WO2015080467A1 - Led 조명용 전원 장치 - Google Patents

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WO2015080467A1
WO2015080467A1 PCT/KR2014/011426 KR2014011426W WO2015080467A1 WO 2015080467 A1 WO2015080467 A1 WO 2015080467A1 KR 2014011426 W KR2014011426 W KR 2014011426W WO 2015080467 A1 WO2015080467 A1 WO 2015080467A1
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led
power
power supply
led lighting
voltage
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PCT/KR2014/011426
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이동수
김주훈
윤석
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엘지이노텍 주식회사
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    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
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    • H05B47/20—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device for LED lighting, and more particularly to a device for controlling the power supply of the device to provide a lighting according to the user's needs by controlling the outdoor LED lighting device.
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • LEDs are a type of semiconductor device that converts electrical energy into light.
  • Light emitting diodes have the advantages of low power consumption, semi-permanent life, fast response speed, safety and environmental friendliness compared to conventional light sources such as fluorescent and incandescent lamps.
  • the LED lighting device can perform various productions by controlling the blinking order, emission color, and brightness of a plurality of LEDs arranged in a row.
  • the lighting device may be installed on an exterior wall of a building, a park, a street lamp, a bridge railing, or a performance hall as lapsed illumination, and its size and application system may vary depending on the intended use, object, or location.
  • the exterior wall of the building is simply displayed in the form of a band on the exterior wall of the building, or simply expressed in a single color or a combination of colors.
  • the performance hall may be mainly used as an effect of the splendor of the performance hall by expressing a simple blink or color in the form of a band around or on the stage.
  • the present invention is to propose an internal circuit of the power supply for LED lighting for reducing electromagnetic interference (Electro Magnetic Interference, EMI).
  • electromagnetic interference Electro Magnetic Interference, EMI
  • the present invention is to propose a method of controlling a digital circuit by an analog circuit by implementing a circuit part of the functions required for the control of the LED lighting power supply, which can not be implemented by an IC circuit.
  • the present invention is to propose a structure for accurately measuring the voltage of the LED and effectively controlling the power in driving the LED lighting power supply.
  • LED lighting power supply device of the present invention for solving the above problems, a filter for blocking the noise of the input AC power, a rectifier connected to the filter and converting AC power to DC power, and controls the power factor of the power received from the rectifier
  • a power factor correction circuit for controlling the operation of the power supply device for LED lighting
  • an LED control circuit for controlling the power input through the power factor correction circuit and providing the LED to the power factor correction circuit
  • the power factor correction circuit includes an input terminal and an output terminal. It includes a bypass element connected between.
  • the bypass device may be implemented using a rectifying device.
  • a bead may be connected to a gate of a switching element included in a circuit, and a bead may be connected to a drain of the switching element included in the circuit.
  • the bead may be implemented using an inductance device.
  • a bead may be connected between a drain and a source of a switching element included in the power factor correction circuit, and the bead may be implemented as a capacitance element.
  • LED lighting power supply of the present invention is a filter for blocking the noise of the input AC power, a rectifier connected to the filter and converts AC power to DC power, power factor correction circuit for controlling the power factor of the power received from the rectifier, LED lighting
  • a central control circuit for controlling the operation of the power supply device, LED control circuit for controlling the power input through the power factor correction circuit to provide an LED and a current conversion circuit for sensing the current of the LED and transmits to the LED control circuit,
  • the current conversion circuit is connected to a signal input unit for receiving a pulse width modulation signal from the central control circuit, a switching element operated by a pulse width modulation signal received from the signal input unit, and the switching element, and receiving a current received from an LED.
  • a current controller which is processed according to the operation of the switching element and transmitted to the LED control circuit It may include.
  • the duty ratio of the pulse width modulated signal received through the signal input unit is adjusted by the central control circuit, the switching element controls the on / off according to the pulse width modulated signal with the duty ratio is adjusted, the current controller is turned on the switching element
  • the on / off current can be controlled by the LED control circuit.
  • the switching element can be implemented using a FET element, wherein the signal input is connected to the gate terminal of the FET element.
  • a resistor may be further included between the signal input unit and the ground terminal, and the current controller may be connected to a node connected to the drain terminal of the FET device.
  • a capacitance element may be included between the drain terminal and the ground terminal of the FET element.
  • the voltage level output from the current controller is adjusted, when the duty ratio is 0, the minimum current of the current controller is introduced into the LED control circuit, the duty ratio is 1
  • the maximum current of the current controller can flow into the LED control circuit.
  • LED lighting power supply of the present invention is a filter for blocking the noise of the input AC power, a rectifier connected to the filter and converts AC power to DC power, power factor correction circuit for controlling the power factor of the power received from the rectifier, LED lighting A central control circuit for controlling the operation of the power supply device, LED control circuit for controlling the power input through the power factor correction circuit to provide an LED and a voltage measuring circuit for sensing the voltage of the LED and transmits to the central control circuit.
  • the voltage measuring circuit may include a first sensing unit sensing a positive voltage of an LED, a second sensing unit sensing a negative voltage of the LED, and a comparison unit comparing the voltage sensing results of the first sensing unit and the second sensing unit. Can be.
  • the first sensing unit or the second sensing unit may further include a rectifier for filtering the positive voltage, and may further include a voltage adjuster for adjusting the magnitude of the sensed voltage. Meanwhile, the voltage adjusting unit may be implemented by connecting a plurality of resistors in series.
  • the apparatus may further include a smoothing unit for smoothing the voltage sensed by the first sensing unit or the second sensing unit, and the smoothing unit may be implemented as a capacitance element.
  • the comparator may be implemented by a differential amplifier circuit.
  • the surge immunity of the LED lighting power supply can be improved to protect and extend the life of the LED lighting power supply.
  • EMI Electro Magnetic Interference
  • the present invention can effectively control a digital circuit by PWM control using an analog circuit, among functions necessary for controlling an LED lighting power supply.
  • the voltage across the LED can be measured precisely, and the power supply for the LED lighting can be stably controlled.
  • Measurement errors due to high frequency noise can be prevented, and the voltage level and current level can be processed within the driving range of the LED lighting power supply.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the structure of a power supply for LED lighting according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a power factor correction circuit in the power supply device for LED lighting of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged circuit diagram of a bypass element in the LED lighting power supply of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged circuit diagram of a switching element and a bead in the LED lighting power supply of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the structure of a power supply for LED lighting according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a current conversion circuit in the power supply device for LED lighting of the present invention.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a current conversion circuit in the power supply device for LED lighting of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph conceptually showing the operation of the current conversion circuit according to the PWM signal input to the LED lighting power supply of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the structure of a power supply for LED lighting according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a voltage measuring circuit in the power supply device for LED lighting of the present invention.
  • FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a first sensing unit and a second sensing unit of the voltage measuring circuit in the LED lighting power supply device of the present invention.
  • FIG. 12 is a circuit diagram showing a comparison unit of the voltage measuring circuit in the power supply device for LED lighting of the present invention.
  • 13 is a circuit diagram showing a conventional method of measuring the voltage of the LED.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the structure of a power supply for LED lighting according to an embodiment of the present invention.
  • the LED lighting power supply of the present invention is a filter 100 for blocking the noise of the input AC power
  • rectifier 200 is connected to the filter 100 and converts AC power into DC power, received from the rectifier 200
  • the power factor correction circuit 300 for controlling the power factor of the power source
  • the central control circuit 500 for controlling the operation of the power supply device for LED lighting
  • the LED control for controlling the power input through the power factor correction circuit 300 to provide LEDs.
  • Circuit 400 for controlling the power factor of the power source, the central control circuit 500 for controlling the operation of the power supply device for LED lighting, and the LED control for controlling the power input through the power factor correction circuit 300 to provide LEDs.
  • the filter 100 of the present invention is a configuration for cutting off noise contained in power (commercialized power is AC power) input from the outside.
  • the LED lighting power supply device of the present invention controls a variety of operations, including the on / off of the LED using a commercial AC power source, the LED is driven by a direct current power source. That is, a process of converting an AC power source to a DC power source is required, and before the power conversion, the power source can be efficiently converted by removing noise of various components included in the AC power source. In addition, various noises transmitted from the system are prevented from entering the power supply for LED lighting in advance, thereby preventing the noise signal from damaging the components of the power supply.
  • the rectifier 200 of the present invention is a device for converting AC power into DC power. As mentioned above, LED lighting is driven by DC power, but commercialized power is AC power, so it needs to be converted to DC power. To this end, the present invention includes a rectifier (200).
  • the rectifier 200 of the present invention may be implemented through a rectifier element of various shapes including a half bridge rectifier and a full bridge rectifier.
  • the power factor correction circuit 300 of the present invention improves the power factor of the entire circuit to increase the efficiency of the input to the output. In addition, it is a configuration for transferring the insulated voltage toward the LED control circuit 400.
  • the power factor correction circuit 300 of the present invention can be implemented using a boost circuit, but is not limited thereto, and the power factor correction circuit 300 described in the claims of the present invention should be regarded as being included in the present invention. do.
  • the standby circuit 600 of the present invention is a configuration for supplying auxiliary power for driving the power supply device for LED lighting of the present invention.
  • the central control circuit 500 of the present invention waits on and controls the LED accordingly when a power source and a control command for driving the LED are input.
  • the present invention includes a standby circuit 600 to maintain the central control circuit 500 in the standby state using the AC power.
  • a flyback circuit may be included.
  • the central control circuit 500 of the present invention is a configuration for controlling the overall operation of the power supply for LED lighting. It executes various functions such as whether the LED is driven, brightness, and communication with the outside according to the user's input.In particular, it receives information on the operation status of each component in the power supply and controls each configuration to control the operation of the power supply. Perform overall management functions.
  • the central control circuit 500 may be implemented through a control device such as a microcomputer.
  • the LED control circuit 400 is a component for controlling the power provided to the LED via the power factor correction circuit 300 according to the signal input from the central control circuit 500.
  • the size of the LED power input through the power factor correction circuit 300 may be larger or smaller than the driving power of the LED (usually larger).
  • the power supply is scaled, for example, by driving the LED by DC-DC conversion. Provide power to LED by converting power to suitable level.
  • the signal input from the central control circuit 500 controls the driving of LED, brightness, driving time and the like.
  • the above-described configuration may not be included in the LED lighting power supply according to a design change, or a new configuration that is not mentioned may be further included.
  • the power supply device for LED lighting includes a power factor correction circuit 300.
  • 2 is a circuit diagram illustrating a power factor correction circuit 300 in a power supply device for LED lighting of the present invention.
  • the power factor correction circuit 300 in the LED lighting power supply of the present invention includes various active and passive elements.
  • the present invention configured by electrically connecting various resistors, inductors, capacitors, transistors, and electronic chips, the present invention will be described, in particular, in relation to the problem to be solved by the present invention.
  • the power factor correction circuit 300 in the LED lighting power supply of the present invention further includes a bypass element 310 between the input terminal and the output terminal. This will be described in more detail with reference to FIG. 3.
  • FIG 3 is an enlarged circuit diagram of the bypass element 310 in the LED lighting power supply of the present invention.
  • the bypass element 310 is inserted between the input terminal and the output terminal of the power factor correction circuit 300.
