KR100995698B1 - Alternating Current Pulse Width Modulation Dimming Circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교류전원 펄스폭변조 조광회로에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 교류입력전원의 전압 크기를 반도체 스위치를 이용한 펄스폭변조를 통하여 조절하고, 입력전류를 고주파 필터링하여 정현파를 유지함으로써, 램프의 조광 기능을 효과적으로 달성하고 고조파에 대한 문제를 간단히 해결하며 제품의 생산단가를 절감할 수 있는 교류전원 펄스폭변조 조광회로에 대한 것이다. The present invention relates to an AC power pulse width modulation dimming circuit, and more particularly, to adjust the magnitude of the voltage of an AC input power source through a pulse width modulation using a semiconductor switch, and to maintain a sinusoidal wave by filtering the input current with high frequency. It is about AC power pulse width modulation dimming circuit which can achieve dimming function effectively, solve the problem of harmonics easily and reduce production cost of product.
이를 위해, 램프, 교류입력전원, 역방향 다이오드가 각각 병렬 연결된 제1 반도체 스위치 및 제2 반도체 스위치를 포함하여 구성되는 교류전원 펄스폭변조 조광회로에 있어서, 드레인(drain)은 상기 교류입력전원과, 소스(source)는 제2 반도체 스위치의 소스(source)와, 게이트(gate)는 펄스폭변조 신호입력부와 각각 연결되는 제1 반도체 스위치; 및 드레인(drain)은 상기 램프와, 소스(source)는 제1 반도체 스위치의 소스(source)와, 게이트(gate)는 상기 펄스폭변조 신호입력부와 각각 연결되는 제2 반도체 스위치;를 포함하여 구성되는 교류전원 펄스폭변조 조광회로를 제공한다.To this end, in the AC power pulse width modulated dimming circuit including a first semiconductor switch and a second semiconductor switch connected in parallel with a lamp, an AC input power source, and a reverse diode, respectively, a drain is connected to the AC input power source, A source of the second semiconductor switch and a gate of the first semiconductor switch connected to a pulse width modulation signal input unit, respectively; And a drain having a drain, a source having a source of a first semiconductor switch, and a gate having a second semiconductor switch connected to the pulse width modulation signal input unit, respectively. It provides an AC power supply pulse width modulation dimming circuit.
조광회로, 반도체 스위치, 스위칭 소자, 양방향 스위치, 펄스폭변조, Dimming, MOSFET, IGBT, PWM Dimmer Circuit, Semiconductor Switch, Switching Element, Bidirectional Switch, Pulse Width Modulation, Dimming, MOSFET, IGBT, PWM
Description
본 발명은 조광회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 백열등, 할로겐등 또는 교류 발광다이오드와 같은 교류전원을 직접 입력으로 받는 조명기구의 조광을 조절하기 위한 교류전원 조광회로에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light control circuit, and more particularly, to an AC power light control circuit for controlling dimming of a lighting device that receives an AC power supply such as an incandescent lamp, a halogen lamp, or an AC light emitting diode directly.
일반적으로, 램프의 조광(dimming) 기능은 램프의 밝기를 조절할 수 있는 기능으로서, 램프를 사용자의 편의에 따라 사용하기 위해 반드시 필요한 요소이며, 현재 램프 시장에서 이와 관련된 수요가 지속적으로 상승하고 있는 실정이다.In general, the dimming function of the lamp is a function to adjust the brightness of the lamp, an essential element for using the lamp at the user's convenience, and the demand for this is continuously increasing in the current lamp market. to be.
