KR102489727B1 - Switching Mode Power Supply for Light-Emitting Diode Lighting Equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발광다이오드를 사용한 조명기기의 밝기 및 온,오프제어를 무선으로 할 수 있도록 한 발광다이오드 조명기기용 전원공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광다이오드용 정전류 전원과 발광다이오드의 밝기와 온,오프를 무선으로 제어하기 위한 제어회로용 정전압 전원을 하나의 트랜스포머를 이용하여 제공할 수 있는 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply device for a light emitting diode lighting device capable of wirelessly controlling the brightness and on/off of a lighting device using a light emitting diode, and more particularly, to a constant current power supply for a light emitting diode and brightness and on/off of the light emitting diode. The present invention relates to a switching mode power supply for a light emitting diode lighting device capable of providing a constant voltage power supply for a control circuit for wirelessly controlling power off by using a single transformer.
일반적으로, 스위칭모드파워서플라이(SMPS; Switching Mode Power Supply)는 상용전원으로부터 공급되는 교류전원을 필요에 맞추어 각종의 전원으로 변환시켜주는 전원공급장치이다. 즉, 스위칭모드파워서플라이(SMPS)는 교류입력전압을 DC전압으로 정류하고 반도체 스위칭소자에 의해 DC 전압을 고속으로 스위칭하여 고주파 전압으로 변환한 후 고주파 트랜스포머를 통해 필요한 레벨로 변환하고 이를 다시 정류하여 정전압 또는 정전류제어회로와 평활회로를 거쳐 안정된 전압 또는 전류를 만들어낸다. 이러한 SMPS는 비절연형(non-isolation type)과 절연형(isolation type)으로 구분되고, 비절연형은 Buck 방식, Boost 방식, Buck-boost 방식으로 세분되며, 절연형은 Flyback 방식, Forward 방식, Pull-push 방식, Half-bridge 방식, Full-bridge 방식 등으로 세분된다.In general, a switching mode power supply (SMPS) is a power supply device that converts AC power supplied from commercial power into various types of power according to needs. In other words, the switching mode power supply (SMPS) rectifies the AC input voltage to DC voltage, converts the DC voltage into high-frequency voltage by switching the DC voltage at high speed with a semiconductor switching element, converts it to a required level through a high-frequency transformer, and rectifies it again. It creates stable voltage or current through constant voltage or constant current control circuit and smoothing circuit. These SMPS are classified into non-isolation type and isolation type. Non-isolation type is subdivided into Buck type, Boost type, and Buck-boost type. Insulation type is classified into Flyback type, Forward type, Pull- It is subdivided into push method, half-bridge method, and full-bridge method.
한편, 발광다이오드가 조명기기에 널리 사용되면서 기존의 백열등이나 형광등 및 수은등 등을 대치할 수 있는 효율이 좋고 친환경적인 조명장치로 발전하였다. 특히, 조명기기에 마이콤 등의 제어장치가 결합되고 컴퓨터나 네트워크에 연결되어 원격으로 밝기 및 온,오프 제어 등이 가능하게 되어 에너지 절감은 물론 사용자의 다양한 니드(Need)에 대응할 수 있게 되었다.On the other hand, as light emitting diodes are widely used in lighting devices, they have developed into highly efficient and eco-friendly lighting devices that can replace existing incandescent lamps, fluorescent lamps, and mercury lamps. In particular, a control device such as a microcomputer is combined with a lighting device and connected to a computer or network, enabling remote control of brightness, on/off, etc., enabling energy saving as well as responding to various needs of users.
통상 조명기기에 마이콤 등을 연결하기 위해서는 발광다이오드 구동용 전원과는 별도로 마이콤 등의 제어회로용 전원을 필요로 하게 된다. 즉, 발광다이오드는 부하 특성상 정전류 구동이 필요하므로 발광다이오드 구동용 전원으로는 효율 향상을 위해 30~50V 정도의 비교적 높은 전압의 정전류원이 필요하나 마이콤 등의 제어회로용 전원은 매우 낮은 3~5 V의 전압에 적은 전류의 정전압원을 사용한다.In order to connect a microcomputer or the like to a typical lighting device, a power supply for a control circuit such as a microcomputer is required separately from a power source for driving a light emitting diode. That is, since light emitting diodes require constant current driving due to load characteristics, a relatively high voltage constant current source of about 30 to 50 V is required as a power supply for driving light emitting diodes to improve efficiency, but power for control circuits such as microcomputers is very low 3 to 5 Use a constant voltage source with a small current for the voltage of V.
다른 한편, 와이파이(WiFi)나 블루투스와 같은 무선 또는 적외선 등에 의해 제어되는 발광다이오드용 조명기기에 사용되는 스위칭모드파워서플라이(SMPS)에서 오프 기능없이 밝기만을 제어하는 경우에는 하나의 스위칭회로와 하나의 트랜스포머를 사용해서 발광다이오드 구동용 정전류 전원과 마이콤 구동용 정전압 전원을 만들어 사용할 수 있다.On the other hand, in the case of controlling only brightness without an off function in a switching mode power supply (SMPS) used in lighting equipment for light emitting diodes controlled by wireless or infrared such as WiFi or Bluetooth, one switching circuit and one A constant current power source for driving a light emitting diode and a constant voltage power source for driving a microcomputer can be made and used by using a transformer.