  • the input terminal of the power factor correction circuit 300 is an input terminal in which the input power enters through the filter 100 and the rectifier 200. It can be confirmed through FIG.
  • the output terminal of the power factor correction circuit 300 is a node connected to the LED control circuit 400. This can also be confirmed through FIG.
  • the present invention is a form in which one path is further connected between the input terminal and the output terminal via the bypass element 310 as compared with the conventional art.
  • the present invention can improve surge immunity.
  • a surge is an excessive abnormal voltage generated and invaded through a conductor such as a power line, a communication line, or a signal line of a power system.
  • Surge intrusion causes a lot of damages such as damage of electric equipment, electronic parts, malfunction of software.
  • surges which are naturally occurring surges and surges generated by switching.
  • Naturally occurring surges include direct lightning strikes that strike lightning directly on structures, equipment, power lines, etc., indirect lightning strikes transmitted through power lines, and communication lines, buried power lines, and guided lightning strikes induced through telecommunication lines.
  • surges generated by switching and the like include fluidized loads, opening and closing surges generated by opening and closing of electrical equipment, and starting surges generated when switching power by an inverter or the like.
  • the bypass element 310 may be a rectifying element.
  • the rectifier elements in particular, a diode is used to perform the function as the bypass element 310.
  • the rectifier device has excellent withstand voltage capability, which can withstand surge voltage surge currents that enter unintentionally, thereby improving surge resistance of power supplies for LED lighting.
  • the power factor correction circuit 300 may be connected to the bead 320 to the gate of the switching element included in the circuit. This embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 4.
  • FIG. 4 is an enlarged circuit diagram of the switching elements and the beads 320, 330, and 340 in the LED lighting power supply of the present invention.
  • the bead 320 is connected to the gate G of the FET device.
  • the switching element of the power factor correction circuit 300 included in the conventional LED lighting power supply is only directly connected to other elements, and the beads of the present invention are not connected.
  • the present invention includes the bead 320 in the gate, which is an input terminal of the switching element, to prevent noise flowing into the input terminal of the switching element.
  • it functions as a kind of filter 100 for filtering EMI (Electro Magnetic Interference), thereby improving the electromagnetic interference of the power factor correction circuit 300 and the power supply for the entire LED lighting.
  • An inductance element may be used as an example of the bead 320, and more specifically, in the case of using ferrite beads, high frequency noise may be effectively removed by using a magnetic attenuation effect peculiar to ferrite.
  • the bead 330 may be connected to the drain of the switching element. This embodiment can also be seen through FIG. Referring to FIG. 4 in which the switching device portion of the power factor correction circuit 300 of the present invention is enlarged, it can be seen that a separate bead 330 is connected to the drain D of the FET device. The drain of the switching element of the power factor correction circuit 300 in the conventional power supply for LED lighting is directly connected to other elements, and no separate beads are connected. However, according to the present invention, the bead 330 may be included in the drain of the switching device to block noise that may occur in transferring power to a power charging device (capacitor) connected to the switching device.
  • a power charging device capacitor
  • the bead 330 blocks the EMI to enhance the electromagnetic interference performance of the power factor correction circuit 300 and the LED lighting power supply.
  • An inductance element may be used as an example of the bead, and in the case of using a ferrite bead as a specific example, high frequency noise may be effectively removed according to a magnetic attenuation effect due to the material properties of the ferrite.
  • the bead 340 may be connected between the drain and the source of the switching element included in the power factor correction circuit 300.
  • a separate capacitance device 340 is connected between the drain D and the source S of the FET device.
  • the capacitance element of the present invention operates as a kind of high pass filter (HPF) through which a high frequency alternating current component is passed, and a high frequency noise signal or an EMI signal generated by the power factor correction circuit 300 includes the capacitance element 340. To the ground terminal. This prevents EMI or high frequency noise from entering the LED control circuit 400 and the LED.
  • HPF high pass filter
  • FIG. 5 is a block diagram showing the structure of a power supply for LED lighting according to an embodiment of the present invention.
  • the LED lighting power supply of the present invention is a filter 1100 that blocks the noise of the input AC power, rectifier 1200 connected to the filter 1100 and converting AC power into DC power received from the rectifier 1200
  • Power factor correction circuit 1300 for controlling the power factor of the power source
  • central control circuit 1500 for controlling the operation of the LED lighting power supply device
  • LED control for controlling the power input through the power factor correction circuit 1300 to provide an LED A circuit 1400
  • a current conversion circuit 1600 for sensing the current of the LED and transmits to the LED control circuit 1400.
  • the filter 1100 of the present invention is configured to block noise included in power input from the outside (commercialized power is AC power).
  • the LED lighting power supply device of the present invention controls a variety of operations, including the on / off of the LED using a commercial AC power source, the LED is driven by a direct current power source. That is, a process of converting an AC power source to a DC power source is required, and before the power conversion, the power source can be efficiently converted by removing noise of various components included in the AC power source.
  • various noises transmitted from the system are prevented from entering the power supply for LED lighting in advance, thereby preventing the noise signal from damaging the components of the power supply.
  • the rectifier 1200 of the present invention is a device for converting AC power into DC power. As mentioned above, LED lighting is driven by DC power, but commercialized power is AC power, so it needs to be converted to DC power. To this end, the present invention includes a rectifier (200).
  • the rectifier 1200 of the present invention may be implemented through a rectifier element of various shapes including a half bridge rectifier and a full bridge rectifier.
  • the power factor correction circuit 1300 of the present invention improves the power factor of the entire circuit to increase the efficiency of the input to the output.
  • it is a configuration for transferring the insulated voltage toward the LED control circuit 1400.
  • the power factor correction circuit 1300 of the present invention can be implemented using a flyback circuit, but the present invention is not limited thereto, and the power factor correction circuit 300 described in the claims of the present invention is used even if an element having the same function is used. Must see
  • the central control circuit 1500 of the present invention is a configuration for controlling the overall operation of the power supply for LED lighting. It executes various functions such as whether the LED is driven, brightness, and communication with the outside according to the user's input.In particular, it receives information on the operation status of each component in the power supply and controls each configuration to control the operation of the power supply. Perform overall management functions.
  • the central control circuit 1500 may be implemented through a control device such as a microcomputer.
  • the LED control circuit 1400 is a component for controlling the power provided to the LED via the power factor correction circuit 1300 according to the signal input from the central control circuit 1500.
  • the size of the LED power input through the power factor correction circuit 1300 may be larger or smaller than the driving power of the LED (usually larger).
  • the power supply is scaled, for example, by driving the LED by DC-DC conversion. Provide power to LED by converting power to suitable level.
  • the signal input from the central control circuit 1500 to control the driving of LED, brightness, driving time and the like.
  • the current conversion circuit 1600 is configured to sense the current of the LED and transmit it to the LED control circuit 1400.
  • the current conversion circuit 1600 is configured to process the current received from the LED and adjust the voltage level to be processed by the LED control circuit 1400. to be.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a current conversion circuit 1600 in the LED lighting power supply of the present invention.
  • the current conversion circuit 1 600 in the LED lighting power supply device of the present invention is provided by the signal input unit 1610 that receives the pulse width modulation signal from the central control circuit 1500 and the pulse width modulation signal received from the signal input unit 1610.
  • a current controller 1630 connected to the switching device 1620 and the switching device 1620 and processing the current received from the LED according to the operation of the switching device 1620 and transmitting the processed current to the LED control circuit 1400. It includes.
  • the signal input unit 1610 is connected to the central control circuit 1500 and functions as a passage for receiving a signal received from the central control circuit 1500.
  • the central control circuit 1500 controls the current conversion circuit 1600 by using a pulse width modulation signal (Pulse Width Modulation, PWM), and accordingly the voltage level of the specific terminal of the LED control circuit 1400 and the LED control circuit (
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the signal input unit 1610 receives a PWM signal from the central control circuit 1500 to allow the switching device 1620 to operate.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the switching element 1620 is an element turned on / off according to the pulse width modulated signal received from the signal input unit 1610. More specifically, the degree of turning on / off the switching element 1620 is controlled by the pulse width modulated signal, and thus the current and the voltage level of the rear end of the switching element 1620 (eg, the current control unit 1630). This is regulated.
  • the current controller 1630 is connected to the switching element 1620, and in particular, processes the current sensed from the LED according to the on / off operation of the switching element 1620 and transmits the current sensed to the LED control circuit 1400.
  • the current conversion circuit 1600 of the present invention allows a specific terminal of the LED control circuit 1400, which should always maintain a constant level of voltage, to maintain a constant voltage and at the same time control the amount of current flowing through the LED. do. According to this operation, the brightness of the LED can be adjusted.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing a current conversion circuit 1600 in the power supply device for LED lighting of the present invention.
  • the switching device 1620 may be configured using the FET device.
  • 7 shows a FET device according to the example described above.
  • a channel is formed between a drain and a source according to a signal input to a gate, and the degree of channel formation determines whether current and voltage are energized. Therefore, it is suitable for controlling a circuit by receiving a PWM signal as in the present invention.
  • the signal input unit 1610 illustrated in FIG. 6 is connected to the gate terminal of the FET device, whereby a signal received from the central control circuit 1500 may be directly transmitted to the switching device 1620.
  • the signal input unit 1610 and the switching device 1620 are not necessarily physically separated.
  • the gate terminal itself of the FET device used as the switching device 1620 can also be seen as the signal input 1610, and a separate configuration directly connected to the gate terminal, for example a separate port connected by a lead on a printed circuit board. May be the signal input unit 1610. That is, the signal input unit 1610 and the switching element 1620 are classified according to their functions, but do not have to be independent in appearance.
  • a resistor may be further included between the signal input unit 1610 and the ground terminal of the present invention. This corresponds to a resistor connected between the gate terminal and the ground terminal of the FET of FIG.
  • This resistance can be used to match the rated voltage at which the gate terminal of the FET can be driven. That is, the current conversion circuit 1600 of the present invention may further include the above-described resistors to maintain the bias voltage required for the FET (switching element) to operate properly. As a result, the switching device 1620 operates within a stable range.
  • a plurality of resistors may be included in the current controller 1630, which is between a node connected to the drain terminal of the FET device and a node receiving the current from the LED or a node receiving the current and the LED control circuit. Connected between nodes that are connected (1400).
  • This embodiment is a configuration for matching the voltage level going out to the LED control circuit 1400.
  • the terminal connected to the LED control circuit 1400 of the present invention, especially the current conversion circuit 1600, must be maintained and controlled at a specific voltage (for example, 1V) (this is due to the electrical characteristics of the LED control circuit 1400). .)
  • a specific terminal of the LED control circuit 1400 to maintain a constant voltage is the constant voltage range Can escape. This is because there is no configuration to control the voltage.
  • a plurality of resistors are connected in series in the current controller 1630 (three resistors are connected in series in the example of FIG. 7), and the resistors are connected in series with the drain terminal of the switching element 1620.
  • the voltage of the resistor and the voltage level of the specific terminal of the LED control circuit 1400 may be controlled according to the control of the switching element 1620.
  • the above-described voltage control may not be actively performed in an IC circuit such as the LED control circuit 1400, but the present invention may perform the voltage control as described above with the current conversion circuit 1600.
