KR20150003052A

KR20150003052A - 전원 공급 장치 및 그의 제어 회로

Info

Publication number: KR20150003052A
Application number: KR20130076024A
Authority: KR
Inventors: 한대훈; 김서형; 류승룡; 최중호; 이주형; 김홍진; 이재신; 이강윤
Original assignee: 삼성전기주식회사; 서울시립대학교 산학협력단
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2015-01-08
Also published as: KR102213794B1; US20150002044A1; US9066395B2

Abstract

본 발명은 일차측에 입력된 입력 전원을 스위칭하여 상기 일차측과 전기적으로 절연된 이차측에 연결되는 소정의 부하에 전원을 공급하는 전원 공급 장치 및 그의 제어 회로에 관한 것으로, 본 발명의 제어 회로는 소정의 PWM 신호를 생성하여 상기 부하의 종단에 연결된 디밍 스위치에 인가하고, 상기 부하에 공급되는 전원에 따른 피드백 신호와 상기 PWM 신호에 따라 생성되는 제어 전압에 기초하여 상기 일차측의 스위칭 주파수를 제어하고, 상기 제어 전압은 상기 PWM 신호의 듀티와 무관하게 최소 전압 레벨과 최대 전압 레벨의 차가 일정하게 유지될 수 있다.

Description

전원 공급 장치 및 그의 제어 회로{POWER SUPPLYING APPARATUS AND CONTROL CIRCUIT THEREOF}

본 발명은 발광 다이오드에 전원을 공급하는 다중 출력을 갖는 전원 공급 장치 및 그의 제어 회로에 관한 것이다.

최근 들어, 디스플레이 산업은 음극선관(Cathode Ray Tube; CRT)을 주로 사용하는 디스플레이 장치에서 고해상도와 대화면화 등의 사용자 요구를 반영한 평판 디스플레이(Flat Panel Display; FPD) 장치로 대체되고 있는 추세이다.

특히 대형 디스플레이 장치의 경우 경박단소화의 이점으로 인해 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD) 장치가 급진적인 성장세를 보이고 있으며 향후 가격과 시장성 측면에서 주도적 역할을 할 것으로 기대하고 있다.

한편, 기존의 액정 디스플레이 장치에는 백라이트 광원으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL)가 주로 사용되었지만, 최근에는 전력 소모, 수명 및 친환경성 등과 같은 다양한 장점으로 인해 점차적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 사용되고 있는 추세이다.

이러한 발광 다이오드를 구동하기 위해 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전원 공급 회로와 발광 다이오드에 직류 전원의 공급을 제어하는 구동 회로가 일반적으로 채용된다.

전원 공급 회로는 절연 기능을 강화하기 위해 트랜스포머를 기준으로 1차측과 2차측으로 구분할 수 있는데, 1차측은 상용 교류 전원을 정류 및 평활하여 전원을 스위칭하는 회로로 구성되고, 2차측은 트랜스포머에 의해 변압된 전원을 정류하고 부하에 공급을 제어하는 회로로 구성된다.

즉, 하기의 선행 기술 문헌에 기재된 발명과 같이 일반적으로 1차측에는 전원 스위칭 제어 회로가 형성되고, 2차측에는 상술한 구동 회로가 형성되는데, 전원의 스위칭을 원활하게 제어하기 위해서는 발광 다이오드에 공급되는 전원의 상태를 피드백받아 이를 기초하여 스위칭을 제어하여야 하며 이를 위해 절연 기능을 구비하여 피드백 전류를 전달하는 포토 커플러(photo coupler)가 주로 사용되나, 포토 커플러는 광소자이기 때문에 신호 전달 특성이 포톤(Photon), 사용 시간 및 결합(Junction) 온도에 의존되어 회로 설계에 용이하지 않으며, 포토 커플러 채용에 의해 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.

이를 해소하기 위해, 2차측에 전원 스위칭 제어 회로 및 구동 회로를 형성할 수 있으나, 2차측에서 전원 상태를 피드백받아 2차측에서 스위칭을 제어하는 방식은 스위칭 주파수를 정밀하게 제어하기 어려우며, 더하여 포토 커플러를 채용하지 않는 대신, 2차측에서 전원 상태를 피드백받아 바로 사용하기 위한 트랜지스터와 같은 비선형소자가 추가적으로 채용되어야 하여 제조 비용이 다시 증가하는 문제점이 여전히 있다.