그러나 온/오프 기능을 포함하는 스위칭모드파워서플라이(SMPS)에서는 무선으로 조명기기를 오프한 경우, SMPS의 트랜스포머 2차측에서 만들어지는 발광다이오드 구동용 전원의 전압이 낮아짐과 동시에 같은 트랜스포머의 2차측 별도 권선에서 만들어지는 마이콤과 같은 제어회로용 전압도 함께 낮아져 마이콤이 정상적으로 동작하지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 즉, 제2 정류기의 출력에 의해 발광다이오드가 온된 상태에서는 마이콤 등을 위한 제3 정류기의 출력전압은 대략 10~15V 정도로서, 5V 정도의 마이콤용 전압을 효율적으로 만들 수 있다. 그러나 무선으로 발광다이오드를 오프하면, 제3 정류기의 출력전압도 4~8V 정도로 낮아져 마이콤의 정상적인 동작이 이루어지 않아 제어기능을 상실하게 된다. 이때 제3 정류기의 전압이 낮아지지 않도록 설계할 경우, 정전압 변환회로의 효율이 악화된다는 또 다른 문제점이 발생하게 된다.However, in a switching mode power supply (SMPS) that includes an on/off function, when lighting equipment is turned off wirelessly, the voltage of the light emitting diode driving power supply generated from the secondary side of the transformer of the SMPS is lowered, and at the same time, the secondary side of the same transformer is separately The voltage for the control circuit, such as the microcomputer, which is made in the winding is also lowered, which can cause a problem that the microcomputer does not operate normally. That is, when the light emitting diode is turned on by the output of the second rectifier, the output voltage of the third rectifier for the microcomputer is about 10 to 15V, and a microcomputer voltage of about 5V can be efficiently made. However, when the light emitting diode is turned off wirelessly, the output voltage of the third rectifier is also lowered to about 4 to 8V, and the normal operation of the microcomputer is not performed, so the control function is lost. At this time, when the voltage of the third rectifier is designed not to be lowered, another problem occurs in that the efficiency of the constant voltage conversion circuit deteriorates.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 도 1과 같이 발광다이오드용 정전류 전원장치와 별도로 마이콤 등을 구동하기 위한 별도의 스위칭 정전압회로를 부가하였다. In order to solve this problem, conventionally, as shown in FIG. 1, a separate switching constant voltage circuit for driving a microcomputer or the like is added separately from a constant current power supply device for a light emitting diode.
도 1은 밝기 및 온/오프 제어가 가능한 종래의 발광다이오드용 스위칭모드파워서플라이의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional switching mode power supply for a light emitting diode capable of controlling brightness and on/off.
도 1을 참조하면, 종래의 발광다이오드용 스위칭모드파워서플라이(SMPS)는 제1 정류부(10)와, 발광다이오드용 정전류 전원부(20), 및 제어회로용 정전압 전원부(30)로 구성된다. 제1 정류부(10)는 교류입력 전원에서 노이즈를 제거하기 의한 노이즈 필터(12)와, 노이즈 필터(12)에 의해 잡음이 제거된 교류전원을 입력받아 전파 정류하여 스위칭을 위한 직류(DC)전압을 출력하는 제1 정류기(14)로 구성된다.Referring to FIG. 1, a conventional switch mode power supply (SMPS) for a light emitting diode includes a
발광다이오드용 정전류 전원부(20)는 제1 트랜스포머(21)와, 제1 정류기(14)가 출력하는 DC 전원을 고속 스위칭하여 제1 트랜스포머(21)의 1차측 권선에 인가하면서 역률보상 및 정전류 제어 기능을 수행하기 위한 제1 스위칭 역률보상 정전류 제어부(22)와, 제1 트랜스포머(21)의 2차측에 유기된 고주파 교류전원을 정류하여 발광다이오드 구동용 정전류를 출력하기 위한 제2 정류기(23)와, 밝기 및 온오프 제어신호에 따라 조명기기의 밝기를 제어하기 위한 밝기 제어부(24), 밝기 제어부(24)의 제어신호와 제2 정류기(23)의 모니터링 출력을 제1 스위칭 역률보상 정전류 제어부(22)로 피드백시키기 위한 제1 피드백부(25)로 구성된다.The constant current
또한 제어회로용 정전압 전원부(30)는 제2 트랜스포머(31)와, 제1 정류기(14)가 출력하는 DC 전원을 고속 스위칭하여 제2 트랜스포머(31)의 1차측 권선에 인가하면서 역률보상 및 정전압 제어 기능을 수행하기 위한 제2 스위칭 역률보상 정전압 제어부(32)와, 제2 트랜스포머(31)의 2차측에 유기된 고주파 교류전원을 정류하여 저전압 DC를 출력하는 제3 정류기(33)와, 제3 정류기의 모니터링 출력을 제2 스위칭 역률보상 정전압 제어부(32)로 피드백시키기 위한 제2 피드백부(34)와, 제3 정류기(33)의 저전압 DC를 레귤레이션하여 마이콤 등을 구동하기 위한 제어회로용 정전압을 출력하기 위한 정전압 변환부(35)로 구성된다.In addition, the constant voltage
그런데 이와 같이 2개의 스위칭회로와 2개의 트랜스포머를 사용해 정전류회로와 정전압회로를 별도로 구성할 경우, SMPS의 구조가 복잡해지고 원가가 상승하게 되는 문제점이 있다. 즉, 정전류 특성의 전원과 정전압 특성의 전원을 하나의 전원장치로 일체화하면서도 높은 역률과 엄격한 전자파 규제를 만족시키기 위해서는 전원장치의 구성이 복잡해지고, 원가가 상승되어 소비자에게 저렴하게 공급할 수 없는 문제점이 있다.However, when the constant current circuit and the constant voltage circuit are separately configured using two switching circuits and two transformers, there is a problem in that the structure of the SMPS becomes complicated and the cost increases. That is, in order to satisfy a high power factor and strict electromagnetic regulation while integrating a power supply with constant current characteristics and a power supply with constant voltage characteristics into one power supply device, the configuration of the power supply device becomes complicated and the cost increases, so that it cannot be supplied inexpensively to consumers. there is.
