KR101308419B1 - 발광 다이오드 조명 시스템 - Google Patents

발광 다이오드 조명 시스템 Download PDF

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Abstract

실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템은 입력 신호를 변압하여 변압된 입력 신호를 발광 다이오드 그룹에 제공하는 주 전력 변환부, 입력 신호에 해당하는 입력 전압의 크기에 비례하는 제어 전압을 제공하는 전압 검출부, 전압 검출부로부터 제공되는 제어 전압을 저장하거나 저장되어 있는 전압을 방전하는 제 1 전압 저장부와, 제 1 전압 저장부에 연결되며, 제어 전압이 양의 전압인 경우에 접지와의 연결이 차단되고, 제어 전압이 음의 전압인 경우에 접지와 연결되는 음전압 전달부와, 제 1 전압 저장부에 연결되며, 제 1 전압 저장부를 통해서 전달되는 제어 전압을 저장하거나 저장되어 있는 전압을 방전하는 제 2 전압 저장부와, 제2 전압 저장부에 연결되며 구동 신호에 의해서 활성화되어 제 2 전압 저장부에 접지 전압을 전달하는 스위칭부를 포함하며, 제 1 전압 저장부나 제 2 전압 저장부가 전압 검출부를 통해서 전류 조절 신호를 제공하는 전류 조절부, 전압 검출부로부터 제공되는 제어 신호가 제 2 기준 전압 이상인 경우에 제 2 기준 전압을 제공하는 제 2 기준 전압 제공부 및 전류 조절 신호의 크기에 따라서 구동 신호의 듀티비를 조절하며, 조절된 구동 신호의 듀티비에 따라 변화되는 제 2 기준 전압의 크기에 따라서 주 전력 변환부의 1차측 전류의 피크값을 조절하는 역률 보상 회로를 포함한다.

Description

발광 다이오드 조명 시스템{System for Light Emitting Diode Lighting}
실시 예는 발광 다이오드 조명 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 다이오드는 반도체 소자이므로 수명이 길고, 점등 속도가 빠르며, 소비 전력이 적고, 색재현성이 뛰어나다.
또한, 발광 다이오드는 충격에 강하며, 소형화 및 박형화에 유리하다.
따라서, 최근에는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템들이 선보이고 있고, 발광 다이오드에 제공되는 전류의 양을 더욱 효과적으로 제어할 수 있는 개선된 발광 다이오드 조명 시스템의 연구가 지속적으로 행해져 오고 있다.
실시 예들에 따른 발광 다이오드 조명 시스템은 발광 다이오드에 전류를 제공하는 트랜스 회로의 1차측 전류의 피크값을 조절할 수 있으므로, 발광 다이오드에 제공되는 전류의 양을 효과적으로 제어할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템은 입력 신호를 변압하여 변압된 입력 신호를 발광 다이오드 그룹에 제공하는 주 전력 변환부, 입력 신호에 해당하는 입력 전압의 크기에 비례하는 제어 전압을 제공하는 전압 검출부, 전압 검출부로부터 제공되는 제어 전압을 저장하거나 저장되어 있는 전압을 방전하는 제 1 전압 저장부와, 제 1 전압 저장부에 연결되며, 제어 전압이 양의 전압인 경우에 접지와의 연결이 차단되고, 제어 전압이 음의 전압인 경우에 접지와 연결되는 음전압 전달부와, 제 1 전압 저장부에 연결되며, 제 1 전압 저장부를 통해서 전달되는 제어 전압을 저장하거나 저장되어 있는 전압을 방전하는 제 2 전압 저장부와, 제2 전압 저장부에 연결되며 구동 신호에 의해서 활성화되어 제 2 전압 저장부에 접지 전압을 전달하는 스위칭부를 포함하며, 제 1 전압 저장부나 제 2 전압 저장부가 전압 검출부를 통해서 전류 조절 신호를 제공하는 전류 조절부, 전압 검출부로부터 제공되는 제어 신호가 제 2 기준 전압 이상인 경우에 제 2 기준 전압을 제공하는 제 2 기준 전압 제공부 및 전류 조절 신호의 크기에 따라서 구동 신호의 듀티비를 조절하며, 조절된 구동 신호의 듀티비에 따라 변화되는 제 2 기준 전압의 크기에 따라서 주 전력 변환부의 1차측 전류의 피크값을 조절하는 역률 보상 회로를 포함한다.
