KR101387022B1

KR101387022B1 - 전원 회로

Info

Publication number: KR101387022B1
Application number: KR1020110008443A
Authority: KR
Inventors: 유조 무라이
Original assignee: 니혼마키센 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2014-04-18
Also published as: EP2456061A3; CN102468774B; TWI491159B; EP2456061B1; TW201233033A; KR20120053448A; EP2456061A2; CN102468774A

Abstract

[과제]
에너지 효율이 좋고 또 소형화를 꾀할 수 있는 전원 회로를 제공한다.
[해결수단]
본 발명에 의한 전원 회로(1)는, 상용 전원(10)에 접속되는 입력 단자(2),(2)와, 입력 단자(2),(2) 사이에 입력 도선(3)을 통해 직렬 접속된 코일(4)와, 코일(4)의 양단간을 여러 개로 분할하고, 분할한 각 개별 코일(4A),(4B)의 양단에 출력 도선을 통해 접속되고, 각각이 독립적으로 부하(20A),(20B)에 접속되는 여러 개의 출력 단자(6A),(6B)로 구성되어 있다.

Description

전원 회로{Power supply circuit}

본 발명은 상용 전원의 전력을 분할하여 부하에 공급하는 전원 회로에 관한 것으로서, 예를 들면 옥내외의 조명, 전광 게시판, 컬러 전식(電飾), 간판 등의 LED기기나 바닥 난방, 융설(融雪) 장치 등의 히터 기기인 전기 기기용 전원에 적합하게 이용할 수 있도록 한 것이다.

최근 상기와 같은 전기 기기로서, 장수명이면서 소비전력이 적은 LED를 사용한 기기가 많이 유통되고 있다. 이 LED기기용 전원 회로로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 스위칭 전원이 알려져 있다

동문헌의 스위칭 전원은, 그 주회로가 콘덴서와 코일로 이루어진 노이즈 필터 회로, 다이오드와 콘덴서로 이루어진 정류 평활 회로, 전계 효과 트랜지스터 등의 방열기가 부착된 전력용 스위칭 소자 및 고주파 트랜스를 구비하고 있다. 또 주회로 외에 제어 회로, 과전압 보호 회로 및 과전류 보호 회로를 가지고 있고, 이들을 구성하는 각 전자 부품이 회로 기판에 탑재되어 금속제 케이스내에 수납되어 있다.

특허문헌 1: 일본특개2007-274751호 공보

상기 스위칭 전원은, 상용 전원으로부터의 입력 전압을 고주파 트랜스로 강압하여 LED의 정격 전압에 적합하게 한다. 그런데 고주파 트랜스에서는 철심안에 생기는 와전류에 의해 철심이 가열되어 철손(鐵損) 이라는 에너지 손실이 발생한다. 특히 고주파 트랜스에서는 이 철손이 커진다. 또 고주파 트랜스에서는 도선 저항에 의한 동손(銅損)도 에너지 손실이 되고 이 철손이나 동손에 의해 전원의 에너지 효율이 나빠진다는 문제가 있었다.

또 상기 스위칭 전원에서는 고주파 트랜스의 열을 방열하기 위해 방열기가 부착된 전력용 스위칭 소자를 적용하거나, LED의 고장을 방지하기 위해 과전압 보호 회로나 과전류 보호 회로를 마련하였다. 그런데 이러한 소자나 회로를 구성하는 전자 부품의 개수가 많기 때문에 회로 기판의 사이즈가 커져 전원의 대형화를 초래한다는 문제가 있었다. 또 상기 에너지 손실을 억제하는 방법으로서 고주파 트랜스의 도선의 전류 밀도를 낮추면 좋은데, 이 경우 도선의 선직경을 굵게 할 필요가 있기 때문에 고주파 트랜스의 중량이 늘어나 이것 또한 전원의 대형화를 초래하는 요인이 되었다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 전원의 에너지 효율이 좋고 또 소형화를 꾀할 수 있는 전원 회로를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 전원 회로는, 상용 전원에 접속되는 입력 단자와, 입력 단자에 접속된 입력 도선과, 입력 도선에 접속된 코일과, 코일을 여러 개로 분할하여 이루어진 개별 코일의 각각에 접속된 여러 개의 출력 도선과, 각 출력 도선에 접속되어 각각이 독립적으로 부하에 접속되는 여러 개의 출력 단자로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성으로 이루어진 전원 회로에서, 코일의 형태나 분할수에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 코일의 단부를 남긴 상태에서 출력 도선이 접속되고, 해당 코일에서 입력 전압을 강압하고, 강압한 전압을 분압하여 출력하는 구성이나, 코일의 단부를 남긴 상태에서 입력 도선이 접속되고, 해당 코일에서 입력 전압을 승압하고, 승압한 전압을 분압하여 출력하는 구성을 채용할 수 있다. 또 코일이 단권(單卷) 트랜스로 이루어지고 직렬 코일의 시작단과 분로(分路) 코일의 시작단에 접속된 제1 출력 단자와, 분로 코일의 시작단과 분로 코일의 끝단에 접속된 제2 출력 단자를 구비한 2분할 회로를 채용할 수 있다. 또한 코일이 단권 트랜스로 이루어지고 직렬 코일의 시작단과 분로 코일의 시작단에 접속된 제1 출력 단자와, 분로 코일의 시작단과 분로 코일의 중간에 접속된 제2 출력 단자와, 분로 코일의 중간과 분로 코일의 끝단에 접속된 제3 출력 단자를 구비한 3분할 회로를 채용할 수도 있다.

