KR101644705B1

KR101644705B1 - Apparatus for driving light emitting diode including led tube of compatible type

Info

Publication number: KR101644705B1
Application number: KR1020140157345A
Authority: KR
Inventors: 박종연; 신동석
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-08-01
Also published as: KR20160056696A

Abstract

본 발명은 교류 전원, 상기 교류 전원에서 공급되는 교류 전압을 정류하기 위한 자기식 안정기 및 상기 자기식 안정기에 연결된 LED 튜브(tube)를 포함하되, 상기 LED 튜브는 상기 자기식 안정기에서 출력되는 전압을 직류로 변환하기 위한 부스트 컨버터(Boost converter)와, 상기 부스트 컨버터에 직렬로 연결되어 LED 출력단에 전압 및 전류를 공급하기 위한 벅 컨버터(Buck converter)와, 상기 부스트 컨버터와 벅 컨버터의 듀티(duty)를 조절하기 위한 마이크로 컨트롤러(Micro controller)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의하면 기존 형광등과 호환가능한 LED 튜브의 회로 구조를 제안함으로써, 2등용 LED 튜브를 직렬로 연결하는 경우에 임피던스 불평형에 의하여 LED 튜브가 둘 다 소등되거나, 하나의 LED 튜브가 소등되거나, 프리커 현상이 발생하는 문제를 개선한다는 효과가 있다. The present invention includes an AC power supply, a magnetic ballast for rectifying an AC voltage supplied from the AC power supply, and an LED tube connected to the magnetic ballast, wherein the LED tube has a voltage output from the magnetic ballast A buck converter connected in series to the boost converter for supplying voltage and current to the LED output; a boost converter for boosting the duty of the boost converter and the buck converter; And a micro controller (not shown).
According to the present invention, a circuit structure of an LED tube compatible with a conventional fluorescent lamp is proposed. In the case of connecting the LED tubes of the second lamp in series, both of the LED tubes are turned off by the impedance unbalance, There is an effect of improving the problem that the phenomenon occurs.

Description

호환형 ＬＥＤ 튜브를 포함하는 ＬＥＤ 구동 장치 {Apparatus for driving light emitting diode including led tube of compatible type}[0001] The present invention relates to an LED driving apparatus including a compatible LED tube,

본 발명은 LED 튜브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 형광등 호환형 LED 튜브를 포함하는 LED 구동 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an LED tube, and more particularly, to an LED driving apparatus including a fluorescent tube compatible LED tube.

현재 유럽에서는 1등용 및 2등용 형광등을 점등하는 데 전자식 안정기를 사용하는 국내와는 달리 아직까지 대부분 자기식 안정기가 사용되고 있다. Currently, magnetic ballasts are still used in Europe, unlike in Korea, where electronic ballasts are used to light primary and secondary fluorescent lamps.

도 1은 기존에 사용되고 있는 형광등 구동 장치의 내부 연결 구조를 도시한 도면이다. 1 is a view showing an internal connection structure of a conventional fluorescent lamp driving apparatus.

도 1에서 보는 바와 같이, 형광등 구동 장치가 직렬 구조로 되어있어 하나의 형광등을 제거할 경우 두 개 모두 점등이 되지 않는 단점이 있다.As shown in FIG. 1, the fluorescent lamp driving apparatus has a series structure, so that when one fluorescent lamp is removed, both of them are not turned on.

최근 에너지 절감과 친환경적인 특징을 바탕으로 LED(Light-Emitting Diode)가 빠른 속도로 조명산업의 여러 분야에 적용되면서 형광등을 LED로 대체하기 위한 많은 연구가 진행 중이다. 형광등을 LED 튜브(tube)로 교체하기 위하여 자기식 안정기 및 역률보상용 C를 제거하고, 직렬구조를 병렬구조로 형광등 등기구의 내부구조를 변경하면 큰 문제가 없지만 이는 유럽의 높은 인건비로 인하여 현실적으로 어렵다.Recently, based on energy saving and eco-friendly characteristics, LED (Light-Emitting Diode) has been rapidly applied to various fields of lighting industry, and a lot of research is underway to replace fluorescent lamp with LED. Removing the magnetic ballast and C for power factor correction to replace the fluorescent lamp with the LED tube is not a big problem if the internal structure of the fluorescent lamp is changed in parallel with the series structure, but this is hardly realistic due to the high labor cost in Europe .

그러므로 자기식 안정기와 역률보상용 C는 그대로 두고 형광등만을 LED 구동회로를 내장한 LED 튜브로 대체할 수 있는 기술이 요구되게 되었다. Therefore, it is required to replace the fluorescent lamp with the LED tube that incorporates the LED driving circuit, while maintaining the magnetic ballast and the power factor correction C as it is.

도 2는 자기식 안정기와 호환 가능한 LED 튜브의 구동 장치를 보여주는 회로도이다. 2 is a circuit diagram showing a drive device of an LED tube compatible with a magnetic ballast.

이와 같이 글로우 스타터(Glow Starter)를 제거하고 형광등 대신 LED 구동회로가 내장된 LED 튜브를 그대로 장착할 경우 크게 두 가지 문제가 발생한다.When the glow starter is removed and the LED tube with the LED driving circuit is directly mounted instead of the fluorescent lamp, two problems arise.

첫째는 2등용 LED 튜브를 직렬로 연결하는 경우에 임피던스 불평형에 의하여 LED 튜브가 둘 다 소등되거나, 하나의 LED 튜브가 소등되거나, 프리커(Flicker) 현상이 발생하는 문제점이 있다. First, when the LED tube of the second lamp is connected in series, both of the LED tubes are turned off due to impedance unbalance, one LED tube is turned off, and a flicker phenomenon occurs.

둘째는 1등용 및 2등용 LED 튜브가 정상적으로 점등이 되는 경우에도 자기식 안정기와 역률보상용 C에 의하여 역률이 낮아지는 문제가 생긴다.
Second, even when the first and second LED tubes are normally turned on, there is a problem that the power factor is lowered due to the magnetic ballast and the power factor correction C.

대한민국 공개특허 10-2014-0086561Korean Patent Publication No. 10-2014-0086561

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 글로우 스타터(Glow-starter) 방식의 2등용 형광등 안정기 1개와 호환 가능한 형광등 대체용 LED 튜브를 적용하고, 동시에 LED 튜브를 점등할 수 있는 LED 구동 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 즉 본 발명의 목적은 글로우 스타터식 자기식 안정기 1개로 형광등 2개를 직렬 연결한 기존 구조에서 형광등 호환형 LED-튜브를 개발하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a glow-starter type LED tube for a fluorescent lamp substitute compatible with one of fluorescent lamps for a second- And to provide a driving device. That is, the object of the present invention is to develop a fluorescent-compatible LED-tube in a conventional structure in which two glow-starter-type magnetic ballasts are connected in series with two fluorescent lamps.

