KR101322532B1 - Circuit for generating harmonic and operating apparatus for LED including the same - Google Patents

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강원대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 고조파 발생회로는 입력전원의 전압을 공급받아 센싱하기 위한 전압센싱부, 상기 전압센싱부에서 센싱한 입력전원의 신호를 구형파로 변환하기 위한 비교기, 상기 입력전원과 동기가 일치하는 고조파를 발진시키기 위한 고조파 발생기, 상기 고조파 발생기에서 발진된 구형파 형태의 고조파를 정현파로 변환시키기 위한 대역통과필터, 상기 전압센싱부에서 센싱된 입력전원의 기본 파와 상기 대역통과필터에서 출력되는 정현파를 합치기 위한 가산기 및 상기 가산기에서 출력된 파형을 정류시키기 위한 정류기를 포함한다. 본 발명에 의하면 대용량의 전해 커패시터가 하는 평활 역할을 저감시키도록 3고조파를 주입함으로써, 전해 커패시터를 저용량의 필름 커패시터로 교체 가능하다는 효과가 있다. 이렇게 필름 커패시터로 교체함으로써, 벌크 커패시터의 수명을 연장시킬 수 있고, 궁극적으로 LED 구동장치의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.The harmonic generation circuit of the present invention includes a voltage sensing unit for sensing and receiving a voltage of an input power supply, a comparator for converting a signal of the input power sensed by the voltage sensing unit into a square wave, and a harmonic in synchronization with the input power source. Harmonic generator for oscillation, Band pass filter for converting the square wave form harmonics oscillated by the harmonic generator into sine wave, Adder for combining the fundamental wave of input power sensed by the voltage sensing unit and the sine wave output from the band pass filter And a rectifier for rectifying the waveform output from the adder. According to the present invention, by injecting three harmonics to reduce the smoothing role of a large-capacity electrolytic capacitor, the electrolytic capacitor can be replaced with a low-capacity film capacitor. This replacement with a film capacitor can extend the life of the bulk capacitor and ultimately extend the life of the LED driver.

Description

고조파 발생 회로 및 이를 포함하는 ＬＥＤ 구동장치 {Circuit for generating harmonic and operating apparatus for LED including the same}Harmonic generating circuit and LED driving apparatus including same {Circuit for generating harmonic and operating apparatus for LED including the same}

본 발명은 LED 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 구동장치의 벌크(Bulk) 커패시터의 용량을 저감하여 수명을 증가시킬 수 있는 LED 구동장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an LED drive device, and more particularly, to an LED drive device that can increase the life by reducing the capacity of the bulk capacitor of the LED drive device.

일상 생활에서 상용 교류 전원을 이용한 형광등 및 백열전구는 일반적으로 가장 많이 사용되고 있다. 특히, 전력 효율이 우수하고 그 조도가 더 많이 확보되는 형광등이 더 많이 사용되고 있다.In everyday life, fluorescent lamps and incandescent lamps using commercial AC power are most commonly used. In particular, fluorescent lamps having excellent power efficiency and more illuminance are used more.

조명기구의 경우, 전원이 공급되고 조명 설치가 용이한 장소에 필요한 경우 어떠한 곳에라도 설치가 가능하다. 시간이 지날수록 조명에 대한 수요가 많아지고 그 적용분야가 많아짐에 따라, 전체적인 소비전력에 따른 부하는 나날이 늘어가고 있는 실정에 있으므로 전력소비를 감소시키기 위한 노력이 다각적으로 행해지고 있다.In the case of luminaires, they can be installed anywhere they need to be powered and easy to install. As time goes by and the demand for lighting increases and its application area increases, the load according to the overall power consumption increases day by day, and efforts to reduce power consumption have been made in various ways.

LED(Light Emitting Diode)는 일정 조건의 전류를 흘려 주면 즉시 발광하는 성질을 지니고 있는 반도체이다. 진공관이 트랜지스터, 고집적회로(LSI)로 진화된 것처럼, 조명등도 2세대 광원인 백열등, 3세대 광원인 형광등에서 4세대 광원으로 일컬어지는 반도체 광원인 LED로 급속히 진화될 것으로 예상되고 있다.LED (Light Emitting Diode) is a semiconductor that emits light immediately when a certain current flows. As vacuum tubes have evolved into transistors and integrated circuits (LSIs), lighting lamps are expected to rapidly evolve from LEDs, the second-generation light sources to incandescent lamps, and third-generation light sources from fluorescent lamps to fourth-generation light sources.

