KR20130107109A

KR20130107109A - 엘이디 전원장치용 무손실 정전류 제어회로

Info

Publication number: KR20130107109A
Application number: KR1020120028942A
Authority: KR
Inventors: 성백명; 조정훈
Original assignee: (주)플로우테크
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-10-01
Also published as: KR101317466B1

Abstract

본 발명의 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로의 정전류제어회로부는 정전압과 정전류를 동시에 구현하는 방식으로서 노이즈 및 열손실이 발생하지 않으며, 전원부와 일체로 간단하게 구성할 수 있게 되어 경제적인 효과를 제공한다.

Description

엘이디 전원장치용 무손실 정전류 제어회로{Constant current control circuit with no loss in LED power supply}

본 발명의 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로는 별도의 정전류회로를 사용하지 않고 간단한 회로를 이용하여 효율손실없이 LED의 DC출력전원부의 출력전원의 전류량을 측정하여 정전압 제어부인 PWM제어부를 통하여 정전류를 제어하는 정전류제어부를 이용한 정전류 제어회로에 관한 것이다.

LED조명장치는 도 1에 도시된 바와 같이 일반적으로 외부의 교류전원을 입력받는 입력전원부(11)와, 교류전원을 입력받아 Bridge 전파전류회로에 의해서 직류로 변환하는 1차정류부(12)와, 상기 1차정류부(12)에서 직류전원으로 변환된 전원을 고주파 스위칭에 의해 교류전원으로 변환하는 스위칭부(13)와, 상기 교류 전원으로 변환된 전원을 절연을 유지하면서 2차 정류부로 전력을 변환하는 변압기(14)와, 상기 변압기(14)에 의해 LED부(30)의 출력 전원에 맞도록 변환된 전원을 직류전원으로 변환하는 2차정류 및 변환부(15)와, 직류전원으로 변환된 전원을 출력하는 출력전원부(16)와, 상기 출력전원부(16)의 전원의 일부를 피드백하여 스위칭부(13)를 제어함으로써 2차정류 및 변환부(15)에 전달되는 전원을 원하는 일정전압으로 제어하는 PWM제어부(17)로 이루어지는 전원부 및 변환부(10)와, 이렇게 출력에서 출력된 전원은 트랜지스터(Transistor)이 내장된 리니어(Linear)회로방식 또는 스위칭(Switching)방식에 의한 정전류회로부(20)를 거쳐 LED가 구비된 LED부(30)에 전원이 공급되도록 구성된다.

LED조명장치는 전원이 인가되어 점등이 되면 발열을 하게 되고 온도의 변화에 따라 LED의 순 방향 전압이 변하는 특성이 있으며, 이러한 이유로 LED 조명장치에 전원을 공급하는 전원공급장치는 정전압 특성이 아닌 정전류의 특성을 유지하기 위하여 상기 정전류제어부(20)가 구비되어 왔다.

그러나 정전류를 제어하기 위해 사용되는 스위칭(Switching) 방식을 이용한 벅(Buck)방식의 회로와 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 회로는 두 방식에 있어서 장단점 및 약간의 특성차이는 있으나 상기 방식의 정전류 회로로 인하여 손실이 증가하여 효율이 낮아지고, 벅(Buck)방식의 회로동작시스위칭노이즈(Switching Noise)가 증가하여 이엠아이(EMI) 특성에 악영향을 주며, 리니어(Linear) 방식의 회로는 동작시 LED 순방향 전압이 낮아지면서 정전류 회로의 출력전압이 낮아지면 손실이 더욱 증가하는 문제점이 있다

상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 LED전원장치에 있어서 상기와 같은 스위칭(Switching) 방식을 이용한 벅(Buck)방식의 회로 또는 트랜지스터(Transistor)가 내장된 리니어(Linear) 방식의 회로로 구성되는 정전류회로 대신에 손실이 발생하지 않는 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

외부의 교류 공급전원이 입력되는 입력전원부와, 1차정류부, 스위칭부, 변압기, 2차정류 및 변환부로 이루어지는 정류 및 변환부와, 출력전원부와, PWM제어부로 이루어지는 LED전원장치의 출력전원부에서 출력되는 DC전원을 정전류 제어하는 본 발명의 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로의 정전류제어회로부는,

