KR101516566B1 - 직류전원장치 - Google Patents

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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

(과제)
회로구성이 간단하고 또한 저렴한 직류전원장치를 제공한다.
(해결수단)
교류전원의 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환하는 정류기(RC1)와, 스위칭 소자(Q1), 리액터(L1) 및 다이오드(D1)를 구비하고, 스위칭 소자를 온/오프 시킴으로써 정류기의 직류전압을 다른 직류전압으로 변환하여 부하에 공급하는 컨버터와, 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출부(Rs)와, 전류검출부에 의하여 검출된 전류의 값을 피크 홀드하는 피크 홀드부(163)와, 피크 홀드부에 의하여 피크 홀드된 피크 홀드값의 n/2(n≥1의 정수)을 리액터의 회생전류기간에만 출력하는 n/2 출력부(164)와, n/2 출력부의 출력을 전류로 변환하고 적분하여 출력하는 평균화부(165)와, 평균화부의 출력신호에 의거하여 리액터에 흐르는 전류의 평균전류값이 소정값이 되도록 스위칭 소자를 온/오프시키는 제어부(10)를 구비한다.

Description

직류전원장치{DC POWER SUPPLY}
본 발명은 직류전원장치(直流電源裝置)에 관한 것으로서, 특히 정전류 피드백 회로(定電流 feedback 回路)가 불필요한 1차측 정전류 제어방식의 LED 점등장치에 적용되는 직류전원장치에 관한 것이다.
도15는 종래의 직류전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다(특허문헌1). 도15에 나타내는 직류전원장치는 LED 점등장치에 적용된다. 직류전원장치는, 전원장치(1)와, 전원장치(1)에 접속되는 평활 콘덴서(平滑 condenser)(Co)와 LED군 부하장치(RL)의 병렬회로에 의하여 구성되어, 교류전원(AC)으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하여 LED군 부하장치(RL)에 출력한다.
전원장치(1)는, 교류전원(AC), EMI필터(EMI filter)(FL1), 전파정류회로(全波整流回路)(RC1), 평활 콘덴서(Ci), 다이오드(D1∼D3), 리액터(reactor)(L1), 제어IC(100), 콘덴서(C1)로 구성되어 있다. 교류전원(AC)의 양단에는 EMI필터(FL1)가 접속되고, EMI필터(FL1)의 출력에는 교류전원(AC)의 교류전압을 정류하는 전파정류회로(RC1)의 입력단이 접속되어 있다.
전파정류회로(RC1)의 출력단에는, 회생 다이오드(回生 diode)(D1)와 MOSFET로 이루어지는 스위칭 소자(Q1)와 전류검출저항(Rs)의 직렬회로가 접속되어 있다. 회생 다이오드(D1)의 양단에는, LED군 부하장치(RL)와 평활 콘덴서(Co)의 병렬회로와, 리액터(L1)의 주권선(主卷線)(Np)으로 이루어지는 직렬회로가 접속되어 있다.
제어IC(100)는, 온/오프 구동신호(on/off 驅動信號)에 의하여 스위칭 소자(Q1)를 온/오프시킨다. 제어IC(100)는, LED군 부하장치(RL)에 흐르는 부하전류를 하이 사이드 전류검출부(high side 電流檢出部)(20)에 의하여 직접 검출하고, 검출한 부하전류가 미리 정해진 평균전류값이 되도록, 도면에 나타나 있지 않은 레벨 시프트 회로(level shift 回路) 또는 포토커플러(photo coupler) 등을 통하여 전류제어용 오차증폭기(電流制御用 誤差增幅器)(13)에 피드백 신호(FB)로서 입력한다.
전류제어용 오차증폭기(13)에 있어서 출력신호의 응답특성(應答特性)은, 교류전원(AC)의 정현파의 반주기(半週期)보다도 느린 응답특성을 구비하고, PWM 비교기(14)는, 전류제어용 오차증폭기(13)로부터의 출력과 삼각파 발생기(12)로부터의 삼각파신호를 비교함으로써, 스위칭 소자(Q1)의 온신호 폭을 일정하게 하여 스위칭 소자(Q1)를 온/오프시킨다.
이 때문에 교류전원(AC)의 정현파의 전파정류 전압파형과 서로 비슷하게 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 스위칭 전류의 피크치가 증감하기 때문에, 이 직류전원장치는 역률개선 기능도 구비하고 있다.
또한 제어IC(100)는, 리액터(L1)의 보조권선(補助卷線)(Nd)의 전압신호에 의거하여, 다이오드(D3)를 통하여 리액터(L1)의 주권선(Np)에 흐르는 회생전류의 종료시의 전압저하를 비교기(11)에 의하여 검출하고, 삼각파 발생기(12)의 콘덴서 전압을 리셋하여 스위칭 소자(Q1)의 턴온(turn on)을 생성하고 있다. 이에 따라 스위칭 소자(Q1)의 의사공진 동작(擬似共振 動作)을 하고 있다.
