KR101474076B1

KR101474076B1 - Led 조명용 전원 장치

Info

Publication number: KR101474076B1
Application number: KR1020120150447A
Authority: KR
Inventors: 박홍선; 최흥균; 지상근; 유병우; 이근욱; 김돈식
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-12-17
Also published as: KR20140081093A

Abstract

본 발명은 LED 조명용 전원 장치에 관한 것이다. 입력전압을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 컨버터부; 상기 트랜스포머의 양단 출력을 통해 구동되는 LED 모듈; 상기 입력전압을 센싱하여 제공하는 전압 감지부; 상기 전압 감지부로부터 제공된 센싱전압에 따라 기설정된 동작 주파수를 갖는 제어 신호를 생성하는 주파수 제어부; 및 상기 LED 모듈로부터의 전류 피드백 신호 및 상기 제어 신호를 입력으로 받아 상기 스위칭부에 제1 및 제2 구동신호를 제공하는 비교부;를 포함하고 상기 스위칭부는 상기 LED 모듈에 일정한 전류가 흐르도록 상기 제1 및 상기 제2 구동신호에 따라 듀티 제어를 하는 LED 조명용 전원 장치를 제안한다.

Description

LED 조명용 전원 장치 {POWER SUPPLY FOR LED LIGHTING}

본 발명은 LED 조명용 전원 장치에 관한 것이다.

일반적으로 현재 널리 사용하고 있는 LED(Light Emitting Diode)는 가전, TV, 모니터 등 전자제품에서 여러 가지 신호 전달용 또는 발광용으로 많이 사용하고 있다.

상술한 LED에 전원을 공급하는 장치로는 전원 공급 장치가 주로 사용되는데, 전원 공급 장치는 상용 교류 전원을 공급받아 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하고, 이를 다시 LED 구동용 전원으로 변환하여 LED에 공급한다.

이때, LED 구동용 전원은 외부로부터의 디밍(Dimming) 신호에 따라 공급 및 차단이 제어되며 이에 따라 LED의 휘도가 조절될 수 있다. 한편, 상술한 종래의 전원 공급 장치를 사용하여 LED를 구동하는 경우에는, 상용 교류 전원을 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하여 LED를 구동하며, 교류 전원을 입력받는 1차 코일 및 1차 코일과 전자기 결합되어 권선비에 따라 전압을 변환하는 2차 코일을 갖는 트랜스포머 (Transformer)를 사용한다.

한편, LED 제어 방식으로는 이 트랜스포머의 출력을 정전류 출력으로 제어하여 LED를 점등하거나, LED 출력단에 정전류 회로의 이용, 또는 BOOST 회로와 정전류 회로의 이용 등이 많이 사용된다.

한편, LED 전원장치 중 BIHB(Boost Intergrated Half Bridge) AC-DC 컨버터가 알려져 있으며, 이 컨버터는 라인 레귤레이션(Line regulation) 및 로드 레귤레이션(Road regulation)을 위해 PWM 제어방식을 사용한다. 그러나 상기 PWM 제어 방식만을 이용하므로 고입력 전압에서는 부스트 회로의 출력전압이 높다는 단점이 있다.

하기의 특허문헌은 LED 조명등 제어 시스템에 관한 것으로서, PFC 회로와 주변의 조도감지 및 PWM 제어를 통해 LED 조명의 밝기를 안정적으로 조절하기 위한 발명이다.

결국, 상기 특허문헌은 PWM 듀티 제어 및 주파수 제어 방식을 동시에 사용하여 출력전압을 안정화시킬 수 있는 내용에 대해서는 개시하고 있다.

한국 공개특허공보 10-2011-0092156호

본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입력전압에 따라 기설정된 동작 주파수를 갖는 제어 신호를 생성하여 최대 전압을 제어하며, 또한 LED 모듈에 흐르는 전류를 듀티(duty)를 제어함으로써 부스트 회로의 출력전압을 안정화시키고자 한다.

본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 입력전압을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 컨버터부; 상기 트랜스포머의 양단 출력을 통해 구동되는 LED 모듈; 상기 입력전압을 센싱하여 제공하는 전압 감지부; 상기 전압 감지부로부터 제공된 센싱전압에 따라 기설정된 동작 주파수를 갖는 제어 신호를 생성하는 주파수 제어부; 및 상기 LED 모듈로부터의 전류 피드백 신호 및 상기 제어 신호를 입력으로 받아 상기 스위칭부에 제1 및 제2 구동신호를 제공하는 비교부;를 포함하고 상기 스위칭부는 상기 LED 모듈에 일정한 전류가 흐르도록 상기 제1 및 상기 제2 구동신호에 따라 듀티 제어를 하는 LED 조명용 전원 장치를 제안한다.

또한, 상기 트랜스포머의 1차측에 위치하여, 상기 입력전압을 제공받아 정류하여 상기 컨버터부에 제공하는 정류부를 더 포함하는 LED 조명용 전원 장치를 제안한다.

