KR20130073671A - 휘도 제어 회로 - Google Patents

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KR20130073671A
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박홍선
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박종용
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Abstract

본 발명은 전력공급부의 입력전압을 검출하는 입력전압 검출부; 및 상기 입력전압 검출부에서 검출된 검출전압과 상기 전력공급부의 출력전압 간의 오차전압이 증가하면 상기 전력공급부의 출력전력을 증가시키고 상기 오차전압이 감소하면 상기 전력공급부의 출력전력을 감소시키는 제어부;를 포함한다.

Description

휘도 제어 회로{CIRCUIT FOR CONTROLLING LUMINANCE}
본 발명은 전력공급부의 출력전압과 검출전압의 차를 입력받아 전력공급부의 출력 전력의 변화 특성을 개선하여 LED 모듈의 휘도의 가변 범위를 향상시킬 수 있는 휘도 제어 회로에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 전기를 가하면 빛을 내는 일종의 반도체로서, 전기에너지를 직접 빛으로 바꿔주기 때문에 기존 백열등이나 형광등에 비해 효율이 높아 전력소모가 적고, 발광이나 소등 속도가 빠르기 때문에 최근 휴대폰 화면, 키패드에서부터 LCD용 백라이트 유닛(BLU), 자동차용 전조등, 대형 전광판, 실내 및 옥외용 일반조명, 의료용 조명등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
일반적으로, LED 조명장치는 특정한 휘도 및 색상의 빛을 출사하는 LED 모듈과, 외부에서 인가받은 입력 전압을 LED 모듈에 적합한 전압, 전류로 변환하여 공급하는 전력공급부(driving power supply)를 포함하여 구성된다.
일정한 휘도를 갖는 LED 조명장치의 전력공급부는 원하는 라인 레귤레이션(line regulation)을 만족하여야 하기 때문에 입력 전압 변화에 따라 출력 전력 변화가 거의 없다. 반면, 휘도를 변화시킬 수 있는 LED 조명장치는 조광기(dimmer)를 통해 전력공급부에 인가되는 전압을 변화시켜 전력공급부의 출력 전력을 변화시키고, 이에 따라 LED 모듈의 휘도를 변화시킨다. 최근에는 LED가 어두운 곳을 밝히는 조명으로서의 역할뿐만 아니라 디자인의 역할도 겸하고 있으므로 휘도의 변화폭이 보다 큰 LED 조명장치가 요구되고 있는 실정이다. 그러나, 종래의 휘도 제어 회로는 조광기의 출력 전압 변화에 따른 전력공급부의 출력 전력 변화를 극대화시키지 못하는 문제가 있다.
하기의 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1은 입력 전압을 분배하는 구성 및 분배받은 전압과 동일한 전압을 생성하는 구성은 개시되어 있지 않고 특허문헌 2 역시 분배받은 전압과 동일한 전압을 생성하는 구성은 개시되어 있지 않다.
일본공개특허 제2008-277079호 한국공개특허 제2011-0010227호
본 발명의 일 실시예의 목적은 LED 모듈의 휘도의 가변 범위를 향상시킬 수 있는 휘도 제어 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 전력공급부의 입력전압을 검출하는 입력전압 검출부; 및 상기 입력전압 검출부에서 검출된 검출전압과 상기 전력공급부의 출력전압 간의 오차전압이 증가하면 상기 전력공급부의 출력전력을 증가시키고 상기 오차전압이 감소하면 상기 전력공급부의 출력전력을 감소시키는 제어부;를 포함하는 휘도 제어 회로를 제안한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 오차전압 및 상기 전력공급부의 입력전압을 입력받는 휘도 제어 회로를 제안한다.
또한, 상기 입력전압 검출부는, 상기 전력공급부의 입력전압을 분배하는 전압 분배부; 및 상기 분배받은 전압과 동일한 전압을 생성하는 전압 전달부;를 포함하는 휘도 제어 회로를 제안한다.
