KR20150078614A - Led 조명용 파워 드라이버 및 그 제어방법 - Google Patents

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최정우
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 LED 조명용 파워 드라이버 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법은, 역률 보정부에 의해 외부로부터 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압의 역률을 보정하는 단계; 및 DC/DC 컨버터부에 의해 상기 역률 보정부로부터 직류 전압을 입력받아 LED 모듈에 공급할 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 단계를 포함하고, 상기 DC/DC 컨버터부에 마련되어 있는 스킵 제어부에 의해 DC/DC 컨버터부로부터의 출력을 입력받아 구동하는 LED 모듈에 흐르는 전류를 피드백 입력받아 전류의 크기를 검출하고, 검출된 전류의 크기에 따라 스킵 모드 제어를 위한 신호를 출력한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, DC/DC 컨버터의 출력범위의 낮은 전압 영역에서 스킵 모드 제어를 수행함으로써 넓은 출력전압 범위를 가질 수 있으며, 이에 따라 하나의 파워 드라이버로 서로 다른 다수의 LED 조명기기에 적용할 수 있다.

Description

LED 조명용 파워 드라이버 및 그 제어방법{Power driver for LED(light emitting diode) illumination and control method thereof}
본 발명은 LED 조명용 파워 드라이버 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 스킵 모드 제어(skip mode control)를 수행함으로써 넓은 출력전압 범위를 가질 수 있는 LED 조명용 파워 드라이버 및 그 제어방법에 관한 것이다.
LED 파워 드라이버는 전류 제어를 통해 LED 모듈에 일정한 전류를 공급하게 된다. 이때의 출력 전압은 LED 모듈의 Vf(LED Forward Voltage)로 결정된다. 이때 LED의 Vf가 파워의 출력전압 범위를 벗어나게 되면 전류 제어가 불가능하며, 이에 따라 LED가 빛을 낼 수가 없게 된다.
LED 조명용 파워 드라이버는 LED 모듈의 특성상 출력 전류를 일정하게 제어 하고, 출력 전압은 LED 모듈의 Vf에 맞추어 설계된다. 이때 출력 전압의 범위가 좁을 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이, 각 LED 모듈(101a∼103a)에 대하여 각각의 조명용 파워 드라이버(101b∼103b)를 설계하여야 한다. 따라서, 하나의 파워 드라이버로 다수의 LED 모듈에 적용할 수 없는 불편이 수반되고, 각 LED 모듈에 대응하는 각각의 파워 드라이버를 구비해야 하므로, 비용 부담이 증대되는 문제가 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 10-2012-0135003 일본 공개특허공보 특개2013-511803
본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, DC/DC 컨버터의 출력 범위의 낮은 전압 영역에서 스킵 모드 제어(skip mode control)를 수행함으로써, 전체적으로 넓은 출력 전압 범위를 가질 수 있는 LED 조명용 파워 드라이버 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 LED 조명용 파워 드라이버는,
외부로부터 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압의 역률을 보정하는 역률 보정부; 및
상기 역률 보정부로부터 직류 전압을 입력받아 LED 모듈에 공급할 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부를 포함하고,
상기 DC/DC 컨버터부에는 DC/DC 컨버터부로부터의 출력을 입력받아 구동하는 LED 모듈에 흐르는 전류를 피드백 입력받아 전류의 크기를 검출하고, 검출된 전류의 크기에 따라 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 스킵 제어부가 마련되어 있는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 DC/DC 컨버터부는 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 피드백 입력받아 전류의 크기를 검출하고, 검출된 전류의 크기에 따라 DC/DC 컨버터부 내의 트랜스포머의 1차측 권선에 흐르는 전류를 제어하는 DC/DC 컨트롤러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스킵 제어부는 피드백 입력받은 전류와 기준전류를 비교하고, 그 결과에 따라 스킵 모드 제어를 위한 신호를 상기 DC/DC 컨트롤러로 출력하는 프로세서(IC)로 구성될 수 있다.
