KR20150031880A - Apparatus for active valley-fill circuit for driving light emitting diodes - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필(valley-fill) 회로에 관한 것으로 컨버터를 사용하지 않는 교류 전원(AC) 직결형 리니어(linear) 방식의 발광 다이오드(LED) 구동장치에 있어서 플리커(Flicker) 특성을 개선하고 고 광효율 (Luminance Efficiency), 고 역률(Power Factor) 및 저 THD(Total Harmonic Distortion) 특성을 제공한다. 본 발명은 하나 이상의 채널을 갖는 다채널 발광다이오드 구동에 다양하게 적용할 수 있다.
BACKGROUND OF THE
발광 다이오드를 사용한 조명의 구동은 크게 SMPS(Switching Mode Power Supply)와 같이 인덕터와 캐패시터를 사용하여 전류를 제어하는 컨버터(converter) 방식과 SMPS를 사용하지 않고 상용 교류 전원을 직접 이용하여 전류를 제어하는 교류 전원 직결형 리니어 방식으로 구분할 수 있다. 컨버터 방식의 경우 에너지 저장 소자인 인턱터와 캐패시터를 사용하여 교류 전원 전압이 낮은 구간에서도 발광다이오드에 일정한 전류를 흘릴 수 있어 플리커가 발생하지 않는다. 그러나 컨버터 방식의 경우 시스템의 구성이 복잡하고 시스템의 크기와 무게를 감소시키기가 힘들다. 또한 컨버터 방식의 경우, 역률 향상을 위해서는 별도의 역률 보정 회로를 사용해야 하며 스위칭 시 발생하는 전자파 발생을 억제하기 위한 추가적인 회로를 구성해야 하므로 생산원가가 높다.Light emitting diodes are driven by converters that control current by using inductors and capacitors, such as SMPS (Switching Mode Power Supply), and currents by using commercial AC power directly without using SMPS And can be classified into an AC power direct type linear method. In the case of the converter method, the inductor and the capacitor, which are energy storage elements, are used so that a constant current can be supplied to the light emitting diode even in a region where the AC power supply voltage is low, so that flicker does not occur. However, in the case of the converter method, the configuration of the system is complicated and it is difficult to reduce the size and weight of the system. In addition, in the case of the converter method, a separate power factor correction circuit must be used to improve the power factor, and an additional circuit for suppressing the generation of electromagnetic waves generated at the time of switching is required.
한편 교류 전원 직결형 리니어 방식은 상용 전원인 교류 전원을 직접 이용하여 전류를 제어하므로, 컨버터 방식에 비해 회로가 단순한 장점이 있다.On the other hand, direct-current type direct-current type linear power system has a merit of simpler circuit than the converter type because it controls the current by directly using the AC power source, which is a commercial power source.
도 1은 기존의 리니어 방식의 구동회로와 입력전압 및 전류를 나타낸다. 입력이 LED 턴온(turn on) 전압보다 낮은 구간동안에는 입력전류를 흐르지 않기 때문에 플리커가 발생하고 역률이 낮고 THD가 높게 나타난다. 도 2는 다채널 구동 혹은 순차적 구동방식에서의 입력전압과 전류 특성을 나타내며 하나의 채널만으로 동시에 구동시키는 기존 방식에 비해서 역률, THD 및 효율 특성에 있어 개선을 보이고 있다. 그러나 도 1과 마찬가지로 도 2에서도 교류 전원을 사용하여 직접 발광 다이오드를 구동하기 때문에 발광 다이오드에 인가되는 전압이 발광 다이오드 구동에 필요한 전압보다 낮은 경우 발광다이오드가 구동되지 않는다. 즉, 교류 전원 주파수(frequency) 두 배에 해당하는 100Hz 혹은 120Hz의 주기로 발광다이오드 구동 전류는 흐르지 않게 되며 구동전류의 주파수와 듀티(duty)에 해당하는 플리커가 발생한다. TV나 모니터와 같은 디스플레이는 대부분 60Hz의 플리커를 동반하고 있으나 최근의 LED 조명에 대해서는 한층 더 강화된 플리커 규정을 설정하려는 움직임이 활발하다. 규정강화의 근거는 장시간 사용하는 조명에 노출된 경우 120 Hz 이하에서는 민감한 사람에게서 어지러움이나 발작 같은 문제를 야기할 수 있다는 연구가 보고되기 때문이다. 교류 전원을 직접 사용하는 리니어 방식의 최대 장점은 스위칭 방식 대비 시스템의 단순함에서 오는 높은 신뢰성, 경박단소한 시스템과 낮은 제조 원가이다. 그러나 향후 제정될 것으로 전망되는 신 규정에서 요구하는 플리커 특성을 만족하지 못할 경우 일반조명에 있어 리니어 방식은 더 이상 사용될 수 없을 것이다. 1 shows a conventional linear driving circuit and input voltage and current. Flicker occurs because the input current does not flow during the period when the input is below the LED turn-on voltage, and the power factor is low and the THD is high. 2 shows input voltage and current characteristics in a multi-channel driving mode or a sequential driving mode, and shows improvements in power factor, THD and efficiency characteristics compared with the conventional method in which the driving is performed simultaneously using only one channel. However, in FIG. 2, as in FIG. 1, since the direct light emitting diode is driven using the AC power source, the light emitting diode is not driven when the voltage applied to the light emitting diode is lower than the voltage required for driving the light emitting diode. That is, the LED driving current does not flow at a cycle of 100 Hz or 120 Hz corresponding to twice the frequency of the AC power source, and a flicker corresponding to the frequency and duty of the driving current occurs. Most displays such as TVs and monitors are accompanied by flicker at 60 Hz, but there is an active trend to set more flicker regulations for LED lighting in recent years. The reason for the strengthening of regulations is that researchers report that exposure to long-term lighting can cause problems such as dizziness or seizures in sensitive people below 120 Hz. The greatest advantage of linear systems using direct AC power is the high reliability, lightweight and compact system and low manufacturing costs that come from the simplicity of the switching system versus the switching system. However, if the flicker characteristics required by the new regulations expected to be enacted in the future are not satisfied, the linear method will no longer be available for general illumination.
높은 역률을 유지하면서 전원전압이 낮아지는 것을 방지할 수 있는 회로는 널리 사용되고 있는 수동형 밸리필 (Passive Valley-fill) 회로이다. 도 3은 수동형 밸리필 회로와 출력전압 특성을 나타낸다. C1과 C2는 평균적으로 정류된 최고 전압의 절반씩 충전하여 교류 전압이 낮은 경우 C2가 부하를 구동하는 동작을 수행한다. 그러나 수동형 밸리필 회로의 경우 최고전압의 반까지만 밸리필되어 리니어 방식의 발광다이오드회로에 적용할 경우 플리커, 발광효울 및 역률 등을 제어하는데 있어 많은 한계를 가지게 된다.A passive valley-fill circuit that is widely used is a circuit that can prevent the power supply voltage from being lowered while maintaining a high power factor. Figure 3 shows the passive valley-fill circuit and output voltage characteristics. C 1 and C 2 is charged by the half of the maximum average rectified voltage to perform the operation in which the C 2 If the AC voltage is low to drive the load. However, passive-type fill-in circuits are limited to only half of the maximum voltage, and when applied to linear-type light-emitting diode circuits, there are many limitations in controlling flicker, emission efficiency, and power factor.
본 발명에서는 컨버터를 사용하지 않는 리니어 방식에 있어 하나의 캐패시터와 하나의 스위치를 사용하고 이를 제어하여 수동형 밸리필 회로를 사용할 때 보다 더 개선된 플리커 특성, 고광효율 및 고역률의 특성을 만족하는 능동형 밸리필 회로에 관한 내용이다.
