KR20140105658A

KR20140105658A - 안정기를 이용한 ｌｅｄ 조명 장치

Info

Publication number: KR20140105658A
Application number: KR1020130019310A
Authority: KR
Inventors: 최재영; 한희석
Original assignee: 주식회사 하이딥
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-09-02
Also published as: US9839077B2; US20140239834A1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치는, 적어도 하나의 LED소자를 포함하는 LED부, 안정기로부터 출력되는 전류 전원신호를 정류하는 정류부, 및 상기 정류부의 출력 전류를 입력 받아 상기 안정기로부터 상기 LED부로 전달되는 전력을 제어하는 전류 구동부를 포함하고, 상기 전류 구동부는, 상기 정류부의 출력 전류의 크기보다 더 큰 크기를 갖는 전류를 상기 LED부로 전달한다.

Description

안정기를 이용한 ＬＥＤ 조명 장치{LED LIGHTING DEVICE USING BALLAST}

본 발명은 안정기를 이용한 LED 조명 장치에 관한 것이다.

최근 필라멘트 전구나 형광등 등을 대신하여 엘이디(LED: Light-Emitting Diode)가 새로운 조명기구로 사용이 증가되고 있으며 각광을 받고 있다. 엘이디는?저전압에서 구동할 수 있으며, 다른 조명장치에 비해 긴 수명과 낮은 소비전력, 빠른 응답속도 및 강한 내충격성을 가지며, 소형 경량화가 가능하다는 장점이 있다. 다만, 엘이디는 상당히 낮은 직류 전원에 의해 동작하고 형광등 점등과 다른 방식으로 점등되기 때문에, 통상의 엘이디 램프를 형광등 시스템에 그대로 사용할 수 없다. 특히 전자식 안정기의 경우 기본적으로 상용 60Hz 교류 전원을 수십 ㎑의 고주파로 변환하여 램프에 제공하기 때문에, LED 조명기구를 사용하기 위해서는 안정기를 포함한 기존의 조명 장치를 모두 제거해야 하는 불편이 있었다. 만약 안정기 등을 제거하지 않은 채, 종래의 안정기의 접속단자에 LED 구동 회로를 직접 연결한다면, LED 구동 회로가 안정기 등의 높은 주파수나 전압을 제대로 처리하지 못하게 되고, 결국 LED 램프가 동작하지 않거나 파괴되는 등의 문제를 야기한다.

이에 따라, 최근에는 안정기를 제거하지 않고 안정기에 직접 연결하여 사용할 수 있는 LED 조명 장치가 개발되고 있다.

한국등록특허 10-0949087(2010.03.22 공고)

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 다양한 안정기로부터 전달되는 전력을 제어하는 안정기에 호환 가능한 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 LED 조명 장치의 수동 소자 또는 칩을 보호할 수 있는 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 안정기로부터 전달되는 전력의 소비 효율을 높인 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 안정기와 LED부를 격리시켜 안정성을 높인 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.

실시예에 따르면, 상기 전류 구동부는, 입력 받은 안정기 출력 전력의 일부가 상기 LED부로 전달되는 것을 도통 또는 차단하는 스위치, 상기 스위치가 오프 상태일 때, 상기 LED부로 전류가 연속적으로 흐르게 하기 위한 다이오드, 및 상기 스위치가 온 또는 오프 상태 일 때, 각각 에너지를 저장 또는 방출하는 커패시터 및 인덕터를 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 LED부에 흐르는 전류의 크기를 센싱하는 전류 센서 및, 상기 전류 센서로부터 상기 LED부에 흐르는 전류의 크기를 전달 받아, 상기 스위치의 온/오프를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 LED부에 흐르는 전류가 소정의 전류치보다 클 경우 상기 스위치의 듀티(duty)를 늘이고, 소정의 전류치보다 작을 경우 상기 스위치의 듀티를 줄이는, 안정기를 이용할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 안정기를 이용한 LED 조명 장치는, 제1 전극 및 제2 전극을 구비하여 상기 안정기로부터 전원을 입력 받는 제1 접속단자(CT1) 및 제3 전극 및 제4 전극을 구비하여 상기 안정기로부터 전원을 입력 받는 제2 접속단자(CT2)를 더 포함하고, 상기 정류부는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 병렬로 연결되는 제1 필라멘트 커패시터와 복수의 브릿지 다이오드를 포함하는 제1 정류부, 및 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극과 병렬로 연결되는 제2 필라멘트 커패시터와 복수의 브릿지 다이오드를 포함하는 제2 정류부를 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 전류 구동부는, 입력 받은 안정기 출력 전력의 일부가 상기 LED부로 전달되는 것을 도통 또는 차단하는 스위치, 상기 스위치가 오프 상태일 때, 상기 LED부로 전류가 연속적으로 흐르게 하기 위한 다이오드, 및 상기 스위치가 온 또는 오프 상태 일 때, 각각 에너지를 저장 또는 방출하는 커패시터 및, 상기 안정기와 상기 LED부를 전기적으로 분리하는 변압기를 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 LED부에 흐르는 전류가 소정의 전류치보다 클 경우 상기 스위치의 듀티(duty)를 늘이고, 소정의 전류치보다 작을 경우 상기 스위치의 듀티를 줄일 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 전류 구동부의 출력 신호를 평활하여 상기 LED부에 전달하는 필터부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 안정기와 호환되는 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 안정기로부터 전달되는 전력을 제어하는 안정기에 호환 가능한 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, LED 조명 장치의 수동 소자 또는 칩을 보호할 수 있는 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 안정기로부터 전달되는 전력의 소비 효율을 높인 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 안정기와 LED부를 격리시켜 안정성을 높인 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 4a는 램프 양단을 2개의 단자로 단락시킨 정류부를 이용한 초크 자기식 안정기와의 연결을 나타내는 회로도이며, 도 4b는 램프 양단을 2개의 단자로 단락시킨 정류부를 이용한 래피드 스타트 자기식 안정기와의 연결을 나타내는 회로도이며, 도 4c는 필라멘트에 해당하는 저항이 삽입된 정류부를 이용한 래피드 스타트 전자식 안정기와의 연결을 나타내는 회로도이며, 도 4d는 램프 양단에 각각 정류부가 삽입된 래피드 스타트 전자식 안정기와의 연결을 나타내는 회로도이다. 도 4e는 도 4d의 등가 회로이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정류부의 회로도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 정류부의 여러가지 구현 예를 나타낸 회로도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 정류부를 이용한 LED 조명 장치의 회로도 및 다양한 안정기와의 연결도이다.
도 8a는 전류 벅 컨버터를 포함하는 LED 조명 장치이며, 도 8b는 전류 부스트 컨버터를 포함하는 LED 조명 장치이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 장치의 회로도이다.
도 11a는 전류 부스트 컨버터를 포함하는 전류 구동부의 회로 및 특정 신호의 파형도이며, 도 11b는 변압기를 이용한 전류 구동부 회로 및 특정 신호의 파형도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

