KR101568664B1 - Led 모듈의 순방향 도통전압 변화에 강인한 전력 공급장치 - Google Patents

Led 모듈의 순방향 도통전압 변화에 강인한 전력 공급장치 Download PDF

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Abstract

LED 모듈의 순방향 도통전압 변화에 강인한 전력 공급장치를 개시한다.
LED 모듈을 구동하기 위한 전력 공급장치에 있어서, 전력 공급장치 내의 변압기에 3 차 권선 및 그에 연결된 전압 검출부를 추가하여 1 차 권선과의 권선수비에 따른 출력전압을 검출하고, 검출된 출력전압에 근거하여 LED 모듈을 구동하기 위한 구동전압을 제어함으로써, LED 모듈의 도통전압(Vf)의 변화에 대응하여 LED 모듈의 구동제어가 용이한 전력 공급장치에 관한 것이다.

Description

LED 모듈의 순방향 도통전압 변화에 강인한 전력 공급장치{Apparatus for Robust Power Supply for Forward Threshold Voltage Change of LED Module}
본 실시예는 LED 모듈의 순방향 도통전압 변화에 강인한 전력 공급장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적인 전력 공급장치(100)는 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 전원입력부(120)에서 출력되는 교류전압은 변압기(110)를 경유하여 제2 차 권선 회로(130)로 유도되어 LED 모듈(140)을 구동한다. 하지만, 일반적으로 전원입력부(120)에서 출력되는 교류전압은 제2 차 권선 회로(130)가 무부하 전압 상태에서 설정되며, 실제로 LED 모듈(140)이 설치되고 난 후에 제2 차 권선 회로(130)로 유도되어 LED 모듈(140)을 구동하기 위한 전압이 감소되어 LED 모듈(140)이 구동되지 않는 경우가 빈번히 발생한다. 다시 말해, 전력 공급장치(100)에서 LED 모듈(140)은 초기에 Turn-On되는 전압이 있고 Turn-On된 후에 전류가 정격범위로 흐르게 되면 안정화되는 특성을 보이는데, LED 모듈(140)의 순방향 도통전압(Vf)보다 LED 모듈(140)를 구동하기 위한 공급전압이 같거나 작은 경우, 정격으로 구동되지 않는 경우가 빈번히 발생한다.
이러한, 전력 공급장치(100)의 출력 전압을 제어하기 위한 방법에는 세컨더리 레귤레이션(Secondary Regulation) 방식이 존재하며, 이러한 방식으로 출력전압의 설정치를 증감하여 제어하면 출력 전압을 안정화시킬 수 있다. 이러한 세컨더리 레귤레이션 방식은 출력 전압 인출부에 통상의 오차 검출 회로를 구성하여 출력 전압을 정밀하게 검출하고, 검출된 오차 정보를 포토커플러 등을 통해 전력 변환부로 피드백하여 출력 전압을 안정화시킨다.
도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 일반적인 LED 구동용 전력 공급장치(100)에서는 LED 모듈(140)의 순방향 도통전압(Vf)의 크기가 달라지는 경우에 변화된 순방향 도통전압(Vf)의 크기에 대응하는 전력을 제공 가능하도록 하기 위하여, 제2 차 권선 회로(130)에 전류 검출부(150) 또는 전압 검출부(160)가 연결되어 있더라도, 1 차 권선 측에 여러 종류의 전원 입력부(120), 순방향 도통전압의 크기에 따라 여러 종류의 변압기 또는 PWM 제어부(180)를 갖는 전원 장치를 각각 만들어야 한다. 일반적으로 세컨더리 사이드(Secondary-Side)에 별도의 전력 제어용 전원장치를 삽입하여 사용한다. 이 경우, 전력 공급장치(100)의 전원 입력부(120), 변압기(110) 및 입력전압을 제어하는 PWM 제어부(180)는 실제 제조 공정상에서 그 회로 교체가 공정상 용이하지 않거나 공정이 복잡해지는 문제가 발생한다. 또한, 전력 공급장치(100)의 제조원가가 상승하고 제조공정이 추가되며, 회로가 추가되면서 불량이 발생할 확률도 증가하는 문제점이 있다.