In the present invention, a single capacitor and a single switch are used in a linear method that does not use a converter, and the active type that satisfies the characteristics of a flicker characteristic, a high light efficiency, and a high power factor, This is about the Valley fill circuit.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 발광다이오드 구동회로에 있어 더 개선된 플리커 특성, 고광효율 및 고역률의 특성을 만족하는 능동형 밸리필 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an active type valley-fill circuit which satisfies the characteristics of improved flicker characteristics, high light efficiency and high power factor in a conventional LED driving circuit.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 발광다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로는 교류 전원(VAC)을 정류하는 정류부; 상기 정류부의 (+)단자에 연결되고, 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 스위치 블록; 상기 스위치 블록과 상기 정류부의 (-)단자에 연결되는 캐패시터부; 상기 교류 전원의 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 전압 검출부에 연결되고, 검출된 상기 교류 전원의 전압을 기준으로 하여 상기 스위치 블록의 턴온 시기를 결정하는 절환 신호 발생기; 상기 절환 신호 발생기에 연결되고, 상기 스위치 블록을 구동하는 스위치 구동부; 상기 정류부에 연결된 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 블록; 및 상기 발광 다이오드 블록을 구동하는 발광다이오드 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an active valley-fill circuit for driving a light emitting diode, comprising: a rectifier for rectifying an AC power source; A switch block connected to the (+) terminal of the rectifying part and including at least one transistor; A capacitor connected to the negative terminal of the switch block and the rectifying part; A voltage detector for detecting a voltage of the AC power source; A switching signal generator connected to the voltage detector for determining a turn-on timing of the switch block based on the detected voltage of the AC power source; A switch driver connected to the switch signal generator and driving the switch block; A light emitting diode block including at least one light emitting diode connected to the rectifying portion; And a light emitting diode driver for driving the light emitting diode block.
이때, 상기 전압 검출부는 상기 교류 전원의 (+)단자, 상기 교류 전원의 (-)단자 및 공통전압 단자를 연결하는 저항의 Y 결선에 의해 이루어지고, 상기 정류부의 출력변동에 상관없이 상기 교류 전원의 전압 크기를 비례적으로 감소시킨다.Here, the voltage detecting unit is formed by Y wiring of a resistor connecting the (+) terminal of the AC power source, the (-) terminal of the AC power source and the common voltage terminal, In proportion to the magnitude of the voltage.
그리고 상기 전압 검출부는 교류 전압 뿐만 아니라 상기 정류부의 전압 혹은 상기 발광 다이오드 구동부로부터 절환시기 결정에 필요한 전압 혹은 전류를 검출할 수 있다 The voltage detector may detect not only the AC voltage but also the voltage of the rectifying part or the voltage or current necessary for determining the switching timing from the LED driving part
또한, 상기 절환 신호발생기는 비교기, 타이머 및 카운터 가운데 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 교류 전원 전압, 상기 정류부의 출력 혹은 발광 다이오드 구동부 중 적어도 어느 하나를 이용하여 절환 신호를 발생시킨다.The switching signal generator includes at least one of a comparator, a timer, and a counter, and generates a switching signal using at least one of the AC power supply voltage, the output of the rectifying unit, and the LED driving unit.
그리고 상기 스위치 구동부는 상기 절환 신호를 증폭하고 레벨시프트시켜 상기 스위치 블록을 구동시키는 소자를 더 포함할 수 있다.Further, the switch driving unit may further include a device for amplifying the switching signal and level-shifting the switching signal to drive the switching block.
또한, 상기 스위치 블록은 적어도 상기 절환 신호에 따라 상기 캐패시터의 전압을 상기 발광 다이오드 블록으로 인가할 수 있다.In addition, the switch block may apply the voltage of the capacitor to the LED block according to at least the switching signal.
이때, 상기 스위치 블록은 적어도 한 개의 P-타입 혹은 N-타입 모스펫(MOSFET)으로 이루어지는 스위치 및 상기 스위치에 병렬로 연결된 다이오드를 포함할 수 있다.At this time, the switch block may include a switch composed of at least one P-type or N-type MOSFET and a diode connected in parallel to the switch.
그리고 상기 스위치 블록은 BJT(Bipolar junction transistor) 또는 MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 사용한 달링톤(Darlington) 스위치, 캐스코드(Cascode) 스위치, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 및 접합형 전계효과 트랜지스터(JFET)로 이루어지는 스위치를 포함할 수 있다.The switch block may include a Darlington switch using a bipolar junction transistor (BJT) or a metal-oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), a cascode switch, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) And a transistor (JFET).
또한, 상기 절환 신호 발생기는 비교기를 포함할 수 있다.In addition, the switching signal generator may include a comparator.
그리고 상기 캐패시터부는 캐패시터를 포함하고 상기 캐패시터에 인가되는 전류를 제한하는 소자를 더 포함할 수 있다.The capacitor unit may further include a capacitor and a device for limiting a current applied to the capacitor.
이때, 상기 캐패시터에 인가되는 전류를 제한하는 소자는 저항, 전류원, 인덕터 및 다이오드를 포함할 수 있다.
At this time, the device for limiting the current applied to the capacitor may include a resistor, a current source, an inductor, and a diode.
상기와 같은 구성을 갖춘 본 발명에 따른 발광다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로는 입력전압이 높을 때 캐패시터를 충전하고 입력전압이 낮을 경우에 캐패시터에 충전된 전압으로 발광다이오드를 구동함으로써 교류 전압이 낮은 구간동안에도 캐패시터에 저장된 높은 전압으로 발광다이오드를 구동하여 플리커 특성을 개선시킬 뿐만 아니라 광 효율을 높이는 역할을 한다. 또한 캐패시터에 충전되는 최대 전류를 저항 혹은 인덕터를 이용하여 제한할 경우 좀 더 높은 역률과 낮은 THD 특성을 얻을 수 있다.The active valley-fill circuit for driving a light emitting diode according to the present invention having the above-described configuration charges a capacitor when an input voltage is high and drives a light emitting diode with a voltage charged in a capacitor when an input voltage is low, The light emitting diode is driven with the high voltage stored in the capacitor to improve the flicker characteristic as well as increase the light efficiency. In addition, when the maximum current charged in the capacitor is limited by a resistor or an inductor, a higher power factor and a lower THD characteristic can be obtained.
인체에 좋지 않는 영향을 미치는 것으로 판단되는 저주파수 플리커가 발생하는 조명의 제작을 제한하려는 움직임이 활발하며 선진국을 중심으로 플리커 신 규정을 설정하고 있다. 본 발명은 플리커 특성을 개선하면서도 고역률,고 광효율 및 저 THD 특성을 나타내며 전체 시스템의 구조가 간단한 장점을 가지고 있다. 그 결과 본 발명에 의한 조명시스템은 인덕터나 트랜스포머를 사용하지 않으면서도 플리커 특성을 개선하고 고 역률을 달성함과 동시에 고 주파수의 스위칭 동작이 없어 EMI 필터가 필요 없고 전체 시스템이 매우 간단하며 제조원가도 낮은 특징이 있다.
There is an active movement to limit the production of low-frequency flickering lights, which are considered to have a bad influence on the human body. The present invention exhibits high power factor, high light efficiency and low THD characteristics while improving flicker characteristics, and has a simple structure of the entire system. As a result, the lighting system according to the present invention improves flicker characteristics without using an inductor or a transformer, achieves a high power factor, and does not require an EMI filter because there is no high frequency switching operation. The entire system is very simple, Feature.
도 1은 기존의 리니어 방식에서의 구동회로와 입력전압 및 입력전류 파형을 나타낸다.
도 2은 기존의 리니어 방식을 사용한 다채널 혹은 순차구동형 발광 다이오드 구동 회로와 입력전압 및 입력전류 파형을 도시한 블록도이다.
도 3은 기존의 수동형 밸리필 회로와 입력전압(VIN)의 파형을 도시한 블록도이다.
도 4은 본 발명의 발광다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예로 밸리필 회로의 스위치로써 P-타입 모스펫(MOSFET)을 사용한 능동형 밸리필 회로를 나타내며 발광다이오드 구동회로에 적용한 블록도이다.
도 6는 도 5에서의 전류원 대신 저항을 사용한 발광다이오드 구동회로에 적용한 블록도이다.
도 7은 도 5에서 발광다이오드와 병렬로 발광다이오드에 흐르는 전류를 필터하기 위한 캐패시터(CLED,F)를 연결하여 LED에 흐르는 전류(ILED,F)의 턴오프(turn off) 타임을 감소시키는 기능을 갖는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예로 P-타입 모스펫(MOSFET)을 사용한 능동형 밸리필 회로를 4-채널 발광다이오드 구동회로에 적용한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 발광다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로의 동작을 설명하기 위한 파형으로 도 5에서의 교류 전압(VAC), 스위치의 게이트 전압(VGATE), 입력전압 (VIN) 및 캐패시터 전압(VC)의 특성을 나타낸다.
도 10는 본 발명의 발광다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로의 동작을 설명하기 위한 파형으로 도 5에서의 입력전압(VIN), 입력전류(IIN) 및 발광다이오드 전류(ILED)의 특성을 나타낸다.
