KR101582500B1 - 전류 설정값 및 스위치 전압을 조정 가능한 발광 다이오드 조명 장치 - Google Patents

전류 설정값 및 스위치 전압을 조정 가능한 발광 다이오드 조명 장치 Download PDF

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Abstract

LED 조명 장치는 제1 발광 소자, 제2 발광 소자, 제1 전류 제어기, 및 제2 전류 제어기를 포함한다. 상기 제1 전류 제어기는 상기 방광 소자와 병렬로 연결되고 제1 전류 설정값, 스위치 온 전압 및 스위치 오프 전압에 따라 동작하도록 구성된다. 상기 제2 전류 제어기는 상기 제2 발광 소자와 직렬로 연결되고 제2 전류 설정값에 따라 동작하도록 구성된다. 상기 제1 전류 설정값, 상기 제2 전류 설정값, 상기 스위치 온 전압, 및 상기 스위치 오프 전압은 상기 제1 전류 제어기 및 상기 제2 전류 제어기의 모드 선택 핀들을 설정함으로써 조정된다.

Description

전류 설정값 및 스위치 전압을 조정 가능한 발광 다이오드 조명 장치 {LIGHT-EMITTING DIODE LIGHTING DEVICE WITH ADJUSTABLE CURRENT SETTINGS AND SWITCH VOLTAGES}
본 출원은 LED 조명 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 고역률(high power factor) 및 조정 가능한 특성을 갖는 LED 조명 장치에 관한 것이다.
종래의 백열 전구에 비해, 발광 다이오드(light-emitting diode, LED)는 낮은 소비 전력, 긴 수명, 소형, 무(無) 워밍업 시간(warm-up time), 빠른 반응 속도 및 소형 또는 어레이 장치로 제조할 수 있는 점에서 유리하다. 옥외 디스플레이, 교통 신호, 및 휴대 전화, 노트북 컴퓨터 또는 개인 정보 단말기(personal digital assistant, PDA) 등의 각종 전자 장치용의 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD) 외에, LED는 또한 백열 램프의 형광(fluorescent) 대신에 실내/실외 조명 장치로서 널리 사용된다.
정류된(rectifed) 교류(alternative-current, AC) 전압에 의해 직접 구동되는 LED 조명 장치는 일반적으로 필요한 휘도를 제공하기 위해 직렬로 연결된 복수의 LED를 채용한다. LED의 수가 증가함에 따라, LED 조명 장치를 켜기 위해 더 높은 순방향 바이어스 전압이 필요하므로, LED 조명 장치의 유효 작동 전압 범위를 감소시킨다. LED의 수가 감소함에 따라, 정류된 전압이 최대 레벨일 때 큰 구동 전류는 LED의 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 유효 동작 전압 범위 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 LED 조명 장치에 대한 요구가 존재한다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 일본공개특허공보 특개2012-114236 (2003.12.16 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 제1 발광 소자(luminescent device), 제2 발광 소자, 제1 전류 제어기, 및 제2 전류 제어기를 포함하는 LED 조명 장치를 제공한다. 상기 제1 발광 소자는 정류된 AC 전압에 연결된 제1 단과, 제2 단을 포함한다. 상기 제2 발광 소자는 제1 발광 소자에 직렬로 연결된다. 상기 제1 전류 제어기는 제1 전류 설정값 및 제1 스위치 전압에 따라 동작하도록 구성되고, 상기 제1 발광 소자의 제1 단에 연결된 제1 핀; 상기 제1 발광 소자의 제2 단에 연결된 제2 핀; 및 상기 제1 전류 설정값 및/또는 상기 제1 스위치 전압을 설정하도록 되어 있는(arranged) 복수의 모드 핀을 포함한다. 상기 제2 전류 제어기는 제2 전류 설정값에 따라 동작하도록 구성되고, 상기 제2 발광 소자에 연결된 제1 핀; 상기 정류된 AC 전압에 연결된 제2 핀; 및 상기 제2 전류 설정값을 설정하도록 되어 있는 복수의 모드 선택 핀을 포함한다.
