KR20100097600A - 전류 균형화 장치 및 그 방법, 엘이디 조명기구, 엘씨디 비/엘 모듈, 엘씨디 표시기기 - Google Patents

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신지 아소
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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

(과제)
본 발명은, 부하에 흐르는 전류균형회로에 있어서의 손실 저감을 실현시켜서 고효율화를 구현하는 전류 균형화 장치에 관한 것이다.
(해결수단)
교번전류를 출력하는 전력공급수단(10)과, 전력공급수단(10)의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일(N1, S1)과 1 이상의 정류소자(D1, D2)와 1 이상의 부하(LED(1a), LED(2a))가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로를 구비하고, 복수의 직렬회로의 각각에 흐르는 전류가, 1 이상의 코일(N1, S1)에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 되는 것을 특징으로 한다.

Description

전류 균형화 장치 및 그 방법, 엘이디 조명기구, 엘씨디 비/엘 모듈, 엘씨디 표시기기{THE METHOD AND DEVICE FOR CURRENT BALANCING, LED LIGHTING EQUIPMENT, LCD B/L MODULE, LCD DISPLAY EQUIPMENT}
본 발명은, 병렬로 접속된 복수의 부하에 흐르는 전류를 균형화(均衡化)시키기 위한 전류 균형화 장치(電流均衡化裝置) 및 그 방법, LED 조명기구(LED 照明機具), LCD B/L 모듈(LCD B/L module), LCD 표시기기(LCD 表示機器)에 관한 것이다.
종래에, 직렬로 접속된 복수의 LED(Light Emitting Diode)를 점등(點燈)시키는 LED 점등장치(LED 點燈裝置)로서, 예를 들면 특허문헌1, 특허문헌2가 알려져 있다.
특허문헌1에 개시된 LED 조명장치는, 복수의 LED를 직렬로 접속한 LED 유닛(LED unit)이 복수 개 병렬로 접속되어 구성되어 있다. 그러나 복수의 LED를 직렬로 접속한 LED 유닛이 복수 개 병렬로 접속된 상태에서 구동되면, LED 유닛의 전압(각각의 LED의 순방향 전압(Vf)) 강하(降下)에 불균일이 있기 때문에, 병렬로 접속된 LED 유닛의 전류는 불균형이 되어버린다. 따라서 특허문헌1에서는 정전류회로(定電流回路)에 의하여 각각의 LED 유닛에 정전류를 흐르게 함으로써 LED 유닛에 흐르는 전류가 균형을 이루도록 하고 있다.
특허문헌2에 개시된 방전등 점등회로(放電燈 點燈回路)는, 병렬로 접속된 복수의 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp ; 냉음극선관(冷陰極線管))에 흐르는 전류를 트랜스포머(transformer)를 사용하여 균형을 이루게 하고 있다. CCFL은 교류에 의하여 구동되므로, 밸런스 트랜스포머(balance transformer)에는 정현파(正弦波)의 전류가 흐르고 있다. 이 때문에 CCFL과 밸런스 트랜스포머를 직렬로 접속하고, 밸런스 트랜스포머의 2차코일이 폐회로(閉回路)가 되도록 구성하여 전류가 균형을 이루게 하고 있다.
일본국공개특허특개2004-319583호공보 일본국공개특허특개2006-12659호공보
그러나 특허문헌1에서는, 정전류회로를 접속하면 각각의 LED 유닛의 전압강하의 차이가 손실이 되어버린다.
특허문헌2에서는, 밸런스 트랜스포머를 사용하여 전류의 균형을 이루게 하고 있기 때문에, CCFL의 전압의 불균일에 의한 손실은 발생하지 않지만, 직류전류만이 흐르는 LED에서는 직류전류를 트랜스포머에 의하여 균형을 이루게 할 수는 없다. 즉 밸런스 트랜스포머는 주파수가 높아지면 작게 할 수 있지만, 주파수가 낮아지면 커지게 된다. 또한 직류에서는, 트랜스포머가 포화(飽和)해버리므로 밸런스 트랜스포머는 사용할 수 없다.
본 발명의 과제는, 임피던스(impedance)가 서로 다른 복수의 부하에 흐르는 전류의 균형회로에 있어서의 손실 저감을 실현시켜서 고효율화를 구현할 수 있는 전류 균형화 장치 및 그 방법, LED 조명기구, LCD B/L 모듈, LCD 표시기기를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 전류 균형화 장치(電流 均衡化 裝置)는, 교번전류(交番電流)를 출력하는 전력공급수단(電力供給手段)과, 상기 전력공급수단의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자(整流素子)와 1 이상의 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로(直列回路)를 구비하고, 상기 복수의 직렬회로의 각각에 흐르는 전류가, 상기 1 이상의 코일에 발생하는 전자력(電磁力)에 의거하여 균형화(均衡化) 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 멀티 부하(multi 負荷)의 전류 균형화 방법은, 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 1 이상의 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각에 흐르는 교번전류를, 상기 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 함으로써 상기 1 이상의 부하에 흐르는 전류를 균형화 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LED 조명기구(LED 照明器具)는, 상용 교류전원(商用交流電源)으로부터의 교류전력을 임의의 교번전력으로 변환하여 교번전류를 공급하는 전력변환장치(電力變換裝置)와, 상기 전력변환장치의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 1 이상의 LED 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각과 상기 1 이상의 LED 부하에 흐르는 전류가, 상기 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 되는 전류 균형화 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LCD B/L 모듈(LCD B/L module)은, LCD 셀(LCD cell)과, 상용 교류전원으로부터의 교류전력을 임의의 교번전력으로 변환하여 교번전류를 공급하는 전력변환장치의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 상기 LCD 셀을 발광(發光)시키는 1 이상의 LED 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각과 상기 1 이상의 LED 부하에 흐르는 전류가, 상기 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 되는 전류 균형화 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 LCD 표시기기(LCD 表示機器)는, LCD 셀과, 상용 교류전원으로부터의 교류전력을 임의의 교번전력으로 변환하여 교번전류를 공급하는 전력변환장치와, 상기 전력변환장치의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 상기 LCD 셀을 발광시키는 1 이상의 LED 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각과 상기 1 이상의 LED 부하에 흐르는 전류가, 상기 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 되는 전류 균형화 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전력공급수단의 출력으로부터 복수의 부하에 공급하는 전류를, 1 이상의 부하에 직렬로 접속한 1 이상의 코일에 발생하는 전자력(電磁力)에 의거하여 균형화 할 수 있다. 또한 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의하여 전류를 균형화 하기 때문에, 복수의 부하의 임피던스 차이에 의한 손실을 저감시킬 수 있다. 따라서 임피던스가 서로 다른 복수의 부하에 흐르는 전류균형회로에 있어서의 손실 저감을 실현시켜서 고효율화를 구현할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예1의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도2는 본 발명의 실시예1의 전류 균형화 장치의 동작파형이다.
도3은 본 발명의 실시예2의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도4는 본 발명의 실시예3의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도5는 본 발명의 실시예4의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도6은 본 발명의 실시예5의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도7은 본 발명의 실시예6의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도8은 본 발명의 실시예6의 전류 균형화 장치의 동작파형이다.
도9는 본 발명의 실시예7의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도10은 본 발명의 실시예8의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도11은 본 발명의 실시예8의 전류 균형화 장치의 동작파형이다.
도12는 본 발명의 실시예9의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도13은 본 발명의 실시예9의 전류 균형화 장치의 동작파형이다.
도14는 본 발명의 실시예10의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도15는 본 발명의 실시예10의 전류 균형화 장치의 동작파형이다.
도16은 본 발명의 실시예11의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도17은 본 발명의 실시예11의 전류 균형화 장치의 동작파형이다.
도18은 본 발명의 실시예12의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도19는 본 발명의 실시예13의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도20은 본 발명의 실시예14의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도21은 본 발명의 실시예14의 전류 균형화 장치의 밸런스 트랜스포머의 리셋 동작을 설명하기 위한 동작파형이다.
도22는 본 발명의 실시예14의 전류 균형화 장치의 밸런스 트랜스포머의 리셋 동작을 설명하기 위한 동작파형이다.
도23은 본 발명의 실시예15의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도24는 본 발명의 실시예15의 전류 균형화 장치의 밸런스 트랜스포머의 리셋 동작을 설명하기 위한 동작파형이다.
도25는 본 발명의 실시예15의 전류 균형화 장치의 밸런스 트랜스포머의 리셋 동작을 설명하기 위한 동작파형이다.
도26은 본 발명의 실시예16의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도27은 본 발명의 실시예17의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도28은 본 발명의 실시예18의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도29는 본 발명의 실시예19의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도30은 본 발명의 실시예20의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도31은 본 발명의 실시예21의 전류 균형화 장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시예의 전류 균형화 장치(電流均衡化裝置)를 구비한 전력공급장치(電力供給裝置)에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
우선 트랜스포머(transformer)는 교류전류(交流電流)의 균형을 이루게 할 수 있지만, LED와 같은 직류구동회로(直流驅動回路)에서는 트랜스포머는 직류전류(直流電流)의 균형을 이루게 할 수 없다. 이 때문에 본 발명은, 교번전류(交番電流)를 출력하는 전력공급수단(電力供給手段)의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자(整流素子)와 1 이상의 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로(直列回路)를 구비하고, 복수의 직렬회로의 각각에 흐르는 전류가, 1 이상의 코일에 발생하는 전자력(電磁力)에 의거하여 균형화 하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 설명하는 각 실시예에서는, 이 전류 균형화 장치에 있어서의 임피던스(impedance)가 서로 다른 부하를 LED로 하는 예를 나타내고 있다.
(실시예1)
도1은 본 발명의 실시예1에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이다.
도1에 나타나 있는 실시예1에 있어서 교번전류를 공급하는 전력공급수단(電力供給手段)(10)은, 직류전원(直流電源)(Vin)과, 직류전원(Vin)의 양단에 접속된 트랜스포머(transformer)(T)의 1차코일(Np)과 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 이루어지는 스위칭 소자(switching 素子)(Q1)의 직렬회로와, 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)로 구성되어 있다. 스위칭 소자(Q1)가 온/오프(on/off) 동작함으로써 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)의 양단으로부터 교번전류가 출력된다.
트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)의 일단(一端)에는 코일(N1)의 일단이 접속되고, 코일(N1)의 타단(他端)에는 교번전류를 반파정류(半波整流) 하는 다이오드(D1)의 애노드(anode)가 접속되고, 다이오드(D1)의 캐소드(cathode)와 2차코일(Ns)의 타단 사이에는 부하(LD1)(LED(1a)∼LED(1e))가 접속된다. 실시예1에 있어서 제1직렬회로는, 코일(N1)과 다이오드(D1)와 부하(LD1)로 이루어진다.
