KR101132188B1

KR101132188B1 - 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치

Info

Publication number: KR101132188B1
Application number: KR1020110130029A
Authority: KR
Inventors: 최호영
Original assignee: (주)상지기술
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-04-06

Abstract

본 발명은 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리플성분의 교류전류를 통과시키는 콘덴서가 베이스 단에 연결되어 리플전류만큼 베이스전류를 감쇄시켜 이미터 단으로 출력되는 출력전류를 리플전류만큼 상쇄시키는 트랜지스터를 직류전압출력부의 출력단에 연결하여 리니어 방식으로 리플성분을 제거함에 따라 리플성분만을 효율적으로 제거할 수 있고, 기존 컨버터의 효율 및 기본 동작 특성에 큰 영향을 주지 않으며, 출력 단락 보호기능 및 기타 보호기능을 동일하게 적용할 수 있고, 전자파장해 개선 및 원가절감, 제품의 소형 경량화를 기대할 수 있도록 한 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치에 관한 것이다.

Description

엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치{Ripple elimination device}

도 1 은 종래의 엘이디 등기구용 전원회로를 도시한 것으로서,

입력되는 상용교류전원을 정류하는 브릿지다이오드(1)와; 브릿지다이오드(1)에서 정류된 전압을 평활하는 평활콘덴서(C1)와, 트랜지스터(Q1)의 스위칭동작에 따라 상기 평활콘덴서(C1)에서 평활되어 1차측 코일로 공급되는 전압으로 2차측 코일에 교류전원을 유기시켜 출력하는 트랜스(2)와; 상기 트랜스(2)에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하인 LED램프(5)에 공급하는 다이오드(D1)와 콘덴서(C2)로 구성된 직류전압 출력부(3)와; 상기 직류전압 출력부(3)에서 공급되는 전압으로 구동하여 점등되는 다수의 LED로 이루어진 LED램프(5)와; 직류전압 출력부(3)에서 출력되는 전압 및 LED램프(5)에 흐르는 전류를 감지하는 출력전압 및 전류 감지부(10)와; LED램프(5)로 공급되는 전압 및 전류가 일정하게 유지되도록 하기 위한 보상값을 포토커플러(7)로 출력하는 보상부(6)와; 상기 보상부(6)에서 출력된 보상값을 제어단의 에러앰프(8)를 통해 제어부(9)에 공급하는 광전도다이오드와 광전도트랜지스터로 구성된 포토커플러(7)와; 상기 포토커플러(7)를 통해 공급되는 보상값에 따라 트랜지스터(Q1)의 스위칭동작을 PWM(펄스폭변조)방식으로 제어하는 제어부(9); 로 구성된다.

이와같이 구성된 전원회로의 동작을 설명하면,

먼저, 초기에 전원이 공급되면 브릿지다이오드(1)는 입력되는 상용교류전원을 정류하여 출력하고, 평활콘덴서(C1)는 브릿지다이오드(1)에서 출력된 전압을 평활하여 트랜스(2)의 1차측 코일로 공급하고, 트랜스(2)는 트랜지스터(Q1)의 스위칭동작에 따라 1차측 코일로 공급되는 전압에 비례하여 2차측 코일에 교류전원을 유기시켜 직류전압 출력부(3)로 공급한다.

직류전압 출력부(3)를 구성하는 다이오드(D1)와 콘덴서(C2)는 트랜스(2)에서 출력된 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 LED 램프(5)로 공급하여 LED램프(5)를 점등시킨다.

이때, 출력전압 및 전류 감지부(10)는 LED램프(5)로 공급되는 전압 및 전류를 감지하여 보상부(6)로 출력하고, 보상부(6)는 출력전압 및 전류 감지부(10)에서 출력된 감지값을 기준값과 비교한 후 그 차이를 보상할 수 있는 보상값을 포토커플러(7)로 출력하고, 포토커플러(7)는 보상부(6)에서 출력된 보상값을 에러앰프(8)를 통해 제어부(9)로 출력하며, 제어부(9)는 입력되는 보상값에 따라 트랜지스터(Q1)의 PWM 제어주기를 가변시켜 직류전압 출력부(3)에서 항상 일정한 정전류가 LED 램프(5)로 공급되도록 동작하는 것이다.

