KR20160053527A - 플리커가 개선된 led 구동회로 및 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 미리 설정된 LED 그룹의 LED 수에 기초하여 LED에 공급되는 LED 구동전류의 크기를 제어함으로써, 동작구간 중 발생하는 LED 조명장치의 광 출력 편차를 저감할 수 있는, 플리커가 개선된 LED 조명장치를 개시한다.

Description

플리커가 개선된 LED 조명장치{LED LUMINESCENT APPARUTUS WITH IMPROVED FLICKER INDEX}
본 발명은 플리커가 개선된 LED 조명장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 미리 설정된 LED 그룹의 LED 수에 기초하여 LED에 공급되는 LED 구동전류의 크기를 제어함으로써, 동작구간 중 발생하는 LED 조명장치의 광 출력 편차를 저감할 수 있는, 플리커가 개선된 LED 조명장치에 관한 것이다.
LED 구동은 직류구동 방식이 일반적이다. 직류구동 방식의 경우 SMPS 등의 AC-DC 컨버터가 필수적으로 요구되며, 이러한 전원 컨버터는 조명기구의 제조단가를 상승시키고, 조명기구의 소형화를 어렵게 하며, 조명기구의 에너지 효율을 떨어뜨리고, 짧은 수명으로 인해 조명기구의 수명을 단축시킨다는 문제점이 있다.
이러한 직류구동 방식의 문제점을 해결하기 위하여, LED의 교류구동 방식이 제안되었다. 그러나 이러한 기술에 따른 회로의 경우 입력전압과 LED에서 출력되는 전류의 불일치로 인하여 역률이 저하되는 문제가 있을 뿐 아니라, LED의 비발광 구간이 길어질 경우, 사용자가 조명의 깜빡거림을 인지하게되는 플리커 현상이 발생한다는 문제점이 있다.
도 1은 플리커(Flicker)를 설명하기 위한 개념도이다. 최근 에너지 스타(Energy Star) 스펙(SPEC)의 플리커 수준의 기준이 되는 플리커의 정의와 규정은 아래와 같다.
(1) 플리커의 정의
플리커란 일정 시간 동안 조명의 밝기가 변화하는 현상을 지칭하며, 심할 경우 사용자가 빛이 흔들거리거나 또는 깜박거리는 현상을 인지할 수 있다. 이러한 플리커는 대부분 일정 시간 동안의 최대 광 출력과 최소 광 출력이 달라서 발생하게 되는 현상이다.
(2) 플리커를 나타내는 지표의 종류
a) 플리커 인덱스(Flicker Index) : 도 1에 도시된 바와 같이, 플리커 인덱스란, 1주기의 광출력 파형도 상에서, 평균 광출력 이상의 면적(Area1)을 전체 광출력 면적(Area1+Area2)으로 나눈 값을 의미한다. 따라서, 플리커 인덱스는 1주기 동안 평균 광출력 이상의 광이 얼마나 발생되는지를 수치적으로 나타내는 값으로서, 플리커 인덱스가 낮을수록 플리커 수준이 양호하다.
b) 퍼센트 플리커(Percent Flicker) 또는 변조 깊이(Modulation Depth) : 퍼센트 플리커란 일정시간 동안의 최소 광량과 최대 광량을 수치화한 지표를 지칭한다. 이러한 퍼센트 플리커는 100*(최대 광량 - 최소 광량)/(최대 광량 + 최소 광량)으로 산출될 수 있다.
(3) 에너지 스타 플리커 인덱스 규정
- 광 출력 파형(Light output waveform) ≥ 120Hz
- 플리커 인덱스 ≤ 주파수 X 0.001 (at Max. Dimmer, 800Hz 이상의 경우 제외)(따라서, 120 Hz에서의 플리커 인덱스 ≤ 0.12 )
이상에서 살펴본 바와 같이, LED 조명장치의 성능에 있어 플리커 수준이 중요한 기준으로 부각되고 있다.
한편, 도 2는 종래기술에 따른 4단 순차구동 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이며, 도 3은 도 2에 개시된 종래기술에 따른 4단 순차구동 LED 조명장치의 구동전압 대 LED 구동전류의 관계를 도시한 파형도이다. 이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 종래기술에 따른 LED 조명장치의 문제점을 살펴보도록 한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)는 정류부(10), LED 발광부(20) 및 LED 구동 제어부(30)를 포함할 수 있다.
종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 정류부(10)는 외부 전원으로부터 입력되는 교류 전압(VAC)을 정류하여 정류전압(Vrec)을 생성하고, 생성된 정류전압(Vrec)을 LED 발광부(20) 및 LED 구동 제어부(30)로 출력하도록 구성된다. 이러한 정류부(10)로서 전파 정류회로, 반파 정류회로 등 공지된 다양한 정류회로 중 하나가 이용될 수 있으며, 도 2에는 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성된 브리지 전파 정류회로가 도시되어 있다. 또한, 종래기술에 따른 LED 발광부(20)는 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 4 LED 그룹(24)까지의 4개의 LED 그룹들로 구성되며, LED 구동 제어부(30)의 제어에 따라 순차적으로 점등되고 순차적으로 소등되도록 구성된다. 한편, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 순차적으로 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 4 LED 그룹(24) 점등 및 소등하는 제어기능을 수행하도록 구성된다.
특히, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 입력 전압(즉, 정류전압(Vrec))의 전압레벨에 따라 LED 구동전류를 증감시켜 순차구동 구간별로 정전류 제어기능을 수행하도록 구성되며, 이는 LED 구동전류를 정현파에 가까운 계단파 형태를 취하게 함으로써 역률(power factor: PF) 및 전고조파 왜곡률(total harmonics distortion: THD)을 개선함으로써 LED 조명장치의 전력 품질을 향상시키기 위한 것이다.
