KR100605120B1 - 노출형 유도로등의 전원공급제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전류 조정기에서 발생된 전류원이 절연변압기를 통해 입력되고, LED전구를 점등시키는데 필요한 전원을 공급하는 전원공급장치에 있어서, 절연변압기의 2차 권선에서 공급되는 교류 전류원을 직류로 변환하는 AC/DC부; 높은 전압이 유기될 경우 순간 부하 변동에 따른 전압을 일정하게 제한하는 전압제한부; 일정한 출력 전류를 검출하는 전류검출부; 전류검출부에서 검출된 전류의 아날로그 값의 실효 전류치가 스텝 출력 단으로 출력하는 스텝제어부; 스텝 제어 신호가 입력되면 해당 스위치를 온시킴으로써, 기준전류를 발생하도록 하는 전류궤환 하는 전류궤환과 기준전류발생부; 전압제한부에서 출력한 전류와 기준전류발생부에서 발생된 전류가 피드백되된 전류를 PWM 제어하여 기준전류를 발생하여 LED전구로 공급하는 정전류제어부; 전원공급제어장치의 각 구성부의 전압(VDD)과 연결되어 있고, 각 구성부의 전원전압(VCC) 단에 전원전압(VCC)을 공급하는 전원공급부;를 구비함으로써, 정전압 조정기를 통해 전류를 항상 일정하게 자동 조정하여 안정적으로 회로를 동작시키고 이로 인해 전력낭비를 줄이며, 각 스텝에 해당하는 기준전류를 발생함으로써 광도 조절이 가능하여 효율을 증대할 수 있으며, 전압을 일정하게 제한함으로써 회로가 파손되는 것을 방지하는 노출형 유도로등의 전원공급제어장치를 제공한다.

Description

노출형 유도로등의 전원공급제어장치 {Apparatus for power supply control of an exposure type LED lamp}

도 1은 본 발명에 따른 노출형 유도로등의 전체 블록도이고,

도 2는 본 발명에 따른 노출형 유도로등의 전원공급제어장치의 상세 블록도이고,

도 3a은 본 발명에 따른 전원공급제어장치의 상세 회로도이고, 도 3b는 전원공급부의 회로도이고

도 4는 본 발명을 타사 램프의 광도와 비교한 각 스텝에 따른 광도와의 관계를 나타낸 표이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 정전류 조정기 200: 절연변압기

300: 전원공급제어장치 310: AC/DC부

320: 전압제한부 330: 전류검출부

332: 보상회로 340: 스텝제어부

350: 전류궤환과 기준전류발생부 360: 정전류제어부

U1: 전압 조정용 집적회로 U2: 전압 레귤레이터

U3: 증폭용 집적회로 U4: AVR 집적회로

U5, U7: 스위치용 집적회로 400: LED전구

U6: BCD-to-Decimal Decoder 집적회로

본 발명은 노출형 유도로등의 전원공급제어회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 빌딩과 같은 높은 건축물이나 공항 활주로에 설치되어 항공기의 건물충돌을 방지하거나 항공기를 일정 노선으로 안내하기 위해 활주로의 가장자리를 따라 설치되어 활주로의 폭을 지시하는 조명등을 견고하게 제작함과 아울러 조명등의 광선오차를 대폭적으로 줄이고, 전력소비와 유지보수 및 수명 성능을 보다 더 향상시키며, 정전류 조정기의 각 단계에 따라 미리 설정된 정전류를 공급함으로써 다수의 발광다이오드로 구성된 유도로등이 일정한 광도를 가짐과 동시에 높은 광도를 갖도록 전원을 제어하는 전원공급제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 항공기의 안전운행을 위해 다양한 활주로 조명등이 설치되는데 먼저 공항 활주로에 설치되는 노출형 유도로등, 매립형 유도로등 및 매립형 중심선 유도로등은 야간에 공항 활주로에서 항공기를 일정 노선으로 안내하기 위한 것이고, 항공법에 의해 빌딩과 같은 높은 건축물이나 산악지대의 철탑 및 송전탑과 구조물에 설치되는 항공장애등은 야간에 운항하는 항공기 등의 충돌을 방지하고, 조명등을 원격 제어함으로써 항공기의 안전운항은 물론 높은 구조물의 안전을 유지할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같이 활주로에는 많은 조명등이 있는데, 그 설치위치와 용도에 따라 미리 정해진 국제 규격이 있고 그 규격에 따라 조명등의 스펙 및 구조가 기본적으로 정해져 있으며, 활주로와 진입로 및 유도로에 노출 또는 매입 설치되는 조명등은 야간뿐만 아니라 악천후나 짙은 안개 시에도 활주로를 구별할 수 있도록 표시하여 주어야 하므로, 그 조명등의 광도는 5,000 내지 30,000 cd 정도로 매우 밝고, 소비전력은 대략 100 내지 200W 정도로 높다.

