KR100961979B1 - Ｌｅｄ 램프의 전원 공급 장치 - Google Patents

Ｌｅｄ 램프의 전원 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 전원 공급 장치는 교류 전원을 입력 받아 정류 및 평활하여 제1 직류 전원을 출력하는 제1 정류 평활부; 상기 제1 정류 평활부의 출력단에 연결되어 상기 제1 직류 전원의 전압을 변환하는 전력 변환부; 상기 전력 변환부의 출력단에 연결되고, 상기 전력 변환부의 제1 출력 전원을 정류 및 평활하여 제2 직류 전원을 출력하는 제2 정류 평활부; 상기 제2 직류 전원으로 구동되는 LED 램프의 입력단과 상기 제2 정류 평활부의 출력단 사이에 연결되어 상기 제2 직류 전원의 전압이 일정하도록 제어하는 전압 제어부; 상기 LED 램프의 출력단과 상기 포토커플러 사이에 연결되어 상기 LED 램프의 출력 전류가 일정하도록 제어하는 전류 제어부; 및 상기 전압 제어부 및 상기 전류 제어부의 출력단에 연결되고, 상기 전압 제어부 또는 상기 전류 제어부 중 어느 하나의 출력 전원에 기초하여 상기 전력 변환부로의 전원 공급을 제어하는 파워 스위치부를 포함한다.

Description

ＬＥＤ 램프의 전원 공급 장치{POWER SUPPLY DEVICE OF LED LAMP}
본 발명의 실시예들은 LED 램프의 전원 공급 장치에 관한 것이다.
정전압 파워는 부하에 관계 없이 일정한 전압을 공급한다. 즉, 정전압 파워는 부하의 종류에 관계 없이 항상 일정한 전압을 유지하므로, 부하의 변동에 의해 전압은 유지하고 전류값은 변화한다.
정전류 파워는 부하의 변화에 따라 설정된 전류만을 공급한다. 즉, 정전류 파워는 부하의 변화에 따라 전압은 변화하지만 설정된 전류만을 공급한다. 정전류 파워는 부하의 변화에 관계 없이 설정된 일정한 전류를 유지하므로, 부하의 변동에 의해 전압은 변화된다.
LED 램프의 경우 LED가 전류 구동 소자이므로 파워를 정전류로 구성하여야 하나, 순수 정전류 파워의 경우 전류가 부하를 거쳐서 완전히 흘러야 전류량을 센서에서 감지하여 컨트롤한다. 그러므로, 센서에서 전류를 감지하여 컨트롤할 때까지 짧은 시간이지만 스파이크(Spike) 전압이 발생하고, 피크치의 전류가 흐르므로 LED 소자의 수명을 감소시키는 결과를 초래하는 문제점이 있다.
이에 따라, 대다수의 업체들이 LED 램프의 전원 공급 장치로 정전압 파워의 출력단에 별도로 정전류 소자를 장착하여 부하인 LED에 전류를 공급 하고 있으며, 광원인 LED 칩은 스파이크 전압에 상당히 민감하여 정전기 같은 순간적인 전압에 쉽게 파손될 수 있다. 따라서, 근래에는 제너 다이오드를 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 사이에 병렬 연결하여 사용하고 있으나, 과전류에 의한 손상을 완전하게 보호하기는 불가능하다.
기존의 방식으로는 정전압 파워의 출력단에서 각각의 LED 라인에 정전류 소자를 부착하여야 하므로, 정전류 소자에서 발생하는 열을 방열하기 위해 LED 등기구의 방열판에 정전류 소자를 장착하여 방열을 시키고 있다. 그러나, 이로 인해 LED 방열판의 온도가 상승하고, 정전류 소자를 거치면서 전압의 강하를 초래하여, 전체 LED 램프의 효율이 상당 부분 감소되는 문제점이 있다.
LED 램프에 사용되는 LED는 많은 양의 전류를 흘려야 하므로, 작은 전압의 강하에도 상당량의 전력 손실이 불가피하다. 따라서, 기존의 방식으로는 와트(W)당 루멘(Lumen)이 높은 고가의 LED를 사용하여 고효율 제품으로 등록하기 때문에 경제적인 손실이 막대한 실정이다.