또한 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)의 일단에는 코일(S1)의 일단이 접속되고, 코일(S1)의 타단에는 교번전류를 반파정류하는 다이오드(D2)의 애노드가 접속되고, 다이오드(D2)의 캐소드와 2차코일(Ns)의 타단 사이에는 부하(LD2)(LED(2a)∼LED(2e))가 접속된다. 실시예1에 있어서 제2직렬회로는, 코일(S1)과 다이오드(D2)와 부하(LD2)로 이루어진다. 코일(N1)과 코일(S1)은 서로 전자적(電磁的)으로 결합되어 트랜스포머(T1)를 구성한다. 또한 실시예1에 있어서 부하(LD1)의 임피던스와 부하(LD2)의 임피던스는 서로 다르다.
도2는 본 발명의 실시예1에 관한 전류 균형화 장치의 동작파형이다. 도2에 있어서 V(Q1)는 스위칭 소자(Q1)의 드레인-소스간 전압, I(Q1)는 스위칭 소자(Q1)의 드레인에 흐르는 전류, I(NS)는 트랜스포머(T)의 2차코일에 흐르는 전류, I(D1) 및 I(D2)는 다이오드(D1) 및 다이오드(D2)에 흐르는 전류, V(LED(1a-e))는 부하(LD1)(LED(1a)∼LED(1e)의 양단 전압, V(LED(2a-e))는 부하(LD2)(LED(2a)∼LED(2e))의 양단 전압이다.
우선 시간(t0)에 있어서, 스위칭 소자(Q1)가 온 되면 트랜스포머(T)의 코일(Np)은 권취 시작부가 부전위(負電位)가 되고, 코일(Ns)도 권취 시작부가 부전위가 된다. 따라서 시간(t0)으로부터 시작되는 기간(ST1)에서는, 코일(Ns)에 접속된 제1직렬회로와 제2직렬회로에는 각각의 직렬회로에 포함되는 다이오드(D1, D2)에 의하여 코일(Ns)로부터 공급되는 교번전류는 흐르지 않아, 트랜스포머(T)와 제1 및 제2직렬회로에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 트랜스포머(T)의 여자전류(勵磁電流)가 Vin → Np → Q1 → Vin의 경로로 흐른다.
시간(t1)에서 스위치(Q1)가 오프 되면, 기간(ST1)에서 트랜스포머(T)에 축적된 여자전류가 코일(Np)의 권취 시작부가 정전위(正電位)가 되도록 역기전력(逆起電力)이 발생한다. 따라서 코일(Ns)도 권취 시작부가 정전압(正電壓)이 된다. 따라서 시간(t1)으로부터 시작되는 기간(ST2)에서는, 직렬회로에 접속되는 다이오드는 도통(導通)되어, Ns → N1 → D1 → 부하(LD1) → Ns의 경로와, Ns → S1 → D2 → 부하(LD2) → Ns의 경로로 전류가 흐른다. 이와 같이 각각의 직렬회로에는, 시간적으로 크기가 변화하는 즉 교류성분을 가진 전류(I(D1)) 및 전류(I(D2))가 흐른다.
전류(I(D1)) 및 전류(I(D2))는 코일(N1) 및 코일(S1)에 흘러 각각의 전류에 따른 자속(磁束)을 발생시키려고 한다. 이 때에 코일(N1) 및 코일(S1)은 트랜스포머(T1)를 구성하기 때문에, 각각의 코일에 발생하는 자속은 자속의 크기를 균일화 하도록 상호작용 한다. 따라서 이들 전류(I(D1)) 및 전류(I(D2))는, 원래 각각의 크기가 다른 경우이더라도 일정한 값으로 균형화(균일화(均一化)) 되어 부하(LD1) 및 부하(LD2)에 공급된다. 이와 같이 부하(LD1)와 부하(LD2)는 서로 임피던스가 다르지만, 제1직렬회로의 전류(I(D1))와 제2직렬회로의 전류(I(D2))는 서로 동일하게 된다.
또한 실시예1에서는, 코일에 발생하는 전자력에 의하여 전류를 균형화 하기 때문에 주로 코일 저항에 의거하는 손실이 발생하지만, 이 손실은 특허문헌1의 정전류회로(定電流回路)에 있어서의 손실에 비하여 작기 때문에 균형회로에 있어서의 손실을 저감시킬 수 있다.
또한 실시예1에서는, 부하(LD1) 및 부하(LD2)가 LED를 복수 개 직렬로 접속한 조명장치이기 때문에, 부하(LD1) 및 부하(LD2)에 균형화 된 전류를 공급함으로써 복수의 LED를 균일하게 발광시켜서, 예를 들면 액정 디스플레이(LCD)를 균일하게 조명할 수 있다.
도3부터 도6에 나타나 있는 실시예2부터 실시예5는, 전력공급수단(10)에 접속되는 직렬회로가 복수 개 접속되었을 경우의 각각의 코일 전류가 균형화 되도록 트랜스포머가 자기결합(磁氣結合) 하는 방법이다.
(실시예2)
도3은 본 발명의 실시예2에 관한 전류 균형화 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도3에 나타나 있는 실시예2에 있어서 전력공급수단(10)의 출력에는, 코일(S4)과 코일(N1)과 다이오드(D1)와 LED(1a)∼LED(1e)로 구성되는 부하(LD1)의 직렬회로와, 코일(S1)과 코일(N2)과 다이오드(D2)와 LED(2a∼2e)로 구성되는 부하(LD2)의 직렬회로와, 코일(S2)과 코일(N3)과 다이오드(D3)와 LED(3a∼3e)로 구성되는 부하(LD3)의 직렬회로와, 코일(S3)과 코일(N4)과 다이오드(D4)와 LED(4a)∼LED(4e)로 구성되는 부하(LD4)의 직렬회로가 접속되어 있다.
코일(N1)(및 N2, N3, N4)과 코일(S1)(및 S2, S3, S4)은 다이오드가 반파정류하는 전류가 균형화 되도록 자기적으로 결합되어 각각 트랜스포머(T1)(및 T2, T3, T4)를 구성하고 있다.
즉 각각의 직렬회로가 직렬로 접속된 2개의 코일을 구비하고, 2개의 코일 각각이 트랜스포머의 1차코일 및 2차코일로서 전자결합(電磁結合) 된다.
실시예2의 접속에서는, 트랜스포머(T1)(및 T2, T3, T4)에 있어서 코일(N1)(및 N2, N3, N4)과 코일(S1)(및 S2, S3, S4)은, 그 특성으로부터 코일(N1)(및 N2, N3, N4)과 코일(S1)(및 S2, S3, S4)에 흐르는 전류가 동일하게 되어, 전력공급수단(10)으로부터 공급된 전류를 부하(LD1), 부하(LD2), 부하(LD3), 부하(LD4)에 균형화 하여 공급할 수 있다. 따라서 실시예1에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 직렬회로에 2개의 코일이 접속되기 때문에, 밸런스 트랜스포머(balance transformer)로서 사용하는 트랜스포머가 작아지게 될 수 있어 동일한 트랜스포머를 사용할 수 있다.
(실시예3)
도4는 본 발명의 실시예3에 관한 전류 균형화 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도4에 나타나 있는 실시예3에 있어서 전력공급수단(10)의 출력에는, 코일(N1)과 다이오드(D1)와 LED(1a)∼LED(1e)로 구성되는 부하(LD1)의 직렬회로와, 코일(N2)과 다이오드(D2)와 LED(2a)∼LED(2e)로 구성되는 부하(LD2)의 직렬회로와, 코일(N3)과 다이오드(D3)와 LED(3a)∼LED(3e)로 구성되는 부하(LD3)의 직렬회로와, 코일(N4)과 다이오드(D4)와 LED(4a)∼LED(4e)로 구성되는 부하(LD4)의 직렬회로가 접속되어 있다.
또한 코일(S1)과 코일(S2)과 코일(S3)과 코일(S4)이 폐루프(閉 loop)로 접속되고, 코일(N1)(및 N2, N3, N4)과 코일(S1)(및 S2, S3, S4)은 서로 전자적으로 결합되어 트랜스포머(T1∼T4)를 구성한다. 즉 각각의 직렬회로가 1개의 코일을 구비하고, 각각의 코일에 전자결합된 코일이 직렬로 접속되어 폐루프를 구성하여, 코일(S1)과 코일(S2)과 코일(S3)과 코일(S4)에는 동일한 전류가 흐르게 된다.
다이오드(D1)(및 D2, D3, D4)에 의하여 반파정류된 전류가 코일(N1)(및 N2, N3, N4)에 흐르고, 이 전류와 코일(S1)(및 S2, S3, S4)에 흐르는 전류가 균형화 되도록 자기적으로 결합되어 각각 트랜스포머(T1)(및 T2, T3, T4)가 되어 있다. 따라서 실시예3의 접속에서는, 트랜스포머(T1)(및 T2, T3, T4)에 있어서 코일(N1)(및 N2, N3, N4)과 코일(S1)(및 S2, S3, S4)은, 그 특성으로부터 코일(N1)(및 N2, N3, N4)과 코일(S1)(및 S2, S3, S4)에 흐르는 전류가 동일하게 되어, 전력공급수단(10)으로부터 공급된 전류를 부하(LD1), 부하(LD2), 부하(LD3), 부하(LD4)에 균형화 하여 공급할 수 있다. 따라서 실시예1에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 밸런스 트랜스포머로서 동일한 트랜스포머를 사용할 수 있다.
(실시예4)
도5는 본 발명의 실시예4에 관한 전류 균형화 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도5에 나타나 있는 실시예4에 있어서 전력공급수단(10)의 출력에는, 코일(N1)과 다이오드(D1)와 LED(1a)∼LED(1e)로 구성되는 부하(LD1)의 직렬회로와, 코일(S1)과 코일(N2)과 다이오드(D2)와 LED(2a)∼LED(2e)로 구성되는 부하(LD2)의 직렬회로와, 코일(S2)과 코일(N3)과 다이오드(D3)와 LED(3a)∼LED(3e)로 구성되는 부하(LD3)의 직렬회로와, 코일(S3)과 다이오드(D4)와 LED(4a)∼LED(4e)로 구성되는 부하(LD4)의 직렬회로가 접속되어 있다.
코일(N1)(및 N2, N3)과 코일(S1)(및 S2, S3)은 다이오드가 반파정류 한 전류가 균형화 되도록 자기적으로 결합되어 각각 트랜스포머(T1)(및 T2, T3)가 되어 있다. 즉 1개의 코일을 구비하는 직렬회로와 2개의 코일을 구비하는 직렬회로를 구비하고, 각각의 코일이 트랜스포머의 1차 및 2차코일로서 전자결합 된다.