일반적으로 램프 타입의 LED는 전기 에너지를 광반사(optical radiation)로 변환하는 반도체 소자로서, 사용 목적 또는 형태에 따라, 칩 발광다이오드를 선택적으로 박막 패턴이 형성된 인쇄 회로 기판 또는 리드 단자의 상부 면에 실장한 후, 칩과 기판 또는 리드 단자를 전기적으로 연결하고, 그 상부에 에폭시 등을 사용하여 몰드 성형부를 형성함으로써 구현된다. 이 때, 발광다이오드에서 발광되는 색에 따라 칩의 구조, 성장 방법 및 재료가 달라진다는 것은 잘 알려져 있다. 이와 같은 램프 타입의 발광 다이오드를 사용하여 전구를 제조할 수 있다.In general, a lamp-type LED is a semiconductor device that converts electrical energy into optical radiation, and according to the purpose or form of use, a chip light emitting diode is selectively placed on a top surface of a printed circuit board or lead terminal in which a thin film pattern is formed. After the mounting, the chip and the board or the lead terminal are electrically connected to each other, and the mold is formed by using an epoxy or the like thereon. At this time, it is well known that the structure, growth method, and material of the chip vary depending on the color emitted from the light emitting diode. Light bulbs can be manufactured using such lamp type light emitting diodes.

또한, LED 광원은 기존 광원에 비해 수명이 길고, 고효율이며 소형 및 경량이고 수은을 사용하지 않아 환경친화적인 점 등 많은 장점이 있어 기존 광원을 급속히 대체해 나가고 있다.In addition, the LED light source has a long lifetime, high efficiency, small size and light weight, and is environment-friendly because it does not use mercury, compared to conventional light sources, and is rapidly replacing existing light sources.

도 1은 종래 LED 구동장치의 일반적인 구성을 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram showing a general configuration of a conventional LED driving device.

도 1에서 보는 바와 같이, 종래 LED 구동장치는 EMI 필터(10), 역률보상회로(20), LED 구동회로(30)를 포함하는 블록으로 구성되어 있다. As shown in FIG. 1, the conventional LED driver includes a block including an EMI filter 10, a power factor correction circuit 20, and an LED driver circuit 30.

EMI 필터(10)는 입출력 신호의 전자기 잡음을 제거하는 역할을 한다.The EMI filter 10 serves to remove electromagnetic noise of the input / output signal.

역률보상회로(PFC)(20)는 입력전류의 형태를 제어하는 역할을 한다.The power factor correction circuit 20 controls the shape of the input current.

LED 구동회로(30)는 LED에 정전류를 인가하는 역할을 한다.The LED driving circuit 30 serves to apply a constant current to the LED.

종래 LED 구동장치에서 역률보상회로(20)의 출력은 400V 정도의 DC 전압이 출력되며, 이때 출력단의 평활을 위한 대용량의 전해 커패시터인 벌크 커패시터(Cbulk)가 연결된다. In the conventional LED driving device, the power factor correction circuit 20 outputs a DC voltage of about 400V. At this time, a bulk capacitor C bulk , which is a large-capacity electrolytic capacitor for smoothing the output terminal, is connected.

이처럼 종래 LED 구동장치에서 대용량의 벌크 커패시터(Cbulk)가 적용되어야 하는 이유는, 역률보상회로(20)의 입력전력이 사인(sine) 함수의 제곱 형태로 나타나고, 출력전력이 일정한 DC 형태로 나타나므로, 이에 따라 입출력간의 평활을 목적으로 하는 벌크 커패시터(Cbulk)의 용량이 커져야 하기 때문이다. 따라서, LED 구동장치의 역률보상회로(20) 출력단의 벌크 커패시터(Cbulk)는 주로 전해 커패시터를 사용하게 된다.The reason why a large capacity bulk capacitor (C bulk ) should be applied in the conventional LED driver is that the input power of the power factor correction circuit 20 is represented by a square form of a sine function, and the output power is represented by a constant DC form. Therefore, it is because the capacity of the bulk capacitor (C bulk ) for the purpose of smoothing between the input and output accordingly. Therefore, the bulk capacitor (C bulk ) of the power factor correction circuit 20 output terminal of the LED driving device mainly uses an electrolytic capacitor.