이와 같은 조명등은 하절기에는 직사광선과 지열에 완전 노출되어 매우 고온으로 상승되며, 동절기에는 외기에 의해 아주 낮은 온도를 갖게 되므로 다양한 환경에서 견딜 수 있어야 함과 아울러 높은 광도를 유지하여야 하기 때문에 특수 제작된 네온전구를 주로 사용하였으나 이러한 네온전구는 높은 광도와 외부 환경으로 인해 그 수명이 약 200시간 정도로 그리 길지 않기 때문에 정기적으로 조명등을 점검하고 고장 난 조명등은 즉시 교체해야 하는 등의 문제점이 있어 문제점을 보완할 수 있는 다수의 발광다이오드로 구성된 LED전구를 사용하였다.

발광다이오드를 이용한 조명등의 전원장치는 교류 입력전압을 트랜스포머를 통하여 의도하고자 하는 전압까지 강압시키고 다시 다이오드나 브리지 회로를 통하여 원하는 양의 전압을 통과시킨 후 콘덴서나 안정화 장치를 통해 목표로 하는 직류전압을 출력하여 LED전구를 점등하나 LED전구의 광도를 조절하는 것이 곤란하고 모두 일정한 광도로 점등하므로 불필요한 전력손실이 있어 절전에 효과적인 전압제어장치의 출현이 요구되고 있다.

본 발명은, 각종 부하의 변동에도 안정된 동작을 하고, 특히 부하의 변동에 따른 갑작스런 전류나 전압, 열의 충격을 흡수하여 안전한 동작을 하도록 하며, 일정한 밝기를 유지하기 위하여 부하에 정전류를 공급하고, 외부환경에 따라 광도를 변경할 수 있도록 하며, 전류변화에 따른 전압 변동과 이로 인한 과전류의 발생을 흡수하며 전압과 전류에 이상이 있을 경우 이를 흡수하여 안정을 되찾게 되면 다시 정상으로 동작하여 부품이 파손되지 않도록 방지하는 전원공급제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 기술적인 수단은 정전류 조정기에서 발생된 전류원이 절연변압기를 통해 입력되고, LED전구를 점등시키는데 필요한 전원을 공급하는 전원공급제어장치에 있어서, 절연변압기의 2차 권선에서 공급되는 교류 전류원을 직류로 변환하는 AC/DC부; 절연변압기의 2차 권선이 단선되었거나 부하의 전류가 급격히 변화하여 절연변압기의 2차 권선의 전압이 상승함으로써 매우 높은 전압이 유기될 경우 순간 부하 변동에 따른 전압을 일정하게 제한하는 전압제한부; 정전류 조정기의 전부하 상태에서 무부하 상태까지 일정한 출력 전류를 검출하고, 보상회로를 통해 검출한 정전류의 위상제어에 따른 전류편차를 줄이는 전류검출부; 전류검출부에서 검출된 전류의 아날로그 값의 실효 전류치가 입력되고,미리 설정된 명령에 따라 실효 전류치가 이진코드로 변환되며, 이진코드에 해당하는 스텝 출력 단으로 출력하는 스텝제어부; 스텝제어부의 스텝 출력 단과 상응하 는 스텝 컨트롤 단을 통해 스텝 제어 신호가 입력되면 해당 컨트롤 단과 연결된 입력과 출력 단 사이의 스위치를 온시키고, 상기 LED전구에 흐르는 전류를 검출하며, 검출한 전류와 상기 스텝제어부의 스텝제어에 따라 발생된 전류를 증폭하여 증폭된 전압에 따른 전류를 궤환하는 전류궤환과 기준전류발생부; LED전구에 상기 전압제한부에서 공급된 정전류가 입력되고, 상기 전류궤환과 기준전류발생부에서 발생된 전류가 피드백되며, 정전류와 피드백 전류를 PWM 제어하여 기준전류를 발생하여 LED전구로 공급하는 정전류제어부; 전원공급제어장치의 각 구성부의 전압(VDD)과 연결되어 있고, 입력된 전압(VDD)을 전원전압(VCC)으로 변환하여 각 구성부의 전원전압(VCC) 단에 전원전압(VCC)을 공급하는 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 전원의 전압이 내부저항의 증가나 어떤 외적인 요인으로 변함으로써 LED전구에 흐르는 전류가 변해여 LED전구가 동작하지 않는 경우에 정전압 조정기를 통해 전류를 항상 일정하게 자동 조정하여 안정적으로 회로를 동작시키고 이로 인해 전력낭비를 줄이며, 외부환경의 변화에 따라 각 스텝을 변경하여 각 스텝에 해당하는 기준전류를 발생함으로써 광도 조절이 가능하고, 설정된 광도에 해당하는 일정한 전류를 공급하여 LED전구를 점등함으로써 효율을 증대할 수 있으며, 전류측정 측과 스텝제어 측을 포토커플러를 통해 전기적으로 절연시킴에 따라 스텝제어 측을 최대로 안정적으로 동작시킬 수 있고, 매우 높은 전압이 유기될 경우 순간 부하변동에 따른 전압을 일정하게 제한함으로써 전원공급제어장치의 회로가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 노출형 유도로등의 전체 블록도로 정전류 조정기(100), 절연변압기(200), 전원공급제어장치(300) 및 LED전구(400)로 구성되어 있다.

