형광등기구의 엘이디램프 연결장치 {apparatus for connecting LED lamps into lighting instruments of a fluorescent lamp}
이 발명은 형광등기구에 엘이디램프를 연결하기 위한 연결장치에 관한 것이다.
형광등은 빌딩, 공장, 가정 등에서 가장 경제적이고 높은 조도를 얻을 수 있어 오늘날 백열등과 함께 가장 널리 사용되고 있는 조명등이다.
형광등기구는 형광등을 최초 점등하기 위한 점화회로와, 형광등 점화 후 점등을 유지하기 위한 안정기(ballast)로 구성된다. 점화회로는 형광등을 최초 방전시키기 위한 고압발생회로로 구성되며, 안정기는 점등 후 방전관의 점등을 유지하기 위한 부저항특성 안정기가 사용된다.
이 형광등기구는 크게 자기식 방식과 전자식 고주파 방식 2종류로 구분된다. 자기식 방식은 전류제한 인덕터를 사용하는 방식으로서, 점화방식에 따라 글로우 스타터 방식과 래피드 스타터 방식이 있다. 전자식 고주파 방식은 상용전원을 직 류로 바꾸어 고주파 공진회로를 통하여 고주파 전원을 형광등에 인가하는 방식으로서 전류(current)모드방식과 전압(voltage)모드방식이 있다.
도 1은 종래의 자기식 글로우 스타터 방식의 형광등기구를 도시한 도면이다. 이 자기식 글로우 스타터 방식의 형광등기구는 AC전원부(11)와, 글로우 스타터(12)와, 안정기(13)와, 형광등장착부로 이루어진다. 형광등장착부에는 양측에 2개씩의 접속단(a1, a2, b1, b2)이 포함되며, 형광등(FL)의 양측의 2개씩의 단자가 형광등장착부의 양측의 2개씩의 접속단(a1, a2, b1, b2)과 각각 접속함으로써, 형광등(FL)이 형광등장착부에 장착된다.
AC전원부(11)를 통해 교류(AC)전원이 입력되면 글로우 스타터(12)에 전원이 인가되어 글로우 스타터(12)가 발열된다. 발열된 글로우 스타터(12)의 내부 바이메탈이 늘어나서 이 글로우 스타터(12)는 쇼트(short)가 된다. 글로우 스타터(12)가 쇼트되면 안정기(13)와 형광등(FL : fluorescent lamp)의 필라멘트에 전류가 공급되고, 아울러 글로우 스타터(12)가 쇼트 되었으므로 열이 식게 된다. 글로우 스타터(12)의 열이 식어서 바이메탈이 줄어들면 글로우 스타터(12)는 오픈(open)된다. 글로우 스타터(12)가 오픈(open)되면 안정기(13)의 인덕터에 고전압이 유기된다. 유기된 고전압은 형광등 양단에 유기되어 형광등(FL)이 점화된다. 점화된 형광등(FL)은 양단의 가열된 필라멘트에서 발생된 열전자가 플라즈마 상태가 되어 전류가 흐르기 시작한다. 안정기(13)는 형광등의 플라즈마 상태가 유지되도록 일정한 제한전류를 흐르게 조절한다.
도 2는 종래의 자기식 래피드 스타터 방식의 형광등기구를 도시한 도면이다. 이 자기식 래피드 스타터 방식의 형광등기구는 AC전원부(21)와, 안정기(22)와, 형광등장착부로 구성된다. 형광등장착부에는 양측에 2개씩의 접속단(a1, a2, b1, b2)이 포함되며, 형광등(FL)의 양측의 2개씩의 단자가 형광등장착부의 양측의 2개씩의 접속단(a1, a2, b1, b2)과 각각 접속함으로써, 형광등(FL)이 형광등장착부에 장착된다.
이 자기식 래피드 스타터 방식의 형광등기구는 안정기(22)가 상시 형광등(FL)의 필라멘트 전원을 공급하고, 형광등 양단전극에 고전압을 공급하여 전원이 투입시 빠른 점화가 가능하다. 점등이 되면 안정기(23)에서 형광등에 흐르는 전류를 점등전류로 제한하여 점등을 유지한다.
전자식 고주파 방식의 형광등기구는 AC전원을 직류로 바꾸어 고주파 공진회로를 통하여 고주파 전원을 형광등에 인가하는 방식으로서, 필라멘트 구동방식에 따라 전압모드방식과 전류모드방식이 있다.
