KR100946093B1 - Power supply for led - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상용 교류 전원을 메인 전원과 보조 전원으로 변환하고, 메인 전원을 LED 구동용 전원으로 변환하여 LED 구동용 전원과 보조 전원을 사용함으로써 LED의 휘도를 조절하는 LED용 전원 공급 장치에 관한 것으로, 입력 전원을 전달받는 일차 코일과, 상기 일차 코일과의 권선비에 따라 상기 일차 코일로부터의 입력 전원을 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 메인 전원 및 보조 전원으로 각각 변환하는 복수의 이차 코일을 갖는 전원 변환부와, 디밍 신호에 따라 상기 전원 변환부로부터의 상기 메인 전원을 사전에 설정된 LED 구동용 전원으로 변환하여 상기 LED 구동용 전원과 상기 보조 전원을 LED 어레이에 공급하는 휘도 조절부를 포함한다.
전원 공급 장치(Power Supply), 발광 다이오드(Light Emitting Diode;LED), 휘도 조절(Brightness Control)
The present invention relates to a power supply for LED for controlling the brightness of the LED by converting the commercial AC power into a main power supply and an auxiliary power supply, and converts the main power supply to the LED driving power supply using the LED driving power supply and the auxiliary power supply. And a primary coil receiving input power, and a power conversion having a plurality of secondary coils respectively converting input power from the primary coil into a main power supply and a secondary power supply having a predetermined voltage level according to a winding ratio with the primary coil. And a brightness controller for converting the main power from the power converter into a preset LED driving power according to a dimming signal to supply the LED driving power and the auxiliary power to the LED array.
Power Supply, Light Emitting Diode (LED), Brightness Control
Description
본 발명은 전원 공급 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 상용 교류 전원을 메인 전원과 보조 전원으로 변환하고, 메인 전원을 LED 구동용 전원으로 변환하여 LED 구동용 전원과 보조 전원을 사용함으로써 LED의 휘도를 조절하는 LED용 전원 공급 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply device, and more particularly, converts commercial AC power into a main power supply and an auxiliary power supply, converts a main power supply into an LED driving power supply, and uses the LED driving power supply and the auxiliary power supply to improve brightness of the LED. It relates to a power supply for LED to regulate.
일반적으로 현재 널리 사용하고 있는 LED(Light Emitting Diode)는 가전, TV, 모니터 등 전자제품에서 여러 가지 신호 전달용 또는 발광용으로 많이 사용하고 있다. In general, currently widely used light emitting diodes (LEDs) are widely used for transmitting various signals or emitting light in electronic products such as home appliances, TVs, and monitors.
이러한 LED는 LED에 인가되는 전압이 문턱 전압(Threshold Voltage) 이상이면 LED에 전류가 흐르기 시작하여 빛이 발생하는데, 이를 위해 건전지 또는 밧데리, 전원 공급 장치(Power Supply) 등이 채용되어 저전압 직류전원을 공급받는 것이 일반적이다.When the voltage applied to the LED is higher than the threshold voltage, the current starts to flow to the LED and light is generated. For this purpose, a battery, a battery, a power supply, etc. are employed to provide a low voltage DC power source. It is common to be supplied.
상술한 저전압 직류 전원을 공급하는 장치로는 전원 공급 장치가 주로 채용된다.As a device for supplying the above-described low voltage DC power supply, a power supply device is mainly employed.
상기 전원 공급 장치는 상용 교류 전원을 공급받아 사전에 설정된 직류 전원 으로 변환하고, 이를 다시 LED 구동용 전원으로 변환하여 LED에 공급한다.The power supply device receives commercial AC power and converts it into a predetermined DC power supply, and converts it into a LED driving power and supplies the LED to the LED.
이때, LED 구동용 전원은 외부로부터의 디밍(Dimming) 신호에 따라 공급 및 차단이 제어되며 이에 따라 LED의 휘도가 조절된다.At this time, the power supply for driving the LED is controlled according to the dimming (Dimming) signal from the outside, and the brightness of the LED is adjusted accordingly.
한편, 최근 다양한 색상의 광원을 발생하기 위해 빛의 삼원색인 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 계열의 LED 가 개발되고, 각 LED가 출력하는 휘도의 조합으로 임의의 색상을 출력할 수 있는 이른바 RGB LED 에 관한 연구 개발이 진행 중이다. Meanwhile, in order to generate light sources of various colors, LEDs of red, green, and blue series, three primary colors of light, have been developed, and arbitrary colors are output by a combination of luminance output from each LED. Research and development on the so-called RGB LED that can be done is in progress.
