KR200322433Y1

KR200322433Y1 - 엘이디 신호등 광원을 일정하게 유지시키기 위한전원공급회로

Info

Publication number: KR200322433Y1
Application number: KR20-2003-0015395U
Authority: KR
Inventors: 김민교
Original assignee: 김민교
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2003-08-09
Anticipated expiration: 2013-05-19

Abstract

본 고안은 발광다이오드(이하 LED라 칭한다) 신호등의 광 출력이 설치장소 주변온도에 따라 변화하지 않고 광 출력을 일정하게 유지, 제어할 수 있도록 한 LED 신호등 광원을 일정하게 유지시키기 위한 전원공급회로에 관한 것인바, 본 고안은 교류입력과 고주파제어스위칭전원에서 발생되어지는 노이즈를 전계강도규정이하로 제한하는 고주파제거필터부와; 상기 고주파제거필터부로 부터 전달된 교류전원를 받아 교류를 직류로 변환함과 동시에 정류된 직류를 고주파로 변환하는 역률개선 및 직류변환기와; 상기 역류개선 및 직류변환기에서 출력되어진 직류로부터 얻어진 소정의 전압으로 조절하는 기준전압발생기와; 상기 역률개선 및 직류변환기로부터 LED모듈에 인가 되어지는 전류를 측정 및 검출하는 전류검출기와; 상기 외부온도의 변화에 따라 변화되어지는 LED모듈 중의 하나에서 LED 순방향전압을 검출하는 Vf제어기와; 상기 역률개선 및 직류변환기으로부터 LED모듈에 인가 되어진 전류를 전류검출기에서 검출하여 설정값이하 전류에서의 LED에 전압을 보상하도록 하는 최저전력보상기와; 상기 LED 모듈에서의 LED 불량원인에 의하여 단선 또는 소손 되었을 때 역률개선 및 직류변환기의 회로보호를 위하여 최대전압설정기와 최대전류설정기를 포함하여 이루어진 회로에 의해 교통신호등의 광량을 주위온도로부터 일정하게 유지하도록 하는데 특징이 있다.

Description

엘이디 신호등 광원을 일정하게 유지시키기 위한 전원공급회로 {Power supply circuit to maintain even light-source of LED signal lamp }

본 고안은 LED 신호등 광원을 일정하게 유지시키기 위한 전원공급회로에 관한 것으로 보다 상세하게는 발광다이오드(이하 LED라 칭한다) 신호등의 광 출력이 설치장소 주변온도에 따라 변화하지 않고 광 출력을 일정하게 유지, 제어할 수 있도록 한 LED 신호등 광원을 일정하게 유지시키기 위한 전원공급회로에 관한 것이다.

일반적으로 도로주변에는 교통신호등이 설치되어 있으며, 상기 교통신호등의 경우 종래에는 필라멘트 방식의 백열등을 사용하여 점멸기능을 수행하였으나 현재는 효율이 높고 전원소비가 적은 LED를 소재로한 신호등이 채택 되어지고 있다.

상기한 LED는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 양공)를 만들어 내고 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 것으로서 파장대역이 좁고 효율이 높으며 수명이 길어 계속 그 사용 범위가 확대되고 있으며 최근 고출력 LED의 출현으로 일반 범용 조명용으로 이용된다.

상기 LED를 사용하는 신호등은 소모전력이 작아 전기절약이 되는 장점이 있지만 온도에 따른 광출력 변동이 심한 단점을 가지고 있다. 또한 LED 신호등의 시험규격에는 온도에 따른 광출력 변동이 대기온도 25 를 기준으로 -30℃ ~ +70℃ 사이에 ±20% 이내로 제한하고 있다.

하지만 현재의 LED신호등에 사용되는 고휘도 LED(적색,녹색,황색)의 경우 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 25℃ 기준온도에 대한 LED의 광도변화를 나타낸 것으로 25℃ 온도에서 좌측의 1의 값(100%)에서 -40℃에서 1.8배 광도 값이 증가하고 +100℃에서 0.4배로 광도 값이 감소하는 것을 알수 있듯이 온도에 따라 25% ~ 50%까지의 광출력 변동을 나타내고 있으며, 그로인하여 주위온도의 변화에 따라 LED의 광출력은 변화한다.

