WO2013115448A1 - 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템 - Google Patents

교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템 Download PDF

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WO2013115448A1
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고관수
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에스엔제이 주식회사
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    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • the present invention relates to a control system for minimizing the variation in the luminous flux (brightness) between the LED or LED group of the AC direct drive method, which is one of the LED lamp driving method used as a real and internal light source. After rectified by, the series LEDs are sequentially controlled in order to reduce the current deviation between the first LED group and the terminal LED group, which is the biggest problem of the driving method to increase the current, so that the uniform luminous flux (brightness) can be realized for the entire section.
  • the present invention relates to a control system for minimizing brightness deviation between AC drive LEDs, which is improved to maximize control efficiency and LED use efficiency by dual control.
  • the LED is a light emitting diode that is injected by a small number of carriers (electrons or holes) by using the pn junction structure of the semiconductor and is re-combined, also known as a light emitting diode, and because of the high efficiency of converting electrical energy into light energy up to 90 Energy savings of up to% are gaining attention as next-generation light sources.
  • LEDs are usually driven by SMPS, which converts AC 100V or AC 220V power sources to DC 12 to 48V.
  • LEDs must be driven by using a SMPS and a constant current driver, which is a DC voltage converter, and thus have a high manufacturing cost.
  • a SMPS and a constant current driver which is a DC voltage converter, and thus have a high manufacturing cost.
  • an electrolytic capacitor having a limited lifespan is required as an essential component of the SMPS. come.
  • FIG. 1 is a driving circuit diagram of a conventional AC drive LED module according to the related art.
  • a conventional AC direct drive LED control technique includes LED taps for each group for high power factor, high efficiency, and active input power compensation. And a sequential switching circuit, wherein the voltage and current waveforms on the circuit are as shown in FIG. 2.
  • each group LED is sequentially turned ON / OFF according to the potential of the AC input voltage (AC voltage changes with time, phase) is the same as the example of FIG.
  • LED group 1 is all ON in the 1-9 section
  • LED group 2 ⁇ LED group 3 ⁇ LED group 4 is turned on as the interval becomes smaller
  • LED group 5 It can be seen that it is ON only in 5 sections, and according to the series LED sequential control method, the current deviation between the first LED group and the terminal LED group is about 50% or more, and it is not possible to realize uniform brightness across the bulbs.
  • the present invention was created in view of the above-described problems in the prior art, and an object of the present invention is to reduce the current deviation between the first LED group and the end LED group, which is a problem of the conventional AC drive LED control, for the entire section.
  • an object of the present invention is to reduce the current deviation between the first LED group and the end LED group, which is a problem of the conventional AC drive LED control, for the entire section.
  • the purpose of the present invention is to provide a control system for minimizing brightness deviation between AC driving LEDs, which can realize low cost and high efficiency through the dual control method of the LED group controller.
  • the present invention is a means for achieving the above object, a full-wave rectifier is applied AC voltage via a bridge full-wave rectification circuit; A slab connected to an area between the plurality of LEDs or LED groups to non-sequentially dual control from the upper plurality of LEDs or LED groups to the lower plurality of LEDs or LED groups among the plurality of LEDs or LED groups connected in series with the full wave rectifier.
  • An eve source controller Section instantaneous current control unit connected to the region between the plurality of upper LEDs or LED groups, lower LEDs, or LED groups connected in series, respectively, to sequentially and constantly control the plurality of upper LEDs or LED groups, lower LEDs, or LED groups Wow; It is connected in parallel with the shunt register of the upper group section instantaneous current controller to increase the magnitude of current in the secondary current control to compensate similarly to the lower group LED current to minimize the loss of the main TR (FET) of the lower group section instantaneous current controller.
  • FET main TR
  • Upper group secondary instantaneous current compensation unit An input power compensator that is connected in parallel with the shunt-register of the instantaneous current controller in the lower group section and actively controls the lower group current height and current angle to compensate for the input power caused by the input voltage variation; It provides a control system for minimizing the brightness deviation between the AC driving LED, characterized in that it comprises a; over-voltage protection unit to block the current of the upper or lower section instantaneous current control unit when the transient voltage input.