본 발명의 일 실시예는 정전압과 정전류를 동시에 제어하여 초기 전원 투입 시와 부하가 작을 경우, 정전류 파워의 스파이크(Spike) 전압 발생을 정전압 제어로 보완하고, LED의 특성인 열이 발생하면 순방향 전압강하(Vf)가 변화하여 전류가 상승/하강하는 것을 정전류 제어로 보완할 수 있는 LED 램프의 전원 공급 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 전원 공급 장치는 교류 전원을 입력 받아 정류 및 평활하여 제1 직류 전원을 출력하는 제1 정류 평활부; 상기 제1 정류 평활부의 출력단에 연결되어 상기 제1 직류 전원의 전압을 변환하는 전력 변환부; 상기 전력 변환부의 출력단에 연결되고, 상기 전력 변환부의 제1 출력 전원을 정류 및 평활하여 제2 직류 전원을 출력하는 제2 정류 평활부; 상기 제2 직류 전원으로 구동되는 LED 램프의 입력단과 상기 제2 정류 평활부의 출력단 사이에 연결되어 상기 제2 직류 전원의 전압이 일정하도록 제어하는 전압 제어부; 상기 LED 램프의 출력단에 연결되어 상기 LED 램프의 출력 전류가 일정하도록 제어하는 전류 제어부; 및 상기 전압 제어부 및 상기 전류 제어부의 출력단에 연결되고, 상기 전압 제어부 또는 상기 전류 제어부 중 어느 하나의 출력 전원에 기초하여 상기 전력 변환부로의 전원 공급을 제어하는 파워 스위치부를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정전압과 정전류를 동시에 제어하여 초기 전원 투입 시와 부하가 작을 경우, 정전류 파워의 스파이크(Spike) 전압 발생을 정전압 제어로 해소하고, LED의 특성인 열이 발생하면 순방향 전압강하(Vf)가 변화하여 전류가 상승/하강하는 것을 정전류 제어로 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, LED 램프에 설정된 최대전압 이하로 유지하고 일정한 전류를 공급하여, LED 램프의 광속을 일정하게 유지하게 하고 LED 소자의 수명을 길게 보장함으로써, LED 램프의 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 정전압과 정전류 제어를 동시에 하여 정전압 파워에 별도로 부착되는 정전류 소자에 의한 손실을 제로(zero)화 할 수 있어 LED 조명등의 효율을 상승시켜 와트당 루멘이 높은 고가의 외국산 LED 소자를 사용하지 않고 저가의 국산 LED LAMP를 사용하여도 보다 높은 효율의 LED 조명등을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도로 여러 개의 정전류 소자가 필요 없으므로 LED 조명등의 제조 단가를 획기적으로 낮출 수 있으며, 현재 공급되는 고루멘(high lumen)의 LED를 사용하여 와트당 루멘이 100루멘 이상의 초고효율 LED 조명을 실현할 수 있다.
도 1은 일반적인 LED 조명등의 전원 공급 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명등의 전원 공급 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2의 전압 제어부를 상세히 설명하기 위해 도시한 상세 블록도이다.
도 4는 도 2의 전류 제어부를 상세히 설명하기 위해 도시한 상세 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 전원 공급 장치의 일례를 도시한 회로도이다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 도 1을 참조하여 일반적인 LED 램프의 전원 공급 장치에 대해 살펴 보기로 한다.
도 1은 일반적인 LED 램프의 전원 공급 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 LED 램프의 전원 공급 장치(100)는 제1 정류 평활부(110), 전력 변환부(120), 제2 정류 평활부(130), 전압 제어부(140), 정전류 소자(150), 및 스위치부(160)를 포함하여 구성된다.
그런데, 상기 SMPS 회로 장치(100)의 경우, 정전압 파워인 상기 전압 제어부(140)의 출력단에서 각각의 LED 라인에 상기 정전류 소자(150)를 부착하여야 하므로, 상기 정전류 소자(150)에서 발생하는 열을 방열하기 위해 LED 램프(170)를 포함하는 등기구의 방열판에 상기 정전류 소자(150)를 장착하여 방열을 시키고 있다. 하지만, 이로 인해 상기 SMPS 회로 장치(100)는 LED 방열판의 온도가 상승하는 문제점이 있으며, 또한 상기 정전류 소자(150)를 거치면서 전압의 강하를 초래하여 전체 LED 조명의 효율이 상당 부분 감소되는 문제점이 있다.
