KR20180051308A - 디밍 제어 기능을 구비한 led 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치 및 이를 이용한 pwm 제어용 led 컨버터 - Google Patents

디밍 제어 기능을 구비한 led 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치 및 이를 이용한 pwm 제어용 led 컨버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치(200)로서, LED 전구(100)의 디밍(Dimming) 제어를 위한 구동회로부(250)와 전원측에 연결된 브리지 다이오드(210) 사이에 저항 R3'(220')와 콘덴서 C3'(230')로 구성되는 R-C 충방전 회로를 포함한 다이악(DiAc) 스타트-온(START-ON) 회로를 조합하여 구성하고, 브리더(Bleeder) 회로(280)를 브리지 다이오드(210)의 출력단과 다이악(DIAC) 스타트-온(START-ON) 회로의 저항 R3'(220')와 콘덴서 C3'(230')로 구성되는 R-C 충방전 회로 사이에서 구동회로부(250)와 병렬 연결 구성하며, 그리고 브리지 다이오드(210)의 출력단과 브리더 회로(280) 사이에 스타트-온 안정화 다이오드 D3'(310)를 삽입하며, 브리더 회로(280)의 콘덴서(C4)에 저장된 전하가 스타트-온(START-ON) 회로로 인가되는 것을 방지하도록 스타트-온 안정화 다이오드 D3'(310)의 양극(Anode) 방향을 DIAC 회로부 입력으로 연결하여 스타트-온 안정화부(300)를 형성하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치를 제공한다.

Description

디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치 및 이를 이용한 PWM 제어용 LED 컨버터 {A Light Ccontrol Circuit of Electronic Ballast for LED with Dimming Contol Fucntion and a LED Converter for PWM Control using it}
본 발명은 디밍 제어 기능을 구비한 LED용 전자식 안정기의 조광 회로에 관한 것으로서, 특히 디밍 제어를 위한 디머(Dimmer)와 전자식 안정기를 구동하는데 있어서 상호간의 호환성을 향상시키고 디밍 제어시 발생될 수 있는 플리커(FLICKER) 현상 및 발진 현상을 방지할 수 있도록 안정기의 스타트-온시 안정화를 도모하도록 스타트-온 회로를 수정한 것을 특징으로 하는 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치와 그리고 이를 이용한 PWM 제어용 LED 컨버터에 관한 것이다.
전구를 점등시키는 수단으로 사용되는 안정기로서 자기식 안정기와 전자식 안정기가 있는데, 자기식 안정기와 비교할 때 전자식 안정기의 경우에는 높은 고주파(25K~50Khz)로 변환하여 출력 전류를 제어함으로써 보다 안정하게 전구를 점등시킬 수 있으며, 고주파 전원으로 점등시키기 때문에 발광 효율이 15% 이상 향상되며, 고주파 점등(1초에 5~10만번 깜빡임)으로 눈으로 감지할 수 없는 양질의 빛을 공급할 수 있게 되어서 사용자의 시력 보호에 효과적이며, 반도체 소자를 사용하므로 초크 코일에서의 자체 발열로 인한 손실을 25% 정도 줄일 수 있어서 자기식 안정기에 비해 전체적으로 35% 이상 절전 효과가 있으며, 자기식 안정기의 경우에 초크 코일과 철심 코일에서 발생하는 전자기력의 진동에 의한 진동 소음을 제거할 수 있으며, 또한 무게도 적고, 발열도 낮으며, 저전압 구동으로 전력이 나쁜 지역이나 여름철 전력사정이 나쁠 때 사용하기에 적합한 장점과. 그리고 저온 점등 및 사용램프의 구별이 없는 등의 기타 많은 장점을 가지고 있다.
할로겐 램프는 유리 벌브(Bulb)내에 할로겐 가스를 봉입한 램프로, 필라멘트의 텅스텐 입자가 기화하여 유리 벌브 내에 증착하는 것(흑화현상)을 방지하고 할로겐 가스가 기화된 텡스텐 입자와 결합하여 텡스텐 입자를 필라멘트에 되돌려 줌으로써 램프의 수명을 대폭 향상시키고 램프의 밝기를 균일하게 유지할 수 있어, 무대 조명, 천장 조명 등으로 널리 사용되고 있다.
한편 LED 조명 기술이 발전함에 따라 이러한 할로겐 램프를 대체하는 LED 전구가 생산되고 있는데, 기존의 할로겐 램프용 안정기와 호환되게 함으로써, 안정기의 교체 없이 전구의 교체만으로 조명기기로서 본래의 사용 목적을 달성할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
현재 기존의 조명제어 시스템 중에서 조명기기의 디밍 제어용으로는 2선을 사용하는 트라이악 디머(Triac Dimmer)가 널리 사용되고 있는데, 백열등 또는 할로겐 램프와 같은 재래식 조명의 밝기 제어시에 트라이악 디머는 상당히 양호한 호환성을 보인다.