  • the slave source controller supplies a current to the upper group LED until the voltage through the full wave rectifier reaches the threshold voltage of the lower group LED through the slave source controller, and the full wave rectified voltage is further increased When the threshold voltage of the group LED is reached, the characteristics of the slave source control unit gradually decreases and then shuts off.
  • the upper group secondary instantaneous current compensation unit is composed of a MOS-FET including a resistor input voltage level detection and a series resistance, and during the secondary current control to increase the current size to compensate similarly to the lower group LED current It is also characterized by minimizing the loss of the main TR (FET) of the subgroup LEDs.
  • the input power compensator is composed of a MOS-FET including a RC input voltage level detection and a series resistor, and actively controls the current group and the current angle of the lower group to compensate for the input power for the input voltage variation. It also has its characteristics.
  • section instantaneous current control unit is applied to one per group in the upper group, one in the lower group is characterized in that only applied to the end group.
  • the brightness deviation minimizing control system between the AC driving LEDs according to the present invention can obtain the following effects.
  • the lamp in the AC-driven LED control method, it is possible to realize the lamp with the same uniform luminous flux (brightness) as much as possible by reducing the current deviation between the first LED group and the terminal LED group, so that not only the bulb type such as incandescent bulb replacement lamp but also the fluorescent lamp
  • the range of applications can be extended to straight lamps such as replacement lamps.
  • the LED luminous efficiency can be maximized through the optimal I F setting by reducing the current deviation between LED groups.
  • the switching off time is minimized by using a combination of current height and current phase control in input power compensation, thereby minimizing luminous flux degradation.
  • 1 is a driving circuit diagram of a conventional AC driving LED module
  • FIG. 2 is a waveform diagram of input voltage and current when driving an AC drive LED module according to the related art
  • each group LED is turned on / off according to a phase when driving a conventional AC driving LED module
  • Figure 4 is a block circuit diagram showing an example of the luminous flux (brightness) deviation minimization control between the AC driving LED according to the present invention
  • FIG. 5 is an input waveform voltage and current waveform diagram of a control method for minimizing light beam (brightness) deviation between AC driving LEDs according to the present invention
  • 6 to 11 are current loops for each operation according to time of FIG.
  • FIG. 4 is a block circuit diagram schematically showing a configuration of a control method for minimizing light beam (brightness) deviation between AC driving LEDs according to the present invention.
  • the full-wave rectifying unit 100 performs full-wave rectification of the commercial power supply voltage to supply the first and second series LED units 200 and 300 and the slave source control unit 400.
  • the second series LED unit 300 forms an upper LED group, and is grouped and arranged into a plurality of LEDs or LED groups according to efficiency and power factor optimization.
  • a section instantaneous current controller 600 or 700 is applied to each group. It branches to LED TAP2 and LED TAP3.
  • the first series LED unit 200 forms a lower LED group, and arranged in a group of a plurality of LEDs or LED groups according to the efficiency and power factor optimization, the section instantaneous current control unit 800 only one LED in the termination group Branch to TAP1.
  • the LED quantity ratio of the lower LED group and the upper LED group constituting the first and second series LED units 200 and 300 is about 6: 5.
  • the primary current flows from the slave rectifier 100 to the upper LED group section instantaneous current controller 600 through the LED TAP2 in the slave source controller 400.
  • the primary current starts to flow from the slave source controller 400 to the uppermost section instantaneous current controller 700 through the LED TAP3.
  • the current of the next lower section instantaneous current control unit 600 decreases by the current increase of the uppermost section instantaneous current control unit 700, and is automatically cut off when a current higher than or equal to a set value flows.
  • Group LED group below LED TAP1
  • the current through the slave source controller 400 begins to decrease and as the current decreases, the current flows through the section instantaneous current controller 800 and the current above the set value flows. It is automatically shut off.
  • the secondary current flows from the main source BD + to the uppermost section instantaneous current controller 700 through the LED TAP3.
  • the biggest feature of the present invention is to take a very unique method of driving from the upper LED group out of order and repeatedly driving the upper LED group twice in one cycle over the first and second cycles.
  • the voltage through the main source BD + reaches the threshold voltage of the LED 4 through the slave source controller 400.
