KR100820613B1 - 조명용 저압 전원 회로, 조명 장치 및 조명용 저압 전원출력 방법 - Google Patents

Abstract

교류 전원을 정류 회로에 의해 정류하고, 이 정류 출력을 역률 제어 회로에 의해 제어하고, 조명용 저압 전원을 출력하는 조명용 저압 전원 회로에 있어서, 역률 제어 회로가 강압형 회로로 이루어지고, 또한 전류 제한 기능을 갖는다.

정류 출력, 역률 제어 회로, 조명용 저압 전원 회로

Description

조명용 저압 전원 회로, 조명 장치 및 조명용 저압 전원 출력 방법{LOW VOLTAGE POWER SUPPLY CIRCUIT FOR LIGHTING, LIGHTING APPARATUS, AND LOW VOLTAGE POWER SUPPLY OUTPUT METHOD FOR LIGHTING}

도 1 은 종래예의 일반적인 전원 회로를 설명하는 블록도.

도 2a 는 도 1 에 나타낸 역률 개선 제어 회로의 블록도.

도 2b 는 도 1 에 나타낸 전류 제어 회로의 부분의 블록도.

도 3a 는 도 2a, 2b 의 동작을 설명하는 파형도.

도 3b 는 도 2a, 2b 의 동작을 설명하는 파형도.

도 3c 는 도 2a, 2b 의 동작을 설명하는 파형도.

도 3d 는 도 2a, 2b 의 동작을 설명하는 파형도.

도 3e 는 도 2a, 2b 의 동작을 설명하는 파형도.

도 3f 는 도 2a, 2b 의 동작을 설명하는 파형도.

도 4 는 다른 종래예의 전원 회로를 설명하는 블록도.

도 5 는 본 발명의 제 1 실시 형태를 설명하는 전원 회로의 블록도.

도 6a 는 도 5 의 동작을 설명하는 파형도.

도 6b 는 도 5 의 동작을 설명하는 파형도.

도 6c 는 도 5 의 동작을 설명하는 파형도.

도 6d 는 도 5 의 동작을 설명하는 파형도.

도 6e 는 도 5 의 동작을 설명하는 파형도.

도 6f 는 도 5 의 동작을 설명하는 파형도.

도 7 은 도 5 에 나타낸 역률 개선 제어 회로의 부분의 구체예의 블록도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 다이오드 브릿지 2 : 역률 제어 회로

3 : 출력 필터 4 : V-I 변환 회로

5 : 포토 커플러 6 : 부하

7 : 전류 제어 회로 11 : 승산기

12 : 기준 전원 13 : 분압기

14 : 오차 증폭기 15 : 톱니파 발진기

16 : 비교기 17 : 드라이버

본 발명은 조명용 저압 전원 회로, 조명 장치 및 조명용 저압 전원 출력 방법에 관한 것으로, 특히 유기 EL 이나 LED 등의 직류 점등 광원을 사용한 조명용 저압 전원 회로, 조명 장치 및 조명용 저압 전원 출력 방법에 관한 것이다.

현재, 고휘도 LED 나 유기 EL 등의 개발이 진행되고 있어, 이들은 조명 용도로서도 근시일 내에 사용될 예정이다. 고휘도 LED 나 유기 EL 은 형광등과 비 교하여 발광 효율이 아직은 낮지만, 소형화, 박형화, 장수명화가 가능하다고 여겨지고 있는 점이나, 무엇보다도 무 (無) 수은이 가능하다는 점에서 조명용 광원으로서 유망시되고 있다.

또, 고휘도 LED 나 유기 EL 은 어느쪽이나 직류 구동 소자이며, 이들 직류 구동 소자에 직류 전류를 흐르게 함으로써 발광하는 소자이다. 따라서, 이 직류 구동 소자를 가정용 교류 전원을 이용하여 발광시키기 위해서는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전원이 필요하게 된다. 또, 고휘도 LED 나 유기 EL 은 어느쪽이나 일정 전류를 흘림으로써 안정적으로 발광하는 소자이므로, 전류를 제한하는 회로가 필요하다. 또한, 이들 직류 구동 소자의 발광 효율이 극적으로 향상되지 않는 한, 이들 직류 구동 소자를 조명 장치로서 사용하기 위해서는 50 ∼ 200W 의 전력이 필요하게 된다.

한편, 전력이 큰 조명 장치는 역률 개선 회로를 구비하고 있을 필요가 있다. 종래, 일반적으로 사용되고 있는 역률 개선 회로는 승압형이다. 이 역률 개선 회로는 전원이 100V 인 경우, 출력 전압이 200 ∼ 300V 인 직류 전압이 되고, 그대로는 LED 등의 저전압 소자에는 사용할 수 없다. 그 때문에, 그 직류 전압 출력을 전류 제한 회로에서 일정 전류로 더욱 제한함과 함께, LED 의 구동 전압까지 전압을 강하시켜 LED 를 점등시키는 것이 가장 단순한 방법이다. 그러나, 그 경우에는, 회로 규모가 커져 저가격화의 장해가 된다.

종래 이용되고 있는 역률 개선 회로는 승압 회로이기 때문에, 그 출력 전압은 AC 전원 전압 (VAC) 의 최대 순시값보다 높을 필요가 있다. 예를 들어, 전 원 전압이 100V 인 경우, 출력 전압은 200V ∼ 300V 로 설정된다. 한편, LED 의 순방향 전압 강하는 2 ∼ 4V, 유기 EL 에서도 10 ∼ 20V 로 낮고, 복수개의 소자를 직렬로 구동했다고 해도, 너무나 역률 개선 회로의 출력 전압이 높기 때문에, 역률 개선 회로에 의해 이들 소자를 직접 구동하는 것은 곤란했다.

따라서, 종래예에서는 역률 개선 회로의 후단에, 정전류 회로를 삽입하고, 일정 전류를 LED 등의 부하에 공급하는 동시에, 역률 개선 회로의 높은 출력 전압을 LED 등의 부하가 낮은 구동 전압까지 낮추는 회로를 필요로 하고 있었다. 따라서, 회로가 복잡하게 되어 부품수가 증가하고, 가격을 낮출 수 없다는 문제가 있었다.

