KR101510310B1 - Power integrated circuit for LED lighting - Google Patents
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Abstract
본 발명은 교류전원이 입력되면 정류기가 교류 전원을 정류하여 평활화되지 않은 직류 전원을 출력하고, 평활화되지 않은 직류 전원을 DC/DC 컨버터를 통해서 PWM 제어를 수행하여 전체 LED 그룹의 순방향 전압값(Vf)에 적합하도록 강압한 후, 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹 중에서 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압 레벨에 대응되는 수의 LED 그룹들을 점등시켜 그 전류를 조절함으로써, 종래 기술에서 이용되던 전해콘덴서 및 트랜스포머를 사용하지 않고도 조명용 LED를 구동할 수 있게 되었고, 이에 따라서 LED 조명용 전원 집적 회로의 수명을 현저하게 향상시킴과 동시에 그 크기도 소형화가 가능하게 되었다. 특히, 본 발명은 복수의 LED 그룹 각각의 양단에 스위칭 소자를 연결하고 스위칭 소자를 함께 제어하여, 입력되는 전원의 한 주기 동안 각 LED 그룹이 점등되는 시간을 균일하게 구동함으로써, 각 LED 그룹의 밝기 및 수명을 균일하게 조절할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 LED 조명용 통합 전원 집적 회로를 이용한 조명기기는 균일한 밝기의 출력이 가능할 뿐만 아니라, 조명기기 전체 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 복수의 LED 그룹의 점등시간을 균일하게 조절함으로써, 모든 시간 구간에 대해서 항상 점등되는 LED 그룹이 존재하지 않는다. 따라서, 본 발명의 각 LED 그룹은 점등 및 소등이 반복되므로, 지속적인 점등으로 인해서 LED 소자에 발생하는 열로 인한 소자의 열화를 방지할 수 있고, 이로 인해, 평활화된 전원을 이용하여 출력하는 경우보다 더 많은 전류를 LED 그룹으로 제공하여 더 높은 광출력을 내더라도, 소자의 열화없이 정격 출력을 달성할 수 있는 효과가 있다.The rectifier rectifies the AC power to output a non-smoothed DC power, and performs PWM control through the DC power supplied to the smoothed DC power to calculate the forward voltage value Vf The LED groups corresponding to the voltage level output from the DC / DC converter among the plurality of LED groups connected in series are turned on to adjust the current so that the electrolytic capacitor and the transformer It is possible to drive the LED for illumination without using the LED lighting device. Thus, the lifetime of the LED lighting power supply integrated circuit can be remarkably improved and the size can be reduced. Particularly, the present invention relates to a method of controlling the brightness of each LED group by connecting switching elements at both ends of each of a plurality of LED groups and controlling the switching elements together to uniformly drive the time during which each LED group is lit during one period of the input power source And the lifetime can be uniformly controlled. Accordingly, the lighting apparatus using the integrated power supply integrated circuit for LED lighting of the present invention not only can provide uniform brightness output, but also can extend the entire life of the lighting apparatus. Further, in the present invention, there is no LED group that is always turned on for all time intervals by uniformly controlling the lighting time of the plurality of LED groups. Therefore, since each LED group of the present invention is repeatedly turned on and off, it is possible to prevent deterioration of the device due to heat generated in the LED device due to continuous lighting, and as a result, It is possible to achieve a rated output without deterioration of the device even if a higher light output is provided by providing a large amount of current as an LED group.
Description
본 발명은 LED 조명에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 LED 조명용 전원 집적 회로에 관한 것이다.
The present invention relates to LED lighting, and more particularly to a power supply integrated circuit for LED lighting.
최근 들어, 적은 소비 전력으로도 백열등 이상의 휘도를 나타내는 LED 조명에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, LED 조명에 일정한 전류가 흐르도록 전류를 제어하여 LED 조명을 구동시키기 위한 LED 조명 구동 장치에 대한 연구, 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한, LED 조명 구동 장치는 다양한 조명 연출 기능을 보유하고 있는데, 특히 직병렬 접속으로 배열 설치된 LED 소자들의 디밍을 변경함으로써, 다양한 조명 연출이 가능하다.In recent years, there is a growing interest in LED lighting that exhibits brightness above incandescent lamps even with low power consumption. In addition, research and development of an LED lighting driving device for driving LED lighting by controlling a current so that a constant current flows through the LED lighting is actively under way. Such an LED lighting driving apparatus has various lighting directing functions. In particular, by changing dimming of LED elements arranged in series-parallel connection, various lighting directing is possible.
종래의 LED 조명 장치들에서 이용되는 LED 소자의 구동 방식은, LED 소자로 인가되는 전류를 PWM 제어 방식으로 제어하여, 단속적으로 LED 소자를 고속으로 점등하고 소등함으로써, 사람의 눈이 점등과 소등의 반복을 인지하지 못하도록 하는 브로카슐쳐(Broca-Sulzer)효과에 따라서 일정한 체감 휘도를 유지하고 있다.The driving method of the LED element used in the conventional LED lighting apparatuses controls the current applied to the LED element by the PWM control method so that the LED element is intermittently turned on and off at high speed, The Broca-Sulzer effect, which prevents repetition from being perceived, maintains a constant bodily sensation.
구체적으로, 종래의 LED 조명 기기는 외부로부터 입력되는 교류 전원을 정류기를 이용하여 정류하고, 이를 전해콘덴서를 이용하여 평활화한 후, 트랜스포머 등을 이용하여 전압 레벨을 변환하여 LED로 공급한다. 또한, 디밍을 수행하는 경우에는 전류의 세기를 조절하여 빛의 세기를 조절하는데, 전류의 세기를 조절하기 위해서는 LED 드라이버에 포함되는 스위치로 출력되는 PWM 제어신호의 듀티를 조절한다. Specifically, a conventional LED lighting apparatus rectifies AC power input from the outside using a rectifier, smoothens it using an electrolytic capacitor, converts the voltage level using a transformer or the like, and supplies the converted LED to the LED. When dimming is performed, the intensity of the light is adjusted by adjusting the intensity of the current. To adjust the intensity of the current, the duty of the PWM control signal output to the switch included in the LED driver is adjusted.
그러나, 종래 기술에 이용되는 전해콘덴서는 부피가 커서 LED 조명 기기를 구동하는 구동 회로의 크기를 소형화하는데 어려움이 존재할 뿐만 아니라, 콘덴서와 같은 부품의 수명이 짧아, 전체 LED 구동 회로의 수명을 단축시키는 문제점을 야기한다. 또한, 종래 기술에 이용되는 트랜스포머의 경우에도 다른 소자에 비하여 부피가 상당히 크고 효율에 문제가 있어서, 구동 회로의 크기를 소형화하기 어려운 문제점이 존재한다.However, since the electrolytic capacitors used in the prior art are bulky, there is a difficulty in miniaturizing the size of the driving circuit for driving the LED lighting apparatus, shortening the lifetime of parts such as capacitors, and shortening the lifetime of the entire LED driving circuit Causing problems. Also, in the case of the transformer used in the prior art, there is also a problem that it is difficult to miniaturize the size of the driving circuit because the volume is considerably larger than other devices and there is a problem in efficiency.
이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 출원인은 전해콘덴서를 이용하지 않는 LED 조명용 통합 전원 접적 회로를, 2011년 7월 15일자로 대한민국 특허출원 제 2011-0070502호로서 대한민국 특허청에 출원하였다.In order to solve the problems of the prior art, the applicant of the present invention filed a Korean Patent Application No. 2011-0070502 on July 15, 2011 to the Korean Intellectual Property Office with an integrated power supply circuit for LED lighting that does not use electrolytic capacitors .
그런데, 상기 출원 발명에 따르면, 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹들 각각이 한 주기당 점등되는 시간이 서로 달라, 외관상 각 LED 그룹마다 빛의 밝기가 서로 다르고, 이에 따라서 균일한 밝기분포를 얻기 어려울 뿐만 아니라, 하나의 조명용 LED 모듈에 있어서 각 LED 그룹의 수명이 달라져서, 여러번에 걸쳐서 LED 모듈에 포함된 각각의 LED 램프를 교체해주어야 하거나, 전체 LED 모듈의 수명이 가장 많이 점등된 LED 그룹의 수명으로 단축되는 문제점이 발생하였다.However, according to the present invention, since each of the plurality of LED groups connected in series has different lighting times per one cycle, the brightness of each LED group is apparently different from each other, and thus it is difficult to obtain a uniform brightness distribution However, the lifetime of each LED group in a single LED module is changed, so it is necessary to replace each LED lamp included in the LED module several times or shorten the lifetime of the LED group in which the lifetime of the entire LED module is maximized .
예컨대, 도 1을 참조하면, 평활화되지 않은 직류 전원이 입력되면, 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹(L1,L2,L3,L4)은 입력 전압이 0~V1인 구간에서는 L1이 점등되고, 입력 전압이 V1~V2인 구간에서는 L1 및 L2가 점등된다. 또한, 입력 전압이 V2~V3인 구간에서는 L1, L2, L3가 점등되고, 입력 전압이 V3~V4인 구간에서는 L1 내지 L4가 모두 점등된다. For example, referring to FIG. 1, when a non-smoothed direct current power is input, L1 is turned on in a plurality of LED groups L1, L2, L3, and L4 connected in series in an input voltage range of 0 to V1, In the section between V1 and V2, L1 and L2 are turned on. L1, L2, and L3 are turned on during the input voltage range of V2 to V3, and L1 to L4 are turned on during the input voltage range of V3 to V4.
따라서, 한 주기동안 각 LED 모듈이 점등되는 시간은 L1>L2>L3>L4 이고, 한 주기 시간은 인간이 눈으로 LED 그룹의 점등 및 소등을 인식할 수 없는 매우 짧은 시간이므로, 인간의 눈에는 L1이 가장 밝고, L2, L3, L4 순으로 밝기가 서로 다르게 보이며, L1이 가장 오랜시간 점등되므로 가장 먼저 수명을 다하게 된다.Therefore, the lighting time of each LED module during one cycle is L1> L2> L3> L4, and one cycle time is a very short time in which human eyes can not recognize the lighting and lighting of the LED group, L1 is the brightest, and L2, L3, and L4 appear in the order of brightness, and L1 has the longest life because it is lit for the longest time.
또한, 대한민국 특허출원 제 2011-0070502호에 기재된 방식에 의하면, 평활화되지 않은 전원을 이용하여, 복수의 LED 그룹을 순차적으로 점등시키고 소등시킴으로 인해, 평활화된 전원을 이용하여 모든 LED 그룹을 지속적으로 점등시키는 경우에 비하여, 필요한 광출력을 제대로 출력할 수 없는 문제점이 있다.
