KR100997050B1 - 광량을 향상시키는 엘이디 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

광량을 향상시키는 엘이디 조명 장치가 개시된다. 본 발명의 LED 조명장치는 정류 전압을 발생하는 정류 발생 블락으로서, 상기 정류 전압은 소정의 바탕 전압에 대하여 일방향의 발광 전압차를 가지는 상기 정류 발생 블락; 상기 정류 전압에 의하여 발광되도록 제어되는 복수개의 LED 소자들을 가지는 상기 LED 발광 블락; 및 상기 발광 전압차의 크기에 대응하는 수의 상기 LED 소자가 발광하도록 상기 LED 발광 블락을 제어하도록 구동되는 컨트롤 블락을 구비한다. 본 발명의 LED 조명 장치에서, 정류 전압이 낮아지는 경우, 상대적으로 적은 수의 LED 소자가 구동되어, 정상적 발광 상태가 유지된다. 그러므로, 본 발명의 LED 조명 장치에 의하면, 모든 LED 소자가 소등되는 구간은 현저히 감소하여 전체 광량이 증가된다. 또한, 역률 및 파고율도 현저히 개선된다.

Description

광량을 향상시키는 엘이디 조명 장치{LED Lighting System for improving Linghting Amount}
본 발명은 엘이디(LED) 조명장치에 관한 것으로서, 특히 광량을 향상시키는 LED 조명장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 소자는 화합물 반도체의 일종으로서, 인가되는 전압에 의하여 발광되는 소자이다. 이러한 LED 소자는 소형이고, 수명이 길며, 또한, 전기 에너지를 빛 에너지로 변환시키는 효율이 높다는 장점을 지닌다. 이에 따라, LED 소자를 이용한 LED 조명장치는 점차 백열전구와 형광등을 대체하는 조명장치로 발전되고 있다.
한편, LED 소자의 전류는 인가되는 전압에 매우 민감하다. 예를 들어, 인가되는 전압이 일정전압 이상으로 되면, 전류량은 급격히 증가하여 LED 소자의 특성을 저하시키기도 한다. 그리고, 인가되는 전압이 다른 일정전압보다 낮으면, 전류량이 급격히 감소하고, 때로는 발광 자체가 되지 않는 경우도 발생된다. 따라서, LED 소자에 인가되는 전압은 적절히 제어되는 것이 중요하다.
종래의 LED 조명장치는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 교류 공급기(10), 브릿지 다이오드(20) 및 LED 발광 블락(30)으로 구성된다. 상기 브릿지 다이오드(20)는 상기 교류 공급기(10)에서 공급되는 교류 전압(VAC)을 정류하여, 정류 전압(VREC)으로 발생한다. 그리고, 상기 LED 발광 블락(30)의 LED 소자들은 상기 정류 전압(VREC)에 의하여 발광한다.
그런데, 종래의 LED 조명장치에서는, 상기 정류 전압(VREC)이 일정전압 이하로되면, 전체 LED 소자들의 휘도가 매우 낮게 되고, 경우에 따라서는, 전체 LED 소자들이 소등된다. 그러므로, 종래의 LED 조명장치는 광량이 낮다는 문제점을 지닌다.
본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광량을 향상시키는 LED 조명장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 LED 조명 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 LED 조명 장치는 정류 전압을 발생하는 정류 발생 블락으로서, 상기 정류 전압은 바탕 전압에 대하여 일방향의 발광 전압차를 가지는 상기 정류 발생 블락; 적어도 제1 내지 제3 LED 모듈을 포함하는 LED 발광 블락으로서, 상기 제1 내지 제3 LED 모듈은 상기 정류 전압과 상기 바탕 전압 사이에 직렬로 연결되는 상기 LED 발광 블락; 및 소정의 제1 경계 전압 이하의 상기 발광 전압차에 대해서는 상기 제1 LED 모듈은 발광하고 상기 제2 LED 모듈 및 상기 제3 LED 모듈은 소등하도록 구동되며, 상기 제1 경계 전압보다 높으며, 소정의 제2 경계 전압 이하의 상기 발광 전압차에 대해서는 상기 제1 및 상기 제2 LED 모듈은 발광하고 상기 제3 LED 모듈은 소등하도록 구동되며, 상기 제2 경계 전압보다 높은 상기 발광 전압차에 대해서는 상기 제1 내지 제3 LED 모듈 모두가 발광하도록 상기 LED 발광 블락을 제어하는 컨트롤 블락을 구비한다. 상기 LED 발광 블락은 상기 정류 전압과 제1 연결노드 사이에 형성되는 상기 제1 LED 모듈; 상기 제1 연결노드와 제2 연결노드 사이에 형성되는 상기 제2 LED 모듈; 상기 제2 연결노드와 제3 연결노드 사이에 형성되는 상기 제3 LED 모듈로서, 상기 제3 연결 노드는 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결되는 상기 제3 LED 모듈; 제1 제어 신호에 응답하여, 상기 바탕 전압에 상기 제1 연결노드를 전기적으로 연결하는 제1 연결 스위치; 및 제2 제어 신호에 응답하여, 상기 바탕 전압에 상기 제2 연결노드를 전기적으로 연결하는 제2 연결 스위치를 구비한다. 그리고, 상기 컨트롤 블락은 상기 발광 전압차를 감지하며, 상기 발광 전압차의 크기에 대응하여 논리상태가 제어되는 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 발생한다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 일면은 LED 조명 장치에 관한 것이다. 본 발명의 다른 일면에 따른 LED 조명 장치는 정류 전압을 발생하는 정류 발생 블락으로서, 상기 정류 전압은 소정의 바탕 전압에 대하여 일방향의 발광 전압차를 가지는 상기 정류 발생 블락; 제1 내지 제3 연결부와, 적어도 제1 내지 제3 LED 모듈을 포함하는 LED 발광 블락으로서, 상기 제1 LED 모듈은 상기 정류 전압과 제1 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제2 LED 모듈은 상기 제1 연결노드와 제2 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제3 LED 모듈은 상기 제2 연결노드와 제3 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제1 연결부는 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하도록 구동되며, 상기 제2 연결부는 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하도록 구동되며, 상기 제3 연결부는 제3 제어 신호에 응답하여 상기 제3 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하되, 상기 제1 내지 제3 LED 모듈의 전류를 조절하도록 구동되는 상기 LED 발광 블락; 및 상기 발광 전압차의 크기에 대응하는 상태로 제어되는 상기 제1 내지 상기 제3 제어 신호를 발생하는 컨트롤 블락을 구비한다. 