WO2020204315A1 - 교류 전원 직접 구동 led 조명 장치 - Google Patents

교류 전원 직접 구동 led 조명 장치 Download PDF

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WO2020204315A1
WO2020204315A1 PCT/KR2019/018768 KR2019018768W WO2020204315A1 WO 2020204315 A1 WO2020204315 A1 WO 2020204315A1 KR 2019018768 W KR2019018768 W KR 2019018768W WO 2020204315 A1 WO2020204315 A1 WO 2020204315A1
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charging
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공명국
공다영
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공명국
공다영
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    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the present invention relates to an LED lighting device, and in particular, by minimizing the number of connection lines between the light emitting part and the current driving part, and reducing the number of LED arrays in the light emitting part without reducing power conversion efficiency, stable charging and discharging operation of the LED driving lighting device is possible. It relates to an AC power direct drive LED lighting device.
  • a light-emitting diode has a junction structure of a P-type and an N-type semiconductor, and when a voltage is applied, electrons and holes are combined to emit light of energy corresponding to the band gap of the semiconductor. to be.
  • reaction time is faster than that of a general light bulb, and the power consumption is as low as 20% of a conventional lighting fixture such as a fluorescent lamp, and thus, it has been recently utilized in a variety of fields including a high-efficiency lighting device.
  • Floodlights using such light emitting diodes utilize a plurality of high-brightness light emitting diodes driven by AC power or a module in which a power light emitting diode is assembled on a substrate as a light source.
  • SMPS switching mode power supply
  • the switching mode power supply requires a predetermined filter circuit composed of an inductor and a capacitor, which are elements capable of storing energy between an input terminal, an LED, and a switching unit so that high-frequency power generated by the AC input terminal wire is not transmitted.
  • radio waves above the standard are generated and transmitted to space in some cases, and thus shielding is performed using a metal case.
  • the LED driving switching mode power supply has problems in that the circuit becomes complicated, the volume is increased, and the manufacturing cost is increased.
  • an AC voltage direct-connected LED driving circuit having a simple circuit and a low operating frequency is widely used as a low-cost product by configuring a circuit on the same PCB board as the LED.
  • an AC voltage direct connection type LED driving device is composed of an AC power source, a rectifier, an LED, a switch element, and a current control resistor.
  • the control of power is made by a current control resistor.
  • the power decreases, and when the size of the current control resistor decreases, the power increases.
  • Switch elements for constructing such an AC voltage direct-connected LED driving device are classified into three types according to the connection method with the LED: a series type, a parallel type, and a current multiple type.
  • the serial type switch element which is a type 1 switch element, is connected in series to the (-) terminal of the LED array, and when the switch is on, the LED turns on, and when the switch is off, the LED turns off.
  • the parallel type switch element which is a type 2 switch element, is connected in parallel to both ends of the LED array, so when the switch is on, the LED turns off, and when the switch is off, the LED turns on.
  • the first and second LED arrays are lit.
  • the LED array lights up sequentially.
  • serial and parallel switch elements are arranged as many as the number of LED arrays in a general manner, there is a problem that they are sequentially lit.
  • Such a simultaneous lighting method also has very good luminescence uniformity during dimming.
  • the uniformity and characteristic means the uniformity ratio of illuminance.
  • the uniformity is usually 60 to 70% due to the variation in lighting between LED arrays. Drops significantly.
  • the current drainage switch element detects when the current of the corresponding LED array flows to the series type switch element and allows a desired multiple of current to flow from the (+) terminal of the corresponding LED array to the (+) terminal of the next LED array. to be.
  • this current-draining switch element it is possible to branch current into each LED array in proportion to the current controlled in the series-type switch element with a resistor placed to control the current in the series-type switch element.
  • Typical AC voltage range for each country is in the range of 100 V to 277 V.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional 120V AC power direct drive LED lighting device, comprising an AC power supply 10, a rectifying unit 20, first to fourth light emitting units 30 to 60, and a current driving unit 70 do.
  • the first light-emitting unit 30 includes a first LED array LA1, a first electrolytic capacitor EC1, and a first discharge resistor RC1
  • the second light-emitting unit 40 includes a second LED array LA2.
  • the third light-emitting unit 50 includes a third LED array LA3, a third electrolytic capacitor EC3, and a third discharge resistor RC3
  • the fourth light-emitting unit 60 includes a fourth LED array ( LA4), a fourth electrolytic capacitor EC4, and a fourth discharge resistor RC4.
  • FIG. 2 is a graph of a waveform obtained by simulating an input current of the LED lighting device shown in FIG. 1 and a current flowing through the first to third LED arrays LA1 to LA3.
  • FIG. 3 is a graph of waveforms obtained by simulating an input current in the LED lighting device shown in FIG. 1, a current flowing through the first LED array LA1, and a current flowing through the first channel CH1.
  • the power efficiency is influenced by the ratio of the total series voltage of the LED and the peak value of the AC power supply voltage.
  • the total series voltage of the LED is set to be about 80% of the AC power voltage.
  • an integrated circuit (IC) for implementing this is usually manufactured with four channels and is widely used.
  • 3 connecting lines are made from the middle terminals of the LEDs connected in series, and a total of 4 terminals including the [-] terminal of the LED, which is the last terminal, are connected to the channel of the integrated circuit to operate.
  • the transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 are connected to respective gate terminals.
  • the electrolytic capacitor EC1 is connected in parallel to the LED array LA1 in order to reduce the flicker of the LED array LA1, and the electrolytic capacitors EC2, EC3, EC4 are used to replace the LED array LA2, LA3, LA4. It is connected in parallel to each of the LED arrays (LA2, LA3, LA4).
  • Resistors RC1, RC2, RC3, and RC4 become discharge resistors that become discharge paths together with capacitors EC1, EC2, EC3, and EC4 when AC power is cut off.
  • Diodes D1, D2, D3, and D4 electrically isolate the four light emitting units 30 to 60 connected in parallel from each other.
  • the current control resistor R S has one side connected to the source terminals of each of the first to fourth field effect transistors Q1, Q2, Q3, and Q4, and the other side is grounded so that the first to fourth field effect transistors Q1, It controls the source current of Q2, Q3, Q4).
  • the conventional AC power direct driving LED lighting device comprises four LED arrays LA1, LA2, LA3, and LA4, thereby forming four steps of increasing and decreasing the input current.
  • the LED current is distributed for each of the 36V three LED arrays (LA1, LA2, LA3), so there is a difference in the current level of each array, but it can be seen that the level is lower than the input current.
  • the total LED power is the sum of the product of the voltage of each LED array (LA1, LA2, LA3, LA4) and the current of each LED array (LA1, LA2, LA3, LA4), and the current of the first channel (CH1) is It can also be seen that the current level is lower than that of the LED arrays LA1, LA2, LA3.
  • An AC power direct driving LED lighting apparatus of the present invention for achieving the above object includes: a light emitting unit including a first electrolytic capacitor, receiving a rectified AC voltage, and controlling a first constant current to emit light; A charging/discharging unit configured to charge/discharge the built-in second to fourth electrolytic capacitors, respectively, by receiving the adjusted first constant current and adjusting the second to fourth constant currents; A discharge LED path part forming a path for discharging the voltage charged in the charging/discharging part to the light emitting part; And a current driver configured to receive the adjusted first to fourth constant currents to form first to fourth channels using the first to fourth reference voltages, and to control current transfer. It characterized in that it comprises a.
  • the charging and discharging unit of the AC power direct driving LED lighting apparatus of the present invention for achieving the above object is a first charging/discharging unit for charging and discharging the second electrolytic capacitor by receiving the adjusted first constant current and adjusting the second constant current. ;
  • a second charging/discharging unit configured to charge and discharge the third electrolytic capacitor by receiving the adjusted second constant current and adjusting the third constant current to be applied;
  • a third charging/discharging unit configured to charge and discharge the fourth electrolytic capacitor by receiving the adjusted third constant current and adjusting the fourth constant current. It characterized in that it comprises a.
  • one side of the light-emitting unit of the AC power direct driving LED lighting device of the present invention is connected to the cathode terminal of the first isolation diode, and the other side is connected to the anode terminal of the second isolation diode.
  • the first electrolytic capacitor to charge electric charges;
  • a first discharge resistor connected in parallel to the first electrolytic capacitor to discharge the charged first charge;
  • the LED array having a plurality of LEDs and being connected in parallel to the first electrolytic capacitor to emit light by receiving the rectified AC voltage that has passed through the first isolation diode. It characterized in that it comprises a.
  • the first charging and discharging unit of the AC power direct driving LED lighting device of the present invention for achieving the above object is connected to the cathode terminal of the second isolation diode, the second electrolytic capacitor for charging a second charge; And a second discharge resistor connected in parallel to the second electrolytic capacitor to discharge the charged second charge. It characterized in that it comprises a.
  • the second charging and discharging unit of the AC power direct driving LED lighting apparatus of the present invention for achieving the above object is connected to the cathode terminal of the third isolation diode, the third electrolytic capacitor for charging a third charge; And a third discharge resistor connected in parallel to the third electrolytic capacitor to discharge the charged third charge. It characterized in that it comprises a.
  • the third charging and discharging unit of the AC power direct driving LED lighting device of the present invention to achieve the above object is connected to the cathode terminal of the fourth isolation diode, the fourth electrolytic capacitor for charging the fourth charge; And a fourth discharge resistor connected in parallel to the fourth electrolytic capacitor to discharge the charged fourth charge. It characterized in that it comprises a.
  • the channel isolation unit of the AC power direct driving LED lighting device of the present invention for achieving the above object has an anode terminal connected to the other side of the second electrolytic capacitor and a cathode terminal connected to the input terminal of the current driving unit, and the second A first channel isolation diode electrically isolated from the second channel when the electrolytic capacitor is discharged;
  • a second channel isolation diode having an anode terminal connected to the other side of the third electrolytic capacitor and a cathode terminal connected to an input terminal of the current driver to electrically isolate it from the third channel when the third electrolytic capacitor is discharged;
  • a third channel isolation diode having an anode terminal connected to the other side of the fourth electrolytic capacitor and a cathode terminal connected to an input terminal of the current driver to electrically isolate the fourth channel from the fourth channel when the fourth electrolytic capacitor is discharged. It characterized in that it comprises a.