종래예 1 의 회로 구성을 도 1 의 블록도에 나타낸다. 도 1 의 좌측 약 절반은 역률 개선 회로이고, 도 1 의 우측 약 절반은 정전류 회로이다. 또, 도 2a 는 도 1 에 나타낸 역률 제어 회로의 블록도이고, 도 2b 는 도 1 에 나타낸 전류 제어 회로의 블록도이다. 또, 도 3a ∼ 3f 는 도 1, 2a, 2b 의 동작을 설명하는 파형도이다.

이 도 1 의 역률 개선 회로의 주요부는 다이오드 브릿지 (1) 와, 트랜스 (T1) 와, 스위치 소자 (Q1) 와, 이 스위치 소자 (Q1) 를 제어하는 역률 제어 회로 (2a) 와, 출력 필터 (3) 로 구성된다. 이 역률 개선 회로는 AC 전원 전압(VAC ; 도 3a) 과 전원 전류 (IAC) 의 위상을 제어하여 역률을 개선한다. 역률 개선 회로의 출력 (V7) 은 도 1 의 우측 약 절반인 정전류 회로에 공급되고, 부하 (6) 의 LED 에 흐르는 LED 전류 (ILED) 가 일정값으로 제어된다.

도 2a 는 도 1 에 나타낸 역률 제어 회로 (2a) 의 상세 구성을 설명하는 블록도이다. 이 역률 제어 회로 (2a) 는 승산기 (11), 기준 전원 (12a), 오차 증폭기 (14a), 비교기 (16a), 드라이버 (17a), 제로 전류 검출기 (18) 및 플립 플롭 (19) 으로 구성된다.

역률 개선 회로의 출력 (V7) 은, 저항 (R5) 과 저항 (R6) 으로 분압된 출력 분압 (V3 ; 도 3c) 으로서 제어 IC 의 역률 제어 회로 (2a) 에 피드백된다. 이 출력 분압 (V3) 은 오차 증폭기 (14a) 에 있어서 기준 전원 (12a) 의 기준 전압과 비교되고, 그 차이가 증폭되어 승산기 (11) 의 일방의 입력 단자에 인가된다. 승산기 (11) 의 다른 일방의 입력 단자에는, AC 입력인 VAC 가 다이오드 브릿지 (1(D1)) 에 의해 전파 (全波) 정류되어 저항 (R1) 과 저항 (R2) 에 의해 적당한 값으로 분압된 전압 (V2 ; 도 3b) 이 가해진다. 승산기 (11) 는 이들 전압을 승산한 전압 (V4 ; 도 3d) 을 발생하고, 비교기 (16a) 의 일방의 단자에 출력한다. 따라서, 승산기 (11) 의 출력 (V4) 은 AC 전원 전압 (VAC) 과 서로 유사하고, 진폭이 역률 개선 회로의 출력 전압 (V7) 에 비례한 전압이 된다.

비교기 (16a) 의 다른 일방의 입력 단자에는, 스위치 소자 (Q1) 에 흐르는 전류값 (IQ1) 이 저항 (R6) 에 의해 전압값으로 변환된 변환 전압 (V8 ; 도 3d) 이 가해진다. 스위치 소자 (Q1) 는 트랜스 (T1) 에 흐르는 전류 (IT1) 가 0 이 된 시점에서 변환 전압 (V8) 이 승산 전압 (V4) 에 이를 때까지동안 ON 이 된다. 그 사이, 전류는 거의 직선적으로 증가하는데, 그 증가 비율은 트랜스 (T1) 의 1 차 인덕턴스와 전원 전압 (VAC) 의 순시값에 따라 정해진다.

상기 ON 기간이 종료하고, 스위치 소자 (Q1) 가 OFF 가 되면, 스위치 소자 (Q1) 에 흐르는 전류는 순간적으로 0 이 되고, 톱니파 (saw tooth wave) 가 되는데, 트랜스 (T1) 의 1 차 권선에는 1 차 인덕턴스로 결정되는 감소 전류가 일정 기간 흐른 후, 0 이 되는 전류가 흐른다 (도 3e 의 IT1). 이 트랜스 (T1) 는 제로 전류 검출도 실시하는데, 동시에 승압 초퍼 회로의 인덕턴스로서 에너지의 변환 (즉 전압의 변환) 의 기능이 있다.

이것을 반복하여 트랜스 (T1) 의 1 차 권선에는 삼각파 형상의 단속 전류가 흐른다. 또한, 전압 (V8) 의 고주파수는 VAC 의 주파수보다 충분히 큰 주파수가 되도록 부품을 선택함으로써, 통상 20 ∼ 200KHz 가 된다.

비교기 (16a) 의 출력은 플립 플롭 (19) 의 리세트 단자에 공급된다. 이 플립 플롭 (19) 은 세트되고 있는 동안 스위치 소자 (Q1) 를 ON 으로 한다. 이 비교기 (16a) 에 의해 상기 기술한 전압 (V4) 과 전압 (V8) 이 비교되어 전압 (V4) 보다 전압 (V8) 이 커지면, 비교기 (16a) 의 출력이 반전하여 플립 플롭 (19) 이 리세트되고, 스위치 소자 (Q1) 가 OFF 가 된다.

또, 스위치 소자 (Q1) 가 OFF 가 된 순간에, 트랜스 (T1) 의 1 차 권선에는 역기 전력이 발생하고, 다이오드 (D3) 를 통해 콘덴서 (C3) 가 충전된다. 이 충전 전류가 흐르고 있는 동안에는 스위치 소자 (Q1) 가 OFF 가 된 후에도 트랜스 (T1) 의 1 차 권선에는 서서히 감소하는 전류 (IT1) 가 계속 흐른다.

트랜스 (T1) 의 1 차 권선에 흐르는 전류 (IT1) 가 제로가 된 것은 트랜스 (T1) 의 2 차 권선과 제로 전류 검출기 (18) 에 의해 검출된다. 제로 전류 검 출기 (18) 는 전류 (IT1) 가 제로가 된 것을 검출하면, 플립 플롭 (19) 을 세트하고, 그에 의해 스위치 소자 (Q1) 가 ON 이 된다.