정전류 조정기(100)는 전원전압이 내부저항의 증가나 어떤 외적인 요인으로 변하거나 LED전구의 저항이 특정 원인으로 인해 변함으로써 LED전구에 흐르는 전류도 변하여 LED전구가 동작하지 않는 경우에 전압은 변해도 전류를 항상 일정하게 자동 조정해주기 위해 일정한 전류인 정전류를 발생하는 것으로 절연변압기(200)에 정전류를 공급한다.

여기서, 정전류의 성질을 가진 전압을 정전류 전압이라 하고, 정전압은 부하의 전류가 바뀌어도 전압이 변하질 않지만 정전류 전압은 정전류 전압에 어떤 부하를 연결하면 부하의 저항이 변하지 않는 한 일정한 전압을 출력하고, 부하의 저항이 변하면 전압이 변한다.

예를 들어 방전된 상태의 배터리에 어떤 전원을 연결시켜 충전을 하게 되면 처음에는 큰 충전 전류가 흐르다가 배터리의 충전 전압이 점점 높아질수록 그 충전 전류가 낮아지게 됨으로써 충전 전류가 변하게 되면 배터리의 수명이 짧아지고 충전기에 무리가 가게 된다. 그러나 이 경우 전원에 정전류 전압을 연결시키면 정전류 전압을 출력하는 충전장치에 의해 배터리에 충전되고, 전압은 충전시간이 지남에 따라 변해도 전류는 변하지 않는다.

절연변압기(200)는 매립형 절연변압기이고, 1차 권선의 입력전압과 입력전류가 그대로 2차 권선으로 출력되며, 각 권선에 권선 비에 해당하는 전압이 나타나지만 권선들은 전압파형과 같은 주파수로 변화하는 자기장으로 결합되어있을 뿐 도선으로 연결되어있지 않기 때문에 서로 전기적으로 분리되어있어 1차 권선과 2차 권선의 권선 양단의 전압은 똑같더라도 두 전압의 상대적인 전위는 임의로 자유롭게 변할 수 있으며, 2차 권선의 전압은 전원공급제어장치(300)에 공급된다.

전원공급제어장치(300)는 절연변압기(200)를 통해 전압과 전류가 입력되면 입력된 교류전류를 직류로 변환하고, 정전류와 스텝제어에 따라 피드백된 전류를 PWM 제어하여 발생된 기준전류를 LED전구(400)에 인가하는 것으로 자세한 구성 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 부가 설명한다.

LED전구(400)는 전원공급제어장치(300)에서 발생한 각 스텝에 상응하는 기준전류가 입력됨으로써 각 스텝에 해당하는 광도로 점등시킨다.

도 2는 본 발명에 따른 노출형 유도로등의 전원공급제어장치의 상세 블록도로, AC/DC부(310), 전압제한부(320), 전류검출부(330), 스텝제어부(340), 전류궤환과 기준전류발생부(350), 정전류제어부(360) 및 전원공급부(도시하지 않음)으로 구성되어 있으며 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.

AC/DC부(310)는 정전류 조정기(100)로부터 공급되는 전류원을 LED전구로 공급하기 위해 절연 변압기의 2차 권선을 통해 변압기(T1)에 전압과 전류가 입력되면 입력된 교류 전류원을 직류로 변환하여 전압 제한부(320)에 공급한다. 여기서 사용된 변압기(T1)는 단권방식이고 입력전류는 최고 6.6A이다.

전압제한부(320)는 절연 변압기의 2차 권선이 단선되었거나 부하의 전류가 급격하게 변화하는 경우 절연변압기의 2차 권선의 전압이 급격히 상승하여 매우 높은 전압이 유기되어 전원부의 회로가 파손되는 것을 방지하기 위해 순간 부하변동에 따른 전압을 일정하게 제한하여 정전류제어부(360)로 공급한다.

전류검출부(330)는 정전류 조정기(100)의 전부하 상태에서 무부하 상태까지의 전류를 검출하고, 보상 회로(332)를 통해 위상제어에 따른 검출된 전류의 편차를 줄이며, 검출된 전류의 실효 전류치를 아날로그 값으로 스텝제어부(340)에 전송한다.