  • the discharge capacitor path portion of the AC power direct driving LED lighting apparatus of the present invention for achieving the above object has a cathode terminal connected to the other side of the second electrolytic capacitor and an anode terminal connected to the output terminal of the current driver, A first discharge path diode forming a discharge path from the second electrolytic capacitor to the first channel when the 2 to 4 channels are isolated;
  • the cathode terminal is connected to the other side of the third electrolytic capacitor and the anode terminal is connected to the output terminal of the current driver, so that the discharge path from the third electrolytic capacitor to the first channel when the second to fourth channels are isolated
  • a cathode terminal is connected to the other side of the fourth electrolytic capacitor and an anode terminal is connected to an output terminal of the current driver, so that discharge from the fourth electrolytic capacitor to the first channel when the second to fourth channels are isolated.
  • a third discharge path diode forming a path It characterized in that it comprises a.
  • the discharge LED path part of the AC power direct driving LED lighting apparatus of the present invention for achieving the above object has an anode terminal connected to one side of the second electrolytic capacitor and a cathode terminal connected to the light emitting part, so that the second electrolysis A first diode forming a path for discharging the voltage charged in the capacitor to the light emitting unit; A second diode having an anode terminal connected to one side of the third electrolytic capacitor and a cathode terminal connected to the light emitting unit to form a path for discharging the voltage charged in the third electrolytic capacitor to the light emitting unit; And a third diode having an anode terminal connected to one side of the fourth electrolytic capacitor and a cathode terminal connected to the light emitting unit to form a path for discharging the voltage charged in the fourth electrolytic capacitor to the light emitting unit. It characterized in that it comprises a.
  • the current driver of the AC power direct driving LED lighting device of the present invention receives the adjusted first constant current from the light emitting unit through a first transistor, and receives the first transistor according to the control of the first comparator.
  • a first channel current driver controlling current driving of the first channel according to the opening and closing of the first channel;
  • a second channel current driver configured to receive a current from the first channel isolation diode through a second transistor and control current driving of the second channel according to the opening and closing of the second transistor under control of a second comparator;
  • a third channel current driver configured to receive current from the second channel isolation diode through a third transistor and control current driving of the third channel according to the opening and closing of the third transistor under control of a third comparator;
  • a fourth channel current driver configured to receive a current from the third channel isolation diode through a fourth transistor and control current driving of the fourth channel according to the opening and closing of the fourth transistor under control of a fourth comparator. It characterized in that it comprises a.
  • An AC power direct driving LED lighting apparatus of the present invention for achieving the above object includes: a light emitting unit including a first electrolytic capacitor, receiving a rectified AC voltage, and controlling a first constant current to emit light; A charging/discharging unit configured to charge/discharge the built-in second to fourth electrolytic capacitors, respectively, by receiving the adjusted first constant current and adjusting the second to fourth constant currents; A discharge LED path part forming a path for discharging the voltage charged in the charging/discharging part to the light emitting part; And a current driver configured to receive the adjusted first to fourth constant currents to form first to fourth channels using the first to fourth reference voltages, and to control current transfer.
  • the second to fourth electrolytic capacitors are charged, and when the rectified AC voltage is applied lower than the voltage of the light emitting unit and the charging/discharging unit, the charging is performed by the light emission. It is characterized in that the operation to be discharged through the unit is repeated.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional 120V AC power direct drive LED lighting device.
  • FIG. 2 is a graph of a waveform obtained by simulating an input current of the LED lighting device shown in FIG. 1 and a current flowing through the first to third LED arrays LA1 to LA3.
  • FIG. 3 is a graph of waveforms obtained by simulating an input current in the LED lighting device shown in FIG. 1, a current flowing through the first LED array LA1, and a current flowing through the first channel CH1.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a 120V AC power direct driving LED lighting device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a graph of waveforms obtained by simulating the input current of the LED lighting device shown in FIG. 4 and the current flowing through the first LED array LA1.
  • FIG. 6 is a graph of waveforms obtained by simulating an input current in the LED lighting device shown in FIG. 4, a current flowing through the first LED array LA1, and a current flowing through the first channel CH1.
  • the component when a component is described as "existing inside or being connected and installed" of another component, the component may be directly connected to or installed in contact with the other component.
  • a third component or means for fixing or connecting the component to other components may exist.
  • terms such as “one side”, “the other side”, “one side”, “the other side”, “first”, and “second” refer to a component in which one component is different for one component. It is used to make it clearly distinct from the element.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a 120V AC power direct driving LED lighting device according to the present invention, an AC power supply 10, a rectifying unit 20, a light emitting unit 100, a charging/discharging unit 200, first to fourth isolation diodes ( D1 to D4), the discharge LED path part 300, the channel isolation part 400, the discharge capacitor path part 500, the reference voltage generator 600, the current driver 800, and the current control resistor (R S ) Equipped.
  • the light emitting unit 100 includes an LED array LA1, a first electrolytic capacitor EC1, and a first discharge resistor RC1, and the charging/discharging unit 200 includes first to third charging/discharging units 210, 220, 230 ).
  • the first charging/discharging unit 210 includes a second electrolytic capacitor EC2 and a second discharge resistor RC2, and the second charging/discharging unit 220 includes a third electrolytic capacitor EC3 and a third discharge resistor RC3.
  • the third charging and discharging unit 230 includes a fourth electrolytic capacitor EC4 and a fourth discharge resistor RC4.
  • the current driver 800 includes first to fourth channel current drivers 810 to 840.
  • the first channel current driver 810 includes a first comparator 812 and a first transistor Q1
  • the second channel current driver 820 includes a second comparator 822 and a second transistor Q2.
  • the third channel current driver 830 includes a third comparator 832 and a third transistor Q3
  • the fourth channel current driver 840 includes a fourth comparator 842 and a fourth transistor Q4. It is equipped with.
  • FIG. 5 is a graph of waveforms obtained by simulating the input current of the LED lighting device shown in FIG. 4 and the current flowing through the LED array LA1.
  • FIG. 6 is a graph of waveforms obtained by simulating the input current in the LED lighting device, the current flowing through the LED array LA1, and the current flowing through the first channel CH1 shown in FIG.
  • the rectifying unit 20 receives and rectifies an AC voltage from the AC power supply 10 and outputs the rectified AC voltage (
  • the light-emitting unit 100 receives the rectified AC voltage (
  • rectified AC voltage
  • the constant current is adjusted by the charging/discharging operation of the first electrolytic capacitor EC1 built in the light emitting unit 100 to emit light of the LED array LA1 connected in parallel with the first electrolytic capacitor EC1.
  • the charging/discharging unit 200 receives the first constant current adjusted by the light emitting unit 100 and adjusts the second to fourth constant currents to charge and discharge the built-in second to fourth electrolytic capacitors EC2, EC3, and EC4, respectively. .
  • the LED array LA1 is a stable structure of the first to fourth electrolytic capacitors EC1, EC2, EC3, and EC4 respectively built into the light emitting unit 100 and the first to third charging and discharging units 210, 220, and 230.
  • the charging/discharging operation stabilizes the driving operation of the AC power direct driving LED lighting device.
  • the first to fourth discharge resistors RC1, RC2, RC3, and RC4 built in the light emitting unit 100 and the charging/discharging unit 200 are the first to fourth electrolytic capacitors EC1 when the AC power is cut off by the AC power supply 10. , EC2, EC3, EC4) together with each of the discharge paths.
  • Each of the first to fourth isolation diodes D1, D2, D3, and D4 electrically isolates each of the light emitting units 100 connected in parallel and the first to third charging and discharging units 210, 220, and 230 from each other.
  • the first to third diodes D11, D12, and D13 in the discharge LED path unit 300 convert the voltage charged in the second to fourth electrolytic capacitors EC2, EC3, and EC4 into the first LED in the light emitting unit 100.
  • a discharge path is formed by connecting the array LA1 and the first electrolytic capacitor EC1 in parallel.
  • the first to third channel isolation diodes D21, D22, and D23 in the channel isolation unit 400 form a path through which current flows through the second to fourth channels CH2, CH3, and CH4, and 4
  • the electrolytic capacitors (EC2, EC3, EC4) are discharged, they are electrically isolated from the second to fourth channels (CH2, CH3, CH4), and the reverse current flows in the second to fourth channels (CH2, CH3, CH4). Prevent.
  • the first to third discharge path diodes D31, D32, and D33 in the discharge capacitor path part 500 are separated from the second to fourth electrolytic capacitors EC2 when the second to fourth channels CH2, CH3, and CH4 are isolated. , EC3, EC4) to form a discharge path to the first channel (CH1).
  • the current driver 800 receives the adjusted first to fourth constant currents from the light emitting unit 100 and the charging/discharging unit 200, respectively, and performs a turn-on operation of the built-in first to fourth field effect transistors Q1 to Q4.
  • Each of the four channels (CH1, CH2, CH3, CH4) is formed through the channel, and current transfer is controlled according to the opening and closing operation.
  • One side of the current amount control resistor R S is commonly connected to the source terminals of the first to fourth field effect transistors Q1 to Q4 and the other side is grounded to control the amount of current of the current driver 800.
  • the reference voltage generator 600 generates and outputs the gradually increasing first to fourth reference voltages REF1, REF2, REF3, and REF4.
  • the first to fourth reference voltages REF1, REF2, REF3, and REF4 are output from the first to fourth comparators 810 to 840 at the gate terminals of each of the first to fourth field effect transistors Q1 to Q4. It is connected to each terminal and turned on.
  • the first to fourth comparators 810 to 840 output '1'.
  • the first to fourth field effect transistors Q1 to Q4 are turned on.