상기의 주위온도의 변화에 따라 LED의 광출력은 변화를 방지하여 LED의 광출력을 일정하게 유지시키는 방법으로는 대한민국 실용신안등록 제255367호와 같이 변화하는 광 출력을 일정하게 유지하기 위해서는 온도를 검출하여 발광다이오드에 흐르는 전류를 변화시키는 방법과, 대한민국 실용신안출원 제2001-19656호와 같이 발광다이오드의 광출력 광도를 검출하여 발광다이오드에 흐르는 전류를 변화시키는 방법 또는 대한민국 실용신안등록 제247859호와 같이 온도센서와 광센서를 복합적으로 이용하는 방법 등이 고안되었으나 광 센서의 취부위치와 회로의 복잡성, 온도센서의 변화율과 광도의 변화율이 일치하지 않는 문제점이 있다.

본 고안은 상기한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 본 고안의 목적은 LED에 공급되는 공급전류를 검출하여 온도변화에 관계없이 항상 일정하게 제어하도록 하므로서 과전압이나 과전류에 따른 LED의 손상을 방지되면서 온도변화에 따라 LED의 밝기가 변화하지 않는 LED 신호등을 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 LED 광 출력 제어기의 전체구성도.

도 2는 본 고안에 따른 LED 광 출력 보상기의 구성을 세부적으로 나타낸 회로도.

도 3은 본 고안에 따른 LED 광 출력 보상의 작동을 보여주는 예시도.

도 4는 본 고안에 따른 온도대 순방향전압강하의 특성을 보여주는 그래프.

도 5는 종래의 온도에 따른 광도변화량을 보여주는 그패프.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

10 : 고주파제거필터부 20 : 직류변환기

30 : 전압발생기 40 : 전류검출기

50 : Vf제어기 51 : 기준광도설정기

60 : 최저전력보상기 61 : 최저전력설정기

70 : 최대전압설정 80 : 최대전류설정

90 : LED모듈

상기한 본 고안의 목적은 교류입력과 고주파제어스위칭전원에서 발생되어지는 노이즈를 전계강도규정이하로 제한하는 고주파제거필터부(10)와; 상기 고주파제거필터부(10)로 부터 전달된 교류전원를 받아 교류를 직류로 변환함과 동시에 정류된 직류를 고주파로 변환하는 역률개선 및 직류변환기(20)와; 상기 역류개선 및 직류변환기(20)에서 출력되어진 직류로부터 얻어진 소정의 전압으로 조절하는 기준전압발생기(30)와; 상기 역률개선 및 직류변환기(20)로부터 LED모듈(90)에 인가 되어지는 전류를 측정 및 검출하는 전류검출기(40)와; 상기 외부온도의 변화에 따라 변화되어지는 LED모듈 중의 하나에서 LED 순방향전압을 검출하는 Vf제어기(50)와; 상기 역률개선 및 직류변환기(20)으로부터 LED모듈(90)에 인가 되어진 전류를 전류검출(40)기에서 검출하여 저온시에 발생되어지는 LED의 저전류기동현상을 방지하며, 최저전력설정기(61)의 설정값이하 전류에서의 LED에 전압을 보상하도록 하는 최저전력보상기(60)와; 상기 LED 모듈에서의 LED 불량원인에 의하여 단선 또는 소손 되었을 때 역률개선 및 직류변환기(20) 의 회로보호를 위하여 최대전압설정(70)과 최대전류설정(80)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 신호등 광원을 일정하게 유지시키기 위한 전원공급회로에 의해 달성된다.

이하 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 고안에 따른 LED 광 출력 제어기의 전체구성도이고, 도 2는 본 고안에 따른 LED 광 출력 보상기의 구성을 세부적으로 나타낸 회로도로써이에 따르면 본 고안은 교류전원 220V를 공급하면 상기 교류전원은 고주파제어스위칭전원에서 발생되어지는 노이즈를 전계강도규정이하로 제한됨과 주어진 차단 주파수보다 낮은 주파수 대역은 통과시키고, 이보다 높은 주파수 대 역은 감쇠시키는 고주파제거필터부(10)와 연결되어 있다.

상기 고주파제거필터부(10)에는 교류전원를 받아 교류를 직류로 변환하며 고주파 전압을 정류하고 평활하여 고주파잡음을 억제하는 정류부를 구비한 역률개선 및 직류변환기(20)가 연결 설치된다.