In addition, according to the method described in Korean Patent Application No. 2011-0070502, since a plurality of LED groups are sequentially turned on and off using a power source that is not smoothed, all the LED groups are continuously lighted There is a problem that the required optical output can not be output properly.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전해콘덴서 및 트랜스포머와 같이 내구성이 약한 부품의 사용을 배제하면서도, 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹간에 균일한 밝기와 수명을 나타내도록 제어하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로를 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide an integrated power supply integrated circuit for LED lighting that controls uniform brightness and lifetime among a plurality of LED groups connected in series while excluding the use of durable parts such as electrolytic capacitors and transformers .
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, 교류 전원을 입력받아 평활화되지 않은 직류 전원을 출력하는 정류부; 전압 PWM 제어신호에 따라서 상기 정류부로부터 출력되는 직류 전원의 크기를 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터; 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전원을 입력받아 점등되고, 서로 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹; 상기 복수의 LED 그룹에 각각 연결되고, 전류 PWM 제어 신호에 따라서 자신이 연결된 LED 그룹에 흐르는 전류를 제어하는 복수의 LED 드라이버; 상기 복수의 LED 그룹에 포함되는 LED 그룹 양단에 연결되어, 스위칭 제어신호에 따라서 Short 또는 Open되는 복수의 스위칭 소자; 및 상기 전압 PWM 제어신호, 상기 전류 PWM 제어신호, 및 스위칭 제어신호를 발생시키되, 상기 복수의 LED 그룹 각각이 점등되는 시간이 균등하도록 상기 전류 PWM 제어 신호 및 상기 스위칭 제어신호를 발생시키는 PWM 제어부를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an integrated power supply integrated circuit for LED lighting comprising: a rectifier for receiving an un-smoothed direct-current power from an ac power source; A DC / DC converter for converting the magnitude of the DC power outputted from the rectifying unit according to the voltage PWM control signal and outputting the magnitude; A plurality of LED groups that are turned on by receiving power from the DC / DC converter and are connected in series with each other; A plurality of LED drivers respectively connected to the plurality of LED groups and controlling a current flowing in the LED group to which the LED groups are connected according to a current PWM control signal; A plurality of switching elements connected to both ends of the LED group included in the plurality of LED groups and shorted or opened according to a switching control signal; And a PWM controller for generating the voltage PWM control signal, the current PWM control signal, and the switching control signal, and generating the current PWM control signal and the switching control signal so that the time for lighting each of the plurality of LED groups is equalized .
또한, 상기 PWM 제어부는, 상기 복수의 LED 그룹들에 포함되는 LED 그룹의 개수에 대응되도록 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 직류 전원의 전압 구간을 복수개로 분할하고, 각 전압 구간의 직류 전원이 입력되는 동안 각 전압 구간에 대응되는 수의 LED 그룹을 점등시키도록 상기 전류 PWM 제어신호 및 상기 스위칭 제어신호를 발생시킬 수 있다.The PWM control unit may divide a voltage section of the DC power source output from the DC / DC converter into a plurality of voltage ranges corresponding to the number of LED groups included in the plurality of LED groups, The current PWM control signal and the switching control signal may be generated so as to light the number of LED groups corresponding to each voltage section.
또한, 상기 PWM 제어부는, 각 전압 구간의 직류 전원이 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 시간을 2개의 구간으로 분할하여, 각 시간 구간동안 번갈아서, 복수의 LED 그룹의 양단으로부터 전압 구간에 대응되는 수의 LED 그룹을 점등할 수 있다.The PWM control unit may divide the time at which the DC power of each voltage section is output from the DC / DC converter into two sections, and alternately, for each time section, a number corresponding to the voltage section from both ends of the plurality of LED groups The LED group of FIG.
또한, 상기 복수의 스위칭 소자는 상기 DC/DC 컨버터로부터 가장 원거리에 배치된 LED 그룹을 제외한 모든 LED 그룹 각각에 대응되도록 연결될 수 있다.In addition, the plurality of switching elements may be connected to correspond to each of all the LED groups except the LED group disposed at the farthest from the DC / DC converter.
또한, 상기 PWM 제어부는 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압의 크기가 커질수록 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시키고, 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압의 크기가 작아질수록 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 증가시킬 수 있다.Also, as the magnitude of the voltage output from the DC / DC converter increases, the PWM control unit decreases the duty ratio of the voltage PWM control signal. As the magnitude of the voltage output from the DC / DC converter decreases, The duty ratio of the control signal can be increased.
또한, 상기 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는 상기 DC/DC 컨버터의 입력 전압, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압 및 상기 LED 그룹에 흐르는 전류를 측정하여, 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비의 증가 및 감소를 지시하는 전압 클록 제어신호를 출력하는 전압 제어 클록 발생부를 더 포함할 수 있다.The integrated illumination power supply integrated circuit for LED lighting may also measure an input voltage of the DC / DC converter, an output voltage of the DC / DC converter, and a current flowing in the LED group to increase and decrease the duty ratio of the voltage PWM control signal. And a voltage control clock generating unit for outputting a voltage clock control signal for instructing the voltage control clock generating unit.
또한, 상기 PWM 제어부는 상기 복수의 LED 그룹에 흐르는 전류의 세기가 커질수록 상기 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시킬 수 있다.In addition, the PWM control unit may reduce the duty ratio of the current PWM control signal as the intensity of the current flowing through the plurality of LED groups increases.
또한, 상기 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, 사전에 설정된 전류값과 상기 LED 드라이버에서 측정된 상기 LED 그룹에 흐르는 전류를 측정하여, 상기 전류 PWM 제어신호의 듀티비의 증가 및 감소를 지시하는 전류 클록 제어신호를 출력하는 전류 제어 클록 발생부를 더 포함할 수 있다.The LED integrated illumination power supply integrated circuit may further include a current control unit for measuring a preset current value and a current flowing through the LED group measured by the LED driver and outputting a current clock signal indicating an increase / And a current control clock generator for outputting a control signal.
또한, LED 조명용 통합 전원 집적 회로는 주변 조도를 감지하는 조도 감지부; Also, the integrated power supply integrated circuit for LED lighting may include an illuminance sensing unit for sensing ambient illuminance;
조명 기기의 온도를 감지하는 온도 감지부; 및 상기 조도 및 온도에 따라서 상기 전류 PWM 제어신호 및 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 조절하도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하는 가변 제어 클록 발생부를 더 포함할 수 있다.A temperature sensing unit for sensing a temperature of the lighting device; And a variable control clock generator for outputting a variable control signal instructing to adjust a duty ratio of the current PWM control signal and the voltage PWM control signal according to the illuminance and the temperature.
또한, 상기 가변 제어 클록 발생부는 , 조명 기기의 온도가 사전에 정의된 온도 이상으로 상승하는 경우에는 LED 그룹으로 전달되는 전원을 차단하도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하고, 조도가 높아짐에 따라서 LED 그룹의 빛의 세기를 감소시키고, 조도가 낮아짐에 따라서 LED 그룹의 빛의 세기를 증가시키도록 지시하는 가변 제어신호를 출력할 수 있다.When the temperature of the lighting device rises above a predefined temperature, the variable control clock generator outputs a variable control signal instructing to cut off the power delivered to the LED group. As the illuminance increases, And to output a variable control signal instructing to increase the light intensity of the LED group as the illuminance is lowered.
또한, 상기 DC/DC 컨버터는 출력 전압값이 현재 출력 전압이 공급되는 LED 그룹의 순방향 전압값보다 낮으면, 상기 순방향 전압값으로 상기 출력 전압값을 조정하여 출력할 수 있다.Also, if the output voltage value is lower than the forward voltage value of the LED group to which the current output voltage is supplied, the DC / DC converter may adjust the output voltage value to output the forward voltage value.
또한, 상기 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, LED 조명의 연색성을 향상시키기 위해서, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 입력받아 소정의 빛을 방출하는 연색성 LED; 및 상기 연색성 LED에 걸리는 전압을 측정하여 상기 연색성 LED의 전류를 계산하며, 상기 연색성 LED에 흐르는 전류값에 따라서 PWM 제어를 수행하여 상기 연색성 LED에 흐르는 전류를 단속적으로 제어하는 연색성 LED 드라이버를 더 포함할 수 있다.In addition, the integrated power supply integrated circuit for LED lighting may include a color LED that receives an output voltage of the DC / DC converter and emits a predetermined light in order to improve the color rendering of the LED illumination; And a color rendering LED driver for intermittently controlling a current flowing through the color rendering LED by calculating a current of the color rendering LED by measuring a voltage applied to the color rendering LED and performing PWM control according to a current value flowing through the color rendering LED can do.
또한, 상기 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, 쌍방향 통신을 수행하여, 외부로부터 원격 제어 명령을 수신하여 상기 PWM 제어부로 출력하는 외부 통신부를 더 포함하고, 상기 PWM 제어부는 상기 원격 제어 명령에 따라서 전압 PWM 제어신호 및 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 변경할 수 있다.The integrated power supply integrated circuit for LED lighting may further include an external communication unit that performs bidirectional communication to receive a remote control command from an external source and output the remote control command to the PWM control unit, The duty ratio of the control signal and the current PWM control signal can be changed.
또한, 상기 외부 통신부는, 상기 교류 전원의 전압 값의 0크로스점과 상기 전압 PWM 제어신호에 동기 하여, 상기 교류 전원의 전압 값이 0인 점을 중심으로 소정 범위 내인 저 전위 상태와 상기 전압 PWM 제어 신호의 휴지 시간에 통신을 수행할 수 있다.The external communication unit may further include a low-potential state in which a zero cross point of the voltage value of the ac power source and a voltage PWM control signal are in a predetermined range around a point where the voltage value of the ac power source is zero, The communication can be performed at the idle time of the control signal.
또한, 상기 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, 상기 DC/DC 컨버터로 입력되는 전원의 전압 값이 0이 되는 제로 위상 시점을 검출하여 상기 PWM 제어부로 출력하고, 상기 DC/DC 컨버터가 정류기로부터 입력되는 입력 전압 값이 0부터 소정의 전압까지의 저전압 구간동안 전압을 LED 그룹을 동작시킬 수 있는 전압까지 승압하는 동안에, 상기 LED 그룹을 동작시킬 수 있는 전원을 공급하는 제로 위상 검출부를 더 포함할 수 있다.
