KR20140128019A - 전원 공급 장치 및 전원 공급 방법 - Google Patents

전원 공급 장치 및 전원 공급 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원 공급 장치 및 방법에 관한 것으로, 입력 전원을 소정의 크기로 변환하여 출력하는 메인 전원 장치 및 출력 전원을 부하에 공급하는 LED 드라이버를 포함하는 전원 공급 장치에서, 메인 전원 장치와 LED 드라이버 사이 전압을 감지하고, 감지된 전압의 크기에 따라 제어 신호를 출력하고, 제어 신호에 따라 메인 전원 장치의 동작을 제어하도록 구성된다. 본 발명에 따르면, 전원 공급 장치의 안정성이 향상된다.

Description

전원 공급 장치 및 전원 공급 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SUPPLYING POWER}
본 발명은 전원 공급 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 LED 드라이버의 구동 정보를 메인 전원 장치에 전달하여 제어 연동을 하는 전원 공급 장치 및 전원 공급 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 조명장치는 백열전구를 비롯하여 형광등, 고휘도 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 등을 이용하여 가정이나 기타 실내외의 조명으로 활용되고 있다. 그 중, LED를 이용한 엘이디 조명장치는 일반 백열전구에 비해 소비 전력이 낮고 반영구적인 수명을 가지는 장점을 가진다.
LED는 직류 전원에 의해 동작하는데 동일 광도에서 90~95% 정도의 에너지 절감 효과를 갖는다. 최근에는 반도체 기술의 발달로 일반 조명 등에 비하여 동일한 조도를 얻는데 필요한 전력의 소모가 1/10 정도에 지나지 않는 발광 다이오드가 차량용이나 보행용 신호등, 백라이트 등에 적용되고 있는 추세에 있다.
종래의 조명 장치의 경우에는 220V 교류 전원을 사용하므로 별도의 전원장치가 불필요하였으나, 발광 다이오드는 직류 전원을 이용하기 때문에 주변에서 공급되는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 정류하고, LED가 필요로 하는 크기의 전류를 공급할 필요가 있다. 따라서 LED는 별도의 전원 공급 장치를 필요로 한다.
도 1은 일반적인 전원 공급 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 전원 공급 장치는 입력 전원에 포함되는 노이즈를 제거하는 필터부(10)와 입력 교류 전원을 직류 신호로 변환하는 AC-DC 변환부(20)와 직류 변환된 신호를 소정의 크기의 직류 신호로 변환하는 DC-DC 컨버터(30)와 소정의 크기로 변환된 직류 신호를 LED 모듈에서 필요로 하는 일정한 크기의 직류 신호로 변환하여 공급하는 LED 드라이버(40)를 포함한다. 또한 일반적인 전원 공급 장치는 DC-DC 컨버터 컨트롤러(31)와 LED 드라이버 컨트롤러(41)를 더 포함할 수 있다.
이 때 DC-DC 컨버터(30)는 절연 기능 및 승/강압 기능을 구현한다. 그리고 LED 드라이버(40)는 DC-DC 컨버터(30)의 출력을 안정적인 직류 전원으로 변환하여 공급한다. 하지만 DC-DC 컨버터(30)와 LED 드라이버(40)는 구동에 있어 연동하지 않는다. 따라서 LED 드라이버(40)가 비정상 상태가 되는 경우, DC-DC 컨버터(30)의 구동이 더욱 활성화되어 발열, 화재 등 안전상의 문제가 발생할 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 전원 공급 장치가 동작할 때 인덕터의 온도를 나타내는 그래프들이다. 이 때 도 2는 전원 공급 장치가 정상 상태에서 동작하는 경우를 나타내고, 도 3은 전원 공급 장치가 비정상 상태에서 동작하는 경우를 나타낸다. 여기서, 도 2 및 도 3은 LED 드라이버(40)가 벅 컨버터인 경우 벅 컨버터의 인덕터(L40)의 발열량을 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 정상 상태에서보다 비정상 상태에서, 인덕터는 보다 높은 발열량을 갖는다. 즉 정상 상태에서, 인덕터에 0.98 A의 전류가 흐르고, 인덕터(L40)는 43℃ 정도의 온도에서 동작한다. 하지만 비정상적인 상태, 예를 들어 벅 컨버터의 트랜지스터(Q40)가 쇼트(short)되거나 다이오드(D40)가 오픈되는 상태에서, 인덕터(L40)에 과전류가 흐른다. 즉 인덕터에 약 1.7 A의 전류가 흐르고, 인덕터(L40)는 약 157℃ 정도의 온도에서 동작한다. 다시 말해, 정상 상태에서보다 비정상 상태에서, 인덕터(L40)는 약 100℃ 이상 높은 온도에서 동작한다.