  • One side of the first electrolytic capacitor EC1 is connected to the cathode terminal of the first isolation diode D1 and the other side is connected to the anode terminal of the second isolation diode D2 to charge the first charge.
  • the first discharge resistor RC1 is connected in parallel to the first electrolytic capacitor EC1 to discharge the charged first charge.
  • the LED array LA1 includes a plurality of LEDs (not shown) and emits light by receiving the rectified AC voltage (
  • One side of the second electrolytic capacitor EC2 is connected to the cathode terminal of the second isolation diode D2 to charge the second electric charge.
  • the second discharge resistor RC2 is connected in parallel to the second electrolytic capacitor EC2 to discharge the charged second charge.
  • One side of the third electrolytic capacitor EC3 is connected to the cathode terminal of the third isolation diode D3 to charge the third charge.
  • the third discharge resistor RC3 is connected in parallel to the third electrolytic capacitor EC3 to discharge the charged third charge.
  • One side of the fourth electrolytic capacitor EC4 is connected to the cathode terminal of the fourth isolation diode D4 to charge the fourth charge.
  • the fourth discharge resistor RC4 is connected in parallel to the fourth electrolytic capacitor EC4 to discharge the charged fourth charge.
  • the anode terminal is connected to one side of the second electrolytic capacitor EC2 and the cathode terminal is connected to the light emitting unit 100, so that the voltage charged in the second electrolytic capacitor EC2 is applied to the light emitting unit ( 100)
  • a discharge path is formed by parallel connection of the inner first LED array LA1 and the first electrolytic capacitor EC1.
  • the anode terminal is connected to one side of the third electrolytic capacitor EC3 and the cathode terminal is connected to the light emitting unit 100, so that the voltage charged in the third electrolytic capacitor EC3 is applied to the light emitting unit ( 100)
  • a discharge path is formed by parallel connection of the inner first LED array LA1 and the first electrolytic capacitor EC1.
  • the anode terminal is connected to one side of the fourth electrolytic capacitor EC4 and the cathode terminal is connected to the light emitting unit 100, so that the voltage charged in the fourth electrolytic capacitor EC4 is applied to the light emitting unit ( 100)
  • a discharge path is formed by parallel connection of the inner first LED array LA1 and the first electrolytic capacitor EC1.
  • the anode terminal is connected to the other side of the second electrolytic capacitor EC2 and the cathode terminal is connected to the input terminal of the current driver 800, so that the second electrolytic capacitor EC2 is discharged. It is electrically isolated from the second channel CH2 to prevent reverse current flow through the second channel CH2.
  • the anode terminal is connected to the other side of the third electrolytic capacitor EC3 and the cathode terminal is connected to the input terminal of the current driver 800, so that it is controlled when the third electrolytic capacitor EC3 is discharged.
  • the third channel CH3 is electrically isolated from the third channel CH3 to prevent reverse current flow.
  • the anode terminal is connected to the other side of the fourth electrolytic capacitor EC4 and the cathode terminal is connected to the input terminal of the current driver 800, so that the fourth electrolytic capacitor EC4 is discharged.
  • the fourth channel CH4 is electrically isolated from the fourth channel CH4 to prevent reverse current flow through the fourth channel CH4.
  • the cathode terminal is connected to the other side of the second electrolytic capacitor EC2 and the anode terminal is connected to the output terminal of the current driver 800, so that the second to fourth channels CH2, CH3, When CH4) is isolated, a discharge path from the second electrolytic capacitor EC2 to the first channel CH1 is formed.
  • the second discharge path diode D32 has a cathode terminal connected to the other side of the third electrolytic capacitor EC3 and an anode terminal connected to the output terminal of the current driver 800, so that the second to fourth channels CH2, CH3, When CH4) is isolated, a discharge path from the third electrolytic capacitor EC3 to the first channel CH1 is formed.
  • the cathode terminal is connected to the other side of the fourth electrolytic capacitor EC4 and the anode terminal is connected to the output terminal of the current driver 800, so that the second to fourth channels CH2, CH3, When CH4) is isolated, a discharge path from the fourth electrolytic capacitor EC4 to the first channel CH1 is formed.
  • the first channel current driver 810 receives the adjusted first constant current from the light emitting unit 100 and opens and closes the first transistor Q1 under the control of the first comparator 812. Control the drive.
  • the second channel current driver 820 receives a current from the first channel isolation diode D21 in the channel isolation unit 400 and controls the second transistor Q2 according to the control of the second comparator 822. Controls the driving of the 2-channel (CH2) current.
  • the third channel current driver 830 receives current from the second channel isolation diode D22 in the channel isolator 400 and controls the third transistor Q3 according to the control of the third comparator 832. Controls the driving of the 3-channel (CH3) current.
  • the fourth channel current driver 840 receives a current from the third channel isolation diode D23 in the channel isolation unit 400 and controls the fourth transistor Q4 according to the control of the fourth comparator 842. Controls the driving of the 4-channel (CH4) current.
  • the applied AC voltage is among the second to fourth electrolytic capacitors EC2, EC3, and EC4 connected through the [+] terminal of the first LED array LA1 and the second to fourth diodes D2, D3, and D4.
  • the electrolytic capacitors charged with a voltage higher than the voltage of the first LED array LA1 are discharged through the first LED array LA1 and the first electrolytic capacitor EC1 connected in parallel thereto.
  • the discharge of the second electrolytic capacitor EC2 is the first discharge path diode D31 in the discharge capacitor path part 500-the second electrolytic capacitor EC2-the first diode D11 in the discharge LED path part 300. )-(Parallel connection of the first LED array LA1 and the first electrolytic capacitor EC1)-first channel (CH1)-through the path of the first discharge path diode D31 in the discharge capacitor path part 500 It happens.
  • Discharge of the third electrolytic capacitor EC3 is a second discharge path diode D32 in the discharge capacitor path part 500-the third electrolytic capacitor EC3-a second diode D12 in the discharge LED path part 300- (Parallel connection of the first LED array LA1 and the first electrolytic capacitor EC1)-The first channel CH1-The discharge occurs through the path of the second discharge path diode D32 in the capacitor path part 500.
  • the discharge of the fourth electrolytic capacitor EC4 is a third discharge path diode D33 in the discharge capacitor path part 500-the fourth electrolytic capacitor EC4-a third diode D13 in the discharge LED path part 300- (Parallel connection of the first LED array LA1 and the first electrolytic capacitor EC1)-The first channel CH1-The discharge occurs through the path of the third discharge path diode D33 in the capacitor path part 500.
  • the second to fourth electrolytic capacitors EC2, EC3, and EC4 are all discharged while being connected in parallel with the first LED array LA1, and are equal to the voltage of the first LED array LA1.
  • the second electrolytic capacitor EC2 causes an increase in voltage as shown in the following equation.
  • the voltage is lowered after the current flows through the fourth electrolytic capacitor EC4 to the fourth channel CH4, the third channel CH3, the second channel CH2, and the first channel CH1 are ordered again. As the current flows, the voltage of the electrolytic capacitor increases.
  • the degree to which the voltage of the second to fourth electrolytic capacitors EC2, EC3, and EC4 is higher than the voltage of the first LED array LA1 is the capacitance and the current of the second to fourth channels CH2, CH3, and CH4. It is determined by the product of and time, so it is possible to design the desired level.
  • the parallel connection of the first LED array LA1 and the first electrolytic capacitor EC1-when discharging through the path of the first channel CH1, the second to fourth electrolytic capacitors EC2, EC3, and EC4 are charged. Since the electric charge must be discharged in a short time to be substantially the same as the voltage of the first LED array LA1, the current driving capability of the first channel CH1 must be very high.
  • the first channel CH1 performs a normal operation only when the current capacity or higher as shown in the following equation is satisfied.
  • the discharge time is a part of the time when the input current is '0', that is, the time when the AC power supply 10 is cut off.
  • the input current increase and decrease step is formed in four stages Is the same as the conventional AC power direct drive LED lighting device shown in FIG.
  • the LED current is concentrated to the first LED array LA1 of one 36V, which is higher than the input current, which is different from the conventional AC power direct driving LED lighting device shown in FIG. 3.
  • the total LED power is a value obtained by calculating the product of the voltage and current of the first LED array LA1, and as shown in FIG. 7, when the current of the first channel CH1 is driven by an input current, a conventional AC power source is directly driven LED Same as the lighting device.
  • the present invention provides an AC power direct driving LED lighting device capable of minimizing the number of connection lines between the light emitting unit and the current driving unit in order to reduce the volume of the power supply device of the LED driving lighting device and facilitate component assembly.

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Abstract

본 발명은 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치를 공개한다. 이 장치는 제1 전해 커패시터를 구비하고, 정류된 교류 전압을 인가받아 제1 정전류를 조절하여 LED 배열을 발광시키는 발광부; 상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 내지 제4 정전류로 조절하여 내장된 제2 내지 제4 전해 커패시터를 각각 충방전시키는 충방전부; 상기 충방전부에 충전된 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 방전 LED 경로부; 및 상기 조절된 제1 내지 제4 정전류를 인가받아 제1 내지 제4 기준 전압을 이용하여 제1 내지 제4 채널을 형성하고, 전류의 전달을 제어하는 전류 구동부; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치
본 발명은 LED 조명 장치에 관한 것으로, 특히 발광부와 전류 구동부 간의 연결선 개수를 최소화하고, 전력 변환 효율의 감소 없이 발광부 내 LED 배열 개수를 감소시킴으로써, LED 구동 조명 장치의 안정적인 충방전 동작이 가능한 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드(LED)는 P형과 N형 반도체의 접합구조를 가지고, 전압을 인가하면 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드 갭(band gap)에 해당하는 에너지의 광을 방출하는 광전자 소자이다.
특히, 반응 시간이 일반 전구에 비하여 빠르고, 소비 전력이 종래의 형광등과 같은 조명 기구의 20 % 수준으로 낮아서, 최근 들어 고 효율의 조명 수단을 포함하여 다방면에 활용되고 있다.