본 발명은 또한 제1 발광 소자 내지 제4 발광 소자와, 제1 전류 제어기 내지 제4 전류 제어기를 포함하는 LED 조명 장치를 제공한다. 상기 제1 발광 소자는 정류된 AC 전압에 연결된 제1 단과, 제2 단을 포함한다. 상기 제2 발광 소자는 상기 제1 발광 소자의 제2 단에 연결된 제1 단과, 제2 단을 포함한다. 상기 제3 발광 소자는 상기 제2 발광 소자의 제2 단에 연결된 제1 단과, 제2 단을 포함한다. 상기 제4 발광 소자는 상기 제3 발광 소자의 제2 단에 연결된 제1 단과, 제2 단을 포함한다. 상기 제1 전류 제어기는 제1 전류 설정값 이하의 제1 전류를 전도하고, 상기 정류된 AC 전압의 상승 기간 동안에 제1 스위치 오프 전압에 따라 스위치를 오프하고, 상기 정류된 AC 전압의 하강 기간 동안에 제1 스위치 온 전압에 따라 스위치를 온하도록 구성된다. 상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 발광 소자의 제1 단에 연결된 제1 핀; 상기 제1 발광 소자의 제2 단에 연결된 제2 핀; 및 상기 제1 전류 설정값, 상기 제1 스위치 온 전압, 및/또는 상기 제1 스위치 오프 전압을 설정하기 위한 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀을 포함한다. 상기 제2 전류 제어기는 제2 전류 설정값 이하의 제2 전류를 전도하고, 상기 상승 기간 동안에 제2 스위치 오프 전압에 따라 스위치를 오프하고, 상기 하강 기간 동안에 제2 스위치 온 전압에 따라 스위치를 온 하도록 구성된다. 상기 제2 전류 제어기는 상기 제2 발광 소자의 제1 단에 연결된 제1 핀; 상기 제2 발광 소자의 제2 단에 연결된 제2 핀; 및 상기 제2 전류 설정값, 상기 제2 스위치 온 전압, 및/또는 상기 제2 스위치 오프 전압을 설정하기 위한 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀을 포함한다. 상기 제3 전류 제어기는 제3 전류 설정값 이하의 제3 전류를 전도하고, 상기 상승 기간 동안에 제3 스위치 오프 전압에 따라 스위치를 오프하고, 상기 하강 기간 동안에 제3 스위치 온 전압에 따라 스위치를 온 하도록 구성된다. 상기 제3 전류 제어기는 상기 제3 발광 소자의 제1 단에 연결된 제1 핀; 상기 제3 발광 소자의 제2 단에 연결된 제2 핀; 및 상기 제3 전류 설정값, 상기 제3 스위치 온 전압, 및/또는 상기 제3 스위치 오프 전압을 설정하기 위한 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀을 포함한다. 상기 제4 전류 제어기는 제4 전류 설정값 이하의 제4 전류를 전도하도록 구성되고, 상기 제4 발광 소자의 제2 단에 연결된 제1 핀; 상기 정류된 AC 전압에 연결된 제2 핀; 및 상기 제4 전류 설정값을 설정하기 위한 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀을 포함한다. 상기 제4 전류 설정값은 상기 제1 전류 설정값 내지 제3 전류 설정값 중 어느 것보다 크다.
본 발명의 이들 및 다른 목적은, 여러 도면에 도시된 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 읽는다면, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 의심의 여지없이 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치의 도면이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 LED 조명 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제어기의 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조정 가능한 기준 전압 생성기의 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 장치(100)의 도면이다. LED 조명 장치(100)는 전원 회로(110), (N+1)개의 전류 제어기(CC1∼CCN +1), 및 (N+1)개의 발광 소자(LED1 ∼LEDN +1)를 포함한다(N은 양의 정수이다). 전원 회로(110)는 양과 음의 기간을 갖는 AC 전압(VS)를 공급받아 브리지 정류기(bridge rectifier)(112)를 사용하여 음의 기간에서의 AC 전압의 출력을 변환하도록 구성되므로, (N+1)개의 발광 소자(LED1∼LEDN +1)를 구동하기 위한, 값이 시간에 따라 주기적으로 변화하는 정류된 AC 전압(VAC)을 제공한다. 다른 실시예에서, 전원 회로(110)는 임의의 AC 전압(VS)을 공급받아, AC-AC 변환기를 사용하여 전압 변환을 수행하고, 브리지 정류기(112)를 사용하여 변환된 AC 전압(VS)을 정류할 수 있으므로, 값이 시간에 따라 주기적으로 변화하는 정류된 AC 전압(VAC)을 제공한다. 상기 전원 회로(110)의 구성은 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.
각각의 발광 소자(LED1∼LEDN +1)는 단 하나의 발광 다이오드 또는 직렬로 연결된 복수의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 도 1은 복수의 발광 다이오드를 사용하는 실시예를 나타내지만, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.
각각의 전류 제어기(CC1∼CCN)는 각각의 대응하는 발광 소자(LED1∼LEDN)와 각각 직렬로 연결된다. 전류 제어기(CCN +1)는 발광 소자(LEDN +1)와 직렬로 연결된다. 각각의 전류 제어기(CC1 ∼CCN +1)는, 제1 핀(A), 제2 핀(K) 및 n개의 모드 선택 핀(MS1∼MSn)을 가지는 칩으로서 제조될 수 있으며, 여기서 n은 2n ≥(N+1)을 만족하는 양의 정수이다. 전류 제어기(CC1∼CCN)에서, 각 전류 제어기의 제1 핀(A)와 제2 핀(K)는 발광 소자(LED1∼LEDN) 중에서 대응하는 발광 소자의 양단(two ends)에 연결되는 한편, 모드 선택 핀(MS1∼MSn)은 제1 핀(A), 제2 핀(K)에 연결되거나 부동 상태(floating)이다. 전류 제어기(CCN +1)에서, 제1 핀(A)은 발광 소자(LEDN +1)에 연결되고, 제2 핀(K)은 전원 회로(110)에 연결되는 한편, 모드 선택 핀(MS1∼MSn)은 제1 핀(A), 제2 핀(K)에 연결되거나 부동 상태이다.
