KR20170135586A - 마이컴을 이용한 안정기 호환형 led 램프 및 그 led 램프 구동방법 - Google Patents

마이컴을 이용한 안정기 호환형 led 램프 및 그 led 램프 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 기존 전·자기식 안정기와 호환할 수 있고, 각종 신호들의 검출을 통해 적절한 전력을 찾아 LED를 효율적으로 점등할 수 있는 호환형 LED 램프 및 그 LDE 램프의 구동 방법을 제공한다. 그 호환형 LED 램프는 전자식 또는 자기식 안정기의 출력단에 연결되고, 공진이득 조절을 위해 다수의 콘덴서들이 적어도 2개의 연결관계 중 어느 하나의 연결관계로 배치된 콘덴서 선택부; 상기 콘덴서 선택부에 연결되어 출력 전압을 정류하고 평활화하는 정류 및 평활 회로부; 상기 정류 및 평활 회로부에 연결되고, 다수의 LED들이 직렬 연결관계 또는 병렬 연결관계로 배치된 LED(Light Emitting Diode) 매트릭스(MATRIX) 조합부; 및 상기 안정기 출력단의 주파수, 및 상기 LED 매트릭스 조합부의 전압과 전류를 검출하여 상기 콘덴서들의 연결관계와 상기 LED들의 연결관계를 변경하는 마이컴(micom)부;를 포함하는 마이컴을 이용한다.

Description

마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프 및 그 LED 램프 구동방법{LED(Light Emitting Diode) lamp compatible with ballast and method for driving the same LED lamp using micom}
본 발명의 기술적 사상은 조명 장치에 관한 것으로, 특히 LED 램프 및 그 LED 램프의 구동 방법에 관한 것이다.
최근 에너지 절감을 위하여 형광등을 포함한 각종의 조명용 등기구가, 외관이 유사하고 소켓을 공용할 수 있으면서 효율이 좋은 LED 등으로 교체되는 추세에 있다. 그러나 기설치되어 있는 기존의 형광등 등기구 내에는 기존의 형광등용 안정기가 내장되어 있어, 일반 LED 램프를 사용하기 위해서는 기존의 형광등 등기구 내에 탑재된 형광등용 안정기를 LED 컨버터로 교체해야 하는 불편함이 있어 LED 램프의 보급이 활성화되지 못하고 있다. 또한, 형광램프용 안정기의 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C) 값이 제조사와 모델에 따라 다르기 때문에 파워가 일정하지 않은 문제가 있다. 즉, 안정기 호환형 LED 램프 입력부에 있는 공진이득 저감용 콘덴서와 형광램프용 안정기의 콘덴서가 상호 결합하여, 출력의 이득이 결정되게 되는데, 안정기 제조사나 모델에 따라 L과 C 값이 다르므로 파워가 일정치 않고 상이하게 나올 수 있다. 더욱이, LED의 전류를 결정하는 LED 구동 회로의 전류결정 저항값이 고정되어, 다양한 파워에 대해 무조건 고정적인 전류 값을 주기 때문에 형광램프용 안정기와 안정기 호환형 LED 램프의 임피던스 조건이 맞지 않을 경우, 호환성에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 기존 전·자기식 안정기와 호환할 수 있고, 각종 신호들의 검출을 통해 적절한 전력을 찾아 LED를 효율적으로 점등할 수 있는 호환형 LED 램프 및 그 LDE 램프의 구동 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상은 전자식 또는 자기식 안정기의 출력단에 연결되고, 공진이득 조절을 위해 다수의 콘덴서들이 적어도 2개의 연결관계 중 어느 하나의 연결관계로 배치된 콘덴서 선택부; 상기 콘덴서 선택부에 연결되어 출력 전압을 정류하고 평활화하는 정류 및 평활 회로부; 상기 정류 및 평활 회로부에 연결되고, 다수의 LED들이 직렬 연결관계 또는 병렬 연결관계로 배치된 LED(Light Emitting Diode) 매트릭스(MATRIX) 조합부; 및 상기 안정기 출력단의 주파수, 및 상기 LED 매트릭스 조합부의 전압과 전류를 검출하여 상기 콘덴서들의 연결관계와 상기 LED들의 연결관계를 변경하는 마이컴(micom)부;를 포함하는 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정류 및 평활 회로부에 연결되고, 직렬 연결된 저항을 구비하여 상기 LED 매트릭스 조합부의 입력단의 전압을 검출하는 전압 검출 회로부; 상기 안정기의 출력단으로 연결되고, 저항 및 FET을 구비하여 상기 안정기의 종류 판별을 위한 주파수를 검출하는 주파수 검출 회로부; 및 상기 LED 매트릭스 조합부의 출력단에 연결되고, FET 및 저항을 구비하여 상기 LED 매트릭스 조합부에 흐르는 전류를 검출하고, 상기 FET을 통해 상기 LED들의 턴-온 및 턴-오프, 또는 디밍(dimming)을 수행하는 구동 및 전류 검출 회로부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정류 및 평활 회로부의 출력단과 그라운드를 연결하는 스위치를 구비하여 상기 LED 매트릭스 조합부로의 전원을 차단하는 전원 차단부; 및 상기 정류 및 평활 회로부에 연결되어 상기 마이컴에 이용되는 전원을 생성하는 마이컴 전원부;를 포함하고, 상기 마이컴이 상기 LED 매트릭스 조합부의 전압과 전류를 체크하여, 호환형 LED 램프가 고장인 경우, 상기 전원 차단부를 이용하여 전원을 차단하고, 상기 LED 매트릭스 조합부로 과도한 전력이 인가되는 경우에는 상기 LED들이 깜박거리도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상은 상기 과제를 해결하기 위하여, 안정기의 출력단의 주파수를 검출하여 안정기의 종류를 판단하는 단계; 상기 안정기의 종류가 전자식인 경우, LED 매트릭스를 포함하는 부하의 전압 및 전류를 검출하고 전력을 계산하여 상기 전력이 타겟 범위 내인지 판단하는 단계; 상기 타겟 범위 내인 경우에, 상기 호환형 LED 램프가 고장인지 체크하는 단계; 상기 호환형 LED 램프가 고장이 아닌 경우, 상기 LED 