  • the voltage across the main source BD + approaches the threshold voltage of LED1.
  • the primary current flows from the slave source controller 400 to the upper LED group section instantaneous current controller 600 through the LED TAP2.
  • a constant current flows through the R12 shunt-resistor and the Q6 of the section instantaneous current controller 600, and is automatically cut off when a current higher than a set value flows.
  • the voltage across the main source BD + passes through LED1 and reaches the threshold voltage of LED2.
  • the primary current flows from the slave source controller 400 to the highest LED group section instantaneous current controller 700 through the LED TAP3.
  • a constant current flows through the R13 shunt-resistor and the Q7 of the section instantaneous current controller 700, and is automatically cut off when a current higher than a set value flows.
  • the voltage across the main source BD + passes through LED1 and LED2 to reach the threshold voltage of LED3.
  • the current of Q1 starts to decrease as the current of Q2 increases, and the secondary current flows through the section instantaneous current control unit 800 as the decrease decreases.
  • the current of 400 slowly decreases and then automatically shuts off.
  • the secondary current flows through the LED Tap2 from the main source BD + to the next-order instantaneous current controller 600.
  • a constant current flows through the R12 shunt-resistor and Q6 of the section instantaneous current control unit 600, and is automatically cut off when a current higher than a set value flows.
  • the secondary current flows through the LED Tap3 from the main source BD + to the uppermost section instantaneous current controller 700.
  • a constant current flows through the R13 shunt-resistor and the Q7 of the section instantaneous current controller 700, and is automatically cut off when a current higher than a set value flows.
  • subdividing the group of the section instantaneous current controllers 600 and 700 may further improve the total harmonic distortion (THD) for efficiency, power factor, and current.
  • TDD total harmonic distortion
  • the overvoltage protection unit 500 cuts off the current of the section instantaneous current controller 600, 700, and 800 for the purpose of protecting the LEDs and the active elements Q5, Q6, and Q7 when the transient voltage is input.
  • the input power compensator 900 is connected in parallel with the shunt register R10 of the section instantaneous current controller 800 connected to the lower group LED, that is, the first series LED unit 200, to input an input voltage variation. Actively control lower LED group current height and current angle for power compensation.
  • the upper group secondary instantaneous current compensator 1000 is connected in parallel with the shunt registers R12 and R13 of the upper group section instantaneous current control unit 600 and 700 to increase the magnitude of the current during the secondary current control to lower the lower group. Compensation similar to LED current ensures minimal loss of main TR (FET) and Q5 for subgroup LEDs.
  • the control method for minimizing light beam (brightness) deviation between AC driving LEDs according to the present invention is a result of testing a sample sample as compared to the conventional AC driving method, and the current variation rate of each group is shown to be constant. same.

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템에 관한 것으로전원을 정류하는 전파정류부와, 다수의 LED가 배열된 LED부와, 제어용 슬래이브 소스 제어부와, 다수의 LED 그룹들을 비순차적으로 구간 제어하는 구간 순시전류 제어부와, LED 및 능동소자의 보호를 위한 과전압 방지부와, 능동적으로 하위그룹 전류 높이와 전류 각을 제어하는 입력전력 보상부와, 하위Group LED의 메인TR에 대한 손실을 최소화하는 상위그룹 2차 순시전류 보상부로 구성되어 LED 그룹과 종단 LED 그룹 간 전류편차를 줄여 전 구간 최대한 균일한 광속 및 밝기의 램프 구현이 가능하고, 최적의 IF 셋팅을 통한 LED 광속효율을 극대화시키며, 상위 그룹 제어기의 이중 제어방식을 통한 비용절감과 제어효율 극대화가 가능하다.

Description

교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템
본 발명은 실,내외 광원으로 사용되는 LED 램프 구동방식 중 하나인 교류 직구동 방식의 LED혹은 LED 그룹간 광속(밝기) 편차 최소화를 위한 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상용전압을 브리지다이오드로 정류한 후 직렬 LED를 순차적으로 구간 제어해 전류를 증가시키는 구동방식의 가장 큰 문제점인 첫 번째 LED 그룹과 종단 LED 그룹 간 전류편차를 감소시켜 전 구간 균일한 광속(밝기)을 구현할 수 있도록 하고, 이중제어로 제어효율 및 LED사용 효율을 극대화시킬 수 있도록 개선된 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로, LED는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 소수캐리어(전자 또는 정공)를 주입하고 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 것으로 발광 다이오드라고도 하며, 전기에너지를 빛에너지로 전환하는 효율이 높기 때문에 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있어 차세대 광원으로 주목되고 있다.