스텝제어부(340)는 AVR 집적회로(U4)를 적용하여 사용자의 임의로 특정 기능을 수행하도록 프로그래밍하여 특정 명령을 미리 설정하고, 전류검출부(330)에서 검출한 정전류조정기(100)의 출력 전류의 실효전류치가 입력되면, 특정 명령에 따라 입력된 실효 전류치를 이진코드로 변환하고, 집적회로(U4)에서 이진코드를 출력하는 출력 단과 같은 비트로 설정된 집적회로(U6)의 입력 단과 연결되어 이진코드가 입력되며, 집적회로(U6)에서 이진코드를 아날로그 값으로 변환하여 해당 아날로그 값을 의미하는 집적회로(U6)의 스텝 출력 단으로 출력하여 집적회로(U5, U7)에 미리 설정된 해당 스텝 컨트롤 단으로 입력된다.

전류궤환과 기준전류발생부(350)는 LED전구(400)에 흐르는 전류를 검출하고, 스텝제어부(340)의 지시에 따라 정전류 조정기(100)의 검출 전류에 해당하는 아날로그 값에 해당하는 집적회로(U6)의 출력 단에서 출력한 하이(High) 신호가 스위치용 집적회로(U5, U7)의 다수의 컨트롤 단 중, 해당 컨트롤 단으로 전송되면 해당 컨트롤 단의 입출력 단 사이의 스위치를 온시킴으로써 설정된 스텝에 해당하는 전류를 발생하며, 정전류제어부(360)에서 출력된 LED전구의 전류와 스텝제어에 따른 전류를 증폭하여 전압조정용 집적회로(U1)로 피드백한다.

정전류제어부(360)는 전류궤환과 기준전류발생부(360)에서 각 스텝제어에 따라 발생된 전류가 피드백되면 전압제한부에서 입력된 정전류와 PWM제어하여 설정된 스텝에 따른 일정한 기준전류를 발생하여 LED전구(400)에 공급함으로써 스텝에 따른 일정한 광도로 LED전구(400)를 점등시킨다.

전원공급부(도시하지 않음)는 각 구성부의 전압(VDD)과 연결되어 있고, 정전압 레귤레이터인 집적회로(U2)의 입력 단에 전압(VDD)이 입력되면 출력 단을 통해 전원전압(VCC)으로 변환된 전원전압(VCC)을 각 구성부의 회로(예컨대, U4, PC1)에 공급한다.

도 3a은 전원공급제어장치의 상세 회로도이고 도 3b는 전원공급부의 회로도이다.

AC/DC부(310)는 전압의 양단에 직렬 연결되어 전원 양단에 가해지는 전압에 의해서 저항 값이 변하는 비선형 반도체 저항소자로 트랜스포머 개폐서지를 흡수하여 주변기기의 손상을 방지하는 ZNR(Zinc Oxide Nonlinear Resistor의 약자로, 예컨대, 20D471 )(ZNR);과 입력 전압을 공급받는 1차 권선과 브리지 다이오드의 a단자와 연결된 2차 권선을 포함하는 변압기(T1);와 한 방향으로 전류를 흘리고 다른 방향에서는 전류를 차단하는 능력이 있어 교류전압을 직류전압으로 변환하는 다이오드 4개를 브리지 모양으로 접속하여 전압을 정류하는 제 1 브리지 다이오드 (BD1); 및 브리지 회로(BD1)의 d단자와 연결됨과 동시에 전압(VDD)과 접지 사이에 직렬로 연결되고, 제 1 브리지 다이오드(BD1)의 전압강하 내에서 입력전압의 피크 값까지 충전되며 입력이 피크 값보다 작아져서 제 1 브리지 다이오드(BD1)가 역방향 바이어스 되면 충전된 전압을 임의의 부하를 통해 방전하는 리플 제거용 캐패시터(C1);로 구성되어 있다.

전압제한부(320)는 전압(VDD)과 접지 사이에 직렬 연결된 모스전계효과트랜지스터(MOSFET:Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)(MOSFET);와 모스전계효과트랜지스터(MOSFET)의 게이트 단에 연결되고 특정한 범위의 역방향 전류 값에 대하여 다이오드 양단의 전압을 일정하게 유지하는 제너다이오드(D1); 및 전압(VDD)과 제너다이오드(D1)에 사이에 직렬로 연결된 저항(R1);과 제너다이오드(D1)와 접지 사이에 직렬로 연결된 저항(R3);으로 구성되어 있다.

여기서 모스전계효과트랜지스터(MOSFET)는 트랜지스터에 비해 고속 스위칭이고 소면적이며, 게이트 소스전압이 커질수록 채널의 전도도가 증가하므로 채널로 더 많은 전자를 잡아당기는 입력 전하량을 충전시키거나 제거할 펄스 정도의 게이트 입력 전압을 필요로 하고, 전압(VDD)이 입력되면 온되며 전류 구동능력은 전자가 캐리어가 되는 관계로 가벼운 전자를 가진 모스전계효과트랜지스터는 전류 구동능력이 약 2.7배 좋아진다.

