KR101703761B1

KR101703761B1 - 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법

Info

Publication number: KR101703761B1
Application number: KR1020150137652A
Authority: KR
Inventors: 구재회; 이호영; 이기찬; 윤병석
Original assignee: 서울엘이디(주)
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-02-17
Also published as: WO2017057925A1; CN207638930U

Abstract

본 발명은 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법에 관한 것으로서, 커패시터 성분으로 이루어진 변압 및 출력 레벨 조절부에 의하여 부하단의 크기 변화에도 안정적으로 일정한 전력을 공급할 수 있는 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법에 관한 것이다.

Description

전력 분배 회로 및 전력 분배 방법 {Power distribution circuit and power distribution method}

본 발명은 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 커패시터(capacitor) 성분을 이용하여 정전력을 부하단에 공급하는 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법에 관한 것이다.

이하 서술하는 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)는 PN 접합에 순방향으로 전류를 흐르게 하여 빛을 발생시키는 반도체 소자이다. LED 는 빛에너지로 변환하는 효율이 높고, 긴 수명을 가지며, 소비 전력이 적고, 유지 및 보수 비용을 크게 절감할 수 있어 차세대 조명용 소자로 주목 받고 있다.

하지만, LED 소자의 성능은 매우 빠르게 향상되고 있는 반면 LED 소자로의 전원 공급을 제어하는 LED 컨버터(Converter)의 경우 아직 크게 발전하지 못하고 있는 실정이다. LED 소자의 경우 기대수명이 약 100,000 시간 정도이지만 실제 현장에 적용된 LED 조명의 경우에는 기대 수명에 훨씬 못 미치는 경우를 흔히 접할 수 있다.

이는 대부분 단순 정전압(Constant Voltage) 방식의 컨버터를 사용해서 나타나는 현상이며, LED를 제어하는 컨버터가 LED 소자의 수명을 유지시키지 못하고 오히려 수명저하와 불량원인을 가중시키고 있는 실정이다.

이는 정전류 방식으로 구동해야 하는 LED 특성을 무시하고 컨버터를 저가형으로 설계하거나 생산비용을 낮추기 위해 정전압 방식을 채택하여 전류 변화와 외부 요인에 대처를 못했기 때문이다.

종래의 LED의 전원 공급 장치중에는 SMPS(Switch mode power supply)를 활용한 컨버터가 있다. SMPS는 외부에서 공급되는 교류 전류를 직류 전류로 전환 시킨 후, 각종 전자기기의 조건에 맞는 전압으로 변환시켜 공급하는 장치이다. SMPS는 입력 전압에 변동이 있더라도 일정한 출력 전압을 전자기기에 공급함으로써 전압 변동에 따른 문제를 방지하는 역할을 한다.

하지만, 이러한 SMPS를 이용하는 경우 SMPS의 성능에 따라 LED의 수명 및 안전성에 큰 편차가 발생한다. 또한, SMPS는 회로 구성이 복잡하고 이로 인하여 제조원가가 상승하는 문제점이 있었다. 또한, LED 수명에 비해 SMPS 수명이 상대적으로 짧아 LED 조명의 사용 중간에 SMPS를 교체해야 하는 등의 불편한 점이 있었다.

한국공개특허공보 제10-2014-0115552호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 부하단에 일정한 전력을 공급할 수 있는 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법을 제공하고자 한다.

