KR100966339B1 - 조명 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자부품의 수를 줄이고 소형화시키기 위한 조명 구동장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 조명 구동장치는, 부하를 구동시키기 위한 구동전압을 출력하는 전원공급부; 및 상기 부하에 흐르는 전류 및 외부로부터의 디밍전압을 인가받고, 상기 디밍전압 및 부하에 흐르는 전류에 해당하는 전압의 합이 기 설정된 기준전압보다 작거나 클 경우 상기 전원공급부를 제어하여 구동전압의 전류 크기를 제어하는 디밍 제어부;를 포함하여 이루어질 수 있다. 이에 따라, 비교수단 및 다수의 저항들로 아날로그 디밍 제어부를 구성함으로써, 회로의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

조명, LED, 디밍(Dimming), 역률, 컨버터, 구동장치

Description

조명 구동장치{APPARATUS FOR DRIVING LIGHT}

본 발명은 회로의 크기를 줄이기 위한 조명 구동장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 비교수단 및 다수의 저항으로 아날로그 디밍 제어부를 구성하여 전원공급부를 제어함으로써, 회로의 크기를 줄일 수 있는 조명 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전력변환장치는 크게 컨버터(Converter)와 인버터(Inverter)로 구분되며, 컨버터는 교류성분의 입력전압을 직류성분으로 변환하는 전력변환장치이고 인버터는 직류성분의 입력전압을 교류성분으로 변환하는 전력변환장치이다.

이러한 전력변환장치는 전동기, 조명기기 및 각종 통신기기 등에 전력을 공급하기 위하여 사용되며 트랜스포머(Transformer)를 통해 공급되는 전압을 일정 크기의 전압으로 제어하여 상기 장치들을 구동시킨다.

특히, LED(Light Emitting Diode)는 통신기기, TV, 모니터 등의 전자제품에서 여러가지 신호 전달용으로 사용되고 있는데, 신호 전달용으로 사용되는 LED는 인가되는 전압이 문턱전압(Threshold)보다 높을 경우 발광하게 되고, 문턱전압보다 낮을 경우 발광하지 않는 특성을 지니고 있다.

최근, 조명기기로 사용되는 백열전구보다 조명 효율이 높은 백색 LED가 개발됨에 따라 백열등 또는 형광등과 같은 조명기기를 LED로 대체하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 조명용 LED는 저휘도의 신호 전달용 LED와는 달리 LED에 흐르는 전류량이 많고 밝은 빛을 낼 수 있는 고휘도 LED를 사용해야 한다.

이러한, 조명 사양에 필요한 휘도를 얻기 위해서는 많은 수의 LED를 직렬 또는 병렬의 어레이(Array) 형태로 구성해야 한다. 이때, 상기 LED 어레이 구성에서 하나의 열로 구성되는 직렬 어레이 구현시 연결된 LED의 수만큼의 구동전압이 필요하게 됨에 따라 높은 휘도를 얻기 위해서는 높은 구동전압이 필요하게 됨으로써 소자의 내압이 증가하게 된다.

이하, 관련도면을 참조하여 종래 기술에 의한 전력변환장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 전력변환장치의 블럭도이고, 도 2 및 도 3은 종래 기술에 의한 전력변환장치의 변형예를 나타낸 블럭도이다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 의한 전력변환장치는 인가되는 입력전압의 고조파(Harmonics) 및 전력 손실을 줄이기 위한 역률 보정부(10), 상기 역률 보정부(10)와 연결된 절연형 변환부(11), 상기 절연형 변환부(11)로부터 출력되는 구동전압을 일정크기로 제어하여 출력하는 정전류 변환부(12) 및 상기 정전류 변환부(12)를 통해 출력되는 구동전압을 인가받아 동작하는 부하(13)로 이루어진다.

이때, 상기 전력변환장치는 역률 보정부(10)를 통해 역률을 보정 할 수 있지만 비절연형으로 안전규격을 만족하기 위해서는 상기 절연형 변환부(11)가 필요하다. 상기 절연형 변환부(11)는 역률 보정부(10)로부터 출력되는 전압을 상기 부하(13)를 구동시키기 위한 직류형태의 구동전압으로 변환시켜 출력한다. 또한, 상기 정전류 변환부(12)는 상기 부하(13)를 구동시키기 위하여 상기 절연형 변환부(11)를 통해 출력되는 구동전압을 일정한 전류가 흐르도록 제어한다.

