KR20160001498A - 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 led 구동장치 - Google Patents

전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 led 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 발광 다이오드(LED)가 직렬 연결되어 이루어진 LED 그룹들을 구동전압이 충분하고 안정적일 때는 상호 직렬로 연결하여 구동하지만, 구동전압이 강하되어 직렬로 연결된 LED 그룹들을 모두 도통시키기 부족할 경우에는 강하된 구동전압을 각 LED 그룹별로 공급하여 다수의 LED 그룹들이 병렬 연결된 것처럼 구동할 수 있게 함으로써, 외부에서 공급되는 전압이 낮아질 경우에도 발광 다이오드로 이루어진 LED 조명등의 안정적인 점등상태를 유지할 수 있게 한 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치에 관한 것이다.

Description

전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치{LED DRIVING DEVICE CAPABLE OF PARALLEL DRIVING OF LED GROUP BY VOLTAGE DROP}
본 발명은 LED 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 발광 다이오드(LED)가 직렬 연결되어 이루어진 LED 그룹들을 구동전압이 충분하고 안정적일 때는 상호 직렬로 연결하여 구동하지만, 구동전압이 강하되어 직렬로 연결된 LED 그룹들을 모두 도통시키기 부족할 경우에는 강하된 구동전압을 각 LED 그룹별로 공급하여 다수의 LED 그룹들이 병렬 연결된 것처럼 구동할 수 있게 함으로써, 외부에서 공급되는 전압이 낮아질 경우에도 발광 다이오드로 이루어진 LED 조명등의 안정적인 점등상태를 유지할 수 있게 한 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 LED 조명등처럼 다수의 발광 다이오드들을 상호 연결하여 이루어지는 장치의 경우, 직렬 연결되어 있는 발광 다이오드 각각에서 도통을 위해 필요한 전압의 합보다 큰 전압이 직렬 연결된 발광 다이오드들의 전체 양단에 인가되어야 발광 다이오드들이 모두 도통될 수 있으며, 그렇지 않을 경우 직렬 연결되어 있는 발광 다이오드 전체가 도통되지 않게 된다.
그에 따라, LED 조명등으로 공급되는 전원 전압이 LED 조명등 내부의 사정이나 외부에서 인가되는 전압 자체의 변동에 의해 직렬 연결되어 있는 LED(Light Emitting Diode) 중 어느 하나라도 도통시키기에 부족할 경우에는 직렬연결 되어 있는 LED 조명등 전체가 꺼지게 된다.
이처럼 직렬 연결된 다수의 LED들로 공급되는 전압의 변동에 의해 LED 조명등 전체가 뜻하지 않게 꺼지는 문제점을 해결하기 위해, 직렬 연결된 LED들로 전압이 공급되는 입력단에 정전압 장치나 정전류 장치를 구비할 할 수도 있으나, 이 경우 뜻하지 않게 전압이 강하되면서 LED 조명등이 꺼지는 것을 방지할 수는 있지만, 정전압 장치나 정전류 장치가 상당히 고가이기 때문에 100여개 이상의 LED로 이루어지는 LED 조명등에 적용하기에는 어려운 문제점이 있었다.
또한, 최근에는 LED 조명등을 제조하기 위하여 100여개 이상의 다수 LED들을 배치함에 있어, 하나의 전등처럼 켜질 수 있는 다수의 LED들을 하나의 모듈로 묶고, 이러한 LED 모듈들을 병렬연결 하여 하나의 LED 모듈을 구동하기 위해 요구되는 전압 자체의 값을 낮춤으로써 예기치 않은 전압 강하시에도 LED 모듈이 꺼지는 것을 방지할 수 있게 한 배치방법이 이용되기도 하였다.
그러나, 이처럼 하나의 LED 조명등을 제조하면서 다수의 LED 모듈들을 병렬 연결할 경우 전압 변화에 대해서는 어느 정도 안정성을 확보할 수 있지만, 구동을 위해 병렬 연결된 각 LED 모듈들로 전류가 공급되어야 하였는바, 상당한 전력소모를 초래하게 되는 문제점과 그로 인하여 많은 열이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
예를 들어, 사용전압 2V에 소비전류 20mA의 LED를 9V 건전지로 구동한다고 할 경우, LED를 직렬로 4개 까지 연결할 수 있어 LED 구동에 8V가 사용되면서 20mA의 전류가 흐르게 되지만, LED 4개를 병렬로 연결할 경우에는 LED에서 사용되는 2V를 제외한 나머지 7V를 커버할 수 있는 저항을 구비해야 함과 아울러 병렬 연결된 4개의 LED로 각각 20mA의 전류가 흐르게 되어 총 80mA의 전류가 소비되게 되므로 상당한 전력을 소비하게 된다. 또한, 이처럼 전력소비량이 증가함에 따라 LED에서 발생되는 열도 크게 증가하게 되므로 방열을 위해 요구되는 구조도 추가적으로 필요하게 되는 문제점이 있었다.