설명의 편의를 위해, 도 1은 N=3이고 n=2인 경우의 실시예를 나타낸다. VAK1∼VA K4는 각각, 대응하는 전류 제어기(CC1∼CC4)에 걸쳐 확립된(established) 전압을 나타낸다. IAK1∼IAK4는 각각, 대응하는 전류 제어기(CC1∼CC4)에 흐르는 전류를 나타낸다. ILED1∼ILED4는 각각, 대응하는 발광 소자(LED1∼LED4)에 흐르는 전류를 나타낸다. ILED는 LED 조명 장치(100)의 전체 전류를 나타낸다.
도 2∼도 6은 LED 조명 장치(100)의 동작을 나타내며, 도 2∼도 5는 전류 제어기(CC1∼CC4)의 전류-전압(I-V) 곡선을 나타낸 도면이고, 도 6은 LED 조명 장치(100)를 동작시킬 때 관련된 전류와 전압의 변화를 나타낸 도면이다. VC1∼VC4는 각각, 전류 제어기(CC1∼CC4)가 전도를 개시하는 시점의 컷인 전압(cut-in voltage)을 나타낸다. VDROP1∼VDROP4는 각각, 전류(IAK1∼IAK4)가 대응하는 전류 설정값(IMAX1∼IMAX4)에 도달하는 시점의 전류 제어기(CC1∼CC4)의 드롭아웃 전압(drop-out voltage)를 나타낸다. VON1∼VON3는 각각, 전류 제어기(CC1∼CC3)의 스위치 온 전압을 나타낸다. VOFF1∼VOFF3는 각각, 전류 제어기(CC1∼CC3)의 스위치 오프 전압을 나타낸다. 본 발명의 실시예에서, 전류 제어기(CC1∼CC4)의 컷인 전압(VC1∼VC4)은 대응하는 발광 소자(LED1∼LED4)의 컷인 전압보다 작다.
도 2∼도 5에서, 정류된 전압(VAC)의 상승 및 하강 기간 동안에 0<VAK1<VDROP1, 0<VAK2<VDROP2, 0<VAK3<VDROP3, 또는 0<VAK4<VDROP4인 경우, 각각의 전류 제어기(CC1∼CC4)는 각각, 완전히 턴온되지 않고, 전류(IAK1∼IAK4)가 전압(VAK1∼VAK4)에 따라 특정한 방식으로 변화하는 선형 모드에서 전압 제어형 장치(voltage-controlled device)로서 동작한다. 예를 들면, 전류 제어기(CC1)가 금속 산화물 반도체(metal-oxide-semiconductor, MOS)를 사용하여 구현되면, 전류(IAK1)와 전압(VAK1) 사이의 관계는 선형 영역에서 동작하는 경우 MOS 트랜지스터의 I-V 특성에 상응할 수 있다.
도 2∼도 5에서, 정류된 전압(VAC)의 상승 기간 동안에 VDROP1<VAK1<VOFF1, VDROP2<VAK2<VOFF2, VDROP3<VAK3<VOFF3, 또는 VDROP4<VAK4인 경우, 및 정류된 전압(VAC)의 하강 기간 동안에 VDROP1<VAK1<VON1, VDROP2<VAK2<VON2, VDROP3<VAK3<VON3, 또는 VDROP4<VAK4인 경우, 각각의 전류 제어기(CC1 ∼CC4)는 정전압 모드로 동작하고 전류 제한기의 역할을 한다. 그러므로, 전류 제어기(CC1∼CC4)에 흐르는 전류(IAK1∼IAK4)는 각각, 전압(VAK1∼VAK4)에 따라 변화하는 대신에, 상수값 IMAX1∼IMAX4로 클램핑(clampping)될 수 있다.
도 2∼도 4에서, 정류된 전압(VAC)의 상승 기간 동안에 전압(VAK1∼VAK3)이 대응하는 스위치 오프 전압(VOFF1∼VOFF3)을 초과하는 경우, 전류(IAK1∼IAK3)는 영으로 떨어지고 전류 제어기(CC1∼CC3)는 컷오프 모드로 스위칭한다. 다시 말해, 각각의 전류 제어기(CC1∼CC3)는 개방 회로형 장치(open-circuited device)의 역할을 하여, 전류(ILED1∼ILED3)가 정류된 전압(VAC)에 따라 증가할 수 있도록 하거나, 정전류 모드로 동작하는 인접 전류 제어기에 의해 클램핑될 수 있도록 한다. 정류된 전압(VAC)의 하강 기간 동안에 전압(VAK1∼VAK3)이 대응하는 스위치 온 전압(VON1∼VON3) 아래로 떨어진 경우, 각각의 전류 제어기(CC1∼CC3)는 정전류 모드로 스위칭하여 전류 제한기의 역할을 한다.
도 6은 LED 조명 장치(100)가 동작할 때의 전압(VAC)과 전류(ILED)의 파형을 나타낸다. 정류된 AC 전압(VAC)의 값이 시간에 따라 주기적으로 변화하기 때문에, t0∼t10 사이의 사이클을 설명을 위해 사용하며, t0∼t5 사이의 기간은 정류된 AC 전압(VAC)의 상승 기간에 속하고, t5∼t10 사이의 기간은 정류된 AC 전압(VAC)의 하강 기간에 속한다.