이러한 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 동작 과정을 도 3을 참조하여 보다 더 상세하게 살펴보도록 한다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만인 구간(제 1 단 동작구간)에서는 제 1 LED 그룹(21)만을 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 1 LED 구동전류(ILED1)가 되도록 정전류 제어한다. 유사하게, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이고 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 미만인 구간(제 2 단 동작구간)에서는 제 1 LED 그룹(21) 및 제 2 LED 그룹(22)만을 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 되도록 정전류 제어한다. 또한, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 이상이고 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 미만인 구간(제 3 단 동작구간)에서는 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 3 LED 그룹(23)을 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 3 LED 구동전류(ILED3)로 정전류 제어한다. 마지막으로, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 이상인 구간(제 4 단 동작구간)에서는 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 4 LED 그룹(24) 모두를 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 4 LED 구동전류(ILED4)로 정전류 제어한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 단 동작구간에서의 LED 구동전류(즉, 제 1 LED 구동전류(ILED1))보다 제 2 단 동작구간에서의 LED 구동전류(즉, 제 2 LED 구동전류(ILED2))가 더 크도록 제어되며, 마찬가지로 제 2 LED 구동전류(ILED2)보다 제 3 LED 구동전류(ILED3)가 더 크도록 제어되고, 제 4 LED 구동전류(ILED4)가 가장 크도록 제어된다. 이에 따라, 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 전체 광 출력은 도 3에 도시된 바와 같이 계단파 형태를 가지게 된다. 따라서, 이러한 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)를 이용하는 경우, 동작구간에 따라 발광되는 LED들의 총 수 및 구동전류가 상이하기 때문에 동작구간별로 광 출력이 상이하며, 따라서 사용자가 동작구간별 광 출력의 차이로 인한 불편함을 느낄 수 있고, 전술한 바와 같은 플리커가 열악해진다는 문제점이 있다.
또한, 전술한 바와 같은 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 경우 LED 발광부(20)에 제공되는 구동전압, 즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 기초하여 순차구동을 제어하도록 구성되어 있다. 그러나, 이러한 전압검출 방식의 경우, LED 온도에 따른 전류/전압 특성을 제대로 반영하지 못한다는 문제점이 있다. 즉, LED 그룹의 순방향 전압이 "LED의 동작 온도"에 따라 상이하지만, 전압검출 방식의 경우 이러한 LED의 온도에 따른 I/V 특성을 제대로 반영하지 못하기 때문에, 동작구간이 변경되는 시점(예를 들어, 제 1 단 동작구간에서 제 2 단 동작구간으로 변경되는 시점)에 LED 구동전류(LED 광 출력)가 순간적으로 떨어지거나 겹쳐지는(overshoot)되는 현상이 발생하여 LED 조명장치(100)의 광 출력이 일정하지 못하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 비발광구간을 제거하여 광출력의 편차를 저감함으로써 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는, 플리커가 개선된 LED 조명장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 미리 설정된 LED 그룹의 LED 수에 기초하여 LED에 공급되는 LED 구동전류의 크기를 제어함으로써, 동작구간 간 발생하는 LED 조명장치의 광 출력 편차를 저감할 수 있는, 플리커가 개선된 LED 조명장치를 제공하는 것을 다른 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 LED 구동전류 검출방식에 기반하여 LED 그룹들 간의 순차구동을 제어함으로써 일정한 광 출력을 제공할 수 있는, 플리커가 개선된 LED 조명장치를 제공하는 것을 또 다른 일 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 전파정류하고, 전파정류된 제 1 정류전압을 제 1 구동전압으로서 LED 발광부에 제공하는 정류부; 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 제 1 구동전압으로서 공급받아 발광하는 LED 발광부; 및 상기 LED 발광부 또는 상기 LED 발광부에 연결된 정전류 스위치에 흐르는 LED 구동전류를 검출하고, 검출된 LED 구동전류에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하되, 상기 LED 구동 제어부는 상기 LED 발광부의 동작구간별 광 출력들의 차이가 미리 설정된 광 출력 편차를 넘지 않도록 각 동작구간별 LED 구동전류 값을 설정하고, 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 따라 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 정전류 제어하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치가 제공된다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 발광되는 LED들의 총 수에 기초하여 각 동작구간별 LED 구동전류(제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류) 값을 설정하고, 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 따라 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 정전류 제어하되, 상기 제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류는 순차적으로 감소되는 방식으로 설정될 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 발광되는 LED들의 총 수에 역비례하도록 각 동작구간별 LED 구동전류(제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류) 값을 설정하고, 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 따라 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 정전류 제어하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 발광되는 LED들의 총 수에 역비례하도록 각 동작구간별 LED 구동전류(제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류) 값을 설정하고, 특정 동작구간에 진입하는 시점에 상기 LED 구동전류를 이전 동작구간에서 설정되어 있던 LED 구동전류 값으로부터 상기 특정 동작구간에 대하여 설정된 LED 구동전류 값까지 선형적으로 증가시키거나 또는 감소시키며, 상기 특정 동작구간의 나머지 기간 동안 상기 특정 동작구간에 대한 LED 구동전류 값에 따라 LED 구동전류를 정전류 제어하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함하며, 제 1 동작구간 동안의 상기 제 1 LED 그룹의 광 출력과 제 2 동작구간 동안의 상기 제 1 LED 그룹 및 상기 제 2 LED 그룹의 광 출력 사이의 차이는 미리 설정된 광 출력 편차 이하일 수 있다.
바람직하게, 충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 상기 LED 발광부에 제 2 구동전압을 제공하는 역률 보상부를 더 포함하며, 상기 LED 발광부는 상기 보상구간에서 상기 제 2 구동전압을 공급받아 발광하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제 LED 발광부는 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함하며, 상기 제 2 구동전압은 상기 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨 이상일 수 있다.
바람직하게, 상기 역률 보상부는 밸리-필(valley-fill) 회로이며, 상기 제 1 내지 제 n LED 그룹의 총 순방향 전압레벨의 1/2를 보상하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 비발광구간을 제거함으로써 광출력의 편차를 저감하여 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명은 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 미리 설정된 LED 그룹의 LED 수에 기초하여 LED에 공급되는 LED 구동전류의 크기를 제어함으로써, 동작구간 중 발생하는 LED 조명장치의 광 출력 편차를 저감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명은 LED 구동전류 검출방식에 기반하여 LED 그룹들 간의 순차구동을 제어함으로써 LED 구동전압 검출방식에 기반하여 LED 그룹들 간의 순차구동을 제어하는 종래기술에 따른 LED 조명장치보다 더 개선된 일정한 광 출력을 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 플리커(Flicker)를 설명하기 위한 개념도.