그에 따라, 최근에는 일본등록특허 제4848537호에 개시된 바와 같이 LED들을 다수의 그룹 어레이로 나누고, 각 그룹별 LED 어레이의 점등시간을 분배하여 LED가 받는 부하를 분산시키는 LED 구동방식으로서, 그룹별 LED 어레이에 전원이 인가되는 단자에 스위치를 병렬연결한 후 입력전압에 따라 이러한 스위치의 온오프를 제어함으로써 그룹별 LED 어레이가 점등되는 시간을 분배할 수 있게 한 발광 다이오드 어레이 구동회로가 개시된 바 있다.
또한, 일본공개특허공보 특개2013-179279호에 개시된 바와 같이 직렬 연결되어 있는 복수의 LED로 공급되는 전압이 모든 LED를 도통시키기에 부족할 경우에는, 직렬 연결된 복수의 LED 중 일부 영역까지만 도통시키고 도통되는 영역을 제외한 나머지 LED는 오프되도록 제어함으로써, 전압 변화에 따라 LED 조명등이 완전히 꺼지거나 깜빡거리게 되는 것을 방지하고자 하는 기술이 소개되기도 하였다.
그러나, 이러한 일본등록특허 제4848537호와 일본공개특허공보 특개2013-179279호에 개시된 기술은 전압의 변화에 따라 도통되어 점등이 이루어지는 LED 그룹을 한정할 수 있게 한 것인바, 두 공보에 개시된 발명 모두 전압강하가 발생하게 될 경우에는 일부 LED가 소등되는 것을 피할 수 없는 문제점이 있었다.
그러나, LED 조명등의 경우 전압강하로 인하여 일부 영역의 LED가 급작스럽게 소등되면, LED 조명등 하에서 생활하는 사용자들에게 직접적인 불편함을 초래할 수 밖에 없었는바, 저전력으로 구동하는 도중 뜻하지 않은 전압강하가 발생되더라도 일부영역에서 조차도 LED가 소등되는 것을 방지하여 모든 LED가 도통된 상태를 유지할 수 있게 한 새로운 LED 구동장치의 필요성은 여전하다 할 것이다.
일본등록특허 제4848537호 일본공개특허공보 특개2013-179279호
본 발명이 해결하려는 과제는, 다수의 발광 다이오드가 직렬 연결되어 이루어진 LED 그룹들을 구동전압이 충분하고 안정적일 때는 상호 직렬로 연결하여 구동하지만, 구동전압이 강하되어 직렬로 연결된 LED 그룹들을 모두 도통시키기 부족할 경우에는 강하된 구동전압을 각 LED 그룹별로 공급하여 다수의 LED 그룹들이 병렬 연결된 것처럼 구동할 수 있게 함으로써, 외부에서 공급되는 전압이 낮아질 경우에도 발광 다이오드로 이루어진 LED 조명등의 안정적인 점등상태를 유지할 수 있게 한 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치를 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치는,
외부에서 공급되는 교류전압을 정류하여 직류전압을 출력하는 브리지 정류기; 상기 브리지 정류기에서 정류된 직류전압이 인가되어 발광하는 다수의 LED가 직렬 연결되어 있는 LED 그룹들이 적어도 두 개 이상 상호 직렬 연결되어 있는 LED 그룹부; 상기 LED 그룹 상호간에 연결되어 전류의 역류를 방지하는 역류방지 다이오드; 및 정류된 직류전압이 LED 그룹부로 공급되는 상기 브리지 정류기의 출력단에서 분기된 후, 상기 LED 그룹 사이에 위치하는 상기 역류방지 다이오드에 연결되어 정류된 직류전압을 상기 LED 그룹으로 각각 공급하여 강하된 직류전압으로 두 개 이상의 LED 그룹을 동시에 구동하는 그룹 병렬구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 LED 그룹부는, 30 ~ 70개의 LED가 직렬 연결되어 있는 제1LED 그룹과, 상기 제1LED 그룹을 제외한 나머지 30 ~ 70개의 LED가 직렬 연결되어 있는 제2LED 그룹으로 구성되며; 상기 LED 그룹부를 이루는 각 LED 그룹은, 각 LED의 애노드와 캐소드 양단에 연결되어 각 LED를 도통시키는 직류전압을 안정적으로 유지하는 개별구동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 개별구동부는,
상기 각 LED의 애노드에 드레인 단자(D)가 연결되고, 캐소드에 소스 단자(S)가 연결되어 있는 구동 트랜지스터; 상기 구동 트랜지스터의 게이트 단자(G)에 캐소드가 연결되어 있는 스위칭 다이오드; 및 상기 구동 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 연결되어 있는 저항;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LED 그룹부는 상기 그룹 병렬구동부에 구비된 디텍터로 전기 신호를 전송하는 포토커플러를 더 포함하며;
상기 포토커플러는 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자를 통하여 공급되는 직류전압이 상기 LED 그룹부를 이루는 모든 LED를 도통시키기에 충분한 경우에는 이를 상기 디텍터로 전송하여 그룹 병렬구동부가 오프상태를 유지하게 하고, 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자를 통하여 공급되는 직류전압이 상기 LED 그룹부를 이루는 모든 LED를 도통시키기에 부족한 경우에는 이를 상기 디텍터로 전송하여 그룹 병렬구동부가 온상태로 변경되면서 상기 브리지 정류기에서 전송되는 직류전압이 각 LED 그룹으로 각각 공급될 수 있게 하여, 전압 강하에 따라 상기 그룹 병렬구동부의 활성화가 자동으로 제어될 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그룹 병렬구동부는,