이러한 LED는 보통 AC 100V나 AC 220V 전원을 DC 12~48V로 변환하는 SMPS를 이용해 구동하게 된다.
따라서, 직류전압 변환장치인 SMPS와 정전류 드라이버를 사용해 LED를 구동해야하기 때문에 제조원가가 높은 단점이 있고, 특히 SMPS를 구성하는 필수부품으로 수명이 제한된 전해콘덴서를 사용해야 하므로 사용수명이 단축되는 문제가 있어 왔다.
이를 개선하기 위해, 최근에는 전해콘덴서를 사용하지 않는 반영구적인 방식으로 AC 직구동 LED 제어기술이 개시되었으며, 이를 통해 최저원가로 장수명화가 가능한 고품질의 LED램프와 조명기구 제조가 가능하게 되었다.
도 1은 종래의 종래 교류구동 LED 모듈의 구동 회로도로서, 도 1에 도시된 바와 같은, 종래의 AC 직구동 LED 제어기술은 고역률, 고효율 및 능동적인 입력전력 보상을 위해 각각의 그룹별 LED Tap 및 순차적 스위칭 회로를 포함하며, 이때 회로상의 전압, 전류 파형은 도 2와 같다.
또한, 도시된 각각의 그룹 LED가 AC입력전압의 전위(AC전압은 시간, 위상에 따라 변함)에 따라 순차적으로 ON/OFF되는 특성은 도 3의 예시와 같다.
도 3에 도시된 바와 같이 동작 시퀀스를 살펴보면, LED 그룹1의 경우 1~9구간에서 모두 ON이 되고, LED 그룹2 → LED 그룹 3 → LED 그룹 4로 갈수록 ON되는 구간이 작아지며, LED 그룹 5에서는 5구간에서만 ON이 되는 것을 볼 수 있는데, 이와 같이 직렬 LED 순차제어방식에 따라 첫번째 LED 그룹과 종단 LED 그룹 간 전류편차는 약 50% 이상이 되며, 전구간에 걸쳐 균일한 밝기를 구현할 수 없는 문제점을 가지고 있다.
또한, LED IF 전류에 따라 달라지는 광속 특성상 최상의 광속을 기대하기 어려워 비효율적이고, 이로 인해 SMPS 방식대비 기대했던 수준의 광속을 얻을 수 없다는 단점이 있다.
뿐만 아니라, LED 그룹간 전류편차에 상관없이 동일한 스펙(Spec)의 LED를 사용해야 하므로 비효율적인 단점도 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 본 발명의 목적은, 종래 교류구동 LED 제어의 문제점인 첫 번째 LED 그룹과 종단 LED 그룹 간 전류편차를 줄여 전 구간 최대한 균일한 광속(밝기)를 구현하고, LED그룹간 전류편차를 줄여 최적의 IF 셋팅을 통한 LED 광속효율을 극대화할 수 있으며, LED 그룹간 전류편차를 감소하여 LED사용 효율을 극대화하고, 상위 LED 그룹 제어기의 이중 제어방식을 통한 저비용 고효율화를 실현할 수 있는 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 브릿지 전파정류회로를 매개로 한 교류전압이 인가되는 전파정류부; 상기 전파정류부와 직렬로 연결된 다수의 LED 혹은 LED 그룹들 중에서 상위 다수의 LED 혹은 LED 그룹부터 하위 다수의 LED 혹은 LED 그룹까지 비순차적으로 이중 제어하도록 다수의 LED 혹은 LED 그룹 사이의 영역에 접속되는 슬래이브 소스 제어부와; 상기 직렬로 열결된 다수의 상위 LED 혹은 LED 그룹, 하위 LED 혹은 LED 그룹 사이 영역에 각각 접속되어, 다수의 상위 LED 혹은 LED 그룹, 하위 LED 혹은 LED 그룹들을 비순차적으로 구간 정전류 제어하는 구간 순시전류 제어부와; 상위 그룹 구간 순시전류 제어부의 션트-레지스터와 병렬접속되어 2차 전류 제어시 전류 크기를 증가시켜 하위 그룹 LED 전류와 유사하게 보상하여 하위 그룹 구간순시전류 제어부의 메인 TR(FET)의 손실을 최소화하는 상위그룹 2차 순시전류 보상부와; 하위 그룹 구간 순시전류 제어부의 션트-레지스터와 병렬접속되어 입력전압 변동에 의한 입력전력 보상을 위해 능동적으로 하위 그룹 전류 높이와 전류 각을 제어하는 입력전력 보상부와; 과도전압 입력시 상기 상위 또는 하위 구간 순시전류 제어부의 전류를 차단하여 LED 및 능동소자를 보호하는 과전압 방지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템을 제공한다.
