KR20110136537A - Led driving circuit and method for protecting from high voltage and driving with constant current - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An LED driver circuit and method are provided to drive an LED module with high efficiency by forming a phase compensation function, a constant current function, and a dimming function into a 1shift converter. CONSTITUTION: A rectifier outputs a rectified power source by rectifying an alternating current to a direct current. A buck-boost converter(13) levels the rectified power source using a circuit which includes an inductor and a capacitor. The buck-boost converter outputs the direct current which is boosted or reduced to an LED module. A current sensing part(15) creates first correction voltage by sensing a current flowing in an output side of the buck-boost converter. A voltage sensing part(16) creates second correction voltage by sensing voltage which is generated in the inductor. A PFC controller(14) controls an output of the buck-boost converter based on the first correction voltage and the second correction voltage.

Description

과전압 보호와 정전류 구동을 위한 LED 구동 회로 및 방법{LED Driving Circuit and Method for Protecting from High Voltage and Driving with Constant Current}LED driving circuit and method for overvoltage protection and constant current driving {LED Driving Circuit and Method for Protecting from High Voltage and Driving with Constant Current}

본 발명은 LED 구동 회로 및 방법에 관한 것으로서, 대용량 고전압의 LED(Light Emitting Diode)를 과전압으로부터 보호하면서 정전류로 구동하기 위하여, 출력 커패시터의 전류를 센싱하여 평균치로 제어함으로써 간단하게 정전류 기능을 구현하고, 고전압 출력의 직접적인 센싱 없이 인덕터의 전압을 센싱함으로써 간단하게 출력 센싱에서의 전력소모를 줄이면서 과전압 보호 기능을 구현할 수 있는 LED 구동 회로 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a LED driving circuit and a method, in order to drive a high-capacity high voltage light emitting diode (LED) with constant current while protecting it from overvoltage, by sensing the current of the output capacitor and controlling the average value to simply implement a constant current function. The present invention relates to an LED driving circuit and a method for implementing overvoltage protection while reducing power consumption in output sensing by sensing a voltage of an inductor without directly sensing a high voltage output.

보안등, 가로등 등에 사용되는 LED 조명을 구동하기 위하여 대용량 고전압의 LED 구동 장치가 필요하다. 기존의 대용량 고전압의 LED 구동 장치는 전해 커패시터의 사용으로 수명이 짧을 뿐만 아니라, 2단에 걸친 컨버터 회로를 이용해 구동하므로 정전류와 과전압 보호를 위해 회로가 복잡하고 많은 비용이 요구되는 문제점이 있다. 또한, 기존의 LED 구동 장치는 온도에 따른 순방향 전압(Vf) 변화에 민감하여 정전류 구동이 어려우며, 무부하에서 발생하는 과전압으로부터 LED 모듈을 효율적으로 보호하지 못하고 있다. In order to drive LED lighting used for security lamps, street lights, etc., a large-capacity high voltage LED driving device is required. Conventional high-capacity high-voltage LED driving devices have a short lifetime due to the use of electrolytic capacitors, and are driven by two-stage converter circuits, which causes complex and expensive circuits for constant current and overvoltage protection. In addition, the conventional LED driving device is difficult to operate a constant current because it is sensitive to the change in the forward voltage (Vf) according to the temperature, and does not efficiently protect the LED module from overvoltage generated at no load.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 대용량 고전압의 LED를 과전압으로부터 보호하면서 정전류로 구동하기 위하여, 출력 커패시터의 전류를 센싱하여 평균치로 제어함으로써 간단하게 정전류 기능을 구현하고, 고전압 출력의 직접적인 센싱 없이 인덕터의 전압을 센싱함으로써 간단하게 출력 센싱에서의 전력소모를 줄이면서 과전압 보호 기능을 구현할 수 있는 LED 구동 회로 및 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a constant current function by sensing the current of an output capacitor and controlling it to an average value in order to drive a high capacity LED with constant current while protecting it from overvoltage. The present invention provides a LED driving circuit and a method for implementing overvoltage protection while reducing power consumption in output sensing by sensing a voltage of an inductor without directly sensing a high voltage output.

또한, LED 조명의 긴 수명을 보장하기 위하여 LED 구동 회로의 출력을 정현파로 제어하고, 전해 커패시터 없이 LED 모듈을 구동할 수 있는 LED 구동 회로 및 방법을 제공하는 데 있다. In addition, the present invention provides an LED driving circuit and a method capable of controlling the output of the LED driving circuit with a sine wave in order to ensure a long life of the LED lighting, and can drive the LED module without an electrolytic capacitor.