본 실시예는 LED 모듈을 구동하기 위한 전력 공급장치에 있어서, 전력 공급장치 내의 변압기에 3 차 권선 및 그에 연결된 전압 검출부를 추가하여 1 차 권선과의 권선수비에 따른 출력전압을 검출하고, 검출된 출력전압에 근거하여 LED 모듈을 구동하기 위한 구동전압을 제어함으로써, LED 모듈의 도통전압(Vf)의 변화에 대응하여 LED 모듈의 구동제어가 용이한 전력 공급장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 교류전압을 인가받는 1 차 권선, 상기 1 차 권선의 전압으로부터 유도되어 제1 유도전압 및 제2 유도전압을 각각 생성하는 2 차 권선 및 3 차 권선을 포함하는 변압기; 상기 교류전압을 상기 1 차 권선에 제공하는 제1 차 권선 회로; 상기 제1 유도전압을 인가받아 직렬로 연결된 LED() 모듈로 제1 직류전압을 인가하는 제2 차 권선 회로; 상기 제2 유도전압을 인가받아 출력되는 제2 직류전압을 검출하는 전압 검출부; 및 상기 제2 직류전압에 근거하여 생성된 LED 모듈의 구동 상태정보를 기초로 상기 교류전압을 제어되도록 피드백을 수행하여, 상기 제2 차 권선회로의 상기 제1 직류전압이 조정되도록 하는 피드백부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, LED 모듈의 공정에 따라 LED 모듈의 순방향 도통전압이 크기가 일정하지 않게 제조되는 경우에도 LED 모듈의 다양한 순방향 도통전압의 크기에 유연하게 LED 모듈을 구동 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, LED 모듈의 다양한 순방향 도통전압의 크기에 대응하여 이를 구동하는 전원장치의 제조가 용이해지는 효과가 있다.
또한, 전력 공급장치는 변압기의 권선방식에 따라 별도의 저항 또는 모듈의 조정없이 LED 모듈의 다양한 순방향 도통전압의 크기에 대응하는 구동전압을 제어하여 LED 모듈을 구동할 수 있다.
도 1은 일반적인 전력 공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 LED 모듈의 순방향 도통전압 변화에 강인한 전력 공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 LED 모듈의 순방향 도통전압 변화에 강인한 전력 공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 전력 공급장치의 권선을 권취하는 구조를 나타낸 예시도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 실시예에 따른 LED 모듈의 순방향 도통전압 변화에 강인한 전력 공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 전력 공급장치(200)는 변압기(210), 전원 입력부(220), 제2 차 권선회로(230), 전압 검출부(240), 전류 검출부(250), 결합회로(260), 피드백부(270) 및 PWM 제어부(280)를 포함한다. 도 2에 도시된 전력 공급장치(200)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 2에 도시된 모든 구성요소가 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 전력 공급장치(200)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
일반적인 LED(Light Emitting Diode) 구동용 전력 공급장치(100)에서는 LED 모듈(140)의 순방향 도통전압(Vf)의 크기가 달라지는 경우에 변화된 순방향 도통전압(Vf)의 크기에 대응하는 전력을 제공 가능하도록 하기 위하여 1 차 권선 측에 여러 종류의 전원 입력부(120), 순방향 도통전압의 크기에 따라 여러 종류의 변압기 또는 PWM 제어부(180)를 갖는 전원 장치를 각각 만들어야 한다. 이 경우, 전력 공급장치(100)의 전원 입력부(120), 변압기(110) 및 입력전압을 제어하는 PWM 제어부(180)는 실제 제조 공정상에서 그 회로 교체가 공정상 용이하지 않거나 공정이 복잡해지는 문제가 발생할 수 있다.
더 자세히 설명하자면, LED 모듈은 제조 공정상 일정한 규격 이내(예: 2.7 V 내지 3.3 V)로 전압을 제한하여 생산하지만, 실질적으로 LED 모듈은 복수의 발광 다이오드가 직/병렬로 배열하여 조명용 광원을 만들게 된다. 각각의 발광 다이오드는 개별적으로는 사소한 순방향 도통 전압(Vf)의 차이지만 LED 모듈에 배열된 전체로 보면 전력 공급장치가 수용하기 힘든 범위를 갖게 되므로, LED 모듈이 정격 전압 및 전류의 범위에서 동작하지 못하는 경우도 발생하게 된다.
또한, 예를 들어, '2.7 (Vf) × 100 (LED 직렬배열) = 270 V'이고, '3.3 (Vf) × 100 (LED 직렬배열) = 330 V' 일 경우로 가정하더라도, LED 모듈이 일정한 규격 이내에서 섞여서 생산 및 납품되므로, 최소 270 V 내지 최대 330 V의 동작범위를 갖는 전력 공급장치가 필요하게 되는데, LED 모듈의 배열조합에 따라 모두 다른 순방향 도통전압(Vf)를 갖게 되므로, LED 모듈을 정격전압 및 전류에서 구동시키기 위해서는 전력 공급장치를 LED 모듈의 배열마다 각각 개별로 맞춰줘야 하는 문제가 발생하게 된다.