상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자에 연결되어 상기 브리지 정류기에서 출력되는 직류전압을 각 LED 그룹으로 공급하는 병렬구동부; 및 상기 각 LED 그룹에 구비되어 그룹 자체의 접지를 형성하면서, 각 LED 그룹으로 공급되어 직렬연결 되어있는 LED들을 도통하는 전류를 일정하게 유지하는 그룹별 정전류 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 병렬구동부는,
상기 제2LED 그룹의 일단을 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자에 연결하여 직류전압을 공급하는 제1병렬구동부; 및 상기 제1LED 그룹의 타단에 형성되는 접지를 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자에 연결하는 제2병렬구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1병렬구동부는,
강하된 직류전압만으로 구동하고자 하는 제2LED 그룹으로 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자에서 공급되는 직류전압을 인가하는 제1분기 트랜지스터(K2865); 상기 제1분기 트랜지스터의 게이트 단자(G)에 연결되어 있는 제1스위칭 다이오드(DSF01S30SC); 상기 제1스위칭 다이오드의 캐소드와 상기 제1분기 트랜지스터의 게이트 단자(G) 사이에 이미터 단자(E)가 연결되어 있고, 상기 제1분기 트랜지스터의 소스 단자(S)에 컬렉터 단자(C)가 연결되어 있는 제1바이폴라 트랜지스터(A1162); 및 상기 제1바이폴라 트랜지스터의 베이스 단자(B)와 컬렉터 단자(C) 사이에 연결되어 있는 제1디텍터;를 포함하며,
상기 제2병렬구동부는,
강하된 직류전압만으로 구동하고자 하는 제1LED 그룹에 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자를 연결시켜 접지를 형성하는 제2분기 트랜지스터(K2865); 상기 제2분기 트랜지스터의 게이트 단자(G)에 연결되어 있는 제2스위칭 다이오드(DSF01S30SC); 상기 제2스위칭 다이오드의 캐소드와 상기 제2분기 트랜지스터의 게이트 단자(G) 사이에 이미터 단자(E)가 연결되어 있고, 상기 제2분기 트랜지스터의 소스 단자(S)에 컬렉터 단자(C)가 연결되어 있는 제2바이폴라 트랜지스터(A1162); 및 상기 제2바이폴라 트랜지스터의 베이스 단자(B)와 컬렉터 단자(C) 사이에 연결되어 있는 제2디텍터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 그룹별 정전류 조절부는 그룹내에서 직렬 연결되어 있는 LED 중 가장 마지막에 위치하는 말단 LED의 캐소드에 연결되어 그룹 내에서 도통된 LED들을 통하여 전송되는 전류를 일정하게 유지하는 정전류 소자로 구성되며;
상기 제2분기 트랜지스터에 연결된 상태로 상기 제1LED 그룹에 구비되어 있는 제1정전류 조절부; 및 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자에 연결된 상태로 상기 제2LED 그룹에 구비되어 있는 제2정전류 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다수의 LED가 직렬 연결되어 이루어진 LED 그룹들을 역류방지 다이오드에 의해 직렬연결함으로써 저전력으로 구동할 수 있게 함과 아울러, LED 조명등을 사용하는 도중 뜻하지 않은 전압강하가 발생되더라도 LED 그룹의 일부영역에서 조차도 LED가 소등되는 것을 방지하여 모든 LED가 도통된 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치의 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치의 회로도.
도 3은 본 발명에 따라 그룹단위의 병렬 구동시 LED 구동을 위한 전류가 공급되는 경로를 나타내는 회로도.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치의 회로도이며, 도 3은 본 발명에 따라 그룹단위의 병렬 구동시 LED 구동을 위한 전류가 공급되는 경로를 나타내는 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치는, 외부에서 공급되는 교류전압을 정류하여 직류전압을 출력하는 브리지 정류기(100)와, 상기 브리지 정류기에서 정류된 직류전압이 인가되어 발광하는 다수의 LED가 직렬 연결되어 있는 LED 그룹들이 적어도 두 개 이상 상호 직렬 연결되어 있는 LED 그룹부(200)와, 상기 LED 그룹 상호간에 연결되어 전류의 역류를 방지하는 역류방지 다이오드(300)와, 정류된 직류전압이 LED 그룹부로 공급되는 상기 브리지 정류기의 출력단에서 분기된 후 상기 LED 그룹 사이에 위치하는 상기 역류방지 다이오드에 연결되어 정류된 직류전압을 상기 LED 그룹으로 각각 공급하여 두 개 이상의 LED 그룹을 동시에 구동하는 그룹 병렬구동부(400)를 포함한다.
상기 브리지 정류기(100)는 외부에서 공급되는 AC 220V의 교류전원을 LED 구동에 적합한 직류전원으로 정류하여 출력하는 통상적인 브리지 정류기로 구성된다. 도 2 및 도 3에서는 상기 브리지 정류기가 Vishay 사의 ‘B6S’ 제품으로 구성되는 것을 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 다양한 브리지 정류기로 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기 LED 그룹부(200)는 직류전압에 의해 도통되는 다수의 발광 다이오드(LED)가 직렬로 연결되어 있는 LED 그룹들(210,220) 상호간이 상기 역류방지 다이오드(300)의 전후에 직렬로 연결되어 상기 브리지 정류기의 출력단 양단에 연결된다.
