KR101052338B1 - 형광등 타입의 ｌｅｄ 조명등용 전원회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형광등과 같은 정도의 조도를 유지시킨 경우라도 소비전력을 대폭적으로 저하시킴으로써 에너지 절감을 도모할 수 있도록 한 형광등 타입의 LED 조명등용 전원회로에 관한 것이다.
본 발명의 형광등 타입의 LED 조명장치용 전원회로는 형광등을 고주파로 점등시키는 인버터 회로로부터의 고주파 전압을 전원으로 하여 LED를 점등시키는 형광등 타입의 LED 조명등용 전원회로에 있어서, 상기 형광등의 연결핀이 접속되는 한 쪽의 한 쌍의 램프입력단자 사이를 단락한 단락부를 X단자로 하고, 다른 쪽의 한 쌍의 램프입력단자 사이를 단락한 단락부를 Y단자로 하며, 상기 인버터 회로로부터의 고주파 전압을 정류하는 정류회로의 입력 측이 상기 X단자와 Y단자에 연결되고, 상기 정류회로의 출력 측에 복수의 LED로 이루어지는 LED 유닛이 연결되며, 소비전력 억제용 소자로서 제1 인덕턴스 소자를 상기 정류회로의 입력 측에 병렬로 연결하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에서, 소비전력 억제용 소자로서 제2 인덕턴스 소자를 상기 정류회로의 출력 측과 상기 LED 유닛 사이에 직렬로 연결한 것을 특징으로 한다.
또한 제3 소비전력 억제용 소자로서 콘덴서 소자를 상기 LED 유닛에 병렬로 연결한 것을 특징으로 한다.

Description

형광등 타입의 ＬＥＤ 조명등용 전원회로{power supply circuit for LED lamp with fluorescent lamp type}

본 발명은 형광등 타입의 LED 조명등용 전원회로에 관한 것으로, 특히 고주파 인버터의 출력을 전원으로 하여 LED를 점등시키기 위한 형광등 타입의 LED 조명등용 전원회로에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 종래 조명기구의 발광원으로는 주로 백열전구나 형광등이 이용되고 있다. 특히 형광등은 백열전구에 비하여 소비전력과 발열 등의 점에서 뛰어나 오랜 기간에 걸쳐 사용되어 왔다. 이러한 형광등의 종류로는 일반 가정용으로 주로 사용되는 32㎜ 관경의 형광등과 화장품이나 식품 등의 상품을 진열하는 선반에 사용되어 상품을 조명하는 15.5㎜~20㎜ 관경의 형광등(T5관과 T6관)이 있다. 형광등의 길이는 대략 400㎜~1400㎜ 범위에서 규격에 따라 정해진다.

도 1은 종래 형광등 점등용 인버터 회로의 회로도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 형광등 점등용 인버터 회로(9)는 상용전원(AC)을 정류하여 평활하는 정류평활회로(1), MOSFET로 이루어지는 스위칭소자(Q1, Q2), 스위칭소자(Q1, Q2)를 구동하는 드라이브회로(2), 드라이브회로(2)를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하여 스위칭소자(Q1, Q2)를 온/오프시키는 제어회로(3), 시동 시에 형광등(4)을 예열하는 예열회로로서의 초크코일(L10) 및 공진용 콘덴서(C11)를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 정류평활회로(1)는 다이오드 브리지 및 평활용 콘덴서 등으로 이루어진다. 각 스위칭소자(Q1, Q2)의 드레인ㅇ소스 사이에는 병렬로 프리휠다이오드(D1, D2)가 각각 접속되어 있다. 초크코일(L10)과 형광등(4)의 사이에는 콘덴서(C12)가 직렬로 접속되어 있다.

한편, 형광등(4)의 연결핀과 접속되는 인버터 회로(9)(조명기구)의 한 쪽 소켓에는 한 쌍의 램프입력단자(5a, 5b)가 설치되어 있고, 다른 쪽 소켓에도 한 쌍의 램프입력단자(5c, 5d)가 설치되어 있다. 이러한 구성에 의해 형광등(4)의 연결핀을 소켓에 결합시키면, 형광등(4)의 한 쪽의 필라멘트가 한 쪽의 램프입력단자(5a, 5b)에 접속되고 다른 쪽의 필라멘트가 다른 쪽의 램프입력단자(5c, 5d)에 접속되는데, 이에 따라 점등 시작 시에는 점선으로 도시한 전류(I₁)가 흘러서 형광등(4)의 방전이 이루어지고 형광등(4)이 점등된 이후에는 점선으로 도시하는 전류(I₂)가 흐르게 된다.

