KR20010055888A

KR20010055888A - 정광 출력 발광다이오드 신호등 구동회로

Info

Publication number: KR20010055888A
Application number: KR1019990057211A
Authority: KR
Inventors: 정학근; 정봉만; 한수빈; 박석인; 김규덕; 유승원
Original assignee: 손재익; 한국에너지기술연구원
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2001-07-04
Also published as: KR100345039B1

Abstract

본 발명은 정광출력 발광다이오드(light emitting diode, 이하 LED라 한다)신호등의 구동회로에 관한 것으로 보다 상세하게는 발광다이오드의 정전류 구동회로에 저가의 써미스터만을 첨가하여 외부의 온도 변화에 따라 자동적으로 LED의 구동전류와 광출력이 변화하는 정광출력 LED 신호등 구동회로에 관한 것이다.

종래의 온도 변화에 상관없이 일정한 광출력을 내기 위한 LED 구동회로는 주위 온도나 LED의 광출력을 광센서에 의해 감지하여 LED의 구동전류나 전압을 제어하고 있으나 외부 온도에 영향을 받지 않는 광센서는 고가로서 이들로 구성된 제어회로는 설치비가 높아지는 단점이 있다. 또한 이러한 제어회로를 구성하기 위해서는 입력 교류를 직류로 변환함으로써 구동회로 손실률이 커지게 되어 역률과 THD(T otal Harmonic Distortion) 보상을 위한 별도의 회로를 구성해야 하는 단점이 있다.

그러나 본 정광출력 LED 구동기술은 정전류 구동회로의 트랜지스터의 에미터 저항 또는 베이스단에 써미스터를 사용함으로써 외부의 온도가 변화하면 써미스터의 저항값이 변하므로 자동적으로 LED의 구동전류를 변화하도록 하여 10%이내의 변동을 갖는 광출력을 내도록 한 기술이다. 또한 입력교류를 전파 정류만으로도 구동되므로 역률(90% 이상), THD(40% 미만) 요건을 충족시킬 수 있다.

Description

정광 출력 발광다이오드 신호등 구동회로 {Power Supply For the Constant Luminescence of Light Emitting Diode Traffic Signal Lamp}

본 발명은 정광출력 발광다이오드(light emitting diode, 이하 LED라 한다) 신호등의 구동회로에 관한 것으로 보다 상세하게는 발광다이오드의 정전류 구동회로에 저가의 써미스터(thermister)를 구비하여 외부의 온도 변화에 따라 자동적으로 LED의 구동전류와 광출력이 변화하는 정광출력 LED 신호등 구동회로에 관한 것이다.

일반적으로 LED 신호등은 저전력 소모, 장수명에 따라 외부온도의 변화에 관계없이 일정한 광출력을 유지해야 하지만 온도에 따라 밝기가 변화하는 특성이 있다.

종래의 온도 변화에 상관없이 일정한 광출력을 내기 위한 LED 구동회로는 주위 온도나 LED의 광출력을 광센서에 의해 감지하여 LED의 구동전류나 전압을 제어하고 있으나 외부 온도에 영향을 받지 않는 광센서는 고가로서 이들로 구성된 제어회로는 설치비가 높아지는 단점이 있다. 또한 이러한 제어회로를 구성하기 위해서는 입력 교류를 직류로 변환함으로써 구동회로 손실률이 커지게 되어 ITE(Instit ute of Transportation Engineers)의 LED 신호등 잠정 규격서에 규정하고 있는 역률, THD(Total Harmonic Distortion) 요건을 충족시키기 어렵게 되므로 역률이나 THD 보상을 위해서는 또 다른 회로가 첨가되어야 하는 단점이 있다.

종래의 정전류원 LED 구동회로는 주위 온도의 변화(-40℃∼74℃)에서 광출력이 40 ∼ 50% 정도 변동하고 있고, 온도센서나 광센서 신호를 궤환하여 광출력을 제어하는 회로는 가격이 상승하게 된다.

종래의 광센서를 사용하여 빛의 광도를 궤환하여 입력전압이나 입력전류를 조절하는 방법(United States Patent, Patent Number: 5,661,645, Date of Patent: Aug.26, 1997)은 있으나, 본 발명과 같이 써미스터의 특성을 이용하여 자동적으로 주위 온도에 따라 광도가 조절되도록 하는 방법은 아직까지 소개된 바 없다.

본 발명은 정광출력 LED 구동기술은 정전류 구동회로의 트랜지스터의 에미터 저항 또는 베이스단에 써미스터를 사용함으로써 외부의 온도가 변화하면 써미스터의 저항값이 변하므로 자동적으로 LED의 구동전류를 변화하도록 하여 안정한 광출력을 내도록 함을 목적으로 한다.

도 1은 LED 어레이를 정전류로 구동시의 광도변화를 나타낸 그래프이다.

도 2는 에미터 저항에 써미스터가 병렬로 연결된 LED 신호등 구동회로이다.

도 3은 온도의 변동에 따른 써미스터의 저항변화를 나타낸 그래프이다.

