WO2015099340A1 - Apparatus and method for controlling energy recycling led having high power factor - Google Patents

Apparatus and method for controlling energy recycling led having high power factor Download PDF

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    • Y02B20/30Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting diode (LED) control apparatus and method, and more particularly, to an energy recycling high power factor LED control apparatus and method capable of controlling a high power factor LED by reusing energy supplied to the LED.
  • LED light emitting diode
  • an LED driver or an LED power supply is required to drive an LED (eg, an LED lamp).
  • Traditional AC-DC power supplies and DC-DC converters provide constant-voltage at the output.
  • LEDs operate most efficiently and reliably when driven at constant-current. Accordingly, in order to drive the LED, constant current control is performed by applying a switching mode power supply (SMPS) method, which is a high frequency switching technology.
  • SMPS switching mode power supply
  • the constant current driving method using the SMPS is evaluated as a very suitable driving method, but it has various disadvantages.
  • the constant current driving method using the SMPS is difficult to incorporate in a device due to its large size due to a complicated circuit structure, a passive element such as an inductor, an 'Al-Cap', and the like.
  • the conventional AC direct drive two-wire LED control method is a concise control method that has approached to innovatively improve the unit cost of LED drivers as much as about 25% to promote LED sales. Therefore, the price is quite attractive, but the efficiency is too low has the disadvantage of less energy saving effect.
  • a multi-tap control method has been proposed as another conventional AC direct drive method having improved efficiency and power factor (PF).
  • the multi-tap control method is a proposed method for improving the power factor (PF) and driving efficiency which are problematic in the AC direct drive two-wire control method as shown in FIG. 1, and maximizes the control tap for LED light emission.
  • PF power factor
  • driving efficiency can be maximized.
  • the heat dissipation design reliability of the group 1 LED which flows the most current due to the large number of multi-tap control circuit connection lines, which can be complicated, and the driving currents between the respective control groups are different.
  • the brightness of the LED may be different for each group, especially when applied to a straight-type LED lamp may have a lot of design difficulties and light quality may be degraded. Accordingly, it is desirable to minimize complicated circuit lines for a reasonable heat dissipation design in which a high heat LED light source (SMD component) is mounted. Therefore, most AC direct drive controllers (ICs) are manufactured and sold at the 3 ⁇ 6 stage S / W control level. It is difficult to maximize efficiency, which is its original purpose, and its structure is limited to small capacity (about 15W or less) because it is difficult to drive medium and large capacity due to its on-board mounting type.
  • the present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, the energy recycling high power factor LED control apparatus and method according to the present invention to eliminate the middle tap (Tap) of the LED load and control the LED load with two pins. Power factor and efficiency can be improved by recycling the lost energy of the LED termination and energy below the LED threshold voltage.
  • the energy recycling high power factor LED control apparatus and method according to the present invention can provide a high reliability, eco-friendly LED lamp having a concise drive structure to minimize EMI and flickering.
  • the power supply for rectifying and supplying AC input power; At least one light emitting diode (LED) lit by power supplied from the power supply unit; A charging capacitor connected in series with the LED; A charging current controller connected in series with the charging capacitor; And a main current controller connected in series with the LED and connected in parallel with the charging capacitor and the charging current controller, wherein the charging current controller includes a voltage exceeding an LED driving threshold voltage. And control at least part of the supplied power to charge the charging capacitor.
  • LED light emitting diode
  • the power supply unit includes a bridge diode for full-wave rectifying the AC input power.
  • the charging current control unit includes at least one switching element.
  • the switching element is any one or more selected from transistors, FETs, MOSFETs, OP-AMPs, and switches.
  • the main current control unit includes at least one switching element.
  • the switching element is any one or more selected from transistors, FETs, MOSFETs, OP-AMPs, and switches.
  • the device is connected in parallel with the LED, the secondary charge current controller for providing a secondary charging voltage to the charging capacitor when the voltage applied to the LED falls below the LED driving threshold voltage; It includes more.
  • the secondary charging current control unit includes at least one switching element.
  • the switching element is any one or more selected from transistors, FETs, MOSFETs, OP-AMPs, and switches.
  • the apparatus further comprises a second capacitor connected in parallel with the LED to prevent flickering of the LED.
  • the apparatus further comprises a first resistor connected in series between the power supply and the LED to distribute the AC input power input from the power supply.
  • the apparatus comprises: a second resistor connected in parallel with said first resistor to distribute AC input power input from a power supply; A third resistor connected in series with the second resistor; A first OP-AMP comparing a voltage applied to the lower end of the second resistor with a reference voltage to provide a control signal to the charging current controller; And a second OP-AMP comparing the voltage applied to the lower end of the second resistor with a reference voltage to provide a control signal to the main current controller.
  • the apparatus further comprises a third capacitor connected in parallel with the third resistor to remove the ripple of the voltage applied to the third resistor.
  • the apparatus further includes a discharge voltage control unit connected in parallel with the LED and the charging capacitor, wherein the discharge voltage control unit, the charging capacitor is secondary charge by the secondary charging current control unit
  • the discharge voltage control unit, the charging capacitor is secondary charge by the secondary charging current control unit
  • the predetermined voltage value V 3 is a difference between the LED driving threshold voltage and the voltage charged secondary to the charging capacitor.
  • Energy recycling high power factor LED control method for driving at least one LED by an AC input power, Rectifying an input power and providing the LED to the LED; Determining whether a voltage applied to the LED exceeds a LED driving threshold voltage in a first cycle period of the rectified AC input power; And when the voltage applied to the LED exceeds the LED driving threshold voltage, operates the first operation mode in which at least a part of the power supplied to the LED is first charged to a charging capacitor connected in series with the LED. It comprises; a.
  • the method of rectifying the AC input power includes full-wave rectifying the AC input power by a bridge diode.
  • the primary of the charging capacitor And operating in a second mode of operation for terminating charging.
  • the second capacitor for charging the charging capacitor secondary to at least a portion of the power supplied to the LED And operating in three operation modes.
  • the charging capacitor And combining the charged power with the rectified AC input power and operating in a fourth operation mode of turning on the LED.
  • the preset voltage value V 3 is a difference between the LED driving threshold voltage and the voltage charged secondary to the charging capacitor.
  • the two-wire control of the LED load is possible in the AC direct drive method, so that the separate design is very easy and the range of driver application can be applied without limitation to medium and large capacity.
  • the present invention by reusing the clamping voltage of the LED terminal, it is possible to solve the power factor drop problem (can be arbitrarily set to 0.9 or more), improve the efficiency (about 85%), and stabilize the input power deviation.
  • control method of the present invention it is possible to zero the current and luminous flux deviation problems between the LEDs, and the LEDs may be optimized to bring about cost improvement.
  • design reliability of the LED lamp can also be stabilized.
  • 1 is a conventional AC direct drive 2-wire LED control circuit diagram.
  • FIG. 2 is a graph comparing loss waveforms in a conventional AC direct drive two-wire LED control circuit.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of an energy recycling high power factor LED according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is an operation timing diagram of an energy recycling high power factor LED control circuit according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 8 are diagrams showing current flow in respective operation modes of the energy recycling high power factor LED control circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an energy recycling high power factor LED according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an energy recycling high power factor LED control procedure according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
  • the present invention proposes an I F current, an input power, and a power factor control circuit of a light emitting LED for lighting in an AC direct driving method which is one of LED lighting driving methods.
  • the energy recycling high power factor LED control apparatus and method according to the present invention controls the input power factor (PF) and power by recycling the loss energy of the termination higher than the LED driving threshold voltage (V F ) and the unutilized energy lower than the LED V F. can do.
  • the energy recycling high power factor LED control apparatus and method according to the present invention by inserting any (mandatory) charging energy anywhere in the series line between the AC line LED, and inserting the AC input divider voltage on top of the current feedback resistor input voltage The input power for fluctuations can be actively controlled.
  • an apparatus may include a power supply including an input power source 101 and a bridge diode 102, an LED 106 lit by power supplied from the power supply unit, and the LEDs.
  • Main current control unit 116 for controlling the constant current current flowing through the 106, the charging current control unit for charging the second capacitor (C2) 113 by controlling the charging current by the primary charging and secondary charging described later ( 114), a secondary charging current controller 110 for controlling secondary charging of the second capacitor 113, and a main current detector for sensing each main current input to the circuit and controlling each MOSFET to change each operation mode. 130 may be configured to include.
  • a commercial AC 220V power source may be supplied to the input power source (Vin) 101, and the application of the present invention is not limited to the voltage level.
  • the input power source 101 is full-wave rectified through the bridge diode 102, and then at least one LED 106 (or HV) via the first resistor (R1) 103 and the first diode (D1) 104. LED).
  • the LED 106 may be turned on when the voltage V IN of the supplied electric power is greater than or equal to a predetermined LED driving threshold voltage LED V F.
  • the magnitude of the voltage of the rectified power from the input power source 101 is changed according to the phase as shown by BD + in FIG. Therefore, in the present invention, the energy is charged to the second capacitor 113 in a section in which the voltage of the power supplied to the LED 106 exceeds the LED driving threshold voltage (LED V F ), and this is the LED driving voltage (LED). By discharging in the section below V F ), the power factor may be increased while reusing energy.
  • FIG. 4 is an operation timing diagram of the energy recycling high power factor LED control circuit according to an embodiment of the present invention
  • Figures 5 to 8 are each operation mode of the energy recycling high power factor LED control circuit according to an embodiment of the present invention Is a diagram showing the voltage and current flow in.
  • the input power source 101 is full-wave rectified through the bridge diode 102, and the full-wave rectified input voltage V IN gradually rises. Until the input voltage reaches the LED driving threshold voltage V F , no current flows in the LED 106, so that the LED is not turned on. Accordingly, the first MOSFET 115, the second MOSFET 117, the third MOSFET 108, and the fourth MOSFET 111 may be in an off state in which no current flows.
  • the main current detector 130 may detect the main currents R1 and MCS- to turn off the third MOSFET Q3 108 so that the LED lighting and charging procedure in the first operation mode may proceed normally. . Accordingly, as shown in FIG. 4, Irtdc becomes zero. In addition, the main current detector 130 detects whether the input voltage V IN rises to reach the LED driving threshold voltage V F , and triggers the first MOSFET 115 and the second MOSFET 117. By triggering and turning on, the first operation mode may be controlled.
  • the charging current (Irtc) flowing through the second capacitor (C2) 113 gradually decreases due to the characteristics of the capacitor.
  • the main current Im flowing to the first diode D1 104, the LED 106, and the second MOSFET Q2 117 increases gradually with the decrease of the charging current.
  • the charging current Irtc does not flow and only the main current Im flows.
