KR200405272Y1 - 엘이디 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 고안의 엘이디 조명장치는 전류가 흐르면 점등되어 빛을 발생하는 다수의 엘이디들(LED1∼LED4)과 다수의 엘이디(LED1∼LED4)들 각각에 직렬로 연결된 다수의 저항들(RE1∼RE4)로 구성된 발광부(50)와, 엘이디(LED1∼LED4)에 전원을 공급하기 위한 직류 또는 교류전압이 인가되는 전원공급부(10)와, 전원공급부(10)로 공급되는 공급전압(Vin)을 수신하여 수신된 공급전압(Vin)을 직류전압(Vdc)으로 변환시켜 출력하는 정류부(20)와, 정류부(20)의 출력인 직류전압(Vdc)을 수신하여 일정한 전압을 갖는 정전압(Vcc)을 출력하는 정전압발생부(30) 및 정전압발생부(30)의 출력인 정전압(Vcc)을 수신하여 일정한 전류값을 갖는 정전류(Iout)를 발광부(50)의 다수의 엘이디(LED1∼LED4)에 공급하는 정전류발생부(40)로 구성된다.

본 고안의 엘이디 조명장치는 정전압발생부와 정전류발생부를 구비하여 엘이디에 항상 일정한 전압과 전류를 공급하여 엘이디가 손상되는 방지할 수 있고, 직류전압뿐만 아니라 교류전압을 공급전압원으로 사용할 수 있고, 사용자가 공급전압의 극성을 반대로 연결하더라도 엘이디를 정상 동작시킬 수 있다.

엘이디, 정전류, 정전압, 브리지 다이오드

Description

엘이디 조명장치{lighting apparatus using light emitting diode}

도 1은 종래의 엘이디 조명장치의 구성도,

도 2는 본 고안의 엘이디 조명장치의 구성도,

도 3a는 도 2의 정전류발생부의 구성도,

도 3b는 도 2의 정전류발생부의 다른 실시예의 구성도,

도 4는 도 2의 정전압발생부의 파형도이다.

본 고안은 엘이디 조명장치에 관한 것으로, 특히 입력전원으로 교류 또는 직류전압을 사용할 수 있고, 엘이디에 일정한 전압과 전류를 공급하여 엘이디의 손상을 방지하고, 엘이디에 공급되는 전력량을 최소화할 수 있는 엘이디 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 실내 또는 실외의 광고물 또는 간판 등에 설치되어 주간 또는 야간에 이미지를 식별할 수 있도록 여러 가지 조명장치들을 사용하고 있다.

이러한 조명장치들은 필라멘트 전구, 형광등, 네온사인 또는 엘이디(Light Emitting Diode : LED)를 사용하고 있으며, 특히 엘이디는 수명이 반영구적이고 가 격이 저렴하고 전력소비가 적은 장점을 가지고 있다.

도 1은 종래의 엘이디 조명장치의 구성도이다.

도 1의 종래의 엘이디 조명장치는 다수의 저항들(R1∼R4)과 각각의 저항에 직렬로 연결된 다수의 엘이디(LED1∼LED4)들로 구성되며, 직렬로 연결된 저항(R1∼R4)과 엘이디(LED1∼LED4)의 양단에는 직류전압(Vdc)이 공급된다. 공급된 직류전압(Vdc)에 의해 다수의 엘이디들(LED1∼LED4)은 점등된다.

엘이디에 공급되는 전압 및 전류가 기준치의 전압보다 낮을 경우 엘이디는 점등되지 않고, 기준치의 전압 또는 전류보다 클 경우 엘이디의 광도가 감소되거나 엘이디 소자에 균열 등이 발생되어 엘이디가 손상될 수 있으므로 각각의 엘이디들(LED1∼LED4)에는 항상 일정한 전압과 전류가 공급되어야 한다.

그러나 종래의 엘이디 조명장치는 공급전압원인 직류전압(Vdc)이 그대로 엘이디에 공급되므로 직류전압(Vdc)에 과전압 또는 과전류가 발생할 경우 발생된 과전압 또는 과전류가 그대로 엘이디에 공급되어 엘이디가 손상될 수 있고, 직렬로 연결된 저항들에 열이 발생될 경우 저항들의 저항값이 감소되므로 엘이디에 공급되는 전압 및 전류가 커지게 되어 엘이디가 손상되는 문제점을 가지고 있다.

