KR20170037911A - Led 램프용 컨버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 LED 램프는 복수개의 LED 모듈을 포함하는 LED 램프와, 상기 LED 램프의 누적 사용시간을 산정하는 사용시간 측정부와, 상기 LED 램프의 누적 사용시간이 한계시간 이상인 경우 전류 조절 신호를 발생시키는 제어부, 및 상기 전류 조절 신호에 따라 상기 LED 램프로 인가되는 전류의 양을 증가시키는 전류 조절부를 포함한다.

Description

LED 램프용 컨버터{CONVERTOR FOR LED LAMP}
본 발명은 LED 램프용 컨버터에 관한 것이다.
최근 각종 조명장치의 광원으로 LED 소자가 각광을 받고 있다. LED 소자는 종래의 조명에 비해 발열량이 적고, 적은 소비전력과 긴 수명, 내충격성 등의 장점을 갖고 있다. 또한, 제조과정에서 형광등과 같이 수은이나 방전용 가스를 사용하지 않으므로 환경오염을 유발하지 않는 장점이 있다.
LED 소자는 적절한 전원공급과 방열수단을 제공할 경우 10만 시간 이상을 사용해도 소손 없이 점등상태를 유지할 수 있다. 모든 광원은 시간이 지날수록 광출력이 점점 감소하는데, 초기 광도의 80% 까지는 사람이 잘 느끼지 못하므로 이를 기준으로 평가할 경우 LED 소자의 조명용 수명은 현재 약 4만-5만 시간으로 예상되고 있다.
이러한 LED 램프의 수명을 더욱 연장시킬 수 있다면 LED 램프의 장점을 극대화시킬 수 있다.
[선행특허문헌] 공개특허공보 제10-2013-0107109호(2013.10.01.)
본 발명은 전술한 종래기술을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수명을 연장시킬 수 있는 LED 램프용 컨버터 및 LED 램프의 전류 제어 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 보다 용이하고 안전하게 전류를 조절할 수 있는 컨버터 및 LED 램프의 전류 제어 방법을 제공함에 있다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 LED 램프용 컨버터는 LED 램프의 누적 사용시간을 산정하는 타이머와, 상기 타이머에서 산정된 시간을 기록하는 저장부와, 기 설정된 주기로 전류 조절 신호를 발생시키는 제어부 및 상기 전류 조절 신호에 따라 LED 램프로 인가되는 전류의 양을 증가시키는 전류 조절부를 포함한다.
여기서, 상기 전류 조절부에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때, 상기 전류 조절부에서 변화된 후의 전류의 양(Y)은 Y = D0 + X*0.003으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전류 조절부에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,상기 전류 조절부에서 증가된 후의 전류의 양(Y)은 D0 + (X)1/2*0.004로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전류 조절부에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,상기 전류 조절부에서 증가된 후의 전류의 양(Y)은 D0 + (X)1/2*0.003 + 1/X*0.001로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제어부는 1시간을 주기로 전류 조절 신호를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 측정된 시간이 기 설정된 한계시간을 초과하는 경우,전류를 증가시키지 않도록 이루어질 수 있다.
여기서,상기 한계시간은 10만 시간 내지 15만 시간으로 이루어질 수 있으며, 또한, 상기 한계시간은 12만 시간으로 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 전류 조절부는 PWM 제어기를 포함할 수 있으며, 상기 전류 조절부는 LED 램프와 병렬로 연결된 가변저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 LED 램프의 전류 조절 방법은 LED 램프에 전류가 인가되는 시간을 누적하여 계산하는 누적 사용시간 측정 단계와, 주기적으로 전류 증가신호를 발생시키는 신호 발생 단계와, 신호 발생 단계에서 전달된 신호에 따라 LED 램프에 인가되는 전류를 증가시키는 전류 증가 단계,및 누적 사용시간이 기 설정된 한계시간을 초과하는지를 판단하는 한계시간 판단 단계를 포함한다.
여기서 상기 전류 증가 단계에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,상기 전류 증가 단계에서 증가된 후의 전류의 양(Y)은 Y = D0 + X*0.003로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전류 증가 단계에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,상기 전류 증가 단계에서 증가된 후의 전류의 양(Y)은 D0 + (X)1/2*0.004로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전류 증가 단계에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,상기 전류 증가 단계에서 증가된 후의 전류의 양(Y)은 D0 + (X)1/2*0.003 + 1/X*0.001로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전류 증가 단계는 PWM 제어기를 이용하여 전류를 증가시킬 수 있으며, 상기 전류 증가 단계는 가변 저항을 이용하여 전류를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 LED 램프는 누적 사용시간의 증가에 따라 전류의 양을 증가시킴으로써 LED 램프의 밝기를 보상하여 LED 램프의 수명을 증가시킬 수 있다.
