KR100910198B1

KR100910198B1 - 고휘도 ｌｅｄ 조명장치용 정전류형 전원공급장치

Info

Publication number: KR100910198B1
Application number: KR1020080027076A
Authority: KR
Inventors: 김태우
Original assignee: (주)유니온전자통신
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2009-07-30

Abstract

본 발명은 고휘도 LED(발광다이오드) 조명장치에 전원을 공급하는 전원공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED조명장치로 정전류를 공급하여 LED의 휘도를 일정하게 유지시키고, LED의 발열량을 줄여 효율을 높이면서 LED의 수명이 줄어드는 것을 방지하고, 역률을 높여 국가적 에너지 낭비를 줄이고, 노이즈 및 고조파왜률(THD)을 줄이고, 과전압이나 과전류가 LED조명장치로 유입되는 것을 방지하는 등 고효율, 고역률, 저노이즈, 장수명, 저발열 등을 만족시키리는 정전류 타입의 전원공급장치에 관한 것이다.

본 발명의 LED조명장치용 정전류형 전원공급장치는 입력 교류전원의 노이즈를 제거하는 필터부; 상기 필터부의 출력전원을 정류하는 제1정류부; 상기 정류부 출력전원의 역률을 보상하는 역률보상부; 상기 역률보상부의 출력전원을 스위칭하여 변압기로 출력하는 제1스위칭부; 상기 변압기의 출력전압을 정류하여 부하측의 LED조명장치로 공급하는 제2정류부; 상기 제1스위칭부의 스위칭을 제어하는 제1스위칭제어부; 상기 제2정류부의 출력전류를 감지하고 이를 상기 제1스위칭제어부로 전송하여 상기 변압기가 정전류를 출력하도록 하는 피드백부;를 포함하여 이루어진다.

LED, 정전류, SMPS, 역률보상, 피드백, 스위칭

Description

고휘도 ＬＥＤ 조명장치용 정전류형 전원공급장치{SMPS SUPPLING REGULAR CURRENT FOR LED-LIGHT}

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

종래에 LED 조명장치에의 전원을 공급하는 전원공급장치는 정전압을 공급하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)가 주를 이루었다.

정전압 타입의 전원공급장치(SMPS)는 전류가 LEDDML 첫 모듈에서 마지막 모듈까지 일정하게 공급되기 어려워 LED의 휘도를 일정하게 유지하기 어렵고, LED에 유입되는 전원 대비 광출력이 약 15%이고, 85%가 열로 방출되는 발열문제가 발생되고 LED의 수명을 감소시키는 등의 문제를 유발한다.

이러한 발열문제를 해결하기 위해 정전압을 공급받아 조명되는 LED조명장치는 방열판이나 온도보호 회로를 추가하고 있어, 단가 상승의 요인이 되고 있다.

위와 같이 정전압 타입의 전원공급장치가 갖는 문제를 해결하기 위해 최근에는 정전류 타입의 전원공급장치기 제안되고 있고, 그 대표적인 것으로 등록특허 제605120호 "노출형 유도로등의 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 유도로등이 일정한 광도를 가짐과 동시에 높은 광도를 갖도록 전원을 제어하는 것을 특징으로 하고,

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

본 발명은 부하측의 LED조명장치로 부하의 변동에도 일정한 크기의 정전류를 공급하여 LED의 휘도를 일정하게 유지하고 발열량을 줄여 LED의 수명단축을 방지하고, 역률을 보상하여 에너지 효율을 높이고, 노이즈 및 고조파왜율을 줄인 전원공급장치(SMPS)를 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED조명장치용 정전류형 전원공급장치는

입력 교류전원의 노이즈를 제거하는 필터부;

상기 필터부의 출력전원을 정류하는 제1정류부;

상기 정류부 출력전원의 역률을 보상하는 역률보상부;

상기 역률보상부의 출력전원을 스위칭하여 변압기로 출력하는 제1스위칭부;

상기 변압기의 출력전압을 정류하여 부하측의 LED조명장치로 공급하는 제2정류부;

상기 제1스위칭부의 스위칭을 제어하는 제1스위칭제어부;

