KR100767385B1

KR100767385B1 - 조명 구동장치 및 그 회로

Info

Publication number: KR100767385B1
Application number: KR1020060076391A
Authority: KR
Inventors: 윤재필
Original assignee: 주식회사 엠앤씨라이팅; (주)시앤텍
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2026-08-11
Also published as: KR20060098345A

Abstract

본 발명은 조명 구동장치 및 그 회로에 관한 것으로, 교류입력부에서 교류전압을 입력받아 직류전압으로 정류하는 정류부(10)와; 상기 정류부(10)에서 발생되는 미세한 누설전류가 DC부하(80)로 흐르는 것을 차단하는 저전압검출부(20)와; 상기 DC부하(80)에 입력전압의 변동에 따른 일정한 출력을 위하여 전압의 변동에 따른 전류의 특성을 변화시키는 고전압검출부(30)와; 주위온도의 상승시 LED의 밝기가 저하되는 것을 방지하고, 전류를 온도변화에 따라 상승시켜 밝기를 일정하게 유지 및 과전류를 차단하는 주위환경검출부(40)와; 전류를 전압으로 변환 및 전압을 검출하여, 음극과 양극의 전압을 제어하는 전류검출부(50)와; 상기 저전압검출부(20)와 고전압검출부(30), 주위환경검출부(40) 및 전류검출부(50)의 값을 받아 DC부하(80)를 제어하는 환경제어부(60)와; 상기 제어된 전압을 트랜지스터(FET)의 게이트를 통하여 Drain과 Source의 전류를 제어하는 구동부(70)와; 상기 구동부(70)에 의해 LED를 제어하는 DC부하(80)를 포함한다. 따라서, 주위온도의 상승시 LED의 밝기가 저하되는 것을 방지하고, 전류를 온도변화에 따라 상승시켜 밝기를 일정하게 유지 및 과전류를 차단하는 효과가 있다.

정류부, 전압검출부, 전류검출부, DC부하, 구동부

Description

조명 구동장치 및 그 회로{Apparatus And Circuit For Lighting}

도 1은 종래의 스위칭레귤레이터(SMPS)의 원리도.

도 2는 종래의 SMPS 방식의 LED 주위 온도대 밝기의 변화를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 조명 구동장치의 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 조명 구동장치의 검출부 실시예.

도 5는 본 발명에 따른 조명 구동장치의 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 정류부 20 : 저전압검출부

30 : 고전압검출부 40 : 주위환경검출부

50 : 전류검출부 60 : 환경제어부

70 : 구동부 80 : DC부하

본 발명은 조명 구동장치 및 그 회로에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 에너지 절감과 환경오염을 방지하기 위하여 형광 및 할로겐전구를 LED로 대체하기 위한 조명 구동장치 및 그 회로에 관한 것이다.

도 1은 종래의 스위칭레귤레이터(SMPS)의 원리도로써, 입력되는 교류전원을 정류부에서 교류를 직류로 변환하고, 펄스폭제어회로는 귀환증폭기의 출력을 포토커플러로 받고, 펄스폭 제어회로는 LED부하 전압이 높은 경우 펄스폭을 좁게하고, LED부하 전압이 낮은 경우 펄스폭을 넓게 한다. 상기와 같이 제어된 펄스폭으로 트랜지스터를 구동하고, 이 펄스 폭에 비례한 펄스를 변압기에 부여하여 LED부하에 전압을 일정하게 유지한다.

그러나, 상기와 같은 구성의 SMPS 안정기는 스위칭과정에서 전자파 잡음을 많이 유발하고, LED를 직렬과 병렬로 조합시 LED의 순방향 전압은 부품 개별적으로 2.0V에서 2.5V까지의 오차를 가지고 있어서 부하전류1과 부하전류2에 흐르는 전류가 상이하여 각각의 LED에 밝기가 일정하지 못하고, LED의 순방향 전압이 낮은 부품으로 구성된 LED의 선로는 과전류가 유입되어 수명이 단축되고, 순방향 전압이 높은 LED로 구성된 선로는 전류의 양이 적어서 밝기가 약하다.

따라서, SMPS 방식을 적용하면 제조시에 LED 개별의 순방향 전압을 검사하여 동일한 특성을 지닌 LED만으로 조합해야하는 불편함이 있다.

