KR20170029999A - LED Driver and Driving Method for Power Factor Correction - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a device and a method for driving an LED for power factor compensation using LC, which remove an output variation. An embodiment of the present invention relates to the device and the method for driving an LED for power factor compensation. More specifically, the present invention relates to the device and the method for driving an LED, which drive an LED by compensating a power factor and controlling current through a current control unit.

Description

역률 보상형 LED 구동장치 및 구동방법{LED Driver and Driving Method for Power Factor Correction}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power factor correction type LED driving device,

본 실시예는 역률 보상형 LED 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 역률을 보상하고, 전류제어부를 이용하여 전류를 제어함으로써 LED를 구동하는 LED 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다. The present embodiment relates to a power factor compensating LED driving apparatus and a driving method. More particularly, the present invention relates to an LED driving apparatus and a driving method for driving an LED by compensating a power factor and controlling a current using a current control unit.

이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.The contents described below merely provide background information related to the present embodiment and do not constitute the prior art.

LED(Light Emitting Diode)를 구동하기 위해서는 전원 장치가 필요하다. LED 전원장치에는 크게 SMPS(Switching Mode Power Supply) 방식과 AC 다이렉트(Direct) 방식이 있다. A power supply is required to drive the LED (Light Emitting Diode). There are two types of LED power devices: Switching Mode Power Supply (SMPS) and AC Direct.

SMPS 방식은 교류 전원으로부터 직류 전원을 공급하는 장치로서, 대부분의 전자 기기에서 널리 사용되고 있다. LED 소자는 기본적으로 직류 전원을 받아 작동하는 소자이기 때문에 직류전원을 LED에 공급하는 것이 사용하기에 편리하고 효율도 좋다. The SMPS method is a device for supplying DC power from an AC power source and is widely used in most electronic devices. Since the LED device is basically a device that operates by receiving DC power, it is convenient and efficient to supply the DC power to the LED.

그러나 SMPS 방식은 구성 부품 중에 평활 캐패시터나 스위칭을 위한 PowerFET 등의 고장이 잦다는 문제가 있다. 고장의 원인 중 일부는 LED 발열에 의한 온도상승, 장시간의 지속적인 사용 등의 동작환경에 의한 것으로 알려져 있다. LED 전등은 공장이나 야외에서 전력선에 직접 연결되는 기기이기 때문에 서지(Surge)와 같은 외란(Disturbance)이 심한 환경에서 사용되기 때문일 것으로 보인다. LED 전등은 효율, 역률, THD(Total Harmonic Distortion) 및 수명 등의 요구조건들이 다른 전자 기기에 대비하여 매우 까다롭다.However, SMPS has a problem that frequent failures such as a smoothing capacitor and a power FET for switching are included in the components. Some of the causes of failures are known to be caused by operating environments such as temperature rise due to LED heat generation and continuous use for a long time. LED light is a device directly connected to a power line in a factory or outdoors, so it seems to be used in a disturbance environment such as a surge. LED lamps are very demanding in terms of efficiency, power factor, total harmonic distortion (THD) and lifetime in comparison to other electronic devices.

한편, 이러한 단점을 해결하기 위하여 최근부터 AC 다이렉트 방식의 LED 전원장치가 개발되고 있다. AC 다이렉트 방식은 고속의 스위칭 동작을 없애고, 전파 정류된 맥류 전압으로부터 몇 단계의 정전류 제어를 하여 역률 조건과 THD 조건을 만족시키면서 LED에 전력을 공급한다. AC 다이렉트 방식은 고속 스위칭하는 PowerFET이나 평활 캐패시터를 사용하지 않기 때문에 고장 요인이 적어 긴 수명을 얻을 수 있다. In order to solve these drawbacks, recently, an AC direct type LED power supply device has been developed. AC Direct eliminates high-speed switching operation and controls the constant current in several steps from full-wave rectified pulsating voltage to supply power to LED while satisfying power factor condition and THD condition. The AC direct method does not use a power FET or a smoothing capacitor for high-speed switching.

AC 다이렉트 방식은 입력 전압의 변동에 따른 출력전력 변동의 문제를 아직 해결하지 못한 실정이다. 입력전압이 10 % 변동하면 출력전력도 10 % 정도 변동한다. 또한 입력전압이 높아지면 정전류 소자에 과부하가 걸려서 많은 열이 발생하며, 입력전압의 급격한 변동시에는 구동 IC 등이 파괴되는 단점이 있어서, 사용 입력전압의 변동 조건이 보통 10 % 이내로 제한되어야 한다. AC direct method has not solved the problem of output power fluctuation due to input voltage variation. When the input voltage fluctuates by 10%, the output power fluctuates by about 10%. In addition, when the input voltage is high, the constant current device is overloaded and generates a lot of heat. In the case of abrupt change of the input voltage, the driving IC is destroyed, and the fluctuation condition of the input voltage to be used should be limited within 10%.

AC 다이렉트 방식은 출력전력이 맥류이기 때문에, 플리커(Flicker)가 맥류전압 형상 그대로 나타난다. 이러한 플리커 문제를 완화하기 위해서 평활 캐패시터를 사용해서 해결하는 방법이 시도되고 있지만, 이의 사용으로 인하여 LED 전등의 수명시간이 단축된다. AC 다이렉트 방식은 LED에 맥류전력을 공급하므로 전력 대비 광 변환 비율이 SMPS 방식보다 낮아서, 총 광효율(Lumen per Watt)을 SMPS 방식만큼 높이는 데 한계가 있다.In the AC direct method, since the output power is a pulsating current, the flicker appears in the form of pulsating voltage. In order to alleviate this flicker problem, a method of solving the problem by using a smoothing capacitor is attempted, but the use of the smoothing capacitor shortens the lifetime of the LED lamp. Since the AC direct method supplies pulsed power to the LEDs, the power conversion ratio is lower than that of the SMPS method, so there is a limit to increase the total light efficiency (Lumen per Watt) by the SMPS method.

또 다른 방법으로, 최근에 LC만을 이용한 수동(Passive) 방식의 역률보상형 LED 구동 장치가 나왔다. 이러한 수동형 역률보상형 구동장치는 에너지 저장 소자인 인덕터와 캐패시터만을 이용하여 역률 보상을 하기 때문에 손실이 거의 없어서 전력 대 광 변환 효율이 매우 높다. 수동형 구동장치에 사용하는 인덕터와 필름 캐패시터는 고장이나 예기치 않은 파손 등에 강해서 구동장치의 수명이 다른 방식에 대비해 길다.As another method, a passive type power factor correction type LED driving device using only LC has recently been developed. This passive-type power factor compensation type driving apparatus uses power factor inductors and capacitors alone to compensate the power factor, so there is little loss and power-to-light conversion efficiency is very high. The inductors and film capacitors used in passive drives are strong against breakdowns and unexpected breakdowns, so the life of the drive is long in preparation for other methods.

본 실시예는 수동형 구동장치의 장점을 살리면서 단점인 출력변동을 제거하는 LC를 이용한 역률보상형 정전류 LED 구동장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present embodiment has an object to provide a constant-current-power-factor-compensated constant-current LED driving apparatus using an LC that eliminates a disadvantage in output fluctuation while taking advantage of a passive driving apparatus.

또한, LED 구동장치의 역률보상을 위하여 수동형 에너지 저장소자인 L과 C를 이용하여 에너지효율을 높이고, 전류제어부를 이용하여 전류를 제어하여 LED에 공급함으로써 출력전력의 변동을 제거하는 LED 구동장치를 제공하는 데 목적이 있다.Also, an LED driving device is provided to increase the energy efficiency by using passive energy reservoirs L and C for power factor compensation of the LED driving device, and to control the current using the current control part to supply the LED to the output power variation The purpose is to do.

본 실시예의 일 측면에 의하면, LED(Light Emitting Diode) 모듈에 전류를 공급하기 위한 LED 구동장치에 있어서, 입력전원에 연결되어, LC(Inductor Capacitor)를 이용하여 전압과 입력전류간의 위상차를 보상하는 PFC(Power Factor Correction) 제어부; 상기 PFC 제어부에 연결되어, 상기 입력전압을 직류 맥류전압으로 변환하는 정류부; 상기 정류부에 연결되어, 상기 정류부에서 정류된 전류와 상기 LED 모듈에 흐르는 전류와의 차이만큼의 전하를 저장하거나 상기 LED 모듈에 공급하는 캐패시터; 및 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 스위칭 모드(Switching Mode)로 제어하는 전류제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an LED driving apparatus for supplying a current to an LED (Light Emitting Diode) module, the LED driving apparatus being connected to an input power source and compensating for a phase difference between a voltage and an input current by using an LC (Inductor Capacitor) A PFC (Power Factor Correction) control unit; A rectifier connected to the PFC controller to convert the input voltage into a DC pulse voltage; A capacitor connected to the rectifying unit and storing or supplying a charge equal to a difference between a current rectified by the rectifying unit and a current flowing through the LED module; And a current controller for controlling a current flowing through the LED module in a switching mode.

