KR101337241B1 - 발광 다이오드 조명용 전원 장치 및 발광 다이오드 조명 장치 - Google Patents

발광 다이오드 조명용 전원 장치 및 발광 다이오드 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 조명용 전원 장치와 상기 전원 장치를 이용하는 발광 다이오드 조명 장치를 개시하며, 상기 발광 다이오드 조명 장치는, 발광 다이오드 조명등; 상기 발광 다이오드 조명등의 디밍을 제어하기 위한 제어 펄스를 제공하는 센서 보드; 및 정류 전압을 제공하는 전원부, 1차측의 전류에 대응하는 검출 전압을 제공하는 보조 코일을 포함하고, 상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 발광 다이오드 조명등의 구동 전압 영역에 포함되도록 설정된 트랜스포머, 상기 제어 펄스와 센싱 전압에 응답하여 생성한 구동 펄스로 상기 1차측의 전류를 제어하는 플라이백 제어 회로, 및 상기 검출 전압을 레귤레이팅하여 상기 플라이백 제어 회로의 동작 전압으로 제공하는 전압 레귤레이팅 회로를 포함하고. 상기 센싱 전압은 상기 1차측의 전류를 센싱하여 피드백되는 전압이며, 상기 발광 다이오드 조명등과 상기 센서 보드에 각각 전원을 공급하는 전원 장치;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

발광 다이오드 조명용 전원 장치 및 발광 다이오드 조명 장치{POWER APPARATUS FOR LED LIGHTING AND LED LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 발광 다이오드 조명에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 다이오드 조명용 전원 장치와 상기 전원 장치를 이용하는 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것이다.
최근의 조명 장치는 백열등이나 형광등 대신 수명이 상대적으로 길고 소비 전력이 적으며 고휘도를 갖도록 구현될 수 있는 발광 다이오드(LED, 이하 "LED"라 함)를 조명등으로 대체하는 추세이다.
상기한 조명 장치의 일예로 방범등이나 가로등 등이 예시될 수 있으며, LED 조명등을 채용한 발광 다이오드 조명 장치는 상기한 방범등이나 가로등 등으로도 개발되어 상용화되고 있다.
종래의 발광 다이오드 조명 장치의 일예가 한국 등록특허 제10-1164631호에 개시된 바 있으며, 이는 상용 교류 전원이 SMPS 모듈과 구동 회로를 거쳐서 LED로 전원을 공급하는 구성을 갖는다.
일반적으로 발광 다이오드 조명 장치는 플라이백 제어 방식으로 트랜스포머의 동작을 제어하여 발광 다이오드에 전원을 공급하는 구성을 갖는다.
플라이백 제어 방식으로 트랜스포머를 구동하기 위해서는 플라이백 제어 회로에 동작 전압이 안정적으로 공급되어야 한다.
교류 전원 공급이 개시되는 초기 상태에는 트랜스포머가 동작하지 않는다. 그러므로, 플라이백 제어 회로는 기동 전류에 의한 동작 전압을 제공받아서 트랜스포머를 구동시킨다.
그 후, 트랜스포머가 정상적으로 동작하면, 플라이백 제어 회로는 트랜스포머의 보조 코일에서 동작 전압을 제공받는다.
통상적으로 플라이백 제어 회로는 제작자 별 차이가 있겠으나 대체로 14V 내지 20V의 동작 전압이 인가되는 환경에서 안정적인 동작을 수행하도록 설계될 수 있다.
그리고, 발광 다이오드 조명 장치는 발광 다이오드 조명등의 밝기를 제어하기 위한 디밍(Dimming) 기능이 구현될 수 있다.
디밍 기능은 발광 다이오드 조명등에 공급되는 전류를 제어함으로써 발광 다이오드 조명등의 밝기를 제어하는 것이다.
디밍 기능은 제어 펄스의 듀티가 10％ 미만이면 발광 다이오드 조명등이 턴오프되는 것으로 설계될 수 있다. 그리고, 디밍 기능은 제어 펄스의 듀티가 10％ 내지 100％ 사이로 가변되면 그에 대응하여 발광 다이오드 조명등의 밝기가 제어되도록 구현될 수 있다.
여기에서 제어 펄스의 듀티는 발광 다이오드 조명등에 공급되는 전류의 양에 대응된다.
그러므로, 발광 다이오드 조명등은 최대 구동 전류의 10％ 미만으로 전류가 공급되면 턴온을 위한 충분한 전압이 형성되지 않으므로 턴오프된다. 그리고, 발광 다이오드 조명등은 최대 구동 전류의 10％ 내지 100％ 사이로 전류가 공급되면 전류의 양에 대응하는 밝기로 발광한다.
상기한 디밍 기능이 구현된 종래의 발광 다이오드 조명 장치는 발광 다이오드 조명등의 구동 전류가 턴오프 레벨로 줄어들면 플라이백 제어 회로에 공급되는 동작 전압이 불안정해지는 문제점이 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 발광 다이오드 조명등이 최대 구동 전류 상태에서 발광 다이오드 조명 장치는 24V와 같이 안정적인 레벨로 동작 전압을 트랜스포머의 보조 코일에서 플라이백 제어 회로로 공급할 수 있다.
그러나, 디밍 제어에 의하여 발광 다이오드 조명등의 밝기를 점차 턴오프 레벨로 줄이면, 트랜스포머의 보조 코일에서 플라이백 제어 회로로 공급되는 동작 전압은 구동 전류가 줄어드는 것에 비례하여 레벨이 점차 낮아진다.