매트릭스에 전력이 과도하게 인가되는지 체크하는 단계; 및 과도하게 인가되지 않는 경우, 상기 LED 매트릭스의 LED들을 점등하는 단계;를 포함하고, 상기 판단하는 단계들 및 체크하는 단계들은 마이컴을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프 구동방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 안정기의 종류가 자기식인 경우, 상기 LED 매트릭스를 직렬 연결관계로 하고, LED 디밍을 통해 전력을 조절한 후, 상기 호환형 LED 램프가 고장인지 체크하는 단계로 진행하며, 상기 타겟 범위를 벗어나는 경우, 상기 안정기의 출력단에 연결된 다수의 콘덴서들 연결관계와 상기 LED들의 연결관계의 조합들이 전부 수행되었는지 체크하며, 전부 수행되지 않은 경우, 상기 마이컴을 이용하여 남은 조합들 중 어느 하나의 조합을 수행하고 상기 전력이 타겟 범위 내인지 판단하는 단계로 진행하고, 전부 수행된 경우, 상기 마이컴을 이용하여 상기 타겟 범위에 가장 근접한 조합으로 상기 콘덴서들의 연결관계와 상기 LED들의 연결관계를 구성한 후, 상기 호환형 LED 램프가 고장인지 체크하는 단계로 진행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 호환형 LED 램프가 고장인 경우, 상기 LED 매트릭스로의 전원을 차단하고, 전력이 과도하게 인가된 경우, 상기 LED들을 깜박거리도록 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프는 마이컴 및 검출 회로들을 포함하고, 또한 입력 콘덴서들의 연결관계를 변경할 수 있는 콘덴서 선택부, 및 LED들의 연결관계를 변경할 수 있는 LED 매트릭스 조합부를 포함함으로써, 검출 회로들을 통해 각종 신호들을 검출하여 콘덴서들의 연결관계 및/또는 LED들의 연결관계를 적절히 변경할 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 기술적 사상에 의한 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프는 모든 종류에 안정기에 호환하여 상기 안정기가 적절한 전력을 공급하도록 하고, 또한 LED들의 점등을 효율적으로 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프는 기존의 각종 안정기의 특성에 적절하게 대응하여 안정적으로 LED들을 점등하고, 또한 점등이 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프를 개략적으로 보여주는 블럭 구조도이다.
도 2는 도 1의 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프에 대한 예시적인 회로도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 회로도에서, LED 매트릭스 조합부가 스위치를 통해 병렬 연결된 구조와 직렬 연결된 구조를 구체적으로 보여주는 회로도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프 구동방법에 대한 흐름도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 통상의 기술자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소와 바로 연결될 수도 있지만, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 유사하게, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 구조나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프를 개략적으로 보여주는 블럭 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED(Light Emitting Diode) 램프(100, 이하, '호환형 LED 램프'라고 한다)는 안정기(110), 콘덴서 선택부(120), 정류 및 평활 회로부(130), 마이컴(micom)을 이용한 LED 구동 회로(199S), 및 LED 매트릭스(MATRIX) 조합부(180)를 포함할 수 있다.
안정기(110)는 인덕터(도 2의 112 참조)와 콘덴서(도 2의 114 참조) 간의 공진을 통한 전압 상승 기능, 및 점등 이후의 전류 제한 기능을 수행할 수 있다. 안정기(110)는 예컨대, 전자식일 수도 있고 자기식일 수도 있다. 안정기(110)의 기능과 구조는 이미 알려져 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 한편, 안정기(110)를 호환형 LED 램프(100)의 구성요소로서 포함하고 있지만, 안정기(110)는 제조사로부터의 출시된 것을 그대로 이용하므로, 본 실시예의 호환형 LED 램프(100)의 구성요소에서 안정기(110)가 제외될 수도 있다.
콘덴서 선택부(120)는 안정기(110)의 출력단으로 연결된 입력 콘덴서들(도 2의 122a, 122b, 124a, 124b 참조)을 포함할 수 있다. 상기 입력 콘덴서들은 안정기(110)의 상기 콘덴서와 상호 결합하여 출력의 이득을 결정하는 기능을 할 수 있다. 상기 입력 콘덴서는 '공진이득 저감용 콘덴서'라고 명명되기도 한다.
한편, 상기 입력 콘덴서들이 고정된 연결 관계를 갖는 경우, 안정기 제조사와 모델에 따라 안정기(110)의 L과 C 값이 다르므로, 결국 전력이 일정치 않고 달라지는 문제가 있음은 전술한 바와 같다. 그에 반해, 본 실시예의 호환형 LED 램프(100)에서, 콘덴서 선택부(120)는 다수의 입력 콘덴서들을 구비하고, 그러한 입력 콘덴서들 간의 연결관계가 변경될 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 호환형 LED 램프(100)는 안정기의 종류에 따라 콘덴서 선택부(120)의 입력 콘덴서들의 연결 관계가 가변됨으로써, 적절한 출력 이득 및 그에 따른 일정한 전력이 나오도록 할 수 있다.