[본 발명의 바람직한 실시예]

본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 엘이디(LED) 조명 장치에 적용되는 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 원리를 간단히 설명하기로 한다.

도 1은 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, LED 조명 장치는 전원부(31, 33)에서 전원입력단자(15, 16)를 통해 교류전원을 입력 받는다. 정류부(35)는 상기 전원부(31, 33)로부터 전원을 입력 받아 전파 정류하여 필터부(39)에 전달한다. 필터부(39)는 정류부(35)로부터 전파 정류된 전압을 직류 전압으로 평활하여 구동부(41)에 전달한다. 상기 구동부(41)는 벅-부스트 컨버터(Bcuk-Boost Converter)를 포함하고, 상기 필터부(39)에서 출력되는 직류 전압을 이용하여 LED에 공급되는 전압 및 전류를 일정하게 제어한다.

그러나, 도 1에 도시된 LED 조명 장치는 전압 컨버터를 이용하여 안정기의 출력에 대한 고려 없이 LED에 전달되는 전력만을 제어하는 구조로서, 안정기의 출력 전력이 LED에서 필요로 하는 전력보다 큰 경우에 필터부(39)의 커패시터에 에너지가 쌓여 전압이 계속 상승하게 된다. 구체적으로 설명하면, 정상상태(steady state)인 LED 조명장치에 어떤 이유로 안정기로부터 입력되는 전류가 증가하면, 필터부(39)의 커패시터에 축적되는 전하량이 많아지므로 필터부(39)의 커패시터 양단 전압은 증가하게 된다. LED 램프는 일정한 전력을 소비하므로, 필터부(39)로부터LED 램프로 전달되는 전류의 양은 정상상태일 때 보다 적어지게 된다. 따라서, 필터부(39)로 입력되는 전류보다 필터부(39)로부터 출력되는 전류의 양이 많아지므로, 계속해서 필터부(39)의 커패시터 양단 전압이 증가하는 파지티브 피드백(positive feedback)현상에 의해 커패시터로 이루어진 필터부(39)에는 허용치 이상의 전압이 인가되어 LED 조명 장치의 수동 소자나 칩이 손상되는 문제가 발생한다. 즉, LED 조명 장치의 수명이 단축되는 문제가 있다. 또한, 규격이 다른 다양한 안정기에 호환이 불가하고 전원의 변화에 따른 안정성이 취약하다. 특히, 현재 널리 사용되고 있는 형광등이나 할로겐 등의 안정기는 LED 소자와 그 작동 방식이 달라 직접 연결하여 사용하기에는 여러 문제점들이 있따.