  • the voltage level input to the LED control circuit 1400 may be adjusted by adjusting the connection point of the resistor and the LED or the size of the resistor.
  • a capacitance element may be included between the drain terminal and the ground terminal of the FET device.
  • the capacitance element can also be seen through FIG. 7.
  • the present invention connects a capacitance element between the drain and the ground terminal (or source).
  • the above-mentioned capacitance element operates as a kind of high pass filter (HPF) through which high-frequency alternating current is passed, and the high-frequency noise signal generated when a power or PWM signal input from an LED passes through the FET is used as the capacitance. Run through the device to the ground terminal.
  • HPF high pass filter
  • a voltage and a current of a DC component are transmitted to the LED control circuit 1400, and the LED may be controlled based on the LED control circuit 1400.
  • the duty ratio of the pulse width modulation signal received through the signal input unit 1610 is adjusted by the central control circuit 1500, and the switching element 1620 has the pulse width of which the duty ratio is adjusted.
  • the on / off is controlled according to the modulation signal, and the current controller 1630 may control the current input to the LED control circuit 1400 according to the on / off of the switching device 1620. This will be described with reference to FIG. 8.
  • FIG 8 is a graph conceptually illustrating the operation of the current conversion circuit 1600 according to the PWM signal input to the LED lighting power supply of the present invention.
  • the present invention can control the operation of the switching device 1620 in accordance with the duty ratio of the PWM signal input from the central control circuit 1500, according to the control operation from the current control unit 1630 to the LED control circuit 1400 Incoming current and voltage levels can be adjusted.
  • the LED control circuit 1400 may maintain a constant voltage. That is, the voltage of the node to which the LED control circuit 1400 and the current conversion circuit 1600 are connected is determined according to the duty ratio of the PWM signal.
  • the operation at the upper limit (1) and the lower limit (0) of the duty ratio is the same as above, and when the duty ratio is controlled within the upper limit, the lower limit (greater than 0 and less than 1), the switch is completely on and completely off. It can be controlled during the (off) state. As a result, it is possible to control the voltage of the node (which must be kept at a constant voltage level), in addition to controlling the amount of current flowing into the LED.
  • the matter that cannot be implemented in the IC circuit (so that a constant voltage level is always maintained at a specific terminal of the LED control circuit 1400) is applied to a special circuit configuration (current conversion circuit 1600) and a PWM control scheme. Can be implemented, and as a result, it is possible to stably drive the power supply for LED lighting.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the structure of a power supply for LED lighting according to an embodiment of the present invention.
  • the LED lighting power supply of the present invention is a filter 2100 for blocking the noise of the input AC power, rectifier 2200 connected to the filter 2100 and converting AC power into DC power, received from the rectifier 2200
  • a power factor correction circuit 2300 for controlling the power factor of the power source
  • a central control circuit 2500 for controlling the operation of the power supply device for LED lighting
  • an LED control for controlling the power input through the power factor correction circuit 2300 to provide LEDs.
  • the circuit 2400 includes a voltage measuring circuit 2600 that senses a voltage of the LED and transmits the voltage to the central control circuit 2500.
  • the filter 2100 of the present invention is configured to block noise included in power input from the outside (commercialized power is AC power).
  • the LED lighting power supply device of the present invention controls a variety of operations, including the on / off of the LED using a commercial AC power source, the LED is driven by a direct current power source. That is, a process of converting an AC power source to a DC power source is required, and before the power conversion, the power source can be efficiently converted by removing noise of various components included in the AC power source.
  • various noises transmitted from the system are prevented from entering the power supply for LED lighting in advance, thereby preventing the noise signal from damaging the components of the power supply.
  • the rectifier 2200 of the present invention is a device for converting AC power into DC power. As mentioned above, LED lighting is driven by DC power, but commercialized power is AC power, so it needs to be converted to DC power. To this end, the present invention includes a rectifier 2200.
  • the rectifier 2200 of the present invention may be implemented through a rectifier of various shapes including a half bridge rectifier and a full bridge rectifier.
  • the power factor correction circuit 2300 of the present invention improves the power factor of the entire circuit to increase the efficiency of the input to the output.
  • it is a configuration for transferring the insulated voltage toward the LED control circuit 2400.
  • the power factor correction circuit 2300 of the present invention can be implemented using a flyback circuit, but the present invention is not limited thereto, but the power factor correction circuit 2300 described in the claims of the present invention is used even if an element having the same function is used. Must see
  • the central control circuit 2500 of the present invention is a configuration for controlling the overall operation of the power supply for LED lighting. It executes various functions such as whether the LED is driven, brightness, and communication with the outside according to the user's input.In particular, it receives information on the operation status of each component in the power supply and controls each configuration to control the operation of the power supply. Perform overall management functions.
  • the central control circuit 2500 may be implemented through a control device such as a microcomputer.
  • the LED control circuit 2400 is a component for controlling the power provided to the LED via the power factor correction circuit 2300 according to the signal input from the central control circuit 2500.
  • the size of the LED power input through the power factor correction circuit 2300 may be larger or smaller than the driving power (typically larger) than the driving power, but by scaling the power supply, for example, driving the LED by DC-DC conversion. Provide power to LED by converting power to suitable level.
  • the signal input from the central control circuit 2500 controls the driving of LED, brightness, driving time and the like.
  • the voltage measuring circuit 2600 senses the voltage of the LED and transmits it to the central control circuit 2500.
  • the rated power of the LED lighting power supply is determined by the current and voltage flowing through the LED. If the LED consumes more power than the rated power supply, the LED is overloaded, causing failure or shortening the lifespan. Therefore, it is necessary to accurately measure and control the voltage and current of the LED so that the LED consumes less than the rated power.
  • the voltage measuring circuit 2600 of the present invention accurately senses the voltage of the LED and transmits it to the central control circuit 2500 to control a current suitable for the measured voltage to flow in the LED. As a result, the LED can be driven within its rated power range.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a voltage measuring circuit 2600 in the power supply device for LED lighting of the present invention.
  • the voltage measurement circuit 2600 in the LED lighting power supply device includes a first sensing unit 2610 that senses the anode voltage of the LED, a second sensing unit 2620 that senses the cathode voltage of the LED, and Comparing unit 2630 for comparing the voltage sensing results of the first sensing unit 2610 and the second sensing unit 2620.
  • the present invention measures the anode voltage and the cathode voltage of the LED, respectively.
  • the method of measuring the voltage across the LED is a method of measuring the floating (floating) voltage.
  • the voltage (floating voltage) of either the positive electrode or the negative electrode is measured. 13 shows an example of measuring the voltage of the positive electrode and an example of measuring the voltage of the negative electrode, respectively.
  • the conventional approach suffers from the problem that the voltage measurements are affected by other circuit configurations added and connected to the LEDs. Referring to FIG. 13, the LED voltage is measured including the voltage across the inductor connected to the high-side (FIG. 13A) or the low-side (FIG. 13B).
  • the LED is driven by a DC power supply, ideally, the DC voltage across the inductor is zero, but the voltage is also applied across the inductor due to the alternating current component caused by fluctuation of current and ripple.
  • a voltage also causes a problem that the voltage of the LED is measured.
  • the present invention connects a configuration (first sensing unit 2610 and second sensing unit 2620) for sensing voltage at both ends of the LED, that is, the anode and the cathode.
  • a configuration for sensing voltage at both ends of the LED, that is, the anode and the cathode.
  • it measures the voltage on both sides of the LED, not the floating voltage.
  • the voltage of the LED can be measured more accurately than in the related art, and the LED can be controlled to achieve maximum efficiency within the rated power supply range, and at the same time, the life of the LED can be reduced by extending the load.
  • FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a first sensing unit 2610 and a second sensing unit 2620 of the voltage measuring circuit 2600 in the LED lighting power supply device of the present invention.
  • first sensing unit 2610 or the second sensing unit 2620 of the present invention may further include a rectifier for filtering the positive voltage.
  • the rectifier is configured to filter only a positive voltage (+ voltage) for each of the voltages of the LEDs as well as the function of sensing the output voltage and sending it to the comparator 2630.
  • An example of the rectifier may be a diode device. The diode device is turned on only when the voltage level is sensed at both ends of the LED, each of the anode and the cathode by using a diode device, and the voltage is positive. When the diode device is turned on, the voltage level is transferred to the comparator 2630.
  • the first sensing unit 2610 or the second sensing unit 2620 of the present invention may further include a voltage adjusting unit for adjusting the magnitude of the sensed voltage. This is a configuration for allowing a voltage to be delivered within a range that can be processed by the comparator 2630 and that can be processed by the central control circuit 2500 after being processed by the comparator 2630.
  • the present invention further includes a voltage adjusting unit in the first sensing unit 2610 or the second sensing unit 2620 to adjust the voltage level within a range that can be processed by the comparator 2630 and the central control circuit 2500.
  • a plurality of resistors may be connected in series, and a specific node may be selected and connected to the comparator 2630.
  • the voltage adjusting unit is implemented by three resistors in the first sensing unit 2610 and two resistors in the second sensing unit 2620.
  • the first sensing unit 2610 and the second sensing unit 2620 do not always need to adjust the voltage at the same ratio.
  • the information about the rate at which the voltage is adjusted in the first sensing unit 2610 and the second sensing unit 2620 is stored in the central control circuit 2500, respectively.
  • the voltages across the LEDs can be accurately calculated even if the ratios of voltage adjustment in the first and second sensing units are different.
  • the size and voltage regulation ratio of each of the plurality of resistors connected in series may be differently determined according to the performance of the LED, the specifications of the comparator 2630 and the central control circuit 2500.
  • the first sensing unit 2610 or the second sensing unit 2620 may further include a smoothing unit for smoothing the sensed voltage.
  • a smoothing unit for smoothing the sensed voltage.
  • This configuration is designed to cope with unexpected fluctuations in voltage, current, and ripple across LEDs.
  • the voltage and current at both ends of the LED contain only the DC component, but the voltage and current of the AC component are included for various reasons during the operation of the LED lighting power supply. This not only lowers the accuracy of the voltage level sensed by the first and second sensing units, but also greatly changes the voltage level for a short time, resulting in unstable driving of the central control circuit 2500.
  • the present invention may further include a smoothing unit, and an example of the smoothing unit may further include a capacitance element, such that an AC component of the LED voltage flows into the comparator 2630 and the central control circuit 2500.
  • FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a comparison unit 2630 of the voltage measuring circuit 2600 in the LED lighting power supply device of the present invention.
  • Comparator 2630 is implemented by a differential amplifier circuit.
  • the voltage levels sensed by the first sensing unit 2610 and the second sensing unit 2620 respectively flow into two input terminals of the differential amplifier circuit.
  • the differential amplification circuit amplifies the voltage by a predetermined amplification ratio (amplification ratio can be both + and-).
  • the amplified voltage is output to the central control circuit 500, and the central control circuit 2500 calculates the voltage across the LED based on the voltage received from the comparator 2630.
  • the central control circuit 2500 may directly calculate the voltage across the LED, table the relationship between the voltage received from the comparator 2630 and the voltage across the LED in advance to store the table, and received from the comparator 2630
  • the voltage across the LED can also be derived by matching one voltage.