일반적인 해결방안으로는 가변저항을 이용하여 제어계의 기본 셋팅을 변경하면 되는데 오로지 수작업으로 수행해야 하고, 수작업으로 인해 작업에 대한 일관성이 결여되고, 오차가 증가하는 문제점이 발생하고, 결정적으로 제조공정이 추가로 투입되면서 제조원가가 상승하고 품질저하 등의 문제가 발생한다.
따라서, 본 실시예에 따른 전력 공급장치(200)에서는 초기 LED 모듈을 구동시, LED 모듈이 구동될 수 있는 순방향 도통전압(Vf)의 범위가 넓어지도록 동작한다. 즉, 3 차 권선(218)과 연결된 전압 검출부(240)에서 검출되는 전압정보(LED 모듈(238) 측에 비례하는 간접정보)는 오로지 LED 모듈(238)의 초기 구동용으로만 사용하고, LED 모듈(238)이 Plug-In된 상태(구동전압이 순방향 도통전압보다 크게 된 상태)가 되면, 전압의 정격범위로 유도되어 정상 동작하게 된다. 여기서, 전력 공급장치(200)는 정상 동작범위에서 전류정보(LED 모듈(238) 측에 흐르는 전류정보)만으로 전력을 제어하게 되면, 순방향 도통전압(Vf)은 제어된 전류가 공급되는 범위 내로 자동적으로 유도되어 제어됨에 따라 정격 동작범위(전압/전류/전력) 내에서 유지된다. 즉, 전력 공급장치(200)는 'P = VI'이므로 완전한 정전류모드로 동작하게 된다.
본 실시예에 따른 전력 공급장치(200)의 경우에는 3 차 권선(218) 및 전압 검출부(240)에 저항을 연결함으로써 3 차 권선(218)과 연결된 전압 검출부(240)의 저항값만 조절하면 검출되는 전압값의 조절이 가능하므로, 상대적으로 용이하게 다양한 크기의 LED 모듈 구동전압의 제공이 가능해짐으로써, 다양한 크기의 순방향 도통전압(Vf)에 대응하는 전력 공급장치(100)의 제공이 가능하다.
또한, 본 실시예에 따른 전력 공급장치(200)는 3 차 권선(218) 및 전압 검출부(240)에 연결된 저항의 저항값이 일정하여 일정한 전압이 전압 검출부에서 검출되도록 설계된 경우에도, 변압기(210)의 권선 방식에 따라 전압 검출부(240)에서 가변성이 큰 전압(제2 직류전압)이 출력되도록 하여, 가변성이 크게 검출되는 전압값에 근거하여 다양한 크기의 순방향 도통전압(Vf)을 갖는 LED 모듈 구동전압의 제공이 가능하다.
본 실시예에 따른 전력 공급장치(200)는 LED(Light Emitting Diode) 모듈을 구동하기 위한 2 차 권선 측에 제2 차 권선회로(230)의 전류를 측정하기 위한 전류 검출부(250)를 구비하고, 3 차 권선 측에서 유도전압을 검출하는 전압 검출부(240)를 구비하며, 전압 검출부(240) 및 전류 검출부(250)에서 측정된 측정 결과를 피드백부(280)를 통해 전원 입력부(220)로 피드백하여 1 차 권선에 인가하는 교류전압을 제어한다.
이하, 본 실시예에 따른 전력 공급장치(200)에 포함된 각각의 구성요소에 대해 설명하도록 한다.
변압기(210)는 1 차 권선에 입력되는 전압의 크기에 따라 복수의 발광다이오드가 직렬로 연결된 LED 모듈(238)을 구동시키기 위한 전압을 증가 또는 감소시키는 동작을 수행한다.
본 실시예에 따른 변압기(210)는 권선이 감겨 있는 코어(214), 교류전압을 인가받는 1 차 권선(212), 1 차 권선(212)의 전압으로부터 유도되어 제1 유도전압 및 제2 유도전압을 각각 생성하는 2 차 권선(216) 및 3 차 권선(218)을 포함한다. 여기서, 코어는 규소강판, 퍼멀로이(Permalloy), 페라이트(Ferrite) 등의 자성재료를 이용하여 소정의 두께로 구현될 수 있다. 1 차 권선(212), 2 차 권선(216) 및 3 차 권선(218)은 기 설정된 권선수비에 따라 코어(214)에 권취될 수 있다. 예컨대, 1 차 권선(212), 2 차 권선(216) 및 3 차 권선(218)의 권선수비는 1 : 1 : 0.5 와 같이 설정될 수 있으며, 변압기(210)는 권선수에 비례하여 1 차 권선(212)의 전압에 의해 2 차 권선(216) 및 3 차 권선(218) 각각에 전압이 유도된다.