예컨대, 입력 콘덴서와 안정기의 콘덴서의 결합에 의해 결정된 전력이 만약 42W이고, LED 부하의 전압은 60V이며 LED 구동 회로에 의한 전류가 300mA이면, 호환형 LED 램프가 갖고자 하는 이상적인 전력은 18W이다. 그러나 안정기에서 출력하고자 하는 파워는 42W이므로, 24W의 전력이 남게 되는데 안정기는 42W를 유지하려고 하기 때문에, 호환형 LED 램프의 전압은 전력공식 42W/0.3A에 의해 140V가 된다. 따라서, 상기 LED 부하의 전압 60V를 뺀 나머지 80V가 LED 부하 하단의 구동용 FET(도 2의 192 참조)에 걸리게 되고, 상기 구동용 FET는 상기 LED 부하의 전력을 뺀 나머지 전력을 감당해야 하는 부담스러운 상황이 발생할 수 있다. 최악의 경우, 상기 구동용 FET의 열 폭주로 인해 상기 LED 부하의 LED들이 파손될 수도 있다. 그에 반해, 본 실시예의 호환형 LED 램프(100)는, 콘덴서 선택부(120)의 입력 콘덴서들의 연결 관계가 변경됨으로써, 호환형 LED 램프(100)가 갖고자 하는 전력에 근접한 전력을 안정기(110)가 출력하도록 할 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 호환형 LED 램프(100)는, 콘덴서 선택부(120)를 이용하여 안정기(110)가 18 ~ 20W 정도의 전력을 출력하도록 할 수 있다.
이하, 콘덴서 선택부(120)에 대한 내용은 도 2의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
정류 및 평활 회로부(130)는 콘덴서 선택부(120)에 연결되어 출력 전압을 정류하고 평활화한다. 정류 및 평활 회로부(130)는 정류를 위한 브릿지 다이오드(도 2의 132, 134 참조) 및 평활 콘덴서(도 2의 136 참조)를 포함할 수 있다.
마이컴을 이용한 LED 구동 회로(199S, 이하, 'LED 구동 회로'라 한다)는 안정기(110) 출력단의 주파수, 및 LED 매트릭스 조합부(180) 입력단의 전압과 전류를 검출하여, 콘덴서 선택부(120)의 입력 콘덴서들의 연결관계와 LED 매트릭스 조합부(180)의 LED들의 연결관계를 변경함으로써, 호환형 LED 램프(100)의 적절한 전력을 찾고, LED들의 점등을 효율적으로 제어할 수 있다. 또한, LED 구동 회로(199S)는 호환형 LED 램프의 상태를 체크하여 고장인 경우, LED 매트릭스 조합부(180)로의 전원을 차단하고, 또한 LED 매트릭스 조합부(180)로 과도한 전력이 인가된 경우에 LED들을 깜박거리도록 할 수 있다.
LED 구동 회로(199S)는 예컨대, 전압 검출 회로부(도 2의 140 참조), 전원 차단부(도 2의 150 참조), 마이컴 전원부(도 2의 160 참조), 주파수 검출 회로부(도 2의 170 참조), 구동 및 전류 검출 회로부(도 2의 190 참조), 및 마이컴(도 2의 199 참조)을 포함할 수 있다. 상기 전압 검출 회로부는 상기 LED 매트릭스 조합부(180)의 입력단의 전압을 검출할 수 있다. 상기 전원 차단부는 상기 LED 매트릭스 조합부로 인가되는 전원을 차단할 수 있다. 상기 마이컴 전원부는 마이컴에 이용되는 전원을 생성하여 마이컴에 공급할 수 있다. 상기 주파수 검출 회로부는 안정기(110) 출력단의 주파수를 검출할 수 있다. 상기 구동 및 전류 검출 회로부는 상기 LED 매트릭스 조합부에 흐르는 전류를 검출하고, 상기 LED 매트릭스 조합부 하단에 연결된 FET(도 2의 192 참조)을 통해 LED들의 턴-온 및 턴-오프, 또는 디밍(dimming)을 수행할 수 있다. 상기 마이컴은 상기 구성 요소들을 통해 각종 신호들, 예컨대 주파수, 전류, 전압 등을 검출하여 호환형 LED 램프(100)의 적절한 전력을 찾고, 또한 LED들의 점등을 효율적으로 제어하는 기능을 하는 호환형 LED 램프(100)의 심장부와 같은 역할을 수행할 수 있다.
이하, LED 구동 회로(199S)의 각 구성요소들에 대한 내용은 도 2의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
LED 매트릭스 조합부(180)는 다수의 LED들(도 2의 181 참조)을 포함하고, LED들의 연결관계를 직렬 연결관계에서 병렬 연결관계, 또는 병렬 연결관계에서 직렬 연결관계로 변경함으로써, LED 매트릭스 조합부(180), 즉 LED 부하로 흐르는 전류를 조절할 수 있다.
이하, LED 매트릭스 조합부(180)에 대한 내용은 도 2 내지 도 3b의 설명 부분에서 좀더 상세히 설명한다.
본 실시예의 호환형 LED 램프(100)는 마이컴 및 검출 회로들을 포함하고, 또한 입력 콘덴서들의 연결관계를 변경할 수 있는 콘덴서 선택부(120), 및 LED들의 연결관계를 변경할 수 있는 LED 매트릭스 조합부(180)를 포함함으로써, 검출 회로들을 통해 각종 신호들을 검출하여 콘덴서들의 연결관계 및/또는 LED들의 연결관계를 적절히 변경할 수 있다. 그에 따라, 본 실시예의 호환형 LED 램프(100)는 안정기(110)가 적절한 전력을 공급하도록 하고, 또한 LED들의 점등을 효율적으로 조절할 수 있다.
