KR20180101699A - 형광등 호환용 엘이디 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디(LED) 조명장치에 관한 것으로, 상세하게는, 건축물 등에 기설치된 형광등 조명 시스템의 안정기 등과 같은 전원장치에서 공급되는 교류전원을 정류하여 직류전원으로 변환하여 공급하고, 공급된 직류전원에 대응하여 엘이디 램프의 개수를 조절하여 별도의 트랜스 또는 컨트롤러를 설치하지 않고도 형광등 대신에 엘이디 램프를 간편하게 교체 사용할 수 있는 형광등 호환용 엘이디 조명장치에 관한 것이다.

Description

형광등 호환용 엘이디 조명장치{LED LIGHTING APPARATUS WITH INTERCHANGEABILITY OF FLUORESCENT LAMP}
본 발명은 엘이디(LED) 조명장치에 관한 것으로, 상세하게는, 건축물 등에 기설치된 형광등 조명 시스템의 안정기 등과 같은 전원장치에서 공급되는 교류전원을 정류하여 직류전원으로 변환하여 공급하고, 공급된 직류전원에 대응하여 엘이디 램프의 개수를 조절하여 별도의 트랜스 또는 컨트롤러를 설치하지 않고도 형광등 대신에 엘이디 램프를 간편하게 교체 사용할 수 있는 형광등 호환용 엘이디 조명장치에 관한 것이다.
최근에는 필라멘트 전구나 형광등 등을 대신하여 엘이디(Light-Emitting Diode, 이하, 'LED'라 함)가 많은 장점으로 인해 새로운 조명램프로 사용이 꾸준히 증가하고 있다. LED는 저전압에서 구동하고, 다른 조명장치에 비해 긴 수명과 낮은 소비전력, 빠른 응답속도 및 강한 내충격성을 가지며, 소형 경량화가 가능하다는 장점에도 불구하고, 상당히 낮은 직류전원에 의해 동작하고 형광등과는 다른 방식으로 동작하기 때문에, 통상의 LED 램프를 형광등 조명 시스템에 그대로 사용할 수 없다.
도 1은 일반적인 자기식 형광등 조명 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 2는 일반적인 전자식 형광등 조명 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2와 같이, 일반적인 자기식 형광등 조명 시스템(10)에서는 형광등(11)이 자기식 안정기(12)와 스타터(13)를 통해 연결된 폐회로를 통해 교류전원을 공급받아 동작한다. 그리고, 일반적인 자기식 형광등 조명 시스템(20)에서는 형광등(21)이 전자식 안정기(22)를 통해 연결된 폐회로를 통해 교류전원을 공급받아 동작한다.
이와 같이, 기존의 형광등 조명 시스템(10, 20)은 안정기(12, 22)를 통해 교류 전원을 공급받아 동작하는데 반해, LED는 형광등과 달리 상당히 낮은 직류전원에 의해 동작하기 때문에 LED 램프를 형광등 조명 시스템의 전원장치에 그대로 사용할 수 없다.
이로 인해, 기존의 형광등 조명 시스템(10, 20)에 안정기(12, 22) 등과 같은 전원장치를 제거하지 않은 상태로 LED 램프 및 LED 램프를 구동하는 구동회로를 연결하는 경우 LED 램프와 LED 구동회로가 안정기 등의 높은 주파수나 전압을 제대로 처리하지 못하게 되고, 결국 LED 램프가 동작하지 않거나 파괴되는 등의 문제가 발생하였다.
이에 따라, 일반 사용자가 LED 조명장치를 설치 사용하기 위해서는 건축물 등에서 기설치된 형광등 조명 시스템을 철거하거나, 혹은 형광등 조명 시스템에 설치된 안정기 등을 모두 제거해야만 하였다. 또한, 전용 트랜스(trance)나 컨트롤러를 설치하여 사용해야 하기 때문에 설치가 불편하였고, 비용을 증가시키는 원인이 되었다.
