KR100916850B1 - Ｌｅｄ 정전류 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ＬＥＤ 정전류 구동회로에 관한 것이다.

본 발명은 이를 위해 피드백부(50)에 구비되며, 전류를 검출 및 제어하는 전류검출제어부(70); 상기 LED모듈(60) 양단의 전압을 검출하여 비교기 회로의 전압부에 공급하는 전압검출제어부(80); 및 상기 전류검출제어부(70)와 전압검출제어부(80)에서 검출된 값을 동시에 제어할 수 있도록 연산제어부(90);가 구비되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 전압과 전류를 모두 검출 및 제어함에 따라 LED에 과부하 및 과전압이 걸리지 않도록 하여 LED의 파손 및 위험성으로부터 보호할 수 있도록 한 것이고, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 소비자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.

ＬＥＤ 정전류 구동회로.

Description

ＬＥＤ 정전류 구동회로{CONSTANT CURRENT DRIVING CIRCUIT FOR LUMINESCENT DIODE}

본 발명은 ＬＥＤ 정전류 구동회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전압과 전류를 모두 검출 및 제어함에 따라 LED에 과부하 및 과전압이 걸리지 않도록 하여 LED의 파손 및 위험성으로부터 보호할 수 있도록 한 것이고, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 소비자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피 정전류란 부하에 상관없이 무조건 일정한 전류가 흐르도록 하는 것을 말한다.

표시 장치용의 발광 다이오드는 일반적으로 휘도 변동을 저감시키기 위하여 상기한 정전류로 구동된다. 발광 다이오드를 용도에 따라 휘도 조정하는 경우에는 정전류 회로의 전류 설정을 변경하여 조정하지만, 발광 다이오드의 전압 강하는 구동 전류에 따라 크게 변화한다. 이 때문에, 정전류 회로의 출력 단자를 이루는 출 력 트랜지스터의 단자 전압이 크게 변화한다.

상기 정전류 회로는 MOS 트랜지스터의 드레인 전극을 출력 단자로 하므로, 이 출력 단자의 전압이 크게 변화하면 MOS 트랜지스터의 채널 길이 변조 효과에 의하여 출력 전류가 변동하여 발광 다이오드의 휘도가 불균일하게 된다는 문제가 있었다.

상기 발광다이오드(LED; Luminescent Diode)는 전류 구동 소자로 정전류가 안정적으로 공급되어야 동작할 수 있다. 특히 고전력을 요구하는 LED는 구동 전류가 크기 때문에(보통 350mA 이상) LED 자체에서 많은 열이 발생하며, 이로 인해 휘도의 열화율이 저전력에서의 LED보다 크다. 이는 LED의 수명과 직접적으로 연결되며 조명 시장에서 매우 중요한 요소로 작용하게 된다. 이에 따라, 고전력에서의 LED는 모두 정전류로 구동하고 있으며, 정전류의 전원으로 사용되는 SMPS의 전력을 보다 효율적으로 사용하기 위해 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 구동하고 있다.

상기 LED를 이용한 조명은 높은 에너지 절감(백열전구대비 80%, 형광등대비 50%)과 반영구적인 사용(형광등의 100배수명), 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 PowerSupply)가 주를 이루었다.

상기 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.

상기한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 특허출원 제2008-0083435호(등록번호 제0877521호)(명칭: 엘이디 조명 구동회로)가 출원되어 등록된바 있다.

즉, 상기한 종래의 기술은 도 1 에 도시된 바와 LED 조명 구동회로는 입력전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력전원에 의해 전류가 충전되고, 충전된 전류를 방전하는 인덕터; 상기 인덕터에 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 인덕터에 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 출력 전원의 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. 도면상 부호 10은 정류부, 20은 제어부, 30은 이득보상부, 40은 평활부, 50은 피드백부, 51은 감지부, 52는 포토커플러, 60은 LED모듈이다.

상기한 종래의 기술은 입력되는 상용 교류 전원을 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.

그러나 상기한 종래의 기술은 전류는 제어할 수 있으나, 전압은 제어할 수 있는 장치가 없기 때문에 전압변동의 오차가 생길 수 있고 이에 따라 과전압에 대한 LED 파손 및 위험성이 내포되는 커다란 문제점이 발생 되었다.

