KR101674549B1 - Led 램프의 전원 리플 제거 장치 - Google Patents

Led 램프의 전원 리플 제거 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 램프에서 출력되는 전원에 포함된 AC 리플 성분을 제거하여 플리커 현상을 미연에 방지하도록 한 LED 램프의 리플 제거 장치에 관한 것으로서, AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터와, 상기 컨버터의 DC 전원을 공급받아 구동하는 발광다이오드와, 상기 발광다이오드와 접지 사이에 구성되어 상기 발광다이오드의 출력에서 나오는 AC 리플 전류를 감지하는 리플 감지부와, 상기 발광다이오드와 리플 감지부 사이에 구성되어 상기 AC 리플 전류가 제거되도록 AC 리플 전류를 클램핑하는 클램핑부와, 상기 클램핑부에서 AC 리플 전류가 제거되도록 상기 클램핑부를 제어하는 AC 리플 전류 제어부와, 상기 발광다이오드의 출력단과 접지 사이에 구성되어 상기 AC 리플 전류를 제거하는 리플 제거부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

LED 램프의 전원 리플 제거 장치{power ripple elimination device of LED lamp}
본 발명은 LED 램프의 리플 제거 장치에 관한 것으로, 특히 발광다이오드로 이루어진 LED 램프에서 출력되는 AC 리플 전류를 제거하여 플리커 현상을 방지하도록 한 LED 램프의 전원 리플 제거 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드(LED)는 외부에서 직류 형태의 전압 또는 전류를 인가받고, 이에 따라 발광을 수행하는 자발광 소자로 알려져 있다. 발광다이오드는 양극인 애노드와 음극인 캐소드로 구성되어 전자와 정공의 결합을 통해 발광 동작을 수행하게 된다.
이를 위해, 발광다이오드에는 직류 전압 또는 직류 전류가 공급된다. 이러한 직류 전압/전류 공급을 위해서는 통상적으로 교류 신호로부터 정류를 통하고 평활 동작을 수행하여 가급적 일정한 직류가 공급되도록 하는 것이 일반적이다.
그런데 정류 및 평활 동작이 완벽할 수는 없기 때문에 직류 성분에 일정 부분 리블(ripple) 성분이 포함되는 경우가 있고, 이러한 리플 성분은 플리커(flicker)로 불리는 발광다이오드가 깜빡거리는 현상을 유발하게 된다.
1. 등록특허공보 제10-1132188호(2012. 04. 06.): 리플제거장치를 구비한 LED 램프의 전원 공급 장치
2. 등록특허공보 제10-0969817호(2010. 07. 06.): 엘이디 조명등 구동회로 장치 및 제어방법
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 LED 램프에서 출력되는 전원에 포함된 AC 리플 성분을 제거하여 플리커 현상을 미연에 방지하도록 한 LED 램프의 리플 제거 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터와, 상기 컨버터의 DC 전원을 공급받아 구동하는 발광다이오드와, 상기 발광다이오드와 접지 사이에 구성되어 상기 발광다이오드의 출력에서 나오는 AC 리플 전류를 감지하는 리플 감지부와, 상기 발광다이오드와 리플 감지부 사이에 구성되어 상기 AC 리플 전류가 제거되도록 AC 리플 전류를 클램핑하는 클램핑부와, 상기 클램핑부에서 AC 리플 전류가 제거되도록 상기 클램핑부를 제어하는 AC 리플 전류 제어부와, 상기 발광다이오드의 출력단과 접지 사이에 구성되어 상기 AC 리플 전류를 제거하는 리플 제거부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 LED 램프의 리플 제거장치는 다음과 같은 효과가 있다.
즉, LED 램프의 전원에서 나오는 AC 리플 성분만을 효과적으로 제거함으로써 플리커 현상을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 램프의 리플 제거 장치를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치를 개략적으로 나타낸 회로도.
