KR200384106Y1 - 고출력 엘이디 전원구동장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 풍력과 태양광 에너지를 이용하여 배터리에 저장한 직류 전원을 고출력 LED을 광원으로 사용하기 위한 점등시스템의 출력단의 에너지를 환원하여 광 출력 효율과 저전력 고효율로 에너지를 절감하는데 크게 기여할 수 있는 고출력 LED를 이용한 직류 점등시스템을 구현할 수 있는 고출력 LED의 전원구동장치에 관한 것이다.

본 고안은 소정의 전원을 발생시키는 전원부와; 상기 전원부에 연결되어 소정의 전원을 충전 및 방전하는 충전소자가 구비된 것에 있어서, 상기 전원과 직접 연결되는 부스터 컨버터(boost converter)와, 상기 부스터 컨버터와 직접 연결되는 LED와, 상기 부스터 컨버터와 LED 사이에 연결되는 error amplifier, 삼각파 발생회로 ,pwm 비교기, 구동부로 출력단의 에너지를 환원하는 회로를 구성하므로써 광 출력 효율이 높아 저전력 고효율, 에너지 절감 및 제어장치의 구조도 간단하여 고장의 염려가 없고, 유지 보수도 용이할 뿐만 아니라, 조작 및 사용도 편리하고, 소형이며, 사용수명도 길어지는 효과가 있게된다.,

Description

고출력 엘이디 전원구동장치{LED}

본 고안은 풍력과 태양광 에너지를 이용하여 배터리에 저장한 직류 전원을 고출력 LED을 광원으로 사용하기 위한 점등시스템의 출력단의 에너지를 환원하여 광 출력 효율과 저전력 고효율로 에너지를 절감하는데 크게 기여할 수 있는 고출력 LED를 이용한 직류 점등시스템을 구현할 수 있는 고출력 LED의 전원구동장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이 전세계적으로 에너지 의존도가 가장 높은 화력과 원자력 발전은 자원의 고갈과 환경 및 안정성 등의 문제로 인해 대체 에너지에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있다. 그 중에서도 태양광 발전은 유지보수비가 거의 들지 않으며, 무한한 청정에너지라는 관점에서 상당한 각광을 받으며, 현재에도 많은 연구가 이루어지고 있다.

특히 태양광 전원은 배터리 충전기, 펌프, 가정 전원, 가로등, 인공위성의 전원시스템과 같이 폭넓은 분야에 사용되고 있다. 그러나 태양광 발전 시스템은 태양 전지 모듈을 비롯한 시스템의 고가로 인한 실용화 보급에 다소 제한을 받고 있는 실정이다.

따라서 최근 제조원가를 줄이거나 효율 개선을 통하여 실용화 시기를 앞당기기 위한 노력과 더불어 인버터 등 주변 장치의 저가화 및 고 효율화에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

태양광 발전시스템은 태양전지의 DC 출력을 원하는 레벨의 DC 전압으로 변환하기 위해 DC/DC 컨버터는 입?출력 전압의 조건에 따라 승압형(boost), 강압형(buck), 승강압(buck-boost) 형태로 되어 있다.

상기한 컨버터는 최대전력점 추종(MPPT: maximum power point tracking)과 동시에 출력전압 또는 출력전류를 일정하게 유지하기 위해 PWM 스위칭 기법을 적용하고, 태양광 발전시스템의 출력을 증가시키는 방법으로 컨버터 모듈을 병렬 접속하여 전체 출력을 증가시키는 방법이 널리 이용되었다.

그러나 여러 대의 컨버터가 동일한 입력과 출력단을 가지고 동일한 스위칭 신호에 의해 구동이 될 경우, 각 컨버터의 전류는 불균형이 발생하기 쉽다. 특히 병렬로 접속된 컨버터들의 파라메타가 현실적으로 정확히 동일할 수 없으며, 이로 인해 스위칭 신호의 시비율에 미소한 차이를 발생시키게 된다.

따라서 동일한 신호가 각각의 컨버터 스위치의 제어신호가 주어지더라도, 각 스위치의 게이트 신호에는 약간의 차이가 나타나게 되므로 상대적으로 가장 큰 도통비를 가지는 컨버터는 전류 연속모드로 동작하게 되고 나머지 컨버터들은 전류 불연속으로 동작하게 된다. 이후 부하를 증가 시킨다면 전류 연속 모드로 동작하는 컨버터는 더욱 더 전류가 증가되어 스위치의 전류정격을 벗어나게 된다.

이러한 전류 불균형 문제를 해결하기 위한 인덕터(coupled inductor)를 이용한 방식, 히스테리시스 전류 제어기법 등이 기존 승압형 컨버터를 이용하여 구현되었다.

각 컨버터 스위치의 시비율에 차이가 발생하더라도 각각의 인덕터에 흐르는 전류는 거의 동일하여 전류 불평형에 대한 문제는 충분히 해결된 반면에 최종 출력단의 전류는 회로의 기본적인 특성상 전류 불연속으로 흐르게 되어 환류 다이오드의 전류 정격이 상승하고 출력 리플의 저감을 위해서는 출력 콘덴서의 용량을 증가시키게 되는 결과를 초래하게 되는 단점이 있다.

또한, 종래에는 교류램프를 사용하기 위해서는 인버터를 이용하여 교류로 전력변환을 해야 하기 때문에 추가적인 비용이 소요되는 단점이 있다.