따라서 LED 드라이버(40)에서 비정상적인 구동이 있는 경우 이를 인지하여 DC-DC 컨버터(30)의 구동을 제어할 수 있는 보호 장치가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 개선된 전원 공급 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 발열, 화재 등의 안전 문제를 개선한 전원 공급 장치 및 전원 공급 방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전원 공급 장치는, 입력 전원을 소정의 크기로 변환하여 출력하는 메인 전원 장치; 상기 출력 전원을 부하에 공급하는 LED 드라이버; 및 상기 LED 드라이버의 비정상 동작을 감지하여 상기 메인 전원 장치로 제어 신호를 출력하는 보호부를 포함한다.
이 때 본 발명에 따른 전원 공급 장치에 있어서, 상기 보호부는 상기 메인 전원 장치와 상기 LED 드라이버 사이에 연결되어, 전압을 감지하는 감지부를 포함한다.
그리고 본 발명에 따른 전원 공급 장치에 있어서, 상기 보호부는 상기 감지부에서 감지되는 전압의 크기에 따라 상기 제어 신호를 출력하는 검출부를 더 포함한다.
또한 본 발명에 따른 전원 공급 장치에 있어서, 상기 보호부는 상기 제어 신호를 참조값으로 변환하여 출력하는 참조부를 더 포함한다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전원 공급 방법은, 입력 전원을 소정의 크기로 변환하여 출력하는 메인 전원 장치 및 상기 출력 전원을 부하에 공급하는 LED 드라이버를 포함하는 전원 공급 방법에 있어서, 상기 메인 전원 장치와 상기 LED 드라이버 사이 전압을 감지하는 단계; 상기 감지된 전압의 크기에 따라 제어 신호를 출력하는 단계; 및 상기 제어 신호에 따라 메인 전원 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
이 때 본 발명에 따른 전원 공급 방법에 있어서, 상기 메인 전원 장치의 동작을 제어하는 단계는 상기 메인 전원 장치의 동작을 오프하거나 상기 출력 전원을 조절한다.
실시예는 비정상적인 동작 상태를 감지하여 안정성이 향상된 전원 공급 장치 및 방법을 제공한다.
실시예는 메인 전원 장치와 LED 드라이버의 제어 기능을 연동하여, LED 드라이버가 비정상적인 상태인 경우 메인 전원 장치의 동작을 제어할 수 있다.
실시예는 LED 드라이버의 비정상 상태에서 메인 전원 장치의 기능을 오프(off)하거나 메인 전원 장치의 출력을 조절할 수 있다.
실시예는 제어 기능 연동을 통하여 예상치 못한 발열, 화재로부터 전원 공급 장치를 보호할 수 있다.
실시예는 SMPS 구동방식과 2차측 LED 드라이버를 구비하는 모든 회로방식에 적용 가능하다.
도 1은 일반적인 전원 공급 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 전원 공급 장치가 정상 상태에서 동작할 때 인덕터의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 1의 전원 공급 장치가 비정상 상태에서 동작할 때 인덕터의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 보호부를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 4의 주요부 연결관계를 포함하는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 도 6의 전원 공급 장치의 시뮬레이션 회로도이다.
도 9 및 도 10은 도 8의 시뮬레이션 결과 데이터이다.
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.
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.
명세서 전체에서, 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. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 공급 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)는 SMPS(Switching Mode Power Supply)부(300), LED 드라이버(500), 보호부(700)를 포함한다.
SMPS부(300)는 외부에서 공급되는 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 소정의 크기로 변환하여 직류 전원을 LED 드라이버(500)로 공급한다. SMPS부(300)는 필터부(310), AC-DC 변환부(330), 메인 전원 장치(350)를 포함한다.
필터부(310)는 입력 전원에 포함되어 있는 노이즈 등의 불필요한 성분을 제거한다. 필터부(310)는 인덕터와 커패시터를 포함하고, 인덕터와 커패시터를 직병렬로 연결하여 구성된다.