그리고, 역률개선 기능, 정전류 기능, 조광 기능 등을 1단 컨버터로 구현함으로써 고효율로 LED 모듈을 구동할 수 있는 LED 구동 회로 및 방법을 제공하는 데 있다. In addition, the present invention provides a LED driving circuit and a method for driving an LED module with high efficiency by implementing a power factor improving function, a constant current function, a dimming function, and the like in a single stage converter.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 LED 모듈을 구동하기 위한 LED 구동 회로는, 교류 전원을 입력받아 직류로 정류하며 정류된 전원을 출력하는 정류부; 인덕터와 커패시터를 포함하는 회로를 이용해 상기 정류된 전원을 평활하고 승압 또는 감압한 직류 전원을 상기 LED 모듈로 출력하는 벅-부스트 변환기; 상기 벅-부스트 변환기의 출력측에 흐르는 전류를 센싱하여 제1 보정전압을 생성하는 전류 센싱부; 상기 벅-부스트 변환기에 사용된 인덕터에 발생하는 전압을 센싱하여 제2 보정전압을 생성하는 전압 센싱부; 및 상기 제1 보정전압과 상기 제2 보정전압에 기초하여 상기 벅-부스트 변환기의 출력을 제어하는 PFC 제어기를 포함한다.First, to summarize the features of the present invention, the LED driving circuit for driving the LED module according to an aspect of the present invention for achieving the object of the present invention as described above, rectified by direct current and rectified by an AC power source Rectifier for outputting; A buck-boost converter for smoothing the rectified power and outputting a boosted or reduced DC power to the LED module using a circuit including an inductor and a capacitor; A current sensing unit configured to generate a first correction voltage by sensing a current flowing at an output side of the buck-boost converter; A voltage sensing unit configured to generate a second correction voltage by sensing a voltage generated in an inductor used in the buck-boost converter; And a PFC controller controlling an output of the buck-boost converter based on the first correction voltage and the second correction voltage.

상기 정류부는 브리지 다이오드로 이루어진다.The rectifying portion is made of a bridge diode.

상기 벅-부스트 변환기는, 상기 정류된 전원과 접지 사이에 연결된 제1 커패시터; 상기 정류된 전원과 접지 사이에 직렬 연결된, 상기 전압 센싱부의 변압기의 1차측으로서의 제1 인덕터와 스위치; 상기 제1 인덕터와 상기 스위치 사이의 접점에 애노드 단자가 연결된 다이오드; 상기 다이오드의 캐소드 단자와 출력 단자 사이에 연결된, 상기 전류 센싱부의 변류기의 1차측으로서의 제2 인덕터; 및 상기 출력 단자와 상기 정류된 전원의 단자 사이에 연결된 제2 커패시터를 포함한다.The buck-boost converter comprises: a first capacitor coupled between the rectified power source and ground; A first inductor and a switch as a primary side of a transformer of the voltage sensing unit connected in series between the rectified power supply and ground; A diode having an anode terminal connected to a contact between the first inductor and the switch; A second inductor as the primary side of the current transformer of the current sensing unit, connected between the cathode terminal and the output terminal of the diode; And a second capacitor connected between the output terminal and the terminal of the rectified power source.

상기 PFC 제어기는 상기 제1 보정전압과 상기 제2 보정전압에 따라 상기 스위치의 온 또는 오프를 제어하여 상기 출력 단자를 과전압으로부터 보호한다.The PFC controller controls the on or off of the switch according to the first correction voltage and the second correction voltage to protect the output terminal from overvoltage.

상기 전류 센싱부는, 상기 변류기의 2차측으로서의 제3 인덕터; 상기 제3 인덕터에 기초하여 전압을 발생하는 제1 필터; 및 상기 제1 필터의 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 상기 제1 보정전압을 생성하는 제1 비교기를 포함한다.The current sensing unit includes: a third inductor as the secondary side of the current transformer; A first filter generating a voltage based on the third inductor; And a first comparator configured to generate the first correction voltage by comparing the voltage of the first filter with the first reference voltage.

상기 전압 센싱부는, 상기 변압기의 2차측으로서의 제4 인덕터; 상기 제4 인덕터에 기초하여 전압을 발생하는 제2 필터; 및 상기 제2 필터의 전압과 제2 기준 전압을 비교하여 상기 제2 보정전압을 생성하는 제2 비교기를 포함한다.The voltage sensing unit includes a fourth inductor serving as a secondary side of the transformer; A second filter generating a voltage based on the fourth inductor; And a second comparator configured to generate the second correction voltage by comparing the voltage of the second filter with a second reference voltage.

