KR20150027696A

KR20150027696A - 교류 전압을 사용하는 발광다이오드 램프

Info

Publication number: KR20150027696A
Application number: KR20140109632A
Authority: KR
Inventors: 김하철; 정화균
Original assignee: 루미리치 주식회사
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-03-12

Abstract

발광다이오드 램프는, 서로 전기적으로 연결되는 한 쌍의 제1 핀, 서로 전기적으로 연결되는 한 쌍의 제2 핀, 하나 이상의 발광다이오드 소자를 포함하는 발광다이오드 소자 모듈, 상기 제1 핀 및 상기 제2 핀을 통해 외부의 교류 전원을 인가받을 수 있도록 상기 제1 및 제2 핀에 전기적으로 연결되고 상기 인가된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 발광다이오드 소자 모듈로 공급하도록 상기 발광다이오드 소자 모듈의 양단에 연결되는 브릿지 다이오드, 그리고 상기 한 쌍의 제1 핀과 제2 핀 중 어느 하나와 상기 브릿지 다이오드에 각각 연결되는 인덕터를 포함한다.

Description

교류 전압을 사용하는 발광다이오드 램프{Light emitting diode lamp using alternating current voltage}

본 발명은 발광다이오드 램프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광다이오드 램프에 작동에 필요한 고가의 스위칭 모드 파워 서플라이(SMPS, Switching Mode Power Supply)를 사용하지 않고 통상의 교류 전압에 직접 연결하여 사용하는 발광다이오드 램프에 관한 것이다.

종래의 형광등은 통상 90 내지 1,500V(피크 전압)의 교류 전원을 인가받아 발광하는 것이 일반적이다. 이에 반해, 발광다이오드(LED) 램프는 이러한 기존의 형광등과 고압 방전관 램프를 대체할 수 있는 제품이며, 고전압의 교류 전원을 SMPS에 입력하여 90V 미만의 직류 전원으로 바꾼 후 LED 램프에 인가함으로써 직류전원에 의해 발광다이오드가 빛을 발산하도록 한다. 이와 같이 통상의 LED 램프는 SMPS라는 전원 장치를 부가하여 발광한다.

이와 같이 발광다이오드 램프는 직류 전원을 이용하는 반도체이기 때문에 형광등에 인가되는 것과 같은 교류 전원이 발광다이오드 램프에 인가될 경우 발광다이오드의 수명과 동작에 이상이 생길 수 있으며, 종래의 형광등을 점등시키는 안정기에 LED 램프를 꽂을 경우 파괴, 폭발, 화재 등의 위험이 있다. 이러한 이류로 통상 기존 형광등용 안정기를 제거하고 LED 램프 전용의 SMPS를 교체한다. 따라서 교체를 위한 교체 비용이 발생하고 더불어 고가의 SMPS를 사용하기 때문에, 가격 상승의 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 최근에 고가의 SMPS 사용을 배제하고 직접 90 내지 250V 정도의 교류 전압을 사용하여 LED 램프를 발광시키는 필요성이 대두되고 있다.

종래의 발광다이오드 램프에서는 도 1에서와 같이 낮은 전압(통상 AC 12~24V) 또는 직류전원(DC 90V 이하)을 발광다이오드를 구동하기 위한 정전류로 변환하는 기술을 채택한다. 예를 들어, 브릿지 다이오드(bridge diode)를 이용하여 AC 전압을 DC 전압으로 변환하고, 발광다이오드 소자 앞 단에 CRD(current regulating diode) 또는 저항을 부가하여 발광다이오드 소자를 점등시키는 방식이 알려져 있다. 이러한 방식은 AC 12~24V에 사용하는 비교적 낮은 전압대의 발광다이오드 램프, 예를 들어 12V 전원 배터리를 사용하는 자동차의 조명에 사용하는 경우에는 유용하게 사용될 수 있다.