도 2는 도 1의 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프에 대한 예시적인 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 호환형 LED 램프(100)는 안정기(110), 콘덴서 선택부(120), 정류 및 평활 회로부(130), 전압 검출 회로부(140), 전원 차단부(150), 마이컴 전원부(160), 주파수 검출 회로부(170), LED 매트릭스 조합부(180), 구동 및 검출 회로부(190) 및 마이컴(199)을 포함할 수 있다.
안정기(110)는 도 1의 설명 부분에서 설명한 바와 같다. 안정기(110)의 구체적인 기능 및 구조는 이미 알려져 있는바, 편의상 인덕터(112)와 커패시터(114)만이 도시되고 있다.
콘덴서 선택부(120)는 제1 입력 콘덴서(122a, 122b), 제2 입력 콘덴서(124a, 124b), 제1 스위치(126) 및 제2 스위치(128)를 포함할 수 있다. 제1 입력 콘덴서(122a, 122b) 및 제2 입력 콘덴서(124a, 124b)는 안정기(110)의 출력 부분에 각각 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 스위치(126)를 통해 제1 입력 콘덴서(122a, 122b)는 안정기(110)에 하나만 연결되거나 또는 병렬 구조로 2개 연결될 수 있다. 또한, 제2 스위치(128)를 통해 제2 입력 콘덴서(124a, 124b)는 안정기(110)에 하나만 연결되거나 또는 병렬 구조로 2개 연결될 수 있다.
이와 같이 콘덴서 선택부(120)는 제1 입력 콘덴서(122a, 122b) 및/또는 제2 입력 콘덴서(124a, 124b)의 연결관계가 변경됨으로써, 호환형 LED 램프(100)에 적합하도록 안정기(110)의 출력 이득이 조절되도록 할 수 있다. 한편, 콘덴서 선택부(120)의 입력 콘덴서들(122a, 122b, 124a, 124b)의 연결관계 변경은, 안정기(110)의 종류 판별을 위한 주파수 검출 회로부(170)의 주파수 검출, 및/또는 LED 매트릭스 조합부(180)에 대한 전압과 전류의 검출에 기초하여, 마이컴(199)이 콘덴서 선택부(120)의 스위치들(126, 128)을 제어함으로써, 자동으로 이루어질 수 있다.
한편, 콘덴서 선택부(120)가 각각 2개씩의 제1 입력 콘덴서(122a, 122b) 및 제2 입력 콘덴서(124a, 124b)를 포함하고, 또한 연결관계도 하나 또는 2개의 병렬 연결관계를 예시하고 있지만, 콘덴서 선택부(120)의 구성이나 연결관계들이 그에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 콘덴서 선택부(120)는 3개 이상씩의 제1 입력 콘덴서 및 제2 입력 콘덴서를 포함할 수 있다. 또한, 입력 콘덴서들의 연결관계도 개별 연결, 직렬 연결, 병렬 연결, 또는 직병렬 연결 등 다양하게 변경될 수 있다.
스위치들(126, 128)은 스위치 기능을 수행할 수 있는 다양한 소자를 통해 구현될 수 있다. 예컨대, 스위치(126, 128)는 BJT(Bipolar Junction Transistor), UJT(UniJunction Transistor), PUT(Programmable Unijunction Transistor), JPET(Junction Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET), 및 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 트랜지스터로 구현될 수 있다. 또한, 스위치(126, 128)는 SCR(Silicon Controlled Rectifier), 트라이악(TRIAC), 및 GTO(Gate Turn Off) 등의 사이리스터(thyristor)로 구현되거나, 또는 릴레이(relay)로 구현될 수 있다.
정류 및 평활 회로부(130)는 2개의 브릿지 다이오드(132, 134)와 평활 콘덴서(136)를 포함할 수 있다. 2개의 브릿지 다이오드(132, 134)는 콘덴서 선택부(120)에 연결되어 AC 전압을 DC 전압으로 정류하는 기능을 할 수 있다. 구체적으로, 제1 브릿지 다이오드(132)는 제1 입력 콘덴서(122a, 122b)에 연결되고, 제2 브릿지 다이오드(132)는 제2 입력 콘덴서(124a, 124b)에 연결될 수 있다. 브릿지 다이오드(132, 134)에 의한 정류 원리는 이미 알려져 있는바 그에 대한 설명은 생략한다. 참고로, 브릿지 다이오드들(132, 134)이 콘덴서 선택부(120)에 연결되는 것으로 언급하고 있으나, 회로 구조상 콘덴서 선택부(120)의 출력단은 안정기(110)의 출력단과 동일할 수 있다. 따라서, 브릿지 다이오드들(132, 134)은 안정기(110)에서 출력된 AC 전압을 DC 전압으로 정류한다고 말할 수도 있다.
평활 콘덴서(136)는 브릿지 다이오드들(132, 134)의 맥류를 평활하여, 전압 검출 회로부(140)에서 전압 측정을 안정적이고 정확하게 수행할 수 있도록 한다.
전압 검출 회로부(140)는 직렬 연결된 2개의 저항(142, 144)을 포함할 수 있다. 전압 검출 회로부(140)는 저항의 직렬 연결에 의한 부분 전압 원리에 기초하여, 제2 저항(144)과 그라운드 사이의 전압(V)을 측정함으로써, 안정기(110)로부터의 출력 전압을 검출할 수 있다. 회로 구조상 안정기(110)의 출력 전압은 LED 매트릭스 조합부(180)의 입력단의 전압과 동일할 수 있다. 또한, LED 매트릭스 조합부(180)의 입력단의 전압은 LED 매트릭스 조합부(180)에 걸리는 전압과 그 하부에 연결된 구동 및 전류 검출 회로부(190)에 걸리는 전압의 합에 해당할 수 있다.