이를 위하여, 한 개의 LED-튜브를 교체할 수 있는 구조가 필요하며, 두 개의 형광등을 LED-튜브로 교체할 경우, 프리커나 점등불안 등 임피던스 불평형 문제의 해결이 필요하고, 구동회로의 소자의 발열이 50℃ 이하로 낮아야 하며, 자기의 안정기에서 80℃ 이하로 발열을 낮춰야하며, 두 개의 형광등의 점등 여부를 검출하여 2등용일 경우 거의 동시에 점등하도록 구현해야 한다. To solve this problem, it is necessary to replace one LED tube with another. When two LED lamps are replaced with LED tubes, it is necessary to solve the problem of impedance imbalance such as flicker and lighting anomalies. Should be lower than 50 ℃, the heat should be lowered to below 80 ℃ in the ballast, and if two fluorescent lamps are lit, they should be turned on almost simultaneously.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 교류 전원, 상기 교류 전원에서 공급되는 교류 전압을 정류하기 위한 자기식 안정기 및 상기 자기식 안정기에 연결된 LED 튜브(tube)를 포함하되, 상기 LED 튜브는 상기 자기식 안정기에서 출력되는 전압을 직류로 변환하기 위한 부스트 컨버터(Boost converter)와, 상기 부스트 컨버터에 직렬로 연결되어 LED 출력단에 전압 및 전류를 공급하기 위한 벅 컨버터(Buck converter)와, 상기 부스트 컨버터와 벅 컨버터의 듀티(duty)를 조절하기 위한 마이크로 컨트롤러(Micro controller)를 포함하여 이루어진다. According to an aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus including an AC power source, a magnetic ballast for rectifying an AC voltage supplied from the AC power source, and an LED tube connected to the magnetic ballast, A boost converter for converting a voltage output from the stabilizer into a direct current; a buck converter connected in series to the boost converter for supplying voltage and current to the LED output; And a micro controller for adjusting the duty of the buck converter.

한 개의 LED 튜브로 구성되는 1등용 또는 두 개의 LED 튜브가 직렬로 연결되어 있는 2등용으로 되어 있을 수 있다. It may be a one-lamp consisting of one LED tube or a two-lamp with two LED tubes connected in series.

상기 마이크로 컨트롤러는 각 LED 튜브에서 LED 램프의 점등 유무를 판별하여, 먼저 점등되는 LED 램프가 정상 상태에 진입하기 전에 나머지 LED 램프를 점등시키도록 제어할 수 있다.The microcontroller may determine whether the LED lamp is turned on in each of the LED tubes and control the remaining LED lamps to be turned on before the LED lamps that are first turned on enter a normal state.

상기 LED 튜브는 상기 부스트 컨버터의 온/오프(on/off)를 스위칭하기 위한 제1 스위치와, 상기 벅 컨버터의 온/오프를 스위칭하기 위한 제2 스위치를 더 포함할 수 있다. The LED tube may further include a first switch for switching on / off of the boost converter, and a second switch for switching on / off of the buck converter.

상기 제1 스위치와 제2 스위치는 MOSFET로 구현되고, 상기 LED 튜브는 상기 제1 스위치와 제2 스위치의 게이트를 구동시키는 회로의 전원을 공급하기 위한 보조전원을 더 포함할 수 있다.
The first switch and the second switch may be implemented as MOSFETs, and the LED tube may further include an auxiliary power supply for supplying power to a circuit for driving the gates of the first switch and the second switch.

본 발명에 의하면 기존 형광등과 호환가능한 LED 튜브의 회로 구조를 제안함으로써, 2등용 LED 튜브를 직렬로 연결하는 경우에 임피던스 불평형에 의하여 LED 튜브가 둘 다 소등되거나, 하나의 LED 튜브가 소등되거나, 프리커 현상이 발생하는 문제를 개선한다는 효과가 있다. According to the present invention, a circuit structure of an LED tube compatible with a conventional fluorescent lamp is proposed. In the case of connecting the LED tubes of the second lamp in series, both of the LED tubes are turned off by the impedance unbalance, There is an effect of improving the problem that the phenomenon occurs.

또한, 본 발명에 의하면 자기식 안정기의 발열 문제를 해결하는 효과가 있다.
Further, according to the present invention, there is an effect of solving the heat generation problem of the magnetic ballast.

도 1은 기존에 사용되고 있는 형광등 구동 장치의 내부 연결 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 자기식 안정기와 호환 가능한 LED 튜브의 구동 장치를 보여주는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1등용 LED 튜브를 구동시키기 위한 LED 구동 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2등용 LED 튜브를 구동시키기 위한 LED 구동 장치의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 1등용의 제어시퀀스이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 2등용의 제어시퀀스이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 1등용 LED 구동 장치의 블럭도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 2등용 LED 구동 장치의 블럭도이다.
도 10은 도 8의 1등용 LED 구동 장치에서 자기식 안정기로 흐르는 전류(I_L)와 A-B단에 걸리는 전압 파형을 도시한 도면이다.
도 11은 도 9의 2등용 LED 구동 장치에서 자기식 안정기로 흐르는 전류(I_L)와 C-D단에 걸리는 전압 파형을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 전원의 회로도이다.
도 13은 도 12의 보조 전원 회로에서 C3=4.7uF일 때, 초기 스타트 파형을 도시한 그래프이다.
도 14는 도 12의 보조 전원 회로에서 인덕터 전류 및 스위치 D-S 간 전압 파형도이다.
도 15는 도 12의 보조 전원 회로에서 출력 전압 및 출력 전류의 파형도이다.
도 16은 CCM 모드의 전류 파형을 나타내는 도면이다.
도 17은 DCM 모드의 전류 파형을 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 안정기의 코일 저항을 나타낸 등가회로도이다.
도 19는 도 18의 등가회로도에서 역률을 해석하기 위한 벡터(vector)도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 안정기 발열을 위한 회로도이다.
도 21은 도 20의 회로도의 안정기 발열의 실험 결과를 나타낸 표이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 전력에 다른 역률의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 1등용 설계 사양표이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 2등용 설계 사양표이다.1 is a view showing an internal connection structure of a conventional fluorescent lamp driving apparatus.
2 is a circuit diagram showing a drive device of an LED tube compatible with a magnetic ballast.
3 is a circuit diagram of an LED driving apparatus for driving a first-class LED tube according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of an LED driving apparatus for driving a second-type LED tube according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a control method using a microcontroller according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a control sequence for the first class according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a control sequence for the second lamp according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram of the LED driving apparatus for one lamp according to the embodiment of the present invention.
9 is a block diagram of a LED driving apparatus for a second lamp according to an embodiment of the present invention.
Fig. 10 is a diagram showing voltage waveforms applied to the AB stage and the current (I _L ) flowing from the LED driving apparatus for one lamp in Fig. 8 to the magnetic ballast.
11 is a diagram showing voltage waveforms applied to the CD stage and the current (I _L ) flowing from the LED driving apparatus for the second lamp in Fig. 9 to the magnetic ballast.
12 is a circuit diagram of an auxiliary power supply according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing the initial start waveform when C3 = 4.7 uF in the auxiliary power supply circuit of Fig.
FIG. 14 is a voltage waveform diagram of the inductor current and the switch DS in the auxiliary power supply circuit of FIG. 12. FIG.
FIG. 15 is a waveform diagram of an output voltage and an output current in the auxiliary power supply circuit of FIG. 12; FIG.
16 is a diagram showing a current waveform in the CCM mode.
17 is a diagram showing a current waveform in the DCM mode.
18 is an equivalent circuit diagram showing a coil resistance of a ballast according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a vector diagram for analyzing the power factor in the equivalent circuit diagram of FIG. 18; FIG.
20 is a circuit diagram for generating a ballast according to an embodiment of the present invention.
21 is a table showing experimental results of ballast heat generation in the circuit diagram of Fig.
FIG. 22 is a graph showing a correlation of input power versus other power factors according to an embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a design specification table for a first-degree seat according to an embodiment of the present invention.
Fig. 24 is a design specification table for a second lug according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

