KR101423966B1 - 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치에는, 피드백되는 신호를 바탕으로 하여 보정된 펄스폭 변조(PWM) 신호를 제공하는 PWM 제어부; 상기 PWM 제어부의 제어에 따라서 1차측 코일로 공급되는 전압으로 2차측 코일에 전압을 유기시켜 출력하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하로 공급하는 직류전압 출력부; 상기 직류전압 출력부로부터 공급되는 전압으로 구동하여 점등되는 적어도 하나의 LED로 이루어진 LED램프; 상기 LED램프의 입력단 및 출력단과 연결되어, 상기 LED램프로 공급되는 전압 및 전류가 일정하게 유지되도록 하기 위한 보상값을 출력하는 제어아이씨; 및 상기 제어아이씨의 보상값을 PWM 제어부로 피드백시키는 피드백부가 포함되는 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치에 있어서, 상기 LED램프로의 정전류의 공급성능을 향상시키는 드라이버아이씨; 및 상기 LED램프의 출력측을 상기 LED램프의 입력측과 연결시키는 연결회로가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 플리커 현상을 없애고, 회로부품을 보호할 수 있고, 장수명을 달성할 수 있고, 회로의 내부부품을 일정한 파워로스로 유지할 수 있는 장점을 기대할 수 있다.

Description

발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치{RIPPLE ELIMINATION DEVICE FOR POWER CIRSUIT OF LED}

본 발명은 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치에 관한 것이다.

저용량의 발광 다이오드의 전원회로는, 정류된 전압을 펄스폭변조(PWM) 제어를 수행한 후에, 트랜스포머를 통하여 2차측으로 전력을 전달하는 방식이 주로 사용된다. 2차측으로 전달된 전력은, 다이오드와 콘덴서가 이용되어 직류전원으로 변환되어 발광 다이오드로 공급된다. 그런데 이때 피드백 타임으로 인하여 리플전압이 크게 발생하고, 리플전압으로 인하여 발생되는 리플전류에 의해서 발광 다이오드의 플리커(Fliker) 현상을 발생시킨다. 상기 플리커 현상은 발광 다이오드의 수명과 광효율에 영향을 미칠뿐만 아니라, 사용자의 눈을 쉽게 피로하게 만드는 원인으로 작용한다.

도 1은 종래기술에 따른 발광 다이오드 전원회로이다.

도 1을 참조하면, 펄스폭변조(PWM) 신호를 제공하는 PWM 제어부(3)와, 상기 PWM 제어부(3)의 트랜지스터(Q1)의 스위칭동작에 따라서, 정류되어 1차측 코일로 공급되는 전압으로 2차측 코일에 전원을 유기시켜 출력하는 트랜스포머(1)와, 상기 트랜스포머(1)에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하인 LED램프(4)에 공급하는 다이오드(D1)와 콘덴서(C5)로 구성되는 직류전압 출력부(2)와, 상기 직류전압 출력부(2)에서 공급되는 전압으로 구동하여 점등되는 적어도 하나의 LED로 이루어진 LED램프(4)와, 상기 LED램프(4)의 입력단 및 출력단과 저항(R3, R4 등) 콘덴서(C1, C3 등) 등을 통하여 연결되어, 상기 LED램프(4)로 공급되는 전압 및 전류가 일정하게 유지되도록 하기 위한 보상값을 출력하는 제어아이씨(5)와, 상기 제어아이씨(5)의 보상값을 PWM 제어부(3)로 피드백시키는 피드백부(6)가 포함된다.

상기되는 종래 기술에 따르면, 피드백 타임으로 인하여 큰 리플전압 및 그에 따른 리플전류가 발생하고, 그 리플전류는 직류전압 출력부(2)의 콘덴서(C5)에 영향을 끼치게 된다. 리플전류는 콘덴서(C5)에 영향을 미쳐서 열을 발생시키고 수명을 단축시키는 문제점이 있다. 이에 콘덴서(C5)의 용량을 크게 늘리는 것을 고려할 수도 있으나 비용상승과, 위상마진과 응답속도에 영향을 끼쳐 또 다른 문제를 야기할 수 있는 문제점이 있다.

상기되는 문제점을 개선하는 방안이, 대한민국특허등록번호: 10-1132188, 발명의 명칭: 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치에 개시되어 있다. 상기 등록특허에 따르면, 직류전압 출력부(2)에 DC-DC컨버터를 설치하여 리플을 제거하는 기술이 개진되어 있다. 그러나, 이 기술에 따르면 전원공급효율감소, 스위칭 노이즈 발생, 및 부품수의 증가라는 문제점이 발생한다.