또한, 상기 비교부는 상기 제1 구동신호를 인버팅시켜 상기 제2 구동신호를 생성하는 적어도 하나의 인버터를 더 포함하는 LED 조명용 전원 장치를 제안한다.

또한, 상기 스위칭부는 상기 제2 구동신호를 제공받는 제1 스위치와 상기 제1 구동신호를 제공받는 제2 스위치를 포함하는 LED 조명용 전원 장치를 제안한다.

또한, 상기 전압 감지부는 적어도 하나의 다이오드와 적어도 하나의 센싱 저항 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 LED 조명용 전원 장치를 제안한다.

또한, 상기 주파수 제어부는 상기 센싱전압에 따라 기설정된 동작 주파수를 갖는 제어 신호를 생성하는 오실레이터를 포함하는 LED 조명용 전원 장치를 제안한다.

또한, 상기 주파수 제어부는 상기 오실레이터로부터 제공된 제어 신호를 입력으로 받아 삼각파를 생성하여 상기 비교부로 제공하는 삼각파 생성기를 더 포함하는 LED 조명용 전원 장치를 제안한다.

출력전압을 안정화시킬 수 있으며, 내전압이 높은 스위칭 소자 등을 사용하지 않을 수 있어 제품 가격을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치의 회로도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치(100)의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치(100)의 회로도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 이하 본 발명의 LED 조명용 전원 장치(100)를 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, LED 조명용 전원 장치는 컨버터부(110), LED 모듈(120), 주파수 듀티 제어부(200), 제1 정류부(130) 및 제2 정류부(113)를 포함할 수 있다.

상기 컨버터부(110)는 일 실시예로서 DC-DC 컨버터부일 수 있으며, 입력전압을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부(115)를 포함할 수 있다. 상기 스위칭부(115)는 제1 및 제2 스위치(116, 117)를 포함할 수 있다. 또한 상기 적어도 하나 이상의 다이오드를 갖는 제2 정류부(113)를 포함할 수 있다.

상기 LED 모듈(120)은 상기 트랜스포머의 양단 출력을 통해 구동되며, 일 실시예로서 적어도 하나의 LED를 포함할 수 있다.

또한 LED 모듈(120)은 또 다른 실시예로서 적어도 하나의 LED를 직렬로 연결시킨 복수의 LED 어레이를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 LED 어레이는 병렬로 연결될 수 있다.

상기 제1 정류부(130)는 입력전압을 제공받아 정류하여 상기 컨버터부(110)에 제공할 수 있으며, EMI 필터, 적어도 하나의 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 주파수 듀티 제어부(200)는 전압 감지부(210), 주파수 제어부(220) 및 비교부(230)를 포함할 수 있다.

상기 전압 감지부(210)는 상기 제1 정류부(130)로부터 정류된 입력전압을 센싱하여 상기 주파수 제어부(220)로 제공할 수 있다. 상기 전압 감지부(210)는 적어도 하나의 다이오드와 적어도 하나의 센싱 저항 및 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 예를 들면, 적어도 하나의 다이오드와, 상기 다이오드와 직렬 연결된 적어도 하나의 센싱 저항들 및 상기 적어도 하나의 센싱 저항 중 하나와 병렬 연결된 적어도 하나의 커패시터로 구성될 수 있다.

상기 주파수 제어부(220)는 상기 전압 감지부(210)로부터 센싱된 센싱전압에 따라 기설정된 동작 주파수를 갖는 제어신호를 생성할 수 있다.

보다 상세하게는, 도 2를 참조하여 볼 때, OP AMP(221)와 상기 OP AMP(221)로부터 입력된 센싱전압에 따라 상기 기설정된 동작 주파수를 발진시켜 상기 제어신호를 생성하는 오실레이터(222)와 상기 오실레이터(222)로부터의 출력을 입력으로 받아 삼각파를 생성하여 상기 비교부(230)에 제공하는 삼각파 생성기(223)를 포함할 수 있다.

상기 비교부(230)는 일 실시예로서, 비교기(232, comparator)를 포함할 수 있다. 상기 비교기(232)는 상기 LED 모듈(120)로부터 전류 피드백 신호(231)를 플러스 단자(non-inverting)에 입력으로 받고, 상기 삼각파 생성기(223)로부터 제공된 신호를 마이너스 단자(inverting)에 입력으로 받아 제1 구동신호(G1)를 생성할 수 있다.

이때 상기 비교부(230)는 상기 제1 구동신호(G1)를 인버팅하여 제2 구동신호(G2)를 생성하는 인버터(233)를 포함할 수 있다.

따라서, 상기 제2 구동신호(G2)는 상기 제1 스위치(116)에 제공될 수 있으며, 상기 제1 구동신호(G1)는 상기 제2 스위치(117)에 제공될 수 있다.

즉, 상기 제1 및 상기 제2 스위치(116, 117)을 포함하는 스위칭부(115)는 상기 LED 모듈(120)에 일정한 전류가 흐르도록 상기 제1 및 상기 제2 구동신호(G1, G2)에 따라 듀티 제어를 할 수 있다.

