KR102504278B1 - A Converter Circuit for LED Lamps Having Power Factor Correction Function with Dimming Function - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 LED 램프용 컨버터 회로에 관한 것으로, 특히 저(低) 출력으로의 디밍시 추가적인 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a converter circuit for an LED lamp, and more particularly to a converter circuit for an LED lamp having an additional power factor correction function when dimming to a low output.
조명기구의 광원으로서 최근 많이 사용되는 LED는, 조도는 높으면서도 소비전력은 적고, 반영구적인 수명을 갖고, 친환경적, 감성적 조명 등의 다양한 장점을 가져, 최근 조명기구의 광원으로 대세를 형성하고 있다.LED, which is widely used as a light source for lighting fixtures, has various advantages such as high illuminance, low power consumption, semi-permanent lifespan, eco-friendly and emotional lighting, and has recently become a popular light source for lighting fixtures.
한편, LED의 점등을 위해서는 상용전원을 입력받아 점등에 필요한 정격전원으로 변환하여 공급하는 전원공급장치인 컨버터가 필요한바, 이러한 컨버터는, 눈부심 제거, 쾌적한 분위기 연출, 에너지 절감 등을 위해, 대개 밝기 조절 기능, 즉 디밍(Dimming) 기능을 갖는 컨버터가 사용된다.On the other hand, in order to light the LED, a converter, which is a power supply device that receives commercial power and converts it into the rated power required for lighting, is required. A converter with a regulating function, ie a dimming function, is used.
다른 한편, 조명 장치의 품질을 결정하는 요소 중 하나로서 컨버터의 역률(Power Factor)을 들 수 있는바, 역률은 교류 회로에서 유효전력(실제로 사용된 전력)을 피상전력(전원에서 공급된 총 전력)으로 나눈 값으로, 조명 장치에 실제로 걸리는 전압과 전류가 얼마나 유효하게 일했는지를 나타내는 비율이다. 역률이 높을수록 피상전력과 유효전력의 차이가 없어져 전력 낭비를 최소화할 수 있다.On the other hand, one of the factors that determine the quality of a lighting device is the power factor of the converter. The power factor is the difference between the active power (actually used power) in an AC circuit and the apparent power (total power supplied from the power source). ), it is a ratio that indicates how effectively the voltage and current actually applied to the lighting device worked. As the power factor is higher, the difference between apparent power and active power disappears, so power waste can be minimized.
그런데, 디밍 기능을 갖는 컨버터를 이용하여 조명 장치의 밝기가 조절될 때, 입력단 전류 변화에 기인한 PWM IC의 스위칭 주파수 변화로 인한 시정수의 불일치 및 위상 변이로 역률이 저하되는 현상을 피할 수 없으며, 컨버터의 역률 저하 현상은 전력 효율 저하로 이어지므로, 컨버터를 이용하여 조명 장치의 밝기가 조절될 때 필요 이상의 전력이 소모되는 문제가 발생한다.However, when the brightness of a lighting device is adjusted using a converter having a dimming function, it is unavoidable that the power factor is lowered due to a phase shift and mismatch of the time constant due to a change in the switching frequency of the PWM IC due to a change in input stage current. , Since the power factor reduction phenomenon of the converter leads to a decrease in power efficiency, when the brightness of the lighting device is adjusted using the converter, more power than necessary is consumed.
즉, LED 조명용 컨버터 중 디밍컨버터는 LED 부하의 전류를 제어하여 밝기를 조정하는데, 100% 출력에서는 역률(PF)이 유지되나 출력전류를 제어하여 밝기를 줄이면 역률(PF)이 낮아지게 된다. 이때 일반적으로 LED조명의 역률(PF)은 일정 이상을 넘어야 하나 출력이 낮아지면 역률도 낮아져 (일례로 출력이 20% 정도로 낮아지게 되면 역률(PF)은 0.7~0.6 이하로 낮아져) 전력손실이 커진다. 그러므로 LED 조명용 디밍컨버터에서 낮은 출력에서도 역률(PF)이 좋은 컨버터가 개발될 필요가 있었다.That is, among converters for LED lighting, the dimming converter adjusts the brightness by controlling the current of the LED load. At 100% output, the power factor (PF) is maintained, but when the brightness is reduced by controlling the output current, the power factor (PF) is lowered. At this time, in general, the power factor (PF) of the LED lighting must exceed a certain level, but when the output is lowered, the power factor is also lowered (for example, when the output is lowered to about 20%, the power factor (PF) is lowered to 0.7 to 0.6 or less), and power loss increases. . Therefore, it was necessary to develop a converter with a good power factor (PF) even at low output in a dimming converter for LED lighting.
디밍 기능과 함께 역률을 좋게 개선하기 위한 제1 종래기술로서, 대한민국 특허 제1455146호 (고효율 LED 디밍 컨버터) 와 같은 것이 있다.As a first prior art for improving the power factor well together with the dimming function, there is something such as Korean Patent No. 1455146 (high efficiency LED dimming converter).
상기 제1 종래기술은, 도 1에서 보는 바와 같이, EMI 필터(10), 정류부(20), 역률개선 PWM부(30), 트랜스(T1), 직류부(40), 피드백부(50), 구동전원공급부(60), 디밍제어부(70), 디밍인터페이스부(80) 등의 구성요소 대별된다.As shown in FIG. 1, the first prior art includes an
상기 역률개선부 PWM부(30)는, 상기 트랜스(T1)를 온오프하여 스위칭시키는 스위칭소자(Q1)와, 상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하는 제어부(U1)와, 상기 제어부(U1)의 초기 구동을 위한 스타트 전압을 제공하는 스타트 저항(R2, R24) 및 캐패시터(C9)와, 상기 정류부(20)의 출력 맥류전원의 전압파형을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전압감지부(R1, R23, R3, C6)와, 상기 트랜스(T1)의 1차측에 권선되어 자속결합된 보조코일(t1)과, 상기 보조코일(t1)에서 유기되는 전압을 정전압화하여 구동전원으로 변환하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 구동전원부(D12, R28, Q3, C14, C12, R21, ZD1, Q3)와, 상기 보조코일(t1)로부터 상기 트랜스(T1)의 스위칭에 따라 유기되는 전류를 감지, 특히 전류의 세기가 0이 되는 영점을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전류감지부(R13)와, 스위칭에 따라 상기 트랜스(T1)의 1차측에 유기되는 역기전력의 세기를 제한하여 보호하는 스너버(D9, R12, C11)와, 상기 제어부(U1)의 구동을 위해 연결되는 주변소자(R5,7,8,9,10,11,14, C8 등)들을 포함한다.The power factor improving
상기 구동전원부(D12, R28, Q3, C14, C12, R21, ZD1, Q3)는 저조도 디밍에서도 안정적인 구동전압을 유지하므로 낮은 조도에서도 역률개선 PWM부(30)가 안정적으로 동작하도록 해준다.The driving power supply units D12, R28, Q3, C14, C12, R21, ZD1, and Q3 maintain a stable driving voltage even in low light dimming, so that the power factor
상기 제어부(U1)는 상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하여 상기 트랜스(T1)에서 유기되는 전류의 파형을 상기 정류부(20)에서 출력되는 전압의 파형에 모양이 일치되도록 하여, 즉, 전압과 전류가 동위상이 되도록 하여 역률을 개선한다.The control unit U1 controls the switching of the switching element Q1 so that the waveform of the current induced in the transformer T1 matches the waveform of the voltage output from the rectifying
이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(U1)는 상기 전압감지부(R1, R23, R3, C6)가 감지하는 상기 정류부(20)의 출력 맥류전원의 전압파형에서 전압의 세기가 큰 중간시점에서는 저주파로 상기 스위칭소자(Q1)를 온오프 스위칭시키고, 전압의 세기가 약한 시종시점에서는 상대적으로 고주파로 상기 스위칭소자(Q1)를 온오프 스위칭시켜, 스위칭에 따라 트랜스(T1)에서 매순간 유기되는 전류들을 연결하는 평균치의 전류파형이 전압파형과 주기가 같고 모양이 일치되도록 하여 역률을 개선한다.More specifically, the control unit U1, at an intermediate point in time when the intensity of the voltage in the voltage waveform of the output pulsating current power supply of the rectifying
그리고 상기 직류부(40)의 출력측에는 부하인 LED로 공급되는 전압을 센싱하는 전압센싱부로서 저항(R18)과, LED로 공급되는 전류를 센싱하는 전류센싱부로서 저항(R30, R31)과, 디밍을 위한 기준전압을 제공하는 디밍전원부(90)가 연결된다.And, on the output side of the
상기 전압센싱부로서 저항(R18)은 1번단자를 통해 감지되는 전압을 상기 디밍제어부(70)에 제공하고, 상기 전류센싱부로서 저항(R31)은 감지되는 전류를 4번단자를 통해 상기 디밍제어부(70)에 제공하고, 상기 디밍전원부(90)는 디밍을 위한 기준전압을 5번단자와 5'번단자를 통해 각각 상기 디밍제어부(70)와 디밍인터페이스부(80)에 제공한다.The resistor R18 as the voltage sensing unit provides the voltage sensed through the first terminal to the dimming control unit 70, and the resistor R31 as the current sensing unit supplies the sensed current through the fourth terminal to the dimming control unit 70. The dimming
상기 디밍전원부(90)는 디밍을 위한 기준전압, 즉, LED의 조도를 변화시키는 디밍명령신호의 범위의 최대 전압을 제공한다. 예를 들어, 디밍명령신호가 0~10 볼트의 범위를 가질 때 최대 전압인 10 볼트가 디밍을 위한 기준전압이 되어 디밍제어부(70)와 디밍인터페이스부(80)에 제공된다. 이 기준전압은 외부에서 디밍명령신호가 기준전압 이상의 크기로 입력되더라도 디밍인터페이부(80)와 디밍제어부(70)가 입력받아 인식하는 디밍명령신호가 10 볼트를 넘지 않도록 한다.The dimming
상기 디밍전원부(90)는 저항(R41, R42, R26)과 캐패시터(C26), 그리고 가변레귤레이터(U3)로 구성되며, 상기 직류부(40)의 출력전압에서 저항 R22를 통하여 저항 R41과 R42의 비에 의해 10볼트의 기준전압을 생성한다.The dimming
상기 디밍인터페이스부(80)는 외부에서 입력되는 디밍명령신호가 디밍제어부(70)에 영향을 주지 않도록 하면서 디밍명령신호를 디밍제어부(70)에 제공하고, 입력되는 디밍명령신호가 최저기준치 이하인 때에는 소등신호를 디밍제어부(70)에 제공하여 소등이 되도록 한다.The
그러나, 상기 제1 종래기술의 경우는, 상기 제어부(U1)가 상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하여 상기 트랜스(T1)에서 유기되는 전류의 파형을 상기 정류부(20)에서 출력되는 전압의 파형에 모양이 일치되도록 하여, 즉, 전압과 전류가 동위상이 되도록 하여 역률을 개선하게 되므로, 점점 주파수가 높아지는 고주파 회로에서 제로점을 정확히 맞추어 동위상으로 일치시키기가 쉽지 않으며, 따라서 역률개선에 한계가 있다.However, in the case of the first prior art, the control unit U1 controls the switching of the switching element Q1 so that the waveform of the current induced in the transformer T1 is the voltage output from the rectifying
한편, 역시 디밍 기능과 함께 역률을 좋게 개선하기 위한 제2 종래기술로서, 대한민국 특허 제2033953호 (LED 조명용 컨버터의 역률 개선 장치 및 방법) 와 같은 것이 있다.On the other hand, as a second prior art for improving the power factor well together with the dimming function, there is something such as Korean Patent No. 2033953 (Apparatus and Method for Improving Power Factor of Converter for LED Lighting).
