KR101405812B1 - 고효율의 led 등 구동장치 및 이를 탑재한 led 등. - Google Patents

고효율의 led 등 구동장치 및 이를 탑재한 led 등. Download PDF

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Abstract

최근 에너지 절감을 위한 그린산업의 중요성이 날로 강조되고 있다. 특히 전산업분야에서 에너지 소비량이 가장 큰 교통 신호등, 조명등과 같은 램프의 고효율화를 위하여 세계각국이 LED 등의 보급확산에 주력하고 있다. LED 등은 직류전원으로 구동되기 때문에 LED 등용 구동전원으로 비교적 효율이 좋은것으로 알려진 SMPS(Switching Mode Power Supply)전원을 많이 사용하고 있는데 아무리 효율이 좋은 SMPS 라 할지라도 효율 70％∼90％의 수준이다. 또 SMPS 는 근본적으로 역율(Power Factor)이 나쁘고 노이즈가 많아, 이 두가지 특성을 개선 하기 위하여, 노이즈 필터회로, 역율 보상회로[Power Factor Correction 회로] 의 구성이 필요하여 비용이 증가하고 효율은 떨어지면서 공간이용효율도 더욱 나빠지게 된다. 본 발명은 이러한 별도의 노이즈 대책회로, 역율 보상회로 없이 역율 92％이상, 효율 96％ 이상을 보장하면서 AC 입력 전압이 정격전압보다 10％ 이상 상승되어도 공장에서 설정한 소비전력의 상한치 이내에 동작하도록 하여 LED 등의 에너지 절감과 고 신뢰성을 동시에 실현하도록 하는 그러한 LED 등을 제공한다. 또한 본 발명의 LED 등은 스위칭 방식의 전류제한회로를 탑재하고 있어 매트릭스로 연결된 다수의 LED 중 수개의 LED 가 쇼트(Short)되어도 LED 등의 에너지 사용량을 일정하게 유지할 수 있도록 하여 LED 등의 수명을 획기적으로 개선하는 효과가 있다. 뿐만 아니라 본 발명은 LED 등의 밝기를 쉽게 가변할 수 있는 방법도 함께 제공하고 있다.

Description

고효율의 LED 등 구동장치 및 이를 탑재한 LED 등.{High Efficiency LED Driving Device and the LED lamp adopting the device.}
본 발명은 교통 신호등, 조명등과 같은 LED 등의 구동장치에 관한 것으로 LED 등의 역율 92％이상, 효율 96％이상을 유지하면서 입력전압이 상승하거나 사용 중 다수의 LED 중 수개의 LED 가 쇼트 되어도 에너지 사용량을 일정수준으로 제한 하면서 LED 등이 고 신뢰성을 유지할 수 있도록 하고, LED 등이 사용되는 목적에 따라 밝기를 100％에서 0％까지 가변할 수 있도록 하는 그러한 LED 등 구동장치 및 이를 탑재한 LED 등에 관한 것이다.
종래의 LED 등은 크게 두 가지로 분류된다. 20w 이상에 사용되는 구동장치로는 SMPS 를 구동장치로 사용하여 왔다. 그 이유는 LED 등의 수명을 보장하기 위해서는 AC 입력전압이 변하여도 LED 등에 일정전압을 공급하는데 SMPS 가 최적이면서 SMPS 의 앞단에 역율 보상회로를 추가하면 역율 92％이상을 무난히 달성 할 수 있기 때문이다. 그러나 SMPS 방식의 LED 등 구동장치는 효율 90％이상의 달성이 거의 불가능 하고 또 백열등같이 쉽게 밝기를 가변 하기가 힘들고 또 가격이 대단히 고가인 단점이 있다. 또 다른 한 구동장치로 AC 입력전압을 브릿지 정류하여 그 브릿지 정류 전압에 상응하는 숫자만큼 다수의 LED 를 직병렬 연결하여 구동하는 LED 등 구동장치가 있다. 이 방식은 역율이 나빠(70％ 수준) 10w 이상의 LED 등에는 사용하기 어려울 뿐 아니라, AC 입력전압이 상승할 경우 소비전력을 일정수준으로 제한하기가 어려워 LED 의 수명을 보장할 수 없는 단점이 있었다. 따라서 역율 92％이상, 효율 96％이상을 보장하면서 AC 입력전압이 정격이상으로 상승하거나 직병렬 연결된 다수의 LED 중 수개의 LED 가 단락(Short)되어도 LED 등의 사용에너지를 일정수준으로 제한할 수 있는 그러한 LED 등 구동장치 및 이를 탑재한 LED 등이 요구되어 왔다.
