KR100900769B1 - 절전형 ｌｅｄ 전등 및 그 전등의 반파전류공급(ｈｐｃｓ) 방식 - Google Patents

절전형 ｌｅｄ 전등 및 그 전등의 반파전류공급(ｈｐｃｓ) 방식 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED를 전등으로 사용하는 경우에 종래의 전력 효율 문제를 해결할 수 있고, 또한 플리커 현상도 감소시킬 수 있는 절전형 LED 전등 및 그 LED 전등의 반파전류공급(HPCS) 방식을 제공한다. 그 절전형 LED 전등은 복수 개의 발광 다이오드(light emitted diode: LED)가 직렬로 연결된 LED 그룹 4개가 2조 역병렬 구조로 연결된 LED 그룹군; 및 상기 LED 그룹군을 구동하는 LED 구동부;를 포함하고, 상기 LED 그룹군의 각 LED 그룹이 교류(AC) 전류의 반주기 동안 순차적으로 점등되어 파워 소비를 줄일 수 있다.

Description

절전형 ＬＥＤ 전등 및 그 전등의 반파전류공급(ＨＰＣＳ) 방식{Power-saving light emitted diode(LED) lamp, and half pulse current supply(HPCS) method of the same LED lamp}
본 발명은 LED 전등에 관한 것으로서, 특히 LED 전등의 전력효율을 증가시킬 수 있는 절전형 LED 전등에 관한 것이다.
일상 생활에서 상용 교류 전원을 이용한 형광등 및 백열전구는 일반적으로 가장 많이 사용되고 있다. 특히, 전력 효율이 우수하고 그 조도가 더 많이 확보되는 형광등이 더 많이 사용되고 있다.
조명기구의 경우, 전원이 공급되고 조명 설치가 용이한 장소에 필요한 경우 어떠한 곳에라도 설치가 가능하다. 시간이 지날수록 조명에 대한 수요가 많아지고 그 적용분야가 많아짐에 따라, 전체적인 소비전력에 따른 부하는 나날이 늘어가고 있는 실정에 있으므로 전력소비를 감소시키기 위한 노력이 다각적으로 행해지고 있다.
고휘도 LED 소자는 수명이 100,000시간에 달하여 반영구적이라 할 수 있고, 전력소모의 효율성에 기인하여 빠른 시간 내에 미래의 조명기구로서 일반 가정에서 도 사용될 것으로 보여진다.
현재, LED는 SMPS(SWITCH MODE POWER SUPPLY)나 아답터를 이용하여 직류(DC) 전원을 사용하여 구동하는 형태가 대부분이며, 이와 같이 직류 전원을 사용하는 경우에는 모든 LED 들이 지속적으로 점등되므로, 전력 소비 효율 면에서 좋지 않았다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 LED를 전등으로 사용하는 경우에 종래의 전력 효율 문제를 해결할 수 있고, 또한 플리커 현상도 감소시킬 수 있는 절전형 LED 전등 및 그 LED 전등의 반파전류공급(HPCS) 방식을 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 복수 개의 발광 다이오드(light emitted diode: LED)가 직렬로 연결된 LED 그룹 4개가 2조 역병렬 구조로 연결된 LED 그룹군; 및 상기 LED 그룹군을 구동하는 LED 구동부;를 포함하고, 상기 LED 그룹군의 각 LED 그룹이 교류(AC) 전류의 반주기 동안 순차적으로 점등되어 파워 소비를 줄일 수 있는 절전형 LED 전등을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 4개의 LED 그룹 중 2개의 LED 그룹의 LED들과 나머지 2개의 LED 그룹의 LED들은 서로 반대의 극성 방향으로 직렬연결되는 상기 2조 역병렬 구조로 연결되며, 상기 4개의 LED 그룹은 상기 AC 전류의 2주기 내에 각각 반주기 동안을 점등될 수 있다. 또한, 상기 LED 그룹 각각은 2 개 이상의 LED가 직렬로 연결되되, 소정의 개수마다 전류 바이 패스용 저항 또는 제너 다이오드가 병렬로 연결되며, 상기 LED 그룹 각각은 상기 LED 구동부에 포함된 LED 드라이버에 연결되되, 상기 LED 드라이버 전단으로 역전류 방지용 다이오드가 연결되며, 상기 각각의 LED 드라이버로부터 대응되는 상기 LED 그룹으로의 전류인가에 따라 점등되도록 할 수 있다.
