KR20100049527A - Led driving circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 LED램프나 LED 백라이트 등의 LED 조명기구에서 LED구동회로의 역률 및 효율을 향상시키는 방법 및 이 방법을 이용한 LED 구동회로에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving the power factor and efficiency of an LED driving circuit in an LED lighting device such as an LED lamp or an LED backlight, and an LED driving circuit using the method.
LED램프나 LED 백라이트에 사용되는 LED를 구동하는 LED구동회로는 일반적으로 SMPS를 사용해서 LED 구동회로를 구성하지만, SMPS는 가격이 비싸고 부피도 많이 차지하는 등 문제점이 있어서, 최근에는 SMPS를 사용하지 않고 교류 신호를 이용해서 LED를 직접 구동하는 기술들이 나오고 있다. LED driving circuits for driving LEDs used in LED lamps and LED backlights generally use SMPS to construct LED driving circuits. However, SMPSs are expensive and occupy a lot of volume. Techniques for driving LEDs directly using AC signals are emerging.
SPMS를 이용하지 않는 LED 구동 방식의 경우에는, 도1에서와 같이 입력 전압의 파형에 대하여 특정 영역의 위상(도1의 구간 a)에서만 입력 전류가 흐른다면 무효전력이 존재하게 되고, 이러한 현상이 커지게 될수록(즉 구간 a가 적어질수록) 역률이 악화되게 되고, 이에 따라 전력을 공급하는 전송선로에 손실이 발생한다.In the case of the LED driving method without using the SPMS, as shown in FIG. 1, if the input current flows only in the phase (section a in FIG. 1) of a specific region with respect to the waveform of the input voltage, reactive power exists. The larger (i.e., the smaller the interval a) is, the worse the power factor is, which causes losses in the transmission line that supplies power.
이러한 역률 악화를 방지하기 위해서는, 역률 개선 회로(Power Factor Correction Circuit : PFC)를 가진 LED 구동회로를 사용해야 한다.To prevent such power factor deterioration, an LED driving circuit having a power factor correction circuit (PFC) must be used.
그런데, 종래기술의 역률 개선 회로에는 수동(Passive) 방식과 능동(Active) 방식이 있고, 수동 방식의 대표적인 방법은 도2에서와 같이 전해 콘덴서에 대응하는 인덕터를 사용하는 LC공진회로 방식이고, 이 방식에서는 인덕터가 콘덴서의 위상 차이를 보상해 주어 역률이 개선되며(즉, 콘덴서에 의한 진상을 인덕터의 지상으로 보상해 준다), 이 수동방식에서는 보통 0.8정도까지 역률을 개선할 수 있다.However, the power factor correction circuit of the prior art has a passive method and an active method, and the typical method of the passive method is an LC resonant circuit method using an inductor corresponding to an electrolytic capacitor as shown in FIG. In this method, the inductor compensates for the capacitor's phase difference, which improves the power factor (ie, compensates for the condensation by the capacitor to the ground of the inductor).
그러나, 교류 전류가 50Hz 내지 60Hz의 저주파수이므로 저주파 인덕터를 만들기 위해서는 인덕터의 크기가 크고, 이에 따라 무게가 무거워서 소형 전원 공급 장치에 사용할 수 없다.However, since the AC current is a low frequency of 50Hz to 60Hz, the size of the inductor is large in order to make a low frequency inductor, and thus, it is heavy and cannot be used in a small power supply.
또한, 능동방식은 스위칭 방식을 이용하여 고역률을 구현 가능하지만, 회로가 복잡하여 가격이 비싸고 스위칭에 따른 고조파 발생으로 인하여 EMI 등의 대책을 세워야 하는 문제가 있어서, 내부 공간이 협소하고 저가격 제조가 필요한 소형 전원 공급 장치에서는 능동 방식의 역률 개선 회로를 사용하기 어렵다.In addition, the active method can implement a high power factor using a switching method, but the circuit is expensive, and there is a problem in that countermeasures such as EMI due to harmonics generated by switching have to be taken. It is difficult to use active power factor correction circuits in necessary small power supplies.