상기 제3 연결부는 상기 제3 연결노드와 피드백 노드 사이에 형성되는 스위칭 소자로서, 비교 신호의 전압에 따라 컨덕턴스가 제어되는 상기 스위칭 소자; 상기 피드백 노드의 전압을 소정의 기준 전압과 비교하여 상기 비교 신호를 발생하는 비교 소자; 및 상기 피드백 노드와 상기 바탕 전압 사이에 형성되는 저항 소자를 구비한다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일면은 LED 조명 장치에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 일면에 따른 LED 조명 장치는 정류 전압을 발생하는 정류 발생 블락으로서, 상기 정류 전압은 소정의 바탕 전압에 대하여 일방향의 발광 전압차를 가지는 상기 정류 발생 블락; 제1 내지 제2 연결부와, 적어도 제1 내지 제3 LED 모듈을 포함하는 LED 발광 블락으로서, 상기 제1 LED 모듈은 상기 정류 전압과 제1 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제2 LED 모듈은 상기 제1 연결노드와 제2 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제3 LED 모듈은 상기 제2 연결노드와 제3 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제1 연결부는 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하되, 상기 제1 LED 모듈의 전류를 조절하도록 구동되도록 구동되며, 상기 제2 연결부는 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하되, 상기 제1 내지 제2 LED 모듈의 전류를 조절하도록 구동되는 상기 LED 발광 블락; 및 상기 발광 전압차의 크기에 대응하는 상태로 제어되는 상기 제1 내지 상기 제2 제어 신호를 발생하는 컨트롤 블락을 구비한다. 상기 제1 연결부는 상기 제1 연결노드와 피드백 노드 사이에 형성되는 스위칭 소자로서, 비교 신호의 전압에 따라 컨덕턴스가 제어되는 상기 스위칭 소자; 상기 피드백 노드의 전압을 소정의 기준 전압과 비교하여 상기 비교 신호를 발생하는 비교 소자; 및 상기 피드백 노드와 상기 바탕 전압 사이에 형성되는 저항 소자를 구비한다.
본 발명의 LED 조명 장치는 공급되는 정류 전압에 따라 발광되는 LED 모듈 즉, LED 소자의 개수가 조절된다. 다시 기술하면, 본 발명의 LED 조명 장치에서, 정류 전압이 낮아지는 경우, 상대적으로 적은 수의 LED 소자가 구동되어, 정상적 발광 상태가 유지된다. 그러므로, 본 발명의 LED 조명 장치에 의하면, 모든 LED 소자가 소등되는 구간은 현저히 감소하여 전체 광량이 증가된다. 또한, 역률 및 파고율도 현저히 개선된다.
본 발명에서 사용되는 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 종래의 LED 조명장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 교류 전압을 정류하여 생성되는 정류 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 LED 조명장치에서의 발광량을 시뮬레이션한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명장치를 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 잇점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 각 도면을 이해함에 있어서, 동일한 부재는 가능한 한 동일한 참조부호로 도시하고자 함에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
(제1 실시예 )
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명장치(100)를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 조명장치(100)는 정류 발생 블락(110), LED 발광 블락(130) 및 컨트롤 블락(150)을 구비한다.
상기 정류 발생 블락(110)은 정류 전압(VREC)을 발생한다. 이때, 상기 정류 전압(VREC)은 바탕 전압(VBAS)에 대하여 일방향의 발광 전압차(VLU)를 가진다. 본 실시예에서, 상기 발광 전압차(VLU)는 시간에 따라 변화된다.
바람직하기로는, 상기 정류 발생 블락(110)은 교류 공급기(111) 및 정류기(113)를 구비한다. 상기 교류 공급기(111)는 교류 전압(VAC)을 공급한다. 이때, 상기 교류 공급기(111)는 자체 발전기일 수도 있으며, 가정용 전기와 같이 외부로부터 수신하여 상기 교류 전압(VAC)을 공급하는 장치가 될 수도 있다.
상기 정류기(113)는 상기 교류 전압(VAC)을 정류하여, 상기 정류 전압(VREC)을 제공한다. 이때, 상기 정류기(113)로부터 제공되는 바탕 전압(VBAS)은, 상기 교류 전압(VAC)의 최저 전압보다 정류에 사용된 다이오드의 순방향 턴온 전압만큼 높은 전압으로서, 기준이 되는 전압이다. 그리고, 상기 바탕 전압(VBAS)은 실질적으로 접지전압(VSS)에 해당된다.
바람직하기로는, 상기 정류기(113)는, 도 3에 도시되는 바와 같이, 상기 교류 전압(VAC)의 전(全) 영역을 동일한 방향의 전압으로 정류하여 상기 정류 전압(VREC)을 제공하는 전파(全波) 정류기이다.