전원 입력부(220)는 1 차 권선(212)과 연결되며, 1 차 권선(212)에 교류전압을 인가한다. 전원 입력부(220)는 1 차 권선(212)에 교류전압을 인가하여 2 차 권선(216) 및 3 차 권선(218) 각각에서 유도전압이 생성되도록 한다. 여기서, 전원 입력부(220)는 제2 차 권선회로(230)에서 부하 즉 LED 모듈(238)을 제거한 무부하 상태의 제1 유도전압이 생성되도록 제1 유도전압에 대응되는 교류전압을 설정하여 인가한다.
전원 입력부(220)는 PWM 제어부(280)로부터 PWM 제어신호가 수신되는 경우, PWM 제어신호에 근거하여 1 차 권선(212)에 인가되는 교류전압을 증가 또는 감소되도록 조정하여 LED 모듈(238)을 구동하는 구동전압이 조정되도록 한다.
제2 차 권선회로(230)는 2 차 권선(216)과 연결되며, 제2 차 권선회로(230)는 1 차 권선(212)의 전압으로부터 유도되어 2 차 권선(216)에서 생성된 제1 유도전압을 인가받고, 제1 유도전압에 대응하는 제1 직류전압을 부하 즉, 발광 다이오드가 직렬로 연결된 LED 모듈(238)로 인가한다.
제2 차 권선회로(230)는, 일측에 2 차 권선(216)의 일측이 연결된 다이오드(232), 일측에 2 차 권선(216)의 타측이 연결된 2 차측 저항(234), 다이오드(232)의 타측과 2 차측 저항(234)의 타측 사이에 연결된 커패시터(236) 및 커패시터(236)와 병렬로 연결된 LED 모듈(238)을 포함하는 구조를 갖는다.
제2 차 권선회로(230)는 2 차측 저항(234)과 병렬로 전류 검출부(250)가 연결되며, 전류 검출부(250)는 제2 차 권선회로(230)에 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류에 대응하는 제어 전압을 결합회로(260)로 전송한다.
전압 검출부(240)는 3 차 권선(218)과 연결되며, 전압 검출부(240)는 1 차 권선(212)의 전압으로부터 유도되어 3 차 권선(218)에서 생성된 제2 유도전압을 인가받고, 제2 유도전압에 대응하여 출력되는 제2 직류전압을 검출한다. 전압 검출부(240)는 검출된 제2 직류전압을 결합회로(260)를 경유하여 피드백부(270)로 전송하고, 피드백부(270)에서 LED 모듈의 구동 상태정보가 생성되도록 한다.
전압 검출부(240)는 일측에 3 차 권선(218)의 일측이 연결된 다이오드(242), 다이오드(242)의 타측과 3 차 권선(218)의 타측 사이에 연결된 커패시터(246), 커패시터(246)와 병렬로 연결된 제어 저항(248)을 포함하는 구조를 갖는다.
전압 검출부(240)는 LED 모듈(238)의 순방향 도통전압의 크기에 비례하는 크기의 저항값을 갖는 제어 저항(248)으로 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전압 검출부(240)는 2 차 권선회로(230)에 인가되는 제1 직류전압으로는 LED 모듈(238)이 구동되지 않는 경우, LED 모듈(238)의 순방향 도통전압과 비례하여 제어 저항(248)의 크기가 감소되도록 설정(조정)하고, 제어 저항(248) 양단에 검출된 제2 직류전압을 결합회로(260)를 경유하여 피드백부(270)에 전송되도록 한다.
한편, 전압 검출부(240)는 제어 저항(248)의 저항값이 LED 모듈(238)의 순방향 도통전압의 크기에 비례하는 크기로 설정되는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제어 저항값이 일정하더라도 3 차 권선(218)의 권선 방법에 따라 다양한 크기의 순방향 도통전압(Vf)값을 갖는 LED 모듈(238)을 구동 제어할 수 있다.