도 3은 본 발명에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치에서 AC 리플 전류의 상한 및 하한 값을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4a 및 도 4b는 종래와 본 발명에 의한 LED 램프에서 리플 제거 전과 후를 각각 나타낸 사진.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 램프의 리플 제거 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
본 발명의 실시예에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, AC 전원(110), 상기 AC 전원(110)을 DC 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터(120)와, 상기 컨버터(120)의 DC 전원을 공급받아 구동하는 발광다이오드(130)와, 상기 발광다이오드(130)와 접지 사이에 구성되어 상기 발광다이오드(130)의 출력에서 나오는 AC 리플 전류를 감지하는 리플 감지부(140)와, 상기 발광다이오드(130)와 리플 감지부(140) 사이에 구성되어 상기 AC 리플 전류가 제거되도록 AC 리플 전류를 클램핑하는 클램핑부(150)와, 상기 클램핑부(150)에서 AC 리플 전류가 제거되도록 상기 클램핑부(150)를 제어하는 AC 리플 전류 제어부(160)와, 상기 발광다이오드(130)의 출력단과 접지 사이에 구성되어 상기 AC 리플 전류를 제거하는 리플 제거부(170)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 AC 전원(110)은 상용 전원으로서, 상기 발광다이오드(130)에 필요한 전력을 공급한다. 보다 구체적으로 상기 AC 전원(110)은 상기 발광다이오드(130)에 대해 정전류를 공급하는 정전류원일 수 있다. 다만, 상기 AC 전원(110)의 경우 정전압을 공급하는 정전압원으로 구성되는 것도 가능하다.
통상적으로, 정전류원 또는 정전압원의 경우, 교류 전압을 인가받고 이를 브릿지 다이오드와 같은 정류 회로를 통해 직류 전류 또는 직류 전압으로 변환하여 공급한다. 다만, 이러한 정류 동작에서 리플 성분이 발생되며 이에 따라 상기 AC 전원(110)의 출력 측에 리플 성분이 포함된다. 설명의 편의를 위해 이하에서는 상기 AC 전원(110)의 정전류원인 것을 기준으로 설명하도록 한다.
상기 컨버터(120)는 상기 AC 전원(110)을 공급받아 상기 발광다이오드(130)가 동작하도록 DC 전원으로 변환하는 것으로, 상기 컨버터(120)의 출력단에 추가적으로 평활 커패시터(도시되지 않음)를 구성할 수도 있다. 이때 상기 평활 커패시터는 상기 컨버터(120)의 리플 성분에 해당되는 교류 성분을 통과시켜 제거함으로써 직류 전류가 공급되도록 한다.
또한, 상기 평활 커패시터에 의해 상기 DC 전원은 직류 전류와 가깝게 한다. 다만, 상기 평활 커패시터의 용량에 의해 평활 정도가 결정되고 리플 성분을 보다 완벽하게 제거하기 위해 이하에서 설명할 회로 소자가 추가로 구성된다.
상기 발광다이오드(130)는 그 일단이 상기 컨버터(120)의 출력단에 연결되고, 상기 컨버터(120)로부터 출력되는 전류를 인가받는다. 이때, 상기 발광다이오드(130)는 통상의 LED 소자로 구성될 수 있으며, 인가되는 전류에 비례하여 발광 동작을 수행하게 된다. 만약, 상기 발광다이오드(130)에 인가되는 전류에 리플 성분이 포함되면 출력이 변동되기 때문에 안정적인 직류 전류 공급이 필요하게 된다.
상기 리플 감지부(140)는 일측이 접지단에 연결되고 타측이 상기 클래핑부(150)에 연결되는 저항으로 이루어지고, 상기 리플 감지부(140)는 상기 발광다이오드(130)의 출력단과 접지 사이에서 상기 클램핑부(150)와 직렬로 연결되어 있다.
상기 클램핑부(150)는 상기 발광다이오드(130)의 출력과 상기 리플 감지부(140) 사이에 FET 소자로 이루어지고 게이트에 상기 AC 리플 전류 제어부(160)의 제어 신호가 인가되면서 상기 리플 감지부(140)에 걸리는 전압이 외부의 기준 VCC 전압을 따라가도록 구성되어 있다.
상기 AC 리플 전류 제어부(160)의 구성은 도 2의 회로도를 근거로 이후에 구체적으로 설명한다.
