KR101042966B1 - 엘이디 조명장치용 엘이디 온오프 제어 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디 조명장치에서 엘이디의 온오프를 제어하는 제어회로에 관한 것이다.
본 발명은, 엘이디 조명장치용 엘이디 온오프 제어 회로에 있어서,
교류입력전원(7)을 정류하는 정류회로(8); 상기 정류회로(8)의 출력에 연결되고 엘이디(6)와 병렬로 설치된 콘덴서(C); 빛 밝기 설정치에 대응하는 듀티비를 가지며 엘이디(6)를 온오프시키는 제어신호 펄스들을 형성하는 엘이디 온오프 펄스 형성부(A1); 입력 전압이 변동되는 방향과 반대방향으로 상기 펄스 형성부(A1)의 엘이디 온 시간을 제어하여 입력전압 변동에도 불구하고 일정한 빛의 밝기를 유지시켜 주는 엘이디 온 시간 제어부(A2, P)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명의 엘이디 온오프 제어회로를 이용하면, 역률을 획기적으로 개선하고, 간단한 구성에 의해 빛의 밝기를 일정하게 유지하게 하는 엘이디 온오프 제어회로를 제공하게 된다.

Description

엘이디 조명장치용 엘이디 온오프 제어 회로{LED On/Off Control Circuit for LED Lighting Apparatus}

본 발명은 엘이디 조명장치에서 엘이디의 온오프를 제어하는 제어회로에 관한 것이다.

LED램프와 같은 LED 조명장치는 크기가 작기 때문에, 내부에 소형 전원 공급 장치를 사용해야 한다.

그래서, 종래의 전원 공급 장치는, 도1에서와 같은 구성을 가지고 있어서, 교류(AC)가 브리지 다이오드 회로에 의해 정류되고, 이를 다시 소형 콘덴서를 이용하여 직류(DC)에 근접하게 만들어서 부하인 엘이디에 공급되게 된다.

그런데, 이러한 종래기술에서는 소형 전원 공급 장치라는 부피 제한 때문에 소형 콘덴서를 사용하기 때문에, 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. 물론, 큰 용량의 콘덴서는 부피 문제 때문에 소형 전원 공급 장치에 사용하기 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래기술에서는 도2에서와 같은 정전류회로를 사용하여 정전류회로의 일정한 전류가 콘덴서(C)에 흘러서 완만하게 충전되게 하는 방법을 사용하지만, 밝기를 일정하게 유지하기 위해서는 정확하게 정전류가 유지되게 하는 정전류회로가 필요한데, 이러한 정전류회로는 만들기 위해서는 다수의 보상회로가 필요하게 되어 정전류회로의 구성이 복잡하게 된다.

또한, 종래의 엘이디 조명장치에서는 빛의 밝기를 조정(디밍)하기 위해서는 고가의 트라이악을 사용해야 한다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여, 역률을 획기적으로 개선하고, 간단한 구성에 의해 빛의 밝기를 일정하게 유지하게 할 수 있는 엘이디 온오프 제어회로를 제공한다.

또한, 본 발명은 디밍을 편리하게 할 수 있는 엘이디 온오프 제어회로를 제공한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 엘이디 조명장치용 엘이디 온오프 제어 회로에 있어서,

교류입력전원(7)을 정류하는 정류회로(8); 상기 정류회로(8)의 출력에 연결되고 엘이디(6)와 병렬로 설치된 콘덴서(C); 빛 밝기 설정치에 대응하는 듀티비를 가지며 엘이디(6)를 온오프시키는 제어신호 펄스들을 형성하는 엘이디 온오프 펄스 형성부(A1); 입력 전압이 변동되는 방향과 반대방향으로 상기 펄스 형성부(A1)의 엘이디 온 시간을 제어하여 입력전압 변동에도 불구하고 일정한 빛의 밝기를 유지시켜 주는 엘이디 온 시간 제어부(A2, P)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명의 엘이디 온오프 제어회로를 이용하면, 역률을 획기적으로 개선하고, 간단한 구성에 의해 빛의 밝기를 일정하게 유지하게 하는 엘이디 온오프 제어회로를 제공하게 된다.

또한, 본 발명은 디밍을 편리하게 할 수 있는 엘이디 온오프 제어회로를 제공하게 된다.

도1은 종래기술에 따른 전원 공급 장치를 도시함.
도2는 다른 종래기술에 따른 전원 공급 장치를 도시함.
도3은 본 발명에 따른 엘이디 온오프 제어회로의 전체적인 구성도.
도4는 본 발명의 엘이디 온오프 제어 회로의 일실시예.
도5는 도4의 각 지점에서의 파형들을 도시함.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 엘이디 온오프 제어회로는 도3과 같은 구성을 가진다.