그러나, 도 1 과 같은 종래의 정전류 전원회로는 LED 조명 등기구에서 역률 및 고조파 등을 개선하기 위해 브릿지 다이오드의 출력단에 설치되는 평활콘덴서(C1)의 용량을 작게 설정하므로 인해 트랜스(2)와 직류전압 출력부(3)를 통해 부하측으로 공급되는 전원에 리플(Ripple)성분이 많이 포함되게되며, 이에따라 LED 램프에 큰 리플이 포함된 상태의 전원이 공급되어 LED램프가 리플성분에 의해 깜빡이는 플리커(Flicker)현상이 발생하게되며, 소비자들은 LED램프의 플리커현상에 의해 눈이 쉽게 피로해지는 문제점이 발생하고 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 2 와 같이 직류전압 출력부(3)의 출력단에 스위칭동작하여 리플을 제거하는 DC-DC컨버터(4)를 설치하여 리플을 제거하도록 구성하기도 하였으나, DC-DC 컨버터(4)를 설치할 경우 LED 조명 등기구용 전원장치 자체의 출력 단락보호기능을 적용할 수 없으므로 DC-DC컨버터에 출력 단락보호기능을 추가해야만 하고, 전원 공급 효율 감소와 스위칭 동작시 발생하는 스위칭 노이즈가 문제시되고, 구성부품수 증가에 따른 제품원가 상승의 문제점이 발생하고 있었다.

또한, 상기 문제점을 해결하기 위하 역률보정회로를 입력단에 추가한 2단 컨버터 방식이 제공되기도 하였으나, 이러한 종래기술 역시 역률보정회로를 스위칭 방식으로 작동시킴에 따라 효율 감소, 스위칭 노이즈로 인한 전자파장해 노이즈 발생, 구성부품수 증가에 따른 원가상승 및 상대적으로 큰 부품이 적용되어 소형화 및 경량화를 기대할 수 없는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 리플성분의 교류전류를 접지측으로 통과시키는 콘덴서가 베이스 단에 연결되어 리플전류만큼 베이스전류를 감쇄시켜 이미터 단으로 출력되는 출력전류를 리플전류만큼 상쇄시키는 트랜지스터를 직류전압출력부의 출력단에 연결하여 리니어 방식으로 리플성분을 제거함에 따라 리플성분만을 효율적으로 제거할 수 있고, 기존 컨버터의 효율 및 기본 동작 특성에 큰 영향을 주지 않으며, 출력 단락 보호기능 및 기타 보호기능을 동일하게 적용할 수 있고, 전자파장해 개선 및 원가절감, 제품의 소형 경량화를 기대할 수 있도록 한 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

트랜스에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하인 LED램프에 공급하는 직류전압 출력부와; 직류전압 출력부에서 공급되는 전압으로 구동하여 점등되는 다수의 LED로 이루어진 LED램프;를 포함하여 구성된 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치에 있어서,

직류전압 출력부에서 출력된 전압의 리플성분을 통과시키는 콘덴서가 베이스 단에 연결되어 리플전류 만큼 베이스전류를 감쇄시켜 콜렉터 단으로 출력되는 출력전류를 리플전류만큼 상쇄시키는 트랜지스터로 이루어진 리플제거부를 직류전압출력부의 출력단에 연결하여 구성하되,