그에 따라, 상기 LED 그룹부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자측에 연결되어 있는 제1LED 그룹(210)과, 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자측에 연결되어 있는 제2LED 그룹(220)을 포함하게 되며, 상기 제1LED 그룹과 제2LED 그룹은 상기 역류방지 다이오드(300)에 의해 상호 직렬 연결된다. 도 2에서는 상기 LED 그룹부가 두 개의 LED 그룹으로 이루어지는 것을 도시하였으나, 전압강하의 폭이 큰 경우에는 두 개 이상의 LED 그룹으로 이루어질 수도 있음은 물론이다. 다만, 이하에서는 도면을 참조한 설명의 편의를 위하여 상기 LED 그룹부가 제1LED 그룹과 제2LED 그룹으로 이루어진 경우를 일 예로 설명한다.
이때, 상기 LED 그룹부를 이루는 각 LED 그룹(210,220)은, 직렬 연결되어 있는 복수의 LED 그룹과, 상기 LED 그룹에 구비된 각 LED의 애노드와 캐소드 양단에 연결되어 각 LED를 도통시키는 직류전압을 안정적으로 유지하는 개별구동부(230)를 포함하여 구성된다.
상기 각 LED 그룹을 구성하는 LED는 도 2에 도시된 바와 같이 30 ~ 70개의 LED가 직렬 연결되어 이루어질 수 있으나, 이러한 LED의 개수가 30 ~ 70개로 제한되지 않고, 상기 LED 그룹부를 형성하는 LED의 총 개수와 LED 그룹의 개수에 따라 증감될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 개별구동부(230)는, 상기 각 LED의 애노드에 드레인 단자(D)가 연결되고 캐소드에 소스 단자(S)가 연결되어 있는 구동 트랜지스터와, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 단자(G)에 캐소드가 연결되어 있는 스위칭 다이오드와, 상기 구동 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 연결되어 있는 저항을 포함하여 구성된다. 이러한 상기 개별구동부(210)는 각 LED 마다 구비되어 도통을 위해 LED 양단에 인가되는 직류전압이 안정적으로 유지될 수 있게 한다.
또한, 상기 LED 그룹부(200)에는 포토커플러(TLP191B)(240)가 더 구비되어, 상기 그룹 병렬구동부(400)에 구비된 디텍터로 전기 신호를 전송(도 2에서는 점선 화살표로 도시함)하도록 구성될 수도 있다.
이러한 상기 포토커플러(240)는 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자를 통하여 공급되는 직류전압이 상기 LED 그룹부를 이루는 모든 LED를 도통시키기에 충분한 경우(예를 들어, 200V 이상의 전압)에는 이를 상기 디텍터로 전송하여 그룹 병렬구동부(400)가 오프상태를 유지하게 하고, 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자를 통하여 공급되는 직류전압이 상기 LED 그룹부를 이루는 모든 LED를 도통시키기에 부족한 경우(예를 들어, 110 ~ 150V 범위의 전압)에는 이를 상기 디텍터로 전송하여 그룹 병렬구동부(400)가 온상태로 변경되면서 상기 브리지 정류기에서 전송되는 직류전압이 각 LED 그룹으로 각각 공급될 수 있게 하여 전압 강하에 따라 상기 그룹 병렬구동부(400)의 활성화가 자동으로 제어될 수 있게 한다.
또한, 상기 각 LED 그룹(210,220)에는 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자측을 통하여 공급되는 직류전압이 LED 그룹으로 인가되는 노드에 애노드가 연결되어 있는 정류다이오드(250)와, 상기 정류다이오드의 캐소드와 상기 개별구동부를 이루는 스위칭 다이오드의 애노드 사이에 설치되어 있는 저항(1M)을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 LED 그룹(210,220)에는 상기 브리지 정류기와 정류다이오드를 거친 직류전압을 평활화하여 공급하기 위한 전해커패시터(10u/450V)(260)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 역류방지 다이오드(300)는 캐소드 쪽에 연결되어 있는 LED 그룹으로 인가되는 직류전압에 의한 전류가 애노드 쪽에 연결되어 있는 다른 LED 그룹으로 전송되지 않도록, 두 개의 LED 그룹(210,220) 사이에 위치하여 단방향으로만 전류가 흐를 수 있게 하여 다른 LED 그룹으로 역류하는 전류의 유입을 차단시키게 된다.
그에 따라, 예기치 못한 전압 강하 현상에 의해 직렬 연결되어 있는 LED 그룹부 전체의 LED를 도통시키기에는 부족한 직류전압이 공급될 경우, 각 LED 그룹을 병렬로 구동하기 위해 제2LED 그룹으로 직류전압을 공급하더라도 상기 역류방지 다이오드에 의해 상기 제2LED 그룹에 연결되어 있는 제1LED 그룹으로 전류가 역류하면서 공급되는 것을 방지할 수 있게 되므로 두 개 또는 그 이상의 직렬 연결된 LED 그룹을 안정적으로 병렬 구동할 수 있게 된다.