엘이디 온/오프 공진주파수 설정부(1)에서는 엘이디(6)를 온/오프시키기 위한 공진 주파수를 결정하며, 이 공진 주파수에 따라서 엘이디 온/오프 공진부(2)가 발진하게 된다.

또한, 밝기 설정부(2)를 통해 엘이디(6)의 밝기 값이 설정되고, 정전류값 설정부(4)를 통해 밝기를 일정하게 유지하기 위한 정전류값이 입력된다.

그리고, 이러한 엘이디 온/오프 공진부(2)의 발진 출력과, 밝기 설정부(3)의 밝기 설정값과, 정전류값 설정부(4)의 설정값이 엘이디 온/오프 제어부(5)로 입력되어 엘이디 온/오프 제어부(5)의 제어에 의해, 엘이디(6)가 제어되게 된다.

이제, 본 발명에 따른 엘이디 온오프 제어 회로의 일실시예를 도4를 참고로 하여 설명하기로 한다.

저항(Rx)값과 콘덴서(Cx)값을 조정하여 공진기(OSC)의 발진 주파수를 결정하면, 공진기(OSC)에서는 결정된 공진 주파수에 따라 펄스 발진을 한다. 이때, 발진 주파수는 입력 전압의 주파수에 비해 휠씬 높은 주파수(바람직하게는 인간의 눈이 깜박이는 것을 감지하지 못하는 정도의 주파수)를 사용하는데(도5에서는 설명의 편의상 실제보다 낮은 발진 주파수로 도시됨), 너무 발진 주파수가 높으면 스위칭 손실이 발생하므로 적절한 발진 주파수를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 나서, 로우 패스 필터(Rs, Cs)를 거치면 톱니파가 형성되어 이 톱니파가 비교기(A1)의 (+) 단자에 입력된다(도5의 2번째 그래프 참고).

이제, 사용자가 밝기를 조정하기 위하여 수동으로 또는 리모콘 등을 통해 가변 저항(VR)값을 조정하면, 이 조정된 가변저항(VR)값에 대응하는 전압이 비교기(A1)의 (-)단자에 입력되어 (+) 단자로 입력된 톱니파와 비교되어, 톱니파 전압이 밝기 조정값에 해당하는 (-)단자 전압 이상인 경우에 비교기(A1)의 출력은 높은 전압(H레벨)이 출력되고, 이하이면 낮은 전압(L레벨)이 출력되는 펄스들이 형성된다(도5의 3번째 그래프 참고). 즉 도5의 3번째 그래프에서 펄스의 듀티비는 밝기 조정값(설정값)에 반비례하게 된다.

따라서, 밝기 조정값에 대응하는 듀티비를 가지는 펄스들이 낸드게이트(P)에서 반전되어 트랜지스터(TR1)에 입력되면 이 트랜지스터(TR1)의 출력 파형은 도5의 3번째 파형이 되고, 이 트랜지스터(TR1)의 출력이 도5의 3번째 그래프처럼 변동하여 트랜지스터(TR2)를 온/오프시키게 된다.

이때, 입력 전압이 증감하게 되면 엘이디에 흐르는 전류가 증감하게 되므로 전압변동에 따라서 엘이디의 밝기가 변동되게 되는 문제점이 발생하므로, 이하에서는 입력전압이 변동되더라도 엘이디(6)의 밝기가 일정하게 유지되도록 제어하는 방법에 대해 설명한다.

교류전원(7)이 정류회로(8)에 의해 정류되어 엘이디(6)(직렬 연결된 다수개 엘이디)에 인가되게 되는데, 엘이디(6)가 온되면 이 엘이디(6)에 걸리는 전압은 일정하게 되므로 이 엘이디(6)의 전압을 저항(R3, R4)에 의해 분압하여 비교기(A2)의 (+)단자용 기준 전압이 되게 한다. 또한, 저항(R5)에 걸리는 전압과 엘이디(6)에 걸리는 전압이 저항(R1, R2)에 의해 분압되어 비교기(A2)의 (-)단자에 입력된다.

그리고, 원하는 정전류값을 설정하기 위하여 저항(R1, R2, R3, R4)값을 적절히 조정하여 비교기(A2)의 (-) 단자 전압이 (+)단자 전압을 초과하는 기간, 즉 비교기(A2)의 출력이 L레벨이어서 낸드게이트(P)에 의해 비교기(A1)의 H레벨 출력(엘이디(6)를 온시키는 출력)을 무력화시키는 기간(도5의 4번째 그래프에서 L레벨 기간)을 적절하게 정한다.

