KR20140102396A - Led 조명용 전원회로 및 이를 이용한 led 조명에 대한 전원 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, LED 조명등의 내구성과 신뢰성을 극대화하기 위해 전해콘덴서나 트랜스포머와 같은 부품을 사용하지 않고 교류(AC)전원으로 구동하는 회로를 구성할 때, 브리지다이오드 정류를 통한 후, 리플전압의 0 에서부터 출력 LED 의 vf 값까지의 off 상태 혹은 현저한 리플이 발생하여 광품질이 저하되는 문제를 최소화하는 LED 전원 회로를 제공하는 것이다.

Description

LED 조명용 전원회로{POWER CIRCUIT FOR LED LIGHTING}

본 발명은 LED 조명용 전원회로에 관한 것으로 더욱 상세하게는, LED 소자를 장착한 조명장치에 있어서 LED 소자에서 발생하는 조명에 대한 전원 제어를 위한 전원회로에 관한 것이다.

종래의 LED 조명 기기는 외부로부터 입력되는 교류 전원을 정류기를 이용하여 정류하고, 이를 전해콘덴서를 이용하여 평활화한 후, 트랜스포머 등을 이용하여 전압 레벨을 변환하여 LED로 공급한다.

그러나, 종래 기술에 이용되는 전해콘덴서는 부피가 커서 LED 조명 기기를 구동하는 구동 회로의 크기를 소형화하는데 어려움이 존재할 뿐만 아니라, 콘덴서와 같은 부품의 수명이 짧아, 전체 LED 구동 회로의 수명을 단축시키는 문제점을 야기한다. 또한, 종래 기술에 이용되는 트랜스포머의 경우에도 다른 소자에 비하여 부피가 상당히 크고 효율에 문제가 있어서, 구동 회로의 크기를 소형화하기 어려운 문제점이 존재한다.

특히 상기한 전해콘덴서나 트랜스포머와 같은 부품을 사용하지 않는 경우, 교류입력 후 브리지정류를 통과한 후의 전압 파형을 보면 계곡부분에서 전류가 제로(0)가 되어 리플이나 플리커가 발생하게 되는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, LED 조명등의 내구성과 신뢰성을 극대화하기 위해 전해콘덴서나 트랜스포머와 같은 부품을 사용하지 않고 교류(AC)전원으로 구동하는 회로를 구성할 때, 브리지다이오드 정류를 통한 후, 리플전압의 0 에서부터 출력 LED 의 vf 값까지의 off 상태 혹은 현저한 리플이 발생하여 광품질이 저하되는 문제를 최소화하는 LED 전원 회로를 제공하는 것이다.

본 발명은 LED 조명용 전원회로에 관한 것으로서, 교류전원 입력 후 브리지정류를 통과한 후의 파형에서 파형과 파형 사이의 계곡부분을 만들게 되는데, 교류전원의 제로크로스 위치를 검출하여 소정의 펄스폭을 가진 제어펄스파형을 발생시켜 그 제로크로스를 검출한 시점에서 스위치를 ON시킴으로써 콘덴서에 충전되어 있던 전하가 부하인 LED로 방전되어 상기 브리지정류를 통과한 후의 파형의 계곡부분의 전압이 올라가도록 하여 상기 계곡부분의 전류가 흐르도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 LED 조명용 전원회로는, LED 조명등의 내구성과 신뢰성을 극대화하기 위해 전해콘덴서나 트랜스포머와 같은 부품을 사용하지 않고 교류(AC)전원으로 구동하는 회로를 구성할 때, 브리지다이오드 정류를 통한 후, 리플전압의 0 에서부터 출력 LED 의 vf 값까지의 off 상태 혹은 현저한 리플이 발생하여 광품질이 저하되는 문제를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원회로에 대한 블록도임.
도 2의 (A)는 교류입력 후 브리지정류 후의 전압 파형을, (B)는 콘덴서에 홀드되는 경우의 전압 파형을, (C)는 펄스 입력을 위한 제어펄스파형을, 그리고 (D)는 검출된 제로크로스 위치에서 펄스 입력을 통한 전압파형을 각각 나타낸 도면임.
도 3 및 도 4는 종래 기술에 따른 LED 조명용 전원회로에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프임.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원회로에 대한 시뮬레이션의 예시를 나타낸 도면임.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원회로는 도 1에 도시된 바와 같다.

