WO2020111315A1 - 절연타입 led 디밍 컨버터 - Google Patents

절연타입 led 디밍 컨버터 Download PDF

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김용성
서봉완
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주식회사 아이레즈
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B44/00—Circuit arrangements for operating electroluminescent light sources

Definitions

  • LEDs have high illumination, low power consumption, semi-permanent lifespan, and have various advantages such as eco-friendly and emotional lighting.
  • the converter is a power supply that converts and supplies commercial power to the rated power required for lighting.
  • the converter for LEDs generally includes a PWM unit for switching a transformer and a transformer in a PWM method to convert commercial power to rated power, and may further include an oscillating unit for improving power factor of commercial power while energy efficiency is emphasized.
  • a converter with a dimming function capable of adjusting the brightness of the LED light that is, adjusting the power consumption of the LED, has been released according to ambient light or user's selection.
  • dimming may be performed at the front end or the rear end based on the transformer, and each has advantages and disadvantages.
  • the suppressor since the voltage that the suppressor can withstand is limited, the suppressor is shorted by an abnormal oscillation accompanied by a voltage above the limiting voltage of the suppressor, and as a result, the input voltage (for example, 350V) remains the converter circuit. This results in destruction of PFC ICs for power factor improvement.
  • An object of the present invention is to provide an LED dimming converter that can stably operate against an abnormal oscillation.
  • the rectifying unit for rectifying the input power; A transformer for transforming the pulsating power output from the rectifying unit; A clamping part connected in parallel to the primary side of the transformer for impedance matching with the transformer; And a switching unit switching a voltage applied to the primary side of the transformer according to the control signal of the oscillating unit, wherein the clamping unit comprises: an impedance matching filter; An overvoltage suppressor diode connected in series in the forward direction to the impedance matching filter; And a switching diode connected in the reverse direction to the overvoltage suppressor diode.
  • the impedance matching filter may be composed of a resistor or a resistor and a capacitor connected in parallel.
  • the impedance matching filter can be used to provide a stable dimming operation against the abnormal oscillation and prevent circuit breakage.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an LED dimming converter according to the present invention.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an LED dimming converter according to the present invention.
  • the ED dimming converter ultimately receives the commercial power Vin and outputs Vout, and includes a rectifying unit 110, a clamping unit 120, an oscillating unit 130, a switching unit 150, and a transformer 140.
  • the rectifying unit 110 is composed of bridge diodes D1 to D4, and performs full-wave rectification of commercial input power.
  • the clamping unit 120 performs an impedance matching function with the transformer 140, and a transient voltage supressor diode, 124, TVS connected in series in the forward direction to the impedance matching filter 121 and the impedance matching filter 121 Diode) and the switching diode 126 connected in reverse direction to the overvoltage suppressor diode 124 are configured in series.
  • the impedance matching filter 121 may be composed of a resistor 122 or a resistor 122 and a capacitor 123 connected in parallel.
  • the node 111 outputting the “rectified” input voltage Vinr of the rectifying unit 110 includes a resistor 122 and one end of the capacitor 123 and a transformer ( 140) is connected to one terminal of the primary winding P.
  • the other end of the resistor 122 and the capacitor 123 connected in parallel is connected to the positive electrode of the TVS diode 124, and the negative electrode of the TVS diode 124 is connected to the negative electrode of the switching diode 126.
  • the TVS diode 124 performs an overvoltage blocking function
  • the switching diode 126 performs a fast recovery function
  • the other terminal of the primary winding P of the transformer 140 is connected to the anode of the switching diode 126 at the node 127 and the drain of the switching FET 150.
  • the oscillation unit 130 is composed of a power factor correction IC to provide a square wave switching signal to the switching unit 150.
  • the switching unit 150 may be composed of a switching FET, gate-controlled by a square wave output signal from the oscillator 130, and the drain as described above, the anode and the transformer 140 of the switching diode 126 at the node 127 ) Is connected to the other terminal of the primary winding P, and the source is connected to ground.
  • the transformer 140 converts it to a predetermined voltage ratio by the number of turns and outputs it.
  • the switching FET 150 is turned on so that the abnormal oscillation voltage generated in the transformer 140 is the switching FET 150. Passes through and exits to ground.
  • the switching FET 150 when a low signal is applied to the gate of the switching FET 150 by the oscillation unit 130, the switching FET 150 is turned off, and the abnormal oscillation voltage generated in the transformer 140 is the switching diode 126 ) Is applied to the TVS diode 124.
  • the circuit may be destroyed by applying the high voltage input power to the internal circuit including the oscillator 130 as it is.
  • the impedance matching filter 121 connected in series to the TVS diode 124 covers the abnormal oscillation voltage to prevent the TVS diode 124 from being shorted.
  • the present invention in manufacturing the LED dimming converter, by performing dimming at the front end of the transformer, the existing dimming-related device can be used as it is, and the circuit is easy to implement. It has the advantage of being able to prevent the destruction of the present invention, the present invention is a technology that can be widely used in the field of LED lighting and electrical and electronic industry to realize its practical and economical value.

