KR20120130969A - Ｌｅｄ 회로 - Google Patents

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KR20120130969A
KR20120130969A KR1020110049093A KR20110049093A KR20120130969A KR 20120130969 A KR20120130969 A KR 20120130969A KR 1020110049093 A KR1020110049093 A KR 1020110049093A KR 20110049093 A KR20110049093 A KR 20110049093A KR 20120130969 A KR20120130969 A KR 20120130969A
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박득희
차상현
이재신
이창석
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Abstract

본 발명의 실시예는 LED 회로에 관한 것으로, 입력전압이 공급되는 첫번째 노드를 포함하는 4N+4 (N은 자연수)개의 노드 중, 2K-1 번째 노드와 2K 번째 노드 사이에 연결된 2N+2 개의 발광부(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수); 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수); 2L-1 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치와, 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수); 및 상기 첫번째 노드와 4M+1 번째 노드 사이에 연결된 N개의 스위치 (M은 N보다 작거나 같은 모든 자연수)를 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 상용 교류전원이 정류된 전압만으로도 발광 다이오드를 효율적으로 구동시킬 수 있다는 효과가 있다. 또한 평활용 캐패시터를 사용하지 않으므로 LED 회로의 수명을 연장시킬 수 있고, 비용면에서 효과적이다.

Description

ＬＥＤ 회로 {LED circuit}
본 발명은 입력전압의 레벨에 따라 LED 배열구조의 변경이 가능한 LED 회로에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)는 p-n 접합구조로 형성되며 전자와 홀의 재결합에 의해 빛을 방출하는 반도체 소자이다. 이러한 발광 다이오드는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 광 효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점과 친환경, 저소비전력 등의 이유로 기존의 조명을 빠른 속도로 대체해 가고 있다.
일반적으로 발광 다이오드는 수 볼트(Volt) 정도의 직류전원에서 구동된다. 따라서 종래의 발광 다이오드를 구동하기 위한 회로는, 상용 교류전원을 정류한 후 FLYBACK 컨버터 등 컨버터를 이용하여 발광소자에 정전류를 공급하는 방식이 대부분이었다.
이러한 구동 회로들은 평활을 위한 캐패시터가 반드시 필요한데 이 평활용 캐패시터는 수명이 길지 않기 때문에 발광 다이오드를 사용한 조명기기의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.
또한, 평활용 캐패시터를 사용하지 않기 위해 정류된 파형만으로 발광 다이오드를 구동시키는 종래의 LED 회로들은 일정 전압 이하에서는 발광 다이오드 전체가 구동되지 않아 비효율적이었다.
본 발명의 실시예는, 평활용 캐패시터를 사용하지 않기 위해 상용 교류전압이 정류된 전압으로 발광 다이오드를 구동시키며, 전압레벨에 따라 발광다이오드 배열구조의 변경이 가능하면서도 모든 발광 다이오드가 상시 구동될 수 있는 LED 회로를 구현하는 것이다.
본 발명의 실시예는, 입력전압이 공급되는 첫번째 노드를 포함하는 4N+4 (N은 자연수)개의 노드 중, 2K-1 번째 노드와 2K 번째 노드 사이에 연결된 2N+2 개의 발광부(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수); 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수); 2L-1 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치와, 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수); 및 상기 첫번째 노드와 4M+1 번째 노드 사이에 연결된 N개의 스위치 (M은 N보다 작거나 같은 모든 자연수)를 포함하는 LED 회로이다.
또한, 상기 LED 회로는 상기 입력전압의 전압레벨에 따라 상기 스위치들을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 입력전압이 미리설정된 제1 전압보다 크고 미리 설정된 제2 전압보다 작은 경우 상기 발광부가 병렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어하고, 상기 입력전압이 상기 제2 전압보다 크고 미리 설정된 제3 전압보다 작은 경우 상기 발광부가 직/병렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어하며, 상기 입력전압이 상기 제3 전압보다 큰 경우 상기 발광부가 직렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 N=1이고, 상기 입력전압이 미리설정된 제1 전압보다 크고 미리 설정된 제2 전압보다 작은 경우 2L-1 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수)들과 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수)들을 온 시키고 나머지 스위치들은 오프시키고,
상기 입력전압이 상기 제2 전압보다 크고 미리 설정된 제3 전압보다 작은 경우 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수) 중 L이 홀수인 스위치를 온 시키고, 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수) 중 K가 짝수인 스위치를 온 시키고, 상기 첫번째 노드와 4M+1 번째 노드 사이에 연결된 N개의 스위치 (M은 N보다 작거나 같은 모든 자연수)들을 온 시키고, 나머지 스위치들은 오프시키며,
상기 입력전압이 상기 제3 전압보다 큰 경우 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수)들을 온 시키고 나머지 스위치들은 오프시키는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광부는 복수의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 LED 회로는 상기 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치와 접지 사이에 독립전류원을 더 포함할 수 있다.