상승 기간 동안의 LED 조명 장치(100)의 동작을 이로써 설명한다. t0∼t1 사이에서 전압(VAK1∼VAK4)이 정류된 AC 전압(VAC)에 따라 증가하는 경우, 전류 제어기(CC1∼CC4)는 더 작은 컷인 전압에 기인하여 더 빨리 턴온되고, 전류(ILED)는 전류 제어기(CC1∼CC3), 발광 소자(LED4), 및 전류 제어기(CC4)에 순차적으로 흐른다. t1∼t2 사이에서 전압(VAK1)이 스위치 오프 전압(VOFF1)보다 큰 경우, 전류 제어기(CC1)가 먼저 턴오프되고, 전류(ILED)는 발광 소자(LED1), 전류 제어기(CC2∼CC3), 발광 소자(LED4), 및 전류 제어기(CC4)에 순차적으로 흐른다. t3∼t4 사이에서 전압(VAK3)이 스위치 오프 전압(VOFF3)보다 큰 경우, 전류 제어기(CC3)가 다음으로 턴오프되고, 전류(ILED)는 발광 소자(LED1∼LED4)와 전류 제어기(CC4)에 순차적으로 흐른다. t4∼t5 사이에서 전류(ILED)는 전류 제어기(CC4)에 의해 상수 값(IMAX4)으로 클램핑된다.
하강 기간 t5∼t10 동안에, 전압 VAK3, VAK2, 및 VAK1이 각각, 스위치 온 전압 VON3, VON2 및 VON1 아래로 순차적으로 떨어진 경우, 전류 제어기(CC3∼CC1)는 각각, t7∼t10에서 순차적으로 턴온된다. 상승 기간 동안의 구간 t0∼t1, t1∼t2, t2∼t3, t3∼t4 및 t4∼t5는 하강 기간 동안의 구간 t9∼t10, t8∼t9, t7∼t8, t6∼t7 및 t5∼t6에 대응한다. 그러므로 t5∼t10 동안의 LED 조명 장치(100)의 동작은, 앞 단락에서 상세하게 설명한 바와 같이, t0∼t5 동안의 그것과 비슷하다.
많은 애플리케이션에서, 발광 소자(LED1 ∼LED4)는 상이한 휘도를 제공하거나 상이한 시각에 발광하도록 하기 위해 필요할 수 있다. 따라서 본 발명은 모드 선택 핀(MS1, MS2)의 설정에 의한 유연한 전류 설정값 및 스위치 온/오프 전압을 가지는 전류 제어기(CC1∼CC4)를 사용한 유연한 설계를 제공할 수 있다. 그러므로, 각 발광 소자의 턴온/오프 시퀀스, 턴온/오프 기간 및 휘도를 쉽게 선택할 수 있다. 설명을 위해 도 2∼도 6에 나타낸 실시예에서, 전류 제어기(CC1∼CC4)는 IMAX1<IMAX2<IMAX3<IMAX4, VON1<VON2<VON3, 및 VOFF1<VOFF2<VOFF3가 되도록 구성된다. 다시 말해, 동일 기간 동안에, 발광 소자(LED4)는 가장 긴 전도 시간(conducting time)을 가지고 발광 소자(LED1)는 가장 짧은 전도 시간을 가진다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전류 제어기(CC1∼CCN +1)의 도면이다. 여기서 설명을 위해 전류 제어기(CC1)가 도시되며, 스위치(QN), 전압 검출 회로(30), 및 제어 회로(50)를 포함한다.
스위치(QN)는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET), 양극성 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor, BJT) 또는 유사한 기능을 가지는 다른 소자를 포함할 수 있다. 도 7에서는, 설명을 위해 N형 금속 산화물 반도체(N-type metal-oxide-semiconductor, NMOS)트랜지스터를 사용하지만, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 게이트가 제어 신호(S1)를 수신하기 위해 제어 회로(50)에 연결됨에 따라, 드레인-소스 간 전압(drain-to-source voltage), 게이트-소스 간 전압(gate-to-source voltage) 및 스위치(QN)의 임계 전압은 각각, VDS, VGS 및 VTH로 나타낸다. 스위치(QN)가 선형 영역에서 동작할 때, 그 드레인 전류는 주로 드레인-소스 간 전압(VDS)에 의해 결정되고; 스위치(QN)가 포화 영역에서 동작할 때, 그 드레인 전류는 게이트-소스 전압(VGS)에만 관련된다.
정류된 AC 전압(VAC)의 상승 기간 동안에, 스위치(QN)의 드레인-소스 간 전압(VDS)은 전압(VAK1)에 따라 증가한다. 전압(VAK1)이 VDROP1을 초과하지 않는 경우, 드레인-소스 간 전압(VDS)은 게이트 소스 간 전압(VGS)과 임계 전압(VTH)(VDS<VGS-VTH)의 차보다 작다. 제어 회로(50)로부터의 제어 신호(S1)는, 드레인 전류가 주로 드레인-소스 간 전압(VDS)에 의해 결정되는 선형 영역에서 스위치(QN)가 동작할 수 있도록 해주는, 바이어스 조건 VGS>VTH을 제공한다. 다시 말해, 전류 제어기(CC1)는, 그 관계가 선형 영역에서 동작할 때의 스위치(QN)의 I-V 특성에 상응하는, 전류(IAK1)와 전압(VAK1)을 제공하도록 구성된다.
