KR101455146B1 - 고효율 ｌｅｄ 디밍 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광다이오드, 즉, LED에 점등을 위한 정격전원을 공급하는 LED 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력전원인 상용전원의 역률을 개선하는 역률개선부와, LED에 정전원이 공급되도록 하는 PWM부를 각각 구비하여 역률개선부와 PWM부가 별개로 구동되는 것이 아니라 역률개선과 정전원의 공급이 역률개선 PWM부에서 동시에 행해지고, 디밍제어부가 LED로 출력되는 전압과 전류를 디밍명령신호와 비교하여 디밍제어신호를 생성하고, 생성된 디밍제어신호를 역률개선 PWM부로 전송하여 LED의 조도(밝기)를 안정적으로 조절할 수 있는 고효율 LED 디밍 컨버터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고효율 LED 디밍 컨버터는 입력전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 출력되는 맥류전원을 변압하는 트랜스; 상기 트랜스의 출력전원을 직류화하여 LED에 공급하는 직류부; 상기 트랜스의 스위칭을 PWM 방식으로 제어하여 LED에 정전류가 공급되도록 하며 역률을 개선하는 역률개선 PWM부; LED의 조도를 조절하기 위한 디밍제어신호를 상기 역률개선 PWM부로 전송하는 디밍제어부;를 포함하여 이루어진다.

Description

고효율 ＬＥＤ 디밍 컨버터{LED dimming converter}

본 발명은 발광다이오드, 즉, LED에 점등을 위한 정격전원을 공급하는 LED 컨버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력전원인 상용전원의 역률을 개선하는 역률개선부와, LED에 정전원이 공급되도록 하는 PWM부를 각각 구비하여 역률개선부와 PWM부가 별개로 구동되는 것이 아니라 역률개선과 정전원의 공급이 역률개선 PWM부에서 동시에 행해지고, 디밍제어부가 LED로 출력되는 전압과 전류를 디밍명령신호와 비교하여 디밍제어신호를 생성하고, 생성된 디밍제어신호를 역률개선 PWM부로 전송하여 LED의 조도(밝기)를 안정적으로 조절할 수 있는 고효율 LED 디밍 컨버터에 관한 것이다.

조명기구의 광원은 백열등과 형광등을 거쳐 최근에는 LED가 사용되고 있다.

LED는 조도는 높으면서도 소비전력은 적고, 반영구적인 수명을 갖고, 친환경적, 감성적 조명 등의 다양한 장점을 가져, 최근 조명기구의 광원으로 대세를 형성하고 있다.

컨버터는 LED의 점등을 위해 상용전원을 입력받아 점등에 필요한 정격전원으로 변환하여 공급하는 전원공급장치이다.

LED용 컨버터는 일반적으로 상용전원을 정격전원으로 변환하기 위해 트랜스와, 트랜스를 PWM 방식으로 스위칭하는 PWM부를 갖고, 에너지 효율이 강조되면서 상용전원의 역률을 개선하는 역률개선부를 더 구비한 컨버터가 근래에 출시되고 있다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 도1은 종래기술에 따른 등록특허 제0910198호 "고휘도 LED 조명장치용 정전류형 전원공급장치"의 회로도로서, 도1의 종래기술에 따른 컨버터(즉, 전원공급장치)를 보면,

입력전원의 전압과 전류가 동위상이 되도록 하여 역률을 개선하는 역률개선부(30 ; PFC)와, 역률개선된 전원을 PWM 방식으로 정격전원을 변환하기 위해 평활하여 트랜스(T2)로 공급하는 평활부(C3, C7, R1, R4, R5, R12)와, 트랜스(T2)를 PWM 방식으로 스위칭하여 정격전원으로 변환화는 PWM부(40, 60)를 포함한다.

그리고 역률개선부(30 ; PFC)와 PWM부(40, 60)는 각각 별개로 구동되어 역률을 개선하고 정격전원을 만들기 위해 독자적인 IC칩(U1, U2)를 갖는다.

즉, 종래기술에서는 역률개선부(30 ; PFC)와 PWM부(40, 60)가 별개로 구비되고, 역률개선부(30 ; PFC)의 출력측에는 트랜스(T2)에 평활된 직류전원이 공급되도록 평활부(C3, C7, R1, R4, R5, R12)가 구비된다.