도 1a에 도시된 바와 같은 일반적인 트라이악 디머 회로의 경우에, 트라이악의 게이트에 펄스 전압/전류를 인가되면 트라이악은 턴-온(TURN ON)되어 입력 전압이 제로(zero)가 되기 전까지 계속 턴-온(TURN ON) 상태를 유지하게 된다. 이러한 트라이악을 턴-오프(TURN OFF)시키기 위해서는 트라이악에 흐르는 전류가 트라이악의 유지전류(Hold Current) 이하로 떨어지도록 하여야 한다. 일반적으로 이러한 조건은 AC 입력 전압이 zero가 되는 지점에서 일어나게 되며, 따라서 도 1b에 도시된 바와 같이 AC 입력 전압의 턴온되는 위치, 즉 위상을 제어함으로써, 조명기기의 밝기를 제어할 수 있다.
한편, 트라이악의 유지전류는 일반적으로 10~50mA 정도로서 재래식 조명의 경우에는 도 2a에 도시된 바와 같이 문제가 되지 않으나, LED 조명기기인 경우에는 낮은 소비전력과 구동회로의 필요성에 때문에 AC 입력 전압이 트라이악의 유지전류를 유지할 수 없을 정도로 떨어지는 경우가 있으며, 이러한 경우에 도 2b에 도시된 바와 같이 트라이악이 턴 오프(TURN OFF)되고 트라이악 트리거 회로가 다시 동작(재 작동)함으로써 트라이악이 다시 턴온(TURN ON)되는 현상(multi-firing 또는 mis-firing) 현상이 나타나게 되고, 이로 인하여 LED 조명기기에서는 깜빡임(Flickering) 현상이 일어나게 된다. 이러한 특성을 가진 LED 조명기기에서 트라이악 디머와의 호환성을 높이기 위해서는 트라이악이 턴 오프(TURN OFF)되지 않도록 하기 위하여 트라이악에 유지 전류 이상의 AC 입력 전류가 일정하게 흐르도록 하는 회로가 필요한데 이러한 목적으로 부가 설치되는 회로를 블리더 회로(Bleeder Circuit)라 한다.
그러나, 이와 같은 종래의 전자식 안정기의 경우에 도 3에 도시된 바와 같이 LED 전구(10)의 광도 조절을 위한 디밍(Dimming) 제어를 수행하기 위한 조광 회로(Dimmer)(25)를 안정기 회로(20)에 추가로 연결 구성하게 되며, 보다 구체적으로는 첨부 도면 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 LED 전구용 전자식 안정기(200)는 LED 전구(100)의 디밍제어를 위한 트라이악(TRIAC) 디밍제어부(250)와 전원측에 연결된 다이오드 브리지(210) 사이에 R(220)-C(230) 충방전 회로의 다이악(DIAC) 회로부를 조합하여 구성하며, 그리고 나아가 이러한 기본 구성에 비하여 리플에 의한 전압 변동율이 보다 좋아지게 할 수 있도록 트라이악이 온(on) 상태를 유지할 수 있게 하기 위하여 트라이악의 종류에 따라서 약 5~20mA 정도의 유지 전류(Holding Current)를 흘러 보내야 하는 필요성을 충족시키기 위하여 도 4c에 도시된 바와 같은 별도의 브리더(Bleeder) 회로(280)를 브리지 다이오드(210)의 출력단과 다이악(DIAC) R(220)-C(230) 충방전 회로 사이에 연결 구성하는 개량 구성을 채택하는 것이 일반적이다(공개특허 10-2012-0056162호 참조).
그러나, 도 2c에 도시된 바와 같은 종래 기술 범위 내의 개량 기술에 따른 회로 구성만으로는 디밍 제어하는 구동 타임 중에서 LED 전구(100)를 점등하는 스타트-온(START-ON) 전압 부근에서 도 4d에 나타낸 바와 같이 스타트-온(START-ON) 시점이 일정하지 않고 변동함에 따라 발생하게 되는 플리커 현상(밝기가 일정하지 않고 시간에 따라서 변하는 현상) 및 발진 현상(원하지 않는 주파수 대역에서 알 수 없는 공진 신호가 주기 없이 나타나는 현상)을 방지할 수 없는 문제점이 있으며, 아울러 전자식 안정기가 스타트-온(START-ON) 시점을 인식하지 못하여, LED 전구가 점등하지 못하는 경우도 발생할 수 있는 문제점을 가지고 있다.