한편, 기존 백열등과 같은 조명기구의 조광을 위해 주로 적용하였던 회로 방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 교류입력전원(110), 저주파 필터(120), 트라이액(130), 램프(140)를 포함하여 구성되는 방식으로서, 위상 제어 방식으로 입력 전압이 '0'을 지나는 것을 기준으로 트라이액(Triac)(130)이 켜지는 위상을 제어하는 방식이었다. 즉, 상기와 같은 방법으로 램프(140)에 인가되는 전압의 실효치의 크 기를 조절하는 방법으로 램프(140)를 조광하였다. On the other hand, the circuit method mainly applied for the dimming of a lighting device such as an incandescent lamp, as shown in Figure 1, the AC
그러나 상기와 같은 종래 기술에 따른 조광방법은, 도 2에 도시된 바와 같이 램프에 인가되는 전압(파란색) 및 전류(초록색)의 파형에 많은 저주파 고조파를 포함하고 있는 단점이 있으며, 교류전원 발광다이오드(AC LED)의 경우 조광범위가 감소되어 사용자의 폭넓은 요구를 만족시키지 못하고, 이러한 문제로 인해 전체적인 조광의 품질이 저하된다는 문제점이 있었다. However, the dimming method according to the prior art as described above has a disadvantage in that the waveform of voltage (blue) and current (green) applied to the lamp includes many low frequency harmonics, as shown in FIG. In the case of (AC LED), the dimming range is reduced, which does not satisfy the wide demands of the user, and there is a problem that the overall dimming quality is degraded due to this problem.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 교류입력전원의 전압 크기를 반도체 스위치를 이용한 펄스폭변조를 통하여 조절하고, 입력전류를 고주파 필터링하여 정현파를 유지함으로써, 램프의 조광 기능을 효과적으로 달성하고 고조파에 대한 문제를 간단히 해결하며, 조광의 범위를 확장시켜 고품질의 조광을 제공할 수 있는 교류전원 펄스폭변조 조광회로를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by adjusting the magnitude of the voltage of the AC input power through a pulse width modulation using a semiconductor switch, by maintaining the sinusoidal wave by filtering the input current with high frequency, effectively dimming function of the lamp The objective is to provide an AC power pulse width modulated dimming circuit that can achieve high quality dimming by achieving and simply solving the problem of harmonics and extending the range of dimming.
상기와 같은 본 발명은, 램프, 교류입력전원, 역방향 다이오드가 각각 병렬 연결된 제1 반도체 스위치 및 제2 반도체 스위치를 포함하여 구성되는 교류전원 펄스폭변조 조광회로에 있어서,In the present invention as described above, in the AC power pulse width modulation dimming circuit comprising a first semiconductor switch and a second semiconductor switch in which a lamp, an AC input power source, a reverse diode are connected in parallel, respectively,
드레인(drain)은 상기 교류입력전원과, 소스(source)는 제2 반도체 스위치의 소스(source)와, 게이트(gate)는 펄스폭변조 신호입력부와 각각 연결되는 제1 반도체 스위치; 및A drain of the first semiconductor switch connected to the AC input power, a source of a source of a second semiconductor switch, and a gate of a pulse width modulation signal input part; And
드레인(drain)은 상기 램프와, 소스(source)는 제1 반도체 스위치의 소스(source)와, 게이트(gate)는 상기 펄스폭변조 신호입력부와 각각 연결되는 제2 반도체 스위치;A second semiconductor switch having a drain connected to the lamp, a source connected to a source of a first semiconductor switch, and a gate connected to the pulse width modulation signal input part;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.And a control unit.
특히, 상기 제1 반도체 스위치 및 제2 반도체 스위치는 양극성 접합 트랜지 스터(BJT), 전계효과 트랜지스터(FET), 금속산화막반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET), 절연게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In particular, the first semiconductor switch and the second semiconductor switch may be any one of a bipolar junction transistor (BJT), a field effect transistor (FET), a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), and an insulated gate bipolar transistor (IGBT). It is characterized by.
또한, 상기 교류전원 펄스폭변조 조광회로는 상기 교류입력전원과 병렬로 연결되어 스위칭 전류를 정류하기 위한 고주파 필터를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The AC power pulse width modulated dimming circuit may further include a high frequency filter connected in parallel with the AC input power to rectify a switching current.
