KR101083782B1 - 발광다이오드 조명장치의 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 조명장치에서는 전파정류된 맥류전원 형태의 구동전원의 각 주기 내의 외곽구간에서도 계속해서 LED를 점등시킬 수 있도록 하는 기술을 제공한다.
이를 위해 LED 배열부의 발광다이오드들을 구동하기 위한 중앙부 구동데이터가 구동전원의 한 주기 내에서 여러 구간별로 분할되어 저장되고, 상기 구동전원의 한 주기 내의 외곽구간에서 충전용 캐패시터를 충전시키기 위한 충전용 구동데이터와 그 외곽구간에서 상기 LED 배열부의 발광다이오드들을 구동시키기 위한 외곽부 구동데이터가 구간별로 분할되어 저장되어 있는 구동데이터 기억장치; 상기 구동데이터 기억장치에 저장된 중앙부 구동데이터, 충전용 구동데이터 및 외곽부 구동데이터를 읽어내는 구동제어부; 상기 구동제어부에서 출력되는 디지털의 중앙부 구동데이터와 외곽부 구동데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 제1 D/A 변환기 및, 충전용 구동데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 제2 D/A 변환기; 상기 제1 D/A 변환기의 출력신호에 따라, 상기 구동전원의 한 주기 내의 중앙구간과 외곽구간에서 상기 LED 배열부의 직렬연결된 발광다이오드를 선택적으로 구동시키기 위해 그들의 탭에 각기 연결된 다수의 정전류 구동장치를 구비한 정전류 구동장치부 및, 상기 제2 D/A 변환기의 출력신호에 따라, 상기 충전용 캐패시터를 충전시키는 충전용 정전류 구동장치를 구비한다.

Description

발광다이오드 조명장치의 구동회로{DRIVING CIRCUIT FOR LED LIGHTING APPARATUS}

본 발명은 발광다이오드를 구비한 조명장치의 구동기술에 관한 것으로, 특히 전파정류된 맥류전원으로 발광다이오드를 구동할 때 캐패시터와 같은 충전소자를 이용하여 맥류전원의 각 주기 내의 전 구간에 걸쳐 발광다이오드를 점등시킬 수 있도록 한 발광다이오드 조명장치의 구동회로에 관한 것이다.

반도체 기술의 발전으로 인하여, 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)의 효율성이 많이 향상되었다. 이에 따라, LED는 백열 전구나 형광등과 같은 기존의 조명 장치에 비하여 수명이 길고 에너지 소모가 적어 경제적일 뿐만 아니라 친환경적이라는 장점을 갖게 되었다. 이와 같은 장점들로 인하여 LED는 현재 신호등이나 평판표시장치(예: LCD)의 백라이트 등으로 널리 사용되고 있다.

일반적으로, LED를 조명장치로 사용하는 경우 다수의 LED가 실장된 LED 모듈을 특정의 배열로 여러개 배치하고, 이렇게 배치된 LED 모듈을 공간의 천장이나 벽면 등에 설치하여 사용한다. 이와 같은 LED 모듈은 LED가 적정 전압의 직류전류에 의해 구동되는 특성을 감안하여 AC/DC 컨버터를 구비하게 된다. 상기와 같은 AC/DC 컨버터는 교류전압을 강압하기 위한 트랜스 코일을 포함하게 되며, 이러한 트랜스 코일은 LED 모듈에서 상당한 크기로 배치되므로 이를 적용한 제품이 대형화되는 문제점을 초래하였다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 근래 들어 SMPS(SMPS: Switching Mode Power Supply)라는 전원공급장치가 사용되었다. 하지만, 최근 들어 LED 조명장치는 SMPS가 배제된 구성으로 다수의 LED를 직렬연결하여 전원에 대해 각 LED에서 전압 강하를 수행하는 방식으로 구동하는 기술이 사용되고 있다.

근래 들어, LED 조명장치에서는 브릿지 다이오드와 같은 전파정류 장치를 통해 입력 교류전원을 정류하여 맥류 형태의 전원으로 직접 LED를 점등시키는 기술이 사용되고 있다. 참고로, 상기 입력 교류전원의 주파수가 60Hz인 경우 전파정류된 맥류의 주파수는 120Hz가 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 LED 조명장치의 구동 패턴을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 전파 정류된 맥류의 각 주기에서 전압이 일정치 이상인 중앙구간(T2)에서는 소정 패턴의 전류를 연속적으로 공급하여 해당 LED가 점등되지만, 전압이 일정치 이하인 외곽부분(T1,T3)에서는 전류가 공급되지 않아 소등된다.