또한, 상기 입력전압 검출부는, 상기 생성된 전압을 전류로 변환하여 상기 제어부에 전달하는 전류 변환부를 더 포함하는 휘도 제어 회로를 제안한다.
또한, 상기 전압 분배부는, 직렬로 연결된 적어도 2 이상의 저항을 포함하며, 상기 전력공급부의 입력전압을 입력받아 상기 2 이상의 저항간의 노드 중 미리 설정된 노드에서의 전압을 상기 전압 전달부에 전달하는 휘도 제어 회로를 제안한다.
또한, 상기 전압 전달부는, 비반전 입력단이 상기 전압 분배부의 미리 설정된 노드에 연결되고 반전 입력단이 상기 전류 변환부에 연결된 연산 증폭기를 포함하는 휘도 제어 회로를 제안한다.
또한, 상기 전압 전달부는, 베이스가 상기 연산 증폭기의 출력단에 연결되고, 에미터가 상기 전류 변환부에 연결되고, 컬렉터가 접지된 PNP 트랜지스터를 포함하는 휘도 제어 회로를 제안한다.
본 발명에 따르면, LED 모듈의 휘도의 가변 범위를 향상시키는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 조명장치의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력공급부의 내부 구성을 도시한 LED 조명장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 휘도 제어 회로의 블록 예시도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 휘도 제어 회로의 구체적인 구현 예시도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 조명장치의 구체적인 구현 예시도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 조명장치 및 비교예에 따른 LED 조명장치의 입력전압에 따른 출력전력의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 조명장치(100)의 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 조명장치(100)는 전원부(110), 조광기(120), 전력공급부(130), LED 모듈(140)을 포함할 수 있다.
상기 전원부(110)는 상기 조광기(120), 상기 전력공급부(130), 및 상기 LED 모듈(140)에 전원을 공급하기 위한 장치로서 AC 전원일 수 있다.
상기 조광기(120)는 상기 전원부(110)으로부터 AC 전압을 입력받아 상기 전력공급부(130)에 입력되는 입력전압을 결정한다. 상기 조광기(120)를 통해 상기 전력공급부(130)에 입력되는 입력전압을 변화시킬 수 있고, 이에 따라 상기 전력공급부(130)의 출력전력이 변화하여 LED 모듈의 휘도를 변화시킬 수 있다.
상기 전력공급부(130)는 상기 조광기(120)로부터 입력받은 입력전압으로부터 상기 LED 모듈(140)을 구동하기에 적합한 DC 전압을 출력하여 상기 LED 모듈(140)에 전달할 수 있다.
상기 LED 모듈(140)은 하나 또는 복수의 LED로 이루어져 상기 전력공급부(130)로부터 DC 전압을 입력받아 빛을 발생시킨다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력공급부(230)의 내부 구성을 도시한 LED 조명장치(200)의 블록 구성도이다.
도 2에 도시된 전원부(210), 조광기(220), LED 모듈(240)은 상술한 바와 동일하므로 설명을 생략하기로 하고 여기서는 전력공급부(230)의 내부 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전력공급부(230)는 제어부(231) 및 전력생성부(232)를 포함할 수 있다.
상기 제어부(231)는 조광기(220)에 의해 크기가 변화된 전력공급부(230)의 입력전압을 직접 입력받는 것과 동시에 전력공급부(230)의 입력전압을 검출한 검출전압 및 전력공급부(230)의 출력전압 간의 오차전압도 같이 입력받아 이에 기초하여 제어신호를 생성하여 상기 전력생성부(232)에 전달한다. 후술하는 바와 같이, 상기 제어부(231)는 출력전압을 단순히 입력받는 것이 아닌, 출력전압 및 입력전압을 검출한 검출전압의 차, 즉 오차전압을 입력받음으로써 휘도를 보다 크게 변화시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제어부(231)와 같이 구성할 경우, 단순히 전력공급부(230)의 입력전압 및 출력전압을 각각 입력받아 입력전압의 변화에 따른 이득 변화를 억제함으로써 전력공급부(230)의 출력전력을 변화시키는 것보다 더 급격하게 출력전력을 변화시킬 수 있다.