전압 검출부(240)는 제어 저항(248)의 저항값은 일정하도록 고정하고, 변압기(210)의 권선 방식에 근거하여 3 차 권선(218)으로부터 유도되어 전압 검출부(240)의 제어 저항(248)에 흐르는 제2 직류전압이 불안정하게 출력되도록 하여, 정상적인 검출 예상값보다 높게 또는 낮게 검출되는 제2 직류전압을 결합회로(260)를 경유하여 피드백부(270)에 전송되도록 할 수 있다. 여기서, 제2 직류전압이 불안정하다는 의미는 검출되는 제2 직류전압이 일정하지 않고 수시로 정상적인 검출 예상값보다 높거나 낮은 상태가 반복되는 것을 의미한다.
다시 말해, 전압 검출부(240)는 변압기(210)의 권선 방식을 3 차 권선(218)의 위치에 대하여 1 차 권선(212) 및 2 차 권선(216)의 위치가 비대칭되도록 하여 전압 검출부(240)에서 검출되는 제2 직류전압이 불안정하게 검출되도록 하고, 이에 따라 불안정하게 검출된 범위의 제2 직류전압이 피드백되도록 하여 LED 모듈(238)을 구동하기 위한 순시적으로 변하는 다양한 크기의 구동전압이 제공되도록 한다.
전압 검출부(240)는 제어 저항(248)의 일측이 결합회로(260)와 연결되어 검출된 제2 직류전압을 전송한다. 제어 저항(248)의 일측은 결합회로(260)의 직렬 연결된 제1 저항회로(264) 및 제2 저항회로(266)에 연결된다. 여기서, 제어 저항(248)의 일측은 제1 저항회로(264) 및 제2 저항회로(266) 사이에 연결된다.
전류 검출부(250)는 제2 차 권선회로(230)에 흐르는 구동전류를 검출한다. 전류 검출부(250)는 제2 차 권선회로(230)에서 검출된 전류에 대응하는 제어전압을 결합회로(260)의 제어 전류원(262)으로 제공한다.
전류 검출부(250)는 2 차측 저항(234)의 일측 및 타측에 연결되어 전위차를 이용하여 제2 차 권선회로(230)에 흐르는 전류를 검출하는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 홀 센서(소자) 방식, 퓨즈 방식, 비접촉 센싱 방식 등과 같이 전류를 검출할 수 있다면 그 어떤 방식으로도 적용 가능하다.
전류 검출부(250)는 검출된 전류에 대응하는 제어전압을 출력하여 결합회로(260)를 경유하여 PWM 제어부(280)로 피드백함으로써, 전원 입력부(220)에서 출력하는 교류전압이 제어되도록 한다.
결합회로(260)는 전압 검출부(240) 및 전류 검출부(250)와 연결되며, 전압 검출부(240) 및 전류 검출부(250)에 의해 검출된 전압 및 전류를 피드백부(270)로 전송하여 피드백부(270)에서 LED 모듈의 구동 상태정보가 생성되도록 한다.
결합회로(260)는 전류 검출부(240)의 제어전압에 의해 제어된 전류를 공급하는 제어 전류원(262), 전압 검출부(240)의 제2 직류전압의 출력단과 그라운드(GND: Ground) 사이에 두 개의 직렬 연결된 제1 저항회로(264) 및 제2 저항회로(266)를 포함하는 구조를 갖는다. 여기서, 결합회로(260)는 제1 저항회로(264) 및 제2 저항회로(266) 사이에 제어 전류원(262)의 출력이 연결된 구조를 갖는다.
결합회로(260)는 전류 검출부(240)로부터 검출된 전류에 대응하는 제어전압에 근거하여 제어 전류원(262)에서 제어된 전류를 공급하고, 제2 저항회로(266)에서 센싱된 전압을 피드백부(270)로 전송한다.
피드백부(270)는 결합회로(260)로부터 센싱된 전압을 획득하고, 센싱된 전압에 대응하는 LED 모듈의 구동 상태정보를 PWM 제어부(280)로 피드백한다. 여기서, LED 모듈의 구동 상태정보는 결합회로(260)로부터 센싱된 전압에 대응하여 제2 차 권선회로(230)에서 LED 모듈(238)을 구동하기 위한 전압과 비례하는 전압에 대한 정보를 의미한다.
피드백부(270)는 결합회로(260)로부터 센싱된 전압 검출부(240)의 출력전압을 실시간으로 획득하여 LED 모듈의 구동 상태정보로서 피드백한다. 여기서, 피드백부(270)는 전압 검출부(240)에서 제어 저항(248)의 저항값이 LED 모듈(238)의 순방향 도통전압의 크기에 비례하는 크기로 설정하는 경우, 일정한 크기로 센싱된 전압 검출부(240)의 출력전압을 기반으로 LED 모듈의 구동 상태정보를 피드백한다.