본 발명의 목적은 역율[Power Factor] 92％ 이상, 효율[Efficiency] 96％이상을 유지하면서 AC 입력전압이 정격전압의 10％이상 상당히 상승하여도 LED 등의 에너지 사용량을 일정수준으로 제한하면서 LED 등에 사용된 다수의 LED[예를들어 200mw 의 LED90 개를 직병렬로 연결하여 구성하는 18w LED 등]중 수개의 LED 가 단락[Short]되어도 LED 등의 에너지 소비량을 일정수준으로 제한할 수 있고 또 밝기를 100％에서 0％까지 쉽게 가변하는 것이 가능하여 LED 등이 사용되는 목적에 따라 필요한 만큼 에너지 사용량을 절감할 수 있는 그러한 LED 등 구동장치 및 이를 탑재한 LED 등을 제공함에 있다.
본 발명은 다수의 LED 소자를 직렬또는 직병렬로 연결하여 구성한 LED 등이 상용 AC 입력전압[380VAC∼48VAC]에 사용될 때 LED 등이 마치 저항부하같이 구동하여 역율 92％ 이상, 효율 96％ 이상을 유지하면서 AC 입력전압이 기준치 이상 상승하면, 피크전압 부근에서는 LED 등이 오프되게하는 방식으로, LED 등의 에너지 사용량을 제한하고, LED 등에 사용된 다수의 LED 중 수개의 LED 가 단락되어도 스위칭방식 전류제한 회로가 작동하여 LED 등의 에너지 사용량을 일정하게 제한하는 것에 특징이 있다. 또한 본 발명은 LED 등이 사용되는 목적에 따라 쉽게 LED 등의 에너지 사용량을 100％에서 0％까지 가변 하는 것이 가능하게 하는 특징도 함께 제공한다.
본 발명의 LED 등 구동장치를 LED 등에 탑재할 경우 LED 등의 역율 92％이상 및 효율 96％이상을 달성하는 것이 가능하면서 AC 입력전압이 정격이상 상당히 상승하여도 LED 등의 에너지 사용량을 일정수준 이하로 제한 하고, LED 등에 사용된 다수의 LED 중 수개의 LED 가 단락 되어도 스위칭 방식 전류제한회로가 작동하여 LED 등의 사용에너지를 일정수준 이하로 제한하기 때문에 LED 등의 에너지 효율과 수명을 크게 개선하는 효과가 있다. 또한 본 발명은 LED 등이 사용되는 목적에 따라 100％에서 0％[취침 시는 통상 1∼5％수준]까지 밝기를 가변 하는 방법도 함께 제공하기 때문에 에너지 절감에 크게 기여하는 효과가 있다.
도 1 은 LED 등용 LED 소자의 VF(Forward Voltage)와 IF(Forward Current)의 특성을 나타 내는 도면
도 2 의(1)은 상용입력 정현파 전원 (220VAC, 60Hz)의 전압파형
도 2 의(2)는 상용입력정현파 전원(220VAC, 60Hz)에 100w 의 저항부하를 연결했을 때 저항부하에 흐르는 전류파형.
도 2 의(3)은 상용입력 정현파전원(220VAC, 60Hz)을 브릿지정류했을때의 정류전압파형.
도 2 의(4)는 상용입력정현파 전원(220VAC, 60Hz)을 브릿지정류한 후 100w 의 저항부하를 연결했을 때 저항부하에 흐르는 전류파형
도 3 은 본 발명의 동작원리를 설명하기 위한 회로구성도 및 블럭도.
도 4 는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 회로구성도 및 블럭도.
도 5 의 (1)은 직렬연결한 LED 어레이의 개수를 2 개로 최소화하여 본 발명을 적용한 일 실시예를 나타내는 회로구성도 및 블럭도.
도 5 의 (2)는 LED 어레이 개수를 2 개로 최소화하여 본 발명을 (구동장치)외장형 형광등에 적용했을 때의 형광등의 4 핀에 연결되는 LED 의 배선관계를 나타내는 회로구성도.