본 발명의 실시예에 의하면, 정류부, 스위치 및 캐패시터를 포함하는 LED(Light Emitting Diode) 구동장치에서 LED 모듈에 흐르는 전류를 제어하는 LED 구동용 전류제어기에 있어서, 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 개폐하는 스위치; 상기 스위치가 온(On)되었을 때, 상기 LED 모듈에 흐르는 전류가 선형적으로 증가하게 하고, 상기 스위치가 오프(Off)되었을 때, 상기 LED 모듈에 흐르는 전류가 선형적으로 감소하게 하는 인덕터; 상기 스위치가 오프되었을 때, 상기 인덕터에 흐르는 전류를 회귀하는 환류(Free Wheeling) 다이오드; 상기 스위치의 소오스(Source)와 연결되어, 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지저항; 상기 전류감지저항 양단의 전압과 기준전압(Vref1)과 비교하여 일측 지연시간 인버터에 전달하는 비교기; 및 상기 일측 지연시간 인버터에 연결되어, 상기 스위치를 개폐하는 상기 게이트 드라이버(Gate Driver)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동용 전류제어기를 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided an LED driving current controller for controlling a current flowing in an LED module in an LED (Light Emitting Diode) driving apparatus including a rectifier, a switch and a capacitor, switch; An inductor for linearly increasing a current flowing through the LED module when the switch is on and for reducing a current flowing through the LED module linearly when the switch is off; A free wheeling diode for returning a current flowing in the inductor when the switch is turned off; A current sensing resistor connected to a source of the switch and sensing a current flowing in the LED module; A comparator for comparing the voltage across the current sensing resistor with a reference voltage Vref1 and delivering it to a one-side delay time inverter; And a gate driver connected to the one side delay time inverter for opening and closing the switch.

본 발명의 실시예에 의하면, 입력전원으로부터의 입력전압을 LC(Inductor Capacitor)를 이용하여 입력전류와의 위상차를 보상하는 과정; 상기 입력전원을 직류 전류로 변환하는 과정; 상기 전류와 LED(Light Emitting Diode) 모듈에 흐르는 전류와의 차이만큼의 전하를 저장하거나 상기 LED 모듈로 전류를 공급하는 과정; 및 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 스위칭 모드로 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동방법을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, a method of compensating a phase difference between an input voltage and an input current using an LC (Inductor Capacitor); Converting the input power to a direct current; Storing electric charges corresponding to the difference between the current and a current flowing in an LED (Light Emitting Diode) module or supplying current to the LED module; And controlling a current flowing in the LED module in a switching mode.

본 실시예에 의하면, LED 구동장치의 역률보상을 위하여 수동형 에너지 저장소자인 L과 C를 이용하여 에너지효율을 높이고, LED에 공급되는 전류를 제어함으로써 입력전압의 변동에 따른 출력전력의 변동을 제거하는 효과가 있다.According to this embodiment, energy efficiency is improved by using L and C, which are passive energy storage devices, to compensate the power factor of the LED driving device, and the current supplied to the LED is controlled to remove the fluctuation of the output power according to the variation of the input voltage It is effective.

도 1은 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 개념 블록도를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 회로도를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 전류제어부가 동작하지 않을 때(입력전압(Vi)이 작은 경우)의 회로도를 도시한다.
도 4는 도 3의 LED 구동장치의 전류제어부가 동작하지 않을 때(입력전압(Vi)이 작은 경우)의 각부의 신호 파형도를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 브리지 다이오드가 오프(Off)인 경우와 온(On)인 경우의 회로의 동작을 도시한다.
도 6은 도 5의 LED 구동장치의 전류제어부가 동작할 때(입력전압(Vi)가 큰 경우)의 각부의 신호 파형도를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 리니어 모드(Linear Mode) 전류제어부의 구현 회로도를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 스위칭 모드(Switching Mode) 전류제어부의 구현 회로도를 도시한다.
도 9는 도 8의 스위칭 모드 전류제어부의 각부의 파형도를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 일측 지연시간 인버터의 회로도를 도시한다.
도 11은 도 10의 일측 지연시간 인버터의 각부의 파형도를 도시한다.
1 shows a conceptual block diagram of an LED driving apparatus according to an embodiment.
2 shows a circuit diagram of an LED driving apparatus according to an embodiment.
Fig. 3 shows a circuit diagram when the current control unit of the LED driving apparatus according to the embodiment does not operate (the input voltage Vi is small).
Fig. 4 shows signal waveforms of respective parts when the current control unit of the LED driving apparatus of Fig. 3 does not operate (the input voltage Vi is small).
5 shows the operation of the circuit when the bridge diode of the LED driving apparatus according to the embodiment is off and when it is on.
Fig. 6 shows a signal waveform diagram of each part when the current control section of the LED driving apparatus of Fig. 5 is operated (when the input voltage Vi is large).
FIG. 7 shows an implementation circuit diagram of a linear mode current control unit according to an embodiment.
FIG. 8 shows an implementation circuit diagram of a switching mode current control unit according to an embodiment.
9 shows a waveform diagram of each part of the switching mode current control unit of Fig.
10 shows a circuit diagram of a one-sided delay time inverter according to one embodiment.
11 shows waveforms of respective parts of the one-sided delay time inverter of Fig.

이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

각 도면의 구성요소들에 대한 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, it is to be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), ([0012] b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b) and the like can be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."

도 1은 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 개념 블록도를 도시한다. LED 구동장치(100)는 입력전원(110), PFC 제어부(120), 정류부(130), 캐패시터(140), 전류제어부(150) 및 LED 모듈(160)을 포함한다.1 shows a conceptual block diagram of an LED driving apparatus according to an embodiment. The LED driving apparatus 100 includes an input power source 110, a PFC controller 120, a rectifier 130, a capacitor 140, a current controller 150, and an LED module 160.

입력전원(110)은 LED 구동장치(100)에 교류 전원을 공급한다.The input power supply 110 supplies AC power to the LED driving apparatus 100.

PFC 제어부(120)는 SMPS(Switching Mode Power Supply)와 같이 캐패시터가 존재하는 전원 입력구성을 가진 장비로 인해 전압과 전류의 위상차가 cos0으로부터 멀어지는 것을 방지하는 데 쓰인다. The PFC controller 120 is used to prevent the phase difference between the voltage and the current from moving away from cos0 due to a device having a power input configuration in which a capacitor exists, such as an SMPS (Switching Mode Power Supply).

역률(Power Factor: PF)은 입력전원(110)의 전압과 전류의 파형이 이루어내는 흐름에서 위상시간의 cos차를 의미한다. 역률은 수학식 1과 같이 나타낸다.Power Factor (PF) means the cosine difference of the phase time in the flow of the voltage and current waveforms of the input power source 110. The power factor is expressed by Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 ∮는 전압과 전류의 위상차이다.Where ∮ is the phase difference between voltage and current.

입력전압과 입력전류의 위상이 일치한다면 역률은 cos0=1이고, 완전 불일치의 경우 cos90=0가 된다. 실제 제품의 역률을 표기할 때에는 수학식 1과 같이 계산한 결과값만으로 표기하므로 예컨대 0.9로 표시한다.If the input voltage and the input current are in phase, then the power factor is cos0 = 1 and cos90 = 0 for perfect mismatch. When expressing the power factor of an actual product, it is indicated by only the result of calculation as shown in Equation (1).

PFC는 수동형(Passive type)과 능동형(Active type)으로 나누어진다. PFC is divided into passive type and active type.

수동형 PFC는 비교적 변동이 적은 부하에서 미리 측정된 무효분만큼 무효전류를 추가하거나 제거하기 위하여 캐패시터나 인덕터를 사용한다. Passive PFCs use capacitors or inductors to add or remove reactive current for a pre-measured ineffect at relatively low load.

능동형 PFC는 부하를 선형부하로 모델링(Modeling)하기 위하여 FET, 다이오드, 추가 배전압 정류회로 및 캐패시터를 사용해 역률을 시뮬레이션(Simulation)한다. 전원전압(110)의 변동에 영향을 받지 않도록 정밀하게 부하를 모델링하기 때문에 역률이 0.95 이상 나온다. 다만 능동형 PFC는 전력변환 과정에서 손실이 발생한다. 능동형 PFC는 전원이 입력될 때 충방전을 반복하면서 위상차로 인한 무효전력분을 제거하거나 더해주기를 반복해 부하가 저항성 부하처럼 보이게 한다.The active PFC simulates the power factor using an FET, a diode, an additional voltage rectifier circuit and a capacitor to model the load as a linear load. Since the load is modeled precisely so as not to be influenced by fluctuations of the power supply voltage 110, the power factor is 0.95 or more. However, active PFCs lose power during the power conversion process. The active PFC repeats charging and discharging when the power is input, eliminating or adding the reactive power due to the phase difference so that the load looks like a resistive load.

정류부(130)는 교류 입력전압을 브리지 다이오드(Bridge Diode)를 사용하여 직류 맥류전압으로 변환한다. 브리지 다이오드는 4개의 다이오드를 연결한 브리지 회로이다. 브리지 다이오드는 입력되는 전압의 극성에 무관하게 동일한 극성 전압을 출력한다. 다이오드의 턴온 전압(Turn-on Voltage), 즉 0.7 ~ 1.0 V 만큼 전압손실은 발생한다.The rectifier 130 converts the AC input voltage into a DC ripple voltage using a bridge diode. A bridge diode is a bridge circuit that connects four diodes. The bridge diode outputs the same polarity voltage irrespective of the polarity of the input voltage. The turn-on voltage of the diode, that is, the voltage loss by 0.7 to 1.0 V, occurs.

캐패시터(140)는 브리지 다이오드의 출력 전류가 LED 모듈에 흐르는 전류보다 많으면 그 차이만큼의 전류를 캐패시터(140)에 저장한다. 반면에 브리지 다이오드의 출력 전류가 LED 모듈에 흐르는 전류보다 작으면 그 차이만큼의 전류를 캐패시터(140)로부터 LED 모듈로 공급한다.If the output current of the bridge diode is larger than the current flowing in the LED module, the capacitor 140 stores the current of the difference in the capacitor 140. On the other hand, if the output current of the bridge diode is smaller than the current flowing in the LED module, a current corresponding to the difference is supplied from the capacitor 140 to the LED module.

전류제어부(150)는 LED 모듈에 제공되는 전류를 제어한다. 전류제어부(150)는 리니어 모드(Linear Mode) 방식과 스위칭 모드(Switching Mode) 방식으로 구현할 수 있다. 이에 대해서는 각각 도 7과 도 8과 함께 상세히 설명한다. The current controller 150 controls the current supplied to the LED module. The current controller 150 may be implemented by a linear mode or a switching mode. This will be described in detail with reference to FIGS. 7 and 8, respectively.