이와 같이 종래의 LED 조명장치에서는 전파정류된 맥류전원으로 LED를 구동할 때 그 맥류전원의 각 주기에서 중앙구간에서는 소정 패턴의 전류를 연속적으로 공급하여 해당 LED가 연속적으로 점등되지만, 외곽부분에서는 전류가 공급되지 않아 소등된다. 이와 같은 점등 소등 동작은 매우 빠른 주기로 이루어지므로 인간의 눈으로 쉽게 식별되지 않지만, 장시간 노출되는 경우 신경에 거슬리게 되고, 이로 인하여 피로감을 느끼게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 LED 조명장치에서는 전파정류된 맥류전원으로 LED를 구동할 때 캐패시터와 같은 충전소자를 이용하여 맥류전원 형태의 구동전원이 일정치 이하로 하강되지 않도록 하여, 구동전원의 각 주기 내의 외곽구간에서도 계속해서 LED를 점등시킬 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 목적들은 앞에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 교류전원을 전파정류하여 맥류 형태의 구동전원을 두 개 이상의 직렬연결된 발광다이오드를 구비한 LED 배열부에 공급하는 브릿지 다이오드 정류부; 상기 LED 배열부의 발광다이오드들을 구동하기 위한 중앙부 구동데이터가 상기 구동전원의 한 주기 내에서 여러 구간별로 분할되어 저장되고, 상기 구동전원의 한 주기 내의 외곽구간에서 충전용 캐패시터를 충전시키기 위한 충전용 구동데이터와 그 외곽구간에서 상기 LED 배열부의 발광다이오드들을 구동시키기 위한 외곽부 구동데이터가 구간별로 분할되어 저장되어 있는 구동데이터 기억장치; 상기 구동데이터 기억장치에 저장된 중앙부 구동데이터, 충전용 구동데이터 및 외곽부 구동데이터를 읽어내어 출력하는 구동제어부; 상기 구동제어부에서 출력되는 디지털의 중앙부 구동데이터와 외곽부 구동데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 제1 D/A 변환기 및, 충전용 구동데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 제2 D/A 변환기; 상기 제1 D/A 변환기의 출력신호에 따라, 상기 구동전원의 한 주기 내의 중앙구간과 외곽구간에서 상기 LED 배열부의 직렬연결된 발광다이오드를 선택적으로 구동시키기 위해 그들의 탭에 각기 연결된 다수의 정전류 구동장치를 구비한 정전류 구동장치부 및, 상기 제2 D/A 변환기의 출력신호에 따라, 상기 충전용 캐패시터를 충전시키는 충전용 정전류 구동장치를 포함한다.

본 발명은 LED 조명장치에서는 전파정류된 맥류전원으로 LED를 구동할 때 캐패시터와 같은 충전소자를 이용하여 맥류전원 형태의 구동전원이 일정치 이하로 하강되지 않도록 하여, 그 구동전원의 각 주기 내의 외곽구간에서도 계속해서 LED를 점등시킴으로써, LED 조명장치를 장시간 사용하는 경우에도 신경에 거슬리지 않아 피로감을 느끼지 않게 되는 효과가 있다

도 1은 종래 기술에 의한 LED 조명장치의 구동 패턴을 나타낸 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 발광다이오드 조명장치의 구동회로의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 LED 조명장치의 구동 패턴을 나타낸 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 충전용 캐패시터의 충전전압에 대한 시뮬레이션 파형도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의해 전 구간에 걸쳐 LED가 점등되는 것을 나타낸 시뮬레이션 파형도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 발광다이오드 조명 장치의 구동회로에 대한 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 브릿지 다이오드 정류부(10), 동기신호 및 클럭 발생부(20), 전원공급부(30), LED 배열부(40), 구동데이터 기억장치(50), 구동제어부(60), D/A 변환기(70),(70A) , 정전류 구동장치부(80) 및 충전용 정전류 구동장치(80A), 충전용 캐피시터(C)를 구비한다.

도 2를 참조하면, 브릿지 다이오드 정류부(10)는 입력 교류전원(AC)을 전파정류하여 맥류 형태의 구동전원을 LED 배열부(40)에 공급한다.

