KR101382708B1 - 전원공급회로 - Google Patents

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Abstract

발명의 실시예에 따른 전원공급회로는 AC 전원 입력을 수신하는 안정기; 상기 안정기의 출력을 수신하여 전압을 승압하는 승압보조부; 및, 상기 승압보조부의 출력을 수신하며 제어된 전압을 LED에 공급하는 드라이버;를 포함한다.

Description

전원공급회로{POWER SUPPLY CIRCUIT}
본 발명은 전원공급회로에 관한 것으로 자세하게는 LED 조명의 동작 호환성을 높이고 로컬 디밍을 구현할 수 있는 전원공급회로에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED, 이하 'LED'라 함)는 친환경적이고, 응답속도가 수 나노 초에 불과하여 고속 응답이 가능하며, 수명시간이 길다는 점에서, 최근의 LCD 패널 등의 백라이트용 광원으로 적극적으로 채용되고 있는 실정이다.
이에 기존의 백열등을 LED조명으로 대치할 경우 기존의 안정기를 그대로 이용하게 된다. 종래의 회로 구성과 같이 안정기(Ballast, Electric Transformer)를 이용하는 LED 조명의 경우, 안정기의 출력전압이 그대로 LED조명의 파워서플라이 유닛(PSU)의 입력전압이 된다. 따라서 안정기의 제조업체 혹은 LED조명 제조업체에 따라 두 제품간의 호환성은 달라지게 되며, 이는 LED조명의 오동작 혹은 안정기의 오동작을 초래할 수 있다.
따라서 LED조명의 스위칭 모드 파워 서플라이로 구성되는 파워서플라이 유닛과 안정기 간의 호환성 및 디밍(Dimming) 호환성도 중요한 포인트가 된다. 특히 안정기의 구조상 하프브리지 등의 인버터 구조로 구성되어 안정기의 출력은 매우 빠른 스위칭 파형으로 이루어져 있다. 이를 정류하여 입력전압으로 이용하는 종래의 파워서플라이 유닛의 경우 안정기 출력과의 호환성이 낮아지는 문제가 발생한다.
또한, 트라이액 디밍(Triac Dimming)시에도 안정기의 출력전압이 낮아지는 현상에 의해서 LED조명 파워서플라이 유닛의 동작전압이 미달되어 오동작을 초래하게 된다.
본 발명은 디밍시 플리커 현상을 개선하고 안정적인 디밍을 제공하기 위해 유지전류(Holding current) 및 래칭 전류(Latching current)를 확보하는 것을 목적으로 한다.
그리고 안정기를 이용하는 LED 조명의 동작 호환성을 높이고, LED 조명의 파워서플라이 유닛의 동작전압 미달에 의한 오동작을 방지할 수 있다.
발명의 실시예에 따른 전원공급회로는 AC 전원 입력을 수신하는 안정기; 상기 안정기의 출력을 수신하여 전압을 승압하는 승압보조부; 및, 상기 승압보조부의 출력을 수신하며 제어된 전압을 LED에 공급하는 드라이버;를 포함한다.
발명의 실시예에 따르면 안정기의 출력전압과 LED조명의 동작 호환성이 개선될 수 있고, 디밍 동작시 안정기의 출력전압이 낮아져 발생하는 LED조명의 PSU의 동작전압 미달에 의한 오동작을 방지할 수 있다.
또한 승압보조회로의 구조상, 출력은 직류로 변환되어 종래의 정류기가 불필요하다.
그리고 승압보조회로는 2배, 3배 또는 그 이상으로 구성이 가능하므로 출력 LED 부하의 구성이 자유로울 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급회로의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2는 발명의 제1 실시예에 따른 승압보조부의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 3은 발명의 제1 실시예에 따른 안정기와 승압보조부의 출력 전압을 나타낸 그래프이다.
도 4는 발명의 제2 실시예에 따른 승압보조부의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 5는 발명의 제3 실시예에 따른 승압보조부의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 6은 발명의 제4 실시예에 따른 승압보조부의 회로도를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전원공급회로(100)는, AC 전원 입력부(110), 디머(120), 안정기(130), 승압보조부(200), PFC(Power Factor Correction)부(140), SMPS(Switching Mode Power Supply)부(150) 및 LED(Light Emitting Diode)부(160)를 포함한다.