도 2는 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 회로도를 도시한다. LED 구동장치(200)는 입력전원(110), 인덕터(L1)와 캐패시터(C1), 브리지 다이오드(220), 캐패시터(C2), 전류제어부(150) 및 LED 모듈(160)을 포함한다. 2 shows a circuit diagram of an LED driving apparatus according to an embodiment. The LED driving apparatus 200 includes an input power source 110, an inductor L1 and a capacitor C1, a bridge diode 220, a capacitor C2, a current control unit 150 and an LED module 160. [

입력전원(110)은 인덕터(L1)의 한 단자에 연결되어 교류전압을 제공한다. 인덕터(L1)는 LED에 입력되는 전류를 일차적으로 제한하는 역할뿐만 아니라 캐패시터(C1)와 함께 역률을 보상하는 PFC 역할을 한다. The input power supply 110 is connected to one terminal of the inductor L1 to provide an AC voltage. The inductor L1 serves not only to limit the current input to the LEDs, but also to function as a PFC to compensate the power factor together with the capacitor C1.

브리지 다이오드(220)는 교류 전원을 전파 정류하는 역할을 한다. 캐패시터(C2)는 LED에 흐르는 전류(Iled)보다 전파 정류된 전류(Id)가 큰 경우는 에너지를 임시 저장해 두는 역할을 하고, 전파 정류된 전류(Id)가 LED에 흐르는 전류(Iled)보다 작은 경우는 저장된 에너지를 LED에 공급해 주는 역할을 한다.The bridge diode 220 functions to full-wave rectify the AC power. The capacitor C2 temporarily stores the energy when the full-wave rectified current Id is larger than the current Iled flowing through the LED, and the full-wave rectified current Id is smaller than the current Iled flowing through the LED In this case, it supplies the stored energy to the LED.

도 2의 회로는 두 가지 경우에서 동작할 수 있다. 하나는 입력전압(Vi)이 작아 입력전류가 작은 경우로서, 브리지 다이오드의 정류 작용에 의해서 통과된 전파 정류된 전류(Id)가 전류원(Is)의 설정된 전류(Ilim)보다 작은 경우이다. 다른 하나는 입력전압(Vi)이 큰 경우로서, 전파 정류된 전류(Id)가 설정된 전류(Ilim)보다 큰 경우이다. 입력전압(Vi)이 작은 경우는 도 2의 회로는 도 3의 회로와 등가가 된다.The circuit of Figure 2 can operate in two cases. One is a case where the input voltage Vi is small and the input current is small, and the full-wave rectified current Id passed by the rectifying action of the bridge diode is smaller than the set current Ilim of the current source Is. The other is a case where the input voltage Vi is large and the full-wave rectified current Id is larger than the set current Ilim. When the input voltage Vi is small, the circuit of Fig. 2 is equivalent to the circuit of Fig.

도 3은 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 전류제어부가 동작하지 않을 때(입력전압(Vi)이 작은 경우)의 회로도를 도시한다. 입력전압(Vi)이 작은 경우에는 전류제어부(150)는 단순히 작은 저항(이상적으로는 0 Ohm)이 된다. 따라서 캐패시터(C2)의 양단 전압(Vd)은 LED 모듈의 순방향 전압(Vf)으로 제한된다. 이 경우의 동작을 도 4의 파형도를 참조하여 설명한다.Fig. 3 shows a circuit diagram when the current control unit of the LED driving apparatus according to the embodiment does not operate (the input voltage Vi is small). When the input voltage Vi is small, the current controller 150 simply becomes a small resistor (ideally 0 Ohm). Therefore, the voltage across the capacitor (C2) is limited to the forward voltage (Vf) of the LED module. The operation in this case will be described with reference to the waveform diagram of Fig.

도 4는 도 3의 LED 구동장치의 전류제어부가 동작하지 않을 때(입력전압(Vi)이 작은 경우)의 각부의 신호 파형도를 도시한다. 도 4의 (a)에서 보듯이, 구간 T0시점부터 입력전압(Vi)은 양의 값을 가지며 증가한다. 이때 캐패시터(C1)의 전압은 이전 사이클의 음의 반주기 동안 브리지 다이오드(220)가 온(On)되었을 때의 전압이었던 -Vf 값을 가지고 시작하게 된다. Fig. 4 shows signal waveforms of respective parts when the current control unit of the LED driving apparatus of Fig. 3 does not operate (the input voltage Vi is small). As shown in FIG. 4 (a), the input voltage Vi increases from a time point T0 with a positive value. At this time, the voltage of the capacitor C1 starts with a value of -Vf which was the voltage when the bridge diode 220 is turned on during the negative half period of the previous cycle.

도 5는 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 브리지 다이오드가 오프(Off)인 경우와 온(On)인 경우의 회로의 동작을 도시한다. 5 shows the operation of the circuit when the bridge diode of the LED driving apparatus according to the embodiment is off and when it is on.

이하는 도 5와 도 4를 함께 참조하면서 회로의 동작을 설명한다. Hereinafter, the operation of the circuit will be described with reference to FIG. 5 and FIG.

도 4의 (a)의 파형도 구간 T1과 T2에서는 브리지 다이오드(220)는 오프(Off)되고, 입력단의 회로는 도 5의 (a)와 같이 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)만 존재하는 회로로 동작한다. 캐패시터(C1) 초기 전압은 -Vf이다. 이때, 인덕터(L1)의 양단의 전압은 Vi-Vc 가 걸리게 되고 인덕터의 전류는 (Vi-Vc)/L1의 기울기로 증가하게 된다. 브리지 다이오드(220)는 오프되어 있으므로, 인덕터(L1)의 전류는 모두 캐패시터(C1)로 흐른다. 따라서 Vc도 증가하게 된다. 4 (a), the bridge diode 220 is turned off and the input stage circuit includes only the inductor L1 and the capacitor C1 as shown in FIG. 5 (a) Circuit. The initial voltage of the capacitor C1 is -Vf. At this time, the voltage at both ends of the inductor L1 becomes Vi-Vc, and the current of the inductor increases at a slope of (Vi-Vc) / L1. Since the bridge diode 220 is off, all the current of the inductor L1 flows to the capacitor C1. Therefore, Vc also increases.

구간 T1에서는 Vi-Vc가 양의 값을 가지므로, 인덕터 전류(Ii)는 기울기가 양의 값을 가지며 증가한다. 구간 T1이 끝날 때, Vi-Vc의 값이 0이 되고, 이때 인덕터 전류(Ii)는 극대점이 된다. 이후 구간 T2에서는 인덕터 전류(Ii)가 양이므로, 캐패시터(C1)의 전압은 계속 증가한다. 그러나 인덕터 양단의 전압 Vi-Vc가 음이 되므로 인덕터 전류(Ii)는 감소한다. Vc가 계속 증가하여 캐패시터(C2) 양단의 전압 Vd(=Vf)보다 커지게 되는 순간, 브리지 다이오드(220)는 온이 되어 전류는 캐패시터(C2)와 LED로 흐르게 된다. 이런 동작을 하는 구간들이 T3, T4, T5 및 T0이다. 이 구간 동안 Vd는 LED 순방향 전압(Vf)으로 일정하게 유지된다. 캐패시터(C1)는 연결되어 있으므로 Vc도 계속해서 Vf로 유지된다. In section T1, since Vi-Vc has a positive value, the inductor current Ii has a positive slope and increases. At the end of the interval T1, the value of Vi-Vc becomes 0, and the inductor current (Ii) becomes the maximum point at this time. In the subsequent section T2, since the inductor current Ii is positive, the voltage of the capacitor C1 continuously increases. However, since the voltage Vi-Vc across the inductor becomes negative, the inductor current Ii decreases. As soon as Vc continues to increase to become greater than the voltage Vd (= Vf) across the capacitor C2, the bridge diode 220 turns on and current flows to the capacitor C2 and the LED. The sections that perform this operation are T3, T4, T5, and T0. During this interval, Vd remains constant at the LED forward voltage (Vf). Since the capacitor C1 is connected, Vc is also maintained at Vf.

브리지 다이오드(220)가 온되는 구간의 회로의 동작은 도 5의 (b)와 같다. 이때부터는 인덕터 양단의 전압은 Vi-Vd로 걸린다. 이때 Vd는 Vf이므로 Vi-Vf의 전압이 걸린다. 구간 T3에서는 Vi-Vf 가 음이 되어 인덕터 전류(Ii)는 감소하며, 구간 T4에서는 Vi-Vf가 양이 되어 다시 인덕터 전류(Ii)는 증가한다. 구간 T4가 끝나면, 입력전압(Vi)이 감소하게 됨에 따라, Vi-Vf가 음이 되어 인덕터 전류(Ii)는 급속하게 감소하게 된다. 구간 T0은 입력전압(Vi)이 음으로 바뀌었음에도 양의 전류가 흐르는 잔류 구간이다. The operation of the circuit in the section where the bridge diode 220 is on is shown in Fig. 5 (b). From this point on, the voltage across the inductor is taken to Vi-Vd. At this time, since Vd is Vf, a voltage of Vi-Vf is applied. In the period T3, Vi-Vf becomes negative and the inductor current Ii decreases. In the period T4, Vi-Vf becomes positive and the inductor current Ii again increases. At the end of the period T4, as the input voltage Vi decreases, Vi-Vf becomes negative and the inductor current Ii rapidly decreases. The section T0 is the residual section in which the positive current flows even when the input voltage Vi is changed to negative.