그러나 일반적으로 사용되는 조명의 범위인 가정용, 사무실용은 최소 전압이 AC 90V (한국은 220V) 이상인 곳에서는 램프가 파손, 폭발될 수 있으며, 플리커(flicker) 등의 문제가 발생할 수 있다.

도 2에 도시된 회로를 이러한 문제점을 해결하기 위해 도출된 회로로서, AC 90V 이상에서 발광다이오드 램프를 발광시켜주는 회로이다. 이러한 기술은 최근 많이 개발되고 있다. 즉, 고전압 AC 90V 이상의 전압이 인가되면, 브릿지 다이오드에서 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고 트랜지스터(transistor)를 이용한 정전류 회로를 거쳐 일정 전류가 발광다이오드 소자부에 인가된다. 그러나 이러한 회로를 사용하는 발광다이오드 램프는 고가의 SMPS의 사용을 배제한 기술로는 유용하나, 몇 가지 문제점이 있어 실제 사용되기는 어렵다.

첫 번째 문제는 AC 90~120V 사이의 전압이 변경될 때, 출력 전류(Tr 정전류 회로)가 변동이 심하여 발광다이오드 소자부에 인가되는 전류가 전압 변동에 따라 급격히 변화될 수 있어, 발광다이오드 소자의 신뢰성을 보장하기 어려우며 전압이 인가되는 환경마다 소비 전력이 달라지는 단점이 있다. 또한 일본 내에서 사용되는 통상의 50Hz 주파수 영역에서는 LED 램프가 미세하게 꺼졌다 켜졌다 하는 플리커 현상이 심하여 발광다이오드 램프를 사용하는 사용자가 어지러움, 눈의 피로를 느낄 수 있다. 이러한 이유로 실제 적용이 매우 어렵다.

다른 문제점은 역률 보상 회로가 포함되지 않아 매우 나쁜 역률 특성, 광 효율 특성을 가지게 되며, 정전류 구동 방식이 불안하여 사용 환경, 즉 AC 220V에서는 소비 전력이 20W 급으로 제작되더라도 AC 225V가 인가되는 환경에서는 소비 전력이 27W 이상이 되어 발광다이오드 램프가 파손될 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 도출된 것으로 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고가의 발광다이오드 전용 SMPS의 사용을 배제하고 AC 90V 이상에서도 안정적이고 쉽게 사용될 수 있으며 주파수 50Hz 조건에서도 플리커 현상의 발생을 최소화할 수 있으며, 나아가 고압의 교류 전원(AC 90V 이상)을 사용하는 발광다이오드 램프에 수명 단축, 동작 이상, 소비 전력 증가, 안전 사고 등의 문제를 방지할 수 있는 회로를 구비하는 발광다이오드 램프를 제공하는 것이다.

구체적으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 AC 90V 이상의 기존 형광등용 안정기에 사용할 수도 있고, 기존 형광등용 안정기를 제외하고 100 내지 250V 교류에 직접 사용할 수 있는 발광다이오드 램프를 제공하는 것이다. 이에 따라 기존 조명을 발광다이오드 램프로 교체하는 작업이 별도의 공사 없이 발광다이오드 램프의 교체만에 의해 이루어질 수 있으며, 동시에 기존 형광등용 안정기가 수명을 다할 경우에는 안정기만 제거하면 발광다이오드 램프는 그대로 교류 전원에 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 램프는, 서로 전기적으로 연결되는 한 쌍의 제1 핀, 서로 전기적으로 연결되는 한 쌍의 제2 핀, 하나 이상의 발광다이오드 소자를 포함하는 발광다이오드 소자 모듈, 상기 제1 핀 및 상기 제2 핀을 통해 외부의 교류 전원을 인가받을 수 있도록 상기 제1 및 제2 핀에 전기적으로 연결되고 상기 인가된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 발광다이오드 소자 모듈로 공급하도록 상기 발광다이오드 소자 모듈의 양단에 연결되는 브릿지 다이오드, 그리고 상기 한 쌍의 제1 핀과 제2 핀 중 어느 하나와 상기 브릿지 다이오드에 각각 연결되는 인덕터를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 램프는 상기 발광다이오드 소자 모듈에 병렬로 연결되는 컨덴서를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 램프는 상기 발광다이오드 소자 모듈에 병렬로 연결되는 과도전압 차단 소자를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 램프는 상기 발광다이오드 소자 모듈에 연결되는 퓨즈를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 램프는 상기 한 쌍의 제1 핀과 상기 한 쌍의 제2 핀에 연결되는 안정기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 램프는 상기 한 쌍의 제1 핀과 상기 한 쌍의 제2 핀이 각각 설치되는 한 쌍의 베이스를 더 포함할 수 있으며, 상기 안정기는 상기 한 쌍의 베이스 중 어느 하나에 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 램프는 상기 발광다이오드 소자 모듈이 설치되는 인쇄회로기판을 더 포함할 수 있으며, 상기 안정기는 상기 인쇄회로기판에 설치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 발광다이오드 램프를 별도의 안정기 없이 100 내지 250V의 교류 전원에 직접 연결하여 사용할 수 있어 고가의 발광다이오드 램프 전용 SMPS를 생략할 수 있다.