도 3은 종래의 전자식 고주파 전압모드방식의 형광등기구를 도시한 도면이다. 형광등(FL)은 자기식 스타터 방식의 형광등기구와 마찬가지로 양측의 2개의 접속단을 가진 형광등장착부에 장착된다. 이 전자식 고주파 전압모드방식의 형광등기구는 AC 전원을 브릿지다이오드(D31, D32, D33, D34) 및 평활커패시터(CREG)에서 직류로 정류한 후 제어회로(31)에서 수십 KHz의 고주파신호로 하프브리지 FET(FET31, FET32)를 통해 고주파 전압을 만든다. 이렇게 만들어진 고주파 전압은 공진코일(LRES)과 공진커패시터(CRES)를 통하여 블로킹커패시터(CBLK)를 지나 형광등에 고주파신호를 공급한다. 공진코일(LRES)에서 유도되는 전압을 결합인덕터(LFIL1, LFIL2)를 통하여 형광등(FL)의 필라멘트에 공급한다.
도 4는 종래의 전자식 고주파 전류모드방식의 형광등기구를 도시한 도면이다. 형광등(FL)은 자기식 스타터 방식의 형광등기구와 마찬가지로 양측의 2개의 접속단을 가진 형광등장착부에 장착된다. 이 전자식 고주파 전류모드방식의 형광등기구는 AC 전원을 브릿지다이오드(D41, D42, D43, D44) 및 평활커패시터(CREG)에서 직류로 정류한 후 제어회로(41)에서 수십 KHz의 고주파신호로 하프브릿지 FET(FET41, FET42)를 통하여 고주파 전압을 만든다. 이렇게 만들어진 고주파 전압은 블로킹커패시터(CBLK)를 통하여 공진코일(LRES)과 연결된 형광등(FL)의 필라멘트를 지나 공진커패시터(CRES)에 연결되어 형광등(FL)에 고주파 전압을 공급한다. 또한, 공진코일(LRES)과 공진커패시터(CRES)의 공진전류로 형광등(FL)의 필라멘트에 전류를 공급한다.
현재 대부분의 가정은 형광등을 이용하여 조명하고 있으나, 형광등은 엘이디램프(LED lamp)에 비해 수명이 짧고, 발광효율이 낮으며, 봉입가스로 인한 환경오염 문제로 인하여, 엘이디램프로 교체하는 것이 바람직하다.
형광등을 엘이디램프로 교체하려면 기존에 설치된 형광등기구를 엘이디등기구로 교체해야만 하는데, 엘이디등기구는 그 자체의 비용도 비쌀 뿐만 아니라 형광등기구를 엘이디등기구로 교체 설치하기 위한 비용도 많이 드는 문제점이 있다.
이 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 형광등기구를 엘이디등기구로 교체하지 않고도 형광등기구에 엘이디램프를 연결할 수 있도록 함으로써, 최소 비용으로 형광등을 엘이디램프로 교체할 수 있도록 하는 형광등기구의 엘이디램프 연결장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치는, AC전원부와, 안정기와, 제1측의 2개의 접속단과 제2측의 2개의 접속단을 포함한 형광등장착부를 구비한 형광등기구에 접속되는 엘이디램프 연결장치에 있어서, 상기 AC전원부와 연결된 상기 제1측의 접속단과 상기 안정기와 연결된 상기 제2측의 접속단 사이에 도통되는 교류전원을 전파정류하는 브릿지다이오드와, 상기 브릿지다이오드에서 전파정류된 전원을 평활하여 직류전원을 출력하는 평활커패시터와, 상기 평활된 직류전원을 엘이디램프 구동전원으로 변환하여 엘이디램프에 출력하는 엘이디램프전원공급부를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치는, AC전원부와, 안정기와, 제1측의 2개의 접속단과 제2측의 2개의 접속단을 포함한 형광등장착부를 구비한 형광등기구에 접속되는 엘이디램프 연결장치에 있어서, 상기 형광등장착부의 제1측의 2개의 접속단 및 상기 제2측의 2개의 접속단에 각각 접속되어 상기 제1 측의 임의의 한 접속단과 상기 제2측의 임의의 한 접속단 사이에 도통되는 교류전원을 전파정류하는 2개의 브릿지다이오드와, 상기 2개의 브릿지다이오드에서 전파정류된 전원을 평활하여 직류전원을 출력하는 평활커패시터와, 상기 평활된 직류전원을 엘이디램프 구동전원으로 변환하여 엘이디램프에 출력하는 엘이디램프전원공급부를 포함한 것을 특징으로 한다.