또한 본 발명의 LED 램프는 바이패스부재를 구비하여 전류의 증가함에도 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 램프의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 램프의 전류 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 컨버터와 종래의 컨버터에서 광속 유지율을 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 LED 램프의 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성 요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 및 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 LED 램프용 컨버터의 구성도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 LED 램프용 컨버터(101)는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류부(24)와 LED 램프(10)의 누적 사용시간을 산정하는 타이머(21)와 타이머(21)에서 계산된 시간을 기록하는 저장부(23)와, 기 설정된 주기로 전류 조절 신호를 발생시키는 제어부(25), 및 전류 조절 신호에 따라 LED 램프(10)로 인가되는 전류의 양을 증가시키는 전류 조절부(26)를 포함한다.
LED 램프(10)는 기판상에 배치된 LED 모듈을 포함하며, 직관형 램프, 벌브형 램프등 다양한 형태로 이루어질 수 있다. LED 램프(10)는 LED 모듈이 실장된 기판과, 방열판, 및 커버 렌즈를 포함할 수 있다. 정류부(24)는 입력된 교류 전류를 직류 전류로 변환하는데, EMI 차폐기와 변압기 등을 포함할 수 있다.
타이머(21)는 LED 램프(10)에 전류가 인가될 때에만 누적 사용시간을 적산하며, LED 램프(10)에 전류가 인가되지 않을 때에는 누적 사용시간을 적산하지 않는다. 즉, 스위치를 켜져서 컨버터(101)에 교류 전류가 인가될 때에 타이머(21)가 사용 시간을 누적하여 계산한다.
저장부(23)는 타이머(21)에서 계산된 누적 사용시간을 저장하는 장치로서 EEPROM으로 이루어질 수 있다. 저장부(23)가 구비되므로 전원이 차단된 경우에도 적산된 누적 사용시간을 기억하였다가 전원이 다시 인가될 때 누적 사용시간을 연속적으로 적산할 수 있다.
제어부(25)는 LED 램프(10)가 안정적으로 빛을 발생시킬 수 있도록 제어하며, 타이머(21)에서 전달된 신호를 분석하고 전류 조절 신호를 발생시킨다.
제어부(25)는 기 설정된 주기로 전류 조절 신호를 발생시키는데, 제어부(25)는 1시간을 주기로 전류 조절 신호를 발생시킬 수 있다. 즉,타이머(21)에서 계산된 누적 사용시간을 기준으로 매시간마다 전류 조절 신호를 발생시켜서 전류를 증가시키도록 할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제어부(25)는 10시간 또는 100시간을 주기로 전류 조절 신호를 발생시킬 수도 있다.
또한 제어부(25)는 누적 사용 시간이 한계시간 이상인 경우 전류를 더 이상 전류를 증가시키지 않는다. 여기서 한계시간은 10만 시간 내지 15만 시간으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 한계시간이 12만 시간일 수 있다.
LED 램프(10)에 인가되는 전류가 증가하면 LED 램프(10)에서 출사되는 빛의 밝기가 증가하지만 전류의 증가는 안전한 영역 이내에서 이루어져야 한다. 따라서 제어부(25)는 한계시간을 설정하여 LED 램프(10)에 인가되는 전류가 안전 영역을 벗어나지 않도록 전류 증가회수를 제한한다.
전류 조절부(26)는 전류 조절 신호가 수신된 경우 LED 램프(10)에 인가되는 전류의 양을 증가시키는데, 전류 조절부(26)는 시간당 0.003mA의 전류를 증가시킬 수 있다.
전류 조절부(26)에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,전류 조절부(26)에서 변화된 후의 전류의 양(Y)은 아래의 식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[식 1]
Y = D0 + D0 * X*0.003
도 3에 도시된 바와 같이, 전류를 보상하지 않는 LED램프는 12만 시간을 사용할 경우, 밝기가 최초 밝기의 40%로 감소한다. 그러나 본 실시예와 같이 전류를 보상할 경우, 밝기의 감소율이 60% 아래로 내려가지 않도록 제어할 수 있다. 전류 조절부(26)는 PWM 제어기(26a)를 포함하는데, PWM 제어기(26a)를 통해서 인가되는 펄스의 폭을 변화시켜서 전류의 양을 증가시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 PWM 제어기(26a)를 이용하여 LED 램프에 인가되는 전류를 시간에 비례하여 증가시킴으로써 광속을 보상하여 LED 램프를 오랜 시간 사용하더라도 원하는 수준으로 밝기를 유지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 램프의 전류 조절 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 LED 램프의 전류 조절 방법은 누적 사용시간 측정 단계(S101)와 신호 발생 단계(S102)와 전류 증가 단계(S103)및 한계시간 판단 단계(S104)를 포함한다.
