KR20160125805A

KR20160125805A - 이중전류제어기를 적용한 안정기 호환형 led 램프 구동회로

Info

Publication number: KR20160125805A
Application number: KR1020150056786A
Authority: KR
Inventors: 송종환; 김학민; 문경준
Original assignee: (주)티제이에스
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2016-11-01

Abstract

전자식 안정기의 자려식과 타려식에 모두 적용가능한 안정기 호환형 LED 램프로서 자려식과 타려식의 내부 공진 특성의 상이로 인하여 발생하는 과전류 또는 깜박임 현상을 근원적으로 차단하는 회로를 제안한다.

Description

이중전류제어기를 적용한 안정기 호환형 LED 램프 구동회로 {LED Drive using dual current controller compatible for fluorescent ballast}

본 발명은 이미 설치되어있는 안정기 부착 형광등의 형광램프만 바꿔 사용할 수 있는 호환가능한 LED 형광등용 램프의 컨트롤러에 관한 것으로 고 효율의 LED 램프를 기존의 형광등기구를 바꾸지 않고 사용할 수 있으므로 경비를 최소화한 형광등 호환형 LED 램프의 구동회로에 관한 것이다

형광등은 백열등에 비해 수명이 길고 전력 소모량이 적어 가장 많이 사용되고 있다.

그런데, 최근에는 상기 형광등에 비해 수명이 대략 15배 ~ 20배 정도 길며, 에너지 소비도 크게는 대략 50% 정도까지 절감할 수 있는 LED를 사용하는 조명이 각광을 받고 있으며, 특히 상기 LED는 형광등에서 사용하는 수은이 없어 친환경적이어 향후의 조명 수단으로 유망하다.

LED 를 사용한 램프의 경제성과 효용성이 높지만 이를 사용하기 위해서는 기존의 형광등 기구를 해체하고 LED 등기구를 설치하여야 하므로 경비가 많이 들고 불편한 이유로 인하여 보급이 용이하지 않은 실정이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 우리나라에서는 형광램프대체형 LED 램프의 안전인증기준(K-10025)을 도입하여 사용자가 용이하게 구입하여 사용할 수 있도록 하였다.

이러한 안전인증은 국내에 사용되고 있는 모든 안정기에 적용가능하여야 하는데, 우리나라에서는 안정기의 종류가 모두 6가지에 이르며 제조업체에서 만드는 안정기는 수백 가지에 이르므로 모든 안정기에 호환가능한 대체형 LED 램프의 구동회로는 난해한 기술분야이다.

LED 램프를 안정기에 적용하였을때 나타나는 일반적인 문제점은 떨림현상과 깜박임현상으로 떨림현상은 주로 자기식안정기, 래피드방식안정기, 자려식안정기에서 주로 많이 나타나며, 깜박임현상은 타려식안정기에서 많이 나타난다.

해결국내에는 특히 전자식 안정기가 대부분인데 자려식과 타려식으로 구분되며 모두 공진형 컨버터를 사용하여 고주파고효율의중 자려식에서 호환가능한 통상의 기술은 전력L전통상의 한편 안정이럼에도 불구하고 형광등 호환형 안전인증 제도를 도입하여 도 불구하고 기존 한편,대체되고 있다.은 형광등을 주로 사용하고 있다.