한국공개특허공보 제10-2012-0006392호

본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 별도의 고가 소자나 복잡한 회로를 채용하지 않고 이차측에서 전원상태를 피드백받아 이차측에서 일차측 스위칭 주파수를 정밀하게 제어할 수 있는 전원 공급 장치를 제공한다.

본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 일차측에 입력된 입력 전원을 스위칭하여 상기 일차측과 전기적으로 절연된 이차측에 연결되는 소정의 부하에 전원을 공급하는 전원 공급 장치의 제어 회로에 있어서, 소정의 PWM 신호를 생성하여 상기 부하의 종단에 연결된 디밍 스위치에 인가하고, 상기 부하에 공급되는 전원에 따른 피드백 신호와 상기 PWM 신호에 따라 생성되는 제어 전압에 기초하여 상기 일차측의 스위칭 주파수를 제어하고, 상기 제어 전압은 상기 PWM 신호의 듀티와 무관하게 최소 전압 레벨과 최대 전압 레벨의 차가 일정하게 유지되는 제어 회로를 제안한다.

상기 제어회로는, 상기 디밍 스위치에 상기 PWM 신호를 인가하고, 상기 제어 전압을 생성하는 디밍부; 상기 디밍부의 제어 전압의 레벨에 따라 전류량이 변동하는 전류를 생성하는 전류 생성부; 상기 전류 생성부에 의해 생성된 전류에 따라 결정되는 주파수를 갖는 펄스 신호를 생성하는 신호 생성부; 및 상기 펄스 신호에 따라 스위칭 제어 신호를 생성하는 구동부; 를 포함할 수 있다.

상기 전류 생성부는, 복수의 저항; 사전에 설정된 제1 기준 전압과 상기 복수의 저항에 흐르는 전류에 따른 전압을 비교하는 제1 비교기; 상기 제1 비교부의 출력 신호에 따라 상기 복수의 저항에 흐르는 전류의 전류량을 조절하는 전류 조절 스위치; 및 상기 복수의 저항에 흐르는 전류를 미러링하여 상기 신호 생성부에 전달하는 전류 미러부; 를 포함하고, 상기 복수의 저항 중 적어도 하나에 흐르는 전류는 상기 디밍부에서 생성되는 상기 제어 전압에 따라 전류량이 변동될 수 있다.

상기 제1 비교기는 상기 제1 기준전압이 인가되는 비반전단을 포함하고, 상기 전류 조절 스위치는 상기 제1 비교기의 출력단과 연결되는 게이트, 상기 제1 비교기의 반전단과 연결되는 소스 및 상기 전류 미러부와 연결되는 드레인을 구비하는 트랜지스터를 포함하고, 상기 복수의 저항 중 일부는 상기 제1 비교기의 반전단과 접지 사이에 구비되고, 상기 복수의 저항 중 나머지는 상기 제1 비교기의 비반전단과 상기 디밍부의 출력 노드 사이에 구비될 수 있다.

상기 디밍부는, 상기 디밍 스위치에 상기 PWM 신호를 인가하는 PWM 신호 생성기; 상기 피드백 신호와 소정의 목표 전원 레벨을 비교하는 제2 비교기; 일단이 접지에 연결되고, 상기 제2 비교기의 출력 신호에 의해 충방전되는 제1 커패시터; 상기 제2 비교기의 출력단과 상기 제1 커패시터의 타단 사이에 배치되는 제1 스위치; 적어도 두 개의 저항을 포함하여, 상기 제1 커패시터의 충전 전압을 분압하는 분압부; 상기 제1 커패시터의 충전 전압과 사전에 설정된 제2 기준 전압을 비교하는 제3 비교기; 및 상기 제3 비교기의 출력 신호에 따라 상기 적어도 두 개의 저항 중 적어도 하나의 저항값을 조정하는 보상부; 를 포함하고, 상기 제1 스위치는 상기 PWM 신호에 의해 스위칭 동작하고, 상기 제1 커패시터의 충전 전압은 상기 제어 전압으로 이용될 수 있다.

상기 제1 커패시터의 충전 전압이 인가되는 베이스, 구동전원단과 연결되는 콜렉터, 및 이미터를 구비하는 이종 접합 트랜지스터; 를 더 포함하고, 상기 이미터에서 출력되는 전압을 상기 분압부로 제공할 수 있다.

상기 이미터에서 출력되는 전압을 버퍼링하는 버퍼; 를 더 포함할 수 있다.