  • the central control circuit 2500 adjusts the current level flowing through the LED according to the voltage across the LED. In other words, when the voltage across the LED is high, the current level flowing through the LED is lowered to control the overall power level (voltage * current) to be maintained within a predetermined range. Conversely, when the voltage across the LED is low, the power level is controlled by increasing the current level through the LED.
  • This control is performed because the current across the LED can be controlled but the voltage cannot be controlled.
  • the voltage across the LED is a factor that is determined by the characteristics of the LED and the amount of current, and the user cannot actively control it accurately.
  • the current flowing through the LED can be controlled by a separate configuration (not described in detail herein) in the power supply for the LED lighting, thereby controlling the power of the LED through current control.

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Abstract

본 발명은 LED 조명용 전원 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 입력 교류 전원의 노이즈를 차단하는 필터, 상기 필터와 연결되고 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기, 상기 정류기로부터 수신된 전원의 역률을 제어하는 역률 보상 회로, LED 조명용 전원 장치의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로 및 상기 역률 보상 회로를 거쳐 입력되는 전원을 조절하여 LED로 제공하는 LED 제어 회로를 포함하고, 상기 역률 보상 회로는 입력단과 출력단 사이에 연결된 바이패스 소자를 포함하는 LED 조명용 전원 장치이다.

Description

LED 조명용 전원 장치
본 발명은 LED 조명용 전원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아웃 도어용 LED 조명 장치를 제어하여, 사용자의 필요에 부합하는 조명을 제공하는 장치의 전원을 제어하는 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 전기 에너지를 빛으로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 발광 다이오드는 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다. 특히, LED 조명 장치는 다수 배열 설치된 LED의 점멸 순서, 발광 색상 및 밝기 등의 제어에 의해 다양한 연출을 수행할 수 있다.
이에 기존의 재래식 광원을 발광 다이오드로 대체하기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 발광 다이오드는 실내외에서 사용되는 각종 램프, 액정표시장치, 전광판, 가로등 등의 조명 장치의 광원으로서 사용이 증가되고 있는 추세이다. 특히 실내 인테리어의 일반 조명, 특정 분위기를 연출하기 위한 무대 조명, 광고 조명 및 경관 조명 등의 용도로 사용되고 있다.
조명 장치는 경과 조명으로써 건물 외벽, 공원, 가로등, 다리 난간 또는 공연장에 설치될 수 있는데, 적용되는 용도나 대상 또는 위치에 따라 그 크기 및 적용 시스템이 각각 달리질 수 있다. 즉, 건물 외벽용은 건물 외벽에 띠 형태로 단순히 점멸 기능이나 단색 또는 조합된 색상으로 단순 표출되어서 사용하고, 공원이나 가로등, 다리 난간 등은 대상물의 형태에 따라 불규칙적으로 조명을 설치하여 점멸이나 색상을 변경하여 사용된다. 또한, 공연장은 무대 주변이나 무대에 띠 형태로 단순 점멸이나 색상을 표출하여 공연장의 화려함을 효과로 주로 사용될 수 있다.
실외용 조명 장치의 경우, 실내용 조명 장치에 비해 유지, 관리에 어려움이 있기 때문에 조명 장치를 안정적으로 구동시킬 필요가 있다. 이에 따라, 실외용 조명 장치를 안정적으로 제어하기 위한 다양한 방안이 강구되고 있다.
본 발명은 LED 조명용 전원 장치를 제어하는 내부 회로의 구조를 개선하여 서지 내성(surge immunity)을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명은 전자파 방해(Electro Magnetic Interference, EMI)를 저감하기 위한 LED 조명용 전원 장치의 내부 회로를 제안하기 위한 것이다.
본 발명은 LED 조명용 전원 장치의 제어에 필요한 기능 중, IC 회로로는 구현할 수 없는 부분을 회로적으로 구현하여, 아날로그 회로로 디지털 회로를 제어하는 방안을 제안하기 위한 것이다.
본 발명은 LED 조명용 전원 장치를 구동하는 데에 있어서, LED의 전압을 정확하게 측정하고 전원을 효과적으로 제어하는 구조를 제안하기 위한 것이다.
특히, 측정된 LED 전압을 정확하게 분석하여 LED 조명용 전원 장치를 구동 전력 범위 내에서 안정적으로 동작시키는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 LED 조명용 전원 장치는 입력 교류 전원의 노이즈를 차단하는 필터, 상기 필터와 연결되고 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기, 상기 정류기로부터 수신된 전원의 역률을 제어하는 역률 보상 회로, LED 조명용 전원 장치의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로 및 상기 역률 보상 회로를 거쳐 입력되는 전원을 조절하여 LED로 제공하는 LED 제어 회로를 포함하고, 이 때 역률 보상 회로는 입력단과 출력단 사이에 연결된 바이패스 소자를 포함한다. 상기 바이패스 소자는 정류 소자를 이용하여 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 상기 역률 보상 회로는 회로 내 포함된 스위칭 소자의 게이트에 비드가 연결될 수 있고, 회로 내 포함된 스위칭 소자의 드레인에 비드가 연결될 수도 있다. 이 때, 상기 비드는 인덕턴스 소자를 이용하여 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 역률 보상 회로 내 포함된 스위칭 소자의 드레인과 소스 사이에 비드가 연결될 수 있고, 상기 비드는 캐패시턴스 소자로 구현될 수 있다.
본 발명의 LED 조명용 전원 장치는 입력 교류 전원의 노이즈를 차단하는 필터, 상기 필터와 연결되고 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기, 상기 정류기로부터 수신된 전원의 역률을 제어하는 역률 보상 회로, LED 조명용 전원 장치의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로, 상기 역률 보상 회로를 거쳐 입력되는 전원을 조절하여 LED로 제공하는 LED 제어 회로 및 LED의 전류를 센싱하여 LED 제어 회로에 전송하는 전류 변환 회로를 포함하되, 상기 전류 변환 회로는 상기 중앙 제어 회로로부터 펄스폭 변조 신호를 입력받는 신호 입력부, 상기 신호 입력부로부터 수신한 펄스폭 변조 신호에 의해 동작하는 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자와 연결되며, LED로부터 수신한 전류를 상기 스위칭 소자의 동작에 따라 가공하여 LED 제어 회로로 전송하는 전류 제어부를 포함할 수 있다.
여기서, 신호 입력부를 통해 수신되는 펄스폭 변조 신호는 중앙 제어 회로에 의해 듀티비가 조절되고, 스위칭 소자는 듀티비가 조절된 펄스폭 변조 신호에 따라 온/오프를 제어하며, 전류 제어부는 스위칭 소자의 온/오프에 따라 LED 제어 회로로 입력되는 전류를 제어할 수 있다.
스위칭 소자는 FET 소자를 이용하여 구현할 수 있고 이 때, 신호 입력부는 상기 FET 소자의 게이트 단자와 연결된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 신호 입력부와 접지 단자 사이에 저항을 더 포함할 수 있고, 전류 제어부는 상기 FET 소자의 드레인 단자와 연결되는 노드에 복수의 저항이 연결될 수도 있다. 뿐만 아니라, FET 소자의 드레인 단자와 접지 단자 사이에 캐패시턴스 소자를 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 듀티비의 조절에 따라, 전류 제어부에서 출력되는 전압 레벨이 조절되고, 듀티비가 0인 경우 전류 제어부의 최소 전류가 LED 제어 회로로 유입되고, 듀티비가 1인 경우 전류 제어부의 최대 전류가 LED 제어 회로로 유입될 수 있다.
본 발명의 LED 조명용 전원 장치는 입력 교류 전원의 노이즈를 차단하는 필터, 상기 필터와 연결되고 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기, 상기 정류기로부터 수신된 전원의 역률을 제어하는 역률 보상 회로, LED 조명용 전원 장치의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로, 상기 역률 보상 회로를 거쳐 입력되는 전원을 조절하여 LED로 제공하는 LED 제어 회로 및 LED의 전압을 센싱하여 상기 중앙 제어 회로에 전송하는 전압 측정 회로를 포함하되, 상기 전압 측정 회로는 LED의 양극 전압을 센싱하는 제 1 센싱부, LED의 음극 전압을 센싱하는 제 2 센싱부 및 상기 제 1 센싱부 및 제 2 센싱부의 전압 센싱 결과를 비교하는 비교부를 포함할 수 있다.
여기서 제 1 센싱부 또는 제 2 센싱부는 양전압을 필터링하기 위한 정류부를 더 포함할 수 있고, 센싱된 전압의 크기를 조정하기 위한 전압 조정부를 더 포함할 수도 있다. 한편, 전압 조정부는 복수의 저항을 직렬로 연결하여 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 제 1 센싱부 또는 제 2 센싱부에 센싱된 전압을 평활화(smoothing)하기 위한 평활부를 더 포함할 수 있는데, 상기 평활부는 캐패시턴스 소자로 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 비교부는 차동 증폭 회로에 의해 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면, LED 조명용 전원 장치의 서지 내성(surge immunity)을 향상시킴으로써 LED 조명용 전원 장치를 보호하고 수명을 늘릴 수 있고킬 수 있다.
전자파 방해(Electro Magnetic Interference, EMI)를 저감하여 LED 조명용 전원 장치의 성능을 개선할 수 있다.
본 발명은 LED 조명용 전원 장치의 제어에 필요한 기능 중, 아날로그 회로를 이용한 PWM 제어에 의해, 디지털 회로를 효과적으로 제어할 수 있다.
LED 양단의 전압을 정밀하게 계측할 수 있고, 이를 바탕으로 LED 조명용 전원 장치를 안정적으로 제어할 수 있다.
고주파 노이즈 등에 의한 계측 오류를 막을 수 있으며, LED 조명용 전원 장치의 구동 범위 내에서 전압 레벨 및 전류 레벨을 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치의 구조를 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 역률 보상 회로를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내에서 바이패스 소자 부분을 확대한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내의 스위칭 소자 및 비드를 확대하여 표현한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치의 구조를 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 6은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 전류 변환 회로를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 전류 변환 회로를 나타낸 회로도이다.
도 8은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치에 입력되는 PWM 신호에 따른 전류 변환 회로의 동작을 개념적으로 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치의 구조를 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 10은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 전압 측정 회로를 나타낸 블록도이다.
도 11은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 전압 측정 회로의 제 1 센싱부 및 제 2 센싱부를 나타낸 회로도이다.
도 12는 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 전압 측정 회로의 비교부를 나타낸 회로도이다.
도 13은 LED의 전압을 측정하는 종래의 방식을 나타낸 회로도이다.
본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치의 구조를 나타낸 블록다이어그램이다.
본 발명의 LED 조명용 전원 장치는 입력 교류 전원의 노이즈를 차단하는 필터(100), 상기 필터(100)와 연결되고 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기(200), 상기 정류기(200)로부터 수신된 전원의 역률을 제어하는 역률 보상 회로(300), LED 조명용 전원 장치의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로(500) 및 상기 역률 보상 회로(300)를 거쳐 입력되는 전원을 조절하여 LED로 제공하는 LED 제어 회로(400)를 포함한다.