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 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless expressly defined in the present application Do not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1등용 LED 튜브를 구동시키기 위한 LED 구동 장치의 회로도이다. 3 is a circuit diagram of an LED driving apparatus for driving a first-class LED tube according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 2등용 LED 튜브를 구동시키기 위한 LED 구동 장치의 회로도이다. 4 is a circuit diagram of an LED driving apparatus for driving a second-type LED tube according to an embodiment of the present invention.

도 3은 1등용 제1 LED 튜브(100)에 내장된 LED 구동 회로의 블록도이고, 도 4는 1등용 LED 튜브가 직렬 연결된 2등용 LED 튜브를 구동시키기 위한 LED 구동 회로의 블록도를 보여준다. FIG. 3 is a block diagram of an LED driving circuit built in the first LED tube 100 for first use, and FIG. 4 is a block diagram of an LED driving circuit for driving a second-use LED tube connected in series.

즉, 도 4에서 제2 LED 튜브(200)와 제3 LED 튜브(300)가 직렬로 연결되어 있다.That is, in FIG. 4, the second LED tube 200 and the third LED tube 300 are connected in series.

도 3 및 도 4의 실시예에서, 입력전원은 AC 230V/50Hz를 상용전원으로 사용하고, 입력단에 병렬로 연결된 역률 보상용 C와 자기식 안정기를 구비하고 있다.In the embodiment of FIGS. 3 and 4, the input power source uses AC 230 V / 50 Hz as a commercial power supply, and has a power factor correction C and a magnetic ballast connected in parallel at an input terminal.

도 3 및 도 4를 참조하면, C1, C2의 양단 전압은 스위치 S1, S3의 동작에 따라 짧은 시간에 크게 변화하므로, C1, C2를 통하여 높은 피크(peak) 전류가 흐르게 된다. Referring to FIGS. 3 and 4, since both ends of C1 and C2 change greatly in a short time according to the operation of the switches S1 and S3, a high peak current flows through C1 and C2.

마이크로 컨트롤러(micro controller)(210, 310)에 의하여 스위치 S1, S2, S3, S4가 고정 주파수, 고정 듀티(duty-cycle)로 제어된다. S1, S3에 의하여 제어되는 회로는 부스트 컨버터(Boost Converter) 구조의 회로이고, S2, S4에 의해서 제어되는 회로는 로우 사이드(low side) 벅 컨버터(Buck Converter) 구조의 회로이다.The switches S1, S2, S3 and S4 are controlled at a fixed frequency and a fixed duty cycle by microcontrollers 210 and 310, respectively. The circuit controlled by S1 and S3 is a circuit of a boost converter structure and the circuit controlled by S2 and S4 is a circuit of a low side buck converter structure.

보조 전원(220, 320)은 정상 상태에서 일정한 DC전압을 갖는 부스트 컨버터 출력단의 벌크 커패시터의 출력전압을 입력으로 받아온다. 보조 전원의 예로서, 회로의 구조가 Viper12A IC(Integrated Circuit)를 이용한 벅 컨버터구조로 구현될 수 있으며, 이에 대한 상세한 내용은 후술하기로 한다. The auxiliary power supplies 220 and 320 receive the output voltage of the bulk capacitor of the boost converter output stage having a constant DC voltage in a steady state as an input. As an example of the auxiliary power source, the structure of the circuit can be realized by a buck converter structure using a Viper 12A IC (Integrated Circuit), and details thereof will be described later.

보조 전원(220, 320)의 출력 12V는 스위치 S1, S2, S3, S4의 게이트 구동회로의 전원으로 사용되며, 리니어 레귤레이터(Linear Regulator)의 출력 5V는 마이크로 컨트롤러(210, 310)의 전원으로 사용된다.The output 12V of the auxiliary power sources 220 and 320 is used as a power source for the gate driving circuits of the switches S1, S2, S3 and S4 and the output 5V of the linear regulator is used as a power source for the microcontrollers 210 and 310 do.

본 발명의 LED 구동 장치는 교류 전원, 교류 전원에서 공급되는 교류 전압을 정류하기 위한 자기식 안정기 및 자기식 안정기에 연결된 LED 튜브(tube)를 포함한다. The LED driving apparatus of the present invention includes an AC power supply, a magnetic ballast for rectifying the AC voltage supplied from the AC power supply, and an LED tube connected to the magnetic ballast.

본 발명의 제1 실시예에서 하나의 LED 튜브로 구성된 1등용 LED 구동 장치와, 제2 실시예에서 두 개의 LED 튜브가 직렬로 연결된 2등용 LED 구동 장치의 두 가지 실시예를 제안한다. In the first embodiment of the present invention, two embodiments of an LED driving apparatus for a first light composed of one LED tube and a second LED driving apparatus for a two-lamp in which two LED tubes are connected in series in the second embodiment are proposed.

본 발명에서 LED 튜브(100, 200, 300)는 자기식 안정기에서 출력되는 전압을 직류로 변환하기 위한 부스트 컨버터(Boost converter)와, 부스트 컨버터에 직렬로 연결되어 LED 출력단에 전압 및 전류를 공급하기 위한 벅 컨버터(Buck converter)와, 부스트 컨버터와 벅 컨버터의 듀티(duty)를 조절하기 위한 마이크로 컨트롤러(Micro controller)(110, 210, 310)를 포함하여 이루어진다. In the present invention, the LED tubes 100, 200, and 300 include a Boost converter for converting the voltage output from the magnetic ballast to DC, and a DC power supply connected in series to the boost converter to supply voltage and current to the LED output And a micro controller 110, 210, 310 for controlling the duty of the boost converter and the buck converter.

