KR102102315B1

KR102102315B1 - Led driver with improved low line efficiency

Info

Publication number: KR102102315B1
Application number: KR1020180041970A
Authority: KR
Inventors: 김재국; 이승훈
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2020-04-20
Also published as: KR20190118738A

Abstract

낮은 입력에서 효율을 개선한 LED 드라이버가 개시된다. LED 드라이버는, 유니버설 라인(universal line)의 입력 전압(Vin)을 정류하는 정류 회로; 및 상기 정류 회로에서 정류된 전압을 LED(Light Emitting Diode)로 공급하는 LED 드라이버 회로를 포함하고, 상기 유니버설 라인의 입력 전압은 높은 라인(high line)의 입력 범위와 낮은 라인(low line)의 입력 범위로 구분되고, 상기 LED 드라이버 회로는, 상기 높은 라인의 입력 범위에서 벅(buck) 동작으로 구동하고 상기 낮은 라인의 입력 범위에서 부스트(boost) 동작으로 구동하는 2SBB(2 Switch buck-boost) LED 드라이버로 구성될 수 있다.An LED driver with improved efficiency at low input is disclosed. The LED driver includes: a rectifying circuit for rectifying the input voltage Vin of the universal line; And an LED driver circuit that supplies the voltage rectified in the rectifying circuit to an LED (Light Emitting Diode), wherein the input voltage of the universal line is a high line input range and a low line input. It is divided into ranges, and the LED driver circuit is driven by a buck operation in the input range of the high line and a 2SBB (2 Switch buck-boost) LED driving in a boost operation in the input range of the low line. It can be configured as a driver.

Description

LED driver with improved efficiency at low input {LED DRIVER WITH IMPROVED LOW LINE EFFICIENCY}

아래의 설명은 LED에 전원을 공급해주는 LED 드라이버에 관한 것이다.The description below relates to the LED driver that supplies power to the LED.

LED(Light Emitting Diode)는 백열등에 비해 수명이 길고, 발열이 적으며 효율이 높아 에너지 절감효과가 크다는 장점이 있어 차세대 광원으로 현재 여러 분야에 다양하게 쓰이고 있다.LED (Light Emitting Diode) is a next-generation light source that is used in various fields as a next-generation light source because it has a longer lifespan, less heat generation, and higher efficiency compared to an incandescent lamp.

그러나, LED는 전원을 공급받을 때 LED에 흐르는 전류를 자체적으로 조절할 수 없기 때문에, 이를 조절하며 각 LED 채널(channel)에 평균 전류를 동일하게 공급해주는 LED 드라이버(driver)가 필요하다.However, since the LED cannot regulate the current flowing through the LED itself when it is supplied with power, it is necessary to control the LED and provide an LED driver that supplies the same average current to each LED channel.

예컨대, 한국등록특허공보 제10-1078988호(등록일 2011년 10월 26일)에는 동작제어용 비절연성 반도체 집적회로를 보호할 수 있는 발광다이오드 드라이버 회로가 개시되어 있다.For example, Korean Patent Publication No. 10-1078988 (registration date October 26, 2011) discloses a light-emitting diode driver circuit capable of protecting a non-isolated semiconductor integrated circuit for motion control.

낮은 라인(Low line)의 입력에서 LED 드라이버의 효율을 개선시킬 수 있는 회로를 제안한다.We propose a circuit that can improve the efficiency of the LED driver at a low line input.

