KR20180120394A - 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우회 전력소모수단을 이용한 과전압 보호장치에 관한 것으로서, 기준전압 보다 상회하는 과전압이 일시적 혹은 지속적으로 공급될 시, 과전압 영역에서만 구동하는 과전압 보호회로를 추가하여, 과전압 인가시 LED 및 LED 구동 IC에 기준전압 이상의 전압영역을 별도의 전력소모수단으로 우회시킴으로서, 광원체의 수명을 저해하는 LED 구동 IC의 발열 요인을 극소화함을 물론 광원체의 안정성을 확보하는 우회 전력소모수단을 부가한 과전압 보호회로에 관한 것이다.

Description

우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치{Overvoltage protection device using bypass power consumption means}
본 발명은 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호장치에 관한 것으로서, 기준전압보다 상회하는 과전압이 일시적 혹은 지속적으로 공급될 시, 과전압 영역에서만 구동하는 과전압 보호 장치를 추가하여, 과전압 인가시 LED 및 LED 구동 IC에 기준전압 이상의 전압영역을 별도의 전력 소모 수단으로 우회시킴으로써, 광원체의 수명을 저해하는 LED 구동 IC의 발열 요인을 극소화함을 물론 광원체의 안정성을 확보하는 우회 전력 소모 수단을 부가한 과전압 보호 장치에 관한 것이다.
최근들어 발광 다이오드(LED)는 휘도가 크게 향상되고, 백열전구, 형광등 등과 같은 기존 조명장치에 비해 수명이 길고, 에너지 소모량이 적으며, 친환경적이라는 장점으로 인하여 기존 조명장치의 대체광원으로 인정받고 있다.
일반적으로 교류를 이용한 LED 구동장치는 다수의 LED를 직렬의 배열 형상으로 구성하여 이를 적절한 간격으로 나누고, 전압은 전류에 의해 통제된 스위치를 이용하여 설정 및 통제되도록 설계된다.
종래기술의 정전류 회로를 이용한 LED 구동장치는 전류값을 달리한 다수의 정전압 회로를 단계별로 구성하여 전류적 특성이 계단 형태로 나타나는 구조로써, 대한민국등록특허 제10-1064906호(2011.09.07 등록)의 '발광다이오드 조명장치'에서 비슷한 사례가 제시되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 다단 구조의 LED 구동 회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 인가된 교류전압를 입력받는 전원입력(11)는 입력된 교류전압을 정류부(12)를 통해 직류전압으로 변경한 후, 다수의 LED를 포함하는 LED 배열부(31, 32, 33)로 입력한다.
이 과정에서, 해당 맥류전압은 정전류 제어부(21, 22, 23)에 의해 정의된 정격 전류 이하만 흐르도록 하여 LED를 보호하게 되어져 있는데, 기준전압보다 높은 전압이 입력될 경우, LED에 설정한 전압을 초과하는 전압은 구동부에서 감당해야 한다. 그로 인하여 구동부는 그 초과분의 전압과 구동부에서 정의된 전류를 곱한 값에 해당하는 전력을 소모해야 하며, 그 결과 구동부는 과발열의 문제를 가지게 된다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 설계된 전압 이상으로 과도하게 지속적으로 과전압이 인가되면 LED 구동 IC에 미치는 영향이 누적되어 발생되는 열파괴나 수명단축을 방지하기 위한 목적이 있다.
또한, 본 발명은 우회 전력 소모 수단을 구성함에 있어 그 소모 수단을 저가의 세라믹 저항을 사용하거나, 공간적인 제약이 있는 경우 LED 광원 PCB의 여분 공간에 다수의 SMD 저항을 배치함으로써 상대적으로 낮은 단가를 실현할 수 있는 장점과 더불어 LED 구동 IC의 안정적인 동작을 확보하기 위한 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치에 있어서, 교류전원을 공급받는 전원입력부; 상기 전원입력부에서 출력되는 상기 교류전원을 정류하여 맥류전류를 생성하기 위한 정류부; 상기 정류부로부터 맥류전류를 공급받도록 연결되며, 하나 이상의 LED 모듈로 구성되는 LED 배열부; 상기 LED 배열부에 직렬로 접속된 우회 전력 소모 수단; 상기 LED 배열부와 우회 전력 소모 수단 사이에 일단이 접속되며 타단이 접지되는 LED 구동 회로부; 상기 우회 전력 소모 수단과 직렬로 접속된 스위칭부; 및 상기 스위칭부의 베이스 도통을 제어하기 위한 전압 분압부를 구비하는 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기의 목적은 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치에 있어서, 교류전원을 공급받는 전원입력부; 상기 전원입력부에서 출력되는 상기 교류전원을 정류하여 맥류전류를 생성하기 위한 정류부; 상기 정류부에 직렬 접속된 우회 전력 소모 수단; 상기 우회 전력 소모 수단에 병렬접속된 제1 스위칭부; 상기 우회 전력 소모 수단 및 제1 스위칭부와 직렬접속되어 상기 정류부로부터 맥류 전류를 공급받도록 연결되며, 하나 이상의 LED 모듈로 구성되는 LED 배열부; 상기 LED 배열부에 일단이 직렬접속되고 타단이 접지되는 LED 구동 회로부; 및 제1 스위칭부의 베이스의 도통을 제어하기 위한 전류제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치에 의해서 달성된다.