또한, 상기 LED 조명에 사용되는 LED 램프(170)는 많은 양의 전류를 흘려야 하므로 작은 전압의 강하에도 상당량의 전력 손실이 불가피하다. 따라서, 고효율 제품으로 등록하기 위하여 와트(W)당 루멘(Lumen)이 높은 고가의 LED 램프를 사용하고 있으며, 이로 인해 경제적인 손실이 막대한 실정이다.
따라서, 본 발명의 실시예들에서는 정전압과 정전류를 동시에 제어하여 초기 전원 투입 시와 부하가 작을 경우, 정전류 파워의 스파이크(Spike) 전압 발생을 정전압 제어로 해소하고, LED의 특성인 열이 발생하면 순방향 전압강하(Vf)가 변화하여 전류가 상승/하강하는 것을 정전류 제어로 보완할 수 있다. 이로써, 본 발명의 실시예들에 의하면, 빛을 발산하는 LED 소자에 안정된 전압 및 일정한 전류를 공급하여, LED 조명의 광속을 일정하게 유지하게 하고, LED 소자의 긴 수명을 보장할 수 있어 LED 조명의 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에서는 정전압과 정전류 제어를 동시에 하여 정전류 소자의 손실을 보완할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 전원공급장치의 전체적인 효율이 상승하여 입력 기준 소비전력 대비 부하인 LED 소자에 충분한 전류를 공급하여 결과적으로 LED 소자의 발광 효율을 상승시켜 와트당 루멘이 높은 고가의 LED소자가 아닌 범용의 LED 소자를 사용하여도 고가의 LED를 사용한 제품보다 효율적이고, 별도로 여러 개의 정전류 소자를 사용하지 않으므로 단가를 획기적으로 낮출 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 전원 공급 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이고, 도 3은 도 2의 전압 제어부(240)를 상세히 설명하기 위해 도시한 상세 블록도이며, 도 4는 도 2의 전류 제어부(250)를 상세히 설명하기 위해 도시한 상세 블록도이다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 전원 공급 장치(200)는 제1 정류 평활부(210), 전력 변환부(220), 제2 정류 평활부(230), 전압 제어부(240), 전류 제어부(250), 및 파워 스위치부(260)를 포함한다.
상기 제1 정류 평활부(210)는 교류 전원을 입력 받아 정류 및 평활하여 제1 직류 전원을 출력한다. 이를 위해, 상기 제1 정류 평활부(210)는 상기 교류 전원을 정류하기 위한 정류 소자, 및 상기 정류된 전원을 평활하기 위한 평활 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전력 변환부(220)는 상기 제1 정류 평활부(210)의 출력단에 연결되어 상기 제1 직류 전원의 전압을 변환한다. 이러한 전력 변환부(220)는 트랜스(TRANS), 즉 변압기로 구현될 수 있다.
상기 제2 정류 평활부(230)는 상기 전력 변환부(220)의 출력단에 연결되고, 상기 전력 변환부(220)의 제1 출력 전원을 정류 및 평활하여 제2 직류 전원을 출력한다. 이를 위해, 상기 제2 정류 평활부(230)는 상기 전력 변환부(220)의 제1 출력 전원을 정류하기 위한 정류 소자, 및 상기 정류된 전원을 평활하기 위한 평활 소자를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 출력 전원은 상기 전력 변환부(220)로부터 출력되는 정상 출력 전원, 즉 트랜스 양측(1차측/2차측) 코일에 감긴 권선수(捲線數)에 비례하는 출력 전원을 나타내며, 후술되는 제2 출력 전원과는 다른 것으로 이해될 수 있다.
상기 전압 제어부(240)는 상기 제2 직류 전원으로 구동되는 LED 램프(270)의 입력단과 상기 제2 정류 평활부(230)의 출력단 사이에 연결되어, 상기 제2 직류 전원의 전압의 상한선을 제어한다. 즉, 상기 전압 제어부(240)는 상기 LED 램프(270)의 초기 전원 투입시 및 부하가 적을 경우에 LED LAMP에 필요 이상의 전압이 인가되는 것을 방지한다.
이를 위해, 상기 전압 제어부(240)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 전압 검출부(310), 제1 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)(320), 및 포토커플러(Photocoupler)(330)를 포함할 수 있다.