도 11는 본 발명의 발광다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로의 동작을 설명하기 위한 파형으로 도 7에서의 입력전압(VIN), 입력전류(IIN) 및 필터링된 발광다이오드 전류(ILED,F)의 특성을 나타낸다.
도 12은 본 발명의 능동형 밸리필 회로를 4-채널 발광다이오드 구동회로에 적용한 경우의 동작을 설명하기 위한 파형을 나타내는 도면으로 입력전압(VIN)이 VLED1 < VIN < VLED1 + VLED2 범위 내에서 스위치를 턴온하여 밸리필 캐패시터에 저장된 전압을 입력전압(VIN)으로 공급할 경우의 입력전압(VIN), 입력전류(IIN), ILED1 ~ ILED4, 및 ILED 특성을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 능동형 밸리필 회로를 4-채널 발광다이오드 구동회로에 적용한 경우의 동작을 설명하기 위한 파형을 나타내는 도면으로 입력전압이 VLED1 + VLED2 < VIN < VLED1 + VLED2 + VLED3 범위 내에서 스위치를 턴온하여 밸리필 캐패시터에 저장된 전압을 입력전압(VIN)으로 공급할 경우의 입력전압(VIN), 입력전류(IIN), ILED1 ~ ILED4, 및 ILED 특성을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예로 캐패시터와 직렬로 저항을 추가하여 충전 시 캐패시터에서 발생하는 순간과전류를 제한하고 충전전류를 지연하는 동작을 하는 회로도이다. 저항에 병렬로 연결된 다이오드는 방전 시 저항에서 발생하는 손실을 감소시키는 기능을 한다.
도 15는 본 발명의 실시예로 캐패시터의 순간과전류를 저항대신 전류원으로 제한하는 동작을 하는 회로를 나타낸다.
도 16는 본 발명의 실시예로 캐패시터의 순간과전류 뿐만 아니라 발광다이오드 구동 시에 발생할 수 있는 순간과전류를 인덕터를 사용하여 제한하는 동작을 하는 회로를 나타낸다.
도 17는 본 발명의 실시예로 캐패시터의 순간과전류를 인덕터를 사용하여 제한하는 동작을 하는 회로를 나타낸다. 방전 시에는 다이오드를 통하여 전류를 흐르게 함으로써 인덕터에 의한 지연시간을 감소시키는 동작을 하는 회로를 나타낸다.
도 18은 본 발명의 실시예로 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 교류 전원 전압(VAC)을 검출하고 타이머 혹은 카운터와 같은 디지털 회로를 적용한 예를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 실시예로 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 입력전압(VIN)을 검출하고 타이머 혹은 카운터와 같은 디지털 회로를 적용한 예를 나타낸다.
도 20은 본 발명의 실시예로 발광다이오드를 전류원으로 구동할 경우 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 하나 이상의 LED 전압을 검출하여 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.
도 21은 본 발명의 실시예로 발광다이오드를 저항으로 구동할 경우 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 하나 이상의 LED 전압을 검출하여 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.
도 22은 본 발명의 실시예로 발광다이오드를 트랜지스터와 저항을 사용하여 일정한 전류로 구동할 경우 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 하나 이상의 LED 전압을 이용하거나 혹은 저항을 통해서 ILED 전류를 검출하여 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.
도 23은 본 발명의 실시예로 발광다이오드를 트랜지스터, 저항 및 OP 앰프를 사용하여 일정한 전류로 구동할 경우 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 하나 이상의 LED 전압을 이용하거나 혹은 저항을 통해서 ILED 전류를 검출하여 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.
도 24은 본 발명의 실시예로 다채널 발광다이오드를 순차적으로 구동하는 방식의 스위치 절환타이밍을 설정함에 있어 저항 혹은 다른 전류 검출 방법으로 ILED 전류를 검출하고 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.
도 25은 본 발명의 실시예로 다채널 발광다이오드를 순차적으로 구동하는 방식의 스위치 절환타이밍을 설정함에 있어 하나 이상의 LED 전압을 검출하여 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.
도 26은 도 4에서 P-타입 모스펫(MOSFET)을 스위치로 사용하고 캐패시터와 스위치를 위치를 서로 맞바꾼 경우의 실시예를 나타낸다.
도 27은 도 4에서 N-타입 모스펫(MOSFET)을 스위치로 사용한 경우의 실시예를 나타낸다.
도 28은 도 27에서 스위치와 캐패시터의 위치가 바뀐 경우의 실시예를 나타낸다.
도 29는 도 4에서 P-타입 모스펫(MOSFET) 두 개를 양방향 스위치로 사용한 경우의 실시예를 나타낸다.
도 30는 도 29에서 양방향 스위치와 캐패시터의 위치가 바뀐 경우의 실시예를 나타낸다.
도 31는 도 4에서 N-타입 모스펫(MOSFET) 두 개를 양방향 스위치로 사용한 경우의 실시예를 나타낸다.
도 32는 도 31에서 양방향 스위치와 캐패시터의 위치가 바뀐 경우의 실시예를 나타낸다.Fig. 1 shows a driving circuit in an existing linear system, and an input voltage and an input current waveform.
FIG. 2 is a block diagram showing a conventional multi-channel or sequential driving type LED driving circuit using a linear method, and input voltage and input current waveforms.
3 is a block diagram showing the waveforms of the conventional passive-type fill-in circuit and the input voltage V IN .
4 is a block diagram of an active type valley fill circuit for driving a light emitting diode of the present invention.
5 is a block diagram showing an active type valley-fill circuit using a P-type MOSFET as a switch of a valley fill circuit according to an embodiment of the present invention and applied to a light emitting diode drive circuit.
6 is a block diagram of a light emitting diode driving circuit using a resistor instead of the current source in FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a method of reducing the turn-off time of currents I LED, F flowing through the LEDs by connecting capacitors C LED, F for filtering the current flowing in the LEDs in parallel with the LEDs in FIG. Fig.
8 is a block diagram of an active valley-fill circuit using a P-type MOSFET as an embodiment of the present invention applied to a 4-channel LED driver circuit.
FIG. 9 is a waveform for explaining the operation of the active valley fill circuit for driving the light emitting diode of the present invention. The AC voltage V AC , the gate voltage V GATE , the input voltage V IN , And shows the characteristics of the capacitor voltage (V C ).
Figure 10 is a characteristic of the input voltage (V IN), the input current (I IN) and the LED current (I LED) in Fig. 5 as a waveform for explaining the operation of the active valley fill circuit for the LED driving of the present invention .
Figure 11 is an active valley input voltage in FIG. 7 as a waveform for explaining the operation of the filter circuit (V IN), the input current (I IN) and the filtered light-emitting diode current (I LED for the LED driving of the present invention, F ).
12 is a waveform chart for explaining the operation when the active valley-fill circuit of the present invention is applied to a 4-channel LED driving circuit. In FIG. 12, the input voltage V IN is V LED1 <V IN <V LED1 + V LED2 by turning on a switch in the range indicates the input voltage (V iN), the input current (I iN), I LED1 ~ I LED4, and I LED characteristics when supplied with a voltage (V iN) input to the voltage stored in the valley fill capacitor .
FIG. 13 is a waveform chart for explaining the operation when the active valley-fill circuit of the present invention is applied to a 4-channel LED driving circuit. In FIG. 13, the input voltage is V LED1 + V LED2 <V IN <V LED1 + V LED2 + V LED3 range of input voltage when the turn-on the switch in the supply to the voltage (V iN) input to the voltage stored in the valley fill capacitor (V iN), the input current (I iN), I LED1 ~ I LED4, and I LED characteristics .
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an embodiment of the present invention in which a resistor is added in series with a capacitor to limit the instantaneous overcurrent generated in the capacitor during charging and to delay the charging current. A diode connected in parallel with the resistor serves to reduce the losses in the resistor during discharging.
15 shows a circuit for limiting the instantaneous overcurrent of a capacitor to a current source instead of a resistance according to an embodiment of the present invention.
FIG. 16 shows a circuit for limiting an instantaneous overcurrent of a capacitor, as well as an instantaneous overcurrent that may occur during driving of a light emitting diode, using an inductor according to an embodiment of the present invention.
17 shows a circuit for limiting the instantaneous overcurrent of a capacitor using an inductor according to an embodiment of the present invention. And discharging current through the diode to reduce the delay time due to the inductor.
FIG. 18 shows an example in which a digital circuit such as a timer or a counter is applied to detect an AC power supply voltage (V AC ) in setting a switching timing of a switch according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 shows an example in which the input voltage V IN is detected and a digital circuit such as a timer or a counter is applied in setting the switching timing of the switch according to the embodiment of the present invention.