상기 제2 커패시터는 필름 커패시터, 또는 MLCC 형태일 수 있다.The second capacitor may be a film capacitor or MLCC type.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 LED 모듈을 구동하기 위한 LED 구동 방법은, 정류 회로를 이용하여 교류 전원을 입력받아 직류로 정류하며 정류된 전원을 출력하고, 인덕터와 커패시터를 포함하는 벅-부스트 변환기의 회로를 이용해 상기 정류된 전원을 평활하고 승압 또는 감압한 직류 전원을 상기 LED 모듈로 출력하되, 상기 벅-부스트 변환기의 출력측에 흐르는 전류를 센싱하여 제1 보정전압을 생성하고, 상기 벅-부스트 변환기에 사용된 인덕터에 발생하는 전압을 센싱하여 제2 보정전압을 생성하며, 상기 제1 보정전압과 상기 제2 보정전압에 기초하여 상기 벅-부스트 변환기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다. In addition, the LED driving method for driving the LED module according to another aspect of the present invention, by receiving a AC power using a rectifying circuit to rectify to DC and output a rectified power, buck-boost including an inductor and a capacitor The rectified power is smoothed and the boosted or reduced DC power is output to the LED module using a circuit of a converter, and a first correction voltage is generated by sensing a current flowing at an output side of the buck-boost converter. The voltage generated by the inductor used in the boost converter is sensed to generate a second correction voltage, and the output of the buck-boost converter is controlled based on the first correction voltage and the second correction voltage.

본 발명에 따른 LED 구동 회로에 따르면, 출력 커패시터의 전류를 센싱하여 평균치로 제어함으로써 간단하게 정전류 기능을 구현하고, 고전압 출력의 직접적인 센싱 없이 인덕터의 전압을 센싱함으로써 간단하게 출력 센싱에서의 전력소모를 줄이면서 과전압 보호 기능을 구현할 수 있다. According to the LED driving circuit according to the present invention, by implementing a constant current function simply by sensing the current of the output capacitor to control the average value, by simply sensing the voltage of the inductor without direct sensing of the high voltage output power consumption in the output sensing Overvoltage protection can be implemented while reducing it.

또한, LED 구동 회로의 출력을 정현파로 제어하고, 전해 커패시터 없이 LED 모듈을 구동함으로써, LED 조명의 긴 수명을 보장할 수 있다.In addition, by controlling the output of the LED driving circuit to the sine wave, and driving the LED module without the electrolytic capacitor, it is possible to ensure the long life of the LED lighting.

그리고, 역률개선 기능, 정전류 기능, 조광 기능 등을 1단 컨버터로 구현함으로써 고효율로 LED 모듈을 구동할 수 있다. In addition, the LED module can be driven with high efficiency by implementing the power factor improving function, the constant current function, and the dimming function as a single stage converter.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 모듈의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동 회로에서의 실측 파형을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining an LED driving circuit according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an LED module according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a measurement waveform in the LED driving circuit according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동 회로(10)를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the LED driving circuit 10 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동 회로(10)는 대용량 고전압의 LED 모듈(17)을 구동하기 위하여, EMI(Electro-manetic Interference) 필터(11), 브리지(bridge) 다이오드(12), 벅-부스트(buck-boost) 변환기(13), PFC(Power Factor Correction) 제어기(14), 전류 센싱부(15), 및 전압 센싱부(16)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the LED driving circuit 10 according to an exemplary embodiment of the present invention uses an electro-manetic interference (EMI) filter 11 and a bridge to drive a large-capacity high voltage LED module 17. And a diode 12, a buck-boost converter 13, a power factor correction controller 14, a current sensing unit 15, and a voltage sensing unit 16.

EMI 필터(11)는 입력 교류 전원 Vac의 고주파 노이즈를 제거하여 브리지 다이오드(12)로 출력한다. EMI 필터(11)는 반드시 필요한 것은 아니고 안정된 교류 전원이 입력되는 경우에는 사용되지 않을 수도 있다.The EMI filter 11 removes the high frequency noise of the input AC power supply Vac and outputs it to the bridge diode 12. FIG. The EMI filter 11 is not necessarily required and may not be used when a stable AC power source is input.

브리지 다이오드(12)는 교류 전원 Vac을 입력받아 직류로 정류하는 정류회로이며, 2 출력단자를 통해 정류된 전원 Vi을 PFC 제어기(14)로 공급하며, 벅-부스트 변환기(13)는 인덕터(예를 들어, L1)와 커패시터(예를 들어, Ci,Co) 등을 포함하는 회로를 이용해 브리지 다이오드(12)로부터의 정류된 전원 Vi을 평활하고 승압 또는 감압한 직류 전원 Vo을 LED 모듈(17)로 출력한다. The bridge diode 12 is a rectifying circuit that receives the AC power Vac and rectifies the DC. The bridge diode 12 supplies the rectified power V i to the PFC controller 14 through two output terminals, and the buck-boost converter 13 is an inductor. For example, using a circuit including L 1 ) and a capacitor (eg, C i , C o ), the rectified power V i from the bridge diode 12 is smoothed and stepped up or down. Output to the LED module 17.

