KR20160061272A

KR20160061272A - 발광 다이오드에 대한 서지 보호

Info

Publication number: KR20160061272A
Application number: KR1020150162703A
Authority: KR
Inventors: 이브스 볼레즈
Original assignee: 쉬레더
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2016-05-31
Also published as: BE1024146A1; CN105636261A; CN110677948A; BE1024146B9; DK3024302T3; BE1024146A9; ES2707713T3; US20160150606A1; ZA201508572B; PT3024302T; BE1024146B1; US10117301B2; HUE041683T2; RS58261B1; CN105636261B; EP3024302B1; EP3024302A1; PL3024302T3

Abstract

높은 서지 전압으로부터 조명기구를 보호하는 서지 보호 장치를 본 명세서에 기술한다. 서지 보호 장치는 발광 다이오드 모듈(130) 내의 발광 다이오드 엘리먼트(170)가 파괴되지 않도록 차동 모드 서지 및/또는 공통 모드 서지에 의해 생성된 전류를 접지로 지향시키기 위해 드라이버(120)와 발광 다이오드 모듈(130) 사이의 연결(150, 155)에 위치되는 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)를 포함한다. 직렬 임피던스 엘리먼트(710, 720)가 또한 드라이버(120)와 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520) 사이에 설치될 수 있다.

Description

발광 다이오드에 대한 서지 보호{SURGE PROTECTION FOR LIGHT-EMITTING DIODES}

본 발명은 발광 다이오드에 대한 서지 보호에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 조명기구에서 구현될 때 이러한 다이오드를 위한 서지 보호에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED) 조명기구는 대개 상이한 출처를 가지는 높은 서지 전압에 노출된다. 이들 서지 전압은 LED 조명기구와 동일한 네트워크 상에서 연결된 유도성 로드의 스위칭 온/오프 동안의 트랜션트(transient)에 의해, 무거운 산업용 기계에 의해, 또는 낙뢰에 의해 발생될 수 있다.

추가로, 일부 상황에서, 서지 전압은 조명기구 본체에 축적된 정전기에 의해 발생될 수 있고, 조명기구 하우징 내의 LED 및 LED 드라이버를 통해 메인 연결 선으로 방전하는 방법을 찾을 수 있다. LED는 특히 고 전압 낙뢰에 민감하고, LED 드라이버에 대한 명확한 손상 없이도 손상될 수 있다. 그 결과, 전부는 아닐지라도 일부의 경우 LED 다이가 고 전압에 의해 파괴되면서 일 그룹의 LED 내의 LED가 단락될 수 있다.

이러한 고 서지 전압은 고 전압이 메인 전력공급기 전체에서, 즉, 메인 전력 공급기의 라인 및 중립 와이어(Neutral wire) 사이에서 나타나는 차동 모드(differential mode) 또는 메인 전력 공급기의 라인 및 중립 와이어 모두가 접지에 대한 고 전압 트랜션트를 경험하는 공통 모드 중 어느 하나가 될 수 있다. 차동 모드 서지와 공통 모드 서지의 조합이 또한 가능하다.

높은 서지 전압에 대해서 조명기구를 보호하기 위해, 보호 컴포넌트가 대개 조명기구의 입력 경로, 즉, 메인 전력공급기 및 연관된 발광 다이오드 모듈용 드라이버 사이에 설치되고, 대개 금속 산화물 배리스터(MOV) 또는 가스 방전 튜브(GDT), 또는 그 양측의 조합을 포함한다. 이들 보호 컴포넌트는 그것들이 라인 및 중립 와이어 사이에서 연결되고 수 kA의 높은 전류를 가지는 서지 에너지를 흡수하기 때문에 차동 모드 서지에 대해서 상대적으로 효율적이다. 이러한 보호 컴포넌트는 그것이 차동 모드 서지에 가장 민감하기 때문에 드라이버에 대해 양질의 보호를 제공하는 경향을 가진다.

그러나, 공통 모드 서지에 대한 문제는 상이하다. 조명기구가 설계되는 IEC 보호 클래스에 따라 2가지 경우의 상황이 있다. 클래스 Ⅰ의 조명기구의 경우에, PE(protective earth) 연결의 존재는 보호 컴포넌트가 라인 및 PE 사이 또는 중성점(Neutral)과 PE 사이에서 연결되도록 한다. 이들 보호 컴포넌트는 공통 모드 서지에 대해 양질의 보호를 제공하는 경향이 있다. 또한, 입력부와 보호 컴포넌트 사이에 삽입된 직렬 퓨즈는 상기 보호 컴포넌트가 단락될 때 회로를 차단할 것이다.