또한 종래의 엘이디 조명장치는 반드시 직류전압을 공급전압으로 사용하여야 하므로 교류전압원을 사용하지 못하는 문제점을 가지고 있으며, 또한 사용자의 부주의로 사용자가 공급전원의 극성을 반대로 연결시킬 경우 엘이디가 점등되지 않는 문제점을 가지고 있다.

본 고안의 목적은 정전압발생부와 정전류발생부를 구비하여 엘이디에 항상 일정한 전압과 전류를 공급하여 엘이디가 손상되는 방지할 수 있는 엘이디 조명장치를 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 직류전압뿐만 아니라 교류전압을 공급전압원으로 사용할 수 있고, 사용자가 공급전압의 극성을 반대로 연결하더라도 엘이디가 정상 동작할 수 있는 엘이디 조명장치를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 엘이디 조명장치는 전류가 흐르면 점등되어 빛을 발생하는 다수의 엘이디들과 다수의 엘이디들 각각에 직렬로 연결된 다수의 저항들(RE1∼RE4)로 구성된 발광부; 엘이디에 전원을 공급하기 위한 직류 또는 교류전압이 인가되는 전원공급부; 전원공급부로 공급되는 공급전압을 수신하여 수신된 공급전압을 직류전압으로 변환시켜 출력하는 정류부; 정류부의 출력인 직류전압을 수신하여 일정한 전압을 갖는 정전압을 출력하는 정전압발생부; 및 정전압발생부의 출력인 정전압을 수신하여 일정한 전류값을 갖는 정전류를 발광부의 다수의 엘이디에 공급하는 정전류발생부를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 정전압발생부는 스위칭제어신호에 따라 온 또는 오프되며 온될 때 상기 정류부의 직류전압을 제1노드로 출력하는 스위칭부; 한 단자가 제1노드에 연결되고 다른 단자가 출력노드에 연결된 코일과 한 단자가 출력노드에 연결되고 다른 단자가 접지전압에 연결된 캐피시터로 구성되어 출력노드에 리플성분이 제거된 정전압을 출력하는 필터부; 제1저항과 제2저항으로 구성되며, 제1저항의 한 단 자는 상기 출력노드에 연결되고 제1저항의 다른 단자는 제2저항의 한 단자와 연결되어 분배전압을 출력하며 제2저항의 다른 단자는 접지전압에 연결된 분배부; 기준전압과 분배전압을 수신하여 분배전압이 변화되면 그 변화되는 양에 따른 편차신호를 출력하는 편차발생부; 및 삼각파발생부로부터 출력되는 삼각파신호와 상기 편차신호를 비교하여 편차신호에 따라 듀티가 상이한 스위칭제어신호를 출력하는 비교부를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 엘이디 조명장치를 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 고안의 엘이디 조명장치의 구성도이다.

도 2의 본 고안의 엘이디 조명장치는 전류가 흐르면 점등되어 빛을 발생하는 다수의 엘이디들(LED1∼LED4)과 다수의 엘이디(LED1∼LED4)들 각각에 직렬로 연결된 다수의 저항들(RE1∼RE4)로 구성된 발광부(50)와, 엘이디(LED1∼LED4)에 전원을 공급하기 위한 직류 또는 교류전압이 인가되는 전원공급부(10)와, 전원공급부(10)로 공급되는 공급전압(Vin)을 수신하여 수신된 공급전압(Vin)을 직류전압(Vdc)으로 변환시켜 출력하는 정류부(20)와, 정류부(20)의 출력인 직류전압(Vdc)을 수신하여 일정한 전압을 갖는 정전압(Vcc)을 출력하는 정전압발생부(30) 및 정전압발생부(30)의 출력인 정전압(Vcc)을 수신하여 일정한 전류값을 갖는 정전류(Iout)를 발광부(50)의 다수의 엘이디(LED1∼LED4)에 공급하는 정전류발생부(40)로 구성된다.

