KR20140148048A - 개선된 ｌｅｄ 형광램프 및 이를 채용하는 등기구 - Google Patents

개선된 ｌｅｄ 형광램프 및 이를 채용하는 등기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래의 형광등 기구에 바로 사용할 수 있는 LED 형광램프를 제공하면서도 전력 소비를 최소화할 수 있는 에너지 절약형 LED 형광램프를 제공하는 것이다. 이를 위해, 본원발명의 개선된 LED 형광램프는, 상호 접속된 제1 연결핀과 제2 연결핀; 상호 접속된 제3 연결핀과 제4 연결핀; 각각의 애노드가 상기 제1 연결핀 및 제2 연결핀에 연결되며, 캐소드는 제1 노드에서 상호 연결되는 제1 다이오드(D91)와 제2 다이오드(D92); 각각의 애노드가 상기 제3 연결핀 및 제4 연결핀에 연결되며, 캐소드는 제2 노드에서 상호 연결되는 제3 다이오드(D93)와 제4 다이오드(D94); 상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 접속되는 다이오드 어레이(910); 및 상기 제1 노드와 상기 다이오드 어레이 사이에 삽입되는 인덕터(L91); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

개선된 ＬＥＤ 형광램프 및 이를 채용하는 등기구{Advanced LED lamp and lamp apparatus adopting the same}
본 발명은 LED 형광램프 및 이를 채용하는 등기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반적인 형광등 기구 내에 설치되어 있는 안정기를 교체하지 않고 형광램프만을 교환하여 사용할 수 있으면서도 소비전력이 개선된 LED 형광램프 및 이를 채용하는 등기구에 관한 것이다.
기술의 발전에 따라, 과거 인디케이터 등의 소전력 지시등용으로 밖에 사용되지 못하던 LED(Light Emitting Diode)의 광효율이 실생활에 사용될 수 있을 만큼 향상되고 있다. 또한, LED는 다른 광원들과 달리 수은이 함유되지 않은 친환경 광원으로, 휴대 단말기용 백라이트, LCD TV용 백라이트, 차량용 램프, 및 일반 조명 등에 사용되는 차세대 광원으로 널리 각광을 받고 있다. 이에 따라, 지난 100여년 동안 조명의 주광원으로 사용되어 왔던 저전력 효율 특성을 갖는 백열등이나 수은 등의 환경 폐기물을 포함하고 있는 형광등이 LED 램프로 대체되기 시작하고 있다.
그러나, LED 램프의 경우, 백열등이나 할로겐 램프 등을 대체할 경우에는 그대로 교체가 가능하지만, 일반 조명의 주류를 이루고 있는 형광등을 대체할 경우에는 내부의 배선이나 등기구 자체를 바꾸거나 또는 전용 안정기를 별도로 설치하여야 하므로 시간적으로나 경제적으로 커다란 비용을 수반하게 한다. 이에 따라, 여러가지 측면에서 많은 장점을 가지고 있는 LED 형광램프가 아직까지 보급의 초기 단계에 머무르고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 별도의 전용 안정기나 배선의 변경 없이 다양한 종류의 기존 전자식 형광등용 안정기를 그대로 사용하여 구동가능하며 입력 전압의 변화 및 다양한 종류의 안정기를 사용함에 따른 외부 동작 조건의 변화에 큰 영향을 받지 않고 안정된 전류 특성을 가진 LED 형광램프를 제공하기 위한 기술이 대한민국 특허 제1072819호로 개시되어 있다.
한편, 일반적으로 널리 사용되고 있는 전자식 형광등용 안정기의 기본 회로에는, 하프브릿지(Half Bridge) 방식, 인스턴트 스타트(Instant Start) 방식, 및 프로그램 스타트(Program Start) 방식 등이 있다. 또한, 종래의 철심형 쵸크식 안정기로는 스타터(Starter) 램프 방식, 래피드 스타트(Rapid Start) 방식 등이 있다. 상기 종래기술에 따른 LED 형광램프는 이러한 형광등용 안정기에 쉽게 적용 가능하도록 구성되어 있다.