상기 출력전원부에서 출력되어 LED부에서 검출되는 전압을 측정하는 전류량측정부와; 상기 전류량측정부에서 측정된 전류를 이용하여 PWM제어부를 통하여 스위칭부를 제어하는 정전류제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로에 의하여 달성되며, 상기 전류량측정부는 출력전원부의 DC+ 출력단이 LED부의 애노드에 연결되고 일단이 LED부의 캐소드 단자에 연결되고 타단이 출력전원부의 DC- 출력단에 연결되어 LED부에 흐르는 전류를 검출하여 전압으로 변환하는 저항(Rs)으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 정전류제어부는 전류량측정부의 전압을 검출하여 R42/R41 = R43/R44의 전압증폭배율을 산정하는 전압증폭이득 조정저항 R41, R42, R43, R44, 회로의 노이즈를 제거하는 노이즈제거 커패시터 C44, C45, 출력전류를 조절하는 가변저항(VR2) 및 상기 가변저항에 직렬로 연결되어 가변저항 (VR2)이 0이 되는 경우 회로의 정상동작이 이루어지지 않게 되는 것을 방지하는 출력전류 가변범위 제한저항(R58), 입력신호를 증폭하는 IC(U6-B)로 이루어져 전류량측정부의 전압을 증폭시키는 신호증폭부와; Vs- 단으로부터 입력된 전원을 일정크기의 기준전압으로 출력하는 정전류조정기준전압 발생시키는 IC(U7), 정전류 조정 기준전압을 발생하는 IC(U7)의 고주파 Noise 제거용 디커플링 커패시터(Decoupling Capacitor)(C50)로 이루지는 기준전압발생부와; 상기 신호증폭부의 출력단에 직렬 연결된 Off set 저항(R45), IC의 입력전원 VCB, IC입력저항 R45와, 기준전압발생부로부터 출력된 전압을 분압하는 분압저항 R47, R48와, 노이즈제어 커패시터 C49, 상기 신호증폭부의 출력전압과 기준전압발생부의 기준전압을 비교하여 항상 일정전압을 출력시키는 IC(U6-A), 전압증폭 이득(Gain) 조정저항(R49) 및 전압증폭 이득(Gain) 조정 커패시터(Capacitor) (C51), U6-A의 출력단자인 1번 핀에 연결되어 출력회로 연결단(VFB)의 역전압을 방지하는 Diode(D13)와, 정전류 제어신호를 출력전압 제어회로인 PWM제어부에 연결시 임피던스 매칭(Impedance Matching) 저항(R50)으로 이루어지는 정전류발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 LED조명장치의 종래의 전원장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예로서 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로를가 구비된 LED전원장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로의 회로구성도이다.

본 발명의 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 종래의 LED전원장치의 정전류부(20) 대신에 전류량측정부(151)와 정전류제어부(152)로 이루어지는 전류제어부(150)에 의하여 정전류회로부(150)를 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED전원장치의 무손실 정전류 제어회로에 대하여 설명하기로 한다. 그러나 도시된 도면 및 이하의 설명은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 불과하고, 상기 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형과 수정이 가해 질 수 있다.

도 2는 본 발명의 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로가 구비된 LED전원장치(100)의 블럭도를 도시한 것으로서 외부의 교류 공급전원이 입력되는 입력전원부(110)와, 1차정류부(121), 스위칭부(122), 변압기(123), 2차정류 및 변환부(124)로 이루어지는 정류 및 변환부(120)와, 출력전원부(130)와, PWM제어부(140)로 이루어지는 기존의 LED전원장치의 출력전원부(130)에서 출력되는 DC전원을 정전류 제어할 수 있는 전류량측정부(151) 및 정전류제어부(152)로 이루어지는 정전류제어회로부(150)의 연결관계를 나타내고 있다. 이하에서는 정전류제어부(150)에 대하여 상세히 설명하기로 하며, 본 발명의 작용과 직접적인 관련이 없는 종래의 구성인 입력전원부(110), 정류 및 변환부(120)에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 정전류제어회로부(150)는 출력전원부(130)에서 출력되어 LED부(200)에서 검출되는 전압을 측정하는 전류량측정부(151)와, 상기 전류량측정부(151)에서 측정된 전류를 이용하여 PWM제어부(140)를 통하여 스위칭부(122)를 제어하는 정전류제어부(152)로 이루어진다.