또 상기 구성으로 이루어진 전원 회로에서, 분할한 전압이 같지 않더라도 부하에 흐르는 전류가 같으면 코일내를 전류가 거의 흐르지 않게 되어 에너지 손실이 적어진다. 그래서 에너지 손실을 줄이기 위해서 코일의 권수(卷數)가 균등하게 분할되어 있는 것이 바람직하다.

또 상기 구성으로 이루어진 전원 회로에서, 출력 단자에 접속하는 부하는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 LED를 사용한 전기 기기를 접속할 수 있다. 이 경우에는 상용 전원에서 공급된 교류 전압을 변압한 후에 직류 전압으로 변환할 필요가 있다. 그래서 본 발명의 전원 회로의 일형태로서, 출력 도선과 출력 단자 사이에 코일로 분압한 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 회로가 마련되어 있는 구성을 채용할 수 있다. 여기에서 LED기기를 접속할 경우 LED의 정격 전류에 적합하도록 하기 위해 정류 회로의 출력단에 부하에 흐르는 전류를 제한하는 전류 제한 회로가 마련되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 전원 회로에 의하면, 에너지 손실이 거의 없고 상용 전원에서 공급된 입력 전력을 효율적으로 분할하여 각각의 부하에 공급할 수 있다. 또 여러 개의 부하 중 하나가 변동되더라도 다른 부하에 영향을 주지 않기 때문에 안정적인 전력을 공급할 수 있다.

또 본 발명의 전원 회로에 의하면, 부하 전류의 최대 변동폭에 대응하는 전류로 코일을 설계할 수 있고, 코일에 흐르는 전류가 매우 작기 때문에 코일이 거의 발열되지 않는다. 따라서 전원 회로에서 방열기를 설치하거나 코일의 선직경을 굵게 할 필요가 없기 때문에 코일 사이즈를 작게 제작할 수 있어 전원 회로의 소형화를 꾀할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 전원 회로의 기본 구성을 도시한 회로도이다.
도 2는, 본 발명의 전원 회로의 원리를 도시한 설명도이다.
도 3은, 본 발명의 전원 회로의 원리를 도시한 설명도이다.
도 4는, 본 발명의 전원 회로의 원리를 도시한 설명도이다.
도 5는, 본 발명의 전원 회로의 원리를 도시한 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 전원 회로의 원리를 도시한 설명도이다.
도 7은, 본 발명의 전원 회로의 원리를 도시한 설명도이다.
도 8은, 본 발명의 전원 회로의 실측치 데이터를 정리한 표이다.
도 9는, 부하 전류와 입력 전류의 관계를 도시한 그래프이다.
도 10은, 부하 전류의 증가분과 입력 전류의 증가분과의 관계를 도시한 그래프이다.
도 11은, 본 발명의 실시예 1에 의한 2분할 정류 회로를 도시한 회로도이다.
도 12는, 도 11의 전파(全波) 정류 회로의 일례를 도시한 회로도이다.
도 13은, 도 11의 전류 제한 회로의 일례를 도시한 회로도이다.
도 14는, 도 11의 전류 제한 회로의 다른 예를 도시한 회로도이다.
도 15는, 도 11의 A점에서의 전압과 전류의 파형도이다.
도 16은, 본 발명의 실시예 2에 의한 2분할 정류 평활 회로를 도시한 회로도이다.
도 17은, 도 16의 정전류 회로의 일례를 도시한 회로도이다.
도 18은, 도 16의 B점에서의 전압과 전류의 파형도이다.
도 19는, 본 발명의 실시예 3에 의한 3분할 정류 회로를 도시한 회로도이다.
도 20은, 본 발명의 실시예 4에 의한 3분할 정류 회로를 도시한 회로도이다.
도 21은, 본 발명의 실시예 5에 의한 강압 2분할 회로를 도시한 회로도이다.
도 22는, 도 21의 강압 2분할 회로의 변형예를 도시한 회로도이다.
도 23은, 도 21의 강압 2분할 회로의 다른 변형예를 도시한 회로도이다.
도 24는, 본 발명의 실시예 6에 의한 승압 2분할 회로를 도시한 회로도이다.
도 25는, 도 21의 강압 2분할 회로의 변형예를 도시한 회로도이다.
도 26은, 도 24의 승압 2분할 회로의 변형예를 도시한 회로도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

우선, 본 발명의 전원 회로의 기본 구성을 설명하기로 한다.

도 1에 도시한 것처럼, 전원 회로(1)는 입력 단자(2)와, 입력 도선(3)과, 코일(4)과, 출력 도선(5)과, 출력 단자(6)로 구성되어 있다. 입력 단자(2)는 상용 전원(10)에 접속되어 있고, 상용 전원(10)으로부터 교류 전원 전압을 입력한다. 또 입력 단자(2),(2) 사이에는 입력 도선(3)을 통해 코일(4)이 직렬로 접속되어 있다. 코일(4)은 그 시작단과 끝단 사이가 여러 개(도 1의 예에서는 2개)로 분할되어 있고, 분할된 각 개별 코일(4A),(4B)의 양단에 출력 도선(5),(5)이 접속되고, 각 출력 도선(5),(5)의 단부에는 각각 출력 단자(6)(6A,6B)가 마련되어 있다. 또한 2개의 출력 단자(6A),(6B)에는 서로 독립된 부하(20)(20A,20B)가 접속되어 교류 전원 전압을 코일(4)로 분압한 안정적인 전력이 공급되도록 되어 있다.