클래스 Ⅱ 조명기구의 경우에, PE 연결이 없고, 전기 안전을 이유로 메인 전력 공급기의 라인 및 중립 와이어와 조명기구 하우징 사이에서의 연결이 허용되지 않는다. 이는 차동 보호 컴포넌트만이 클래스 Ⅱ 조명기구에 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 이는 서지가 접지에 대한 신뢰할 수 있는 리턴 경로에 도달할 수 없다는 것을 의미하지는 않는데, 접지와 직접 접촉하는 금속 극 상에 장착되는 상기 조명기구의 금속 프레임 또는 인클로저를 통해서 리턴이 의도하지 않게 제공될 수 있기 때문이다.

WO-A-2014/029772에서, 조명기구 프레임에서 접지까지의 전기 경로 내에서의 낙뢰의 전압 레벨을 견딜 수 있는 절연 부재가 LED 조명기구를 접지로부터 절연시키기 위해 제공된다. 리턴 전류가 없다면, 조명기구에 대한 손상이 없을 것이다. 이는 조명기구 프레임이 유리섬유 또는 콘크리트 극 상에 장착될 때 가능하지만, 조명기구 프레임이 금속 극 상에 장착될 때에는 구현하기 어렵다.

추가로, 번개 폭풍 동안 높게 대전된 구름의 존재에 의한 조명기구 프레임의 충전에 의해 구축될 수 있는 높은 정전압에 기인한 LED에 대한 잠재적 위험을 고려하는 것이 또한 중요하다. 이 경우, LED와 조명기구 프레임 사이에서의 임의의 높은 전압 차이를 방지하는 데에 효익이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 서지 전압에 가장 민감함 컴포넌트인 LED용 서지 보호를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 저 비용을 제공하여 공통 모드 및 차동 모드 서지 모두에 대한 조명기구 LED의 보호를 개선하기 위한 대책을 용이하게 구현하는 것이다.

본 발명의 하나의 양태에 따라, 금속 프레임, 회로 보드를 구비하는 적어도 하나의 발광 다이오드 모듈, 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 모듈을 위해 메인 전압을 변환하도록 구성되는 적어도 하나의 드라이버를 포함하는 조명기구를 보호하도록 구성되는 서지 보호 장치로서, 각각의 드라이버와 각각의 발광 다이오드 모듈은 드라이버와 상기 드라이버에 연관된 발광 다이오드 모듈 사이에 전기 연결되어 상기 금속 프레임 상에 장착되고, 상기 서지 보호 장치는 각각의 드라이버 및 상기 각각의 드라이버에 연관된 발광 다이오드 모듈 사이의 전기 연결과 프레임 사이에 위치된 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트를 포함하고, 각각의 션트 임피던스 엘리먼트는 커패시터, 레지스터, 및 반도체 기반 컴포넌트 중 적어도 하나를 포함하는, 상기 서지 보호 장치가 제공된다.

상기 드라이버와 드라이버에 연관된 발광 다이오드 및 상기 프레임 사이의 전기 연결과 상기 금속 프레임 사이에 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트를 설치함으로써, 서지에 의해 발생된 고 전류가 상기 프레임을 통해 접지로 방향이 재지정되고, 상기 발광 다이오드 모듈 내의 발광 다이오드에 영향을 주지 않는다. 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트가 상기 발광 다이오드 모듈의 LED+ 및 LED-연결의 각각에 대해 제공된다는 것이 이해될 것이다.

이롭게도, 커패시터, 레지스터, 및 반도체 기반 컴포넌트를 사용하여, 신뢰할 수 있고 상대적으로 저렴한 해결안이 발광 다이오드 모듈 및 그에 연관된 발광 다이오드용 서지 보호를 위해 제공될 수 있다. 특히, 커패시터와 레지스터를 이용함으로써, 커패시터와 레지스터가 항상 동작할 임계치는 없어지고, 임의의 서지가 통과하여 프레임으로, 그리고 그런다음 접지로 분로가 설치될(shunted) 것이다.

하나의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 모듈의 상기 회로 보드 상에 장착된다.

또다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트는 상기 드라이버와 상기 발광 다이오드 모듈 사이의 연결 박스 내에 위치된다.

하나의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트는 커패시터를 포함한다. 각각의 커패시터는 미리 정해진 전기 안전 특성을 가진 X-커패시터 또는 Y-커패시터 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 커패시터는 10nF 내지 1000nF 사이의 커패시턴스 값을 가질 수 있다.