본 발명의 필터(100)는 외부로부터 입력되는 전원(상용화된 전원은 교류 전원이다)에 포함된 노이즈를 차단하기 위한 구성이다. 본 발명의 LED 조명용 전원 장치는 상용 교류 전원을 이용하여 LED의 온/오프를 비롯한 다양한 동작을 제어하는데, LED는 직류 전원에 의해 구동된다. 즉, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 과정이 필요한데, 전원 변환에 앞서 교류 전원에 포함된 여러가지 성분의 노이즈를 제거하여 효율적으로 전원을 변환할 수 있도록 한다. 뿐만 아니라 계통으로부터 전달되는 다양한 노이즈가 LED 조명용 전원 장치에 유입되는 것을 사전에 차단하여 노이즈 신호가 전원 장치의 부품에 손상을 가하는 것을 미연에 방지한다.
본 발명의 정류기(200)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하기 위한 장치이다. 앞서 언급한 대로 LED 조명은 직류 전원에 의해 구동되나, 상용화된 전원은 교류 전원이므로, 이를 직류 전원으로 변환할 필요가 있다. 이를 위해 본 발명은 정류기(200)를 포함하고 있다. 본 발명의 정류기(200)는 하프 브릿지 정류기, 풀 브릿지 정류기를 비롯한 다양한 형대의 정류 소자를 통하여 구현될 수 있다.
본 발명의 역률 보상 회로(300)는 회로 전체의 역률을 개선하여 입력 대비 출력의 효율을 높이기 위한 구성이다. 뿐만 아니라, 절연된 전압을 LED 제어 회로(400) 쪽으로 전달하기 위한 구성이다.
본 발명의 역률 보상 회로(300)는 부스트 회로를 이용하여 구현할 수 있으며, 다만 여기에 제한되지 않고 동일한 기능을 발휘하는 소자를 이용하더라도 본 발명의 청구항에 기재된 역률 보상 회로(300)에 포함된다고 보아야 한다.
본 발명의 스탠바이 회로(600)는 본 발명의 LED 조명용 전원 장치를 구동하기 위한 보조 전원을 공급하기 구성이다. 특히, LED가 구동되지 않는 상황에서 본 발명의 중앙 제어 회로(500)는 온(on) 상태로 대기하고 있다가, LED를 구동하기 위한 전원 및 제어 명령이 입력되는 경우, 이에 따라 LED를 제어한다. 이 때, LED를 구동하기 전 LED 조명용 전원 장치에 AC 전원만 입력되는 상황에서, AC 전원을 이용하여 중앙 제어 회로(500)를 대기 상태로 유지하기 위하여 본 발명은 스탠바이 회로(600)를 포함하고 있으며, 이를 구현하기 위한 일 예로 플라이백 회로를 포함시킬 수 있다.
본 발명의 중앙 제어 회로(500)는 LED 조명용 전원 장치의 전체적인 동작을 제어하기 위한 구성이다. 사용자의 입력에 따라 LED의 구동 여부, 밝기, 외부와의 통신을 비롯한 다양한 기능을 실행하며, 특히 전원 장치 내의 각 구성의 동작 상태에 대한 정보를 수신하고 각각의 구성을 제어하여 전원 장치의 동작을 전체적으로 관리하는 기능을 수행한다. 상기 중앙 제어 회로(500)는 마이컴과 같은 제어 장치를 통해 구현할 수 있다.
LED 제어 회로(400)는 상기 중앙 제어 회로(500)로부터 입력되는 신호에 따라 역률 보상 회로(300)를 거쳐 LED로 제공되는 전원을 제어하기 위한 구성이다. 역률 보상 회로(300)를 거쳐 입력되는 LED 전원의 크기는 LED의 구동 전원에 비하여 크거나, 작을 수 있는데(대개는 더 크다) 전원의 스케일을 조정하여, 일례로 DC-DC 변환에 의해 LED 구동에 적합한 정도로 전원을 변환하여 LED에 제공한다. 뿐만 아니라, 중앙 제어 회로(500)에서 입력되는 신호에 따라 LED의 구동 여부, 밝기, 구동 시간 등을 제어한다.
다만, 상술한 구성은 설계 변경에 따라 LED 조명용 전원 장치에 포함되지 않을 수도 있고, 언급되지 않은 새로운 구성이 더 포함될 수도 있다.
이하에서는 본 발명에서 제안하는 구조에 대하여 보다 상세하게 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에서는 LED 조명용 전원 장치는 역률 보상 회로(300)를 포함한다. 도 2는 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 역률 보상 회로(300)를 나타낸 회로도이다.
본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 역률 보상 회로(300)는 다양한 능동, 수동 소자를 포함한다. 다양한 저항, 인덕터, 캐패시터, 트랜지스터 및 전자 칩을 전기적으로 연결하여 구성되는 역률 보상 회로(300) 내에서, 특히 본 발명에서 해결하려는 과제와 관련된 소자를 위주로 설명한다.
본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 역률 보상 회로(300)는 입력단과 출력단 사이에 바이패스 소자(310)를 더 포함한다. 이는 도 3을 통해 보다 상세하게 살펴본다.
도 3은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내에서 바이패스 소자(310) 부분을 확대한 회로도이다.
도 3에 보면 역률 보상 회로(300)의 입력단과 출력단 사이에 바이패스 소자(310)가 삽입된 것을 확인할 수 있다. 역률 보상 회로(300)의 입력단은 입력 전원이 필터(100)와 정류기(200)를 거쳐 들어오는 경로에 있는 입력단이다. 도 1을 통해 확인할 수 있다. 역률 보상 회로(300)의 출력단은 LED 제어 회로(400)와 연결되는 노드이다. 이 또한 도 1을 통해 확인할 수 있다.
종래의 LED 조명용 전원 장치 내에 포함된 역률 보상 회로(300)에는 입력단과 출력단 사이에 별도의 바이패스 소자(310)가 존재하지 않았다. 도 3을 기준으로 설명하면 종래의 LED 조명용 전원 장치는 상기 삽입된 바이패스 소자(310) 양단은 오픈된 형태이다.
그러나 본 발명은 종래에 비하여 입력단과 출력단 사이에 바이패스 소자(310)를 매개로 연결되는 하나의 경로가 더 포함된 형태이다. 이러한 구조에 의하여 본 발명은 서지 내성(surge immunity)을 향상시킬 수 있다.
서지(surge)란 전력계통의 전원선, 통신선, 신호선 등의 도체를 통하여 발생, 침입되는 과도한 이상 전압이다. 서지의 침입으로 인하여 전기기기, 전자부품의 파손, 소프트웨어의 오작동 등 많은 피해를 초래한다. 서지의 종류에는 크게 자연적으로 발생하는 서지와, 스위칭 등에 의해 발생하는 서지가 있다. 자연 발생 서지에는 낙뢰가 구조물, 장비, 전력선등에 직접 뇌격하는 서지인 직격뢰, 전원선, 통신선을 통하여 전달되는 서지인 간접뢰, 매설된 전원선, 통신선을 통하여 유도되는 서지인 유도뢰 등이 있고, 스위칭 등에 의해 발생되는 서지에는 유동성 부하, 전기기기의 개폐로 발생하는 개폐 서지, 인버터 등에 의해 전원 스위칭 시 발생하는 기동 서지 등이 있다.
서지는 본 발명의 LED 조명용 전원 장치에도 심각한 문제를 초래하는데, 이를 개선하기 위하여 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 역률 보상 회로(300)는 입력단과 출력단 사이에 별도의 바이패스 소자(310)를 삽입한다. 그 결과 예측하지 못한 서지가 입력되는 경우 고전압이 역률 보상 회로(300) 내의 다른 구성으로 유입되지 않고 바이패스 회로를 통해 외부로 배출될 수 있다. 특히, LED 조명용 전원 장치의 초기 구동시 발생하는(in-rush) 서지를 흘려준다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 있어서 상기 바이패스 소자(310)는 정류 소자가 될 수 있다. 정류 소자 중에서도 특히 다이오드를 이용하여 바이패스 소자(310)로서의 기능을 수행한다. 정류 소자는 내전압 성능이 뛰어나 불시에 유입되는 서지 전압 서지 전류를 견딜 수 있어 LED 조명용 전원 장치의 서지 내성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 역률 보상 회로(300)는 회로 내에 포함된 스위칭 소자의 게이트에 비드(320)가 연결될 수 있다. 본 실시예는 도 2 및 도 4를 참고하여 살펴본다.
도 4는 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내의 스위칭 소자 및 비드(320, 330, 340)를 확대하여 표현한 회로도이다.
도 4를 보면 FET 소자의 게이트(G)에 비드(320)가 연결된 것을 확인할 수 있다. 종래의 LED 조명용 전원 장치 내에 포함된 역률 보상 회로(300)의 스위칭 소자는 다른 소자와 직접 연결될 뿐, 본 발명과 같은 비드가 연결되지 않았다. 그러나 본 발명은 스위칭 소자의 입력단인 게이트에 비드(320)를 포함시켜 스위칭 소자의 입력단에 유입되는 노이즈를 막는다. 특히, EMI(Electro Magnetic Interference)를 걸러내는 일종의 필터(100)로 기능하여, 역률 보상 회로(300) 및 전체 LED 조명용 전원 장치의 전자파 방해를 개선한다. 비드(320)의 일 예로 인턱턴스 소자를 사용할 수 있으며, 보다 구체적인 예로 페라이트 비드를 사용하는 경우 페라이트 특유의 자기 감쇄 효과를 사용하여 고주파 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 스위칭 소자의 드레인에도 비드(330)가 연결될 수 있다. 본 실시예도 도 4를 통해 확인할 수 있다. 본 발명의 역률 보상 회로(300)에서 스위칭 소자 부분을 확대한 도 4를 보면 FET 소자의 드레인(D)에 별도의 비드(330)가 연결된 것을 확인할 수 있다. 종래의 LED 조명용 전원 장치 내 역률 보상 회로(300)의 스위칭 소자의 드레인은 다른 소자와 직접 연결될 뿐 별도의 비드가 연결되지 않았다. 그러나 본 발명은 스위칭 소자의 드레인에 비드(330)를 포함시켜 스위칭 소자와 연결된 전원 충전 장치(캐패시터)에 전원을 전달하는 데에 있어서 발생 가능한 노이즈를 블로킹할 수 있다. 특히, 상기 비드(330)는 EMI를 차단하여 역률 보상 회로(300) 및 LED 조명용 전원 장치의 전자파 방해 성능을 증진시킨다. 상기 비드의 일 예로 인턱턴스 소자를 사용할 수 있으며, 보다 구체적인 예로 페라이트 비드를 사용하는 경우, 페라이트의 물질 특성에 기인한 자기 감쇄 효과에 따라 고주파 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 역률 보상 회로(300) 내에 포함된 스위칭 소자의 드레인과 소스 사이에 비드(340)가 연결될 수 있다. 본 실시예도 도 4를 통해 살펴보면, FET 소자의 드레인(D)과 소스(S) 사이에 별도의 캐패시턴스 소자(340)가 연결된다.
