KR100965435B1

KR100965435B1 - 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치

Info

Publication number: KR100965435B1
Application number: KR1020100004206A
Authority: KR
Inventors: 최호영
Original assignee: (주)상지기술
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2010-06-24

Abstract

본 발명은 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치에 관한 것으로서, 특히 교류/직류 컨버터에서 출력되는 전압레벨을 감지하여 기준전압과 비교하고, 그 비교결과에 따라 소정의 보상값이 제어부로 공급될 수 있도록 제 1 제어신호를 출력하는 전압감지 제어부와; 전류감지저항에서 감지 공급되는 전류감지전압을 기준전압(최대전류에 대응하는 전압)과 비교하고, 그 전류감지전압이 기준전압보다 클때 제어부로 공급되는 보상값이 감소하도록 하는 제 2 제어신호를 출력하는 전류감지제어부와; 부하측으로 최대전류가 공급되기 전까지는 제 1 제어신호에 따라 정전압이 부하측으로 공급되도록 하기 위한 보상값을 포토커플러로 공급하고 부하측으로 최대전류가 공급된 후에는 제 1 제어신호와 제 2 제어신호에 따라 정전류가 부하측으로 공급되도록 하기 위해 교류/직류 컨버터의 출력전압을 감소시키는 보상값을 포토커플러로 공급하는 보상부와; 상기 보상부에 의해 공급된 보상값을 제어단의 에러앰프를 통해 제어부에 공급하는 광전도다이오드와 광전도트랜지스터로 구성된 포토커플러;로 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, LED 램프로 공급되는 전류가 최대치에 도달할 때 까지는 정전압이 LED로 공급되고, LED에 흐르는 전류가 최대치에 도달하였을 때에는 LED 램프로 공급되는 출력전압이 감소되면서 최대전류가 더 증가하지 않고 유지되는 정전류 방식으로 동작하여 LED의 광특성이 보장되면서 전원장치의 안정된 효율을 제공할 수 있으며, 다양한 LED 등기구의 전원장치에 적용할 수 있음은 물론 간단한 회로적 구성으로 정전압방식과 정전류방식의 전원장치를 제공할 수 있게되어 제품의 비용을 현저히 줄여줄 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

Description

엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치{Regular current driving device}

본 발명은 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교류/직류 컨버터에서 부하인 엘이디 램프로 공급되는 전압을 감지하고 그에 대응하는 보상값을 제어수단으로 피드백시켜 부하측으로 공급되는 전압이 일정한 레벨로 유지되도록 제어함과 동시에 교류/직류 컨버터에서 엘이디 램프로 공급되는 전류를 감지하여 그 감지전류가 설정값에 도달하였을때 제어수단으로 피드백되는 보상값이 감소하도록 하여 부하측으로 정전류가 공급되도록 구성한 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 LED 램프로 공급되는 전원을 제어하는 방법으로는 부하측으로 일정한 전압이 공급되도록 제어하는 정전압 방식과 부하측으로 일정한 전류가 공급되도록 제어하는 정전류 방식이 제공되고 있다.

정전압 방식의 전원제어장치는 일정한 레벨의 전압이 LED 램프로 공급됨에 따라 안정된 효율을 유지할 수 있으나 LED의 발열에 의해 전류가 상승하여 과도전류가 부하측에 흐름에 따라 LED의 광특성이 떨어지게되고, 열폭주에 의해 LED가 파손되는 현상이 빈번히 발생하게되는 문제점이 있었다.

또한, 정전류 방식의 전원제어장치는 LED에 흐르는 전류를 일정하게 제어할 수 있으나 전원장치의 효율이 낮아서 LED 등기구의 전체적인 광효율을 저하시키는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 교류/직류 컨버터에서 부하인 LED 램프로 공급되는 전압을 감지하고 그에 대응하는 보상값을 제어수단으로 피드백시켜 교류/직류 컨버터에서 부하측으로 공급되는 전압이 일정한 레벨로 유지되도록 제어함과 동시에 교류/직류 컨버터에서 엘이디 램프로 공급되는 전류를 감지하여 그 감지전류가 설정값에 도달하였을때 제어수단으로 피드백되는 보상값이 감소하도록 하여 부하측으로 공급되는 출력전압이 감소되면서 정전류가 공급되도록 구성한 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

