KR101600822B1 - 전원 공급 장치와 그를 이용한 엘이디 조명장치 - Google Patents

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Abstract

전원 공급 장치 및 그를 이용한 엘이디 조명장치를 개시한다.
인덕터의 위치를 구동부의 접지 전위와 입력전압의 사이에 연결하여 출력전압의 기준 전위와 구동부 접지 전위를 공통으로 사용할 수 있게 함으로써 출력전압 및 출력전류의 제어가 용이하도록 하며 구비된 다이오드를 이용하여 인덕터에 저장된 인덕터 전류를 출력전압으로서 캐패시터에 공급하여 입력전압의 크기와 무관하게 출력전압을 자유롭게 설정할 수 있도록 하는 전원 공급 장치 및 그를 이용한 엘이디 조명장치를 제공한다.

Description

전원 공급 장치와 그를 이용한 엘이디 조명장치{Power Supply Apparatus And LED Lighting Apparatus Using the Same}
본 실시예는 전원 공급 장치 및 그를 이용한 엘이디 조명장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아님을 밝혀둔다.
전원회로의 토폴로지(Topology)에 대한 일반적인 기술의 실시예는 다양한 형태로 존재한다. 대표적으로 벅 방식(Buck Type), 부스트 방식(Boost Type), 벅-부스트 방식(Buck-Boost Type), 플라이백 방식(Flyback Type) 등이 존재한다.
도 1a는 일반적인 벅 방식을 이용한 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
일반적인 벅 방식의 전원 공급 장치의 입력전압(VIN)은 직류(DC) 전원일 수도 있지만 교류 전압(AC)을 정류하여 이용할 수도 있다. 벅 방식의 전원 공급 장치의 가장 큰 특징은 출력 부하가 인덕터(L)와 입력전압(VIN) 사이에 위치하는 것이다. 스위치(SW)가 온되면 인덕터(L)의 양단에는 입력전압(VIN)에서 출력전압(VO)을 뺀 전압(VIN - VO)이 인가되어 인덕터 전류(IL)는 VIN - VO 전압을 인덕터 용량값(인덕턴스(Inductance))으로 나눈 기울기로 점차적으로 증가하게 되며 출력부하 전류 및 출력 캐패시터(Capacitor)에 충전 전류가 흐른다. 스위치가 오프되면 인덕터 전류(IL)의 흐름에 의해 다이오드(D)가 도통되며 인덕터에는 출력전압(VO)이 역으로 인가되어 인덕터 전류(IL)는 출력전압(VO)을 인덕터 용량값(인덕턴스)으로 나눈 기울기로 점차적으로 감소하게 되며 인덕터 전류(IL)의 감소로 인해 감소되는 출력 전류는 출력 캐패시터(C)로부터 공급 받아 보충된다.
일반적인 벅 방식의 전원 공급 장치의 장점은 출력전압(VO)보다 큰 입력전압(VIN)을 이용하는 조건에서 출력전류 및 인덕터 전류(IL)가 스위치(SW) 온 구간의 스위치(SW)로 흐르는 전류이므로 스위치(SW)로 흐르는 전류를 일정하게 제어할 경우 작은 값의 출력 캐패시터를 사용하여도 출력부하로 흐르는 전류를 일정하게 유지할 수 있다.
하지만, 이러한 벅 방식의 전원 공급 장치는 입력전압(VIN)이 출력전압(VO)보다 낮은 경우 인덕터에 전류가 정상적으로 흐를 수 없으므로 출력전압(VO)을 입력전압(VIN)보다 크게 할 수 없다. 다시 말해, 입력전압(VIN)으로 교류 전압을 정류하여 이용할 경우 정류전압이 출력전압(VO) 보다 낮은 구간에서는 스위치(SW)가 온 되어도 인덕터에 출력전압(VO)에서 입력전압(VIN)을 뺀 전압(VO - VIN)이 역으로 인가되므로 인덕터 전류(IL)가 정상적으로 증가할 수 없다. 또한, 입력전압(VIN)으로 교류 전압을 정류하여 이용할 경우 입력 전류의 역률(Power Factor) 개선을 위하여 스위치(SW) 전류의 크기를 정류전압의 크기에 비례하게 제어하더라도 입력전압(VIN)이 출력전압(VO)보다 작은 경우에는 스위치(SW) 전류가 정상적으로 흐를 수 없어 역률 개선동작에 제한 구간이 발생한다. 전술한 이유로 벅 방식의 전원 공급 장치를 이용한 엘이디 조명장치의 경우는 출력전압(VO)에 해당하는 엘이디 발광부의 순방향 도통 전압을 크게 할 수 없다. 결국, 엘이디 발광부의 직렬 연결될 수 있는 엘이디 개수를 제한하게 되며 교류 전압을 정류하여 입력전압(VIN)으로 이용할 경우 입력전류의 역률 또한 제한적인 수준이상을 얻을 수 없는 문제가 있다.
도 1b는 일반적인 '부스트 방식'을 이용한 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
일반적인 부스트 방식의 전원 공급 장치의 입력전압(VIN)은 직류 전원일 수도 있지만 교류 전압(AC)를 정류하여 이용할 수도 있다. 부스트 방식의 전원 공급 장치의 가장 큰 특징은 출력 부하가 다이오드(D)를 통하여 스위치(SW)와 병렬 연결되며 인덕터(L)와는 다이오드에 의해 직렬 연결되는 것이다. 스위치(SW)가 온 되면 인덕터(L)의 양단에는 입력전압(VIN)이 인가되어 인덕터 전류(IL)는 입력전압(VIN)을 인덕터 용량값(인덕턴스)으로 나눈 기울기로 점차적으로 증가하게 된다. 이 구간의 출력부하 전류는 순전히 출력 캐패시터에 의존하여 흐르게 된다. 스위치(SW)가 오프되면 인덕터 전류(IL)의 흐름에 의해 다이오드(D)가 도통되며 인덕터에는 출력전압(VO)에서 입력전압(VIN)을 뺀 값(VO - VIN)이 역으로 인가되어 인덕터 전류(IL)는 VO - VIN 전압을 인덕터 용량값(인덕턴스)으로 나눈 기울기로 점차적으로 감소하게 되며 스위치(SW) 온 구간에서 인덕터에 충전되었던 전류는 다이오드를 경유하여 출력 캐패시터를 충전하게 된다.
일반적인 부스트 방식의 전원 공급 장치의 장점은 입력전압(VIN)보다 큰 출력전압(VO)을 이용하는 조건에서 적용가능하며 출력전압(VO)의 기준 전위와 구동부의 접지 전위를 공통으로 이용하기 때문에 출력전압 제어 및 출력전류 제어가 용이하고 정확하게 구현될 수 있다.
하지만, 부스트 방식의 전원 공급 장치는 출력전압(VO)이 입력전압(VIN)보다 낮은 경우 인덕터 전류(IL)가 정상적으로 흐를 수 없으므로 출력전압(VO)을 입력전압(VIN)보다 작게 설정 수 없다. 그러므로, 입력전압(VIN)으로 교류 전압을 정류하여 이용할 경우 출력전압(VO)은 정류 전압의 피크(Peak) 값보다 큰 전압으로만 제한된다. 출력전압(VO)이 입력전압(VIN) 보다 낮은 구간에서는 스위치(SW)가 오프 되어도 인덕터(L)의 양단에 스위치(SW) 온되었을 때와 같은 방향으로 입력전압(VIN)에서 출력전압(VO)을 뺀 전압(VIN - VO)이 인가되기 때문에 인덕터는 정상적으로 저장된 에너지를 출력으로 보내지 못하게 된다. 또한, 입력전압(VIN)으로 교류 전압을 정류하여 이용할 경우 입력 전류의 역률 개선을 위하여 스위치(SW) 전류의 크기를 정류전압의 크기에 비례하게 제어하더라도 출력전압(VO)이 입력전압(VIN)보다 낮은 구간이 있는 경우에는 정상적인 동작이 불가하므로 역률 개선동작에 제한 구간이 발생한다. 전술한 이유로 부스트 방식의 전원 공급 장치를 이용한 엘이디 조명장치의 경우는 출력전압(VO)에 해당하는 엘이디 발광부의 순방향 도통 전압을 낮게 할 수 없다. 결국, 사용 가능한 출력 캐패시터 종류를 수명이 짧은 전해 캐패시터로 제한하는 문제가 있다.
도 1c는 일반적인 벅-부스트 방식을 이용한 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
일반적인 벅-부스트 방식의 전원 공급 장치의 입력전압(VIN)은 직류 전원일 수도 있지만 교류 전압(AC)를 정류하여 이용할 수도 있다. 일반적인 벅-부스트 방식의 전원 공급 장치의 가장 큰 특징은 입력전압(VIN)과 스위치(SW) 사이에 직렬로 인덕터(L)만 연결되어 있어서 입력 전원 전압의 크기에 관계없이 인덕터 전류(IL)가 흐를 수 있다. 출력전압(VO)은 다이오드(D)를 통하여 인덕터와 병렬 연결로 연결되며 출력전압(VO)의 기준 전위가 구동부의 접지 전위와 공통으로 이용할 수 없도록 구성된다. 스위치(SW)가 온 되면 인덕터(L)의 양단에는 입력전압(VIN)이 인가되어 인덕터 전류(IL)는 입력전압(VIN)을 인덕터 용량값(인덕턴스)으로 나눈 기울기로 점차적으로 증가한다.
스위치(SW) 온 구간 동안에 출력부하 전류는 순전히 출력 캐패시터(C)에 의존해 흐르게 된다. 스위치(SW)가 오프되면 인덕터 전류(IL)의 흐름에 의해 다이오드(D)가 온되며 인덕터(L)의 양단에는 출력전압(VO)이 역으로 인가되어 인덕터 전류(IL)는 출력전압(VO)을 인덕터 용량값(인덕턴스)으로 나눈 기울기로 점차적으로 감소하게 되며 스위치(SW) 온 구간에서 인덕터에 충전되었던 전류는 다이오드를 경유하여 출력 캐패시터(C)를 충전하게 된다.