상기 제1 전압 검출부(310)는 상기 제2 정류 평활부(230)의 정류 소자(도 5의 "D201" 참조)의 출력 전압을 분압하여 검출한다. 즉, 상기 제1 전압 검출부(310)는 상기 정류 소자의 출력단과 그라운드(Ground) 사이에 직렬로 연결되어, 상기 정류 소자의 출력단의 출력 전압을 분압하는 복수의 저항(도 5의 "VR1", "R203", "R204" 참조)을 포함하고, 상기 복수의 저항 중 상기 제1 션트 레귤레이터(320)와 연결된 접점을 통해 상기 분압된 전압을 검출할 수 있다.
상기 제1 션트 레귤레이터(320)는 상기 제1 전압 검출부(310)의 검출 전압과 선정된(predetermined) 제1 기준 전압을 비교하여 상기 비교 결과에 따라 턴 온 또는 턴 오프된다.
즉, 상기 제1 션트 레귤레이터(320)는 상기 비교 결과 상기 검출 전압이 상기 제1 기준 전압보다 크거나 같은 경우 턴 온되고, 상기 검출 전압이 상기 제1 기준 전압보다 작은 경우 턴 오프될 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 기준 전압이 2.5V인 경우, 상기 제1 션트 레귤레이터(320)는 상기 제1 전압 검출부(310)의 검출 전압이 2.5V보다 크거나 같은 경우 턴 온되고, 상기 제1 전압 검출부(310)의 검출 전압이 2.5V보다 작은 경우 턴 오프될 수 있다.
상기 포토커플러(330)는 상기 제1 션트 레귤레이터(320)가 턴 온되는 경우에 동작하여 상기 파워 스위치부(260)의 턴 온 또는 턴 오프를 제어한다.
즉, 상기 포토커플러(330)는 상기 파워 스위치부(260)를 턴 오프시켜 상기 전력 변환부(220)로 전원이 공급되는 것을 차단하거나, 상기 파워 스위치부(260)를 턴 온시켜 상기 전력 변환부(220)로 전원이 공급되도록 할 수 있다.
이와 같이, 상기 전압 제어부(240)는 상기 제1 전압 검출부(310)의 검출 전압과 상기 제1 기준 전압의 비교 결과에 따라 상기 파워 스위치부(260)의 턴 온 또는 턴 오프를 제어함으로써, 상기 제2 직류 전원의 전압, 즉 상기 LED 램프(270)의 구동 전압이 적정하도록 제어할 수 있다.
상기 전류 제어부(250)는 상기 LED 램프(270)의 하단에 연결되어 상기 LED 램프(270)에 흐르는 전류가 일정하도록 제어한다.
이를 위해, 상기 전류 제어부(250)는 도 4에 도시된 바와 같이 정전압 레귤레이터(410), 제2 전압 검출부(420), 제2 션트 레귤레이터(430), 및 전류 검출부(440)를 포함할 수 있다.
상기 정전압 레귤레이터(410)는 상기 전력 변환부(220)의 제2 출력 전원의 일부를 입력 받아 기 설정된 고정 전압으로 출력한다.
즉, 상기 정전압 레귤레이터(410)는 상기 전력 변환부(220)의 일 실시예인 트랜스(TRANS)의 2차측 권선부 중 선정된 전압 지점에 연결되어, 상기 트랜스의 2차측으로부터 상기 전압 지점에 대응하는 전압을 입력 받아 상기 고정 전압으로 출력할 수 있다. 여기서, 상기 전압 지점은 상기 트랜스 2차측 권선부 중에서 약 8V 지점으로 선정될 수 있다.
상기 제2 전압 검출부(420)는 상기 정전압 레귤레이터(410)의 출력 전압을 분압하여 검출한다.
즉, 상기 제2 전압 검출부(420)는 상기 정전압 레귤레이터(410)의 출력단과 LED LAMP의 하단 사이에 직렬로 연결되어, 상기 정전압 레귤레이터(410)의 출력단의 출력 전압을 분압하는 복수의 저항(도 5의 "VR2", "R205", "R206" 참조)을 포함하고, 상기 복수의 저항 중 상기 제2 션트 레귤레이터(430)와 연결된 접점을 통해 상기 분압된 전압을 검출할 수 있다.