프로텍션 기능에 의해 직류전압 출력부의 출력이 차단되었을때 콘덴서의 순간적인 불안정한 충,방전현상에 의해 트랜지스터의 이미터와 베이스 사이에 과대한 역방향전압이 발생하는 것을 방지하기 위해 트랜지스터의 이미터와 베이스를 연결하는 역방향전압 제한용 제너다이오드를 더 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 리니어 방식으로 리플성분을 제거함에 따라 리플성분만을 효율적으로 제거할 수 있고, 기존 컨버터의 효율 및 기본 동작 특성에 큰 영향을 주지 않으며, 출력 단락 보호기능 및 기타 보호기능을 동일하게 적용할 수 있고, 전자파장해 개선 및 원가절감, 제품의 소형 경량화를 기대할 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 종래의 LED 등기구용 정전류 전원회로를 보인 회로도.
도 2 는 종래기술의 다른 실시예를 보인 회로도.
도 3 은 본 발명의 LED 등기구용 정전류 전원회로의 리플제거장치를 보인 도면.

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

본 발명의 설명에 있어서 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호 표기하여 중복설명을 피하기로 한다.

상기 도면에 의하면, 본 발명은,

트랜스(2)에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하인 LED램프(5)에 공급하는 직류전압 출력부(3)와; 직류전압 출력부(3)에서 공급되는 전압으로 구동하여 점등되는 다수의 LED로 이루어진 LED램프(5);를 포함하여 구성된 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치에 있어서,

직류전압 출력부(3)에서 출력된 전압의 리플성분을 통과시키는 콘덴서(C3)가 베이스 단에 연결되어 리플전류 만큼 베이스전류를 감쇄시켜 콜렉터 단으로 출력되는 출력전류를 리플전류만큼 상쇄시키는 트랜지스터(Q2)로 이루어진 리플제거부(20)를 직류전압출력부(3)의 출력단에 연결하여 구성하되,

프로텍션 기능에 의해 직류전압 출력부(3)의 출력이 차단되었을때 콘덴서(C3)의 순간적인 불안정한 충,방전현상에 의해 트랜지스터(Q2)의 이미터와 베이스 사이에 과대한 역방향전압이 발생하는 것을 방지하기 위해 트랜지스터(Q2)의 이미터와 베이스를 연결하는 역방향전압 제한용 제너다이오드(ZD1)를 더 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 리플제거부(20)는 프로텍션 기능에 의해 직류전압 출력부(3)의 출력이 차단되었을때 콘덴서(C3)의 방전전류에 의한 트랜지스터(Q2)의 손상을 보호하기 위한 수단으로, 상기 콘덴서(C3)에 비해 큰 정전용량값을 갖는 콘덴서(C4)를 트랜지스터(Q2)의 출력단에 연결하여 콘덴서(C3)의 방전동작이 지연되도록 하고, 콘덴서(C3)의 방전전류가 트랜지스터(Q2)의 베이스단으로 공급되지 않고 콜렉터단으로 흐르도록 바이패스시키는 다이오드(D4)를 더 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 리플제거부(20)는 프로텍션 기능에 의해 직류전압 출력부(3)의 출력이 차단되었다가 다시 전원이 재공급될때 콘덴서(C3)의 초기 충전시간동안 트랜지스터(Q2)가 손상되는 것을 방지하기 위하여 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단과 이미터단을 연결하는 다이오드(D2,D3)를 더 구성한 것을 특징으로 한다.

이와같이 구성되는 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

직류전압 출력부(3)에서 출력되는 직류전압에서 리플성분이 포함되어 있지 않은 정상적인 직류전압이 리플제거부(20)에 공급되면,

정상적인 직류전압에 의한 전류가 저항(R1,R2)을 통해 트랜지스터(Q2)의 베이스단으로 흐르게되고, 이 베이스단으로 흐르는 베이스전류량에 따라 트랜지스터(Q2)의 이미터단으로 출력전류가 출력되어 LED 램프(5)로 공급되어 LED 램프(5)를 이루는 LED가 점등 제어된다.

한편, 직류전압 출력부(3)에서 출력되는 직류전압에 리플성분이 포함되어 있을 경우에는, 리플성분의 교류전류가 저항(R1)을 통해 콘덴서(C3)로 공급되고, 콘덴서(C3)는 리플성분의 교류전류를 통과시켜 접지측으로 출력한다.