도 4에서 본 발명의 제2 실시예에서 마이크로 컨트롤러(210, 310)는 각 LED 튜브(200, 300)에서 LED 램프의 점등 유무를 판별하여, 먼저 점등되는 LED 램프가 정상 상태에 진입하기 전에 나머지 LED 램프를 점등시키도록 제어한다. 4, the microcontrollers 210 and 310 determine whether or not the LED lamps are turned on in the LED tubes 200 and 300, And controls to turn on the LED lamp.

LED 튜브(100, 200, 300)는 부스트 컨버터의 온/오프(on/off)를 스위칭하기 위한 제1 스위치(S1, S3)와, 벅 컨버터의 온/오프를 스위칭하기 위한 제2 스위치(S2, S4)를 포함한다. The LED tubes 100, 200 and 300 include first switches S1 and S3 for switching the on / off of the boost converter and a second switch S2 for switching the on / off of the buck converter , S4).

본 발명에서 제1 스위치(S1, S3)와 제2 스위치(S2, S4)는 MOSFET로 구현되고, LED 튜브는 제1 스위치(S1, S3)와 제2 스위치(S2, S4)의 게이트를 구동시키는 회로의 전원을 공급하기 위한 보조전원(120, 220, 320)을 포함한다.
In the present invention, the first switches S1 and S3 and the second switches S2 and S4 are implemented by MOSFETs, and the LED tube drives the gates of the first switches S1 and S3 and the second switches S2 and S4 And an auxiliary power source 120, 220, and 320 for supplying power to the circuit.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 전원의 회로도이다. 12 is a circuit diagram of an auxiliary power supply according to an embodiment of the present invention.

도 12는 Viper12A IC를 이용하여 제작된 보조 전원 회로의 회로도를 예시한 도면이다. 12 is a diagram illustrating a circuit diagram of an auxiliary power supply circuit manufactured using a Viper12A IC.

도 13은 도 12의 보조 전원 회로에서 C3=4.7uF일 때, 초기 스타트 파형을 도시한 그래프이다. 13 is a graph showing the initial start waveform when C3 = 4.7 uF in the auxiliary power supply circuit of Fig.

도 14는 도 12의 보조 전원 회로에서 인덕터 전류 및 스위치 D-S 간 전압 파형도이다. FIG. 14 is a voltage waveform diagram of an inductor current and a switch D-S in the auxiliary power supply circuit of FIG. 12. FIG.

도 15는 도 12의 보조 전원 회로에서 출력 전압 및 출력 전류의 파형도이다. FIG. 15 is a waveform diagram of an output voltage and an output current in the auxiliary power supply circuit of FIG. 12; FIG.

Viper12A는 DC 출력 12V/200mA(2.4W)의 낮은 출력 파워를 공급하기 위한 비 절연형 전원공급장치로서, 간단한 구조의 저가형 제품인 LED 디스플레이(display), 마이크로컨트롤러 구동용으로 널리 사용된다. 초기 구동방식은 드레인(drain)에 전압이 공급되면 Viper12A 내부의 정 전류원이 Vdd핀에 공급되어 C3가 충전된다. The Viper12A is a non-isolated power supply for delivering 12V / 200mA (2.4W) of DC output power. It is widely used for LED display, microcontroller drive, low cost product of simple structure. In the initial driving method, when a voltage is supplied to the drain, a constant current source in the Viper 12A is supplied to the Vdd pin to charge C3.

Vdd핀의 전압이 14.5V이상이 되면 정 전류원의 공급이 차단되고 Viper가 동작을 시작한다. When the voltage at the Vdd pin exceeds 14.5 V, the supply of the constant current source is cut off and the Viper starts operating.

도 13은 C3에 충전되는 전압의 파형과 이 전압이 14.5V에 도달한 후 Viper가 동작하여 출력전압과 출력전류가 정상적으로 나오는 파형을 보여준다. 만약 C3의 값이 적절하게 설정되지 못하면 충분한 에너지를 저장하지 못하여 초기 스타트를 수행할 수 없다. 13 shows a waveform of a voltage charged in C3 and a waveform in which Viper operates after the voltage reaches 14.5 V and an output voltage and an output current normally appear. If the value of C3 is not set properly, the initial start can not be performed because it can not store enough energy.

도 14 및 도 15는 인덕터 전류와 스위치 Drain-source간 전압파형 및 출력 전압, 전류를 나타낸다. 인덕터의 전류가 CCM(Continuous-conduction mode)로 동작하고 있는 것을 알 수 있다. 동작 모드는 인덕터의 값에 따라 결정된다.FIGS. 14 and 15 show the voltage waveform and the output voltage and current between the inductor current and the switch drain-source. It can be seen that the inductor current is operating in CCM (Continuous-conduction mode). The operating mode is determined by the value of the inductor.

인덕터의 크기에 따라서 CCM(Continuous-conduction mode)와 DCM( Discontinuous-conduction mode)의 동작 모드가 결정된다. 다음 수학식 1은 CCM과 DCM의 경계인 BCM(Boundary-conduction mode)에서 동작하는 조건을 만족하는 인덕터의 값을 나타낸다.The operation modes of CCM (Continuous-conduction mode) and DCM (Discontinuous-conduction mode) are determined according to the size of the inductor. Equation (1) represents an inductor value satisfying a condition operating in a boundary-conduction mode (BCM) which is a boundary between CCM and DCM.

Viper12A의 최대 드레인(Drain) 전류와 출력전류는 각각 320mA, 200mA로 제한되어있고 스위칭 주파수는 60kHz로 고정되어있다. 본 발명의 실시예에서의 실험에서는 출력 12V/170mA를 목표로 인덕터를 설계하여 다음 수학식 2와 같이 660uH의 값을 얻을 수 있다. The maximum drain current and output current of the Viper12A are limited to 320mA and 200mA, respectively, and the switching frequency is fixed at 60kHz. In the experiment of the embodiment of the present invention, an inductor with an output of 12V / 170mA is designed and a value of 660uH can be obtained as shown in the following equation (2).

이 값은 BCM에서 동작하는 인덕터의 값을 의미하는 것으로 인덕터의 값을 크게하면 CCM에서 동작시킬 수 있다. This value means the value of the inductor operating in the BCM. If the value of the inductor is increased, it can be operated in CCM.

