KR101393746B1

KR101393746B1 - Ｌｅｄ 전류 제어 회로

Info

Publication number: KR101393746B1
Application number: KR1020120071175A
Authority: KR
Inventors: 김근용; 강현성; 박성림
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-05-12
Also published as: KR20140003210A

Abstract

발명의 실시예에 따른 LED 전류 제어 회로는 교류 전원에서 공급되는 전원을 입력받는 디머; 상기 디머에서 출력하는 전압을 이용하여 구동전압을 제공하는 안정기; 상기 안정기에서 출력되는 전압을 감지하고, LED 드라이버의 전류 기준값을 생성하는 구동 제어부; 및, 상기 구동 제어부에 의해 제어된 구동전압을 입력받아 DC 정전류를 생성하는 LED 드라이버;를 포함한다.

Description

ＬＥＤ 전류 제어 회로{LED current control circuit}

본 발명은 LED 전류 제어 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 효과적인 디밍 동작을 구현하는 LED 전류 제어 회로에 관한 것이다.

LED(light emitting diode) 소자는 고효율, 고속응답, 장수명, 소형화, 경량, 저소비 전력에 의한 에너지 절감 등의 장점과 함께, 일산화탄소 발생이 전혀 없으며, 무수은 광원이므로 폐기물 처리가 간편한 친환경 광원 등의 우수한 특징을 가지고 있어 많은 용도에 응용되고 있다. 또한 점광원 및 초소형 광소자로 선, 면, 공간 디자인을 자유롭게 할 수 있어서 활용분야가 표시, 신호, 디스플레이, 조명, 바이오, 통신, 휴대전화, LCD, 자동차 산업 등 산업 전반으로 매우 넓게 지속성장이 예측된다.

종래의 회로 구성과 같이 안정기(Ballast)를 이용하는 LED조명의 경우, 안정기의 출력전압이 그대로 LED 조명의 PSU(Power Supply Unit) 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 서플라이(SMPS)로 구성되는 PSU과 안정기 간의 호환성은 중요하며, 더 나아가 디밍 호환성도 중요한 포인트가 된다.

특히 안정기의 구조상 하프브리지 등의 인버터 구조로 구성되어 안정기의 출력은 매우 빠른 스위칭 파형으로 이루어져 있는데, 이를 정류하여 입력전압으로 이용하는 종래의 PSU의 경우 안정기 출력과의 호환성이 낮아지는 문제가 발생한다.

또한, 트라이액 디밍(Triac Dimming)시에도 안정기의 출력전압이 일정하지 않기 때문에 안정기의 출력전압을 감지하여 LED로 흐르는 전류를 제어하는 과정에서 플리커(Flicker) 및 빛의 일렁임(shimmer:시머), 소음(noise) 등의 현상도 발생하게 된다

본 발명은 트라이액 디밍시 LED전류(PSU출력전류)의 불안정함에 따른 플리커 현상을 제거하고, 사용자 인터페이스 관점에서 LED조명의 디밍 호환성을 높이기 위한 안정적인 능동 LED전류 제어 회로를 제안하는 것을 목적으로 한다

발명의 실시예에 따르면, LED 장치의 디밍 기능을 효과적으로 구현할 수 있다.

또한 디밍시 PSU의 출력전류를 안정하게 제어하여 홀딩 및 래칭 전류 확보를 통하여 LED조명의 동작 호환성을 개선할 수 있다.

그리고 디밍시 출력전류가 감소하는 현상을 개선하여 플리커 및 시머를 방지할 수 있다.

도 1은 발명의 실시예에 따른 LED 전류 제어 회로의 블록도를 나타낸 도면이다.
도 2는 발명의 실시예에 따른 구동 제어부의 회로를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 각 지점에서의 전압 또는 전류값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 종래 기술 및 발명의 실시예에 따른 LED 전류를 나타내는 파형도이다.

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 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.

