KR20140122578A - 엘이디 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디 조명장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 엘이디 조명장치는 형광등용 안정기에서 생성된 교류전압을 인가받으며, 과전압 또는 과전류가 유입될 시에 차단되는 제1 및 제2 전원입력부; 제1 및 제2 전원입력부에서 출력되는 교류전원을 전파 정류하는 제1 및 제2 정류부; 제1 및 제2 정류부에서 출력되는 전파 정류를 평활하는 평활부; 평활부에서 출력되는 전압이 임계치 이상의 과전압일 경우에 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 평활부의 출력단에서 역방향으로 연결되는 제1 및 제2 제너 다이오드 및 실리콘정류제어기를 포함하되, 실리콘정류제어기는 제1 및 제2 제너 다이오드가 도통될 때에 제2 제너 다이오드를 경유하는 전류가 게이트로 유입될 때에 평활부의 출력단과 연결되는 애노드로부터 접지점과 연결되는 캐소드로 전류의 흐름을 안내하는 스위치 소자의 역할을 하는 과전압 보호부; 및 과전압 보호부에서 출력되는 직류 전압을 바탕으로 다수의 발광 다이오드를 구동하기 위한 구동전압을 생성하는 구동전압 생성부;를 구비한다.

Description

엘이디 조명장치{LED Lighting Device}
본 발명은 엘이디 조명장치에 관한 것으로, 특히 형광등용 소켓에 직접 연결하여 안정기에서 공급하는 전원을 이용하면서 안정기의 과전압이 유입될 때에도 회로의 파손을 방지할 수 있는 엘이디 조명장치에 관한 것이다.
형광등은 내벽에 형광물질이 도포 된 유리관 내부에 방전가스를 밀봉하고, 방전가스의 방전현상에 따라서 생성되는 자외선이 형광물질에 충돌하여 발생하는 가시광선의 빛을 이용하는 조명기구이다. 이러한 형광등은 초기의 조명기구로 이용되는 필라멘트 전구에 비해서 소비전력이 적게 요구되며, 사용기간이 긴 장점으로 오랫동안 주요 조명기구로 이용되고 있다. 하지만, 형광등은 폐기시에 발생하는 수은으로 인한 환경문제로 인해서 사용이 자제되고 있는 실정이다.
그리고 발광다이오드(Light Emitting Diode;LED)를 이용한 조명장치는 형광등보다 에너지 절약에 효과적이며 긴 수명을 갖기 때문에 근래에 각광받는 조명장치이다
이처럼 여러 장점으로 인해서 형광등을 LED 조명장치로 대체하려 해도, 형광등과 LED의 구동방식의 차이로 인해서 종래 형광등이 연결되는 소켓에 LED 조명장치를 바로 연결할 수는 없다. 즉, LED 조명장치는 형광등에 인가되는 상용 교류전원을 LED 동작을 위한 정격 직류전원으로 변환하는 구동회로를 요구한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 안정기를 제거하지 않은 상태에서 형광등용 소켓에 결합하기 위한 LED 조명장치에 관한 기술은 많이 제안되고 있다.
하지만, 종래의 형광등용 소켓에 결합하는 LED 조명장치는 단순히 교류전원을 LED 구동에 필요한 직류전원으로 변환하는 회로만을 개시할 뿐이다. 따라서, 종래의 형광등용 소켓에 결합되는 LED 조명장치는 안정기에서 순간적인 방전으로 생성된 과전압을 소켓으로부터 제공받았을 때에 발생하는 문제점에 대한 대책이 미비하다.