상기 제2 션트 레귤레이터(430)는 상기 제2 전압 검출부(420)의 검출 전압과 전류검출부(440)의 전압의 합과 선정된 제2 기준 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 포토커플러(330)의 턴 온 또는 턴 오프를 제어한다.
즉, 상기 제2 션트 레귤레이터(430)는 상기 제2 기준 전압이 2.5V인 경우, 상기 제2 전압 검출부(420)와 전류검출부(440)의 전압의 합이 2.5V보다 크거나 같으면 턴 온되어 상기 포토커플러(330)를 턴 온시키게 되고, 상기 제2 전압 검출부(420)의 검출 전압과 전류검출부(440)의 전압의 합이 2.5V보다 작으면 턴 오프되어 상기 포토커플러(330)를 턴 오프시키게 된다.
이로써, 상기 제2 션트 레귤레이터(430)는 상기 파워 스위치부(260)를 턴 온시켜 상기 전력 변환부(220)로의 전원이 공급되도록 하거나, 상기 파워 스위치부(260)를 턴 오프시켜 상기 전력 변환부(220)로의 전원 공급이 차단되도록 할 수 있다.
상기 전류 검출부(440)는 상기 LED 램프(270)에 흐르는 전류량을 검출한다. 상기 전류 검출부(440)는 LED의 하단에서 그라운드로 연결되는 저항(도5의 "R207" 참조)을 포함한다.
상기 LED 램프(270)가 구동됨에 따라 LED에 흐르는 전류량이 적정 전류량 이상으로 높아지면 상기 전류 검출용 저항(R207) 양단의 전압이 올라가고, 상기 제2 전압 검출부(420)의 전압과 상기 전류 검출용 저항(R207)의 양단에 걸리는 전압의 합이 제2 기준 전압(예: 2.5V)보다 높을 경우 상기 제2 션트레귤레이터(430)가 턴 온되고 상기 포토커플러(330)가 턴 온되어 상기 파워 스위치부(260)를 오프시켜 상기 전력 변환부(120)로의 전원 공급이 차단되면서 LED로 흐르는 전류를 낮추어 준다.
반대로, LED로 흐르는 전류가 적정 전류량 미만으로 낮아지면 상기 전류 검출부(440)의 전압이 낮아지고, 상기 제2 전압 검출부(420)의 출력 전압은 고정되어 있으므로, 상기 제2 전압 검출부(420)의 출력 전압과 상기 전류 검출부(440)의 전압의 합이 제2 기준 전압(예: 2.5V) 이하로 떨어진다. 따라서, 상기 제2 션트 레귤레이터(430)는 턴 오프되어 상기 포토커플러(330)를 오프시키게 되어, 상기 파워 스위치부(260)를 턴 온시켜 상기 전력 변환부(220)로 1차 전류를 공급하여 상기 전력 변환부(220)의 2차에서 상기 제2 정류 평활부(230)를 거쳐서 LED로 흐르는 전류를 올려 준다.
이처럼, 상기 정전압 레귤레이터(410)의 출력 전압을 분압하여 상기 제2 션트 레귤레이터(430)에 공급하는 상기 제2 전압 검출부(420)의 전압은 항상 고정되어 있으므로, 상기 LED 램프(270)를 통하여 흐르는 상기 전류 검출부(440)의 전류 검출 저항에 흐르는 전류량의 변동에 따라 전류 검출용 저항의 양단에 걸리는 전압이 변화하고, 검출 전압이 상기 제2 기준 전압보다 작아지거나 커질 경우 상기 포토커플러(330)를 턴 오프시키거나 턴 온시켜 상기 파워 스위치부(260)의 온, 오프를 제어하여 상기 전력 변환부(220)로의 전원 공급이 이루어지게 된다.
상기 전류 제어부(250)는 위와 같은 과정을 반복 수행하여 상기 LED 램프(270)로 흐르는 전류를 일정하게 유지할 수 있다.
상기 파워 스위치부(260)는 상기 전압 제어부(240) 및 상기 전류 제어부(250)의 출력단에 연결되고, 상기 전압 제어부(240) 및 상기 전류 제어부(250)의 출력 전원에 기초하여 상기 전력 변환부(220)로의 전원 공급을 제어한다.