이때, 상기 스킵 제어부는 상기 트랜스포머의 1차측에 설치된 보조권선을 통해 감지된 전압 신호와 스킵 캐리어(skip carrier) 생성기로부터 발생한 스킵 캐리어 신호를 각각 입력받아 비교하고, 감지전압이 스킵 캐리어 레벨보다 작으면 스킵 모드 동작 신호를 출력하는 비교기와, 그 비교기의 출력 신호와 LED 모듈로부터의 피드백 신호를 입력받아 논리합 연산하여 스킵 모드 제어를 위한 신호를 상기 DC/DC 컨트롤러로 출력하는 OR 게이트를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 스킵 제어부는 외부의 메인 제어부로부터의 스킵 제어 신호를 입력받아 상기 DC/DC 컨트롤러로 전달하는 구조로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 역률 보정부로는 부스트 컨버터(boost converter)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 DC/DC 컨버터부로는 LLC(inductor-inuctor-capacitor) 공진 컨버터가 사용될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법은,
역률 보정부와, DC/DC 컨버터부를 포함하는 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법으로서,
a) 상기 역률 보정부에 의해 외부로부터 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압의 역률을 보정하는 단계; 및
b) 상기 DC/DC 컨버터부에 의해 상기 역률 보정부로부터 직류 전압을 입력받아 LED 모듈에 공급할 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 단계를 포함하고,
상기 DC/DC 컨버터부에 마련되어 있는 스킵 제어부에 의해 DC/DC 컨버터부로부터의 출력을 입력받아 구동하는 LED 모듈에 흐르는 전류를 피드백 입력받아 전류의 크기를 검출하고, 검출된 전류의 크기에 따라 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 스킵 제어부에 의해 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 것은,
비교기에 의해 상기 DC/DC 컨버터부에 마련되어 있는 트랜스포머의 1차측에 설치된 보조권선을 통해 감지된 전압 신호와 스킵 캐리어(skip carrier) 생성기로부터 발생한 스킵 캐리어 신호를 각각 입력받아 비교하고, 감지전압이 스킵 캐리어 레벨보다 작으면 스킵 모드 동작 신호를 출력하는 단계; 및
OR 게이트에 의해 상기 비교기로부터의 출력 신호와 LED 모듈로부터의 피드백 신호를 각각 입력받아 논리합 연산하여 스킵 모드 제어를 위한 신호를 상기 DC/DC 컨트롤러로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스킵 제어부에 의해 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 것은 스킵 제어부에 의해 외부의 메인 제어부로부터의 스킵 제어 신호를 직접 입력받아 상기 DC/DC 컨트롤러로 전달하는 방식에 의해 구현될 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, DC/DC 컨버터(변압기)의 출력범위의 낮은 전압 영역에서 스킵 모드 제어를 수행함으로써 전체적으로 넓은 출력전압 범위를 가질 수 있으며, 이에 따라 하나의 파워 드라이버로 서로 다른 다수의 LED 조명기기에 적용할 수 있다.
도 1은 종래 방식의 다수의 LED 모듈에 대하여 각각의 조명용 파워 드라이버가 적용된 상태를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 조명용 파워 드라이버의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 LED 조명용 파워 드라이버에 있어서의 스킵 제어부의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도.
도 5는 본 발명에 따른 방법에 있어서, 스킵 제어부에 의해 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 과정을 보여주는 흐름도.
도 6은 본 발명에 채용된 스킵 모드 제어를 출력전압 펄스 신호의 형태로 보여주는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 제어방법에 따라 저전압 영역에서의 스킵 모드 제어 시, 스위치 소자의 게이트로 입력되는 실제의 펄스 파형을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 LED 조명용 파워 드라이버의 넓은 출력전압 범위를 보여주는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 LED 조명용 파워 드라이버 하나로 다수의 LED 모듈에 사용하는 상태를 보여주는 도면.