또한, 부하단에 일정한 전류를 흘러 보낼 수 있는 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법을 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 전력 분배 회로로서, 상기 전력 분배 회로는 전력 입력단과 전력 출력단 사이의 하나 이상의 커패시터(capacitor)를 이용하여 전력을 분배하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 전력 분배 회로로서, 상기 전압 분배 회로는 전력 입력단과 전력 출력단 사이의 복수의 커패시터들을 이용하여 전력을 분배하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 상기 복수의 커패시터들은 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 서로 병렬로 연결된 상기 복수의 커패시터들의 일단의 접속은 슬라이드 스위치(slide switch)로 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 서로 병렬로 연결되는 상기 복수의 커패시터들의 정전용량은 상기 슬라이드 스위치의 이동을 통하여 변경되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 상기 전력 분배 회로는 교류 전력 분배에 사용되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 상기 전력 분배 회로는 발광 다이오드의 전원 공급 장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 본 발명은 상용 전원이 입력되는 전원 입력부; 부하단에 전원을 공급하는 전원 출력부; 상기 전원 입력부와 전원 출력부 사이에 구비되는 변압 및 출력 레벨 조절부;를 포함하며, 상기 변압 및 출력 레벨 조절부는 커패시터 성분의 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 상기 변압 및 출력 레벨 조절부는 복수의 커패시터들로 이루어지며, 상기 복수의 커패시터들은 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 서로 병렬로 연결되는 상기 복수의 커패시터들의 일단의 접속은 슬라이드 스위치로 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 상기 전원 입력부와 상기 변압 및 출력 레벨 조절부 사이에는 상기 전원 입력부로부터 입력되는 전원의 서지를 제거하는 서지 필터(filter)부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 상기 서지 필터부는 퓨즈(fuse); 바리스터(varister);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 상기 변압 및 출력 레벨 조절부와 상기 전원 출력부 사이에는 정류 회로부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 상기 정류 회로부와 상기 전원 출력부 사이에는 직류 전원 공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 상기 직류 전원 공급부는 상기 정류 회로부가 출력하는 전류의 리플을 제거하는 역할을 수행하는 코일; 상기 정류 회로부가 출력하는 전류를 평활화하기 위한 평활 커패시터;로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 본 발명은 제1 교류 입력단; 제2 교류 입력단; 상기 제1 교류 입력단에 일단이 연결되는 퓨즈; 상기 퓨즈의 타단에 일단이 연결되고, 타단은 상기 제2 교류 입력단에 연결되는 바리스터; 상기 퓨즈의 타단에 일단이 연결되고, 타단은 슬라이드 스위치에 연결되는 하나 이상의 커패시터; 상기 커패시터의 타단에 일 입력단이 연결되고, 상기 제2 교류 입력단에 타 입력단이 연결되는 정류 회로부; 상기 정류 회로부의 일 출력단에 일 입력단이 연결되고, 상기 정류 회로부의 타 출력단에 타 입력단이 연결되는 코일; 상기 코일의 일 출력단에 일단이 연결되고, 상기 코일의 타 출력단에 타단이 연결되는 평활 커패시터; 상기 코일의 일 출력단에 연결되는 제1 직류 출력단; 상기 코일의 타 출력단에 연결되는 제2 직류 출력단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로를 제공한다.

또한, 본 발명은 교류 전원이 입력되는 단계; 상기 교류 전원이 커패시터 성분에 의하여 전력 분배되어 정류 회로부에 입력되는 단계; 상기 정류 회로부가 입력 교류를 전파 교류로 변환하는 단계; 상기 정류 회로부가 출력한 전파 교류가 필터와 평활 커패시터를 통하여 직류로 변환되는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법을 제공한다.

또한, 상기 교류 전원이 커패시터 성분에 의하여 전압 분배되어 정류 회로부에 입력되는 단계에서, 상기 정류 회로부에 인가되는 전력은 상기 커패시터 성분의 정전용량의 변경을 통하여 조절되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법을 제공한다.

또한, 상기 커패시터 성분의 정전용량의 변경은 상기 커패시터 성분의 일단에 구비되는 슬라이드 스위치의 이동을 통하여 변경되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법을 제공한다.

또한, 교류 전원이 입력되는 단계 이후에, 상기 교류 전원이 서지 필터부를 통과하는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법을 제공한다.

또한, 상기 서지 필터부는 퓨즈; 바리스터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법을 제공한다.

또한, 상기 전력 분배 방법은 발광 다이오드에 필요한 전원 공급시에 사용되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 발광 다이오드를 포함하는 부하단에 안정적인 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다. 즉, 부하단 값의 변화에도 일정한 전력 공급을 유지할 수 있는 전력 공급 회로를 제공할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 발광 다이오드를 포함하는 부하단에 정전류를 공급할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 발광 다이오드를 정전류 방식으로 제어함으로써, 발광 다이오드의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다. 또한, 발광 다이오드를 강제로 정전압 방식으로 구동함으로써 발생되었던 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 부하단의 변화에 강인한 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법을 제공함으로써 외부 환경의 변화에도 안정적인 전력을 제공할 수 있는 효과가 잇다.