즉, 상기 파워 스위치부(260)는 상기 전압 제어부(240) 및 상기 전류 제어부(250)이 턴 온되면, 상기 파워 스위치부(260)를 턴 오프시켜 상기 전력 변환부(220)로의 전원 공급이 차단되도록 하고, 상기 전압 제어부(240) 및 상기 전류 제어부(250)이 턴 오프되면, 상기 파워 스위치부(260)를 턴 온시켜 상기 전력 변환부(220)로의 전원 공급이 이루어지도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 전원 공급 장치의 일례를 도시한 회로도이다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 전원 공급 장치(200)의 구동 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
트랜스(T2)의 2차측에 유기된 전압이 다이오드(D201)에 의해 정류된 후, 평활 콘덴서(C201, C202, C203)에서 평활되어진 직류 전류가 부하인 LED와 전류 센싱용 저항(R207)을 거쳐서 그라운드로 흐른다.
이때, 션트 레귤레이터(U3)의 일례인 TL431의 레퍼런스(Reference)와 애노드(Anode) 사이가 2.5V로 고정되어 있으므로, 가변저항(VR1)과 고정저항(R203, R204)로 형성된 전압감지 회로에서 전체 전압이 높으면 고정저항(R204)의 양단에 걸리는 전압이 높아진다.
따라서, 션트 레귤레이터(U3)가 턴 온되어 포토커플러(OPT1A)가 턴 온되고, PWM IC(U1)의 피드백(Feedback) 단자를 그라운드로 쇼트(Short)시켜 전압을 로우(LOW)로 유지시켜, PWM IC(U1)에 내장된 FET의 드레인(Drain)과 소스(Source)를 단락시킨다. 이에 따라, 트랜스(Trans)(T2)의 1차측에 전류가 흐르지 않아 트랜스(T2)의 2차측에 전압이 유기되지 않고 부하(LED)로 흐르는 전압이 낮아진다.
이와 반대로, 전압이 낮아지면 션트 레귤레이터(U3)의 레퍼런스와 애노드 사이에 연결된 저항(R204)의 양단에 걸리는 전압이 낮아진다. 따라서, 션트 레귤레이터(U3)가 턴 오프되고, 포토커플러(OPT1A)가 턴 오프되어 PWM IC(U1)의 피드백 단자를 그라운드에서 분리시킨다. 이에 따라, PWM IC(U1)에 내장된 FET의 드레인과 소스가 도통되어 트랜스(T2)의 1차측에 전류를 흘리게 되고, 트랜스(T2)의 2차측에 전압이 유기되어 다이오드(D201)로 흘러 콘덴서(C201, C202, C203)의 전압이 올라간다.
상기와 같은 상태가 연속적으로 반복되어 항상 일정한 전압이 부하(LED)에 공급된다. 이때, 부하(LED)가 주변의 온도 변화 및 자체 발열로 인하여 순방향 전압(Forward Voltage)이 변화함에 따라, LED에 흐르는 전류값이 변화하고 전류 구동 소자인 LED의 광속(Lumen)이 변한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 LED에 일정한 전류를 공급하기 위한 방안으로 1차측 파워 스위치(PWM IC(U1))의 온/오프를 제어하는 포토커플러의 캐소드(Cathode) 단자에 션트 레귤레이터(U4)의 일 실시예인 TL431를 추가로 연결한다.
그리고, 션트 레귤레이터(U4)의 구동 전원으로 정전압 레귤레이터(Positive Voltage Regulator)(U5)의 일 실시예인 KIA7805를 연결하고, 트랜스(T2)의 2차측 권선부에서 약8V 지점에 정류용 다이오드(D202)과 평활용 콘덴서(C206)를 연결한다.
그러면, 정류용 다이오드(D202)와 평활용 콘덴서(C206)를 통해 정류 및 평활된 직류가 정전압 레귤레이터(U5)의 입력 단자에 공급된다.
그런 다음, 정전압 레귤레이터(U5)의 출력 단자와 전류검출 저항(R207) 단자 사이에 가변저항(VR2)와 고정저항(R205, R206)을 연결하여 정전압 레귤레이터(U5)의 출력 전압을 분압하여 션트 레귤레이터(U4)의 레퍼런스 단자에 연결한다.
