KR20140021412A - 광원 구동장치 및 이를 포함하는 광원장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원 구동장치 및 이를 포함하는 광원장치에 관한 것으로,
본 발명의 일 측면은, 제1 및 제2 외부 입력단을 가지며, 일단이 상기 제1 외부 입력단에 연결되는 서미스터와, 일단이 상기 제2 외부 입력단에 연결되는 방전저항과, 제어신호에 따라 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단, 또는 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단을 연결하는 스위치를 포함하는 광원 구동장치를 제공한다.

Description

광원 구동장치 및 이를 포함하는 광원장치{Light Source Driving Apparatus and Light Emitting Apparatus Including the Same}
본 발명은 광원 구동장치 및 이를 포함하는 광원장치에 관한 것이다.
발광소자(LED, Light Emitting Device)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaAlP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 이러한 발광소자는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 광 효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점과 친환경, 저소비전력 등의 이유로 TV, 컴퓨터, 조명, 자동차 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있으며, 점차적으로 활용분야를 넓혀 나가고 있는 실정이다.
발광 소자를 사용한 발광장치를 구동하기 위해서는 별도의 전원장치가 필요하다. 종래의 LED 조명등에 필요한 동적 전원을 생성하여 공급하는 전원 공급장치에는 SPMS(Swithched-Mode Power Supply) 등이 주로 이용된다. 종래 일반 조명등은 220V의 교류 전원을 사용하므로 별도의 전원장치가 불필요하였으나, 발광 소자는 직류전원을 사용하므로 220V의 상용전원을 직류로 정류하고, 정류된 직류전압을 요구되는 크기의 직류전압으로 변환하기 위하여 별도의 전원 공급장치가 필요하며, 조명 등에 적용되는 고효율/고출력 발광소자가 개발됨에 따라 이를 구동하기 위한 고효율 SMPS의 개발이 요구된다.
본 발명의 목적 중 하나는, 간단한 구조로 전력 효율이 우수한 광원 구동장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 목적 중 다른 하나는, 전력 효율이 향상되고 안정적으로 구동할 수 있는 발광장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면은,
제1 및 제2 외부 입력단을 가지며, 일단이 상기 제1 외부 입력단에 연결되는 서미스터와, 일단이 상기 제2 외부 입력단에 연결되는 방전저항과, 제어신호에 따라 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단, 또는 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단을 연결하는 스위치를 포함하는 광원 구동장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 스위치가 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단을 연결하는 때에 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단은 개방되고, 상기 스위치가 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단을 연결하는 때에 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단은 개방될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 스위치는 정상상태에서 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단을 연결하여 상기 서미스터 및 방전저항과 외부 전원의 연결을 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 스위치는 상기 제1 및 제2 외부 입력단을 통해 입력되는 전원의 전압이 기준전압 이하일 때 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단을 연결할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 외부 입력단에 연결되는 EMI 필터부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 EMI 필터부는 상기 제1 및 제2 입력단 사이에 연결되는 커패시터를 포함하며, 상기 커패시터는 상기 스위치 동작에 의해 상기 방전저항과 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 외부 입력단에 연결되는 전원 변환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 전원 변환부는 상기 제1 및 제2 외부 입력단 사이에서 서로 병렬 연결되는 정류기와 직류-직류 변환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 직류-직류 변환기는 PFC 컨버터일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 외부 입력단에 연결되어 상기 스위치의 동작을 제어하는 스위치 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 스위치 제어부는, 기준신호와 상기 제1 및 제2 외부 입력단으로 입력되는 전압으로부터 검출된 검출신호를 비교하여 상기 제어신호를 생성하는 비교기와, 상기 비교기에서 생성된 제어신호를 통해 상기 스위치를 제어하는 릴레이 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광원 구동장치는, 상기 제1 및 제2 외부 입력단에 연결된 전원 변환부를 더 포함하며, 상기 검출신호는 상기 전원 변환부의 출력단에 연결된 복수의 저항을 통해 분배된 전압의 형태로 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 스위치 제어부와 병렬로 연결되는 출력 커패시터를 더 포함하며, 상기 스위치 제어부는 상기 출력 커패시터에 충전된 전압의 크기에 따라 상기 스위치의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 스위치는 릴레이 스위치일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
제1 및 제2 외부 입력단을 가지며, 일단이 상기 제1 외부 입력단에 연결되는 서미스터와, 일단이 상기 제2 외부 입력단에 연결되는 방전저항과, 제어신호에 따라 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단 사이 또는 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단 사이를 연결하는 스위치를 구비하는 구동장치 및 상기 구동장치에서 출력된 전압에 의해 구동하며, 적어도 하나의 LED를 포함하는 광원부를 포함하는 광원장치를 제공할 수 있다.