KR 10-0953325 B1, 2010. 04. 09. KR 10-1400369 B1, 2014. 05. 21. KR 10-1382226 B1, 2014. 04. 01. KR 10-2015-0069679 A, 2015. 06. 24. KR 10-0949087 B1, 2010. 03. 16.
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 형광등 조명 시스템의 안정기 등과 같은 전원장치에서 공급되는 교류전원을 정류하여 직류전원으로 변환하여 공급하고, 공급된 직류전원에 대응하여 LED 램프의 개수를 조절하여 별도의 트랜스 또는 컨트롤러를 설치하지 않고도 형광등 대신에 LED 램프를 간편하게 교체 사용할 수 있는 형광등 호환용 엘이디 조명장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 형광등 조명 시스템의 형광등용 안정기 또는 상기 형광등용 안정기로 전원을 공급하는 전원장치로부터 공급되는 교류전원을 전파정류하여 직류전원을 출력하는 전파정류기; 및 상기 전파정류기로부터 출력된 직류전원을 공급받아 동작하는 복수 개의 LED 램프를 포함하고, 상기 복수 개의 LED 램프는 상기 전파정류기에 의해 변환된 직류전원의 맥류 평균값을 상기 LED 램프의 동작전압으로 나눈 값과 대응되는 개수로 직렬 연결된 LED 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광등 호환용 엘이디 조명장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 전파정류기와 상기 LED 모듈 사이에 직렬 연결되어 상기 전파정류기에서 발생된 과전압 또는 과전류가 상기 LED 모듈로 유입되는 것을 차단하여 상기 LED 모듈을 보호하는 퓨즈를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 형광등 조명 시스템의 전원장치로부터 공급되는 220V 상용 교류전원을 공급받아 1/2로 분배하여 각각 전파정류한 후 직류전원을 출력하는 제1 및 제2 전파정류기; 상기 제1 전파정류기로부터 출력된 직류전원을 공급받아 동작하는 복수 개의 제1 LED 램프를 포함하고, 상기 복수 개의 제1 LED 램프는 상기 제1 전파정류기에 의해 변환된 직류전원의 맥류 평균값을 상기 제1 LED 램프의 동작전압으로 나눈 값과 대응되는 개수로 직렬 연결된 제1 LED 모듈; 및 상기 제2 전파정류기로부터 출력된 직류전원을 공급받아 동작하는 복수 개의 제2 LED 램프를 포함하고, 상기 복수 개의 제2 LED 램프는 상기 제2 전파정류기에 의해 변환된 직류전원의 맥류 평균값을 상기 제2 LED 램프의 동작전압으로 나눈 값과 대응되는 개수로 직렬 연결된 제2 LED 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광등 호환용 엘이디 조명장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 제1 전파정류기와 상기 제1 LED 모듈 사이에 직렬 연결되어 상기 제1 전파정류기에서 발생된 과전압 또는 과전류가 상기 제1 LED 모듈로 유입되는 것을 차단하는 제1 퓨즈; 및 상기 제2 전파정류기와 상기 제2 LED 모듈 사이에 직렬 연결되어 상기 제2 전파정류기에서 발생된 과전압 또는 과전류가 상기 제2 LED 모듈로 유입되는 것을 차단하는 제2 퓨즈를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명장치는 형광등용 안정기 또는 전원장치로부터 직접 공급되는 교류전원을 전파정류기를 통해 정류하여 직류전원으로 변환하고, 상기 전파정류기에 의해 변환된 직류전원을 공급받아 동작하는 LED 모듈에 상기 전파정류기에 의해 변환된 직류전원의 맥류 평균값을 LED 램프의 동작전압으로 나눈 값과 대응되는 개수로 LED 램프를 구성함으로써 복잡한 회로나 별도의 트랜스 또는 컨트롤러를 설치하지 않고도 형광등 조명 기구물과 호환 가능하여 형광등 조명 기구물을 그대로 유지하면서 LED 램프를 간편하게 교체 사용할 수 있다. 