한편 과전압 차단을 위해서 종래에 개시된 형광등용 소켓에 결합되는 LED 조명장치는 안정기에서 발생하는 과전압에 대한 대비책으로 퓨즈와 바리스타를 이용하여 과전압이 유입되었을 때에 회로를 차단하는 구성이 제안되기도 한다. 하지만, 이러한 방법은 회로를 완전히 퓨즈의 절단으로 인해서 회로의 동작을 불능상태로 하기 때문에, 추후에 정상적인 전압이 인가된다고 할지라도 더 이상 회로가 동작하지 않는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 형광등용 소켓에 직접 연결하며, 과전압이 발생하였을 때에 회로의 파손을 방지하기 위한 엘이디 조명장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 회로가 동작불능이 되도록 파손되기 이전의 과전압에 대해서 전류의 흐름만을 차단하여 회로를 보호할 수 있는 엘이디 조명장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 엘이디 조명장치는 형광등용 안정기에서 생성된 교류전압을 인가받으며, 과전압 또는 과전류가 유입될 시에 차단되는 제1 및 제2 전원입력부; 제1 및 제2 전원입력부에서 출력되는 교류전원을 전파 정류하는 제1 및 제2 정류부; 제1 및 제2 정류부에서 출력되는 전파 정류를 평활하는 평활부; 평활부에서 출력되는 전압이 임계치 이상의 과전압일 경우에 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 평활부의 출력단에서 역방향으로 연결되는 제1 및 제2 제너 다이오드 및 실리콘정류제어기를 포함하되, 실리콘정류제어기는 제1 및 제2 제너 다이오드가 도통될 때에 제2 제너 다이오드를 경유하는 전류가 게이트로 유입될 때에 평활부의 출력단과 연결되는 애노드로부터 접지점과 연결되는 캐소드로 전류의 흐름을 안내하는 스위치 소자의 역할을 하는 과전압 보호부; 및 과전압 보호부에서 출력되는 직류 전압을 바탕으로 다수의 발광 다이오드를 구동하기 위한 구동전압을 생성하는 구동전압 생성부;를 구비한다.
제1 및 제2 제너 다이오드는 제너 전압의 합이 300~350V 범위의 DC 전압인 것을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 엘이디 조명장치는 안정기에서 생성하여 구동회로로 유입되는 과전압으로 인해서 구동회로가 파손되는 것을 방지하고, 구동회로의 안정적인 동작을 유지시킨다.
또한, 본 발명에 의한 엘이디 조명장치는 퓨즈가 파손되기 이전에 과전압의 흐름을 차단하고, 과전압을 접지로 유출시키기 때문에 구동회로를 파손시키지 않으면서 구동회로의 동작을 정지시킨다. 따라서, 본 발명에 의한 엘이디 조명장치는 안정기에서 불안정한 과전압이 유입될 경우에 구동회로의 작동을 제한하면서, 다시 정상 전압이 유입될 경우에는 회로를 동작시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 엘이디 조명장치를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 엘이디 조명장치의 구동회로를 나타내는 회로도.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 엘이디 조명장치의 일례로서 전자식 안정기를 사용하는 엘이디 조명장치를 나타내는 도면이다. 본 발명에 의한 엘이디 조명장치는 전자식 안정기와 자기식 안정기에 모두 적용될 수 있지만, 본 명세서에서는 도면에 도시된 전자식 안정기를 이용한 형광등용 소켓에 결합하는 엘이디 조명장치에 대해서 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 엘이디 조명장치(100)는 엘이디 모듈(130), 튜브(140), 제1 및 제2 입력단자(110,120) 및 구동회로(미도시)를 구비한다.
엘이디 모듈(130)은 엘이디(131) 및 구동전압을 엘이디(131)에 공급하는 도선이 형성된 인쇄회로기판(132)을 포함한다.
튜브(140)는 엘이디 모듈(130)을 감싸는 원통형으로 형성되어, 엘이디 모듈(130)을 보호하면서 엘이디(131)에서 방출하는 광을 확산시킨다. 이러한 튜브(140)는 폴리카보네이트(Polycabonate)를 이용하여 제작할 수 있다.
제1 및 제2 입력단자(110,120)는 형광등용 소켓(11,21)에 접속하여 전원을 입력받는 것으로서, 튜브(140)의 양단을 감싸는 캡으로부터 노출되는 전극의 형태로 형성된다. 즉, 제1 입력단자(110)는 제1 소켓(11)에 접속하는 제1 및 제2 전극(J1,J2)을 포함하고, 제2 입력단자(120)는 제2 소켓(21)에 접속하는 제3 및 제4 전극(J3,J4)을 포함한다.
구동회로는 제1 및 제2 입력단자(110,120)를 통해서 제공받는 안정기(30)의 고주파 교류전원을 엘이디 동작을 위한 정격 직류전압으로 변환하여 출력한다. 특히, 구동회로는 안정기(30)에서 생성되는 전원이 임계치 이상의 과전압일 경우에 회로의 동작을 차단하여, 구동전압 생성부를 보호한다.
이러한 구동회로는 도 2에 도시된 회로도에서 나타난 바와 같이, 제1 및 제2 전원입력부(211,212), 제1 및 제2 정류부(221,222), 평활부(230), 과전압 보호부(240) 및 구동전압 생성부(250)를 포함한다.