또한, 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치는 발광 다이오드일 수 있다.
또한, 교류전압을 정류하여 상기 첫번째 노드에 공급하는 정류부를 더 포함할 수 있다. 여기서 정류부는 브릿지 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상용 교류전원이 정류된 전압만으로도 발광 다이오드를 효율적으로 구동시킬 수 있다는 효과가 있다. 또한 평활용 캐패시터를 사용하지 않으므로 LED 회로의 수명을 연장시킬 수 있고, 비용면에서 효과적이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 LED 회로의 구성도.
도 2는 입력 교류전원과 도 1의 LED 회로의 스위치들이 동작을 설명하기 위한 그래프.
도 3-5는 본 발명의 실시예에 의한 LED 회로의 배열 구조가 변경된 것을 나타내는 회로도.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 LED 회로의 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 의한 LED 회로는 정류부(100), 제어부 및 복수의 발광부와 스위치들을 포함하는 LED 어레이(200)를 포함할 수 있다.
정류부(100)는 상용 교류전원을 정류할 수 있다. 여기서 정류부(100)는 브릿지 다이오드로 이루어질 수 있다.
LED 어레이(200)는 정류부(100)에서 정류된 전압이 공상기 입력전압이 미리설정된 제1 전압(V1)보다 작은 경우 상기 발광부가 병렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어하고, 상기 입력전압이 상기 제1 전압(V1)보다 크고 제2 전압(V2)보다 작은 경우 상기 발광부가 직/병렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어하며, 상기 입력전압이 상기 제2 전압(V2)보다 큰 경우 상기 발광부가 직렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어급되는 첫번째 노드를 포함하는 4N+4 (N은 자연수)개의 노드 중, 2K-1 번째 노드와 2K 번째 노드 사이에 연결된 2N+2 개의 발광부(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수); 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수); 2L-1 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치와, 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수); 및 상기 첫번째 노드와 4M+1 번째 노드 사이에 연결된 N개의 스위치 (M은 N보다 작거나 같은 모든 자연수)를 포함할 수 있다.
여기서, N=1 인 경우 도 1에 도시된 LED 어레이(200)가 도출될 수 있다. 이하 N=1인 경우에 대해 설명한다.
보다 상세히 설명하면, 도 1의 LED 어레이(200)는 N=1이므로 총 8개의 노드(N1-N8)를 포함할 수 있다.
발광부는 2K-1 번째 노드와 2K 번째 노드 사이에 연결될 수 있다.(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수)
N=1이므로, 첫번째 노드(N1)과 두번째 노드(N2) 사이에 연결된 발광부(L1), 세번째 노드(N3)와 네번째 노드(N4) 사이에 연결된 발광부(L2), 다섯번째 노드(N5)와 여섯번째 노드(N6) 사이에 연결된 발광부(L3) 및 일곱번째 노드(N7)와 여덟번째 노드(N8) 사이에 연결된 발광부(L4)를 포함할 수 있다.
여기서 각 발광부(L1-L4)는 하나 혹은 그 이상의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, LED 어레이(200)는 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수)를 포함할 수 있다.
즉, LED 어레이(200)는 두번째 노드(N2)와 접지 사이에 연결된 스위치(Sg1), 네번째 노드(N4)와 접지 사이에 연결된 스위치(Sg2), 여섯번째 노드(N6)와 접지 사이에 연결된 스위치(Sg3) 및 여덟번째 노드(N8)와 접지 사이에 연결된 스위치(Sg4)를 포함할 수 있다.
계속하여 LED 어레이(200)는 2L-1 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수)를 포함할 수 있다.
즉, LED 어레이(200)는 첫번째 노드(N1)와 세번째 노드(N3) 사이에 연결된 스위치(Sp1), 세번째 노드(N3)와 다섯번째 노드(N5) 사이에 연결된 스위치(Sp2) 및 다섯번째 노드(N1)와 일곱번째 노드(N7) 사이에 연결된 스위치(Sp3)를 포함할 수 있다.