  • the circuit is switched from the first operation mode (primary charging progress and lighting) to the second operation mode (primary charging completion and lighting).
  • the switching of the operation mode may occur when the phase of the input voltage is 90 °, but the present invention is not limited thereto.
  • the main current Im flows through the first diode D1 104, the LED 106, and the second MOSFET Q2 117. 106) lights up.
  • the charging current Irtc does not flow.
  • the first MOSFET (Q1) 115 and the second MOSFET (Q2) 117 are maintained in an on state, and the third MOSFET (Q3) 108 and the fourth MOSFET (Q4) 111 are Can remain off.
  • the voltage gradually decreases, and when the voltage reaches the LED driving threshold voltage LED V F again, the main current Im ) Gradually decreases and switches to the third mode of operation.
  • secondary charging may be performed to the second capacitor C2 113 according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary charge current Iftc may be provided to the second capacitor C2 113 by turning on the fourth MOSFET Q4 111.
  • the second capacitor C2 113 may be secondly charged by receiving the secondary charging current Iftc flowing through the fourth MOSFET Q4 111. Accordingly, the second capacitor (C2) (113) may be charged voltage rises from the first precharge voltage (V 1C2) with the second charging voltage (V 2C2).
  • a method of triggering the fourth MOSFET (Q4) 111 to be turned on may be variously implemented according to an embodiment of the present invention. For example, when the main current sensor 130 senses an input voltage and the input voltage V IN is polled to fall below the LED driving threshold voltage LED V F , the fourth MOSFET Q4 111 is turned off. Can be triggered on.
  • a timer may be operated without detecting the main current detector 130 to trigger the fourth MOSFET Q4 111 in an on state when a predetermined time elapses. have.
  • the fourth MOSFET (Q4) 111 when the fourth MOSFET (Q4) 111 is turned on and the secondary charging current Iftc flows through the fourth MOSFET (Q4) 111, the secondary charging is performed.
  • the current Iftc is supplied to the second capacitor C2 113 to perform secondary charging.
  • the secondary charging may proceed until the charging voltage V 2C2 of the second capacitor C2 113 that is increasing and the input voltage V IN falling to the same voltage V 1 become the same.
  • the first MOSFET (Q1) 115 in the delay operation may be turned off when the charging voltage is equal to the input voltage.
  • the fourth MOSFET (Q4) 111 may be turned off after a predetermined time after the fourth MOSFET (Q4) 111 is turned on.
  • the third operation mode may end.
  • the main current detector 130 detects this (eg, after a preset delay operation time) and cuts off the first MOSFET Q1 115.
  • the AC voltage detector 109 then triggers the third MOSFET Q3 108 to be in an on state while the first MOSFET Q1 115 is off.
  • the time point for triggering the third MOSFET (Q3) 108 in an on state may be a time point at which the input voltage V IN becomes 0V, or may be a time point immediately before 0V (eg, 50V point).
  • the third MOSFET (Q3) 108 and Irtdc are referred to as a discharge voltage controller.
  • the second cycle starts again, and when the input voltage rises, the input voltage V IN becomes an LED driving threshold according to an embodiment of the present invention.
  • the LED driving threshold voltage ( V F ) may be the time V 3 .
  • Input voltage at discharge point (V 3 ) LED driving threshold voltage (V F ) -secondary charge voltage (V 2C2 )
  • Such an operation state is referred to as a fourth operation mode in the present invention.
  • the AC rising voltage passing through the third MOSFET (Q3) 108 and the charging voltage of the second capacitor C2 113 are summed together to determine the sum of the combined voltages.
  • the current is supplied to the LED 106 via the second diode D2 105, so that the LED 106 can be turned on even before the input voltage V IN reaches the LED driving threshold voltage V F. .
  • the input current does not flow through the first resistor (R1) 103 and the first diode (D1).
  • the input voltage is distributed to the second resistor R2 118 and the third resistor R3 121 to control power of the input voltage. Can be.
  • the third capacitor (C3) 122 connected in parallel with the third resistor (R3) 121 performs a function of removing the ripple of the voltage applied to the third resistor (R3) 121. can do.
  • the input voltages divided by the second resistor R2 118 and the third resistor R3 121 are respectively a first OP-AMP (U1A) 119 and a second OP-AMP (U1B) 120.
  • U1A first OP-AMP
  • U1B second OP-AMP
  • the main current detector 130 senses an input voltage and inputs the respective OP-AMPs 119 and 120 to the first MOSFET Q1 120 and the second MOSFET Q2 117 according to the input voltage.
  • the fifth resistor R5 123 and the fourth resistor R4 (at the lower ends of the first MOSFET Q1 120 and the second MOSFET Q2 117, respectively) 124 may be further provided.
  • the fifth resistor R5 123 and the fourth resistor R4 124 may provide a function as a shunt registor.
  • the first capacitor (C1) 107 connected in parallel with the LED 106 in accordance with an embodiment of the present invention flickering (flickering) generated due to the LED 106 is turned on and off in accordance with the cycle of the input voltage It can provide a function to minimize the phenomenon.
  • the energy recycling high power factor LED control circuit has been described as an example of the apparatus according to the embodiment of the present invention with reference to FIGS. 3 to 5.
  • the circuit of FIG. 3 is an example to help understanding of the present invention, and may be variously modified as shown in FIG. 9 by applying the concept of the present invention.
  • each of the MOSFETs in FIG. 3 may be replaced with various other types of devices (eg, switching elements).
  • switching elements e.g, switching elements
  • it may be replaced by any device capable of providing the same or similar function (eg, switching function or constant current control function) such as a transistor, a FET, an OP-AMP, a switch, and the like.
  • FIG. 9 is a circuit diagram illustrating an energy recycling high power factor LED according to another embodiment of the present invention.
  • the circuit of FIG. 3 may be variously modified as shown in accordance with an embodiment of the present invention. Since the operation in the modified embodiment illustrated in FIG. 9 operates similarly to the operations according to each operation mode of FIG. 3, a detailed description thereof will be omitted.
  • the current flow in each operation mode will be briefly described.
  • the current due to the full-wave rectified input voltage 201 through the bridge diode 202 is applied to the first diode 204, the second capacitor 205, the second diode 206, and the LED 208.
  • the second MOSFET 211 As described above with reference to FIG. 3, when the input voltage 201 rises to reach a driveable threshold voltage of the LED 208, the LED 208 is turned on. In this case, charging of the second capacitor 205 may also proceed simultaneously. In this case, the fourth MOSFET 210 may maintain an off state.
  • the controller 220 turns on the first switch (SW1) 203 so that an input current is directly transmitted to the second diode 206 through the first switch 203. Accordingly, current caused by the input voltage 201 propagated through the bridge diode 202 flows through the first switch 203, the second diode 206, the LED 208, and the second MOSFET 211. . Accordingly, the primary charging of the second capacitor 205 is stopped.
  • the first switch 203 is turned off again, and the fourth MOSFET 210 is turned on, thereby allowing secondary charging of the second capacitor 205 to proceed. Therefore, the current by the input voltage 201 propagated through the bridge diode 202 is transferred through the first diode 204, the second capacitor 205, the fourth MOSFET 210, and the second MOSFET 211. Will flow. Accordingly, the second capacitor 205 may be secondary charged.
  • the controller 220 may turn on the first switch 203, the second switch 207, and the second MOSFEET 211 and turn off the fourth MOSFET 210.
  • the current due to the full-wave rectified input voltage 201 through the bridge diode 202 is the first switch 203, the second capacitor 205, the second switch 207, the LED 209 and the second MOSFET Flow through 211. Accordingly, the current charged in the second capacitor 205 is discharged, and the input current and the discharge current are combined and supplied to the LED 208 so that the LED 208 may be turned on.
  • the fourth MOSFET 210 may be omitted or replaced by a switch.
  • V IN starts to be input (S701) and gradually increases in one cycle
  • V F LED driving threshold voltage
  • the LED may be turned on by V IN input as the first operation mode (S703).
  • primary charging may be performed in a charging capacitor connected in series with the LED.
  • the secondary charging When the secondary charging is started and a predetermined time elapses or when the charging voltage V 2C2 reaches the input voltage V 1 currently being input (S709), the secondary charging may be stopped (S710). .
  • the LED can be turned on using the charged power before reaching V F.
  • the LED may be turned on (S712) in combination with the charging power of the capacitor even before reaching V F.

Abstract

The present invention relates to an apparatus for controlling an energy recycling LED having a high power factor, the apparatus comprising: a power supply unit; an LED lamp lit by power supplied by the power supply unit; a charging capacitor connected to the LED; a charging current control unit connected to the charging capacitor; and a main current control unit connected in series to the LED and connected in parallel to the charging capacitor and the charging current control unit, wherein the charging current control unit controls at least a part of the supplied power to be charged in the charging capacitor. According to the present invention, the present invention has an advantage of recycling energy lost of the end of an LED.

Description

에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치 및 방법Energy recycling high power factor LED control device and method
본 발명은 LED(Light emitting diode) 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 LED로 공급되는 에너지를 재사용하여 고역률의 LED 제어를 할 수 있는 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode (LED) control apparatus and method, and more particularly, to an energy recycling high power factor LED control apparatus and method capable of controlling a high power factor LED by reusing energy supplied to the LED.
일반적으로 LED(예컨대, LED 램프 등)를 구동하기 위해서는 LED 드라이버(Driver) 또는 LED 파워 서플라이(Power Supply)가 필요하다. 전통적인 AC-DC 파워 서플라이와 DC-DC 컨버터는 출력에 정전압(Constant-voltage)을 공급하는 형태이다. 그러나, LED는 정전류(Constant-current)로 구동할 때 가장 효율적이고 안정되게 동작한다. 따라서, LED를 구동하기 위해서는 고주파 스위칭 기술인 SMPS(Switching Mode Power Supply) 방식을 적용해 정전류(Constant Current) 제어를 한다.In general, an LED driver or an LED power supply is required to drive an LED (eg, an LED lamp). Traditional AC-DC power supplies and DC-DC converters provide constant-voltage at the output. However, LEDs operate most efficiently and reliably when driven at constant-current. Accordingly, in order to drive the LED, constant current control is performed by applying a switching mode power supply (SMPS) method, which is a high frequency switching technology.
이와 같이 LED는 전류구동 방식이므로 SMPS를 이용한 정전류 구동 방식은 매우 적절한 구동 방식으로 평가받고 있으나 여러 가지 단점을 가지고 있다. 예컨대, 상기 SMPS를 이용한 정전류 구동 방식은 복잡한 회로구조와 인덕터(Inductor), 'Al-Cap' 등과 같은 수동 소자에 의해 크기가 커져 장치에 내장하는 데에 어려움이 있다.As the LED is a current driving method, the constant current driving method using the SMPS is evaluated as a very suitable driving method, but it has various disadvantages. For example, the constant current driving method using the SMPS is difficult to incorporate in a device due to its large size due to a complicated circuit structure, a passive element such as an inductor, an 'Al-Cap', and the like.