그러나, 전해 커패시터의 수명은 LED 구동장치를 구성하는 다른 반도체 소자나 부품, 그리고 LED 칩(chip)에 비해 매우 짧다고 하는 문제점이 있다. 그래서, LED 구동장치의 수명은, 곧 벌크 커패시터(Cbulk)인 전해 커패시터의 수명에 매우 크게 좌우된다고 할 수 있다.
However, there is a problem that the life of the electrolytic capacitor is very short compared to other semiconductor elements, components, and LED chips constituting the LED driver. Therefore, it can be said that the lifetime of the LED driving device depends very much on the lifetime of the electrolytic capacitor, which is a bulk capacitor (C bulk ).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, LED 구동장치의 역률보상회로 출력단에 연결되는 벌크 커패시터의 수명을 연장하여, 궁극적으로 LED 구동장치의 수명을 증가시킬 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, to provide a technology that can extend the life of the bulk capacitor connected to the power factor correction circuit output terminal of the LED driving device, and ultimately increase the life of the LED driving device. The purpose is.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고조파 발생회로는 입력전원의 전압을 공급받아 센싱하기 위한 전압센싱부, 상기 전압센싱부에서 센싱한 입력전원의 신호를 구형파로 변환하기 위한 비교기, 상기 입력전원과 동기가 일치하는 고조파를 발진시키기 위한 고조파 발생기, 상기 고조파 발생기에서 발진된 구형파 형태의 고조파를 정현파로 변환시키기 위한 대역통과필터, 상기 전압센싱부에서 센싱된 입력전원의 기본 파와 상기 대역통과필터에서 출력되는 정현파를 합치기 위한 가산기 및 상기 가산기에서 출력된 파형을 정류시키기 위한 정류기를 포함한다.Harmonic generation circuit of the present invention for achieving the above object is a voltage sensing unit for sensing and receiving the voltage of the input power, a comparator for converting the signal of the input power sensed by the voltage sensing unit into a square wave, the input power In the harmonic generator for oscillating the harmonics in synchronization with the, the band pass filter for converting the square wave form harmonics oscillated from the harmonic generator into a sine wave, the fundamental wave of the input power sensed by the voltage sensing unit and the band pass filter And an adder for combining the output sinusoids and a rectifier for rectifying the waveform output from the adder.

본 발명의 일 실시예에서 고조파 발생회로는 상기 전압센싱부에서 센싱된 입력전류의 형태를 제어하는 역률보상회로를 더 포함하며, 상기 정류기의 출력신호가 상기 역률보상회로의 멀티(multi)단에 인가될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the harmonic generation circuit further includes a power factor correction circuit for controlling the shape of the input current sensed by the voltage sensing unit, and the output signal of the rectifier is connected to a multi-level terminal of the power factor correction circuit. Can be applied.

상기 고조파 발생기는 입력전원과 동기가 일치하는 3고조파의 구형파를 발생시킬 수 있다. The harmonic generator may generate three harmonic square waves in synchronization with an input power source.

상기 고조파 발생기는 PLL(Phase Locked Loop) 회로일 수 있으며, 이때 상기 PLL 회로는 VCO(voltage controlled oscillator)와 위상비교기를 포함하여 구성될 수 있다.The harmonic generator may be a phase locked loop (PLL) circuit, wherein the PLL circuit may include a voltage controlled oscillator (VCO) and a phase comparator.

본 발명의 LED 구동장치는, 입력전원과 연결되며 입출력 신호의 전자기 잡음을 제거하기 위한 EMI 필터, 상기 EMI 필터의 출력단에 연결되며, 입력전류의 형태를 제어하는 역률보상회로, 상기 역률보상회로의 출력단에 연결되며 LED 정전류를 인가하여 구동시키기 위한 LED 구동회로, 상기 역률보상회로와 상기 LED 구동회로 사이에 병렬로 연결되며, 상기 역률보상회로 출력단을 평활시키기 위한 벌크 커패시터 및 상기 역률보상회로의 입력단에 상기 입력전원의 동기와 일치하는 고조파를 주입시기키 위한 고조파 발생회로를 포함한다.The LED driving device of the present invention is connected to an input power source, an EMI filter for removing electromagnetic noise of an input / output signal, connected to an output terminal of the EMI filter, and a power factor correction circuit for controlling the form of an input current, of the power factor compensation circuit An LED driving circuit connected to an output terminal for driving the LED by applying a constant current, a parallel connection between the power factor correction circuit and the LED driving circuit, a bulk capacitor for smoothing the power factor correction circuit output terminal, and an input terminal of the power factor correction circuit And a harmonic generation circuit for injecting harmonics coinciding with the synchronization of the input power source.