후술하게 되는 본 발명의 구성이나 작용 및 효과에 대한 보다 명확한 이해를 돕기 위하여, 먼저 이와 같은 종래 기술에서 스타트-온(START-ON) 시점이 일정하지 않고 변동하는 이유를 도 5a 내지 도 5c의 첨부 도면을 통하여 살펴보기로 한다.
AC 입력 전원이 인가되면, 저항 R3(220), 캐패시터 C3(230), 다이악 D1으로 구성된 스타트-온(START-ON) 회로를 동작시키기 위해, 도 5a의 라인 ①과 같이 입력 전류는 저항 R3를 통해 캐패시터 C3를 충전시킨다. 캐피시터 C3에 충전되는 전압(VC3)은 아래 식과 같은 충전 저항 R3(220)과 캐패시터 C3(230))의 시정수에 따라 지수함수적으로 상승하도록 설정된다.
Vc = V ( 1- e -τ/RC )
캐패시터 C3(230)에 충전된 전압이 다이악 D1의 도통 전압이상이 되면, 다이악 D1이 도통되어 도 5a의 라인 ②와 같이 제1 구동회로(251)를 구성하는 트랜지스터 TR1의 베이스에 전류를 공급함으로써 트랜지스터 TR1을 ON시킨다. 트랜지스터 TR1이 턴-온(TURN-ON)되면 제1 구동회로(251)를 구성하는 캐패시터 C1에 충전된 전류는 도 5a의 라인 ③을 따라 트랜스포머 T2, 오실레이션 트랜스포머 T1, 그리고 트랜지스터 TR1을 따라 흐른다. 이때 오실레이션 트랜스포머 T1에 의해 유기된 전류는 도 5a의 라인 ④와 같이 오실레이션 트랜스포머 T'1, 저항 R1, 트랜지스터 TR1의 베이스를 통해 흘러서 트랜지스터 TR1이 계속 온(ON)이 될 수 있는 상태를 유지시키게 된다.
이 때, 스타트-온(START-ON) 회로가 다시 동작함을 방지하기 위해 정류전압(VCC')를 통해 캐패시터 C3에 충전된 전하는 도 5b의 라인 ⑤와 같이 다이오드 D2, 트랜지스터 TR1을 통해 방전된다. 따라서 스타트-온(START-ON) 회로는 회로가 동작하기 위한 초기 1회만 동작을 하게 된다. 스타트-온(START-ON) 회로에 의해 트랜지스터 TR1이 턴온(TURN-ON)하지 못한 경우, 정류전압(VCC')를 통해 캐패시터 C3를 충전시키는 스타트-온(START-ON) 회로가 재 동작하게 됨으로써, LED 전구가 미점등되거나 플리커 현상을 보이게 된다. 이후 출력 부하(LOAD)에 의해 결정된 1차측 전류가 일정한 상태가 되면 오실레이션 트랜스포머 T1에 유기되는 전압이 없어지게 되고 따라서 오실레이션 트랜스포머 T'1에 유기 전류가 흐르지 않게 됨으로써 트랜지스터 TR1은 오프(OFF)되게 된다. 이 때 오실레이션 트랜스포머 T1에 역기전력이 발생하게 되어서, 도 5b의 라인 ⑥과 같이 제2 구동회로(252)의 오실레이션 트랜스포머 T"1, 저항 R2, 그리고 트랜지스터 TR2의 베이스에 전류가 흐르게 된다. 트랜지스터 TR2의 베이스에 전류가 흐름으로써 트랜지스터 TR2는 턴온(TRUN-ON)되게 되어서, 도 5b의 라인 ⑦과 같이 캐패시터 C2에 충전된 전하는 트랜지스터 TR2, 오실레이션 트랜스포머 T1, 트랜스포머 T2를 통해 방전 전류로 흐르게 된다. 트랜지스터 TR1이 턴-온(TURN-ON)하게 되면, 오실레이션 트랜스포머 T1을 통해 오실레이션 트랜스포머 T"2에 유기된 유기 전압은 트랜지스터 TR2의 베이스에 전류를 공급함으로써, 트랜지스터 TR2가 턴온(TURN-ON) 상태를 유지하도록 한다. 앞서 설명한 경우의 제1 구동회로(251)의 트랜지스터 TR1이 오프(OFF)되는 과정과 동일하게 출력 부하(LOAD)에 의해 결정된 1차측 전류가 일정한 상태가 되면, 오실레이션 트랜스포머 T1에 유기되는 전압이 없어지게 되고, 이에 따라서 더 이상 제2 구동회로(252)를 구성하는 오실레이션 트랜스포머 T"2에 유기 전류가 흐르지 않게 됨으로써 트랜지스터 TR2는 오프(OFF)된다. 이 때, 오실레이션 트랜스포머 T1에 역기전력이 발생하게 되어 다시금 제1 구동회로(251)의 트랜지스터 TR1을 턴온(TURN-ON)시키는 과정을 반복하게 되고, 이러한 과정을 계속적으로 되풀이하게 된다.