또한, 불필요한 부품의 최소화로 전력 효율을 96% 이상 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 자기식 형광등 조명 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 2는 일반적인 전자식 형광등 조명 시스템을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 엘이디 조명장치를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 엘이디 조명장치를 설명하기 위해 도시한 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
참고로, LED 램프는 특성상 한 방향으로만 전류가 흐르기 때문에 교류전원(AC 전원)을 공급할 경우 반파 정류기와 같이 동작하여 효율이 대략 1/2 이하로 저하될 수 있고, 또한 기존 형광등 조명 시스템에 사용되는 전자식 안정기에서 출력되는 교류전압에 비해 LED 램프의 동작 전압은 대략 3.0V~3.6V로 매우 낮아 직접 형광등용 안정기에서 출력되는 110V 교류전압을 공급할 경우 부품 손상이 초래된다. 이에, 교류전원을 사용하여 LED 램프를 동작하고자 할 경우에는 전용 트랜스나 전용 컨트롤러 등을 사용해야 하기 때문에 부피가 커지고 비용이 증가하는 단점이 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 LED 조명장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예1에 따른 LED 조명장치(30)는 기존의 형광등 조명 시스템에 연결되어 사용된다. 여기서, 형광등 조명 시스템은 자기식 안정기와 스타터(glow starter 또는 Rapid Starter)를 이용한 자기식 점등방식의 조명 시스템이거나 전자식 안정기를 사용하는 전자식 점등방식의 조명 시스템일 수 있다.
본 발명의 실시예1에 따른 LED 조명장치(30)는 형광등용 안정기(22)와 같은 전원장치에서 공급되는 교류전원(AC 전력)을 전파정류기(32)를 통해 정류하여 직류전원(DC 전력)으로 변환하고, LED 모듈(31)에 구성되는 LED 램프의 개수를 전파정류기(32)에 의해 변환된 직류전원의 평균값(DC 평균전력)과 대응하도록 조절하여 설치한다.
형광등용 안정기(22)는 형광등이 계속적으로 방전상태를 유지하도록 하기 위하여 전류의 공급량을 조절하기 위한 것으로, 자기식 안정기 또는 전자식 안정기일 수 있다. 여기서는 설명의 편의를 위해 전자식 안정기를 예로 들어 설명하기로 한다.
전파정류기(32)는 형광등용 안정기(22)로부터 출력되는 교류전압을 전파 정류하여 출력한다. 즉, 형광등용 안정기(22)로부터 출력되는 교류전원을 전파정류하여 직류전원으로 변환하여 출력한다. 이러한 전파정류기(32)는 일례로 브릿지 다이오드형 전파정류기일 수 있다. 이러한 브릿지 다이오드형 전파정류기는 다이오드 또는 이의 응용소자(예를 들어, 브릿지 다이오드를 포함하는 브릿지 정류회로)등을 포함할 수 있으나, 그 외에 교류전원을 전파정류할 수 있는 소자는 모두 포함할 수 있다.
LED 모듈(31)은 전파정류기(32)로부터 출력된 직류전원을 공급받아 동작한다. 이러한 LED 모듈(31)은 복수 개의 LED 램프(LED1~LED42)와, LED 램프(LED1~LED42)를 구동하는 구동회로(미도시)를 포함한다. 이때, LED 모듈(31)에 구성된 LED 램프(LED1~LED42)의 개수는 전파정류기(32)에 의해 변환된 직류전원의 평균값(맥류의 평균값)을 LED 램프의 각 동작전압으로 나눈 값과 대응되는 것이 바람직하다.
전파정류기(32)에서 출력되는 실효전압(Vrms)은 하기 [수학식 1]을 통해 구할 수 있다.
Figure pat00001
예를 들어, 상기 [수학식 1]과 같이, 형광등용 안정기(22)로부터 공급되는 교류전압(AC)이 110V일 때, 실효전압(Vrms)은 155.5V이고, 전파정류시 전파정류기(32)를 구성하는 다이오드의 전압강하(대략 1.4V)를 고려하면 대략 154.1V가 된다.
그리고, 전파정류기(32)를 통해 얻어지는 맥류의 평균값(Vav)은 하기 [수학식 2]를 통해 구할 수 있다.