실시 예들에 따른 발광 다이오드 조명 시스템은 발광 다이오드에 전류를 제공하는 트랜스 회로의 1차측 전류의 피크값을 조절할 수 있으므로, 발광 다이오드에 제공되는 전류의 양을 효과적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 주스위치가 턴 온되는 경우의 회로도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 주스위치가 턴 온되는 경우의 제 1 커패시터의 전압 특성 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 주스위치가 턴 온되는 경우의 제 1 커패시터의 전압 특성의 확대 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 주스위치가 턴 오프되는 경우의 회로도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 주스위치가 턴 오프되는 경우의 제 1 커패시터의 전압 특성 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 회로도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 회로도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 주스위치가 턴 온되는 경우의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 주스위치가 턴 온되는 경우의 제 1 커패시터의 전압 특성 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 주스위치가 턴 온되는 경우의 제 1 커패시터의 전압 특성의 확대 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 주스위치가 턴 오프되는 경우의 회로도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 주스위치가 턴 오프되는 경우의 제 1 커패시터의 전압 특성 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 회로도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 회로도이다.
도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템은 교류 입력 전압이 전자파 방해 필터(1100)로 인가되어 브리지 회로(1200)를 통과하면 정류 전압(Vin)이 주 전력 변환부(1300)로 전달된다.
주 전력 변환부(1300)는 입력 신호를 변압하여 변압된 입력 신호를 발광 다이오드 그룹(1400)에 제공한다.
즉, 주 전력 변환부(1300)는 정류 전압(Vin)을 변압하여 변압된 정류 전압(Vin)을 발광 다이오드 그룹(1400)에 제공한다.
전압 검출부(1700)는 입력 신호에 해당하는 입력 전압의 크기에 비례하는 제어 전압을 제공한다.
즉, 전압 검출부(1700)를 이용하여 정류 전압(Vin)의 크기에 비례하는 제어 신호를 전류 조절부(1600)로 전달하면, 전류 조절부(1600)의 제 1 전압 저장부(1610)나 제 2 전압 저장부(1630)는 발광 다이오드에 인가되는 정전류에 비례하는 전류 조절 신호(CTRL)를 역률 보상 회로(1500)로 제공한다.
또한, 제 2 기준 전압 제공부(1800)는 전류 조절부(1600)로부터 제공되는 제어 신호가 제 2 기준 전압 이상인 경우에 역률 보상 회로(1500)로 제 2 기준 전압을 제공한다.
이러한 역률 보상 회로(1500)로 전류 조절 신호(CTRL)가 제공되면 전류 조절 신호(CTRL)의 크기에 따라서 구동 신호(DRV)의 듀티비(duty ratio)를 조절함으로써, 발광 다이오드 그룹(1400)의 인가되는 정전류의 크기를 조정할 수 있다. 즉, 조절된 구동 신호의 듀티비에 따라 변화되는 정전류의 크기에 따라 제 2 기준 전압의 크기가 달라질 수 있다.
다시 말해, 발광 다이오드 그룹(1400)에 인가되는 정전류의 크기가 증가하면, 출력전압 레벨이 상승한다. 이와 같이 출력전압 레벨이 상승하면, CTRL 신호 생성부(1650)에 배치되는 제 1 션트 레귤레이터(SR1)가 턴 온되어 동작하여 역률 보상 회로(1500)에 전류 조절 신호(CTRL)의 레벨이 감소할 수 있다. 이와 같이 감소된 전류 조절 신호(CTRL)의 레벨이 역률 보상 회로(1500)에 입력되면, 역률 보상 회로(1500)의 온 타임이 짧아질 수 있다. 이에 따라, 역률 보상 회로(1500)에서 출력전류가 감소될 수 있다.
이와 반대로, 발광 다이오드 그룹(1400)에 인가되는 정전류의 크기가 감소하면, 출력전압 레벨이 하강한다. 이와 같이 출력전압 레벨이 하강하면, CTRL 신호 생성부(1650)에 배치되는 제 1 션트 레귤레이터(SR1)가 턴 오프되어 동작하지 않아 역률 보상 회로(1500)에 전류 조절 신호(CTRL)의 레벨이 증가할 수 있다. 이와 같이 증가된 전류 조절 신호(CTRL)의 레벨이 역률 보상 회로(1500)에 입력되면, 역률 보상 회로(1500)의 온 타임이 길어질 수 있다. 이에 따라, 역률 보상 회로(1500)에서 출력전류가 증가될 수 있다.
이와 같이, 발광 다이오드 그룹(1400)에 인가되는 정전류의 크기에 따라서 역률 보상 회로(1500)에서 출력되는 출력전류가 달라지고, 출력전류에 따라서 주스위치(Q1)가 턴 온 또는 턴 오프될 수 있다. 주스위치(Q1)가 턴 온 또는 턴 오프됨으로써, 주 전력 변환부의 1차측 전류의 피크값이 조절될 수 있다.
따라서, 전류 조절 신호인 제 2 기준 전압의 크기에 따라서 주 전력 변환부(1300)의 1차측 전류의 피크값을 조절함으로써, 발광 다이오드 그룹(1400)에 제공되는 전류의 양을 효과적으로 제어할 수 있다. 여기에서, 저항(R21, R22)는 전류 조절 신호(CTRL)의 크기를 조정하여 역률 보상 회로(1500)로 전달하기 위한 것이다.