에너지 자원이 점차 고갈되어 가면서 전 세계적으로 에너지 절감, 즉, 불필요한 전력손실을 줄여 효율을 높이는 것이 강조되고 있는 현 추세에서, 종래기술에 따른 컨버터는 역률개선부(30 ; PFC)와 PWM부(40, 60)는 각각 별개로 구비하고, 역률개선부의 출력측에 평활부(C3, C7, R1, R4, R5, R12)를 구비함으로써, 이들 각각에서 소비되는 전력의 합은 무시할 수 없는 수준이다.

그리고 컨버터는 LED에 정격전원, 즉, 정전압 또는/및 정전류를 지속적으로 공급하기 위해서 LED에 공급되는 전압 또는/및 전압을 감지하여 트랜스의 스위칭을 제어하는 PWM부로 전송하는 피드백부를 갖고, 피드백부는 감지되는 전압 또는/및 전압을 기준 전압 또는/및 전류와 비교하고 비교결과를 PWM부로 전송하기 위해 자체적인 구동전원이 필요한데,

종래기술에서는 피드백부의 구동전원을 트랜스의 출력전원을 직류화하여 LED로 공급하는 직류부의 출력전원을 가져다가 레귤레이터로 정전압의 구동전원으로 변환하여 이용하고 있다.

종래기술과 같이 직류부의 출력전원을 가져다가 변환하여 피드백부의 구동전원으로 이용하는 때에는 전력손실이 예상외로 크고, LED 부하에서 쇼트가 발생되는 때에 피드백부의 구동전원 유지되기 어려워 쇼트에 따른 과전류를 감지하여 PWM부로 피드백시키지 못하는 위험이 있고, 쇼트에 따른 과전류를 피드백시키지 못함에 따라 컨버터가 손상되는 문제가 있다.

그리고 에너지를 절감하기 위해서 또 다른 수단으로 주변의 조도나 사용자의 선택에 의해 LED 조명의 밝기를 조절할 수 있는, 즉, LED의 소비전력을 조절할 수 있는 디밍 기능을 갖춘 컨버터가 출시되고 있다.

디밍 기능을 갖는 LED 컨버터로는 공개특허 제10-2012-0114421호 "디밍 조절 엘이디 조명장치 및 방법", 등록특허 제1130334호 "주변조도에 따라 밝기가 가변하는 LED 가로등" 등 다양하게 개시되었다.

디밍 기능을 갖는 종래기술에 따른 컨버터는 트랜스의 스위칭을 제어하는 PWM부가 외부의 디밍명령신호를 입력받아 처리하는 방식이다. 다시 말해, PWM부는 트랜스의 스위칭을 제어하는 것은 물론이고, 스위칭의 제어를 위해 LED로 공급되는 전압과 전류의 세기를 피드백 받고 이에 더하여 디밍명령신호를 입력받는 등 많은 기능을 수행한다. 그래서 많은 기능을 수행하는 PWM부는 처리한계를 넘어설 정도로 부하가 가중되고, 그에 따라 동작 오류가 발생되거나 손상될 위험이 크다.

따라서 에너지 절감을 위해 컨버터에 디밍 기능을 부여하되, 디밍제어를 위해 PWM부의 부하가 가중되지 않도록 하여 오동작이나 손상을 예방할 필요가 있다.

본 발명은 위와 같이 종래기술에 따른 LED 컨버터가 갖는 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서,

역률도 개선하며 동시에 정격전원으로도 변환하는 역률개선 PWM부를 도입하고 트랜스의 PWM 방식 스위칭을 위한 평활부를 필요로 하지 아니하여, 컨버터에서 소비되는 소비전력을 최소화하여 에너지 효율을 극대화고, 이에 더하여 LED의 밝기를 조절할 수 있도록 디밍 기능을 부여한 고효율 LED 디밍 컨버터를 제공함을 목적으로 하고,

LED의 밝기를 조절하는 디밍제어신호는 LED로 공급되는 전압과 전류의 피드백신호와 별개로 PWM부로 입력되는 것이 아니라, 외부에서 입력되는 디밍명령신호와 전압과 전류의 피드백신호를 비교하여 생성한 디밍제어신호, 즉, LED의 밝기를 조절하는 디밍제어신호는 LED로 공급되는 전압과 전류의 피드백신호가 하나로 합쳐진 디밍제어신호를 PWM부로 전송하여, PWM부의 부하를 줄여주어 오동작과 손상을 예방하는 고효율 LED 디밍 컨버터를 제공함을 또 다른 목적으로 하고,