도 1은 종래기술에 따른 LED 형광램프의 회로도이고, 도 2는 상기 종래기술에 따른 LED 형광램프를 하프브릿지(Half Bridge)형 인버터에 직렬공진 회로를 접속한 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 상기 종래기술에 따른 LED 형광램프를 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이며, 도 4는 종래기술에 따른 LED 형광램프를 소프트 스타터 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 종래기술에 따른 LED 형광램프(140)는 외부 연결핀인 제1 내지 제4 연결핀(141, 142, 143, 144)을 구비하며, 기본적으로, LED 어레이회로부(100)와, 일단이 제1 내지 제4 연결핀(141, 142, 143, 144)에 연결되는 용량성 소자인 커패시터 C41, C42, C43 및 C44를 포함한다.
커패시터 C41의 타단과 커패시터 C43의 타단의 연결점을 제1 노드라 하고, 커패시터 C42의 타단과 커패시터 C44의 타단의 연결점을 제2 노드라고 정의하면, LED 어레이 회로부(100)는 제1 노드와 제2 노드 사이에 접속된다.
이때, LED 어레이 회로부(100)는 직렬접속된 복수의 LED를 포함하는 LED 어레이와, LED 어레이에 정전류를 공급하는 정전류 회로를 포함한다.
상기 종래기술에 따른 LED 형광램프(140)는 커패시터 C41 내지 C44에 각각 병렬연결되는 다이오드 D41 내지 D44를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 종래기술에 따른 LED 형광램프(140)는, 다이오드 D45 내지 D48을 더 포함할 수 있다.
이때, 다이오드 D45는 캐소드가 제1 연결핀(141)에 연결되고, 애노드는 다이오드 D42의 애노드에 연결된다. 다이오드 D46은 애노드가 제2 연결핀(142)에 연결되고, 캐소드가 다이오드 D41의 캐소드에 연결된다. 또한, 다이오드 D47은 애노드가 제4 연결핀(144)에 연결되고 캐소드는 다이오드 D43의 캐소드에 연결되며, 다이오드 D48은 캐소드는 제3 연결핀(143)에 연결되고, 애노드는 다이오드 D44의 애노드에 연결된다.
이와 같이 구성된 LED 형광램프(140)에서, 커패시터 C41 내지 C44는 제1 내지 제4 연결핀(141, 142, 143, 144) 중 적어도 하나를 통해 후술하는 다양한 방식의 형광등용 안정기 회로 등이 접속되는 경우, 주파수 변화에 따라 형광등용 안정기 회로내의 임피던스를 변화시켜 LED 형광램프(140)로 흐르는 전류를 제어할 수 있도록 하여, 기존의 형광등용 안정기를 변경 없이 사용할 수 있도록 한다.
다이오드 D41 내지 D44는 제1 내지 제4 연결핀(141, 142, 143, 144)에 직렬공진 방식의 전자식 안정기의 출력선이 연결되어, 전자식 안정기 내부의 공진 유지용 커패시터를 C1 이라 하면, 커패시터 C1 이 제1 연결핀(141)과 제2 연결핀(142) 사이 또는 제3 연결핀(143)과 제4 연결핀(144) 사이에 연결될 경우, 전자식 안정기로부터 입력되는 전압의 극성에 따라 병렬 연결된 커패시터 C41 내지 C44에 의해 LED 어레이 회로부(100)에 흐르는 전류의 제어가 가능하도록 한다. 예컨대, 제4 연결핀(144)을 기준으로 하여 제3 연결핀(143)에 (+)전압이 인가되고, 제1 연결핀(141)과 제2 연결핀(142) 사이에 직렬공진회로 방식의 전자안정기 내부의 공진 유지용 커패시터 C1 이 연결될 경우에는, 커패시터 C43은 다이오드 D43에 의해 쇼트 상태가 되고, 다이오드 D41과 D42는 오픈 상태가 되며, 커패시터 C44는 다이오드 D44에 의해 쇼트 상태가 되어, 공진 유지 커패시터의 복합 용량값은 커패시터 C41, 공진 유지용 커패시터 C1 그리고 커패시터 C42의 직렬 연결값으로 된다. 또한, 제4 연결핀(144) 기준으로 제3 연결핀(143)에 (-)전압이 인가되는 사이클에서는, 커패시터 C42는 다이오드 D42에 의해 쇼트 상태가 되고 커패시터 C41은 다이오드 D41에 의해 쇼트 상태가 되어, (-)주기에서의 공진 유지 커패시터의 복합 용량값은 커패시터 C44, 공진 유지용 커패시터 C1 그리고 커패시터 C43의 직렬 연결값으로 된다.