일반적인 벅-부스트 방식의 전원 공급 장치의 장점은 입력전압(VIN)과 스위치(SW) 사이에 인덕터 외에 다른 소자가 위치하지 않기 때문에 입력전압(VIN)에 관계없이 출력전압(VO)의 설정이 가능하다. 입력전압(VIN)으로 교류 전압을 정류하여 이용할 때에도 정류 전압이 낮은 구간 및 높은 구간에서도 인덕터 전류(IL)가 정상적으로 흐를 수 있다. 또한, 전술한 바와 같은 이유에 의해 교류 전압을 정류하여 입력전압(VIN)으로 이용할 경우에 스위치 전류의 크기를 정류전압의 크기에 비례하도록 제어하는 경우, 역률 개선에 제한 구간 없이 동작 시킬 수 있다.
하지만, 일반적인 벅-부스트 방식의 전원 공급 장치는 출력전압(VO)의 기준 전위가 구동부의 접지 전위와 공통으로 이용할 수 없게 연결되므로 직접적인 출력전압 감지 및 출력전류를 구동부에서 제어하는 것이 불가하다. 전술한 바와 같은 이유로 일반적인 벅-부스트 방식의 전원 공급 장치를 이용한 엘이디 조명장치의 경우는 엘이디 발광부의 발광 전류 제어가 어려워지는 문제가 있다.
도 1d는 변압기를 이용한 플라이백 방식의 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 1d는 절연형(Isolation) 방식의 전원 공급 장치에서 가장 일반적으로 사용되는 변압기(Transformer)를 구비하는 플라이백(Flyback) 방식의 전원 공급 장치의 구성을 간단히 나타낸 도면이다. 도 1c에 도시된 벅-부스트 방식을 이용한 전원 공급 장치의 구성에서 인덕터를 대신하여 변압기를 사용하는 것을 제외하고는 원리적으로 동일한 구성을 가진다. 스위치(SW) 온/오프 구간의 동작원리도 벅-부스트 방식과 동일하다. 별도의 스위치(SW)를 온 또는 오프로 동작하는 기재는 생략한다.
일반적인 플라이백 방식의 전원 공급 장치의 장점은 변압기를 사용할 경우 변압기의 자화(Magnetizing) 인덕턴스 값이 인덕터 역할을 대신하게 되며 출력부하에 전달되는 출력전압은 1차측 권선(P)과 2차측 권선(S1)의 비율에 의해 조절이 가능하다. 또한, 별도의 2차측 권선(S2)를 이용하여 구동부의 전원 전압을 전달 받을 수 있다. 이 별도의 2차측 권선 전압 크기와 출력전압(VO)은 S1과 S2의 권선 비율에 의해 [수학식 1]과 같이 결정된다. 별도의 2차측 권선 전압을 일정하게 유지할 경우 출력부하의 출력전압(VO)도 일정하게 제어 될 수 있다.
Figure 112013107994660-pat00001
여기서, 'NS1: S1의 권선수', 'NS2: S2의 권선수', 'VS1: S1의 권선에 전달되는 출력전압', 'VS2: S2의 권선에 전달되는 출력전압'을 의미한다.
하지만, 플라이백 방식의 전원 공급 장치는 부피가 큰 변압기라는 소자가 사용되어야 하며 출력전압을 별도의 2차측 권선을 통하여 제어하는 방식(Primary Side Regulation)이라 정확한 출력전압(VO) 및 출력부하의 전류 제어가 용이하지 않은 문제가 있다.
본 실시예는 인덕터의 위치를 구동부의 접지 전위와 입력전압의 사이에 연결하여 출력전압의 기준 전위와 구동부 접지 전위를 공통으로 사용할 수 있게 함으로써 출력전압 및 출력전류의 제어가 용이하도록 하며 구비된 다이오드를 이용하여 인덕터에 저장된 인덕터 전류를 출력전압으로서 캐패시터에 공급하여 입력전압의 크기와 무관하게 출력전압을 자유롭게 설정할 수 있도록 하는 전원 공급 장치 및 그를 이용한 엘이디 조명장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 입력전압(VIN)을 인가받으며, 구동부로부터 인가된 구동 신호에 근거하여 스위칭을 수행하는 스위치(SW); 상기 스위치(SW)의 온 또는 오프에 따라 충방전을 수행하는 인덕터(L); 다이오드(D); 및 상기 다이오드(D)의 도통 여부에 따라 충방전을 수행하는 캐패시터(C)를 포함하며, 상기 인덕터(L)의 일단, 상기 스위치(SW)의 일단, 상기 캐패시터(C)의 일단이 공통 그라운드로 접지되며, 상기 인덕터(L)의 타단과 상기 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결되며, 상기 다이오드(D)의 일단은 상기 인덕터(L)와 상기 입력전원의 접점에 연결되고, 상기 다이오드(D)의 타단은 상기 캐패시터(C)의 타단에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치를 제공한다.
또한, 본 실시에의 다른 측면에 의하면, 입력전압(VIN)을 인가받으며, 구동부로부터 인가된 구동 신호에 근거하여 스위칭을 수행하는 스위치(SW); 상기 스위치(SW)의 온 또는 오프에 따라 충방전을 수행하는 인덕터(L); 다이오드(D); 상기 다이오드(D)의 도통 여부에 따라 충방전을 수행하는 캐패시터(C); 상기 캐패시터(C)로부터 방전되는 전력으로 동작하는 엘이디 발광부; 및 상기 엘이디 발광부의 발광 전류를 결정하는 전류원을 포함하며, 상기 인덕터(L)의 일단, 상기 스위치(SW)의 일단, 상기 캐패시터(C)의 일단, 상기 전류원의 일단이 공통 그라운드로 접지되며, 상기 인덕터(L)의 타단과 상기 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결되며, 상기 다이오드(D)의 일단은 상기 인덕터(L)와 상기 입력전원의 접점에 연결되고, 상기 다이오드(D)의 타단은 상기 캐패시터(C)의 타단에 연결되며, 상기 엘이디 발광부의 일단은 상기 다이오드(D)와 상기 캐패시터(C)의 접점에 연결되고, 상기 엘이디 발광부의 타단은 상기 전류원과 연결되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 인덕터의 위치를 구동부의 접지 전위와 입력전압의 사이에 연결하여 출력전압의 기준 전위와 구동부 접지 전위를 공통으로 사용할 수 있게 함으로써 출력전압 및 출력전류의 제어가 용이하도록 하며 구비된 다이오드를 이용하여 인덕터에 저장된 인덕터 전류를 출력전압으로서 캐패시터에 공급하여 입력전압의 크기와 무관하게 출력전압을 자유롭게 설정할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명장치를 제공할 수 있다. 엘이디 발광부의 발광 전류를 직접적으로 발광 전류 조절부에 의해 출력전류가 조절되는 전류원을 경유하여 제어되므로 오차 없이 정확한 제어가 가능하다. 출력전압 제어도 전류원 일단에 걸리는 전압을 감지하여 용이하게 출력전압을 제어할 수 있다. 또한, 각종 엘이디 발광부의 밝기 제어에 유리하다.
또한, 교류전압을 전파 정류하여 입력전압으로 이용하는 경우 별도의 정류전압 검출회로를 이용하여 입력 전류를 검출된 전압에 비례하도록 제어하도록 역률 개선으로 입력전류의 역률을 1에 가깝게 제어할 수 있다. 뿐만 아니라 출력전압이 정류전압의 각 순간 크기에 관계없이 일정하게 제어되며 발광 전류 또한 일정하게 유지될 수 있으므로 교류 직결형 엘이디 조명장치의 깜박임(Flicker) 문제도 발생하지 않는다. 더불어 입력전압의 크기에 관계없이 출력전압 결정이 가능하므로 출력전압을 낮게하여 출력 캐패시터(C)의 필요 전압을 낮게 가져갈 수 있다. 따라서 수명이 짧은 전해 캐패시터(C)를 출력 캐패시터(C)로 사용하는 대신 같은 용량의 수명이 긴 탄탈(Tantal) 캐패시터(C) 등으로 대체할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 일반적인 전원회로장치를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 비반전(Non Inverting) 출력전압을 갖는 새로운 벅-부스트 방식의 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 3a, 도 3b는 본 실시예에 따른 전원 공급 장치의 스위치 온/오프 구간 동작을 나타낸 도면이다.
도 4a, 도4b는 본 실시예에 따른 전원 공급 장치의 스위치의 온/오프 구간에서의 연속 전류 모드 및 불연속 전류 모드를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 전원 공급 장치의 인덕터 전류(IL)의 연속 불연속 동작 모드의 경계 조건에서의 주요 파형을 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 실시예에 따른 영전류 감지회로를 포함하는 전원 공급 장치의 회로도이며, 도 6b는 전원 공급 장치의 영전류 감지를 위한 인덕터 일단의 파형을 나타낸 도면이다.
도 7a는 본 실시예에 따른 구동부 전원전압 공급회로를 포함하는 전원 공급 장치의 회로도이며, 도 7b는 전원 공급 장치의 인덕터(L) 전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따른 정류전압 검출신호를 이용한 역류개선을 기능을 갖는 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
도 9는 본 실시예에 따른 전원 공급 장치에 역률 개선 기능을 적용할 경우의 인덕터 전류(IL) 파형 및 입력전류 파형을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 실시예에 따른 전원회로 토폴로지를 이용한 전원 공급 장치의 정류전압 검출회로를 나타낸 회로도이다.
도 11은 본 실시예에 따른 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명 장치를 나타낸 회로도이다.
도 12는 본 실시예에 따른 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명 장치의 트라이액 디밍(TRIAC Dimming) 방법을 설명하기 위한 회로도이다.
도 13은 트라이액 디머(TRAIC Dimmer) 출력 파형 및 전류원 구동(온/오프) 신호를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 실시예에 따른 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명 장치의 아날로그 디밍(Analog Dimming)을 나타낸 회로도이다.
도 15는 본 실시예에 따른 전원회로 토폴로지를 이용한 다수의 병렬 엘이디 발광부 전류원의 조합과 발광 전류 조절부 및 최소값 결정부를 가지는 엘이디 조명 장치를 나타낸 회로도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하, 본 실시예에 기재된 소자 중 캐패시터는 '충방전 소자'를 의미하며, 다이오드는 '정류소자'를 의미하며, 저항은 '저항 소자'를 통칭하는 개념으로 해석될 수 있을 것이다.