도 5 의 (3)은 LED 어레이 개수를 2 개로 최소화하여 본 발명을 (구동장치)외장형 형광등에 적용 함에 있어, 각 LED 어레이에 직렬로 연결된 LED 소자를 일렬로 배치하되 서로 교차해 가며 배열한 LED 등의 회로구성을 나타낸 도면.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
A : LED 등 (Lamp)의 회로구성도
B : LED 등 구동장치의 회로구성도
C : 직병렬 LED 매트릭스 회로블럭
AC IN : 상용교류 입력전원
LV ; LV(Live)단자
CM ; CM(Common)단자
1 ; 브릿지 정류 회로블럭
2 : 스위치 회로블럭
21,22 : 플리커 개선 회로블럭
23 : 밧데리 충전 회로블럭
24 : 충전식 밧데리
25 : 정전감지 스위치
251 : 정전감지 센서
252 : 스위치
3 : LED 구동회로블럭
31 : 위상검출 및 입력전압 감시회로블럭
32 : 스위칭제어 회로블럭
4 : 구동전원회로블럭
41 : DC/DC 컨버터
5 : 스위칭방식 전류제한회로블럭
51 : 전류제한 회로블럭
52 : 과부하 차단회로블럭
6: 밝기제어 회로블럭
LDA1, ∼ ,LDA8; 제 1, ∼ 제 8LED 직렬어레이
D1, ∼ ,D9; 제 1, ∼ 제 9 다이오드
D11,∼D18; 제 11, ∼제 18 다이오드
Q1, ∼ Q8; 제 1 ∼ 제 8 트란지스터
u1, u2; 제 1, 제 2 op 앰프 [또는 비교기]
PHC : 포토커플러
F ; 휴즈
VR ; 바리스타
C1 ∼ C5 ; 제 1 ∼ 제 5 콘덴서
CF0, CF01, CF1, CF11 : Flicker 방지용 콘덴서
DF0, DF01 , DF1, DF11 : Flicker 방지용 다이오드
Rcs ; LED 등 전류 검출용 소자
R1 ∼ R8 ; 제 1 ∼ 제 8 저항
RF0, RF01, RF1, RF11 : Flicker 방지용 저항
PWM ; pwm 방식 밝기제어 단자
CRC : 정전류기[Current Regulator circuit block]
Figure 112012502785149-pat00029
: 브릿지정류 접지[GND]단자
PS1 : 폴리 스위치(Poly switch)
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED 등 구동회로의 동작원리를 도면과 함께 상세히 설명한다. 도 1 은 LED 등에 사용되는 LED 의 개별소자에 가하는 순방향전압[Forward Voltage]과 순방향전류[Forward Current]의 관계를 나타내는 도면이다. 도 1 에서 알 수 있듯이 순방향 전압 3.0V 순방향 전류 350mA 의 LED 에 순방향 전압을 2.75V 가하면 약 100mA[정격의 28.6％]의 전류가 흐르고 3.25V 의 순방향 전압을 가하면 약 700mA[정격의 200％]의 전류가 흐른다. 평균전류가 정격전류와 일치하기 위해서는 정격전압의 ±1.4％ 구간에서 LED 를 작동시키는 것이 바람직 함을 알 수 있다. 신뢰성 보장을 위해 서는 정격전류의 약 80∼90％수준으로 구동시키는 것이 바람직 하기 때문에 정격전압의 -10％∼ +6％의 구간에서 LED 를 ON 시키는 것도 한가지 방법이 될 수 있다. 예를 들어 입력전압이 220VAC 라고 가정하고, 100w 의 백열전구를 사용하면 이 백열전구에는 [도 2]의 (1)과 같은 파형의 전압이 가해지는 것이 되어 [도 2]의 (2)와 같은 파형의 전류가 흐르게 된다. 220VAC 입력전압을 브릿지 겅류한 후 100w 의 백열전구에 가하면 브릿지 정류 다이오드에서의 전압강하를 무시하면 [도 2]의 (3)과 같은 파형의 전압이 백열전구에 가해지고, [도 2]의 (4)와 같은 파형의 전류가 백열전구에 흐르게 된다. [도 2]의 (3)과 [도 2]의 (4)의 파형은 본 발명의 동작원리 설명을 위하여 16 개 구간[위상 90° 마다 8 개구간] 으로 구간을 구분하여 놓은 것이다. [도 2]의 (3)에서 제 8 구간의 최대전압은 311VDC 이다. 다시 [도 1]로 돌아가 보자. 정격 3V, 350mA 이하가 되기 위해서는 LED 의 구동정격전압의 약 -10％∼+6％의 범위에서 동작시키면 되는 것을 알 수있다. 예를 들어 최상위구간의 동작전압의 상한전압을 Vpn 라 하고 하한전압을 Vpn-1 로 잡고, 차상위구간의 상한전압과 최상위구간의 하한전압을 동일하게 정하고, 직렬연결한 LED 의 총 수를 구간수(8)의 배수인 96 개로 정하고 각 구간에서의 직렬연결한 LED 의 개수를 동일하게 한다고 할때, 각 구간별 도통해야하는 LED 의 총 수를 구하면,
Figure 112012501722790-pat00001
와 같은 표가 얻어진다. 입력교류전기신호의 위상 매 90° 마다, 상기와 같이 8 구간으로 나누어 동작 시킬 때 LED 의 순방향 전압을 3.24v 라고 하면 각 구간에서의 LED 어레이에 가해지는 최대전압은 그 구간에서 도통되는 총 LED 수 * 3.24v 를 초과하지 않도록 하는 것이 바람직 하므로 m [m≤n = 8, m 은 자연수] 번째 구간의 최대전압을 Vpm 이라고 하고 상기 표 1 을 참조하면,
Figure 112012501722790-pat00002
와 같이 각 구간에서 동작해야하는 총 LED 수에대해 가할수 있는 최대전압[Vpm]에 대한 표를 구할 수 있다. 제 m 구간의 동작범위를 Vpm-1∼Vpm 으로 정하고 각 구간에서의 상한전압에 대한 위상을
Figure 112012501722790-pat00017
의 식을 적용해서 각 구간별 동작전압범위와 각 구간별 동작위상범위를 구하면,
Figure 112012501722790-pat00025
와 같이 각 구간별 동작전압 범위와 각 구간별 동작위상범위를 나타내는 테이블(표 3)을 구할 수 있다. 이상에서는 각 구간별 전압 상승폭을 일정하게 하여 각 구간을 분할 하였으나, 각 구간별 위상상승폭을 일정하게 하여 구간을 분할할 수도 있고, 또 각 구간별 에너지 분포량 증가치를 일정하게 하여 구간을 분할할 수도 있다. 어떠한 방법으로 구간을 분할하던 상위구간의 하한전압(또는 하한위상) 은 인접한 하위구간의 상한전압 (또는 상한위상) 과 일치하도록 구간을 분할하는 것이 바람직하다. m 번째 구간의 상한전압을 Vpm 이라 하고, m 번째 구간의 상한위상을 θ pm 이라고 하면
m 번째 구간의 동작전압범위는, Vpm-1∼Vpm
m 번째 구간의 동작위상범위는, θ pm-1∼θ pm
의 관계가 성립하도록 구간을 분할하는 것이 바람직 하다.