도 10은 일반적인 DC/DC 컨버터의 출력전압의 특성을 보여주는 도면.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
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 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1에서 설명한 바와 같이, 종래 파워 드라이버에 있어서는 파워의 출력전압 범위가 좁은 경우에는 각 LED 모듈에 각각 다른 파워 드라이버를 적용해야 하는 문제가 있었다. 따라서, 본 발명에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 파워 드라이버(901b)로 여러 LED 모듈(901a∼903a)에 사용 가능하도록 하기 위하여 파워 드라이버가 넓은 출력범위를 가지도록 하는 점에 주안점을 둔다. 그러나, 파워 드라이버의 출력전압 범위는 DC/DC 변환 단계의 트랜스포머가 결정하게 되고, 이에 따라 출력전압 범위를 넓게 가져가는데 어려움이 있다. 일반적으로 트랜스포머를 설계하게 되면 도 10에 도시된 바와 같은 특성곡선을 얻을 수 있다.
도 10은 DC/DC 컨버터(트랜스포머)의 특성 곡선으로서, 도시된 바와 같이, DC/DC 컨버터가 가지는 주파수 범위는 80KHz∼300KHz이고, 이에 대응하는 출력전압 범위는 DC 140V∼210V가 된다. 하지만 이러한 출력전압 범위를 더욱 넓게 가져가기 위해서는 낮은 전압(즉, 140V)의 영역을 더욱 넓게 가져가야 한다. 본 발명에서는 출력전압 범위를 넓게 가져가기 위하여 스킵 모드 제어 방식을 도입하며, 이하에서는 이를 바탕으로 본 발명의 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 조명용 파워 드라이버의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 LED 조명용 파워 드라이버는 역률 보정부 (210)와 DC/DC 컨버터부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 역률 보정부(210)는 외부의 교류 전원으로부터 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압의 역률을 보정한다. 이와 같은 역률 보정부(210)는 외부로부터의 교류 전원에 혼입되어 있는 고주파 노이즈(noise) 성분을 제거하는 EMI(electromagnetic interference) 필터(211)와, EMI 필터(211)를 거쳐 입력된 교류 전압을 직류 전압으로 정류하는 제1 브리지 다이오드(212)와, 인덕터(Lb)의 인덕턴스 성분과 커패시터(Clink)의 커패시턴스 성분의 조절에 의해 제1 브리지 다이오드(bridge diode)(212)에 의해 정류된 직류 전압의 역률을 보정하는 역률보정(power factor correction; PFC) 컨트롤러(213)와, 제1 브리지 다이오드(212)의 출력단으로부터 획득한 전압을 역률보정 컨트롤러(213) 및 후술되는 DC/DC 컨트롤러(223)에 구동 전원으로 공급하는 IC 전원 공급부(214)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 이상과 같은 역률 보정부(210)로는 부스트 컨버터(boost converter)가 사용될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 역률 보정 기능을 갖는 다른 형태의 장치 혹은 회로가 사용될 수 있음은 당연하다.
상기 DC/DC 컨버터부(220)는 상기 역률 보정부(210)로부터 직류 전압을 입력받아 LED 모듈(230)에 공급할 다른 크기의 직류 전압으로 변환한다. 이와 같은 DC/DC 컨버터부(220)는 역률 보정부(210)를 거쳐 입력된 직류 전압을 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 트랜스포머(221)와, 트랜스포머(221)의 2차측 권선으로부터 출력되는 직류 전압을 다시 한 번 정류하는 제2 브리지 다이오드(222)와, 트랜스포머(221)의 1차측 권선으로의 전류의 흐름을 단속하는 반도체 스위치 소자 (QA,QM)(예를 들면, MOSFET)의 온/오프를 제어하는 DC/DC 컨트롤러(223)와, DC/DC 컨버터부(220)로부터의 출력을 입력받아 구동하는 LED 모듈(230)에 흐르는 전류를 피드백 입력받아 전류의 크기를 검출하고, 검출된 전류의 크기에 따라 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 스킵 제어부(224)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 이상과 같은 DC/DC 컨버터부(220)로는 LLC(inductor-inuctor-capacitor) 공진 컨버터가 사용될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, DC/DC 컨버터 기능을 갖는 다른 형태의 장치 혹은 회로가 사용될 수 있음은 당연하다.
