KR101351008B1

KR101351008B1 - 엘이디 전원장치의 트랜지스터가 내장된 리니어 방식의 정전류회로부의 정전류보상제어회로

Info

Publication number: KR101351008B1
Application number: KR1020120028943A
Authority: KR
Inventors: 성백명; 조정훈
Original assignee: (주)플로우테크
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2014-01-16
Also published as: KR20130107110A

Abstract

본 발명의 LED 전원장치의 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부의 정전류보상제어회로는 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류 회로에서 정전류회로부의 입력전압과 출력전압을 감지하여 LED부의 온도가 상승하여 LED 조명기구의 순 방향 전압이 낮아지면 정전류 회로의 입력전압 (즉, 전원장치의 출력전압)이 낮아지도록 PWM 제어부를 제어하여 입력전압과 출력전압의 차이를 일정하게 유지하도록 함으로써 정전류회로부의 손실을 감소시키는 것이 가능하게 되어 에너지 효율을 높이는 것은 물론 발열의 제거 등으로 LED전원장치의 안전성을 제고함으로써 산업상 이용가능성이 우수한 발명이라고 할 수 있다.

Description

엘이디 전원장치의 트랜지스터가 내장된 리니어 방식의 정전류회로부의 정전류보상제어회로{ The transistor linear system LED power supply with constant current circuit of the constant current compensation system control circuit }

본 발명의 본 발명의 LED 전원장치의 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부의 정전류보상제어회로는 항상 일정전류를 흘려 적정한 빛의 밝기를 유지하는 LED 조명장치의 정전류 제어장치에 대한 것으로서 더욱 자세하게는, 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 회로는 입력전압이 트랜지스터(Transistor)의 저항성분에 의해 전압강하가 발생하여 강하된 전압만큼의 손실이 발생하고, 정전류 회로의 입력전압은 항상 일정하고 출력전압은 LED 조명장치의 순 방향 전압에 따라 변하는 특성에 의하여 조명장치가 동작하면 온도가 상승하며 온도가 상승하면 순 방향 전압이 낮아져서 정전류 회로의 손실이 증가하여 효율이 낮아지고 발열이 증가하는 문제점을 해결하고자 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류 회로에서 정전류회로의 입력전압과 출력전압을 감지하여 입력전압과 출력전압의 차이를 일정하게 유지하도록 하여 LED 조명기구의 온도가 상승하여 LED 조명기구의 순 방향 전압이 낮아지면 정전류 회로의 입력전압(즉, 전원장치 출력전압)이 낮아지도록 전원장치의 PWM 제어부를 제어하는 전류 보상회로에 대한 것이다.

일반적으로 LED조명장치에 사용되는 LED는 온도에 따라 순 방향 전압이 변하는 특성이 있다. 즉 온도가 낮아지면 순 방향 전압이 높아지고 온도가 상승하면 순 방향 전압이 낮아지는 특성이 있어 이러한 특성을 보상해 주기 위하여 Switching(스위칭)방식을 이용한 벅(Buck) 방식의 회로 또는 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 회로로 구성된 정전류 회로에 의하여 전압을 보상하여 일정전류가 유지하도록 하는 것이 종래의 기술이었다.

Switching(스위칭)방식을 이용한 벅(Buck) 회로는 입력전압 및 출력전압의 조건에 따라 PWM 또는 PFM 방식에 의하여 비교적 안정적으로 정전류를 제어하지만 도 1에 도시된 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 회로는 입력전압이 트랜지스터(Transistor)의 저항성분에 의해 전압강하가 발생하여 강하된 전압만큼의 손실이 발생하고, 또한 정전류 회로의 입력전압은 항상 일정하고 출력전압은 LED 조명장치의 순 방향 전압에 따라 변하는 특성에 의하여 조명장치가 동작하면 온도가 상승하며 온도가 상승하면 순 방향 전압이 낮아져서 정전류 회로의 손실이 증가하여 효율이 낮아지고 발열이 증가하는 문제점을 안고 있었다.

이러한 문제점을 해결하는 방안의 하나로 대한민국 등록특허 10-0863294가 제안되었으나, 이는 펌웨어에 따라 각 구성요소를 제어하는 프로세서, 상기 펌웨어의 명령에 따른 크기, 듀티비 및 주파수의 신호를 생성하여 출력하는 신호발생기, 온도변화와 관련한 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하여 상기 프로세서가 온도검출을 하도록 하는 아나로그-디지털컨버터(ADC)를 포함하고, 통합 칩 형태로 구성되며, 상기 검출한 온도에 따라 상기 신호발생기의 출력을 조절하여 소정온도 이하로 조명 램프 발열을 제한하는 점을 특징으로 하는 것으로서 온도에 따라 듀티 비, 주파수가 다른 신호의 공급하여 조명 램프로 인가되는 전류를 조절함으로써 과열을 방지할 수 있도록 하였으나, 기존의 장치에 프로세서, 온도센서, 아나로그-디지털컨버터(ADC)를 추가장착하여야 함으로써 회로설계가 복잡해지고 비용이 증가하는 문제점을 안고 있었다.