도 2는 본 실시예에 따른 비반전(Non Inverting) 출력전압을 갖는 새로운 벅-부스트 방식의 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
본 실시예에 따른 전원 공급 장치(200)는 스위치(SW), 구동부(210), 인덕터(L), 다이오드(D) 및 캐패시터(C)를 포함한다. 전원 공급 장치(200)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
스위치(SW)는 입력전압(VIN)을 인가받는다. 또한, 스위치(SW)는 구동부(210)로부터 인가된 구동 신호에 근거하여 스위칭을 수행한다. 구동부(210)는 구동 신호를 발생한다. 인덕터(L)는 스위치(SW)의 온 또는 오프에 따라 충방전을 수행한다. 캐패시터(C)는 다이오드(D)의 도통 여부에 따라 충방전을 수행한다.
이하, 전원 공급 장치(200)의 각 소자들의 연결 관계에 대해 설명하면, 인덕터(L)의 일단, 스위치(SW)의 일단, 캐패시터(C)의 일단은 공통 그라운드로 접지된다. 인덕터(L)의 타단과 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결된다. 다이오드(D)의 일단은 인덕터(L)와 입력전원의 접점에 연결된다. 다이오드(D)의 타단은 캐패시터(C)의 타단에 연결된다.
이하, 도 2의 전원 공급 장치(200)에 대해 추가적으로 설명한다.
본 실시예에 따른 전원 공급 장치(200)는 인덕터(L)를 구동부 접지 전위와 입력전압(VIN)의 낮은 전위 단자(- 단자) 사이에 연결하고 다이오드(D)를 경유하여 출력전압(VO)을 인덕터(L)와 병렬로 연결한다. 전술한 구성에 의해 출력전압(VO)의 기준 전위를 구동부 접지 전위와 공통으로 이용할 수 있으므로 용이하고 정확한 출력전압(VO) 및 출력전류(IOUT)의 제어가 가능하다. 일반적인 벅-부스터 방식과 동일하게 인덕터(L)에 저장된 전류를 출력 캐패시터(C)에 공급하므로 입력전압(VIN)의 크기에 관계없이 출력전압(VO)을 자유롭게 설정할 수 있다. 다시 말해, 기존의 방식에 대비 동일한 수의 기본 소자로 벅 방식의 전원 공급 장치의 입력전압(VIN)이 출력전압(VO) 보다 낮은 조건에서의 인덕터 전류(IL)가 정상적으로 흐르지 못하는 단점과 부스트 방식의 전원 공급 장치에서 낮은 출력전압의 사용제한 및 기존의 일반적인 벅-부스트 방식의 출력전압의 기준 전위와 구동부의 접지 전위를 공통으로 이용할 수 없어 출력전압 및 출력전류(IOUT)를 제어하기 힘든 단점을 동시에 해결할 수 있다. 또한, 플라이백 방식의 전원 공급 장치와 같이 큰 부피와 가격이 높은 플라이백을 이용하지 않으면서 보다 용이하고 정확하게 출력전압(VO) 및 출력전류(IOUT)를 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 3a, 도 3b는 본 실시예에 따른 전원 공급 장치의 스위치 온/오프 구간 동작을 나타낸 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 구동 신호에 근거하여 스위치(SW)가 온으로 동작하는 경우, 입력전압(VIN)에 의해 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류(IL)가 증가되면서, 인덕터(L)에 인덕터 전류(IL)가 충전된다. 스위치(SW)가 온으로 동작하는 경우, 인덕터(L)의 양단간에는 입력전압(VIN)이 인가된다. 인덕터 전류(IL)가 입력전압(VIN)을 인덕터 용량값(Inductance)으로 나눈 기울기로 점차 증가되며, 다이오드(D)에 출력전압(VO)과 입력전압(VIN)의 합한 전압이 역방향으로 인가되므로 다이오드(D)가 오프된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 구동 신호에 근거하여 스위치(SW)가 오프로 동작하는 경우, 인덕터 전류(IL)가 출력전압(VO)으로 공급되어 캐패시터(C)가 충전된다. 스위치(SW)가 오프로 동작하는 경우, 인덕터 전류(IL)의 흐름에 의해 다이오드(D)가 도통된다. 따라서, 인덕터(L)에 스위치(SW)가 온으로 동작할 때의 역방향으로 출력전압(VO)이 인가되어 인덕터 전류(IL)가 출력전압(VO)을 인덕터 용량값(인덕턴스)으로 나눈 기울기로 점차 감소하면서 다이오드(D)를 경유하여 캐패시터(C)에 충전된다.
도 4a, 도4b는 본 실시예에 따른 전원 공급 장치의 스위치의 온/오프 구간에서의 연속 전류 모드 및 불연속 전류 모드를 나타낸 도면이다.
동작 방식은 도 4a에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)가 전체 스위칭 주기(TS) 구간 동안 '0' 이상의 값을 유지시키는 동작 방식(연속 전류 모드(Continuous Current Mode))이 있다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)가 스위치 오프 구간의 일부 동안 흐르지 않게되는 동작 방식(불연속 전류 모드(Discontinuous Current Mode))이 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 도 4a, 4b의 두 동작 방식의 경계 조건을 유지시키는 동작 방식(경계 조건 모드(Boundary Condition Mode))으로 구분될 수 있다.
출력전류(IOUT)가 큰 값이 필요한 경우 인덕터 용량값(인덕턴스)을 크게 하거나 스위칭 주기(TS)를 짧게하여 인덕터 전류(IL)를 전체의 스위칭 주기(TS) 동안 '0' 보다 큰 값으로 연속적으로 흐르게 동작시킨다. 이러한 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)의 피크(Peak) 값을 높이지 않으면서도 인덕터 전류(IL)의 평균값을 늘릴 수 있는 연속 전류 모드가 유리하게 된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 출력전류(IOUT)가 큰 값이 요구되지 않을 경우에는 인덕터 전류(IL)가 스위치(SW) 오프 구간의 일부에서 '0'으로 떨어진 상태가 유지되는 구간을 두어 다이오드(D) 순방향 전류가 흐르는 상태에서 다이오드(D)를 오프시킬 때 발생할 수 있는 역방향회복에 소모되는 전력 손실을 막기 위한 불연속 전류 모드가 유리할 수 있다.
두 가지의 동작 조건(도 4a, 도 4b)에는 서로 장단점이 있으며 일반적으로 두 가지 동작 조건의 경계 조건에서 동작되는 것이 바람직하다.
도 4a에 도시된 바와 같이 인덕터 전류(IL)가 스위칭 전체 주기 동안 '0'보다 큰 전류로 연속적으로 흐르게 될 경우 다이오드(D)가 온 되었다가 오프 되는 순간에 역회복(Reverse Recovery) 전류가 흐른다. 이러한 경우, 역방향 회복 시간 동안 다이오드(D)에 입력전압(VIN)과 출력전압(VO)의 합한 전압이 역으로 인가되는 상태에서 큰 역방향 전류가 흐르게 되어 전력 손실을 발생시키게 되므로 바람직하지 않다.
또한, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 인덕터 전류(IL)가 스위치(SW) 오프 구간의 일부 동안 '0'으로 떨어져 있게 되면 같은 출력전류(IOUT)를 위해 인덕터 전류(IL) 피크 값이 커져야 하므로 인덕터 전류(IL) 증가에 의한 도선의 도통 손실이 더욱 커질 수 있다. 따라서, 일반적으로는 후술할 도 5와 같이 전술한 두 가지 동작 조건의 경계에서 스위치(SW)를 구동하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 실시예에 따른 전원 공급 장치의 인덕터 전류(IL)의 연속 불연속 동작 모드의 경계 조건에서의 주요 파형을 나타낸 도면(도 4와 인덕터(L)의 양단 전압(VL)의 극성이 바꾸어 표시됨)이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스위치(SW)가 오프 되어 있는 구간 동안 인덕터 전류(IL)를 '0'으로 떨어뜨린다. 인덕터 전류(IL)가 '0'이 되는 순간 스위치(SW)를 온시킬 경우 다이오드(D)의 순방향 전류는 '0'이 된다. 따라서, 다이오드(D)의 온 상태에서 오프 상태로 천이하기 전에 다이오드(D)의 역방향 회복에 소모되는 전력 손실을 막으면서도 전체 스위칭 구간에 인덕터 전류(IL)가 '0'이하로 유지하는 구간을 최소화하여 같은 출력 전류(IOUT)에 대하여 인덕터 전류의 피크 전류를 낮추므로 도선의 도통 손실을 줄일 수 있다. 인덕터 전류(IL)의 연속 전류 모드와 불연속 전류 모드의 경계조건에서 동작 시키기 위하여 인덕터 전류(IL)가 '0'으로 떨어지는 지점에 대한 감지 신호가 필요하게 된다.
도 6a는 본 실시예에 따른 영전류 감지회로를 포함하는 전원 공급 장치의 회로도이며, 도 6b는 전원 공급 장치의 영전류 감지를 위한 인덕터 일단의 파형을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 전원 공급 장치(600)는 스위치(SW), 구동부(210), 인덕터(L), 다이오드(D), 캐패시터(C), 영전류 감지 회로(Zero Current Detection Circuit)(620)를 포함한다. 전원 공급 장치(600)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D) 및 캐패시터(C)의 연결관계는 도 2와 동일하므로 그 기재를 생략한다.
영전류 감지회로(620)의 일단은 입력전원과 인덕터(L)의 접점과 연결되고, 영전류 감지회로(620)의 타단은 구동부(210)에 연결된다.
영전류 감지회로(620)는 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2) 및 제 1 다이오드(D1)를 포함할 수 있다. 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)은 다이오드(D)와 직렬로 순차 연결된다. 제 1 다이오드(D1)의 일단은 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 접점과 연결되고, 제 1 다이오드(D1)의 타단은 제 2 저항(R2)과 공통 그라운드로 접지된다. 구동부(210)는 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 접점의 출력을 영전류 검출 신호로 이용한다.