한편, 도1에서는 구간(a)의 폭이 좁아서 역률이 아주 나쁘지만, 효율이 근사적으로 폭(r) 상부의 입력전압 파형의 면적(근사적으로는 r x h1 + r x h2/2)에 대한 폭(r) 상부의 사각형의 면적(r x h1)으로 정의되고, 높이(h1)가 상대적으로 높이(h2)에 비해 상당히 크므로, 효율면에 있어서는 효율이 좋다. 결국, 상기 사각형의 상단이 입력 파형에 근접할수록 효율은 좋게 된다. On the other hand, Fig. 1, section (a) is wide enough power factor is very nappeujiman, efficiency is approximately the width (r) area of the upper input voltage waveform of the width of the (approximated by the rxh 1 + rxh 2/2) the width of the (r) It is defined as the area (rxh 1 ) of the upper quadrangle, and the height h 1 is relatively large compared to the height h 2 , so that efficiency is good in terms of efficiency. As a result, the closer the upper end of the quadrangle to the input waveform, the better the efficiency.
즉, 도1의 경우에는 구간(a)의 폭이 좁을수록 역율이 악화되지만 효율이 좋아지고, 역율을 향상시키기 위해 구간(a)의 폭을 늘려줄수록 효율은 악화되는 딜레마에 빠지게 된다.That is, in the case of FIG. 1, the narrower the width of the section a, the worse the power factor, but the better the efficiency.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 LED 구동회로의 문제점을 감안하여, 역률과 효율이 모두 향상되는 최적의 LED 구동회로를 제공한다.The present invention, in view of the problems of the LED drive circuit of the prior art as described above, provides an optimal LED drive circuit is improved both power factor and efficiency.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1실시예에서는, 엘이디 구동 회로에 있어서,In order to achieve the above object, in the first embodiment of the present invention, in the LED driving circuit,
입력 교류 전압을 정류하는 정류 회로; 상기 정류 회로의 출력 전압이, 이 출력전압의 피크치를 다수개의 전압 영역으로 분할한 전압 영역 중에서 어느 영역에 속하는지를 검출하는 전압검출 회로; 상기 분할된 전압 영역 각각 전압에서 동작하도록 설정되고, 상기 전압검출 회로에서 검출된 전압영역에 대응하는 모듈이 점등되는 엘이디 모듈들을 포함하는 것을 특징으로 한다.A rectifier circuit for rectifying the input alternating voltage; A voltage detection circuit for detecting which of the voltage ranges the output voltage of the rectifying circuit belongs to a voltage range obtained by dividing the peak value of the output voltage into a plurality of voltage ranges; Each of the divided voltage regions is set to operate at a voltage, and the LED modules corresponding to the voltage region detected by the voltage detecting circuit are turned on.
그리고, 본 발명의 제2실시예에서는, 엘이디 구동 방법에 있어서,In the second embodiment of the present invention, in the LED driving method,
입력 교류 전압을 정류하는 정류 단계; 상기 정류 단계의 출력 전압의 피크치를 다수개의 전압 영역으로 분할하는 단계; 상기 정류 단계의 출력 전압이 상기 다수개의 전압영역 중 어느 영역에 속하는지를 검출하는 전압검출 단계; 상기 분할된 전압 영역 각각의 전압에서 동작하는 엘이디 모듈들 중에서, 상기 전압검출 단계에서 검출된 전압 영역에 대응하는 엘이디 모듈을 점등시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Rectifying the rectified input AC voltage; Dividing the peak value of the output voltage of the rectifying step into a plurality of voltage regions; A voltage detecting step of detecting which of the plurality of voltage areas the output voltage of the rectifying step belongs to; Among the LED modules operating in the voltage of each of the divided voltage region, the LED module corresponding to the voltage region detected in the voltage detection step, characterized in that it comprises the step of turning on.
