KR101561067B1

KR101561067B1 - Ｌｅｄ조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치

Info

Publication number: KR101561067B1
Application number: KR1020130070337A
Authority: KR
Inventors: 문재호
Original assignee: 주식회사 케이비텍
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2015-10-19
Also published as: KR20140147309A

Abstract

본 발명은 LED조명등의 수명을 연장하는 전원공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED조명등의 수명에 비해 상대적으로 짧은 수명을 갖는 LED컨버터에 의해 LED조명등의 수명이 실질적으로 짧아지는(즉, LED조명등은 정상이나 LED컨버터의 문제로 점등이 되지 않는) 문제를 해결하고, 하자보수가 어려운 터널이나 천정이 높은 현장에 설치된 경우에 수명이 짧음으로 인해 하자보수비용이 증가하는 문제를 해결할 수 있는 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치는 LED조명등에 점등전원을 공급하는 복수의 LED컨버터; 외부전원이 상기 복수의 LED컨버터 중 어느 한 LED컨버터로 공급되도록 하는 절체부; 상기 절체부를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

Description

ＬＥＤ조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치{Power supply for LED lighting unit}

본 발명은 LED조명등의 수명을 연장하는 전원공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED조명등의 수명에 비해 상대적으로 짧은 수명을 갖는 LED컨버터에 의해 LED조명등의 수명이 실질적으로 짧아지는(즉, LED조명등은 정상이나 LED컨버터의 문제로 점등이 되지 않는) 문제를 해결하고, 하자보수가 어려운 터널이나 천정이 높은 현장에 설치된 경우에 수명이 짧음으로 인해 하자보수비용이 증가하는 문제를 해결할 수 있는 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치에 관한 것이다.

LED는 조도는 높으면서도 소비전력은 적고, 반영구적인 수명을 갖고, 친환경적, 감성적 조명 등의 다양한 장점을 가져, 최근 조명기구의 광원으로 대세를 형성하면서 가정,사무실뿐만 아니라 터널,공장,마트 등 다양한 곳에 LED조명등이 넓게 적용되고 있다.

LED는 반영구적인 수명을 갖는 것으로 알려졌지만 이는 주변환경이 이상적인 조건하에서이고, 실제로는 방열문제나 과부하문제 등으로 반영구적인 수명을 갖지 못한다.

주변환경에 의한 요인으로 수명에 한계는 있지만 그래도 상당히 길다.

LED조명등의 수명을 약5~6년으로 보았을 때 LED조명등을 점등시키기 위해 점등전원을 공급하는 LED컨버터의 수명은 이에 못 미치는 실정이다.

그래서 LED조명등은 정상이나 점등전원을 공급하는 LED컨버터의 수명이 다해서(즉, 고장이 발생해서) LED조명등이 점등되지 않는, 즉, 수명이 짧아지는 문제가 있다.

그리고 수명이 짧아짐으로 인해서 터널이나 천정이 높은 현장에서 설치되어 하자보수가 매우 어려운 경우에 하자보수비용이 증가하는, 다시 말해 하자보수 주기가 짧아 비용이 증가하는 문제가 있다.

그런데 현재의 기술수준에서 LED컨버터의 수명이 LED조명등의 수명에 버금가거나 그 이상이 되는 것은 아직 개발되어 있지 않기 때문에, LED컨버터의 수명으로 LED조명등의 수명이 짧아지고 하자보수비용이 증가하는 문제를 해결할 수 있는 수단의 필요성이 절실히 제기되고 있다.

LED조명등에 점등전원을 공급하는 LED컨버터를 포함하는 전원공급장치에 관한 종래기술로는 등록특허 제0727354호 "발광 다이오드 정전류 펄스폭 변조 구동 회로", 등록특허 제0982167호 "LED 광원용 전원 공급기 및 LED 광원을 동작시키는 방법" 등 다양하게 개시되었는데, 상기 두 등록특허를 포함해서 종래기술에 따른 LED조명등용 전원공급장치에서는 긴 수명을 갖지만 전원공급장치(즉, LED컨버터)에 의해 LED조명등의 수명이 짧아지는 문제에 관심이 없다. 다시 말해 LED조명등의 수명을 연장할 수 있는 수단이 제시되지 않고 있다.