입력되는 상용교류전원을 정류하는 브릿지다이오드와; 제어부의 제어로 동작하는 트랜지스터의 스위칭동작에 따라 상기 브릿지다이오드에서 정류되어 1차측 코일로 공급되는 전압으로 2차측 코일에 교류전원을 유기시켜 출력하는 트랜스와; 상기 트랜스에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하인 LED램프에 공급하는 교류/직류 컨버터; 를 포함하여 구성된 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치에 있어서,

상기 교류/직류 컨버터에서 출력되는 전압레벨을 감지하여 기준전압과 비교하고, 그 비교결과에 따라 소정의 보상값이 제어부로 공급될 수 있도록 제 1 제어신호를 출력하는 전압감지 제어부와;

상기 교류/직류 컨버터에서 출력되는 전류에 비례하는 전압을 전류감지제어부에 공급하는 전류감지저항과;

전류감지저항에서 공급되는 전류감지전압을 기준전압(최대전류에 대응하는 전압)과 비교하고, 그 전류감지전압이 기준전압보다 클때 제어부로 공급되는 보상값이 감소하도록 하는 제 2 제어신호를 출력하는 전류감지제어부와;

부하측으로 최대전류가 공급되기 전까지는 제 1 제어신호에 따라 정전압이 부하측으로 공급되도록 하기 위한 보상값을 포토커플러로 공급하고 부하측으로 최대전류가 공급된 후에는 제 1 제어신호와 제 2 제어신호에 따라 정전류가 부하측으로 공급되도록 하기 위해 교류/직류 컨버터의 출력전압을 감소시키는 보상값을 포토커플러로 공급하는 보상부와;

상기 보상부에 의해 공급된 보상값을 제어단의 에러앰프를 통해 제어부에 공급하는 광전도다이오드와 광전도트랜지스터로 구성된 포토커플러;로 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, LED 램프로 공급되는 전류가 최대치에 도달할 때 까지는 정전압이 LED로 공급되고, LED에 흐르는 전류가 최대치에 도달하였을 때에는 LED 램프로 공급되는 출력전압이 감소되면서 최대전류가 더 증가하지 않고 유지되는 정전류 방식으로 동작하여 LED의 광특성이 보장되면서 전원장치의 안정된 효율을 제공할 수 있으며, 다양한 LED 등기구의 전원장치에 적용할 수 있음은 물론 간단한 회로적 구성으로 정전압방식과 정전류방식의 전원장치를 제공할 수 있게되어 제품의 비용을 현저히 줄여줄 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 LED 램프용 전원회로의 정전류 구동장치를 보인 회로 블럭도.
도 2 는 본 발명의 출력특성을 보인 파형도.
도 3 은 본 발명의 제품화를 위한 실제 회로도.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 3 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 도면에 의하면, 본 발명은,

입력되는 상용교류전원을 정류하는 브릿지다이오드(BD1)와; 트랜지스터(Q1)의 스위칭동작에 따라 상기 브릿지다이오드(BD1)에서 정류되어 1차측 코일(L1)로 공급되는 전압으로 2차측 코일(L2)에 교류전원을 유기시켜 출력하는 트랜스(T1)와; 상기 트랜스(T1)에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하인 LED램프(2)에 공급하는 다이오드(D1)와 콘덴서(C1)로 구성된 교류/직류 컨버터(1)와; 상기 교류/직류 컨버터(1)에서 공급되는 전압으로 구동하여 점등되는 다수의 LED로 이루어진 LED램프(2)와; 상기 교류/직류 컨버터(1)에서 출력되는 전압레벨을 감지하여 기준전압(V1)과 비교하고, 그 비교결과에 따라 소정의 보상값이 제어부(6)로 공급될 수 있도록 제 1 제어신호를 출력하는 전압감지 제어부(3)와; 상기 교류/직류 컨버터(1)에서 출력되는 전류에 비례하는 전압을 전류감지제어부(4)에 공급하는 전류감지저항(R1)과; 전류감지저항(R1)에서 공급되는 전류감지전압을 기준전압(V2)과 비교하고, 그 전류감지전압이 기준전압(V2)보다 클때 제어부(6)로 공급되는 보상값이 감소하도록 하는 제 2 제어신호를 출력하는 전류감지제어부(4)와; 부하측으로 최대전류가 공급되기 전까지는 제 1 제어신호에 따라 정전압이 부하측으로 공급되도록 하기 위한 보상값을 포토커플러(PT1)로 공급하고 부하측으로 최대전류가 공급된 후에는 제 1 제어신호와 제 2 제어신호에 따라 정전류가 부하측으로 공급되도록 하기 위해 교류/직류 컨버터(1)의 출력전압을 감소시키는 보상값을 포토커플러(PT1)로 공급하는 보상부(5)와; 상기 보상부(5)에 의해 공급된 보상값을 제어단의 에러앰프(OP3)를 통해 제어부(6)에 공급하는 광전도다이오드(PD)와 광전도트랜지스터(PQ)로 구성된 포토커플러(PT1)와; 상기 포토커플러(PT1)를 통해 공급되는 보상값에 따라 트랜지스터(Q1)의 스위칭동작을 PWM(펄스폭변조)방식으로 제어하는 제어부(6); 로 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 전압감지제어부(3)는 기준전압(V1)이 비반전입력(+)에 연결되고, 교류/직류 컨버터(1)의 출력전압이 반전입력(-)에 연결되며, 반전입력(-)으로 입력되는 전압을 기준전압(V1)과 비교하여 그 비교결과에 따라 정전압이 부하측으로 공급되도록 하는 보상값을 가변시키기 위한 제 1 제어신호를 출력하는 제 1 오피앰프(OP1)로 구성하고,