이와 같은 발광 다이오드를 이용한 투광 조명은 교류 전원으로 구동되는 다수의 고 휘도 발광 다이오드 또는 파워 발광 다이오드를 기판에 조립한 모듈을 광원으로 활용하고 있다.
교류 전원으로부터 LED를 구동하기 위해서, 종래에 스위칭 모드 전력 공급기(Switching Mode Power Supply, SMPS)가 많이 사용되었다.
그러나, 이러한 구조는 인덕터(Inductor)를 통하여 전류가 흐르도록 고주파로 고전류를 스위칭하기 때문에 전자파가 발생하여 전자기파 간섭 현상 (Electro-Magnetic Interference, EMI)을 유발시킨다.
이러한 이유로 스위칭 모드 전력 공급기는 교류 입력단 전선으로 발생된 고주파 전력이 전달되지 않도록 입력 단자와 LED 및 스위칭부의 중간에 에너지 저장이 가능한 소자인 인덕터 및 커패시터로 구성된 소정의 필터 회로를 필요로 한다.
또한, 발생된 전자파의 주파수가 점점 높아지면 경우에 따라서 공간으로도 규격 이상의 전파가 발생하여 전달되기 때문에, 금속 케이스를 사용하여 차폐하기도 한다.
이와 같은 이유로 LED 구동용 스위칭 모드 전력 공급기는 회로가 복잡해지고, 부피가 커지며, 제작 비용이 올라가게 되는 문제점들이 있다.
최근 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 회로가 간단하고 동작 주파수가 낮은 교류 전압 직결형 LED 구동 회로를 LED와 동일한 PCB 기판 위에 회로를 구성하여 저가의 제품으로 많이 사용하고 있다.
그러나, 교류 전압 직결형 LED 구동 방식은 기능상 아직도 개선해야 할 점들이 많은 상태이다.
일반적으로 교류 전압 직결형 LED 구동 장치는 교류 전원, 정류기, LED, 스위치 소자, 전류 제어 저항으로 구성된다.
전력의 제어는 전류 제어 저항에 의해 이루어진다.
전류 제어 저항의 크기가 증가하면 전력이 감소하며, 전류 제어 저항의 크기가 감소하면 전력이 증가한다.
이러한 교류 전압 직결형 LED 구동장치를 구성하기 위한 스위치 소자는 LED와의 연결 방식에 따라 3개의 종류로 직렬형, 병렬형, 그리고 전류 배수형이 있다.
제1종 스위치 소자인 직렬형 스위치 소자는 LED 배열의 (-)단자에 직렬 연결되어 스위치가 On 되면 LED가 점등되고, 스위치가 Off 되면 LED가 소등된다.
제2종 스위치 소자인 병렬형 스위치 소자는 LED 배열의 양단에 병렬로 연결되어 스위치가 On 되면 LED가 소등되고, 스위치가 Off 되면 LED가 점등된다.
교류 전압이 제1 LED 배열의 전압보다 낮은 상태에서는 소등 상태다.
*교류 전압이 제1 LED 배열의 전압보다 높아지면 LED가 점등된다.
교류 전압이 제1 및 제2 LED 배열 전압의 합보다 높아지면 제1 및 제2 LED 배열이 점등된다.
교류 전압이 더 올라감에 따라 LED 배열이 순차적으로 점등된다.
이와 같이, 일반적인 방식에 의하여 LED 배열의 수만큼 직렬형 및 병렬형 스위치 소자를 배치하면 순차적으로 점등되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 LED 배열의 수보다 많은 스위치 소자를 적절히 추가 배치하면 LED 배열 전압 이상의 교류 전압에서 모든 LED 배열이 동시 점등되도록 할 수 있다.
이와 같은 동시 점등 방식은 조광시에 매우 좋은 발광 균제도 특성을 가진다.
여기에서, 균제도 특성이란 조도의 균일도(uniformity ratio of illuminance) 특성을 의미하는데, 상기 동시 점등 방식이 아닌 종래의 순차적 점등 방식의 경우, LED 배열 간 점등의 편차로 균제도가 통상적으로 60 내지 70 %로 현저하게 떨어진다.
이러한 동시 점등 방식에는 병렬형 스위치 소자만 사용하는 경우와 병렬형과 직렬형 스위치 소자를 혼합하여 사용하는 경우가 있다.
그런데, 직렬형 스위치 소자를 사용하는 경우에는 전류 제어 저항을 한 곳에만 배치해도 동작이 가능하지만, 병렬형 스위치 소자를 사용하는 경우에는 각 스위치 소자 별로 전류 제어 저항을 배치하여야 한다.
이렇게 여러 곳에 전류 제어 저항을 배치하는 문제점을 해결하기 위하여 제3종 스위치 소자인 전류 배수 스위치 소자가 있다.
전류 배수 스위치 소자는 해당 LED 배열의 전류가 직렬형 스위치 소자로 흐르면 이를 감지하여 해당 LED 배열의 (+)단으로부터 다음 LED 배열의 (+)단으로 원하는 배수의 전류가 흐르도록 하는 기능을 가진 소자이다.
이 전류 배수 스위치 소자를 사용하면 직렬형 스위치 소자의 전류를 제어하기 위해서 배치된 저항으로 직렬형 스위치 소자에서 제어되는 전류와 비례하도록 각 LED 배열에 전류를 분기시킬 수 있다.
그러나, 교류 전압이 변동하거나 각 나라나 지역별로 사용하는 전압이 다를 때에는 실제 사용 전압을 고려하여 이 장치를 새로 설계 제작하여야 하는 한계가 있다.
국가 별로 보통 2개 이상의 전압을 사용하기 때문에 정격 전압이 다른 2종 이상의 제품이 필요하게 된다.
통상적인 각 국가 별 교류 전압의 범위는 100 V에서 277 V의 범위에 있다.
그런데, 이를 혼동하여 LED가 구비된 트라이악(TRIAC) 조광기 또는 0-10 V 조광기를 사용하는 LED 발광 장치, 전자 기기, 전기 설비 등을 설치할 때, 동작 불량에 의해 과열, 파괴, 화재 등의 안전 문제가 발생할 수 있는 위험성이 있었다.
도 1은 종래 기술에 의한 120V 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 회로도로서, 교류 전원(10), 정류부(20), 제1 내지 제4 발광부(30 내지 60) 및 전류 구동부(70)를 구비한다.
제1 발광부(30)는 제1 LED 배열(LA1), 제1 전해 커패시터(EC1), 제1 방전 저항(RC1)을 구비하고, 제2 발광부(40)는 제2 LED 배열(LA2), 제2 전해 커패시터(EC2), 제2 방전 저항(RC2)을 구비한다.
또한, 제3 발광부(50)는 제3 LED 배열(LA3), 제3 전해 커패시터(EC3), 제3 방전 저항(RC3)을 구비하고, 제4 발광부(60)는 제4 LED 배열(LA4), 제4 전해 커패시터(EC4), 제4 방전 저항(RC4)을 구비한다.
도 2는 도 1에 도시된 LED 조명 장치의 입력 전류 및 제1 내지 제3 LED 배열(LA1 내지 LA3)에 흐르는 전류를 시뮬레이션한 결과 파형의 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 LED 조명 장치 내 입력 전류, 제1 LED 배열(LA1)에 흐르는 전류 및 제1 채널(CH1)에 흐르는 전류를 시뮬레이션한 결과 파형의 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 종래 기술에 의한 120V 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 동작을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
교류 전압 직결형 LED 구동장치는 선형(Linear) 방식이기 때문에 LED의 전체 직렬 전압과 교류 전원 전압의 피크치의 비율에 의해 전력 효율이 좌우된다.
보통 LED의 전체 직렬 전압을 교류 전원 전압의 약 80% 전압이 되도록 설정하여 사용된다.
또한, 광 효율을 올려주고 역률과 같은 전기적인 특성을 좋게 하기 위하여 이를 구현하기 위한 집적 회로(IC)는 보통 4개의 채널로 제작되어 많이 사용되고 있다.
이러한 경우, 직렬 연결된 LED의 중간 단자들에서 3개의 연결선을 만들어 집적 회로의 채널에 제일 마지막 단인 LED의 [-] 단자를 포함하여 총 4개의 단자를 연결하여 동작시키게 된다.
즉, 도 1에서 보는 바와 같이, 정류된 교류전압(|VAC|)이 4개의 발광부(30 내지 60)에 인가되면, 제1 내지 제4 전계 효과 트랜지스터(Q1 내지 Q4)를 통한 4개의 채널(CH1, CH2, CH3, CH4)이 형성된다.
4개의 채널(CH1, CH2, CH3, CH4)을 구동하기 위하여 기준 전압(REF1, REF2, REF3, REF4)이 점진적으로 증가하는 제1 내지 제4 비교기의 출력 단자 각각이 제1 내지 제4 전계 효과 트랜지스터(Q1, Q2, Q3, Q4) 각각의 게이트 단자에 연결된다.
전해 커패시터(EC1)는 LED 배열(LA1)의 플리커 감소를 위하여 LED 배열(LA1)에 병렬로 연결되고, 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)는 LED 배열(LA2, LA3, LA4)을 대치하기 위하여 LED 배열(LA2, LA3, LA4) 각각에 병렬로 연결된다.
저항(RC1, RC2, RC3, RC4)은 교류 전원 차단 시 커패시터(EC1, EC2, EC3, EC4) 각각과 함께 방전 경로가 되는 방전 저항이 된다.
다이오드(D1, D2, D3, D4)는 병렬 연결된 4개의 발광부(30 내지 60)를 전기적으로 상호 격리시킨다.
전류 제어 저항(RS)은 일측이 제1 내지 제4 전계 효과 트랜지스터(Q1, Q2, Q3, Q4) 각각의 소오스 단자에 연결되고, 타측이 접지되어 제1 내지 제4 전계 효과 트랜지스터(Q1, Q2, Q3, Q4)의 소오스 전류를 제어한다.