이 발명은 형광등기구에 엘이디램프를 연결할 수 있도록 하여 형광등기구의 교체없이 조명등의 수명연장과 전기절감효과와 친환경적인 효과를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 이 발명의 한 실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치를 설명한다.
도 5는 이 발명의 제1실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치로서, 자기식 글로우 스타터 방식의 형광등기구에 연결되는 실시예이다.
이 엘이디램프 연결장치(50)는 형광등기구의 형광등장착부의 양측의 2개씩의 접속단 중 AC전원부(11)와 안정기(13)에 직렬 연결된다. 도 5와 같이 a1접속단이 AC전원부(11)에 연결되고 b1접속단이 안정기(13)에 연결된 경우, 이 엘이디램프 연결장치(50)는 a1접속단과 b1접속단 사이에 연결되어야 한다.
엘이디램프 연결장치(50)는 입력전원을 정류하는 브릿지다이오드(D51, D52, D53, D54)와, 브릿지다이오드(D51, D52, D53, D54)에서 전파정류된 전원을 평활하여 직류전원을 출력하는 평활커패시터(CREG)와, 평활된 직류전원을 엘이디램프 구동전원으로 변환하는 엘이디램프전원공급부를 포함한다. 엘이디램프전원공급부의 출력전원이 LED 어레이에 공급되어 엘이디램프가 구동된다. 도면에는 엘이디램프전원공급부로서 DC/DC컨버터 정전류전원회로(51)가 도시되나, 이 엘이디램프전원공급부는 시리즈 레귤레이터(Series Regulator) 정전류전원회로 또는 전류제한저항으로도 구현할 수 있다. 여기서, DC/DC컨버터 정전류전원회로는 LED 어레이의 안정과 에너지 효율을 높이기 위한 방법이고, 시리즈 레귤레이터 정전류전원회로와 전류제한저항은 실용적으로 구현할 수 있는 방법이다.
이러한 이 발명의 제1실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치는, AC전원부(11)의 정(+)주기 동안에는 다이오드(D51), 평활커패시터(CREG), 다이오드(D52)를 통해 직류전원이 생성되고, 부(-)주기 동안에는 다이오드(D53), 평활커패시터(CREG), 다이오드(D54)를 통해 직류전원이 생성된다. DC/DC컨버터 정전류전원회로(51)는 이렇게 생성된 직류전원을 엘이디램프 구동전원으로 변환하여 LED 어레이에 공급한다.
형광등은 극성이 없으므로, 형광등기구의 램프 커넥션 배선형태가 도 6과 같이 b2접속단에 안정기가 연결되거나, 도 7과 같이 a2접속단에 AC전원부가 연결되어 있을 수 있다. 또한, 도시하지 않았으나 b2접속단에 안정기가 연결되고 a2접속단에 AC전원부가 연결되어 있을 수도 있다. 엘이디램프 연결장치를 도 6이나 도 7과 같이 연결하는 경우에는, 엘이디램프 연결장치가 엘이디램프 구동전원을 출력할 수 없게 된다. 형광등기구는 형광등장착부의 양측의 2개씩의 접속단 중 어느 접속단이 AC전원부와 연결된 접속단인지 또한 어느 접속단이 안정기와 연결된 접속단인지 알 수 없기 때문에, 형광등기구에 도 5의 엘이디램프 연결장치를 연결하려면 각 접속단의 접속상태를 파악해야 하는 문제점이 있다.
형광등기구의 램프 커넥터의 배선 형태는 모두 4가지가 있는데, 각 램프 커넥터 배선 형태에 상관없이 엘이디램프를 구동하기 위한 방법이 필요하다.