그리고, 다이오드 D45 내지 D48는, 외부로부터 인가되는 전압에 대해 완전히 대칭 동작을 하는 구성으로 되어 있어, LED 형광램프(140)가 일반 형광등과 같이 완전 대칭으로 극성을 가리지 않고 바로 사용할 수 있도록 한다.
한편, 도 2는 상기 종래기술에 따른 LED 형광램프를 하프브릿지(Half Bridge)형 인버터에 직렬공진 회로를 접속한 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이다. 하프브릿지 방식의 전자식 형광등 안정기는, 스위칭 소자로 구성된 하프브릿지 인버터의 스위칭 출력점에 인덕터 Lo와 커패시터 Co와 C1으로 이루어진 직렬 공진 회로를 연결하고, 공진 커패시터 C1의 양단에 유기되는 직렬공진 전압으로 방전관인 형광램프를 초기 점등시킨 후, 점등 후의 안정화 전류는 인덕터 Lo로 제어하는 방식이다.
이 방식의 전자식 형광등 안정기를 사용했을 경우 LED 형광램프(140)가 연결되면 그 동작은 다음과 같다, 스위칭 소자 Q61이 온(ON) 상태가 되어, (A) 점의 전위가 Vs가 되면, 초기 공진 전류는 인덕터 Lo - D43 - C41 - C1 - C42 - D44 - 2Co 의 경로로 흐르게 된다. 반대로 스위칭 소자 Q62가 온상태가 되면 (A) 점이 접지전위가 되어 초기 공진전류는 2Co - C44 - D42 - C1 - D41 - C43 - Lo로 흐르게 된다.
범용성을 위하여 LED 형광램프(140)는 대칭성을 가져야 하므로, LED 형광램프(140) 연결핀에 따라 극성을 가져서는 안되기 때문에 LED 형광램프(140) 내부의 커패시터 C41 내지 C44 를 같은 값인 C2로 놓으면, C41 - C1 - C42 또는 C43 - C1- C44 의 직렬로 이루어진 복합 캐피시터 Ca 값은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
따라서, C2 ≪ C1의 경우, Ca의 값은 Ca ≒ C2/2와 같이 나타낼 수 있고, LED 형광램프(140)에 흐르는 주전류는 안정기의 인덕터의 임피던스 jωLo에 의해 제어되며, 동작 주파수 f는 인덕턴스 값 Lo와 복합 커패시턴스 Ca 그리고 직렬 연결된 LED의 개수에 의해 결정되는 LED 어레이의 임피던스에 따라 변화하게 된다.
도 3은 상기 종래기술에 따른 LED 형광램프를 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등용 안정기는, 트랜스포머 T1, T2와 커패시터 C1으로 구성되는 회로의 자체 발진동작에 의하여, 스위칭 소자의 Q71, Q72가 스위칭 동작을 지속토록 하고, 스위칭점 (A)의 출력을 AC적으로는 쇼트 상태이며 DC적으로는 1/2 Vcc인 직렬로 연결된 커패시터 Co의 중점인 (B)점에, 트랜스포머 T2의 1차 권선 T2-1으로 연결하여, 트랜스포머 T2의 2차 권선 T2-2에 유기되는 고전압으로 형광램프를 초기 방전시키고, 일단 방전이 이루어진 후에는 램프부하와 직렬로 연결된 커패시터 C1에 의해 안정화 램프 전류를 제어하는 방식이다.
이 방식의 전자식 형광등 안정기를 사용했을 경우, 기본 동작을 살펴보면, 트랜스포머 T2는 자체 발진에 의하여 2차 권선 T2-2에 고주파의 AC 전압을 유기시키며 (D) 점을 기준으로 (C)점이 (+) 전위인 경우, (C)점 - C1 - C51 - D51 - LED 어레이 회로부(100) - D52 - C52 - (D)점의 경로로 전류가 흐르고, (C)점이 (-) 구간이 되는 구간에서는 (D)점 - C52 - D56 - LED 어레이 회로부(100) - D55 - C51 - C1 - (C)점으로 전류가 흐르게 된다.
