KR101725640B1 - Led 전원공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 전원공급장치에서 용량이 큰 커패시터가 요구되는 출력단에 리플을 제거하여 전원공급장치의 성능을 개선한 LED 전원공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 본 발명은 직류전압을 출력하는 전원장치의 출력단에 설치되어 전압을 검출하는 전압 센서부; 상기 전압 센서부에서 검출된 전압과 필터부에서 분압되는 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 전원장치의 출력단에 흐르는 직류전류가 가변되도록 제어하는 OP 앰프; 및 상기 전원장치의 출력단에서 출력되는 직류전압에 포함된 리플성분을 분압하여 상기 OP 앰프로 입력하는 필터부를 포함한다. 따라서 본 발명은 LED 전원공급장치에서 용량이 큰 커패시터가 요구되는 출력단에 리플을 제거하여 전원공급장치의 성능을 개선할 수 있고, 큰 커패시턴스가 요구되는 1차 또는 2차 전원공급장치의 출력단에 모두 적용할 수 있는 장점이 있다.

Description

LED 전원공급장치 {POWER SUPPLY DEVICE FOR LED}
본 발명은 LED 전원공급장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 LED 전원공급장치에서 용량이 큰 커패시터가 요구되는 출력단에 리플을 제거하여 전원공급장치의 성능을 개선한 LED 전원공급장치에 관한 것이다.
일상 생활에서 상용 교류 전원을 이용한 형광등 및 백열전구는 일반적으로 가장 많이 사용되고 있으며, 특히, 전력 효율이 우수하고 그 조도가 더 많이 확보되는 형광등이 더 많이 사용되고 있다.
조명기구의 경우, 전원이 공급되고 조명 설치가 용이한 장소에 필요한 경우 어떠한 곳에라도 설치가 가능하다.
시간이 지날수록 조명에 대한 수요가 많아지고 그 적용분야가 많아짐에 따라, 전체적인 소비전력에 따른 부하는 나날이 늘어가고 있는 실정에 있으므로 전력소비를 감소시키기 위한 노력이 다각적으로 행해지고 있다.
LED(Light Emitting Diode)는 일정 조건의 전류를 흘려 주면 즉시 발광하는 성질을 지니고 있는 반도체이다. 진공관이 트랜지스터, 고집적회로(LSI)로 진화된 것처럼, 조명등도 2세대 광원인 백열등, 3세대 광원인 형광등에서 4세대 광원으로 일컬어지는 반도체 광원인 LED로 급속히 진화될 것으로 예상되고 있다.
일반적으로 램프 타입의 LED는 전기 에너지를 광반사(optical radiation)로 변환하는 반도체 소자로서, 사용 목적 또는 형태에 따라, 칩 발광다이오드를 선택적으로 박막 패턴이 형성된 인쇄 회로 기판 또는 리드 단자의 상부 면에 실장한 후, 칩과 기판 또는 리드 단자를 전기적으로 연결하고, 그 상부에 에폭시 등을 사용하여 몰드성형부를 형성함으로써 구현된다.
이 때, 발광다이오드에서 발광되는 색에 따라 칩의 구조, 성장 방법 및 재료가 달라진다는 것은 잘 알려져 있으며, 이와 같은 램프 타입의 발광 다이오드를 사용하여 전구를 제조할 수 있다.
또한, LED 광원은 기존 광원에 비해 수명이 길고, 고효율이며 소형 및 경량이고 수은을 사용하지 않아 환경친화적인 점 등 많은 장점이 있어 기존 광원을 급속히 대체해 나가고 있다.
도 1은 일반적인 LED 구동장치의 구성을 나타낸 블록도로서, 도 1에서 보는 바와 같이, 종래 LED 구동장치는 EMI 정류부(10)와, 역률보상회로부(20)와, LED 구동회로부(30)를 포함하는 블록으로 구성되어 있다.
상기 EMI 필터부(10)는 입출력 신호의 전자기 잡음을 제거하는 역할을 하고, 상기 역률보상회로부(PFC)(20)는 입력전류의 형태를 제어하는 역할을 하며, 상기 LED 구동회로부(30)는 LED에 정전류를 공급하는 역할을 한다.