한편, 최근에는 오존층 파괴의 주요 원인인 탄소 배출을 줄이기 위한 노력의 일환으로 소비전력이 적은 LED(발광다이오드)를 광원으로 이용하고 있는 조명기구의 보급이 점차 확대되고 있다. 여기에서 처음부터 LED 소자 특성에 적합한 전원회로를 설계하는 것은 그다지 어려운 문제가 아니나 기존에 설치된 조명장치와 여기에 사용되는 인버터 회로가 모두 형광등을 대상으로 설계된 것이기 때문에 이를 제거하고 새롭게 제작된 LED 조명기구를 설치함에 있어서는 막대한 비용 및 시간이 소요될 뿐만 아니라 자원의 낭비를 초래하는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위해 기존에 설치된 형광등 점등용의 인버터 회로(9)를 그대로 이용하되, 형광등(4) 대신에 형광등과 물리적인 규격, 즉 관경과 관 길이 및 연결핀의 구조가 동일한 LED 조명등(이하 이를 '형광등 타입의 LED 조명등'이라 하고 약칭으로 'LED 조명등'이라고도 한다)을 제작하여 사용하고 있다. 그러나 LED 조명등의 물리적인 규격을 형광등과 동일하게 한다고 할지라도 LED 조명등과 형광등의 전기적인 특성이 완전히 상이하기 때문에 LED 조명등의 관 내부에 LED 조명등을 위한 별도의 전원회로, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같은 인버터 회로(9)의 고주파출력을 정류하는 전파정류회로를 설치하고 있다.

도 2는 종래의 일례에 따른 형광등 타입의 LED 조명장치의 전원 회로도이고, 도 3은 종래의 다른 예에 따른 형광등 타입의 LED 조명장치의 전원 회로도이며. 도 4는 종래의 또 다른 예에 따른 형광등 타입의 LED 조명장치의 전원 회로도이다.

먼저 가장 간단한 형태의 LED 조명등용 전원회로는 도 2에 도시한 바와 같이, 도 1에 도시한 인버터 회로(9)의 한 쪽의 램프입력단자(5a, 5b, 5c, 5d) 사이를 단락한 단락부를, 예를 들어 X단자로 하고 다른 쪽의 램프입력단자(5c, 5d) 사이를 단락한 단락부를, 예를 들어 Y단자로 할 때, X단자와 Y단자가 퓨즈(14)를 통하여 다이오드 브리지로 이루어지는 고주파 정류회로(11)의 입력 측에 접속되고, 고주파 정류회로(11)의 출력 측에는 복수의 LED를 포함하는 LED 유닛(12)이 병렬로 접속되어 이루어진다.

전술한 구성에서, 고주파 정류회로(11)는 4개의 퍼스트 리커버리 다이오드로 이루어져서 X단자와 Y단자를 통해 입력되는 고주파를 전파정류한다.

그러나 도 2에 도시한 전원회로를 갖는 LED 조명등(50)에 따르면 LED 유닛(12)의 밝기는 형광등(4)의 경우와 같거나 혹은 약간 밝아졌지만 소비전력면에서는 형광등(4)과 비교할 때 대동소이하기 때문에 LED 자체의 긴 수명으로 인한 LED 조명등의 장수명화는 가능하지만 에너지 절감 효과가 거의 없어서 탄소 배출량의 절감이라는 애초의 도입 취지가 무색해진다. 뿐만 아니라 고주파 정류회로(11)에 의해 단순히 전파정류된 전원을 그대로 사용하기 때문에 맥류(脈流)의 골에 의해 LED가 점멸한다는 문제도 발생한다.

이를 개선하기 위해 도 3에 도시한 바와 같이, 고주파 정류회로(11)의 출력 측에 평활 콘덴서(C20)를 개재시킴으로써 LED 유닛(12)에 인가되는 전압을 직류에 가깝게 하는 것을 고려할 수 있다. 그러나 이와 같이 LED의 점멸을 방지하기 위해 LED 유닛(12)에 인가하는 전압을 직류에 가깝게 하기 위해서는 평활 콘덴서(C20)의 용량을 크게 해야 하는데, 이와 같이 용량이 큰 평활 콘덴서(C20)를 사용하면 전원회로가 대형화 및 대중량화될 뿐만 아니라 코스트도 높아진다는 문제가 있다.

더 나아가서는 인버터 회로(9)로부터의 고주파에 의해 평활회로의 평활 콘덴서(C20)에 유입하는 리플전류가 많아져서 평활 콘덴서(C20)의 수명을 짧게 하고, 그 결과, 조명장치로서의 수명이 짧아진다는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위한 구성이 일본국 특개평11-135274호로 개시된 도 4의 전원회로이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 전원회로는 고주파 정류회로(11)의 출력단에 인덕턴스 소자(L20)를 통하여 평활 콘덴서(C20)를 연결하고 있다. 이 전원회로에서는 인덕턴스 소자(L20)의 작용에 의해 평활 콘덴서(C20)로의 리플전류의 유입을 억제함으로써 평활 콘덴서(C20)의 용량을 작게 하면서도 장수명화를 도모하고 있다.