등록특허 10-0863294

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로에서 입력전압과 출력전압을 감지하여 입력전압과 출력전압의 차이를 일정하게 유지하도록 하여 LED 조명기구의 온도가 상승하여 LED 조명기구의 순 방향 전압이 낮아지면 정전류 회로의 입력전압(즉 전원장치 출력전압)이 낮아지도록 전원장치의 PWM 제어부를 제어하는 LED 조명장치의 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부의 정전류보상제어회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

외부의 교류전원을 입력받는 입력전원부와, 1차정류부와, 스위칭부와, 변압기와, 2차정류 및 변환부로 이루어지는 전원부 및 변환부와, 출력전원부와, PWM제어부와, 상기 출력전원부의 전원을 항상 일정전류를 흘려 일정한 빛의 밝기를 유지하는 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부로 이루어지는 LED전원장치에 연결되는 LED부의 온도증가에 따른 손실보상을 위한 본 발명의 LED 전원장치의 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부의 정전류보상제어회로는, 상기 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어 (Linear) 방식의 정전류회로부에 병렬로 연결되어, 회로의 노이즈제거용 커패시터 C46, C47, C52와, 상기 정전류회로부의 전압을 검출하여 R62/R61 = R76/R75의 전압증폭배율을 산정하는 전압증폭이득 조정저항 R61, R62, R76, R75와, 상기 출력전원부의 출력전원과 기준전압인 상기 정전류제어부(140)의 출력전압과의 전압차이로 상기 전압증폭배율에 의하여 출력신호를 증폭시키는 IC(OP-Amp) (U9-A)와, 상기 IC (U9-A)의 출력신호가 전달되는 출력전압 제어회로인 PWM제어부의 연결단(a)에 발생하는 역전압을 방지하기 위한 역전압 방지 Diode (D15)와, 상기 PWM제어부에 연결시 임피던스매칭(Impedance Matching)을 위한 저항(R77)으로 이루어지는 정전류보상전압제어부와; 상기 IC(U9-A)의 기준전압의 입력전류를 조절하는 가변저항(VR3)으로 이루어지는 정전류보상전압조절부를 통하여 달성되며, 상기 정전류보상제어부는 가변저항(VR2)과 입력신호를 증폭하는 IC (U9-A)의 기준신호입력 핀인 2번 핀을 직렬로 연결하는 출력전류 가변범위 제한저항(R74)을 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예로서 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류 회로부와 정전류보상제어회로를 구비한 LED전원장치 및 LED부의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 LED 전원장치의 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부의 정전류보상제어회로의 연결관계를 나타내는 회로도이다.

본 발명의 LED 조명장치의 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부(140)의 정전류보상제어회로(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 LED전원장치(100)에 구비된 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부(140)의 입력전압과 출력전압을 감지하여 입력전압과 출력전압의 차이를 일정하게 유지하도록 하여 LED부(300)의 온도가 상승하여 순 방향 전압이 낮아지면 정전류회로부(140)의 입력전압(즉 전원장치 출력전압)이 낮아지도록 전원장치의 PWM 제어부(150)를 제어한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED전원장치의 정전류보상제어회로(200)에 대하여 설명하기로 한다. 그러나 도시된 도면 및 이하의 설명은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 불과하고, 상기 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형과 수정이 가해 질 수 있다.

즉, 본 발명의 LED전원장치의 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부(140)의 정전류보상제어회로(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 외부의 교류 전원을 입력받는 입력전원부(110)와, 교류전원을 입력받아 Bridge 전파전류회로에 의해서 직류로 변환하는 1차정류부(121)와, 상기 1차정류부(121)에서 직류전원으로 변환된 전원을 고주파 스위칭에 의해 교류전원으로 변환하는 스위칭부(122)와, 상기 교류 전원으로 변환된 전원을 절연을 유지하면서 전력을 변환하는 변압기(123)와, 상기 변압기(123)에 의해 LED부(300)의 입력 전원에 맞도록 변환된 전원을 직류전원으로 변환하는 2차정류 및 변환부(124)로 이루어지는 전원부 및 변환부(120)와, 직류전원으로 변환된 전원을 출력하는 출력전원부(130)와, 상기 출력전원부(130)의 전원의 일부를 피드백하여 스위칭부(122)를 제어함으로써 2차정류 및 변환부(124)에 전달되는 전원을 원하는 일정전압으로 제어하는 PWM제어부(150)와, 상기 출력전원부(130)의 전원을 항상 일정전류를 흘려 일정한 빛의 밝기를 유지하는 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부(140)로 이루어지는 종래의 LED전원장치(100)에 있어서 상기 정전류회로부(140)의 입력전압과 출력전압을 감지하여 입력전압과 출력전압의 차이를 일정하게 유지하도록 하여 LED부(300)의 온도가 상승하여 순 방향 전압이 낮아지면 정전류회로부(140)의 입력전압(전원장치의 출력전압)이 낮아지도록 PWM 제어부(150)를 제어한다.