따라서, 본 발명의 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치는 설계된 전압 이상으로 과도하게 지속적으로 과전압이 인가되더라도 LED 구동 IC에 미치는 영향이 누적되지 않도록 하여 열파괴나 수명단축을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 우회 전력 소모 수단을 저가의 세라믹 저항을 사용하거나, 공간적인 제약이 있는 경우 LED 광원 PCB의 여분 공간에 다수의 SMD 저항을 배치함으로써 복잡한 회로의 구현없이 상대적으로 저렴한 소자를 사용하여 LED 구동 IC의 안정적인 동작을 확보할 수 있는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 다단 구조의 LED 구동 회로부,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병렬 접속 방식의 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치 구성도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 직렬 접속 방식의 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치 구성도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병렬 접속 방식의 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 과전압 보호 장치는 외부로부터 교류전원을 입력받는 전원입력부(VAC), 전원입력부(VAC)에서 출력되는 교류전원을 정류하여 직류전원(맥류전원)으로 변경하기 위한 정류부(Bridge Diode, BD), 정류부(BD)로부터 맥류전원을 공급받으며 하나 이상의 LED 모듈을 포함하여 구성되는 LED 배열부(LED1 내지 LEDn), LED 배열부(LED1 내지 LEDn)에 직렬로 접속되어 과전압이 검출되는 경우 과전압 부분을 열로서 소모하기 위한 우회 전력 소모 수단(R1)과 정격의 전압시 정전류를 유지하기 위하여 LED 배열부(LED1 내지 LEDn)와 우회 전력 소모 수단(R1) 사이에 일단이 접속되며 타단이 접지되는 LED 구동 회로부, 우회 전력 소모 수단(R1)과 직렬로 접속되어 과전압시 과전압 부분을 우회 전력 소모 수단(R1)으로 전류를 흐르도록 하여 열로 소모하기 위하여 전류 경로를 형성하기 위한 스위칭부(Q1)와, 스위칭부(Q1)의 베이스 도통을 제어하기 위한 전압 분압부(R2 및 R3)를 구비한다.
여기서, 스위칭부는 도 2에서는 BJT(Bipolar Junction Transistor)로 예시하였으나, FET(Field Effect Transistor)를 사용하는 것도 가능하다.
여기서, 정격의 전압에서는 LED 구동 회로부만 전류가 흐르게 되며, 과전압시에는 LED 구동 회로부로는 정전류가 흐르도록 하고 과전압 부분은 우회 전력 소모 수단(R1)으로 과전압에 해당되는 부분의 전류를 흐르도록 하여 열로서 소모하도록 한다.
또한, 스위칭부(Q1)와 전압 분압부(R2 및 R3)만으로 회로를 구성하는 경우, 스위칭부(Q1)의 베이스에 인가되는 전압은 과전압 기준전압을 획득하기 위해 전압 분압부(R2, R3)를 형성하고, 이 전압을 레벨 쉬프트시키기 위해(일정 간격으로 전압을 낮추기 위해) 기준전압원부(ZD)를 경유하여 접속한다.
여기서, 기준전압원부(ZD)는 제너 다이오드를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 기준 전압원부(ZD)인 제너 다이오드의 캐소드와 스위칭부(Q1)의 베이스 사이에는 풀 다운 저항(R4)을 접속함으로써 스위칭부(Q1)의 오동작을 방지하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 과전압에 대응을 가능하기 위하여 과전압 부분을 열로서 소모시키기 위한 우회 전력 소모 수단(R1)은 세라믹 저항 또는 복수 개의 SMD 저항을 직병렬 구조로 조합하여 사용하는 것이 가능하지만, 세라믹 저항을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 직렬 접속 방식의 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 과전압 보호 장치는 외부로부터 교류전원을 입력받는 전원입력부(VAC), 전원입력부(VAC)에서 출력되는 교류전원을 정류하여 직류전원(맥류전원)으로 변경하기 위한 정류부(Bridge Diode, BD), 정류부(BD)부에 직렬접속되어 과전압이 검출되는 경우 과전압 부분을 열로서 소모하기 위한 우회 전력 소모 수단(R1)과 병렬접속되어 정격전압인 경우 연결상태를 유지시키며 과전압이 공급되는 경우 과전압 부분에 해당되는 부분을 우회 전력 소모 수단(R1)으로 흐르도록 스위칭되는 제1 스위칭부(Q1), 우회 전력 소모 수단(R1) 및 제1 스위칭부(Q1)와 직렬접속되어 정류부(BD)로부터 맥류 전류를 공급받도록 연결되며, 하나 이상의 LED 모듈로 구성되는 LED 배열부(LED1 내지 LEDn)와 일단이 LED부(LED1 내지 LEDn)에 직렬접속되고 타단이 접지되는 LED 구동 회로부 및 제1 스위칭부(Q1)의 베이스의 도통을 제어하기 위한 제어부로 구성된다.