덧붙여, 상기한 과제의 해결 수단은 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 간단한 구조로 전력 효율이 우수한 광원 구동장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 전력 효율이 향상되고 안정적으로 구동할 수 있는 발광장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술 적 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원 구동장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원 구동장치의 스위치 동작상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원 구동장치의 회로도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 스위치 제어부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 스위치 제어부의 입력 및 출력 전압 파형을 개략적으론 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
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 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원 구동장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 광원 구동장치(100)는, 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)을 가지며, 일단이 상기 제1 외부 입력단(a)에 연결되는 서미스터(10)와, 일단이 상기 제2 외부 입력단(b)에 연결되는 방전저항(20)과, 제어신호에 따라 상기 방전저항(20)의 타단과 상기 서미스터(10)의 타단, 또는 상기 제1 외부 입력단(a)과 상기 서미스터(10)의 타단을 연결하는 스위치(30)를 포함할 수 있다.
본 실시형태에서 상기 광원 구동장치(100)는 상기 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)에 연결되는 EMI 필터부(60), 전원 변환부(40) 및 스위치 제어부(50)를 더 포함할 수 있다.
제1 및 제2 외부 입력단(a, b)은 외부로부터 전기 신호가 인가되는 단자로, 예를 들면, 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)을 통해 AC 외부 교류 전원이 입력될 수 있다. EMI 필터부(60)는 상기 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)에 연결되어 노이즈를 차단하는 필터로 기능할 수 있으며, 구체적으로 도시하지는 않았으나, X 커패시터, Y 커패시터, CM(Common Mode) 초크 트랜스, DM(Differential Mode) 초크 트랜스를 포함하여 구성될 수 있다.
전원 변환부(40)는 상기 제1 및 제1 외부 입력단(a, b)에 연결되어, 외부에서 입력된 전원을 부하(예를 들면, LED)가 구동하기에 적절한 전원으로 변환할 수 있다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전원 변환부(40)는 정류기(41)와 직류-직류 변환기(42)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 정류기(41)는 외부로부터 인가되는 교류 전원(예를 들면, 220VAC 상용 교류 전원)을 정류하며, 복수 개의 다이오드를 포함하는 하프 브릿지(ha1f bridge) 구조 또는 풀 브릿지(full bridge) 구조로 이루어질 수 있다. 상기 정류기(41)에서 정류된 전원은 상기 직류-직류 변환기(42)로 입력될 수 있다.
상기 직류-직류 변환기(42)의 선택 및 상호 접속은, 변환되어야 할 입력 전압이 부하(LED)를 원하는 동작 전류로 구동하는 데 필요한 전압보다 큰지, 작은지, 아니면 큰 전압에서 작은 전압으로 변화하는지 등의 여부에 따라 결정된다. 그 예로는, 입력 전압이 LED 전압보다 큰 경우 사용되는 강압형(벅, Buck) 변환기, 입력 전압이 LED 전압보다 작은 경우 사용되는 승압형(부스트, Boost) 변환기, 입력이 LED 전압 위에서 아래로 변할 수 있는 상황에 사용되는 벅-부스트(Buck-Boost) 변환기, PFC 변환기 등이 적용될 수 있다.
일단이 상기 제1 외부 입력단(a)에 연결되는 서미스터(10)는 초기 전원 인가시 돌입 전류를 제한하여 순간적인 과전류 유입을 방지함으로써 회로 소자를 보호할 수 있다. 외부 전원 인가 시 전원 변환부(40)의 출력단에 연결된 출력 커패시터(70)는 방전 상태이며, 따라서, 높은 돌입전류에 의한 회로 손상이 발생할 수 있다. 상기 서미스터(10)는 제1 외부 입력단(a)에 연결되어 전원 인가 시의 돌입 전류 크기를 감소시킴으로써 과전류에 의한 회로 손상을 방지할 수 있다.