그리고, 발광 다이오드 조명등의 밝기가 턴오프 레벨로 떨어지면, 트랜스포머의 보조 코일에서 플라이백 제어 회로로 공급되는 동작 전압은 14V 이하의 불안정한 레벨로 떨어진다.
즉, 종래의 발광 다이오드 조명 장치는 발광 다이오드 조명등의 밝기를 턴오프 레벨로 제어하면 트랜스포머의 보조 코일에서 플라이백 제어 회로에 공급되는 동작 전압이 너무 낮아지고, 결국, 낮은 동작 전압에 의하여 플라이백 제어 회로가 불안정하게 동작하는 문제점이 발생한다.
상술한 바와 같이 종래의 발광 다이오드 조명 장치는 디밍 기능을 구현함에 있어서 발광 다이오드 조명등이 턴오프 레벨에 근접하면 플라이백 제어 회로의 동작이 불안정해지는 문제점이 있다.
본 발명은 발광 다이오드 조명등의 디밍 제어가 턴오프 레벨로 이루어지더라도 플라이백 제어 회로에 안정적인 수준으로 동작 전압이 공급될 수 있는 디밍 기능이 구현된 발광 다이오드 조명용 전원 장치 및 발광 다이오드 조명 장치를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 트랜스포머의 보조 코일의 권선비를 스텝 다운 상태, 스텝 업 상태 및 센터 셋업 상태 중 어느 하나에 해당하도록 설정하고 각 상태 별로 디밍 제어에 대응하여 상기 보조 코일에서 출력되는 검출 전압에 대한 전압 레귤레이팅을 수행하여 플라이백 제어 회로에 공급되는 동작 전압을 안정화 할 수 있는 발광 다이오드 조명용 전원 장치 및 발광 다이오드 조명 장치를 제공함을 다른 목적으로 한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 조명용 전원 장치는, 정류 전압을 제공하는 전원부; 1차측의 전류에 대응하는 검출 전압을 제공하는 보조 코일을 포함하고, 상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 발광 다이오드 조명등의 구동 전압 영역에 포함되도록 설정된 트랜스포머; 제어 펄스와 센싱 전압에 응답하여 생성한 구동 펄스로 상기 1차측의 전류를 제어하는 플라이백 제어 회로; 및 상기 검출 전압을 레귤레이팅하여 상기 플라이백 제어 회로의 동작 전압으로 제공하는 전압 레귤레이팅 회로;를 포함함을 특징으로 하고, 상기 제어 펄스는 상기 발광 다이오드 조명등의 디밍을 제어하는 펄스으로 설정되며, 상기 센싱 전압은 상기 1차측의 전류를 센싱하여 피드백되는 전압으로 설정됨이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 발광 다이오드 조명 장치는, 발광 다이오드 조명등; 상기 발광 다이오드 조명등의 디밍을 제어하기 위한 제어 펄스를 제공하는 센서 보드; 및 정류 전압을 제공하는 전원부, 1차측의 전류에 대응하는 검출 전압을 제공하는 보조 코일을 포함하고, 상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 발광 다이오드 조명등의 구동 전압 영역에 포함되도록 설정된 트랜스포머, 상기 제어 펄스와 센싱 전압에 응답하여 생성한 구동 펄스로 상기 1차측의 전류를 제어하는 플라이백 제어 회로, 및 상기 검출 전압을 레귤레이팅하여 상기 플라이백 제어 회로의 동작 전압으로 제공하는 전압 레귤레이팅 회로를 포함하고. 상기 센싱 전압은 상기 1차측의 전류를 센싱하여 피드백되는 전압이며, 상기 발광 다이오드 조명등과 상기 센서 보드에 각각 전원을 공급하는 전원 장치;를 포함함을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면 디밍 제어가 턴오프 레벨로 이루어져도 플라이백 제어 회로에 동작 전압이 안정적으로 공급될 수 있어서 발광 다이오드의 발광이 안정적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 스텝 다운 상태, 스텝 업 상태 및 센터 셋업 상태 중 어느 하나로 권선비가 설정된 보조 코일에서 출력되는 검출 전압에 대하여 전압 레귤레이팅이 이루어지므로 플라이백 제어 회로에 동작 전압이 안정적으로 공급될 수 있으며, 그 결과 발광 다이오드 조명등의 발광이 안정화되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 조명 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 회로도.
도 2는 트랜스포머의 1차측 및 2차측 전류 파형도.
도 3은 발광 다이오드 조명등의 구동 전류와 구동 전압의 상관 관계를 예시한 그래프.
도 4는 DC-DC 레귤레이터의 출력 전압과 입력 전압의 상관 관계를 예시한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 전원부(10), 트랜스포머(T), 발광 다이오드 조명등(LED), 플라이백 제어 회로, 스타트업 회로(12), 전압 레귤레이팅 회로, 및 센서 보드(20)를 포함한다.
전원부(10)는 AC 전원을 전파 정류하여 정류 전압으로 출력하는 구성을 갖는다. 즉, 전원부(10)는 전원(11)과 정류회로(14) 및 캐패시터(C1)가 병렬로 연결된 구조를 갖는다. 전원(11)은 AC 전원으로서 상용 전원이 이용됨이 바람직하다. 정류회로(14)는 전원(11)에서 공급되는 사인 파형의 AC 전원을 전파 정류하여 리플 성분을 갖는 정류 전압으로 출력하는 구성을 갖는다. 정류회로(14)의 출력단에 병렬로 연결된 캐패시터(C1)는 정류 회로(14)의 출력을 평활하는 것이다. 상기한 전원부(10)에서 출력되는 정류 전압은 트랜스포머(T)로 전달되며, 트랜스포머(T)는 정류 전압을 변환하여 직류 전압으로 출력하는 구성을 갖는다.