이상의 동작을 반복함으로써, 트랜스 (T1) 의 1 차 권선에 흐르는 전류 (IT1) 의 평균값, 즉 전원 입력 전류 (IAC) 의 위상이 AC 전원 전압 (VAC) 의 위상과 동일해져 (도 3f) 역률은 거의 1 로 제어된다.

또, 역률 제어 회로 (2a) 에는 그 출력 전압 (V7) 이 피드백되므로, 역률 제어 회로 (2a) 의 출력 전압 (V7) 은 거의 일정값으로 제어되고, 그 크기는 AC 전원 전압이 100V 인 경우, 통상 200 ∼ 300V 로 설정된다.

또, 정전류 회로부는 널리 사용되고 있는 초퍼형 강압 회로로 이루어지고, 전류 제어 회로 (7) 와, 스위치 소자 (Q2) 와, 출력 필터 (3) 로 구성된다. 도 2b 는 도 1 에 나타낸 전류 제어 회로 (7) 의 상세 구성을 설명하는 블록도이다. 이 전류 제어 회로 (7) 는 기준 전원 (22), 오차 증폭기 (23), 톱니파 발진기 (21), 비교기 (24) 및 드라이버 (25) 로 구성된다.

전류 제어 회로 (7) 는 부하 전류를 저항 (R4) 에 의해 전압 (V9) 으로서 검출하고, 오차 증폭기 (23) 의 일방에 입력한다. 오차 증폭기 (23) 의 타방에는 기준 전원 (22) 으로부터의 기준 전압이 입력된다. 이 오차 증폭기 (23) 의 출력은 비교기 (24) 에 있어서 톱니파 발진기 (21) 의 출력과 비교되고, 비교기 (24) 의 출력은 드라이버 (25) 를 통해 출력되어 스위치 소자 (Q2) 를 구동한다.

이 스위치 소자 (Q2) 가 초퍼형 강압 회로로 되어 있다. 전류 제어 회로 (7) 는 부하 (LED) 전류 (ILED) 가 저항 (R4) 에 의해 전압으로 변환된 전압 (V9) 을 피드백함으로써, LED 전류 (ILED) 를 일정하게 유지하는 동시에 LED 의 구동에 적합한 저전압을 출력한다.

이 종래예 1 의 회로는 상기 기술한 바와 같이, 역률 개선 회로의 후단에, 정전류 회로를 삽입하고, 높은 출력 전압을 강하시켜 정전류를 LED 등의 부하에 공급하고 있었다. 그 때문에 이 회로를 구성하기 위한, 고내압 부품의 스위칭 소자, 다이오드, 코일 및 대형 콘덴서 등을 필요로 하여 장치가 대형화된다는 문제점이 있었다. 즉, 회로가 복잡하게 되어 부품 점수가 증가하고, 가격을 낮출 수 없다는 문제가 있었다.

또, 다른 종래예 2 로서, 국제공개공보 WO 2001-60129호에 나타난 방전등 점등 장치가 있다. 이 방전등 점등 장치는 출력 회로를 간이화한 것으로, 도 4 의 블록도에 나타나 있다. 이 방전등 점등 장치는 다이오드 브릿지 (1a), 승강압 컨버터 (31), 극성 전환 회로 (32), 시동 펄스 발생 회로 (33), 제어 전원 회로 (34) 및 제어부 (35) 로 구성된다. 다이오드 브릿지 (1a) 는 상용 교류 (AC) 를 전파 정류하고, 승강압 컨버터 (31) 는 전파 정류된 전압의 승압 및 강압을 실시하고, 극성 전환 회로 (32) 는 스위치 소자 (Q5a ∼ Q5d) 로 구성되어 방전등 (6a) 에 흐르는 전류의 극성을 전환한다. 또, 시동 펄스 발생 회로 (33) 는 고압 펄스를 발생시켜 부하 (6a) 의 방전등을 시동시킨다.

또, 승강압 컨버터 (31) 는 스위칭 소자 (Q2), 트랜스 (T1), 다이오드 (D2) 및 콘덴서 (C2) 로 구성되어 있다. 또, 제어부 (35) 는 상용 교류의 제로 크로스를 검출하는 검출 회로 (41) 와, 승강압 컨버터 (31) 를 제어하는 제어 회로 (42) 와, 전류 검출 저항 (R4) 에 의한 방전등의 전류를 검출하는 전류 검출부 (43) 와, 시동 펄스 발생 회로 (33) 를 제어하는 시동 펄스 제어 회로 (44) 와, 목표 전류 연산 회로 (45) 와, 극성 전환 회로 (32) 를 제어하는 극성 전환 제어 회로 (45) 로 구성되어 있다.

이 방전등 점등 장치의 동작을 설명한다. 먼저, 상용 교류 전원으로부터 전력이 공급되면, 제어 전원 회로 (34) 가 제어부 (35) 로의 제어 전원을 생성하여 공급하고, 제어부 (35) 가 동작을 개시한다. 제어부 (35) 에서는, 시동 펄스 제어 회로 (44) 가 시동 펄스 발생 회로 (33) 를 제어하고, 방전등에 고압 펄스를 인가하여 방전등 (6a) 을 점등시킨다.

방전등 (6a) 이 점등되면, 전류 검출 저항 (R4) 에 전류가 흐르기 시작하고, 이 전류를 전류 검출 회로 (43) 가 검출한다. 한편, 목표 전류 연산 회로 (45) 에서는 목표 전류가 연산된다. 여기에서, 극성 전환 제어 회로 (46) 는 전류 검출 회로 (43) 에 의해 검출된 전류와 목표 전류 연산 회로 (45) 에 의해 연산된 목표 전류를 비교하고, 검출 전류와 목표 전류가 동일해지도록 승강압 컨버터 (31) 를 제어하고, 피드백 제어를 실시한다.