또한, 상기 SMPS를 이용한 구동 방식은 고주파 스위칭으로 인해 유해성 논란이 있는 전자파가 발생하고, 고가의 LED 램프 가격 구조상 LED 드라이버의 가격 구조 개선이 지속적으로 요구되고 있다.In addition, in the driving method using the SMPS, harmful electromagnetic waves are generated due to high frequency switching, and the price structure of the LED driver is continuously required due to the expensive LED lamp price structure.
도 1은 종래의 AC 직결 구동 2선식 LED 제어 회로도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 AC 직결 구동 2선식 LED 제어 방식은, LED의 판매 촉진을 위해 약 25%에 달하는 LED 드라이버의 단가를 혁신적으로 개선하고자 접근한 간결한 제어 방식이다. 따라서, 가격적으로는 상당한 매력이 있으나 효율이 너무 낮아 에너지 절감 효과가 적다는 단점이 있다.1 is a conventional AC direct drive 2-wire LED control circuit diagram. Referring to FIG. 1, the conventional AC direct drive two-wire LED control method is a concise control method that has approached to innovatively improve the unit cost of LED drivers as much as about 25% to promote LED sales. Therefore, the price is quite attractive, but the efficiency is too low has the disadvantage of less energy saving effect.
또한, 입력 전압 변동에 대한 LED 램프의 밝기(광속) 저하 문제와 높은 입력전압 범위에서는 급격히 효율이 저하되는 문제가 있으며, 역률(PF)과 THDi를 만족하지 못하고 신뢰성적으로도 매우 취약한 문제가 있다.In addition, there is a problem of lowering the brightness (luminous flux) of the LED lamp against the input voltage fluctuation and a problem of rapidly decreasing efficiency at a high input voltage range, and failing to satisfy the power factor (PF) and THDi and having a very weak reliability. .
한편, 효율과 역률(PF)이 개선된 종래의 다른 AC 직결 구동 방식으로서 멀티-탭 제어 방식이 제안되었다. 상기 멀티-탭 제어 방식은, 도 1과 같은 AC 직결 구동 2선식 제어 방식에서 문제가 된 역률(PF)과 구동효율을 개선하기 위해 제안된 방식으로, LED 발광을 위한 제어 탭을 최대화시킴으로써 역률(PF)과 구동효율을 극대화시킬 수 있다. 그러나, 멀티 탭 제어방식의 회로 연결선이 많아 복잡해 질 수 있고 각각의 제어 그룹 간 구동전류가 달라 가장 전류가 많이 흐르는 1 그룹 LED의 방열 설계 신뢰성에 문제가 있다.On the other hand, a multi-tap control method has been proposed as another conventional AC direct drive method having improved efficiency and power factor (PF). The multi-tap control method is a proposed method for improving the power factor (PF) and driving efficiency which are problematic in the AC direct drive two-wire control method as shown in FIG. 1, and maximizes the control tap for LED light emission. PF) and driving efficiency can be maximized. However, there is a problem in the heat dissipation design reliability of the group 1 LED which flows the most current due to the large number of multi-tap control circuit connection lines, which can be complicated, and the driving currents between the respective control groups are different.
또한 이러한 그룹 간 구동전류 차이에 의해, 각 그룹마다 LED의 밝기가 다를 수 있어 특히 직관형 LED 램프에 적용 시 설계상의 어려움이 많이 있고 광 품질이 떨어질 수 있다. 이에 따라, 고열의 LED 광원(SMD 부품)을 실장 하는 구조상 합리적인 방열설계를 위해서는 복잡한 회로 선을 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서 대부분의 AC 직결 구동 제어기(IC)는 3단 ~ 6단 S/W 제어방식 수준에서 제조, 판매되고 있다. 이는 원래의 목적인 효율 극대화가 어렵고, 구조상으로도 온-보드 실장 형으로 중, 대용량 구동(Driving)이 어려워 소 용량(약 15W 이하)으로 적용을 제한하고 있는 실정이다.In addition, due to the difference in driving current between the groups, the brightness of the LED may be different for each group, especially when applied to a straight-type LED lamp may have a lot of design difficulties and light quality may be degraded. Accordingly, it is desirable to minimize complicated circuit lines for a reasonable heat dissipation design in which a high heat LED light source (SMD component) is mounted. Therefore, most AC direct drive controllers (ICs) are manufactured and sold at the 3 ~ 6 stage S / W control level. It is difficult to maximize efficiency, which is its original purpose, and its structure is limited to small capacity (about 15W or less) because it is difficult to drive medium and large capacity due to its on-board mounting type.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 LED에 클램핑(Clamping)된 모든 에너지(예컨대, LED VF 전압보다 높은 전압)는 구동 손실로 작용하기 때문에 입력 전압 변동(사용 권장 전압)을 ±5%로 하고 있는데 안정적으로는 ±10%을 만족해야 한다. 즉, 입력전압 변동에 대한 입력전력과 광속출력 편차에 대한 문제점이 아직 존재하고 있다. 그리고, 제어 탭이 많으면 EMI(Electromagnetic interference) 수치가 상승되어 별도의 EMI-필터를 요구하게 되므로 합리적인 설계가 어렵고 AC 직결 구동 구조상 조명기기의 광학적 깜박임(Flickering)은 현재 지적되고 있는 가장 큰 문제로 설계구조상 개선이 어려운 문제점이 있다.Also, as shown in FIG. 2, all energy clamped to the LED (e.g., a voltage higher than the LED V F voltage) acts as a driving loss, so that the input voltage variation (used recommended voltage) is set to ± 5% It should be stable to satisfy ± 10%. That is, there is still a problem in the variation of the input power and luminous flux output against the input voltage variation. In addition, a large number of control taps increases the electromagnetic interference (EMI) value, requiring a separate EMI filter. Therefore, it is difficult to rational design, and optical flickering of the lighting equipment is the biggest problem currently pointed out because of the AC direct drive structure. Structural improvement is difficult.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로, 본 발명에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치 및 방법은 LED 부하의 중간 탭(Tap)을 없애고 2 핀으로 LED 부하를 제어할 수 있도록 하며, LED 종단의 손실 에너지와 LED 임계전압 이하의 에너지를 재활용함으로써 역률(PF)과 효율을 개선할 수 있다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, the energy recycling high power factor LED control apparatus and method according to the present invention to eliminate the middle tap (Tap) of the LED load and control the LED load with two pins. Power factor and efficiency can be improved by recycling the lost energy of the LED termination and energy below the LED threshold voltage.
또한, 본 발명에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치 및 방법은, EMI와 플릭커링(Flickering)을 최소화한 간결한 구동 구조를 가진 고 신뢰성, 친환경 LED 램프를 제공할 수 있다.In addition, the energy recycling high power factor LED control apparatus and method according to the present invention can provide a high reliability, eco-friendly LED lamp having a concise drive structure to minimize EMI and flickering.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치는, 교류 입력 전원을 정류하여 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부로부터 공급된 전원에 의해 점등하는 적어도 하나의 LED(Light emitting diode); 상기 LED와 직렬 연결되는 충전용 콘덴서; 상기 충전용 콘덴서와 직렬 연결되는 충전 전류 제어부; 및 상기 LED와 직렬 연결되며, 상기 충전용 콘덴서 및 상기 충전 전류 제어부와 병렬 연결되는 메인 전류 제어부;를 포함하며, 상기 충전 전류 제어부는, 상기 LED에 인가된 전압이 LED 구동 임계 전압을 초과할 경우, 상기 공급된 전원의 적어도 일부를 상기 충전용 콘덴서에 충전시키도록 제어한다.Energy recycling high power factor LED control device according to the present invention for achieving the above object, the power supply for rectifying and supplying AC input power; At least one light emitting diode (LED) lit by power supplied from the power supply unit; A charging capacitor connected in series with the LED; A charging current controller connected in series with the charging capacitor; And a main current controller connected in series with the LED and connected in parallel with the charging capacitor and the charging current controller, wherein the charging current controller includes a voltage exceeding an LED driving threshold voltage. And control at least part of the supplied power to charge the charging capacitor.
바람직하게는, 상기 전원 공급부는, 상기 교류 입력 전원을 전파 정류하는 브리지 다이오드를 포함한다.Preferably, the power supply unit includes a bridge diode for full-wave rectifying the AC input power.
바람직하게는, 상기 충전 전류 제어부는, 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함한다.Preferably, the charging current control unit includes at least one switching element.
바람직하게는, 상기 스위칭 소자는, 트랜지스터, FET, MOSFET, OP-AMP 및 스위치(switch) 중에서 선택된 어느 하나 이상이다.Preferably, the switching element is any one or more selected from transistors, FETs, MOSFETs, OP-AMPs, and switches.
바람직하게는, 상기 메인 전류 제어부는, 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함한다.Preferably, the main current control unit includes at least one switching element.
바람직하게는, 상기 스위칭 소자는, 트랜지스터, FET, MOSFET, OP-AMP 및 스위치(switch) 중에서 선택된 어느 하나 이상이다.Preferably, the switching element is any one or more selected from transistors, FETs, MOSFETs, OP-AMPs, and switches.
바람직하게는, 상기 장치는, 상기 LED와 병렬 연결되며, 상기 LED에 인가된 전압이 하강하여 LED 구동 임계 전압 미만일 경우, 상기 충전용 콘덴서에 2차 충전 전압을 제공하는 2차 충전 전류 제어부;를 더 포함한다.Preferably, the device is connected in parallel with the LED, the secondary charge current controller for providing a secondary charging voltage to the charging capacitor when the voltage applied to the LED falls below the LED driving threshold voltage; It includes more.
바람직하게는, 상기 2차 충전 전류 제어부는, 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함한다.Preferably, the secondary charging current control unit includes at least one switching element.
바람직하게는, 상기 스위칭 소자는, 트랜지스터, FET, MOSFET, OP-AMP 및 스위치(switch) 중에서 선택된 어느 하나 이상이다.Preferably, the switching element is any one or more selected from transistors, FETs, MOSFETs, OP-AMPs, and switches.
바람직하게는, 상기 장치는, 상기 LED와 병렬 연결되어 상기 LED의 플릭커링을 방지하는 제2 콘덴서;를 더 포함한다.Preferably, the apparatus further comprises a second capacitor connected in parallel with the LED to prevent flickering of the LED.
바람직하게는, 상기 장치는, 상기 전원 공급부와 상기 LED 사이에 직렬 연결되어 전원 공급부로부터 입력된 교류 입력 전원을 분배하는 제1 저항;을 더 포함한다.Preferably, the apparatus further comprises a first resistor connected in series between the power supply and the LED to distribute the AC input power input from the power supply.