또다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트는 레지스터를 포함한다. 상기 레지스터는 1㏁ 내지 10㏁ 사이의 저항 값을 가질 수 있다.

추가적인 실시예에서, 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트는 상기 발광 다이오드 모듈과 상기 프레임 사이에서 절연 전압 보다 더 낮은 트리거 전압을 가지는 반도체 기반 컴포넌트를 구비한다. 상기 반도체 기반 컴포넌트는 제너 다이오드 또는 반도체 과도 서프레서(transient suppressor)를 포함할 수 있다.

추가로, 적어도 하나의 직렬 임피던스 엘리먼트는 상기 적어도 하나의 드라이버와 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트 사이에 위치될 수 있다.

하나의 실시예에서, 상기 적어도 하나의 직렬 임피던스 엘리먼트는 인덕터를 포함한다.

또다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 직렬 임피던스 엘리먼트는 공통 모드 필터를 포함한다. 상기 공통 모드 필터는 2개의 결합 인덕터(coupled inductor)를 포함할 수 있다.

본 발명을 보다 잘 이해하기 위해, 예시에 의해 첨부 도면에 대한 참조가 이루어질 것이다.
도 1은 일반적인 야외용 LED 조명기구의 개략도를 도시한다;
도 2는 도 1과 유사하지만, 조명기구를 통한 차동 모드 서지의 전파를 도시한다;
도 3은 도 1과 유사하지만, 조명기구를 통한 공통 모드 서지의 전파를 도시한다;
도 4는 조명기구로의 입력부에서의 보호 컴포넌트 사용의 개략적인 레이아웃을 도시한다;
도 5는 도 1과 유사하지만, 본 발명에 따른 LED 엘리먼트용 서지 보호 컴포넌트를 도시한다;
도 6은 도 5와 유사하지만, 서지 전압의 발생시 서지 보호 컴포넌트를 통한 전류 흐름을 도시한다; 및
도 7은 도 5와 유사하지만, 본 발명에 따른 LED 엘리먼트를 위한 서지 보호 컴포넌트를 더 도시한다.

본 발명이 특정한 실시예에 대해서 특정한 도면을 참조하여 기술될 것이지만, 본 발명은 그에 한정되지 않는다. 기술된 도면은 단지 개요일 뿐이며 한정이 아니다. 도면에서, 일부 엘리먼트의 크기는 과장될 수 있고, 예시의 목적으로 스케일에 따라 도시되지 않았다.

조명기구는 대개 PE(protective earth) 연결에 의해 접지에 연결되는 금속 프레임으로 구성된다. 이는 클래스 Ⅰ의 조명기구(IEC 보호 클래스)를 위한 경우이다. 조명기구가 PE 연결로 장치되지 않은 경우, 조명기구는 클래스 Ⅱ 장치라고 한다. 그럼에도 불구하고, 이는 그라운드 리턴(ground return)의 가능성이 있다는 것을 의미하지 않는데, 금속 프레임은 접지와 매우 양호하게 접촉하는 금속 극과 접촉될 수 있기 때문이다. 그러나, 접지는 전기 안전 제공의 측면에서 신뢰할 수 있는 것은 아니지만, 서지 전류를 리턴하는 데에는 매우 양호할 수 있다.

먼저 도 1을 참조하면, 일반적인 야외용 조명기구(100)가 도시된다. 조명기구(100)는 LED 드라이버(120)와 LED 모듈(130)이 장착되는 금속 프레임(110)을 포함한다. 금속 프레임(110)은 LED 모듈에 의해 제공된 광이 조명기구(100)에 의해 발광될 적절한 영역 또는 구역으로 지향될 수 있도록 LED 모듈(130)과 정렬되는 투명한 부분 또는 렌즈부(140)를 구비한다.

본 명세서에 사용된 바와 같은 "금속 프레임"이라는 용어는 조명기구의 컴포넌트가 장착되는 조명기구 하우징 또는 케이스 내의 프레임 뿐만이 아니라 조명 기구 하우징 또는 케이스를 가리키도록 의도된다. 다수의 실시예에서, 금속 프레임은 조명기구 하우징 또는 케이스를 포함한다.

LED 드라이버(120)는 서로 절연되는 제1 측면(120A)과 제2 측면(120B)(도시되지 않음)을 구비하고, 제1 측면은 메인 전력공급기(160)와 연결되고 제2 측면은 전기 연결(150, 155)에 의해 LED 모듈(130)에 연결되며, 하나의 전기 연결은 LED+ 라인(도시되지 않음)에 연결되고 다른 전기 연결은 LED-라인(또한 도시되지 않음)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 메인 전력공급기(160)는 라인 와이어(160L) 및 중립 와이어(160N)를 구비한다. 금속 프레임(110)은 상술한 바와 같이 클래스 Ⅰ에 대한 경우일 때 PE 연결(165)을 구비한다.