도 1은 발명의 실시예에 따른 LED 전류 제어 회로의 블록도를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, LED 전류 제어 회로의 블록도는 교류 전원(100)에서 공급되는 전원을 입력받는 디머(200)와, 디머(200)에서 출력하는 전압을 이용하여 구동전압을 제공하는 안정기(300)와, 상기 안정기(300)에서 출력되는 구동전압을 감지하고, LED 드라이버(500)의 전류 기준값을 생성하는 구동 제어부(400), 구동 제어부(400)에 의해 제어된 구동전압을 입력받아 DC 정전류를 생성하는 LED 드라이버(500)와, DC 정전류를 입력받는 LED 소자(600)를 포함한다.

상기 교류 전원(100)은 AC 전압을 공급할 수 있으며, 예를 들어 220V의 교류전압을 공급할 수 있다.

디머(200)는 교류 전원(100)에서 공급되는 전원을 입력받아 입력전압의 각을 조절한 교류 전압을 안정기(300)로 공급한다.

상기 안정기(300)는 예를 들어, 220V의 교류전압을 입력받아 11kHz, 교류 12V의 구동전압을 출력한다.

일반적으로 디머가 전압 제어이며, LED 드라이버는 전류 제어 방식이기 때문에 LED 소자의 디밍 동작시 부드러운 디밍이 되지 않고, 플리커 후 바로 소등되어 버리는 문제점이 존재하나, 도 1과 같이 구현된 LED 장치는 안정기(300)에서 출력되는 구동전압을 감지하고, LED 드라이버(500)의 전류 기준값을 생성하는 구동 제어부(400)에 의해 LED 전류를 능동적으로 제어할 수 있다.

구동 제어부(400)는 상기 안정기(300)의 출력전압을 감지하는 출력 전압 감지부(410) 및 감지된 전압에 따라 디밍 레벨을 판단하는 디밍 레벨 판단부(420) 및 상기 디밍 레벨에 따라 LED 전류의 기준값을 생성하는 기준값 생성부(430)를 포함할 수 있다. 상기 구동부의 구체적인 동작에 대해서는 후술한다.

상기 드라이버(500)는 구동전압을 이용하여 LED 소자(600)를 드라이빙하기 위한 정전류를 생성하여 LED 소자(600)로 제공한다.

도 2는 발명의 실시예에 따른 구동 제어부(400)의 회로를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 안정기(300)의 출력전압이 정류부를 통해 구동 제어부(400)의 출력 전압 감지부(410)로 입력될 수 있다. 상기 출력 전압 감지부(410)의 입력 전압은 V₈으로 표시한다.

상기 출력 전압 감지부(400)의 입력단에는 다이오드가 형성될 수 있는데, 상기 다이오드에 의해 안정기(300)의 출력전압이 평활되는 것을 방지하고 상기 안정기(300)의 출력값을 수신할 수 있게 된다.

상기 안정기(300)의 출력전압과 병렬로 연결되는 제1 및 제2 캐패시터 (C1, C2)는 전압을 평활화한다.

상기 안정기(300)의 출력전압은 출력 전압 감지부(410)로 입력된다. 상기 출력 전압 감지부(410)에는 제7, 8, 9 저항(R7, R8, R9)이 직렬로 연결되어 있으며, 이들의 분압 저항이 제1 스위치(TR1)의 동작여부를 결정한다. 구체적으로 일단이 접지와 연결된 제9 저항(R9)의 전압(V_Q2)이 상기 제1 스위치(TR1)의 게이트 단에 인가되고, 상기 안정기(300)의 출력전압이 상승하여 상기 제9 저항(R9)의 전압(V_Q2)이 상기 제1 스위치(TR1)의 턴온전압 이상인 경우, 상기 제1 스위치(TR1)는 턴온된다.

안정기(300)의 출력전압이 증가하여 상기 제1 스위치(TR1)가 턴온되면, 디밍 레벨 판단부(420)로 입력되는 안정기(300)의 출력전압이 제4 저항(R4)을 통해 접지와 연결된다. 이에 따라 상기 제2 스위치(TR2)가 턴오프되면, 상기 기준값 생성부(430)의 제3 저항(R3)이 오픈(open)되므로 상기 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 분압 전압값이 IC의 디밍핀으로 전달된다.

제5 캐패시터(C5)는 일단이 상기 제1 스위치(TR1)의 게이트 단에 연결되고, 타단이 접지와 연결된다. 상기 제5 캐패시터 (C5)에 의해 상기 제9 저항(R9)의 전압을 평활할 수 있다.