AC-DC 변환부(330)는 다이오드 정류부와 커패시터를 포함한다. 다이오드 정류부는 복수의 다이오드 소자를 직병렬로 연결하여 구성된다. 이 때 다이오드 정류부는 하프 브릿지 또는 풀 브릿지 방식으로 구성될 수 있다. 커패시터는 정류부의 출력단에 연결되어, 전파 정류된 전원을 일정한 직류 신호로 변환한다.
메인 전원 장치(350)는 AC-DC 변환부(330)로부터 입력받은 직류 신호를 소정의 크기의 직류 신호로 변환한다. 메인 전원 장치(350)는 DC-DC 컨버터이며, 예컨대 플라이백 컨버터일 수 있다.
SMPS부(300)는 메인 컨트롤러(390)를 더 포함할 수 있다. 메인 컨트롤러(390)는 SMPS부(300)에 내부에 포함될 수 있고, SMPS부(300) 외부에 구비될 수도 있다. 메인 컨트롤러(390)는 메인 전원 장치(350) 내부에 포함되는 스위칭 소자에 스위칭 제어 신호를 출력하여, 스위칭 소자의 스위칭 주기를 조절할 수 있다. 이를 통해, 메인 컨트롤러(390)는 메인 전원 장치(390)를 오프(off) 할 수 있고, 출력을 조절할 수 있다.
LED 드라이버(500)는 SMPS부(300)의 출력을 입력받아, 스위칭 제어를 통하여 광원에 일정한 크기의 전원이 공급되도록 한다. 일정한 크기의 전원은 광원을 구동하기 위한 일정한 크기의 전류일 수 있다. LED 드라이버(500)는 DC-DC 컨버터이며, 예컨대 벅 컨버터일 수 있다.
LED 드라이버(500)는 DC 컨트롤러(590)을 포함할 수 있다. DC 컨트롤러(590)는 LED 드라이버(500)의 내부에 포함될 수 있고, LED 드라이버(500)의 외부에 구비될 수도 있다. DC 컨트롤러(590)는 LED 드라이버(500) 내부에 포함되는 스위칭 소자에 스위칭 제어 신호를 출력하여 스위칭 소자의 스위칭 주기를 조절할 수 있다. 이를 통해, DC 컨트롤러(590)는 LED 드라이버(500)의 출력을 조절할 수 있다.
보호부(700)는 LED 드라이버(500)와 SMPS부(300) 사이에 연결되어, LED 드라이버(500)와 SMPS부(300)를 연동시킨다. LED 드라이버(500)가 정상적으로 동작하는 경우, 보호부(700)는 메인 컨트롤러(390)를 제어하지 않는다. 하지만 LED 드라이버(500)가 비정상적으로 동작하는 경우, 예를 들어 과전류가 흐르는 경우, 보호부(700)는 LED 드라이버(500)의 과전류를 감지하여 메인 컨트롤러(390)를 제어한다. 이 때 보호부(700)는 메인 전원 장치(350)를 오프(off)하거나 전류를 조절한다. 이를 통해, 보호부(700)는 과전류로 인한 과도한 발열 또는 화재로부터 전원 공급 장치(100)를 보호할 수 있다.
전원 공급 장치(100)는 전원 제어회로(395)를 더 포함할 수 있다. 전원 제어회로(395)는 메인 전원 장치(350)과 보호부(700)의 사이에 연결될 수 있다. 전원 제어회로(395)는 절연된 메인 전원 장치(350)의 1차측과 2차측을 연결하여 2차측의 정보를 1차측으로 전달할 수 있다.
도 5는 도 4의 보호부를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 보호부(700)는 메인 전원 장치(350)와 LED 드라이버(500)사이에 연결된다. 그리고 보호부(700)는 감지부(710), 검출부(730), 참조부(750)를 포함한다.
감지부(710)는 메인 전원 장치(350)와 LED 드라이버(500) 사이에 연결되어, 리턴 패스를 흐르는 전류를 감지한다. 감지부(710)는 저항(R710)을 포함한다. 저항(R710)은 복수의 저항 소자를 직병렬로 연결하여 구성될 수 있다. 이 때 리턴 패스를 흐르는 전류의 크기에 따라, 감지부(710)에 걸리는 전압이 달라진다. 예를 들면, 리턴 패스를 흐르는 전류의 세기가 커질수록, 감지부(710) 양단에 걸리는 전압의 크기도 증가한다. 그리고 감지부(710)에서 감지되는 전압이 기 설정된 기준 이상인 경우, 검출부(730)를 동작시킨다.