도 16은 CCM 모드의 전류 파형을 나타내고, 도 17은 DCM 모드의 전류 파형을 나타낸다. Fig. 16 shows the current waveform in the CCM mode, and Fig. 17 shows the current waveform in the DCM mode.

도 16에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 인덕터의 값을 660uH이상으로 설정하면 인덕터의 최대 전류의 크기가 이를 평균한 출력전류와 비슷하지만, Viper에 내장된 MOSFET의 스위칭 손실이 증가하여 발열이 발생한다. As shown in FIG. 16, when the value of the inductor is set to 660uH or more in the embodiment of the present invention, the maximum current of the inductor is similar to the average output current, but the switching loss of the MOSFET built in the Viper increases Heat generation occurs.

도 17에서 보는 바와 같이, MOSFET가 오프(Off)되었을 때 인덕터에 흐르는 전류가 0으로 떨어지게 되면 스위치가 온(On)이 될 때 전류가 0이므로 스위칭 손실을 줄일 수 있다. 반면 인덕터의 흐르는 전류의 최대치는 인덕터의 전류를 평균한 출력전류의 2배 이상 커진다. 이 둘 사이의 관계는 실험을 통하여 발열과 인덕터에 흐를 수 있는 최대의 전류 및 인덕터 포화 등을 고려하여 적절한 인덕터 값을 선정해야한다. As shown in FIG. 17, when the current flowing through the inductor drops to zero when the MOSFET is turned off, the switching loss can be reduced because the current is zero when the switch is turned on. On the other hand, the maximum value of the current flowing through the inductor becomes twice as large as the output current obtained by averaging the current of the inductor. The relationship between the two is determined by selecting the appropriate inductor value in consideration of the heat generation, the maximum current that can flow in the inductor, and the inductor saturation.

도 14에서는 1mH의 인덕터의 값을 적용하여 CCM에서 동작한 경우의 파형을 나타낸 것이다.
FIG. 14 shows a waveform when the inductor of 1 mH is applied to operate in the CCM.

본 발명에서는 마이크로컨트롤러를 이용한 고정 PWM제어 방법을 제안한다. The present invention proposes a fixed PWM control method using a microcontroller.

정 전압 및 정 전류제어방식의 IC(Integrated circuit)를 이용하여 2등용 LED 튜브를 구동할 경우, 한쪽에만 LED가 들어오거나 두 개의 LED가 모두 꺼지거나 또는 플리커 현상이 발생하는 문제가 발생한다. When the LED tube of the second lamp is driven by using the integrated circuit (IC) of the constant voltage and constant current control type, there arises a problem that the LED is turned on only on one side, or both LEDs are turned off or flicker occurs.

도 4를 참조하면, 본 발명에서는 마이크로컨트롤러를 이용하여 두 개의 LED 튜브의 스위치 S1은 S3끼리 S2는 S4끼리 동기에 맞춰서 동작하도록, 가변 듀티의 고정적인 주파수를 갖는 PWM을 공급하여 스위치를 제어함으로써, 임피던스 불평형 현상을 해결할 수 있다.Referring to FIG. 4, in the present invention, a switch S1 of two LED tubes using a microcontroller is controlled by supplying a PWM having a fixed duty of a variable duty so that S3 and S2 are synchronized with each other in S4 , Impedance imbalance phenomenon can be solved.

본 발명에서 1등용 및 2등용으로 구동할 때 초기 마이크로프로세서가 동작하지 않을 때 LED 튜브에 인가되는 입력전압의 크기가 각각 다르다. 이를 이용하여 1등용 및 2등용 여부를 판단한 후 마이크로컨트롤러를 이용하여 스위치 S1, S2의 PWM 듀티의 변화를 주어서 제어를 할 필요가 있다.In the present invention, when the initial microprocessor is not operated when driving the first and second lamps, the magnitudes of the input voltages applied to the LED tubes are different from each other. It is necessary to use the microcontroller to control the PWM duty of the switches S1 and S2 by changing the PWM duty.

도 3과 도 4에서 초기의 100ms이하의 짧은 시간동안 마이크로컨트롤러(210, 310)를 작동시키지 않으면 LED 튜브의 입력단이 끊어진 형태(아주 높은 임피던스)로 보이므로 모든 입력전압(입력AC 230V가 정류된 DC 325V)이 LED 튜브에 전부 걸리게 된다. 반면에 1등용 LED 튜브를 2개 직렬로 연결한 구조(200, 300)에서는 입력전압이 그대로 두 개의 LED 튜브에 절반씩 인가되어 전압분배에 의하여 1등용일 때 LED 튜브에 걸리는 전압의 절반이 되는 낮은 전압이 걸리게 된다. 본 발명에서는 이를 센싱하여 1등용과 2등용을 판단할 수 있다.3 and 4, if the microcontroller 210, 310 is not operated for a short time of less than 100 ms, the input terminal of the LED tube appears to be in a broken form (very high impedance), so that all input voltages DC 325V) are all put into the LED tube. On the other hand, in the structure (200, 300) in which two first-class LED tubes are connected in series, the input voltage is applied to two LED tubes in half as it is. A low voltage is applied. In the present invention, it is possible to judge whether the first use and the second use are sensed.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 제어 방법을 보여주는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a control method using a microcontroller according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 1등용의 제어시퀀스이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 2등용의 제어시퀀스이다. FIG. 6 is a control sequence for a first class according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a control sequence for a second class according to an embodiment of the present invention.

도 6 및 도 7은 1등용 및 2등용에서의 시간에 따른 마이크로컨트롤러(110, 210, 310)의 전원 +5V와 벅 컨버터와 부스트컨버터의 듀티의 변화를 그래프로 나타낸다.FIGS. 6 and 7 graphically illustrate the power + 5V of the microcontroller 110, 210, 310 and the duty of the buck converter and the boost converter over time for the first and second lamps.

도 5를 참조하면, 부스트 컨버터 출력단의 벌크 커패시터가 충전되면 보조전원(120, 220, 320)이 동작하고, 리니어 레귤레이터(130, 230, 330)를 통과하여 +5V의 전원을 얻을 수 있다. 이 때 마이크로컨트롤러(110, 210, 310)가 동작하여 AVR내부의 CPU 클럭과 동시에 LCD를 포함한 외부의 주변기기들이 초기화된다(S501, S503).Referring to FIG. 5, when the bulk capacitor at the output terminal of the boost converter is charged, the auxiliary power supplies 120, 220 and 320 are operated and the power of +5 V is obtained through the linear regulators 130, 230 and 330. At this time, the microcontrollers 110, 210, and 310 operate to initialize external peripherals including the LCD simultaneously with the CPU clock in the AVR (S501, S503).