반면, 안정기(300)의 출력전압이 감소하여 상기 제1 스위치(TR1)가 턴오프되면, 디밍 레벨 판단부(420)로 입력되는 안정기(300)의 출력전압이 제4, 5, 6 저항(R4, R5, R6)을 통해 분압된다. 일단이 접지와 연결된 상기 제6 저항(R6)에 인가되는 분압전압이 상기 제2 스위치(TR2)의 문턱전압보다 높아지게 되면 상기 제2 스위치(TR2)는 턴온된다.

이에 따라 제3 저항(R3)이 상기 제2 저항(R2)과 병렬 연결되므로, 제2 저항(R2)과 제3 저항(R3)의 병렬 연결에 의해 변화된 분압 전압값이 IC의 디밍핀으로 전달된다.

상기 기준값 생성부(430)는 제1 저항(R1), 상기 제1 저항(R1)과 각각 일단이 연결되고 타단이 접지되며 상호 병렬로 연결되는 제3 캐패시터 (C3), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3)을 포함한다.

상기 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)은 상호 병렬로 연결되어 있으며, 제3 저항(R3)은 제2 스위치(TR2)에 의해 연결 여부가 결정된다. 상기 제2 스위치(TR2)에 문턱전압 이상의 전압이 인가되면 상기 제2 스위치(TR2)가 턴온되어 상기 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)이 병렬로 연결되어 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)의 합성 저항값과 제1 저항(R1)에 의해 전압이 분압된다.

상기 과정에 의해 분압된 전압값이 집적회로(IC)의 디밍핀으로 입력되어 디밍 신호가 생성된다. 상기 디밍 신호는 직류(DC) 값을 갖는다.

상기에서 기술한 바와 같이 제3 저항(R3)의 동작은 제2 스위치(TR2)의 턴온/턴오프(ON/OFF) 여부에 따라 결정되며, 상기 제2 스위치(TR2)의 제어는 안정기 출력 감지부(410)와 디밍 레벨 판단부(420)의 동작에 따라 결정된다.

이에 따라 디밍시 파워 서플라이 유닛의 출력전류를 안정하게 제어할 수 있고, 이에 따라 LED 조명의 동작 호환성을 개선할 수 있다.

발명의 실시예에서는 안정기 출력 감지부(410) 및 디밍 레벨 판단부(420)가 각각 하나씩 형성되었으나, 복수개로 병렬 연결되는 구성을 가질 수도 있다. 복수개로 병렬 연결되는 경우, 각 소자의 값은 사용자에 의해 변경될 수 있다. 안정기 출력 감지부(410) 및 디밍 레벨 판단부(420)가 병렬로 복수개 연결됨에 따라 전압 변화에 따라 IC로 전달되는 전압값이 디테일하게 결정될 수 있다.

도 3은 도 2의 각 지점에서의 전압 또는 전류값을 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이 제9 저항(R9)에 인가되는 전압(V_Q2)이 부분적으로는 정현파의 파형을 갖고 있으며, 시간이 경과함에 따라 전체적으로 그 값이 증가한다. 이에 따라 제1 스위치(TR1)의 게이트 단에 인가되는 전압도 증가하게 되고, 턴온 전압 이상인 경우, 상기 제1 스위치(TR1)는 턴온된다. 제1 스위치(TR1)가 턴온되면 제6 저항(R6)의 분압전압은 0으로 수렴하게 된다. 이에 따라 제1 저항 및 제2 저항의 분압전압값이 IC의 디밍 핀으로 전달된다.

또한 상기 제6 저항(R6)에 인가되는 전압(V_Q1)이 제2 스위치(TR2)의 게이트 단에 인가되어 상기 제2 스위치(TR2)가 턴온되면 상기 제2 및 제3 저항(R2, R3)이 병렬 연결되고, 합성 저항값의 변동에 따라 디밍 신호로 생성되는 피드백 전압값(V_FB)이 완만한 곡선으로 증가하게 된다.

도 4는 종래 기술 및 발명의 실시예에 따른 LED 전류를 나타내는 파형도이다.