누적 사용시간 측정 단계(S101)는 LED 램프(10)에 전류가 인가되는 시간을 누적하여 적산한다. 누적 사용시간 측정 단계(S101)에서 타이머(21)는 LED 램프(10)에 전류가 인가되지 않은 경우에는 시간을 누적하지 않으며 전류가 인가되는 경우에만 시간을 적산한다.
신호 발생 단계(S102)는 전류 조절 신호를 발생시키는데, 기 설정된 주기로 전류 조절 신호를 발생시킨다. 신호 발생 단계(S102)는 1시간을 주기로 전류 조절 신호를 발생시킬 수 있다. 즉, 신호 발생 단계(S102)는 타이머에서 계산된 누적 사용시간을 기준으로 매시간마다 전류 조절 신호를 발생시켜서 전류를 증가시키도록 할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 제어부(25)는 10시간 또는 5시간을 주기로 전류 조절 신호를 발생시킬 수도 있다.
전류 증가 단계(S103)는 전류 조절 신호가 수신된 경우 LED 램프(10)에 인가되는 전류의 양을 증가시키는데, 증가되는 전류는 시간당 0.003mA로 이루어질 수 있다.
전류 증가 단계(S103)에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,전류 조절부(26)에서 변화된 후의 전류의 양(Y)은 아래의 식 1을 만족한다.
[식 1]
Y = D0 + X*0.003
또한 전류 증가 단계(S103)는 PWM 제어기(26a)를 이용하여 전류를 증가시키는데, PWM 제어기를 통해서 인가되는 펄스의 폭을 변화시켜서 전류의 양을 증가시킬 수 있다. 본 실시예와 같이 PWM 제어기(26a)를 이용하면 보다 용이하고 정밀하게 전류를 제어할 수 있다.
한계시간 판단 단계(S104)는 누적 사용시간이 기 설정된 한계시간을 초과하는지를 판단한다. 한계시간 판단 단계(S104)는 누적 사용 시간이 기 설정된 한계시간을 초과하는 경우 더 이상 전류를 증가시키지 않는다. 여기서 한계시간은 10만 시간 내지 15만 시간으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 한계시간이 12만 시간일 수 있다.
LED 램프(10)에 인가되는 전류가 증가하면 LED 램프(10)에서 출사되는 빛의 밝기가 증가하지만 전류의 증가는 안전한 영역 이내에서 이루어져야 한다. 따라서 제어부(25)는 한계시간을 설정하여 LED 램프(10)에 인가되는 전류가 안전 영역을 벗어나지 않도록 전류 증가회수를 제한한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 램프의 구성도이다. 본 실시예에 따른 LED 램프용 컨버터(102)는 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 정류부(24)와 LED 램프(10)의 누적 사용시간을 산정하는 타이머(21)와 타이머에서 계산된 시간을 기록하는 저장부(23)와, 기 설정된 주기로 전류 조절 신호를 발생시키는 제어부(25), 및 전류 조절 신호에 따라 LED 램프(10)로 인가되는 전류의 양을 증가시키는 전류 조절부(27)를 포함한다.
본실시예에 따른 LED램프용 컨버터(102)는 전류 조절부의 구조를 제외하고는 상기한 제1실시예에 따른 LED램프용 컨버터와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
전류 조절부(27)는 제어부(25)로부터 전류 조절 신호가 수신된 경우 LED 램프(10)에 인가되는 전류의 양을 증가시키는데, 증가된 후의 전류의 양은 아래의 식 2를 따를 수 있다.
전류 조절부(27)에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,전류 조절부(27)에서 변화된 후의 전류의 양(Y)은 아래의 식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[식 2]
Y = D0 + (X)1/2*0.004(mA)
즉, 1시간 후에는 0.004mA의 전류가 증가하며, 4시간 후에는 0.008mA의 전류가 증가한다.시간이 증가할수록 전류 증가에 따른 안전성이 저하되는 바, 전류를 시간의 제곱근에 비례하여 전류를 증가시키면 안전성을 향상시키면서도 발기의 감소를 최소화할 수 있다.
