KR20110139553A - Power factor correction circuit for lighting and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 조명용 역률 보상 회로 및 구동 방법, 구체적으로 LED(Light Emitting Diode) 조명용 역률 보상 회로 및 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power factor correction circuit and a driving method for lighting, and more particularly, to a power factor correction circuit and a driving method for light emitting diode (LED) lighting.
고휘도 LED 또는 OLED(Organic LED)(유기 EL(Organic Electroluminescence))는 형광등과 비교하여 발광 효율이 낮지만, 소형화, 박형화, 장수명화가 가능하고, 무엇보다도 무(無) 수은이 가능하다는 점에서 조명용 광원으로서 유망하다.High brightness LEDs or OLEDs (Organic Electroluminescence) have lower luminous efficiency than fluorescent lamps, but they can be miniaturized, thinned, and extended in life, and above all, mercury-free. As promising.
고휘도 LED나 OLED는 모두 직류 구동 소자이며, 이들 직류 구동 소자에 직류 전류를 흐르게 함으로써 발광하는 소자이다. 따라서, 직류 구동 소자를 가정용 교류 전원을 이용하여 발광시키기 위해서는, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전원이 필요하게 된다. 또한, 고휘도 LED 또는 OLED는 어느 쪽이나 일정 전류를 흘림으로써 안정적으로 발광하는 소자이므로 전류를 제한하는 회로가 필요하다. 또한, 이들 직류 구동 소자의 발광 효율이 극적으로 향상되지 않는 한, 이들 직류 구동 소자를 조명 장치로서 사용하기 위해서는 50 ∼ 200W 의 전력이 필요하다.Both high-brightness LEDs and OLEDs are direct current drive devices, and are devices that emit light by flowing a direct current through these direct current drive devices. Therefore, in order to make a DC drive element emit light using household AC power, a power source for converting AC power to DC power is required. In addition, since both high-brightness LEDs or OLEDs emit light stably by passing a constant current, a circuit for limiting current is required. Moreover, unless the luminous efficiency of these DC drive elements improves dramatically, in order to use these DC drive elements as a lighting apparatus, 50-200W of electric power is needed.
한편, 전력이 큰 조명 장치는 역률 개선 회로를 구비하고 있을 필요가 있다. 역률(power factor)은 전력 전달의 효율성(effectiveness)을 나타낸다. 전력 전달에 있어서, 실제 전달되는 전력은 유효 전력(real power)이다. 전력의 전압 및 전류 각각의 실효 값의 곱으로 나타내는 피상 전력(apparent power)으로 유효 전력을 나누어 역률을 나타낸다. 전압과 전류가 모두 정현파일 경우 전압과 전류의 위상 차에 따라 역률이 달라진다. 위상 차가 적을수록 역률이 개선된다. 따라서 일반적으로 역률을 개선시키는 역률 보상은 전력의 전압 및 전류 간의 위상 차를 감소시키는 동작을 의미한다.On the other hand, the lighting apparatus with large electric power needs to be equipped with the power factor improvement circuit. Power factor represents the effectiveness of power transfer. In power delivery, the actual delivered power is real power. Power factor is expressed by dividing the effective power by the apparent power represented by the product of the effective values of the voltage and the current of the power. If both voltage and current are sinusoidal, the power factor depends on the phase difference between voltage and current. The smaller the phase difference, the better the power factor is. Thus, in general, power factor correction for improving power factor refers to an operation of reducing a phase difference between voltage and current of power.
본 발명은 LED 출력 전류의 크기에 관계없이 효율적으로 구동되는 조명용 역률 보상 회로 및 이를 위한 구동 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides an illumination power factor correction circuit for driving efficiently regardless of the magnitude of the LED output current and a driving method therefor.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.
본 발명의 일 양상으로, 제1 직류 전원을 제2 직류 전원으로 변환하는 컨버터; 상기 제2 직류 전원을 조명용 광원에 제공하는 구동부; 상기 컨버터의 역률을 보상하기 위한 제어회로; 및 상기 제어회로에 제공하기 위한 피드백 신호를 생성하기 위한 피드백 신호 생성부를 포함하되, 상기 피드백 신호 생성부는 상기 피드백 신호의 제공을 위한 용량성 부분(capacitance part)을 포함하고, 상기 용량성 부분의 커패시턴스는 상기 구동부의 출력 전류의 크기에 따라 가변하는 조명용 역률 보상 회로이 제공된다.In one aspect of the invention, a converter for converting the first DC power source to the second DC power source; A driving unit providing the second DC power to a light source for illumination; A control circuit for compensating the power factor of the converter; And a feedback signal generator for generating a feedback signal for providing to the control circuit, wherein the feedback signal generator includes a capacitive part for providing the feedback signal, and a capacitance of the capacitive part. Is provided with a power factor correction circuit for illumination that varies depending on the magnitude of the output current of the driver.
바람직하게, 상기 피드백 신호 생성부는 전류-전압 변환기(current to voltage conveter)와 가변 용량 모듈(variable capacitance module)을 포함하고, 상기 가변 용량 모듈의 커패시턴스는 상기 구동부의 출력 전류의 크기에 따라 가변한다.Preferably, the feedback signal generator includes a current to voltage converter and a variable capacitance module, and the capacitance of the variable capacitor module varies according to the magnitude of the output current of the driver.