본 발명은 위와 같이 LED컨버터의 수명이 짧아서 긴 수명을 가짐에도 LED조명등의 수명이 실질적으로 짧아지는 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 하나의 LED조명등을 점등시킬 수 있는 LED컨버터를 복수개 구비하고, LED컨버터에 고장이 발생한 경우에 절체부와 제어부에 의해 다른 LED컨버터가 LED조명등에 점등전원을 공급하도록 하여 LED조명등의 실질적인 수명을 연장하고, 수명을 연장함으로써 하자보수가 어려운 현장에 설치된 LED조명등 및 이의 전원공급장치에 대한 하자보수 비용을 절감할 수 있는 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치를 제공함을 목적으로 한다.

아울러, LED컨버터는 소비전력을 최소화하여 에너지 효율을 극대화하고 안정적인 동작을 하여 신뢰성이 뛰어난 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치는

LED조명등에 점등전원을 공급하는 복수의 LED컨버터;

외부전원이 상기 복수의 LED컨버터 중 어느 한 LED컨버터로 공급되도록 하는 절체부;

상기 절체부를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 제어부는

상기 절체부에 의해 외부전원과 연결된 상기 LED컨버터로 공급되는 외부전원을 감지하는 감지부와,

상기 감지부의 신호를 받아 상기 절체부를 구동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 제어부는 상기 감지부의 신호가 상기 구동부로 지연되어 전달되도록 하는 지연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 절체부는 구동코일과 상기 구동코일에 발생되는 전자기력으로 절체동작하는 마그넷스위치의 릴레이를 사용하고,

상기 감지부는

상기 LED컨버터로 공급되는 외부전원의 전류를 감지하는 변류기와,

상기 변류기에서 감지되는 전류에 따른 감지전압을 기준전압과 비교하는 비교기와,

상기 비교기의 비교신호를 반전시키는 반전기를 포함하고,

상기 구동부는 상기 반전기의 반전신호로 온오프 작동하여 상기 구동코일에 구동전원이 공급 또는 차단되도록 하는 트랜지스터를 포함하고,

상기 지연부는 상기 반전기의 반전신호로 충전되고, 충전되는 전압으로 상기 트랜지스터를 온오프시키는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치는 하나의 LED조명등을 점등시킬 수 있는 LED컨버터를 복수개 구비하고, 절체부와 제어부가 동작중에 점등전원을 공급하던 LED컨버터가 고장나면 정상 동작하는 다른 LED컨버터가 점등전원을 공급하도록 하여 LED조명등의 실질적인 수명이 연장되도록 하고, 그에 따라 LED조명등 및 전원공급장치의 유지보수 주기를 연장시킴으로써 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

그리고 LED컨버터는 에너지 효율을 높이기 위한 역률개선부와 정격전원을 위해 트랜스의 스위칭을 제어하는 PWM부를 각각 별개로 구비하고 별개로 구동되는 것이 아니고, 역률개선 PWM부에서 역률을 개선함은 물론 정격전원이 만들어지도록 하고, PWM 스위칭을 위한 평활부를 별도로 구비하지 아니하여 에너지 효율이 극대화되고, 피드백부의 구동전원을 트랜스 2차측에 별도로 권선된 보조권선으로부터 공급받음으로써 LED 부하의 쇼트시에도 잠시 동안 구동전원이 유지되어 쇼트에 따른 과전류를 감지하여 즉시 피드백시켜 컨버터를 안전하게 보호하고, 더불어 상용전원의 입력측에 바리스터를 구성하여 서지전원을 차단하고, EMI 필터를 구성하여 전도 노이즈를 최소화하고, 내전원충격에 충분히 견디고 방사 노이즈가 최소화되는 구조를 갖도록 설계하여 신뢰성이 높다.