정전압발생부(30)는 스위칭제어신호(SC)에 따라 온 또는 오프되며 온될 때 상기 정류부의 직류전압을 제1노드로 출력하는 스위칭부(SW)와, 한 단자가 제1노드(N1)에 연결되고 다른 단자가 출력노드(NO)에 연결된 코일(L)과 한 단자가 출력노드(NO)에 연결되고 다른 단자가 접지전압(Vss)에 연결된 캐피시터(C)로 구성되어 출력노드(NO)에 리플성분이 제거된 정전압(Vcc)을 출력하는 필터부(37)와, 제1저항(Ra)과 제2저항(Rb)으로 구성되며 제1저항(Ra)의 한 단자는 출력노드(NO)에 연결되고 제1저항(Ra)의 다른 단자는 제2저항(Rb)의 한 단자와 연결되어 분배전압(Va)을 출력하며 제2저항(Rb)의 다른 단자는 접지전압(Vss)에 연결된 분배부(37)와, 기준전압(Vref)과 분배전압(Va)을 수신하여 분배전압(Va)이 변화되면 그 변화되는 양에 따른 편차신호(DL)를 출력하는 편차발생부(33) 및 삼각파발생부(31)로부터 출력되는 삼각파신호(T)와 편차신호(DL)를 비교하여 편차신호(DL)에 따라 듀티가 상이한 스위칭제어신호(SC)를 출력하는 비교부(35)로 구성된다.

상기 정전압발생부(30)는 한 단자가 제1노드(N1)에 연결되고, 다른 단자가 접지전압(Vss)에 연결되어 스위칭부(SW)가 온 또는 오프될 때 제1노드(N1)에서 발생된 서지전압(surge voltage) 또는 서지전류(surge current)를 접지전압(Vss)으로 흘려주는 소트키다이오드(SD)를 더 구비할 수 있다.

본 고안의 엘이디 조명장치는 직류전압(Vdc)과 정전압방생부(30) 사이에 제1리미트저항(RT1)을 더 구비하여 정전압발생부(30)에 흐르는 전류의 최대값을 제한할 수 있으며, 정전류발생부(40)의 출력과 발광부(50) 사이에 제2리미트저항(RT2)을 더 구비하여 발광부(50)에 흐르는 전류의 최대값을 제한할 수 있다.

상기의 구성에 따른 본 고안인 엘이디 조명장치의 동작은 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이 전원공급부(10)는 엘이디(LED1∼LED4)에 전원을 공급하기 위하여 8V 에서 40V의 직류 또는 교류전압이 공급된다. 정류부(20)는 브리지 다이오드를 사용함으로써 전원공급부(10)로 공급되는 직류 또는 교류전압(Vin)을 직류전압(Vdc)으로 변환시켜 출력한다. 즉, 공급전압(Vin)이 직류전압이거나 교류전압이더라도 브리지 다이오드에 의해 출력되는 전압은 직류전압(Vdc)이 출력되며, 사용자의 부주의에 의해 직류전압의 극성을 반대로 연결하더라도 브리지 다이오드를 거쳐 출력되는 전압은 직류전압(Vdc)을 갖게 된다. 직류전압(Vdc)와 접지전압(Vss) 사이에 평활캐패시터(CS)를 더 구비하여 평활캐패시터(CS)에 의해 정류부(20)의 출력인 직류전압(Vdc)에 발생된 과전압 또는 과전류를 방지할 수 있고, 또한 직류전압(Vdc)에 형성된 리플성분을 제거할 수도 있다.

정전압발생부(30)의 출력노드(NO)의 정전압(Vcc)이 커지면 제1저항(Ra)과 제2저항(Rb)으로 구성된 분배부(39)의 분배전압(Va)도 증가하게 된다. 분배전압(Va)의 증가에 의해 편차발생부(33)의 편차신호(DL)도 증가하게 되어 비교부(35)의 출력인 스위칭제어신호(SC)는 하이 논리값을 갖는 영역이 작아지게 되어 스위칭부(SW)가 온되는 시간이 감소되어 정전압(Vcc)은 감소된 직류전압을 출력하게 된다. 반대로 정전압발생부(30)의 출력노드(NO)의 정전압(Vcc)이 작아지면 제1저항(Ra)과 제2저항(Rb)으로 구성된 분배부(39)의 분배전압(Va)은 작은 전압을 갖게 되어 편차발생부(33)의 편차신호(DL)는 감소하고 비교부(35)의 출력인 스위칭제어신호(SC)는 하이 논리값을 갖는 영역이 커지게 되어 스위칭부(SW)가 온되는 시간이 증가되어 정전압(Vcc)은 증가된 직류전압을 출력하게 된다.