실시예4의 접속에서는, 트랜스포머(T1)(및 T2, T3)에 있어서 코일(N1)(및 N2, N3)과 코일(S1)(및 S2, S3)은, 그 특성으로부터 코일(N1)(및 N2, N3)과 코일(S1)(및 S2, S3)에 흐르는 전류가 동일하게 되어, 전력공급수단(10)으로부터 공급된 전류를 부하(LD1), 부하(LD2), 부하(LD3), 부하(LD4)에 균형화 하여 공급한다. 따라서 실시예1에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 실시예4는 실시예2 및 실시예3의 코일(N4)과 코일(S4)로 이루어지는 트랜스포머(T4)를 생략할 수 있기 때문에, 전류 균형화 장치를 저렴하게 구성할 수 있다.
(실시예5)
도6은 본 발명의 실시예5에 관한 전류 균형화 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도6에 나타나 있는 실시예5에 있어서 전력공급수단(10)의 출력에는, 코일(N3)과 코일(N1)과 다이오드(D1)와 LED(1a)∼LED(1e)로 구성되는 부하(LD1)의 직렬회로와, 코일(N3)과 코일(S1)과 다이오드(D2)와 LED(2a)∼LED(2e)로 구성되는 부하(LD2)의 직렬회로와, 코일(S3)과 코일(N2)과 다이오드(D3)와 LED(3a∼3e)로 구성되는 부하(LD3)의 직렬회로와, 코일(S3)과 코일(S2)과 다이오드(D4)와 LED(4a)∼LED(4e)로 구성되는 부하(LD4)의 직렬회로가 접속되어 있다.
코일(N1)(및 N2, N3)과 코일(S1)(및 S2, S3)은 다이오드가 반파정류하는 전류가 균형화 되도록 자기적으로 결합되어 각각 트랜스포머(T1)(및 T2, T3)가 되어 있다. 실시예5의 접속에서는, 트랜스포머(T1)(및 T2, T3)에 있어서 코일(N1)(및 N2, N3)과 코일(S1)(및 S2, S3)은, 그 특성으로부터 코일(N1)(및 N2, N3)과 코일(S1)(및 S2, S3)에 흐르는 전류가 동일하게 되어, 전력공급수단(10)으로부터 공급된 전류를 부하(LD1), 부하(LD2), 부하(LD3), 부하(LD4)에 균형화 하여 공급한다. 따라서 실시예1에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 실시예5는 실시예2 및 실시예3의 코일(N4)과 코일(S4)로 이루어지는 트랜스포머(T4)를 생략할 수 있기 때문에, 전류 균형화 장치를 저렴하게 구성할 수 있다.
(실시예6)
도7은 본 발명의 실시예6에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이고, 전력공급수단(10a)으로부터 공급되는 교번전류가 정현파(正弦波) 형상의 전류인 것을 특징으로 한다.
도7에 나타나 있는 실시예6에 있어서, 정현파 형상의 교번전류를 공급하기 위하여 직류전원(Vin)의 양단에 MOSFET로 이루어지는 스위칭 소자(QH)와 MOSFET로 이루어지는 스위칭 소자(QL)의 직렬회로가 접속되어 있다. 스위칭 소자(QH)와 스위칭 소자(QL)의 접속점에 트랜스포머(T)의 1차코일(Np)과 전류공진 콘덴서(電流共振 condenser)(Cri)의 직렬공진회로(直列共振回路)가 접속되어 있다. 트랜스포머(T)는 리키지 인덕턴스(leakage inductance)(Lr1, Lr2)를 구비한다. Lp는 트랜스포머(T)의 여자 인덕턴스(勵磁 inductance)이다. 로우 사이드 드라이버(low side driver)(13)는 스위칭 소자(QL)를 구동하고, 하이 사이드 드라이버(high side driver)(15)는 스위칭 소자(QH)를 구동한다.
스위칭 소자(QH)와 스위칭 소자(QL)는 교대로 온/오프를 함으로써, 트랜스포머(T)의 코일(Ns)로부터 리키지 인덕턴스(Lr1, Lr2)와 전류공진 콘덴서(Cri)에 의하여 공진(共振)된 정현파 형상의 전류를 공급할 수 있다.
도8은 본 발명의 실시예6에 관한 전류 균형화 장치의 동작파형이다. 도8에 있어서 V(QH)는 스위칭 소자(QH)의 드레인-소스간 전압, I(QH)는 스위칭 소자(QH)의 드레인에 흐르는 전류, V(QL)는 스위칭 소자(QL)의 드레인-소스간 전압, I(QL)는 스위칭 소자(QL)의 드레인에 흐르는 전류, I(NS)는 코일(Ns)에 흐르는 전류, I(D1)는 다이오드(D1)에 흐르는 전류, I(D2)는 다이오드(D2)에 흐르는 전류, V(LED(1a-e))는 부하(LD1)의 양단 전압, V(LED(2a-e))는 부하(LD2)의 양단 전압이다.
우선 시간(t0)에 있어서, 스위칭 소자(QL)가 오프 상태일 때에 스위칭 소자(QH)가 온 되면, 트랜스포머(T)의 코일(Np)은 권취 시작부가 부전압(負電壓)이 되고, 코일(Ns)의 권취 시작부도 부전압이 된다. 따라서 시간(t0)으로부터 시작되는 기간(ST1)에서는, 코일(Ns)에 접속된 제1 및 제2직렬회로는 각각의 직렬회로에 포함되는 다이오드(D1, D2)에 의하여 코일(Ns)로부터 공급되는 교번전류는 흐르지 않아 제1 및 제2직렬회로에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 스위칭 소자(QH)에 흐르는 전류(I(QH))는, Vin(정극) → QH(DH) → Lr1 → Lp → Cri → Vin(부극)의 경로로 마이너스 상태로부터 흐르기 시작하고, 전류공진 콘덴서(Cri)와 여자 인덕턴스(Lp)와 리키지 인덕턴스(Lr1)의 공진에 의하여 시간과 함께 증가하여 간다. 또한 이 때에 전류공진 콘덴서(Cri)가 충전(充電)된다.
다음에 시간(t1)에 있어서 스위칭 소자(QH)가 오프 되고 스위칭 소자(QL)가 온 되면, 여자 인덕턴스(Lp)에 흐르고 있던 전류는, Lp → Cri → DL(QL) → Lr1 → Lp의 경로로 흐른다. 따라서 코일(Np)의 권취 시작부는 정전압이 되고, 코일(Ns)의 권취 시작부도 정전압이 된다.
따라서 시간(t1)으로부터 시작되는 기간(ST2)에서는, 제1 및 제2직렬회로에 접속되는 다이오드(D1) 및 다이오드(D2)는 도통(導通)하여, 코일(N1)을 지나는 전류는, Ns → N1 → D1 → 부하(LD1) → Ns의 경로와 Ns → S1 → D2 → 부하(LD2) → Ns의 경로로 전류가 흐른다.
이러한 전류는, Cri → Np → Lr2 → Lr1 → QL(DL) → Cri의 경로로 트랜스포머(T)를 통하여 전류공진 콘덴서(Cri)로부터 공급되기 때문에, 전류공진 콘덴서(Cri)와 리키지 인덕턴스(Lr1 + Lr2)의 공진에 의하여 전류가 흐르게 되어 정현파 형상의 반파전류가 공급된다. 이와 같이 각각의 직렬회로에는 시간적으로 크기가 변화되는 즉 교류성분을 가진 전류(I(D1) 및 I(D2))가 흐른다. 따라서 실시예1에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 전류 균형화 회로에 정현파 형상의 전류가 흐르기 때문에, 실시예1에 관한 전류 균형화 장치를 저노이즈화(低noise化) 시킬 수 있다.
또 실시예6에 관한 전력공급수단(10a)은, 실시예2부터 실시예5에 나타나 있는 복수의 직렬회로를 접속할 수 있다.
(실시예7)
도9는 본 발명의 실시예7에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이고, 전력공급수단(10b)으로부터 공급되는 교번전류가 정현파 형상의 전류인 것을 특징으로 하고, 실시예6에 관한 전류 균형화 장치에 있어서, 트랜스포머(T)의 입력측에 플라이 백 액티브 클램프 방식(flyback active clamped 方式)을 채용한 점이 다르다.
도9에 나타나 있는 실시예7에 있어서 직류전원(Vin)의 양단에는, 트랜스포머(T)의 1차코일(Np)과 전압공진 콘덴서(Crv)의 직렬공진회로가 접속되어 있다. 전압공진 콘덴서(Crv)의 양단에는 스위칭 소자(QL)와 다이오드(DL)가 접속되어 있다.
트랜스포머(T)의 1차코일(Np)의 양단에는, 전류공진 콘덴서(Cri)와 스위칭 소자(QH)의 직렬회로가 접속되어 있다. 스위칭 소자(QH)의 양단에는 다이오드(DH)가 접속되어 있다. 트랜스포머(T)는 리키지 인덕턴스(Lr1, Lr2)를 구비한다. Lp는 트랜스포머(T)의 여자 인덕턴스이다. 또한 다이오드(DL, DH)는 스위칭 소자(QL, QH)의 기생 다이오드(寄生 diode)(Di)이어도 좋다.
실시예7에 관한 전력공급수단(10b)은, 실시예6의 전력공급수단(10a)의 구성을 변경한 것으로서, 직류전원(Vin)과 전류공진 콘덴서(Cri)를 교체한 구성과 동등하게 된다. 대략 동일한 동작파형이 되고, 실시예7에 관한 전력공급수단(10b)으로부터 공급되는 교번전류는, 정현파 형상의 전류가 된다. 따라서 실시예6에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또 실시예7에 관한 전력공급수단(10b)은, 실시예2부터 실시예5에 나타나 있는 복수의 직렬회로를 접속할 수 있다.
(실시예8)
도10은 본 발명의 실시예8에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이고, 전력공급수단(10)으로부터 공급되는 교번전류를 평활화 하여 부하에 공급하는 것을 특징으로 한다.
도10에 나타나 있는 실시예8에 있어서 교번전류를 공급하는 전력공급수단(10)의 양단에는, 코일(N1)과 교번전류를 반파정류하는 다이오드(D1)와 부하(LD1)(LED(1a)∼LED(1e))로 이루어지는 제1직렬회로와, 코일(S1)과 교번전류를 반파정류하는 다이오드(D2)와 부하(LD2)(LED(2a)∼LED(2e))로 이루어지는 제2직렬회로가 접속되어 있다. 또한 다이오드(D1(D2))에는, 부하(LD1)(부하(LD2))와 병렬로 평활 콘덴서(C1(C2))가 접속되어 있다. 즉 실시예8에 관한 전류 균형화 장치는, 평활 콘덴서(平滑 condenser)(C1, C2)를 구비하는 점에서 실시예1에 관한 전류 균형화 장치와 다르다.