교류입력 후 브리지정류 후의 파형은 도 2 의 (A)와 같이 출력되며, 주파수에 따라 일정 갯수의 산모양의 파형을 만들고, 파형과 파형사이에는 계곡부분을 만들게 된다.

도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 전원회로에서 상기 도 2의 (A)와 같이 출력되는 전압은 도 2 의 (B)에 도시된 바와 같이 콘덴서(C)에 홀드된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전원회로에서는 교류전원의 제로크로스 검출하여 소정의 펄스폭을 가진 제어펄스파형을 발생시켜(도 2의 (C) 참조), 이 제로크로스를 검출한 시점에서 스위치(SW)를 ON 시킨다.

그렇게 하면 콘덴서(C)에 충전되어있던 전하가 부하인 LED로 방전되어, 그 순간 계곡부분의 전압이 올라간다.

즉 본 발명에 따른 LED 조명용 전원회로를 이용함에 따라 상기 도 2의 (A)에 도시된 바와 같은 파형의 계곡부분에서의 전압이 상승하기 때문에 LED 부하에 전류가 흐르게 된다.

도 2의 (D)는 도 2의 (A)와 같이 출력되는 전압 파형에서 제로크로스 위치를 검출하고 그 부분에 도 2의 (C)에 도시된 바와 같은 제어펄스파형을 발생시켜 제로크로스 시점에서 스위치를 ON 시킴에 따라 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 콘덴서에 충전된 전하가 방전됨으로써 도 2의 (D)에 도시된 바와 같이 계곡부분의 전압이 상승하게 됨으로써 결과적으로 상기 계곡부분에서의 전류가 흐를 수 있게 되어 LED 조명에 대한 플리커 또는 리플을 저감하거나 최소화시킬 수 있게 되는 것이다.

특히 LED 에서는 연속하여 점등하는 방법으로 구동할 경우 플리커가 적어지게 된다.

실제 회로에서는 제어스위치(SW)회로용 브리지를 별도로 구성할 필요가 있다. 같은 전원을 사용하면 계곡의 검출이 안되기 때문에, 동작하지 않는다.

본 회로와 ‘도통각(Conduction Angle)’에 의해 전압을 분할하는 방식을 채용하면 더욱 향상된 리플억제 효과를 얻을 수 있다. 즉, 전압이 낮은 부분에서는 LED 의 vf 를 낮게하여 전류를 높여주기 쉽게 할 수 있다.

본 회로는 시뮬레이션을 통해서 그 효과를 잘 알 수 있는데, 도 3은 종래기술을 사용한 시뮬레이션 결과로, 브리지정류 후의 콘덴서(C) 평활용량을 1uF 로 하고 스위치(SW)를 off 하여 작동시키지 않은 결과, 계곡부에서의 LED 구동전류는 거의 제로(0)에 가깝게 출력되고 있어 LED 가 전등되지 않고 있음을 알 수 있다.

도 4도 종래기술을 사용한 시뮬레이션 결과로, 브리지정류 후의 콘덴서(C) 평활용량을 2uF 로 하고 스위치(SW)를 off 하여 작동시키지 않은 결과, LED 구동전류는 15mA 정도로 작게 출력되고 있음을 알 수 있다.

도 5는 새롭게 제안된 본 발명에 따른 LED 조명용 전원회로에 대한 일 실시예이다. 위에서 설명한 대로, 스위치(SW)회로는 메인 전원을 사용하지 않고 전용 브리지를 사용하였다.