한편, 이러한 상기 LED 그룹군은 기판 상으로 형성되고, 상기 LED 그룹군의 각 LED 그룹은 제1 LED 그룹(또는 제2 LED 그룹), 제3 LED 그룹(또는 제4 LED 그룹), 제2 LED 그룹(또는 제1 LED 그룹), 및 제4 LED 그룹(또는 제3 LED 그룹) 순으로 점등되며, 상기 4개의 LED 그룹 중 제1 LED 그룹 및 제3 LED 그룹이 제1 라인 상으로 배치되되, 제1 LED 그룹의 LED와 제3 그룹의 LED가 교대로 배치되며, 상기 4개의 LED 그룹 중 제2 LED 그룹 및 제4 LED 그룹은 상기 제1 라인과 평행한 제2 라인 상으로 배치되되, 제2 LED 그룹의 LED와 제4 그룹의 LED가 교대로 배치될 수 있다. 물론 다른 구조로 배치될 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 LED 그룹군은 기판 상으로 형성되고, 상기 기판의 일 측면으로 상기 LED 구동부가 형성되며, 상기 기판의 다른 일 측면으로 커넥터가 형성되어 있으며, 상기 커넥터에 다른 LED 그룹군이 형성되어 있는 다른 기판이 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 LED 구동부는, 상기 LED 그룹군의 각 LED 그룹의 점등을 제어하는 4개의 LED 드라이버를 구비한 LED 드라이버군; 상기 LED 드라이버군을 제어하는 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부; 상기 구동신호 생성부의 상기 구동신호 제어를 위한 제어신호를 생성하는 컨트롤러부; 상기 컨트롤러부에 포함된 JK 플립-플롭(Flip-Flop)으로 입력될 동기 신호를 생성하는 동기신호 생성부; 및 상기 구동신호 생성부, 컨트롤러부, 및 동기신호 생성부에 입력되는 정전압을 생성하는 로직 컨트롤용 파워 서플라이;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 동기신호 생성부는 광 커플러를 포함하고, 상기 광 커플러는 동기신호(Sychronous Singal)인, 플러스 동기신호(SSP)를 생성하여, 상기 컨트롤러부로 제공할 수 있다.
한편, 상기 구동신호 생성부는 제로-크로스 광고립 SCR 드라이버(Zero-Cross Opto-Isolation SCR 드라이버, 이하 'SCR 드라이버')를 포함하고, 상기 SCR 드라이버는 상기 정전압, 및 상기 JK 플립-플롭으로부터 SQ 또는
Figure 112008069484193-pat00001
신호를 입력받아 상기 구동신호를 생성하며, 상기 구동신호는 4개의 상기 LED 드라이버로 입력되는 4개의 구동신호로 나누어지며, 상기 4개의 구동신호는 상기 SQ 신호에 대응되어 출력되는 저위상(Low-Phase) 구동신호(SQL), 및 고위상(High-Phase) 구동신호(SQH)와 상기
Figure 112008069484193-pat00002
신호에 대응되어 출력되는 저위상 구동신호바(
Figure 112008069484193-pat00003
L), 및 고위상 구동신호바(
Figure 112008069484193-pat00004
H)일 수 있다. 이러한 각 구동신호는 LED 드라이버군의 각 LED 드라이버로 입력되어 각각의 LDE 그룹들을 점등하도록 제어한다.
본 발명은 또한 상기 과제를 달성하기 위하여, 복수 개의 발광 다이오드(light emitted diode: LED)가 직렬로 연결된 LED 그룹 4개가 2조 역병렬 구조로 연결된 LED 그룹군, 및 상기 LED 그룹군을 구동하는 LED 구동부를 포함하는 LED 전등으로의 전류공급방식에 있어서, 상기 LED 그룹군의 상기 LED 그룹 각각으로 교류(AC) 전류의 반주기의 전류를 순차적으로 공급하여 상기 LED 전등의 파워 소비를 줄일 수 있는 LED 전등의 반파전류공급(Half Pulse Current Supply: HPCS) 방식을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 LED 그룹군은 기판 상으로 형성되고, 상기 LED 그룹군의 제1 LED 그룹(또는 제2 LED 그룹), 제3 LED 그룹(또는 제4 LED 그룹), 제2 LED 그룹(또는 제1 LED 그룹), 및 제4 LED 그룹(또는 제3 LED 그룹) 순으로 점등되도록 전류가 공급되며, 상기 4개의 LED 그룹 중 제1 LED 그룹 및 제3 LED 그룹이 제1 라인 상으로 배치하되, 제1 LED 그룹의 LED와 제3 그룹의 LED가 교대로 배치하며, 상기 4개의 LED 그룹 중 제2 LED 그룹 및 제4 LED 그룹은 상기 제1 라인과 평행한 제2 라인 상으로 배치하되, 제2 LED 그룹의 LED와 제4 그룹의 LED가 교대로 배치하여, 상기 LED 전등의 플리커(Flicker)를 방지할 수 있다.
본 발명의 절전형 LED 전등 및 그 전등의 반파전류공급(HPCS) 방식은 직렬로 연결된 LED 그룹 4개를 2조 역병렬 구조로 연결하고, 상기 LED 그룹을 교류(AC) 전류의 반주기 동안 순차적으로 점등하도록 함으로써, 기존 직류 방식에 비해 거의 70% 이상의 전류 또는 파워를 절약할 수 있다.
또한, 본 발명의 절전형 LED 전등은 LED 그룹군을 이루는 4개의 각 LED 그룹의 LED들을 기상 상에 교대로 근접 배치함으로써, 플리커 현상을 효율적으로 제거할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소와 바로 연결될 수도 있지만, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 구조나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되었고, 설명과 관계없는 부분은 생략되었다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절전형 LED 전등에 대한 개략적인 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 절전형 LED 전등은 LED 그룹군(100), LED 드라이버군(600), 구동신호 생성부(500), 컨트롤러부(400), 동기신호 생성부(300) 및 로직 컨트롤용 파워 서플라이(200)를 포함한다.