제1 전원입력부(211)는 제1 입력단자(110)을 통해서 교류전원을 입력받으며, 제1 전극(J1)에 직렬연결되는 제1 퓨즈(F1), 제1 및 제2 전극(J2)에 병렬연결되는 제1 바리스타(SVR1)를 포함한다. 제1 퓨즈(F1) 및 제1 바리스타(SVR2)은 과전압 또는 과전류가 유입시에 회로를 차단함으로써 후단의 회로를 보호한다.
이와 유사하게, 제2 전원입력부(212)는 제2 입력단자(120)를 통해서 교류전원을 입력받으며, 제3 전극(J3)에 직렬연결되는 제2 퓨즈(F2), 제3 및 제4 전극(J3,J4)에 병렬연결되는 제2 바리스타(SVR2)를 포함한다.
제1 및 제2 정류부(221,222)는 제1 및 제2 전원입력부(211,212)를 통해서 유입되는 교류전원을 각각 전파정류하기 위한 것이다.
즉, 제1 및 제2 정류부(221,222)는 제1 전극(J1)과 제2 전극(J2), 제3 전극(J3)과 제4 전극(J4), 제1 전극(J1)과 제3 전극(J3), 제1 전극(J1)과 제4 전극(J4), 제2 전극(J2)과 제3 전극(J3) 또는 제2전극(J2)과 제4 전극(J4)을 통해 입력되는 교류 전원을 전파 정류한다.
이를 위해서 제1 및 제2 정류부(221,222)는 각각 제1 내지 제4 다이오드(D1,D2,D3,D4),그리고 제5 내지 제8 다이오드(D5,D6,D7,D8)가 브릿지 형태로 연결된다. 이때 제1 내지 제4 다이오드(D1,D2,D3,D4)와 제5 내지 제8 다이오드(D5,D6,D7,D8)는 제1 전원입력부(211) 및 제2 전원입력부(212) 각각에 대해 동일한 형태의 브릿지 구조로 이루어진다.
그리고, 제1 및 제2 정류부(221,222)는 노이즈를 제거하기 위한 제1 및 제4 커패시터(C1,C4), 그리고 제5 및 제7 커패시터(C5,C7)를 포함한다.
평활부(230)는 제1 및 제2 정류부(221,222)에 의해서 전파정류된 직류 전원의 리플(riffle)을 제거하여 평활화하기 위한 것이다. 이를 위해서, 평활부(230)는 제1 및 제2 정류부(221,222)의 출력단에 연결되는 NTC 서미스터(Negative Temperature Coefficient Thermistor)(NTC1), NTC 서미스터(NTC1)와 병렬연결되는 제2 및 제3 커패시터(C2,C3)를 포함한다.
과전압 보호부(240)는 평활부(230)에서 출력되는 전압이 임계치의 과전압 이상이 될 경우에, 과전압이 구동전압 생성부(250)로 유입되어 구동전압 생성부(250)가 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다.
이를 위해서, 과전압 보호부(240)는 평활부(230)의 출력단(n1)에 역방향으로 연결되는 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2) 및 스위칭 소자(Q1)를 포함한다.
스위칭 소자(Q1)는 실리콘제어정류기(Silicon Controlled Rectifier;이하, SCR)를 이용하며, 스위칭 소자(Q1)의 애노드(A)는 평활부(230)의 출력단인 제1 노드(n1)와 연결되고, 캐소드(C)는 접지(GND)와 연결된다. 그리고 스위칭 소자(Q1)의 게이트(G)는 제2 제너 다이오드(ZD2)의 애노드와 연결된다.
제1 제너 다이오드(ZD1)의 캐소드는 평활부(230)의 출력단(n1)과 구동전압 생성부(250)의 입력단 사이에서 역방향으로 연결되며, 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2)는 제1 제너 다이오드(ZD1,ZD2)와 직렬로 연결된다. 따라서, 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2)는 평활부(230)의 출력단(n1)에 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2)의 제너 전압의 합에 도달하는 전압이 흐를 때에 도통된다.
그리고 제2 제너 다이오드(ZD2)의 애노드는 스위칭소자(Q1)의 게이트(G)와 연결된다. 즉, 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2)가 도통될 때에, 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2)에서 출력되는 전압은 스위칭 소자(Q1)의 동작전압이 된다.
이러한 회로로 구성되는 과전압 보호부(240)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
평활부(230)에서 출력되는 전압이 제너 전압의 크기보다 작은 전압이 인가될 경우에, 과전압 보호부(240)의 출력단은 입력단과 같은 전위를 갖으며 입력단에서 인가되는 전원을 구동전압 생성부(250)로 제공한다. 즉, 평활부(230)의 출력단(n1)에 연결되는 과전압 보호부(240)를 통해서는 전류가 흐르지 않는다.
