KR20110134607A

KR20110134607A - 엘이디 스트링 전원공급 보호회로

Info

Publication number: KR20110134607A
Application number: KR1020100054261A
Authority: KR
Inventors: 임명춘; 윤재두; 송명석; 최태헌; 서호진
Original assignee: 임명춘; 이엔이엘이디 주식회사
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2011-12-15

Abstract

본 발명은 벅 컨버터를 사용하여 LED 스트링에 전원을 공급하는 정전류 방식의 전원공급회로에 관한 것이며, 벅 컨버터의 무부하시에 발생되는 과전압과 LED 소자의 단락에 의한 과전류를 감지하는 감지부와 감지부의 감지에 의하여 벅 컨버터에 전원 공급을 차단하는 동작부의 구성이 개시된다.

Description

엘이디 스트링 전원공급 보호회로{power supply circuit for LED string}

본 발명은 다수의 LED가 설치된 LED 스트링(string)을 점등시키는 전원공급회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED 스트링이 불완전 접속될 때에 발생되는 컨버터의 과전압과 단락시에 발생되는 과전류를 보호하기 위한 엘이디 과전압 과전류 보호회로가 설치되는 전원공급회로에 관한 것이다.

다수개의 LED가 직렬 연결되는 LED 스트링에 전원공급을 하기 위해서는 고가의 절연형 컨버터를 사용하기 보다는 가격이 저렴한 IC칩, 구체적으로는 HV9910의 벅 컨버터(buck converter)용 IC 칩을 사용하여 정전류 방식으로 LED에 흐르는 전류를 제어하고 있다.

도 1은 종래에 벅 컨버터를 이용한 LED 스트링의 전원공급회로를 회로도이다.

AC 220V의 전원은 노이즈 제거용 EMI 필터(1)를 통과하여 정류기(2)에 공급되고, 정류기(2)에서 310V의 DC 전원으로 변환된 후 역률보상용 PFC(Power Factor Correction)(3)에 입력된 후에 벅 컨버터(4)에 입력되고, 벅 컨버터(4)에서 DC 20 내지 30V로 변환된 후에 LED 스트링(5)에 입력된다.

벅 컨버터(4)는 HV9910 IC를 핵심소자로 구성되고, 저항R1에 흐르는 전류는 IC의 PWMD 핀에 궤환 입력되고, IC의 게이트(Gate) 핀 출력은 정전류가 흐르도록 MOSFET(Q1)에 제어된 펄스를 공급하게 된다.

그러나, 이와 같이 구성되는 벅 컨버터(4)는 무부하에 대한 보호회로가 설치되어 있지 않아 무부하시에 벅 컨버터(4)의 출력측 단자에는 입력측의 DC 310V가 그대로 인가되게 된다. 이와 같은 상태에서 LED 스트링(5)이 접속되게 되면 순간적으로 LED 스트링(5)에 고압인 310V가 인가되게 되어 LED 스트링(5)를 구성하는 LED 들이 손상되게 된다.

이와 같은 무부하 상태는 전구형 LED들에는 벅 컨버터(4)에 LED 스트링(5)이 항상 연결되고, 점등 스위치가 벅 컨버터(4)의 입력단에 설치되기 때문에 발생되지 않게 되나, LED 스트링이 바 형태로 배열되는 바 타입의 LED 전구는 통상적으로 벅 컨버터(4)의 출력단에 소켓으로 연결되어 사용되기 때문에 벅 컨버터(4)의 출력단에 점등 스위치가 설치되거나, 소켓의 접속상태가 불완전 한 경우에는 무부하 상태를 촉발하게 되어 LED들이 손상되게 되는 경우가 흔히 발생하게 된다.

