KR20100121310A - Ｌｅｄ용 전원 제공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED용 전원 제공 장치에 관한 것으로, AC 전원부, 1차 정류부, 스너버회로부, 변압부, 주제어 회로부, 2차 정류부, 전압 궤환부, 및 부하 연결부를 구비하는 LED용 전원 제공 장치는 상기 부하 연결부에 연결된 부하의 상태에 따라 상기 부하 연결부로 출력되는 전류치를 가변하는 정전류 제어회로; 및 상기 부하 연결부에 연결된 부하의 상태에 상응하는 신호를 생성하여 상기 정전류 제어회로에 제공하는 부하전류 측정부를 포함하여, 조도를 항상 일정하게 유지하고, 열적으로 희망하는 온도를 계속 유지할 수 있도록 해준다.

LED, SMPS, 조도제어, 온도제어

Description

ＬＥＤ용 전원 제공 장치{Power supply for LED}

본 발명은 LED용 전원 제공 장치에 관한 것으로, 특히 LED조도를 항상 일정하게 유지하고, 열적으로 희망하는 온도로 계속 유지할 수 있도록 하는 LED용 전원 제공 장치에 관한 것이다.

현재까지 널리 사용되는 차량용 및 보행용 신호등은 신호등에 사용되는 광원으로 120와트[W]의 일반 전구를 사용해오고 있다.

그런데 이 일반 전구 사용 신호등은 소모전력이 많을 뿐만 아니라 전구의 수명이 짧아 관리 및 유지보수가 힘들다.

따라서, 최근에는 반도체 기술의 발달로 발광다이오드(LED: Light Emitted Diode)의 생산이 다양화되면서 일반전구에 비하여 동일한 조도를 얻는데 필요한 전력의 소모가 1/10 정도에 지나지 않는 발광다이오드가 차량용 및 보행용 신호등에 적용되는 추세이다.

그런데, 발광다이오드를 사용한 신호등을 구동하기 위해서는 별도의 전원장치가 필요하다. 즉, 종래의 일반전구를 사용하는 신호등은 220볼트의 교류전원을 사용하므로 별도의 전원장치가 불필요하였으나, 발광다이오드는 직류전원을 사용하 므로 220볼트의 상용전원을 직류로 정류하고, 정류된 직류전압을 요구되는 크기의 직류전압으로 변환하기 위하여 스위칭 모드 파워 서플라이(이하, 'SMPS'라 함)가 필요한 것이다.

그러나 종래의 기술에 따른 SMPS를 LED용 전원 제공 장치로 적용하는 경우, LED에서 발생하는 열에 의해 SMPS의 전류치가 같이 증가하는 문제가 있다.

이에 종래에는 SMPS를 사용하더라도 LED의 조도를 일정하게 유지하거나, 열적으로 희망하는 온도를 일정하게 유지하기가 어려운 문제가 발생한다.

이에 본 발명에서는 LED의 조도를 항상 일정하게 유지하고, 열적으로 희망하는 온도로 계속 유지할 수 있도록 하는 LED용 전원 제공 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 제1측면에 따르면 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, AC 전원부, 1차 정류부, 스너버회로부, 변압부, 주제어 회로부, 2차 정류부, 전압 궤환부, 및 부하 연결부를 구비하는 LED용 전원 제공 장치는 상기 부하 연결부에 연결된 부하의 상태에 따라 상기 부하 연결부로 출력되는 전류치를 가변하는 정전류 제어회로; 및 상기 부하 연결부에 연결된 부하의 상태에 상응하는 신호를 생성하여 상기 정전류 제어회로에 제공하는 부하전류 측정부를 포함한다.

상기 정전류 제어회로는 제어 신호에 따라 온/오프되어 2차 정류부를 통해 정류된 직류 전원을 스위칭하는 스위칭 회로부; 상기 스위칭 회로부를 통해 스위칭 된 직류 전원을 평활화하는 평활부; 및 상기 부하전류 측정부에 의해 측정되는 전류와 상기 평활부에 의해 평활화된 전류를 비교하여, 상기 제어 신호를 발생하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스위칭 회로부는 상기 2차 정류부의 출력단에 연결된 드레인, 상기 평활부의 입력단에 연결된 소스, 상기 제어 신호가 인가되는 게이트를 가지는 FET 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 평활부는 상기 스위칭 회로부의 출력단과 접지 전압 사이에 연결된 정류용 쇼트키 다이오드; 상기 스위칭 회로부의 출력단의 일단에 연결된 인덕턴스; 및 상기 인덕턴스에 연결된 캐패시터들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 부하전류 측정부는 상기 평활부의 캐패시터들과 상기 부하 연결부 사이에 연결된 제1저항; 상기 제1저항의 일단에 일단이 연결된 제2저항; 및 상기 제1저항의 타단에 일단이 연결된 제3저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스위칭 제어부는 상기 제2저항의 타단과 접지 전압 사이에 연결된 가변저항; 및 상기 가변저항에 연결된 - 단자, 상기 제3저항의 타단에 연결된 + 단자, 상기 스위칭 회로부에 연결된 출력단을 구비하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에서는 LED의 상태에 따라 LED에 제공되는 전류를 가변함으로써, 즉 LED에서 발생하는 열에 의해 전류치가 상승하면, LED에 제공되는 전류치를 낮춰줌으로써, LED가 항상 일정한 조도와 온도를 유지할 수 있도록 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED용 전원 제공 장치의 블록도를 도시한 도면이다.

