WO2013133547A1 - 효율 개선 기능을 가진 엘이디 구동회로 - Google Patents

효율 개선 기능을 가진 엘이디 구동회로 Download PDF

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WO2013133547A1
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유상우
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    • H—ELECTRICITY
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    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the present invention relates to improving the efficiency in a driving circuit for LED lighting that uses a constant current circuit on the load side.
  • incandescent lamps used in each home, office or factory have the disadvantages of high power consumption, high self-heating, and short lifespan.
  • fluorescent lamps that compensate for the disadvantages of incandescent lamps, they consume less power than incandescent lamps.
  • LED lighting apparatuses using LEDs which consume less power and greatly increase the lifespan compared to incandescent bulbs, have been widely used.
  • the brightness at the LED load is constant only when a constant current flows through the LED load, it is important to allow a constant current to flow in the LED load in the LED driving circuit.
  • the AC power supply 10 is rectified by the rectifier circuit 11 such as a bridge circuit and the like, and then smoothed again by the capacitor C through the SMPS 12, as shown in FIG.
  • the load current is sensed by the voltage applied to the resistor Rs, and the voltage applied to the resistor Rs is applied to the PWM driver 13 to adjust the duty ratio at which the switch SW is turned on / off.
  • SMPS is mainly used to allow a constant load current to flow corresponding to the desired brightness.
  • the SMPS type LED driving circuit requires a complex configuration of the SMPS 12 and the PWM driver 13, so in a small LED lighting device such as an LED lamp, components for these circuits are installed in a small space of the LED lamp. It is difficult to do this, and in particular, since these circuits operate in a pulsed manner, there is an additional need for a device that generates many harmonics and suppresses the emission of electromagnetic waves by such harmonics.
  • the SMPS type LED driving circuit of FIG. 1 has the advantage of being able to drive more LEDs by the inductor L, and the input current follows the input voltage in a sawtooth manner so that the input current is increased. There is an advantage that the power factor is improved by increasing the flow period.
  • the LED driving circuit of the constant current circuit system of FIG. 2 generates flicker, it is not suitable in a general purpose lighting apparatus.
  • the input AC voltage 20 (Vin) is 220 Vrms (peak value is about 310 V), and the LED load 22 when the LED load 22 is turned on.
  • the waveforms of the input voltage Vin and the input current Iin have the same waveforms as in FIG.
  • the output current IL is equal to the input current Iin because the circuit is a single loop.
  • the output voltage (VL) applied to the LED load 22 is constant at 235V, but the waveform of the input voltage (Vin) draws the curve as shown in FIG. Is approximately 86% as in the equation below. That is, only 86% of the supply power is used to emit light from the LED load 22, resulting in a power loss of about 14%.
  • the present invention was devised to solve the above problems, and an object thereof is to provide a new constant current circuit type LED driving circuit which improves the efficiency in the conventional constant current circuit type LED driving circuit.
  • the LED drive circuit having an efficiency improving function connected to the AC power source according to the present invention
  • the rectifier circuit for rectifying the AC power source
  • a control circuit connected to the output of the rectifier circuit
  • An LED load and a constant current circuit connected in series with the output of the control circuit
  • a capacitor connected in parallel to the LED load and the constant current circuit connected in series to smooth the output of the rectifier circuit
  • a detection circuit for detecting whether the rectified voltage exceeds a predetermined specific voltage value equal to or greater than the sum of the voltage applied to the LED load when the LED load is turned on and the voltage applied to the constant current circuit at the time when the LED load starts to turn on.
  • control circuit controls to pass the output of the rectifying circuit as it is, if the rectified voltage does not exceed the specific voltage value as a result of the detection of the detection circuit, and the rectified voltage exceeds the specific voltage value. If so, the first operation of blocking the output of the rectifier circuit and the second operation of passing the output of the rectifier circuit as it is characterized in that it is controlled to be repeated.
  • the LED drive circuit having an efficiency improving function connected to the AC power source according to the present invention
  • the rectifier circuit for rectifying the AC power source
  • a control circuit connected to the output of the rectifier circuit
  • An LED load and a constant current circuit connected in series with the output of the control circuit
  • a current limiting circuit connected to an output of the rectifier circuit to control only a current of a predetermined current or less to flow
  • a capacitor connected in parallel to the LED load and the constant current circuit connected in series to smooth the output of the rectifier circuit
  • a detection circuit for detecting whether the rectified voltage exceeds a predetermined specific voltage value equal to or greater than the sum of the voltage applied to the LED load when the LED load is turned on and the voltage applied to the constant current circuit at the time when the LED load starts to turn on.
  • control circuit controls to pass only a current less than or equal to a current preset by the current limiting circuit if the rectified voltage does not exceed the specific voltage value as a result of the detection of the detection circuit. If the specific voltage value is exceeded, the first operation of blocking the output of the current limiting circuit and the second operation of passing only a current less than or equal to a current preset by the current limiting circuit are repeated.
  • the LED drive circuit having an efficiency improving function connected to the AC power source according to the present invention
  • the rectifier circuit for rectifying the AC power source
  • a control circuit connected to the output of the rectifier circuit
  • An LED load and a constant current circuit connected in series with the output of the control circuit
  • a capacitor connected in parallel to the LED load and the constant current circuit connected in series to smooth the output of the rectifier circuit; Detects whether the rectified voltage exceeds a predetermined specific voltage value that is equal to or greater than the sum of the voltage applied to the LED load when the LED load is turned on and the voltage applied to the constant current circuit at the time when the LED load starts to turn on.
  • a detection circuit for transmitting a control signal according to a degree to the control circuit wherein the control circuit is configured to include a plurality of current limiting units, and if the rectified voltage does not exceed the specific voltage value as a result of the detection of the detection circuit.
  • the plurality of current limiting unit is controlled to pass the output of the rectifier circuit as it is, and if the rectified voltage exceeds the specific voltage value, the number of current limiting unit according to the control signal corresponding to the exceeded number of switching operation Control to cut off the output of the rectifier circuit by And a gong.
  • Figure 2 is a LED driving circuit using a constant current circuit in the prior art
  • Figure 3 shows one embodiment of a constant current circuit used in the prior art.
  • FIG. 4 is another prior art LED drive circuit using a capacitor to improve the flicker occurring in the prior art of FIG.
  • Figure 5 shows the input voltage and input current waveforms in Figure 2 of the prior art.
  • Figure 6 shows the input voltage and input current waveforms used in the present invention.
  • Figure 7 shows a stepped M-shaped input current waveform for simple calculation of efficiency in accordance with the principles of the present invention.
  • Fig. 8 shows the duty ratio waveform of the input current to achieve efficiency improvement in accordance with the principles of the present invention.
  • FIG. 9 is a first embodiment of the present invention in which the principle of the present invention is applied to FIG.
  • FIG. 10 is a second embodiment of the present invention in which the principles of the present invention are applied to FIG.
  • FIG. 11 is a third embodiment of the present invention in which the LED driving circuit of FIG. 9 is improved.
  • FIG. 11 is a third embodiment of the present invention in which the LED driving circuit of FIG. 9 is improved.