그러나 도 4의 전원회로에 따르면, 인버터 안정기로부터의 고주파 전원이 전파정류회로에 직접 공급되기 때문에 소비전력이 억제되지 않을 가능성이 있고, 이에 따라 에너지 절감이라는 애초의 LED 조명등의 도입 취지가 무색해지는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 형광등과 같은 정도의 조도를 유지시킨 경우라도 소비전력을 대폭적으로 저하시킴으로써 에너지 절감을 도모할 수 있도록 한 형광등 타입의 LED 조명등용 전원회로를 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형광등 타입의 LED 조명장치용 전원회로는 형광등을 고주파로 점등시키는 인버터 회로로부터의 고주파 전압을 전원으로 하여 LED를 점등시키는 형광등 타입의 LED 조명등용 전원회로에 있어서, 상기 형광등의 연결핀이 접속되는 한 쪽의 한 쌍의 램프입력단자 사이를 단락한 단락부를 X단자로 하고, 다른 쪽의 한 쌍의 램프입력단자 사이를 단락한 단락부를 Y단자로 하며, 상기 인버터 회로로부터의 고주파 전압을 정류하는 정류회로의 입력 측이 상기 X단자와 Y단자에 연결되고, 상기 정류회로의 출력 측에 복수의 LED로 이루어지는 LED 유닛이 연결되며, 소비전력 억제용 소자로서 제1 인덕턴스 소자를 상기 정류회로의 입력 측에 병렬로 연결하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에서, 소비전력 억제용 소자로서 제2 인덕턴스 소자를 상기 정류회로의 출력 측과 상기 LED 유닛 사이에 직렬로 연결한 것을 특징으로 한다.

또한 제3 소비전력 억제용 소자로서 콘덴서 소자를 상기 LED 유닛에 병렬로 연결한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 형광등 타입의 LED 조명장치용 전원회로에 따르면, 제 1 및 제 2 인덕턴스 소자를 채택함으로써 LED 유닛의 조도가 형광등을 점등시킨 경우와 같은 정도의 조도를 유지하면서도 회로 전체의 소비전력을 낮출 수가 있다.

도 1은 종래 형광등 점등용 인버터 회로의 회로도.
도 2는 종래의 일례에 따른 형광등 타입의 LED 조명등용 전원 회로도.
도 3은 종래의 다른 예에 따른 형광등 타입의 LED 조명등용 전원 회로도.
도 4는 종래의 또 다른 예에 따른 형광등 타입의 LED 조명등용 전원 회로도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 형광등 타입의 LED 조명등용 전원 회로도.
도 6은 도 5에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 회로에 인버터 회로를 포함시킨 전체 회로도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 형광등 타입의 LED 조명등에 대한 각종 측정결과를 보인 데이터 테이블.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 형광등 타입의 LED 조명등의 전원 회로도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전원 회로에 인버터 회로를 포함시킨 전체 회로도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 형광등 타입의 LED 조명등에 대한 각종 측정결과를 보인 데이터 테이블.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 형광등 타입의 LED 조명등용 전원 회로의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

(제1 실시예)

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 형광등 타입의 LED 조명등용 전원 회로의 제1 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

본 출원은 발명자들은 LED 유닛(12)의 밝기를 형광등(4)의 경우와 거의 같게 하는 동시에 소비전력을 대폭적으로 억제할 수 있도록 다른 회로 구성을 창안한 후에 다양한 실험을 실시하였는바, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 형광등 타입의 LED 조명등용 전원 회로도이고, 도 6은 도 5에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 전원 회로에 인버터 회로를 포함시킨 전체 회로도이다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 LED 조명등(10) 내에 흐르는 전류를 억제하는, 즉, LED등(10) 및 인버터 회로(9)를 포함시킨 전체의 소비전력을 억제하는 소비전력 억제소자로서 고주파 정류회로(11)의 입력 측에 제1 인덕턴스 소자(L1)를 병렬로 접속하고, 고주파 정류회로(11)의 출력단과 LED 유닛(12)의 양극 측 사이에 제2 인덕턴스 소자(L2)를 직렬로 연결하고 있다. 그러나 제2 인덕턴스 소자(L2)는 LED 유닛(12)의 음극 측에 연결해도 된다.

전술한 구성에서, 인버터 회로(9)로부터의 고주파 전압이 LED 조명등(10)에 전원으로 공급되면, 고주파 정류회로(11)에서 고주파가 전파정류되어 LED 유닛(12)에 흐리고, 이에 따라 LED 유닛(12)의 각 LED가 구동되어 발광(점등)한다. 본 발명에서는 발광원으로 LED를 사용하기 때문에 형광등(4)과 비교할 때 소비전력을 대폭적으로 절감할 수가 있다.

또 LED 조명등(10) 측에서는 인버터 회로(9)의 한 쪽의 램프입력단자(5a, 5b)를 단락으로 하는 동시에 다른 쪽의 램프입력단자(5c, 5d)도 단락하고 있기 때문에 관 형상의 LED 조명등(10)의 부착 방향을 신경 쓰지 않고 부착할 수 있고, 이에 따라 설치 방향에 관계없이 LED 조명등(10)을 확실하게 점등할 수 있다. 즉, LED 조명등(10)의 좌우를 달리하여 연결하더라도 확실하게 점등시킬 수 있다.

