KR20150043252A

KR20150043252A - Led의 정전압 전원공급 회로

Info

Publication number: KR20150043252A
Application number: KR20150035717A
Authority: KR
Inventors: 오석주
Original assignee: 오석주
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2015-04-22
Also published as: KR101718410B1

Abstract

본 발명은 입력전원단자에 입력되는 순시과도전압 및 고주파 잡음을 제거하고, 과전압 보호소자들은 전원입력에 의해 발생하는 순시과도전압을 억제하는 동시에 컨버터 부품들에 역방향의 과잉전압 발생을 방지할 수 있도록 하는 LED의 안정한 전원공급 회로에 관한 것으로, 교류입력단자로 유입되는 모든 고주파잡음 또는 낙뢰로 인한 순시과도전압 및 기생 또는 포유 용량선 잡음을 제거하며, 외부의 잡음들로부터 발생할 수 있는 오동작을 미연에 방지하는 EMI필터부와; 입력교류전압의 50/60Hz를 100/120Hz의 맥류전압파형으로 만들기 위하여 정류하는 브리지 다이오드와; 플러스(+)와 마이너스(-)의 양 단자에 지속적으로 맥류전압파형을 쵸핑하여 교류입력전압의 변동에 무관하게 역률을 개선하여 유도성 및 용량성부하 등의 전압과 전류파형의 위상차를 일치시키는 수동역률개선부와; 제너다이오드를 설정기준 전압으로 고정하여 부하의 변동이 발생하여도 입·출력 전압을 비교하여 안정한 정전압으로 제어하는 정전압회로부와; Q3의 턴-온(on)시간과 턴-오프(off)시간을 조정하여 제어하고, LED 밝기를 제어하며, 신호 펄스파의 폭을 전류감지신호에 따라서 펄스폭을 변화시키는 변조제어부와; LED모듈 또는 LED 패키지를 턴-온 및 턴-오프 할 때 높은 전압을 감소시키는 역할, 또한 LED 패키지가 동작할 때에 발생하는 플뤼커(Flicker)현상을 소거하는 작용의 스너버(Snubber)부와; LED의 직·병렬 패키지에 연결되어 전압을 인가할 때 맥류성분을 재 정류하는 맥류 출력단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

LED의 정전압 전원공급 회로{Constant Voltage Power Supply Circuitry for LED}

본 발명은 LED(Light Emitting Diode)의 정전압 전원공급 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원입력 단으로 입력되는 순시과도전압을 제거하고, 과전압 보호소자들은 전원전압을 컨버터 입력 단에 입력할 때에 발생하는 순시과도전압을 억제하며, LED 패키지에서 발생하는 플뤼커(Flicker)현상을 소거하는, 또한 컨버터 부품들에 역방향의 과잉전압 발생을 방지할 수 있도록 한 LED의 정전압 전원공급 회로에 관한 것이다.

발광다이오드는 크기가 작고 소비전력 대비 휘도가 높으며, 사용수명이 길고, 제조비용도 저렴하다는 여러 가지 장점을 가지고 있어 기존의 전구를 대체하는 조명 수단이나 표시 수단 등으로 사용되고 있다.

최근에는 정보기술과 이동통신기술 등의 발전과 함께 정보를 시각적으로 표시해줄 수 있는 디스플레이 장치의 발전이 혁신적으로 이루어지고 있는데, 자체 발광 특성이 없는 LCD(Liquid Crystal Display) 장치 등의 비 발광형 디스플레이 장치에서는 백라이트 광원으로서 소형 저 소비 전력, 고 신뢰성 등의 장점을 겸비한 LED 광원의 사용빈도가 크게 증가하고 있다.

LED 광원을 조명 기구나 백라이트 광원에 적용하기 위해서는 해당 제품(Application)에서 요구하는 휘도에 맞게 LED 모듈을 구성하는 것이 필요하다. 즉, 발광다이오드 소자는 그 종류에 따라 통상 1.4V~3.2V 정도의 순방향 전압(Forward Voltage, V_F)을 가지는데, 이러한 LED 소자를 다수 개 직렬 또는 직·병렬연결하며 적어도 하나의 LED 패키지를 이용하여 요구되는 광량 특성을 갖는 제품을 설계하게 된다.

LED 모듈은 일반적으로 적어도 하나의 LED 패키지를 구비한 LED 어레이(Array)에 구동 전원을 공급하는 전원공급 장치를 구비하는 제품을 지칭한다. LED 모듈에 구비되는 일부 전원 공급 장치는 LED 패키지를 정전압 제어를 위한 정전압 제어 부를 일체로 구비하고자 한다. 종래의 컨버터를 구비한 LED 조명 장치의 일례로

[선행기술 특허문헌]

대한민국 공개특허공보 재10-2013-0022206(2013.03.06),

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0014252(2011.02.10),

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0022147(2011.03.07).

등에 개시되어 있다.

그러나 조명 기구나 백라이트 광원 등에 이용되는 LED 모듈의 경우, 통상 제품에 요구되는 광량을 기준으로 LED 모듈을 선정하고, LED 모듈의 총 사용 수량을 결정하게 되므로, 실제 LED 어레이의 전체 순방향 전압을 구동회로나 전원 공급 장치의 출력 전압에 최적화시키는데 한계가 있다. 따라서 종래의 LED 조명 기구나 LED 백라이트 광원에서는 안정한 전원 공급 장치 내 컨버터의 효율이 저하되어 전체 시스템의 효율이 좋지 않은 단점이 있다.

