KR101674501B1 - 발광 다이오드 조명 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드 조명 장치를 개시하며 보상 회로를 구성하며, 정류 전압의 피크치에 대응하여 보상 회로의 보상 신호를 조절함으로써 발광에 대응한 구동 전류를 APR 기능과 디밍 기능을 동시에 만족하도록 레귤레이션 할 수 있다.

Description

발광 다이오드 조명 장치{LED LIGHTING APPARATUS}

본 발명은 조명 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 발광 다이오드를 광원으로 이용하는 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것이다.

조명 장치는 에너지 절감을 위하여 적은 양의 에너지로 높은 발광 효율을 갖는 광원을 이용하도록 개발되고 있다. 최근 발광 다이오드(LED)가 조명 장치의 대표적인 광원으로 이용되고 있다. 발광 다이오드는 에너지 소비량, 수명 및 광질 등과 같은 다양한 요소에서 다른 광원들과 차별화되는 이점을 갖는다.

발광 다이오드는 전류에 의하여 구동되는 특성을 갖는다. 그러므로, 발광 다이오드를 광원으로 하는 조명 장치는 전류 구동을 위한 추가적인 회로가 많이 필요한 문제점이 있다. 상기한 문제점을 해결하고자, 조명 장치는 교류 다이렉트 방식(AC DIRECT TYPE)으로 교류 전원을 발광 다이오드에 제공하도록 개발된 바 있다.

상기 교류 다이렉트 방식의 조명 장치(이하, “발광 다이오드 조명 장치”라 함)는 교류 전원을 정류 전압으로 변환하고 정류 전압을 이용한 전류 구동에 의하여 발광 다이오드가 발광하도록 구성된다. 발광 다이오드 조명 장치는 인덕터 및 캐패시터를 사용하지 않고 정류 전압을 사용하기 때문에 역률(POWER FACTOR)이 양호한 특성이 있다. 정류 전압은 교류 전압이 전파 정류된 전압을 의미한다.

발광 다이오드 조명 장치는 적어도 하나의 발광 다이오드 그룹을 포함하며, 발광 다이오드 그룹은 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하도록 구성되고 정류 전압의 변화에 대응하여 발광한다.

지역적인 전력 환경의 차이 또는 일시적인 전력 계통의 불안정 등의 이유로 발광 다이오드 장치에 제공되는 교류 전압이 변화될 수 있으며, 그 결과 발광 다이오드 조명 장치의 발광을 위한 정류 전압의 피크치가 변화될 수 있다.

정류 전압의 피크치가 변화되면 발광 다이오드 조명 장치의 발광량이 변화된다. 그러므로, 발광 다이오드 조명 장치는 정류 전압의 피크치의 변화에도 균일하게 발광량을 유지할 수 있는 오토 파워 레귤레이션(Auto Power Regulation : 이하, “APR”이라 함) 기능을 채용하는 것이 요구된다.

또한, 발광 다이오드 조명 장치는 사용자의 선택에 따라 발광량을 조절하도록 디밍(Dimming) 기능을 채용하는 것이 요구된다.

그러나, 발광 다이오드 조명 장치는 상기한 APR 기능과 디밍 기능을 동시에 충족시키기에 어려움이 있다. 디밍 제어를 위해서 정류 전압의 위상(Phase Angle)을 로우 앵글(Low Angle)로 제어하는 경우, 발광 다이오드 조명 장치는 정류 전압의 피크치가 낮아진 것으로 인식하여 APR 기능에 의해서 구동 전류가 증가되도록 제어한다. 그 결과, 발광 다이오드 장치의 발광량은 로우 앵글로 디밍 제어되는 경우 APR 기능에 의해 갑자기 증가할 수 있다. 그러므로, 발광 다이오드 잔치는 APR 기능을 이용하는 경우 양호한 디밍 제어 특성을 확보하는데 어려움이 있다.

그러므로, 발광 다이오드 조명 장치는 APR 기능과 디밍 기능을 동시에 충족시킬수 있도록 개발할 필요성이 있다.

한국 공개특허공보 제10-2015-0002096호(명칭 : 발광 다이오드 조명 장치 및 그의 제어 회로, 공개일 : 2015년 1월 7일)

본 발명의 목적은 오토 파워 레귤레이션(Auto Power Regulation) 기능 채용한 상태에서 디밍 기능을 제공할 수 있는 발광 다이오드 조명 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 오토 파워 레귤레이션 기능과 디밍 기능을 동시에 제공하고, 정류 전압의 피크치가 미리 설정된 레벨 이하인 경우 오토 파워 레귤레이션 기능을 제한하여 양호한 디밍 특성을 보장하면서 디밍 제어에 따른 갑작스런 발광량의 변화를 방지함에 있다.