여기서, 또한 상기 DC/DC 컨트롤러(223)는 상기 LED 모듈(230)에 흐르는 전류를 피드백 입력받아 전류의 크기를 검출하고, 검출된 전류의 크기에 따라 트랜스포머(221)의 1차측 권선에 흐르는 전류를 제어하도록 하는 신호를 상기 반도체 스위치 소자(QA,QM)로 출력하는 기능을 갖는다.
또한, 상기 스킵 제어부(224)는 피드백 입력받은 전류와 기준전류를 비교하고, 그 결과에 따라 스킵 모드 제어를 위한 신호를 상기 DC/DC 컨트롤러(223)로 출력하는 프로세서(IC)로 구성될 수 있다.
이때, 상기 스킵 제어부(224)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 트랜스포머(221)의 1차측에 설치된 보조권선(310)을 통해 감지된 전압 신호와 스킵 캐리어 (skip carrier) 생성기(301)로부터 발생한 스킵 캐리어 신호를 각각 입력받아 비교하고, 감지전압이 스킵 캐리어 레벨보다 작으면 스킵 모드 동작 신호를 출력하는 비교기(302)와, 그 비교기(302)의 출력 신호와 LED 모듈(230)로부터의 피드백 신호를 입력받아 논리합 연산하여 스킵 모드 제어를 위한 신호를 상기 DC/DC 컨트롤러 (223)로 출력하는 OR 게이트(303)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 스킵 제어부(224)는 외부의 메인 제어부(미도시)로부터의 스킵 제어 신호를 입력받아 상기 DC/DC 컨트롤러(223)로 전달하는 구조로 구성될 수도 있다.
여기서, 이상과 같은 스킵 제어부(224)의 동작 관계에 대해 도 3을 참조하여 간략히 설명해 보기로 한다.
도 3을 참조하면, 스킵 캐리어 생성기(301)는 스킵 캐리어(skip carrier)로서 톱니파형의 펄스 신호를 발생하고, 이 펄스 신호는 비교기(302)의 비반전(+) 단자로 입력된다. 또한, DC/DC 컨버터부(220)의 트랜스포머(221)의 1차측에 설치된 보조권선(310)에 의해 감지된 전압이 비교기(302)의 반전(-) 단자로 입력된다. 여기서, 보조권선(310)에 의해 감지된 전압(이하, '감지전압'이라 함)은 트랜스포머 (221)의 2차측 출력전압이 투영된 전압이다. 예를 들어, 2차측의 출력전압이 200V일 때의 보조권선(310)에서의 전압이 20V라고 하면, 2차측의 출력전압이 100V로 떨어지게 되면 보조권선의 전압도 10V로 비례적으로 떨어지게 된다.
한편, 비교기(302)는 펄스 신호(즉, 스킵 캐리어) 레벨과 보조권선(310)으로부터의 감지전압을 비교하여, 감지전압이 펄스 신호(skip carrier) 레벨 밑으로 떨어지게 되면 스킵 모드 동작을 한다. 그러면 OR 게이트(303)는 피드백 제어 신호를입력받다가 비교기(302)의 출력신호, 즉 스킵 캐리어 신호가 입력되면, 스킵 모드 제어를 위한 신호를 DC/DC 컨트롤러(223)로 출력한다. 이에 따라 DC/DC 컨트롤러 (223)는 스킵 제어 동작을 하게 된다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법의 실행 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법은, 전술한 바와 같은 역률 보정부(210)와, DC/DC 컨버터부(220)를 포함하는 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법으로서, 먼저 상기 역률 보정부(210)에 의해 외부로부터 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압의 역률을 보정한다(단계 S401). 즉, 역률 보정부(210)의 역률보정(power factor correction; PFC) 컨트롤러(213)에 의해 인덕터(Lb)의 인덕턴스 성분과 커패시터(Clink)의 커패시턴스 성분을 조절함으로써 제1 브리지 다이오드(212)에 의해 정류된 직류 전압의 역률을 보정한다.