영전류 감지회로(620)는 인덕터(L)에 인가되는 전압(VL)을 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 저항 분배에 의한 감지 전압(V1)으로 출력하고, 감지 전압(V1)을 영전류 감지 신호로서 구동부(210)로 입력하여 구동부(210)로 하여금 스위치(SW)의 온 시점을 결정하도록 한다.
이하, 도 6a의 전원 공급 장치(600)에 대해 추가적으로 설명한다.
본 실시예에 따른 비반전 출력전압을 가지는 새로운 벅-부스트 방식의 전원회로 토폴로지를 이용한 전원 공급 장치의 경우 도 6a에 도시된 바와 같이 제 1 저항(R1) 및 제 2 저항(R2)을 이용한 영전류 감지회로를 부가하여 인덕터(L)의 양단 전압(VL)이 '0'으로 떨어지는 순간을 감지함으로써 인덕터 전류(IL)가 '0'으로 떨어지는 지점을 감지할 수 있다.
인덕터 전류(IL)가 '0'으로 떨어지게 되면 다이오드(D)에 흐르는 전류가 '0'으로 떨어지므로 다이오드(D)로 흐르는 전류는 '0'이 되며 인덕터(L)의 양단 전압(VL)은 출력전압(VO)에서 '0'으로 떨어지게 된다. 감지 전압(V1)은 인덕터(L)에 인가되는 전압을 저항 분배를 통하여 얻어지는 전압이기 때문에 인덕터(L)의 양단 전압(VL)과 같이 '0'으로 떨어지게 된다. 구동부(210)는 영전류 감지 신호를 이용하여 구동부(210)에 입력하여 스위치(SW) 온 시점을 결정할 수 있다. 접지 전위와 감지 전압(V1) 단자 사이의 제 1 정류 다이오드(D1)는 감지 전압(V1) 단자의 전압이 '0'이하의 값으로 과하게 떨어지는 경우 발생할 수 있는 영전류 감지전압 입력 측의 오동작을 방지하기 위하여 이용될 수 있다.
도 7a는 본 실시예에 따른 구동부 전원전압 공급회로를 포함하는 전원 공급 장치의 회로도이며, 도 7b는 전원 공급 장치의 인덕터(L) 전압 파형을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 전원 공급 장치(700)는 스위치(SW), 구동부(210), 인덕터(L), 다이오드(D), 캐패시터(C), 구동부 전원전압 공급회로(720)를 포함한다. 전원 공급 장치(700)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
스위치(SW), 구동부(210), 인덕터(L), 다이오드(D) 및 캐패시터(C)의 연결관계는 도 2와 동일하므로 그 기재를 생략한다.
구동부 전원전압 공급회로(720)의 일단은 입력전원과 인덕터(L)의 접점과 연결되고, 구동부 전원전압 공급회로(720)의 타단은 구동부(210)에 연결된다.
구동부 전원전압 공급회로(720)는 제 1 캐패시터(C1), 제 1 다이오드(D1) 및 제 2 캐패시터(C2)를 포함한다. 제 1 캐패시터(C1)는 다이오드(D)와 직렬로 연결된다. 제 1 다이오드(D1)는 제 1 캐패시터(C1)와 직렬로 연결된다. 제 2 캐패시터(C2)의 일단은 제 1 다이오드(D1)의 타단과 연결되고, 제 2 캐패시터(C2)의 타단은 공통 그라운드로 접지된다.
구동부 전원전압 공급회로(720)는 제 1 다이오드(D1)와 제 2 캐패시터(C2)의 접점으로부터의 출력을 전원전압으로 구동부(210)에 입력한다. 구동부 전원전압 공급회로(720)는 스위치(SW)가 오프로 동작하는 경우, 인덕터(L)에 충전된 펄스 형태의 출력전압(VO)을 이용하여 구동부(210)가 스위칭을 수행하는 동안에 별도로 전원전압을 구동부(210)로 공급한다. 전원전압 공급회로(720)는 인덕터(L)에 충전된 펄스 형태의 출력전압(VO)을 제 1 다이오드(D1)를 이용하여 제 2 캐패시터(C2)로 전달한다.
이하, 도 7a의 전원 공급 장치(700)에 대해 추가적으로 설명한다.
일반적으로 전원 공급 장치는 구동부를 동작을 위한 전원전압 공급을 필요로 하게 된다. 입력전압(VIN)에서 적당히 큰 값의 저항을 통하여 구동부 동작을 시작하는데 필요한 전원전압을 공급하게 된다. 이러한 전원전압 공급 방식을 구동부(210)의 스위칭 동작을 하고 있는 동안에도 지속적으로 이용하게 되면 입력전압이 큰 값일 경우에 해당 저항을 이용하여 지속적인 전력 손실이 발생된다.
본 실시예에 따른 비반전 출력전압을 가지는 새로운 벅-부스트 방식의 전원회로 토폴로지를 이용한 전원 공급 장치의 경우 도 7a에 도시된 바와 같이 스위치(SW) 오프 구간에 인덕터(L)에 충전된 펄스(Pulse) 형태의 출력전압(VO)을 이용하여 구동부(210)가 스위칭 구동을 하는 동안에 별도로 구동부의 전원전압을 공급할 수 있다. 본 실시예에 따른 구동부 전원전압 공급회로(720)는 인덕터(L)에 충전된 펄스 형태의 출력전압(VO)을 저항과 제 1 정류 다이오드(D1)를 경유하여 전원전압 캐패시터(C2)로 전달할 수도 있다. 하지만, 저항을 사용할 경우에 저항에서 발생하는 손실을 고려하여 제 1 캐패시터(C1)와 제 1 정류 다이오드(D1)를 경유하여 전원전압 캐패시터(C2)로 전달하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 실시예에 따른 정류전압 검출신호를 이용한 역류개선을 기능을 갖는 전원 공급 장치를 나타낸 회로도이다.
본 실시예에 따른 전원 공급 장치(800)는 스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D), 캐패시터(C), 정류부(810) 및 구동부(820)를 포함한다. 전원 공급 장치(800)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D) 및 캐패시터(C)의 연결관계는 도 2와 동일하므로 그 기재를 생략한다.
정류부(810)는 교류 전압(AC)의 출력에 연결되어, 교류 전류를 직류 전류로 정류하며, 직류 전류를 입력전압(VIN)으로 공급한다. 정류부(810)의 입력단 일측은 교류 전압(AC)의 일단에 연결되고, 정류부(810)의 입력단 타측은 교류 전압(AC)의 타단에 연결된다. 정류부(810)의 출력단 일측은 스위치(SW)의 일단(예컨대, 전류 인입단)에 연결되고, 정류부(810)의 출력단 타측은 인덕터(L)의 일단과 연결된다.
구동부(820)는 정류부(810)의 출력단 일측과 인덕터(L)의 접점과 연결되고, 스위치(SW)의 타단(예컨대, 전류 인출단), 출력부하의 일단과 연결된다. 구동부(820)는 정류전압 검출회로(830)를 포함한다. 정류전압 검출회로(830)는 정류부(810)의 출력단 일측으로부터 입력전압(VIN)을 입력받고, 스위치(SW)로 출력을 전달한다.
구동부(820)는 정류전압 검출회로(830)에서 출력된 정류전압 검출 신호를 이용하여 구동 신호를 생성한다. 구동부(820)는 스위치(SW)가 온으로 동작할 때 흐르는 스위치 전류(IS)가 정류전압에 비례하도록 스위치의 온 구간을 조절하여 입력 전류가 기 설정된 역률(Power Factor)을 갖도록 제어한다.
이하, 도 8의 전원 공급 장치(800)에 추가적으로 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이 전원 공급 장치의 경우 교류 전압을 전파 정류하여 입력전압으로 이용할 경우 정류전압 검출회로(830)를 부가하여 정류전압을 검출할 수 있다. 또한, 전원 공급 장치(800)는 정류전압 검출회로(830)를 이용하여 스위치(SW) 제어하고, 스위치(SW) 온 구간에 흐르는 스위치 전류가 정류부(810)에서 검출된 정류전압에 비례할 경우 입력 전류를 도 9에 도시된 바와 같이, 역률(Power Factor)이 1에 가까운 값을 갖도록 제어할 수 있다.
도 9는 본 실시예에 따른 전원 공급 장치에 역률 개선 기능을 적용할 경우의 인덕터 전류(IL) 파형 및 입력전류 파형을 나타낸 도면이다.
일반적으로 정류전압 검출신호에 대한 스위치(SW)로 흐르는 전류의 비율은 출력부하의 출력전류(IOUT)에 의해 결정되는데 이는 도 8에 도시된 구동부(820)의 구성 요소와 같이 정류전압 검출신호를 출력전압 제어를 위해 사용되는 오류 증폭기(Error AMP)의 출력신호와 곱한 후 해당 값을 스위치(SW) 온 구간의 전류의 기준 값(IREF)으로 만드는 방식으로 가능하다.
도 10은 본 실시예에 따른 전원회로 토폴로지를 이용한 전원 공급 장치의 정류전압 검출회로를 나타낸 회로도이다.
정류전압 검출회로(830)는 제 1 다이오드(D1), 제 2 다이오드(D2), 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2) 및 제 1 캐패시터(C1)를 포함한다.
도 10은 도 8에서의 정류전압 검출회로(830)에 대한 회로도이므로, 도 8에 기재된 스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D), 정류부(810) 및 캐패시터(C)에 대한 설명은 생략한다.
제 1 다이오드(D1)의 일단은 정류부(810)의 입력단 일측과 연결된다. 제 2 다이오드(D2)의 일단은 정류부(810)의 입력단 타측과 연결된다. 제 1 다이오드(D1)의 타단은 제 2 다이오드(D2)의 타단과 연결된다. 제 1 저항(R1)의 일단은 제 1 다이오드(D1)와 타단과 제 2 다이오드(D2)의 타단의 접점과 연결되며, 제 1 저항(R1)의 타단은 제 2 저항(R2)의 일단과 연결된다. 인덕터(L)의 일단은 정류부(810)의 출력단 일측에 연결된다. 인덕터(L)의 타단은 제 2 저항(R2)의 타단과 연결된다. 제 1 캐패시터(C1)는 제 2 저항(R2)과 병렬로 연결된다. 제 2 저항(R2)의 타단과 인덕터(L)의 타단은 공통 그라운드로 접지된다. 정류전압 검출회로(830)는 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 접점의 출력을 정류 전압 검출 신호로 이용한다.
