KR20110030244A - Ｌｅｄ 전원공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 입력전압을 정류하는 정류부(110); 정류된 입력전압과 입력전류의 위상 및 파형이 같아지도록 제어하여 역률을 보상하며, 출력전류 감지부(160)에서 보내진 정보를 받아 궤환하여 출력전류를 일정하게 유지하는 스위칭회로부(120); 상기 스위칭회로부(120)로부터 받은 스위칭 출력에 따라 트랜지스터(Q3)가 ON/OFF를 반복하여 트랜스포머(T1)에 유도전력을 생성하며, LED를 구동하기 위한 전력과 상기 스위칭회로부(120)의 역률보상 및 스위칭IC(U1)에 Vcc전원을 공급하는 전력변환부(130); 상기 출력전류 감지부(160)에서 받은 전압과 기준전압을 비교한 결과값을 포토커플러(U3-B)를 통해 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)로 전달하는 전류궤환부(140);를 포함하는 LED 전원공급 장치가 개시된다.
정류, LED, 전원공급, 포토커플러

Description

ＬＥＤ 전원공급 장치{Power Supply Apparatus For Light-Emitting Diode}
본 발명은 LED 전원공급 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역률보상 기능과 정전압(정전류) 기능을 동시에 구현할 수 있는 LED 전원공급 장치에 관한 것이다.
도 1 및 도 2은 종래의 전원공급 장치의 구성을 나타낸 회로도이다. 여기서, 도 1은 역률보상 회로(Power Factor Correction Circuit, 11)와 정전류 회로(Constant Current Circuit, 12)가 함께 구비된 종래의 전원공급 장치(10)의 회로도이며, 도 2는 도 1의 역률보상 회로(11)를 대체하여 밸리-필 정류회로(Valley-Fill Current Shaper, 21)가 구비된 종래의 전원공급 장치(20)의 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 LED 전원공급 장치(10)의 전단에는 역률보상 회로(11)가 위치하며, 후단에는 정전류 회로(12)가 구비되어, 역률보상 회로(11)를 통해 역률이 보상된 뒤 정전류 회로(12)를 거쳐 LED를 구동시키는 방식이 적용되었다.
그러나, 이러한 종래의 LED 전원공급 장치(10)는, LED 구동을 위한 별도의 정전류 회로(12)가 구비되기 때문에 0.99 정도의 고역률을 실현 가능한 장점은 있 으나, 2단의 회로(11, 12)로 구성되어 회로(10)의 효율이 낮아질 뿐만 아니라 고가의 IC(Integrated Circuit)가 2개 이상 사용되어 회로구성되므로 제품비용이 증가하는 단점이 있었다.
여기서, 전체 회로(10)의 효율은 역률보상 회로(11)의 효율과 정전류 회로(12)의 효율을 곱한 값으로 계산되기 때문에 약 75 내지 80% 정도를 나타낸다.
이러한, 종래의 LED 전원공급 장치(10)의 회로구성에서 제품비용을 줄이기 위해 도 2의 밸리-필정류 회로(21)를 이용하여 역률보상 회로(11)를 대체하는 회로 구성이 개발된 바 있다.
그러나, 도 2와 같이 밸리-필정류 회로(21)가 역률보상 회로(11)를 대체하여 LED를 구동하는 방식을 이용하게 될 경우에는, 역률보상 회로(11)가 구비된 LED 전원공급 장치(10)의 방식과 비교하여 회로가 간단해지므로 제품비용이 낮아지고 효율이 80 내지 90%로 비교적 높아지나 역률이 0.92 정도 밖에 나오지 않는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, [도 1]에서의 역률보상 회로의 인덕터(L1)와 정전류 회로의 트랜스포머(T1)의 역할을 [도 3]에서의 트랜스포머(T1)로 대체시킴으로써, 1차 및 2차 절연과 전압강하의 기본기능은 동일하게 실현하면서 역률보상 기능과 정전류 기능의 동시구현이 가능한 LED 전원공급 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LED 전원공급 장치는, 입력전압을 정류하는 정류부; 정류된 입력전압과 입력전류의 위상 및 파형이 같아지도록 제어하여 역률을 보상하며, 출력전류 감지부에서 보내진 정보를 받아 궤환하여 출력전류를 일정하게 유지하는 스위칭회로부; 상기 스위칭회로부로부터 받은 스위칭 출력에 따라 트랜지스터(Q3)가 ON/OFF를 반복하여 트랜스포머(T1)에 유도전력을 생성하며, LED를 구동하기 위한 전력과 상기 스위칭회로부의 역률보상 및 스위칭IC(U1)에 Vcc전원을 공급하는 전력변환부; 상기 출력전류 감지부에서 받은 전압과 기준전압을 비교한 결과값을 포토커플러(U3-B)를 통해 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)로 전달하는 전류궤환부;를 포함한다.