상기 검출부(730)는 감지부(710)에서 감지되는 전압이 기 설정된 기준 이상인 경우, 제어 신호를 출력한다. 검출부(730)는 트랜지스터(Q730)를 포함한다. 검출부(730)는 세 개의 단자를 포함한다. 제1단(731)은 입력측(input)과 감지부(710)의 일단 사이에 연결된다. 이 때 제1단(731)은 메인 전원 장치(350)와 저항(R710)의 일단 사이에 연결된다. 제2단(733)은 출력측(output)과 감지부(710)의 타단 사이에 연결된다. 이 때 제2단(733)은 저항(R710)의 타단과 LED 드라이버(500) 사이에 연결된다. 제3단(735)은 입력측(input)에 연결될 수 있다. 이 때 제3단(735)은 메인 전원 장치(350)에 연결된다. 제3단(735)과 입력측(input) 사이에 참조부(750)가 연결된다. 즉 제3단(735)와 메인 전원 장치(350) 사이에 참조부(750)가 연결된다.
이 때 트랜지스터(Q730)는 BJT일 수 있다. 이 경우 상기 제1단(731)은 이미터(emitter), 제2단(733)은 베이스(base), 제3단(735)은 콜렉터(collector)일 수 있다. 그리고 감지부(710)에서 감지되는 전압의 크기에 따라 트랜지스터(Q730, BJT)가 동작할 수 있다. 즉, 정상상태에서 리턴 패스로 전류가 흐르는 경우에는 감지부(710) 양단의 전압이 BJT의 문턱전압(threshold voltage) 값 미만이 되도록 설정하고, 비정상 상태로 동작하는 경우 리턴 패스로 흐르는 전류의 크기가 커져 감지부(710) 양단의 전압이 BJT 문턱전압 값 이상이 되어 동작하도록 할 수 있다. 따라서 BJT는 과전류가 흐르는 경우에 메인 전원 장치(350)에 LED 제어 신호를 출력할 수 있다.
참조부(750)는 검출부(730)에서 출력되는 제어 신호를 기 설정된 참조값으로 변환하여, 전원 제어회로(395)에 전달한다. 참조부(750)는 저항과 커패시터를 포함할 수 있다. 참조값은 검출부(730)에서 출력되는 제어 신호로부터 변환되며, 메인 전원 장치(350)의 동작을 결정하기 위한 신호를 나타낸다. 예를 들면, 검출부(730)에서 출력되는 제어 신호에 따라 메인 전원 장치(350)의 동작이 결정된다고 할 때, 참조값에 따라 메인 전원 장치(350)의 동작이 정지될 수 있고, 출력량이 변화될 수도 있으며, 메인 전원 장치(350)의 제어 동작은 더 다양한 동작을 포함할 수 있다. 참조값은 검출부(730)의 제어 신호에 따라 메인 전원 장치(350)의 수행 가능한 다양한 동작 중 기 설정된 메인 전원 장치(350)의 동작을 수행하기 위해 설정된 신호 값일 수 있다.
정상 상태의 전원 공급 장치(100)에서, 입력측에서 입력되는 입력 전원이 current path와 return path를 통해 출력측에 공급된다. 하지만 보호부(700)가 존재하지 않는 경우, 출력측에 문제가 발생하더라도 입력측에서는 출력측의 문제를 인지할 수 없다. 따라서 입력측에서 입력되는 입력 전원이 출력측으로 지속적으로 공급되고, 출력측에서는 과도한 발열이 발생할 뿐만 아니라, 심한 경우 화재로 이어질 수 있어, 전원 공급 장치(100)에서 안전상의 문제가 있다.
본 발명에서는 return path 사이에 보호부(700)를 구비하여, 출력측에서 발생하는 비정상동작을 인지하여 입력측에 전달할 수 있도록 하고 있다.
정상상태에서 동작하는 경우, return path를 통해서 전류가 흐르고, 감지부(710)가 이를 감지한다. 이 경우 정상 상태이므로, 보호부(700)가 존재하지 않는 경우의 동작과 동일할 수 있다.