도 2는 종래기술에 따른 4단 순차구동 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 종래기술에 따른 LED 조명장치의 구동전압과 LED 구동전류 간의 관계를 나타낸 파형도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 구동전압과 LED 구동전류 및 LED 그룹별 광 출력의 관계를 나타낸 파형도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 구동전압과 LED 구동전류 및 LED 그룹별 광 출력의 관계를 나타낸 파형도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
본 발명의 실시예에서, 용어 'LED 그룹'이란 복수의 LED들(또는 복수의 발광셀들)이 직렬/병렬/직병렬로 연결되어, LED 구동모듈의 제어에 따라 하나의 단위로서 동작이 제어되는(즉, 같이 점등/소등되는) LED들의 집합을 의미한다.
또한, 용어 '제 1 순방향 전압레벨(Vf1)'은 제 1 LED 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미하며, 용어 '제 2 순방향 전압레벨(Vf2)'은 직렬로 연결된 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨(즉, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨과 제 2 LED 그룹의 순방향 전압레벨을 더한 전압레벨)을 의미하고, 용어 '제 3 순방향 전압레벨(Vf3)'은 직렬로 연결된 제 1 내지 제 3 LED 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미한다. 즉, '제 n 순방향 전압레벨(Vfn)'은 직렬로 연결된 제 1 내지 제 n LED 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨(즉, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨 내지 제 n LED 그룹의 순방향 전압레벨들을 모두 더한 전압레벨)을 의미한다.
또한, 용어 '구동전압 검출기반의 순차구동 방식' 또는 '구동전압 검출기반의 다단구동 방식'이란, 시간에 따라 크기가 변화하는 입력전압을 인가받아 LED를 구동하는 LED 구동모듈에 있어, 인가되는 입력전압의 증가에 따라 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 발광시키고, 인가되는 입력전압의 감소에 따라 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 소등시키는 구동방식을 의미한다. 또한, 용어 '구동전류 검출기반의 순차구동 방식' 또는 '구동전류 검출기반의 다단구동 방식'이란, 시간에 따라 크기가 변화하는 입력전압을 인가받아 LED를 구동하는 LED 구동모듈에 있어, LED 발광부 또는 LED 발광부에 연결된 정전류 스위치에 흐르는 LED 구동전류의 증감에 따라 LED 발광부를 구성하는 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 점등 및 소등시키는 구동방식을 의미한다. 한편 구동전압 검출방식 또는 구동전류 검출방식인지와 무관하게, 순차구동방식 또는 다단구동 방식에 있어, 제 1 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹만이 발광하는 동작구간을 의미하며, 제 2 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹만이 발광하는 동작구간을 의미하고, 유사하게, 제 n 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹 모두가 발광하는 동작구간을 의미한다.
또한, 용어 '제 1 구동전압'이란 입력전압 자체 또는 입력전압이 일정하게 처리되어(예를 들어, 정류회로 등의 과정을 통한 처리) LED 그룹들에 1차적으로 공급되는 구동전압을 의미한다. 또한, 용어 '제 2 구동전압'이란 입력전압이 에너지 저장 소자에 저장된 후, 에너지 저장 소자로부터 LED 그룹들에 2차적으로 공급되는 구동전압을 의미한다. 이러한 제 2 구동전압은, 예시적으로, 입력전압이 캐패시터에 저장된 후, 충전된 캐패시터로부터 LED 그룹들에 공급되는 구동전압일 수 있다. 따라서, 특별히 '제 1 구동전압' 또는 '제 2 구동전압'으로 구별되어 지칭되는 경우 외에, 용어 '구동전압'은 LED 그룹들에 공급되는 제 1 구동전압 및/또는 제 2 구동전압을 포괄하는 의미이다.
또한, 용어 '보상구간'이란 순차구동 방식에 있어, 입력전압(정류전압)의 전압레벨이 미리 설정된 순방향 전압레벨 미만인 구간으로서 LED 그룹에 구동전류를 공급하지 못하는 구간을 의미한다. 예를 들어, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vf1 미만인 구간을 의미한다. 이 경우, 보상구간은 비발광 구간이 된다. 또한, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vf2 미만인 구간을 의미한다. 따라서 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vfn 미만인 구간을 의미한다. 또한, 용어 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상이란 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상구간에서 제 2 구동전압을 LED 그룹에 공급함으로써 LED 그룹에 구동전류를 공급하는 것을 의미하며, 용어 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상이란 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상구간에서 제 2 구동전압을 LED 그룹에 공급하는 것을 의미한다. 따라서, 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상이란 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상구간에서 제 2 구동전압을 LED 그룹에 공급하는 것을 의미한다.
또한, 용어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')이란 순차구동 방식에 있어, 입력전압(정류전압)의 전압레벨이 미리 설정된 미리 설정된 순방향 전압레벨 이상인 구간으로서, 입력전압(제 1 구동전압)이 LED 그룹에 공급되어 LED 그룹(들)이 발광하는 구간을 의미한다. 예시적으로, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상을 수행하는 실시예에 있어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')은 입력전압의 전압레벨이 Vf1 이상인 구간을 의미하며, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상을 수행하는 실시예에 있어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')은 입력전압의 전압레벨이 Vf2 이상인 구간을 의미한다. 따라서, 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상을 수행하는 실시예에 있어 '비보상구간'(또는 '정상 동작구간')은 입력전압의 전압레벨이 Vfn 이상인 구간을 의미한다.
또한, 본 명세서 내에서 임의의 특정 전압, 특정 시점, 특정 온도 등을 나타내기 위하여 사용되는 V1, V2, V3,..., t1, t2,..., T1, T2, T3, 등의 용어는 절대적인 값을 나타내기 위하여 사용되는 것이 아니라 서로를 구분하기 위하여 사용되는 상대적인 값이다.
플리커가 개선된 LED 조명장치(1000)의 개괄
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플리커가 개선된 LED 조명장치(이하 'LED 조명장치'라 함)의 개략적인 구성 블록도. 이하에서, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대해 간략하게 살펴보도록 한다.