일본국 공개특허 특개2012-23294호 공보
도15에 나타내는 종래의 회로는, 제어IC(100)를 GND(그라운드) 기준으로 구동시키는 로우 사이드 강압 초퍼회로(low side 降壓 chopper回路)이며, GND를 기준으로 제어신호를 입력할 수 있기 때문에, 외부신호에 의한 온/오프나 조광동작(調光動作)이 용이하게 된다.
그러나 LED군 부하장치(RL)는, 고압이 되는 하이 사이드측에 접속되기 때문에, GND 기준회로의 제어IC(100)에 정전류 제어신호를 송출하기 위한 회로로서 하이 사이드 전류검출부(20)를 설치하고 있어, 그 회로구성이 복잡하게 되어 버린다.
한편 제어IC(100)가 하이 사이드(=플로팅 동작(floating 動作))로 된 경우에는, 정전류 제어신호의 회로구성은 용이하지만, 외부신호에 의한 온/오프나 조광신호의 송출대상이 하이 사이드측의 제어IC(100)로 되기 때문에, 그 회로구성도 복잡하게 된다.
이와 같이 종래 방식의 회로에서는, 하이 사이드/로우 사이드 초퍼회로에 관계없이, 외부제어신호 또는 LED 전류검출신호의 회로구성이 복잡해져 장치가 비싸지고 있었다.
본 발명의 과제는, 회로구성이 간단하고 또한 저렴한 직류전원장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 교류전원으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하여 출력하는 직류전원장치에 있어서, 상기 교류전원의 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환하는 정류기(整流器)와, 스위칭 소자, 리액터 및 다이오드를 구비하고, 상기 스위칭 소자를 온/오프 시킴으로써 상기 정류기의 직류전압을 다른 직류전압으로 변환하여 부하에 공급하는 컨버터(converter)와, 상기 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출부와, 상기 전류검출부에 의하여 검출된 전류의 값을 피크 홀드(peak hold)하는 피크 홀드부와, 상기 피크 홀드부에 의하여 피크 홀드된 피크 홀드값의 n/2(n≥1의 정수)을 상기 리액터의 회생전류기간(回生電流期間)에만 출력하는 n/2 출력부와, 상기 n/2 출력부의 출력을 전류로 변환하고 적분하여 출력하는 평균화부(平均化部)와, 상기 평균화부의 출력신호에 의거하여 상기 리액터에 흐르는 전류의 평균전류값이 소정값이 되도록 상기 스위칭 소자를 온/오프시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전류검출부에 의하여 검출된 전류의 값을 피크 홀드하고, 피크 홀드된 피크 홀드값의 n/2을 리액터의 회생전류기간에만 출력하고, n/2 출력부의 출력을 전류로 변환하고 적분하여 출력한다.
이에 따라 스위칭 전류의 파형만으로, 부하전류 파형과 동일한 면적이 되는 피드백 신호를 만들어낼 수 있다. 따라서 회로구성이 간단하고 또한 저렴한 직류전원장치를 제공할 수 있다.
도1은, 본 발명의 실시예1에 관한 직류전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도2는, 도1에 나타내는 직류전원장치내의 검출부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도3은, 도2에 나타내는 검출부의 각부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도4는, 도2에 나타내는 검출부의 동작원리를 나타내는 타이밍 차트이다.
도5는, 도2에 나타내는 검출부의 동작원리를 나타내는 타이밍 차트이다.
도6은, 종래의 방식의 동작 파형예를 나타내는 타이밍 차트이다.
도7은, 본 발명의 실시예2에 관한 직류전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도8은, 도7에 나타내는 직류전원장치내의 검출부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도9는, 도7에 나타내는 검출부의 각부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도10은, 도7에 나타내는 검출부의 동작원리를 나타내는 타이밍 차트이다.
도11은, 도7에 나타내는 검출부의 동작원리를 나타내는 타이밍 차트이다.
도12는, 본 발명의 실시예3에 관한 직류전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도13은, 도12에 나타내는 직류전원장치내의 검출부의 구성예를 나타내는 도면이다.
도14는, 도12에 나타내는 검출부의 각부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도15는, 종래의 직류전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명에 있어서 몇 개의 실시형태의 직류전원장치를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
(실시예1)
도1은 본 발명의 실시예1에 관한 직류전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 직류전원장치는, LED군 부하장치(RL)를 점등하는 LED 점등장치에 적용되어, 도15에 나타내는 종래의 직류전원장치에 대하여 하이 사이드 전류검출부(20)를 삭제하고, 제어IC(10)내에 검출부(16)를 설치하는 것을 특징으로 한다. 또 도15에 나타내는 직류전원장치의 구성과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙인다.