다음으로, 본 발명의 전원 회로의 원리를 설명하기로 한다.

(1)부하에 대해서

도 2와 같은 회로를 생각하면 다음과 같다는 것을 알 수 있다.

·부하R_L1이 변화되면 전류I_O,I_L1,I_L2와 전압V_L1,V_L2,E가 변화된다.

·R_L1=R_L2이면, V_L1=V_L2=V_H/2가 된다.

·R_L1=R_L2이면, V_H의 전압과 무관하게 전압E는 E=V_H/2가 된다.

·전압E가 E=V_L1=V_L2=V_H/2이면, 전원 전압의 1/2의 전압을 부하A,B로 출력할 수 있다. 이것은 부하A,B에서 전원 전압의 1/2의 전원으로서 에너지 손실 없이 효율적으로 사용할 수 있게 된다는 것을 의미한다.

·R_L1≠R_L2인 경우에는 I_L1=I_L2는 성립되지만, V_L1≠V_L2가 되어 전압E가 변화된다. 이렇게 되면 부하 전압이 변화되기 때문에 전원으로서 사용할 수 없다.

따라서 R_L1=R_L2이면 전원으로서 사용할 수 있지만, R_L1≠R_L2인 경우에는 부하A,B의 전압이 변화되어 전원으로서 사용할 수 없기 때문에 R_L1≠R_L2라 해도 전압E가 변화되지 않는 방법이 필요하다.

(2)코일에 대해서

도 3의 단권(單券) 트랜스에서, 코일 전체의 권수를 N, 직렬 코일의 권수를 N₁, 분로 코일의 권수를 N₂로 하고 N=N₁+N₂, N₁=N₂인 경우를 생각하면 다음과 같다는 것을 알 수 있다.

·부하R_L이 변화되면 I_L이 변화되는데, V_L은 변화되지 않는다.

·I_L이 변화된 경우, I_L의 변화분ΔI_L과 I_O의 변화분ΔI_O의 관계는, ΔI_O=ΔI_L/2가 된다.

·권수N₁과 N₂가 같으면, 코일의 중점C의 전압E는 부하R_L, 입력 전압V_H의 값에 관계 없이 E=V_H/2가 된다.

(3)부하와 코일의 조합에 대해

도 2와 도 3을 조합한 도 4의 등가 회로를 생각하면 다음과 같다는 것을 알 수 있다.

·N₁=N₂로 하면, E=V_H/2가 되고, E는 VV_H의 중점(中點) 전압이 된다.

·분할한 전압은 V_L1=V_L2가 되고, R_L1(부하A), R_L2(부하B)에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.

·R_L1=R_L2로 하면, I_L1=I_L2=I_O-여자 전류(무부하 전류)가 되어 부하에 효율적으로 전력을 공급할 수 있다.

아울러 실제로는 I_O>>여자 전류이며, 여자 전류는 무시할 수 있을 정도의 미소값이다. 실험에 사용한 트랜스에서는 I_L1=I_L2=250[mA]일 때 여자 전류는 2∼5[mA]였다.

(4)부하 변동에 대해서 <제 1>

도 5의 회로에서 부하 밸런스를 바꾼 경우를 생각해 보기로 한다. 단, N₁=N₂,R_L2는 일정하며, R_L1만 변화되는(R_L1<R_L2) 것으로 한다.

R_L2를 일정하게 하고 R_L1이 작아지도록 변화된 경우, 부하A에 흐르는 전류의 증가분을 ΔI_L1, 입력 전류의 증가분을 ΔI_O로 하면 다음과 같다는 것을 알 수 있다.

·ΔI_O=ΔI_L1/2이고, I_L2는 변화되지 않는다.(V_L1=V_L2=V_H/2)

·코일N₁안의 전류는 C→A의 방향으로 Δi₁ 변화된다.

Δi₁=ΔI_L1/2=ΔI_O가 된다.

·코일N₂안의 전류는 C→B의 방향으로 Δi₂ 변화된다.

Δi₂=ΔI_L1/2=ΔI_O가 된다.

또 부하측 VA의 증가분(V_L1·ΔI_L1)은, 입력측 VA의 증가분(V_H·ΔI_O)과 같다.

예를 들면, V_H=1O0[V], N₁=N₂, V_L1=V_L2=50[V], ΔI_L1=1[A]라고 생각하면, 부하측 VA와 입력측 VA는 다음과 같이 된다.

부하측 50[V]×1 [A]=50[VA] ΔI_L1=1 [A]

입력측 100[V]×0.5[A]=50[VA] ΔI_O=0.5 [A]

(5)부하 변동에 대해 <제 2>

도 6의 회로에서 부하 밸런스를 바꾼 경우를 생각해 보기로 한다. 단, N₁=N₂,R_L2는 일정하고 R_L1만이 변화되는(R_L1>R_L2) 것으로 한다.