이하, 도 10의 정류전압 검출회로(830)에 대해 추가적으로 설명한다.
본 실시예에 따른 전원 공급 장치의 경우 도 10에 도시된 바와 같이 구성된 정류전압 검출회로(830)를 이용하여 정류전압을 검출할 수 있다. 본 실시예에 따른 정류전압 검출회로(830)는 별도의 제 1 정류 다이오드(D1), 제 2 정류 다이오드(D2)와 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2)을 포함할 수도 있으며 이외 부가적인 소자를 추가로 포함할 수도 있다.
도 11은 본 실시예에 따른 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명 장치를 나타낸 회로도이다.
본 실시예에 따른 엘이디 조명 장치(1100)는 스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D), 캐패시터(C), 엘이디 발광부(1110), 전류원(1120) 및 구동부(130)를 포함한다. 전원 공급 장치(1110)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D) 및 캐패시터(C)의 연결관계는 도 2와 동일하므로 그 기재를 생략한다.
엘이디 발광부(1110)는 직렬 또는 병렬로 연결된 한 개 이상의 엘이디를 포함한다. 엘이디 발광부(1110)는 캐패시터(C)로부터 방전되는 전력으로 동작한다. 전류원(1120)은 엘이디 발광부(1110)에 직렬로 연결된다. 전류원(1120)은 엘이디 발광부(1110)의 발광 전류를 결정한다.
구동부(1130)는 전류원(1120)으로부터 출력 전압을 인가받아 스위치(SW)의 스위칭을 제어하기 위한 구동 신호를 발생한다. 구동부(1130)는 출력전압 제어부(1132) 및 발광 전류 조절부(1134)를 포함한다. 출력전압 제어부(1132)의 일단은 엘이디 발광부(1110)와 전류원(1120)의 접점과 연결된다. 출력전압 제어부(1132)의 타단은 스위치(SW)의 입력단에 연결되어 구동 신호를 발생한다. 발광 전류 조절부(1134)는 전류원(1120)의 전류를 제어한다.
이하, 엘이디 조명 장치(1100)에 포함된 소자들의 연결관계에 대해 설명한다. 인덕터(L)의 일단, 스위치(SW)의 일단, 캐패시터(C)의 일단, 전류원의 일단이 공통 그라운드로 접지된다. 인덕터(L)의 타단과 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결된다. 다이오드(D)의 일단은 인덕터(L)와 입력전원의 접점에 연결되고, 다이오드(D)의 타단은 캐패시터(C)의 타단에 연결된다. 엘이디 발광부(1110)의 일단은 다이오드(D)와 캐패시터(C)의 접점에 연결되고, 엘이디 발광부(1110)의 타단은 전류원(1120)과 연결된다.
이하, 도 11의 엘이디 조명장치(1100)에 대해 추가적으로 설명한다.
본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(1100)는 출력전압의 기준 전위와 구동부(1130)의 접지 전위를 공통으로 이용할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 출력 부하로 엘이디 발광부(1110)를 사용한다.
또한, 엘이디 발광부(1110)에 직렬로 엘이디 발광부(1110)와 출력전압의 기준 전위 사이에 연결되어 엘이디 발광부(1110)의 발광 전류를 결정하는 전류원(1120) 및 전류원(1120)의 전류를 제어하는 발광 전류 조절부(1130)를 갖는 엘이디 조명 장치(1100)로 응용하여 구현 가능하다.
본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(1100)의 경우 엘이디 발광부(1110)의 발광 전류는 직접적으로 발광 전류 조절부(1134)에 의해 출력전류(IOUT)가 조절되는 전류원(1120)으로 제어된다. 결과적으로 오차 없이 정확한 제어가 가능하게 되며, 엘이디 발광부(1110)의 순방향 도통 전압 확보를 위한 출력전압 제어도 전류원(1120) 일단에 걸리는 전압을 감지하여 제어할 수 있다.
본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(1100)의 경우 교류전압(AC)을 전파 정류하여 입력전압으로 이용하는 경우 도 10에 기재된 정류전압 검출회로(830)를 이용한 역률 개선으로 입력전류의 역률을 1에 가깝게 제어할 수 있다. 뿐만 아니라 출력전압이 정류전압의 각 순간 크기에 관계없이 일정하게 제어되며 발광 전류 또한 일정하게 유지될 수 있다. 나아가 AC 직결형 엘이디 조명장치(1100)의 깜박임(Flicker) 문제도 발생하지 않는다.
본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(1100)의 경우 입력전압의 크기에 관계없이 출력전압 결정이 가능하다. 출력전압을 낮게하여 출력 캐패시터(C)의 필요 전압을 낮게 가져 갈 수 있다. 이로 인해 수명이 짧은 전해 캐패시터(C)를 출력 캐패시터(C)로 사용하는 대신 같은 용량의 수명이 긴 탄탈(Tantal) 캐패시터(C) 등으로 대체할 수 있다. 본 실시예에 따른 비반전 출력전압을 가지는 새로운 벅-부스트 방식의 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명장치(1100)는 기존 엘이디 조명장치가 가질 수 없었던 많은 장점을 구비할 수 있다.
도 12는 본 실시예에 따른 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명 장치의 트라이액 디밍(TRIAC Dimming) 방법을 설명하기 위한 회로도이다.
본 실시예에 따른 전원 공급 장치(1200)는 스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D), 캐패시터(C), 정류부(1210), 트라이액 밝기 제어기(TRIAC Dimmer)(1220), 엘이디 발광부(1230), 전류원(1240) 및 구동부(1250)를 포함한다. 전원 공급 장치(1200)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D) 및 캐패시터(C)의 연결관계는 도 2와 동일하므로 그 기재를 생략한다.
정류부(1210)는 교류 전압(AC)의 출력에 연결되어, 교류 전류를 직류 전류로 정류하며, 직류 전류를 입력전압(VIN)으로 공급한다. 정류부(1210)의 입력단 일측은 교류 전압(AC)의 일단에 연결되고, 정류부(1210)의 입력단 타측은 교류 전압(AC)의 타단에 연결된다. 정류부(1210)의 출력단 일측은 스위치(SW)의 일단(예컨대, 전류 인입단)에 연결되고, 정류부(1210)의 출력단 타측은 인덕터(L)의 일단과 연결된다.
트라이액 밝기 제어기(1220)는 교류 전압(AC)의 출력에 연결된다. 정류부(1210)는 트라이액 밝기 제어기(1220)에 연결되어, 교류 전류를 직류 전류로 정류하며, 직류 전류를 입력전압(VIN)으로 공급한다. 정류부(1210)의 입력단 타측은 교류 전압(AC)의 타단과 연결된다. 정류부(1210)의 출력단 일측은 스위치(SW)의 전류 인입단과 연결되고, 정류부(1210)의 출력단 타측은 공통 그라운드로 접지된다.
엘이디 발광부(1230)는 캐패시터(C)로부터 방전되는 전력으로 동작한다. 전류원(1240)은 엘이디 발광부(1230)에 직렬로 연결되며, 엘이디 발광부(1230)의 발광 전류를 결정한다.
구동부(1250)는 출력전압 제어부(1252), 합산부(1254) 및 발광 전류 조절부(1256)를 포함한다. 출력전압 제어부(1252)의 일단은 엘이디 발광부(1230)와 전류원(1240)의 접점과 연결된다. 출력전압 제어부(1252)의 타단은 스위치(SW)의 입력단에 연결되어 구동 신호를 발생한다. 발광 전류 조절부(1256)는 전류원(1240)의 전류를 제어한다. 합산부(1254)의 일단은 정류부(1210)의 입력단 일측과 연결된다. 합산부(1254)의 타단은 발광 전류 조절부(1256)와 연결된다. 합산부(1254)는 트라이액 밝기 제어기(1220)가 온으로 동작할 때의 구간 감지 신호와 주기 간격 보상신호를 합산한 합산 신호를 생성한다. 발광 전류 조절부(1256)는 합산 신호가 존재하는 경우에만 전류원(1240)을 동작 시키고 나머지 구간 동안은 전류원(1240)의 동작을 정지 시킨다.
이하, 엘이디 조명 장치(1200)에 포함된 소자들의 연결관계에 대해 설명한다. 인덕터(L)의 일단, 스위치(SW)의 일단, 캐패시터(C)의 일단, 전류원의 일단이 공통 그라운드로 접지된다. 인덕터(L)의 타단과 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결된다. 다이오드(D)의 일단은 인덕터(L)와 입력전원의 접점에 연결되고, 다이오드(D)의 타단은 캐패시터(C)의 타단에 연결된다. 엘이디 발광부(1210)의 일단은 다이오드(D)와 캐패시터(C)의 접점에 연결되고, 엘이디 발광부(1210)의 타단은 전류원(1120)과 연결된다.
이하, 도 12의 엘이디 조명장치(1200)에 대해 추가적으로 설명한다.
본 실시예에 따른 엘이디 조명장치(1200)에서 교류 전압(AC)을 전파 정류하여 입력전압으로 이용할 경우 도 12에 도시된 바와 같이 트라이액 밝기 제어기(1220)가 온으로 동작할 때의 구간 감지 신호와 정류전압의 각각의 주기들 사이의 간격에 대한 주기 간격 보상신호를 합한 합산 신호를 생성한다. 합산 신호가 존재하는 경우에만 발광 전류 조절부(1256)에서 전류원(1240)을 동작 시키고 나머지 구간 동안은 전류원(1240)의 동작을 정지시켜 놓는 방식으로 트라이액 밝기 제어기(1220)를 이용한 엘이디 조명 밝기 제어(TRIAC Dimming)가 가능하다.
