KR100893193B1 - 전원장치와 이를 구비하는 ｌｅｄ 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 입력 전압의 역률을 보정하기 위한 역률 보정회로와 LED 램프를 구동에 필요한 레벨의 전압을 생성하기 위한 직류-직류 변환회로를 일체형으로 구성함으로써, 회로 구성을 단순화하고 그 효율을 향상시킬 수 있는 전원장치와 이를 구비하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 입력 교류전압을 입력받아 변환하여 부하를 구동할 수 있는 출력 직류전압을 생성하는 것으로, 상기 입력 교류전압을 정류하여 입력 직류전압을 생성하는 정류부; 및 상기 입력 직류전압의 역률을 보정하고 상기 입력 직류전압의 레벨을 변환하여 상기 출력 직류전압을 생성하는 구동전압 생성부를 구비하는 전원장치를 제공한다.

Description

전원장치와 이를 구비하는 ＬＥＤ 조명장치{Apparatus for power supply and light emitting diode light therewith}
도 1은 본 발명에 따른 LED 조명장치에 대한 비교 실시예를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 LED 조명장치에서 전원장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, LED 조명장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, LED 조명장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 도 4의 LED 조명장치의 전원장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 6은 도 4의 LED 조명장치에서 LED 램프와 LED 제어부의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 회로도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 2, 4: LED 조명장치, 100, 400: 전원장치,
110, 210, 410: 정류부, 120: 역률 보정부,
130: 직류 레벨 변환부, 140, 300, 500: LED 제어부,
150, 350, 550: LED 램프.
본 발명은 전원장치와 이를 구비하는 LED 조명장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 조명장치에서 교류 전압을 입력받아 역률을 보정하고, 이를 LED 조명장치의 구동을 위하여 필요한 전압으로 변환하여 LED 램프에 공급하는 전원장치와 이를 구비하는 LED 조명장치에 관한 것이다.
LED는 직류전기를 받아 빛을 발하는 반도체 소자로 현재 적색, 녹색, 청색, 주황 등 여러 색을 발하는 소자가 개발되어 있고, 그 전력 회로에 따라 수 mwatt부터 수 watt까지 개별소자로 개발되어 있다. 이 LED를 구동하기 위해서는 소정 레벨의 직류 전압이 사용될 수 있다.
한편, 통상적으로 LED 조명장치에 입력되는 전원은 교류 전압이 입력된다. 따라서, LED 램프를 구동하기 위한 직류 구동 전압을 생성하기 위해서는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 그 직류 전압을 직류 구동 전압으로 변환하여야 한다. 또한, LED 램프의 구동 효율을 향상시키기 위해서는 LED 램프의 구동을 위하여 사용되는 전압의 역률을 보정할 필요가 있다.
이처럼, 종래의 LED 조명장치를 구동하기 위한 전원장치에서는, 입력되는 교류 전압을 직류로 변환하고, 역률을 보정하고, 직류 전압의 레벨을 변환하여, LED 램프를 구동하기 위한 직류 전압을 얻는다. 이때, 종래의 LED 조명장치를 구동하기 위한 전원장치는 역률 보상 회로와 전압 레벨을 변환하기 위한 회로가 개별적으로 구성된다.
따라서, 종래의 LED 조명장치의 전원장치는 전체적인 효율이 떨어질 수밖에 없는 문제점이 있다. 특히, LED 조명장치의 전원장치와 같이 에너지 절약에 사용되는 전기기기의 회로에서 효율이 문제가 될 수 있다.
또한, 종래의 LED 조명장치의 전원장치에서는 역률 보상 회로와 전압 레벨 변환 회로가 각각 개별적으로 구성되어 상호 연결되므로, 전원 회로를 위한 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)의 면적 및 부품 수의 증가와 그에 따른 그 제작 공정이 복잡해지는 문제점이 있다. 또한, 그로 인하여 전원 회로를 제작하는 비용이 증가될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은, 입력 전압의 역률을 보정하기 위한 역률 보정회로와 LED 램프를 구동에 필요한 레벨의 전압을 생성하기 위한 직류-직류 변환회로를 일체형으로 구성함으로써, 회로 구성을 단순화하고 그 효율을 향상시킬 수 있는 전원장치와 이를 구비하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 입력 교류전압을 입력받아 변환하여 부하를 구동할 수 있는 출력 직류전압을 생성하는 것으로, 상기 입력 교류전압을 정류하여 입력 직류전압을 생성하는 정류부; 및 상기 입력 직류전압의 역률을 보정하고 상기 입력 직류전압의 레벨을 변환하여 상기 출력 직류전압을 생성하는 구동전압 생성부를 구비하는 전원장치를 제공한다.
