KR100877521B1 - 엘이디 조명 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 조명 구동회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력되는 상용 교류전원을 승압 또는 강압하고 정전원화 함과 동시에 역률을 높여 LED모듈에 공급함으로서 에너지 낭비를 줄이고, LED모듈에 공급되는 전류를 피드백하여 LED모듈에 지속적으로 정전류가 공급되도록 함으로서 LED모듈 조명의 휘도를 일정하게 유지시키고 발열량을 줄여 효율을 높이고 LED모듈의 수명이 줄어드는 것을 방지할 수 있는 LED 조명 구동회로에 관한 것이다.

본 발명의 LED 조명 구동회로는 입력전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력전원에 의해 전류가 충전되고, 충전된 전류를 방전하는 인덕터; 상기 인턱터에 전류가 충전 또는 방전되도록 스위칭하여 상기 정류부의 출력전원을 승압 또는 강압시키는 트랜지스터; 상기 트랜지스터에 의해 승압 또는 강압된 전원을 평활하여 LED모듈로 공급하는 평활부; 상기 평활부의 출력전원의 크기를 감지하여 피드백하는 피드백부; 상기 인턱터에 흐르는 전류의 제로점을 감지하는 코일; 상기 피드백부로부터 피드백된 신호를 전송받아 상기 평활부가 정전원(정전압 또는 정전류)을 출력하도록 하고, 상기 코일로부터 제로점 신호를 전송받아 상기 정류부 출력전원의 역률이 보상되도록, 상기 트랜지스터의 스위칭을 위해 상기 트랜지스터로 인가되는 펄스파형의 펄스폭 및 펄스주파수를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지고, 상기 피드백부는 상기 LED모듈에 흐르는 전류를 감지하는 감지부와, 상기 감지부가 감지한 전류를 전송하는 포토커플러와, 상기 포토커플러가 전송하는 전류를 기준전류와 비교하여 상기 제어부로 전송하는 비교부를 포함하여 이루어지고, 상기 제어부는 상기 비교부가 전송하는 신호에 따라 상기 트랜지스터의 스위칭을 제어하는 상기 평활부가 정전류를 출력하도록 하는 것을 특징으로 한다.

조명, LED, 구동회로, 정전류, 역률개선, 피드백, 스위칭

Description

엘이디 조명 구동회로{DRIVING CIRCUIT FOR LED LAMP}

본 발명은 LED 조명 구동회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력되는 상용 교류전원을 승압 또는 강압하고 정전원화 함과 동시에 역률을 높여 LED모듈에 공급함으로서 에너지 낭비를 줄이고, LED모듈에 공급되는 전류를 피드백하여 LED모듈에 지속적으로 정전류가 공급되도록 함으로서 LED모듈 조명의 휘도를 일정하게 유지시키고 발열량을 줄여 효율을 높이고 LED모듈의 수명이 줄어드는 것을 방지할 수 있는 LED 조명 구동회로에 관한 것이다.

LED를 이용한 조명은 높은 에너지 절감(백열전구대비 80%, 형광등대비 50%)과 반영구적인 사용(형광등의 100배 수명), 친환경, 감성적 조명 특성 등 여러 가지 장점으로 인해 전 세계적으로 개발이 활발히 진행되고 있다.

종래에 LED 조명장치에 전원을 공급하여 구동시키는 구동회로는 정전압을 공급하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)가 주를 이루었다.

정전압 타입의 구동회로(SMPS)는 전류가 LED가 직병렬로 연결되어 있는 LED모듈 전체에 일정하게 전류가 공급되기 어려워 LED의 휘도를 일정하게 유지하기 어렵고, LED구동시 발생되는 열로인한 전류증가를 조절하지 못해 LED고장 및 수명을 감소시키는 등의 문제를 유발한다.

이러한 발열문제를 해결하기 위해 정전압을 공급받아 조명되는 LED조명장치는 방열판을 크게 하여 사용하거나, 온도보호 회로를 추가, LED 랭크(RANK) 관리를 철저하게 하고 있어, 단가 상승의 요인이 되고 있다.

위와 같이 정전압 타입의 구동회로가 갖는 문제를 해결하기 위해 최근에는 정전류 타입의 구동회로기 제안되고 있고, 그 대표적인 것으로 등록특허 제605120호 "노출형 유도등의 전원공급제어장치", 등록특허 제685104호 "정전류 출력 특성을 갖는 스위칭 모드 파워 서플라이" 등이 개시되었다.