LED 그룹군(100)은 복수 개의 발광 다이오드(light emitted diode: LED)가 직렬로 연결된 4개의 LED 그룹이 2조 역병렬 구조로 연결되고, LED 드라이버군(600)은 LED 그룹군(100)의 LED를 구동하여 점등한다. 구동신호 생성부(500)는 LED 드라이버군(600)을 제어하는 구동신호를 생성하고, 컨트롤러부(400)는 구동신호 생성부(500)의 구동신호 생성을 위한 제어신호를 생성하며, 동기신호 생성부(300)는 컨트롤러부(400)에 포함된 JK 플립-플롭(Flip-Flop)으로 입력될 동기 신호를 생성한다. 한편, 로직 컨트롤용 파워 서플라이(200)는 구동신호 생성부(500), 컨트롤러부(400), 및 동기신호 생성부(300)에서 필요한 정전압을 생성하여 제공한다.
이와 같은 본 실시예의 절전형 LED 전등은 LED 그룹군(100) 내에 서로 병렬로 연결된 4개의 LED 그룹을 포함하고, LED 드라이버군(600)의 각 LED 드라이버를 통해 LED 그룹 각각을 AC 전류의 2주기 동안에 반주기씩 순차적으로 점등하게 함으 로써, 기존의 교류전원을 정류하여 사용할 때 전력의 1/4 정도로 전력소비를 감소시킬 수 있다.
한편, 일반적으로 공급되는 가정용 AC 전류를 60 Hz을 가정한 경우, 각 LED 그룹은 30pulse/sec로 점등을 반복하고, 각 그룹이 1/4씩을 담당하게 되므로, 결국, 그룹의 구별없이 LED의 점등 속도만 생각하게 되면, 120pulse/sec로 점등하게 된다. 인간의 눈은 초당 24회 즉, 24Hz 이상에서는 착시현상으로 인해 LED의 플리커(Flicker)를 감지하지 못한다.
그러나 실제의 전등으로 사용시에 그 휘도가 떨어질 가능성이 있고, 그에 따라, 종래의 LED 형광등과 동일 휘도를 유지시키기 위해, 인가되는 전류의 크기를 약 1.4 배 정도 향상시켜서 공급하는 것이 바람직하다. 여기서, 1.4 배 증가는 DC 방식에 사용되는 최종 DC 전류값에 대하여, AC 전류의 피크값이 1.4배 증가함을 의미한다.
좀더 상세히 설명하면, 종래의 LED로의 전류공급방식을 CWCS(Continuous Wave Current Supply) 방식이라 하고, 본 발명에 따른 LED로의 전류공급장식을 HPCS(Half Pulse Current Supply) 방식이라고 하면, 실험결과 종래의 CWCS에 비해 피크 전류값이 1.4 정도일 때, 동일한 밝기를 보이는 것으로 조사되고 있다.
이는 인가되는 전압이 동일하기 때문에, 종래 CWCS의 경우, 정류를 통해 인가되는 전류량을 A라 하면, 본 발명의 HPCS의 경우, AC 전류의 싸인파를 적분하여 전류량을 계산하고, 그에 따라, 피크 전류값이 CWCS의 1.4배 정도일 때 적분을 통해 계산되는 전류량이 A와 비슷해진다는 점에 기인하다.
한편, 본 발명의 LED 전등의 소비 전력은 피크 전류값의 증가에도 불구하고 CWCS에 비해 거의 1/4에 정도에 지나지 않는다. 이는 본 발명의 LED 전등의 경우 1/4의 LED를 교대로 사용하기 때문으로 전체의 LED를 사용하는 기존 LED 전등에 비해 1/4 정도로 낮아질 것임은 용이하게 예측할 수 있다.
예컨대, 종래의 CWCS 방식에서 정격 전류용량이 60mA인 LED 칩을 사용한 경우와, 본 발명의 HPCS 방식에서 정격전류용량이 90mA인 LED 칩을 상용한 경우의 비교 실험에서, CWCS 방식의 경우 램프에서 26.6W 및 DC-DC 컨버터에서 1.4W가 소비되어 전체 28W 정도가 소비되었고, 본 발명의 HPCS 방식의 경우, 램프에서 6.65W 그리고 구동부에서 1.2W가 소비되어 전체 7.85W 정도가 소비됨을 확인할 수 있었다. 물론 본 실험에서 시각적으로 인식되는 빛의 밝기는 거의 동일하다.
결국, 본 발명에 따른 절전형 LED 전등은 기존 LED 전등에 비해 전력 효율을 현저하게 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
이하, 각 구성부분에 대해서 도 2 ~ 8에 대한 설명부분에서 상세히 기술한다.
도 2a는 도 1의 절전형 LED 전등의 LED 그룹군을 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 2a를 참조하면, LED 그룹군(100)은 4개의 LED 그룹(110, 120, 130, 140), 4개의 LED 그룹(110, 120, 130, 140)으로 인가되는 전류를 조절하기 위한 입력 저항(RI), 및 각 LED 그룹의 역전류 방지를 위한 다이오드(D1, D2, D3, D4)를 포함한 다.
각 LED 그룹(110, 120, 130, 140)은 적어도 2개의 LED가 직렬로 연결되며, 2개당 전류 바이-패스용 저항(RBP)이 병렬로 연결되어 있다. 여기서, 전류 바이-패스용 저항((RBP)이 2개당 연결되고 있지만 그 이상의 개수당 연결될 수 있음은 물론이다. 이러한 전류 바이-패스용 저항((RBP)은 LED가 고장 나서 단선이 된 경우 등을 고려하여 연결된다.