넷째, 발광 다이오드를 정전력 또는 정전류 방식으로 구동시킴으로써, 발광 다이오드의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 슬라이드 스위치를 이용하여 정전용량을 변화시킴으로써, 다양한 부하단에 적절한 전력을 제공할 수 있는 효과가 있다. 즉, 부하단에 공급되는 정전력의 값을 조절함으로써, 다양한 발광 다이오드 회로에 활용할 수 있는 효과가 있다.

여섯째, 전력 분배 회로를 간단한 수동소자로만 구성함으로써 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

일곱째, 기존의 SMPS는 발광 다이오드보다 수명이 짧아 자주 교체하여야 했으나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로는 발광 다이오드만큼 수명이 연장되어 제품을 교체할 필요가 없다. 따라서, 교체 비용 또한 감소되는 효과가 있다.

여덟째, 아이씨 프리(IC-free) 설계로 저온 대응성이 향상되는 효과가 있다.

도면 1도는 기존에 사용되던 발광 다이오드 전원 제어장치의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 2도는 도면 1도에서 전압 조절 부분을 고려하여 보다 간략하게 등가회로로 나타낸 도면이다.
도면 3도는 도면 2도의 회로롤 더 간단하게 정리하여 보여주는 도면이다.
도면 4도는 도면 3도의 회로를 라플라스 등가 회로로 변환한 모습을 보여주는 도면이다.
도면 5도는 발광 다이오드가 실장된 부하단의 크기의 변화에 따른 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치의 출력 특성을 보여주는 도면이다.
도면 6도는 발광 다이오드가 실장된 부하단의 크기는 일정하게 유지하면서, 전압조절부의 커패시터의 정전용량 대비 전압충전부의 커패시터의 정전용량을 변화시키면서 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치의 출력 특성이 어떻게 변화하는지 실험한 결과치를 보여주는 도면이다.
도면 7도는 발광 다이오드 회로에 적용된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 각 구성을 블럭으로 보여주는 블럭도이다.
도면 8도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 회로도를 보여주는 도면이다.
도면 9도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 간략하게 보여주는 도면이다.
도면 10도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로를 라플라스 회로로 변환하여 보여주는 도면이다.
도면 11도는 부하단의 크기 변화에 따른 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 출력 특성을 보여주는 도면이다.
도면 12도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법에서 변압 및 출력 레벨 조절부의 커패시턴스 용량의 변화에 따라 부하단에 공급되는 전력의 변화를 실험적으로 보여주는 도면이다.
도면 13도는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 회로도를 보여주는 도면이다.
도면 14도는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 분배 회로를 전력 전달 측면에서 간단하게 정리하여 보여주는 도면이다.
도면 15도는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 라플라스 변환 회로의 모습을 보여주는 도면이다.
도면 16도는 본 발명인 전력 분배 회로와 SMPS의 성능을 비교하여 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면 1도는 기존에 사용되던 발광 다이오드 전원 제어장치의 모습을 보여주는 도면이다.

본 발명의 설명에서 종래 발광 다이오드 전원 제어 장치를 발명의 실시하기 위한 구체적인 내용에 서술하는 이유는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법의 차이점을 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치와의 차이점을 보다 명확히 서술하기 위함이다.

기존에 사용되던 발광 다이오드 전원 제어장치는 교류(AC) 필터부(1), 전압 조절부(2). 전압충전부(3), 교류/직류(AC/DC) 변환부(4), 전류조절부(5), 평활부(6)을 포함하여 구성되어 있다.