상기 전자의 등록특허는 정전류 조정기의 각 단계에 따라 미리 설정된 정전류를 공급함으로써, 다수의 발광다이오드로 구성된 유도등이 일정한 광도를 가짐과 동시에 높은 광도를 갖도록 전원을 제어하는 것을 특징으로 하고,

상기 후자의 등록특허는 출력측 전압에 비례하는 전원부의 전압에 따라 스위칭 주파수를 증감시킴으로써, 출력 전류를 제한하여 정전류 특성을 얻는 것을 특징 으로 한다.

또한, 종래의 LED 조명 구동회로는 부하측의 LED 모듈에 안정적이고 일정한 크기의 정전원(정전압 또는 정전류)을 공급하는 것에 중점을 두고 있는데, 본 고안회로는 부하측 LED의 안정적인 정전류 구동 및 AC입력측의 전원 역률을 개선하여 국가적인 에너지 절감을 이룰 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 입력전원을 승압 또는 강압하고 정전원화 하여 LED 모듈에 적정 전원을 공급하되, 공급되는 전원의 역률을 개선하여 국가적 에너지 낭비를 줄이고,

LED 모듈 부하의 변동에도 일정한 크기의 정전류가 LED 모듈에 지속적으로 공급되도록 하여 LED의 휘도를 일정하게 유지하고 발열량을 줄여 LED의 수명단축을 방지할 수 있는 LED 조명 구동회로를 공급함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED 조명 구동회로는

입력전원을 정류하는 정류부;

상기 정류부의 출력전원에 의해 전류가 충전되고, 충전된 전류를 방전하는 인덕터;

상기 인턱터에 전류가 충전 또는 방전되도록 스위칭하여 상기 정류부의 출력전원을 승압 또는 강압시키는 트랜지스터;

상기 트랜지스터에 의해 승압 또는 강압된 전원을 평활하여 LED모듈로 공급하는 평활부;

상기 평활부의 출력전원의 크기를 감지하여 피드백하는 피드백부;

상기 인턱터에 흐르는 전류의 제로점을 감지하는 코일;

상기 피드백부로부터 피드백된 신호를 전송받아 상기 평활부가 정전원(정전압 또는 정전류)을 출력하도록 하고, 상기 코일로부터 제로점 신호를 전송받아 상기 정류부 출력전원의 역률이 보상되도록, 상기 트랜지스터의 스위칭을 위해 상기 트랜지스터로 인가되는 펄스파형의 펄스폭 및 펄스주파수를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 피드백부는 상기 LED모듈에 흐르는 전류를 감지하는 감지부와, 상기 감지부가 감지한 전류를 전송하는 포토커플러와, 상기 포토커플러가 전송하는 전류를 기준전류와 비교하여 상기 제어부로 전송하는 비교부를 포함하여 이루어지고,

상기 제어부는 상기 비교부가 전송하는 신호에 따라 상기 트랜지스터의 스위칭을 제어하는 상기 평활부가 정전류를 출력하도록 하는 것을 특징으로 하고,

상기 정류부는 입력전원의 과전류를 차단하는 퓨즈와, 상기 퓨즈를 통과한 전원을 전파 정류하는 브릿지다이오드와, 상기 브릿지다이오드를 통과한 전원을 평활하는 커패시터를 포함하여 이루어지고,

상기 정류부의 출력단에는 출력전압의 파형을 감지하여 상기 제어부로 전송하는 동기화저항이 연결되어 있고,

상기 트랜지스터의 소스단자와 상기 제어부 사이에는 저항 및 커패시터로 구성되어 상기 트랜지스터의 스위칭동작을 안정화시키고 고주파 대역에서 이득을 보상하는 이득보상부가 연결되어 있고,

상기 평활부는 상기 인덕터의 출력전원을 정류하는 다이오드와, 상기 다이오드를 통과한 전원을 평활하는 커패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 LED 모듈에 공급되는 정전원의 역률을 개선하여 에너지 낭비를 줄이고,

LED 모듈의 부하 변동에 관계없이 항시 일정한 크기의 정전류를 LED 모듈에 공급하여 LED가 일정한 휘도를 발하고, 저발열로 LED의 수명이 단축되는 것을 방지하는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 LED 조명 구동회로의 회로도를 도시한 것으로서, 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도면에서 보는 바와 같이 본 발명의 LED 조명 구동회로는 정류부(10), 인덕터(L1), 트랜지스터(Q), 평활부(40), 피드백부(50), 코일(L2), 제어부(20), 이득보상부(30)를 포함하여 이루어진다.

상기 정류부(10)는 입력 교류전원을 정류하고 평활하여 직류화하여 출력하고, 퓨즈(F), 브릿지다이오드(BD) 및 커패시터(C1)를 포함하여 이루어진다.