전원 차단부(150)는 정류 및 평활 회로부(130)의 출력단과 그라운드를 연결하는 스위치(152)를 포함할 수 있다. 전원 차단부(150)는 시스템, 즉, 호환형 LED 램프(100)에 이상이 발생할 경우, 스위치(152)를 통해 LED 매트릭스 조합부(180)의 입력단을 그라운드로 쇼트(short) 시킴으로써, 시스템의 전류량을 증가시켜 입력 쪽에 배치된 퓨즈(미도시)가 끊어지도록 하여 안정기(110)로부터 나오는 전원을 차단시킬 수 있다. 이와 같이 전원 차단부(150)가 LED 매트릭스 조합부(180)로의 전원을 차단함으로써, LED 매트릭스 조합부(180) 내의 LED들(181)을 보호할 수 있다. 한편, 호환형 LED 램프(100)의 이상은 예컨대, 회로의 어딘가에서 오픈 또는 쇼트 상태가 발생한 경우에 해당할 수 있다.
마이컴 전원부(160)는 AC/DC 레귤레이터(162)와 콘덴서(164)를 포함할 수 있다. 마이컴 전원부(160)는 AC/DC 레귤레이터(162)를 통해 레벨 다운된 전원을 생성하여 마이컴(199)으로 공급할 수 있다. 한편, 콘덴서(164)는 마이컴(199)으로 전원이 안정적으로 공급되도록 할 수 있다.
주파수 검출 회로부(170)는 3개의 저항(172, 174, 176) 및 FET(178)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이 제1 및 제2 저항(172, 174)은 안정기(110)의 출력 쪽에 연결되고 제3 저항(176)은 FET(178)의 드레인 쪽에 연결될 수 있다. 주파수 검출 회로부(170)를 통해 안정기(110)의 주파수(fr)를 검출함으로써, 안정기(110)의 종류를 판별할 수 있다. 예컨대, 안정기(110)가 자기식인 경우, 동작 주파수는 50-60Hz 정도이고, 전자식인 경우에 동작 주파수는 20-30kHz 또는 40-50kHz 정도일 수 있다.
주파수 검출 회로부(170)를 통해 주파수를 검출하여 안정기(110)의 종류를 판별한 후, 마이컴(199)을 이용하여 콘덴서 선택부(120)의 입력 콘덴서들(122a, 122b, 124a, 124b)의 연결관계와 LED 매트릭스 조합부(180)의 LED들(181)의 연결관계를 적절히 변경함으로써, 안정기(110)의 출력에 적합하도록 호환형 LED 램프(100)의 전력을 제어할 수 있다.
LED 매트릭스 조합부(180)는 호환형 LED 램프(100)의 부하(load) 부분으로서, 다수의 LED들(181)을 포함할 수 있다. LED들(181)은 직렬 연결관계 및 병렬 연결관계 중 적어도 하나의 연결관계로 서로 연결될 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이 각각 3개의 LED들(181)이 병렬로 연결된 다수의 제1 LED 쌍들(182-1, …, 182-n)이 서로 직렬로 연결되고, 또한, 각각 3개의 LED들(181)이 병렬로 연결된 다수의 제2 LED 쌍들(184-1, …, 184-n)이 서로 직렬로 연결될 수 있다. 한편, 서로 직렬 연결된 제1 LED 쌍들(182-1, …, 182-n)을 제1 LED 그룹이라 하고, 서로 직렬 연결된 제2 LED 쌍들(184-1, …, 184-n)을 제2 LED 그룹이라 할 때, 상기 제1 LED 그룹과 제2 LED 그룹은 스위치(186, 188)를 통해 서로 직렬 연결되거나 병렬 연결될 수 있다. 스위치(186, 188)는 전술한 스위치(126, 128)와 같이 스위치 기능을 하는 다양한 소자들을 통해 구현될 수 있다.
상기 제1 LED 그룹과 제2 LED 그룹의 직렬 연결관계와 병렬 연결관계에 대해서는 도 3a 및 도 3b에 대한 설명 부분에서 좀더 구체적으로 설명한다.
한편, 도시된 LED들(181)의 연결관계는 하나의 예시에 지나지 않는다. 따라서, LED 매트릭스 조합부(180) 내에서, LED들(181)은 도 2에 예시된 연결관계와는 다른 다양한 직렬 연결관계 및/또는 병렬 연결관계를 가지고 서로 연결될 수 있다. 또한, LED 매트릭스 조합부(180) 내에 적어도 2개의 스위치가 포함됨으로써, LED들(181)의 연결 관계가 상기 스위치들을 통해 다양하게 변환될 수 있다.
LED 매트릭스 조합부(180)는 설계되어 있는 LED 매트릭스를 스위치(186, 188)를 통해 직렬 연결관계 또는 병렬 연결관계로 변경됨으로써, 전원 입력단의 콘덴서 선택부(120)와 함께 안정기(110)의 적절한 출력을 찾는데 이용될 수 있다.
구동 및 전류 검출 회로부(190)는 FET(192)와 저항(194)을 포함할 수 있다. FET(192)의 드레인에는 LED 매트릭스 조합부(180)가 연결되고, 게이트에는 마이컴(Micom)이 연결되며, 소스에는 저항(194)이 연결될 수 있다. FET(192)의 소스에서 저항(194)으로 흐르는 전류(I)를 검출함으로써, LED 매트릭스 조합부(180)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 전류는 저항 이외의 전류센서 소자를 이용하여 검출할 수도 있다. 여기서, 전류 검출의 이유는 앞에서 설명한 전압 검출 회로부(140)에서 검출한 전압과 구동 및 전류 검출 회로부(190)에서 검출한 전류를 통해 호환형 LED 램프(100)에서 소모하는 전력을 확인하기 위함일 수 있다.