Also, the LED lighting integrated power integrated circuit detects a zero-phase time point at which a voltage value of a power source input to the DC / DC converter becomes zero, and outputs the detected zero-phase point to the PWM control unit, and the DC / And a zero phase detector for supplying power to operate the LED group while the input voltage value boosts the voltage to a voltage capable of operating the LED group during a low voltage period from 0 to a predetermined voltage .
본 발명은 교류전원이 입력되면 정류기가 교류 전원을 정류하여 평활화되지 않은 직류 전원을 출력하고, 평활화되지 않은 직류 전원을 DC/DC 컨버터를 통해서 PWM 제어를 수행하여 전체 LED 그룹의 순방향 전압값(Vf)에 적합하도록 강압한 후, 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹 중에서 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압 레벨에 대응되는 수의 LED 그룹들을 점등시킴으로써, 종래 기술에서 이용되던 전해콘덴서 및 트랜스포머를 사용하지 않고도 조명용 LED를 구동할 수 있게 되었고, 이에 따라서 LED 조명용 전원 집적 회로의 수명을 현저하게 향상시킴과 동시에 그 크기도 소형화가 가능하게 되었다.The rectifier rectifies the AC power to output a non-smoothed DC power, and performs PWM control through the DC power supplied to the smoothed DC power to calculate the forward voltage value Vf And then lighting the LED groups corresponding to the voltage level output from the DC / DC converter among the plurality of LED groups connected in series, It is possible to drive the LED, thereby significantly improving the lifetime of the power supply integrated circuit for LED lighting and also making it possible to miniaturize the size of the power supply integrated circuit.
특히, 본 발명은 복수의 LED 그룹 각각의 양단에 스위칭 소자를 연결하고 스위칭 소자를 함께 제어하여, 입력되는 전원의 한 주기 동안 각 LED 그룹이 점등되는 시간을 균일하게 구동함으로써, 각 LED 그룹의 밝기 및 수명을 균일하게 조절할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 LED 조명용 통합 전원 집적 회로를 이용한 조명기기는 균일한 밝기의 출력이 가능할 뿐만 아니라, 조명기기 전체 수명을 연장시킬 수 있다.Particularly, the present invention relates to a method of controlling the brightness of each LED group by connecting switching elements at both ends of each of a plurality of LED groups and controlling the switching elements together to uniformly drive the time during which each LED group is lit during one period of the input power source And the lifetime can be uniformly controlled. Accordingly, the lighting apparatus using the integrated power supply integrated circuit for LED lighting of the present invention not only can provide uniform brightness output, but also can extend the entire life of the lighting apparatus.
또한, 본 발명은 복수의 LED 그룹의 점등시간을 균일하게 조절함으로써, 모든 시간 구간에 대해서 항상 점등되는 LED 그룹이 존재하지 않는다. 따라서, 본 발명의 각 LED 그룹은 점등 및 소등이 반복되므로, 지속적인 점등으로 인해서 LED 소자에 발생하는 열로 인한 소자의 열화를 방지할 수 있고, 이로 인해, 평활화된 전원을 이용하여 출력하는 경우보다 더 많은 전류를 LED 그룹으로 제공하여 더 높은 광출력을 내더라도, 소자의 열화없이 정격 출력을 달성할 수 있는 효과가 있다.Further, in the present invention, there is no LED group that is always turned on for all time intervals by uniformly controlling the lighting time of the plurality of LED groups. Therefore, since each LED group of the present invention is repeatedly turned on and off, it is possible to prevent deterioration of the device due to heat generated in the LED device due to continuous lighting, and as a result, It is possible to achieve a rated output without deterioration of the device even if a higher light output is provided by providing a large amount of current as an LED group.
또한, 본 발명은 직렬로 연결된 각 LED 그룹의 양단을 스위칭 소자로 연결함으로써, 복수의 LED 그룹들 중 한 LED 그룹이 단락되어 동작되지 않을 경우, 해당 LED 그룹에 연결된 스위칭 소자를 ON 시켜, 단락된 LED 그룹을 바이패스시킴으로써, 모든 LED 그룹이 소등되어 LED 조명기기 전체가 동작하지 않는 것을 방지할 수 있다.Also, in the present invention, when one of the plurality of LED groups is short-circuited due to the connection of both ends of each LED group connected in series to the switching element, the switching element connected to the corresponding LED group is turned ON, By bypassing the LED group, it is possible to prevent all the LED groups from being turned off and the entire LED lighting apparatus not to operate.
또한, 본 발명은 조명 기기의 온도를 측정하여, 측정 온도가 사전에 설정된 온도 이상으로 상승하면 LED 그룹으로 흐르는 전류를 자동으로 차단시키거나 전류 PWM 제어 신호의 듀티비를 조절하여 부하에 흐르는 전류를 감소시켜 온도를 낮춤으로써 과도한 온도 상승으로 인해서 LED 조명용 통합 전원 집적 회로 전체가 열화 되는 것을 방지할 수 있다.
According to the present invention, the temperature of the lighting device is measured. When the measured temperature rises above a preset temperature, the current flowing into the LED group is automatically shut off or the duty ratio of the current PWM control signal is adjusted to adjust the current And lowering the temperature can prevent the entire integrated power supply integrated circuit for LED lighting from deteriorating due to the excessive temperature rise.
도 1은 종래 기술에 따른 LED 조명용 구동 회로의 문제점을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로의 전체 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 드라이버와 LED 그룹 및 스위칭 소자가 연결된 구성을 구체적으로 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 입력 직류 전원과, 각 구간에서 점등되는 LED 그룹을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압과, PWM 제어부로부터 각 LED 드라이버의 스위칭 트랜지스터로 입력되는 PWM 제어신호를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 DC/DC 컨버터로 입력되는 전압파형과 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압 파형의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 DC/DC 컨버터에서 전압이 출력되는 과정을 보다 상세하게 설명하기 위한 회로도이다.1 is a view for explaining a problem of a driving circuit for LED lighting according to the related art.
2 is a block diagram showing the overall configuration of an integrated power supply integrated circuit for LED lighting according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a configuration in which an LED driver, an LED group, and a switching element are connected according to a preferred embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating an input DC power source and LED groups that are lit in each section according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a voltage output from the DC / DC converter and a PWM control signal input from the PWM controller to the switching transistor of each LED driver according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of a voltage waveform input to a DC / DC converter and a voltage waveform output from a DC / DC converter according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a circuit diagram for explaining in detail the process of outputting a voltage in the DC / DC converter.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, 종래기술의 전해 콘덴서 또는 트랜스포머를 사용함으로써 발생하는 상술한 문제점들을 해소하기 위해서, PWM 제어만으로 조명용 LED들을 구동할 수 있도록 구성하였다. 이를 위해서, 본 발명은 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹(120-1~120-4)의 순방향 전압값(Vf)과, 정류된 후 평활화되지 않은 상태로 입력되는 전원의 전압레벨에 따라서 LED 그룹(120-1~120-4)을 선택적으로 점등시킨다.The integrated power supply integrated circuit for LED lighting according to the present invention is constructed so as to drive LEDs for illumination by PWM control only in order to overcome the above-mentioned problems caused by using a prior art electrolytic capacitor or transformer. To this end, according to the present invention, the forward voltage value Vf of the plurality of LED groups 120-1 to 120-4 connected in series and the voltage level of the power source inputted without being smoothed after being rectified, 120-1 to 120-4 are selectively turned on.
특히, 본 발명은 각 LED 그룹이 점등되는 시간이 서로 다름으로 인해서 발생하는 밝기 및 수명의 비균일성을 해결하기 위해서, 복수의 LED 그룹들의 갯수에 대응되도록, 평활화되지 않은 입력 직류 전원의 전압 구간을 복수개로 분할하고, 각 전압 구간의 직류 전원이 입력되는 동안, 각 전압 구간에 대응되는 수의 LED 그룹을 점등시키되, 각 전압 구간의 직류 전원이 입력되는 시간을 2개의 구간으로 분할하여, 각 시간 구간동안 번갈아, 복수의 LED 그룹의 양단으로부터 전압 구간에 대응되는 수의 LED 그룹을 점등시킨다.In particular, in order to solve the non-uniformity of brightness and lifetime caused by different lighting time of each LED group, The number of LED groups corresponding to each voltage section is lighted while the DC power of each voltage section is input, the time when the DC power of each voltage section is inputted is divided into two sections, During the time interval, the LED groups corresponding to the voltage section are lighted from both ends of the plurality of LED groups.
또한, 본 발명은 복수의 LED 그룹(120-1~120-4)에 과도한 전압이 인가되어, LED 그룹(120-1~120-4)에 과도한 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해서, 정류된 후 평활화 되지 않은 입력 전압에 PWM 제어를 수행할 뿐만 아니라, LED 그룹(120-1~120-4)이 온도특성 변화나 입력 전압의 변동에서도 일정한 밝기를 유지하면서도 과도한 전류가 흐르지 않도록 각 LED 드라이버의 LED그룹의 전압 및 전류특성을 감지하여 PWM 제어에 의해서 LED 램프를 단속적으로 점등 및 점멸시킨다.