전원장치(1a)는, 다이오드(D1)와 주권선(Np)을 사용하여 스위칭 소자(Q1)를 온/오프 시킴으로써, 전파정류회로(RC1)의 직류전압을 강압하여 LED군 부하장치(RL)에 공급하는 강압형 컨버터(降壓型 converter)를 구성하고 있다.
리액터(L1)는, 주권선(Np)과 보조권선(Nd)을 구비하고 있다. 리액터(L1)의 주권선(Np)의 일방의 단자에는, LED군 부하장치(RL)와 평활 콘덴서(Co)의 병렬회로가 접속되어 있다. 주권선(Np)의 타방의 단자에는, 회생 다이오드(D1)의 애노드(anode)가 접속되고, 회생 다이오드(D1)의 캐소드(cathode)는, LED군 부하장치(RL)와 평활 콘덴서(Co)의 병렬회로에 접속되고, 또한 전파정류회로(RC1)의 플러스극 출력단에 접속되어 있다.
또한 다이오드(D1)의 애노드와 리액터(L1)의 주권선(Np)의 타방의 단자에는, 스위칭 소자(Q1)의 드레인(drain)이 접속되고, 스위칭 소자(Q1)의 소스(source)는, 전류검출저항(Rs)을 통하여 전파정류회로(RC1)의 마이너스극 출력단에 접속되어 있다.
또한 평활 콘덴서(Co)와 리액터(L1)의 주권선(Np)과 회생 다이오드(D1)는, 회생회로를 구성하고, 스위칭 소자(Q1)가 온으로부터 오프로 이행(移行)하였을 때에, 리액터(L1)의 주권선(Np)에 흐르는 전류를 회생하여 LED군 부하장치(RL)와 평활 콘덴서(Co)의 병렬회로에 공급한다. 즉 LED군 부하장치(RL)와 평활 콘덴서(Co)의 병렬회로에는, 스위칭 소자(Q1)의 온/오프 기간을 통하여 리액터(L1)의 주권선 전류가 흐른다.
제어IC(10)는, 검출부(16), 과전류 보호회로(OCP), 전류제어용 오차증폭기(13), PWM 비교기(14), 삼각파 발생기(12), 앤드 회로(and 回路)(17)를 구비하고 있다. 검출부(16)는, 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 전류를 검출한다. 과전류 보호회로(OCP)는, 전류검출저항(Rs)에 흐르는 전류에 의하여 생기는 전압이 기준전압(V3)을 넘었을 때에 스위칭 소자(Q1)를 오프 함으로써 전류값을 제한한다.
PWM 비교기(14)는, 전류제어용 오차증폭기(13)로부터의 출력과 삼각파 발생기(12)로부터의 삼각파신호를 비교함으로써, 스위칭 소자(Q1)의 온/오프 신호를 생성한다. 앤드 회로(17)는, PWM 비교기(14)의 출력과 과전류 보호회로(OCP)의 출력과 비교기(15)의 출력에 앤드를 취하여, 앤드 출력을 스위칭 소자(Q1)에 출력함으로써 스위칭 소자(Q1)를 온/오프시킨다.
검출부(16)에는, 스위칭 소자(Q1)의 소스와 비교기(15)의 출력단자와 앤드 회로(17)의 입력단자와 전류제어용 오차증폭기(13)의 반전 입력단자(反轉 入力端子)가 접속되어 있다.
검출부(16)는, 도2에 나타내는 바와 같이 1쇼트회로(1shot回路)(161), RS F/F(162), 피크 홀드회로(163), 1/2배 변환기(164), 아날로그 스위치(ASW1, ASW2), 전압전류변환 앰프(165), 콘덴서(Ccomp)로 구성되어 있다.
1쇼트회로(161)는, 비교기(15)를 통하여 보조권선(Nd)의 전압을 입력하고, 보조권선(Nd)의 전압의 상승시와 하강시의 각각에 있어서 1펄스를 발생시킨다. RS F/F(162)은, 1쇼트회로(161)로부터의 1펄스마다 아날로그 스위치(ASW1)에 온/오프 신호를 출력한다. 1쇼트회로(161) 및 RS F/F(162)은, 스위칭 소자(Q1)가 오프 시에 있어서의 회생전류기간을 검출하기 위한 회생전류기간 검출부를 구성한다.
단자 P3(OCP단자에 대응)에는, 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 전류가 전류검출저항(Rs)(전류검출부에 대응)을 흐름으로써 발생한 전압이 인가된다.