바람직하게는, 상기 장치는, 상기 제1 저항과 병렬 연결되어 전원 공급부로부터 입력된 교류 입력 전원을 분배하는 제2 저항; 상기 제2 저항과 직렬 연결되는 제3 저항; 상기 제2 저항의 하단에 인가된 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 충전 전류 제어부로 제어 신호를 제공하는 제1 OP-AMP; 및 상기 제2 저항의 하단에 인가된 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 메인 전류 제어부로 제어 신호를 제공하는 제2 OP-AMP;를 더 포함한다.Advantageously, the apparatus comprises: a second resistor connected in parallel with said first resistor to distribute AC input power input from a power supply; A third resistor connected in series with the second resistor; A first OP-AMP comparing a voltage applied to the lower end of the second resistor with a reference voltage to provide a control signal to the charging current controller; And a second OP-AMP comparing the voltage applied to the lower end of the second resistor with a reference voltage to provide a control signal to the main current controller.
바람직하게는, 상기 장치는, 상기 제3 저항과 병렬 연결되어 상기 제3 저항에 인가되는 전압의 리플을 제거하는 제3 콘덴서;를 더 포함한다.Preferably, the apparatus further comprises a third capacitor connected in parallel with the third resistor to remove the ripple of the voltage applied to the third resistor.
바람직하게는, 상기 장치는, 상기 LED 및 상기 충전용 콘덴서와 병렬 연결되는 방전 전압 제어부;를 더 포함하며, 상기 방전 전압 제어부는, 상기 2차 충전 전류 제어부에 의해 충전용 콘덴서가 2차 충전되고, 상기 LED에 인가된 전압이 재상승하여 미리 설정된 전압값(V3)을 초과하면, 상기 충전용 콘덴서에 충전된 전력과 상기 전원 공급부로부터 공급된 전원이 합쳐져서 상기 LED를 점등시키도록 제어한다.Preferably, the apparatus further includes a discharge voltage control unit connected in parallel with the LED and the charging capacitor, wherein the discharge voltage control unit, the charging capacitor is secondary charge by the secondary charging current control unit When the voltage applied to the LED rises again and exceeds the preset voltage value V 3 , the power charged in the charging capacitor and the power supplied from the power supply unit are combined to control the LED to be turned on.
바람직하게는, 상기 미리 설정된 전압값(V3)은, 상기 LED 구동 임계 전압과 상기 충전용 콘덴서에 2차 충전된 전압 간의 차인 것을 특징으로 한다Preferably, the predetermined voltage value V 3 is a difference between the LED driving threshold voltage and the voltage charged secondary to the charging capacitor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 방법은, 교류 입력 전원에 의해 적어도 하나의 LED를 구동하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 방법에 있어서, 상기 교류 입력 전원을 정류시켜 상기 LED로 제공하는 단계; 상기 정류된 교류 입력 전원의 제1 사이클 구간에서 상기 LED에 인가된 전압이 LED 구동 임계 전압을 초과하는지 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과, 상기 LED에 인가된 전압이 LED 구동 임계 전압을 초과할 경우, 상기 LED에 공급된 전원의 적어도 일부를 상기 LED와 직렬 연결된 충전용 콘덴서에 1차 충전시키는 제1 동작 모드로 동작하는 단계;를 포함한다.Energy recycling high power factor LED control method according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, in the energy recycling high power factor LED control method for driving at least one LED by an AC input power, Rectifying an input power and providing the LED to the LED; Determining whether a voltage applied to the LED exceeds a LED driving threshold voltage in a first cycle period of the rectified AC input power; And when the voltage applied to the LED exceeds the LED driving threshold voltage, operates the first operation mode in which at least a part of the power supplied to the LED is first charged to a charging capacitor connected in series with the LED. It comprises; a.
바람직하게는, 상기 교류 입력 전원을 정류시키는 방법은, 브리지 다이오드에 의해 상기 교류 입력 전원을 전파 정류하는 것을 포함한다.Preferably, the method of rectifying the AC input power includes full-wave rectifying the AC input power by a bridge diode.
바람직하게는, 상기 제1 동작 모드 이후에, 상기 정류된 교류 입력 전원의 제1 사이클 구간에서 상기 LED에 인가된 전압의 위상이 90°를 경과하여 전압이 하락할 경우, 상기 충전용 콘덴서의 1차 충전을 종료하는 제2 동작 모드로 동작하는 단계;를 더 포함한다.Preferably, after the first mode of operation, when the voltage of the voltage applied to the LED in the first cycle period of the rectified AC input power passes 90 ° and the voltage drops, the primary of the charging capacitor And operating in a second mode of operation for terminating charging.
바람직하게는, 상기 제2 동작 모드 이후에, 상기 LED에 인가된 전압이 하락하여 LED 구동 임계 전압 미만이 될 경우, 상기 LED에 공급된 전원의 적어도 일부를 상기 충전용 콘덴서에 2차 충전시키는 제3 동작 모드로 동작하는 단계;를 더 포함한다.Preferably, after the second mode of operation, when the voltage applied to the LED falls below the LED driving threshold voltage, the second capacitor for charging the charging capacitor secondary to at least a portion of the power supplied to the LED And operating in three operation modes.
바람직하게는, 상기 제3 동작 모드 이후에, 상기 정류된 교류 입력 전원의 제2 사이클 구간에서 상기 LED에 인가된 전압이 재상승하여 미리 설정된 전압값(V3)을 초과하면, 상기 충전용 콘덴서에 충전된 전력과 상기 정류된 교류 입력 전원이 합쳐져서 상기 LED를 점등시키는 제4 동작 모드로 동작하는 단계;를 더 포함한다.Preferably, after the third operation mode, when the voltage applied to the LED rises again in the second cycle section of the rectified AC input power and exceeds the preset voltage value V 3 , the charging capacitor And combining the charged power with the rectified AC input power and operating in a fourth operation mode of turning on the LED.
바람직하게는, 상기 미리 설정된 전압값(V3)은, 상기 LED 구동 임계 전압과 상기 충전용 콘덴서에 2차 충전된 전압 간의 차인 것을 특징으로 한다.Preferably, the preset voltage value V 3 is a difference between the LED driving threshold voltage and the voltage charged secondary to the charging capacitor.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, AC 직결 구동 방식에서 LED 부하의 2선 제어가 가능함에 따라 분리형 설계가 매우 용이해지고 드라이버 적용의 범위를 제한 없이 중ㆍ대용량까지 적용할 수 있다는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, the two-wire control of the LED load is possible in the AC direct drive method, so that the separate design is very easy and the range of driver application can be applied without limitation to medium and large capacity.
또한, 본 발명에 따르면, LED 종단의 클램핑 전압을 재활용함으로써 역률 저하 문제를 해결(0.9 이상으로 임의 설정 가능)하고, 효율을 향상(약 85% 향상)시키며, 입력 전력 편차를 안정화시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, by reusing the clamping voltage of the LED terminal, it is possible to solve the power factor drop problem (can be arbitrarily set to 0.9 or more), improve the efficiency (about 85%), and stabilize the input power deviation.
또한, 본 발명에 따르면, EMI(방사 전자파) 프리와 옵션 선택에 따라 플릭커 퍼센트를 최소화시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to minimize the flicker percentage according to the EMI (radio frequency) free and option selection.
또한, 본 발명의 제어 방식에 따라 LED간 전류와 광속편차 문제를 제로화할 수 있으며, LED를 최적화 적용할 수 있음에 따라 비용 개선 효과를 가져올 수 있다. 아울러, LED 램프의 설계적 신뢰성 또한 안정화시킬 수 있다.In addition, according to the control method of the present invention, it is possible to zero the current and luminous flux deviation problems between the LEDs, and the LEDs may be optimized to bring about cost improvement. In addition, the design reliability of the LED lamp can also be stabilized.
도 1은 종래의 AC 직결 구동 2선식 LED 제어 회로도이다.1 is a conventional AC direct drive 2-wire LED control circuit diagram.
도 2는 종래의 AC 직결 구동 2선식 LED 제어 회로에서의 손실 파형을 비교한 그래프이다.2 is a graph comparing loss waveforms in a conventional AC direct drive two-wire LED control circuit.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 회로도이다.3 is a circuit diagram of an energy recycling high power factor LED according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 회로의 동작 타이밍도이다.4 is an operation timing diagram of an energy recycling high power factor LED control circuit according to an embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 회로의 각 동작 모드들에서의 전류 흐름을 나타내는 도면이다.5 to 8 are diagrams showing current flow in respective operation modes of the energy recycling high power factor LED control circuit according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 회로도이다.9 is a circuit diagram illustrating an energy recycling high power factor LED according to another embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 절차를 나타내는 흐름도이다.10 is a flowchart illustrating an energy recycling high power factor LED control procedure according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시 예들은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 실시 예들을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예들의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments of the present invention may be variously modified and have various embodiments, and specific embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the embodiments of the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the embodiments of the present invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예들의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the embodiments of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
본 발명의 실시 예들에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 실시 예들을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시 예들에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the embodiments of the present invention are merely used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the embodiments of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In embodiments of the present invention, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or the same. It is to be understood that the present invention does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 실시 예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시 예들에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which embodiments of the present invention belong. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and ideally or excessively formal meanings, unless explicitly defined in the embodiments of the present invention. Not interpreted as
본 발명은 LED 조명 구동 방식 중 하나인 AC 직결 구동 방식에서, 조명용 발광 LED의 IF 전류, 입력 전력 및 역률(Power Factor) 제어 회로를 제안한다.The present invention proposes an I F current, an input power, and a power factor control circuit of a light emitting LED for lighting in an AC direct driving method which is one of LED lighting driving methods.