이에 더불어, 디밍제어부, 디밍인터페이스부 및 피드백부의 구동을 위한 구동전원을 트랜스의 2차측에 별도로 결선된 보조권선에 유기되는 전압을 이용하여, LED의 밝기를 5% 이하로 디밍하였을 때에도 디밍용 구동전원이 안정적으로 공급되도록 하여 피드백 동작의 불안정에 의해 LED의 불빛이 떨리는 현상을 방지하고, LED 부하가 쇼트될 때에도 잠시 동안 구동전원이 유지되도록 하여 쇼트에 따른 과전류를 감지하는 즉시 피드백하여 컨버터를 안전하게 보호할 수 있는 고효율 LED 디밍 컨버터를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고효율 LED 디밍 컨버터는

입력전원을 정류하는 정류부;

상기 정류부에서 출력되는 맥류전원을 변압하는 트랜스;

상기 트랜스의 출력전원을 직류화하여 LED에 공급하는 직류부;

상기 트랜스의 스위칭을 PWM 방식으로 제어하여 LED에 정전류가 공급되도록 하며 역률을 개선하는 역률개선 PWM부;

LED의 조도를 조절하기 위한 디밍제어신호를 상기 역률개선 PWM부로 전송하는 디밍제어부;를 포함하여 이루어진다.

그리고 외부에서 입력되는 디밍명령신호를 버퍼링하여 상기 디밍제어부로 전달하는 디밍인터페이스부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 디밍인터페이스부는

외부에서 입력되는 디밍명령신호를 버퍼링하여 상기 디밍제어부로 전달하는 버퍼와,

상기 버퍼에서 버퍼링된 디밍명령신호가 최저치 이하인 때에 상기 디밍제어부로 소등신호를 전달하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 직류부에서 출력되는 전압과 전류를 각각 센싱하는 전압센싱부와 전류센싱를 더 포함하고,

상기 디밍제어부는

상기 전압센싱부와 전류센싱부에서 감지되는 전압과 전류를 디밍명령신호와 비교하여 디밍제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 고효율 LED 디밍 컨버터는 에너지 효율을 높이기 위한 역률개선부와 정격전원을 위해 트랜스의 스위칭을 제어하는 PWM부를 각각 별개로 구비하고 별개로 구동되는 것이 아니고, 역률개선 PWM부에서 역률을 개선함은 물론 정격전원이 만들어지도록 하고, PWM 스위칭을 위한 평활부를 별도로 구비하지 아니하여, 컨버터 전체에서 소비되는 소비전력을 최소화하여 에너지 효율이 극대화되고, 주변 상황에 따라 LED의 밝기를 조절하여 에너지의 절감과 조명 분위기를 연출할 수 있고, LED의 밝기 조절, 즉, 디밍제어를 위한 디밍제어신호는 정격전원을 위한 전압과 전류의 피드백신호와 합성되어 함께 PWM부로 전송되어 PWM부의 부하를 가중시키지 않고 그에 따라 오동작과 손상을 예방할 수 있고, 디밍제어부, 디밍인터퍼에스부 및 피드백부의 구동전원을 트랜스 2차측에 별도로 권선된 보조권선으로부터 공급받아 전력손실을 줄임은 물론이고 저조도로 디밍하였을 때에도 구동전원이 안정적으로 공급되어 불빛의 떨림을 방지하고 LED 부하의 쇼트시에도 잠시 동안 구동전원이 유지되어 쇼트에 따른 과전류를 감지하여 즉시 피드백시켜 컨버터를 안전하게 보호할 수 있는 고효율 LED 디밍 컨버터로서, 산업발전에 매우 유용한 발명이다.

도 1 은 종래기술에 따른 LED 컨버터의 회로도.
도 2 는 본 발명에 따른 고효율 LED 디밍 컨버터의 개략적인 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 고효율 LED 디밍 컨버터의 구체적인 회로도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고효율 LED 디밍 컨버터에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 컨버터를 보다 구체적으로 설명하기에 앞서,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

참고로, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어, 각 구성요소에 부가되는 도면부호는 도1의 종래기술에 사용된 도면부호와는 무관함을 미리 밝혀두는 바이다.

본 발명은 도2 및 도3에서 보는 바와 같이 EMI 필터(10), 정류부(20), 역률개선 PWM부(30), 트랜스(T1), 직류부(40), 피드백부(50), 구동전원공급부(60), 디밍제어부(70), 디밍인터페이스부(80) 등의 구성요소 대별된다.

도3a를 보면 상용전원이 입력되는 입력측에는 상용전원으로 과전류가 입력되는 때에 이를 차단하여 컨버터를 보호하는 퓨즈(F1)와, 상용전원으로 순간적인 과전압 즉, 서지전압이 입력되는 때에 클램핑하여 이를 차단하여 컨버터를 보호하는 바리스터(MOV1)가 연결되어 있다.