비정상 상태에서 동작하는 경우, return path를 통해서 과전류가 흐르고, 감지부(710)가 이를 감지한다. 이 경우 return path를 통해서 과전류가 흐르면, 감지부(710)에 감지되는 전압이 커진다. 감지부(710)에서 감지되는 전압이 일정 기준 이상인 경우, 검출부(730)는 출력측의 비정상 상태 동작에 대한 제어 신호를 입력측으로 출력한다. 또한, 참조부(750)는 검출부(730)에서 출력되는 제어 신호를 기 설정된 참조값으로 변환하여 입력측으로 전달할 수 있다.
실시예는 보호부(700)의 동작으로, 출력측의 비정상 동작을 입력측에서 인지할 수 있다. 보호부(700)에서 출력하는 제어 신호를 이용하여 입력측의 메인 전원 장치의 동작을 제어함으로써, 입력측과 출력측이 연동할 수 있고 안전 기준을 충족시킬 수 있다.
도 6은 도 4의 주요부 연결관계를 포함하는 회로도이다.
도 6을 참조하면, SMPS부(300)는 필터부(310), AC-DC 변환부(330), 메인 전원 장치(350)를 포함한다.
필터부(310)는 입력 전원에 포함되어 있는 노이즈 등의 불필요한 성분을 제거한다. 필터부(310)는 인덕터와 커패시터를 포함하고, 인덕터와 커패시터를 직병렬로 연결하여 구성된다.
AC-DC 변환부(330)는 다이오드 정류부와 커패시터를 포함한다. 다이오드 정류부는 복수의 다이오드 소자를 직병렬로 연결하여 구성된다. 이 때 다이오드 정류부는 하프 브릿지 또는 풀 브릿지 방식으로 구성될 수 있다. 커패시터는 정류부의 출력단에 연결되어, 전파 정류된 전원을 일정한 직류 신호로 변환한다.
메인 전원 장치(350)는 AC-DC 변환부(330)로부터 입력받은 직류 신호를 소정의 크기의 직류 신호로 변환한다. 메인 전원 장치(350)는 DC-DC 컨버터이며, 예컨대 플라이백 컨버터일 수 있다.
플라이백 컨버터는 1차측에 자화 인덕턴스(Lm), 1차측 인덕터(L1) 및 스위칭 소자(Q1)을 포함하고, 2차측에 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)을 포함한다. 이 때 스위칭 소자(Q1)가 닫혀 있을 때, 자화 인덕턴스(Lm)에 에너지가 저장된다. 이 후 스위칭 소자(Q1)가 개방되면, 입력 전원에서의 전류 흐름은 차단되지만, 자화 인덕턴스(Lm)에 저장되어 있던 에너지에 의하여 역 기전력이 발생되어, 플라이백 컨버터의 2차측으로 에너지가 전달된다. 2차측으로 전달된 에너지는 다이오드(D1)에서 정류되며, 커패시터(C1)을 통하여 일정한 직류 전원이 출력된다. 여기서, 스위칭 소자(Q1)는 메인 컨트롤러(390)에 의하여 닫히거나 개방될 수 있다.
LED 드라이버(500)는 메인 전원 장치(350)의 출력을 입력받아, 스위칭 제어를 통하여 광원에 일정한 크기의 전원이 공급되도록 한다. 일정한 크기의 전원은 광원을 구동하기 위한 일정한 크기의 전류일 수 있다. LED 드라이버(500)는 DC-DC 컨버터이며, 예컨대 벅 컨버터일 수 있다. 벅 컨버터는 스위칭 소자(Q2), 다이오드(D2, 프리 휠링 당이오드), 필터 인덕터(L3), 필터 커패시터(C2)를 포함할 수 있다.
스위칭 소자(Q2)는 세 개의 단자를 포함한다. 이 때 제1단은 보호부(700)에 연결된다. 제2단은 DC 컨트롤러(590)에 연결되며, DC 컨트롤러(590)로부터 제어 신호가 입력된다. 제3단은 다이오드(D2)에 정방향으로 연결된다. 다이오드(D2)의 타단은 메인 전원 장치(350)의 출력단과 필터 인덕터(L3)에 연결된다. 필터 인덕터(L3)의 타단은 필터 커패시터(C2)의 일단에 연결된다. 필터 커패시터(C2)의 타단은 2차측 접지에 연결된다.