상기 제2 종래기술은, 도 2에서 보는 바와 같으며, 상기 제2 종래기술에 따른 LED 조명용 컨버터의 역률 개선 장치(100)는, EMC(electromagnetic compatibility) 필터 모듈(110), 브릿지(bridge) 정류 모듈(120), 제1 트랜스포머(transformer)(130), 제2 트랜스포머(140), PWM(pulse width modulation) 스위칭 제어 모듈(150), 스위칭 모듈(160), 평활 회로 모듈(170), 전압 감지 모듈(180), 트랜스포머 연결 제어 모듈(190)을 포함하도록 구성될 수 있다.The second prior art is as shown in FIG. 2, and the power
상기 제2 종래기술의 LED 조명용 컨버터의 역률 개선 장치(100)는 부하로 직접 입력되는 DC 출력 신호의 전압을 지속적으로 감지하여 부하에 따라 역률(power factor)이 저하되지 않고, 일정 수준 이상으로 유지되도록 구성될 수 있다.The power
상기 LED 조명용 컨버터의 역률 개선 장치(100)는 DC 출력 신호의 전압치에 따라 제1 트랜스포머(130)와 제2 트랜스포머(140)의 병렬 연결을 온/오프(on/off)시켜 전체 트랜스포머의 리액턴스(reactance)를 변화시킴으로써, 역률을 조정하도록 구성될 수 있다.The power
즉, 전압 감지 모듈(180)이 평활 회로 모듈(130)에서 출력되는 DC 출력 신호의 전압을 감지하여, 트랜스포머 연결 제어 모듈(190)이 전압 감지 모듈(180)에서 감지된 전압에 따라 상호 간에 병렬 연결되는 제1 트랜스포머(130) 및 제2 트랜스포머(140)의 병렬 연결을 온/오프(on/off)시키고, 트랜스포머 연결 제어 모듈(190)은 전압 감지 모듈(180)에서 감지된 DC 전압 신호의 듀티비(duty ratio)가 소정 비율 이하로 낮아지면, 제1 트랜스포머(130) 및 제2 트랜스포머(140)의 연결을 온/오프(on/off)시켜 소정 비율 이상으로 듀티비를 유지하도록 구성될 수 있다.That is, the
좀 더 구체적으로는, 제1 트랜스포머(130) 및 제2 트랜스포머(140)의 연결을 온/오프(on/off)시켜 제1 트랜스포머(130) 및 제2 트랜스포머(140)의 한 쌍의 리액턴스(reactance)가 가변되어 역률 보상되어 일정 이상의 역률이 유지되도록 구성될 수 있다.More specifically, by turning on / off the connection of the
그러나, 상기 제2 종래기술의 경우, 트랜스포머의 리액턴스(reactance)를 변화시킴으로써 역률을 조정하기 위해서는, 비교적 큰 공간을 차지하며 고가의 인덕터를 사용하여야 하므로, 경제성 측면에서 바람직하지 않으며, 실제 제품화하는 과정에서 공간적으로 여러 제약이 발생할 수 있다.However, in the case of the second prior art, in order to adjust the power factor by changing the reactance of the transformer, it takes up a relatively large space and requires the use of an expensive inductor, which is not preferable in terms of economy, and the process of actual productization Several constraints can occur spatially in .
계속해서, 역시 디밍 기능과 함께 역률을 좋게 개선하기 위한 제3 종래기술로서 대한민국 특허 제2333323호 (저출력에서 역률이 향상된 디밍기능이 있는 LED 모듈 전원공급용 컨버터) 는, 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같다.Subsequently, as a third prior art for improving the power factor well together with the dimming function, Korean Patent No. 2333323 (LED module power supply converter having a dimming function with improved power factor at low output), as shown in FIGS. 3 and 4 same as bar
상기 제3 종래기술에 따른 저출력에서 역률이 향상된 디밍기능이 있는 LED 모듈 전원공급용 컨버터는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 안전 및 EMI 필터부(100), 1차 정류부(200), 스너버 회로부(300), 컨트롤러부(400), 스위칭부(500), 트랜스(600), 역률향상회로부(700), 서지전압 방지부(800), 2차 정류부(900), 정전류 및 디밍 컨트롤부(1000), 디밍센서용 전원부(1100), PWM 디밍신호 입력부(1200) 및 EMI 필터부(1300)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the converter for supplying LED module power having a dimming function with improved power factor at low output according to the third prior art includes a safety and
역률향상회로부(700)는 역률을 향상시키기 위해서는 루프보상단자(COMP)의 안정화를 위한 외부 RC네트워크를 일부 보상시켜 줘야한다. 이 외부 RC네트워크를 고정시키면 입력전류나 출력전류에 변동이 있을때 역률이 나빠질 수 있으므로, 역률을 향상시키기 위해서는 드라이버IC(U1)의 루프보상단자(CMP)의 안정화를 위한 외부 콘덴서(C5)에 역률향상회로를 보상시켜 줘야하는데, 이 외부 콘덴서(C5)를 고정시키면 입력전류나 출력전류에 변동이 있을때 역률이 나빠질 수 있다.In order to improve the power factor, the power factor improving
이와 같은 역률개선, 즉 역률향상을 위하여 1차정류부(200)와, 컨트롤러부(400) 사이에 구성되어 직렬된 3개의 저항(R4, R5, R6)와 부하저항(R2)은 상용전원을 전파정류하여 루프보상단자(CMP)를 보상하기 위한 신호원을 만드는데 적절한 전압레벨은 저항(R4), 저항(R5), 저항(R6)과 부하저항(R2)의 저항분배로 전압을 맞추고, 콘덴서(C3)은 조절된 신호원에서 AC 신호원만 루프보상단자(CMP)로 공급한다. 루프보상단자(CMP)의 외부에는 RC네트워크로 콘덴서(C4)과 저항(R9)로 구성된 댐퍼(DAMPER)회로를 추가하여 루프보상단자(CMP)의 급격한 전압레벨 변동에도 적절히 응답하도록 한다.For such power factor improvement, that is, power factor improvement, three resistors (R4, R5, R6) and a load resistor (R2) configured between the
이를 도 4를 통해 보다 상세히 설명하면, 1차정류부(200)와, 컨트롤러부(400) 사이에 구성되어 직렬된 3개의 저항(R4, R5, R6)과 직렬연결된 저항 중 R6에 일측단이 연결된 부하저항(R2)는 전파정류부(710)를 구성하여 상용전원을 전파정류하여 CMP회로를 적절하게 구동시키기 위해 저항분배하여 전압레벨을 맞추며, 그 중 부하저항(R2)의 타측단은 전파정류하고 전압을 낮춘 신호를 드라이버IC(U1)의 CMP단에 공급하는 역활을 한다. 전파정류인 AC신호원만 필요하므로 드라이버IC(U1)의 CMP단과 부하저항(R2) 사이에는 콘덴서(C3)를 사용하여 CMP단에 공급한다.4, one end is connected to R6 among the three resistors (R4, R5, R6) serially connected between the
드라이버IC(U1)의 CMP단으로 적절한 용량의 콘덴서(C3)만으로도 효과를 얻을수 있으나 급격한 전압레벨 변동에 응답이 미치지 못하는 경우가 있어 드라이버IC(U1)의 CMP단에는 저항(R9)과, 콘덴서(C4, C5)로 댐퍼(DAMPER)회로(730)를 추가 구성하였다. 예로 특정 출력에서 CMP 전압이 높은레벨에서 낮아지는 경우와 낮은레벨에서 높아지는 경우 역률(PF)나 총 고조파 왜곡(THD)가 상이하게 나타나는 문제를 해소시킬 수 있다.As the CMP stage of the driver IC (U1), the effect can be obtained only with a capacitor (C3) of appropriate capacity, but there are cases where it does not respond to rapid voltage level changes. A
한편 드라이버IC(U1)의 CMP단자(740)는, 역률(PF) 향상회로부(700)가 없는 경우, CMP 단자는 내부 DC 바이어스와 외부 콘덴서에 의해 DC 전압으로 동작하여 100% 출력전류인 경우 DC 18Vdc에서 출력전류 20% 인 경우 DC 11Vdc로 낮아지며 이에따라 역률(PF)도 같이 낮아진다.On the other hand, the
그러나 역률(PF) 향상회로부(700)가 있는 경우에는, CMP 단자는 내부DC 바이어스와 외부 콘덴서에 의한 DC 전압에 콘덴서(720)를 통해 유입된 신호에 의해 선택적으로 CMP단 전압레벨을 상향 변동시켜 올려주고, CMP단 신호레벨로 인해 LED 드라이버 IC(U1) 내부 고정 톱니파를 CMP 핀의 전압과 비교, 제어하여 내부 로직콘트롤을 거치고 적절한 출력이 나올수 있도록 내부 구동회로가 동작하게 되므로, 역률이 향상된다.However, when there is a power factor (PF) enhancing
그러나, 상기 제3 종래기술 역시, 제1 종래기술과 유사하게, PWM 제어용 드라이버 IC에 의해 단자에 연결된 고정된 소자들의 시정수나 파라미터에 의해 역률을 개선하게 되므로, 디밍 정도가 크게 변화하는 경우에는 역률개선에 한계가 있을 수 밖에 없다.However, similar to the first prior art, the third prior art also improves the power factor by the time constants or parameters of the fixed elements connected to the terminals by the PWM control driver IC, so when the degree of dimming greatly changes, the power factor There are bound to be limits to improvement.