본 발명의 발광 다이오드 조명 장치는, 디밍 제어를 위한 교류 전압에 대한 위상각의 제어가 가능하며, 상기 교류 전압에 대응하여 상기 위상각이 제어된 정류 전압을 제공하는 전원부; 상기 정류 전압에 대응하여 발광하는 하나 이상의 발광 다이오드 그룹을 포함하는 조명부; 상기 정류 전압의 피크치를 검출하고, 상기 정류 전압의 상기 피크치를 정전압과 비교한 보상 신호를 제공하며, 상기 정전압보다 낮은 상기 피크치를 갖는 상기 정류 전압에 대응하여 고정 레벨의 상기 보상 신호를 제공하고, 상기 정전압보다 높은 상기 피크치를 갖는 상기 정류 전압의 변화에 대응하여 상기 고정 레벨 이상의 범위로 변화되는 상기 보상 신호를 제공하는 보상 회로; 및 상기 발광 다이오드 그룹의 발광을 위한 전류 경로를 제공하며, 상기 전류 경로에 대한 전류 레귤레이션을 수행하고, 상기 보상 신호에 대응하여 상기 전류 경로를 흐르는 구동 전류의 양을 조절하는 구동 회로;를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 발광 다이오드 조명 장치에 오토 파워 레귤레이션(Auto Power Regulation) 기능과 디밍 기능이 동시에 구현될 수 있으며, 정류 전압의 피크치가 미리 설정된 레벨 이하인 경우에도 오토 파워 레귤레이션 기능을 제한하여 양호한 디밍 특성이 보장될 수 있고 갑작스런 발광량의 변화가 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 블록도
도 2는 도 1의 구동 회로의 상세 회로도.
도 3은 도 2의 기준 전압 공급부의 상세 회로도.
도 4는 한 주기의 정류 전압의 변화에 대응한 구동 전류의 변화를 예시한 파형도.
도 5는 서로 다른 피크값을 갖는 정류 전압들을 예시한 파형도.
도 6은 디밍 제어에 의하여 위상각이 변화되는 정류 전압을 예시한 파형도.
도 7은 본 발명의 실시예에 의하여 비교 기준 전압이 변화되는 것을 예시한 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예에 의하여 보상 신호 Vcomp가 변화되는 것을 예시한 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 전원부(10), 조명부(20), 구동 회로(30) 및 보상 회로(100)를 포함할 수 있다. 여기에서, 보상 회로(100)는 검출부(40)와 바이어스부(50)를 포함한다.

전원부(10)는 정류 전압 Vrec을 제공하도록 구성되며, 이를 위하여 교류 전원(VAC), 정류기(12) 및 디머(14)를 포함할 수 있다.

교류 전원(VAC)은 상용 교류 전원으로 구성될 수 있으며 교류 전압을 제공한다. 정류기(12)는 교류 전원(VAC)의 교류 전압을 전파 정류한 정류 전압 Vrec을 출력한다. 정류기(12)는 통상의 브릿지 다이오드 구조를 갖도록 구성될 수 있다. 디머(14)는 교류 전압의 위상각을 제어하고 위상각이 제어된 교류 전압을 정류기(12)에 제공하도록 구성될 수 있다.

상기와 같이 전원부(10)는 디밍 기능 구현을 위하여 디머(14)를 구비하며, 디머(14)는 트라이악(Triac), 다이악(Diac), 저항 및 콘덴서를 조합하여 구성될 수 있으며, 이 중 트라이악과 다이악은 입력되는 전원을 온/오프 하는 스위칭 기능을 수행한다. 디커(14)는 상기한 트라이악과 다이악을 이용한 스위칭 기능에 의해서 디밍 기능을 구현할 수 있다.

디밍 기능을 구현하는 방법은 포워드 페이즈 오퍼레이션(Forward Phase Operation)과 리버스 페이즈 오퍼레이션(Reverse Phase Operation)으로 구분될 수 있다.

포워드 페이즈 오퍼레이션은 리딩 에지 디밍(Leading Edge Dimming)을 구현하는 것으로 교류 전압이 제로 크로싱(Zero Crossing)되는 온 시점을 스위치로 가변하는 방법이고, 리버스 페이즈 오퍼레이션은 교류 전압이 제로 크로싱되는 오프 시점을 가변하는 방법이다. 본 발명은 설명의 편의를 위하여 포워드 페이즈 오퍼레이션에 의해 리딩 에지 디밍을 구현하는 것으로 예시하여 설명한다.(도 6 참조)

상기와 같이 전원부(10)의 정류기(12)에서 제공되는 정류 전압 Vrec은 교류 전압의 반주기에 대응하는 리플 성분을 갖는다. 이하 본 발명의 실시예에서 정류 전압 Vrec의 변화는 리플의 증감을 의미하는 것으로 정의한다.