특히, 조명용이나 디스플레이(Display) 용으로 개발된 RGB LED 는 저휘도의 신호 전달용 LED와는 달리 흐르는 전류량이 많아야 하고, 필요한 높은 휘도를 얻기 위해서는 많은 수의 RGB LED를 직렬 또는 병렬의 어레이 형태로 구성해야 한다. In particular, RGB LEDs developed for lighting or display require a large amount of current to flow, unlike low-brightness signal transmission LEDs, and in order to obtain the required high brightness, a large number of RGB LEDs are configured in a series or parallel array form. Should be.
도 1은 종래의 LED용 전원 공급 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a conventional power supply for LEDs.
도 1을 참조하면 종래의 LED용 전원 공급 장치는 상용 교류 전원을 직류 전원을 변환하는 컨버터(10)와 직류 전원을 LED 구동용 전원으로 변환하여 LED 어레이(30)의 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(31,32,33)에 각각 전달하는 직류/직류 컨버터(20)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a conventional LED power supply device converts commercial AC power into
상술한 바와 같이 직류/직류 컨버터(20)는 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(31,32,33)에 각각 LED구동용 전원을 공급하기 위해 제1 내지 제3 직류/직류 컨 버터(21,22,23)를 포함할 수 있다. 이러한 제1 내지 제3 직류/직류 컨버터(21,22,23)는 외부로부터의 디밍(Dimming) 신호에 따라 LED구동용 전원의 공급 및 차단을 제어하여 LED의 휘도를 조절한다.As described above, the DC /
상술한 종래의 LED용 전원 공급 장치는 컨버터로부터의 직류 전원 전체가 직류/직류 컨버터에 직접 전달되기 때문에 직류/직류 컨버터에는 내압이 높은 소자들이 채용되어 고가의 제조 비용이 소요되는 문제점이 있으며, 직류/직류 컨버터는 상기 직류 전원 전체를 LED 구동용 전원을 변환하기 때문에 전력 변화 효율이 낮아지는 문제점이 있다. In the above-described conventional LED power supply device, since the entire DC power from the converter is directly transmitted to the DC / DC converter, the DC / DC converter employs a high breakdown voltage, thus requiring a high manufacturing cost. The DC converter has a problem in that the power change efficiency is lowered since the DC power is converted into the entire LED driving power.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 상용 교류 전원을 메인 전원과 보조 전원으로 변환하고, 메인 전원을 LED 구동용 전원으로 변환하여 LED 구동용 전원과 보조 전원을 사용함으로써 LED의 휘도를 조절하는 LED용 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to convert the commercial AC power into a main power supply and an auxiliary power supply, and converts the main power supply to the LED driving power supply to use the LED driving power supply and the auxiliary power supply to improve the brightness of the LED. It is to provide a power supply for the LED to adjust.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은 입력 전원을 전달받는 일차 코일과, 상기 일차 코일과의 권선비에 따라 상기 일차 코일로부터의 입력 전원을 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 메인 전원 및 보조 전원으로 각각 변환하는 복수의 이차 코일을 갖는 전원 변환부와, 디밍 신호에 따라 상기 전원 변환부로부터의 상기 메인 전원을 사전에 설정된 LED 구동용 전원으로 변환하여 상기 LED 구동용 전원과 상기 보조 전원을 LED 어레이에 공급하는 휘도 조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, one technical aspect of the present invention is to provide a main coil having an input voltage from a primary coil and an input power from the primary coil in accordance with a turns ratio with the primary coil. A power conversion unit having a plurality of secondary coils respectively converting to a power source and an auxiliary power source; and converting the main power source from the power conversion unit into a preset LED driving power source according to a dimming signal, thereby converting the LED driving power source and the And a brightness controller for supplying auxiliary power to the LED array.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 상용 교류 전원을 정류하는 정류기와, 상기 정류기로부터의 정류된 전원을 역률 보정하는 역률 보정기와, 상기 역률 보정기로부터의 역률 보정된 전원을 상기 입력 전원으로 입력받는 상기 일차 코일과 상기 일차 코일과 자기 결합되어 상기 메인 전원을 출력하는 제1 이차 코일 및 상기 일차 코일과 자기 결합되어 상기 보조 전원을 출력 하는 제2 이차 코일을 갖는 트랜스포머와, 상기 일차 코일에 입력된 상기 역률 보정된 전원을 스위칭하는 스위칭 유닛을 포함할 수 있다.According to one technical aspect of the present invention, the power converter includes a rectifier for rectifying commercial AC power, a power factor corrector for power factor correcting the rectified power from the rectifier, and a power factor corrected power source from the power factor corrector. A transformer having the primary coil received as an input power source, a first secondary coil magnetically coupled to the primary coil to output the main power, and a second secondary coil magnetically coupled to the primary coil to output the auxiliary power source; It may include a switching unit for switching the power factor corrected power input to the primary coil.