한편, 이러한, 4개의 LED 그룹은 서로 병렬로 연결되는데, 4개의 LED 그룹 중 2개의 LED 그룹은 LED 들이 정방향으로 직렬연결되며, 나머지 2개의 LED 그룹은 역방향으로 직렬연결된다. 이러한 연결구조를 2조 역병렬 연결구조라 한다. 여기서, 도면상 AC + 및 AC - 는 LED의 상대적인 극성을 표시하기 위하여 임으로 표시한 것으로 인가되는 전류는 연속적으로 변하게 됨은 물론이다.
각 LED 그룹은 LED 드라이버군(600)의 4개의 LED 드라이버(610, 620, 630, 640)에 연결되어, 4개의 LED 드라이버에서 인가되는 전류에 따라 순차적으로 반주기 동안 점등을 하게 된다. 전등 순서는 도 7 또는 도 8에서 설명하겠지만, 왼쪽부터 제1 LED 그룹(110), 제3 LED 그룹(130), 제2 LED 그룹(120) 및 제4 LED 그룹(140) 순으로 점등된다. 여기서 제1 LED 그룹(110)과 제2 LED 그룹(120), 그리고 제3 LED 그룹(130)과 제4 LED 그룹(140)은 회로의 연결관계에 따라 바뀔 수 있다.
한 예로, 2 LED 그룹(120), 제3 LED 그룹(130), 제1 LED 그룹(120) 및 제4 LED 그룹(140) 순으로 점등될 수도 있고, 또는 1 LED 그룹(110), 제4 LED 그 룹(140), 제2 LED 그룹(120) 및 제3 LED 그룹(130) 순으로 점등될 수도 있다. 즉, AC 전류가 플러스 위상인 경우에는 제1 LED 그룹(110), 또는 제2 LED 그룹(120) 중 어느 하나가 점등되도록 하고, 마이너스 위상인 경우에는 제3 LED(130) 그룹, 또는 제4 LED(140) 그룹 중 어느 하나가 점등되도록 한다. 다만, 전력 효율 면에서 2주기 동안 각각 한 번씩은 반드시 점등되도록 해야 한다.
도 2b는 도 1의 절전형 LED 전등의 LED 그룹군의 다른 실시예를 보여주는 회로도로서, 도 2b는 도시된 바와 같이 전류 바이-패스용 저항 대신 적절한 항복전압에 갖는 제너 다이오드(Dj)로 대체하여 회로를 설계할 수도 있음을 보여준다. 바이-패스용 저항 대신 제너 다이오드를 쓰는 경우, 정방향의 바이-패스 전류를 막을 수 있으므로 전력 효율 면에서 더욱 바람직하다. 여기서, 제너 다이오드는 LED에 인가되는 전압이 정격전압 이상이 되는 경우에 LED 양단 간의 전압을 제너 항복전압으로 클램핑(clamping)하여 LED를 보호하는 역할을 한다.
도 3은 도 1의 절전형 LED 전등을 기판 상에 실제적으로 구현한 경우를 보여주는 LED 전등에 대한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 앞서 도 2a에서 LED 그룹군(100)은 2개의 LED 그룹과 다른 2개의 LED 그룹이 서로 반대방향으로 직렬로 연결된 2조 역병렬 구조로 연결됨을 설명하였다. 그러나 이와 같은 2조 역병렬 구조를 그대로 제품상으로 구현하는 경우에는 플리커(Flicker) 현상이 발생될 여지가 있다. 따라서, 전기적으로 각 LDE 그룹의 LED들이 직렬로 연결되되, 다른 그룹의 LED들과 서로 교대로 근접 배치되는 식으로 구현되는 것이 바람직하다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이, 제1 LED 그룹과 제3 LED 그룹이 기판(150) 상의 제1 라인을 따라 배치되고 제2 LED 그룹과 제4 LED 그룹이 제1 라인과 평행한 제2 라인 상으로 배치되게 하고, 또한, 제1 LED 그룹의 LED들과 제3 LED 그룹의 LED 들이 교대로 배치되며, 제2 LED 그룹의 LED들과 제4 LED 그룹의 LED 들이 교대로 배치된다.
한편, 이러한 배치는 한 실시예에 지나지 않으며 다른 구조로 배치될 수 있음은 물론이다. 즉, 제1 LED 그룹과 제2 LED 그룹이 제1 라인 상으로, 그리고 제3 LED 그룹과 제4 LED 그룹이 제1 라인과 평행한 제2 라인 상으로 배치되고, 제1 LED 그룹의 LED들과 제2 그룹의 LED 들이 서로 교대하여 배치되고, 제3 LED 그룹의 LDE들과 제4 LED 그룹의 LDE들이 서로 교대로 배치될 수도 있다. 이러한, LED 그룹의 배치 구조는 플리커를 가장 효율적으로 제거하는 방식으로 배치되는 것이 바람직함은 물론이다.