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Abstract

입력전원을 정류하는 정류부; 정류부에서 출력되는 맥류전원을 변압하는 트랜스포머; 트랜스포머와의 임피던스 매칭을 위해 트랜스포머의 1차측에 병렬로 연결되는 클램핑부; 및 발진부의 제어신호에 따라 트랜스포머의 1차측에 걸리는 전압을 스위칭하는 스위칭부를 포함하며, 상기 클램핑부는 정류부의 출력단에 연결되는 임피던스 매칭 필터; 임피던스 매칭 필터에 순방향으로 직렬 연결되는 과전압 서프레서 다이오드; 및 양극이 트랜스포머의 1차측에 연결되어 역방향으로 과전압 억제 다이오드에 직렬 연결되는 스위칭 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 절연타입 LED 디밍 컨버터가 개시된다.

Description

절연타입 LED 디밍 컨버터
본 발명은 절연타입 LED 디밍 컨버터에 관한 것으로, 특히 트랜스포머 입력단에서 디밍이 이루어지도록 하는 기술에 관련한다.
LED는 조도는 높으면서도 소비전력은 적고 반영구적인 수명을 가지며, 친환경적이고 감성적 조명 등의 다양한 장점을 가지고 있어 최근 조명기구의 광원으로 대세를 형성하고 있다.
컨버터는 LED의 점등을 위해 상용전원을 입력 받아 점등에 필요한 정격전원으로 변환하여 공급하는 전원공급장치이다. LED용 컨버터는 일반적으로 상용전원을 정격전원으로 변환하기 위해 트랜스와 트랜스를 PWM 방식으로 스위칭하는 PWM부를 구비하며, 에너지 효율이 강조되면서 상용전원의 역률을 개선하는 발진부를 더 구비할 수 있다.
이와 함께, 에너지를 절감하기 위해서 주변의 조도나 사용자의 선택에 의해 LED 조명의 밝기를 조절할 수 있는, 즉, LED의 소비전력을 조절할 수 있는 디밍 기능을 갖춘 컨버터가 출시되고 있다.
통상, 디밍(dimming)은 트랜스포머를 기준으로 전단에서 수행되거나 후단에서 수행될 수 있는데, 각각 장단점을 갖는다.
트랜스포머의 후단에서 디밍을 수행하는 경우, 회로 구현이 쉬운 이점이 있는 반면, 가령 백열등이나 형광등에서 LED로 교체하는 경우 추가의 시설이 필요하다는 단점이 있다.
반면, 트랜스포머의 전단에서 디밍을 수행하는 경우, 기존에 설치된 디밍 관련장치를 그대로 이용할 수 있다는 이점이 있지만, 회로 구현이 어렵다는 단점이 있다.
그럼에도, 기존에 사용되는 램프를 LED 램프로 교체하는 것을 고려한다면, 트랜스포머의 전단에서 디밍을 수행하는 방식을 적용하는 것이 경제적이기 때문에 이와 관련된 LED 컨버터가 출시되고 있다.
기존에 출시되는 LED 컨버터를 보면, LED가 점등된 상태에서 디밍을 수행하는 경우, 튜티비가 가변함으로써 이상발진이 발생하는데, 이상발진을 커버하기 위해 과전압 서프레서(supressor)를 사용하고 있다.
그러나, 서프레서가 견딜 수 있는 전압은 한계가 있기 때문에 서프레서의 한계 전압 이상의 전압을 동반하는 이상발진에 의해 서프레서가 쇼트(short)되고, 그 결과 입력전압(가령, 350V)이 그대로 컨버터 회로에 걸려, 가령 역률개선을 위한 PFC IC 등이 파괴되는 결과를 가져온다.