이러한 과정은 트라이악 디머 사용시, 트라이악 디머에 의해 조정된 전압이 전자식 안정기에 공급되는 순간부터 반주기가 끝나는 기간까지 AC 입력 전원을 차단할 때까지 반복적으로 일어나게 된다. 이러한 과정중 트라이악 디머에 의해 조정된 시작점과 동일한 시점에서 스타트-온(START-ON) 회로가 턴온(TURN-ON)되지 않으면, 반주기 동안 출력 부하인 LED 전구에 전달되는 전력이 변화하게 되고 LED 전구는 플리커 현상을 보이게 된다.
한편, 저항 부하인 백열전구 또는 할로겐 램프와는 달리, LED 전구는 다이오드의 특성을 가지며, 인덕터(L)와 캐패시터(C)로 구성되는 부가적인 구동회로가 필요하고 소비 전력이 재래 조명의 1/10배 정도로 적어, 트라이악 디머와 사용시 트라이악이 ON상태를 유지할 수 있는 유지 전류(Hold Current)를 추가로 흐르게 할 수 있는 블리더 회로가 필요하다.
일반적으로 블리더 회로는 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 캐패시터 C4와 저항 R4로 구성하게 되며, 디머 내의 트라이악의 턴온(TURN-ON)시에 발생하는 피크전류가 캐패시터 C4, 저항 R4를 통해 라인 와 같이 피크전류가 흐르게 함으로써, 트라이악에 유지 전류가 흐를 수 있게 한다. 캐패시터 C4에 충전된 전하는 트라이악이 오프(OFF)될 때, 저항 R4를 통해 라인 와 같이 구동회로부(250)를 통해 방전을 하여야 한다. 즉, 캐패시터 C4에 충전된 전하는 직렬로 연결된 구동회로부(250)와 저항 R4에 의해 형성된 방전 루프를 통해 방전해야 하는데, 그러나 실제의 구동회로부는 저항 이외의 인덕턴스 성분을 포함하고 있기 때문에 완전 방전이 일어나지 않게 되는데, 이와 같이 종래 기술에 따라 블리드 회로를 구비한 전자식 안정기의 구성에 트라이악 디머를 연결한 경우에는 트라이악 디머가 오프(OFF)될 때 캐패시터 C4에 충전된 전하가 완전히 방전하지 못하게 되는 경우가 발생하게 되고, 따라서 도 5d에 도시된 바와 같이 AC 입력 전원이 재 공급되는 반주기 동안 스타트-온(START-ON) 회로가 동작하여 트랜지스터 TR1이 턴온(TURN-ON) 되는 시점이 변화하게 되고 그리하여 전자식 안정기의 출력 전압(LED 전구에 입력되는 전압)이 불안정하게 되어서 플리커 현상이나 발진 현상이 일어나는 문제점이 발생하게 된다.
공개특허 제10-2012-0056162호(2012.06.01)
본 발명의 목적은 LED 전구의 광도 조절을 위한 디밍(Dimming) 제어를 수행하기 위한 트라이악 조광 회로(Dimmer)를 안정기 회로에 추가로 연결 구성하되 별도의 블리드(Bleeder) 회로를 브리지 다이오드와 다이악 R-C 스타트-온(START-ON) 회로 사이에 연결 구성하는 경우에도 디밍 제어하는 구동 타임 중에서 LED 전구를 점등하기 위한 스타트-온(START-ON) 시점의 변경에 의해 발생되는 플리커 현상이나 발진 현상이 발생하지 않도록 하는 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치를 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명은 전자식 안정기가 스타트-온(START-ON) 시점을 정확히 인식하게 함으로써, 플리커 현상이나 발진 현상 없이 LED 전구를 점등시킴으로써, LED 전구가 점등하지 못하는 경우가 발생하지 않도록 하는 수단을 제공하는데 그 목적을 가지고 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치로서,
LED 전구의 디밍제어를 위한 구동회로부와 전원측에 연결된 브리지 다이오드 사이에 저항 R3'와 콘덴서 C3'로 구성되는 R-C 충방전 회로를 포함한 다이악(DiAc) 스타트-온(START-ON) 회로를 조합하여 구성하고,
브리더(Bleeder) 회로를 브리지 다이오드의 출력단과 다이악(DIAC) R-C 스타트-온(START-ON) 회로 사이에서 구동회로부와 병렬 연결 구성하며, 그리고
브리지 다이오드의 출력단과 브리더 회로 사이에 DC 전압상의 회로를 분리하도록 스타트-온 안정화 다이오드를 삽입하며 블리더 회로 및 전자식 안정기 회로에서 발생되는 노이즈 및 블리더 회로의 방전에 의한 역전압이 스타트-온(START-ON) 회로에 영향을 미치지 못하도록 스타트-온 안정화 다이오드(310)의 입력(다이오드의 양극(Anode)) 방향을 DIAC 입력으로 연결하여 스타트-온 안정화부를 형성하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치를 제공한다.