기존의 발광 다이오드 전원 제어장치에서 교류 필터부(1)는 인가된 교류 전류에서 순간적으로 발생하는 과전압을 방지하는 역할을 수행하며, 전압조절부(2)는 발광 다이오드가 동작할 수 있는 전원 전압을 발생시키는 역할을 수행한다. 그리고, 전압충전부(3)는 전압조절부(2)에서 인가된 전압의 적절한 턴온(turn-on) 전압을 조절하며 고전압을 바이패스(bypass)함으로써 초기의 저전압으로 인한 이상 동작을 방지하는 역할을 수행하며, 교류/직류 변환부(4)는 정류용 다이오드(diode)로 구성된 브리지(bridge) 정류회로로 구성되어 인가된 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 역할을 수행한다. 또한, 전류조절부(5)는 교류/직류 변환부(4)에서 인가된 직류 전류가 발광 다이오드의 구동에 적합한 전류로 조정하며, 평활부(6)은 리플(ripple)을 흡수하는 역할을 수행한다. 이러한 기존에 사용되던 발광 다이오드 전원 제어장치에서 발광 다이오드에 인가되는 전압의 크기를 조절하는 가장 중요한 역할을 수행하는 부분은 커패시터와 저항으로 구성되는 전압조절부(2)이다.

따라서, 도면 1도의 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치는 이하에서 설명되는 바와 같이 전압조절부(2)를 중심으로 간단한 대칭회로로 변경이 가능하다.

도면 2도는 도면 1도에서 전압 조절 부분을 고려하여 보다 간략하게 등가회로로 나타낸 도면이며, 도면 3도는 도면 2도의 회로롤 더 간단하게 정리하여 보여주는 도면이다.

도면 1도에서 퓨즈(Fuse1)는 실질적으로 소모하는 전압이 없으며, 바리스터(VR1)와 서지 흡수기(SA1)은 입력단에 병렬로 연결되어 있으므로 입력 전압이 그대로 전압조절부(2)로 인가되는 것으로 볼 수 있다. 그리고, 교류/직류 변환부(4)를 포함하는 뒷 단은 테브냉 부하(RTh)로 간단히 나타낼 수 있다. 따라서, 도면 1도의 회로는 도면 2도의 등가 회로로 변환이 가능하다. 그리고, 도면 2도에서 전압조절부(2)의 두 커패시터(C1, C2)는 병렬로 연결되어 있으므로, 하나의 등가 커패시터인 Cx로 정리할 수 있다.

이하, 이러한 도면 3도의 회로를 기준으로 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치의 출력 특성을 살펴보고자 한다.

도면 4도는 도면 3도의 회로를 라플라스 등가 회로로 변환한 모습을 보여주는 도면이다.

도면 3도에서 전압조절부(2)는 1/(S·Cx)와 R1이라는 두 개의 저항 성분이 병렬로 연결되는 하나의 임피던스(impedance) 성분 Z1으로 고려할 수 있으며, 전압충전부(3)도 역시 1/(S·C3)라는 임피던스 성분과 R3의 저항 성분이 병렬로 연결된 하나의 임피던스 성분 Z2로 고려할 수 있다. 그리고, 도면 3도에서 Vo는 테브냉 등가 저항인 RTh에 입력단에 걸리는 전압으로서, 발광 다이오드 회로에 최종적으로 인가되는 전압이라고 할 수 있다.

이러한 도면 4도의 회로를 기준으로 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치의 출력 특성을 수식으로 확인하면 다음과 같이 정리할 수 있다.

앞서 살펴본 Z1은 아래의 수식과 같이 나타낼 수 있다.

(수식 1)

그리고, 임피던스 성분 Z2도 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(수식 2)

그리고, 테브냉 등가 저항인 RTh의 입력단에 걸리는 전압인 Vo를 전압 분배 공식에 의하여 구하면, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(수식3)

그리고, 수식 3을 풀어서 정리하면 다음의 수식 4와 같이 나타낼 수 있다.

(수식 4)

또한, 위의 수식에서 분자와 분모를 RTh로 나누면 다음과 같이 정리할 수 있다.

(수식 5)

여기서 RTh의 아래로 흐르는 전류를 Io라고 하면, Io는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(수식 6)

위의 두 식을 통하여, 우리는 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치의 출력단의 특징을 다음과 같이 확인할 수 있다.

위의 식에서 RTh가 증가한다고 고려하면, Vo는 아래의 식과 같이 그 값이 증가하게 된다.