한편, 상기 역류개선 및 직류변환기(20)에서 출력되어진 직류로부터 얻어진 전류가 소정의 전압을 형성하도록 저항(R5)과 제너다이오드(ZD1)으로 구성된 기준전압발생기(30)와, 상기 역률개선 및 직류변환기(20)로부터 LED모듈(90)에 인가 되어지는 쪽의 저항(R8)의 양단으로 전류를 측정 및 검출하는 전류검출기(40)가 연결되어 있다.

또한, 상기 외부온도의 변화에 따라 변화되어지는 LED모듈(90) 중의 하나에서 LED 순방향전압을 검출하는 Vf제어기(50)가 기준전압발생기(30)에 연결되어 있으며, Vf제어기(50)에는 기준광도설정기(51)가 구비되어 있다.

상기 역률개선 및 직류변환기(20)으로부터 LED모듈(90)에 인가 되어진 전류를 전류검출기(40)에서 검출하여 저온시에 발생되어지는 LED의 저전류기동현상을 방지하며, 최저전력설정기(61)의 설정값이하 전류에서의 LED에 전압을 보상하도록 하는 최저전력보상기(60)와 상기 LED 모듈에서의 LED 불량원인에 의하여 단선 또는 소손 되었을 때 역률개선 및 직류변환기(20)의 회로보호를 위하여최대전압설정(70)과 최대전류설정(80)가 연결 설치되어 있다.

상기와 같은 구조로 이루어진 본 고안의 작동 효과를 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이 교류전류 220V를 공급전원으로 사용하여 전원을 공급하면 고주파제거필터(10)에서 교류전류와 고주파제어스위칭전원에서 발생되어지는 노이즈를 전계강도 규정 이하로 제거하게 된다.

상기 전류는 고주파제거필터(10)에서 출력된 교류전원를 받아 교류를 직류로 변환하는 정류부와 정류된 직류를 고주파로 변환하는 스위치와 역률개선을 위한 인덕턴스 성분을 갖이는 트랜스와 합하여 동작되어지는 변환부와 입력측의 역률개선을 목적으로 하는 입력교류전압 파형과 입력측 교류전류 파형의 위상을 일치 시키기위한 연산회로를 내장하고 출력측에서 귀환되어지는 LED 순방향전압의 오차 증폭기에서 출력되어지는 신호에 의하여 출력의 제어가 가능한 집적회로와 고주파 전압을 정류하고 평활하여 고주파잡음을 억제하는 정류부를 포함한 역률개선 및 직류변환기(20)에서 출력되어진 직류가 기준전압발생기(30)을 경유하여 LED모듈(90)에 전류가 인가되어 광원을 방출하게 된다.

이때, LED모듈(90)에 전류가 인가되면 외부온도의 변화에 따라 변화되어지는 LED모듈(90) 중의 하나에서 LED순방향전압을 검출하여 상기 Vf제어기(50)에 검출된 Vf전압을 보내어 검출되어지는 LED순방향전압을 Vf제어기(50)의 오차증폭기 U1A의 인버팅 입력에 접속하고, 한편 역류개선 및 직류변환기(20)에서 출력되어진 직류가 기준전압발생기(30)로부터 기준광도설정기(51)에서의 기준광도설정값을 Vf제어기(50)의 오차증폭기 U1A의 논인버팅입력에 접속하여 두값의 차를 증폭하여 역률개선 및직류변환기(20)의 직접회로(23)의 입력값으로 하여 역률개선 및 직률변환기(20)의 출력을 주위 온도에 따라 변화하는 LED의 순방향전압을 일정하게 유지할수 있도록 한다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면 상기 기준전압 발생기(30)는 저항(R5)과 제너다이오드(ZD1)로 구성되며, 제너다이오드(ZD1)는 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 cathode(K)단자와 Anode(A)단자, Reference(R) 단자등 3개의 단자를 갖으며 Reference의 기준전압 2.5V에 대해 최대 출력전압을 36V 까지 출력 가능하나 본 회로에서는 Reference 단자와 cathode 단자를 연결함으로서 2.5V 기준전압에 대하여 cathode와 Anode 사이로 흐르는 전류를 가감하여 역률개선 및 직류변환기(20)의 직류출력 전압이 변화하여도 제너다이오드(ZD1)와 직렬로 접속된 저항(R5)에 의하여 제너다이오드(ZD1)의 cathode측 전압안정도는 0.5%이내 온도계수는 50ppm/℃이내의 높은 안정도가 요구되는 전압을 얻을 수 있다.