도11은 본 발명의 실시예8에 관한 전류 균형화 장치의 동작파형이다. 실시예8에 관한 전류 균형화 장치에서는, 콘덴서(C1, C2)에 의하여 평활화 된 전류가 부하에 공급되기 때문에, 부하전류(I(LED(1a-e))와 I(LED(2a-e)))는 평활하게 된 전류가 흐른다. 평활하게 된 전류를 부하에 공급할 수 있기 때문에, 실시예1에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 부하에 흐르는 전류 피크(電流 peak)가 내려감으로써 부하에 주는 스트레스(stress)를 경감시킬 수 있다.
또 실시예8에 관한 전력공급수단(10)을, 실시예6 및 실시예7에 관한 전력공급수단(10a, 10b)으로 치환할 수 있다. 또한 실시예8에 관한 평활 콘덴서(C1, C2)는, 실시예2부터 실시예5에 나타나 있는 복수의 직렬회로에 적용할 수 있다.
(실시예9)
도12는 본 발명의 실시예9에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이고, 전력공급수단(10a)으로부터 공급되는 교번전류를 평활화 한 전류를 부하에 공급하는 것을 특징으로 한다. 도12에 나타나 있는 실시예9에 있어서 콘덴서(C1, C2)에 의하여 평활화 된 전류가 부하에 공급되기 때문에, 부하전류(I(LED(1a-e))와 I(LED(2a-e)))는 평활하게 된 전류가 흐른다. 평활하게 된 전류를 부하에 공급할 수 있기 때문에, 실시예6에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 부하에 흐르는 전류 피크가 내려감으로써 부하에 주는 스트레스를 경감시킬 수 있다.
또 실시예9에 관한 전력공급수단(10a)을 실시예7에 관한 전력공급수단(10b)으로 치환할 수 있다.
(실시예10)
도14는 본 발명의 실시예10에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이고, 전력공급수단(10a)으로부터 공급되는 교번전류를 전체 주기에 걸쳐 정류하는 것을 특징으로 한다.
도14에 나타나 있는 실시예10에 있어서 정현파 형상의 교번전류를 공급하는 전력공급수단(10a)의 양단에는, 코일(N1)과 교번전류를 반파정류하는 다이오드(D1)와 부하(LD1)(LED(1a)∼LED(1e))로 이루어지는 제1직렬회로와, 코일(S1)과 교번전류를 반파정류하는 다이오드(D2)와 부하(LD2)(LED(2a)∼LED(2e))로 이루어지는 제2직렬회로가 접속되고, 다이오드(D1(D2))에는, 부하(LD1)(부하(LD2))와 병렬로 평활 콘덴서(C1(C2))가 접속되어 있다. 또한 부하(LD1)(부하(LD2))는, 콘덴서(C10)를 통하여 전력공급수단(10a)과 접속되고, 부하(LD1)(부하(LD2))와 콘덴서(C10)의 접속점과 코일(N1(S1))의 사이에 다이오드(D10)가 접속된다. 즉 실시예10에 관한 전류 균형화 장치는, 콘덴서(C1, C2)에 의하여 평활화 된 전류와 코일(Ns)에 발생하는 부전압에 대한 반파전류를 콘덴서(C10)에 의하여 평활화 한 전류를 부하에 공급하는 점에서, 실시예9에 관한 전류 균형화 장치와 다르다.
도15는 본 발명의 실시예10에 관한 전류 균형화 장치의 동작파형이다.
우선 시간(t0)에 있어서, 스위칭 소자(QH)가 오프 상태일 때에 스위칭 소자(QL)가 온 되면, 코일(Np)의 권취 시작부의 전압은 부전압이 되고, 코일(Ns)도 권취 시작부가 부전압이 된다. 따라서 시간(t0)으로부터 시작되는 기간(ST1)에서는 다이오드(D1, D2)는 역방향 전압이 인가되기 때문에, 제1 및 제2직렬회로에는 전류가 흐르지 않는다.
그러나 다이오드(D10)는 순방향 전압이 인가되어, 코일(Ns)로부터 Ns → C10 → D10 → Ns의 경로로 전류가 흐른다. 이 전류는 트랜스포머(T)를 통하여 코일(Np)로부터 공급되기 때문에, 전류(I(QL))가 Cri → Np → QL(DL) → Cri의 경로로 마이너스 상태로부터 흐르기 시작하고, 전류공진 콘덴서(Cri)와 인덕턴스(Lr1)와 인덕턴스(Lr2)의 공진에 의하여 정현파 형상의 반파전류가 되어, 시간과 함께 증가하여 시간(t1)에서 제로(zero)가 된다.
다음에 시간(t2)에 있어서 스위칭 소자(QL)가 오프 되고, 스위칭 소자(QH)가 온 되면, 인덕턴스(Lp)에 흐르고 있던 전류는 Lp → Lr1 → QH(DH) → Vin → Cri → Lp의 경로로 흐르고, 트랜스포머(T)의 코일(Np)의 권취 시작부가 정전압이 되고, 코일(Ns)의 권취 시작부도 정전압이 된다. 따라서 시간(t2)으로부터 시작되는 기간(ST3)에서는, 직렬회로에 접속되는 다이오드는 도통되어, 코일(N1)을 지나는 Ns → N1 → D1 → 부하(LD1) → Ns의 경로와 Ns → S1 → D2 → 부하(LD2) → Ns의 경로로 전류가 흐른다.
이러한 전류는, Vin → QH(DH) → Lr1 → Lr2 → Np → Cri → Vin의 경로로 흘러서 트랜스포머(T)를 통하여 Vin으로부터 공급되고, 전류공진 콘덴서(Cri)와 리키지 인덕턴스(Lr1 + Lr2)의 공진에 의하여 전류가 흐르게 되어, 정현파 형상의 반파전류가 공급된다.
이와 같이 각각의 직렬회로에는, 시간적으로 크기가 변화되는 즉 교류성분을 가진 전류(I(D1) 및 I(D2))가 흐른다. 따라서 실시예1에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 본 발명은 트랜스포머(T)의 양쪽 파(波)를 사용하기 때문에, 트랜스포머(T)의 이용율이 향상되어 트랜스포머(T)가 소형으로 될 수 있다. 따라서 전류 균형화 장치를 저렴하게 구성할 수 있다.
또 실시예10에 관한 전력공급수단(10a)을, 실시예1 및 실시예7에 관한 전력공급수단(10, 10b)으로 치환할 수 있다. 또한 실시예10에 관한 콘덴서(C10) 및 다이오드(D10)는, 실시예2부터 실시예5에 나타나 있는 복수의 직렬회로에 적용할 수 있다.
(실시예11)
도16은 본 발명의 실시예11에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이고, 전력공급수단(10a)으로부터 공급되는 교번전류를 전체 주기에 걸쳐 정류하고, 또한 평활화 된 전류를 부하에 공급하는 것을 특징으로 한다.
도16에 나타나 있는 실시예11의 전류 균형화 장치는, 도7에 나타나 있는 실시예6에 있어서 다이오드(D10)와 콘덴서(C10)를 추가함으로써 전력공급수단(10a)으로부터 공급되는 교번전류를 콘덴서(C10)에 의하여 평활화 하고, 평활화 된 전류를 부하에 공급하도록 구성된다. 실시예11은 트랜스포머(T)의 양쪽 파를 사용함으로써 트랜스포머(T)의 이용율이 향상되기 때문에, 트랜스포머(T)가 소형이 될 수 있고, 또한 도14에 나타나 있는 실시예10에 있어서 콘덴서(C1, C2)를 삭제할 수 있다. 따라서 전류 균형화 장치를 저렴하게 구성할 수 있다.
도17은 본 발명의 실시예11에 관한 전류 균형화 장치의 동작파형이다. 도17의 실시예11의 동작파형은 도7의 실시예6의 동작파형인 도8을 조합시킨 것이 되기 때문에, 이에 대한 설명은 생략한다.
또 실시예11에 관한 전력공급수단(10a)을, 실시예1 및 실시예7에 관한 전력공급수단(10, 10b)으로 치환할 수 있다. 또한 실시예11에 관한 콘덴서(C10) 및 다이오드(D10)는, 실시예2부터 실시예5에 나타나 있는 복수의 직렬회로에 적용할 수 있다.
(실시예12)
도18은 본 발명의 실시예12에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이고, 복수의 직렬회로의 전류를 검출하는 전류검출수단(電流檢出手段)과, 전류검출수단에 의하여 검출된 전류검출치와 기준전압을 비교하는 비교수단(比較手段)과, 비교수단의 출력에 따라 교번전류를 제어하는 제어수단(制御手段)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도18에 나타나 있는 실시예12에 관한 전류 균형화 장치는, 실시예6에 관한 전력공급장치(10a)와 동일한 구성을 포함하는 전력공급수단(10c)을 구비하고, 전력공급수단(10c)의 출력에는, 실시예2에 관한 직렬회로가 접속되고, 그 일단이 GND에 접속되는 부하(LD1)(및 LD2, LD3, LD4)에 평활 콘덴서(C1)(및 C2, C3, C4)에 의하여 평활화 된 전류가 공급되도록 구성되어 있다. 또한 부하(LD1)(및 LD2, LD3, LD4)와 2차코일(Ns)의 사이에 전류검출수단으로서 저항(Rs)이 추가되고, 2차코일(Ns)과 저항(Rs)의 접속점에 저항(Ris) 및 콘덴서(Cis)로 이루어지는 필터회로(filter 回路)의 입력단이 접속된다. 비교회로 및 제어회로로서의 PRC 회로(1)의 일방(一方)의 입력단자에는 필터회로의 출력단이 접속되고, 타방(他方)의 입력단자에는 부전압인 기준전압(基準電壓)(Vref)이 접속된다.
저항(Rs)이 부하(LD1)(및 LD2, LD3, LD4)에 흐르는 전류를 일괄적으로 검출하여, 필터회로를 통하여 전류검출치를 PRC 회로(1)로 출력한다. PRC 회로(1)는 전류검출치와 기준전압(Vref)을 비교하고, 그 오차출력(誤差出力)에 의거하여 부하에 흐르는 전류가 일정하게 되도록 스위칭 소자(QH)와 스위칭 소자(QL)의 온 시간 비율을 제어한다.
또 각 부의 파형은, 도13에 나타나 있는 각 부의 파형과 기본적으로 동일하기 때문에, 여기에서는 그에 대한 설명은 생략한다.