각 구간의 위치나 크기는 인덕터(L1)와 캐패시터(C1) 값에 따라 변경시킬 수 있고, 이에 따라 입력전류(Ii)의 파형도 변화시킬 수 있다. 그러므로 인덕터(L1)와 캐패시터(C1) 값을 조절함으로써 입력전류를 입력전압에 대해서 진상 또는 지상으로 움직일 수 있다. 또한 입력전류 파형의 모양도 조절이 가능하여 THD(Total Harmonic Distortion)도 조절할 수 있다. 따라서 역률 보상도 할 수 있게 되는 것이다. The position and the size of each section can be changed according to the value of the inductor L1 and the capacitor C1 and thus the waveform of the input current Ii can also be changed. Therefore, by adjusting the values of inductor (L1) and capacitor (C1), the input current can be moved forward or backward with respect to the input voltage. In addition, the shape of the input current waveform can be adjusted to adjust the THD (Total Harmonic Distortion). Therefore, it is possible to compensate the power factor.

인덕터(L1)의 값은 전원 주파수 50~60 Hz에서 유효한 값이어야 하며, 대략 수백 mH대가 적절하나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 구간 T0부터는, 입력전압(Vi)이 음의 구간에서는 양의 구간과 같은 방식으로 동작을 하며, 단지 방향(부호)만 바뀌게 될 뿐이다. The value of the inductor L1 must be a valid value at a power frequency of 50 to 60 Hz, and approximately several hundreds of mH are appropriate, but are not necessarily limited thereto. From the interval T0, the input voltage Vi operates in the same manner as the positive interval in the negative interval, but only in the direction (sign).

입력전류(Ii)는 브리지 다이오드(220)에 의해서 도 4의 (b)의 빗금친 부분만 제외하고 통과된 전류(Idi)가 도 4의 (c)와 같다. 브리지 다이오드(220)의 입력된 전류(Idi)는 브리지 다이오드(220)에 의해서 전파 정류된 전류(Id)가 도 4의 (d)와 같다. 전파 정류된 전류(Id)는 LED에 공급되는 전류가 된다. The input current Ii is the current Idi passed through the bridge diode 220 except for the shaded portion of FIG. 4 (b), as shown in FIG. 4 (c). The input current Idi of the bridge diode 220 is the same as the current Id of the full-wave rectified by the bridge diode 220 as shown in (d) of FIG. The full-wave rectified current Id becomes a current supplied to the LED.

입력전압(Vi)이 증가하면, 인덕터 전류(Ii)의 진폭도 증가하고, 따라서 전파 정류된 전류(Id)의 평균 전류도 증가한다. 물론 그 모양은 도 4의 (d)의 형태를 유지한다. 전파 정류된 전류(Id)가 증가하면 LED에 흐르는 전류(Iled)가 증가하게 되고, LED는 밝아지게 된다. 즉, 전압 변동에 따른 출력 변동이 발생하게 되는 것이다. As the input voltage Vi increases, the amplitude of the inductor current Ii also increases, and thus the average current of the full-wave rectified current Id also increases. Of course, the shape maintains the shape of FIG. 4 (d). When the full-wave rectified current Id increases, the current Iled flowing through the LED increases, and the LED becomes brighter. That is, the output fluctuation occurs due to the voltage fluctuation.

입력전압(Vi)이 큰 경우에 대해서도, 도 2를 함께 참조하면서 설명한다. 입력전압(Vi)이 증가하여 전파 정류된 전류(Id)의 전류가 도 2의 전류제어부(150)의 설정된 전류 Ilim을 초과하게 되면, LED 쪽으로는 Ilim밖에 흐르지 못하므로, 나머지 전류는 캐패시터(C2)로 흐르게 된다. 따라서 캐패시터(C2)의 양단 전압 Vd가 증가한다. Vd가 증가하게 되면, 도 4의 (a)의 파형도에서 구간 T4가 감소하고, 이 구간 동안의 인덕터(L1)의 양단전압 Vi-Vd가 감소하면서 인덕터 전류(Ii)가 감소한다. 따라서 Id의 평균전류가 Ilim와 같아지는 전압에서 Vd의 평균전압이 형성된다. 그러므로 입력전압(Vi)이 증가하더라도, LED의 출력전류는 Ilim으로 유지된다. The case where the input voltage Vi is large will also be described with reference to FIG. When the input voltage Vi increases and the current of the full-wave rectified current Id exceeds the set current Ilim of the current control unit 150 of FIG. 2, only the Ilim flows to the LED side, and the remaining current flows to the capacitor C2 ). Therefore, the voltage Vd across the capacitor C2 increases. When Vd increases, the period T4 decreases in the waveform diagram of FIG. 4A, and the inductor current Ii decreases while the voltage Vi-Vd across the inductor L1 during this period decreases. Therefore, an average voltage of Vd is formed at a voltage at which the average current Id is equal to Ilim. Therefore, even if the input voltage Vi increases, the output current of the LED is maintained at Ilim.

도 6은 도 5의 LED 구동장치의 전류제어부(150)가 동작할 때(입력전압(Vi)가 큰 경우)의 각부의 신호 파형도를 도시한다. 도 4와는 다르게 Vd가 Vf로 일정하지 않고, 평균전압(Vdavg)을 중심으로 Vd가 변동하는 것이 다르다. 도 6의 (c)는 전파 정류된 전류(Id) 파형도를 도시한다. 도 6에서도 도 4와 같이, 구간 T0는 전 사이클의 마지막 사이클이며, 구간 T1과 T2에서는 브리지 다이오드(220)는 오프되고, 구간 T3, T4, T5, T0에서 브리지 다이오드(220)는 온된다. Fig. 6 shows signal waveforms of respective parts when the current controller 150 of the LED driving apparatus of Fig. 5 operates (when the input voltage Vi is large). Unlike FIG. 4, Vd is not constant at Vf, and Vd fluctuates around the average voltage (Vdavg). 6 (c) shows the waveform of the full-wave rectified current (Id). 6, the period T0 is the last cycle of the previous cycle, and the bridge diode 220 is turned off during the periods T1 and T2, and the bridge diode 220 is turned on during the periods T3, T4, T5, and T0.

구간 T1에서 인덕터 양단에는 Vi-Vc의 전압이 걸린다. 이때 Vi-Vc는 양이므로 인덕터(L1)의 인덕터 전류(Ii)는 (Vi-Vc)/L1의 기울기를 가지면서 증가한다. 이때 전류는 모두 캐패시터(C1)로 흘러서, 캐패시터(C1) 양단의 전압(Vc)을 증가시킨다. Vc가 입력전압(Vi)보다 높아지면 인덕터 양단 전압은 0이 되었다가 음으로 바뀐다. 따라서 인덕터 전류(Ii)는 잠시 감소한다(T2 구간). Vc는 인덕터 전류(Ii)가 구간 T2에도 계속 양인 상태이기 때문에 증가를 계속하여, Vc가 C2의 양단의 전압(Vd)보다 높아지는 순간 브리지 다이오드(220)는 온이 된다. 이때부터는 C1과 C2가 연결되어 Vc와 Vd가 같아진다. At interval T1, the voltage across Vi-Vc is applied across the inductor. At this time, since Vi-Vc is positive, the inductor current Ii of the inductor L1 increases with a slope of (Vi-Vc) / L1. At this time, all the current flows to the capacitor C1, thereby increasing the voltage Vc across the capacitor C1. When Vc becomes higher than the input voltage (Vi), the voltage across the inductor becomes zero and turns negative. Therefore, the inductor current Ii is temporarily reduced (T2 period). Vc continues to increase because the inductor current Ii continues to be positive in the period T2, and the instant bridge diode 220 is turned on when Vc becomes higher than the voltage Vd at both ends of C2. From this point, C1 and C2 are connected and Vc and Vd become equal.

브리지 다이오드(220)는 구간 T1 및 T2 동안 오프되고, 캐패시터(C2)는 LED 쪽으로 설정된 전류 Ilim으로 방전을 하고 있기 때문에 Vd는 감소하게 된다. 구간 T3 및 구간 T4 중 시점 t6까지의 구간은 브리지 다이오드(220)의 흐르는 전류(Id)가 설정된 전류(Ilim)보다 작으므로 Vd는 감소하다가, 브리지 다이오드(220)의 흐르는 전류(Id)가 설정된 전류(Ilim)보다 커지는 시간 t6부터 Vd 전압은 증가한다. Vd가 입력전압(Vi)보다 높아지는 구간 T5이 되면 인덕터 전류(Ii)는 다시 (Vi-Vd)/L1의 기울기를 갖고 감소한다. 인덕터의 전류가 설정된 전류(Ilim)보다 작아지는 시간 t7까지 Vd는 증가하다가, LED로 방전을 계속하기 때문에 시간 t7 이후부터는 Vd가 감소한다. 입력전압(Vi)이 음이 되는 다음 사이클에서도 이와 같은 동작을 반복하게 된다. Since the bridge diode 220 is turned off during the periods T1 and T2 and the capacitor C2 is discharged with the current Ilim set to the LED side, Vd is decreased. Since the current Id flowing through the bridge diode 220 is smaller than the current Ilim of the bridge T3 and the current flowing through the bridge T4 during the period t4, the current Id of the bridge diode 220 is set The voltage Vd increases from time t6, which is greater than current Ilim. The inductor current Ii decreases again with a slope of (Vi-Vd) / L1 when the period T5 in which Vd is higher than the input voltage Vi. Vd increases until time t7 when the current of the inductor becomes smaller than the set current Ilim, and Vd decreases after time t7 because the discharge continues with the LED. This operation is repeated even in the next cycle in which the input voltage Vi becomes negative.

