 상기 제어부 사이에 연결되어, 초기 구동시 스위칭 온상태를 유지하는 스위칭 트랜지스터; 및
    베이스단이 상기 슈미트리거 인버터의 출력단과 연결되고, 에미터단이 접지되고, 콜렉터단이 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트단에 연결되어 상기 스위칭 트랜지스터를 제어하기 위한 NPN 트랜지스터;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기동저항 차단부는 상기 RC 병렬회로에 병렬로 연결된 제너 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기동저항 차단부는 일단이 상기 기동저항 차단부의 입력단과 연결되고 타단이 상기 RC 병렬회로에 연결되어, 상기 기동저항 차단부의 전원전압 입력단으로부터 제공되는 전압을 전압 강하시켜 상기 RC 병렬회로에 인가하기 위한 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 제어부의 전원전압 입력단과 연결되고 타단이 접지되는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 외부 전원으로부터 인가된 교류 전압을 정류하는 정류부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정류부는 브릿지 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정류부는 상기 브릿지 다이오드에 병렬로 연결되어 상기 정류회로를 통과한 전기가 저장되는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    초기 구동 이후, 상기 제어부에 전원전압을 제공하는 구동전원 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 구동전원 공급부는,
    상기 광원부에 부하 전압을 제공하도록 마련된 트랜스포머의 1차 코일에 유도 결합되는 2차 보조 코일을 포함하며, 상기 2차 보조 코일에서 유도되는 전압을 상기 제어부의 전원전압 입력단에 인가하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
  12. 적어도 하나의 LED를 구비하는 광원부;
    외부 전원과 연결되어 초기 구동 시 상기 외부 전원으로부터 과도 전류가 회로에 유입되는 것을 방지하기 위한 기동저항;
    상기 외부 전원을 이용하여 상기 광원부에 공급되는 전압을 제어하는 제어부; 및
    슈미트리거 인버터를 포함하며 사전 설정 시간 이후 상기 기동저항에 입력되는 전원을 차단하는 기동저항 차단부;
    를 포함하는 발광장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광원부는 복수의 LED를 포함하며 상기 복수의 LED는 직렬 연결, 병렬 연결 및 직렬과 병렬이 혼용된 형태 중 어느 하나의 전기적 연결구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160070885A (ko) * 2014-12-10 2016-06-21 상신브레이크주식회사 회생 제동 장치의 전력을 제어하는 부하 회로 및 회생 제동 시스템

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