여기에서 인버터 회로(9)로부터의 고주파가 인가되는 X단자와 Y단자 사이에 제1 인덕턴스 소자(L1)를 설치하고 있기 때문에 이 제1 인덕턴스 소자(L1)에 의해 X단자와 Y단자 사이의 전압이 억제되는 동시에 고주파 정류회로(11) 측에 흐르는 전류가 억제되는 한편, 제2 인덕턴스 소자(L2)에 의해 LED 유닛(12)에 흐르는 전류가 억제된다.

즉, LED 유닛(12)으로의 공급전력을 억제할 뿐만 아니라 발열을 억제할 수 있고, 결과적으로 인버터 회로(9) 및 LED 조명등(10)을 포함한 전체적인 소비전력을 억제할 수 있어 에너지 절감을 한층 도모할 수 있다. 또 인버터 회로(9)의 발진이 정지하는 일도 없고, 인버터 회로(9)를 정상으로 동작시킬 수 있다.

한편 도 6에 도시한 전체 회로에 대해 실험을 진행하였는바, 도 6에서 A~I는 전력, 전압 및 전류의 측정 개소를 나타낸다. 구체적으로, 도 6의 A점에서는 소비전력(W)을, B점에서는 입력전류(㎃)를, C점에서는 LED 유닛(12) 내의 1칩당 LED 전류(㎃/칩)를, D점에서는 램프입력전압(V)을, E점에서 램프입력전류(㎃)를, F점에서는 인버터 회로(9)의 발진주파수(㎑)를 측정하고 있다. 또 G점에서는 피상전력(VA)을, H점에서는 유효전력(W)을, I점에서는 역률(力率)(㎊)을 측정하고 있다. 또 인버터 회로(9) 내의 초크코일(L10)과 스위칭소자(Q1)의 표면온도를 각각 측정하고 있다. 「조도(lx)」의 「H200」는 LED 유닛(12)과 조도계의 거리를 나타내고 있는바, 그 거리는 200mm이다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 형광등 타입의 LED 조명등에 대한 각종 측정결과를 보인 데이터 테이블이다. 먼저, 도 7(a)은 램프 길이가 약 900㎜이고, T6관으로 불리고 있는 형광등(4)에 대한 측정 결과이고, 도 7(b)은 제1 인덕턴스 소자(L1)와 제2 인덕턴스 소자(L2)를 설치한 도 6의 구성에서 제1 인덕턴스 소자(L1)의 값을 1500μH로 하고 제2 인덕턴스 소자(L2)의 값을 330μH로 한 경우의 측정 결과이다.

도 7(c)은 도 6의 구성에서 제1 인덕턴스 소자(L1)의 값을 1500μH로 하고, 제2 인덕턴스 소자(L2)를 채택하지 않은 경우의 측정 결과이고, 도 7(d)은 역으로 제1 인덕턴스 소자(L1)를 채택하지 않고 제2 인덕턴스 소자(L2) 값을 330μH로 한 경우의 측정 결과이다.

도 7(e)은 도 6의 구성에서 제1 인덕턴스 소자(L1)의 값을 2200μH로 하고, 제2 인덕턴스 소자(L2)의 값을 330μH로 한 경우의 측정 결과이고, 도 7(f)은 도 6의 구성에서 제1 인덕턴스 소자(L1)의 값을 680μH로 하고, 제2 인덕턴스 소자(L2)의 값을 330μH로 한 경우의 측정 결과이다. 도 7(g)은 도 6의 구성에서 제1 인덕턴스 소자(L1)의 값을 1500μH로 하고, 제2 인덕턴스 소자(L2)의 값을 100μH로 한 경우의 측정 결과이고, 도 7(h)은 도 6의 구성에서 제1 인덕턴스 소자(L1)의 값을 1500μH로 하고, 제2 인덕턴스 소자(L2)의 값을 680μH로 한 경우는 측정 결과이다.

여기에서 LED 유닛(12)은 3개의 LED로 구성된 LED 칩 40개를 직렬로 연결하여 이루어진 것이다.

도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 형광등(4)의 경우 소비전력이 21.0W이고 조도는 3210룩스이며, 제1 인덕턴스 소자(L1)와 제2 인덕턴스 소자(L2)를 설치한 도 7(b)의 경우에서는 소비전력은 13.6W이고 조도는 3000룩스였다. 여기에서 알 수 있는 바와 같이, 도 7(b)의 경우에는 조도는 형광등(4)의 경우와 비교하여 약간 저하되었으나 그다지 바뀌지 않고 실사용에는 충분히 견딜 수 있는 정도이나 소비전력은 21.0와트로부터 13.6와트로 크게 낮아졌다. 이에 따라 형광등(4) 대신에 본 발명의 LED조명등(10)을 채택한 경우 조도를 현 상태로 유지하면서도 소비전력을 크게 낮출 수 있기 때문에 에너지를 절감할 수 있다.