후술하는 본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 이러한 LED 조명 장치의 단점을 보완할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치에 대해서 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 블록도를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 적어도 하나의 LED 소자를 포함하는 LED부(130), 안정기(10)로부터 출력되는 전류 전원신호를 정류하는 정류부(100), 및 정류부(100)의 출력 신호를 입력 받아 안정기(10)로부터 LED부(130)로 전달되는 전력을 제어하는 전류 구동부(110)를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치(200)는 전류 구동부(110)의 출력 신호를 평활하여 상기 LED부(130)에 전달하는 필터부(120)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 안정기는 형광등이나 할로겐 등에 사용되는 안정기일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치(200)의 정류부(100)는 안정기(10)로부터 입력되는 전류 전원을 정류하는 제1 정류부(101), 제2 정류부(102)를 포함할 수 있다. 또한, 전류 구동부(110)는 정류부(100)의 출력 전류를 입력 받아 안정기(10)로부터 LED부(130)로 전달되는 전력을 제어한다. 전류 구동부(110)는 정류부(100)의 출력 전류의 크기보다 더 큰 크기를 갖는 전류를 LED부(130)으로 전달한다. 전류 구동부(110)는 커패시터(111), 다이오드(112), 인덕터(113) 및 스위치(114)를 포함하는 전류 부스트 컨버터를 포함할 수 있다. 다이오드(112)는 스위치(114)에 상보적으로 동작하는 스위칭 소자로 대체될 수 있다. 필터부(120)는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 커패시터부(121)로 구현될 수 있으며, LED부(130)는 적어도 하나의 LED 소자를 포함할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치(200)의 정류부(100)에 대해서 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 정류부(100)가 적용되는 LED 조명 장치에 대하여 간단히 설명하도록 한다.

도 4a는 램프 양단을 2개의 단자로 단락시킨 정류부를 이용한 초크 자기식 안정기와의 연결을 나타내며, 도 4b는 램프 양단을 2개의 단자로 단락시킨 정류부를 이용한 래피드 스타트 자기식 안정기와의 연결을 나타내며, 도 4c는 필라멘트에 해당하는 저항이 삽입된 정류부를 이용한 래피드 스타트 전자식 안정기와의 연결을 나타내며, 도 4d는 램프 양단에 각각 정류부가 삽입된 래피드 스타트 전자식 안정기와의 연결을 나타낸다. 도 4e는 도 4d의 등가 회로이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 초크 자기식 안정기(11)는 방전 전압을 얻기 위해 특정 시점에 개방 또는 단락 상태로 변하는 초크(스타터, starter)를 사용한다. 일반적인 정류기(21)를 이용한 초크 자기식 안정기(11)는 방전을 위해 필요한 보조 경로(path)(3)인 스타터 경로가 분리되지 않는다. 따라서, 주 경로(2)인 전압원 경로와 보조 경로(3)인 스타터 경로가 분리되지 않으므로 개방 또는 단락이 교대로 일어나야 하는 초크의 오동작을 일으킬 수 있다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 래피드 스타트 자기식 안정기(12)는 필라멘트를 제1 및 제2 변압기(T1, T2)로 예열하며 제1 및 제2 변압기(T1, T2)를 활용하여 전류원의 특성을 얻는다. 그러나, 주 경로(2)와 보조 경로(3)가 단락 되면, 트랜스포머에 의해 과전류가 발생하여 안정성에 문제를 일으킬 수 있으며, 안정기의 효율을 감소시킨다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 래피드 스타트 전자식 안정기(13)의 경우에 정류부(23)에 필라멘트에 해당하는 저항값인 약 3Ω저항(R1 내지 R4)이 삽입되면, 주 경로(2)와 보조 경로(3)의 단락에 의해 발생하는 문제는 모두 해결이 가능하다. 그러나, 주 경로(2)인 전류원 경로의 저항(R1, R4)에서 전력 소비가 발생하여 조명 장치의 효율을 감소시킨다.

한편, LED 램프 양단에 제1 및 제2 정류부를 갖는 정류부(24)를 자기식 안정기에 적용하는 경우, 스타터나 변압기 경로가 분리되어 단락으로 인한 문제가 해결된다. 그러나, 도 4d에 도시된 바와 같이, 래피드 스타트 전자식 안정기(13)에 제1 및 제2 정류부를 갖는 정류부(24)를 적용하면, 전자식 안정기(13)의 공진기에 포함된 병렬 커페시터(Cp)가 제거되어 안정기(13)의 공진 특성이 변경되므로 정상적인 안정기의 동작이 불가능하다. 도 4e를 참조하면, 정류부(24)는 안정기(13)로부터 전달 받은 전력을 구동부 또는 LED 부에 전달하나, 구동부 또는 LED부에서 정류루(24)로의 전력 전달은 불가능하다. 따라서, 보조 경로(3)가 격리되는 효과가 발생하여 자기식 안정기에서는 바람직하나 전자식 안정기(13)에서는 보조 경로(3)가 개방되어 Cp가 제거되는 효과가 발생하므로 공진기 변화로 인해 안정기가 오동작을 일으킬 염려가 있다.

한편, 도 4a 내지 도 4e에 도시되어 있지 않지만, 일부 프로그램 스타트(program start) 전자식 안정기는 필라멘트의 단락시에 필라멘트에 전압이 감지되지 않아 늦게 켜지거나 또는 전혀 켜지지 않는 경우가 발생하는 경우가 있다.