일반적으로, 정전압 전원공급 장치의 효율은 컨버터의 입·출력전압 비에 의해 큰 영향을 받게 되는데, 그러한 이유로 대부분의 LED 제품의 전체 시스템 효율에 있어 제일 큰 전력손실을 유발하는 정전압 전원공급 장치의 효율에 따라 전체 시스템의 효율을 결정한다. 따라서 LED 패키지에 요구되는 고효율을 얻기 위해서는 정전압 전원공급 장치의 효율을 높이는 것이 바람직하다.

한편, LED 패키지에 있어서, 정전압 전원공급 장치의 출력전압을 기준으로 LED 패키지를 선정하는 경우, 출력전압에 LED 패키지의 순방향 전압을 만족시키기 위해 다수개의 상용 LED 패키지를 직렬 연결하여 사용해야 하는 단점이 있다. 즉, 상용 LED 패키지를 이용하여 정전압 전원공급 장치의 출력전압에 알맞은 순방향 전압을 갖는 LED 어레이를 준비하기가 어렵고, 따라서 LED 어레이에 공급되는 구동전압이 상대적으로 큰 변동을 가질 수 있다. 그것은 작은 구동전압의 변동에 의해서도 LED 패키지에 흐르는 전류가 크게 변동하여 LED 패키지의 특성상 LED 패키지의 신뢰성이나 수명에 악영향을 미치게 되고, 결국 정전압 전원공급 장치의 전력 변환회로에서의 시스템 효율이 저하되고, 아울러 제품의 신뢰성과 수명도 함께 저하되는 문제점이 있다.