한편, 상기 등록특허에는 리플제거부(20)를 별도로 구비하는 기술이 특징으로 개시되어 있다. 그러나 이 기술에 따르더라도 트랜지스터(Q2)의 베이스 전류를 조정하는 것이 어렵고, 따라서 트랜지스터 양단의 전압조정이 어렵게 되고, 트랜지스터의 로스 관리가 힘들어지는 문제점이 있다.

대한민국특허등록번호: 10-1132188, 엘이디 등기구용 전원회로의 리플제거장치

본 발명은 상기되는 배경에서 제안되는 것으로서, 리플전압의 정밀한 제어가 가능하도록 하여, 전류를 정해진 값으로 유지하도록 하는 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치를 제안한다.

본 발명에 따른 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치에는, 피드백되는 신호를 바탕으로 하여 보정된 펄스폭 변조(PWM) 신호를 제공하는 PWM 제어부; 상기 PWM 제어부의 제어에 따라서 1차측 코일로 공급되는 전압으로 2차측 코일에 전압을 유기시켜 출력하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하로 공급하는 직류전압 출력부; 상기 직류전압 출력부로부터 공급되는 전압으로 구동하여 점등되는 적어도 하나의 LED로 이루어진 LED램프; 상기 LED램프의 입력단 및 출력단과 연결되어, 상기 LED램프로 공급되는 전압 및 전류가 일정하게 유지되도록 하기 위한 보상값을 출력하는 제어아이씨; 및 상기 제어아이씨의 보상값을 PWM 제어부로 피드백시키는 피드백부가 포함되는 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치에 있어서, 상기 LED램프로의 정전류의 공급성능을 향상시키는 드라이버아이씨; 및 상기 LED램프의 출력측을 상기 LED램프의 입력측과 연결시키는 연결회로가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 리플제거장치에서, 상기 연결회로에는, 저항(R5)과 콘덴서(C2)의 병렬회로를 적어도 포함할 수 있고, 상기 연결회로는 상기 제어아이씨를 거치지 않고, 상기 LED램프의 출력측을 상기 LED램프의 입력측과 연결시킬 수 있다.

상기 리플제거장치에서, 상기 LED램프의 출력단에는, 상기 LED램프의 쇼트시에 회로를 보호하기 위한 다이오드(D2)가 더 마련될 수 있다.

본 발명에 따르면, 플리커 현상을 없애서 안정적인 발광 다이오드의 발광상태를 유지할 수 있고, 눈피로를 덜 수 있고, 회로부품을 보호할 수 있고, 장수명을 달성할 수 있고, 회로의 내부부품을 일정한 파워로스로 유지할 수 있는 장점을 기대할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 발광 다이오드 전원회로.
도 2는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치의 회로도.
도 3은 도 2의 드라이버아이씨의 등가회로도.
도 4는 도 2의 제어아이씨의 등가회로도.
도 5는 도 1에 제시되는 종래기술에 따라서 측정된 리플전류를 설명하는 도면.
도 6은 도 2에 제시되는 실시예에 따라서 측정된 리플전류를 설명하는 도면.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 사상을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상에 포함된다고 할 것이다.

또한, 설명의 편의를 위하여 도 1에 제시된 바가 있는 등가의 전자부품에 대해서는, 동일한 기호 및 번호를 부여하여 설명을 하도록 한다.

도 2는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치의 회로도이다.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치에는, 피드백되는 신호를 바탕으로 하여 보정된 펄스폭 변조(PWM) 신호를 제공하는 PWM 제어부(30)와, 상기 PWM 제어부(30)의 제어에 따라서 1차측 코일로 공급되는 전압으로 2차측 코일에 전압을 유기시켜 출력하는 트랜스포머(10)와, 상기 트랜스포머(10)에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하인 LED램프(40)에 공급하는 다이오드(D1)와 콘덴서(C5)로 구성되는 직류전압 출력부(20)와, 상기 직류전압 출력부(20)로부터 공급되는 전압으로 구동하여 점등되는 적어도 하나의 LED로 이루어진 LED램프(40)와, 상기 LED램프(40)의 입력단 및 출력단에 저항(R3, R4, R13, R14, R40 등) 콘덴서(C1, C3, C4 등) 등을 통하여 연결되어, 상기 LED램프(4)로 공급되는 전압 및 전류가 일정하게 유지되도록 하기 위한 보상값을 출력하는 제어아이씨(5)와, 상기 제어아이씨(5)의 보상값을 PWM 제어부(3)로 피드백시키는 피드백부(6)가 포함된다. 또한, 실시예에서는, 정전류의 공급성능을 향상시키기 위하여 드라이버아이씨(70)를 더 사용하고, 상기 LED램프(40)의 출력단을 LED램프(40)의 입력단과 연결시키는 연결회로(90)를 더 마련하여 리플전류를 대폭 저감하도록 한다.