또한, RTh가 증가하는 경우, 부하에 흐르는 전류인 Io도 다음과 같이 그 값이 감소하게 된다.

수식 6에서 주목해야 할 부분은 Io의 분모식에 RTh 텀이 3개나 있다는 점이다. 그리고, 분모식을 전개하면 RTh 텀이 5개나 되기 때문에, 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치의 Io는 부하의 매우 큰 영향을 받는 것을 알 수 있다.

다시 정리하면, 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치는 발광 다이오드를 포함하는 부하가 증가하면 부하에 흐르는 전압값의 증가보다 전류 값이 더 빨리 감소하게 되므로 결국에는 부하단에 인가되는 전력이 일정하게 유지되지 않고 감소하게 된다.

또한, 앞서 살펴 보았듯이, 발광 다이오드는 전류 구동 소자인데, 부하단에 흐르는 전류의 값이 매우 크게 변화하므로 발광 다이오드의 수명에도 악 영향을 주게 된다.

이는 다음의 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치의 실험 결과를 통해서도 알 수 있다.

도면 5도는 발광 다이오드가 실장된 부하단의 크기의 변화에 따른 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치의 출력 특성을 보여주는 도면이다.

기존의 발광 다이오드 전원 제어장치에서 전압조절부(2)의 병렬로 연결된 두 커패시터의 정전용량 값과 전압충전부(3)의 커패시터의 정전용량 값을 동일하게 한 상태에서 발광 다이오드 부하를 변화한 결과 출력은 약 1.4 와트(W)로 매우 낮게 나옴을 확인할 수 있었다.

이는 이미 기판의 부하가 너무 커져서 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치에서 출력하는 전류의 값이 급속하게 저하되었고 이로 인하여 출력 전력이 저하되어 발광 다이오드를 적절하게 구동할 수 없게 되었음을 실험적으로 보여준다.

도면 6도는 발광 다이오드가 실장된 부하단의 크기는 일정하게 유지하면서, 전압조절부의 커패시터의 정전용량 대비 전압충전부의 커패시터의 정전용량을 변화시키면서 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치의 출력 특성이 어떻게 변화하는지 실험한 결과치를 보여주는 도면이다.

도면을 통하여 알 수 있듯이, 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치는 전압조절부(2)의 커패시터 대비 전압충전부(3)의 커패시터의 용량이 커질수록 발광 다이오드 소자를 포함하는 부하단에 인가되는 전력의 양이 매우 빠르게 감소함을 알 수 있다.

즉, 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치에서 전압충전부(3)의 커패시터는 전압조절부(2)에서 인가된 저 전압 교류 전류를 충전하고, 그 충전용량에 따라 적절한 턴온 전압을 조절하려는 역할을 수행하였으나, 해당 기능을 수행하기 위하여 용량이 증가하는 경우 부하단에 충분한 전력을 공급하지 못하여, 발광 다이오드로 전원을 공급하는 전원 제어장치의 역할을 제대로 수행하지 못하는 문제점이 있는 것을 확인할 수 있다.

정리하면, 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치는 낮은 저출력의 발광 다이오드 제품에만 적용가능한 CV(Constant Voltage) 방식의 전원 공급 장치로서, 정전류(CC, Constant Current) 방식으로 구동되어야 하는 발광 다이오드의 특성에 제대로 대처하지 못하여 발광 다이오드의 수명을 단축시키는 한계가 있다.

도면 7도는 발광 다이오드 회로에 적용된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 각 구성을 블럭으로 보여주는 블럭도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로는 교류(AC) 전원 입력부(110), 서지 필터부(120), 변압 및 출력 레벨 조절부(130), 정류 회로부(140), 직류(DC) 전원 공급부(150)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 직류 전원 공급부(150)의 출력단에는 발광 다이오드(LED) 발광부(160)가 연결될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 교류 전원 입력부(110)는 교류 전원단에 연결되어 사용 전원을 입력받는 역할을 수행하는 부분이며, 서지 필터부(120)는 전원라인에서 발생하는 과도전압인 서지 전압으로부터 후단의 회로를 보호하는 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 변압 및 출력 레벨 조절부(130)는 입력받는 교류 전력을 이후의 부하단에서 사용하기 적절한 전력으로 분배하는 역할을 수행하며, 정류 회로부(140)는 변압 및 출력 레벨 조절부(130)를 거친 교류를 직류로 변환하기 위한 전 단계로서 교류를 전파 정류된 전류로 변환하는 역할을 수행한다.