  • FIG. 12 shows the actual input current waveform appearing in the LED drive circuit of FIG.
  • FIG. 13 compares input current waveforms in the LED driving circuit of FIG. 9 and the LED driving circuit of FIG.
  • FIG. 14 is a schematic structural diagram according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the M-shaped pattern of the input current Iin and output current IL of FIG. 6 is simplified.
  • a stepped M-shaped pattern such as
  • the M-shaped output current pattern (the LED load is turned on and the input voltage increases as the input voltage increases) It can be seen that an efficiency improvement of about 5% can be obtained by decreasing the size and having a pattern of increasing the input current again as the input voltage passes the peak.
  • the efficiency is improved if the output current (input current) is increased or decreased in the direction opposite to the increase or decrease of the input voltage under the input voltage at which the LED load is turned on.
  • the input current is not the same as the output current due to the charge and discharge of the capacitor.
  • the LED driving circuit of FIG. 4 can also calculate the efficiency by changing the input power in the same way as the LED driving circuit of FIG. 2, so that the following description will not be given as there is no variation of the output current by the capacitor.
  • the voltage applied when the LED load 22 is turned on is 235 V applied to the LED load 42.
  • the LED load 42 is turned on at an input voltage Vin of 240 V or more, and the LED load 22 is turned on.
  • a zener diode Dz having a breakdown voltage Vz larger than the voltage 5V applied to the constant current source 23 when starting to turn on is provided.
  • the breakdown voltage Vz is set at 15V.
  • the transistor TR2 since the output of the rectifier circuit 41 is divided by the voltage of the resistor R2 and the resistor R3 to the base of the transistor TR2, the transistor TR2 is turned on and the base of the PNP transistor TR1 is turned on. As the current flows through the transistor TR1, the transistor TR1 is turned on and the transistor TR1 is turned on.
  • the transistor TR1 is still applied to the zener diode Dz and the resistor R4 with a voltage smaller than the breakdown voltage Vz (15V).
  • the input voltage Vin is 240V which is the sum of the on voltage (235V) of the LED load 42 and the voltage (5V) applied to the constant current circuit 43 at the start of turn-on of the LED load 42. Since the LED load 42 is turned on, a constant current flows as in the section B of FIG. 6 and charges are accumulated in the capacitor C. As shown in FIG.
  • the constant current circuit 23 starts to take a voltage of 15 V or more, thereby providing 15 V, which is the breakdown voltage Vz of the zener diode Dz. Since the zener diode Dz is energized by the breakdown voltage Vz (15V) and the remaining voltage is applied to the resistor R4, the transistor TR3 is turned on.
  • the transistor TR1 is turned on again, and the charge is charged to the capacitor C again, and thus it is again yielded to the constant current circuit 23.
  • a voltage of 15 V or more which is the voltage Vz, is applied, the transistor TR1 is cut off again, and the charge charged in the capacitor C is discharged to be supplied to the LED load 23.
  • the transistor TR1 is repeatedly turned on and off when the input voltage Vin exceeds 250V. Such on-off repetition may be referred to as an oscillation phenomenon.
  • the input voltage Vin enters the section C immediately without the section B of FIG. 6 when the input voltage Vin is 240V or more.
  • the detection circuit 43 detects the voltage in the constant current circuit 43 in FIG. 9, it is also possible to detect and control the voltage at the output of the rectifying circuit 51 as shown in FIG. 10. It is of course also possible for the detection circuit in FIG. 9 to detect the voltage at the input side of the LED load 42.
  • the input current decreases linearly as the input voltage increases in the section C of FIG. 6.
  • a delay occurs in the on / off time of the input current due to an internal capacitor component.
  • the input current pattern oscillates up and down about the linear input current pattern in the section C shown in FIG.
  • the portion exceeding a constant input current of 10 mA (the portion exceeding the dashed line) is cut out to obtain an average input current curve. It should be lowered further as shown in Fig. 13, which is the LED driving circuit of Fig.
  • the zener diode Dz and the resistor R2 constitute the detection circuit 65, and the FET, transistor TR2, and the resistors R1 and R4 constitute the current limiting circuit 62. do.
  • the current limiting circuit 62 adjusts the value of the resistor R1 so that when the transistor TR1 is off, the input current Iin does not exceed 10 mA, which is a constant current. Therefore, when the current flowing through the resistor R1 exceeds 10 mA, a voltage for turning on the transistor TR2 is applied to the base of the transistor TR2. When the transistor TR2 is turned on, the voltage applied to the gate of the FET decreases and is inputted. The current becomes small, so that the input current does not exceed 10mA.
  • the input current Iin flows a constant current (10mA) to charge the capacitor C. Is charged.
  • the transistor TR3 is turned on and thus the transistor TR1 is turned on so that the FET is turned off so that the input current Iin does not flow so that the capacitor C is charged.
  • the charged charges are discharged to the LED load 63 side.
  • the transistor TR3 When the voltage applied to the constant current circuit 64 decreases as the charge charged in the capacitor C is discharged, the transistor TR3 is turned off again, and thus the transistor TR1 is turned off so that the input current Iin is LED.
  • the charge is supplied to the load 63 side again and the charge is charged to the capacitor C again, and a voltage of 15 V or more, which is the breakdown voltage Vz, is applied to the constant current circuit 23 again, and then the transistor TR3 is turned on again so that the transistor TR1 is turned on.
  • Is turned on the FET is turned off, and the process of discharging the electric charge charged in the capacitor C to be supplied to the LED load 23 is started again.
  • the LED driving circuit of FIG. 11 also exhibits an oscillation phenomenon in which the FET repeats on and off when the input voltage Vin exceeds 250V.
  • the current limiting circuit 62 prevents the input current Iin from exceeding the set 10 mA, the current limiting circuit 62 achieves the effect of cutting out the portion (above the dotted lines) exceeding 10 mA in the oscillation section of FIG. As the voltage Vin increases, the slope of the reduction curve, which is the average value of the input current Iin, is increased to make the driving circuit of FIG. 11 more efficient than the driving circuit of FIG.
  • the detection circuit 65 is connected to both ends of the constant current circuit 64.
  • the detection circuit 65 may be modified to connect the detection circuit to the output of the rectifier circuit 61 as shown in FIG. 10. . It is of course also possible for the detection circuit in FIG. 11 to detect the voltage at the input side of the LED load 63.
  • the LED driving circuit according to the fourth embodiment of the present invention is as shown in FIG.
  • the detection circuit 14 may be configured to include a predetermined LED load and a constant current circuit and a capacitor connected in parallel thereto, and a rectifying circuit for rectifying AC power may be provided in front of the detection circuit 70. These are the same as described in the previous embodiment and are omitted for convenience. Of course, the front end and the load end of the detection circuit 70 in Figure 14 can be changed in various embodiments.
  • the LED driving circuit may include a detection circuit 70 and a control circuit 80, where the detection circuit 70 detects whether the rectified voltage exceeds a predetermined specific voltage value.
  • the control signal is transmitted to the control circuit 80 according to the degree of excess of the voltage.