따라서, LED 어레이 회로부(100)에 흐르는 전류값은, 커패시터 C51 내지 C54의 커패시턴스를 C2라 놓으면, 안정기의 전류제어 커패시터 C1의 임피던스 1/jωC1과 직렬연결된 2개의 커패시터 C2의 임피던스 2/jωC2 의 합에 의해 제어된다.
도 4는 상기 종래기술에 따른 LED 형광램프를 소프트 스타터 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이다. 이 방식의 전자식 형광등 안정기는 스위칭 소자 Q81, Q82의 스위칭점인 (A)점에 인덕터 T3와 커패시터 C1으로 구성된 직렬 공진 회로를 접속하고, 공진 커패시터 C1의 양단에 1개 또는 복수의 형광 램프를 연결하는 구성으로 되어 있으며, 기본동작은 도 2에서 설명한 회로 구성과 유사하다. 단, 이 방식에 있어서, 형광램프 수명의 극대화를 위하여, 공진용 트랜스에 T3 2차 예열권선 T3-a, T3-b를 감아 램프 초기 점등시에 이 예열권선에서 발생하는 2차 전압으로 형광램프의 필라멘트를 충분히 예열시킨 후, 고전압을 램프에 인가하는 방식으로, 점등시 램프 필라멘트의 옥사이드 비산을 최소화함으로써 램프 수명을 극대화 시키고자 하는 것이다.
이 방식을 사용한 경우, 스위칭 소자 Q81, Q82의 스위칭 주파수를 인덕터 T3의 인덕턴스값 L1과 커패시터 C1의 직렬공진 주파수에 일치시키면, 주파수 f는 Co≫ C1 일 경우, Co를 무시하면 다음과 같이 된다.
Figure pat00002
커패시터 C1의 양단에는 주파수 f의 AC 전압이 유기되게 된다. 동작 중에서는 인덕터 T3에 커플링되어 있는 필라멘트 가열용 권선 T3-a에 흐르는 전류는 도트 극성쪽이 (+)주기에는 Ca - D41 - C43의 경로로 전류가 흐르게 되며, (-)주기에서 D43 - C41- Ca의 경로로 흐르게 된다. 권선 T3-b에 흐르는 전류는 (+) 주기에는 C44 - D42 - Cb의 경로로 흐르고, (-) 주기에는 Cb - C42 - D44 의 경로로 흐르며, 이때의 전류를 제어하는 커패시터의 값은 C41, C42, C43, C44 값을 동일하게 C2라 놓으면, 수학식 3과 같이 된다.
Figure pat00003
실제 Ca 》C2 이므로, 권선 T3-a, T3-b에 흐르는 전류는 C41 내지 C44값인 C2에 의해 결정되며, 이 커패시터 값은 수천 피코 파라드(pF) 정도 이하의 아주 작은 값이고, 이 또한 권선 T3-a, T3-b에 유기되는 전압은 수 볼트 정도의 낮은 전압이므로 인덕터 T3-a, T3-b에 의해 흐르는 전류는 거의 무시할 수 있다.
LED 형광램프(140)에 흐르는 주전류는 (B) 점의 전위가 (C)점 대비 (+) 주기에서는 (B)점 - D43 - LED 어레이 회로부(100) - D44 - (C)점의 경로로 전류가 흐르게 되며, (-) 주기에는 그 반대로 (C)점 - D47 - LED 어레이 회로부(100) - D48 - (B) 점의 경로로 전류가 흐르게 된다.
그러나, 이상의 종래기술의 발명에 의하면, 상기 커패시터 C41 내지 C44 로 인하여, 다음 수학식 4와 같은 전력의 손실이 올 수 밖에 없는바, 이는 전체 소비전력의 약 20%에 달하는 결코 무시할 수 없는 손실에 해당한다는 문제점이 있다.