도1을 참조하면, LED용 전원 제공 장치는 종래의 기술에 따른 AC 전원부(1), 1차 정류부(2), 스너버회로부(3), 변압부(4), 주제어 회로부(5), 2차 정류부(6), 전압 궤환부(7), 및 부하 연결부(8) 이외에 부하 연결부(8)에 연결된 부하의 상태에 따라 부하 연결부(8)로 출력되는 전류치를 가변해주기 위한 정전류 제어회로(9) 및 부하의 상태를 파악하기 위한 부하전류 측정부(10)를 더 포함한다.

AC 전원부(1)는 AC 전원을 발생하고, AC 전원에 대한 EMI/EMC 필터링을 수행한 후, 1차 정류부(2)에 제공한다. 즉, AC 전원에서 파형 왜곡을 유발시키는 잡음을 억제한 후, 1차 정류부(2)에 제공한다.

1차 정류부(2)는 상기 AC 전원을 정류하여 DC 전압으로 변환하고, DC 전압 에너지를 저장한다.

스너버회로부(3)는 주제어 회로부(5)의 제어하에 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 하여 펄스 제어를 수행하고, 그 제어하는 파형에 의하여 전압을 유기하는 과정에서 발생하는 정격 이상의 파형 중에서 필요없는 부분을 제거해준다. 즉, 변압기(4)의 스위칭 동작시에 발생하는 과도한 서지(Surge) 전압을 제거해준다.

변압부(4)는 주제어부(5)로부터 인가되는 PWM 신호에 따라 에너지의 축적과 방출을 반복적으로 수행하는 1차측 코일과, 1차측 코일에 의해 유도기전력을 발생하는 2차측 코일과 3차측 코일을 구비하여, PWM 신호의 온시간에 대응되는 세기의 전압을 출력한다.

주제어 회로부(5)는 전력 제어를 수행한다. 즉, 전압궤환부(7)의 신호량에 따라 듀티비가 조정된 PWM 신호를 생성하여 변압부(4)의 스위칭 동작을 제어한다.

2차 정류부(6)는 상기 변압부(4)의 2차측 코일에 유기되는 교류 전압을 다시 직류 전압으로 정류한 후에, 정류된 직류 전압을 출력하게 된다.

전압 궤환부(7)는 2차 정류부(6)에서 발생하는 전압이 정상적으로 필요한 전류를 유지할 수 있도록, 2차 정류부(6)에서 발생하는 전압에 상응하는 신호를 주제 어 회로부(5)에 공급해준다.

부하 연결부(8)는 부하, 즉 LED가 연결되는 단자이다.

정전류 제어회로(9)는 스위칭 회로부(91), 평활부(92), 스위칭 제어부(93)으로 구성된다.

스위칭 회로부(91)는 스위칭 제어부(93)로부터 제공되는 제어 신호에 따라 온/오프되어 2차 정류부(6)를 통해 정류된 직류 전원을 스위칭한다.

평활부(92)는 스위칭 회로부(91)을 통해 스위칭되는 직류 전원을 평활화한다.

스위칭 제어부(93)는 부하전류 측정부(10)에 의해 측정되는 전류와 평활부(92)에 의해 평활화된 전류를 비교하여, 스위칭 회로부(91)의 온/오프되는 시점을 가변하는 제어 신호를 발생한다.

부하전류 측정부(10)는 부하 연결부(8)에 연결된 부하의 변동에 따라 유기적으로 변동되는 전류를 측정한다.

도2은 본 발명의 일실시예에 따른 LED용 전원 제공 장치의 상세 구성도를 도시한 도면이다.

도2에서, AC 전원부(1), 1차 정류부(2), 스너버회로부(3), 변압부(4), 주제어 회로부(5), 2차 정류부(6), 전압 궤환부(7), 및 부하 연결부(8)은 공지된 기술에 따라 구현되도록 하고, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

스위칭 회로부(91)는 2차 정류부(6)의 출력단에 연결된 드레인, 평활부(92) 의 입력단에 연결된 소스, 스위칭 제어부(93)의 제어 신호가 인가되는 게이트를 가지는 FET 트랜지스터(Q2)로 구현된다.

또한, 필요한 경우, 스위칭 회로부(91)는 FET 트랜지스터(Q2)의 게이트와 드레인에 연결된 저항(R16), FET 트랜지스터(Q2)의 게이트와 스위칭 제어부(93)의 출력단에 연결된 저항(R24)를 더 구비할 수 있다.