상기와 같은 교류전원 펄스폭변조 조광회로에 의하면, According to the AC power pulse width modulation dimming circuit as described above,
첫째, 램프의 조광 기능을 효과적으로 달성하고 저주파 고조파 전류의 발생을 방지하여 고조파 규제에 대한 문제를 간단히 해결하며, First, it effectively solves the problem of harmonic regulation by effectively achieving the dimming function of the lamp and preventing the generation of low frequency harmonic currents,
둘째, 교류 발광다이오드에 대한 조광의 범위를 확장시켜 고품질의 조광을 제공할 수 있고, Second, it is possible to provide high quality dimming by extending the dimming range for the AC light emitting diodes,
셋째, 간단한 회로 구성을 통해 조광기능의 달성이 가능하므로 생산 원가를 효율적으로 절감할 수 있으며,Third, the dimming function can be achieved through a simple circuit configuration, which effectively reduces production costs.
넷째, 향후 고도의 성장이 요구되는 램프의 조광분야에서의 폭 넓은 적용이 가능하므로, 상당한 상업적·경제적 효과가 기대된다.Fourth, a wide range of applications are possible in the lighting area of the lamp, which requires high growth in the future, and therefore, considerable commercial and economic effects are expected.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명 하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the configuration and operation of the embodiment of the present invention, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described as at least one embodiment, By the technical spirit of the present invention described above and its core configuration and operation is not limited.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어를 사용하여 설명한다. 그러한 경우에는 해당 부분의 상세 설명에서 그 의미를 명확히 기재하므로, 본 발명의 설명에서 사용된 용어의 명칭만으로 단순 해석되어서는 안 될 것이며 그 해당 용어의 의미까지 파악하여 해석되어야 함을 밝혀두고자 한다.In addition, the terminology used in the present invention is selected as a general term widely used as possible now, in a specific case will be described using terms arbitrarily selected by the applicant. In such a case, since the meaning is clearly described in the detailed description of the part, it should not be interpreted simply by the name of the term used in the description of the present invention, and it should be understood that the meaning of the term should be interpreted. .
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명은 백열등, 할로겐등, 교류 발광다이오드(AC LED) 등 교류 전압을 직접 입력으로 받는 램프를 조광하기 위한 것으로서, 기존의 위상 제어(phase control) 방식과 달리 펄스폭변조 (PWM, Pulse Width Modulation) 방식을 교류입력 전원에 적용하여 펄스폭에 따라 램프에 공급되는 전압의 크기가 변동되도록 함을 특징으로 한다.As mentioned above, the present invention is intended to illuminate a lamp that receives an alternating current, such as an incandescent lamp, a halogen lamp, an AC light emitting diode (AC LED), as a direct input, and the conventional phase control method. In other words, the pulse width modulation (PWM) method is applied to an AC input power source, so that the magnitude of the voltage supplied to the lamp varies according to the pulse width.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 교류입력전원(310)의 특성상 양방향의 전류의 흐름을 펄스폭방식으로 제어하기 위하여, 역방향 다이오드(Q1, Q2)가 병렬로 내장된 두 개의 반도체 스위치(이하 '제1 반도체 스위치' 및 '제2 반도체 스위치'라 한다)(330, 340)를 포함하여 구성된다.That is, as shown in Figure 3, in the present invention, in order to control the flow of the current in both directions in a pulse width method, due to the characteristics of the AC
상기 제1 반도체 스위치의 소스(source)(s1)는 제2 반도체 스위치의 소스(s2)와 함께 연결되며, 상기 제1 반도체 스위치의 게이트(gate)(g1)는 제2 반도체 스위치의 게이트(g2)와 함께 연결되어 하나의 펄스폭변조 구동신호의 입력부(360)와 연결된다. 또한, 상기 제1 반도체 스위치의 드레인(drain)(d1)은 교류입력전원(310)과, 제2 반도체 스위치의 드레인(d2)은 램프(350)와 각각 연결되도록 구성된다. The source s 1 of the first semiconductor switch is connected with the source s 2 of the second semiconductor switch, and the gate g 1 of the first semiconductor switch is connected to the source s 2 of the second semiconductor switch. It is connected with the gate g 2 is connected to the
이때 상기 펄스폭변조 구동신호는 바람직한 실시예로서 사용자가 가변저항의 손잡이를 돌려 0%에서 100%까지 변조되도록 구성할 수 있으며, 상기 교류 펄스폭변조(AC PWM)에서 발생하는 고주파 스위칭 전류를 필터링하기 위한 고주파용 필터(320)를 더 포함하여 구성될 수 있다.In this case, the pulse width modulation drive signal may be configured to be modulated from 0% to 100% by turning a knob of a variable resistor as a preferred embodiment, and filtering the high frequency switching current generated by the AC pulse width modulation (AC PWM). It may be configured to further include a
이하, 상기 도 3에 도시된 회로구성에서 양방향으로 흐르는 전류의 흐름에 대하여 설명한다. Hereinafter, the flow of current flowing in both directions in the circuit configuration shown in FIG. 3 will be described.