상기 정류기(113)에 의하여, 상기 교류 전압(VAC)에서 음(-)의 전압은 상기 정류 전압(VREC)의 양(+)의 전압으로 정류된다(도 3에서 빗금친 부분 참조).
더욱 바람직하기로는, 상기 정류기(113)는 4개의 다이오드로 구성되는 브리지 다이오드(bridge diode)이다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 LED 발광 블락(130)은 다수개의 LED 소자(LD)들을 포함한다. 상기 다수개의 LED 소자(LD)들은 상기 정류 전압(VREC)에 의하여 발광되도록 제어된다. 그리고, 상기 컨트롤 블락(150)은 상기 발광 전압차(VLU) 즉, 상기 바탕전압 (VBAS)에 대한 상기 정류 전압(VREC)의 전압의 크기에 대응하는 수의 상기 LED 소자(LD)가 발광하도록 상기 LED 발광 블락(130)을 제어한다.
계속하여, 상기 LED 발광 블락(130)과 상기 컨트롤 블락(150)이 구체적으로 기술된다.
상기 LED 발광 블락(130)은 적어도 제1 LED 모듈(131), 제2 LED 모듈(133) 및 제3 LED 모듈(135)로 구분될 수 있는 다수개의 LED 소자들을 포함한다. 본 실시예에서는, 상기 LED 발광 블락(130)은 제1 내지 제4 LED 모듈(131, 133, 135, 137)을 포함한다.
상기 제1 내지 제4 LED 모듈(131, 133, 135, 137)은 상기 정류 전압(VREC)과 상기 바탕 전압(VBAS) 사이에 직렬적으로 연결된다. 이때, 상기 제1 내지 제4 LED 모듈(131, 133, 135, 137) 각각에는 하나 또는 둘 이상의 LED 소자(LD)들이 포함된다. 그리고, 상기 LED 소자(LD)들은 직렬 또는 병렬로 연결된다.
본 실시예에서, 상기 제1 LED 모듈(131)은 상기 정류 전압(VREC)과 제1 연결노드(NC1) 사이에 형성되며, 상기 제2 LED 모듈(133)은 상기 제1 연결노드(NC1)와 제2 연결노드(NC2) 사이에 형성된다. 그리고, 상기 제3 LED 모듈(135)은 상기 제2 연결노드(NC2)와 제3 연결노드(NC3) 사이에 형성되며, 상기 제4 LED 모듈(137)은 상기 제3 연결노드(NC3) 제4 연결노드(NC4) 사이에 형성된다.
바람직하기로는, 상기 LED 발광 블락(130)은 제1 내지 제4 연결 스위치(SW1 내지 SW4)를 구비한다. 상기 제1 연결 스위치(SW1)는 제1 제어 신호(VCON1)에 응답하여 상기 제1 연결노드(NC1)를 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결하며, 상기 제2 연결 스위치(SW2)는 제2 제어 신호(VCON2)에 응답하여 상기 제2 연결노드(NC2)를 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결한다. 그리고, 상기 제3 연결 스위치(SW3)는 제3 제어 신호(VCON1)에 응답하여 상기 제3 연결노드(NC3)를 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결하며, 상기 제4 연결 스위치(SW4)는 제4 제어 신호(VCON4)에 응답하여 상기 제4 연결노드(NC4)를 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결한다.
상기 컨트롤 블락(150)은 상기 발광 전압차(VLU) 즉, 상기 바탕전압(VBAS)에 대한 상기 정류 전압(VREC)의 전압을 감지하여, 상기 제1 내지 제4 제어 신호(VCON1 내지 VCON4)를 발생한다. 이때, 상기 제1 내지 제4 제어 신호(VCON1 내지 VCON4)는 상기 발광 전압차(VLU)에 대응하는 논리상태를 가진다.
(표 1)은 상기 발광 전압차(VLU)에 따라 상기 제1 내지 제4 제어 신호(VCON1 내지 VCON4)의 논리상태가 결정되는 예를 나타낸다.
구간 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
발광
전압차		 VLU≤1/4*Vp 1/4*Vp<VLU≤2/4*Vp 2/4*Vp<VLU≤3/4*Vp 3/4*Vp<VLU
VCON1 H L L L
VCON2 L H L L
VCON3 L L H L
VCON4 L L L H
여기서, Vp는 이상적인 경우의 상기 발광전압차(VLU)의 피크 전압을 나타낸다. 이때, 상기 1/4*Vp, 2/4*Vp, 3/4*Vp은 본 실시예에서의 제1 내지 제3 경계전압으로 작용할 수 있다.
(표 1)을 참고하면, 상기 구간 Ⅰ은 상기 발광 전압차(VLU)가 1/4*Vp 이하인 구간이다. 이 구간에서는, 제1 제어 신호(VCON1)가 "H"로 되므로, 상기 제1 연결 스위치(SW1)가 온(ON) 상태로 된다. 이 경우에는, 제1 LED 모듈(131)의 LED 소자들만이 발광되며, 나머지 제2 내지 제4 LED 모듈(133, 135, 137)의 LED 소자들은 소등된다.
상기 구간 Ⅱ는 상기 발광 전압차(VLU)가 1/4*Vp 보다 크고 2/4*Vp 이하인 구간이다. 이 구간에서는, 제2 제어 신호(VCON2)가 "H"로 되므로, 상기 제2 연결 스위치(SW2)가 온(ON) 상태로 된다. 이 경우에는, 제1 LED 모듈(131) 및 제2 LED 모듈(133)의 LED 소자들이 발광되며, 나머지 제3 내지 제4 LED 모듈(135, 137)의 LED 소자들은 소등된다.