다음으로 ADC0핀을 이용하여 부스트 컨버터 출력단 벌크 커패시터의 양단 전압(Vc)를 센싱한 후(S505), 1등용 및 2등용 여부를 판단한다. 즉, Vc가 기준치를 초과하는지 여부를 판단하여 1등용인지 2등용인지를 판단한다(S507). 예를 들어, 실험에 의하여 기준치가 250V로 설정될 수 있고, 이런 경우 Vc가 250V를 초과하면 1등용으로 판단하여 S509 내지 S513의 과정을 거치고, Vc가 250V를 초과하지 않으면 2등용으로 판단하여 S515 내지 S519의 과정을 거치게 된다. Next, the voltage (Vc) between both ends of the bulk capacitor at the output terminal of the boost converter is sensed using the ADC0 pin (S505), and it is determined whether or not it is used for the first and second lamps. That is, it is determined whether or not Vc exceeds the reference value, and it is determined whether the Vc is for the first order or second order (S507). For example, the reference value may be set to 250 V by an experiment. If Vc exceeds 250 V, it is determined to be first order, and steps S509 to S513 are performed. If Vc does not exceed 250 V, To S519.

1등용이면 도 6에 도시된 제어시퀀스를 따르고, 2등용이면 도 7에 도시된 제어시퀀스를 따른다.If it is the first order, it follows the control sequence shown in FIG. 6, and if it is the second order, it follows the control sequence shown in FIG.

1등용일 때와 2등용일 때의 제어시퀀스 자체는 비슷하지만 1등용·2등용 여부에 따라 벅 컨버터와 부스트컨버터의 듀티의 크기가 다른 것을 알 수 있다. The control sequences for the first and second lamps are similar, but the duty ratio of the buck converter and the boost converter is different depending on whether the first lamp or the second lamp is used.

예를 들어, 실험 대상의 부하(load)에 따라서 듀티 크기가 결정되는데, 구체적인 예는 다음과 같다. For example, the duty size is determined according to the load of the test subject. Specific examples are as follows.

초기의 마이크로컨트롤러(110, 210, 310)에 전원 +5V가 인가되면 벅 컨버터의 듀티만 0에서 0.18로 서서히 올린다(S509, S515)). 그 후 벅 컨버터의 듀티는 0.18로 유지하고 부스트컨버터의 듀티를 1로 올린 후 서서히 내려서 1등용일 때는 0.57로(S511), 2등용일 때는 0.61로 맞춰준다(S517). 그리고 이 값을 계속 유지하고 다시 벅 컨버터의 듀티를 서서히 올려서 1등용일 때는 0.36으로(S513), 2등용일 때는 0.4로 설정하여 그 값을 유지해준다(S519).When the power supply + 5V is applied to the initial microcontroller 110, 210, 310, the duty of the buck converter is gradually raised from 0 to 0.18 (S509, S515)). Then, the duty of the buck converter is maintained at 0.18, the duty of the boost converter is increased to 1, and then gradually decreased to 0.57 (S511) for first use and 0.61 for second use (S517). Then, the duty of the buck converter is gradually increased to 0.36 (S513) when the first duty is used, and 0.4 when the second duty is used (S519).

결국 정상상태에서 벅 컨버터의 듀티는 1등용이 0.36, 2등용이 ０.4가 되고 부스트 컨버터의 듀티는 1등용이 0.57, 2등용이 0.61이 된다.As a result, in the steady state, the duty of the buck converter is 0.36 for the first lamp, 0.4 for the second lamp, and the duty of the boost converter is 0.57 for the first lamp and 0.61 for the second lamp.

다음 키를 입력하고(S521), LCD를 출력하여 1등용인지 2등용인지를 표시하고, 벅 컨버터 듀티와 부스트 컨버터 듀티를 표시한다(S523).The next key is input (S521), the LCD is outputted to indicate whether it is for the first lighting or the second lighting, and the buck converter duty and the boost converter duty are displayed (S523).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 1등용 LED 구동 장치의 블럭도이다. FIG. 8 is a block diagram of the LED driving apparatus for one lamp according to the embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 2등용 LED 구동 장치의 블럭도이다. 9 is a block diagram of a LED driving apparatus for a second lamp according to an embodiment of the present invention.

도 10은 도 8의 1등용 LED 구동 장치에서 자기식 안정기로 흐르는 전류(I_L)와 A-B단에 걸리는 전압 파형을 도시한 도면이다. Fig. 10 is a diagram showing voltage waveforms applied to the AB stage and the current (I _L ) flowing from the LED driving apparatus for one lamp in Fig. 8 to the magnetic ballast.

도 11은 도 9의 2등용 LED 구동 장치에서 자기식 안정기로 흐르는 전류(I_L)와 C-D단에 걸리는 전압 파형을 도시한 도면이다. 도 9에서 E-F단에 걸리는 전압은 C-D단에 걸리는 전압과 같다. 11 is a diagram showing voltage waveforms applied to the CD stage and the current (I _L ) flowing from the LED driving apparatus for the second lamp in Fig. 9 to the magnetic ballast. In Figure 9, the voltage across the EF stage is equal to the voltage across the CD stage.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 1등용일 때와, 1등용을 직렬로 2개 연결한 2등용일 때, LED 튜브로 인가되는 전압의 크기는 60V, 54V로 그 차이가 크지 않다. 즉, 벅 컨버터의 듀티 또는 부스트 컨버터의 듀티가 1등용일 때와 1등용을 2개 직렬로 연결한 2등용일 때 큰 차이가 없는 것은, 1등용 자기식안정기(1.8H)와 2등용 자기식안정기(1.4H)의 차이에 의해서 실제로 LED 튜브에 걸리는 전압은 크게 변화가 없다는 것을 의미한다.Referring to FIGS. 8 to 11, the magnitude of the voltage applied to the LED tube is 60 V and 54 V, respectively, when the LED is used for the first lighting and the second lighting for connecting the first lighting for two lights in series. That is, there is no significant difference between the duty ratio of the buck converter or the duty ratio of the boost converter when the first order is used and the second order when two first order types are connected in series. That is, the first order magnetic ballast (1.8 H ) The difference in ballast (1.4 H ) actually means that the voltage across the LED tube does not vary significantly.

동작 초기에 시작부터 부스트 컨버터의 듀티를 올리게 되면 최대 600V이상의 높은 출력전압이 걸려서 회로를 구성하는 소자의 파손을 야기할 수 있기 때문에 초기의 일정시간 동안은 벅 컨버터만 구동한다.If the duty of the boost converter is increased from the beginning at the beginning of the operation, a high output voltage of 600V or more may be generated, which may cause breakdown of the circuit constituting device, so only the buck converter is driven for a predetermined initial time.