Further, in order to prevent an excessive current from flowing to the LED groups 120-1 to 120-4 due to an excessive voltage applied to the plurality of LED groups 120-1 to 120-4, The LED groups 120-1 to 120-4 of the LED groups 120-1 to 120-4 are controlled so that the LED groups 120-1 to 120-4 maintain a constant brightness even when the temperature characteristic changes or the input voltage fluctuates, The LED lamp is intermittently turned on and off by PWM control.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로의 전체 구성을 도시하는 블록도이다.2 is a block diagram showing the overall configuration of an integrated power supply integrated circuit for LED lighting according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는 정류부(101), DC/DC 컨버터(112), 제로위상 검출부(102), 출력전압 검출부(103), 외부 통신부(110), 전압제어 클록 발생부(106), 전류 제어 클록 발생부(107), 가변 제어 클록 발생부(108), 복수의 LED 그룹(120-1~120-4), 복수의 LED 그룹(120-1~120-4) 각각을 제어하는 복수의 LED 드라이버(115-1~115-4), 복수의 스위칭 소자(116-1~116-3) 및 PWM 제어부(104)를 기본적으로 포함하고, 연색성 LED(114) 및 연색성 LED 드라이버(109)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, an integrated power supply integrated circuit for LED lighting according to a preferred embodiment of the present invention includes a rectifying
먼저, 정류부(101)는 입력되는 교류(AC)전원을 정류하여 평활화 되지 않은 직류 전원(Vin)을 DC/DC 컨버터(112)로 출력한다. 정류부(101)로 입력되는 전원은 전원의 크기가 +V에서 -V까지의 교류 전원인데 반해, 정류부(101)로부터 출력되는 전원은 크기가 0부터 +V이고 주기가 정류부(101)에 입력되는 파형의 절반인 평활화 되지 않은 직류 전원이다.First, the rectifying
제로 위상 검출부(102)는 정류부(101)에서 출력된 전원의 전압값을 조사하여 제로 위상을 검출하고(즉, 전원의 전압 크기가 0이 되는 시점), 그 신호를 PWM 제어부(104)로 출력한다. 또한, 제로 위상 검출부(102)는 DC/DC 컨버터(112)로 입력되는 전압(Vin)이 0부터 소정의 임계 전압까지의 저전압을 DC/DC 컨버터(112)가 LED 1(120-1)이 작동할 수 있는 전압까지 승압하는 동안, LED 1 드라이버(115-1)로 전원을 공급하여 LED 1(120-1)을 동작시키는 기능을 수행한다.The zero
또한, 제로 위상 검출부(102)는 대기 상태에서 외부의 명령에 의하여 LED 조명 기기가 On될 수 있도록 외부 통신부(110) 및 PWM 제어부(104)내의 의 Wakeup logic회로를 구동할 수 있도록 전력을 관리한다. In addition, the zero
DC/DC 컨버터(112)는 PWM 제어부(104)로부터 입력되는 PWM 제어신호에 따라서 단속적으로 동작하여, 입력 전압(Vin)을 감압 및 승압하여 출력전압(Vout)을 복수의 LED 그룹(120-1~120-4)으로 출력한다. DC/DC 컨버터(112)로부터 출력되는 출력전압에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다.The DC /
출력전압 검출부(103)는 DC/DC 컨버터(112)에서 출력되는 출력 전압값을 감시하여 PWM 제어부(104)로 출력하여, PWM 제어부(104)로 하여금 PWM 제어 신호의 실제 동기 및 사용전력량을 계산할 수 있도록 한다.The output
외부 통신부(110)는 쌍방향 통신을 수행하여, 본 발명의 전원 집적 회로의 원격제어 및 전원 집적 회로의 전력소비 상태나 부가된 센서회로의 값을 읽어서 서버로 전송하는 기능을 수행하는 것으로서, 외부 통신부(110)에서 외부로부터 원격 제어 명령을 수신하여 PWM 제어부(104)로 출력하면, PWM 제어부(104)는 입력된 원격 제어 명령에 따라서 DC/DC 컨버터로 출력되는 전압 PWM 제어신호 및 LED 드라이버로 입력되는 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 변경하여 원격 제어 명령을 수행한다. 예컨대, 외부에서 원격으로 LED 조명의 디밍을 수행하거나, LED 조명을 소등하는 등과 같은 원격 명령을 수신하여 PWM 제어부(104)로 출력함으로써, 외부에서 본 발명의 전원 집적 회로를 제어할 수 있도록 한다. The
또한, 외부 통신부(110)는 통신 노이즈를 저감시키기 위하여 입력되는 교류 전원의 0 크로스점(또는 정류기(101)에서 출력된 정류된 전압값이 0이 되는 시점)과 DC/DC 컨버터(112)로 입력되는 전압 PWM 제어신호에 동기하여, 입력 교류 전원의 전압값이 0이 되는 시점과 가까운 저전위 상태(예컨대, 입력 전원의 최대 전압값(ㅁ V)의 10%~20% 이내의 전압값이 되는 시점과 같이, 교류 전원의 전압값이 0인 점을 중심으로 소정 범위내인 상태)와 전압 PWM 제어 신호의 휴지 시간에 통신을 수행한다. 또한, 외부 통신부(110)는 별도의 통신방식으로 통신을 수행할 수 있도록 RS232등과 같은 통신포트를 구비할 수 있다.The
전압 제어 클록 발생부(106)는 DC/DC 컨버터(112)로의 입력 전압(Vin), DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압(Vout), 및 복수의 LED 그룹(120-1~120-4)에 흐르는 전류를 감지하여 PWM 제어부(104)로 하여금 DC/DC 컨버터(112)로 출력하는 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 조절하게 하는 클록 제어신호를 출력한다. 예컨대, 입력 전압값(Vin)과 출력전압값(Vout)이 점점 커질수록 DC/DC 컨버터(112)로 출력되는 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시키고, 입력 전압값(Vin)과 출력 전압 값(Vout)이 점점 작아질수록 DC/DC 컨버터(112)로 출력되는 PWM 제어신호의 듀티비는 증가시키도록 지시하는 클록 제어신호를 PWM 제어부(104)로 출력한다. 또한, LED 그룹(120-1~120-4)에 흐르는 전류가 증가하여 소정의 전류값 이상이 되면, 전압 PWM 제어 신호의 듀티비를 감소시켜 LED 그룹(120-1~120-4)에 흐르는 전류를 후술하는 LED 드라이버(115-1~115-4)로 출력되는 전류 PWM 제어 신호와 함께 감소시킨다. The voltage control
전류 제어 클록 발생부(107)는 사전에 설정된 LED 그룹(120-1~120-4)의 전류 값과 각 LED 드라이버(115-1~115-4)에서 검출한 전류 값을 비교하여, PWM 제어부(104)에서 각 LED 드라이버(115-1~115-4)로 출력하는 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 조절하도록 제어하는 클록 제어신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력한다. 전류 제어 클록 발생부(107)에서 설정되는 기준 전류 값은 각 LED 그룹(120-1~120-4)별로 설정될 수 있고, 전체 LED 그룹(120-1~120-4)에 대해서 하나의 기준 전류 값이 설정될 수도 있다.The current control
가변 제어 클록 발생부(108)는 온도 감지부(140) 및 조도 감지부(130)와 같은 본 발명의 LED 조명용 통합 전원 집적 회로의 동작과 관련하여 필요한 정보를 감지하는 감지부들로부터 센싱 값을 입력받아, 이에 따라서 필요한 제어신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력한다. 예컨대, 사용자가 사전에 자신이 원하는 조도를 설정한 경우에, 가변 제어 클록 발생부(108)는 조도 감지부(130)로부터 입력되는 조도를 조사하여, 조도가 점점 낮아지면 LED 빛의 세기를 강화하도록 제어신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력하고, 조도가 점점 높아지면 LED 빛의 세기를 감소시키도록 제어신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력할 수 있다.The variable control
또한, 가변 제어 클록 발생부(108)는 LED 조명 기기의 온도가 사전에 설정된 임계온도보다 높아지면, 조명 기기의 보호를 위해서 LED 조명을 비상소등 하도록 지시하거나, LED에 흐르는 전류를 감소시키도록 지시하는 제어 신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력한다.When the temperature of the LED lighting apparatus becomes higher than a predetermined threshold temperature, the variable control
상술한 전압 제어 클록 발생부(106), 전류 제어 클록 발생부(107) 및 가변 제어 클록 발생부(108)는 클록의 듀티비를 변경함으로써 제어신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력한다. The voltage control
한편, 서로 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹(120-1~120-4)은 복수의 LED 램프가 서로 연결되어 형성되고, 해당되는 LED 드라이버(115-1~115-4)의 스위칭 트랜지스터가 턴온되는 동안에 DC/DC 컨버터(112)로부터 전원을 공급받아 점등된다. On the other hand, a plurality of LED groups 120-1 to 120-4 connected in series are formed by connecting a plurality of LED lamps, and the switching transistors of the corresponding LED drivers 115-1 to 115-4 are turned on The power is supplied from the DC /
각 LED 그룹(120-1~120-4)의 LED 드라이버(115-1~115-4)는 내부에 스위칭 트랜지스터를 포함하여, PWM 제어부(104)로부터 입력되는 전류 PWM 제어신호에 의해서 턴온 및 턴오프되어, 자신이 연결된 LED 그룹으로 전류가 흐르도록 하거나 전류가 흐르는 것을 차단하여 LED 그룹을 점등 및 소등시킨다. 스위칭 트랜지스터는 PWM 제어부(104)로부터 입력되는 PWM 제어신호의 ON 듀티 동안 턴온되고, OFF 듀티 동안 턴오프된다. 또한, LED 드라이버(115-1~115-4)는 자신에 연결된 LED 그룹(120-1~120-4)에 흐르는 전류를 감지하여 전압 제어 클록 발생부(106) 및 전류 제어 클록 발생부(107)로 출력한다.The LED drivers 115-1 to 115-4 of the respective LED groups 120-1 to 120-4 include a switching transistor therein and are turned on and off according to the current PWM control signal input from the
복수의 스위칭 소자들(116-1~116-3)은 각 LED 그룹에 대응되도록 설치되는데, 양단이 LED 그룹의 양단에 접속되고, PWM 제어부(104)로부터 입력되는 스위칭 제어신호에 따라서 ON 또는 OFF 된다. 스위칭 소자가 ON 되면, LED 그룹의 양단이 서로 연결되어 LED 그룹으로는 전류가 흐리지 않는 상태가 된다. 즉, 스위칭 소자는 Short된다. 한편, 스위치 소자가 OFF인 동안에는 스위칭 소자로 전류가 흐르지 않는 Open 상태가 되어, 전류는 LED 그룹을 통해서 흐르게 된다. 복수의 스위칭 소자(116-1~116-3)는 다양한 방식으로 구현이 가능하지만, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 트랜지스터로 복수의 스위칭 소자를 구현하였다.The plurality of switching elements 116-1 to 116-3 are provided so as to correspond to the respective LED groups. Both ends of the LED groups are connected to both ends of the LED group. The switching elements 116-1 to 116-3 are turned on or off according to the switching control signal input from the
PWM 제어부(104)는 전압 제어 클록 발생부(106), 전압 제어 클록 발생부(106) 및 가변 제어 클록 발생부(108)로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 전압 PWM 제어신호를 DC/DC 컨버터(112)로 출력하고, 전류 PWM 제어 신호를 생성하여 복수의 LED 드라이버들(115-1~115-4) 중 어느 하나로 출력하며, 스위칭 제어 신호를 생성하여 스위칭 소자들(116-1~116-3)로 출력함으로써, 각 LED 그룹이 균등한 시간동안 점등되도록 제어한다. 단, 본 발명에서 각 LED 그룹의 점등시간이 균등하다는 의미는, 점등 시간이 완전 동일하다는 것이 아니라, 종래 기술에 비하여 각 LED 그룹의 점등시간의 차이가 현저하게 감소됨을 의미함을 주의해야 한다.The
본 발명은 DC/DC 컨버터(112)로부터 복수의 LED 그룹으로 입력되는 직류 전원을 복수의 전압 구간으로 분할하고, 각 전압 구간의 직류 전원이 입력되는 동안 각 전압 구간에 대응되는 수의 LED 그룹을 점등시킨다. 이 때, 분할되는 전압 구간의 수는 LED 그룹의 수에 대응되고, 각 전압 구간은 각 LED 그룹의 순방향 전압값(Vf)에 따라서 결정된다.