여기서, 스위칭부는 도 3에서는 BJT(Bipolar Junction Transistor)로 예시하였으나, FET(Field Effect Transistor)를 사용하는 것도 가능하다.
여기서, 정격의 전압에서는 제1 스위칭부(Q1) 및 LED 배열부(LED1 내지 LEDn)를 경유하여 LED 구동 회로부로 정전류가 흐르도록 하고 과전압 부분은 우회 전력 소모 수단(R1)으로 과전압에 해당되는 부분의 전류를 흐르도록 하여 열로서 소모함으로써, LED 배열부(LED1 내지 LEDn)에는 항상 일정한 전류가 흐르도록 제어된다.
여기에서, 제1 스위칭부(Q1)의 베이스에는 일단이 정류부(BD)에 접속되며 타단이 제1 스위칭부(Q1)의 베이스에 접속되는 풀업 저항(R5)이 정격전압에서 스위칭부(Q1)가 상시 통전 상태로 유지되게 한다.
이러한 제어부는 제1 스위칭부(Q1)의 베이스에 콜렉터가 접속된 제2 스위칭부(Q2) 및 제2 스위칭부(Q2)의 도통을 제어하기 위한 전압 분압부(R2 및 R3)로 구성된다.
또한, 제2 스위칭부(Q1)와 전압 분압부(R2 및 R3)만으로 회로를 구성하는 경우, 제2 스위칭부(Q2)의 베이스에 인가되는 전압은 과전압 기준전압을 획득하기 위해 전압 분압부(R2,R3)를 형성하고, 이 전압을 레벨 쉬프트시키기 위해(일정 간격으로 전압을 낮추기 위해) 기준전압원부(ZD)를 경유하여 접속한다.
여기서, 기준전압원부(ZD)는 제너 다이오드를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 기준 전압원부(ZD)인 제너 다이오드의 캐소드와 제2 스위칭부(Q2)의 베이스 사이에는 풀 다운 저항(R4)을 접속함으로써 제2 스위칭부(Q1)의 오동작을 방지하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 과전압에 대응을 가능하기 위하여 과전압 부분을 열로서 소모시키기 위한 우회 전력 소모 수단(R1)은 세라믹 저항 또는 복수 개의 SMD 저항을 직병렬 구조로 조합하여 사용하는 것이 가능하지만, 세라믹 저항을 사용하는 것이 보다 바람직하다
.

Claims (9)

  1. 교류전원을 공급받는 전원입력부;
    상기 전원입력부에서 출력되는 상기 교류전원을 정류하여 맥류전류를 생성하기 위한 정류부;
    상기 정류부로부터 맥류전류를 공급받도록 연결되며, 하나 이상의 LED 모듈로 구성되는 LED 배열부;
    상기 LED 배열부에 직렬로 접속된 우회 전력 소모 수단;
    상기 LED 배열부와 우회 전력 소모 수단 사이에 일단이 접속되며 타단이 접지되는 LED 구동 회로부;
    상기 우회 전력 소모 수단과 직렬로 접속된 스위칭부; 및
    상기 스위칭부의 베이스 도통을 제어하기 위한 전압 분압부를 구비하는 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부와 상기 전압 분압부 사이에는 스위칭부의 스위칭 시점을 지연시키기 위한 기준전압원부가 접속되는 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치.
  3. 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치에 있어서,
    교류전원을 공급받는 전원입력부;
    상기 전원입력부에서 출력되는 상기 교류전원을 정류하여 맥류전류를 생성하기 위한 정류부;
    상기 정류부에 직렬 접속된 우회 전력 소모 수단;
    상기 우회 전력 소모 수단에 병렬접속된 제1 스위칭부;
    상기 우회 전력 소모 수단 및 제1 스위칭부와 직렬접속되어 상기 정류부로부터 맥류 전류를 공급받도록 연결되며, 하나 이상의 LED 모듈로 구성되는 LED 배열부;
    상기 LED 배열부에 일단이 직렬접속되고 타단이 접지되는 LED 구동 회로부; 및
    제1 스위칭부의 베이스의 도통을 제어하기 위한 전류제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부의 베이스에는 일단이 상기 정류부에 접속되며 타단이 제1 스위칭부의 베이스에 접속되는 풀업 저항이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전류제어부는 상기 제1 스위칭부의 베이스에 드레인이 접속된 제2 스위칭부 및 제2 스위칭부의 도통을 제어하기 위한 전압 분압부를 구비하는 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 스위칭부와 상기 전압 분압부 사이에는 스위칭의 시점을 지연시키기 위한 기준전압원부가 접속되는 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치.
  7. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 기준전압원부는 제너 다이오드인 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제너 다이오드의 캐소드와 스위칭부 사이에는 풀 다운 저항이 접속되는 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 우회 전력 소모 수단은 세라믹 저항 또는 다수의 SMD 저항을 직병렬 구조로 조합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 우회 전력 소모 수단을 이용한 과전압 보호 장치.
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