본 발명에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치 및 방법은, LED 구동 임계 전압(VF) 보다 높은 종단의 손실에너지 및 LED VF 보다 낮은 비 활용에너지를 재활용함으로써 입력역률(PF)과 전력을 제어할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치 및 방법은, 임의(강제적) 충전 에너지를 AC 라인 LED 사이의 직렬선상 어디든지 삽입하고, 전류 피드백 저항 상단에 AC 입력 분배 전압을 삽입함으로써 입력 전압 변동에 대한 입력 전력을 능동적으로 제어할 수 있다.The energy recycling high power factor LED control apparatus and method according to the present invention controls the input power factor (PF) and power by recycling the loss energy of the termination higher than the LED driving threshold voltage (V F ) and the unutilized energy lower than the LED V F. can do. In addition, the energy recycling high power factor LED control apparatus and method according to the present invention, by inserting any (mandatory) charging energy anywhere in the series line between the AC line LED, and inserting the AC input divider voltage on top of the current feedback resistor input voltage The input power for fluctuations can be actively controlled.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에서는 LED 구동 회로 상에 콘덴서를 배치하여 LED 종단의 손실에너지를 콘덴서에 축적함으로써 이를 재활용할 수 있도록 한다. 또한, LED 구동 임계 전압 이하에서는 LED가 동작하지 않으므로 임계전압 이하에서 손실되는 에너지를 상기 콘덴서에 2차로 축적함으로써 이를 재활용할 수 있도록 한다. 이와 같이 함으로써, 에너지 재사용이 가능함과 동시에 유해 플리커가 거의 발생하지 않으며, 방사 전자파가 발생하지 않는다.To this end, in the embodiment of the present invention by placing a capacitor on the LED driving circuit to accumulate the loss energy of the LED termination in the capacitor to be recycled. In addition, since the LED does not operate below the LED driving threshold voltage, energy that is lost below the threshold voltage is accumulated in the capacitor so that it can be recycled. In this way, energy reuse is possible and harmful flicker hardly occurs, and no radiated electromagnetic waves are generated.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치를 구현한 회로도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 장치는 입력 전원(101) 및 브리지 다이오드(102)를 포함하는 전원 공급부, 상기 전원 공급부로부터 공급된 전원에 의해 점등되는 LED(106), 상기 LED(106)를 통해 흐르는 전류를 정전류 제어하는 메인 전류 제어부(116), 후술하는 1차 충전 및 2차 충전에 의한 충전 전류를 제어하여 제2 콘덴서(C2)(113)를 충전시키는 충전 전류 제어부(114), 상기 제2 콘덴서(113)의 2차 충전을 제어하는 2차 충전 전류 제어부(110), 상기 회로로 입력되는 메인 전류를 감지하여 각 동작 모드 변경을 위해 각 MOSFET을 제어하는 메인 전류 감지기(130)를 포함하여 구성될 수 있다.3 is a circuit diagram of an energy recycling high power factor LED control device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, an apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may include a power supply including an input power source 101 and a bridge diode 102, an LED 106 lit by power supplied from the power supply unit, and the LEDs. Main current control unit 116 for controlling the constant current current flowing through the 106, the charging current control unit for charging the second capacitor (C2) 113 by controlling the charging current by the primary charging and secondary charging described later ( 114), a secondary charging current controller 110 for controlling secondary charging of the second capacitor 113, and a main current detector for sensing each main current input to the circuit and controlling each MOSFET to change each operation mode. 130 may be configured to include.
보다 구체적으로 설명하면, 먼저 입력 전원(Vin)(101)으로는 상용 교류 220V 전원이 공급될 수 있으며, 본 발명의 적용이 상기 전압 크기로 한정되지는 않는다.More specifically, first, a commercial AC 220V power source may be supplied to the input power source (Vin) 101, and the application of the present invention is not limited to the voltage level.
상기 입력 전원(101)은 브리지 다이오드(102)를 통해 전파 정류된 후, 제1 저항(R1)(103) 및 제1 다이오드(D1)(104)를 거쳐 적어도 하나의 LED(106)(또는 HV-LED)로 공급된다. 상기 LED(106)는 공급되는 전력의 전압(VIN)이 미리 설정된 LED 구동 임계 전압(LED VF) 이상일 경우 점등될 수 있다. 한편, 상기 입력 전원(101)으로부터 정류된 전원의 전압의 크기는 도 4에서 BD+로 도시된 바와 같이 위상에 따라 달라지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 LED(106)로 공급되는 전원의 전압이 LED 구동 임계 전압(LED VF)을 초과하는 구간에서는 제2 콘덴서(113)에 에너지를 충전하였다가, 이를 LED 구동 전압(LED VF) 미만인 구간에서 방전시킴으로써 에너지를 재사용함과 동시에 역률을 높일 수 있다.The input power source 101 is full-wave rectified through the bridge diode 102, and then at least one LED 106 (or HV) via the first resistor (R1) 103 and the first diode (D1) 104. LED). The LED 106 may be turned on when the voltage V IN of the supplied electric power is greater than or equal to a predetermined LED driving threshold voltage LED V F. On the other hand, the magnitude of the voltage of the rectified power from the input power source 101 is changed according to the phase as shown by BD + in FIG. Therefore, in the present invention, the energy is charged to the second capacitor 113 in a section in which the voltage of the power supplied to the LED 106 exceeds the LED driving threshold voltage (LED V F ), and this is the LED driving voltage (LED). By discharging in the section below V F ), the power factor may be increased while reusing energy.
이하에서는 상기 도 3에 도시된 회로의 구체적인 동작을 도 4 및 도 5를 함께 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a specific operation of the circuit shown in FIG. 3 will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 회로의 동작 타이밍도이며, 도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 회로의 각 동작 모드들에서의 전압 및 전류 흐름을 나타내는 도면이다.4 is an operation timing diagram of the energy recycling high power factor LED control circuit according to an embodiment of the present invention, Figures 5 to 8 are each operation mode of the energy recycling high power factor LED control circuit according to an embodiment of the present invention Is a diagram showing the voltage and current flow in.
입력 전원(101)이 브리지 다이오드(102)를 통해 전파 정류되고, 전파 정류된 입력 전압(VIN)이 서서히 상승한다. 입력 전압이 LED 구동 임계 전압(VF)에 도달하기 전까지는 LED(106)에 전류가 흐르지 않아 점등이 되지 않는다. 따라서, 제1 MOSFET(115), 제2 MOSFET(117), 제3 MOSFET(108) 및 제4 MOSFET(111)은 전류가 흐르지 않는 오프 상태가 될 수 있다.The input power source 101 is full-wave rectified through the bridge diode 102, and the full-wave rectified input voltage V IN gradually rises. Until the input voltage reaches the LED driving threshold voltage V F , no current flows in the LED 106, so that the LED is not turned on. Accordingly, the first MOSFET 115, the second MOSFET 117, the third MOSFET 108, and the fourth MOSFET 111 may be in an off state in which no current flows.
상기 입력 전압(VIN)이 계속 상승하여 LED 구동 임계 전압(VF)에 도달하면, 제1 다이오드(D1)(104), LED(106), 제3 다이오드(D3)(112), 제2 콘덴서(C2)(113), 제1 MOSFET(Q1)(115)을 통해 전류가 흐르게 되어 상기 제2 콘덴서(C2)(113)에 1차 충전 전류(Irtc)가 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 LED(106)가 점등됨과 동시에 상기 제2 콘덴서(113)에 1차 전압 충전(V1C2=VIN-VLED)이 진행된다. 본 발명에서는 편의상 이를 제1 동작 모드라 지칭하며, 상기 제1 동작 모드에서의 전류 흐름을 개략적으로 표시하면 도 5와 같이 나타낼 수 있다.When the input voltage V IN continues to rise to reach the LED driving threshold voltage V F , a first diode D1 104, an LED 106, a third diode D3 112, and a second Current flows through the capacitor (C2) 113 and the first MOSFET (Q1) 115 so that the primary charging current (Irtc) flows through the second capacitor (C2) 113. Accordingly, the LED 106 is turned on and primary voltage charging (V 1C2 = V IN -V LED ) proceeds to the second capacitor 113. In the present invention, this is referred to as a first operation mode for convenience, and the current flow in the first operation mode may be schematically illustrated as shown in FIG. 5.
이때, 메인 전류 감지기(130)에서는 제1 동작 모드에서의 LED 점등 및 충전 절차가 정상적으로 진행될 수 있도록 메인 전류(R1, MCS-)를 감지하여 제3 MOSFET(Q3)(108)을 오프시킬 수 있다. 이에 따라, 도 4에도 도시된 바와 같이 Irtdc는 0이 된다. 또한, 상기 메인 전류 감지기(130)는 상기 입력 전압(VIN)이 상승하여 LED 구동 임계 전압(VF)에 도달하는 지를 감지하고, 제1 MOSFET(115) 및 제2 MOSFET(117)을 트리거링(triggering)하여 온 시킴으로써 제1 동작 모드가 진행될 수 있도록 제어할 수 있다.In this case, the main current detector 130 may detect the main currents R1 and MCS- to turn off the third MOSFET Q3 108 so that the LED lighting and charging procedure in the first operation mode may proceed normally. . Accordingly, as shown in FIG. 4, Irtdc becomes zero. In addition, the main current detector 130 detects whether the input voltage V IN rises to reach the LED driving threshold voltage V F , and triggers the first MOSFET 115 and the second MOSFET 117. By triggering and turning on, the first operation mode may be controlled.
한편, 상기 제2 콘덴서(C2)(113)는 입력 전압(VIN)이 최대 전압으로 갈수록 콘덴서의 특성상 상기 제2 콘덴서(C2)(113)에 흐르는 충전 전류(Irtc)가 서서히 감소된다. 이에 따라, 상기 충전 전류의 감소와 동시에 제1 다이오드(D1)(104), LED(106), 제2 MOSFET(Q2)(117)으로 흐르는 메인 전류(Im)가 서서히 상승한다. 상기 제1 동작 모드에서 충전이 계속 진행되어 제2 콘덴서(C2)(113)가 1차 충전 완료되면 충전 전류(Irtc)는 흐르지 않고, 메인 전류(Im)만 흐르게 된다. 이때, 상기 회로는 제1 동작 모드(1차 충전 진행 및 점등)에서 제2 동작 모드(1차 충전 완료 및 점등)로 전환된다. 이와 같은, 동작 모드의 전환은 도 4에 도시된 바와 같이 입력 전압의 위상이 90°일 경우 발생할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 동작 모드에서는 도 6에 도시된 바와 같이 제1 다이오드(D1)(104), LED(106), 제2 MOSFET(Q2)(117)을 통해 메인 전류(Im)가 흐르게 되어 상기 LED(106)가 점등된다. 그러나, 상기 제2 콘덴서(113)에 1차 충전이 완료되었으므로 충전 전류(Irtc)가 흐르지 않게 된다. 이때, 상기 제1 MOSFET(Q1)(115) 및 제2 MOSFET(Q2)(117)는 온 상태를 유지하며, 상기 제3 MOSFET(Q3)(108) 및 제4 MOSFET(Q4)(111)은 오프 상태를 유지할 수 있다.On the other hand, in the second capacitor (C2) 113 as the input voltage (V IN ) as the maximum voltage, the charging current (Irtc) flowing through the second capacitor (C2) 113 gradually decreases due to the characteristics of the capacitor. As a result, the main current Im flowing to the first diode D1 104, the LED 106, and the second MOSFET Q2 117 increases gradually with the decrease of the charging current. When the charging continues in the first operation mode and the second capacitor C2 113 is first charged, the charging current Irtc does not flow and only the main current Im flows. At this time, the circuit is switched from the first operation mode (primary charging progress and lighting) to the second operation mode (primary charging completion and lighting). As described above, the switching of the operation mode may occur when the phase of the input voltage is 90 °, but the present invention is not limited thereto. In the second operation mode, as shown in FIG. 6, the main current Im flows through the first diode D1 104, the LED 106, and the second MOSFET Q2 117. 106) lights up. However, since the primary charging is completed in the second capacitor 113, the charging current Irtc does not flow. At this time, the first MOSFET (Q1) 115 and the second MOSFET (Q2) 117 are maintained in an on state, and the third MOSFET (Q3) 108 and the fourth MOSFET (Q4) 111 are Can remain off.