승강압 컨버터 (31) 에서는 스위칭 소자 (Q1) 가 수십 KHz 의 고주파로 ON/OFF 를 반복하고, 스위칭 소자 (Q1) 가 ON 상태인 경우에는, 트랜스 (T1) 의 1 차측에 전류가 흐르고, 트랜스 (T1) 에 에너지가 축적된다. 한편, 스위칭 소자 (Q1) 가 OFF 상태인 경우에는, 축적된 에너지가 트랜스 (T1) 의 2 차측에 전력으로서 방출된다. 방출된 전력은 수십 KHz 의 고주파이므로, 다이오드 (D2) 와 콘 덴서 (C2) 에 의해 고주파 성분이 제거되어 방전등에 공급된다.

여기에서, 컨버터 제어 회로 (42) 는 목표 전류 연산 회로 (45) 에 의한 목표 전류보다 전류 검출 회로 (43) 에 의한 검출 전류가 적은 경우에는, 스위칭 소자 (Q1) 의 ON 상태의 시간을 증가시킴으로써, 2 차측에 방출되는 전력을 증가시켜, 방전등 (6a) 에 흐르는 전류를 증가시킨다. 또, 목표 전류보다 검출 전류가 큰 경우에는, 스위칭 소자 (Q2) 의 ON 상태의 시간을 줄임으로써, 2 차측에 방출되는 전력을 감소시켜 방전등 (6a) 에 흐르는 전류를 줄인다. 이들 동작을 고속으로 실시함으로써, 방전등의 전류가 목표 전류와 일치하도록 제어한다.

다음으로, 극성 전환 제어 회로 (46) 는 극성 전환 회로 (32) 를 제어하고, 스위치 소자 (Q3a, Q3d) 의 세트와 스위칭 소자 (Q3c, Q3b) 의 세트를 번갈아 ON 상태로 함으로써, 승강압 컨버터 (31) 로부터 출력된 직류 전류를 교류 전류로 하고, 방전등에 흘린다. 여기에서, 검출 회로 (41) 는 상용 교류 전원에 있어서의 전압의 주기적인 변화에 있어서, 0 볼트가 된 경우에 제로 크로스 검출 신호를 출력한다.

목표 전류 연산 회로 (45) 는 제로 크로스 검출 회로 (41) 로부터의 제로 크로스 검출 신호를 받고, 상용 교류 전압 파형에 대하여 0 도 및 180 도 부근에서는 목표 전류값이 작고, 또 90 도 및 270 도 부근에서는 목표 전류값이 커지도록 목표 전류를 연산한다. 제어부 (35) 는 검출 회로 (41) 로부터의 제로 크로스 검출 신호를 받고, 스위칭 소자 (5a, 5d) 의 세트는 ON 상태와 OFF 상태를 전환하고, 스위칭 소자 (5c, 5b) 의 세트는 ON 상태와 OFF 상태를 전환한다.

이에 의해, 방전등 (6a) 에 흐르는 전류는 극성이 0 도, 180 도로 전환되고, 상용 교류 전원 (VAC) 에 동기한 정현파 형상의 전류가 된다. 상용 교류 전원 (VAC) 으로부터 방전등 점등 장치에 흘러 들어가는 전류와 방전등 (6a) 에 흐르는 전류는 비례 관계에 있으므로, 방전등 점등 장치의 입력 전류도 상용 교류 전원에 동기한 정현파 형상의 전류가 되어 입력 역률이 높아진다. 또, 승압 인버터와 같은 역률 개선 회로가 불필요하기 때문에, 소형이면서 저렴한 방전등 점등 장치를 얻을 수 있다.

그러나, 상기 기술한 종래예 1 에서는, 조명 장치로서 사용하기 위해서는 50 ∼ 200W 의 전력이 필요하게 된다. 이와 같이 전력이 큰 조명 장치는 역률 개선 회로를 구비하고 있을 필요가 있다. 이 역률 개선 회로의 출력은 또한 전류 제한 회로에서 일정 전류가 되어 있는데, 상기 기술한 바와 같이 회로 규모가 커져 저가격화의 장해가 된다.

여기에서, 본 발명에서는, 역률 개선 회로에 전류 제한 기능도 갖게 하는 것을 검토하였다. 이 방법이면, 발광 소자에 흐르는 전류의 피드백의 시정수는 교류 전원의 주기에 비해 충분히 크게 취할 필요가 있으므로, 발광 소자에 흐르는 전류의 급격한 변화에는 추종할 수 없다는 결점이 있다. 또, 아무리 해도 교류 전원의 리플 성분이 발광 소자 전류에 옮겨지는 것은 피할 수 없어 다소의 휘도 리플이 나온다는 결점도 있다. 이들은 모두 전류 제한 회로를 따로 형성하는 방법에서는 나타나지 않는 결점이다.

또, 상기 기술한 종래예 2 에 있어서는, 출력 회로를 간이화한 전등 점등 장 치가 나타나 있는데, 방전등 점등을 위한 회로이기 때문에, 극성 전환 회로에 의해 방전등에 흐르는 전류의 극성을 전환하는 교류 점등 장치가 되어 있다. 그 때문에, 주요한 목적인 역률을 개선하기 위해서는 극성의 전환을 상용 전원의 주파수에 동기하여 실시할 필요가 있어, 극성 전환이 불가결한 요소 기술이다. 따라서, 직류 구동 소자인 LED 나 유기 EL 의 점등을 목적으로 한 것에는 사용할 수 없다.

본 발명의 주된 목적은 부하 전류를 거의 일정하게 제어하고, 1 에 가까운 역률을 얻을 수 있음과 함께, 소형이면서 저가격인 조명용 저압 전원 회로, 조명 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 구성은 교류 전원을 정류하는 정류 회로와, 강압형 회로로 이루어지고, 또한 전류 제한 기능을 구비하고, 상기 정류 회로로부터의 정류 출력을 제어하는 역률 제어 회로를 가지며, 조명용 저압 전원을 출력한다.