한편, 본 발명의 전극이 LED 전등이 본 도면과 같이 구성되는 경우에 LED 드라이버군(600)이 기판(150)의 한 측면 상으로 배치될 수 있다. 이러한 LED 드라이버군(600) 대신 LED 드라이버군(600)을 포함한 전체 LED 구동부가 배치될 수도 있다. 한편, LED 전등을 전력 소비량에 따라, 20W 형의 경우에는 하나의 기판 모듈로서 제작하고, 40W의 경우 20W형 기판 모듈을 2개 연결하여 사용할 수 있는 구조로서 구현할 수 있다. 그에 따라, 기판(150)의 일 측면 상으로 다른 기판 모듈을 연결할 수 있도록 커넥터(152)가 형성될 수 있다.
도 4는 도 1의 절전형 LED 전등의 로직 컨트롤용 파워 서플라이를 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 로직 컨트롤용 파워 서플라이(200)는 도시된 바와 같이 구성된 회로를 통해, 교류 전원으로부터 소정 정전압을 출력시킨다. 본 실시예에서는 정전압 레귤레이터로 78L05(210)을 사용하여 5 V의 정전압을 생성하였지만, 본 발명에 사용되는 로직 컨트롤용 파워 서플라이가 도 4의 회로에 한정되는 것은 아니다. 즉, 현재 시중에서 이용되고 있는 여러 가지 정전압 생성회로가 본 발명의 절전형 LED 전등을 위한 파워 서플라이로 이용될 수 있음은 물론이다.
이러한 파워 서플라이(200)는 이하에서 설명하는 구동신호 생성부(500), 컨트롤러부(400), 및 동기신호 생성부(300)에서 필요한 정전압을 제공한다.
도 5는 도 1의 절전형 LED 전등의 동기신호 생성부를 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 동기신호 생성부(300)는 포토 커플러(310)를 포함하는데, 포토 커플러(310)는 교류 전원 및 정전압원을 인가받아 플러스 동기신호(SSP)를 생성한다. 즉 포토 커플러(310)로 공급되는 정전압을 AC 입력의 위상과 동기시킴으로서, 동기신호를 생성하게 된다. 여기서, 정전압원은 앞서 파워 서플라이(200)가 됨은 물론이다. 참고로, 다이오드 방향을 반대로 하면 마이너스 동기신호(SSN)를 생성할 수도 있다.
도 6은 도 1의 절전형 LED 전등의 컨트롤러부를 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 6을 참조하면, 컨트롤러부(400)는 인버터 회로(410) 및 JK 플립-플롭(420)을 포함하는데, 인버터 회로(410)은 SSP신호를 입력받아
Figure 112008069484193-pat00005
신호를 생성한다. 이렇게 생성된
Figure 112008069484193-pat00006
신호는 JK 플립-플롭(420)의 동기 클록 신호로 사용된다. 한편, JK 플립-플롭(420)은 정전압을 J 및 K 단자로 입력받고, 클록단자(C단자)로 인버터 회로(410)의 동기 클록 신호를 입력받아 SQ 또는
Figure 112008069484193-pat00007
신호를 출력한다. 이러한 SQ 또는
Figure 112008069484193-pat00008
신호는 구동신호 생성부(500)로 입력되어 구동신호를 생성을 제어한다.
도 7은 도 1의 절전형 LED 전등의 구동신호 생성부를 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 7을 참조하면, 구동신호 생성부(500)는 제로-크로스 광고립 SCR 드라이버(Zero-Cross Opto-Isolation SCR 드라이버, 520, 이하 'SCR 드라이버'라 한다)를 포함하여, LED 그룹을 구동하기 위한 구동신호를 생성하게 된다. 본 실시예에서는 구체적으로 SQ 신호에 대응되어 출력되는 저위상(Low-Phase) 구동신호(SQL), 및 고위상(High-Phase) 구동신호(SQH)와 상기
Figure 112008069484193-pat00009
신호에 대응되어 출력되는 저위상 구동신호바(
Figure 112008069484193-pat00010
L), 및 고위상 구동신호바(
Figure 112008069484193-pat00011
H)의 구동신호들을 생성하게 된다. SCR 드라이버(520)는 결국, SQ 또는
Figure 112008069484193-pat00012
신호를 입력받아 AC 전류의 위상에 따라 저위상 및 고위상 구동신호로 또는 저위상 및 고위상 구동신호바로 나누는 기능을 한다.
이러한 각 구동신호들은 해당 LED 드라이버로 인가되고, 각 LED 드라이버가 해당 LED 그룹을 점등시키게 된다.
도 8은 도 1의 절전형 LED 전등의 LED 드라이버군을 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 8을 참조하면, LED 드리이버군(600)은 4개의 LED 드라이버(610, 620, 630, 640)를 포함하고, 각 LED 드라이버(610, 620, 630, 640)는 SCR을 포함한다. SCR의 애노드 쪽으로 AC - 또는 LED 그룹이 연결되고, 게이트 쪽으로는 구동신호가 인가되며, 캐소드 쪽으로는 LED 그룹 또는 AC -가 연결된다. 여기서, AC + 및 AC - 는 도 2에 근거하여 고정 단자 개념으로서 표시되고 있다. 그러나, AC + 및 AC -로 인가되는 실제 전류는 그 위상이 계속해서 + 와 -로 변하게 된다. 따라서, 전류가 실제로 어떻게 흐르게 될 것인가는 SCR의 방향을 통해 예측할 수 있다. 여기서, 게이트로 인가되는 구동신호는 SCR를 턴온하여 교류 단자를 통해 인가되는 전류가 각 LED 그룹으로 공급되도록 한다.