Figure pat00002
예를 들어, 실효전압(Vrms)이 154.1V일 때, 맥류의 평균값(Vav)은 138.8V로 대략 136V가 된다.
LED 모듈(31)을 구성하는 각 LED 램프(LED1~LED42)의 동작전압(VL)은 대략 3.0V~3.6V이고, 통상적으로 3.2V으로 가정하면, 하기 [수학식 3]과 같이, 맥류의 평균값(Vav)을 LED 램프의 동작전압(VL)으로 나누면, 대략 LED 램프의 설치 개수(NL)을 구할 수 있다.
Figure pat00003
예를 들어, 상기 [수학식 3]을 적용하여 형광등용 안정기(22)에서 출력되는 전압이 110V인 경우, LED 모듈(31)에 구성되는 LED 램프의 개수는 대략 42개로 이들을 직렬 연결할 경우 맥류의 평균값(Vav)에 근접하여 맥류를 LED 모듈(31)에 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예1에 따른 엘이디 조명장치(30)는 전파정류기(32)와 LED 모듈(31) 사이에 직렬 연결된 퓨즈(F1)를 더 포함할 수 있다. 퓨즈(F1)는 과전압 또는 과전류를 차단하여 LED 모듈(31)에 구성된 LED 램프(LED1~LED42)를 보호한다.
또한, 본 발명의 실시예1에 따른 LED 조명장치(30)는 전파정류기(32)를 통해 직류전압으로 변환된 전압을 평활하기 위한 필터부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 필터부는 적어도 하나 이상의 캐패시터를 포함하는 평활회로로서, 전파정류기(32)의 출력단에 병렬로 연결되어 전파정류기(32)를 통해 정류된 전압을 평활한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예1에 따른 LED 조명장치(30)는 형광등용 안정기(22)에서 공급되는 교류전원을 전파정류기(32)를 통해 정류하여 직류전원으로 변환하고, 전파정류기(32)에 의해 변환된 직류전원을 공급받아 동작하는 LED 모듈(31)에 전파정류기(32)에 의해 변환된 직류전원의 맥류 평균값을 LED 램프의 동작전압으로 나눈 값과 대응되는 개수로 LED 램프를 구성함으로써 별도의 트랜스 또는 컨트롤러를 설치하지 않고도 형광등 대신에 LED 램프를 간편하게 교체 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예2에 따른 LED 조명장치를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예2에 따른 LED 조명장치(40)는 도 3에 도시된 본 발명의 실시예1에 따른 LED 조명장치(30)와 달리 형광등용 안정기로부터 교류전원을 공급받는 것이 아니라, 직접 220V 상용 교류전원을 공급받도록 구성되었다.
이에 따라, 본 발명의 실시예2에 따른 LED 조명장치(40)는 220V 상용 교류전원(AC)을 공급받아 동작하기 위해 각각 42개의 LED 램프(LED1~LED42)로 구성된 제1 및 제2 LED 모듈(41, 43)과, 220V 상용 교류전원(AC)을 공급받아 전파정류하여 직류전원을 제1 및 제2 LED 모듈(41, 43)로 공급하는 제1 및 제2 전파정류기(42, 44)를 포함한다. 또한, LED 조명장치(40)는 제1 및 제2 퓨즈(F1, F2)를 포함할 수 있다.
도 4와 같이, 제1 전파정류기(42)의 제2 입력단자(I2)는 제2 전파정류기(42)의 제1 입력단자(I1)와 연결되고, 제1 전파정류기(42)의 제1 입력단자(I1)와 제2 전파 정류기(44)의 제2 입력단자(I2)에는 220V 상용 교류전원(AC)이 공급되도록 회로가 구성된다. 즉, 제1 및 제2 전파정류기(42, 44)는 형광등용 안정기로 220V 상용 교류전원(AC)을 공급하는 전원장치(미도시)로부터 직접 220V 상용 교류전원(AC)을 공급받는다.