상기 고조파 발생회로는, 입력전원의 전압을 공급받아 센싱하기 위한 전압센싱부, 상기 전압센싱부에서 센싱한 입력전원의 신호를 구형파로 변환하기 위한 비교기, 상기 입력전원과 동기가 일치하는 고조파를 발진시키기 위한 고조파 발생기, 상기 고조파 발생기에서 발진된 구형파 형태의 고조파를 정현파로 변환시키기 위한 대역통과필터, 상기 전압센싱부에서 센싱된 입력전원의 기본 파와 상기 대역통과필터에서 출력되는 정현파를 합치기 위한 가산기 및 상기 가산기에서 출력된 파형을 정류시키기 위한 정류기를 포함할 수 있다.
The harmonic generation circuit includes a voltage sensing unit for sensing and receiving a voltage of an input power source, a comparator for converting a signal of the input power source sensed by the voltage sensing unit into a square wave, and oscillating a harmonic in synchronization with the input power source. A harmonic generator for converting the harmonic generator, a band pass filter for converting the square wave-shaped harmonics oscillated by the harmonic generator into a sine wave, an adder for combining the fundamental wave of the input power sensed by the voltage sensing unit and the sine wave output from the band pass filter, and It may include a rectifier for rectifying the waveform output from the adder.

본 발명에 의하면 대용량의 전해 커패시터가 하는 평활 역할을 저감시키도록 3고조파를 주입함으로써, 전해 커패시터를 저용량의 필름 커패시터로 교체 가능하다는 효과가 있다. 이렇게 필름 커패시터로 교체함으로써, 벌크 커패시터의 수명을 연장시킬 수 있고, 궁극적으로 LED 구동장치의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by injecting three harmonics to reduce the smoothing role of a large-capacity electrolytic capacitor, the electrolytic capacitor can be replaced with a low-capacity film capacitor. This replacement with a film capacitor can extend the life of the bulk capacitor and ultimately extend the life of the LED driver.

본 발명의 회로 구성은 일반적으로 구성되는 역률보상장치에 적용되는 방법으로서, 전력공급장치 자체의 수명을 증가시키기 때문에 LED를 부하로 사용하는 경우 뿐만 아니라 역률보상회로가 적용되는 모든 분야에서 응용이 가능하다. The circuit configuration of the present invention is a method applied to a power factor compensator which is generally configured, and increases the life of the power supply itself, so that the application can be applied not only when using the LED as a load but also in all fields where the power factor compensator is applied. Do.

또한, 위상고정루프(PLL)와 OP-앰프 등의 아날로그 소자를 사용하여 회로를 구성할 수 있기 때문에 회로의 신뢰성을 확보할 수 있다. 그리고, 주파수 궤환을 사용하여 입력단의 주파수가 변동되어도 그에 따른 3고조파를 생성할 수 있기 때문에 국제적인 경쟁력을 확보할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the circuit can be configured by using an analog element such as a phase locked loop (PLL) and an OP amplifier, it is possible to ensure the reliability of the circuit. In addition, even if the frequency of the input terminal is changed by using the frequency feedback, it is possible to generate three harmonics accordingly, and thus there is an advantage of securing international competitiveness.

본 발명은 80~100W 급으로 사용되는 전력변환장치에 적용가능하며, 특히 가로등이나 방법등과 같이 부하의 수명이 전력공급장치보다 긴 경우에 매우 유용하게 적용될 것으로 기대된다.
The present invention is applicable to a power conversion device used in the 80 ~ 100W class, especially when the life of the load is longer than the power supply, such as street lights or methods are expected to be very useful.

도 1은 종래 LED 구동장치의 일반적인 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 입력회로의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 회로도이다.1 is a block diagram showing a general configuration of a conventional LED driving device.
2 is a block diagram of a harmonic input circuit according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram of the LED driving apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used for the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Also, throughout this specification, when a component is referred to as "comprising ", it means that it can include other components, aside from other components, .

본 발명은 LED 구동장치의 벌크(Bulk) 커패시터로 사용되는 전해 커패시터를 제거하기 위하여, 벌크 커패시터의 용량을 저감할 수 있는 회로를 제안한다. 이를 위하여, 입력전류에 3고조파 성분의 전류를 주입하는 회로 구성을 제안한다. 이러한 3고조파 입력회로를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The present invention proposes a circuit capable of reducing the capacity of a bulk capacitor in order to remove the electrolytic capacitor used as a bulk capacitor of the LED driving apparatus. To this end, a circuit configuration for injecting a current of three harmonic components into an input current is proposed. The third harmonic input circuit will be described with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 입력회로의 블록도이다.2 is a block diagram of a harmonic input circuit according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 고조파 입력회로는 전압센싱부(210), 비교기(220), 고조파 발생기(230), 대역통과필터(BPF, Band Pass Filter)(240), 가산기(250), 정류기(Rectifier)(260), 역률보상회로(270)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the harmonic input circuit of the present invention includes a voltage sensing unit 210, a comparator 220, a harmonic generator 230, a band pass filter (BPF) 240, an adder 250, A rectifier 260 and a power factor correction circuit 270 are included.

