KR20180001942U - Led 조명 장치 - Google Patents

Abstract

직렬로 연결된 다수개의 LED에서 하나의 LED가 불량이어도 정상으로 작동하며, LED 특성에 의한 깜박거림 현상을 제거한 LED 조명 장치에 관한 것으로, 상용 전원인 교류 전원이 인가되는 AC 입력단자, 상기 AC 입력단자에 연결된 전원 공급 모듈, 상기 전원 공급 모듈에 직렬로 연결된 LED 모듈을 포함하고, 상기 LED 모듈은 다수개의 LED, 상기 다수개의 LED의 각각에 병렬로 연결된 다수개의 저항 및 상기 다수개의 LED의 각각에 병렬로 연결된 다수개의 콘덴서를 포함하고, 하나의 LED, 상기 하나의 LED에 병렬로 연결된 저항 및 상기 하나의 LED에 병렬로 연결된 콘덴서는 하나의 LED 칩으로 이루어지고, 상기 LED 모듈은 LED의 밝기와 전압 전류 분배의 최적화에 따라 32개의 LED 칩으로 이루어진 구성을 마련한 것에 의해 LED의 단선과 전원불량에 의한 깜박거림 현상까지 완벽히 보완함으로 LED 조명등의 수명 연장과 경제적 이익을 창출할 수 있다.

Description

LED 조명 장치{Lighting equipment using LED}

본 고안은 LED 조명 장치에 관한 것으로, 특히 직렬로 연결된 다수개의 LED에서 하나의 LED가 불량이어도 정상으로 작동하며, LED 특성에 의한 깜박거림 현상을 제거한 LED 조명 장치에 관한 것이다.

발광다이오드(LED)에 의해 구현된 조명장치는 일반 램프에 비해 적은 소모 전력으로 구동된다. 특히 LED 조명장치는 다수의 배열로 설치된 LED의 점멸 순서, 발광색상, 밝기 등의 제어에 의해 다양한 연출을 할 수 있다. 이러한 LED 조명장치는 주로 실내 인테리어의 일반조명 및 특정의 분위기를 연출하기 위한 무드(mood) 조명, 상점의 광고조명 등으로 다양하게 실시되고 있다.

일반적으로, LED 조명장치는 일정 색상의 빛을 출사하는 LED 모듈과, LED 모듈에서 출사되는 빛의 색상, 점멸상태 등을 제어하는 제어회로로 구성된다. 더불어 LED 조명장치의 제어회로에는 외부에서 인가받은 전원을 LED 모듈과 제어회로에 적합한 전압, 전류로 변환하여 공급하는 전원 공급부(파워 서플라이)를 포함하여 구성된다.

LED 모듈은 회로기판에 다수의 LED 소자가 일정한 배열로 장착되어 구성되며, LED 소자는 단일 색상의 빛을 출사하는 것일 수도 있고, 외부의 전기/전자 신호에 따라 여러 색상을 선택적으로 출사하는 것을 적용할 수 있다.

이와 같은 LED 모듈은 파워 소스에 준한 전압과 전류를 기준으로 하여 다수의 LED가 직렬 또는 직렬 및 병렬 연결하여 사용되어 왔다.

이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 내지 2 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 교류 전원, 교류 전원의 교류전압을 정류하는 정류회로, 1차 코일과 2차 코일과 3차 코일을 구비하는 트랜스포머, 정류회로의 출력 양단에 접속되고 트랜스포머의 1차 코일과 스위칭 소자가 구성하는 직렬회로, 트랜스포머의 2차 코일에 발생하는 전압을 정류 평활하여 얻어진 직류전압을 부하로 공급하는 정류 평활회로, 정류 평활회로의 직류전압에 의거하여 일정 폭의 온 펄스폭 신호를 생성하고 상기 온 펄스폭 신호에 의하여 스위칭 소자를 온/오프시키는 제어회로를 구비한 LED 조명기구에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수 개의 LED 소자가 직렬 연결된 LED 어레이(21, 22, 2N)가 다수 개 병렬로 접속된 LED 모듈(20), 상기 LED 모듈에 정전류를 인가하는 단일의 정전류 공급부(10), 상기 각 LED 어레이에 직렬 연결된 가변 저항부(90) 및 상기 정전류 공급부와 가변 저항부를 제어하는 제어부(50), 센싱 저항(30), ADC(40), DAC/PWM(60), 통신부(70)를 포함하며, 상기 단일의 정전류 공급부에서 인가되는 전류는 상기 복수 개의 LED 어레이의 저항에 따라 분배되며, 상기 제어부는 측정된 각 LED 어레이의 전류값 중 하나 이상이 정상범위를 벗어난 경우에는 상기 가변 저항부를 조절하여 각 LED 어레이의 전체저항을 일치시켜 전류 밸런스를 유지하는 LED 조명장치에 대해 개시되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1193451호(2012.10.16 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1493844호(2015.02.10 등록)