평활부(92)는 FET 트랜지스터(Q2)의 소스와 접지 전압 사이에 연결된 정류용 쇼트키 다이오드(D9), FET 트랜지스터(Q2)의 소스에 일단이 연결된 인덕턴스(L2), 인덕턴스(L2)의 타단에 연결된 캐패시터들(C32, C38)로 구현된다.

부하전류 측정부(10)는 평활부(92)의 캐패시터들(C32, C38)와 부하 연결부(8)의 제2 단자 사이에 연결된 저항(SH2), 저항(SH2)의 일단에 일단이 연결된 저항(R26), 저항(SH2)의 타단에 일단이 연결된 저항(R28)로 구현된다.

스위칭 제어부(93)는 저항(R26)의 타단과 접지 전압 사이에 연결된 가변저항(VR3), 가변저항(VR3)에 연결된 - 단자, 저항(R28)의 타단에 연결된 + 단자, FET 트랜지스터(Q2)의 게이트에 연결된 출력단을 구비하는 비교기(U204A)로 구현된다.

상기의 구성을 통해 본 발명의 LED용 전원 제공 장치는 부하 연결부(8)에 연결된 LED에 열이 발생하여, 스위칭 회로부(91)의 스위칭 시점을 조절하여 LED로 인가되는 전압이 낮아지도록 해준다.

즉, 본 발명의 LED용 전원 제공 장치에서는 부하 연결부(8)에 연결된 LED에 열이 발생하면, 부하전류 측정부(10)의 저항(R28)을 통해 흐르는 전류가 가변되고, 이에 따라 스위칭 제어부(93)의 비교기(U204A)의 + 단자에 인가되는 전압 또한 가변된다.

그러면 비교기(U204A)는 이에 상응하는 값을 가지는 제어 신호를 발생하고, 스위칭 회로부(91)의 FET 트랜지스터(Q2)는 제어 신호에 따라 스위칭시점을 조절하여, 출력되는 직류 전원의 전류치를 낮춰준다.

그 결과, 본 발명의 LED용 전원 제공 장치에 연결된 LED는 자신에 발생된 열에 상응하는 전류치를 제공받아, 조도를 항상 일정하게 유지하고, 열적으로 희망하는 온도를 계속 유지할 수 있게 된다.

상기의 실시예에서는 설명의 편이를 위해 스위칭 제어부(93)를 비교기(U204A)로 구현하는 예만을 설명하였지만, 실제의 적용예에서는 다양하게 변경 및 응용될 수 있음은 물론 당연하다. 일 예로, 도3에 도시된 바와 같이 본 발명의 스위칭 제어부는 앞서 설명된 비교기와 동일한 기능을 제공하는 IC 칩으로도 구현될 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED용 전원 제공 장치의 블록도를 도시한 도면이다.

도2은 본 발명의 일실시예에 따른 LED용 전원 제공 장치의 상세 구성도를 도시한 도면이다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 LED용 전원 제공 장치의 상세 구성도를 도시한 도면이다.

Claims (6)

1. AC 전원부, 1차 정류부, 스너버회로부, 변압부, 주제어 회로부, 2차 정류부, 전압 궤환부, 및 부하 연결부를 구비하는 LED용 전원 제공 장치에 있어서,

   상기 부하 연결부에 연결된 부하의 상태에 따라 상기 부하 연결부로 출력되는 전류치를 가변하는 정전류 제어회로; 및

   상기 부하 연결부에 연결된 부하의 상태에 상응하는 신호를 생성하여 상기 정전류 제어회로에 제공하는 부하전류 측정부를 포함하는 LED용 전원 제공 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 정전류 제어회로는

   제어 신호에 따라 온/오프되어 전압 궤환부를 통해 정류된 직류 전원을 스위칭하는 스위칭 회로부;

   상기 스위칭 회로부를 통해 스위칭된 직류 전원을 평활화하는 평활부; 및

   상기 부하전류 측정부에 의해 측정되는 전류와 상기 평활부에 의해 평활화된 전류를 비교하여, 상기 제어 신호를 발생하는 스위칭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 제공 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 스위칭 회로부는

   상기 전압 궤환부의 출력단에 연결된 드레인, 상기 평활부의 입력단에 연결된 소스, 상기 제어 신호가 인가되는 게이트를 가지는 FET 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 제공 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 평활부는

   상기 스위칭 회로부의 출력단과 접지 전압 사이에 연결된 정류용 쇼트키 다이오드;

   상기 스위칭 회로부의 출력단의 일단에 연결된 인덕턴스; 및

   상기 인덕턴스에 연결된 캐패시터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 제공 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 부하전류 측정부는

   상기 평활부의 캐패시터들과 상기 부하 연결부 사이에 연결된 제1저항;

   상기 제1저항의 일단에 일단이 연결된 제2저항; 및

   상기 제1저항의 타단에 일단이 연결된 제3저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 제공 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는

   상기 제2저항의 타단과 접지 전압 사이에 연결된 가변저항; 및

   상기 가변저항에 연결된 - 단자, 상기 제3저항의 타단에 연결된 + 단자, 상기 스위칭 회로부에 연결된 출력단을 구비하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 제공 장치.

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