KR20130118493A - 형광등용 안정기를 이용한 ｌｅｄ 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치에 관한 것으로서, 적어도 하나의 LED소자를 포함하는 LED부, 형광등용 안정기로부터 출력되는 전원 신호를 정류하는 정류부, 상기 정류부의 출력 신호를 입력 받아 상기 안정기로부터 상기 LED부로 전달되는 전력을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

형광등용 안정기를 이용한 ＬＥＤ 조명 장치{LED LIGHTING DEVICE USING BALLASTER FOR FLUORESCENT LAMP}
본 발명은 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치에 관한 것이다.
최근 필라멘트 전구나 형광등 등을 대신하여 엘이디(LED: Light-Emitting Diode)가 새로운 조명기구로 사용이 증가되고 있으며 각광을 받고 있다. 엘이디는 저전압에서 구동할 수 있으며, 다른 조명장치에 비해 긴 수명과 낮은 소비전력, 빠른 응답속도 및 강한 내충격성을 가지며, 소형 경량화가 가능하다는 장점이 있다. 다만, 엘이디는 상당히 낮은 직류 전원에 의해 동작하고 형광등 점등과 다른 방식으로 점등되기 때문에, 통상의 엘이디 램프를 형광등 시스템에 그대로 사용할 수 없다. 형광등용 안정기가 기본적으로 상용 60Hz 교류 전원을 수십 ㎑의 고주파로 변환하여 램프에 제공하기 때문에, LED 조명기구를 사용하기 위해서는 형광등용 안정기를 포함한 기존의 형광등 조명 장치를 모두 제거해야하는 불편이 있었다. 만약 안정기 등을 제거하지 않은 채, 종래의 형광등용 안정기의 접속단자에 LED 구동 회로를 직접 연결한다면, LED 구동 회로가 안정기 등의 높은 주파수나 전압을 제대로 처리하지 못하게 되고, 결국 LED 램프가 동작하지 않거나 파괴되는 등의 문제를 야기한다.
이에 따라, 최근에는 형광등용 안정기를 제거하지 않고 형광등용 안정기에 직접 연결하여 사용할 수 있는 LED 조명 장치가 개발되고 있다.
한국등록특허 10-0949087(2010.03.22 공고)
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 안정기로부터 전달되는 전력을 제어하는 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 LED 조명 장치의 수동 소자 또는 칩을 보호할 수 있는 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 안정기로부터 전달되는 전력이 소비 효율을 높이는 것이다.
본 발명의 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 적어도 하나의 LED소자를 포함하는 LED부, 형광등용 안정기로부터 출력되는 전원 신호를 정류하는 정류부, 상기 정류부의 출력 신호를 입력 받아 상기 안정기로부터 상기 LED부로 전달되는 전력을 제어하는 제어부를 포함한다.
실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 정류부로부터 입력 받은 안정기 출력 전력의 일부가 상기 LED부로 전달되는 것을 도통 또는 차단하는 스위치; 및 상기 스위치의 온/오프를 제어하는 스위치 제어부를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면 상기 스위치 제어부는, 상기 정류부의 출력 전압, 상기 정류부의 출력 전류 및 상기 LED부를 흐르는 전류 중 적어도 하나를 이용하여 상기 스위치의 온/오프를 제어할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 LED부로부터 전류가 역류하는 것을 방지하는 다이오드 또는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따르면 상기 제어부는, 상기 정류부의 출력 전압을 모사하여 상기 제어부로 입력 되는 컨버터 입력 전류를 생성하는 스위칭 컨버터, 상기 스위칭 컨버터에 포함되는 스위치의 온/오프를 제어하는 스위치 제어부를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 스위칭 컨버터는, 부스트 컨버터, 세픽 컨버터 또는 척 컨버터로 이루어질 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 스위치 제어부는, 상기 정류부의 출력 전압, 상기 정류부의 출력 전류 및 상기 LED부를 흐르는 전류 중 적어도 하나를 이용하여 상기 스위치의 온/오프를 제어할 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제어부의 출력 신호를 평활하여 상기 LED부에 전달하는 필터부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 형광등용 안정기와 호환되는 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 안정기로부터 전달되는 전력을 제어하는 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, LED 조명 장치의 수동 소자 또는 칩을 보호할 수 있는 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 안정기로부터 전달되는 전력이 소비 효율을 높일 수 있다.