Figure pat00004
등록번호 10-1072819 (ＬＥＤ 형광램프)
본 발명은 이상의 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 종래의 형광등 기구에 바로 사용할 수 있는 LED 형광램프를 제공하면서도 전력 소비를 최소화할 수 있는 에너지 절약형 LED 형광램프를 제공하는 것이다.
이러한 본원발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르는 개선된 LED 형광램프는, 상호 접속된 제1 연결핀과 제2 연결핀; 상호 접속된 제3 연결핀과 제4 연결핀; 각각의 애노드가 상기 제1 연결핀 및 제2 연결핀에 연결되며, 캐소드는 제1 노드에서 상호 연결되는 제1 다이오드(D91)와 제2 다이오드(D92); 각각의 애노드가 상기 제3 연결핀 및 제4 연결핀에 연결되며, 캐소드는 제2 노드에서 상호 연결되는 제3 다이오드(D93)와 제4 다이오드(D94); 상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 접속되는 다이오드 어레이(910); 및 상기 제1 노드와 상기 다이오드 어레이 사이에 삽입되는 인덕터(L91); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제3 연결핀의 접속점과 상기 제2 및 제4 연결핀의 접속점 사이에 삽입되는 더미 RC회로(920)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 LED 어레이 회로(910)는, 직렬접속된 복수의 LED들이 병렬로 접속되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 LED 어레이 회로(910)는, 병렬접속된 LED들이 직렬도 복수개 연결되는 것을 특징으로 한다.
한편, 이러한 본원발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 개선된 LED 형광램프(900)를, 하프브릿지(Half Bridge)형 인버터에 직렬공진 회로를 접속한 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 것을 특징으로 하는 등기구, 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 것을 특징으로 하는 등기구, 소프트 스타터 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 것을 특징으로 하는 등기구, 및 타려식 전자식 형광등 안정기에 사용한 것을 특징으로 하는 등기구를 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에 의하면, 별도의 추가적인 장치가 없이 종래의 형광등 기구에 바로 사용할 수 있는 LED 형광램프를 제공하면서도 회로가 간단하여지고 전력 소비를 최소화할 수 있는 에너지 절약형 LED 형광램프를 제공하는 것이 가능하다.
더욱이, 타려식 안정기에서 사용될 경우, 피드백 시동시 더미 RC 회로로 인하여 IC의 전압이 낮아서 깜박거리는 현상을 방지할 수 있다는 추가적인 장점을 지니게 된다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 LED 형광램프의 회로도,
도 2는 종래기술에 따른 LED 형광램프를 하프브릿지(Half Bridge)형 인버터에 직렬공진 회로를 접속한 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면,
도 3은 종래기술에 따른 LED 형광램프를 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면,
도 4는 종래기술에 따른 LED 형광램프를 소프트 스타터 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 LED 형광램프의 회로도,
도 6은 도 5의 본 발명에 따른 LED 형광램프의 회로도에서의 LED 어레이의 다른 실시예의 회로도,
도 7은 본 발명에 따른 개선된 LED 형광램프를 하프브릿지(Half Bridge)형 인버터에 직렬공진 회로를 접속한 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 개선된 LED 형광램프를 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명에 따른 개선된 LED 형광램프를 소프트 스타터 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면.
이하에서는, 첨부도면의 도 5 내지 도 9를 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 LED 형광램프의 회로도이고, 도 6은 도 5의 본 발명에 따른 LED 형광램프의 회로도에서의 LED 어레이의 다른 실시예의 회로도이고, 도 7은 본 발명에 따른 개선된 LED 형광램프를 하프브릿지(Half Bridge)형 인버터에 직렬공진 회로를 접속한 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 개선된 LED 형광램프를 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 개선된 LED 형광램프를 소프트 스타터 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 개선된 LED 형광램프(900)는 외부 연결핀인 제1 내지 제4 연결핀(901, 902, 903, 904)을 구비하며, 기본적으로, LED 어레이(900)와, 일단이 제1 내지 제4 연결핀(901, 902, 903, 904)에 연결되는 다이오드 D91, D92, D93 및 D94를 포함한다. 이때, 상기 다이오드 D91, D92, D93 및 D94의 타단은 제1 노드(P1) 및 제2 노드(P2)에 각각 연결된다.