상기 신호 생성부는, 상기 전류 생성부로부터 출력되는 전류에 의해 충방전되는 제2 커패시터; 상기 제2 커패시터와 병렬로 배치되는 충방전 스위치; 사전에 설정된 제3 기준 전압과 상기 제2 커패시터의 충전 전압을 비교하여 상기 충방전 스위치의 스위칭을 제어하는 제1 비교부; 및 상기 제2 커패시터의 충전 전압과 사전에 설정된 제4 기준 전압을 비교하여 펄스 신호를 생성하는 제2 비교부; 를 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 일차측에 입력된 입력 전원을 스위칭하여 상기 일차측과 전기적으로 절연된 이차측에 연결되는 소정의 부하에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 부하의 종단에 연결된 디밍 스위치에 소정의 PWM 신호를 인가하고, 상기 부하에 인가되는 전원에 따른 피드백 신호와 상기 PWM 신호에 따라 생성되는 제어 전압에 기초하여 상기 일차측의 스위칭 주파수를 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 제어 전압은 상기 PWM 신호의 듀티와 무관하게 최소 전압 레벨과 최대 전압 레벨의 차가 동일하게 유지될 수 있다.

상기 전원 공급부는, 상기 입력 전원이 입력되는 입력 전원단과 접지 사이에 직렬 연결된 적어도 둘의 스위치를 구비하여, 상기 입력 전원을 스위칭하는 스위칭부; 상기 스위칭부에 의해 스위칭된 전원의 전압 레벨을 변압하는 변압부; 상기 변압부로부터의 출력 전원을 안정화시켜 사전에 설정된 제1 전원을 출력하는 제1 출력부; 및 상기 변압부로부터의 출력 전원을 안정화시켜 사전에 설정된 제2 전원을 출력하는 제2 출력부; 를 포함할 수 있다.

상기 변압부는, 상기 스위칭부의 인덕터-인덕터-커패시터(LLC) 공진 동작을 제공하는 공진 탱크; 및 상기 스위칭부의 스위칭된 전원을 입력받는 일차 권선과, 상기 일차 권선과 사전에 설정된 권선비를 각각 형성하여 상기 제1 전원 또는 제2 전원을 각각 출력하는 제1 이차 권선 및 제2 이차 권선을 갖는 트랜스포머; 를 포함할 수 있다.

상기 전원 공급부는, 교류 전원을 정류 및 평활하는 정류 평활부; 및 상기 정류 평활부로부터의 직류 전원을 역률 보정하여 상기 스위칭부에 공급하는 역률 보정부; 를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 전원은 적어도 하나의 발광 다이오드 채널에 공급될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 전원 공급부의 전원 상태에 따라 상기 스위칭 주파수를 제어하여 제1 전원의 전원 상태를 제어하고, 스위칭 듀티를 제어하여 상기 제2 전원의 전원 상태를 제어할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고가의 별도 소자나 복잡한 회로의 채용 없이 외부의 저항만으로 이차측에서 일차측의 스위칭 주파수를 제어하여 회로가 간단하고 제조 비용이 저감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 일 실시형태를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 제어부를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 3는 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 신호 생성부의 신호 파형을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 전류 생성부를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 전원 공급 장치에 채용되는 디밍부를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 주요 부분의 신호 파형을 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 전원 공급 장치의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 데이터이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다라고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때는 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.

또한, 어떤 구성요소를 포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 일 실시형태를 개략적으로 나타내는 회로도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 전원 공급 장치(100)의 일 실시형태는 전원 공급부(110) 및 제어부(120) 를 포함할 수 있다.

전원 공급부(110)는 스위칭부(113), 변압부(114), 제1 출력부(115)를 포함할 수 있으며, 정류 평활부(111), 역률 보정부(112) 및 제2 출력부(116)를 추가적으로 포함할 수 있다.

정류 평활부(111)는 교류 전원을 정류 및 평활하여 역률 보정부(112)에 전달할 수 있고, 역률 보정부(112)는 정류 평활부(111)로부터의 직류 전원의 전압 및 전류 간의 위상차를 조정하여 역률을 보정할 수 있다.

스위칭부(113)는 역률 보정부(112)로부터의 직류 전원이 입력되는 입력 전원단과 접지 사이에 스택(stack)된 적어도 둘의 스위치(M1, M2)를 구비할 수 있으며, 스위치(M1) 및 스위치(M2)의 교번 스위칭 동작에 의해 전원 변환 동작을 수행할 수 있다.