전류 조절부(27)는 가변 저항(27a)을 포함하는데, 가변 저항(27a)은 LED 램프(10)와 병렬로 연결되며 전류 조절부(27)는 가변 저항(27a)의 저항 값을 증가시켜서 LED 램프(10)에 인가되는 전류를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 가변저항(27a)을 이용하여 전류를 조절하면 보다 용이하면서도 안전하게 전류를 증가시킬 수 있다.
한편, 본 제2실시예의 변형예에 따른 전류 조절부(27)는 제어부(25)로부터 전류 조절 신호가 수신된 경우 LED 램프(10)에 인가되는 전류의 양을 증가시키는데, 증가된 후의 전류의 양은 아래의 식 3을 따를 수 있다.
[식 3]
Y = D0 + (X)1/2*0.003 + 1/X*0.001(mA)
전류를 시간의 제곱근에 비례하여 전류를 증가시키면서, 시간의 역수에 비례하여 전류를 증가시키므로 보다 안전성을 유지하면서 전류를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 LED 램프의 전류 조절 방법은 누적 사용시간 측정 단계와 신호 발생 단계와 전류 증가 단계 및 한계시간 판단 단계를 포함한다.
본 제2실시예에 따른 LED 램프의 전류 조절 방법은 전류 증가 단계를 제외하고는 상기한 제1실시예에 따른 LED 램프의 전류 조절 방법과 동일한 구성으로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
전류 증가 단계는 제어부(25)로부터 전류 조절 신호가 수신된 경우 LED 램프(10)에 인가되는 전류의 양을 증가시키는데, 증가된 후의 전류의 양은 아래의 식 2와 같이 나타낼 수 있다.
전류 조절부(27)에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때, 전류 조절부(27)에서 변화된 후의 전류의 양(Y)은 아래의 식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[식 2]
Y = D0 + (X)1/2*0.004(mA)
즉, 1시간 후에는 0.004mA의 전류가 증가하며, 4시간 후에는 0.008mA의 전류가 증가한다.시간이 증가할수록 전류 증가에 따른 안전성이 저하되는 바,전류를 시간의 제곱근에 비례하여 전류를 증가시키면 안전성을 향상시키면서도 밝기의 감소를 최소화할 수 있다.
전류 증가 단계는 가변 저항을 이용하여 전류를 증가시키는데, LED 램프(10)와 병렬로 연결된 가변 저항의 저항 값을 증가시켜서 LED 램프(10)에 인가되는 전류를 증가시킬 수 있다.
한편, 본 제2실시예의 변형예에 따른 LED 램프의 전류 조절 방법에서 전류 증가 단계는 제어부(25)로부터 전류 조절 신호가 수신된 경우 LED 램프(10)에 인가되는 전류의 양을 증가시키는데, 증가된 후의 전류의 양은 아래의 식 3으로 나타낼 수 있다.
[식 3]
Y = D0 + (X)1/2*0.003 + 1/X*0.001(mA)
전류를 시간의 제곱근에 비례하여 전류를 증가시키면서, 시간의 역수에 비례하여 전류를 증가시키므로 보다 안전성을 유지하면서 전류를 증가시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
101, 102: LED 램프용 컨버터
10: LED 램프
21: 타이머
23: 저장부
24: 정류부
25: 제어부
26, 27: 전류 조절부
26a, 27a: PWM 제어기

Claims (3)

  1. LED 램프의 누적 사용시간을 산정하는 타이머; 상기 타이머에서 산정된 시간을 기록하는 저장부; 기 설정된 주기로 전류 조절 신호를 발생시키는 제어부; 및 상기 전류 조절 신호에 따라 LED 램프로 인가되는 전류의 양을 증가시키는 전류 조절부;를 포함하고,
    상기 전류 조절부에서 증가된 후의 전류s의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,상기 전류 조절부에서 변화된 후의 전류의 양(Y)은 Y = D0 + X*0.003이며,
    상기 제어부는 1시간을 주기로 전류 조절 신호를 발생시키고, 상기 제어부는 측정된 시간이 기 설정된 한계시간을 초과하는 경우,전류를 증가시키지 않으며, 상기 한계시간은 10만 시간 내지 15만 시간인 것을 특징으로 하는 LED 램프용 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 조절부에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,상기 전류 조절부에서 증가된 후의 전류의 양(Y)은 D0 + (X)1/2*0.004인 것을 특징으로 하는 LED 램프용 컨버터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류 조절부에서 증가된 후의 전류의 양을 Y, 최초 인가된 전류의 양을 D0, 사용시간을 X라 할 때,상기 전류 조절부에서 증가된 후의 전류의 양(Y)은 D0 + (X)1/2*0.003 + 1/X*0.001인 것을 특징으로 하는 LED 램프용 컨버터.
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