KR20160068512A

KR20160068512A - 디머 led램프 구동장치 및 그 구동장치를 탑재한 led등

Info

Publication number: KR20160068512A
Application number: KR1020140174357A
Authority: KR
Inventors: 김진국
Original assignee: 김진국
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-06-15

Abstract

최근 에너지절감을 위한 그린산업의 중요성이 날로 강조되고 있다. 그 일환으로 LED 조명등의 보급이 활성화 되고 있으며, 저효율의 백열전구는 판매를 금지하고 있는 추세에 있다. 그런데 백열전구는 입력전압을 낮추어 주면, 어두워지기 때문에 사용자가 디머[dimmer]를 사용하여 밝기를 조절하여 왔으나, LED 램프의 경우는 그 구동장치로 SMPS 를 사용하고 있기 때문에 입력전압을 낮추어도 밝기가 조절이 되지 않을 뿐 아니라, 동작 범위를 벗어날 만큼 입력전압이 낮아지면 동작을 멈추어[shut down 되어]버린다. 본 발명의 디머 LED 램프 구동장치 및 그 구동장치를 탑재한 LED 램프는 입력교류전압이 정격전압보다 낮을 때[통상 정상전압의 -10％이하일 때]에는, LED 램프의 밝기가 입력전압에 비례하여 어두워지고, 입력전압이 정격전압 이상일 때에는 램프밝기를 일정하게 유지함으로써 본 발명의 디머 LED 램프는 사용자의 편리성 제고와 함께 에너지 절감에 크게 기여할 것이다.

Description

디머 LED 램프 구동장치 및 그 구동장치를 탑재한 LED 등{The dimmer LED lamp driving device and the LED lamp comprising the driving device}

본 발명은 디머 LED 램프 구동장치 및 이를 탑재한 LED 램프에 관한 발명으로, 특히 입력전압이 정격전압보다 낮을 때에는 램프의 밝기가 낮아지고, 입력전압이 정격전압보다 높아지면 램프의 밝기가 일정하게 유지되는 디머 LED 램프구동장치 및 그 구동장치를 탑재한 LED 램프에 관한 것으로, 이러한 LED 램프를 디머[Dimmer]기능이 있는 LED 램프라고 한다.

최근 에너지 절감을 위하여, 백열전구, 할로겐램프 등 각종의 램프가, 외관이 유사하고 소켓을 공유할 수 있으면서 효율이 좋은 LED 램프로 교체하는 추세에 있다. 또 효율이 좋은 LED 램프이면서 사용환경조건에 따라, 밝기가 사용자의 기호에 맞게 조절이 되는 그러한 LED 램프의 수요가 날로 증가하고 있다. 이것은 사용환경이 사용자의 기호에 맞게 조절이 되면서 에너지도 절감할 수 있는 이점이 있기 때문이다. 그런데 LED 소자가 DC 로 구동이 되기 때문에 대부분의 LED 램프 구동장치가 SMPS[Switchig Mode Power Supply]로 구성이 되어있어 LED 램프의 밝기가 조절이 되지 않는다.

본 발명의 목적은, LED 램프의 입력전압이 정격전압보다 낮을 때에는 LED 램프의 밝기가 입력전압이 낮아지는 만큼 어두워지고, LED 램프의 입력전압이 정격전압보다 높아지게 되면 일정한 밝기를 유지하도록 하는 기능이 있는 LED 램프 및 그 구동장치를 제공함에 있다.

본 발명의 디머 LED 램프 및 그 구동장치는 램프에 입력되는 전기신호를 브릿지정류하여 평활한 후, 초크코일[L₁]을 고속으로 온[ON]·오프[OFF] 스위칭하면서, 이때 코일[L₁]에 유기되는 에너지를 정류다이오드[D₅]를 통하여 콘덴서[C₂]에 저장해서, 이 C₂에 저장된 에너지를 LED 램프의 LED 매트릭스 어레이[2]에 공급하고, 이때 LED 매트릭스 어레이에 흐르는 LED 전류를 검출해서 스위칭 제어 IC 의 피드백[FD]단자에, 1 차 측 스위칭소자 전류검출전압과 중첩시켜서 가하는 방법으로 디머가 가능하면서 입력전압 상승 시에는 LED 전류를 제한할 수 있도록 한다.