변압부(114)는 공진 탱크(114a)와 트랜스포머(114b)를 포함할 수 있으며, 공진 탱크(114a)는 인덕터-인덕터-커패시터(Lr,Lm,Cr)(LLC) 공진 동작을 제공할 수 있으며, 이중 하나의 인덕터(Lm)는 트랜스포머(114b)의 자화 인덕터일 수 있다.

트랜스포머(114b)는 일차 권선(P) 및 이차 권선(Q1, Q2)을 포함할 수 있으며, 일차 권선(P)와 이차 권선(Q1, Q2)는 전기적으로 절연될 수 있다. 즉, 일차 권선(P)과 이차 권선(Q1, Q2)의 그라운드의 전기적 성질은 서로 다를 수 있다.

보다 상세하게는 정류 평활부(111), 역률 보정부(112), 스위칭부(113), 공진 탱크(114a) 및 트랜스포머(114b)의 일차 권선(P)는 일차 측에 형성될 수 있고, 트랜스포머(114b)의 이차 권선(Q1, Q2), 제1 및 제2 출력부(115, 116) 및 제어부(120)은 이차 측에 형성될 수 있다.

일차 권선(P)과 이차 권선(Q1, Q2)는 서로 사전에 설정된 권선비를 형성하며, 이차 권선(Q1, Q2)는 상기 권선비에 따라 전압 레벨을 가변하여 전원을 출력할 수 있다.

제1 출력부(115)는 제1 이차 권선(Q1)으로부터의 제1 전원을 정류 및 안정화시켜 출력할 수 있으며, 소정의 부하 특히 적어도 하나의 발광 다이오드 채널(LED)에 공급할 수 있다. 제2 출력부(116)는 제2 이차 권선(Q2)로부터의 제2 전원을 정류 및 안정화시켜 출력할 수 있다.

제어부(120)는 이차 측에 형성되어 제1 출력부(115)의 전원 상태를 피드백받아 일차 측에 위치한 스위칭부(113)의 스위칭 주파수를 제어할 수 있다. 보다 상세하게는 제1 출력부(115)의 제1 전원이 부하(LED)에 공급되어, 부하(LED)의 종단과 접지 사이에 위치한 디밍 스위치(Q)에 PWM 신호를 인가하여 부하(LED)에 흐르는 전류를 조절할 수 있으며, 부하(LED)에 흐르는 전류를 검출하여 생성되는 fbdk 신호와 PWM 신호에 따라 스위칭부(113)의 스위칭 주파수를 제어하여 제1 전원의 전원 레벨을 제어할 수 있다.

이때, 제어부(120)는 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)에 흐르는 전류에 기초하여 스위칭부(113)의 스위칭 주파수의 최소값과 최대값을 제어하는 스위칭 제어 신호(GDA, GDB)를 제공할 수 있다.

한편, 제어부(120)는 스위칭부(113)의 스위칭 주파수를 제어하여 제1 전원의 전원 레벨을 제어할 수 있고, 스위칭부(113)의 스위칭 듀티를 제어하여 제2 전원의 전원 레벨을 제어할 수 있다.

전원 공급 장치에서 다중 출력시 하나의 제어 회로 및 스위칭 회로를 통해 스위칭 주파수로 제1 전원의 전원 레벨을 제어하고, 스위칭 듀티로 제2 전원의 전원 레벨을 제어하는 기술 내용은 당해 분야에서 널리 알려진 기술 내용이므로 이에 관한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 2는 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 제어부를 개략적으로 나타내는 회로도이고, 도 3는 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 신호 생성부의 신호 파형을 나타내는 그래프이다.

도 2를 참조하면, 제어부(120)는 디밍부(121), 제1 및 제 2 저항(Rfmin, Rfmax), 전류 생성부(122), 신호 생성부(123), 및 구동부(124)를 포함할 수 있다.

디밍부(121)는 PWM 신호 생성회로를 구비하여 이차 측의 부하(LED)의 종단과 접지 사이에 위치한 디밍 스위치(Q)에 PWM 신호를 인가하여 부하(LED)에 흐르는 전류를 조절할 수 있다. 또한, 디밍부(121)는 전류 생성부(122)와 ero 노드를 통해 연결되고, PWM 신호와 fdbk 신호에 따라 ero 노드의 전압인 Vero를 조절한다.

전류 생성부(122)는 도 1에 도시되어 있는 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)를 포함하고, 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)에 흐르는 전류를 미러링하여 생성되는 전류(Iosc)를 신호 생성부(123)에 전달할 수 있다.