바람직하게, 상기 전류-전압 변환기는 광학 커플러(optical coupler)를 포함한다. 이 경우, 상기 가변 용량 모듈은 병렬로 연결된 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함하고, 제2 커패시터에는 스위칭 소자가 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 상기 스위칭 소자는 MOSFET(Metal-Oxide semiconductor Field-Effect Transistor), JFET(Junctin gate Field-Effect Transistor) 또는 BJT(Bipolar Junction Transistor)를 포함할 수 있다.Preferably, the current-voltage converter comprises an optical coupler. In this case, the variable capacitor module may include a first capacitor and a second capacitor connected in parallel, and a switching element may be connected in series to the second capacitor. In addition, the switching element may include a metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET), a junction gate field-effect transistor (JFET) or a bipolar junction transistor (BJT).
바람직하게, 상기 컨버터는 벅(buck) 컨버터, 부스트(boost) 컨버터, 포워드(forward) 컨버터 또는 플라이백(flyback) 컨버터를 포함한다.Preferably, the converter comprises a buck converter, a boost converter, a forward converter or a flyback converter.
바람직하게, 상기 조명용 광원은 LED(Light Emitting Diode) 또는 OLED(Organic Light Emitting Device)를 포함한다.Preferably, the illumination light source includes a light emitting diode (LED) or an organic light emitting device (OLED).
본 발명의 실시예들에 따르면, LED 출력 전류의 크기에 관계없이 조명용 역률 보상 회로를 효율적으로 구동할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 LED에 흐르는 전류의 크기에 따른 신호를 피드백함으로써 LED의 전류를 제한하기 위한 전류 제한 회로를 별개로 형성할 필요가 없다.According to embodiments of the present invention, it is possible to efficiently drive the lighting power factor correction circuit regardless of the magnitude of the LED output current. In addition, according to the embodiment of the present invention, it is not necessary to separately form a current limiting circuit for limiting the current of the LED by feeding back a signal according to the magnitude of the current flowing through the LED.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 LED 조명용 회로의 개략적인 블록도를 예시한다.
도 2는 종래의 LED 조명용 회로를 좀더 상세하게 예시한다.
도 3은 컨버터 제어회로의 구조를 예시한다.
도 4는 종래의 피드백 신호 생성부의 구조를 예시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 신호 생성부의 구조를 예시한다.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 신호 생성부의 구조와 동작을 구체적으로 예시한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description in order to provide a thorough understanding of the present invention, provide an embodiment of the present invention and together with the description, illustrate the technical idea of the present invention.
1 illustrates a schematic block diagram of a circuit for LED lighting.
2 illustrates in more detail a conventional LED lighting circuit.
3 illustrates the structure of the converter control circuit.
4 illustrates a structure of a conventional feedback signal generator.
5 illustrates a structure of a feedback signal generator according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 specifically illustrate the structure and operation of a feedback signal generator according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . Also, when a part is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 조명은 LED 조명, OLED 조명, 유기 EL 조명 등과 같은 직류 조명 소자를 모두 포함하며, 설명의 편의를 위해 LED 조명을 대표적으로 사용한다.In the present specification, the illumination includes all DC lighting elements such as LED lighting, OLED lighting, organic EL lighting, and the like, and uses LED lighting representatively for convenience of description.
도 1은 LED 조명용 회로의 개략적인 블록도를 예시한다.1 illustrates a schematic block diagram of a circuit for LED lighting.
도 1을 참조하면, LED 조명용 회로는 정류회로(110), 컨버터(120), LED 구동부(130), 피드백 신호 생성부(140) 및 제어회로(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the LED lighting circuit includes a
정류회로(110)는 다이오드를 이용하여 가정용 교류 전원(Alternating Current: AC)을 직류 전원(Direct Current: DC)으로 변환한다. 정류회로(110)는 용도에 따라 다양하게 구현되며, 반파(半波) 정류회로, 전파(全波) 정류회로, 브릿지 전파 정류회로, 반파 배전압 정류회로, 전파 배전압 정류회로 등을 포함한다.The
컨버터(120)는 정류회로(120)로부터 출력된 직류 전원을 LED 구동에 적합한 직류 전원으로 변환한다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 약 200W 이하의 소용량 DC/DC 컨버터를 위한 회로는 벅(buck) 컨버터, 부스트(boost) 컨버터, 포워드(forward) 컨버터, 플라이백(flyback) 컨버터 등을 포함한다.The
벅 컨버터는 일정한 주기로 스위칭(온/오프 반복)하는 스위칭 소자를 이용하여, 스위치가 '온' 되어 있는 동안 입력 전원이 회로에 연결되고 '오프' 되어 있는 동안 입력 전원이 회로에서 끊어진다. 벅 컨버터는 주기적으로 입력 전원이 연결되었다 끊어졌다 하는 펄스 모양의 전압을 LC(inductor 및 capacitor) 필터를 통해 평활(평균)하여 저압의 직류 전압을 출력한다. 이와 같은 방식의 컨버터를 전압원(voltage-fed) 컨버터라고 한다. 스위칭 주기 내에서 스위치가 '온' 되어 있는 시간이 길수록 펄스전압의 폭이 넓어져서 출력 전압이 높아진다. 반면, 스위치가 '온' 되어 있는 시간이 짧을수록 출력 전압이 낮아진다. '온' 시간/스위칭 주기를 시비율 D라고 할 경우, 출력 전압은 VOUT=D*VIN이 된다.Buck converters use switching elements that switch at regular intervals (on / off repetition), so that the input power is disconnected from the circuit while the switch is 'on' while the input power is connected to the circuit and 'off'. The buck converter periodically outputs a low voltage DC voltage by smoothing (averaging) a pulse-shaped voltage through the LC (inductor and capacitor) filter that the input power is connected and disconnected. This type of converter is called a voltage-fed converter. The longer the switch is 'on' within the switching cycle, the wider the pulse voltage is, and the higher the output voltage is. On the other hand, the shorter the time the switch is 'on', the lower the output voltage. If the 'on' time / switching period is the rate D, the output voltage is V OUT = D * V IN .