안정기와 호환가능한 ＬＥＤ 형광등용 컨트롤러(출원번호 10-2012-0017382) : 기존의 형광등 안정기에 마련된 공진용 인덕터에 매칭되는 다단의 반도체스위치를 구비하여 적절한 커패시턴스를 선택하므로 출력을 안정화하여 부하로 작동하는 LED 램프에 공급하는 방식으로 다수의 스위치 중 하나만이 사용되므로 비효율적이다. 형광램프 호환형 LED램프 제어회로(출원번호 10-2013-0089968) : 이는 자려식 및 타려식의 전자식 안정기 모두에 호환되기 위한 회로를 제시하지 못하고 있다. 형광램프 호환형 LED램프 제어회로(출원번호 10-2013-0089967 : 이는 호환형 안정기의 기능 중 감전보호에 대한 기술로서 자기식 안정기와 전자식 안정기를 구분하여 구동하는 내용으로 본 발명에서 취급하는 전자식 안정기의 타려식과 자려식모두에 호환 가능한 기술과는 내용을 달리하고 있다. 전원 공급 장치(출원번호 10-2013-0000178) : 호환되고자 하는 전자식 안정기의 출력단과 AC/DC정류기 사이에 적절한 L-C 래더형 임피던스를 삽입하므로 전자식안정기 내의 L-C공진회로와 매칭을 이루도록 한 회로. 이는 타려식에 적용 시 재점화하는 문제를 해결하지 못하고 있다.

없슴.

안정기 호환형 LED 램프에서 해결해야하는 가장 난해한 문제는 타려식과 자려식으로 대별되는 전자식 안정기의 호환성에 대한 것으로 두 안정기가 각기 다른 출력 특성을 가지는데 이러한 출력 특성을 하나의 회로로 수용하기가 난해하기 때문이다.

먼저 자려식 안정기는 내부 회로가 단순 반파 푸시-풀 또는 토템-폴 구조의 스위칭과 인덕터-커패시터 직렬공진 회로를 조합한 방식으로 부하의 임피던스에 따라 전류 변화가 심하여 안정기 또는 형광등에 무리를 줄 수 있다. 이는 또한 호환형 LED 램프가 연결될 경우, 출력의 변화를 야기하여 떨림현상이 나타날 수 있다.

타려식 안정기의 경우에는 거의 동일한 회로 구성을 가지지만 출력 인덕터에 보조코일을 장착하여 출력전류가 정상적으로 흐르는지를 판단하고 비정상 전류 경우에는 출력을 차단한 후 재점화하는 과정이 추가되므로 인해 호환형 LED 램프를 적용하였을 경우 이러한 재점화로 인한 깜박임 현상이 나타난다.

본 발명은 이러한 두 종류의 특징에 모두 부합하는 안정기 호환형 LED 램프를 제공하는데 있다.

두 종류의 안정기 즉 자려식과 타려식 안정기가 호환형 LED 램프에 적용되었을때 나타나는 문제는 모두 전류의 흐름에 대한 것으로 자려식에는 임피던스 매칭 부재로 인한 전류의 난조이며, 타려식에는 적정 전류가 확인되지 않음으로 인한 재점화 과정의 반복으로 정리할 수 있다.

만약 호환형 LED 램프의 입력회로를 단순 수동회로로 구성하려하면 LED 램프의 내부 구조가 형광등과 동일한 임피던스 특징을 가져야 하는데 형광등의 내부는 플라즈마 상태로 이를 회로로 구현하기가 아주 난해하다.

만약 호환형 LED 램프의 입력회로를 자려식과 타려식이 가지고 있는 특성 즉, 전류의 제어에 촛점을 맞춘 능동회로로 구성할 수 있다면 자려식에서 나타나는 전류의 난조도 해결가능하고 동시에 타려식에서 나타나는 적정전류의 흐름도 안정적으로 유지할 수 있다.

본 발명은 이러한 기술적인 대한에 착안하여 입력회로부에 능동적으로 제어되는 전류제어기를 구성하여 두 종류의 안정기에 모두 호환 가능한 회로를 제안한다.

기존의 형광등에 호환형 LED 램프를 적용하려면 반드시 안정기의 타입을 확인해야 하는데 대부분의 수요자는 형광등에 설치되어 있는 안정기가 어떤 종류인지 알지 못하고 또한 확인할 필요도 가지지 않는다.

이러한 이유로 인해 LED 램프가 많은 장점을 가지고 있음에도 불구하고 보급이 효과적으로 일어나고 있지 않다.