여기서, 상기 출력전류 감지부는, 출력전류에 비례하여 저항(R8)의 양단에 발생하는 미세전압을 증폭하여 상기 전류궤환부로 공급할 수 있다.
또한, 상기 전력변환부는, 트랜지스터(Q3), 트랜스포머(T1), 제너다이오 드(ZD1) 및 다이오드(D6)를 포함하여 구비되되, 상기 제너다이오드(ZD1) 및 다이오드(D6)는, 상기 트랜스포머(T1)의 역기전압에 의해 상기 트랜지스터(Q3)가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호회로(SNUBBER 회로) 구성일 수 있다.
또한, 상기 전류궤환부는, 비교기(U2-B), 포토커플러(U3-A), 저항(R11, R12, R13, R14, R15, R16 및 R22), 제너다이오드(ZD3) 및 콘덴서(C9, C12)를 포함하여 구비되되, 상기 출력전류 감지부의 전류증폭기(U2-A)로부터 상기 저항(R11)을 통해 공급된 전압과 저항(R14, R15)의 값에 의해 정해진 기준전압을 비교하고, 상기 제너다이오드(ZD3)는, 출력전압의 상한값을 정하기 위해 구비되며, 상기 저항(R22) 및 콘덴서(C9, C12)는, 상기 비교기(U2-B)의 출력이 발진하는 것을 방지하기 위해 구비될 수 있다.
또한, 상기 전류궤환부가 비교기(U2-B), 포토커플러(U3-A), 저항(R11, R14, R15, R16 및 R22), 제너다이오드(ZD3) 및 콘덴서(C9, C12)로 구비될 경우에는, 정전류가 출력될 수 있다.
또한, 상기 스위칭회로부(120)는, 역률보상 및 스위칭IC(U1), 포토커플러(U3-B), 저항(R1, R2, R4, R5, R6 및 R7), 콘덴서(C10, C11, C13) 및 다이오드(D5)를 포함하여 구비되되, 출력전류가 증가할 경우, 상기 포토커플러(U3-B)는 도통상태로 되어 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 FEED/BACK 전압이 증가되고, 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 PWM WIDTH가 감소되어 상기 출력전류의 증가를 억제하며, 출력전류가 감소할 경우, 상기 포토커플러(U3-B)이 절연상태로 되어 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 FEED/BACK 전압이 감소되고, 상기 역률보상 및 스위칭 IC(U1)의 PWM WIDTH가 증가되어 상기 출력전류의 감소를 억제하여 상기 출력전류를 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 상기 스위칭회로부는, 상기 트랜스포머(T1)의 전압을 상기 다이오드(D5)로 반파정류하며, 상기 콘덴서(C3)로 평활한 후 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)에 Vcc 전원으로 공급할 수 있다.
또한, 트랜지스터(Q1, Q2), 다이오드(D8, D13) 및 저항(R3, R17 및 R19)을 포함하여 구비되는 초기 Vcc 전원공급부를 더 포함하며, 초기 구동시 상기 정류부에서 정류된 전류는 상기 저항(R3), 트랜지스터(Q2) 및 다이오드(D13)를 통해 상기 스위칭회로부의 콘덴서(C13)에 충전되어 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)에 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 LED 전원공급 장치에 의하면, 1,2차 절연과 전압강하의 기본기능은 동일하게 실현하면서 역률보상 기능과 정전류 기능을 동시 구현이 가능함은 물론, 회로를 구성하는 구성품(IC)이 줄어들기 때문에 제품비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, LED를 구동시키기 위한 출력으로 정전력이 출력되기 때문에, 각각 부하가 상이한 다수 개의 LED가 장착되더라도, 장착된 LED 전부를 동일한 휘도로 구동할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 LED 전원공급 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도, 도 4는 도 3의 LED 전원공급 장치(100)의 구성을 상세하게 나타낸 회로도, 도 5는 도 3의 LED 전원공급 장치(100)에 초기 Vcc 전원공급부(170)이 구비되지 않은 구성을 나타낸 회로도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 전원공급 장치(100)는, 정류부(110), 스위칭회로부(120), 전력변환부(130), 전류궤환부(140), 측정전압 평활부(150), 출력전류 감지부(160) 및 초기 Vcc 전원공급부(170)을 포함한다.