상기 구간 Ⅲ은 상기 발광 전압차(VLU)가 2/4*Vp 보다 크고 3/4*Vp 이하인 구간이다. 이 구간에서는 제3 제어 신호(VCON3)가 "H"로 되므로, 상기 제3 연결 스위치(SW3)가 온(ON) 상태로 된다. 이 경우에는, 제1 내지 제3 LED 모듈(131, 133, 135)의 LED 소자들이 발광되며, 제4 LED 모듈(137)의 LED 소자들은 소등된다.
그리고, 상기 구간 Ⅳ는 상기 발광 전압차(VLU)가 3/4*Vp 보다 큰 구간이다. 이 구간에서는 제4 제어 신호(VCON4)가 "H"로 되므로, 상기 제4 연결 스위치(SW4)가 온(ON) 상태로 된다. 이 경우에는, 제1 내지 제4 LED 모듈(131, 133, 135, 137)의 LED 소자들 모두가 발광된다.
본 실시예에서, 상기 LED 발광 블락(130)에서 발광되는 LED 모듈의 수는 상기 발광 전압차(VLU)에 따라 조절된다. 다시 기술하면, 발광되는 LED 소자의 수는 상기 정류 전압(VREC)의 크기에 따라 조절된다. 따라서, 본 발명의 LED 조명장치에서는, LED 소자가 전체적으로 휘도가 저하되거나 소등되는 영역은 현저히 감소한다.
그러므로, 도 2의 LED 조명장치는, 도 4에서도 알 수 있듯이, 종래의 LED 조명장치에 비하여 현저히 높은 발광량을 가진다. 또한, 도 2의 LED 조명장치에서는, LED 소자 전체가 소등되는 구간이 크게 감소된다. 그러므로, 도 2의 LED 조명장치에 의하면, 종래의 LED 조명장치에 비하여, 역율(power factor, 力率) 및 파고율(Crest factor)이 현저히 개선된다.
한편, 상기 LED 발광 블락(130)에서 맨 마지막(오른쪽)의 연결노드는 상기 바탕 전압(VBAS)에 직접 연결되어도 무방하다. 도 2의 실시예에서, 제4 연결노드(NC4)가 제4 연결 스위치(SW4)를 거치지 않고 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결될 수도 있다. 이 경우, 상기 제4 연결 스위치(SW4)는 요구되지 않으며, 상기 컨트롤 블락(150)으로부터의 제4 제어 신호(VCON4)의 제공도 요구되지 않는다. 만약, 제4 LED 모듈(137)은 배제되고, 상기 제1 내지 제3 LED 모듈(131, 133, 135)만이 상기 정류 전압(VREC)과 상기 바탕 전압(VBAS) 사이에 구현되는 실시예의 경우에는, 제3 연결노드(NC3)가 제3 연결 스위치(SW2)를 거치지 않고 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결될 수 있다.
다만, 상기 LED 발광 블락(130)에서 맨 마지막 연결노드가 연결 스위치를 거쳐 상기 바탕 전압(VBAS)에 직접 연결되어 있는 실시예에서는, 상기 정류 전압(VREC)이 한계 전압을 초과하는 경우에, LED 소자 전체의 발광을 중지시킬 수 있다. 이에 따라, 지나치게 높은 전압의 인가에 따른 LED 소자의 신뢰성 저하를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
(제2 실시예 )
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명장치(200)를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 조명장치(200)는 정류 발생 블락(210), LED 발광 블락(230) 및 컨트롤 블락(250)을 구비한다.
상기 정류 발생 블락(210)은 정류 전압(VREC)을 발생한다. 이때, 상기 정류 전압(VREC)은 바탕 전압(VBAS)에 대하여 시간적으로 변화되는 일방향의 발광 전압차를 가진다. 그리고, 도 5의 정류 발생 블락(210)은 도 2의 정류 발생 블락(110)과 동일한 구성 및 작용효과를 가진다. 그러므로, 본 명세서에서는, 설명의 간략화를 위하여, 이에 대한 구체적인 기술은 생략된다.
상기 LED 발광 블락(230)은 적어도 제1 LED 모듈(231), 제2 LED 모듈(233) 및 제3 LED 모듈(235)로 구분될 수 있는 다수개의 LED 소자들을 포함한다. 본 실시예에서는, 상기 LED 발광 블락(230)은 제1 내지 제4 LED 모듈(231, 233, 235, 237)을 포함한다.
상기 제1 내지 제4 LED 모듈(231, 233, 235, 237)은 상기 정류 전압(VREC)과 상기 바탕 전압(VBAS) 사이에 직렬적으로 연결된다. 이때, 상기 제1 내지 제4 LED 모듈(231, 233, 235, 237) 각각에는 하나 또는 둘 이상의 LED 소자들이 포함된다. 그리고, 상기 LED 소자들은 직렬 또는 병렬로 연결된다.
본 실시예에서, 상기 제1 LED 모듈(231)은 상기 정류 전압(VREC)과 제1 연결노드(NC1) 사이에 형성되며, 상기 제2 LED 모듈(233)은 상기 제1 연결노드(NC1)와 제2 연결노드(NC2) 사이에 형성된다. 그리고, 상기 제3 LED 모듈(235)은 상기 제2 연결노드(NC2)와 제3 연결노드(NC3) 사이에 형성되며, 상기 제4 LED 모듈(237)은 상기 제3 연결노드(NC3)와 제4 연결노드(NC4) 사이에 형성된다.
바람직하기로는, 상기 LED 발광 블락(230)은 대응하는 상기 연결노드를 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결하여 폐순환 전류 루프를 형성하는 제1 내지 제4 연결부(241, 243, 245, 247)를 구비한다.