전압센싱부(210)는 입력전원의 전압을 공급받아 센싱하는 역할을 한다.The voltage sensing unit 210 serves to sense the voltage of the input power supply.

비교기(220)는 입력전원의 신호를 구형파로 변환한다.The comparator 220 converts a signal of an input power source into a square wave.

고조파 발생기(230)는 입력전원과 동기가 일치하는 고조파의 구형파를 발진시키는 역할을 한다. 본 발명에서 고조파 발생기(230)는 입력전원과 동기가 일치하는 3고조파의 구형파를 발진시킨다. 본 발명의 일 실시예에서 고조파 발생기(230)는 VCO(voltage controlled oscillator)와 위상비교기를 포함하여 구성될 수 있다.The harmonic generator 230 plays a role of oscillating a square wave of harmonics in synchronization with an input power source. In the present invention, the harmonic generator 230 oscillates a square wave of three harmonics in synchronization with the input power. In one embodiment of the present invention, the harmonic generator 230 may include a voltage controlled oscillator (VCO) and a phase comparator.

대역통과필터(240)는 고조파 발생기(230)에서 발진된 3고조파의 구형파를 정현파로 변환하는 역할을 한다.The bandpass filter 240 converts a square wave of three harmonics oscillated by the harmonic generator 230 into a sine wave.

가산기(250)는 전압센싱부(210)에서 출력되는 기본 파와 대역통과필터(240)에서 출력되는 정현파를 합치는 역할을 한다.The adder 250 serves to add the fundamental wave output from the voltage sensing unit 210 and the sine wave output from the band pass filter 240.

정류기(260)는 가산기(250)에서 출력된 파형을 정류시키는 역할을 한다. 본 발명에서 정류기(260)의 출력신호는 역률보상회로의 멀티(multi)단에 인가된다.The rectifier 260 rectifies the waveform output from the adder 250. In the present invention, the output signal of the rectifier 260 is applied to the multi stage of the power factor correction circuit.

역률보상회로(270)는 입력전류의 형태를 제어하는 역할을 한다. The power factor correction circuit 270 controls the shape of the input current.

본 발명에서 입력전류에 3고조파 성분의 전류를 인가하기 위하여 도 2와 같은 고조파 입력회로를 구성할 수 있다.In the present invention, the harmonic input circuit as shown in FIG. 2 may be configured to apply a current of three harmonic components to the input current.

본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 입력회로가 추가된 LED 구동장치의 회로를 제안하면 다음과 같다. The circuit of the LED driving device to which the harmonic input circuit according to an embodiment of the present invention is added is as follows.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 회로도이다.3 is a circuit diagram of the LED driving apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동장치는 EMI 필터(310), 역률보상회로(320), LED 구동회로(330), 전압센싱부(210), 비교기(220), 고조파 발생기(230), 대역통과필터(BPF, Band Pass Filter)(240), 가산기(250), 정류기(Rectifier)(260)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 3, the LED driving apparatus according to the embodiment of the present invention includes an EMI filter 310, a power factor correction circuit 320, an LED driving circuit 330, a voltage sensing unit 210, a comparator 220, A harmonic generator 230, a band pass filter (BPF) 240, an adder 250, and a rectifier 260 are included.

EMI 필터(310)는 입출력 신호의 전자기 잡음을 제거하는 역할을 한다.The EMI filter 310 serves to remove electromagnetic noise of the input / output signal.

역률보상회로(PFC)(320)는 입력전류의 형태를 제어하는 역할을 한다.The power factor correction circuit (PFC) 320 controls the shape of the input current.

LED 구동회로(330)는 LED에 정전류를 인가하는 역할을 한다.The LED driving circuit 330 serves to apply a constant current to the LED.