브리지 다이오드(12)는 직렬 연결된 2개의 다이오드의 2세트가 병렬로 연결되며, 직렬 연결 접속점들이 교류 전원 Vac 의 입력 단자들(BD1)이 되고, 병렬 연결 접속점들이 출력 단자들이 된다. The bridge diode 12 has two sets of two diodes connected in series, connected in parallel, the series connection points being the input terminals BD1 of the AC power supply Vac, and the parallel connection points being the output terminals.

LED 모듈(17)의 LED들은 브리지 벅-부스트 변환기(13)로부터의 직류 전원 Vo에 따라 발광할 수 있다. LED 모듈(17)는 도 2와 같이 직렬 연결된 복수 LED(예를 들어, D1, D2,..,Dn)를 포함하며, 이러한 직렬 연결된 복수 LED의 세트 여러 개(예를 들어, N개, 여기서 N은 2이상의 자연수)가 병렬로 연결될 수도 있다. The LEDs of the LED module 17 may emit light in accordance with the direct current power Vo from the bridge buck-boost converter 13. The LED module 17 includes a plurality of LEDs connected in series (eg, D 1 , D 2 , .., D n ) as shown in FIG. 2, and several sets of such series connected LEDs (eg, N N, where N is a natural number of two or more) may be connected in parallel.

특히, 본 발명에서, PFC 제어기(14)는 벅-부스트 변환기(13)의 스위치(S1)의 온(on) 또는 오프(off)를 제어하여 벅-부스트 변환기(13)의 출력 단자를 과전압으로부터 보호하며, 벅-부스트 변환기(13)의 출력을 정현파로 제어한다. 이에 따라 역률을 개선하고, 정전류 제어 기능을 수행하며, 출력 전류 센싱의 레벨을 변화시켜 조광기능 까지를 1단의 벅-부스트 변환기와 하나의 PFC 제어기를 이용하여 구현 가능하게 함으로써, IC 집적화가 용이하게 하였다.In particular, in the present invention, the PFC controller 14 controls the on or off of the switch S 1 of the buck-boost converter 13 to overvoltage the output terminal of the buck-boost converter 13. And control the output of the buck-boost converter 13 to a sinusoidal wave. This improves the power factor, performs constant current control, and changes the level of output current sensing so that dimming can be implemented using a single buck-boost converter and one PFC controller, making IC integration easier. It was made.

이를 위하여, 도 1에서, 전류 센싱부(15)는 벅-부스트 변환기(13)의 출력측에 흐르는 전류를 센싱하여 제1 보정전압(예를 들어, Isense)을 생성하며, 전압 센싱부(16)는 벅-부스트 변환기(13)에 사용된 인덕터(예를 들어, L1)에 발생하는 전압을 센싱하여 제2 보정전압(예를 들어, Vsense)을 생성한다. PFC 제어기(14)는 제1 보정전압(Isense)과 제2 보정전압(Vsense)에 기초하여 스위치(S1)의 온(on) 또는 오프(off)를 제어함으로써 벅-부스트 변환기(13)의 출력을 제어하여 과전압으로부터 보호하며, 역률을 개선하고, 정전류 제어 기능을 수행하며, 출력 전류 센싱의 레벨을 변화시키며, 조광기능 까지 용이하고 효율적으로 수행할 수 있다. To this end, in FIG. 1, the current sensing unit 15 senses a current flowing to the output side of the buck-boost converter 13 to generate a first correction voltage (eg, I sense ), and the voltage sensing unit 16. ) Senses the voltage generated at the inductor (eg, L1) used in the buck-boost converter 13 to generate a second correction voltage (eg, V sense ). The PFC controller 14 controls the buck-boost converter 13 by controlling the on or off of the switch S 1 based on the first correction voltage I sense and the second correction voltage V sense . ) Can be controlled to protect against overvoltage, improve power factor, perform constant current control, change output current sensing level, and perform dimming function easily and efficiently.

도 1과 같이, 벅-부스트 변환기(13)는, 제1 커패시터(Ci), 변압기(L1)의 1차측으로서의 제1 인덕터, 스위치(S1), 다이오드(D1), 변류기(CT1)의 1차측으로서의 제2 인덕터, 및 제2 커패시터(Co)를 포함한다. 변압기(L1)의 1차측 인덕터와 2차측 인덕터 간의 코일 권선비는 N1:N2(N1, N2는 자연수)일 수 있다. 변류기(CT1)의 1차측 인덕터와 2차측 인덕터 간의 코일 권선비는 1:N(자연수)일 수 있다.As shown in FIG. 1, the buck-boost converter 13 includes a first capacitor C i , a first inductor as a primary side of a transformer L 1 , a switch S 1 , a diode D 1 , and a current transformer CT. A second inductor as the primary side of 1 ) and a second capacitor (C o ). The coil turns ratio between the primary side inductor and the secondary side inductor of the transformer L 1 may be N1: N2 (N1, N2 is a natural number). The coil turns ratio between the primary side inductor and the secondary side inductor of the current transformer CT 1 may be 1: N (natural number).