피크 홀드회로(163)는, P3(OCP단자에 대응)의 전압의 피크치를 홀드한다. 1/2배 변환기(164)는, 피크 홀드회로(163)에 의하여 홀드된 피크치의 1/2전압을 아날로그 스위치(ASW1)에 출력한다.
아날로그 스위치(ASW1)는, 1/2배 변환기(164)로부터의 피크치의 1/2전압을 1펄스로부터 다음의 1펄스 사이에, 즉 스위칭 소자(Q1)가 오프하고 있는 리액터(L1)의 회생전류기간에만, 전압전류변환 앰프(165)의 반전 입력단자에 출력한다. 1/2배 변환기(164)와 아날로그 스위치(ASW1)에 의하여 1/2배 출력부를 구성하고 있다.
아날로그 스위치(ASW2)는, 아날로그 스위치(ASW1)와는 상보적(相補的)으로 온/오프하고, 스위칭 소자(Q1)가 온하고 있는 기간에만 온하여 P3(OCP단자에 대응)의 전압을 전압전류변환 앰프(165)의 반전 입력단자에 출력한다.
전압전류변환 앰프(165)는, 평균화부에 대응하고, 아날로그 스위치(ASW1)로부터의 피크 홀드값과 아날로그 스위치(ASW2)로부터의 출력전압을 전류로 변환하고, 콘덴서(Ccomp)에 의하여 적분하고 그 적분출력전압을 전류제어용 오차증폭기(13)의 반전 입력단자에 출력한다.
전압전류변환 앰프(165)와 콘덴서(Ccomp)는, 평균화부를 구성하고, 리액터(L1)에 흐르는 전류검출신호를 교류전원(AC)의 교류전압의 반주기보다도 긴 시정수(時定數)를 구비하는 필터를 구성하고 있다.
PWM 비교기(14)는, 제어부에 대응하고, 전류제어용 오차증폭기(13)로부터의 출력신호와 삼각파 발생기(12)로부터의 삼각파신호에 의거하여, 리액터(L1)에 흐르는 전류의 평균전류값이 소정값이 되도록 스위칭 소자(Q1)를 온/오프시킨다.
또한 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 스위칭 전류의 평균치가, 교류전원(AC)의 정현파의 1/2주기보다도 긴 시간의 평균치가 되도록, 검출부(16)의 응답특성을 느리게 하고 있다.
즉 검출부(16)에 있어서 출력신호의 응답시간을, 교류전원(AC)의 교류전압의 정류파형 주기의 1/2배 이상의 응답시간이 되도록 설정되어 있다. 이에 따라 교류전원(AC)의 정현파의 전파정류 전압파형과 서로 비슷하게, 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 스위칭 전류의 피크치는 증감하기 때문에, 역률개선 기능을 갖추고 있다.
다음에, 이렇게 구성된 실시예1에 관한 직류전원장치의 동작을 설명한다.
우선 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 전류는, 전류검출저항(Rs)에 의하여 전압강하로서 검출되어, 검출된 전압신호는 검출부(16)에 보내진다. 검출부(16)는, 전류검출저항(Rs)의 전압신호로부터 LED군 부하장치(RL)에 흐르는 평균전류를 산출하여 전류제어용 오차증폭기(13)에 출력한다.
PWM 비교기(14)는, 전류제어용 오차증폭기(13)에 의하여 응답시간을 느리게 한 오차전압신호와 삼각파 발생기(12)로부터의 삼각파신호를 비교함으로써 온/오프 구동신호를 생성하고, 온/오프 구동신호를 앤드 회로(17)를 통하여 스위칭 소자(Q1)의 게이트로 출력하여, 스위칭 소자(Q1)를 온/오프 제어한다.
여기에서 리액터(L1)의 보조권선(Nd)으로부터 다이오드(D2)를 통하여 정류되어 평활된 전압이 제어IC(10)의 전원전압으로서 공급된다. 또한 리액터(L1)의 보조권선(Nd)으로부터 다이오드(D3)를 통하여 정류된 전압이 제어IC(10)에 의사공진신호로서 입력되어, 의사공진신호가 리액터(L1)에 흐르는 회생전류의 종료신호로서 검출된다.
다음에 실시예1의 직류전원장치내의 제어IC(10)에 설치된 검출부(16)의 동작을 도2 내지 도5를 참조하면서 상세하게 설명한다. 도3은, 도2에 나타내는 검출부의 각부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다. 도4 및 도5는, 도2에 나타내는 검출부의 동작원리를 나타내는 타이밍 차트이다.
도3에 있어서, P2는 보조권선(Nd)의 전압을 다이오드(D3)를 통하여 정류한 전압, ost는 1쇼트회로(161)의 출력, OCP은 P3단자에 흐르는 스위칭 소자(Q1)의 전류, cov는 아날로그 스위치(ASW1)의 출력, OTA-는 전압전류변환 앰프(165)의 반전 입력단자에 입력되는 전압을 나타내고 있다.