상기 그룹 병렬구동부(400)는, 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자측에 연결되어 상기 브리지 정류기에서 출력되는 직류전압을 각 LED 그룹으로 공급하는 병렬구동부(410,420)와, 상기 각 LED 그룹에 구비되어 그룹 자체의 접지를 형성하면서 각 LED 그룹으로 공급되어 직렬연결 되어있는 LED들을 도통하며 전송되는 전류를 일정하게 유지하는 그룹별 정전류 조절부(510,520)를 포함하여 구성된다.
상기 병렬구동부는 상기 브리지 정류기에서 공급되는 직류전압이 LED 그룹부를 이루는 모든 LED를 도통시키기 부족할 때, 상기 브리지 정류기에서 공급되는 직류전압을 각 LED 그룹에 중첩적으로 공급함으로써, 강하된 직류전압만으로도 적어도 두 개 이상의 LED 그룹을 병렬로 동시에 구동할 수 있게 한다.
이러한 상기 병렬구동부는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2LED 그룹의 일단을 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자에 연결하여 직류전압을 공급하는 제1병렬구동부(410)와, 상기 제1LED 그룹의 타단에 형성되는 접지를 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자에 연결하는 제2병렬구동부(420)를 포함하여 구성된다.
이를 위하여 상기 제1병렬구동부(410)는, 강하된 직류전압만으로 구동하고자 하는 제2LED 그룹으로 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자에서 공급되는 직류전압을 인가하는 제1분기 트랜지스터(K2865)와, 상기 제1분기 트랜지스터의 게이트 단자(G)에 연결되어 있는 제1스위칭 다이오드(DSF01S30SC)와, 상기 제1스위칭 다이오드의 캐소드와 상기 제1분기 트랜지스터의 게이트 단자(G) 사이에 이미터 단자(E)가 연결되어 있고 상기 제1분기 트랜지스터의 소스 단자(S)에 컬렉터 단자(C)가 연결되어 있는 제1바이폴라 트랜지스터(A1162)와, 상기 제1바이폴라 트랜지스터의 베이스 단자(B)와 컬렉터 단자(C) 사이에 연결되어 있는 제1디텍터를 포함하여 구성된다.
상기 제1분기 트랜지스터는 전압 강하시 병렬 구동을 위해 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자에서 공급되는 직류전압을 분기하여 상기 제2LED 그룹에서 직렬 연결되어 있는 LED 일단으로 전송하는 트랜지스터(FET)로 구성된다. 이러한 상기 제1분기 트랜지스터의 소스 단자(S)는 상기 역류방지 다이오드의 캐소드에 연결됨으로써, 제2LED 그룹으로 공급되는 직류전압이 제1LED 그룹으로 역류하여 공급되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이때, 전압 강하 상태가 발생하였음을 상기 포토커플러로부터 전송받은 상기 제1디텍터에 의해 제1바이폴라 트랜지스터가 도통된 후 상기 제1분기 트랜지스터가 도통되면서 전류가 상기 제2LED 그룹으로 흘러가서 상기 제2LED 그룹에 직류전압의 독립적인 공급이 이루어지게 된다. 그에 따라, 상기 제1분기 트랜지스터의 소스 단자(S)에 연결되어 있는 제2LED 그룹의 일단에는 강하된 직류전압(예를 들어 110V)이 인가되고, 상기 제2LED 그룹의 타단에는 원래의 결합상태 대로 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자가 연결되어 있게 되므로 제2LED 그룹을 독립적으로 구동할 수 있게 된다. 이와 같이 상기 제1분기 트랜지스터를 통하여 제2LED 그룹으로 직류전압이 공급되는 것을 전류 ‘i1’으로 표시하여 도 3에 붉은 실선으로 나타내었다.
또한, 상기 제2병렬구동부(420)는, 강하된 직류전압만으로 구동하고자 하는 제1LED 그룹에 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자를 연결시켜 접지를 형성하는 제2분기 트랜지스터(K2865)와, 상기 제2분기 트랜지스터의 게이트 단자(G)에 연결되어 있는 제2스위칭 다이오드(DSF01S30SC)와, 상기 제2스위칭 다이오드의 캐소드와 상기 제2분기 트랜지스터의 게이트 단자(G) 사이에 이미터 단자(E)가 연결되어 있고 상기 제2분기 트랜지스터의 소스 단자(S)에 컬렉터 단자(C)가 연결되어 있는 제2바이폴라 트랜지스터(A1162)와, 상기 제2바이폴라 트랜지스터의 베이스 단자(B)와 컬렉터 단자(C) 사이에 연결되어 있는 제2디텍터를 포함하여 구성된다.
상기 제2분기 트랜지스터는 전압 강하시 병렬 구동을 위해 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자를 분기하여 상기 제1LED 그룹에서 직렬 연결되어 있는 LED 타단으로 연결하는 트랜지스터(FET)로 구성된다. 이러한 상기 제2분기 트랜지스터의 드레인 단자(D)는 상기 역류방지 다이오드의 애노드에 연결되는데, 상기 역류방지 다이오드의 애노드에는 상기 제1LED 그룹의 자체 접지가 연결되어 있으므로 상기 제2LED 그룹으로 공급된 직류전압이 제1LED 그룹으로 역류하는 것을 방지할 수 있게 된다.