그러나 상기 공보에 개시된 기술에서는 도 1에 도시된 바와 같이 다중 접속된 다수의 LED 중 1개가 문제가 되면 LED 조명기기 전체에 문제가 발생하여 조명등으로서 기능을 할 수 없다는 문제가 있었다.

즉, 기존 LED 조명 기구는 다수의 LED가 직렬로 연결된 구조이므로, 어느 하나의 LED가 불량인 경우 LED 라인 전체를 사용할 수 없다는 단점이 있었다.

본 고안의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 다수개의 LED로 마련된 조명등에서 하나의 LED에서 불량이 발생하여도 정상으로 동작하게 하는 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 LED의 밟기를 최적으로 유지하면서 장기간 사용할 수 있는 LED 조명 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 고안에 따른 LED 조명 장치는 상용 전원인 교류 전원이 인가되는 AC 입력단자, 상기 AC 입력단자에 연결된 전원 공급 모듈, 상기 전원 공급 모듈에 직렬로 연결된 LED 모듈을 포함하고, 상기 LED 모듈은 다수개의 LED, 상기 다수개의 LED의 각각에 병렬로 연결된 다수개의 저항 및 상기 다수개의 LED의 각각에 병렬로 연결된 다수개의 콘덴서를 포함하고, 하나의 LED, 상기 하나의 LED에 병렬로 연결된 저항 및 상기 하나의 LED에 병렬로 연결된 콘덴서는 하나의 LED 칩으로 이루어지고, 상기 LED 모듈은 LED의 밝기와 전압 전류 분배의 최적화에 따라 32개의 LED 칩으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또 본 고안에 따른 LED 조명장치에서, 상기 전원 공급 모듈은 상기 AC 입력단자를 통해 공급된 AC를 DC로 변환하는 다이오드 브리지 회로, 상기 다이오드 브리지 회로에서 정류된 전류의 맥류를 평활시키기 위해 상기 다이오드 브리지 회로의 출력단에 연결된 제1 커패시터, 고주파 스위칭 펄스 폭을 제어하기 위해 상기 제1 커패시터에 연결된 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 고안에 따른 LED 조명장치에서, 상기 LED 모듈은 상기 다이오드 브리지 회로와 제1 커패시터의 연결 노드 및 상기 제1 커패시터와 트랜지스터의 연결 노드 사이에서 직렬로 연결된 것을 특징으로 한다.

또 본 고안에 따른 LED 조명장치에서, 상기 전원 공급 모듈은 상기 다이오드 브리지 회로의 입력단 사이에 마련되어 입력되는 AC에서의 노이즈를 제거하는 제2 커패시터와 상기 LED 모듈에 공급되는 전압과 전류를 제한하기 위한 전압 전류 제한 회로를 더 포함하고, 상기 전압 전류 제한회로는 상기 제2 커패시터에 직렬로 연결된 제1 저항, 상기 제1 저항에 직렬로 연결된 제2 저항 및 상기 제2 저항에 병렬로 연결된 제3 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 LED 조명 장치에 의하면, 하나의 LED에서 단선 등의 불량이 발생하여도 하나의 LED에 병렬로 연결된 저항에 의하여 다음 단에 연결된 LED로 전류가 흘러 정상 동작하게 할 수 있으며, 또 병렬로 연결된 콘덴서에 의해 LED 특성에 의한 깜박거림 현상을 제거하여 정상 동작하게 할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 본 고안에 따른 LED 조명 장치에 의하면, LED의 단선과 전원불량에 의한 깜박거림 현상까지 완벽히 보완함으로 LED 조명등의 수명 연장과 경제적 이익을 창출할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또 본 고안에 따른 LED 조명 장치에 의하면, 전원 공급 모듈을 간단한 구조로 구성하고, 전압 전류 제한에 의해 32개의 LED를 최적의 밝기 상태로 유지할 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 종래의 LED 조명장치의 회로도,
도 2는 본 고안에 따른 LED 조명장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 도 2에 도시된 LED 조명장치의 회로도.