본 발명은 밝기 및 온/오프 제어가 가능한 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이(SMPS)에서 앞서 설명한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 트랜스포머를 사용하여 구조를 단순화하고 제조비용을 감소시키면서 무선으로 발광다이오드를 오프한 경우에도 안정된 마이콤 등의 동작이 가능하도록 된 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이를 제공하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above in a switch mode power supply (SMPS) for light emitting diode lighting devices capable of controlling brightness and on/off, and an object of the present invention is to provide a structure using a single transformer It is to provide a switching mode power supply for a light emitting diode lighting device that simplifies and reduces manufacturing cost and enables stable operation of a micom even when the light emitting diode is turned off wirelessly.
본 발명의 실시예는 밝기 및 온/오프 제어가 가능한 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이(SMPS)를 개시한다.An embodiment of the present invention discloses a switched mode power supply (SMPS) for a light emitting diode lighting device capable of controlling brightness and on/off.
개시된 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이(SMPS)는, 무선에 의한 밝기 및 온,오프 제어기능을 갖는 발광다이오드용 스위칭모드파워서플라이에 있어서, 발광다이오드 구동용 정전류 전원과, 마이콤과 같은 제어회로에 제공하기 위한 제어회로용 정전압 전원을 별도의 트랜스포머로 구성하지 아니하고, 하나의 트랜스포머를 이용하여 제공하는 것을 특징으로 한다.The disclosed switching mode power supply (SMPS) for light emitting diode lighting devices is a switching mode power supply for light emitting diodes having brightness and on/off control functions by wireless. It is characterized in that the constant voltage power supply for the control circuit to be provided is provided using one transformer without configuring a separate transformer.
상기 제어회로용 정전압 전원을 위해 제3 정류기로부터 만들어지는 전압이 발광다이오드 동작시에도 제어회로용 정전압의 2 내지 3배 이상으로 높지 아니하여 제3 정류기에 연결되는 정전압 변환부의 효율을 높게 유지하면서도 안정된 제어회로용의 정전압을 제공하는 것이다.The voltage generated from the third rectifier for the constant voltage power supply for the control circuit is not higher than 2 to 3 times higher than the constant voltage for the control circuit even when the light emitting diode operates, so that the efficiency of the constant voltage conversion unit connected to the third rectifier is maintained high and stable. It is to provide a constant voltage for the control circuit.
제3 정류기에 연결되는 정전압 변환부로의 출력전압이 마이콤 등의 제어회로 구동에 필요한 전압으로 유지될 수 있도록 하기 위해, 무선으로 발광다이오드를 오프한 경우에는 제2 정류기의 출력전압이 발광다이오드 오프시 노멀 전압이 유지되도록 밝기제어 및 피드백부를 설정하고, 무선으로 발광다이오드를 오프한 경우에 제3 정류기의 낮아진 전압보다 제2 정류기의 출력전압을 제3 정류기의 출력단에 중첩시켜 안정된 제어회로용 정전압을 제공하는 것을 특징으로 한다.In order to maintain the output voltage to the constant voltage conversion unit connected to the third rectifier as a voltage necessary for driving a control circuit such as a micom, when the light emitting diode is turned off wirelessly, the output voltage of the second rectifier is changed when the light emitting diode is turned off. The brightness control and feedback unit is set so that the normal voltage is maintained, and when the light emitting diode is turned off wirelessly, the output voltage of the second rectifier is superimposed on the output terminal of the third rectifier to obtain a stable constant voltage for the control circuit. It is characterized by providing
또한 무선으로 발광다이오드를 오프상태로 한 경우, 저전압 검출 및 보상부가 제3 정류기의 출력전압을 제너다이오드로 설정된 기준전압과 비교하여 제3 정류기의 출력전압이 기준전압보다 낮아질 경우 트랜지스터를 온시켜 제2 정류기의 출력전압을 정전압 변환부의 입력단에 중첩시킬 수 있도록 된 것이다.In addition, when the light emitting diode is turned off wirelessly, the low voltage detection and compensation unit compares the output voltage of the third rectifier with the reference voltage set by the zener diode, and turns on the transistor when the output voltage of the third rectifier is lower than the reference voltage. 2 This is so that the output voltage of the rectifier can be superimposed on the input terminal of the constant voltage converter.
본 발명의 다른 실시예는 밝기 및 온/오프 제어가 가능한 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이(SMPS)를 개시한다.Another embodiment of the present invention discloses a switched mode power supply (SMPS) for a light emitting diode lighting device capable of controlling brightness and on/off.