이때, 상기 슬래이브 소스 제어부는, 상기 전파정류부를 통한 전압이 슬래이브 소스 제어부를 통해 하위 그룹 LED의 임계전압에 도달하기까지 상위 그룹 LED에 전류를 공급하며, 상기 전파정류전압이 더 상승하여 하위 그룹 LED의 임계전압에 다다르면 슬래이브 소스 제어부의 전류가 서서히 감소 후 자동차단 되도록 하는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 상기 상위그룹 2차 순시전류 보상부는, 레지스터 입력전압 레벨 감지와 직렬저항을 포함하는 MOS-FET로 구성되며, 2차 전류제어시, 전류 크기를 증가하여 하위 그룹 LED 전류와 유사하게 보상해 하위 그룹 LED의 메인 TR(FET)의 손실을 최소화시키는 것에도 그 특징이 있다.
뿐만 아니라, 상기 입력전력 보상부는, RC 입력전압 레벨 감지와 직렬저항을 포함하는 MOS-FET로 구성되며, 입력전압 변동에 대한 입력전력 보상을 위해 능동적으로 하위 그룹의 전류 높이와 전류 각을 제어하는 것에도 그 특징이 있다.
아울러, 상기 구간 순시전류 제어부는 상위 그룹의 경우 그룹당 한 개씩 적용되고, 하위 그룹의 경우 종단 그룹에만 한 개 적용되는 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따른 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 교류구동 LED 제어방식에서 첫 번째 LED 그룹과 종단 LED 그룹 간 전류편차를 줄여 전 구간 최대한 균일한 광속(밝기)의 램프 구현이 가능해 백열구 대치등과 같은 벌브 타입(Bulb Type) 뿐만 아니라 형광등 대치등과 같은 일자형 램프에도 적용의 범위를 확대할 수 있다.
둘째, LED 그룹간 전류편차를 줄여 최적의 IF 셋팅을 통한 LED 광속효율을 극대화 할 수 있다.
셋째, LED 그룹간 전류편차 감소로 효율적인 LED 사용이 가능하다.
넷째, 입력전력 보상시 전류 높낮이 및 전류 위상 제어 방식의 혼합 사용에 의해 스위칭 오프 타임이 최소화되어 광속 저하를 최소화할 수 있다.
다섯째, LED 제어 전 구간 중 상위 구간을 이중제어 하므로 LED Tap 최소화로 비용절감과 제어효율 극대화가 가능하다.
도 1은 종래 교류구동 LED 모듈의 구동 회로도,
도 2는 종래 교류구동 LED 모듈 구동시 입력 단 전압, 전류 파형도,
도 3은 종래 교류구동 LED 모듈 구동시 각각의 그룹 LED가 위상에 따라 on/off 되는 제어도,
도 4는 본 발명에 따른 교류구동 엘이디간 광속(밝기)편차 최소화 제어 예를 보인 블록 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 교류구동 엘이디간 광속(밝기)편차 최소화 제어방식의 입력단 전압, 전류 파형도,
도 6 내지 도 11은 도 4의 시간에 따른 동작별 전류 루프,
도 12는 도 6 내지 도 11에 따른 시간 스케쥴이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 교류구동 엘이디간 광속(밝기)편차 최소화 제어방식의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전파정류부(100)는 상용전원 전압을 전파 정류하여 제1,2 직렬 LED부(200,300) 및 슬래이브 소스(Slave Source) 제어부(400)에 공급한다.