도 5는 도 4a 내지 도 4e에 도시된 정류기의 문제점을 해결할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 정류부를 나타낸다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 정류부(101)의 브릿지 다이오드(D11~D14)와 제2 정류부(102)의 브릿지 다이오드(D21~D24)는 안정기로부터 전원을 입력 받는 제1 접속단자(CT1), 제2 접속단자(CT2) 각각에 대해 동일한 배선(다이오드의 연결방향 등)의 조합을 갖는다. 이는 통상 조명장치에서 접속 단자 간 혹은 전극 간의 연결이 임의적으로 이루어지는 것에 대응할 수 있게 하기 위함이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 정류부(100)는 제1 전극(J1), 제2 전극(J2), 제3 전극(J3) 및 제4 전극(J4)을 포함할 수 있다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 4개 또는 2개의 전극을 가지는 교류 전원인 안정기가 제1 내지 제4 전극(J1~J4)을 통해 입력되면, 제1 정류부(101) 및 제2 정류부(102)가 전류 구동부(110)에 전파 정류된 전압을 출력하게 된다. 브릿지 다이오드 조합(D11~D14 및 D21~D24)은 안정기에서 출력되는 상용 전원의 수백 배에 달하는 주파수의 교류 전원을 처리하기 위한 고주파용 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 정류부(100)는 자기식 안정기에 연결되는 경우, 안정기의 스타터 또는 필라멘트의 예열을 위한 보조 경로를 제거하며, 전자식 안정기에 연결되는 경우 보조 경로를 연결하는 회로를 구성한다. 이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 정류부(100)는 제1 전극(J1) 및 제2 전극(J2)에 병렬로 제1 임피던스(Z1(f))가 연결되고, 제3 전극(J3) 및 제4 전극(J4)에 병렬로 제2 임피던스(Z2(f))가 연결된다. 제1 임피던스(Z1(f))와 제2 임피던스(Z2(f))는 입력되는 주파수 f에 따라 임피던스값이 달라질 수 있다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 정류부(100)의 구체적인 회로 형태를 나타낸다.

도 6a를 참조하면, 제1 임피던스(Z1(f)) 및 제2 임피던스(Z2(f))는 각각 제1 필라멘트 커패시터(Cf1) 및 제2 필라멘트 커패시터(Cf2)로 구현될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 필라멘트 커패시터(Cf1, Cf2)는 저주파에서는 개방되고, 고주파에서는 단락된다. 자기식 안정기는 약 50 내지 60Hz의 저주파 신호를 이용하고 전자식 안정기는 20kHz 이상의 고주파 신호를 이용하므로, 저주파 신호를 이용하는 자기식 안정기에서는 보조 경로는 개방되고, 고주파 신호를 이용하는 전자식 안정기에서는 보조 경로는 단락된 상태가 된다. 제1 및 제2 필라멘트 커패시터(Cf1, Cf2)의 커패시턴스는 전자식 안정기의 병렬 커패시터(Cp)의 커패시턴스 보다 충분히 큰 것이 바람직하다. 따라서, 보조 경로에서 바라볼 때 제1 및 제2 필라멘트 커패시터(Cf1, Cf2)에 의한 임피던스는 무시할 만한 크기를 갖는다. 일반적인 전자식 안정기의 병렬 커패시터(Cp)의 커패시턴스가 약 5nF이므로 제1 및 제2 필라멘트 커패시터(Cf1, Cf2)는 30nF이상의 값을 갖는 것이 바람직하다.

도 6b를 참조하면, 제1 임피던스(Z1(f)) 및 제2 임피던스(Z2(f))는 각각 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)로 구현될 수 있다.

제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 자기식 안정기가 연결되는 경우에는 스위치 양단을 개방시키도록 동작하며, 전자식 안정기가 연결되는 경우에는 스위치 양단을 단락시키도록 동작한다. 따라서, 안정기의 종류에 따라 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)의 온/오프를 미리 설정하면 자기식 안정기 및 전자식 안정기에 모두 호환 가능하다. 또한, 정류부는 안정기의 출력 주파수를 센싱하여 스위치의 상태를 변경하는 회로를 더 포함할 수도 있다. 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)의 온/오프 동작은 제어 전압(Vcon)에 의해 제어될 수 있다. 한편, 빠른 스위칭을 위해 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 트랜지스터 일 수 있으며, 구체적으로, 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)일 수 있다.

도 6c를 참조하면, 제1 임피던스(Z1(f)) 및 제2 임피던스(Z2(f))는 각각 제1 가변저항(VR1) 및 제2 가변저항(VR2)로 구현될 수 있다.

자기식 안정기가 연결되는 경우에는 제1 및 제2 가변저항(VR1, VR2)은 가변저항 양단이 개방상태와 가깝도록 매우 큰 저항값을 가지고, 전자식 안정기가 연결되는 경우에는 가변저항 양단이 단락상태와 가깝도록 매우 작은 저항 값을 가진다. 따라서, 안정기의 종류에 따라 제1 및 제2 가변저항(VR1, VR2)의 저항값을 미리 설정하면 자기식 안정기 및 전자식 안정기에 모두 호환 가능하다. 또한, 정류부는 안정기의 출력 주파수를 센싱하여 가변저항의 저항값을 변경하는 회로를 더 포함할 수도 있다. 제1 및 제2 가변저항(VR1, VR2)의 저항값은 저항과 스위치로 구현될 수 있다. 이 스위치는 제어 전압(Vcon)에 의해 제어될 수 있다.