마지막으로, 역시 디밍 기능과 함께 역률을 좋게 개선하기 위한 제4 종래기술로서 대한민국 특허 제2350568호 (역률 보정형 디밍 컨버터) 를, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.Finally, Korean Patent No. 2350568 (Power Factor Correction Type Dimming Converter) as a fourth prior art for improving power factor well together with a dimming function will be described with reference to FIGS. 4 and 5 .
이하, 첨부된 도면 도 5 및 도 6을 참조하여, 상기 제4 종래기술에 따른 역률 보정형 디밍 컨버터를 설명하면, 상기 제4 종래기술에 따른 역률 보정형 디밍 컨버터(10)는 AC 입력부(102), 전압 변환부(104), 디밍 회로부(106), 리액턴스 조절부(108), 디밍 제어부(110)를 포함한다.Hereinafter, the power factor correction type dimming converter according to the fourth prior art will be described with reference to FIGS. 5 and 6, the power factor correction
AC 입력부(102)는 외부 전원(20)으로부터 입력되는 교류 전압을 필터링하고 브릿지 다이오드를 통과시켜 출력한다. The
전압 변환부(104)는 AC 입력부(102)로부터 출력되는 직류 고전압을 직류 저전압으로 변환하여 출력한다. The
디밍 회로부(106)는 전압 변환부(104)로부터 출력되는 직류 저전압을 기초로 조명 장치(22)의 밝기를 조절한다. 디밍 회로부(106)는 디밍 제어부(110)로부터 공급되는 디밍 제어 신호에 기초하여 조명 장치(22)의 밝기를 조절할 수 있다.The
리액턴스 조절부(108)는 커패시턴스 조절 신호에 따라서 전압 변환부(104)에 포함되는 커패시터의 커패시턴스값을 조절한다. 리액턴스 조절부(108)는 디밍 제어부(110)로부터 커패시턴스 조절 신호를 공급받는다.The
디밍 제어부(110)는 외부로부터 입력되는 디밍값과 대응되는 커패시턴스 조절 신호를 출력한다.The dimming
상기 제4 종래기술에서 디밍값은 조명 장치(22)의 밝기를 나타내는 값으로서 사용자 또는 다른 임의의 장치에 의해서 입력될 수 있다. 예컨대 디밍값은 10~100% 중 어느 하나의 값일 수도 있고, 1~10 또는 1~5 중 어느 하나의 값일 수도 있다. 디밍값의 최소값은 조명 장치(22)의 최소 밝기와 대응되고, 디밍값의 최대값은 조명 장치(22)의 최대 밝기와 대응될 수 있다. 각각의 디밍값의 간격 및 최대값/최소값은 실시예에 따라서 다르게 설정될 수 있다.In the fourth prior art, the dimming value represents the brightness of the
조명 장치(22)는 LED 소자를 광원으로 하는 조명 장치이다. The
디밍 제어부(110)는 외부로부터 입력되는 디밍값과 조명 장치(22)의 밝기가 일치하도록 디밍값과 대응되는 디밍제어 신호를 디밍 회로부(106)에 공급한다. 이에 따라서 디밍 회로부(106)는 디밍 제어 신호를 기초로 조명 장치(22)의 밝기를 디밍값과 대응되도록 조절한다.The dimming
역률 보정형 디밍 컨버터(10)의 역률을 1에 가깝게 유지하는 것은 전압 변환부(104)에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수에 대하여 공진되도록 전압 변환부(104) 회로의 커패시턴스값을 설계하는데 달려있다.Maintaining the power factor of the power factor correction
상기 제4 종래기술에 따른 컨버터(10)는, 디밍값이 증가함에 따라서 전압 변환부(104)에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 감소하고, 디밍값이 감소함에 따라서 스위칭 주파수가 증가하는 컨버터(10)이다.In the
도 7을 참조하면, 상기 제4 종래기술에 따른 역률 보정형 디밍 컨버터(10)의 전압 변환부(104)는 변압기(122), 스위칭 소자(124), 다수의 커패시터(C1, C2, C3, C4)를 포함한다.Referring to FIG. 7 , the
도 7에서, 변압기(122)는 철심 코어에 감기는 1차측 코일(L1) 및 2차측 코일(L2)을 포함한다.In FIG. 7 , the transformer 122 includes a primary coil L1 and a secondary coil L2 wound around an iron core.
스위칭 소자(124)는 1차측 코일(L1)의 일단에 연결된다. 스위칭 소자(124)는 미리 정해진 스위칭 주파수에 따라서 스위칭, 즉 반복적으로 온/오프된다.The switching
다수의 커패시터(C1, C2, C3, C4)는 서로 병렬로 연결된다. 도 7에는 4개의 커패시터(C1, C2, C3, C4)가 도시되어 있으나, 전압 변환부(104)에 포함되는 커패시터의 수는 달라질 수 있다. 또한 각각의 커패시터(C1, C2, C3, C4)의 커패시턴스값은 다르게 설정될 수 있다. A number of capacitors (C1, C2, C3, C4) are connected in parallel with each other. Although four capacitors C1, C2, C3, and C4 are shown in FIG. 7, the number of capacitors included in the
리액턴스 조절부(108)는 각각의 커패시터와 연결되는 다수의 트랜지스터를 포함한다. 예컨대 도 7에서 리액턴스 조절부(108)는 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제3 커패시터(C3), 제4 커패시터(C4)와 각각 연결되는 제1 트랜지스터(Q1), 제2 트랜지스터(Q2), 제3 트랜지스터(Q3), 제4 트랜지스터(Q4)를 포함한다. The
또한 리액턴스 조절부(108)는 디밍 제어부(110)와 트랜지스터들 사이에 연결되는 다수의 논리 소자(131, 132, 133)를 포함한다. In addition, the
디밍 제어부(110)는 외부로부터 입력되는 디밍값에 대응되는 커패시턴스 조절 신호를 출력한다. 예컨대 디밍 제어부(110)는 외부로부터 입력되는 디밍값의 크기와 대응되는 디지털 신호를 출력할 수 있다. 디밍 제어부(110)가 출력하는 커패시턴스 조절 신호에 의해서 제1 트랜지스터(Q1), 제2 트랜지스터(Q2), 제3 트랜지스터(Q3), 제4 트랜지스터(Q4)의 온/오프 상태가 각각 조절될 수 있다. 제1 트랜지스터(Q1), 제2 트랜지스터(Q2), 제3 트랜지스터(Q3), 제4 트랜지스터(Q4)가 각각 온 또는 오프됨에 따라서 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제3 커패시터(C3), 제4 커패시터(C4)의 합성 커패시턴스값이 조절될 수 있다.The dimming
리액턴스 조절부(108)는 리액턴스 조절부(108)에 의해서 출력되는 커패시턴스 조절 신호를 기초로, 디밍값이 감소함에 따라서 커패시턴스 보정값(Ci)이 감소하고 디밍값이 증가함에 따라서 커패시턴스 보정값(Ci)이 증가하도록 제어한다. 이에 따라서, 디밍값이 감소할수록 스위칭 소자(124)의 스위칭 주파수가 증가하는 동시에 전압 변환부(104)의 커패시턴스값, 즉 다수의 커패시터(C1, C2, C3, C4)의 합성 커패시턴스값은 감소한다. 따라서 상기 제4 종래기술에 따른 컨버터(10), 즉 디밍값이 증가함에 따라서 전압 변환부(104)에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 주파수가 감소하고, 디밍값이 감소함에 따라서 스위칭 주파수가 증가하는 컨버터(10)의 디밍값이 변화하더라도, 컨버터(10)의 역률이 항상 일정 이상의 값으로 유지되는 효과가 있다.Based on the capacitance control signal output by the
그러나, 상기 제4 종래기술은 '2-스테이지'(stage) 회로가 아닌 '1-스테이지'(stage) 회로로서, 후자의 경우에는, 디밍제어를 IC 한개와 절연 (또는 비절연) 트랜스 한개, 및 기타 보조적인 회로 (FET, 다이오드, 커패시터, 저항, 등) 로 구성 되어 있어, 회로 자체가 심플하기는 하나, 트랜스의 1차측에 평활용 전해콘덴서가 사용되지 않는 형태이므로, 전원이 불안정한 때에 조명의 떨림현상이 발생한다는 단점이 있어, 저렴한 가격의 실내용 소용량(50W 이하) 제품에 주로 사용되는 방식이다. 즉, 상기 제4 종래기술은, 1-스테이지 방식이므로, 입력측에 콘덴서를 여러개를 사용하여 디밍 단계별로 차츰 줄여가는 형태로 밖에 구현할 수 밖에 없는 형태이고, 상기 제4 종래기술의 경우에는, 역률을 보정하더라도 50% 부하에서 0.915PF 정도가 가능하나, 40% 부하에서는 0.888PF 로 0.9PF 미만으로 되는바, 즉, 40~50% 사이에서 KS 규격에서 요구하는 0.9PF기준이 무너진다는 문제점이 있다. 또한, 여러 개의 콘덴서 (혹은 코일) 를 사용하여 리액턴스값 변경을 위해 복잡하게 구성하여, C값 (혹은, L값) 을 변경하여 역률 보정를 하는 형태로서, 역시 여러가지 제한 (입력단의 콘덴서들로 인한 비용 문제나 부하의 문제나 과열의 문제 등으로 인한 전체 시스템의 부조화의 새로운 문제점) 이 있는 기술이다.However, the fourth prior art is a '1-stage' circuit rather than a '2-stage' circuit. and other auxiliary circuits (FET, diode, capacitor, resistor, etc.), the circuit itself is simple, but it is a form in which a smoothing electrolytic capacitor is not used on the primary side of the transformer, so it illuminates when the power supply is unstable. This method is mainly used for small-capacity (less than 50W) products for low-priced indoor use. That is, since the fourth prior art is a one-stage method, it is a form that can only be implemented in a form of gradually reducing the dimming step by using several capacitors on the input side, and in the case of the fourth prior art, the power factor Even after correction, it is possible to achieve about 0.915PF at 50% load, but at 40% load, it is 0.888PF and less than 0.9PF, that is, between 40 and 50%, there is a problem that the 0.9PF standard required by the KS standard collapses. In addition, it is a form of complex configuration for changing the reactance value using several capacitors (or coils) and changing the C value (or L value) to perform power factor correction, which also has various limitations (cost due to capacitors at the input stage). It is a technology that has a new problem of disharmony of the entire system due to a problem, a load problem, or an overheating problem.