본 고안의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 고안의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 고안의 설명에서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

도 2는 본 고안에 따른 LED 조명장치의 구성을 나타내는 블록도 이고, 도 3은 도 2에 도시된 LED 조명장치의 회로도이다.

본 고안에 따른 LED 조명 장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상용 전원인 교류 전원이 인가되는 AC 입력단자(100), 상기 AC 입력단자(100)에 연결된 전원 공급 모듈(200), 상기 전원 공급 모듈(200)에 직렬로 연결된 LED 모듈(300)을 포함한다.

상기 AC 입력단자(100)는 통상의 가정집, 사무실 등에 공급되는 220V 전원에 연결되는 연결 단자이다.

상기 전원 공급 모듈(200)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 AC 입력단자(100)를 통해 공급된 220V 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하도록 4개의 다이오드로 구성되어 동일한 극성 전압을 출력하는 다이오드 브리지 회로(BD1), 상기 다이오드 브리지 회로(BD1)에서 정류된 전류의 맥류를 평활시키기 위해 상기 다이오드 브리지 회로(BD1)의 출력단(N1)에 연결된 제1 커패시터(CP3), 제어부(CTL)에서의 제어 신호에 따라 고주파 스위칭 펄스 폭을 제어하기 위해 상기 제1 커패시터(CP3)에 연결된 트랜지스터(Q1)를 포함한다.

상기 다이오드 브리지 회로(BD1)와 제1 커패시터(CP3)는 정류 및 평활화를 위한 AC/DC 컨버터를 구성할 수 있다.

상기 LED 모듈(300)은 상기 다이오드 브리지 회로(BD1)와 제1 커패시터(CP3)의 연결 노드(N1) 및 상기 제1 커패시터(CP3)와 트랜지스터(Q1)의 연결 노드(N2) 사이에서 직렬로 연결된다.

또한, 상기 전원 공급 모듈(200)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 다이오드 브리지 회로(BD1)의 입력단 사이에 마련되어 입력되는 AC에서의 노이즈를 제거하는 제2 커패시터(CP2)와 상기 LED 모듈(300)에 공급되는 전압과 전류를 제한하기 위한 전압 전류 제한 회로(210)를 포함한다. 따라서, 상기 다이오드 브리지 회로(BD1)에는 제2 커패시터(CP2)에 의해 직류에 포함된 노이즈가 제거되고, 전압 전류 제한 회로(210)에 의해 최적으로 전압 전류가 분배된 직류가 공급된다.

상기 전압 전류 제한회로(210)는 상기 제2 커패시터(CP2)에 직렬로 연결된 제1 저항(RP1), 상기 제1 저항(RP1)에 직렬로 연결된 제2 저항(RP2) 및 상기 제2 저항(RP2)에 병렬로 연결된 제3 커패시터(CP1)를 포함한다.

상기 LED 모듈(300)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 다수개의 LED(LED1, LED 2,…, LED 32), 상기 다수개의 LED의 각각에 병렬로 연결된 다수개의 저항(R1, R2,…, R32) 및 상기 다수개의 LED의 각각에 병렬로 연결된 다수개의 콘덴서(C1, C2, …, C32)를 포함한다.

상기 각각의 LED는 구동전압이 대략 1.5~3.5V의 저전압상태에서 구동하는 통상의 발광다이오드로서, 공급되는 상용전원의 전압에 맞게 다이오드 브리지 회로(BD1)와 제1 커패시터(CP3)의 노드(N1)에 저전압의 다수개의 LED가 직렬로 연결되도록 구성된다.

상술한 바와 같이, 다수개의 LED의 각각에 병렬로 연결된 다수개의 저항을 마련하는 것에 의해 다수개의 LED 중 어느 하나의 LED가 단선 등에 의한 불량이 발생하여도 그 LED에 병렬로 연결된 저항에 의하여 다음 단에 연결된 LED로 전류가 흘러 정상 동작하게 할 수 있다.

또한, 각각의 LED에 병렬로 연결된 콘덴서에 의하여 LED 고유 특성에 의한 깜박거림 현상을 제거하여 정상 동작하게 할 수 있다.

또 본 고안에 따른 LED 조명장치에서, 상기 LED 모듈(300)은 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 LED, 상기 하나의 LED에 병렬로 연결된 저항 및 상기 하나의 LED에 병렬로 연결된 콘덴서는 하나의 LED 칩(301, 302,…,332)으로 각각 이루어지고, 상기 LED 모듈(300)은 LED의 밝기와 전압 전류 분배의 최적화에 따라 32개의 LED 칩으로 이루어진다.