상기 구동전압 생성부가, 상기 입력 직류전압의 크기를 검출하는 직류전압검출 전압을 생성하고, 상기 입력 직류전압의 전압 레벨을 변환하여 상기 출력 직류전압을 생성하는 작동부, 상기 입력 전류를 검출하여 전류 피드백 신호를 생성하는 전류 검출부, 상기 출력 직류 전압을 검출하여 전압 피드백 신호를 생성하는 출력전압 검출부, 및 상기 전압 피드백 신호와 상기 전압 피드백 신호를 입력받아 상기 역률의 보정과 전압 레벨의 변경을 제어할 수 있는 제어신호를 생성하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 작동부가, 1차측 인덕터를 통하여 상기 입력 직류전압이 입력되는 변압기, 상기 변압기의 2차측 인덕터와 직렬로 연결되는 다이오드, 상기 다이오드를 통하여 상기 변압기의 2차측 인덕터에 연결되는 저주파 통과 필터, 및 상기 1차측 인덕터와 직렬로 연결되는 스위칭 소자를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 전원장치; 상기 전원장치로부터 상기 출력 직류 전압을 공급받는 LED 램프; 및 상기 LED 램프를 제어하는 LED 제어부를 구비하는 LED 조명장치를 제공한다.
상기 LED 제어부가, 상기 LED 램프와 직렬로 연결되는 정전류 작동부, 및 상기 LED 램프를 통하여 흐르는 전류를 검출하여 상기 정전류 작동부를 제어하는 정전류 제어신호를 생성하는 정전류 제어기를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 입력 전압의 역률을 보정하기 위한 역률 보정회로와 LED 램프를 구동에 필요한 레벨의 전압을 생성하기 위한 직류-직류 변환회로를 일체형으로 구성함으로써, 회로 구성을 단순화하고 그 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원장치와 이를 구비하는 LED 조명장치를 더욱 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 LED 조명장치(1)에 대한 비교 실시예의 블록도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 LED 조명장치에서 전원장치(100)의 회로도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 비교 실시예로서의 LED 조명장치(1)는 전원장치(100), LED 제어부(140), 및 LED 램프(150)를 포함할 수 있다. 전원장치(100)는 정류부(110), 역률 보정부(120), 및 직류 레벨 변환부(130)를 포함할 수 있다.
전원장치(100)는 교류의 입력 교류전압을 입력받아 변환하여 부하, 예를 들어 LED 램프(150)를 구동할 수 있는 직류의 출력 직류전압을 생성한다. 정류부(110)는 교류전압을 입력받아 직류의 입력 직류전압을 생성한다.
역률 보정부(120)는 입력 직류전압을 입력받아 역률을 보정하고, 효율을 향상시킬 수 있도록 전압의 레벨을 상승시켜 역률 보정전압을 생성한다. 이때, 역률 보정부(120)에 입력되는 입력 직류전압은 고조파 성분이 포함되어 리플이 있는 파형이 된다. 직류 레벨 변환부(130)는 역률 보정전압의 전압 레벨을 변환하여 부하 즉 LED 램프(150)의 구동에 적당한 직류인 출력 직류전압을 생성한다.
LED 제어부(140)는 출력 직류전압의 전원이 LED 램프(150)에 일정한 전류의 형태로 흐를 수 있도록 정전류 제어를 한다.
정류부(110)는 다이오드 브리지(B/R)와 커패시터(C11)를 포함할 수 있다. C11은 입력전압에 입력되는 전압의 파형에 펄스와 잡음 등 고주파로 제어하는 필터 역할을 한다.
역률 보정부(120)는 인덕터(L11), 다이오드(D11), 커패시터(C12), 제1 스위칭 소자(S11), 및 역률 보정 제어부(121)를 포함할 수 있다. 이때, 인덕터(L11)와 다이오드(D11)이 직렬로 연결되고, 커패시터(C12)가 인덕터(L11) 및 다이오드(D11)와 병렬로 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(S11)는 인덕터(L11)와 다이오드(D11)의 사이 노드와 접지단 사이에 저항(R13)과 함께 연결되어, 인덕터(L11)로부터 다이오드(D11) 방향으로 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
역률 보정 제어부(121)는 입력 전압을 검지하여, 입력 전압과 동위상이 되는 입력 직류 맥동 전류가 인덕터(L11)에 흐르도록 하는 제어 회로로, 인덕터(L11)로부터 다이오드(D11) 방향으로 흐르는 전류를 제1 스위칭 소자(S11)의 스위칭 타임을 조절하여 제어한다.