FIG. 20 shows an example in which one or more LED voltages are detected in setting a switch timing when a light emitting diode is driven by a current source according to an embodiment of the present invention, and a switching timing is determined based on the detected LED voltage.
FIG. 21 shows an example in which one or more LED voltages are detected in setting a switch timing when a light emitting diode is driven by a resistor in accordance with an embodiment of the present invention, and switching timing is determined based on the detected LED voltage.
Figure 22 is using the I LED voltage of one or more as a switch when driven at a constant current of a light emitting diode as an embodiment of the present invention using a transistor and a resistance setting the change timing, or through the resistance detecting I LED current it And the switching timing is determined based on the reference.
FIG. 23 is a graph showing the relationship between the current I LED current and the current I LED current when the light emitting diode is driven by a constant current using a transistor, a resistor, and an OP amplifier in the embodiment of the present invention. And determines the switching timing based on the detection result.
FIG. 24 is a diagram illustrating an example in which the switching timing is determined based on the detection of the I LED current by the resistance or other current detection method in setting the switch timing of the method of sequentially driving the multi-channel LEDs according to the embodiment of the present invention .
FIG. 25 illustrates an example in which one or more LED voltages are detected and the switching timing is determined on the basis of the detected one or more LED voltages in setting the switching timing of the method of sequentially driving the multi-channel LEDs according to the embodiment of the present invention.
FIG. 26 shows an embodiment in which a P-type MOSFET (MOSFET) is used as a switch in FIG. 4 and a capacitor and a switch are shifted from each other in position.
FIG. 27 shows an embodiment in which an N-type MOSFET (MOSFET) is used as a switch in FIG.
Fig. 28 shows an embodiment in which the positions of the switches and the capacitors are changed in Fig.
FIG. 29 shows an embodiment in which two P-type MOSFETs are used as bidirectional switches in FIG.
Fig. 30 shows an embodiment in which the position of the bi-directional switch and the capacitor are changed in Fig.
FIG. 31 shows an embodiment in which two N-type MOSFETs are used as bidirectional switches in FIG.
FIG. 32 shows an embodiment in which the positions of the bidirectional switch and the capacitor are changed in FIG.
본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.The preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which the technical parts already known will be omitted or compressed for simplicity of explanation.
본 발명은 발광다이오드의 채널이 하나인 경우에도 적용이 가능하며 개선된 플리커 특성, 높은 역률 및 낮은 THD 특성을 얻기 위해서 2채널의 이상의 다채널 순차구동 방식에도 적용할 수 있다.The present invention can be applied to a single channel of a light emitting diode. The present invention can also be applied to a two-channel or more multi-channel sequential driving method in order to obtain an improved flicker characteristic, a high power factor and a low THD characteristic.
도 4는 본 발명의 발광다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로를 설명하기 위한 블록도이다. 도 4에 의하면 능동형 밸리필 회로(100)는 교류 전원(VAC)을 정류하는 정류부(110), 상기 정류부의 (+)단자에 연결되고, 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 스위치 블록(120), 상기 스위치 블록과 상기 정류부의 (-)단자에 연결되는 캐패시터(130), 상기 교류 전원의 전압을 검출하는 전압 검출부(140), 상기 전압 검출부에 연결되고, 검출된 상기 교류 전원의 전압을 기준으로 하여 상기 스위치 블록(120)의 턴 온 시기를 결정하는 절환 신호 발생기(150), 상기 절환 신호 발생기에 연결되고, 상기 스위치 블록을 구동하는 스위치 구동부(160)를 포함한다. 한편, 캐패시터(130)는 한 개의 단일소자(C)로 구성될 수 있으므로, 이하 캐패시터(130)는 캐패시터(C)으로 설명한다. 4 is a block diagram for explaining an active type valley fill circuit for driving a light emitting diode of the present invention. 4, the active valley-
도 5는 본 발명에 따른 능동형 밸리필 회로를 구현하는 최소 구성요소에 의해 LED 드라이버가 구동되는 것을 나타낸다. 도 5에서 LED 드라이버는 1채널 LED와 전류원으로 구성되어 있으나, 본 발명은 LED 드라이버의 구성에 한정되지 않으며, LED 드라이버는 실시예에 따라 다양하게 구성 가능하다. Figure 5 shows that the LED driver is driven by a minimum component that implements the active valley-fill circuit according to the present invention. 5, the LED driver is composed of a 1-channel LED and a current source, but the present invention is not limited to the configuration of the LED driver, and the LED driver can be variously configured according to the embodiment.
도 5에 의하면, 전압 검출부(140)는 상기 교류 전원의 (+)단자, 상기 교류 전원의 (-)단자 및 공통전압 단자(정류부의 (-)단자)를 연결하는 저항(R1, R2, R3)의 Y 결선에 의해 이루어진다. 전압 검출부(140)는 상기 정류부(110)의 출력 전압변동에 상관없이 상기 AC 전원의 전압의 크기를 비례적으로 감소시켜 검출한다.5, the
입력전압(VIN)에 저항을 연결하여 전압을 검출하는 경우, 스위치(SW)가 턴온 하면 입력전압(VIN)이 캐패시터(C)에 저장된 전압(VC)으로 변경되나, 본 발명의 전압 검출부(140)는 상기 교류 전원의 (+)단자, 상기 교류 전원의 (-)단자 및 공통전압 단자에 직접 결선되므로 스위치(SW)가 턴온 하여도 상기 교류 전원의 전압을 그대로 검출할 수 있다.When connecting a resistor to the input voltage (V IN) for detecting a voltage, but the change in the voltage (V C) when the switch (SW) is turned on, the input voltage (V IN) is stored in the capacitor (C), the voltage of the present invention Since the detecting
절환신호 발생기(150)는 상기 교류 전원의 검출된 전압을 기준으로 하여 스위치(SW)가 턴 온할 시기를 결정한다. 실시예에 따르면, 절환신호 발생기(150)는 단순 비교기나 OP 앰프로 구성될 수 있다. 전압 검출부(140)가 상기 교류 전원의 전압을 직접 검출하도록 구성된 경우에는 스위치(SW)가 턴온 하여도 입력전압 검출에 영향을 받지 않으나, 전압 검출부(140)가 입력전압(VIN)에 저항을 연결하여 검출하는 경우에는 스위치(SW)가 턴 온 할 경우 캐패시터(C)에 충전된 전압에 인하여 측정하려는 입력전압이 변동하게된다. 따라서, 이러한 경우 절환신호 발생기(150)를 단순 비교기만으로 구성한 경우 전압 검출 에러가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 경우 전압 검출 에러를 보상하기 위해 절환신호 발생기(150)는 타이머 또는 카운터 같은 보상 회로를 더 포함할 수 있다.The
스위치 구동부(160)는 스위치 블록(120)의 구성에 따라 스위치(SW)를 직접 구동하도록 구성될 수 있으며, 스위치 블록(120)을 구성하는 트렌지스터의 종류에 따라 절환 신호를 레벨시프트하는 소자를 더 포함할 수 있다.The
스위치 블록(120)은 입력전압(VIN)을 캐패시터(C)에 충전하고 또한 입력전압(VIN)이 감소하였을 때 입력전압의 노드 쪽으로 캐패시터(VIN)에 충전된 전압(VC)을 공급한다. 캐패시터(C)의 전압(VC)이 입력전압(VIN)보다 낮은 경우 캐패시터(C)는 다이오드(D1)를 통해서 충전된다.
도 6은 본 발명에 따른 능동형 밸리필 회로가 1채널 LED와 저항으로 구성된 LED 드라이버를 구동하는 예이다. 도 6에 의하면 LED에 흐르는 전류는 입력전압(VIN)이 증가함에 따라 증가하게 된다. FIG. 6 is an example of driving an LED driver in which an active-type valley-fill circuit according to the present invention is composed of a one-channel LED and a resistor. Referring to FIG. 6, the current flowing through the LED increases as the input voltage V IN increases.
도 7은 도5의 LED 드라이버에 캐패시터(CLED,F)가 더 구비된 예를 도시한다. 도 7에 의하면, LED 드라이버에 입력전압(VIN)이 인가되지 않거나, 캐패시터(C)로부터 전류 공급이 잠시 중단된 경우에도 LED 드라이버는 캐패시터(CLED,F)에 의해 구동될 수 있다.FIG. 7 shows an example in which the LED driver of FIG. 5 further includes a capacitor C LED, F. FIG. 7, the LED driver can be driven by the capacitors C LED, F even when the input voltage V IN is not applied to the LED driver or when the supply of current from the capacitor C is temporarily stopped.