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 트랜스포머는 상기 일차 코일과 상기 제1 및 제2 이차 코일이 전기적으로 절연될 수 있다.According to one technical aspect of the present invention, the transformer may be electrically insulated from the primary coil and the first and second secondary coils.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 스위칭 유닛은 플라이 백(Fly-Back), 포워드(Forward), 푸쉬-풀(Push-Pull), 하프-브릿지(Half-Bridge) 및 풀-프릿지(Full-Bridge) 중 하나의 방식으로 구성될 수 있다.According to one technical aspect of the invention, the switching unit is a fly-back, forward, push-pull, half-bridge and full-bridge (Full-Bridge) can be configured in one way.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 LED 어레이는 적색광을 방출하는 적색 LED 어레이와, 녹색광을 방출하는 녹색 LED 어레이와, 청색광을 방출하는 청색 LED 어레이를 포함할 수 있고,According to one technical aspect of the present invention, the LED array may include a red LED array emitting red light, a green LED array emitting green light, and a blue LED array emitting blue light,
상기 휘도 조절부는 상기 메인 전원을 적색 LED 구동용 전원으로 변환하고 상기 적색 LED 구동용 전원과 보조 전원의 전압의 합을 상기 적색 LED 어레이에 전달하는 제1 스위칭 회로와, 상기 메인 전원을 녹색 LED 구동용 전원으로 변환하고 상기 녹색 LED 구동용 전원과 보조 전원의 전압의 합을 상기 녹색 LED 어레이에 전달하는 제2 스위칭 회로와, 상기 메인 전원을 청색 LED 구동용 전원으로 변환하고 상기 청색 LED 구동용 전원과 보조 전원의 전압의 합을 상기 청색 LED 어레이에 전달하는 제3 스위칭 회로를 포함할 수 있다.The luminance controller converts the main power into a red LED driving power and transfers the sum of the voltages of the red LED driving power and the auxiliary power to the red LED array, and the main power to drive the green LED. A second switching circuit converting the green power supply driving voltage and the sum of the voltages of the green LED driving power supply and the auxiliary power supply to the green LED array, and converting the main power supply to the blue LED driving power supply, and the blue LED driving power supply. And a third switching circuit configured to transfer the sum of the voltages of the auxiliary power supplies to the blue LED array.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제1 스위칭 회로는 상기 적색 LED 어레이로부터의 피드백 전압과 상기 디밍 신호에 따라 스위칭을 제어하는 제1 제어기와, 상기 제1 제어기의 제어에 따라 상기 메인 전원을 스위칭하는 제1 스위치를 포함할 수 있고, 상기 제2 스위칭 회로는 상기 녹색 LED 어레이로부터의 피드백 전압과 상기 디밍 신호에 따라 스위칭을 제어하는 제2 제어기와, 상기 제2 제어기의 제어에 따라 상기 메인 전원을 스위칭하는 제2 스위치를 포함할 수 있으며, 상기 제3 스위칭 회로는 상기 청색 LED 어레이로부터의 피드백 전압과 상기 디밍 신호에 따라 스위칭을 제어하는 제3 제어기와, 상기 제3 제어기의 제어에 따라 상기 메인 전원을 스위칭하는 제3 스위치를 포함할 수 있다.According to one technical aspect of the present invention, the first switching circuit includes a first controller controlling switching according to the feedback voltage and the dimming signal from the red LED array, and the main controller according to the control of the first controller. A second switch configured to control a switching according to a feedback voltage and the dimming signal from the green LED array and the second switching circuit; And a second switch for switching the main power supply, wherein the third switching circuit comprises: a third controller controlling switching according to the feedback voltage and the dimming signal from the blue LED array, and the control of the third controller According to the present invention, a third switch for switching the main power source may be included.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 제1 내지 제3 스위칭 회로는 각각 부스트(Boost), 벅(Buck), 벅-부스트(Buck-Boost), 쿡(Cuk), 세픽(Single Ended Primary Inductor Converter;SEPIC) 중 하나의 방식으로 구성될 수 있다.According to one technical aspect of the present invention, each of the first to third switching circuits includes a boost, a buck, a buck-boost, a cook, and a single ended primary. It may be configured in one of Inductor Converter (SEPIC).