종래 기술을 사용한 회로에서 평활콘덴서를 1uF 으로 하였을 경우, 리플의 계곡부에서 전류는 제로(0)가 되기 때문에 플리커의 원인이 된다는 것을 알 수 있었고, 이를 2uF 으로 두배로 하여도 개선되기는 하지만 LED 전류는 20mA 정도에 미치지 못하므로 플리커의 원인이 됨을 알 수 있었다.

본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원회로에서는 계곡부에서도 최저 전류값이 30mA 로 크기 때문에 LED의 플리커를 거의 없앨 수 있다. 나아가 도 5의 회로에서 피크 전류가 190mA 이지만 정전류 100mA 로 제어되고 있기 때문에 콘덴서 C2 의 에너지가 상당부분 남아있기 때문에 계곡부분의 전류는 더욱 커지게 된다.

본 발명에 따른 LED 조명용 전원회로는 고내압 PFET 를 필요로 하기 때문에 원칩화할 경우 보다 더 큰 효과가 발휘될 수 있다.

Claims (4)

1. 교류 전원에 의해 구동되는 LED 조명에 대한 전원을 제어하는 LED 조명용 전원회로로서,
   교류 전원을 정류하는 브리지 정류기와 상기 브리지 정류기에 의해 정류된 전류에 의해 충전되는 콘덴서를 포함하며,
   상기 브리지 정류기를 통해 출력되는 전압 파형으로부터 미리 설정된 기준 아래로 떨어지는 계곡부분을 검출하여 상기 검출된 시점에서 상기 콘덴서에 충전되는 전하가 방전되도록 함으로써 상기 계곡부분의 전압을 상승시키도록 하여 LED로 공급되는 전류에 대해 상기 계곡부분에서도 일정한 전류가 흐를 수 있도록 제어하는 수단을 포함하는 LED 조명용 전원회로.
2. 교류 전원에 의해 구동되는 LED 조명에 대한 전원을 제어하는 LED 조명용 전원회로로서,
   교류 전원을 정류하는 브리지 정류기와 상기 브리지 정류기에 의해 정류된 전류에 의해 충전되는 콘덴서를 포함하며,
   상기 브리지 정류기를 통해 출력되는 전압 파형으로부터 미리 설정된 기준전압 아래로 떨어지기 시작하는 계곡부를 검출하는 수단과,
   상기 검출된 계곡부에서 미리 설정된 폭을 가진 제어펄스를 발생시키는 수단과,
   상기 제어펄스가 발생됨에 따라 상기 계곡부에서 상기 콘덴서에 충전된 전하가 방전되도록 함으로써 상기 LED의 전류 파형의 계곡부분의 전압이 상승하여 전류가 흐를 수 있도록 하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원회로.
3. 제2항에 있어서,
   상기 교류 전원으로부터 입력된 교류 전류를 정류하는 별도의 전용브리지를 더 포함하며, 상기 전용브리지를 통과한 출력 파형을 이용하여 상기 계곡부를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원회로.
4. 교류 전원에 의해 구동되는 LED 조명에 대한 전원을 제어하는 LED 조명용 전원회로를 이용한 LED 조명에 대한 전원 제어 방법으로서,
   상기 LED 조명용 전원회로는 교류 전원을 정류하는 브리지 정류기와 상기 브리지 정류기에 의해 정류된 전류에 의해 충전되는 콘덴서를 포함하며,
   상기 브리지 정류기를 통해 출력되는 전압 파형으로부터 미리 설정된 기준 아래로 떨어지는 계곡부를 검출하는 단계; 및
   상기 검출된 시점에서 상기 콘덴서에 충전되는 전하가 방전되도록 함으로써 상기 계곡부의 전압을 상승시키도록 하여 LED로 공급되는 전류에 대해 상기 계곡부에서도 일정한 전류가 흐를 수 있도록 제어하는 단계;
   를 포함하는 LED 조명에 대한 전원 제어 방법.

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