조명부(20)는 정류 전압 Vrec에 대응하여 발광하며, 발광 다이오드들을 포함한다. 조명부(20)에 포함된 발광 다이오드들은 복수 개의 발광 다이오드 그룹으로 구분될 수 있으며, 도 1의 실시예는 직렬로 연결된 4 개의 발광 다이오드 그룹(LED1, LED2, LED3, LED4)을 포함한 조명부(20)를 예시한다. 발광 다이오드 그룹의 수는 제작자의 의도에 따라 다양하게 적용될 수 있다.

또한, 각 발광 다이오드 그룹(LED1, LED2, LED3, LED4)은 적어도 하나의 발광 다이오드 또는 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결된 복수 개의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

각 발광 다이오드는 발광 전압을 가지며, 발광 다이오드 그룹들은 발광 다이오드를 포함하는 수에 비례하는 레벨의 발광 전압을 갖는다.

발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광하는 전압은 발광 다이오드 그룹(LED1)의 발광 전압 V1이라 정의할 수 있고, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)이 발광하는 전압은 발광 다이오드 그룹(LED2)의 발광 전압 V2이라 정의할 수 있고, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3)이 발광하는 전압은 발광 다이오드 그룹(LED3)의 발광 전압 V3이라 정의할 수 있고, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3, LED4)이 발광하는 전압은 발광 다이오드 그룹(LED4)의 발광 전압 V4이라 정의할 수 있다.

정류 전압 Vrec이 상승하면 순차 발광하는 발광 다이오드 그룹의 수가 증가하고, 정류 전압 Vrec이 하강하면 순차 발광하는 발광 다이오드 그룹의 수가 감소한다.

구동 회로(30)는 내부의 기준 전압과 센싱 전압을 비교하여 발광을 위한 전류 경로를 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4) 중 하나에 제공하고 전류 경로에 대한 전류 레귤레이션을 수행한다. 여기에서 센싱 전압은 구동 회로(30)의 전류 경로를 흐르는 구동 전류를 센싱한 전압이며, 구동 회로(30) 외부에서 전류 경로에 연결되는 센싱 저항(Rs)에 의해 제공될 수 있다.

구동 회로(30)는 하나의 IC로 제작될 수 있으며, 조명부(20)에 포함된 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3, LED4)의 각 출력단에 연결되는 단자들(C1, C2, C3, C4), 접지단(GND), 및 센싱 저항(Rs)이 연결되는 센싱 저항단(Riset)을 갖는다.

구동 회로(30)는 센싱 저항(Rs)에 흐르는 구동 전류에 대응하는 센싱 전압과 각 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3, LED4)에 대응하여 내부에서 제공되는 기준 전압들을 각각 비교한다. 센싱 전압과 기준 전압들을 각각 비교한 결과에 따라서, 구동 회로(30)는 센싱 저항(Rs)과 단자들(C1, C2, C3, C4) 간을 선택적으로 연결하는 전류 경로를 제공할 수 있다.

그리고, 구동 회로(30)는 APR 기능을 수행하기 위한 보상 신호 Vcomp를 수신하는 보상 신호 인가 단자(Comp)를 갖는다. 구동 회로(30)는 보상 신호 Vcomp에 대응하여 전류 경로의 구동 전류 Irec의 양을 조절하여 조명부(20)의 발광량을 제어한다.

보상 신호 Vcomp는 정류 전압 Vrec의 피크치가 증가하면 상승하고 정류 전압 Vrec의 피크치가 감소하면 하강한다.

구동 회로(30)는 보상 신호 Vcomp의 변화에 대응하여 정류 전압 Vrec의 피크치가 증가하면 전류 경로의 구동 전류의 양을 감소시키고 정류 전압 Vrec의 피크치가 감소하면 전류 경로의 구동 전류의 양을 증가시킨다. 구동 회로(30)는 상기와 같이 보상 신호 Vcomp에 대응하여 전류 경로의 구동 전류를 레귤레이션하는 APR 기능을 수행한다. APR 기능에 의하여 제어될 수 있는 구동 전류의 양은 발광량이 미리 설정된 기준을 중심으로 상하 20 퍼센트 범위 내에서 제어될 수 있다.

보상 회로(100)는 보상 신호 Vcomp를 제공한다. 보다 구체적으로, 보상 회로(100)는 정류 전압 Vrec의 피크치를 검출하고, 정류 전압 Vrec의 피크치를 정전압(Vcc)과 비교한 보상 신호 Vcomp를 제공한다.

보상 회로(100)는 정전압 Vcc보다 낮은 피크치를 갖는 정류 전압 Vrec에 대응하여 고정 레벨의 보상 신호 Vcomp를 제공하고, 정전압 Vcc보다 높은 피크치를 갖는 정류 전압 Vrec의 변화에 대응하여 고정 레벨 이상의 범위로 변화되는 보상 신호 Vcomp를 제공한다. 이때, 정전압 Vcc은 조명부(20)의 최초 발광하는 발광 다이오드 그룹(LED1)의 발광 전압 V1 이상의 레벨을 갖도록 설정될 수 있다. 이와 달리, 정전압 Vcc은 조명부(20)의 최초 발광하는 발광 다이오드 그룹(LED1)의 발광 전압 V1과 발광 전압 V1 이하로 설정되는 디밍 오프 전압 사이의 레벨을 갖도록 설정될 수 있다. 이때 디밍 오프 레벨은 디밍 제어시 조명부(20)를 턴오프하는 것으로 제작자에 의해 설정된 전압 레벨이며 예시적으로 정류 전압 Vrec의 최대 피크치의 10퍼센트 수준으로 설정될 수 있다.