본 발명의 목적은 이상 발진에 대해서도 안정적으로 동작할 수 있는 LED 디밍 컨버터를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 입력전원을 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 출력되는 맥류전원을 변압하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머와의 임피던스 매칭을 위해 상기 트랜스포머의 1차측에 병렬로 연결되는 클램핑부; 및 발진부의 제어 신호에 따라 상기 트랜스포머의 1차측에 걸리는 전압을 스위칭하는 스위칭부를 포함하며, 상기 클램핑부는, 임피던스 매칭 필터; 상기 임피던스 매칭 필터에 순방향으로 직렬 연결되는 과전압 서프레서 다이오드; 및 상기 과전압 서프레서 다이오드에 역방향으로 연결되는 스위칭 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 절연타입 LED 디밍 컨버터에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 임피던스 매칭 필터는 저항으로 구성되거나 병렬 연결된 저항과 커패시터로 구성될 수 있다.
상기한 구성에 의하면, 트랜스포머의 전단에서 디밍을 수행함으로써 기존에 설치된 디밍 관련장치를 그대로 이용할 수 있으면서 회로 구현이 용이하다는 이점을 갖는다.
또한, 이상 발진에 의한 전압이 과전압 서프레서 다이오드의 역방향 브레이크 다운전압을 초과하여도 임피던스 매칭 필터를 통하여 커버할 수 있어 이상 발진에 대해서도 안정적인 디밍 동작을 구현할 수 있고 회로의 파괴를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 디밍 컨버터를 나타내는 회로도이다.
<부호의 설명>
110: 정류부
120: 클램핑부
121: 임피던스 매칭 필터
130: 발진부
140: 트랜스포머
150: 스위칭부
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 디밍 컨버터를 나타내는 회로도이다.
ED 디밍 컨버터는 궁극적으로 상용전원 Vin을 수신하고 Vout을 출력하며, 정류부(110), 클램핑부(120), 발진부(130), 스위칭부(150) 및 트랜스포머(140)를 포함한다.
정류부(110)는 브릿지 다이오드 D1~D4로 구성되며, 상용 입력전원을 전파 정류한다.
클램핑부(120)는 트랜스포머(140)와의 임피던스 매칭 기능을 수행하며, 임피던스 매칭 필터(121)와 임피던스 매칭 필터(121)에 순방향으로 직렬 연결되는 과전압 서프레서 다이오드(transient voltage supressor diode, 124, TVS 다이오드라 함) 및 과전압 서프레서 다이오드(124)에 역방향으로 연결되는 스위칭 다이오드(126)가 직렬 연결되어 구성된다.
임피던스 매칭 필터(121)는 저항(122)으로 구성되거나, 병렬 연결된 저항(122)과 커패시터(123)로 구성될 수 있다.
클램핑부(120)의 연결관계를 구체적으로 설명하면, 정류부(110)의 "정류된" 입력 전압(Vinr)을 출력하는 노드(111)는 저항(122)과 커패시터(123)의 일단과 트랜스포머(140)의 1차 권선 P의 한 단자에 연결된다.
병렬 연결된 저항(122)과 커패시터(123)의 타단은 TVS 다이오드(124)의 양극에 연결되고, TVS 다이오드(124)의 음극은 스위칭 다이오드(126)의 음극에 연결된다.
여기서, TVS 다이오드(124)는 과전압을 차단하는 기능을 수행하고, 스위칭 다이오드(126)는 고속 스위칭(fast recovery) 기능을 수행한다.
한편, 트랜스포머(140)의 1차 권선 P의 다른 단자는 노드(127)에서 스위칭 다이오드(126)의 양극과 스위칭 FET(150)의 드레인에 연결된다.
발진부(130)는 역률개선용(Power Factor Correction) IC로 구성되어 구형파 스위칭 신호를 스위칭부(150)에 제공한다.