도 2는 LED 주위 온도대 밝기의 변화를 나타낸 도면으로, LED에 일정한 전류를 인가하는 조건에서 주위온도가 상승하면 밝기가 저하되는 것이 일반적인 조명용 LED의 특성이므로, 기존 SMPS 방식의 LED안정기는 온도의 상승에 따라 밝기가 저하되는 현상이 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 솔리드스테이트 릴레이(Solid State Relay)로 스위칭되는 교류입력부에서 발생되는 미세한 누설전류가 DC부하로 흐르는 것을 차단하고, 상기 DC부하에 입력전압의 변동에 따른 일정한 출력(LED 조도)을 위하여 전압의 변동에 따른 전류의 특성을 변화시키는 조명 구동장치 및 그 회로를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적으로는 주위온도의 상승시 LED의 밝기가 저하되는 것을 방지하고, 전류를 온도변화에 따라 상승시켜 밝기를 일정하게 유지 및 과전류를 차단하고, 전류를 전압으로 변환 및 전압을 검출하여, 음극(Cathode)과 양극(Anode)의 전압을 제어하는 조명 구동장치 및 그 회로를 제공한다.

목적을 달성하기 위한 구성으로는,

교류입력부에서 교류전압을 입력받아 직류전압으로 정류하는 정류부와; 상기 정류부에서 발생되는 미세한 누설전류가 DC부하로 흐르는 것을 차단하는 저전압검출부와; 상기 DC부하에 입력전압의 변동에 따른 일정한 출력(LED 조도)을 위하여 전압의 변동에 따른 전류의 특성을 변화시키는 고전압검출부와; 주위온도의 상승시 LED의 밝기가 저하되는 것을 방지하고, 전류를 온도변화에 따라 상승시켜 밝기를 일정하게 유지 및 과전류를 차단하는 주위환경검출부와; 전류를 전압으로 변환 및 전압을 검출하여, 음극(Cathode)과 양극(Anode)의 전압을 제어하는 전류검출부와; 상기 저전압검출부와 고전압검출부, 주위환경검출부 및 전류검출부의 값을 받아 DC부하를 제어하는 환경제어부와; 상기 제어된 전압을 트랜지스터(FET)의 게이트(Gate)를 통하여 Drain과 Source의 전류를 제어하는 구동부와; 상기 구동부에 의해 LED를 제어하는 DC부하를 포함한다.

본 발명의 다른 특징으로서, 상기 환경제어부는 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)를 사용한다.

본 발명의 또 다른 특징으로서, 전원공급부(CON1)로부터 교류전원이 입력되어 과전류를 차단하는 FUSE와 교류전원을 직류전원으로 정류하는 브릿지다이오드(D1)가 연결되고, 상기 브릿지다이오드(D1)의 출력단에는 미세전류를 차단하는 다이악(ZD1)과 전압의 변동에 따른 전류의 특성을 변화시키는 저항(R11)이 병렬 연결되어 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)와 연결되고, 상기 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)에는 주위온도에 따른 LED 밝기를 제어하는 써미스터(TH1,TH2)와 전압을 제어하는 저항(R8)과 바리스터(VR2)가 연결되어 제어된 전압을 게이트를 통하여 Drain과 Source의 전류를 제어하는 FET(Q1)과 연결되어 LED(CON2)와 연결된다.

도 3은 본 발명에 따른 조명 구동장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 조명 구동장치의 검출부 실시예이고, 도 5는 본 발명에 따른 조명 구동장치의 회로도이다.

이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 조명 구동장치의 구성도로써, 정류부(10)와 저전압검출부(20), 고전압검출부(30), 주위환경검출부(40), 전류검출부(50), 환경제어부(60), 구동부(70) 및 DC부하(80)로 구성된다.