본 발명에서는 벌크 커패시터(Cbulk)의 용량을 저감하기 위하여, 3고조파 성분이 추가된 입력전류를 얻을 수 있다. 예를 들어, 입력전압이 220V, 60Hz일 때, 입력전압과 동기가 일치하는 3고조파인 180Hz의 고조파를 생성할 수 있으며, 이를 이용하여 3고조파 성분이 추가된 입력전류를 인가할 수 있다. In the present invention, in order to reduce the capacity of the bulk capacitor (C bulk ), it is possible to obtain an input current to which three harmonic components are added. For example, when the input voltage is 220V, 60Hz, it is possible to generate a harmonic of 180Hz, which is three harmonics in synchronization with the input voltage, and to apply an input current to which three harmonic components are added.

이처럼 본 발명에서 3고조파 성분이 주입되어 역률보상회로(320)의 입력전력과 출력전력의 순시 전력차를 저감시킬 수 있으며, 이에 따라 벌크 커패시터(Cbulk)의 용량을 줄일 수 있다.As described above, in the present invention, three harmonic components may be injected to reduce the instantaneous power difference between the input power and the output power of the power factor correction circuit 320, thereby reducing the capacity of the bulk capacitor (C bulk ).

도 3에서, 본 발명의 LED 구동장치에서 전압센싱부(210)는 입력전압과 동기가 일치하는 3고조파를 생성하기 위해서는 OP-앰프(OP1)를 이용하여 입력전압을 센싱하게 된다.In FIG. 3, in the LED driving apparatus of the present invention, the voltage sensing unit 210 senses the input voltage by using the OP-AMP OP1 to generate three harmonics in synchronization with the input voltage.

전압센싱부(210)에서 출력되는 전압신호는 비교기(220)를 거치며 구형파로 변환된다. 도 3의 실시예에서 비교기(220)는 2개의 OP-앰프(OP2, OP3)로 구성된다. The voltage signal output from the voltage sensing unit 210 is converted into a square wave through the comparator 220. In the embodiment of FIG. 3, the comparator 220 is composed of two OP-amps OP2 and OP3.

고조파 발생기(230)는 비교기(220)에서 출력된 구형파를 이용하여 3고조파를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에서 고조파 발생기(230)는 VCO(voltage controlled oscillator)와 위상비교기를 포함하는 위상고정루프(PLL, Phase Locked Loop) 회로, 고조파 대역통과필터(BPF), 1/3 카운터로 구성될 수 있다. 예를 들어, 위상비교기는 180Hz의 VCO 출력을 1/3 카운터를 통과시킨 60Hz와 전압센싱부(210)에서 출력된 60Hz 센싱전압의 위상을 비교한다. 그리고, 위상비교기는 위상차 만큼의 펄스 형태를 출력하게 되며, 고조파 대역통과필터(BPF)는 이 출력신호를 DC값으로 유지시키고, VCO의 입력으로 궤환하게 하면, 입력신호인 60Hz와 동기가 일치하는 180Hz의 구형파 펄스를 생성할 수 있게 된다.The harmonic generator 230 generates three harmonics using the square wave output from the comparator 220. In an embodiment of the present invention, the harmonic generator 230 includes a phase locked loop (PLL) circuit, a harmonic bandpass filter (BPF), and a 1/3 counter including a voltage controlled oscillator (VCO) and a phase comparator. Can be configured. For example, the phase comparator compares the phase of the 60 Hz sensing voltage output from the voltage sensing unit 210 with 60 Hz passing the 180 Hz VCO output by 1/3 counter. The phase comparator outputs a pulse shape equal to the phase difference, and the harmonic bandpass filter (BPF) maintains this output signal at a DC value, and returns it to the input of the VCO, which is synchronized with the input signal 60 Hz. It is possible to generate a square wave pulse of 180 Hz.

대역통과필터(240)는 고조파 발생기(230)에서 생성된 3고조파 구형파 펄스를 정현파로 변환시킨다. 예를 들어, 대역통과필터(240)는 180Hz의 구형파 펄스를 출력시킬 수 있다. 도 3에서 대역통과필터(240)는 2개의 OP-앰프(OP8, OP9)를 조합하여 구현할 수 있다.The bandpass filter 240 converts three harmonic square wave pulses generated by the harmonic generator 230 into sine waves. For example, the bandpass filter 240 may output a square wave pulse of 180 Hz. In FIG. 3, the band pass filter 240 may be implemented by combining two OP amplifiers OP8 and OP9.

가산기(250)는 대역통과필터(240)에서 출력된 구형파 펄스와 입력전압을 합친다. 도 3에서 가산기(250)는 하나의 OP-앰프(OP7)로 구현된 실시예가 도시되어 있다.The adder 250 adds the square wave pulses output from the band pass filter 240 and the input voltage. In FIG. 3, an embodiment in which the adder 250 is implemented as one OP-AMP OP7 is illustrated.