트랜스포머(T)는 1차측(L1)을 이루는 코일과 2차측(L2)을 이루는 코일 및 보조 코일(L3)을 갖도록 구성된다. 트랜스포머(T)의 1차측(L1)과 2차측(L2)의 코일의 권선 비는 N1:1로 설정될 수 있다.
보조 코일(L3)은 1차측(L1)과 비교하여 N2 : N1으로 설정될 수 있다.
보조 코일(L3)의 권선비(N2)는 발광 다이오드 조명등(LED)의 턴오프 레벨 이상으로 상기 검출 전압을 출력하도록 설정되는 스텝 다운(Step down) 상태(제1 실시예), 발광 다이오드 조명등(LED)의 최대 구동 전압으로 검출 전압을 출력하도록 설정되는 스텝 업(Step up) 상태(제2 실시예), 및 발광 다이오드 조명등(LED)의 최대 구동 전압과 턴오프 레벨의 중간에 대응하는 전압으로 검출 전압을 출력하도록 설정되는 센터 셋업(Center set-up) 상태(제3 실시예) 중 어느 하나에 해당하도록 설정될 수 있다. 상기한 보조 코일(L3)의 권선비는 제작자의 의도에 따라 선택적으로 실시될 수 있다.
트랜스포머(T)는 정류 전압이 인가되는 1차측(L1)의 전류 흐름에 의하여 2차측(L2)에 유도 전류가 발생하고, 2차측(L2)의 유도 전류가 다이오드(Do) 및 캐패시터(Co)에 의하여 정류 및 평활되어서 직류 전압으로 변환되어서 출력되는 구성을 갖는다.
또한, 트랜스포머(T)는 1차측(L1)의 전류 흐름에 의하여 보조 코일(L3)에도 전류가 유도된다. 보조 코일(L3)에 유도되는 전류의 양은 스텝 업 상태, 스텝 다운 상태 및 센터 셋업 상태로 설정되는 권선비에 따라서 달라진다.
트랜스포머(T)는 후술되는 플라이백 제어기(14), 제로 커런트 검출 회로(16), 스위칭 소자(Qd) 및 센싱 소자(Rcs) 등을 포함하는 플라이백 제어 회로에 의하여 정류 전압의 변환이 구동된다.
그리고, 트랜스포머(T)는 출력을 발광 다이오드 조명등(LED) 및 센서 보드(20)에 전원으로 공급한다.
여기에서, 발광 다이오드 조명등(LED)의 구동을 위한 전압과 센서 보드(20)의 동작에 필요한 동작 전압(V+)의 레벨은 서로 상이하다. 그러므로, 트랜스포머(T)의 출력은 전압 레귤레이터(26)에서 레귤레이팅되어서 센서 보드(20)의 동작 전압(V+)으로 제공될 수 있다. 전압 레귤레이터(26)는 별도의 부품으로 구성된 것을 예시하였으나, 제작자의 의도에 따라서 센서 보드(20)에 내장하여 구성될 수 있다.
발광다이오드 조명등(LED)은 하나 또는 둘 이상의 발광 다이오드를 포함하여 구성될 수 있으며, 보다 바람직하게는 복수의 발광 다이오드가 어레이를 이루도록 구성될 수 있다.
그리고, 센서 보드(20)는 가시광센서(CDS)(22)나 적외선센서(PIR)(24)을 포함하여 구성될 수 있다. 가시광센서(22)는 주변의 밝기(조도)를 센싱하는 센서이고, 적외선센서(24)는 인체를 감지하는 센서이다.
센서 보드(20)는 트랜스포머(T)의 이차측(L2)의 출력이 전압 레귤레이터(26)에서 레귤레이팅된 동작 전압(V+)을 인가받고 제어 펄스(PWM)를 출력하는 구성을 가질 수 있다.
여기에서, 제어 펄스(PWM)는 가시광센서(22)나 적외선센서(24)의 센싱에 의하여 펄스폭이 가변되어서서 디밍 제어를 위하여 출력될 수 있다. 그리고, 제어 펄스(PWM)는 10％ 미만의 듀티를 갖도록 출력되면 LED 조명등(LED)을 오프하기 위한 것으로 정의될 수 있다.
스타트업 회로(12)는 전원부(10)에서 트랜스포머(T)의 1차측으로 공급되는 기동 전류를 검출하여 동작 전압(Vcc)으로 제공하는 구성을 갖는다.
보다 상세하게는, 스타트업 회로(12)는 전원부(10)의 캐패시터(C1)에 대하여 병렬로 연결된 트랜지스터(Qs)를 포함하며, 트랜지스터(Qs)의 게이트에 병렬로 연결된 저항(R1)과 제너 다이오드(ZD1)를 포함한다. 여기에서, 저항(R1)의 트랜지스터(Qs)의 게이트와 소스 사이에 연결되고, 제너 다이오드(ZD1)는 트랜지스터(Qs)의 게이트와 접지 사이에 연결된다.
그리고, 스타트업 회로(12)는 트랜지스터(Qs)의 드레인에 직렬로 연결된 저항(R2)과 순방향 다이오드(D1)을 포함한다.