  • the preset specific voltage value is larger than the sum of the voltage applied to the LED load when the LED load is turned on and the voltage applied to the constant current circuit at the time when the LED load starts to be turned on.
  • control circuit 80 may be connected to the output and the detection circuit 70 of the rectifier circuit, in particular may be configured to include a plurality of current limiting units (82_1 ⁇ 82_n).
  • each of the current limiting units 82_1 to 82_n may be connected to each other in parallel with respect to the load as shown in FIG. 14.
  • control circuit 80 may be configured to include the switching units 81_1 to 81_n, where each switching unit 81_1 to 81_n is connected to each of the current limiting units 82_1 to 82_n so that the current limiting unit 82_1 ⁇ 82_n) to turn on / off the function.
  • the control circuit 80 rectifies all of the plurality of current limiting units 82_1 to 82_n unless the voltage rectified as a result of the detection of the detection circuit 70 exceeds a predetermined specific voltage value (for example, V1). If the output of the circuit 91 is controlled to pass through as it is, and the rectified voltage exceeds a specific voltage value, the number of current limiting units 82_1 to 82_n according to the control signal corresponding to the exceeded degree is rectified by the switching operation. It performs a function to control to block the output of the circuit 91.
  • a predetermined specific voltage value for example, V1
  • FIG. 15 illustrates an example of a connection structure of the capacitor 92, the LED load 93, and the constant current circuit 94 to smooth the outputs of the rectifying circuit 91 and the rectifying circuit 91 in the configuration of FIG.
  • the detection circuit 70 applies different control signals to the switching units 81_1 to 81_n according to the magnitude of the rectified voltage, and the switching units 81_1 to 81_n according to the control signals are applied to the detection circuit 70.
  • the current limiting units 82_1 to 82_n pass or block the output of the rectifier circuit 91 as it is.
  • FIG. 16 shows an example of a specific circuit configuration and wiring of the detection circuit 70 and the control circuit 80 of FIG. 15.
  • each of the current limiting units 82_1 and 82_2 passes through the output of the rectifier circuit 91, that is, the output current.
  • the output current passed by the total current limiting units 82_1 and 82_2 is 20 mA.
  • Q5 of the detection circuit 70 is turned on when the magnitude of the rectified voltage becomes greater than or equal to the preset magnitude V1 according to the breakdown voltages of the distribution resistors R11 and R12 and the zener diode D4.
  • Q8 of the detection circuit 70 is turned on when the magnitude of the rectified voltage becomes greater than or equal to the preset magnitude V2 according to the breakdown voltages of the distribution resistors R11 and R12 and the zener diode D5.
  • the output voltage of the rectifier circuit 91 further decreases to reach the predetermined size V1
  • the switching unit Q3 81_1 is turned off, and when Q3 81_1 is turned off.
  • the current limiter 1 82_1 passes the output current of the rectifier circuit 91. Therefore, in this state, the output current passed by the total current limiting units 82_1 and 82_2 becomes 20 mA by the current limiting unit 1 82_1 and the current limiting unit 2 82_2.
  • FIG. 16 only two switching units 81_1 and 81_2 and two current limiting units 82_1 and 82_n are illustrated, respectively, but the number of switching units and current limiting units may be further added, and control may be performed according to the above-described method. As shown in Fig. 7, it is of course possible to vary the total amount of current supplied to the LED load in steps.
  • the present invention provides a constant current circuit type LED driving circuit which further improves efficiency in the conventional constant current circuit type LED driving circuit.

Abstract

본 발명은 부하측에 정전류회로를 사용하는 LED 조명용 구동회로에 있어서 효율을 개선하는 것에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 교류전원과 연결되는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로는, 상기 교류전원을 정류하는 정류회로; 상기 정류회로의 출력에 연결되는 제어회로; 상기 제어회로의 출력에 직렬로 연결되는 LED부하와 정전류회로; 상기 직렬로 연결된 LED부하와 정전류회로에 대해 병렬로 연결되어 상기 정류회로의 출력을 평활화하는 콘덴서; 상기 LED 부하가 온되었을 때에 상기 LED부하에 걸리는 전압과 상기 LED 부하가 온되기 시작하는 시점에 상기 정전류회로에 걸리는 전압의 합 이상의 미리 설정된 특정 전압치를 상기 정류된 전압이 초과하는지를 검출하는 검출회로를 포함하고, 상기 제어회로는, 상기 검출회로의 검출 결과, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과하지 않는다면 상기 정류회로의 출력을 그대로 통과시키도록 제어하고, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과한다면 상기 정류회로의 출력을 차단하는 제1 동작과 상기 정류회로의 출력을 그대로 통과시키는 제2 동작이 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

효율 개선 기능을 가진 엘이디 구동회로
본 발명은 부하측에 정전류회로를 사용하는 LED 조명용 구동회로에 있어서 효율을 개선하는 것에 관한 것이다.
각 가정이나 사무실 또는 공장에서 기존에 사용하던 백열등은 소비전력이 크고 자체 발열도 심하며 수명이 짧다는 단점이 있고, 이러한 백열등의 단점을 보완하는 형광램프의 경우에는 백열전구에 비해서는 소비전력이 낮지만 여전히 수명이 짧아서, 최근에는 백열전구에 비해 소비전력이 낮고 수명이 대폭적으로 증가한 LED를 사용하는 LED 조명장치가 널리 보급되고 있다.
또한, LED부하에 일정한 전류가 흘러야 LED부하에서의 밝기가 일정하게 되므로 LED 구동회로에서는 LED부하에 일정한 전류가 흐르도록 하는 것이 중요하다.
그런데, 종래기술에서는 도1과 같이, 교류전원(10)을 브리지회로 등의 정류회로(11)에 의해 정류한 후에 SMPS(12)를 거쳐서 다시 콘덴서(C)에 의해 평활하여 LED부하(14)에 공급하고, 이때 저항(Rs)에 걸리는 전압에 의해 부하 전류를 감지하여 이 저항(Rs)에 걸리는 전압이 PWM구동부(13)에 인가되어 스위치(SW)가 온/오프되는 듀티비를 조절하여 원하는 밝기에 대응하는 일정한 부하전류가 흐르게 하는 SMPS 방식이 주로 사용된다.
그러나, 이러한 SMPS방식의 LED 구동회로에서는 복잡한 구성의 SMPS(12)와 PWM구동부(13)가 필요하기 때문에 LED램프와 같이 소형의 LED 조명기구에서는 이러한 회로들용 부품들을 LED램프의 좁은 공간에 설치하기가 어렵고, 특히 펄스 방식으로 이들 회로들이 동작하므로 많은 고조파에 발생하여 이러한 고조파에 의한 전자파 방출을 억제하는 장치가 추가로 필요하게 된다. 물론, 도1의 SMPS방식의 LED 구동회로는 인덕터(L)에 의해 승압이 가능하므로, 보다 많은 LED를 구동할 수 있다는 장점이 있고, 입력전류가 톱니 방식으로 입력전압을 추종하게 되어 입력 전류가 흐르는 기간이 증가하여 역률이 개선되는 장점이 있다.