상기 리플 제거부(170)는 상기 발광다이오드(130)의 캐소드를 기준으로 상기 리플 감지부(140)와 클램 핑부(150)의 연결과 병렬로 연결되어 있다. 따라서 상기 리플 제거부(170)는 커패시터의 시상수를 높여서 보다 효과적으로 AC 리플 성분을 제거할 수가 있다.
도 2는 본 발명에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
본 발명에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, AC 전원(110), 상기 AC 전원(110)을 DC 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터(120)와, 상기 컨버터(120)의 DC 전원을 공급받아 구동하는 발광다이오드(130)와, 상기 발광다이오드(130)와 접지 사이에 구성되어 상기 발광다이오드(130)의 출력에서 나오는 AC 리플 전류를 감지하는 리플 감지부(140)와, 상기 발광다이오드(130)와 리플 감지부(140) 사이에 구성되어 상기 AC 리플 전류가 제거되도록 AC 리플 전류를 클램핑하는 클램핑부(150)와, 상기 클램핑부(150)에서 AC 리플 전류가 제거되도록 상기 클램핑부(150)를 제어하는 AC 리플 전류 제어부(160)와, 상기 발광다이오드(130)의 출력단과 접지 사이에 구성되어 상기 AC 리플 전류를 제거하는 리플 제거부(170)를 포함하여 이루어진다.
상기 AC 리플 전류 제어부(160)는 상기 클램핑부(150)와 리플 감지부(140) 사이에 연결되고 기준 전압원(161)으로부터 기준 전압(VCC)을 인가받아 능동적으로 구동되고, 이에 따라 전류가 커패시터 필터(165)를 통과하게 함으로써 리플 성분을 제거할 수 있다.
또한, 상기 AC 리플 전류 제어부(160)는 상기 클램핑부(150)에 제어신호를 인가하여 AC 리플 전류를 클램핑하고, 상기 클램핑부(150)에 연결된 리플 감지부(140)의 전압이 상기 커패시터 필터(165)에 걸린 전압을 따라가도록 연결되어 있다.
상기 AC 리플 전류 제어부(160)는 기준 전압원(161), 제 1 내지 제 4 저항(162a, 162b, 162c, 162d), 제 1 및 제 2 스위칭 소자(163a, 163b), 제 1 및 제 2 연산 증폭기(164a, 164b), 그리고 커패시터 필터(165)를 포함하여 이루어진다.
상기 발광다이오드(130)를 통과하는 전류는 상기 클램핑부(150)를 통해 상기 제 1 저항(162a) 및 제 2 저항(162b)을 통과하고 상기 제 1, 제 2 연산 증폭기(164a, 164b)의 (-) 단자에 각각 인가된다.
상기 제 1 스위칭 소자(163a)의 제어 전극은 상기 제 2 연산 증폭기(164b)의 출력에 연결되고, 상기 제 2 스위칭 소자(163b)의 제어 전극은 상기 제 1 연산 증촉기(164a)의 출력에 연결된다.
그리고 상기 제 1 연산 증폭기(164a)는 외부에 위치한 상기 기준 전압원(161)의 신호를 (+) 단자로 인가받고, 이에 대한 폴로워(follower)의 형태로 결합되어 있기 때문에 항상 출력은 상기 기준 전압원(161)의 신호를 따라가게 되고, 상기 제 2 스위칭 소자(163b)의 제어 전극에는 기준 신호가 인가되어 상기 제 2 스위칭 소자(164b)는 턴온된다.
한편, 상기 제 1 스위칭 소자(163a)의 드레인 전극에는 항시 상기 기준 전압원(161)의 기준 전압이 인가되고, 기준 전압을 상기 제 2 연산 증폭기(164b)의 (-) 단자로 인가된다. 그리고 상기 제 2 연산 증폭기(164b)의 (+) 단자에는 상기 클램핑부(150)의 출력 전압이 상기 제 2 저항(162b)을 통과하면서 인가된다.
따라서, 상기 제 2 연산 증폭기(164b)는 상기 클램핑부(150)의 출력 전압이 상기 기준 전압에 비해 큰 경우 양의 출력 신호(+VCC)를 출력하고, 이에 따라 상기 클램핑부(150)가 턴온된다.