이상과 같은 본 발명을 이용하면, 역률과 효율이 모두 향상되는 최적의 LED 구동회로를 제공할 수 있게 된다.By using the present invention as described above, it is possible to provide an optimal LED driving circuit in which both the power factor and the efficiency are improved.
도1은 종래기술에서 특정 영역의 위상에서만 입력 전류가 흐르는 경우를 도시함.
도2는 종래기술에서 콘덴서에 대응하는 인덕터를 사용하는 LC공진회로 방식의 역률 개선회로를 도시함.
도3은 본 발명의 원리를 설명하는 도면.
도4은 도3의 원리를 적용한 본 발명에 따른 엘이디 구동 회로. 1 illustrates a case where an input current flows only in a phase of a specific region in the prior art.
Figure 2 shows a power factor correction circuit of the LC resonant circuit method using an inductor corresponding to a capacitor in the prior art.
3 illustrates the principle of the present invention.
4 is an LED driving circuit according to the present invention applying the principle of FIG.
먼저, 본 발명의 원리 및 실시예를 도3, 4를 참고로 하여 설명하기로 한다.First, the principle and embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
본 발명은 도3에서와 같이 입력 교류 전압을 다수개의 위상 영역(a1, a2, a3)으로 나누어서, 입력 전압이 어느 영역에 존재하는지를 검출하여 해당 영역(전압범위 영역)에 적합한 LED 모듈에 정전류가 흐르게 하는 것이다. The present invention divides the input AC voltage into a plurality of phase regions (a 1 , a 2 , a 3 ) as shown in FIG. 3, and detects in which region the input voltage is present and is suitable for the corresponding region (voltage range region). Constant current flows in the
입력전압이 브리지 다이오드 회로에 인가되면 브리지 다이오드 회로의 출력은 상기 도3의 파형이 반복되어, 하나의 파형은 도3과 같은 형태가 된다.When the input voltage is applied to the bridge diode circuit, the output of the bridge diode circuit is repeated in the waveform of FIG. 3 so that one waveform is as shown in FIG.
이때, 교류입력전압이 220V라고 하면, 입력의 피크치(VP)는 루트2를 곱하여 대략 311V가 되고, 이 전압 영역을 3개의 영역(a1, a2, a3)로 분할하면, 영역(a3)은 V1 ~ V2, 영역(a2)은 V2 ~ V3, 영역(a1)은 V3 ~ VP 가 된다.At this time, if the AC input voltage is 220V, the peak value V P of the input is approximately 311V by multiplying the root 2, and if the voltage area is divided into three areas a 1 , a 2 , a 3 , the area ( a 3 ) is V 1 ~ V 2 , area (a 2 ) is V 2 to V 3 , area (a 1 ) is V 3 To V P Becomes
그리고, 전압검출회로1은 브리지 다이오드 회로의 출력 전압이 V1 과 V2 사이에 있는지를 검출하는 것이고, 전압검출회로2는 브리지 다이오드 회로의 출력 전압이 V2 과 V3 사이에 있는지를 검출하는 것으로, 원하는 전압범위 내에 브리지 다이오드 회로의 출력 전압이 있는 경우에는 H 전압 (FET1 또는 FET2를 온시키는 전압)이 출력되게 된다. 여기서, 전압 검출회로1, 2는 전자회로 분야에서 널리 쓰이는 다양한 회로(예: OP 앰프를 이용한 전압 비교기)를 사용하면 된다.In addition, the voltage detection circuit 1 has an output voltage of V 1 of the bridge diode circuit. And is to detect whether between V 2, the voltage detecting circuit 2 is a bridge diode circuit of the output voltage is V 2 and V 3 by detecting whether or between, in the case where the output voltage of the bridge diode circuit within the desired voltage range, The H voltage (voltage that turns on FET1 or FET2) is output. Here, the voltage detection circuits 1 and 2 may use various circuits widely used in the electronic circuit field (for example, voltage comparators using an OP amplifier).