도 1 은 본 발명에 따른 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치의 블럭 구성도.
도 2 는 도1에서 LED컨버터의 전류를 감지하고 절체하는 절체부와 제어부의 회로도.
도 3 은 본 발명에 따른 LED컨버터의 개략적인 구성도.
도 4 는 도3의 구체적인 회로도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명을 보다 상세하게 설명하기에 앞서,

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치는 복수의 LED컨버터(2A, 2B), 절체부(RE1-A, RE1-B), 제어부(4)의 구성요소로 대별된다.

상기 LED컨버터(2A, 2B)는 외부전원(일반적으로 교류 220V의 상용전원)을 LED조명등(1)의 점등에 적합한 점등전원(즉,정격전원)으로 변환하여 공급하고,

상기 절체부(RE1-A, RE1-B)는 절체 동작으로 외부전원이 복수의 LED컨버터(2A, 2B) 중에서 정상 작동하는 LED컨버터로 공급되도록 하고,

상기 제어부(4)는 상기 LED컨버터(2A, 2B)로 공급되는 전류를 감지하여 그 LED컨버터의 고장 여부를 판단하고, 고장으로 판단되는 때에는 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)가 정상 작동하는 다른 LED컨버터에 외부전원을 공급하도록 제어한다.

도2는 도1에서 절체부(RE1-A, RE1-B)와 제어부(4)에 대한 회로도를 도시한 것이다.

상기 절체부(RE1-A, RE1-B)는 상기 제어부의 제어에 의해 외부전원이 복수의 LED컨버터(2A, 2B) 중에서 어느 한 LED컨버터로 공급되도록 한다. 즉, 절체부(RE1-A, RE1-B)에 의해 외부전원이 공급되던 LED컨버터에 고장이 발생된 경우에 상기 제어부의 제어에 의해 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)는 자동 절체되어 외부전원이 다른 LED컨버터로 공급되어 LED조명등(1)이 계속적으로 점등될 수 있도록 한다.

상기 절체부(RE1-A, RE1-B)로는 릴레이를 사용하였다. 즉, 전원이 입력되면 전자기력을 발생시키는 구동코일(RE1-B)과, 상기 구동코일(RE1-B)에 발생되는 전자기력으로 절체 동작하는 마그넷스위치(RE1-A)로 구성되는 릴레이를 사용하였다.

상기 절체부(RE1-A, RE1-B)는 릴레이 이외에도 온오프(스위칭) 기능이 있는 트랜지스터, 트라이악, 싸이리스터 등의 전자소자가 사용될 수도 있지만, 이들 전자소자는 전기적으로 온오프 기능을 갖지만 물리적으로는 온오프 기능이 취약하여 절체동작에는 릴레이가 보다 안정적이라고 할 수 있다.

상기 제어부(4)는 직류부(5), 감지부(6), 지연부(8), 구동부(9)를 포함한다.

상기 직류부(5)는 외부전원인 교류 상용전원을 직류화하여 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)와 제어부(4)의 구동에 필요한 전원을 공급한다.

상기 직류부(5)는 입력되는 상용 교류전원의 전류를 제어하는 캐패시터(C7) 및 저항(R7), 외부전원을 전파정류하는 브릿지다이오드(D1~D4), 전파정류된 전원을 평활하여 직류화하는 캐패시터(C4), 직류화된 전압이 일정 세기를 넘지 않도록, 즉, 정전압이 되도록 하는 제너다이오드(ZD1)를 포함한다.

상기 감지부(6)는 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)에 의해 외부전원과 연결된 상기 LED컨버터로 공급되는 외부전원을 감지하여 그 LED컨버터의 고장 여부를 판단한다.

상기 감지부(6)는

LED컨버터(2A)로 공급되는 외부전원의 전류를 감지하는 변류기(L1-A, L1-B)와,

상기 변류기(L1-A, L1-B)의 2차측(L1-A)에서 유기되는 감지전류를 비반전단자로 입력받고, 두 저항(R1, R2)을 통해 상기 직류부의 전압을 전압분배한 기준전압을 반전단자로 입력받아 비교하는 비교기(U3-A)와,

상기 비교기(U3-A)의 출력신호인 비교신호를 반전시키는 반전기(U3-B)를 포함한다.