이때, 전압 강하 상태가 발생하였음을 상기 포토커플러로부터 전송받은 상기 제2디텍터에 의해 제2바이폴라 트랜지스터가 도통된 후 상기 제2분기 트랜지스터가 도통되면서 상기 제1LED 그룹을 이루는 LED 들을 도통시키며 흐른 전류가 상기 제2분기 트랜지스터를 통하여 접지로 빠져나가게 된다. 그에 따라, 상기 제1LED 그룹의 일단에는 원래의 결합상태 대로 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자를 통하여 강하된 직류전압(예를 들어 110V)이 인가되고, LED 들을 도통한 전류는 상기 제1LED 그룹의 타단에 드레인 단자(D)가 결합되어 있는 제2분기 트랜지스터를 통하여 빠져나가며 강하된 직류전압에 의해 상기 제1LED 그룹을 독립적으로 완전하게 구동할 수 있게 된다. 이와 같이 상기 제1LED 그룹으로 직류전압이 공급된 후 상기 제2분기 트랜지스터를 통하여 흘러나가는 전류를 ‘i2’로 표시하여 도 3에 푸른 실선으로 나타내었다.
따라서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 LED 그룹부 전체가 140개의 LED로 이루어지고, 제1LED 그룹(210)이 70개의 LED가 직렬 연결되어 그룹핑되고, 제2LED 그룹이 나머지 70개의 LED가 직렬 연결되어 그룹핑 된 경우, 상기 제2LED 그룹(220)으로 직류전원을 공급하는 제1병렬구동부는 상술한 바와 같이 제1분기 트랜지스터와, 제1스위칭 다이오드와, 제1바이폴라 트랜지스터와, 제1디텍터로 구성되고, 상기 제1LED 그룹으로 공급된 직류전원이 제1LED 그룹 내부의 LED만을 도통시킨 후 접지로 빠져나오게 하는 제2병렬구동부는 상술한 바와 같이 제2분기 트랜지스터와, 제2스위칭 다이오드와, 제2바이폴라 트랜지스터와, 제2디텍터로 구성된다.
이와 같이 상기 제1병렬구동부(410)는 제1분기 트랜지스터를 도통시키면서 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자를 상기 제2LED 그룹(220)의 일단에 연결시키고, 상기 제2병렬구동부(420)는 제2선택 트랜지스터를 도통시키면서 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자를 상기 제1LED 그룹(210)의 타단에 연결시킴으로써, 상기 제1LED 그룹(210)과 제2LED 그룹(220)에 브리지 정류기(100)에서 출력되는 직류전압이 각각 공급될 수 있게 된다.
그에 따라, 상기 브리지 정류기에서 출력되는 전압이 LED 그룹부의 모든 LED를 도통시키기 부족할 경우에는 상기 브리지 정류기에서 출력되는 전압을 상기 제1병렬구동부(410)와 제2병렬구동부(420)에 의해 상기 제2LED 그룹(220)과 제1LED 그룹(210)으로 각각 공급하여 마치 각 LED 그룹을 병렬로 구동하는 것처럼 도통시킬 수 있게 된다.
이처럼 상기 제1LED 그룹과 제2LED 그룹을 병렬로 구동하는 것처럼 구동시키기 때문에 전압이 강하되더라도, 어느 일부 영역의 LED가 소등되는 것을 방지하면서 모든 LED가 점등되어 있는 상태를 유지할 수 있게 된다.
또한, 상기 그룹별 정전류 조절부(510,520)는 상기 병렬구동부에 의해 각각 직류전원이 공급되어 구동되는 LED 그룹 자체의 접지를 제공함과 아울러, 각 LED 그룹 내에서 직렬 연결되어 있는 LED 들에 정전류가 공급되어 LED 양단의 전압을 안정적으로 유지할 수 있게 한다.
이를 위하여 상기 그룹별 정전류 조절부는, 그룹내에서 직렬 연결되어 있는 LED 중 가장 마지막에 위치하는 말단 LED의 캐소드에 연결되어 그룹 내에서 도통된 LED들을 통하여 전송되는 전류를 일정하게 유지하는 정전류 소자로 구성되며, 상기 제2분기 트랜지스터에 연결된 상태로 상기 제1LED 그룹에 구비되어 있는 제1정전류 조절부(510)와, 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자에 연결된 상태로 상기 제2LED 그룹에 구비되어 있는 제2정전류 조절부(520)를 포함하여 구성된다.
이러한 상기 제1정전류 조절부(510)는, 상기 제1LED 그룹에 구비된 LED들을 도통하는 전류를 정전류로 유지하는 정전류 소자를 포함하며 상기 제1LED 그룹 자체의 접지를 제공하는 제1접지부와, 드레인 단자(D)가 상기 개별구동부를 이루는 스위칭 다이오드의 애노드에 연결되어 있고 소스 단자(S)가 상기 제1접지부에 연결되어 있으며 게이트 단자(G)가 상기 정전류 소자에 연결되어 있는 제1트랜지스터와, 상기 제1트랜지스터의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S) 사이에 연결되어 있는 제1제너다이오드를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 정전류 소자를 포함하는 제1접지부는 저항을 통하여 상기 제1트랜지스터의 게이트 단자(G)에 연결되고, 타단은 상기 제2병렬구동부를 이루는 제2분기 트랜지스터에 연결됨과 동시에 상기 역류방지 다이오드의 애노드에도 연결된다.