상기 EMI 필터(10)는 상기 퓨즈(F1)와 바리스터(MOV1)의 출력측에 연결되어 입력되는 상용전원에 포함되어 있는 전도성 노이즈를 제거한다.

상기 EMI 필터(10)는 양측의 두 라인필터(LF1, LF2)와, 상기 두 라인필터(LF1, LF2)의 출력측에 각각 구비되는 캐패시터(C3, C10)와, 두 라인필터(LF1, LF2) 사이에 연결되는 캐패시터(C1, C2)들로 구성되고, 직렬 연결된 두 캐패시터(C1, C2)의 중간지점은 접지되어 상용전원의 포함된 전도성 노이즈를 접지로 흘려보내 제거한다.

상기 정류부(20)는 상기 EMI 필터(10)에서 출력되는 상용전원을 전파 정류하여 맥류전원으로 변환한다.

상기 정류부(20)는 브릿지다이오드(D1~D4)로 구성된다.

상기 트랜스(T1)는 상기 정류부(20)에서 출력되는 맥류전원을 변압변류하여 역률이 개선된 정격전원이 출력되도록 한다.

상기 역률개선 PWM부(30)는 역률을 개선하고 정격전원이 출력되도록 상기 트랜스(T1)의 스위칭을 제어한다.

상기 역률개선부 PWM부(30)는

상기 트랜스(T1)를 온오프하여 스위칭시키는 스위칭소자(Q1)와,

상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하는 제어부(U1)와,

상기 제어부(U1)의 초기 구동을 위한 스타트 전압을 제공하는 스타트 저항(R2, R24) 및 캐패시터(C9)와,

상기 정류부(20)의 출력 맥류전원의 전압파형을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전압감지부(R1, R23, R3, C6)와,

상기 트랜스(T1)의 1차측에 권선되어 자속결합된 보조코일(t1)과,

상기 보조코일(t1)에서 유기되는 전압을 정전압화하여 구동전원으로 변환하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 구동전원부(D12, R28, Q3, C14, C12, R21, ZD1, Q3)와,

상기 보조코일(t1)로부터 상기 트랜스(T1)의 스위칭에 따라 유기되는 전류를 감지, 특히 전류의 세기가 0이 되는 영점을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전류감지부(R13)와,

스위칭에 따라 상기 트랜스(T1)의 1차측에 유기되는 역기전력의 세기를 제한하여 보호하는 스너버(D9, R12, C11)와,

상기 제어부(U1)의 구동을 위해 연결되는 주변소자(R5,7,8,9,10,11,14, C8 등)들을 포함한다.

상기 구동전원부(D12, R28, Q3, C14, C12, R21, ZD1, Q3)는 5%이하의 디밍에서도 안정적인 구동전압을 유지하므로 낮은 조도에서도 역률개선 PWM부(30)가 안정적으로 동작하도록 해준다.

상기 제어부(U1)는 상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하여 상기 트랜스(T1)에서 유기되는 전류의 파형을 상기 정류부(20)에서 출력되는 전압의 파형에 모양이 일치되도록 하여, 즉, 전압과 전류가 동위상이 되도록 하여 역률을 개선한다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(U1)는 상기 전압감지부(R1, R23, R3, C6)가 감지하는 상기 정류부(20)의 출력 맥류전원의 전압파형에서 전압의 세기가 큰 중간시점에서는 저주파로 상기 스위칭소자(Q1)를 온오프 스위칭시키고, 전압의 세기가 약한 시종시점에서는 상대적으로 고주파로 상기 스위칭소자(Q1)를 온오프 스위칭시켜, 스위칭에 따라 트랜스(T1)에서 매순간 유기되는 전류들을 연결하는 평균치의 전류파형이 전압파형과 주기가 같고 모양이 일치되도록 하여 역률을 개선한다.

도4를 참조하여 이를 다시 설명하면,

상기 정류부(20)에서 출력되며 상기 전압감지부(R1, R23, R3, C6)가 감지한 맥류전원의 한 주기 전압(PV)의 파형이 도면과 같을 때,

전압파형(PV)이 시작되는 시점에서 상기 제어부(U1)는 상기 스위칭소자(Q1)를 턴온시킨 후에 짧게 턴오프시키고,

스위칭소자(Q1)의 턴오프에 따라 상기 트랜스(T1)에 유기되며 상기 전류감지부(R13)이 감지하는 전류의 세기가 점점 줄어들어 그 세기가 0이 되는 시점, 즉, 영점에서 상기 제어부(U1)는 상기 스위칭소자(Q1)를 다시 턴온시킨 후에 턴오프시키되, 이때는 그 전보다 전압파형의 전압 세기가 증가하였으므로 턴오프 기간을 조금 더 길게 하고, 즉, 그 전보다 턴온/턴오프 주기가 길어지도록 저주파로 스위칭하고,