상기 두 개의 반도체 스위치(제1 반도체 스위치 및 제2 반도체 스위치)의 게이트와 드레인 사이에 온(on) 신호가 인가되어 반도체 스위치가 켜지면(on), 전류가 양의 방향일 때는 제1 반도체 스위치의 드레인(d1)에서 소스(s1)로, 제2 반도체 스위치의 소스(s1)에서 드레인(d1)쪽으로 전류가 흐르고, 반대로 전류가 음의 방향일 때는 제2 반도체 스위치의 드레인(d2)에서 소스(s2)로, 제1 반도체 스위치의 소스(s1)에서 드레인(d1)쪽으로 전류가 흐른다. When an on signal is applied between the gates and the drains of the two semiconductor switches (the first semiconductor switch and the second semiconductor switch) and the semiconductor switch is turned on, the first semiconductor switch when the current is in the positive direction in the drain (d 1) source (s 1) to a second source of the semiconductor switch (s 1) a current flows toward the drain (d 1) from, on the contrary, when the direction of current is negative, a drain of the second semiconductor switch ( d 2) from the source (s 2), the first source of the semiconductor switch (1 s), the current flows into the drain (d 1) from.
반대로, 상기 두 개의 반도체 스위치(제1 반도체 스위치 및 제2 반도체 스위치)의 게이트와 이미터 사이에 오프 신호가 인가되어 반도체 스위치가 꺼지면(off), 양의 방향의 전류 흐름은 제1 반도체 스위치에 의하여 차단되고, 음의 방 향의 전류 흐름은 제2 반도체 반도체 스위치에 의하여 차단되다.On the contrary, when an off signal is applied between the gates of the two semiconductor switches (the first semiconductor switch and the second semiconductor switch) and the emitter so that the semiconductor switch is turned off, the positive current flows to the first semiconductor switch. Negative current flow is interrupted by the second semiconductor semiconductor switch.
이처럼 상기와 같은 방법으로 양방향의 전류 흐름 제어가 가능하고, 펄스폭의 변조를 이용하여 입력전압의 크기를 변경함으로써 0%에서 100%까지 램프를 조광할 수 있다. As described above, bidirectional current flow control is possible, and the lamp can be dimmed from 0% to 100% by changing the magnitude of the input voltage using a modulation of pulse width.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명을 적용한 백열등 램프 및 교류 발광다이오드 램프에 대하여 설명한다.Hereinafter, an incandescent lamp and an AC light emitting diode lamp to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
도 4는 본 발명의 의한 교류전원 펄스폭변조 조광제어 방식을 백열등 램프에 적용한 파형으로서, 도 4의 (가)는 한주기 동안의 입력 전압(2ms, 200V)(노란색), 입력 전류(2ms, 200mA)(붉은색), 램프에 인가되는 전압(2ms, 200V)(파란색)의 파형이고, (나)는 이의 확대 파형으로서 반도체 스위치가 온 되는 동안만 입력 전압이 램프에 인가되는 것을 확인할 수 있다. 이때, 램프에 흐르는 전류의 모양은 램프에 인가되는 전압의 모양과 일치하며, 이를 상기 고주파 필터를 통해 필터링하면 도면과 같이 정현파 모양을 갖게 된다. 4 is a waveform obtained by applying the AC power pulse width modulation dimming control method according to the present invention to an incandescent lamp, and FIG. 4A shows an input voltage (2 ms, 200 V) (yellow) and an input current (2 ms, 200mA) (red), the voltage applied to the lamp (2ms, 200V) (blue) is a waveform of (b) is an expansion waveform thereof, it can be seen that the input voltage is applied to the lamp only while the semiconductor switch is turned on. . At this time, the shape of the current flowing through the lamp corresponds to the shape of the voltage applied to the lamp, and when filtered through the high frequency filter, it has a sinusoidal shape as shown in the figure.
