KR100996581B1 - 역률 개선용 전류제어회로를 가진 전원 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형이고 저가이며 고역률 달성이 가능한 역률 개선 회로를 제공한다.
본 발명은, 역률 개선용 전원 공급 장치에 있어서,
입력되는 교류 전압을 정류하는 정류회로;
상기 정류회로의 출력에 연결되는 제 1 정전류 회로;
상기 제 1 정전류 회로의 출력에 연결되고, 부하와 직렬 연결되는 제 2 정전류 회로;
상기 직렬로 연결된 부하와 제 2 정전류 회로에 대하여 병렬로 연결되는 콘덴서를 포함하고,
상기 제 1 정전류 회로는 상기 콘덴서의 충전시간을 늘려주고, 상기 제 2 정전류 회로는 상기 콘덴서의 충전시간 뿐만 아니라 방전시간도 늘려주는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명의 역율 개선 회로를 이용하면, 소형이면서 저가이며 고역률의 역률 개선 회로를 제공할 수 있다.

Description

역률 개선용 전류제어회로를 가진 전원 공급 장치{Power Supply Device Having Current Control Circuit for Power Factor Improvement}

본 발명은 LED램프나 컴펙트 형광등, 소형 아답터용 소형 전원공급장치에서 역률을 개선하는 회로에 관한 것이다.

LED램프나 컴펙트 형광등, 소형 아답터는 크기가 작기 때문에, 내부에 소형 전원 공급 장치가 사용되고, 종래의 전원 공급 장치는, 도1에서와 같은 구성을 가지고 있어서, 교류(AC)가 브리지 다이오드 회로에 공급되어 맥류를 형성하고, 이를 다시 전해 콘덴서를 이용하여 직류(DC)에 근접하게 만들어서 부하들에 공급되게 된다.

그런데, 이러한 종래기술에서는 단순히 전해 콘덴서를 사용하기 때문에, 도3의 두 번째 그래프처럼 입력 전압의 피크치 근처에서 신속히 충전이 시작하고 신속히 방전되므로, 입력 전류가 흐르는 기간이 짧아서 입력 전압의 파형 중에서 일부 기간에만 입력 전류가 흘러서 역률이 저하되어 전력을 공급하는 전송선로에 손실이 발생한다.

이를 개선하기 위하여 역률 개선 회로(Power Factor Correction Circuit : PFC)를 가진 전원공급장치를 적용해야 하는데, 이러한 LED램프나 컴펙트 형광등, 소형 아답터에서는, 회로를 수용할 수 있는 내부 공간 크기가 작고 역률 개선회로 추가에 따른 비용 증가가 발생하므로, 역률 개선 회로를 적용한 전원 공급 장치를 저가이고 소형화하기가 어려워서 많은 경우에 이러한 역률 개선 회로를 적용하지 않아서 에너지 낭비가 초래된다.

한편, 역률 개선 회로에는 수동(Passive) 방식과 능동(Active) 방식이 있는데, 수동 방식의 대표적인 방법은 도2에서와 같이 전해 콘덴서(C)에 대응하는 인덕터(L)를 사용하는 LC공진회로 방식이고, 이 방식에서는 도3의 세 번째 그래프와 같이 2번째 그래프에 비해 인덕터가 콘덴서의 위상 차이를 보상해 주어 역률이 개선되며(즉, 콘덴서에 의한 진상을 인턱터의 지상으로 보상해 준다), 이 수동방식에서는 보통 0.8정도까지 역률을 개선할 수 있다.

그러나, 교류 전류가 50Hz 내지 60Hz의 저주파수이므로 저주파 인덕터를 만들기 위해서는 인덕터의 크기가 크고, 이에 따라 무게가 무거워서, 소형 전원 공급 장치에 사용할 수 없다.

또한, 능동방식은 스위칭 방식을 이용하여 고역률을 구현 가능하지만, 회로가 복잡하여 가격이 비싸고 스위칭에 따른 고조파 발생으로 인하여 EMI 등의 대책을 세워야 하는 문제가 있어서, 내부 공간이 협소하고 저가격 제조가 필요한 소형 전원 공급 장치에서는 능동 방식의 역률 개선 회로를 사용하기 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 능동 방식 및 수동 방식의 역률 개선 장치의 문제점을 감안하여, 소형이고 저가이며 고역률 달성이 가능한 역률 개선 회로를 제공한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 역률 개선용 전원 공급 장치에 있어서,
입력되는 교류 전압을 정류하는 정류회로;
상기 정류회로의 출력에 연결되는 제 1 정전류 회로;
상기 제 1 정전류 회로의 출력에 연결되고, 부하와 직렬 연결되는 제 2 정전류 회로;
상기 직렬로 연결된 부하와 제 2 정전류 회로에 대하여 병렬로 연결되는 콘덴서를 포함하고,
상기 제 1 정전류 회로는 상기 콘덴서의 충전시간을 늘려주고, 상기 제 2 정전류 회로는 상기 콘덴서의 충전시간 뿐만 아니라 방전시간도 늘려주는 것을 특징으로 한다.

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이상과 같은 본 발명의 역율 개선 회로를 이용하면, LED램프나 컴펙트 형광등, 소형 아답터에 사용하기에 적합한, 소형이면서 저가이며 고역률의 역률 개선 회로를 제공할 수 있다.