The present invention is characterized in that a DC power input from a DC / DC converter (112) into a plurality of LED groups is divided into a plurality of voltage sections, and a number of LED groups corresponding to each voltage section Lights up. At this time, the number of divided voltage sections corresponds to the number of LED groups, and each voltage section is determined according to the forward voltage value Vf of each LED group.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 드라이버와 LED 그룹 및 스위칭 소자가 연결된 구성을 구체적으로 도시한 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 입력 직류 전원과, 각 구간에서 점등되는 LED 그룹을 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration in which an LED driver, an LED group, and a switching device are connected to each other according to a preferred embodiment of the present invention. FIGS. 4A and 4B illustrate an input DC power source, LED groups in the < / RTI >
도 3 및 도 4a를 참조하면, 복수의 LED 그룹은 4개의 LED 그룹(L1~L4)이 직렬로 연결되어 구성되고, 입력 직류 전원의 전압 구간은 LED 그룹의 수에 대응되도록 4개의 구간(구간 1(V1)~구간 4(V4))으로 분할된다.3 and 4A, a plurality of LED groups are formed by connecting four LED groups (L1 to L4) in series, and the voltage section of the input DC power source is divided into four sections 1 (V1) to 4 (V4)).
설명의 편의를 위해서, 4개의 LED 그룹의 순방향 전압값이 Vf_g로 동일하다고 가정하면, DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압값이 1개의 LED 그룹의 순방향 전압값에 대응되는 전압 구간(V1구간(0V~Vf_g))인 경우에는 1개의 LED 그룹이 점등되고, DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압값이 2개의 LED 그룹이 직렬로 연결된 경우의 순방향 전압값인 2*vf_g에 대응되는 전압 구간(V2구간(Vf_g~2Vf_g))인 경우에는 2개의 LED 그룹이 점등된다. 마찬가지로, DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압값이 3개 또는 4개의 LED 그룹이 직렬로 연결된 경우의 순방향 전압값인 3*Vf_g 또는 4*Vf_g에 대응되는 전압 구간(V3구간(2Vf_g~3Vf_g) 또는 V4구간(3Vf_g~4Vf_g))인 경우에는 3개 또는 4개의 LED 그룹이 점등된다.For convenience of explanation, assuming that the forward voltage value of the four LED groups is equal to Vf_g, the voltage value output from the DC / DC converter corresponds to the forward voltage value of one LED group (V1 section Vf_g), one LED group is turned on, and the voltage value output from the DC / DC converter is divided into a voltage section V2 corresponding to 2 * vf_g, which is a forward voltage value when two LED groups are connected in series, (Vf_g to 2Vf_g)), two LED groups are turned on. Similarly, the voltage value output from the DC / DC converter is divided into a voltage section (V3 section 2Vf_g to 3Vf_g) corresponding to 3 * Vf_g or 4 * Vf_g, which is a forward voltage value when three or four LED groups are connected in series, V4 section (3Vf_g to 4Vf_g)), three or four LED groups are turned on.
또한, 본 발명은 각 전압 구간의 직류 전원이 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 시간(T1~T4)을 2개의 시간 구간(T1-1~T4-2)으로 분할하여, 각 시간 구간동안 번갈아서 복수의 LED 그룹의 양단으로부터 전압 구간에 대응되는 수의 LED 그룹을 점등한다.Further, the present invention divides the time (T1 to T4) during which the DC power of each voltage section is output from the DC / DC converter into two time sections (T1-1 to T4-2) The number of LED groups corresponding to the voltage section is lighted from both ends of the LED group of FIG.
도 4a 에 도시된 예에서, 전압 구간 V1, V2, V3, 및 V4에서는 각각 1개, 2개, 3개, 및 4개의 LED 그룹이 점등된다. In the example shown in FIG. 4A, one, two, three, and four LED groups are turned on in voltage sections V1, V2, V3, and V4, respectively.
먼저, 전압 구간 V1의 첫 번째 시간구간(T1-1)에서는 Q1이 ON되고, 나머지 Q2 내지 Q4 및 S1 내지 S3가 OFF되어, 복수의 LED 그룹 중 최상단에 위치한 하나의 LED 그룹인 L1이 점등된다. First, in the first time period T1-1 of the voltage section V1, Q1 is turned on and the remaining Q2 to Q4 and S1 to S3 are turned off, and one LED group L1 located at the top of the plurality of LED groups is turned on .
전압 구간 V1의 두 번째 시간구간 (T1-2)에서는 Q1 내지 Q3 가 OFF되고, Q4가 ON 되며, 스위칭 소자 S1 내지 S3가 ON 된다. 그러면, 스위칭 소자 S1 내지 S3가 Short 되어 DC/DC 컨버터에서 출력된 전압은 L4로 직접 출력되어, 복수의 LED 그룹 중 최하단에 위치한 하나의 LED 그룹인 L4가 점등된다.In the second time period T1-2 of the voltage section V1, Q1 to Q3 are turned OFF, Q4 is turned ON, and the switching elements S1 to S3 are turned ON. Then, the switching elements S1 to S3 are short-circuited, and the voltage output from the DC / DC converter is directly output to L4, so that one LED group L4 located at the lowermost one of the plurality of LED groups is turned on.
마찬가지로, 전압 구간 V2의 첫 번째 시간구간(T2-1)에서는 Q2가 ON되고, 나머지 Q1, Q3 및 Q4 및 S1 내지 S3가 OFF되어, 복수의 LED 그룹 중 최상단에 위치한 2개의 LED 그룹인 L1 및 L2 가 점등된다. Likewise, in the first time period T2-1 of the voltage section V2, Q2 is turned on and the remaining Q1, Q3, Q4, and S1 to S3 are turned OFF, and the two LED groups L1 and L2 is turned on.
전압 구간 V2의 두 번째 시간구간 (T2-2)에서는 Q1 내지 Q3 가 OFF되고, Q4가 ON 되며, 스위칭 소자 S1 및 S2가 ON 된다. 그러면, 스위칭 소자 S1 및 S2가 Short 되어 DC/DC 컨버터에서 출력된 전압은 L3로 직접 출력되어, 복수의 LED 그룹 중 최하단에 위치한 2개의 LED 그룹인 L3 및 L4가 점등된다. 시간 구간 (T2-2)에서의 전류의 흐름을 점선으로 도 3에 표시하였다.In the second time period T2-2 of the voltage section V2, Q1 to Q3 are turned OFF, Q4 is turned ON, and the switching elements S1 and S2 are turned ON. Then, the switching elements S1 and S2 are short-circuited, and the voltage output from the DC / DC converter is directly output to L3, so that the two LED groups L3 and L4 located at the lowermost end of the plurality of LED groups are turned on. The flow of the current in the time interval T2-2 is shown in Fig. 3 as a dotted line.
동일한 방식으로, 전압 구간 V3의 첫 번째 시간 구간(T3-1)에서는 최상단으로부터 3개의 LED 그룹인 L1~L3가 점등되고, V3의 두 번째 시간 구간(T3-2)에서는 최하단으로부터 3개의 LED 그룹인 L2~L4가 점등된다. In the same manner, in the first time period T3-1 of the voltage section V3, three LED groups L1 to L3 are turned on from the top, and in the second time period T3-2 of V3, three LED groups L2 through L4 are turned on.
아래의 표 1에 각 시간 구간에서의 LED 드라이버(Q1~Q4) 및 스위칭 소자(S1~S3)의 ON 및 OFF 관계를 기재하였다.Table 1 below shows the ON and OFF relationships of the LED drivers (Q1 to Q4) and the switching elements (S1 to S3) in each time period.
상술한 바와 같이, 4개의 LED 그룹(L1~L4)이 직렬로 연결된 본 발명의 바람직한 실시예의 경우에, 모든 LED 그룹 각각은 직류 전원의 1주기 동안 8개의 시간 구간 동안 점등되므로, 각 LED 그룹은 균일한 시간동안 점등되는 것을 알 수 있다.As described above, in the case of the preferred embodiment of the present invention in which four LED groups (L1 to L4) are connected in series, each LED group is lit for eight time periods during one period of the DC power supply, It can be seen that the lamp is lit for a uniform period of time.
한편, 도 4b에는 5개의 LED 그룹(L1~L5)이 직렬로 연결된 경우에 각 시간 구간에서 점등되는 LED 그룹을 표시하였다. 도 4b를 참조하면, 5개의 LED 그룹이 직렬로 연결된 경우에, 직류 전원은 5개의 전압 구간으로 분할되고, 모든 LED 그룹 각각은 DC/DC 컨버터에서 출력되는 직류 전원의 1주기 동안 10개의 시간구간에서 점등되어, 균등한 시간에 점등됨을 알 수 있다.On the other hand, FIG. 4B shows LED groups that are lit in each time interval when five LED groups (L1 to L5) are connected in series. Referring to FIG. 4B, in the case where five LED groups are connected in series, the DC power source is divided into five voltage sections, and each of the LED groups is divided into ten time sections for one period of the DC power outputted from the DC / And it can be seen that it is lit at an equal time.
상술한 예들에서는, 최상단으로부터 전압 구간에 대응되는 수의 LED 그룹을 먼저 점등한 후, 최하단으로부터 전압 구간에 대응되는 수의 LED 그룹을 점등하는 것으로 설명하였으나, 그 순서는 서로 바뀌어도 무방하다.In the above-described examples, the number of LED groups corresponding to the voltage section is first turned on, and then the LED groups corresponding to the voltage section are turned on from the lowermost stage. However, the order may be reversed.