이러한 회로 구성을 통해 220V 상용 교류전원(AC)이 제1 및 제2 전파정류기(42, 44)로 직접 공급되면, 220V 상용 교류전원(AC)은 제1 및 제2 전파정류기(42, 44)에 의해 1/2로 분배되어 전파정류되고, 이에 따라 제1 및 제2 전파정류기(42, 44)로부터 출력되는 직류전원의 실효전압(Vrms)과 맥류의 평균값(Vav)은 실시예1과 마찬가지로 상기 [수학식 1]과 [수학식 2]와 같이, 대략 154.1V와 136V가 된다.
결국, 제1 및 제2 전파정류기(42, 44)에서 각각 전파정류되어 출력되는 직류전원은 실시예1에 따른 LED 조명장치(30)와 마찬가지로 대략 136V가 되고, 상기 [수학식 3]과 같이, 제1 및 제2 LED 모듈(41, 43)을 구성하는 각 제1 및 제2 LED 램프의 개수는 대략 42개로 이들을 직렬 연결하여 구성하면 제1 및 제2 LED 램프(LED1~LED42)을 안정적으로 동작시킬 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10, 20 : 형광등 조명 시스템
12 : 자기식 안정기
13 : 스타터
22 : 전자식 안정기
30, 40 : LED 조명장치
31, 41, 43 : LED 모듈
32, 42, 44 : 전파정류기
LED1~LED42 : LED 램프
F1, F2 : 퓨즈
I1, I2 : 입력단자

Claims (4)

  1. 형광등 조명 시스템의 형광등용 안정기 또는 상기 형광등용 안정기로 전원을 공급하는 전원장치로부터 공급되는 교류전원을 전파정류하여 직류전원을 출력하는 전파정류기; 및
    상기 전파정류기로부터 출력된 직류전원을 공급받아 동작하는 복수 개의 LED 램프를 포함하고, 상기 복수 개의 LED 램프는 상기 전파정류기에 의해 변환된 직류전원의 맥류 평균값을 상기 LED 램프의 동작전압으로 나눈 값과 대응되는 개수로 직렬 연결된 LED 모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광등 호환용 엘이디 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전파정류기와 상기 LED 모듈 사이에 직렬 연결되어 상기 전파정류기에서 발생된 과전압 또는 과전류가 상기 LED 모듈로 유입되는 것을 차단하여 상기 LED 모듈을 보호하는 퓨즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광등 호환용 엘이디 조명장치.
  3. 형광등 조명 시스템의 전원장치로부터 공급되는 220V 상용 교류전원을 공급받아 1/2로 분배하여 각각 전파정류한 후 직류전원을 출력하는 제1 및 제2 전파정류기;
    상기 제1 전파정류기로부터 출력된 직류전원을 공급받아 동작하는 복수 개의 제1 LED 램프를 포함하고, 상기 복수 개의 제1 LED 램프는 상기 제1 전파정류기에 의해 변환된 직류전원의 맥류 평균값을 상기 제1 LED 램프의 동작전압으로 나눈 값과 대응되는 개수로 직렬 연결된 제1 LED 모듈; 및
    상기 제2 전파정류기로부터 출력된 직류전원을 공급받아 동작하는 복수 개의 제2 LED 램프를 포함하고, 상기 복수 개의 제2 LED 램프는 상기 제2 전파정류기에 의해 변환된 직류전원의 맥류 평균값을 상기 제2 LED 램프의 동작전압으로 나눈 값과 대응되는 개수로 직렬 연결된 제2 LED 모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광등 호환용 엘이디 조명장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전파정류기와 상기 제1 LED 모듈 사이에 직렬 연결되어 상기 제1 전파정류기에서 발생된 과전압 또는 과전류가 상기 제1 LED 모듈로 유입되는 것을 차단하는 제1 퓨즈; 및
    상기 제2 전파정류기와 상기 제2 LED 모듈 사이에 직렬 연결되어 상기 제2 전파정류기에서 발생된 과전압 또는 과전류가 상기 제2 LED 모듈로 유입되는 것을 차단하는 제2 퓨즈;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광등 호환용 엘이디 조명장치.
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