따라서 실시예12에 관한 전류 균형화 장치에 의하면, 실시예9에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 작용효과가 얻어짐과 아울러, 부하(LD1)(및 LD2, LD3, LD4)에 흐르는 전류를 일정하게 제어할 수 있다. 또한 부하의 일단을 직접 GND 전위에 접속할 수 있기 때문에, 저렴하게 저노이즈화 할 수 있다.
또 실시예12에 관한 전류검출수단, 비교수단 및 제어회로는, 실시예2부터 실시예5에 나타나 있는 복수의 직렬회로에 적용할 수 있다. 또한 필터회로는 생략할 수도 있다.
(실시예13)
도19는 본 발명의 실시예13에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이고, 복수의 직렬회로의 전류를 검출하는 전류검출수단과, 전류수단의 검출치와 기준전압을 비교하는 비교수단과, 비교수단의 출력에 따라 교번전류를 제어하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도19에 나타나 있는 실시예13에 관한 전류 균형화 장치는, 실시예6에 관한 전력공급장치(10a)와 동일한 구성을 포함하는 전력공급수단(10d)을 구비하고, 전력공급수단(10d)의 출력에는, 실시예2에 관한 직렬회로가 접속되고, 실시예10에 관한 콘덴서(C10)와 다이오드(D10)를 구비한다. 또한 부하(LD1)(및 LD2, LD3, LD4)와 콘덴서(C10) 및 다이오드(D10)의 접속점 사이에 전류검출수단으로서 저항(Rs)이 추가되고, 부하(LD1)(및 LD2, LD3, LD4)와 저항(Rs)의 접속점에 저항(Ris) 및 콘덴서(Cis)로 이루어지는 필터회로의 입력단이 접속된다. 비교회로 및 제어회로로서의 PFM 회로(1a)의 일방의 입력단자에는 필터회로의 출력단이 접속되고, 타방의 입력단자에는 정전압인 기준전압(Vref)이 접속된다.
저항(Rs)이 부하(LD1)(및 LD2, LD3, LD4)에 흐르는 전류를 일괄적으로 검출하여, 필터회로를 통하여 전류검출치를 PFM 회로(1a)로 출력한다. PFM 회로(1a)는 전류검출치와 기준전압(Vref)을 비교하고, 그 오차출력에 의거하여 부하에 흐르는 전류가 일정하게 되도록 스위칭 소자(QH)와 스위칭 소자(QL)의 온/오프 주파수를 제어한다.
또 각 부의 파형은, 도15에 나타나 있는 각 부의 파형과 기본적으로 동일하기 때문에, 여기에서는 그에 대한 설명은 생략한다.
따라서 실시예13에 관한 전류 균형화 장치에 의하면, 실시예12에 관한 전류 균형화 장치와 동일한 작용효과가 얻어진다. 또한 도18에 나타나 있는 실시예12에서는 기준전압(Vref)이 부전압이었지만, 도19에 나타나 있는 실시예13은 기준전압(Vref)이 정전압인 것을 특징으로 한다. 기준전압이 정전압으로 될 수 있기 때문에, 부전압이 불필요하게 되어 검출회로의 구성이 간단하게 될 수 있어 저렴하게 구성할 수 있다.
또 실시예13에 관한 전류검출수단, 비교수단 및 제어회로는, 실시예2부터 실시예5에 나타나 있는 복수의 직렬회로에 적용할 수 있다. 또한 필터회로는 생략할 수도 있다.
(실시예14)
도20은 본 발명의 실시예14에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이다. 도20에 나타나 있는 실시예14는, 도12에 나타나 있는 실시예9에 있어서 직렬회로의 병렬 수를 증가시키고, 밸런스 트랜스포머를 이상 트랜스포머(理想 transformer)(T1a, T2a, T3a, T4a)와 여자 인덕턴스(L1, L2, L3, L4)로 나누어서 기재한 회로도이다. 실시예14에서는, 트랜스포머(T1a, T2a, T3a, T4a)의 리셋(reset)과 스위칭 소자(QL)의 오프 제어를 위주로 하여 설명한다.
도21은 본 발명의 실시예14에 관한 전류 균형화 장치의 밸런스 트랜스포머의 리셋 동작을 설명하기 위한 동작파형이다.
도21에 있어서 1차코일(Np)로부터 공급된 전류가 2차코일(Ns)로 흐르는 기간을 ST1, 트랜스포머(T1a, T2a, T3a, T4a)가 리셋하는 기간을 ST2, 트랜스포머의 리셋이 종료되어 스위칭 소자(QL)가 턴 오프(turn off) 하는 기간을 ST3이라고 한다.
기간(ST1)에서는, 2차코일(Ns)로부터의 전류는, 제1경로에서는 Ns → S2 → N1 → D1 → C1 → Ns, 제2경로에서는 Ns → S3 → N2 → D2 → C2 → Ns가 된다. 제3경로에서는 Ns → S4 → N3 → D3 → C3 → Ns, 제4경로에서는 Ns → S1 → N4 → D4 → C4 → Ns가 된다. 이 때문에 1차코일(N1)에 흐르는 전류는 2차코일(S1)에 흐르는 전류와 동일하게 되고, 1차코일(N2)에 흐르는 전류는 2차코일(S2)에 흐르는 전류와 동일하게 된다. 이렇게 하여 제1경로 내지 제4경로의 전류는 동일하게 된다.
평활 콘덴서(Cm)(m은 1∼4의 정수)의 전압(LED(ma)∼LED(me)의 순방향 전압강하(順方向 電壓降下)의 합과 동일하다)을 Vcm, 코일(Ns)의 전압을 Vns, 코일(Sm)(m은 1∼4의 정수)의 전압을 Vsm, 코일(Nm)(m은 1∼4의 정수)의 전압을 Vnm, 다이오드(Dm)(m은 1∼4의 정수)의 순방향 전압강하를 Vf라고 하면, 이 기간(ST1)의 각 경로의 전압은, Vc1 = Vns + Vs2 - Vn1 - Vf Vc2 = Vns + Vs3 - Vn2 - Vf Vc3 = Vns + Vs4 - Vn3 - Vf Vc4 = Vns + Vs1 - Vn4 - Vf 가 된다.
Vn1 = Vs1, Vn2 = Vs2, Vn2 = Vs2, Vn4 = Vs4로부터 또한 Vc를 Vc1, Vc2, Vc3, Vc4의 평균치라고 하면, Vc = (Vc1 + Vc2 + Vc3 + Vc4) / 4 Vns = Vc + Vf 가 된다.
또한 각 경로에서 직렬로 접속되는 2개 코일의 양단 전압은, Vs2 - Vn1 = Vc1 - Vc Vs3 - Vn2 = Vc2 - Vc Vs4 - Vn3 = Vc3 - Vc Vs1 - Vn4 = Vc4 - Vc 가 되고, 전압(Vc1) 즉 LED(1a)∼LED(1e)의 순방향 전압강하의 합의 전압이 LED(ma)∼LED(me)의 순방향 전압강하의 합의 평균치보다 큰 경우에는, Vc1 - Vc는 정(正)이 되어 코일(S2)과 코일(N1)의 직렬회로에 정전압(正電壓)이 인가된다.
또한 전압(Vc1) 즉 LED(1a)∼LED(1e)의 순방향 전압강하의 합의 전압이 LED(ma)∼LED(me)의 순방향 전압강하의 합의 평균치보다 작은 경우에는, Vc1 - Vc은 부(負)가 되어 코일(S2)과 코일(N1)의 직렬회로에 부전압(負電壓)이 인가된다.
또한 평균치(Vc)보다 작은 Vcm(m은 1∼4)이라면 여자 인덕턴스(Lm)에는 정의 전류가 흐르게 되고, 평균치(Vc)보다 큰 Vcm이라면 여자 인덕턴스(Lm)에는 부의 전류가 흐르게 된다.
기간(ST2)에서는, 밸런스 트랜스포머(T1a∼T4a)의 여자 인덕턴스(L1∼L4)에 축적된 전류가 리셋하는 기간이다. 기간(ST1)에서, 여자 인덕턴스(L1∼L4)에 부의 전류에 의하여 축적된 전류는 다이오드(Dm)의 순방향과는 역의 전압을 발생시키기 때문에, 이 다이오드(Dm)에는 역전압(逆電壓)이 인가된다.
리셋기간에 역전압이 가장 크게 발생하는 조건은, Vc1 즉 LED(1a)∼LED(1e)의 순방향 전압강하의 합이 불균일의 최대치이고, 다른 Vc2, Vc3, Vc4 즉 LED(xa)∼LED(xe)(x = 2∼4)의 순방향 전압강하의 합의 불균일의 최소값일 때 등이 생각되고, 리셋기간(ST2)에서의 다이오드에 역전압이 인가되는 것은 다이오드(D1)에만 적용된다.
상기와 같은 경우의 다이오드(D1)의 역전압은, VD1 = Vc1 - Vns - Vn2 + Vn1 이 되고, 다른 제2경로∼제4경로에 있어서의 순방향 전압은, Vc2 = Vns + Vn3 - Vn2 - Vf Vc3 = Vns + Vn4 - Vn3 - Vf Vc4 = Vns + Vn1 - Vn4 - Vf 이다. 따라서 상기한 3개의 식으로부터 Vn1 - Vn2 = Vc2 + Vc3 + Vc4 - 3Vns + 3Vf 가 되고, 다이오드(D1)의 역방향 전압은, VD1 = Vc1 + Vc2 + Vc3 + Vc4 - 4Vns + 3Vf가 된다.
리셋기간(ST2)에 역내압(逆耐壓)이 걸리는 다이오드의 역전압은 코일전압(Vns)이 정전압일 경우에 작아지는 것을 알 수 있다.
도21에 나타나 있는 동작파형에서는, 2차코일의 전류가 정현파 형상으로 흐르고, 제로가 된 후의 기간(ST2)(밸런스 트랜스포머의 리셋기간)에도 스위칭 소자(QL)를 턴 오프(turn-off) 하지 않고 있기 때문에 2차코일전압(Vns)은 리셋기간(ST2)에는 약간 전압이 내려가고 있지만, 다이오드에 전류가 흐르고 있던 기간보다 약간 전압이 내려가고 있는 것뿐이다. 이 때문에 이 약간의 전압을 ΔV라고 하면, Vns는 Vc - ΔV이고, VD1 = Vc1 + Vc2 + Vc3 + Vc4 - 4Vns + 3Vf VD1 = 4Vc - 4(Vc - ΔV) + 3Vf = 4ΔV + 3Vf 이기 때문에, 다이오드(D1)의 역전압은 낮게 억제할 수 있다. 즉 인덕턴스(L1)(및 L2, L3, L4)를 흐르는 전류가 제로가 되고, 밸런스 트랜스포머(T1a∼T4a)의 리셋기간이 완료되는 시간(T3)을 지나친 후에 시간(T4)에서 스위칭 소자(QL)를 턴 오프 시킴으로써 다이오드(D1)의 역전압은 낮게 억제할 수 있다.