상기한 보상 회로(100)는 검출부(40)와 바이어스부(50)를 포함한다. 검출부(40)와 바이어스부(50)는 공통 노드를 통하여 보상 신호 인가단자(Comp)에 병렬로 연결된다.

검출부(40)는 정류 전압 Vrec의 피크치를 검출한 검출 신호를 제공한다. 이를 위하여 검출부(40)는 저항들(Rm1, Rm2), 다이오드(Dm) 및 캐패시터(Cm)을 포함한다. 보다 구체적으로, 정류 전압이 인가되는 저항(Rm1)과 접지에 연결되는 저항(Rm2)은 직렬로 연결되며, 저항(Rm2)에 병렬로 캐패시터(Cm)가 연결되고, 저항들(Rm1, Rm2) 사이의 노드와 캐패시터(Cm) 사이에 다이오드(Dm)가 구성된다. 다이오드(Dm)는 저항들(Rm1, Rm2) 사이의 노드에서 캐패시터(Cm)로 전류의 순방향 흐름을 보장하기 위한 것이다. 상기한 구성에 의하여, 검출부(40)는 캐패시터(Cm)의 충전 전압을 검출 신호로 제공한다.

따라서, 검출부(40)는 정류 전압 Vrec의 피크값이 상승하면 캐패시터(Cm)의 충전 전압이 상승하며, 정류 전압 Vrec의 피크값이 하강하면 캐패시터(Cm)의 충전 전압이 하강한다. 검출부(40)는 상기한 충전 전압의 변화를 따르는 검출 신호를 제공한다.

그리고, 바이어스부(50)는 정전압 Vcc의 분압 전압을 제공하기 위하여 정전압 Vcc에 대하여 직렬로 구성된 저항들(Rd1, Rd2)을 포함한다. 저항들(Rd1, Rd2) 사이의 노드가 캐패시터(Cm)과 공통 노드를 통하여 구동 회로(30)의 보상 신호 인가 단자(Comp)에 연결된다.

상기한 구성에 의하여, 보상 회로(100)는 검출부(40)의 검출 신호와 바이어스부(50)의 분압 전압 중 레벨이 높은 것을 보상 신호 Vcomp로서 구동 회로(30)에 제공한다.

한편, 구동 회로(30)는 도 2를 참조하여 설명될 수 있다.

구동 회로(30)는 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3, LED4)에 대한 전류 경로를 제공하는 복수의 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)와 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4을 제공하기 위한 기준 전압 공급부(36)를 포함한다.

기준 전압 공급부(36)는 서로 다른 레벨의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4을 제공하는 것으로 구현될 수 있다. 그리고, 기준 전압 공급부(36)는 보상 신호 Vcomp를 수신하며, 보상 신호 Vcomp의 레벨 상승 또는 하강에 대응하여 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4의 레벨을 전체적으로 균일하게 하강 또는 상승 시킬 수 있다.

기준 전압 공급부(36)는 도 3과 같이 파워 제어부(60)와 기준 전압 생성부(62)를 포함하는 것으로 예시될 수 있다.

파워 제어부(60)는 보상 신호 Vcomp룰 수신하고 보상 신호 Vcomp의 변화에 대응하는 비교 기준 전압 VREF를 출력하도록 구성될 수 있다. 구체적인 실시예로서 파워 제어부(60)는 보상 신호 Vcomp를 반전시키고 기준 전압 생성부(62)에 적합한 레벨로 출력하는 인버터(도시되지 않음)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상기한 구성에 의해서 파워 제어부(60)는 증가한 보상 신호 Vcomp에 대응하여 감소한 비교 기준 전압 VREF을 제공하고 감소한 보상 신호 Vcomp에 대응하여 증가한 비교 기준 전압 VREF를 제공한다.

기준 전압 생성부(62)는 비교기(COM1), NMOS 트랜지스터(Qa) 및 직렬 연결된 복수의 저항들(Ra, R1-R4)을 포함하는 것으로 구성될 수 있다. 비교기(Com1)는 비교 기준 전압 VREF에 따라 NMOS 트랜지스터(Qa)의 전류 흐름을 제어한다. 직렬로 연결된 복수의 저항들(Ra, R1-R4)은 NMOS 트랜지스터(Qa)를 통하여 정전압 VDD을 인가받으며 저항(Ra)과 접지(GND) 간의 분압된 전압들을 서로 다른 레벨의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4으로 출력한다.