먼저, 정류부(110)는, 상기 LED 전원공급 장치(100)로 입력되는 입력전압을 정류하는 회로로서, 도 4와 같이 4개의 다이오드(D1, D2, D3 및 D4)를 브릿지 정류회로 형태로 구성할 수 있다.
또한, 상기 정류부(110)는 상기 LED 전원공급 장치(100)로 220V, 60Hz의 입 력전압이 입력될 경우에는 Peak 300V인 전파정류된 맥류파형으로 정류하여 전압을 공급할 수 있다.
여기서, 상기 정류부(110)에 의해 정류된 맥류전압은 초기 구동시 상기 스위칭회로부(120)의 역률보상 및 스위치IC(U1)의 Vcc 전원으로 공급된다.
상기 스위칭회로부(120)는, 정류된 입력전압과 입력전류의 위상 및 파형이 같아지도록 제어하여 역률을 보상하며, 출력전류 감지부(160)에서 보내진 정보를 받아 궤환하여 출력전류를 일정하게 유지하는 회로구성이다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 스위칭회로부(120)는 도 4와 같이, 역률보상 및 스위칭IC(U1), 포토커플러(U3-B), 저항(R1, R2, R4, R5, R6 및 R7), 콘덴서(C10, C11, C13) 및 다이오드(D5)를 포함하여 구비되되, 출력전류가 증가할 경우, 상기 포토커플러(U3-B)는 도통상태로 되어 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 FEED/BACK 전압이 증가되고, 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 PWM(Pulse Width Modulation) WIDTH가 감소되어 상기 출력전류의 증가를 억제하여 상기 출력전류를 일정하게 유지시킨다.
또한, 출력전류가 감소할 경우, 상기 포토커플러(U3-B)는 절연상태로 되어 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 FEED/BACK 전압이 감소되고, 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 PWM WIDTH가 증가되어 상기 출력전류의 감소를 억제하여 상기 출력전류를 일정하게 유지시킨다.
여기서, 상기 스위칭회로부(120)는, 상기 트랜스포머(T1)의 2차 측인 T1-9단 자의 전압을 상기 다이오드(D5)로 반파정류하며, 상기 콘덴서(C13)로 평활(Smoothing)한 후 12V DC전원으로 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)에 공급한다.
따라서, 트랜지스터(Q3)을 구동하기 위한 스위칭 출력(U1-7단자의 출력)은 저항(R1, R2)에 의해 분할된 300V 맥류파형을 역률보상 및 스위치IC(U1)의 U1-3단자에서 받음으로써 입력전압과 입력전류의 위상 및 파형이 같아지도록 자동제어되고 있어 역율을 보상하게 된다.
예를 들어, 24V의 정격전압을 갖는 LED가 다수 개 장착된 LED 모듈이 상기 LED 전원공급 장치(100)에 의해 전원을 공급받을 경우, 상기 LED 모듈의 전체 부하가 변경되면 출력전류가 증가하거나 감소될 수 있는데, 먼저 상기 출력전류가 증가하게 되면, 포토커플러(U3-B)는 도통상태로 변하게 되어 역률보상 및 스위치IC(U1)의 U1-1단자의 FEED/BACK 전압을 증가시켜 역률보상 및 스위치IC(U1)의 UI-7단자의 PWM WIDTH를 감소시키므로 출력전류의 증가가 억제되며, 반대로 출력전류가 감소하게 되면 포토커플러(U3-B)는 절연상태로 변하게 되어 역률보상 및 스위치IC(U1)의 U1-1단자의 FEED/BACK 전압을 감소시켜 역률보상 및 스위치IC(U1)의 U1-7단자의 PWM WIDTH를 증가시키므로 출력전류를 일정하게 유지할 수 있는 것이다.