이와 같이 전류감지부(R13)에서 영점이 감지되는 매 시점에서 턴온하고, 턴온/턴오프 기간(즉, 주기)은 그 때의 전압 세기에 비례하도록 하여, 즉, 전압 세기가 가장 큰 중앙 지점에서 턴오프 기간을 길게(즉, 저주파로 스위칭)하고, 양측으로 가면서 점점 턴오프 기간을 짧게(즉, 고주파로 스위칭)하면, 도면과 같이 턴온/턴오프하는 매 순간에 트랜스에 유기되는 전류(Pi)는 파형이 삼각파와 같은 모양이 되고, 매 순간 전류(Pi) 파형들을 연결하는 평균치의 전체 전류(PI) 파형은 전압(PV) 파형과 주기가 같고 모양이 같게 되어, 결과적으로 전압(PV)과 전류(PI)가 동위상이 되어 역률이 개선된다.

본 발명에서 개선되는 맥류전원의 역률을 95%에 이르러, 완벽에 가깝게 역률을 개선한다고 할 수 있다.

상기 직류부(40)는 상기 트랜스(T1)의 2차측에 유기되는 출력전원을 직류화하여 부하인 LED(L)에 공급한다.

상기 직류부(40)는 트랜스(T1)의 출력전원을 정류하는 다이오드(D7)와, 평활하여 직류화하는 캐패시터(C5)와, 턴온 및 턴오프시에 트랜스(T1) 2차측에 과전압이 유기되는 것을 제한하여 보호하는 스너버로서 저항(R20) 및 캐패시터(C18)를 포함한다.

그리고 상기 직류부(40)의 출력측에는 LED 부하로 공급되는 정격전원에서 노이즈를 제거하는 라인필터(LF3)가 구비된다.

그리고 상기 직류부(40)의 출력측에는 외부로부터 디밍명령신호를 유선 또는 무선으로 수신하는 수신모듈(예; RS485, DALI, Zigbee, PIR센서, RF/IR 인터페이스 등)에 필요한 전원을 공급하는 레귤레이터(U2)와, 레귤레이터(U2)를 과전압으로부터 보호하는 제너다이오드(ZD3)가 연결되고, 레귤레이터(U2)에는 수신모듈을 접속시키는 컨넥터(CN4)가 연결된다.

그리고 상기 직류부(40)의 출력측에는 부하인 LED로 공급되는 전압을 센싱하는 전압센싱부로서 저항(R18)과, LED로 공급되는 전류를 센싱하는 전류센싱부로서 저항(R30, R31)과, 디밍을 위한 기준전압을 제공하는 디밍전원부(90)가 연결된다.

상기 전압센싱부로서 저항(R18)은 1번단자를 통해 감지되는 전압을 상기 디밍제어부(70)에 제공하고, 상기 전류센싱부로서 저항(R31)은 감지되는 전류를 4번단자를 통해 상기 디밍제어부(70)에 제공하고, 상기 디밍전원부(90)는 디밍을 위한 기준전압을 5번단자와 5'번단자를 통해 각각 상기 디밍제어부(70)와 디밍인터페이스부(80)에 제공한다.

상기 디밍전원부(90)는 디밍을 위한 기준전압, 즉, LED의 조도를 변화시키는 디밍명령신호의 범위의 최대 전압을 제공한다. 예를 들어, 디밍명령신호가 0~10 볼트의 범위를 가질 때 최대 전압인 10 볼트가 디밍을 위한 기준전압이 되어 디밍제어부(70)와 디밍인터페이스부(80)에 제공된다. 이 기준전압은 외부에서 디밍명령신호가 기준전압 이상의 크기로 입력되더라도 디밍인터페이부(80)와 디밍제어부(70)가 입력받아 인식하는 디밍명령신호가 10 볼트를 넘지 않도록 한다.

상기 디밍전원부(90)는 저항(R41, R42, R26)과 캐패시터(C26), 그리고 가변레귤레이터(U3)로 구성되며, 상기 직류부(40)의 출력전압에서 저항 R22를 통하여 저항 R41과 R42의 비에 의해 10볼트의 기준전압을 생성한다.