Vd의 평균전압(Vdavg)은 고정된 것이 아니고, 입력전압(Vi)이 증가하면 평균전압(Vdavg)이 증가하고, 입력전압(Vi)이 감소하면 평균전압(Vdavg)이 감소한다. 전파 정류된 전류(Id)의 평균 전류가 Ilim의 값과 같아지는 점으로 Vd의 평균전압(Vdavg)은 이동되어 LED에 흐르는 전류를 일정하게 유지한다. 입력전압(Vi)이 더 낮아져서, 평균전압(Vdavg)이 LED의 Vf보다 낮아져야 하는 경우가 되면, Is는 더 이상 전류원으로 동작하지 못한다. 도 3과 같이 단순히 작은 저항(이상적이라면 0 Ohm)으로 동작하게 된다.The average voltage Vdavg of Vd is not fixed and the average voltage Vdavg increases when the input voltage Vi increases and the average voltage Vdavg decreases when the input voltage Vi decreases. The average voltage Vdavg of Vd is shifted so that the average current of the full-wave rectified current Id is equal to the value of Ilim so that the current flowing through the LED is kept constant. If the input voltage Vi becomes lower and the average voltage Vdavg must be lower than Vf of the LED, Is can no longer operate as a current source. As shown in FIG. 3, it operates with a small resistance (ideally 0 Ohm).

인덕터(L1)와 캐패시터(C1)의 값을 적절한 값으로 조절하면, 역률과 THD를 조절할 수 있다. 캐패시터(C2)의 값은 캐패시터(C2)가 방전하는 구간인 시간 t7부터 다음 사이클의 시간 t6까지 전류제어부(150)가 동작할 수 있는 전압이 유지되도록 방전되지 않는 값 이상으로 설정하면 된다. The power factor and THD can be adjusted by adjusting the values of the inductor (L1) and capacitor (C1) to appropriate values. The value of the capacitor C2 may be set to a value which is not discharged so as to maintain the voltage at which the current controller 150 can operate from the time t7 in which the capacitor C2 is discharged to the time t6 of the next cycle.

도 7은 일 실시예에 따른 리니어 모드(Linear Mode) 전류제어부의 구현 회로도를 도시한다. 리니어 모드 전류제어부(710)는 저항(Rb), 제너 다이오드(Vz), FET(Q2) 및 저항(Rs)을 포함한다. FET(Q2)의 드레인(Drain)은 LED 모듈과 연결되고, 저항(Rb)은 Vd와 FET(Q2)의 게이트 사이에 연결되어 제너 다이오드(Vz)에 바이어스 전류를 제공한다. FET(Q2)의 게이트에 일정 전압을 인가하기 위한 제너 다이오드(Vz) 및 LED 전류를 설정하기 위한 저항(Rs)를 FET(Q2)의 소스(Source)단에 연결한다. 이때 제한전류(Ilim)은 (Vz-Vgs)/Rs가 된다. FIG. 7 shows an implementation circuit diagram of a linear mode current control unit according to an embodiment. The linear mode current controller 710 includes a resistor Rb, a zener diode Vz, a FET Q2, and a resistor Rs. The drain of the FET Q2 is connected to the LED module and the resistor Rb is connected between Vd and the gate of the FET Q2 to provide a bias current to the zener diode Vz. A zener diode Vz for applying a constant voltage to the gate of the FET Q2 and a resistor Rs for setting the LED current are connected to the source terminal of the FET Q2. At this time, the limit current Ilim is (Vz-Vgs) / Rs.

이 방식을 이용하면, Vd가 높아지면 Vs가 높아져서 LED 쪽에 흐르는 제한전류 (Ilim)는 일정하게 할 수 있다. 그러나 FET(Q2) 양단에 Vd-Vf 가 걸리고, FET(Q2)의 전체 전력은 (Vd-Vf)*Ilim 이 되는데 이것이 모두 열로 소모된다. 즉 입력전압(Vi)이 높아질수록 손실이 커지는 단점이 있으므로, 출력전력이 큰 경우에는 이 방식을 사용하지 않는 것이 좋다. 그러나 이러한 단점은 스위칭 모드 전류제어부로 해결할 수 있다. With this method, when Vd becomes high, Vs becomes high, and the limit current Ilim flowing on the LED side can be made constant. However, Vd-Vf is applied to both ends of the FET Q2, and the total power of the FET Q2 becomes (Vd-Vf) * Ilim, which is all consumed as heat. That is, as the input voltage Vi increases, the loss increases. Therefore, when the output power is large, it is preferable not to use this method. However, this disadvantage can be solved by the switching mode current controller.

도 8은 일 실시예에 따른 스위칭 모드(Switching Mode) 전류제어부의 구현 회로도를 도시한다. 스위칭 모드 전류제어부(840)는 스위치(Q1), 다이오드(Dw), 인덕터(Ls), 저항(Rs), 비교기(820), 게이트 드라이버(830) 및 일측 지연시간 인버터(810)를 포함한다. FIG. 8 shows an implementation circuit diagram of a switching mode current control unit according to an embodiment. The switching mode current control unit 840 includes a switch Q1, a diode Dw, an inductor Ls, a resistor Rs, a comparator 820, a gate driver 830 and a one-side delay time inverter 810.

입력전압(Vi)이 일정한 전압보다 커져서 전파 정류된 전류(Id)의 평균값이 LED로 흐르는 출력전류(Io)보다 커지는 전압 이상의 범위가 된 경우, 입력전압(Vi)이 더 커지더라도 LED 전류(Iled)가 일정하게 흐르도록 하기 위하여 스위칭 모드 전류제어부(840)를 사용한다.When the input voltage Vi becomes larger than a constant voltage and the average value of the full-wave rectified current Id becomes larger than the voltage greater than the output current Io flowing to the LED, even if the input voltage Vi becomes larger, The switching mode current controller 840 is used.

스위치(Q1)는 전류 스위치용 트랜지스터이며 여기서는 NMOS를 사용하였으나, NMOS 대신에 NPN 트랜지스터를 사용할 수 있다. 저항(Rs)은 전류 감지용 저항이다. 비교기(820)는 감지된 전압(Rs*Io)과 기준값(Vref1)과의 차이를 모니터한다. The switch Q1 is a transistor for a current switch, and an NMOS transistor is used here, but an NPN transistor can be used instead of the NMOS transistor. The resistor Rs is a current sensing resistor. The comparator 820 monitors the difference between the sensed voltage Rs * Io and the reference value Vref1.

일측 지연시간 인버터(810)는 비교기(820)의 출력이 하이(high)가 되면 즉시 출력이 로(Low)가 되고, 비교기(820)의 출력이 로가 되면 소정의 시간(Td)을 지연한 후 출력이 하이가 된다.The one-sided delay time inverter 810 immediately makes the output low when the output of the comparator 820 becomes high and delays the predetermined time Td when the output of the comparator 820 goes low. The output goes high.

게이트 드라이버(830)는 일측 지연시간 인버터(810)의 출력전압을 증폭하여 스위치(Q1)의 게이트를 구동한다. 인덕터(Ls)는 스위치(Q1)가 온 되었을 때, LED에 흐르는 전류가 선형적으로 증가하게 하고, 스위치(Q1)가 오프되었을 때 선형적으로 감소하게 하는 역할을 한다. 다이오드(Dw)는 스위치(Q1)가 오프되었을 때, 인덕터(Ls)에 흐르는 전류를 회귀시키는 환류(Free Wheeling) 다이오드이다.The gate driver 830 amplifies the output voltage of the one-side delay time inverter 810 and drives the gate of the switch Q1. The inductor Ls serves to linearly increase the current flowing through the LED when the switch Q1 is turned on and to linearly decrease the current when the switch Q1 is turned off. The diode Dw is a free wheeling diode that returns the current flowing in the inductor Ls when the switch Q1 is turned off.

입력전압(Vi)이 전류원 동작전압 이상인 경우의 동작을 설명한다. 처음에 스위치(Q1)가 오프되면, Io가 흐르지 않으므로, Rs양단의 전압(Rs*Io)은 소정의 비교용 전압 Vref1보다 낮다. 이때, 비교기(820)의 출력은 로가 된다. 일측 지연시간 인버터(810)는 소정의 지연시간 Td 후 일측 지연시간 인버터(810)의 출력은 하이가 되어, 게이트 드라이버(830)를 거쳐서 스위치(Q1)가 온이 된다. 스위치(Q1)가 온이 되면, 스위치(Q1)의 드레인 전압(Vdrain)은 0 V가 되고, 다이오드(Dw)는 오프가 되며, LED와 인덕터(Ls) 양단에 캐패시터(C2)의 전압 Vd가 걸린다. 인덕터(Ls)에 걸리는 전압은 Vd에서 LED의 총 순방향 전압(Vf)을 뺀 Vd-Vf이 되고, 인덕터(Ls)의 전류 Iled는 (Vd-Vf)/Ls의 기울기를 가지고 선형적으로 증가한다. The operation when the input voltage Vi is equal to or higher than the current source operating voltage will be described. When the switch Q1 is initially turned off, Io does not flow, so that the voltage Rs * Io across Rs is lower than the predetermined comparison voltage Vref1. At this time, the output of the comparator 820 becomes low. The output of the one-side delay time inverter 810 becomes high after the predetermined delay time Td and the switch Q1 is turned on via the gate driver 830. [ When the switch Q1 is turned on, the drain voltage Vdrain of the switch Q1 becomes 0 V, the diode Dw is turned off, and the voltage Vd of the capacitor C2 is supplied to both ends of the LED and the inductor Ls It takes. The voltage across the inductor Ls becomes Vd-Vf minus the total forward voltage Vf of the LED at Vd and the current Iled of the inductor Ls linearly increases with a slope of (Vd-Vf) / Ls .