벅 컨버터는 입력전압이 출력전압보다 높은 조건에서 강압회로에 채용된다. 벅 컨버퍼는 메인 전원 장치(300)의 플라이백 컨버터에서 정류되어 출력된 높은 전압을 이용하여, 고품질의 저전압 전원을 출력할 수 있다. 벅 컨버터는 스위칭 소자(Q2)가 닫혀있을 때 일정한 전원을 출력하고, 스위칭 소자가 개방되었을 때 다이오드(D2)를 통하여 필터 인덕터(L3)에 저장되어 있는 에너지를 소비한다. 벅 컨버터는 스위칭 소자(Q2)에 센싱되는 전류량에 따라 듀티비를 결정하여 일정한 전원을 공급할 수 있다.
DC 컨트롤러(590)는 LED 드라이버(500)에 포함되는 스위칭 소자(Q2)에 스위칭 제어 신호를 출력하여 스위칭 소자의 스위칭 주기를 조절할 수 있다. 이를 통해, DC 컨트롤러(590)는 LED 드라이버(500)의 출력을 조절할 수 있다.
보호부(700)는 LED 드라이버(500)와 메인 전원 장치(350) 사이에 연결되어, LED 드라이버(500)와 메인 전원 장치(350)를 연동시킨다. LED 드라이버(500)가 정상적으로 동작하는 경우, 보호부(700)는 메인 컨트롤러(390)를 제어하지 않는다. LED 드라이버(500)가 비정상적으로 동작하는 경우, 예를 들어 과전류가 흐르는 경우, 보호부(700)는 LED 드라이버(500)의 과전류를 감지하여 메인 컨트롤러(390)를 제어한다. 이 때 보호부(700)는 메인 전원 장치(350)를 오프(off)하거나 전류를 조절한다. 이를 통해, 보호부(700)는 과전류로 인한 과도한 발열 또는 화재로부터 전원 공급 장치(100)를 보호할 수 있다.
이러한 보호부(700)는 감지부(710), 검출부(730), 참조부(750)를 포함한다.
감지부(710)는 저항(R710)을 포함한다. 저항(R710)은 복수의 저항 소자를 직병렬로 연결하여 구성될 수 있다. 저항(R710)의 일단은 스위칭 소자(Q2)의 일단에 연결되고, 타단은 메인 전원 장치(350)의 출력단인 커패시터(C1)에 연결될 수 있다. 저항(R710)의 양단에 감지되는 전압이 기 설정된 기준 이상인 경우 검출부(730)가 동작한다.
검출부(730)은 트랜지스터(Q730)를 포함한다. 트랜지스터(Q730)는 BJT일 수 있다. 트랜지스터(Q730)는 세 개의 단자를 포함한다. 제1단(731)은 메인 전원 장치(350)의 커패시터(C1)과 저항(R710) 사이에 연결된다. 제2단(733)은 저항(R710)의 타단과 LED 드라이버(500)의 스위칭 소자(Q2) 사이에 연결된다. 제3단(735)은 메인 전원 장치(350)에 연결된다. 제3단(735)과 메인 전원 장치(350) 사이에 참조부(750), 전원 제어회로(395), 메인 컨트롤러(390)가 연결된다. 이 때 트랜지스터(Q730)가 BJT인 경우, 제1단(731)은 이미터(emitter), 제2단(733)은 베이스(base), 제3단(735)은 콜렉터(collector)일 수 있다.
상기 전원 제어회로(395)는 옵토 커플러를 포함할 수 있다. 전원 제어 회로(395)는 메인 전원 장치(350)과 보호부(700)의 사이에 연결된다. 더욱 자세히, 전원 제어회로(395)는 메인 컨트롤러(390)와 참조부(750) 사이에 연결된다. 메인 전원 장치(350)의 1차측과 2차측은 절연되어 있으며, 전원 제어회로(395)는 메인 전원 장치(350)의 1차측과 2차측을 연결하여 2차측의 정보를 1차측으로 전달한다. 전원 제어회로(395)는 참조값을 입력받아, 참조값에 따른 2차측 구동 정보를 1차측으로 전달한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 전원 공급 장치(100)는 과전류에 의한 발열, 화재 등으로부터 전원 공급 장치(100)를 보호하기 위하여 메인 전원 장치(350)와 LED 드라이버(500) 사이에 보호부(700)를 포함한다. 보호부(700)는 감지부(710), 검출부(730), 참조부(750)를 포함한다.