또한, 상기 역률보상 및 스위치IC(U1)의 U1-4단자에서는 트랜지스터(Q3)에 흐르는 스위칭 전류를 저항(R7)을 통해 감지하여 과부하 상태에서 회로가 버닝(Bunrning)하는 것을 방지하도록 전류제한 기능을 가짐으로써 이상상태에서의 과전류 제한을 할 수 있다.
더불어, 상기 저항(R6)과 컨덴서(C11)은 Spike Noise의 영향을 제거하기 위 해 사용되는 필터(Filter)의 기능을 한다.
이와 같이, 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)는, 하나의 회로구성(스위칭회로부(120))을 통해 역률보상과 정전류공급의 기능이 동시에 수행되므로 고역률, 고효율 및 저비용의 조건을 동시에 구현할 수 있다.
상기 전력변환부(130)는, 상기 스위칭회로부(120)로부터 받은 스위칭 출력에 따라 트랜지스터(Q3)가 ON/OFF를 반복하여 트랜스포머(T1)에 유도전력을 생성하며, 상기 LED를 구동하기 위한 전력과 상기 스위칭회로부(120)의 역률보상 및 스위치IC(U1)에 Vcc 전원을 공급한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 전력변환부(130)는 도 4와 같이 , 트랜지스터(Q3), 트랜스포머(T1), 제너다이오드(ZD1) 및 다이오드(D6)를 포함하여 구비될 수 있는데, 상기 역률보상 및 스위치IC(U1)의 U1-7단자로부터 받은 스위칭 출력에 따라 트랜지스터(Q3)가 ON/OFF를 반복함으로써 트랜스포머(T1)의 2차 측에 유도전력을 생성하여 출력전력으로 사용하게 된다.
여기서, 상기 트랜스포머(T1)의 2차인 T1-6단자 및 T1-10단자의 출력은 상기 LED를 구동하기 위한 출력전력으로 사용되며, T1-7단자 및 T1-9단자의 출력은 상기 역률보상 및 스위치IC(U1)의 Vcc 전원으로 사용된다.
또한, 상기 제너다이오드(ZD1) 및 다이오드(D6)는, 상기 트랜스포머(T1)의 역기전압에 의해 상기 트랜지스터(Q3)가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호회로(SNUBBER 회로) 구성이다.
상기 출력전압 평활부(150)는, 다이오드(D7)와 콘덴서(C1)을 포함하여 구비되는 회로구성으로서, 트랜스포머(T1)의 T1-6단자와 T1-10단자의 출력을 평활하여 직류로 만들어 LED에 공급한다.
상기 전류궤환부(140)는, 상기 출력전류 감지부(160)에서 받은 전압과 기준전압을 비교한 결과값을 포토커플러(U3-B)를 통해 상기 역률보상 및 스위치IC(U1)로 전달하는 회로구성이다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 전류궤환부(140)는 도 4와 같이, 비교기(U2-B), 포토커플러(U3-A), 저항(R11, R12, R13, R14, R15, R16 및 R22), 제너다이오드(ZD3) 및 콘덴서(C9, C12)를 포함하여 구비될 수 있다.
또한, 상기 전류궤환부(140)는, 상기 출력전류 감지부(160)의 전류증폭기(U2-A)로부터 상기 저항(R11)을 통해 공급된 전압과 저항(R14, R15)의 값에 의해 정해진 기준전압을 비교하여 비교한 결과값을 비교기(U2-B)의 U2-7단자를 통해 출력하여 포토커플러(U3-A)를 구동시키므로, 상기 포토커플러(U3-B)를 통해 절연상태를 유지하면서 출력전류의 크고 작음에 대한 비교값은 역률보상 및 스위치IC(U1)로 전달된다.
여기서, 상기 제너다이오드(ZD3)는, 출력전압의 상한값을 정하기 위해 구비되며, 상기 저항(R22) 및 콘덴서(C9, C12)는, 상기 비교기(U2-B)의 출력이 발진하는 것을 방지하기 위해 구비된 회로구성이다.