상기 디밍인터페이스부(80)는 외부에서 입력되는 디밍명령신호가 디밍제어부(70)에 영향을 주지 않도록 하면서 디밍명령신호를 디밍제어부(70)에 제공하고, 입력되는 디밍명령신호가 최저기준치 이하인 때에는 소등신호를 디밍제어부(70)에 제공하여 소등이 되도록 한다.

도3b를 참조하면, 상기 디밍인터페이스부(80)는 8번과 2'번 단자를 통해 디밍명령신호를 입력받고, 5'번 단자를 통해 디밍을 위한 기준전압을 입력받고, 6'번 단자를 통해 구동전원을 입력받는다.

8번과 2'번 단자를 통해 입력된 디밍명령신호는 저항(R207)과 캐패시터(C201)와 다이오드(D202)를 통해 버퍼(U201-A)의 비반전단자로 입력되어 버퍼링되고,

버퍼(U201-A)에서 버퍼링된 디밍명령신호는 4'번 단자를 통해 출력되고, 출력된 디밍명령신호는 4번 단자를 통해 상기 디밍제어부(70)로 전달되고,

또한, 버퍼(U201-A)에서 버퍼링된 디밍명령신호는 저항(R202)을 통해 비교기(U201-B)의 비반전단자로 입력되고,

비교기(U201-B)는 저항(R204, R205)을 통해 5'번 단자를 통해 입력되는 기준전압을 전압분배하여 반전단자로 입력받고, 반전단자로 입력된 전압분배된 기준전압과 비반전단자로 입력된 버퍼링된 디밍명령신호를 비교하여, 디밍명령신호가 전압분배된 기준전압 보다 작을 때에 소등신호를 7'번 단자를 통해 출력하여 디밍제어부(70)에 전달한다. 예를 들어 5'번 단자를 통해 입력되는 기준전압이10V이고, 비교기에 전압분배된 기준전압이 1V 일 때, 버퍼에서 버퍼링된 디밍명령신호가 1V 이상일 때에는 비교기가 하이(15V)를 출력하여 디밍제어부(70)에서 상기 직류부(40)의 부하인 LED로 공급되는 전압을 높아지도록 제어하여 LED를 점등한다. 1V 이하일 때에는 비교기가 로우(0V)를 출력하여 디밍제어부(70)에서 상기 직류부(40)의 부하인 LED로 공급되는 전압을 낮아지도록 제어하여 LED를 소등한다.

상기 디밍제어부(70)는 상기 전압센싱부(R18)가 감지하는 전압과 상기 전류센싱부(R31)가 감지하는 전류를 상기 디밍인터페이스부(80)에서 입력되는 디밍명령신호(소등신호 포함)와 비교하여, LED가 디밍이 조절되어 일정한 조도로 점등되도록 하는 디밍제어신호를 생성하고, 이를 상기 피드백부(50 ; P1)를 통해 역률개선 PWM부(30)로 전송한다.

도3c를 참조하면, 상기 디밍제어부(70)는 1번 단자를 통해 전압센싱부의 저항(R18)이 감지하는 상기 직류부(40)의 출력 전압을 저항 R104, R105를 통해 입력받고, 7번 단자를 통해 상기 디밍인터페이스부(80)의 7'번 단자가 출력하는 디밍명령신호로서 소등신호를 입력받고, 4번 단자를 통해 전류센싱부의 저항(R31)이 감지한 전류를 입력받으며 동시에 상기 디밍인터페이스부(80)의 4'번 단자가 출력하는 디밍명령신호를 입력받고, 5번 단자를 통해 디밍을 위한 기준전압을 입력받고, 6번 단자를 통해 구동에 필요한 구동전원을 입력받고, 3번 단자를 통해 디밍 조절에 필요한 디밍제어신호를 피드백부(50)의 포토커플러(P1)로 출력한다.

1번 단자로 입력되는 상기 직류부(40)의 출력 전압은 저항(R104)를 통해 IC(U101)로 입력되는데, 이때 7번 단자로 로우신호(0V; 0~10V의 범위를 갖는 디밍명령신호에서 1V 이하의 디밍명령신호가 입력되는 경우)가 입력되면 트랜지스터(Q101)는 턴오프 상태를 유지하여 상기 직류부(40)의 출력 전압이 저항(R104)를 통해 IC(U101)로 그대로 입력되고, 7번 단자로 하이신호(12V; 0~10V의 범위를 갖는 디밍명령신호에서 1V 이상의 디밍명령신호가 입력되는 경우)가 입력되면 트랜지스터(Q101)는 턴온되어 상기 직류부(40)의 출력 전압은 두 저항(R104, R105)의 합성저항을 통해 큰 폭으로 강압되어 IC(U101)로 입력되고, IC(U101)는 7번 단자의 하이신호로 인하여 직류부(40)의 출력전압이 큰 폭으로 강압되어 입력되면 상기 직류부(40)의 부하인 LED로 공급되는 전압을 높아지도록 제어하여 LED를 점등한다.