정류된 AC 전압(VAC)의 상승 기간 동안에 전압(VAK1)이 VDROP1와 VOFF1 사이로 떨어지는 경우, 드레인-소스 간 전압(VDS)은 게이트 소스 간 전압(VGS)과 임계 전압(VTH)(VDS>VGS-VTH)의 차보다 크다. 제어 회로(50)로부터의 제어 신호(S1)는, 드레인 전류가 게이트 소스 간 전압(VGS)에만 관련되고 전류(IAK1)가 전압(VAK1)에 따라 더 이상 변화하지 않는 포화 영역에서 스위치(QN)가 동작할 수 있도록 해주는, 바이어스 조건 VGS>VTH을 제공한다.
전압 검출 회로(30)는 논리 회로(logic circuit)(32), 에지 검출 회로(34), 및 두 개의 히스테리시스 비교기(CP1, CP2)를 포함한다. 히스테리시스 비교기(CP1)는 전압 VAK1과 VON1 사이의 관계를 결정하도록 구성되는 한편, 히스테리시스 비교기(CP2)는 전압 VAK1과 VOFF1 사이의 관계를 결정하도록 구성된다. 한편, 전압(VAK1)이 VOFF1과 VON1 사이에 있을 때, 전압의 에지 검출 회로(34)는 정류된 AC 전압(VAC)이 상승 기간 중인지 하강 기간 중인지를 결정하도록 구성된다. 에지 검출 회로(34) 및 히스테리시스 비교기(CP1, CP2)의 결과에 기초하여, 논리 회로(32)는 대응하는 제어 신호(S2)를 제어 회로(50)에 출력한다.
제어 회로(50)는 비교기(CP0), 전류 검출 회로(60), 및 조정 가능한 기준 전압 생성기(70)를 포함한다. 전류 검출 회로(60)는 대응하는 전압(VAK1)이 VDROP1을 초과하는지를 결정하기 위해 스위치(QN)에 흐르는 전류(IAK1)를 검출하도록 구성된다. 도 7에 나타낸 실시예에서, 전류 검출 회로(60)는 스위치(QN)에 흐르는 전류(IAK1)와 연관된 피드백 전압(VFB1)을 제공하기 위한 저항기(R1)를 포함한다. 전류 검출 회로(60)의 구성은 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 조정 가능한 기준 전압 생성기(70)는 전압(VAK1∼VAK4)과 연관된 복수의 기준 전압(VREF1∼VREF4)을 제공하고, 두 개의 모드 선택 핀(MS1, MS2)의 논리 레벨에 따라 VREF1∼VREF4 중 하나를 출력하도록 구성된다. 예를 들면, 조정 가능한 기준 전압 생성기(70)는, 도 7에 나타낸 전류 제어기(CC1) 내의 비교기(CP0)에 기준 전압(VREF1)을 제공한다. 마찬가지로, 기준 전압(VREF2∼VREF4)은 각각, 대응하는 전류 제어기(CC2∼CC4)에 제공될 수 있다.
비교기(CP0)는 제2 신호(S2), 피드백 전압(VFB1) 및 기준 전압(VREF1)에 따라 스위치(QN)를 동작시키기 위한 제어 신호(S1)를 출력하도록 구성된다. VFB1<VREF1인 경우, 비교기(CP0)는 스위치(QN)에 흐르는 전류를 증가시키기 위해, 피드백 전압(VFB1)이 기준 전압(VREF1)에 도달할 때까지, 제어 신호를 높인다. VFB1>VREF1인 경우, 비교기(CP0)는 스위치(QN)에 흐르는 전류를 감소시키기 위해, 피드백 전압(VFB1)이 기준 전압(VREF1)에 도달할 때까지, 제어 신호를 낮춘다.
전류 제어기(CC1)의 최대 전류 설정값(IMAX1)은 (VREF1/R1)에 의해 결정될 수 있다. 전류 제어기(CC2)의 최대 전류 설정값(IMAX2)은 (VREF2/R2)에 의해 결정될 수 있다. 전류 제어기(CC3)의 최대 전류 설정값(IMAX3)은 (VREF3/R3)에 의해 결정될 수 있다. 전류 제어기(CC4)의 최대 전류 설정값(IMAX4)은 (VREF4/R4)에 의해 결정될 수 있다. 각 전류 제어기의 모드 선택 핀(MS1, MS2)의 논리 레벨을 설정함으로써, 전류 제어기(CC1∼CC4)는, 도 2∼도 5에 나타낸 바와 같이, 상이한 전류 설정값 및 스위치 온/오프 전압을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, LED 조명장치(100)는 또한 과전압 보호를 제공할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 전류 제어기(CC4)는 또한, 핀(A)과 핀(K) 사이에 설정된 전압이 미리 정해진 값을 초과할 때 스위치를 오프하도록 구성될 수 있다.