도 3은 도 2의 드라이버아이씨(70)의 등가회로도이고, 도 4는 도 2의 제어아이씨(50)의 등가회로도이다. 도 3 및 도 4에서 각 선로에는 도 2에 제시되어 있는 아이씨의 단자번호가 기재되어 있다. 도 2의 드라이버아이씨(70)에서 3번단자는 enable단자이고, 6번단자는 그라운드 단자이다. 상기 3번단자는 그라운드에 연결되어야 드라이버아이씨가 동작되기 때문에, 도 3의 등가회로도에서 3번과 6번 단자는 표기되지 않았다. 마찬가지로, 도 2의 제어아이씨(50)의 4번단자와 8번단자도 그라운드와 연결되는 단자로서 도 4의 등가회로도에는 나타나 있지 않다.

도 3과 도 4의 등가회로도에는 각각 제 1 연산증폭기(OP Amp)(72) 및 제 2 연산증폭기(51)가 탑재되어 있다. 상기 제 2 연산증폭기(51)에는 입력되는 감지값과 비교되는 기준값으로서 기준신호(Vref)를 인입받는 단자가 제공되어 있다. 상기 제 1 연산증폭기(72)의 입력단에는 정류기(regulator)(71)가 더 제공되어 드라이버아이씨의 정류작용이 수행되도록 한다.

도 2, 도 3, 및 도 4를 참조하여 일 실시예에 따른 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치의 동작을 설명한다.

먼저, 상기 트랜스포머(10)는, PWM제어부(30)의 제어하에서 트랜지스터(Q1)의 스위칭동작에 따라 1차측 코일로 공급되는 전압에 비례하여 2차측 코일에 교류전원을 유기시켜 직류전압 출력부(20)로 공급한다. 상기 직류전압 출력부(20)를 구성하는 다이오드(D1)와 콘덴서(C2)는 트랜스포머(10)에서 출력된 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 LED 램프(40)로 공급하여 LED램프(40)를 점등시키게 된다.

상기 LED램프(40)의 입력단과 출력단은 제어아이씨(50)와 연결되어 있다. 따라서, 상기 제어아이씨(50)에서는 상기 LED램프(40)로 공급되는 전압 및 전류를 감지하여 감지값을 기준값과 비교한 후 그 차이를 보상할 수 있는 보상값을 출력한다. 상기 제어아이씨(50)의 보상값은 피드백부(60)를 통하여 PWM제어부(30)로 전달되어 PWM의 제어주기 등을 조정하도록 한다. 상기되는 작용을 통하여 정전류가 LED 램프(40)로 공급되도록 한다.

그런데, 상기 직류전압 출력부(20)에서 정류된 직류전원에는 리플이 포함되어 있을 수 있다. 예를 들어, PMW제어부의 트랜지스터(Q1)을 70KHz로 스위칭하는 경우에 트랜스포머(10)의 2차측에는 120Hz의 리플전압 및 리플전류가 발생하게 되는 것이다.

상기 리플전압과 리플전류를 감소시키는 실시예에 따른 동작을 설명한다. 먼저, 상기 드라이버아이씨(70)에는 정류기(71)가 마련되고, LED램프(40)의 출력측으로부터의 피드백 신호를 입력받는다. 따라서, 정하여진 전류가 LED램프(40)로 흐르도록 한다. 한편, 상기 LED램프(40)를 흐르는 전류는 R40에 의해서 미리 정해진 양이 흐를 수 있다.