디밍부(121)와 전류 생성부(122)의 상세 구성 및 동작에 대하여는 후술하도록 한다.

신호 생성부(123)는 커패시터(C1), 충방전 스위치(Q1), 제1 비교부(op1) 및 제2 비교부(op2)를 포함하여 커패시터(C1)에 충방전되는 전압에 따라 톱니 신호를 생성할 수 있다. 보다 상세하게는 커패시터(C1)는 전류 생성부(122)로부터의 전류를 공급받고, 충방전 스위치(Q1)의 스위칭 동작에 따라 충전 및 방전할 수 있다. 또한, 제1 비교부(op1)는 사전에 설정된 기준 전압(Vx)과 커패시터(C1)에 충전된 전압 레벨을 비교하여 그 비교 결과에 따라 충방전 스위치(Q1)의 스위칭을 제어할 수 있다.

이에 따라, 커패시터(C1)의 전압 레벨은 도 3에 도시된 바와 같이 톱니 신호와 같은 형태일 수 있으며, 제2 비교부(op2)는 톱니 신호(Vramp)와 사전에 설정된 기준 전압(Vcp)를 비교하여 펄스 신호(Din)를 구동부(124)에 제공할 수 있다.

구동부(124)는 제2 비교부(op2)으로부터의 펄스 신호(Din)에 기초하여 스위칭부(113)의 스위치(M1, M2)를 구동시킬 수 있는 스위칭 제어 신호(GDA, GDB)를 제공할 수 있다. 이 때, 스위칭 제어 신호 GDA는 펄스 신호(Din)과 동일한 신호 일 수 있고, 스위칭 제어 신호 GDB는 스위칭 제어 신호 GDB를 반전한 신호에 해당할 수 있다.

한편, 전류 생성부(122)로부터의 전류(Iosc) 레벨은 커패시터(C1)에 전류가 충전되는 시간을 제어할 수 있으며, 이에 따라 스위칭 제어 신호(GDA, GDB)의 주파수가 제어될 수 있다.

도 4는 본 발명의 전원 공급 장치에 채용된 전류 생성부를 개략적으로 나타내는 회로도이다.

도 4를 참조하면, 전류 생성부(122)는 2개의 트랜지스터(P1, P2)로 구성되는 전류 미러부(mi), 제1 비교기(opa), 전류 조절 스위치(S), 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)를 포함할 수 있다. 전류 미러부(mi)는 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)에 흐르는 전류를 미러링하여 신호 생성부(123)에 공급할 수 있다.

구체적으로, 제1 비교기(opa)는 사전에 설정된 제1 기준 전압(Vref1)과 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)에 흐르는 전류에 따른 전압(RT 노드의 전압)을 비교하고, 그 비교 결과에 따라 전류 조절 스위치(S)의 스위칭 동작을 제어하여 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)에 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 상세히 설명하면, RT 노드의 전압이 제1 기준전압(Vref1) 보다 높은 경우, 제1 비교기(opa)의 출력 전압은 감소하고, 이에 따라 전류 조절 스위치(S)를 통하여 흐르는 전류의 양은 감소된다. 여기서 감소된 전류가 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)를 통하여 흐를 경우 전압 강하가 발생하여 RT 노드의 전압이 감소한다. 위와 반대로, RT 노드의 전압이 제1 기준전압(Vref2) 보다 낮은 경우, 제1 비교기(opa)의 출력 전압은 증가하고, 이에 따라 전류 조절 스위치(S)를 통하여 흐르는 전류의 양은 증가한다. 여기서 증가된 전류가 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)에 흐르게 되어 RT 노드의 전압이 상승하게 된다.

RT 노드의 전압과 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)으로 인하여 전류(Imin, Imax)가 생성되는데, 제1 및 제2 저항(Rfmin, Rfmax)의 크기에 따라 전류 Imin, Imax의 전류량이 달라지게 된다. 이 때, 제1 저항(Rfmin)은 그라운드에 연결되고, 제2 저항(Rfmax)는 ero 노드와 연결되어 있으므로, ero 노드의 전압에 따라 전체 저항값이 변경되어 전체 전류량이 달라질 수 있다.