여기서, 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)에서는, 정전류 출력이 필요할 경우에는 상기 저항(R12, R13)이 사용되지 않는다. 즉, 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)에서는 상기 저항(R12, R13)에 의해 상기 LED로의 출력은 정전력으로 출력되나, 상기 전류궤환부(140)가 상기 저항(R12, R13)이 구비되지 않은 상태에서 비교기(U2-B), 포토커플러(U3-A), 저항(R11, R14, R14, R15, R16 및 R22), 제너다이오드(ZD3), 콘덴서(C9, C12)로만 회로구성될 경우에는 상기 LED로의 출력은 정전류로 출력된다.
그러나, 부하로 사용된 다수의 LED의 경우에는 각각 순방향 전압(Forward Voltage)이 약간씩 다르기 때문에 정전류로 공급하게 되면 순방향 전압이 큰 LED는 휘도가 높을 것이고 순방향 전압이 낮은 LED는 휘도가 낮은 상태로 출력될 것이다.
따라서, 다수 개의 LED를 동시에 구동시킬 경우, 휘도의 미세한 차이가 문제될 경우가 있을 수 있을 뿐만 아니라, 기온에 따라 또는 LED를 장기간 사용했을 때 LED는 순방향 전압이 변화하게 되므로 항상 같은 휘도의 빛을 발산할 수 없게 된다.
이러한 문제점을 보완하기 위해, 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)에서는, 출력전류와 출력전압을 동시에 FEED BACK하는 정전력회로 구성을 채택하여, "궤환전압 = 전류출력 * 전압출력"을 구현하는 회로 구성은 상기 저항(R11, R12 및 R13)의 조합에 의해 가능한 것이다.
즉, 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)는, 전류궤환부(140)의 회로 구성으로 인하여 출력전압과 출력전류를 동시에 궤환받아 정전력을 구현할 있으며, 종래의 정전류 구현 방식과는 차별되는 기술적 특징이다.
상기 출력전류 감지부(160)는, 출력전류에 비례하여 저항(R2)의 양단에 발생하는 미세전압을 증복하여 전류궤환부(140)로 공급하는 회로 구성이다.
여기서, 상기 저항(R9, R10)의 값은 전류증폭기(U2-A)의 증폭도를 결정한다.
한편, 상기 초기 Vcc 전원공급부(170)는, 트랜지스터(Q1, Q2), 다이오드(D8, D13) 및 저항(R3, R17 및 R19)을 포함하여 구비되는 회로 구성으로서, 초기 구동시 상기 정류부(110)에서 정류된 전류는 상기 저항(R3), 트랜지스터(Q2) 및 다이오드(D13)를 통해 상기 스위칭회로부(120)의 콘덴서(C13)에 충전되어 상기 역률보상 및 스위치IC(U1)에 공급된다.
여기서, 상기 초기 구동시는 상기 트랜지스터(Q3)가 스위칭 동작하기 전의 초기단계를 의미한다.
따라서, 상기 트랜지스터(Q3)가 스위칭 동작하기 전에는 트랜스포머(T1)의 2차전압이 없는 상태이기 때문에, 상기 정류부(110)에서 정류된 300V 맥류전압으로 역률보상 및 스위치IC(U1)의 Vcc전원이 공급되는 것이다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)에 상기 초기 Vcc 전원공급부(170)의 회로 구성이 존재하지 않을 경우에는, 약 0.6W 정도의 전력손실이 발생하여 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
이러한 전력손실은 아래의 [수학식 1]과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 1]
저항(R3)의 손실전력 = E2 / R = (220V - 12V)2 = 0.636W
(여기서, 220V는 300V 맥류전압의 실효값, 12V는 트랜스포머(T1)의 T1-9단자의 출력으로 인해 발생한 역률보상 및 스위치IC(U1)의 Vcc 전압)
여기서, 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)의 회로구성에서는 상기 저항(R3)의 값이 증가하게 되면 상기 손실전력을 감소하게 되지만 상기 저항(R3)의 값이 커지면 저항(R3)과 콘덴서(C13)의 시정수 값이 증가하여 초기 구동시간이 길어지는 단점이 있기 때문에 상기 저항(R3)의 값을 증가시키는 데에는 한계가 있기 때문에 100Kohm 이내로 사용하는 것이 바람직하다. 참고로, 상기 저항(R3)이 100Kohm일 경우에 손실전력은 약 0.43W가 된다.