이렇게 하여 역률 보정이 완료되면, 상기 DC/DC 컨버터부(220)에 의해 상기 역률 보정부(210)로부터 직류 전압을 입력받아 LED 모듈(230)에 공급할 다른 크기의 직류 전압으로 변환한다(단계 S402). 즉, DC/DC 컨버터부(220)의 트랜스포머(221) 1, 2차측 권선비에 따라 1차측 권선에 입력된 직류 전압과 다른 크기의 직류 전압을 2차측 권선을 통해 출력하는 것이다. LED 모듈(230)은 이렇게 하여 DC/DC 컨버터부(220)로부터 출력된 직류 전압을 인가받아 구동한다.
한편, LED 모듈(230)이 구동되면 상기 DC/DC 컨버터부(220)에 마련되어 있는 스킵 제어부(224)에 의해 DC/DC 컨버터부(220)로부터의 출력을 입력받아 구동하는 LED 모듈(230)에 흐르는 전류를 피드백 입력받는다(단계 S403).
스킵 제어부(224)는 피드백 입력받은 전류의 크기를 검출하고, 검출된 전류의 크기에 따라 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력한다(단계 S404).
여기서, 상기 스킵 제어부(224)에 의해 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 과정에 대하여 도 5를 참조하여 부연 설명해 보기로 한다.
도 5는 스킵 제어부(224)에 의해 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 비교기(302)에 의해 상기 DC/DC 컨버터부(220)에 마련되어 있는 트랜스포머(221)의 1차측에 설치된 보조권선(310)을 통해 감지된 전압 신호(이하 '감지전압'이라 함)와 스킵 캐리어(skip carrier) 생성기(301)로부터 발생한 스킵 캐리어 신호를 각각 입력받아(단계 S501), 감지전압이 스킵 캐리어 레벨보다 작은지의 여부를 판별한다(단계 S502).
상기 단계 S502의 판별에서, 감지전압이 스킵 캐리어 레벨보다 작지 않으면, 비교기(302)는 아무 신호도 출력하지 않는다. 이에 따라 DC/DC 컨트롤러(223)는 피드백 신호의 입력에 따라 평상시의(통상의) 제어를 수행한다. 그리고, 상기 단계 S502의 판별에서, 감지전압이 스킵 캐리어 레벨보다 작으면, 비교기(302)는 스킵 모드 동작 신호를 출력한다(단계 S503).
이상에 의해 비교기(302)에 의해 스킵 모드 동작 신호가 출력되면, OR 게이트(303)는 상기 비교기(302)로부터의 출력 신호와 LED 모듈(230)로부터의 피드백 신호를 각각 입력받아 논리합 연산하여, 즉 피드백 신호와 스킵 모드 동작 신호가 입력되면 스킵 모드 동작 신호를 취하여 스킵 모드 제어를 위한 신호를 상기 DC/DC 컨트롤러(223)로 출력한다(단계 S504,S505).
여기서, 이상과 같은 스킵 제어부(224)에 의해 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 것은, 경우에 따라서는 스킵 제어부(224)에 의해 외부의 메인 제어부(미도시)로부터의 스킵 제어 신호를 직접 입력받아 상기 DC/DC 컨트롤러(223)로 전달하는 방식으로 구현될 수도 있다.
한편, 도 6은 이상과 같은 본 발명에 채용된 스킵 모드 제어를 출력전압 펄스 신호의 형태로 보여주는 도면이다.