도4에서는 교류전원(AC)의 교류전압이 최대인 때에 있어서의, 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 전류, 인덕터 전류, 보조권선(Nd)의 전압을 나타내고, 도5에서는 교류전원(AC)의 교류전압이 작을 때에 있어서의, 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 전류, 인덕터 전류, 보조권선(Nd)의 전압을 나타내고 있다.
우선 시간(t1)에 있어서, 스위칭 소자(Q1)가 온/오프 구동신호에 의하여 온되면, RC1→RL→Np→Q1→Rs의 경로로 전류가 흐른다. 이렇게 하면 시간(t1∼t2)에 있어서, 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 전류(도3의 OCP, 도4, 도5의 스위칭 전류)가 직선적으로 증가한다.
시간(t2)에 있어서, 스위칭 소자(Q1)가 온/오프 구동신호에 의하여 오프되면, Np→D1→RL→Np의 경로로 인덕터 전류가 흐른다(도4, 도5의 인덕터 전류). 이 인덕터 전류는 직선적으로 하강한다.
이때에 1쇼트회로(161)는 비교기(15)를 통하여, 보조권선(Nd)의 전압을 다이오드(D3)를 통하여 정류한 전압(P2)을 입력하고, 보조권선(Nd)의 전압의 상승시(예를 들면 도3의 시간(t2))와 하강시(예를 들면 도3의 시간(t3))에 있어서 1펄스(ost)를 발생시킨다.
RS F/F(162)은, 1쇼트회로(161)로부터의 1펄스(ost)마다 아날로그 스위치(ASW1)에 온/오프 신호를 출력한다.
피크 홀드회로(163)는, P3(OCP)의 전압의 피크치를 홀드하고, 1/2배 변환기(164)는, 피크 홀드회로(163)에 의하여 홀드된 피크치의 1/2전압을 아날로그 스위치(ASW1)에 출력한다.
아날로그 스위치(ASW1)는, 1/2배 변환기(164)로부터의 피크치의 1/2전압을 1펄스로부터 다음의 1펄스 사이에, 즉 스위칭 소자(Q1)가 오프하고 있는 리액터(L1)의 회생전류기간에만, 1/2전압신호(cov)(예를 들면 도3의 시간(t2∼t3)의 신호, 도4 및 도5의 인덕터 전류가 흐르고 있는 기간내에 있어서의 직사각형의 신호)로서, 전압전류변환 앰프(165)의 반전 입력단자에 출력한다.
아날로그 스위치(ASW2)는, 스위칭 소자(Q1)가 온하고 있는 기간에만 온하여 P3(OCP)의 전압을 전압전류변환 앰프(165)의 반전 입력단자에 출력한다.
전압전류변환 앰프(165)는, 아날로그 스위치(ASW1)로부터의 피크 홀드값과 아날로그 스위치(ASW2)로부터의 출력의 전압(도3의 OTA-)을 전류로 변환하고, 콘덴서(Ccomp)에 의하여 적분하고 그 적분출력을 전류제어용 오차증폭기(13)의 반전 입력단자에 출력한다.
여기에서 인덕터 전류(하강시의 전류)의 피크치의 1/2을 인덕터 전류(하강시의 전류)의 기간내의 직사각형의 세로 사이즈로 하였으므로, 인덕터 전류(하강시의 전류)의 삼각형의 면적과, 인덕터 전류(하강시의 전류)의 기간내의 직사각형(점선부분)의 면적이 동일해져 있다.
이 때문에 도4 및 도5에 나타내는 스위칭 전류(상승시의 전류)의 면적과 인덕터 전류(하강시의 전류)의 기간내의 직사각형의 면적의 합은, 도4 및 도5에 나타내는 스위칭 전류(상승시의 전류)의 면적과 인덕터 전류(하강시의 전류)의 면적의 합과 같다.
이에 따라 스위칭 전류의 파형만으로, LED 전류파형과 동일한 면적이 되는 피드백 신호를 만들어낼 수 있고, 이 피드백 신호를 전류제어용 오차증폭기(13)에 출력할 수 있다.
전류제어용 오차증폭기(13)는, 검출부(16)로부터의 피드백 신호를 평균화하기 때문에 스위칭 전류(상승시의 전류 AB간)의 면적과 인덕터 전류(하강시의 전류 BC간)의 기간내의 직사각형의 면적의 합이, 스위칭 전류(상승시의 전류 AB간)의 면적과 인덕터 전류(하강시의 전류 BC간)의 면적의 합과 동일하면 된다.