하지만, 피드백부(270)는 전압 검출부(240)에서 제어 저항(248)의 저항값이 일정하게 고정되어 있는 경우, 변압기(210)의 권선 방식을 3 차 권선(218)의 위치에 대하여 1 차 권선(212) 및 2 차 권선(216)의 위치가 비대칭되도록 함에 따라 불안정한 크기로 센싱된 전압 검출부(240)의 출력전압을 기반으로 LED 모듈의 구동 상태정보를 피드백한다. 여기서, 불안정한 크기로 센싱된 전압 검출부(240)의 출력전압은 전압의 크기가 일정하지 않고, 정상적인 검출 예상값보다 전압의 크기가 높거나 낮은 상태가 반복되는 전압을 의미한다.
피드백부(270)는 LED 모듈의 구동 상태정보를 PWM 제어부(280)로 전송(피드백)하여 제1 차 권선 회로(220)의 교류전압이 제어되도록 한다. 다시 말해, 피드백부(270)는 LED 모듈의 구동 상태정보를 PWM 제어부(280)로 피드백하여 조정되도록 하여 제2 차 권선회로(230)의 제1 직류전압이 조정되도록 한다.
피드백부(270)는 결합회로(260)로부터 검출된 전압에 대응하는 밝기의 빛이 포토센서에서 발생하도록 제어하고, 포토센서에서 발생된 빛의 밝기에 대응되는 신호 즉, LED 모듈의 구동 상태정보가 피드백되도록 제어한다.
PWM 제어부(280)는 피드백부(270)로부터 LED 모듈의 구동 상태정보를 수신하고, LED 모듈의 구동 상태정보에 근거하여 듀티비를 조정하여 제1 차 권선 회로(220)의 교류전압을 제어하기 위한 PWM 제어신호를 생성한다. 예를 들어, PWM 제어부(280)는 LED 모듈의 구동 상태정보에 근거하여 LED 모듈(238)을 구동하기 위한 순방향 도통전압(Vf)이 제2 차 권선회로(230)의 제1 직류전압보다 큰 경우, LED 모듈(238)이 구동되지 않으므로 제1 차 권선 회로(220)의 교류전압을 증가시켜 제1 직류전압이 증가되도록 하는 PWM 제어신호를 생성한다. 다시 말해, PWM 제어부(280)는 LED 모듈의 구동 상태정보에 근거하여 LED 모듈(238)을 구동하기 위한 순방향 도통전압(Vf)보다 제2 차 권선회로(230)의 제1 직류전압이 크거나 같게 유지되도록 제1 차 권선 회로(220)의 교류전압을 조정하는 PWM 제어신호를 생성한다.
이하, LED 모듈의 순방향 도통전압 변화에 강인한 전력 공급장치(200)에서 전압을 제어하는 동작을 설명하도록 한다. 여기서, 전력 공급장치(200)에서 1 차 권선(212), 2 차 권선(216) 및 3 차 권선(218)의 권선수비는 1 : 2 : 0.5 인 것으로 가정하여 설명하도록 한다. 즉, 제1 차 권선 회로(220)의 출력전압 즉 교류전압은 100 V, 이에 따라 제2 차 권선회로(230)에서 출력되는 제1 직류전압은 200 V, 전압 검출부(240)에서 출력되는 전압 즉, 검출되는 제2 직류전압은 50 V인 것이 바람직하다.
다만, 전력 공급장치(200)에서 제1 차 권선 회로(220)의 교류전압(100 V)은 변압기(210)의 무부하 전압에 대응되도록 설정된 전압이므로, 제2 차 권선회로(230)에서 부하 즉, LED 모듈(238)이 연결되는 경우, 제1 직류전압이 200 V보다 작은 크기의 전압으로 변경된다. 이에 따라 LED 모듈(238)이 구동되지 않는다.
전력 공급장치(200)는 전압 검출부(240)에서 검출된 전압과 전류 검출부(250)에서 검출된 전류에 근거하여 센싱된 전압을 피드백부(270)로 전송하고, 피드백부(270)는 센싱된 전압에 대응하는 LED 모듈의 구동 상태정보를 생성한다. 다시 말해, 전력 공급장치(200)는 제1 직류전압이 200 V보다 작은 크기의 전압인 경우, 피드백부(270)에서 센싱된 전압을 감소시켜(예: 50 V -> 40 V) LED 모듈의 구동 상태정보를 생성하고, LED 모듈의 구동 상태정보에 따라 PWM 제어부(280)에서는 제1 차 권선 회로(220)의 교류전압을 증가하여 제2 차 권선회로(230)에서 출력되는 제1 직류전압이 증가되도록 제어한다.
