KR20120009256A - Ｌｅｄ 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1차 권선으로부터 전원이 유도되는 2차 및 3차 권선을 갖는 트랜스포머, 트랜스포머의 2차 권선에 접속되어 트랜스포머의 2차 권선으로 유도된 전원을 정류하는 제1 정류부, 제1 정류부에서 정류된 전원을 평활하여 LED로 출력하는 제1 평활부 및 트랜스포머의 3차 권선에 접속되어 LED가 LED 전원 장치에 접속될 때 제1 평활부 대신에 전원 전류를 출력하여 LED에 소정 이하의 전원 전류가 흐르도록 제어하는 전류 제어부를 포함하는 LED 전원 장치로 LED 전원 장치에 LED가 접속될 때 LED로 소정 이하의 전류가 흐르도록 제어하여 과전류로부터 LED를 보호할 수 있게 된다.

Description

ＬＥＤ 전원 장치{Power supply apparatus of LED}
본 발명은 LED 전원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 전원 장치에 LED를 접속할 때 순간적으로 발생하는 과전류로부터 LED를 보호하기 위한 LED 전원 장치에 관한 것이다.
조명 기기를 설치할 때 통상적으로는 전원의 입력을 차단한 상태에서 조명 기기를 설치한 후, 전원을 입력하지만 작업 환경상 전원을 켜야 할 경우에는 전원을 계속 공급하고 있는 상태에서 조명 기기를 설치하게 된다.
이때, 조명 기기의 전원 공급 장치는 무부하 상태로 동작하게 된다.
도 1은 일반적인 LED 전원 장치의 회로 구성도를 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, LED 전원 장치(1)에 발광 다이오드(Light Emitting Diode : 이하, 'LED'라고 함, 2)와 같은 조명 기기를 설치하면, LED(2)의 낮은 임피던스(impedance)로 인하여 LED 전원 장치(1)에 저장되어 있던 에너지가 순간적으로 LED(2)에 인가되기 때문에 LED(2)에는 급격하게 큰 전류가 흐르게 된다. 특히 LED(2)의 수가 적을수록 LED(2)에는 더 큰 서지(surge) 전류가 흐르게 된다.
이에 따라, LED(2)에 흐르는 전류는 정상 범위를 벗어나 급격하게 상승하여 LED(2)를 손상시킬 수 있으며, 이로 인해 LED(2)의 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.
또한, LED(2)뿐만 아니라 LED 전원 장치(1)에도 치명적인 손상을 제공하여 사용자의 안전을 위협할 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명의 사상은 LED 전원 장치에 LED를 접속할 때 LED로 소정 이하의 전류가 흐르도록 제어하여 과전류로부터 LED를 보호할 수 있는 LED 전원 장치를 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 LED 전원 장치는 1차 권선으로부터 전원이 유도되는 2차 및 3차 권선을 갖는 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 2차 권선에 접속되어 상기 트랜스포머의 2차 권선으로 유도된 전원을 정류하는 제1 정류부; 상기 제1 정류부에서 정류된 전원을 평활하여 LED로 출력하는 제1 평활부; 상기 트랜스포머의 3차 권선에 접속되어 상기 LED가 LED 전원 장치에 접속될 때 상기 제1 평활부 대신에 전원 전류를 출력하여 상기 LED에 소정 이하의 전원 전류가 흐르도록 제어하는 전류 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 전류 제어부는 상기 트랜스포머의 3차 권선으로 유도된 전원을 정류하는 제2 정류부; 상기 제2 정류부에서 정류된 전원을 평활하는 제2 평활부; 상기 제2 평활부에서 평활된 전원을 분압하여 상기 LED로 소정 이하의 전원 전류가 흐르도록 제어하는 분압부를 포함한다.
그리고, 상기 전류 제어부는 상기 LED 전원 장치에 상기 LED가 접속되면, 상기 제1 평활부에서 평활된 전원 전류가 상기 LED로 출력되지 않고, 상기 제2 평활부에서 평활된 전원 전류가 출력되어 상기 LED로 인가되도록 제어한다.