상기 구동부(9)는 상기 감지부(6)의 신호를 받아 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)를 구동시켜 외부전원이 정상적으로 동작하는 LED컨버터에 공급되도록 한다.

상기 구동부(9)는 상기 반전기(U3-B)의 출력신호인 반전신호에 의해 온오프되어 상기 절체부의 구동코일(RE1-B)에 상기 직류부(5)의 구동전원이 공급 또는 차단되도록 하는 트랜지스터(Q2)와, LED컨버터에 고장이 있어 다른 LED컨버터로 절체시키는 때에 적색으로 점등되어 이를 알리는 표시LED(LED1)를 포함한다.

상기 지연부(8)는 상기 감지부(6)의 신호가 상기 구동부(9)에 일정시간 지연되어 전달되도록 함으로써, 외부전원의 초기 투입시에 LED컨버터(2A)가 정상임에도 고장으로 인식하여 상기 절체부(RE1-A, RE1-B)가 오동작하지 않도록 한다.

다시 말해, 외부전원이 초기 투입된 경우에 LED조명등(1)이 점등되기까지, 즉, LED컨버터가 정상작동하기 까지 약 0.6초가 소요되는데, 이 시간(0.6초) 전에 상기 감지부(6)가 LED컨버터를 고장으로 판단할 수 있어서, 상기 지연부(8)가 이 시간 이후에 상기 감지부(6)의 신호가 상기 구동부(9)에 전달되도록 한다.

상기 지연부(8)는 상기 반전기(U3-B)의 반전신호로 충전되고, 충전되는 전압으로 상기 구동부의 트랜지스터(Q2)를 온오프시키는 캐패시터(C3)와, 상기 캐패시터(C3)로 상기 반전기(U3-B)의 반전신호를 전달하며 상기 캐패시터(C3)의 충방전속도를 결정하는 저항(R4)를 포함한다.

상기 지연부(8)의 캐패시터(C3)는 상기 반전기(U3-B)에서 상기 트랜지스터(Q2)를 턴온(또는 턴오프)시키기에 충분한 전압(즉, 반전신호)이 출력되더라도, 자신에게 상기 트랜지스터(Q2)를 턴온시킬 수 있는 전압이 충전되기까지 상기 트랜지스터(Q2)를 턴온을 지연시킨다.

이하에서는 도1과 같이 LED컨버터가 2개 구비되는 경우를 가정해서 상기 절체부 및 제어부의 동작을 개략적으로 설명한다.

우선, 외부전원이 투입되기 전에는 상기 절체부로서 릴레이의 마그넷스위치(RE1-A)는 1차 LED컨버터(2A)로 연결되어 있다.

외부전원이 투입된 경우에 1차 LED컨버터(2A)가 정상이라면, 상기 변류기(L1-A, L1-B)는 1차 LED컨버터(2A)에 흐르는 전류를 감지하고, 상기 비교기(U3-A)는 비교신호로서 하이신호를 출력하고, 상기 반전기(U3-B)는 반전신호로 로우신호를 출력하고, 그에 따라 상기 트랜지스터(Q2)는 턴오프 상태를 유지하여 상기 절체부로서 릴레이의 구동코일(RE1-B)에 구동전원이 인가되지 않도록 하고, 상기 표시LED(LED1)도 점등되지 않도록 한다.

이때, 외부전원의 투입 초기에 상기 변류기(L1-A, L1-B)에서 감지되는 전류의 세기가 약하여 상기 비교기(U3-A)에서 로우신호를 출력하고 상기 반전기(U3-B)는 하이신호를 출력하더라도 상기 캐패시터(C3)가 하이신호(즉, 트랜지스터(Q2)를 턴온시킬 수 있는 신호)가 트랜지스터(Q2)에 전달되는 것을 일정시간 지연시킴으로써 그 지연시간 이내에 투입되는 외부전원이 안정화(즉, 반전기에서 로우신호 출력)되면, 즉, 상기 LED컨버터가 정상이면, 상기 트랜지스터(Q2)는 턴오프 상태를 유지하여 상기 절체부로서 릴레이의 구동코일(RE1-B)에 구동전원이 인가되지 않도록 한다.