도 6d를 참조하면, 제1 임피던스(Z1(f)) 및 제2 임피던스(Z2(f))는 각각 제1 공진기 및 제2 공진기로 구현될 수 있다.

도 6d에 도시된 바와 같이, 제1 공진기는 두 개의 인덕터(Lf1, Lf2)와 하나의 커패시터(Cf1)을 포함하는 대역통과필터일 수 있으며, 제2 공진기는 두 개의 인덕터(Lf3, Lf4)와 하나의 커패시터(Cf2)를 포함하는 대역통과필터일 수 있다.

자기식 안정기가 연결되는 경우에는 제1 공진기와 제2 공진기는 커패시터(Cf1, Cf2) 양단이 개방되도록 통과대역 주파수가 설정되고, 전자식 안정기가 연결되는 경우에는 커패시터(Cf1, Cf2)가 단락되도록 통과대역 주파수가 설정된다. 구체적으로, 전자식 안정기는 30~75kHZ에서 동작하므로, 30~75kHZ 대역에서는 낮은 임피던스를 갖도록 선택도가 낮은 LC공진기로 구현될 수 있다. 또한, 통과대역을 조절하기 위하여 제1 및 제2 공진기의 커패시터(Cf1, Cf2)를 가변시키는 방법도 이용될 수 있다. 커패시터의 가변은 복수의 커패시터와 스위치로 구현할 수 있다.

정리하면, 본 발명의 실시예에 따른 정류부(100)는 두 개의 정류부(101, 102)를 포함하며, 각 정류부(101, 102)는 자기식 안정기가 연결되는 경우에는 주 경로와 보조 경로가 개방되도록 동작하고, 전기식 안정기가 연결되는 경우에는 주 경로와 보조 경로가 단락되도록 동작한다. 또한, 도 6a 및 도 6d의 제1 및 제2 임피던스(Z1(f), Z2(f))를 이루는 회로는 반드시 독립적으로만 구현되어야 하는 것이 아니며, 둘 이상의 회로를 포함하여 구현될 수도 있다.

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 정류부를 포함하는 LED 조명 장치의 블록도이다.

도 4a 및 도 7a에 도시된 바와 같이, 일반적인 정류부(21)는 초크 자기식 안정기(11)에 적용할 때, 전압 방전을 위해 필요했던 스타터 경로(3)가 전류원 경로(2)로부터 분리되지 않아 오동작의 가능성이 있으나, 본 발명의 실시예에 의한 정류부(100)는 자기식 안정기의 저주파 신호를 입력 받기 때문에 제1 및 제2 임피던스(Z1(f), Z2(f))가 개방된다. 따라서, 스타터 경로(3)가 격리되므로 오동작 가능성이 제거된다.

도 4b 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 일반적인 정류부(22)는 래피드 스타트 자기식 안정기(12)에 적용될 때, 전류원 경로(2)와 보조 경로(3)가 단락되면, 과전류가 발생하여 안정성에 문제를 일으킬 수 있으며, 안정기의 효율을 감소시킨다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의한 정류부(100)는 자기식 안정기의 저주파 신호를 입력 받기 때문에 필라멘트 전류의 크기는 0에 가까워 진다. 따라서, LED 조명 장치의 안정성 문제 및 안정기 효율 감소 문제를 해결할 수 있다.

도 4c 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 일반적인 정류부(23)는 래피드 스타트 전자식 안정기(13)에 적용될 때, 단락에 의해 발생하는 대부분의 문제점은 해소되지만, 전류원 경로(2)의 저항에서 전력이 소모되므로, 조명장치의 효율을 감소시킨다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의한 정류부(100)는 전자식 안정기의 고주파 신호를 입력 받기 때문에 제1 및 제2 임피던스(Z1(f), Z2(f))가 단락되어 보조 경로가 연결되며, 저항을 사용하지 않으므로 전력의 손실이 없어 조명 장치의 효율을 높일 수 있다.

한편, 2단자 출력을 갖는 인스턴트 스타트 전자식 안정기(14)의 경우에도 도 7d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 정류부(100)는 2단자 출력의 형광등 안정기에 연결되어도 단락에 영향을 받지 않으므로 2단자 출력 안정기와도 호환이 가능한 장점이 있다.

정리하면, 본 발명의 실시예에 따른 정류부(100)는 전자식 안정기 및 자기식 안정기에 모두 호환이 가능하고 전력소모가 적은 효과가 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치(200)의 전류 구동부(110)에 대하여 설명하도록 한다.