이때, 상기 LED램프(40)에 인가되는 전압이 변화하더라도 정해진 전류는 도 3의 A지점과 B지점을 흐르게 되지만, 입력전압의 변동에 따라서 출력전압은 변동하게 된다. 한편, 도 3의 B지점(도 2의 5번단자)의 전압은 변동된 전압과 연동하여 변하게 되므로, 드라이버아이씨(70)의 파워로스도 변하게 된다.

그런데, 리플에 의해서 입력전압의 변동폭이 크기 때문에, B지점의 전압을 유지하는 것이 필요하다. 이를 위하여, 저항(R5)과 콘덴서(C2)의 병렬회로로 이루어지는 연결회로(90)로, LED램프(40)의 출력단과 LED램프(40)의 입력단의 사이를 제어아이씨(50)를 통하지 않고 연결한다. 이로써, B지점의 변동전압, 즉 LED램프(40)의 출력측의 전압이 상기 LED램프(40)의 입력측을 통하여 제어아이씨(50)에 영향을 주게 된다.

따라서, 상기 제어아이씨(50)에서는 보상값을 출력함에 있어서, B지점의 전압이 높을 때에는 트랜스포머(10)의 출력전압을 낮추고, B지점의 전압이 낮을 때에는 트랜스포머(20)의 출력전압을 높이도록 제어하여, 입력전압이 크게 변하더라도 항상 일정한 전압을 유지할 수 있도록 한다. 이로써, 리플전압이 줄어드는 장점을 기대할 수 있다.

한편, R40에 의해서 정해진 전류가 흐르므로, B지점의 전압이 일정하다면, 드라이버아이씨의 파워로스도 작고 일정하게 유지될 수 있다. 이로써, 효율관리를 편리하게 수행할 수 있다.

또한, LED램프(40)의 출력단에는 다이오드(D2)가 마련되어 있다. 상기 다이오드(D2)에 의해서, B지점(도 2의 5번단자)의 전압보다 높게 전압을 유지하도 한다. 따라서, LED램프(40)의 쇼트 시에 회로를 보호할 수 있도록 한다.

도 5는 도 1에 제시되는 종래기술에 따라서 측정된 리플전류이고, 도 6은 도 2에 제시되는 실시예에 따라서 측정된 리플전류이다. 도 5 및 도 6을 비교하면 리플전압의 변동이 있더라도, 리플전류의 평균값(ΔU/ΔI*100)이 종래의 경우에 대략 30%에 이르지만, 실시예의 경우에는 5%에 지나지 않는 것을 볼 수 있다.

본 발명에 따르면, 플리커 현상을 없애고, 회로부품을 보호할 수 있고, 장수명을 달성할 수 있고, 회로의 내부부품을 일정한 파워로스로 유지할 수 있는 장점을 기대할 수 있다.

70: 드라이버아이씨
90: 연결회로

Claims (4)

1. 피드백되는 신호를 바탕으로 하여 보정된 펄스폭 변조(PWM) 신호를 제공하는 PWM 제어부; 상기 PWM 제어부의 제어에 따라서 1차측 코일로 공급되는 전압으로 2차측 코일에 전압을 유기시켜 출력하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머에서 출력된 교류전원을 직류전압으로 변환시켜 부하로 공급하는 직류전압 출력부; 상기 직류전압 출력부로부터 공급되는 전압으로 구동하여 점등되는 적어도 하나의 LED로 이루어진 LED램프; 상기 LED램프의 입력단 및 출력단과 연결되어, 상기 LED램프로 공급되는 전압 및 전류가 일정하게 유지되도록 하기 위한 보상값을 출력하는 제어아이씨; 및 상기 제어아이씨의 보상값을 PWM 제어부로 피드백시키는 피드백부가 포함되는 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치에 있어서,
   상기 LED램프로의 정전류의 공급성능을 향상시키는 드라이버아이씨; 및 상기 LED램프의 출력측을 상기 LED램프의 입력측과 연결시키는 연결회로가 더 포함되고,
   상기 연결회로는 상기 제어아이씨를 거치지 않고, 상기 LED램프의 출력측과 상기 LED램프의 입력측을 연결시키는 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결회로에는, 저항(R5)과 콘덴서(C2)의 병렬회로를 적어도 포함하는 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 드라이버아이씨는 연산증폭기와, 상기 연산증폭기와 연결된 정류기를 적어도 포함하는 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 LED램프의 출력단에는, 상기 LED램프의 쇼트시에 회로를 보호하기 위한 다이오드(D2)가 더 마련되는 발광 다이오드 전원회로의 리플제거장치.

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