본 발명은, 상기 제1 내지 제4 종래기술의 문제점에 대한 대책으로서, 디밍시 역률 보정기능을 갖되, 디밍 제어 및 디밍시 역률 제어도, 2-스테이지 방식을 사용하면서 게다가 입력단의 커패시터와 스위칭소자로 이루어지는 역률개선부를 추가하여, 부분적으로는 역률 제어용 칩에 의해, 크게는 합성 커패시터 변경에 의해 역률제어가 이루어지도록 함으로써, 어느 한쪽에 치우치지 않도록 조화롭게 컨버터의 시스템 전체로서 디밍 제어 및 역률 보정이 가능하도록 하는, 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로를 제공하기 위한 것이다.The present invention, as a countermeasure against the problems of the first to fourth prior art, has a power factor correction function during dimming, but also uses a two-stage method for dimming control and power factor control during dimming, and furthermore, a capacitor and a switching element at the input stage By adding a power factor correction unit consisting of, power factor control is performed partly by the power factor control chip and largely by changing the synthesized capacitor, enabling dimming control and power factor correction as the entire converter system harmoniously so as not to be biased to either side. It is to provide a converter circuit for an LED lamp having a power factor correction function during dimming.
아울러, 본 발명의 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로는, 인터페이스를 통해 지정되는 디밍 레벨과 현재 부하 상태를 고려한 피드백 제어 기능을 갖도록 하면서도, 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로를 제공하기 위한 것이다.In addition, the converter circuit for LED lamps having a power factor correction function during dimming of the present invention has a feedback control function considering the dimming level specified through the interface and the current load state, while having a power factor correction function during dimming Converter for LED lamps to provide a circuit.
추가적으로, 본 발명의 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로는, 내부 온도가 이상 과열일 경우에도 디밍 제어를 하면서 동시에 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로를 제공하기 위한 것이다.Additionally, the converter circuit for an LED lamp having a power factor correction function during dimming of the present invention is to provide a converter circuit for an LED lamp having a power factor correction function while controlling dimming even when the internal temperature is abnormally overheated.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로는, 상용 교류 전원을 입력받아 필터링하여 안전하게 공급하는 전원공급부(100); 상기 전원공급부에 의해 필터링된 교류 전원을 정류하는 정류부(200); 상기 정류부(200)에 의해 정류된 직류 전원을 인버팅하면서 주파수 변조를 행하는 스위칭컨버터부(400); 상기 정류부(200)에 의해 정류된 직류 전원의 역률을 보정하는 역률보정회로부(300); 상기 정류부에 의해 정류된 직류 전원을 공급받아 상기 역률보정회로부(300)와 스위칭컨버터부(400)에 의해 인버팅 및 역률보정되면서 LED 램프의 점등부의 전압 크기로 변환하는 변압기(T1); 상기 변압기(T1)의 2차측에서 알맞게 변압된 교류를 직류로 변환하는 동기식 정류회로부(500); 상기 정류회로부(500)의 맥류를 평활화하고 고주파 차단식 필터링하여 안정된 직류전원을 LED로 공급하는 전원출력부(600); 상기 전원출력부(600)에서 출력 전류 및 전압을 감지하고 상기 스위칭컨버터부(400)로 디밍제어신호를 출력하여 피드백 제어하는 피드백제어부(700); 상기 컨버터 회로의 외부에서 디밍레벨을 부여하고 부여된 디밍레벨에 따라 저디밍 조건에서 역률개선 제어신호를 발하는 디밍/역률제어부(800); 및 상기 디밍/역률제어부(800)로부터의 상기 역률개선 제어신호에 응하여 저디밍 조건에서 상기 정류부(200)의 출력단의 리액턴스를 변경함으로써 저디밍에서의 역률을 개선하는 역률개선부(900); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The converter circuit for an LED lamp having a power factor correction function during dimming of the present invention for achieving the above object includes a power supply unit 100 that safely supplies commercial AC power by filtering it; a rectifier 200 for rectifying the AC power filtered by the power supply unit; a switching converter unit 400 performing frequency modulation while inverting the DC power rectified by the rectification unit 200; a power factor correction circuit unit 300 for correcting the power factor of the DC power rectified by the rectification unit 200; A transformer (T1) for receiving the DC power rectified by the rectifying unit and converting it to the voltage level of the lighting unit of the LED lamp while inverting and correcting the power factor by the power factor correction circuit unit 300 and the switching converter unit 400; A synchronous rectification circuit unit 500 for converting the AC suitably transformed in the secondary side of the transformer T1 into DC; A power output unit 600 for smoothing and filtering the ripple current of the rectifier circuit unit 500 and supplying stable DC power to the LED; a feedback control unit 700 that senses output current and voltage from the power output unit 600 and outputs a dimming control signal to the switching converter unit 400 for feedback control; a dimming/power factor control unit 800 that applies a dimming level outside the converter circuit and generates a power factor improvement control signal under a low dimming condition according to the dimming level; and a power factor improving unit 900 that improves the power factor in low dimming by changing the reactance of the output terminal of the rectifying unit 200 in a low dimming condition in response to the power factor improvement control signal from the dimming/power factor control unit 800; It is characterized by comprising a.
바람직하게는, 상기 전원출력부(600)에서는 2차측 전압 및 전류를 센싱하는 센싱부가 구비되며, 상기 피드백제어부(700)에서는, 상기 센싱부에서 센싱된 전압 및 전류에 의해 상기 스위칭컨버터부(400)로 피드백신호를 출력함으로써, 저출력을 위해서는 고출력에서의 주파수보다 더 높은 고주파로 스위칭을 행하도록 하여, 정전류 및 정전압으로 피드백 제어를 행하게 되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the
또한 바람직하게는, 상기 피드백제어부(700)는, 상기 전원출력부(600)의 센싱회로부(630)의 센싱저항(SH3)의 양 단(P6, P9)의 전류를 센싱하여 전류센싱신호를 발하는 전류피드백부(710)와, 상기 전원출력부(600)의 평활회로부(610)의 출력단(P2)의 출력전압을 분압저항을 통하여 감지하여 전압센싱신호를 발하는 전압피드백부(720)와, 상기 전류센싱신호와 전압센싱신호의 레벨에 따라서 상기 스위칭컨버터부(400)로 디밍제어신호를 발하는 디밍제어신호발생부(740)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the
또한 바람직하게는, 상기 디밍/역률제어부(800)는, 상기 컨버터 회로의 외부에서 디밍레벨을 부여하는 디밍인터페이스부(810)와 디밍인터페이스부(810)로부터 입력되는 디밍레벨을 검출하여 상기 역률개선부(900)를 제어하는 디밍레벨검출부(820)로 구성되는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the dimming/power
더욱 바람직하게는, 상기 디밍인터페이스부(810)의 입력단(DIM+, DIM-)을 통해 기준값 이하의 디밍레벨에 대응되는 전압을 입력하게 되면, 상기 피드백제어부(700)의 전류피드백부(710)에도 상기 기준값 이하의 디밍레벨에 대응되는 전압의 기준전압이 인가되어 상기 스위칭컨버터부(400)의 스위칭에 의해 LED점등부(미 도시됨)로의 출력이 디밍제어됨과 동시에, 한편으로는, 상기 디밍레벨검출부(820)에도 상기 기준값 이하의 디밍레벨에 대응되는 전압이 인가되면서, 저조도 디밍에서 상기 역률개선부(900)의 리액턴스 조정용 커패시터(CX4)의 스위칭 소자(Q8)를 전환하는 신호가 발하여지도록 동작하는 것을 특징으로 한다.More preferably, when a voltage corresponding to a dimming level below the reference value is input through the input terminals (DIM+, DIM-) of the dimming
한층 더 바람직하게는, 상기 전류피드백부(710)와 상기 스위칭컨버터부(400) 간의 제어는 제1 포토커플러(PC1)에 의하여 이루어지며, 상기 디밍레벨검출부(820)와 상기 역률개선부(900) 간의 제어는 제2 포토커플러(PC2)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.More preferably, control between the
가장 바람직하게는, 상기 역률개선부(900)는, 상기 제2 포토커플러(PC2)의 발광다이오드(PC2A)가 발광되면서, 저조도 디밍에서 역률개선부(900)의 상기 제2 포토커플러(PC2)의 수광부(PC2B)가 턴온되기 때문에, 상기 스위칭소자(Q8)가 오프되어 상기 리액턴스 조정용 커패시터(CX4)가 오픈되면서 합성 커패시턴스 값이 저하되는 것을 특징으로 한다.Most preferably, the power
본 발명에 따른 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로에 따르면, 복수개의 역률 제어 방식을 병행하여 부분적으로는 역률 제어용 칩에 의해, 크게는 합성 커패시터 변경에 의해 역률제어가 이루어지도록 함으로써, 어느 한쪽에 치우치지 않도록 조화롭게 컨버터의 시스템 전체로서 디밍 제어 및 역률 보정이 가능하다.According to the converter circuit for LED lamps having a power factor correction function during dimming according to the present invention, a plurality of power factor control methods are performed in parallel, partially by a power factor control chip, largely by changing a composite capacitor, so that power factor control is performed, Dimming control and power factor correction are possible as a whole system of converters harmoniously so as not to be biased to one side.
아울러, 본 발명의 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로에 의하면, 인터페이스를 통해 지정되는 디밍 레벨과 현재 부하 상태를 고려한 피드백 제어 기능을 갖도록 하면서도, 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로를 제공하게 된다.In addition, according to the converter circuit for LED lamps having a power factor correction function during dimming of the present invention, while having a feedback control function considering the dimming level specified through the interface and the current load state, for LED lamps having a power factor correction function during dimming A converter circuit is provided.