게다가, 상기 전류 제어부는 상기 분압부에서 분압된 전원에 따라 턴 온 또는 턴 오프 동작하는 제어 스위칭부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 LED 전원 장치는 상기 제어 스위칭부의 턴 온 동작에 따라 턴 온 동작하는 스위칭부; 상기 스위칭부와 병렬로 접속되는 제1 전압 강하부; 상기 스위칭부와 직렬로 접속되고 상기 제1 전압 강하부와 병렬로 접속되는 제2 전압 강하부; 상기 트랜스포머의 2차 권선과 상기 제1 전압 강하부 사이에서 직렬로 접속되는 제3 전압 강하부를 포함한다.
아울러, 상기 제1 내지 제3 전압 강하부 중 적어도 하나를 이용하여 분압된 전원과 기준 전원을 비교하여 상기 비교한 결과로 제어 신호를 출력하는 비교부; 상기 비교부에서 출력된 제어 신호에 따라 상기 트랜스포머의 2차 및 3차 권선으로 유도되는 전압을 조절하는 구동부를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 LED 전원 장치에 따르면, LED 전원 장치에 LED를 접속할 때 LED로 소정 이하의 전류가 흐르도록 제어하여 과전류로부터 LED를 보호할 수 있는 장점이 있다.
즉, LED 전원 장치에 LED를 접속할 때에는 LED의 구동을 위해 LED로 전원을 출력하는 제1 평활부 대신에 트랜스포머의 보조 권선(3차 권선)에 접속된 제2 평활부에서 소정 이하의 전원이 출력되도록 제어하여 LED로 소정 이하의 전류가 흐르게 제어할 수 있는 장점이 있다.
이로 인해, LED의 손상을 방지하여 LED의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, LED 전원 장치의 손상을 방지하여 사용자의 안전을 보장할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 LED 전원 장치의 회로 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 LED 전원 장치의 회로 구성도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 LED 전원 장치의 회로 구성도를 나타낸다.
도 2에 도시한 바와 같이, LED 전원 장치(100)는 트랜스포머(110), 제1 정류부(120), 제1 평활부(130), 전류 제어부(140), 스위칭부(150), 제1 내지 제3 전압 강하부(162, 164, 166), 비교부(170) 및 구동부(180)를 포함하여 구성된다.
우선, 트랜스포머(110)는 1차 권선(L1)으로부터 전압이 유도되는 2차 권선(L2) 및 3차 권선(L3)을 갖는다.
이러한 트랜스포머(110)의 1차 권선(L1)에는 공진부(미도시) 및 스위칭 소자(30)가 접속되어 있어 스위칭 소자(30)가 턴 온 동작하면 공진부의 공진 동작으로 인해 에너지가 충전되고, 스위칭 소자(30)가 턴 오프 동작하면 충전된 에너지가 방전되어 트랜스포머(110)의 2차 및 3차 권선(L2, L3)으로 유도된다.
한편, 본 발명의 일실시예에서는 트랜스포머(110)의 2차 권선(L2)으로 유도된 전원(V1)이 LED 전원 장치(100)의 최소(minimum) 출력 전원보다는 소정 레벨(즉, 약간) 작고, 트랜스포머(110)의 3차 권선(L3)으로 유도되는 전원(V2)이 LED 전원 장치(100)의 최대(maximum) 출력 전원보다는 소정 레벨(즉, 약간) 크도록 트랜스포머(110)의 2차 및 3차 권선(L2, L3)의 턴 수(턴 비)를 적정하게 설정한다.
제1 정류부(120)는 트랜스포머(110)의 2차 권선(L2)에 접속되어 트랜스포머(110)의 2차 권선(L2)으로 유도된 전원을 정류하는 수단으로서, 유도된 전원 전류가 일방향으로 흐를 수 있도록 제어한다. 이러한 제1 정류부(120)는 다이오드(Diode)로 구성된다.
제1 평활부(130)는 제1 정류부(120)에서 정류된 전원을 평활하여 LED(50)로 출력하는 수단으로서, 제1 커패시터(capacitor, C1)로 구성될 수 있다. 즉, 제1 평활부(130)는 설정된 용량만큼 전원 전류를 저장(충전)하고 저장된 전원 전류를 출력(방전)하여 LED(50)로 인가한다.