이에따라, 콘덴서(C3)에 의해 통과되는 리플성분의 교류전류 만큼 트랜지스터(Q2)의 베이스전류가 감쇄하게되고, 트랜지스터(Q2)의 베이스전류가 감소한 만큼 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단으로 출력되는 출력전류도 감쇄하게되어 결과적으로 리플전류가 상쇄되어 제거되는 것이다.

상기 설명과 같은 본 발명의 리플제거부(20)는 스위칭동작에 의한 리플제거가 아니라 트랜지스터(Q2)의 동작에 의해 선형적(리니어)으로 리플이 제거되는 효과를 기대할 수 있다.

한편, LED 등기구용 전원회로에는 단락시 전원을 차단하였다가 재공급하는 프로텍션 기능이 있는데, 프로텍션 기능시 직류전압 출력부(3)의 전원 출력이 차단되었다가 다시 출력되게 된다.

이와같이 컨버터의 출력단락보호기능 동작 등의 비정상적인 조건에서 동작할 때 또는 출력부(3)의 순간적인 단락으로 방전이 발생 할 때, 리플을 제거하기 위한 콘덴서(C3)는 순간적으로 불안정한 충,방전현상을 발생하게되고, 이 불안정한 충,방전현상에 의해 트랜지스터(Q2)의 이미터와 베이스 사이에 최대 정격을 초과하는 과대한 역방향전압이 발생하여 트랜지스터(Q2)가 손상될 수 있게된다.

하지만, 본 발명에서는 프로텍션 기능에 의해 출력부(3)의 출력이 차단되어 순간적으로 콘덴서(C3)가 불안정한 충,방전동작을 실시할때, 트랜지스터(Q2)의 이미터와 베이스를 연결하도록 설치된 제너다이오드(ZD1)에 의해 과도하게 높은 역방향전압이 형성되지 않게되므로 과도 역방향전압에 의한 트랜지스터(Q2)의 파손을 방지할 수 있게되는 것이다.

또한, 직류전압 출력부(3)의 전원 출력이 차단되면 그때부터 콘덴서(C3)가 충전하고 있던 전압을 방전하게되고, 이 방전전압에 의해 트랜지스터(Q2)가 손상될 수 있는 것인데,

본 발명에서는 콘덴서(C3)의 방전시 트랜지스터(Q2)의 이미터 출력단에 연결되어 있는 콘덴서(C3) 보다 정전용량이 더 큰 콘덴서(C4)가 콘덴서(C3)의 방전을 지연시키게되고, 콘덴서(C3)에서 방전된 전류는 저항(R1)을 통해 트랜지스터(Q2)의 콜렉터측으로 흘러버리게되어 프로텍션 기능시 콘덴서(C3)의 방전에 의해 트랜지스터(Q2)가 손상되는 것을 방지할 수 있게된다.

또 다른 방법으로, 콘덴서(C3)의 방전시 그 방전전류가 다이오드(D4)에 의해 트랜지스터(Q2)의 콜렉터측으로 흘러버리게되므로 프로텍션 기능시 콘덴서(C3)의 방전에 의해 트랜지스터(Q2)가 손상되는 것을 방지할 수 있게되는 것이다.

도면상에는 콘덴서(C4)와 다이오드(D4)가 동시에 설치된 것이 예시되어 있으나 콘덴서(C4)와 다이오드(D4)를 독립적으로 사용하여 콘덴서(C3)의 방전전류가 트랜지스터(Q2)의 베이스단으로 공급되지 않도록 구현할 수 있는 것이며,

도면과 같이 콘덴서(C4)와 다이오드(D4)를 동시에 트랜지스터(Q2)에 연결하게되면 보다 확실하게 콘덴서(C3)의 방전전류가 트랜지스터(Q2)의 베이스단으로 공급되는 것을 방지할 수 있게되어 트랜지스터(Q2) 보호기능에 대한 신뢰도를 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 프로텍션 기능시 직류전압 출력부(3)에서 차단되었던 전압이 다시 출력되면, 출력전압 초기 인가시 콘덴서(C3)가 출력전압에 의해 충전하는 시간 동안 트랜지스터(Q2)의 베이스로 전류가 인가되지 않으므로 이때 트랜지스터(Q2)의 콜렉터-이미터로 흐르는 전류에 의해 트랜지스터(Q2)가 손상될 수 있게된다.