또한 종래의 형광등 안정기와 별도록 발광다이오드 램프를 별도로 제조하고 여러 보호 기능을 구비함으로써, 발광다이오드 램프는 종래의 형광등용 안정기에 바로 연결하여 사용할 수 있으며, 100 내지 250V의 교류 전원에 직접 연결하여 사용할 수 있어 고가의 발광다이오드 램프 전용 SMPS를 생략할 수 있다.

또한 주파수 50Hz 조건에서도 플리커 발생이 없거나 최소화할 수 있어 고압의 교류 전원(예를 들어 AC 90V 이상)을 사용하는 발광다이오드 램프에 수명 단축, 동작 이상, 소비전력 증가, 안전 사고 등의 문제가 발생할 수 있는 회로를 구비하는 발광다이오드 램프를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 램프의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 램프가 형광등의 형태로 구현된 한 예를 보여주는 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

한 쌍의 제1 핀(pin)(11)과 한 쌍의 제2 핀(13)이 구비된다. 예를 들어, 도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 램프가 기존의 형광등과 같은 형태로 구현되는 경우, 제1 핀(11)과 제2 핀(13)은 각각 투광 커버(100)의 양측에 결합되는 베이스(200)로부터 외측으로 돌출되도록 설치될 수 있다.

이때, 한 쌍의 제1 핀(11)은 서로 전기적으로 연결되며, 마찬가지로 한 쌍의 제2 핀(13)도 전기적으로 서로 연결된다.

하나 이상의 인덕터(inductor)(21, 23)가 한 쌍의 제1 핀(11)과 제2 핀(13) 중 어느 하나와 발광다이오드 소자 모듈(30) 사이 중 어느 하나 이상에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 제1 인덕터(inductor)(21)가 전기적으로 연결된 한 쌍의 제1 핀(11)에 전기적으로 연결되고, 제2 인덕터(23)가 전기적으로 연결된 한 쌍의 제2 핀(13)에 전기적으로 연결된다. 도 1은 두 개의 인덕터(21, 23)가 구비되는 경우이나 둘 중 하나의 인덕터가 생략될 수 있다.

발광다이오드 소자 모듈(30)은 하나 이상의 발광다이오드 소자(31)를 포함한다. 발광다이오드 소자(31)는 직류를 인가 받아 빛을 발산하는 통상의 발광다이오드 소자일 수 있다.