그리고 평활부(230)에서 출력되는 전압이 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2)의 제너 전압의 합 이상이 될 경우에는 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2)는 도통된다. 이에 따라서 제2 제너 다이오드(ZD2)를 경유하여 스위칭 소자(Q1)의 게이트로 전류가 유입되면 스위칭 소자(Q1)의 애노드(A)에서 캐소드(C)로 전류가 흐른다. 즉, 평활부(230)의 출력단(n1)에서 접지(GND)로 전류가 흐르면서, 평활부(230)로부터 구동전압 생성부(250)로 흐르는 전류는 차단된다.
위와 같은 회로에서 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2)는 제너 전압의 합이 전원 입력부(211,212)가 차단하는 전압의 크기보다 낮은 전압이 되도록 설정된다. 예컨대, 제1 및 제2 제너 다이오드(ZD1,ZD2)는 각각 150V의 제너 전압을 갖는 것을 이용할 수 있다. 즉, 과전압 보호부(240)는 평활부(230)에서 출력하는 출력전압이 300V 이상일 경우에 회로를 차단하도록 설정될 수 있다.
구동전압 생성부(250)는 과전압 보호부(240)에서 출력되는 직류 전압을 다수의 엘이디를 구동하기 위한 구동전압을 생성하여, 엘이디 접속전극(Jd)를 통해서 엘이디에 구동전압을 제공한다. 그리고 구동회로 생성부(250)는 직렬 또는 병렬로 연결되는 다수의 엘이디가 요구하는 순방향 전압의 합에 대응하는 구동전압을 생성한다. 즉, 과전압 보호부(240)로부터 유입되는 전압 및 전류의 크기에 상관없이 엘이디 동작에 필요한 일정한 전압을 출력한다. 따라서, 과전압 보호부(240)로부터 제공받은 전압이 다를지라도, 엘이디 접속전극(Jd)으로 출력되는 전압은 일정하기 때문에, 엘이디 조명장치(100)의 요구전압에 따라서 별도의 튜닝과정을 요구하지 않는다.
이러한 동작을 위해서 구동전압 생성부(250)는 도면에서와 같이 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 제어방식을 이용한 DC-DC 컨버터를 이용할 수 있다. 또는 구동전압 생성부(250)는 고정된 펄스폭을 가진 클럭 주기를 변화시켜 출력 전압을 일정하게 유지하는 펄스주파수변조(PFM: Pulse Frequency Modulation) 제어방식, 또는 출력 전압 오류에 따라 고정된 펄스로 출력되는 클럭을 제어하여 출력 전압을 일정하게 유지하는 가변주파수변조(VFM: Variable Frequency Modulation) 제어방식 등을 이용한 DC-DC 컨버터를 이용할 수도 있다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.
11, 12 : 형광등용 소켓 30 : 안정기
100 : 엘이디 조명장치 110,120 : 제1 및 제2 입력단자
130 : 엘이디 모듈 131 : 엘이디
132 : 인쇄회로기판 140 : 튜브

Claims (2)

  1. 형광등용 안정기에서 생성된 교류전압을 인가받으며, 과전압 또는 과전류가 유입될 시에 차단되는 제1 및 제2 전원입력부;
    상기 제1 및 제2 전원입력부에서 출력되는 교류전원을 전파 정류하는 제1 및 제2 정류부;
    상기 제1 및 제2 정류부에서 출력되는 전파 정류를 평활하는 평활부;
    상기 평활부에서 출력되는 전압이 임계치 이상의 과전압일 경우에 전류의 흐름을 차단하기 위한 것으로서, 상기 평활부의 출력단에서 역방향으로 연결되는 제1 및 제2 제너 다이오드 및 실리콘정류제어기를 포함하되, 상기 실리콘정류제어기는 상기 제1 및 제2 제너 다이오드가 도통될 때에 상기 제2 제너 다이오드를 경유하는 전류가 게이트로 유입될 때에 상기 평활부의 출력단과 연결되는 애노드로부터 접지점과 연결되는 캐소드로 전류의 흐름을 안내하는 스위치 소자의 역할을 하는 과전압 보호부; 및
    상기 과전압 보호부에서 출력되는 직류 전압을 바탕으로 다수의 발광 다이오드를 구동하기 위한 구동전압을 생성하는 구동전압 생성부;를 구비하는 엘이디 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 제너 다이오드는 제너 전압의 합이 300~350V 범위의 DC 전압인 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
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