도22는, 본 발명의 실시예14에 관한 전류 균형화 장치의 스위칭 소자(QL)를 밸런스 트랜스포머의 리셋기간에서 턴 오프 하였을 경우의 각 부의 동작파형이다.
밸런스 트랜스포머(T1a∼T4a)의 리셋기간(ST2)에 스위칭 소자(QL)를 턴 오프 하면, 여자 인덕턴스(Lp)에 흐르고 있던 전류가 다이오드(DH)로 방향을 바꾸어 흐르기 때문에, 트랜스포머(T)의 1차코일전압은 권취 시작부가 부전압이 되고, 트랜스포머(T)의 2차코일전압의 권취 시작부도 부전압이 되므로, Vns는 트랜스포머(T)의 권수비(卷數比)를 N이라고 하면, Nns = -(Vin - Vcri) / N 이 되고, 다이오드(D1)의 역전압은 VD1 = Vc1 + Vc2 + Vc3 + Vc4 + 4(Vin - Vcri) / N + 3Vf로 매우 큰 값이 된다. 도22에서도 다이오드(D1)의 전압V(D1)이 매우 큰 것을 알 수 있다.
또한 상기 식에서도 알 수 있는 바와 같이 Vc1은 LED 유닛의 총 Vf전압(LED의 Vf x 직렬 접속 수)과 대략 동일하기 때문에, LED 유닛의 직렬 수가 많아지면 다이오드(D1)의 역전압이 커지게 되는 것을 알 수 있다.
LED 유닛의 병렬 수를 증가시키면, 고내압(高耐壓)의 다이오드가 필요하게 되거나 또는 다이오드의 내압(耐壓)이 제한된다. 이 때문에 LED 유닛의 직렬 수나 병렬 수를 증가시킬 수 없게 된다. 따라서 리셋기간(ST2)의 스위칭 소자(QL, QH)의 온/오프를 제어하여, 밸런스 트랜스포머의 리셋이 종료된 후에 트랜스포머의 전압을 반전시키는 제어가 매우 효과적이다.
(실시예15)
도23은 본 발명의 실시예15에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이다. 본 발명은 리셋기간이 완료된 후에 스위칭 소자(Q1)를 온 하여 전압공진(電壓共振)을 종료함으로써 다이오드(D1)의 역전압을 낮게 하는 것을 특징으로 한다.
도23에 나타나 있는 실시예15는, 도10에 나타나 있는 실시예8에 있어서 트랜스포머(T)를 여자 인덕턴스(Lp)와 이상 트랜스포머로 분할하여 기재하고, 코일(Ns)의 전류가 제로가 된 후에 여자 인덕턴스(Lp)와 전압공진하는 공진 콘덴서(Cv)를 스위칭 소자(Q1)에 병렬로 접속하고, 밸런스 트랜스포머를 이상 트랜스포머(T1')와 여자 인덕턴스(L1)로 나누어서 기재한 회로도이다. 또 콘덴서(Cv)는 FET(스위칭 소자(Q1))의 기생용량(寄生容量)이어도 좋다. 실시예15에서는, 트랜스포머(T1')의 여자 인덕턴스(L1)의 리셋과 스위칭 소자(Q1)의 온 제어를 위주로 하여 설명한다.
도24는, 본 발명의 실시예15에 있어서의 전류 균형화 장치의 스위칭 소자(Q1)가 밸런스 트랜스포머(T1')의 리셋기간에 턴 오프 하였을 경우의 각 부의 동작파형이다.
도24에 있어서 시간(t0) 이전은 스위칭 소자(Q1)가 온이어서 Np의 권취 시작부가 -Vin의 부전압이 되기 때문에, 2차코일(Ns)의 권취 시작부도 부전압이 되어 다이오드(D1, D2)는 역방향 전압이 인가되므로, 2차코일(Ns)에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서 1차측의 전류는 Vin → Lp → Q1 → Vin의 경로로 전류가 흘러서, Lp에 에너지가 축적되어 있다.
시간(t0)에서 스위칭 소자(Q1)가 오프가 되면, 여자 인덕턴스(Lp)에 축적된 에너지는 역기전력(逆起電力)을 발생시켜서 코일(Np)의 권취 시작부를 정전압으로 한다. 따라서 2차코일(Ns)의 권취 시작부도 정전압이 되어 2차코일에 전류가 흐른다. 1차측의 전류는 Lp → Np → Lp의 경로로 흐르고, 2차측의 전류는 Ns → N1 → D1 → C1 → Ns의 경로와 Ns → S1 → D2 → C2 → Ns의 경로로 흐른다. 평활 콘덴서(C1, C2)에 의하여 평활화 된 전류가 부하(LD1)와 부하(LD2)에 흐른다.
실시예8에서 설명한 바와 같이 코일(N1)과 코일(S1)은 균형화 된 전류가 흐른다. 시간(t1)에서 여자 인덕턴스(Lp)에 축적된 에너지는 제로가 되어 코일(Ns)에 흐르는 전류(I(Ns))가 제로가 된다. 기간(ST2)으로부터 기간(ST3)에서는 공진 콘덴서(Cv)에 축적된 에너지가 여자 인덕턴스(Lp)와 전압공진하는 기간이고, 이 전압공진 동작에 의하여 코일(Np)의 전압이 완만하게 감소한다. 따라서 코일(Ns)의 전압도 완만하게 감소하기 때문에, 실시예14에 나타나 있는 바와 같이 다이오드(D1, D2)에 인가되는 역전압을 감소시킬 수 있다. 또한 시간(T3)에서 스위칭 소자가 온 됨으로써 공진기간이 종료된다. 기간(ST2)은 트랜스포머(T1')의 여자 인덕턴스(L1)의 리셋기간이다.
한편 도25는 실시예15에 관한 전류 균형화 장치에 있어서, 리셋기간이 완료되기 전에 시간(t2)에서 스위칭 소자(Q1)를 온 한 동작파형이고, 실시예8과 마찬가지로 큰 역전압이 다이오드(D1)에 인가된다. 따라서 실시예14에서 설명한 바와 같은 다이오드의 내압 문제가 발생한다.
실시예15에 관한 전류 균형화 장치에서는, 다이오드(D1, D2)에 걸리는 역전압이 작아질 수 있기 때문에, 저내압(低耐壓)의 다이오드를 이용할 수 있거나 또는 다이오드를 삭제할 수 있어 저렴한 전류 균형화 장치를 구성할 수 있다.
(실시예16)
도26은 본 발명의 실시예16에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이다. 도26에 나타나 있는 실시예16은, 도23에 나타나 있는 실시예15에 있어서 여자 인덕턴스(Lp)로부터의 전류를 트랜스포머(T)를 통하지 않고 흐르게 하는 것을 특징으로 한다. 이 동작은 동일하기 때문에 이에 대한 설명은 생략하지만, 실시예15와 동등한 효과가 얻어진다. 또한 실시예1, 6 및 7에 관한 전류 균형화 장치에 비하여, 전력공급수단에 있어서의 트랜스포머(T)를 생략할 수 있기 때문에 전류 균형화 장치를 저렴하게 구성할 수 있다.
(실시예17)
도27은 본 발명의 실시예17에 관한 전류 균형화 장치의 구성도이다. 도27에 나타나 있는 실시예17은, 도26에 나타나 있는 실시예16에 있어서 여자 인덕턴스(Lp)와 전압원(Vin)과 스위칭 소자(Q1)의 접속을 변형한 것으로서, 실시예16과 동일한 효과가 얻어진다.
또 실시예2∼실시예5에 나타나 있는 밸런스 트랜스포머의 접속방법을 서로 조합시켜서 사용할 수도 있다. 또한 실시예12 및 실시예13에 나타나 있는 전류검출수단을 실시예3에 나타나 있는 폐루프의 전류를 검출하도록 구성하여도 좋다.
또한 본 발명의 전류 균형화 장치는 예를 들면 LED 조명기구, LCD B/L(LCD 백라이트(LCD back-light)) 모듈, LCD 표시기기에 적용할 수 있다.
LED 조명기구(LED 照明器具)는, 상용 교류전원(商用交流電源)으로부터의 교류전력을 임의의 교번전력으로 변환하여 교번전류를 공급하는 전력변환장치(電力變換裝置)와, 전력변환장치의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 1 이상의 LED 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각과 1 이상의 LED 부하에 흐르는 전류가, 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 되는 전류 균형화 장치를 구비한다.
LCD B/L 모듈(LCD B/L module)은, LCD 셀(LCD cell)과, 상용 교류전원으로부터의 교류전력을 임의의 교번전력으로 변환하여 교번전류를 공급하는 전력변환장치의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 상기 LCD 셀을 발광시키는 1 이상의 LED 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각과 1 이상의 LED 부하에 흐르는 전류가, 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 되는 전류 균형화 장치를 구비한다.
LCD 표시기기(LCD 表示機器)는, LCD 셀과, 상용 교류전원으로부터의 교류전력을 임의의 교번전력으로 변환하여 교번전류를 공급하는 전력변환장치와, 전력변환장치의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 LCD 셀을 발광시키는 1 이상의 LED 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각과 1 이상의 LED 부하에 흐르는 전류가, 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 되는 전류 균형화 장치를 구비한다. LCD 표시기기는 텔레비전, 모니터, 간판 등에 이용된다.
(실시예18)
다음에 실시예18의 전류 균형화 장치에 대하여 설명한다. 밸런스 트랜스포머의 전류를 정류하기 위하여 정류소자를 밸런스 트랜스포머에 접속하면, 밸런스 트랜스포머의 리셋 시에 역기전력이 발생하여 정류소자에 큰 역방향 전압을 인가하는 경우가 있다.
밸런스 트랜스포머에 접속된 정류소자는, 정류전압(정류콘덴서의 전압)이 주트랜스포머(主 transformer)의 2차코일 전압보다 낮은 경우에 리셋 시에 정류소자를 온 하는 방향으로 전류가 흐르지만, 정류전압(정류콘덴서의 전압)이 주트랜스포머의 2차코일 전압보다 높은 경우에는 리셋 시에 정류소자에 역방향 전압을 인가하는 방향으로 역기전력이 발생한다. 역방향 전압의 발생을 낮게 억제하기 위해서는, 주회로(主回路)의 회로방식이나 그 동작조건에 제약을 받아 주회로의 효율 저하 또는 주회로의 트랜스포머가 커지게 된다.