상기 제2정류부의 출력전류를 감지하고 이를 상기 제1스위칭제어부로 전송하여 상기 변압기가 정전류를 출력하도록 하는 피드백부;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 역률보상부는 상기 제1정류부의 출력전원을 평활하는 제1커패시터와, 상기 제1정류부의 출력전압의 파형을 감지하는 제1저항과, 상기 제1정류부의 출력전류의 제로점을 감지하는 인덕터와, 상기 제1정류부의 출력전원를 스위칭하여 제1정류부 출력전류의 최대치를 연결하는 파형이 출력전압과 주기가 같고 크기가 비례하는 형태가 되도록 제어하여 역률을 보상하는 제2스위칭부와, 상기 저항을 통해 감지된 출력전압의 파형과 상기 인덕터를 통해 감지된 출력전류의 제로점을 입력받아 상기 제2스위칭제어부의 스위칭을 제어하는 제2스위칭제어부와, 상기 제2스위칭부의 출력전원을 정류하는 다이오드와 평활하는 제2커패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고,

상기 피드백부는 상기 제2정류부의 출력전류를 감지하는 제2저항과, 상기 제2저항이 감지한 출력전류와 설정된 출력정전류와 비교하는 제1비교기와, 상기 비교기로부터 신호를 받아 상기 제1스위칭제어부로 전송하는 포토커플러와, 상기 제1스위칭부의 입력전류를 감지하는 제3저항을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고,

상기 역률보상부의 출력전원을 정전압화하여 상기 제1스위칭제어부 및 제2스위칭제어부로 구동전원을 공급하는 정전압부를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 피드백부에는 상기 제2정류부의 출력전압을 설전된 기준전압과 비교하여 상기 포토커플를 통해 상기 제1스위칭제어부로 전송하여 LED조명장치로 과전압이 유입되지 않도록 하는 제2비교기를 더 포함하고, 상기 역률보상부에는 그 출력전류를 감지하여 상기 제2스위칭제어부로 전송하여 제2스위칭부에 과전류가 유입되지 않도록 하는 제4저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 제2정류부는 상기 변압기의 출력전원의 노이즈를 제거하는 비드와, 상기 비드의 출력전원을 정류하는 다이오드 및 커패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 LED조명장치용 정전류형 전원공급장치는 부하의 변동에 관계없이 LED 조명장치로 일정한 크기의 정전류를 공급하여 LED가 일정한 휘도를 발하고, 저발열로 LED의 수명이 단축되는 것을 방지하고,

노이즈의 유입을 차단하고 역률을 개선하고 고조파왜율을 감소시키고 과전류 및 과전압이 LED조명장치로 유입되는 것을 차단하는 등 고효율의 안정적인 전원을 공급한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 정전류형 전원공급장치의 개략적인 블록도이고, 도2는 도1의 구체적인 회로도이다.

도1에서 보는 바와 같이 본 발명의 전원공급장치는

입력되는 상용교류전원의 노이즈 및 돌입전류를 제한하는 필터부(10)와,

상기 필터부의 출력전압을 정류하는 제1정류부(20)와,

상기 제1정류부의 출력전류의 파형을 출력전압의 파형에 맞춰 역률을 보상하는 역률보상부(30)와,

상기 역률보상부의 출력전원을 스위칭하는 제1스위칭부(40)와,

상기 제1스위칭부의 출력전원을 강압하는 변압기(T2)와,

상기 변압기의 출력전원을 정류하여 부하(LED조명장치)로 공급하는 제2정류부(50)와,

상기 제1스위칭부의 스위칭을 제어하여 상기 제2정류부가 정전류를 출력하도록 제어하는 제1스위칭제어부(60)와,

상기 제2정류부의 출력전류를 감지하고 이를 피드백하여 상기 제1스위칭제어부로 전송하는 피드백부(70)를 포함하여 이루어진다.

이하에서는 도2를 참조하여 이를 보다 구체적으로 설명한다.

상기 필터부(10)는 상용교류전원을 입력받고 입력되는 상용교류전원의 노이즈를 제거하는 코일(L1,LF1)과 커패시터로 구성된다.

상기 제1정류부(20)는 상기 필터부의 출력 교류전원을 전파정류하여 직류화하는 브릿지다이오드(D17~D20)이다.

상기 역률보상부(30)는 상기 제1정류부의 출력전원를 스위칭하여 제1정류부 출력전류(보다 구체적으로는 인덕터(T1)를 흐르는)의 최대치를 연결하는 파형이 제1정류부 출력전압과 주기가 같고 크기가 비례하는 형태가 되도록 제어하여 역률을 보상한다.