본 발명의 디머 LED 램프는 사용자가 사용환경에 따라 기호에 알맞은 밝기로 LED 램프의 밝기를 조절할 때 LED 램프가 깜빡이지 않고 안정적으로 밝기가 조절이 되면서, 램프에 가해지는 교류입력전압이 정격보다 상승할 때에는 LED 전류가 정격치보다 상승하지 않고 일정 값을 유지하도록 하는 것이 가능하기 때문에 램프밝기 조절의 편리성 제고 및 에너지 절감의 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 1 실시 예를 나타내는 회로 구성도 및 블럭도
도 1.1 은 본 발명에 있어 LED 전류 피드백 회로블럭[14]의 또 다른 실시 예를 나타내는 도면
도 2 는 본 발명의 동작원리를 설명하기 위한 파형도
도 2.1 은 본 발명에 있어 스위칭 IC[12]의 내부 S-R 플리플롭의 S[Set]단자에 가해지는 발진파형
도 2.2 는 스위칭IC[12]의 피드백[FD]단자에 가해지는 파형
도 2.3 은 본 발명에 있어 스위칭 IC[12]의 게이트[Gate]단자로 출력하는 스위칭 소자[Q₁]제어 파형
도 3 은 본 발명의 또 다른 실시 예를 나타내는 도면
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
AC ; 교류입력전원
1 ; 디머 LED램프 구동장치
2 ; LED매트릭스 어레이
11 ; 브릿지 정류 회로 블럭
12 ; 스위칭IC
13 ; 스위칭소자 전류 검출회로 블럭
14 ; LED전류 검출회로블럭
V_IN; 스위칭IC 구동전원 입력단자
Gate ; 스위칭IC 게이트 출력 단자
FD ; 스위칭IC 피드백 단자
D₁∼D₆ ; 제1∼제6다이오드
C₁∼C₃ ; 제1∼제3 콘덴서
R₁∼R₆ ; 제1∼제6 저항
Q₁ ; 스위칭 소자
U₁ ; op앰프

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동작 원리를 도면과 함께 상세히 설명한다. 도 1 에서와 같이 구성된 본 발명의 디머 LED 램프는 브릿지 정류회로블럭[11]과 스위칭 IC[12]를 포함하는 LED 램프 구동장치[1]와 LED 매트릭스 어레이[2]로 구성된다. 브릿지 정류회로블럭[11]은 4 개의 다이오드[D₁∼D₄]와 콘덴서[C₁]로 구성되어 교류[AC]입력전기신호를 브릿지 정류하여 콘덴서[C₁]에 직류전기에너지로 충전하여, LED 램프구동전원으로 사용하도록 하는 역할을 한다. 스위칭 IC[12]는 일정주파수로 발진을 하면서 스위칭소자[Q₁]를 온,오프 제어한다.

상기 스위칭 IC[12]는 스위칭 소자를 온[ON]한 후, 스위칭소자 전류를 제 1 저항[R₁]과 제 3 저항[R₃]으로 검출해서 피드백[FD]단자로 피드백 받아 FD 단자에 나타나는 전압이 250mV 를 초과하면 게이트[Gate]전압을 로우[Low]로 떨어트려 스위칭 소자[Q₁]를 오프[OFF]한다. 이때 제 1코일[L₁]에 저장된 자기 에너지가 입력전압보다 상당히 높은 전압의 전기에너지로 변환되면서 제 5다이오드[D₅]를 통하여 제 2 콘덴서[C₂]에 충전되고, 이렇게 제 2 콘덴서[C₂]에 충전된 전기에너지를 LED 매트릭스 어레이[2]에 흘려 보내서 LED 램프를 밝게 한다. 이때 제 1 코일에 유기되는 전압은 공급전압[C₁에 충전된 전압]보다 2배 이상 높게 유기되기 때문에 출력전압이 낮은 할로겐램프 안정기에 사용시 매우 유용하다. 그런데 상기 제 1 콘덴서에 충전된 전압은 입력교유전압의 변동에 따라 변하게 되어 결과적으로 LED 램프의 밝기가 달라지게 된다. 입력교류전압이 정격보다 낮아질 대에는 어두워지기 때문에 본 발명의 디밍[Dimming]목적에 부합하지만 입력교류전압이 높아질 때에는 LED 램프의 밝기가 일정하게 유지되도록 하는 기능이 추가되어야 한다.