본 발명에 있어서, 상기 정류 회로의 출력 및 전원 전류의 검출 출력에 의해 구동됨과 함께, 상기 역률 제어 회로로부터의 제어 출력에 의해 전환되는 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 출력에 의해 제어되는 강압형 트랜스와, 상기 트랜스의 출력을 정류하고 또한 수동 소자에 의해 고주파 성분을 필터하는 간이 출력 회로와, 상기 간이 출력 회로의 출력 전류로부터 상기 전원 전류의 검출 출력을 얻는 전류 검출 회로를 포함할 수 있고, 또 트랜스는 일방의 입력단이 상기 스위칭 소자 의 출력에 접속됨과 함께, 타방의 입력단이 상기 정류 회로의 출력에 접속될 수 있고, 또, 역률 제어 회로가 부하 전류의 검출 출력을 소정 기준값과 비교하여 그 오차를 증폭하고, 이 증폭 출력과 상기 정류 회로의 출력을 승산하고, 이 승산 출력과 소정 고주파 신호를 비교하고, 이 비교 출력에 의해 스위칭 소자를 구동할 수 있고, 또, 상기 소정 고주파 신호가 20 ∼ 200KHz 의 톱니파 신호로 이루어질 수 있다.

본 발명의 조명 장치의 구성은 상기 기술한 조명용 저압 전원 회로를 조명용 광원에 접속하여 사용한다.

본 발명에 있어서, 조명용 광원이 유기 EL 이나 LED 등의 직류 점등 광원일 수 있다.

본 발명의 조명용 저압 전원 출력 방법의 구성은 교류 전원을 정류 회로에 의해 정류하고, 강압형 회로로 이루어지고, 또한 전류 제한 기능을 구비하는 역률 제어 회로에 의해 상기 정류 회로로부터의 정류 출력을 제어하고, 조명용 저압 전원을 출력한다.

본 발명에 있어서, 상기 정류 회로의 출력 및 전원 전류의 검출 출력에 의해 상기 역률 제어 회로를 구동하고, 상기 역률 제어 회로로부터의 제어 출력에 의해 스위칭 소자를 전환 구동하고, 상기 스위칭 소자의 출력에 의해 강압형 트랜스를 제어하고, 상기 트랜스의 출력을 정류하고 또한 수동 소자에 의해 고주파 성분을 필터하여 상기 전원 전류를 출력하고, 상기 전원 전류로부터 상기 전원 전류의 검출 출력을 얻을 수 있고, 또, 역률 제어 회로가 부하 전류의 검출 출력을 소정 기 준값과 비교하여 그 오차를 증폭하고, 이 증폭 출력과 상기 정류 회로의 출력을 승산하고, 이 승산 출력과 소정 고주파 신호를 비교하고, 이 비교 출력에 의해 상기 스위칭 소자를 구동할 수 있다.

본 발명의 조명 방법의 구성은 상기 기술한 조명용 저압 전원 출력 방법에 의해 얻어진 조명용 전원 출력으로 조명용 광원을 구동하여 조명한다.

본 발명에 있어서, 상기 조명용 광원에 유기 EL 이나 LED 등의 직류 점등 광원을 사용할 수 있다.

바람직한 실시 형태의 상세한 설명

도 5 는 본 발명의 일 실시 형태의 조명용 전원 회로의 블록도이다. 도 6a ∼ 6f 는 본 실시 형태의 조명용 전원 회로의 동작을 설명하는 파형도이다. 이 도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 대상으로 하는 피구동 소자는 직류로 구동할 수 있는 유기 EL 이나 LED 등의 전류 제어형 발광 소자이면 되기 때문에, 이하의 설명에서는 LED 를 피구동 소자로 하여 설명한다.

본 실시 형태의 특징은 강압형 역률 제어 회로에, LED 에 흐르는 전류의 제한 기능을 갖게 한 것이다. 즉, 본 실시 형태의 조명용 전원 회로는 교류 전원 (VAC) 을 정류 회로 (1) 에 의해 정류하고, 이 정류 출력을 역률 제어 회로 (2) 에 의해 제어하고, 조명용 저압 전원을 출력하는 조명용 저압 전원 회로에 있어서, 역률 제어 회로 (2) 가 강압형 회로로 이루어지고, 또한 전류 제한 기능을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 유기 EL 이나 LED 등의 전류 제어형 발광 소자는 일정한 전류를 LED 나 EL 에 흘리면, 그들이 갖는 순방향 전압 강하로 출력 전압은 정해지므로, 출력 전압을 피드백하여 제어할 필요는 없다.

또한, 정류 출력을 역률 제어 회로 (2) 에 의해 제어한다는 것은 정류 회로의 출력 및 전원 전류의 검출 출력에 의해 역률 제어 회로 (2) 가 구동하여 조명용 저압 전원을 출력하는 것이다. 또, 역률 제어 회로 (2) 의 전류 제한 기능이란, 전원 전류의 검출 출력을 소정 기준값과 비교하여 역률 제어 회로 (2) 가 구동함으로써, 출력 전류가 일정해지도록 제어된 조명용 저압 전원을 출력하는 것이다.

본 실시 형태의 조명용 전원 회로는 역률 제어 회로 (2) 와, 이 역률 제어 회로 (2) 로부터의 제어 출력에 의해 전환되는 스위칭 소자 (Q1) 와, 이 스위칭 소자 (Q1) 의 출력에 의해 제어되는 강압형 트랜스 (T1) 와, 이 트랜스 (T1) 의 출력을 다이오드 (D2) 에 의해 정류하고 또한 수동 소자 (인덕터 (L2) 및 콘덴서 (C2)) 에 의해 고주파 성분을 필터하는 간이 출력 회로 (다이오드 (D2) 및 출력 필터 (3)) 와, 이 간이 출력 회로의 출력 전류로부터 상기 전원 전류의 검출 출력을 얻는 전류 검출 회로 (저항 (R4) 과 V-I 변환 회로 (4)) 를 추가로 포함하는 것이다.

이 도 5 의 조명용 전원 회로의 주요부는 다이오드 브릿지 (1) 와, 트랜스 (T1) 와, 스위치 소자 (Q1) 와, 이 스위치 소자 (Q1) 를 제어하는 역률 제어 회로 (2) 와, 다이오드 (D2) 와, 출력 필터 (3) 와, V-I 변환 회로 (4) 와, 포토커플러 (5) 로 구성된다.