그 결과, 상기 발광다이오드(130)를 통과한 직류 전류 성분은 상기 클램핑부(150)와 리플 감지부(140)를 통해 흐르게 되고, 이 경우 상기 클램핑부(150)의 출력 전압은 상기 커패시터 필터(165)의 전압을 따라가게 되어 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.
또한, 이 경우 상기 제 2 연산 증폭기(164b)의 출력에 함께 연결된 상기 제 1 스위칭 소자(163a) 역시 함께 턴온된다. 따라서 상기 제 1 저항(162a)을 통해 인가되는 직류 전류는 상기 제 3 저항(162c), 제 2 스위칭 소자(163b)를 통해 접지에 연결되므로 상기 발광다이오드(130)는 직류 전류를 인가받을 수 있다.
또한, 상기 제 3 저항(162c)과 제 2 스위칭 소자(163b)의 드레인 전극 사이의 접점과 접지 사이에는 제 4 저항(162d)이 연결된다. 따라서 상기 제 2 스위칭 소자(163b)가 턴오프되어 있는 상태라 하더라도 상기 직류 전류는 상기 제 4 저항(162d)을 통해 흐르게 되어 상기 직류 전류는 항상 안정적으로 흐를 수 있다.
상기 제 2 스위칭 소자(163b)의 소오스 전극과 제 3 저항(162c) 사이의 접점과 접지 사이에는 상기 캐패시터 필터(165)가 연결되어 있다.
도 3은 본 발명에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치에서 AC 리플 전류의 상한 및 하한 값을 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 스위칭 소자(163a)가 ON되었을 때 제 4 저항(162d)이 숏트되고 AC 리플 전류의 상측 한계 값은 상기 제 3 저항(162c)에 의하여 정해지게 된다.
또한, 상기 제 2 스위칭 소자(163b)가 OFF되었을 때 상기 제 3, 제 4 저항(162c, 162d)에 의하여 하측 한계 값이 정해지게 되어 AC 리플 전류를 DC 전류원과 비슷하게 제어할 수 있다. 상기 리플 감지부(140)의 빠른 리플 감지를 통하여 상기 클램핑부(150)의 손실을 줄임으로써 작은 전력 소비를 이룰 수가 있다.
따라서 본 발명은 히스테레틱(hysteretic) 제어 방법을 이용하여 제 1, 제 2 스위칭 소자(163a, 163b)의 ON 또는 OFF 동작에 의해 제 3, 제 4 저항(162c, 162d)으로 상측감지시간(td1)과 하측감지시간(td2)이 빠르게 진행되어 AC 리플 전류만을 효과적으로 제거할 수가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프의 리플 제거 장치는 발광다이오드(130)를 통과한 전류가 리플 제거부(170)를 통과하도록 구성함으로써 리플 성분을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 상기 발광다이오드(130)에 연결된 클램핑부(150)의 출력 전압이 기준 전압을 따라가도록 구성함으로써 전력 소모를 최소화할 수 있다.
상기 커패시터 필터(165)는 전류에 포함된 교류 성분인 리플 성분을 제거하게 된다. 또한, 상기 커패시터 필터(165)는 상기 제 1 스위칭 소자(163a)의 드레인에 결합되어, 상기 기준 전압원(161)의 기준 전압을 인가받아, 이와 동일한 전압을 유지하게 된다.
상기 리플 제거부(170)는 상기 커패시터 필터(165)와도 병렬로 연결된 형태가 되고, 이에 따라 전체적인 커패시터 용량이 증가될 수 있다. 이로 인하여 본 발명에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치는 커패시터의 시상수를 높여서 보다 효과적인 리플 성분 제거가 가능하도록 할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치(100)에서 상기 제 1 연산 증폭기(164a)는 상기 클램핑부(150)를 구동하여 AC 리플 전류가 제 1 연산 증폭기(164a)에 걸리는 기준 전압원(161)의 VCC 전압을 근접하게 따라가고, 상기 커패시터 필터(165)의 기준점을 조정하여 AC 리플 전류의 상한과 하한 값을 제어함으로써 클램핑부(150)의 출력 전압을 가능한 낮게 유지하여 클램핑부(150)의 전력 소모를 최소화하는 포화영역내에 있도록 할 수 있다.