앞에서도 간단히 설명하였듯이, 도 1에 도시된 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 LED부에 일정한 전력을 공급하기 위하여 전압 부스트 컨버터 또는 전압 벅 컨버터 등의 전압 컨버터를 이용한다. 그러나, 안정기로부터 LED 조명 장치로 전달되는 전원은 전압원이 아니라 전류원이므로 전압 컨버터를 이용하여 전력을 제어하기에는 한계가 있다. 따라서, 도 1에 도시된 안정기를 이용한 LED 조명 장치는 정류부와 전압 컨버터 사이에 안정기로부터 입력된 전류원을 전압원으로 바꾸기 위한 필터부가 연결된다. 이러한 전압 컨버터는, 안정기로부터 입력되는 전류의 양이 증가하면 LED부에 일정한 전력을 전달하기 위하여 출력되는 전류의 양을 줄이게 되므로, 필터부의 커패시터에 인가되는 전압이 더욱 상승하게 된다. 결국, 일반적인 전압 컨버터를 이용하는 LED 조명 장치는 필터부의 커패시터에 인가되는 전압이 과도하게 증가하는 문제가 있다.

이를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 전류 구동부(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 정류부(100)로부터 인가되는 전류 전원을 제어하는 전류 부스트 컨버터를 이용할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전류 구동부(110)는 상기 정류부(100)로부터 출력된 정류 신호를 입력 받아 상기 안정기로부터 상기 LED부로 전달되는 전력을 제어한다. 즉, 안정기 출력을 이용하여 상기 LED부(130)를 위한 정격 전압 및 전류 신호를 출력한다. 상기 전류 구동부(110)는 제1 단자(N1)와 제2 단자(N2)를 포함하고, 상기 제1 단자(N1) 및 제2 단자(N2)를 통해 정류부(100)를 이용해 정류된 전류 신호를 주고 받는다. 전류 구동부(110)는 정류부(100)로부터 전류 전원을 입력 받아 LED부(130)에 전류 전원을 공급하는 전류 부스트 컨버터를 포함할 수 있다. 전류 구동부(110)는 입력 받은 안정기 출력 전력의 일부가 상기 LED부로 전달되는 것을 도통 또는 차단하는 스위치(114), 상기 스위치가 오프 상태일 때, 상기 LED부로 전류가 연속적으로 흐르게 하기 위한 다이오드(112), 및 상기 스위치가 온 또는 오프 상태 일 때, 각각 에너지를 저장 또는 방출하는, 커패시터(111) 및 인덕터(113)를 포함한다. 스위치(114)는 트랜지스터로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 다이오드(112)를 이용하여 LED부(130)로 전류가 연속적으로 흐르게 하는 실시예를 설명하였으나, LED부(130)로 전류가 연속적으로 흐르게 하는 소자는 반드시 다이오드(112)로 한정되는 것은 아니며, 스위치(114)와 상보적으로 동작하는 스위칭 소자이면 충분하다. 이러한 스위칭 소자로는, 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 등이 이용될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전류 구동부(110)에 있어서, 커패시터(111)는 제1 단자(N1) 및 제2 단자(N2) 사이에 연결되고, 다이오드(112)는 제1 단자(N1)에 음극이 연결되고 스위치(114)의 일단 및 LED부(130)의 일단과 연결된다. 인덕터(113)는 일단이 제1 단자(N1)에 연결되고 타단은 LED부(140)의 양극단 또는 음극단에 연결되고, 스위치(114)는 일단이 제2 단자(N2)에 연결되고 타단은 LED부(140)의 양극단 또는 음극단에 연결될 수 있다.

도 8a는 전류 벅 컨버터를 포함하는 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 나타내며, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 전류 부스트 컨버터를 포함하는 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 나타낸다.

도 8a에 도시된 전류 벅 컨버터를 이용한 전류 벅 구동부(109)와 도 8b에 도시된 전류 부스트 컨버터를 포함하는 전류 구동부(110)는 기본적으로 전류원을 입력 받아 부하에 전력을 전달하는 점은 같다. 그러나, 도 8a에 도시된 전류 벅 구동부(109)는 부하단에 전달되는 전류의 크기가 전류 벅 구동부(109)에 입력되는 전류의 크기보다 작아지도록 제어한다. 따라서, 부하단에 일정한 크기의 전력을 전달하기 위해서는 부하단에 전달되는 전압의 크기가 증가한다. 부하단이 LED 소자인 경우, LED 소자에 60V 이상의 고전압이 인가될 수 있다. 미국 등 일부 지역에서는 LED 조명장치에 60V 이상의 전압 인가시에 안정성을 확보하기 위하여 강화 유리를 써야 하며, 이에 따라 투명도가 낮아지기 때문에 광효율이 떨어지는 문제가 있다. 그러나, 전류 부스트 컨버터를 포함하는 전류 구동부(110)는 전술한 전류 벅 구동부(109)와 반대로, LED 소자에 인가되는 전류가 증가하므로, LED 소자에 인가되는 전압의 크기는 작아진다. 따라서, 전술한 전류 벅 구동부(109)가 가지는 문제점이 발생하지 않는 효과가 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른, 전류 부스트 컨버터를 포함하는 전류 구동부(110)는 전류 벅 구동부(109)보다 전압에 대한 안정성이 좋으며, 비용이 저렴하며 조명장치에 적용시 광효율이 우수한 장점이 있다. 또한, 안정기는 병렬 커패시터(Cp)를 가지는 비이상적인 전류원이다. 따라서, 전류원 입력과 병렬 스위칭이 있는 전류 벅 구조는 병렬 커패시터(Cp)의 커패시턴스를 방전시키게 되어 조명장치의 효율이 저하되는 문제가 있을 수 있으므로, 전류원 입력에 스위치가 병렬로 연결되지 않는 전류 부스트 구조가 유리하다.