또한 벅 컨버터(4)에는 LED 스트링(5)을 구성하는 각 LED들이 손상되어 단락(short)이 발생되는 경우에 과전류가 흐르게 될 때 이러한 과전류를 차단하는 보호회로가 구성되어 있지 않아 정상적으로 동작하는 LED들까지도 손상시키게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 벅 컨버터가 적용되는 LED 스트링의 전원 공급회로에 무부하시의 과전압과 단락시의 과전류를 동시에 차단하도록 함으로써 LED 스트링 및 LED 스트링을 구성하는 각 LED 들을 보호하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 해결수단은 AC 전원을 정류하는 정류부와 상기 정류부로부터 출력되는 DC 고전압을 입력받아 DC 저전압으로 변환하여 다수의 LED들이 연결된 LED 스트링에 공급하는 벅-컨버터(Buck-Converter)를 포함하는 LED 스트링 전원공급회로에 있어서: 상기 벅- 컨버터와 상기 LED 스트링 사이에 설치되어 상기 LED 스트링에 인가되는 과전압과 과전류를 감지하는 감지부; 상기 정류부와 상기 벅- 컨버터 사이에 설치되고, 상기 감지부에 감지되는 전압이 기설정된 과전압 상태이거나, 흐르는 전류가 기설정된 전류이상이면 상기 벅-컨버터에 입력되는 전류를 차단시키는 동작부를 포함하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 특징은 AC 전원을 정류하는 정류부와 상기 정류부로부터 출력되는 DC 고전압을 입력받아 DC 저전압으로 변환하여 다수의 LED들이 연결된 LED 스트링에 공급하는 벅-컨버터(Buck-Converter)를 포함하는 LED 스트링 전원공급회로에 있어서: 상기 DC의 정류부의 +, - 출력단과 상기 벅- 컨버터 +, - 입력단 사이에 설치되어 상기 LED 스트링과 상기 벅 컨버터를 분리 또는 연결시키는 동작부; 상기 벅 컨버터와 상기 상기 LED 스트링 사이에 설치되어 상기 LED 스트링과 상기 벅 컨버터가 분리되는 무부하 상태에서 상기 동작부가 상기 LED 스트링과 상기 벅 컨버터를 분리되도록 하는 감지부를 포함하는 것이다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 바 타잎의 LED 스트링을 비롯하여 전원공급회로에 소켓 연결식으로 이루어진 LED 장치에서 무부하상태에서 소켓을 연결하게 되면 과도한 전압이 LED 스트링에 공급되어 LED가 손상되는 것을 방지하는 한 편, 간단한 회로구성에 의하여 LED 스트링에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래에 벅 컨버터를 이용한 LED 스트링의 전원공급회로를 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예를 설명하는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예를 설명하기 위한 회로도이다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예를 설명하는 회로도이다.

도 2는 도 1의 회로에 동작부(10)과 감지부(11)가 부가된 것으로, 도 1과 동일한 소자에 대하여는 동일한 부호를 부가하고, 설명을 생략하기로 한다.

도 2의 전원 공급회로는 PFC(3)와 벅 컨버터(4) 사이에 동작부(10)가 설치되고, 벅 컨버터(4)와 LED 스트링(5) 사이에는 감지부(11)가 설치된다.

동작부(10)는 PFC(3)의 + 출력단과 벅 컨버터(4)의 + 출력단 사이에 설치되는 스위칭 소자인 P 채널 MOSFET(Q2)을 중심으로 구성된다. 또한 Q2의 드레인은 PFC(3)의 + 출력단에 소스는 벅 컨버터의 + 입력단에 연결되며, PFC(3)의 + 출력단과 Q2의 게이트 사이에는 저항R4와 포토트랜지스터(PHT)가 직렬연결된다. 또한 Q2의 게이트와 PFC(3)의 - 측에는 안정용 콘덴서(EC2)와 저항(R5)가 병렬연결된다.

또한 감지부(11)는 벅 컨버터(4)의 출력측의 +, - 단자 사이에는 직렬연결된 저항R8, R9, 사이리스터(Q3)와, 사이리스터(Q3)를 구동시키기 위하여 벅 컨버터(4)의 출력측의 +, - 단자 사이에는 직렬 연결된 직렬연결된 저항R8, R9과, 저항R9에 전압이 인가될 때 동작되어 빛을 포토 트랜지스터(PHT)에 발광시키는 포토 다이오드(PHD)와, 사이리스터(Q3)의 애노드와 저항R7사이에 설치되는 전류감지용 저항R10으로 이루어진다.

이때, 사이리스터(Q3)의 애노드는 벅 컨버터(4)의 - 측 단자에 접속되고, 캐소드는 저항R9와 포토 다이오드(PHD)의 캐소드의 접속점에 연결되며, 게이트는 저항R6, R7의 접속점에 연결된다.

미설명부호 EC1은 LED 스트링(5)에 직류전압을 평탄화시키는 콘덴서이다.