R_L2를 일정하게 하고 R_L1이 커지도록 변화된 경우, 부하A에 흐르는 전류의 감소분을 ΔI_L1, 입력 전류의 감소분을 ΔI_O로 하면 다음과 같다는 것을 알 수 있다.

·ΔI_O=ΔI_L1/2이고, I_L2는 변화되지 않는다.(V_L1=V_L2=V_H/2)

·코일N₁안의 전류는 A→C의 방향으로 Δi₁ 변화된다.

Δi₁=ΔI_L1/2=ΔI_O가 된다.

·코일N₂안의 전류는 B→C의 방향으로 Δi₂ 변화된다.

Δi₂=ΔI_L1/2=ΔI_O가 된다.

또 부하측 VA의 감소분(V_L1·ΔI_L1)은 입력측 VA의 감소분(V_H·ΔI_O)과 같다.

예를 들면, V_H=100[V], N₁=N₂, V_L1=V_L2=50[V], ΔI_L1=0.5[A]라고 생각하면, 부하측 VA와 입력측 VA는 다음과 같이 된다.

부하측 50[V]×0.5 [A]=25[VA] ΔI_L1=0.5[A]

입력측 100[V]×0.25 [A]=25[VA] ΔI_O=0.25[A]

(6)결론

상기 (1)∼(5)의 고찰로부터, 도 7의 회로에서 이하의 효과가 결론지어진다.

·부하 전류가 같으면(I₁=I₂), 단권 트랜스T의 사이즈를 매우 작게 할 수 있다.

·단권 트랜스T에서 동손이나 철손 등의 에너지 손실이 적어 효율적인 전원으로 할 수 있다. 특히 트로이달 트랜스의 경우에는 에너지 손실이 매우 적어진다.

·부하에 정전류 회로(전류 제한 회로)를 넣음으로써 부하가 변동되더라도 안정적인 전력을 공급할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 전원 회로의 실측치 데이터에 대해서 설명하기로 한다.

도 7의 전원 회로에서, 부하 변동에 따른 전압과 전류의 값을 측정하였다. 입력 전압V_H는 1OO[V], 단권 트랜스T에 대해서 직렬 코일의 권수N₁과 분로 코일의 권수N₂를 동일하게 하고 부하R₂의 값은 일정하고 부하R₁의 값만 변화시켜 측정하였다. 그 측정 결과를 도 8의 표에 나타낸다. 표에서, V₁과 V₂는 부하R₁과 R₂에 걸리는 부하 전압, I_O는 1차측에 흐르는 입력 전류, I₁과 I₂는 부하R₁과 R₂에 흐르는 부하 전류, ΔI_O는 1차측에 흐르는 입력 전류의 증가분, ΔI₁은 부하R₁에 흐르는 부하 전류의 증가분을 나타내고 있다.

표의 (カ)로부터 알 수 있듯이, 부하R₁과 R₂가 같은 경우 입력 전압V_H가 균등하게 2분할되고 부하 전압V₁과 V₂가 같고, 부하 전류I₁과 I₂가 모두 입력 전류I_O와 거의 같아진다.

부하 변동된 경우에 대해서 살펴보면, 표의 (ア)∼(オ)와 같이, 부하R₁이 감소되어도 부하 전압V₁과 V₂는 거의 변함 없이 동일하다는 것을 알 수 있다. 또 도 9의 그래프로부터 알 수 있듯이, 부하R₁이 감소됨에 따라 부하 전류I₁과 입력 전류I_O는 각각 증가되지만, 부하 전류I₂는 거의 변화되지 않는다.

이와는 반대로 표의 (キ)∼(タ)와 같이, 부하R₁이 증가해도 부하 전압V₁과 V₂는 거의 변함 없이 동일하다는 것을 알 수 있다. 또 도 9의 그래프로부터 알 수 있듯이 부하R₁이 증가됨에 따라 부하 전류I₁과 입력 전류I_O는 각각 감소되는데, 부하 전류I₂는 거의 변화되지 않는다.

또한 부하 변동에 따른 부하 전류의 증가분ΔI₁과 입력 전류의 증가분ΔI_O와의 관계에 대해서 살펴보면, 도 1O의 그래프에 나타낸 것처럼, 입력 전류의 증가분ΔI_O는 부하 전류의 증가분ΔI₁의 약 1/2이 되는 것을 알 수 있다. 아울러 표(サ),(シ),(ス)에서 입력 전류의 증가분ΔI_O에 변화가 없는 것은 측정 오차에 의한 것으로 생각된다.

이상의 측정 결과로부터 도 7의 전원 회로에 의하면, 입력 전압V_H를 에너지 손실 없이 효율적으로 분할하여 각각의 부하에 균등하게 공급할 수 있고, 부하 중 하나가 변동되더라도 다른 부하에 영향을 주지 않아 분할된 부하 전압V₁과 V₂가 모두 안정되어 있다는 것으로 판명되었다.

마지막으로, 본 발명의 전원 회로의 실시예에 대해서 설명하기로 한다.