상기 전력생성부(232)는 상기 제어부(231)로부터 입력받은 제어신호에 따라 미리 설정된 크기의 DC 전압을 생성한다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 휘도 제어 회로의 블록 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 휘도 제어 회로는 입력전압 검출부(630), 제어부(640)를 포함할 수 있다.
상기 입력전압 검출부(630)는 전력공급부(600)의 입력전압을 검출하여 전력공급부(600)의 출력전압과 함께 제어부(640)에 전달한다. 또한, 입력전압 검출부(630)를 거치지 않은 입력전압도 제어부(640)에 전달된다.
이때, 상기 입력전압 검출부(630)는 전압 분배부(631), 전압 전달부(632), 제1 전류 변환부(633)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 전압 분배부(631)는 전력공급부(600)의 입력전압을 입력받아 분배하며, 상기 전압 전달부(632)는 분배받은 전압과 동일한 전압을 생성한다. 또한, 상기 제1 전류 변환부(633)는 생성된 전압을 전류로 변환하여 상기 제어부(640)에 전달한다. 이때, 전류의 방향은 상기 제어부(640)로부터 접지를 향한 방향일 수 있다. 이와 같이 상기 제어부(640)는 출력전압과 검출전압을 함께 입력받아 출력전력을 제어한다.
구체적으로, 상기 제어부(640)는 입력전압 검출부(630)에서 검출된 검출전압과 전력공급부(600)의 출력전압 간의 오차전압, 즉, 전력공급부(600)의 출력전압과 입력전압 검출부(630)에서 검출된 검출전압의 차를 입력받는다. 오차전압이 증가하면 전력공급부(600)의 출력전력을 증가시키고 오차전압이 감소하면 전력공급부(600)의 출력전력을 감소시키는 방식으로 출력전력을 조절한다. 후술하는 바와 같이, 단순히 출력전압이 증가하면 출력전력을 증가시키고 출력전압이 감소하면 출력전력을 감소시키는 방식과는 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘도 제어 회로의 제어부(640)는 출력전력에서 검출전압을 빼서 제어부(640)에 전달하므로 출력전력으로 보다 더 급격히 변화시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 제어부(640)는 초기 구동을 위해 입력전압 검출부(630)를 거치지 않은 입력전압도 전달받는다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 휘도 제어 회로의 구체적인 구현 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 입력전압 검출부(630)는 전압 분배부(631), 전압 전달부(632), 제1 전류 변환부(633)를 포함할 수 있다.
상기 전압 분배부(631)는 직렬로 연결된 적어도 2 이상의 저항을 포함할 수 있고, 전력공급부(600)의 입력전압을 입력받아 상기 2 이상의 저항간의 노드 중 미리 설정된 노드에서의 전압을 상기 전압 전달부(632)에 분배할 수 있다. 어떠한 저항간의 노드를 택하는가에 따라 상기 전압 전달부(632)에 분배하는 전압의 크기는 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 휘도 제어 회로의 전압 분배부(631)는 제1 저항(631a), 제2 저항(632b)를 포함할 수 있다.
상기 전압 전달부(632)는 상기 전압 분배부(631)로부터 분배받은 전압과 동일한 전압을 생성하며, 연산 증폭기(632a) 및 pnp 트랜지스터(632b)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 연산 증폭기(632a)는 비반전 입력단(non-inverting input)이 상기 전압 분배부(631)의 미리 설정된 노드에 연결되고, 반전 입력단(inverting input)이 상기 제1 전류 변환부(633)에 연결될 수 있다. 이상적인 연산 증폭기는 비반전 입력단에서의 전위와 반전 입력단에서의 전위가 동일하므로 상기 전압 분배부(631)에서 검출된 검출전압의 크기가 증가하면 상기 연산 증폭기(632a)에 의해 상기 제1 전류 변환부(633)가 전달받는 전압의 크기가 증가하고, 검출전압의 크기가 감소하면 상기 제1 전류 변환부(633)가 전달받는 전압의 크기는 감소한다.