먼저, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)를 구성하고 있는 전반적인 기술적 사상을 살펴보도록 한다. 이상에서 기술된 바와 같이, 순차구동 방식의 교류 LED 조명장치의 경우, LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압의 전압레벨이 상승할수록 점등되는 LED의 수가 증가되며, LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압의 전압레벨이 하강할수록 점등되는 LED의 수가 감소되게 된다. 따라서, 본 발명의 가장 기본적인 기술적 사상은, 동작구간별로 점등되는 LED들의 수에 역비례하게 동작구간별 LED 구동전류를 제어하는 것이다. 이러한 LED 구동전류 제어방식을 채택함으로써, 동작구간에 따라 점등되는 LED들의 수가 상대적으로 적은 경우 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 상대적으로 더 크게 제어하고, 점등되는 LED들의 수가 상대적으로 더 많은 경우 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 상대적으로 더 작게 제어함으로써, 동작구간별로 거의 균일한 광 출력이 제공될 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 LED 구동전류 제어방식에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 정류부(200), 역률 보상부(300), LED 발광부(400) 및 LED 구동 제어부(500)를 포함할 수 있다.
먼저, LED 발광부(400)은 복수의 LED 그룹들로 구성될 수 있으며, LED 발광부(400)에 포함된 복수의 LED 그룹들은 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 순차적으로 발광되고, 순차적으로 소등된다. 도 4에는 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)을 포함하고 있는 LED 발광부(400)가 개시되어 있으나, 필요에 따라 LED 발광부(400)에 포함되는 LED 그룹의 수가 다양하게 변경될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 다만, 이하에서는, 설명과 이해의 편의를 위하여 LED 발광부(400)가 2개의 LED 그룹들로 구성된 실시예를 기준으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, LED 발광부(400)는 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(미도시)까지의 4개의 LED 그룹들로 구성될 수도 있으며, 본 발명의 기술적 요지를 그대로 포함하고 있는 한, 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
한편, 실시예를 구성하기에 따라, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)은 각각 서로 상이한 순방향 전압레벨을 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)이 각각 상이한 수의 LED 소자를 포함하여 구성되는 경우 또는 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)이 상이한 방식의 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 연결관계를 가질 경우, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)은 서로 다른 순방향 전압레벨을 가지게 될 것이다. 다만, 본 발명의 바람직할 실시예에 있어, 제 1 LED 그룹(410)은 방전구간에서 역률 보상부(300)에 의해 공급되는 제 2 구동전압에 의해 구동될 수 있는 순방향 전압레벨을 가지도록 설계되어야 한다. 이와 같이 설계되는 경우, 제 1 LED 그룹(410)은 교류 전압(VAC)의 전 주기에서 항상 턴-온 상태를 유지하게 된다. 이하에서는, 설명과 이해의 편의를 위하여 제 1 LED 그룹(410)이 항상 턴-온 상태를 유지하는 실시예를 기준으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 역률 보상부(300)를 포함하지 않아, 제 1 LED 그룹(410)이 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 턴-온 및 턴-오프되도록 구성된 실시예에도 이하의 설명과 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 제 2 LED 그룹(420)의 순방향 전압레벨은 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨과 동일하게 설계되거나, 또는 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨과 제 2 LED 그룹(420)의 순방향 전압레벨의 합, 즉, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2)이 전원 전압의 최대값의 70~95%가 되도록 설계될 수 있다. 이는 정전류 회로의 구동 효율을 높이기 위함이다.
도 4에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 정류부(200)는 외부 전원으로부터 입력되는 교류전압(VAC)을 정류하여 정류전압(Vrec)을 생성 및 출력하도록 구성된다. 이러한 정류부(200)로서 전파 정류회로, 반파 정류회로 등 공지된 다양한 정류회로 중 하나가 이용될 수 있다. 정류부(200)는 생성된 정류전압(Vrec)을 역률 보상부(300), LED 발광부(400), LED 구동 제어부(500)로 제공하도록 구성된다. 도 4에는 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성된 브리지 전파 정류회로가 도시되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 역률 보상부(300)는 충전구간에서 정류전압(Vrec)을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 LED 발광부(400)에 제 2 구동전압을 제공하도록 구성된다. 도 4에는 제 1 커패시터(C1), 제 2 커패시터(C2) 및 3개의 역류 방지용 다이오드들(D5, D6, D7)로 구성된 밸리-필(valley-fill)회로가 본 발명에 따른 역률 보상부(300)로서 도시되어 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 다양한 역률 보상회로들 중 하나가 필요에 따라 채택되어 사용될 수 있다. 밸리-필 회로의 구성과 기능에 대해서는 이미 공지된 기술을 채택하고 있는 바, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명에 따른 역률 보상부(300)에 의해 보상되는 순방향 전압레벨은 역률 보상부(300)를 구성하는 에너지 충방전 소자(예를 들어, 도 4의 제 1 커패시터(C1), 제 2 커패시터(C2) 등)의 용량에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 일 실시예에 있어, 본 발명에 따른 역률 보상부(300)는 총 순방향 전압레벨(LED 그룹들의 순방향 전압레벨을 모두 합한 전압레벨)의 1/2의 전압레벨을 보상하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨이 제 2 LED 그룹(420)의 순방향 전압레벨 이하로 설계된 실시예에 있어, 본 발명에 따른 역률 보상부(300)는 보상구간에서 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)의 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 전술한 바와 같이, 제 1 LED 그룹(410)이 교류전원의 주기와 무관하게 항상 턴-온 상태를 유지하게 된다.