여기에서, 상기 스타트-온 안정화부는 상기 스타트-온(START-ON) 회로의 저항을 안정화 저항으로서 포함하여 이루어지며, 브리지 다이오드의 출력단에서 나온 전파 정류회로의 출력을 블리더 회로의 전단에서 DIAC 파형을 미리 입력으로 주도록 상기 안정화 저항을 통하여 연결되는 특징을 가지게 되며, 따라서 앞서 설명한 상기 안정화 다이오드 및 상기 안정화 저항의 연결 구성이 본 발명에 따른 스타트-온 안정화부를 구성하는 기술적 해결 수단이 된다.
본 발명에 따르면, 브리지 다이오드 정류회로와 전자식 안정기 회로사이에 다이오드를 삽입하여 DC 전압상의 회로를 분리하고 다이악을 이용한 스타트-온(START-ON) 회로를 브리지 다이오드 출력단에서 연결하여서, 스타트-온(START-ON) 시점을 정확히 인식함으로써 플리커 현상 및 발진 현상을 제거하는 효과를 제공하고, 또한 블리더 회로 및 전자식 안정기 회로에서 발생되는 노이즈 및 블리더 회로의 방전에 의한 역전압이 스타트-온(START-ON) 회로에 영향을 미치지 못하도록 함으로써 LED 전구의 미점등이 일어나는 현상을 방지하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 브리더 회로인 R-C 충방전 회로가 전자식 안정기의 디밍 제어에 미치는 영향을 제거하기 위해 전파 정류 회로의 출력을 브리더 회로의 전단에서 DIAC 파형을 미리 입력으로 인가할 수 있기 때문에 LED 전구가 최소의 디밍 구간에서도 안정적으로 동작하도록 하는 효과를 제공하기도 한다.
도 1a는 일반적인 트라이악 디머 회로의 구성도이고, 도 1b는 트라이악 디머에서의 조명 밝기 제어를 위한 위상 제어를 나타낸 도면.
도 2a는 재래식 조명 기구에서의 트라이악의 유지전류 상태도이고, 도 2b는 LED 조명기기에서 AC 입력 전압이 트라이악의 유지전류를 유지할 수 없는 상태로 떨어져 multi-firing 또는 mis-firing 현상이 발생하는 상태를 도시한 상태도.
도 3은 LED 전구용 전자식 안정기의 기본 구성을 도시한 도면.
도 4a는 LED 전구용 전자식 안정기의 종래 기술에 따른 디밍 제어 회로 구성을 도시한 도면.
도 4b는 도 4a의 브리지 다이오드의 세부 구성을 도시한 도면.
도 4c는 도 4a의 기본 구성에 블리드(Bleeder) 회로를 부가한 종래 기술에 따른 개량 구성을 도시한 도면.
도 5a 및 도 5b는 도 4c에 도시된 종래 기술에 따른 회로의 작동 상태를 나타내는 상태도.
도 5c는 도 4c에 도시된 종래 기술에 따른 회로의 작동 상태에서 발생하는 문제점을 설명하는 설명도.
도 5d는 도 4c에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따라 블리드 회로를 구비한 전자식 안정기의 구성에 트라이악 디머를 연결한 경우에, 전자식 안정기의 출력 전압(LED 전구에 입력되는 전압)과 AC 전원 입력 전류 파형을 검출하여 촬영한 사진.
도 6은 본 발명에 따른 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로의 바람직한 일 실시예를 도시한 도면.
도 7a, 도 7b, 및 도 7c는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로의 작동 상태를 순차적으로 도시한 작동 상태도.
도 8은 도 7a, 도 7b, 및 도 7c의 도면에 나타내 작동 단계들을 동시에 표현한 도면.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 스타트-온 안정화부를 구비한 전자식 안정기의 구성에 트라이악 디머를 연결한 경우에, 전자식 안정기의 출력 전압(LED 전구에 입력되는 전압)과 AC 전원 입력 전류 파형을 검출하여 촬영한 사진.