외부전원이 투입된 경우에 1차 LED컨버터(2A)가 비정상이라면, 즉, 1차 LED컨버터(2A)가 고장이라면, 상기 변류기(L1-A, L1-B)가 감지하는 1차 LED컨버터로 인가되는 외부전원은 없거나 그 세기가 미약하고, 그에 따라 상기 비교기(U3-A)는 비교신호로서 로우신호를 출력하고, 상기 반전기(U3-B)는 반전신호로 하이신호를 출력하고, 상기 지연부(8)의 지연시간이 경과하면 하이신호는 상기 트랜지스터(Q2)를 턴온시키고, 상기 트랜지스터(Q2)의 턴온으로 상기 직류부(5)의 구동전원이 상기 절체부로서 릴레이의 구동코일(RE1-B)에 인가되어 상기 마그넷스위치(RE1-A)가 2차 LED컨버터(2B)로 절체되어 외부전원이 2차 LED컨버터(2B)로 공급되고, 동시에 구동전원이 상기 표시LED(LED1)에 공급되어 적색으로 점등된다.

이하에서는 도3 내지 도5를 참조하여 본 발명에 따른 LED컨버터(2A, 2B)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

참고로, 이하에서 LED컨버터의 회로도에 사용되는 전자소자들의 기호(도면부호)들 중 일부가 도1 및 도2에 사용된 전자소자들의 기호(도면부호)와 같은 것이 있을 수도 있지만, 이하에서 사용되는 전자소자들의 기호는 도1 및 도2의 전자소자들의 기호와 무관함을 미리 밝혀두는 바이다.

본 발명의 LED컨버터는 도3 및 도4에서 보는 바와 같이 EMI 필터(10), 정류부(20), 역률개선 PWM부(30), 트랜스(T1), 직류부(40), 피드백부(50), 구동전원공급부(60) 등의 구성요소 대별된다.

도4를 보면 상용전원이 입력되는 입력측에는 상용전원으로 과전류가 입력되는 때에 이를 차단하여 컨버터를 보호하는 퓨즈(F1)와, 상용전원으로 순간적인 과전압 즉, 서지전압이 입력되는 때에 클램핑하여 이를 차단하여 컨버터를 보호하는 바리스터(MOV1)가 연결되어 있다.

상기 EMI 필터(10)는 상기 퓨즈(F1)와 바리스터(MOV1)의 출력측에 연결되어 입력되는 상용전원에 포함되어 있는 전도성 노이즈를 제거한다.

상기 EMI 필터(10)는 양측의 두 라인필터(LF1, LF2)와, 상기 두 라인필터(LF1, LF2)의 출력측에 각각 구비되는 캐패시터(C3, C10)와, 두 라인필터(LF1, LF2) 사이에 연결되는 캐패시터(C1, C2)들로 구성되고, 직렬 연결된 두 캐패시터(C1, C2)의 중간지점은 접지되어 상용전원의 포함된 전도성 노이즈를 접지로 흘려보내 제거한다.

상기 정류부(20)는 상기 EMI 필터(10)에서 출력되는 상용전원을 전파 정류하여 맥류전원으로 변환한다.

상기 정류부(20)는 브릿지다이오드(D1~D4)로 구성된다.

상기 트랜스(T1)는 상기 정류부(20)에서 출력되는 맥류전원을 변압변류하여 역률이 개선된 정격전원이 출력되도록 한다.

상기 역률개선 PWM부(30)는 역률을 개선하고 정격전원이 출력되도록 상기 트랜스의 스위칭을 제어한다.