상기 퓨즈(F)는 입력 교류전원의 과전류를 차단하여 구동회로를 보호하고, 상기 브릿지다이오드(BD)는 상기 퓨즈를 통과한 전원을 전파정류하고, 상기 커패시터(C1)는 상기 브릿지다이오드를 통과한 전원을 평활하여 직류화하여 출력한다.

상기 인덕터(L1)는 상기 정류부(10)의 출력전원에 의해 전류가 일시적으로 충전되고, 트랜지스터(Q)의 스위칭에 의해 충전된 전류를 방전하여 상기 정류부(10)의 출력전원을 승압 강압하여 상기 평활부(40)로 공급한다.

상기 트랜지스터(Q)는 상기 제어부(20)로부터 펄스신호를 받아 스위칭하여 상기 인덕터(L1)에 전류를 충전 또는 방전시킨다.

상기 트랜지스터(Q)는 전계효과트랜지스터(FET)를 사용하였고, 그 게이트단자는 상기 제어부(20)에 연결되어 스위칭을 위한 펄스신호를 입력받고, 드레인단자는 상기 인덕터(L1)의 출력단에 연결되어 인덕터를 충방전시키고, 소스단자에는 저항(R5,R6) 및 커패시터(C5)로 구성된 이득보상부(30)가 연결되어 트랜지스터(Q)의 스위칭동작을 안정화시키고 고주파 대역에서의 이득을 보상한다. 상기 이득보상부(30)의 저항(R5,R6)은 스위칭 동작을 안정화시키고, 상기 커패시터(C5)는 고주파 대역에서 이득을 보상하는 역할을 한다.

상기 평활부(40)는 상기 인덕턱(L1)를 통과하여 승압 또는 강압된 전원을 평활하여 직류화하여 부하측의 LED모듈(60)에 정전원(정전압 또는 정전류)을 공급한다.

상기 평활부(40)는 상기 인덕터를 통과한 전원을 정류하는 다이오드(D)와, 상기 다이오드(D)에 의해 정류된 전원을 평활하여 직류화하는 커패시터(C6)를 포함하여 이루어진다.

상기 제어부(20)는 상기 트랜지스터(Q)의 게이트단자로 펄스신호를 인가하여 상기 평활부(40)가 역률이 개선된 정전압 또는 정전류를 LED모듈(60)에 공급하도록 상기 트랜지스터의 스위칭을 제어한다.

상기 제어부(20)는 상기 트랜지스터(Q)의 게이트단자로 인가하는 펄스신호의 펄스폭을 제어하여 상기 평활부(40)가 출력하는 전원이 부하 변동에 관계없이 일정한 크기를 유지하도록 하고, 펄스신호의 펄스주파수를 제어하여 상기 평활부(40)가 출력하는 전원의 역률이 개선되도록 한다.

역률개선을 위해 상기 정류부(10)의 출력단에는 상기 정류부(10) 출력전원의 전압파형을 감지하여 상기 제어부(20)로 전송하는 동기화저항(R1, R2)이 연결되고 있고, 상기 인덕터(L1)에는 코일(L2)이 자속결합되어 인덕터(L1)에 흐르는 전류의 영점을 감지하여 저항(R3)을 통해 상기 제어부(20)로 전송한다.

상기 동기화저항(R1, R2)을 통해 정류부(10) 출력전압 파형을 감지하고, 상기 코일(L2)을 통해 인덕터(L1)에 흐르는 전류의 영점을 전송받은 제어부(20)는 상기 트랜지스터(Q)로 인가하는 펄스의 주파수를 제어하여 트랜지스터의 스위칭을 제어함으로서 상기 정류부(10)의 출력전류의 최대치를 연결하는 파형이 정류부(10) 출력전압과 주기가 같고 크기가 비례하는 형태가 되도록 함으로서 역률을 개선한다.

부하 변동에 관계없이 LED모듈(60)에 항시 일정한 크기의 전류가 공급되도록 하기 위해 상기 제어부(20)는 피드백부(50)를 통해 LED모듈(60)에 공급(또는 출력) 되는 전원(전압 또는 전류)의 크기를 피드백부(50)를 통해 피드백 받는다.

피드백부(50)를 통해 LED모듈(60)에 공급되는(또는 LED모듈(60)이 출력하는) 전원을 피드백 받은 제어부(20)는 상기 트랜지스터(Q)로 인가하는 펄스 신호의 펄스폭을 제어하여 트랜지스터의 스위칭을 제어함으로서 항시 일정한 크기의 정전류가 LED모듈(60)에 공급되도록 한다.