이때, 인덕터(L11)로부터 다이오드(D11) 방향으로 흐르는 전류는 제1 스위칭 소자(S11)에 직렬로 연결된 저항(R13)을 통하여 검출될 수 있다. 이때, 역률 보정부(120)의 입력단에 상호 직렬 연결되는 저항들인 R11과 R12는 입력전압을 검출하는 전압 검출용이며, 인덕터(L11)은 입력 전류를 안정되게 흐르게 하는 기능을 수행한다.
또한, 직류 레벨 변환부(130)에 입력되는 역률 보정 전압이 피드백 되어 역률 보정 제어부(121)로 입력될 수 있다.
직류 레벨 변환부(130)는 제2 스위칭 소자(S12), 제2 변압기(T12), 다이오드(D12), 커패시터(C13), 및 직류 변환 제어부(131)를 포함할 수 있다. 제2 변압 기(T12)는 1차측 인덕터(L13)와 2차측 인덕터(L14)를 포함할 수 있다. 1차측 인덕터(L13)는 제2 스위칭 소자(S12)와 함께 역률 보정부(120)의 출력단자와 연결될 수 있다.
제2 변압기(T12)의 2차측은 다이오드(D12)를 통하여 커패시터(C13)에 연결되고, 커패시터(C13)가 다이오드(D12)로 연결되며 축전기가 될 수 있는 커패시터(C13)의 양단자가 직류 레벨 변환부(130)의 출력단자가 될 수 있다. 2차측 인덕터(L14)는 다이오드(D12)와 직렬로 연결되고, 제2 스위칭 소자(S12)의 스위칭 타임의 제어에 의하여 2차측 인덕터(L14)를 통하여 흐르는 전류가 제어된다. 그에 따라, 출력 직류전압의 레벨이 조절된다. 이때, 도 2의 회로에서는 직류 레벨 변환부(130)로 입력되는 역률 보정전압의 전압 레벨을 하강시켜 직류 출력전압을 생성하게 된다.
커패시터(C13)는 출력 전압을 안정화 시키는 역할을 한다.
직류 레벨 변환부(130)의 출력단에서 검출되는 출력 직류전압은 직류 변환 제어부(131)를 통하여 피드백된다. 직류 변환 제어부(131)는 검출되는 출력 직류전압에 따라 제2 스위칭 소자(S12)의 스위칭 타임을 제어하여, 출력 직류전압이 미리 설정된 전압을 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.
본 실시예의 경우에는 역률 보정부(120)와 직류 레벨 변환부(130)가 별개로 구성되어 상호 연결된다. 따라서, 전원장치(100)에서는 입력 직류전압으로부터 출력 직류전압을 생성하기 위하여 역률 보정의 승압 단계와 강압 단계를 각각 거치게 된다.
역률 보상회로가 구성된 전원장치(100)는 기존의 전압을 승압시키는 구성의 역률 보상기능을 구현하고 있다. 이러한 구성은 고압의 직류전원이 얻어지므로 이 전압을 부하에 전달하기 위해 다시 저전압으로 강압시키는 구성이 필요하다. 따라서, 이러한 기능을 구현하기 위한 비교 실시예인 전원장치(100)의 기술은 역률보상회로(120)와 강압회로(130)가 따로 분리되어 동작을 한다.
또한, 전원장치(100)에서는 역률 보정부(120)와 직류 레벨 변환부(130)를 분할에 따라 인쇄회로기판의 면적 증가와 부품수의 증가, 고압에 의한 내장부품의 사양이 증가가 필요할 수 있다.
또한, 전원장치(100)에서는 역률 보정부(120)와 직류 레벨 변환부(130)의 이중 구조를 갖게 되므로 효율이 떨어질 수 있다.