실시예18의 전류 균형화 장치는, 밸런스 트랜스포머에 직렬로 접속된 정류소자의 역방향 전압을 감소시킨다. 도28은 본 발명의 실시예18의 전류 균형화 장치의 구성도이다. 실시예18의 전류 균형화 장치는, 도1에 나타나 있는 전력공급수단(10), 도18에 나타나 있는 복수의 직렬회로와 다이오드(D5, D6)를 구비하고 있다.
복수의 직렬회로는, 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)의 코일(N1, S1)(N2∼N4, S2∼S4)과 다이오드(D1)(D2∼D4)와 콘덴서(C1)(C2∼C4)의 직렬회로가 병렬로 접속되어 있다. 콘덴서(C1)(C2∼C4)에는 저항(Rs)을 통하여 병렬로 부하(LD1)(LD2∼LD4)가 접속되어 있다.
다이오드(D6)의 캐소드는 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속되어 있고, 다이오드(D6)의 애노드는 콘덴서(C1)(C2∼C4)에 접속되어 있다. 다이오드(D5)의 애노드는 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)의 일단에 접속되어 있고, 다이오드(D5)의 캐소드는 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속되어 있다.
실시예18의 전류 균형화 장치는, 다이오드(D6)를 추가함으로써 정권선(正卷線)의 2차코일(Ns)이 부전압 이하가 된 경우에 리셋 전류를 다이오드(D6)에 흐르게 하여, 2차코일(Ns)의 전압이 부전압이 되어도 리셋 전압을 어떤 일정한 전압으로 유지함으로써, 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속된 다이오드(D1)(D2∼D4)의 역방향 전압을 낮게 제한하여 회로 전체의 고효율·소형화를 도모하는 것을 특징으로 한다.
다음에 이렇게 구성된 실시예18의 전류 균형화 장치의 동작을 설명한다. 우선 리셋 시의 역방향 전압은, 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)의 여자전류가 축적되는 방향에 따라 발생하는 역기전력의 방향이 변한다. 정상상태에서는 주회로의 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns) 전압은, D1(D2∼D4)의 전압강하 즉 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속된 다이오드(D1)(D2∼D4)의 정류전압의 평균치가 된다.
따라서 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)가 리셋 시에 다이오드(D1)(D2∼D4)에 충전하는 방향으로 여자전류가 축적되는(순바이어스(順 bias)) 경우와, 리셋 시에 다이오드(D1)(D2∼D4)에 역방향 전압을 발생시키도록 여자전류가 축적되는(역바이어스(逆 bias)) 경우가 있다.
리셋 시에 있어서 밸런스 트랜스포머에 직렬로 접속된 다이오드의 역방향 전압의 최대치(Vr)는, 밸런스 트랜스포머와 정류회로의 병렬 수가 N개 병렬로 접속되었을 경우에, 밸런스 트랜스포머의 접속방법에 관계없이 1개의 정류전압이 평균 정류전압(VC)보다 크고 다른 정류전압이 평균 정류전압(VC)보다 작은 경우이고, VC = (VC1 + VC2 + …… VCN) / N으로서 VC1 > VC > VC2 = VC3 = …… = VCN일 때이다.
이 때에 콘덴서(C1)에 직렬로 접속되어 있는 다이오드(D1)의 역방향 전압(Vr1)은 Vr1 = VC1 + VC2 + …… VCN - N·VNS + N·Vf …… (1) 가 된다. VNS는 트랜스포머(T)의 2차코일(NS)간의 전압, Vf는 정류소자의 순방향 전압이다.
따라서 역방향 전압(Vr1)은 주회로의 2차코일(Ns)의 코일전압에 의하여 변화되고, 특히 주회로의 2차코일(Ns)의 전압(VNS)이 마이너스가 되었을 때에 역방향 전압(Vr1)은 최대가 된다. 즉 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)가 리셋기간 동안에 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)의 전압이 반전하였을 경우에 큰 역방향 전압(Vr1)이 발생한다.
실시예18에서는, 스위칭 소자(Q1)가 오프일 때에 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)로부터 다이오드(D5)를 통하여 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 전류가 흐른다.
다음에 스위칭 소자(Q1)가 온 되어 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)의 전압이 정전압으로부터 반전하여 부전압이 발생하였을 경우에는, 다이오드(D6)를 통하여 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 리셋 전류가 흐른다. 즉 2차코일(Ns)의 부전압을 다이오드(D6)가 온 됨으로써 순방향 전압(Vf)에 의하여 클램프(clamp) 한다.
또 이 때에 다이오드(D5)가 역 바이어스 상태가 되기 때문에, 다이오드(D6)로부터 다이오드(D5)로 전류가 흐르지 않는다. 즉 다이오드(D5)를 설치함으로써, 스위칭 소자(Q1)가 온 되었을 때에 2차코일(Ns)의 단락(短絡)을 방지할 수 있다.
리셋 시의 밸런스 트랜스포머와 정류회로의 병렬 수가 N개 병렬로 접속되었을 경우의 역방향 전압의 최대치(Vr)는, 1개의 정류전압이 평균 정류전압(VC)보다 크고 다른 정류전압이 평균 정류전압(VC)보다 작은 경우이고, VC = (VC1 + VC2 + …… VCN) / N으로서 VC1 > VC > VC2 = VC3 = …… VCN일 때이다.
이러한 때에 콘덴서(C1)에 직렬로 접속되어 있는 정류소자의 역방향 전압(Vr1)은 Vr1 = VC1 + VC2 + …… VCN + N·Vf 가 된다. 즉 다이오드(D5, D6)를 추가한 후의 회로는, 다이오드(D5, D6)를 추가하기 전의 회로와 비교하여 -N·VNS(VNS는 부전압)만큼 작은 역방향 전압(Vr1)이 된다. 따라서 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속된 다이오드(D1)(D2∼D4)의 내압이 낮아질 수 있다. 또한 주회로의 회로방식이나 그 동작조건 또는 주회로의 트랜스포머 구성에 제약을 받지 않기 때문에, 전원장치를 소형, 저렴하게 구성할 수 있다.
또 실시예18에 관한 전력공급수단(10)을, 도9에 나타나 있는 전력공급수단(10b), 도18에 나타나 있는 전력공급수단(10c)으로 치환할 수 있다. 또한 실시예18에 관한 복수의 직렬회로는, 실시예1, 실시예3부터 실시예5에 나타나 있는 복수의 직렬회로에 적용할 수 있다.
(실시예19)
도29는 본 발명의 실시예19의 전류 균형화 장치의 구성도이다. 도29에 나타나 있는 실시예19는, 도28에 나타나 있는 실시예18에 있어서 다이오드(D6)의 애노드와 2차코일(Ns)의 타단과 콘덴서(C1)(C2∼C4)에 직류전원(VRS)을 접속하고, 리셋 전류를 다이오드(D6)와 직류전원(VRS)으로 흐르도록 하는 것을 특징으로 한다.
실시예19의 전류 균형화 장치에 의하면, 역방향 전압(Vr1)은 주회로의 2차코일(Ns)의 코일전압에 의하여 변화되고, 특히 주회로의 2차코일(Ns)의 전압(VNS)이 마이너스가 되었을 때에 역방향 전압(Vr1)은 최대가 된다.
실시예19에서는, 스위칭 소자(Q1)가 온 되어 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)의 전압이 정전압으로부터 반전하여 부전압이 발생하였을 경우에는, 2차코일(Ns)로부터 전압원(VRS)과 다이오드(D6)를 통하여 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 리셋 전류가 흐른다.
이러한 때에 콘덴서(C1)에 직렬로 접속되어 있는 다이오드(D1)의 역방향 전압(Vr1)은 Vr1 = VC1 + VC2 + …… VCN - N·VRS + N·Vf …… (2) 가 된다.
즉 다이오드(D5, D6), 직류전원(VRS)을 추가하기 전의 회로에서는, 식(1)에 나타나 있는 바와 같이 -N·VNS이고 VNS는 부전압이 되기 때문에, -N·VNS가 정전압이 되어 역방향 전압(Vr)이 커지게 된다.
이에 비하여 실시예19에서는, 다이오드(D5, D6), 직류전원(VRS)을 추가한 후의 회로에 있어서 식(2)에 나타나 있는 바와 같이 -N·VRS에서 VRS는 정전압이기 때문에, 작은 역방향 전압(Vr1)이 된다. 즉 직류전원(VRS)의 전압만큼 역방향 전압을 낮게 억제할 수 있다. 따라서 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속된 다이오드(D1)(D2∼D4)의 내압이 낮아질 수 있다.
또한 직류전원(VRS)을 부하(LD1∼LD4)의 전압(VLD1∼VLDN) 평균치보다 작은 값으로 설정함으로써, 밸런스 트랜스포머에 직렬로 접속된 다이오드에 인가되는 역방향 전압을 매우 작게 할 수 있다.
따라서 LED 유닛의 LED의 직렬 수를 늘릴 수 있기 때문에 밸런스 트랜스포머의 수가 적어질 수 있고, LED 유닛의 병렬 수를 증가시킬 수 있기 때문에 주트랜스포머의 수(주회로의 수)를 감소시킬 수 있다. 이 때문에 회로 전체에 있어서 대폭적으로 비용을 절감할 수 있어 저렴한 LED 구동장치를 구성할 수 있다.
또 실시예19에 관한 전력공급수단(10)을, 도9에 나타나 있는 전력공급수단(10b), 도18에 나타나 있는 전력공급수단(10c)으로 치환할 수 있다. 또한 실시예19에 관한 복수의 직렬회로는, 실시예1, 실시예3부터 실시예5에 나타나 있는 복수의 직렬회로에 적용할 수 있다.
(실시예20)
도30은 본 발명의 실시예20의 전류 균형화 장치의 구성도이다. 도30에 나타나 있는 실시예20은, 도29에 나타나 있는 실시예19에 있어서 직류전원(VRS)을 대신하여 2차코일(Ns2)의 양단에 다이오드(D7)와 콘덴서(C7)의 직렬회로를 설치하고, 2차코일(Ns2)의 전압을 다이오드(D7)와 콘덴서(C7)에 의하여 정류평활(整流平滑)하게 하여 직류전압을 얻도록 하는 것을 특징으로 한다.
도30에 나타나 있는 실시예20은, 도29에 나타나 있는 실시예19에 있어서 전력공급수단(10)을 대신하여 도18에 나타나 있는 전력공급수단(10c)을 사용하고, 트랜스포머(T)를 대신하여 트랜스포머(Ta)를 사용하고 있다. 트랜스포머(Ta)는, 1차코일(Np)과, 직렬로 접속된 2차코일(Ns1)과 2차코일(Ns2)을 구비한다.