먼저, 감지부(710)는 메인 전원 장치(350)와 LED 드라이버(500) 사이에 연결되어, 리턴 패스를 흐르는 전류에 의한 전압을 감지한다(S10). 감지부(710)는 단수 또는 복수의 저항으로 이루어질 수 있고, 메인 전원 장치(350)와 LED 드라이버(500) 사이의 리턴 패스를 흐르는 전류에 의한 전압을 감지할 수 있다.
이어서, 검출부(730)는 감지부(710)에 감지되는 전압의 크기를 비교하여 동작을 결정한다(S12). 검출부(730)는 트랜지스터(Q730)를 포함한다. 트랜지스터(Q730)는 감지부(710)에 감지되는 전압의 크기에 따라 동작하거나 동작하지 않을 수 있다.
이 때 감지부(710)에 감지되는 전압이 기준전압 미만인 경우, 검출부(730)는 제어 신호를 출력하지 않는다. 기준전압은 트랜지스터(Q730)의 문턱전압일 수 있다.
한편, 감지부(710)에 감지되는 전압이 기준전압 이상인 경우, 검출부(730)는 제어 신호를 출력한다(S14). 감지되는 전압이 기준전압 이상인 경우, 트랜지스터(Q730)는 턴온되고, 트랜지스터(Q730)와 참조부(750) 사이에 신호가 전달될 수 있다.
계속해서, 참조부(750)는 검출부(730)에서 출력되는 제어 신호를 기 설정된 참조값으로 변환하여, 전원 제어회로(395)에 전달한다(S16).
마지막으로, 전원 제어회로(395)에서 전달되는 신호를 통하여 메인 전원 장치(350)의 동작이 제어된다(S18).
즉 보호부(700)는 메인 전원 장치(350)의 2차측에서 발생되는 LED 드라이버(500)의 과전류 현상을 감지하여, 메인 전원 장치(350)의 1차측에 위치한 스위칭 소자(Q1)를 제어하여 메인 전원 장치(350)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 통해 메인 전원 장치(350)와 LED 드라이버(500)는 연동될 수 있고, LED 드라이버(500)에서 발생되는 과전류에 의한 발열, 화재로부터 전원 공급 장치(100)를 보호할 수 있다.
도 8은 도 6의 전원 공급 장치의 시뮬레이션 회로도이다. 이 때 도 8은 도 7 회로의 LED 드라이버(500)와 보호부(700)의 일부를 시뮬레이션을 위하여 단순화한 회로도이다. 그리고 도 9 및 도 10은 도 8의 시뮬레이션 결과 데이터이다.
도 8, 도 9 및 도 10을 참조하면, LED 드라이버(500)의 부하(Rload)에 정상상태의 전류가 흐르는 경우, 전류가 1A 일 수 있다. 이 경우 감지부(710)를 통해 리턴 패스로 흐르는 전류의 크기가 작기 때문에 감지부(710)의 전압 강하(Vbe)는 약 0.4V 정도이다. 검출부(730)의 기준 전압은 트랜지스터(Q730)의 문턱전압일 수 있다. 따라서 트랜지스터(Q730)의 문턱 전압이 0.7V인 경우 감지부(710)에서 감지되는 전압(Vbe)의 크기는 기준 전압보다 작기 때문에, 검출부(730)에서 제어 신호를 출력하지 않는다. 따라서 전원 제어 회로(395)는 동작하지 않고, 전원 제어 회로(395)의 출력단 전압(V8)은 0V로, 옵토 커플러는 비활성 상태임을 알 수 있다.
한편, LED 드라이버(500)의 비정상상태 동작에 따라 부하(Rload)에 과전류가 흐를 수 있다. 예를 들어 비정상 상태에서 흐르는 전류가 2.4A인 경우, 감지부(710)를 통해 리턴 패스로 흐르는 전류의 크기가 커지고, 감지부(710)의 전압 강하(Vbe)는 약 0.7V로 정상 상태인 경우에 비하여 증가한다. 이 경우 감지부(710)에서 감지되는 전압의 크기가 검출부(730)의 트랜지스터(Q730)의 기준 전압 이상이기 때문에, 검출부(730)는 제어 신호를 출력할 수 있다. 검출부(730)의 트랜지스터 활성에 따라, 전원 제어 회로(395)는 동작하고, 전원 제어 회로(395)의 출력단 전압(V8)은 약 3.7V로, 옵토커플러가 활성 상태임을 알 수 있다.