여기서, 본 발명에서 채용하고 있는 '스킵 모드 제어'에 대한 정의 내지는 기본 개념에 대해 먼저 도 6을 참조하여 간략히 설명해 보면, 스킵 모드 제어란 DC/DC 컨버터부(220)의 DC/DC 컨트롤러(223)로부터 스위치 소자(QA,QM)로 게이트 구동 전압 펄스 신호(VDRV )를 일정 시간 동안 인가한 후, 일정 시간 동안 구동 전압 펄스 신호의 인가를 중지하고, 다시 구동 전압 펄스 신호를 일정 시간 동안 인가한 후, 다시 일정 시간 동안 구동 전압 펄스 신호의 인가를 중지하는 형태의 제어를 반복적으로 수행하는 것을 말한다. 이와 같은 제어를 수행하게 되면 트랜스포머(221)의 출력전압 중 낮은 전압 영역에서 전압이 떨어지는 특성을 좀 더 긴 시간에 걸쳐 완만하게 떨어지는 특성으로 변화할 수 있게 된다. 도 6에서 VDRV는 DC/DC 컨트롤러(223)로부터 스위치 소자(QA,QM)로 인가되는 게이트 구동 전압 펄스 신호를 나타내고, VO는 트랜스포머(221)의 2차측 권선으로부터의 출력전압을 나타내며, VH는 그 출력전압의 최고값, VL은 최저값을 각각 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 낮은 전압 영역에서 스킵 모드 제어를 수행하게 되면, 도 8에 도시된 바와 같이, 출력전압 범위를 종래의 140∼210V에서 100∼210V까지로, 혹은 더 나아가 낮은 쪽의 전압을 DC 100V 이하(도 8 참조)까지도 제어 가능하게 된다. 본 발명에서, 이와 같이 스킵 모드 제어를 낮은 전압 영역에서 수행하는 것은, 높은 전압(VH) 영역은 전압이 급격히 상승했다가 급격히 떨어지는 특성으로 인해 전압 제어가 어려운 반면, 낮은 전압(VL) 영역은 전압이 완만하게 떨어지는 특성으로 인해 전압 제어가 상대적으로 수월하여 넓은 범위에 걸쳐 전압을 제어할 수 있기 때문이다.
도 7은 본 발명에 따른 제어방법에 따라 저전압 영역에서의 스킵 모드 제어 시, 스위치 소자의 게이트로 입력되는 실제의 펄스 파형을 보여주는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 스킵 모드 제어 동작 시 스위치 소자(QA,QM)의 게이트로 입력되는 실제의 펄스 파형은 밀소 부분이 교번으로 반복적으로 나타나며, 이와 같이 스킵 제어를 수행하게 되면, 전술한 바와 같이 트랜스포머(221)로부터 출력되는 전압이 넓은 출력전압 범위를 갖게 된다.
이상과 같이, 본 발명에서는 LED 조명파워를 공용으로 사용하기 위하여 넓은 출력전압 범위를 갖는 제어방법(스킵 제어)을 도입하고 있으며, 이렇게 함으로써 하나의 파워 드라이버로 다수의 LED 조명 모듈에 사용 가능하게 된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명용 파워 드라이버 및 그 제어방법은 DC/DC 컨버터(변압기)의 출력범위의 낮은 전압 영역에서 스킵 모드 제어를 수행함으로써 전체적으로 넓은 출력전압 범위를 가질 수 있으며, 이에 따라 하나의 파워 드라이버로 서로 다른 다수의 LED 조명기기에 적용할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 이에 따라 파워 드라이버에 소요되는 비용 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101a,901a∼103a,903a...LED 모듈 101b,901b∼103b...LED 파워 드라이버
210...역률 보정부 211...EMI 필터
212...제1 브리지 다이오드 213...역률보정(PFC) 컨트롤러
214...IC 전원 공급부 220...DC/DC 컨버터부
221...트랜스포머 222...제2 브리지 다이오드
223...DC/DC 컨트롤러 224...스킵(skip) 컨트롤러
230...LED 모듈 301...스킵 캐리어 생성기
302...비교기 303...OR 게이트
310...보조권선

Claims (10)

  1. 외부로부터 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압의 역률을 보정하는 역률 보정부; 및
    상기 역률 보정부로부터 직류 전압을 입력받아 LED 모듈에 공급할 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터부를 포함하고,
    상기 DC/DC 컨버터부에는 DC/DC 컨버터부로부터의 출력을 입력받아 구동하는 LED 모듈에 흐르는 전류를 피드백 입력받아 전류의 크기를 검출하고, 검출된 전류의 크기에 따라 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 스킵 제어부가 마련되어 있는 LED 조명용 파워 드라이버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터부는 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 피드백 입력받아 전류의 크기를 검출하고, 검출된 전류의 크기에 따라 DC/DC 컨버터부 내의 트랜스포머의 1차측 권선에 흐르는 전류를 제어하는 DC/DC 컨트롤러를 포함하는 LED 조명용 파워 드라이버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스킵 제어부는 피드백 입력받은 전류와 기준전류를 비교하고, 그 결과에 따라 스킵 모드 제어를 위한 신호를 상기 DC/DC 컨트롤러로 출력하는 프로세서(IC)로 구성된 LED 조명용 파워 드라이버.