정류기(260)는 가산기(250)에서 출력된 신호를 전파정류시켜서 역률보상회로(320)의 멀티(Multi)단에 인가한다. 도 3에서 정류기(260)는 3개의 OP-앰프(OP4, OP5, OP6)를 조합하여 구현한 회로이다.The rectifier 260 full-wave rectifies the signal output from the adder 250 and applies it to the multi stage of the power factor correction circuit 320. In FIG. 3, the rectifier 260 is a circuit implemented by combining three OP-amps OP4, OP5, and OP6.

결국, 본 발명에서 LED 구동장치 중에서 역률보상회로(320)의 입력전류에 3고조파를 주입할 수 있으며, 역률보상회로(320)의 입력전력과 출력전력의 순시전력차가 저감된다. 따라서, 본 발명의 LED 구동장치는 벌크 커패시터(Cbulk) 용량을 저감시킬수 있게 된다. 예를 들어, 입력전압이 220V, 60Hz일 때, 입력전압의 60Hz와 동기가 일치하는 3고조파인 180Hz의 구형파 펄스를 역률보상회로(320)의 입력단에 주입한다. 이에 따라, 역률보상회로(320)의 입력전력과 출력전력간의 순시전력차가 저감되고, 벌크 커패시터(Cbulk)의 용량을 저감시킬 수 있게 된다. 가령, 벌크 커패시터(Cbulk)로 사용되던 대용량의 전해 커패시터를 필름 커패시터나 마일러 커패시터로 대치하여 사용할 수 있다. 참고로 필름 커패시터나 마일러 커패시터는 전해 커패시터에 비해 저용량이면서 수명이 길다는 특징이 있다.
As a result, in the present invention, three harmonics can be injected into the input current of the power factor correction circuit 320 in the LED driving device, and the instantaneous power difference between the input power and the output power of the power factor correction circuit 320 is reduced. Therefore, the LED driving device of the present invention can reduce the bulk capacitor (C bulk ) capacity. For example, when the input voltage is 220V, 60Hz, a square wave pulse of 180 Hz, which is three harmonics in synchronization with 60 Hz of the input voltage, is injected into the input terminal of the power factor correction circuit 320. Accordingly, the instantaneous power difference between the input power and the output power of the power factor correction circuit 320 can be reduced, and the capacity of the bulk capacitor C bulk can be reduced. For example, a large-capacity electrolytic capacitor used as a bulk capacitor (C bulk ) may be replaced by a film capacitor or a mylar capacitor. For reference, film capacitors and mylar capacitors have a lower capacity and longer life than electrolytic capacitors.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
While the present invention has been described with reference to several preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.

210 전압센싱부 220 비교기
230 고조파 발생기 240 대역통과필터(BPF)
250 가산기 260 정류기
270, 310 역률보상회로 310 EMI 필터
330 LED 구동회로210 Voltage Sensing Unit 220 Comparator
230 Harmonic Generator 240 Bandpass Filter (BPF)
250 adder 260 rectifier
270, 310 Power Factor Correction Circuit 310 EMI Filter
330 LED driving circuit

Claims (10)