도 1에 도시된 것처럼, 전류 조절부(1600)는 제 1 전압 저장부(1610), 음전압 전달부(1620), 제 2 전압 저장부(1630), 스위칭부(1640) 및 CTRL 신호 생성부(1650)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 전압 저장부(1610)는 정류 전압(Vin)의 크기에 비례해서 전달되는 제어 신호를 저장하거나 저장되어 있는 전압을 방전하며, 제 1 전압 저장부(1610)는 제 1 저항(R1)과 제 1 커패시터(C1)를 포함한다.
여기에서, 제 1 저항(R1)과 제 1 커패시터(C1)의 시정수는 구동 신호(DRV)의 턴 온 시간보다 크게 구성될 수 있으며, 제어 전압(Vcontrol)은 주 전력 변환부(1300)의 권선수와 전압 검출부(1700)의 권선수의 비를 조절하여 정류 전압(Vin)의 크기에 비례해서 조정할 수 있다.
음전압 전달부(1620)는 제 1 전압 저장부(1610)에 연결되며, 제어 전압(Vcontrol)이 양의 전압인 경우에 접지와의 연결이 차단되고, 제어 전압(Vcontrol)이 음의 전압인 경우에 접지와 연결되며, 애노드가 접지와 연결되는 다이오드(D1)를 포함한다.
제 2 전압 저장부(1630)는 제 1 전압 저장부(1610)에 연결되며, 제 1 전압 저장부(1610)를 통해서 전달되는 제어 전압(Vcontrol)을 저장하거나 저장되어 있는 전압을 방전하며, 제 2 저항(R2)과 제 2 커패시터(C2)를 포함한다.
한편, 스위칭부(1640)는 제2 전압 저장부(1630)에 연결되며 구동 신호(DRV)에 의해서 활성화되어 제 2 전압 저장부(1630)에 접지 전압을 전달하며, 모스 트랜지스터(Q2)나 바이폴라 정션 트랜지스터(미도시)를 포함한다.
또한, CTRL 신호 생성부(1650)는 제 1 션트 레귤레이터(SR1)를 포함하며, 제2 전압 저장부(1630)를 센싱하기 위한 제 11 저항(R11)과 제 12 저항(R12)을 포함할 수 있다.
여기에서 저항(R14)은 제 1 션트 레귤레이터(SR1)에 과도한 전압이 인가되는 것을 억제하기 위한 것이며, 커패시터(C11, C12)와 저항(R13)은 제어기(미도시)의 게인이다.
한편, 제 2 기준 전압 제공부(1800)는 CTRL 신호 생성부(1650)로부터 제공되는 CTRL 신호가 제 2 기준 전압 이상인 경우에 역률 보상 회로(1500)로 제 2 기준 전압을 제공하며, 제 2 기준 전압 제공부(1800)는 제 2 션트 레귤레이터(SR2)를 포함하며, 제 2 기준 전압의 크기를 조정할 수 있는 제 21 저항(R21)과 제 22 저항(R22)을 포함할 수 있다. 이러한 제 2 기준 전압 제공부(1800)는 제 2 제너 다이오드(미도시)를 이용하여 구성할 수도 있다.
제 2 션트 레귤레이터(SR2)는 CTRL 신호가 제 2 기준 전압 이상인 경우에는 턴 온되어 제 2 기준 전압을 역률 보상 회로(1500)로 전달하며, 역률 보상 회로(1500)는 모스 트랜지스터(Q1)로 인가되는 전류의 양이 소정 이상 증가되지 않으므로, 주 전력 변환부(1300)의 1차측 전류의 피크값이 소정 이하로 제한될 수 있고, CTRL 신호가 제 2 기준 전압 미만인 경우에는 턴 오프되어, 모스 트랜지스터(Q1)로 인가되는 전류의 양에 영향을 미치지 않는다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 주스위치(Q1)가 턴 온되는 경우에 대해서 상세하게 설명한다.
주스위치(Q1)가 턴 온되면, 정류 전압(Vin)에 비례하는 제어 전압(Vcontrol)은 양의 전압이므로, 음전압 전달부(1620)는 턴 오프되고, 제어 전압(Vcontrol)은 제 1 전압 저장부(1610)로 전달된다.
제 1 커패시터(C1)의 상단 전압(Vx)은 도 3에 도시된 것처럼 변동되지만, 제 1 저항(R1)과 제 1 커패시터(C1)의 시정수가 구동 신호(DRV)의 턴 온 시간보다 충분히 크게 구성되면, 도 4에 도시된 것처럼, 거의 선형적으로 증가하는 것처럼 보이게 된다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 주스위치(Q1)가 턴 오프되는 경우에 대해서 상세하게 설명한다.