상기 pnp 트랜지스터(632b)는 베이스가 상기 연산 증폭기(632a)의 출력단에 연결되고, 에미터가 상기 제1 전류 변환부(633)에 연결되고, 컬렉터가 접지될 수 있다.
또한, 상기 pnp 트랜지스터(632b)는
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가 0이 아닌 어떤 특정한 값을 갖도록 활성 상태(active mode)를 유지할 수 있다.
상기 제1 전류 변환부(633)는 상기 전압 전달부(632)로부터 생성된 전압을 전류로 변환하여 상기 제어부(640)에 전달할 수 있다. 상기 제1 전류 변환부(633)는 적어도 하나의 저항일 수 있으며, 일단은 제어부(640)에 연결되고 타단은 상기 연산 증폭기(632a)의 비반전 입력단에 연결될 수 있다. 이때 전류는 상기 제어부(640)에서 상기 제1 전류 변환부(633)로 흐르므로 상기 제어부(640)에는 음의 값을 가지는 전류가 전달되게 된다.
또한, 상술한대로, 전력공급부(600)의 출력전압 및 입력전압은 각각 제2 전류 변환부(670) 및 제3 전류 변환부(680)에 의해 전류로 변환되어 제어부(640)에 입력될 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 휘도 제어 회로의 동작을 설명한다. 상기 제어부(640)는 LED 모듈의 휘도를 조절하기 위하여 전력공급부(600)의 출력전압을 입력받아 출력전압이 크면 더 큰 전력공급부(600)의 출력전력을 출력하도록 하고, 출력전압이 작으면 더 작은 출력전력을 출력하도록 한다. 구체적으로는, 제2 전류 변환부(670)에 의해 전류로 변환된 출력전압의 값에 따라 출력전력이 변하게 된다.
또한, 상기 전압 분배부(631) 및 상기 전압 전달부(632)에 의해 검출된 입력전압이 큰 경우 상기 제1 전류 변환부(633)의 양단의 전위차는 감소하게 되며, 상기 제어부(640)로부터 상기 제1 전류 변환부(633)를 통해 흐르는 전류의 양은 감소한다. 반면에, 검출된 입력전압이 작은 경우 같은 원리에 의해 상기 제어부(640)에서 상기 제1 전류 변환부(633)를 통해 흐르는 전류의 양은 증가한다.
출력전압이 제2 전류 변환부(670)를 통해 전류로 변환된 경우, 일부는 제어부(640)에 흘러들어가나, 일부는 제1 전류 변환부(633)를 통해 접지 방향으로 흐르게 된다. 검출된 입력전압이 작은 경우 제1 전류 변환부(633)를 통해 흐르는 전류의 양이 증가하므로 제어부(640)에 전달되는 전류의 양은 감소하게 된다. 따라서, 제어부(640)는 이에 따라 전력공급부(600)의 출력전력을 감소시킨다. 같은 원리로, 검출된 입력전압이 큰 경우 제어부(640)는 전력공급부(600)의 출력전력을 증가시킨다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘도 제어 회로는 출력전압으로부터 검출전압을 빼서 제어부(640)에 입력함으로써 단순히 출력전압만 제어부(640)에 입력하는 방식보다 더 급격한 출력전력의 변화를 얻을 수 있게 된다. 이와 같이, 본 발멸의 일 실시예에 따른 휘도 제어 회로는 출력전력의 변화 특성을 개선하여 LED 모듈의 휘도의 가변 범위를 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 조명장치(300)의 구체적인 구현 예시도이다.