본 발명의 캐패시턴스 소자는 고주파 교류 성분을 통과시키는 일종의 하이패스 필터로(High Pass Filter, HPF)로 동작하며, 역률 보상 회로(300)에서 발생 가능한 고주파 노이즈 신호 또는 EMI 신호가 상기 캐패시턴스 소자(340)를 통해 접지 단자로 흘러나가도록 한다. 이로써 EMI 또는 고주파 노이즈가 LED 제어 회로(400) 및 LED로 유입되지 않도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치의 구조를 나타낸 블록 다이어그램이다.
본 발명의 LED 조명용 전원 장치는 입력 교류 전원의 노이즈를 차단하는 필터(1100), 상기 필터(1100)와 연결되고 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기(1200), 상기 정류기(1200)로부터 수신된 전원의 역률을 제어하는 역률 보상 회로(1300), LED 조명용 전원 장치의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로(1500), 상기 역률 보상 회로(1300)를 거쳐 입력되는 전원을 조절하여 LED로 제공하는 LED 제어 회로(1400) 및 LED의 전류를 센싱하여 LED 제어 회로(1400)에 전송하는 전류 변환 회로(1600)를 포함한다.
본 발명의 필터(1100)는 외부로부터 입력되는 전원(상용화된 전원은 교류 전원이다)에 포함된 노이즈를 차단하기 위한 구성이다. 본 발명의 LED 조명용 전원 장치는 상용 교류 전원을 이용하여 LED의 온/오프를 비롯한 다양한 동작을 제어하는데, LED는 직류 전원에 의해 구동된다. 즉, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 과정이 필요한데, 전원 변환에 앞서 교류 전원에 포함된 여러가지 성분의 노이즈를 제거하여 효율적으로 전원을 변환할 수 있도록 한다. 뿐만 아니라 계통으로부터 전달되는 다양한 노이즈가 LED 조명용 전원 장치에 유입되는 것을 사전에 차단하여 노이즈 신호가 전원 장치의 부품에 손상을 가하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 정류기(1200)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하기 위한 장치이다. 앞서 언급한 대로 LED 조명은 직류 전원에 의해 구동되나, 상용화된 전원은 교류 전원이므로, 이를 직류 전원으로 변환할 필요가 있다. 이를 위해 본 발명은 정류기(200)를 포함하고 있다. 본 발명의 정류기(1200)는 하프 브릿지 정류기, 풀 브릿지 정류기를 비롯한 다양한 형대의 정류 소자를 통하여 구현될 수 있다.
본 발명의 역률 보상 회로(1300)는 회로 전체의 역률을 개선하여 입력 대비 출력의 효율을 높이기 위한 구성이다. 뿐만 아니라, 절연된 전압을 LED 제어 회로(1400) 쪽으로 전달하기 위한 구성이다.
본 발명의 역률 보상 회로(1300)는 플라이백 회로를 이용하여 구현할 수 있으며, 다만 여기에 제한되지 않고 동일한 기능을 발휘하는 소자를 이용하더라도 본 발명의 청구항에 기재된 역률 보상 회로(300)에 포함된다고 보아야 한다.
본 발명의 중앙 제어 회로(1500)는 LED 조명용 전원 장치의 전체적인 동작을 제어하기 위한 구성이다. 사용자의 입력에 따라 LED의 구동 여부, 밝기, 외부와의 통신을 비롯한 다양한 기능을 실행하며, 특히 전원 장치 내의 각 구성의 동작 상태에 대한 정보를 수신하고 각각의 구성을 제어하여 전원 장치의 동작을 전체적으로 관리하는 기능을 수행한다. 상기 중앙 제어 회로(1500)는 마이컴과 같은 제어 장치를 통해 구현할 수 있다.
LED 제어 회로(1400)는 상기 중앙 제어 회로(1500)로부터 입력되는 신호에 따라 역률 보상 회로(1300)를 거쳐 LED로 제공되는 전원을 제어하기 위한 구성이다. 역률 보상 회로(1300)를 거쳐 입력되는 LED 전원의 크기는 LED의 구동 전원에 비하여 크거나, 작을 수 있는데(대개는 더 크다) 전원의 스케일을 조정하여, 일례로 DC-DC 변환에 의해 LED 구동에 적합한 정도로 전원을 변환하여 LED에 제공한다. 뿐만 아니라, 중앙 제어 회로(1500)에서 입력되는 신호에 따라 LED의 구동 여부, 밝기, 구동 시간 등을 제어한다.
전류 변환 회로(1600)는 LED의 전류를 센싱하여 LED 제어 회로(1400)에 전송하기 위한 구성으로, LED로부터 수신되는 전류를 가공하여 LED 제어 회로(1400)에서 처리 가능한 전압 레벨로 조정하기 위한 구성이다.
이하에서는, 상기 전류 변환 회로(1600)에 대하여 보다 상세하게 살펴본다.
도 6은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 전류 변환 회로(1600)를 나타낸 블록도이다. 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내의 전류 변환 회로1(600)는 중앙 제어 회로(1500)로부터 펄스폭 변조 신호를 입력받는 신호 입력부(1610), 신호 입력부(1610)로부터 수신한 펄스폭 변조 신호에 의해 동작하는 스위칭 소자(1620) 및 상기 스위칭 소자(1620)와 연결되며, LED로부터 수신한 전류를 상기 스위칭 소자(1620)의 동작에 따라 가공하여 LED 제어 회로(1400)로 전송하는 전류 제어부(1630)를 포함한다.
신호 입력부(1610)는 중앙 제어 회로(1500)와 연결되며, 중앙 제어 회로(1500)로부터 수신한 신호를 입력받는 통로로 기능한다. 중앙 제어 회로(1500)는 펄스폭 변조 신호(Pulse Width Modulation, PWM)를 이용하여 상기 전류 변환 회로(1600)를 제어하고 이에 따라 LED 제어 회로(1400) 중 특정 단자의 전압 레벨 및 LED 제어 회로(1400)에 유입되는 전류를 제어하는데, 신호 입력부(1610)는 중앙 제어 회로(1500)로부터 PWM 신호를 입력받아 스위칭 소자(1620)가 동작하도록 한다. 상기 펄스폭 변조 신호에 따른 전류 변환 회로(1600)의 동작은 후술한다.
스위칭 소자(1620)는 신호 입력부(1610)로부터 수신한 펄스폭 변조 신호에 따라 온/오프되는 소자이다. 보다 상세하게는 펄스폭 변조 신호에 의해 스위칭 소자(1620)의 온/오프 되는 정도가 조절되고, 이에 따라 스위칭 소자(1620)의 후단(예, 전류 제어부(1630))의 전류 및 이에 따른 전압 레벨이 조절된다.
전류 제어부(1630)는 스위칭 소자(1620)와 연결되고, 특히 스위칭 소자(1620)의 온/오프 동작에 따라 LED로부터 센싱한 전류를 가공하여 LED 제어 회로(1400)로 전송한다. 앞서 언급한대로 본 발명의 전류 변환 회로(1600)는 항상 일정한 레벨의 전압을 유지해야 하는 LED 제어 회로(1400)의 특정 단자가 일정한 전압을 유지할 수 있도록 함과 동시에 LED에 흐르는 전류의 양이 제어되도록 한다. 이러한 동작에 따라 LED의 밝기를 조절할 수 있다.
이하에서는 상기 전류 변환 회로(1600)의 일 실시예에 따른 회로도를 통해 본 발명에 대해 더욱 상세히 살펴본다.
도 7은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 전류 변환 회로(1600)를 나타낸 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에서는 FET 소자를 이용하여 스위칭 소자(1620)를 구성할 수 있다. 도 7에는 상술한 예에 따른 FET 소자가 도시되어 있다. FET 소자는 게이트에 입력되는 신호에 따라 드레인과 소스 사이에 채널이 형성되는 정도가 달라지며, 채널 형성 정도에 따라 전류, 전압의 통전 여부, 정도가 결정된다. 따라서, 본 발명과 같이 PWM 신호를 입력받아 회로를 제어하는 데에 적합하다.
한편, 이 경우 도 6에 도시된 신호 입력부(1610)는 상기 FET 소자의 게이트 단자와 연결되며, 이로써, 중앙 제어 회로(1500)로부터 수신한 신호가 스위칭 소자(1620)에 직접 전달될 수 있다.
본 실시예에서 신호 입력부(1610)와 스위칭 소자(1620)는 반드시 물리적으로 구분되어야 하는 것은 아니다. 스위칭 소자(1620)로 사용된 FET 소자의 게이트 단자 자체를 신호 입력부(1610)로 볼 수도 있고, 게이트 단자와 직접 연결된 별도의 구성, 예를 들어 인쇄 회로 기판 상의 도선에 의해 연결된 별도의 포트(port)가 신호 입력부(1610)가 될 수도 있다. 즉 신호 입력부(1610)와 스위칭 소자(1620)는 그 기능에 따라 구분되는 것이지 외형적으로 각각 독립한 구성이 되어야 하는 것은 아니다.
한편, 상술한 실시예에 더하여, 본 발명의 신호 입력부(1610)와 접지 단자 사이에 저항을 더 포함할 수 있다. 도 7의 FET의 게이트 단자와 접지 단자 사이에 연결된 저항이 여기에 해당한다.
상기 저항에 의해 FET의 게이트 단자가 구동될 수 있는 정격 전압을 맞춰줄 수 있다. 즉 본 발명의 전류 변환 회로(1600)는 FET(스위칭 소자)가 올바로 동작하기 위해 필요한 바이어스 전압을 유지할 수 있도록 상술한 저항을 더 포함할 수 있다. 이에 따라 스위칭 소자(1620)가 안정적인 범위 내에서 동작한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 전류 제어부(1630)에 복수의 저항이 포함될 수 있으며 이는, FET 소자의 드레인 단자와 연결되는 노드와 LED로부터 전류를 수신하는 노드 사이 또는 전류를 수신하는 노드와 LED 제어 회로(1400)에 연결되는 노드 사이에 연결된다.
본 실시예는 LED 제어 회로(1400)로 나가는 전압 레벨을 맞춰주기 위한 구성이다. 본 발명의 LED 제어 회로(1400), 그 중에서도 전류 변환 회로(1600)와 연결되는 단자는 특정 전압(예, 1V)으로 유지, 제어되어야 한다(이는 LED 제어 회로(1400)의 전기적 특성에 기인한다.) LED에서 유입되는 전류가 상기 전류 변환 회로(1600)를 거치지 않고 직접 LED 제어 회로(1400)로 연결되는 경우, 일정 전압이 유지되어야 하는 LED 제어 회로(1400)의 특정 단자가 상기 일정 전압 범위를 벗어날 수 있다. 전압을 제어할 수 있는 구성이 없기 때문이다.
그러나 본 발명에서는 전류 제어부(1630) 내에 복수의 저항을 직렬로 연결하고(도 7의 예에서는 3개의 저항이 직렬로 연결되어 있다), 이를 스위칭 소자(1620)의 드레인 단자와도 직렬로 연결되게 함으로써, 스위칭 소자(1620)의 제어에 따라 상기 저항의 전압 및 LED 제어 회로(1400)의 특정 단자의 전압 레벨을 제어할 수 있다.
상술한 전압 제어는 LED 제어 회로(1400)와 같은 IC 회로에서 능동적으로 수행할 수 없으나, 본 발명은 전류 변환 회로(1600)를 두어 위와 같은 전압 제어를 실시할 수 있다.