상술한 바와 같이 구성된 스타트업 회로(12)는 파워가 인가되는 초기 상태에 기동 전류를 검출하여서 다이오드(D1)을 통하여 동작 전압(Vcc)을 출력한다.
스타트업 회로(12)는 제너 다이오드(ZD1)의 동작 특성에 의하여 정전압을 출력하며, 일예로 제너 다이오드(ZD1)는 18V의 정전압 특성을 가질 수 있으며, 스타트업 회로(12)는 14V 수준의 전압을 다이오드(D1)의 출력측 노드에 동작 전압(Vcc)으로 출력할 수 있다.
그리고, 전압 레귤레이팅 회로는 트랜스포머(T)의 보조 코일(L3)의 검출 전압(Vd)을 동작 전압(Vcc)의 허용 범위를 만족하도록 변경하여서 출력하는 구성을 갖는다.
여기에서, 동작 전압(Vcc)의 허용 범위는 일예로 10V 내지 20V로 설정될 수 있으며, 상기 허용 범위에서 후술되는 플라이백 제어기(14)는 정상적인 동작을 수행할 수 있다.
한편, 전압 레귤레이팅 회로는 파워가 인가된 후 트랜스포머(T)가 정상적인 구동을 하는 상태에서 트랜스포머(T)의 보조 코일(L3)의 검출 전압(Vd)으로써 후술되는 플라이백 제어기(14)에 동작 전압(Vcc)을 제공하기 위한 구성이다.
상기한 전압 레귤레이팅 회로의 구성을 보다 상세히 설명한다.
전압 레귤레이팅 회로는 보조 코일(L3)에 연결된 다이오드(D2), 다이오드(D2)의 출력단에 병렬로 연결된 캐패시터(C3)와 DC-DC 레귤레이터(18), DC-DC 레귤레이터(18)에 정전압원으로 작용하는 직렬 연결된 저항(R5) 및 제너 다이오드(ZD2), DC-DC 레귤레이터(18)의 출력단에 연결된 다이오드(D3) 및 다이오드(D3)의 출력단에 병렬로 연결된 캐패시터(C4)를 포함한다.
상기한 구성에서 다이오드(D3)의 출력단은 스타트업 회로(12)의 다이오드(D1)의 출력단에 연결되며, 다이오드(D3)와 다이오드(D1)의 출력단이 공통 연결된 노드에 캐패시터(C2)가 연결되며 후술되는 플라이백 제어기(14)에 동작 전압(Vcc)을 인가한다.
제너 다이오드(ZD2)는 검출 전압(Vd)에 의하여 정전압을 구동하는 정전압원으로 작용되며, 일예로 18V의 정전압 특성을 가질 수 있다.
그리고, DC-DC 레귤레이터(18)는 제너 다이오드(ZD2)에 의하여 인가되는 정전압에 의하여 구동된다. 보다 구체적으로, DC-DC 레귤레이터(18)는 저항(R6)과 저항(R5)의 비에 의하여 검출 전압(Vd)을 변경하여 동작 전압(Vcc)으로 출력하며, 이때 동작 전압(Vcc)은 플라이백 제어기(14)가 동작할 수 있는 허용범위를 만족하도록 최소 레벨과 최대 레벨을 갖도록 출력된다. 즉 DC-DC 레귤레이터(18)는 검출 전압(Vd)을 레귤레이팅하여 동작 전압(Vcc)으로 출력한다.
이를 위하여, DC-DC 레귤레이터(18)는 콜렉터와 베이스가 저항(R6)을 통하여 연결된 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qv)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 플라이백 제어 회로는 플라이백 제어기(14), 제로 커런트 검출 회로(16), 스위칭 소자(Qd) 및 센싱 소자(Rcs) 및 디밍 제어 회로를 포함하여 구성됨으로써 트랜스포머(T)를 구동할 수 있다.
즉, 플라이백 제어 회로는 디밍을 제어하기 위한 센서 보드(20)의 제어 펄스(PWM)와 트랜스포머(T)의 1차측(L1)의 전류 흐름을 센싱하여 피드백되는 센싱 전압(Vs)에 의하여 내부에서 구동 펄스(DP)를 생성하고, 구동 펄스(DP)로써 트랜스포머(T)의 1차측(L1)을 구동한다.
보다 상세하게, 플라이백 제어 회로의 디밍 제어 회로는 포토 커플러(PC)를 포함하여 구성될 수 있으며, 디밍 제어 회로는 디밍을 제어하기 위한 외부(센서 보드(20))의 제어 펄스(PWM)를 디밍 제어 신호(COMP)로 변환한다.
즉, 센서 보드(20)의 제어 펄스(PWM)는 포토 커플러(PC)를 통하여 전달된 후 전달 저항(Rp)를 통하여 전달되고 플라이백 제어기(14)에 디밍 제어 신호(COMP)로 입력된다.
그리고, 플라이백 제어기(14)는 제로 커런트 검출 회로(16)에서 제로 커런트 검출 신호(ZCD)를 전달받는다.
제로 커런트 검출 회로(16)는 트랜스포머(T)의 2차측(L2)에 유도되는 전류의 제로 커런트 포인트(Zero Current Point : Z)를 검출하기 위하여 트랜스포머(T)의 보조 코일(L3)의 출력 전류를 제공받는다.