이러한 방법으로 메인 전원 장치(350)의 2차측에 연결된 LED 드라이버(500)에서 비정상 동작이 발생하는 경우, 메인 전원 장치(350)의 1차측으로 제어 신호를 출력하여 메인 전원 장치(350)의 동작을 제어하여, LED 드라이버(500)의 비정상 동작에 의한 발열, 화재로부터 전원 공급 장치를 보호하며 전원 공급을 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 비정상적인 동작 상태를 감지하여 안정성이 향상된 전원 공급 장치 및 방법이 제공된다. 즉 메인 전원 장치와 LED 드라이버의 제어 기능을 연동하여, LED 드라이버가 비정상적인 상태인 경우 메인 전원 장치의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, LED 드라이버의 비정상 상태에서 메인 전원 장치의 기능을 오프(off)하거나 메인 전원 장치의 출력을 조절할 수 있다. 이를 통해, 예상치 못한 발열, 화재로부터 전원 공급 장치를 보호할 수 있다. 나아가, 본 발명은 SMPS 구동방식과 2차측 LED 드라이버를 구비하는 모든 회로방식에 적용 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 전원 공급 장치
300 : SMPS부
350 : 메인 전원 장치
500 : LED 드라이버
700 : 보호부

Claims (18)

  1. 입력 전원을 소정의 크기로 변환하여 출력하는 메인 전원 장치;
    상기 출력 전원을 부하에 공급하는 LED 드라이버; 및
    상기 LED 드라이버의 비정상 동작을 감지하여 상기 메인 전원 장치로 제어 신호를 출력하는 보호부를 포함하는 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호부는
    상기 메인 전원 장치와 상기 LED 드라이버 사이에 연결되어, 전압을 감지하는 감지부를 포함하는 전원 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감지부는 적어도 하나의 저항을 포함하는 전원 공급 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 보호부는
    상기 감지부에서 감지되는 전압의 크기에 따라 상기 제어 신호를 출력하는 검출부를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검출부는 트랜지스터를 포함하는 전원 공급 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 보호부는
    상기 제어 신호를 참조값으로 변환하여 출력하는 참조부를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메인 전원 장치의 1차측과 2차측 사이에 연결되어, 상기 2차측 구동 정보를 상기 1차측으로 전송하는 전원 제어회로를 더 포함하는 전원 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전원 제어회로는 상기 참조값을 입력 받고, 상기 참조값에 따라 상기 2차측 구동 정보를 상기 1차측으로 전송하는 전원 공급 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 검출부는
    상기 감지부의 일단에 연결되는 제1단, 상기 감지부의 타단에 연결되는 제2단 및 상기 참조부에 연결되는 제3단을 포함하는 전원 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1단은 상기 메인 전원 장치의 상기 2차측 출력단과 상기 감지부의 일단 사이에 연결되고, 상기 제2단은 상기 감지부의 타단과 상기 LED 드라이버의 입력단 사이에 연결되는 전원 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 검출부는 바이폴라 정션 트랜지스터(BJT)를 포함하는 전원 공급 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1단은 이미터, 상기 제2단은 베이스, 그리고 상기 제3단은 콜렉터인 전원 공급 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전원 장치는 플라이백 컨버터, 상기 LED 드라이버는 벅 컨버터를 포함하는 전원 공급 장치.
  14. 제4항에 있어서,
    상기 검출부는 상기 감지부에서 감지되는 전압이 기준 전압 이상인 경우, 상기 제어 신호를 출력하는 전원 공급 장치.
  15. 입력 전원을 소정의 크기로 변환하여 출력하는 메인 전원 장치 및 상기 출력 전원을 부하에 공급하는 LED 드라이버를 포함하는 전원 공급 장치의 전원 공급 방법에 있어서,
    상기 메인 전원 장치와 상기 LED 드라이버 사이 전압을 감지하는 단계;
    상기 감지된 전압의 크기에 따라 제어 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제어 신호에 따라 메인 전원 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함하는 전원 공급 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어 신호를 출력하는 단계는
    상기 감지된 전압이 기준 전압 이상인 경우 제어 신호를 출력하는 전원 공급 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제어 신호를 출력하는 단계는
    상기 제어 신호를 참조값으로 변환하여 출력하는 전원 공급 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 메인 전원 장치의 동작을 제어하는 단계는
    상기 메인 전원 장치의 동작을 오프하거나 상기 출력 전원을 조절하는 전원 공급 방법.
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