그런데, 이러한 방식에서 LED를 포함하는 발광부(30 내지 60)와 전류 구동부(70)를 분리하여 구동하려면 LED[+] 단자를 포함하여 총 5개의 연결선이 필요하게 된다.
또한, 플리커 특성을 좋게 하기 위해 LED와 병렬로 커패시터를 연결하는 경우, 다이오드로 각 LED 배열(LA1, LA2, LA3, LA4)을 전기적으로 분리하여야 하기 때문에 총 8개의 연결선이 필요하여 부피가 커지고 연결선 위치 관계가 복잡해져 부품 조립이 어렵게 되는 문제점이 있었다.
그러므로, 이러한 관점에서 LED 구동 조명 장치의 전원 공급 장치에서 부피를 작게 하고 부품 조립을 용이하게 하기 위하여 발광부(30 내지 60)와 전류 구동부(70) 간의 연결선 개수를 최소화시키는 것이 바람직하다.
한편, 종래의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치는 도 3에서 보는 바와 같이, LED 배열(LA1, LA2, LA3, LA4)을 4개로 구성함에 따라, 입력 전류 증감 단계가 4 단계로 형성된다.
또한, LED 전류가 36V 3개의 LED 배열(LA1, LA2, LA3)의 각 배열 별로 분산되어 각 배열의 전류 수준에 차이가 있지만, 입력 전류보다 낮은 수준임을 알 수 있다.
전체 LED 전력은 각 LED 배열(LA1, LA2, LA3, LA4)의 전압과 각 LED 배열(LA1, LA2, LA3, LA4)의 전류의 곱을 합한 값인데, 제1 채널(CH1)의 전류는 3개의 LED 배열(LA1, LA2, LA3)의 전류보다 낮은 수준임을 또한 알 수 있다.
이로 인하여 제1 채널(CH1)의 경로를 통한 방전 시, 충전되었던 전하가 짧은 시간에 방전되어야 하는 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)의 동작이 정상적으로 되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 LED 구동 조명 장치의 전원 공급 장치 부피를 작게 하고 부품 조립을 용이하게 하기 위하여 발광부와 전류 구동부 간의 연결선 개수를 최소화시킬 수 있는 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.
또한, 전력 변환 효율의 감소 없이 발광부 내 LED 배열 개수를 감소시킴으로써, LED 구동 조명 장치의 충방전 동작을 안정적으로 시킬 수 있는 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치는 제1 전해 커패시터를 구비하고, 정류된 교류 전압을 인가받아 제1 정전류를 조절하여 LED 배열을 발광시키는 발광부; 상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 내지 제4 정전류로 조절하여 내장된 제2 내지 제4 전해 커패시터를 각각 충방전시키는 충방전부; 상기 충방전부에 충전된 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 방전 LED 경로부; 및 상기 조절된 제1 내지 제4 정전류를 인가받아 제1 내지 제4 기준 전압을 이용하여 제1 내지 제4 채널을 형성하고, 전류의 전달을 제어하는 전류 구동부; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 상기 충방전부는 상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 상기 제2 정전류로 조절하여 상기 제2 전해 커패시터를 충방전시키는 제1 충방전부; 상기 조절된 제2 정전류를 인가받아 상기 제3 정전류로 조절하여 상기 제3 전해 커패시터를 충방전시키는 제2 충방전부; 및 상기 조절된 제3 정전류를 인가받아 상기 제4 정전류로 조절하여 상기 제4 전해 커패시터를 충방전시키는 제3 충방전부; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치는 교류 전원으로부터 교류 전압을 인가받아 정류하여 상기 정류된 교류 전압을 출력하는 정류부; 및 병렬 연결된 상기 발광부 및 상기 제1 내지 제3 충방전부 각각을 전기적으로 상호 격리시키는 제1 내지 제4 격리 다이오드; 를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 상기 발광부는 일측이 상기 제1 격리 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 격리 다이오드의 애노드 단자에 연결되어 제1 전하를 충전하는 상기 제1 전해 커패시터; 상기 제1 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제1 전하를 방전하는 제1 방전 저항; 및 복수개의 LED를 구비하고 상기 제1 전해 커패시터에 병렬로 연결되어, 상기 제1 격리 다이오드를 통과한 정류된 교류 전압을 인가받아 발광되는 상기 LED 배열; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 상기 제1 충방전부는 일측이 상기 제2 격리 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되어 제2 전하를 충전하는 상기 제2 전해 커패시터; 및 상기 제2 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제2 전하를 방전하는 제2 방전 저항; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 제2 충방전부는 일측이 상기 제3 격리 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되어 제3 전하를 충전하는 상기 제3 전해 커패시터; 및 상기 제3 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제3 전하를 방전하는 제3 방전 저항; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 상기 제3 충방전부는 일측이 상기 제4 격리 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되어 제4 전하를 충전하는 상기 제4 전해 커패시터; 및 상기 제4 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제4 전하를 방전하는 제4 방전 저항; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치는 점진적으로 증가하는 상기 제1 내지 제4 기준 전압을 생성하여 출력하는 기준 전압 발생부; 및 상기 충방전부의 방전 시 상기 제2 내지 제4 채널을 상기 충방전부로부터 격리시키는 채널 격리부; 및 상기 제2 내지 제4 채널 격리시 상기 제2 내지 제4 전해 커패시터로부터 상기 제1 채널로의 방전 경로를 형성하는 방전 커패시터 경로부; 를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 상기 채널 격리부는 애노드 단자가 상기 제2 전해 커패시터의 타측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 전류 구동부의 입력단에 연결되어, 상기 제2 전해 커패시터의 방전 시 상기 제2 채널과 전기적으로 격리시키는 제1 채널 격리 다이오드; 애노드 단자가 상기 제3 전해 커패시터의 타측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 전류 구동부의 입력단에 연결되어, 상기 제3 전해 커패시터의 방전 시 상기 제3 채널과 전기적으로 격리시키는 제2 채널 격리 다이오드; 및 애노드 단자가 상기 제4 전해 커패시터의 타측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 전류 구동부의 입력단에 연결되어, 상기 제4 전해 커패시터의 방전 시 상기 제4 채널과 전기적으로 격리시키는 제3 채널 격리 다이오드; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 상기 방전 커패시터 경로부는 캐소우드 단자가 상기 제2 전해 커패시터의 타측에 연결되고 애노드 단자가 상기 전류 구동부의 출력단에 연결되어, 상기 제2 내지 제4 채널의 격리 시 상기 제2 전해 커패시터로부터 상기 제1 채널로의 방전 경로를 형성하는 제1 방전 경로 다이오드; 캐소우드 단자가 상기 제3 전해 커패시터의 타측에 연결되고 애노드 단자가 상기 전류 구동부의 출력단에 연결되어, 상기 제2 내지 제4 채널의 격리 시 상기 제3 전해 커패시터로부터 상기 제1 채널로의 방전 경로를 형성하는 제2 방전 경로 다이오드; 및 캐소우드 단자가 상기 제4 전해 커패시터의 타측에 연결되고 애노드 단자가 상기 전류 구동부의 출력단에 연결되어, 상기 제2 내지 제4 채널의 격리 시 상기 제4 전해 커패시터로부터 상기 제1 채널로의 방전 경로를 형성하는 제3 방전 경로 다이오드; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 상기 방전 LED 경로부는 애노드 단자가 상기 제2 전해 커패시터의 일측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 발광부에 연결되어, 상기 제2 전해 커패시터에 충전되었던 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 제1 다이오드; 애노드 단자가 상기 제3 전해 커패시터의 일측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 발광부에 연결되어, 상기 제3 전해 커패시터에 충전되었던 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 제2 다이오드; 및 애노드 단자가 상기 제4 전해 커패시터의 일측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 발광부에 연결되어, 상기 제4 전해 커패시터에 충전되었던 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 제3 다이오드; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 상기 전류 구동부는 상기 발광부로부터 상기 조절된 제1 정전류를 제1 트랜지스터를 통해 인가받아 제1 비교기의 제어에 따른 상기 제1 트랜지스터의 개폐에 따라 상기 제1 채널의 전류 구동을 제어하는 제1 채널 전류 구동부; 상기 제1 채널 격리 다이오드로부터 전류를 제2 트랜지스터를 통해 인가받아 제2 비교기의 제어에 따른 상기 제2 트랜지스터의 개폐에 따라 상기 제2 채널의 전류 구동을 제어하는 제2 채널 전류 구동부; 상기 제2 채널 격리 다이오드로부터 전류를 제3 트랜지스터를 통해 인가받아 제3 비교기의 제어에 따른 상기 제3 트랜지스터의 개폐에 따라 상기 제3 채널의 전류 구동을 제어하는 제3 채널 전류 구동부; 및 상기 제3 채널 격리 다이오드로부터 전류를 제4 트랜지스터를 통해 인가받아 제4 비교기의 제어에 따른 상기 제4 트랜지스터의 개폐에 따라 상기 제4 채널의 전류 구동을 제어하는 제4 채널 전류 구동부; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치는 제1 전해 커패시터를 구비하고, 정류된 교류 전압을 인가받아 제1 정전류를 조절하여 LED 배열을 발광시키는 발광부; 상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 내지 제4 정전류로 조절하여 내장된 제2 내지 제4 전해 커패시터를 각각 충방전시키는 충방전부; 상기 충방전부에 충전된 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 방전 LED 경로부; 및 상기 조절된 제1 내지 제4 정전류를 인가받아 제1 내지 제4 기준 전압을 이용하여 제1 내지 제4 채널을 형성하고, 전류의 전달을 제어하는 전류 구동부; 를 구비하고, 상기 정류된 교류 전압이 인가되면 상기 제2 내지 제4 전해 커패시터에 충전되는 동작과, 상기 정류된 교류 전압이 상기 발광부 및 상기 충방전부의 전압보다 낮게 인가되면 상기 충전은 상기 발광부를 통하여 방전되는 동작을 반복하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의할 경우, 인덕터를 통하여 전류가 흐르도록 고주파로 고전류를 스위칭할 필요가 없어, 전자기파 간섭 현상이 방지됨에 따라, 고주파를 걸러내는 필터 회로가 불필요해진다.