상기 서미스터(10)는 NTC 서미스터가 적용될 수 있으며, NTC 서미스터는 온도 증가에 따라 저항값이 감소하므로, 초기 구동 시 낮은 온도 조건에서 큰 임피던스를 갖게 되어 돌입 전류를 차단할 수 있다. 정상상태에 도달하게 되면 돌입전류에 의한 문제가 발생하지 않으므로, 서미스터(10)가 필요 없어진다. NTC 서미스터는 정상상태 도달 시 온도 상승으로 인해 임피던스가 감소하기는 하나, 외부 전원과 계속 연결된 상태에 있는 경우 여전히 불필요한 전력을 소모하게 되는 문제가 있다.
한편, 상기 제2 입력단(b)에 연결되는 방전저항(20)은 전원 차단 시 커패시터에 충전된 전압을 방전시키기 위한 것으로, 예를 들면, 상기 EMI 필터부(60)를 구성하는 X 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 기능을 할 수 있다. EMI 필터부(60)를 구성하는 X 커패시터의 용량이 일정 수준(예를 들면, 0.5㎌)을 초과하게 되면, 규격을 만족시키기 위한 방전저항(20)이 요구된다. 방전저항(20)은 수백 ㏀ 내지 수 ㏁의 큰 값을 가질 수 있으며, 제1 및 제2 외부 입력단(a, b) 사이에 상기 X 커패시터와 병렬 연결되므로, 외부 전원과 연결된 상태에서 상당한 전력을 소비하게 된다.
즉, 상기 서미스터(10)는 초기 구동시에만 기능하고, 상기 방전저항(20)은 전원 차단시에만 기능하는 구성으로, 정상상태에서 외부 전원과 연결되면 불필요한 전력을 소모하게 된다. 또한, 무부하 상태에서 외부 전원이 입력되는 경우(대기 상태)에도, 서미스터(10)와 방전저항(20)에서 소비되는 전력으로 인해 낮은 대기전력을 만족시키기 어려운 문제가 있다.
그러나, 본 실시형태의 경우, 제어신호에 따라, 서미스터(10)의 타단과 방전저항(20)의 타단 사이(A-B), 또는 서미스터(10)의 타단과 제1 외부 입력단 사이(A-C)를 연결하도록 2개의 동작접점(A, C)을 갖는 스위치(30)를 더 포함함으로써 외부 입력 전원과 서미스터(10) 및 방전저항(20)의 연결을 동시에 제어할 수 있다.
상기 스위치(30)는 릴레이(Relay) 스위치가 적용될 수 있으며, 릴레이 스위치는 내부 코일에 적정 전류를 흘려주면 코일 주변에 형성되는 자기장에 의해 가동 접점이 이동하여 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
상기 스위치(30)는 스위치 제어부(50)에 의해 동작이 제어될 수 있다.
상기 스위치 제어부(50)는, 상기 스위치(30)가 입력 전원이 기준전압 이하일 때, 즉, 초기 구동 시와 전원 차단시 서미스터(10)와 방전저항(20) 사이를 연결하고, 정상상태에서 외부 전원과 서미스터(10) 및 방전저항(20)의 연결을 차단하도록 제어하기 위한 제어신호를 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 스위치 제어부(50)는 전원 변환부(40)에서 출력된 전압을 통해 외부 전원 공급에 따른 구동구간을 검출할 수 있으며, 이에 따라, 상기 스위치(30)의 동작 접점을 변경시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 스위치(30)는 스위치 제어부(50)에서 제어신호가 발생하기 전에는 접점 A, B를 연결하여 접점 A, C를 개방시키고, 제어신호 발생 시 접점 A, C를 연결하여 접점 A, B를 개방시킬 수 있으며, 따라서, 구동 시점에 따라 외부 전원과 서미스터(10) 및 방전저항(20)의 연결을 제어할 수 있다. 상기 스위치(30)의 동작은 도 2a 및 2b를 통해 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원 구동장치의 스위치 동작상태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 2a는 초기 구동 시와 전원 차단 시 스위치의 동작상태를 나타내며, 도 2b는 정상상태에서 스위치의 동작상태를 나타낸다.
우선, 도 2a를 참조하면, 기준전압 이하(초기 구동 시와 전원 차단 시)에서 상기 스위치(30)는 서미스터(10)의 타단(A)과 방전저항(20)의 타단(B)을 연결할 수 있으며, 이에 따라 상기 서미스터(10)의 타단(A)과 제1 외부 입력단(a, C) 사이는 개방된다.