그리고, 종래 기술에 의한 전력변환장치의 변형예로써, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 절연형 변환부(11)와 정전류 변환부(12)를 하나의 절연-정전류 변환부(21)로 구성하거나, 상기 역률 보정부(11)와 절연형 변환부(11)를 하나의 전원공급부(30)로 구성할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 전력변환장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래 전력변환장치는 상기 절연형 변환부(11)로부터 출력되는 구동전압이 상기 정전류 변환부(12)에 공급되고, 상기 정전류 변환부(12)는 상기 공급된 구동전압을 제어하여 상기 부하(13)에 전달한다. 이때, 상기 부하(13)에 구비되는 LED의 수를 늘리게 되면 이를 구동시키기 위한 구동전압의 크기도 커져야 한다.

이에 따라, 상기 절연형 변환부(11)는 큰 전압을 갖는 구동전압을 출력하게 되고, 이를 인가받은 정전류 변환부(12)는 인가된 구동전압을 승압시켜 출력해야 하기 때문에 정전류 변환부(12)를 이루고 있는 소자들(미도시함)의 내압이 상승하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 부하(13)의 디밍(Dimming)을 제어하기 위하여 별도의 PWM 제어 기능을 갖는 컨버터를 구비하여야 함으로써, 회로의 크기 및 재료비가 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비교수단 및 다수의 저항들로 아날로그 디밍 제어부를 구성하여 전원공급부를 제어함으로써, 회로의 크기를 줄일 수 있는 조명 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조명 구동장치는, 부하를 구동시키기 위한 구동전압을 출력하는 전원공급부; 및 상기 부하에 흐르는 전류 및 외부로부터의 디밍전압을 인가받고, 상기 디밍전압 및 부하에 흐르는 전류에 해당하는 전압의 합이 기 설정된 기준전압보다 작거나 클 경우 상기 전원공급부를 제어하여 구동전압의 전류 크기를 제어하는 디밍 제어부;를 포함하여 이루어질 수 있다. 이에 따라, 비교수단 및 다수의 저항들로 아날로그 디밍 제어부를 구성함으로써, 회 로의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이때, 상기 디밍 제어부는, 상기 부하에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출 저항; 일단이 상기 전류검출 저항과 상기 부하와의 접점과 연결된 제1 저항; 상기 디밍전압을 분배시키며, 상기 제1 저항을 통해 공급되는 전압과 상기 분배된 디밍전압을 합산하여 비교전압을 출력하는 전압분배부; 반전단자가 상기 전압분배부와 연결되고, 비반전단자가 기 설정된 기준전압과 연결되며, 상기 비교전압과 기준전압을 비교하여 동일크기의 전압으로 보정하기 위한 보정신호를 출력하는 비교수단; 및 일단이 상기 비교수단의 출력단과 연결되고, 타단이 상기 비교수단의 반전단자와 연결된 제어수단;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 전압분배부는, 일단으로 상기 디밍전압을 공급받으며, 타단이 상기 제1 저항의 타단과 연결된 제2 저항; 및 일단이 상기 제2 저항의 타단과 연결되며, 타단이 접지된 제3 저항;을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 부하는 하나 이상의 LED로 이루어질 수 있으며, 상기 전원공급부는, 플라이백 컨버터, 포워드 컨버터, 푸시풀 컨버터, 하프 브리지 컨버터 또는 풀 브리지 컨버터 중 선택된 어느 하나의 컨버터로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 조명 구동장치는, 부하에 흐르는 전류를 감지하여 전원공급부를 제어함으로써, 별도의 컨버터의 구성없이 구동전압의 전류 크기를 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 비교수단 및 다수의 저항들로 아날로그 디밍 제어부를 구성함으로써, 회로의 크기를 줄일 수 있는 조명 구동장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 회로의 크기를 줄이기 위한 조명 구동장치의 구성 및 그 효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

실시예

이하, 관련도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 조명 구동장치에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조명 구동장치의 블럭도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 디밍 제어부를 나타낸 회로도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 조명 구동장치의 구동전압을 나타낸 그래프이다.