본 발명은 이러한 문제를 근원적으로 해결하므로 형광등 내에 설치되어 있는 안정기의 종류를 확인하지 않고도 용이하게 교체할 수 있는 호환형 LED 램프를 제공할 수 있다.

또 다른 효과는 본 발명이 안정기에서 일정전류가 흐르도록 제어하므로 자려식 안정기의 임피던스 매칭 부재로 인한 안정기의 과전류 및 수명감소 문제를 해결할 수 있고 높은 효율을 유지할 수 있다.

또 다른 효과는 LED에 일정 전류를 연속적으로 공급가능하므로 램프에서 일반적으로 나타날 수 있는 미세한 플리커를 근원적으로 차단 가능하여 광 품질이 현제하게 개선되는 LED 램프가 가능하다.

도1 : 기존의 전자식 안정기와 본 발명에서 제시하는 호환형 LED 램프의 연결도.
도2 : 이중전류제어기가 직렬로 구성되어 있고 전류제어기 사이에 필터와 전압 제한부가 설치된 본 발명의 기본도.
도3 : 본 발명에서 제안하는 하나의 실시예

도1은 기존의 전자식 안정기(11)에 연결된 안정기 호환형 LED 램프(12)의 구성도로서 전자식 안정기(11)는 상용전압(10)을 입력받아 20 ∼ 50kHz의 고주파 출력전압을 생성하는 방식으로 이때 안정기 자체의 효율을 좋게 하기 위하여 공진회로를 사용하는 경우가 대부분이다. 형광등을 점등하기 위하여 형광등 내의 열전자 방출을 위한 커패시터(14)가 내부에 있다. 안정기는 총 4개의 출력단자로 구성되는데 두 단자는 형광등을 여기하기 위한 고압이 인가되며 다른 두 단자는 열전자 코일에 전류를 인가하기 위한 보조 커패시터(14)에 연결된다. 본 발명에서 제안하는 전자식 안정기 호환형 LED 램프(12)는 기존의 전자식 안정기(11) 출력단을 모두 입력으로 받으며 전자식 안정기의 출력단 중 어떤 단자가 고압부이고 어떤 단자가 열전자 코일 가열용인지 알 수 없기 때문에 모든 단자를 동일하게 전파정류하여 사용하며 이에 대한 그림이 도2에 표시되어 있다. 본 발명은 전자식 안정기(11) 출력단을 받아 LED에 전력을 안정적으로 공급하는 제어부로서 이중전류제어기(13)을 제안한다.

도2는 안정기 호환형 LED 램프의 내부구조로서 전자식 안정기(11) 출력 네 단를 입력단자(20)로 구성하고, 어떠한 임의의 두 단자에 고압이 연결되더라도 정류가능토록 하기 위한 전파정류부(21)가 구성되어 교류를 직류로 변환하여 본 발명에서 제안하는 이중전류제어기(13)로 인가된다. 이중전류제어기(13)는 제1전류제어부(22), 전압검출 및 제한부(23), 필터부(24), 및 제2전류제어부(25)로 구성된다. 본 발명에서 가장 중요한 요소는 제1전류제어부(22)로서 통상의 호환형 LED 램프는 전파정류부(21) 다음에 단순 필터가 구성되므로 인해 전자식안정기(11)의 임피던스 특성을 고려하지 않아 자려식에서는 과전류의 가능성이 존재하였으며, 타려식에서는 전류부족으로 인해 이그니션을 반복하는 깜박임 현상이 나타났다. 제1전류제어부(22)는 정전류 제어기로서 전자식 안정기(11)와 함께 사용될 때 안정기에서 일정전류가 흐르도록 제어하기 때문에 자려식에서 나타나는 과전류 현상이 근원적으로 차단될 뿐 아니라 타려식과 연결되었을때의 주요 현상인 전류 부족으로 인한 깜박임 문제를 해결할 수 있다. 제1전류제어부(22)는 전류를 일정하게 흐르도록 제어하기 위해 스위칭제어를 하므로 전류에 리플이 존재하며 이를 안정화시키는 회로가 필터부(24)이며, 전류제어기는 전압에 대한 보호가 이뤄져야 하기 때문에 제1전류제어부(22)의 출력에는 전압검출 및 제한부(23)가 필요하다. 전압검출 및 제한부(23)는 백V 이상의 고압을 측정해야 하므로 통상 저항분압회로 또는 KA431 같은 정전압제어용 IC로 구성되며 일정전압 이상이 검출되면 제1전류제어부(22)의 전류값을 줄이거나 차단하도록 제1전류제어부(22)와 연동하여 동작하도록 구성된다. 제2전류제어부(25)는 LED(26)에 일정전류를 흘리는 제어를 수행하므로 LED(26)가 일정 광속을 유지하도록 한다.