브릿지 다이오드(bridge diode)(40)는 제1 핀(11) 및 제2 핀(13)을 통해서 외부 교류 전원을 인가받을 수 있도록 제1 인덕터(21) 및 제2 인덕터(23)에 각각 연결된다. 그리고 브릿지 다이오드(40)는 제1 및 제2 인덕터(21, 23)를 통해서 인가되는 교류 전원이 직류 전원의 형태로 정류되어 발광다이오드 소자 모듈(30)로 공급되도록 발광다이오드 소자 모듈(30)의 양단에 연결된다. 즉, 브릿지 다이오드(40)은 제1 및 제2 인덕터(21, 23)와 발광다이오드 소자 모듈(30)에 각각 전기적으로 연결되어 제1 및 제2 핀(11, 13)을 통해서 인가되는 외부 교류 전원을 직류 전원의 형태로 정류하여 발광다이오드 소자 모듈(30)로 공급한다. 그리고 브릿지 다이오드(40)는, 교류 전압을 발광다이오드 소자(41)를 구동하기 위한 직류 전압으로 변환하는 역할에 더하여, 무극성으로 변경하는 역할을 한다. 발광다이오드 소자(41)는 브릿지 다이오드(40)를 통해서 인가되는 교류 전원에 의해 구동되어 빛을 발산하게 된다.

기존에 알려진 바와 같이 브릿지 다이오드(40)는 네 개의 정류 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성될 수 있으며, 브릿지 다이오드(40)의 작용에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이때 도면에는 도시의 편의를 위해 두 개의 정류 다이오드(D1, D2)는 제1 핀(11) 측에 배치되고 나머지 두 개의 정류 다이오드(D3, D4)는 제2 핀(13) 측에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 네 개의 정류 다이오드(D1, D2, D3, D4)는 서로 연결되어 있으며 그 연결에 의해 하나의 브릿지 다이오드(40)를 구성한다.

본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 램프는 이러한 구성에 의해 고가의 SMPS를 사용하지 않고 직접 교류 전압(예를 들어 90 내지 250V 교류 전압)에 직접 연결하여 사용될 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 컨덴서(condenser)(50)가 발광다이오드 소자 모듈(30)에 병렬로 연결될 수 있다. 컨덴서(50)는 발광다이오드 소자 모듈(30)의 입력단과 출력단에 병렬로 연결되어 발광다이오드 램프의 깜빡 거림(fliker)을 방지하는 역할을 한다.

위에서 설명한 인덕터(21, 23)는 발광다이오드 램프의 깜빡 거림 방지를 위해 구비된 컨덴서(50)로 인하여 발광다이오드 램프의 역률(power factor)이 나빠지고 이로 인해 발생하는 전압과 전류의 위상차의 증가를 보상하는 기능을 수행할 수 있다. 또한 인덕터(21, 23)는 입력되는 과전류를 일정 전류로 안정화시켜 주어 회로 안정화의 기능을 수행할 수 있다.

한편, 과도전압 차단 소자(60)가 발광다이오드 소자 모듈(30)에 병렬로 연결된다. 과도전압 차단 소자(60)는 큰 이상 전압이 발광다이오드 소자 모듈(30)로 인가되는 것을 차단하여 발광다이오드 소자(31)를 보호하며, TVS 다이오드, 제너 다이오드, 바리스터 등으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 매우 큰 이상 전압이 발생한 경우에 이상 전압이 발광다이오드 소자 모듈(30)로 인가되기 전에 과도전압 차단 소자(60)를 거쳐 바이패스 됨으로써 발광다이오드 소자(31)가 보호될 수 있다.

퓨즈(fuse)(70)가 발광다이오드 소자 모듈(30)에 연결될 수 있다. 퓨즈(70)는 발광다이오드 소자 모듈(30)을 보호하기 위한 회로 안정화 소자이며, 과도전압 차단 소자(60)와 함께 구비되는 경우 과도전압 차단 소자(60)가 파괴된 경우에 발광다이오드 소자 모듈(30)을 2차적으로 보호할 수 있다.

위에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 램프의 구체적인 형태에 대해 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 발광다이오드 램프는 종래의 형광등과 같은 형태를 가질 수 있으며, 투광 커버(100)의 양측에 베이스(200)가 각각 구비되며, 한 쌍의 제1 핀(11)과 한 쌍의 제 2 핀(13)이 양측 베이스(200)에 각각 설치된다.