추가적으로, 본 발명의 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로에 의하면, 내부 온도가 이상 과열일 경우에도 디밍 제어를 하면서 동시에 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로를 제공할 수 있다.Additionally, according to the converter circuit for an LED lamp having a power factor correction function during dimming of the present invention, it is possible to provide a converter circuit for an LED lamp having a power factor correction function while controlling dimming even when the internal temperature is abnormally overheated.
상기 목적 및 효과 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.In addition to the above objects and effects, other objects and advantages of the present invention will become apparent through detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
도 1은 제1 종래기술에 따른 에 따른 고효율 LED 디밍 컨버터의 회로도.
도 2는 제2 종래기술에 따른 LED 조명용 컨버터의 역률 개선 장치의 블록 구성도.
도 3은 제3 종래기술에 따른 저출력에서 역률이 향상된 디밍기능이 있는 LED 모듈 전원공급용 컨버터를 설명하기 위한 회로도.
도 4는 도 3에 나타낸 저출력에서 역률이 향상된 디밍기능이 있는 LED 모듈 전원공급용 컨버터에서 역률향상회로를 상세히 설명하기 위한 도면.
도 5는 제4 종래기술에 따른 역률 보정형 디밍 컨버터의 구성을 나타내는 블럭도.
도 6은 제4 종래기술에 따른 컨버터의 전압 변환부 및 리액턴스 조절부의 구성을 나타내는 블럭도.
도 7은 본 발명의 최적 실시예에 따른 LED 램프용 컨버터 회로의 블럭도.
도 8은 도 7의 입력단에 대한 상세회로도.
도 9는 도 7의 출력단에 대한 상세회로도.
도 10은 도 7의 디밍/역률제어부에 대한 상세회로도.1 is a circuit diagram of a high-efficiency LED dimming converter according to a first prior art.
Figure 2 is a block diagram of a power factor improvement device of a converter for LED lighting according to a second prior art.
Figure 3 is a circuit diagram for explaining a converter for supplying power to an LED module having a dimming function with improved power factor at low output according to a third prior art.
Figure 4 is a diagram for explaining in detail the power factor enhancement circuit in the LED module power supply converter having a dimming function with improved power factor at low output shown in FIG.
5 is a block diagram showing the configuration of a power factor correction type dimming converter according to a fourth prior art;
6 is a block diagram showing the configuration of a voltage conversion unit and a reactance adjusting unit of a converter according to a fourth prior art;
7 is a block diagram of a converter circuit for an LED lamp according to an optimal embodiment of the present invention.
8 is a detailed circuit diagram of the input terminal of FIG. 7;
9 is a detailed circuit diagram of the output stage of FIG. 7;
10 is a detailed circuit diagram of the dimming/power factor control unit of FIG. 7;
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(실시예)(Example)
먼저, 본 발명의 최적 실시예에 따른 고압 및 고주파 LED 램프용 컨버터 회로에 대하여 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한다.First, a converter circuit for a high-voltage and high-frequency LED lamp according to an optimal embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 10 .
도 7은 본 발명의 최적 실시예에 따른 LED 램프용 컨버터 회로의 블럭도아고, 도 8은 도 7의 입력단에 대한 상세회로도이고, 도 9는 도 7의 출력단에 대한 상세회로도이며, 도 10은 도 7의 디밍/역률제어부에 대한 상세회로도이다.7 is a block diagram of a converter circuit for an LED lamp according to an optimal embodiment of the present invention, FIG. 8 is a detailed circuit diagram of an input terminal of FIG. 7, FIG. 9 is a detailed circuit diagram of an output terminal of FIG. 7, and FIG. It is a detailed circuit diagram of the dimming/power factor control unit of FIG. 7 .
먼저, 본 발명의 최적 실시예의 LED 램프용 컨버터 회로는, 도 7에서 보는 바와 같이, 상용 교류 전원을 입력받아 필터링하여 안전하게 공급하는 퓨즈, 라인필터, 바리스터 및 콘덴서들로 이루어지는 전원공급부(100); 상기 전원공급부에 의해 필터링된 교류 전원을 정류하는 정류부(200); 상기 정류부(200)에 의해 정류된 직류 전원을 인버팅하면서 주파수 변조를 행하는 스위칭컨버터부(400); 상기 정류부(200)에 의해 정류된 직류 전원의 역률을 보정하는 역률보정회로부(300); 상기 정류부에 의해 정류된 직류 전원을 공급받아 상기 역률보정회로부(300)와 스위칭컨버터부(400)에 의해 인버팅 및 역률보정되면서 LED 램프의 점등부의 전압 크기로 변환하는 변압기(T1); 상기 변압기(T1)의 2차측에서 알맞게 변압된 교류를 직류로 변환하는 동기식 정류회로부(500); 상기 정류회로부(500)의 맥류를 평활화하고 고주파 차단식 필터링하여 안정된 직류전원을 LED로 공급하는 전원출력부(600); 상기 전원출력부(600)에서 출력 전류 및 전압을 감지하고 상기 스위칭컨버터부(400)로 디밍제어신호를 출력하여 피드백 제어하는 피드백제어부(700); 상기 컨버터 회로의 외부에서 디밍레벨을 부여하고 부여된 디밍레벨에 따라 저디밍 조건에서 역률개선 제어신호를 발하는 디밍/역률제어부(800); 및 상기 디밍/역률제어부(800)로부터의 상기 역률개선 제어신호에 응하여 저디밍 조건에서 상기 정류부(200)의 출력단의 리액턴스를 변경함으로써 저디밍에서의 역률을 개선하는 역률개선부(900); 를 포함하여 이루어진다.First, the converter circuit for the LED lamp of the best embodiment of the present invention, as shown in Figure 7, a power supply consisting of a fuse, a line filter, a varistor and a capacitor that safely supplies commercial AC power by filtering it, a power supply unit 100; a rectifier 200 for rectifying the AC power filtered by the power supply unit; a switching converter unit 400 performing frequency modulation while inverting the DC power rectified by the rectification unit 200; a power factor correction circuit unit 300 for correcting the power factor of the DC power rectified by the rectification unit 200; A transformer (T1) for receiving the DC power rectified by the rectifying unit and converting it to the voltage level of the lighting unit of the LED lamp while inverting and correcting the power factor by the power factor correction circuit unit 300 and the switching converter unit 400; A synchronous rectification circuit unit 500 for converting the AC suitably transformed in the secondary side of the transformer T1 into DC; A power output unit 600 for smoothing and filtering the ripple current of the rectifier circuit unit 500 and supplying stable DC power to the LED; a feedback control unit 700 that senses output current and voltage from the power output unit 600 and outputs a dimming control signal to the switching converter unit 400 for feedback control; a dimming/power factor control unit 800 that applies a dimming level outside the converter circuit and generates a power factor improvement control signal under a low dimming condition according to the dimming level; and a power factor improving unit 900 that improves the power factor in low dimming by changing the reactance of the output terminal of the rectifying unit 200 in a low dimming condition in response to the power factor improvement control signal from the dimming/power factor control unit 800; made including