즉, 전원장치(100)에서는 교류전압을 전파 정류하여 역률 보정부(120)로 입력되도록 하고, 역률 보정부(120)에 의해 전파 정류된 파형에 동기화 된 전류가 함께 전압을 승압(Boost Up)시켜 커패시터(C12)에 저장한다. 이렇게 상승된 전압은 다시 직류 레벨 변환부(130)에 입력되어 부하 출력전압에 맞게 강압되어진다. 직류 레벨 변환부(130)의 부하 출력전압은 직류 변환 제어부(131)로 되먹임되어 출력전압을 안정적으로 유지한다.
이때, 입력되는 전력은 출력 단자 즉 LED 램프 단자까지 전달되는 동안 역률 보정부(120)의 전기적 손실과 직류 레벨 변환부(130)의 손실은 물론 LED 제어부(140)의 정전류 제어기에서 소모되는 전력을 제한 나머지 전력이 LED 램프에 인가된다.
도 3에는 본 발명에 따른 바람직한 실시예로서 LED 조명장치(2)의 개략적인 회로도가 도시되어 있다. 도 4에는 본 발명에 따른 바람직한 다른 실시예로서, LED 조명장치(4)의 블록도가 도시되어 있다. 도 5에는 LED 조명장치(4)의 전원장치(400)의 회로도가 개략적으로 도시되어 있다. 도 6에는 LED 조명장치(4)에서 LED 램프(550)와 LED 제어부(500)의 다른 실시예에 대한 개략적인 회로도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치(3, 4)는 전원장치(200, 400), LED 전류 제어부(300, 500, 600), 및 LED 램프(350, 550, 650)를 포함할 수 있다. 전원장치(200, 400)는 정류부(210, 410), 및 구동전압 생성부(230, 430)를 포함할 수 있다.
전원장치(200, 400)는 교류의 입력 교류전압을 입력받아 변환하여 부하, 예를 들어 LED 램프(350, 550)를 구동할 수 있는 직류의 출력 직류전압을 생성한다. 정류부(210, 410)는 교류의 입력 교류전압을 입력받아 직류의 입력 직류전압을 생성한다. 정류부(210, 410)는 다이오드 브리지(B/R)와 커패시터(C21, C31)를 포함할 수 있다.
구동전압 생성부(230, 430)는 입력 직류전압을 입력받아 입력 직류전압의 역률을 보정하고, 입력 직류전압의 레벨을 변환하여 출력 직류전압을 생성하는 2가지 기능을 동시에 수행한다. 이때, 입력 직류전압은 고조파 성분이 포함되어 리플이 포함된 파형이 된다. 또한, 출력 직류전압은 LED 램프(350, 550)의 구동에 적당한 정전류의 직류전압이다.
구동전압 생성부(230, 430)는 입력 직류전압을 검출하여 입력 전압 검출 신호를 생성하고, 정전류 제어 회로의 인가전압을 검출하여 전압 피드백 신호를 생성하고, 이들을 제어부(234)에 되먹임하며, 입력 직류전압과 동기된 입력전류가 흐르게 제어하여 높은 역률을 유지하도록 제어하며, 원하는 직류 출력 전압을 생성한다. 본 실시예에서 출력 직류전압은 입력 직류전압보다 그 레벨이 낮은 직류 전압이 된다. 따라서, 구동전압 생성부(230, 430)는 역률의 보정 및 전압을 강하시키는 기능을 수행한다.
LED 전류 제어부(300, 500)는 출력 직류전압의 전원이 LED 램프(350, 550)에 일정한 전류가 흐를 수 있도록 정전류 제어를 한다.
구동전압 생성부(230, 430)는 작동부(231, 431), (역률 검출부 삭제), 출력전압 검출부(433), 및 제어부(234, 434)를 포함할 수 있다.
상기 작동부(231, 431)는 입력 직류전압의 역률을 보정하여 역률 보정전압을 생성하고, 입력 직류전압의 전압 레벨을 변환하여 출력 직류전압을 생성한다.
상기 역률 검출부는 입력 전압 검출부(232, 432)와 전류 검출부를 포함하고, 전류 검출부는 작동부(231, 431)에 포함될 수 있다.(이하 삭제)
상기 입력 전압 검출부(232, 432)는 입력되는 입력 직류전압을 검출한다. 이때, 입력 직류전압은 직류 맥동 전압이 될 수 있으며, 입력 직류전압이 입력 전압 검출부(232, 432)의 입력단에 직렬 연결되는 저항들(R21, R22 또는 R41, R42)의 전압 배분에 의하여 검출되어, 전압 검출신호가 생성될 수 있다. 전류 검출신호는 저항(R23, R43)을 이용하여 검출될 수 있다.