또한, 정전압 전원공급 장치의 출력전압에 LED 어레이의 순방향전압(또는 구동전압)을 적당하게 일치시키기 위하여 별도의 LED 패키지나 LED 어레이를 제조하는 것을 고려할 수 있으나, 그 경우 제품의 제조비용이 증가하는 단점이 있다. 이와 같이 LED 제품에 요구되는 고효율을 효과적으로 얻을 수 있는 정전압 전원공급 장치나 이러한 전원 공급 장치를 구비한 LED 패키지(또는 모듈)가 요구되고 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 입력전압을 통해 유입되는 전원으로부터 발생하는 순시과도전압 및 고주파잡음을 제거하고, 입력전압이 일정 크기로 도달하면 전류가 급격히 증가하여 저항 값의 감소하는 것을 비직선성 소자 특성을 이용하여 방지할 수 있도록 한 LED의 안정한 전압공급 회로를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 컨버터 부품들에 역방향 과잉전압 발생을 방지할 수 있도록 한 LED 패키지를 위한 안정한 전압공급 회로를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 LED 패키지를 위한 안정한 전압공급 회로는 교류입력단자로 유입되는 모든 고주파잡음 또는 낙뢰로 인한 순시과도전압 및 기생 또는 포유 용량성 잡음을 제거하며, 외부의 잡음들로부터 발생할 수 있는 오동작을 미연에 방지할 수 있도록 동상모드필터(CMF; Common Mode Filter)와 차동잡음필터(DMF; Difference Mode Filter)를 포함하는 EMI필터부와; 입력교류전압 50/60Hz를 100/120Hz의 맥류전압파형으로 만들기 위하여 정류하는 브리지 다이오드와; 플러스(+), 마이너스(-) 양 단자에 지속적으로 맥류전압파형을 쵸핑하여 교류입력전압의 변동에 무관하게 역률을 개선하여 전압과 전류파형의 위상차를 일치시킬 수 있도록 다이오드 D1, D2, D3과 커패시터 C5, C6을 포함하는 수동역률개선부와; 제너다이오드(ZD1)를 기준 전압으로 하여 부하전압의 변동이 발생하여도 입·출력전압을 비교하여 정전압의 전압으로 제어하는 정전압회로부와; MOSFET Q3의 턴-온(Turn-on)시간과 턴-오프(Turn-off)시간을 조정하여 제어하고, LED 밝기를 제어하며, 신호 펄스파의 폭을 전류감지신호에 따라서 펄스폭을 변화시킬 수 있으며, 디밍(Dimming)작용을 위한 부품들로써 저항 R4, R5, R6 R7, R8과, 커패시터 C6, C7, C8, C9, C10과, ZD2 및 칩 IC1을 포함하는 변조제어부와; LED 또는 LED 패키지의 턴-온/턴-오프 할 때 높은 전압을 감소시키는 역할을 행할 수 있도록 다이오드 D5, 저항 R12, 커패시터 C11, 배리스터 RV2를 포함하는 스너버(Snubber)부와; LED의 직·병렬 그룹에 연결하여 전압을 인가할 때 맥류성분을 재 정류하는 맥류 출력단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 동상모드필터(CMF)는 전원전압필터 코일 L1 및 두 커패시터 C3, C4로 구성되어 교류입력 단에 유입되는 모든 고주파잡음(RFI; Radio Frequency Interference) 또는 낙뢰로 인한 순시과도전압(전기 및 주위선로 등에서 발생되는 잡음들)과 케이스(표시 무) 및 PCB와 접지사이에서 기생 또는 포유하는 용량선 잡음 등을 제거하며, 어떤 외부 잡음들에 의해 컨버터의 내부 동작을 오동작하게 하는 것을 미연에 방지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 차동잡음필터(DMF)는 코일 L2 및 세라믹 커패시터 C1과 세라믹 커패시터 C2로 구성되며, 또한 이 회로는 정전압회로부의 MOSFET Q1 및 Q2가 고속 스윗칭 동작으로 턴-온(Turn-on)과 턴-오프(Turn-off)할 때 발생하는 스윗칭 고주파 잡음 및 PCB회로 사이에서 발생하는 전자파의 방사를 제거하며 또한 입력전압으로 고주파 잡음들을 피드백(Feedback)하지 못하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 정전압회로부는 출력 직류전압의 두(+, -)단자 사이에 볼륨 VR1의 양 단자 끝에 고정저항 저항 R1, R2를 직렬 연결하여 볼륨 VR1의 조절하여 유기되는 분압전압을 전력제어소자 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Q1의 드레인(D: drain)과 게이트(G: gate)사이에 분압전압을 공급하여 MOSFET Q1을 턴-온(Turn-on)과 턴-오프(Turn-off)하는 반복 작용으로 MOSFET Q1의 소스(S)단자 및 저항 R3의 후단 단자와 정류단의 (-)단자 사이에 일정한 정전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 MOSFET Q1에서 게이트(G)와 소스(S) 사이에 제너다이오드 ZD1은 Q1의 게이트(G)와 소스(S)사이에 제너전압(ZD1)보다 과잉전압이 인가될 때 제너다이오드가 도통되어 순간적으로 회로를 차단하는 동시에 정상적인 설정 제너전압보다 낮을 때 일정 전압으로 게이트를 턴-온 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 변조제어부 칩 IC1은 단자를 1번에서 8번을 가지며 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation)를 발생하는 소자로 사용되고, 칩 IC1의 단자 1번(+)과 3번(-)사이에 직류전압(8-500Vdc)을 인가하며, 칩 IC1의 단자 2번에 병렬 연결된 션트(Shunt)저항들 R9, R10, R11이 연결되고, 칩 IC1의 단자 4번과 MOSFET Q3 게이트(G)단자 사이에 서로 병렬로 제너다이오드 ZD2, 저항 R8 및 커패시터 C10을 연결되며, 칩 IC1의 단자 5번, 6번, 7번 단자들 사이에 각각 직렬 또는 병렬 연결된 저항 R4, R5, R6과 커패시터 C7, C8을 단자들과 마이너스(-)접지 사이에 연결하고, 칩 IC1의 단자 8번은 칩 IC1의 펄스폭변조 출력의 고정된 Turn-off 시간을 조절할 수 있으며, 또한 발진주파수를 조절하는 발진저항 R7을 연결하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 발진저항 R7은 가변저항(Volume)으로 대체하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 변조제어부와 스너버(Snubber)부 사이에는 MOSFET Q3의 드레인(D)에 직렬 연결된 다이오드 D4는 MOSFET Q3 드레인(D)에 역방향으로 플러스(+) 전압의 흐름을 차단하며, 플러스(+) 전압은 커패시터 C12 양 단자와 LED를 직·병렬로 조합 연결된 LED 패키지와 병렬 연결되는 단자들 사이 공진 인덕터(L3)에 직접 연결하는 회로를 MOSFET Q3의 드레인(D)에 연결하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 공진 인덕터(L3)에 직접 연결하는 회로를 MOSFET Q3의 드레인(D)과 연결하여 칩 IC1의 4번(G) 단자의 출력게이트 신호에 따라 턴-온 및 턴-오프 함에 의하여 드레인(D)과 소스(S)사이의 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 스너버(Snubber)부는 상기 드레인(D)과 소스(S)사이에 병렬로 다이오드 D5와 저항 R12를 연결한 단자에 커패시터 C11의 마이너스(-) 단자를 정류단의 (-)단자에 연결하는 것은 MOSFET를 순시 과도전압(서지)을 보호한다.

또한, 동작 중에 예기치 못한 과도현상 등이 발생되는 것을 방지하는 동시에 드레인(D)과 소스(S)사이에 연결된 서지전압 보호용으로 양단에 가해지는 전압에 의해 저항 값이 변하는 비직선성 소자인 배리스터 RV2를 연결하여 MOSFET Q3을 보호하며, 또한 플뤼커(Flicker)를 소거하는 역할을 하는 동시에 직·병렬로 연결된 LED중 1개 또는 몇 개가 단선되었을 경우에 정전압 회로부를 보호하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 출력단의 종단 단자들에 브리지 다이오드 BD2를 연결하고, 커패시터 C12 및 인덕터 L3의 공진작용에 의해 출력되는 전압 중에는 순수직류라기보다 직류와 교류성분(100/120Hz)이 포함되어 있는 맥류성분을 재 정류하여 직류전압을 약 5~10%정도 상승하게 하므로 직류성분과 미소 맥류성분을 합한 값을 공급하므로 LED 패키지에 광효율 증대와 각 LED들에 공급되는 맥류분에 의하여 LED 패키지에 발생하는 과열현상을 상당히 감소시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 입력전원단을 통해 유입되는 교류전원으로부터 발생하는 순시과도전압 및 고주파 잡음을 제거하고, 입력전압이 일정 크기에 도달하면 전류가 급격히 증가하여 저항 값이 비직선성으로 감소하는 소자를 이용하여 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 컨버터 부품들에 역방향의 과잉전압 발생을 방지하여 안정적으로 전원을 공급하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 출력되는 직류전압 중에는 순수 직류라기보다 직류와 교류성분(100/120Hz)이 포함되어 있으므로 이런 맥류성분을 재 정류하여 직류전압을 약 5~10%정도 상승하게 하므로 직류성분과 미소 맥류성분을 합한 값을 공급하므로 LED 패키지에 광효율 증대와 각각 LED등에서 공급되는 맥류분에 의하여 발생하는 LED 패키지의 과열현상을 상당히 감소시키는 효과가 있다.