즉, 도 4의 정전압발생부(30)의 동작파형도에 도시된 바와 같이 정전압(Vcc )의 전압이 감소하면 분배전압(Va)이 감소하고, 편차신호(DL)도 감소되어 스위칭제어신호(SC)가 하이 논리값을 갖는 영역이 커지게 되어 스위칭부(SW)의 온시간은 커지게 되어 정전압(Vcc)의 직류전압은 증가한 값을 가지게 된다. 따라서 본 고안의 정전압발생부(30)는 정전압(Vcc)의 전압에 따라 스위칭제어신호(SC)의 듀티비를 가변시켜 스위칭부(SW)의 온시간을 제어하므로써 정전압발생부(30)의 출력인 출력노드의 정전압(Vcc)은 항상 일정한 전압을 갖는다.

스위칭부(SW)는 모스트랜지스터 또는 바이폴라 트랜지스터 등으로 구성될 수 있다.

코일(L)과 캐패시터(C)로 구성된 필터부(37)에 의해 출력노드(NO)는 리플성분이 제거된 정전압(Vcc)이 출력된다.

정전압발생부(30)의 쇼트키다이오드(SD)는 스위칭부(SW)의 온 또는 오프에 의해 제1노드에 발생된 서지전압(surge voltage) 또는 서지전류(surge current)를 접지전압(Vss)으로 흘려주어 정전압발생부(30)의 출력인 정전압(Vcc)은 안정된 일정한 전압을 갖도록 한다.

직류전압(Vdc)과 정전압방생부(30) 사이에 제1리미트저항(RT1)을 연결하여 정전압발생부(30)에 흐르는 전류의 최대값을 제한할 수 있다.

본 고안의 엘이디 조명장치의 경우 정전압발생부(30)를 구비함으로써 상기 발광부(50)에 공급되는 전압을 항상 일정한 전압을 갖도록 할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 고안의 엘이디 조명장치의 정전류발생부(40)의 구성도로, 본 고안의 정전류발생부(40)는 정전압발생부(30)의 출력인 정전압(Vcc)을 수신하여 일정한 전류값을 갖는 정전류(Iout)를 발광부(50)의 다수의 엘이디(LED1∼LED4)에 공급해 준다.

도 3a에 도시된 바와 같이 정전류발생부(40)는 전류미러회로를 사용한 정전류원부(41)와 출력부(43)로 구성되며, 정전류원부(41)는 일반적으로 사용되는 전류미러회로로 구성된 2개의 N채널 모스트랜지스터들인 제1, 제2모스트랜지스터들(M1,M2)과 2개의 P채널 모스트랜지스터들인 제3,제4모스트랜지스터들(M3,M4)로 구성되고, 공급전압으로 정전압(Vcc)이 입력되어 제1모스트랜지스터(M1)와 제3모스트랜지스터(M3)에 흐르는 전류에 의해 제2모스트랜지스터(M2)와 제4모스트랜지스터(M4)에 흐르는 전류가 결정되며, 출력부(43)의 제5모스트랜지스터(M5)에 흐르는 전류(Iout)는 제4모스트랜지스터(M4)에 흐르는 전류에 의해 일정한 전류가 출력된다.

도 3b는 차동증폭기(OP)와 다수의 저항들(R1∼R5)를 사용하여 정전류(Iout)를 출력하는 정전류발생부(40)의 다른 실시예의 구성도로 정전류(Iout)는 (Vcc*R2)/(R1*R3)로 일정한 전류값을 출력한다.

본 고안의 정전류발생부(40)는 도 3a 또는 도 3b의 회로로 구성될 수도 있으며, 일반적인 정전류를 출력할 수 있는 회로를 구성할 수도 있다.