상기 출력전압 검출부(433)는 LED 제어부(600)의 단자전압과 출력전압을 검출하여 전압 피드백 신호를 생성한다. 이는 LED의 단선, 단락과 같은 부적절한 동작이 발생될 경우에도 안정적으로 회로가 동작되게 한다. 여기서, 도 3에 도시된 실시예에서는 출력전압 검출부가 LED 제어부(300) 내에 포함되고, 출력 직류 전압이 LED 제어부(300)로부터 검출될 수 있다. 상기 전압 검출신호, 전류 검출신호, 및 전압 피드백 신호가 제어부(434)에 입력된다.
상기 제어부(234, 434)는 전압 검출신호와 전류 검출 신호, 전압 피드백 신호를 입력받아 역률의 보정과 전압 레벨의 변경을 제어할 수 있는 제어신호를 생성한다. 이때, 제어신호는, 역률 피드백 신호와 미리 설정된 설정 역률의 차이, 및 전압 피드백 신호와 미리 설정된 설정 전압의 차이로부터 생성되어 작동부(231, 431)로 입력될 수 있다. 이때, 역률 피드백 신호는 전압 검출신호와 전류 검출신호로부터 생성될 수 있다. 제어부(234, 434)로는 마이크로 프로세서가 사용될 수 있다.
작동부(231, 431)는 변압기(T2, T3), 스위칭 소자(S2, S3), 다이오드(D2, D3), 및 저주파 통과 필터를 포함한다. 변압기(T2, T3)는 1차측 인덕터(L21, L31)의 일단자를 통하여 입력 직류전압이 입력되고, 2차측 인덕터(L22, L32)에는 다이오드(D3)가 연결된다.
저주파 통과 필터는 다이오드(D3)를 통하여 2차측 인덕터(L22, L32)에 연결된다. 입력 전류가 전압과 전류가 동기된 맥류이므로, 커패시터(C2, C3)의 양 단자전압에도 맥류가 인가될 수 있으므로 이 C2, C3는 충분히 큰 용량을 선택하여 그 맥류 전압을 최소화 한다.
다이오드(D2, D3)는 2차측 인덕터(L22, L32)와 저주파 통과 필터 사이에 2차측 인덕터(L22, L32)로부터 저주파 통과 필터 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 연결된다. 즉, 다이오드(D2, D3)의 애노드는 변압기(T2, T3)의 2차측 인덕터(L22, L32)에 연결되고, 캐소드는 저주파 통과 필터의 커패시터(C2, C3)와 연결된다.
스위칭 소자(S2, S3)는 변압기(T2, T3)의 1차측 인덕터(L21, L31)의 타단자와 연결된다. 즉, 스위칭 소자(S2, S3)는 제어부(234, 434)로부터 입력되는 제어신호에 따라 개폐되어 변압기(T2, T3)의 1차측 인덕터(L21, L31)를 통하여 흐르는 전류를 제어한다. 이때, 스위칭 소자(S2, S3)로 입력되는 제어신호는 전체시간 중에서 스위칭 소자가 온(ON)되는 시간의 비인 듀티(duty)를 조절하는 신호이다.
도 5에 도시된 실시예에서는 도 3에 도시된 실시예에 대하여, 전압 피드백 신호를 검출하는 출력 전압 검출부(434)가 더욱 구체적으로 도시되어 있다. 출력 전압 검출은 도 3 및 도 5에 도시된 실시예와 같이 출력 직류전압의 출력단으로부터 다양한 방법에 의하여 검출될 수 있다.
도 5에 도시된 실시예에서 변압기(T3)는 1차측 인덕터(L31)와 2차측 인덕터(L32)를 포함한다.
이때, 변압기(T3)는, 1차측 인덕터(L31)와 2차측 인덕터(L32)가 상호 커플링 되는 구조로 형성될 수 있다. 또한, 스위칭 소자(S3)가 변압기(T3)의 1차측 인덕터(L31))에 연결될 수 있다.