본 발명에 따르면, 본 발명의 LED용 전원 공급 장치는 상용 교류 전원을 메인 전원과 보조 전원으로 변환하고, 메인 전원을 LED 구동용 전원으로 변환하여 LED 구동용 전원과 보조 전원을 사용함으로써 내압이 작은 소자를 채용하여 제조 비용을 저감할 수 있고 전력 변환 효율을 증대할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the LED power supply device of the present invention converts commercial AC power into a main power supply and an auxiliary power supply, and converts the main power supply to an LED driving power supply to use a LED driving power supply and an auxiliary power supply, thereby reducing the breakdown voltage. Employing an element can reduce manufacturing costs and increase power conversion efficiency.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 LED용 전원 공급 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a power supply for LED of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 LED용 전원 공급 장치(100)는 상용 교류 전원을 메인 전원과 보조 전원으로 변환하는 전원 변환부(110)와 전원 변환부(110)로부터의 메인 전원을 LED용 구동 전원으로 변환하여 LED어레이(130)에 전달하는 휘도 조절부(120)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the LED
전원 변환부(110)는 상용 교류 전원(AC)을 정류하는 정류기(111)와, 정류기(111)로부터 정류된 전원의 전압 및 전류의 위상을 조정을 통해 역률(Power Factor)을 보정하여 대략 400V 정도의 직류 전원을 출력하는 역률 보정기(112)를 포함한다.The
그리고, 역률 보정기(112)로부터의 직류 전원을 입력받는 일차 코일(P)과, 일차 코일(P)간의 사전에 설정된 권선비에 따라 메인 전원을 출력하는 제1 이차 코일(S1) 및 일차 코일(P)간의 사전에 설정된 권선비에 따라 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 보조 전원을 출력하는 제2 이차 코일(S2)을 갖는 트랜스포머(113)와, 트랜스포머(113)의 일차 코일(P)에 전기적으로 연결되어 일차 코일(P)로부터의 직류 전원을 스위칭하는 스위칭 유닛(114)을 포함한다.In addition, the first secondary coil S1 and the primary coil P that output the main power according to a preset winding ratio between the primary coil P receiving the DC power from the
트랜스포머(113)는 상술한 바와 같이 일차 코일(P) 및 이차 코일(S)을 포함한다.The
일차 코일(P)은 하나의 도전체로 형성되어 일단이 역률 보정기(112)에 전기 적으로 연결되고, 타단이 스위칭 유닛(114)에 전기적으로 연결된다.The primary coil P is formed of one conductor so that one end is electrically connected to the
제1 이차 코일(S1)은 하나의 도전체로 형성되어 일차 코일(P)과의 사전에 설정된 권선비에 따라 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 메인 전원(Vo1)을 휘도 조절부(120)에 전달하고, 제2 이차 코일(S2)는 하나의 도전체로 형성되어 일차 코일(P)과의 사전에 설정된 권선비에 따라 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 보조 전원(Vo2)을 휘도 조절부(120)에 전달한다. The first secondary coil S1 is formed of one conductor to transfer the main power supply Vo1 having a voltage level set in advance according to a preset winding ratio with the primary coil P to the
일차 코일(P)과 제1,제2 이차 코일(S1,S2)간은 자기적으로 결합되어 있으며 전기적으로 절연된다.The primary coil P and the first and second secondary coils S1 and S2 are magnetically coupled and electrically insulated.
휘도 조절부(120)는 LED 어레이(130)의 적색 LED 어레이(131), 녹색 LED 어레이(132) 및 청색 LED 어레이(133)에 각각 LED 구동용 전원을 공급하는 제1 내지 제3 스위칭 회로(121,122,123)를 포함한다.The
제1 스위칭 회로(121)는 적색 LED 어레이(131)의 저항(R1)으로부터 검출된 전압과 외부로부터의 디밍 신호(S1)에 따라 스위칭을 제어하는 제1 제어기(121a)와 제1 제어기(121a)의 제어에 따라 메인 전원(Vo1)을 스위칭하여 적색 LED 구동용 전원(VoR)으로 변환하는 제1 스위치(121b)를 포함한다.The
제2 스위칭 회로(122)는 녹색 LED 어레이(132)의 저항(R2)으로부터 검출된 전압과 외부로부터의 디밍 신호(S2)에 따라 스위칭을 제어하는 제2 제어기(122a)와 제2 제어기(122a)의 제어에 따라 메인 전원(Vo1)을 스위칭하여 녹색 LED 구동용 전원(VoG)으로 변환하는 제2 스위치(122b)를 포함한다.The
제3 스위칭 회로(123)는 청색 LED 어레이(133)의 저항(R3)으로부터 검출된 전압과 외부로부터의 디밍 신호(S3)에 따라 스위칭을 제어하는 제3 제어기(123a)와 제3 제어기(123a)의 제어에 따라 메인 전원(Vo1)을 스위칭하여 청색 LED 구동용 전원(VoB)으로 변환하는 제3 스위치(123b)를 포함한다.The