도 1은 통상적인 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 4는 도 3a에 도시된 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 특정 신호의 파형도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 7은 도 6에 도시된 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 부스트 컨버터로 입력되는 전압 및 전류의 파형도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
본 발명의 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 엘이디(LED) 조명 장치에 대한 설명에 앞서 통상적인 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 원리를 간단히 설명하기로 한다.
도 1은 통상적인 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 LED 조명 장치는 전원부(31, 33)에서 전원입력단자(11, 13)를 통해 교류전원을 입력 받는다. 정류부(35)는 상기 전원부(31, 33)로부터 전원을 입력 받아 전파 정류하여 필터부(39)에 전달한다. 필터부(39)는 정류부(35)로부터 전파 정류된 전압을 직류 전압으로 평활하여 구동부(41)에 전달한다. 상기 구동부(41)는 벅-부스트 컨버터(Bcuk-Boost Converter)를 포함하여 상기 필터부(39)에서 출력되는 직류 전압을 이용하여 LED에 공급되는 전압 및 전류를 일정하게 제어한다.
그러나, 도 1에 도시된 종래의 LED 조명 장치는 안정기의 출력에 대한 고려 없이 LED에 전달되는 전력만을 제어하는 구조로서, 안정기의 출력 전력이 LED에서 필요로 하는 전력보다 큰 경우에 필터부(39)의 커패시터에 에너지가 쌓여 전압이 계속 상승하게 된다. 커패시터에 인가되는 전압이 계속 증가하면 LED 조명 장치의 수동 소자나 칩이 손상되는 문제가 발생한다. 즉, LED 조명 장치의 수명이 단축되는 문제가 있다. 또한, 규격이 다른 다양한 안정기에 호환이 불가하고 전원의 변화에 따른 안정성이 취약하다.
후술하는 본 발명의 실시예에 따른 형광등 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 이러한 종래의 LED 조명 장치의 단점을 보완할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 형광등 안정기를 이용한 LED 조명 장치에 대해서 설명하도록 한다.
제1 실시예
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 블록도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 형광등용 안정기로부터 출력되는 전원 신호를 정류하는 정류부(100), 상기 정류부(100)의 출력 신호를 입력 받아 후술하는 LED부(130)를 위한 정격의 전압 및 전류 신호를 출력하는 제어부(110), 및 적어도 하나의 LED소자를 포함하는 LED부(130)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 상기 제어부(110)의 출력 신호를 평활하여 상기 LED부(130)에 전달하는 필터부(120)를 더 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 정류부(100)는 형광등용 안정기로부터 출력되는 전원 전압을 정류한다. 상기 정류부(100)는 제1 정류부(101), 제2 정류부(102)를 포함할 수 있다. 상기 제1 정류부(101) 또는 상기 제2 정류부(102)는 통상적인 다이오드 또는 이의 응용소자(예를 들면, 브릿지 정류 회로 등)로 구현될 수 있으나, 이 외에도 교류 전원(AC)을 정류할 수 있으면 어떠한 소자이던지 본 발명의 정류부(100)에 포함될 수 있다.