종래 LED 구동장치에서 역률보상회로부(20)의 출력은 400V 정도의 DC 전압이 출력되며, 이때 출력단의 평활을 위한 대용량의 전해 커패시터인 벌크 커패시터(Cbulk)가 연결된다.
또한, 일반적인 LED 구동회로는 역률보상회로부(20)와 DC/DC 컨버터 기능을 갖는 LED 구동회로부가 함께 구성될 수도 있다.
이러한 종래의 LED 구동장치는 각 스테이지(Stage)의 출력단에 직류를 평활시키기 위한 벌크 커패시터(Cbulk)가 필요하며, 특히 역률보상회로부(20)의 출력단에 설치되는 벌크 커패시터는 큰 값이 요구된다.
상기 역률보상회로부(20)의 출력단에 설치되는 커패시터가 대용량의 벌크 커패시터(Cbulk)가 설치되는 이유는, 역률보상회로부(20)의 입력전력이 사인(sine) 함수의 제곱 형태로 나타나고, 출력전력이 일정한 DC 형태로 나타나므로, 이에 따라 입출력간의 평활을 목적으로 하는 벌크 커패시터(Cbulk)의 용량이 커져야 하기 때문이다.
따라서, LED 구동장치의 역률보상회로부(20) 출력단의 벌크 커패시터(Cbulk)는 주로 전해 커패시터를 사용하게 된다.
그러나, 전해 커패시터의 수명은 LED 구동장치를 구성하는 다른 반도체 소자나 부품, 그리고 LED 칩(chip)에 비해 매우 짧은 문제점이 있고, 이러한 전해 커패시터의 짧은 수명으로 인해 LED 구동장치의 내구성이 짧아지는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 제10-2013-0024384호(발명의 명칭: 고조파 발생 회로 및 이를 포함하는 LED 구동장치)에는 입력전원의 전압을 공급받아 센싱하기 위한 전압센싱부, 상기 전압센싱부에서 센싱한 입력전원의 신호를 구형파로 변환하기 위한 비교기, 상기 입력전원과 동기가 일치하는 고조파를 발진시키기 위한 고조파 발생기, 상기 고조파 발생기에서 발진된 구형파 형태의 고조파를 정현파로 변환시키기 위한 대역통과필터, 상기 전압센싱부에서 센싱된 입력전원의 기본 파와 상기 대역통과필터에서 출력되는 정현파를 합치기 위한 가산기 및 상기 가산기에서 출력된 파형을 정류시키기 위한 정류기를 포함한 LED 구동장치가 게시되었다.
이러한 종래 기술에 따른 LED 구동장치는 교류전원 입력단의 고조파를 공급하여 필요한 커패시턴스를 저감시킬 수 있지만, 전자 스위치(FET, TR 등)를 제어하기 위한 제어회로와 인덕터와 커패시터 등이 함께 설치되어야만 하여 회로의 크기와 구현이 복잡해지는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 제10-2013-0024384호(발명의 명칭: 고조파 발생 회로 및 이를 포함하는 LED 구동장치
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 LED 전원공급장치에서 용량이 큰 커패시터가 요구되는 출력단에 리플을 제거하여 전원공급장치의 성능을 개선한 LED 전원공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 직류전압을 출력하는 전원장치의 출력단에 설치되어 전압을 검출하는 전압 센서부; 상기 전압 센서부에서 검출된 전압과 필터부에서 분압되는 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 전원장치의 출력단에 흐르는 직류전류가 가변되도록 제어하는 OP 앰프; 및 상기 전원장치의 출력단에서 출력되는 직류전압에 포함된 리플성분을 검출하여 상기 OP 앰프로 입력하는 필터부를 포함하고, 상기 OP 앰프는 직류전압에 포함된 리플성분을 제어할 수 있도록 일정 크기의 전력제어가 가능한 입출력 스윙을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 전압 센서부는 상기 직류전압을 일정 크기의 전압으로 분압하는 제 1 저항과 제 2 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 OP 앰프는 (+) 입력단에 상기 전압 센서부에서 검출된 전압이 기준 전압으로 입력되고, (-) 입력단에 상기 필터부에서 검출된 전압이 입력되도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 OP 앰프는 상기 전압 센서부와 (+) 입력단 사이에 직렬로 연결되는 제 1 커패시터와, 제 3 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 OP 앰프는 (-) 입력단과 출력단 사이에 직렬로 연결되어 상기 필터부에서 분압된 전압의 강하를 통해 상기 OP 앰프에서 공급되는 전류 값을 조정하는 제 5 