도 8은 본 발명에 따른 능동형 밸리필 회로가 4채널 LED 드라이버를 구동하는 예이다. 8 is an example in which the active valley-fill circuit according to the present invention drives a four-channel LED driver.
도 9는 본 발명의 능동형 밸리필 회로의 동작 상태를 설명하기 위한 그래프로서, 입력전압(VIN)이 일정 전압 이하 일 때 스위치(SW)를 턴온 하는 동작을 반복하는 정상상태(steady-state)에서 교류전원전압(VAC), 스위치 구동게이트 전압(VGATE), 입력전압(VIN) 및 캐패시터 전압(VC)의 변화를 도시하고 있다.FIG. 9 is a graph for explaining the operation state of the active valley fill circuit of the present invention. FIG. 9 is a graph showing a steady-state in which the operation of turning on the switch SW is repeated when the input voltage V IN is equal to or lower than a predetermined voltage. (V AC ), a switch driving gate voltage (V GATE ), an input voltage (V IN ), and a capacitor voltage (V C ).
P-타입 모스펫 스위치(Q1)에 병렬 연결된 다이오드(D1)에 의해, 캐패시터(C)는 캐패시터(C)의 전압(VC)이 입력전압(VIN) 보다 낮을 경우 캐패시터 전압(VC)이 항상 입력전압(VIN)과 같게 되도록 충전된다. 한편, 입력전압(VIN)이 일정 전압 이하가 되는 경우 절환 신호 발생기에 의해 스위치(Q1)가 구동되어 캐패시터(C)는 방전을 하게 되고 따라서 입력전압(Q1)이 낮은 구간에서도 발광다이오드를 구동할 수 있는 높은 전압을 공급할 수 있다.By a parallel connected diode (D 1) in the P- type MOSFET switch (Q 1), the capacitor (C) is a capacitor (C) voltage (V C) input voltage (V IN) is lower than if the capacitor voltage (V C of Is always equal to the input voltage V IN . On the other hand, the input voltage (V IN) is when a predetermined voltage or less is a switch (Q 1) driven by the switching signal generator, a capacitor (C) comes into the discharge thus light emission even at a low input voltage (Q 1) period diode Can be supplied with a high voltage capable of driving.
캐패시터가 발광다이오드를 구동하는 동안 강하된 캐패시터 전압은 AC 전원(VAC)의 다음번 입력전압 상승 때 다시 최고값까지 충전된다. The capacitor voltage dropped while the capacitor drives the light emitting diode is charged up to the maximum value again at the next input voltage rise of the AC power supply (V AC ).
이 때 충전을 시작하는 입력전압은 아래의 식에서 계산할 수 있다.The input voltage to start charging at this time can be calculated from the following equation.
Vcharge = Vpeak - Q / C = Vpeak - Ic, avg × ton / CVcharge = Vpeak - Q / C = Vpeak - Ic, avg.times.t / C
where Vcharge = 충전을 시작하는 입력전압where Vcharge = input voltage to start charging
Vpeak = 입력전압의 순시 최고치Vpeak = instantaneous maximum value of input voltage
Ic,avg = 캐패시터가 발광다이오드에 공급한 평균전류Ic, avg = Average current supplied by the capacitor to the light emitting diode
ton = 스위치 턴온 시간ton = switch turn-on time
C = CapacitanceC = Capacitance
위의 식에서 나타나듯이 캐패시터의 충전시점은 캐패시터의 크기와 캐패시터가 공급하는 LED의 전류량과 시간에 의존한다는 것을 알 수 있다. 그 결과 발광다이오드 출력에 상응하는 캐패시터(C)의 크기를 선택하면 능동형 밸리필이 회로가 동작하는 시간동안 충분한 전류 LED로 공급할 수 있다.As can be seen from the above equation, the charging time of the capacitor depends on the size of the capacitor, the amount of current and time of the LED supplied by the capacitor. As a result, if the size of the capacitor C corresponding to the light emitting diode output is selected, the active valley fill can be supplied with a sufficient current LED during the time the circuit operates.
도 10은 본 발명의 능동형 밸리필 회로의 동작 상태를 설명하기 위한 그래프로서, 입력전압(VIN)이 일정 전압 이하 일 때 스위치(SW)를 턴온 하는 동작을 반복하는 정상상태(steady-state)에서의 입력전압(VIN), 입력전류(IIN) 및 발광다이오드 전류 파형을 나타낸다.10 is a graph for explaining the operation state of the active valley fill circuit of the present invention. The steady-state operation repeats the operation of turning on the switch SW when the input voltage V IN is a certain voltage or less. (V IN ), an input current (I IN ), and a light emitting diode current waveform.
능동형 밸리필의 경우 수동형보다 최대 두배 높은 캐패시터 전압을 공급하기 때문에 밸리필 전압이 공급되는 동안에 발광다이오드는 충분히 턴온 상태를 유지할 수 있다. 또한 입력전압의 상승에 따라 캐패시터에 충전되는 전류는 발광다이오드 구동전류와 합해져서 입력전류가 된다. 그 결과 도면에서 나타나듯이 캐패시터에 충전되는 전류는 입력전류의 역률과 THD를 훼손하지 않는 형태로 나타나게 된다.Since the active valley fill supplies the capacitor voltage up to twice as high as the passive type, the light emitting diode can maintain a sufficient turn-on state during the supply of the valley voltage. In addition, the current charged in the capacitor as the input voltage rises is combined with the LED driving current to become the input current. As a result, as shown in the drawing, the current charged in the capacitor appears in a form that does not compromise the power factor and THD of the input current.
또한, 도 14 내지 도17에 도시된 바와 같이 저항, 전류원 혹은 인덕터를 사용하여 캐패시터 최고 충전 전류를 제한할 경우 좀 더 높은 역률과 THD 특성을 얻을 수 있다. 캐패시터의 충전전류 최대값을 제한할 경우 전류지연 효과로 캐패시터 충전전류를 입력전압의 최고값 이후로 까지 이동시킬 수 있어 역률을 더욱 상승시킬 수 있다. 다만 캐패시터에 충전되는 최고전압은 지연정도 비례해서 감소할 수 있다.Further, as shown in FIG. 14 to FIG. 17, when the maximum charge current of the capacitor is limited by using a resistor, a current source or an inductor, a higher power factor and THD characteristics can be obtained. When the maximum value of the charging current of the capacitor is limited, the capacitor charging current can be shifted to the maximum value of the input voltage by the current delay effect, and the power factor can be further increased. However, the maximum voltage charged in the capacitor can be reduced in proportion to the delay.
도 11은 도 7의 동작을 설명하기 위한 도면으로 발광다이오드에 병렬로 캐패시터가 연결되었을 때 정상상태(steady-state)에서의 입력전압(VIN), 입력전류(IIN) 및 발광다이오드 전류 파형을 나타낸다. FIG. 11 is a view for explaining the operation of FIG. 7. FIG. 11 is a graph for explaining the operation of FIG. 7, in which the input voltage V IN , the input current I IN , and the light emitting diode current waveform in a steady state when a capacitor is connected in parallel to the light emitting diode .
도시된 바에 의하면 필터역할을 하는 캐패시터에 의해서 발광다이오드의 전류가 완전히 감소하지 않고 유지하는 형태로 나타남을 알 수 있다. 따라서, 플리커가 개선된 것을 알 수 있다.It can be seen that the current of the light emitting diode is maintained by the capacitor serving as the filter without completely decreasing. Therefore, it can be seen that the flicker is improved.