AC 전원 입력부(110)는, 외부로부터 입력되는 AC 전원을 디머(120)로 전달한다.
상기 디머(120)는 전압을 떨어뜨리거나 증가시켜 조명의 광량을 조절하는 유닛이다. 상기 디머(120)에서 출력되는 신호는 안정기(130)로 입력된다.
상기 안정기(130)는 회로 내부에 허용치 이상의 전류가 흐를 경우 수명이 감소하고 성능이 크게 저하되므로 적절한 열처리 장치와 전류를 제어하는 유닛이다. 상기 안정기(130)는 교류 전원을 출력한다.
승압보조부(200)는 상기 안정기(130)의 출력단에 연결되며, 상기 안정기(130)에서 출력되는 전압을 직류로 변환하고 전압을 승압시키는 유닛이다.
상기 PFC부(140)는, 정류 및 역률 개선을 위한 유닛이다. 특히, PFC부(140)는 AC 전원 입력부(110)로부터 입력된 AC 전원의 역률 개선을 통해, 전원공급회로(100) 또는 전원공급회로(100)를 포함하는 LED 조명에 안정된 전류가 공급되도록 한다. 또한 상기 PFC부(140)는 선택적으로 적용될 수 있다.
이를 통해, PFC부(140)는 불필요하게 낭비되는 전류가 열로 전환되어 온도가 상승되거나 전력 소비량이 증가되는 문제를 방지하게 된다.
SMPS부(150)는, PFC부(140)로부터 입력받은 DC 전원을 이용하여 원하는 형태(크기)의 DC 전원을 생성하기 위한 유닛이다. SMPS부(150)는, 인버터부의 스위칭을 통해, 입력된 DC 전원을 AC 전원으로 만들고 이를 원하는 전압(전류)으로 변환한 뒤 다시 정류를 하여 DC 전원을 생성한다.
특히, SMPS부(150)는, 정류된 DC 전원으로서, 후술할 LED부(160)에 마련된 N개(N은 1 이상의 자연수)의 LED 어레이들에 입력되는 전류가 동일하도록 밸런싱되어 정류된 DC 전원을 생성한다. 상기 SMPS부(150)는 밸런싱되어 정류된 DC 전류를 LED부(160)로 전달한다.
LED부(160)는, SMPS부(150)로부터 입력된 DC 전류에 따라 구동되어 발광하는 유닛이다. LED부(160)는 N개(N은 1 이상의 자연수)의 LED 어레이를 포함한다. 즉, LED부(160)는 N개의 LED 어레이 채널을 포함하게 된다. 여기에서, LED 어레이는, 연속적으로 나열된 복수의 LED를 의미한다. 이러한 LED 어레이는, 적색 LED 어레이, 녹색 LED 어레이, 그리고, 청색 LED 어레이를 포함하는 개념이며, 적색 LED 어레이, 녹색 LED어레이, 그리고, 청색 LED 어레이에서 방출되는 광은, 상호 혼합되어 백색광을 방출할 수 있는 구조로 배치된다.
상기 승압보조부(200)는 정류부(250) 및 디밍부(270)를 포함할 수 있다.
도 2는 발명의 제1 실시예에 따른 승압보조부의 회로도를 나타낸 도면이다.
상기 정류부(250)는 직렬로 연결된 2개씩의 다이오드가 상호 병렬로 연결될 수 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 제1 다이오드(D1) 및 제3 다이오드(D3)는 직렬로 연결되고, 제2 다이오드(D2) 및 제4 다이오드(D4)는 직렬로 연결되며, 제1, 3 다이오드(D1, 3)와 제2, 4 다이오드(D2, 4)는 상호 병렬로 연결된다.
상기 제1 다이오드(D1) 및 제3 다이오드(D3)의 사이와, 제2 다이오드(D2) 및 제4 다이오드(D4)의 사이에 상기 안정기(130)의 출력단이 각각 연결된다.
상기 디밍부(270)는 카패시터와 저항을 포함할 수 있다. 상기 디밍부(270)에 포함되는 제1 카패시터(C1)와 제2 카패시터(C2)는 상호 직렬로 연결되며, 상기 제2 카패시터(C2)의 타단은 접지와 연결될 수 있다.상기 제1 카패시터(C1)와 제2 카패시터(C2)의 연결점에는 제1 저항(R1)의 일단이 연결될 수 있다. 상기 제1 저항(R1)은 상기 제2 다이오드(D2) 및 제4 다이오드(D4)의 연결점에 타단이 연결될 수 있다.