전류 제어부(140)는 트랜스포머(110)의 3차 권선(L3)에 접속되어 LED 전원 장치(100)에 LED(50)가 접속될 때 제1 평활부에 저장된 전원 전류가 출력되지 않고, 소정 이하의 전원 전류를 출력하게 하여 LED(50)에 소정 이하의 전원 전류가 흐르도록 제어한다.
이러한 전류 제어부(140)는 제2 정류부(142), 제2 평활부(144), 분압부(146) 및 제어 스위칭부(148)를 포함한다.
이 중에서 제2 정류부(142)는 트랜스포머(110)의 3차 권선(L3)으로 유도된 전원(V2)을 정류하여 유도된 전원 전류가 일방향으로 흐를 수 있도록 제어하는 수단으로서, 다이오드(Diode)로 구성될 수 있다.
제2 평활부(144)는 제2 정류부(142)에서 정류된 전압을 평활하는 제2 커패시터(capacitor, C2)로 구성된다. 즉, 제2 평활부(144)는 설정된 용량만큼 전원 전류를 저장(충전)하고 저장된 전원 전류를 출력(방전)하여 LED(50)로 인가한다.
이때, 제2 평활부(144)의 용량은 제1 평활부(130)의 용량보다 작게 구성되어 제2 평활부(144)에는 제1 평활부(130)보다 적은 양의 전류가 저장된다.
분압부(146)는 제2 평활부(144)에서 평활된 전원을 분압하여 LED(50)에 소정 이하의 전원 전류가 흐르도록 제어하는 수단으로서, 복수 개의 분압 저항(일례로, 2개, RL1, RL2)으로 구성된다.
보다 구체적으로 설명하면, 트랜스포머(110)의 2차 권선(L2)으로 유도된 전원(V1)이 출력되고 있는 상태에서 LED 전원 장치(100)에 LED(50)를 접속시키면, LED(50)는 트랜스포머(110)의 2차 권선(L2)으로 유도된 전원(V1)보다 높은 역저지 전압을 갖게 된다.
이에 따라, 제1 평활부(130)에 저장된 전원 전류는 출력되지 않고 제1 평활부(130)보다 작은 용량을 갖는 제2 평활부(144)에 저장된 전원 전류가 출력된다.
그리고, 이 전원 전류는 분압부(146)에 의해 소정 이하로 제한되기 때문에 LED(50)에는 아주 작은 전류가 흐르게 되는 것이다.
여기서, 소정 이하의 전원 전류는 스위칭부(150)를 턴 온 동작시킬 수 있는 최소의 동작 전류로서, 최소의 동작 전류를 출력하기 위해 분압부(146)의 분압 저항(RL1, RL2)을 적정하게 설정한다. 이때, 최소의 동작 전류를 출력하는 이유는 LED(50)에는 낮은 전류가 흐르게 하여 과전류가 흐르는 것을 방지하되, 스위칭부(150)를 턴 온 동작시켜 정전류 제어 모드로 전환하기 위해서이다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 두 조건을 만족시킬 수 있는 제2 평활부(144) 및 분압부(146)의 적정 값을 설정하는 것이 중요하다.
제어 스위칭부(148)는 분압부(146)에서 분압된 전원에 따라 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off) 동작하는 스위칭 소자로서, BJT(Bipolar Junction Transistor)나 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 등으로 구성된다.
일례로 제어 스위칭부(148)가 BJT이면, 제어 스위칭부(148)의 베이스(Base)단에는 분압부(146)에서 분압된 전원 전류가 인가되어 베이스(Base)단 및 에미터(Emitter)단의 전압 차(VBE)에 따라 제어 스위칭부(148)는 턴 온 또는 턴 오프 동작한다.
스위칭부(150)는 제어 스위칭부(148)의 턴 온(turn on) 동작에 따라 턴 온(turn on) 동작하는 스위칭 소자로서, BJT(Bipolar Junction Transistor)나 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 등으로 구성된다.
일례로 스위칭부(150)가 BJT이면, 제어 스위칭부(148)의 턴 온 동작에 따라 제어 스위칭부(148)의 컬렉터(Collector)단에서 에미터(Emitter)단으로 전류가 흐르기 때문에 스위칭부(150)의 베이스(Base)단으로도 전류가 인가되어 스위칭부(150)는 턴 온 동작하게 된다.