우선, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 조명 구동장치는, 외부로부터의 입력전압(Vin)을 인가받아 부하(300)를 구동시키기 위한 구동전압(V0)을 공급하는 전원공급부(100), 상기 부하(300)에 흐르는 전류를 감지하여 구동전압(V0)의 전류 크기를 제어하기 위한 디밍 제어부(200) 및 상기 부하(300)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출부(310)를 포함할 수 있다.

여기서, 전원공급부(100)는, 정류부(110), PFC 제어부(120), 트랜스포머(T1), 다이오드(D1), 커패시터(C1) 및 스위칭수단(Q1)으로 구성되고, 상기 디밍 제어부(200)에 의해 제어되어 상기 부하(300)에 공급되는 구동전압(V0)의 전류 크기를 조절하여 출력한다. 특히, 상기 전원공급부(100)는 플라이백 컨버터(Flyback converter)일 수 있다.

이때, 상기 디밍 제어부(200)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 비교수단(210), 제어수단(220), 전압분배부(230) 및 제1 저항(R1)으로 구성되고, 상기 부하(300)에 흐르는 전류 및 외부로부터의 디밍전압(Vdim)을 인가받는다. 또한, 상기 디밍 제어부(200)는 상기 인가된 디밍전압(Vdim) 및 부하(300)에 흐르는 전류에 해당하는 전압의 합인 비교전압(Vinv)이 기 설정된 기준전압(Vref)보다 작거나 클 경우 상기 전원공급부(100)를 제어하여 구동전압(Vo)의 전류 크기를 제어하기 위한 보상신호(S)를 생성한다. 여기서, 상기 부하(300)는 적어도 하나의 LED일 수 있다.

상기 제1 저항(R1)은 일단이 상기 부하(300) 및 전류 검출부(310)와의 접점과 연결되고, 타단이 상기 전압분배부(230)와 연결되며, 상기 부하(300)를 통해 흐르는 전류를 전압분배부(230)에 전달한다.

상기 전압분배부(230)는 제2 및 제3 저항(R2, R3)이 직렬로 연결되고, 외부로부터 인가되는 디밍전압(Vdim)을 분배시켜 비교전압(Vniv)을 출력한다.

이때, 상기 제2 저항(R2)은 일단으로 상기 디밍전압(Vdim)을 인가받고, 타단 이 상기 제3 저항(R3)의 일단과 연결되며, 상기 제3 저항(R3)은 일단이 상기 제2 저항(R2)과 제1 저항(R1)의 접점과 연결되고 타단이 접지됨으로써, 상기 디밍전압(Vdim) 및 부하(300)에 흐르는 전류의 전압을 분배시켜 비교전압(Vniv)으로 출력한다.

상기 비교수단(210)은 비반전단자(+)로 사전에 설정된 기준전압(Vref)이 인가되고, 반전단자(-)가 상기 전압분배부(230)와 연결되어 비교전압(Vniv)을 인가받는다.

이때, 상기 비교수단(210)은 상기 비교전압(Vniv)의 크기를 기준전압(Vref)과 비교하여 비교전압(Vniv)이 기준전압(Vref)보다 작을 경우에는 부하(300)에 공급되는 구동전압(V0)의 전류 크기를 증가시키기 위한 보정신호(S)를 출력하고, 상기 비교전압(Vniv)이 기준전압(Vref)보다 클 경우에는 부하(300)에 공급되는 구동전압(V0)의 전류 크기를 줄이기 위한 보정신호(S)를 출력한다.

예를 들면, 상기 디밍전압(Vdim)이 0V에서 10V까지 조절될 수 있는 전압이라고 가정하고, 사용자로부터 상기 디밍전압(Vdim)이 10V로 인가될 경우, 제2 및 제3 저항(R2, R3)에 의해 분배된 디밍전압(Vdim)이 기준전압(Vref)을 초과하게 됨으로써, 상기 비교수단(210)은 상기 구동전압(V0)의 전류량을 줄이기 위한 보정신호(S)를 출력하게 된다.