전류검출부(330)는 정전류 조정기에서 발생하는 전류의 전류치를 검출하기 위해 변압기(T1)와 입력전압 (-)단에 1차 권선이 연결되고 1차 권선의 입력전압과 입력전류가 그대로 출력되는 2차 권선을 포함한 디텍터(T2);와 디텍터(T2)의 2차 권선 양단에 연결된 저항(R13);과 스텝제어부(340)의 ADC 기능을 하는 특정 단(예컨대, 1번 핀)과 디텍터(T2)의 2차권선의 한쪽 단에 연결된 f단자, 디텍터(T2)의 2차 권선의 다른 단에 연결된 g단자, 저항(R20)과 다이오드(D6)을 통해 접지된 h단자를 포함하는 제 2 브리지 다이오드(BD2);와 제 2 브리지 다이오드(BD2)의 e단자와 접지 사이에 직렬 연결된 캐패시터(C9);와 제 2 브리지 다이오드(BD2)의 e단자 각각 병렬로 연결된 다수의 저항(R9, R10, R11);과 제 2 브리지 다이오드(BD2)의 h단자에 각각 병렬로 연결된 다수의 저항(R15, R16, R17);과 다수의 저항(R9, R10, R11)과 접지 사이에 각각 직렬로 연결된 다수의 다이오드(D3, D4, D5);와 제 2 브리지 다이오드(BD2)의 h단자와 접지 사이에 직렬로 연결된 저항(R18);과 디텍터(T2)의 2차 권선의 양단에 직렬로 연결된 저항(R24)과 다이오드(D7);과 제 2 브리지 다이오드의 2번 단자가 연결된 디텍터(T2)의 2차 권선의 단과 저항(R24) 사이에 병렬 연결된 저항(R22);과 저항(R22)과 다이오드(D7) 사이에 포토 다이오드가 연결되고 전원전압(VCC)과 저항을 통하여 접지된 포토 트랜지스터를 포함하는 스위치 수단인 포토커플러(PC1);와 포토 커플러(PC1)의 출력 신호를 입력 단(예컨대, 5번 핀)으로 입력받고 증폭용 집적회로(U3B)의 출력신호를 입력 단(예컨대, 6번 핀)으로 입력 받아 증폭하여 출력 단(예컨대, 7번핀)으로 출력하는 증폭용 집적회로(U3B);와 증폭용 집적회로(U3B)의 출력 단에 연결된 저항(R26);과 저항(R26)과 접지 사이에 직렬 연결된 캐패시터(C10);와 저항(R26)과 접지 사이에 직렬 연결된 가변저항(R27)으로 구성되어 있다.

아울러, 전류검출부(330)의 디텍터(T2)를 통해 검출된 전류의 전류 편차를 줄이는 보상회로는 제 2 브리지 다이오드(BD2)의 e번 단자 각각 병렬로 연결된 다수의 저항(R9, R10, R11);과 제 2 브리지 다이오드(BD2)의 h번 단자에 각각 병렬로 연결된 다수의 저항(R15, R16, R17);과 다수의 저항(R9, R10, R11)과 접지 사이에 각각 직렬로 연결된 다수의 다이오드(D3, D4, D5);와 제 2 브리지 다이오드(BD2)의 h번 단자와 접지 사이에 직렬로 연결된 저항(R18);과 제 2 브리지 다이오드(BD2)의 h단자와 접지 사이에 직렬 연결된 저항(R20)과 다이오드(D6);와 제 2 브리지 다이오드(BD2)의 e단자와 접지 사이에 직렬 연결된 캐패시터(C9)로 구성되어 있다.

스텝제어부(340)는 AVR 집적회로(예컨대, ATtiny15L)(U4)와 CMOS 집적회로(예컨대, 4028)(U6)로 구성되어 있다.

AVR 집적회로(U4)는 마이크로프로세서로 사용자의 임의의 지시에 따라 선정된 ADC(즉, Analog-to-Digital Conversion)인 1번 핀은 전류검출부(330)와 연결되고, ADC인 2번 핀은 전류검출부(330)의 가변저항(R27)과 연결되며, 다수의 출력 단은(예컨대,5번, 6번 및 7번 핀)은 CMOS 집적회로(U6)의 다수의 입력 단(예컨대, 10번, 11번, 12번 및 13번 핀)과 각각 대응하여 연결되어 검출한 실효 전류치의 이진 코드를 전송하고, 8번 핀은 전원전압(VCC)가 공급되며 4번 핀은 접지된다.

CMOS 집적회로(U6)는 입력된 이진 코드에 해당하는 아날로그 값의 출력 단(예컨대, 1번 핀, 2번 핀, 3번 핀, 4번 핀, 6번 핀, 7번 핀, 14번 핀, 15번 핀)을 통해 전류궤환과 기준전류발생부의 스위치용 집적회로(U5, U7)의 해당 컨트롤 단(예컨대, 5번, 6번, 12번 및 13번 핀)으로 전송한다.