상기 안정기(130)의 출력전압은 예를 들어, 12V의 교류일 수 있다. 상기 안정기(130)의 출력전압이 양 또는 음의 값을 가지면서 변화하는 동안 상기 디밍부(270) 제1 카패시터(C1)와 제2 카패시터(C2)는 동일한 극성의 전하를 축적하게 되어, 상기 안정기(130)의 출력전압의 두배의 전압을 출력하게 된다.
도 3은 발명의 제1 실시예에 따른 안정기와 승압보조부의 출력 전압을 나타낸 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 교류전압을 갖는 안정기(130)의 출력전압(V1)은 약 12.3V의 전압을 갖고, 직류전압으로 출력되는 상기 승압보조부(200)의 출력전압은 25.1V의 전압을 갖게 됨을 알 수 있다. 즉, 안정기(130) 출력전압의 약 두 배의 전압이 상기 승압보조부(200)에서 출력됨을 알 수 있다.
이에 따라 상기 LED부(160)의 구성을 결정함에 있어 자유로울 수 있다. 또한 불안정한 안정기의 출력전압을 직류로 변환하므로 안정적인 동작 및 오동작을 방지할 수 있다. 그리고 디밍 퍼포먼스를 향상시킬 수 있다.
상기 승압보조부(200)는 회로 구성에 의해 2배 이상의 직류전압으로 출력될 수 있다.
도 4는 발명의 제2 실시예에 따른 승압보조부(200)의 회로도를 나타낸 도면이다. 제2 실시예에서는 도시된 바와 같이 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)가 직렬로 연결되고, 제1저항(R1), 제1 카패시터(C1), 제2 저항(R2) 및 제2 카패시터(C2)가 직렬로 연결될 수 있다. 제1 카패시터(C1) 및 제2 카패시터(C2)는 동일한 용량값을 가질 수 있다.
상기 안정기(130)에서 양의 교류전압이 출력되는 경우, 제1 다이오드(D1), 제1저항(R1) 및, 제1 카패시터(C1)를 통해 전류가 흐르게 된다. 상기 과정에서 제1 카패시터(C1)에는 양의 직류전압이 충전된다.
상기 안정기(130)에서 음의 교류전압이 출력되는 경우, 제2저항(R2), 제2 카패시터(C2) 및 제2 다이오드(D2)를 통해 전류가 흐르게 된다. 상기 과정에서 제2 카패시터(C2)에는 양의 직류전압이 충전된다.
이에 따라 상기 승압보조부(200)의 출력단에는 2배로 정류된 직류전압이 출력됨을 알 수 있다.
회로 구성에 따라 제1저항(R1)과 제1 카패시터(C1), 그리고 제2저항(R2)과 제2 카패시터(C2)는 각각 순서를 달리하여 연결될 수도 있다.
도 5는 발명의 제3 실시예에 따른 승압보조부의 회로도를 나타낸 도면이다.
제3 실시예에 따른 상기 승압보조부(200)는 제1 카패시터(C1)의 일단이 상기 안정기(130)의 출력단에 연결되고, 타단이 제2 다이오드(D2)의 애노드와 연결된다. 상기 제2 다이오드(D2)의 애노드와 상기 제1 카패시터(C1)의 타단에는 제1 다이오드(D1)의 캐소드가 연결된다. 상기 제2 다이오드(D2)의 캐소드에는 제1 저항(R1), 제2 카패시터(C2), 제2 저항(R2) 및 제3 카패시터(C3)가 직렬로 연결된다. 상기 제3 카패시터(C3)의 타단에는 제3 다이오드(D3)의 애노드가 연결된다. 상기 제3 다이오드(D3)의 캐소드에는 상기 안정기(130)의 출력단이 연결된다. 상기 제2 카패시터(C2) 및 제2 저항(R2)의 연결단에 상기 제1 다이오드(D1)의 애노드단이 연결된다.
상기 안정기(130)에서 양의 교류전압이 출력되는 경우, 제1 카패시터(C1), 제2 다이오드(D2), 제1 저항(R1), 제2 카패시터(C2)를 경유한 전류가 상기 안정기(130)로 다시 입력된다. 상기 과정에서 제1 카패시터(C1) 및 제2 카패시터(C2)에 전하가 축적될 수 있다.