한편, 도 4와 같이, 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)에 초기 Vcc 전원공급부(170)의 회로구성이 구비되면, 초기 구동시 트랜스포머(T1)의 T1-9단자의 출력이 없게되므로 상기 트랜지스터(Q1)는 OFF되고 트랜지스터(Q2)는 ON이 된다.
또한, 상기 트랜지스터(Q2)가 ON이 되면, 콘덴서(C13)는 저항(R3), 트랜지스터(Q2) 및 다이오드(D13)를 통해 흐른 전류로 충전되어 역률보상 및 스위치IC(U1)가 가동될 수 있는 일정전압 이상이 되면 상기 역률보상 및 스위치IC(U1)가 작동하게 된다.
이때의 소비전력은 약 0.65W가 되나, 이후 상기 역률보상 및 스위치IC(U1)가 구동하게 되면 상기 트랜스포머(T1)의 T1-9단자로부터 출력전압이 나오게 되어 트랜지스터(Q1)이 ON이 되고 트랜지스터(Q2)는 OFF가 되기 때문에, 상기 저항(R3)을 통해 흐르는 전류는 0(Zero)가 되므로 상기 저항(R3)에 의한 손실전력은 0W가 된다.
단, 이때 저항(R17)에 흐르는 전류에 의해 손실전력이 발생하게 되는데, 이때의 손실전력은 아래의 [수학식 2]와 같다.
[수학식 2]
저항(R17)의 손실전력 = E2 / R = (220V)2 / 1Mohm = 0.048W
(여기서, 220V는 300V 맥류전압의 실효값)
따라서, 초기 Vcc 전원공급부(170)가 구비된 회로구성(도 4)과 초기 Vcc 전원공급부(170)가 구비되지 않은 회로구성(도 5)의 손실전력 차이는 아래와 같이 0.588W의 효율 향상이 발생하는 것이다.
손실전력 차이 = (저항(R3)의 손실전력 : 0.636) - (저항(R17)의 손실전력 : 0.048) = 0.588W
결국, 일반적으로 통상적인 형광등 대용의 LED등의 전력이 13W이므로 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)에서는 약 4.5%의 효율이 개선되는 것이다. 이는 고효율 LED등의 조건에 부합하려면 효율이 85% 이상이어야 하는데, 종래의 LED등 제품 들이 모두 80% 초반에 머무르고 있는 점을 고려해 볼 때, 4.5%의 효율향상은 주목할만한 수치이다.
즉, 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)는, 상기 초기 Vcc 전원공급부(170)의 회로구성을 통해, 초기 구동시에만 전력소모가 발생하고 초기 구동 이후에는 전력소모가 없도록 구현함으로써 효율을 극대화할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 LED 전원공급 장치(100)의 구성을 통해, 본 발명에 따른 LED 전원공급 장치(100)에 의하면, 1,2차 절연과 전압강하의 기본기능은 동일하게 실현하면서 역률보상 기능과 정전류 기능을 동시 구현이 가능함은 물론, 회로를 구성하는 구성품(IC)이 줄어들기 때문에 제품비용이 절감되는 효과를 구현할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 역률보상 회로(Power Factor Correction Circuit, 11)와 정전류 회로(Constant Current Circuit, 12)가 함께 구비된 종래의 전원공급 장치(10)의 회로도,
도 2는 역률보상 회로(11)를 대체하여 밸리-필 정류회로(Valley-Fill Current Shaper, 21)가 구비된 종래의 전원공급 장치(20)의 회로도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 LED 전원공급 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도,
도 4는 도 3의 LED 전원공급 장치(100)의 구성을 상세하게 나타낸 회로도,
도 5는 도 3의 LED 전원공급 장치(100)에 초기 Vcc 전원공급부(170)가 구비되지 않은 구성을 나타낸 회로도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...LED 전원공급 장치 110...정류부
120...스위칭회로부 130...전력변환부
140...전류궤환부 150...측정전압 평활부
160...출력전류 감지부 170...초기 Vcc 전원공급부

Claims (7)

  1. 입력전압을 정류하는 정류부(110);
    정류된 입력전압과 입력전류의 위상 및 파형이 같아지도록 제어하여 역률을 보상하며, 출력전류 감지부(160)에서 보내진 정보를 받아 궤환하여 출력전류를 일정하게 유지하는 스위칭회로부(120);
    상기 스위칭회로부(120)로부터 받은 스위칭 출력에 따라 트랜지스터(Q3)가 ON/OFF를 반복하여 트랜스포머(T1)에 유도전력을 생성하며, LED를 구동하기 위한 전력과 상기 스위칭회로부(120)의 역률보상 및 스위칭IC(U1)에 Vcc전원을 공급하는 전력변환부(130);