다음으로, 도 7(c)에 나타낸 바와 같이 제1 인덕턴스 소자(L1)만을 채택하고 2 인덕턴스 소자(L2)를 채택하지 않은 경우에는 비록 도 7(b)의 경우에는 못 미치지만 형광등(4)의 경우와 비교할 때 어느 정도의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있었으며 조도의 경우에는 도 7(b)의 경우보다 향상하여 실사용이 충분히 가능함을 알 수 있다. 반면에 도 7(d)에 나타낸 바와 같이, 제1 인덕턴스 소자(L1)를 채택하지 않고 제2 인덕턴스 소자(L2)만을 채택한 경우에는 조도가 형광등(4)의 경우보다 향상되나 소비전력이 형광등(4)의 경우보다 매우 커지기 때문에 에너지 절감을 도모할 수 없고, 이에 따라 실사용이 어려움을 알 수 있다.

다음으로, 도 7의(e)~(h)에 나타내는 바와 같이, 제1 인덕턴스 소자(L1)와 제2 인덕턴스 소자(L2)를 동시에 설치해도 그 값에 따라 각 측정항목의 측정값이 변동할 뿐만 아니라 조도는 향상되지만 소비전력이 악화되거나, 반대로 소비전력은 향상되지만 조도가 악화된다는 실험결과를 얻었다.

본 실시예에서와 같이 램프 길이가 약 900㎜이고 T6관이라고 불리는 형광등(4) 대신에 LED조명등(10)을 채택한 경우에는 인버터 회로(9)의 출력전압(도 7D점의 램프입력전압)을 약 120V, 발진주파수를 약 85㎑, 제1 인덕턴스 소자(L1)를 약 1500μH, 제2 인덕턴스 소자(L2)를 약 330μH로 함으로써 형광등(4)인 경우와 대등한 조도를 유지하면서 소비전력을 크게 억제할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에서는 LED 유닛(12)의 조도가 형광등(4)을 점등시킨 경우와 같은 정도의 조도를 유지하면서 회로 전체의 소비전력이 적어지는 값을 갖게 한 제1 인덕턴스 소자(L1)를 정류회로(11)의 입력 측에 병렬로 연결하고, 또한 LED유닛(12)의 조도가 형광등(4)을 점등시킨 경우와 같은 정도의 조도를 유지하면서 회로 전체의 소비전력이 적어지는 값을 갖게 한 제2 인덕턴스 소자(L2)를 정류회로(11)의 출력 측과 LED 유닛(12) 사이에 직렬로 연결함으로써 형광등(4)인 경우의 조도를 거의 유지하면서 인버터 회로(9)와 LED 조명등(10)을 포함시킨 회로 전체의 소비전력을 억제할 수 있다.

(제2 실시예)

다음으로 본 발명의 제2 실시예에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 형광등 타입의 LED 조명등의 전원 회로도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전원 회로에 인버터 회로를 포함시킨 전체 회로도이다. 본 출원의 발명자들은 소비전력을 더욱 낮추기 위해 시행착오를 거쳐 여러 가지 실험을 실시하고, LED 유닛(12)에 병렬로 소비전력 억제용 소자로서 콘덴서를 접속함으로써, 소비전력을 억제할 수 있는 것을 밝혀냈다.

즉 도 8에 나타내는 바와 같이, LED 유닛(12)에 병렬로 콘덴서(C1)(1.5 μF)를 연결한 것이며, 도 7의 경우와 같은 조건에서 측정했다. 각 측정 개소는 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 도 6의 경우와 마찬가지이며, 그 측정결과를 도 10에 나타낸다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 형광등 타입의 LED 조명등에 대한 각종 측정결과를 보인 데이터 테이블이다. 도 10(a)는 램프 길이가 약 900㎜이고 T6관이라고 불리고 있는 형광등(4)의 경우이며, 도 10(b)~(h)에 있어서의 제1 인덕턴스 소자(L1)와 제2 인덕턴스 소자(L2)의 유무나, 제1 인덕턴스 소자(L1) 및 제2 인덕턴스 소자(L2)의 값은 도 7의 경우와 동일하다.

콘덴서(C1)를 설치한 경우에 소비전력은 형광등(4)인 경우의 21.0W에 대해 11.5W였다. 게다가 조도가 형광등(4)인 경우의 3210룩스에 대해 3170룩스여서, 형광등(4)인 경우와 거의 같은 조도를 얻을 수 있었다. 이와 같이 조도는 형광등(4)인 경우와 거의 같으면서 소비전력은 거의 절반이 되어 대폭적인 에너지 절감을 도모할 수 있다.