한편, 도 2에 도시된 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(500)가 구동전압 검출방식을 이용하여 다수의 LED 그룹들 간의 순차구동을 제어하도록 구성된 반면, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 LED 발광부(400)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED) 또는 LED 발광부(400)에 연결된 정전류 스위치(들)(미도시)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 검출된 LED 구동전류(ILED)에 기초하여 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)의 순차구동을 제어하도록 구성될 수 있다. 그러나, 본 발명이 구동전압 검출방식을 이용하여 다수의 LED 그룹들 간의 순차구동을 제어하도록 구성된 LED 조명장치에도 마찬가지로 적용될 수 있으며, 본 발명의 기술적 요지를 포함하고 있는 한 이러한 다양한 변형예들 및 변용예들이 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)에 있어, LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압입력되는 구동전압(비보상구간에서는 정류부(200)로부터 제공되는 제 1 구동전압(정류전압(Vrec)), 보상구간에서는 역률 보상부(300)로부터 제공되는 제 2 구동전압)의 전압레벨이 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨, 즉, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이 되는 시점부터 제 1 LED 그룹(410)에 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며 그에 따라 제 1 LED 그룹(410)이 점등된다. 이때, 제 1 LED 그룹(410)과 제 1 전류경로(P1)를 통해 연결된 LED 구동 제어부(500) 내의 제 1 정전류 스위치(미도시)가 턴-온되어 있는 상태이다. 이때, 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)는 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1)의 값으로 제 1 정전류 스위치에 의해 정전류 제어되게 된다. 한편, 이러한 상태로, LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압(Vp)이 계속해서 상승하여 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨과 제 2 LED 그룹(420)의 순방향 전압레벨을 더한 전압레벨, 즉, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이 되는 시점부터 제 2 LED 그룹(420)에도 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며 그에 따라 제 2 LED 그룹(420) 또한 점등된다. 이러한 시점에서, 제 2 LED 그룹(420)과 제 2 전류경로(P2)를 통해 연결되어 있는 LED 구동 제어부(500) 내의 제 2 정전류 스위치(미도시)가 턴-온되어 있는 상태이며, 그에 따라 제 2 정전류 스위치를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 검출될 수 있다. LED 구동 제어부(500)는 제 2 정전류 스위치를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 제 2 정전류 스위치를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 과도상태(전류가 상승 및/또는 하강하는 상태)를 지나 정상적으로 정전류 상태를 유지하는지 판단한다. 제 2 정전류 스위치를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 정상적인 정전류 상태를 유지하는 경우, LED 구동 제어부(500)는 LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압(Vp)이 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)을 구동하기에 충분한 것으로 판단하여 제 1 정전류 스위치를 턴-오프하고, 제 2 동작구간에 진입한다. 이러한 제 2 동작구간에서, 제 2 정전류 스위치는 LED 발광부(400)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 미리 설정된 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 값으로 정전류 제어하는 기능을 수행하게 된다. 한편, 시간이 경과함에 따라, LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압(Vp)이 최고점을 지나 하강하여 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만이 되는 시점부터 제 2 LED 그룹(420)을 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 제 2 LED 그룹(420) 또는 제 2 정전류 스위치를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, LED 구동전류(ILED)가 검출되지 않거나 또는 검출된 LED 구동전류(ILED)의 값이 미리 설정된 값 이하인 경우, 제 1 동작구간에 진입한 것으로 판단하고 제 1 정전류 스위치를 턴-온한다. 따라서, 제 1 전류경로(P1)를 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며, 그에 따라 제 1 정전류 스위치가 LED 구동전류(ILED)의 정전류 제어기능을 다시 수행하게 된다. 이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 제 2 LED 그룹(420) 또는 제 2 정전류 스위치를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 검출된 LED 구동전류에 따라 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)의 순차구동을 제어하도록 구성될 수 있다. 한편, 제 2 정전류 스위치는 동작구간과 무관하게 항상 턴-온 상태를 유지하게 된다.
이상에서, 설명과 예시의 편의를 위하여, LED 발광부(400)가 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)의 2개의 LED 그룹들로 이루어진 실시예를 기준으로 설명하였지만, LED 발광부(400)가 3개 또는 4개 또는 그 이상의 LED 그룹들로 이루어진 실시예에 대해서도 동일한 방식이 적용될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이며, 이러한 실시예들이 본 발명의 권리범위에 속한다는 것 역시 당업자에게 자명할 것이다.
한편, 전술한 바와 같은, 본 발명의 제 1 정전류 스위치 및 제 2 정전류 스위치는 다양한 공지된 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제 1 정전류 스위치 및 제 2 정전류 스위치 각각은 전류 검출하기 위한 센싱 저항, 기준 전류 값과 현재 검출된 전류 값을 비교하기 위한 차동 증폭기, 차동 증폭기의 출력에 따라 경로의 연결을 제어하며, 또한 경로가 연결된 경우 경로를 통해 흐르는 LED 구동전류 값을 정전류로 제어하도록 구성되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
이를 구체적으로 살펴보면, 구동전압(Vp)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만인 구간(즉, 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)만이 검출되는 제 1 단 동작구간)에서, LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 제 1 전류경로(P1)가 연결되며, 이에 따라 제 1 전류경로(P1)를 통해 제 1 LED 구동전류(ILED1)가 흐른다. LED 구동 제어부(500)는 제 1 LED 구동전류(ILED1)를 검출하고, 제 1 LED 구동전류(ILED1)가 제 1 기준전류(IREF1)로 유지될 수 있도록 정전류 제어기능을 수행하게 된다. 한편, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)에 있어 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만인 구간에서는 역률 보상부(300)에 의해 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)의 구동전압(Vp)이 공급되므로, 실질적으로 비발광 구간이 사라지게 되며, 그에 따라 플리커가 개선되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 유사하게, 구동전압(Vp)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상인 구간(즉, 제 2 LED 그룹(420)을 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 검출되는 제 2 단 동작구간)에서, LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 제 1 전류경로(P1)가 오픈되고 제 2 전류경로(P2)가 연결되며, 이에 따라 제 2 전류경로(P2)를 통해 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 흐른다. LED 구동 제어부(500)는 제 2 LED 구동전류(ILED2)를 검출하고, 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 제 2 기준전류(IREF2)로 유지될 수 있도록 정전류 제어기능을 수행하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 전술한 바와 같은 동작구간별 LED 구동전류 제어를 수행함에 있어, 동작구간별로 발광되는 LED들의 수에 기초하여 동작구간별 LED 구동전류의 정전류 제어기능을 수행하도록 구성된다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 제 1 단 동작구간에서 발광하는 LED들의 수(즉, 제 1 LED 그룹(410)을 구성하는 LED들의 수)가 제 2 단 동작구간에서 발광하는 LED들의 수(즉, 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)을 구성하는 LED들의 총 수)의 약 1/2인 경우, LED 구동 제어부(500)는 제 1 LED 구동전류(ILED1)가 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 약 2배가 되도록 정전류 제어기능을 수행하게 구성될 수 있다. 물론 여기서 완벽하게 산술적인 관계로 각 동작구간별 LED 구동전류가 결정되는 것은 아니며, 각 동작구간별 발광 LED들의 총 수와 각 동작구간별 LED 구동전류가 실질적으로 역비례 관계를 갖도록 설정되고 제어된다. 실제 동작구간별 LED 구동전류는 LED 조명장치의 목적, 특성, 기술적 마진, 각 LED 그룹을 구성하는 LED들의 수 및 직병렬 연결관계, 각 LED 그룹을 구성하는 LED들의 물리적 특성 등을 종합적으로 고려하여 설정되고 제어되며, 어떠한 경우에도 전술한 바와 같은 본 발명의 기술적 사상을 포함하고 있는 한 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
이상에서 2단 순차구동 LED 조명장치를 기준으로 설명하였지만, 본 발명에 따른 기술적 사상이 3단 순차구동 LED 조명장치, 4단 순차구동 LED 조명장치 등에 적용될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 즉, 동작구간의 수를 3단, 4단 등으로 늘리는 것은 도 4에 도시된 LED 구동 제어부(500)를 당업자의 수준에서 개량하고(예를 들어, 제 3 LED 그룹(미도시)의 순차 구동 및 정전류 제어를 위한 스위칭 소자를 부가함으로써 등으로) 본 명세서에서 설명된 기술적 사상(동작구간별 발광 LED들의 수에 역비례하게 동작구간별 LED 구동전류를 제어한다는 기술적 사상)을 적용함으로써 용이하게 달성될 수 있다.
