KR101539296B1 - 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 led 구동회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디머 구동용 회로와 내부전원 생성용 회로가 핵심 소자를 공유하여 비교적 작은 크기의 집적회로를 통해 디머 구동 및 내부전원 생성용 회로의 구현이 가능한 교류 LED 구동회로에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로는 외부의 전원이 공급되고 디머를 포함하는 전원공급부와, 상기 전원공급부와의 접속점으로부터 최단 거리에 위치한 제1 LED부를 시작으로 상기 전원공급부에서 최장 거리에 위치한 제n LED부를 포함하는 LED 조명부와, 상기 제1 LED부 내지 제n LED부를 형성하는 하나 또는 둘 이상의 LED의 출력단에 개별 접속되어 해당 LED나 LED부에 대한 전류 공급 채널을 형성하는 복수의 LED 스위칭 회로부와, 상기 전원공급부 및 상기 LED 조명부 간의 접속라인 상에 병렬 접속되어 상기 LED 조명부의 동작을 위한 내부전원을 생성하는 내부전원 생성부를 포함하며, 상기 내부전원 생성부는 상기 전원공급부 및 LED 조명부 간의 접속라인에 입력단이 병렬 접속되는 파워 트랜지스터 상기 파워 트랜지스터의 출력단에 접속되고 상기 디머 구동용의 홀드 전류(hold current) 온/오프를 위한 홀드 전류원 상기 파워 트랜지스터의 출력단에 상기 홀드 전류원과 병렬 접속되는 다이오드 상기 다이오드의 출력단에 접속되는 커패시터 상기 다이오드의 출력단에 상기 커패시터와 병렬 접속되는 전압 레귤레이터를 포함하여 구성된다.

Description

안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로{AC LED driving circuit capable of stable power supply}
본 발명은 교류 LED 구동회로에 관한 것으로서, 특히 디머 구동을 위한 회로 구성과 내부전원 생성을 위한 회로 구성이 핵심 소자를 공유하는 형태로 이루어져, 비교적 작은 크기의 집적회로를 통해 디머 구동 및 내부전원 생성용 회로의 구현을 가능케 하는 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로에 관한 것이다.
교류(AC) 전원 하에서 LED를 구동하는 방식으로 제안된 교류 LED 구동회로는 SMPS(Switched mode power supply) 방식에 비해 제조 과정이 단순하고 불량률이 낮으며 수명이 긴 장점이 있다.
도 1은 종래 일반적인 교류 LED 구동회로를 보인 도면으로써, 이러한 교류 LED 구동회로는 전류원(10)을 순차적으로 제어하는 것이 근본 원리이다.
그리고 도 1의 교류 LED 구동회로를 이용하여 위상 절단(Phase-cut) 방식의 디머를 구동하기 위해서는 추가로 홀드 전류(hold current)를 흐르게 하는 전류원이 브리지(bridge) 회로와 첫 번째 LED 사이에 추가되어야 한다.
도 2를 참조하면, 도 2에서 홀드 전류(hold current)를 위한 전류원(20)은 기본적으로 LED 채널을 구동하는 회로와 유사한 수준의 성능과 기능을 가져야 하므로, LED 채널을 구성하는 전류원(10) ILEDn1∼ILEDn과 마찬가지로 수백 볼트(V) 급의 ultra-high-voltage transistor를 사용하여 구성함이 일반적이다.
그리고 교류 LED 구동회로의 전원부는 해당 교류 LED 구동회로에서 필요로 하는 성능 수준에 따라 여러 다양한 방법으로 설계될 수 있다.
예를 들어, 교류 LED 구동회로가 단순히 순차적인 광 제어만을 필요로 하여 높은 수준의 광 정밀도가 필요 없는 경우, 교류 LED 구동회로의 전원부를 교류 전원에 직렬 저항과 커패시터 등을 연결하여 단순 구성하는 방법이 있다.