또한, 도통시 LED 모듈1에는 V2 전압이 걸리고(즉, LED모듈1의 동작전압이 V2), 도통시 LED 모듈2에는 V1 전압이 걸리도록(즉, LED모듈2 의 동작전압이 V1), LED의 개수 등을 정한다. In addition, V 2 is applied to the LED module 1 when conducting. The voltage is applied (ie, the operating voltage of the LED module 1 is V 2 ), and when the conduction, the LED module 2 is applied to the V 1 voltage (ie, the operating voltage of the LED module 2 is V 1 ).
그리고, 전압(V3)은 LED모듈1의 동작 전압(V2)과 LED모듈2의 동작 전압(V1)의 합보다 크게 , 즉 V3 > V1+V2 가 되게 정한다.
Then, the voltage (V 3) is larger, that is, V 3 than the sum of the operating voltage (V 2) and the operating voltage (V 1) of the LED module 2 of the LED module 1 > V 1 + V 2 .
이렇게 하면, 브리지 다이오드 회로의 출력 전압이 V1 전압 이하이면 전압 검출 회로1, 2 모두가 L 전압출력(FET1과 FET2를 오프시키는 전압) 이므로 FET1과 FET2가 오프이지만, LED모듈1과 LED모듈2에는 LED모듈1의 동작 전압(V1) 이하의 전압이 인가되므로 LED 모듈1과 LED모듈2가 모두 오프된다.In this case, if the output voltage of the bridge diode circuit is equal to or lower than V 1, the voltage detection circuits 1 and 2 are both L voltage outputs (voltages for turning off FET 1 and FET 2), so that FET 1 and FET 2 are off, but LED module 1 and LED module 2 are turned off. Since a voltage equal to or lower than the operating voltage V1 of the LED module 1 is applied, both the LED module 1 and the LED module 2 are turned off.
다음으로, 브리지 다이오드 회로의 출력 전압이 V1 과 V2 사이의 전압이면 전압 검출 회로1 만 H 전압출력이므로 FET1만 온되어, LED모듈1이 바이패스 되어서 정전류회로를 통해 LED모듈2만 점등하게 된다.Next, if the output voltage of the bridge diode circuit is a voltage between V 1 and V 2 , since only the voltage detection circuit 1 is the H voltage output, only the FET 1 is turned on so that the LED module 1 is bypassed so that only the LED module 2 lights through the constant current circuit. do.
그리고, 브리지 다이오드 회로의 출력 전압이 V2 과 V3 사이의 전압이면 전압 검출 회로2 만 H 전압출력이므로 FET2만 온되어, LED모듈2가 바이패스 되어서 정전류회로를 통해 LED모듈1만 점등하게 된다.And, the output voltage of the bridge diode circuit is V 2 Since the voltage when the voltage detecting circuit 2 outputs only the H voltage between V 3 is turned on only FET2, LED module 2 be the by-pass is only the LED lighting module 1 via the constant current circuit.
또한, 브리지 다이오드 회로의 출력 전압이 V3 와 VP사이의 전압이면, 전압 검출 회로1, 2 모두 L 전압출력이므로 FET1, 2가 모두 오프되어, 정전류회로를 통해 LED모듈1,2 모두가 점등하게 된다. In addition, the output voltage of the bridge diode circuit is V 3 If the voltage is between V and V P , the voltage detection circuits 1 and 2 are both L voltage outputs, so both the FETs 1 and 2 are turned off, and the LED modules 1 and 2 are turned on through the constant current circuit.
결국, 입력 전압이 위상에 따라 변화하더라도, 도3의 영역(a1)과 영역(a2) 과 영역(a3) 모두에 대하여 입력 전류가 흐르게 되어서 영역(a1)에 대해서만 전류가 흐르는 종래기술(도1)에 비하여 역률이 개선되게 된다.As a result, even if the input voltage changes in phase, the input current flows to both the region a 1 , the region a 2 , and the region a 3 in FIG. 3 so that the current flows only for the region a 1 . The power factor is improved compared to the technique (Fig. 1).