이 경우, 외부에서 입력된 전원은 서미스터(10) 및 방전저항(20)과 연결되어 초기 구동 시 서미스터(10)를 통해 돌입전류를 차단하고, 전원 차단 시 방전저항(20)을 통해 EMI 필터부(60)에 포함된 커패시터에 충전된 전압을 방전시킬 수 있다.
다음으로, 도 2b를 참조하면, 정상상태에서 상기 스위치(30)는 제1 외부 입력단(a, C)과 서미스터(30)의 타단(A)을 연결할 수 있으며, 이에 따라, 상기 서미스터(10)의 타단(A)과 방전저항(20)의 타단(B) 사이는 개방된다.
상기 서미스터(10)의 일단은 제1 외부 입력단(a)에 연결되므로, 스위치(30)가 상기 서미스터(10)의 타단(A)과 제1 외부 입력단(a, C)을 연결하는 경우 서미스터(10)이 양단이 서로 연결되어 서미스터(10)로 전류가 흐르지 않게 된다.
또한, 상기 서미스터(10)의 타단(A)이 제1 외부 입력단(a, C)과 연결됨에 따라, 상기 방전저항(20)과 서미스터(10)의 타단(A, B)이 분리된다. 즉, 도 2b에 도시된 스위치(30)의 동작에 의해 정상상태에서 외부 전원과 서미스터(10) 및 방전저항(20)의 연결이 동시에 차단될 수 있다.
따라서, 본 실시형태에 따르면, 하나의 스위치(30) 동작을 이용하여 초기 구동 시와 전원 차단 시에 외부 전원(AC)과 서미스터(10) 및 방전저항(20)을 연결하되, 정상상태에서 외부 전원(AC)과 서미스터(10) 및 방전저항(20)의 연결을 차단함으로써, 간단한 회로 동작으로 정상상태에서 서미스터(10)와 방전저항(20)에 의한 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있으며, 이에 따라, 전력 효율이 우수한 광원 구동장치를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원 구동장치의 회로도를 개략적으로 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 1에 도시된 광원 구동장치의 일 실시형태를 보다 구체적으로 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 광원 구동장치(101)는 제1 및 제2 외부 입력단(a, b) 각각과 연결되는 서미스터(10) 및 방전저항(20)을 포함하며, 상기 서미스터(10) 및 방전저항(20) 사이에 배치되는 스위치(30)에 의해 외부 전원(AC)과의 연결이 제어될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)에 연결되는 EMI 필터부(60), 전원 변환부(40) 및 스위치 제어부(50)를 더 포함할 수 있다.
본 실시형태에서 전원 변환부(40)를 구성하는 정류기(41)와 직류-직류 변환기(42)는 각각 풀 브릿지 다이오드(full bridge diode)와 PFC 컨버터가 적용되었으며, 스위치(30)는 릴레이 스위치(Relay switch)가 적용될 수 있다. EMI 필터부(60), 전원 변환부(40), 스위치 제어부(50) 및 출력 커패시터(70)의 기능 및 구성은 도 1에서 상세히 설명한 바 있으므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
각 단계에 따른 스위치(30)의 동작 상태를 살펴보면, 우선, 초기 구동 시에 외부 전원(AC)이 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)을 통해 인가되면, 스위치(30)는 서미스터(10)와 방전저항(20)의 타단(A, B)이 연결된 상태를 유지하며, 따라서, 외부 전원(AC)에서 입력된 전류는 서미스터(10)와 방전저항(20)을 통과하여 흐르게 된다. 이에 따라, 제1 외부 입력단(a)과 연결된 서미스터(10)에 의해 초기 구동 시의 돌입 전류를 차단할 수 있다.
상기 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)을 통해 입력된 전류는 서미스터(10)를 거쳐 EMI 필터부(60)로 전달되며, EMI 필터부(60)를 통과하여 노이즈가 제거된 전원이 전원 변환부(40)로 입력된다. 상기 전원 변환부(40)의 정류기(41)는 입력 교류 전원을 정류하여 직류 전원으로 변환할 수 있으며, 변환된 전압은 정류기(41)의 출력단에 연결된 커패시터(C5)에 충전될 수 있다. 상기 커패시터(C5)에 충전된 전압은 리플(ripple)이 포함된 DC 전압의 형태일 수 있다.