상기 제1 연결부(241)는 제1 제어 신호(VCON1)에 응답하여 상기 제1 연결노드(NC1)를 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결하도록 구동되며, 상기 제2 연결부(243)는 제2 제어 신호(VCON2)에 응답하여 상기 제2 연결노드(NC2)를 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결하도록 구동된다. 그리고, 상기 제3 연결부(245)는 제3 제어 신호(VCON3)에 응답하여 상기 제3 연결노드(NC3)를 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결하도록 구동되며, 상기 제4 연결부(247)는 제4 제어 신호(VCON4)에 응답하여 상기 제4 연결노드(NC4)를 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결하도록 구동된다.
상기 컨트롤 블락(250)은 상기 발광 전압차(VLU) 즉, 상기 바탕전압 (VBAS)에 대한 상기 정류 전압(VREC)의 전압을 감지하여, 상기 제1 내지 제4 제어 신호(VCON1 내지 VCON4)를 발생한다. 이때, 상기 제1 내지 제4 제어 신호(VCON1 내지 VCON4)는 상기 발광 전압차(VLU)에 대응하는 논리상태를 가진다.
그리고, 상기 발광 전압차(VLU)에 대응하는 상기 제1 내지 제4 제어 신호(VCON1 내지 VCON4)의 논리상태의 결정은, 제1 실시예와 관련하여 전술된 바와 같으므로, 그에 대한 구체적인 기술은 생략된다.
제1 실시예에서와 마찬가지로, 제2 실시예의 상기 LED 발광 블락(230)에서 발광되는 LED 모듈의 수는 상기 발광 전압차(VLU)에 따라 조절된다.
한편, 상기 제1 내지 제4 연결부(241)는 대응하는 상기 연결노드를 상기 바탕 전압(VBAS)에 연결하여 폐순환 전류 루프를 형성함은 전술한 바와 같다. 이때, 상기 제1 내지 제4 연결부(241)는 상기 폐순환 전류 루프에 포함되는 LED 모듈의 전류를 조절하여, LED 모듈의 과도 전류가 저감되도록 구동된다.
구체적으로, 상기 제1 연결부(241)는 상기 제1 LED 모듈(231)의 전류를 조절하도록 구동된다. 상기 연결부(243)는 상기 제1 내지 제2 LED 모듈(231, 233)의 전류를 조절하도록 구동된다. 상기 제3 연결부(245)는 상기 제1 내지 제3 LED 모듈(231, 233, 235)의 전류를 조절하도록 구동된다. 그리고, 상기 제4 연결부(247)는 상기 제1 내지 제4 LED 모듈(231, 233, 235, 237)의 전류를 조절하도록 구동된다.
이와 같은, 상기 제1 내지 제4 연결부(241, 243, 245, 247)의 작용효과에 의하여, 각 LED 모듈들(231, 233, 235, 237)에서의 과도 전류의 발생 가능성이 저감된다.
상기 제1 연결부(241)는 구체적으로 제1 스위칭 소자(241a), 제1 비교 소자(241b) 및 제1 저항 소자(241c)를 구비한다. 바람직하기로는, 상기 제1 스위칭 소자(241a)는 상기 제1 연결노드(NC1)와 제1 피드백 노드(NFB1) 사이에 형성되는 앤모스 트랜지스터이다. 이때, 상기 제1 스위칭 소자(241a)의 컨덕턴스는 제1 비교 신호(VCOM1)의 전압에 따라 제어된다. 본 실시예에서, 상기 제1 비교 신호(VCOM1)의 전압이 낮을수록, 상기 제1 스위칭 소자(241a)의 컨덕턴스는 낮아진다. 다시 기술하면, 상기 제1 비교 신호(VCOM1)의 전압이 낮을수록, 상기 제1 스위칭 소자(241a)의 저항 성분은 증가한다.
상기 제1 비교 소자(241b)는 상기 제1 피드백 노드(NFB1)의 전압을 제1 기준 전압(Vref1)과 비교하여 상기 제1 비교신호(VCOM1)를 생성한다. 이때, 상기 제1 피드백 노드(NFB1)의 전압이 상승함에 따라, 상기 제1 비교 신호(VCOM1)의 전압레벨은 하강한다.
그리고, 상기 제1 저항 소자(241c)는 상기 제1 피드백 노드(NFB1)와 상기 바탕 전압(VBAS) 사이에 형성된다.
상기 제2 연결부(243)도 상기 제1 연결부(241)과 유사한 구성 및 작용효과를 가진다.
상기 제2 연결부(243)는 구체적으로 제2 스위칭 소자(243a), 제2 비교 소자(243b) 및 제2 저항 소자(243c)를 구비한다. 바람직하기로는, 상기 제2 스위칭 소자(243a)는 상기 제2 연결노드(NC2)와 제2 피드백 노드(NFB2) 사이에 형성되는 앤모스 트랜지스터이다. 이때, 상기 제2 스위칭 소자(243a)의 컨덕턴스는 제2 비교 신호(VCOM2)의 전압에 따라 제어된다. 본 실시예에서, 상기 제2 비교 신호(VCOM2)의 전압이 낮을수록, 상기 제2 스위칭 소자(243a)의 컨덕턴스는 낮아진다. 다시 기술하면, 상기 제2 비교 신호(VCOM2)의 전압이 낮을수록, 상기 제2 스위칭 소자(243a)의 저항 성분은 증가한다.
상기 제2 비교 소자(243b)는 상기 제2 피드백 노드(NFB2)의 전압을 제2 기준 전압(Vref2)과 비교하여 상기 제2 비교신호(VCOM2)를 생성한다. 이때, 상기 제2 피드백 노드(NFB2)의 전압이 상승함에 따라, 상기 제2 비교 신호(VCOM2)의 전압레벨은 하강한다.