유니버설 라인(universal line)의 입력 전압(Vin)을 정류하는 정류 회로; 및 상기 정류 회로에서 정류된 전압을 LED(Light Emitting Diode)로 공급하는 LED 드라이버 회로를 포함하고, 상기 유니버설 라인의 입력 전압은 높은 라인(high line)의 입력 범위와 낮은 라인(low line)의 입력 범위로 구분되고, 상기 LED 드라이버 회로는, 상기 높은 라인의 입력 범위에서 벅(buck) 동작으로 구동하고 상기 낮은 라인의 입력 범위에서 부스트(boost) 동작으로 구동하는 2SBB(2 Switch buck-boost) LED 드라이버로 구성되며, 일단이 상기 정류 회로의 일 출력단에 연결되는 제2 스위치(SW2); 일단이 상기 정류 회로의 다른 출력단에 연결되고 타단이 상기 제2 스위치(SW2)의 타단에 연결되는 인덕터(L); 일단이 상기 정류 회로의 일 출력단과 상기 제2 스위치(SW2)의 일단에 연결되는 제1 스위치(SW1); 일단이 상기 인덕터(L)의 타단과 상기 제2 스위치(SW2)의 타단에 연결되는 제1 다이오드(D1); 일단이 상기 제1 스위치(SW1)의 타단에 연결되고 타단이 상기 제1 다이오드(D1)의 타단에 연결되는 캐패시터(Cout); 및 일단이 상기 정류 회로의 다른 출력단과 상기 인덕터(L)의 일단에 연결되고 타단이 상기 캐패시터(Cout)와 병렬로 연결된 상기 LED에 연결되는 제2 다이오드(D2)를 포함하는 LED 드라이버를 제공한다.A rectifying circuit rectifying the input voltage Vin of the universal line; And an LED driver circuit that supplies the voltage rectified in the rectifying circuit to an LED (Light Emitting Diode), wherein the input voltage of the universal line is a high line input range and a low line input. It is divided into ranges, and the LED driver circuit is driven by a buck operation in the input range of the high line and a 2SBB (2 Switch buck-boost) LED driving in a boost operation in the input range of the low line. A second switch (SW2) composed of a driver and having one end connected to one output terminal of the rectifying circuit; An inductor L having one end connected to the other output terminal of the rectifying circuit and the other end connected to the other end of the second switch SW2; A first switch SW1 having one end connected to one output terminal of the rectifying circuit and one end of the second switch SW2; A first diode D1 having one end connected to the other end of the inductor L and the other end of the second switch SW2; A capacitor Cout having one end connected to the other end of the first switch SW1 and the other end connected to the other end of the first diode D1; And a second diode (D2) having one end connected to the other output terminal of the rectifying circuit and one end of the inductor (L) and the other end connected to the LED connected in parallel with the capacitor (Cout). .

일 측면에 따르면, 상기 부스트 동작은 상기 제1 스위치(SW1)를 항상 온시킨 상태에서 상기 제2 스위치(SW2)의 온/오프를 제어하여 동작하는 모드이며, 상기 부스트 동작에서 상기 제2 스위치(SW2)가 온될 때 도통되는 소자는 상기 제2 스위치(SW2)이고 상기 제2 스위치(SW2)가 오프될 때 도통되는 소자는 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제1 다이오드(D1)이다.According to one aspect, the boost operation is a mode in which the on / off of the second switch SW2 is controlled while the first switch SW1 is always on, and the second switch ( The element that is conducted when SW2) is turned on is the second switch SW2 and the element that is conducted when the second switch SW2 is turned off is the first switch SW1 and the first diode D1.

다른 측면에 따르면, 상기 벅 동작은 상기 제2 스위치(SW2)를 항상 오프시킨 상태에서 상기 제1 스위치(SW1)의 온/오프를 제어하여 동작하는 모드이며, 상기 벅 동작에서 상기 제1 스위치(SW1)가 온될 때 도통되는 소자는 상기 제1 스위치(SW1)와 상기 제1 다이오드(D1)이고 상기 제1 스위치(SW1)가 오프될 때 도통되는 소자는 상기 제1 다이오드(D1)와 상기 제2 다이오드(D2)이다.According to another aspect, the buck operation is a mode operated by controlling on / off of the first switch SW1 while the second switch SW2 is always off, and the first switch ( The element that is conducted when SW1) is turned on is the first switch SW1 and the first diode D1, and the element that is conducted when the first switch SW1 is turned off is the first diode D1 and the first element. 2 diodes D2.

본 발명의 실시예들에 따르면, 높은 라인(High line)의 입력과 낮은 라인(Low line)의 입력에서 각각 다른 동작으로 LED를 구동하는(driving) 방법을 제안한다. 높은 라인의 입력에서는 벅(Buck) 동작으로 기존 LED 드라이버와 동일한 효율로 LED를 구동하고, 낮은 라인의 입력에서는 부스트(Boost) 동작을 하며 도통하는 소자를 기존 LED 드라이버보다 줄임으로써 효율을 개선시켜 LED를 구동할 수 있다.According to embodiments of the present invention, a method of driving an LED in a different operation from a high line input and a low line input is proposed. At the input of the high line, a buck operation drives the LED with the same efficiency as the existing LED driver, and at the input of the low line, the LED operates by boosting efficiency by reducing the conducting element and reducing the conducting element than the existing LED driver. Can drive.