이러한 동작으로 최소한의 전력 소모를 유지하면서 매운 근접한 DC LED 전류를 만들어 낼 수가 있다. 즉, LED 램프의 전원에서 나오는 AC 리플만을 효과적으로 제거함으로써 플리커 현상을 미연에 방지할 수가 있다.
도 4a 및 도 4b는 종래와 본 발명에 의한 LED 램프에서 리플 제거 전과 후를 각각 나타낸 사진이다.
종래는 LED 램프에서 카메라를 이용하여 측정하였을 때 도 3a에서와 같이 리플 성분에 의해 플리커 현상이 발생하고 있지만, 본 발명을 적용했을 때 도 3b에서와 같이 AC 리플이 완전히 제거되어 플리커 현상이 발생하지 않음을 알 수가 있다.
한편, 이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 LED 램프의 리플 제거 장치를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 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.
110 : AC 전원 120 : 컨버터
130 : 발광다이오드 140 : 리플 감지부
150 : 클램핑부 160 : AC 리플 전류 제어부
170 : 리플 제거부

Claims (8)

  1. AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 출력하는 컨버터와,
    상기 컨버터의 DC 전원을 공급받아 구동하는 발광다이오드와,
    상기 발광다이오드와 접지 사이에 구성되어 상기 발광다이오드의 출력에서 나오는 AC 리플 전류를 감지하는 리플 감지부와,
    상기 발광다이오드와 리플 감지부 사이에 구성되어 상기 AC 리플 전류가 제거되도록 AC 리플 전류를 클램핑하는 클램핑부와,
    상기 클램핑부에서 AC 리플 전류가 제거되도록 상기 클램핑부를 제어하는 AC 리플 전류 제어부와,
    상기 발광다이오드의 출력단과 접지 사이에 구성되어 상기 AC 리플 전류를 제거하는 리플 제거부와,
    상기 AC 리플 전류 제어부에 구성되어 상기 발광다이오드에 흐르는 전류 성분 중에서 리플 성분을 제거하는 커패시터 필터를 포함하여 이루어지고,
    상기 AC 리플 전류 제어부는 기준 전압원에 (+) 입력 단자가 연결되고, (-) 입력 단자가 상기 클램핑부의 출력단에 연결되어 폴로워를 구성하는 제 1 연산 증폭기와, 상기 클램핑부의 출력단에 (+) 입력 단자가 연결되고 (-) 입력 단자가 상기 캐패시터 필터에 연결된 제 2 연산 증폭기와, 상기 기준 전압원과 접지 사이에 직렬로 연결되어 상기 제 1, 제 2 연산 증폭기의 제어 신호를 받아 ON 또는 OFF되는 제 1, 제 2 스위칭 소자를 포함하여 이루어지며,
    상기 AC 리플 전류 제어부는 상기 제 1 연산 증폭기의 (-) 입력단자와 상기 클램핑부의 출력단 사이에 연결되는 제 1 저항과, 상기 제 2 연산 증폭기의 (+) 입력단자와 상기 클램핑부의 출력단 사이에 연결되는 제 2 저항과, 상기 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자 사의 접점에 구성되는 제 3 저항과, 상기 제 3 저항과 제 2 스위칭 소자 사이의 접점과 접지단 사이에 구성되는 제 4 저항을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 램프의 리플 제거 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연산 증폭기는 상기 리플 감지부에 걸리는 전압이 상기 기준 전압원을 따라가도록 상기 클램핑부를 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 리플 제거 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 스위칭 소자가 ON되었을 때 상기 제 4 저항이 숏트되고 상기 AC 리플 전류의 상한 값이 상기 제 3 저항에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 리플 제거 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 스위칭 소자가 OFF되었을 때 상기 제 3 저항 및 제 4 저항에 의해 상기 AC 리플 전류의 하한 값이 정해지는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 리플 제거 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 커패시터 필터의 기준점을 조정하여 상기 AC 리플 전류 제어부의 제어를 통해 상기 클램핑부의 출력전압을 낮게 유지하는 것을 특징으로 하는 LED 램프의 리플 제거 장치.
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