KR101111387B1 - Ｌｅｄ 조명용 통합 전원 집적 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 조명용 통합 전원 집적 회로를 공개한다. 본 발명은 교류전원이 입력되면 정류기가 교류 전원을 정류하여 평활화 되지 않은 직류 전원을 출력하고, 평활화 되지 않은 직류 또는 평활된 전원을 DC/DC 컨버터를 통해서 PWM 제어를 수행하여 전체 LED 그룹의 Vf 값에 적합하도록 강압한 후, 각 LED Vf 값에 해당하는 전압 위상에 동기하여, DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압에 대응되는 Vf 값을 갖는 LED 그룹을 선택하여 점등시킴으로써, 종래 기술에서 이용되던 전해콘덴서 및 트랜스포머를 사용하지 않고도 조명용 LED를 구동할 수 있게 되었고, 이에 따라서 LED 조명용 전원 집적 회로의 수명을 현저하게 향상시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 조명 기기의 온도를 측정하여, 측정 온도가 사전에 설정된 온도 이상으로 상승하면 LED 그룹으로 흐르는 전류를 자동으로 차단시킴으로써, 과도한 온도 상승으로 인해서 LED 조명용 통합 전원 집적 회로 전체가 열화되는 것을 방지할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 조명용 통합 전원 집적 회로{Power integrated circuit for LED lighting}
본 발명은 LED 조명에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 LED 조명용 전원 집적 회로에 관한 것이다.
최근 들어, 적은 소비 전력으로도 백열등 이상의 휘도를 나타내는 LED 조명에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, LED 조명에 일정한 전류가 흐르도록 전류를 제어하여 LED 조명을 구동시키기 위한 LED 조명 구동 장치에 대한 연구, 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한, LED 조명 구동 장치는 다양한 조명 연출 기능을 보유하고 있는데, 특히 직병렬 접속으로 배열 설치된 LED 소자들의 디밍을 변경함으로써, 다양한 조명 연출이 가능하다.
종래의 LED 조명 장치들에서 이용되는 LED 소자의 구동 방식은, LED 소자로 인가되는 전류를 PWM 제어 방식으로 제어하여, 단속적으로 LED 소자를 고속으로 점등하고 소등함으로써, 사람의 눈이 점등과 소등의 반복을 인지하지 못하도록 하는 브로카슐쳐(Broca-Sulzer)효과에 따라서 일정한 체감 휘도를 유지하고 있다.
구체적으로, 종래의 LED 조명 기기는 외부로부터 입력되는 교류 전원을 정류기를 이용하여 정류하고, 이를 전해콘덴서를 이용하여 평활화한 후, 트랜스포머 등을 이용하여 전압 레벨을 변환하여 LED로 공급한다. 또한, 디밍을 수행하는 경우에는 전류의 세기를 조절하여 빛의 세기를 조절하는데, 전류의 세기를 조절하기 위해서는 LED 드라이버에 포함되는 스위치로 출력되는 PWM 제어신호의 듀티를 조절한다.
그러나, 종래 기술에 이용되는 전해콘덴서는 부피가 커서 LED 조명 기기를 구동하는 구동 회로의 크기를 소형화하는데 어려움이 존재할 뿐만 아니라, 콘덴서와 같은 부품의 수명이 짧아, 전체 LED 구동 회로의 수명을 단축시키는 문제점을 야기한다.
또한, 종래 기술에 이용되는 트랜스포머의 경우에도 다른 소자에 비하여 부피가 상당히 크고 효율에 문제가 있어서, 구동 회로의 크기를 소형화하기 어려운 문제점이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전해콘덴서 및 트랜스포머와 같이 내구성이 약한 부품의 사용을 배제하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, 교류 전원을 입력받아 평활화되지 않은 직류 전원을 출력하는 정류부; 전압 PWM 제어신호에 따라서 상기 정류부로부터 출력되는 직류 전원의 크기를 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터; 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전원을 입력받아 점등되고, 서로 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹; 상기 복수의 LED 그룹에 각각 연결되고, 전류 PWM 제어 신호에 따라서 자신이 연결된 LED 그룹에 흐르는 전류를 제어하는 복수의 LED 드라이버; 및 상기 전압 PWM 제어신호 및 상기 전류 PWM 제어신호를 발생시키는 PWM 제어부를 포함한다.
또한, 상기 PWM 제어부는 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압의 크기가 커질수록 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시키고, 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압의 크기가 작아질수록 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 증가시키킬 수 있다.