도 10은 본 발명의 다른 적용예에 대한 구성도로서, 본 발명을 적용한 전자식 안정기의 출력단에 브리지 다이오드 또는 4개의 다이오드와 캐패시터를 연결함으로써 트라이악 디머를 이용한 PWM 제어용 LED 컨버터로 사용한 구체예를 도시한 결선도.
도 11은 도 10에 도시된 구성에 따른 결선도와 직류 전압 입력용 LED 모듈을 연결하고 트라이악 디머로 디밍을 한 전자식 안정기의 출력 전압 파형도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로의 바람직한 일 실시예를 도시하고 있으며, 그리고 도 7a, 도 7b, 및 도 7c는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로의 작동 상태를 순차적으로 도시한 작동 상태도를 나타내고 있다.
상기 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따르면, 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치(200)로서,
LED 전구(100)의 디밍(Dimming) 제어를 위한 구동회로부(250)와 전원측에 연결된 브리지 다이오드(210) 사이에 저항 R3'(220')와 콘덴서 C3'(230')로 구성되는 R-C 충방전 회로를 포함한 다이악(DiAc) 스타트-온(START-ON) 회로를 조합하여 구성하고,
브리더(Bleeder) 회로(280)를 브리지 다이오드(210)의 출력단과 다이악(DIAC) 스타트-온(START-ON) 회로의 저항 R3'(220')와 콘덴서 C3'(230')로 구성되는 R-C 충방전 회로 사이에서 구동회로부(250)와 병렬 연결 구성하며, 그리고
브리지 다이오드(210)의 출력단과 브리더 회로(280) 사이에 스타트-온 안정화 다이오드 D3'(310)를 삽입하며, 브리더 회로(280)의 콘덴서(C4)에 저장된 전하가 스타트-온(START-ON) 회로로 인가되는 것을 방지하도록 스타트-온 안정화 다이오드 D3'(310)의 양극(Anode) 방향을 DIAC 회로부 입력으로 연결하여 스타트-온 안정화부(300)를 형성하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치를 제공한다.
여기에서, 상기 스타트-온 안정화부(300)는 안정화 저항 R3'(220')를 포함하여 이루어지며, 브리지 다이오드(210)의 출력단에서 나온 전파 정류회로의 출력을 블리더 회로(280)의 전단에서 DIAC 파형을 미리 입력으로 주도록 상기 안정화 저항 R3'(220')를 통하여 연결되는 특징을 가지게 되며, 따라서 앞서 설명한 상기 안정화 다이오드(310)와 상기 안정화 저항 R3'(220')의 연결 구성이 본 발명에 따른 스타트-온 안정화부(300)를 구성하게 된다.
본 발명에 따른 회로의 동작을 첨부 도면 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
AC 입력 전원이 인가되면, 저항 R1, 캐패시터 C1, 다이악 D1으로 구성된 스타트-온(START-ON) 회로를 동작시키기 위해, 도 7a의 라인 ①과 같이 입력 전류는 저항 R3', 즉 안정화 저항(220')을 통해 캐패시터 C3'(230')를 충전시킨다. 캐피시터 C3에 충전되는 전압(VC3)는 아래 식과 같은 안정화 저항 R3'(220')과 캐패시터 C3'(230')의 시정수에 따라 지수함수적으로 상승하도록 설정된다.
Vc = V ( 1- e -τ/RC )
캐패시터 C3'(230')에 충전된 전압이 다이악 D1의 도통 전압이상이 되면, 다이악 D1이 도통되어 도 7a의 라인 ②와 같이 제1 구동회로(251)의 트랜지스터 TR1의 베이스에 전류를 공급함으로써 트랜지스터 TR1을 ON시킨다. 트랜지스터 TR1이 ON 되면 제1 구동회로(251)에 연결된 캐패시터 C1에 충전된 전류가 도 7a의 라인 ③과 같이 트랜스포머 T2, 오실레이션 트랜스포머 T1, 그리고 트랜지스터 TR1을 따라 흐른다. 이때 오실레이션 트랜스포머 T1에 의해 유기된 전류는 도 7a의 라인 ④와 같이 오실레이션 트랜스포머 T'1, 저항 R1, 트랜지스터 TR1의 베이스를 통해 흘러서 트랜지스터 TR1이 계속 온(ON)이 될 수 있는 상태를 유지시킨다. 이 때, 스타트-온(START-ON) 회로가 재동작함을 방지하기 위해 정류전압(VCC)를 통해 캐패시터 C4에 충전되는 전하는 도 7b의 라인 ⑤와 같이 다이오드 D2, 트랜지스터 TR1을 통해 방전된다. 따라서 스타트-온(START-ON) 회로는 회로가 동작하기 위한 초기 1회만 동작을 하게 된다. 스타트-온(START-ON) 회로에 의해 트랜지스터 TR1이 턴온(TURN-ON) 하지 못한 경우, 정류전압(VCC)를 통해 캐패시터 C3'를 충전시키는 스타트-온(START-ON) 회로가 재 동작하게 됨으로써, LED 전구가 미점등되거나 플리커 현상을 보이게 된다.