[발명회로 전체 블록의 대표도]
[발명회로 도1] 은 본 발명에 의한 각 블록들의 특성을 대표하는 전체 계통 블록도.
도 1은 본 발명에 의한 LED의 전원공급 회로의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 LED의 정전압 전원공급 회로를 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 EMI필터의 구성을 나타낸 확대도면.
도 4는 도 2의 수동역률개선부의 구성을 나타낸 확대도면.
도 5는 도 2의 정전압회로부의 구성을 나타낸 확대도면.
도 6은 도 2의 변조제어부의 구성을 나타낸 확대도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려고 하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

이하 본 발명에 의한 LED 패키지의 정전압 전원공급 회로의 구성을 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명한다.

[발명회로 도1] 은 본 발명에 의한 각 블록들의 특성을 대표하는 전체 구성을 나타내는 새 계통 블록도를 작동 순서대로 간략하게 설명하였고,

도 1은 본 발명에 의한 LED의 정전압 전원공급 회로의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 의한 LED의 정전압 전원공급 회로를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2의 EMI필터의 구성을 나타낸 확대 도면이고, 도 4는 도 2의 수동역률개선부의 구성을 나타낸 확대 도면이며, 도 5는 도 2의 정전압회로부의 구성을 나타낸 확대 도면이고, 도 6은 도 2의 변조제어부의 구성을 나타낸 확대 도면이다.

발명회로 도 1 부터 도 6 까지를 참조하면, 본 발명에 의한 LED의 정전압 전원공급 회로는 교류입력단자로 유입되는 모든 고주파잡음 또는 낙뢰로 인한 순시과도전압 및 기생 또는 포유 용량선 잡음을 제거하며, 외부의 잡음들로부터 발생할 수 있는 오동작을 미연에 방지할 수 있도록 동상모드필터(110)와 차동잡음필터(120)를 포함하는 EMI필터부(100)와, 입력교류전압 50/60Hz를 100/120Hz의 맥류전압파형으로 만들기 위하여 정류하는 브리지 다이오드(130)와, 플러스(+)와 마이너스(-)의 양 단자에 지속적으로 맥류전압파형을 쵸핑(Chopping)하여 교류입력전압의 변동에 무관하게 유도성 또는 용량선 부하의 역률을 개선하여 전압과 전류파형의 위상차를 일치시킬 수 있도록 다이오드 D1, D2, D3과 커패시터 C5, C6을 포함하는 수동역률 개선부(200)와, 제너다이오드(ZD1)를 기준 전압으로 하여 부하의 변동이 발생하여도 입·출력전압을 비교하여 일정하며 안정한 전압으로 제어하는 정전압회로부(300)와, MOSFET Q3의 턴-온(on)시간과 턴-오프(off)시간을 조절하여 제어하고, LED 밝기를 디밍(Dimming)으로 제어하며, 신호 펄스파의 폭을 전류감지신호에 따라서 펄스폭을 변화시킬 수 있도록 저항 R4, R5, R6 R7, R8과, 커패시터 C6, C7, C8, C9, C10과, ZD2 및 칩 IC1을 포함하는 변조제어부(400)와, LED 또는 LED 패키지의 온/오프 할 때 높은 전압을 감소시키는 역할을 행할 수 있도록 다이오드 D5, 저항 R12, 커패시터 C11, 저항의 비직선성 소자인 배리스터 RV2를 포함하며, 또한 플뤼커(Flicker)를 소거하는 작용을 하는 스너버(Snubber)부(500)와, LED 직·병렬 패키지에 연결되어 전압을 인가할 때 맥류성분을 재 정류하는 맥류 출력단(600), LED 공진 인덕터 회로부(610)를 포함하여 구성한다.

상기 EMI필터(100)는 도면에 도시한 바와 같이, 교류전원전압의 저역 필터코일 L1 및 두 커패시터 C3, C4로 구성하는 동상모드필터(110)와, 필터코일 L2 및 두 세라믹 커패시터 C1, C2로 구성되는 차동잡음필터(120)를 포함한다.

상기 동상모드필터(110)는 교류 입력전압 단에서 유입되는 모든 고주파잡음(RFI) 또는 낙뢰로 인한 순시과도전압(전기 및 주위선로 등에서 발생되는 잡음들) 및 케이스(표시 무) 또는 PCB 회로와 접지사이에서 기생 또는 포유하는 용량선 잡음 등을 제거하며, 어떤 외부 잡음들에 의해 컨버터의 내부동작을 오동작하게 하는 것을 미연에 방지한다.