또한, 상기 DC/DC 컨버터의 입력 전압, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압 및 상기 LED 그룹에 흐르는 전류를 측정하여, 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비의 증가 및 감소를 지시하는 전압 클록 제어신호를 출력하는 전압 제어 클록 발생부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 PWM 제어부는 상기 복수의 LED 그룹에 흐르는 전류의 세기가 커질수록 상기 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, 사전에 설정된 전류값과 상기 LED 드라이버에서 측정된 상기 LED 그룹에 흐르는 전류를 측정하여, 상기 전류 PWM 제어신호의 듀티비의 증가 및 감소를 지시하는 전류 클록 제어신호를 출력하는 전류 제어 클록 발생부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, 주변 조도를 감지하는 조도 감지부; 조명 기기의 온도를 감지하는 온도 감지부; 및 상기 조도 및 온도에 따라서 상기 전류 PWM 제어신호 및 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 조절하도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하는 가변 제어 클록 발생부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가변 제어 클록 발생부는, 조명 기기의 온도가 사전에 정의된 온도 이상으로 상승하는 경우에는 LED 그룹으로 전달되는 전원을 차단하도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하고, 조도가 높아짐에 따라서 LED 그룹의 빛의 세기를 감소시키고, 조도가 낮아짐에 따라서 LED 그룹의 빛의 세기를 증가시키도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하도록 할 수 있다.
또한, 상기 DC/DC 컨버터는 출력 전압값이 현재 출력 전압이 공급되는 LED 그룹의 Vf 값보다 낮으면, 상기 Vf값으로 상기 출력 전압값을 조정하여 출력할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, LED 조명의 연색성을 향상시키기 위해서, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 입력받아 소정의 빛을 방출하는 연색성 LED; 및 상기 연색성 LED에 걸리는 전압을 측정하여 상기 연색성 LED의 전류를 계산하며, 상기 연색성 LED에 흐르는 전류값에 따라서 PWM 제어를 수행하여 상기 연색성 LED에 흐르는 전류를 단속적으로 제어하는 연색성 LED 드라이버를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, 쌍방향 통신을 수행하여, 외부로부터 원격 제어 명령을 수신하여 상기 PWM 제어부로 출력하는 외부 통신부를 더 포함하고, 상기 PWM 제어부는 상기 원격 제어 명령에 따라서 전압 PWM 제어신호 및 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 변경할 수 있다.
또한, 상기 외부 통신부는, 상기 교류 전원의 전압 값의 0크로스점과 상기 전압 PWM 제어신호에 동기 하여, 상기 교류 전원의 전압 값이 0인 점을 중심으로 소정 범위 내인 저 전위 상태와 상기 전압 PWM 제어 신호의 휴지 시간에 통신을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제로 위상 검출부는, 상기 DC/DC 컨버터로 입력되는 전원의 전압 값이 0이 되는 제로 위상 시점을 검출하여 상기 PWM 제어부로 출력하고, 상기 DC/DC 컨버터가 정류기로부터 입력되는 입력 전압 값이 0부터 소정의 전압까지의 저전압 구간동안 전압을 LED 그룹을 동작시킬 수 있는 전압까지 승압하는 동안에, 상기 LED 그룹을 동작시킬 수 있는 전원을 공급할 수 있다.
본 발명은 교류전원이 입력되면 정류기가 교류 전원을 정류하여 평활화 되지 않은 직류 전원을 출력하고, 평활화 되지 않은 직류 전원을 DC/DC 컨버터를 통해서 PWM 제어를 수행하여 전체 LED 그룹의 Vf 값에 적합하도록 강압한 후, 각 LED 그룹의 Vf 값에 해당하는 전압 위상에 동기 하여, DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압에 대응되는 Vf 값을 갖는 LED 그룹을 선택하여 점등시킴으로써, 종래 기술에서 이용되던 전해콘덴서 및 트랜스포머를 사용하지 않고도 조명용 LED를 구동할 수 있게 되었고, 이에 따라서 LED 조명용 전원 집적 회로의 수명을 현저하게 향상시킴과 동시에 그 크기도 소형화가 가능하게 되었다.
또한, 본 발명은 조명 기기의 온도를 측정하여, 측정 온도가 사전에 설정된 온도 이상으로 상승하면 LED 그룹으로 흐르는 전류를 자동으로 차단시키거나 전류 PWM 제어 신호의 듀티비를 조절하여 온도를 낮춤으로써 과도한 온도 상승으로 인해서 LED 조명용 통합 전원 집적 회로 전체가 열화 되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 조명용 통합 전원 직접 회로의 전체 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압과, PWM 제어부로부터 각 LED 드라이버의 스위칭 트랜지스터로 입력되는 PWM 제어신호를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 DC/DC 컨버터로 입력되는 전압파형과 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압 파형의 일 예를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다.