도 8은 조정 가능한 기준 전압 생성기(70)의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 조정 가능한 기준 전압 생성기(70)는 분압 회로(voltage-dividing circuit)(72)와 선택 유닛(MUX1∼MUX3)을 포함한다. 분압 회로(72)는 내부 공급 전압(internal supply voltage)(VREG)으로부터 복수의 전압 VREF1∼VREF4, VON1∼VON3, 및 VOFF1∼VOFF3을 제공하기 위한 저항기 열(resistor string)을 포함할 수 있다. 내부 공급 전압(VREG)은, LDO(Low DropOut) 조정기와 같은, 칩의 내부 전압원에 의해 제공될 수 있다. 선택 유닛(MUX1)은 모드 선택 핀(MS1, MS2)의 논리 레벨에 따라 전압(VREF1∼VREF4) 중 하나를 기준 전압으로서 출력하도록 구성된다. 선택 유닛(MUX2)은 모드 선택 핀(MS1, MS2)의 논리 레벨에 따라 전압(VON1∼VON3) 중 하나를 스위치 온 전압으로서 출력하도록 구성된다. 선택 유닛(MUX3)은 모드 선택 핀(MS1, MS2)의 논리 레벨에 따라 전압(VOFF1∼VOFF3) 중 하나를 스위치 오프 전압으로서 출력하도록 구성된다. 아래의 표는 도 1의 실시예에 따른 전류 제어기(CC1∼CC4)의 전류/전압 설정값의 예이지만, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.
Figure 112014011350010-pat00001
전술한 실시예에서, 전류 제어기(CC4)는 최대 전류 설정값(IMAX4)을 제공하도록 구성될 수 있는 한편, 전류 제어기(CC1)는 최소 전류 설정값(IMAX1)(IMAX1=0.33*IMAX4)을 제공하도록 설정될 수 있다. 전류 제어기(CC3)는 최대 스위치 온/오프 전압(VON3/VOFF3)을 제공하도록 구성될 수 있는 한편, 전류 제어기(CC1)는 최소 스위치 온/오프 전압(VON1/VOFF1)(VON1=0.89*VON3 및 VOFF1=0.89*VOFF3)을 제공하도록 설정될 수 있다.
본 발명에서, 전류 제어기와 발광 소자의 대응 쌍은, 전류 제어기(CC1)와 발광 소자(LED1)를 포함하는 집적 칩(U1), 전류 제어기(CC2)와 발광 소자(LED2)를 포함하는 집적 칩(U2), ..., 및 전류 제어기(CCN)와 발광 소자(LEDN)를 포함하는 집적 칩(UN)과 같이, 집적 칩(integrated chip)으로 제조될 수 있다. 독립형 장치(stand-alone device)로서의 집적 칩(U1∼UN)은 동일한 제조 프로세스로 제조될 수 있다. 상이한 애플리케이션에 따라, 모드 선택 핀의 논리 레벨을 설정하기 위한 선택된 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 구비한 복수의 집적 칩(U1∼UN)을 사용하여 다양한 LED 조명 장치를 제조할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 복잡한 제조 프로세스 없이 다양한 특성을 가진 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 LED 조명 장치에서는, 역률을 향상시키기 위해 정류된 AC 전압이 모든 발광 소자의 전체적인 턴온 전압에 도달하기 전에 발광 소자의 일부가 전도될 수 있다. 전류 제어기는, 모드 선택 핀(MS1, MS2)을 설정함으로써 유연한 전류 설정값 및 스위치 온/오프 전압을 제공할 수 있으므로, 각 발광 소자의 턴/온/오프 시퀀스, 턴온/오프 기간 및 휘도를 용이하게 선택할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 큰 유효 동작 전압 범위, 고휘도 및 다양한 특성을 구비한 유연한 설계를 가지는 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면, 본 발명의 사상을 유지하면서 장치 및 방법에 대한 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 용이하게 알 것이다. 따라서, 이상의 개시내용은 첨부된 특허청구 범위에 의해서만 한정되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 정류된 AC 전압(rectified Alternative-Current voltage)에 연결된 제1 단; 및
    제2 단
    을 포함하는 제1 발광 소자(luminescent device);
    상기 제1 발광 소자에 직렬로 연결된 제2 발광 소자;
    제1 전류 설정값 및 제1 스위치 전압에 따라 동작하도록 구성되고,
    상기 제1 발광 소자의 제1 단에 연결된 제1 핀,
    상기 제1 발광 소자의 제2 단에 연결된 제2 핀, 및
    상기 제1 전류 설정값 및 상기 제1 스위치 전압 중 적어도 하나를 설정하도록 되어 있는 복수의 모드 선택 핀
    을 포함하는 제1 전류 제어기; 및
    제2 전류 설정값에 따라 동작하도록 구성되고,
    상기 제2 발광 소자에 연결된 제1 핀,
    상기 정류된 AC 전압에 연결된 제2 핀, 및
    상기 제2 전류 설정값을 설정하도록 되어 있는 복수의 모드 선택 핀
    을 포함하는 제2 전류 제어기