한편, 상기 제2 동작 모드에서 LED(106)에 인가되는 전압의 위상이 90° 이후 상기 전압은 서서히 하락하며, 상기 전압이 다시 LED 구동 임계 전압(LED VF)에 도달하면, 메인전류(Im)는 서서히 감소하게 되어, 제3 동작 모드로 전환된다.On the other hand, after the phase of the voltage applied to the LED 106 in the second operating mode is 90 °, the voltage gradually decreases, and when the voltage reaches the LED driving threshold voltage LED V F again, the main current Im ) Gradually decreases and switches to the third mode of operation.
상기 제3 동작 모드에서는 본 발명의 실시 예에 따라 제2 콘덴서(C2)(113)에 2차 충전이 진행될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 제3 동작 모드에서는 제4 MOSFET(Q4)(111)을 온 시킴으로써 2차 충전 전류(Iftc)가 제2 콘덴서(C2)(113)로 제공되도록 할 수 있다. 제2 콘덴서(C2)(113)는 상기 제4 MOSFET(Q4)(111)을 통해 흐르는 2차 충전 전류(Iftc)를 제공받아 2차 충전될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 콘덴서(C2)(113)는 충전 전압이 1차 충전 전압(V1C2)에서 2차 충전 전압(V2C2)으로 상승될 수 있다.In the third operation mode, secondary charging may be performed to the second capacitor C2 113 according to an embodiment of the present invention. In more detail, in the third operation mode, the secondary charge current Iftc may be provided to the second capacitor C2 113 by turning on the fourth MOSFET Q4 111. The second capacitor C2 113 may be secondly charged by receiving the secondary charging current Iftc flowing through the fourth MOSFET Q4 111. Accordingly, the second capacitor (C2) (113) may be charged voltage rises from the first precharge voltage (V 1C2) with the second charging voltage (V 2C2).
한편, 상기 제4 MOSFET(Q4)(111)이 온(ON) 상태로 전환되도록 트리거링하는 방법은 본 발명의 실시 예에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 예컨대, 메인 전류 감지기(130)에서 입력 전압을 감지하고, 상기 입력 전압(VIN)이 폴링되어 LED 구동 임계 전압(LED VF) 아래로 낮아질 경우, 상기 제4 MOSFET(Q4)(111)을 트리거링하여 온시킬 수 있다. 또한, 다른 실시 예에 따라 상기 메인 전류 감지기(130)에서 감지하지 않고, 타이머를 동작시켜, 미리 설정된 시간이 경과할 경우, 상기 제4 MOSFET(Q4)(111)을 온 상태로 트리거링하도록 구현할 수도 있다.Meanwhile, a method of triggering the fourth MOSFET (Q4) 111 to be turned on may be variously implemented according to an embodiment of the present invention. For example, when the main current sensor 130 senses an input voltage and the input voltage V IN is polled to fall below the LED driving threshold voltage LED V F , the fourth MOSFET Q4 111 is turned off. Can be triggered on In addition, according to another exemplary embodiment, a timer may be operated without detecting the main current detector 130 to trigger the fourth MOSFET Q4 111 in an on state when a predetermined time elapses. have.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제4 MOSFET(Q4)(111)이 온 상태가 되어, 제4 MOSFET(Q4)(111)을 통해 2차 충전 전류(Iftc)가 흐르면, 상기 2차 충전 전류(Iftc)가 제2 콘덴서(C2)(113)로 공급되어 2차 충전이 진행될 수 있다. 상기 2차 충전은 증가되고 있는 제2 콘덴서(C2)(113)의 충전 전압(V2C2)과 폴링(falling)되는 입력 전압(VIN)이 동일한 전압(V1)이 될 때까지 진행될 수 있다. 이에 따라, 상기 충전 전압과 입력 전압이 같아지는 시점에 지연 동작 중인 제1 MOSFET(Q1)(115)을 오프시킬 수 있다. 또한, 다른 방법으로서 상기 제4 MOSFET(Q4)(111)이 온 상태가 된 이후, 일정 시간 이후에 오프되도록 구현할 수도 있다.Therefore, as shown in FIG. 7, when the fourth MOSFET (Q4) 111 is turned on and the secondary charging current Iftc flows through the fourth MOSFET (Q4) 111, the secondary charging is performed. The current Iftc is supplied to the second capacitor C2 113 to perform secondary charging. The secondary charging may proceed until the charging voltage V 2C2 of the second capacitor C2 113 that is increasing and the input voltage V IN falling to the same voltage V 1 become the same. . Accordingly, the first MOSFET (Q1) 115 in the delay operation may be turned off when the charging voltage is equal to the input voltage. Alternatively, the fourth MOSFET (Q4) 111 may be turned off after a predetermined time after the fourth MOSFET (Q4) 111 is turned on.
이와 같이, 제4 MOSFET(Q4)(111) 또는 제1 MOSFET(Q1)(115)이 오프 상태가 되면, 제2 콘덴서(C2)(113)로의 전력 공급이 중단되어, 2차 충전이 종료된다. 이에 따라, 제3 동작 모드가 종료될 수 있다.In this way, when the fourth MOSFET (Q4) 111 or the first MOSFET (Q1) 115 is turned off, power supply to the second capacitor (C2) 113 is stopped, and secondary charging is terminated. . Accordingly, the third operation mode may end.
한편, 상기 제3 동작 모드가 종료되면, 메인 전류 감지기(130)에서는 이를 감지하고(예컨대, 미리 설정된 지연 동작 시간 후) 제1 MOSFET(Q1)(115)을 컷 오프시킨다. 그런 다음, AC 전압 검출기(109)에서는 상기 제1 MOSFET(Q1)(115)이 오프된 상태에서 제3 MOSFET(Q3)(108)을 온 상태가 되도록 트리거링한다. 상기 제3 MOSFET(Q3)(108)을 온 상태로 트리거링하는 시점은 입력 전압(VIN)이 0V가 되는 시점일 수도 있으며, 0V가 되기 직전 시점(예컨대, 50V 지점)이 될 수도 있다.On the other hand, when the third operation mode is terminated, the main current detector 130 detects this (eg, after a preset delay operation time) and cuts off the first MOSFET Q1 115. The AC voltage detector 109 then triggers the third MOSFET Q3 108 to be in an on state while the first MOSFET Q1 115 is off. The time point for triggering the third MOSFET (Q3) 108 in an on state may be a time point at which the input voltage V IN becomes 0V, or may be a time point immediately before 0V (eg, 50V point).
만약, 상기 제3 MOSFET(Q3)(108)이 온 상태가 되는 시점이 상기 제1 MOSFET(Q1)(115)이 오프가 되는 시점보다 빠를 경우에는 상기 MOSFET들을 통과하는 회로가 쇼트(short) 상태가 되어 문제가 발생할 수도 있다.If the time point at which the third MOSFET Q3 108 is turned on is earlier than the time point at which the first MOSFET Q1 115 is turned off, the circuit passing through the MOSFETs is in a short state. This may cause problems.
따라서, 상기 제3 MOSFET(Q3)(108)을 온 상태로 트리거링하기 전에 상기 제1 MOSFET(Q1)(115)을 오프시키는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 제3 MOSFET(Q3)(108)와 Irtdc를 포함하여 방전 전압 제어부로 칭하기로 한다.Therefore, it is preferable to turn off the first MOSFET (Q1) 115 before triggering the third MOSFET (Q3) 108 to an on state. In the present invention, the third MOSFET (Q3) 108 and Irtdc are referred to as a discharge voltage controller.
상기와 같이 입력 전압이 계속 하강하여 0V가 된 후, 다시 2차 사이클(cycle)이 시작되어, 입력 전압이 상승하게 되면, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 입력 전압(VIN)이 LED 구동 임계 전압(VF)에 도달하기 전에 상기 제2 콘덴서(C2)(113)에 충전된 전압을 방전시킴으로써, 상기 입력 전압(VIN)이 LED 구동 임계 전압(VF)에 도달하기 전이라도 LED를 점등시킬 수 있다.After the input voltage continues to fall as described above and becomes 0V, the second cycle starts again, and when the input voltage rises, the input voltage V IN becomes an LED driving threshold according to an embodiment of the present invention. voltage (V F) before it reaches the said second capacitor (C2) by discharging the voltage charged in the 113, the LED even if the input voltage (V iN) is before reaching the LED driving threshold voltage (V F) It can be turned on.
한편, 상기 LED를 점등시키게 되는 지점은 제2 사이클이 시작되어 다시 상승된 입력 전압(VIN)과 상기 제2 콘덴서(C2)(113)에 충전된 충전 전압의 합이 상기 LED 구동 임계 전압(VF)이 되는 시점(V3)일 수 있다.On the other hand, the point at which the LED is turned on is the sum of the input voltage (V IN ) and the charging voltage charged in the second capacitor (C2) 113, the second cycle is started again, the LED driving threshold voltage ( V F ) may be the time V 3 .
따라서, 하기 <수학식 1>과 같은 관계가 성립할 수 있다.Therefore, the following relationship can be established.
방전 시점의 입력 전압(V3)=LED 구동 임계 전압(VF) - 2차 충전 전압(V2C2)Input voltage at discharge point (V 3 ) = LED driving threshold voltage (V F ) -secondary charge voltage (V 2C2 )
이러한 동작 상태를 본 발명에서는 제4 동작 모드라 지칭한다.Such an operation state is referred to as a fourth operation mode in the present invention.
따라서, 상기 제4 동작 모드에서는 도 8에 도시된 바와 같이 제3 MOSFET(Q3)(108)을 통과하는 AC 상승 전압과 제2 콘덴서(C2)(113)의 충전 전압이 합쳐지고, 합쳐진 전압의 전류가 제2 다이오드(D2)(105)를 거쳐 LED(106)로 공급됨으로써 입력 전압 (VIN)이 상기 LED 구동 임계 전압(VF)에 도달하기 전이라도 LED(106)를 점등시킬 수 있다.Therefore, in the fourth operation mode, as shown in FIG. 8, the AC rising voltage passing through the third MOSFET (Q3) 108 and the charging voltage of the second capacitor C2 113 are summed together to determine the sum of the combined voltages. The current is supplied to the LED 106 via the second diode D2 105, so that the LED 106 can be turned on even before the input voltage V IN reaches the LED driving threshold voltage V F. .