개시된 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이(SMPS)는, 하나의 트랜스포머와, 교류전원을 정류하여 상기 트랜스포머의 1차측에 직류전압을 인가하는 제1 정류기와, 피드백 제어신호에 따라 상기 트랜스포머의 1차측에 인가된 직류전압을 고속으로 스위칭하고 역률을 보상하기 위한 스위칭 및 역률 제어부와, 상기 트랜스포머의 2차측에 유기된 고주파 교류신호를 정류하여 발광다이오드 구동용 정전류 전원을 제공하는 제2 정류기와, 상기 제2 정류기의 출력과 외부로부터 전달된 밝기 및 온/오프 제어신호를 입력받아 상기 제2 정류기의 출력이 정전류를 유지하고 발광다이오드를 온/오프 혹은 광량을 조절하기 위한 피드백 제어신호를 생성하여 상기 스위칭 및 역률 제어부로 피드백시키는 밝기제어 및 피드백부와, 상기 트랜스포머의 2차측에 유기된 고주파 교류전압을 정류하여 제어회로용 직류전압을 출력하는 제3 정류기와, 상기 제3 정류기의 직류전압을 레귤레이션시켜 안정화된 제어회로용 정전압을 제공하는 정전압 변환부와, 상기 제2 정류기와 상기 제3 정류기 사이에 연결되어 제3 정류기의 직류전압이 기준전압보다 낮아지면 상기 제2 정류기의 출력을 상기 정전압 변환부로 제공하는 저전압 검출 및 보상부를 포함한다.A switched mode power supply (SMPS) for a light emitting diode lighting device disclosed herein includes a transformer, a first rectifier for rectifying AC power and applying a DC voltage to the primary side of the transformer, and the primary side of the transformer according to a feedback control signal. A switching and power factor control unit for switching the DC voltage applied to the DC voltage at high speed and compensating for the power factor, and a second rectifier for rectifying the high-frequency AC signal induced in the secondary side of the transformer to provide a constant current power source for driving a light emitting diode; By receiving the output of the second rectifier and the brightness and on/off control signals transmitted from the outside, the output of the second rectifier maintains a constant current and generates a feedback control signal for turning on/off the light emitting diode or adjusting the amount of light. A brightness control and feedback unit for feeding back to the switching and power factor controller, a third rectifier for outputting a DC voltage for a control circuit by rectifying the high-frequency AC voltage induced in the secondary side of the transformer, and regulating the DC voltage of the third rectifier and a constant voltage conversion unit that provides a stabilized constant voltage for the control circuit, and is connected between the second rectifier and the third rectifier to convert the output of the second rectifier to the constant voltage when the DC voltage of the third rectifier is lower than the reference voltage It includes a low voltage detection and compensation unit provided as a unit.
상기 밝기제어 및 피드백부는 무선으로 발광다이오드를 오프한 경우에 상기 제2 정류기의 출력전압이 발광다이오드 오프시 노멀 전압으로 유지되도록 상기 피드백 제어신호를 설정하는 것이고, 상기 저전압 검출 및 보상부는 상기 제3 정류기의 저전압을 검출하기 위한 기준전압을 설정하는 제너다이오드와, 상기 제3 정류기의 출력전압이 상기 제너다이오드로 설정된 기준전압 이하가 되면 턴온되어 상기 제2 정류기의 출력전압을 상기 정전압 변환부로 연결하기 위한 트랜지스터로 구성된다.The brightness control and feedback unit sets the feedback control signal so that the output voltage of the second rectifier is maintained as a normal voltage when the light emitting diode is turned off wirelessly, and the low voltage detection and compensation unit sets the third A zener diode for setting a reference voltage for detecting the low voltage of the rectifier, and turned on when the output voltage of the third rectifier is less than the reference voltage set by the zener diode, and connecting the output voltage of the second rectifier to the constant voltage converter It consists of transistors for
상기 제2 정류기는 고주파 리플을 제거하기 위한 리플제거회로를 더 포함할 수 있다.The second rectifier may further include a ripple removal circuit for removing high frequency ripples.
본 발명의 실시예에 따른 스위칭모드파워서플라이(SMPS)는 무선으로 밝기 및 온/오프 제어가 가능한 발광다이오드용 정전류 전원과 마이콤 등을 구동하기 위한 정전압 전원을 하나의 트랜스포머와 하나의 역률보상 및 제어회로로 구성하여 구조를 단순화하고 제조비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. A switching mode power supply (SMPS) according to an embodiment of the present invention is a constant current power supply for a light emitting diode capable of controlling brightness and on/off wirelessly and a constant voltage power supply for driving a microcomputer, etc. with one transformer and one power factor correction and control It has the effect of simplifying the structure and reducing the manufacturing cost by configuring the circuit.
또한 본 발명의 실시예에 따른 스위칭모드파워서플라이(SMPS)는 트랜스포머의 2차측에 저전압 검출 및 보상회로를 추가하여 무선으로 발광다이오드를 오프한 경우에도 마이콤 등의 제어회로용 전압이 낮아지지 않도록 하여 마이콤 등의 안정된 동작을 보장할 수 있다. In addition, the switching mode power supply (SMPS) according to an embodiment of the present invention adds a low voltage detection and compensation circuit to the secondary side of the transformer so that the voltage for control circuits such as microcomputers does not decrease even when the light emitting diode is wirelessly turned off. Stable operation of microcomputers can be guaranteed.