도 2는 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부(140)를 구비한 종래의 LED 전원장치(100)에 본 발명의 정전류보상제어회로(200)가 구비된 전원장치(A)와 한개 또는 수개의 LED가 직렬 또는 병렬로 연결된 LED부(300)의 구성을 도시한 것으로서 정전류보상제어회로(200)에 대하여 구체적으로 기술하면,

정전류회로부(140)에 병렬로 연결되는 Noise 제거용 디커플링캐패시(Decoupling Capacitor) C46, 일단이 상기 C46과 Vin의 접속부에 연결되고 타단은 입력신호를 증폭하기 위한 IC(OP-Amp) U9-A의 3번 핀에 연결되는 차동증폭기의 Op amp 전압증폭 이득(Gain) 조정저항 R61, 일단이 상기 R61의 타단에 연결되고 타단은 R46의 Vout측 접속부에 연결된 차동증폭기의 Op amp 전압증폭 이득(Gain) 조정저항 R62, 상기 R62와 병렬연결되는 고주파 Noise 제거용 디커플링캐패시(Decoupling Capacitor) C47, 일단이 상기 U9-A의 2번 핀에 연결되고 타단은 R62 및 C47의 접속부에 연결된 차동증폭기의 Op amp 전압증폭 이득(Gain) 조정저항 R75, 일단이 상기 R75와 U9-A의 2번핀 접속부와 연결되고 타단은 일단이 C47과 R75의 접속부에 연결되어 출력전류를 임의의 값으로 조절할 수 있는 정전류회로 보상전압 조절 가변저항 VR3의 타단부에 연결된 정전류회로보상전압 가변범위 제한저항 R74, 일단이 상기 R75과 R74의 접속부에 연결되고 타단은 U9-A의 출력신호 단자인 1번 핀에 연결되는 차동증폭기의 Op amp 전압증폭 이득(Gain) 조정저항 R76, U9-A의 8번 핀에 연결되어 전원을 공급하는 IC동작 전원 VCB, 일단은 상기 VCB와 병렬로 연결되고 타단은 출력전류 측정 기준점 SGND에 연결된 노이즈제거용캐패시터 C52, U9-A의 정전류 제어신호의 출력단인 1번 핀에 순방향으로 연결되는 역전압 방지용 Diode D15, 일단이 상기 D15의 캐소드측에 연결되고, 타단은 정전류보상전압제어부(210)의 보상전압 제어신호를 PWM제어부(150)로 연결하는 연결단(a)에 연결되는 임피던스 매칭(Impedance Matching) 저항 R77로 구성된다.

상기 정전류보상제어회로(200)에 대하여 더욱 상세히 설명하면, 본 발명의 LED 전원장치의 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부(140)의 정전류보상제어회로(200)는 상기 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부(140)에 병렬로 연결되어, 회로의 노이즈제거용 커패시터 C46, C47, C52와, 상기 정전류회로부(140)의 전압을 검출하여 R62/R61 = R76/R75에 의하여 전압증폭배율을 산정하는 전압증폭이득 조정저항 R61, R62, R76, R75와, 상기 출력전원부(130)의 출력전원과 기준전압인 상기 정전류회로부(140)의 출력전압과의 전압차이로 상기 전압증폭배율에 의하여 출력신호를 증폭시키는 IC(OP-Amp) U9-A와, 상기 IC(U9-A)를 동작하기 위한 전원 VCB와, IC U9-A의 출력신호가 전달되는 출력전압 제어회로인 PWM제어부(150)의 연결단(a)에 발생하는 역전압 방지 Diode D15와, 상기 Diode D15와 PWM제어부(150)의 연결 임피던스 매칭(Impedance Matching)저항 R77로 이루어지는 정전류보상전압제어부(210)와, 상기 IC U9-A의 기준전압의 입력전류를 조절하는 가변저항 VR3 및 상기 가변저항에 직렬로 연결되어 가변저항 VR2가 0가 되는 경우 회로의 정상동작이 이루어지지 않게 되는 것을 방지하는 출력전류 가변범위 제한저항 R74로 이루어지는 정전류보상전압조절부(220)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 정전류보상제어회로(200)가 구비된 LED전원장치(A)는 출력전원부(130)에서 DC전원이 출력되고 정전류회로부(140)가 동작하여 LED부(300)에 전류(Io)가 흐르면, 정전류보상제어회로(200)가 동작하면서 정전류회로부(140)의 입력(Vin)전압과 출력전압(Vout)의 차이전압(Vd = Vout - Vin. 단, Vin > Vout 조건)이 발생하며 동시에 손실전력 Pl = Io x Vd 만큼의 손실이 발생한다. 그 손실은 LED부(300)의 동작시간이 경과하여 LED부(300)의 온도가 상승하면 LED 순방향전압(Vf)은 낮아지고 낮아지는 LED 순방향 전압(Vf)만큼 정전류 회로의 손실은 더욱 증가한다.(여기서 입력전압 Vin은 항상 일정하다)