도 3을 참조하면, 필터부(120)는 커패시터를 포함하여 전류 구동부(110)에 의해 제어된 전압 및 전류를 평활화하여 LED부(130)에 제공한다. 필터부(120)는 하나 이상의 커패시터를 가지는 커패시터부로 포함할 수 있다. 필터부(120)는 전류 구동부(110)에서 공급되는 고주파 리플을 포함하는 전원의 평활화에 충분한 시정수(Time Constant)를 가지도록 설계되어 전류 값이 변화에 의한 깜빡임을 방지할 수 있는 효과를 내도록 하는 것이 바람직하다.

LED부(130)는 필터부(120)로부터 제공되는 전압 및 전류를 이용하여 발광하는 LED 소자들을 포함한다. 상기 LED부(130)에 포함되는 LED 소자들은 병렬 또는 직렬로 연결되어 점등된다.

도 9는 LED부에 흐르는 전류를 제어하는 제어부를 더 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 안정기를 이용한 LED 조명 장치의 회로도이다.

도 9를 참조하면, 전류 구동부(110)는 도 3의 커패시터(111), 다이오드(112), 인덕터(113), 스위치(114)를 포함하고, 스위치(114)의 온/오프를 제어하는 제어부(115) 및 LED부(130)에 흐르는 전류를 감지하여 그 크기를 제어부(115)에 전달하는 전류 센서(116)를 더 포함한다.

즉, 각기 다른 소자 값을 갖는 다양한 안정기에 대해, 전류 구동부(110)의 스위치(114)의 듀티(duty)을 제어하면, LED부(130)에서 소비되는 전력의 크기를 일정하게 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(115)는 전류 센서(116)로부터 상기 LED부(130)에 흐르는 전류의 크기를 전달 받아, 상기 스위치(114)의 온/오프를 제어한다. LED부(130)에 흐르는 전류가 소정의 전류치보다 클 경우 스위치(114)의 듀티(duty)를 늘이고, 소정의 전류치보다 작을 경우 상기 스위치의 듀티를 줄이는 방식으로 LED부(130)에서 원하는 정격의 전압 및 전류를 공급할 수 있다. 따라서, 안정기의 소자 특성에 상관없이 스위치(114)의 온/오프 제어를 통해 LED부(130)에 일정한 전력을 공급할 수 있으므로, 다양한 안정기에 호환이 가능한 장점이 있다. 또한, LED부(130)에서 필요로 하는 전력을 공급하므로, 안정기의 출력 전력과 LED 조명 장치가 소비하는 전력이 맞지 않아 필터부(120)에 에너지가 축적되거나 LED 밝기가 제어되지 않는 등의 문제를 원천적으로 제거하여 필터부(120) 등의 수동 소자나 칩이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 의한 정류부(100)는 필라멘트 커패시터를 각각 갖는 2개의 정류부를 포함하여, 자기식 및 전자식의 모든 안정기에 호환이 가능한 효과가 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 전류 구동부를 나타낸다.

도 10을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 장치(201)의 전류 구동부(131)는 변압기 회로를 포함한다.

도 11a는 전류 부스트 컨버터를 포함하는 전류 구동부의 특정 신호의 파형을 나타내며, 도 11b는 변압기를 이용한 전류 구동부의 특정 신호의 파형을 나타낸다.

도 11a 및 도 11b를 참고하면, 스위치가 오프상태일 때, 커패시터(C1, C2)로 인가되는 전류 및 전압(ic, Vc)와 스위치가 온 상태일 때, 커패시터(C1, C2)로 인가되는 전류 및 전압(ic, Vc)는 파형이 동일한 것을 알 수 있다.

도 10, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 변압기(212)를 포함하는 전류 구동부(131)는 안정기(10)로부터 LED부(130)로 전달되는 전력을 제어한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치(131)의 전류 구동부(131)는 변압기(212)의 권선비에 따라, 정류부(100)의 출력 전류의 크기보다 더 큰 크기를 갖는 전류를 LED부(130)에 전달할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전류 구동부(131)는 입력 받은 안정기(10) 출력 전력의 일부가 LED부(130)로 전달되는 것을 도통 또는 차단하는 스위치(214), 스위치(214)가 오프 상태일 때, LED부(130)로 전류가 연속적으로 흐르게 하기 위한 다이오드(213), 및 스위치(214)가 온 또는 오프 상태 일 때, 각각 에너지를 저장 또는 방출하는 커패시터(211) 및, 안정기(10)와 LED부(130)를 전기적으로 분리하는 변압기(212)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 전류 구동부(131)는 변압기(212)를 이용하므로, 변압기(212)의 1차측인 안정기(10)와 2차측인 LED부(130) 사이를 격리시킴으로써 LED 조명 장치(201)의 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다. 변압기를 이용한 전류 구동부(131)를 포함하는 LED 조명 장치(201)도 스위치(214)의 듀티를 조절하여 LED부(130)에서 원하는 정격의 전압 및 전류를 공급할 수 있다