한편, 구동신호에 대응되어 점등되는 해당 LED 그룹은 도면상에 표시되어 있다.
도 9는 도 1의 절전형 LED 전등의 각 구성부단에서의 신호 파형을 보여주는 신호 파형도이다.
도 9를 참조하면, 먼저, 최상부의 그래프는 전원단으로 입력되는 AC 전류를 보여주고 있다. AC 전류에 대한 그래프 하단 2개의 그래프는 동기신호 생성부(300)의 광커플러(310)를 통해 형성된 플러스 동기신호(SSP)와 플러스 동기신호가 인버터 회로(410)를 통해 출력된 플러스 동기신호바(
Figure 112008069484193-pat00013
)를 보여준다. 동기신호(SSP,
Figure 112008069484193-pat00014
)는 구형파로 나타난다.
한편, JK 플립-플롭의 출력신호 SQ 및
Figure 112008069484193-pat00015
는 동기-클록 신호에 대한 그래프 다음으로 표시되고 있는데, 이러한 SQ 및
Figure 112008069484193-pat00016
는 플러스 동기신호바(
Figure 112008069484193-pat00017
)가 0으로 변화는 부분(falling edge)에서 상태를 반전한다. 한편, 도시하지는 않았지만 이러한 SQ 및
Figure 112008069484193-pat00018
는 JK 플립-플롭이 전원 온(On) 시에 반대로 출력될 수 있는데, 이러한 경우에는 SQ 및
Figure 112008069484193-pat00019
의 파형이 90 °빨라지거나(leading) 또는 90 °(lagging)늦어질 수 있다. 그러나 그러한 경우에도 LED 그룹의 점등 되는 순서만 달라질 뿐, 4개의 LED 그룹이 순차적으로 교대로 점등된다는 점에는 차이가 없다.
이와 같은 SQ 및
Figure 112008069484193-pat00020
신호가 SCR 드라이버(500)로 입력되어 4개의 구동신호들, 즉, 저위상(Low-Phase) 구동신호(SQL), 및 고위상(High-Phase) 구동신호(SQH)와 저위상 구동신호바(
Figure 112008069484193-pat00021
L), 및 고위상 구동신호바(
Figure 112008069484193-pat00022
H)의 구동신호가 출력된다. 여기서, SCR 드라이버(500)는 전원으로 입력되는 AC 전류의 위상에 따라 SQ 신호를 저위상 구동신호 및 고위상 구동신호로,
Figure 112008069484193-pat00023
신호를 저위상 구동신호바와 고위상 구동신호바로 나누어지게 된다.
이러한 구동신호들이 LED 드라이브군(600)의 간 LED 드라이버 회로로 입력되면, 하부의 4개의 그래프와 같은 형태의 전류 파형이 형성되고, 그와 같은 전류 파형이 해당 LED 그룹으로 입력되어 LED 그룹의 LED들을 점등하게 된다. 그래프상 입력되는 전류 파형의 형태는 LED의 문턱 전압에 기인하여 그 폭이 원래의 AC 전류의 반주기보다 좁게 되어 전류가 인가되는 않는 부분이 존재하나, 앞서 설명한 바와 같이 실생활에 사용하는 주파수 정도에서는 눈에 인식될 수 없다.
지금까지, 본 발명을 도면에 표시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 절전형 LED 전등에 대한 개략적인 블럭도이다.
도 2a는 도 1의 절전형 LED 전등의 LED 그룹군을 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 2b는 도 1의 절전형 LED 전등의 LED 그룹군의 다른 실시예를 보여주는 회로도이다.
도 3은 도 1의 절전형 LED 전등을 기판 상에 실제적으로 구현한 경우를 보여주는 LED 전등에 대한 사시도이다.
도 4는 도 1의 절전형 LED 전등의 로직 컨트롤용 파워 서플라이를 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 5는 도 1의 절전형 LED 전등의 동기신호 생성부를 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 6은 도 1의 절전형 LED 전등의 컨트롤러부를 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 7은 도 1의 절전형 LED 전등의 구동신호 생성부를 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 8은 도 1의 절전형 LED 전등의 LED 드라이버군을 좀더 상세히 보여주는 회로도이다.
도 9는 도 1의 절전형 LED 전등의 각 구성부단에서의 신호 파형을 보여주는 신호 파형도이다.