도 5는 본 발명의 전원 공급 장치에 채용되는 디밍부를 개략적으로 나타내는 회로도이다. 디밍부(121)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 비교기(opb), 제3 비교기(opc), 스위치(S1), 커패시터(Ccomp), 반전기(INV) 및 PWM 신호 생성기(PWMC) 및 두 개의 저항(R1, R2)을 포함할 수 있으며, 추가적으로 이종 접합 트랜지스터(BJT) 및 버퍼(bf)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 도 5에는 저항 R1이 가변 저항으로 도시되었으나, 저항 R2가 가변 저항일 수 있으며, 나아가 저항 R1 및 R2 모두 가변저항일 수 있다.

PWM 신호 생성기(PWMC)에서 생성되는 PWM 신호가 하이 레벨인 경우, 스위치 S1은 온 동작하고 PWM 신호가 로우 레벨인 경우 스위치 S1은 오프 동작하는 것으로 가정하여 설명하도록 한다.

PWM 신호가 하이 레벨인 경우, 제2 비교기(opb)는 목표 전원 레벨(ADIM)과 부하(LED)에 흐르는 전류로부터 검출되는 피드백 신호(fbdk)를 비교하고, 커패시터(Ccomp)는 비교 결과에 따라 충전되어 전압 Vcomp를 생성한다. 전압 Vcomp 는 이미터 폴로어(emitter follower) 구조의 이종 접합 트랜지스터(BJT)를 통하여 저항 R1 및 R2에 전달되고, 저항 R1 및 R2를 통해 분압된 전압은 버퍼(bf)를 통해 버퍼링되어 노드 ero에 제공된다. 이종 접합 트랜지스터(BJT)를 이미터 폴로어 구조로 구성함으로써, 그라운드를 통하여 유입되는 노이즈가 전압 Vcomp에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

보다 상세하게 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 목표 전원 레벨(ADIM)보다 피드백 신호(fbdk)가 낮으면 제2 비교기(opb)의 비교 결과에 따라 전압 Vcomp의 레벨은 상승하고 이에 따라 버퍼(b1)의 출력단의 전압(ero) 레벨이 상승하게 된다. 제1 저항(Rfmin)에 흐르는 전류(Imin)는 고정되어 있으므로, 제2 저항(Rfmax)에 흐르는 전류(Imax)는 점차 줄어들게 되어 스위칭 제어 신호(GDA, GDB)의 주파수는 느려지게 되고 제1 전원의 전압 레벨은 상승하게 된다.

반대로, 피드백 신호(fbdk)의 신호 레벨이 목표 전원 레벨(ADIM)보다 높으면 제2 비교기(opb)의 비교 결과에 따라 전압 Vcomp의 전압 레벨은 떨어지고 이에 따라 버퍼(b1)의 출력단(ero) 의 전압 레벨(Vero) 또한 떨어지게 된다. 따라서, 제2 저항(Rfmax)에 흐르는 전류(Imax)는 점차 증가하게 되어 스위칭 제어 신호(GDA, GDB)의 주파수는 빨라지게 되고 제1 전원의 전압 레벨은 떨어지게 된다. 상술한 동작이 반복되어 목표하는 제1 전원의 출력 전압의 레귤레이션(regulation)이 이루어질 수 있다

PWM 신호가 로우 레벨인 경우, 부하(LED)에 전류가 흐르지 못하게 되어 제1 전원의 전압 레벨이 상승하게 된다. 제1 전원의 전압 레벨을 감소하기 위하여, 스위치 S1이 오프 동작하고, 커패시터(Ccomp)가 서서히 방전되어, 전압 Vcomp의 전압 레벨은 서서히 감소하게 된다. Vcomp가 서서히 감소함에 따라 ero 전압이 낮아지고 스위칭 제어 신호(GDA, GDB)의 주파수가 빨라지게 되어 제1 전원의 전압 레벨이 떨어지게 된다.