그리고, 상기 제2 저항 소자(243c)는 상기 제2 피드백 노드(NFB2)와 상기 바탕 전압(VBAS) 사이에 형성된다.
그리고, 상기 제3 내지 제4 연결부(245, 247)도 상기 제1 연결부(241) 및 제2 연결부(243)와 동일한 구성 및 작용효과를 가지므로, 본 명세서에서는, 그에 대한 구체적인 기술은 생략된다.
바람직하기로는, 제1 내지 제4 기준전압(Vref1 내지 Vref4)은 동일한 전압레벨이다.
계속하여, 상기 제1 내지 제4 연결부(241, 243, 245, 247)에 의하여, 각자의 폐순환 전류 루프에 포함되는 LED 모듈에서 발생될 수 있는 과도 전류의 저감 과정을 살펴본다.
먼저, 해당 LED 모듈의 LED 소자의 수가 설계한 값보다 적은 경우라든지, 혹은 LED 소자의 자체 저항이 설계한 값보다 작은 경우 등에서는, 해당 LED 모듈에 과도 전류가 발생할 수 있다. 또한, 공급되는 교류 전압(VAC)이 허용 레벨보다 높게 되어, 상기 정류 전압(VREC)가 허용 레벨보다 높게 되는 경우에도, 해당 LED 모듈에 과도 전류가 발생할 수 있다.
이 경우에는, 해당하는 상기 피드백 노드(NFB1, NFB2, NFB3, NFB4)의 전압은 설계한 값보다 높아진다. 그러면, 해당하는 상기 비교 신호(VCOM1, VCOM2, VCOM3, VCOM4)의 전압레벨은 낮아지며, 해당하는 상기 스위칭 소자(241a, 243a, 245a, 247a)의 저항성분은 증가된다. 따라서, 폐순환 전류 루프에 포함되는 상기 LED 모듈의 과도 전류는 저감된다.
한편, 본 실시예에서는, 상기 제1 내지 제4 연결부(241, 243, 245, 247) 모두가 대응하는 LED 모듈(231, 233, 235, 237)의 과도 전류를 저감하도록 구동된다. 그러나, 맨 마지막의 연결부만이 대응하는 LED 모듈의 과도 전류를 저감하도록 구동되는 예에 의해서도, 본 발명의 기술적 사상은 상당부분 구현될 수 있음은 당업자에게는 자명하다.
그리고, 상기 제1 내지 제4 연결부(241, 243, 245, 247) 의 일부만이 대응하는 LED 모듈의 과도 전류를 저감하도록 구동되는 예에 의해서도, 본 발명의 기술적 사상은 상당부분 구현될 수 있음 또한 당업자에게는 자명하다.
(제3 실시예 )
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명장치(300)를 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 조명장치(300)는 정류 발생 블락(310), LED 발광 블락(330) 및 컨트롤 블락(350)을 구비한다.
상기 정류 발생 블락(310)은 정류 전압(VREC)을 발생한다. 이때, 상기 정류 전압(VREC)은 바탕 전압(VBAS)에 대하여 시간적으로 변화되는 일방향의 발광 전압차를 가진다. 그리고, 도 6의 정류 발생 블락(310)은 도 2의 정류 발생 블락(110)과 동일한 구성 및 작용효과를 가진다. 그러므로, 본 명세서에서는, 설명의 간략화를 위하여, 이에 대한 구체적인 기술은 생략된다.
상기 LED 발광 블락(330)은 적어도 제1 내지 제3 LED 모듈(331, 333, 335)로 구분될 수 있는 다수개의 LED 소자(LD)들을 포함한다. 본 실시예에서는, 상기 LED 발광 블락(330)은 제1 내지 제4 LED 모듈(331, 333, 335, 337)을 포함한다.
상기 제1 내지 제4 LED 모듈(331, 333, 335, 337)은 상기 정류 전압(VREC)과 상기 바탕 전압(VBAS) 사이에 직렬적으로 연결된다. 이때, 상기 제1 내지 제4 LED 모듈(331, 333, 335, 337) 각각에는 하나 또는 둘 이상의 LED 소자(LD)들이 포함된다. 그리고, 상기 LED 소자(LD)들은 직렬 또는 병렬로 연결된다.
본 실시예에서, 상기 제1 LED 모듈(331)은 상기 정류 전압(VREC)과 제1 연결노드(NC1) 사이에 형성되며, 상기 제2 LED 모듈(333)은 상기 제1 연결노드(NC1)와 제2 연결노드(NC2) 사이에 형성된다. 그리고, 상기 제3 LED 모듈(335)은 상기 제2 연결노드(NC2)와 제3 연결노드(NC3) 사이에 형성되며, 상기 제4 LED 모듈(337)은 상기 제3 연결노드(NC3)와 제4 연결노드(NC4) 사이에 형성된다.
또한, 상기 LED 발광 블락(330)은 제1 내지 제3 스위칭부(ST1 내지 ST3)를 구비한다. 상기 제1 스위칭부(ST1)는 제1 스위칭 신호(XSW1)에 응답하여 상기 제1 연결노드(NC1)와 제2 연결노드(NC2)를 연결하며, 상기 제2 스위칭부(ST2)는 제2 스위칭 신호(XSW2)에 응답하여 상기 제2 연결노드(NC2)와 상기 제3 연결노드(NC3)를 연결한다. 그리고, 상기 제3 스위칭부(ST3)는 제3 스위칭 신호(XSW3)에 응답하여 상기 제3 연결노드(NC3)와 상기 제4 연결노드(NC4)를 연결한다.