부스트 컨버터는 스위치가 '온' 되어 있는 경우에는 입력 전원이 인덕터 양단에 연결되어 전류의 충전이 이루어지고 스위치가 '오프' 되면 충전된 전류가 부하측 필터로 전달된다. 벅 컨버터와 달리 부스트 컨버터는 부하측의 필터 입장에서 전류가 주기적으로 흘러들어오다 끊어지다를 반복하기 때문에 전류원(current-fed) 방식으로 불린다. 출력단의 전류는 입력단의 전류보다 작고, 입력 전류*입력 전압 = 출력 전류*출력 전압의 관계에서 출력 전압은 입력 전압보다 높게 된다. 출력 전압은 VOUT=VIN/(1-D)이 된다.In boost converters, when the switch is 'on' the input power is connected across the inductor to charge the current, and when the switch is 'off' the charged current is delivered to the load filter. Unlike a buck converter, a boost converter is called a current-fed method because the current repeatedly flows in and out of the filter on the load side. The current at the output stage is smaller than the current at the input stage, and the output voltage is higher than the input voltage in the relationship of input current * input voltage = output current * output voltage. The output voltage is V OUT = V IN / (1-D).
포워드 컨버터는 벅 컨버터와 같이 전압원 방식의 컨버터로서 입력단과 출력단 사이에 고주파 변압기를 사용하여 입출력간에 전기적 절연이 되어 있다. 벅 컨버터와 같이 전압을 잘라서 평균하는 방식의 전압원 컨버터이므로 기본적으로 출력 전압이 입력 전압보다 작지만, 중간에 삽입된 변압기의 권선비만큼 출력 전압이 높아진다. 출력 전압은 VOUT=N*D*VIN이 되고, N은 2차권선/1차권선의 권선비이다.The forward converter, like a buck converter, is a voltage source type converter, and is electrically isolated between input and output by using a high frequency transformer between an input terminal and an output terminal. Since it is a voltage source converter that cuts and averages a voltage like a buck converter, the output voltage is basically smaller than the input voltage, but the output voltage is increased by the turns ratio of the transformer inserted in the middle. The output voltage is V OUT = N * D * V IN , where N is the winding ratio of the secondary winding / 1 primary winding.
플라이백 컨버터는 (벅)부스트 컨버터의 절연된 형태이다. 플라이백 컨버터는 변압기의 자화 인덕턴스 성분을 부스트 인덕터로 활용하며, 스위치가 '온' 되면 변압기의 자화 인덕턴스가 충전되고 스위치가 '오프'되면 자화 인덕턴스의 전류가 변압기 2차 측으로 넘어가면서 출력 전압은 VOUT=N*D*VIN/(1-D)이 된다.The flyback converter is an isolated form of the (buck) boost converter. The flyback converter uses the magnetizing inductance component of the transformer as a boost inductor.When the switch is 'on', the magnetizing inductance of the transformer is charged.When the switch is 'off', the current in the magnetizing inductance is passed to the transformer secondary side and the output voltage is V. OUT = N * D * V IN / (1-D)
LED 구동부(130)는 컨버터(120)로부터 출력된 직류 전원을 조명용 광원에 공급한다. 조명용 광원은 직류 광원을 포함하고, 이로 제한되는 것은 아니지만 LED 소자, OLED 소자, 유기 EL 소자를 포함한다. The
피드백 신호 생성부(140)는 역률 보상을 위해 컨버터(120)로부터 출력된 직류 전원에 관한 정보를 제어회로(150)에 알리기 위한 피드백 신호를 생성한다. 피드백 신호는 전압 또는 전류 형태로 생성되어 제어회로(150)로 제공된다. 피드백 신호 생성부(140)는 뒤에서 도면을 참조하여 보다 구체적으로 예시한다.The
제어회로(150)는 피드백 신호 생성부(140)로부터 받은 전압 또는 전류 신호에 기초하여 컨버터(120)를 제어한다. 이를 통해, 컨버터(120)의 역률을 보상한다. 제어회로(150)도 뒤에서 도면을 참조하여 보다 구체적으로 예시한다.The
도 2는 종래의 LED 조명용 회로를 좀더 상세하게 예시한다.2 illustrates in more detail a conventional LED lighting circuit.