Claims (14)

  1. 복수 개의 발광 다이오드(light emitted diode: LED)가 직렬로 연결된 LED 그룹 4개가 2조 역병렬 구조로 연결된 LED 그룹군; 및
    상기 LED 그룹군을 구동하는 LED 구동부;를 포함하고,
    상기 LED 구동부는, 상기 LED 그룹군의 각 LED 그룹의 점등을 제어하는 4개의 LED 드라이버를 구비한 LED 드라이버군, 상기 LED 드라이버군을 제어하는 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부, 상기 구동신호 생성부의 상기 구동신호 제어를 위한 제어신호를 생성하는 컨트롤러부, 상기 컨트롤러부에 포함된 JK 플립-플롭(Flip-Flop)으로 입력될 동기 신호를 생성하는 동기신호 생성부, 및 상기 구동신호 생성부, 컨트롤러부, 및 동기신호 생성부에 입력되는 정전압을 생성하는 로직 컨트롤용 파워 서플라이;를 포함하며,
    상기 구동신호 생성부는 제로-크로스 광고립 SCR 드라이버(Zero-Cross Opto-Isolation SCR 드라이버, 이하 'SCR 드라이버')를 포함하고,
    상기 SCR 드라이버는 상기 정전압, 및 상기 JK 플립-플롭으로부터 SQ 또는
    Figure 112009021453873-pat00042
    신호를 입력받아 상기 구동신호를 생성하며,
    상기 구동신호는 4개의 상기 LED 드라이버로 입력되는 4개의 구동신호로 나누어지며, 상기 4개의 구동신호는 상기 SQ 신호에 대응되어 출력되는 저위상(Low-Phase) 구동신호(SQL), 및 고위상(High-Phase) 구동신호(SQH)와 상기
    Figure 112009021453873-pat00043
    신호에 대응되어 출력되는 저위상 구동신호바(
    Figure 112009021453873-pat00044
    L), 및 고위상 구동신호바(
    Figure 112009021453873-pat00045
    H)이며,
    상기 LED 그룹군의 각 LED 그룹이 교류(AC) 전류의 반주기 동안 순차적으로 점등되어 파워 소비를 줄일 수 있는 절전형 LED 전등.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 4개의 LED 그룹 중 2개의 LED 그룹의 LED들과 나머지 2개의 LED 그룹의 LED들은 서로 반대의 극성 방향으로 직렬연결되는 상기 2조 역병렬 구조로 연결되며,
    상기 4개의 LED 그룹은 상기 AC 전류의 2주기 내에 각각 반주기 동안을 점등되는 것을 특징으로 하는 절전형 LED 전등.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 LED 그룹 각각은 2 개 이상의 LED가 직렬로 연결되되, 소정의 개수마다 전류 바이 패스용 저항이 병렬로 연결되며,
    상기 LED 그룹 각각은 상기 LED 구동부에 포함된 LED 드라이버에 연결되되, 상기 LED 드라이버 전단으로 역전류 방지용 다이오드가 연결되며,
    각각의 상기 LED 드라이버로부터 대응되는 상기 LED 그룹으로의 전류인가에 따라 상기 LED 그룹이 점등되는 것을 특징으로 하는 절전형 LED 전등.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 LED 그룹 각각은 2 개 이상의 LED가 직렬로 연결되되, 소정의 개수마다 제너 다이오드가 병렬로 연결되며,
    상기 LED 그룹 각각은 상기 LED 구동부에 포함된 LED 드라이버에 연결되되, 상기 LED 드라이버 전단으로 역전류 방지용 다이오드가 연결되며, 상기 각각의 LED 드라이버로부터 대응되는 상기 LED 그룹으로의 전류인가에 따라 점등되는 것을 특징으로 하는 절전형 LED 전등.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 LED 그룹군은 기판 상으로 형성되고,
    상기 LED 그룹군의 각 LED 그룹은 제1 LED 그룹(또는 제2 LED 그룹), 제3 LED 그룹(또는 제4 LED 그룹), 제2 LED 그룹(또는 제1 LED 그룹), 및 제4 LED 그룹(또는 제3 LED 그룹) 순으로 점등되며,
    상기 4개의 LED 그룹 중 제1 LED 그룹 및 제3 LED 그룹이 제1 라인 상으로 배치되되, 제1 LED 그룹의 LED와 제3 그룹의 LED가 교대로 배치되며,
    상기 4개의 LED 그룹 중 제2 LED 그룹 및 제4 LED 그룹은 상기 제1 라인과 평행한 제2 라인 상으로 배치되되, 제2 LED 그룹의 LED와 제4 그룹의 LED가 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 절전형 LED 전등.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 LED 그룹군은 기판 상으로 형성되고,
    상기 LED 그룹군의 각 LED 그룹은 제1 LED 그룹(또는 제2 LED 그룹), 제3 LED 그룹(또는 제4 LED 그룹), 제2 LED 그룹(또는 제1 LED 그룹), 및 제4 LED 그룹(또는 제3 LED 그룹) 순으로 점등되며,
    상기 4개의 LED 그룹 중 제1 LED 그룹 및 제2 LED 그룹이 제1 라인 상으로 배치되되, 제1 LED 그룹의 LED와 제2 그룹의 LED가 교대로 배치되며,
    상기 4개의 LED 그룹 중 제3 LED 그룹 및 제4 LED 그룹은 상기 제1 라인과 평행한 제2 라인 상으로 배치되되, 제3 LED 그룹의 LED와 제4 그룹의 LED가 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 절전형 LED 전등.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 LED 그룹군은 기판 상으로 형성되고,
    상기 기판의 일 측면으로 상기 LED 구동부가 형성되며,
    상기 기판의 다른 일 측면으로 커넥터가 형성되어 있으며,
    상기 커넥터에 다른 LED 그룹군이 형성되어 있는 다른 기판이 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 절전형 LED 전등.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 동기신호 생성부는 2개의 광 커플러를 포함하고,
    상기 광 커플러 각각은 동기신호(Sychronous Singal)인, 플러스 동기신호(SSP) 및 마이너스 동기신호(SSN)를 생성하여, 상기 컨트롤러부로 제공하는 것을 특징으로 하는 절전형 LED 전등.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 컨트롤러부는 상기 동기신호 생성부로부터 동기신호로서 SSP를 입력받아 플러스 동기신호바(
    Figure 112008069484193-pat00024
    )를 출력하는 인버터 회로를 포함하며,
    상기 JK 플립-플롭은 J 및 K 단자로 상기 정전압을 입력받고 C(클록) 단자로 상기 인버터 회로의 출력을 입력받아 SQ 또는
    Figure 112008069484193-pat00025
    신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 절전형 LED 전등.