도 12는 본 발명의 다채널 발광다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로를 설명하기 위한 도면으로서, 도 8의 4채널 구동에 있어서 밸리필 스위치의 턴온 시점을 LED1과 LED2가 턴온하는 구간 사이로 하였을 때 정상상태에서의 입력전압(VIN), 입력전류(IIN), ILED1 ~ ILED4 및 ILED 파형을 나타낸다. 밸리필 전압이 공급되는 시간동안에는 모든 발광다이오드가 설정된 최고 전류를 흘리는 상태이며 그 결과 ILED1은 항상 켜져 있는 상태가 되어 전체 LED가 모두 턴오프 되는 구간이 발생하지 않는다. 또한 입력 전류는 캐패시터가 턴온 하는 구간에서는 “0"의 값을 갖고 캐패시터가 충전하는 구간에서는 LED와 캐패시터의 전류가 합한 전류를 공급하게 된다. FIG. 12 is a view for explaining an active-type valley-fill circuit for driving a multi-channel LED according to the present invention. When the turn-on time of the valley-fill switch in the 4-channel driving of FIG. 8 is defined as the interval between the turn- The input voltage V IN , the input current I IN , I LED1 through IL ED4, and the I LED waveform in the state of FIG. During the time that the valley voltage is supplied, all the light emitting diodes are in a state of passing the set maximum current, and as a result, I LED1 is always turned on, so that the entire LEDs are not turned off. In addition, the input current has a value of " 0 " in a period in which the capacitor turns on and supplies a current in which the current of the LED and the capacitor is summed in a period in which the capacitor is charged.
도 13은 본 발명의 다채널 발광다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로를 설명하기 위한 도면으로서, 도 8의 4채널 구동에 있어서 밸리필 스위치의 턴온 시점을 LED2와 LED3가 턴온하는 구간 사이로 하였을 때 정상상태에서의 입력전압(VIN), 입력전류(IIN), ILED1 ~ ILED4 및 ILED 파형을 나타낸다. ILED2가 턴온하고 있는 시점에서 밸리필 전압이 인가되므로 ILED1 과 ILED2 는 전구간에 걸쳐 항상 켜져 있는 상태가 되어 도 13의 경우보다 더 많은 LED가 항상 턴온되는 특성을 나타낸다. ILED1 이 항상 턴온된 상태이므로 LED1 구동부는 불필요하게 되고 3채널로도 4채널을 구동하는 효과를 얻을 수 있다. ILED1 과 ILED2 는 전 구간에 걸쳐 항상 켜져 있으므로 플리커 특성이 더욱 개선될 수 있다는 것을 보여준다. 그러나 도 12 대비 입력전류의 폭이 좁아지고 최대치가 증가하여 역률과 THD가 감소하는 특성을 보인다. 즉, 플리커와 역률 및 THD 사이에는 트레이트오프(trade-off) 관계를 가지는 것을 알 수 있다.FIG. 13 is a diagram for explaining an active-type valley-fill circuit for driving a multi-channel LED according to the present invention. In the case of driving the four-channel drive of FIG. 8 between the turn- The input voltage V IN , the input current I IN , I LED1 through IL ED4, and the I LED waveform in the state of FIG. Since the valley voltage is applied at the time when I LED2 is turned on, I LED1 and I LED2 are always turned on throughout the whole area, so that more LEDs are always turned on than in Fig. I Since LED1 is always turned on, the driving part of LED1 becomes unnecessary, and it is possible to obtain the effect of driving four channels with three channels. I LED1 and I2 show that the flicker characteristics can be further improved because they are always on throughout the entire duration . However, the input current width is narrowed and the maximum value is increased as compared with FIG. 12, so that the power factor and the THD are reduced. That is, it can be seen that there is a trade-off relationship between flicker, power factor and THD.
앞서 언급한 바와 같이 캐패시터(C)에 인가되는 충전 전류를 제한하면, 좀 더 높은 역률을 얻을 수 있다. As mentioned above, by limiting the charge current applied to the capacitor C, a higher power factor can be obtained.
도 14는 본 발명의 실시예로 캐패시터와 직렬로 저항을 추가하여 충전시 캐패시터에서 발생하는 순간과전류를 제한하고 지연하는 동작을 하는 회로도이다.FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an operation of limiting and delaying an instantaneous overcurrent generated in a capacitor during charging by adding a resistor in series with a capacitor according to an embodiment of the present invention.
저항에 병렬로 연결된 다이오드는 방전 시 저항에서 발생하는 손실을 감소시키는 역할을 한다.A diode connected in parallel with the resistor serves to reduce the losses in the resistor during discharging.
도 15는 본 발명의 실시예로 캐패시터의 순간과전류를 저항대신 전류원으로 제한하는 동작을 하는 회로를 나타낸다.15 shows a circuit for limiting the instantaneous overcurrent of a capacitor to a current source instead of a resistance according to an embodiment of the present invention.
도 16는 본 발명의 실시예로 캐패시터의 순간과전류 뿐만 아니라 발광다이오드 구동시에 발생할 수 있는 순간과전류를 인덕터를 사용하여 제한하는 동작을 하는 회로를 나타낸다.FIG. 16 shows a circuit for limiting an instantaneous overcurrent of a capacitor, as well as an instantaneous overcurrent that may occur at the time of driving a light emitting diode, using an inductor according to an embodiment of the present invention.
도 17는 본 발명의 실시예로 캐패시터의 순간과전류를 인덕터를 사용하여 제한하는 동작을 하는 회로를 나타낸다. 방전 시에는 다이오드를 통하여 전류를 흐르게 함으로써 인덕터에 의한 지연시간을 감소시키는 동작을 하는 회로를 나타낸다.17 shows a circuit for limiting the instantaneous overcurrent of a capacitor using an inductor according to an embodiment of the present invention. And discharging current through the diode to reduce the delay time due to the inductor.
이와 같이 캐패시터의 충전전류를 저항(R4), 인덕터(L1), 다이오드(D2) 및 전류원(I1)을 사용하여 충전전류의 최대치를 낮추고 충전전류를 지연하게 되면 좀 더 높은 역률을 얻을 수 있다. If the charge current of the capacitor is lowered by using the resistor R 4 , the inductor L 1 , the diode D 2 and the current source I 1 and the charge current is delayed, a higher power factor is obtained Can be obtained.
도 18은 본 발명의 실시예로 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 입력교류전압(VAC)을 검출하고 타이머 혹은 카운터와 같은 디지털 회로를 적용한 예를 나타낸다.FIG. 18 shows an example in which the input AC voltage V AC is detected and a digital circuit such as a timer or a counter is applied in setting the switching timing of the switch according to the embodiment of the present invention.
도 19는 본 발명의 실시예로 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 입력전압(VIN)을 검출하고 타이머 혹은 카운터와 같은 디지털 회로를 적용한 예를 나타낸다.FIG. 19 shows an example in which the input voltage V IN is detected and a digital circuit such as a timer or a counter is applied in setting the switching timing of the switch according to the embodiment of the present invention.
도 20은 본 발명의 실시예로 발광다이오드를 전류원으로 구동할 경우 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 하나 이상의 LED 전압을 검출하여 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다. FIG. 20 shows an example in which one or more LED voltages are detected in setting a switch timing when a light emitting diode is driven by a current source according to an embodiment of the present invention, and a switching timing is determined based on the detected LED voltage.
도 21은 본 발명의 실시예로 발광다이오드를 저항으로 구동할 경우 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 하나 이상의 LED 전압을 검출하여 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.FIG. 21 shows an example in which one or more LED voltages are detected in setting a switch timing when a light emitting diode is driven by a resistor in accordance with an embodiment of the present invention, and switching timing is determined based on the detected LED voltage.
도 22은 본 발명의 실시예로 발광다이오드를 트랜지스터와 저항을 사용하여 일정한 전류로 구동할 경우 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 하나 이상의 LED 전압을 이용하거나 혹은 저항을 통해서 ILED 전류를 검출하여 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.Figure 22 is using the I LED voltage of one or more as a switch when driven at a constant current of a light emitting diode as an embodiment of the present invention using a transistor and a resistance setting the change timing, or through the resistance detecting I LED current it And the switching timing is determined based on the reference.
도 23은 본 발명의 실시예로 발광다이오드를 트랜지스터, 저항 및 OP 앰프를 사용하여 일정한 전류로 구동할 경우 스위치를 절환타이밍을 설정함에 있어 하나 이상의 LED 전압을 이용하거나 혹은 저항을 통해서 ILED 전류를 검출하여 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.FIG. 23 is a graph showing the relationship between the current I LED current and the current I LED current when the light emitting diode is driven by a constant current using a transistor, a resistor, and an OP amplifier in the embodiment of the present invention. And determines the switching timing based on the detection result.
도 24은 본 발명의 실시예로 다채널 발광다이오드를 순차적으로 구동하는 방식을 사용하여 구동할 경우 스위치 절환타이밍을 설정함에 있어 저항 혹은 다른 전류 검출 방법으로 ILED 전류를 검출하고 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.FIG. 24 is a circuit diagram illustrating a method of driving a multi-channel LED according to an embodiment of the present invention. In the case of driving the multi-channel LEDs sequentially, the I LED current is detected by a resistance or another current detection method in setting the switch timing, Is determined.