    를 포함하는 발광 다이오드(light-emitting diode, LED) 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정류된 AC 전압의 상승 기간 또는 하강 기간 동안에 상기 제1 전류 제어기에 걸쳐 확립된(established) 전압이 제1 전압을 초과하지 않는 경우, 상기 제1 발광 소자는 턴 오프되고(turned off), 상기 제1 전류 제어기는 상기 정류된 AC 전압에 따라 변화하는 제1 전류를 전도하도록 구성되고;
    상기 상승 기간 동안에 상기 제1 전류 제어기에 걸쳐 확립된 전압이 상기 제1 전압을 초과하지만 상기 제1 스위치 전압을 초과하지 않는 경우, 상기 제1 발광 소자는 턴 오프되고, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 전류를 상기 제1 전류 설정값으로 유지하도록 구성되고;
    상기 상승 기간 동안에 상기 제1 전류 제어기에 걸쳐 확립된 전압이 상기 제1 스위치 전압을 초과하는 경우, 상기 제1 전류 제어기는 턴 오프되고, 상기 제1 발광 소자는 턴온되고 제2 전류를 전도하도록 구성되는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하강 기간 동안에 상기 제1 전류 제어기에 걸쳐 확립된 전압이 상기 제1 전압과, 상기 제1 스위치 전압 이상인 제2 스위치 전압 사이인 경우, 상기 제1 전류기는 상기 제1 전류를 전도하고 상기 제1 전류를 상기 제1 전류 설정값으로 유지하도록 구성되는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위치 전압과 상기 제2 스위치 전압은 상기 제1 전류 제어기의 상기 복수의 모드 선택 핀의 논리 레벨에 의해 결정되는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전류 제어기는,
    제1 제어 신호에 따라 동작하도록 구성된 스위치;
    상기 제1 전류 제어기에 걸쳐 확립된 전압을 모니터링하고 대응하는 제2 제어 신호를 출력하도록 구성된 전류 검출 회로; 및
    상기 제2 제어 신호, 상기 스위치에 흐르는 전류 및 상기 제1 전류 제어기의 상기 복수의 모드 선택 핀의 논리 레벨에 따라, 상기 제1 제어 신호를 생성하도록 구성된 제어 회로
    를 포함하는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전압 검출 회로는,
    상기 정류된 AC 전압이 상기 상승 기간 중인지 상기 하강 기간 중인지를 결정하도록 구성된 에지 검출 회로;
    상기 제1 스위치 전압과, 상기 제1 전류 제어기에 걸쳐 확립된 전압 사이의 관계를 결정하도록 구성된 제1 히스테리시스 비교기(hysteresis comparator);
    상기 제2 스위치 전압과, 상기 제1 전류 제어기에 걸쳐 확립된 전압 사이의 관계를 결정하도록 구성된 제2 히스테리시스 비교기; 및
    상기 에지 검출 회로, 상기 제1 히스테리시스 비교기 및 상기 제2 히스테리시스 비교기의 결정 결과에 따라 상기 제2 제어 신호를 생성하도록 구성된 논리 회로를 포함하는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    복수의 기준 전압을 제공하고 상기 복수의 모드 선택 핀의 논리 레벨에 따라 상기 복수의 기준 전압 중 하나를 출력하도록 구성된 조정 가능한 기준 전압 생성기;
    상기 스위치에 직렬로 연결되고 상기 스위치에 흐르는 전류에 연관된 피드백 전압을 제공하도록 구성된 전류 검출 회로; 및
    상기 피드백 전압과, 상기 조정 가능한 기준 전압 생성기에 의해 출력된 기준 전압 사이의 관계에 따라 상기 제1 제어 신호를 제공하도록 구성된 비교기
    를 포함하는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 정류된 AC 전압의 상승 기간 또는 하강 기간 동안에 상기 제2 전류 제어기에 걸쳐 확립된 전압이 제2 전압을 초과하지 않는 경우, 상기 제2 전류 제어기는 상기 정류된 AC 전압에 따라 변화하는 제3 전류를 전도하도록 구성되고;
    상기 상승 기간 또는 상기 하강 기간 동안에 상기 제2 전류 제어기에 걸쳐 확립된 전압이 상기 제2 전압을 초과하는 경우, 상기 제2 전류 제어기는 상기 제3 전류를 상기 제2 전류 설정값으로 유지하도록 구성되는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류 제어기와 상기 제1 발광 소자는 제1 집적 칩으로서 제조되고, 상기 제2 전류 제어기와 상기 제2 발광 소자는 제2 직접 칩으로서 제조되는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  10. 정류된 AC 전압에 연결되는 제1 단; 및
    제2 단
    을 포함하는 제1 발광 소자;
    상기 제1 발광 소자의 제2 단에 연결된 제1 단; 및
    제2 단
    을 포함하는 제2 발광 소자;
    상기 제2 발광 소자의 제2 단에 연결된 제1 단; 및
    제2 단
    을 포함하는 제3 발광 소자;
    상기 제3 발광 소자의 제2 단에 연결된 제1 단; 및
    제2 단
    을 포함하는 제4 발광 소자;
    제1 전류 설정값 이하의 제1 전류를 전도하고, 상기 정류된 AC 전압의 상승 기간 동안에 제1 스위치 오프 전압에 따라 스위치를 오프하고, 상기 정류된 AC 전압의 하강 기간 동안에 제1 스위치 온 전압에 따라 스위치를 온하도록 구성되고,
    상기 제1 발광 소자의 제1 단에 연결된 제1 핀;
    상기 제1 발광 소자의 제2 단에 연결된 제2 핀; 및