  11. 삭제
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 4개의 LED 그룹은 LED의 극성이 정방향인 제1 LED 그룹, 및 제2 LED 그룹과 LED 극성이 역방향인 제3 LED 그룹, 및 제4 LED 그룹을 포함하고,
    상기 LED 드라이버군은 상기 제1 LED 그룹에 연결된 제1 LED 드라이버, 제2 LED 그룹에 연결된 제2 LED 드라이버, 제3 LED 그룹에 연결된 제3 LED 드라이버, 및 제4 LED 그룹에 연결된 제4 LED 드라이버를 포함하고, 각각의 LED 드라이버는 SCR을 포함하며,
    상기 저위상 구동신호(SQL)는 제3 LED 드라이버(또는 제4 LED 드라이버)에, 상기 고위상 구동신호(SQH)는 제1 LED 드라이버(또는 제2 LED 드라이버)에, 상기 저위상 구동신호바(
    Figure 112009021453873-pat00030
    L)는 제4 LED 드라이버(또는 제3 LED 드라이버)에, 그리고 상기 고위상 구동신호바((
    Figure 112009021453873-pat00031
    H)는 제2 LED 드라이버(또는 제1 LED 드라이버)에 입력되어,
    상기 LED 그룹군의 각 LED 그룹은 제1 LED 그룹(또는 제2 LED 그룹), 제3 LED 그룹(또는 제4 LED 그룹), 제2 LED 그룹(또는 제1 LED 그룹), 및 제4 LED 그룹(또는 제3 LED 그룹) 순으로 점등되는 것을 특징으로 하는 절전형 LED 전등.
  13. 복수 개의 발광 다이오드(light emitted diode: LED)가 직렬로 연결된 LED 그룹 4개가 2조 역병렬 구조로 연결된 LED 그룹군, 및 상기 LED 그룹군을 구동하는 LED 구동부를 포함하는 LED 전등으로의 전류공급방식에 있어서,
    상기 LED 구동부가, 상기 LED 그룹군의 각 LED 그룹의 점등을 제어하는 4개의 LED 드라이버를 구비한 LED 드라이버군, 상기 LED 드라이버군을 제어하는 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부, 상기 구동신호 생성부의 상기 구동신호 제어를 위한 제어신호를 생성하는 컨트롤러부, 상기 컨트롤러부에 포함된 JK 플립-플롭(Flip-Flop)으로 입력될 동기 신호를 생성하는 동기신호 생성부, 및 상기 구동신호 생성부, 컨트롤러부, 및 동기신호 생성부에 입력되는 정전압을 생성하는 로직 컨트롤용 파워 서플라이를 포함하며,
    상기 구동신호 생성부가 제로-크로스 광고립 SCR 드라이버(Zero-Cross Opto-Isolation SCR 드라이버, 이하 'SCR 드라이버')를 포함하며,
    상기 SCR 드라이버가 상기 정전압, 및 상기 JK 플립-플롭으로부터 SQ 또는 신호를 입력받아, 상기 SQ 신호에 대응되어 출력되는 저위상(Low-Phase) 구동신호(SQL), 및 고위상(High-Phase) 구동신호(SQH)와 상기 신호에 대응되어 출력되는 저위상 구동신호바(
    Figure 112009021453873-pat00046
    L), 및 고위상 구동신호바(
    Figure 112009021453873-pat00047
    H)로 구별되는 4개의 상기 구동신호를 생성하여 4개의 상기 LED 드라이버로 입력함으로써,
    상기 LED 그룹군의 상기 LED 그룹 각각으로 교류(AC) 전류의 반주기의 전류를 순차적으로 공급하여 상기 LED 전등의 파워 소비를 줄일 수 있는 LED 전등의 반파전류공급(Half Pulse Current Supply: HPCS) 방식.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 LED 그룹군은 기판 상으로 형성되고,
    상기 LED 그룹군의 제1 LED 그룹(또는 제2 LED 그룹), 제3 LED 그룹(또는 제4 LED 그룹), 제2 LED 그룹(또는 제1 LED 그룹), 및 제4 LED 그룹(또는 제3 LED 그룹) 순으로 점등되도록 전류가 공급되며,
    상기 4개의 LED 그룹 중 제1 LED 그룹 및 제3 LED 그룹이 제1 라인 상으로 배치하되, 제1 LED 그룹의 LED와 제3 그룹의 LED가 교대로 배치하며,
    상기 4개의 LED 그룹 중 제2 LED 그룹 및 제4 LED 그룹은 상기 제1 라인과 평행한 제2 라인 상으로 배치하되, 제2 LED 그룹의 LED와 제4 그룹의 LED가 교대로 배치하여,
    상기 LED 전등의 플리커(Flicker)를 방지하는 것을 특징으로 하는 LED 전등의 반파전류공급(Half Pulse Current Supply: HPCS) 방식.
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