또한, 도3에서와 같이, 사각형들의 상부 괘적이 입력 전압파형에 근접하게 되므로 효율도 향상되어, 본 발명은 역률과 효율이 동시에 향상되는 효과를 가지게 된다.
In addition, as shown in FIG. 3, since the top rule of the rectangles is close to the input voltage waveform, the efficiency is also improved, and the present invention has the effect that the power factor and the efficiency are simultaneously improved.
한편, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 점에 유의해야 한다.
On the other hand, while the preferred embodiment of the present invention has been described above, it should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
예를 들어, 상기에서는 3개의 위상 영역(a1, a2, a3)으로 분할하는 것으로 설명하였지만, 더 많은 개수로 분할하면, 약간씩 역률 및 효율이 더 개선되게 된다. 그러나, 이러한 약간의 역률 및 효율 개선을 위하여, 분할 개수가 늘어날수록 입력 전압 감지 회로가 더욱 더 복잡해진다는 점을 고려하면, 2~3개의 영역으로 분할하는 것이 바람직하다.
For example, in the above description, the division into three phase regions a 1 , a 2 , and a 3 has been described. However, when the division into a larger number, the power factor and efficiency are slightly improved. However, in order to improve such a small power factor and efficiency, it is preferable to divide into two or three regions in consideration of the fact that the input voltage sensing circuit becomes more complicated as the number of divisions increases.
Claims (4)
입력 교류 전압을 정류하는 정류 회로;
상기 정류 회로의 출력 전압이, 이 출력전압의 피크치를 다수개의 전압 영역으로 분할한 전압 영역 중에서 어느 영역에 속하는지를 검출하는 전압검출 회로;
상기 분할된 전압 영역 각각 전압에서 동작하도록 설정되고, 상기 전압검출 회로에서 검출된 전압영역에 대응하는 모듈이 점등되는 엘이디 모듈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 구동 회로.In the LED driving circuit,
A rectifier circuit for rectifying the input alternating voltage;
A voltage detection circuit for detecting which of the voltage ranges the output voltage of the rectifying circuit belongs to a voltage range obtained by dividing the peak value of the output voltage into a plurality of voltage ranges;
And LED modules configured to operate at voltages of each of the divided voltage regions, and to turn on a module corresponding to the voltage region detected by the voltage detection circuit.
정전류회로가 상기 엘이디 모듈들에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 엘이디 구동 회로.The method of claim 1,
LED driving circuit, characterized in that the constant current circuit is connected in series with the LED modules.
상기 정류회로는 브리지 다이오드 회로인 것을 특징으로 하는 엘이디 구동 회로.The method according to claim 1 or 2,
And said rectifier circuit is a bridge diode circuit.
입력 교류 전압을 정류하는 정류 단계;
상기 정류 단계의 출력 전압의 피크치를 다수개의 전압 영역으로 분할하는 단계;
상기 정류 단계의 출력 전압이 상기 다수개의 전압영역 중 어느 영역에 속하는지를 검출하는 전압검출 단계;
상기 분할된 전압 영역 각각의 전압에서 동작하는 엘이디 모듈들 중에서, 상기 전압검출 단계에서 검출된 전압 영역에 대응하는 엘이디 모듈을 점등시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 구동 방법.
In the LED driving method,
Rectifying the rectified input AC voltage;
Dividing the peak value of the output voltage of the rectifying step into a plurality of voltage regions;
A voltage detecting step of detecting which of the plurality of voltage areas the output voltage of the rectifying step belongs to;
Among the LED modules operating in the voltage of each of the divided voltage region, the LED driving method comprising the step of lighting the LED module corresponding to the voltage region detected in the voltage detection step.
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