이때, 상기 구동전압(V0)의 전류량을 줄이기 위한 보정신호(S)를 전달받은 상기 전원공급부(100)의 PFC 제어부(120)는 상기 스위칭수단(Q1)의 오프 구간을 증가시킴으로써 구동전압(V0)의 전류량을 줄여 부하(300)에 공급한다. 이에 따라, 상 기 부하(300)의 휘도를 줄임으로써, 사용자가 원하는 휘도로 부하(300)를 구동시킬 수 있다.

또한, 사용자로부터 상기 디밍전압(Vdim)이 0V로 인가될 경우, 제2 및 제3 저항(R2, R3)에 의해 분배된 디밍전압(Vdim)이 기준전압(Vref) 보다 작은 크기를 갖게 됨으로써, 상기 비교수단(210)은 상기 구동전압(V0)의 전류량을 증가시키기 위한 보정신호(S)를 출력하게 된다.

상기 구동전압(V0)의 전류량을 증가시키기 위한 보정신호(S)를 전달받은 상기 전원공급부(100)의 PFC 제어부(120)는 상기 스위칭수단(Q1)의 온 구간을 증가시킴으로서 구동전압(V0)의 전류량을 증가시켜 부하(300)에 공급한다. 이에 따라, 상기 부하(300)의 휘도를 증가시킴으로써, 사용자가 원하는 휘도로 부하(300)를 구동시킬 수 있다.

한편, 상기 비교수단(210)은 출력단자와 반전단자(-) 사이에 연결된 제어수단(220)을 통하여 상기 보정신호(S)의 크기를 결정할 수 있다. 이때, 상기 제어수단(220)은 상기 비교전압(Vinv)과 기준전압(Vref)의 차이를 연산하기 위한 수단이며, 저항을 사용할 수 있다.

또한, 하기 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)과 전류검출부(310)를 구성하는 전류검출 저항(Rs)의 저항값을 결정할 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 조명 구동장치는 하기 [표 1]과 같이 PWM 제어를 위한 DC/DC 컨버터의 전압 스트레스와 인덕터의 파워 용량에 의하여 전체 효율이 종래에 비하여 76.5%에서 85%로 약 8.5% 향상됨에 따라, 본 발명에 따른 조명 구동장치는 종래의 PWM 제어 기능이 구비된 컨버터의 구비 없이도 효율을 향상시킬 수 있으며, 디밍기능을 구형할 수 있게 되어 회로를 소형화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 조명 구동장치는, 본 발명의 일실시예에 따른 조명 구동장치의 구동전압을 나타낸 그래프인 도 6 및 도 7과 같이, 디밍전압(Vdim)이 최소 전압값을 갖는 경우 도 6의 구동전압(V0)와 같이 70V를 가지며 부하(300)에는 0.67A의 전류(I_LED)가 흐른다.

그리고, 디밍전압(Vdim)이 최대 전압값을 갖는 경우 도 7의 구동전압(V0)과 같이 45.5V를 가지며, 부하(300)에는 7mA의 전류(I_LED)가 흐른다. 이에 따라, 본 발명의 조명 구동장치는 디밍전압(Vdim)만을 조절하여 사용자가 원하는 디밍기능을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.

전압공급부(100)의 변형예

이하, 본 발명에 따른 전력변환장치에 구비되는 전원공급부(100)의 변형예에 대하여 도 8 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 조명 구동장치의 전원공급부에 대한 변형예를 나타낸 회로도이다.

먼저, 상기 전원공급부(100)를 포워드 컨버터(Forward Converter)로 구성한 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 전원공급부(100)는 정류부(110), 제1 및 제2 일차측(Np1, Np2)을 가지는 트랜스포머(T1), PFC 제어부(120) 및 스위칭수단(Q1)으로 이루어진다. 이때, 상기 PFC 제어부(120)는 상기 디밍 제어부(200)를 통해 전달되는 보정신호(S)를 인가받음으로써 상기 스위칭수단(Q1)을 온/오프 제어하여 디밍전압(Vdim)에 맞는 구동전압(V0)을 트랜스포머(T)의 이차측으로 공급한다.

그리고, 상기 전원공급부(100)를 푸시풀 컨버터(Push-full Converter)로 구성한 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 전원공급부(100)의 트랜스포머(T1) 일차측(Np) 중앙에 센터탭(Center Tap)이 있으며 정류부(110)를 통해 정류된 전압이 상기 센터탭으로 인가되고, 트랜스포머(T1) 일차측의 각 타단에는 제1 및 제2 스위칭수단(Qp1, Qp2)이 연결된다.