상기 정류부(100)는 제1 전극(J1), 제2 전극(J2), 제3 전극(J3) 및 제4 전극(J4)을 포함할 수 있다. 상기 정류부(100)는 제1 전극(J1) 내지 제4 전극(J4) 중 어느 두 전극을 통해 입력되는 교류 전원을 전파 정류하여 후술할 제어부(110)에 전달한다. 제1 정류부(101)의 브릿지 다이오드(D1~D4)와 제2 정류부(102)의 브릿지 다이오드(D5~D8)는 형광등용 안정기로부터 전원을 입력 받는 제1 접속단자(CT1), 제2 접속단자(CT2) 각각에 대해 동일한 모양(다이오드의 연결방향 등)의 조합을 가져야 한다. 다를 경우, 제1 접속단자(CT1)와 제2 접속단자(CT2)는 제1 정류부(101) 와 제2 정류부(102)를 통해 바로 연결되어 제어부(110)로 전원 공급이 되지 않기 때문이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 교류 전원이 제1 전극(J1)과 제2 전극(J2)을 통해 입력되거나, 제3 전극(J3)과 제4 전극(J4)을 통해 입력되면 제1 정류부(101) 또는 제2 정류부(102)가 제어부(110)에 전파 정류된 전압을 출력하게 된다. 브릿지 다이오드 조합(D1~D4 및 D5~D8)은 형광등용 안정기에서 출력되는 상용 전원의 수백 배에 달하는 주파수의 교류 전원을 처리하기 위한 고주파용 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 정류부(100)는 제1 전극(J1) 내지 제4 전극(J4)을 통해 입력되는 교류 전원을 정류하는 하나의 정류 회로로 구현될 수 있다. 종래의 형광등용 안정기를 이용한 조명 장치는 안정기로부터 제1 전극(J1) 내지 제4 전극(J4)을 통해 교류 전원을 입력 받으며, 제1 전극 내지 제4 전극(J1~J4)를 통해 교류 전원을 입력 받기 위한 구성이 각 조명 장치마다 상이하였다. 반면에, LED 램프는 형광등 램프에 비해 적은 전력을 소비하기 때문에 2개의 전극으로부터의 전원 입력으로 점등이 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 정류부(100)는 제1 전극(J1) 내지 제4 전극(J4) 중 적어도 2개의 전극을 통해 입력 받은 전원을 정류하여 제어부(110)에 전달할 수 있다. 따라서, 제1 전극(J1) 내지 제4 전극(J4)의 조합을 이용하는 다양한 형광등용 안정기에 호환이 가능하다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제어부(110)는 상기 정류부(100)로부터 출력된 정류 신호를 입력 받아 상기 안정기로부터 상기 LED부로 전달되는 전력을 제어한다. 즉, 안정기 출력을 이용하여 상기 LED부(130)를 위한 정격 전압 및 전류 신호를 출력한다. 상기 제어부(110)는 제1 단자(N1)와 제2 단자(N2)를 포함하고, 상기 제1 단자(N1) 및 제2 단자(N2)를 통해 정류부(100)와 전원 신호를 주고 받는다. 제어부(110)는 정류부(100)로부터 입력 받은 안정기 출력 전력의 일부가 상기 필터부(120) 또는 LED부(130)로 전달되는 것을 도통시키거나 차단하는 스위치(111)와 상기 스위치(111)의 온/오프 동작을 제어하는 스위치 제어부(112)를 포함할 수 있다. 또한, 필터부(120) 또는 LED부(130)로부터 전류가 역류하는 것을 방지하는 다이오드(113)를 더 포함할 수 있다. 도 3a에서는 역류 방지를 위해 다이오드(113)을 이용하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예켠대, 역류 방지를 위해 전력 도통시는 온 상태를 유지하고 전력 차단시는 오프 상태가 되는 스위치를 이용할 수도 있다. 상기 스위치(111)는 트랜지스터로 구현될 수 있으며, 빠른 응답 속도를 MOS 트랜지스터로 구현될 수 있다. 스위치 제어부(112)는 MOS 트랜지스터로 구현되는 스위치(111)의 게이트단에 제어 신호를 전달하여 상기 스위치(111)의 드레인단과 소스단의 연결을 온/오프 제어할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 스위치(111)는 제1 단자(N1)와 제2 단자(N2) 사이에 위치한다. 구체적으로, 스위치(111)의 드레인단 및 소스단은 제어부(110)의 제1 단자(N1)와 제2 단자(N2)와 연결된다. 드레인단과 소스단의 위치는 서로 변경되어도 무방하다. 즉, 상기 스위치(111)가 온(on) 상태가 되면 제1 단자(N1)로 입력된 정류 전압은 필터부(120) 또는 LED부(130)으로 전달되지 않고 제2 단자(N2)를 통해 정류부(110)로 돌아간다.
스위치 제어부(112)는 상기 스위치(111)의 온/오프 동작을 제어한다. 스위치 제어부(112)는 상기 스위치(111)가 온/오프 상태를 유지하는 시간을 제어할 수 있다. 예컨대, 스위치 제어부(112)는 기설정된 시간 동안 스위치(111)를 온/오프 시킴으로써 LED부(130)의 광도를 조절할 수 있다. 또한, 스위치 제어부(112)는 정류부(100)의 출력 전류 또는 LED부(130)에 흐르는 전류의 크기를 감지하여 LED부(130)를 흐르는 전류의 크기가 일정하도록 스위치(111)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제어부(110)는 LED부(130)에 흐르는 전류의 크기를 감지하여 스위치 제어부(112)에 전달하는 별도의 전류센서(114)를 더 포함할 수도 있다.