동기신호 및 클럭 발생부(20)는 상기 브릿지 다이오드 정류부(10)로부터 입력되는 전원의 주기를 검출하여 그에 따른 동기신호를 발생하고, 그 동기신호를 이용하여 입력전원의 수 배 이상(예: 수 백배)의 주파수를 갖는 클럭을 발생한다. 그리고, 상기 동기신호 및 클럭 발생부(20)는 상기 입력전원의 한 주기 동안 발진된 클럭을 카운트하여 그 카운트 값이 미리 설정된 발진 주파수의 오차 범위에 드는지 확인하고, 확인 결과 미리 설정된 발진 주파수의 오차 범위에 들지 않는 경우 오차 범위에 들도록 발진 주파수를 조절한다.

전원공급부(30)는 상기 브릿지 다이오드 정류부(10)에서 출력되는 맥류 형태의 전압을 평활하고, 시스템 각부에서 필요로 하는 레벨의 전압(예: VCC,VDD)으로 변환하여 출력한다.

LED 배열부(40)는 두 개 이상의 직렬연결된 발광다이오드(LED1-LED4)를 구비하는데, 이들의 캐소우드가 탭을 통해 해당 정전류 구동장치(81-84)에 각기 연결된다.

구동데이터 기억장치(50)는 상기 LED 배열부(40)의 발광다이오드(LED1-LED4)들을 구동함에 있어서, 고효율, 고역율, 전고조파 특성(THD)이 가장 바람직하게 나타나도록 구동하기 위한 특정 패턴의 중앙부 구동데이터가 미리 저장되어 있다. 상기 구동데이터 기억장치(50)에 저장된 상기 중앙부 구동데이터는 상기 구동전원의 한 주기(입력교류전원의 반주기)를 소정 구간 예를 들어, 도 3에서와 같이 여러 구간으로 나누었을 때, 그 각 구간에서 정전류 구동장치(81-84)를 선택하기 위한 선택정보, 선택된 정전류 구동장치가 해당 구간에서 흘려야 할 전류값, 각 구간의 구간폭, 상기 발광다이오드(LED1-LED4)의 수, 입력되는 구동전원의 전압 및 주파수, 사용하고자 하는 전력량 등을 포함한다. 또한, 상기 구동데이터 기억장치(50)는 상기 중앙부 구동데이터를 저장함에 있어서, 상기 발광다이오드의 특성, 연결된 발광다이오드의 수, 입력구동전압과 주파수, 사용하고자 하는 전력과 각종 규제에 대응되는 효율, 역율 및 저고조파 특성에 대응하여 제품별로 최적의 구동데이터를 저장하는 것이 바람직하다. 상기 구동데이터 기억장치(50)는 여러 채널의 중앙부 구동데이터를 동시에 저장할 수도 있다.

이와 더불어, 상기 구동데이터 기억장치(50)는 도 3의 구동전원의 T2 구간에서 충전용 캐패시터(C)를 충전시키기 위한 충전용 구동데이터를 추가로 저장한다. 그리고, 상기 구동데이터 기억장치(50)는 도 3의 구동전원의 T1,T3 구간에서 상기 LED 배열부(40)의 발광다이오드(LED1-LED4)들을 구동시키기 위한 외곽부 구동데이터를 추가로 저장한다. 상기 외곽부 구동데이터 또한 상기 중앙부 구동데이터와 동일한 패턴으로 구동데이터 기억장치(50)에 저장된다.

구동제어부(60)는 상기 동기신호 및 클럭 발생부(20)에서 출력되는 클럭에 대응되는 어드레스신호를 발생하여 상기 구동데이터 기억장치(50)에 공급하고, 이에 의해 그 구동데이터 기억장치(50)로부터 해당 어드레스에 저장된 해당 구간의 전류값 및 구간폭값, 상기 선택정보를 순차적으로 전달받아 출력할 수 있게 된다.

D/A 변환기(70)는 상기 구동제어부(60)에서 출력되는 상기 선택정보를 아날로그신호로 변환하고, 그 변환된 선택신호를 이용하여 정전류 구동장치부(80)의 정전류 구동장치(81-84) 중에서 해당 정전류 구동장치를 선택한다. 이와 함께, 상기 D/A 변환기(70)는 상기 구동제어부(60)에서 출력되는 해당 구간의 전류값과 구간폭값을 아날로그신호로 변환하여 상기 선택된 구동장치에 출력하는 동작을 수행한다.