도 5 에 있어서, 먼저 교류 전원 (VAC ; 도 6a) 은 다이오드 브릿지 (1) 에 의해 전파 정류된다. 이 전파 정류 출력 (V1) 은 트랜스 (T1) 의 1 차 권선을 통해 스위칭 소자 (Q1) 의 일단에 접속된다. 또, 역률 제어 회로 (2) 는 제어 IC 로 구성되고, 스위칭 소자 (Q1) 의 스위칭 시간을 제어함으로써, 교류 전원 (VAC) 과 그것에 흐르는 전원 전류 (IAC) 의 위상을 제어하여 역률을 개선한다. 스위칭 소자 (Q1) 는 역률 제어 회로 (2) 에 의해 ON/OFF 제어되고, 트랜스 (T1) 의 1 차 전류를 단속한다. 트랜스 (T1) 는 단속하는 1 차 전류에 의한 에너지를 2 차측에 전달함과 함께, 1 차 권선과 2 차 권선의 비에 상당하는 승압비로 2 차 권선에 전압을 발생한다.

다이오드 브릿지 (1) 에 의해 정류된 전파 정류 전압 (V1) 은 저항 (R1) 과 저항 (R2) 에 의해 적당한 값으로 분압되고, 이 분압 전압 (V2) 이 역률 제어 회로 (2) 의 단자 (FB1) 에 공급된다 (도 6b).

또, 트랜스 (T1) 의 2 차 전압은 다이오드 (D2) 에 의해 정류된다. 이 정류 출력은 또한 인덕터 (L2) 와 콘덴서 (C2) 로 이루어지는 출력 필터 (3) 를 통해 부하 (6) 의 LED 에 공급된다. 출력 필터 (3) 는 정류된 전압을 리플이 적은 직류로 변환한다.

부하 (6) 의 LED 는 조명 장치의 광원이 되는 발광 다이오드로, 단독 또는 복수개를 직렬 접속하여 이용된다. 부하 (6) 의 귀환 라인에는 저항 (R4) 이 형성되고, 저항 (R4) 은 LED 에 흐르는 전류 (ILED) 를 검출하기 위한 것이다. 이 부하 (6) 로 검출된 출력 (저항 (R4) 의 양단의 전압) 은 V-I 변환 회로 (5) 에서 전류로 변환된 후, 포토커플러 (5) 를 통해 역률 제어 회로 (2) 의 단자 (FB2) 에 귀환 전압 (V3 ; 도 6c) 으로서 피드백된다.

또한, 저항 (R3) 이 직렬 접속된 포토커플러 (5) 는 역률 제어 회로 (2) 의 단자 (REF) 로부터의 기준 전압이 공급되고, 그 직렬 접속단으로부터 귀환 전압 (V3) 을 출력하고, 역률 제어 회로 (2) 의 단자 (FB2) 에 공급한다. 역률 제어 회로 (2) 는 이들 분압 전압 (V2) 과 귀환 전압 (V3) 이 입력되어 스위치 소자 (Q1) 를 제어한다.

본 실시 형태의 조명용 저압 전원 회로는, 도 5 와 같이, 조명용 저압 전원 출력을 부하 (6) 의 LED 에 접속하고, 교류 전원을 공급한다. 이 조명용 저압 전원 회로로부터의 조명용 저압 전원 출력에 의해 LED 가 구동되면, LED 를 발광시킬 수 있으므로, 조명 장치로서 사용할 수 있다.

본 실시 형태의 조명용 저압 전원 출력 방법으로는, 교류 전원을 정류 회로 (1) 에 의해 정류하고, 이 정류 출력을 역률 제어 회로 (2) 에 의해 제어하고, 조명용 저압 전원을 출력할 수 있다. 또, 조명 방법으로는, 상기 기술한 조명용 전원 출력 방법에 의해 얻어진 조명용 전원 출력으로 조명용 광원을 구동하여 조명할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 전원 회로의 역률 제어 회로 (2) 를 강압형으로 함과 함께 전류 제한 기능도 갖게 하는 것으로 하고 있다. 통상, 이러한 구성의 경우, 발광 소자에 흐르는 전류의 피드백의 시정수는 교류 전원의 주기에 비해 충분히 크게 취할 필요가 있으므로, 발광 소자에 흐르는 전류의 급격한 변화에는 추종할 수 없다는 문제가 있다. 또, 아무리 해도 교류 전원의 리플 성분이 발광 소자 전류에 옮겨지는 것은 피할 수 없어 다소의 휘도 리플이 나온다는 문제도 있다. 그러나, 조명 장치로서 일정 휘도로 사용하는 것을 생각하면, 발광 소자 전류의 급격한 변화가 일어난다고는 생각하기 어렵고, 또 다소의 휘도 리플이 있었다고 해도, 전원 회로의 실용상 지장이 없는 경우가 많기 때문에, 간이형 구성으로 하여 비용 다운을 도모하고 있다.

통상, 역률 개선 회로 (2) 로는, 출력 전압을 피드백하여 거의 일정값으로 유지하도록 동작하는데, 본 실시 형태는 이 피드백을 전류값의 피드백으로 했을 뿐이므로, 간단하게 구성할 수 있다는 특징이 있다.

종래의 역률 제어 회로에는, 많은 경우, 승압형 회로가 이용되어 왔다. 그 경우에는, AC 전원 전압의 최대 순시값보다 역률 제어 회로의 출력 전압이 높아 형광등 등의 높은 전압을 필요로 하는 점등 회로에는 적합했다. 그러나, LED 나 유기 EL 과 같이 저전압 소자를 구동하기에는 적합하지 않아, 역률 개선 회로의 후단에, 전압을 그들의 부하에 적당한 전압까지 낮추기 위한 회로가 필요했다.

본 실시 형태에서는, 역률 제어 회로 (2) 로서 강압형 회로를 이용하고 있기 때문에, 전압을 낮추기 위한 회로를 별개로 필요로 하지 않고, 또한 부하 LED 에 흐르는 전류를 일정하게 제어하는 기능도 역률 제어 회로 (2) 에 갖게 했기 때문에, 회로를 간소화할 수 있다.