도 4는 써미스터를 이용한 전압제어 LED 신호등 구동회로이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 교류 전원(110/220V) 2 : 변압기

3 : 정류기 4 : 써미스터(1, 2)

5 : 저항(1, 2) 6 : 제너다이오드

7 : 에미터 저항 (1, 2, 3)

본 발명은 입력 교류 전압(1)을 적정 크기의 맥류로 변환하는 변압기(2)와 정류기(3) 및 구성회로는 저항(5), 제너다이오드(6) 그리고 에미터 저항(7) 및 써미스터로 구성되어 온도의 변화에 따라 써미스터(4)의 저항치가 변하므로 주위온도에 따라 다이오드 어레이를 일정한 전류로 구동시켜 다이오드가 일정 출력을 유지하도록 한다.

다음은 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 도면을 중심으로 보다 구체적으로설명하고자 한다.

도 1은 LED 어레이를 정전류로 구동할 경우의 광도변화를 나타낸 것으로 25℃를 기준으로 하였을 때 외부온도가 75℃로 상승할 경우 광도가 45% 정도 감소하고 또한 외부온도가 -25℃로 하강하였을 때는 50% 정도 광도가 증가함을 알 수 있다.

도 2와 도 4는 일정 광출력 LED 신호등 구동 회로도로서 교류 입력 전압은 변압기와 정류기를 통하여 맥류로 변환된다. 그리고 저항, 제너다이오드 그리고 에미터 저항 및 써미스터로 구성되는 정전류 구동회로가 발광 다이오드(Light Emiting Diode)를 구동한다.

도 2의 회로에서 변압기(2)와 정류기(3)는 입력 교류 전압(1)을 적정 크기의 맥류로 변환하는 기능을 한다. 저항(5), 제너다이오드(6), 트랜지스터(T) 그리고 에미터 저항(7)으로 구성된 구동회로는 에미터 저항값에 따라 발광 다이오드 어레이를 일정 전류로 구동시킨다. 이 회로는 써미스터(4)가 베이스단(Tb)과 에미터단( Te) 두곳에 사용되었다. 에미터단에 첨가된 써미스터의 저항이 온도에 따라 변화하는 데 온도가 상승하면 합성병렬 저항은 감소, 온도가 하강하면 합성병렬 저항은 증가하면서 구동전류를 변화시킨다. 또한 베이스단에 연결된 써미스터는 온도변화에 따라 온도가 상승하면 베이스 전압은 상승하고 온도가 하강하면 베이스 전압은 감소되도록 변동시켜 LED 구동전류를 변화시킨다. 이렇게 함으로써 LED 어레이의 광도를 외부온도의 변화에 관계없이 10% 이내의 범위내에서는 일정하게 유지시킬 수 있다. 그러나 이 회로는 써미스터의 허용전류가 낮기 때문에 LED 어레이를 각각구동하여야 한다.

도 3은 온도변화에 따라 그 전기적 저항이 변화하는 써미스터의 특성 그래프이다. 온도 변화에 따라 그 전기적 저항 특성이 Log 스케일로 변화한다. 그러므로 저항과 병렬로 사용함으로써 그 변화율을 선형화하여 사용한다.

도 4는 써미스터(4)와 파워 트랜지스터(T2)를 이용한다. 외부온도의 변화에 따라 써미스터(4)의 저항값이 변동하여 외부온도가 상승하면 써미스터 저항이 감소하여 파워 트랜지스터의 베이스 전압이 증가하고 외부온도가 하강하면 파워 트랜지스터의 베이스전압이 상승되도록 변동시킨다. 이렇게 함으로써 LED 어레이의 광도를 외부온도의 변화에 관계없이 10% 이내의 범위내에서는 일정하게 유지시킬 수 있다. 써미스터를 파워 트랜지스터의 입력단(T2b)에 사용함으로써 써미스터의 허용전류가 낮은 단점을 보완하고 LED 어레이를 직·병렬하여 사용할 수 있다.

본 발명은 정광출력 LED 구동기술은 정전류 구동회로의 트랜지스터의 에미터 저항 또는 베이스단에 써미스터를 사용함으로써 외부의 온도가 변화하면 써미스터의 저항값이 변하므로 자동적으로 LED의 구동전류를 변화하도록 하여 변동폭이 10% 이내의 광출력을 내도록 하며, 입력교류를 전파 정류만으로도 구동되므로 90% 이상의 역률과 40% 미만의 THD 요건을 충족시킬 수 있다. 또한 써미스터를 파워 트랜지스터의 입력단 (T2b)에 사용함으로써 써미스터의 허용전류가 낮은 단점을 보완하고 LED 어레이를 직·병렬하여 사용할 수 있다.

Claims

발광다이오드 신호등 구동회로에 있어서, 입력 교류 전압(1)을 적정 크기의 맥류로 변환하는 변압기(2)와 정류기(3)가 구비되고, 저항(5), 제너다이오드(6) 및 트랜지스터(T)로 구성된 정전류 구동회로에 써미스터(4)를 구비하여 온도변화에 따라 저항값이 변하도록 하는 것을 특징으로 하는 정광 출력 발광다이오드 신호등 구동회로.
제 1항에 있어서, 써미스터(4)는 베이스단(Tb) 또는 에미터단(Te)에 구비하는 것을 특징으로 하는 정광 출력 발광다이오드 신호등 구동회로.