또한, 종래의 순차적 점등 방식과 비교할 때 LED 배열 간 점등의 편차가 제거되므로, LED 조명의 균일도가 현저하게 향상된다.
도 1은 종래 기술에 의한 120V 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 LED 조명 장치의 입력 전류 및 제1 내지 제3 LED 배열(LA1 내지 LA3)에 흐르는 전류를 시뮬레이션한 결과 파형의 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 LED 조명 장치 내 입력 전류, 제1 LED 배열(LA1)에 흐르는 전류 및 제1 채널(CH1)에 흐르는 전류를 시뮬레이션한 결과 파형의 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 120V 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 5는 도 4에 도시된 LED 조명 장치의 입력 전류 및 제1 LED 배열(LA1)에 흐르는 전류를 시뮬레이션한 결과 파형의 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시된 LED 조명 장치 내 입력 전류, 제1 LED 배열(LA1)에 흐르는 전류 및 제1 채널(CH1)에 흐르는 전류를 시뮬레이션한 결과 파형의 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있다.
더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다.
이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있다.
또한, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있다.
한편, 상기 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용된다.
하지만, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 한다.
또한, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "부", "기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미한다.
이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 120V 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 회로도로서, 교류 전원(10), 정류부(20), 발광부(100), 충방전부(200), 제1 내지 제4 격리 다이오드(D1 내지 D4), 방전 LED 경로부(300), 채널 격리부(400), 방전 커패시터 경로부(500), 기준 전압 발생부(600), 전류 구동부(800) 및 전류 제어 저항(RS)을 구비한다.
발광부(100)는 LED 배열(LA1), 제1 전해 커패시터(EC1) 및 제1 방전 저항(RC1)을 구비하고, 충방전부(200)는 제1 내지 제3 충방전부(210, 220, 230)를 구비한다.
제1 충방전부(210)는 제2 전해 커패시터(EC2) 및 제2 방전 저항(RC2)을 구비하고, 제2 충방전부(220)는 제3 전해 커패시터(EC3) 및 제3 방전 저항(RC3)을 구비하며, 제3 충방전부(230)는 제4 전해 커패시터(EC4) 및 제4 방전 저항(RC4)을 구비한다.
전류 구동부(800)는 제1 내지 제4 채널 전류 구동부(810 내지 840)를 구비한다.
제1 채널 전류 구동부(810)는 제1 비교기(812) 및 제1 트랜지스터(Q1)를 구비하고, 제2 채널 전류 구동부(820)는 제2 비교기(822) 및 제2 트랜지스터(Q2)를 구비하며, 제3 채널 전류 구동부(830)는 제3 비교기(832) 및 제3 트랜지스터(Q3)를 구비하고, 제4 채널 전류 구동부(840)는 제4 비교기(842) 및 제4 트랜지스터(Q4)를 구비한다.
도 5는 도 4에 도시된 LED 조명 장치의 입력 전류 및 LED 배열(LA1)에 흐르는 전류를 시뮬레이션한 결과 파형의 그래프이다.
도 6은 도 4에 도시된 LED 조명 장치 내 입력 전류, LED 배열(LA1)에 흐르는 전류 및 제1 채널(CH1)에 흐르는 전류를 시뮬레이션한 결과 파형의 그래프이다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 각 구성요소의 구조 및 기능을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
정류부(20)는 교류 전원(10)으로부터 교류 전압을 인가받아 정류하여 정류된 교류 전압(|VAC|)를 출력한다.
발광부(100)는 정류부(20)로부터 정류된 교류 전압(|VAC|)를 인가받아 제1 정전류를 조절하여 LED 배열(LA1)을 발광시킨다.
즉, 발광부(100)에 내장된 제1 전해 커패시터(EC1)의 충방전 동작에 의해 정전류가 조절되어 제1 전해 커패시터(EC1)와 병렬 연결된 LED 배열(LA1)을 발광시킨다.
충방전부(200)는 발광부(100)에서 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 내지 제4 정전류로 조절하여 내장된 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)를 각각 충방전시킨다.
이때, LED 배열(LA1)은 발광부(100), 제1 내지 제3 충방전부(210, 220, 230)에 각각 내장된 제1 내지 제4 전해 커패시터(EC1, EC2, EC3, EC4)의 안정된 충방전 동작으로 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 구동 동작을 안정화시킨다.
발광부(100), 충방전부(200)에 내장된 제1 내지 제4 방전 저항(RC1, RC2, RC3, RC4)은 교류 전원(10)에서 교류 전원 차단 시 제1 내지 제4 전해 커패시터(EC1, EC2, EC3, EC4) 각각과 함께 방전 경로가 된다.
제1 내지 제4 격리 다이오드(D1, D2, D3, D4) 각각은 병렬 연결된 발광부(100) 및 상기 제1 내지 제3 충방전부(210, 220, 230) 각각을 전기적으로 상호 격리시킨다.
방전 LED 경로부(300) 내 제1 내지 제3 다이오드(D11, D12, D13)는 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)에 충전되었던 전압을 발광부(100) 내 제1 LED 배열(LA1)과 제1 전해 커패시터(EC1)의 병렬 연결로 방전하는 경로를 형성한다.
채널 격리부(400) 내 제1 내지 제3 채널 격리 다이오드(D21, D22, D23)는 제2 내지 제4 채널(CH2, CH3, CH4)을 통해 전류가 흐르는 경로를 형성하며, 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)의 방전 시 제2 내지 제4 채널(CH2, CH3, CH4)과 전기적으로 각각 격리시켜 제2 내지 제4 채널(CH2, CH3, CH4)에 역전류의 흐름을 방지한다.
방전 커패시터 경로부(500) 내 제1 내지 제3 방전 경로 다이오드(D31, D32, D33)는 제2 내지 제4 채널(CH2, CH3, CH4)이 격리되었을 때 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)로부터 제1 채널(CH1)로의 방전 경로를 형성한다.
전류 구동부(800)는 발광부(100) 및 충방전부(200)로부터 각각 조절된 제1 내지 제4 정전류를 인가받아 내장된 제1 내지 제4 전계 효과 트랜지스터(Q1 내지 Q4)의 턴 온 동작을 통하여 각각 4개의 채널(CH1, CH2, CH3, CH4)을 형성하고, 개폐 동작에 따라 전류의 전달을 제어한다.
전류량 제어 저항(RS)은 일측이 제1 내지 제4 전계 효과 트랜지스터(Q1 내지 Q4)의 소오스 단자에 공통 연결되고 타측이 접지되어 전류 구동부(800)의 전류량을 제어한다.
기준 전압 발생부(600)는 점진적으로 증가하는 제1 내지 제4 기준 전압(REF1, REF2, REF3, REF4)을 생성하여 출력한다.
이때, 제1 내지 제4 전계 효과 트랜지스터(Q1 내지 Q4) 각각의 게이트 단자에는 제1 내지 제4 기준 전압(REF1, REF2, REF3, REF4)이 제1 내지 제4 비교기(810 내지 840)의 출력 단자 각각에 연결되어 턴 온된다.
즉, 제1 내지 제4 기준 전압(REF1, REF2, REF3, REF4)이 전류량 제어 저항(RS) 단자 전압보다 클 경우에 제1 내지 제4 비교기(810 내지 840)가 '1'을 출력하여 제1 내지 제4 전계 효과 트랜지스터(Q1 내지 Q4)가 턴 온된다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 발광부(100)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 세부적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 전해 커패시터(EC1)는 일측이 제1 격리 다이오드(D1)의 캐소우드 단자에 연결되고, 타측이 제2 격리 다이오드(D2)의 애노드 단자에 연결되어 제1 전하를 충전한다.
제1 방전 저항(RC1)은 제1 전해 커패시터(EC1)에 병렬로 연결되어 충전된 제1 전하를 방전한다.
LED 배열(LA1)는 복수개의 LED(미도시)를 구비하고 정류부(20)로부터 정류된 교류 전압(|VAC|)을 인가받아 발광된다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 제1 내지 제3 충방전부(210 내지 230)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 세부적으로 설명하면 다음과 같다.
제2 전해 커패시터(EC2)는 일측이 제2 격리 다이오드(D2)의 캐소우드 단자에 연결되어 제2 전하를 충전한다.
제2 방전 저항(RC2)은 제2 전해 커패시터(EC2)에 병렬로 연결되어 충전된 제2 전하를 방전한다.
제3 전해 커패시터(EC3)는 일측이 제3 격리 다이오드(D3)의 캐소우드 단자에 연결되어 제3 전하를 충전한다.
제3 방전 저항(RC3)은 제3 전해 커패시터(EC3)에 병렬로 연결되어 충전된 제3 전하를 방전한다.
제4 전해 커패시터(EC4)는 일측이 제4 격리 다이오드(D4)의 캐소우드 단자에 연결되어 제4 전하를 충전한다.
제4 방전 저항(RC4)은 제4 전해 커패시터(EC4)에 병렬로 연결되어 충전된 제4 전하를 방전한다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 방전 LED 경로부(300)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 세부적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 다이오드(D11)는 애노드 단자가 제2 전해 커패시터(EC2)의 일측에 연결되고 캐소우드 단자가 발광부(100)에 연결되어, 제2 전해 커패시터(EC2)에 충전되었던 전압을 발광부(100) 내 제1 LED 배열(LA1)과 제1 전해 커패시터(EC1)의 병렬 연결로 방전하는 경로를 형성한다.
제2 다이오드(D12)는 애노드 단자가 제3 전해 커패시터(EC3)의 일측에 연결되고 캐소우드 단자가 발광부(100)에 연결되어, 제3 전해 커패시터(EC3)에 충전되었던 전압을 발광부(100) 내 제1 LED 배열(LA1)과 제1 전해 커패시터(EC1)의 병렬 연결로 방전하는 경로를 형성한다.