이와 같이 하여, 본 실시 형태에서는, 역률 제어를 하는 동시에, 광원인 부하 LED 에 흐르는 전류 (ILED) 의 크기에 따른 신호를 제어 회로에 피드백하고 있으므로, 본 실시 형태에 의한 전원 회로는 역률을 개선함과 함께, LED 에 항상 일정한 크기의 전류가 흐르도록 동작하고 있다. 이러한 구성에 의해, LED 의 전 류를 제한하기 위한 전류 제한 회로를 별개로 형성할 필요가 없기 때문에, 소형이면서 저가격인 LED 조명 장치의 전원 회로를 구성할 수 있다.

본 실시 형태에 의하면, 별개로 전류 제한 회로를 형성하지 않고, 보다 간단한 회로 구성으로 원하는 LED 조명 장치를 실현할 수 있으므로, 소형이면서 저가격인 LED 의 조명 장치용 전원 회로를 실현할 수 있다.

또한, 역률 개선 회로를 구비하고 있기 때문에, 전원 전류가 낮게 억제되어, 큰 출력의 조명 장치라도 전원 배선에 주는 부담을 경감할 수 있다.

(실시예 1)

도 5 의 실시 형태에 있어서, 도 5 에 이용하는 역률 제어 회로 (2) 의 상세구성을 설명한 것이 제 1 실시예이다. 도 7 은 도 5 에 이용하는 역률 제어 회로 (2) 의 실시예를 설명하는 블록도이다. 이 역률 제어 회로 (2) 는 승산기 (11), 기준 전원 (12), 분압기 (13), 오차 증폭기 (14), 톱니파 발진기 (15), 비교기 (16) 및 드라이버 (17) 로 구성된다. 본 실시예는 역률 제어 회로 (2) 가, 부하 전류의 검출 출력을 오차 증폭기 (14) 에서 소정 기준값과 비교하여 그 오차를 증폭하고, 이 증폭 출력과 정류 회로의 출력을 승산기 (11) 로 승산하고, 이 승산 출력과 소정 고주파 신호를 비교기 (16) 로 비교하고, 이 비교 출력에 의해 스위칭 소자 (Q1) 를 구동한다.

다음으로, 도 5 ∼ 도 7 을 이용하여 본 실시예에 의한 전원 회로의 상세한 동작을 설명한다. 부하 (6) 에 흐르는 전류 (ILED) 는 저항 (R4) 의 양단의 전압이 계측됨으로써 검출된 후, V-I 변환 회로 (4) 나 포토커플러 (5) 를 통해 귀환 전압 (V3 ; 도 6c) 으로서 역률 제어 회로 (2) 에 입력된다. 이 귀환 전압 (V3) 은 오차 증폭기 (14) 에 의해 기준 전압과 비교되고, 그 차이의 전압이 증폭되어 승산기 (11) 의 일방의 입력 단자에 인가된다. 승산기 (11) 의 다른 일방의 입력 단자에는 분압 전압 (V2) 이 가해진다. 승산기 (11) 는 이들 전압을 승산한 전압 (V4) 을 발생시키고, 비교기 (16) 의 일방의 단자에 출력한다. 따라서, 승산기 (11) 의 출력 (V4) 은 AC 전원 전압 (VAC) 과 서로 유사하고, 진폭이 LED 에 흐르는 전류 (ILED) 에 비례한 전압이 된다 (도 6d, 6e 의 V4).

비교기 (16) 의 타방의 단자에는 톱니파 발생기 (15) 에서 발생한 일정한 주기와 진폭을 갖는 톱니파 (도 6d, 6e 의 V5) 가 가해진다. 이 톱니파의 주파수는 종래예와 마찬가지로, 통상 20 ∼ 200KHz 이다. 비교기 (16) 에서는, 이들 입력 전압을 비교하고, 펄스폭 변조된 펄스를 출력으로서 발생한다. 비교기 (16) 의 출력은 드라이버 (17) 에서 전력 증폭되고, 스위칭 소자 (Q1) 의 게이트를 구동한다 (도 6f). 따라서, 스위칭 소자 (Q1) 는 비교기 (16) 에 의해 발생하는 펄스폭 변조된 펄스 신호로 트랜스 (T1) 에 흐르는 전류를 단속한다.

이러한 구성을 취함으로써, 트랜스 (T1) 의 1 차측에 흐르는 전류의 평균값, 즉 교류 전원의 입력 전류 (IAC) 의 위상 (도 6a) 은 교류 전압 (VAC) 의 위상에 매우 가까워져 역률은 1 에 가까워진다.

역률 제어 회로 (2) 의 단자 (FB1) 에 인가된 전압 (V2) 은 도 6a 에 나타내는 바와 같이, 전원 전압 (VAC) 과 동일한 위상의 반파 정류 파형이다. 또, 전류 (ILED) 는 도 6b 에 나타내는 바와 같이, 거의 직류 전류가 된다. 이 때문 에, 전류 (ILED) 에 대응하는 피드백 신호 (V3) 도 거의 직류의 전압이 된다. 전압 (V2) 과 전압 (V3) 은 역률 제어 회로 (2) 의 내부의 승산기 (11) 로 승산한 후, 비교기 (16) 에서 전압 (V5) 과 비교되고, GATE 단자로부터 스위칭 소자 (Q1) 를 스위치하는 신호로서 출력된다. 즉, 역률 제어 회로 (2) 에는 전압 (V3) 과 전압 (V2) 이 피드백되는데, 전압 (V3) 의 피드백의 시정수를 크게, 전압 (V2) 의 피드백의 시정수를 작게 설정함으로써, 단시간 스팬 (span) 에서는 전압 (V2) 에 추종하고, 장시간 스팬에서는 전압 (V3), 즉 평균 전류 (ILED) 를 일정하게 하도록 동작한다.

그 결과, 전원 전류로는, 평균하면 도 6a 에 나타내는 바와 같이, 전원 전압 (VAC) 과 위상이 일치된 전류 (IAC) 가 흐르고, 역률은 거의 1 에 가까운 값이 된다. 또, LED 에는 원하는 거의 일정한 전류가 흐른다.