전류 검출신호는 스위칭 소자(S2, S3)의 전류를 검출하여 검출한다. 전압 피 드백 신호는 출력 직류전압으로부터 검출되는 전압신호가 될 수 있다. 이때, 전압 피드백 신호는 도 3의 실시예에서는 LED 제어부(300)의 정전류 작동부(310)의 양단으로부터 검출될 수 있으며, 안전한 동작을 위한 최고 전압을 제어하기 위하여 도 5의 실시예에서는 변압기(T3)의 2차측 인덕터(L32)의 양단으로부터 검출될 수 있다.
전압 피드백 신호는 출력 직류전압으로부터 출력 검출부(433)를 통하여 생성되어 제어부(434)로 입력될 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서는 출력 직류전압이 변압기(T3)의 2차측 인덕터(L32)로부터 검출되어, 검출된 전압으로부터 출력 검출부(433)에서 제어부(434)로 피드백하기에 적당한 신호로 변환하여 전압 피드백 신호가 생성될 수 있다.
이를 위하여, 출력 검출부(433)는 저항(R44) 및 다이오드(D4)가 도 5에 도시된 구조의 회로와 같이 연결되어 전압을 변환하고, 전원 분리 소자(433a)에 의하여 제어부(434)로 전달되어 입력될 수 있다. 전원 분리 소자(433a)는 도 5에 도시된 바와 같은 포토 커플러(433a)가 될 수 있다. 포토 커플러(433a)는 (T3)C3의 출력전압과 LED제어 회로의 단자전압을 검출하여 안정적이며 안전하게 LED를 구동할 수 있게 하며 제어부(434) 사이에 연결될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 실시예에서는 출력 검출부(433)는 출력 전압 제어기(433b)를 더 구비할 수 있다. LED 제어부(600)의 LED 램프(650)와 트랜지스터(TR6) 사이의 일 지점으로부터 측정되는 출력 전압 피드백 신호가 출력 전압 제어기(433b)를 통하여 전원 분리 소자(433a)의 입력단으로 입력될 수 있다.
한편, LED 램프(350, 550, 650)는 전원장치(200, 400)로부터 출력 직류 전압을 공급받으며, LED 제어부(300, 500, 600)에 의하여 정전류 및 LED 램프(350, 550)의 휘도가 제어된다. LED 램프(350, 550, 660)는 복수개가 연결될 수 있다. 이때, 복수개의 LED 램프(350, 550, 650)는 직렬로 연결될 수 있다.
LED 제어부(300, 500, 600)는 LED 램프(350, 550, 650)를 통하여 흐르는 전류가 일정하게 되도록 정전류 제어를 한다. 또한, LED 제어부(300, 500, 600)는 LED 램프(350, 550, 600)의 휘도를 LED에 흐르는 평균 전류의 양을 조절하여 제어한다.
LED 제어부(300, 500, 600)는 정전류 작동부(310, 510, 610) 및 정전류 제어기(320, 520, 620)를 포함한다. 정전류 작동부(310, 510, 610)는 LED 램프(350, 550, 650)와 직렬로 연결되어, LED 램프(350, 550, 650)를 통하여 흐르는 전류를 제어한다. 정전류 제어기(320, 520, 620)는 LED 램프(350, 550, 650)를 통하여 흐르는 전류를 검출하여 정전류 작동부(310, 510, 610)를 제어하는 정전류 제어신호를 생성한다.
정전류 작동기(310, 510, 610)는 트랜지스터(TR2, TR3, TR6)를 포함하여 이루어질 수 있다. 트랜지스터(TR2, TR3, TR6)는 BJT의 경우 컬렉터(collector), 베이스(base), 및 에미터(emitter)를 포함하며, MOSFET의 경우에는 드레인(Drain), 게이트(GATE), 소스(source)를 포함한다. 트랜지스터(TR2, TR3, TR6)의 컬렉터는 LED 램프(350, 550, 650)와 연결되고, 에미터는 접지단과 저항(R32, R52, R62)을 통하여 연결되고, 베이스는 정전류 제어기(320, 520, 620)와 저항(R31, R51, R61) 을 통하여 연결될 수 있다.
정전류 제어기(320, 520, 620)로부터 출력되는 정전류 제어신호는 트랜지스터(TR2, TR3, TR6)의 베이스(base)를 통하여 입력되어, 트랜지스터(TR2, TR3, TR6)를 통하여 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
이때, 트랜지스터(TR2, TR3, TR6)의 에미터 단자를 통하여 흐르는 전류를 검출하여 전류 피드백 신호를 생성하고, 전류 피드백 신호가 정전류 제어기(320, 520, 620)에 입력될 수 있다. 그에 따라, 정전류 제어기(320, 520, 620)에서는 전류 피드백 신호에 따라 LED 램프(350, 550, 650)를 통하여 흐르는 전류가 정전류가 될 수 있도록 제어할 수 있는 정전류 제어신호를 생성하여 트랜지스터(TR2, TR3, TR6)의 베이스로 입력시킬 수 있다.