필터부(120)는 커패시터를 포함하여 제어부(110)에 의해 제어된 전압 및 전류를 평활화하여 LED부(130)에 제공한다. 필터부(120)는 하나 이상의 커패시터를 포함할 수 있으며, 도 3a에서는 하나 이상의 커패시터(C1~C3)가 병렬로 연결되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 필터부(120)는 제어부(110)에서 공급되는 고주파 교류 전원의 평활화에 충분한 시정수(Time Constant)를 가지도록 설계되어 LED부(130)에 영향을 주지 않는 것이 바람직하다.
LED부(130)는 필터부(120)로부터 제공되는 전압 및 전류를 이용하여 발광하는 LED 소자들을 포함한다. 상기 LED부(130)에 포함되는 LED 소자들은 병렬 또는 직렬로 연결되어 점등된다.
도 4는 제1 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 제어부에서의 특정 신호들의 파형을 나타낸다.
도 3a 및 도 4를 참조하면, 정류부의 출력 전류 신호는 교류 전원을 정류한 맥류 신호이다. 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 정류부의 출력 전류 신호는 안정기에 따라 다양할 수 있다. 또한, 안정기의 출력 전류는 수십 kHz의 진동수를 갖는 신호이다. 제어부(110)는 안정기로부터 전달 받은 전류 신호를 도통시간(tvar) 동안 필터부(120) 및 LED부(130)로 전달하고, 나머지 시간 동안은 안정기로부터 전달 받은 전력이 필터부(120) 및 LED부(130)로 전달되는 것을 차단한다. 구체적으로, 스위치 제어부(112)는 도통시간(tvar) 동안 스위치(111)를 오프 상태로 유지하는 신호를 전달한다. 따라서, 이 도통시간(tvar) 동안 안정기로부터 전달된 전류 신호는 제1 노드(N1)를 통해 필터부(120) 및 LED부(130)로 전달된다. 한편, 스위치 제어부(112)가 스위치(111)를 턴-온 시키는 게이트 신호를 전달하면, 상기 스위치(111)가 온 상태가 되어 정류부로부터 전달된 전류는 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)가 연결됨에 따라 정류부(100) 또는 안정기로 돌아간다. 따라서, 도통시간(tvar)의 조절을 통해 필터부(120) 및 LED부(130)로 전달되는 전류의 양을 조절할 수 있다. 결국, 도통시간(tvar) 조절을 통해 LED부(130)로 전달되는 전력을 제어할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 전력 소비 시험결과를 나타낸다.
도통시간
tvar(μs)		 LED 소비 전력
P_LED(W)		 안정기 입력 전력
P_in(W)
No switching 25.6 26.4
7.5 24.4 25.9
7 22.8 24.9
6.5 21.3 23.2
6.2 19.8 21.9
5.5 15.0 17.2
도 3a 및 표 1을 참조하면, 제어부(110)의 스위치(111)가 스위칭 없이 항상 오프 상태로 있는 경우, 안정기로부터 전달되는 입력 전력(P_in)은 26.4W이며, LED부(130)에서 소비되는 LED 소비 전력(P_LED)은 25.6W이다. 반면에 스위치(111)가 수십 kHz의 안정기 출력 전류를 정류하여 출력되는 전원 신호를 1주기당 6.2 μs동안 도통되도록 스위칭 하는 경우, 안정기로부터 전달되는 입력 전력(P_in)은 21.9W이며, LED부(130)에서 소비되는 LED 소비 전력(P_LED)는 19.8W이다. 즉, 도통시간(tvar)이 감소함에 따라, 안정기 입력 전력(P_in)과 LED 소비 전력(P_LED)는 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 제어부(110)가 안정기로부터 입력 받은 전력의 크기를 제어하여 LED부(130)로 전달하기 때문이다.