상기 전류량측정부(151)는 출력전원부(130)의 출력단에 연결되어 한 개 또는 수개의 LED램프가 직렬 또는 병렬로 연결된 LED부(200)로 공급되는 전류량을 측정하며, 측정된 전류량은 정전류제어부(152)로 전달된다.

도 3은 정전류제어회로부(150)의 회로와 출력전원부(130), PWM제어부(140) 및 LED부의 연결관계를 도시하고 있다.

상기 정전류제어회로부(150)의 회로 구성에 대하여 구체적으로 기술하면,

정전류제어회로부(150)의 회로는, 출력전원부(130)의 DC+ 출력단이 LED부(200)의 애노드에 연결되고 일단이 LED부(200)의 캐소드 단자에 연결되고 타단이 출력전원부(130)의 DC- 출력단에 연결되어 LED부(200)에 흐르는 전류를 검출하여 전압으로 변환하기 위한 전류량측정부(151)를 구성하는 Rs 및 상기 Rs의 Vs-단에 연결되는 제1전류측정 기준점 SGND1와, 상기 Rs와 병렬연결된 전원부의 고주파 Noise 제거용 디커플링 커패시터 C44, 일단이 상기 C44와 Rs의 접속부에 연결되고 타단은 입력신호를 증폭하기 위한 IC (오피앰프:OP-Amp)인 U6-B의 5번 핀에 연결되는 차동증폭기의 오피앰프 전압증폭 이득(Gain)조정저항 R41, 일단이 상기 R41의 타단에 연결되고 타단은 R44의 Vs-측 접속부에 연결되는 차동증폭기의 오피앰프 전압증폭 이득(Gain) 조정저항 R42, 상기 R42와 병렬연결되는 고주파 Noise 제거용 디커플링커패시터 C45, 일단이 상기 IC U6-B의 6번 핀에 연결되고 타단은 R42 및 C45의 접속부에 연결되는 차동증폭기의 오피앰프 전압증폭 이득(Gain) 조정저항 R43, 일단이 상기 U6-B의 6번 핀에 연결되고 타단은 일단이 C45와 R43의 접속부에 연결되어IC U6-B의 출력전류를 임의의 값으로 조절할 수 있는 출력전류 조절 가변저항 VR2의 타단부에 연결된 출력전류 가변범위 제한저항 R58, 일단이 상기 R43과 R58의 접속부에 연결되고 타단은 U6-B의 출력신호 단자인 7번 핀에 연결되는 차동증폭기의 오피앰프 전압증폭 이득(Gain) 조정저항 R44, 상기 U6-B의 7번 핀과 입력신호를 증폭하기 위한 IC 인 U6-A의 3번 핀과 직렬연결된 오피앰프의 오프셋(Offset) 입력저항 R45, 상기 VR2와 R43의 접속부에 입력부인 1번 핀이 연결되고 공통부인 2번 핀은 일단이 상기 1번 핀과 연결되는 정전류 조정 기준전압 발생IC의 고주파 Noise 제거용 디커플링 커패시터 C50의 타단부에 연결되고 3번 핀은 일단이 IC 동작 전원 VCB에 연결되는 입력저항 R46의 타단부에 연결되고 2번핀과 3번핀이 직접 연결되어 전압에 상관없이 일정한 전압을 출력해 주는 역할을 하는 정전류조정기준전압 발생IC U7, 일단이 상기 IC U7의 3번 핀과 U6-B의 출력신호와 기준전압발생IC U7의 신호를 비교하여 정전류신호를 발생하는 IC인 U6-A의 2번 핀에 연결되는 오피앰프 입력저항으로서 정전류 범위 조절 저항 R48, 일단은 상기U6-A의 2번 핀에 연결되고 타단은 U7의 1번 핀과 C50의 접속부에 연결되는 정전류 범위 조절저항 R47, 일단은 U6-A의 2번 핀에 연결되고 타단은 U6-A의 1번 핀에 연결되는 오피앰프 전압증폭 이득(Gain) 조정저항 R49, 상기 R49에 병렬로 연결되는 오피앰프 전압증폭 이득(Gain) 조정 커패시터 C51, 일단은 상기U6-A의 8번 핀에 연결되어 IC(U6)를 동작하기 위한 전원 VCB에 연결되고 타단은 제2 출력전류 측정기준점(SGND2)에 연결된 노이즈 제거 커패시터 C49, 상기 입력신호를 증폭하기 위한 IC(OP-Amp) U6-A의 출력단자 1번 핀측에 애노드가 연결되고 캐소드는 일단이 정전류 제어신호를 입력받아 전원장치의 출력전압을 제어하는 제어회로인 PWM제어부(140)와의 연결부(VFB)에 연결되고 타단은 상기 PWM제어부(140)와 연결시 임피던스 매칭(Impedance Matching)역할을 하는 저항 R50에 연결되는 역전압 방지 다이오드(Diode)인 D13를 구비하는 정전류제어부(152)로 구성된다.