상기 IC(U101)의 4번 단자로는 상기 전류센싱부의 저항(R31)이 감지하는 상기 직류부(40)의 출력 전류와 상기 디밍인터페이스부(0)의 4'번 단자가 출력하는 디밍명령신호에 따른 전류가 함께 들어오는데, 상기 직류부(40)의 출력 전류는 상기 전류센싱부의 저항(R31)을 통해 큰 폭으로 감쇄되고, 디밍명령신호에 따른 전류는 4'번 단자에 연결되는 저항(R201)을 통해 상대적으로 적게 감쇄되어 들어온다. 예를 들어, 상기 전류센싱부의 저항(R31)을 통해 큰 폭으로 감쇄된 직류부(40)의 출력 전류가 1의 크기라면, 4'번 단자에 연결되는 저항(R201)을 통해 상대적으로 적게 감쇄된 디밍명령신호에 따른 전류는 10의 크기로, 상기 IC(U101)는 상대적으로 적은 직류부(40)의 출력 전류에 의한 영향은 무시할 수 있는 수준이 되어 상대적으로 큰 디밍명령신호에 따른 전류에 의하여 디밍제어신호를 생성한다. 그래서 디밍명령신호가 변경되어 입력된 초기에는 상기 IC(U101)가 생성하는 디밍제어신호가 약간 불안할 수 있지만 금방 안정화되어 LED에 안정적인 정전류가 공급되도록 한다. 또한, LED의 밝기 조절을 단계적으로 하는 때에, 즉, 디밍명령신호가 0~10V의 범위에서 입력되되 1V 단위로 디밍명령신호가 변경되는 때에 상기 전류센싱부의 저항(R31)을 통해 큰 폭으로 감쇄되는 직류부(40)의 출력 전류가 1V(전류는 저항을 통해 전압으로 전환될 수 있으므로 전압으로 설명하는 것임) 이하로 감쇄되도록 하면 디밍제어신호를 생성함에 있어 직류부(40)의 출력 전류가 미치는 영향을 더욱 최소화할 수 있어 디밍명령입력 초기의 불안정성도 제거할 수 있다.

상기 디밍제어부(70)는 전압센싱부와 전류센싱부를 통해 입력되는 신호가 쇼트 신호일 때에는 상기 역률개선 PWM부(30)로 동작을 정지하도록 하는 디밍제어신호를 전송하여 컨버터를 보호한다.

상기 피드백부(50)는 상기 직류부(40)가 출력하는, 즉 LED(L) 부하로 공급되는 전압과 전류, 그리고 디밍인터페이스부를 통해 입력되는 디밍명령신호를 비교하여 생성되는 디밍제어부(70)의 디밍제어신호를 상기 역률개선 PWM부(30)의 제어부(U1)로 전송하여, 상기 제어부(U1)가 지속적이며 안정적인 정격전원(정전압 또는/및 정전류)이 LED 부하로 공급될 수 있도록 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하도록 한다.

상기 피드백부(50)는 입출력(즉, 입력측 발광소자와 출력측 수광소자)이 전기적으로 절연되어 신호의 전송이 안정된 포토커플러(P1)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 피드백부의 포토커플러(P1)는 상기 구동전원공급부(60)로부터 구동전원을 공급받고, 상기 디밍제어부(70)의 디밍제어신호에 의해 구동이 제어된다.

상기 구동전원공급부(60)는 상기 피드백부(50)의 포토커플러(P1), 상기 디밍제어부(70)의 IC(U101), 상기 디밍인터페이스부(80)의 버퍼(U201-A) 및 비교기(U201-B)에 구동전원을 공급한다.

상기 구동전원공급부(60)는 상기 트랜스(T2) 2차측에 자속결합된 보조권선(t2)과, 상기 보조권선(t2)에 유기되는 전압을 정류하는 다이오드(D11)와, 정류된 전압을 정전압화하는 저항(R27, R4, R15), 캐패시터(C13, C16), 트랜지스터(Q2), 제너다이오드(ZD2)를 포함한다.

상기 구동전원공급부(60)에 정전압화된 구동전원은 저항(R32)을 통해 상기 포토커플러(P1)에 공급되고, 6번단자와 6'번단자를 통해 각각 상기 디밍제어부(70)의 IC(U101)와 디밍인터페이스부(80)의 버퍼(U201-A) 및 비교기(U201-B)에 공급된다.