그러나 교류 LED 구동회로 또는 교류 LED 구동회로가 포함된 제품을 매우 높은 수준의 광 정밀도가 보장되는 동시에 온도 및 외부 조건에 상관없이 일정한 광 정밀도가 유지되는 형태로 제작 및 사용코자 한다면, 상기와 같은 교류 전원에 직렬 저항과 커패시터 등을 연결한 단순 구성의 전원부로는 그 구현에 어려움이 있다. 따라서 아날로그 회로에서 사용하는 정밀한 전원 공급을 위한 기술들이 사용되어야 한다.
이때, 아날로그용 정밀 전압 회로는 통상 저전압용 트랜지스터를 사용하여 설계되는데 비해, 교류 LED 구동회로의 전원은 90∼270Vac의 전원이므로, 이와 같이 높은 교류 전압을 전원으로써 직접 공급하는 데는 어려움이 따르는 동시에 효율적이지 못하다.
한국등록특허 제1040135호(2011.06.13.공고), “교류 전원에 의해 구동하는 엘이디 조명장치” 한국등록특허 제0971789호(2010.07.21.공고), “교류 엘이디 구동회로”
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 디머 구동을 위한 회로 구성과 내부전원 생성을 위한 회로 구성이 핵심 소자를 공유하는 형태로 이루어져, 비교적 작은 크기의 집적회로를 통해 디머 구동 및 내부전원 생성용 회로의 구현을 가능케 하는 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로는, 외부의 전원이 공급되는 전원공급부와, 상기 전원공급부와의 접속점으로부터 최단 거리에 위치한 제1 LED부를 시작으로 상기 전원공급부에서 최장 거리에 위치한 제n LED부를 포함하는 LED 조명부와, 상기 제1 LED부 내지 제n LED부를 형성하는 하나 또는 둘 이상의 LED의 출력단에 개별 접속되어 해당 LED나 LED부에 대한 전류 공급 채널을 형성하는 복수의 LED 스위칭 회로부와, 상기 전원공급부 및 상기 LED 조명부 간의 접속라인 상에 병렬 접속되어 상기 LED 조명부의 동작을 위한 내부전원을 생성하는 내부전원 생성부를 포함하여 구성된다.
또한 상기 전원공급부는 디머를 더 포함하며, 상기 내부전원 생성부는 상기 전원공급부 및 LED 조명부 간의 접속라인에 입력단이 병렬 접속되는 파워 트랜지스터와, 상기 파워 트랜지스터의 출력단에 접속되고 상기 디머 구동용의 홀드 전류(hold current) 온/오프를 위한 홀드 전류원과, 상기 파워 트랜지스터의 출력단에 상기 홀드 전류원과 병렬 접속되는 다이오드와, 상기 다이오드의 출력단에 접속되는 커패시터와, 상기 다이오드의 출력단에 상기 커패시터와 병렬 접속되는 전압 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 파워 트랜지스터는 UHV(Ultra high voltage) NMOS 트랜지스터이며, 상기 홀드 전류원은 저전압(low voltage) 트랜지스터 또는 고전압(high voltage) 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 파워 트랜지스터는 드레인과 게이트 사이의 저항 및 게이트와 접지 사이의 제너 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 디머는 위상 절단(Phase-cut) 방식의 디머인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전원공급부는 교류전원 및 상기 교류전원의 정류회로를 포함하며, 상기 교류전원 및 정류회로 간의 접속라인 상에 상기 디머가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 LED 조명부의 제1 LED부 내지 제n LED부는 각각 단일의 LED 또는 직렬 연결되는 둘 이상의 LED가 포함된 LED 그룹 또는 단일의 LED 및 직렬 연결되는 둘 이상의 LED가 포함된 LED 그룹의 복합 구조 중 어느 하나로 형성되며, 둘 이상의 LED가 포함된 LED 그룹은 상기 전원공급부를 기준으로 최장 거리의 LED가 상기 LED 스위칭 회로부와 접속되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 내부전원 생성부는 상기 전원공급부 및 상기 LED 조명부 간의 접속라인에 입력단이 접속되는 파워 트랜지스터와, 상기 파워 트랜지스터의 출력단에 접속되는 다이오드와, 상기 다이오드의 출력단에 접속되는 커패시터와, 상기 다이오드의 출력단에 상기 커패시터와 병렬 접속되는 전압 레귤레이터를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 디머 구동을 위한 회로 구성과 내부전원 생성을 위한 회로 구성이 핵심 소자를 공유하는 형태로 이루어져, 비교적 작은 크기의 집적회로를 통해 디머 구동 및 내부전원 생성용 회로의 구현을 가능케 하는 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 일반적인 교류 LED 구동회로를 보인 도면
도 2는 종래 일반적인 교류 LED 구동회로의 디머 및 디머 구동을 위한 홀드(hold) 전류원이 추가된 상태를 보인 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로를 보인 도면
도 4는 도 3의 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로에서 파워 트랜지스터의 일 실시예를 적용한 상태를 보인 도면
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로를 보인 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로(100: 이하, “교류 LED 구동회로”라 약칭함)는 전원공급부(110), LED 조명부(120), 복수의 LED 스위칭 회로부(130), 내부전원 생성부(140)를 포함하여 구성된다.