출력 부하(LOAD)에 의해 결정된 1차측 전류가 일정한 상태가 되면 오실레이션 트랜스포머 T1에 유기되는 전압이 없어지게 되고 따라서 오실레이션 트랜스포머 T'1에 유기 전류가 흐르지 않게 됨으로써, 트랜지스터 TR1이 OFF된다. 이 때 오실레이션 트랜스포머(T1)에 역기전력이 발생하여 도 7b의 라인 ⑥과 같이 제2 구동회로부(252)의 오실레이션 트랜스포머 T"2, 저항 R2 그리고 트랜지스터 TR2의 베이스에 전류가 흐르게 된다. 이와 같이 제2 구동회로부(252)의 트랜지스터 TR2의 베이스에 전류가 흐름으로써 트랜지스터 TR2가 턴온(TRUN-ON)하게 되어 도 7b의 라인 ⑦과 같이 제2 구동회로(252)와 연결된 캐패시터 C2에 충전된 전하는 트랜지스터TR 2, 오실레이션 트랜스포머 T1, 트랜스포머 T2를 통해 방전 전류로 흐르게 된다. 트랜지스터 TR2가 턴-온(TURN ON)하게 되면, 오실레이션 트랜스포머 T1을 통해 오실레이션 트랜스포머 T"2에 유기된 유기 전압은 트랜지스터 TR2의 베이스에 전류를 공급함으로써, 트랜지스터 TR2는 ON 상태를 유지한다. 위의 트랜지스터 TR2가 OFF되는 과정과 동일하게 출력 부하(LOAD)에 의해 결정된 1차측 전류가 일정한 상태가 되면 오실레이션 트랜스포머(T1)에 유기되는 전압이 없어지게 되고 따라서 오실레이션 트랜스포머(T"2)에도 유기 전류가 흐르지 않게 됨으로써, 트랜지스터 TR2는 OFF된다. 이 때, 오실레이션 트랜스포머 T1에 역기전력이 발생하게 되어 트랜지스터 TR2를 턴온(TURN-ON) 시킴으로써 위의 과정을 되풀이하게 된다.
저항 부하인 백열전구, 할로겐 램프와는 달리, LED 전구는 다이오드의 특성을 가지며, 인덕터(L)와 캐패시터(C)로 구성되는 부가적인 구동회로가 필요하고 소비 전력이 재래 조명의 1/10배 정도로 적어, 앞서 설명한 바와 같이 트라이악 디머와 사용시 트라이악이 온(ON) 상태를 유지할 수 있도록 유지 전류(Hold current)를 추가로 흐르게 할 수 있는 블리더 회로(280)가 필요하다.
본 발명의 기본 구성을 형성하는 블리더 회로(280)는 캐패시터 C4와 저항 R4로 구성하게 되며, 디머내의 트라이악 턴온(TURN-ON)시에 캐패시터 C4와 저항 R4를 통해 도 7c의 라인 ⑧과 같이 피크전류가 흐르게 함으로써, 트라이악에 유지 전류가 흐를 수 있게 한다. 캐패시터 C4에 충전된 전하는 트라이악이 오프(OFF)될 때, 저항 R4를 통해 도 7c의 라인 ⑨와 같이 구동회로부(250)를 통해 방전을 하여야 한다. 그러나, 트라이악 디머 오프(OFF)시에 캐패시터 C4에 충전된 전하가 완전히 방전을 하지 못할 경우, AC 입력 전원이 재 공급되는 반주기동안 스타트-온(START-ON) 회로가 동작하여 트랜지스터(TR2)가 TURN ON 되는 시점이 변화하게 되겠지만, 이를 방지하도록 본 발명에서는 안정화 다이오드 D3'(310)를 브리지 다이오드(210)와 그리고 블리더 회로(280)를 포함한 구동회로부(250) 사이에 직렬로 연결하고, 안정화 다이오드 D3'(310)의 애노드(Anode) 단에서 스타트-온(START-ON) 회로를 연결함으로써, 도 8에 도시된 전체 작동 상태도와 같이, 블리더 회로(280)의 방전루프 및 구동회로부(250)의 인덕턴스에 영향 없이, AC 입력 전원이 인가된 후 일정한 시점에서 TURN ON을 할 수 있게 함으로써 트라이악 디머의 영향없이 출력 부하인 LED 전구(100)에 전자식 안정기가 균일한 전력을 전달할 수 있게 된다.