한편, 상기의 SMPS 방식의 LED 구동장치의 문제점을 감안하여 다른 종래기술에서는, 도2에서와 같이, 아날로그회로 방식의 정전류회로(23)을 설치하여 LED부하(22)에 일정 전류가 흐르게 하는 정전류회로 방식의 LED 구동회로를 사용되는데, 이 방식의 정전류회로(23)은 도3과 같은 간단한 아날로그 회로(도3에서는 트랜지스터를 사용하였으나 OP앰프를 사용하는 것도 존재한다)를 사용하므로 회로 구성이 간단하고, 아날로그 회로 방식의 정전류회로(23)을 사용하므로 고조파에 따른 전자파 발생 우려도 없다는 장점이 있다.
그러나, 도2의 정전류 회로 방식의 LED구동회로는 Flicker가 발생하므로 범용(general purpose) 조명장치에서는 부적합하다.
이러한 도2의 LED구동회로의 Flicker 발생의 문제점을 해결하기 위하여, 또 다른 종래기술의 정전류 회로 방식의 LED 구동회로에서는, 도4와 같이, 콘덴서(C)를 추가하여 Flicker를 제거한다.
그런데, 예를 들어 도2와 같은 정전류 회로 방식의 LED 구동회로에서는, 입력 교류 전압(20)(Vin)이 220Vrms(피크치는 약 310V)이고, LED부하(22)가 온될 때에 LED부하(22)에 걸리는 부하전압(출력전압)(VL)= 235V이라고 하면 입력 전압(Vin) 및 입력전류(Iin)의 파형은 도5에서와 같은 파형을 가진다. 여기서 출력전류(IL)은 회로가 단일 루프이므로 입력전류(Iin)와 같다.
그래서, LED부하(22)가 온되기 시작할 때의 정전류원(23)에 걸리는 전압을 5V라고 하면, 입력 전압(Vin)이 235+5=240볼트 이상이 되는 구간에서 LED부하(22)가 온되고, 이때에는 정전류원(23)에 설정된 일정 전류인 부하 전류(IL)가 LED부하(22)가 흐르게 된다.
그런데, 일반적으로, 효율은 입력단에서의 입력전력(Pin)=[입력전류(Iin) X 입력전압(Vin)]에 대한 출력단에서의 출력전력(PL)= [출력전류(IL) X 출력전압(VL)] 로 정의되는데, 도2의 구동회로의 경우에는 단일루프이므로 LED부하(22)에 흐르는 출력전류(IL)와 입력전류(Iin)도 일정전류이며 입력전류(Iin)=출력전류(IL)가 된다.
이때, LED부하(22)에 걸리는 출력전압(VL)은 235V로 일정하지만 입력전압(Vin)의 파형은 도5와 같은 곡선을 그리므로, 도5를 참작하여 근사적으로 효율을 계산하면, 효율은 아래 수학식처럼 대략 86% 수준이 된다. 즉, 공급전력의 86%만 LED부하(22)에서 광을 방출하는데에 사용되게 되어 14% 정도의 전력 손실이 발생한다.
효율= [(IL) X (235+235+235+235)]/[(Iin) X (240+260+280+310)]
= 940/1090 = 86.2%
일반적인 조명장치 분야에서는 이러한 86% 정도의 효율은 높은 수준이지만, 절전형을 추구하는 LED조명장치에서는 더 높은 효율을 가지는 LED 구동장치가 필요하다.
그런데, 86%수준의 비교적 높은 수준의 효율을 더욱 향상시켜 90% 이상이 되도록 하는 것은 일반적으로 상당히 어려운 기술이다.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 종래의 정전류회로 방식의 LED 구동회로에서 효율을 향상시킨 새로운 정전류회로 방식의 LED 구동회로를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 교류전원과 연결되는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로는, 상기 교류전원을 정류하는 정류회로; 상기 정류회로의 출력에 연결되는 제어회로; 상기 제어회로의 출력에 직렬로 연결되는 LED부하와 정전류회로; 상기 직렬로 연결된 LED부하와 정전류회로에 대해 병렬로 연결되어 상기 정류회로의 출력을 평활화하는 콘덴서; 상기 LED 부하가 온되었을 때에 상기 LED부하에 걸리는 전압과 상기 LED 부하가 온되기 시작하는 시점에 상기 정전류회로에 걸리는 전압의 합 이상의 미리 설정된 특정 전압치를 상기 정류된 전압이 초과하는지를 검출하는 검출회로를 포함하고, 상기 제어회로는, 상기 검출회로의 검출 결과, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과하지 않는다면 상기 정류회로의 출력을 그대로 통과시키도록 제어하고, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과한다면 상기 정류회로의 출력을 차단하는 제1 동작과 상기 정류회로의 출력을 그대로 통과시키는 제2 동작이 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 교류전원과 연결되는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로는, 상기 교류전원을 정류하는 정류회로; 상기 정류회로의 출력에 연결되는 제어회로; 상기 제어회로의 출력에 직렬로 연결되는 LED부하와 정전류회로; 상기 정류회로의 출력에 연결되어, 설정된 전류 이하의 전류만 흐르게 제어하는 전류 리미팅 회로; 상기 직렬로 연결된 LED부하와 정전류회로에 대해 병렬로 연결되어 상기 정류회로의 출력을 평활화하는 콘덴서; 상기 LED 부하가 온되었을 때에 상기 LED부하에 걸리는 전압과 상기 LED 부하가 온되기 시작하는 시점에 상기 정전류회로에 걸리는 전압의 합 이상의 미리 설정된 특정 전압치를 상기 정류된 전압이 초과하는지를 검출하는 검출회로를 포함하고, 상기 제어회로는, 상기 검출회로의 검출 결과, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과하지 않는다면 상기 전류 리미팅 회로에 의해 미리 설정된 전류이하의 전류만 통과시키도록 제어하고, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과한다면 상기 전류 리미팅 회로의 출력을 차단하는 제1 동작과 상기 전류 리미팅 회로에 의해 미리 설정된 전류 이하의 전류만 통과시키는 제2 동작이 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 교류전원과 연결되는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로는, 상기 교류전원을 정류하는 정류회로; 상기 정류회로의 출력에 연결되는 제어회로; 상기 제어회로의 출력에 직렬로 연결되는 LED부하와 정전류회로; 상기 직렬로 연결된 LED부하와 정전류회로에 대해 병렬로 연결되어 상기 정류회로의 출력을 평활화하는 콘덴서; 상기 LED 부하가 온되었을 때에 상기 LED부하에 걸리는 전압과 상기 LED 부하가 온되기 시작하는 시점에 상기 정전류회로에 걸리는 전압의 합 이상의 미리 설정된 특정 전압치를 상기 정류된 전압이 초과하는지를 검출하고 해당 전압 초과 정도에 따른 제어신호를 상기 제어회로에 전달하는 검출회로를 포함하고, 상기 제어회로는 복수 개의 전류 제한부를 포함하도록 구성되고, 상기 검출회로의 검출 결과 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과하지 않는다면 상기 복수 개의 전류 제한부 모두가 상기 정류회로의 출력을 그대로 통과시키도록 제어하고, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과한다면 해당 초과한 정도에 대응하는 제어신호에 따른 개수의 전류 제한부가 스위칭 동작에 의해 상기 정류회로의 출력을 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
도1은 종래기술에서 SMPS를 사용한 LED 구동회로
도2는 종래기술에서 정전류회로를 사용한 LED 구동회로
도3은 종래기술에 사용되는 정전류회로의 일실시예를 도시함.