도 3에서는 상기 정류기(41)의 출력단에 연결되는 직류-직류 변환기(42)가 PFC 컨버터로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 다양한 형태의 직류-직류 변환기가 적용될 수 있다.
본 실시형태에서와 같이, 상기 직류-직류 변환기(42)가 PFC 컨버터로 적용되는 경우, 상기 커패시터(C5)에 전압이 충전됨과 동시에 직류-직류 변환기(42)의 저항(R2)을 거쳐 PWM IC의 Vcc 전해 커패시터(C6)에도 전압이 충전된다. 상기 전해 커패시터(C6)의 전압이 PWM IC의 문턱 전압에 도달하게 되면, 직류-직류 변환기의 스위치(SW2)를 온/오프 제어하기 위한 펄스가 발생하며, 출력 커패시터(70)에 전압이 충전될 수 있다.
상기 출력 커패시터(70)는 상기 전원 변환부(40)의 출력단에 연결되어 전원 변환부(40)에서 출력된 전압이 충전됨으로써, 리플(ripple)이 거의 없는 DC 전압 형태로 부하(LED)에 구동 전압을 제공할 수 있다. 본 실시형태의 경우, 출력 커패시터(70)에 충전되는 전압은 역률을 보상하기 위해 외부 입력 전압보다 더 높은 크기를 가질 수 있다.
입력 전압의 크기가 일정 수준 이상이 되면, 스위치 제어부(50)는 스위치(30)에 제어신호를 발생시킬 수 있다. 이 경우, 상기 입력 전압의 크기는 상기 전원 변환부(40)의 출력 전압으로부터 검출될 수 있으며, 예를 들어, 상기 출력 커패시터(70)에 충전된 전압의 크기를 통해 측정될 수 있을 것이다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 지점에서 공지된 다양한 방법을 통해 입력 전압의 크기 및 이에 따른 구동 구간을 검출할 수 있을 것이다.
입력 전압의 크기가 일정 수준(정상상태)에 도달하는 경우, 스위치 제어부(50)는 스위치(30)의 동작 접점을 변경시키기 위한 제어신호를 스위치(30)에 전달할 수 있다. 이에 따라, 상기 스위치(30)는 서미스터(10)와 방전저항(20) 사이를 개방시키고 서미스터(10)의 타단과 제1 외부 입력단(a) 사이를 연결함으로써, 외부 전원(AC)과 서미스터(10) 및 방전저항(20)의 연결을 차단할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)은 접점 A,C를 통해 EMI 필터부(60)와 직접 연결되며, 이에 따라, 서미스터(10) 및 방전저항(20)에서 소비되는 전력이 차단될 수 있다.
다음으로, 외부 전원(AC)의 공급이 차단되어 입력 전압이 일정 수준 이하가 되면, 스위치 제어부(50)는 스위치(30)에 제어신호를 발생시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태에서 상기 입력 전압에 따른 구동 구간은 출력 커패시터(70)에 충전된 전압의 크기로부터 검출될 수 있다.
제어신호가 입력되면, 스위치(30)는 스위치 제어부(50)에서 입력된 제어신호에 따라 동작 접점을 B로 다시 변경시키며, 이에 따라, 방전저항(20)이 EMI 필터부(60)와 연결됨으로써 EMI 필터부(60) 내의 X 커패시터(C1)에 충전된 전압을 방전시킬 수 있다.
즉, 본 실시형태에 따르면, 출력 커패시터(70)에 충전된 전압 값을 통해 구동 구간을 검출하고, 하나의 스위치(30)를 이용하여 외부 전원(AC)과 서미스터(10) 및 방전저항(20)의 연결을 동시에 효과적으로 제어할 수 있다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 스위치 제어부의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 4는 도 3에 도시된 구동장치에 적용될 수 있는 스위치 제어부의 블록도를 나타낸 것이며, 도 5는 도 3에 도시된 구동장치에 적용될 수 있는 스위치 제어부의 회로도를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 스위치 제어부(50)는 비교기(51) 및 릴레이 회로(52)를 포함할 수 있다. 상기 비교기(51)는 기준신호(V(-))와 검출신호(V(+))를 비교하여 제어신호(Vout)를 출력할 수 있으며, 릴레이 회로(52)는 상기 제어신호(Vout)를 입력받아 스위치(30)에 전달할 수 있다.