제로 커런트 검출 회로(16)는 보조 코일(L3)의 출력 전류로써 트랜스포머(T)의 2차측(L2)에 유도되는 전류의 제로 커런트 포인트(도 2 Z)를 검출한 제로 커런트 검출 신호(ZCD)를 출력하는 구성을 갖는다.
이를 위하여 제로 커런트 검출 회로(16)는 트랜스포머(T)의 보조 코일(L3)에 연결된 저항(R3)과, 저항(R3)에 병렬 연결된 저항(R4) 및 캐패시터(C5)를 포함하여 구성될 수 있다. 제로 커런트 검출 회로(16)는 저항(R3)과 저항(R4) 사이의 연결 노드에서 제로 커런트 검출 신호(ZCD)를 플라이백 제어기(14)에 출력한다.
도 2를 참조하면, 스위칭 소자(Qd)가 턴온되면 트랜스포머(T)의 1차측(L1)의 전류는 서서히 증가한다. 이때 2차측(L2)에는 유도 전류가 형성되지 않는다.
그리고, 스위칭 소자(Qd)가 턴오프되면 트랜스포머(T)의 1차측(L1)의 전류 흐름은 급격하게 차단되고, 2차측(L2)에는 유도 전류가 형성된 후 점차 줄어든다.
제로 커런트 포인트(Z)는 트랜스포머(T)의 2차측(L2)의 유도 전류가 사라지는 시점 즉 제로 상태가 되는 시점을 의미한다.
제로 커런트 포인트(Z)가 되면, 다시 트랜스포머(T)의 1차측(L1)은 스위칭 소자(Q)의 턴온으로 전류의 흐름이 증가한다.
즉, 제로 커런트 포인트(Z)에 동기하여 트랜스포머(T)의 1차측(L1)의 전류 흐름이 개시됨으로써 스위칭 손실을 줄여서 전력 변환 효율을 높일 수 있다.
제로 커런트 검출 회로(16)는 제로 커런트 포인트(Z)에 동기한 신호를 제로 커런트 검출 신호(ZCD)로 제공한다.
한편, 트랜스포머(T)의 1차측(L1)에 스위칭 소자(Qd)가 연결되고, 스위칭 소자(Qd)는 센싱 저항(Rcs)을 통하여 접지된다.
스위칭 소자(Qd)는 파워 트랜지스터로써 FET가 구성될 수 있으며 게이트에 인가되는 구동 펄스(DP)에 의하여 스위칭된다.
스위칭 소자(Qd)는 상기한 스위칭에 의하여 트랜스포머(T)의 1차측(L1)의 전류 흐름을 구동한다.
그리고, 센싱 저항(Rcs)은 센싱 소자이며 스위칭 소자(Qd)의 전류 흐름을 센싱하여 센싱 전압(Vs)을 플라이백 제어기(14)에 제공한다.
플라이백 제어기(14)는 동작 전압(Vcc)에 의하여 구동된다. 그리고, 플라이백 제어기(14)는 내부에서 구동 펄스(DP)를 생성하고 구동 펄스(DP)를 스위칭 소자(Qd)에 제공한다.
즉, 플라이백 제어기(14)는 구동 펄스(DP)는 인에이블 시작 시점이 제로 커런트 검출 신호(ZCD)에 의하여 제로 커런트 포인트에 동기되며, 디밍 제어 신호(COMP)와 센싱 전압(Vs)에 따라서 펄스폭이 결정된 구동 펄스(DP)를 출력한다.
먼저, 플라이백 제어기(14)가 디밍 제어 신호(COMP)에 의하여 구동 펄스의 폭을 가변하여 출력하는 것을 설명한다.
조도 센서(22)가 주변이 어두운 것으로 센싱하면, 센서 보드(20)는 발광 다이오드 조명등(LED)을 밝게 발광시키기 위하여 펄스 폭이 넓은 제어 펄스(PWM)을 출력할 수 있다. 이와 반대로, 조도 센서(22)가 주변이 밝은 것으로 센싱하면, 센서 보드(20)는 발광 다이오드 조명등(LED)을 어둡게 발광시키기 위하여 펄스 폭이 좁은 제어 펄스(PWM)을 출력할 수 있다.
상기와 같이 펄스 폭이 가변되는 제어 펄스(PWM)에 대응하는 디밍 제어 신호(COM)가 입력되면, 플라이백 제어기(14)는 발광 다이오드 조명등(LED)을 밝게 발광시키기 위하여 펄스폭이 넓은 구동 펄스(DP)를 출력하고, 발광 다이오드 조명등(LED)을 어둡게 발광시키기 위하여 펄스폭이 좁은 구동 펄스(DP)를 출력한다.
그에 따라서 스위칭 소자(Qd)는 구동 펄스(DP)의 폭이 넓은 경우 턴온 시간이 길어지므로 트랜스포머(T)에서 많은 양의 전류를 출력하도록 구동할 수 있고, 구동 펄스(DP)의 폭이 좁은 경우 턴온 시간이 짧으므로 트랜스포머(T)에서 적은 양의 전류를 출력하도록 구동할 수 있다.
결국, 발광 다이오드 조명등(LED)은 트랜스포머(T)에서 공급되는 전류의 양에 따라서 밝게 또는 어둡게 발광될 수 있다.
또한, 플라이백 제어기(14)는 센싱 전압(Vs)에 의하여 구동 펄스의 폭을 가변하여 출력할 수 있다. 트랜스포머(T)는 디밍 제어 신호(COMP)가 일정하게 유지되는 경우 출력되는 전류를 유지하여야 한다. 이와 같이 트랜스포머(T)에서 출력되는 전류의 양을 일정하게 유지하기 위하여 센싱 전압(Vs)이 이용된다.