클래스 Ⅱ 조명기구(도시되지 않음)에 대해서는, PE 연결이 없고, 프레임(110)이 금속 프레임(110)과 금속 프레임이 장착되는 마스트(도시되지 않음) 또는 금속 극을 통과하여 접지에 연결된다.

LED 드라이버(120)의 제1 및 제2 측면(120A, 120B) 사이의 절연은 LED 드라이버의 유형에 따라서 LED 드라이버(120)의 제2 측면(120B)에 서지가 도달하는 것을 방지하기 위해 제한된 고전압을 견딜수 있도록 한다.

LED 모듈(130)은 회로 보드(180) 상에서 패턴으로 배열된 복수의 LED 엘리먼트(170)를 포함하고, 회로 보드는 상술한 바와 같이 전기 연결(150, 155) 중 각각의 하나에 연결하기 위한 LED+ 및 LED- 라인을 포함한다. LED 엘리먼트(170)는 원하는 발광 필요조건에 따라서 회로 보드(180) 상에서 임의의 적절한 패턴으로 배열될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

LED 모듈은 조명기구(100)가 켜질 때 LED 엘리먼트(170)에 의해 발생되는 열의 소산을 위해 열 분산기(heat spreader) 상에 장착된다.

상술한 바와 같이, 라인 및 중립 와이어(160L, 160N)는 일반적으로 약 230V의 교류 전압을 포함하는(적어도 유럽 대륙에서) 메인 전압으로 LED 드라이버(120)의 제1 측면(120A)에 전력을 공급한다. 제2 측면(120B)은 메인 전압을 LED 모듈(130)에 대해, 그리고 특히 LED 엘리먼트(170)가 장착된 회로 보드(180)로 DC 전류(및 전압)을 제공하기 위해 메인 전압을 변환시킨다.

상술한 바와 같이, LED 드라이버(120)는 주로 상술한 바와 같이 일부 높은 서지 전압을 견딜 수 있는 자신의 제1 측면 또는 회로(120A)와 자신의 제2 측면 또는 회로(120B) 사이의 전기 절연을 제공한다. 그러나, 이는 모든 LED 드라이버에 대한 경우가 아닐 수 있고, 추가적인 서지 보호가 LED 모듈(130)에 대해 요구된다.

LED 엘리먼트(170) 및 그것들이 장착되는 회로 보드(180)는 회로 보드(180)와 열 분산기(190) 사이에 설치된 절연층(185)에 의해 조명기구(100)의 금속 프레임(110)과 절연된다,

도 2는 도 1에 도시된 조명기구(100)의 라인 및 중립 와이어(160L, 160N) 사이에서 발생한 차동 모드 서지의 전파를 도시한다. 도 1에서 미리 기술된 조명기구(100)의 엘리먼트는 동일하게 넘버링되면, 여기서 다시 기술되지 않는다.

이 경우에, 고 전압이 실질적으로 LED 드라이버(120)의 제1 측면(120A)의 컴포넌트(상세히 도시되지 않음)에 인가된다. 이들 컴포넌트는 전자기 기능(EMC 커패시터, 공통 모드 필터, 정류 브릿지(rectifying bridges), 및 스위칭 트랜지스터를 포함한다.

상술한 상황의 대부분에서, LED 드라이버(120)의 입력부는 입력 경로(210) 및 리턴 경로(22)를 가진 이러한 서지(200)에 희생되고, LED 드라이버(120) 내의 제1 측면(120A) 및 제2 측면(120B) 사이의 절연은 LED 엘리먼트(170)를 보호하기에 충분할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 차동 서지가 입력 경로(230) 및 리턴 경로(240)에 의해 지시된 바와 같이 제2 측면(120B)으로 전파되고 회로 보드(180) 상의 LED+ 및 LED- 연결 사이에서 높은 서지 전압(250)을 유발하는 경우, 그것은 LED 엘리먼트(170) 뿐만이 아니라 LED 엘리먼트가 장착되는 회로 보드 자체도 파괴시킬 수 있다.

도 3은 접지에 대해 도 1에서 도시된 조명기구(100)의 라인 및 중립 와이어(160L, 160N) 모두에서 발생하는 공통 모드 서지의 전파를 도시한다. 도 1에서 미리 기술된 조명기구(100)의 엘리먼트가 동일하게 넘버링되고, 여기서 다시 기술되지 않는다.