LED 조명장치(1000)의 플리커 개선
이하에서, 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)의 플리커를 개선하기 위한 구체적인 실시예들을 살펴보도록 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 플리커 개선
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 구동전압과 LED 구동전류 및 LED 그룹별 광 출력의 관계를 나타낸 파형도이다. 이하에서 도 5를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)에서의 LED 구동전류 제어방식에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상의 토대는 점등되는 LED의 수가 상대적으로 더 적은 동작구간(예를 들어, 제 1 단 동작구간)에서 LED 발광부(400)에 공급되는 LED 구동전류(예를 들어, 제 1 LED 구동전류(ILED1))보다 점등되는 LED의 수가 상대적으로 더 많은 동작구간(예를 들어, 제 2 단 동작구간)에서 LED 발광부(400)에 공급되는 LED 구동전류(예를 들어, 제 2 LED 구동전류(ILED2))를 더 작게 제어함으로써, LED 발광부(400)가 각각의 동작구간에서 거의 일정한 광 출력을 제공하게 하는 것이다. 이때, 제 1 LED 구동전류(ILED1)와 제 2 LED 구동전류(ILED2) 사이의 비율은, 제 1 LED 그룹(410)을 구성하는 LED의 수와 제 2 LED 그룹(420)을 구성하는 LED의 수에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 LED 그룹(410)이 직렬로 연결된 3개의 LED로 구성되고, 제 2 LED 그룹(420)이 마찬가지로 직렬로 연결된 3개의 LED로 구성된 실시예에 대하여 살펴보자. 모든 LED들이 동일한 물리적 특성을 가진다고 가정할 때, 제 1 단 동작구간에서 발광하는 LED들의 수는 3개이며, 제 2 단 동작구간에서 발광하는 LED들의 수는 6개이다. LED 개개의 광 출력이 LED 구동전류의 크기와 정비례 관계에 있기 때문에, 제 1 동작구간에서의 광 출력과 제 2 동작구간에서의 광 출력을 실질적으로 균등하게 맞추기 위해서는, 산술적으로 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 제 1 LED 구동전류(ILED1)의 약 50%이어야 한다. 이러한 개념은 3단 구동 교류 LED 조명장치, 4단 구동 교류 LED 조명장치 등으로 확장될 수 있다. 예를 들어, 제 1 LED 그룹(410), 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(미도시) 각기 직렬로 연결된 3개의 LED로 구성된 실시예를 가정하면, 제 1 LED 구동전류(ILED1)를 100%라고 하면, 제 2 LED 구동전류(ILED2)는 제 1 LED 구동전류(ILED1)의 약 50%이고, 제 3 LED 구동전류(미도시)는 제 1 LED 구동전류의 약 33%로 설정되고 제어될 수 있을 것이다. 다시 한번 말하지만, 여기서 수치는 설명 및 예시(즉, 동작구간별 발광 LED들의 수와 동작구간별 LED 구동전류의 역비례 관계의 설명 및 예시)를 위한 것이며, 실제적인 설계 및 적용에 있어서는, 각 동작구간별 발광 LED들의 총 수와 각 동작구간별 LED 구동전류가 실질적으로 소정의 역비례 관계를 가지고, 다양한 인자들에 기초하여 설계되고 제어되어야 한다는 것을 명심해야 한다.
이제, 도 5를 살펴보면, 도 5의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시간의 경과에 따라 LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압(Vp)과 LED 구동전류(ILED) 사이의 관계를 도시한 파형도이며, 도 5의 (b)는 본 발명의 제 1 실시예에서의 시간의 경과에 따른 제 1 LED 그룹(410)의 광 출력(LED1_W)을 도시한 파형도이고, 도 5의 (c)는 본 발명의 제 1 실시예에서의 시간의 경과에 따른 제 2 LED 그룹(420)의 광 출력(LED2_W)을 도시한 파형도이다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 처음 LED 조명장치(1000)를 구동하면 역률 보상부(300)에 충전된 전하가 없으므로, 구동전압(Vp)이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)에 이를 때까지 점등되는 LED 그룹이 없다. 시간의 경과에 따라 구동전압(Vp)이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)에 도달하면(t1), 제 1 LED 그룹(410)을 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되어 제 1 LED 그룹(410)이 점등되고, 제 1 전류경로(P1)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)는 LED 구동 제어부(500)에 의해 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값으로 정전류 제어된다. 계속해서, 시간의 경과에 따라 구동전압(Vp)이 계속 상승하여 제 2 순방향 전압레벨(Vf2)에 도달하면(t2) 제 2 LED 그룹(420)을 통해서도 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되어 제 2 LED 그룹(420)이 점등되며, LED 구동 제어부(500)는 제 2 LED 그룹(420)을 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 과도상태를 지나 안정화되면 제 2 동작구간에 진입한 것으로 판단하여 제 1 전류경로(P1)(도 4)를 분리하고, 제 2 전류경로(P2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 미리 설정된 제 2 LED 구동전류(ILED2) 값으로 정전류 제어한다. 또한, 시간의 경과에 따라 구동전압(Vp)이 최고점을 지나 하강하여 다시 제 2 순방향 전압레벨(Vf2)에 도달하면(t3) 제 2 LED 그룹(420)을 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르지 않게 되며, 따라서 LED 구동 제어부(500)는 다시 제 1 동작구간에 진입한 것으로 판단하여 제 1 전류경로(P1)(도 4)를 다시 연결한다. 이때, LED 구동 제어부(500)는 제 1 전류경로(P1)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값으로 정전류 제어한다. 한편, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 최소 제 1 LED 그룹(410)의 구동전압, 즉, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상의 구동전압을 보상구간 동안 공급할 수 있는 역률 보상부(300)를 포함하고 있으므로, 비 발광구간이 사라짐을 도면을 통해 확인할 수 있다. 전술한 바와 같은 과정이, LED 조명장치(1000)의 동작 동안 반복된다.