이와같이 콘덴서(C3)가 충전하는 동안 트랜지스터(Q2)가 동작하지 않을때에는 직류전압 출력부(3)에서 출력된 전류가 다이오드(D2,D3)에 의해 바이패스되어 LED 램프(5)로 공급되므로 트랜지스터(Q2)의 손상을 방지할 수 있게되는 것이다.

그리고, 본 발명에 설명된 다이오드(D2~D4)는 다이오드의 특성을 가진 다른 부품으로 대체할 수 있는데, 예를들면, 일반 다이오드, 제너다이오드, 트랜지스터 등을 다이오드(D2~D4) 대신 사용하여 회로를 구현할 수 있음을 밝히는 바이며, 이러한 부품의 대체 역시 본 발명의 범주에 포함되는 것이다.

1: 브릿지 다이오드, 2: 트랜스,
3: 직류전압 출력부, 5: LED 램프,
6: 보상부, 7: 포토커플러,
9: 제어부, 20: 리플제거부,
Q1,Q2: 트랜지스터, D1~D5: 다이오드,
C1~C3: 콘덴서, ZD1: 제너다이오드,

Claims

트랜스(2)에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하인 LED램프(5)에 공급하는 직류전압 출력부(3)와; 직류전압 출력부(3)에서 공급되는 전압으로 구동하여 점등되는 다수의 LED로 이루어진 LED램프(5);를 포함하여 구성된 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치에 있어서,
직류전압 출력부(3)에서 출력된 전압의 리플성분을 통과시키는 콘덴서(C3)가 베이스 단에 연결되어 리플전류 만큼 베이스전류를 감쇄시켜 콜렉터 단으로 출력되는 출력전류를 리플전류만큼 상쇄시키는 트랜지스터(Q2)로 이루어진 리플제거부(20)를 직류전압출력부(3)의 출력단에 연결하여 구성하되,
프로텍션 기능에 의해 직류전압 출력부(3)의 출력이 차단되었을때 콘덴서(C3)의 순간적인 불안정한 충,방전현상에 의해 트랜지스터(Q2)의 이미터와 베이스 사이에 과대한 역방향전압이 발생하는 것을 방지하기 위해 트랜지스터(Q2)의 이미터와 베이스를 연결하는 역방향전압 제한용 제너다이오드(ZD1)를 더 구성한 것을 특징으로 하는 하는 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치.
제 1 항에 있어서,
리플제거부(20)는 프로텍션 기능에 의해 직류전압 출력부(3)의 출력이 차단되었을때 콘덴서(C3)의 방전전류에 의한 트랜지스터(Q2)의 손상을 보호하기 위한 수단으로, 상기 콘덴서(C3)에 비해 큰 정전용량값을 갖는 콘덴서(C4)를 트랜지스터(Q2)의 출력단에 연결하여 콘덴서(C3)의 방전동작이 지연되도록 구성하거나,
콘덴서(C3)의 방전전류가 트랜지스터(Q2)의 베이스단으로 공급되지 않고 이미터단으로 흐르도록 바이패스시키는 다이오드(D4)를 더 구성한 것을 특징으로 하는 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치.
제 1 항에 있어서, 리플제거부(20)는 프로텍션 기능에 의해 직류전압 출력부(3)의 출력이 차단되었다가 다시 전원이 재공급될때 콘덴서(C3)의 초기 충전시간동안 트랜지스터(Q2)가 손상되는 것을 방지하기 위하여 트랜지스터(Q2)의 이미터단과 콜렉터단을 연결하는 다이오드(D2,D3)를 더 구성한 것을 특징으로 하는 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치.