스위칭부(150)는 스위칭 FET로 구성될 수 있으며, 발진부(130)로부터의 구형파 출력신호에 의해 게이트 제어되고, 상기한 것처럼 드레인은 노드(127)에서 스위칭 다이오드(126)의 양극과 트랜스포머(140)의 1차 권선 P의 다른 단자에 연결되고, 소스는 접지에 연결된다.
이하, 상기와 같은 구성을 갖는 LED 디밍 컨버터의 동작에 대해 상세하게 설명한다.
대략 350V 정도의 전파 정류된 입력 전원(Vinr)이 노드(111)를 통하여 인가되면, 트랜스포머(140)를 통하여 권선수에 의해 기설정된 전압 비로 변환되어 출력된다.
이때, 디밍회로(미도시)를 통하여 디밍신호가 입력되면, 듀티비가 가변되면서 트랜스포머(140)의 1차 권선 P에서 이상 발진이 발생한다.
이때, 발진부(130)에 의해 스위칭 FET(150)의 게이트에 하이(high) 신호가 인가되면 스위칭 FET(150)가 온(ON) 되어 트랜스포머(140)에서 발생한 이상 발진전압은 스위칭 FET(150)를 통과하여 접지로 빠져나간다.
그러나, 발진부(130)에 의해 스위칭 FET(150)의 게이트에 로우(low) 신호가 인가되면 스위칭 FET(150)가 오프(OFF) 되고, 트랜스포머(140)에서 발생한 이상 발진전압은 스위칭 다이오드(126)를 통하여 TVS 다이오드(124)에 인가된다.
이때, 이상 발진전압이 TVS 다이오드(124)의 역방향 브레이크 다운전압(reverse breakdown voltage)보다 클 경우 TVS 다이오드(124)는 쇼트되고, 그 결과 트랜스포머(140)를 통한 입력 전압의 변환이 수행될 수 없을 뿐만 아니라 고전압의 입력 전원이 그대로 발진부(130)를 포함한 내부 회로에 인가됨으로써 회로가 파괴될 수 있다.
그러나, TVS 다이오드(124)에 직렬로 연결된 임피던스 매칭 필터(121)가 이상 발진전압을 커버함으로써 TVS 다이오드(124)가 쇼트되는 것을 방지한다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해 해석되어야 한다.
본 발명에 따르면, LED 디밍 컨버터를 제조함에 있어서, 트랜스포머의 전단에서 디밍을 수행함으로써 기존에 설치된 디밍 관련장치를 그대로 이용할 수 있으면서 회로 구현이 용이하며, 이상 발진에 대해서도 안정적인 디밍 동작을 구현할 수 있고 회로의 파괴를 방지할 수 있다는 이점을 갖는바, 본 발명은 LED 조명 및 전기전자 산업분야에서 널리 이용하여 그 실용적이고 경제적인 가치를 실현할 수 있는 기술이다.

Claims (2)

  1. 입력전원을 정류하는 정류부;
    상기 정류부에서 출력되는 맥류전원을 변압하는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머와의 임피던스 매칭을 위해 상기 트랜스포머의 1차측에 병렬로 연결되는 클램핑부; 및
    발진부의 제어신호에 따라 상기 트랜스포머의 1차측에 걸리는 전압을 스위칭하는 스위칭부를 포함하며,
    상기 클램핑부는,
    임피던스 매칭 필터;
    상기 임피던스 매칭 필터에 순방향으로 직렬 연결되는 과전압 서프레서 다이오드; 및
    상기 과전압 서프레서 다이오드에 역방향으로 연결되는 스위칭 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 절연타입 LED 디밍 컨버터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭 필터는 저항으로 구성되거나 병렬 연결된 저항과 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 절연타입 LED 디밍 컨버터.
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