이때(스위치(Q1)이 온 상태일 때)는 Iled = Io가 되며, 저항(Rs) 양단의 전압 Iled*Rs (= Io*Rs)은 선형적으로 증가한다. 저항(Rs) 양단의 전압이 증가를 계속하여 Vref1보다 커지는 순간 비교기(820)의 출력은 하이가 된다. 이때는 일측 지연시간 인버터(810)의 출력이 지연시간 없이 로가 되고 스위치(Q1)는 오프된다. 스위치(Q1)가 오프되면, 저항(Rs) 양단의 전압은 0 V가 되며, 비교기(820)의 출력은 로가 된다. 비교기(820)의 출력이 로가 되면, 일측 지연시간 인버터(810)는 소정의 지연시간 Td 후에 하이를 출력한다. 일측 지연시간 인버터(810)의 출력은 게이트 드라이버(830)를 구동하여, 스위치(Q1)가 다시 온이 된다. At this time, Iled = Io (when the switch Q1 is on) and the voltage Iled * Rs (= Io * Rs) across the resistor Rs linearly increases. The output of the instantaneous comparator 820 becomes high when the voltage across the resistor Rs continues to increase and becomes larger than Vref1. At this time, the output of the one-side delay time inverter 810 becomes low without delay time and the switch Q1 is turned off. When the switch Q1 is turned off, the voltage across the resistor Rs becomes 0 V, and the output of the comparator 820 becomes low. When the output of the comparator 820 becomes low, the one-side delay time inverter 810 outputs high after a predetermined delay time Td. The output of the one-sided delay time inverter 810 drives the gate driver 830 so that the switch Q1 is turned on again.

일측 지연시간 인버터(810)의 소정의 지연 시간 Td 동안 스위치(Q1)가 오프되어 있는 동안에는 환류 다이오드(Dw)가 온이 된다. 인덕터 전류는, 환류 다이오드로 회귀되어 흐른다. 인덕터(Ls) 양단에는 LED의 순방향 전압 Vf가 반대로 걸려 -Vf/Ls의 기울기로 감소하게 된다. 감소하는 전류의 양은 Td와, 인덕터(Ls) 값과, Vf값에 의해서 결정된다. While the switch Q1 is turned off for the predetermined delay time Td of the one-side delay time inverter 810, the reflux diode Dw is turned on. The inductor current flows back to the reflux diode. The forward voltage Vf of the LED is reversely applied to both ends of the inductor Ls and decreases at a slope of -Vf / Ls. The amount of the decreasing current is determined by Td, the inductor Ls value, and the Vf value.

도 9는 도 8의 스위칭 모드 전류제어부(840)의 각부의 파형도를 도시한다. 도 9의 (a)는 LED에 흐르는 전류(Iled)에 저항값(Rs)을 곱한 것의 파형이다. (b)는 게이트 드라이버(830)의 출력의 파형이다. (c)는 스위치(Q1)의 드레인 전압의 파형이다. 저항(Rs)을 통해서 흐르는 전류는 (d)와 같다. 9 shows waveforms of respective parts of the switching mode current controller 840 of FIG. 9 (a) is a waveform of a current Iled flowing through an LED multiplied by a resistance value Rs. (b) is a waveform of the output of the gate driver 830. Fig. (c) is a waveform of the drain voltage of the switch Q1. The current flowing through the resistor Rs is as shown in (d).

스위치(Q1)가 온인 구간에서는 Io=Iled 이고, 오프인 구간에서는 0이다. LED에 흐르는 전류(Iled)의 최대값은 Vref1/Rs가 되고, 최소값 Imin은 스위치(Q1)가 오프되어 있는 동안 감소하므로, 수학식 2와 같다.Io = Iled in the period in which the switch Q1 is on, and 0 in the off-period. The maximum value of the current Iled flowing through the LED is Vref1 / Rs, and the minimum value Imin decreases while the switch Q1 is off.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 Rs는 저항값, Ls는 인덕터값, Vf는 LED 모듈의 순방향 전압, Td는 지연시간 및 Vref1은 기준전압이다. 따라서 LED에 흐르는 전류(Iled)의 평균 전류

Figure pat00003
는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.Where Rs is the resistance value, Ls is the inductor value, Vf is the forward voltage of the LED module, Td is the delay time, and Vref1 is the reference voltage. Therefore, the average current of the current Iled flowing through the LED
Figure pat00003
Can be expressed by Equation (3).

Figure pat00004
Figure pat00004

이것이 전류원의 제한전류 Ilim이 되는 것이다. 수학식 3에서 보듯이 제한 전류는 입력 전압과는 관계가 없는 Rs는 저항값, Ls는 인덕터값, Vf는 LED 모듈의 순방향 전압, Td는 지연시간 및 Vref1은 기준전압으로 이루어져 있으므로 입력 전압 변동에 관계없는 정전류 구동이 되는 것이다.This is the limiting current Ilim of the current source. As shown in Equation 3, since the limiting current is not related to the input voltage, Rs is the resistance value, Ls is the inductor value, Vf is the forward voltage of the LED module, Td is the delay time and Vref1 is the reference voltage. The constant current drive is irrelevant.

여기서 주목할 것은 리니어 모드에서와는 달리, 입력전압(Vi)이 증가하여 Vd가 증가하면 출력전류(Io)의 평균 전류가 감소한다. 그렇지만 LED에 흐르는 전류(Iled)는 일정하게 유지된다. 리니어 모드 전류제어부(710)에서는 Vd가 증가하면, 증가한 만큼 전류원에서 열로 소모된다. 그러나 스위칭 모드 전류제어부(840)에서는, 인덕터(Ls)에 일시적으로 자기 에너지로 저장했다가 스위치(Q1)가 오프될 때 저장한 에너지를 공급하기 때문에 스위치(Q1)과 인덕터(Ls), 환류 다이오드(Dw)가 이상적이라면, 전혀 손실이 없다. 따라서 입력전압(Vi)이 증가하더라도 입력 전력과 출력 전력이 모두 변동이 없게 된다. 리니어 모드에서는 입력전압(Vi)이 증가하면, LED로 출력되는 전력은 변동이 없더라도 전류원 양단의 전압이 증가하여 열 손실이 증가하기 때문에 입력전력은 증가하게 된다.Note that unlike in the linear mode, when the input voltage Vi increases and Vd increases, the average current of the output current Io decreases. However, the current Ile flowing through the LED remains constant. In the linear mode current control unit 710, as Vd increases, the current source consumes as much heat as the increase. However, since the switching mode current control unit 840 temporarily stores the energy in the inductor Ls as magnetic energy and supplies the stored energy when the switch Q1 is turned off, the switch Q1 and the inductor Ls, (Dw) is ideal, there is no loss at all. Therefore, even if the input voltage Vi increases, both the input power and the output power are not changed. In the linear mode, when the input voltage Vi increases, the input power increases because the voltage across the current source increases and the heat loss increases even though the power output from the LED does not fluctuate.

입력전압(Vi)이 낮아져서 Vd가 낮아지게 되면, 저항(Rs) 양단의 전압이 기준 전압 Vref1에 도달하지 못해서 스위치(Q1)는 계속해서 온 상태로 되어 있다. 또한 인덕터(Ls) 양단에도 전압이 걸리지 못하고, 입력된 전류(Id)가 모두 LED로 흐르게 되어 전류원의 동작이 중지되며, 전류제어부는 단순히 작은 저항(Rs)으로 동작한다.When the input voltage Vi is lowered and Vd is lowered, the voltage across the resistor Rs does not reach the reference voltage Vref1, so that the switch Q1 is continuously turned on. Further, no voltage is applied to both ends of the inductor Ls, and all the input current Id flows into the LEDs to stop the operation of the current source, and the current control unit simply operates with a small resistance Rs.

도 10은 일 실시예에 따른 일측 지연시간 인버터의 회로도를 도시한다. 일측 지연시간 인버터(810)는 스위치(Qd), 저항(Rd), 캐패시터(Cd) 및 비교기(802)를 포함한다. 스위치(Qd)는 입력(A)이 하이로 되면, Vcd는 0 V가 되고, 입력(A)이 로로 되면 기준전압 충전회로(1010)는 Vref2의 전압으로 저항(Rd)을 통하여 캐패시터(Cd)에 충전된다. Vcd가 충전되어 Vref3에 도달하면 비교기(802)의 출력(B)은 다시 하이로 된다. 입력(A)이 로로 변할 때, 출력은 지연시간(Td)을 갖고 하이로 되는 일측 지연시간 인버터(810)이다. 물론 지연시간(Td)은 저항(Rd), 캐패시터(Cd), Vref2 및 Vref3에 위하여 조정이 가능하다. 10 shows a circuit diagram of a one-sided delay time inverter according to one embodiment. One side delay time inverter 810 includes a switch Qd, a resistor Rd, a capacitor Cd and a comparator 802. When the input A is high, the voltage Vcd becomes 0 V. When the input A is low, the reference voltage charging circuit 1010 charges the capacitor Cd through the resistor Rd to the voltage Vref2. . When Vcd is charged and reaches Vref3, the output (B) of the comparator 802 goes high again. When the input A changes to low, the output is one side delay time inverter 810 that goes high with a delay time Td. Of course, the delay time Td can be adjusted for the resistor Rd, the capacitor Cd, Vref2 and Vref3.

도 11은 도 10의 일측 지연시간 인버터의 각부의 파형도를 도시한다. 입력(A)이 로이면 스위치(Qd)는 오프되고, 캐패시터(Cd)는 Vref2로부터 저항(Rd)을 통하여 충전되어 캐패시터(Cd)의 전압 Vcd는 Vref2값까지 증가한다. Vref3는 Vref2보다 낮게 설정되어 있으므로 출력(B)은 하이로 된다.11 shows waveforms of respective parts of the one-sided delay time inverter of Fig. When the input A is low, the switch Qd is turned off and the capacitor Cd is charged from Vref2 through the resistor Rd so that the voltage Vcd of the capacitor Cd increases to the value of Vref2. Since Vref3 is set lower than Vref2, the output B becomes high.