  4. 제2항에 있어서, 상기 스킵 제어부는,
    상기 트랜스포머의 1차측에 설치된 보조권선을 통해 감지된 전압 신호와 스킵 캐리어(skip carrier) 생성기로부터 발생한 스킵 캐리어 신호를 각각 입력받아 비교하고, 감지전압이 스킵 캐리어 레벨보다 작으면 스킵 모드 동작 신호를 출력하는 비교기; 및
    상기 비교기의 출력 신호와 LED 모듈로부터의 피드백 신호를 입력받아 논리합 연산하여 스킵 모드 제어를 위한 신호를 상기 DC/DC 컨트롤러로 출력하는 OR 게이트를 포함하는 LED 조명용 파워 드라이버.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 스킵 제어부는 외부의 메인 제어부로부터의 스킵 제어 신호를 입력받아 상기 DC/DC 컨트롤러로 전달하는 구조로 구성된 LED 조명용 파워 드라이버.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 역률 보정부는 부스트 컨버터(boost converter)인 LED 조명용 파워 드라이버.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터부는 LLC(inductor-inuctor-capacitor) 공진 컨버터인 LED 조명용 파워 드라이버.
  8. 역률 보정부와, DC/DC 컨버터부를 포함하는 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법으로서,
    상기 역률 보정부에 의해 외부로부터 교류 전압을 입력받아 직류 전압으로 정류하고, 정류된 직류 전압의 역률을 보정하는 단계; 및
    상기 DC/DC 컨버터부에 의해 상기 역률 보정부로부터 직류 전압을 입력받아 LED 모듈에 공급할 다른 크기의 직류 전압으로 변환하는 단계를 포함하고,
    상기 DC/DC 컨버터부에 마련되어 있는 스킵 제어부에 의해 DC/DC 컨버터부로부터의 출력을 입력받아 구동하는 LED 모듈에 흐르는 전류를 피드백 입력받아 전류의 크기를 검출하고, 검출된 전류의 크기에 따라 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스킵 제어부에 의해 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 것은,
    비교기에 의해 상기 DC/DC 컨버터부에 마련되어 있는 트랜스포머의 1차측에 설치된 보조권선을 통해 감지된 전압 신호와 스킵 캐리어(skip carrier) 생성기로부터 발생한 스킵 캐리어 신호를 각각 입력받아 비교하고, 감지전압이 스킵 캐리어 레벨보다 작으면 스킵 모드 동작 신호를 출력하는 단계; 및
    OR 게이트에 의해 상기 비교기로부터의 출력 신호와 LED 모듈로부터의 피드백 신호를 각각 입력받아 논리합 연산하여 스킵 모드 제어를 위한 신호를 상기 DC/DC 컨트롤러로 출력하는 단계를 포함하는 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스킵 제어부에 의해 스킵 모드 제어(skip mode control)를 위한 신호를 출력하는 것은, 스킵 제어부에 의해 외부의 메인 제어부로부터의 스킵 제어 신호를 직접 입력받아 상기 DC/DC 컨트롤러로 전달하는 방식으로 구성된 LED 조명용 파워 드라이버의 제어방법.
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