본 발명의 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는, 종래기술의 전해 콘덴서 또는 트랜스포머를 사용함으로써 발생하는 상술한 문제점들을 해소하기 위해서, PWM 제어만으로 조명용 LED들을 구동할 수 있도록 구성하였다. 이를 위해서, 본 발명은 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹(120-1~120-4)의 Vf 값과, 정류된 후 평활화 되지 않은 채로 입력되는 전원의 전압 값에 따라서 LED 그룹(120-1~120-4)을 순차적으로 점등 및 소등시킨다.
또한, 본 발명은 복수의 LED 그룹(120-1~120-4)에 과도한 전압이 인가되어, LED 그룹(120-1~120-4)에 과도한 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해서, 정류된 후 평활화 되지 않은 입력 전압에 PWM 제어를 수행할 뿐만 아니라, LED 그룹(120-1~120-4)이 온도특성 변화나 입력 전압의 변동에서도 일정한 밝기를 유지하면서도 과도한 전류가 흐르지 않도록 각 LED 드라이버의 LED그룹의 전압 및 전류특성을 감지하여 PWM 제어에 의해서 LED 램프를 단속적으로 점등 및 점멸시킨다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 조명용 통합 전원 직접 회로의 전체 구성을 도시하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 조명용 통합 전원 직접 회로는 정류부(101), DC/DC 컨버터(112), 제로위상 검출부(102), 출력전압 검출부(103), 외부 통신부(110), 전압제어 클록 발생부(106), 전류 제어 클록 발생부(107), 가변 제어 클록 발생부(108), 복수의 LED 그룹(120-1~120-4), 및 복수의 LED 그룹(120-1~120-4) 각각을 제어하는 복수의 LED 드라이버(115-1~115-4), 및 PWM 제어부(104)를 기본적으로 포함하고, 연색성 LED(114) 및 연색성 LED 드라이버(109)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 정류부(101)는 입력되는 교류(AC)전원을 정류하여 평활화 되지 않은 직류 전원(Vin)을 DC/DC 컨버터(112)로 출력한다. 정류부(101)로 입력되는 전원은 전원의 크기가 +V에서 -V까지의 교류 전원인데 반해, 정류부(101)로부터 출력되는 전원은 크기가 0부터 +V이고 주기가 정류부(101)에 입력되는 파형의 절반인 평활화 되지 않은 직류 전원이다.
제로 위상 검출부(102)는 정류부(101)에서 출력된 전원의 전압값을 조사하여 제로 위상을 검출하고(즉, 전원의 전압 크기가 0이 되는 시점), 그 신호를 PWM 제어부(104)로 출력한다. 또한, 제로 위상 검출부(102)는 DC/DC 컨버터(112)로 입력되는 전압(Vin)이 0부터 소정의 임계 전압까지의 저전압을 DC/DC 컨버터(112)가 LED 1(120-1)이 작동할 수 있는 전압까지 승압하는 동안, LED 1 드라이버(115-1)로 전원을 공급하여 LED 1(120-1)을 동작시키는 기능을 수행한다.
또한, 제로 위상 검출부(102)는 대기 상태에서 외부의 명령에 의하여 LED 조명 기기가 On될 수 있도록 외부 통신부(110) 및 PWM 제어부(104)내의 의 Wakeup logic회로를 구동할 수 있도록 전력을 관리한다.
DC/DC 컨버터(112)는 PWM 제어부(104)로부터 입력되는 PWM 제어신호에 따라서 단속적으로 동작하여, 입력 전압(Vin)을 감압 및 승압하여 출력전압(Vout)을 복수의 LED 그룹(120-1~120-4)으로 출력한다. DC/DC 컨버터(112)로부터 출력되는 출력전압에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다.
출력전압 검출부(103)는 DC/DC 컨버터(112)에서 출력되는 출력 전압값을 감시하여 PWM 제어부(104)로 출력하여, PWM 제어부(104)로 하여금 PWM 제어 신호의 실제 동기 및 사용전력량을 계산할 수 있도록 한다.