따라서, 안정기로부터 전달되는 입력 전력(P_in)과 LED 소비 전력(P_LED)은, 제어부(110)의 전력 전달 제어에 따라 LED부(130)에서 소비되는 전력을 제어할 수 있는 효과가 있다. 도통시간(tvar)의 조절로 LED의 소비 전력을 넓은 범위의 원하는 값으로 조절할 수 있다. 또한, 표 1에 나타난 바와 같이, 도통시간(tvar)이 줄어듬에 따라, LED부(130)에서 소비되지 않은 전력은 다시 정류부(100) 또는 안정기로 돌아간다. 따라서, 안정기가 60Hz의 상용 교류 전원을 입력 받아 소비하는 전력도 줄어 들게 되어 에너지 효율을 높이 수 있는 효과가 있다.
안정기의 공진회로 소자 값 No switching 20W 제어
안정기 Ls(mH) Cs(nF) Cp(nF) LED 소비 전력(P_LED)(W) 도통시간
tvar(μs)		 LED 소비 전력(P_LED)(W)
A 1.8 11.2 4.7 25.6 6.2 19.8
B 2.3 16.4 5.6 27.6 6.8 19.7
표 2는 임의의 형광등용 안정기 A, B에 대하여 본 발명의 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 전력 소비를 나타낸다.
Ls, Cs, Cp는 본 발명의 실시예에서는 도시되어 있지 않으나, 안정기 회로 내의 공진회로를 구성하는 소자이다.
도 2 및 표 2를 참조하면, 제어부(110)에서 스위칭 제어를 하지 않는 경우, 안정기 A를 이용한 LED 조명 장치와 안정기 B를 이용한 LED 조명 장치의 LED 소비전력은 각각 25.6W, 27.6W이다. 즉, 안정기마다 LED부에서 소비하는 전력량이 다르다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(110)에서 스위치(111)의 도통시간(tvar)을 제어하면 LED 소비 전력을 일정하게 제어할 수 있다. 표 2에 도시된 바와 같이, 안정기 A의 경우 스위치(111)의 도통시간(tvar)을 6.2로 설정하면 LED 소비전력이 19.8W이며, 안정기 B의 경우 스위치(111)의 도통시간(tvar)을 6.8로 설정하면 LED 소비전력이 19.7W가 되는 것을 알 수 있다.
즉, 각기 다른 소자 값을 갖는 다양한 안정기에 대해, 제어부(110)의 스위치(111)의 도통시간(tvar)을 제어하면, LED부(130)에서 소비되는 전력의 크기를 일정하게 제어할 수 있다. 이로써, LED부(130)에서 원하는 정격의 전압 및 전류를 공급할 수 있다. 따라서, 안정기의 소자 특성에 상관없이 스위치(111)의 온/오프 제어를 통해 LED부(130)에 일정한 전력을 공급할 수 있으므로, 다양한 안정기에 호환이 가능한 장점이 있다. 또한, LED부(130)에서 필요로 하는 전력을 공급하므로, 안정기의 출력 전력과 LED 조명 장치가 소비하는 전력이 맞지 않아 필터부(120)에 에너지가 축적되거나 LED 밝기가 제어되지 않는 등의 문제를 원천적으로 제거하여 필터부(120) 등의 수동 소자나 칩이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
제2 실시예
도 5는 제2 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 정류부(200), 제어부(210), LED부(230)를 포함한다. 또한, 제1 실시예와 마찬가지로 제어부(210)와 LED부(230) 사이에 필터부(220)를 더 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 정류부(200)와 필터부(220)는 전술한 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 제어부(210)는 정류부(200)와 필터부(220) 또는 LED부(230)로의 전류 흐름을 도통시키거나 차단하는 스위치(211)와 상기 스위치(211)의 온/오프를 제어하는 스위치 제어부(212)를 포함할 수 있다. 또한, 정류부(200)로부터 제어부(210)로 전달되는 전압을 감지하여 스위치 제어부(212)에 전달하는 전압 센서(215)를 더 포함할 수 있다. 상기 전압 센서(215)는 정류부(200)에서 정류된 안정기 출력 전압(Vballast)의 크기를 감지하여 스위치 제어부(212)에 전달한다. 스위치 제어부(212)는 제어부(210)로 전달 되는 전압의 크기에 따라 스위치(211)를 온/오프 제어함으로써 LED부(230)에 전달되는 전력을 제어한다. 한편, 도 5에 도시된 바와 같이, LED부(230)는 LED부(230)를 흐르는 전류의 크기를 감지하여 스위치 제어부(212)에 전달하는 전류 센서(214)를 포함할 수도 있다. 즉, LED부(230)에 흐르는 전류를 감지하여 스위치 제어부(212)에 전달할 수 있으면 전류센서(214)는 어느 곳에나 포함될 수 있으며 위치는 한정되지 않는다.