상기 차동잡음필터(120)는 정전압회로부의 MOSFET Q1, Q2가 고속 스윗칭 동작으로 턴-온(Turn-on) 또는 턴-오프(Turn-off)할 때 발생하는 고주파 잡음 및 PCB 회로 사이에서 발생하는 전자파의 방사를 제거하며, 동시에 입력전압 쪽으로 컨버터 내부 잡음을 전원전압으로 피드백(Feedback)하지 못하도록 한다.

상기 수동역률개선부(200)는 역률을 개선하기 위한 것으로, 다이오드 D1, D2, D3과 커패시터 C5, C6의 구성을 포함한다.

상기 수동역률개선부(200)에서는 상기 브리지 다이오드 BD1(130)에서 정류된 직류전압의 맥류성분에 항상 전압과 전류의 위상차, 즉 유도성 및 용량선 부하에서 발생하는 전압과 전류의 위상차를 일치시키는 커패시터 C5를 충전하며, 또한 상기와 같은 작용 등으로 커패시터 C6을 충전하여 두(+, -)단자에 맥류전압을 출력한다.

이때 각 다이오드 D1 및 D2는 커패시터 C5에 충전된 전압의 방전을 막으며 또한 커패시터 C6에 충전된 전압은 D2에 의하여 방전을 방지한다.

또한, 커패시터 C6에 충전된 전압을 다이오드 D3에 의하여 상기 수동역률개선부(200)의 맥류전압을 양(+, -)단자의 맥류 전압파형을 수십kHz 정도로 쵸핑(Chopping)하므로 교류 입력전압(L, N)의 변동에도 무관하게 역률개선, 즉 전압과 전류파형의 위상차를 일치시킴으로 인하여 부하에 공급되는 충분한 직류전압을 공급할 수 있으므로 역률을 개선한다. 상기 개선되는 역률은 ≥ 0.9 이상 이다.

상기 브리지 다이오드 DB1(130)은 입력교류전압 50/60Hz를 100/120Hz의 맥류전압파형으로 만들기 위한 전파정류 회로이라 한다.

또한 상기 브리지 다이오드 BD1(130)은 어떠한 전원전압이 입력되어도 상응하는 직류전압을 출력하며, 또한 입력되는 전압을 일정한 출력전압으로 출력할 목적으로, 교류입력을 직류출력전압으로 정류할 수 있도록 한다.

상기 정전압회로부(300)는 제너다이오드를 기준 전압(ZD1)으로 하여 부하 및 입력전압의 변동이 발생하여도 출력전압은 일정한 전압으로 제어되도록 출력한다.

상기 정전압회로부(300)는 저항 R1, 저항 R2, 볼륨 VR1, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Q1, 트랜지스터(Tr) Q2와, 제너다이오드 ZD1 및 저항 R3 포함하여 구성한다.

상기 정전압회로부(300)의 구성은 도면에 도시한 바와 같이, 변화되는 출력직류전압의 두(+, -) 단자 사이에 볼륨 VR1의 단자 양끝에 고정저항 저항 R1, R2를 연결하여 볼륨 VR1의 조절에 의해 유기되는 분압전압을 전력제어소자 MOSFET Q1의 드레인(D: drain)과 게이트(G: gate) 사이에 분압전압을 공급하여 MOSFET Q1을 턴-온(Turn-on) 및 턴-오프(Turn-off)하는 반복 작용으로 소스(S)와 저항 R3 후단 단자와 정류단의 (-)단자 사이에 일정한 정전압을 출력하도록 한다.

이때, 제너다이오드 ZD1은 MOSFET Q1의 게이트(G)와 소스(S) 사이에 일정 전압으로 게이트를 턴-온 하는데 필요한 전압을 유지하지만 만약 Q1의 게이트(G)와 소스(S) 사이의 설정된 제너전압보다 과잉전압일 때는 제너다이오드가 도통하여 순간적으로 전압이 제로로 되어 동작을 정지하다가 과잉전압이 설정된 제너전압 이하로 환원될 때는 정상 동작으로 복귀하여 일정하게 유지하며 재 동작한다.

또한, 트랜지스터(Tr) Q2의 베이스(B)와 이미터(E)사이에 연결된 션트(Shunt)저항 R3 양단에 유기되는 전압으로 Tr의 Q2를 턴-온하므로 션트저항 R3 후단의 플러스(+)단자와 정류단의 마이너스(-)단자 사이에 일정한 직류전압을 출력하는 작용을 한다.

상기 변조제어부(PWM: Pulse Width Modulation)(400)는 턴-온(Turn-on)시간과 턴-오프(Turn-off) 시간을 조절하여 제어하고, LED 밝기를 제어하며, 신호 펄스파의 폭을 전류감지신호에 따라서 변화시킨다. 또한, 펄스폭의 턴-온(Turn-on)시간에 따라 평균 전압을 감지하는 것을 이용하여 펄스폭을 제어한다.

상기 변조제어부(400)는 턴-온(Turn-on)시간과 턴-오프(Turn-off)시간을 조정하여 제어하고, LED 밝기를 제어하며, 신호 펄스파의 폭을 전류감지신호에 따라서 펄스폭을 변화시킬 수 있도록 저항 R4, R5, R6 R7, R8과, 커패시터 C6, C7, C8, C9, C10과, ZD2 및 칩 IC1을 포함하는 회로를 구성한다.

