KR101470076B1 - 발광 다이오드용 전원 공급 장치 - Google Patents

발광 다이오드용 전원 공급 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교류 입력 전원을 디밍 전원으로 전환하여 출력하는 조광기, 상기 디밍 전원을 정류하여 출력하는 정류부, 정류된 상기 전원을 소정의 비율로 변환하여 발광 다이오드로 출력하는 변압부, 그리고 상기 조광기와 정류부 사이에 연결되며, 상기 디밍 전원의 발진을 줄여 상기 정류부로 출력하는 입력부를 포함하는 전압 공급 장치를 제공한다. 따라서, 조광기와 정류기의 인덕터와 커패시터에 의한 발진을 차단함으로써 트라이액 동작 조건을 충족할 수 있다.

Description

발광 다이오드용 전원 공급 장치{The power supply device for LED}
본 발명은 발광 장치의 전원 공급 장치에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Diode Device: LED)는 반도체 PN 접합소자로 전기 에너지를 빛 에너지로 바꾸는 발광 반도체로서, 발광소자는 화합물 반도체 단자에 전류를 흘려서 PN 접합부근 혹은 활성층에서 전자와 홀의 결합에 의해 빛을 방출하는 소자이다.
도 1은 종래의 발광소자를 구동하는 전원 공급 장치를 도시한 것이며, 도 2 는 도 1의 출혈회로를 나타낸 것이다.
도 1을 참고하면, 전원 공급 장치(10)는 교류 입력 전원(Vac)을 받는 트라이액(triac) 조광기(1), 정류기(2), 출혈 회로(3) 및 구동회로(4)를 포함한다.
상기 트라이액 조광기(1)의 경우, 능동 사이리스터(thyristor)를 포함하며, 입력 교류 전원(Vac)의 일부만을 출력한다.
정류기(2)는 조광기(1)의 출력을 정류하여 출력하며, 출혈 회로(3)는 정류기(2)의 전압을 받아 조광기(1)와 구동회로(4)의 호환을 위하여 전압 전류를 제어한다.
상기 출혈 회로(3)는 도 2와 같이 댐핑 저항(Rd)과 출혈부(Cb, Rb)를 포함한다.
즉, 댐핑 저항(Rd)은 조광기(1)의 초기 동작 시에 실호(misfiring)를 최소화하기 위한 저항이다.
상기 출혈부(Cb, Rb)는 출혈커패시터(Cb)와 출혈저항(Rb)을 포함하며, 상기출혈부(Cb, Rb)는 조광기(1)의 안정적인 동작을 유도하기 위한 것으로, 조광기(1)의 능동 사이리스터에 유지 전류를 유입하여 조광기(1)가 동작하고 있는 동안 사이리스터가 오프되는 것을 방지한다.
그러나, 각 회사별로 조광기(1)가 요구되는 유지전류가 상이하여 세팅된 출혈 회로(3)의 값으로 전 범위의 조광기(1)가 호환성이 충족되지 않는다.
실시예는 호환성이 향상되어 조광기를 적용할 수 있는 발광 소자용 전원 공급 장치를 제공한다.
실시예는 교류 입력 전원을 디밍 전원으로 전환하여 출력하는 조광기, 상기 디밍 전원을 정류하여 출력하는 정류부, 정류된 상기 전원을 소정의 비율로 변환하여 발광 다이오드로 출력하는 변압부, 그리고 상기 조광기와 정류부 사이에 연결되며, 상기 디밍 전원의 발진을 줄여 상기 정류부로 출력하는 입력부를 포함하는 전압 공급 장치를 제공한다.
상기 조광기는 트라이액 조광기일 수 있다.
상기 조광기는 출력단에 노이즈를 필터링하는 필터를 포함할 수 있다.
상기 입력부는 상기 조광기와 연결되는 입력단에 댐핑 저항, 상기 댐핑 저항과 연결되는 필터를 포함할 수 있다.