또한, 정전류 제어신호는 LED 램프(350, 550, 650)의 휘도를 조절할 수 있는 신호가 될 수 있다. LED 램프(350, 550, 650)의 휘도 조절은 트랜지스터(TR2, TR3, TR6)의 베이스로 입력되는 정전류 제어신호의 전체시간 중에서 트랜지스터(TR2, TR3, TR6)가 온(ON)되는 시간의 비인 듀티(duty)를 제어하여 조절될 수 있다. 이에 따라, 정전류 제어기(320, 520, 620)에 의하여 LED 램프(350, 550, 650)를 통하여 흐르는 전류의 정전류 제어 및 LED 램프(350, 550, 650)의 휘도 조절이 가능하다. 정전류 제어기(320, 520, 620)로는 마이크로 프로세서가 사용될 수 있다.
한편, LED 램프(350, 550, 650)와 정전류 작동부(310, 510, 610) 사이의 전압으로부터 제어부(234, 434)에 입력되는 전압 피드백 제어신호가 생성될 수 있다. 특히, 도 3에 도시된 실시예에서, 정전류 작동부(310) 양단 전압으로부터 전압 피 드백 신호가 생성되어 제어부(234)로 입력될 수 있도록 함으로써, LED 램프(350)의 양단 전압이 일정하게 되도록 출력 직류전압이 제어될 수 있다.
본 발명에서는 이러한 구성의 LED 조명장치(2, 4)에 의하여, LED 램프(350, 550, 650)를 통하여 흐르는 전류를 정밀하게 제어하고, 그 밝기를 균일하게 제어할 수 있다. 또한, 필요에 따라 LED 램프(350, 550, 650)의 휘도를 자유롭게 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 전원회로(200, 400) 및 LED 조명장치(2, 4)에서는, 도 2에 도시된 비교 실시예에서와는 달리, 입력 직류전류의 역률을 보정하고 LED 램프(350, 550, 650)의 구동에 필요한 전압의 생성하는 것을 단일 구동전압 생성부(230, 430)에서 한다.
즉, 본 발명에 따른 전원회로(200, 400)는 비교 실시예에서의 역률 보정부(120)와 직류 레벨 변환부(130)를 하나의 제어기로 통합하여 동작할 수 있도록 구동전압 생성부(230, 430)의 회로를 구성한다. 따라서, 본 발명에 따른 전원회로(200, 400)는 비교 실시예를 포함한 종래의 방식보다 크기는 작으나 출력전력은 동일하며, 역률과 하모닉을 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, LED 조명장치(2, 4)에서 정전류 제어기(300, 500, 600)를 통한 LED 램프(350, 550, 650)의 제어가 간단하고 정확해지며, 마이크로프로세서를 이용하여 LED 제어부(300, 500, 600)와 구동전압 생성부(230, 430)를 능동적으로 제어함으로써 손실은 줄이고 효율은 증가시킬 수 있다.
종래의 역률 보상 회로는 그 작동 방식이 고전압이 발생하는 부분이 있어, 그에 맞는 고압용 부품이 필요하였으나, 본 발명은 그러한 부품을 없애고 전원이 지나가는 부분을 획기적으로 줄여 효율의 증대와 인쇄회로기판의 면적 및 사용되는 부품수 감소로 LED용 전원 설계 시에 저 가격으로 구현이 가능하다. 또한, 본 발명의 제어 방법은 LED 램프의 전압과 전류를 정밀하게 제어가 가능하며, 전력 변환 시에 발생하는 손실을 줄여 소비전력을 최소화 할 수 있다.