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 각 구성요소들을 더욱 상세히 설명하면, 상기 역률보정회로부(300)는, 역률컨트롤러용 IC인 PFC(Power Factor Controller)(U1) 및 그 주변회로를 중심으로 구성되는바, 추가적으로, PFC(U1)의 스타트RC 회로(R13~R15,C9), 정류부로부터 출력되는 맥류전압감지회로(R37~R40,C14), 쵸크트랜스(L1), 역률보정을 위한 제1 스위칭소자(Q1)와 주변회로, NTC(TH1)와 스너버회로(R22~R24,R141~R143, C5), 스위칭컨버터부(400)로의 결합저항(R25~R27) 등의 회로를 더 포함할 수 있다.Hereinafter, each component will be described in more detail with reference to FIGS. 7 and 8. The power factor
이때, 상기 역률보정회로부(300)의 전원단(Vcc)에는, 상기 쵸크트랜스(L1)와 자속결합된 보조코일(L1-1)과 콘덴서(C4,C5) 등으로 이루어지는 제1 보조전원부(350)가 연결되는 것이 바람직하다.At this time, in the power supply terminal (Vcc) of the power factor
상기 스위칭컨버터부(400)는, LC공진형 스위칭컨버터 컨트롤러용 IC인 PFM(U2)과 스위칭소자(Q2,Q3) 및 그들의 주변회로들로 구성되는바, 상기 PFM(Pulse Frequency Modulator)(U2)에 의해 제어되는 주파수로 교호로 스위칭되는 제2 및 제3 스위칭소자(Q2,Q3) 및 1차 코일(T1-1)과 커패시터(C8)에 의해 발진되는바, 이러한 발진된 교류전원이 변압기(T1)에 의해 변압되는바, 특히 상기 PFM(U2)의 STBY 단자(5번)에는 상기 피드백제어부(700)의 제어신호에 의해 부하(LED) 상태를 제1 포토커플러(PC1)의 수광부(PC1B)에 의해 읽어서, 저출력으로 디밍제어를 하고자 할 경우에는 더 높은 주파수로 발진하게 된다.The switching
이때, 상기 스위칭컨버터부(400)의 전원단(Vcc)에는, 상기 변압기(T1)와 자속결합된 보조코일(L1-5)과 콘덴서(C7) 등으로 이루어지는 제2 보조전원부(450)가 연결되는 것이 바람직하다.At this time, a second auxiliary
계속해서, 도 7 및 도 9를 참조하면, 상기 정류회로부(500)는, 상기 변압기(T1)의 2차측에서 유도결합된 제2 및 제3 코일(T1-2, T1-3)과 이들에 각각 결합된 제20 및 제21 스위칭소자(Q20,Q21), 그리고 이들을 제어하는 동기식 정류기 컨트롤러(U4)로 이루어지는바, 상기 정류기 컨트롤러(U4)에 의해 정류된 출력전압이 다음 단의 전원출력부(600)로 출력되어진다.Continuing to refer to FIGS. 7 and 9 , the
상기 전원출력부(600)는, 평활용 콘덴서(C31~C33)들로 이루어지는 평활회로(610) 및 고주파 차단용 라인필터(LF5)로 이루어지는 EMI 필터부(620)를 거쳐, 안정화된 직류전압이 LED 점등부로 출력되어진다.The
이때, 상기 평활회로부(610)의 일측에는 2차측 전압을 센싱하는 센싱회로부(630) 및 상기 평활회로부(610)의 출력단에는 출력전압을 센싱하는 별도의 센싱부가 구비되는바, 다음 단의 피드백제어부(700)에서는, 상기 전원출력부(600)에서 센싱된 전압 및 전류에 의해 상기 스위칭컨버터부(400)로 피드백신호를 출력함으로써, 저출력을 위해서는 고출력에서의 주파수보다 더 높은 고주파로 스위칭을 행함으로써, 정전류 및 정전압으로 피드백 제어를 행하게 된다.At this time, a
이에 대해서, 도 8 및 도 9를 참조하여 더 상술하면, 상기 평활회로부(610)의 출력단(P2)의 출력전압을 분압저항을 통하여 감지하는 전압피드백부(720)가, 증폭기(일례로 LM258A)(U3)의 센싱전압입력단(2번단자)으로 출력전압을 보내게 된다. 그리하여, 기준전압 입력단(3번단자)의 기준전압(Vcc의 분압저항(R64 및 R65)에 의한 분압전압)과 비교 및 증폭하여 증폭된 전압을 1번단자로 출력한다.Regarding this, in more detail with reference to FIGS. 8 and 9, the
유사하게, 전류피드백부(710)는, 상기 센싱회로부(630)의 센싱저항(SH3)의 양 단(P6, P9)의 전류를 센싱하기 위해, 기준전류에 해당하는 전위(P5의 전위)를 상기 증폭기(U3)의 5번 단자로 보내게 되고, P6 점의 전위를 전류피드백부(710)에 의해 감지하여 센싱전류를 6번 단자로 보내게 되는바, 이들 간의 전위차를 반전증폭하여, 증폭된 전압을 7번단자로 출력한다. 상기 전류피드백부(710)에 대해서는 후에 다시 상술한다.Similarly, the
상기 피드백제어부(700)의 구동 전원(Vcc)은, 상기 변압기(T1)의 3차측 제4 코일(T1-4) 및 콘덴서(C49,C50) 들로 이루어지는 제3 보조전원부(750)에 의해 공급되어지며, 이제, 상기 Vcc에 애노드측이 접속된 디밍제어신호발생부(740)의 제1 포토커플러(PC1)의 발광다이오드(PC1A)의 캐소드측은, 제1 및 제2 역류방지 다이오드(D25,D27) 및 결합저항들에 의해, 상기 증폭기(U3)의 7번 및 1번 단자에 접속되어진다. 따라서, 컨버터 회로의 정상 동작시에는, 상기 증폭기(U3)의 7번핀이 Vcc에 가깝게 되어, 제1 역류방지 다이오드(D25)는 통전되지 않고, 제2 역류방지 다이오드(D27)는 통전되어, 정전압모드로 동작하게 되며, 상기 센싱회로부(630)의 센싱저항(SH3)에 특정전압이 걸리게 되면, 7번단자의 전압이 Vcc에서 (일례로 'Vcc/2'로) 더 떨어지게 되므로, 제1 포토커플러(PC1)의 발광다이오드(PC1A)의 캐소드측 저항(R77)에 걸리는 전압이 더 커서, 제1 역류방지 다이오드(D25)를 통해 전류가 흐르게 되면서, 정전류 모드로 동작하게 되는 것이다. 결국, 상기 제1 포토커플러(PC1)의 발광다이오드(PC1A)의 전위 레벨에 따라서, 상기 스위칭컨버터부(400)의 상기 제1 포토커플러(PC1)의 수광부(PC1B)가 경부하인지 중부하인지를 피드백제어하게 되며, 상기 스위칭컨버터부(400)는 그에 따라 공진 스위칭 주파수를 변경함으로써, 부하 출력을 변경하는 디밍 제어를 행하게 되는 것이다.The driving power (Vcc) of the
이제, 도 10을 주로 참조하고 도 7 내지 도 9를 보조적으로 참조하면, 상기 디밍/역률제어부(800)는, 상기 컨버터 회로의 외부에서 디밍레벨을 부여하는 디밍인터페이스부(810)와 디밍인터페이스부(810)로부터 입력되는 디밍레벨을 검출하여 상기 역률개선부(900)를 제어하는 디밍레벨검출부(820)로 구성되며, 먼저, 상기 디밍인터페이스부(810)의 입력단(DIM+, DIM-)에서 유저가 0~100% (여기서는, 0~10Vdc) 중의 어느 디밍값을 입력하면, 필터(812)를 거쳐, 디밍보드(813)의 CS단자로 해당 전압이 출력되어진다. 참고로, 입력단(DIM+, DIM-)을 통해 10V를 입력하게 되면, CS 단자에도 10V가 출력되며, 따라서 이 경우에는 100% 밝기로 풀 동작하게 된다. Now, referring primarily to FIG. 10 and auxiliaryly referring to FIGS. 7 to 9 , the dimming/power
그러나, 입력단(DIM+, DIM-)을 통해 1.5V를 입력하게 되면, CS 단자에도 1.5V가 출력되며, 따라서 이 경우에는 도 9의 전류피드백부(710)의 CS 단자에도 1.5V가 인가되고, 따라서 전류피드백부(710)의 CS 단자(P3) 전압과 상기 평활회로부(610)의 P9 지점의 전압의 전압차가 분압되어 P5 지점에 나타나게 되며 (세부적인 기준전압 조정은 가변저항(VR1)의 조정으로 이루어짐), 결국 상기 변압기 출력 및 제1 포토커플러(PC1), 그리고 상기 스위칭컨버터부(400: 도 8 참조)의 스위칭에 의해 LED점등부로의 출력이 15% 밝기로 디밍제어됨과 동시에, 한편으로는, 상기 디밍레벨검출부(820)의 비교기(U5)의 비반전입력단에도 1.5V에 준하는 전압이 인가되므로 (상기 비교기(U5)의 반전입력단에는 2V의 기준전입이 설정된 것으로 가정함), 상기 비교기의 출력이 'Low'로 되므로, 상기 제2 포토커플러(PC2)의 발광다이오드(PC2A)가 발광되면서, 저조도(20% 미만의) 디밍에서 역률개선부(900: 도 8 참조)의 상기 제2 포토커플러(PC2)의 수광부(PC2B)가 턴온되기 때문에, 결국 제8 스위칭소자(Q8)가 오프되어 합성 커패시턴스 값이 (CX3+CX4) 에서 (CX3)으로 저하되고, 저조도 디밍에서도 역률을 0.9 이상으로 유지할 수 있게 된다.However, when 1.5V is input through the input terminals (DIM+, DIM-), 1.5V is also output to the CS terminal, so in this case, 1.5V is also applied to the CS terminal of the
이제 마지막으로 상기 전류피드백부(710)에 대하여 상술하면서 본 발명의 전체적인 동작을 상술한다. Now, finally, the
본 발명에 관한 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로가 100% 풀 동작모드로 동작하는 상태에서, 일례로, 디밍인터페이스부(810)의 입력단(DIM+, DIM-)을 통해 디밍레벨을 5V로 입력하게 되면 (도 10 참조), 도 9의 CS 단자에도 5V가 뜨게 되고, CS 단자(P3)의 5V와 상기 센싱회로부(63)의 P9 접속점의 전압에 대한 일측 분압저항(R58)과 타측 합성 분압저항(Req = R84//VR1 + R67//R71)의 분압전압이 P5 단자에 걸리고, 이 분압전압이 상기 피드백제어부(700)의 증폭기(U3)의 전류증폭부 기준전압으로 5번단자에 인가된다.In a state where the converter circuit for LED lamps having a power factor correction function during dimming according to the present invention operates in 100% full operation mode, for example, the dimming level is set through the input terminals (DIM+, DIM-) of the dimming