도 1은 일반적인 2SBB(2 Switch Buck-boost) LED 드라이버의 회로도를 도시한 것이다.
도 2와 도 3은 도 1에 도시한 LED 드라이버의 동작 모드 별 등가 회로를 도시한 것이다.
도 4와 도 5는 도 1에 도시한 LED 드라이버의 동작에 따른 주요 파형을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 낮은 라인의 입력에서 효율을 개선하는 LED 드라이버의 회로도를 도시한 것이다.
도 7과 도 8은 도 6에 도시한 LED 드라이버의 동작 모드 별 등가 회로를 도시한 것이다.
도 9와 도 10은 도 6에 도시한 LED 드라이버의 동작에 따른 주요 파형을 도시한 것이다.1 is a circuit diagram of a typical 2SBB (2 Switch Buck-boost) LED driver.
2 and 3 show equivalent circuits for each operation mode of the LED driver shown in FIG. 1.
4 and 5 show main waveforms according to the operation of the LED driver shown in FIG. 1.
6 is a circuit diagram of an LED driver improving efficiency at a low line input according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 show equivalent circuits for each operation mode of the LED driver shown in FIG. 6.
9 and 10 show main waveforms according to the operation of the LED driver shown in FIG. 6.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 LED에 전원을 공급해주는 LED 드라이버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 라인의 입력에서 LED 드라이버의 효율을 개선시킬 수 있는 회로에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relates to an LED driver that supplies power to an LED, and more particularly, to a circuit capable of improving the efficiency of an LED driver at a low line input.

LED는 전원을 공급받을 때 LED에 흐르는 전류를 자체적으로 조절할 수 없기 때문에 이를 조절하며 각 LED 채널에 평균 전류를 동일하게 공급해주는 LED 드라이버가 필요하다.Since the LED cannot regulate the current flowing through the LED itself when it is supplied with power, it needs to control the LED driver and supply the same average current to each LED channel.

LED driver로 쓰이는 여러 회로들 중 2SBB(two switch buck-boost) LED 드라이버가 유니버설 라인(Universal line)(100V_AC~240V_AC)에서 드라이버로 많이 사용된다. 이는 유니버설 라인 입력을 낮은 라인(Low line)(90V_AC~180V_AC)과 높은 라인(High line)(200V_AC~264V_AC)으로 나누었다고 가정하였을 때, 2SBB LED 드라이버는 낮은 라인과 높은 라인 입력 모두에서 다른 LED 드라이버들에 비해 폭넓은 출력 전압으로 LED 구동이 가능하기 때문이다.Among the various circuits used as LED drivers, 2SBB (two switch buck-boost) LED drivers are frequently used as drivers in the universal line (100V _AC to 240V _AC ). This assumes that the universal line input is divided into a low line (90V _AC to 180V _AC ) and a high line (200V _AC to 264V _AC ), so the 2SBB LED driver has both low and high line inputs. This is because LED can be driven with a wider output voltage than other LED drivers.

하지만, 2SBB converter는 낮은 라인의 입력 범위에서 도통하는 소자들로 인해 전원 손실(Power Loss)이 발생하여 효율이 감소한다. 본 발명에서는 낮은 라인의 입력에서 2SBB LED 드라이버의 효율을 개선하는 회로를 제안한다.However, the efficiency of the 2SBB converter decreases due to power loss due to elements conducting in a low line input range. The present invention proposes a circuit that improves the efficiency of a 2SBB LED driver at low line input.

도 1은 일반적인 2SBB LED 드라이버의 회로도를 도시한 것이다.1 is a circuit diagram of a typical 2SBB LED driver.

도 1은 2SBB LED 드라이버의 회로도를 나타낸 것이며, 이때 1개의 채널이며 채널의 LED 개수는 3개라고 가정한다.1 shows a circuit diagram of a 2SBB LED driver, in which case it is assumed that there is one channel and the number of LEDs in the channel is three.

도 1을 참조하면, 전체적인 회로 구성은 입력 전압(Vin), 입력 필터(Input filter), 정류 회로, 벅-부스트 LED 드라이버로 구성된다. 이때, 입력 필터는 Lin과 Cin으로 구성되어 있으며, 정류 회로는 풀 브릿지 다이오드(Full bridge diode)를 이용한다. 그리고, 벅-부스트 LED 드라이버는 2SBB 토폴로지(topology)로 구성되어 있고, Cout에 병렬 연결된 LED1, LED2, LED3으로 이루어진 채널을 구동한다. 즉, Vin에 유니버설 라인 입력을 받아 정류한 전압을 벅-부스트 LED 드라이버로 채널을 구동한다.Referring to FIG. 1, the overall circuit configuration is composed of an input voltage Vin, an input filter, a rectifying circuit, and a buck-boost LED driver. At this time, the input filter is composed of Lin and Cin, and the rectifying circuit uses a full bridge diode. In addition, the buck-boost LED driver is composed of a 2SBB topology, and drives a channel composed of LED1, LED2, and LED3 connected in parallel to Cout. That is, it receives the universal line input to Vin and drives the channel with the rectified voltage using a buck-boost LED driver.