상세하게는 트라이액 밝기 제어기(1220)로 출력되는 입력 교류 전압 파형의 일부 구간에 해당하는 전압파형을 전파 정류한 정류전압에 대하여 기 설정된 일정한 기준전압과 비교하여 트라이액 밝기 제어기(1220)가 온으로 동작할 때 구간 감지 신호를 발생할 수 있다. 또한, 구간 감지 신호가 사라지는 시점에서 일정 구간 동안 유지되는 주기 간격 보상신호를 만들어 정류전압의 각각의 주기들 사이의 간격에 대한 주기 간격 보상신호를 발생할 수 있다.
합산부(1254)는 전술한 트라이액 밝기 제어기(1220)가 온으로 동작할 때의 구간 감지 신호와 정류전압의 각각의 주기 간격에 대한 주기 간격 보상신호를 논리합(OR)시켜 합산 신호를 생성할 수 있다. 합산 신호로 생성되면, 되면 트라이액 밝기 제어기(1220)가 정류전압의 전 구간 동안 켜져 있거나 트라이액 밝기 제어기(1220)가 사용되지 않는 경우에 대하여 정류전압의 각 주기 끝 부분과 시작지점에서 트라이액 밝기 제어기(1220)가 온으로 동작할 때의 구간 감지 신호가 누락되는 것을 보완할 수 있다.
물론, 트라이액 밝기 제어기(1220)가 온으로 동작할 때의 구간 감지 신호를 발생하는 과정에서 사용되는 트라이액 밝기 제어기(1220) 출력전압과 비교되는 기준전압을 무한정 '0'에 가깝게 하면 위에 설명한 정류전압의 각각의 주기 간격 보상신호가 필요 없을 수 있다. 그러나 이는 실현 가능한 회로로 만드는 기준전압을 고려할 때 주기 간격 보상신호를 생성하고, 이를 트라이액 밝기 제어기(1220)가 온으로 동작할 때의 구간 감지 신호와 논리합 시킨 신호로 발광 전류 조절부(1256)에 의해 전류원(1240)을 동작 시키는 것이 바람직하다. 트라이액 밝기 제어기(1220)가 온으로 동작할 때의 구간 감지 신호를 획득하기 위한 회로는 앞서 설명한 도 10에 도시된 정류전압 검출회로(830)를 사용할 수도 있다.
도 13은 트라이액 디머(TRAIC Dimmer) 출력 파형 및 전류원 구동(온/오프) 신호를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 비반전 출력전압을 가지는 새로운 벅-부스트 방식의 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명장치(1200)는 도 12에서 설명한 바와 같이 트라이액 밝기 제어기(1220)가 온으로 동작할 때의 구간 감지 신호 및 정류전압 주기 간격에 대한 주기 간격 보상신호의 논리합 신호를 발광 전류 조절부(1256)에서 감지하여 전류원(1240)을 온 또는 오프 시키는 방식으로 트라이액 밝기 제어기(1220)에 의한 디밍(Dimming)이 가능하다.
하지만, 기존의 엘이디 조명장치(1200)의 경우에는 출력단에 엘이디 발광부(1230)와 출력전압의 기준 전위 사이에 전류원(1240)이 위치할 수 없다. 그러므로 단순하게 트라이액 밝기 제어기(1220)의 출력이 없는 구간에서 스위치(SW)동작을 멈추는 방식을 이용할 수 밖에 없다. 스위치(SW)의 동작이 멈추더라도 출력 캐패시터(C)에 충전된 전하가 충분히 방전되기 전까지는 엘이디 발광부(1230)가 지속적으로 온 되기 때문에 정확한 트라이액 디밍의 제어가 불가능하다.
도 14는 본 실시예에 따른 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명 장치의 아날로그 디밍을 나타낸 회로도이다.
발광 전류 조절부(1256)는 제 1 저항(R1), 포토 커플러, 전류 미러, 제 2 저항(R2)를 포함한다.
제 1 저항(R1)의 일단은 아날로그 전압 발생부의 일단과 연결된다. 제 1 저항(R1)의 타단은 포토 커플러의 일단과 연결된다. 포토 커플러의 타단은 전류 미러의 일단과 연결된다. 전류 미러의 타단은 제 2 저항(R2)의 일단과 연결된다. 제 2 저항(R2)의 타단은 공통 그라운드로 접지된다.
전류원(1240)은 OP 앰프(AMP), 스위칭 소자(Q1), 제 3 저항(R3)을 포함한다. OP 앰프(AMP)의 + 입력단은 전류 미러와 제 2 저항(R2)의 접점에 연결된다. 스위칭 소자(Q1)는 입력단, 전류 인입단, 전류 인출단을 포함하며, 입력단은 OP 앰프(AMP)의 출력단과 연결되고, 전류 인입단은 엘이디 발광부(1230)에 연결되고, 전류 인출단은 제 3 저항(R3)과 연결된다. OP 앰프(AMP)의 - 입력단은 스위칭 소자(Q1)와 제 3 저항(R3)의 접점에 연결된다.
이하, 아날로그 디밍에 대해 설명한다. 비반전 출력전압을 가지는 새로운 벅-부스트 방식의 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명장치(1200)는 엘이디 발광부(1230)의 발광 전류 조절을 위하여 발광 전류 조절부(1256)에서 출력전류(IOUT)가 조절되는 전류원(1240)을 사용한다. 별도의 디밍장치로부터 발생하는 아날로그 전압 신호를 받아 이에 비례(또는 반비례)하게끔 발광 전류 조절부(1256)를 통해 전류원(1240)의 출력전류(IOUT)를 조절하는 방식으로 아날로그 디밍이 가능하다. 입력되는 아날로그 전압 신호의 기준이 구동부(1250)의 접지 전위와 다를 수 있으므로 도 14에 도시된 바와 같이 절연된 신호 전달 장치(예컨대, 포토 커플러) 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 도 14에 도시된 발광 전류 조절부(1256) 및 전류원(1240)은 아날로그 디밍을 위한 발광 전류 조절부(1256) 및 전류원(1240)의 한 가지 실시예에 불과하다.
이하, PWM 디밍에 대해 설명한다. 비반전 출력전압을 가지는 새로운 벅-부스트 방식의 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명장치(1200)는 PWM 입력신호를 받아 신호가 하이(High)인 구간에서만 엘이디 발광부(1230)의 발광 전류를 조절하는 전류원(1240)을 온 시키므로(반대의 경우도 가능함) 엘이디 발광부(1230)의 밝기 제어할 수 있다. PWM 입력신호를 이용한 엘이디 발광부(1230)의 밝기 제어를 위한 구성은 트라이액 디밍을 위한 구성에서 트라이액 밝기 제어기(1220)가 온으로 동작할 때의 구간 감지 신호 및 주기 간격 보상신호를 논리합 시켜 전류원(1240)의 온/오프 구동 신호로 이용하는 대신 입력되는 PWM 신호를 직접 전류원(1240)의 온/오프 구동 신호로 이용할 수 있다.
도 15는 본 실시예에 따른 전원회로 토폴로지를 이용한 다수의 병렬 엘이디 발광부(1510) 전류원(1520)의 조합과 발광 전류 조절부 및 최소값 결정부를 가지는 엘이디 조명 장치를 나타낸 회로도이다.
본 실시예에 따른 엘이디 조명 장치(1500)는 스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D), 캐패시터(C), 엘이디 발광부(1510), 전류원(1520) 및 구동부(1530)를 포함한다. 엘이디 조명 장치(1500)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
엘이디 조명 장치(1500) 내의 스위치(SW), 인덕터(L), 다이오드(D) 및 캐패시터(C)의 연결관계는 도 2와 동일하므로 그 기재를 생략한다.
엘이디 발광부(1510)는 복수의 발광 다이오드 어레이(1512, 1514, 1546)를 포함한다. 전류원(1520)은 발광 다이오드 어레이(1512, 1514, 1546) 각각마다 직렬로 연결된다.
구동부(1530)는 출력전압 제어부(1534), 최소값 결정부(1536) 및 발광 전류 조절부(1538)를 포함한다. 발광 전류 조절부(1538)는 전류원(1520)의 전류를 제어한다. 최소값 결정부(1536)의 일단은 엘이디 발광부(1510)와 전류원(1520)의 접점에 연결된다. 최소값 결정부(1536)의 타단은 출력전압 제어부(1534)의 일단에 연결된다. 최소값 결정부(1536)는 인덕터(L)에 충전된 출력전압(VO)이 발광 다이오드 어레이(1512, 1514, 1546) 각각의 순방향 도통 전압 이상이 될 수 있도록 전류원(1520)의 전압 중 최저값이 출력전압(VO)의 제어를 위해 출력전압 제어부(1534)로 입력되도록 한다. 출력전압 제어부(1534)는 최소값 결정부(1536)로부터 전류원(1520)의 전압(예컨대, V1 내지 VN) 중 최소값을 수신하며, 수신된 최소값을 기반으로 스위치(SW)의 스위칭을 제어하기 위한 구동 신호를 발생한다.
이하, 엘이디 조명 장치(1500)에 포함된 소자들의 연결관계에 대해 설명한다. 인덕터(L)의 일단, 스위치(SW)의 일단, 캐패시터(C)의 일단, 전류원의 일단이 공통 그라운드로 접지된다. 인덕터(L)의 타단과 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결된다. 다이오드(D)의 일단은 인덕터(L)와 입력전원의 접점에 연결되고, 다이오드(D)의 타단은 캐패시터(C)의 타단에 연결된다. 엘이디 발광부(1510)의 일단은 다이오드(D)와 캐패시터(C)의 접점에 연결되고, 엘이디 발광부(1510)의 타단은 전류원(1520)과 연결된다.
이하, 도 15의 엘이디 조명장치(1500)에 대해 추가적으로 설명한다.