이제, 정상 전압 수준을 벗어나서 입력 전압이 증가하면, 이는 입력 전압 파형(도5의 1번째 그래프)에서 정상시의 피크치를 넘어서는 순간 전압 구간이 증가하므로, 엘이디(6)로 흐르는 전류가 정상 전류치를 초과하는 기간이 증가하여 결국 저항(R5)에 걸리는 전압이 정상 전압치를 초과하는 기간이 증가하게 된다.

그렇게 되면, 비교기(A2)의 출력의 L레벨인 기간은 도5의 5번째 그래프처럼 증가하게 되어서 비교기(A1)의 출력을 무력화시키는 기간을 증가시켜서 엘이디(6)를 온시키는 기간을 감소시켜서 엘이디(6)에 증가된 전류가 흐르는 기간을 줄여 주어서 입력 전압 증가에도 불구하고 밝기를 일정하게 유지한다.

반대로, 입력 전압이 정상 수준을 벗어나서 감소하면, 비교기(A2)의 출력의 L레벨인 기간은 도5의 6번째 그래프처럼 감소하게 되어서 비교기(A1)의 출력을 무력화시키는 기간을 감소시켜서 엘이디(6)를 온시키는 기간을 증가시켜서 엘이디(6)에 감소된된 전류가 흐르는 기간을 늘려 주어서 입력 전압의 감소에도 불구하고 밝기를 일정하게 유지한다.

특히, 일반적으로 엘이디에 과도한 전류가 흐르게 되면 엘이디가 파괴되는데, 본 발명에서는 이러한 과도한 전류가 엘이디(6)에 흐르게 되면 바로 비교기(A2)의 출력이 L레벨인 기간이 대폭적으로 확대되어 비교기(A1)의 출력에 의해 엘이디(6)를 온시키는 기간을 대폭적으로 감소시켜서 과도한 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있게 된다.

결국, 본 발명에서는 도2의 종래기술과 같이 다수의 보상회로가 필요한 복잡한 정전류회로를 사용하지 않고, 간단한 구성의 제어회로(A2, P)에 의해 일정한 빛의 밝기를 달성하게 된다.

그리고, 도5의 3번째 그래프처럼, 하나의 입력 전압 주기에 대해서 많은 횟수로 트랜지스터(TR2)를 온오프시키는 스위칭 방식이므로, 도5의 첫 번째처럼 콘덴서(C)의 충방전이 기간이 짧게 이루어져서 입력전압의 파형을 추종하는 입력 전류(입력 전압과 위상이 거의 일치하는 입력전류)가 흐르게 되어, 작은 용량의 콘덴서(C)를 사용하더라도, 충방전 속도만 빨라질 뿐, 입력전류가 입력전압과 거의 동일 위상으로 흐르므로 역율이 대폭 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.

예를 들어, 이상에서는 도5에서와 같이 엘이디(6)를 스위칭하는 주파수가 입력 전압 주파수에 비해 휠씬 높은 것으로 설명하였으나, 반대로 엘이디(6)를 스위칭하는 주파수가 입력 전압 주파수에 비해 휠씬 낮은 경우도 가능하다.

Claims (5)

1. 엘이디 조명장치용 엘이디 온오프 제어 회로에 있어서,
   교류입력전원(7)을 정류하는 정류회로(8);
   상기 정류회로(8)의 출력에 연결되고 엘이디(6)와 병렬로 설치된 콘덴서(C);
   빛 밝기 설정치에 대응하는 듀티비를 가지며 엘이디(6)를 온오프시키는 제어신호 펄스들을 형성하는 엘이디 온오프 펄스 형성부(A1);
   입력 전압이 변동되는 방향과 반대방향으로 상기 펄스 형성부(A1)의 엘이디 온 시간을 제어하여 입력전압 변동에도 불구하고 일정한 빛의 밝기를 유지시켜 주는 엘이디 온 시간 제어부(A2, P)를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 엘이디 온오프 제어 회로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 펄스 형성부(A1)는,
   빛 밝기 설정치를 기준으로 톱니파를 비교하여 펄스의 듀티비를 결정하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 엘이디 온오프 제어 회로.
3. 제2항에 있어서,
   상기 빛 밝기 설정은 가변저항에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 엘이디 온오프 제어 회로.
4. 제1항에 있어서,
   엘이디 온시간 제어부(A2, P)는,
   엘이디(6)에 흐르는 전류값에 대응하는 전압치에 따라 듀티비가 결정되는 펄스에 의해, 상기 펄스 형성부(A1)의 엘이디 온 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 엘이디 온오프 제어 회로.
5. 제4항에 있어서,
   상기 엘이디(6)는 다수의 엘이디가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 엘이디 온오프 제어 회로.
   

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