본 고안자의 수많은 반복 시험에 의하면 전압 전류 제한회로(210)를 적용한 경우, LED 칩이 32개 미만이면 밝기가 높아지지만, LED 모듈의 수명이 저하되고, LED 칩이 32개를 초과하면 수명이 길어지지만 밝기가 저하되어 32개의 LED 칩이 최적임을 알 수 있었다.

이와 같이 LED, 저항, 콘덴서가 하나의 LED 칩으로 이루어지므로, 본 고안에 따른 LED 조명 장치에서는 LED 발광을 위한 회로가 마련된 기판상에 LED 칩을 삽입하는 것에 의해 LED 모듈(300)을 용이하게 제작할 수 있다.

또 본 고안에 따르면, 상용전원이 다수개의 LED(5)에 인가시 병렬로 연결된 저항(8)과 콘덴서(9) 쪽으로 동시에 인가되어 상기 다수개의 저항(8)과 각 콘덴서(9)의 충전작용에 의해 고전압의 상용전원이 각 저항(8)과 콘덴서(9)의 수만큼 균등 분배되면서 저전압상태로 각 LED(5)에 공급되어 전원인가시 순간적인 전압 불균형에 따른 LED(5)의 손상을 방지하도록 하며, 또한 인가된 전원을 차단시 각 콘덴서(9)에 충전된 전압을 콘덴서(9)와 각각 병렬로 연결된 저항(8)을 통해 방전시킴으로써 전원의 재투입시 콘덴서(9)의 재충전이 원활하게 이루어져 콘덴서(9)에 의한 전압의 균등 분배기능을 극대화 시키도록 한다.

이상 본 고안자에 의해서 이루어진 고안을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 고안은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

즉, 상기 실시 예에서는 AC 입력단자(100)에는 통상의 가정집, 사무실 등에 공급되는 220V 전원이 공급되는 구조로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 100V~300V의 산업용 고전압이 전원으로 공급되는 구조에도 적용 가능하다.

본 고안에 따른 LED 조명 장치를 사용하는 것에 의해 LED의 단선과 전원불량에 의한 깜박거림 현상까지 완벽히 보완함으로 LED 조명등의 수명 연장과 경제적 이익을 창출할 수 있다.

100 : AC 입력단자
200 : 전원 공급부
300 : LED 모듈

Claims (4)

1. 상용 전원인 교류 전원이 인가되는 AC 입력단자,
   상기 AC 입력단자에 연결된 전원 공급 모듈,
   상기 전원 공급 모듈에 직렬로 연결된 LED 모듈을 포함하고,
   상기 LED 모듈은 다수개의 LED, 상기 다수개의 LED의 각각에 병렬로 연결된 다수개의 저항 및 상기 다수개의 LED의 각각에 병렬로 연결된 다수개의 콘덴서를 포함하고,
   하나의 LED, 상기 하나의 LED에 병렬로 연결된 저항 및 상기 하나의 LED에 병렬로 연결된 콘덴서는 하나의 LED 칩으로 이루어지고,
   상기 LED 모듈은 LED의 밝기와 전압 전류 분배의 최적화에 따라 32개의 LED 칩으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
2. 제1항에서,
   상기 전원 공급 모듈은 상기 AC 입력단자를 통해 공급된 AC를 DC로 변환하는 다이오드 브리지 회로,
   상기 다이오드 브리지 회로에서 정류된 전류의 맥류를 평활시키기 위해 상기 다이오드 브리지 회로의 출력단에 연결된 제1 커패시터,
   고주파 스위칭 펄스 폭을 제어하기 위해 상기 제1 커패시터에 연결된 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
3. 제2항에서,
   상기 LED 모듈은 상기 다이오드 브리지 회로와 제1 커패시터의 연결 노드 및 상기 제1 커패시터와 트랜지스터의 연결 노드 사이에서 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
4. 제2항에서,
   상기 전원 공급 모듈은 상기 다이오드 브리지 회로의 입력단 사이에 마련되어 입력되는 AC에서의 노이즈를 제거하는 제2 커패시터와 상기 LED 모듈에 공급되는 전압과 전류를 제한하기 위한 전압 전류 제한 회로를 더 포함하고,
   상기 전압 전류 제한회로는 상기 제2 커패시터에 직렬로 연결된 제1 저항, 상기 제1 저항에 직렬로 연결된 제2 저항 및 상기 제2 저항에 병렬로 연결된 제3 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.

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