(실시예 2)

도 5 의 제 1 실시예에서는, 스위치 소자 (Q1) 로서 FET 를 나타내고, 또 피드백 신호의 전달 소자로서 LED 와 포토트랜지스터를 내장한 포토커플러 (5) 를 나타내고 있다. 이 다른 실시예로서, 스위치 소자 (Q1) 로서 트랜지스터나 IGBT (Insulated-gate bipolar transistor) 등의 스위칭 소자도 적용 가능하다. 또, 포토커플러 대신에, 발광 소자와 수광 소자 사이가 전기적으로 절연되고, 또한 신호의 전달이 가능하면, 발광 소자나 수광 소자의 종류를 불문하고 적용 가능하다. 또한, 도 5 의 실시예에서는, 트랜스 (T1) 와 포토커플러 (5) 에 의해 1 차측과 2 차측을 전기적으로 분리하고 있다. 이 분리는 사용의 편의성을 우선하기 위해 서인데, 분리하는 것은 본 실시예의 기능을 실현하는 데에 있어서의 불가결한 요소는 아니다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면, 강압형 역률 제어 회로에 부하에 흐르는 전류를 피드백시키고, 이 역률 제어 회로에는 부하에 흐르는 전류를 제한하는 기능을 갖게 하고 있으므로, 부하에 흐르는 전류를 제한하기 위한 회로를 별개로 형성할 필요가 없고, 소형이면서 저가격인 조명용 저압 전원 회로 및 조명 장치를 구성할 수 있다.

본 발명은 유기 EL 이나 LED 를 광원으로서 이용한 조명 장치의 전원 장치에 응용할 수 있다. 또, 현재는 상품화된 예는 적지만, 앞으로 독서등이나 안내등이나 장식 조명, 또 형광등에 대신하는 일반 가정용 조명 장치나 점포용 조명으로 용도가 확대될 것으로 생각된다.

조명 장치로서 이들 광원을 이용하는 경우에는, 전원 장치로서 (1) 전원이 교류이고, (2) 전원 전류가 큰 경우에는 역률 개선 회로가 필요하고, 또한 (3) 소형이면서 저가격인 것이 요구된다. 본 발명에 의하면, 이들 조건을 갖는 조명용 저압 전원 회로 및 조명 장치가 가능해진다.

본 발명에 의하면 부하 전류를 거의 일정하게 제어하고, 1 에 가까운 역률을 얻을 수 있으며, 또한 소형이면서 저가격인 조명용 저압 전원 회로 및 조명 장치를 제공할 수 있는 이점이 있다. 강압형 역률 제어 회로에 부하에 흐르는 전류를 피드백시키고 역률 제어 회로가 부하에 흐르는 전류를 제한하는 기능을 갖고 있으 므로, 부하에 흐르는 전류를 제한하기 위한 별도의 회로를 형성할 필요가 없게된다.

Claims (14)

1. 교류전원을 정류회로에 의해 정류하고, 이 정류출력을 역률 제어 회로에 의해 제어하고, 조명용 저압 전원을 출력하는 조명용 저압 전원 회로로서,

   상기 정류 회로의 출력 및 전원 전류의 검출 출력에 의해 구동됨과 함께, 상기 역률 제어 회로로부터의 제어 출력에 의해 전환되는 스위칭 소자와,

   상기 스위칭 소자의 출력에 의해 제어되는 강압형 트랜스와,

   상기 트랜스의 출력을 정류하고 또한 수동 소자에 의해 고주파 성분을 필터하는 간이 출력 회로와,

   상기 간이 출력 회로의 출력 전류로부터 상기 전원 전류의 검출 출력을 얻는 전류 검출 회로를 포함하고,

   상기 역률 제어 회로는 강압형 회로로 이루어지고,

   또한 전류 제한 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는, 조명용 저압 전원 회로.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 트랜스가 일방의 입력단이 상기 스위칭 소자의 출력에 접속됨과 함께, 타방의 입력단이 상기 정류 회로의 출력에 접속된, 조명용 저압 전원 회로.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 역률 제어 회로가 부하 전류의 검출 출력을 소정 기준값과 비교하여 그 오차를 증폭하고, 이 증폭 출력과 상기 정류 회로의 출력을 승산하고, 이 승산 출력과 소정 고주파 신호를 비교하고, 이 비교 출력에 의해 스위칭 소자를 구동하는, 조명용 저압 전원 회로.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 소정 고주파 신호가 20 ∼ 200KHz 의 톱니파 신호로 이루어지는, 조명용 저압 전원 회로.
6. 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 조명용 저압 전원 회로를 조명용 광원에 접속하여 이용한, 조명 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 조명용 광원이 직류 점등 광원인, 조명 장치.
8. 교류전원을 정류회로에 의해 정류하고, 이러한 정류출력을 역률 제어 회로에 의해 제어하고, 조명용 저압 전원을 출력하는 조명용 전원 출력 방법으로서,

   상기 정류 회로의 출력 및 전원 전류의 검출 출력에 의해 상기 역률 제어 회로를 구동하고,

   상기 역률 제어 회로로부터의 제어 출력에 의해 스위칭 소자를 전환 구동하고,

   상기 스위칭 소자의 출력에 의해 강압형 트랜스를 제어하고,

   상기 트랜스의 출력을 정류하고 또한 수동 소자에 의해 고주파 성분을 필터하여 상기 전원 전류를 출력하고,

   상기 전원 전류로부터 상기 전원 전류의 검출 출력을 얻고

   상기 역률 제어 회로는, 강압형 회로로 이루어지고,

   또한 전류 제어 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 조명용 저압 전원 출력 방법.
9. 삭제
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 역률 제어 회로가 부하 전류의 검출 출력을 소정 기준값과 비교하여 그 오차를 증폭하고, 이 증폭 출력과 상기 정류 회로의 출력을 승산하고, 이 승산 출력과 소정 고주파 신호를 비교하고, 이 비교 출력에 의해 상기 스위칭 소자를 구동하는, 조명용 저압 전원 출력 방법.
11. 제 8 항 또는 제 10 항에 기재된 조명용 저압 전원 출력 방법에 의해 얻어진 조명용 전원 출력으로 조명용 광원을 구동하여 조명하는, 조명 방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 조명용 광원에 직류 점등 광원을 이용하는, 조명 방법.
13. 제 7 항에 있어서,

    상기 직류 점등 광원은 유기 EL 또는 LED 인, 조명 장치.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 직류 점등 광원은 유기 EL 또는 LED 인, 조명 방법.

Images