[실시예 1]

도 11에 도시한 전원 회로(1)는, 부하로서 LED조명 회로(30)를 접속하여 LED용 전원에 적용한 예를 도시하고 있다. 동도면에서, 이 전원 회로(1)는 2분할 정류 회로로서, 입력 단자(2)와, 입력 도선(3)과, 코일(4)과, 출력 도선(5)과, 출력 단자(6)와, 전파 정류 회로(7)와, 전류 제한 회로(8)를 구비하여 이루어진다.

입력 단자(2)는 상용 전원(10)에 접속되고, 상용 전원(10)에서 AC100V의 전원 전압을 입력한다. 코일(4)은 단권 트랜스로 이루어지고, 직렬 코일(4A)의 시작단과 분로 코일(4B)의 끝단이 입력 도선(3)을 사이에 두고 입력 단자(2),(2) 사이에 직렬로 접속되어 있다.

2개의 출력 단자(6) 중 제1 출력 단자(6A)는, 출력 도선(5)에 의해 직렬 코일(4A)의 시작단과 분로 코일(4B)의 시작단에 접속되어 있다. 제1 출력 단자(6A)에는 부하A로서 LED조명 회로(30)가 접속된다. LED조명 회로(30)는 복수개의 LED를 직렬로 접속한 LED군으로 구성되어 있다. 또 다른 한쪽의 제2 출력 단자(6B)는 출력 도선(5)에 의해 분로 코일(4B)의 시작단과 분로 코일(4B)의 끝단에 접속되어 있다. 제2 출력 단자(6B)에는 부하B로서 동일하게 LED조명 회로(30)가 접속된다.

직렬 코일(4A)과 분로 코일(4B)의 출력단에는 각각 전파 정류 회로(7),(7)가 마련되어 있다. 전파 정류 회로(7)는, 도 12에 일례를 도시한 것처럼 4개의 다이오드D₁∼D₄로 브릿지를 구성한 브릿지형 정류 회로를 채용할 수 있다. 이 브릿지형 정류 회로에서는 코일(4)에서 변압된 교류 전압을 입력하여 전파 정류하고, 직류 전압으로 변환하여 출력한다.

전파 정류 회로(7)와 출력 단자(6),(6) 사이에는 각각 전류 제한 회로(8),(8)가 마련되어 있다. 전류 제한 회로(8)는 부하에 흐르는 전류를 제한하여 부하 과전류와 온도 상승에 의한 파손을 방지하는 보호 회로이다. 전류 제한 회로(8)는, 도 13에 일례를 도시한 것처럼, 전파 정류 회로(7)의 출력단에 직렬 접속된 전류 제한 저항R로 구성할 수 있다. 이 구성에 의하면, 전류 제한 저항R에 의해 LED조명 회로(30)에 흐르는 전류가 LED의 정격 전류 이내로 제한된다.

또 전류 제한 회로(8)는, 도 14에 다른 예를 도시한 것처럼, 바이어스 저항R₁과, 2개의 트랜지스터Q₁,Q₂와, 전류 검출 저항R₂로 구성할 수도 있다. 바이어스 저항R₁은 전파 정류 회로(7)의 출력단에 접속되고, 여기에 트랜지스터Q₁의 베이스와 트랜지스터Q₂의 콜렉터가 접속되어 있다. 또 전류 검출 저항R₂는 트랜지스터Q₁의 에미터와, 트랜지스터Q₂의 베이스 및 에미터에 접속되어 있다. 이 구성에 의하면, 바이어스 저항R₁에서 트랜지스터Q₁의 베이스에 바이어스 전압이 걸리면 트랜지스터Q₁이 ON되고 LED조명 회로(30)에 전류가 흘러 LED가 점등된다. 또 전류 검출 저항R₂에 흐르는 전류가 제한 전류를 초과하면 트랜지스터Q₂가 ON됨으로써 트랜지스터Q₁의 바이어스 전압이 차단되고 트랜지스터Q₁이 OFF되어 LED조명 회로(30)에 정격을 초과하는 과전류가 흐르는 것을 저지하도록 되어 있다.

실시예 1의 전원 회로(1)는 상기와 같이 구성되어 있고, 코일(4)에 의해 상용 전원(10)에서 입력된 교류 전원 전압을 균등하게 분할하여 LED조명 회로(30)에 안정적인 전력이 공급된다. 또 LED조명 회로(30)에서 도 11의 A점에서는, 도 15에 도시한 제한 전류가 흐른다. 따라서 부하의 각 소자의 분산이 적어 조립상의 분산이 적어진다. 또 부하인 LED조명 회로(30)에는 전류 제한 회로(8)가 마련되어 있기 때문에 부하 전압은 변화 없이 V_A=V_B이다. 따라서 부하 전류에 대해서 I_A≒I_B가 성립되기 때문에 단권 트랜스에 흐르는 전류는 적어진다. 그 값은 코일(4)의 여자 전류+1/2(I_A∼I_B) 정도이다.