제1 커패시터(Ci)는 브리지 다이오드(12)로부터의 정류된 전원(Vi)과 접지 사이에 연결된다. 변압기(L1)의 1차측으로서의 제1 인덕터와 스위치(S1)는 정류된 전원(Vi)과 접지 사이에 직렬 연결된다. 다이오드(D1)는 변압기(L1)의 1차측으로서의 제1 인덕터와 스위치(S1) 사이의 접점에 애노드 단자가 연결되며, 그 캐소드 단자와 출력 단자 사이에 변류기(CT1)의 1차측으로서의 제2 인덕터가 연결된다. 제2 커패시터(Co)는 출력 단자와 정류된 전원(Vi)의 단자 사이에 연결된다. A first capacitor (C i) is connected between the rectified power source (V i) and a ground from the diode bridge (12). The first inductor and the switch as a primary side of the transformer (L 1) (S 1) is connected in series between the rectifying power source (V i) and ground. The diode D 1 has an anode terminal connected to a contact between the first inductor and the switch S 1 as the primary side of the transformer L 1 , and the primary side of the current transformer CT 1 between the cathode terminal and the output terminal. As a second inductor is connected. A second capacitor (C o) is connected between the terminals of the output terminal and the rectified power source (V i).

벅-부스트 변환기(13)는, 브리지 다이오드(12)로부터의 정류된 전원 Vi을 평활하고 승압 또는 감압한 직류 전원 Vo을 LED 모듈(17)로 출력한다. PFC 제어기(14)의 스위치(S1)에 대한 주기적인 온/오프 제어에 따라, 변압기(L1)의 1차측으로서의 제1 인덕터와 변류기(CT1)의 1차측으로서의 제2 인덕터는 해당 코일에 에너지를 저장하여, 브리지 다이오드(12)로부터의 정류된 전원(Vi)으로부터 승압 또는 감압된 직류 전원 Vo을 LED 모듈(17)로 출력할 수 있다. 즉, 벅-부스트 변환기(13)는, 정류된 전원(Vi)보다 큰 전압으로 승압되거나 정류된 전원(Vi)보다 작은 전압으로 감압된 직류 전원 Vo을 LED 모듈(17)로 출력할 수도 있다.Buck-boost converter 13, smoothes the rectified power supply V i from the bridge diode 12, and outputs the direct-current power supply Vo by voltage step-up or reduced pressure to the LED module 17. According to the periodic on / off control of the switch S 1 of the PFC controller 14, the first inductor as the primary side of the transformer L 1 and the second inductor as the primary side of the current transformer CT 1 are corresponding coils. and the storage of energy, it is possible to output the power source (V i), the direct-current power supply Vo boosted or reduced pressure from the commutation from the bridge diode 12 to the LED module 17. That is, the buck-boost converter 13, the rectified power supply (V i) can also output the direct current power source Vo reduced pressure to a smaller voltage than the voltage step-up or rectified power supply (V i) into a voltage to the LED module 17 have.

여기서 언급되는 스위치(S1)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)일 수 있으며, 특히, 도 1과 같이 N형 MOSFET일 수 있고, 경우에 따라서는 일부 회로 변경과 함께 P형 MOSFET로 대체할 수도 있다. The switch S 1 referred to herein may be a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), in particular, an N-type MOSFET as shown in FIG. 1, and in some cases, may be replaced by a P-type MOSFET with some circuit changes. It may be.

특히, 전류 센싱부(15)는 변류기(CT1)의 1차측으로서의 제2 인덕터에 흐르는 전류를 센싱하여 제1 보정전압(Isense)을 생성한다. 도 1과 같이, 전류 센싱부(15)는 변류기(CT1)의 2차측으로서의 제3 인덕터, 다이오드(ds1), 저항(rs1), 커패시터(Cs1), 비교기를 포함한다. 변류기(CT1)의 1차측 인덕터와 2차측 인덕터 간의 코일 권선비는 1:N(자연수)일 수 있다.In particular, the current sensing unit 15 senses a current flowing in the second inductor as the primary side of the current transformer CT 1 to generate a first correction voltage I sense . As illustrated in FIG. 1, the current sensing unit 15 includes a third inductor, a diode d s1 , a resistor r s1 , a capacitor C s1 , and a comparator as the secondary side of the current transformer CT 1 . The coil turns ratio between the primary side inductor and the secondary side inductor of the current transformer CT 1 may be 1: N (natural number).