도 2는 2SBB가 높은 라인의 입력에서 벅으로 동작하는 모드의 등가회로를 도시한 것이다. 도 2에 도시한 바와 같이, SW2는 항상 오프시키고 SW1의 온/오프를 제어하여 동작하게 한다.2 shows an equivalent circuit of a mode in which the 2SBB operates as a buck at the input of a high line. As shown in FIG. 2, SW2 is always turned off and the on / off of SW1 is controlled to operate.

이때, SW1이 온되는 Mode1에서 도통하는 소자는 SW1과 D2이고, SW1이 오프되는 Mode2에서 도통하는 소자는 D1과 D2이다.At this time, the elements conducting in Mode1 where SW1 is on are SW1 and D2, and the elements conducting in Mode2 where SW1 is off are D1 and D2.

도 3은 2SBB가 낮은 라인의 입력에서 부스트로 동작하는 모드의 등가회로를 도시한 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이, SW1은 항상 온시키고 SW2의 온/오프를 제어하여 동작하게 한다.FIG. 3 shows an equivalent circuit of a mode in which 2SBB operates as a boost at an input of a low line. As shown in FIG. 3, SW1 is always on and SW2 is turned on / off to operate.

이때, SW2가 온되는 Mode1에서 도통하는 소자는 SW1과 SW2이고, SW2가 오프되는 Mode2에서 도통하는 소자는 SW1과 D2이다.At this time, the elements conducting in Mode1 where SW2 is on are SW1 and SW2, and the elements conducting in Mode2 where SW2 is off are SW1 and D2.

도 4는 높은 라인의 입력 범위(200V_AC~264V_AC)에서 200V_AC일 때로 가정한 것이다.4 is assumed to be 200V _AC at a high line input range (200V _AC to 264V _AC ).

도 4는 높은 라인의 입력일 때 SW2는 오프시키고 SW1을 제어하여 벅으로 동작하는 2SBB LED 드라이버의 예로, Vin=200V_AC, 스위칭 주파수=50kHz, duty=22.5%, Cin=47nF, Lin=6mH, C=220nF, L=80μH, Cout=50μF, 채널 평균 전류=250mA, 채널 순방향 전압(forward voltage)=200V일 때 주요 파형이다. Vin, I(in)는 각각 입력 전압, 전류 파형이며, Vrec, I(SW)는 각각 정류된 전압, SW1 전류 파형이다. 이 파형들을 통해 입력 전압, 전류가 정류되어 LED 드라이버에 전달됨을 알 수 있다. I(L), I(D)는 각각 L, D의 전류 파형이다. 이때의 SW, L, D 각각의 RMS 전류는 I(SW)=0.712A_rms, I(L)=0.822A_rms, I(D)=0.409A_rms이다. V_Cout, I(Channel)은 각각 출력 전압 파형과 채널의 전류 파형이다. 이 파형들로부터 각각 평균 출력 전압=200V, 채널 평균 전류=250mA임을 알 수 있다.4 is an example of a 2SBB LED driver that operates as a buck by turning SW2 off and controlling SW1 when a high line is input, Vin = 200V _AC , switching frequency = 50kHz, duty = 22.5%, Cin = 47nF, Lin = 6mH, C This is the main waveform when = 220nF, L = 80μH, Cout = 50μF, channel average current = 250mA, and channel forward voltage = 200V. Vin and I (in) are input voltage and current waveforms, respectively, and Vrec and I (SW) are rectified voltage and SW1 current waveforms, respectively. It can be seen from these waveforms that the input voltage and current are rectified and transmitted to the LED driver. I (L) and I (D) are current waveforms of L and D, respectively. At this time, the RMS currents of each of SW, L, and D are I (SW) = 0.712A _rms , I (L) = 0.822A _rms , and I (D) = 0.409A _rms . V_Cout and I (Channel) are the output voltage waveform and the current waveform of the channel, respectively. It can be seen from these waveforms that the average output voltage = 200 V and the channel average current = 250 mA, respectively.

도 5는 낮은 라인의 입력 범위(90V_AC~180V_AC)에서 90V_AC일 때로 가정한다.Figure 5 times at home 90V _AC input range of the lower line (90V _{_AC} ~ 180V _AC).