    상기 출력전류 감지부(160)에서 받은 전압과 기준전압을 비교한 결과값을 포토커플러(U3-B)를 통해 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)로 전달하는 전류궤환부(140);를 포함하며,
    상기 출력전류 감지부(160)는, 출력전류에 비례하여 저항(R8)의 양단에 발생하는 미세전압을 증폭하여 상기 전류궤환부(140)로 공급하는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전력변환부(130)는,
    트랜지스터(Q3), 트랜스포머(T1), 제너다이오드(ZD1) 및 다이오드(D6)를 포함하여 구비되되,
    상기 제너다이오드(ZD1) 및 다이오드(D6)는, 상기 트랜스포머(T1)의 역기전압에 의해 상기 트랜지스터(Q3)가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호회로(SNUBBER 회로) 구성인 것을 특징으로 하는 LED 전원공급 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전류궤환부(140)는,
    비교기(U2-B), 포토커플러(U3-A), 저항(R11, R12, R13, R14, R15, R16 및 R22), 제너다이오드(ZD3) 및 콘덴서(C9, C12)를 포함하여 구비되되,
    상기 출력전류 감지부(160)의 전류증폭기(U2-A)로부터 상기 저항(R11)을 통해 공급된 전압과 저항(R14, R15)의 값에 의해 정해진 기준전압을 비교하고,
    상기 제너다이오드(ZD3)는, 출력전압의 상한값을 정하기 위해 구비되며,
    상기 저항(R22) 및 콘덴서(C9, C12)는, 상기 비교기(U2-B)의 출력이 발진하는 것을 방지하기 위해 구비되는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전류궤환부(140)가 비교기(U2-B), 포토커플러(U3-A), 저항(R11, R14, R15, R16 및 R22), 제너다이오드(ZD3) 및 콘덴서(C9, C12)로 구비될 경우에는,
    정전류가 출력되는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭회로부(120)는,
    역률보상 및 스위칭IC(U1), 포토커플러(U3-B), 저항(R1, R2, R4, R5, R6 및 R7), 콘덴서(C10, C11, C13) 및 다이오드(D5)를 포함하여 구비되되,
    출력전류가 증가할 경우, 상기 포토커플러(U3-B)는 도통상태로 되어 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 FEED/BACK 전압이 증가되고, 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 PWM WIDTH가 감소되어 상기 출력전류의 증가를 억제하며,
    출력전류가 감소할 경우, 상기 포토커플러(U3-B)이 절연상태로 되어 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 FEED/BACK 전압이 감소되고, 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)의 PWM WIDTH가 증가되어 상기 출력전류의 감소를 억제하여 상기 출력전류를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 스위칭회로부(120)는,
    상기 트랜스포머(T1)의 전압을 상기 다이오드(D5)로 반파정류하며, 상기 콘덴서(C13)로 평활한 후 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)에 Vcc 전원으로 공급하는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급 장치.
  7. 제 1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    트랜지스터(Q1, Q2), 다이오드(D8, D13) 및 저항(R3, R17 및 R19)을 포함하여 구비되는 초기 Vcc 전원공급부(170)를 더 포함하며,
    초기 구동시 상기 정류부(110)에서 정류된 전류는 상기 저항(R3), 트랜지스터(Q2) 및 다이오드(D13)를 통해 상기 스위칭회로부(120)의 콘덴서(C13)에 충전되 어 상기 역률보상 및 스위칭IC(U1)에 공급되는 것을 특징으로 하는 LED 전원공급 장치.
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