상기 역률개선 PWM부(30)는

상기 트랜스(T1)를 온오프하여 스위칭시키는 스위칭소자(Q1)와,

상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하는 제어부(U1)와,

상기 제어부(U1)의 초기 구동을 위한 스타트 전압을 제공하는 스타트 저항(R2, R24) 및 캐패시터(C9)와,

상기 정류부(20)의 출력 맥류전원의 전압파형을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전압감지부(R1, R23, R3, C6)와,

상기 트랜스(T1)의 1차측에 권선되어 자속결합된 보조코일(t1)과,

상기 보조코일(t1)에서 유기되는 전압을 구동전원으로 변환하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 구동전원부(R28, C21, ZD1, D6)와,

상기 보조코일(t1)로부터 상기 트랜스(T1)의 스위칭에 따라 유기되는 전류를 감지, 특히 전류의 세기가 0이 되는 영점을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전류감지부(R13)와,

스위칭에 따라 상기 트랜스(T1)의 1차측에 유기되는 역기전력의 세기를 제한하여 보호하는 스너버(D9, R12, C11)와,

상기 제어부(U1)의 구동을 위해 연결되는 주변소자(R5,7,8,9,10,11,14, C8 등)들을 포함한다.

상기 제어부(U1)는 상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하여 상기 트랜스(T1)에서 유기되는 전류의 파형을 상기 정류부(20)에서 출력되는 전압의 파형에 모양이 일치되도록 하여, 즉, 전압과 전류가 동위상이 되도록 하여 역률을 개선한다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(U1)는 상기 전압감지부(R1, R23, R3, C6)가 감지하는 상기 정류부(20)의 출력 맥류전원의 전압파형에서 전압의 세기가 큰 중간시점에서는 저주파로 상기 스위칭소자(Q1)를 온오프 스위칭시키고, 전압의 세기가 약한 시종시점에서는 상대적으로 고주파로 상기 스위칭소자(Q1)를 온오프 스위칭시켜, 스위칭에 따라 트랜스(T1)에서 매순간 유기되는 전류들을 연결하는 평균치의 전류파형이 전압파형과 주기가 같고 모양이 일치되도록 하여 역률을 개선한다.

도5를 참조하여 이를 다시 설명하면,

상기 정류부(20)에서 출력되며 상기 전압감지부(R1, R23, R3, C6)가 감지한 맥류전원의 한 주기 전압(PV)의 파형이 도면과 같을 때,

전압파형(PV)이 시작되는 시점에서 상기 제어부(U1)는 상기 스위칭소자(Q1)를 턴온시킨 후에 짧게 턴오프시키고,

스위칭소자(Q1)의 턴오프에 따라 상기 트랜스(T1)에 유기되며 상기 전류감지부(R13)가 감지하는 전류의 세기가 점점 줄어들어 그 세기가 0이 되는 시점, 즉, 영점에서 상기 제어부(U1)는 상기 스위칭소자(Q1)를 다시 턴온시킨 후에 턴오프시키되, 이때는 그 전보다 전압파형의 전압 세기가 증가하였으므로 턴오프 기간을 조금 더 길게 하고, 즉, 그 전보다 턴온/턴오프 주기가 길어지도록 저주파로 스위칭하고,

이와 같이 전류감지부(R13)에서 영점이 감지되는 매 시점에서 턴온하고, 턴온/턴오프 기간(즉, 주기)은 그 때의 전압 세기에 비례하도록 하여, 즉, 전압 세기가 가장 큰 중앙 지점에서 턴오프 기간을 길게(즉, 저주파로 스위칭)하고, 양측으로 가면서 점점 턴오프 기간을 짧게(즉, 고주파로 스위칭)하면, 도면과 같이 턴온/턴오프하는 매 순간에 트랜스에 유기되는 전류(Pi)는 파형이 삼각파와 같은 모양이 되고, 매 순간 전류(Pi) 파형들을 연결하는 평균치의 전체 전류(PI) 파형은 전압(PV) 파형과 주기가 같고 모양이 같게 되어, 결과적으로 전압(PV)과 전류(PI)가 동위상이 되어 역률이 개선된다.

본 발명에서 개선되는 맥류전원의 역률을 95%에 이르러, 완벽에 가깝게 역률을 개선한다고 할 수 있다.