전원공급부(110)는 외부 전원을 교류 LED 구동회로(100)에 공급한다. 다시 말해, 교류 LED 구동회로(100)는 전원공급부(110)를 통해 외부 전원을 공급 받는다. 그리고 전원공급부(110)는 교류전원(111) 및 교류전원(111)의 정류회로(112)를 포함하여 구성될 수 있으며, 정류회로(112)로는 브리지 다이오드(bridge diode)가 사용될 수 있다. 또한 전원공급부(110)는 교류전원(111) 및 정류회로(112) 간의 접속라인 상에 설치되는 디머(113)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 디머(113)는 위상 절단(Phase-cut) 방식의 디머가 사용된다.
LED 조명부(120)는 전원공급부(110)와의 접속점으로부터 최단 거리에 위치한 제1 LED부(120-1)를 시작으로 전원공급부(110)에서 최장 거리에 위치한 제n LED부를 포함하여 구성된다. 그리고 LED 조명부(120)의 제1 LED부(120-1) 내지 제n LED부는 각각 단일의 LED 또는 직렬 연결되는 둘 이상의 LED가 포함된 LED 그룹 또는 단일의 LED 및 직렬 연결되는 둘 이상의 LED가 포함된 LED 그룹의 복합 구조 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다. 또한 둘 이상의 LED가 포함된 LED 그룹은 전원공급부를 기준으로 최장 거리의 LED가 LED 스위칭 회로부와 접속되는 것일 수 있다.
참고로, 본 실시예는 LED 조명부(120)가 제1 LED부(120-1) 내지 제3 LED부(120-3)로 이루어지는 형태를 예로 하였으며, 또한 도면에서 제1 LED부(120-1) 내지 제3 LED부(120-3)를 각각 하나의 LED로 표현하였으나, 이는 도시의 편의를 위한 것일 뿐, 각각의 LED부는 단일의 LED 또는 직렬 연결된 둘 이상의 LED를 모두 포함하는 개념으로 이해해야 한다.
스위칭 회로부(130)는 복수로써, 제1 LED부(120-1) 내지 제n LED부를 형성하는 하나 또는 둘 이상의 LED의 출력단에 개별 접속되어 해당 LED나 LED부에 대한 전류 공급 채널을 형성한다. 그리고 본 실시예에서는 스위칭 회로부(130)에 대한 상세 도시 및 설명은 생략하였으며, 이러한 스위칭 회로부(130)의 일 예로써, 전계효과 트랜지스터(MOS FET) 및 OP 앰프 비교기를 포함하는 형태가 사용될 수 있으며, 여기서 전계효과 트랜지스터는 LED 조명부(120)의 LED 출력단에 드레인이 접속되고, 접지저항에 소스가 접속되며, OP 앰프 비교기에 게이트가 접속되는 형태일 수 있다.
내부전원 생성부(140)는 전원공급부(110) 및 LED 조명부(120) 간의 접속라인 상에 병렬 접속되어 LED 조명부(120)의 동작을 위한 내부전원을 생성한다.
그리고 이러한 내부전원 생성부(140)는 파워 트랜지스터(141), 홀드 전류원(142), 다이오드(143), 커패시터(144), 전압 레귤레이터(145)를 포함하여 구성될 수 있다.