또한, 상기 제1제너다이오드의 일단과 제1트랜지스터의 소스 단자(S) 등은 상기 제1접지부에 연결되어 제1LED 그룹 자체의 접지를 형성하게 되므로, 직류전압이 강하된 상태에서 상기 제2병렬구동부를 이루는 제2분기 트랜지스터와 함께 상기 제1LED 그룹을 제2LED 그룹과는 독립적으로 구동하여 도통시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 제2정전류 조절부(520)는, 상기 제2LED 그룹에 구비된 LED들을 도통하는 전류를 정전류로 유지하는 정전류 소자를 포함하며 상기 제2LED 그룹 자체의 접지를 제공하는 제2접지부와, 드레인 단자(D)가 상기 개별구동부를 이루는 스위칭 다이오드의 애노드에 연결되어 있고 소스 단자(S)가 상기 제2접지부에 연결되어 있으며 게이트 단자(G)가 상기 정전류 소자에 연결되어 있는 제2트랜지스터와, 상기 제2트랜지스터의 드레인 단자(D)와 소스 단자(S) 사이에 연결되어 있는 제2제너다이오드를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 정전류 소자를 포함하는 제2접지부는 저항을 통하여 상기 제2트랜지스터의 게이트 단자(G)에 연결되고, 타단은 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자에 연결된다.
또한, 상기 제2제너다이오드의 일단과 제2트랜지스터의 소스 단자(S) 등은 상기 제2접지부에 연결되어 제2LED 그룹 자체의 접지를 형성하게 되므로, 직류전압이 강하된 상태에서 상기 제2병렬구동부를 이루는 제2분기 트랜지스터와 함께 상기 제2LED 그룹을 제1LED 그룹과는 독립적으로 구동하여 도통시킬 수 있게 된다.
이때, 상기 제2접지부는 LED 그룹부 전체의 접지를 형성하게 되므로, 이러한 제2접지부를 상기 제2분기 트랜지스터를 도통시켜 상기 제1접지부에 연결함으로써, 제1접지부와 제2접지부가 동일한 접지상태를 유지하도록 형성할 수 있게 된다.
이때, 상기 그룹별 정전류 조절부를 이루는 제1 및 제2제너다이오드와 제1 및 제2트랜지스터와 제1 및 제2접지부의 구성은, 바이폴라 트랜지스터가 MOSFET 트랜지스터로 변경되고 조도센서(Cds)가 저항(10K)로 변경된 것을 제외하고는, 일본공개특허 특개2013-179279호개 개시된 바와 동일하게 상기 제1 및 제2LED 그룹내에서 작용하게 되는 통상적인 회로구조라 할 것인바 그 상세한 설명은 생략한다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 - 브리지 정류기
200 - LED 그룹부 210 - 제1LED 그룹
220 - 제2LED 그룹 230 - 개별구동부
240 - 포토커플러 250 - 정류다이오드
260 - 전해커패시터
300 - 역류방지 다이오드
400 - 그룹 병렬구동부 410 - 제1병렬구동부
420 - 제2병렬구동부
510 - 제1정전류조절부 520 - 제2정전류조절부

Claims (10)

  1. 외부에서 공급되는 교류전압을 정류하여 직류전압을 출력하는 브리지 정류기;
    상기 브리지 정류기에서 정류된 직류전압이 인가되어 발광하는 다수의 LED가 직렬 연결되어 있는 LED 그룹들이 적어도 두 개 이상 상호 직렬 연결되어 있는 LED 그룹부;
    상기 LED 그룹 상호간에 연결되어 전류의 역류를 방지하는 역류방지 다이오드; 및
    정류된 직류전압이 LED 그룹부로 공급되는 상기 브리지 정류기의 출력단에서 분기된 후, 상기 LED 그룹 사이에 위치하는 상기 역류방지 다이오드에 연결되어 정류된 직류전압을 상기 LED 그룹으로 각각 공급하여 강하된 직류전압으로 두 개 이상의 LED 그룹을 동시에 구동하는 그룹 병렬구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LED 그룹부는, 30 ~ 70개의 LED가 직렬 연결되어 있는 제1LED 그룹과, 상기 제1LED 그룹을 제외한 나머지 30 ~ 70개의 LED가 직렬 연결되어 있는 제2LED 그룹으로 구성되며;
    상기 LED 그룹부를 이루는 각 LED 그룹은, 각 LED의 애노드와 캐소드 양단에 연결되어 각 LED를 도통시키는 직류전압을 안정적으로 유지하는 개별구동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 개별구동부는,
    상기 각 LED의 애노드에 드레인 단자가 연결되고, 캐소드에 소스 단자가 연결되어 있는 구동 트랜지스터;
    상기 구동 트랜지스터의 게이트 단자에 캐소드가 연결되어 있는 스위칭 다이오드; 및
    상기 구동 트랜지스터의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 연결되어 있는 저항;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED 그룹부는 상기 그룹 병렬구동부에 구비된 디텍터로 전기 신호를 전송하는 포토커플러를 더 포함하며;