도시된 바와 같이 좌측의 기존 파워 서플라이 유닛의 출력전류는 그 값이 급격히 변하기 때문에 플리커 및 시머가 발생하여 안정성 및 신뢰성의 측면에서 개선의 여지가 있다. 그리고 우측의 발명의 실시예에 따른 파워 서플라이 유닛의 출력전류는 안정기의 출력전압을 감지하여 출력값을 능동적으로 제어하기 때문에 플리커 및 시머를 방지하여 안정성 및 신뢰성이 개선될 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

교류 전원에서 공급되는 전원을 입력받는 디머;
상기 디머에서 출력하는 전압을 이용하여 구동전압을 제공하는 안정기;
상기 안정기에서 출력되는 전압을 감지하고, LED 드라이버의 전류 기준값을 생성하는 구동 제어부; 및,
상기 구동 제어부에 의해 제어된 구동전압을 입력받아 DC 정전류를 생성하는 LED 드라이버;를 포함하고,
상기 구동 제어부는 상기 안정기의 출력전압을 감지하는 출력 전압 감지부;
감지된 전압에 따라 디밍 레벨을 판단하는 디밍 레벨 판단부; 및
상기 디밍 레벨에 따라 LED 전류의 기준값을 생성하는 기준값 생성부;를 포함하고,
상기 기준값 생성부는,
상기 안정기의 출력전압이 공급되는 단자와 디밍 신호 출력 단자 사이에 연결된 제1 저항;
상기 디밍 신호 출력 단자와 접지 사이에 연결된 제2 저항 및 제1 캐패시터; 및
제2 스위치의 동작에 따라 상기 제2 저항과 병렬 연결 여부가 결정되는 제3 저항;을 포함하고,
상기 디밍 레벨 판단부는,
제1 스위치의 동작에 따라 상기 안정기의 출력 전압을 분압하는 직렬로 연결된 제1 그룹의 복수개의 저항을 포함하고,
상기 제1 그룹의 복수개의 저항 중 하나의 저항에 인가되는 분압 전압에 따라 상기 제2 스위치의 동작을 결정하고,
상기 출력 전압 감지부는,
입력단에 형성된 다이오드;
상기 안정기의 출력전압을 분압하며 직렬로 연결된 제2 그룹의 복수개의 저항; 및
상기 제2 그룹의 복수개의 저항 중 하나의 저항에 인가되는 분압 전압에 따라 동작여부가 결정되는 제1 스위치;를 포함하는 LED 전류 제어 회로.
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제1항에 있어서,
상기 출력 전압 감지부 및 디밍 레벨 판단부는 복수개가 병렬 연결되는 LED 전류 제어 회로.
제1 항에 있어서,
상기 안정기의 출력전압이 인가되는 단자와 병렬로 연결되는 제2 및 제3 캐패시터를 더 포함하는 LED 전류 제어 회로.
제1 항에 있어서,
상기 제1 그룹의 복수개의 저항은,
제4 내지 제6 저항을 포함하고,
상기 제4 저항은 상기 안정기의 출력 전압이 공급되는 단자와 상기 제5 저항의 일단 사이에 연결되고,
상기 제5 저항의 타단은 상기 제6 저항의 일단에 연결되고,
상기 제6 저항의 타단은 접지와 연결되고,
상기 제6 저항의 일단의 전압에 따라 상기 제2 스위치의 동작 여부가 결정되는 LED 전류 제어 회로.
제1 항에 있어서,
상기 제2 그룹의 복수개의 저항은,
제7 내지 제9 저항을 포함하고,
상기 제7 저항은 상기 안정기의 출력 전압이 공급되는 단자와 상기 제8 저항의 일단 사이에 연결되고,
상기 제8 저항의 타단은 상기 제9 저항의 일단에 연결되고,
상기 제9 저항의 타단은 접지와 연결되고,
상기 제9 저항의 일단의 전압에 따라 상기 제1 스위치의 동작 여부가 결정되는 LED 전류 제어 회로.
제9 항에 있어서,
상기 디밍 레벨 판단부는 상기 제1 스위치와 병렬 연결되는 제4 캐패시터를 더 포함하는 LED 전류 제어 회로.
제10 항에 있어서,
상기 출력 전압 감지부는 상기 제9 저항과 병렬 연결되는 제5 캐패시터를 더 포함하는 LED 전류 제어 회로.