제3 다이오드(D13)는 애노드 단자가 제4 전해 커패시터(EC4)의 일측에 연결되고 캐소우드 단자가 발광부(100)에 연결되어, 제4 전해 커패시터(EC4)에 충전되었던 전압을 발광부(100) 내 제1 LED 배열(LA1)과 제1 전해 커패시터(EC1)의 병렬 연결로 방전하는 경로를 형성한다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 채널 격리부(400)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 세부적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 채널 격리 다이오드(D21)는 애노드 단자가 제2 전해 커패시터(EC2)의 타측에 연결되고 캐소우드 단자가 전류 구동부(800)의 입력단에 연결되어, 제2 전해 커패시터(EC2)의 방전 시 제2 채널(CH2)과 전기적으로 격리시켜 제2 채널(CH2)의 역전류 흐름을 방지한다.
제2 채널 격리 다이오드(D22)는 애노드 단자가 제3 전해 커패시터(EC3)의 타측에 연결되고 캐소우드 단자가 전류 구동부(800)의 입력단에 연결되어, 제3 전해 커패시터(EC3)의 방전 시 제3 채널(CH3)과 전기적으로 격리시켜 제3 채널(CH3)의 역전류 흐름을 방지한다.
제3 채널 격리 다이오드(D23)는 애노드 단자가 제4 전해 커패시터(EC4)의 타측에 연결되고 캐소우드 단자가 전류 구동부(800)의 입력단에 연결되어, 제4 전해 커패시터(EC4)의 방전 시 제4 채널(CH4)과 전기적으로 격리시켜 제4 채널(CH4)의 역전류 흐름을 방지한다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 방전 커패시터 경로부(500)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 세부적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 방전 경로 다이오드(D31)는 캐소우드 단자가 제2 전해 커패시터(EC2)의 타측에 연결되고 애노드 단자가 전류 구동부(800)의 출력단에 연결되어, 제2 내지 제4 채널(CH2, CH3, CH4)이 격리되었을 때 제2 전해 커패시터(EC2)로부터 제1 채널(CH1)로의 방전 경로를 형성한다.
제2 방전 경로 다이오드(D32)는 캐소우드 단자가 제3 전해 커패시터(EC3)의 타측에 연결되고 애노드 단자가 전류 구동부(800)의 출력단에 연결되어, 제2 내지 제4 채널(CH2, CH3, CH4)이 격리되었을 때 제3 전해 커패시터(EC3)로부터 제1 채널(CH1)로의 방전 경로를 형성한다.
제3 방전 경로 다이오드(D33)는 캐소우드 단자가 제4 전해 커패시터(EC4)의 타측에 연결되고 애노드 단자가 전류 구동부(800)의 출력단에 연결되어, 제2 내지 제4 채널(CH2, CH3, CH4)이 격리되었을 때 제4 전해 커패시터(EC4)로부터 제1 채널(CH1)로의 방전 경로를 형성한다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 플리커 방지용 LED 조명 장치 내 전류 구동부(800)의 각 구성요소의 구조 및 기능을 세부적으로 설명하면 다음과 같다.
제1 채널 전류 구동부(810)는 발광부(100)로부터 조절된 제1 정전류를 인가받아 제1 비교기(812)의 제어에 따른 제1 트랜지스터(Q1)의 개폐에 따라 제1 채널(CH1) 전류의 구동을 제어한다.
제2 채널 전류 구동부(820)는 채널 격리부(400) 내 제1 채널 격리 다이오드(D21)로부터 전류를 인가받아 제2 비교기(822)의 제어에 따른 제2 트랜지스터(Q2)의 개폐에 따라 제2 채널(CH2) 전류의 구동을 제어한다.
제3 채널 전류 구동부(830)는 채널 격리부(400) 내 제2 채널 격리 다이오드(D22)로부터 전류를 인가받아 제3 비교기(832)의 제어에 따른 제3 트랜지스터(Q3)의 개폐에 따라 제3 채널(CH3) 전류의 구동을 제어한다.
제4 채널 전류 구동부(840)는 채널 격리부(400) 내 제3 채널 격리 다이오드(D23)로부터 전류를 인가받아 제4 비교기(842)의 제어에 따른 제4 트랜지스터(Q4)의 개폐에 따라 제4 채널(CH4) 전류의 구동을 제어한다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 LED 조명 장치는 교류전원이 인가되어 전해 커패시터(ECj, j=1 내지 4)가 충전되는 중간 동작을 거쳐 다음과 같은 안정된 충전 및 방전 동작을 통해 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치의 구동 동작을 안정화시킨다.
즉, 교류 전원(10)으로부터 정류된 교류 전압이 인가되면 집적 회로의 제2 내지 제4 채널(CH2, CH3, CH4)을 통하여 전류가 흘러 각각의 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)에 충전된다.
그리고, 인가되는 교류 전압이 제1 LED 배열(LA1)의 [+]단과 제2 내지 제4 다이오드(D2, D3, D4)를 통하여 연결된 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4) 중의 어느 한 전압보다 낮게 되면, 제1 LED 배열(LA1)의 전압보다 높은 전압으로 충전된 전해 커패시터들은 제1 LED 배열(LA1) 및 그와 병렬 연결된 제1 전해 커패시터(EC1)를 통하여 방전된다.
이때, 제2 전해 커패시터(EC2)의 방전은 방전 커패시터 경로부(500) 내 제1 방전 경로 다이오드(D31)-제2 전해 커패시터(EC2)-방전 LED 경로부(300) 내 제1 다이오드(D11)-(제1 LED 배열(LA1)과 제1 전해 커패시터(EC1)의 병렬 연결)-제1 채널(CH1)-방전 커패시터 경로부(500) 내 제1 방전 경로 다이오드(D31)의 경로를 통하여 일어난다.
제3 전해 커패시터(EC3)의 방전은 방전 커패시터 경로부(500) 내 제2 방전 경로 다이오드(D32)-제3 전해 커패시터(EC3)-방전 LED 경로부(300) 내 제2 다이오드(D12)-(제1 LED 배열(LA1)과 제1 전해 커패시터(EC1)의 병렬 연결)-제1 채널(CH1)-방전 커패시터 경로부(500) 내 제2 방전 경로 다이오드(D32)의 경로를 통하여 일어난다.
제4 전해 커패시터(EC4)의 방전은 방전 커패시터 경로부(500) 내 제3 방전 경로 다이오드(D33)-제4 전해 커패시터(EC4)-방전 LED 경로부(300) 내 제3 다이오드(D13)-(제1 LED 배열(LA1)과 제1 전해 커패시터(EC1)의 병렬 연결)-제1 채널(CH1)-방전 커패시터 경로부(500) 내 제3 방전 경로 다이오드(D33)의 경로를 통하여 일어난다.
이에 따라, 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)가 모두 제1 LED 배열(LA1)과 병렬 연결되면서 방전되어, 제1 LED 배열(LA1)의 전압과 같아진다.
이후 인가되는 교류 전압이 증가되어 제1 LED 배열(LA1)의 전압보다 높아지면, 제1 채널(CH1)을 통하여 전류가 흐르고, 인가되는 교류 전압이 제1 LED 배열(LA1)의 전압의 2배보다 커지면 제2 채널(CH2)을 통하여 전류가 흐른다.
전류가 흐르는 동안 제2 전해 커패시터(EC2)는 다음의 수학식과 같은 전압 증가를 일으킨다.
[수학식 1]
(제2 채널(CH2) 전류에 의한 제2 전해 커패시터(EC2)의 증가 전압) = (제2 채널(CH2) 전류) x (제2 채널(CH2) 턴 온 시간) / (제2 전해 커패시터(EC2)의 정전 용량)
또한, 인가되는 교류 전압이 증가되어 3x(제1 LED 배열(LA1) 전압)+(제2 채널(CH2) 전류에 의한 제2 전해 커패시터(EC2)의 증가 전압) 이상이 되면, 제3 채널(CH3)로 전류가 흐르게 되며, 이 때 제2 전해 커패시터(EC2) 및 제3 전해 커패시터(EC3) 모두 이전보다 전압이 증가하게 된다.
마찬가지로 제4 전해 커패시터(EC4)를 통하여 제4 채널(CH4)까지 전류가 흐른 이후 전압이 낮아지므로, 제3 채널(CH3), 제2 채널(CH2), 제1 채널(CH1)의 순으로 다시 전류가 흐르면서 전해 커패시터의 전압이 증가하게 된다.
하지만, 다시 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)의 방전이 상기 과정을 통하여 재 발생하여, 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)의 전압이 제1 LED 배열(LA1)의 전압과 같아지기를 반복하면서 안정적인 동작을 하게 된다.
따라서, 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)의 전압이 제1 LED 배열(LA1)의 전압보다 높아지는 정도는 정전 용량과 제2 내지 제4 채널(CH2, CH3, CH4)의 전류와 시간의 곱에 의해 결정되어 원하는 수준으로 설계가 가능하다.
또한, 제1 LED 배열(LA1)과 제1 전해 커패시터(EC1)의 병렬 연결-제1 채널(CH1)의 경로를 통하여 방전 시 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)에 충전된 전하가 짧은 시간에 방전되어야 제1 LED 배열(LA1) 전압과 거의 같은 수준이 되므로, 제1 채널(CH1)의 전류 구동 능력이 매우 커야 한다.
제1 채널(CH1)은 다음의 수학식과 같은 전류 용량 이상을 만족하여야 정상적인 동작을 하게 된다.
[수학식 2]
제1 채널(CH1)의 전류용량 > (제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)에 충전된 평균 전하량의 합)/(방전 시간)
여기에서, 방전 시간은 입력 전류가 '0'인 시간, 즉 교류 전원(10)이 차단된 시간의 일부이다.