도 3의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 LED용 전원 공급 장치에 채용된 전원 변환부의 다양한 실시형태이다.3A to 3D show various embodiments of a power conversion unit employed in the LED power supply device of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 LED용 전원 공급 장치(100)에 채용된 전원 변환부(110)의 스위칭 유닛(114)은 도 1에 도시된 바와 같이, PWM(Pulse Width Modulation)방식으로 스위칭을 제어하는 스위칭 제어기(114a)와 일차 코일(P)의 타단에 연결되어 스위칭 제어기(114a)의 제어에 따라 일차 코일(P)로부터의 직류 전원을 스위칭하는 메인 스위치(114b)로 이루어진 플라이 백(Fly-Back) 방식으로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the
상술한 전원 변환부(110)는 도 3의 (a), (b) 및 도 4의 (a), (b)와 같이 다양한 실시 형태로 구성될 수 있다.The
도 3의 (a)를 참조하면, 전원 변환부(110)의 스위칭 유닛(114)은 포워드(Forward) 방식을 구성될 수 있다. 이에 따라, 트랜스포머(113)는 서로 병렬 연결된 제1 및 제2 일차 코일(P1, P2)을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 일차 코일(P1, P2)의 일단 사이에는 전력의 전달 경로를 제공하는 다이오드(Da)가 연결되며, 스위칭 제어기(114a)의 제어에 따라 제2 일차 코일(P2)로부터의 직류 전원을 스위칭하는 메인 스위치(114b)는 제1 일차 코일(P1)의 타단과 제2 일차 코일(P2)의 타단 사이에 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 3A, the
도 3의 (b)를 참조하면, 전원 변환부(110)의 스위칭 유닛(114)은 푸쉬-풀(Push-Pull) 방식을 구성될 수 있다. 이에 따라, 트랜스포머(113)는 중간 탭(Center Tap)을 갖는 일차 코일(P)를 포함할 수 있으며, 마찬가지로 제1 및 제2 이차 코일(S1, S2)도 중간 탭을 갖도록 형성될 수 있다. 일차 코일(P)의 일단 및 타단에는 각각 스위칭 제어기(114a)의 제어에 따라 일차 코일(P)로부터의 직류 전원을 스위칭하는 제1 메인 스위치(114b)와 제2 메인 스위치(114c)가 전기적으로 연결되고, 일차 코일(P)의 중간 탭으로 직류 전원이 유입된다.Referring to FIG. 3B, the
도 4의 (a)를 참조하면, 전원 변환부(110)의 스위칭 유닛(114)은 하프-브릿지(Half-Bridge) 방식으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 스위칭 제어기(114a)의 제어에 따라 직류 전원을 상보적으로 스위칭하는 제1 메인 스위치(114b)와 제2 메인 스위치(114c) 사이에는 일차 코일(P)가 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 4A, the
도 4의 (b)를 참조하면, 전원 변환부(110)의 스위칭 유닛(114)는 풀-브릿지(Full-Bridge) 방식으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 스위칭 제어기(114a)의 제어에 따라 직류 전원을 상보적으로 스위칭하는 제1 내지 제4 메인 스위치(114b, 114c, 114d, 114e)는 제1 및 제3 메인 스위치(114b, 114d)를 통해 직류 전원을 입력 받고, 일차 코일(P)의 일단은 제3 및 제4 메인 스위치(114d, 114e)의 접속점에 연결되고, 일차 코일(P)의 타단은 제1 및 제2 메인 스위치(114b, 114c)의 접속점에 연결된다. Referring to FIG. 4B, the
도 5의 (a), (b) 및 도 6의 (a), (b)는 본 발명의 LED용 전원 공급 장치에 채용된 휘도 조절부의 다양한 실시형태이다.5A, 5B, and 6A, 6B are various embodiments of the brightness adjusting unit employed in the LED power supply device of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)에 채용된 휘도 조절부(120)에 포함된 제1 내지 3 스위칭 회로(121,122,123)는 각각 부스트(Boost) 방식으로 메인 전원(Vo1)을 승압하여 적색, 녹색 및 청색 LED 구동용 전원(VoR, VoG, VoB)으로 변환하고 보조 전원(Vo2)과 함께 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(131,132,133)에 전달한다. 이를 위해, 제1, 제2 및 제3 제어기(121a, 122a, 123a)는 검출 저항(R1, R2, R3)로부터 검출된 전압과 외부로부터의 디밍 신호(S1, S2, S3)에 따라 각각 제1, 제2 및 제3 스위치(121b, 122b, 123b)의 스위칭을 제어 한다. Referring to FIG. 2, the first to
도 5의 (a)를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)에 채용된 휘도 조절부(120)에 포함된 제1 내지 제3 스위칭 회로(121,122,123)는 각각 벅(Buck) 방식으로 메인 전원(Vo1)을 감압하여 적색, 녹색 및 청색 LED 구동용 전원(VoR, VoG, VoB)으로 변환하고 보조 전원(Vo2)과 함께 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(131,132,133)에 전달한다. 이를 위해, 제1, 제2 및 제3 스위치(121b, 122b, 123b)는 전력의 전달 경로에 전기적으로 직렬 연결되고, 이에 따라 제1, 제2 및 제3 스위치(121b, 122b, 123b)의 후단에는 다이오드(D1, D2, D3)가 병렬 연결되고, 인덕터(L1,L2,L3)가 직렬 연결된다.Referring to FIG. 5A, the first to