    상기 제1 전류 설정값, 상기 제1 스위치 온 전압, 및 상기 제1 스위치 오프 전압 중 적어도 하나를 설정하기 위한 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀
    을 포함하는 제1 전류 제어기;
    제2 전류 설정값 이하의 제2 전류를 전도하고, 상기 상승 기간 동안에 제2 스위치 오프 전압에 따라 스위치를 오프하고, 상기 하강 기간 동안에 제2 스위치 온 전압에 따라 스위치를 온하도록 구성되고,
    상기 제2 발광 소자의 제1 단에 연결된 제1 핀;
    상기 제2 발광 소자의 제2 단에 연결된 제2 핀; 및
    상기 제2 전류 설정값, 상기 제2 스위치 온 전압, 및 상기 제2 스위치 오프 전압 중 적어도 하나를 설정하기 위한 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀
    을 포함하는 제2 전류 제어기;
    제3 전류 설정값 이하의 제3 전류를 전도하고, 상기 상승 기간 동안에 제3 스위치 오프 전압에 따라 스위치를 오프하고, 상기 하강 기간 동안에 제3 스위치 온 전압에 따라 스위치를 온하도록 구성되고,
    상기 제3 발광 소자의 제1 단에 연결된 제1 핀;
    상기 제3 발광 소자의 제2 단에 연결된 제2 핀; 및
    상기 제3 전류 설정값, 상기 제3 스위치 온 전압, 및 상기 제3 스위치 오프 전압 중 적어도 하나를 설정하기 위한 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀
    을 포함하는 제3 전류 제어기; 및
    제4 전류 설정값 이하의 제4 전류를 전도하도록 구성되고,
    상기 제4 발광 소자의 제2 단에 연결된 제1 핀;
    상기 정류된 AC 전압에 연결된 제2 핀; 및
    상기 제4 전류 설정값을 설정하기 위한 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀
    을 포함하는 제4 전류 제어기
    를 포함하는 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전류 제어기와 상기 제1 발광 소자는 제1 집적 칩으로서 제조되고, 상기 제2 전류 제어기와 상기 제2 발광 소자는 제2 직접 칩으로서 제조되고, 상기 제3 전류 제어기와 상기 제3 발광 소자는 제3 집적 칩으로서 제조되고, 상기 제4 전류 제어기와 상기 제4 발광 소자는 제4 직접 칩으로서 제조되는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 집적 칩은,
    상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀이 플로팅 상태(floating) 또는 상기 제1 전류 제어기의 제1 핀에 연결되고, 상기 제1 전류 제어기의 제2 모드 선택 핀이 상기 제1 전류 제어기의 제2 핀에 연결되는 제1 구성;
    상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀이 상기 제1 전류 제어기의 제2 핀에 연결되고, 상기 제1 전류 제어기의 제2 모드 선택 핀이 플로팅 상태 또는 상기 제1 전류 제어기의 제1 핀에 연결되는 제2 구성;
    상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀이 플로팅 상태 또는 상기 제1 전류 제어기의 제1 핀에 연결되는 제3 구성; 또는
    상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀이 상기 제1 전류 제어기의 제2 핀에 연결되는 제4 구성
    으로 되어 있는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 집적 칩은, 상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀이 플로팅 상태 또는 상기 제1 전류 제어기의 제1 핀에 연결되고, 상기 제1 전류 제어기의 제2 모드 선택 핀이 상기 제1 전류 제어기의 제2 핀에 연결되는 제1 구성으로 되어 있고;
    상기 제2 집적 칩은, 상기 제2 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀이 상기 제2 전류 제어기의 제2 핀에 연결되고, 상기 제2 전류 제어기의 제2 모드 선택 핀이 플로팅 상태 또는 상기 제2 전류 제어기의 제1 핀에 연결되는 제2 구성으로 되어 있고;
    상기 제3 집적 칩은, 상기 제3 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀이 플로팅 상태 또는 상기 제3 전류 제어기의 제1 핀에 연결되는 제3 구성으로 되어 있고;
    상기 제4 집적 칩은, 상기 제4 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀이 상기 제4 전류 제어기의 제2 핀에 연결되는 제4 구성으로 되어 있는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제4 전류 설정값은 상기 제1 전류 설정값 내지 상기 제3 전류 설정값 중 어느 것보다 큰, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제4 전류 제어기는 또한, 상기 제4 전류 제어기의 제1 핀과 제2 핀에 걸쳐 확립된 전압이 미리 정해진 값을 초과하는 경우, 스위치를 오프하도록 구성되는, 발광 다이오드(LED) 조명 장치.
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