상기 전류감지제어부(4)는 기준전압(V2)이 비반전입력(+)에 연결되고, 전류감지저항(R1)에서 출력된 전압이 반전입력(-)에 연결되며, 반전입력(-)으로 입력되는 전압이 기준전압(V2) 보다 클때 보상값을 줄여주기 위한 제 2 제어신호를 출력하는 제 2 오피앰프(OP2)로 구성하며,

상기 보상부(5)는 포토커플러(PT1)의 광전도다이오드(PD)에 2개의 다이오드(D2,D3)를 병렬로 연결하고, 다이오드(D2)를 제 1 오피앰프(OP1)의 출력단에 연결하면서 또다른 다이오드(D3)를 제 2 오피앰프(OP2)의 출력단에 연결하여 제 1 오피앰프(OP1)의 제 1 제어신호에 의해 다이오드(D2)가 동작하여 광전도다이오드(PD)가 동작함에 따라 소정의 보상값이 광전도트랜지스터(PQ)를 통해 제어부(6)로 공급되며, 제 2 오피앰프(OP2)가 동작하여 제 2 제어신호에 의해 다이오드(D3)가 동작하면 광전도다이오드(PD)에 흐르는 전류가 감소하면서 광전도트랜지스터(PQ)를 통해 제어부(6)로 공급되는 보상값이 감소하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 초기에 전원이 공급되면 브릿지다이오드(BD1)는 입력되는 상용교류전원을 정류하여 트랜스(T1)의 1차측 코일(L1)로 공급하고, 트랜스(T1)는 트랜지스터(Q1)의 스위칭동작에 따라 1차측 코일(L1)로 공급되는 전압에 비례하여 2차측 코일(L2)에 교류전원을 유기시켜 교류/직류 컨버터(1)로 공급한다.

교류/직류 컨버터(1)를 구성하는 다이오드(D1)와 콘덴서(C1)는 트랜스(T1)에서 출력된 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 LED 램프(2)로 공급하여 LED램프(2)를 점등시킨다.

이때, 전압감지제어부(3)는 교류/직류 컨버터(1)에서 출력된 전압레벨을 감지하여 교류/직류 컨버터(1)에서 항상 일정한 레벨의 정전압이 출력될 수 있도록 하는 보상값이 제어부(6)로 공급될 수 있도록 제 1 제어신호를 출력한다.

즉, 전압감지제어부(3)를 이루는 제 1 오피앰프(OP1)는 반전입력(-)으로 입력되는 교류/직류 컨버터(1)의 출력전압을 비반전입력(+)에 설정되어 있는 기준전압(V1)과 비교하며, 그 비교결과 입력전압이 기준전압(V1)보다 낮으면 포토커플러(PT1)의 광전도다이오드(PD)에 높은 전류가 흐르도록 하는 제 1 제어신호를 보상부(5)의 다이오드(D2)에 공급하고, 상기 비교결과 입력전압이 기준전압(V1)보다 높으면 포토커플러(PT1)의 광전도다이오드(PD)에 낮은 전류가 흐르도록 하는 제 1 제어신호를 다이오드(D2)에 공급한다.