콘덴서(C1)를 설치한 경우라도 제1 인덕턴스 소자(L1)만을 채택하고 제2 인덕턴스 소자(L2)를 채택하지 않은 경우에는 형광등(4)에 비해 조도가 많이 향상되었고 비록 적으나마 소비전력도 감소됨으로써 실사용이 가능한 정도라고 판단되나, 반대로 제2 인덕턴스 소자(L2)만을 채택하고 제1 인덕턴스 소자(L1)를 채택하지 않은 경우에는 조도가 비록 많이 향상되었으나 소비전력도 형광등(4)에 비해 많이 커져서 실사용이 불가능하다고 판단되었다. 또 제1 인덕턴스 소자(L1)와 제2 인덕턴스 소자(L2)의 값을 바꾼 경우에서는 도 7의 경우와 마찬가지로 그 값에 의해 각 측정 항목의 측정값이 변동되고, 조도가 향상되면 소비전력이 악화되거나 반대로 소비전력이 향상되면 조도가 악화된다는 실험결과를 얻었다.

그런데 콘덴서(C1)를 설치하고 있지 않은 도 6 회로구성에 있어서 도 7(b)??C의 LED 전류가 37.5mA인데 반하여 콘덴서(C1)를 설치한 도 9의 회로구성에서는 도 10(b)??C에 나타낸 바와 같이 25.8mA이었다. 이것은 콘덴서(C1)를 설치한 경우 LED 유닛(12) 내의 LED 칩에 흐르는 전류를 작게 할 수 있다는 것이며, 결과적으로 적은 정격전류를 갖는 LED 칩을 사용할 수 있다는 것이다.

또 형광등(4)을 사용한 경우의 인버터 회로(9)의 초크코일(L10)과 스위칭소자(Q1)의 표면온도는 각각 57.2℃, 50.4℃(도 7 및 도 10 참조)이었지만, 콘덴서(C1)를 설치하지 않은 도 6의 회로구성의 경우는 42.3℃, 59.0℃이었다. 즉, 형광등(4)의 경우와 비교하여 초크코일(L10)의 온도는 저하되었으나 스위칭소자(Q1)의 표면온도는 50.4℃부터 59.0℃로 8.6℃만큼 상승하였다.

이와 비교할 때 콘덴서(C1)를 설치한 경우에서는 인버터 회로(9)의 초크코일(L10)의 온도는 40.8℃, 스위칭소자(Q1)의 온도는 47.8℃로 형광등(4)의 경우보다도 각각 저하되고 있다.

즉, 형광등(4) 대신에 본 발명의 LED 조명등(10)을 사용해도, 조명기구 내의 인버터 회로(9)의 초크코일(L10) 및 스위칭소자(Q1)의 표면온도는 형광등(4)의 경우와 비교하여 각각 저하되고 있어 안전하게 사용할 수 있다.

본 실시예에서와 같이 램프 길이가 약 900㎜이고 T6관이라고 불리는 형광등(4) 대신에 LED 조명등(10)을 채택한 경우에서는 인버터 회로(9)의 출력전압(도 7D점의 램프입력전압)를 약 120V, 발진주파수를 약 85㎑, 제1 인덕턴스 소자(L1)를 약 1500μH, 제2 인덕턴스 소자(L2)를 약 330μH, 콘덴서(C1)를 1.5μF로 함으로써 형광등(4)의 경우와 거의 동일한 조도를 유지하면서 소비전력을 대략 절반 정도로 억제할 수가 있었다.

특히 각 소자 값을 상기와 같이 함으로써 인버터 회로(9)의 초크코일(L11)이나 스위칭소자(Q1)의 표면온도를 형광등(4)을 점등시키고 있는 경우와 비교하여 내릴 수 있어 안전성을 한층 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시예에서는 LED 유닛(12)의 조도를 형광등(4)을 점등시킨 경우와 같은 정도로 유지하면서도 회로 전체의 소비전력이 적어지는 값을 갖게 한 제1 인덕턴스 소자(L1)를 정류회로(11)의 입력 측에 병렬로 연결하고, LED 유닛(12)의 조도를 형광등(4)을 점등시킨 경우와 같은 정도로 유지시키면서 회로 전체의 소비전력이 적어지는 값을 갖게 한 제2 인덕턴스 소자(L2)를 정류회로(11)의 출력 측과 LED 유닛(12)의 사이에 직렬로 연결하며, LED 유닛(12)의 조도를 형광등(4)을 점등시킨 경우와 같은 정도로 유지시키면서 회로 전체의 소비전력이 적어지는 값을 갖게 한 콘덴서(C1)를 LED 유닛(12)에 병렬로 연결함으로써 형광등(4)인 경우의 조도를 거의 유지하면서 인버터 회로(9)와 LED 조명등(10)을 포함시킨 회로 전체의 소비전력을 약 절반으로 억제할 수 있다.

제1 및 제2 실시예에 있어서의 인버터 회로(9)의 정격으로서, 예를 들어 입력전류가 0.24A, 입력전력이 23W, 램프전력이 19W이며, 해당 인버터 회로(9)로 점등시키고 있는 형광등(4)의 램프 길이는 794㎜인 경우에 도 7의 측정값으로부터 다음과 같은 결론을 유도할 수 있다.