도6은, 종래의 방식의 동작 파형예를 나타내는 타이밍 차트이다. 도6에 나타내는 바와 같이 스위칭 소자(Q1)의 전류는 삼각파의 단속전류(斷續電流)이지만, LED 전류(=인덕터 전류)는 그 후에 완만하게 감소하는 파형이 되고 있어, LED 전류는 하이 사이드 전류검출부(20)에 의하여 검출된다.
이에 대하여 실시예1의 직류전원장치에서는, 도4 및 도5에 나타내는 바와 같이 스위칭 소자(Q1)의 전류파형만으로 LED 전류파형을 구하고, 정전류 제어용 피드백 신호를 얻고 있다.
이와 같이 실시예1에 관계되는 직류전원장치에 의하면, 컨버터의 역률개선형 초퍼(力率改善型 chopper) 등, 스위칭 소자의 전류파형이 정현파 등의 특이한 경우에도 정전류특성을 얻을 수 있다.
또 LED 부하전류 검출회로가 불필요하기 때문에, 전류검출저항이나 정전류 피드백 회로, 포토커플러 등이 불필요하다. 따라서 저렴하고 소형인 직류전원장치를 제공할 수 있다.
(실시예2)
도7은, 본 발명의 실시예2에 관한 직류전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도1에 나타내는 직류전원장치는 강압 초퍼회로에 적용하였지만, 도7에 나타내는 직류전원장치는 승강압 초퍼회로(昇降壓 chopper回路)에 적용하는 것을 특징으로 한다.
도7에 있어서 리액터(L1)는, 주권선(Np)과 보조권선(Nd)을 구비하고 있다. 전파정류회로(RC1)의 출력단에는, 주권선(Np)과 스위칭 소자(Q1)와 전류검출저항(Rs)의 직렬회로가 접속된다. 주권선(Np)의 일단에는, LED군 부하장치(RL)의 일단과 평활 콘덴서(Co)의 일단이 접속된다. 주권선(Np)의 타단에는, 다이오드(D1)의 애노드가 접속되고, 다이오드(D1)의 캐소드에는 LED군 부하장치(RL)의 타단과 평활 콘덴서(Co)의 타단이 접속된다.
도8은, 도7에 나타내는 직류전원장치내의 검출부의 구성예를 나타내는 도면이다. 검출부(16a)는, 도8에 나타내는 바와 같이 1쇼트회로(161), RS F/F(162), 피크 홀드회로(163), 1/2배 변환기(164), 아날로그 스위치(ASW1), 전압전류변환 앰프(165), 콘덴서(Ccomp)로 구성되어 있다.
우선 스위칭 소자(Q1)가 온되면, RC1→Np→Q1→Rs의 경로로 전류가 흐른다. 다음에 스위칭 소자(Q1)가 오프되면, Np→D1→RL→Np의 경로로 전류가 LED군 부하장치(RL)에 흐른다. 즉 LED군 부하장치(RL)에는, 스위칭 소자(Q1)가 오프 시에만 전류가 흐른다. 따라서 검출부(16a)에 있어서, 스위칭 소자(Q1)가 오프 시에만 전류를 생성하면 된다.
이하 검출부(16a)의 동작을 설명한다. 1쇼트회로(161)는, 도9에 나타내는 바와 같이 비교기(15)를 통하여, 보조권선(Nd)의 전압을 다이오드(D3)를 통하여 정류한 전압(P2)을 입력하고, 보조권선(Nd)의 전압의 상승시와 하강시에 있어서 1펄스를 발생시킨다. RS F/F(162)은, 1쇼트회로(161)로부터의 1펄스마다 아날로그 스위치(ASW1)에 온/오프 신호를 출력한다.
피크 홀드회로(163)는, OCP의 전압의 피크치를 홀드한다. 1/2배 변환기(164)는, 피크 홀드회로(163)에 의하여 홀드된 피크치의 1/2전압을 아날로그 스위치(ASW1)에 출력한다.
아날로그 스위치(ASW1)는, 1/2배 변환기(164)로부터의 피크치의 1/2전압을, 1펄스로부터 다음의 1펄스 사이에, 즉 스위칭 소자(Q1)가 오프하고 있는 리액터(L1)의 회생전류기간에만, 전압전류변환 앰프(165)의 반전 입력단자에 출력한다.
전압전류변환 앰프(165)는, 아날로그 스위치(ASW1)로부터의 피크 홀드값을 전류로 변환하고, 콘덴서(Ccomp)에 의하여 적분하고 그 적분출력을 전류제어용 오차증폭기(13)의 반전 입력단자에 출력한다.