다이오드(ds1), 저항(rs1), 및 커패시터(Cs1)는 고주파를 제거하기 위한 필터 역할을 할 수 있으며, 변류기(CT1)의 2차측으로서의 상기 제3 인덕터에 기초하여 소정 직류 전압을 발생할 수 있다. 전류 센싱부(15)의 비교기는 위와 같은 필터로부터의 소정 직류 전압과 기준 전압(Iref)을 비교하여 제1 보정전압(Isense)을 생성할 수 있다.The diode d s1 , the resistor r s1 , and the capacitor C s1 may serve as a filter for removing high frequency, and the predetermined direct current voltage is based on the third inductor as the secondary side of the current transformer CT 1 . May occur. The comparator of the current sensing unit 15 may generate a first correction voltage I sense by comparing the predetermined DC voltage from the filter with the reference voltage I ref .

이와 같이 벅-부스트 변환기(13)의 스위치(S1)에서의 고주파 스위칭으로 인해 출력 커패시터(Co)에 유입되는 전류(iCo)를 변류기(CT1)를 이용하여 센싱하여 평균(필터링)함으로 출력 단자에 흐르는 전류를 간단하고 정확하게 센싱할 수 있다. As such, the current (i Co ) flowing into the output capacitor (C o ) due to the high frequency switching at the switch S 1 of the buck-boost converter 13 is sensed using the current transformer CT 1 and averaged (filtered). This allows simple and accurate sensing of the current flowing through the output terminals.

이에 비하여, 기존과 같이 변압기(L1)의 1차측으로서의 인덕터에 흐르는 전류(iL1)를 센싱하면, 이와 같은 전류는 입력전압에 따라 변화하는 단점이 있고, 전류는 정확하나 120Hz의 저주파수의 전류로 인해 변류기(CT1)의 크기가 커지는 단점이 있다. 본 발명과 같이 출력 커패시터(Co)에 유입되는 전류(iCo)를 센싱하면, 출력 전류(iCo)를 반영함으로 정확하고 고주파수의 주파수(예를 들어, 수십 khz)이므로 변류기(CT1)의 크기를 줄일 수 있다. On the other hand, when sensing the current (i L1 ) flowing in the inductor as the primary side of the transformer (L 1 ) as described above, such a current has a disadvantage that changes according to the input voltage, the current is accurate but the current of the low frequency of 120Hz Due to the disadvantage that the size of the current transformer (CT 1 ) increases. When sensing the current (i Co ) flowing into the output capacitor (C o ) as in the present invention, the current transformer (CT 1 ) because it reflects the output current (i Co ) is accurate and high frequency (for example, tens of khz) Can reduce the size.

전압 센싱부(16)는 변압기(L1)의 1차측으로서의 제1 인덕터에 발생하는 전압을 센싱하여 제2 보정전압(Vsense)을 생성한다. 도 1과 같이, 전압 센싱부(16)는 변압기(L1)의 2차측으로서의 제4 인덕터, 다이오드(ds2), 저항(rs2), 커패시터(Cs2), 비교기를 포함한다. 변압기(L1)의 1차측 인덕터와 2차측 인덕터 간의 코일 권선비는 N1:N2(N1, N2는 자연수)일 수 있다. The voltage sensing unit 16 senses a voltage generated in the first inductor as the primary side of the transformer L 1 to generate a second correction voltage V sense . As shown in FIG. 1, the voltage sensing unit 16 includes a fourth inductor, a diode d s2 , a resistor r s2 , a capacitor C s2 , and a comparator as the secondary side of the transformer L 1 . The coil turns ratio between the primary side inductor and the secondary side inductor of the transformer L 1 may be N1: N2 (N1, N2 is a natural number).

다이오드(ds2), 저항(rs2), 커패시터(Cs2)는 고주파를 제거하기 위한 필터 역할을 할 수 있으며, 변압기(L1)의 2차측으로서의 상기 제4 인덕터에 기초하여 소정 직류 전압을 발생할 수 있다. 전압 센싱부(16)의 비교기는 위와 같은 필터로부터의 소정 직류 전압과 기준 전압(Vref)을 비교하여 제2 보정전압(Vsense)을 생성할 수 있다.The diode d s2 , the resistor r s2 , and the capacitor C s2 may serve as a filter for removing high frequency, and may generate a predetermined DC voltage based on the fourth inductor as the secondary side of the transformer L 1 . May occur. The comparator of the voltage sensing unit 16 may generate a second correction voltage V sense by comparing the predetermined DC voltage from the filter as described above with the reference voltage V ref .