이제, 센싱전류신호로서 상기 센싱회로부(630)의 출력단(P6)의 단자 전압이, 상기 피드백제어부(700)의 증폭기(U3)의 전류증폭부 센싱전압으로 6번단자에 인가되는바, 상기 출력단자(7번핀)에 'Low'가 출력되므로, 상기 디밍제어신호발생부(740)의 제1 포토커플러(PC1A, PC1B)가 동작하여, 5V에 해당되는 디밍제어용 중간 주파수로 상기 스위칭컨버터부(400)가 발진하도록 상기 PFM(U2)이 동작하게 되면서, 결국 LED 점등부에는 50%의 디밍제어가 이루어지게 된다. 다만, 이때는, 도 10의 디밍레벨검출부(820)의 제2 포토커플러(PC2)는, 기준전압(2V) 보다 높으므로 아직 동작하지 않고, 따라서 도 8의 역률개선부(900)의 제8 스위칭소자(Q8)는 계속해서 'On' 상태이므로, 중(重)부하용 상대적으로 높은 제1 커패시턴스값(CX3+CX4)으로 유지되고, 역률제어는 PFC(U1)를 포함한 역률보정회로부(300)에 의하여 조절된다. Now, the terminal voltage of the output terminal (P6) of the
한편, 디밍인터페이스부(810)의 입력단(DIM+, DIM-)을 통해 디밍레벨을 1.5V로 입력하게 되면 (도 10 참조), 도 9의 CS 단자에도 1.5V가 뜨게 되고, CS 단자(P3)의 1.5V와 상기 센싱회로부(63)의 P9 접속점의 전압에 대한 일측 분압저항(R58)과 타측 합성 분압저항(Req = R84//VR1 + R67//R71)의 분압전압이 P5 단자에 걸리고, 이 분압전압이 상기 피드백제어부(700)의 증폭기(U3)의 전류증폭부 기준전압으로 5번단자에 인가된다.On the other hand, when the dimming level is input as 1.5V through the input terminals (DIM+, DIM-) of the dimming interface unit 810 (see FIG. 10), 1.5V is also displayed on the CS terminal of FIG. 9, and the CS terminal (P3) The divided voltage of one side voltage divider resistor (R58) and the other side synthetic voltage divider resistor (Req = R84//VR1 + R67//R71) for 1.5V of and the voltage of the P9 connection point of the sensing circuit part 63 is applied to the P5 terminal, This divided voltage is applied to
이제, 센싱전류신호로서 상기 센싱회로부(630)의 출력단(P6)의 단자 전압이, 상기 피드백제어부(700)의 증폭기(U3)의 전류증폭부 센싱전압으로 6번단자에 인가되는바, 상기 출력단자(7번핀)에 'Low'가 출력되므로, 상기 디밍제어신호발생부(740)의 제1 포토커플러(PC1A, PC1B)가 동작하여, 5V에 해당되는 디밍제어용 중간 주파수로 상기 스위칭컨버터부(400)가 발진하도록 상기 PFM(U2)이 동작하게 되면서, 결국 LED 점등부에는 50%의 디밍제어가 이루어지게 된다. 다만, 이때는, 도 10의 디밍레벨검출부(820)의 제2 포토커플러(PC2)는, 디밍레벨값(5V)이 기준전압(2V) 보다 높으므로 아직 동작하지 않고, 따라서 도 8의 역률개선부(900)의 제8 스위칭소자(Q8)는 계속해서 'On' 상태이므로, 중(重)부하용 상대적으로 높은 제1 커패시턴스값(CX3+CX4)으로 유지되고, 세부적인 역률제어는 PFC(U1)를 포함한 역률보정회로부(300)에 의하여 조절된다. Now, the terminal voltage of the output terminal (P6) of the
그런데, 디밍인터페이스부(810)의 입력단(DIM+, DIM-)을 통해 디밍레벨을 1.5V로 입력하게 되면, CS 단자에도 1.5V가 출력되며, 따라서 이 경우에는 도 9의 전류피드백부(710)의 CS 단자에도 1.5V가 인가되고, 따라서 전류피드백부(710)의 CS 단자(P3) 전압과 상기 평활회로부(610)의 P9 지점의 전압의 전압차가 분압되어 P5 지점에 1.5V에 대응되도록 기준전압이 나타나게 되며, 결국 상기 변압기 출력 및 제1 포토커플러(PC1), 그리고 상기 스위칭컨버터부(400: 도 8 참조)의 스위칭에 의해 LED점등부로의 출력이 15% 밝기로 디밍제어됨과 동시에, 한편으로는, 상기 디밍레벨검출부(820)의 비교기(U5)의 비반전입력단에도 1.5V에 준하는 전압이 인가되므로, 상기 비교기(U5)의 반전입력단에는 2V의 기준전입이 설정된 것으로 가정하였을 경우, 상기 비교기의 출력이 'Low'로 되므로, 상기 제2 포토커플러(PC2)의 발광다이오드(PC2A)가 발광되면서, 저조도(20% 미만의) 디밍에서 역률개선부(900: 도 8 참조)의 상기 제2 포토커플러(PC2)의 수광부(PC2B)가 턴온되기 때문에, 결국 제8 스위칭소자(Q8)가 오프되어 합성 커패시턴스 값이 (CX3+CX4) 에서 (CX3)으로 저하되고, 저조도 디밍에서도 계속해서 역률을 0.9 이상으로 유지할 수 있게 된다.By the way, when the dimming level is input as 1.5V through the input terminals (DIM+, DIM-) of the dimming
즉, 본 발명은, 제4 종래기술의 1-스테이지(STAGE) 방식과 달리, 2-스테이지(STAGE) 방식으로서, 능동 PFC (ACTIVE PFC)(U1)와 그 주변장치들로 이루어지는 역률보정회로부(300)와 PWM 이나 PFM(U2)과 그 주변장치들로 이루어지는 스위칭컨버터부(400)의 두 블럭의 회로로 별도로 구성되는바, 상기 능동 PFC(U1)는 AC 입력이 브릿지 다이오드(BD1)를 통해 정류된 상태의 맥류파를 입력되는 AC 전압의 피크치 이상으로 승압하는 동작을 하므로, AC 입력 전압의 모든 위상에서 전류가 흐르게 하여 유효전력이 극대화 (역률이 1에 가깝게 역률보정) 되게 하는 장점이 있으며, PWM 이나 PFM(U2)은, 절연형태/비절연형태를 떠나 펄스폭 또는 주파수를 변조하여 LED 구동을 위한 저전압으로 강압하는 형태의 회로인바, 여기에 저전압 (20% 미만의 디밍값) 으로 출력하는 경(輕)부하의 경우에는, 특히 역률개선부(900)를 추가하여, 경부하에서도 플리커 현상 및 EMI 문제가 없으면서도 역률이 0.9 이상이 되도록 하는 우수한 기술이다, [표 1]은, 상기 본 발명의 최적 실시예에 따른 각 부하량에서 역률(PF) 값을 나타내는바, 10% 디밍까지는 고려하지 않은 것이나, 역률개선부(900)를 2단으로 구성한다면, 10% 디밍에서도 만족스러운 역률을 나타낼 수 있다.That is, the present invention, unlike the 1-stage (STAGE) method of the fourth prior art, is a 2-stage (STAGE) method, a power factor correction circuit composed of an active PFC (U1) and its peripheral devices ( 300), a PWM or PFM (U2) and a switching
마지막으로, 도 9를 참조하여, 본 발명의 과열 제어기능을 설명한다. 일례로 외부 디밍을 100%로, 즉 CS단자(P3)의 전압이 10V일 때, 컨버터회로의 과열로 (일례로 80℃ 이상) 전류피드백부(710)의 PTC형 서미스터(Positive Temperature Coefficient Thermistor)(THS1)가 오픈되면, 상기 서미스터(THS1)의 일측 접점(P4)과 CS단(P3) 간의 저항이 (R67//R71)에서 (R71)로 증가하게 되고, 상기 센싱회로부(63)의 P9 접속점과 P5 간의 일측 분압저항은 (R58)로 그대로이나, 상기 센싱회로부(63)의 타측 합성 분압저항은 (Req = R84//VR1 + R67//R71) 에서 (Req' = R84//VR1 + R71) 로 증가하게 되는바, 따라서 상기 P5 접점의 분압전압 (즉, 증폭기(U3) 5번핀의 기준전압) 은 감소하게 된다. 따라서, 상기 증폭기(U3)의 출력전압인 5번핀의 전압이 "High'에서 'Low'로 바뀌게 되면서, 100% 디밍 조건임에도 불구하고, 제1 상기 디밍제어신호발생부(740)의 제1 포토커플러(PC1A, PC1B)가 동작하여, 디밍제어용 중간 주파수로 상기 스위칭컨버터부(400)가 발진하도록 상기 PFM(U2)이 동작하게 되면서, 결국 LED 점등부로의 출력전류를 낮추게 되는 디밍제어가 이루어지게 되어, 전체 회로를 보호하게 되는 것이다.Finally, with reference to FIG. 9, the overheating control function of the present invention will be described. For example, when external dimming is 100%, that is, when the voltage of the CS terminal (P3) is 10V, overheating of the converter circuit (for example, 80 ℃ or more) PTC type thermistor of the current feedback unit 710 (Positive Temperature Coefficient Thermistor) When (THS1) is open, the resistance between the contact point P4 on one side of the thermistor THS1 and the CS terminal P3 increases from (R67//R71) to (R71), and P9 of the sensing circuit part 63 The one-side voltage divider resistance between the connection point and P5 remains as (R58), but the other side synthetic voltage divider resistance of the sensing circuit part 63 is (Req = R84//VR1 + R67//R71) to (Req' = R84//VR1 + R71), so the divided voltage of the P5 contact point (ie, the reference voltage of the 5th pin of the amplifier U3) decreases. Therefore, as the voltage of
물론, 온도가 떨어져서 상기 전류피드백부(710)의 서미스터(THS1)가 원위치되면, 당연히 상기 디밍제어는 중단되고, 100% 풀 동작으로 되돌아가게 될 것이다.Of course, when the temperature drops and the thermistor THS1 of the
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 점등부를 3개 이상으로 하는 경우와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.In the above, the present invention has been described according to one embodiment of the present invention, but as in the case of three or more lighting units, those skilled in the art to which the present invention pertains within the scope of the technical spirit of the present invention. It is natural that changes and modifications in .