정전류 구동장치부(80)는 다수개의 정전류 구동장치(81-84)를 구비하는데, 이들이 한편으로는 상기 발광다이오드(LED1-LED4)의 탭(캐소우드)에 각기 연결되고, 다른 한편으로는 상기 D/A 변환기(70)의 해당 출력단에 각기 연결된다.

상기 D/A 변환기(70)의 출력신호 의해 상기 정전류 구동장치(81-84)가 구동되는 것을 도 3을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

브릿지 다이오드 정류부(10)에서 출력되는 구동전원의 한 주기를 작은 구간으로 나누었을 경우 각 구간에 대하여 상기와 같은 선택정보, 전류값 및 구간폭값이 상기 구동제어부(60)에 의해 상기 구동데이터 기억장치(50)로부터 독출된 후 상기 D/A변환기(70)를 통해 출력된다.

상기 D/A변환기(70)에서 출력되는 선택신호(선택정보)에 의해 임의의 구간에서 정전류 구동장치(81)가 선택되는 경우 그 구간에서 발광다이오드(LED1)가 해당 전류값 및 구간폭값으로 점등된다.

상기 D/A변환기(70)에서 출력되는 선택신호(선택정보)에 의해 임의의 구간에서 정전류 구동장치(82)가 선택되는 경우 그 구간에서 발광다이오드(LED1),(LED2)가 해당 전류값 및 구간폭값으로 점등된다.

상기 D/A변환기(70)에서 출력되는 선택신호(선택정보)에 의해 임의의 구간에서 정전류 구동장치(83)가 선택되는 경우 그 구간에서 발광다이오드(LED1),(LED2), (LED3)가 해당 전류값 및 구간폭값으로 점등된다.

상기 D/A변환기(70)에서 출력되는 선택신호(선택정보)에 의해 임의의 구간에서 정전류 구동장치(84)가 선택되는 경우 그 구간에서 발광다이오드(LED1),(LED2), (LED3),(LED4)가 해당 전류값 및 구간폭값으로 점등된다.

그런데, 상기 구동제어부(60)는 상기와 같은 일련의 과정을 통해 상기 발광다이오드(LED1),(LED2),(LED3),(LED4)에 도 3의 구동전원의 T2 구간에서와 같이 전류(IP1)가 공급되도록 하여 그들이 점등되도록 한다. 상기 전류(IP1)는 상기 중앙부 구동데이터에 상응되는 전류이다. 이와 동시에 상기 구동제어부(60)는 상기 구동데이터 기억장치(50)로부터 상기 T2 구간에서 충전용 구동데이터를 읽어내어 D/A 변환기(70A)에 출력한다.

이에 따라, 상기 D/A 변환기(70A)는 상기 구동제어부(60)에서 출력되는 T2 구간의 전류값과 구간폭값을 아날로그신호로 변환하여 충전용 정전류 구동장치(80A)에 출력한다. 따라서, 상기 충전용 정전류 구동장치(80A)는 T2 구간에서 D/A 변환기(70A)로부터 출력되는 아날로그신호에 따라 충전용 캐패시터(C)의 충전동작을 제어하여 그 캐패시터(C)에 전류(IP2)가 공급된다.

이로 인하여, 상기 구동전원의 파형이 도 3에서와 같은 사인파의 정극성 파형(31)과 달리, 중앙 구간(T2)에서는 사인파 형태로 유지되다가 외곽구간(T1,T3)에서는 완만하게 하강되어 일정치 이하로 떨어지지 않는 형태의 충전파형(32)으로 된다.

그리고, 상기 구동제어부(60)는 상기와 같이 도 3의 T1,T3 구간에서 상기 LED 배열부(40)의 발광다이오드(LED1-LED4)들을 구동시키기 위한 외곽부 구동데이터를 상기 구동데이터 기억장치(50)로부터 읽어내어 상기 D/A 변환기(70)에 출력한다. 이에 따라, 상기 D/A 변환기(70)는 상기 외곽부 구동데이터에 대응하여 상기와 같이 상기 정전류 구동장치부(80)의 정전류 구동장치(81-84) 중에서 해당 정전류 구동장치를 선택하고, 해당 구간(T1,T3)의 전류값과 구간폭값을 아날로그신호로 변환하여 상기 선택된 구동장치에 출력하는 동작을 수행한다.