상기 역률보상부(30)는 제1정류부의 출력전원을 평활하는 제1커패시터(C4)와,

제1정류부의 출력전압(역률보상부의 입력전압)의 파형을 감지하여 제2스위칭제어부(U1)로 전송하는 저항들(R2,R3,R6)과,

제1정류부의 출력전류가 유입되어 흐르는 1차권선과, 상기 1차권선에 유입되는 전류의 제로점(영점)을 감지하여 제2스위칭제어부(U1)로 전송하는 2차권선으로 이루어진 인덕터(T1)와,

상기 제1정류부의 출력전원를 스위칭하여 제1정류부 출력전류(보다 구체적으로는 인덕터(T1)를 흐르는)의 최대치를 연결하는 파형이 제1정류부 출력전압과 주기가 같고 크기가 비례하는 형태가 되도록 제어하는 제2스위칭부(Q2)로서 스위칭소자인 전계효과트랜지스터(Q2)와,

상기 제2스위칭부(Q2)의 출력전원을 정류하는 다이오드(D1) 및 평활하는 커 패시터(C3,C7)와,

역률보상부의 출력전압을 감지하는 다수의 저항(R1,R4,R5,R12)과, 출력전류를 감지하여 상기 제2스위칭제어부로 전송하여 제2스위칭부(Q2) 과전류가 유입되지 않도록 하는 제4저항(R13,R14,R15,R16)과,

역률보상부로의 입력전압의 파형과, 입력전류의 제로점을 입력받아 상기 제2스위칭부의 스위칭을 제어하여 역률을 보상하고, 역률보상부의 출력전압과 출력전류를 입력받아 과전압이나 과전류가 출력되지 않도록 상기 제2스위칭부의 스위칭을 제어하는 제2스위칭제어부(U1)와

제1스위칭부(40)로의 돌입전류를 방지하는 돌입전류방지 저항(TH1)을 포함하여 이루어진다.

상기 제1스위칭부(40)는 상기 역률보상부의 출력전원을 스위칭하여 변압기(T2) 1차권선으로 스위칭된 전원을 공급한다. 상기 제1스위칭부로는 전계효과트랜지스터(Q1,Q3)를 사용하였다.

상기 변압기는 권선비에 따라 1차권선으로 입력되는 전원을 강압하여 제2정류부로 출력한다.

상기 제2정류부(50)는 변압기(T2) 출력전원의 노이즈를 제거하는 페라이트(ferrite) 비드(FB3,FB4)와,

변압기(T2)의 출력 교류전원을 정류하고 평활하여 직류화하는 다이오 드(D2,D4,D5,D6)와 커패시터(C6,C8,C10)와,

제2정류부의 출력 정전류의 리플을 제거하여 LED조명장치로 출력하는 코일(L5)과 노이즈를 제거하는 코일(L6,L15)을 포함하여 이루어진다.

상기 제1스위칭제어부(60)는 IC칩(U2)과,

상기 IC칩의 안정적인 구동을 위한 다수의 저항(R42,R50,R47,R51,R55,R48), 커패시터(C25,C26,C27,C29,C30,C31,C32,C33,C35), 다이오드(D16)와,

상기 IC칩(U2)의 스위칭제어신호를 제1스위칭부(40)로 전송하는 절연변압기(PT1), 다수의 저항(R43,R45,R49), 커패시터(C22,C23,C24), 제너다이오드(ZD1,ZD2)와,

상기 IC칩의 초기 소프트한 구동을 위한 트랜지스터(Q4), 다이오드(D15), 저항(R53), 커패시터(C34)를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 제1스위칭제어부(60)의 IC칩(U2)는 피드백부(70)의 포터커플러(U7-A1,U7-B1)로부터 제2저항(R11,R19,R20,R21,R22)이 감지하는 제2정류부의 출력전류를 피드백 받고, 상기 전계효과트랜지스터(Q3)의 소스단자에 연결되어 있는 제3저항(R17,R18)이 감지하는 상기 변압기(T2)로 입력되는 입력전류를 전송받아, 상기 제1스위칭부인 두 전계효과트랜지스터(Q1,Q3)의 게이트단자로 스위칭 제어신호를 출력하여 제2정류부(50)가 일정 크기의 정전류를 지속적으로 부하측의 LED조명장치로 출력하도록 한다.

상기 피드백부(70)는 상기 제2정류부의 출력전류를 감지하는 제2저항(R11,R19,R20,R21,R22)과,

상기 제2저항이 감지한 출력전류와 설정된 출력정전류와 비교하는 제1비교기(CP1)와,

상기 제1비교기로부터 신호를 받아 상기 제1스위칭제어부로 전송하는 포토다이오드(U7-A1)와 포토트랜지스터(U7-B1)로 이루어진 포토커플러와,

상기 제1스위칭부(40)의 입력전류를 감지하는 제3저항(R17,R18)과,

상기 제2정류부의 출력전압을 감지하는 저항(R41,R52)과, 상기 제2정류부의 출력전압을 설정된 기준 과전압과 비교하는 제2비교기(CP2)와,

상기 제1비교기(CP1)와 제2비교기(CP2)의 기준 출력정전류와 기준 과전압을 설정하는 다수의 저항(R40,R44,R46,R54,VR1)을 포함하여 이루어진다. 여기서 VR1은 가변저항이다.