도 8은 도 5의 엘이디램프 연결장치의 문제점을 개선한 이 발명의 제2실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치로서, 자기식 글로우 스타터 방식의 형광등기구에 연결되는 실시예이다. 형광등장착부의 제1측의 제1접속단 및 제2접속단과 제2측의 제3접속단 및 제4접속단과 접속되어 제1측의 임의의 한 접속단과 제2측의 임의의 한 접속단 사이에 도통되는 교류전원을 전파정류하는 2개의 브릿지다이오드(D81 ~ D88)와, 상기 전파정류된 전원을 평활하는 평활커패시터(CREG)와, 평활된 직류전원을 엘이디램프 구동전원으로 변환하는 엘이디램프전원공급부를 포함한다. 엘이디램프전원공급부의 출력전원이 LED 어레이에 공급되어 엘이디램프가 구동된다. 도면에는 엘이디램프전원공급부로서 DC/DC컨버터 정전류 전원회로(81)가 도시되나, 이 엘이디램프전원공급부는 시리즈 레귤레이터(Series Regulator) 정전류 전원회로 또는 전류제한저항으로 구현할 수 있다. 여기서, DC/DC컨버터 정전류전원회로는 LED 어레이의 안정과 에너지 효율을 높이기 위한 방법이고, 시리즈 레귤레이터 정전류전원회로와 전류제한저항은 실용적으로 구현할 수 있는 방법이다.
도 8의 예에서는 a1접속단에 AC전원부(11)가 연결되고, b1접속단에 안정기(13)가 연결된다. AC전원부(11)에서 출력되는 교류전원의 정(+)주기 동안에는 다이오드(D85)와 평활커패시터(CREG)와 다이오드(D86)을 통해 직류전원이 생성되고, 부(-)주기 동안에는 다이오드(D87)와 평활커패시터(CREG)와 다이오드(D88)을 통해 직류전원이 생성된다. DC/DC컨버터 정전류전원회로(81)는 이렇게 생성된 직류전원을 엘이디램프 구동전원으로 변환하여 LED 어레이에 공급한다.
도 9는 도 5의 엘이디램프 연결장치의 문제점을 개선한 이 발명의 제3실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치로서, 자기식 글로우 스타터 방식의 형광등기구에 연결되는 실시예이다. 도 9의 엘이디램프 연결장치는, 형광등장착부의 양측의 단자를 전기적으로 연결한다. 즉, a1단자와 a2단자를 연결하여 엘이디램프 연결장치(90)의 브릿지다이오드(D91, D92, D93, D94)에 연결하고, b1단자와 b2단자를 연결하여 엘이디램프 연결장치(90)의 브릿지다이오드(D91, D92, D93, D94)에 연결한다. 이러한 제3실시예의 엘이디램프 연결장치는 도 8에 비해 회로가 간단하지만, LED 어레이를 구성하는 엘이디의 직렬 연결개수가 많을 경우 LED 어레이의 구동전압이 높아져 글로우 스타터가 동작하게 될 가능성이 있으며, 이를 경우 LED 어레이 양단에 고압이 유기되어 LED 어레이가 파괴될 수 있다. 또한, 이 제3실시예에는 자기식 글로우 스타터 방식에서만 사용될 수 있다.
도 10은 이 발명의 제2실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치를 도 2의 자기식 래피드 스타터 방식의 형광등기구에 적용한 실시예이다. 엘이디램프 연결장치(100)는 형광등장착부의 제1측의 제1접속단 및 제2접속단과 제2측의 제3접속단 및 제4접속단과 접속되어 제1측의 임의의 한 접속단과 제2측의 임의의 한 접속단 사이에 도통되는 교류전원을 전파정류하는 2개의 브릿지다이오드(D101 ~ D108)와, 상기 전파정류된 전원을 평활하는 평활커패시터(CREG)와, 평활된 직류전원을 엘이디램프 구동전원으로 변환하는 엘이디램프전원공급부를 포함한다. 엘이디램프전원공급부의 출력전원이 LED 어레이에 공급되어 엘이디램프가 구동된다. 도면에는 엘이디램프전원공급부로서 DC/DC컨버터 정전류전원회로(101)가 도시되나, 이 엘이디램프전원공급부는 시리즈 레귤레이터(Series Regulator) 정전류전원회로 또는 전류제한저항으로도 구현할 수 있다. 여기서, DC/DC컨버터 정전류전원회로는 LED 어레이의 안정과 에너지 효율을 높이기 위한 방법이고, 시리즈 레귤레이터 정전류전원회로와 전류제한저항은 실용적으로 구현할 수 있는 방법이다. 도 10의 엘이디램프 연결장치의 동작은 도 8과 동일하다.
