KR100956213B1

KR100956213B1 - Ｌｅｄ용 전원 공급 장치

Info

Publication number: KR100956213B1
Application number: KR1020080054363A
Authority: KR
Inventors: 이상훈; 홍영근; 오동성; 김현정; 김준형
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2010-05-04
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: KR20090128279A

Abstract

본 발명은 단일 2차 코일을 사용하여 전력 변환 효율 증대 및 트랜스포머의 제작 공정을 용이하게 할 수 있는 LED용 전원 공급 장치를 제공하기 위해, 입력 전원을 전달받는 1차 코일과, 하나의 도전체로 형성되어 상기 1차 코일과의 권선비에 따라 상기 1차 코일로부터의 입력 전원을 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 제1 직류 전원 및 제2 직류 전원으로 변환하는 단일 2차 코일을 갖는 전원 변환부와, 디밍 신호에 따라 상기 전원 변환부로부터의 상기 제1 직류 전원을 사전에 설정된 LED 구동용 전원으로 변환하여 상기 LED 구동용 전원과 상기 제2 직류 전원의 전압의 합을 LED에 공급하는 휘도 조절부를 포함한다.

전원 공급 장치(Power Supply), 발광 다이오드(Light Emitting Diode;LED), 휘도 조절(Brightness Control)

Description

ＬＥＤ용 전원 공급 장치{POWER SUPPLY FOR LED}

본 발명은 LED용 전원 공급 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 단일 2차 코일을 사용하여 LED 구동에 사용되는 전원을 공급하는 LED용 전원 공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로 현재 널리 사용하고 있는 LED(Light Emitting Diode)는 가전, TV, 모니터 등 전자제품에서 여러 가지 신호 전달용 또는 발광용으로 많이 사용하고 있다.

이러한 LED를 구동하기 위해서는 LED에 인가되는 전압이 문턱 전압(Threshold Voltage) 이상이면 LED에 전류가 흐르기 시작하여 빛이 발생하는데, 이를 위해 건전지 또는 밧데리, 전원 공급 장치(Power Supply) 등이 채용되어 저전압 직류전원을 공급받는 것이 일반적이다.

상술한 저전압 직류 전원을 공급하는 장치로는 전원 공급 장치가 주로 채용된다.

상기 전원 공급 장치는 상용 교류 전원을 공급받아 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하고, 이를 다시 LED 구동용 전원으로 변환하여 LED에 공급한다.

이때, LED 구동용 전원은 외부로부터의 디밍(Dimming) 신호에 따라 공급 및 차단이 제어되며 이에 따라 LED의 휘도가 조절된다.

한편, 상술한 종래의 전원 공급 장치는 상용 교류 전원을 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하기 위해 교류 전원을 입력받는 1차 코일 및 1차 코일과 전자기 결합되어 권선비에 따라 전압을 변환하는 2차 코일을 갖는 트랜스포머(Transformer)를 사용하는데, 이러한 트랜스포머는 복수의 2차 코일을 포함하여 전력 변환효율이 낮아지고, 트랜스포머의 제작 공정이 어려운 문제점이 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 단일 2차 코일을 사용하여 전력 변환 효율 증대 및 트랜스포머의 제작 공정을 용이하게 할 수 있는 LED용 전원 공급 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은 입력 전원을 전달받는 1차 코일과, 하나의 도전체로 형성되어 상기 1차 코일과의 권선비에 따라 상기 1차 코일로부터의 입력 전원을 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 제1 직류 전원 및 제2 직류 전원으로 변환하는 단일 2차 코일을 갖는 전원 변환부와, 디밍 신호에 따라 상기 전원 변환부로부터의 상기 제1 직류 전원을 사전에 설정된 LED 구동용 전원으로 변환하여 상기 LED 구동용 전원과 상기 제2 직류 전원의 전압의 합을 LED에 공급하는 휘도 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 공급 장치를 제공한다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 전원 변환부는 상용 교류 전원을 정류하는 정류기와, 상기 정류기로부터의 정류된 전원을 역률 보정하는 역률 보정기와, 상기 역률 보정기로부터의 역률 보정된 전원을 상기 입력 전원으로 입력받는 상기 1차 코일 및 상기 1차 코일과 자기 결합된 상기 단일 2차 코일을 갖는 트랜스포머와, 상기 1차 코일에 입력된 상기 역률 보정된 전원을 스위칭하는 스 위칭 유닛을 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 휘도 조절부는 상기 제1 직류 전원을 충전하는 제1 캐패시터와, 상기 제2 직류 전원을 충전하는 제2 캐패시터와, 상기 제1 캐패시터로부터의 충전된 상기 제1 직류 전원을 상기 디밍 신호에 따라 스위칭하여 상기 LED 구동용 전원으로 변환하는 스위칭 회로와, 상기 스위칭 회로로부터의 상기 LED 구동용 전원을 충전하는 제3 캐패시터를 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 휘도 조절부는 상기 스위칭 유닛의 스위칭 오프 시에 상기 제1 캐패시터로 상기 제1 직류 전원을 전달하는 제1 다이오드와, 상기 스위칭 유닛의 스위칭 오프시에 상기 제2 캐패시터로 상기 제1 직류 전원의 전달을 차단하는 제2 다이오드를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 스위칭 회로는 상기 제1 캐패시터로부터의 상기 제1 직류 전원을 충전하는 인덕터와, 상기 디밍 신호에 따라 스위칭되어 상기 인덕터에 충전된 상기 제1 직류 전원을 상기 LED 구동용 전원으로 변환하는 스위치를 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 트랜스포머는 상기 1차 코일과 상기 단일 2차 코일이 전기적으로 절연될 수 있다.