이때, 전술한 바와 같이, 제 1 단 동작구간(t1~t2)에서 발광하게 되는 LED들의 수보다 제 2 단 동작구간(t2~t3)에서 발광하게 되는 LED들의 수가 더 많기 때문에, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 값이 제 1 LED 구동전류(ILED1)의 값보다 더 낮도록 제어한다.
이에 따라, 도 5의 (b)를 참조하면, 제 1 LED 그룹(410)은 초기 충전 구간(t0~t1)을 제외하면, LED 조명장치(1000)의 동작 중 전 구간에서 발광 상태(즉, 턴 온 상태)를 유지하며, 제 1 LED 그룹(410)의 광 출력(LED1_W)은 제 1 단 동작구간(t1~t2, t3~t4, 등)에서 W1이고, 제 2 단 동작구간(t2~t3, t4~t5)에서 W2가 되며, 제 1 단 동작구간에서의 제 1 LED 구동전류(ILED1)의 값보다 제 2 단 동작구간에서의 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 값이 더 작기 때문에, W1보다 W2이 더 작게 된다.
또한, 도 5의 (c)를 참조하면, 제 2 LED 그룹(420)은 구동전압(Vp)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2)보다 큰 구간(즉, 제 2 단 동작구간(t2~t3, t4~t5))에서만 턴 온되어 발광하게 되며, 이때 제 2 LED 그룹(420)의 광 출력은 W3이다. 보다 바람직하게, 제 2 단 동작구간에서의 제 1 LED 그룹(410)의 광 출력(W2)과 제 2 LED 그룹(420)의 광 출력(W3)을 더한 값이 제 1 단 동작구간에서의 제 1 LED 그룹(410)의 광 출력(W1)과 실질적으로 동일하거나 또는 유사해질 수 있도록, 제 1 LED 구동전류(ILED1)와 제 2 LED 구동전류(ILED2) 간의 관계가 설정 및 제어될 수 있다. 따라서, 이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)를 이용하는 경우 전 동작구간에 걸쳐 균일한 광 출력을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 플리커 개선
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 구동전압과 LED 구동전류 및 LED 그룹별 광 출력의 관계를 나타낸 파형도이다. 이하에서 도 6을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)에서의 LED 구동전류 제어방식에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 5에 예시된 제 1 실시예와 도 6에 예시된 제 2 실시예는 기본적으로 동일한 기술적 사상(즉, 동작구간별로 발광되는 LED들의 수에 역비례하도록 동작구간별 LED 구동전류를 설정 및 제어한다는 기술적 사상)을 채택하고 있는 실시예이다. 다만, 도 5에 도시된 실시예의 경우 LED 구동 제어부(500)가 스위칭 제어시점(즉, 동작구간 변경시점)에서 LED 구동전류를 즉시 증가시키거나 또는 감소시키도록 구성되어 있는 반면, 도 6에 도시된 실시예의 경우 LED 구동 제어부(500)가 스위칭 제어시점(즉, 동작구간 변경시점)으로부터 소정의 시간까지 LED 구동전류를 선형적으로 증가시키거나 또는 선형적으로 감소시키도록 구성되어 있다는 점에 있어 차이가 있다.
보다 구체적으로, 도 6의 (a)는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시간의 경과에 따라 LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압(Vp)과 LED 구동전류(ILED) 사이의 관계를 도시한 파형도이며, 도 6의 (b)는 본 발명의 제 2 실시예에서의 시간의 경과에 따른 제 1 LED 그룹(410)의 광 출력(LED1_W)을 도시한 파형도이고, 도 6의 (c)는 본 발명의 제 2 실시예에서의 시간의 경과에 따른 제 2 LED 그룹(420)의 광 출력(LED2_W)을 도시한 파형도이다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 처음 LED 조명장치(1000)를 구동하면 역률 보상부(300)에 충전된 전하가 없으므로, 구동전압(Vp)이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)에 이를 때까지 점등되는 LED 그룹이 없다. 시간의 경과에 따라 구동전압(Vp)이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)에 도달하여(t1) 제 1 LED 그룹(410)에 LED 구동전류(ILED)가 흐르기 시작하면, LED 구동 제어부(500)는 제 1 전류경로(P1)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 0mA로부터 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값으로 선형적으로 상승시키며, LED 구동전류(ILED)가 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값에 도달한 시점(t1')부터 나머지 제 1 단 동작구간 동안 LED 구동전류(ILED)를 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값으로 유지한다. 계속해서, 시간의 경과에 따라 구동전압(Vp)이 계속 상승하여 제 2 순방향 전압레벨(Vf2)에 도달하여(t2) 제 2 LED 그룹(420)을 통해서도 LED 구동전류(ILED)가 흐르기 시작하고 제 2 LED 그룹(420)을 통해 흐르기 시작한 LED 구동전류(ILED)가 안정화되면, LED 구동 제어부(500)는 제 2 동작구간에 진입한 것으로 판단하여 제 1 전류경로(P1)(도 4)를 분리한다. 또한, LED 구동 제어부(500)는 이때, 제 2 전류경로(P2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값으로부터 미리 설정된 제 2 LED 구동전류(ILED2) 값까지 선형적으로 감소시키며, LED 구동전류(ILED)가 미리 설정된 제 2 LED 구동전류(ILED2) 값에 도달한 시점(t2')부터 나머지 제 2 단 동작구간 동안 LED 구동전류(ILED)를 미리 설정된 제 2 LED 구동전류(ILED2) 값으로 유지한다. 또한, 시간의 경과에 따라 구동전압(Vp)이 최고점을 지나 하강하여 다시 제 2 순방향 전압레벨(Vf2)에 도달하여(t3) 제 2 LED 그룹(420)을 통해 더 이상 LED 구동전류(ILED)가 흐르지 않게 되면(또는 제 2 LED 그룹(420)을 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 미리 설정된 값 이하가 되면), LED 구동 제어부(500)는 제 1 동작구간에 진입한 것으로 판단하여 제 1 전류경로(P1)(도 4)를 다시 연결한다. 또한, 동시에, LED 구동 제어부(500)는 제 1 전류경로(P1)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 값으로부터 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값으로 선형적으로 상승시키며, LED 구동전류(ILED)가 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값에 도달한 시점(t3')부터 나머지 제 1 단 동작구간 동안 LED 구동전류(ILED)를 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값으로 유지한다. 이후, 시간의 경과에 따라 전술한 제어과정이 LED 구동 제어부(500)에 의해 반복적으로 수행된다.