상기 제2 직렬 LED부(300)는 상위 LED 그룹을 형성하며, 효율 및 역률 최적화에 따라 다수의 LED 혹은 LED 그룹으로 그룹화 배열되고, 그룹화 배열시 구간 순시전류 제어부(600,700)는 각 그룹당 한 개씩 적용되며, LED TAP2와 LED TAP3로 분기된다.
또한, 상기 제1 직렬 LED부(200)는 하위 LED 그룹을 형성하며, 효율 및 역률 최적화에 따라 다수의 LED 혹은 LED 그룹으로 그룹화 배열되나, 구간 순시전류 제어부(800)는 종단 그룹에 한 개만 LED TAP1로 분기 적용된다.
따라서, 상기 제1,2 직렬 LED부(200,300)를 구성하는 하위 LED 그룹과 상위 LED 그룹의 LED 수량 비율은 약 6:5를 이루게 된다.
그리하여, 상기 전파정류부(100)를 통한 전압이 슬래이브 소스 제어부(400)에서 LED TAP2를 통해 상위 LED 그룹 구간순시전류 제어부(600)에 1차 전류가 흐르기 시작한다.
이후, 전파정류전압이 상승하여 차상위 LED의 임계전압에 이르게 되면 슬래이브 소스 제어부(400)에서 LED TAP3을 통해 최상위 구간순시전류 제어부(700)에 1차 전류가 흐르기 시작한다.
또한, 최상위 구간순시전류 제어부(700)의 전류 상승분 만큼 차하위 구간순시전류 제어부(600)의 전류는 감소하고, 설정값 이상의 전류가 흐르면 자동으로 차단되며, 또한, 전파정류전압이 더욱 상승하여 하위 그룹(LED TAP1 이하의 LED 그룹) LED의 임계전압에 다다르면 슬래이브 소스 제어부(400)를 통한 전류가 감소하기 시작하고 감소한 만큼 구간 순시전류 제어부(800)을 통해 전류가 흐르며 설정값 이상의 전류가 흐르면 자동 차단된다.
즉, 메인 소스(Main Source)(BD+)를 통한 전파정류전압이 상승하여 LED TAP1과 LED TAP2 사이에 구비된 다이오드인 D2 이후의 차상위 LED의 임계전압에 이르게 되면 상기 메인 소스(BD+)에서 LED TAP2를 통해 차상위 구간 순시전류 제어부(600)에 2차 전류가 흐르기 시작한다.
그리고, 전파정류전압이 상승하여 최상위 LED 그룹의 임계전압에 이르게 되면 메인 소스(BD+)에서 LED TAP3을 통해 최상위 구간 순시전류 제어부(700)에 2차 전류가 흐르기 시작한다.
이어, 전파정류 전압이 최대값 이후 하강하여 다수의 LED 혹은 LED 그룹의 최상위 LED 임계전압 이하로 떨어지면 연결된 LED TAP3에 전류가 흐르지 않게 되며 ON 동작과 역순으로 OFF 구동하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 가장 큰 특징은 비순차적으로 상위 LED그룹부터 구동하는 것과, 상위 LED그룹을 1, 2차에 걸쳐 1주기에 두 번 반복 구동하는 매우 독특한 방법을 취하고 있다.
이때, 입력전압 상승에 따른 입력전류 모양이 변화되는 것은 도 5와 같다.
보다 구체적으로, 도 6 내지 도 11을 참고하여 전파정류전압의 상승/하강에 따른 상세 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 6의 to→t1에서는, 상기 메인 소스(BD+)를 통한 전압이 슬래이브 소스 제어부(400)를 통해 LED 4의 임계전압에 다다른다.
동시에, 상기 메인 소스(BD+)를 통한 전압이 LED 1의 임계전압에 다다른다.
도 7의 t1→t2에서는, 슬래이브 소스 제어부(400)에서 LED TAP2를 통해 상위 LED 그룹 구간 순시전류 제어부(600)에 1차 전류가 흐르기 시작한다.