본 발명에 따르면, 단일 2차 코일을 사용하여 전력 변환 효율 증대 및 트랜스포머의 제작 공정을 용이하게 할 수 있으며, 또한 단일 2차 코일에 의한 전력 변환 효율의 증대에 따라 발열 감소, 트랜스포머의 부피 감소 및 제작 비용 감소의 효과가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)는 전원 변환부(110)와 회도 조절부(120)를 포함한다.

전원 변환부(110)는 상용 교류 전원(AC)을 정류하는 정류기(111)와, 정류기(111)로부터 정류된 전원의 전압 및 전류의 위상을 조정하여 역률(Power Factor)을 보정하는 역률 보정기(112)를 포함한다.

그리고, 역률 보정기(112)로부터의 역률 보정된 전원을 입력받는 1차 코일(P)과 사전에 설정된 권선비에 따라 제1 및 제2 직류 전원을 출력하는 2차 코일(S)을 갖는 트랜스포머(113)와, 트랜스포머(113)의 1차 코일(P)에 전기적으로 연결되어 역률 보정된 전원을 스위칭하는 스위칭 유닛(114)을 포함한다.

트랜스포머(113)는 상술한 바와 같이 1차 코일(P) 및 2차 코일(S)을 포함한다.

1차 코일(P)은 하나의 도전체로 형성되어 일단이 역률 보정기(112)에 전기적으로 연결되고, 타단이 스위칭 유닛(114)에 전기적으로 연결된다.

마찬가지로, 2차 코일(S)은 하나의 도전체로 형성되어 1차 코일(P)과의 사전에 설정된 권선비에 따라 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 제1 직류 전원 및 제2 직류 전원을 출력하여 휘도 조절부(120)에 전달한다.

1차 코일(P)과 2차 코일(S)간은 자기적으로 결합되어 있으며 전기적으로 절연된다.

스위칭 유닛(114)은 외부로부터의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호(S1)에 따라 스위칭 온/오프 동작을 수행할 수 있으며, 도시된 바와 같이 적어도 하나의 스위치로 구성될 수 있으나, 푸쉬-풀(Push-Pull) 방식, 하프-브릿지(Half-Bridge) 방식, 풀-브릿지(Full-Bridge) 방식 등으로 다양하게 구성될 수 있다.

휘도 조절부(120)는 2차 코일(S)의 양단간에 전기적으로 병렬 연결되어 상기 제1 직류 전원을 충전하는 제1 캐패시터(C1)와, 제1 캐패시터(C1)의 마이너스(-)극 단자와 접지 사이에 전기적으로 병렬 연결되어 상기 제2 직류 전원을 충전하는 제2 캐패시터(C2)를 포함한다.