도 2를 참조하면, LED 조명용 회로는 정류회로(110), 컨버터(120), LED 구동부(130), 피드백 신호 생성부(140) 및 제어회로(150)를 포함한다. 본 예에서, 컨버터(120)로는 플라이백 컨버터를 예시하였다. 플라이백 컨버터(120)는 스위칭 소자(Q1), 변압기(T1), 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)를 포함한다. LED 구동부(130)는 플라이백 컨버터(120)로부터 출력된 직류 전원을 LED로 공급한다. LED 구동부(130)는 LED로 공급되는 전원을 안정화/조정하기 위한 출력 필터를 포함할 수 있다. 피드백 신호 생성부(140)는 저항(R1)과 차동 증폭기를 포함한다.Referring to FIG. 2, the LED lighting circuit includes a
도 2에서, 교류 전원(AC)은 예를 들어 4개의 다이오드로 구성된 다이오드 브릿지(110)에 의해 전파 정류된다. 전파 정류 출력은 변압기(T1)의 1차 권선을 통해 스위칭 소자(Q1)의 일단에 접속된다. 플라이백 컨버터 제어기(150)는 제어 IC(Integrated Chip)로 구성될 수 있으며 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 시간을 제어함으로써 교류 전원(VAC)과 그것에 흐르는 전원 전류(IAC)의 위상을 제어하여 역률을 개선한다. 스위칭 소자(Q1)는 플라이백 컨버터 제어기(150)에 의해 온/오프 제어되고, 변압기(T1)의 1차 전류를 단속한다. 스위칭 소자(Q1)는 MOSFET(Metal-Oxide semiconductor Field-Effect Transistor) 소자를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. MOSFET 소자 대신 JFET(Junctin gate Field-Effect Transistor), 공핍형 MOSFET(Depletion Metal-Oxide semiconductor Field-Effect Transistor) 및 BJT(Bipolar Junction Transistor) 등을 사용할 수 있다.In FIG. 2, the AC power source AC is full-wave rectified by, for example, a
변압기(T1)는 단속하는 1차 전류에 의한 에너지를 2차 측에 전달함과 함께, 1차 권선과 2차 권선의 비에 따라 2차 권선에 전압을 발생한다. 변압기(T1)의 2차 전압은 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)를 통해 리플이 적은 직류로 정류되며, LED 구동부(130)를 통해 LED에 공급된다. LED는 조명 장치의 광원이 되는 발광 다이오드로서 단독 또는 복수 개를 직렬/병렬 접속하여 이용한다. LED 구동부(130)의 귀환 라인에는 저항(R1)이 형성되고 저항 R1은 LED에 흐르는 전류(ILED)를 검출한다. 피드백 신호 생성부(140)에서 저항 R1을 흐르는 전류는 전류-전압 변환에 의해 전압으로 변환된 후 증폭기를 통해 플라이백 컨버터 제어기(150)로 제공된다.The transformer T1 transfers energy due to the intermittent primary current to the secondary side and generates a voltage in the secondary winding according to the ratio of the primary winding and the secondary winding. The secondary voltage of the transformer T1 is rectified by a direct current having low ripple through the diode D1 and the capacitor C1, and is supplied to the LED through the
도 3은 컨버터 제어 회로의 구조를 예시한다.3 illustrates the structure of a converter control circuit.
도 3을 참조하면, 제어 회로(150)는 비교기(152), SR 플립플롭(153) 및 오실레이터(154)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the
비교기(152)는 피드백 신호(VFB)가 입력되는 비반전단자(+) 및 기준 신호(VREF)가 입력되는 반전 단자(-)를 포함한다. 비교기(152)는 기준 신호(VREF)가 피드백 신호(VFB) 미만이면 하이 레벨의 듀티 제어 신호(Duty Control Signal: DCS)를 생성하고, 기준 신호(VREF)가 피드백 신호(VFB) 이상이면 로우 레벨의 듀티 제어 신호(DCS)를 생성한다. 도 2의 경우, 피드백 신호(VFB)는 LED 출력 전류로부터 변환된 전압 신호이며 LED 출력 전류의 증감에 따라 선형적으로 변하게 된다. 피드백 신호(VFB)는 도시된 바와 같이 비교기(152)로 직접 입력될 수도 있지만, 배율기(multiplier)를 통해 다른 신호와 곱해진 뒤 비교기(152)로 입력될 수 도 있다.The
오실레이터(154)는 플라이백 컨버터(130)의 동작을 위한 한 주기 동안에 소정의 기준 횟수만큼 상승 및 하강하는 클록 신호(CLK)를 생성한다. 클록 신호(CLK)의 주기는 스위칭 소자(Q1)의 스위칭 주기와 일치한다. SR 플립플롭(153)은 소정 주기의 클록 신호(CLK)가 입력되는 셋단(S), 듀티 제어 신호(DCS)가 입력되는 리셋단(R) 및 출력단(Q)을 포함한다. SR 플립플롭(153)은 셋단(S) 및 리셋단(R)에 입력된 두 신호를 논리 연산하여 게이트 신호(VG)를 생성하고 출력단(Q)을 통해 스위칭 소자(Q1)의 게이트로 출력한다. 구체적으로, SR 플립플롭(153)은 셋단(S)의 입력 신호가 하이 레벨이면 하이 레벨의 게이트 신호(VG)를 생성하고, 리셋단(R)의 입력 신호가 하이 레벨이면 로우 레벨의 게이트 신호(VG)를 생성한다. SR 플립플롭(153)은 셋단(S) 및 리셋단(R) 모두에 로우 레벨의 신호가 입력되면 현재 게이트 신호(VG)를 유지한다.The