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 안정기를 이용한 LED 조명 장치를 손쉽게 구현할 수 있다. 즉, 안정기로부터 전달 되는 전력을 전류 구동부를 통해 LED부에서 필요로 하는 전력을 전달함으로써 조명 장치의 수동 소자 또는 칩을 보호할 수 있다. 또한, LED부에 정격의 전압 및 전류를 공급하고 기타 수동 소자나 칩에 인가되는 부담을 줄일 수 있다. 따라서, 제어부의 전력 제어에 따라 종래의 어느 안정기와 호환이 가능하며 안정적인 전력 공급 및 회로 소자 보호가 가능하다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 전류원
2: 주 경로
3: 보조 경로
10: 안정기
11: 초크 자기식 안정기
12: 래피드 스타트 자기식 안정기
13: 래피드 스타트 전자식 안정기
14: 인스턴트 스타트 전자식 안정기
21, 22, 23, 24: 정류부
100 : 정류부
101: 제1 정류부
102: 제2 정류부
109: 전류 벅 구동부
110: 전류 구동부
111: 커패시터
112: 다이오드
113: 인덕터
114: 스위치
115: 제어부
116: 전류 센서
120: 필터부
121: 커패시터부
130: LED부
131: 전류 구동부
200, 201: LED 조명 장치
211: 커패시터
212: 변압기
213: 다이오드
214: 스위치

Claims

적어도 하나의 LED소자를 포함하는 LED부;
안정기로부터 출력되는 전류 전원신호를 정류하는 정류부; 및
상기 정류부의 출력 전류를 입력 받아 상기 안정기로부터 상기 LED부로 전달되는 전력을 제어하는 전류 구동부
를 포함하고,
상기 전류 구동부는, 상기 정류부의 출력 전류의 크기보다 더 큰 크기를 갖는 전류를 상기 LED부로 전달하는,
안정기를 이용한 LED 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 전류 구동부는,
입력 받은 안정기 출력 전력의 일부가 상기 LED부로 전달되는 것을 도통 또는 차단하는 스위치;
상기 스위치가 오프 상태일 때, 상기 LED부로 전류가 연속적으로 흐르게 하기 위한 다이오드; 및
상기 스위치가 온 또는 오프 상태 일 때, 각각 에너지를 저장 또는 방출하는 커패시터 및 인덕터를 포함하는,
안정기를 이용한 LED 조명 장치.
제2항에 있어서,
상기 LED부에 흐르는 전류의 크기를 센싱하는 전류 센서 및;
상기 전류 센서로부터 상기 LED부에 흐르는 전류의 크기를 전달 받아, 상기 스위치의 온/오프를 제어하는 제어부를 더 포함하는,
안정기를 이용한 LED 조명 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 LED부에 흐르는 전류가 소정의 전류치보다 클 경우 상기 스위치의 듀티(duty)를 늘이고, 소정의 전류치보다 작을 경우 상기 스위치의 듀티를 줄이는, 안정기를 이용한 LED 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 안정기를 이용한 LED 조명 장치는,
제1 전극 및 제2 전극을 구비하여 상기 안정기로부터 전원을 입력 받는 제1 접속단자(CT1); 및
제3 전극 및 제4 전극을 구비하여 상기 안정기로부터 전원을 입력 받는 제2 접속단자(CT2)를 더 포함하고,
상기 정류부는,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 병렬로 연결되는 제1 필라멘트 커패시터와 복수의 브릿지 다이오드를 포함하는 제1 정류부; 및
상기 제3 전극 및 상기 제4 전극과 병렬로 연결되는 제2 필라멘트 커패시터와 복수의 브릿지 다이오드를 포함하는 제2 정류부를 포함하는,
안정기를 이용한 LED 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 전류 구동부는,
입력 받은 안정기 출력 전력의 일부가 상기 LED부로 전달되는 것을 도통 또는 차단하는 스위치;
상기 스위치가 오프 상태일 때, 상기 LED부로 전류가 연속적으로 흐르게 하기 위한 다이오드; 및
상기 스위치가 온 또는 오프 상태 일 때, 각각 에너지를 저장 또는 방출하는 커패시터 및, 상기 안정기와 상기 LED부를 전기적으로 분리하는 변압기를 포함하는,
안정기를 이용한 LED 조명 장치.
제6항에 있어서,
상기 LED부에 흐르는 전류의 크기를 센싱하는 전류 센서 및;
상기 전류 센서로부터 상기 LED부에 흐르는 전류의 크기를 전달 받아, 상기 스위치의 온/오프를 제어하는 제어부를 더 포함하는,
안정기를 이용한 LED 조명 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 LED부에 흐르는 전류가 소정의 전류치보다 클 경우 상기 스위치의 듀티(duty)를 늘이고, 소정의 전류치보다 작을 경우 상기 스위치의 듀티를 줄이는, 안정기를 이용한 LED 조명 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 구동부의 출력 신호를 평활하여 상기 LED부에 전달하는 필터부를 더 포함하는,
안정기를 이용한 LED 조명 장치.