이러한 정전류제어부(152)에 대하여 보다 상세히 설명하면,

정전류제어부(152)는 전류량측정부(151)의 전압을 검출하여 R42/R41 = R44/R43의 전압증폭배율을 산정하는 전압증폭이득 조정저항 R41, R42, R43, R44, 회로의 노이즈를 제거하는 노이즈제거 커패시터 C44, C45, 출력전류를 조절하는 가변저항VR2 및 상기 가변저항에 직렬로 연결되어 가변저항 VR2가 0이 되는 경우 회로의 정상동작이 이루어지지 않게 되는 것을 방지하는 출력전류 가변범위 제한저항(R58), 입력신호를 증폭하는 IC (U6-B)로 이루어져 전류량측정부(151)의 전압을 증폭시키는 신호증폭부(152a)와; Vs- 단으로부터 입력된 전원을 일정크기의 기준전압으로 출력하는 정전류조정기준전압을 발생시키는 IC(U7), 정전류 조정 기준전압을 발생하는 IC(U7)의 고주파 Noise 제거용 디커플링 커패시터 (C50)로 이루지는 기준전압발생부(152b)와; 상기 신호증폭부(152a)의 출력단에 직렬 연결된 Off set 저항(R45), IC의 입력전원 VCB, IC입력저항 R45와, 기준전압발생부(152b)로부터 출력된 전압을 분압하는 분압저항 R47, R48와, 노이즈제거 커패시터 C49, 상기 신호증폭부(152a)의 출력전압과 기준전압발생부(152b)의 기준전압을 비교하여 항상 일정전압을 출력시키는 IC(U6-A), 전압증폭 이득(Gain) 조정저항(R49) 및 전압증폭 이득(Gain) 조정 커패시터 (C51), U6-A의 출력핀 1에 연결되어 출력회로 연결단(VFB)의 역전압을 방지하는 Diode(D13)와, 정전류 제어신호를 출력전압 제어회로인 PWM제어부(140)에 연결시 임피던스 매칭(Impedance Matching) 저항(R50)으로 이루어지는 정전류발생부(152c)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

LED 전원장치와 관련하여 상기 정전류제어회로부(150)의 동작을 설명하면,

LED부(200)에 전류가 흐르면 RS에 Vs의 전압이 생성되어 U6-B의 5번 핀 Non Inverting 단자에 Vs가 인가되고, U6-B의 1번 핀 단자에는 전압증폭이득 조정저항 R41, R42, R43, R44에 의하여 R42/R41 = R44/R43의 배율 비로 전압이 증폭되고 증폭된 전압은 전압 오프셋(Offset)저항 R45에 의하여 U6-A의 3번 핀인 넌 인버팅(Non Inverting) 단자에 인가되고, 정전류조정기준전압 발생용 IC인 U7에서 발생 된 비교기준전압 Vref는 R47과 R48에 의하여 분압되어 U6-A의 2번 핀인 인버팅(Inverting) 단자에 인가되어 정전류의 기준이 된다.

이때 비교기로서 출력전압을 제어하는 U6-A은 3번 핀 전압과 2번 핀 전압을 비교하여 3번 핀 전압 < 2번 핀 전압 조건이면 1번 핀에 출력이 없어 정전압으로 동작하고, 3번 핀 전압 > U6-A의 2번 핀 전압 조건이면 U6-A의 1번 핀에 출력 정전류를 유지하기 위한 전압이 출력되어 정전류로 동작하며 이러한 정전류는 PWM제어부(140)에 인가되고 PWM제어부(140)의 정전압제어회로의 피드백(Feed back)부에 연결되어 PWM제어를 통하여 스위칭부(122)를 제어하게 됨에 따라 LED부(200)에 정전류를 공급하게 된다.