예를 들어, LED 출력 전류의 증가로 피드백 신호(VFB)가 기준 신호(VREF)보다 증가하면, 비교기는 하이 레벨의 듀티 제어 신호를 출력한다. 리셋단(R)으로 하이 레벨의 듀티 제어 신호를 입력받은 SR 플립플롭(153)은 로우 레벨의 게이트 신호(VG)를 생성한다. 따라서, 스위칭 소자(151)의 듀티가 감소하여 출력 전압이 감소한다. 반면, LED 출력 전류의 감소로 피드백 신호(VFB)가 기준 신호(VREF)보다 감소하면, 비교기는 로우 레벨의 듀티 제어 신호를 출력한다. SR 플립플롭(153)은 셋단(S)로 입력되는 클록 신호(CLK)에 따라 하이 레벨의 게이트 신호(VG)를 생성한다. 따라서, 스위칭 소자(151)의 듀티가 증가하여 출력 전압이 증가한다.For example, when the feedback signal V FB increases from the reference signal V REF due to the increase in the LED output current, the comparator outputs a high level duty control signal. The SR flip-
도 3을 참조하여 설명한 제어회로의 구조는 일 예로서, 다양한 구조의 제어회로가 컨버터의 역률 보상을 위해 사용될 수 있다.As an example of the structure of the control circuit described with reference to FIG. 3, a control circuit having various structures may be used for power factor correction of the converter.
도 4는 종래의 피드백 신호 생성부의 구조를 예시한다. 본 예는 광학 커플러를 이용한 피드백 신호 생성부의 예를 나타낸다.4 illustrates a structure of a conventional feedback signal generator. This example shows an example of a feedback signal generator using an optical coupler.
도 4를 참조하면, 피드백 신호 생성부(140)는 광학 커플러(Optical Coupler: OC)(OC1)와 커패시터(C2)를 포함한다. 광학 커플러(OC1)는 발광 다이오드와 트랜지스터를 포함한다. 발광 다이오드는 컨버터(130)의 출력단 또는 LED 구동부(130)와 연결되며 LED 출력 전류를 감지하여 대응되는 트랜지스터에게 신호를 전달한다. 광학 커플러(OC1)의 트랜지스터는 발광 다이오드로부터 전달되는 빛의 세기에 따라 동작한다. 커패시터(C2)의 양단은 트랜지스터의 콜렉터와 에미터에 연결되며, 플라이백 컨버터 제어기(150)는 트랜지스터의 콜렉터에 연결된다. 발광 다이오드의 세기에 따라 트랜지스터의 콜렉터에 피드백 전압(VFB)이 나타나며, 커패시터(C2)에 걸리는 피드백 전압(VFB)에는 LED 출력 전류의 상태 및 시정수에 따라 리플이 발생한다. 즉, LED 출력 전류의 변화에 따라 피드백 전압(VFB)의 리플이 발생하며 플라이백 컨버터 제어기(140)는 피드백 전압(VFB)의 이러한 변화를 감지하여 컨버터(120)의 역률을 개선한다. 발명의 이해와 설명 편의를 위하여, 피드백 신호 생성부(140)와 트랜지스터 구동에 필요한 전압원 또는 전류원과의 연결은 도시하지 않았다.Referring to FIG. 4, the
도 4와 같은 종래의 회로 구성에서는 LED 출력 전류가 큰 경우에 맞추어 커패시터(C2)를 크게 결정하였다. 그러나, 이러한 회로 구성을 사용할 경우, LED 출력 전류가 작은 경우에는 피드백 신호(VFB)의 리플이 상쇄되어 역률 보상이 저하되는 문제가 발생한다. 즉, 출력 전류가 작은 경우에 역률이 떨어진다.In the conventional circuit configuration as shown in FIG. 4, the capacitor C2 is largely determined according to the case where the LED output current is large. However, when such a circuit configuration is used, when the LED output current is small, the ripple of the feedback signal V FB is canceled to cause a problem in that the power factor compensation is lowered. In other words, the power factor drops when the output current is small.
따라서, 본 발명은 LED 출력 전류의 크기와 관계 없이 역률 보상 기능이 개선된 조명용 역률 보상 회로, 조명용 전원 회로, 및 이들의 구동 방법을 제공하고자 한다. 이를 위해, 본 발명자들은 피드백 신호 생성부에서 피드백 신호(VFB)의 제공에 사용되는 용량성 부분(capacitance part)의 커패시턴스(capacitance)가 LED 출력 전류 또는 이에 대응되는 값에 따라 가변하는 조명용 역률 보상 회로, 조명용 전원 회로를 제공한다.Accordingly, the present invention is to provide a power factor correction circuit for lighting, a power supply circuit for lighting, and a driving method thereof having improved power factor correction regardless of the magnitude of the LED output current. To this end, the present inventors provide a power factor correction for lighting in which the capacitance of the capacitance part used to provide the feedback signal V FB in the feedback signal generator varies according to the LED output current or a corresponding value. Provides a circuit and a power supply circuit for lighting.