도 11의 (a)와 같이 입력(A)이 로에서 하이로 변경되면, 스위치(Qd)는 온이 되고, 캐패시터(Cd)는 방전하여 Vcd는 0 V가 된다. Vcd가 Vref3보다 낮으므로, 출력(B)은 로가 된다. 입력(A)이 하이 상태에서 로로 반전되면, 스위치(Qd)는 오프된다. 이때부터 Vcd는 Vref2로부터 저항(Rd)를 통하여 충전을 시작한다. Vcd의 충전시 파형은 도 11의 (b)에 도시한다. 이 충전 파형은 수학식 4와 같은 시간 함수가 된다.11A, when the input A is changed from low to high, the switch Qd is turned on, the capacitor Cd is discharged, and Vcd is 0 V. Since Vcd is lower than Vref3, the output (B) becomes low. When the input A is inverted from the high state to the low level, the switch Qd is turned off. From this time, Vcd starts charging from Vref2 through the resistor Rd. The waveform upon charge of Vcd is shown in Fig. 11 (b). This charging waveform becomes a time function as shown in Equation (4).

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서 Rd는 저항값, Cd는 커패시터값 및 Vref2는 기준전압이다.Where Rd is the resistance value, Cd is the capacitor value, and Vref2 is the reference voltage.

Vcd가 증가하면서 비교기(802)의 비반전 단자 기준전압 Vref3보다 커지면 비교기(802)는 하이를 출력한다. 따라서, 그림 11의 (c)와 같이 입력(A)이 로가 된 시점 t2에서 소정의 시간 Td 지연 후에 출력(B)이 하이가 된다. Td는 수학식 5의 해가 된다.When Vcd increases and becomes larger than the non-inverting terminal reference voltage Vref3 of the comparator 802, the comparator 802 outputs a high level. Therefore, the output (B) becomes high after a predetermined time Td delay at time t2 when the input (A) becomes low as shown in (c) of FIG. Td is the solution of equation (5).

Figure pat00006
Figure pat00006

Td가 시정수 Rd*Cd 보다 충분히 작은 범위에서 설계한다면, 위 방정식은 테일러 급수에 의해서 수학식 6과 같이 근사화하여 풀 수 있다.If Td is designed in a range that is sufficiently smaller than the time constant Rd * Cd, then the above equation can be solved by approximating it with the Taylor series as shown in equation (6).

Figure pat00007
Figure pat00007

따라서 Td는 수학식 7과 같다.Therefore, Td is expressed by Equation (7).

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서 Rd는 저항값, Cd는 커패시터값 및 Vref2와 Vref3는 각각 상수의 기준전압이다.Where Rd is the resistance value, Cd is the capacitor value, and Vref2 and Vref3 are constant reference voltages.

이상에서, 도 10의 저항(Rd), 캐패시터(Cd), Vref3 및 Vref2의 값의 조합으로 Td를 임의로 설정할 수 있다.Thus, Td can be arbitrarily set by a combination of the values of the resistor Rd, the capacitor Cd, Vref3, and Vref2 in Fig.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and various modifications and changes may be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the embodiments. Therefore, the present embodiments are to be construed as illustrative rather than restrictive, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면 LC를 이용하여 역률을 보상함과 동시에 EMI 필터의 역할 및 서지 보호(Surge Protection)의 역할을 수행한다. LED 전류를 제어함으로써 LED 구동장치의 효율, 역률 및 EMI 특성을 개선하는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the power factor is compensated using the LC, and the role of EMI filter and surge protection are performed. The efficiency of the LED driving device, the power factor and the EMI characteristics are improved by controlling the LED current.

120: PFC 제어부 130: 정류부
150: 전류제어부 220: 브리지 다이오드
710: 리니어 모드 전류제어부 810: 일측 지연시간 인버터
830: 게이트 드라이버 840: 스위치 모드 전류제어부
1010: 기준전압 충전회로
120: PFC controller 130:
150: current control unit 220: bridge diode
710: Linear mode current controller 810: One side delay time inverter
830: Gate driver 840: Switch mode current controller
1010: Reference voltage charging circuit

Claims (19)

LED(Light Emitting Diode) 모듈에 전류를 공급하기 위한 LED 구동장치에 있어서,
입력전원에 연결되어, LC(Inductor Capacitor)를 이용하여 전압과 입력전류간의 위상차를 보상하는 PFC(Power Factor Correction) 제어부;
상기 PFC 제어부에 연결되어, 상기 입력전압을 직류 맥류전압으로 변환하는 정류부;
상기 정류부에 연결되어, 상기 정류부에서 정류된 전류와 상기 LED 모듈에 흐르는 전류와의 차이만큼의 전하를 저장하거나 상기 LED 모듈에 공급하는 캐패시터; 및
상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 스위칭 모드(Switching Mode)로 제어하는 전류제어부를
포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
An LED driving apparatus for supplying current to an LED (Light Emitting Diode) module,
A PFC (Power Factor Correction) controller connected to the input power source for compensating a phase difference between a voltage and an input current by using an LC (Inductor Capacitor);
A rectifier connected to the PFC controller to convert the input voltage into a DC pulse voltage;
A capacitor connected to the rectifying unit and storing or supplying a charge equal to a difference between a current rectified by the rectifying unit and a current flowing through the LED module; And
A current controller for controlling current flowing in the LED module in a switching mode;
The LED driving device comprising:
제 1항에 있어서,
상기 전류제어부는,
상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 개폐하는 스위치;
상기 스위치가 온(On)되었을 때, 상기 LED 모듈에 흐르는 전류가 선형적으로 증가하게 하고, 상기 스위치가 오프(Off)되었을 때, 상기 LED 모듈에 흐르는 전류가 선형적으로 감소하게 하는 인덕터;
상기 스위치가 오프되었을 때, 상기 인덕터에 흐르는 전류를 회귀하는 환류(Free Wheeling) 다이오드;
상기 스위치의 소오스(Source)와 연결되어, 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지저항;
상기 전류감지저항의 양단의 전압과 기준전압(Vref1)을 비교한 출력 신호를 출력하는 비교기;
상기 비교기의 출력과 연결되어 수신된 상기 출력 신호에 대해 한쪽 엣지(상승엣지(Rising Edge) 또는 하강엣지(Falling Edge))에서만 지연시간을 가진 반전된 반전 신호를 출력하는 일측 지연시간 인버터; 및
상기 일측 지연시간 인버터의 출력에 연결되어 수신된 상기 반전 신호에 따라 상기 스위치를 개폐하는 상기 게이트 드라이버(Gate Driver)를
포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
The method according to claim 1,
The current control unit includes:
A switch for opening / closing a current flowing in the LED module;
An inductor for linearly increasing a current flowing through the LED module when the switch is on and for reducing a current flowing through the LED module linearly when the switch is off;
A free wheeling diode for returning a current flowing in the inductor when the switch is turned off;
A current sensing resistor connected to a source of the switch and sensing a current flowing in the LED module;
A comparator for outputting an output signal obtained by comparing a voltage between both ends of the current sensing resistor and a reference voltage Vref1;
A one-side delay time inverter connected to the output of the comparator and outputting an inverted inverted signal having a delay time only at one edge (rising edge or falling edge) with respect to the received output signal; And
And a gate driver connected to the output of the one-side delay time inverter for opening and closing the switch in accordance with the inverted signal received
The LED driving device comprising:
제 2항에 있어서,
상기 LED에 흐르는 전류의 제한값(
Figure pat00009
)이,
다음 수학식과 같이,
Figure pat00010

상기 입력전압과는 무관한 저항(Rs), 인덕터(Ls), LED 순방향 전압(Vf), 지연시간(Td), 기준전압(Vref1) 및 상수(1/2)로 결정되는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
3. The method of claim 2,
The limit value of the current flowing through the LED
Figure pat00009
)this,
As shown in the following equation,
Figure pat00010

Wherein the output voltage is determined by a resistor Rs, an inductor Ls, a forward voltage Vf of the LED, a delay time Td, a reference voltage Vref1 and a constant 1/2, which are independent of the input voltage. Driving device.
제 2항에 있어서,
상기 일측 지연시간 인버터는,
상기 비교기와 상기 게이트 드라이버에 연결되어, 상기 비교기의 출력을 입력받아 개폐하는 스위치;
상기 스위치에 연결되어, 기준전압(Vref2)과 저항을 통하여 캐패시터에 충전하는 충전부; 및
상기 충전부에 연결되어, 상기 기준전압(Vref2)과 상기 캐패시터 충전전압과 비교하여 상기 게이트 드라이버에 입력하는 비교기를
포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
3. The method of claim 2,
The one-sided delay time inverter includes:
A switch connected to the comparator and the gate driver for receiving an output of the comparator to open and close the comparator;
A charging unit connected to the switch for charging the capacitor through a reference voltage Vref2 and a resistor; And
A comparator connected to the charging unit for comparing the reference voltage Vref2 with the capacitor charging voltage and inputting the comparison voltage to the gate driver,
The LED driving device comprising:
제 4항에 있어서,
상기 지연시간은,
다음 수학식과 같이,
Figure pat00011

저항(Rd), 캐패시터(Cd) 및 기준전압의 비(Vref3/Vref2)로 결정되는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
5. The method of claim 4,
The delay time may be,
As shown in the following equation,
Figure pat00011