제1 전압 강하부(162)는 스위칭부(150)와 병렬로 접속되는 제1 저항(resistor, R1)으로 구성되고, 제2 전압 강하부(164)는 스위칭부(150)와 직렬로 접속되고 제1 전압 강하부(162)와는 병렬로 접속되는 제2 저항(resistor, R2)으로 구성된다.
그리고, 제3 전압 강하부(166)는 트랜스포머(110)의 2차 권선(L2)과 제1 전압 강하부(162) 사이에 직렬로 접속되는 제3 저항(resistor, R3)으로 구성된다.
비교부(170)는 제1 내지 제3 전압 강하부(162, 164, 166) 중에서 적어도 하나를 이용하여 분압된 전원과 기준 전원(Vref)을 비교하고, 상기 비교한 결과로 제어 신호를 출력한다.
보다 상세하게 설명하면, 비교부(170)의 (+) 단자에는 기준 전원(Vref)이 인가되고, (-) 단자에는 제1 내지 제3 전압 강하부(162, 164, 166) 중에서 적어도 하나를 이용하여 분압된 전압이 인가된다.
여기서, 스위칭부(150)가 턴 오프 동작하면 비교부(170)의 (+) 단자에는 직렬로 접속된 제1 및 제3 전압 강하부(162)(166)에 의해 제어된 전압이 인가되고, 스위칭부(150)가 턴 온 동작하면 비교부(170)의 (+) 단자에는 직렬 및 병렬로 접속된 제1 내지 제3 전압 강하부(162, 164, 166)에 의해 제어된 전압이 인가된다.
그리고, 비교부(170)는 상기 비교한 결과에 따라 하이(High) 또는 로우(Low) 제어 신호를 출력하여 구동부(180)로 전달하고, 구동부(180)로 하여금 스위칭 소자(30)를 제어할 수 있게 한다.
구동부(180)는 비교부(170)에서 출력된 제어 신호에 따라 트랜스포머(110)의 2차 및 3차 권선(L2)(L3)으로 유도되는 전압을 조절한다.
즉, 구동부(180)는 비교부(170)에서 출력된 제어 신호에 따라 트랜스포머(110)의 1차 권선(L1)에 접속된 스위칭 소자(30)의 스위칭 동작을 제어하여 LED의 정전류 제어를 수행할 수 있게 한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 LED 전원 장치의 동작 과정에 대하여 설명하도록 한다.
우선, 본 발명의 일실시예에서는 트랜스포머(110)의 2차 권선(L2)으로 유도된 전원(V1)이 LED 전원 장치(100)의 최소(minimum) 출력 전원보다는 소정 레벨(즉, 약간) 작고, 트랜스포머(110)의 3차 권선(L3)으로 유도되는 전원(V2)이 LED 전원 장치(100)의 최대(maximum) 출력 전원보다는 소정 레벨(즉, 약간) 크도록 트랜스포머(110)의 2차 및 3차 권선(L2, L3)의 턴 수(턴 비)를 적정하게 설정한다.
또한, 제2 평활부(144)의 용량은 제1 평활부(130)의 용량보다 작게 구성되어 제2 평활부(144)에는 제1 평활부(130)보다 적은 양의 전류가 저장된다.
트랜스포머(110)의 2차 권선(L2)으로 유도된 전원(V1)이 출력되고 있는 상태에서 LED 전원 장치(100)에 LED(50)를 접속시키면, LED(50)는 트랜스포머(110)의 2차 권선(L2)으로 유도된 전원(V1)보다 높은 역저지 전압을 갖게 된다.
이에 따라, P선에서와 같이, 제1 평활부(130)에 저장된 전원 전류는 출력되지 않고 제1 평활부(130)보다 작은 용량을 갖는 제2 평활부(144)에 저장된 전원 전류가 출력된다.
그리고, 이 전원 전류는 분압부(146)에 의해 소정 이하로 제한되기 때문에 LED(50)에는 아주 작은 전류가 흐르게 되는 것이다.
여기서, 소정 이하의 전원 전류는 스위칭부(150)를 턴 온 동작시킬 수 있는 최소의 동작 전류로서, 최소의 동작 전류를 출력하기 위해 분압부(146)의 분압 저항(RL1, RL2)을 적정하게 설정한다. 이때, 최소의 동작 전류를 출력하는 이유는 LED(50)에는 낮은 전류가 흐르게 하여 과전류가 흐르는 것을 방지하되, 스위칭부(150)를 턴 온 동작시켜 정전류 제어 모드로 전환하기 위해서이다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 두 조건을 만족시킬 수 있는 제2 평활부(144) 및 분압부(146)의 적정 값을 설정하는 것이 중요하다.