주스위치(Q1)가 턴 오프되면, 제어 전압(Vcontrol)은 음의 전압이 되므로, 음전압 전달부(1620)는 턴 온되어, 제어 전압(Vcontrol)은 음전압 전달부(1620)를 통해서 접지로 전달되며, 제 1 전압 저장부(1610)로는 전달되지 않는다.
따라서, 제 1 전압 저장부(1610)에 저장되어 있는 제 1 커패시터(C1)의 상단 전압(Vx)은 도 6에 도시된 것처럼 방전된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템은 도 7을 참조하여 설명하며, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템과 다른 점에 대해서만 설명한다.
도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템의 전류 조절부(2600)는 전압 검출부(2700)로부터 제공되는 제어 전압을 저장하거나 저장되어 있는 전압을 방전하는 제 1 전압 저장부(2610)와, 제 1 전압 저장부(2610)에 연결되며 제어 전압이 양의 전압인 경우에 접지와 차단되고, 제어 전압이 음의 전압인 경우에 접지와 연결되는 음전압 전달부(2620)와, 제 1 전압 저장부(2610)에 연결되며 제 1 전압 저장부(2610)를 통해서 전달되는 제어 전압을 저장하거나 저장되어 있는 전압을 방전하는 제 2 전압 저장부(2630)와, 제2 전압 저장부(2630)에 연결되며 구동 신호에 의해서 활성화되어 제 2 전압 저장부(2630)에 접지 전압을 전달하는 스위칭부(2640)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템은 도 8을 참조하여 설명하며, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 시스템과 다른 점에 대해서만 설명한다.
도 8에 도시된 것처럼, 본 발명의 또 다른 실시 예는 발광 다이오드 그룹(3400)에 제공되는 전류를 센싱하여 전류 조절 신호를 제공하는 전류 검출부(3600)와, 주 전력 변환부(3300)로부터 제공되는 변압된 입력 신호의 크기에 비례하는 전원 전압을 제공하는 보조 전력 변환부(3700)와, 보조 전력 변환부(3700)로부터 제공되는 전원 전압이 제 2 기준 전압 이상인 경우에 제 2 기준 전압을 제공하는 제 2 기준 전압 제공부(3800)를 포함하며, 전류 검출부(3600)는 일반적으로 잘 알려진 바와 같이 저항, 션트 레귤레이터(또는 제너 다이오드), 그리고 1-2차 간이 절연 되었을 경우에 포토 커플러 등으로 구성될 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 입력 신호를 변압하여 변압된 입력 신호를 발광 다이오드 그룹에 제공하는 주 전력 변환부;
    상기 입력 신호에 해당하는 입력 전압의 크기에 비례하는 제어 전압을 제공하는 전압 검출부;
    상기 전압 검출부로부터 제공되는 제어 전압을 저장하거나 저장되어 있는 전압을 방전하는 제 1 전압 저장부와, 상기 제 1 전압 저장부에 연결되며, 제어 전압이 양의 전압인 경우에 접지와의 연결이 차단되고, 제어 전압이 음의 전압인 경우에 접지와 연결되는 음전압 전달부와, 상기 제 1 전압 저장부에 연결되며, 상기 제 1 전압 저장부를 통해서 전달되는 상기 제어 전압을 저장하거나 저장되어 있는 전압을 방전하는 제 2 전압 저장부와, 상기 제2 전압 저장부에 연결되며 구동 신호에 의해서 활성화되어 상기 제 2 전압 저장부에 접지 전압을 전달하는 스위칭부를 포함하며, 상기 제 1 전압 저장부나 상기 제 2 전압 저장부가 상기 전압 검출부를 통해서 전류 조절 신호를 제공하는 전류 조절부;
    상기 전압 검출부로부터 제공되는 제어 신호가 제 2 기준 전압 이상인 경우에 상기 제 2 기준 전압을 제공하는 제 2 기준 전압 제공부; 및
    상기 전류 조절 신호의 크기에 따라서 구동 신호의 듀티비를 조절하며, 조절된 상기 구동 신호의 듀티비에 따라 변화되는 상기 제 2 기준 전압의 크기에 따라서 상기 주 전력 변환부의 1차측 전류의 피크값을 조절하는 역률 보상 회로를 포함하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전압 저장부는 제 1 저항과 제 1 커패시터를 포함하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 음전압 전달부는 애노드가 접지와 연결되는 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전압 저장부는 제 2 저항과 제 2 커패시터를 포함하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 모스 트랜지스터 또는 바이폴라 정션 트랜지스터를 포함하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기준 전압 제공부는 제 2 션트 레귤레이터를 포함하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기준 전압 제공부는 상기 제 2 기준 전압의 크기를 조정할 수 있는 제 21 저항과 제 22 저항을 더 포함하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기준 전압 제공부는 제 2 제너 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 조명 시스템.
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