도 25은 본 발명의 실시예로 다채널 발광다이오드를 순차적으로 구동하는 방식을 사용하여 구동할 경우 스위치 절환타이밍을 설정함에 있어 하나 이상의 LED 전압을 검출하여 이를 기준으로 절환시기를 결정하는 예를 나타낸다.FIG. 25 shows an example in which one or more LED voltages are detected in setting the switch timing when the multi-channel LEDs are sequentially driven using the method of the present invention, and the switching timing is determined based on the detected LED voltages .
도 26은 도 4에서 P-타입 모스펫(MOSFET)을 스위치로 사용하고 캐패시터와 스위치를 위치가 바뀐 경우의 실시예를 나타낸다.FIG. 26 shows an embodiment in which a P-type MOSFET (MOSFET) is used as a switch in FIG. 4 and a capacitor and a switch are changed in position.
도 27은 도 4에서 N-타입 모스펫(MOSFET)을 스위치로 사용한 경우의 실시예를 나타낸다.FIG. 27 shows an embodiment in which an N-type MOSFET (MOSFET) is used as a switch in FIG.
도 28은 도 27에서 스위치와 캐패시터의 위치가 바뀐 경우의 실시예를 나타낸다.Fig. 28 shows an embodiment in which the positions of the switches and the capacitors are changed in Fig.
도 29는 도 4에서 P-타입 모스펫(MOSFET) 두 개를 양방향 스위치로 사용한 경우의 실시예를 나타낸다.FIG. 29 shows an embodiment in which two P-type MOSFETs are used as bidirectional switches in FIG.
도 30는 도 29에서 양방향 스위치와 캐패시터의 위치가 바뀐 경우의 실시예를 나타낸다.Fig. 30 shows an embodiment in which the position of the bi-directional switch and the capacitor are changed in Fig.
도 31는 도 4에서 N-타입 모스펫(MOSFET) 두 개를 양방향 스위치로 사용한 경우의 실시예를 나타낸다.FIG. 31 shows an embodiment in which two N-type MOSFETs are used as bidirectional switches in FIG.
도 32는 도 31에서 양방향 스위치와 캐패시터의 위치가 바뀐 경우의 실시예를 나타낸다.FIG. 32 shows an embodiment in which the positions of the bidirectional switch and the capacitor are changed in FIG.
단방향 스위치를 사용하거나 양방향 스위치를 사용하는 모든 방식에 대해서도 동일하게 저항, 전류원 및 인덕터의 조합으로 최대 충전 전류를 제한하여 역률이나 THD의 개선을 할 수 있다.The power factor and the THD can be improved by limiting the maximum charge current by combining a resistor, a current source, and an inductor in the same way for all methods using a unidirectional switch or a bidirectional switch.
상기에서의 설명 및 도면에 사용된 트랜지스터는 모스펫(MOSFET)을 기준으로 표현하였으며, 일반적인 트랜지스터에 대해서는 괄호에 표현하였다. 그리고 본 발명에서 사용할 수 있는 트랜지스터는 BJT와 MOSFET을 사용한 달링톤(Darlington) 및 캐스코드(Cascode) 형태로 사용하는 것을 포함하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 접합형 트랜지스터(BJT), 접합형 전계효과 트랜지스터(JFET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The transistors used in the above description and drawings are represented by MOSFETs, and general transistors are expressed in parentheses. In addition, the transistors usable in the present invention include an insulating gate bipolar transistor (IGBT), a junction type transistor (BJT), a junction type electric field (BJT), and the like, including use in a Darlington and Cascode form using a BJT and a MOSFET And an effect transistor (JFET).
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. And the scope of the present invention should be understood as the following claims and their equivalents.
100 : 능동형 밸리필 회로
110 : 정류부
120 : 스위치 블록
130 : 캐패시터
140 : 전압 검출부
150 : 절환 신호 발생기
160 : 스위치 구동부100: Active valley fill circuit
110: rectification part
120: Switch block
130: Capacitor
140:
150: Switching signal generator
160:
Claims (32)
상기 정류부의 (+)단자에 연결되고, 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 스위치 블록;
상기 스위치 블록과 상기 정류부의 (-)단자에 연결되는 캐패시터;
상기 교류 전원의 전압을 검출하는 전압 검출부;
상기 전압 검출부에 연결되고, 검출된 상기 교류 전원 전압을 기준으로 상기 스위치 블록의 턴 온 시기를 결정하는 절환 신호 발생기; 및
상기 절환 신호 발생기에 연결되고, 상기 스위치 블록을 구동하는 스위치 구동부를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.A rectifying section for rectifying the AC power supply voltage;
A switch block connected to the (+) terminal of the rectifying part and including at least one transistor;
A capacitor connected to the negative terminal of the switch block and the rectifying part;
A voltage detector for detecting a voltage of the AC power source;
A switching signal generator connected to the voltage detecting unit and determining a turn-on timing of the switch block based on the detected AC power supply voltage; And
And a switch driver connected to the switch signal generator and driving the switch block.
상기 스위치 블록은 P-타입 모스펫(MOSFET)으로 이루어지는 스위치 및 상기 스위치에 병렬로 연결된 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
Wherein the switch block comprises a switch comprising a P-type MOSFET and a diode connected in parallel to the switch.
상기 전압 검출부는 상기 교류 전원의 (+)단자, 상기 교류 전원의 (-)단자 및 상기 정류부의 (-)단자를 연결하는 저항의 Y 결선에 의해 이루어지고, 상기 정류부의 출력변동에 상관없이 상기 교류 전원의 전압 크기를 비례적으로 감소시켜 검출하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.
The method according to claim 1,
Wherein the voltage detecting section is formed by Y wiring of a resistor connecting a (+) terminal of the AC power source, a (-) terminal of the AC power source and a (-) terminal of the rectifying section, An active valley-fill circuit for driving a light-emitting diode that detects the voltage magnitude of an alternating current power source in a proportional manner.
상기 전압 검출부는 상기 정류부의 단자 전압을 더 검출하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method of claim 3,
Wherein the voltage detecting unit further detects a terminal voltage of the rectifying unit.
상기 절환 신호발생기는
비교기, 타이머 및 카운터 가운데 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 전압 검출부에서 측정된 상기 교류 전원의 전압 또는 상기 정류부의 단자 전압 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 스위치 블록의 구동을 위한 절환 신호를 발생시키는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
The switching signal generator
A comparator, a timer, and a counter,
And a switching signal for driving the switch block is generated by using at least one of the voltage of the AC power source measured by the voltage detector and the terminal voltage of the rectifying part.
상기 스위치 구동부는 상기 절환 신호를 증폭하거나 레벨시프트 시키는 소자를 더 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
Wherein the switch driver further comprises a device for amplifying or level shifting the switching signal.
상기 스위치 블록은 상기 절환 신호에 의해 상기 캐패시터의 전압을 출력하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
And the switch block outputs the voltage of the capacitor by the switching signal.
상기 스위치 블록은 BJT(Bipolar junction transistor) 또는 MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)을 사용한 달링톤(Darlington) 스위치, 캐스코드(Cascode) 형태의 스위치, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 및 접합형 전계효과 트랜지스터(JFET)로 이루어지는 스위치를 적어도 하나를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
The switch block may be a Darlington switch using a bipolar junction transistor (BJT) or a metal-oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), a switch of a cascode type, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) An active valley fill circuit for driving a light emitting diode comprising at least one switch made up of an effect transistor (JFET).
상기 절환 신호 발생기는 비교기나 OP 앰프를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
Wherein the switching signal generator includes a comparator and an operational amplifier.
상기 캐패시터와 상기 정류부의 (-)단자 사이에 배치되고,
상기 캐패시터에 인가되는 전류를 제한하는 소자를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
(-) terminal of the rectifying unit and the capacitor,
And an element for limiting a current applied to the capacitor.
상기 캐패시터에 인가되는 전류를 제한하는 소자는 다이오드, 저항, 인덕터 및 전류원을 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method of claim 10,
An active valley fill circuit for driving a light emitting diode, comprising: a diode; a resistor; an inductor; and a current source.
상기 캐패시터와 상기 정류부의 (+)단자 사이에 배치되고,
상기 캐패시터에 인가되는 전류를 제한하는 소자를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
(+) Terminal of the rectifying unit,
And an element for limiting a current applied to the capacitor.