    상기 포토커플러는 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자를 통하여 공급되는 직류전압이 상기 LED 그룹부를 이루는 모든 LED를 도통시키기에 충분한 경우에는 이를 상기 디텍터로 전송하여 그룹 병렬구동부가 오프상태를 유지하게 하고, 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자를 통하여 공급되는 직류전압이 상기 LED 그룹부를 이루는 모든 LED를 도통시키기에 부족한 경우에는 이를 상기 디텍터로 전송하여 그룹 병렬구동부가 온상태로 변경되면서 상기 브리지 정류기에서 전송되는 직류전압이 각 LED 그룹으로 각각 공급될 수 있게 하여, 전압 강하에 따라 상기 그룹 병렬구동부의 활성화가 자동으로 제어될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 역류방지 다이오드는 캐소드 쪽에 연결되어 있는 LED 그룹으로 인가되는 직류전압에 의한 전류가 애노드 쪽에 연결되어 있는 다른 LED 그룹으로 전송되지 않도록, 두 개의 LED 그룹 사이에 위치하여 다른 LED 그룹으로 전류가 역류하는 것을 차단시키는 것을 특징으로 하는 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그룹 병렬구동부는,
    상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자에 연결되어 상기 브리지 정류기에서 출력되는 직류전압을 각 LED 그룹으로 공급하는 병렬구동부; 및
    상기 각 LED 그룹에 구비되어 그룹 자체의 접지를 형성하면서, 각 LED 그룹으로 공급되어 직렬연결 되어있는 LED들을 도통하는 전류를 일정하게 유지하는 그룹별 정전류 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 병렬구동부는,
    상기 제2LED 그룹의 일단을 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자에 연결하여 직류전압을 공급하는 제1병렬구동부; 및
    상기 제1LED 그룹의 타단에 형성되는 접지를 상기 브리지 정류기의 마이너스(＋) 출력단자에 연결하는 제2병렬구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1병렬구동부는,
    강하된 직류전압만으로 구동하고자 하는 제2LED 그룹으로 상기 브리지 정류기의 플러스(＋) 출력단자에서 공급되는 직류전압을 인가하는 제1분기 트랜지스터;
    상기 제1분기 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되어 있는 제1스위칭 다이오드;
    상기 제1스위칭 다이오드의 캐소드와 상기 제1분기 트랜지스터의 게이트 단자 사이에 이미터 단자가 연결되어 있고, 상기 제1분기 트랜지스터의 소스 단자에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 제1바이폴라 트랜지스터; 및
    상기 제1바이폴라 트랜지스터의 베이스 단자와 컬렉터 단자 사이에 연결되어 있는 제1디텍터;를 포함하며,
    상기 제2병렬구동부는,
    강하된 직류전압만으로 구동하고자 하는 제1LED 그룹에 상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자를 연결시켜 접지를 형성하는 제2분기 트랜지스터;
    상기 제2분기 트랜지스터의 게이트 단자에 연결되어 있는 제2스위칭 다이오드;
    상기 제2스위칭 다이오드의 캐소드와 상기 제2분기 트랜지스터의 게이트 단자 사이에 이미터 단자가 연결되어 있고, 상기 제2분기 트랜지스터의 소스 단자에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 제2바이폴라 트랜지스터; 및
    상기 제2바이폴라 트랜지스터의 베이스 단자와 컬렉터 단자 사이에 연결되어 있는 제2디텍터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 그룹별 정전류 조절부는 그룹내에서 직렬 연결되어 있는 LED 중 가장 마지막에 위치하는 말단 LED의 캐소드에 연결되어 그룹 내에서 도통된 LED들을 통하여 전송되는 전류를 일정하게 유지하는 정전류 소자로 구성되며;
    상기 제2분기 트랜지스터에 연결된 상태로 상기 제1LED 그룹에 구비되어 있는 제1정전류 조절부; 및
    상기 브리지 정류기의 마이너스(－) 출력단자에 연결된 상태로 상기 제2LED 그룹에 구비되어 있는 제2정전류 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1정전류 조절부는,
    상기 제1LED 그룹에 구비된 LED들을 도통하는 전류를 정전류로 유지하는 정전류 소자를 포함하며, 상기 제1LED 그룹 자체의 접지를 제공하는 제1접지부;
    드레인 단자가 상기 개별구동부를 이루는 스위칭 다이오드의 애노드에 연결되어 있고, 소스 단자가 상기 제1접지부에 연결되어 있으며, 게이트 단자가 상기 정전류 소자에 연결되어 있는 제1트랜지스터; 및
    상기 제1트랜지스터의 드레인 단자와 소스 단자 사이에 연결되어 있는 제1제너다이오드를 포함하며,
    상기 제2정전류 조절부는,
    상기 제2LED 그룹에 구비된 LED들을 도통하는 전류를 정전류로 유지하는 정전류 소자를 포함하며, 상기 제2LED 그룹 자체의 접지를 제공하는 제2접지부;
    드레인 단자가 상기 개별구동부를 이루는 스위칭 다이오드의 애노드에 연결되어 있고, 소스 단자가 상기 제2접지부에 연결되어 있으며, 게이트 단자가 상기 정전류 소자에 연결되어 있는 제2트랜지스터; 및
    상기 제2트랜지스터의 드레인 단자와 소스 단자 사이에 연결되어 있는 제2제너다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전압 강하에 따른 그룹단위의 병렬 구동이 가능한 LED 구동장치.
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