상기 댐핑 저항은 접지단에 연결되는 제1 저항 및 상기 조광기로부터 디밍 전원을 인가받는 상기 입력단에 연결되는 제2 저항을 포함할 수 있다.
상기 필터는 상기 제1 및 제2 저항 사이에 연결되는 커패시터 및 상기 제2 저항과 연결되어 있는 인덕터를 포함할 수 있다.
상기 필터의 상기 인덕터와 상기 정류부가 연결될 수 있다.
상기 정류부는 브릿지 정류기를 포함할 수 있다.
상기 변압기는 상기 정류된 전원을 권선비에 의해 변환하여 출력하는 트랜스를 포함할 수 있다.
상기 변압기는 플라이백 변압기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 조광기와 정류기의 인덕터와 커패시터에 의한 발진을 차단함으로써 트라이액 동작 조건을 충족할 수 있다.
상기 조광기에서 바라보는 부하가 저항성 부하로 보여지므로 백열등과 유사한 조광 효과를 볼 수 있다.
또한, 조광기의 호환성이 향상되며, 정류 회로의 입력단에 적용하므로 적용이 간단하고, 비용일 줄어든다.
또한, 전류의 흐름을 방해하는 저항의 기본 특성을 이용하여 서지와 노이즈(EMI) 특성이 향상되며, LC필터의 용량값 축소 및 회로 필터의 단순화를 통해 규격을 통화하며, 배리스터의 용량 값도 줄어들어 부품 사이즈를 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 출혈 회로의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 4는 도 3의 입력부 및 정류부를 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 실시예가 적용된 전원 공급 장치의 일 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 호환성을 나타내는 파형도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 조광기를 가지는 전원 공급 장치에서 상기 조광기와의 호환성을 향상시키기 위하여 조광기와 정류기 사이에 입력부를 가지는 전원 공급 회로를 제공한다.
이하에서는 도 3 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 장치의 구성도이고, 도 4는 도 3의 입력부 및 정류부를 나타내는 회로도이고, 도 5는 본 발명의 실시예가 적용된 전원 공급 장치의 일 예를 도시한 것이다.
도 3을 참고하면, 전원 공급 장치(100)는 입력 교류 전원(Vac)과 발광 소자(LED)(150) 사이에 조광기(110), 입력부(120), 정류부(130) 및 변압부(140)를 포함한다.
조광기(110)는 교류 입력 전원(Vac)의 일부 듀티만을 출력하여 디밍을 구현한다.
정류부(130)는 조광기(110)로부터 출력된 디밍 전원을 수신하여 이를 한 방향의 값으로 정류하여 출력한다.
상기 정류부(130)는 도 5와 같이 브릿지 정류기를 포함할 수 있으며, 양 단에 보호 소자(V)를 포함하여 정전기 발생 시에 쇼트를 방지할 수 있다.
상기 보호 소자(V)는 배리스터일 수 있다.
변압부(140)는 정류부(130)로부터 정류된 전원을 수신하여 소정 비율로 변환하여 출력한다.
발광 다이오드(LED)를 위한 변압부(140)은 입력 전압에 대하여 낮은 전압으로 구동되므로 이를 위한 트랜스를 포함할 수 있다.
상기 변압부(140)는 도 5와 같이 플라이백 컨버터(flyback converter)를 포함할 수 있다.
상기 플라이백 컨버터는 1차 권선과 2차 권선을 포함하는 트랜스를 포함하며, 트랜스의 권선 비에 따라 입력 전압을 변환하여 출력한다.
상기 1차 권선에 트랜지스터(Q)를 포함한다.
상기 변압부(140)의 입력단에 저장 커패시터(C4)가 형성되어 있으며, 출력단에 출력 커패시터(C5)와 다이오드(D)가 병렬로 연결되어 있다.
상기 트랜지스터(Q)가 턴온되면 정류된 입력 전원으로부터 전류가 트랜스로 흘러 에너지를 충전하고, 트랜지스터(Q)가 턴오프되면 충전되어 있는 에너지가 다이오드(D)를 통하여 발광 다이오드(150)로 출력된다.