도 1은 마이콤 구동용 정전압회로를 독립적으로 구성한 종래의 밝기 및 온오프 제어가 가능한 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이의 구성 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이의 구성 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저전압 검출 및 보상부의 구체 회로를 도시한 회로도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 밝기 및 온오프 제어가 가능한 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이의 전체 회로도이다.1 is a configuration block diagram of a switching mode power supply for a light emitting diode lighting device capable of controlling brightness and on/off in a conventional manner in which a constant voltage circuit for driving a microcomputer is independently configured;
2 is a block diagram of a switching mode power supply for a light emitting diode lighting device according to an embodiment of the present invention;
3 is a circuit diagram showing a specific circuit of a low voltage detection and compensation unit according to an embodiment of the present invention;
4 is an overall circuit diagram of a switching mode power supply for a light emitting diode lighting device capable of controlling brightness and on/off according to an embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. The technical problems achieved by the present invention and its practice will become clearer with the preferred embodiments of the present invention described below. The following examples are merely illustrative of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이의 구성 블록도이다.2 is a configuration block diagram of a switching mode power supply for a light emitting diode lighting device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 노이즈 필터(102), 제1 정류기(104), 하나의 트랜스포머(106), 하나의 스위칭 및 역률 제어부(110), 발광다이오드 구동용 정전류 전원을 공급하기 위한 제2 정류기(120), 외부로부터 밝기 및 온오프 제어신호를 입력받고 제2 정류기(120)의 출력을 입력받아 피드백 제어신호를 스위칭 및 역률 제어부(110)로 궤환시키기 위한 밝기제어 및 피드백부(130&140), 제3 정류기(150), 제3 정류기(150)의 저전압을 검출하여 보상하기 위한 저전압 검출 및 보상부(160), 제3 정류기(150)의 출력을 안정화시켜 마이콤 구동용 정전압을 제공하는 정전압 변환부(170)로 구성된다.As shown in FIG. 2, a switch
도 2를 참조하면, 노이즈 필터(102)는 외부에서 인가된 교류입력의 노이즈를 제거하는 라인 필터이다. 이때 노이즈 필터(102)는 외부의 교류입력단에서 들어오는 높은 펄스성의 전압으로부터 파워서플라이의 파손을 보호하는 써지흡수회로를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the
제1 정류기(104)는 외부에서 인가된 교류전원을 전파 정류하여 직류로 변환하는 브리지다이오드(BD)와, 브리지다이오드에서 출력된 직류전원을 평활화하는 캐패시터를 포함하여 노이즈 필터(102)를 거친 교류전원을 전파 정류하여 스위칭을 위한 직류전압으로 변환하여 트랜스포머(106)의 1차측 권선(106a)에 인가한다.The
트랜스포머(106)는 제1 정류기(104)와 스위칭 및 역률 제어부(110)에 연결되는 1차측 권선(106a)과, 제2 정류기(120)에 연결되는 2차측 권선(106b-1)과, 제3 정류기(150)에 연결되는 2차측 권선(106b-2) 등을 포함하여 1차측 권선의 전압을 각 권선비에 따라 2차측 권선으로 각각 전달한다. 이때 1차측 권선에 인가된 DC 전압을 반도체 스위칭소자에 의해 고속으로 스위칭하여 2차측 권선으로 유기되도록 함으로써 저주파용 트랜스포머보다 크기가 작은 고주파용 트랜스포머를 사용할 수 있게 한다.The
스위칭 및 역률 제어부(110)는 제1 정류기(104)에서 정류된 직류전원을 스위칭회로에서 높은 주파수의 교류로 변환하여 트랜스포머(106)의 1차측에 인가하고 동시에 트랜스포머(106) 2차측의 피드백 제어신호에 의해 제2 정류기(120)의 출력이 정전류가 되도록 제어하며, 역률보상 등의 제반 특성을 제어한다. 또한 스위칭 및 역률 제어부(110)는 기준전압을 발생하는 기준전압 발생기와, 제1 정류기(104)의 직류출력전압을 높은 주파수의 교류전압으로 바꾸기 위해 스위칭 트랜지스터를 구동하기 위한 발진회로와, 교류입력전압의 위상에 맞추어 교류입력전류를 제어하여 높은 역률을 유지하기 위한 역률보상 기능과, 밝기제어 및 피드백부(130&140)를 통해 제2 정류기(120)의 정전류 제어, 과전압 출력제한, 및 밝기제어, 온오프 제어신호를 받아 조명기기의 제어 등 제반 제어기능을 수행하는 비교연산증폭기 등을 포함할 수 있다.The switching and
제2 정류기(120)는 트랜스포머(106)의 2차측에서 강압된 높은 주파수의 교류전원을 정류한다. 이를 위해 제2 정류기(120)는 트랜스포머(106)로부터의 출력을 정류하는 다이오드(D8)와, 정류된 직류전압을 평활화하는 평활캐패시터(C12)로 구성되며, 발광다이오드에 가해지는 눈에 보이지 않는 빛의 떨림을 제거하기 위한 교류 리플 제거회로(124)를 포함할 수 있다.The