다음으로, 제3 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치에 대하여 설명하도록 한다.
제3 실시예
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 6을 참조하면, 제3 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 형광등용 안정기로부터 출력되는 전원 전압을 정류하는 정류부(300), 상기 정류부의 출력 전압을 입력 받아 후술하는 LED부(330)를 위한 정격의 전압 및 전류를 출력하는 제어부(310) 및, 병렬 또는 직렬로 연결된 적어도 하나의 LED소자를 포함하는 LED부(330)를 포함한다. 또한, 상기 제어부(310)의 출력 전류를 평활하여 상기 LED부(330)에 전달하는 필터부(320)를 더 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 제3 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 정류부(300), 필터부(320), LED부(330)는 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(310)는 정류부(300)의 출력 전압(Vballast)을 모사하여 상기 제어부(310)의 스위칭 컨버터(311)로 입력 되는 컨버터 입력 전류(Iconverter)를 생성하는 스위칭 컨버터(311), 상기 스위칭 컨버터(311)에 포함되는 스위치(SW)의 온/오프를 제어하는 스위치 제어부(312)를 포함한다. 또한, 상기 LED부(330)에 흐르는 전류를 감지하여 스위치 제어부(312)에 전달하는 전류 센서(314)를 더 포함할 수 있다.
상기 스위칭 컨버터(311)는 스위치(SW1), 인덕터(L1), 다이오드(D9)를 포함한다. 상기 스위치(SW1)는 빠른 응답을 위해 MOS 트랜지스터로 구현될 수 있으며, 상기 다이오드(D9)는 환류(freewheeling) 다이오드 일 수 있다.
이하에서, 제어부(310)의 동작을 구체적으로 설명하도록 한다.
상기 스위칭 컨버터(311)는 정류부(300)의 출력 전압(Vballast)의 파형을 모사하는 컨버터 입력 전류(Iconverter)를 생성한다. 상기 스위칭 컨버터(311)는 부스트(Boost) 컨버터, 세픽(Sepic) 컨버터, 척(Cuk) 컨버터일 수 있다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 상기 스위칭 컨버터(311)가 부스트 컨버터인 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 부스트 컨버터(311)의 스위치(SW1)가 턴-온 되면 인덕터(L1)에 전류가 증가하여 에너지가 축적되고, 턴-오프 되면 환류(freewheeling) 다이오드(D9)를 통하여 에너지가 필터부(320) 또는 LED부(330)쪽으로 전달된다. 상기의 부스트 컨버터(311)의 동작은 공지의 회로에 의한 동작이므로 자세한 설명은 생략한다. 스위치 제어부(312)는 LED부(330)에 흐르는 전류의 크기를 감지하여 이를 부스트 컨버터(311)의 스위치(SW1)를 온/오프 제어할 수 있다. 한편, LED부(330)에 흐르는 전류를 감지하여 그 크기를 스위치 제어부(312)에 전달하는 별도의 전류 센서(314)를 더 포함할 수도 있다.
상기의 부스트 컨버터(311)는 스위치 제어부(312)의 제어에 의하여 제어부(310)로 입력되는 정류된 안정기 출력 전압(Vballast)과 주기가 동일한 전류 신호를 생성할 수 있다.
도 7은 정류된 안정기의 출력 전압(Vballast)과 컨버터 입력 전류(Iconverter)의 파형을 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 안정기에서 상기 LED 조명 장치로 인가되는 컨버터 입력 전압은 정류된 안정기 출력 전압(Vballast)과 같으며, 상기 컨버터 입력 전압(Vballast) 및 전류(Iconverter)가 동일한 위상을 가지므로, 안정기에서 LED 조명 장치를 바라본 등가 임피던스는 순저항으로 보인다.
구체적으로, 안정기의 출력 전압(Vballast)은 조명 장치의 등가 입력 저항(R_in)에 비례하므로, 안정기의 출력 전력과 조명 장치의 등가 입력 저항(R_in)은 수학식 1과 같은 관계를 가진다.