한편, 저항과 LED의 연결 지점 또는 저항의 크기를 조절하여 LED 제어 회로(1400)에 입력되는 전압 레벨을 조절할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 FET 소자의 드레인 단자와 접지 단자 사이에 캐패시턴스 소자를 포함할 수 있다. 상기 캐패시턴스 소자도 도 7을 통해 확인할 수 있다.
본 발명은 캐패시턴스 소자를 드레인과 접지 단자(또는 소스) 사이에 연결한다. 상술한 캐패시턴스 소자는 고주파 교류 성분을 통과시키는 일종의 하이패스 필터로(High Pass Filter, HPF)로 동작하며, LED로부터 입력되는 전원 또는 PWM 신호가 FET를 통과하는 과정에서 발생하는 고주파 노이즈 신호가 상기 캐패시턴스 소자를 통해 접지 단자로 흘러나가도록 한다.
이로써 LED 제어 회로(1400)에 직류 성분의 전압 및 전류가 전달되어 이를 바탕으로 LED가 제어될 수 있다.
본 발명의 전류 변환 회로(1600)는 상기 신호 입력부(1610)를 통해 수신되는 펄스폭 변조 신호는 중앙 제어 회로(1500)에 의해 듀티비가 조절되고, 스위칭 소자(1620)는 듀티비가 조절된 펄스폭 변조 신호에 따라 온/오프를 제어하며, 전류 제어부(1630)는 스위칭 소자(1620)의 온/오프에 따라 LED 제어 회로(1400)로 입력되는 전류를 제어할 수 있다. 이는 도 8을 통해 살펴본다.
도 8은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치에 입력되는 PWM 신호에 따른 전류 변환 회로(1600)의 동작을 개념적으로 나타낸 그래프이다.
본 발명은 중앙 제어 회로(1500)로부터 입력되는 PWM 신호의 듀티비에 따라 스위칭 소자(1620)의 동작을 제어할 수 있고, 이러한 제어 동작에 따라 전류 제어부(1630)에서 LED 제어 회로(1400)로 유입되는 전류 및 전압 레벨을 조절할 수 있다.
도 8에 도시된 것과 같이 듀티비가 0인 경우, 스위칭 소자(1620)는 오프(off)되므로 LED로부터 입력되는 전류는 상기 스위칭 소자(1620)로는 입력되지 않고 그대로 LED 제어 회로(1400)로 입력된다. 반대로 듀티비가 1인 경우, 스위칭 소자(1620)는 완전하게 온(on)되므로 LED로부터 흘러들어온 전류 중 일부가 상기 스위칭 소자(1620)를 통해 흘러가고 이는, 상기 전류가 스위칭 소자(1620) 및 전류 제어부(1630)의 저항을 따라 흐르면서 일정 전압 레벨이 발생되므로, LED 제어 회로(1400)는 일정 전압이 유지될 수 있다. 즉, PWM 신호의 듀티비에 따라 LED 제어 회로(1400)와 전류 변환 회로(1600)가 연결되는 노드의 전압이 결정되는 것이다. 듀티비의 상한(1)과 하한(0)에서의 동작은 위와 같고 듀티비를 위 상한, 하한 범위 내(0 초과 1 미만)로 제어하는 경우, 스위치가 완전히 온(on) 되는 상태와 완전히 오프(off)되는 상태의 사이로 제어할 수 있다. 그 결과, 상기 노드(일정 전압 레벨이 유지되어야 함)의 전압을 제어할 수 있고, 여기에 더하여 LED로 흘러들어가는 전류의 양을 제어할 수 있다.
결국 본 발명에 따르면, IC 회로에서는 구현할 수 없는 사항(LED 제어 회로(1400)의 특정 단자에 항상 일정한 전압 레벨이 유지되도록 함)을 특수한 회로 구성(전류 변환 회로(1600)) 및 PWM 제어 방식에 의해 구현할 수 있고, 그 결과 LED 조명용 전원 장치를 안정적으로 구동시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치의 구조를 나타낸 블록 다이어그램이다.
본 발명의 LED 조명용 전원 장치는 입력 교류 전원의 노이즈를 차단하는 필터(2100), 상기 필터(2100)와 연결되고 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기(2200), 상기 정류기(2200)로부터 수신된 전원의 역률을 제어하는 역률 보상 회로(2300), LED 조명용 전원 장치의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로(2500), 상기 역률 보상 회로(2300)를 거쳐 입력되는 전원을 조절하여 LED로 제공하는 LED 제어 회로(2400) 및 LED의 전압을 센싱하여 상기 중앙 제어 회로(2500)에 전송하는 전압 측정 회로(2600)를 포함한다.
본 발명의 필터(2100)는 외부로부터 입력되는 전원(상용화된 전원은 교류 전원이다)에 포함된 노이즈를 차단하기 위한 구성이다. 본 발명의 LED 조명용 전원 장치는 상용 교류 전원을 이용하여 LED의 온/오프를 비롯한 다양한 동작을 제어하는데, LED는 직류 전원에 의해 구동된다. 즉, 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 과정이 필요한데, 전원 변환에 앞서 교류 전원에 포함된 여러가지 성분의 노이즈를 제거하여 효율적으로 전원을 변환할 수 있도록 한다. 뿐만 아니라 계통으로부터 전달되는 다양한 노이즈가 LED 조명용 전원 장치에 유입되는 것을 사전에 차단하여 노이즈 신호가 전원 장치의 부품에 손상을 가하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 정류기(2200)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하기 위한 장치이다. 앞서 언급한 대로 LED 조명은 직류 전원에 의해 구동되나, 상용화된 전원은 교류 전원이므로, 이를 직류 전원으로 변환할 필요가 있다. 이를 위해 본 발명은 정류기(2200)를 포함하고 있다. 본 발명의 정류기(2200)는 하프 브릿지 정류기, 풀 브릿지 정류기를 비롯한 다양한 형대의 정류 소자를 통하여 구현될 수 있다.
본 발명의 역률 보상 회로(2300)는 회로 전체의 역률을 개선하여 입력 대비 출력의 효율을 높이기 위한 구성이다. 뿐만 아니라, 절연된 전압을 LED 제어 회로(2400) 쪽으로 전달하기 위한 구성이다.
본 발명의 역률 보상 회로(2300)는 플라이백 회로를 이용하여 구현할 수 있으며, 다만 여기에 제한되지 않고 동일한 기능을 발휘하는 소자를 이용하더라도 본 발명의 청구항에 기재된 역률 보상 회로(2300)에 포함된다고 보아야 한다.
본 발명의 중앙 제어 회로(2500)는 LED 조명용 전원 장치의 전체적인 동작을 제어하기 위한 구성이다. 사용자의 입력에 따라 LED의 구동 여부, 밝기, 외부와의 통신을 비롯한 다양한 기능을 실행하며, 특히 전원 장치 내의 각 구성의 동작 상태에 대한 정보를 수신하고 각각의 구성을 제어하여 전원 장치의 동작을 전체적으로 관리하는 기능을 수행한다. 상기 중앙 제어 회로(2500)는 마이컴과 같은 제어 장치를 통해 구현할 수 있다.
LED 제어 회로(2400)는 상기 중앙 제어 회로(2500)로부터 입력되는 신호에 따라 역률 보상 회로(2300)를 거쳐 LED로 제공되는 전원을 제어하기 위한 구성이다. 역률 보상 회로(2300)를 거쳐 입력되는 LED 전원의 크기는 LED를 구동 전원에 비하여 크거나, 작을 수 있는데(대개는 더 크다) 전원의 스케일을 조정하여, 일례로 DC-DC 변환에 의해 LED 구동에 적합한 정도로 전원을 변환하여 LED에 제공한다. 뿐만 아니라, 중앙 제어 회로(2500)에서 입력되는 신호에 따라 LED의 구동 여부, 밝기, 구동 시간 등을 제어한다.
전압 측정 회로(2600)는 LED의 전압을 센싱하여 이를 중앙 제어 회로(2500)에 전송한다. LED 조명용 전원 장치의 정격 전원은 LED에 흐르는 전류 및 전압에 의해 결정된다. LED가 정격 전원 이상의 전력을 소모하는 경우, LED에 과도한 부하가 걸려 고장을 유발하거나 수명을 단축시키는 원인이 된다. 따라서, LED가 정격 전원 이하의 전력을 소모하도록 LED의 전압 및 전류를 정확하게 계측하고 이를 제어할 필요가 있다. 본 발명의 전압 측정 회로(2600)는 LED의 전압을 정확하게 센싱하고 이를 중앙 제어 회로(2500)에 전송하여 측정된 전압에 적합한 전류가 LED에 흐르도록 제어한다. 그 결과 LED가 정격 전원 범위 내에서 구동할 수 있다.
이하에서는, 전압 측정 회로(2600)에 대하여 보다 상세하게 살펴본다.
도 10은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 전압 측정 회로(2600)를 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명용 전원 장치 내 전압 측정 회로(2600)는 LED의 양극 전압을 센싱하는 제 1 센싱부(2610), LED의 음극 전압을 센싱하는 제 2 센싱부(2620) 및 상기 제 1 센싱부(2610) 및 제 2 센싱부(2620)의 전압 센싱 결과를 비교하는 비교부(2630)를 포함한다.
본 발명은 LED 전압을 측정하는 데에 있어서, LED의 양극 전압과 음극 전압을 각각 측정한다. 종래에 LED 양단 전압을 측정하는 방식은 플로팅(floating) 전압을 측정하는 방식이다. 종래의 방식을 도 13을 통해 살펴보면, LED의 전압을 측정할 때, 양극 또는 음극 중 어느 한 쪽의 전압(floating 전압)을 측정한다. 도 13에는 양극의 전압을 측정하는 예와 음극의 전압을 측정하는 예가 각각 나타나 있다. 그러나 종래의 방식은 LED에 부가되어 연결된 다른 회로 구성에 의해 전압 측정치가 영향을 받는 문제가 있다. 도 13을 보면, high-side(도 13의 (a)) 또는 low-side(도 13의 (b))에 연결된 인덕터에 걸리는 전압까지 포함하여 LED 전압이 측정된다. LED는 직류 전원에 의해 구동되므로, 이상적으로는 인덕터 양단의 직류 전압이 0이나, 전류의 요동(fluctuation), 리플(ripple) 발생 등에 의한 교류 성분이 가미됨에 따라 인덕터 양단에도 전압이 걸리는 경우가 발생하는데, 종래의 방식에서는 이러한 전압도 LED의 전압으로 계측하게 되는 문제가 발생한다.
본 발명은 이러한 문제를 개선하기 위하여 LED의 양단, 즉 양극과 음극에 전압을 센싱하기 위한 구성(제 1 센싱부(2610), 제 2 센싱부(2620))을 각각 연결한다. 즉, floating 전압이 아니라 양 쪽의 전압을 모두 측정하고 이로부터 LED의 전압을 계측하는 것이다. 이로써 LED의 전압을 종래에 비하여 보다 정확하게 측정할 수 있고, LED를 정격 전원 범위 내에서 최대 효율을 내도록 제어함과 동시에, LED의 부하를 줄여 수명을 연장시킬 수 있다.
이하에서는 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명의 보다 구체적인 실시예에 대해 상세하게 살펴본다.