본 기준 전압 2.5V는 기준광도설정기(51)에 접속되고 저항(R19)나 가변저항(VR1)에 의해 배분되어진 약 2V∼2.5V 사이의 전압은 Vf제어기(50)의 오차증폭기 U1A의 논인버팅 단자에 기준광도설정값(실제로는 LED모듈 (90)의 각 개별 LED의 10∼20mA의 발광전류 값이 됨)과 LED모듈(90)중의 순방향 전압검출 LED의 전압은 첨부도면 도 4의 HLMP-ELXX, 온도대 순방향전압 온도에 대하여 -40℃에서 2.4V+100℃에서 1.8V까지 변화하는 전압을 검출하여 +25℃에서의 값 2.1V값으로 유지 출력하기 위하여 역률개선 및 직류변환기(20)의 출력전압을 -측 온도에서는 전압을 낮게하여 LED에 흐르는 전류를 적게하여 180%정도 증가되는 광도를 감소시키고 +측 온도에서는 낮아지는 순방향 전압을 상승시켜 LED 개별에 흐르는 전류를 증가시켜 40%정도로 감소되어지는 광도를 증가시켜 주위온도 25℃에 대해 안정된 특성으로 제어가 가능하다.

한편, 상기 전류검출(40)기에서 검출하여 저온시(-30℃)에서 발생되어지는 LED의 저전류 기동현상을 방지하기 위해 최저전력보상기(60)에 입력하여 최저전력설정기(61)의 설정값 이하 전류에서의 LED 구동을 보상하게 되며, LED모듈(90)에서의 LED불량원인에 의하여 단선 또는 소손 되었을 때 역률개선 및 직류변환기(20)의 회로보호를 위하여 최대전압설정(70)과 최대전류설정(80)이 작동하여 회로를 보호하게 된다.

이상과 같은 구조로 이루어져 작동되는 본 고안은 LED에 공급되는 공급전류를 검출하여 온변변화에 관계없이 항상 일정하게 제어하도록 하므로서 과전압이나 과전류에 따른 LED의 손상을 방지되면서 온도변화에 따라 LED의 밝기가 변화하지 않는 효과가 있다.

Claims

교류입력과 고주파제어스위칭전원에서 발생되어지는 노이즈를 전계강도규정이하로 제한하는 고주파제거필터부(10)와;

상기 고주파제거필터부(10)로 부터 전달된 교류전원를 받아 교류를 직류로 변환함과 동시에 정류된 직류를 고주파로 변환하는 역률개선 및 직류변환기(20)와;

상기 역류개선 및 직류변환기(20)에서 출력되어진 직류로부터 얻어진 소정의 전압으로 조절하도록 제너다이오드(ZD1)와 직렬로 접속된 저항(R5)으로 이루어진 기준전압발생기(30)와;

상기 역률개선 및 직류변환기(20)로부터 LED모듈(90)에 인가 되어지는 전류를 측정 및 검출하는 전류검출기(40)와;

상기 외부온도의 변화에 따라 변화되어지는 LED모듈 중의 하나에서 LED 순방향전압을 검출하는 Vf제어기(50)와;

상기 역률개선 및 직류변환기(20)으로부터 LED모듈(90)에 인가 되어진 전류를 전류검출(40)기에서 검출하여 저온시에 발생되어지는 LED의 저전류기동현상을 방지하며, 최저전력설정기(61)의 설정값이하 전류에서의 LED에 전압을 보상하도록 하는 최저전력보상기(60)와;

상기 LED 모듈에서의 LED 불량원인에 의하여 단선 또는 소손 되었을 때 역률개선 및 직류변환기(20)의 회로보호를 위하여 최대전압설정(70)과 최대전류설정(80)와;

상기 전원공급에 따라 광원을 발산하는 다수의 LED로 이루어진 LED모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 신호등 광원을 일정하게 유지시키기 위한 전원공급회로.