이상의 이유로부터 본 실시예의 전원 회로(1)에 의하면, 상용 전원(10)에서 공급된 입력 전력을 2개의 LED조명 회로(30),(30)에 대해 효율적으로 공급할 수 있다. 또 부하에 필요한 전류I_A,I_B가 아닌, 부하 전류의 최대 변동폭(1/2(I_A∼I_B)의 최대값)에 대응할 수 있는 전류로 단권 트랜스를 설계할 수 있다. 또 단권 트랜스에 흐르는 전류가 매우 작기 때문에 단권 트랜스의 코일(4)이 거의 발열되지 않는다. 따라서 전원 회로(1)에서 방열기를 설치하거나 직렬 코일(4A)의 선직경을 굵게 할 필요가 없기 때문에 단권 트랜스의 사이즈를 작게 제작할 수 있어 전원 회로(1)의 소형화를 꾀할 수 있다.

[실시예 2]

도 16에 도시한 전원 회로(1)는, 마찬가지로 LED조명 회로(30)를 접속하여 LED용 전원에 적용한 예를 도시하였다. 동도면에서 이 전원 회로(1)는 2분할 정류 평활 회로로서, 실시예 1의 전류 제한 회로(8) 대신에 전해 콘덴서C와 정전류 회로(9)를 마련한 것이 특징이다.

전파 정류 회로(7)의 출력단에는 전해 콘덴서C가 병렬 접속되어 있다. 이 전해 콘덴서C는 전파 정류 회로(7)에서 출력된 맥류를 직류로 평활화하는 평활 회로로서 기능한다.

전해 콘덴서C와 출력 단자(6A),(6B) 사이에는 각각 정전류 회로(9),(9)가 마련되어 있다. 정전류 회로(9)는, 도 17에 일례를 도시한 것처럼 LED조명 회로(30)에 직렬 접속된 정전압·정전류IC와, 이 IC에 접속된 저항R로 구성할 수 있다. 이 구성에 의하면, LED조명 회로(30)에 흐르는 전류를 제한하여 정전류 구동함으로써 LED조명 회로(30)를 구성하는 LED가 과전류로부터 보호된다.

실시예 2의 전원 회로(1)는 상기와 같이 구성되어 있으며, LED조명 회로(30)에서 도 16의 B점에서는 도 18에 도시한 제한된 일정 전류가 흐른다. 따라서 부하 분산에 의한 직류 전류DCI_A, DCI_B는 정전류 회로(9)에서 조정되기 때문에 DCI_A=DCI_B로 할 수 있다. 따라서 상용 전원(10)에서 공급된 입력 전력을 균등하게 분할하여 2개의 LED조명 회로(30),(30)에 대해 효율적으로 공급할 수 있다. 또 직류 전류가 DCI_A=DCI_B이면, 부하 전류를 I_A=I_B로 조정할 수 있다. 따라서 단권 트랜스에 흐르는 전류가 매우 작아져 단권 트랜스의 코일(4)이 거의 발열되지 않는다. 따라서 실시예 1과 같은 이유로 전원 회로(1)의 소형화를 꾀할 수 있다.

[실시예 3]

도 19에 도시하는 전원 회로(1)는, 마찬가지로 LED조명 회로(30)를 접속하여 LED용 전원에 적용한 예를 도시하고 있다. 동도면에서 이 전원 회로(1)는 3분할 정류 회로로서, 출력 단자(6)를 3개 마련하여 각각에 LED조명 회로(30)를 접속한 것이 특징이다.

3개의 출력 단자(6)중 제1 출력 단자(6A)는 전파 정류 회로(7)와 전류 제한 회로(8)를 사이에 두고 직렬 코일(4A)의 시작단과 분로 코일(4B)의 시작단에 접속되어 있다. 제1 출력 단자(6A)에는 부하A로서 직렬 접속된 복수개의 LED군으로 이루어진 LED조명 회로(30)가 접속된다. 제2 출력 단자(6B)는 전파 정류 회로(7)와 전류 제한 회로(8)를 사이에 두고 분로 코일(4B)의 시작단과 분로 코일(4B)의 중간에 접속되어 있다. 제2 출력 단자(6B)에는 부하B로서 동일하게 LED조명 회로(30)가 접속된다. 제3 출력 단자(6C)는 전파 정류 회로(7)와 전류 제한 회로(8)를 사이에 두고 분로 코일(4B)의 중간과 분로 코일(4B)의 끝단에 접속되어 있다. 제3 출력 단자(6C)에도 또한 부하C로서 LED조명 회로(30)가 접속된다.

이와 같이 3개로 분할된 코일(4)에서 각각의 개별 코일의 권수는 동일하게 N₁=N₂=N₃로 설정되어 있다. 따라서 분할된 부하 전압이 모두 동일하게 V_A=V_B=V_C로 되어 있다.

실시예 3의 전원 회로(1)는 상기와 같이 구성되어 있으며, 3개의 부하A,B,C에 흐르는 전류가 동일하면(I_A=I_B=I_C), 3분할이라 해도 상용 전원(10)에서 공급된 입력 전력을 모든 LED조명 회로(30)에 대해 효율적으로 분배할 수 있다.

[실시예 4]

도 20에 도시한 전원 회로(1)는, 실시예 3과 마찬가지로 3분할 정류 회로이지만, 분할 전압이 다른 경우를 도시한 것이다.

이 실시예의 경우, 3개로 분할한 코일(4)에서 각각의 개별 코일의 권수가 서로 다르게 N₁≠N₂≠N₃으로 설정되어 있다. 따라서 분할된 부하 전압이 다르게 V_A≠V_B≠V_C로 되어 있다.