도 5의 (b)를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)에 채용된 휘도 조절부(120)에 포함된 제1 내지 제3 스위칭 회로(121,122,123)는 각각 벅-부스트(Buck-Boost) 방식으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 메인 전원(Vo1)은 감압 또는 승압되어 적색, 녹색 및 청색 LED 구동용 전원(VoR, VoG, VoB)으로 변환되고 보조 전원(Vo2)과 함께 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(131,132,133)에 전달된다. 이를 위해, 제1, 제2 및 제3 스위치(121b, 122b, 123b)는 전력의 전달 경로에 전기적으로 직렬 연결되고, 이에 따라 제1, 제2 및 제3 스위치(121b, 122b, 123b)의 후단에는 인덕터(L1, L2, L3)가 병렬 연결되고, 다이오드(D1,D2,D3)가 전달 경로의 역방향으로 직렬 연결된다.Referring to FIG. 5B, the first to
도 6의 (a)를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)에 채용된 휘도 조절부(120)에 포함된 제1 내지 제3 스위칭 회로(121,122,123)는 각각 쿡(Cuk) 방식으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 메인 전원(Vo1)은 적색, 녹색 및 청색 LED 구동용 전원(VoR, VoG, VoB)으로 변환되어 보조 전원(Vo2)과 함께 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(131,132,133)에 전달된다. 이를 위해, 제1, 제2 및 제3 스위치(121b, 122b, 123b)는 전력의 전달 경로에 전기적으로 병렬 연결되고, 이에 따라 제1, 제2 및 제3 스위치(121b, 122b, 123b)의 전후단에는 각각 복수의 인덕터(L1, L1`, L2, L2`, L3, L3`)가 직렬 연결되고, 다이오드(D1,D2,D3)가 병렬 연결된다.Referring to FIG. 6A, the first to
도 6의 (b)를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)에 채용된 휘도 조절부(120)에 포함된 제1 내지 제3 스위칭 회로(121,122,123)는 각각 세픽(Single Ended Primary Inductor Converter;SEPIC) 방식으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 메인 전원(Vo1)은 적색, 녹색 및 청색 LED 구동용 전원(VoR, VoG, VoB)으로 변환되어 보조 전원(Vo2)과 함께 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(131,132,133)에 전달된다. 이를 위해, 제1, 제2 및 제3 스위치(121b, 122b, 123b)는 전력의 전달 경로에 전기적으로 병렬 연결되고, 이에 따라 제1, 제2 및 제3 스위치(121b, 122b, 123b)의 전후단에는 각각 복수의 인덕터(L1, L1`, L2, L2`, L3, L3`)가 직렬 및 병렬로 연결되며, 다이오드(D1,D2,D3)가 직렬 연결된다.Referring to FIG. 6B, the first to
도 7은 본 발명의 LED용 전원 공급 장치의 출력 전압 그래프이다.Figure 7 is a graph of the output voltage of the power supply for LED of the present invention.
도 2와 함께 도 7을 참조하면, 상용 교류 전원은 정류기(111)를 거쳐 정류 및 평활되고 이후 역률 보정기(112)를 통해 정류된 전원의 전압 및 전류의 위상을 조정함으로써 역률(Power Factor)을 보정하여 트랜스포머(113)에 전달된다.Referring to FIG. 7 together with FIG. 2, the commercial AC power is rectified and smoothed through the
트랜스포머(113)의 일차 코일(P)에 전달된 전력은 스위칭 제어기(114a)의 PWM 제어에 따라 스위칭하는 메인 스위치(114b)에 의해 이차 코일(S1, S2)에 전달된다. 전달되는 전력은 일차 코일(P)과 이차 코일(S1,S2)간의 권선비에 따라 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 메인 전원(Vo1) 및 보조 전원(Vo2)으로 휘도 조절부(120)에 전달된다.The power delivered to the primary coil P of the
메인 전원(Vo1)은 휘도 조절부(120)의 제1 내지 제3 스위칭 회로(121,122,123)에 각각 전달되고, 제1 내지 제3 스위칭 회로(121,122,123)의 제1 내지 제3 제어기(121a, 122a, 123a)는 각각 외부로부터의 디밍 신호(S1, S2, S3)와 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(131,132,133)으로부터 검출된 검출 전압에 따라 메인 전원(Vo1)의 스위칭을 제어하여 적색, 녹색 및 청색 LED 구동용 전원(VoR, VoG, VoB)으로 변환한다.The main power supply Vo1 is transmitted to the first to
적색, 녹색 및 청색 LED 구동용 전원(VoR, VoG, VoB)은 보조 전원(Vo2)과 함께 각각 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(131,132,133)에 전달된다. 즉, 디밍 신호(S1,S2,S3)가 스위칭 오프인 경우 보조 전원(Vo2)만이 각 LED 어레이(131,132,133)에 전달되어 각 LED 어레이(131,132,133)는 점등하지 않고, 디밍 신호(S1,S2,S3)가 스위칭 온인 경우 보조 전원(Vo2)과 각 LED 구동용 전원(Voㄲ, VoG, VoB)가 각 LED 어레이(131,132,133)에 전달되어 각 LED 어레이(131,132,133)가 점등된다. The red, green, and blue LED driving power supplies VoR, VoG, and VoB are delivered to the red, green, and
상술한 본 발명의 전원 공급 장치의 동작을 전력 변환 효율 측면에서 도 1에 도시된 종래의 전원 공급 장치와 비교하여 살펴보도록 한다.The operation of the power supply of the present invention described above will be described in comparison with the conventional power supply shown in FIG. 1 in terms of power conversion efficiency.