결국, 상기와 같은 일련의 과정에 따라, 상기 도 3에서와 같이 구동전원의 한 주기 내의 외곽구간(T1,T3)에서도 상기 LED 배열부(40)의 발광다이오드(LED1-LED4)에 전류(IP3)가 공급되어 중앙구간에 이어서 해당 LED를 계속 점등시킬 수 있게 된다.

도 4는 상기와 같은 일련의 과정을 통해 상기 충전용 캐패시터(C)에 전압이 충전되는 것을 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 상기 설명에서와 같이 상기와 같은 과정을 통한 캐패시터(C)의 충전동작에 의해 구동전원의 파형이 외곽구간에서 완만하게 하강되어 일정치 이하로 떨어지지 않는 형태로 되는 것을 확인할 수 있다.

도 5는 상기와 같은 일련의 과정을 통해 전 구간에 걸쳐 LED가 점등되는 것을 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 상기 설명에서와 같이 구동전원의 한 주기 내에서 전 구간에 걸쳐 LED 전류가 공급되는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10 : 브릿지 다이오드 정류부 20 : 동기신호 및 클럭 발생부
30 : 전원공급부 40 : LED 배열부
50 : 구동데이터 기억장치 60 : 구동제어부
70,70A : D/A 변환기 80 : 정전류 구동장치부
81-84 : 정전류 구동장치 80A : 충전용 정전류 구동장치

Claims (6)

1. 교류전원을 전파정류하여 맥류 형태의 구동전원을 두 개 이상의 직렬연결된 발광다이오드를 구비한 LED 배열부에 공급하는 브릿지 다이오드 정류부;
   상기 LED 배열부의 발광다이오드들을 구동하기 위한 중앙부 구동데이터가 상기 구동전원의 한 주기 내에서 여러 구간별로 분할되어 저장되고, 상기 구동전원의 한 주기 내의 외곽구간에서 충전용 캐패시터를 충전시키기 위한 충전용 구동데이터와 그 외곽구간에서 상기 LED 배열부의 발광다이오드들을 구동시키기 위한 외곽부 구동데이터가 구간별로 분할되어 저장되어 있는 구동데이터 기억장치;
   상기 구동데이터 기억장치에 저장된 중앙부 구동데이터, 충전용 구동데이터 및 외곽부 구동데이터를 읽어내어 출력하는 구동제어부;
   상기 구동제어부에서 출력되는 디지털의 중앙부 구동데이터와 외곽부 구동데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 제1 D/A 변환기 및, 충전용 구동데이터를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 제2 D/A 변환기;
   상기 제1 D/A 변환기의 출력신호에 따라, 상기 구동전원의 한 주기 내의 중앙구간과 외곽구간에서 상기 LED 배열부의 직렬연결된 발광다이오드 들을 선택적으로 구동시키기 위해 상기 발광다이오들의 직렬 연결 탭들에 일대일로 대응되게 각기 연결된 다수의 정전류 구동장치를 구비한 정전류 구동장치부 및,
   상기 제2 D/A 변환기의 출력신호에 따라, 상기 충전용 캐패시터를 충전시키는 충전용 정전류 구동장치를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명 장치의 구동회로.
   
2. 제1항에 있어서, LED 배열부는 두 개 이상의 직렬연결된 발광다이오드를 구비하고, 하나 또는 그 이상의 발광다이오드 단위로 탭을 통해 상기 정전류 구동장치에 대응적으로 연결된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명 장치의 구동회로.
   
3. 제2항에 있어서, 탭은 해당 발광다이오드의 캐소우드에 각기 연결된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명 장치의 구동회로.
   
4. 제1항에 있어서, 중앙부 구동데이터 및 외곽부 구동데이터는 상기 LED 배열부의 발광다이오드를 고효율, 고역율로 구동하고 전고조파가 낮게 나타나도록 패터닝된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명 장치의 구동회로.
   
5. 제1항에 있어서, 충전용 캐패시터의 일측 단자는 상기 브릿지 다이오드 정류부의 출력단자에 접속되고, 타측 단자는 상기 충전용 캐패시터를 충전시키는 정전류 구동장치의 출력단자에 접속된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명 장치의 구동회로.
   
6. 제1항에 있어서, 충전용 정전류 구동장치는 상기 구동전원의 한 주기 내의 중앙구간에서 상기 충전용 캐패시터를 충전시키는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 조명 장치의 구동회로.

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