도 5는 본 발명에 의한 교류전원 펄스폭변조 조광제어 방식을 교류 발광다이오드(AC LED)에 적용한 파형으로서, 도 5의 (가)는 한주기 동안의 입력 전압(2ms, 200V)(노란색), 입력 전류(2ms 200mA)(초록색), 램프에 인가되는 전압(2ms, 200V)(파란색), 반도체 스위치에 인가되는 전압(2ms, 200V)(붉은색)의 파형이고 (나)는 이의 확대 파형으로서, 반도체 스위치가 온 되는 동안만 입력 전압이 램프에 인가되는 것을 확인할 수 있다. 이때, 백열등 램프와 마찬가지로 램프에 흐르는 전류의 모양은 램프에 인가되는 전압의 모양과 일치하며, 이를 필터링하면 도면과 같이 정현파 모양을 갖게 된다.5 is a waveform obtained by applying the AC power pulse width modulation dimming control method according to the present invention to an AC LED, wherein (A) of FIG. 5 shows an input voltage (2 ms, 200 V) (yellow) during one cycle; Waveform of input current (2ms 200mA) (green), voltage applied to lamp (2ms, 200V) (blue), voltage applied to semiconductor switch (2ms, 200V) (red), and (b) is its magnification It can be seen that the input voltage is applied to the lamp only while the semiconductor switch is turned on. At this time, like the incandescent lamp, the shape of the current flowing through the lamp corresponds to the shape of the voltage applied to the lamp, and when filtered, the shape has a sinusoidal shape as shown in the drawing.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다. Although some embodiments of the invention have been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that the embodiments may be modified without departing from the spirit or spirit of the invention. . It is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.
도 1은 종래 기술에 따른 트라이액을 이용한 위상 제어 방식의 조광회로를 나타낸 도면, 1 is a view showing a light control circuit of a phase control method using a triac according to the prior art;
도 2는 종래 기술에 따른 위상 제어 방식을 교류전압 발광다이오드(AC LED)에 적용 시 나타난 파형,2 is a waveform showing when the phase control method according to the prior art is applied to an AC voltage LED;
도 3은 본 발명에 따른 교류전원 펄스폭변조 조광회로의 구성을 나타낸 도면,3 is a view showing the configuration of an AC power pulse width modulated dimming circuit according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 조광회로를 백열등에 적용 시 나타난 파형,4 is a waveform shown when the light control circuit according to the present invention is applied to an incandescent lamp,
도 5는 본 발명에 따른 조광회로를 교류전압 발광다이오드에 적용 시 나타난 파형이다.5 is a waveform shown when the dimming circuit according to the present invention is applied to an AC voltage light emitting diode.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
110 : 교류 입력전원 120 : 저주파 필터110: AC input power 120: low frequency filter
130 : 트라이액 140 : 램프130: triac 140: lamp
310 : 교류 입력전원 320 : 고주파 필터310: AC input power 320: high frequency filter
330 : 제1 반도체 스위치 340 : 제2 반도체 스위치330: first semiconductor switch 340: second semiconductor switch
350 : 램프 350: lamp
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