도4는 도2의 종래기술에서 발생하는 Flicker를 개선하기 위해 콘덴서를 사용한 다른 종래기술의 LED 구동회로.
도5는 종래기술인 도2에서에서의 입력전압과 입력전류 파형을 도시함.
도6는 본 발명에서 사용되는 입력전압과 입력전류 파형을 도시함.
도7은 본 발명의 원리에 따른 효율을 단순 계산하기 위한 계단식 M자형 입력전류 파형을 도시함.
도8은 본 발명의 원리에 따른 효율 향상을 달성하기 위한 입력전류의 듀티비 파형을 도시함.
도9는 종래기술인 도4에 본 발명의 원리를 적용한 본 발명의 제1 실시예.
도10은 종래기술인 도4에 본 발명의 원리를 적용한 본 발명의 제2 실시예.
도11은 도9의 LED 구동회로를 개량한 본 발명의 제3실시예.
도12는 도9의 LED 구동회로에서 나타나는 실제 입력전류 파형을 도시함.
도13은 도9의 LED 구동회로와 도11의 LED 구동회로에서의 입력전류 파형을 비교함.
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 개략 구성도,
도 15 및 도 16은 도 14를 구체적으로 도시한 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에서 효율을 개선하는 원리에 대해 설명하기로 한다.
종래기술인 도2의 구동회로에서는 도5와 같은 입력전압과 입력전류 파형을 가지는데, 도6과 같은 입력전류 파형(연속식 M자형 패턴)을 가지도록 하는 경우의 효율이 개략적으로 어떤 값을 가지는지 살펴보기로 한다. 이때, 상기에서 설명한 바와 같이 입력전류(Iin)=출력전류(IL) 이다.
도6에 나타난 입력전류(Iin) 및 출력전류(IL) 에 따른 효율 향상 효과를 간단하게 계산하기 위해 도6의 입력전류(Iin) 및 출력전류(IL)의 M자형 패턴을 간략화하면, 도7과 같은 계단식 M자형 패턴이 된다.
이제, 도2의 구동회로에서 효율을 계산한 방식을 적용하여 도7의 입력전류(Iin) 및 출력전류(IL) 파형에 따른 효율을 계산해 보면 아래와 같다.
효율= (10X235+7X235+4X235+1X235)/(10X240+7X260+4X280+1X310)
= 5170/5650 = 91.5%
결국, 도2의 구동회로에서 일정한 입력 전류 및 출력전류(10mA)가 되게 하는 경우에 비해 , 도6 및 도7처럼 M자형 출력전류 패턴(LED부하가 온되어 입력전압이 상승함에 따라 입력전류가 점점 작아지다가 다시 입력전압이 피크를 지남에 따라서 다시 입력전류가 증가하게 하는 패턴)을 가지도록 한다면, 약 5% 정도의 효율 향상을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
즉, LED부하가 온되는 입력전압 하에서, 입력전압의 증감과 반대 방향으로 출력전류(입력전류)가 증감되게 한다면, 효율이 개선된다는 것을 알수 있다.
그런데, 도7과 같은 계단식 M자형 패턴의 입력전류 및 출력전류 패턴은 각 전류 구간(10mA 구간, 7mA 구간, 4mA 구간, 1mA 구간) 에서의 일정 전류(10mA, 7mA, 4mA, 1mA) 대신에, 각 구간이 많은 펄스들로 구성되는 경우에는, 도8과 같이 각 구간에서의 펄스의 듀티비(온시간/오프시간으로 정의됨)를 100%, 70%, 40%, 10%로 하는 것과 동일한 결과를 얻게 된다.
즉, LED부하가 온되는 입력전압 하에서 입력전류 및 출력전류의 듀티비가 M자형 패턴을 가지게 하는 경우에도 상기와 같은 효율 향상의 효과를 달성하게 된다.
결국, 종래기술인 도2의 정전류 방식의 LED 구동회로는, LED부하가 온되는 입력전압 구간에서 입력전압의 변화와 반비례되는 입력 전류가 흐르도록 제어된다면, 효율이 상당히 향상된다는 것을 알 수 있다.
그리고, 도6에 나타난 M자형 패턴에서, 일정 입력 전류 구간(구간 B)을 늘릴수록 효율 향상도가 저하되지만, 도2의 정전류 방식의 LED 구동회로 보다 향상된 효율을 얻을 수 있다.
또한, 도6의 M자형 패턴에서, 구간 C에서 입력 전압이 상승함에 따른 입력전류의 감소 기울기를 크게 할수록 효율 향상도는 커지게 된다.
한편, 이상에서는 도2의 LED 구동회로에 대하여 효율 개선의 효과를 달성하기 위한 입력전류의 M자형 패턴에 대해 설명하였다.
그러나, 도4와 같이 콘덴서(C)를 추가하는 경우에는 콘덴서의 충방전 때문에,입력 전류는 출력 전류와 동일하지 않다.
그런데, 콘덴서(C)가 존재한다고 하여도, 정전류 회로(33) 때문에 LED 부하(32)에 흐르는 전류가 일정하고, LED 부하(32)에 걸리는 전압도 일정하다.
결국, 출력전력은 입력 전류가 도5와 같이 일정한 경우와 도6과 같이 M자의 모양을 하는 경우에 관계없이 거의 일정하다는 것을 알 수 있다.
따라서, 도4의 LED 구동회로도 도2의 LED구동회로와 동일하게, 입력 전력의 변화로써 효율을 계산할 수 있으므로, 이하의 설명에는 콘덴서에 의한 출력전류 변동은 없는 것으로 생략하여 설명하도록 한다.
이제, 도4의 정전류 방식의 LED 구동회로에서 상기의 도8에 나타난 M자형 듀티비를 가지는 출력 전류 패턴을 달성하도록 제어하는 본 발명의 제1실시예를 도9를 참고로 하여 설명하기로 한다.
본 발명의 전압검출회로(44)에서는, 입력 교류 전원이 220볼트 전원의 경우에는, 상기에서 설명한 바와 같이 LED부하(22)가 온되었을 때 걸리는 전압이 LED부하(42)에 걸리는 전압이 235V이고, LED부하(22)가 온되기 시작하는 시점에 정전류원(23)에 걸리는 전압을 5V라고 가정하면, 240V 이상의 입력전압(Vin)에서 LED부하(42)가 온되는데, LED부하(22)가 온되기 시작할 때의 정전류원(23)에 걸리는 전압(5V) 보다 큰 항복전압(Vz)을 가지는 제너 다이오드(Dz)가 설치된다. 예를들면, 항복전압(Vz)=15V로 정한다.