피드백부(130)와 밝기제어부(140)(이하, '밝기제어 및 피드백부'라 함)는 제2 정류기(120)의 출력이 정전류를 유지하도록 전류값을 검출하고, 무부하시의 과전압을 억제하기 위한 신호를 트랜스포머(106)의 1차측의 스위칭 및 역률 제어부(110)로 피드백시킨다. 또한 밝기제어 및 피드백부(130&140)는 최저출력 전압설정 및 제한기능을 갖는다. 즉, 발광다이오드(조명기기)가 온 상태인 경우 제2 정류기(120)의 전압이 최대 밝기에서 50V 라면 최소 밝기에서는 40V 정도 출력되게 하며, 발광다이오드(조명기기)를 무선으로 오프한 경우에는 제2 정류기(120)의 전압이 대략 30V 이하에서 수V 정도까지 낮아지게 되는데, 이때 제2 정류기(120)의 전압을 대략 20V 정도로 유지시킨다. 이를 위해 밝기제어 및 피드백부(130&140)는 밝기 및 온,오프 제어를 위한 기준전압발생 및 비교연산 및 출력회로(IC2)와, 이들 신호를 트랜스포머(106) 1차측의 스위칭 및 역률 제어부(110)로 피드백시키기 위한 포토커플러(PC1) 등을 포함한다.The
제3 정류기(150)는 마이콤 등의 구동에 필요한 3V 내지 5V DC의 정전압을 만들기 위해 트랜스포머(106)의 2차측에 추가된 권선(106b-2)으로부터의 교류전압을 정류하기 위한 정류기로서, 정류용 다이오드와 평활캐패시터 등을 포함할 수 있다. 이때 제3 정류기(150)의 출력전압은 발광다이오드가 온된 상태에서 대략 10~15V DC 정도가 출력되도록 설정(예컨대, 제어회로용 정전압이 5V일 경우 2배 내지 3배로)한다. 만일, 이 전압을 15V DC 이상으로 높게 설정할 경우에는 정전압 변환부(170)의 효율이 저하될 수 있다.The
저전압 검출 및 보상부(160)는 발광다이오드의 밝기 및 온오프 제어 등에 의해 제3 정류기(150)의 출력전압이 크게 변화할 때 설정치 이하로 낮아지는 것이 감지될 경우 제2 정류기(120)의 출력전압을 제3 정류기(150)의 출력에 중첩시켜 정전압 변환부(170)의 출력전압이 낮아지는 것을 방지하기 위한 것이다. 이를 위해 저전압 검출 및 보상부(160)는 제3 정류기(150)의 출력전압이 제너다이오드(D52)로 설정한 기준전압 이하로 될 경우, 제2 정류기(120)에서 출력되는 비교적 높은 전압(약 20V DC)을 트랜지스터(Q50)와 다이오드(D51)를 통해 정전압 변환부(170)의 입력단에 중첩시켜 마이콤용(제어회로용) 정전압 출력이 낮아지는 것을 방지한다.The low voltage detection and compensating
정전압 변환부(170)는 제2 정류기(120)의 출력전압과 출력전류의 변동에 따라 제3 정류기(150)의 출력전압이 변하는 것을 방지하여 일정한 전압의 전원으로 만들어주기 위한 것이다. 이를 위해 정전압 변환부(170)는 마이콤용의 일정한 직류전압을 만들어내기 위한 정전압회로로 구성되며, 스위칭다운컨버터로 구성하거나 스위칭회로에서 발생하는 전자파노이즈를 피하기 위해 시리즈 레귤레이터와 같은 다운컨버터로 구성되며, 전해캐패시터 등을 포함할 수 있다.The constant
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저전압 검출 및 보상부를 도시한 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a low voltage detection and compensation unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 저전압 검출 및 보상부(160)는 도 3에 도시된 바와 같이, 발광다이오드용 정전류 전원을 제공하기 위한 제2 정류기(120)와 마이콤용 직류전압을 생성하기 위한 제3 정류기(150) 사이에 연결되어 제3 정류기(150)의 저전압을 검출하기 위한 기준전압을 설정하는 제너다이오드(D52)와, 제3 정류기(150)의 전압이 제너다이오드(D52)로 설정된 기준전압(예컨대, 10V) 이하가 되면 턴온되어 제2 정류기(120)의 높은 전압(약 20V DC)을 정전압 변환부(170)로 연결하기 위한 트랜지스터(Q50)와, 역방향으로 전류가 흐르는 것을 차단하기 위한 다이오드(D51)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the low voltage detection and
도 3을 참조하면, 발광다이오드(LED)의 밝기가 최대인 경우, 발광다이오드로 출력되는 제2 정류기(120)의 출력전압이 50V라면 발광다이오드의 밝기를 오프되기 직전의 최소로 한 경우의 정전류 출력전압은 약 40V 정도로 유지된다. 그리고 발광다이오드를 오프한 경우의 전압은 저전압 제어기능이 없는 경우에는 수V에서 10수V 사이를 오르내리는 것을 반복하게 된다. 이때 본 발명의 실시예에서는 발광다이오드 오프 시 제2 정류기(120)의 출력전압이 발광다이오드를 오프시키면서도 제3 정류기(150)의 출력전압보다 높은 전압(이를 '발광다이오드 오프시 노멀 전압'이라 한다) 약 20V 정도를 유지하도록 밝기제어 및 피드백부(130&140)를 설정하여 발광다이오드 오프시에도 제2 정류기(120)의 출력전압이 약 20V 정도가 유지되도록 한다.Referring to FIG. 3, when the brightness of the light emitting diode (LED) is maximum, if the output voltage of the
그리고 본 발명의 실시예에서는 제2 정류기(120)와 제3 정류기(150) 사이에 도 3에서와 같이 제너다이오드(D52)와 트랜지스터(Q50) 등으로 구성된 저전압 검출 및 보상부(160)를 추가하여 발광다이오드 오프(조명기기 오프)시 제3 정류기(150)의 전압이 제너다이오드(D52)로 설정된 기준전압보다 낮아지면 트랜지스터(Q50)가 온되어 제2 정류기(120)로부터 트랜지스터(Q50)의 콜렉터에서 에미터로 전류가 흘러 제3 정류기(150)의 출력단의 전압이 9V 보다 낮아지지 않도록 하여 정전압 변환부(170)가 안정적인 5V의 마이콤 구동전압을 출력할 수 있게 한다. 즉, 조명기기 오프에 의해 제너다이오드(D52)의 전압치 10V에서 트랜지스터(Q50)의 베이스-에미터간 전압 약 0.6V와 에미터에서 제3 정류기(150)로 연결된 일반 다이오드(D51)의 순방향 전압강하 0.4~0.6V 를 뺀 전압인 대략 9V 보다 제3 정류기(150)의 출력전압이 낮아진 경우, 트랜지스터(Q50)가 온되어 제2 정류기(120)의 출력(발광다이오드 오프시 노멀 전압)을 정전압 변환부(170)로 연결한다.And in the embodiment of the present invention, a low voltage detection and
따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 무선으로 발광다이오드(조명기기)를 오프한 경우에도 마이콤 등의 제어회로용 전압이 계속 5V DC가 유지되도록 하여 마이콤 등의 제어회로의 안정된 동작을 보장할 수 있다. Therefore, according to an embodiment of the present invention, even when the light emitting diode (lighting device) is turned off wirelessly, the voltage for control circuits such as microcomputers is maintained at 5V DC to ensure stable operation of control circuits such as microcomputers. .