여기서, 정전압 레귤레이터(U5)의 출력 전압은 5V로 고정되어 있으며, 가변저항(VR2)와 고정저항(R205)에서 약2.56V를 감쇄시키고, 나머지 2.44V가 션트 레귤레이터(U4)의 레퍼런스로 공급된다.
이때, 션트 레귤레이터(U4)는 레퍼런스와 에노드 사이의 전압이 2.44V이므로, 캐소드와 애노드는 오프 상태로 유지되며, 전압 제한용 션트 레귤레이터(U3)과 포토커플러(OPT1A)에 의해 부하인 LED의 구동에 필요한 전압이 공급되어 LED를 거친 전류가 전류 센싱용 저항(R207)로 흐른다.
그러면, 전류 센싱용 저항(R207)의 양단에는 부하인 LED를 거쳐서 흐르는 전류에 의해 일정 부분 전압의 강하가 일어난다. 강하되는 전압이 0.06V에 도달하면, 전류 제한용 션트 레귤레이터(U4)의 레퍼런스와 애노드 사이에 2.5V의 전압이 걸린다.
이에 따라, 션트 레귤레이터(U4)의 캐소드와 애노드가 도통되어, 포토커플러(OPT1A)의 애노드 단자와 캐소드 단자에 연결된 내장LED에 저항(R201)을 통하여 전류가 흐르게 되고, 파워스위치(PMW IC(U1))의 피드백 단자(F/B)에 연결된 포토커플러(OPT1B)의 컬렉터(Collector)와 이미터(Emitter)가 도통되어, 파워 스위치(U1)는 턴 오프 상태로 전환된다. 이로써, 트랜스(T2)의 2차측에 전류를 흘리지 않으므로 부하인 LED로 흐르는 전류가 감소된다.
부하를 거쳐서 전류 센싱용 저항(R207)으로 흐르는 전류가 감소하여, 저항(R207)의 양단에 걸리는 전압이 0.06V 미만으로 떨어지면, 전류 제한용 션트 레귤레이터(U4)의 레퍼런스와 애노드 사이의 전압이 2.5V 아래로 떨어지게 된다.
이에 따라, 션트 레귤레이터(U4)의 캐소드와 애노드 사이는 단락되고, 포토커플러(OPT1A)의 애노드와 캐소드에 전류가 흐르지 않게 되어, 파워스위치(U1)의 피드백 단자에 연결된 콜렉터와 이미터 사이가 단락된다. 이로써, 파워스위치(U1)는 턴 온되고 트랜스(T2)의 1차측 코일에 전류가 흘러 2차측 코일에 전압이 유기되어 D201을 통하여 부하로 흐르는 전류를 상승시킨다.
상기와 같은 동작을 연속적으로 반복 수행되어 부하인 LED의 출력 전류를 일정한 전류로 유지시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 LED 조명용 PSU(Power Supply Unit)를 구성하여 정전압 파워의 LED에 흐르는 전류의 변화로 인한 문제점을 해결하고, 정전류 파워의 스파이크 전압 발생으로 인한 문제점을 동시에 해결할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서는 정전압 파워와 부하(LED)사이에 정전류 소자를 추가하여 전체 조명의 효율을 떨어뜨리는 기존의 문제점을 일거에 해결할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
210: 제1 정류 평활부
220: 전력 변환부
230: 제2 정류 평활부
240: 전압 제어부
250: 전류 제어부
260: 파워 스위치부
270: LED 램프
310: 제1 전압 검출부
320: 제1 션트 레귤레이터
330: 포토커플러
410: 정전압 레귤레이터
420: 제2 전압 검출부
430: 제2 션트 레귤레이터
440: 전류 검출부

Claims (10)

  1. 교류 전원을 입력 받아 정류 및 평활하여 제1 직류 전원을 출력하는 제1 정류 평활부;
    상기 제1 정류 평활부의 출력단에 연결되어 상기 제1 직류 전원의 전압을 변환하는 전력 변환부;
    상기 전력 변환부의 출력단에 연결되고, 상기 전력 변환부의 제1 출력 전원을 정류 및 평활하여 제2 직류 전원을 출력하는 제2 정류 평활부;
    상기 제2 직류 전원으로 구동되는 LED 램프의 입력단과 상기 제2 정류 평활부의 출력단 사이에 연결되어 상기 제2 직류 전원의 전압이 일정하도록 제어하는 전압 제어부;
    상기 LED 램프의 출력단과 포토커플러 사이에 연결되어 상기 LED 램프의 출력 전류가 일정하도록 제어하는 전류 제어부; 및
    상기 전압 제어부 및 상기 전류 제어부의 출력단에 연결되고, 상기 전압 제어부 또는 상기 전류 제어부 중 어느 하나의 출력 전원에 기초하여 상기 전력 변환부로의 전원 공급을 제어하는 파워 스위치부
    를 포함하고,
    상기 전압 제어부는
    상기 제2 정류 평활부의 정류 소자의 출력 전압을 분압하여 검출하는 제1 전압 검출부;
    상기 제1 전압 검출부의 검출 전압과 선정된(predetermined) 제1 기준 전압을 비교하여 상기 비교 결과에 따라 턴 온 또는 턴 오프되는 제1 션트 레귤레이터; 및