본 발명의 동작 내용을 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명의 교류 입력전압은 제1 정류부(130)를 통해 정류될 수 있다. 정류된 입력전압은 전압 감지부(210)로부터 센싱될 수 있다. 센싱된 입력전압 즉 센싱전압은 OP AMP(221)를 통해 오실레이터(222)로 입력될 수 있으며, 상기 오실레이터(222)에서는 센싱전압에 따라 기설정된 동작 주파수를 갖는 출력신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 교류 입력전압의 범위는 80 ~ 300 Vac일 수 있으며, 상기의 입력전압에서 센싱된 셍싱전압에 따라 상기 동작 주파수는 최소 40kHz정도에서 최대 300kHz정도로 설정될 수 있다. 즉, 각 센싱전압의 범위에 따라 상기 동작 주파수가 다르게 설정될 수 있으며, 상기 설정된 동작 주파수를 갖는 제어신호를 생성할 수 있도록 주파수 제어부(220)가 구성될 수 있다.

상기 오실레이터(222)의 출력 신호는 삼각파 생성기(223)로 입력될 수 있으며, 상기 삼각파 생성기(223)는 삼각파(saw-wave)를 생성할 수 있다.

상기 삼각파 생성기(223)로부터 출력된 제어신호는 비교기(232)의 마이너스 단자(inverting)에 입력될 수 있다. 또한, 상기 LED 모듈(120)로부터 전류 피드백 신호(231)는 플러스 단자(non-inverting)에 입력될 수 있다.

한편, 상기 비교기(232)는 제1 구동신호(G1)를 생성할 수 있다. 또한 인버터(233)는 상기 제1 구동신호(G1)를 입력으로 받아 인버팅하여 제2 구동신호(G2)를 생성할 수 있다.

상기 제1 구동신호(G1)는 상기 제2 스위치(117)로 제공될 수 있으며, 상기 제2 구동신호(G2)는 상기 제1 스위치(116)로 제공될 수 있다.

상기 제1 스위치(116) 및 상기 제 2 스위치(117)는 각각 상기 제1 및 상기 제2 구동신호(G1, G2)를 제공받아, 상기 LED 모듈(120)에 흐르는 전류가 일정하도록 듀티 제어를 할 수 있다.

이로써, 입력전압에 따라 주파수 제어를 하여 LED 조명용 전원 장치(100)의 최대 출력전압을 제어할 수 있으며, 동시에 LED 모듈(120)에 흐르는 전류를 듀티 제어함으로써 출력전압을 안정화시킬 수 있으며, 제조 단가를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

100: LED 조명용 전원 장치
110: 컨버터부
120: LED 모듈
130: 제1 정류부
113: 제2 정류부
200: 주파수 듀티 제어부
210: 전압 감지부
220: 주파수 제어부
221: OP AMP
222: 오실레이터
223: 삼각파 생성기
230: 비교부
232: 비교기
233: 인버터

Claims

입력전압을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 컨버터부;
상기 트랜스포머의 양단 출력을 통해 구동되는 LED 모듈;
상기 입력전압을 센싱하여 제공하는 전압 감지부;
상기 전압 감지부로부터 제공된 센싱전압에 따라 기설정된 동작 주파수를 갖는 제어 신호를 생성하는 주파수 제어부; 및
상기 LED 모듈로부터의 전류 피드백 신호 및 상기 제어 신호를 입력으로 받아 상기 스위칭부에 제1 및 제2 구동신호를 제공하는 비교부; 를 포함하고,
상기 스위칭부는 상기 LED 모듈에 일정한 전류가 흐르도록 상기 제1 및 상기 제2 구동신호에 따라 듀티 제어를 하는 LED 조명용 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 트랜스포머의 1차측에 위치하여, 상기 입력전압을 제공받아 정류하여 상기 컨버터부에 제공하는 정류부를 더 포함하는 LED 조명용 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 비교부는 상기 제1 구동신호를 인버팅시켜 상기 제2 구동신호를 생성하는 적어도 하나의 인버터를 더 포함하는 LED 조명용 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 스위칭부는 상기 제2 구동신호를 제공받는 제1 스위치와 상기 제1 구동신호를 제공받는 제2 스위치를 포함하는 LED 조명용 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 전압 감지부는 적어도 하나의 다이오드와 적어도 하나의 센싱 저항 및 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 LED 조명용 전원 장치.
제1항에 있어서,
상기 주파수 제어부는 상기 센싱전압에 따라 기설정된 동작 주파수를 갖는 제어 신호를 생성하는 오실레이터를 포함하는 LED 조명용 전원 장치.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 주파수 제어부는 상기 오실레이터로부터 제공된 제어 신호를 입력으로 받아 삼각파를 생성하여 상기 비교부로 제공하는 삼각파 생성기를 더 포함하는 LED 조명용 전원 장치.