도1은 종래기술에 따른 전원 공급 장치를 도시함.
도2는 종래기술에서, 전해 콘덴서(C)에 대응하는 인덕터(L)를 사용하는 LC공진회로 방식의 역률개선회로를 도시함.
도3은 종래기술과 본 발명에 따른 입력 전류의 파형을 도시함.
도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전원 공급 장치를 도시함.
도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 전원 공급 장치를 도시함.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명은 도4와 같이, 교류 전원이 브리지 다이오드 회로(1)에 의해 맥류 형태로 정류되고, 기존의 부피가 크고 무거운 인덕터 대신에 정전류 회로(2)를 사용한다.

그러면, 이 정전류회로(2)에서는 항상 일정한 전류가 출력되므로, 이 정전류회로(2)가 없는 경우의 급격한 충방전 전류에 따른 입력 전류의 급격한 변화(도3의 2번째 그래프) 대신에, 도3의 4번째 그래프(본 발명의 제1실시예 그래프)처럼 콘덴서(C)에 전하가 서서히 충전하게 되어 거의 입력 전압의 위상과 일치하는 입력전류가 흐르게 되어서 역률이 0.9 이상으로 향상되게 된다.

즉, 이 정전류회로(2)는 콘덴서(C)의 전하 충전시간을 증가시킴으로써, 교류 입력단의 전류 및 전압의 위상을 매칭시켜서 무효전력분을 감소시켜서 역률을 개선하게 된다.

이때, 정전류회로(2)의 출력이 일정하므로, 이 일정한 전류치가 부하(LED)와 콘덴서(C)에 분할되어 흐르게 된다.

특히, 정전류회로(2)와 같은 전류 제어 회로는 원칩으로 제작되므로 가격이 저렴하고 부피가 작아서, 아답터나 LED램프나 컴펙트 형광등와 같은 소형이고 저가의 전원장치에 적용되어 고역률이 달성되므로, 에너지 절감 효과가 크게 된다.

다음으로, 도4보다 역률을 더 개선한 본 발명의 다른 실시예를 도5를 참고로 하여 설명하기로 한다.

도5가 도4와 상이한 점은 부하 직전에 다시 정전류회로(3)를 추가한 것이다.

도4에서는 정전류회로(2)를 사용하여 전체 전류가 일정하여, 콘덴서(C)로 급격하게 전류가 흐르게 되는 것을 방지하는 것이어서, 완만하게 콘덴서(C)에 충전하게 되므로, 입력전류는 도3의 4번째 그래프처럼 된다.

그러나, 도5에서는 콘덴서(C)에 급격한 전류가 흐르는 것을 방지하는 차원을 넘어서서, 이제는 일정한 전류가 흐르게 하여 콘덴서(C)의 충전 시간 뿐만 아니라 방전 시간까지도 더욱 더 늘려 주어서, 도3의 다섯 번째 그래프(본 발명의 제2실시예 그래프)처럼 입력전류가 흐르게 하여 거의 완벽하게 입력전압과 동일 위상이 되게 하여 역률을 0.9 이상으로 만드는 것이다.

즉, 정전류회로(2)와 정전류회로(3)의 출력전류가 일정하므로, 예를들어 정전류회로(2)의 출력 전류가 25mA 이고, 정전류회로(3)의 출력 전류가 20mA이면, 콘덴서(C)에는 항상 일정한 전류(25-20=5mA)가 흘러서, 아주 완만하게 충방전이 진행되어 도3의 다섯 번째 그래프처럼, 보다 완만하게 입력 전류가 흘러서 거의 입력전압과 입력전류가 동일 위상이 되게 되어 역률이 더욱 개선되게 된다.

한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점에 유의해야 한다.

예를들어, 이상에서는 정전류회로를 사용하는 것으로 기재하였으나, 본 발명의 원리가 콘덴서에 전하가 서서히 충전하게 하는 것이므로, 정전류회로가 아니라도 이러한 원리를 달성할 수 있는 다양한 전류 제어회로가 사용될 수 있다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 역률 개선용 전원 공급 장치에 있어서,
   입력되는 교류 전압을 정류하는 정류회로;
   상기 정류회로의 출력에 연결되는 제 1 정전류 회로;
   상기 제 1 정전류 회로의 출력에 연결되고, 부하와 직렬 연결되는 제 2 정전류 회로;
   상기 직렬로 연결된 부하와 제 2 정전류 회로에 대하여 병렬로 연결되는 콘덴서를 포함하고,
   상기 제 1 정전류 회로는 상기 콘덴서의 충전시간을 늘려주고, 상기 제 2 정전류 회로는 상기 콘덴서의 충전시간 뿐만 아니라 방전시간도 늘려주는 것을 특징으로 하는 역률 개선용 전원 공급 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,
   상기 정류회로는 브리지 다이오드 회로인 것을 특징으로 하는 역률 개선용 전원 공급 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 부하는 엘이디 소자인 것을 특징으로 하는 역률 개선용 전원 공급 장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 부하는 컴펙트 형광등인 것을 특징으로 하는 역률 개선용 전원 공급 장치.
   
   

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