예를 들어, AVR 집적회로(U4)에 미리 설정된 출력 단을 통해 이진코드로 변 환된 검출 전류치가 집적회로(U6)의 입력단 Sel1에 하이, sel2에 로우, sel3에 하이, sel4에 로우(즉, 이진수 0101)로 입력되면 이진코드에 해당하는 아날로그 값을 나타내는 특정 출력 단에 하이(High)신호를 출력 즉, 출력 단 6step은 하이(High)(즉, 아날로그 값 5를 나타내는 출력단)를 집적회로(U5, U7)의 특정 컨트롤 단 즉, 6step으로 설정된 단에 출력하여 6step에 해당하는 입출력 단을 온시킴으로써 폐회로가 되고, 나머지 컨트롤 단은 로우(Low)가 입력되어 해당하는 입출력 단은 오프 됨으로써 개회로가 된다.

전류궤환과 기준전류발생부(350)는 증폭기용 집적회로(예컨대, LM2904)(U3A) 와 두 개의 스위치용 집적회로(예컨대, 4066)(U5, U7) 로 구성되었다.

증폭기용 집적회로(U3A)는 정전류제어부(360)의 출력신호와 스위치용 집적회로(U5, U7)의 출력신호를 비반전단자(예컨대, 3번 핀)와 반전단자(예컨대, 2번 핀)로 입력되면 증폭하여 출력 단자(예컨대, 3번 핀)로 출력하여 정전류제어부(360)로 피드백되고, 전원단(예컨대, 8번 핀)은 전압(VDD)과 연결되고, 접지 단(예컨대, 4번 핀)은 접지된다.

아울러 증폭기용 집적회로(U3A)의 출력 단에 저항(R6)이 연결되어 있고, 동시에 캐패시터(C8)를 통해 입력 단(예컨대, 2번 핀에)에 피드백되며, 저항(R6)과 집적회로(U5, U7)의 다수의 입력/출력 단(예컨대, U5의 1번 핀, 11번 핀, 4번 핀, 8번 핀 및 U7의 1번 핀, 11번 핀, 4번 핀, 8번 핀) 사이에 다수의 저항(R8, R12, R14, R19, R21,　R23, R25, R29)이 각각 연결되고, 입력 단(예컨대, 2번 핀)은 집적회로(U5, U7)의 다수의 출력/입력 단(예컨대, U5의 2번 핀, 10번 핀, 3번 핀, 9 번 핀 및 U7의 2번 핀, 10번 핀, 3번 핀, 9번 핀)과 연결되며, 동시에 저항(R7)을 통해 접지되고, 스위치용 집적회로(U5, U7)의 컨트롤 단(예컨대, U5의 13번 핀, 12번 핀, 5번 핀, 6번 핀 및 U7의 13번 핀, 12번 핀, 5번 핀, 6번 핀)에 스텝제어부의 출력에 따라 하이(High) 또는 로우(Low) 신호가 입력되면 스위치를 온/오프 하며, 온이 되면 입출력 단을 연결시켜 온이 되어 폐회로가 됨으로써 전류가 흐르면 증폭용 집적회로(U3A)의 입력 단(예컨대, 3번 핀)에 피드백된다.

정전류제어부(360)는 5개의 핀으로 구성되어 1번 핀은 입력전압이 공급되고 동시에 리플 제거용 캐패시터(C2)를 통하여 접지되며, 출력단인 2번 핀은 인덕터를 통하여 LED전구의 (+)단과 연결되고 동시에 다이오드(D2)를 통하여 접지되며, 3번 핀은 접지되고, 4번 핀은 전류궤환과 기준전류발생부(350)의 피드백 신호가 입력되며, 온/오프 단인 5번 핀이 접지된 전압 조정용 집적회로(U1)(예컨대, LM2576/TO);와 전압(VDD)과 접지 사이에 병렬로 연결된 두 개의 캐패시터(C3,C4);와 LED전구 양단에 직렬 연결된 저항(R2);과 LED전구의 (-)단과 접지 사이에 직렬로 연결된 저항(R4)으로 구성되어 있다.

도 3b의 전원공급부는 3개의 핀을 가진 정전압 레귤레이터용 집적회로(예컨대, LM78L05AB)(U2)와 안정성과 과도 응답을 개선하는 다수의 캐패시터(C5, C6, C7)와 저항(R5)으로 구성된다.

즉, 정전압 레귤레이터인 집적회로(U2)의 1번 핀은 각각 병렬 연결된 캐패시터(C6, C7)와 저항(R5)을 통해 접지되고 동시에 전원전압(VCC)(최고전압 5V)을 출력하여 각종 집적회로의 전원전압(VCC) 단과 연결되어 전원을 공급하며, 2번 핀은 접지되고, 3번 핀은 캐패시터(C5)를 통해 접지되며 동시에 전원전압(VCC)보다 높은 전압(VDD)(대략 3V 내지 15V)이 입력되고 동시에 각종 집적회로의 전압(VDD)단과 연결된다.

도 4는 타사 램프의 광도와 본 발명에 의한 각 스텝에 따른 LED전구의 광도를 나타낸 관계표이다.