상기 정류부(10)는 솔리드스테이트 릴레이(Solid State Relay)로 스위칭되는 교류입력부에서 교류전압을 입력받아 직류전압으로 정류하고, 상기 저전압검출부(20)는 DIAC 또는 TNR 등의 소자를 사용하여 부하의 전류 특성에 따른 교류입력부의 스위칭부에 솔리드스테이트 릴레이(Solid State Relay)를 적용시 누설 전류가 발생하여 DC부하(80)에 미세한 전류가 흐르게 되는데, 이를 방지하기 위하여 AC150V에서는 전류검출부(50)에 전압공급을 차단하게 되고, 상기 고전압검출부(30)는 상기 DC부하(80)에 입력전압의 변동에 따른 일정한 출력(LED 조도)을 위하여 전압의 변동에 따른 전류의 특성을 도 4와 같이 변화시킨다.

상기 주위환경검출부(40)는 LED는 온도변화에 따른 밝기가 변하는 특성을 가지고 있어, 주위온도가 상승하면 밝기가 저하되는데, 이를 방지하기 위하여 TH1(Thermistor)를 설치하여 전류를 온도변화에 따라 상승시켜 밝기를 일정하게 유지하고, 주위온도가 제품의 사용 가능온도 이상으로 상승시 TH2가 동작하여 과전류를 차단하게 된다.

상기 전류검출부(50)는 저항(R8)에 흐르는 전류를 전압으로 변환하여 D3(Programmable Shunt Regulator)의 Refernce에서 전압을 검출하여 음극과 양극의 전압을 제어하고, 상기 환경제어부(60)는 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)를 사용하여 전압검출부(20)와 고전압검출부(30), 주위환경검출부(40) 및 전류검출부(50)의 값을 받아 DC부하(80)를 제어하고, 상기 구동부(70)는 환경제어부(60)에서 제어된 전압을 게이트(Gate)를 통하여 Drain과 Source의 전류를 제어하고, 상기 DC부하(80)는 구동부(70)에 의해 LED를 제어하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 조명 구동장치의 회로도로써, 전원공급부(CON1)로부터 교류전원이 입력되어 과전류를 차단하는 FUSE와 교류전원을 직류전원으로 정류하는 브릿지다이오드(D1)가 연결되고, 상기 브릿지다이오드(D1)의 출력단에는 미세전류를 차단하는 다이악(ZD1)과 전압의 변동에 따른 전류의 특성을 변화시키는 저항(R11)이 병렬 연결되어 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)와 연결되고, 상기 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)에는 주위온도에 따른 LED 밝기를 제어하는 써미스터(TH1,TH2)와 전압을 제어하는 저항(R8)과 바리스터(VR2)가 연결되어 제어된 전압을 게이트를 통하여 Drain과 Source의 전류를 제어하는 FET(Q1)과 연결되어 LED(CON2)와 연결된다.

본 발명은 LED부하에 흐르는 전류를 제어함으로서 LED조명에 밝기 및 LED를 보호하는 회로로, 교류전원을 직류로 변환하는 정류다이오드(D1)을 설치하여 교류전원을 맥류로 변화시켜 주회로에 전원을 공급한다.

상기 교류입력부의 스위칭을 솔리드스테이트 릴레이(Solid State Relay)로 사용할 때 발생되는 누설전류에 의한 오동작을 방지하기 위해서, 릴레이 자체의 누설전류에 의해 LED에 미세한 전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 다이악(ZD1)을 구성하고, 저항(R18)과 저항(R6)의 분배된 전압에 의해서 다이악(ZD1)에 항복전압(Breakdown)이 도달하면 LED구동용 트랜지스터(FET1)의 게이트(Gate)에 전류를 공급하여 상기 트랜지스터(FET1)의 드레인(Drain)과 소스(Source)간이 도통되어 LED에 전류가 흘러서 LED가 점등된다. 그러나 입력전압이 저항(R18)과 저항(R6) 및 다이악(ZD1)의 항복전압에 의해 누설전류 차단 전압(V-cut)은 아래의 수학식1에 의해 결정되고, 본 발명에서는 AC130V로 정하고 있다.

Vcut : 누설전류차단전압(V),

Vin : 전원 입력 전압(V),

Vbk : 다이악(Diac)의 항복전압(V)이다.

주위 밝기에 의한 LED의 밝기 조정은 LED구동용 트랜지스터(FET1)의 에너지가 클수록 저항값이 낮게 되며, 본 발명에서는 LED구동용 트랜지스터(FET1)의 게이트(Gate)에 전압을 Cds 광도전 셀(Cds Phontoconducive Cells)과 저항(R16, R6) 및 다이악(ZD1)의 조합으로 도통각을 가변하여, LED 밝기를 주위의 밝기에 따라 능동적으로 조절하도록 한다.