한편, PWM 신호가 로우 레벨인 경우 스위치 S1을 오프 동작하여 Vcomp 전압이 떨어지는데, PWM 신호의 듀티(Duty)가 달라지는 경우 PWM 신호의 로우 레벨 구간이 달라지게 되어 도 7과 같이 강하되는 전압 레벨에 차이가 발생하게 된다. 이러한 전압 강하(voltage drop)가 커지게 되면 스위칭 제어 신호(GDA, GDB)의 주파수가 크게 변동될 수 있고 결과적으로 제1 전원의 전압 레벨 또한 달라지게 되어 시스템에서 요구하는 사양(specification)을 벗어나는 문제점이 발생할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 지적한 문제점을 제3 비교기(opc) 및 보상부(121a)를 이용하여 해결한다. 제3 비교기(opc)는 소정의 제2 기준전압(Vref2)과 전압 Vcomp를 비교하여 Vcomp 전압이 떨어지는 것을 검출한다. Vcomp 전압 레벨이 제2 기준 전압(Vref2) 보다 낮아지는 경우, Vcomp 전압을 상승시키기 위한 업(up) 신호를 출력하고, 보상부(121a)는 업(up) 신호에 따라 저항 R1의 저항 값을 조절하여 저항 R1과 R2의 접속 노드에서 출력되는 전압을 올리게 된다. 따라서, 도 8과 같이, PWM 신호의 듀티에 무관하게 PWM 신호가 로우 레벨일 때, Vero 전압의 변동량을 일정하게 유지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고가의 별도 소자나 복잡한 회로의 채용 없이 외부의 저항만을 채용하여 저항에 흐르는 전류를 제어함으로써 이차측에서 일차측의 스위칭 주파수를 제어하여 회로가 간단하고 제조 비용이 저감될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 전원공급 장치
110: 전원 공급부
111: 정류평활부
112: 역률 봉정부
113: 스위칭부
114: 변압부
114a: 공진 탱크
115: 제1 출력부
116: 제2 출력부
120: 제어부
121: 디밍부
121a: 보상부
122: 전류 생성부
123: 신호 생성부
124: 구동부