이와 같이 구성된 실시예에서, LED 스트링(5)이 접속되지 않은 무부하 상태가 발생되는 경우에는 분압저항인 저항R6, R7의 접속점의 전압은 기설정된 전압(2.5V) 보다 높아지게 되면 사이리스터(Q3)가 턴-온 되게 되고, 사이리스터(Q3)가 턴-온되게 되면 포토다이오드(PHD)가 턴-온 되어 발광되게 된다. 포토다이오드(PHD)가 턴-온되면 포토 트랜지스터(PHT)가 턴-온되게 되어 MOSFET(Q2)의 게이트에 저항R5에 인가되는 정전압이 인가되게 되어 턴-오프되게 되므로 벅 컨버터(4)의 입력단에 DC 310V의 인가전압이 차단되게 된다.

또한 LED 스트링(5)의 LED들에 단락이 발생되어 과전류가 흐르게 되면, 저항R10에 과전류가 흐르게 되어 사이리스터(Q3)의 게이트에는 기설정된 전압(2.5V)보다 높은 전압이 인가되므로 사이리스터(Q3)가 동작되게 되고, 과전압 차단시와 동일한 과정에 의하여 MOSFET(Q2)가 턴-오프 상태가 되어 결국 벅-컨버터(4)에 입력전원을 차단하게 되어 벅-컨버터(4)와 LED 스트링(5)을 보호하게 된다.

도 3은 본 발명의 제2실시예를 설명하는 회로도이다.

도 3에 도시된 실시예는 도 2의 실시예에서 동작부(10)가 동작부(20)로, 감지부(11)이 감지부(30)로 보다 정확한 동작을 위하여 변환된 것으로, 나머지 부분은 도 2의 실시예와 동일하기 때문에 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.

동작부(20)는 PFC(3)의 + 출력단과 벅 컨버터(4)의 + 출력단 사이에 설치되는 스위칭 소자인 P 채널 MOSFET(Q21)을 중심으로 구성된다. 또한 Q21의 드레인은 PFC(3)의 + 출력단에 소스는 벅 컨버터의 + 입력단에 연결되며, PFC(3)의 + 출력단과 Q21의 게이트 사이에는 저항R12가 연결되고, PFC(3)의 후단의 +, - 단 사이에는 저항R21, R22, R24가 직렬연결되고, P 채널 MOSFET(Q21)의 게이트와 벅 컨버터의 - 단자 사이에는 저항(R25)와 N 채널 MOSFET(Q22)가 연결된다. 또한 저항R22, R24의 접속점과 N 채널 MOSFET(Q22)의 게이트는 저항R23이 연결되고, N 채널 MOSFET(Q22)의 게이트와 벅 컨버터(4)의 - 단자 사이에는 포토 트랜지스터(PHT)가 연결된다.

또한 감지부(30)는 벅 컨버터(4)의 출력단의 +, - 단자 사이에 설치되는 저항(R31), 포토 다이오드(PHD), 사이리스터(Q31)과 이들과 병렬로 벅 컨버터(4)의 출력단의 +, - 단자에 연결되는 저항(R32), (R33)으로 연결되며, 사이리스터(Q31)의 애노드와 저항(33)의 - 단자와의 접속점 사이에는 저항(R34)가 연결되며, 저항(R32)와 저항(R33)의 접속점과 사이리스터(Q31)의 게이트가 연결되고, 사이리스터(Q31)의 동작전압은 2.5V로 설정된다.

이와 같이 구성된 회로에서 LED 스트링(5)이 벅 컨버터(4)에 접속된 상태인 경우에는 정상상태로서 저항(R21),저항(R23), 저항(R24)에 의하여 분배된 전압이 N 채널 MOSFET(Q22)의 게이트에 인가되게 되어 P 채널 MOSFET(Q21)이 정상적으로 동작하게 되지만, LED 스트링(5)이 벅 컨버터(4)와 분리되어 무부하상태가 되는 상태에서 AC전원이 입력되게 되면 감지부(30)의 저항(R32)와 저항(R33)에서 분압된 전압이 사이리스터(Q31)의 게이트에 인가되게 되고, 분압된 전압이 2.5V 이상이 되면 사이리스터(Q31)는 도통상태로 되며, 사이리스터(Q31)이 도통되면 포토 다이오드(PHD)에서 빛이 발산되게 되고, 포토 다이오드(PHD)에서 빛을 포토 트랜지스터(PHT)가 수광하여 도통되면 N 채널 MOSFET(Q22)가 온 상태에서 오프 상태로 변환되게 되고, P 채널 MOSFET(Q21)은 오프 상태로 되어 PFC(3)의 출력단 전원이 벅 컨버터(4)에 입력되지 않게 된다.