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 밝기 및 온/오프 제어가 가능한 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이(SMPS)의 전체 회로도이다.4 is an overall circuit diagram of a switched mode power supply (SMPS) for a light emitting diode lighting device capable of controlling brightness and on/off according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 전원단자를 통해 노이즈 필터(102)로 입력된 교류입력(AC Input)은 임펄스성 노이즈 등이 필터링된 후 브리지다이오드(BD)로 이루어진 제1 정류기(104)에서 전파 정류되고 평활 콘덴서(C3)에서 리플이 제거된 후 트랜스포머(106)의 일차측 권선(106a)에 인가된다.Referring to FIG. 4, the AC input input to the
스위칭 및 역률 제어부(110)는 일차측 권선(106a)에 인가된 제1 정류기(104)의 DC 출력을 고속으로 스위칭하면서 포토 카플러(PC1)를 통해 2차측으로부터 피드백되는 정전류제어신호와 밝기제어신호(즉, 피드백 제어신호)에 따라 PWM신호의 펄스폭을 제어하여 트랜스포머(106)의 2차측 권선(106b-1,106b-2)에 유기되는 전압의 크기를 제어한다.The switching and power
[조명기기 온 시 동작] [Operating when the lighting device is turned on]
만일, 외부로부터 인가되는 디밍신호에 의해 발광다이오드 조명기기가 온된 경우에는 밝기제어 및 피드백부(130&140)가 그에 따른 밝기제어신호(조명등 온)를 스위칭 및 역률 제어부(110)로 피드백시킨다.If the light emitting diode lighting device is turned on by a dimming signal applied from the outside, the brightness control and
스위칭 및 역률 제어부(110)는 밝기제어신호(조명등 온)에 따라 PWM신호의 펄스폭을 크게 제어하면서 일차측 권선에 인가된 제1 정류기(104)의 DC 출력을 고속으로 스위칭한다.The switching and power
고속 스위칭을 통해 2차측 권선에 유기된 고주파 전원은 제2 정류기(120)에 의해 반파 정류되고 평활회로에 의해 1차 필터링됨과 아울러 리플 제거회로(124)에 의해 고주파 리플이 제거되어 안정된 직류 정전류를 발광다이오드 소자측으로 공급하여 발광다이오드가 점등되게 한다. 이때 제2 정류기(120)의 출력전압은 조명기기의 최대 밝기의 전압(예컨대, 50V)과 최소 밝기의 전압(예컨대, 40V) 사이의 적정한 전압으로 출력되도록 설정된다.The high-frequency power induced in the secondary winding through high-speed switching is half-wave rectified by the
제3 정류기(150)는 고속 스위칭을 통해 2차측 권선에 유기된 고주파 전원을 반파 정류시켜 10 내지 15V DC 전압을 정전압 변환부(170)로 출력하고, 정전압 변환부(170)는 이 전압을 레귤레이션시켜 안정된 DC 5V 전압을 마이콤 등으로 이루어진 제어회로에 공급하여 마이콤 등이 정상 작동하게 된다.The
[조명기기 디밍 제어][Lighting Device Dimming Control]
조명기기가 점등된 상태에서 디밍신호에 의해 조명기기의 밝기가 조절되는 경우에는 밝기제어 및 피드백부(130&140)가 그에 따른 밝기 제어신호(디밍신호)를 스위칭 및 역률 제어부(110)로 피드백시키고, 이에 따라 스위칭 및 역률 제어부(110)가 제2 정류기(120)측으로 유기되는 전압의 크기를 밝기제어신호에 따라 조절하여 발광다이오드의 광량을 조절할 수 있게 한다.When the brightness of the lighting device is controlled by the dimming signal while the lighting device is on, the brightness control and
[조명기기 오프 시 동작] [Operation when lighting device is off]
만일, 외부로부터 발광다이오드 오프(조명기기 오프)신호가 입력된 경우에는 밝기제어 및 피드백부(130&140)가 그에 따른 밝기제어신호(조명등 오프)를 스위칭 및 역률 제어부(110)로 피드백시킨다.If a light emitting diode off (lighting device off) signal is input from the outside, the brightness control and
스위칭 및 역률 제어부(110)는 밝기제어신호(조명등 오프)에 따라 PWM신호의 펄스폭을 작게 제어하면서 일차측 권선에 인가된 제1 정류기(104)의 DC 출력을 고속으로 스위칭한다.The switching and
고속 스위칭을 통해 2차측 권선에 유기된 고주파 전원은 제2 정류기(120)에 의해 반파 정류되고 평활회로에 의해 1차 필터링된다. 이때 제2 정류기(120)의 출력전압은 약 20V 정도(발광다이오드 오프시 노멀 전압)로 유지되는데, 이 20V 전압은 발광다이오드의 최소밝기를 위한 전압(40V)보다 낮으므로 발광다이오드는 오프된다. The high-frequency power induced in the secondary winding through high-speed switching is half-wave rectified by the
또한 제3 정류기(150)는 고속 스위칭을 통해 2차측 권선에 유기된 고주파 전원을 반파 정류시켜 약 4 내지 8V의 DC 전압을 출력한다.In addition, the
이와 같이 제2 정류기(150)의 출력 전압이 제너다이오드(D52)로 설정한 기준전압 이하로 낮아질 경우에는 저전압 검출 및 보상부(160)의 트랜지스터(Q50)가 온되어 제2 정류기(120)의 출력전압(발광다이오드 오프시 노멀 전압)이 정전압 변환부(170)로 전달되고, 이에 따라 정전압 변환부(170)가 5V 정전압을 계속 출력하여 마이콤 등이 안정적으로 동작할 수 있게 한다.As such, when the output voltage of the
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. In the above, the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, but those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.