Claims

일차측에 입력된 입력 전원을 스위칭하여 상기 일차측과 전기적으로 절연된 이차측에 연결되는 소정의 부하에 전원을 공급하는 전원 공급 장치의 제어 회로에 있어서,
소정의 PWM 신호를 생성하여 상기 부하의 종단에 연결된 디밍 스위치에 인가하고, 상기 부하에 공급되는 전원에 따른 피드백 신호와 상기 PWM 신호에 따라 생성되는 제어 전압에 기초하여 상기 일차측의 스위칭 주파수를 제어하고, 상기 제어 전압은 상기 PWM 신호의 듀티와 무관하게 최소 전압 레벨과 최대 전압 레벨의 차가 일정하게 유지되는 제어 회로.
제1항에 있어서,
상기 디밍 스위치에 상기 PWM 신호를 인가하고, 상기 제어 전압을 생성하는 디밍부;
상기 디밍부의 제어 전압의 레벨에 따라 전류량이 변동하는 전류를 생성하는 전류 생성부;
상기 전류 생성부에 의해 생성된 전류에 따라 결정되는 주파수를 갖는 펄스 신호를 생성하는 신호 생성부; 및
상기 펄스 신호에 따라 스위칭 제어 신호를 생성하는 구동부; 를 포함하는 제어 회로.
제2항에 있어서, 상기 전류 생성부는,
복수의 저항;
사전에 설정된 제1 기준 전압과 상기 복수의 저항에 흐르는 전류에 따른 전압을 비교하는 제1 비교기;
상기 제1 비교부의 출력 신호에 따라 상기 복수의 저항에 흐르는 전류의 전류량을 조절하는 전류 조절 스위치; 및
상기 복수의 저항에 흐르는 전류를 미러링하여 상기 신호 생성부에 전달하는 전류 미러부; 를 포함하고,
상기 복수의 저항 중 적어도 하나에 흐르는 전류는 상기 디밍부에서 생성되는 상기 제어 전압에 따라 전류량이 변동되는 제어 회로.
제3항에 있어서,
상기 제1 비교기는 상기 제1 기준전압이 인가되는 비반전단을 포함하고,
상기 전류 조절 스위치는 상기 제1 비교기의 출력단과 연결되는 게이트, 상기 제1 비교기의 반전단과 연결되는 소스 및 상기 전류 미러부와 연결되는 드레인을 구비하는 트랜지스터를 포함하고,
상기 복수의 저항 중 일부는 상기 제1 비교기의 반전단과 접지 사이에 구비되고, 상기 복수의 저항 중 나머지는 상기 제1 비교기의 비반전단과 상기 디밍부의 출력 노드 사이에 구비되는 제어 회로.
제2항에 있어서, 상기 디밍부는,
상기 디밍 스위치에 상기 PWM 신호를 인가하는 PWM 신호 생성기;
상기 피드백 신호와 소정의 목표 전원 레벨을 비교하는 제2 비교기;
일단이 접지에 연결되고, 상기 제2 비교기의 출력 신호에 의해 충방전되는 제1 커패시터;
상기 제2 비교기의 출력단과 상기 제1 커패시터의 타단 사이에 배치되는 제1 스위치;
적어도 두 개의 저항을 포함하여, 상기 제1 커패시터의 충전 전압을 분압하는 분압부;
상기 제1 커패시터의 충전 전압과 사전에 설정된 제2 기준 전압을 비교하는 제3 비교기; 및
상기 제3 비교기의 출력 신호에 따라 상기 적어도 두 개의 저항 중 적어도 하나의 저항값을 조정하는 보상부; 를 포함하고,
상기 제1 스위치는 상기 PWM 신호에 의해 스위칭 동작하고, 상기 제1 커패시터의 충전 전압은 상기 제어 전압으로 이용되는 제어 회로.
제5항에 있어서,
상기 제1 커패시터의 충전 전압이 인가되는 베이스, 구동전원단과 연결되는 콜렉터, 및 이미터를 구비하는 이종 접합 트랜지스터; 를 더 포함하고, 상기 이미터에서 출력되는 전압을 상기 분압부로 제공하는 제어 회로.
제6항에 있어서,
상기 이미터에서 출력되는 전압을 버퍼링하는 버퍼; 를 더 포함하는 제어 회로.
제2항에 있어서, 상기 신호 생성부는
상기 전류 생성부로부터 출력되는 전류에 의해 충방전되는 제2 커패시터;
상기 제2 커패시터와 병렬로 배치되는 충방전 스위치;
사전에 설정된 제3 기준 전압과 상기 제2 커패시터의 충전 전압을 비교하여 상기 충방전 스위치의 스위칭을 제어하는 제1 비교부; 및
상기 제2 커패시터의 충전 전압과 사전에 설정된 제4 기준 전압을 비교하여 펄스 신호를 생성하는 제2 비교부; 를 포함하는 제어 회로.
일차측에 입력된 입력 전원을 스위칭하여 상기 일차측과 전기적으로 절연된 이차측에 연결되는 소정의 부하에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및
상기 부하의 종단에 연결된 디밍 스위치에 소정의 PWM 신호를 인가하고, 상기 부하에 인가되는 전원에 따른 피드백 신호와 상기 PWM 신호에 따라 생성되는 제어 전압에 기초하여 상기 일차측의 스위칭 주파수를 제어하는 제어부; 를 포함하고,
상기 제어 전압은 상기 PWM 신호의 듀티와 무관하게 최소 전압 레벨과 최대 전압 레벨의 차가 동일하게 유지되는 전원 공급 장치.
제9항에 있어서, 상기 전원 공급부는
상기 입력 전원이 입력되는 입력 전원단과 접지 사이에 직렬 연결된 적어도 둘의 스위치를 구비하여, 상기 입력 전원을 스위칭하는 스위칭부;
상기 스위칭부에 의해 스위칭된 전원의 전압 레벨을 변압하는 변압부;
상기 변압부로부터의 출력 전원을 안정화시켜 사전에 설정된 제1 전원을 출력하는 제1 출력부; 및
상기 변압부로부터의 출력 전원을 안정화시켜 사전에 설정된 제2 전원을 출력하는 제2 출력부; 를 포함하는 전원 공급 장치.
제10항에 있어서, 상기 변압부는
상기 스위칭부의 인덕터-인덕터-커패시터(LLC) 공진 동작을 제공하는 공진 탱크; 및
상기 스위칭부의 스위칭된 전원을 입력받는 일차 권선과, 상기 일차 권선과 사전에 설정된 권선비를 각각 형성하여 상기 제1 전원 또는 제2 전원을 각각 출력하는 제1 이차 권선 및 제2 이차 권선을 갖는 트랜스포머; 를 포함하는 전원 공급 장치.
제10항에 있어서, 상기 전원 공급부는
교류 전원을 정류 및 평활하는 정류 평활부; 및
상기 정류 평활부로부터의 직류 전원을 역률 보정하여 상기 스위칭부에 공급하는 역률 보정부; 를 더 포함하는 전원 공급 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 전원은 적어도 하나의 발광 다이오드 채널에 공급되는 전원 공급 장치.
제10항에 있어서, 상기 제어부는
상기 전원 공급부의 전원 상태에 따라 상기 스위칭 주파수를 제어하여 제1 전원의 전원 상태를 제어하고, 스위칭 듀티를 제어하여 상기 제2 전원의 전원 상태를 제어하는 전원 공급 장치.