도 15에 도시된 바와 같이 비반전 출력전압을 가지는 새로운 벅-부스트 방식의 전원회로 토폴로지를 이용한 엘이디 조명장치(1500)는 엘이디 발광부(1510) 및 각각의 엘이디 발광부(1510)에 직렬로 연결되는 발광 전류 조절부(1538)에 의해 제각기 조절되는 전류원(1520)의 조합을 다수 구비할 수 있다. 각각의 엘이디 발광부(1510)와 전류원(1520) 조합을 병렬로 연결하고 출력전압이 각각의 모든 엘이디 발광부(1510)의 순방향 도통 전압 이상이 될 수 있도록 할 수 있다. 복수 개의 병렬로 연결되는 전류원(1520)들의 일단에 걸리는 전압 중에 가장 낮은 값이 출력전압 제어를 위한 출력전압 제어부(1534)의 입력으로 전달 되도록 최소값 결정부(Loser Takes All)를 구비할 수 있다. 최소값 결정부를 구비할 경우, 다수의 각기 발광 전류가 조절되는 엘이디 발광부(1510)를 갖는 엘이디 조명장치(1500)로 응용하여 구현 가능하다.
도 15에 도시된 엘이디 조명장치(1500)의 경우, 각 엘이디 발광부(1510) 색상을 다르게 사용하여(예컨대, 삼원색 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue)) 각각의 엘이디 발광부(1510)에 흐르는 발광 전류의 비율에 따라 다양한 색상의 엘이디 조명이 가능하다. 이때, 색상이 다른 엘이디 발광부(1510)의 순방향 도통 전압이 다름을 고려하여 각 색상마다 직렬로 연결되는 엘이디 개수를 다르게 하여 전체적으로 비슷한 순방향 도통 전압을 갖도록 할 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.
210, 820, 1130: 구동부
620: 영전류 감지 회로
720: 구동부 전원전압 공급회로
830: 전류전압 검출회로
1110. 1230, 1510: 엘이디 발광부
1120, 1240, 1520: 전류원
1132, 1252. 1534: 출력전압 제어부
1134, 1256, 1534: 발광전류 조절부
1210: 정류부
1220: 트라이액 밝기 제어기
1254: 합산부
1536: 최소값 결정부

Claims (23)

  1. 입력전압(VIN)을 인가받으며, 구동부로부터 인가된 구동 신호에 근거하여 스위칭을 수행하는 스위치(SW); 상기 스위치(SW)의 온 또는 오프에 따라 충방전을 수행하는 인덕터(L); 다이오드(D); 및 상기 다이오드(D)의 도통 여부에 따라 충방전을 수행하는 캐패시터(C)를 포함하며,
    상기 인덕터(L)의 일단, 상기 스위치(SW)의 일단, 상기 캐패시터(C)의 일단이 공통 그라운드로 접지되며, 상기 인덕터(L)의 타단과 상기 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결되며, 상기 다이오드(D)의 일단은 상기 인덕터(L)와 상기 입력전원의 접점에 연결되고, 상기 다이오드(D)의 타단은 상기 캐패시터(C)의 타단에 연결되며,
    제 1 캐패시터(C1), 제 1 다이오드(D1) 및 제 2 캐패시터(C2)를 포함하는 구동부 전원전압 공급회로를 추가로 포함하며, 상기 제 1 캐패시터(C1)는 상기 다이오드(D)와 직렬로 연결되며, 상기 제 1 다이오드(D1)는 상기 제 1 캐패시터(C1)와 직렬로 연결되며, 상기 제 2 캐패시터(C2)의 일단은 상기 제 1 다이오드(D1)의 타단과 연결되고, 상기 제 2 캐패시터(C2)의 타단은 공통 그라운드로 접지되며, 상기 구동부 전원전압 공급회로는 상기 제 1 다이오드(D1)와 상기 제 2 캐패시터(C2)의 접점으로부터의 출력이 전원전압으로 상기 구동부에 입력하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 신호에 근거하여 상기 스위치(SW)가 온으로 동작하는 경우, 상기 입력전압(VIN)에 의해 상기 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류(IL)가 증가되면서, 상기 인덕터(L)에 상기 인덕터 전류(IL)가 충전되며,
    상기 구동 신호에 근거하여 상기 스위치(SW)가 오프로 동작하는 경우, 상기 인덕터 전류(IL)가 출력전압(VO)으로 공급되어 상기 캐패시터(C)가 충전되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  3. 입력전압(VIN)을 인가받으며, 구동부로부터 인가된 구동 신호에 근거하여 스위칭을 수행하는 스위치(SW); 상기 스위치(SW)의 온 또는 오프에 따라 충방전을 수행하는 인덕터(L); 다이오드(D); 및 상기 다이오드(D)의 도통 여부에 따라 충방전을 수행하는 캐패시터(C)를 포함하며,
    상기 인덕터(L)의 일단, 상기 스위치(SW)의 일단, 상기 캐패시터(C)의 일단이 공통 그라운드로 접지되며, 상기 인덕터(L)의 타단과 상기 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결되며, 상기 다이오드(D)의 일단은 상기 인덕터(L)와 상기 입력전원의 접점에 연결되고, 상기 다이오드(D)의 타단은 상기 캐패시터(C)의 타단에 연결되며,
    상기 스위치(SW)가 온으로 동작하는 경우, 상기 인덕터(L)의 양단간에는 상기 입력전압(VIN)이 인가되어, 인덕터 전류(IL)가 상기 입력전압(VIN)을 인덕터 용량값(Inductance)으로 나눈 기울기로 점차 증가되며, 상기 다이오드(D)에 출력전압(VO)과 상기 입력전압(VIN)의 합한 전압이 역방향으로 인가되므로 상기 다이오드(D)가 오프되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  4. 입력전압(VIN)을 인가받으며, 구동부로부터 인가된 구동 신호에 근거하여 스위칭을 수행하는 스위치(SW); 상기 스위치(SW)의 온 또는 오프에 따라 충방전을 수행하는 인덕터(L); 다이오드(D); 및 상기 다이오드(D)의 도통 여부에 따라 충방전을 수행하는 캐패시터(C)를 포함하며,
    상기 인덕터(L)의 일단, 상기 스위치(SW)의 일단, 상기 캐패시터(C)의 일단이 공통 그라운드로 접지되며, 상기 인덕터(L)의 타단과 상기 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결되며, 상기 다이오드(D)의 일단은 상기 인덕터(L)와 상기 입력전원의 접점에 연결되고, 상기 다이오드(D)의 타단은 상기 캐패시터(C)의 타단에 연결되며,
    상기 스위치(SW)가 오프로 동작하는 경우, 인덕터 전류(IL)의 흐름에 의해 상기 다이오드(D)가 도통되며 상기 인덕터(L)에 상기 스위치(SW)가 온으로 동작할 때의 역방향으로 출력전압(VO)이 인가되어 상기 인덕터 전류(IL)가 상기 출력전압(VO)을 인덕터 용량값(인덕턴스)으로 나눈 기울기로 점차 감소하면서 상기 다이오드(D)를 경유하여 상기 캐패시터(C)에 충전되는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2) 및 제 1 다이오드(D1)를 포함하는 영전류 감지회로(Zero Current Detection Circuit)를 추가로 포함하며,
    상기 제 1 저항(R1)과 상기 제 2 저항(R2)은 상기 다이오드(D)와 직렬로 순차 연결되며,
    상기 제 1 다이오드(D1)의 일단은 상기 제 1 저항(R1)과 상기 제 2 저항(R2)의 접점과 연결되고, 상기 제 1 다이오드(D1)의 타단은 상기 제 2 저항(R2)과 공통 그라운드로 접지되며,
    상기 구동부는 상기 제 1 저항(R1)과 상기 제 2 저항(R2)의 접점의 출력을 영전류 검출 신호로 이용하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  6. 입력전압(VIN)을 인가받으며, 구동부로부터 인가된 구동 신호에 근거하여 스위칭을 수행하는 스위치(SW); 상기 스위치(SW)의 온 또는 오프에 따라 충방전을 수행하는 인덕터(L); 다이오드(D); 및 상기 다이오드(D)의 도통 여부에 따라 충방전을 수행하는 캐패시터(C)를 포함하며,
    상기 인덕터(L)의 일단, 상기 스위치(SW)의 일단, 상기 캐패시터(C)의 일단이 공통 그라운드로 접지되며, 상기 인덕터(L)의 타단과 상기 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결되며, 상기 다이오드(D)의 일단은 상기 인덕터(L)와 상기 입력전원의 접점에 연결되고, 상기 다이오드(D)의 타단은 상기 캐패시터(C)의 타단에 연결되며,
    제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2) 및 제 1 다이오드(D1)를 포함하는 영전류 감지회로(Zero Current Detection Circuit)를 추가로 포함하며, 상기 영전류 감지회로는 상기 인덕터(L)에 인가되는 전압(VL)을 상기 제 1 저항(R1)과 상기 제 2 저항(R2)의 저항 분배에 의한 감지 전압(V1)으로 출력하고, 상기 감지 전압(V1)을 영전류 감지 신호로서 상기 구동부로 입력하여 상기 구동부로 하여금 상기 스위치(SW)의 온 시점을 결정하도록 하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  7. 삭제
  8. 입력전압(VIN)을 인가받으며, 구동부로부터 인가된 구동 신호에 근거하여 스위칭을 수행하는 스위치(SW); 상기 스위치(SW)의 온 또는 오프에 따라 충방전을 수행하는 인덕터(L); 다이오드(D); 및 상기 다이오드(D)의 도통 여부에 따라 충방전을 수행하는 캐패시터(C)를 포함하며,
    상기 인덕터(L)의 일단, 상기 스위치(SW)의 일단, 상기 캐패시터(C)의 일단이 공통 그라운드로 접지되며, 상기 인덕터(L)의 타단과 상기 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결되며, 상기 다이오드(D)의 일단은 상기 인덕터(L)와 상기 입력전원의 접점에 연결되고, 상기 다이오드(D)의 타단은 상기 캐패시터(C)의 타단에 연결되며,