이때, 상기 PFC 제어부(120)는 상기 보정신호(S)를 전달받아 상기 제1 및 제2 스위칭수단(Qp1, Qp2)을 제어함으로써, 상기 전원공급부(100)는 사용자에 의해 부하(300)의 휘도를 용이하게 조절할 수 있다.

또한, 상기 전원공급부(100)를 하프 브리지 컨버터(Half-Bridge Converter)로 구성한 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 전원공급부(100)는 트랜스포머(T1)의 일차측(Np1)이 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)와 제1 및 제2 스위칭수단(Qp1, Qp2)과 연결된다.

이때, 상기 전원공급부(100)는 상기 제1 및 제2 스위칭수단(Qp1, Qp2)의 게이트와 연결된 PFC 제어부(120)에 의해 제어된다.

아울러, 상기 전원공급부(110)를 풀브리지 컨버터(Full-Bridge Converter)로 구성한 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 전원공급부(100)는 상술한 도 10의 트랜스포머(T1)의 일차측(Np1)이 제1 내지 제4 스위칭수단(Qp1, Qp2, Qp3, Qp4)을 통해 풀 브리지 형상으로 이루어져, 사용자에 의해 조절된 구동전압(V0)을 부하(300)에 공급함으로써, 사용자가 원하는 휘도로 상기 부하(300)를 구동시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 전력변환장치의 블럭도.

도 2 및 도 3은 종래 기술에 의한 전력변환장치의 변형예를 나타낸 블럭도.

도 4는 본 발명에 따른 조명 구동장치의 블럭도.

도 5는 본 발명에 따른 디밍 제어부를 나타낸 회로도.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 조명 구동장치의 구동전압을 나타낸 그래프.

도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 조명 구동장치의 전원공급부에 대한 변형예를 나타낸 회로도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100: 전원공급부 110 : 정류부

120 : PFC 제어부 200 : 디밍 제어부

210 : 비교수단 220 : 제어수단

230 : 전압분배부 300 : 부하

310 : 전류 검출부 T1 : 트랜스포머

D1 : 다이오드 C1 : 커패시터

R1, R2, R3 : 제1 내지 제3 저항

Claims (5)

1. 교류 전원을 직류 형태의 구동 전압으로 변환하여 부하에 직접 공급하는 전원공급부; 및

   상기 부하에 흐르는 전류 및 외부로부터의 디밍전압을 인가받고, 상기 디밍전압 및 부하에 흐르는 전류에 해당하는 전압의 합이 기 설정된 기준전압보다 작거나 클 경우 상기 전원공급부를 제어하여 구동전압의 전류 크기를 제어하는 디밍 제어부;를 포함하며,

   상기 디밍 제어부는,

   상기 부하에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류검출 저항;

   일단이 상기 전류검출 저항과 상기 부하와의 접점과 연결된 제1 저항;

   일단으로 상기 디밍전압을 공급받으며, 타단이 상기 제1 저항의 타단과 연결된 제2 저항, 및 일단이 상기 제2 저항의 타단과 연결되며, 타단이 접지된 제3 저항을 구비하여, 상기 디밍전압을 분배시키고, 상기 제1 저항을 통해 공급되는 전압과 상기 분배된 디밍전압을 합산하여 비교전압을 출력하는 전압분배부;

   반전단자가 상기 전압분배부와 연결되고, 비반전단자가 기 설정된 기준전압과 연결되며, 상기 비교전압과 기준전압을 비교하여 동일크기의 전압으로 보정하기 위한 보정신호를 출력하여 상기 전원 공급부로 출력하는 비교수단; 및

   일단이 상기 비교수단의 출력단과 연결되고, 타단이 상기 비교수단의 반전단자와 연결된 제어수단;

   을 포함하는 조명 구동장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 부하는 하나 이상의 LED인 조명 구동장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 전원공급부는,

   플라이백 컨버터, 포워드 컨버터, 푸시풀 컨버터, 하프 브리지 컨버터 또는 풀 브리지 컨버터 중 선택된 어느 하나의 컨버터인 조명 구동장치.

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