기존의 방법에서는 벅-부스트 변환기의 출력 전압 센싱을 위해서 차동 증폭기와 고전압 출력을 위한 다수개의 저항이 필요하였고, 이로 인해 복잡하고 저항으로부터의 상당한 전력 소모가 발생하였으나, 본 발명에서는 벅-부스트 변환기(13)의 변압기(L1)의 1차측으로서의 인덕터로부터 전압을 센싱함으로 차동 증폭기와 고전압 저항 없이 간단하게 전압을 센싱할 수 있고, 과전압 센싱이 되면 제어기(14)의 래치(latch) 회로를 동작시켜 장치를 보호하도록 스위치(S1)을 제어한다.In the conventional method, a plurality of resistors for the differential amplifier and the high voltage output are required for sensing the output voltage of the buck-boost converter, which is complicated and causes considerable power consumption from the resistor. By sensing the voltage from the inductor as the primary side of the transformer (L 1 ) of 13), the voltage can be easily sensed without a differential amplifier and a high voltage resistor, and when the overvoltage is sensed, the latch circuit of the controller 14 is operated. Control switch S 1 to protect the device.

이와 같이 PFC 제어기(14)는 제1 보정전압(Isense)과 제2 보정전압(Vsense)에 기초하여 스위치(S1)의 온(on) 또는 오프(off)를 제어함으로써 벅-부스트 변환기(13)의 출력을 제어하여 과전압으로부터 보호하며, 역률을 개선하고, 정전류 제어 기능을 수행하며, 출력 전류 센싱의 레벨을 변화시키며, 조광기능까지 용이하고 효율적으로 수행할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따른 기능은 1단의 벅-부스트 변환기(13)와 하나의 PFC 제어기(14)를 이용하여 구현 가능하므로, IC 집적화가 용이하게 이루어 질 수 있다.As such, the PFC controller 14 controls the buck-boost converter by controlling the on or off of the switch S 1 based on the first correction voltage I sense and the second correction voltage V sense . The output of (13) can be controlled to protect against overvoltage, to improve the power factor, to perform the constant current control function, to change the level of the output current sensing, and to perform the dimming function easily and efficiently. Such a function according to the present invention can be implemented using a single buck-boost converter 13 and one PFC controller 14, so that IC integration can be easily performed.

또한, 벅-부스트 변환기(13)에서 출력 전압(Vo)을 DC화하기 위해, 기존에는 출력 터페시터(Co) 대신에 전해 커패시터를 대량으로 사용하였으나, 본 발명에서는 이와 같은 대량의 전해 커패시터의 사용을 배제하고 수명이 반영구적인 작은 용량의 필름(film) 커패시터, MLCC(Multi-Layer Ceramic Capacitor) 등의 커패시터 등을 출력 터페시터(Co)로 사용하여 출력의 모양을 도 3과 같이 정현파 모양으로 제어함으로 기존 전원장치에서 전해 커패시터 사용으로 인해 제한 되었던 전원 장치의 수명을 LED 조명 이상의 장수명으로 구현 할 수 있도록 하였다.In addition, in order to DC the output voltage (V o ) in the buck-boost converter (13), in the past, instead of the output capacitor (C o ), a large number of electrolytic capacitors were used, but in the present invention, such a large amount of electrolytic capacitors The shape of the output is sine wave as shown in FIG. 3 by using a small capacity film capacitor and a capacitor such as MLCC (Multi-Layer Ceramic Capacitor) as an output capacitor (C o ). By controlling the shape, the life of the power supply, which was limited by the use of electrolytic capacitors in the existing power supply, can be realized with longer life than LED lighting.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

10: LED 구동 회로
11: EMI 필터
12: 브리지 다이오드
13: 벅-부스트 변환기
14: PFC 제어기
15: 전류 센싱부
16: 전압 센싱부
10: LED driving circuit
11: EMI filter
12: bridge diode
13: Buck-Boost Converter
14: PFC Controller
15: current sensing unit
16: voltage sensing unit

Claims (8)