상기 비교기(51)는 상기 전원 변환부(40)에서 출력된 전압(VPFC)을 분배하기 위해 상기 전원 변환부(40)의 출력단에 연결되는 전압분배저항(R4, R5)과, 과도 상태에서 노이즈를 제거하기 위한 커패시터(C9)와, 연상 증폭기인 오피 앰프(U1A)를 포함할 수 있다. 상기 오피 앰프(U1A)는 전원 변환부(40)에서 출력된 전압(VPFC)의 일부로부터 생성된 검출신호(V(+))과, 미리 설정된 기준신호(V(-))를 비교하여 그 출력을 릴레이 회로(52)에 전달할 수 있다. 이때, 상기 검출신호(V(+))는 상기 전원 변환부(40)의 출력단에 연결된 복수의 전압분배저항(R4, R5)에 의해 분배된 전압의 형태로 나타날 수 있다.
상기 릴레이 회로(52)는 비교기(51)의 출력을 분배하기 위한 전압분배저항(R6, R7), 릴레이의 코일(L1)을 구동하기 위한 트랜지스터(Q1)로 구성될 수 있ㅇ으며, 릴레이의 코일(L1)과 병렬 연결된 다이오드(D2)는 트랜지스터(Q1)의 온/오프 시 발생하는 역기전력으로 인한 스파이크성 전압을 방지하는 환류 다이오드로 기능할 수 있다. 다만, 상기 스위치 제어부(50)의 구성이 도 4 및 도 5에 도시된 형태로 제한되는 것은 아니며, 상기 스위치 제어부(50)는 구동 구간에 따라 상기 스위치(50)의 동작을 제어하기 위한 것이라면 어느 것이나 가능하다.
도 6은 도 5에 도시된 스위치 제어부의 입력 및 출력 전압 파형을 개략적으론 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 상기 비교기(51)에 입력되는 기준신호(V(-))는 항상 일정한 값을 유지하며, 외부 전압(본 실시형태의 경우, 상기 전원 변환부(40)에서 출력된 전압)으로부터 검출된 검출신호(V(+))는 전원 인가 후 서서히 증가하게 된다. 즉, 초기 전원 인가 시(t0~t1) 검출신호(V(+))의 크기는 기준신호(V(-))보다 작고, 이때 비교기(51)는 제어신호를 출력하지 않거나, 로우(Low) 신호를 출력할 수 있다.
한편, 전원 공급 후 일정 시간이 경과하면 검출신호(V(+))의 크기가 기준신호(V(-))보다 커지고, 이때 비교기(51)는 제어신호(Vout)를 출력하거나, 하이(High) 신호를 출력함으로써 스위치(30)의 동작 접점을 변경할 수 있다.
또한, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 외부 전원(AC) 차단 시 입력 전압은 0이 되며, 본 실시형태의 경우, 출력 커패시터(70)에 충전된 전압이 서서히 감소하게 된다. 따라서, 검출신호(V(+))가 기준신호(V(-)) 이하로 떨어지게 되면 비교기(51)는 다시 제어신호를 출력하지 않거나, 로우 신호(Low)를 출력하여 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)과 방전저항(20)을 연결함으로써 방전저항(20)에 의해 커패시터(20)에 충전된 전압이 방전되도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 광원장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 1에 도시된 구동장치(100)에 광원부(80)가 적용된 형태이다.
도 7을 참조하면, 본 실시형태에 따른 광원장치(1000)는, 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)을 가지며 서미스터(10), 방전저항(20) 및 스위치(30)를 포함하는 구동장치와, 상기 구동장치에서 출력된 전원에 의해 구동하며, 적어도 하나의 LED를 포함하는 광원부(80)를 포함할 수 있다.
상기 서미스터(10)는, 일단이 상기 제1 외부 입력단(a)에 연결되며, 상기 방전저항(20)은 일단이 상기 제2 외부 입력단(b)에 연결될 수 있다. 상기 스위치(30)는 제어신호에 따라 상기 서미스터의 타단, 또는 상기 제1 외부 입력단(a)과 상기 서미스터(10)의 타단을 연결할 수 있다.