제1 인덕턴스 소자(L1)와 제2 인덕턴스 소자(L2)를 도 6에 도시한 바와 같이 설치함으로써 LED 조명등(10)의 역률이 내려가게 된다. 도 7보다 역률이 높은 만큼 LED 조명등(10)의 조도는 형광등(4)의 경우보다도 높아진다(도 7(c)~(e) 참조). 이에 대응하여 「C」에 나타내는 바와 같이 LED 전류도 높아지고 있다. 그러나 소비전력은 형광등(4)인 경우보다도 높은 경우나 또는 조금 낮아질 뿐으로 에너지 절감을 그다지 도모할 수 없다.

또 도 7(c) 및 도 7(d)에 나타낸 바와 같이, 제1 인덕턴스 소자(L1) 또는 제2 인덕턴스 소자(L2)의 어느 것인가가 없는 경우에는 양쪽이 있는 경우보다도 역률이 높아지고, 조도가 형광등(4)인 경우보다도 높지만, LED 전류나 소비전력이 증가한다.

그리고 역률이 높을수록 상기한 바와 같이 조도가 형광등(4)인 경우보다 높아지지만, LED 전류도 커지고, 정격전류가 큰 LED 칩을 사용할 필요가 있어 제조 단가가 상승하게 된다. 또 도 7(f)에 나타내는 바와 같이, 역률이 낮은 경우는 소비전력도 크게 억제되지만 조도가 많이 낮아져서 실용화할 수가 없다.

도 7의 측정결과로부터 역률 값이 (b)~(h)에 나타내는 바와 같이, 어느 값 부근의 경우에 조도가 형광등(4)의 경우와 가까워지는 동시에 소비전력도 형광등(4)의 경우보다도 꽤 억제된 값으로 되어 있다. 이에 따라 역률이 소정 값 부근이 되도록 제1 인덕턴스 소자(L1) 및 제2 인덕턴스 소자(L2)의 값을 설정함으로써 조도를 형광등(4)의 경우와 같은 정도로 유지하면서 소비전력을 억제할 수 있어 에너지 절감을 도모할 수 있다.

이와 같이 조도를 형광등(4)의 경우와 같은 정도로 유지하면서 소비전력을 억제시키는데 측정결과로부터 역률을 어느 값 부근에 설정하면 되기 때문에 제1 소비전력 억제용 소자(L1) 및 제2 소비전력 억제용 소자(L2)로서 제1 인덕턴스 소자(L1)나 제2 인덕턴스 소자(L2)를 이용하고 있는데, 이에 더하여 콘덴서와 저항 또는 인덕턴스 소자 콘덴서 및 저항을 조합해서 사용할 수 있다.

또 제2 실시예에서는 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이 제1 실시예의 회로구성에 있어서, LED 유닛(12)에 콘덴서(C1)를 병렬로 접속한 경우인데, 도 10의 측정결과에서 알 수 있는 바와 같이 제1 실시예와 거의 유사하였다.

도 10에 나타내는 바와 같이 콘덴서(C1)를 부가함으로써 LED 유닛(12)의 조도를 형광등(4)인 경우와 같은 정도로 유지한 경우에 있어서는 소비전력이 작은 경우에 (b)에 나타낸 바와 같이 도 7의 경우와 비교하여 역률이 더욱 낮아지고 있다. 특히 콘덴서(C1)에 의해 LED 유닛(12)에 걸리는 전압을 평활하고 있기 때문에 펄스 점등이 아니라 직류 점등이 되며, 적은 LED 전류로도 조도가 도 6의 경우보다도 높아지며, 소비전력 또한 더욱 억제되고 있다.

도 10(c)~(e)에 나타낸 바와 같이 역률이 높은 경우에는 LED 유닛(12)의 조도가 형광등(4)의 경우보다도 높지만, LED 전류가 증가하고 소비전력도 형광등(4)의 경우와 마찬가지이거나 그다지 억제되어 있지 않다. 역으로 도 10(f)에 나타낸 바와 같이, 역률이 낮으면 소비전력은 줄어들지만 조도가 형광등(4)인 경우와 비교하여 약 절반밖에 안되어 실제 사용이 곤란하다.

따라서 역률이 어느 값 부근으로 하면, 조도를 형광등(4)의 경우와 같은 정도로 유지하면서 소비전력을 억제할 수 있고(도 10의 (b)와 (h) 참조), 콘덴서(C1)를 설치한 경우에도 제1 실시예와 마찬가지로 어느 역률 값 부근이 되도록 콘덴서(C1), 제1 인덕턴스 소자(L1) 및 제2 인덕턴스 소자(L2) 값을 적절하게 설정함으로써 조도를 형광등(4)의 경우와 같은 정도로 유지하면서 소비전력을 억제할 수 있다. 특히 콘덴서(C1)를 설치한 경우는 소비전력을 약 절반으로 할 수 있다.