발광다이오드 소자(31)는 인쇄회로기판(300) 상에 설치될 수 있으며, 또한 위에서 설명한 인덕터(21, 23), 브릿지 다이오드(40), 컨덴서(50), 과도전압 차단 소자(60), 퓨즈(70) 등도 인쇄회로기판(300) 상에 설치될 수 있다. 그리고 투광 커버(100)의 후방 쪽에 방열 부재(400)가 결합될 수 있으며, 인쇄회로기판(300)은 방열 부재(400)에 설치됨으로써 발광다이오드 소자(31)에서 발생하는 열이 효과적으로 방출되도록 할 수 있다.

그리고 인쇄회로기판(300)의 일단에는 제1 핀(11)과의 전기적 접촉을 위한 전극 단자(610)가 구비될 수 있다. 한편, 도면에는 생략되었으나, 인쇄회로기판(300)의 다른 단부에는 제2 핀(13)과의 전기적 접촉을 위한 전극 단자가 구비될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같은 기존의 형광등 형태를 가지는 발광다이오드 램프가 교류 전원에 바로 연결되어 사용될 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 램프는 안정기(80)를 더 포함할 수 있다. 안정기(80)의 네 단자는 한 쌍의 제1 핀(11)과 한 쌍의 제2 핀(13)에 각각 연결될 수 있다. 이때, 도면에는 명시적으로 도시되지 않았으나, 안정기(80)는 베이스(200) 중 어느 하나에 설치되거나 인쇄회로기판(300) 상에 설치될 수 있다.

이와 같이 안정기(80)가 발광다이오드 램프에 일체로 구비됨으로써, 별도의 SMPS 없이도 기존의 형광등과 같이 교류 전원에 연결되어 사용될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

11: 제1 핀
13: 제2 핀
21: 제1 인덕터
23: 제2 인덕터
30: 발광다이오드 소자 모듈
40: 브릿지 다이오드
50: 컨덴서
60: 과도전압 차단 소자
70: 퓨즈
100: 투광 커버
200: 베이스
300: 인쇄회로기판
400: 방열 부재
610: 전극 단자

Claims

서로 전기적으로 연결되는 한 쌍의 제1 핀,
서로 전기적으로 연결되는 한 쌍의 제2 핀,
하나 이상의 발광다이오드 소자를 포함하는 발광다이오드 소자 모듈,
상기 제1 핀 및 상기 제2 핀을 통해 외부의 교류 전원을 인가받을 수 있도록 상기 제1 및 제2 핀에 전기적으로 연결되고 상기 인가된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 발광다이오드 소자 모듈로 공급하도록 상기 발광다이오드 소자 모듈의 양단에 연결되는 브릿지 다이오드, 그리고
상기 한 쌍의 제1 핀과 제2 핀 중 어느 하나와 상기 브릿지 다이오드에 각각 연결되는 인덕터를 포함하는 발광다이오드 램프.
제1항에서,
상기 발광다이오드 소자 모듈에 병렬로 연결되는 컨덴서를 더 포함하는 발광다이오드 램프.
제1항에서,
상기 발광다이오드 소자 모듈에 병렬로 연결되는 과도전압 차단 소자를 더 포함하는 발광다이오드 램프.
제1항에서,
상기 발광다이오드 소자 모듈에 연결되는 퓨즈를 더 포함하는 발광다이오드 램프.
제1항에서,
상기 한 쌍의 제1 핀과 상기 한 쌍의 제2 핀에 연결되는 안정기를 더 포함하는 발광다이오드 램프.
제5항에서,
상기 한 쌍의 제1 핀과 상기 한 쌍의 제2 핀이 각각 설치되는 한 쌍의 베이스를 더 포함하며,
상기 안정기는 상기 한 쌍의 베이스 중 어느 하나에 설치되는 발광다이오드 램프.
제5항에서,
상기 발광다이오드 소자 모듈이 설치되는 인쇄회로기판을 더 포함하며,
상기 안정기는 상기 인쇄회로기판에 설치되는 발광다이오드 램프.