각 스텝에 따른 전류는 AD/DC부의 변압기가 견딜 수 있는 최고 전류 6.6A까지 설정되어 있고, 최고 전류 6.6A가 흐를 때 LED광도는 100%가 된다.

각 스텝에 해당하는 정전류가 정전류 조정기를 통해 입력되면 상기의 동작설명에서 설명한 바와 같이 제어되어 LED전구를 각 스텝에 해당하는 광도로 일정하게 LED전구를 점등하고 타사보다 광도 효율이 더 높은 것을 표를 통해 알 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 전원제어장치의 개략적인 동작 구성을 살펴보면 다음과 같다.

전원공급부를 통해 각 구성부에 전압(VDD)과 전원전압(VCC)이 공급되고, 정전류 조정기에서 발생된 정전류가 절연 변압기를 통해 AC/DC부의 변압기(T1)의 2차 권선으로 입력되면 제 1 브리지 다이오드(BD1)를 통해 교류 전류원이 직류 전류원으로 변환하여 전원제한부에 공급하고, 만약, 절연변압기의 2차 권선의 전압이 급격히 상승할 경우 매우 높은 전압으로 인해 전원공급제어장치의 회로가 파손되는 것을 방지하기 위해 모스전계효과트랜지스터와 제너다이오드를 설치하여 폐회로를 형성하게 함으로써 순간 부하변동에 따른 전압을 일정하게 제한하도록 하였으며, 일정한 직류 전류가 정전류제어부(360)의 전압 조정용 집적회로(U1)의 입력 단으로 공급되고, 전류궤환과 기준전류발생부(350)의 스텝제어에 따라 발생된 전류가 LED전구에서 검출된 전류와 증폭하여 피드백되어 입력되면 PWM제어하여 스텝에 해당하는 기준전류가 출력 단을 통해 출력되어 스텝에 따른 일정한 광도로 LED전구(400)를 점등한다.

또한, 전류검출부(330)는 디텍터(T2)를 통해 정전류 조정기의 전부하 상태에서 무부하 상태까지의 출력 전류를 검출하고, 제 2 브리지 다이오드(BD2)를 통해 검출된 교류전류를 직류전류로 변환하며, 변환된 전류가 보상회로(332)로 공급되면 위상제어에 따른 전류 편차를 줄여서 검출된 전류의 실효 전류치를 아날로그 값으로 스텝제어부(340)의 AVR 집적회로(U4)의 ADC 단(예컨대, 1번 핀)에 입력되고, 또한 디텍터(T2)에서 검출된 전류가 포토 다이오드에 흐름으로써 발광되어 전기적으로 절연된 포토트랜지스터를 턴-온 시키며, 포토 트랜지스터가 턴-온되면 증폭용 집적회로(U3B)의 비반전 단자(예컨대, 5번 핀)로 전압이 입력되고 그 출력전압은 증폭용 집적회로(U3B)의 반전단자(예컨대, 6번 핀)로 입력됨으로써 두 입력전압이 증폭된 출력 전압은 AVR 집적회로(U4)의 ADC 단(예컨대, 2번 핀)에 입력된다.

또한, 증폭용 집적회로(U3B)의 출력 단(예컨대, 7번 핀)과 접지와 AVR집적회로(U4)의 ADC단(예컨대, 2번 핀)사이에 설치된 가변저항을 통해 증폭용 집적회로(U3B)에서 증폭된 전압 치를 조정하며, AVR 집적회로(U4)에 사용자 임의의 특정 동작 및 명령이 프로그래밍 되어있어 설정된 기능에 따라 입력된 실효 전류치를 아날로그 값을 이진 코드로 변환하여 출력 단을 통해 출력하면 집적회로(U6)에서 같은 비트로 설정된 입력 단(예컨대, 10번 11번 12번 및 13번 핀)과 연결되면 이진코드 가 입력되고, 집적회로(U6)의 기능에 의해서 입력된 이진코드는 아날로그 값에 대응되는 출력 단(예컨대, 1번 핀, 2번 핀, 3번 핀, 4번 핀, 6번 핀, 7번 핀, 14번 핀, 15번 핀)으로 출력하여 전류궤환과 기준전류발생부의 스위치용 집적회로(U5, U7)에 해당하는 컨트롤 단(예컨대, 5번, 6번, 12번 및 13번 핀)에 입력하면 하이신호가 입력된 입출력을 연결하는 스위치는 온되어 증폭용 집적회로와 폐회로를 형성함으로써 설정된 스텝에 따른 전류를 발생하고, 스텝제어에 따라 발생한 전류가 증폭용 집적회로(U3A)에 비반전 단자(예컨대, 2번 핀)에 입력되며, 정전류제어부(360)에서 검출된 LED전구의 전류가 증폭용 집적회로(U3A)에 반전 단자(예컨대, 3번 핀)에 입력되고 출력 단을 통해 증폭된 전압에 따른 전류가 정전류제어부(360)의 집적회로(U1)에 피드백되고, 전원제한부(320)에서에 입력된 정전류와 전류궤환과 기준전류발생부에서 피드백된 전류를 PWM 제어하여 정전류 조정기의 스텝에 해당하는 일정한 기준전류를 발생하여 스텝에 해당하는 일정한 광도로 LED전구를 점등한다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 전원의 전압이 내부저항의 증가나 어떤 외적인 요인으로 변함으로써 LED전구에 흐르는 전류가 변해여 LED전구가 동작하지 않는 경우에 정전압 조정기를 통해 전류를 항상 일정하게 자동 조정하여 안정적으 로 회로를 동작시키고 이로 인해 전력낭비를 줄이며, 외부환경의 변화에 따라 각 스텝을 변경하여 각 스텝에 해당하는 기준전류를 발생함으로써 광도 조절이 가능하고, 설정된 광도에 해당하는 일정한 전류를 공급하여 스텝에 따른 광도로 LED전구를 점등함으로써 효율을 증대할 수 있으며, 전류측정 측과 스텝제어 측을 포토커플러를 통해 전기적으로 절연시킴에 따라 스텝제어 측을 최대로 안정적으로 동작시킬 수 있고, 매우 높은 전압이 유기될 경우 순간 부하변동에 따른 전압을 일정하게 제한함으로써 전원공급제어장치의 회로가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (6)