실시예 4의 전원 회로(1)는 상기와 같이 구성되어 있으며, 이 회로에서도 3개의 부하A,B,.C에 흐르는 전류가 같으면(I_A=I_B=I_C), 분할된 부하 전압V_A,V_B,V_C가 같지 않아도 상술한 실시예와 마찬가지로 입력 전력을 모든 LED조명 회로(30)에 대해 효율적으로 분배할 수 있다.

[실시예 5]

도 21에 도시한 전원 회로(1)는 실시예 1,2와 같이 2분할 회로인데, 입력 전압을 강압하여 분할 출력하도록 한 것이 특징이다.

본 실시예의 전원 회로(1)의 경우, 코일(4)은 그 시작단과 끝단을 소정의 권수만 남긴 상태의 단부 코일N₁,N₄와, 단부 코일간을 2분할한 개별 코일N₂,N₃로 구성되어 있다. 또 개별 코일N₂,N₃의 양단에는 각각 출력 도선(5),(5)이 접속되고, 각 출력 도선(5)의 끝단에 출력 단자(6)가 마련되어 있다. 이 전원 회로(1)에 의하면, 입력 단자(2),(2)로부터 입력 도선(3)을 사이에 두고 입력된 입력 전압을 코일(4)에서 강압하고, 강압된 전압을 개별 코일N₂,N₃에 의해 분압하고, 그 분압한 전력을 출력 도선(5)을 사이에 두고 출력 단자(6)에서 출력하도록 되어 있다.

여기에서 본 실시예의 전원 회로(1)에서는 다음과 같다는 것을 알 수 있다.

·입력측 전력과 출력측 전력은 같다. (V_H·I_O=V_L1·I_L1+V_L2·I_L2)

단, I_O<I_L1,I_L2

단부 코일N₁에 흐르는 전류를 I_O로 하면,

개별 코일N₂에 흐르는 전류는 I_O-I_L1

개별 코일N₃에 흐르는 전류는 I_O-I_L2

단부 코일N₄에 흐르는 전류는 I_O이다.

·V_H=100[V], R_L1=R_L2=40[Ω], V_L1=V_L2=40[V]로 한 경우, I_L1=I_L2=1[A], I_O=0.8[A]가 된다.

·단부 코일N₁과 N₄의 권수가 같으면 I_O=0.8[A]가 된다.

·개별 코일N₂와 N₃의 권수가 같으면 I_O-I_L1=I_O-I_L2=0·2[A]가 된다.

따라서 에너지 손실을 억제하여 보다 효율적으로 전력을 취출하기 위해서는 전류가 많이 흐르는 단부 코일N₁과 N₄의 코일 저항을 줄일 필요가 있다. 그래서 코일 저항을 작게 하는 방법으로서는, 도 22나 도 23에 도시한 구성을 생각할 수 있다. 도 22에 도시한 회로는 단부 코일N₁과 N₄를 더 분할하여 병렬 접속한 것이며, 도 23에 도시한 회로는 단부 코일N₁과 N₄의 선직경을 개별 코일N₂,N₃보다도 굵게 하여 직렬 접속한 것이다. 어떠한 구성이든 도 21의 회로에 비해 단부 코일N₁과 N₄의 코일 저항이 작아지기 때문에 에너지 손실이 적어져 코일(4)에서 강압된 전압을 효율적으로 분압하여 부하에 공급할 수 있다.

[실시예 6]

도 24에 도시한 전원 회로(1)는 실시예 5와는 반대로 입력 전압을 승압하여 분할 출력하도록 한 것이 특징이다.

본 실시예의 전원 회로(1)의 경우, 코일(4)이 단부 코일N₁,N₄와 개별 코일N₂,N₃로 구성되어 있는 점은 실시예 5와 동일하지만, 개별 코일N₂,N₃의 양단에 각각 입력 도선(3),(3)이 접속되어 있는 점이 다르다. 이 전원 회로(1)에 의하면, 입력 단자(2),(2)로부터 입력 도선(3)을 사이에 두고 입력된 입력 전압을 코일(4)에서 승압하고, 승압한 전압을 개별 코일N₂,N₃에 의해 분압하고, 그 분압한 전력을 출력 도선(5)을 사이에 두고 출력 단자(6)로부터 출력하도록 되어 있다.

여기에서 본 실시예의 전원 회로(1)에서는, 다음과 같다는 것을 알 수 있다.

단, I_O>I_L1,I_L2

·V_H=100[V], R_L1=R_L2=60[Ω], V_L1=V_L2=60[V]로 한 경우, I_L1=I_L2=1[A], I_O=1.2[A]가 된다.

·단부 코일N₁과 N₄의 권수가 같으면 N₁과 N₄에 흐르는 전류는 1[A]가 된다.

·개별 코일N₂와 N₃의 권수가 같으면 N₂와 N₃에 흐르는 전류는 0.2[A]가 된다.