즉, 상기의 정전류제어회로부(150)는 정전압과 정전류를 동시에 구현하는 방식으로서 노이즈 및 열손실이 발생하지 않으며, 전원부와 일체로 간단하게 구성할 수 있게 되어 경제적인 효과도 있게 되는 것이다.

본 발명의 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로의 정전류제어회로부는 정전압과 정전류를 동시에 구현하는 방식으로서 노이즈 및 열손실이 발생하지 않으며, 전원부와 일체로 간단하게 구성할 수 있게 되어 경제적인 효과도 있게 되는 것이다.

100: LED전원장치 110: 입력전원부
120: 정류부 및 변횐부 121: 1차정류부
122: 스위칭부 123: 변압기
124: 2차정류부 및 변환부 130: 출력전원부
140: PWM제어부 150: 정전류제어회로부
151: 전류량측정부 152: 정전류제어부
152a: 신호증폭부 152b: 기준전압발생부
152c: 정전류발생부 200: LED부

Claims

외부의 교류 공급전원이 입력되는 입력전원부(110)와, 1차정류부(121), 스위칭부(122), 변압기(123), 2차정류 및 변환부(124)로 이루어지는 정류 및 변환부(120)와, 출력전원부(130)와, PWM제어부(140)로 이루어지는 LED전원장치의 출력전원부(130)에서 출력되는 DC전원을 정전류 제어하는 정전류제어회로부(150)는,
상기 출력전원부(130)에서 출력되어 LED부(200)에서 검출되는 전압을 측정하는 전류량측정부(151)와;
상기 전류량측정부(151)에서 측정된 전류를 이용하여 PWM제어부(140)를 통하여 스위칭부(122)를 제어하는 정전류제어부(152)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로.
제 1항에 있어서,
상기 전류량측정부(151)는 출력전원부(130)의 DC+ 출력단이 LED부(200)의 애노드에 연결되고 일단이 LED부(200)의 캐소드 단자에 연결되고 타단이 출력전원부(130)의 DC- 출력단에 연결되어 LED부(200)에 흐르는 전류를 검출하여 전압으로 변환하는 저항(Rs)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로.
제 1항에 있어서,
상기 정전류제어부(152)는 전류량측정부(151)의 전압을 검출하여 R42/R41 = R44/R43의 전압증폭배율을 산정하는 전압증폭이득 조정저항 R41, R42, R43, R44, 회로의 노이즈를 제거하는 노이즈제거 커패시터 C44, C45, 출력전류를 조절하는 가변저항(VR2) 및 상기 가변저항에 직렬로 연결되어 가변저항 (VR2)이 0이 되는 경우 회로의 정상동작이 이루어지지 않게 되는 것을 방지하는 출력전류 가변범위 제한저항(R58), 입력신호를 증폭하는 IC(U6-B)로 이루어져 전류량측정부(151)의 전압을 증폭시키는 신호증폭부(152a)와;
Vs- 단으로부터 입력된 전원을 일정크기의 기준전압으로 출력하는 정전류조정기준전압 발생시키는 IC(U7), 정전류 조정 기준전압을 발생하는 IC(U7)의 고주파 Noise 제거용 디커플링 커패시터 (C50)로 이루지는 기준전압발생부(152b)와;
상기 신호증폭부(152a)의 출력단에 직렬 연결된 Off set 저항(R45), IC의 입력전원 VCB, IC입력저항 R45와, 기준전압발생부(152b)로부터 출력된 전압을 분압하는 분압저항 R47, R48와, 노이즈제어 커패시터 C49, 상기 신호증폭부(152a)의 출력전압과 기준전압발생부(152b)의 기준전압을 비교하여 항상 일정전압을 출력시키는 IC(U6-A), 전압증폭 이득(Gain) 조정저항(R49) 및 전압증폭 이득(Gain) 조정 커패시터 (C51), U6-A의 출력단자인 1번 핀에 연결되어 출력회로 연결단(VFB)의 역전압을 방지하는 Diode(D13)와, 정전류 제어신호를 출력전압 제어회로인 PWM제어부(140)에 연결시 임피던스 매칭(Impedance Matching) 저항(R50)으로 이루어지는 정전류발생부(152c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED전원장치용 무손실 정전류 제어회로.