LED 모듈을 구동하기 위한 LED 구동 회로에 있어서,
교류 전원을 입력받아 직류로 정류하며 정류된 전원을 출력하는 정류부;
인덕터와 커패시터를 포함하는 회로를 이용해 상기 정류된 전원을 평활하고 승압 또는 감압한 직류 전원을 상기 LED 모듈로 출력하는 벅-부스트 변환기;
상기 벅-부스트 변환기의 출력측에 흐르는 전류를 센싱하여 제1 보정전압을 생성하는 전류 센싱부;
상기 벅-부스트 변환기에 사용된 인덕터에 발생하는 전압을 센싱하여 제2 보정전압을 생성하는 전압 센싱부; 및
상기 제1 보정전압과 상기 제2 보정전압에 기초하여 상기 벅-부스트 변환기의 출력을 제어하는 PFC 제어기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
In the LED driving circuit for driving the LED module,
Rectifying unit for receiving the AC power rectified to DC and outputting the rectified power;
A buck-boost converter for smoothing the rectified power and outputting a boosted or reduced DC power to the LED module using a circuit including an inductor and a capacitor;
A current sensing unit configured to generate a first correction voltage by sensing a current flowing at an output side of the buck-boost converter;
A voltage sensing unit configured to generate a second correction voltage by sensing a voltage generated in an inductor used in the buck-boost converter; And
A PFC controller controlling the output of the buck-boost converter based on the first correction voltage and the second correction voltage
LED driving circuit comprising a.
제1항에 있어서,
상기 정류부는 브리지 다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
The method of claim 1,
The rectifier is a LED driving circuit, characterized in that consisting of a bridge diode.
제1항에 있어서,
상기 벅-부스트 변환기는,
상기 정류된 전원과 접지 사이에 연결된 제1 커패시터;
상기 정류된 전원과 접지 사이에 직렬 연결된, 상기 전압 센싱부의 변압기의 1차측으로서의 제1 인덕터와 스위치;
상기 제1 인덕터와 상기 스위치 사이의 접점에 애노드 단자가 연결된 다이오드;
상기 다이오드의 캐소드 단자와 출력 단자 사이에 연결된, 상기 전류 센싱부의 변류기의 1차측으로서의 제2 인덕터; 및
상기 출력 단자와 상기 정류된 전원의 단자 사이에 연결된 제2 커패시터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
The method of claim 1,
The buck-boost converter,
A first capacitor connected between the rectified power source and ground;
A first inductor and a switch as a primary side of a transformer of the voltage sensing unit connected in series between the rectified power supply and ground;
A diode having an anode terminal connected to a contact between the first inductor and the switch;
A second inductor as the primary side of the current transformer of the current sensing unit, connected between the cathode terminal and the output terminal of the diode; And
A second capacitor connected between the output terminal and the terminal of the rectified power source
LED driving circuit comprising a.
제3항에 있어서,
상기 PFC 제어기는 상기 제1 보정전압과 상기 제2 보정전압에 따라 상기 스위치의 온 또는 오프를 제어하여 상기 출력 단자를 과전압으로부터 보호하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
The method of claim 3,
And the PFC controller controls on or off of the switch according to the first correction voltage and the second correction voltage to protect the output terminal from overvoltage.
제3항에 있어서,
상기 전류 센싱부는,
상기 변류기의 2차측으로서의 제3 인덕터;
상기 제3 인덕터에 기초하여 전압을 발생하는 제1 필터; 및
상기 제1 필터의 전압과 제1 기준 전압을 비교하여 상기 제1 보정전압을 생성하는 제1 비교기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
The method of claim 3,
The current sensing unit,
A third inductor as the secondary side of the current transformer;
A first filter generating a voltage based on the third inductor; And
A first comparator comparing the voltage of the first filter with a first reference voltage to generate the first correction voltage
LED driving circuit comprising a.
제3항에 있어서,
상기 전압 센싱부는,
상기 변압기의 2차측으로서의 제4 인덕터;
상기 제4 인덕터에 기초하여 전압을 발생하는 제2 필터; 및
상기 제2 필터의 전압과 제2 기준 전압을 비교하여 상기 제2 보정전압을 생성하는 제2 비교기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
The method of claim 3,
The voltage sensing unit,
A fourth inductor as the secondary side of the transformer;
A second filter generating a voltage based on the fourth inductor; And
A second comparator comparing the voltage of the second filter with a second reference voltage to generate the second correction voltage;
LED driving circuit comprising a.
제3항에 있어서,
상기 제2 커패시터는 필름 커패시터, 또는 MLCC 형태인 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
The method of claim 3,
The second capacitor is a film capacitor, or LED driving circuit, characterized in that the MLCC form.
LED 모듈을 구동하기 위한 LED 구동 방법에 있어서,
정류 회로를 이용하여 교류 전원을 입력받아 직류로 정류하며 정류된 전원을 출력하고,
인덕터와 커패시터를 포함하는 벅-부스트 변환기의 회로를 이용해 상기 정류된 전원을 평활하고 승압 또는 감압 한 직류 전원을 상기 LED 모듈로 출력하되,
상기 벅-부스트 변환기의 출력측에 흐르는 전류를 센싱하여 제1 보정전압을 생성하고,
상기 벅-부스트 변환기에 사용된 인덕터에 발생하는 전압을 센싱하여 제2 보정전압을 생성하며,
상기 제1 보정전압과 상기 제2 보정전압에 기초하여 상기 벅-부스트 변환기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 방법.
In the LED driving method for driving the LED module,
Receives AC power by using rectifier circuit, rectifies to DC and outputs rectified power,
By using a circuit of a buck-boost converter including an inductor and a capacitor, the rectified power is smoothed and the DC power supply which boosted or decompressed is outputted to the LED module.
Generating a first correction voltage by sensing a current flowing at an output side of the buck-boost converter,
Generating a second correction voltage by sensing a voltage generated in an inductor used in the buck-boost converter;
And controlling the output of the buck-boost converter based on the first correction voltage and the second correction voltage.
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