그리고 상기한 종래의 기술은 부하가 없는 상태에서 전원을 투입한 후 부하를 걸면 LED가 파손되는 문제점도 발생 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, LED 정전류 구동회로의 피드백부에 전류검출제어부와 전압검출제어부 및 연산제어부가 구비되도록 함을 제1목적으로 한 것이고, 제2목적은 전압과 전류를 모두 검출 및 제어함에 따라 LED에 과부하 및 과전압이 걸리지 않도록 하여 LED의 파손 및 위험성으로부터 보호할 수 있도록 한 것이며, 제3목적은 과전압 전압변동에 따른 빛의 떨림 현상을 방지할 수 있도록 한 것이고, 제4목적은 빛의 효율성을 높일 수 있는 동시에 전원장치의 효율을 높일 수 있어 전력절감의 효과를 기대할 수 있도록 한 것이며, 제5목적은 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 소비자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 ＬＥＤ 정전류 구동회로를 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 입력전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력전원에 의해 전류가 충전되고, 충전된 전류를 방전하는 인덕터; 상기 인덕터에 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 인덕터에 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 펄스 파형의 펄스폭 및 펄스주파수를 제어하는 제어부;가 구비된 LED 조명 구동회로에 있어서, 상기 피드백부에 구비되며, 전류를 검출 및 제어하는 전류검출제어부; 상기 LED모듈 양단의 전압을 검출하여 비교기 회로의 전압부에 공급하는 전압검출제어부; 및 상기 전류검출제어부와 전압검출제어부에서 검출된 값을 동시에 제어할 수 있도록 연산제어부;가 구비됨을 특징으로 하는 ＬＥＤ 정전류 구동회로를 제공한다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 LED 정전류 구동회로의 피드백부에 전류검출제어부와 전압검출제어부 및 연산제어부가 구비되도록 한 것이다.

그리고 본 발명은 전압과 전류를 모두 검출 및 제어함에 따라 LED에 과부하 및 과전압이 걸리지 않도록 하여 LED의 파손 및 위험성으로부터 보호할 수 있도록 한 것이다.

또한 본 발명은 과전압 전압변동에 따른 빛의 떨림 현상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

더하여 본 발명은 빛의 효율성을 높일 수 있는 동시에 전원장치의 효율을 높일 수 있어 전력절감의 효과를 기대할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 상기한 효과로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 소비자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

이하에서는 이러한 효과 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 적용된 ＬＥＤ 정전류 구동회로는 도 2 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명은 입력전원을 정류하는 정류부(10); 상기 정류부(10)의 출력전원에 의해 전류가 충전되고, 충전된 전류를 방전하는 인덕터(L1); 상기 인덕터(L1)에 전류가 충전 또는 방전되도록 스위칭하여 상기 정류부(10)의 출력전원을 승압 또는 강압시키는 트랜지스터(Q); 상기 트랜지스터(Q)에 의해 승압 또는 강압된 전원을 평활하여 LED모듈(60)로 공급하는 평활부(40); 상기 평활부(40)의 출력전원의 크기를 감지하여 피드백하는 피드백부(50); 상기 인덕터(L1)에 흐르는 전류의 제로점을 감지하는 코일(L2); 상기 피드백부(50)로부터 피드백된 신호를 전송받아 상기 평활부(40)가 정전원(정전압 또는 정전류)을 출력하도록 하고, 상기 코일(L2)로부터 제로점 신호를 전송받아 상기 정류부 출력전원의 역률이 보상되도록, 상기 트랜지스터(Q)의 스위칭을 위해 상기 트랜지스터로 인가되는 펄스 파형의 펄스폭 및 펄스주파수를 제어하는 제어부(20);에 의해 ＬＥＤ 정전류 구동회로가 구성되고, 부호 30은 이득보상부이고, 이외의 나머지 기술적 구성은 종래의 기술과 동일하기 때문에 여기에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 이하의 기술적 구성을 특징부로 구성됨이 바람직하다.

즉, 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명은 상기 피드백부(50)에 구비되며, 전류를 검출 및 제어하는 전류검출제어부(70)가 구비된다.

또한 본 발명은 상기 LED모듈(60) 양단의 전압을 검출하여 비교기 회로의 전압부에 공급하는 전압검출제어부(80)가 구비된다.

또한 본 발명은 상기 전류검출제어부(70)와 전압검출제어부(80)에서 검출된 값을 동시에 제어할 수 있도록 연산제어부(90)가 구비된 ＬＥＤ 정전류 구동회로를 제공한다.

아울러 본 발명에 적용된 상기 전류제어검출부(70)는 LED모듈(60)에 흐르는 전류를 검출하는 전류모니터(Current Monitor)(71)와 제1포토커플러(Photo Coupler)(72)를 통하여 비교기 회로(하이브리드칩)의 전류부에 공급하도록 구성된다.