도 11은 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 전압 측정 회로(2600)의 제 1 센싱부(2610) 및 제 2 센싱부(2620)를 나타낸 회로도이다.
본 발명의 제 1 센싱부(2610) 또는 제 2 센싱부(2620)의 일 실시예에서는 양전압을 필터링하기 위한 정류부를 더 포함할 수 있다.
상기 정류부는 출력 전압을 센싱하여 비교부(2630)로 보내는 기능뿐만 아니라 LED 양단의 전압 각각에 대해 양전압(+전압) 만을 필터링하기 위한 구성이다. 정류부의 일 예로 다이오드 소자가 사용될 수 있다. 다이오드 소자를 이용하여 LED의 양단, 양극과 음극 각각에서의 전압 레벨을 센싱하여 양전압이 되는 경우에만 상기 다이오드 소자가 도통된다. 다이오드 소자가 온(on)되는 경우, 상기 전압 레벨이 비교부(2630)로 전달된다.
한편, 본 발명의 제 1 센싱부(2610) 또는 제 2 센싱부(2620)는 센싱된 전압의 크기를 조정하기 위한 전압 조정부를 더 포함할 수 있다. 이는 비교부(2630)에서 처리 가능한, 그리고 비교부(2630)에서 처리한 이후 중앙 제어 회로(2500)에서 처리 가능한 범위 내에서 전압이 전달될 수 있도록 하기 위한 구성이다.
만약 전압 조정부 없이 LED 양단의 전압을 센싱하여 바로 비교부(2630)로 전송하고 중앙 제어 회로(2500)를 구동한다면, LED 양단 전압이 매우 커지는 경우 이를 중앙 제어 회로(2500)에서 감당할 수 없게 된다. 중앙 제어 회로(2500)는 디지털 회로로서 구동 전원(Vcc)가 정해져 있고, 처리 가능한 전류/전압 범위에 한계가 있기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 제 1 센싱부(2610) 또는 제 2 센싱부(2620)에 전압 조정부를 더 포함하여 비교부(2630), 중앙 제어 회로(2500)에서 처리 가능한 범위로 전압 레벨을 조정한다.
전압 조정부를 구현하는 일 예로 복수의 저항을 직렬로 연결하고 그 중 특정 노드를 선택하여 비교부(2630)와 연결할 수 있다. 도 11에 도시된 예에서 제 1 센싱부(2610)는 3개의 저항에 의해, 제 2 센싱부(2620)는 2개의 저항에 의해 전압 조정부가 구현되어 있다. 제 1 센싱부(2610)와 제 2 센싱부(2620)가 항상 동일한 비율로 전압을 조정해야 하는 것은 아니다. 제 1 센싱부(2610)와 제 2 센싱부(2620)에서 전압이 조정된 비율에 관한 정보를 각각 중앙 제어 회로(2500)에 저장하고, 후에 중앙 제어 회로(2500)에서 이를 반영하여 LED 양단의 전압을 연산하는 경우, 제 1, 2 센싱부에서 전압이 조정되는 비율이 서로 다르더라도 LED 양단의 전압을 정확히 연산할 수 있다. 직렬로 연결되는 복수의 저항 각각의 크기, 전압 조정 비율은 LED의 성능, 비교부(2630) 및 중앙 제어 회로(2500)의 스펙에 따라 다르게 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 제 1 센싱부(2610) 또는 제 2 센싱부(2620)는 센싱된 전압을 평활화(smoothing)하기 위한 평활부를 더 포함할 수 있다. 이는 LED 양단에서 예기치 않게 발생하는 전압, 전류의 요동(fluctuation), 리플(ripple)에 대처하기 위한 구성이다. LED 양단의 전압, 전류는 직류 성분만 포함하고 있는 것이 이상적이나, LED 조명용 전원 장치의 구동 중 여러가지 이유로 인하여 교류 성분의 전압, 전류가 포함되기 마련이다. 이는, 제 1, 2 센싱부에서 센싱되는 전압 레벨의 정확도를 낮출 뿐 아니라, 짧은 시간 동안 전압 레벨을 크게 변동시켜 중앙 제어 회로(2500)의 구동이 불안정해진다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 평활부를 더 포함할 수 있고, 평활부의 일 예로 캐패시턴스 소자를 더 포함시켜, LED 전압 중 교류 성분이 비교부(2630) 및 중앙 제어 회로(2500)에 흘러들어가지 않도록 한다.
도 12는 본 발명의 LED 조명용 전원 장치 내 전압 측정 회로(2600)의 비교부(2630)를 나타낸 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비교부(2630)는 차동 증폭 회로에 의해 구현된다. 제 1 센싱부(2610) 및 제 2 센싱부(2620)에서 각각 센싱된 전압 레벨은 상기 차동 증폭 회로의 두 입력단에 각각 유입된다. 차동 증폭회로는 미리 설정된 증폭비에 의해 전압을 증폭한다(증폭비는 +, - 모두 가능하다). 증폭된 전압은 중앙 제어 회로(500)로 출력되며, 중앙 제어 회로(2500)는 비교부(2630)로부터 수신한 전압을 바탕으로 LED 양단의 전압을 연산한다.
한편, 중앙 제어 회로(2500)는 LED 양단의 전압을 직접 연산할 수도 있고, 비교부(2630)로부터 수신한 전압과 LED 양단 전압의 관계를 테이블화하여 미리 저장하고, 비교부(2630)로부터 수신한 전압에 매칭하여 LED 양단의 전압을 도출할 수도 있다.
중앙 제어 회로(2500)는 LED 양단 전압에 맞추어 LED에 흐르는 전류 레벨을 조정한다. 즉, LED 양단의 전압이 높은 경우, LED에 흐르는 전류 레벨을 낮추어 전체 전력 레벨(전압*전류)가 일정 범위 내에서 유지되도록 제어한다. 반대로 LED 양단의 전압이 낮은 경우, LED에 흐르는 전류 레벨을 높여 전력 레벨을 제어한다.
이와 같은 제어를 실시하는 이유는 LED 양단의 전류는 제어가 가능하나 전압은 제어할 수 없기 때문이다. LED 양단 전압은 LED의 특성 및 전류량 등에 따라 결정되는 팩터로 사용자가 능동적으로 정확하게 제어할 수 없다. 그러나 LED에 흐르는 전류는 LED 조명용 전원 장치 내의 별도 구성에 의해(본 명세서에서는 상세하게 기술하지 않음)에 제어할 수 있으므로, 전류 제어를 통해 LED의 전력을 제어한다.

Claims (23)

  1. 입력 교류 전원의 노이즈를 차단하는 필터;
    상기 필터와 연결되고 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기;
    상기 정류기로부터 수신된 전원의 역률을 제어하는 역률 보상 회로;
    LED 조명용 전원 장치의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로; 및
    상기 역률 보상 회로를 거쳐 입력되는 전원을 조절하여 LED로 제공하는 LED 제어 회로;
    를 포함하고,
    상기 역률 보상 회로는 입력단과 출력단 사이에 연결된 바이패스 소자;
    를 포함하는 LED 조명용 전원 장치
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 바이패스 소자는 정류 소자인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 역률 보상 회로는
    회로 내 포함된 스위칭 소자의 게이트에 비드가 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 역률 보상 회로는
    회로 내 포함된 스위칭 소자의 드레인에 비드가 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 역률 보상 회로는
    회로 내 포함된 스위칭 소자의 드레인과 소스 사이에 비드가 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  6. 청구항 3 또는 4에 있어서, 상기 비드는 인덕턴스 소자인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 비드는 캐패시턴스 소자인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  8. 입력 교류 전원의 노이즈를 차단하는 필터;
    상기 필터와 연결되고 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기;
    상기 정류기로부터 수신된 전원의 역률을 제어하는 역률 보상 회로;
    LED 조명용 전원 장치의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로;
    상기 역률 보상 회로를 거쳐 입력되는 전원을 조절하여 LED로 제공하는 LED 제어 회로; 및
    LED의 전류를 센싱하여 LED 제어 회로에 전송하는 전류 변환 회로;
    를 포함하되,
    상기 전류 변환 회로는
    상기 중앙 제어 회로로부터 펄스폭 변조 신호를 입력받는 신호 입력부;
    상기 신호 입력부로부터 수신한 펄스폭 변조 신호에 의해 동작하는 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자와 연결되며, LED로부터 수신한 전류를 상기 스위칭 소자의 동작에 따라 가공하여 LED 제어 회로로 전송하는 전류 제어부;
    를 포함하는 LED 조명용 전원 장치
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 신호 입력부를 통해 수신되는 펄스폭 변조 신호는 중앙 제어 회로에 의해 듀티비가 조절되고,
    상기 스위칭 소자는 듀티비가 조절된 펄스폭 변조 신호에 따라 온/오프를 제어하며,
    상기 전류 제어부는 스위칭 소자의 온/오프에 따라 LED 제어 회로로 입력되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 스위칭 소자는 FET 소자인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 신호 입력부는 상기 FET 소자의 게이트 단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 신호 입력부와 접지 단자 사이에 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 전류 제어부는 상기 FET 소자의 드레인 단자와 연결되는 노드에 복수의 저항이 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 FET 소자의 드레인 단자와 접지 단자 사이에 캐패시턴스 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  15. 청구항 9에 있어서, 상기 듀티비의 조절에 따라, 전류 제어부에서 출력되는 전압 레벨이 조절되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 듀티비가 0인 경우, 전류 제어부의 최소 전류가 LED 제어 회로로 유입되고, 상기 듀티비가 1인 경우, 전류 제어부의 최대 전류가 LED 제어 회로로 유입되는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  17. 입력 교류 전원의 노이즈를 차단하는 필터;
    상기 필터와 연결되고 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 정류기;
    상기 정류기로부터 수신된 전원의 역률을 제어하는 역률 보상 회로;
    LED 조명용 전원 장치의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로;
    상기 역률 보상 회로를 거쳐 입력되는 전원을 조절하여 LED로 제공하는 LED 제어 회로; 및
    LED의 전압을 센싱하여 상기 중앙 제어 회로에 전송하는 전압 측정 회로;
    를 포함하되,
    상기 전압 측정 회로는
    LED의 양극 전압을 센싱하는 제 1 센싱부;
    LED의 음극 전압을 센싱하는 제 2 센싱부; 및
    상기 제 1 센싱부 및 제 2 센싱부의 전압 센싱 결과를 비교하는 비교부;
    를 포함하는 LED 조명용 전원 장치
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 제 1 센싱부 또는 제 2 센싱부는
    양전압을 필터링하기 위한 정류부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  19. 청구항 17에 있어서, 상기 제 1 센싱부 또는 제 2 센싱부는,
    센싱된 전압의 크기를 조정하기 위한 전압 조정부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 전압 조정부는 복수의 저항을 직렬로 연결한 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  21. 청구항 17에 있어서, 상기 제 1 센싱부 또는 제 2 센싱부는,
    센싱된 전압을 평활화(smoothing)하기 위한 평활부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 평활부는 캐패시턴스 소자로 구현하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
  23. 청구항 17에 있어서, 상기 비교부는 차동 증폭 회로인 것을 특징으로 하는 LED 조명용 전원 장치
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