다시 도 2, 도 3 및 도 4a를 참조하여 PWM 제어부(104)의 기능을 보다 구체적으로 설명하면(단, 설명의 편의를 위하여 각 LED 그룹의 순방향 전압값이 Vf_g 로 동일하다고 가정함), PWM 제어부(104)는 LED 1 드라이버(115-1)로 전류 PWM 제어신호를 출력하거나, LED 4 드라이버(115-4)로 전류 PWM 제어신호를 출력하고 스위칭 소자 1 내지 스위칭 소자 3(116-1~116-3)로 스위칭 제어 신호를 출력하여, DC/DC 컨버터(112)의 입력 전압값이 0인 시점부터 DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압값(Vout)이 Vf_g를 초과하지 않고, LED 1 그룹(120-1) 및 LED 4 그룹(120-4)에 흐르는 전류가 사전에 정의된 전류값을 초과하지 않는 동안 LED 1 그룹(120-1) 또는 LED 4 그룹(120-4)을 점등한다.The function of the
그 후, DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압값(Vout)이 Vf_g 를 초과하거나 LED 1 그룹(120-1) 또는 LED 4 그룹(120-4)에 흐르는 전류가 사전에 정의된 전류값을 초과하는 경우에, 전류 PWM 제어신호를 LED 2 드라이버(115-2)로 출력하여 LED 1 그룹(120-1) 및 LED 2 그룹(120-2)을 점등하거나, 전류 PWM 제어 신호를 LED 4 드라이버(115-4)로 출력하고 스위칭 제어신호를 스위칭 소자 1(116-1) 및 스위칭 소자 2(116-2)로 출력하여 LED 3 그룹(120-3) 및 LED 4 그룹(120-4)을 점등한다.Thereafter, when the output voltage value Vout of the DC /
동일한 방식으로 DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압값(Vout)이 2*Vf_g를 초과하거나, 첫 번째 시간 구간에서 LED 1 그룹(120-1) 및 LED 2 그룹(120-2)에 흐르는 전류 또는 두 번째 시간 구간에서 LED 3 그룹(120-3) 및 LED 4 그룹(120-4)에 흐르는 전류가 사전에 정의된 전류값을 초과하는 경우에는, 전류 PWM 제어신호를 LED 3 드라이버(115-3)로 출력하여 LED 1 그룹(120-1) 내지 LED 3 그룹(120-3)을 점등하거나, 전류 PWM 제어 신호를 LED 4 드라이버(115-4)로 출력하고 스위칭 제어신호를 스위칭 소자 1(116-1)로 출력하여 LED 2 그룹(120-2) 내지 LED 4 그룹(120-4)을 점등한다.In the same manner, when the output voltage value Vout of the DC /
PWM 제어부(104)는 동일한 방식으로 DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압이 3*Vg_f를 초과하거나 LED 그룹에 흐르는 전류가 사전에 정의된 전류값을 초과하는 경우에 전류 PWM 제어신호를 LED 4 드라이버(115-3)로 출력하고 모든 스위칭 소자를 Open 시켜 LED 1 그룹(120-1) 내지 LED 4 그룹(120-4)까지 점등한 후, 상술한 바와 동일한 방식으로 세 번째 전압 구간(V3)에서는 3개의 LED 그룹을 점등하고, 두 번째 전압 구간(V2) 및 첫 번째 전압구간에서는 각각 2개의 LED 그룹 및 1개의 LED 그룹을 점등한다.The
다시, DC/DC 컨버터(112)의 입력 전압이 0점에 도달하고 다시 증가하기 시작하면 상술한 바와 동일한 방식으로, 전압 구간에 따라서 1개부터 4개의 LED 그룹을 점등한다.
Again, when the input voltage of the DC /
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 DC/DC 컨버터(112)에서 출력되는 전압과, PWM 제어부(104)로부터 각 LED 드라이버(115-1~115-4)의 스위칭 트랜지스터로 입력되는 전류 PWM 제어신호를 도시한 도면이다.5 is a graph showing a relationship between a voltage output from the DC /
도 5를 참조하면, 먼저, DC/DC 컨버터(112)는 PWM 제어부(104)의 PWM 제어신호에 의해서 단속적으로 전압의 크기를 변환하여 도 5의 상단에 도시된 바와 같은 전압 파형을 출력한다. 도 5에 도시된 바와 같이, PWM 제어부(104)는 DC/DC 컨버터(112)의 입력 전압값이 0에 가까울수록 DC/DC 컨버터(112)로 입력되는 PWM 제어신호의 듀티비를 크게 설정하고, 입력 전압값이 커질수록(즉, 위상이 90도에 가까울수록) 듀티비를 작게 설정하여 LED 그룹(120-1~120-4)으로 전달되는 에너지를 가능한 일정하게 유지한다.Referring to FIG. 5, first, the DC /
이 때, 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 무한히 작게 조절이 가능하다면 후술하는 바와 같이, 각 LED 드라이버(115-1~115-4)에 대한 PWM 전류 제어를 수행할 필요가 없으나, LED 그룹(120-1~120-4)으로 입력되는 전압의 듀티비가 너무 작아지면 LED가 꺼지는 문제점이 발생하므로, 본 발명은 LED 그룹으로 인가되는 전압의 PWM 제어와 LED에 흐르는 전류의 정전류 제어를 동시에 수행한다.At this time, if the duty ratio of the voltage PWM control signal can be adjusted to be infinitely small, it is not necessary to perform PWM current control for each of the LED drivers 115-1 to 115-4, -1 to 120-4 is too small, the LED is turned off. Therefore, the present invention simultaneously performs the PWM control of the voltage applied to the LED group and the constant current control of the current flowing in the LED.
PWM 제어부(104)는 전류 제어 클록 발생부(107)에서 입력되는 제어 신호에 따라서 LED 그룹(120-1~120-4)에 일정한 전류가 흐르도록 전류 PWM 제어신호를 출력하는데, LED 그룹(120-1~120-4)에 걸리는 전압값이 높아질수록 LED 그룹(120-1~120-4)에 흐르는 전류의 크기 또한 커지게 된다. 따라서, PWM 제어부(104)는 전류값이 커짐에 따라서, 전류 제어 클록 발생부(107)에서 입력되는 클록 제어 신호에 따라서 LED 드라이버(115-1~115-4)로 출력되는 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시켜 LED 그룹(120-1~120-4)에 단속적으로 전류가 흐르게 함으로써, 전체적으로 LED 그룹(120-1~120-4)에 일정한 전류가 흐르도록 제어한다. 도 5의 하단에는 각 전압 구간에서 PWM 제어부로부터 출력되는 전류 PWM 제어신호의 파형을 도시하였다.The
또한, PWM 제어부(104)는 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹들 중 어느 한 그룹이 단락되는 경우에, 단락된 LED 그룹의 양단에 연결된 스위칭 소자를 ON시켜 단락된 LED 그룹을 바이패스시킴으로써, 전체 LED 그룹이 소등되어 조명기기가 동작되지 않는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이, 5개의 LED 그룹이 직렬로 연결된 상태에서, 첫 번째 LED 그룹(L1)이 단선된 경우에, 이에 대응되는 스위칭 소자를 항상 ON시키고, 나머지 LED 그룹(L2~L5)을 도 4a의 LED 그룹 L1~L4에 대응시켜 동작시킬 수 있다.In addition, when any one of the plurality of LED groups connected in series is short-circuited, the
상술한 예에서는, 입력 전압을 단순히 PWM 제어를 통해서 단속적으로 변환하는 것으로 설명하였다.In the above-described example, the input voltage is simply and intermittently converted through the PWM control.
그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, PWM 제어신호의 ON 타임 동안에, DC/DC 컨버터(112)에서 출력되어 LED 그룹(120-1~120-4)으로 입력되는 전압의 크기는 서서히 증가하거나 감소하게 되므로, LED에서 방출하는 빛의 밝기에는 변화가 나타난다. 비록, 일반인의 눈에는 이러한 미세한 밝기의 변화가 명확하게 인지되지 않는다 하더라도, 안정적인 세기의 빛을 출력하기 위해서, 본 발명의 DC/DC 컨버터(112)는 각 전압 구간에서 출력전압을 해당 구간에서 직렬로 연결된 LED 그룹(120-1~120-4)의 순방향 전압값(Vf_g, 2Vf_g, 3Vf_g, 4Vf_g) 값에 대응되는 값으로 승압 또는 강압시켜 출력한다(도 6의 602 참조).
However, as shown in FIG. 5, during the ON time of the PWM control signal, the magnitude of the voltage output from the DC /
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 DC/DC 컨버터(112)로 입력되는 전압파형(301)과 DC/DC 컨버터(112)에서 출력되는 전압 파형(301)의 일 예를 도시하는 도면이다. 단, 도 6에 도시된 그래프는 실제 PWM 제어에 따라서 단속적으로 출력되는 전압 파형의 포락선을 도시하였음을 주의해야 한다.6 is a diagram showing an example of a voltage waveform 301 input to the DC /
도 6을 참조하면, DC/DC 컨버터(112)는 입력되는 전압 파형(601)을 먼저 본원의 LED 그룹(120-1~120-4)에 적합하도록 감압하면서(도 6의 603 참조), 각 전압 구간의 출력 전압값이 직렬로 연결된 LED 그룹들의 순방향 전압값(Vf)보다 낮으면, 도 6의 원안에 도시된 바와 같이, 출력 전압 값을 직렬로 연결된 LED 그룹의 순방향 전압값까지 승압시켜 해당 구간에서는 일정한 전압 값을 출력한다. 도 6에 도시된 예에서, Vf_g는 첫 번째 전압 구간에 점등되는 1개의 LED 그룹의 순방향 전압값에 대응되는 값이고, 2Vf_g 내지 4Vf_g는 2개의 LED 그룹 내지 4개의 LED 그룹이 직렬로 연결되었을 때의 순방향 전압값에 대응되는 값이다.
Referring to FIG. 6, the DC /
도 7은, 도 6을 참조하여 설명한 DC/DC 컨버터에서 전압이 출력되는 과정을 보다 상세하게 설명하기 위한 회로도이다. FIG. 7 is a circuit diagram for explaining in detail the process of outputting a voltage in the DC / DC converter described with reference to FIG.
도 7을 참조하면, 정류부를 구성하는 D1,2,3,4에 의해 평활되지 않은 직류는 R1과 R2에 의하여 적절히 강압된 후 U1A~U1D의 콤퍼레이터로 입력되고, 콤퍼레이터의 출력값이 LOAD내의 직렬로 연결된 복수의 LED 부하 스위칭 소자에 인가된다. Referring to FIG. 7, the smoothed direct currents D1, 2, 3, and 4 constituting the rectifying section are appropriately reduced by R1 and R2 and then input to the comparators of U1A to U1D. The output of the comparator is serially And is applied to a plurality of connected LED load switching elements.