본 발명에 따른 전원장치와 이를 구비하는 LED 조명장치에 의하면, 입력 전압의 역률을 보정하기 위한 역률 보정회로와 LED 램프를 구동에 필요한 레벨의 전압을 생성하기 위한 직류-직류 변환회로를 일체형으로 구성함으로써, 회로 구성을 단순화하고 그 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 입력 교류전압을 입력받아 변환하여 부하를 구동할 수 있는 출력 직류전압을 생성하는 것으로,
    상기 입력 교류전압을 정류하여 입력 직류전압을 생성하는 정류부; 및
    상기 입력 직류전압의 역률을 보정하고 상기 입력 직류전압의 레벨을 변환하여 상기 출력 직류전압을 생성하는 구동전압 생성부를 구비하며,
    상기 구동전압 생성부가,
    상기 입력 직류전압의 역률을 보정하여 역률 보정전압을 생성하고, 상기 입력 직류전압의 전압 레벨을 변환하여 상기 출력 직류전압을 생성하는 작동부,
    상기 입력 직류전압과 상기 입력 직류전압의 역률을 보정한 전압으로부터 역률 피드백 신호를 생성하는 역률 검출부,
    상기 출력 직류 전압을 검출하여 전압 피드백 신호를 생성하는 출력전압 검출부, 및
    상기 역률 피드백 신호와 상기 전압 피드백 신호를 입력받아 상기 역률의 보정과 전압 레벨의 변경을 제어할 수 있는 제어신호를 생성하는 제어부를 포함하는 전원장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어신호가 상기 역률 피드백 신호와 미리 설정된 설정 역률의 차이와 상기 전압 피드백 신호와 미리 설정된 설정 전압의 차이로부터 생성되는 전원장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 역률 피드백 신호가 상기 입력 직류 전압으로부터 검출되는 전압 검출신호와 상기 작동부로부터 검출되는 전류 검출 신호로부터 생성되는 전원장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 작동부가,
    1차측 인덕터를 통하여 상기 입력 직류전압이 입력되는 변압기,
    상기 변압기의 2차측 인덕터와 직렬로 연결되는 다이오드,
    상기 다이오드를 통하여 상기 변압기의 2차측 인덕터에 연결되는 저주파 통과 필터, 및
    상기 1차측 인덕터와 직렬로 연결되는 스위칭 소자를 포함하는 전원장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어신호가 상기 스위칭 소자로 입력되고, 상기 제어신호가 전체시간 중에서 상기 스위칭 소자가 온(ON)되는 시간의 비인 듀티(duty)를 조절하는 신호인 전원장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭 소자를 통하여 흐르는 전류로부터 전류 검출 신호가 생성되고, 상기 역률 피드백 신호가 상기 입력 직류 전압으로부터 검출되는 전압 검출신호와 상기 전류 검출 신호로부터 생성되는 전원장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 출력전압 검출부가 상기 2차측 인덕터의 출력전압과 LED 제어기의 양단으로부터 상기 전압 피드백 신호를 검출하는 전원장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전압 피드백 신호가 상기 2차측 인덕터와 상기 제어부 사이에 연결되는 포토 커플러에 의하여 전기적으로 분리되어 전달되는 전원장치.
  12. 제1항, 또는 제5항 내지 제11항 중의 어느 한 항의 전원장치;
    상기 전원장치로부터 상기 출력 직류 전압을 공급받는 LED 램프; 및
    상기 LED 램프를 제어하는 LED 제어부를 구비하는 LED 조명장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 LED 제어부가 상기 LED 램프에 흐르는 출력 전류를 일정하게 제어하는 LED 조명장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 LED 제어부가,
    상기 LED 램프와 직렬로 연결되는 정전류 작동부, 및
    상기 LED 램프를 통하여 흐르는 전류를 검출하여 상기 정전류 작동부를 제어하는 정전류 제어신호를 생성하는 정전류 제어기를 포함하는 LED 조명장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 정전류 작동부가, 컬렉터, 베이스, 및 에미터를 포함하는 트랜지스터를 포함하여 이루어지고, 상기 컬렉터가 상기 LED 램프와 연결되고, 상기 에미터가 접지단과 연결되고, 상기 베이스가 상기 정전류 제어기와 연결되어 상기 정전류 제어신호를 입력받는 LED 조명장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 정전류 제어신호가 상기 LED 램프의 휘도를 조절하고, 상기 LED 램프를 통하여 흐르는 전류를 일정하게 조절하는 신호인 LED 조명장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 LED 램프의 휘도가 전체시간 중에서 상기 트랜지스터가 온(ON)되는 시간의 비인 듀티(duty)를 제어하여 조절되는 LED 조명장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 LED 램프와 상기 정전류 작동부 사이의 전압으로부터 상기 전압 피드백 제어신호가 생성되는 LED 조명장치.
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