도 1을 참조하면, 종래의 전원 공급 장치의 각 LED 어레이(31,32,33)에 공급되는 전력은 전력 변환 효율 η2를 가지는 제1 내지 제3 직류/직류 컨버터(21,22,23)에서 공급하고 (여기서 각 직류/직류 컨버터의 전력변환 효율은 모두 같다고 가정한다.) 제1 내지 제3 직류/직류 컨버터(21,22,23)에서 필요한 전력은 전력 변환 효율 η1을 갖는 컨버터(10)에서 공급한다. 즉 종래의 전원 공급 장치의 전체 전력 변환 효율은 η1 ㆍη2 가 된다. 그리고 제1 내지 제3 직류/직류 컨버터(21,22,23)의 출력전압은 각 LED 어레이(31,32,33) 구동전압과 동일하기 때문에 제1 내지 제3 직류/직류 컨버터(21,22,23)에 채용되는 스위칭소자, 다이오드 및 캐패시터는 각 LED 어레이(31,32,33) 구동전압 이상의 내압을 가지는 소자들을 사용해야 한다. Referring to FIG. 1, power supplied to each of the
이에 반하여, 도 2를 참조하면 본 발명의 전원 공급 장치(100)는 전원 변환부(110)에서 전체 전원을 메인 전원(Vo1)과 보조 전원(Vo2)로 분리하여 공급한다. 예를 들어 전원 변환부(110)로부터의 전체 전원 Pin을 '1'로 보면 메인 전원(Vo1)과 보조 전원(Vo2)는 각각 1-K 퍼센트 및 K 퍼센트로 설정될 수 있다. 메인 전 원(Vo1)은 LED 구동용 전원(VoR, VoG, VoB)로 변환되어 보조 전원(Vo2)와 함께 각 LED 어레이(131,132,133)에 공급되므로, LED 어레이(131,132,133)에 공급되는 전력을 계산하면 Pinㆍη1ㆍk + Pinㆍη1ㆍη2 (1-k)가 되고 전체 전력 변환 효율은 η1ㆍη2 + k(1- η2)η1 이 된다. 여기서, η1ㆍη2 은 도 1에 도시된 종래의 전원 공급 장치에서의 전력 변환 효율과 동일하므로, k(1- η2) η1만큼 본 발명의 전원 공급 장치의 전력 변환 효율이 상승한다. On the contrary, referring to FIG. 2, the
또한, 상술한 바와 같이 각 LED 어레이(131,132,133)에 공급하는 전원은 메인 전원(Vo1)이 변환된 LED 구동용 전원(VoR, VoG, VoB)과 보조 전원(Vo2)의 합이기 때문에 휘도 조절부(120)의 각 스위칭 회로(121,122,123)에 인가되는 전압 및 출력전압의 전압 레벨이 종래의 직류/직류 컨버터(21,22,23)에 비해 낮아진다. 이에 따라, 휘도 조절부(120)의 각 스위칭 회로(121,122,123)에 채용되는 스위칭 소자, 캐패시터 및 다이오드를 내압이 작은 소자로 채용할 수 있어 제조 비용을 감소할 수 있는 효과가 있다.In addition, as described above, since the power supplied to each of the
상술한 전력 변환 효율의 상승은 다음의 표와 같다.The above increase in power conversion efficiency is shown in the following table.