    제 1 저항(R1), 제 1 다이오드(D1) 및 제 2 저항(R2)를 포함하는 구동부 전원전압 공급회로를 추가로 포함하며, 상기 제 1 저항(R1)는 상기 다이오드(D)와 직렬로 연결되며, 상기 제 1 다이오드(D1)는 상기 제 1 저항(R1)과 직렬로 연결되며, 상기 제 2 저항(R2)의 일단은 상기 제 1 다이오드(D1)의 타단과 연결되고, 상기 제 2 저항(R2)의 타단은 상기 공통 그라운드로 접지되며, 상기 구동부 전원전압 공급회로는 상기 제 1 다이오드(D1)와 상기 제 2 저항(R2)의 접점으로부터의 출력이 전원전압으로 상기 구동부에 입력하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부 전원전압 공급회로는,
    상기 스위치(SW)가 오프로 동작하는 경우, 상기 인덕터(L)에 충전된 펄스 형태의 출력전압(VO)을 이용하여 상기 구동부가 스위칭을 수행하는 동안에 별도로 전원전압을 상기 구동부로 공급하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원전압 공급회로는,
    상기 인덕터(L)에 충전된 펄스 형태의 출력전압(VO)을 상기 제 1 다이오드(D1)를 이용하여 상기 제 2 캐패시터(C2)로 전달하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  11. 입력전압(VIN)을 인가받으며, 구동부로부터 인가된 구동 신호에 근거하여 스위칭을 수행하는 스위치(SW); 상기 스위치(SW)의 온 또는 오프에 따라 충방전을 수행하는 인덕터(L); 다이오드(D); 및 상기 다이오드(D)의 도통 여부에 따라 충방전을 수행하는 캐패시터(C)를 포함하며,
    상기 인덕터(L)의 일단, 상기 스위치(SW)의 일단, 상기 캐패시터(C)의 일단이 공통 그라운드로 접지되며, 상기 인덕터(L)의 타단과 상기 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결되며, 상기 다이오드(D)의 일단은 상기 인덕터(L)와 상기 입력전원의 접점에 연결되고, 상기 다이오드(D)의 타단은 상기 캐패시터(C)의 타단에 연결되며,
    교류 전압(AC)의 출력에 연결되어, 교류 전류를 직류 전류로 정류하며, 상기 직류 전류를 상기 입력전압(VIN)으로 공급하는 정류부를 포함하며, 상기 정류부로 상기 입력전압(VIN)을 입력받고, 상기 스위치(SW)로 출력을 전달하는 정류전압 검출회로를 포함하며,
    상기 정류전압 검출회로는 제 1 다이오드(D1), 제 2 다이오드(D2), 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2) 및 제 1 캐패시터(C1)를 포함하며, 상기 제 1 다이오드(D1)의 일단은 상기 입력전원의 일단과 연결되며, 상기 제 2 다이오드(D2)의 일단은 상기 입력전원의 타단과 연결되며, 상기 제 1 다이오드(D1)의 타단과 상기 제 2 다이오드(D2)의 타단은 서로 연결되며, 상기 제 1 저항(R1)의 일단은 상기 제 1 다이오드(D1)와 타단과 상기 제 2 다이오드(D2)의 타단의 접점과 연결되며, 상기 제 1 저항(R1)의 타단은 상기 제 2 저항(R2)의 일단과 연결되며, 상기 제 1 캐패시터(C1)는 상기 제 2 저항(R2)과 병렬로 연결되며, 상기 제 2 저항(R2)의 타단은 공통 그라운드로 접지되며, 상기 정류전압 검출회로는 상기 제 1 저항(R1)과 상기 제 2 저항(R2)의 접점의 출력을 정류 전압 검출 신호로 이용하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 정류전압 검출회로에서 출력된 정류전압 검출 신호를 이용하여 상기 구동 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 스위치(SW)가 온으로 동작할 때 흐르는 스위치 전류가 상기 정류전압에 비례하는 경우 입력 전류가 기 설정된 역률(Power Factor)을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 공급 장치.
  14. 삭제
  15. 입력전압(VIN)을 인가받으며, 구동부로부터 인가된 구동 신호에 근거하여 스위칭을 수행하는 스위치(SW); 상기 스위치(SW)의 온 또는 오프에 따라 충방전을 수행하는 인덕터(L); 다이오드(D); 상기 다이오드(D)의 도통 여부에 따라 충방전을 수행하는 캐패시터(C); 상기 캐패시터(C)로부터 방전되는 전력으로 동작하는 엘이디 발광부; 및 상기 엘이디 발광부의 발광 전류를 결정하는 전류원을 포함하며,
    상기 인덕터(L)의 일단, 상기 스위치(SW)의 일단, 상기 캐패시터(C)의 일단, 상기 전류원의 일단이 공통 그라운드로 접지되며, 상기 인덕터(L)의 타단과 상기 스위치(SW)의 타단은 입력전원과 연결되며, 상기 다이오드(D)의 일단은 상기 인덕터(L)와 상기 입력전원의 접점에 연결되고, 상기 다이오드(D)의 타단은 상기 캐패시터(C)의 타단에 연결되며,
    상기 엘이디 발광부의 일단은 상기 다이오드(D)와 상기 캐패시터(C)의 접점에 연결되고, 상기 엘이디 발광부의 타단은 상기 전류원과 연결되며,
    제 1 캐패시터(C1), 제 1 다이오드(D1) 및 제 2 캐패시터(C2)를 포함하는 구동부 전원전압 공급회로를 추가로 포함하며, 상기 제 1 캐패시터(C1)는 상기 다이오드(D)와 직렬로 연결되며, 상기 제 1 다이오드(D1)는 상기 제 1 캐패시터(C1)와 직렬로 연결되며, 상기 제 2 캐패시터(C2)의 일단은 상기 제 1 다이오드(D1)의 타단과 연결되고, 상기 제 2 캐패시터(C2)의 타단은 공통 그라운드로 접지되며, 상기 구동부 전원전압 공급회로는 상기 제 1 다이오드(D1)와 상기 제 2 캐패시터(C2)의 접점으로부터의 출력이 전원전압으로 상기 구동부에 입력하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 구동부는 출력전압 제어부 및 발광 전류 조절부를 포함하며,
    상기 출력전압 제어부의 일단은 상기 엘이디 발광부와 상기 전류원의 접점과 연결되며, 상기 출력전압 제어부의 타단은 상기 스위치(SW)의 입력단에 연결되어 상기 구동 신호를 발생하며,
    상기 발광 전류 조절부는 상기 전류원의 전류를 제어하는 것을 특징으로 엘이디 조명장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    트라이액 밝기 제어기(TRIAC Dimmer), 정류부를 추가로 포함하며,
    상기 트라이액 밝기 제어기는 교류 전압(AC)의 출력에 연결되며, 상기 정류부는 상기 트라이액 밝기 제어기에 연결되어, 교류 전류를 직류 전류로 정류하며, 상기 직류 전류를 상기 입력전압(VIN)으로 공급하며,
    상기 정류부의 입력단 타측은 상기 교류 전압(AC)의 타단과 연결되고, 상기 정류부의 출력단 일측은 상기 스위치(SW)의 전류 인입단과 연결되고, 상기 정류부의 출력단 타측은 공통 그라운드로 접지되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 구동부는 출력전압 제어부, 합산부 및 발광 전류 조절부를 포함하며,
    상기 출력전압 제어부의 일단은 상기 엘이디 발광부와 상기 전류원의 접점과 연결되며, 상기 출력전압 제어부의 타단은 상기 스위치(SW)의 입력단에 연결되어 상기 구동 신호를 발생하며,
    상기 발광 전류 조절부는 상기 전류원의 전류를 제어하며,
    상기 합산부의 일단은 상기 정류부의 입력단 일측과 연결되고, 상기 합산부의 타단은 상기 발광 전류 조절부와 연결되며, 상기 트라이액 밝기 제어기로부터 상기 트라이액 밝기 제어기가 온으로 동작할 때의 구간 감지 신호와 주기 간격 보상신호를 합산한 합산 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 발광 전류 조절부는 상기 합산 신호가 존재하는 경우에만 상기 전류원을 동작 시키고 나머지 구간 동안은 상기 전류원의 동작을 정지 시키는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 구동부는 제 1 저항(R1), 포토 커플러, 전류 미러, 제 2 저항(R2)를 포함하는 발광 전류 조절부를 포함하며,
    상기 제 1 저항(R1)의 일단은 아날로그 전압 발생부의 일단과 연결되고, 상기 제 1 저항(R1)의 타단은 상기 포토 커플러의 일단과 연결되며, 상기 포토 커플러의 타단은 상기 전류 미러의 일단과 연결되고, 상기 전류 미러의 타단은 상기 제 2 저항(R2)의 일단과 연결되며, 상기 제 2 저항(R2)의 타단은 공통 그라운드와 접지되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전류원은 OP 앰프(AMP), 스위칭 소자(Q1), 제 3 저항(R3)을 포함하며,
    상기 OP 앰프(AMP)의 + 입력단은 상기 전류 미러와 상기 제 2 저항(R2)의 접점에 연결되며,
    상기 스위칭 소자(Q1)는 입력단, 전류 인입단, 전류 인출단을 포함하며, 상기 입력단은 상기 OP 앰프(AMP)의 출력단과 연결되고, 상기 전류 인입단은 상기 엘이디 발광부에 연결되고, 상기 전류 인출단은 상기 제 3 저항(R3)과 연결되며,
    상기 OP 앰프(AMP)의 - 입력단은 상기 스위칭 소자(Q1)와 상기 제 3 저항(R3)의 접점에 연결되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 엘이디 발광부는 복수의 발광 다이오드 어레이를 포함하며, 상기 전류원은 상기 발광 다이오드 어레이 각각마다 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 구동부는 출력전압 제어부, 최소값 결정부 및 발광 전류 조절부를 포함하며,
    상기 발광 전류 조절부는 상기 전류원의 전류를 제어하며,
    상기 최소값 결정부의 일단은 상기 엘이디 발광부와 상기 전류원의 접점에 연결되고, 상기 최소값 결정부의 타단은 상기 출력전압 제어부의 일단에 연결되어,
    상기 인덕터(L)에 충전된 출력전압(VO)이 상기 발광 다이오드 어레이 각각의 순방향 도통 전압 이상이 될 수 있도록 상기 전류원의 전압 중 최저값이 상기 출력전압(VO)의 제어를 위해 상기 출력전압 제어부로 입력되도록 하며,
    상기 출력전압 제어부의 타단은 상기 스위치(SW)의 입력단에 연결되어, 상기 출력전압(VO)이 결정되도록 하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
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