상기 직류부(40)는 상기 트랜스(T1)의 2차측에 유기되는 출력전원을 직류화하여 부하인 LED(L)에 공급한다.

상기 직류부(40)는 트랜스(T1)의 출력전원을 정류하는 다이오드(D7, D8)와, 평활하여 직류화하는 캐패시터(C5, C12, C17)와, 턴온 및 턴오프시에 트랜스(T1) 2차측에 과전압이 유기되는 것을 제한하여 보호하는 스너버로서 저항(R26) 및 캐패시터(C18)를 포함한다.

그리고 상기 직류부(40)의 출력측에는 LED 부하로 공급되는 정격전원에서 노이즈를 제거하는 라인필터(LF3)가 구비된다.

상기 피드백부(50)는 상기 직류부(40)가 출력하는, 즉 LED(L) 부하로 공급되는 전압과 전류를 감지하여 상기 역률개선 PWM부(30)의 제어부(U1)로 전송하여, 상기 제어부(U1)가 지속적이며 안정적인 정격전원(정전압 또는/및 정전류)이 LED 부하로 공급될 수 있도록 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하도록 한다.

상기 피드백부(50)는

턴온, 턴오프하여 감지되는 전압과 전류에 대한 신호를 상기 제어부(U1)로 피드백 전송하는 포토커플러(P1)와,

상기 직류부(40)의 출력전압이 기준전압을 넘어서면 상기 포토커플러(P1)를 턴온시키는, 즉, 상기 직류부(40)의 출력전압을 감지하는 과전압 감지 제너다이오드(ZD2)와,

상기 직류부(40)의 출력전류를 감지하는 과전류 감지 저항(R22)과,

상기 과전류 감지 저항(R22)에서 감지된 전류가 기준전류를 넘어서면 상기 포토커플러(P1)를 턴온시키는 비교기(U2-A)와,

상기 비교기(U2-A)의 기준전류를 설정하는 가변저항(VR1) 및 주변소자(U3, C16, R18 등)를 포함한다.

상기 구동전원공급부(60)는 상기 피드백부(50)의 비교기(U2-A)에 구동전원을 공급한다.

상기 구동전원공급부(60)는 상기 트랜스(T2) 2차측에 자속결합된 보조권선(t2)과, 상기 보조권선(t2)에 유기되는 전압을 정류하는 다이오드(D10)와, 평활하여 상기 비교기(U2-A)에 구동전원으로 공급하는 캐패시터(C19)와 저항(R27)을 포함한다.

마지막으로 조명효율을 높이기 위하여, 상기 LED는 고휘도 칩LED를 사용하고, 상기 고휘도 칩LED가 실장되는 PCB의 표면에는 반사도료가 도포되는 것이 바람직할 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 회로도를 갖는 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : EMI 필터 20 : 정류부
30 : 역률개선 PWM부 40 : 직류부
50 : 피드백부 60 : 구동전원공급부
T1 : 트랜스

Claims

LED조명등에 점등전원을 공급하는 복수의 LED컨버터;
외부전원이 상기 복수의 LED컨버터 중 어느 한 LED컨버터로 공급되도록 하는 절체부;
상기 절체부를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치에 있어서,

상기 절체부에 의해 외부전원과 연결된 상기 LED컨버터로 공급되는 외부전원을 감지하는 감지부와,
상기 감지부의 신호를 받아 상기 절체부를 구동시키는 구동부와,
상기 감지부의 신호가 상기 구동부로 지연되어 전달되도록 하는 지연부를 포함하고,

상기 절체부는 구동코일과 상기 구동코일에 발생되는 전자기력으로 절체동작하는 마그넷스위치의 릴레이를 사용하고,

상기 감지부는
상기 LED컨버터로 공급되는 외부전원의 전류를 감지하는 변류기와,
상기 변류기에서 감지되는 전류에 따른 감지전압을 기준전압과 비교하는 비교기와,
상기 비교기의 비교신호를 반전시키는 반전기를 포함하고,