그리고, 분압부(146)에 의해 소정 이하로 제한된 전원 전류를 인가받은 제어 스위칭부(148)는 턴 온 동작하고, 제어 스위칭부(148)의 턴 온 동작에 따라 스위칭부(150)도 턴 온 동작하게 된다.
그러면, 비교부(170)의 (+) 단자에는 기준 전원(Vref)이 인가되고, (-) 단자에는 제1 내지 제3 전압 강하부(162, 164, 166) 중에서 적어도 하나를 이용하여 분압된 전압이 인가되어 상기 비교한 결과에 따라 비교부(170)는 하이 또는 로우 제어 신호를 구동부(180)로 출력한다.
그런 후, 구동부(180)의 제어에 의해 트랜스포머(110)의 1차 권선(L1)에 접속된 스위칭 소자(30)는 턴 온 또는 턴 오프 동작하고, 상기 동작에 의해 트랜스포머(110)의 2차 권선(L2)으로 유도되는 전원(V1)은 점점 커지게 되어 S선에서와 같이 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 자연스럽게 정전류 제어 모드로 전환하여 정전류 제어를 수행하게 된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100...LED 전원 장치 110...트랜스포머
120...제1 정류부 130...제1 평활부
140...전류 제어부 142...제2 정류부
144...제2 평활부 146...분압부
148...제어 스위칭부 150...스위칭부
162...제1 전압 강하부 164...제2 전압 강하부
166...제3 전압 강하부 170...비교부
180...구동부

Claims (6)

1차 권선으로부터 전원이 유도되는 2차 및 3차 권선을 갖는 트랜스포머;
상기 트랜스포머의 2차 권선에 접속되어 상기 트랜스포머의 2차 권선으로 유도된 전원을 정류하는 제1 정류부;
상기 제1 정류부에서 정류된 전원을 평활하여 LED로 출력하는 제1 평활부;
상기 트랜스포머의 3차 권선에 접속되어 상기 LED가 LED 전원 장치에 접속될 때 전원 전류를 출력하여 상기 LED에 소정 이하의 전원 전류가 흐르도록 제어하는 전류 제어부를 포함하는 LED 전원 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전류 제어부는,
상기 트랜스포머의 3차 권선으로 유도된 전원을 정류하는 제2 정류부;
상기 제2 정류부에서 정류된 전원을 평활하는 제2 평활부;
상기 제2 평활부에서 평활된 전원을 분압하여 상기 LED로 소정 이하의 전원 전류가 흐르도록 제어하는 분압부를 포함하는 LED 전원 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 전류 제어부는,
상기 LED 전원 장치에 상기 LED가 접속되면, 상기 제1 평활부에서 평활된 전원 전류가 상기 LED로 출력되지 않고,
상기 제2 평활부에서 평활된 전원 전류가 출력되어 상기 LED로 인가되도록 제어하는 LED 전원 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 전류 제어부는,
상기 분압부에서 분압된 전원에 따라 턴 온 또는 턴 오프 동작하는 제어 스위칭부를 포함하는 LED 전원 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어 스위칭부의 턴 온 동작에 따라 턴 온 동작하는 스위칭부;
상기 스위칭부와 병렬로 접속되는 제1 전압 강하부;
상기 스위칭부와 직렬로 접속되고 상기 제1 전압 강하부와 병렬로 접속되는 제2 전압 강하부;
상기 트랜스포머의 2차 권선과 상기 제1 전압 강하부 사이에서 직렬로 접속되는 제3 전압 강하부를 포함하는 LED 전원 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 전압 강하부 중 적어도 하나를 이용하여 분압된 전원과 기준 전원을 비교하여 상기 비교한 결과로 제어 신호를 출력하는 비교부;
상기 비교부에서 출력된 제어 신호에 따라 상기 트랜스포머의 2차 및 3차 권선으로 유도되는 전압을 조절하는 구동부를 포함하는 LED 전원 장치.
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