이에따라, 제 1 제어신호에 의해 광전도다이오드(PD)에 흐르는 전류값(보상값)이 가변되고, 그 전류값(보상값)은 광전도트랜지스터(PQ)에 그대로 전달된 후 에러앰프(OP3)를 통해 제어부(6)로 공급되며, 제어부(6)는 포토커플러(PT1)를 통해 공급되는 보상값이 높으면 LED램프(2)로 공급되는 전압이 기준 이하인 것으로 판단하여 트랜지스터(Q1)의 PWM 제어주기를 늘려서 교류/직류 컨버터(1)의 출력전압이 높아지도록 제어하고, 또한 제어부(6)는 포토커플러(PT1)를 통해 공급되는 보상값이 낮으면 LED램프(2)로 공급되는 전압이 높은 것으로 판단하여 트랜지스터(Q1)의 PWM 제어주기를 좁혀서 교류/직류 컨버터(1)의 출력전압이 낮아지도록 제어한다.

이러한 피드백(FEED BACK) 제어에 의해 교류/직류 컨버터(1)의 출력전압이 항상 일정한 상태로 유지될 수 있게되는 것이다.

본 발명에서는 교류/직류 컨버터(1)에서 LED램프(2)로 공급되는 전원의 제어를 LED램프(2)에 최대전류가 공급되는 시점 이전에는 앞서 설명한 정전압방식으로 제어하고, 최대전류에 도달한 이후에는 정전류방식으로 제어한다.

도 2 에 도시된 바와같이 LED램프(2)로 정전압 제어방식에 의해 일정한 레벨의 전압이 공급됨에따라 LED램프(2)를 이루는 다수의 LED가 점등되며, 이러한 상태로 시간이 경과하면 LED 자체에서 발생하는 열에 의해 LED램프(2)에 흐르는 전류는 도 2 와 같이 증가하게되며, LED램프(2)에 흐르는 전류가 설정된 최대전류에 도달하게되면 교류/직류 컨버터(1)에서 출력되는 전압레벨을 감소시켜 LED램프(2)에 최대전류 이상의 전류가 흐르지 않도록 작동하며, 그 동작을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 적용된 전류감지제어부(4)는 LED램프(2)에 흐르는 전류가 최대치에 도달 한 이후에 작동하여 보상값을 줄여주어 LED램프(2)에 과도전류가 공급되지 않도록 한다.

상기 전류감지제어부(4)의 제 2 오피앰프(OP2)는 최대전류에 대응하는 기준전압(V2)이 비반전입력(+)에 연결되고, 전류감지저항(R1)에서 출력된 전압이 반전입력(-)에 연결되며, 반전입력(-)으로 입력되는 전압이 기준전압(V2) 보다 클때 그 차에 비례하여 보상값을 줄여주기 위한 제 2 제어신호를 보상부(5)의 다이오드(D3)로 출력한다.

상기 보상부(5)는 포토커플러(PT1)의 광전도다이오드(PD)에 2개의 다이오드(D2,D3)를 병렬로 연결하고, 다이오드(D2)를 제 1 오피앰프(OP1)의 출력단에 연결하면서 또다른 다이오드(D3)를 제 2 오피앰프(OP2)의 출력단에 연결하여 구성됨에 따라 제 1 오피앰프(OP1)의 제 1 제어신호에 의해 다이오드(D2)가 동작하여 광전도다이오드(PD)가 동작함에 따라 소정의 보상값이 광전도트랜지스터(PQ)를 통해 제어부(6)로 공급되며, 제 2 오피앰프(OP2)가 동작하여 출력된 제 2 제어신호에 의해 다이오드(D3)가 동작하면 광전도다이오드(PD)에 흐르는 전류가 감소하면서 광전도트랜지스터(PQ)를 통해 제어부(6)로 공급되는 보상값이 제 2 제어신호에 의해 다이오드(D3)를 통해 흐르는 전류만큼 감소하게 되는 것이다.

이에따라, 전류감지제어부(4)의 제어에 의해 제어부(6)로 공급되는 보상값이 감소하게되면서 도 2 와 같이 LED램프(2)로 최대전류가 공급된 이후에는 교류/직류 컨버터(1)의 출력전압이 감소하면서 최대전류 이상의 과도전류가 LED램프(2)로 공급되지 않는 정전류방식으로 전원장치가 작동하게 된다.