상기 구동부는 상기 반전기의 반전신호로 온오프 작동하여 상기 구동코일에 구동전원이 공급 또는 차단되도록 하는 트랜지스터를 포함하고,

상기 지연부는 상기 반전기의 반전신호로 충전되고, 충전되는 전압으로 상기 트랜지스터를 온오프시키는 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치.
제 1 항에 있어서,
트랜스(T1)는 정류부에서 출력되는 맥류전원을 변압하는 트랜스(T1)와,
역률을 개선하고 정격전원이 출력되도록 상기 트랜스의 스위칭을 제어하는 역률개선 PWM부(30)와,
상기 트랜스(T1)의 2차측에 유기되는 출력전원을 직류화하여 부하인 LED(L)에 공급하는 직류부(40)와,
상기 직류부(40)가 출력하는 전압과 전류를 감지하여 상기 역률개선 PWM부(30)의 제어부(U1)로 전송하는 피드백부(50)와,
상기 피드백부(50)의 비교기(U2-A)에 구동전원을 공급하는 구동전원공급부(60)를 더 포함하되,

상기 역률개선 PWM부(30)는
상기 트랜스(T1)를 온오프하여 스위칭시키는 스위칭소자(Q1)와,
상기 스위칭소자(Q1)의 스위칭을 제어하는 제어부(U1)와,
상기 제어부(U1)의 초기 구동을 위한 스타트 전압을 제공하는 스타트 저항(R2, R24) 및 캐패시터(C9)와,
상기 정류부의 출력 맥류전원의 전압파형을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전압감지부(R1, R23, R3, C6)와,
상기 트랜스(T1)의 1차측에 권선되어 자속결합된 보조코일(t1)과,
상기 보조코일(t1)에서 유기되는 전압을 구동전원으로 변환하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 구동전원부(R28, C21, ZD1, D6)와,
상기 보조코일(t1)로부터 상기 트랜스(T1)의 스위칭에 따라 유기되는 전류를 감지, 특히 전류의 세기가 0이 되는 영점을 감지하여 상기 제어부(U1)에 제공하는 전류감지부(R13)와,
스위칭에 따라 상기 트랜스(T1)의 1차측에 유기되는 역기전력의 세기를 제한하여 보호하는 스너버(D9, R12, C11)와,
상기 제어부(U1)의 구동을 위해 연결되는 주변소자(R5,7,8,9,10,11,14, C8 등)들을 포함하고,

상기 직류부(40)는
상기 트랜스(T1)의 출력전원을 정류하는 다이오드(D7, D8)와, 평활하여 직류화하는 캐패시터(C5, C12, C17)와,
턴온 및 턴오프시에 트랜스(T1) 2차측에 과전압이 유기되는 것을 제한하여 보호하는 스너버로서 저항(R26) 및 캐패시터(C18)와,
LED 부하로 공급되는 정격전원에서 노이즈를 제거하는 라인필터(LF3)를 포함하고,

상기 피드백부(50)는
턴온, 턴오프하여 감지되는 전압과 전류에 대한 신호를 상기 제어부(U1)로 피드백 전송하는 포토커플러(P1)와,
상기 직류부(40)의 출력전압이 기준전압을 넘어서면 상기 포토커플러(P1)를 턴온시키는 제너다이오드(ZD2)와,
상기 직류부(40)의 출력전류를 감지하는 과전류 감지 저항(R22)과,
상기 과전류 감지 저항(R22)에서 감지된 전류가 기준전류를 넘어서면 상기 포토커플러(P1)를 턴온시키는 비교기(U2-A)와,
상기 비교기(U2-A)의 기준전류를 설정하는 가변저항(VR1) 및 주변소자(U3, C16, R18 등)를 포함하고,

상기 구동전원공급부(60)는
상기 트랜스(T1) 2차측에 자속결합된 보조권선(t2)과, 상기 보조권선(t2)에 유기되는 전압을 정류하는 다이오드(D10)와, 평활하여 상기 비교기(U2-A)에 구동전원으로 공급하는 캐패시터(C19)와 저항(R27)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED조명등의 수명연장을 위한 전원공급장치.
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