도 5는 낮은 라인의 입력일 때 SW1은 항상 온하고 SW2를 제어하여 부스트로 동작하는 2SBB LED 드라이버의 예로 Vin=90V_AC, 스위칭 주파수=50kHz, duty=14%, Cin=47nF, Lin=6mH, C=220nF, L=80μH, Cout= 50μF, 채널 평균 전류=250mA, 채널 순방향 전압=200V일 때 주요 파형이다. Vin, I(in)는 각각 입력 전압, 전류 파형이며, Vrec, I(SW)는 각각 정류된 전압, SW2 전류 파형이다. 이 파형들을 통해 입력 전압, 전류가 정류되어 LED 드라이버에 전달됨을 알 수 있다. I(L), I(D)는 각각 L, D의 전류 파형이다. 이때의 SW, L, D 각각의 RMS 전류는 I(SW)=0.767A_rms, I(L)=1.160A_rms, I(D)=0.869A_rms이다. V_Cout, I(Channel)은 각각 출력 전압 파형과 채널의 전류 파형이다. 이 파형들로부터 각각 평균 출력 전압=200V, 채널 평균 전류=250mA임을 알 수 있다.5 is an example of a 2SBB LED driver in which SW1 is always on and SW2 is operated as a boost when a low line is input, Vin = 90V _AC , switching frequency = 50kHz, duty = 14%, Cin = 47nF, Lin = 6mH, C This is the main waveform when = 220nF, L = 80μH, Cout = 50μF, channel average current = 250mA, channel forward voltage = 200V. Vin and I (in) are input voltage and current waveforms, respectively, and Vrec and I (SW) are rectified voltage and SW2 current waveforms, respectively. It can be seen from these waveforms that the input voltage and current are rectified and transmitted to the LED driver. I (L) and I (D) are current waveforms of L and D, respectively. At this time, the RMS currents of each of SW, L, and D are I (SW) = 0.767A _rms , I (L) = 1.160A _rms , and I (D) = 0.869A _rms . V_Cout and I (Channel) are the output voltage waveform and the current waveform of the channel, respectively. It can be seen from these waveforms that the average output voltage = 200 V and the channel average current = 250 mA, respectively.

도 4와 도 5의 예를 보면 알 수 있듯이, 벅-부스트 LED 드라이버는 낮은 라인의 입력 범위에서 각 소자들의 RMS 전류가 높은 라인의 입력일 때보다 증가하므로 전원 손실이 더 커지게 된다. 즉, 낮은 라인의 입력 범위에서 2SBB LED 드라이버는 높은 라인의 입력일 때보다 효율이 낮아진다.As can be seen in the examples of FIGS. 4 and 5, the buck-boost LED driver increases the power loss because the RMS current of each device increases in the input range of the low line than when the input of the high line. In other words, the 2SBB LED driver in the low-line input range is less efficient than the high-line input.

본 발명에서도 마찬가지로 2가지 동작으로 LED를 구동 한다. 상기한 2SBB LED 드라이버와 동일한 소자 수를 가지며, 높은 라인의 입력에서는 벅으로 동작하며, 낮은 라인의 입력에서는 부스트로 동작한다. 그러나, 도 1의 2SBB LED 드라이버와 달리 본 발명에서는 낮은 라인의 입력에서 부스트 동작을 할 때 도통하는 소자 수가 기존보다 적으며, 이로 인해 전체적인 전원 손실이 감소할 수 있다. 즉, 낮은 라인의 입력에서의 효율을 개선시킬 수 있다.In the present invention, LEDs are driven by two operations as well. It has the same number of devices as the 2SBB LED driver described above, and operates as a buck at the input of the high line, and operates as a boost at the input of the low line. However, unlike the 2SBB LED driver of FIG. 1, in the present invention, the number of elements conducting when performing a boost operation at a low line input is less than before, and as a result, the overall power loss may be reduced. That is, it is possible to improve efficiency at a low line input.

도 6은 본 발명에 따른 LED 드라이버 회로를 도시한 것이다. 이때, 1개의 채널이며 채널의 LED 개수는 3개라고 가정한다.6 shows an LED driver circuit according to the present invention. At this time, it is assumed that it is one channel and the number of LEDs of the channel is three.

도 6을 참조하면, 전체적인 회로 구성은 입력 전압(Vin), 입력 필터, 정류 회로, 벅 벅-부스트 LED 드라이버로 구성되어 있다. 입력 전압(Vin)은 유니버설 라인의 입력으로, 낮은 라인(90V_AC~180V_AC)의 입력 범위와 높은 라인(200V_AC~264V_AC)의 입력 범위로 구분될 수 있다. 입력 필터는 Lin, Cin으로 구성되어 있으며, 정류 회로는 유니버설 라인의 입력 전압(Vin)을 정류하기 위해 풀 브릿지 다이오드를 이용한다. 벅-부스트 LED 드라이버는 SW1, SW2, L, D1, D2, Cout로 구성되어 Cout에 병렬 연결된 LED1, LED2, LED3으로 이루어진 채널을 구동한다.Referring to FIG. 6, the overall circuit configuration includes an input voltage Vin, an input filter, a rectifying circuit, and a buck-boost LED driver. The input voltage Vin is an input of a universal line, and can be divided into an input range of a low line (90V _AC to 180V _AC ) and an input range of a high line (200V _AC to 264V _AC ). The input filter is composed of Lin and Cin, and the rectifying circuit uses a full bridge diode to rectify the input voltage (Vin) of the universal line. The buck-boost LED driver consists of SW1, SW2, L, D1, D2, and Cout to drive a channel consisting of LED1, LED2, and LED3 connected in parallel to Cout.