(제1 종래기술)(도 1)
10 : EMI 필터 20 : 정류부
30 : 역률개선 PWM부 40 : 직류부
50 : 피드백부 60 : 구동전원공급부
70 : 디밍제어부 80 : 디밍인터페이스부
T1 : 트랜스
(제2 종래기술)(도 2)
110: EMC 필터 모듈 120: 브릿지 정류 모듈
130: 제1 트랜스포머 140: 제2 트랜스포머
150: PWM 스위칭 제어 모듈 160: 스위칭 모듈
170: 평활 회로 모듈 180: 전압 감지 모듈
190: 트랜스포머 연결 제어 모듈
(제3 종래기술)(도 3, 도 4)
100 : 안전 및 EMI 필터부 200 : 1차 정류부
300 : 스너버 회로부 400 : 컨트롤러부
500 : 스위칭부 600 : 트랜스
700 : 역률향상회로부 800 : 서지전압 방지부
900 : 2차 정류부 1000 : 정전류 및 디밍 컨트롤부
1100 : 디밍센서용 전원부 1200 :PWM 디밍신호 입력부
1300 : EMI 필터부
710 : 전파정류부 720 : 콘덴서
730 : 댐퍼(DAMPER)회로 740 : CMP단자
(제4 종래기술)(도 5, 도 6)
10 : 역률 보정형 디밍 컨버터 102 : AC 입력부
104 : 전압 변환부 106 : 디밍 회로부
108 : 리액턴스 조절부 110 : 디밍 제어부
20 : 외부 전원 22 : 조명 장치
(본 발명)(도 7 ~ 도 11)
100 : 전원공급부 200 : 정류부
300 : 역률보정회로부 350 : 제1 보조전원부
400 : 스위칭컨버터부 450 : 제2 보조전원부
500 : 정류회로부 600 : 전원출력부
610 : 평활회로부 620 : 필터부
700 : 피드백제어부 710 : 전류피드백부
720 : 전압피드백부 730 : 증폭부
740 : 디밍제어신호발생부 750 : 제3 보조전원부
800 : 디밍/역률제어부 810 : 디밍인터페이스부
820 : 디밍레벨검출부 900 : 역률개선부(First prior art) (FIG. 1)
10: EMI filter 20: rectifier
30: power factor correction PWM unit 40: DC unit
50: feedback unit 60: driving power supply unit
70: dimming control unit 80: dimming interface unit
T1: Trans
(Second prior art) (FIG. 2)
110: EMC filter module 120: bridge rectification module
130: first transformer 140: second transformer
150: PWM switching control module 160: switching module
170: smoothing circuit module 180: voltage sensing module
190: transformer connection control module
(Third prior art) (Figs. 3 and 4)
100: safety and EMI filter unit 200: primary rectification unit
300: snubber circuit part 400: controller part
500: switching unit 600: transformer
700: power factor improving circuit unit 800: surge voltage prevention unit
900: secondary rectification unit 1000: constant current and dimming control unit
1100: power supply unit for dimming sensor 1200: PWM dimming signal input unit
1300: EMI filter unit
710: full-wave rectifier 720: condenser
730: Damper circuit 740: CMP terminal
(4th prior art) (Figs. 5 and 6)
10: power factor correction type dimming converter 102: AC input unit
104: voltage conversion unit 106: dimming circuit unit
108: reactance control unit 110: dimming control unit
20: external power supply 22: lighting device
(the present invention) (Figs. 7 to 11)
100: power supply unit 200: rectification unit
300: power factor correction circuit unit 350: first auxiliary power supply unit
400: switching converter unit 450: second auxiliary power unit
500: rectifier circuit unit 600: power output unit
610: smoothing circuit part 620: filter part
700: feedback control unit 710: current feedback unit
720: voltage feedback unit 730: amplification unit
740: dimming control signal generator 750: third auxiliary power supply
800: dimming/power factor control unit 810: dimming interface unit
820: dimming level detection unit 900: power factor improvement unit
Claims (7)
상용 교류 전원을 입력받아 필터링하여 안전하게 공급하는 전원공급부(100);
상기 전원공급부에 의해 필터링된 교류 전원을 정류하는 정류부(200);
상기 정류부(200)에 의해 정류된 직류 전원을 인버팅하면서 주파수 변조를 행하는 스위칭컨버터부(400);
상기 정류부(200)에 의해 정류된 직류 전원의 역률을 보정하는 역률보정회로부(300);
상기 정류부에 의해 정류된 직류 전원을 공급받아 상기 역률보정회로부(300)와 스위칭컨버터부(400)에 의해 인버팅 및 역률보정되면서 LED 램프의 점등부의 전압 크기로 변환하는 변압기(T1);
상기 변압기(T1)의 2차측에서 알맞게 변압된 교류를 직류로 변환하는 동기식 정류회로부(500);
상기 정류회로부(500)의 맥류를 평활화하고 고주파 차단식 필터링하여 안정된 직류전원을 LED로 공급하는 전원출력부(600);
상기 전원출력부(600)에서 출력 전류 및 전압을 감지하고 상기 스위칭컨버터부(400)로 디밍제어신호를 출력하여 피드백 제어하는 피드백제어부(700);
상기 컨버터 회로의 외부에서 디밍레벨을 부여하고 부여된 디밍레벨에 따라 저디밍 조건에서 역률개선 제어신호를 발하는 디밍/역률제어부(800); 및
상기 디밍/역률제어부(800)로부터의 상기 역률개선 제어신호에 응하여 저디밍 조건에서 상기 정류부(200)의 출력단의 리액턴스를 변경함으로써 저디밍에서의 역률을 개선하는 역률개선부(900);
를 포함하여 이루어지며,
상기 디밍/역률제어부(800)는, 상기 컨버터 회로의 외부에서 디밍레벨을 부여하는 디밍인터페이스부(810)와 디밍인터페이스부(810)로부터 입력되는 디밍레벨을 검출하여 상기 역률개선부(900)를 제어하는 디밍레벨검출부(820)로 구성되며,
상기 디밍인터페이스부(810)의 입력단(DIM+, DIM-)을 통해 기준값 이하의 디밍레벨에 대응되는 전압을 입력하게 되면,
상기 피드백제어부(700)의 전류피드백부(710)에도 상기 기준값 이하의 디밍레벨에 대응되는 전압의 기준전압이 인가되어 상기 스위칭컨버터부(400)의 스위칭에 의해 LED점등부로의 출력이 디밍제어됨과 동시에,
한편으로는, 상기 디밍레벨검출부(820)에도 상기 기준값 이하의 디밍레벨에 대응되는 전압이 인가되면서, 저조도 디밍에서 상기 역률개선부(900)의 리액턴스 조정용 커패시터(CX4)의 스위칭 소자(Q8)를 전환하는 신호가 발하여지도록 동작하는 것을 특징으로 하는 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로.A converter circuit for an LED lamp having a power factor correction function during dimming,
A power supply unit 100 that receives commercial AC power, filters it, and supplies it safely;
a rectifier 200 for rectifying the AC power filtered by the power supply unit;
a switching converter unit 400 performing frequency modulation while inverting the DC power rectified by the rectification unit 200;
a power factor correction circuit unit 300 for correcting the power factor of the DC power rectified by the rectification unit 200;
A transformer (T1) for receiving the DC power rectified by the rectifying unit and converting it to the voltage level of the lighting unit of the LED lamp while inverting and correcting the power factor by the power factor correction circuit unit 300 and the switching converter unit 400;
A synchronous rectification circuit unit 500 for converting the AC suitably transformed in the secondary side of the transformer T1 into DC;
A power output unit 600 for smoothing and filtering the ripple current of the rectifier circuit unit 500 and supplying stable DC power to the LED;
a feedback control unit 700 that senses output current and voltage from the power output unit 600 and outputs a dimming control signal to the switching converter unit 400 for feedback control;
a dimming/power factor control unit 800 that applies a dimming level outside the converter circuit and generates a power factor improvement control signal under a low dimming condition according to the dimming level; and
a power factor improving unit (900) for improving the power factor in low dimming by changing a reactance of an output terminal of the rectifying unit (200) in a low dimming condition in response to the power factor improvement control signal from the dimming/power factor control unit (800);
It is made including,
The dimming/power factor control unit 800 detects a dimming interface unit 810 that provides a dimming level outside the converter circuit and a dimming level input from the dimming interface unit 810 to operate the power factor improving unit 900. It consists of a dimming level detection unit 820 that controls,
When a voltage corresponding to a dimming level below the reference value is input through the input terminals (DIM+, DIM-) of the dimming interface unit 810,
The reference voltage of the voltage corresponding to the dimming level below the reference value is also applied to the current feedback unit 710 of the feedback control unit 700, and the output to the LED lighting unit is dimmed by switching of the switching converter unit 400, and at the same time,
On the other hand, while a voltage corresponding to a dimming level lower than the reference value is applied to the dimming level detection unit 820, the switching element Q8 of the capacitor CX4 for adjusting the reactance of the power factor improving unit 900 in low light dimming is applied. A converter circuit for an LED lamp having a power factor correction function during dimming, characterized in that it operates so that a switching signal is issued.
상기 전원출력부(600)에서는 2차측 전압 및 전류를 센싱하는 센싱부가 구비되며,
상기 피드백제어부(700)에서는, 상기 센싱부에서 센싱된 전압 및 전류에 의해 상기 스위칭컨버터부(400)로 피드백신호를 출력함으로써, 저출력을 위해서는 고출력에서의 주파수보다 더 높은 고주파로 스위칭을 행하도록 하여, 정전류 및 정전압으로 피드백 제어를 행하게 되는 것을 특징으로 하는 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로.According to claim 1,
In the power output unit 600, a sensing unit for sensing secondary side voltage and current is provided,
In the feedback control unit 700, by outputting a feedback signal to the switching converter unit 400 by the voltage and current sensed by the sensing unit, switching is performed at a higher frequency than the frequency at high output for low output , A converter circuit for an LED lamp having a power factor correction function during dimming, characterized in that feedback control is performed with constant current and constant voltage.
상기 피드백제어부(700)는,
상기 전원출력부(600)의 센싱회로부(630)의 센싱저항(SH3)의 양 단(P6, P9)의 전류를 센싱하여 전류센싱신호를 발하는 전류피드백부(710)와,
상기 전원출력부(600)의 평활회로부(610)의 출력단(P2)의 출력전압을 분압저항을 통하여 감지하여 전압센싱신호를 발하는 전압피드백부(720)와,
상기 전류센싱신호와 전압센싱신호의 레벨에 따라서 상기 스위칭컨버터부(400)로 디밍제어신호를 발하는 디밍제어신호발생부(740)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로.According to claim 1,
The feedback control unit 700,
A current feedback unit 710 for generating a current sensing signal by sensing the current at both terminals P6 and P9 of the sensing resistor SH3 of the sensing circuit unit 630 of the power output unit 600;
a voltage feedback unit 720 for generating a voltage sensing signal by sensing the output voltage of the output terminal P2 of the smoothing circuit unit 610 of the power output unit 600 through a voltage dividing resistor;
A converter for LED lamps having a power factor correction function during dimming, characterized in that composed of a dimming control signal generator 740 for generating a dimming control signal to the switching converter unit 400 according to the levels of the current sensing signal and the voltage sensing signal. Circuit.
상기 전류피드백부(710)와 상기 스위칭컨버터부(400) 간의 제어는 제1 포토커플러(PC1)에 의하여 이루어지며,
상기 디밍레벨검출부(820)와 상기 역률개선부(900) 간의 제어는 제2 포토커플러(PC2)에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로.According to claim 1,
Control between the current feedback unit 710 and the switching converter unit 400 is performed by a first photocoupler PC1,
A converter circuit for an LED lamp having a power factor correction function during dimming, characterized in that the control between the dimming level detection unit 820 and the power factor improving unit 900 is performed by the second photocoupler (PC2).
상기 역률개선부(900)는, 상기 제2 포토커플러(PC2)의 발광다이오드(PC2A)가 발광되면서, 저조도 디밍에서 역률개선부(900)의 상기 제2 포토커플러(PC2)의 수광부(PC2B)가 턴온되기 때문에, 상기 스위칭소자(Q8)가 오프되어 상기 리액턴스 조정용 커패시터(CX4)가 오픈되면서 합성 커패시턴스 값이 저하되는 것을 특징으로 하는 디밍시 역률 보정기능을 갖는 LED 램프용 컨버터 회로.According to claim 6,
The power factor improving unit 900 is a light receiving unit PC2B of the second photocoupler PC2 of the power factor improving unit 900 in low light dimming while the light emitting diode PC2A of the second photocoupler PC2 emits light. Since is turned on, the switching element (Q8) is turned off and the reactance adjustment capacitor (CX4) is opened, resulting in a combined capacitance value that is lowered.
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