이때, 구간 순시전류 제어부(600)의 R12 션트-레지스터(Shunt-Resistor)와 Q6를 통해 일정한 전류가 흐르며, 설정값 이상의 전류가 흐르면 자동 차단된다.
동시에, 상기 메인 소스(BD+)를 통한 전압이 LED1을 지나 LED2의 임계전압에 다다른다.
도 8의 t2→t3에서는, 슬래이브 소스 제어부(400)에서 LED TAP3을 통해 최상위 LED 그룹 구간 순시전류 제어부(700)에 1차 전류가 흐르기 시작한다.
이때, 구간 순시전류 제어부(700)의 R13 션트-레지스터(Shunt-Resistor)와 Q7을 통해 일정한 전류가 흐르며, 설정값 이상의 전류가 흐르면 자동 차단된다.
동시에, 상기 메인 소스(BD+)를 통한 전압이 LED1, LED2를 지나 LED3의 임계전압에 다다른다.
도 9의 t3→t4에서는, 하위 그룹 LED(200)의 임계전압에 다다르면 슬래이브 소스 제어부(400)의 Q2 Vgs에 전압이 인가되어 Q2의 드레인(Drain)에 전류가 흐르기 시작한다.
그리고, 메인 소스(BD+)를 통한 전압이 더욱 상승하여 Q2의 전류가 증가하는 만큼 Q1의 전류는 감소하기 시작하고 감소한 만큼 구간 순시전류 제어부(800)를 통해 2차 전류가 흐르며 슬래이브 소스 제어부(400)의 전류는 서서히 감소 후 자동 차단된다.
이때, 구간 순시전류 제어부(800)의 R10 션트-레지스터(Shunt-Resistor)와 Q5를 통해 일정한 전류가 흐르며, 설정값 이상의 전류가 흐르면 자동 차단된다.
도 10의 t4→t5에서는, 메인 소스(BD+)에서 LED Tap2를 통해 차상위 구간 순시전류 제어부(600)에 2차 전류가 흐른다.
이때. 구간 순시전류 제어부(600)의 R12 션트-레지스터(Shunt-Resistor)와 Q6을 통해 일정한 전류가 흐르며, 설정값 이상의 전류가 흐르면 자동 차단된다.
도 11의 t5→t6에서는, 메인 소스(BD+)에서 LED Tap3을 통해 최상위 구간 순시전류 제어부(700)에 2차 전류가 흐른다.
이때, 구간 순시전류 제어부(700)의 R13 션트-레지스터(Shunt-Resistor)와 Q7을 통해 일정한 전류가 흐르며, 설정값 이상의 전류가 흐르면 자동 차단된다.
아울러, 상기 구간순시전류 제어부(600,700)의 그룹을 세분화하면 효율, 역률, 전류에 대한 전고조파 왜율(THD, Total Harmonic Distortion)를 보다 더 개선할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 과전압 방지부(500)는 과도전압 입력시 LED 및 능동소자(Q5,Q6,Q7)의 보호를 목적으로 구간 순시전류 제어부(600,700,800)의 전류를 차단시킨다.
그리고, 입력전력 보상부(900)는 하위 그룹 LED, 즉 제1 직렬 LED부(200)에 연결된 구간 순시전류 제어부(800)의 션트-레지스터(R10)와 병렬 접속되어, 입력전압 변동에 대한 입력전력 보상을 위해 능동적으로 하위 LED 그룹 전류 높이와 전류 각을 제어하도록 한다.
또한, 상위그룹 2차 순시전류 보상부(1000)는, 상위 그룹 구간 순시전류 제어부(600,700)의 션트-레지스터(R12, R13)와 병렬 접속되어 2차 전류제어시, 전류 크기를 증가하여 하위 그룹 LED 전류와 유사하게 보상해 하위 그룹 LED의 메인 TR(FET)과 Q5의 손실을 최소화 제어하도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 교류구동 엘이디간 광속(밝기)편차 최소화 제어방식은 종래 AC 구동 방식에 비해 샘플 시료를 테스트한 결과, 각 Group별 전류 변동률이 일정하게 나타났는데 이를 정리하면 하기한 표 1과 같다.