상기 변조제어부(400) 칩 IC1은 단자 1번에서 8번 단자를 가지며 펄스폭 변조를 발생하는 소자로 사용되고, 칩 IC1의 단자 1번(+)과 3번(-) 사이에 직류전압(8-500Vdc)을 인가하며, 칩 IC1의 단자 2번에 병렬 연결된 션트저항 R9, R10, R11이 연결되고, 칩 IC1의 단자 4번과 MOSFET Q3 게이트(G)단자 사이에 서로 병렬로 제너다이오드 ZD2, 저항 R8 및 커패시터 C10을 연결하며, 칩 IC1의 단자 5번, 6번, 7번 단자들 사이에 각각 직렬 또는 병렬 연결된 저항들 R4, R5, R6과 커패시터 C7, C8을 단자들을 정류단의 마이너스(-)접지 사이에 연결하고, 칩 IC1의 단자 8번은 발진주파수를 조절하는 저항 R7을 연결되도록 이루어진다.

상기 변조제어부(400)는 칩 IC1은 펄스폭변조를 발생하는 소자로 사용되고, 여기에 1번(+)과 3번(-) 사이에 직류전압(8-500Vdc)을 공급한다.

단자 2번에 병렬 연결된 저항 R9, R10, R11의 전류감지저항들을 가감함에 의하여 MOSFET Q3의 소스(S)단자와 정류단의 마이너스(-) 단자 사이에 출력전류를 가감할 수 있도록 한다.

칩 IC1의 단자 4번과 MOSFET Q3 게이트(G) 단자 사이에 서로 병렬 연결된 제너다이오드 ZD2, 저항 R8 및 커패시터 C10들은 칩 IC1의 4번 단자에서 출력되는 펄스신호 전압을 MOSFET Q3의 게이트(G)에 일정 전압을 공급할 뿐만 아니라 게이트(G)를 보호하는 역할을 한다.

그리고 단자 5번, 6번, 7번 단자들 사이에 각각 직렬 또는 병렬 연결된 저항 R4, R5, R6과 커패시터 C7, C8을 단자들을 정류단의 마이너스(-)단자와 접지 사이에 설치하여 필요할 때는 항상 디밍(Dimming) 작용을 활용할 수 있도록 한다.

또한 단자 8번은 칩 IC1의 펄스폭변조 출력의 턴-오프(Turn-off)시간을 조절할 수 있으며, 또한 발진주파수를 조절하는 발진저항 R7을 연결한다. 그리고 상기 발진저항 R7은 가변저항(Volume)으로 대체하여 사용할 수 있다.

상기 변조제어부(400)와 스너버(Snubber)부(500) 사이에는 전압의 역방향 흐름을 막고, 상기 칩 IC1의 출력 게이트 신호전압으로 턴-온 및 턴-오프 할 때 전류를 제어할 수 있도록 MOSFET Q3(410)을 연결한다.

상기 MOSFET Q3(410)에는 션트저항들 R9, R10, R11을 병렬 연결한다.

상기 변조제어부(400)와 스너버(Snubber)부(500) 사이에는 MOSFET Q3(410)의 드레인(D)에 직렬 연결된 다이오드 D4는 MOSFET Q3(410) 드레인(D)에 플러스(+)전압의 역방향전압의 흐름을 막으며, 이때 플러스(+)전압은 커패시터 C12 양 단자와 LED를 직·병렬로 조합 연결된 LED 패키지의 단자들과 병렬 연결되는 단자들 사이에 공진 인덕터(L3)(610)를 MOSFET Q3(410)의 드레인(D)과 연결하면, 칩 IC1의 4번(G) 단자의 출력게이트 신호에 따라 턴-온 및 턴-오프 하여 드레인(D)과 소스(S) 사이의 전류를 제어한다.

상기 스너버(Snubber)부(500)는 LED 또는 LED 패키지를 온/오프 할 때 발생되는 높은 전압을 감소시키는 역할을 행할 수 있도록 다이오드 D5와, 저항 R12와, 커패시터 C11, 배리스터 RV2 등으로 구성한다.

상기 스너버(Snubber)부(500)와 상기 출력단 사이에는 인덕터를 설치하며, 상기 인덕터(610)는 상기 출력단 LED와 상호공진 작용에 의해 일정 직류전압으로 LED 패키지에 인가한다.

상기 스너버(Snubber)부(500)는 상기 드레인(D)과 소스(S) 단자 사이에 병렬로 다이오드 D5와 저항 R12를 연결한 단자에 커패시터 C11의 마이너스(-) 단자와 정류단의 (-)단자 사이에 연결하는 것은 MOSFET Q3을 순시 과도전압(서지)에서 보호하며, LED 패키지에 발생하는 플뤼커(Flicker)현상을 소거하는 작용도 겸하고 있다.

또한, 동작 중에 예기치 못한 과도현상 등이 발생되는 것을 방지하는 동시에 드레인(D)과 소스(S)사이에 연결된 서지전압 보호용으로 배리스터 RV2를 연결하여 MOSFET Q3(410)을 보호하는 동시에 직·병렬로 연결된 LED 중 1개 또는 몇 개가 단선되었을 경우에 정전압회로부를 보호하는 작용도 한다.

상기 출력단(600)은 인덕터(610) 및 커패시터 C12의 공진작용에 의해 LED의 직·병렬 패키지에 연결되어 전압을 인가할 수 있도록 브리지 다이오드 BD2를 포함하여 구성한다.