파워 트랜지스터(141)는 전원공급부(110) 및 LED 조명부(120) 간의 접속라인에 입력단이 병렬 접속된다. 그리고 본 실시예에서는 파워 트랜지스터(141)가 UHV(Ultra high voltage) NMOS 트랜지스터인 것을 예로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 파워 트랜지스터(141)는 JFET, NMOS, BJT 등 drain-source voltage breakdown이 수백 Volt 급으로 구동되는 트랜지스터이면 어느 종류가 사용되어도 무방하다.
또한, 도 4를 참조하면, 파워 트랜지스터(141)는 드레인과 게이트 사이의 저항(141a) 및 게이트와 접지 사이의 제너 다이오드(141b)를 더 포함하는 형태일 수 있고, 저항(141a) 및 제너 다이오드(141b)는 NMOS 트랜지스터의 게이트 바이어스를 위한 용도이다. 이러한 UHV(Ultra high voltage) NMOS 트랜지스터는 드레인 전압이 상승하면 게이트 전압 역시 동반 상승하며, Rough DC level을 넘어설 경우 UHV(Ultra high voltage) NMOS 트랜지스터는 켜지는 동시에 전류는 흘러 커패시터에 충전된다. 이와 반대로 드레인 전압이 하강하여 Rough DC level 아래로 떨어지면, 다이오드가 커패시터에 충전된 전압의 방전 경로를 차단하므로, 전 사이클(cycle)에 대해 커패시터에 충전된 전압은 일정값 이상으로 유지될 수 있다.
이하 내부전원 생성부(140)에 대해 도 4를 참조하여 계속 설명한다.
홀드 전류원(142)은 파워 트랜지스터(141)의 출력단에 접속되며, 이러한 홀드 전류원(142)은 디머 구동용의 홀드 전류(hold current)를 온/오프하는 기능을 한다. 그리고 이러한 홀드 전류원(142)은 저전압(low voltage) 트랜지스터 또는 고전압(high voltage) 트랜지스터를 포함하여 형성될 수 있으며, 이는 홀드 전류원(142)의 입력단 쪽에 파워 트랜지스터(141)가 배치되어 이러한 파워 트랜지스터(141)가 ultra-high voltage 입력에 대한 클램프(clamp) 역할을 하는 것에 기인한다. 그리고 이를 통해 디머 구동을 위한 홀드 전류원(142)은 기존 교류 LED 구동회로의 디머 구동을 위한 구동부들과 비교하여 현저하게 작은 크기로 형성될 수 있다.
다시 말해, 디머 구동 및 내부전원 생성을 위한 집적회로의 구성을 단일의 파워 트랜지스터(141)를 포함하는 형태로 구성할 수 있는바, 해당 집적회로의 칩 크기를 현저히 줄일 수 있다.
다이오드(143)는 파워 트랜지스터(141)의 출력단에 홀드 전류원(142)과 병렬 접속된다.
커패시터(144)는 다이오드(143)의 출력단에 접속된다.
전압 레귤레이터(145)는 다이오드(143)의 출력단에 커패시터(144)와 병렬 접속된다. 그리고 전압 레귤레이터(145)에 사용되는 회로는 통상의 LDO(low drop-out) 등의 회로가 사용될 수 있다.
상기한 구성의 내부전원 생성부(140)에 의해서, 전원공급부(110)를 통한 고전압의 교류 전원이 파워 트랜지스터(141)를 통과하면서 다시 한 번 낮춰진다. 즉, 전원공급부(110)의 교류 전원이 정류회로(112)인 브리지 다이오드를 통과하고, 이렇게 전파 정류된 교류 전원이 다시 파워 트랜지스터(141)를 통과한다. 이때, 파워 트랜지스터(141)의 기능은 고전압의 교류 전원을 한 번 더 걸러주어 내부전원 생성에 적합한 수준으로 낮추고, 이를 통해 소정 수준의 평탄한 전압(rough DC input)을 얻을 수 있게 한다.