상기 안정기(130)에서 음의 교류전압이 출력되는 경우, 제2저항(R2), 제3 카패시터(C3) 및 제3 다이오드(D3)를 통해 전류가 흐르게 된다. 또한 제1 다이오드(D1) 및 제1 카패시터(C1)를 통해 전류가 흐르면서 제1 카패시터(C1)에 전하가 축적될 수 있다. 상기 제1 카패시터(C1)는 양의 전압과 음의 전압에서 전하가 축적되므로, 상기 승압보조부(200)의 출력단은 3배로 승압된 전압이 출력된다.
도 6은 발명의 제4 실시예에 따른 승압보조부의 회로도를 나타낸 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이 제4 실시예에 따른 승압보조회로는 제1 카패시터(C1) 제8 카패시터(C8)가 직렬로 연결되어 있고, 상기 제1 카패시터(C1) 제8 카패시터(C8)의 각각은 전류의 경로를 위한 저항이 각각 하나씩 연결되어 있다.
상기 제1 카패시터(C1) 내지 제4 카패시터(C4)는 상기 안정기(130)의 일단과 연결될 수 있고, 상기 제5 카패시터(C5) 내지 제8 카패시터(C8)는 상기 안정기(130)의 타단과 연결될 수 있다. 상기 제1 카패시터(C1) 내지 제4 카패시터(C4)와, 제5 카패시터(C5) 내지 제8 카패시터(C8)의 사이에는 다이오드가 연결된다.
구체적으로 상기 제1 카패시터 및 제2 카패시터의 사이에 제1 다이오드(D1)의 캐소드가 연결되고, 상기 제2 다이오드(D2)의 애노드가 연결된다. 상기 제5 카패시터 및 제6 카패시터의 사이에 제2 다이오드(D1)의 캐소드가 연결되고, 상기 제3 다이오드(D3)의 애노드가 연결된다. 이는 제3 내지 제8 다이오드의 경우에도 마찬가지로 구성된다.
상기 구성에 의해 상기 정류기의 교류 전압이 양의 값과, 음의 값을 번갈아 갖는 경우, 제1 카패시터(C1) 내지 제8 카패시터(C8)에 전압이 충전되어 n배(n은 양수)로 승압될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

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  8. AC 전원 입력을 수신하고, 조명의 광량을 조절하는 디머;
    상기 디머의 출력 신호를 수신하는 안정기;
    상기 안정기의 출력을 수신하여 전압을 승압하는 승압보조부;
    상기 승압보조부의 출력을 수신하며, 역률을 개선하는 PFC 부; 및
    상기 PFC 부 의 출력을 수신하며 제어된 전압을 LED에 공급하는 드라이버;를 포함하고,
    상기 승압보조부는,
    직렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드;
    상기 제1 다이오드의 캐소드와 상기 제2 다이오드의 애노드 사이에 직렬로 연결된 제1저항, 제1 카패시터, 제2 저항 및 제2 카패시터;를 포함하고,
    상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드의 연결점이 상기 안정기 출력의 일단과 연결되고,
    제1 카패시터, 제2 저항의 연결점이 상기 안정기 출력의 타단과 연결되며,
    상기 제1 카패시터 및 제2 카패시터는 동일한 용량값을 갖는 전원공급회로.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. AC 전원 입력을 수신하는 안정기;
    상기 안정기의 출력을 수신하여 전압을 승압하는 승압보조부; 및
    상기 승압보조부의 출력을 수신하며 제어된 전압을 LED에 공급하는 드라이버;를 포함하고,
    상기 승압보조부는 상기 안정기의 출력전압을 직류로 변환하고 2배 이상으로 승압하고,
    상기 안정기 출력의 일단과 연결되는 제1 카패시터;
    상기 제1 카패시터와 캐소드가 연결되는 제1 다이오드;
    상기 제1 카패시터와 애노드가 연결되는 제2 다이오드;
    상기 제2 다이오드의 캐소드와 연결되며, 상호 직렬 연결되는 제1 저항, 제2 카패시터, 제2 저항 및 제3 카패시터;
    상기 제3 카패시터와 애노드가 연결되는 제3 다이오드;
    상기 제1 다이오드의 애노드는 상기 제2 카패시터 및 제2 저항 연결단에 연결되는 전원공급회로.
  12. 삭제
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