Is determined by a ratio (Vref3 / Vref2) of a resistor (Rd), a capacitor (Cd), and a reference voltage.
제 1항에 있어서,
상기 PFC 제어부는,
상기 입력전원의 일단과 인덕터(L1)의 일단을 직렬로 연결하고 상기 인덕터(L1)의 타단과 캐패시터(C1)의 일단이 연결되고 상기 캐패시터(C1)의 타단이 상기 입력전원의 타단과 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
The method according to claim 1,
The PFC controller,
One end of the input power source and one end of the inductor L1 are connected in series and the other end of the inductor L1 is connected to one end of the capacitor C1 and the other end of the capacitor C1 is connected to the other end of the input power source And the LED driving device.
제 1항에 있어서,
상기 정류부는 브리지 다이오드를 이용하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
The method according to claim 1,
Wherein the rectifying unit uses a bridge diode.
제 1항에 있어서,
상기 전류제어부는,
상기 입력전류가 상기 전류제어부의 설정된 전류보다 작은 경우, 단순히 작은 저항으로 동작하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
The method according to claim 1,
The current control unit includes:
And when the input current is smaller than the current set by the current control unit, the LED driving unit operates with a small resistance.
제 8항에 있어서,
상기 캐패시터의 양단 전압은 상기 LED 모듈의 순방향 전압으로 제한하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
9. The method of claim 8,
Wherein a voltage across the capacitor is limited to a forward voltage of the LED module.
제 1항에 있어서,
상기 전류제어부는,
상기 입력전류가 상기 전류제어부의 설정된 전류보다 큰 경우, 상기 캐패시터 양단의 평균전압이 상기 정류부에서 정류된 평균전류와 상기 LED에 흐르는 전류의 설정된 제한값과 같아지도록 변동하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
The method according to claim 1,
The current control unit includes:
Wherein an average voltage across the capacitor is varied to be equal to a predetermined limit value of an average current rectified by the rectifying unit and a current flowing through the LED when the input current is greater than the set current of the current control unit.
제 10항에 있어서,
상기 캐패시터 양단의 평균전압은 상기 입력전원의 전압의 크기에 따라 증감하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
11. The method of claim 10,
Wherein an average voltage across the capacitor is increased or decreased according to a magnitude of a voltage of the input power source.
제 1항에 있어서,
상기 전류제어부는,
리니어 모드(Linear Mode)로 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
The method according to claim 1,
The current control unit includes:
And controls a current flowing in the LED module in a linear mode.
제 12항에 있어서,
상기 전류제어부는,
상기 LED 모듈과 드레인(Drain)이 연결되는 FET;
상기 FET의 소오스(Source)와 연결되어 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 감지하는 리니어 모드 전압감지저항;
상기 FET의 게이트와 연결되어 게이트 전압을 설정하는 제너 다이오드; 및
상기 제너 다이오드의 바이어스 전류를 공급하는 바이어스 저항을
포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
13. The method of claim 12,
The current control unit includes:
An FET connected to the LED module and a drain;
A linear mode voltage sensing resistor connected to a source of the FET to sense a current flowing in the LED module;
A zener diode connected to the gate of the FET to set a gate voltage; And
A bias resistor for supplying a bias current of the Zener diode
The LED driving device comprising:
제 13항에 있어서,
상기 전류제어부는,
상기 캐패시터 양단의 전압이 증가해도 상기 FET의 드레인과 소오스 전압과 상기 전압감지저항 양단의 전압이 증가분만큼 증가하여 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 설정된 전류값으로 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 구동장치.
14. The method of claim 13,
The current control unit includes:
Wherein a voltage across the drain and the source voltage of the FET and a voltage across the voltage sensing resistor increase by an increment even if the voltage across the capacitor increases, thereby controlling the current flowing through the LED module to a predetermined current value.
정류부, 스위치 및 캐패시터를 포함하는 LED(Light Emitting Diode) 구동장치에서 LED 모듈에 흐르는 전류를 제어하는 LED 구동용 전류제어기에 있어서,
상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 개폐하는 스위치;
상기 스위치가 온(On)되었을 때, 상기 LED 모듈에 흐르는 전류가 선형적으로 증가하게 하고, 상기 스위치가 오프(Off)되었을 때, 상기 LED 모듈에 흐르는 전류가 선형적으로 감소하게 하는 인덕터;
상기 스위치가 오프되었을 때, 상기 인덕터에 흐르는 전류를 회귀하는 환류(Free Wheeling) 다이오드;
상기 스위치의 소오스(Source)와 연결되어, 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 감지하는 전류감지저항;
상기 전류감지저항의 양단의 전압과 기준전압(Vref1)을 비교한 출력 신호를 출력하는 비교기; 및
상기 비교기의 출력과 연결되어 수신된 상기 출력 신호에 대해 한쪽 엣지(상승엣지(Rising Edge) 또는 하강엣지(Falling Edge))에서만 지연시간을 가진 반전된 반전 신호를 출력하는 일측 지연시간 인버터; 및
상기 일측 지연시간 인버터의 출력에 연결되어 수신된 상기 반전 신호에 따라 상기 스위치를 개폐하는 상기 게이트 드라이버(Gate Driver)를
포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동용 전류제어기.
1. A LED driving current controller for controlling a current flowing in an LED module in an LED (Light Emitting Diode) driving device including a rectifying part, a switch and a capacitor,
A switch for opening / closing a current flowing in the LED module;
An inductor for linearly increasing a current flowing through the LED module when the switch is on and for reducing a current flowing through the LED module linearly when the switch is off;
A free wheeling diode for returning a current flowing in the inductor when the switch is turned off;
A current sensing resistor connected to a source of the switch and sensing a current flowing in the LED module;
A comparator for outputting an output signal obtained by comparing a voltage between both ends of the current sensing resistor and a reference voltage Vref1; And
A one-side delay time inverter connected to the output of the comparator and outputting an inverted inverted signal having a delay time only at one edge (rising edge or falling edge) with respect to the received output signal; And
And a gate driver connected to the output of the one-side delay time inverter for opening and closing the switch in accordance with the inverted signal received
And a current controller for driving the LED.
제 15항에 있어서,
상기 일측 지연시간 인버터는,
상기 비교기와 상기 게이트 드라이버에 연결되어, 상기 비교기의 출력을 입력받아 개폐하는 인버터 스위치;
상기 인버터 스위치에 연결되어, 기준전압(Vref2)과 인버터 저항을 통하여 인버터 캐패시터에 충전하는 충전부; 및
상기 충전부에 연결되어, 상기 기준전압(Vref2)과 상기 인버터 캐패시터 충전전압과 비교하여 상기 게이트 드라이버에 입력하는 인버터 비교기를
포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동용 전류제어기.
16. The method of claim 15,
The one-sided delay time inverter includes:
An inverter switch connected to the comparator and the gate driver for receiving and opening the output of the comparator;
A charging unit connected to the inverter switch for charging the inverter capacitor through a reference voltage Vref2 and an inverter resistance; And
And an inverter comparator connected to the charging unit for comparing the reference voltage Vref2 with the charging voltage of the inverter capacitor and inputting the comparison voltage to the gate driver,
And a current controller for driving the LED.
제 15항에 있어서,
상기 지연시간이 커질수록 상기 LED 모듈에 흐르는 전류가 감소하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 LED 구동용 전류제어기.
16. The method of claim 15,
And the current flowing to the LED module decreases as the delay time increases.
입력전원으로부터의 입력전압을 LC(Inductor Capacitor)를 이용하여 입력전류와의 위상차를 보상하는 과정;
상기 입력전원을 직류 전류로 변환하는 과정;
상기 전류와 LED(Light Emitting Diode) 모듈에 흐르는 전류와의 차이만큼의 전하를 저장하거나 상기 LED 모듈로 전류를 공급하는 과정; 및
상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 스위칭 모드로 제어하는 과정을
포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동방법.
Compensating an input voltage from an input power source by using an LC (Inductor Capacitor) to compensate a phase difference between the input voltage and an input current;
Converting the input power to a direct current;
Storing electric charges corresponding to the difference between the current and a current flowing in an LED (Light Emitting Diode) module or supplying current to the LED module; And
And controlling the current flowing in the LED module in the switching mode
The LED driving method comprising the steps of:
제 19항에 있어서,
상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 개폐하는 과정;
상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 선형적으로 증감하게 하는 과정;
상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 회귀하는 과정; 및
상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 감지하여 지연시간을 두고 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 개폐하는 과정을
포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동방법.




20. The method of claim 19,
Opening and closing a current flowing in the LED module;
Linearly increasing or decreasing a current flowing through the LED module;
Returning a current flowing through the LED module; And
Detecting a current flowing through the LED module and opening / closing a current flowing through the LED module with a delay time
The LED driving method comprising the steps of:




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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019172551A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 엘지이노텍 주식회사 Lighting control apparatus
WO2020036427A1 (en) * 2018-08-13 2020-02-20 주식회사 엘지화학 Switch control device
KR20210147316A (en) 2020-05-28 2021-12-07 (주)포인트텍 Ac direct led driver including capacitor for led driver

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102411182B1 (en) 2021-10-15 2022-06-22 루멘전광 주식회사 High power factor driving circuit for led lighting apparatus

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100319524B1 (en) * 1999-12-27 2002-01-09 이형도 Passive PFC circuit
US7378805B2 (en) * 2005-03-22 2008-05-27 Fairchild Semiconductor Corporation Single-stage digital power converter for driving LEDs
KR100982537B1 (en) * 2009-05-21 2010-09-15 (주)아크로젠텍 Multi-layer power factor correction circuit in light-emitting-diode driving circuit
JP2013159288A (en) * 2012-02-08 2013-08-19 Ichikoh Ind Ltd Vehicular lamp
KR101439899B1 (en) * 2012-12-24 2014-09-12 기민전자주식회사 Led lighting control apparatus
KR101274110B1 (en) * 2013-04-02 2013-06-12 (주)블루싸이언스 Led lamp apparatus using driver circuit for power factor correction and current control

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019172551A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 엘지이노텍 주식회사 Lighting control apparatus
WO2020036427A1 (en) * 2018-08-13 2020-02-20 주식회사 엘지화학 Switch control device
US11072257B2 (en) 2018-08-13 2021-07-27 Lg Chem, Ltd. Switch control apparatus
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

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