그리고 상기 정전압부(80)는 상기 제1정류부(20)의 출력전원을 정전압화하여 상기 제1스위칭제어부의 IC칩(U2)와 역률보상부의 제2스위칭제어부(U1)로 구동전원을 공급한다.

상기 정전압부(80)는 제1정류부의 출력전원을 강압하여 출력하는 레귤레이터칩(U3)과, 상기 레귤레이터칩의 출력전원을 정류, 평활하여 일정크기의 정전압으로 출력하는 저항(R27,R28,R33,R34), 커패시터(C12,C14,C15,C18), 코일(L17) 다이오드(D9,D11)로 구성된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 회로도로 구성된 정전류형 전원공급장치에 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 정전류형 전원공급장치의 개략적인 블록도.

도 2 는 도1의 구체적인 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 필터부 20 : 제1정류부

30 : 역률보상부 40 : 제1스위칭부

50 : 제2정류부 60 : 제1스위칭제어부

70 : 피드백부 80 : 정전압부

Claims

삭제
입력 교류전원의 노이즈를 제거하는 필터부;

상기 필터부의 출력전원을 정류하는 제1정류부;

상기 제1정류부 출력전원의 역률을 보상하는 역률보상부;

상기 역률보상부의 출력전원을 스위칭하여 변압기로 출력하는 제1스위칭부;

상기 변압기의 출력전압을 정류하여 부하측의 LED조명장치로 공급하는 제2정류부;

상기 제1스위칭부의 스위칭을 제어하는 제1스위칭제어부;

상기 제2정류부의 출력전류를 감지하고 이를 상기 제1스위칭제어부로 전송하여 상기 변압기가 정전류를 출력하도록 하는 피드백부;를 포함하여 이루어지고,

상기 역률보상부는

상기 제1정류부의 출력전원을 평활하는 제1커패시터와,

상기 제1정류부의 출력전압의 파형을 감지하는 제1저항과,

상기 제1정류부의 출력전류의 제로점을 감지하는 인덕터와,

상기 제1정류부의 출력전원를 스위칭하여 제1정류부 출력전류의 최대치를 연결하는 파형이 출력전압과 주기가 같고 크기가 비례하는 형태가 되도록 제어하여 역률을 보상하는 제2스위칭부와,

상기 제1저항을 통해 감지된 출력전압의 파형과 상기 인덕터를 통해 감지된 출력전류의 제로점을 입력받아 상기 제2스위칭부의 스위칭을 제어하는 제2스위칭제어부와,

상기 제2스위칭부의 출력전원을 정류하는 다이오드와 평활하는 제2커패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로하는 고휘도 LED조명장치용 정전류형 전원공급장치.
제 2 항에 있어서, 상기 피드백부는

상기 제2정류부의 출력전류를 감지하는 제2저항과,

상기 제2저항이 감지한 출력전류와 설정된 출력정전류와 비교하는 제1비교기와,

상기 제1비교기로부터 신호를 받아 상기 제1스위칭제어부로 전송하는 포토커플러와,

상기 제1스위칭부의 입력전류를 감지하는 제3저항을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고휘도 LED조명장치용 정전류형 전원공급장치.
제 3 항에 있어서,

상기 역률보상부의 출력전원을 정전압화하여 상기 제1스위칭제어부 및 제2스위칭제어부로 구동전원을 공급하는 정전압부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 LED조명장치용 정전류형 전원공급장치.
제 4 항에 있어서,

상기 피드백부에는 상기 제2정류부의 출력전압을 설정된 기준전압과 비교하여 상기 포토커플러를 통해 상기 제1스위칭제어부로 전송하여 LED조명장치로 과전압이 유입되지 않도록 하는 제2비교기를 더 포함하고,

상기 역률보상부에는 그 출력전류를 감지하여 상기 제2스위칭제어부로 전송하여 제2스위칭부에 과전류가 유입되지 않도록 하는 제4저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고휘도 LED조명장치용 정전류형 전원공급장치.
제 5 항에 있어서, 상기 제2정류부는

상기 변압기의 출력전원의 노이즈를 제거하는 비드와,

상기 비드의 출력전원을 정류하는 다이오드 및 커패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고휘도 LED조명장치용 정전류형 전원공급장치.