이때 정전압 보다는 정전류가 LED모듈(60)을 구성하는 LED들의 연결관계(직렬 또는 병열 연결)에 영향을 덜 받고 모든 LED들에 일정 크기의 전원을 공급할 수 있어 보다 바람직하다.

상기 피드백부(50)는 감지부(51), 포토커플러(52) 및 비교기(CP)를 포함하여 이루어진다.

상기 감지부(51)는 상기 평활부(40)의 출력단과 상기 LED모듈(60) 사이에 연결되어 LED모듈(60)을 통과하여 출력되는 전류의 크기를 감지한다. 상기 감지부(51)로는 저항 및 기타 능동형회로가 사용될 수 있다.

상기 포토커플러(52)는 상기 감지부(51)가 감지한 전류의 크기를 상기 비교기로 전송하되, 상기 감지기로부터 전송받은 신호를 상기 비교기로 전송함에 있어 크기가 다른 이종의 신호를 정확하게 전달하기 위해 신호를 비교기(CP)로 전송할 수 있도록 수신측과 송신측이 절연되어 있다. 즉, 상기 포토커플러(52)는 수신측의 포토다이오드와 송신측의 포토트랜지스터로 이루어진다.

상기 비교기(CP)는 (+)단자를 통해 상기 포토커플러(52)로부터 LED모듈(60)에 공급되는 전류의 크기를 받고, 이를 (-)단자에 설정되어 있는 기준전류(또는 전압)와 비교하여 그 결과를 상기 제어부(20)로 전송한다. 상기 제어부(20)는 상기 비교기가 전송하는 신호에 따라 트랜지스터(Q)에 인가하는 펄스신호의 펄스폭을 제어함으로서 부하측의 LED모듈(60)이 일정한 크기의 정전류가 지속적으로 공급되도록 한다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 구조를 갖는 LED 조명 구동회로에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 LED 조명 구동회로의 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 정류부 20 : 제어부

30 : 이득보상부 40 : 평활부

50 : 피드백부 60 : LED모듈

Claims (3)

1. 입력전원을 정류하는 정류부;

   상기 정류부의 출력전원에 의해 전류가 충전되고, 충전된 전류를 방전하는 인덕터;

   상기 인턱터에 전류가 충전 또는 방전되도록 스위칭하여 상기 정류부의 출력전원을 승압 또는 강압시키는 트랜지스터;

   상기 트랜지스터에 의해 승압 또는 강압된 전원을 평활하여 LED모듈로 공급하는 평활부;

   상기 평활부의 출력전원의 크기를 감지하여 피드백하는 피드백부;

   상기 인턱터에 흐르는 전류의 제로점을 감지하는 코일;

   상기 피드백부로부터 피드백된 신호를 전송받아 상기 평활부가 정전원(정전압 또는 정전류)을 출력하도록 하고, 상기 코일로부터 제로점 신호를 전송받아 상기 정류부 출력전원의 역률이 보상되도록, 상기 트랜지스터의 스위칭을 위해 상기 트랜지스터로 인가되는 펄스파형의 펄스폭 및 펄스주파수를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진 LED 조명 구동회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피드백부는 상기 LED모듈에 흐르는 전류를 감지하는 감지부와, 상기 감지부가 감지한 전류를 전송하는 포토커플러와, 상기 포토커플러가 전송하는 전류를 기준전류와 비교하여 상기 제어부로 전송하는 비교부를 포함하여 이루어지고,

   상기 제어부는 상기 비교부가 전송하는 신호에 따라 상기 트랜지스터의 스위칭을 제어하는 상기 평활부가 정전류를 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동회로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 정류부는 입력전원의 과전류를 차단하는 퓨즈와, 상기 퓨즈를 통과한 전원을 전파 정류하는 브릿지다이오드와, 상기 브릿지다이오드를 통과한 전원을 평활하는 커패시터를 포함하여 이루어지고,

   상기 정류부의 출력단에는 출력전압의 파형을 감지하여 상기 제어부로 전송하는 동기화저항이 연결되어 있고,

   상기 트랜지스터의 소스단자와 상기 제어부 사이에는 저항 및 커패시터로 구성되어 상기 트랜지스터의 스위칭동작을 안정화시키고 고주파 대역에서 이득을 보상하는 이득보상부가 연결되어 있고,

   상기 평활부는 상기 인덕터의 출력전원을 정류하는 다이오드와, 상기 다이오드를 통과한 전원을 평활하는 커패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동회로.

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