상기 캐패시터에 인가되는 전류를 제한하는 소자는 다이오드, 저항, 인덕터 및 전류원을 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method of claim 12,
An active valley fill circuit for driving a light emitting diode, comprising: a diode; a resistor; an inductor; and a current source.
상기 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로는
상기 정류부의 (+)단자와 (-)단자에 사이에 연결되는 복수개의 LED와 이를 구동하는 LED 구동부를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
The active Valley fill circuit for driving the light emitting diode
And a plurality of LEDs connected between the (+) terminal and the (-) terminal of the rectifying section and an LED driving section for driving the LEDs.
상기 LED 구동부는 전류원 또는 저항을 사용하여 발광 다이오드를 구동하는 위한 능동형 밸리필 회로.15. The method of claim 14,
Wherein the LED driving unit drives a light emitting diode using a current source or a resistor.
상기 LED 구동부는 트랜지스터와 저항을 사용하여 전류원을 형성하고 발광 다이오드를 구동하는 능동형 밸리필 회로.15. The method of claim 14,
Wherein the LED driving unit forms a current source using a transistor and a resistor and drives the light emitting diode.
상기 LED 구동부는 OP 앰프를 추가하여 전류원의 특성을 개선하여 발광 다이오드를 구동하는 능동형 밸리필 회로.18. The method of claim 16,
Wherein the LED driver includes an operational amplifier to improve characteristics of a current source to drive the LED.
상기 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로는
상기 정류부의 (+)단자와 (-)단자에 사이에 연결된 복수개의 LED와 이를 구동하는 LED 구동부를 포함하고,
상기 전압 검출부는 상기 복수개의 LED 각각의 전압과 LED 구동부내 전압 중 적어도 하나를 더 검출하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
The active Valley fill circuit for driving the light emitting diode
And a plurality of LEDs connected between the (+) terminal and the (-) terminal of the rectifying unit and an LED driver for driving the LEDs,
Wherein the voltage detecting unit further detects at least one of a voltage of each of the plurality of LEDs and a voltage of the LED driving unit.
상기 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로는
상기 정류부의 (+)단자와 (-)단자에 사이에 연결되는 다채널 LED와 이를 순차적으로 구동하는 다채널 LED 구동부를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
The active Valley fill circuit for driving the light emitting diode
And a multi-channel LED connected between the (+) terminal and the (-) terminal of the rectifying section and a multi-channel LED driver sequentially driving the multi-channel LED.
상기 전압 검출부는 상기 다채널 LED 각각의 전압과 LED 구동부내 전압 중 적어도 하나를 더 검출하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method of claim 19,
Wherein the voltage detecting unit further detects at least one of a voltage of each of the multi-channel LEDs and a voltage of the LED driving unit.
상기 정류부의 (-)단자에 연결되고, 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 스위치 블록;
상기 스위치 블록과 상기 정류부의 (+)단자에 연결되는 캐패시터;
상기 교류 전원의 전압을 검출하는 전압 검출부;
상기 전압 검출부에 연결되고, 검출된 상기 교류 전원 전압을 기준으로 상기 스위치 블록의 턴 온 시기를 결정하는 절환 신호 발생기; 및
상기 절환 신호 발생기에 연결되고, 상기 스위치 블록을 구동하는 스위치 구동부를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.A rectifying section for rectifying the AC power supply voltage;
A switch block connected to the negative terminal of the rectifying part and including at least one transistor;
A capacitor connected to the switch block and a (+) terminal of the rectifying part;
A voltage detector for detecting a voltage of the AC power source;
A switching signal generator connected to the voltage detecting unit and determining a turn-on timing of the switch block based on the detected AC power supply voltage; And
And a switch driver connected to the switch signal generator and driving the switch block.
상기 스위치 블록은 N-타입 모스펫(MOSFET)으로 이루어지는 스위치 및 상기 스위치에 병렬로 연결된 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.23. The method of claim 21,
Wherein the switch block comprises a switch comprising an N-type MOSFET and a diode connected in parallel to the switch.
상기 스위치 블록은 P-타입 모스펫(MOSFET) 두 개를 사용하여 양방향 스위치 동작을 하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.The method according to claim 1,
The switch block is an active-type valley-fill circuit for driving a light-emitting diode that performs bidirectional switch operation using two P-type MOSFETs.
상기 스위치 블록은 P-타입 모스펫(MOSFET) 두 개를 사용하여 양방향 스위치 동작을 하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.23. The method of claim 21,
The switch block is an active-type valley-fill circuit for driving a light-emitting diode that performs bidirectional switch operation using two P-type MOSFETs.
상기 스위치 블록은 N-타입 모스펫(MOSFET) 두 개를 사용하여 양방향 스위치 동작을 하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.23. The method of claim 21,
Wherein the switch block is a bi-directional switch using two N-type MOSFETs.
상기 전압 검출부는 상기 교류 전원의 (+)단자, 상기 교류 전원의 (-)단자 및 상기 정류부의 (-)단자를 연결하는 저항의 Y 결선에 의해 이루어지고, 상기 정류부의 출력변동에 상관없이 상기 교류 전원의 전압 크기를 비례적으로 감소시켜 검출하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.23. The method of claim 21,
Wherein the voltage detecting section is formed by Y wiring of a resistor connecting a (+) terminal of the AC power source, a (-) terminal of the AC power source and a (-) terminal of the rectifying section, An active valley-fill circuit for driving a light-emitting diode that detects the voltage magnitude of an alternating current power source in a proportional manner.
상기 전압 검출부는 상기 정류부의 단자 전압을 더 검출하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.23. The method of claim 21,
Wherein the voltage detecting unit further detects a terminal voltage of the rectifying unit.
상기 절환 신호발생기는
비교기, 타이머 및 카운터 가운데 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 전압 검출부에서 측정된 상기 교류 전원의 전압 또는 상기 정류부의 단자 전압 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 스위치 블록의 구동을 위한 절환 신호를 발생시키는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.23. The method of claim 21,
The switching signal generator
A comparator, a timer, and a counter,
And a switching signal for driving the switch block is generated by using at least one of the voltage of the AC power source measured by the voltage detector and the terminal voltage of the rectifying part.
상기 스위치 구동부는 상기 절환 신호를 증폭하거나 레벨시프트 시키는 소자를 더 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.23. The method of claim 21,
Wherein the switch driver further comprises a device for amplifying or level shifting the switching signal.
상기 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로는
상기 캐패시터에 인가되는 전류를 제한하는 소자를 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.23. The method of claim 21,
The active Valley fill circuit for driving the light emitting diode
And an element for limiting a current applied to the capacitor.
상기 캐패시터에 인가되는 전류를 제한하는 소자는 다이오드, 저항, 인덕터 및 전류원을 포함하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.32. The method of claim 30,
An active valley fill circuit for driving a light emitting diode, comprising: a diode; a resistor; an inductor; and a current source.
상기 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로는
상기 정류부의 (+)단자와 (-)단자에 사이에 연결되는 복수개의 LED와 이를 구동하는 LED 구동부를 포함하고,
상기 전압 검출부는 상기 복수개의 LED 각각의 전압과 LED 구동부내 전압 중 적어도 하나를 더 검출하는 발광 다이오드 구동을 위한 능동형 밸리필 회로.23. The method of claim 21,
The active Valley fill circuit for driving the light emitting diode
And a plurality of LEDs connected between the (+) terminal and the (-) terminal of the rectifying unit, and an LED driver for driving the LEDs,
Wherein the voltage detecting unit further detects at least one of a voltage of each of the plurality of LEDs and a voltage of the LED driving unit.
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US9549442B1 (en) | 2015-06-26 | 2017-01-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Light emitting device (LED) driving apparatus and lighting device including the same |
KR20210147316A (en) * | 2020-05-28 | 2021-12-07 | (주)포인트텍 | Ac direct led driver including capacitor for led driver |
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- 2013-09-17 KR KR20130111650A patent/KR20150031880A/en not_active Application Discontinuation
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US9549442B1 (en) | 2015-06-26 | 2017-01-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Light emitting device (LED) driving apparatus and lighting device including the same |
KR20210147316A (en) * | 2020-05-28 | 2021-12-07 | (주)포인트텍 | Ac direct led driver including capacitor for led driver |
US11464091B2 (en) | 2020-05-28 | 2022-10-04 | Point Tek Co., Ltd. | AC direct LED driver including capacitor for LED driver |
WO2023077250A1 (en) * | 2021-11-04 | 2023-05-11 | 广州庭升电器有限公司 | Led light string power adapter having valley-fill circuit |
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