한편, 마이컴(199)을 통해 FET(192)의 게이트 전압을 조절함으로써, LED 매트릭스 조합부(180)의 LED들(181)에 대한 턴-온/턴-오프, 또는 디밍이 가능할 수 있다. 구체적으로, FET(192)의 게이트 전압이 FET(192)의 문턱 전압보다 작으면, FET(192)은 오프 상태가 되고, 그에 따라 LED 매트릭스 조합부(180)로 전류가 흐를 수 없다. 또한, FET(192)의 게이트 전압이 FET(192)의 문턱 전압 이상이 되면 FET(192)은 온 상태가 되고, 그에 따라 LED 매트릭스 조합부(180)로 전류가 흐르게 된다. 한편, 온 상태인 경우에도 FET(192)의 게이트 전압을 조절함으로써, LED 매트릭스 조합부(180)로 전류로 흐르는 전류량을 조절할 수 있고, 그에 따라, LED들(181)에 대한 디밍을 수행할 수도 있다.
마이컴(199)은 컴퓨터의 연산 처리부를 1개 또는 수 개의 대규모 집적 회로(LSI)로 구성된 마이크로프로세서가, 기억 장치 및 주변 장치와의 인터페이스 회로 등을 붙인 보드에 탑재한 극소형 컴퓨터, 즉 마이크로컴퓨터(microcomputer)에 대한 약칭이다. 본 실시예의 호환형 LED 램프(100)에서, 마이컴(199)은 다양한 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예의 호환형 LED 램프(100)에서, 마이컴(199)은 전압 체크, 전류 체크, 주파수 체크 등과 같이 각종 신호들을 체크하여, 콘덴서 선택부(120)의 입력 콘덴서들(122a, 122b, 124a, 124b)의 연결관계 및/또는 LED 매트릭스 조합부(180)의 LED들(181)의 연결관계를 조절함으로써, 호환형 LED 램프(100)의 전력이 안정기(110)의 출력에 알맞은 값을 가지도록 할 수 있다. 여기서, 전압 체크는 전압 검출 회로부(140)를 통해 수행하고, 전류 체크는 구동 및 전류 검출 회로부(190)를 통해 수행하며, 주파수 체크는 주파수 검출 회로부(170)를 통해 수행할 수 있다.
한편, 도 2의 회로도와 같은 호환형 LED 램프(100)에서, 입력 콘덴서들(122a, 122b, 124a, 124b)의 연결관계 및/또는 LED들(181)의 연결관계의 가능한 조합은 다음과 같다.
상태 1: 입력 콘덴서 디폴트(default) + LED 직렬연결
상태 2: 입력 콘덴서 병렬연결 + LED 직렬연결
상태 3: 입력 콘덴서 디폴트 + LED 병렬연결
상태 4: 입력 콘덴서 병렬연결 + LED 병렬연결
여기서, 입력 콘덴서 디폴트는 안정기(110)의 출력단 각각에 하나의 입력 콘덴서(122a, 124a)가 연결된 상태를 의미할 수 있다. 물론, 입력 콘덴서들(122a, 122b, 124a, 124b)의 연결관계 및/또는 LED들(181)의 연결관계의 조합이 상기 4가지 상태에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 콘덴서 선택부(120)의 입력 콘덴서들과 스위치들을 다양하게 구성 및 배치함으로써, 입력 콘덴서들의 연결관계를 더욱 다양하게 할 수 있다. 또한, LED 매트릭스 조합부(180)의 LED들과 스위치들을 다양하게 구성 및 배치함으로써, 역시 LED들(181)의 연결관계를 더욱 다양하게 할 수 있다.
한편, 마이컴(199)은 전원을 체크하여 이상이 있는 경우에, 전원 차단부(150)를 통해 LED 매트릭스 조합부(180)로의 전원을 차단함으로써, LED 매트릭스 조합부(180)의 LED들(181)를 보호할 수 있다. 더 나아가, 마이컴(199)은 FET(192)의 게이트 전압을 조절함으로서, LED 매트릭스 조합부(180)의 LED들(181)의 턴-온/턴-오프, 또는 디밍을 수행할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 회로도에서, LED 매트릭스 조합부가 스위치를 통해 병렬 연결관계와 직렬 연결관계를 구체적으로 보여주는 회로도들로서, 도 3a는 LED들(181)이 병렬 연결관계를 나타내고, 도 3b는 LED들(181)이 직렬 연결관계를 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 제1 LED 쌍들(182-1, …, 182-n)로 구성된 제1 LED 그룹(182)과 제2 LED 쌍들(184-1, …, 184-n)로 구성된 제2 LED 그룹(184)은 제1 스위치(186)를 통해 제1 단자(①)와 제2 단자(②)가 연결되고, 제2 스위치(188)를 통해 제4 단자(④)와 제5 단자(⑤)가 연결됨으로써, 제1 LED 그룹(182)과 제2 LED 그룹(184)이 병렬 연결관계로 연결될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제1 스위치(186)를 통해 제2 단자(②)와 제3 단자(③)가 연결되고, 제2 스위치(188)가 오프 되어 제4 단자(④)와 제5 단자(⑤)가 끊어짐으로써, 제1 LED 그룹(182)과 제2 LED 그룹(184)이 직렬 연결관계로 연결될 수 있다.