상세하게, 벅-부스트 LED 드라이버는 일단이 풀 브릿지 다이오드의 일단인 + 출력단(양의 전압 출력단)에 연결되는 SW2, 일단이 풀 브릿지 다이오드의 타단인 - 출력단(음의 전압 출력단)에 연결되고 타단이 SW2의 타단에 연결되는 L, 일단이 풀 브릿지 다이오드의 + 출력단과 SW2의 일단에 연결되는 SW1, 일단이 L의 타단과 SW2의 타단에 연결되는 D1, 일단이 SW1의 타단에 연결되고 타단이 D1의 타단에 연결되는 Cout, 일단이 풀 브릿지 다이오드의 - 출력단과 L의 일단에 연결되고 타단이 Cout의 일단과 채널에 연결되는 D2로 구성되어 있다.In detail, the buck-boost LED driver is connected to the + output terminal (one positive voltage output terminal), one end of the full bridge diode, and the other end of the full bridge diode-output terminal (negative voltage output terminal) and the other terminal. L connected to the other end of this SW2, SW1 connected to the + output terminal of the full bridge diode and one end of SW2, D1 connected to the other end of L and the other end of SW2, one end connected to the other end of SW1 and the other end It is composed of Cout connected to the other end of D1, D2 connected to the output terminal of the full bridge diode and one end of L, and the other end is connected to the channel and one end of Cout.

도 7은 본 발명에 따른 LED 드라이버가 높은 라인의 입력에서 벅으로 동작하는 모드의 등가회로를 도시한 것이다. 도 7에 도시한 바와 같이, SW2는 항상 오프시키고 SW1의 온/오프를 제어하여 동작하게 한다.7 shows an equivalent circuit of a mode in which the LED driver according to the present invention operates as a buck at the input of a high line. As shown in Fig. 7, SW2 is always turned off and the on / off of SW1 is controlled to operate.

이때, SW1이 온되는 Mode1에서 도통하는 소자는 SW1과 D1이고, SW1이 오프되는 Mode2에서 도통하는 소자는 D1과 D2이다.At this time, the elements conducting in Mode1 where SW1 is on are SW1 and D1, and the elements conducting in Mode2 where SW1 is off are D1 and D2.

도 8은 본 발명에 따른 LED 드라이버가 낮은 라인의 입력에서 부스트로 동작하는 모드의 등가회로를 도시한 것이다. 도 8에 도시한 바와 같이, SW1은 항상 온시키고 SW2의 온/오프를 제어하여 동작하게 한다.8 illustrates an equivalent circuit of a mode in which the LED driver according to the present invention operates as a boost at a low line input. As shown in FIG. 8, SW1 is always turned on and the on / off of SW2 is controlled to operate.

이때, SW2가 온되는 Mode1에서 도통하는 소자는 SW2이고, SW2가 오프되는 Mode2에서 도통하는 소자는 SW1과 D1이다.At this time, the element that conducts in Mode1 where SW2 is on is SW2, and the element that conducts in Mode2 where SW2 is off is SW1 and D1.

도 9는 본 발명에 따른 LED 드라이버에 있어 높은 라인의 입력에 대한 주요 파형을 도시한 것으로, 높은 라인의 입력 범위(200V_AC~264V_AC)에서 200V_AC일 때로 가정한 것이다.9 shows the main waveform for the input of the high line in the LED driver according to the present invention, and is assumed to be 200V _AC in the input range of the high line (200V _AC to 264V _AC ).