그래서, 입력전압(Vin)이 235V+5V=240V가 되기 전(도6의 구간 A)에는, LED부하(42)가 오프 상태이므로, 제너 다이오드(Dz)와 저항(R4)에는 항복전압(Vz)보다 작은 전압이 걸리므로, 제너 다이오드(Dz)가 차단되어 트랜지스터(TR3)의 베이스에는 0 볼트가 인가되므로 트랜지스터(TR3)는 오프상태가 된다.
그러면, 트랜지스터(TR2)의 베이스에는 정류회로(41)의 출력이 저항(R2)와 저항(R3)에 분압된 전압이 걸리므로, 트랜지스터(TR2)는 온 상태가 되어서 PNP 트랜지스터(TR1)의 베이스로 전류가 흐르게 되어 트랜지스터(TR1)이 온 상태가 되어 트랜지스터(TR1)가 도통 상태가 된다.
그러나, 입력전압(Vin)이 240V보다 작으므로 아직은 LED부하(42)가 온되지 않아서 도6의 구간 A처럼 전류가 흐르지 않는다.
이제, 입력전압(Vin)이 240V부터 250V 사이(도6의 구간 B)에서는, 여전히 제너 다이오드(Dz)와 저항(R4)에는 항복전압(Vz)(15V)보다 작은 전압이 걸리므로 트랜지스터(TR1)가 도통 상태가 되고, 입력전압(Vin)이 LED부하(42)의 온 전압(235V)과 LED부하(42)의 턴온 시작시의 정전류회로(43)에 걸리는 전압(5V)의 합인 240V를 초과하므로, LED부하(42)는 온되어 도6의 구간B에서와 같이 일정한 전류가 흐르게 되고 콘덴서(C)에 전하가 축적된다.
다음으로, 입력전압(Vin)이 250V를 초과(도6의 구간 C) 하기 시작하면, 정전류회로(23)에는 15V 이상의 전압이 걸리기 시작하여 제너다이오드(Dz)의 항복전압(Vz)인 15V를 초과하게 되므로, 제너다이오드(Dz)에는 항복전압(Vz)(15V)만큼 전압이 걸리고 나머지 전압은 저항(R4)에 걸려서 트랜지스터(TR3)는 온상태가 된다.
그러면, 트랜지스터(TR2)의 베이스에는 낮은 전압이 걸리고, 이에 따라 트랜지스터(TR2)는 오프 상태가 되어서 트랜지스터(TR1)의 베이스에 전류가 흐르지 않게 되어 트랜지스터(TR1)이 오프 상태가 된다.
그러면, 콘덴서(C)에 충전된 전하가 방전되어 LED부하(23)쪽으로 공급되기 시작한다.
이제, 콘덴서(C)에 충전된 전하가 줄어들어서 정전류회로(23)에 걸리는 전압이 낮아지면, 다시 트랜지스터(TR1)이 온 되어서 콘덴서(C)에 전하가 충전되면서 다시 정전류회로(23)에 항복전압(Vz)인 15V 이상의 전압이 인가되고, 그러면 다시 트랜지스터(TR1)이 차단되고, 콘덴서(C)에 충전된 전하가 방전되어 LED부하(23)쪽으로 공급되는 과정이 다시 개시하게 된다.
결국, 도9의 LED 구동회로에서는, 입력전압(Vin)이 250V를 초과하면 트랜지스터(TR1)가 온오프를 반복하는 현상이 나타난다는 것을 알 수 있다. 이러한 온오프 반복 현상을 발진 현상이라 할 수 있다.
이때, 입력전압(Vin)이 커질수록, 콘덴서(C)의 충전이 더 신속히 이루어지고(트랜지스터(TR1)의 온 시간이 짧아지고), 콘덴서(C)에 충전시의 전압은 더 높아져서 콘덴서(C)에 충전된 전하가 방전되어 다시 트랜지스터(TR1)을 온시키는 정전류회로(43)의 전압수준에 도달하는 방전시간(트랜지스터(TR1)의 오프시간)은 더 길어져서, 트랜지스터(TR1)의 온시간/오프시간에 해당하는 듀티비는 도8처럼 점점 작아지게 된다. 물론, 반대로 입력전압(Vin)이 작아질수록, 트랜지스터(TR1)의 듀티비는 도8처럼 점점 커지게 된다.
결국, 도9에 따른 정전류회로 방식의 LED구동회로를 이용하면, 입력전류패턴이 도6, 7, 8과 같은 M자형 패턴을 가지므로, 종래기술인 도2에 비해 효율이 상당히 개선되게 된다.
이때, 만일 항복전압(Vz)=5V로 정하면, 입력전압(Vin)이 240V 이상에서 도6의 구간 B가 없이 바로 구간 C로 진입하게 된다.
한편, 도9에서는 검출회로(43)가 정전류회로(43)에서 전압을 검출하였으나, 도10과 같이 정류회로(51) 출력에서 전압을 검출하여 제어하는 것도 가능하다. 물론 도9에서 검출회로가 LED부하(42)의 입력측에서 전압을 검출하는 것도 가능하다.
이제, 도9에 따른 본 발명의 LED 회로를 개선한 본 발명의 다른 실시예에 대해 도11을 참고로 하여 설명하기로 한다.
이상의 도9에 대한 동작 설명에서는 도6의 구간 C에서 입력전압이 상승함에 따라서 선형적으로 입력 전류가 감소하는 것으로 설명하였지만, 실제로는 내부 콘덴서 성분 등의 영향으로 입력 전류의 온/오프 시간에는 지연시간이 존재하여 실제로 계측기로 측정을 해 보면, 도12와 같이 도6에 나타난 구간 C에서의 직선적인 입력 전류 패턴을 중심으로 상하로 진동하는 입력 전류 패턴을 가지게 된다.
한편, 이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 입력 전압이 상승함에 따른 입력 전류의 감소 기울기를 크게 할수록 효율 향상도는 커지게 된다.
그래서, 도9의 구동회로의 효율을 더 향상시키기 위해서는, 도12의 상하 진동 입력 전류 패턴에서 일정 입력전류인 10mA를 초과하는 부분(점선을 초과하는 부분)을 잘라 내어서 평균적인 입력전류 곡선이 도13처럼 더 아래로 내려가게 해야 하는데, 이렇게 하는 것이 도11의 LED 구동회로이다.
이제, 도11의 LED 구동회로의 동작을 간단히 설명하기로 한다.
도11의 LED 구동회로에서는, 제너다이오드(Dz)와 저항(R2)가 검출회로(65)를 구성하고, FET, 트랜지스터(TR2), 저항(R1, R4)는 전류 리미팅 회로(62)를 구성한다. 전류 리미팅 회로(62)는 저항(R1)값을 조정하여 트랜지스터(TR1)가 오프시 입력전류(Iin)가 일정전류인 10mA를 초과하지 못하도록 한다. 그래서 저항(R1)에 흐르는 전류가 10mA를 초과하면 트랜지스터(TR2)의 베이스에는 트랜지스터(TR2)를 온시키는 전압이 인가되어, 트랜지스터(TR2)가 온되면 FET의 게이트에 인가되는 전압이 감소하여 입력 전류가 작아지게 되어 입력전류가 10mA를 초과하지 못하게 된다.