상기 Cds 광도전 셀(Cds Phontoconducive Cells 이하 CDS라 칭함)은 황화카드뮴분말과 약간의 불순물을 자기(磁器) 또는 유리 기판위에 도포한 다음 이것을 500~700℃로 가열하여 소결한 소자로서, 내부 전기저항이 입사광 에너지에 대응하여 변화하므로, 입사광 에너지가 클수록 저항값이 낮게 된다.

상기 주위의 밝기가 밝으면 제품의 외부에 설치된 CDS에 입사 광량이 증가하고, 광량의 변화에 따라 CDS의 전기 저항값이 낮아지고, CDS의 저항값이 낮아지면 저항(R16) 및 CDS와 병렬로 설치된 저항(R6)의 전압분배에 따라 다이악(ZD1)의 항 복전압이 도달하지 못하면 LED구동용 트랜지스터(FET1)의 게이드(Gate)에 전압이 인가되지 못하여 트랜지스터(FET1)에 드레인(Drain)과 소스(Source)간에 전류를 차단한다.

또한, 주위의 밝기가 어두워지면 CDS에 입사 광량이 감소하고, CDS의 저항값이 높아지면, 저항(R16) 및 CDS와 병렬로 설치된 저항(R6)의 전압분배에 따라 다이악(ZD1)의 항복전압이 도달하고 LED구동용 트랜지스터(FET1)의 게이트(Gate)에 전압이 인가되어 트랜지스터(FET1)에 드레인(Drain)과 소스(Source)간에 전류가 흐른다. 주위의 밝기에 따라 LED의 발광량은 CDS에 입사되는 광량에 따라 다이악(ZD1) 전압이 변화하여 트랜지스터(FET1)를 위상제어 할 수 있다.

주위온도 변화에 따른 LED밝기 조정은 LED에 일정한 전류를 흐르게 하면 주위의 온도에 따라 밝기가 부(-)의 특성으로 온도가 올라가면 LED의 밝기가 저하됨을 알 수 있으며, 본 발명에서는 주위온도 변화에 따른 LED의 밝기를 일정하기 유지하기 위하여 써미스터(TH2)를 적용하는데, 다이오드(D1)에 의해 전파 정류된 맥류전원이 LED부하에 트랜지스터(FET1)의 드레인(Drain)과 소스(Source) 및 저항(R8)을 통하여 폐회로가 형성되어 전류가 흐르게 되며, LED에 흐르는 전류는 저항(R8)과 병렬 형성된 저항(R14, VR2, R7 등)에 비하여 매우 적으면 저항(R8)에 흐르는 전류(I-load)와 같다고 볼 수 있다.

상기 저항(R8) 양단에 흐르는 전류(I-load)에 비례하는 전압(VR8)이 발생하고, 상기 전압(VR8)은 션트 레귤레이터(Shunt Regulator; SR1)의 REF(Reference)에 저항(R14, VR2, R2 등)을 통하여 전압(Vref)에 인가되고, LED부하에 흐르는 전류는 수학식 2에 의해 결정된다.

Iload : LED부하에 전류,

R8 : 전류검출저항,

Vref : 션트레귤레이터의 기준전압이다.

상기 수학식 2에서 LED부하에 흐르는 전류는 저항(R8)에 반비례하고, 본 발명에서는 저항(R8)에 병렬로 저항(R14, VR2, R7)과 온도 변화에 따라 부(-)의 저항온도계수 특성이 있는 써미스터(TH2)를 설치하여 주위의 온도가 상승하면 써미스터(TH2)와 직,병렬로 구성된 저항(R18, R14, R7, VR2, R8)에 합성저항이 감소하여 수학식 2에서 저항(R8)의 값이 적어지며, 그에따라 온도가 상승하면 LED부하에 전류를 상승시켜 LED에 밝기를 온도의 변화에 따라 불변한다.