트랜스포머(T)에서 출력되는 전류의 양이 많아지면 스위칭 소자(Qd)를 통하여 센싱 저항(Rcs)에 유입되는 전류의 양이 증가한다. 이와 반대로, 트랜스포머(T)에서 출력되는 전류의 양이 줄어들면 스위칭 소자(Qd)를 통하여 센싱 저항(Rcs)에 유입되는 전류의 양이 줄어든다.
센싱 저항(Rs)은 상기한 전류의 양에 대응하는 센싱 전압(Vs)을 플라이백 제어기(14)에 제공한다.
플라이백 제어기(14)는 센싱 전압(Vs)을 참조하여 트랜스포머(T)에서 출력하는 전류의 양을 늘이기 위하여 펄스 폭이 넓은 구동 펄스(DP)를 출력하거나 트랜스포머(T)에서 출력하는 전류의 양을 줄이기 위하여 펄스 폭이 좁은 구동 펄스(DP)를 출력한다.
상술한 바와 같이 구성 및 동작되는 본 발명에 따른 실시예는 플라이백 제어기(14)의 안정적인 동작을 위하여 DC-DC 레귤레이터(18)는 14V 내지 20V로 동작 전압(Vcc)을 출력한다.
이로써, 본 발명에 따른 실시예는 디밍의 제어를 위하여 발광 다이오드 조명등의 구동 전류가 턴오프 레벨로 줄어들어도 플라이백 제어기(14)에 동작 전압(Vcc)이 14V 이상의 안정적인 레벨로 제공될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 실시예는 트랜스포머(T)에서 발광 다이오드 조명등(LED)에 공급되는 전류 및 전압 특성은 도 3과 같이 예시될 수 있다.
도 3을 참조하면, 트랜스포머(T)에서 발광 다이오드 조명등(LED)에 구동되는 전류 중 턴오프 레벨에 대응하여 구동 전압은 V1으로 정의되고 최대 구동 전류에 대응한 최대 구동 전압은 V2로 정의된다.
본 발명에 따른 실시예는 도 3의 트랜스포머(T)의 발광 다이오드 구동 특성을 고려하여 스텝 다운 상태(제1 실시예), 스텝 업 상태(제2 실시예) 및 센터 셋업 상태(제3 실시예)로 보조 코일(L3)의 권선을 설정할 수 있고, 그에 따라서 DC-DC 레귤레이터(18)가 동작될 수 있다.
제1 실시예로서, 보조 코일(L3)은 발광 다이오드 조명등(LED)의 턴오프 레벨의 구동 전압(V1)으로 검출 전압(Vd)을 출력하도록 권선비(N2)가 설정될 수 있다. 즉, 도 4의 Vd1을 기준으로 검출 전압(Vd)이 설정될 수 있다.
예시적으로 발광 다이오드 조명등(LED)의 턴오프 레벨의 구동 전압(V1)이 18V인 경우, 보조 코일(L3)은 검출 전압(Vd)을 18V 수준으로 출력하도록 권선비(N2)가 설정될 수 있다.
그리고, DC-DC 레귤레이터(18)는 검출 전압(Vd)의 최대 레벨이 동작 전압(Vcc)의 허용 범위를 만족하도록 출력하도록 설정될 수 있다.
상기한 스텝 다운 상태로 설정된 본 발명에 따른 제1 실시예는 보조 코일(L3)에서 발광 다이오드 조명등(LED)의 턴오프 레벨에 해당하는 구동 전압(V1) 즉 18V 수준으로 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다. 이때, 발광 다이오드 조명등(LED)의 최대 구동 전압에 대응하여 보조 코일(L3)은 예시적으로 46V의 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다.
즉, 검출 전압(Vd)은 18V 내지 46V의 범위로 검출된다.
이때, DC-DC 레귤레이터(18)는 검출 전압(Vd)의 최대 레벨 즉 46V를 22V 수준의 전압으로 변환한다.
그에 따라서, DC-DC 렉귤레이터(18)는 18V 내지 46V의 폭으로 스윙되는 검출 전압(Vd)을 18V에서 22V의 폭(Vss1 - Vss2의 폭)으로 스윙되는 동작 전압(Vss)으로 출력한다.
이와 달리, 본 발명에 따른 제2 실시예로서, 보조 코일(L3)은 발광 다이오드 조명등(LED)의 최대 구동 전압(V2)에 대응하여 검출 전압(Vd)을 출력하도록 권선비(N2)가 설정될 수 있다. 즉, 도 4의 Vd2를 기준으로 검출 전압(Vd)이 설정될 수 있다.
예시적으로 발광 다이오드 조명등(LED)의 최대 구동 전압(V2)이 22V인 경우, 보조 코일(L3)은 검출 전압(Vd)을 22V 수준으로 출력하도록 권선비(N2)가 설정될 수 있다.
그리고, DC-DC 레귤레이터(18)는 검출 전압(Vd)의 최소 레벨이 동작 전압(Vcc)의 허용 범위를 만족하도록 출력하도록 설정될 수 있다.
상기한 스텝 업 상태로 설정된 본 발명에 따른 제2 실시예는 보조 코일(L3)에서 발광 다이오드 조명등(LED)의 최대 구동 전압에 해당하는 레벨 즉 22V 수준으로 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다. 이때, 발광 다이오드 조명등(LED)의 턴오프 레벨에 대응하여 보조 코일(L3)은 예시적으로 7V의 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다.