보다 구체적으로 설명하면, 제1 다이오드(D91)의 애노드 및 캐소드는 각각 제1 연결핀(901) 및 제1 노드(P1)에 연결되며, 제2 다이오드(D92)의 애노드 및 캐소드는 각각 제2 연결핀(902) 및 제1 노드(P1)에 연결되는 바, 즉 제1 다이오드(D91) 및 제2 다이오드(D92)의 캐소드가 제1 노드(P1)에서 만나며, 동시에 삽입 인덕터(L91)를 통해 LED 어레이(910)의 입력측에 접속된다.
한편, 제3 다이오드(D93)의 캐소드 및 애노드는 각각 제3 연결핀(903) 및 제2 노드(P2)에 연결되며, 제4 다이오드(D94)의 캐소드 및 애노드는 각각 제4 연결핀(904) 및 제2 노드(P1)에 연결되는 바, 즉 제3 다이오드(D93) 및 제4 다이오드(D93)의 애노드가 제2 노드(P2)에서 만나면서, 동시에 LED 어레이(910)의 출력측에 접속된다.
이 경우, 제1 및 제3 연결핀(901, 903)이 쇼트되어 있으며, 제2 및 제4 연결핀(902, 904)이 쇼트되어 있는바, 다시 상기 제2 연결핀(903) 및 제4 연결핀(904)의 사이에는 저항(R91) 및 커패시터(C91) 직렬회로로 이루어지는 더미 RC회로(920)가 삽입되어 있다.
한편, 상기 LED 어레이(910)의 일례는, 도 5에서 보는 바와 같이, 일례로 직렬 결합되는 3V짜리 LED 40개의 어레이 3개가 병렬로 연결되어, 120V 출력전압에 사용되도록 할 수 있다.
혹은 도 6에서 보는 바와 같이, 병렬 연결된 3개의 LED들(911, 912,.., 913) 40개가 직렬로 연결되도록 하여도 된다 (도 6의 910').
계속해서, 도 7에는, 상기 본 발명의 LED 형광램프(900)를, 일반적인 하프브릿지(Half Bridge)형 인버터에 직렬공진 회로를 접속한 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우의 회로 구성을 나타내고 있는바, 제3 연결핀(903)이 공진용 인덕터(L0)에, 그리고 제4 연결핀(904)이 커패시터(C0)의 접속단에 접속되어 있고, 제1 연결핀(901) 및 제2 연결핀(902)이 공진용 커패시터(C1) 양단에 접속되어 있다.
즉, 도 7은 상기 본 발명에 따른 LED 형광램프(900)를 하프브릿지(Half Bridge)형 인버터에 직렬공진 회로를 접속한 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이다. 하프브릿지 방식의 전자식 형광등 안정기는, 스위칭 소자로 구성된 하프브릿지 인버터의 스위칭 출력점에 인덕터 Lo와 커패시터 Co와 C1으로 이루어진 직렬 공진 회로를 연결하고, 공진 커패시터 C1의 양단에 유기되는 직렬공진 전압으로 방전관인 형광램프를 초기 점등시킨 후, 점등 후의 안정화 전류는 인덕터 Lo로 제어하는 방식이다.
이제, 도 5 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 LED 형광램프의 동작에 대하여 설명한다.
도 5 및 도 7에서 보는 바와 같이, 공진회로에 의해 교류가 인가되는 바, 제3 연결핀(903)에 (+) 전압이 인가될 시점에서는 (제1 연결핀 및 제3 연결핀은 쇼트되어 있음), 제1 다이오드(D91) - 제1 노드(P1) - 인덕터(L91) - LED 어레이(910) - 제2 노드(P2) - 제4 다이오드(D94)로 전류가 흐르게 되면서, 공진용 커패시터(C1) 및 인덕터(L91)에 의해 임피던스가 조절되어지고 (도 5에 일점쇄선으로 표시된 '경로1' 참조), 반면 제4 연결핀(904)에 (+) 전압이 인가될 시점에서는, 제2 다이오드(D92) - 제1 노드(P1) - 인덕터(L91) - LED 어레이(910) - 제2 노드(P2) - 제3 다이오드(D93)로 전류가 흐르게 되면서, 역시 공진용 커패시터(C1) 및 인덕터(L91)에 의해 임피던스가 조절되어진다 (도 5에 이점쇄선으로 표시된 '경로2' 참조).