그리고, 제1 캐패시터(C1)의 일단에 전기적으로 직렬 연결되어 제1 캐패시 터(C1)에 충전된 상기 제1 직류 전원을 외부로부터의 디밍 신호(S2)에 따라 스위칭되어 LED 구동용 전원으로 변환하는 스위칭 회로(121)와, 스위칭 회로(121)의 출력단과 제2 캐패시터(C2)의 플러스(+) 극 단자 사이에 전기적으로 병렬 연결되어 스위칭 회로(121)로부터의 LED 구동용 전원을 충전하는 제3 캐패시터(C3)를 포함한다.

더하여, 휘도 조절부(120)는 2차 코일(S)의 일단과 제1 캐패시터(C1)의 플러스(+) 단자 사이에 전기적으로 직렬 연결되어 상기 제1 직류 전원을 제1 캐패시터(C1)에 전달하는 제1 다이오드(D1)와, 2차 코일(S)의 일단과 제2 캐패시터(C2)의 마이너스(-) 단자 사이에 전기적으로 직렬 연결되어 스위칭 유닛(114)의 스위칭 오프 시에 상기 제1 직류 전원이 제2 캐패시터(C2)에 전달되는 것을 차단하는 제2 다이오드(D2)를 더 포함한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 동작 및 작용에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 전원 공급 장치의 동작을 나타내는 도면이다.

도 1과 함께 도 2의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치(100)는 외부로부터의 PWM 신호(S1)에 따라 1차 코일(P)에 전달된 역률 보정된 전원을 스위칭 온/오프 하여 사전에 설정된 권선비에 따라 전력을 2차 코일(S)에 전달한다.

도 2의 (a)를 참조하면, 스위칭 유닛(114)의 스위칭 온시에 1차 코일(P)의 전력은 2차 코일(S)에 전달되어 제2 캐패시터(C2)에 충전된다. 즉 제2 직류 전원(Vo2)이 제2 캐패시터(C2)에 충전된다.

도 2의 (b)를 참조하면, 이후, 스위칭 유닛(114)의 스위칭 오프시 2차 코일(S)에 전달된 전력은 제1 다이오드(D1)을 통해 제1 캐패시터(C1)에 충전된다. 즉, 제1 직류 전원(Vo1)이 제1 캐패시터(C1)에 충전된다. 이때, 2차 코일(S)의 일단과 제2 캐패시터(C2)의 마이너스(-)극 단자 사이에 전기적으로 직렬 연결된 제2 다이오드(D2)는 제1 직류 전원(Vo1)이 제2 캐패시터(C2)로 전달되는 것을 차단한다.

도 2의 (c)를 참조하면, 다음으로 외부로부터의 디밍 신호(S2)가 스위칭 온 신호인 경우 제1 캐패시터(C1)에 충전된 제1 직류 전원(Vo1)은 스위칭 회로(121)에 전달된다.

스위칭 회로(121)에 전달된 제1 직류 전원(Vo1)은 인덕터(L)에 충전되고, 디밍 신호(S2)에 따라 스위칭 온/오프되는 스위치(Q)에 의해 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 LED 구동용 전원(Vo3)으로 변환된다. 즉, 디밍 신호(S2)에 따라 스위 치(Q)가 스위칭 온시에는 제1 직류 전원(Vo1)이 순환되며, 스위칭 오프시에는 스위치(Q)가 스위칭 오프되어 역기전력에 의해 인덕터(L)에 충전된 제1 직류 전원(Vo1)은 LED 구동용 전원(Vo3)으로 변환된다.

도 2의 (d)를 참조하면, 마지막으로, 스위칭 회로(121)로부터의 LED 구동용 전원(Vo3)는 제3 캐패시터(C3)에 충전되고, 제2 캐패시터(C2)에 충전된 제2 직류 전원(Vo2)과 함께 복수의 LED가 전기적으로 연결된 LED 어레이(LA)에 전달된다.

도 3은 본 발명의 전원 공급 장치의 출력 전압 그래프이다.