즉, 검출 전압(Vd)은 7V 내지 22V의 범위로 검출된다.
이때, DC-DC 레귤레이터(18)는 검출 전압(Vd)의 최소 레벨 즉 7V를 18V 수준의 전압으로 변환한다.
그에 따라서, DC-DC 레귤레이터(18)는 7V 내지 22V의 폭으로 스윙되는 검출 전압(Vd)을 18V에서 22V의 폭(Vss1 - Vss2의 폭)으로 스윙되는 동작 전압(Vss)으로 출력한다.
이와 달리, 본 발명에 따른 제3 실시예로서, 보조 코일(L3)은 발광 다이오드 조명등(LED)을 구동하는 구동 전압의 중간 레벨의 전압 수준으로 검출 전압(Vd)을 출력하도록 권선비(N2)가 설정될 수 있다. 도 4의 Vd3을 기준으로 검출 전압(Vd)이 설정될 수 있다.
예시적으로 발광 다이오드 조명등(LED)의 구동 전압의 센터 값이 20V인 경우, 보조 코일(L3)은 검출 전압(Vd)을 20V 수준으로 출력하도록 권선비(N2)가 설정될 수 있다.
그리고, DC-DC 레귤레이터(18)는 검출 전압(Vd)의 최소 레벨과 최대 레벨이 동작 전압(Vcc)의 허용 범위를 만족하도록 출력하도록 설정될 수 있다.
상기한 스텝 업 상태로 설정된 본 발명에 따른 제3 실시예는 보조 코일(L3)에서 발광 다이오드 조명등(LED)의 구동 전압의 센터값에 해당하는 레벨 즉 20V 수준으로 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다. 이때, 발광 다이오드 조명등(LED)의 턴오프 레벨에 대응하여 보조 코일(L3)은 예시적으로 15V의 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있고, 발광 다이오드 조명등(LED)의 최대 구동 전압에 대응하여 보조 코일(L3)은 예시적으로 50V의 검출 전압(Vd)을 출력할 수 있다.
즉, 검출 전압(Vd)은 15V 내지 50V의 범위로 검출된다.
이때, DC-DC 레귤레이터(18)는 검출 전압(Vd)의 최소 레벨 즉 15V를 18V 수준의 전압으로 변하고, 최대 레벨 즉 50V를 22V 수준의 전압으로 변환한다.
그에 따라서, DC-DC 렉귤레이터(18)는 7V 내지 22V의 폭으로 스윙되는 검출 전압(Vd)을 18V에서 22V의 폭(Vss1 - Vss2의 폭)으로 스윙되는 동작 전압(Vss)으로 출력한다.
상기한 제 1 내지 제3 실시예의 각 상태 즉, 스텝 다운(Step down) 상태(제1 실시예), 스텝 업(Step up) 상태(제2 실시예), 및 센터 셋업(Center set-up) 상태(제3 실시예) 중 어느 하나에 해당하여 DC-DC 레귤레이터(18)에서 18V 내지 22V의 폭으로 동작 전압(Vss)이 출력될 수 있으며, DC-DC 레귤레이터(18)에서 출력되는 동작 전압(Vcc)은 다이오드(D3) 및 캐패시터(C4)를 포함하는 임피던스에 의하여 전압 강하되어서 14V 수준으로 플라이백 제어기(14)에 공급될 수 있다.
그러므로, 디밍 제어에 대응하여 트랜스포머(T)에서 유도되는 전류의 양에 변화가 발생하여도, 본 발명에 따른 실시예는 플라이백 제어기(14)에 안정적으로 동작할 수 있는 동작 전압(Vss)을 공급할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 실시예는 플라이백 제어 회로의 안정적인 동작을 보장할 수 있으므로, 발광 다이오드의 발광이 안정화될 수 있다.
10 : 전원부 12 : 스타트업 회로
14 : 플라이백 제어기 16 : 제로 커런트 검출 회로
18 : DC-DC 레귤레이터 20 : 센서 보드
22 : 가시광센서 24 : 적외선센서

Claims (18)

  1. 정류 전압을 제공하는 전원부;
    1차측의 전류에 대응하는 검출 전압을 제공하는 보조 코일을 포함하고, 상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 발광 다이오드 조명등의 구동 전압 영역에 포함되도록 설정된 트랜스포머;
    제어 펄스와 센싱 전압에 응답하여 생성한 구동 펄스로 상기 1차측의 전류를 제어하는 플라이백 제어 회로; 및
    상기 검출 전압을 레귤레이팅하여 상기 플라이백 제어 회로의 동작 전압으로 제공하는 전압 레귤레이팅 회로;를 포함하고.