본 발명의 동작원리를 설명하기 위한 도면인 [도 3]에서 회로블럭 1 은 본발명의 LED 등을 저항부하와 유사하게 동작 시키기 위한 브릿지 정류회로블럭이고, 회로블럭 2 는 LED 를 구간별로 분할 하여 구동시키기 위한 직병렬 LED 매트릭스 회로블럭이며, 회로블럭 3 은 LED 구동회로블럭이다. 회로블럭 4 는 구동장치의 구동전원용 SMPS 회로블럭이다. F 는 휴즈이며, RF 는 보호용 휴즈저항 이다. 제 2 콘덴서[C2]는 구동전원용 SMPS 의 평활용 콘덴서이고 코일[L]과 제 1 콘덴서[C1]는 구동용 SMPS 에서 발생할 수 있는 노이즈 대책용 이다.
제 1LED 어레이[LDA1]에서 제 8 LED 어레이[LDA8]까지는 입력전원의 매 90° 위상을 8 구간으로 분할하여 작동시키기 위하여 직렬로 연결하여 구성한 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 입력전원이 220VAC 일 경우 LDA1 에서 LDA8 까지 직렬연결된 LED 의 총수는 96 개로 구성된다.
상기 표 3 에서 알수 있듯이 브릿지 정류전압 파형에서 38.88V (위상 7.18°) 이하 구간에서는 LDA1 만 도통시키고, 38.88V∼77.76V (위상 7.18°∼14.48°) 의 구간에서는 LDA1 과 LDA2 만 도통시키고, …, 271.16V∼311.04V (위상 61.04° ∼ 90°)의 구간에서는 LDA1∼ LDA8 까지 전부도통시키고, 이러한 방식으로 도통시킨다. 도 3 에서 알수 있듯이 Q1 을 ON 시키면 LDA1 만 도통된다. Q1 을 OFF 하고 Q2 를 ON 시키면 LDA1 과 LDA2 가 도통된다. 제 3 구간에서는 Q1 및 Q2 를 OFF 시키고 Q3 를 ON 시키면 LDA1 및 LDA2, LDA3 가 도통된다. 이러한 방식으로 제 8 구간에서는 Q1 ∼ Q7 을 모두 OFF 시키고 Q8 만 ON 시키면 LDA1∼LDA8 이 모두 ON 된다. 도 3 에서 위상검출 및 입력전압 감시회로블럭(31)에서 입력전압의 첨두치(peak value)가 정격을 초과한 것으로 감지되면, 그 초과한 구간에서는 제 8 트란지스터(Q8)도 오프시켜 LED 등의 전류를 차단함으로써 LED 를 보호한다.도 3 의 LED 등 구동회로블럭(3) 에 구성된 위상검출 및 입력전압감시 회로블럭 (31) 으로부터 위상 및 입력전압신호를 입력받아 스위칭 제어회로블럭(32) 이 상기 Q1∼Q8 을 상기와 같이 각 구간별로 제어한다. 이상은 입력전기신호의 위상 0° 에서 위상 90° 까지의 구동방법에 관하여 알아본 것이다. 마찬가지로 위상 90°에서 180°까지는 상기와 역순으로 동작시키면 된다. 즉, 위상 90°∼118.96° 의 구간에서는 LDA1∼LDA8 을 모두 도통시키고, 위상 118.96°∼131.41° 의 구간에서는 LDA1∼LDA7 을 도통시키고, 위상 131.41°∼141.32° 의 구간에서는 LDA1∼LDA6 을 도통시키고, 위상 141.32°∼150°의 구간에서는 LDA1∼LDA5 를 도통시키고, 위상 150°∼157.98°의 구간에서는 LDA1∼LDA4 를 도통시키고, 위상 157.98°∼165.52°의 구간에서는 LDA1∼LDA3 을 도통시키고, 위상 165.52°∼172.82°의 구간에서는 LDA1∼LDA2 를 도통시키고, 위상 172.82°∼180°의 구간에서는 LDA1 만 도통시킨다. 이러한 구동은 각 구간별로 역율과 효율을 최적화 하기위한 구동방법이다. 도 3 에서 제 11 다이오드 (D11) ∼ 제 18 다이오드(D18) 의 구성은 밝기제어회로블럭 (6)의 포토커플러(PHC)를 온(ON)시키는 방법으로 제 1 트란지스터 (Q1) ∼ 제 8 트란지스터(Q8) 를 전부 OFF 시켜서 LED 등의 밝기를 0∼100％까지 가변하기 위한 구성이다. 도 3 에서 회로블럭 4 는구동 전원용 SMPS 회로블럭으로 소모전력 0.3w 미만의 초소형 SMPS 이고 회로블럭 41 은 스위칭 회로블럭이다. 회로블럭 31 은 입력 AC 전기신호의 위상 및 전압레벨을 판별하여 스위칭 제어회로블럭(32)에 제공하여 스위칭 제어회로블럭(32)이 상기와 같이 LDA1∼LDA8 을 구간별로 도통시키도록 Q1∼Q8 을 제어하도록 한다. 회로블럭 6 은 밝기를 PWM 방식으로 제어하기 위한 구성이다. 