제1 측면(120A)과 제2 측면(120B) 사이의 절연이 LED 모듈(130)로의 고속 통로를 제공하는 예를 들면 300으로 표시되는 일부 EMC 커패시터에 의해 종종 우회되기 때문에, 이러한 유형의 상황은 공통 모드 서지가 LED 드라이버(120)를 통과하여 전파할 수 있으므로 LED 엘리먼트(170)에 대해 더 위험하다.

추가로, 클래스 Ⅱ 조명기구용 LED 드라이버는 또한 조명 기구(100)의 금속 프레임(110)으로부터 절연되고, 임의의 내부 리턴을 접지에 제공하지 않는다. 그 결과, LED 드라이버(120)의 제2 측면(120A)(입력)에 도달하는 서지 전압은 거의 완전히 제2 측면(120B)(출력)으로 전달되고, 그런다음 320 및 330으로 표시된 바와 같이 절연파괴 전압(voltage breakdown)이 LED 엘리먼트(170)가 장착되는 회로 보드(180)에서 발생할 때까지 화살표(310)에 의해 지시된 바와 같이 연결(150, 155)에 의해 LED 모듈(130)로 전달된다.

열 분산기(190)는 전기 전도성 그리고 열전도성 경향 모두를 가지기 때문에, 화살표(340A, 340B, 340C, 340D, 340E, 340F)에 의해 표시된 바와 같이, 전류는 320 및 330으로 도시된 바와 같은 절연파괴 전압으로부터 절연층(185)(또한 서지 전압에 의해 파괴되는)을 통과하여 열 분산기(190)로 그리고 열 분산기(190)가 장착되는 금속 프레임(110)으로 흐른다. 전류 흐름은 금속 프레임(110)에서 합쳐지고, 그런다음 PE 연결(165)를 통해 접지로 화살표(350)에 의해 표시된 바와 같이 금속 프레임(110)을 따라서 흐른다. 이는 공통 모드 서지가 접지로 리턴하는 자신의 경로, 금속 프레임(110) 및 자신의 PED 연결(165)을 통한 경로를 발견하는 방식이다.

클래스 Ⅱ 조명기구에 대해, 공통 모드 서지가 프레임과 프레임이 장착되는 금속 극 또는 마스트 사이에서의 기계적 연결을 통해 접지로 전달된다.

열 분산기(190)를 통하여 금속 프레임(110)으로 가는 6개의 전류 경로가 도시되었지만, 이는 예시일 뿐이며 회로 보드(180) 상의 절연 파괴 및/또는 LED 엘리먼트(170)의 고장 면적에 따라 열 분산기를 통하여 임의의 수의 전류 경로가 생성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

추가로, LED 엘리먼트(170)가 장착되는 회로 보드(180)는 대개 열 소산 목적으로 대형 구리 영역을 포함한다. 이들 대형 영역은 고속 서지가 통과하여 지나서 LED 엘리먼트(170)를 통과하는 유해한 전류를 생성할 수 있는 상대적으로 큰 커패시턴스를 생성한다.

한편, 정전기가 조명기구(100)의 금속 프레임(110) 상에 축적되거나, 또는 로컬 접지가 360으로 표시된 바와 같이 로컬 낙뢰에 기인한 갑작스런 전위(potential) 증가를 경험할 때, 금속 프레임(110)과 라인 및 중립 와이어(160L, 160N) 사이의 전압은 각각 서지가 금속 프레임(110)과 메인 전력공급기 라인(160) 사이의 수 KV의 전위 차이에 기인한 PE 연결(165)에 의한 리턴을 찾도록 한다. 절연파괴 전압은 프레임과 라인 및 중립 와이어(160L, 160N) 사이에서 발생하여, LED 엘리먼트(170)와 LED 드라이버(120)를 통과하여 지난다.

상술한 바와 같이, 클래스 Ⅰ 조명기구에 대해, 보호 컴포넌트가 공통 모드 서지를 위해 제공된다. 이러한 보호 컴포넌트의 위치를 도시하는 개략적인 다이어그램이 도 4에 도시된다.

도 4에서, 메인 입력(410)은 각각 라인 및 중립 단자(410L, 410N), 및 PE 연결(410PE)을 포함하고, 도 1에 도시된 바와 같이 LED 드라이버(120)의 제1 측면(120A)으로의 입력부(420)에 연결된다. 입력부(420)에서의 단자는 각각 420L, 420N, 및 420PE로서 라벨링되고, 각각의 단자가 도시된 바와 같이 와이어 연결(430L, 430N, 및 430PE)을 통해 단자(410L, 410N, 및 410PE) 중 각각의 하나에 연결된다.