그 후 부스트 컨버터의 듀티를 올려서 원하는 벅 컨버터와 부스트 컨버터의 듀티를 유지한다. 이때 부스트 컨버터의 듀티를 한 번에 높게 올렸다가 서서히 내리는 이유는 진상역률에서 컨버터를 구동하지 않기 위해서이다.The duty of the boost converter is then increased to maintain the duty of the desired buck converter and boost converter. The reason for raising the duty of the boost converter at a time and gradually lowering it at this time is to not drive the converter at the true power factor.

보통의 전자기기들은 페란티현상을 예방하기 위하여 진상역률에서 구동하지 않고 지상역률에서 구동한다. 본 발명에서는 부스트 컨버터의 듀티가 작은 경우에는 진상역률에서 컨버터가 동작하기 때문에 듀티를 최대로 올려서 지상역률에서 컨버터가 동작하도록 한 후, 원하는 지점까지 내리는 방식으로 제어를 하였다.Conventional electronic devices are driven at ground power factor without driving at the true power factor to prevent the fermentation phenomenon. In the present invention, when the duty of the boost converter is small, since the converter operates at the high-side power factor, the converter is operated at the ground power factor by raising the duty to the maximum,

키(Key) 입력부분과 LCD 출력부분은 추가적인 보조스위치를 이용하여 벅 컨버터 듀티와 부스트컨버터 듀티를 제어할 수 있는 것을 의미하는 것으로서, 실제 제품 생산과정에는 LCD와 보조스위치를 제거할 수 있고, 이 과정 또한 생략된다. 일련의 과정은 ADC0에서 주기적으로 Vc전압을 받아와서 반복적으로 이루어진다.
Key input part and LCD output part can control the buck converter duty and boost converter duty by using an additional auxiliary switch and it is possible to remove the LCD and auxiliary switch during production process, The process is also omitted. A series of processes are repeatedly made by receiving the Vc voltage periodically at ADC0.

이제 본 발명에서 LED 구동 장치에서 발생하는 발열 문제 및 그 해결 방안을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a heat generation problem and a solution thereof in the LED driving apparatus according to the present invention will be described.

자기식 안정기에서 발열은 코일의 손실과 코어손실로 규정할 수 있으나 여기서는 코일의 손실만을 고려하여 설명한다. 본 발명의 LED 구동 장치에서 역률을 0.9이상으로 하고, 출력전력이 일정한 값 이하이면 안정기에서 발열이 발생하며, 그 원인은 다음과 같다.In a magnetic ballast, heat can be defined as the loss of the coil and the loss of the core, but only the loss of the coil is explained here. In the LED driving apparatus of the present invention, when the power factor is 0.9 or more and the output power is below a certain value, heat is generated in the ballast.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 안정기의 코일 저항을 나타낸 등가회로도이다. 18 is an equivalent circuit diagram showing a coil resistance of a ballast according to an embodiment of the present invention.

도 19는 도 18의 등가회로도에서 역률을 해석하기 위한 벡터(vector)도이다. FIG. 19 is a vector diagram for analyzing the power factor in the equivalent circuit diagram of FIG. 18; FIG.

도 18은 LCR미터기를 이용해 측정된 자기식안정기의 내부코일저항(R_coil)의 값을 고려하여 나타낸 1등용 전체 회로의 등가회로이고, 도 19는 역률 해석을 위한 벡터도를 나타낸다.18 is an equivalent circuit of the entirety of the first-order circuit shown in consideration of the value of the inner coil resistance (R _coil ) of the magnetic ballast measured using the LCR meter, and FIG. 19 shows a vector diagram for power factor analysis.

1.

이어야만

이 되며 이 때 I_in=100mA이면 약 23W, 50mA면 P_in=11.5W이다.One.

Must be

At this time, when I _in = 100 mA, it is about 23 W and 50 mA P _in = 11.5 W.

2.

이면 자기식 안정기 발열

이고, 지상이 되면 더욱 증가한다.2.

Magnetic Ballast Fever

And it increases further when it is on the ground.

3.

가 적당한데 이 때 R_L에서 10.5W로는 설계가 불가능하다.3.

, It is not possible to design at 10.5W at R _L.

4.

이면 안정기에서 발열이 심하다, 즉, 소비 W가 높다. 이러한 상황의 예로써 측정된 회로 및 값은 도 20과 도 21과 같다.4.

In the case of the ballast, the heat generation is severe, that is, the consumption W is high. The measured circuit and values as an example of this situation are shown in FIGS. 20 and 21. FIG.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 안정기 발열을 위한 회로도이다. 20 is a circuit diagram for generating a ballast according to an embodiment of the present invention.

도 21은 도 20의 회로도의 안정기 발열의 실험 결과를 나타낸 표이다. 21 is a table showing experimental results of ballast heat generation in the circuit diagram of Fig.

위의 상황을 고려하여 PF와 P_o(출력전력)의 상관식을 얻은 것을 수치해석한 것이 다음 도 22이다.Fig. 22 is a numerical analysis of obtaining the correlation between PF and P _o (output power) in consideration of the above situation.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 전력에 다른 역률의 상관관계를 도시한 그래프이다. FIG. 22 is a graph showing a correlation of input power versus other power factors according to an embodiment of the present invention.

도 23 및 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 1등용 및 2등용 설계 사양표이다.23 and 24 are design specification tables for the first and second lamps according to an embodiment of the present invention.

도 23 및 도 24를 참조하면, 1등용 기준으로 역률 0.8113을 얻을 수 있고 나머지의 설계사양은 만족하는 것을 볼 수 있다. 2등용 기준으로 역률 0.7342를 얻을 수 있지만 부스트 다이오드에서 64.5℃의 발열이 발생하고 특히, 자기식 안정기에서 100℃이상의 발열이 발생하는 문제가 발생한다. 23 and 24, it can be seen that the power factor of 0.8113 can be obtained on the basis of the first order and the remaining design specifications are satisfied. A power factor of 0.7342 can be obtained on the basis of the second lamp, but a heat of 64.5 ° C is generated in the boost diode and a problem of generating heat of 100 ° C or more occurs in the magnetic ballast.

이는 자기식 안정기를 통하여 흐르는 430mA의 높은 전류로 인한 자기식 안정기 손실로 인하여 발생한 문제이다. 필립스의 제품의 경우 자기식 안정기를 통하여 흐르는 전류가 380mA 이내로 약 50~60℃의 발열이 발생하므로 큰 문제가 되지 않고 있다. This is caused by magnetic ballast losses due to the high current of 430 mA flowing through the magnetic ballast. In the case of Philips products, the current flowing through the magnetic ballast is less than 380mA, which causes a heat of about 50 ~ 60 ℃.