한편, 상기 제2 다이오드(D2)(105)를 통해 흐르는 전류는 충전 전류와 합쳐진 전류이므로 입력 전류가 제1 저항(R1)(103) 및 제1 다이오드(D1)를 통해 흐르지는 않게 된다.On the other hand, since the current flowing through the second diode (D2) 105 is a current combined with the charging current, the input current does not flow through the first resistor (R1) 103 and the first diode (D1).
또한, 도 3에 도시된 바에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따라 입력 전압이 제2 저항(R2)(118) 및 제3 저항(R3)(121)으로 분배됨으로써 입력 전압의 전력 제어가 가능해질 수 있다. 이에 따라, AC 입력 전압 변동에 대한 입력 전력 편차를 개선할 수 있다. 이때, 상기 제3 저항(R3)(121)과 병렬 연결된 제3 콘덴서(C3)(122)는 상기 제3 저항(R3)(121)에 인가되는 전압의 리플(ripple)을 제거하는 기능을 수행할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, according to an embodiment of the present invention, the input voltage is distributed to the second resistor R2 118 and the third resistor R3 121 to control power of the input voltage. Can be. As a result, the input power variation with respect to the AC input voltage variation can be improved. At this time, the third capacitor (C3) 122 connected in parallel with the third resistor (R3) 121 performs a function of removing the ripple of the voltage applied to the third resistor (R3) 121. can do.
상기 제2 저항(R2)(118) 및 제3 저항(R3)(121)으로 분배된 입력 전압은 각각 제1 OP-AMP(U1A)(119) 및 제2 OP-AMP(U1B)(120)의 기준 전압으로 사용될 수 있다. 따라서, 메인 전류 감지기(130)에서는 입력 전압을 감지하여 상기 각 OP-AMP(119, 120)들로 입력시킴으로써 입력 전압에 따라 제1 MOSFET(Q1)(120) 및 제2 MOSFET(Q2)(117)이 온/오프 되도록 설정할 수 있다.The input voltages divided by the second resistor R2 118 and the third resistor R3 121 are respectively a first OP-AMP (U1A) 119 and a second OP-AMP (U1B) 120. Can be used as the reference voltage of. Accordingly, the main current detector 130 senses an input voltage and inputs the respective OP- AMPs 119 and 120 to the first MOSFET Q1 120 and the second MOSFET Q2 117 according to the input voltage. ) Can be set to on or off.
또한, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 제1 MOSFET(Q1)(120) 및 제2 MOSFET(Q2)(117)의 하단에는 각각 제5 저항(R5)(123) 및 제4 저항(R4)(124)을 더 구비할 수 있다. 상기 제5 저항(R5)(123) 및 제4 저항(R4)(124)은 션트 레지스터(shunt registor)로서의 기능을 제공할 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, the fifth resistor R5 123 and the fourth resistor R4 (at the lower ends of the first MOSFET Q1 120 and the second MOSFET Q2 117, respectively) 124 may be further provided. The fifth resistor R5 123 and the fourth resistor R4 124 may provide a function as a shunt registor.
또한, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 LED(106)와 병렬 연결된 제1 콘덴서(C1)(107)는 상기 LED(106)가 입력 전압의 사이클에 따라 점등 및 소등됨으로 인해 발생하는 플릭커링(flickering) 현상을 최소화시키는 기능을 제공할 수 있다.In addition, the first capacitor (C1) 107 connected in parallel with the LED 106 in accordance with an embodiment of the present invention flickering (flickering) generated due to the LED 106 is turned on and off in accordance with the cycle of the input voltage It can provide a function to minimize the phenomenon.
이상으로 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 장치의 예로서 에너지 재활용 고역률 LED 제어 회로를 설명하였다. 상기 도 3의 회로는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예를 나타낸 것이며, 본 발명의 개념을 적용하여 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 상기 도 3에서 각 MOSFET들은 다양한 다른 유형의 소자들(예컨대, 스위칭 소자(switching element))로 대체될 수 있다. 예컨대, 트랜지스터, FET, OP-AMP, 스위치(switch) 등과 같이 동일 또는 유사한 기능(예컨대, 스위칭 기능 또는 정전류 제어 기능 등)을 제공할 수 있는 어떠한 소자들로도 대체될 수 있다.The energy recycling high power factor LED control circuit has been described as an example of the apparatus according to the embodiment of the present invention with reference to FIGS. 3 to 5. The circuit of FIG. 3 is an example to help understanding of the present invention, and may be variously modified as shown in FIG. 9 by applying the concept of the present invention. In addition, each of the MOSFETs in FIG. 3 may be replaced with various other types of devices (eg, switching elements). For example, it may be replaced by any device capable of providing the same or similar function (eg, switching function or constant current control function) such as a transistor, a FET, an OP-AMP, a switch, and the like.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 회로도이다. 도 9을 참조하면, 상기 도 3의 회로는 본 발명의 실시 예에 따라 도시된 바와 같이 다양하게 변형될 수 있다. 상기 도 9에 도시된 변형된 실시 예에 동작은 상기 도 3의 각 동작 모드들에 따른 동작들과 유사하게 동작하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는, 상기 도 9의 실시 예로 구현할 때, 각 동작 모드에서의 전류 흐름에 대해 간략히 설명하기로 한다.9 is a circuit diagram illustrating an energy recycling high power factor LED according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, the circuit of FIG. 3 may be variously modified as shown in accordance with an embodiment of the present invention. Since the operation in the modified embodiment illustrated in FIG. 9 operates similarly to the operations according to each operation mode of FIG. 3, a detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, when implemented in the embodiment of FIG. 9, the current flow in each operation mode will be briefly described.
먼저, 제1 동작 모드에서는 브리지 다이오드(202)를 통해 전파 정류된 입력 전압(201)에 의한 전류가 제1 다이오드(204), 제2 콘덴서(205), 제2 다이오드(206), LED(208) 및 제2 MOSFET(211)을 통해 흐르게 된다. 이에 따라, 도 3의 설명에서 상술한 바와 같이 상기 입력 전압(201)이 상승하여 LED(208)의 구동 가능한 임계 전압에 도달할 경우 상기 LED(208)를 점등시킨다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 제2 콘덴서(205)의 충전도 동시에 진행될 수 있다. 이때, 제4 MOSFET(210)은 오프 상태를 유지할 수 있다.First, in the first mode of operation, the current due to the full-wave rectified input voltage 201 through the bridge diode 202 is applied to the first diode 204, the second capacitor 205, the second diode 206, and the LED 208. ) And the second MOSFET 211. Accordingly, as described above with reference to FIG. 3, when the input voltage 201 rises to reach a driveable threshold voltage of the LED 208, the LED 208 is turned on. In this case, charging of the second capacitor 205 may also proceed simultaneously. In this case, the fourth MOSFET 210 may maintain an off state.
다음으로, 제2 동작 모드가 되면 제어기(220)가 제1 스위치(SW1)(203)를 온시킴으로써 입력 전류가 제1 스위치(203)를 통해 제2 다이오드(206)로 직접 전달된다. 따라서, 브리지 다이오드(202)를 통해 전파 정류된 입력 전압(201)에 의한 전류는 제1 스위치(203), 제2 다이오드(206), LED(208) 및 제2 MOSFET(211)을 통해 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 제2 콘덴서(205)의 1차 충전은 중단된다.Next, when the second operation mode is entered, the controller 220 turns on the first switch (SW1) 203 so that an input current is directly transmitted to the second diode 206 through the first switch 203. Accordingly, current caused by the input voltage 201 propagated through the bridge diode 202 flows through the first switch 203, the second diode 206, the LED 208, and the second MOSFET 211. . Accordingly, the primary charging of the second capacitor 205 is stopped.
다음으로, 제3 동작 모드가 되면 다시 상기 제1 스위치(203)는 오프 상태가 되고, 제4 MOSFET(210)이 온 상태가 됨으로써 제2 콘덴서(205)의 2차 충전이 진행될 수 있다. 따라서, 브리지 다이오드(202)를 통해 전파 정류된 입력 전압(201)에 의한 전류는 제1 다이오드(204), 제2 콘덴서(205), 제4 MOSFET(210), 제2 MOSFET(211)을 통해 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 제2 콘덴서(205)는 2차 충전이 진행될 수 있다.Next, when the third operation mode is entered, the first switch 203 is turned off again, and the fourth MOSFET 210 is turned on, thereby allowing secondary charging of the second capacitor 205 to proceed. Therefore, the current by the input voltage 201 propagated through the bridge diode 202 is transferred through the first diode 204, the second capacitor 205, the fourth MOSFET 210, and the second MOSFET 211. Will flow. Accordingly, the second capacitor 205 may be secondary charged.
다음으로, 제4 동작 모드가 되면, 도 3에서 상술한 바와 같이 현재 입력되는 입력 전압에 의한 전류와 제2 콘덴서(205)에 충전된 전압에 의한 방전 전류가 합쳐져 LED(208)를 점등시킬 수 있다. 이때, 상기 제어기(220)는 제1 스위치(203), 제2 스위치(207) 및 제2 MOSFEET(211)을 온 시키고, 제4 MOSFET(210)을 오프시킬 수 있다. 따라서, 브리지 다이오드(202)를 통해 전파 정류된 입력 전압(201)에 의한 전류는 제1 스위치(203), 제2 콘덴서(205), 제2 스위치(207), LED(209) 및 제2 MOSFET(211)을 통해 흐르게 된다. 이에 따라, 상기 제2 콘덴서(205)에 충전된 전류는 방전되고, 상기 입력 전류와 상기 방전 전류가 합쳐져 상기 LED(208)로 공급됨으로써 상기 LED(208)가 점등될 수 있다.Next, in the fourth operation mode, as described above with reference to FIG. 3, the current due to the current input voltage and the discharge current due to the voltage charged in the second capacitor 205 are combined to light the LED 208. have. In this case, the controller 220 may turn on the first switch 203, the second switch 207, and the second MOSFEET 211 and turn off the fourth MOSFET 210. Thus, the current due to the full-wave rectified input voltage 201 through the bridge diode 202 is the first switch 203, the second capacitor 205, the second switch 207, the LED 209 and the second MOSFET Flow through 211. Accordingly, the current charged in the second capacitor 205 is discharged, and the input current and the discharge current are combined and supplied to the LED 208 so that the LED 208 may be turned on.