예를 들면, 정류회로(112)인 브리지 다이오드를 통과한 전원은 0∼300(V)까지 변화되지만, 파워 트랜지스터(141)를 통과한 후 다시 다이오드(143)와 커패시터(144)에 의해 정류된 전원은 수십 볼트(V) 급으로 유지될 수 있다.
그리고 이렇게 수십 볼트(V) 급으로 낮춰진 부정확하고 출렁이는 전원은 전압 레귤레이터(145)를 통과하여 매우 안정적이고 정확한 값을 갖는 상태가 되며, 이렇게 안정적이고 정확한 값의 전원이 내부전원, 다시 말해 내부 회로용 전원으로 사용될 수 있게 된다.
또한 내부전원 생성부(140)는 디머(113) 구동을 위한 홀드 전류원(142)과 내부전원 생성을 위한 구조가 파워 트랜지스터(141)를 공유하는 구조이므로, 집적회로로 제작시 비교적 작은 크기로 제작되면서도 디머 구동 및 내부전원 생성의 두 가지 기능을 안정적으로 발휘할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100 : 교류 LED 구동회로 110 : 전원공급부
111 : 교류전원 112 : 정류회로
113 : 디머 120 : LED 조명부
120-1 : 제1 LED부 120-2 : 제2 LED부
120-3 : 제3 LED부 130 : LED 스위칭 회로부
140 : 내부전원 생성부 141 : 파워 트랜지스터
141a : 저항 141b : 제너 다이오드
142 : 홀드 전류원 143 : 다이오드
144 : 커패시터 145 : 전압 레귤레이터

Claims (7)

  1. 외부의 전원이 공급되며 디머를 포함하는 전원공급부;
    상기 전원공급부와의 접속점으로부터 최단 거리에 위치한 제1 LED부를 시작으로 상기 전원공급부에서 최장 거리에 위치한 제n LED부를 포함하는 LED 조명부;
    상기 제1 LED부 내지 제n LED부를 형성하는 하나 또는 둘 이상의 LED의 출력단에 개별 접속되어 해당 LED나 LED부에 대한 전류 공급 채널을 형성하는 복수의 LED 스위칭 회로부;
    상기 전원공급부 및 상기 LED 조명부 간의 접속라인 상에 병렬 접속되어 상기 LED 조명부의 동작을 위한 내부전원을 생성하는 내부전원 생성부를 포함하되,
    상기 내부 전원 생성부는 상기 전원공급부 및 LED 조명부 간의 접속라인에 입력단이 병렬 접속되는 파워 트랜지스터, 상기 파워 트랜지스터의 출력단에 접속되고 상기 디머 구동용의 홀드 전류(hold current) 온/오프를 위한 홀드 전류원, 상기 파워 트랜지스터의 출력단에 상기 홀드 전류원과 병렬 접속되는 다이오드, 상기 다이오드의 출력단에 접속되는 커패시터, 상기 다이오드의 출력단에 상기 커패시터와 병렬 접속되는 전압 레귤레이터를 포함하는 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워 트랜지스터는 UHV(Ultra high voltage) NMOS 트랜지스터이며, 상기 홀드 전류원은 저전압(low voltage) 트랜지스터 또는 고전압(high voltage) 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워 트랜지스터는 드레인과 게이트 사이의 저항 및 게이트와 접지 사이의 제너 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디머는 위상 절단(Phase-cut) 방식의 디머인 것을 특징으로 하는 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원공급부는 교류전원 및 상기 교류전원의 정류회로를 포함하며, 상기 교류전원 및 정류회로 간의 접속라인 상에 상기 디머가 설치되는 것을 특징으로 하는 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 조명부의 제1 LED부 내지 제n LED부는 각각 단일의 LED 또는 직렬 연결되는 둘 이상의 LED가 포함된 LED 그룹 또는 단일의 LED 및 직렬 연결되는 둘 이상의 LED가 포함된 LED 그룹의 복합 구조 중 어느 하나로 형성되며, 둘 이상의 LED가 포함된 LED 그룹은 상기 전원공급부를 기준으로 최장 거리의 LED가 상기 LED 스위칭 회로부와 접속되는 것을 특징으로 하는 안정적인 전원 공급이 가능한 교류 LED 구동회로.
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