따라서 검출부(16)에 있어서, 스위칭 소자(Q1)가 오프 시에만 전류를 생성하고, 이 전류를 전류제어용 오차증폭기(13)에 출력할 수 있다. 따라서 실시예2의 직류전원장치에 있어서도, 실시예1의 직류전원장치의 효과와 동일한 효과가 얻어진다.
도10 및 도11은, 도9에 나타내는 검출부의 동작원리를 나타내는 타이밍 차트이다. 도9에 있어서, Nd는 보조권선(Nd)의 전압, ost는 1쇼트회로(161)의 출력, OCP은 P3단자에 흐르는 스위칭 소자(Q1)의 전류, OTA-는 전압전류변환 앰프(165)의 반전 입력단자에 입력되는 전압을 나타내고 있다.
도10에서는 교류전원(AC)의 교류전압이 최대인 때에 있어서의, 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 전류, 인덕터 전류, 보조권선(Nd)의 전압을 나타내고, 도11에서는 교류전원(AC)의 교류전압이 작을 때에 있어서의, 스위칭 소자(Q1)에 흐르는 전류, 인덕터 전류, 보조권선(Nd)의 전압을 나타내고 있다.
(실시예3)
도12는, 본 발명의 실시예3에 관한 직류전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도1에 나타내는 직류전원장치(1a)는 강압 초퍼회로에 적용하였지만, 도12에 나타내는 직류전원장치(1c)는 플라이백 회로(flyback 回路)에 적용하는 것을 특징으로 한다.
도12에 있어서 리액터(L2)는, 주권선(Np)(1차권선)과 2차권선(Ns)과 보조권선(Nd)을 구비하고 있다. 전파정류회로(RC1)의 출력단에는, 주권선(Np)과 스위칭 소자(Q1)와 전류검출저항(Rs)의 직렬회로가 접속된다. 2차권선(Ns)의 일단에는, 다이오드(D1)를 통하여 LED군 부하장치(RL)의 일단과 평활 콘덴서(Co)의 일단이 접속된다. 2차권선(Ns)의 타단에는, LED군 부하장치(RL)의 타단과 평활 콘덴서(Co)의 타단이 접속된다. 보조권선(Nd)의 접속은 도1에 나타내는 것과 동일하다.
도13은, 도12에 나타내는 직류전원장치내의 검출부의 구성예를 나타내는 도면이다. 검출부(16b)는, 도13에 나타내는 바와 같이 1쇼트회로(161), RS F/F(162), 피크 홀드회로(163), n/2배 변환기(166), 아날로그 스위치(ASW1), 전압전류변환 앰프(165), 콘덴서(Ccomp)로 구성되어 있다.
또 n/2배 변환기(166)의 n은 1차권선(Np)과 2차권선(Ns)의 권수비(卷數比)이며, n은 초기 설정된다.
우선 스위칭 소자(Q1)가 온되면, RC1→Np→Q1→Rs의 경로로 전류가 흐른다. 이때에 2차권선(Ns)의 전압에 의하여 LED군 부하장치(RL)에는 전류는 흐르지 않는다.
다음에 스위칭 소자(Q1)가 오프되면, Ns→D1→RL→Ns의 경로로 전류가 LED군 부하장치(RL)에 흐른다. 즉 LED군 부하장치(RL)에는, 스위칭 소자(Q1)가 오프 시에만 전류가 흐른다. 따라서 검출부(16b)에 있어서, 스위칭 소자(Q1)가 오프 시에만 전류를 생성하면 된다.
이하, 검출부(16)의 동작을 설명한다. 1쇼트회로(161)는, 도14에 나타내는 바와 같이 비교기(15)를 통하여, 보조권선(Nd)의 전압을 다이오드(D3)를 통하여 정류한 전압(P2)을 입력하고, 보조권선(Nd)의 전압의 상승시와 하강시에 있어서 1펄스를 발생시킨다. RS F/F(162)은, 1쇼트회로(161)로부터의 1펄스마다 아날로그 스위치(ASW1)에 온/오프 신호를 출력한다.
피크 홀드회로(163)는, OCP의 전압의 피크치를 홀드한다. n/2배 변환기(166)는, 피크 홀드회로(163)에 의하여 홀드된 피크치의 n/2전압을 아날로그 스위치(ASW1)에 출력한다.
아날로그 스위치(ASW1)는, 1/2배 변환기(164)로부터의 피크치의 n/2전압을 1펄스로부터 다음의 1펄스 사이에, 즉 스위칭 소자(Q1)가 오프하고 있는 리액터(L2)의 회생전류기간에만, 전압전류변환 앰프(165)의 반전 입력단자에 출력한다.
전압전류변환 앰프(165)는, 아날로그 스위치(ASW1)로부터의 피크 홀드값을 전류로 변환하고, 콘덴서(Ccomp)에 의하여 적분하고 그 적분출력을 전류제어용 오차증폭기(13)의 반전 입력단자에 출력한다.