이에 본 고안은 수명이 긴 반도체 LED를 조명으로 사용하여 전력 소모도 줄이고, 에너지 소모도 감소하여, 이에 따른 환경 보존정책에도 크게 기여함과 동시에 배터리에 저장된 직류 전원으로 고출력 LED을 광원으로 사용할 수 있는 직류 점등시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 현재 신호등 광원으로 이용되는 150W 백열등을 18W LED와 같은 삼파장등이나 저압 나트륨램프 등으로 변환 대체시킴으로써 에너지 절감과 유지보수 비용, 안정성 측면에서도 크게 기여하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 본 고안은 풍력과 태양광 발생시 에너지를 저장하여 그 저장 에너지를 이용하여 기존의 교류 램프가 아닌 직류 광원을 사용하여 저전력을 이용한 고효율 야간 조명 전원용 직류 점등 시스템을 제공하는데 있는 것이다.

상기한 목적 달성을 위해서 본 고안은 직류 광원으로써 고출력 LED를 사용하고, 광원으로 사용하기 위해 출력 전압의 안정화를 위한 LED의 특성에 맞는 전원구동장치를 제공하고자 소정의 전원을 발생시키는 전원부와; 상기 전원부에 연결되어 소정의 전원을 충전 및 방전하는 충전소자가 구비된 것에 있어서, 상기 전원과 직접 연결되는 부스터 컨버터(boost converter)와, 상기 부스터 컨버터와 직접 연결되는 LED와, 상기 부스터 컨버터와 LED 사이에 연결되는 에러필터(error amplifier), 삼각파 발생회로가 구비된 pwm비교기, 부스터 컨버터에 출력된 에너지의 일부를 구동부로 환원하는 리턴회로를 포함하는 고출력 LED의 전원구동장치를 그 특징으로 한다.

또한, 본 고안은 24V 밧데리 전원 출력전압의 안정화를 위해 PWM 제어 방식을 사용하고, LED 구동특성에 따라 정 전류방식으로 개선하고, 여러 구동방식과 비교하여 광출력 효율이 좋은 전원 구동장치를 제공하는 것을 또 다른 특징으로 하고 있다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 예시 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른고출력 LED의 전원구동장치를 설명하는 블록도 이고, 도 2는 본 고안에 따른 고출력 LED의 전원구동장치를 설명하는 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 고안은 소정의 전원을 발생시키는 전원부, 상기 전원부에 연결되어 소정의 전원을 충?방전시키도록 구성된 것에 있어서, 상기 전원과 직접 연결되는 부스터 컨버터(boost converter)와, 상기 부스터 컨버터와 직접 연결되는 LED와, 상기 부스터 컨버터와 LED 사이에는 에러필터(error amplifier), 삼각파 발생회로가 구비된 pwm비교기, 부스터 컨버터로 리턴되는 회로를 구성하는 구동부가 설치된다.

이와 같이 구성된 본 고안은 풍력과 태양광 발생시 에너지를 밧데리에 저장하여 그 저장 에너지를 이용하여 기존의 교류 램프가 아닌 직류 광원을 사용하여 저전력을 이용한 고효율 야간 조명 전원용 직류 점등 시스템을 구축할 수 있게된다.

또한, 직류 광원으로 사용하기 위해 출력 전압의 안정화를 위한 LED의 특성에 맞는 전원구동장치는 24V 밧데리 전원에 의한 출력전압의 안정화를 위해 PWM 제어방식과 LED 구동 특성에 따라 정전류 방식으로 광출력 효율을 높일 수 있다.

본 고안의 고출력 LED는 전원 및 주변온도에 의해 특성이 변화되는 소자이고, 조명용으로 사용하기 위해서는 일정한 광 출력이 나와야 한다. 그러므로 안정된 동작과 수명을 보존하기 위해 허용 전압, 전류 범위를 넘지 않아야 하고, 회로방식에 따라 전체 소비전력과 특성이 차이가 나므로 효율적인 설계가 필요하다.

따라서 본 고안은 24V 밧데리 전원에 의해서도 출력전압의 안정화를 위해 PWM 제어 방식을 사용하고, LED 구동특성에 따라 정 전류 방식으로 여러 구동방식과 비교하여 광출력 효율이 좋은 전원구동장치를 사용하면 저전력을 이용한 고효율 야간 조명에 유용하게 이용되어질 수 있다.

이처럼 본 고안은 전원부에 연결되어 소정의 전원을 충?방전하는 충전시스템상에 에러필터(error amplifier), 삼각파 발생회로 , pwm 비교기, 구동부, 부스터 컨버터(boost converter)를 부가하여 출력단의 에너지를 다시 리턴받아 환원방식으로 개선하므로써 광 출력 효율이 높아 저전력 고효율을 달성하며, 에너지 절감 효과를 크게 높일 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 전원구동장치는 고출력 LED를 구동하기 위한 PWM제어 장치를 포함하여 전류를 조정함으로써 광출력을 제어할 수 있으며, LED 자체 발열로 광선에 열이 나지 않음은 물론 제어장치의 구조도 간단하여 고장의 염려가 없고, 유지 보수도 용이할 뿐만 아니라, 조작 및 사용도 편리하고, 소형이며, 사용수명도 길어지는 효과가 있다.

도1은 본 고안에 따른 고출력 LED의 전원구동장치를 설명하는 블록도이고,

도2는 본 고안에 따른 고출력 LED의 전원구동장치를 설명하는 회로도이다.

Claims (1)

1. 소정의 전원을 발생시키는 전원부와; 상기 전원부에 연결되어 소정의 전원을 충전 및 방전하는 충전소자가 구비된 것에 있어서,

   상기 전원과 직접 연결되는 부스터 컨버터(boost converter)와,

   상기 부스터 컨버터와 직접 연결되는 LED와,

   상기 부스터 컨버터와 LED 사이에 에러필터(error amplifier), 삼각파 발생회로가 구비된 pwm비교기가 구비되어 부스터 컨버터에 출력된 에너지의 일부를 구동부로 환원하는 리턴회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 LED의 전원구동장치.