라인 및 중립 와이어 연결(430L, 430N)의 각각에서의 직렬 퓨즈(440, 450)가 도시된다. 라인 와이어 연결(430L)과 PE 와이어 연결(430PE) 사이; 중립 와이어 연결(430N)과 PE 와이어 연결(430PE) 사이; 및 라인 및 중립 와이어 연결(430L, 430N) 사이에 각각 위치된 보호 엘리먼트(460, 470, 480)가 또한 도시된다.

보호 엘리먼트(460, 470, 480)는 상술한 바와 같이 금속 산화물 배리스터(MOV), 가스 방전 튜브(GDT), 또는 MOV와 GDT의 조합을 포함할 수 있다.

직렬 퓨즈(440, 450)는 보호 컴포넌트(460, 470, 480)와 함께 동작하고, 보호 컴포넌트(460, 470, 480)가 단락되었을 때, 회로, 즉, 조명기구에 대한 메인 전력공급기를 차단하도록 동작가능하다.

그러나, 이들 보호 컴포넌트(460, 470, 480)가 LED 드라이버(120)를 보호하기 위해 동작하는 반면, 이들 보호 컴포넌트는 그것들이 활성화되기 전에 회로 보드(180)의 적어도 일부 및 회로 보드에 장착된 LED 엘리먼트(170)의 적어도 일부의 파괴를 방지하기에는 충분하지 못할 수 있다.

따라서, LED 엘리먼트(170)의 파괴를 방지하기 위해, 양호한 접근 방식은 LED 엘리먼트(170)가 장착되는 회로 보드(180)와 조명기구(100)의 금속 프레임(110) 사이에 위험한 전압이 생성될 수 없도록 보장하는 것이다.

도 5에서, 본 발명에 따른 보호 컴포넌트가 추가된 것을 제외하고는 도 1의 조명기구(100)와 동일한 조명기구(500)가 도시된다. 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)는 전기 연결(150, 155)(LED 드라이버(120)와 LED 엘리먼트(170)가 연결되는 회로 보드(180) 상의 LED+ 및 LED- 라인 사이의)의 각각과 조명기구(500)의 금속 프레임(110) 중 각각의 것들을 가로질러 삽입된다.

공통 모드 서지의 경우에, 이들 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)는 접지로의 조명기구(500)의 금속 프레임(110)을 통한 서지 전류를 위한 직접적인 리턴 경로를 제공한다. 이들 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)는 또한 번개 폭풍에 대한 전조로서의 먹구름 내에서의 정전기 구축 동안, 또는 번개 폭풍 동안 회로 보드(180)와 조명 기구(500)의 금속 프레임(110) 사이에서의 정전기 구축 및 높은 정전압을 방지하기 위해 이용될 수 있다.

LED 드라이버(120)는 일반적으로 LED 엘리먼트(170) 보다 높은 서지 전압에 대해 튼튼하기 때문에, LED 드라이버는 일반적으로 이러한 높은 서지 전압을 견디는 경향이 있는 반면에, LED 엘리먼트는 파괴된다. 추가로, LED 드라이버(120)는 또한 임의의 정전기가 LED 엘리먼트(170)로 통과되는 것을 방지하도록 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)에 의해 전달되는 임의의 정전기를 흠수할 수 있다. 이는 도 6에서 보다 명확하게 도시된다.

도 6에서, 메인 입력부(160)에서 서지 전압(600)을 가진 조명기구(500)가 도시된다. 서지 전압(600)은 화살표(610)에 의해 표시된 바와 같이 LED 드라이버(120)의 제1 측면(120A)(입력)으로 전달되고, 화살표(620)에 의해 표시된 바와 같이 제2 측면(120B)으로 거의 완전히 전달되고, 화살표(630, 640)에 의해 표시된 바와 같이 그 사이로 통과하여 연결(150, 155)로 전달된다. 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이 LED 엘리먼트(170)에 대해 손상을 일으키는 서지 전압 대신에, 화살표(650, 660)에 의해 표시된 바와 같이 전류가 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)에 의해 금속 프레임(110)으로 그리고 화살표(670, 680, 및 690)에 의해 표시된 바와 같이 PE 연결(165)을 통해 접지로 보내진다.