상기 컨트롤 블락(350)은 상기 발광 전압차(VLU) 즉, 상기 바탕전압 (VBAS)에 대한 상기 정류 전압(VREC)의 전압을 감지하여, 상기 제1 내지 제3 스위칭 신호(XSW1 내지 XSW3)를 발생한다. 이때, 상기 제1 내지 제3 스위칭 신호(XSW1 내지 XSW3)는 상기 발광 전압차(VLU)에 대응하는 논리상태를 가진다.
(표 2)는 상기 발광 전압차(VLU)에 대응하는 상기 제1 내지 제3 스위칭 신호(XSW1 내지 XSW3)의 논리상태의 예를 나타낸다.
구간 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
발광
전압차		 VLU≤1/4*Vp 1/4*Vp<VLU≤2/4*Vp 2/4*Vp<VLU≤3/4*Vp 3/4*Vp<VLU
XSW1 H L L L
XSW2 H H L L
XSW3 H H H L
여기서, Vp는 상기 교류 전압(VAC)가 이상적인 경우에 발생되는 상기 발광전압차(VLU)의 피크 전압을 나타낸다. 이때, 상기 1/4*Vp, 2/4*Vp, 3/4*Vp은 본 실시예에서의 제1 내지 제3 경계전압으로 작용할 수 있다.
(표 2)를 참고하면, 구간 I은 상기 발광 전압차(VLU)가 1/4*Vp 이하인 구간이다. 이 구간에서는, 상기 제1 내지 제3 스위칭 신호(XSW1 내지 XSW3)가 모두 "H"로 되므로, 상기 제1 내지 제3 스위칭부(ST1 내지 ST3)가 모두 온(ON) 상태로 된다. 이 경우에는, 제1 LED 모듈(331)의 LED 소자들만이 발광되며, 나머지 제2 내지 제4 LED 모듈(333, 335, 337)의 LED 소자들은 소등된다.
구간 Ⅱ는 상기 발광 전압차(VLU)가 1/4*Vp 보다 크고 2/4*Vp 이하인 구간이다. 이 구간에서는, 상기 제2 및 제3 스위칭 신호(XSW2, XSW3)는 "H"로 되고 상기 제1 스위칭 신호(XSW1)는 "L"로 되므로, 상기 제2 및 제3 스위칭부(ST2, ST3)는 온(ON) 상태로 되고 상기 제1 스위칭부(ST1)는 오프(OFF) 상태로 된다. 이 경우에는, 제1 LED 모듈(331) 및 제2 LED 모듈(333)의 LED 소자들이 발광되며, 나머지 제3 내지 제4 LED 모듈(335, 337)의 LED 소자들은 소등된다.
구간 Ⅲ은 상기 발광 전압차(VLU)가 2/4*Vp 보다 크고 3/4*Vp 이하인 구간이다. 이 구간에서는 제3 스위칭 신호(XSW3)는 "H"로 되고 상기 제1 및 제2 스위칭 신호(XSW1, XSW2)는 "L"로 되므로, 상기 제3 스위칭부(ST3)는 온(ON) 상태로 되고 상기 제1 및 제2 스위칭부(ST1, ST2)는 오프(OFF) 상태로 된다. 이 경우에는, 제1 내지 제3 LED 모듈(331, 333, 335)의 LED 소자들이 발광되며, 제4 LED 모듈(337)의 LED 소자들은 소등된다.
그리고, 구간 Ⅳ는 상기 발광 전압차(VLU)가 3/4*Vp 보다 큰 구간이다. 이 구간에서는, 상기 제1 내지제3 스위칭 신호(XSW1 내지 XSW3)는 모두 "L"로 되므로, 상기 제1 내지 제3 스위칭부(ST1, ST2)는 모두 오프(OFF) 상태로 된다. 이 경우에는, 제1 내지 제4 LED 모듈(331, 333, 335, 337)의 LED 소자들 모두가 발광된다.
본 실시예에서는, 상기 LED 발광 블락(330)에서 발광되는 LED 모듈의 수는 상기 발광 전압차(VLU)에 따라 조절된다. 다시 기술하면, 발광되는 LED 소자의 수는 상기 정류 전압(VREC)의 크기에 따라 조절된다. 따라서, 본 발명의 LED 조명장치에서는, LED 소자가 전체적으로 휘도가 저하되거나 소등되는 영역은 현저히 감소한다.