이하, 도 5 내지 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 예시한다. 이하의 도면에서 제어회로의 예로 플라이백 컨버터 제어기를 도시하고 있다. 그러나, 이는 설명을 위한 예시로서 본 명세서에서 제어회로는 특정 컨버터를 위한 것으로 제한되지 않는다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 5 to 7. In the following drawings, a flyback converter controller is shown as an example of a control circuit. However, this is an example for explanation, and the control circuit herein is not limited to that for a specific converter.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 신호 생성부의 구조를 예시한다.5 illustrates a structure of a feedback signal generator according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 피드백 신호 생성부(140)는 광학 커플러(OC1)와 가변 용량 모듈(varialble capacitance module)을 포함한다. 광학 커플러(OC1)는 발광 다이오드와 트랜지스터를 포함한다. 도면에서는 광학 커플러의 트랜지스터로서 BJT를 도시하고 있으나, 이는 예시로서 MOSFET 및 JFET 등을 대신 사용할 수 있다. 광학 커플러(OC1)에서 감지된 LED 출력 전류의 변화에 따라 플라이백 컨버터 제어기(140)와 연결된 BJT의 콜렉터 전압(VFB)이 변하게 된다. 본 실시예에서 광학 커플러(OC1)는 LED 출력 전류를 전압으로 제공하는 수단을 예시적으로 도시한 것이며, 이러한 기능을 수행하는 임의의 모듈/소자/수단으로 제한 없이 대체될 수 있다. 광학 커플러(OC1)는 전류-전압 변환기(current to voltage conveter)로 일반화될 수 있다.Referring to FIG. 5, the
가변 용량 모듈은 전류-전압 변환기(예, 광학 커플러)과 병렬로 연결된다. 즉, 가변 용량 모듈의 양단은 광학 커플러(OC1)를 구성하는 BJT의 콜렉터 및 에미터에 연결된다. 가변 용량 모듈의 커패시턴스는 LED 출력 전류/전압 또는 이와 관련된 신호의 세기에 따라 가변하며, 예를 들어, LED 출력 전류(또는 이와 관련된 신호 값)가 기준 값보다 작은 경우에는 제1 커패시턴스 값을 가지고, LED 출력 전류(또는 이와 관련된 신호 값)가 기준 값보다 큰 경우에는 제2 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 커패시턴스 값은 제2 커패시턴스 값보다 작다. 가변 용량 모듈은 셋 이상의 커패시턴스 값을 가질 수도 있으며, 이 경우 복수의 기준 값이 사용될 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 가변 용량 모듈은 스위칭 소자와 커패시터의 조합으로 구성될 수 있다. 스위칭 소자로는 트랜지스터, 예를 들어 MOSFET, JFET 및 BJT 등을 사용할 수 있다.The variable capacitance module is connected in parallel with a current-voltage converter (eg an optical coupler). That is, both ends of the variable capacitance module are connected to the collector and emitter of the BJT constituting the optical coupler OC1. The capacitance of the variable capacity module varies according to the LED output current / voltage or the intensity of a signal associated therewith, for example, has a first capacitance value when the LED output current (or its associated signal value) is less than the reference value. When the LED output current (or a signal value related thereto) is larger than the reference value, the LED output current may have a second capacitance value. In this case, the first capacitance value is smaller than the second capacitance value. The variable capacity module may have three or more capacitance values, in which case a plurality of reference values may be used. Although not limited thereto, the variable capacitance module may be configured by a combination of a switching element and a capacitor. As the switching element, a transistor such as a MOSFET, a JFET, a BJT, or the like can be used.
즉, LED 출력 전류가 큰 경우에 가변 용량 모듈의 커패시턴스는 제1 커패시턴스 값을 가지고, LED 출력 전류가 작은 경우에 가변 용량 모듈의 커패시턴스는 제1 커패시턴스 값보다 작은 제2 커패시턴스 값을 가지게 된다. 이와 같이, LED 출력 전류의 세기에 따라 전류-전압 변환기과 연결된 용량성 모듈의 커패시턴스 값이 변경됨으로써, 종래에 LED 출력 전류가 작은 경우에 리플이 상쇄되어 역률 보상 성능이 떨어지던 문제를 해결할 수 있다.That is, when the LED output current is large, the capacitance of the variable capacitance module has a first capacitance value, and when the LED output current is small, the capacitance of the variable capacitance module has a second capacitance value smaller than the first capacitance value. As such, the capacitance value of the capacitive module connected to the current-voltage converter is changed according to the intensity of the LED output current, thereby solving the problem of power factor correction performance declining by canceling the ripple when the LED output current is small.
도 6 및 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 신호 생성부의 구조와 동작을 구체적으로 예시한다.6 and 7 specifically illustrate the structure and operation of a feedback signal generator according to an embodiment of the present invention.