도 1 과 같이 구성된 본 발명의 디머 LED 램프는 LED 램프전류를 전류검출용소자[R₂]로 검출해서 제 4 저항[R₄]과 제 3 콘덴서[C₃]로 적분한 후 제 5 저항[R₅]을 통하여 스위칭 IC[12]의 피드백단자[FD]에 스위칭소자[Q₁]에 흐르는 1 차 전류와 중첩되게 가해서 LED 전류가 증가하면 스위칭 소자[Q₁]의 온[ON]타임을 짧게 하는 방법으로 LED 램프 전류를 제한한다.

LED 전류를 피드백[FD]단자에 중첩시킬 때, 도 1.1 에서와 같이 OP 앰프를 사용하여 증폭해서 중첩시킬 수도 있다. 도 2[도 2.1∼도 2.3]에 스위칭 IC[12]의 동작파형이 나타나 있다. 스위칭 IC 내부 S-R 플립플롭의 S[Set]단자에 도 2.1 의 내부발진 파형이 가해지고 피드백[FD]단자에 도 2.2 와 같은 스위칭 소자 전류 검출파형이 가해지면 도 2.3 과 같은 게이트 출력파형이 게이트[Gate]단자에 출력된다. 도 2.2 에서 알 수 있듯이 피드백단자 전압이 250mV 에 도달하면 게이트 단자 출력이 로우[Low]로 떨어져 결과적으로 스위칭 소자[Q₁]를 오프 한다. 상기에서와 같이 LED 전류를 검출하여 피드백단자에 중첩해서 가해주면, 적은 스위칭소자전류에도 피드백단자전압이 250mV 에 도달하게 되어 그만큼 빨리 스위칭 소자를 오프[OFF]하게 되어 결과적으로 LED 전류를 제한하게 된다. 특히 LED 전류 검출회로블럭[14]을 도 1.1 에서와 같이 OP 앰프[U₁]로 증폭하여 상기 스위칭 IC[12]의 피드백단자[FD]에 가해주면, 입력교류[AC]전압이 높을 때에는 상기 스위칭 IC[12]는 전적으로 LED 전류에 의하여 오프[OFF]타임이 결정되어 LED 전류가 일정하게 제어된다.

도 3 은 본 발명의 또 다른 실시 예에 대한 회로구성도 및 블럭도로 본 발명은 모든 기존의 SMPS 회로에 응용할 수 있음을 보여주고 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 디머 LED 램프 구동장치 및 그 구동장치를 탑재한 LED 램프는 입력교류전압이 정격치 보다 낮을 때에는, 구동장치의 스위칭소자 전류에 의하여 제어되고, 입력교류전압이 정격치 보다 높을 때에는, LED 램프의 LED 전류에 의하여 제어되게 하는 방법으로 디머 LED 램프가 구동한다.

Claims

디머 LED 램프 구동장치[1]와 LED 매트릭스 어레이[2]로 구성된 디머 LED 램프에 있어, 디머 LED 램프구동장치[1]가 브릿지 정류회로블럭[11]과, 피드백[FD] 단자를 갖는 스위칭 IC[12]와 스위칭소자[Q₁]와, 스위칭소자 전류 검출회로 블럭[13] 및 LED 전류 검출 회로블럭[14]을 포함하고, 입력교류전압이 정격치보다 낮을 때에는 상기 스위칭소자[Q₁]에 흐르는 전류를 감지하여 스위칭소자[Q₁]가 온,오프 제어되고, 입력교류전압이 정격치보다 높을때에는 상기 디머 LED 램프의 LED 매트릭스어레이[2]에 흐르는 LED 전류를 감지하여 스위칭소자[Q₁]가 온,오프 제어되는 디머 LED 램프.
LED 매트릭스어레이[2]를 포함하는 디머 LED 램프에 내장되어 사용되는 디머 LED 램프 구동장치[1]에 있어, 디머 LED 램프 구동장치[1]가 브릿지 정류회로블럭[11]과, 피드백[FD]단자를 갖는 스위칭 IC[12]와 스위칭소자[Q₁]와, 스위칭소자 전류 검출회로 블럭[13] 및 LED 전류 검출 회로블럭[14]을 포함하고, 입력교류전압이 정격치보다 낮을 때에는 상기 스위칭소자[Q₁]에 흐르는 전류를 감지하여 스위칭소자[Q₁]가 온,오프 제어되고, 입력교류전압이 정격치보다 높을때에는 상기 디머 LED 램프의 LED 매트릭스어레이[2]에 흐르는 LED 전류를 감지하여 스위칭소자[Q₁]가 온,오프 제어되는 디머 LED 램프 구동장치.