도 3a 및 도 3b의 LED들(181)의 연결 관계는 하나의 예시에 지나지 않는다. 예컨대, 제1 LED 쌍들(182-1, …, 282-n) 또는 제2 LED 쌍들(184-1, …, 184-n) 각각은 2개의 LED들(181)이 병렬로 연결되거나 또는 4개 이상의 LED들(181)이 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 경우에 따라, 하나의 LED(181)로 구성될 수도 있다.
더 나아가, LED 매트릭스 조합부(180)는 3개 이상의 LED 그룹들을 포함할 수도 있다. 또한, LED 매트릭스 조합부(180)는 3개 이상의 스위치들을 포함할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프 구동방법에 대한 흐름도이다. 설명의 편의를 위해, 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 먼저, 주파수 검출 회로부(170)를 통해 안정기(110)의 출력 주파수를 검출한다(S110). 이러한 주파수 검출은 안정기(110)의 종류를 판단하기 위함일 수 있다.
주파수 검출 후, 안정기(110)가 전자식인지 판단한다(S120). 예컨대, 자기식 안정기의 경우, 50 ~ 60Hz의 주파수를 가지며, 전자식 안정기의 경우 수십 kHz의 주파수를 가질 수 있다.
만약, 안정기(110)가 자기식이면(NO), 안정기 코일 양단에 걸리는 전압차를 줄이기 위해 LED 매트릭스 조합부(180)의 LED 매트릭스를 직렬 연결관계로 구성하고(S130), FET(192)의 게이트 전압을 조절하여 LED 디밍을 수행한다(S140). 이러한 LED 디밍을 통해 LED 매트릭스 조합부(180)의 적절한 소비 전력을 만들 수 있다. LED 매트릭스의 직렬 연결관계의 구성이나 LED 디밍은 마이컴(199)을 통해 수행될 수 있다.
한편, 안정기(110)가 전자식이면(YES), 전압 및 전류 검출하고, 전력을 계산한다(S150). 예컨대, 전압 검출은 전압 검출 회로부(140)를 통해 수행되고, 전류 검출은 구동 및 전류 검출 회로부(190)를 통해 수행될 수 있다. 전력은 정의에 따라 검출된 전압과 전류를 곱하여 획득할 수 있다.
전력이 타겟 범위 내인지 판단한다(S160). 예컨대, 전력이 18 ~ 20W 정도인지 체크한다. 물론, 전력의 타겟 범위가 상기 수치에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 경우에 따라, 전력의 타겟 범위는 40W 이상일 수도 있다.
타겟 범위를 벗어나 경우(NO), 연결관계의 모든 조합이 수행되었는지 판단한다(S170). 여기서, 연결관계의 모든 조합은 예컨대, 콘덴서 선택부(120)의 입력 콘덴서들의 연결관계와 LED 매트릭스 조합부(180)의 LED들(181)의 연결관계의 조합일 수 있다. 예컨대, 도 2의 회로도와 같은 호환형 LED 램프(100)의 경우는, 전술한 바와 같이 4가지 조합이 존재할 수 있다.
모든 조합이 수행되지 않은 경우(NO), 연결관계를 변경한다(S180). 여기서, 연결관계의 변경은 아직 이용하지 않은 연결관계로의 변경을 의미할 수 있다. 연결관계의 변경은 마이컴(199)을 통해 수행될 수 있다. 연결관계 변경 후, 전력 계산 단계(S150)로 진행하여 다시 다음 단계들을 진행한다.
모든 조합이 수행된 경우(YES), 타겟 범위에 가장 근접한 조합으로 연결관계를 구성한다(S190). 다시 말해서, 입력 콘덴서들과 LED들(181)의 연결관계의 조합이 전부 수행되었음에도 불구하고 타겟 범위에 속하지 않은 경우, 타겟 범위에 가장 근접한 조합으로 연결관계를 구성한다. 가장 근접한 조합의 연결관계로의 구성 역시 마이컴(199)을 통해 수행될 수 있다.
전력이 타겟 범위 내인 경우(YES), 호환형 LED 램프가 고장인지 판단한다(S200). 다시 말해서, 호환형 LED 램프(100)의 어딘가에 쇼트나 오픈이 발생하고 있는지 체크한다. 이러한 쇼트나 오픈은 전압 및/또는 전류 체크를 통해 확인할 수 있다.
한편, 근접한 조합으로 연결관계를 구성하는 단계(S190) 이후에도 호환형 LED 램프(100)의 고장을 체크하는 단계(S200)로 진행하고, 또한, LED 디밍을 수행하는 단계(S140) 이후에도 호환형 LED 램프(100)의 고장을 체크하는 단계(S200)로 진행할 수 있다.
고장인 경우(YES), 전원 차단부(150)를 통해 LED 매트릭스 조합부(180)로의 전원을 차단한다(S210). 이러한 전원 차단을 통해 LED 매트릭스 조합부(180)의 LED들(181)을 보호할 수 있다.
고장이 아닌 경우(NO), LED 매트릭스 조합부(180)로 전원이 과도하게 인가되는지 판단한다(S220). 일반적으로, LED의 경우, 허용 전력의 설계 범위가 정해져 있고, 그러한 설계 범위를 벗어난 경우, LED가 파괴되거나 수명이 짧아질 수 있다. 따라서, LED 매트릭스 조합부(180)로의 인가되는 전력과 LED의 설계 범위를 체크하여, 그러한 문제들을 미연에 방지하도록 할 수 있다. 예컨대, 전력이 과도하게 인가된 경우(YES), LED들(181)을 깜박거리도록 할 수 있다. LED들(181)의 깜박거림은 마이컴(199)을 통해 FET(192)의 게이트 전압을 조절함으로써 수행할 수 있다.