    상기 제1 션트 레귤레이터가 턴 온되는 경우에 동작하여 상기 파워 스위치부의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하는 포토커플러
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 전원 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전압 검출부는
    상기 정류 소자의 출력단과 그라운드 사이에 직렬로 연결되어 상기 출력단의 출력 전압을 분압하는 복수의 저항을 포함하고, 상기 복수의 저항 중 상기 제1 션트 레귤레이터와 연결된 접점을 통해 상기 분압된 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 전원 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 션트 레귤레이터는
    상기 비교 결과 상기 검출 전압이 상기 제1 기준 전압보다 크거나 같은 경우 턴 온되고, 상기 검출 전압이 상기 제1 기준 전압보다 작은 경우 턴 오프되는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 전원 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포토커플러는
    상기 파워 스위치부를 턴 오프시켜 상기 전력 변환부로 전원이 공급되는 것을 차단하거나, 상기 파워 스위치부를 턴 온시켜 상기 전력 변환부로 전원이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 전원 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어부는
    상기 전력 변환부의 제2 출력 전원을 입력 받아 기 설정된 고정 전압으로 출력하는 정전압 레귤레이터;
    상기 정전압 레귤레이터의 출력 전압을 분압하여 검출하는 제2 전압 검출부; 및
    상기 제2 전압 검출부의 검출 전압과 상기 전류 제어부에 걸리는 전압의 합을, 선정된 제2 기준 전압과 비교하여, 상기 비교 결과에 따라 상기 포토커플러의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하여 상기 전력 변환부로의 전원 공급이 차단되거나 이루어지도록 하는 제2 션트 레귤레이터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 전원 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전압 검출부는
    상기 정전압 레귤레이터의 출력단과 전류 검출부 사이에 직렬로 연결되어 상기 출력단의 출력 전압을 분압하는 복수의 저항을 포함하고, 상기 복수의 저항 중 상기 제2 션트 레귤레이터와 연결된 접점을 통해 상기 분압된 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 전원 공급 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전류 제어부는
    상기 LED 램프의 출력 전류를 검출하는 전류 검출부
    를 더 포함하고,
    상기 제2 션트 레귤레이터는
    상기 전류 검출부의 검출 전류가 증가함에 따라 상기 전류 검출부에 걸리는 전압이 상승하여, 상기 제2 전압 검출부의 검출 전압과 상기 전류 검출부의 전압의 합이 상기 제2 기준 전압보다 크거나 같아지는 경우에 동작하여 상기 포토커플러를 턴 온시키고, 상기 전류 검출부의 검출 전류가 감소함에 따라 상기 전류 검출부에 걸리는 전압이 감소하여, 상기 제2 전압 검출부의 검출 전압과 상기 전류 검출부의 전압의 합이 상기 제2 기준 전압보다 작아지는 경우에 동작 정지하여 상기 포토커플러를 턴 오프시키는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 전원 공급 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전력 변환부는
    트랜스(TRANS)를 포함하고,
    상기 정전압 레귤레이터는
    상기 트랜스의 2차측 권선부 중 선정된 전압 지점에 연결되어, 상기 트랜스의 2차측으로부터 상기 전압 지점에 대응하는 전압을 입력 받아 상기 고정 전압으로 출력하는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 전원 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전압 지점은
    상기 트랜스 2차측 권선부 중에서 8V 지점으로 선정되는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 전원 공급 장치.
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