도3은 도2의 구체적인 실시예로서 통상의 부스트콘버터로 제1전류제어기(22)를 구성하여 정전류제어를 수행하는데 제1리액터(221), 제1다이오드(222), 제1FET(223)으로 구성되며, 전류의 크기는 제1전류검출용저항(224)의 값으로 결정한다. 제1전류제어 IC(225)는 LED 제어전용 IC인 HV9910등을 사용할 수도 있고 본 발명에서 제안하는 기본 기능을 수행할 수 있으면 무방하다. LED 전용IC는 부하조정기능이나 출력차단기능을 소자내에 가지고 있는데 전압검출및 제한부(23)에서 검출된 전압을 분압하거나 전압조정용 IC를 사용하여 제1리액터(221)의 전류를 억제하므로 과전압 등을 보호할 수 있다. 필터부(24)는 주로 커패시터(241)를 사용한다. 제2전류제어부(25)는 LED(26)에 일정전류를 공급하는 제어기로서 통상의 벅콘버터를 사용할 수 있으며 제2다이오드(251), 제2리액터(252), 제2FET(253)으로 구성되며, 전류의 크기는 제2전류검출용저항(254)으로 조정한다. 제2전류제어 IC(255) 역시 제1전류제어 IC(225)와 동일한 IC의 사용이 가능하다. 제2전류제어 IC(255)의 과전압 차단입력(OV)는 직류단에 과전압이 인가될 때 LED(26)을 보호하기 위한 기능으로 본 발명과는 무관하다.

10 : 상용전원
11 : 통상의 전자식 안정기 및 내부 개략도
12 : 제안하는 안정기 호환형 LED 램프
13 : 본 발명에서 제안하는 이중전류제어기 구성
20 : 안정기 호환형 LED 램프의 입력 단자
21 : AC/DC 정류부
22 : 제1전류제어부
23 : 전압 검출 및 제한부
24 : 필터
25 : 제2전류제어부
26 : LED 발광부
201 ∼ 204 : 입력단자
221 : 제1리액터
222 : 제1다이오드
223 : 제1FET (Field Effect Transistor)
224 : 제1전류검출용 저항
225 : 제1전류제어 IC
241 : 평활용 커패시터
251 : 제2다이오드
252 : 제2리액터
253 : 제2FET (Field Effect Transistor)
254 : 제2전류검출용 저항
255 : 제2전류제어 IC

Claims

AC/DC정류부(21)와 이중전류제어기(13), LED(26)로 구성되어 있는 LED 램프로서, 이중전류제어기(13)는 제1전류제어부(22), 전압검출 및 제한부(23), 필터부(24)와 제2전류제어부(25)로 구성된 것을 특징으로 하는 전자식 안정기 호환형 LED 램프.
제1항에서 제1전류제어부(22)는 버스트콘버트를 특징으로 하는 전자식 안정기 호환형 LED 램프.
제1항에서 전압검출 및 제한부(23)는 제1전류제어부(22)의 출력전압을 감시하여 일정전압 이하로 유지하는 기능을 가지는 전자식 안정기 호환형 LED 램프.
제1항에서 제2전류제어부(25)는 벅콘버트를 특징으로 하는 전자식 안정기 호환형 LED 램프.