다음으로, 직류 전원 공급부(150)는 전파 정류된 전류의 교류 리플을 제거하는 역할과 평활화 커패시터를 이용하여 직류의 평활화 작업을 수행하고, 발광 다이오드 발광부(160)는 발광 다이오드 소자로 구성된 최종 부하단에 전원을 공급하는 역할을 수행할 수 있다.

도면 8도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 회로도를 보여주는 도면이다.

도면을 통하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로에서 교류 전원 입력부(110)는 상용 전원단에 접속이 가능한 단자로 구성되어 있으며, 서지 필터부(120)는 퓨즈와 바리스터(TNR)로 구성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

서지 필터부(120)의 퓨즈는 일정 전압 이상의 과도 전압 도입시 개방되어 뒷단의 회로를 보호하는 역할을 수행하며, 바리스터는 일정 전압 이상시 도통됨으로써 역시 뒷단의 회로를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.

변압 및 출력 레벨 조절부(130)는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로에서 가장 중요한 역할을 수행하는 부분으로서, 하나 이상의 커패시터로 구성될 수 있으며, 복수의 커패시터로 구성되는 경우 서로 병렬로 접속될 수 있다. 그리고, 변압 및 출력 레벨 조절부(130)의 일단은 슬라이드 스위치로 연결될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 변압 및 출력 레벨 조절부(130)는 이러한 슬라이드 스위치를 이용하여 커패시터의 정전 용량을 변화시킬 수 있다. 그리고, 이러한 정전 용량 변화를 통하여, 부하단으로 공급하는 전력의 양을 변화시킬 수 있다.

변압 및 출력 레벨 조절부(130)의 뒷 단에 연결되는 정류 회로부(140)는 4개의 다이오드가 브릿지 모양으로 접속되어 변압 및 출력 레벨 조절부(130)로부터 출력되는 교류의 +, - 모두를 정류하여 출력단으로 내보내는 역할을 수행할 수 있으며, 직류 전원 공급부(150)는 정류 회로부(140)가 출력한 전류의 교류 성분을 제거하고, 공급되는 직류 성분을 안정화시키기 위하여, 코일과 평활 커패시터로 구성될 수 있다. 그리고, 최종적으로 평활 커패시터를 거친 직류 전원은 발광 다이오드 발광부(160)라 불리는 단자를 통하여 발광 다이오드를 포함하는 부하단에 인가되게 된다.

도면 9도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 간략하게 보여주는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로에서 가장 중요한 부분은 변압 및 출력 레벨 조절부(130)로서, 전체 회로는 도면 9도와 같이 전원 입력단과 전원 출력단 사이에 구비되는 등가 커패시터 소자 Ceq와 부하단인 RTh로 간단히 정리하여 나타낼 수 있다.

도면 10도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로를 라플라스 회로로 변환하여 보여주는 도면이다.

발광 다이오드를 포함한 부하단 RTh에 걸리는 전압인 Vo를 계산하면 다음과 같다.

(수식 7)

(수식 8)

이 수식을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법은 발광 다이오드를 포함하는 부하단의 값이 변화하더라도 부하단에 공급되는 전압인 Vo와 전류인 I의 값이 크게 변화하지 않는다.

즉, Vo의 경우에는 분모와 분자에 모두 RTh 텀이 있으므로, RTh가 증가해도 그 영향이 상쇄되며, 감소되어도 그 영향이 Vo의 출력에 큰 영향을 미치지 않는다.