마찬가지로 LED 스트링(5)에서 단락이 발생하게 되면 전류 감지용 저항(R34)에 과전류가 흘러 사이리스트(Q31)에 2.5V 이상의 전압이 인가되게 되면 동일한 무부하 상태와 동일한 과정으로 P 채널 MOSFET(Q21)이 차단되게 된다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예의 회로도이다.

도 4에 도시된 실시예는 도 2, 도 3의 실시예와 동작부(40)와 감지부(50)에서 차이를 갖기 때문에 나머지 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략하기로 한다.

PFC(3)의 +, - 출력단과 벅 컨버터의 +, -의 입력단에는 동작부(40)이 연결되고, 벅 컨버터 +, - 출력단과 캐퍼시터(EC1)의 +, - 단 사이에는 감지부(50)가 연결된다.

동작부(40)는 PFC(3)의 + 출력단과 벅 컨버터 + 입력단 사이에 연결되는 N 채널 MOSFET(Q41)와, N 채널 MOSFET(Q41)의 드레인과 게이트 사이에 연결되는 바이어스용 저항(R41)과 , N 채널 MOSFET(Q41)의 소스와 게이트 사이에 연결되는 바이어스용 저항(R42)가 연결되며, N 채널 MOSFET(Q41)의 게이트와 PFC(3)의 - 출력단과 벅 컨버터 - 입력단의 연결선 사이에는 N 채널 MOSFET(Q42)이 연결된다.

또한 PFC(3)의 + 출력단과 PFC(3)의 - 출력단 사이에는 분압저항(R43), (R45)가 연결되고, 분압저항(R43), (R45)의 접속점과 N 채널 MOSFET(Q42)의 게이트 사이에는 저항(R44)과 포토 트랜지스터(PHT)가 연결되고, 포토 트랜지스터(PHT)에는 서지 흡수용 다이오드(FD1)이 연결된다.

또한 감지부(50)는 벅 컨버터(4)의 +, - 출력단 사이에 순차적으로 직렬 연결되는 저항(R51), 포토 다이오드(PHD), 사이리스터(Q51)과, 벅 컨버터(4)의 +, - 출력단 사이에 순차적으로 직렬 연결되는 분압 저항(R52), (R53) 및 과전류 감지저항(R54)이 연결된다.

정상상태에서는 N 채널 MOSFET(Q41)와 연결된 바이어스 저항(R41), (R42)에 의한 전압이 게이트에 인가되므로 벅 컨버터(4)의 +, -에 전압이 인가되게 되어 정상적으로 동작하지만, LED 스트링(5)가 벅 컨버터(4)와 분리된 무부하상태에서는 캐퍼시터(EC1)에서 고압(약 310V)가 인가되게 되므로 분압저항(R53)에는 사이리스트(Q51)의 개시전압인 2.5V보다 높은 전압이 인가되게 되어 결국 사이리스(Q51)은 도통되게 되고, 포토 다이오드(PHD)가 발광되게 된다.

포토 다이오드(PHD)가 발광되게 되어 포토 트랜지스터(PHT)로 수광되게 되면 N 채널 MOSFET(Q42)가 도통되게 되고, N 채널 MOSFET(Q42)이 도통되게 되면 N 채널 MOSFET(Q41)은 오프 상태로 되어 PFC(3)의 + 출력단과 벅 컨버터 + 입력단 사이를 오프시키게 되어 결국 벅 컨버터(4)에 전원입력이 차단되게 되어 벅 컨버터(4)가 보호되게 된다.

LED 스트링(5)이 단락되게 되면, 저항(54)에 과전류가 흐르게 되어 이 과전류에 의하여 사이리스터(Q51)가 도통되게 되면 포토 다이오드(PHD)가 도통되게 되고, 무부하상태와 동일한 과정으로 N 채널 MOSFET(Q41)이 불통상태로 되어 과전류가 차단되게 된다.