도 9는 높은 라인의 입력일 때 SW2는 오프하고 SW1을 제어하여 벅으로 본 발명에 따른 LED 드라이버의 예로, Vin=200V_AC, 스위칭 주파수=50kHz, duty=22.5%, Cin=47nF, Lin=6mH, C=220nF, L=80μH, Cout=50μF, 채널 평균 전류=250mA, 채널 순방향 전압=200V일 때 주요 파형이다. Vin, I(in)는 각각 입력 전압, 전류 파형이며 Vrec, I(SW)는 각각 정류된 전압, SW1 전류 파형이다. 이 파형들을 통해 입력 전압, 전류가 정류되어 LED 드라이버에 전달됨을 알 수 있다. I(L), I(D)는 각각 L, D의 전류 파형이다. 이때의 SW, L, D 각각의 RMS 전류는 I(SW)=0.712A_rms, I(L)=0.822A_rms, I(D)=0.409A_rms이다. V_Cout, I(Channel)은 각각 출력 전압 파형과 채널의 전류 파형이다. 이 파형들로부터 각각 평균 출력 전압=200V, Channel 평균 전류=250mA임을 알 수 있다.9 is an example of the LED driver according to the present invention, SW2 is turned off and SW1 is controlled as a buck when a high line is input, Vin = 200V _AC , switching frequency = 50kHz, duty = 22.5%, Cin = 47nF, Lin = 6mH, Main waveforms when C = 220nF, L = 80μH, Cout = 50μF, channel average current = 250mA, channel forward voltage = 200V. Vin and I (in) are input voltage and current waveforms, respectively, and Vrec and I (SW) are rectified voltage and SW1 current waveforms, respectively. It can be seen from these waveforms that the input voltage and current are rectified and transmitted to the LED driver. I (L) and I (D) are current waveforms of L and D, respectively. At this time, the RMS currents of each of SW, L, and D are I (SW) = 0.712A _rms , I (L) = 0.822A _rms , and I (D) = 0.409A _rms . V_Cout and I (Channel) are the output voltage waveform and the current waveform of the channel, respectively. It can be seen from these waveforms that the average output voltage = 200 V and the channel average current = 250 mA, respectively.

도 10은 본 발명에 따른 LED 드라이버에 있어 낮은 라인의 입력에 대한 주요 파형을 도시한 것으로, 낮은 라인의 입력 범위(90V_AC~180V_AC)에서 90V_AC일 때로 가정한다.10 is present in the LED driver according to the invention that illustrates the main waveforms for the input of the lower line, and sometimes at home 90V _AC input range of the lower line (90V _{_AC} ~ 180V _AC).

도 10은 낮은 라인의 입력일 때 SW1은 항상 온하고 SW2를 제어하여 부스트로 동작하는 본 발명에 따른 LED 드라이버의 예로, Vin=90V_AC, 스위칭 주파수=50kHz, duty=14%, Cin=4nF, Lin=6mH, C=220nF, L=80μH, Cout= 50μF, 채널 평균 전류=250mA, 채널 순방향 전압=200V일 때 주요 파형이다. Vin, I(in)는 각각 입력 전압, 전류 파형이며 Vrec, I(SW)는 각각 정류된 전압, SW2 전류 파형이다. 이 파형들을 통해 입력 전압, 전류가 정류되어 LED 드라이버에 전달됨을 알 수 있다. I(L), I(D)는 각각 L, D의 전류 파형이다. 이때의 SW, L, D 각각의 RMS 전류는 I(SW)=0.767A_rms, I(L)=1.160A_rms, I(D)=0.869A_rms이다. V_Cout, I(Channel)은 각각 출력 전압 파형과 채널의 전류 파형이다. 이 파형들로부터 각각 평균 출력 전압=200 V, 채널 평균 전류=250mA임을 알 수 있다.10 is an example of an LED driver according to the present invention that SW1 is always on and SW2 is operated as a boost when a low line is input, Vin = 90V _AC , switching frequency = 50kHz, duty = 14%, Cin = 4nF, Lin This is the main waveform when = 6mH, C = 220nF, L = 80μH, Cout = 50μF, channel average current = 250mA, channel forward voltage = 200V. Vin and I (in) are input voltage and current waveforms, respectively, and Vrec and I (SW) are rectified voltage and SW2 current waveforms, respectively. It can be seen from these waveforms that the input voltage and current are rectified and transmitted to the LED driver. I (L) and I (D) are current waveforms of L and D, respectively. At this time, the RMS currents of each of SW, L, and D are I (SW) = 0.767A _rms , I (L) = 1.160A _rms , and I (D) = 0.869A _rms . V_Cout and I (Channel) are the output voltage waveform and the current waveform of the channel, respectively. It can be seen from these waveforms that the average output voltage = 200 V and the channel average current = 250 mA, respectively.

본 발명에 따른 LED 드라이버는 높은 라인의 입력과 낮은 라인의 입력에서 2SBB LED 드라이버와 동일한 인덕터(L)의 RMS 전류를 가진다. 하지만, 동작 모드를 보게 되면 표 1과 같이 높은 라인의 입력에서 도통하는 소자가 동일한 반면에, 낮은 라인의 입력에서 도통하는 소자가 기존에 비해 감소함을 알 수 있다.The LED driver according to the present invention has the same RMS current of the inductor L as the 2SBB LED driver at the high line input and the low line input. However, when looking at the operation mode, as shown in Table 1, it can be seen that the elements conducting at the input of the high line are the same, while the elements conducting at the input of the low line are reduced compared to the conventional one.