한편, 도 6에는 LED 구동전류의 값을 소정의 시간 구간 동안 선형적으로 증가시고 및 선형적으로 감소시키는 실시예가 도시되어 있으나, 실시예를 구성하기에 따라 LED 구동전류의 값을 미리 설정된 값까지 단계적으로 증가시키고(예를 들어, 제 1 LED 구동전류(ILED1)의 값로부터 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 값까지의 복수의 단계적 증가를 통해), 및 단계적으로 감소시키도록(예를 들어, 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 값으로부터 제 1 LED 구동전류(ILED1)까지의 복수의 단계적 감소를 통해) 구성될 수도 있다. 또한, 실시예를 구성하기에 따라, LED 구동전류의 값을 순간적으로 소정의 값만큼(예를 들어, 제 1 LED 구동전류(ILED1)의 값과 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 값의 차이의 50%만큼) 증가시킨 후 선형적으로 또는 단계적으로 미리 설정된 값(제 1 LED 구동전류(ILED1)의 값)까지 추가로 증가시키고, 및 순간적으로 소정의 값만큼(예를 들어, 제 1 LED 구동전류(ILED1)의 값과 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 값의 차이의 50%만큼) 감소시키고 선형적으로 또는 단계적으로 미리 설정된 값(예를 들어, 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 값)까지 추가로 감소시키도록 구성될 수도 있다.
이러한 방식으로 LED 구동전류를 선형적 또는 단계적으로 제어하도록 구성되는 경우, 급격한 LED 구동전류 증감에 의한 LED 소자의 손상을 방지할 수 있으며, 급격한 LED 구동전류 증감에 의한 급격한 광 출력 편차를 감소시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 즉, 예를 들어, 제 1 LED 그룹(410)의 경우, 제 1 단 동작구간에서 제 2 단 동작구간으로 넘어갈 때 제 1 LED 구동전류(ILED1)로부터 제 2 LED 구동전류(ILED2)로 구동전류의 값이 선형적으로 감소되기 때문에 광 출력이 서서히 감소되며, 또한, 제 2 단 동작구간에서 제 1 단 동작구간으로 넘어갈 때 제 2 LED 구동전류(ILED2)로부터 제 1 LED 구동전류(ILED1)까지 선형적으로 구동전류의 값이 증가되기 때문에 광 출력이 서서히 증가하게 되어, 사용자가 다단 동작구간 변경에 따른 제 1 LED 그룹(410)의 광 출력 편차를 느끼지 못하는 상태로 부드럽게 동작구간의 변경이 이루어질 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
1000 : LED 조명장치 200 : 정류부
300 : 역률 보상부 400 : LED 발광부
410 : 제 1 LED 그룹 420 : 제 2 LED 그룹
500 : LED 구동 제어부

Claims (8)

  1. 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 전파정류하고, 전파정류된 제 1 정류전압을 제 1 구동전압으로서 LED 발광부에 제공하는 정류부;
    제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 제 1 구동전압으로서 공급받아 발광하는 LED 발광부; 및
    상기 LED 발광부 또는 상기 LED 발광부에 연결된 정전류 스위치에 흐르는 LED 구동전류를 검출하고, 검출된 LED 구동전류에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하되,
    상기 LED 구동 제어부는 상기 LED 발광부의 동작구간별 광 출력들의 차이가 미리 설정된 광 출력 편차를 넘지 않도록 각 동작구간별 LED 구동전류 값을 설정하고, 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 따라 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 정전류 제어하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 발광되는 LED들의 총 수에 기초하여 각 동작구간별 LED 구동전류(제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류) 값을 설정하고, 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 따라 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 정전류 제어하되, 상기 제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류는 순차적으로 감소되는 방식으로 설정되는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 발광되는 LED들의 총 수에 역비례하도록 각 동작구간별 LED 구동전류(제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류) 값을 설정하고, 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 따라 해당 동작구간에서의 LED 구동전류를 정전류 제어하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 동작구간별로 발광되는 LED들의 총 수에 역비례하도록 각 동작구간별 LED 구동전류(제 1 LED 구동전류 내지 제 n LED 구동전류) 값을 설정하고, 특정 동작구간에 진입하는 시점에 상기 LED 구동전류를 이전 동작구간에서 설정되어 있던 LED 구동전류 값으로부터 상기 특정 동작구간에 대하여 설정된 LED 구동전류 값까지 선형적으로 증가시키거나 또는 감소시키며, 상기 특정 동작구간의 나머지 기간 동안 상기 특정 동작구간에 대한 LED 구동전류 값에 따라 LED 구동전류를 정전류 제어하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 발광부는 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함하며,
    제 1 동작구간 동안의 상기 제 1 LED 그룹의 광 출력과 제 2 동작구간 동안의 상기 제 1 LED 그룹 및 상기 제 2 LED 그룹의 광 출력 사이의 차이는 미리 설정된 광 출력 편차 이하인 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 상기 LED 발광부에 제 2 구동전압을 제공하는 역률 보상부를 더 포함하며,
    상기 LED 발광부는 상기 보상구간에서 상기 제 2 구동전압을 공급받아 발광하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 LED 발광부는 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 포함하며,
    상기 제 2 구동전압은 상기 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨 이상인 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 역률 보상부는 밸리-필(valley-fill) 회로이며, 상기 제 1 내지 제 n LED 그룹의 총 순방향 전압레벨의 1/2를 보상하는 것을 특징으로 하는, LED 조명장치.
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