회로블럭 5 는 스위칭방식 전류제한 회로블럭으로 전류검출용 저항 (Rcs)에 일정전압 이상이 검출되면 제 1 OP 앰프[또는 비교기,u1] 가 High 를 출력하여 제 2OP 앰프[또는 비교기, u2] 가 Low 를 출력하도록 하는 방식으로 상기 Q1∼Q8 을 모두 OFF 시켜서 전류를 제한하는 것이다. 일단 Q1∼Q8 이 모두 OFF 하면 전류검출저항 (Rcs) 에 전류가 흐르지 않게 되어 상기 제 1 OP 앰프(또는 비교기)의 출력은 Low 가 되고 상기 제 2 OP 앰프(또는 비교기)의 출력은 High 가 되어 상기 Q1∼Q8 은 상기 스위칭 제어회로블럭 (32)의 제어에 따라 구동하게 된다. 전류제한 회로가 동작할 때 상기와 같이 온·오프 동작을 반복하게 되는데 전류제한 회로블럭의 제 1 저항 (R1) 과 제 5 콘덴서 (C5)는 이때의 온·오프 주파수를 결정하는 구성이다. 제 2 저항 (R2) , 제 3 저항(R3) , 제 4 저항(R4) 의 구성은 상기 OP 앰프 (또는 비교기) (u1 , u2)의 바이어스 (Bias) 설정용 이고, 제 7 다이오드(D7) 는 상기 OP 앰프 [또는 비교기,u2]를 보호하기 위한 구성이다. 도 4 의 실시예에 있어서는 스위칭방식 과전류 보호회로블럭(5)에 전류제한 회로블럭(51)과 과부하 차단회로블럭(52)을 두어 과부하를 차단하고 있다. LED 전류가 기준치를 초과하면 과부하 차단회로블럭(52)이 작동하여 부하전류를 차단한다. 과부하를 더욱 확실하게 차단하기 위해서는 휴즈(F)와 직렬로, 정격전류를 초과하면 끊어지는 특성이 있는 폴리스위치(PS1)를 구성하는 것이 바람직 하다.
이상의 실시예에서와 같이 LED 등을 구동시키면 LED 등을 저항부하와 유사하게 구동시키면서 역율과 효율을 혁신적으로 개선할수 있다. 그러나 처음부터 도통되는 LED 어레이 [LDA1]는 최후에 도통되는 LED 어레이[LDA8]에 비하여 스트레스가 수배이상 많아 하위 그룹측의 LED 어레이가 상위그룹측의 LED 어레이에 비하여 훨씬 먼저 수명을 다할 것이 확실시 된다. 도 4 와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 있어서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 처음반주기(위상 0°내지 180°에서)는
Figure 112012501722790-pat00006
순으로 도통시키고 이후 반주기(위상 180°내지 360°에서)는
Figure 112012501722790-pat00018
의 순으로 도통시키는 것이 바람직 하다. 본 발명의 또다른 실시예인 [도 4]의 실시예에 있어서는 매 반주기마다 상기와 같이 교대로 동작하도록 구성하였다. 즉 AC 입력전원 LV 단자 측 전압이 CM 단자측 전압보다 높을 때에(위상 0°내지 180°에서)는
Figure 112012501722790-pat00019
순으로 도통하고, LV 단자측 전압이 CM 단자측 전압보다 낮을 때에 (위상 180° 내지 360°에서)는
Figure 112012501722790-pat00009
순으로 도통하도록 스위칭 제어회로블럭(32)이 상기 위상 검출 및 입력전압 감시회로블럭(31) 으로부터 입력전기신호의 위상을 입력받아, 입력전기신호의 위상에따라 상기 LDA1∼LDA8 에 가하는 전압과 상기 Q1∼Q8 에 가하는 전압을 제어한다. 이때 LDA1∼LDA4 에 직렬연결된 LED 총수와 LDA5∼LDA8 에 직렬연결된 LED 총수가 같도록 하는것이 가장 바람직하다. 또, 하위구간의 에너지 분포는 상위구간의 에너지 분포보다 훨씬 작으므로 위상 0°∼30°와 위상 150°∼180° 에서는 LDA1∼LDA4 가 동시에 도통되도록 제어할 수 있다. 이때는 위상 180°∼210°와 위상 330°∼360° 의 구간에서는 LDA5∼LDA8 도 동시에 도통되도록 제어한다. 즉, 위상 0°∼180°에서는
Figure 112012501722790-pat00020
의 순으로 도통시켰다가
Figure 112012501722790-pat00021
의 순으로 차단하는 것이다. 마찬가지로 위상 180°∼ 위상 360°에서는
Figure 112012501722790-pat00022
의 순으로 도통시켰다가
Figure 112012501722790-pat00023
의 순으로 차단하는 것이다.