또한, I의 경우에도 앞서 살펴본 기존의 발광 다이오드 전원 제어장치의 Io의 분모식에는 RTh텀이 5개나 있어서, 부하단의 크기에 Io의 값에 크게 영향을 미쳤으나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 변압 및 출력 레벨 조절부(130)의 I에는 RTh 텀이 하나 밖에 존재하지 않는다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법은 발광 다이오드를 포함하는 부하의 변화에도 큰 영향을 받지 않으며, 일정한 전력을 부하단에 공급할 수 있는 효과가 있다.

이는, 발광 다이오드의 구동 회로에 있어서는 더욱 중요한 의미를 가지는 특성으로, 전류 구동 방식을 취해야 발광 다이오드 회로에서 공급되는 전류의 양을 일정하게 유지할 수 있으므로, 발광 다이오드의 수명과 안전성을 훨씬 보장할 수 있는 효과가 있다.

도면 11도는 부하단의 크기 변화에 따른 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 출력 특성을 보여주는 도면이다.

도면을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로는 발광 다이오드를 포함하는 부하단의 용량 변화에도 민감하게 반응하지 않으며, 일정한 출력을 부하단에 공급하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 발광 다이오드의 수명에 결정적인 영향을 줄 수 있는 출력의 변화를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도면 12도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법에서 변압 및 출력 레벨 조절부의 커패시턴스 용량의 변화에 따라 부하단에 공급되는 전력의 변화를 실험적으로 보여주는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법은 변압 및 출력 레벨 조절부(130)의 커패시턴스의 변화에 따라, 부하에 공급하는 전력의 크기를 조절할 수 있다.

즉, 변압 및 출력 레벨 조절부(130)에 구비되는 슬라이드 스위치를 이용하여 병렬 접속되는 커패시터들의 숫자를 조절함으로써, 부하단에 공급되는 전력의 크기를 다양하게 조절할 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법에 의하면, 발광 다이오드 소자로 구성되는 다양한 부하에 대하여 그 속성에 맞추어 필요한 적절한 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.

도면 13도는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 회로도를 보여주는 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 경우, 서지 필터부(120)와 변압 및 출력 레벨 조절부(130) 사이에 별도로 추가 커패시터를 구비할 수 있다.

추가 커패시터는 서지 보호 커패시터(300)로 지칭될 수 있으며, 서지 필터부(120)의 퓨즈, 바리스터와 같이 상용 전원으로부터 입력되는 전원의 서지를 제거하는 역할을 수행할 수 있다.

도면 14도는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 분배 회로를 전력 전달 측면에서 간단하게 정리하여 보여주는 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 분배 회로는 변압 및 출력 레벨 조절부(130)를 하나의 커패시터 성분으로 표현한 Ct와 서지 보호 커패시터인 C4 그리고 발광 다이오드를 포함한 등가 저항은 RTh로 정리하여 표현할 수 있다.

그리고, 이러한 회로는 다시 도면 15와 같이 라플라스 변환 회로로 정리할 수 있다.

도면 15도는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 분배 회로의 라플라스 변환 회로의 모습을 보여주는 도면이다.

테브냉 등가 저항인 RTh의 입력단 노드의 전압을 Vo라고 하고, RTh에 흐르는 전류를 I라고 한 경우, C4 커패시터의 양단에 걸리는 전압은 Vi로 동일하며 Vo와 I는 다음의 식과 같이 정리될 수 있다.

(수식 9)

(수식 10)

즉, 이전의 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전력 분배 회로와 부하단에 공급되는 전압과 전류의 식은 동일한 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법도 부하단의 변화에도 전력 변화를 최소화하면서 안정적인 전력 공급의 효과가 있음을 확인할 수 있다.

도면 16도는 본 발명인 전력 분배 회로와 SMPS의 성능을 비교하여 나타낸 도면이다.