입력전원의 전압을 공급받아 센싱하기 위한 전압센싱부;
상기 전압센싱부에서 센싱한 입력전원의 신호를 구형파로 변환하기 위한 비교기;
상기 입력전원과 동기가 일치하는 고조파를 발진시키기 위한 고조파 발생기;
상기 고조파 발생기에서 발진된 구형파 형태의 고조파를 정현파로 변환시키기 위한 대역통과필터;
상기 전압센싱부에서 센싱된 입력전원의 기본 파와 상기 대역통과필터에서 출력되는 정현파를 합치기 위한 가산기; 및
상기 가산기에서 출력된 파형을 정류시키기 위한 정류기를 포함하되,
상기 고조파 발생기는 입력전원과 동기가 일치하는 3고조파의 구형파를 발생시키고, VCO(voltage controlled oscillator)와 위상비교기를 포함하여 구성되는 PLL(Phase Locked Loop) 회로이고,
상기 전압센싱부에서 센싱된 입력전류의 형태를 제어하는 역률보상회로를 더 포함하며, 상기 정류기의 출력신호가 상기 역률보상회로의 멀티(multi)단에 인가되는 것을 특징으로 하는 고조파 발생회로.
A voltage sensing unit for sensing and receiving a voltage of an input power source;
A comparator for converting a signal of an input power sensed by the voltage sensing unit into a square wave;
A harmonic generator for oscillating a harmonic in synchronization with the input power source;
A band pass filter for converting the harmonics in the form of square waves oscillated by the harmonic generator into sine waves;
An adder for combining the fundamental wave of the input power sensed by the voltage sensing unit and the sine wave output from the band pass filter; And
Rectifier for rectifying the waveform output from the adder,
The harmonic generator is a PLL (Phase Locked Loop) circuit that generates a square wave of three harmonics in synchronization with the input power source, and comprises a voltage controlled oscillator (VCO) and a phase comparator,
And a power factor correction circuit for controlling the shape of the input current sensed by the voltage sensing unit, wherein an output signal of the rectifier is applied to multiple terminals of the power factor correction circuit.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete LED(Light Emitting Diode)를 구동하기 위한 LED 구동장치에 있어서,
입력전원과 연결되며 입출력 신호의 전자기 잡음을 제거하기 위한 EMI 필터;
상기 EMI 필터의 출력단에 연결되며, 입력전류의 형태를 제어하는 역률보상회로;
상기 역률보상회로의 출력단에 연결되며 LED 정전류를 인가하여 구동시키기 위한 LED 구동회로;
상기 역률보상회로와 상기 LED 구동회로 사이에 병렬로 연결되며, 상기 역률보상회로 출력단을 평활시키기 위한 벌크 커패시터; 및
상기 역률보상회로의 입력단에 상기 입력전원의 동기와 일치하는 고조파를 주입시기키 위한 고조파 발생회로를 포함하되,
상기 고조파 발생회로는, 입력전원의 전압을 공급받아 센싱하기 위한 전압센싱부, 상기 전압센싱부에서 센싱한 입력전원의 신호를 구형파로 변환하기 위한 비교기, 상기 입력전원과 동기가 일치하는 고조파를 발진시키기 위한 고조파 발생기, 상기 고조파 발생기에서 발진된 구형파 형태의 고조파를 정현파로 변환시키기 위한 대역통과필터, 상기 전압센싱부에서 센싱된 입력전원의 기본 파와 상기 대역통과필터에서 출력되는 정현파를 합치기 위한 가산기 및 상기 가산기에서 출력된 파형을 정류시키기 위한 정류기를 포함하며,
상기 고조파 발생기는 입력전원과 동기가 일치하는 3고조파의 구형파를 발생시키고, VCO(voltage controlled oscillator)와 위상비교기를 포함하여 구성되는 PLL(Phase Locked Loop) 회로이고,
상기 전압센싱부에서 센싱된 입력전류의 형태를 제어하는 역률보상회로를 더 포함하며, 상기 정류기의 출력신호가 상기 역률보상회로의 멀티(multi)단에 인가되는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
In the LED driving device for driving a light emitting diode (LED),
An EMI filter connected to an input power source and configured to remove electromagnetic noise of an input / output signal;
A power factor correction circuit connected to an output terminal of the EMI filter and controlling a form of an input current;
An LED driving circuit connected to an output terminal of the power factor correction circuit and driven by applying an LED constant current;
A bulk capacitor connected in parallel between the power factor correction circuit and the LED driving circuit and for smoothing an output terminal of the power factor correction circuit; And
A harmonic generation circuit for injecting harmonics coinciding with the synchronization of the input power source to an input terminal of the power factor correction circuit;
The harmonic generation circuit includes a voltage sensing unit for sensing and receiving a voltage of an input power source, a comparator for converting a signal of the input power source sensed by the voltage sensing unit into a square wave, and oscillating a harmonic in synchronization with the input power source. A harmonic generator for converting the harmonic generator, a band pass filter for converting the square wave-shaped harmonics oscillated by the harmonic generator into a sine wave, an adder for combining the fundamental wave of the input power sensed by the voltage sensing unit and the sine wave output from the band pass filter, and Rectifier for rectifying the waveform output from the adder,
The harmonic generator is a PLL (Phase Locked Loop) circuit that generates a square wave of three harmonics in synchronization with the input power source, and comprises a voltage controlled oscillator (VCO) and a phase comparator,
And a power factor correction circuit for controlling the shape of the input current sensed by the voltage sensing unit, wherein the output signal of the rectifier is applied to multiple terminals of the power factor correction circuit.
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유진완 외 2인. LED 구동회로의 능동 PFC 커패시터 용량 감소방법 : 대한전기학회. 2011.07.22, pp.1185-1186*

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