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 OP 앰프는 (-) 입력단의 전압이 (+) 입력단의 기준 전압보다 크면 상기 OP 앰프 방향으로 전류가 흐르게 하고, 상기 (-) 입력단의 전압이 (+) 입력단의 기준 전압보다 낮으면 상기 OP 앰프로부터 전류가 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 필터부는 상기 전원장치의 출력단에 제 2 커패시터와 제 4 저항을 직렬로 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 필터부는 상기 제 4 저항과 병렬 연결한 제 3 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 LED 전원공급장치에서 용량이 큰 커패시터가 요구되는 출력단에 리플을 제거하여 전원공급장치의 성능을 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 큰 커패시턴스가 요구되는 1차 또는 2차 전원공급장치의 출력단에 모두 적용할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 일반적인 LED 전원공급장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2 는 본 발명에 따른 LED 전원공급장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 3 은 본 발명에 따른 LED 전원공급장치의 리플 제거부 구성을 나타낸 회로도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LED용 전원공급장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 전원공급장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 LED 전원공급장치의 리플 제거부 구성을 나타낸 회로도이다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 전원공급장치는 LED 전원공급장치에서 용량이 큰 커패시터가 요구되는 출력단에 리플을 제거하여 전원공급장치의 성능이 향상될 수 있도록 전압 센서부(310)와, OP 앰프(320)와, 필터부(330)를 포함하여 구성된다.
상기 전압 센서부(310)는 직류전압을 출력하는 전원장치의 출력단에 설치되어 전압을 검출하는 구성으로서, 상기 직류전압을 일정 크기의 전압으로 분압하여 OP 앰프(320)의 기준 전압으로 공급되도록 하고, 직렬로 연결된 제 1 저항(311)과 제 2 저항(312)을 포함하여 구성되고, 상기 전원장치의 출력단은 1차 또는 2차 전원공급장치의 출력단 중 어느 하나이다.
상기 OP 앰프(320)는 전압 센서부(310)에서 검출된 전압과 필터부(330)에서 분압되는 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 전원장치의 출력단에 흐르는 직류전류가 가변되도록 제어하는 구성으로서, 상기 OP 앰프(320)는 (+) 입력단에 상기 센서부(310)에서 검출된 전압이 기준 전압으로 입력되고, (-) 입력단에 상기 필터부(330)에서 검출된 전압이 입력되도록 구성한다.
또한, 상기 OP 앰프(320)는 (-) 입력단으로 입력되는 전압이 (+) 입력단의 기준 전압보다 크면 상기 OP 앰프(320) 방향으로 전류가 흐르게 하고, 상기 (-) 입력단의 전압이 (+) 입력단의 기준 전압보다 낮으면 상기 OP 앰프(320)로부터 전류가 공급되도록 함으로써, 리플성분에 의한 입력 전력과 출력 전력간의 순시전력차가 감소될 수 있도록 한다.
또한, 상기 OP 앰프(320)는 직류전압에 포함된 리플성분을 제어할 수 있도록 일정 크기의 전력제어가 가능한 입출력 스윙을 갖는 충분한 용량의 OP 앰프로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 OP 앰프(320)는 상기 전압 센서부(310)와 (+) 입력단 사이에 제 1 커패시터(321)와, 제 3 저항(322)가 직렬로 연결되어 전압 강하된 전원이 기준 전압으로 입력되도록 한다.
또한, 상기 OP 앰프(320)는 (-) 입력단과 출력단 사이에 직렬로 연결되어 상기 필터부(330)에서 분압된 전압의 강하와,상기 OP 앰프(320)에서 공급되는 전류 값을 조정하는 제 5 저항(340)이 설치된다.
상기 제 5 저항(340)은 필터부(330)에서 설치된 제 4 저항(332)과 함께 리플성분에 의한 OP 앰프(320)의 동작 전압의 크기를 결정하여 상기 리플성분에 의한 공급 전류의 비가 조정될 수 있도록 한다.