한편, 도 6에서 보는 바와 같이, 제1 LED 배열(LA1) 및 제1 내지 제3 충방전부(210, 220, 230)의 4 단으로 구성함에 따라, 입력 전류 증감 단계가 4 단계로 형성되는 점은 도 3에 도시된 종래의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치와 동일하다.
하지만, LED 전류가 36V 1개의 제1 LED 배열(LA1)로 집중되어, 입력 전류보다 높은 수준인 점은 도 3에 도시된 종래의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치와 차이가 있다.
전체 LED 전력은 제1 LED 배열(LA1)의 전압과 전류의 곱을 계산한 값인데, 도 7에서 보는 바와 같이, 제1 채널(CH1)의 전류가 입력 전류 구동 시에는 종래의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치와 동일하다.
하지만, 입력 전류가 구동되지 않을 때에는 제2 내지 제4 전해 커패시터(EC2, EC3, EC4)에 충전되어 있던 전하가 방전되면서 도 3에 도시된 종래의 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치에서의 3개의 LED 배열(LA1, LA2, LA3)의 전류보다 높은 펄스 형태의 전류로 구동됨을 또한 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 LED 구동 조명 장치의 전원 공급 장치 부피를 작게 하고 부품 조립을 용이하게 하기 위하여 발광부와 전류 구동부 간의 연결선 개수를 최소화시킬 수 있는 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치를 제공한다.
*또한, 전력 변환 효율의 감소 없이 발광부 내 LED 배열 개수를 감소시킴으로써, LED 구동 조명 장치의 충방전 동작을 안정적으로 시킬 수 있는 교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치를 제공한다.
이를 통하여, 인덕터를 통해 전류가 흐르도록 고주파로 고전류를 스위칭할 필요가 없어, 전자기파 간섭 현상이 방지됨에 따라, 고주파를 걸러내는 필터 회로가 불필요해진다.
또한, 종래의 순차적 점등 방식과 비교할 때 LED 배열 간 점등의 편차가 제거되므로, LED 조명의 균일도가 현저하게 향상된다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.

Claims (13)

  1. 제1 전해 커패시터를 구비하고, 정류된 교류 전압을 인가받아 제1 정전류를 조절하여 LED 배열을 발광시키는 발광부;
    상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 내지 제4 정전류로 조절하여 내장된 제2 내지 제4 전해 커패시터를 각각 충방전시키는 충방전부;
    상기 충방전부에 충전된 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 방전 LED 경로부; 및
    상기 조절된 제1 내지 제4 정전류를 인가받아 제1 내지 제4 기준 전압을 이용하여 제1 내지 제4 채널을 형성하고, 전류의 전달을 제어하는 전류 구동부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충방전부는
    상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 상기 제2 정전류로 조절하여 상기 제2 전해 커패시터를 충방전시키는 제1 충방전부;
    상기 조절된 제2 정전류를 인가받아 상기 제3 정전류로 조절하여 상기 제3 전해 커패시터를 충방전시키는 제2 충방전부; 및
    상기 조절된 제3 정전류를 인가받아 상기 제4 정전류로 조절하여 상기 제4 전해 커패시터를 충방전시키는 제3 충방전부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    교류 전원으로부터 교류 전압을 인가받아 정류하여 상기 정류된 교류 전압을 출력하는 정류부; 및
    병렬 연결된 상기 발광부 및 상기 제1 내지 제3 충방전부 각각을 전기적으로 상호 격리시키는 제1 내지 제4 격리 다이오드;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광부는
    일측이 상기 제1 격리 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되고, 타측이 상기 제2 격리 다이오드의 애노드 단자에 연결되어 제1 전하를 충전하는 상기 제1 전해 커패시터;
    상기 제1 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제1 전하를 방전하는 제1 방전 저항; 및
    복수개의 LED를 구비하고 상기 제1 전해 커패시터에 병렬로 연결되어, 상기 제1 격리 다이오드를 통과한 정류된 교류 전압을 인가받아 발광되는 상기 LED 배열;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 충방전부는
    일측이 상기 제2 격리 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되어 제2 전하를 충전하는 상기 제2 전해 커패시터; 및
    상기 제2 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제2 전하를 방전하는 제2 방전 저항;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 충방전부는
    일측이 상기 제3 격리 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되어 제3 전하를 충전하는 상기 제3 전해 커패시터; 및
    상기 제3 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제3 전하를 방전하는 제3 방전 저항;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제3 충방전부는
    일측이 상기 제4 격리 다이오드의 캐소우드 단자에 연결되어 제4 전하를 충전하는 상기 제4 전해 커패시터; 및
    상기 제4 전해 커패시터에 병렬로 연결되어 상기 충전된 제4 전하를 방전하는 제4 방전 저항;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    점진적으로 증가하는 상기 제1 내지 제4 기준 전압을 생성하여 출력하는 기준 전압 발생부;
    상기 충방전부의 방전 시 상기 제2 내지 제4 채널을 상기 충방전부로부터 격리시키는 채널 격리부; 및
    상기 제2 내지 제4 채널 격리시 상기 제2 내지 제4 전해 커패시터로부터 상기 제1 채널로의 방전 경로를 형성하는 방전 커패시터 경로부;
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 채널 격리부는
    애노드 단자가 상기 제2 전해 커패시터의 타측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 전류 구동부의 입력단에 연결되어, 상기 제2 전해 커패시터의 방전 시 상기 제2 채널과 전기적으로 격리시키는 제1 채널 격리 다이오드;
    애노드 단자가 상기 제3 전해 커패시터의 타측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 전류 구동부의 입력단에 연결되어, 상기 제3 전해 커패시터의 방전 시 상기 제3 채널과 전기적으로 격리시키는 제2 채널 격리 다이오드; 및
    애노드 단자가 상기 제4 전해 커패시터의 타측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 전류 구동부의 입력단에 연결되어, 상기 제4 전해 커패시터의 방전 시 상기 제4 채널과 전기적으로 격리시키는 제3 채널 격리 다이오드;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방전 커패시터 경로부는
    캐소우드 단자가 상기 제2 전해 커패시터의 타측에 연결되고 애노드 단자가 상기 전류 구동부의 출력단에 연결되어, 상기 제2 내지 제4 채널의 격리 시 상기 제2 전해 커패시터로부터 상기 제1 채널로의 방전 경로를 형성하는 제1 방전 경로 다이오드;
    캐소우드 단자가 상기 제3 전해 커패시터의 타측에 연결되고 애노드 단자가 상기 전류 구동부의 출력단에 연결되어, 상기 제2 내지 제4 채널의 격리 시 상기 제3 전해 커패시터로부터 상기 제1 채널로의 방전 경로를 형성하는 제2 방전 경로 다이오드; 및
    캐소우드 단자가 상기 제4 전해 커패시터의 타측에 연결되고 애노드 단자가 상기 전류 구동부의 출력단에 연결되어, 상기 제2 내지 제4 채널의 격리 시 상기 제4 전해 커패시터로부터 상기 제1 채널로의 방전 경로를 형성하는 제3 방전 경로 다이오드;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 방전 LED 경로부는
    애노드 단자가 상기 제2 전해 커패시터의 일측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 발광부에 연결되어, 상기 제2 전해 커패시터에 충전되었던 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 제1 다이오드;
    애노드 단자가 상기 제3 전해 커패시터의 일측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 발광부에 연결되어, 상기 제3 전해 커패시터에 충전되었던 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 제2 다이오드; 및
    애노드 단자가 상기 제4 전해 커패시터의 일측에 연결되고 캐소우드 단자가 상기 발광부에 연결되어, 상기 제4 전해 커패시터에 충전되었던 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 제3 다이오드;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전류 구동부는
    상기 발광부로부터 상기 조절된 제1 정전류를 제1 트랜지스터를 통해 인가받아 제1 비교기의 제어에 따른 상기 제1 트랜지스터의 개폐에 따라 상기 제1 채널의 전류 구동을 제어하는 제1 채널 전류 구동부;
    상기 제1 채널 격리 다이오드로부터 전류를 제2 트랜지스터를 통해 인가받아 제2 비교기의 제어에 따른 상기 제2 트랜지스터의 개폐에 따라 상기 제2 채널의 전류 구동을 제어하는 제2 채널 전류 구동부;
    상기 제2 채널 격리 다이오드로부터 전류를 제3 트랜지스터를 통해 인가받아 제3 비교기의 제어에 따른 상기 제3 트랜지스터의 개폐에 따라 상기 제3 채널의 전류 구동을 제어하는 제3 채널 전류 구동부; 및
    상기 제3 채널 격리 다이오드로부터 전류를 제4 트랜지스터를 통해 인가받아 제4 비교기의 제어에 따른 상기 제4 트랜지스터의 개폐에 따라 상기 제4 채널의 전류 구동을 제어하는 제4 채널 전류 구동부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
  13. 제1 전해 커패시터를 구비하고, 정류된 교류 전압을 인가받아 제1 정전류를 조절하여 LED 배열을 발광시키는 발광부;
    상기 조절된 제1 정전류를 인가받아 제2 내지 제4 정전류로 조절하여 내장된 제2 내지 제4 전해 커패시터를 각각 충방전시키는 충방전부;
    상기 충방전부에 충전된 전압을 상기 발광부로 방전하는 경로를 형성하는 방전 LED 경로부; 및
    상기 조절된 제1 내지 제4 정전류를 인가받아 제1 내지 제4 기준 전압을 이용하여 제1 내지 제4 채널을 형성하고, 전류의 전달을 제어하는 전류 구동부;
    를 구비하고,
    상기 정류된 교류 전압이 인가되면 상기 제2 내지 제4 전해 커패시터에 충전되는 동작과, 상기 정류된 교류 전압이 상기 발광부 및 상기 충방전부의 전압보다 낮게 인가되면 상기 충전은 상기 발광부를 통하여 방전되는 동작을 반복하는 것을 특징으로 하는,
    교류 전원 직접 구동 LED 조명 장치.
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