이와 같은 제어방식은 입력교류전기신호 위상의 각 구간별로 LED 등의 역율과 효율을 최적화 하면서, LED 의 수명도 최적화 하기위한 제어방법이다. 도 4 의 실시예에 있어서는 구동전력의 소모를 최소화하고 각 구간 절환시의 플리커현상 개선을 위하여 구동전원 회로블럭(4)의 구성을 DC/DC 컨버터(41) 회로를 채택한 정전압 회로를 구성하였다. 도 4 에서 제 4LED 어레이[LDA4]와 제 8LED 어레이[LDA8]의 캐소드단자에서 각각 제 1 다이오드[D1]와 제 2 다이오드[D2]를 통하여 직류전원을 공급받아 DC/DC 컨버터 정전압회로가 동작한다. 또, 플리커 현상개선을 위한 저항[RF0, RF01, RF1, RF11]과 콘덴서[CF0,CF01,CF1,CF11] 그리고 다이오드[DF0, DF01, DF1,DF11]로 구성된 플리커개선 회로블럭[21,22]은 LDA1∼LDA8 의 순방향전압 만큼 CF0 와 CF01 에 에너지를 충전하고, LDA5∼LDA4 의 순방향전압만큼 CF1 과 CF11 에 에너지를 충전하였다가, 제 4 스위칭 소자가 온[ON]되면 CF0 과 CF01 에 충전된 에너지를 제 1LED 어레이 [LDA1]∼제 4 LED 어레이[LDA4]에 공급하고, 제 8 스위칭 소자가 온 되면 상기 CF1 과 CF11 에 충전된 에너지를 제 5LED 어레이[LDA5]∼ 제 8 LED 어레이[LDA8]에 공급하는 방법으로 플리커[Flicker]현상을 개선하기 위한 구성이다. 제 1 LED 어레이[LDA1] 의 애노드 단자로부터 다이오드 [DF01]와 저항[RF01]을 통하여 콘덴서 [CF0 와 CF01] 에 에너지를 충전하였다가 입력교류전기 신호의 입력전압이 내려가 제 4 LED 어레이[LDA4] 의 캐소드 단자에 연결 된 스위칭 소자[Q4] 가 ON 조건이 되면 제 1 LED 어레이 [LDA1] 의 애노드 단자에 연결 된 저항[RF0]를 통하여 제 1 LED 어레이 [LDA1] 내지 제 4 LED 어레이 [LDA4]에 에너지를 공급한다. 이것은 상기 스위칭 소자 [Q4] 가 ON 되면 상기 콘덴서 [CF0 와 CF01] 와 상기 LED 어레이 [LDA1∼LDA4] 가 폐회로가 구성되기 때문이다. 같은 방법으로 제 5LED 어레이 [LDA5] 의 애노드 단자로부터 다이오드[DF11] 과 저항[RF11] 을 통하여 콘덴서[CF1 과 CF11] 에 에너지를 충전하였다가 제 8LED 어레이 [LDA8]의 스위칭 소자 [Q8]가 온 되면 제 5LED 어레이[LDA5] 내지 제 8 LED 어레이 [LDA8] 에 에너지를 공급한다. 3 단자로 구성된 제 1 플리커 개선 회로블럭[21] 의 저항[RF0]의 한 단자가 외부로 노출 된 제 1 단자는 제 1LED 어레이 [LDA1]의 애노드단자에 연결되고 다이오드[DF0]의 캐소드 단자가 외부로 노출된 제 2 단자는 제 5LED 어레이 [LDA5] 의 애노드 단자에 연결되며 콘덴서 단자가 외부로 노출된 제 3 단자는 제 8LED 어레이 [LDA8]의 캐소드 측에 연결되는 것에 특징이 있다. 마찬가지로 3 단자로 구성된 제 2 플리커 개선 회로블럭[22]의 저항[RF1]의 한 단자가 외부로 노출 된 제 1 단자는 제 5LED 어레이 [LDA5]의 애노드단자에 연결되고 다이오드[DF1]의 캐소드 단자가 외부로 노출된 제 2 단자는 제 1LED 어레이 [LDA1] 의 애노드 단자에 연결되며 콘덴서 단자가 외부로 노출된 제 3 단자는 제 4LED 어레이 [LDA4] 의 캐소드 측에 연결되는 것에 특징이 있다. 