도 6 및 7을 참조하면, 피드백 신호 생성부(140)는 광학 커플러(OC1)와 가변 용량 모듈을 포함한다. 광학 커플러(OC1)는 발광 다이오드와 트랜지스터를 포함한다. 도면에서는 광학 커플러의 트랜지스터로서 BJT를 도시하고 있으나, 이는 예시로서 MOSFET 및 JFET 등을 대신 사용할 수 있다. 또한, 가변 용량 모듈은 병렬로 연결된 복수(예, 2개)의 커패시터(C2 및 C3)를 포함하고, 커패시터(C3)에는 스위칭 소자로서 BJT(Q2)가 직렬로 연결된다. 구체적으로, BJT(Q2)의 콜렉터는 커패시터(C3)의 일단에 연결되고, BJT(Q2)의 베이스는 저항(Rb)을 통해 LED 출력 전류와 관련된 전압 신호(예, VFB)를 제공하는 지점에 연결된다. 도면은 BJT(Q2)의 베이스가 저항(Rb)을 통해 광학 커플러(OC1)에 포함된 BJT의 콜렉터에 연결되는 것으로 예시했다. 그러나, BJT(Q2)의 베이스가 연결되는 지점이 이로 제한되는 것은 아니며, LED 출력 전류와 관련된 전압 신호를 제공하는 다양한 지점에 연결될 수 있다. 또한, 도면은 커패시터(C3)에 대한 스위칭 소자로서 BJT를 도시하고 있으나, 이는 예시로서 MOSFET 및 JFET 등을 대신 사용할 수 있다.6 and 7, the
광학 커플러의 발광 다이오드는 컨버터(130)의 출력단 또는 LED 구동부(130)와 연결되며 LED 출력 전류를 감지하여 대응되는 트랜지스터에게 신호를 전달한다. 광학 커플러(OC1)의 트랜지스터는 발광 다이오드로부터 전달되는 빛의 세기에 따라 동작한다. 발광 다이오드의 세기에 따라 트랜지스터의 콜렉터에 피드백 전압(VFB)이 나타나며, 피드백 전압(VFB)에는 LED 출력 전류의 상태 및 가변 용량 모듈의 커패시턴스 값에 따라 리플이 발생한다. 플라이백 컨버터 제어기(140)는 피드백 전압(VFB)의 이러한 변화를 감지하여 컨버터(120)의 역률을 개선한다.The light emitting diode of the optical coupler is connected to the output terminal of the
광학 커플러(OC1)에 포함된 BJT의 콜렉터에 나타나는 피드백 전압(VFB)의 크기는 LED 출력 전류에 따라 달라지게 된다. LED 출력 전류가 큰 경우 광학 커플러(OC1)에 포함된 BJT의 콜렉터에 나타나는 피드백 전압(VFB)도 크게 나타나며, LED 출력 전류가 작은 경우 광학 커플러(OC1)에 포함된 BJT의 콜렉터에 나타나는 피드백 전압(VFB)도 작게 나타난다.The magnitude of the feedback voltage V FB appearing on the collector of the BJT included in the optical coupler OC1 depends on the LED output current. If the LED output current is large, the feedback voltage (V FB ) appearing on the collector of the BJT included in the optical coupler (OC1) is also large.If the LED output current is small, the feedback voltage appears on the collector of the BJT included in the optical coupler (OC1). (V FB ) also appears small.
피드백 전압(VFB)이 BJT(Q2)의 베이스-에미터 문턱 전압(VQ2BE)(예, 0.7V) 보다 큰 경우 BJT(Q2)는 도통된다. 저항(Rb)은 BJT(Q2)의 베이스에 입력되는 전류를 생성하며 전류 손실을 방지하기 위해 높은 저항 값을 갖는다. 이 경우, 저항(Rb)을 통해 흐르는 전류는 매우 작으므로 BJT(Q2)의 베이스와 커패시터(C2)의 일단은 단락된 것으로 취급할 수 있다. 따라서, LED 출력 전류가 커서 BJT(Q2)가 도통된 경우, 커패시터(C2)와 커패시터(C3)는 도 7a와 같이 병렬 연결 형태로 보이게 된다. 이 경우, 광학 커플러(OC1)와 연결된 총 커패시턴스는 C2+C3이므로 시상수가 증가하여 LED 출력 전류의 변화에 대해 피드백 전압(VFB)의 리플 변화가 둔감해진다.BJT Q2 is conducting when feedback voltage V FB is greater than base-emitter threshold voltage VQ2 BE (eg, 0.7V) of BJT Q2. The resistor Rb generates a current input to the base of the BJT Q2 and has a high resistance value to prevent current loss. In this case, since the current flowing through the resistor Rb is very small, the base of the BJT Q2 and one end of the capacitor C2 can be treated as short-circuited. Therefore, when the LED output current is large and the BJT Q2 is conducted, the capacitor C2 and the capacitor C3 are shown in parallel connection form as shown in FIG. 7A. In this case, since the total capacitance connected to the optical coupler OC1 is C2 + C3, the time constant increases, so that the ripple change of the feedback voltage V FB is insensitive to the change of the LED output current.