따라서 검출부(16b)에 있어서, 스위칭 소자(Q1)가 오프 시에만 전류를 생성하고, 이 전류를 전류제어용 오차증폭기(13)에 출력할 수 있다. 따라서 실시예3의 직류전원장치에 있어서도, 실시예1의 직류전원장치의 효과와 동일한 효과가 얻어진다.
리액터(L2)의 1차권선(Np)과 2차권선(Ns)의 권수비를 n:1로 하면, 2차권선(Ns)에는 1차권선(Np)의 n배의 피크전류가 흐른다. 따라서 2차권선측에 흐르는 기간에 있어서 전류의 평균치는 n×Ip의 1/2이 되고, 0.5Ip×n이 OTA-신호가 된다. Ip는 스위칭 소자(Q1)를 흐르는 전류의 피크치이다.
이와 같이 실시예3의 직류전원장치에 있어서도, 실시예1의 직류전원장치의 효과와 동일한 효과가 얻어진다.
본 발명은, 역률개선회로나 AC-DC 컨버터에 적용 가능하다.
AC ; 교류전원
FL1 ; EMI필터
RC1 ; 전파정류회로
RL ; LED군 부하장치
Q1 ; 스위칭 소자
1, 1a, lb, 1c ; 전원장치
11, 15 ; 비교기
13 ; 전류제어용 오차증폭기
14 ; PWM 비교기
OCP ; 과전류보호회로
16, 16a, 16b ; 검출부
17 ; 앤드 회로
20 ; 하이 사이드 전류검출부
161 ; 1쇼트회로
162 ; RS F/F
163 ; 피크 홀드회로
164 ; 1/2배 변환기
165 ; 전압전류변환 앰프
166 ; n/2배 변환기
Np ; 주권선(1차권선)
Ns ; 2차권선
Nd ; 보조권선
ASW1, ASW2 ; 아날로그 스위치
Ci, Co, C1, C2, Ccomp ; 콘덴서
D1, D2, D3 ; 다이오드
V1, V2, V3, Vref ; 기준전압

Claims (7)

  1. 교류전원으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하여 출력하는 직류전원장치(直流電源裝置)에 있어서,
    상기 교류전원의 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환하는 정류기(整流器)와,
    스위칭 소자, 리액터 및 다이오드를 구비하고, 상기 스위칭 소자를 온/오프 시킴으로써 상기 정류기의 직류전압을 다른 직류전압으로 변환하여 부하에 공급하는 컨버터(converter)와,
    상기 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출부(電流檢出部)와,
    상기 전류검출부에 의하여 검출된 전류의 값을 피크 홀드(peak hold)하는 피크 홀드부와,
    상기 피크 홀드부에 의하여 피크 홀드된 피크 홀드값의 n/2(n≥1의 정수)을 상기 리액터의 회생전류기간(回生電流期間)에만 출력하는 n/2 출력부와,
    상기 n/2 출력부의 출력을 전류로 변환하고 적분하여 출력하는 평균화부(平均化部)와,
    상기 평균화부의 출력신호에 의거하여 상기 리액터에 흐르는 전류의 평균전류값이 소정값이 되도록 상기 스위칭 소자를 온/오프시키는 제어부(制御部)를
    구비하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리액터는, 주권선(主卷線)과 보조권선(補助卷線)을 구비하고,
    상기 보조권선에 발생하는 전압에 의거하여 상기 리액터의 회생전류기간을 검출하는 회생전류기간 검출부(回生電流期間 檢出部)를 구비하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨버터는 강압형 컨버터(降壓型 converter)로 이루어지고, 상기 n은 1이며,
    상기 평균화부는, 상기 스위칭 소자에 흐르는 전류와 상기 n/2 출력부의 출력을 전류로 변환하고 적분하여 출력하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컨버터는 승강압형 컨버터(昇降壓型 converter)로 이루어지고, 상기 n은 1이며,
    상기 평균화부는, 상기 n/2 출력부의 출력을 전류로 변환하고 적분하여 출력하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 컨버터는, 플라이백 컨버터(flyback converter)로 이루어지고,
    상기 리액터는 2차권선을 더 구비하고,
    상기 n의 값은, 상기 주권선과 상기 2차권선과의 권수비(卷數比)인 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 평균화부는, 상기 리액터에 흐르는 전류검출신호를 상기 교류전원의 교류전압의 반주기(半週期)보다도 긴 시정수(時定數)를 구비하는 필터를 통하여 출력하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 평균화부의 출력을 소정값이 되도록 제어함으로써 정전류제어(定電流制御)하는 것을 특징으로 하는 직류전원장치.
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