전력이 과도하게 인가되지 않은 경우(NO), 즉 전력이 적정하게 인가된 경우에 LED 매트릭스 조합부(180)의 LED들(181)을 정상적으로 점등한다(S240).
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: LED 램프, 110: 안정기, 112: 인덕터, 114, 164: 콘덴서, 120: 콘덴서 선택부, 122a, 122b, 124a, 124a: 입력 콘덴서, 126, 128, 152, 186, 188: 스위치, 130: 정류 및 평활 회로부, 132, 134: 브릿지 다이오드, 136: 평활 콘덴서, 140: 전압 검출 회로부, 142, 144, 172, 174, 176, 194: 저항, 150: 전원 차단부, 160: 마이컴 전원부, 162: AC/DC 레귤레이터, 170: 주파수 검출 회로부, 178, 192: FET, 180: LED 매트릭스 조합부, 181: LED, 182, 184: LED 그룹, 182-1, …, 182-n: 제1 LED 쌍들, 184-1, …, 184-n: 제2 LED 쌍들, 190: 구동 및 전류 검출 회로부, 199: 마이컴

Claims (6)

  1. 전자식 또는 자기식 안정기의 출력단에 연결되고, 공진이득 조절을 위해 다수의 콘덴서들이 적어도 2개의 연결관계 중 어느 하나의 연결관계로 배치된 콘덴서 선택부;
    상기 콘덴서 선택부에 연결되어 출력 전압을 정류하고 평활화하는 정류 및 평활 회로부;
    상기 정류 및 평활 회로부에 연결되고, 다수의 LED들이 직렬 연결관계 또는 병렬 연결관계로 배치된 LED(Light Emitting Diode) 매트릭스(MATRIX) 조합부; 및
    상기 안정기 출력단의 주파수, 및 상기 LED 매트릭스 조합부의 전압과 전류를 검출하여 상기 콘덴서들의 연결관계와 상기 LED들의 연결관계를 변경하는 마이컴(micom)부;를 포함하는 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 정류 및 평활 회로부에 연결되고, 직렬 연결된 저항을 구비하여 상기 LED 매트릭스 조합부의 입력단의 전압을 검출하는 전압 검출 회로부;
    상기 안정기의 출력단으로 연결되고, 저항 및 FET을 구비하여 상기 안정기의 종류 판별을 위한 주파수를 검출하는 주파수 검출 회로부; 및
    상기 LED 매트릭스 조합부의 출력단에 연결되고, FET 및 저항을 구비하여 상기 LED 매트릭스 조합부에 흐르는 전류를 검출하고, 상기 FET을 통해 상기 LED들의 턴-온 및 턴-오프, 또는 디밍(dimming)을 수행하는 구동 및 전류 검출 회로부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 정류 및 평활 회로부의 출력단과 그라운드를 연결하는 스위치를 구비하여 상기 LED 매트릭스 조합부로의 전원을 차단하는 전원 차단부; 및
    상기 정류 및 평활 회로부에 연결되어 상기 마이컴에 이용되는 전원을 생성하는 마이컴 전원부;를 포함하고,
    상기 마이컴이 상기 LED 매트릭스 조합부의 전압과 전류를 체크하여, 호환형 LED 램프가 고장인 경우, 상기 전원 차단부를 이용하여 전원을 차단하고, 상기 LED 매트릭스 조합부로 과도한 전력이 인가되는 경우에는 상기 LED들이 깜박거리도록 하는 것을 특징으로 하는 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프.
  4. 안정기의 출력단의 주파수를 검출하여 안정기의 종류를 판단하는 단계;
    상기 안정기의 종류가 전자식인 경우, LED 매트릭스를 포함하는 부하의 전압 및 전류를 검출하고 전력을 계산하여 상기 전력이 타겟 범위 내인지 판단하는 단계;
    상기 타겟 범위 내인 경우에, 호환형 LED 램프가 고장인지 체크하는 단계;
    상기 호환형 LED 램프가 고장이 아닌 경우, 상기 LED 매트릭스에 전력이 과도하게 인가되는지 체크하는 단계; 및
    과도하게 인가되지 않는 경우, 상기 LED 매트릭스의 LED들을 점등하는 단계;를 포함하고,
    상기 판단하는 단계들 및 체크하는 단계들은 마이컴을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프 구동방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 안정기의 종류가 자기식인 경우, 상기 LED 매트릭스를 직렬 연결관계로 하고, LED 디밍을 통해 전력을 조절한 후, 상기 호환형 LED 램프가 고장인지 체크하는 단계로 진행하며,
    상기 타겟 범위를 벗어나는 경우, 상기 안정기의 출력단에 연결된 다수의 콘덴서들 연결관계와 상기 LED들의 연결관계의 조합들이 전부 수행되었는지 체크하며,
    전부 수행되지 않은 경우, 상기 마이컴을 이용하여 남은 조합들 중 어느 하나의 조합을 수행하고 상기 전력이 타겟 범위 내인지 판단하는 단계로 진행하고,
    전부 수행된 경우, 상기 마이컴을 이용하여 상기 타겟 범위에 가장 근접한 조합으로 상기 콘덴서들의 연결관계와 상기 LED들의 연결관계를 구성한 후, 상기 호환형 LED 램프가 고장인지 체크하는 단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프 구동방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 호환형 LED 램프가 고장인 경우, 상기 LED 매트릭스로의 전원을 차단하고,
    전력이 과도하게 인가된 경우, 상기 LED들을 깜박거리도록 하는 것을 특징으로 하는 마이컴을 이용한 안정기 호환형 LED 램프 구동방법.
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KR102403567B1 (ko) * 2021-10-26 2022-05-30 주식회사 레젠 다수 개의 led 모듈의 고장 검출 시스템

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