한편, 피드백 전압(VFB)이 BJT(Q2)의 베이스-에미터 문턱 전압(VQ2BE)(예, 0.7V) 보다 작은 경우 BJT(Q2)는 도통되지 않는다. 따라서, LED 출력 전류가 작아서 BJT(Q2)가 도통되지 않는 경우, 커패시터(C2)만이 도 7b와 같이 보이게 된다. 이 경우, 광학 커플러(OC1)와 연결된 총 커패시턴스는 C2이므로 시상수가 감소하여 LED 출력 전류의 변화에 대해 피드백 전압(VFB)의 리플 변화가 예민해진다.On the other hand, when the feedback voltage V FB is smaller than the base-emitter threshold voltage VQ2 BE (eg, 0.7 V) of the BJT Q2, the BJT Q2 is not conductive. Therefore, when the LED output current is small so that the BJT (Q2) does not conduct, only the capacitor C2 looks like FIG. 7B. In this case, since the total capacitance connected to the optical coupler OC1 is C2, the time constant decreases so that the change in the ripple of the feedback voltage V FB is sensitive to the change in the LED output current.
따라서, 본 발명의 실시예에 따를 경우, LED 출력 전류의 크기에 관계 없이 역률 보상 기능을 향상시키는 회로를 제공할 수 있다.Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a circuit for improving the power factor correction function regardless of the magnitude of the LED output current.
본 발명은 LED 또는 OLED를 광원으로 이용하는 조명 장치의 전원 장치에 응용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 독서등, 안내등, 장식 조명 또는 형광등에 대신하는 일반 가정용 조명 장치나 점포용 조명 등에 적용될 수 있다.Industrial Applicability The present invention can be applied to a power supply unit of a lighting device using LED or OLED as a light source. For example, the present invention can be applied to general home lighting devices or store lightings instead of reading lights, guide lights, decorative lights or fluorescent lights.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. . It is therefore to be understood that the modified embodiments are included in the technical scope of the present invention if they basically include elements of the claims of the present invention.
110 : 정류회로 120 : 컨버터
130 : LED 구동부 140 : 피드백 신호 생성부
150 : 제어회로110: rectifier circuit 120: converter
130: LED driver 140: feedback signal generator
150: control circuit
Claims (7)
상기 제2 직류 전원을 조명용 광원에 제공하는 구동부;
상기 컨버터의 역률을 보상하기 위한 제어회로; 및
상기 제어회로에 제공하기 위한 피드백 신호를 생성하기 위한 피드백 신호 생성부를 포함하되,
상기 피드백 신호 생성부는 상기 피드백 신호의 제공을 위한 용량성 부분(capacitance part)을 포함하고, 상기 용량성 부분의 커패시턴스는 상기 구동부의 출력 전류의 크기에 따라 가변하는 조명용 역률 보상 회로.A converter for converting the first DC power into the second DC power;
A driving unit providing the second DC power to a light source for illumination;
A control circuit for compensating the power factor of the converter; And
A feedback signal generator for generating a feedback signal for providing to the control circuit,
The feedback signal generator includes a capacitive part for providing the feedback signal, and the capacitance of the capacitive part is variable according to the magnitude of the output current of the driver.
상기 피드백 신호 생성부는 전류-전압 변환기(current to voltage conveter)와 가변 용량 모듈(variable capacitance module)을 포함하고, 상기 가변 용량 모듈의 커패시턴스는 상기 구동부의 출력 전류의 크기에 따라 가변하는 조명용 역률 보상 회로.The method of claim 1,
The feedback signal generator includes a current-to-voltage converter and a variable capacitance module, and the capacitance of the variable capacitor module varies according to the magnitude of the output current of the driver. .
상기 전류-전압 변환기는 광학 커플러(optical coupler)를 포함하는 조명용 역률 보상 회로.The method of claim 2,
The current-voltage converter comprises an optical coupler.
상기 가변 용량 모듈은 병렬로 연결된 제1 커패시터 및 제2 커패시터를 포함하고, 제2 커패시터에는 스위칭 소자가 직렬로 연결된 조명용 역률 보상 회로.The method of claim 2,
The variable capacitance module includes a first capacitor and a second capacitor connected in parallel, and the second capacitor has a power factor correction circuit for lighting connected in series.
상기 스위칭 소자는 MOSFET(Metal-Oxide semiconductor Field-Effect Transistor), JFET(Junctin gate Field-Effect Transistor) 또는 BJT(Bipolar Junction Transistor)를 포함하는 조명용 역률 보상 회로.The method of claim 4, wherein
The switching device includes a metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET), a junction gate field-effect transistor (JFET) or a bipolar junction transistor (BJT).
상기 컨버터는 벅(buck) 컨버터, 부스트(boost) 컨버터, 포워드(forward) 컨버터 또는 플라이백(flyback) 컨버터를 포함하는 조명용 역률 보상 회로.The method of claim 1,
And said converter comprises a buck converter, a boost converter, a forward converter or a flyback converter.
상기 조명용 광원은 LED(Light Emitting Diode) 또는 OLED(Organic Light Emitting Device)를 포함하는 조명용 역률 보상 회로.The method of claim 1,
The illumination light source is a power factor correction circuit for illumination comprising a light emitting diode (LED) or an organic light emitting device (OLED).
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