입력전압 변동에 따른 LED밝기의 변화 보정은 입력전압이 상승하면 누설전류에 의한 오동작 방지회로 및 주위 밝기에 의한 LED의 밝기조정회로에서 설명된 다이악(ZD1)의 차단 위상이 지연되어 LED부하에 흐르는 전류는 변화가 없으나 LED의 구동 위상각이 크게되어 LED가 정격전압에 비하여 밝아지는 현상이 있다.

따라서, 본 발명에서는 입력전압 감지를 위하여 저항(R11)을 설치하고, 상기 저항(R11)에 교류전원을 다이오드(D1)에서 정류된 맥류전압을 저항(VR2, R2)을 통하여 션트레귤레이터(SR)의 입력단자에 전압을 공하고, 상기 션트레귤레이터(SR)의 입력단자에 인가되는 전압은 전원 전압감지 저항(R11)에 전압과 LED부하에 흐르는 전류를 감지하는 저항(R8)의 전압이 합성되어 지고, 이로써 션트레귤레이터(SR)에 의해 제어되는 LED의 전류는 전압이 상승하면 LED에 도통각은 커지나 전류는 감소되어 밝기 및 실효값의 소비전류는 일정하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 솔리드스테이트 릴레이(Solid State Relay)로 스위칭되는 교류입력부에서 발생되는 미세한 누설전류가 DC부하로 흐르는 것을 차단하고, 상기 DC부하에 입력전압의 변동에 따른 일정한 출력(LED 조도)을 위하여 전압의 변동에 따른 전류의 특성을 변화시키는 효과가 있다.

또한, 주위온도의 상승시 LED의 밝기가 저하되는 것을 방지하고, 전류를 온도변화에 따라 상승시켜 밝기를 일정하게 유지 및 과전류를 차단하고, 전류를 전압으로 변환 및 전압을 검출하여, 음극(Cathode)과 양극(Anode)의 전압을 제어하는 효과가 있다.

Claims

조명 구동장치에 있어서,

교류입력부에서 교류전압을 입력받아 직류전압으로 정류하는 정류부(10)와;

상기 정류부(10)에서 발생되는 미세한 누설전류가 DC부하(80)로 흐르는 것을 차단하는 저전압검출부(20)와;

상기 DC부하(80)에 입력전압의 변동에 따른 일정한 출력(LED 조도)을 위하여 전압의 변동에 따른 전류의 특성을 변화시키는 고전압검출부(30)와;

주위온도의 상승시 LED의 밝기가 저하되는 것을 방지하고, 전류를 온도변화에 따라 상승시켜 밝기를 일정하게 유지 및 과전류를 차단하는 주위환경검출부(40)와;

전류를 전압으로 변환 및 전압을 검출하여, 음극(Cathode)과 양극(Anode)의 전압을 제어하는 전류검출부(50)와;

상기 저전압검출부(20)와 고전압검출부(30), 주위환경검출부(40) 및 전류검출부(50)의 값을 받아 DC부하(80)를 제어하는 환경제어부(60)와;

상기 제어된 전압을 트랜지스터(FET)의 게이트(Gate)를 통하여 Drain과 Source의 전류를 제어하는 구동부(70)와;

상기 구동부(70)에 의해 LED를 제어하는 DC부하(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 구동장치.
제 1항에 있어서,

상기 환경제어부(60)는 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)를 사용하는 것을 특징으로 하는 조명 구동장치.
조명 구동장치의 회로에 있어서,

전원공급부(CON1)로부터 교류전원이 입력되어 과전류를 차단하는 FUSE와 교류전원을 직류전원으로 정류하는 브릿지다이오드(D1)가 연결되고, 상기 브릿지다이오드(D1)의 출력단에는 미세전류를 차단하는 다이악(ZD1)과 전압의 변동에 따른 전류의 특성을 변화시키는 저항(R11)이 병렬 연결되어 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)와 연결되고, 상기 션트 레귤레이터(Shunt Regulator)에는 주위온도에 따른 LED 밝기를 제어하는 써미스터(TH1,TH2)와 전압을 제어하는 저항(R8)과 바리스터(VR2)가 연결되어 제어된 전압을 게이트를 통하여 Drain과 Source의 전류를 제어하는 FET(Q1)과 연결되어 LED(CON2)와 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 구동장치 회로.