또한, LED 어레이(200)는 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수)를 포함할 수 있다.
즉, LED 어레이(200)는 두번째 노드(N2)와 세번째 노드(N3) 사이에 연결된 스위치(Ss1), 네번째 노드(N4)와 다섯번째 노드(N5) 사이에 연결된 스위치(Ss2) 및 여섯번째 노드(N6)와 일곱번째 노드(N7) 사이에 연결된 스위치(Ss3)를 포함할 수 있다.
또한, LED 어레이(200)는 첫번째 노드와 4M+1 번째 노드 사이에 연결된 N개의 스위치 (M은 N보다 작거나 같은 모든 자연수)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면 N=1이므로, LED 어레이(200)는 첫번째 노드(N1)와 다섯번째 노드(N5) 사이에 연결된 스위치(St)를 포함할 수 있다.
또한, LED 어레이(200)는 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치와 접지 사이에 독립전류원(210)을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 1에서 독립전류원(210)이 스위치(Sg1-Sg4)와 접지 사이에 연결되어 있는 것을 알 수 있다. 여기서 독립전류원(210)은 LED 어레이(200)에 흐르는 전류를 조절하는 역할을 할 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 제어부는 복수의 발광부(L1-L4) 및 복수의 스위치(Sg1-Sg4, Sp1-Sp3, Ss1-Ss3, St)를 정류부(100)의 전압레벨에 따라 제어할 수 있다. 여기서 도 1에는 제어부가 스위치(Sp3, St)에만 제어신호를 보내는 것처럼 도시되어 있지만, 이는 도면의 이해를 돕기 위해 예시적으로 나타낸 것이다. 즉, 제어부는 LED 어레이(200)의 모든 스위치(Sg1-Sg4, Sp1-Sp3, Ss1-Ss3, St)를 제어할 수 있다.
제어부는 정류부(100)로부터의 입력전압이 미리설정된 제1 전압(V1)보다 작은 경우 상기 발광부가 병렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어하고, 상기 입력전압이 상기 제1 전압(V1)보다 크고 제2 전압(V2)보다 작은 경우 상기 발광부가 직/병렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어하며, 상기 입력전압이 상기 제2 전압(V2)보다 큰 경우 상기 발광부가 직렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어할 수 있다.
이하, 도 1 내지 5를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 즉, 도 1의 LED 어레이(200)는 제어부의 제어를 받는 복수의 스위치(Sg1-Sg4, Sp1-Sp3, Ss1-Ss3, St)를 통해 그 구조가 도 3 내지 도 5에 도시된 구조로 변경될 수 있는데, 이에 대해 자세히 설명한다.
도 2는 상용 교류전원의 파형을 나타내는데, 양의 반주기 동안의 각 구간(T1-T3)과 도 1 내지 4의 LED 어레이(200)의 구조에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 LED 어레이(200)는, 도 2의 전압이 제1 전압(V1)보다 크고 제2 전압(V2) 보다 작은 구간(구간(T1)에서 구간(T2)를 제외한 구간)인 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 발광부(L1-L4)가 병렬 연결되는 구조가 될 수 있다.
이러한 LED 어레이(200) 구조의 변경을 위해 제어부는 스위치(Sp1-Sp3, Sg1-Sg4)를 온(On) 시키고 나머지 스위치를 모두 오프(off)시킬 수 있다. 이때 제1 전압(V1)은 도 1에 도시된 발광부(L1-L4) 중 하나를 구동시키기 위한 최소 전압 이상으로 미리 설정될 수 있다.
계속해서 도 2의 전압이 제2 전압(V2)보다 크고 제3 전압(V3)보다 작은 구간(구간(T2)에서 구간(T3)를 제외한 구간)인 경우, 도 1의 LED 어레이(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 발광부(L1-L4)가 직/병렬 연결되는 구조가 될 수 있다.
즉, 발광부(L1) 및 발광부(L2)는 직렬 연결되고, 발광부(L3) 및 발광부(L4)도 직렬 연결되며, 이 직렬 연결된 발광부는 서로 병렬 연결되는 구조가 될 수 있다.