따라서 본 실시예에서도 에너지 손실을 억제하여 보다 효율적으로 전력을 취출하기 위해서는, 전류가 많이 흐르는 단부 코일N₁과 N₄의 코일 저항을 작게 하면 된다. 코일 저항을 줄이는 방법으로서는, 도 22나 도 23에 설명한 것처럼 단부 코일N₁과 N₄를 병렬 접속하는 구성이나, 단부 코일N₁과 N₄의 선직경을 굵게 하여 직렬 접속하는 구성을 채용할 수 있다. 어떠한 구성이든 단부 코일N₁과 N₄의 코일 저항이 작아지기 때문에 에너지 손실이 적어져 코일(4)에서 승압된 전압을 효율적으로 분압하여 부하에 공급할 수 있다.

[기타]

실시예 5에서는 코일(4) 양단의 단부 코일N₁,N₄를 남긴 상태에서 출력 도선(5),(5)을 접속하였으나, 그 대신에 도 25에 도시한 것처럼 단부 코일N₁과 N₄를 결합하고 코일(4)의 시작단만(혹은 끝단만) 남긴 상태에서 출력 도선(5),(5)을 접속해도 좋다. 또 실시예 6에서는 코일(4) 양단의 단부 코일N₁,N₄를 남긴 상태에서 입력 도선(3),(3)을 접속하였으나, 그 대신에 도 26에 도시한 것처럼 단부 코일N₁과 N₄를 결합하고 코일(4)의 시작단만(혹은 끝단만) 남긴 상태에서 입력 도선(3),(3)을 접속해도 좋다. 단, 도 26의 회로에서, 출력 도선(5)을 접속한 코일(4)의 중점C가 입력 도선(3)의 접속점A에 지나치게 가까우면 그만큼 에너지 손실이 많아 효율이 나빠지기 때문에 바람직하지 않다. 구체적으로는 코일(4)에 대해서, 입력 전압과 출력 전압의 변압비가 1:1∼1.5 정도의 범위내가 되도록 중점C와 접속점A의 위치를 설정하는 것이 바람직하다.

또 실시예 5와 6의 도면에서는, 설명의 편의상 출력 도선(5),(5)과 출력 단자(6),(6) 중 한쪽을 공용하고 있는데, 본 발명의 전원 회로(1)는 각각의 부하를 독립적으로 접속하기 위해 실시예 1 등과 마찬가지로 각각의 출력 도선(5)과 출력 단자(6)가 독립되어 있는 것이 조건이 된다.

아울러 이상의 실시예에서는 전원 회로(1)의 코일(4)을 2개 또는 3개로 분할한 예를 들어 설명하였으나, 분할수는 이에 한정되지 않으며 4개 이상으로 분할한 회로라 해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또 전원 회로(1)에 부하(20)로서 LED조명 회로(30)를 접속하였으나, 다른 것이어도 좋고, 전광 게시판, 컬러 전식, 간판 등의 LED기기나 바닥 난방, 융설 장치 등의 히터 기기인 기타 전자 기기를 접속할 수도 있다.

1…전원 회로
2…입력 단자
3…입력 도선
4…코일
5…출력 도선
6…출력 단자
7…전파 정류 회로
8…전류 제한 회로
9…정전류 회로
10…상용 전원
20…부하
30…LED조명 회로

Claims

상용 전원에 접속되는 입력 단자;
상기 입력 단자에 접속된 입력 도선;
상기 입력 도선에 접속된 단권 코일;
상기 단권 코일을 복수로 분할하여 이루어진 개별 코일의 각각에 접속된 복수의 출력 도선;
상기 출력 도선에 접속되어 각각 독립적으로 동작하고, 상기 단권 코일로 분압한 교류 전압을 각각 직류 전압으로 변환하는 복수의 전파 정류(full wave rectification) 회로; 및
상기 전파 정류 회로에 대응하여 설치되고, 상기 전파 정류 회로의 출력 전류의 상한치를 각각 제한하는 복수의 전류 제한 회로;를 구비하고,
상기 전파 정류 회로에서 전파 정류되어 상기 전류 제한 회로에서 상한치가 제한된 직류 전류에 의해 복수의 LED 조명 회로를 각각 구동하도록 한 전원 회로.
제1항에 있어서, 상기 단권 코일의 단부를 남긴 상태에서 상기 출력 도선이 접속되고, 상기 단권 코일에서 입력 전압을 강압하고, 그 강압한 전압을 분압하여 상기 출력 도선으로 출력하는 전원 회로.
제1항에 있어서, 상기 단권 코일의 단부를 남긴 상태에서 상기 입력 도선이 접속되고, 상기 단권 코일에서 입력 전압을 승압하고, 그 승압한 전압을 분압하여 상기 출력 도선으로 출력하는 전원 회로.
제1항에 있어서, 상기 단권 코일의 시작단과 상기 개별 코일의 시작단에 접속된 제1 출력 단자와, 상기 개별 코일의 시작단과 상기 개별 코일의 끝단에 접속된 제2 출력 단자를 구비한 전원 회로.
제1항에 있어서, 상기 단권 코일의 시작단과 상기 개별 코일의 시작단에 접속된 제1 출력 단자와, 상기 개별 코일의 시작단과 상기 개별 코일의 중간에 접속된 제2 출력 단자와, 상기 개별 코일의 중간과 상기 개별 코일의 끝단에 접속된 제3 출력 단자를 구비한 전원 회로.
제1항에 있어서, 상기 단권 코일의 권수가 균등하게 분할되어 상기 개별 코일이 형성되어 있는 전원 회로.
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