상기 출력단(600)은 종단 단자들에 브리지 다이오드 BD2를 연결하고, 커패시터 C12와 인덕터 L3의 공진작용에 의해 출력되는 전압 중에는 순수 직류라기보다 직류와 교류성분(100/120Hz)이 포함되어 있으므로 이런 맥류성분을 재 정류하여 직류전압을 약 5~10%정도 증가하므로 직류성분과 미소 맥류성분을 합한 값을 공급하므로 LED 패키지에 광효율 증대와 각 LED들에 공급되는 맥류분에 의하여 발생하는 LED의 과열현상을 상당히 감소시킨다.

상기와 같이 본 발명은 입력전원을 통하여 유입되는 전원으로부터 발생하는 순시과도전압 및 고주파잡음을 제거하고, 입력전압이 일정 크기에 도달하면 전류가 급격히 증가할 때 저항 값이 감소하는 비직선성 소자의 특성을 이용하여 방지할 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 컨버터 부품들에 역방향의 과잉전압 발생을 방지하여 안정적으로 정전압을 공급하는 작용을 한다.

이상에서 설명한 본 고안의 상세한 설명에서는 본 고안의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 고안의 보호범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 고안의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: EMI필터부 110: 동상모드필터(CMF)
120: 차동잡음필터(DMF) 130: 브리지 다이오드 BD1
200: 수동역률(PFC)개선부 300: 정전압 회로부
400: 변조제어부 410: MOSFET Q3
500: 스너버(Snubber)부 600: 출력단
610: 인덕터(L) C: 커패시터
D: 다이오드 BD2: 브리지 다이오드
ZD: 제너 다이오드 IC: 칩
Q: MOSFET R: 저항