    상기 제어 펄스는 상기 발광 다이오드 조명등의 디밍을 제어하는 펄스이고, 상기 센싱 전압은 상기 1차측의 전류를 센싱하여 피드백되는 전압이며,
    상기 전압 레귤레이팅 회로는,
    상기 검출 전압에 의하여 정전압을 제공하는 정전압 회로; 및
    상기 정전압에 의하여 구동되며 상기 검출 전압의 상한 레벨이 상기 동작 전압의 허용 범위를 만족하도록 변경하여서 상기 동작 전압으로 제공하는 DC-DC 레귤레이터;를 포함하는 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 전압 영역은 제1전압 및 제 1전압보다 작은 제2전압으로 정의되고,
    상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 제2전압으로 출력되도록 설정된 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 전압 영역은 제1전압 및 제1전압보다 작은 제2전압으로 정의되고,
    상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 제1전압으로 출력되도록 설정된 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 전압 영역은 제1전압 및 제1전압보다 작은 제2전압으로 정의되고,
    상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 제1전압과 제2전압의 중간 전압으로 출력되도록 설정된 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
  5. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 전압은 상기 발광 다이오드 조명등의 최대 구동 전압이고 상기 제2 전압은 상기 발광 다이오드 조명등의 턴오프 레벨 전압으로 설정되는 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 정전압 회로는 제너 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 DC-DC 레귤레이터는 콜렉터와 베이스가 저항을 통하여 연결된 NPN 트랜지스터를 포함하는 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 플라이백 제어 회로는,
    디밍을 제어하기 위한 외부의 제어 펄스를 직류 성분의 디밍 제어 신호로 변환하는 디밍 제어 회로;
    상기 트랜스포머의 상기 보조 코일에서 출력되는 전류의 제로 커런트 포인트를 검출하여 제로 커런트 포인트에 대응하는 제로 커런트 검출 신호를 출력하는 제로 커런트 검출 회로;
    상기 구동 펄스에 의하여 스위칭되며 상기 트랜스포머의 상기 1차측에 연결되어서 상기 1차측의 전류 흐름을 구동하는 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자에 연결되어서 상기 스위칭 소자의 전류 흐름을 센싱하여 상기 센싱 전압을 제공하는 센싱 소자; 및
    상기 동작 전압에 의하여 구동되고, 상기 구동 펄스의 인에이블 시작 시점은 상기 제로 커런트 검출 신호에 의하여 상기 제로 커런트 포인트에 동기되며, 상기 디밍 제어 신호와 상기 센싱 전압에 따라서 펄스폭이 결정되는 상기 구동 펄스를 상기 스위칭 소자로 제공하는 플라이백 제어기;를 포함하는 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 트랜스포머의 출력에 의하여 동작하며 상기 발광 다이오드 조명등의 디밍을 제어하기 위한 제어 펄스를 제공하는 센서 보드를 더 포함하는 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
  11. 발광 다이오드 조명등;
    상기 발광 다이오드 조명등의 디밍을 제어하기 위한 제어 펄스를 제공하는 센서 보드; 및
    정류 전압을 제공하는 전원부, 1차측의 전류에 대응하는 검출 전압을 제공하는 보조 코일을 포함하고, 상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 발광 다이오드 조명등의 구동 전압 영역에 포함되도록 설정된 트랜스포머, 상기 제어 펄스와 센싱 전압에 응답하여 생성한 구동 펄스로 상기 1차측의 전류를 제어하는 플라이백 제어 회로, 상기 정류 전압 공급이 개시되는 초기 상태에 상기 전원부에서 상기 트랜스포머의 상기 1차측으로 공급되는 기동 전류를 검출하여 상기 플라이백 제어 회로에 동작 전압을 제공하는 스타트업 회로 및 상기 검출 전압을 레귤레이팅하여 상기 플라이백 제어 회로의 상기 동작 전압으로 제공하는 전압 레귤레이팅 회로를 포함하고. 상기 센싱 전압은 상기 1차측의 전류를 센싱하여 피드백되는 전압이며, 상기 발광 다이오드 조명등과 상기 센서 보드에 각각 전원을 공급하는 전원 장치;를 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  12. 삭제
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 구동 전압 영역은 제1전압 및 제 1전압보다 작은 제2전압으로 정의되고,
    상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 제2전압으로 출력되도록 설정된 발광 다이오드 조명 장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 구동 전압 영역은 제1전압 및 제1전압보다 작은 제2전압으로 정의되고,
    상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 제1전압으로 출력되도록 설정된 발광 다이오드 조명 장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 구동 전압 영역은 제1전압 및 제1전압보다 작은 제2전압으로 정의되고,
    상기 보조 코일의 권선비는 상기 검출 전압이 제1전압과 제2전압의 중간 전압으로 출력되도록 설정된 발광 다이오드 조명 장치.
  16. 제13 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 발광 다이오드 조명등의 최대 구동 전압이고, 상기 제2 전압은 상기 발광 다이오드 조명등의 턴오프 레벨 전압으로 설정되는 발광 다이오드 조명 장치.
  17. 정류 전압을 제공하는 전원부;
    1차 측의 전류를 변환하여 2차측에서 구동 전압을 출력하며, 상기 1차측의 전류에 대응하는 검출 전압을 제공하는 보조 코일을 포함하고, 디밍 제어를 위하여 상기 구동 전압을 최대 구동 레벨과 턴오프 레벨 사이로 가변하여 발광 다이오드 조명등에 제공하는 트랜스포머;
    허용 범위를 갖는 동작 전압에 의하여 동작되며 상기 1차측의 전류를 제어하는 플라이백 제어 회로; 및
    상기 구동 전압의 상기 최대 구동 레벨에 대응하여 상기 검출 전압을 상기 허용 범위의 최대치 이하의 상기 동작 전압으로 제공하거나 상기 구동 전압의 상기 턴오프 레벨에 대응하여 상기 검출 전압을 상기 허용 범위의 최소치 이상의 상기 동작 전압으로 제공하는 전압 레귤레이팅 회로;를 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 전압 레귤레이팅 회로는 상기 동작 전압을 상기 허용 범위의 최소치 이상으로 출력하도록 구성되는 발광 다이오드 조명용 전원 장치.
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