서로 다른 레벨의 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4 중, 기준 전압 VREF1이 가장 낮은 전압 레벨을 가지며, 기준 전압 VREF4가 가장 높은 전압 레벨을 갖는다. 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4은 점차 높은 레벨을 갖도록 설정될 수 있다.

여기에서, 기준 전압 VREF1은 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광하는 시점에 스위칭 회로(31)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF1은 발광 다이오드 그룹(LED2)의 발광 시점에 센싱 저항(Rs)에 형성되는 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.

그리고, 기준 전압 VREF2은 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광하는 시점에 스위칭 회로(32)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF2는 발광 다이오드 그룹(LED3)의 발광 시점에 센싱 저항(Rs)에 형성되는 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.

그리고, 기준 전압 VREF3은 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광하는 시점에 스위칭 회로(33)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF3은 발광 다이오드 그룹(LED4)의 발광 시점에 센싱 저항(Rs)에 형성되는 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.

그리고, 기준전압 VREF4는 정류 전압 Vrec의 상한 레벨 영역에서 센싱 저항(Rs)에 흐르는 전류가 소정의 정전류 형태가 되도록 설정됨이 바람직하다.

상기한 기준 전압 공급부(36)의 구성에 의하여, 파워 제어부(60)는 정류 전압 Vrec의 피크치 상승에 의하여 보상 신호 Vcomp가 상승하면 비교 기준 전압 VREF을 하강시키고, 기준 전압 생성부(62)는 비교 기준 전압 VREF의 하강에 대응하여 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4의 레벨을 하강시킨다.

이와 반대로, 파워 제어부(60)는 정류 전압 Vrec의 피크치 하강에 의하여 보상 신호 Vcomp가 하강하면 비교 기준 전압 VREF을 상승시키고, 기준 전압 생성부(62)는 비교 기준 전압 VREF의 상승에 대응하여 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4의 레벨을 상승시킨다.

한편, 스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)은 도 2와 같이 전류 레귤레이션 및 전류 경로 형성을 위하여 센싱 전압을 제공하는 센싱 저항(Rs)에 공통으로 연결된다.

스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)은 센싱 저항(Rs)의 센싱 전압과 기준 전압 생성 회로(30)의 각각의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4를 비교하여서 조명부(20)의 발광을 위한 전류 경로를 형성한다.

스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)은 정류 전압 Vrec이 인가되는 위치에서 먼 발광 다이오드 그룹(LED1, LED2, LED3, LED4)에 연결된 것일수록 높은 레벨의 기준 전압을 제공받는다.

각 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)는 비교기(38a, 38b, 38c, 38d)와 스위칭 소자를 포함하며, 스위칭 소자는 NMOS 트랜지스터(39a, 39b, 39c, 39d)로 구성됨이 바람직하다.

각 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)의 비교기(38a, 38b, 38c, 38d)는 포지티브 입력단(+)에 기준 전압이 인가되고 네가티브 입력단(-)에 센싱 전압이 인가되며 출력단으로 기준 전압과 센싱 전압을 비교한 결과를 출력하도록 구성된다.

그리고, 각 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)의 NMOS 트랜지스터(39a, 39b, 39c, 39d)는 게이트로 인가되는 각 비교기(38a, 38b, 38c, 38d)의 출력에 따라 스위칭 동작을 수행한다. 각 NMOS 트랜지스터(39a, 39b, 39c, 39d)의 드레인과 각 비교기(38a, 38b, 38c, 38d)의 네가티브 입력단(-)은 전류 센싱 저항(Rs)에 공통으로 연결된다.

상기한 구성에 의하여 센싱 저항(Rs)은 센싱 전압을 각 비교기(38a, 38b, 38c, 38d)의 입력단(-)에 인가하는 한편 각 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)의 NMOS 트랜지스터(39a, 39b, 39c, 39d)에 대응한 전류 경로를 제공할 수 있다.

상술한 본 발명의 조명 장치의 실시예에서 정류 전압 Vrec의 변화에 대응하여 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3, LED4)이 순차적으로 발광하고, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3, LED4)의 순차적인 발광에 대응하는 전류 경로가 구동 회로(30)를 통하여 제공될 수 있다.

디머(14)에 의하여 정류 전압 Vrec이 풀 앵글로 제공되는 경우, 본 발명의 실시예는 도 4와 같이 동작될 수 있다.

정류 전압 Vrec이 초기 상태인 경우, 각 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)는 포지티브 입력단(+)에 인가되는 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4이 네가티브 입력단(-)에 인가되는 저항(Rs) 양단의 센싱 전압보다 높으므로 모두 턴온된 상태를 유지한다. 상기와 같이 정류 전압 Vrec이 초기 상태인 경우 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3, LED4)은 발광하지 않는다.