도 1과 함께 도 3을 참조하면, 본 발명의 전원 공급 장치는 단일 2차 코일을 트랜스포머에 적용하여 디밍 신호(S2)가 스위칭 오프인 경우 제2 직류 전원(Vo2)만이 LED 어레이(LA)에 전달되어 LED 어레이(LA)는 점등하지 않고, 디밍 신호(S2)가 스위칭 온인 경우 제2 직류 전원(Vo2)과 LED 구동용 전원(Vo3)가 LED 어레이(LA)에 전달되어 LED 어레이(LA)가 점등된다.

따라서, 디밍 신호의 스위칭 온/오프에 따라 LED 어레이(LA)의 휘도가 조절되는 LED 휘도 조절의 고유 기능을 수행하면서, 단일 2차 코일 적용에 의한 트랜스포머의 고효율화, 제작 용이, 발열 저감, 가격 저감 및 부피 저감의 효과를 야기할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 전원 공급 장치의 구성도.

도 2의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 전원 공급 장치의 동작을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 전원 공급 장치의 출력 전압 그래프.

<도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명>

100...전원 장치 110...전원 변환부

111...정류기 112...역률 보정기

113...트랜스포머 114...스위칭 유닛

120...휘도 조절부 121...스위칭 회로

D1,D2...제1, 제2 다이오드 C1,C2,C3...제1,제2,제3 캐패시터

P...1차 코일 S...2차 코일

L...인덕터 Q...스위치

Vo1...제1 직류 전원 Vo2...제2 직류 전원

Vo3...LED 구동용 전원 LA...LED 어레이

Claims

입력 전원을 전달받는 1차 코일과, 하나의 도전체로 형성되어 상기 1차 코일과의 권선비에 따라 상기 1차 코일로부터의 입력 전원을 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 제1 직류 전원 및 제2 직류 전원으로 변환하는 단일 2차 코일을 갖는 전원 변환부; 및

디밍 신호에 따라 상기 전원 변환부로부터의 상기 제1 직류 전원을 사전에 설정된 LED 구동용 전원으로 변환하여 상기 LED 구동용 전원과 상기 제2 직류 전원의 전압의 합을 LED에 공급하는 휘도 조절부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원 변환부는

상용 교류 전원을 정류하는 정류기;

상기 정류기로부터의 정류된 전원을 역률 보정하는 역률 보정기;

상기 역률 보정기로부터의 역률 보정된 전원을 상기 입력 전원으로 입력받는 상기 1차 코일 및 상기 1차 코일과 자기 결합된 상기 단일 2차 코일을 갖는 트랜스포머; 및

상기 1차 코일에 입력된 상기 역률 보정된 전원을 스위칭하는 스위칭 유닛

을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 공급 장치.
제2항에 있어서, 상기 휘도 조절부는

상기 제1 직류 전원을 충전하는 제1 캐패시터;

상기 제2 직류 전원을 충전하는 제2 캐패시터;

상기 제1 캐패시터로부터의 충전된 상기 제1 직류 전원을 상기 디밍 신호에 따라 스위칭하여 상기 LED 구동용 전원으로 변환하는 스위칭 회로; 및

상기 스위칭 회로로부터의 상기 LED 구동용 전원을 충전하는 제3 캐패시터

를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 공급 장치.
제3항에 있어서, 상기 휘도 조절부는

상기 스위칭 유닛의 스위칭 오프 시에 상기 제1 캐패시터로 상기 제1 직류 전원을 전달하는 제1 다이오드; 및

상기 스위칭 유닛의 스위칭 오프 시에 상기 제2 캐패시터로 상기 제1 직류 전원의 전달을 차단하는 제2 다이오드

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 공급 장치.
제4항에 있어서, 상기 스위칭 회로는

상기 제1 캐패시터로부터의 상기 제1 직류 전원을 충전하는 인덕터; 및

상기 디밍 신호에 따라 스위칭되어 상기 인덕터에 충전된 상기 제1 직류 전원을 상기 LED 구동용 전원으로 변환하는 스위치

를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED용 전원 공급 장치.
제2항에 있어서,

상기 트랜스포머는 상기 1차 코일과 상기 단일 2차 코일이 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 LED용 전원 공급 장치.