부하인 LED 그룹에 흐르는 전류는 R8에서 감지되어 PWM_GEN회로로 입력되고, PWM-GEN회로는 PWM 제어신호를 발생하여 Q1,Q2,Q3에 인가함으로써 전압을 승압시키거나 강압시킨다. 이 때, 강압이 필요할 경우는 Q2가, 승압이 필요한 경우 Q3가 작동된다. The current flowing in the load LED group is detected in R8 and input to the PWM_GEN circuit. The PWM-GEN circuit generates the PWM control signal and applies it to Q1, Q2, and Q3 to step up or down the voltage. At this time, Q2 is operated when the pressure is required, and Q3 when the pressure is required.
또한, 전압 및 전류 제한을 하기 위한 전류 콘트롤 PWM이 최대이고, 전압 콘트롤 PWM이 최소일때에는, 도 7의 Q1 및 Q3가 작동하여 입력 전압, 특히, 제로크로스 영역의 전압을 부하에 필요한 전류가 흐르도록 최대한 승압하여 LED의 점등시간을 늘려줌으로써 플리커 현상이 발생하는 것을 방지한다.Further, when the current control PWM for limiting the voltage and the current is the maximum and the voltage control PWM is the minimum, Q1 and Q3 in Fig. 7 are activated so that the input voltage, in particular the voltage in the zero- So that the flicker phenomenon is prevented from occurring by increasing the lighting time of the LED.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로의 구성에 대해서 설명하였다. 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 LED 조명용 통합 전원 집적 회로의 동작 과정을 살펴본다(단, LED 그룹들은 상술한 도 4a 및 표 1에 기재된 순서로 점등되는 것으로 가정한다). 먼저, 교류 전원이 정류부(101)로 입력되면, 정류부(101)는 교류 전원을 평활화되지 않은 직류 전원으로 변환하여 DC/DC 컨버터(112)로 출력한다. The configuration of the integrated power supply integrated circuit for LED illumination according to the preferred embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, the operation of the integrated power supply integrated circuit for LED lighting of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 (assuming that the LED groups are lit in the order shown in FIG. 4A and Table 1). First, when AC power is input to the rectifying
제로 위상 검출부(102)는 정류부(101)에서 출력되는 전압의 크기가 0인 점을 검출하여 PWM 제어부(104)로 출력하는 한편, 입력 전원이 0인 동안에 1개의 그룹을 점등할 수 있도록 LED 1 드라이버(115-1)로 기본 전원을 공급하여 LED 1그룹(120-1)을 점등시키고, PWM 제어부(104)는 LED 1 드라이버(115-1)로 전류 PWM 제어신호를 출력하여 LED 1을 점등시킨다.The zero
PWM 제어부(104)는 전압구간 V1의 첫 번째 시간 구간(T1-1)동안에는 LED 1 드라이버(115-1)로 전류 PWM 제어신호를 출력하여 LED 1 그룹을 점등하고, 두 번째 시간 구간(T1-2)에는 LED 4 드라이버(115-4)로 전류 PWM 제어신호를 출력하고 스위칭 소자들(116-1~116-3)로 스위칭 제어신호를 출력하여 LED 4 그룹을 점등시킨다. The
전압 제어 클록 발생부(106)는 입력 전압(Vin), DC/DC 컨버터(112)의 출력전압(Vout), 및 LED 1 그룹 또는 LED 4 그룹에 흐르는 전류를 감지하여 전압 PWM 제어신호의 듀티비의 가감을 지시하는 전압 클록 제어신호를 PWM 제어부(104)로 출력하고, PWM 제어부(104)는 전압 클록 제어신호에 따라서 DC/DC 컨버터(112)로 전압 PWM 제어 신호를 출력한다.The voltage control
DC/DC 컨버터(112)는 전압 PWM 제어 신호에 따라서 단속적으로 입력 전압(Vin)을 변환하여 출력 전압(Vout)을 복수의 LED 그룹들(120-1~120-4)로 출력한다. 이 때, 출력 전압 검출부(103)는 실제 출력 전압을 감지하여 PWM 제어부(104)로 출력하고, PWM 제어부(104)는 출력 전압 검출부(103)로부터 입력되는 출력 전압 신호에 따라서 PWM 제어를 수행한다. 이 때, DC/DC 컨버터(112)는 도 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 점등되는 LED 그룹들의 순방향 전압값에 대응되도록 전압을 승압시켜 일정한 전압을 출력한다.The DC /
한편, 전류 제어 클록 발생부(107)는 LED 1 그룹(120-1) 또는 LED 4 그룹(120-4)에 흐르는 전류를 감지하여, LED 1 그룹(120-1) 또는 LED 제 4 그룹(120-4)으로 입력되는 전압이 증가함에 따라서 LED 1 그룹(120-1) 또는 LED 제 4 그룹(120-4)에 흐르는 전류가 증가하는 것을 방지하고, LED 1 그룹(120-1) 또는 LED 제 4 그룹(120-4)에 일정한 전류가 흐르도록 LED 1 드라이버(115-1) 또는 LED 4 드라이버(115-4)로 출력하는 전류 PWM 제어 신호의 듀티비를 감소시키도록 지시하는 클록 제어신호를 PWM 제어부(104)로 출력하고, PWM 제어부(104)는 전류 제어 클록 발생부(107)로부터 입력되는 클록 제어신호에 따라서 전류 PWM 제어 신호의 듀티비를 감소시켜 LED 1 드라이버(115-1) 또는 LED 4 드라이버(115-4)로 출력한다.On the other hand, the current control
이러한 방식으로, PWM 제어부(104)는 입력 전압(Vin)이 증가함에 따라서 전압 PWM 제어신호 및 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시켜 LED 1 그룹 및 LED 4 그룹에 흐르는 전류를 일정하게 유지하다가, 듀티비를 더 이상 감소시킬 수 없는 임계치에 도달하면, PWM 제어부(104)는 다음 전압 구간 V2 에서 LED 1 그룹 및 LED 2 그룹이 점등되도록 LED 2 드라이버(115-2)를 선택하여 전류 PWM 제어 신호를 출력하고, DC/DC 컨버터(112)는 PWM 제어부(104)로부터 입력되는 전압 PWM 제어신호에 따라서 직렬로 연결된 LED 1 그룹(120-1) 및 LED 2 그룹(120-2)의 순방향 전압값에 대응되는 전압(2Vf_g)을 출력함으로써, LED 1 그룹(120-1) 및 LED 2 그룹(120-2)을 점등시킨다. 그 후, PWM 제어부(104)는 전압 구간 V2의 두 번째 시간 구간(T2-2)에서 도 4a 및 표 1을 참조하여 상술한 바와 같이, LED 3 그룹 및 LED 4 그룹을 점등시킨다.In this manner, as the input voltage Vin increases, the
LED 3 그룹(120-3) 및 LED 4 그룹(120-4)이 점등된 상태에서 입력 전압이 지속적으로 증가함에 따라서, PWM 제어부(104)는 상술한 방식으로 전압구간 V3의 첫 번째 시간구간(T3-1)에서는 LED 1 그룹 내지 LED 3 그룹을 점등시키고, 두 번째 시간 구간(T3-2)에서는 LED 2 그룹 내지 LED 4 그룹을 점등시킨다.As the input voltage continues to increase with the
입력 전압이 증가하여 전압 구간 V4 에 도달하는 경우에는 모든 LED 그룹이 점등된다. When the input voltage increases to reach the voltage section V4, all the LED groups are turned on.
한편, 입력 전압(Vin)이 감소하기 시작하면, DC/DC 컨버터(112)는 전압 구간 V4 동안에서는 출력 전압을 4Vf_g 에 대응되는 값으로 출력하며, PWM 제어부(104)는 전압 제어 클록 발생부(106)로부터 입력되는 제어신호에 따라서 DC/DC 컨버터(112)로 출력하는 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 증가시킨다. 또한, PWM 제어부(104)는 입력 전압이 감소함에 따라서, LED 1 그룹 내지 LED 4 그룹에 일정한 전류가 흐르도록 LED 4 드라이버(115-4)로 입력되는 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 증가시킨다. On the other hand, when the input voltage Vin begins to decrease, the DC /
입력 전압이 더 감소함에 따라서 LED 1 그룹 내지 LED 4 그룹에 일정한 전류가 흐르도록 유지하기 어려워지면, PWM 제어부(104)는 LED 4 드라이버(115-4)로 전류 PWM 제어신호를 출력하고, 스위칭 소자 1(116-1)로 스위칭 제어신호를 출력하며, DC/DC 컨버터(112)로 전압 구간 V3 에서 요구되는 순방향 전압값(3Vf_g)에 대응되는 전압을 출력하도록 전압 PWM 제어신호를 출력하여 LED 2 그룹 내지 LED 4 그룹을 점등시킨다. 그 후, 전압 구간 V3 의 두 번째 시간 구간이 되면, PWM 제어부(104)는 LED 3 드라이버(115-3)로 전류 PWM 제어신호를 출력하여 LED 1 그룹 내지 LED 3 그룹을 점등시킨다.The
이러한 방식으로, PWM 제어부(104)는 2개의 LED 그룹 및 1개의 LED 그룹을 순차적으로 점등시키고, 입력 전압이 0점에 도착하면, 상술한 과정이 반복된다.In this manner, the
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로의 구성 및 동작에 대해서 설명하였다.The configuration and operation of the integrated power supply integrated circuit for LED lighting according to the preferred embodiment of the present invention have been described.