계속해서, 도 7의 방식의 전자식 형광등 안정기를 사용했을 경우 LED 형광램프(900)가 연결되면 그 동작은 다음과 같다, 스위칭 소자 Q61이 온(ON) 상태가 되어, (A) 점의 전위가 Vs가 되면, 초기 공진 전류는 인덕터 Lo - 경로1 - 2Co 의 경로로 흐르게 된다. 반대로 스위칭 소자 Q62가 온상태가 되면 (A) 점이 접지전위가 되어 초기 공진전류는 2Co - 경로2 - Lo로 흐르게 된다. 역시 LED 형광램프에 흐르는 전류값은, 공진용 커패시터(C1) 및 인덕터(L91)와 안정기의 인덕턴스(L0) 및 동작주파수 f, 그리고 LED 어레이의 임피던스에 의해 전체 임피던스가 조절되어진다.
이때, 상기 삽입 인덕터의 인덕턴스값은, 제1 및 제2 연결핀 간의 전압을 VBout라 하고, 제1 단자의 전압을 VLEDin 이라 하면, 다음 수학식 5에 의해 결정되어진다.
Figure pat00005
(즉, VBout: 안정기 출력 전압, VLEDin: LED 모듈 입력 전압, fs: 안정기 동작 주파수, ▽IL: 인덕터 리플 전류)
아울러, 상기 인덕터 리플 전류(▽IL)는, 일례로 출력 전류의 20%로 적용할 수 있으며, 이 경우 ▽IL은,
▽IL = 0.2 * Iout(max) * VBout/VLEDin 로 정의된다.
(단, Iout(max)은 동작 최대 출력 전류)
한편, 상기 더미 RC 회로(920)는 없어도 되나, 타려식 안정기에 있어서는 타려발진기 IC가 필수적이므로, 피드백 시동시 더미 RC 회로가 없으면 IC의 Vcc 전압이 상대적으로 낮은 경우, 깜박거림 현상이 발생할 수 있으므로, 타려식에서는 상기 더미 RC 회로(920)가 가급적 삽입되는 것이 보다 바람직하다.
결국, 이와 같이 구성된 본 발명의 LED 형광램프(900)에서, 커패시터 C1 및 인턱터 L91은 제1 내지 제4 연결핀(901, 902, 903, 904) 중 적어도 하나를 통해 후술하는 다양한 방식의 형광등용 안정기 회로 등이 접속되는 경우, 주파수 변화에 따라 형광등용 안정기 회로내의 임피던스를 변화시켜 LED 형광램프(900)로 흐르는 전류를 제어할 수 있도록 하여, 기존의 형광등용 안정기를 변경 없이 사용할 수 있도록 한다.
그리고, 다이오드 D91 내지 D94는, 외부로부터 인가되는 전압에 대해 완전히 대칭 동작을 하는 구성으로 되어 있어, LED 형광램프(900)가 일반 형광등과 같이 완전 대칭으로 극성을 가리지 않고 바로 사용할 수 있도록 한다.
한편, 도 8은 상기 본 발명에 따른 LED 형광램프(900)를 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등용 안정기는, 트랜스포머 T1, T2와 커패시터 C1으로 구성되는 회로의 자체 발진동작에 의하여, 스위칭 소자의 Q71, Q72가 스위칭 동작을 지속토록 하고, 스위칭점 (A)의 출력을 AC적으로는 쇼트 상태이며 DC적으로는 1/2 Vcc인 직렬로 연결된 커패시터 Co의 중점인 (B)점에, 트랜스포머 T2의 1차 권선 T2-1으로 연결하여, 트랜스포머 T2의 2차 권선 T2-2에 유기되는 고전압으로 형광램프를 초기 방전시키고, 일단 방전이 이루어진 후에는 램프부하와 직렬로 연결된 커패시터 C1에 의해 안정화 램프 전류를 제어하는 방식이다.