따라서, 본 발명은 LED램프(2)로 최대전류가 공급되기 이전에는 전원회로가 정전압방식으로 제어되어 LED램프(2)에 정전압이 공급되어 안정되면서 높은 효율로 전원공급을 구현하고, LED가 최적의 광특성을 유지할 수 있게되며, LED램프(2)로 최대전류가 공급된 이후부터는 정전류방식으로 제어되어 최대전류 이상의 과도전류가 LED로 공급되지 않게되어 LED의 과열로 인한 열폭주 및 파손을 예방할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 3 은 본 발명의 제품화를 위해 제작한 실제 회로도이다.

1: 교류/직류 컨버터, 2: LED램프,
3: 전압감지제어부, 4: 전류감지제어부,
5: 보상부, 6: 제어부,
T1: 트랜스, Q1: 트랜지스터,
OP1,OP2: 오피앰프, OP3: 에러앰프,
PT1: 포토커플러, R1: 전류감지저항,
D1~D3: 다이오드,

Claims

입력되는 상용교류전원을 정류하는 브릿지다이오드(BD1)와; 제어부(6)의 제어로 동작하는 트랜지스터(Q1)의 스위칭동작에 따라 상기 브릿지다이오드(BD1)에서 정류되어 1차측 코일(L1)로 공급되는 전압으로 2차측 코일(L2)에 교류전원을 유기시켜 출력하는 트랜스(T1)와; 상기 트랜스(T1)에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하인 LED램프(2)에 공급하는 교류/직류 컨버터(1); 를 포함하여 구성된 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치에 있어서,
상기 교류/직류 컨버터(1)에서 출력되는 전압레벨을 감지하여 기준전압(V1)과 비교하고, 그 비교결과에 따라 소정의 보상값이 제어부(6)로 공급될 수 있도록 제 1 제어신호를 출력하는 전압감지 제어부(3)와;
상기 교류/직류 컨버터(1)에서 출력되는 전류에 비례하는 전압을 전류감지제어부(4)에 공급하는 전류감지저항(R1)과;
전류감지저항(R1)에서 공급되는 전류감지전압을 기준전압(V2;최대전류에 대응하는 전압)과 비교하고, 그 전류감지전압이 기준전압(V2)보다 클때 제어부(6)로 공급되는 보상값이 감소하도록 하는 제 2 제어신호를 출력하는 전류감지제어부(4)와;
부하측으로 최대전류가 공급되기 전까지는 제 1 제어신호에 따라 정전압이 부하측으로 공급되도록 하기 위한 보상값을 포토커플러(PT1)로 공급하고 부하측으로 최대전류가 공급된 후에는 제 1 제어신호와 제 2 제어신호에 따라 정전류가 부하측으로 공급되도록 하기 위해 교류/직류 컨버터(1)의 출력전압을 감소시키는 보상값을 포토커플러(PT1)로 공급하는 보상부(5)와;
상기 보상부(5)에 의해 공급된 보상값을 제어단의 에러앰프(OP3)를 통해 제어부(6)에 공급하는 광전도다이오드(PD)와 광전도트랜지스터(PQ)로 구성된 포토커플러(PT1);로 구성한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전압감지제어부(3)는 기준전압(V1)이 비반전입력(+)에 연결되고, 교류/직류 컨버터(1)의 출력전압이 반전입력(-)에 연결되며, 반전입력(-)으로 입력되는 전압을 기준전압(V1)과 비교하여 그 비교결과에 따라 정전압이 부하측으로 공급되도록 하는 보상값을 가변시키기 위한 제 1 제어신호를 출력하는 제 1 오피앰프(OP1)로 구성한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전류감지제어부(4)는 기준전압(V2)이 비반전입력(+)에 연결되고, 전류감지저항(R1)에서 출력된 전압이 반전입력(-)에 연결되며, 반전입력(-)으로 입력되는 전압이 기준전압(V2) 보다 클때 보상값을 줄여주기 위한 제 2 제어신호를 출력하는 제 2 오피앰프(OP2)로 구성한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보상부(5)는 포토커플러(PT1)의 광전도다이오드(PD)에 2개의 다이오드(D2,D3)를 병렬로 연결하고, 다이오드(D2)를 제 1 오피앰프(OP1)의 출력단에 연결하면서 또다른 다이오드(D3)를 제 2 오피앰프(OP2)의 출력단에 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 엘이디 램프용 전원회로의 정전류 구동장치.