Claims

LED의 정전압 전원공급 회로에 있어서,
교류입력단자로 유입되는 모든 고주파잡음 또는 낙뢰로 인한 순시과도전압 및 기생 또는 포유 용량선 잡음을 제거하며, 외부의 잡음들로부터 발생할 수 있는 오동작을 미연에 방지할 수 있도록 동상모드필터(CMF)와 차동잡음필터(DMF)를 포함하는 EMI필터부와;
입력교류전압 50/60Hz를 100/120Hz의 맥류전압파형으로 만들기 위하여 정류하는 브리지 다이오드와;
플러스(+), 마이너스(-)의 양 단자에 지속적으로 맥류전압파형을 쵸핑하여 교류입력전압의 변동에 무관하게 역률을 개선하여 전압과 전류파형의 위상차를 일치시킬 수 있도록 다이오드 D1, D2, D3과 커패시터 C5, C6을 포함하는 수동역률개선부와;
제너 다이오드(ZD1)를 기준 전압으로 하여 부하의 변동이 발생하여도 입·출력전압을 비교하여 안정한 정전압을 유지하도록 제어하는 정전압회로부와;
MOSFET Q3의 턴-온(Turn-on)시간과 턴-오프(Turn-off)시간을 조정하여 제어하고, LED 밝기를 제어하며, 신호 펄스파의 폭을 전류감지신호에 따라 펄스폭을 변화할 수 있으며, 디밍(Dimming)작용을 제어할 수 있는 저항 R4, R5, R6 R7, R8과, 커패시터 C6, C7, C8, C9, C10과, ZD2 및 칩 IC1을 포함하는 펄스폭 변조제어부와; LED 또는 LED 패키지를 온/오프 할 때 발생되는 높은 순시전압을 감소하는 역할을 행할 수 있을 뿐 만 아니라 플뤼커(Flicker)현상을 소거할 수 있으며, 다이오드 D5, 저항 R12, 커패시터 C11) 및 배리스터 RV2를 포함하는 스너버(Snubber)부와; LED의 직·병렬 패키지에 연결되어 전압을 인가할 때 맥류성분을 재 정류하는 맥류전압 출력단부; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED의 정전압 전원공급 회로.
제1항에 있어서,
상기 동상모드필터(CMF)는
전원입력 저역필터코일 L1 및 두 커패시터 C3, C4로 구성되어 교류입력 단에서 유입되는 모든 고주파잡음(RFI) 또는 낙뢰로 인한 순시과도전압(전기 및 주위선로 등에서 발생되는 잡음들)과 케이스(표시 무) 및 PCB 회로와 접지사이에서 기생 또는 포유하는 용량선 잡음 등을 제거하며, 어떤 외부 잡음들에 의해 컨버터의 내부동작을 오동작하게 하는 것을 미연에 방지하는 것을 특징으로 하는 LED의 정전압 전원공급 회로.
제1항에 있어서,
상기 차동잡음필터(DMF)는
전원필터코일 L2 및 두 세라믹 커패시터 C1, C2로 구성되어 정전압회로부의 MOSFET Q1, Q2와 Q3의 고속 스윗칭 동작으로 턴-온(Turn-on)과 턴-오프(Turn-off)할 때 발생하는 고주파와 고조파 잡음, 및 PCB 회로 사이에서 발생하는 전자파의 방사를 제거하는 동시에 입력전압으로 발생되는 잡음들을 전원전압으로 피드백(Feedback)하지 못하도록 하는 것을 특징으로 하는 LED의 정전압 전원공급 회로.
제1항에 있어서,
상기 정전압회로부는
출력직류전압의 두(+, -) 단자 사이에 볼륨 VR1의 단자 양끝에 저항 R1, R2를 직렬로 연결하여 볼륨 VR1의 조절에 의해 유기되는 분압전압을 전력제어소자 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Q1의 드레인(D: drain)과 게이트(G: gate)사이에 분압전압을 공급하여 MOSFET Q1을 턴-온(Turn-on) 및 턴-오프(Turn-off)하는 반복 작용으로 Q1의 소스(S) 및 저항 R3의 후단 단자와 정류단의 (-)단자 사이에 일정한 정전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 LED의 정전압 전원공급 회로.
제4항에 있어서,
상기 MOSFET Q1에는
MOSFET Q1의 게이트(G)와 소스(S) 사이에 제너 다이오드 ZD1의 양 단자의 전압에서, 만약 제너다이오드 양 단자에 설정된 제너전압(Vz)을 초과하면 제너 다이오드(ZD1)가 도통하여 동작을 정지하고, 제너 다이오드의 설정된 전압이하일 때는 다시 복귀하여 게이트를 턴-온 하는 것을 특징으로 하는 LED의 정전압 전원공급 회로.
제1항에 있어서
상기 변조제어부의 칩 IC1은
단자 1번에서 8번의 단자를 가지며 펄스폭변조를 발생하는 소자로 사용되고, 칩 IC1의 단자 1번(+)과 3번(-) 사이에 직류전압(8-500Vdc)을 인가하며, 칩 IC1의 단자 2번에 병렬 연결된 션트저항들 R9, R10, R11이 연결되고, 칩 IC1의 단자 4번과 MOSFET Q3 게이트(G) 단자 사이에 서로 병렬로 제너다이오드 ZD2, 저항 R8 및 커패시터 C10과 연결되며,
칩 IC1의 단자 5번, 6번, 7번 단자들 사이에 각각 직·병렬 연결된 저항들 R4, R5, R6과 두 커패시터 C7, C8의 단자들과 정류단의 마이너스(-)접지 사이에 연결하고,
칩 IC1의 단자 8번의 기능은 펄스폭변조 출력의 펄스폭을 턴-온(Turn-off)하는 시간을 조정할 수 있으며, IC1의 출력발진주파수를 조절하는 발진저항 R7을 연결하는 것을 특징으로 하는 LED의 정전압 전원공급 회로.
제6항에 있어서,
상기 발진저항 R7을
가변저항(Volume)으로 대치하여 출력전압을 임의로 조절하므로 부하에 필요로 하는 정전압을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 LED의 정전압 전원공급 회로.
제1항에 있어서
상기 변조제어부와 스너버(Snubber)부 사이에는
MOSFET Q3의 드레인(D)에 직렬 연결된 다이오드 D4는 Q3 드레인(D)에 플러스(+)전압의 역방향의 흐름을 막으며, 플러스(+)전압은 커패시터 C12 양 단자에 병렬 연결된 인덕터(L3)에 LED를 직·병렬로 연결된 LED 패키지와 병렬 연결되는 단자 사이에 MOSFET Q3의 드레인(D)과 연결하는 것을 특징으로 하는 LED의 정전압 전원공급 회로.
제8항에 있어서,
상기 인덕터(L3)에
MOSFET Q3의 드레인(D)에 연결하여 칩 IC1의 4번(G) 단자의 출력게이트 신호에 따라 턴-온 및 턴-오프 하므로 인덕터의 공진작용에 의하여 드레인(D)과 소스(S)사이의 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 LED에 공진전압의 전원공급 회로.
제1항에 있어서,
상기 스너버(Snubber)부는
상기 MOSFET Q3의 드레인(D)과 소스(S) 사이에 다이오드 D5와 저항 R12를 병렬 연결한 단자에 커패시터 C11의 마이너스(-) 단자와 정류단의 (-)접지단자에 연결하여 MOSFET (Q3)를 순시 서지과전압을 보호하고,
동작 중에 예기치 못한 과도현상이 발생되는 것을 방지하는 동시에 드레인(D)과 소스(S)사이에 연결된 서지전압 보호용으로 양단에 가해지는 전압에 의해 저항 값이 변하는 비직선성 소자인 배리스터 RV2를 연결하며, LED 패키지에서 발생하는 플뤼커(Flicker)를 소거하며, 또한 MOSFET Q3을 보호하는 동시에 직·병렬로 연결된 LED중 1개 또는 몇 개가 단선되었을 경우에 정전압 회로 일부를 보호하는 것을 특징으로 하는 LED의 정전압 전원공급 회로.
제1항에 있어서,
상기 종단 출력단은
종단 단자들에 브리지 다이오드 BD2를 연결하고, 커패시터 C12 및 인덕터 L3의 공진작용에 의해 출력되는 전압 중에는 순수직류라기보다 직류와 교류성분(100/120Hz)이 포함되어 있으므로 이런 맥류성분을 재 정류하여 출력직류전압을 약 5~10%정도 상승하므로 직류성분과 미소 맥류성분의 합한 값을 공급하므로 LED 패키지에 광효율 증대와 각 LED들에서 공급되는 맥류분에 의하여 발생하는 LED 패키지의 과열현상을 상당히 감소시키는 것을 특징으로 하는 LED의 맥류전원공급 회로.