[표 1][Table 1]

따라서, 본 발명에 따른 LED 드라이버는 낮은 라인의 입력에서 도통하는 소자를 기존보다 감소시킴으로써 전체적인 전원 손실이 줄어들어 효율이 개선될 수 있으며, 유니버설 라인의 입력에서 효율적인 LED 구동이 가능한 회로로 동작할 수 있다.Therefore, the LED driver according to the present invention can improve efficiency by reducing overall power loss by reducing a device conducting at a low line input than in the prior art, and can operate as a circuit capable of efficient LED driving at the input of the universal line. .

이처럼 본 발명의 실시예들에 따르면, 높은 라인의 입력과 낮은 라인의 입력에서 각각 다른 동작으로 LED를 구동하는 방법으로, 높은 라인의 입력에서는 벅 동작으로 기존 LED 드라이버와 동일한 효율로 LED를 구동하고, 낮은 라인의 입력에서는 부스트 동작을 하며 도통하는 소자를 기존 LED 드라이버보다 줄임으로써 효율을 개선시켜 LED를 구동할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 유니버설 라인의 입력에서 효율적으로 LED를 구동하는 회로를 제공할 수 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, a method of driving an LED with a different operation at a high line input and a low line input, and driving an LED with the same efficiency as a conventional LED driver with a buck operation at a high line input , Boost operation at the low line input and improve the efficiency by reducing the conducting element than the existing LED driver to drive the LED. Therefore, in the present invention, it is possible to provide a circuit for efficiently driving the LED at the input of the universal line.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented with hardware components, software components, and / or combinations of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments include a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor (micro signal processor), a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA), and a programmable (PLU) It may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers, such as logic units, microprocessors, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may perform an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of understanding, a processing device may be described as one being used, but a person having ordinary skill in the art, the processing device may include a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. In addition, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and / or data may be embodied on any type of machine, component, physical device, computer storage medium, or device to be interpreted by the processing device or to provide instructions or data to the processing device. have. The software may be distributed on networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수 개의 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 어플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. At this time, the medium may be to continuously store a program executable on a computer or to temporarily store it for execution or download. In addition, the medium may be various recording means or storage means in the form of a combination of single or several hardware, and is not limited to a medium directly connected to a computer system, but may be distributed on a network. Examples of the medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks, And program instructions including ROM, RAM, flash memory, and the like. In addition, examples of other media may include an application store for distributing applications or a recording medium or storage medium managed by a site, server, or the like that supplies or distributes various software.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by a limited embodiment and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and / or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims

A rectifying circuit rectifying the input voltage Vin of the universal line; And
LED driver circuit that supplies the voltage rectified in the rectifying circuit to the LED (Light Emitting Diode)
Including,
The input voltage of the universal line is divided into an input range of the first line and an input range of the second line lower than the input range of the first line,
The LED driver circuit,
It consists of a 2SBB (2 Switch buck-boost) LED driver driven by a buck operation in the input range of the first line and a boost operation in the input range of the second line,
A second switch SW2 having one end connected to one output terminal of the rectifying circuit;
An inductor L having one end connected to the other output terminal of the rectifying circuit and the other end connected to the other end of the second switch SW2;
A first switch SW1 having one end connected to one output terminal of the rectifying circuit and one end of the second switch SW2;
A first diode D1 having one end connected to the other end of the inductor L and the other end of the second switch SW2;
A capacitor Cout having one end connected to the other end of the first switch SW1 and the other end connected to the other end of the first diode D1; And
A second diode D2 having one end connected to the other output terminal of the rectifying circuit and one end of the inductor L and the other end connected to one end of the capacitor Cout.
Including,
The LED is connected in parallel with the capacitor (Cout)
LED driver, characterized by.

According to claim 1,
The boost operation is a mode that operates by controlling on / off of the second switch SW2 while the first switch SW1 is always on,
In the boost operation, an element that is conducted when the second switch SW2 is turned on is the second switch SW2 and an element that is conducted when the second switch SW2 is turned off is the first switch SW1 and the Being the first diode (D1)
LED driver, characterized by.

According to claim 1,
The buck operation is a mode that operates by controlling on / off of the first switch SW1 while the second switch SW2 is always off,
In the buck operation, an element that is conducted when the first switch SW1 is turned on is the first switch SW1 and the first diode D1, and an element that is conducted when the first switch SW1 is turned off is the The first diode (D1) and the second diode (D2)
LED driver, characterized by.