이 방식의 전자식 형광등 안정기를 사용했을 경우, 기본 동작을 살펴보면, 트랜스포머 T2는 자체 발진에 의하여 2차 권선 T2-2에 고주파의 AC 전압을 유기시키며 (D) 점을 기준으로 (C)점이 (+) 전위인 경우, (C)점 - C1 - 경로1 - (D)점의 경로로 전류가 흐르고, (C)점이 (-) 구간이 되는 구간에서는 (D)점 - 경로2 - C1 - (C)점으로 전류가 흐르게 된다.
역시 LED 형광램프에 흐르는 전류값은, 안정기의 전류제어 커패시터(C1) 및 인덕터(L91)와 동작주파수 f, 그리고 LED 어레이의 임피던스에 의해 전체 임피던스가 조절되어진다.
도 9는 상기 본 발명에 따른 LED 형광램프를 소프트 스타터 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 경우 회로 구성을 나타낸 도면이다. 이 방식의 전자식 형광등 안정기는 스위칭 소자 Q81, Q82의 스위칭점인 (A)점에 인덕터 T3와 커패시터 C1으로 구성된 직렬 공진 회로를 접속하고, 공진 커패시터 C1의 양단에 1개 또는 복수의 형광 램프를 연결하는 구성으로 되어 있으며, 기본동작은 도 2에서 설명한 회로 구성과 유사하다. 단, 이 방식에 있어서, 형광램프 수명의 극대화를 위하여, 공진용 트랜스 T3에 2차 예열권선 T3-a, T3-b를 감아 램프 초기 점등시에 이 예열권선에서 발생하는 2차 전압으로 형광램프의 필라멘트를 충분히 예열시킨 후, 고전압을 램프에 인가하는 방식으로, 점등시 램프 필라멘트의 옥사이드 비산을 최소화함으로써 램프 수명을 극대화 시키고자 하는 것이다.
역시 LED 형광램프에 흐르는 전류값은, 커패시터(C1) 및 인덕터(L91)와 동작주파수 f, 그리고 LED 어레이의 임피던스에 의해 전체 임피던스가 조절되어진다.
이처럼, 앞에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
900 : LED 형광램프
901, 902, 903, 904 : 제1 내지 제4 연결핀
910, 910' : LED 어레이
920 : 더미 RC회로

Claims (8)

  1. 상호 접속된 제1 연결핀과 제2 연결핀;
    상호 접속된 제3 연결핀과 제4 연결핀;
    각각의 애노드가 상기 제1 연결핀 및 제2 연결핀에 연결되며, 캐소드는 제1 노드에서 상호 연결되는 제1 다이오드(D91)와 제2 다이오드(D92);
    각각의 애노드가 상기 제3 연결핀 및 제4 연결핀에 연결되며, 캐소드는 제2 노드에서 상호 연결되는 제3 다이오드(D93)와 제4 다이오드(D94);
    상기 제1 노드와 제2 노드 사이에 접속되는 다이오드 어레이(910); 및
    상기 제1 노드와 상기 다이오드 어레이 사이에 삽입되는 인덕터(L91);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 LED 형광램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 연결핀의 접속점과 상기 제2 및 제4 연결핀의 접속점 사이에 삽입되는 더미 RC회로(920)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 LED 형광램프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LED 어레이 회로(910)는, 직렬접속된 복수의 LED들이 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 개선된 LED 형광램프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 LED 어레이 회로(910)는, 병렬접속된 LED들이 직렬도 복수개 연결되는 것을 특징으로 하는 개선된 LED 형광램프.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 개선된 LED 형광램프(900)를 하프브릿지(Half Bridge)형 인버터에 직렬공진 회로를 접속한 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 것을 특징으로 하는 등기구.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 개선된 LED 형광램프를 인스턴트 스타트 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 것을 특징으로 하는 등기구.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 개선된 LED 형광램프를 소프트 스타터 방식의 전자식 형광등 안정기에 사용한 것을 특징으로 하는 등기구.
  8. 제2항에 따른 개선된 LED 형광램프를 타려식 전자식 형광등 안정기에 사용한 것을 특징으로 하는 등기구.
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