이와 같이 조도를 형광등(4)의 경우와 같은 정도로 유지하면서 소비전력을 억제시키는데 측정결과로부터 역률을 어느 값 부근으로 설정하면 되기 때문에 제1 소비전력 억제용 소자(L1) 및 제2 소비전력 억제용 소자(L2)로서 제1 인덕턴스 소자(L1)나 제2 인덕턴스 소자(L2)를 이용하고 있는데, 콘덴서나 저항, 또는 인덕턴스 소자, 콘덴서 및 저항을 조합해서 사용할 수도 있다. 또 제 3 소비전력 억제용 소자(C1)로서 콘덴서(C1)를 이용하고 있으나, 인덕턴스 소자 또는 저항을 이용해도 된다.

즉, 제1 소비전력 억제용 소자(L1), 제2 소비전력 억제용 소자(L2) 및 제 3 소비전력 억제용 소자(C1)로서 역률을 바꿀 수 있는 부품이면 인덕턴스 소자, 콘덴서 또는 저항의 어느 쪽이어도 관계없으며, 이들 소자를 임의로 조합하여 이용해도 된다.

또한, 상기 제1 및 제2 실시예에 있어서, 인버터 회로(9) 및 LED 조명등(10)을 포함시킨 전체의 소비전력을 억제하는데 소비전력 억제용의 소자로서 인덕턴스 소자(L1, L2)나 콘덴서(C1)를 이용함으로써 낮은 단가의 소자로 소비전력을 억제할 수 있다. 그 때문에 LED 전원회로의 코스트 상승을 억제할 수 있다.

상기 제1, 제2 실시예에 있어서, 기존의 인버터 회로(9)로 형광등(4)을 구동 점등시키고 있는 조명장치(조명기구)에 있어서, 상기 인버터 회로(9)는 예를 들어 발진주파수를 약 85kHz, 입력전력을 23W로 하고, 램프전력을 19W, 램프 길이가 794mm로 한 형광등(4)을 구동 점등한 예를 설명하였으나 이에 국한되지 않고 관경이나 관 길이에 관계없이 본 발명의 전원 회로를 폭넓게 적용할 수도 있다.

즉, 형광등(4) 대신에 LED 유닛(12)을 점등시키는 경우라도 형광등(4)의 램프 전력이나 램프 길이가 상기와는 다른 경우나, 발진주파수나 입력전력 등의 정격(사양)이 다른 인버터 회로(9)를 이용하여 LED유닛(12)을 점등시키는 경우 조도를 해당 형광등(4)의 조도와 같은 정도로 유지하면서 가장 억제되는 소비전력이 되는 역률이 되도록 제1 인덕턴스 소자(L1) 및 제2 인덕턴스 소자(L2)(제1 실시예), 또는 제1 인덕턴스 소자(L1), 제2 인덕턴스 소자(L2) 및 콘덴서(C1)(제2 실시예)의 값을 설정함으로써, 인버터 회로(9)나 LED 유닛(12)의 정격(사양)이 다른 경우라도 본 발명을 적용할 수 있는 것이다.

본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

5a, 5b: 램프입력단자, 5c, 5d: 램프입력단자,
9: 인버터 회로, 10, 10': LED 조명등,
11: 고주파 정류회로(정류회로), 12: LED 유닛,
50, 50', 50": LED 조명등,
L1: 제1 인덕턴스 소자(제1 소비전력 억제용 소자),
L2: 제2 인덕턴스 소자(제2 소비전력 억제용 소자),
C1: 콘덴서(제 3 소비전력 억제용 소자)

Claims (3)

1. 형광등을 고주파로 점등시키는 인버터 회로로부터의 고주파 전압을 전원으로 하여 LED를 점등시키는 형광등 타입의 LED 조명등용 전원회로에 있어서,
   상기 형광등의 연결핀이 접속되는 한 쪽의 한 쌍의 램프입력단자 사이를 단락한 단락부를 X단자로 하고, 다른 쪽의 한 쌍의 램프입력단자 사이를 단락한 단락부를 Y단자로 하며,
   상기 인버터 회로로부터의 고주파 전압을 정류하는 정류회로의 입력 측이 상기 X단자와 Y단자에 연결되고,
   상기 정류회로의 출력 측에 복수의 LED로 이루어지는 LED 유닛이 연결되며,
   소비전력 억제용 소자로서 제1 인덕턴스 소자를 상기 정류회로의 입력 측에 병렬로 연결하여 이루어진 것을 특징으로 하는 형광등 타입의 LED 조명등용 전원회로.
2. 제 1 항에 있어서,
   소비전력 억제용 소자로서 제2 인덕턴스 소자를 상기 정류회로의 출력 측과 상기 LED 유닛 사이에 직렬로 연결하여 이루어진 것을 특징으로 하는 형광등 타입의 LED 조명등용 전원회로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   제3 소비전력 억제용 소자로서 콘덴서 소자를 상기 LED 유닛에 병렬로 연결한 것을 특징으로 하는 형광등 타입의 LED 조명등용 전원회로.

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