상기 구동전원공급부(60)는 5%이하의 디밍에서도 안정적인 구동전압을 유지하므로 낮은 조도에서도 빛의 떨림이 없도록 해준다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 블럭과 회로도로 구성되는 고효율 LED 디밍 컨버터에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : EMI 필터 20 : 정류부
30 : 역률개선 PWM부 40 : 직류부
50 : 피드백부 60 : 구동전원공급부
70 : 디밍제어부 80 : 디밍인터페이스부
T1 : 트랜스

Claims (4)

1. 입력전원을 정류하는 정류부;
   상기 정류부에서 출력되는 맥류전원을 변압하는 트랜스;
   상기 트랜스의 출력전원을 직류화하여 LED에 공급하는 직류부;
   상기 트랜스의 스위칭을 PWM 방식으로 제어하여 LED에 정전류가 공급되도록 하며 역률을 개선하는 역률개선 PWM부;
   LED의 조도를 조절하기 위한 디밍제어신호를 상기 역률개선 PWM부로 전송하는 디밍제어부;를 포함하는 고효율 LED 디밍 컨버터에 있어서,
   
   외부에서 입력되는 디밍명령신호를 버퍼링하여 상기 디밍제어부로 전달하는 디밍인터페이스부;
   상기 직류부의 출력전압을 이용해 상기 디밍제어부와 디밍인터페이스부의 디밍을 위한 기준전압을 생성해 제공하는 디밍전원부;
   상기 직류부에서 출력되는 전압과 전류를 각각 센싱하는 전압센싱부와 전류센싱를 더 포함하고,
   
   상기 디밍인터페이스부는
   외부에서 입력되는 디밍명령신호를 버퍼링하여 상기 디밍제어부로 전달하는 버퍼(U201-A)와,
   상기 버퍼(U201-A)에서 버퍼링된 디밍명령신호와 전압분배 한 상기 디밍전원부의 기준전압을 비교하여 상기 디밍제어부로 전달하는 비교기(U201-B)를 포함하고,
   
   상기 디밍제어부는
   상기 비교기(U201-B)의 로우신호와 하이신호에 따라 턴온, 턴오프되는 트랜지스터(Q101)과,
   상기 전압센싱부와 전류센싱부에서 센싱되어 입력되는 전압과 전류를 상기 버퍼(U201-A)에서 출력되어 입력되는 디밍명령신호와 비교하여 LED의 조도를 조절하기 위한 디밍제어신호를 생성하여 출력하는 IC(U101)를 포함하되,
   상기 비교기(U201-B)에서 로우신호가 출력되어 입력되면 상기 트랜지스터(Q101)가 턴오프되어 상기 전압센싱부의 전압이 그대로 상기 IC(U101)로 입력되어서 상기 IC(U101)는 디밍제어신호로 소등신호를 출력하고,
   상기 비교기(U201-B)에서 하이신호가 출력되어 입력되면 상기 트랜지스터(Q101)가 턴온되어 상기 전압센싱부의 전압이 강압되어 IC(U101)로 입력되어서 상기 IC(U101)는 디밍제어신호로 점등신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 디밍 컨버터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 역률개선 PWM부는
   상기 트랜스(T1)를 온오프하여 스위칭시키는 스위칭소자(Q1)와,
   상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하는 제어부(U1)와,
   상기 제어부(U1)의 초기 구동을 위한 스타트 전압을 제공하는 스타트 저항(R2, R24) 및 캐패시터(C9)와,
   상기 정류부의 출력 맥류전원의 전압파형을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전압감지부(R1, R23, R3, C6)와,
   상기 트랜스(T1)의 1차측에 권선되어 자속결합된 보조코일(t1)과,
   상기 보조코일(t1)에서 유기되는 전압을 정전압화하여 구동전원으로 변환하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 구동전원부(D12, R28, Q3, C14, C12, R21, ZD1, Q3)와,
   상기 보조코일(t1)로부터 상기 트랜스(T1)의 스위칭에 따라 유기되는 전류를 감지, 특히 전류의 세기가 0이 되는 영점을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전류감지부(R13)와,
   스위칭에 따라 상기 트랜스(T1)의 1차측에 유기되는 역기전력의 세기를 제한하여 보호하는 스너버(D9, R12, C11)와,
   상기 제어부(U1)의 구동을 위해 연결되는 주변소자(R5,7,8,9,10,11,14, C8 등)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 LED 디밍 컨버터.
3. 삭제
4. 삭제

Images