2차코일(Ns1)의 일단과 2차코일(Ns2)의 일단에는 다이오드(D7)의 애노드가 접속되고, 다이오드(D7)의 캐소드는 콘덴서(C7)를 통하여 2차코일(Ns2)의 타단과 콘덴서(C1)(C2∼C4)에 접속되어 있다. 다이오드(D7)의 캐소드와 콘덴서(C7)의 일단은 다이오드(D6)의 애노드에 접속되어 있고, 다이오드(D6)의 캐소드는 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속되어 있다. 다이오드(D5)의 애노드는 2차코일(Ns1)의 타단에 접속되어 있고, 다이오드(D5)의 캐소드는 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속되어 있다.
2차코일(Ns1)의 타단과 다이오드(D5)의 애노드는 다이오드(D10)의 캐소드에 접속되어 있고, 다이오드(D10)의 애노드는 저항(Rs)의 일단과 콘덴서(C10)의 일단에 접속되어 있다. 콘덴서(C10)의 타단은 2차코일(Ns2)의 타단과 콘덴서(C1)(C2∼C4)에 접속되어 있다.
이상에서 설명한 구성의 실시예20에 의하면, 스위칭 소자(QL)가 온으로부터 오프가 되면, 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)의 전압이 정전압으로부터 반전하여 부전압이 발생하였을 경우에는, 콘덴서(C7)와 다이오드(D6)를 통하여 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 리셋 전류가 흐른다.
즉 실시예20에서는, 다이오드(D7)와 콘덴서(C7)에 의하여 직류전원(VRS)을 생성하고 있기 때문에, 실시예19와 마찬가지로 작은 역방향 전압(Vr1)이 된다. 즉 역방향 전압의 발생을 낮게 억제할 수 있다. 따라서 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속된 다이오드(D1)(D2∼D4)의 내압이 낮아질 수 있다.
또 실시예20에 관한 전력공급수단(10c)을, 도9에 나타나 있는 전력공급수단(10b)으로 치환할 수 있다. 또한 실시예18에 관한 복수의 직렬회로는, 실시예1, 실시예3부터 실시예5에 나타나 있는 복수의 직렬회로에 적용할 수 있다.
(실시예21)
도31은 본 발명의 실시예21의 전류 균형화 장치의 구성도이다. 도31에 나타나 있는 실시예21은 전력공급수단(10)을 구비하고, 트랜스포머(Ta)의 2차코일(Ns1)의 일단은 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속되어 있고, 2차코일(Ns2)의 일단에는 다이오드(D10)의 애노드가 접속되어 있고, 이 다이오드(D10)의 캐소드는 콘덴서(C10)를 통하여 2차코일(Ns2)의 타단에 접속되어 있다. 다이오드(D10)의 캐소드와 콘덴서(C10)의 일단은 콘덴서(C1∼C4)에 접속되어 있다. 2차코일(Ns1)의 타단은 콘덴서(C10) 및 콘덴서(C1∼C4)에 접속되어 있다.
실시예21에서는, 2차코일(Ns1)에 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)와 다이오드(D1)(D2∼D4)를 직렬로 접속한 복수의 직렬회로를 접속하고, 2차코일(Ns2)에 다이오드(D10)와 콘덴서(C10)로 구성되는 전압원을 직렬로 접속함으로써, 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속된 트랜스포머(Ta)의 2차코일(Ns1, Ns2)의 권수(卷數)를 작게 할 수 있다. 즉 상기 식(1)의 -N·VNS의 VNS의 전압을 작게 함으로써 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속되는 다이오드(D1)(D2∼D4)의 역방향 전압을 작게 할 수 있다.
또한 도19에 나타나 있는 전류 균형화 장치에서는, 부하(LD1)는 LED(1a)-LED(1e)의 LED 유닛, 부하(LD2)는 LED(2a)-LED(2e)의 LED 유닛, 부하(LD3)는 LED(3a)-LED(3e)의 LED 유닛, 부하(LD4)는 LED(4a)-LED(4e)의 LED 유닛이고, 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 의하여 정전류 균형을 이루는 전압원은 콘덴서(C1∼C4)의 전압이고, 이들은 트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)의 정전압 정류에 의하여 이루어진다.
트랜스포머(T)의 2차코일(Ns)의 부전압 정류는 다이오드(D10)와 콘덴서(C10)로 이루어지는 전압원을 구성한다. 각각의 부하(LD1)(LD2∼LD4)는 콘덴서(C1)(C2∼C4)와 콘덴서(C10)의 직렬회로에 접속된다.
도19에 나타나 있는 전류 균형화 장치와 같이 2차코일(Ns)이 1개이더라도 상기한 바와 같이 정전압 정류와 부전압 정류로 나눔으로써, 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속된 다이오드(D1)(D2∼D4)의 역방향 전압을 반 정도로 할 수 있다. 따라서 밸런스 트랜스포머(T1)(T2∼T4)에 접속된 다이오드(D1)(D2∼D4)의 내압을 낮게 할 수 있다.
본 발명은, 예를 들면 액정 디스플레이(液晶 display)의 백라이트(back light)로서 사용되는 LED를 점등시키기 위한 LED 점등장치나 LED 조명에 적용할 수 있다.
10, 10a, 10b, 10c : 전력공급수단
13 : 로우 사이드 드라이버
15 : 하이 사이드 드라이버
Vin, VRS : 직류전원
Q1, QL, QH : 스위칭 소자
D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D10, DL, DH : 다이오드
Cri : 전류공진 콘덴서
T, Ta, T1∼T4 : 트랜스포머
Np, N1∼N4 : 1차코일
Ns, Ns1, Ns2, S1∼S4 : 2차코일
Vref : 기준전원
LD1∼LD4 : 부하

Claims (15)

  1. 교번전류(交番電流)를 출력하는 전력공급수단(電力供給手段)과,
    상기 전력공급수단의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자(整流素子)와 1 이상의 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로(直列回路)를
    구비하고,
    상기 복수의 직렬회로의 각각에 흐르는 전류가, 상기 1 이상의 코일에 발생하는 전자력(電磁力)에 의거하여 균형화(均衡化) 되는 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치(電流 均衡化 裝置).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부하가 정류특성(整流特性)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 교번전류가, 정현파(正弦波) 형상의 반파전류(半波電流)인 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전력공급수단은, 전압원(電壓源)과 스위치(switch)와 리액터(reactor)와 상기 리액터와 전압공진(電壓共振) 하는 용량소자(容量素子)를 구비하고, 상기 전압원에 상기 스위치와 상기 리액터가 직렬로 접속되고, 상기 스위치가 온(on) 기간에 상기 리액터에 에너지를 축적하고, 상기 스위치가 오프(off) 기간에 상기 리액터에 축적된 에너지를 교번전류로서 출력하고, 상기 용량소자는, 공급되는 교번전류가 제로(zero)가 된 후에 상기 리액터와 전압공진 하도록 접속되고, 전압공진 기간에 상기 복수의 직렬회로의 상기 1 이상의 코일의 여자전류(勵磁電流)의 리셋(reset)이 완료된 후에 상기 스위치를 온 시키는 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전력공급수단은, 정현파 형상의 교번전류를 공급하기 위한 직렬공진회로(直列共振回路)와 전압원과 복수의 스위치를 구비하고, 상기 복수의 직렬회로에 공급되는 정현파 형상의 반파전류가 제로가 되고, 상기 1 이상의 코일의 리셋이 완료된 후에 상기 복수의 직렬회로에 전류를 공급하고 있는 기간에 온 되어 있는 상기 스위치를 오프 시키는 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 교번전류를 평활화(平滑化) 한 전류가 상기 부하에 공급되는 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 직렬회로에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출수단(電流檢出手段)과,
    상기 전류검출수단에 의하여 검출된 전류검출치와 기준치를 비교하는 비교수단(比較手段)과,
    상기 비교수단의 출력에 따라 상기 교번전류를 제어하는 제어회로(制御回路)를
    구비하는 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 직렬회로에 병렬로 접속되고 또한 상기 전력공급수단의 출력과 제1정류소자가 직렬로 접속된 제1직렬회로와,
    상기 복수의 직렬회로에 병렬로 접속된 제2정류소자를
    구비하는 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2정류소자에는 직류전원이 직렬로 접속되고, 상기 제2정류소자와 상기 직류전원의 직렬회로가 상기 복수의 직렬회로에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 직류전원은, 상기 전력공급수단의 출력을 정류평활(整流平滑)하게 하여 직류전압을 얻는 정류평활회로(整流平滑回路)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 직렬회로에 병렬로 접속되고 또한 상기 전력공급수단의 출력 양단에 접속되고, 제1정류소자와 제1용량소자가 직렬로 접속된 제2직렬회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 균형화 장치.
  12. 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 1 이상의 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각에 흐르는 교번전류를, 상기 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 함으로써 상기 1 이상의 부하에 흐르는 전류를 균형화 하는 것을 특징으로 하는 멀티 부하(multi 負荷)의 전류 균형화 방법.
  13. 상용 교류전원(商用交流電源)으로부터의 교류전력을 임의의 교번전력으로 변환하여 교번전류를 공급하는 전력변환장치(電力變換裝置)와,
    상기 전력변환장치의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 1 이상의 LED 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각과 상기 1 이상의 LED 부하에 흐르는 전류가, 상기 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 되는 전류 균형화 장치를
    구비하는 것을 특징으로 하는 LED 조명기구(LED 照明器具).
  14. LCD 셀(LCD cell)과,
    상용 교류전원으로부터의 교류전력을 임의의 교번전력으로 변환하여 교번전류를 공급하는 전력변환장치의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 상기 LCD 셀을 발광(發光)시키는 1 이상의 LED 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각과 상기 1 이상의 LED 부하에 흐르는 전류가, 상기 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 되는 전류 균형화 장치를
    구비하는 것을 특징으로 하는 LCD B/L 모듈(LCD B/L module).
  15. LCD 셀과,
    상용 교류전원으로부터의 교류전력을 임의의 교번전력으로 변환하여 교번전류를 공급하는 전력변환장치와,
    상기 전력변환장치의 출력에 접속되고 또한 1 이상의 코일과 1 이상의 정류소자와 상기 LCD 셀을 발광시키는 1 이상의 LED 부하가 직렬로 접속되는 복수의 직렬회로의 각각과 상기 1 이상의 LED 부하에 흐르는 전류가, 상기 1 이상의 코일에 발생하는 전자력에 의거하여 균형화 되는 전류 균형화 장치를
    구비하는 것을 특징으로 하는 LCD 표시기기(LCD 表示機器).
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