본 실시형태에 따른 광원장치(1000)의 경우, 상기 구동장치는 상기 제1 및 제2 외부 입력단(a, b)에 연결되는 EMI 필터부(60), 전원 변환부(40) 및 스위치 제어부(50)를 더 포함할 수 있다. 상기 구동장치는 도 1 내지 도 3에서 설명한 구동장치와 유사하게 이해될 수 있으며, 따라서, 구동장치에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 광원부(80)는 적어도 하나의 LED를 광원으로 하는 디바이스(device)로, 복수일 경우 복수의 LED가 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬 연결이 혼용된 형태의 다양한 전기적 연결관계를 갖도록 구성되어 하나의 단위로서 구동될 수 있다. 도 7에서는 3개의 LED가 직렬 연결된 형태로 도시하였으나 이에 제한되는 것은 아니며 복수 개의 LED가 다양한 전기적 연결관계를 갖도록 구성될 수 있다.
본 실시형태에 따른 광원장치의 경우, 초기 구동 시 돌입전류를 제한하는 서미스터(10) 및 전원 차단 시 커패시터의 방전을 위한 방전저항(20)을 구비하되, 정상상태에서 상기 서미스터(10) 및 방전저항(20)의 연결을 차단함으로써 전력 효율이 향상되고 안정적으로 구동할 수 있는 발광장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
10: 서미스터 20: 방전저항
30: 스위치 40: 전원 변환부
41: 정류기 42: 직류-직류 변환기
50: 스위치 제어부 51: 비교기
52: 릴레이 회로 60: EMI 필터부
70: 출력 커패시터 80: 광원부
100: 구동장치 1000: 광원장치

Claims (15)

  1. 제1 및 제2 외부 입력단을 가지며,
    일단이 상기 제1 외부 입력단에 연결되는 서미스터;
    일단이 상기 제2 외부 입력단에 연결되는 방전저항; 및
    제어신호에 따라 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단, 또는 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단을 연결하는 스위치;
    를 포함하는 광원 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위치가 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단을 연결하는 때에 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단은 개방되고,
    상기 스위치가 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단을 연결하는 때에 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단은 개방되는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 정상상태에서 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단을 연결하여 상기 서미스터 및 방전저항과 외부 전원의 연결을 차단하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 제1 및 제2 외부 입력단을 통해 입력되는 전원의 전압이 기준전압 이하일 때 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단을 연결하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 외부 입력단에 연결되는 EMI 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 EMI 필터부는 상기 제1 및 제2 입력단 사이에 연결되는 커패시터를 포함하며, 상기 커패시터는 상기 스위치 동작에 의해 상기 방전저항과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 외부 입력단에 연결되는 전원 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 제1 및 제2 외부 입력단 사이에서 서로 병렬 연결되는 정류기와 직류-직류 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 직류-직류 변환기는 PFC 컨버터인 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 외부 입력단에 연결되어 상기 스위치의 동작을 제어하는 스위치 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스위치 제어부는,
    기준신호와 상기 제1 및 제2 외부 입력단으로 입력되는 전압으로부터 검출된 검출신호를 비교하여 상기 제어신호를 생성하는 비교기; 및
    상기 비교기에서 생성된 제어신호를 통해 상기 스위치를 제어하는 릴레이 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광원 구동장치는, 상기 제1 및 제2 외부 입력단에 연결된 전원 변환부를 더 포함하며,
    상기 검출신호는 상기 전원 변환부의 출력단에 연결된 복수의 저항을 통해 분배된 전압의 형태로 나타나는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 스위치 제어부와 병렬로 연결되는 출력 커패시터를 더 포함하며,
    상기 스위치 제어부는 상기 출력 커패시터에 충전된 전압의 크기에 따라 상기 스위치의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 스위치는 릴레이 스위치인 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
  15. 제1 및 제2 외부 입력단을 가지며, 일단이 상기 제1 외부 입력단에 연결되는 서미스터와, 일단이 상기 제2 외부 입력단에 연결되는 방전저항과, 제어신호에 따라 상기 방전저항의 타단과 상기 서미스터의 타단 사이 또는 상기 제1 외부 입력단과 상기 서미스터의 타단 사이를 연결하는 스위치를 구비하는 구동장치; 및
    상기 구동장치에서 출력된 전원에 의해 구동하며, 적어도 하나의 LED를 포함하는 광원부;
    를 포함하는 광원장치.
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