위와 같은 LED 어레이(200) 구조변경을 위해 제어부는 스위치(Ss1, Ss3, Sg2, Sg4, St)를 온 시키고 나머지 스위치들을 모두 오프시킬 수 있다. 이때, 제2 전압(V2)는 도 1에 도시된 발광부(L1-L4) 중 두개의 발광부를 구동시키기 위한 최소 전압 이상으로 미리 설정될 수 있다.
또한, 도 2의 전압이 제3 전압(V3)보다 큰 구간(T3)인 경우, 도 1의 LED 어레이(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 발광부(L1-L4)가 직렬 연결되는 구조가 될 수 있다.
위와 같은 LED 어레이(200) 구조변경을 위해 제어부는 스위치(Ss1-Ss-3)를 온 시키고 나머지 스위치들을 모두 오프시킬 수 있다. 이때, 제3 전압(V3)는 도 1에 도시된 발광부(L1-L4) 전부를 구동시키기 위한 최소 전압 이상으로 미리 설정될 수 있다.
따라서, 위 실시예에 의하면 상용 교류전원이 정류된 파형에서 전압레벨의 변화에 따라 LED 어레이(200)의 구조를 변경시킬 수 있다. 즉, 상용 교류전원이 정류된 전압으로 발광 다이오드를 구동하면서도 전압 파형의 거의 대부분의 구간(T3)에서 LED 어레이(200)에 포함된 발광 다이오드들을 모두 발광시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한 평활용 캐패시터를 사용하지 않으므로 LED 회로의 수명을 연장시킬 수 있고, 비용면에서 효과적이다.
100 : 정류부 200 : LED 어레이
300 : 제어부

Claims (9)

  1. 입력전압이 공급되는 첫번째 노드를 포함하는 4N+4 (N은 자연수)개의 노드 중,
    2K-1 번째 노드와 2K 번째 노드 사이에 연결된 2N+2 개의 발광부(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수);
    2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수);
    2L-1 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치와, 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수); 및
    상기 첫번째 노드와 4M+1 번째 노드 사이에 연결된 N개의 스위치 (M은 N보다 작거나 같은 모든 자연수)
    를 포함하는 LED 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 LED 회로는,
    상기 입력전압의 전압레벨에 따라 상기 스위치들을 제어하는 제어부
    를 더 포함하는 LED 회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 LED 회로는,
    상기 입력전압이 미리설정된 제1 전압보다 크고 미리 설정된 제2 전압보다 작은 경우 상기 발광부가 병렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어하고, 상기 입력전압이 상기 제2 전압보다 크고 미리 설정된 제3 전압보다 작은 경우 상기 발광부가 직/병렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어하며, 상기 입력전압이 상기 제3 전압보다 큰 경우 상기 발광부가 직렬 연결되도록 상기 스위치들을 제어하는 제어부
    를 포함하는 LED 회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 N=1이고,
    상기 입력전압이 미리설정된 제1 전압보다 크고 미리 설정된 제2 전압보다 작은 경우 2L-1 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수)들과 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수)들을 온 시키고 나머지 스위치들은 오프시키고,
    상기 입력전압이 상기 제2 전압보다 크고 미리 설정된 제3 전압보다 작은 경우 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수) 중 L이 홀수인 스위치를 온 시키고, 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치(K 는 2N+2 보다 작거나 같은 모든 자연수) 중 K가 짝수인 스위치를 온 시키고, 상기 첫번째 노드와 4M+1 번째 노드 사이에 연결된 N개의 스위치 (M은 N보다 작거나 같은 모든 자연수)들을 온 시키고, 나머지 스위치들은 오프시키며,
    상기 입력전압이 상기 제3 전압보다 큰 경우 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치(L는 2N+1 보다 작거나 같은 모든 자연수)들을 온 시키고 나머지 스위치들은 오프시키는 제어부
    를 포함하는 LED 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부는 복수의 발광 다이오드를 포함하는 LED 회로.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 LED 회로는,
    상기 2K 번째 노드와 접지 사이에 연결된 2N+2 개의 스위치와 접지 사이에 독립전류원을 더 포함하는 LED 회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 2L 번째 노드와 2L+1 번째 노드 사이에 연결된 2N+1 개의 스위치는 발광 다이오드인 LED 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    교류전압을 정류하여 상기 첫번째 노드에 공급하는 정류부를 더 포함하는 LED 회로.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 정류부는 브릿지 다이오드를 포함하는 LED 회로.
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