그 후 정류 전압 Vrec이 상승하여 발광 전압 V1에 도달하면, 발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광한다. 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광하면, 발광 다이오드 그룹(LED1)에 연결된 스위칭 회로(31)는 발광을 위한 전류 경로를 제공한다.

정류 전압 Vrec이 발광 전압 V1에 도달하여 발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광하고 스위칭 회로(31)를 통한 전류 경로가 형성되면, 일정한 레벨로 증가된 구동 전류 Irec가 스위칭 회로(31)에 의한 전류 경로를 통하여 흐른다.

그 후 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V2로 상승하는 동안, 센싱 저항(Rs)에 형성되는 센싱 전압에 의하여 스위칭 회로(31)는 전류 레귤레이션 동작을 수행하며, 스위칭 회로(31)를 통하여 흐르는 구동 전류는 정전류를 유지한다.

정류 전압 Vrec이 발광 전압 V2에 도달하면, 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광한다. 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광하면, 발광 다이오드 그룹(LED2)에 연결된 스위칭 회로(32)는 발광을 위한 전류 경로를 제공한다.

상기와 같이 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V2에 도달하여 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광하고 스위칭 회로(32)를 통한 전류 경로가 형성되면, 센싱 저항(Rs)의 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF1보다 높다.

그러므로, 스위칭 회로(31)의 NMOS 트랜지스터(39a)는 비교기(38a)의 출력에 의하여 턴오프된다. 즉, 스위칭 회로(31)는 턴오프되고, 스위칭 회로(32)가 발광 다이오드 그룹(LED2)의 발광에 대응한 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 그룹(LED1)도 발광 상태를 유지하며, 스위칭 회로(32)를 통하여 흐르는 구동 전류 Irec의 레벨은 상승한다.

그 후 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V3으로 상승하는 동안, 센싱 저항(Rs)에 형성되는 센싱 전압에 의하여 스위칭 회로(32)는 전류 레귤레이션 동작을 수행하며, 스위칭 회로(32)를 통하여 흐르는 전류는 정전류를 유지한다.

정류 전압 Vrec이 발광 전압 V3에 도달하면, 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광한다. 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광하면, 발광 다이오드 그룹(LED3)에 연결된 스위칭 회로(33)는 발광을 위한 전류 경로를 제공한다.

상기와 같이 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V3에 도달하여 발광 다이오드 그룹(LED3)이 순차 발광하고 스위칭 회로(33)를 통한 전류 경로가 형성되면, 센싱 저항(Rs)의 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF2보다 높다.

그러므로, 스위칭 회로(32)의 NMOS 트랜지스터(39b)는 비교기(38b)의 출력에 의하여 턴오프된다. 즉, 스위칭 회로(32)는 턴오프되고, 스위칭 회로(33)가 발광 다이오드 그룹(LED3)의 순차 발광에 대응한 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)도 발광 상태를 유지하며, 스위칭 회로(32)를 통하여 흐르는 구동 전류 Irec의 레벨은 상승한다.

그 후 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V4으로 상승하는 동안, 센싱 저항(Rs)에 형성되는 센싱 전압에 의하여 스위칭 회로(33)는 전류 레귤레이션 동작을 수행하며, 스위칭 회로(33)를 통하여 흐르는 전류는 정전류를 유지한다.

그 후 정류 전압 Vrec이 계속 상승하여, 발광 전압 V4에 도달하면, 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광한다. 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광되면, 발광 다이오드 그룹(LED4)에 연결된 스위칭 회로(34)는 발광을 위한 전류 경로를 제공한다.

상기와 같이 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V4에 도달하여 발광 다이오드 그룹(LED4)이 순차 발광하고 스위칭 회로(34)를 통한 전류 경로가 형성되면, 센싱 저항(Rs)의 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF3보다 높다.

그러므로, 스위칭 회로(33)의 NMOS 트랜지스터(39c)는 비교기(38c)의 출력에 의하여 턴오프된다. 즉, 스위칭 회로(33)는 턴오프되고, 스위칭 회로(34)가 발광 다이오드 그룹(LED4)의 순차 발광에 대응한 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3)도 발광 상태를 유지하며, 스위칭 회로(34)를 통하여 흐르는 구동 전류 Irec의 레벨은 상승한다.

발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광한 후 정류 전압 Vrec이 상승하면 과전압이 될 수 있다. 정류 전압 Vrec의 상승에 대응하여 발광 다이오드 그룹(LED3)의 출력 전압도 상승한다.

그 후 정류 전압 Vrec이 피크값까지 상승한 후 발광 전압 V4으로 하강하는 동안, 센싱 저항(Rs)에 형성되는 센싱 전압에 의하여 스위칭 회로(34)는 전류 레귤레이션 동작을 수행하며, 스위칭 회로(34)를 통하여 흐르는 전류는 정전류를 유지한다.