도 5에 도시된 전원부(400), 조광기(500), LED 모듈(700)은 상술한 바와 동일하므로 설명을 생략하기로 하고 여기서는 전력공급부(600)의 내부 구성 중 상술하지 않은 구성에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급부(600)는 브릿지 다이오드(610), 제1 다이오드(620), 입력전압 검출부(630), 제어부(640), 제1 커패시터(650), 제2 커패시터(660), 제2 전류 변환부(670), 제3 전류 변환부(680)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급부(600)는 브릿지 다이오드(610)를 포함하여 전원부(400)의 AC 전압을 전파 정류(full wave rectification)할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급부(600)는 제1 다이오드(620)를 포함하여 전파 정류된 전압의 피크 전압을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급부(600)는 전력공급부(600)의 입력전압을 검출하는 입력전압 검출부(630)를 포함할 수 있다. 여기서의 입력전압은 전원부(400)으로부터 바로 나온 AC 전압이 아닌 상술한 브릿지 다이오드(610) 및 제1 다이오드(620)를 거쳐 정류 및 피크 검출 작업을 거쳐 생성된 전압을 일컫는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력공급부(600)는 LED 모듈(700)에 병렬로 연결된 제1 커패시터(650)를 포함할 수 있고, 상기 제1 커패시터(650)의 양단에 걸리는 전압과 같은 전압이 양단에 걸리는 제2 커패시터(660)를 포함할 수 있다. 상기 제2 커패시터(660)의 양단에 걸리는 전압은 전력공급부(600)의 출력전압과 같은 값을 가지며, 이 전압이 상기 제2 전류변환부(670)에 의해 전류로 변환되어 제어부(640)로 들어가는 전류 및 제1 전류 변환부(633)를 흐르는 전류로 나누어진다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 조명장치 및 비교예에 따른 LED 조명장치의 입력전압에 따른 출력전력의 변화를 나타낸 그래프이다.
실시예는 오차전압, 즉 출력전압과 검출전압의 차를 제어부(640)에 전달한 경우이고, 비교예는 출력전압만 제어부(640)에 전달한 경우이다. 도 6에서와 같이, 실선으로 표시된 실시예가 점선으로 표시된 비교예보다 동일한 전력공급부(600)의 입력전압의 변화에 따른 전력공급부(600)의 출력전력의 변화가 더 큼을 알 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
300: 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 조명장치
400: 전원부 500: 조광기
600: 전력공급부 610: 브릿지 다이오드
620: 제1 다이오드 630: 입력전압 검출부
631: 전압 분배부 632: 전압 전달부
633: 제1 전류 변환부 640: 제어부
650: 제1 커패시터 660: 제2 커패시터
670: 제2 전류 변환부 680: 제3 전류 변환부
700: LED 모듈

Claims (7)

  1. 전력공급부의 입력전압을 검출하는 입력전압 검출부; 및
    상기 입력전압 검출부에서 검출된 검출전압과 상기 전력공급부의 출력전압 간의 오차전압이 증가하면 상기 전력공급부의 출력전력을 증가시키고 상기 오차전압이 감소하면 상기 전력공급부의 출력전력을 감소시키는 제어부;
    를 포함하는 휘도 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 오차전압 및 상기 전력공급부의 입력전압을 입력받는 휘도 제어 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력전압 검출부는,
    상기 전력공급부의 입력전압을 분배하는 전압 분배부; 및
    상기 분배받은 전압과 동일한 전압을 생성하는 전압 전달부;
    를 포함하는 휘도 제어 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입력전압 검출부는,
    상기 생성된 전압을 전류로 변환하여 상기 제어부에 전달하는 전류 변환부를 더 포함하는 휘도 제어 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압 분배부는,
    직렬로 연결된 적어도 2 이상의 저항을 포함하며,
    상기 전력공급부의 입력전압을 입력받아 상기 2 이상의 저항간의 노드 중 미리 설정된 노드에서의 전압을 상기 전압 전달부에 전달하는 휘도 제어 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전압 전달부는,
    비반전 입력단이 상기 전압 분배부의 미리 설정된 노드에 연결되고 반전 입력단이 상기 전류 변환부에 연결된 연산 증폭기를 포함하는 휘도 제어 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전압 전달부는,
    베이스가 상기 연산 증폭기의 출력단에 연결되고, 에미터가 상기 전류 변환부에 연결되고, 컬렉터가 접지된 PNP 트랜지스터를 포함하는 휘도 제어 회로.
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