한편, 상기 도 9에 도시된 회로에서 적어도 일부 소자는 생략되거나 다른 소자들로 대체될 수 있다. 예컨대, 상기 제4 MOSFET(210)은 생략되거나 스위치로 대체될 수 있다.Meanwhile, in the circuit shown in FIG. 9, at least some elements may be omitted or replaced with other elements. For example, the fourth MOSFET 210 may be omitted or replaced by a switch.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 재활용 고역률 LED 제어 절차를 나타내는 흐름도이다. 도 10을 참조하면, VIN이 입력되기 시작(S701)하여 1 사이클 구간에서 점차 증가하면, VIN이 VF(LED 구동 임계 전압)에 도달하는지 여부를 판단(S702)한다. 상기 VIN이 VF에 도달하면, 제1 동작 모드로서 입력된 VIN에 의해 LED가 점등(S703)될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 VIN에서 VF를 초과하는 전력에 대해서는 상기 LED와 직렬 연결되는 충전용 콘덴서에 1차 충전(S704)이 이루어질 수 있다.10 is a flowchart illustrating an energy recycling high power factor LED control procedure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, when V IN starts to be input (S701) and gradually increases in one cycle, it is determined whether V IN reaches V F (LED driving threshold voltage) (S702). When the V IN reaches V F , the LED may be turned on by V IN input as the first operation mode (S703). In addition, according to an embodiment of the present invention, for power exceeding V F at V IN , primary charging (S704) may be performed in a charging capacitor connected in series with the LED.
이와 같이 VIN이 계속 상승하다가 위상이 90°를 초과(S705)하면, 제2 동작 모드로 전환되어, 상기 콘덴서의 1차 충전이 중단(S706)된다.As described above, when V IN continues to rise and the phase exceeds 90 ° (S705), the second operation mode is switched to stop the primary charging of the capacitor (S706).
그런 다음, 상기 VIN이 계속 감소하여 VF 이하로 다시 내려가면(S707), LED로의 전력 공급은 중단되고, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 콘덴서로의 2차 충전이 개시(S708)될 수 있다.Then, when V IN continues to decrease and falls back below V F (S707), power supply to the LED is stopped and secondary charging to the capacitor may be started (S708) according to an embodiment of the present invention. have.
상기 2차 충전이 개시되고 미리 설정된 일정 시간이 경과하거나, 충전 전압(V2C2)이 현재 입력되고 있는 입력 전압(V1)에 도달(S709)하면, 2차 충전이 중단(S710)될 수 있다.When the secondary charging is started and a predetermined time elapses or when the charging voltage V 2C2 reaches the input voltage V 1 currently being input (S709), the secondary charging may be stopped (S710). .
그런 다음, 상기 입력 전압의 1 사이클이 종료되고, 2 사이클이 시작되어, 다시 입력 전압이 상승하면, 상기 입력 전압(VIN)을 측정하고, 본 발명의 실시 예에 따라 상기 입력 전압 VIN이 VF에 도달하기 전에 상기 충전된 전력을 이용하여 LED를 점등시킬 수 있다. 예컨대, 입력 전압 VIN이 미리 설정된 V3에 도달(S711)하면, VF에 도달하기 전이라도 콘덴서의 충전 전력과 합쳐서 LED를 점등(S712)시킬 수 있다.Then, when one cycle of the input voltage ends, two cycles begin, and the input voltage rises again, the input voltage V IN is measured, and the input voltage V IN is measured according to an embodiment of the present invention. The LED can be turned on using the charged power before reaching V F. For example, when the input voltage V IN reaches the preset V 3 (S711), the LED may be turned on (S712) in combination with the charging power of the capacitor even before reaching V F.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.As described above, a preferred embodiment according to the present invention has been described, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms in addition to the above-described embodiments without departing from the spirit or scope thereof is known to those skilled in the art. It is obvious to those who have it.
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.Therefore, the above-described embodiments should be regarded as illustrative rather than restrictive, and thus, the present invention is not limited to the above description but may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (10)

  1. 교류 입력 전원을 정류하여 공급하는 전원 공급부;A power supply unit rectifying and supplying AC input power;
    상기 전원 공급부로부터 공급된 전원에 의해 점등하는 적어도 하나의 LED(Light emitting diode) 램프;At least one light emitting diode (LED) lamp that is turned on by the power supplied from the power supply unit;
    상기 LED와 직렬 연결되는 충전용 콘덴서;A charging capacitor connected in series with the LED;
    상기 충전용 콘덴서와 직렬 연결되는 충전 전류 제어부; 및A charging current controller connected in series with the charging capacitor; And
    상기 LED와 직렬 연결되며, 상기 충전용 콘덴서 및 상기 충전 전류 제어부와 병렬 연결되는 메인 전류 제어부;를 포함하며,And a main current controller connected in series with the LED and connected in parallel with the charging capacitor and the charging current controller.
    상기 충전 전류 제어부는, 상기 LED에 인가된 전압이 LED 구동 임계 전압을 초과할 경우, 상기 공급된 전원의 적어도 일부를 상기 충전용 콘덴서에 충전시키도록 제어하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치.And the charging current controller controls to charge the charging capacitor with at least a part of the supplied power when the voltage applied to the LED exceeds the LED driving threshold voltage.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치는,The method of claim 1, wherein the device,
    상기 LED와 병렬 연결되며, 상기 LED에 인가된 전압이 하강하여 LED 구동 임계 전압 미만일 경우, 상기 충전용 콘덴서에 2차 충전 전압을 제공하는 2차 충전 전류 제어부;를 더 포함하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치.And a secondary charging current controller connected in parallel with the LED and providing a secondary charging voltage to the charging capacitor when the voltage applied to the LED falls below the LED driving threshold voltage. LED control device.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장치는,The method of claim 1, wherein the device,
    상기 전원 공급부와 상기 LED 사이에 직렬 연결되어 전원 공급부로부터 입력된 교류 입력 전원을 분배하는 제1 저항;을 더 포함하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치.And a first resistor connected in series between the power supply and the LED to distribute AC input power input from the power supply.
  4. 제3항에 있어서, 상기 장치는,The method of claim 3, wherein the device,
    상기 제1 저항과 병렬 연결되어 전원 공급부로부터 입력된 교류 입력 전원을 분배하는 제2 저항; 상기 제2 저항과 직렬 연결되는 제3 저항; 상기 제2 저항의 하단에 인가된 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 충전 전류 제어부로 제어 신호를 제공하는 제1 OP-AMP; 및 상기 제2 저항의 하단에 인가된 전압과 기준 전압을 비교하여 상기 메인 전류 제어부로 제어 신호를 제공하는 제2 OP-AMP;를 더 포함하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치.A second resistor connected in parallel with the first resistor to distribute AC input power input from a power supply; A third resistor connected in series with the second resistor; A first OP-AMP comparing a voltage applied to the lower end of the second resistor with a reference voltage to provide a control signal to the charging current controller; And a second OP-AMP comparing the voltage applied to the lower end of the second resistor with a reference voltage to provide a control signal to the main current controller.
  5. 제1항에 있어서, 상기 장치는,The method of claim 1, wherein the device,
    상기 LED와 병렬 연결되어 상기 LED의 플릭커링을 제어하는 제2 콘덴서;를 더 포함하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 장치.And a second capacitor connected in parallel with the LED to control flickering of the LED.
  6. 교류 입력 전원에 의해 적어도 하나의 LED를 구동하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 방법에 있어서,An energy recycling high power factor LED control method for driving at least one LED by an AC input power source,
    상기 교류 입력 전원을 정류시켜 상기 LED로 제공하는 단계;Rectifying the AC input power to provide the LED to the LED;
    상기 정류된 교류 입력 전원의 제1 사이클 구간에서 상기 LED에 인가된 전압이 LED 구동 임계 전압을 초과하는지 판단하는 단계; 및Determining whether a voltage applied to the LED exceeds a LED driving threshold voltage in a first cycle period of the rectified AC input power; And
    상기 판단 결과, 상기 LED에 인가된 전압이 LED 구동 임계 전압을 초과할 경우, 상기 LED에 공급된 전원의 적어도 일부를 상기 LED와 직렬 연결된 충전용 콘덴서에 1차 충전시키는 제1 동작 모드로 동작하는 단계;를 포함하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 방법.As a result of the determination, when the voltage applied to the LED exceeds the LED driving threshold voltage, operating in a first operation mode of primary charging at least a part of the power supplied to the LED to a charging capacitor connected in series with the LED. Comprising; energy recycling high power factor LED control method.
  7. 제6항에 있어서, 상기 교류 입력 전원을 정류시키는 방법은,The method of claim 6, wherein the rectifying of the AC input power source comprises:
    브리지 다이오드에 의해 상기 교류 입력 전원을 전파 정류하는 것을 포함하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 방법.And full-wave rectifying the AC input power by a bridge diode.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 동작 모드 이후에,The method of claim 6, wherein after the first mode of operation,
    상기 정류된 교류 입력 전원의 제1 사이클 구간에서 상기 LED에 인가된 전압의 위상이 90°를 경과하여 전압이 하락할 경우, 상기 충전용 콘덴서의 1차 충전을 종료하는 제2 동작 모드로 동작하는 단계;를 더 포함하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 방법.Operating in a second operation mode in which primary charging of the charging capacitor is terminated when the voltage decreases as the phase of the voltage applied to the LED passes 90 ° in the first cycle period of the rectified AC input power. It further comprises; Energy recycling high power factor LED control method.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 동작 모드 이후에,The method of claim 8, wherein after the second mode of operation,
    상기 LED에 인가된 전압이 하락하여 LED 구동 임계 전압 미만이 될 경우, 상기 LED에 공급된 전원의 적어도 일부를 상기 충전용 콘덴서에 2차 충전시키는 제3 동작 모드로 동작하는 단계;를 더 포함하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 방법.When the voltage applied to the LED falls below the LED driving threshold voltage, operating in a third operation mode of charging at least a part of the power supplied to the LED to the charging capacitor secondary; , Energy recycling high power factor LED control method.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제3 동작 모드 이후에,The method of claim 9, wherein after the third mode of operation:
    상기 정류된 교류 입력 전원의 제2 사이클 구간에서 상기 LED에 인가된 전압이 재상승하여 미리 설정된 조건을 만족하면, 상기 충전용 콘덴서에 충전된 전력과 상기 정류된 교류 입력 전원이 합쳐져서 상기 LED를 점등시키는 제4 동작 모드로 동작하는 단계;를 더 포함하는, 에너지 재활용 고역률 LED 제어 방법.When the voltage applied to the LED rises again in the second cycle period of the rectified AC input power and satisfies a preset condition, the power charged in the charging capacitor and the rectified AC input power are combined to turn on the LED. Operating in a fourth mode of operation; further comprising, energy recycling high power factor LED control method.
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