이때, 상기 트랜지스터(Q)가 턴오프될 때 트랜지스터(Q)의 기생 커패시터에 저장되어 있는 전하가 저장 트랜지스터(C4)를 통해 방전된다.
상기 변압부(140)는 출력단에 RC 필터(C6, R6)를 더 포함하여 리플을 필터링하여 출력할 수 있다.
한편, 조광기(110)는 도 5와 같은 회로를 가질 수 있다.
도 5를 참고하면, 조광기(110)는 triac 조광기(110)로서, 능동 사이리스터(TA)를 포함하고, 가변 저항(Rin), 고정 저항(R4, R5), 커패시터(C2, C3) 및 다이액(DA)을 포함한다.
상기 능동 사이리스터(TA)는 트라이액으로서, 제1 단이 가변 저항(Rin)과 연결되고 제2 단이 출력단과 연결되며, 제3 단이 다이액(DA)과 연결되어 있다.
다이액(DA)은 일단이 커패시터(C2, C3) 및 고정 저항(R4, R5)과 연결되며, 타단이 트라이액(TA)의 제3 단과 연결되어 있다.
상기 가변 저항(Rin)은 입력단과 고정 저항(R4, R5) 사이에 형성되어 있으며, 고정 저항(R4, R5)은 커패시터(C2, C3)와 RC 필터를 형성한다.
이때, 고정 저항(R4, R5) 및 커패시터(C2, C3)는 도 5와 같이 복수개의 고정 저항(R4, R5) 및 커패시터(C2, C3)로 구현될 수 있으며 시정수에 따라 다양하게 구현가능하다.
상기 트라이액 조광기(110)는 가변 저항(Rin), 고정저항(R4, R5) 및 커패시터(C2, C3)가 형성하는 RC 필터의 커패시터(C2, C3)의 전압이 다이액(DA)의 트리거 전압에 도달할 때까지 다이액(DA)이 오프되어 트라이액(TA)의 시동을 지연한다.
시동 지연 값은 가변 저항(Rin)의 저항 값을 제어함으로써 결정할 수 있다.
이때, 상기 조광기(110)는 지연된 시간 이후에 상기 교류 입력 전원(Vin)을 출력한다. 따라서, 입력 전원(Vin) 중 일부만이 주기적으로 출력되어 디밍 효과가 구현된다.
상기 조광기(110)는 도 5와 같이 출력단에 LC 필터(Cin, Lin)를 포함할 수 있다.
상기 LC 필터(Cin, Lin)의 경우, 인덕터(Lin)와 커패시터(Cin)가 병렬로 연결될 수 있으며, 상기 LC 필터(Cin, Lin)는 전압 에지의 속도를 낮춰 전도된 전자기영향(EMI: electromagnetic influence)을 감소시킨다.
이러한 조광기(110)는 출력단에 보호 소자로서 퓨즈(I)를 포함할 수 있다.
상기 조광기(110)와 변압부(140) 사이에 입력부(120)를 더 포함한다.
상기 입력부(120)는 도 4와 같이 제1 및 제2 저항(R1, R2), 입력 커패시터(C1), 입력 인덕터(L1)를 포함한다.
상기 입력부(120)의 입력단 중 일단은 접지되어 있으며, 타단은 조광기(110)의 출력단과 연결되어 있다. 제1 및 제2 저항(R1, R2)은 입력단의 양 단자에 각각 연결되어 있으며, 회로 설계에 따라 도 5와 같이 복수의 저항(R11, R12, R21, R22)이 직렬로 연결될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 저항(R1, R2)의 양 단에 이를 연결하는 입력 커패시터(C1)가 형성되어 있으며, 제2 저항(R2)과 연결되어 인덕터(L1)가 형성되어 있다.
제1 및 제2 저항(R1, R2)은 댐핑(damping) 저항으로서, 조광기(110)로부터 인가되는 전압 값 또는 전류 값이 갑작스럽게 변화하는 것을 완충한다. 또한, 조광기(110) 내부의 인덕터(Lin)와 커패시터(Cin) 및 입력부(120)의 입력 커패시터(C1) 사이에 발생하는 발진을 차단하여 트라이액의 동작 조건을 충족할 수 있다.