<표><Table>
상술한 표에 적용된 본 발명의 전원 공급 장치는 전원 변환부의 메인 전원(Vo1) 및 보조 전원(Vo2)는 각각 13V, 25V의 전압 레벨을 갖는 것으로 설정하고, 효율은 85%로 가정하였다. 표에 비교된 도 1의 종래의 전원 공급 장치의 컨버터는 출력전압이 25V이고 효율은 85%로 가정하였으며, 종래의 직류/직류 컨버터 및 본 발명의 제1 내지 제3 스위칭 회로는 부스트 방식을 적용하고 효율은 90%로 가정하였다.In the power supply apparatus of the present invention applied to the above table, the main power supply Vo1 and the auxiliary power supply Vo2 of the power converter are set to have voltage levels of 13 V and 25 V, respectively, and the efficiency is assumed to be 85%. The conventional power supply converter of FIG. 1 compared to the table assumes that the output voltage is 25V and the efficiency is 85%. The conventional DC / DC converter and the first to third switching circuits of the present invention employ a boost method. And the efficiency is assumed to be 90%.
상술한 바와 같이 도 1에 도시된 종래의 전원 공급 장치와 도 2에 도시된 본 발명의 전원 공급 장치를 비교하면, 제1 내지 제3 스위칭 회로(121,122,123)에 채용된 스위칭 소자 및 다이오드, 캐패시터의 내압은 종래의 전원 공급 장치에 비해 각각 60%, 40% 및 35.4%로 내압이 저감되고, RGB 구동회로 전제 효율이 76.5%에서 78.8%로 2.3% 효율 개선된다. 이에 따라 제1 내지 제3 스위칭 회로(121,122,123)에 채용되는 주요 소자 내압 및 인덕터 용량이 작아지기 때문에 부품 가격이 싸지고 부품 크기도 작아질 수 있기 때문이 제작 시 소형화가 가능하다. As described above, when the conventional power supply shown in FIG. 1 is compared with the power supply of the present invention shown in FIG. 2, the switching elements, diodes, and capacitors employed in the first to
상술한 바와 같이, 본 발명의 LED용 전원 공급 장치는 디밍 신호의 스위칭 온/오프에 따라 각 LED 어레이(131,132,133)의 휘도가 조절되는 LED 휘도 조절의 고유 기능을 수행하면서, 트랜스포머로부터 전달되는 전력 중 일부를 휘도 조절부에 전달하여 내압이 작은 소자를 채택할 수 있어 제조 비용을 저감할 수 있고 전력 변환 효율을 증대할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.As described above, the LED power supply of the present invention performs a unique function of LED brightness control in which the brightness of each LED array (131, 132, 133) is adjusted according to the switching on / off of the dimming signal, of the power delivered from the transformer By transferring a part to the brightness control unit, a device with a small breakdown voltage can be adopted, thereby reducing manufacturing costs and increasing power conversion efficiency.
이러한 본 발명의 전원 공급 장치의 전기적인 동작은 도 3 내지 도 6에 도시된 실시형태에도 유사하게 적용되어 상세한 설명은 생략하도록 하며, 마찬가지로 도 3 내지 도 6에 도시된 실시형태들도 도 7에 도시된 바와 같은 동일한 출력 전압 그래프를 형성한다. The electrical operation of the power supply of the present invention is similarly applied to the embodiment shown in Figures 3 to 6 to omit the detailed description, and likewise the embodiments shown in Figures 3 to 6 Form the same output voltage graph as shown.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is defined by the claims below, and the configuration of the present invention may be modified in various ways without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be changed and modified.
도 1은 종래의 LED용 전원 공급 장치의 구성도.1 is a configuration diagram of a conventional power supply for LED.
도 2는 본 발명의 LED용 전원 공급 장치의 구성도.2 is a block diagram of a power supply for LED of the present invention.
도 3의 (a), (b) 및 도 4의 (a), (b)는 본 발명의 LED용 전원 공급 장치에 채용된 전원 변환부의 다양한 실시형태.3A, 3B, and 4A, 4B show various embodiments of a power conversion unit employed in the LED power supply device of the present invention.
도 5의 (a), (b) 및 도 6의 (a), (b)는 본 발명의 LED용 전원 공급 장치에 채용된 휘도 조절부의 다양한 실시형태.5 (a), (b) and 6 (a), (b) are various embodiments of the luminance adjusting unit employed in the LED power supply device of the present invention.
도 7은 본 발명의 LED용 전원 공급 장치의 출력 전압 그래프.Figure 7 is a graph of the output voltage of the power supply for LED of the present invention.
<도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명><Detailed Description of Major Symbols in Drawing>
100...전원 장치 110...전원 변환부100 ...
111...정류기 112...역률 보정기111 ...
113...트랜스포머 114...스위칭 유닛113 ...
120...휘도 조절부 121...제1 스위칭 회로120
121a...제1 제어기 121b...제1 스위치121a ...
122...제2 스위칭 회로 122a...제2 제어기122 ...
122b...제2 스위치 123...제3 스위칭 회로122b ...
123a...제3 제어기 123b...제3 스위치123a ...
130...LED 어레이 131...적색 LED 어레이130 ...
132...녹색 LED 어레이 133...청색 LED 어레이132 ...
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