상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는 연색성을 향상시키기 위해서 연색성 LED(114) 및 연색성 LED 드라이버(109)를 추가로 포함할 수 있다.The integrated power supply integrated circuit for LED lighting according to the preferred embodiment of the present invention may further include a
연색성 LED(114)는 LED 조명이 방출하는 빛의 스펙트럼을 확대하여 사물의 색깔이 자연광에서 식별하는 것과 같은 효과를 나타내기 위한 것으로서, 본 발명은 LED 1 그룹 내지 LED 4 그룹에 병렬로 사전에 정의된 색의 LED를 연색성 LED(114)로서 설치하였고, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 적색 LED를 연색성로서 사용하였으나, 적색 이외에 청색 LED 등도 이용될 수 있음은 물론이다.The
연색성 LED 드라이버(109)는 연색성 LED(114)로 일정한 전류가 흐르도록 조절하는 기능을 수행한다. 연색성 LED 드라이버(109)는 연색성 LED(114) 양단의 전압을 읽어서 연색성 LED(114)에 흐르는 전류를 측정하고, 측정된 전류 값에 의해서 스스로 PWM 제어를 수행하여 단속적으로 연색성 LED(114)에 흐르는 전류를 제어한다.The color
지금까지 본 발명의 전원 집적 회로에 입력되는 전원이 교류 전원인 경우를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 전원 집적 회로가 텔레비전에 적용되어, 텔레비전 주 회로로부터 평활화된 직류 전원을 입력받는 경우에도 동작될 수 있음은 물론이다.Although the case where the power source input to the power supply integrated circuit of the present invention is an AC power supply has been exemplarily described, the power supply integrated circuit of the present invention is applied to the television, and even when the smoothed DC power is input from the television main circuit, Of course.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
101 정류부 102 제로 위상 검출부
103 출력 전압 검출부 104 PWM 제어부
106 전압 제어 클록 발생부 107 전류 제어 클록 발생부
108 가변 제어 클록 발생부 109 연색성 LED 드라이버
110 외부 통신부 112 DC/DC 컨버터
114 연색성 LED 115-1~115-4 LED 드라이버
116-1~116-3 스위칭 소자 120-1~120-4 LED 그룹
130 조도 감지부 140 온도 감지부101
103 Output
106 Voltage
108 variable
110
114 Color Reality LED 115-1 ~ 115-4 LED Driver
116-1 to 116-3 switching elements 120-1 to 120-4 LED group
130
Claims (15)
전압 PWM 제어신호에 따라서 상기 정류부로부터 출력되는 직류 전원의 크기를 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터;
상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전원을 입력받아 점등되고, 서로 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹;
상기 복수의 LED 그룹에 각각 연결되고, 전류 PWM 제어 신호에 따라서 자신이 연결된 LED 그룹에 흐르는 전류를 제어하는 복수의 LED 드라이버;
상기 복수의 LED 그룹에 포함되는 LED 그룹 양단에 연결되어, 스위칭 제어신호에 따라서 Short 또는 Open되는 복수의 스위칭 소자; 및
상기 전압 PWM 제어신호, 상기 전류 PWM 제어신호, 및 스위칭 제어신호를 발생시키되, 상기 복수의 LED 그룹 각각이 점등되는 시간이 균등하도록 상기 전류 PWM 제어 신호 및 상기 스위칭 제어신호를 발생시키는 PWM 제어부를 포함하고,
상기 PWM 제어부는
상기 복수의 LED 그룹들에 포함되는 LED 그룹의 개수에 대응되도록 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 직류 전원의 전압 구간을 복수개로 분할하고, 각 전압 구간의 직류 전원이 입력되는 동안 각 전압 구간에 대응되는 수의 LED 그룹을 점등시키도록 상기 전류 PWM 제어신호 및 상기 스위칭 제어신호를 발생시키며,
각 전압 구간의 직류 전원이 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 시간을 2개의 구간으로 분할하여, 각 시간 구간동안 번갈아서, 복수의 LED 그룹의 양단으로부터 전압 구간에 대응되는 수의 LED 그룹을 점등하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.A rectifying unit which receives an AC power and outputs a non-smoothed DC power;
A DC / DC converter for converting the magnitude of the DC power outputted from the rectifying unit according to the voltage PWM control signal and outputting the magnitude;
A plurality of LED groups that are turned on by receiving power from the DC / DC converter and are connected in series with each other;
A plurality of LED drivers respectively connected to the plurality of LED groups and controlling a current flowing in the LED group to which the LED groups are connected according to a current PWM control signal;
A plurality of switching elements connected to both ends of the LED group included in the plurality of LED groups and shorted or opened according to a switching control signal; And
And a PWM control unit for generating the voltage PWM control signal, the current PWM control signal, and the switching control signal so as to generate the current PWM control signal and the switching control signal so that the time for lighting each of the plurality of LED groups is equalized and,
The PWM control unit
A voltage section of the DC power source output from the DC / DC converter corresponding to the number of LED groups included in the plurality of LED groups is divided into a plurality of sections, and while the DC power of each voltage section is inputted, Said current PWM control signal and said switching control signal to light a number of LED groups,
A time period in which the DC power of each voltage section is output from the DC / DC converter is divided into two sections, and the LED groups corresponding to the voltage section are lighted from both ends of the plurality of LED groups alternately during each time section An integrated power integrated circuit for LED lighting featuring.
상기 복수의 스위칭 소자는 상기 DC/DC 컨버터로부터 가장 원거리에 배치된 LED 그룹을 제외한 모든 LED 그룹 각각에 대응되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 통합 전원 직접 회로.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of switching elements are connected to correspond to each of all the LED groups except the LED group disposed at the farthest from the DC / DC converter.
상기 PWM 제어부는 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압의 크기가 커질수록 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시키고, 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압의 크기가 작아질수록 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.The method according to claim 1,
As the magnitude of the voltage output from the DC / DC converter increases, the PWM controller decreases the duty ratio of the voltage PWM control signal. As the magnitude of the voltage output from the DC / DC converter decreases, Wherein the duty ratio of the integrated circuit is increased.
상기 DC/DC 컨버터의 입력 전압, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압 및 상기 LED 그룹에 흐르는 전류를 측정하여, 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비의 증가 및 감소를 지시하는 전압 클록 제어신호를 출력하는 전압 제어 클록 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.6. The method of claim 5,
A voltage clock control signal for indicating an increase / decrease in the duty ratio of the voltage PWM control signal by measuring an input voltage of the DC / DC converter, an output voltage of the DC / DC converter, and a current flowing in the LED group And a voltage control clock generating unit for generating a voltage control clock signal.
상기 PWM 제어부는 상기 복수의 LED 그룹에 흐르는 전류의 세기가 커질수록 상기 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.The method according to claim 1,
Wherein the PWM control unit decreases the duty ratio of the current PWM control signal as the intensity of the current flowing in the plurality of LED groups increases.
사전에 설정된 전류값과 상기 LED 드라이버에서 측정된 상기 LED 그룹에 흐르는 전류를 측정하여, 상기 전류 PWM 제어신호의 듀티비의 증가 및 감소를 지시하는 전류 클록 제어신호를 출력하는 전류 제어 클록 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.8. The method of claim 7,
A current control clock generating unit for measuring a current value set in advance and a current flowing in the LED group measured by the LED driver and outputting a current clock control signal for instructing an increase and a decrease of a duty ratio of the current PWM control signal The integrated circuit comprising:
주변 조도를 감지하는 조도 감지부;
조명 기기의 온도를 감지하는 온도 감지부; 및
상기 조도 및 온도에 따라서 상기 전류 PWM 제어신호 및 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 조절하도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하는 가변 제어 클록 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.The method according to claim 1,
An illuminance sensing unit for sensing ambient illuminance;
A temperature sensing unit for sensing a temperature of the lighting device; And
Further comprising a variable control clock generator for outputting a variable control signal instructing to adjust a duty ratio of the current PWM control signal and the voltage PWM control signal according to the illuminance and the temperature.
조명 기기의 온도가 사전에 정의된 온도 이상으로 상승하는 경우에는 LED 그룹으로 전달되는 전원을 차단하도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하고,
조도가 높아짐에 따라서 LED 그룹의 빛의 세기를 감소시키고, 조도가 낮아짐에 따라서 LED 그룹의 빛의 세기를 증가시키도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.The apparatus as claimed in claim 9, wherein the variable control clock generator
And outputs a variable control signal instructing to cut off the power supplied to the LED group when the temperature of the lighting apparatus rises above a predefined temperature,
And outputs a variable control signal instructing to increase the light intensity of the LED group as the illuminance decreases, and to decrease the light intensity of the LED group as the illuminance increases.
상기 DC/DC 컨버터는 출력 전압값이 현재 출력 전압이 공급되는 LED 그룹의 순방향 전압값보다 낮으면, 상기 순방향 전압값으로 상기 출력 전압값을 조정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.The method according to claim 1,
Wherein the DC / DC converter adjusts the output voltage value to the forward voltage value and outputs the output voltage value when the output voltage value is lower than a forward voltage value of the LED group to which the current output voltage is supplied. .
LED 조명의 연색성을 향상시키기 위해서, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 입력받아 소정의 빛을 방출하는 연색성 LED; 및
상기 연색성 LED에 걸리는 전압을 측정하여 상기 연색성 LED의 전류를 계산하며, 상기 연색성 LED에 흐르는 전류값에 따라서 PWM 제어를 수행하여 상기 연색성 LED에 흐르는 전류를 단속적으로 제어하는 연색성 LED 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.The method according to claim 1,
A color rendition LED for receiving an output voltage of the DC / DC converter and emitting a predetermined light to improve the color rendering of the LED lighting; And
And a color rendering LED driver for intermittently controlling the current flowing through the color rendering LED by performing PWM control according to a current value flowing through the color rendering LED by calculating a current of the color rendering LED by measuring a voltage applied to the color rendering LED, The integrated power integrated circuit for LED lighting.
쌍방향 통신을 수행하여, 외부로부터 원격 제어 명령을 수신하여 상기 PWM 제어부로 출력하는 외부 통신부를 더 포함하고,
상기 PWM 제어부는 상기 원격 제어 명령에 따라서 전압 PWM 제어신호 및 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 변경하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.The method according to claim 1,
Further comprising an external communication unit for performing bidirectional communication and receiving a remote control command from the outside and outputting the remote control command to the PWM control unit,
Wherein the PWM controller changes the duty ratio of the voltage PWM control signal and the current PWM control signal according to the remote control command.
상기 교류 전원의 전압 값의 0크로스점과 상기 전압 PWM 제어신호에 동기 하여, 상기 교류 전원의 전압 값이 0인 점을 중심으로 소정 범위 내인 저 전위 상태와 상기 전압 PWM 제어 신호의 휴지 시간에 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.14. The apparatus of claim 13, wherein the external communication unit
A zero crossing point of the voltage value of the AC power source and a low potential state in which the voltage value of the AC power source is zero around a point within a predetermined range and a downtime of the voltage PWM control signal Of the integrated circuit for LED illumination.
상기 DC/DC 컨버터로 입력되는 전원의 전압 값이 0이 되는 제로 위상 시점을 검출하여 상기 PWM 제어부로 출력하고,
상기 DC/DC 컨버터가 정류기로부터 입력되는 입력 전압 값이 0부터 소정의 전압까지의 저전압 구간동안 전압을 LED 그룹을 동작시킬 수 있는 전압까지 승압하는 동안에, 상기 LED 그룹을 동작시킬 수 있는 전원을 공급하는 제로 위상 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.The method according to claim 1,
Detects a zero phase timing at which a voltage value of a power source input to the DC / DC converter becomes zero, and outputs the detected zero phase timing to the PWM control unit,
The DC / DC converter supplies power to operate the LED group while the input voltage value input from the rectifier is stepped up to a voltage capable of operating the LED group during a low voltage period from 0 to a predetermined voltage And a zero-phase detection unit for detecting the phase of the LED light.
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