이후, 정류 전압 Vrec이 감소하면, 발광 다이오드 그룹(LED4, LED3, LED2, LED1)에 연결된 스위칭 회로들(34, 33, 32, 31)이 순차적으로 턴오프되며, 발광 다이오드 그룹들(LED4~LED1)은 순차적으로 소광된다.

본 발명의 실시예는 정류 전압 Vrec의 피크값이 도 5와 같이 Vrec1으로 하강하거나 또는 Vrec2로 상승되는 경우 보상 회로(100)에서 제공되는 보상 신호 Vcomp의 레벨이 하강하거나 상승한다.

상기와 같이 정류 전압 Vrec의 피크치 변화가 보상 회로(100)에 의해서 센싱되고, 보상 회로(100)의 보상 신호 Vcomp의 변화는 구동 회로(30)의 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4의 레벨을 변화시킨다.

기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4의 레벨이 상승하면, 각 스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)의 전류 구동 능력이 증가한다. 반대로, 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4의 레벨이 하강하면, 각 스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)의 전류 구동 능력이 감소한다.

그러므로, 본 발명의 구동 회로(30)는 보상 신호 Vcomp에 대응하여 조명부(20)의 발광에 대응하는 구동 전류의 양을 조절하는 APR 기능을 수행한다.

한편, 정류 전압 Vrec는 디머(14)에 의한 디밍 제어에 의하여 위상각이 제어되며 도 6과 같이 상이한 위상각을 갖는 정류 전압들 Vdim1, Vdim2는 상이한 피크치를 갖는다.

정류 전압 Vrec이 정전압 Vcc 이하의 피크치를 갖는 Vdim1으로 제어되는 경우, 검출 회로(40)의 검출 신호는 바이어스부(50)의 분압 전압보다 낮은 레벨로 형성된다. 이 경우, 보상 회로(100)는 검출 회로(40)의 검출 신호보다 레벨이 높은 바이어스부(50)의 분압 전압을 보상 신호 Vcomp로 출력한다. 이 때, 구동 회로(30)의 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4은 고정 레벨을 갖는 보상 신호 Vcomp에 의하여 고정된다. 즉, APR 기능이 제한된다.

정류 전압 Vrec이 정전압 Vcc 이상의 피크치를 갖는 Vdim2로 제어되는 경우, 검출 회로(40)의 검출 신호는 바이어스부(50)의 분압 전압보다 높은 레벨로 형성된다. 이 경우, 보상 회로(100)는 바이어스부(50)의 분압 전압보다 레벨이 높은 검출 회로(40)의 검출 신호를 보상 신호 Vcomp로 출력한다. 이 때, 구동 회로(30)의 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4은 정류 전압 Vrec의 피크치에 대응하여 변화되는 보상 신호 Vcomp에 의하여 가변된다. 즉, APR 기능이 수행된다.

한편, 도 7 및 도 8을 참조하여 정류 전압 Vrec의 피크치 상승에 대응한 비교 기준 전압 VREF과 보상 신호 Vcomp의 변화를 살펴본다. 도 7 및 도 8에서 TL1은 정류 전압 Vrec이 디밍 오프 전압과 동일한 레벨을 갖는 시점으로 정의할 수 있고, TL2는 정류 전압 Vrec이 정전압 Vcc와 동일한 레벨을 갖는 시점으로 정의할 수 있다.

즉, 시점 TL1과 시점 TL2 사이의 구간은 정류 전압 Vrec의 위상각이 로우 앵글로 제어되어서 정류 전압 Vrec의 피크치가 정전압 Vcc보다 낮게 형성되는 구간을 의미한다.

그러므로, 시점 TL1과 시점 TL2 사이의 구간에서 검출 회로(40)의 검출 신호는 바이어스부(50)의 분압 전압보다 낮은 레벨로 형성된다. 그러므로, 보상 회로(100)는 도 8과 같이 고정 레벨을 갖는 바이어스부(50)의 분압 전압을 보상 신호 Vcomp로 출력하고, 비교 기준 전압 VREF도 도 7과 같이 일정하게 유지된다.

한편, 정류 전압 Vrec의 피크치가 정전압 Vcc보다 높게 형성되는 경우는 시점 TL2 이후에 해당한다.

시점 TL2 이후 구간에서 보상 신호 Vcomp는 검출 회로(40)의 검출 신호에 의하여 결정된다. 그러므로, 정류 전압 Vrec의 피크치가 상승하는 경우, 보상 회로(100)는 검출 회로(40)의 검출 신호에 대응하여 도 8과 같이 상승하는 레벨을 갖는 보상 신호 Vcomp를 출력하고, 비교 기준 전압 VREF도 상승하는 레벨을 갖는 보상 신호 Vcomp에 대응하여 도 7과 같이 변화된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치는 APR 기능과 디밍 기능을 동시에 구현할 수 있다. 즉, 정류 전압의 피크치가 미리 설정된 레벨 이하인 경우에, APR 기능이 제한되면서 양호한 디밍 특성을 보장할 수 있으며, 갑작스런 발광량의 변화가 방지될 수 있다.