표 1
Test Item Conditions 종래AC 구동방식 본발명
Group1 전류 120Vac/60Hz 87.3 mA (기준) 66.5 mA (기준)
Group2 전류 80.0 mA (-8.36%) 73.8 mA (+10.9%)
Group3 전류 75.8 mA (-13.2%) 71.3 mA (+7.21%)
Group4 전류 63.9 mA (-26.8%) 56.7 mA (-14.7%)
Group5 전류 45.1 mA (-48.3%) 56.2 mA (-15.4%)
(여기에서, 괄호 안의 데이터는 Group1의 전류 대비 각 Group의 전류 변동률을 나타낸 것이다.)
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 장치는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다.
*부호의 설명
100 : 전파정류부
200 : 제1 직렬 LED부
300 : 제2 직렬 LED부
400 : 슬래이브 소스 제어부
500 : 과전압 방지부
600,700,800 : 구간순시전류 제어부
900 : 입력전력 보상부
1000 : 상위그룹 2차 순시전류 보상부

Claims (5)

  1. 브릿지 전파정류회로를 매개로 한 교류전압이 인가되는 전파정류부;
    상기 전파정류부와 직렬로 연결된 다수의 LED 혹은 LED 그룹들 중에서 상위 다수의 LED 혹은 LED 그룹부터 하위 다수의 LED 혹은 LED 그룹까지 비순차적으로 이중 제어하도록 다수의 LED 혹은 LED 그룹 사이의 영역에 접속되는 슬래이브 소스 제어부와;
    상기 직렬로 열결된 다수의 상위 LED 혹은 LED 그룹, 하위 LED 혹은 LED 그룹 사이 영역에 각각 접속되어, 다수의 상위 LED 혹은 LED 그룹, 하위 LED 혹은 LED 그룹들을 비순차적으로 구간 정전류 제어하는 구간 순시전류 제어부와;
    상위 그룹 구간 순시전류 제어부의 션트-레지스터와 병렬접속되어 2차 전류 제어시 전류 크기를 증가시켜 하위 그룹 LED 전류와 유사하게 보상하여 하위 그룹 구간순시전류 제어부의 메인 TR(FET)의 손실을 최소화하는 상위그룹 2차 순시전류 보상부와;
    하위 그룹 구간 순시전류 제어부의 션트-레지스터와 병렬접속되어 입력전압 변동에 의한 입력전력 보상을 위해 능동적으로 하위 그룹 전류 높이와 전류 각을 제어하는 입력전력 보상부와;
    과도전압 입력시 상기 상위 또는 하위 구간 순시전류 제어부의 전류를 차단하여 LED 및 능동소자를 보호하는 과전압 방지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬래이브 소스 제어부는,
    상기 전파정류부를 통한 전압이 슬래이브 소스 제어부를 통해 하위 그룹 LED의 임계전압에 도달하기까지 상위 그룹 LED에 전류를 공급하며,
    상기 전파정류전압이 더 상승하여 하위 그룹 LED의 임계전압에 다다르면 슬래이브 소스 제어부의 전류가 서서히 감소 후 자동차단 되도록 하는 것을 특징으로 하는 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템.
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 상위그룹 2차 순시전류 보상부는,
    레지스터 입력전압 레벨 감지와 직렬저항을 포함하는 MOS-FET로 구성되며,
    2차 전류제어시, 전류 크기를 증가하여 하위 그룹 LED 전류와 유사하게 보상해 하위 그룹 LED의 메인 TR(FET)의 손실을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템.
  4. 청구항1에 있어서,
    상기 입력전력 보상부는,
    RC 입력전압 레벨 감지와 직렬저항을 포함하는 MOS-FET로 구성되며,
    입력전압 변동에 대한 입력전력 보상을 위해 능동적으로 하위 그룹의 전류 높이와 전류 각을 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 구간 순시전류 제어부는 상위 그룹의 경우 그룹당 한 개씩 적용되고, 하위 그룹의 경우 종단 그룹에만 한 개 적용되는 것을 특징으로 하는 교류 구동 엘이디간 밝기 편차 최소화 제어시스템.
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