도면 16을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 전력 분배 회로 및 전력 분배 방법에 의하면 SMPS를 배제하고도 간단한 수동 소자의 조합으로도 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 교류 필터부
2 : 전압 조절부
3: 전압충전부
4 : 교류/직류 변환부
5 : 전류조절부
6 : 평활부
110 : 교류 전원 입력부
120 : 서지 필터부
130 : 변압 및 출력 레벨 조절부
140 : 정류 회로부
150 : 직류 전원 공급부
160 : 발광 다이오드 발광부
300 : 서지 보호 커패시터

Claims

교류를 직류로 변환하여 공급하는 전원 공급 회로에 구비되는 전력 분배 회로로서,
상기 전력 분배 회로는
전원 입력부;
교류를 전파 정류하는 정류 회로부;
상기 전원 입력부와 상기 정류 회로부 사이에 위치하는 변압 및 출력 레벨 조절부로서, 상기 정류 회로부와 상기 변압 및 출력 레벨 조절부의 사이에 커패시터(capacitor)가 개재되지 않는, 상기 변압 및 출력 레벨 조절부;
상기 전원 입력부와 상기 변압 및 출력 레벨 조절부 사이에 위치하며 상기 전원 입력부로부터 입력되는 전원의 서지를 제거하는 서지 필터(filter)부;
상기 정류 회로부의 후단에 구비되어 부하단에 전원을 공급하는 전원 출력부; 및
상기 정류 회로부와 상기 전원 출력부 사이에 위치하며, 직류의 평활화 작업을 수행하는 직류 전원 공급부를 포함하고,
상기 전원 입력부 및 상기 변압 및 출력 레벨 조절부 사이에는 상기 변압 및 출력 레벨 조절부와 직렬로 연결되는 저항이 개재되지 않고,
상기 변압 및 출력 레벨 조절부는 커패시터로 구성되어(consisting of) 상기 전원 입력부로부터 입력받은 전력을 분배하여 상기 전원 출력부로 전달하고,
상기 서지 필터부는,
소정 전압 이상의 과도 전압 도입시 개방되어 후단의 회로를 보호하는 퓨즈(fuse); 및
소정 전압 이상의 과도 전압 도입시 단락되어 후단의 회로를 보호하는 바리스터(varister)를 포함하고,
상기 직류 전원 공급부는 상기 정류 회로부가 출력하는 전류를 평활화하기 위한 평활 커패시터를 포함하고,
상기 전력 분배 회로는 발광 다이오드의 전원 공급 장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로.
상용 전원이 입력되는 전원 입력부;
상용 전원의 교류를 전파 정류하는 정류 회로부;
상기 전원 입력부와 상기 정류 회로부 사이에 위치하는 변압 및 출력 레벨 조절부;
상기 전원 입력부와 상기 변압 및 출력 레벨 조절부 사이에 위치하며 상기 전원 입력부로부터 입력되는 전원의 서지를 제거하는 서지 필터(filter)부;
상기 정류 회로부의 후단에 구비되어 부하단에 전원을 공급하는 전원 출력부; 및
상기 정류 회로부와 상기 전원 출력부 사이에 위치하며, 전파 정류된 전류의 교류 리플을 제거하고 직류의 평활화 작업을 수행하는 직류 전원 공급부를 포함하고,
상기 변압 및 출력 조절부는 커패시터 성분의 소자로 구성되어 상기 전원 입력부로부터 입력받은 전력을 상기 전원 출력부로 전달하고,
상기 정류 회로부와 상기 변압 및 출력 조절부 사이에 커패시터가 개재되지 않고,
상기 서지 필터부와 상기 변압 및 출력 레벨 조절부 사이에 상기 전원 입력부로부터 입력되는 전원의 서지를 제거하는 서지 보호 커패시터가 위치하고,
상기 전원 입력부와 상기 변압 및 출력 레벨 조절부 사이에 상기 변압 및 출력 레벨 조절부와 직렬로 연결되는 저항이 개재되지 않고,
상기 서지 필터부는,
소정 전압 이상의 과도 전압 도입시 개방되어 후단의 회로를 보호하는 퓨즈(fuse); 및
소정 전압 이상의 과도 전압 도입시 단락되어 후단의 회로를 보호하는 바리스터(varister)를 포함하고,
상기 직류 전원 공급부는,
코일; 및
상기 정류 회로부가 출력하는 전류를 평활화하기 위한 평활 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로.
삭제
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제2항에 있어서,
상기 직류 전원 공급부의 상기 코일은
상기 정류 회로부가 출력하는 전류의 리플을 제거하기 위한 것을 특징으로 하는 전력 분배 회로.
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