LED 드라이버(120)의 입력부에서의 공통 모드 및 차동 모드 서지 모두는 또한 각각의 연결(150, 155)에 의해 LED 드라이버(120)의 제2 측면(120B)으로 연결된 회로 보드(180) 상의 LED+ 라인과 LED- 라인 사이에서의 고 전압을 생성할 수 있다. 2개의 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)가 이 고 전압 감소에 효율적이다. 이러한 경우, 2개의 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)는 그것들이 LED+ 라인과 LED- 라인을 가로질러서, 즉, 연결(150, 155)과 프레임을 가로질러서 직렬로 연결된 것처럼 동작한다.

도 7에 도시된 바와 같이 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)에 앞서서 직렬 컴포넌트를 삽입시킴으로써 서지 전류를 제한하고 드라이버 보호를 개선시키는 것이 또한 가능하다.

도 7에서, 도 5에 도시된 조명기구와 유사하지만, LED 드라이버(120)와 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520) 사이에서의 연결(150, 155) 중 각각의 연결에서 추가적인 직렬 임피던스 엘리먼트(710, 720)를 가지는, 조명기구(700)가 도시된다. 이들 직렬 임피던스 엘리먼트(710, 720)는 또한 회로 보드(180)와 LED 엘리먼트(170) 및 금속 프레임(110) 사이의 전압을 더 감소시키고, LED 드라이버(120)에 의해 LED 엘리먼트(170)로 제공되는 DC 전류에 대해서 영향을 주지 않으면서 서지의 경우에 전류 리미터로서 동작한다.

바람직한 실시예에서, 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520) 및/또는 직렬 임피던스 엘리먼트(710, 720)는 LED 엘리먼트(170)가 장착되는 회로 보드(180) 상에 위치된다. 대안으로, 이들 임피던스 엘리먼트들은 또한 LED 드라이버(120)의 제2 측면(120B)과 LED 엘리먼트(170)가 장착되는 회로 보드(180) 사이의 임의의 위치에 위치되는 연결 박스(도시되지 않음) 상에서 가용할 수 있다. 또다른 대안(도시되지 않음)에서, 직렬 임피던스 엘리먼트(710, 720)는 LED 드라이버(120)의 제2 측면(120B)과 회로 보드(180) 상에 위치되는 션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)를 가진 회로 보드(180) 사이에서 위치되는 연결 박스 내에 위치될 수 있다.

효율적인 보호를 제공하기 위한 션트 임피던스 엘리먼트의 유형의 선택은 중요하고, 이러한 션트 임피던스 엘리먼트는 하기 중 하나를 포함한다: 커패시터, 레지스터, 및 제너 다이오드와 반도체 과도 서프레서와 같은(그러나 이에 한정되는 것은 아님) 반도체 기반 컴포넌트.

션트 임피던스 엘리먼트(510, 520)가 커패시터를 포함하는 경우, 그것들은 ,션트 커패시턴스 값이 LED 드라이버(120)에서의 트랜스포머의 제1 및 제2 측면(120A, 120B)의 기생 커패시턴스 값보다 현저하게 더 크다면, LED 드라이버(120)의 제1 측면(120A)과 제2 측면(120B) 사이의 트랜스포머의 제1 내지 제2 기생 커패시턴스(도 3 및 6에서 300으로 도시됨)를 가지고, LED 드라이버(120)의 출력부에서 공통 모드 전압을 현저하게 감소시키는 분할 브릿지를 형성할 것이다. 이들 션트 커패시터가 절연층(LED 모듈(130) 내의 층(185))을 가로질러 효과적으로 위치되기 때문에, 예를 들면 국제 안전 기준을 충족시키도록 규제된 X-커패시터(라인과 중립 와이어 사이에 연결가능한) 및/또는 Y-커패시터(라인과 접지 사이에 연결가능한)와 같은 라인 필터 커패시터와 같은, 이러한 유형의 애플리케이션에 적합한 커패시터를 선택하는 것이 중요하다. 10nF 내지 1000nF 사이의 커패시턴스 값이 적합하고, 약 100nF의 커패시턴스 값이 양질의 결과를 제공하는 것으로 발견되었다.

션트 임피던스 엘리먼트가 레지스터를 포함하는 경우, 이들은 파괴 방전을 생성할 수 있는 회로 보드(180) 상의 LED+ 라인과 LED- 라인 및 LED 드라이버(120) 사이의 연결 라인(150, 155)과 금속 프레임(110) 사이의 정전압 구축을 방지하는 데에 이용될 수 있다. 이러한 레지스터의 전형적인 저항 값은 1㏁ 내지 10㏁ 사이의 범위 내에 있고, 회로 보드(180)와 금속 프레임(110)에 대해 연관된 LED 엘리먼트(170) 사이의 전기 절연 안전성을 보존한다.