따라서 본 고안의 엘이디 조명장치는 정전압발생부(30)와 정전류발생부(40)에 의해 다수의 엘이디들(LED1∼LED4)과 다수의 엘이디(LED1∼LED4)들 각각에 직렬로 연결된 다수의 저항들(RE1∼RE4)로 구성된 발광부(50)에 일정한 전압을 갖는 정 전압(Vcc)과 일정한 전류를 갖는 정전류(Iout)를 공급해 주어 다수의 저항들(RE1∼RE4)이 열에 의해 저항값이 감소하더라도 다수의 엘이디(LED1∼LED4) 각각에 흐르는 전류값과 전압값을 일정하게 유지시킬 수 있으므로 엘이디가 손상되는 것을 방지할 수 있어 영구적으로 엘이디를 사용할 수 있다.

정전류발생부(40)의 출력과 발광부(50) 사이에 제2리미트저항(RT2)을 사용하여 발광부(50)에 흐르는 전류의 최대값을 제한할 수 있다.

본 고안의 엘이디 조명장치는 정전압발생부와 정전류발생부를 구비하여 엘이디에 항상 일정한 전압과 전류를 공급하여 엘이디가 손상되는 방지할 수 있고, 직류전압뿐만 아니라 교류전압을 공급전압원으로 사용할 수 있고, 사용자가 공급전압의 극성을 반대로 연결하더라도 엘이디를 정상 동작시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 엘이디를 사용한 조명장치에 있어서,

   전류가 흐르면 점등되어 빛을 발생하는 다수의 엘이디들과 상기 다수의 엘이디들 각각에 직렬로 연결된 다수의 저항들로 구성된 발광수단;

   상기 엘이디에 전원을 공급하기 위한 직류 또는 교류전압이 인가되는 전원공급수단;

   상기 전원공급수단으로 공급되는 공급전압을 수신하여 수신된 공급전압을 직류전압으로 변환시켜 출력하는 정류수단;

   상기 정류수단의 출력인 직류전압을 수신하여 일정한 전압을 갖는 정전압을 출력하는 정전압발생수단; 및

   상기 정전압발생수단의 출력인 정전압을 수신하여 일정한 전류값을 갖는 정전류를 상기 발광수단의 다수의 엘이디에 공급하는 정전류발생수단을 구비한 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 정전압발생수단은

   스위칭제어신호에 따라 온 또는 오프되며 온될 때 상기 정류수단의 직류전압을 제1노드로 출력하는 스위칭수단;

   한 단자가 제1노드에 연결되고 다른 단자가 출력노드에 연결된 코일과 한 단 자가 출력노드에 연결되고 다른 단자가 접지전압에 연결된 캐피시터로 구성되어 출력노드에 리플성분이 제거된 정전압을 출력하는 필터수단;

   제1저항과 제2저항으로 구성되며, 상기 제1저항의 한 단자는 상기 출력노드에 연결되고 상기 제1저항의 다른 단자는 상기 제2저항의 한 단자와 연결되어 분배전압을 출력하며, 상기 제2저항의 다른 단자는 접지전압에 연결된 분배수단;

   기준전압과 상기 분배전압을 수신하여 상기 분배전압이 변화되면 그 변화되는 양에 따른 편차신호를 출력하는 편차발생수단; 및

   삼각파발생부로부터 출력되는 삼각파신호와 상기 편차신호를 비교하여 상기 편차신호에 따라 듀티가 상이한 스위칭제어신호를 출력하는 비교수단을 구비한 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 정전압발생부는 한 단자가 상기 제1노드에 연결되고 다른 단자가 접지전압에 연결되어 상기 스위칭수단이 온 또는 오프될 때 상기 제1노드에서 발생된 서지전압 또는 서지전류를 접지전압으로 흘려주는 소트키다이오드를 더 구비한 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 엘이디 조명장치는 상기 직류전압과 상기 정전압방생부 사이에 제1리미트저항을 더 구비하여 상기 정전압발생부에 흐르 는 전류의 최대값을 제한하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 엘이디 조명장치는 상기 정전류발생수단의 출력과 상기 발광수단 사이에 제2리미트저항을 더 구비하여 상기 발광수단에 흐르는 전류의 최대값을 제한하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.

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