그러므로, 도 6의 LED 조명 장치에서도, 도 2의 LED 조명 장치와 마찬가지로, 발광량이 현저히 증가하며, 역율(power factor, 力率) 및 파고율(Crest factor)도 현저히 개선된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
예를 들면, 본 명세서에는, LED 발광 블락에는 4개의 LED 모듈이 포함되는 실시예들이 도시되고 기술되었다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 LED 발광블락에 2 내지 3개의 LED 모듈 또는 5개 이상의 LED 모듈을 포함하는 실시예에 의해서도 구현될 수 있음은 당업자에게는 자명한 사실이다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 정류기는 전파 정류기의 일종인 브릿지 다이오드로 도시되고 기술된다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 교류 전압의 음(-)의 부분을 제거하는 반파 정류기에 의해서도 상당부분 구현될 수 있음은 당업자에게는 자명하다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. LED 조명장치에 있어서,
    정류 전압을 발생하는 정류 발생 블락으로서, 상기 정류 전압은 바탕 전압에 대하여 일방향의 발광 전압차를 가지는 상기 정류 발생 블락;
    적어도 제1 내지 제3 LED 모듈을 포함하는 LED 발광 블락으로서, 상기 제1 내지 제3 LED 모듈은 상기 정류 전압과 상기 바탕 전압 사이에 직렬로 연결되는 상기 LED 발광 블락; 및
    소정의 제1 경계 전압 이하의 상기 발광 전압차에 대해서는 상기 제1 LED 모듈은 발광하고 상기 제2 LED 모듈 및 상기 제3 LED 모듈은 소등하도록 구동되며, 상기 제1 경계 전압보다 높으며, 소정의 제2 경계 전압 이하의 상기 발광 전압차에 대해서는 상기 제1 및 상기 제2 LED 모듈은 발광하고 상기 제3 LED 모듈은 소등하도록 구동되며, 상기 제2 경계 전압보다 높은 상기 발광 전압차에 대해서는 상기 제1 내지 제3 LED 모듈 모두가 발광하도록 상기 LED 발광 블락을 제어하는 컨트롤 블락을 구비하며,
    상기 LED 발광 블락은
    상기 정류 전압과 제1 연결노드 사이에 형성되는 상기 제1 LED 모듈;
    상기 제1 연결노드와 제2 연결노드 사이에 형성되는 상기 제2 LED 모듈;
    상기 제2 연결노드와 제3 연결노드 사이에 형성되는 상기 제3 LED 모듈로서, 상기 제3 연결 노드는 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결되는 상기 제3 LED 모듈;
    제1 제어 신호에 응답하여, 상기 바탕 전압에 상기 제1 연결노드를 전기적으로 연결하는 제1 연결 스위치; 및
    제2 제어 신호에 응답하여, 상기 바탕 전압에 상기 제2 연결노드를 전기적으로 연결하는 제2 연결 스위치를 구비하며;
    상기 컨트롤 블락은
    상기 발광 전압차를 감지하며, 상기 발광 전압차의 크기에 대응하여 논리상태가 제어되는 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 LED 발광 블락은
    제3 제어 신호에 응답하여 상기 제3 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하는 제3 연결 스위치를 더 구비하며,
    상기 컨트롤 블락은
    상기 발광 전압차를 감지하며, 상기 발광 전압차에 대응하여 논리상태가 제어되는 상기 제3 제어 신호를 더 발생하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  4. LED 조명장치에 있어서,
    정류 전압을 발생하는 정류 발생 블락으로서, 상기 정류 전압은 소정의 바탕 전압에 대하여 일방향의 발광 전압차를 가지는 상기 정류 발생 블락;
    제1 내지 제3 연결부와, 적어도 제1 내지 제3 LED 모듈을 포함하는 LED 발광 블락으로서, 상기 제1 LED 모듈은 상기 정류 전압과 제1 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제2 LED 모듈은 상기 제1 연결노드와 제2 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제3 LED 모듈은 상기 제2 연결노드와 제3 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제1 연결부는 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하도록 구동되며, 상기 제2 연결부는 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하도록 구동되며, 상기 제3 연결부는 제3 제어 신호에 응답하여 상기 제3 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하되, 상기 제1 내지 제3 LED 모듈의 전류를 조절하도록 구동되는 상기 LED 발광 블락; 및
    상기 발광 전압차의 크기에 대응하는 상태로 제어되는 상기 제1 내지 상기 제3 제어 신호를 발생하는 컨트롤 블락을 구비하며,
    상기 제3 연결부는
    상기 제3 연결노드와 피드백 노드 사이에 형성되는 스위칭 소자로서, 비교 신호의 전압에 따라 컨덕턴스가 제어되는 상기 스위칭 소자;
    상기 피드백 노드의 전압을 소정의 기준 전압과 비교하여 상기 비교 신호를 발생하는 비교 소자; 및
    상기 피드백 노드와 상기 바탕 전압 사이에 형성되는 저항 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  5. 삭제
  6. 제4 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는
    상기 비교 신호에 게이팅되는 게이트 단자와, 상기 피드백 노드에 연결되는 소스 단자와, 상기 제3 연결 노드에 연결되는 드레인 단자를 가지는 앤모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  7. LED 조명장치에 있어서,
    정류 전압을 발생하는 정류 발생 블락으로서, 상기 정류 전압은 소정의 바탕 전압에 대하여 일방향의 발광 전압차를 가지는 상기 정류 발생 블락;
    제1 내지 제2 연결부와, 적어도 제1 내지 제3 LED 모듈을 포함하는 LED 발광 블락으로서, 상기 제1 LED 모듈은 상기 정류 전압과 제1 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제2 LED 모듈은 상기 제1 연결노드와 제2 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제3 LED 모듈은 상기 제2 연결노드와 제3 연결노드 사이에 형성되며, 상기 제1 연결부는 제1 제어 신호에 응답하여 상기 제1 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하되, 상기 제1 LED 모듈의 전류를 조절하도록 구동되도록 구동되며, 상기 제2 연결부는 제2 제어 신호에 응답하여 상기 제2 연결노드를 상기 바탕 전압에 전기적으로 연결하되, 상기 제1 내지 제2 LED 모듈의 전류를 조절하도록 구동되는 상기 LED 발광 블락; 및
    상기 발광 전압차의 크기에 대응하는 상태로 제어되는 상기 제1 내지 상기 제2 제어 신호를 발생하는 컨트롤 블락을 구비하며,
    상기 제1 연결부는
    상기 제1 연결노드와 피드백 노드 사이에 형성되는 스위칭 소자로서, 비교 신호의 전압에 따라 컨덕턴스가 제어되는 상기 스위칭 소자;
    상기 피드백 노드의 전압을 소정의 기준 전압과 비교하여 상기 비교 신호를 발생하는 비교 소자; 및
    상기 피드백 노드와 상기 바탕 전압 사이에 형성되는 저항 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는
    상기 비교 신호에 게이팅되는 게이트 단자와, 상기 피드백 노드에 연결되는 소스 단자와, 상기 제2 연결 노드에 연결되는 드레인 단자를 가지는 앤모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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  14. 삭제
  15. 삭제
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