Figure pat00001
수학식 1을 참고하면, 안정기 출력 전압(Vballast)이 조명 장치의 등가 입력 저항(R_in)과 비례하므로, 결국 안정기의 출력전력은 조명 장치의 입력 저항(R_in)에 비례한다.
한편, 전술한 바와 같이, 상기 스위칭 컨버터(311)로서 부스트 컨버터 외에 세픽 컨버터 또는 척 컨버터를 이용하여 동일한 기능을 수행할 수 있다.
정리하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 부스트 컨버터(311)를 이용하여 LED 조명 장치의 제어부(310)의 부스트 컨버터(311)에 입력되는 컨버터 입력 전류(Iconverter)의 크기를 조절한다. 부스트 컨버터(311)는 입력 되는 안정기 출력 전압(Vballast)에 대응하여 제어부(310)로 입력되는 입력 전류(Iconverter)를 제어함으로써 안정기로부터 LED부(330)에 원하는 전력이 공급되도록 할 수 있다. 또한, 제3 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 LED부에 인가되는 입력 전압과 입력 전류의 위상을 동일하게 하여 역률이 개선되는 효과가 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 손쉽게 구현할 수 있다. 즉, 안정기로부터 전달 되는 전력을 제어하여 LED부에서 필요로 하는 전력만을 전달함으로써 LED부에 정격의 전압 및 전류를 공급하고 기타 수동 소자나 칩에 인가되는 부담을 줄일 수 있다. 따라서, 제어부의 전력 제어에 따라 종래의 어느 안정기와 호환이 가능하며 안정적인 전력 공급 및 회로 소자 보호가 가능하다.
그리고, 종래의 형광등 조명 장치와 달리, 안정기의 4개의 전극을 모두 이용하지 않아도 된다. 종래의 형광등용 안정기는 2개 또는 4개의 전극을 가지는 등 다양한 형태로 구성되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 적어도 2개의 전극을 이용하여 LED소자를 점등할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 2개 또는 4개의 전극을 갖는 다양한 형태의 안정기와 호환이 가능하다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11 : 제1 전원입력단자
13 : 제2 전원입력단자
31 : 제1 전원부
33 : 제2 전원부
35 : 정류부
36 : 제1 정류부
37 : 제2 정류부
39 : 필터부
41 : 구동부
100, 200, 300 : 정류부
101, 201, 301 : 제1 정류부
102, 202, 302 : 제2 정류부
110, 210, 310: 제어부
111, 211 : 스위치
112, 212, 312 : 스위치 제어부
113 : 다이오드
114, 314 : 전류센서
215 : 전압센서
120 : 필터부
130 : LED부

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 LED소자를 포함하는 LED부;
    형광등용 안정기로부터 출력되는 전원 신호를 정류하는 정류부; 및
    상기 정류부의 출력 신호를 입력 받아 상기 안정기로부터 상기 LED부로 전달되는 전력을 제어하는 제어부를 포함하는,
    형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치.
  2. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 정류부로부터 입력 받은 안정기 출력 전력의 일부가 상기 LED부로 전달되는 것을 도통 또는 차단하는 스위치; 및
    상기 스위치의 온/오프를 제어하는 스위치 제어부를 포함하는,
    형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 정류부의 출력 전압, 상기 정류부의 출력 전류 및 상기 LED부를 흐르는 전류 중 적어도 하나를 이용하여 상기 스위치의 온/오프를 제어하는,
    형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 LED부로부터 전류가 역류하는 것을 방지하는 다이오드 또는 제2 스위치를 더 포함하는,
    형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 정류부의 출력 전압을 모사하여 상기 제어부로 입력 되는 컨버터 입력 전류를 생성하는 스위칭 컨버터;
    상기 스위칭 컨버터에 포함되는 스위치의 온/오프를 제어하는 스위치 제어부를 포함하는,
    형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위칭 컨버터는,
    부스트 컨버터, 세픽 컨버터 또는 척 컨버터로 이루어지는,
    형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 정류부의 출력 전압, 상기 정류부의 출력 전류 및 상기 LED부를 흐르는 전류 중 적어도 하나를 이용하여 상기 스위치의 온/오프를 제어하는,
    형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부의 출력 신호를 평활하여 상기 LED부에 전달하는 필터부를 더 포함하는,
    형광등용 안정기를 이용한 LED 조명 장치.
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