도 3은 다른 실시예에 따른 LED 모듈의 순방향 도통전압 변화에 강인한 전력 공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
LED 모듈(238)의 기동 전, 전력 공급장치(200)는 전압 검출부(240)에서 검출된 출력전압을 기반으로 피드백하여 동작하는 전압 제어(Voltage Control) 모드로 LED 모듈(238)의 구동하기 위한 전력을 제어한다. 다시 말해, 전력 공급장치(200)는 LED 모듈(238)이 기동되기 전, 전압 검출부(240)에서 검출된 출력전압을 PWM 제어부(280)로 피드백하여 PWM 제어에 따른 출력 전압을 결정하되, 그 결정된 전압이 LED 모듈(238)의 순방향 도통전압(Vf)보다 커지는 순간까지 전압 제어 모드로 동작한다.
다만, LED 모듈(238)의 기동 후, 전력 공급장치(200)는 전류 검출부(250)로부터 검출된 전류의 전류값을 기반으로 동작하는 전류 제어(Current Control) 모드로 LED 모듈(238)의 구동하기 위한 전력을 제어한다. 다시 말해, 전력 공급장치(200)는 LED 모듈(238)이 기동된 후, 전류 검출부(250)에서 검출된 전류값을 기반으로 LED 모듈(238)을 구동하기 위한 출력을 결정하는 전류 제어 모드로 동작한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전력 공급장치(200)의 결합회로(260)는 전압 검출부(240)의 출력단과 전류 검출부(250)의 출력단 사이에 제어 스위치부(268)를 구비한다. 여기서, 제어 스위치부(268)는 전력 공급장치(200)가 LED 모듈(238)의 기동 전후에 따른 모드 변환 즉, 전압 제어 모드에서 전류 제어 모드로 변환하여 동작하는 경우, 전압 제어 모드로 동작하는 피드백부(270) 회로에 대한 전압 검출부(240)의 영향을 차단한다. 즉, 전류 검출부(250)는 전류가 검출되지 않는 경우에는 제어 스위치부(268)를 ON 상태로 만들고, 전류가 검출되는 경우에는 제어 스위치부(268)를 OFF 상태로 만들어서 전압 검출부(240)의 출력을 피드백부(270)로부터 차단한다.
다시 말해, 제어 스위치부(268)는 LED 모듈(238)을 전압 제어 모드로 제어하다가 전류 제어 모드로 진입하는 경우에 전압 제어 모드로 동작하는 회로가 전압 검출부(240)로부터 받는 영향을 차단하여, LED 모듈(238) 제어시, 전류 제어 모드로 동작하는 전류 검출부(250) 회로만 피드백부(270)에 영향을 미치도록 구현할 수 있다.
참고로, 제어 스위치부(268)는 PMOS(P-Channel MOSFET)를 사용하여 구현될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
도 4는 본 실시예에 따른 전력 공급장치의 권선을 권취하는 구조를 나타낸 예시도이다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전력 공급장치(200)의 변압기(210)에 권취된 1 차 권선(212), 2 차 권선(216) 및 3 차 권선(218)은 정렬권선 방식으로 순차적으로 '1 차 권선(212) -> 2 차 권선(216) -> 3 차 권선(218) -> 2 차 권선(216) -> 1 차 권선(212)'과 같이 3 차 권선(218)을 중심으로 대칭하는 대칭권선의 형태를 갖는다.
도 4의 (a)와 같은 구조로 권선이 권취되는 경우, 일정한 크기의 안정적인 전압이 3 차 권선(218)을 통해 전압 검출부(240)에서 검출됨에 따라, 다양한 크기의 도통전압(Vf)를 갖는 LED 모듈(238)을 구동하기 위한 구동전압을 제공하기 위해서는 전압 검출부(240)의 제어 저항(248)에 대한 저항값을 조정해야 한다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 전력 공급장치(200)는 전압 검출부(240)의 제어 저항(248)의 저항값을 고정하여 사용하기 위해 변압기(210)의 권선구조를 다음과 같이 구성한다.