더하여 본 발명에 적용된 상기 전압검출제어부(80)는 제2포토커플러(Photo Coupler)(81)를 통하여 LED모듈(60) 양단의 전압을 검출하여 비교기 회로의 전압부에 공급하도록 구성한다.

마지막으로 본 발명에 적용된 상기 연산제어부(90)는 전류검출제어부(70)와 전압검출제어부(80)에서 검출된 값을 동시에 제어할 수 있도록 회로에서 연산하는 비교기(91)가 구비되어 구성된다.

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명 ＬＥＤ 정전류 구동회로의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명은 전압과 전류를 모두 검출 및 제어함에 따라 LED에 과부하 및 과전압이 걸리지 않도록 하여 LED의 파손 및 위험성으로부터 보호할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 우선 피드백부(50)에 구성된 전류검출제어부(70)에 의 해 전류를 제어하게 된다.

즉, 전류모니터(Current Monitor)(71)에서 LED모듈(60)에 흐르는 전류를 검출하여 제1포토커플러(Photo Coupler)(72)를 통하여 비교기 회로(하이브리드칩)의 전류부에 공급하여 전류를 검출 제어하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 작용에 의해 LED모듈(60)의 파손문제를 일거에 해소시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

이후 피드백부(50)에 구성된 전압검출제어부(80)에 의해 전압을 검출하게 된다.

즉, 제2포토커플러(Photo Coupler)(81)를 통하여 LED모듈(60) 양단의 전압을 검출하여 비교기 회로의 전압부에 공급하여 전압을 검출 제어하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 작용에 의해 과전압과 전압변동에 따른 빛의 떨림현상을 방지할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

이어서 전류검출제어부(70)와 전압검출제어부(80)에서 검출된 값을 비교기(82) 회로에서 연산하여 전류와 전압을 동시에 제어할 수 있는 정전력 제어회로를 제공한다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 작용에 의해 빛의 효율을 높일 수 있고, 전원장치의 효율을 높일 수 있어 전력절감의 효과를 볼 수 있는 장점이 있다.

본 발명 ＬＥＤ 정전류 구동회로의 기술적 사상은 실제로 동일결과를 반복 실시 가능한 것으로, 특히 이와 같은 본원발명을 실시함으로써 기술발전을 촉진하여 산업발전에 이바지할 수 있어 보호할 가치가 충분히 있다.

도 1 은 종래 엘이디 조명 구동회로의 회로도.

도 2 는 본 발명에 적용된 ＬＥＤ 정전류 구동회로의 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

70: 전류검출제어부

80: 전압검출제어부

90: 연산제어부

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 입력전원을 정류하는 정류부(10); 상기 정류부(10)의 출력전원에 의해 전류가 충전되고, 충전된 전류를 방전하는 인덕터(L1); 상기 인덕터(L1)에 전류가 충전 또는 방전되도록 스위칭하여 상기 정류부(10)의 출력전원을 승압 또는 강압시키는 트랜지스터(Q); 상기 트랜지스터(Q)에 의해 승압 또는 강압된 전원을 평활하여 LED모듈(60)로 공급하는 평활부(40); 상기 평활부(40)의 출력전원의 크기를 감지하여 피드백하는 피드백부(50); 상기 인덕터(L1)에 흐르는 전류의 제로점을 감지하는 코일(L2); 상기 피드백부(50)로부터 피드백된 신호를 전송받아 상기 평활부(40)가 정전원(정전압 또는 정전류)을 출력하도록 하고, 상기 코일(L2)로부터 제로점 신호를 전송받아 상기 정류부 출력전원의 역률이 보상되도록, 상기 트랜지스터(Q)의 스위칭을 위해 상기 트랜지스터로 인가되는 펄스 파형의 펄스폭 및 펄스주파수를 제어하는 제어부(20); 상기 피드백부(50)에 구비되며, 전류를 검출 및 제어하는 전류검출제어부(70); 상기 LED모듈(60) 양단의 전압을 검출하여 비교기 회로의 전압부에 공급하는 전압검출제어부(80); 및 상기 전류검출제어부(70)와 전압검출제어부(80)에서 검출된 값을 동시에 제어할 수 있도록 연산제어부(90);가 구비된 LED 조명 구동회로에 있어서,

   상기 연산제어부(90)에는,

   전류검출제어부(70)와 전압검출제어부(80)에서 검출된 값을 동시에 제어할 수 있도록 회로에서 연산하는 비교기(91)가 더 구비됨을 특징으로 하는 ＬＥＤ 정전류 구동회로.

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