따라서, LED 전구의 플리커 현상 및 발진 현상을 제거할 수 있으며, 또한 부가적으로 스타트-온(START-ON) 회로가 안정적으로 동작할 수 있게 됨으로써, 블리더 회로등의 영향에 의한 LED 전구의 미점등을 해결할 수 있도록 한다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제작된 전자식 안정기와 트라이악 디머를 연결한 경우에 전자식 안정기의 출력 전압 파형으로서 LED 전구에 입력되는 전압 파형(노란색 파형)과 AC 전원 입력 전류 파형(녹색 파형)을 보여주고 있는데, 이에 따르면 종래 기술의 결과 파형도인 도 5d와 달리, AC 입력 전압의 반주기를 주기로 한 일정한 출력 전압 파형을 형성함을 확인할 수 있다.
나아가, 이와 같은 본 발명의 구성에 따른 전자식 안정기를 다양한 분야에 활용하는 구체적인 적용예로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스타트-온 안정화부(300)와 구동회로부(250)를 구비한 전자식 안정기의 출력단에 브리지 다이오드 또는 4개의 다이오드와 캐패시터를 연결한 직류 컨버터부(400)를 연결함으로써, LED 모듈(100A)의 트라이악 디머를 이용한 PWM 제어용 LED 컨버터로 사용하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 결선되는 LED 컨버터에 도 10이 도시된 바와 같이 일반적으로 많이 사용되는 직류 전압 입력용 LED 모듈(100A)을 연결하고 트라이악 디머로 디밍을 한 전자식 안정기의 출력 전압 파형이 도 11과 같이 얻어지게 되는데, 이에 따르면 직류 전압 입력용 LED 모듈(100A)을 트라이악 디머로 안정적인 디밍을 할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: LED 전구
200: 조광 회로 장치
210: 브리지 다이오드
220 & 230: R-C 충방전 회로
220' & 230': R-C 충방전 회로
250: 구동회로부
280: 브리더 회로
300: 스타트-온 안정화부
310: 안정화 다이오드
220': 안정화 저항

Claims (3)

  1. 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치(200)로서,
    LED 전구(100)의 디밍 제어를 위한 구동회로부(250)와 전원측에 연결된 브리지 다이오드(210) 사이에 R(220)-C(230) 충방전 회로를 포함한 다이악(DIAC) 스타트-온(START-ON) 회로를 조합하여 구성하고,
    브리더 회로(280)를 브리지 다이오드(210)의 출력단과 다이악(DIAC) 스타트-온(START-ON) 회로의 저항 R3'(220')와 콘덴서 C3'(230')로 구성되는 R-C 충방전 회로 사이에서 구동회로부(250)와 병렬 연결 구성하며, 그리고
    브리지 다이오드(210)의 출력단과 브리더 회로(280) 사이에 스타트-온 안정화 다이오드 D3'(310)를 삽입하며, 브리더 회로(280)의 콘덴서(C4)에 저장된 전하가 스타트-온(START-ON) 회로로 인가되는 것을 방지하도록 스타트-온 안정화 다이오드 D3'(310)의 양극(Anode) 방향을 DIAC 회로부 입력으로 연결하여 스타트-온 안정화부(300)를 형성하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스타트-온 안정화부(300)는 안정화 저항 R3'(220')를 포함하여 이루어지며, 브리지 다이오드(210)의 출력단에서 나온 전파 정류회로의 출력을 블리더 회로(280)의 전단에서 DIAC 파형을 미리 입력으로 주도록 상기 안정화 저항 R3'(220')를 통하여 연결되는 특징을 가진 디밍 제어 기능을 구비한 LED 전구용 전자식 안정기의 조광 회로 장치.
  3. 전압용 LED 모듈에 사용하는 트라이악 디머를 이용한 PWM 제어용 LED 컨버터로서, 제1항 또는 제2항에 따른 조광 회로 장치를 포함하여 이루어지고, 그리고
    상기 조광 회로 장치에 포함된 스타트-온 안정화부(300)와 구동회로부(250)를 구비한 전자식 안정기의 출력단에 브리지 다이오드 또는 4개의 다이오드와 캐패시터를 연결한 직류 컨버터부(400)를 접속하여 전압용 LED 모듈(100A) 입력으로 제공되도록 결선하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 트라이악 디머를 이용한 PWM 제어용 LED 컨버터.
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