상기 콘덴서[C0, C01, C1, C11]에의 충전전류와 방전전류가 동일하게 하고 싶을 때에는 일부 다이오드[DF01, DF11]와 일부 저항[RF01, RF11] 을 삭제할 수도 있다. 방전전류 설정용 저항인 RF0, RF1 을 정전류기[current regulator] 로 교체하면 플리커 현상개선에 더욱 효과적일 수 있다. 도 4 의 실시예에 있어서는, 충전식 밧데리[24]와, 밧데리 충전 회로블럭[23], 정전감지 스위치[25]를 LED 등 내부에 장착시켜, 평상[비정전]시에는 DC/DC 컨버터[41]로부터 직류전원을 공급받아 밧데리 충전회로블럭[23]이 충전식 밧데리[24]를 가득 충전하여 두었다가 정전이 발생하면, 정전 감지 스위치[25]가 작동하여, 제 4LED 어레이[LDA4]와 제 8 LED 어레이[LDA8]에 제 7 저항[R7]과 제 8 다이오드[D8] 및 제 8 저항[R8]과 제 9 다이오드[D9]를 통하여 전류를 공급하여 본 발명의 LED 등이 지진 또는 정전 시 비상등 역할을 할 수 있는 방법도 함께 제공하고 있다. 정전감지 스위치[25]는 정전감지센서[251]와 스위치[252]로 구성되어 정전감지 센서에 정전이 감지되면 스위치[252]를 온 시킨다. 본 발명의 또 다른 실시 예에 있어서의 회로구성을 나타내고 있는 도 5 의(1)에 있어서는 직렬 연결된 LED 어레이의 개수를 2 개로 최소화한 것이다. 2 개로 최소화하면 도 5 의(2) 에서와 같이 LED 어레이를 형광등의 양측 4 단자 중 2 단자에 LED 어레이 1 개씩 LED 어레이 2 개 [LDA1,LDA2]를 결선 하여 본 발명을 구동장치 외장형 형광등에 적용할 수 있다. 플리커 현상을 더욱더 개선하기 위해서는 도 5 의 (3)에서와 같이 LDA1 의 LED 소자와 LDA2 의 LED 소자를 일렬로 배치함에 있어, 서로 교차해가며 배열하는 것이 바람직 하다. 또 도 5 의 (3)에서와 같이 적어도 하나이상의 LED 소자가 직병렬 연결되어 구성 된 LED 어레이의 직렬연결된 어느한 LED 소자의 애노드 단자와, 다른 어느한 LED 소자의 캐소드 단자사이에 정전류기[CRC]를 구성하면 플리커현상 개선에 더욱 효과적이다.

Claims (13)

  1. 입력교류전기 신호를 브릿지 정류하지 않고 구동하는 LED 등으로서, 직렬로 연결되는 적어도 1개 이상의 LED 소자를 직병렬 연결하여 구성한 n 개[n 은 자연수]의 LED 어레이[LDA1 내지 LDAn]를 포함하는 LED 매트릭스회로블럭 및 상기 n 개의 LED 어레이 중 적어도 1 개의 LED 어레이의 캐소드 단자에 연결되는 적어도 2 개이상의 스위칭 소자를 포함하는 LED 구동회로블럭을 포함하고, 상기 n 개의 LED 어레이를 LDA1 내지 LDAm [m 은 자연수] 과 LDAm+1 내지 LDAn [m＜n] 으로 구분하여, 상기 입력교류 전기신호의 위상 0 도 내지 180 도에서는 LDA1 내지 LDAm [또는 LDAm+1 내지 LDAn]을 구동시킨 후 LDAm+1 내지 LDAn [또는 LDA1 내지 LDAm] 을 구동하고, 위상 180 도 내지 360 도에서는 LDAm+1 내지 LDAn [또는 LDA1 내지 LDAm] 을 구동시킨 후 LDA1 내지 LDAm[또는 LDAm+1 내지 LDAn] 을 구동시키는
    LED 등.