이때, 정전류보상제어회로(200)는 위와 같이 LED부(300)의 온도가 상승하여 전압(Vf)이 낮아지는데 따른 손실증가를 보상하기 위하여 정전류회로부(140)의 입력(Vin)전압과 출력전압(Vout)의 차이전압(Vd = Vout - Vin)이 최소가 되도록 일정하게 유지하는 동작을 한다.

즉, 정전류회로부(140)가 동작하여 차이전압 Vd가 발생하면 비례제어요소의 원리에 의하여 R62/R61 = R76/R75의 비로 전압이 증폭되고 U9-A의 신호출력단자 1번 핀에 일정한 전압을 유지하기 위한 전압이 출력되어 PWM제어부(150)를 제어함으로써 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부(140)에 항상 일정한 전압차이 Vd가 유지 되도록 동작한다.

본 발명의 LED 전원장치의 트랜지스터가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류 회로의 정전류보상제어회로는 트랜지스터가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류 회로에서 정전류회로부의 입력전압과 출력전압을 감지하여 LED부의 온도가 상승하여 LED 조명기구의 순 방향 전압이 낮아지면 정전류 회로의 입력전압(즉 전원장치 출력전압)이 낮아지도록 전원장치의 PWM 제어부를 제어하여 입력전압과 출력전압의 차이를 일정하게 유지하도록 함으로써 정전류회로부의 손실을 감소시키는 것이 가능하게 되어 에너지 효율을 높이는 것은 물론 LED전원장치의 안전성을 제고함으로써 산업상 이용가능성이 우수한 발명이라고 할 수 있다.

A : 정전류보상제어회로가 구비된 LED전원장치
100: 종래의 LED전원장치 110: 입력전원부
120: 정류부 및 변환부 121: 1차정류부
122: 스위칭부 123: 변압기
124: 2차정류부 및 변환부 130: 출력전원부
140: 정전류회로부 150: PWM제어부
200: 정전류보상제어회로 210: 정전류보상전압제어부
220: 정전류보상전압조절부 300: LED부

Claims

외부의 교류전원을 입력받는 입력전원부(110)와, 1차정류부(121)와, 스위칭부(122)와, 변압기(123)와, 2차정류 및 변환부(124)로 이루어지는 전원부 및 변환부(120)와, 출력전원부(130)와, PWM제어부(150)와, 출력전원부(130)의 전원을 항상 일정전류를 흘려 일정한 빛의 밝기를 유지하는 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부(140)로 이루어지는 LED전원장치(100)에 연결되는 LED부(300)의 온도증가에 따른 손실보상을 위한 정전류보상제어회로(200)는,
상기 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류회로부(140)에 병렬로 연결되어, 회로의 노이즈제거용 커패시터 C46, C47, C52와, 상기 정전류회로부(140)의 전압을 검출하여 R62/R61 = R76/R75의 전압증폭배율을 산정하는 전압증폭이득 조정저항 R61, R62, R76, R75와, 상기 출력전원부(130)의 출력전원과 기준전압인 상기 정전류회로부(140)의 출력전압과의 전압차이로 상기 전압증폭배율에 의하여 출력신호를 증폭시키는 IC(OP-Amp) (U9-A)와, 상기 IC (U9-A)의 출력신호가 전달되는 출력전압 제어회로인 PWM제어부(150)의 연결단(a)에 발생하는 역전압을 방지하기 위한 역전압 방지 Diode (D15)와, 상기 PWM제어부(150)에 연결시 임피던스매칭(Impedance Matching)을 위한 저항(R77)으로 이루어지는 정전류보상전압제어부(210)와;
상기 IC(U9-A)의 기준전압의 입력전류를 조절하는 가변저항(VR3)으로 이루어지는 정전류보상전압조절부(220)를 포함하고,
상기 정전류보상전압조절부(220)는 가변저항(VR2)과 입력신호를 증폭하는 IC (U9-A)의 기준신호입력 핀인 2번 핀을 직렬로 연결하는 출력전류 가변범위 제한저항(R74)이 구비되는 것을 특징으로 하는 LED전원장치의 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 정전류 회로의 정전류보상제어회로.
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