도 23 및 도 24에서는 소비전력이 8W로 낮기 때문에 역률이 낮은 단점이 있다. 또한 역률이 지상역률이므로 자기식 안정기를 통하여 흐르는 전류가 커서 자기식 안정기의 발열이 발생한다. 이를 개선하기 위하여 위의 도 22를 참고하여 역률 0.9이상을 얻기 위해 22W의 LED 튜브를 설계한다. In Figs. 23 and 24, since the power consumption is as low as 8 W, the power factor is low. Also, since the power factor is the ground power factor, the current flowing through the magnetic ballast is large and the magnetic ballast generates heat. In order to improve this, a 22 W LED tube is designed to obtain a power factor of 0.9 or more with reference to FIG.

결과적으로 출력 LED의 사양을 120V/66mA(8W)에서 120V/160mA(19W)로 상향 조정함으로써, 역률이 1등용일 때와 2등용일 때 각각 0.9661, 0.9964를 얻을 수 있고, 자기식 안정기를 통하여 흐르는 전류도 1등용일 때와 2등용일 때 각각 376mA, 390mA로 줄일 수 있다. 결과적으로 본 발명에서는 자기식 안정기의 발열을 80℃ 이내로 줄임으로써 문제를 해결할 수 있다.
As a result, by adjusting the specifications of the output LED from 120V / 66mA (8W) to 120V / 160mA (19W), 0.9661 and 0.9964 can be obtained when the power factor is first order and second order, respectively. The flowing current can also be reduced to 376mA and 390mA for the first and second lamps, respectively. As a result, in the present invention, the problem can be solved by reducing the heat generation of the magnetic ballast to within 80 ° C.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
While the present invention has been described with reference to several preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.

100 제1 LED 튜브 200 제2 LED 튜브
300 제3 LED 튜브 110, 210, 310 마이크로컨트롤러
120, 220, 320 보조전원 130, 230, 330 리니어 레귤레이터100 first LED tube 200 second LED tube
300 third LED tube 110, 210, 310 microcontroller
120, 220, 320 Auxiliary power 130, 230, 330 Linear regulator

Claims

교류 전원;
상기 교류 전원에서 공급되는 교류 전압을 정류하기 위한 자기식 안정기; 및
상기 자기식 안정기에 연결된 LED 튜브(tube)를 포함하되,
상기 LED 튜브는 제1 LED 튜브와 제2 LED 튜브가 직렬로 연결되어 있는 2등용으로 되어 있으며,
상기 제1 LED 튜브는 상기 자기식 안정기에서 출력되는 전압을 직류로 변환하기 위한 제1 부스트 컨버터(Boost converter)와, 상기 제1 부스트 컨버터에 직렬로 연결되어 LED 출력단에 전압 및 전류를 공급하기 위한 제1 벅 컨버터(Buck converter)와, 상기 제1 부스트 컨버터와 제1 벅 컨버터의 듀티(duty)를 조절하기 위한 제1 마이크로 컨트롤러(Micro controller)와, 상기 제1 부스트 컨버터의 온/오프(on/off)를 스위칭하기 위한 제1 스위치와, 상기 제1 벅 컨버터의 온/오프를 스위칭하기 위한 제2 스위치를 포함하여 이루어지고,
상기 제2 LED 튜브는 상기 자기식 안정기에서 출력되는 전압을 직류로 변환하기 위한 제2 부스트 컨버터(Boost converter)와, 상기 제2 부스트 컨버터에 직렬로 연결되어 LED 출력단에 전압 및 전류를 공급하기 위한 제2 벅 컨버터(Buck converter)와, 상기 제2 부스트 컨버터와 제2 벅 컨버터의 듀티(duty)를 조절하기 위한 제2 마이크로 컨트롤러(Micro controller)와, 상기 제2 부스트 컨버터의 온/오프(on/off)를 스위칭하기 위한 제3 스위치와, 상기 제2 벅 컨버터의 온/오프를 스위칭하기 위한 제4 스위치를 포함하여 이루어지고,
상기 제1 마이크로 컨트롤러와 제2 마이크로 컨트롤러는 각 LED 튜브에서 LED 램프의 점등 유무를 판별하여, 먼저 점등되는 LED 램프가 정상 상태에 진입하기 전에 나머지 LED 램프를 점등시키도록 제어하고,
상기 제1 마이크로컨트롤러와 제2 마이크로 컨트롤러는 상기 제1 스위치와 상기 제3 스위치가 서로 동기에 맞춰 동작하도록 하고, 상기 제2 스위치와 상기 제4 스위치가 서로 동기에 맞춰 동작하도록, 가변 듀티의 고정적인 주파수를 갖는 PWM 신호를 공급하여 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.

AC power supply;
A magnetic ballast for rectifying the AC voltage supplied from the AC power supply; And
An LED tube connected to the magnetic ballast,
The LED tube is a two-lamp type in which a first LED tube and a second LED tube are connected in series,
The first LED tube may include a first boost converter for converting a voltage output from the magnetic ballast to DC, a second boost converter connected in series to the first boost converter for supplying voltage and current to the LED output terminal, A first microcontroller for adjusting a duty of the first and second buck converters; a first microcontroller for adjusting a duty of the first and second buck converters; / off, and a second switch for switching ON / OFF of the first buck converter,
The second LED tube may include a second boost converter for converting a voltage output from the magnetic ballast to a direct current and a second boost converter connected in series to the second boost converter for supplying voltage and current to the LED output terminal. A second microcontroller for adjusting a duty of the second boost converter and the second buck converter, a second microcontroller for controlling duty of the second boost converter, / off, and a fourth switch for switching ON / OFF of the second buck converter,
The first microcontroller and the second microcontroller determine whether or not the LED lamps are turned on in each of the LED tubes and control the remaining LED lamps to be turned on before the LED lamps that are first turned on enter a normal state,
Wherein the first microcontroller and the second microcontroller allow the first switch and the third switch to operate in synchronism with each other and the second switch and the fourth switch operate in synchronization with each other, Wherein the PWM signal having a predetermined frequency is supplied and controlled.

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청구항 1에 있어서,
상기 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치는 MOSFET로 구현되고,
상기 제1 LED 튜브는 상기 제1 스위치 및 제2 스위치의 게이트를 구동시키는 회로의 전원을 공급하기 위한 제1 보조전원을 더 포함하고,
상기 제2 LED 튜브는 상기 제3 스위치 및 제4 스위치의 게이트를 구동시키는 회로의 전원을 공급하기 위한 제2 보조전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
The method according to claim 1,
The first switch, the second switch, the third switch and the fourth switch are implemented as MOSFETs,
Wherein the first LED tube further comprises a first auxiliary power supply for supplying power to a circuit for driving the gates of the first switch and the second switch,
Wherein the second LED tube further comprises a second auxiliary power supply for supplying power to a circuit for driving gates of the third switch and the fourth switch.