  2. 입력교류전기 신호를 브릿지 정류하지 않고 구동하는 LED 등을 구동시키는 LED 등 구동장치로서, 상기 LED 등에 구성되어 있는, 직렬로 연결된 n 개의 LED 어레이[LDA1 내지 LDAn] 중 적어도 1 개의 LED 어레이의 캐소드 단자에 연결되는 적어도 2 개이상의 스위칭 소자를 포함하는 LED 구동 회로블럭을 포함하고, 상기 n 개의 LED 어레이를 LDA1 내지 LDAm [m 은 자연수] 과 LDAm+1 내지 LDAn [m＜n] 으로 구분하여, 상기 입력교류 전기신호의 위상 0 도 내지 180 도에서는 LDA1 내지 LDAm [또는 LDAm+1 내지 LDAn]을 구동시킨 후 LDAm+1 내지 LDAn [또는 LDA1 내지 LDAm] 을 구동하고, 위상 180 도 내지 360 도에서는 LDAm+1 내지 LDAn [또는 LDA1 내지 LDAm] 을 구동시킨 후 LDA1 내지 LDAm [또는 LDAm+1 내지 LDAn] 을 구동시키는
    LED 등 구동장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 LDA1 내지 LDAm 에 직렬 연결된 LED 의 총수와, LDAm+ 1 내지 LDAn 에 직렬연결된 LED 의 총수가 일치하게 한
    LED 등
  5. 제 2 항에 있어서,
    직열로 연결된 n 개의 LED 어레이 중 어느 한 LED 어레이의 캐소드 단자에 연결되고 모든 소스단자가 하나로 묶인 적어도 2 개 이상의 스위칭 소자를 포함하는 LED 구동회로블럭을 포함하고 상기 스위칭 소자의 각 드레인 단자는 상기 n 개의 LED 어레이 중 어느 한 LED 어레이의 캐소드 단자에 연결되며 상기 하나로 묶인 스위칭 소자의 소스단자는 LED 등 전류 검출용 소자[Rcs]를 통하여 그라운드 단자에 연결되는 LED 등 구동장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    LED 구동회로블럭에, 적어도 하나의 콘덴서(축전기)와 적어도 하나의 OP 앰프[또는 비교기] 를 포함하는 스위칭방식 전류제한 회로블럭을 더 포함하고 상기 스위칭방식 전류제한 회로블럭은 상기 적어도 하나의 축전기가 기준치 이상으로 충전되면 상기 적어도 2 개의 스위칭 소자중 적어도 하나이상의 스위칭 소자가 모두 차단되는
    LED 등 구동장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    LED 구동회로블럭에 PWM 방식으로 제어되는 밝기제어회로블럭을 더 포함하고, 상기 밝기제어회로블럭은 상기 적어도 하나의 스위칭 소자의 각 게이트 단자와 연결 되는
    LED 등 구동장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 5 항에 있어서,
    n 개의 LED 어레이를 직렬로 연결한 LED 매트릭스 회로블럭을 구동함에 있어, 상기 n 개의 LED 어레이 중 적어도 하나의 LED 어레이의 캐소드 단자로부터 적어도 하나의 다이오드를 통하여 직류전원을 공급받아 구동전원으로 사용하는
    LED 등 구동장치.
  11. 삭제
  12. 제 5 항에 있어서,
    LED 등 구동 장치에 구성 된 휴즈(F)와 직렬로 폴리스위치(PS1)를 구성한 것을 더 포함하고, 상기 폴리스위치는 부하전류가 기준치를 초과하면 부하전류를 차단하는
    LED 등 구동장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    LED 구동 회로블럭에 밧데리 충전회로블럭[23]과 충전식 밧데리[24]와 정전감지 스위치[25]를 구성한 것을 더 포함하고, 평상시는 상기 충전식 밧데리[24]에 에너지를 가득 충전하여 두었다가, 정전이 감지 되면 n 개의 LED 어레이 중 적어도 하나의 LED 어레이를 구동하여 정전 시 비상등 역할을 하는
    LED 등.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007242427A (ja) * 2006-03-09 2007-09-20 Hitachi Displays Ltd Ｌｅｄ照明装置及びこれを用いた液晶表示装置
KR100900769B1 (ko) * 2008-10-02 2009-06-02 주식회사 마블덱스 절전형 ｌｅｄ 전등 및 그 전등의 반파전류공급(ｈｐｃｓ) 방식
KR100971759B1 (ko) * 2009-04-02 2010-07-21 주식회사 루미네이처 절전형 ｌｅｄ 조명장치
KR20100119963A (ko) * 2009-05-04 2010-11-12 박정래 전류제어에 의한 엘이디용 전원제어장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007242427A (ja) * 2006-03-09 2007-09-20 Hitachi Displays Ltd Ｌｅｄ照明装置及びこれを用いた液晶表示装置
KR100900769B1 (ko) * 2008-10-02 2009-06-02 주식회사 마블덱스 절전형 ｌｅｄ 전등 및 그 전등의 반파전류공급(ｈｐｃｓ) 방식
KR100971759B1 (ko) * 2009-04-02 2010-07-21 주식회사 루미네이처 절전형 ｌｅｄ 조명장치
KR20100119963A (ko) * 2009-05-04 2010-11-12 박정래 전류제어에 의한 엘이디용 전원제어장치

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