1. 정전류 조정기에서 발생된 전류원이 절연변압기를 통해 입력되고, LED전구를 점등시키는데 필요한 전원을 공급하는 전원공급제어장치에 있어서,

   상기 절연변압기의 2차 권선에서 공급되는 교류 전류원을 직류로 변환하는 AC/DC부;

   상기 절연변압기의 2차 권선이 단선되었거나 부하의 전류가 급격히 변화하여 절연변압기의 2차 권선의 전압이 상승함으로써 매우 높은 전압이 유기될 경우 순간 부하 변동에 따른 전압을 일정하게 제한하는 전압제한부;

   상기 정전류 조정기의 전부하 상태에서 무부하 상태까지의 출력 전류를 검출하고, 보상회로를 통해 검출한 전류의 위상제어에 따른 전류편차를 줄이는 전류검출부;

   상기 전류검출부에서 검출된 전류의 아날로그 값의 실효 전류치가 입력되고, 미리 설정된 명령에 따라 실효 전류치가 이진코드로 변환되며, 변환된 이진코드가 아날로그 값으로 변환하여 변환된 아날로그 값에 해당하는 특정 스텝 출력 단은 하이 신호로 출력하고 나머지 단은 로우 신호로 출력하는 스텝제어부;

   상기 스텝제어부의 스텝 출력 단과 상응하는 스텝 컨트롤 단을 통해 로우나 하이의 스텝 제어 신호가 입력되면, 스텝제어 신호에 따라 하이 신호가 입력된 컨트롤 단의 입력 단과 출력 단 사이의 스위치는 온시키고, 로우 신호가 입력된 컨트롤 단의 나머지의 스위치는 오프시키며, 상기 LED전구에 흐르는 전류를 검출하고, LED전구에서 검출된 전류와 스텝제어에 따라 발생된 전류를 증폭하여 증폭된 전압에 따른 전류를 궤환하는 전류궤환과 기준전류발생부;

   상기 LED전구에 상기 전압제한부에서 정전류가 입력되고, 상기 전류궤환과 기준전류발생부에서 증폭된 전류가 피드백되며, 입력된 정전류와 피드백 전류를 PWM 제어하여 기준전류를 발생하여 LED전구로 공급하는 정전류제어부;

   상기 전원공급제어장치의 각 구성부의 전압(VDD)과 연결되어 있고, 입력된 전압(VDD)을 전원전압(VCC)으로 변환하여 각 구성부의 전원전압(VCC) 단에 전원전압(VCC)을 공급하는 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출형 유도로등의 전원공급제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전압제한부는

   모스전계효과트랜스터와 제너다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출형 유도로등의 전원공급제어장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 스텝 제어부는

   프로그램 된 제어 명령에 따라 작동하는 AVR 집적회로와 BCD-to-Decimal Decoder 집적회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출형 유도로등의 전원공급제어장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전류궤환과 기준전류발생부는

   입력 단과 출력 단이 스위치로 연결되어 있고, 컨트롤 단에 입력된 제어 신호에 따라 스위치가 온/오프되는 다수개의 스위치용 집적회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출형 유도로등의 전원공급제어장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 정전류제어부는

   PWM제어가 가능한 전압 조정용 집적회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출형 유도로등의 전원공급제어장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 전류검출부는

   상기 정전류조정기의 출력 전류를 검출하기 위한 디텍터와 전류검출 측과 스텝제어 측을 전기적으로 절연시키는 포토커플러와 다수개의 저항과 병렬 연결된 다수개의 다이오드로 이루어진 보상회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 노출형 유도로등의 전원공급제어장치.

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