또한, 조광기(110)에서 입력부(120)를 바라볼 때, 댐핑 저항으로 인해 구동부(140)의 트랜스 및 필터에 의한 리액턴스 부하가 저항성 부하로 인지되어 발광 다이오드(150)가 아닌 백열등과 같은 저항성 소자와 연결된 것으로 인지된다.
따라서, 트라이액 조광기(110)의 경우, 1/2 주기로 부하 전압의 적용을 지연시켜 부하 전력을 감소 시켜 백열등과 같이 저항성 소자에는 매우 적합하나 발광 다이오드의 변압부(140)와 같이 리액턴스 부하에 적용하는 것이 부적절하였던 것을 보완할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 저항(R1, R2)과 연결되는 LC 필터(L1,C1)는 EMI 필터로 동작하나 댐핑 저항에서 전류의 흐름이 방해되어 서지 또는 EMI 특성도 보완할 수 있으며, LC 필터(L1,C1)의 용량값이 축소되어 필터가 단순화된다.
또한, 배리스터(V)의 용량값도 축소될 수 있어 부품 사이즈가 줄어들 수 있다.
도 6을 참고하면, 도 6a는 출혈 회로를 포함하는 도 1의 전원 공급 장치의 출력 전압을 나타내는 것이고, 도 6b는 도 5의 전원 공급 장치의 출력 전압을 나타내는 것이다.
도 6a와 같이, 출혈 회를 포함하는 경우, 고정되어 있는 댐핑 저항에 의해 일부의 회로에서는 호환성이 인정되나, 이외의 회로에서는 정류기의 커패시터와 조광기의 LC 필터 사이의 발진에 의해 호환성이 인정되지 않는다.
도 6b와 같이, 본 발명의 입력단을 적용하는 경우, 댐핑 저항으로 인해 입력의 변화를 줄이며, 입력단에 커패시터와 연동하는 인덕터를 연결하여 필터로 구현하여 용량성 부하를 최대한 저항성 부하로 변환하여 전류 변화를 억제하여 호환성을 보장할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
전원 공급 장치 100
조광기 110
입력부 120
정류기 130
변환부 140
발광 다이오드 150

Claims (10)

  1. 교류 입력 전원을 디밍 전원으로 전환하여 출력하는 조광기,
    상기 디밍 전원을 정류하여 출력하는 정류부,
    정류된 상기 전원을 소정의 비율로 변환하여 발광 다이오드로 출력하는 변압부, 그리고
    상기 조광기와 정류부 사이에 연결되며, 상기 디밍 전원의 발진을 줄여 상기 정류부로 출력하는 입력부를 포함하며,
    상기 입력부는,
    제 1 입력단에 연결되며, 상호 직렬 연결된 제 1 저항 및 제 2 저항과,
    제 2 입력단에 연결되며, 상호 직렬 연결된 제 3 저항 및 제 4 저항과,
    상기 제 2 저항의 출력단에 일단이 연결되고, 제 4 저항의 출력단에 타단이 연결된 커패시터와,
    상기 제 4 저항의 출력단과 상기 커패시터의 타단에 일단이 연결되고, 타단이 상기 정류부에 연결된 입력 인덕터와,
    상기 입력 인덕터의 일단 및 타단에 각각 일단 및 타단이 연결된 제 5 저항을 포함하며,
    상기 제 2 저항의 출력단과 상기 커패시터의 일단은 상기 정류부에 직접 연결된
    전압 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조광기는 트라이액 조광기인 전압 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조광기는 출력단에 노이즈를 필터링하는 필터를 포함하는 전압 공급 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 정류부는 브릿지 정류기를 포함하는 전압 공급 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 변압부는 상기 정류된 전원을 권선비에 의해 변환하여 출력하는 트랜스를 포함하는 전압 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변압부는 플라이백 변압기를 포함하는 전압 공급 장치.
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