102: 노이즈 필터 104: 제1 정류기
106: 트랜스포머 110: 스위칭 및 역률 제어부
120: 제2 정류기 124: 리플 제거회로
130: 피드백부 140: 밝기 제어부
150: 제3 정류기 160: 저전압 검출 및 보상부
170: 정전압 변환부102: noise filter 104: first rectifier
106: transformer 110: switching and power factor controller
120: second rectifier 124: ripple removal circuit
130: feedback unit 140: brightness control unit
150: third rectifier 160: low voltage detection and compensation unit
170: constant voltage converter
Claims (8)
교류전원을 정류하여 상기 트랜스포머의 1차측에 직류전압을 인가하는 제1 정류기;
피드백 제어신호에 따라 상기 트랜스포머의 1차측에 인가된 직류전압을 고속으로 스위칭하고 역률을 보상하기 위한 스위칭 및 역률 제어부;
상기 트랜스포머의 2차측에 유기된 고주파 교류신호를 정류하여 발광다이오드 구동용 정전류 전원을 제공하는 제2 정류기;
상기 제2 정류기의 출력과 외부로부터 전달된 밝기 및 온/오프 제어신호를 입력받아 상기 제2 정류기의 출력이 정전류를 유지하고 발광다이오드를 온/오프 혹은 광량을 조절하기 위한 피드백 제어신호를 생성하여 상기 스위칭 및 역률 제어부로 피드백시키는 밝기제어 및 피드백부;
상기 트랜스포머의 2차측에 유기된 고주파 교류전압을 정류하여 제어회로용 직류전압을 출력하는 제3 정류기;
상기 제3 정류기의 직류전압을 레귤레이션시켜 안정화된 제어회로용 정전압을 제공하는 정전압 변환부; 및
상기 제2 정류기와 상기 제3 정류기 사이에 연결되어 제3 정류기의 직류전압이 기준전압보다 낮아지면 상기 제2 정류기의 출력을 상기 정전압 변환부로 제공하는 저전압 검출 및 보상부를 포함하는 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이.one transformer;
a first rectifier for rectifying AC power and applying a DC voltage to the primary side of the transformer;
a switching and power factor controller for high-speed switching of the DC voltage applied to the primary side of the transformer according to a feedback control signal and compensating for a power factor;
a second rectifier rectifying the high-frequency AC signal induced in the secondary side of the transformer to provide constant current power for driving a light emitting diode;
By receiving the output of the second rectifier and the brightness and on/off control signals transmitted from the outside, the output of the second rectifier maintains a constant current and generates a feedback control signal for turning on/off the light emitting diode or adjusting the amount of light. a brightness control and feedback unit for feeding back to the switching and power factor control unit;
a third rectifier outputting a DC voltage for a control circuit by rectifying the high-frequency AC voltage induced in the secondary side of the transformer;
a constant voltage converter providing a stabilized constant voltage for a control circuit by regulating the DC voltage of the third rectifier; and
A switching light emitting diode lighting apparatus including a low voltage detection and compensation unit connected between the second rectifier and the third rectifier and providing an output of the second rectifier to the constant voltage conversion unit when the DC voltage of the third rectifier is lower than the reference voltage. mod power supply.
무선으로 발광다이오드를 오프한 경우에 상기 제2 정류기의 출력전압이 발광다이오드 오프시 노멀 전압으로 유지되도록 상기 피드백 제어신호를 설정하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이.The method of claim 5, wherein the brightness control and feedback unit
When the light emitting diode is turned off wirelessly, the feedback control signal is set so that the output voltage of the second rectifier is maintained as a normal voltage when the light emitting diode is turned off.
상기 제3 정류기의 저전압을 검출하기 위한 기준전압을 설정하는 제너다이오드와,
상기 제3 정류기의 출력전압이 상기 제너다이오드로 설정된 기준전압 이하가 되면 턴온되어 상기 제2 정류기의 출력전압을 상기 정전압 변환부로 연결하기 위한 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이.The method of claim 5, wherein the low voltage detection and compensation unit
A zener diode for setting a reference voltage for detecting the low voltage of the third rectifier;
A switching mode power supply for a light emitting diode lighting device comprising a transistor that is turned on when the output voltage of the third rectifier is equal to or less than the reference voltage set by the zener diode and connects the output voltage of the second rectifier to the constant voltage converter. .
고주파 리플을 제거하기 위한 리플제거회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명기기용 스위칭모드파워서플라이.The method of claim 5, wherein the second rectifier
Switch mode power supply for light emitting diode lighting equipment, characterized in that it further comprises a ripple elimination circuit for removing high frequency ripple.
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