전력 공급장치(200)의 변압기(210)의 코어(214)에 순차적으로 1 차 권선(212), 2 차 권선(216) 및 3 차 권선(218)는 '3 차 권선(218) -> 2 차 권선(216) -> 1 차 권선(212) -> 2 차 권선(216) -> 1 차 권선(212)'의 순서로 권취되어 3 차 권선(218)의 위치를 중심으로 비대칭권선의 형태를 갖는다. 즉, 3 차 권선(218)의 위치에 대하여 1 차 권선(212) 및 2 차 권선(216)의 위치가 비대칭인 형태를 갖는다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 코어(214)에 먼저 3 차 권선(218)을 권취하고, 그 다음으로 2 차 권선(216)을 권취하고, 1 차 권선(212)을 권취한다. 그 다음으로 다시 2 차 권선(216) 및 1 차 권선(212)의 순서로 코일을 권취한다.
이러한 경우, 전력 공급장치(200)의 변압기(210)는 순시적으로 불안정한 크기의 전압이 3 차 권선(218)을 통해 전압 검출부(240)에서 검출됨에 따라, 순시적으로 불안정한 크기의 전압 검출값에 대응하여 PWM 제어부(280)로 피드백하고, 이에 따른 PWM 제어를 수행하여 다양한 크기의 도통전압(Vf)를 갖는 LED 모듈(238)을 구동하기 위한 구동전압을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200: 전력 공급장치
210: 변압기 212: 1 차 권선
214: 코어 216: 2 차 권선
218: 3 차 권선
220: 전원 입력부 230: 제2 차 권선회로
240: 전압 검출부 242: 다이오드
246: 커패시터 248: 제어 저항
250: 전류 검출부 260: 결합회로
270: 피드백부 280: PWM 제어부

Claims (7)

  1. 교류전압을 인가받는 1 차 권선, 상기 1 차 권선의 전압으로부터 유도되어 제1 유도전압 및 제2 유도전압을 각각 생성하는 2 차 권선 및 3 차 권선을 포함하는 변압기;
    상기 교류전압을 상기 1 차 권선에 제공하는 제1 차 권선 회로;
    상기 제1 유도전압을 인가받아 직렬로 연결된 LED(Light Emitting Diode) 모듈로 제1 직류전압을 인가하는 제2 차 권선 회로;
    상기 제2 차 권선 회로에 흐르는 구동전류를 검출하는 전류 검출부;
    상기 제2 유도전압을 인가받아 출력되는 제2 직류전압을 검출하는 전압 검출부; 및
    상기 제2 직류전압에 근거하여 생성된 LED 모듈의 구동 상태정보를 기초로 상기 교류전압이 제어되도록 피드백을 수행하여, 상기 제2 차 권선회로의 상기 제1 직류전압이 조정되도록 하는 피드백부를 포함하되,
    상기 전류 검출부는 검출된 구동전류에 대응하는 제어전압을 출력하여 상기 제1 차 권선 회로에서 제공하는 상기 교류전압이 제어되도록 하며,
    상기 전압 검출부의 상기 제2 직류전압의 출력단과 그라운드(GND: Ground) 사이에 두 개의 직렬 연결된 제1 저항회로 및 제2 저항회로; 및 상기 제1 저항회로와 제2 저항회로 사이에 상기 전류 검출부의 상기 제어전압에 의해 제어된 전류를 공급하는 제어 전류원을 포함하는 결합회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 검출부는,
    일측에 상기 3 차 권선의 일측이 연결된 다이오드;
    일측에 상기 3 차 권선의 타측이 연결된 저항;
    상기 다이오드의 타측과 상기 저항의 타측 사이에 연결된 커패시터; 및
    상기 커패시터와 병렬로 연결된 제어 저항을 포함하며,
    상기 제어 저항의 일측은 상기 결합회로와 연결되어 상기 LED 모듈의 구동 상태정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 전력 공급장치.
  5. 제 1 항 에 있어서,
    상기 피드백부로부터 상기 LED 모듈의 구동 상태정보를 획득하고, 상기 LED 모듈의 구동 상태정보에 근거하여 PWM 제어신호를 생성하는 PWM 제어부를 더 포함하고,
    상기 PWM 제어부는 상기 LED 모듈의 구동 상태정보에 근거하여 상기 1 차 권선에 공급되는 상기 교류 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 공급장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 변압기 내에서,
    상기 3 차 권선의 위치에 대하여 상기 1 차 권선 및 상기 2 차 권선의 위치가 비대칭인 것을 특징으로 하는 전력 공급장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 변압기는,
    코어에 상기 3 차 권선, 상기 2 차 권선, 상기 1 차 권선, 상기 2 차 권선 및 상기 1 차 권선의 순으로 권취된 형태인 것을 특징으로 하는 전력 공급장치.
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