그래서, 입력전압이 240V부터 250V까지의 구간 B에서는 트랜지스터(TR3)가 오프가 되고 이에 따라 트랜지스터(TR1)가 오프되면 입력전류(Iin)는 일정한 전류(10mA)가 흐르게 되어 콘덴서(C)에 전하가 충전된다.
이제, 입력전압이 250V를 초과하는 구간 C에 진입하면, 트랜지스터(TR3)은 온되고 이에 따라 트랜지스터(TR1)가 온되어서 FET가 오프되어서 입력전류(Iin)가 흐르지 않게 되어 콘덴서(C)에 충전된 전하가 LED부하(63)측으로 방전된다.
그리고, 콘덴서(C)에 충전된 전하가 방전됨에 따라서 정전류회로(64)에 걸리는 전압이 하락하면, 다시 트랜지스터(TR3)이 오프되어 이에 따라 트랜지스터(TR1)이 오프되어서 입력전류(Iin)이 LED 부하(63)측으로 공급되고 콘덴서(C)에 다시 전하가 충전되고, 다시 정전류회로(23)에 항복전압(Vz)인 15V 이상의 전압이 인가되고, 그러면 다시 트랜지스터(TR3)가 온되어서 트랜지스터(TR1)이 온되어서 FET가 오프되고, 콘덴서(C)에 충전된 전하가 방전되어 LED부하(23)쪽으로 공급되는 과정이 다시 개시하게 된다.
결국, 도11의 LED 구동회로 역시, 입력전압(Vin)이 250V를 초과하면 FET가 온오프를 반복하는 발진현상이 나타난다는 것을 알 수 있다.
이때, 전류 리미팅 회로(62)는 입력전류(Iin)가 설정된 10mA를 초과하지 못하게 하므로, 도12의 발진 구간에서 10mA를 초과하는 부분(점선 위 부분)을 잘라내는 효과를 달성하여 도13처럼 입력전압(Vin)이 상승함에 따라 입력전류(Iin)의 평균값인 감소곡선의 기울기를 더 크게 하여 도9의 구동회로에 비해 도11의 구동회로가 효율이 더 우수하게 된다.
그리고, 도11에서는 정전류회로(64)의 양단에 검출회로(65)가 연결되는 것으로 기재하였으나, 도11을 변형하여 도10처럼 정류회로(61)의 출력에 검출회로가 연결되게 하는 것도 가능하다. 물론 도11에서 검출회로가 LED부하(63)의 입력측에서 전압을 검출하는 것도 가능하다.
다음으로 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 구동회로는 도 14에 도시된 바와 같다.
도 14의 부하단은 소정의 LED 부하와 정전류회로 및 이들과 병렬로 연결되는 콘덴서를 포함하도록 구성될 수 있고, 검출회로(70) 앞 단에는 교류전원을 정류하는 정류회로가 구비될 수 있는데, 이들은 앞선 실시예에서 설명한 바와 같고 편의상 그 도시를 생략하였다. 물론 도 14에서 검출회로(70) 앞단과 부하단은 다양한 실시예로 변경될 수 있다.
동 도면에 도시된 바와 같이 LED 구동회로는 검출회로(70)와 제어회로(80)를 포함하여 구성될 수 있는데, 여기서 검출회로(70)는 기 설정된 특정 전압치를 정류된 전압이 초과하는지를 검출하고, 해당 전압 초과 정도에 따른 제어신호를 제어회로(80)에 전달하는 기능을 수행한다.
여기서 기 설정된 특정 전압치는 LED 부하가 온(ON) 되었을 때에 LED부하에 걸리는 전압과 LED 부하가 온(ON) 되기 시작하는 시점에 정전류회로에 걸리는 전압의 합 보다 큰 값에 해당한다.
한편, 제어회로(80)는 정류회로의 출력 및 검출회로(70)와 연결될 수 있는데, 특히 복수 개의 전류제한부(82_1~82_n)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서 각 전류제한부(82_1~82_n)는 도 14에 도시된 바와 같이 부하에 대해서 서로 병렬로 연결될 수 있다.
또한 제어회로(80)는 스위칭부(81_1~81_n)를 포함하도록 구성될 수 있는데, 여기서 각 스위칭부(81_1~81_n)는 각각의 전류제한부(82_1~82_n)와 연결되어 전류제한부(82_1~82_n)의 동작을 온/오프(ON/OFF)하는 기능을 수행한다.
구체적인 동작을 살펴보면 제어회로(80)는 검출회로(70)의 검출 결과 정류된 전압이 기 설정된 특정 전압치(예를 들어 V1)를 초과하지 않는다면 복수 개의 전류제한부(82_1~82_n) 모두가 정류회로(91)의 출력을 그대로 통과시키도록 제어하고, 정류된 전압이 특정 전압치를 초과한다면 해당 초과한 정도에 대응하는 제어신호에 따른 개수의 전류제한부(82_1~82_n)가 스위칭 동작에 의해 정류회로(91)의 출력을 차단하도록 제어하는 기능을 수행한다.
도 15는 도 14의 구성에 정류회로(91)와 정류회로(91)의 출력을 평활화 하는 콘덴서(92), LED 부하(93)와 정전류회로(94)의 연결 구조의 일 예를 나타낸 것이다.
도 15에 도시된 바와 같이 검출회로(70)에서는 정류된 전압의 크기에 따라 스위칭부(81_1~81_n)에 각기 다른 제어신호를 인가하게 되고, 이러한 제어신호에 따라 스위칭부(81_1~81_n)가 동작하여 각 전류제한부(82_1~82_n)들이 정류회로(91)의 출력을 그대로 통과시키거나 또는 차단시키게 되는 것이다.
도 16은 도 15의 검출회로(70)와 제어회로(80)의 구체적인 회로 구성 및 결선의 일 예를 나타내고 있다.
도 16을 참조하면, 스위칭부 Q3(81_1)와 Q6(81_2)가 오프상태일 때 각 전류제한부들(82_1, 82_2)은 정류회로(91)의 출력 즉, 출력 전류를 그대로 통과시키게 되는데, 본 실시예에서는 즉, 각 전류제한부들(82_1,82_2)은 정류회로(91)의 출력 전류를 10mA로 제한하여 통과시킨다고 가정한다. 따라서 전체 전류제한부(82_1,82_2)에 의해 통과되는 출력 전류는 20mA가 된다.
검출회로(70)의 Q5는 분배저항 R11, R12와 제너다이오드 D4의 항복전압에 따라 정류된 전압의 크기가 기 설정된 크기(V1) 이상이 되는 경우 온(ON) 상태가 된다.
마찬가지로 검출회로(70)의 Q8은 분배저항 R11, R12와 제너다이오드 D5의 항복전압에 따라 정류된 전압의 크기가 기 설정된 크기(V2) 이상이 되는 경우 온(ON) 상태가 된다.
정류회로(91)의 출력 전압이 증가하여 기 설정된 크기 V1에 도달함에 따라 Q5가 온 상태가 되면 스위칭부 Q3(81_1)가 온 상태가 된다. 이 시점에서는 아직 Q8(81_2)은 온 상태가 되지 않았다고 가정한다.