션트 임피던스 엘리먼트가 반도체기반 컴포넌트를 포함하는 경우, 이들은 미리 정해진 전압에서 트리거하고, 그들의 트리거 전압이 회로 보드(180)와 금속 프레임(110)에 대해 연관된 LED 엘리먼트(170)의 고유 절연성(intrinsic insulation) 레벨 보다 현저하게 더 낮은 것을 보장하는 것이 중요하다.

당연하게, 션트 임피던스 엘리먼트는 보호 필요조건에 따라 커패시터, 레지스터, 및 반도체 기반 컴포넌트의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

직렬 임피던스 엘리먼트(710, 720)는 회로 보드(180)와 연관된 LED 엘리먼트(170)에 공급하는 DC 전류에 대해 거의 투명하면서 고속 서지에 대해 높은 임피던스를 제공하는 인덕터를 포함할 수 있다.

추가적으로, 공통 모드 필터는 적절한 임피던스 값을 가진 2개의 결합 인덕터(도시되지 않음)로 구성된다.

션트 임피던스 엘리먼트(및 존재하는 경우 직렬 임피던스 엘리먼트)에 의해 형성된 서지 보호 장치는 도 4를 참조하여 상술된 바와 같이 메인 전력 공급기(160)와 LED 드라이버(120)의 제1 측면(120A) 사이에 직렬 퓨즈와 보호 엘리먼트를 제공함으로써 추가될 수 있다.

본 발명은 단일 LED 모듈과 단일 LED 드라이버를 포함하는 조명기구를 참조하여 기술되었다. 그러나, LED 드라이버는 조명기구 내에 하나 이상의 LED 모듈을 구동시킬 수 있다는 것이 용이하게 이해될 것이다. 추가로, 조명기구 내에 하나 이상의 LED 모듈을 구동시키는 하나 이상의 LFD 드라이버가 있다. 조명기구 내에 하나 이상의 LED 모듈이 있는 경우, 션트 임피던스 엘리먼트는 LED 드라이버와 각각의 LED 모듈 사이의 각각의 연결에서의 각각의 LED 모듈을 가로질러 배치될 수 있다.

본 발명이 특정한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 서지 전압 동안 조명기구 내의 LED 엘리먼트의 파괴를 방지하기 위한 기타 실시예가 가능하다는 것이 용이하게 이해될 것이다.

Claims

금속 프레임, 회로 보드를 구비하는 적어도 하나의 발광 다이오드 모듈, 및 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 모듈을 위해 메인 전압을 변환하도록 구성되는 적어도 하나의 드라이버를 포함하는 조명기구를 보호하도록 구성되는 서지 보호 장치로서,
각각의 드라이버와 각각의 발광 다이오드 모듈은 드라이버와 상기 드라이버에 연관된 발광 다이오드 모듈 사이에 전기 연결되어 상기 금속 프레임 상에 장착되고,
상기 서지 보호 장치는 각각의 드라이버 및 상기 각각의 드라이버에 연관된 발광 다이오드 모듈 사이의 전기 연결과 상기 금속 프레임 사이에 위치된 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트를 포함하고, 각각의 션트 임피던스 엘리먼트는 커패시터, 레지스터, 및 반도체 기반 컴포넌트 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트는 상기 적어도 하나의 발광 다이오드 모듈의 상기 회로 보드 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트는 상기 드라이버와 상기 발광 다이오드 모듈 사이의 연결 박스 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제4 항에 있어서, 각각의 커패시터는 미리 정해진 전기 안전 특성을 가진 X-커패시터 또는 Y-커패시터 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제5 항에 있어서, 각각의 커패시터는 10nF 내지 1000nF 사이의 커패시턴스 값을 가지는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트는 레지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제7 항에 있어서, 상기 레지스터는 1㏁ 내지 10㏁ 사이의 저항 값을 가지는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트는 상기 발광 다이오드 모듈과 상기 프레임 사이의 절연 전압 보다 더 낮은 트리거 전압을 가지는 반도체 기반 컴포넌트를 구비하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제9 항에 있어서, 상기 반도체 기반 컴포넌트는 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제9 항에 있어서, 상기 반도체 기반 컴포넌트는 반도체 과도 서프레서(transient suppressor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 드라이버와 상기 적어도 하나의 션트 임피던스 엘리먼트 사이에 위치되는 적어도 하나의 직렬 임피던스 엘리먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제12 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 직렬 임피던스 엘리먼트는 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제12 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 직렬 임피던스 엘리먼트는 공통 모드 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.
제14 항에 있어서, 상기 공통 모드 필터는 2개의 결합 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지 보호 장치.