Claims (10)

1. 디밍 제어를 위한 교류 전압에 대한 위상각의 제어가 가능하며, 상기 교류 전압에 대응하여 상기 위상각이 제어된 정류 전압을 제공하는 전원부;
   상기 정류 전압에 대응하여 발광하는 하나 이상의 발광 다이오드 그룹을 포함하는 조명부;
   상기 정류 전압의 피크치를 검출하고, 상기 정류 전압의 상기 피크치를 정전압과 비교한 보상 신호를 제공하며, 상기 정전압보다 낮은 상기 피크치를 갖는 상기 정류 전압에 대응하여 고정 레벨의 상기 보상 신호를 제공하고, 상기 정전압보다 높은 상기 피크치를 갖는 상기 정류 전압의 변화에 대응하여 상기 고정 레벨 이상의 범위로 변화되는 상기 보상 신호를 제공하는 보상 회로; 및
   상기 발광 다이오드 그룹의 발광을 위한 전류 경로를 제공하며, 상기 전류 경로에 대한 전류 레귤레이션을 수행하고, 상기 보상 신호에 대응하여 상기 전류 경로를 흐르는 구동 전류의 양을 조절하는 구동 회로;를 포함하고,
   상기 구동 회로는,
   상기 하나 이상의 발광 다이오드 그룹에 대응하여 구성되며 하나 이상의 발광 다이오드 그룹의 발광 상태 변경에 대응하여 상기 전류 경로를 선택적으로 제공하는 하나 이상의 스위칭 회로; 및
   상기 하나 이상의 스위칭 회로에 기준 전압을 제공하며, 상기 보상 신호의 변화에 대응하여 상기 기준 전압의 레벨을 조절하는 기준 전압 공급부;를 포함하며,
   각각의 상기 스위칭 회로는 상기 전류 경로의 구동 전류의 양에 대응하는 센싱 전압과 자신에 해당하는 상기 기준 전압을 비교하여 상기 전류 경로를 선택적으로 제공하고,
   적어도 하나의 상기 발광 다이오드 그룹이 발광되는 레벨 이상에서 상기 정류 전압이 변화하면, 상기 전류 경로는 상기 하나 이상의 스위칭 회로에 의하여 형성되는 발광 다이오드 조명 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 조명부는 직렬로 연결된 복수 개의 발광 다이오드 그룹을 포함하며, 상기 정류 전압의 변화에 따라 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹이 순차 발광하는 발광 다이오드 조명 장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 보상 회로는,
   상기 정류 전압의 상기 피크치를 검출한 검출 신호를 제공하는 검출부; 및
   상기 정전압에 대응하는 고정 레벨의 분압 전압을 제공하는 바이어스부;를 포함하며,
   상기 검출 신호와 상기 분압 전압 중 높은 레벨의 것을 상기 보상 신호로 제공하는 발광 다이오드 조명 장치.
4. 제3 항에 있어서, 상기 검출부는,
   상기 정류 전압이 인가되는 제1 저항;
   상기 제1 저항에 직렬로 연결된 제2 저항;
   상기 제2 저항과 병렬로 연결된 캐패시터; 및
   상기 제1 및 제2 저항 사이의 노드와 상기 캐패시터 사이에 구성되며 상기 노드에서 상기 캐패시터로 전류의 순방향 흐름을 보장하는 다이오드;를 포함하며,
   상기 캐패시터의 충전 전압을 상기 검출 신호로 제공하는 발광 다이오드 조명 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 정전압은 최초 발광하는 상기 발광 다이오드 그룹의 발광 전압 이상의 레벨을 갖도록 설정되는 발광 다이오드 조명 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 정전압은 최초 발광하는 상기 발광 다이오드 그룹의 발광 전압과 상기 발광 전압 이하로 설정되는 디밍 오프 전압 사이의 레벨을 갖도록 설정되는 발광 다이오드 조명 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 구동 회로의 상기 전류 경로에 연결되는 센싱 저항을 더 포함하며,
   상기 구동 회로는 상기 하나 이상의 발광 다이오드의 발광 상태 변경에 대응하여 상기 하나 이상의 발광 다이오드와 상기 센싱 저항 간의 상기 전류 경로를 변경하는 발광 다이오드 조명 장치.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 상기 정류 전압의 상기 피크치가 증가하면 상기 보상 신호의 변화에 대응하여 상기 기준 전압의 레벨을 조절하여서 상기 구동 전류의 양을 줄이고 상기 정류 전압의 상기 피크치가 감소하면 상기 보상 신호의 변화에 대응하여 상기 기준 전압의 레벨을 조절하여서 상기 구동 전류의 양을 증가시킴으로써 상기 조명부의 발광량을 미리 설정된 기준을 중심으로 상하 20 퍼센트 범위 내에서 제어하는 발광 다이오드 조명 장치.

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