도 11은 이 발명의 제2실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치를 도 3의 전자식 고주파 전압모드방식의 형광등기구에 적용한 실시예이다. 이 엘이디램프 연결장치(110)는 2개의 브릿지다이오드(D111 ~ D118)와, 평활커패시터(CREG)와, 엘이디램프전원공급부를 포함한다. 도면에는 엘이디램프전원공급부로서 DC/DC컨버터 정전류전원회로(111)가 도시되나, 이 엘이디램프전원공급부는 시리즈 레귤 레이터(Series Regulator) 정전류전원회로 또는 전류제한저항으로도 구현할 수 있다. 고주파 전압모드방식에서는 브릿지다이오드(D111 ~ D118)에 고주파신호가 공급되므로 고속복구다이오드(fast recovery)와 같은 스위칭주파수가 높은 다이오드를 사용하여야 하고, 평활커패시터(CREG)도 고주파용을 사용해야 한다. 도 11의 엘이디램프 연결장치의 동작은 도 8과 동일하다.
도 12는 이 발명의 제2실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치를 도 4의 전자식 고주파 전류모드방식의 형광등기구에 적용한 실시예이다. 이 엘이디램프 연결장치(120)는 2개의 브릿지다이오드(D121 ~ D128)와, 평활커패시터(CREG)와, 엘이디램프전원공급부를 포함한다. 도면에는 엘이디램프전원공급부로서 DC/DC컨버터 정전류전원회로(121)가 도시되나, 이 엘이디램프전원공급부는 시리즈 레귤레이터(Series Regulator) 정전류전원회로 또는 전류제한저항으로도 구현할 수 있다. 한편, 이 엘이디램프 연결장치를 전자식 고주파 전류모드방식의 형광등기구에 적용하려면, 형광등장착부의 제1측의 2개의 접속단과 제2측의 2개의 접속단 사이에 각각 제1공진커패시터(CRES1) 내지 제4공진커패시터(CRES4)를 추가 연결해야 한다.
이렇게 함으로써, 이 발명은 형광등기구 램프 커넥터 배선의 방향과 상관없이 항상 공진커패시터가 연결되므로, 엘이디램프를 구동할 수 있다. 여기서, 고주파 전류모드방식에서는 브릿지다이오드(D121 ~ D128)에 고주파신호가 공급되므로 고속복구다이오드(fast recovery)와 같은 스위칭주파수가 높은 다이오드를 사용하여야 하고, 평활커패시터(CREG)도 고주파용을 사용해야 한다. 도 12의 엘이디램프 연결장치의 동작은 도 8과 동일하다.
이상에서 이 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 이 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
이 발명은 기존의 형광등기구를 이용하여 엘이디램프를 조명하는 기술로 적용할 수 있다.
도 1은 종래의 자기식 글로우 스타터 방식의 형광등기구를 도시한 도면,
도 2는 종래의 자기식 래피드 스타터 방식의 형광등기구를 도시한 도면,
도 3은 종래의 전자식 고주파 전압모드방식의 형광등기구를 도시한 도면,
도 4는 종래의 전자식 고주파 전류모드방식의 형광등기구를 도시한 도면,
도 5는 이 발명의 제1실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치로서, 자기식 글로우 스타터 방식의 형광등기구에 연결되는 실시예도,
도 6과 도 7은 도 5의 엘이디램프 연결장치의 문제점을 설명하기 위하여 도시한 도면,
도 8은 도 5의 엘이디램프 연결장치의 문제점을 개선한 이 발명의 제2실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치로서, 자기식 글로우 스타터 방식의 형광등기구에 연결되는 실시예도,
도 9는 도 5의 엘이디램프 연결장치의 문제점을 개선한 이 발명의 제3실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치로서, 자기식 글로우 스타터 방식의 형광등기구에 연결되는 실시예도,
도 10은 이 발명의 제2실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치를 도 2의 자기식 래피드 스타터 방식의 형광등기구에 적용한 실시예도,
도 11은 이 발명의 제2실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치를 도 3의 전자식 고주파 전압모드방식의 형광등기구에 적용한 실시예도,
도 12는 이 발명의 제2실시예에 따른 형광등기구의 엘이디램프 연결장치를 도 4의 전자식 고주파 전류모드방식의 형광등기구에 적용한 실시예이다.