Q3가 온 상태가 되면 전류제한부1(82_1)은 정류회로(91)의 출력 전류의 통과를 차단하게 된다. 따라서 이 상태에서 전체 전류제한부(82_1,82_2)에 의해 통과되는 출력 전류는 전류제한부(82_2)에 의한 효과만 남게 되어 10mA가 된다.
다음으로 정류회로(91)의 출력 전압이 계속 증가하여 기 설정된 다른 크기 V2에 도달함에 따라 Q8이 온 상태가 되면 추가로 스위칭부 Q6(81_2)이 온 상태가 되고, Q6(81_2)이 온 상태가 되면 전류제한부2(82_2)는 정류회로(91)의 출력 전류의 통과를 차단하게 된다. 따라서 이 상태에서 전체 전류제한부(82_1,82_n)에 의해 통과되는 전류의 크기는 모든 전류제한부(82_1,82_n)가 출력 전류를 차단하고 있으므로 0mA가 된다.
반대로 정류회로(91)의 출력 전압이 하강하여 기 설정된 크기 V2 미만에 도달함에 따라 Q8이 오프 상태가 되면 스위칭부 Q6(81_2)이 오프 상태가 되고, Q6(81_2)이 오프 상태가 되면 전류제한부2(82_2)는 정류회로(91)의 출력 전류를 통과시키게 된다. 따라서 이 상태에서 전체 전류제한부(82_1,82_2)에 의해 통과되는 전체 전류의 크기는 전류제한부2(82_2)에 의해서 10mA가 된다.
또한, 정류회로(91)의 출력 전압이 더 하강하여 기 설정된 크기 V1 미만에 도달함에 따라 Q5가 오프 상태가 되면 스위칭부 Q3(81_1)가 오프 상태가 되고, Q3(81_1)가 오프 상태가 되면 추가로 전류제한부1(82_1)은 정류회로(91)의 출력 전류를 통과시키게 된다. 따라서 이 상태에서 전체 전류제한부(82_1,82_2)에 의해 통과되는 출력 전류는 전류제한부1(82_1) 및 전류제한부2(82_2)에 의해서 20mA가 된다.
도 16에서는 스위칭부(81_1,81_2)와 전류제한부(82_1,82_n)를 각각 2개씩만 도시하였지만 스위칭부와 전류제한부의 개수는 더 추가시킬 수 있고, 상술한 방식에 따라 제어가 이루어지는 경우 도 7에 도시된 바와 같이 LED 부하에 공급되는 전류의 전체 양을 단계적으로 변화시킬 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 정전류회로 방식의 LED 구동회로에서 효율을 더욱 개선시킨 정전류회로 방식의 LED 구동회로를 제공하게 된다.

Claims (9)

  1. 교류전원과 연결되는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로에 있어서,
    상기 교류전원을 정류하는 정류회로;
    상기 정류회로의 출력에 연결되는 제어회로;
    상기 제어회로의 출력에 직렬로 연결되는 LED부하와 정전류회로;
    상기 직렬로 연결된 LED부하와 정전류회로에 대해 병렬로 연결되어 상기 정류회로의 출력을 평활화하는 콘덴서;
    상기 LED 부하가 온되었을 때에 상기 LED부하에 걸리는 전압과 상기 LED 부하가 온되기 시작하는 시점에 상기 정전류회로에 걸리는 전압의 합 이상의 미리 설정된 특정 전압치를 상기 정류된 전압이 초과하는지를 검출하는 검출회로를 포함하고,
    상기 제어회로는, 상기 검출회로의 검출 결과, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과하지 않는다면 상기 정류회로의 출력을 그대로 통과시키도록 제어하고, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과한다면 상기 정류회로의 출력을 차단하는 제1 동작과 상기 정류회로의 출력을 그대로 통과시키는 제2 동작이 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출회로는, 상기 정전류회로의 입력에서 상기의 검출을 하는 것을 특징으로 하는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출회로는, 상기 정류회로의 출력에서 상기의 검출을 하는 것을 특징으로 하는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출회로는, 상기 LED부하의 입력에서 상기의 검출을 하는 것을 특징으로 하는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로.
  5. 교류전원과 연결되는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로에 있어서,
    상기 교류전원을 정류하는 정류회로;
    상기 정류회로의 출력에 연결되는 제어회로;
    상기 제어회로의 출력에 직렬로 연결되는 LED부하와 정전류회로;
    상기 정류회로의 출력에 연결되어, 설정된 전류 이하의 전류만 흐르게 제어하는 전류 리미팅 회로;
    상기 직렬로 연결된 LED부하와 정전류회로에 대해 병렬로 연결되어 상기 정류회로의 출력을 평활화하는 콘덴서;
    상기 LED 부하가 온되었을 때에 상기 LED부하에 걸리는 전압과 상기 LED 부하가 온되기 시작하는 시점에 상기 정전류회로에 걸리는 전압의 합 이상의 미리 설정된 특정 전압치를 상기 정류된 전압이 초과하는지를 검출하는 검출회로를 포함하고,
    상기 제어회로는, 상기 검출회로의 검출 결과, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과하지 않는다면 상기 전류 리미팅 회로에 의해 미리 설정된 전류이하의 전류만 통과시키도록 제어하고, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과한다면 상기 전류 리미팅 회로의 출력을 차단하는 제1 동작과 상기 전류 리미팅 회로에 의해 미리 설정된 전류 이하의 전류만 통과시키는 제2 동작이 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검출회로는, 상기 정전류회로의 입력에서 상기의 검출을 하는 것을 특징으로 하는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 검출회로는, 상기 정류회로의 출력에서 상기의 검출을 하는 것을 특징으로 하는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 검출회로는, 상기 LED부하의 입력에서 상기의 검출을 하는 것을 특징으로 하는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로.
  9. 교류전원과 연결되는 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로에 있어서,
    상기 교류전원을 정류하는 정류회로;
    상기 정류회로의 출력에 연결되는 제어회로;
    상기 제어회로의 출력에 직렬로 연결되는 LED부하와 정전류회로;
    상기 직렬로 연결된 LED부하와 정전류회로에 대해 병렬로 연결되어 상기 정류회로의 출력을 평활화하는 콘덴서;
    상기 LED 부하가 온되었을 때에 상기 LED부하에 걸리는 전압과 상기 LED 부하가 온되기 시작하는 시점에 상기 정전류회로에 걸리는 전압의 합 이상의 미리 설정된 특정 전압치를 상기 정류된 전압이 초과하는지를 검출하고 해당 전압 초과 정도에 따른 제어신호를 상기 제어회로에 전달하는 검출회로를 포함하고,
    상기 제어회로는 복수 개의 전류 제한부를 포함하도록 구성되고, 상기 검출회로의 검출 결과 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과하지 않는다면 상기 복수 개의 전류 제한부 모두가 상기 정류회로의 출력을 그대로 통과시키도록 제어하고, 상기 정류된 전압이 상기 특정 전압치를 초과한다면 해당 초과한 정도에 대응하는 제어신호에 따른 개수의 전류 제한부가 스위칭 동작에 의해 상기 정류회로의 출력을 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 효율 개선 기능을 가진 LED 구동회로.
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