상기 필터부(300)는 전원장치의 출력단에서 출력되는 직류전압에 포함된 리플성분을 검출하여 상기 OP 앰프(320)로 입력하는 구성으로서, 상기 전원장치의 출력단에 직렬로 연결된 제 2 커패시터(331) 및 제 4 저항(332)과, 상기 제 2 커패시터(331)가 리플성분에 따라 민감하게 반응할 경우 저항 분배되는 OP 앰프(320)의 (-) 입력단 전압이 너무 빠르게 변화될 수 있으므로 이러한 민감도를 감소시키기 위해 상기 제 4 저항(332)과 병렬 연결된 제 3 커패시터(333)가 설치된다.
한편, 상기 전원장치의 출력단에는 직류 전원이 저장되고, 다시 출력되는 과정에서 커패시터의 특성에 따라 완만한 직류 패턴으로 변화되도록 하여 리플성분이 제거되도록 하는 작은 용량의 출력 커패시터(350)가 설치된다.
미설명부호 400은 전원장치와 연결된 부하로서, 바람직하게는 적어도 하나 이상이 직렬 또는 병렬로 연결된 LED이다.
따라서 전원장치에서 출력되는 직류 전압에 포함된 리플성분은 OP 앰프(320)의 동작을 통한 전류제어를 통해 입력전력과 출력전력간의 순시전력차가 저감되도록 하여 벌크 커패시터의 용량을 저감시킬 수 있게 되고, 그에 따라 벌크 커패시터로 사용되던 대용량의 전해 커패시터를 필름 커패시터나 마일러 커패시터로 대치하여 사용할 수 있으며, 종래의 전해 커패시터에 비해 저용량이면서 전원장치의 내구성을 증가시킬 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : EMI 정류부
200 : 역률보상회로부
300 : 전원 제어부
310 : 전압 검출부
311 : 제 1 저항
312 : 제 2 저항
320 : OP 앰프
321 : 제 1 커패시터
322 : 제 3 저항
330 : 필터부
331 : 제 2 커패시터
332 : 제 4 저항
333 : 제 3 커패시터
340 : 제 5 저항
350 : 출력 커패시터
400 : LED

Claims (8)

  1. 직류전압을 출력하는 전원장치의 출력단에 설치되어 전압을 검출하는 전압 센서부(310);
    상기 전압 센서부(310)에서 검출된 전압과 필터부(330)에서 분압되는 전압을 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 전원장치의 출력단에 흐르는 직류전류가 가변되도록 제어하는 OP 앰프(320); 및
    상기 전원장치의 출력단에서 출력되는 직류전압에 포함된 리플성분을 검출하여 상기 OP 앰프(320)로 입력하는 필터부(330)를 포함하고,
    상기 필터부(330)는 상기 전원장치의 출력단에 제 2 커패시터(331)와 제 4 저항(332)을 직렬로 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 LED 전원공급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 센서부(310)는 상기 직류전압을 일정 크기의 전압으로 분압하는 제 1 저항(311)과 제 2 저항(312)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 OP 앰프(320)는 (+) 입력단에 상기 전압 센서부(310)에서 검출된 전압이 기준 전압으로 입력되고, (-) 입력단에 상기 필터부(330)에서 검출된 전압이 입력되도록 구성한 것을 특징으로 하는 LED 전원공급장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 OP 앰프(320)는 상기 전압 센서부(310)와 (+) 입력단 사이에 직렬로 연결되는 제 1 커패시터(321)와, 제 3 저항(322)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 OP 앰프(320)는 (-) 입력단과 출력단 사이에 직렬로 연결되어 상기 필터부(330)에서 분압된 전압의 강하를 통해 상기 OP 앰프(320)에서 공급되는 전류 값을 조정하는 제 5 저항(340)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 OP 앰프(320)는 (-) 입력단의 전압이 (+) 입력단의 기준 전압보다 크면 상기 OP 앰프(320) 방향으로 전류가 흐르게 하고, 상기 (-) 입력단의 전압이 (+) 입력단의 기준 전압보다 낮으면 상기 OP 앰프(320)로부터 전류가 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터부(330)는 상기 제 4 저항(332)과 병렬 연결한 제 3 커패시터(333)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급장치.
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