Claims

AC 전원을 정류하는 정류부와 상기 정류부로부터 출력되는 DC 고전압을 입력받아 DC 저전압으로 변환하여 다수의 LED들이 연결된 LED 스트링에 공급하는 벅-컨버터(Buck-Converter)를 포함하는 LED 스트링 전원공급회로에 있어서:
상기 벅- 컨버터와 상기 LED 스트링 사이에 설치되어 상기 LED 스트링에 인가되는 과전압과 과전류를 감지하는 감지부;
상기 정류부와 상기 벅- 컨버터 사이에 설치되고, 상기 감지부에 감지되는 전압이 기설정된 과전압 상태이거나, 흐르는 전류가 기설정된 전류이상이면 상기 벅-컨버터에 입력되는 전류를 차단시키는 동작부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 스트링 전원공급회로.
청구항 1에서, 상기 감지부의 과전압 감지는 상기 벅- 컨버터의 +, - 출력단 사이에 직렬연결되는 분압 저항들과, 상기 분압 저항들의 접속점의 전압이 기설정된 전압 이상일 때 턴-온되도록 설치되는 제1 스위칭 소자와 상기 제1 스위칭 소자가 턴-온될 때 발광되는 제1 발광소자에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 스트링 전원공급회로.
청구항 2에서, 상기 감지부의 과전류 감지는 상기 벅-컨버터의 -출력단과 분압저항들의 단부에 연결되는 전류감지용 저항에 의하여 이루어지며, 상기 전류감지용 저항에 기설정된 이상의 과전류가 흐를 때 상기 제1스위칭 소자가 턴-온 되는 것을 특징으로 하는 LED 스트링 전원공급회로.
청구항 2 또는 청구항 3에서, 상기 동작부는 상기 발광소자의 광을 수광하여 턴-온되는 수광소자와 상기 수광소자가 턴-온될 때 상기 벅-컨버터의 전원입력를 차단하는 제2 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 스트링 전원공급회로.
청구항 4에서, 상기 제1 스위칭 소자는 사이리스터이고, 상기 제2 스위칭 소자는 P-채널 MOSFET인 것을 특징으로 하는 LED 스트링 전원공급회로.
AC 전원을 정류하는 정류부와 상기 정류부로부터 출력되는 DC 고전압을 입력받아 DC 저전압으로 변환하여 다수의 LED들이 연결된 LED 스트링에 공급하는 벅-컨버터(Buck-Converter)를 포함하는 LED 스트링 전원공급회로에 있어서:
상기 DC의 정류부의 +, - 출력단과 상기 벅- 컨버터 +, - 입력단 사이에 설치되어 상기 LED 스트링과 상기 벅 컨버터를 분리 또는 연결시키는 동작부;
상기 벅 컨버터와 상기 상기 LED 스트링 사이에 설치되어 상기 LED 스트링과 상기 벅 컨버터가 분리되는 무부하 상태에서 상기 동작부가 상기 LED 스트링과 상기 벅 컨버터를 분리되도록 하는 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 스트링 전원공급회로.
청구항 6에서, 상기 감지부는 벅 컨버터의 +, - 출력단 사이에 순차적으로 연결되는 저항, 포토 다이오드, 사이리스터와, 벅 컨버터의 +, - 출력단 사이에 순차적으로 연결되는 분압저항들과, 전류감지용 저항들로 이루어지며,
상기 동작부는 상기 정류부의 + 출력단과 상기 벅 컨버커의 + 입력사이를 도통 또는 차단하는 제1스위칭 소자와, 상기 제1스위칭 소자를 단속하기 위하여 설치되는 제2스위칭 소자와, 상기 포토 다이오드가 발광될 때 동작하여 상기 제2스위칭 소자를 온/오프 시키는 포토 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 스트링 전원공급회로.
청구항 7에서, 상기 제1스위칭 소자는 P 채널 MOSFET, 상기 제2스위칭 소자는 N 채널 MOSFET인 것을 특징으로 하는 LED 스트링 전원공급회로.
청구항 7에서, 상기 제1스위칭 소자는 N 채널 MOSFET, 상기 제2스위칭 소자는 N 채널 MOSFET인 것을 특징으로 하는 LED 스트링 전원공급회로.