외부 통신부(110)는 쌍방향 통신을 수행하여, 본 발명의 전원 집적 회로의 원격제어 및 전원 집적 회로의 전력소비 상태나 부가된 센서회로의 값을 읽어서 서버로 전송하는 기능을 수행하는 것으로서, 외부 통신부(110)에서 외부로부터 원격 제어 명령을 수신하여 PWM 제어부(104)로 출력하면, PWM 제어부(104)는 입력된 원격 제어 명령에 따라서 DC/DC 컨버터로 출력되는 전압 PWM 제어신호 및 LED 드라이버로 입력되는 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 변경하여 원격 제어 명령을 수행한다. 예컨대, 외부에서 원격으로 LED 조명의 디밍을 수행하거나, LED 조명을 소등하는 등과 같은 원격 명령을 수신하여 PWM 제어부(104)로 출력함으로써, 외부에서 본 발명의 전원 집적 회로를 제어할 수 있도록 한다.
또한, 외부 통신부(110)는 통신 노이즈를 저감시키기 위하여 입력되는 교류 전원의 0 크로스점(또는 정류기(101)에서 출력된 정류된 전압값이 0이 되는 시점)과 DC/DC 컨버터(112)로 입력되는 전압 PWM 제어신호에 동기하여, 입력 교류 전원의 전??값이 0이 되는 시점과 가까운 저전위 상태(예컨대, 입력 전원의 최대 전압값(ㅁ V)의 10%~20% 이내의 전압값이 되는 시점과 같이, 교류 전원의 전압값이 0인 점을 중심으로 소정 범위내인 상태)와 전압 PWM 제어 신호의 휴지 시간에 통신을 수행한다. 또한, 외부 통신부(110)는 별도의 통신방식으로 통신을 수행할 수 있도록 RS232등과 같은 통신포트를 구비할 수 있다.
전압 제어 클록 발생부(106)는 DC/DC 컨버터(112)로의 입력 전압(Vin), DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압(Vout), 및 복수의 LED 그룹(120-1~120-4)에 흐르는 전류를 감지하여 PWM 제어부(104)로 하여금 DC/DC 컨버터(112)로 출력하는 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 조절하게 하는 클록 제어신호를 출력한다. 예컨대, 입력 전압값(Vin)과 출력전압값(Vout)이 점점 커질수록 DC/DC 컨버터(112)로 출력되는 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시키고, 입력 전압값(Vin)과 출력 전압 값(Vout)이 점점 작아질수록 DC/DC 컨버터(112)로 출력되는 PWM 제어신호의 듀티비는 증가시키도록 지시하는 클록 제어신호를 PWM 제어부(104)로 출력한다. 또한, LED 그룹(120-1~120-4)에 흐르는 전류가 증가하여 소정의 전류값 이상이 되면, 전압 PWM 제어 신호의 듀티비를 감소시켜 LED 그룹(120-1~120-4)에 흐르는 전류를 후술하는 LED 드라이버(115-1~115-4)로 출력되는 전류 PWM 제어 신호와 함께 감소시킨다.
전류 제어 클록 발생부(107)는 사전에 설정된 LED 그룹(120-1~120-4)의 전류 값과 각 LED 드라이버(115-1~115-4)에서 검출한 전류 값을 비교하여, PWM 제어부(104)에서 각 LED 드라이버(115-1~115-4)로 출력하는 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 조절하도록 제어하는 클록 제어신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력한다. 전류 제어 클록 발생부(107)에서 설정되는 기준 전류 값은 각 LED 그룹(120-1~120-4)별로 설정될 수 있고, 전체 LED 그룹(120-1~120-4)에 대해서 하나의 기준 전류 값이 설정될 수도 있다.
가변 제어 클록 발생부(108)는 온도 감지부(140) 및 조도 감지부(130)와 같은 본 발명의 LED 조명용 통합 전원 집적 회로의 동작과 관련하여 필요한 정보를 감지하는 감지부들로부터 센싱 값을 입력받아, 이에 따라서 필요한 제어신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력한다. 예컨대, 사용자가 사전에 자신이 원하는 조도를 설정한 경우에, 가변 제어 클록 발생부(108)는 조도 감지부(130)로부터 입력되는 조도를 조사하여, 조도가 점점 낮아지면 LED 빛의 세기를 강화하도록 제어신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력하고, 조도가 점점 높아지면 LED 빛의 세기를 감소시키도록 제어신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력할 수 있다.
또한, 가변 제어 클록 발생부(108)는 LED 조명 기기의 온도가 사전에 설정된 임계온도보다 높아지면, 조명 기기의 보호를 위해서 LED 조명을 비상소등 하도록 지시하거나, LED에 흐르는 전류를 감소시키도록 지시하는 제어 신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력한다.
상술한 전압 제어 클록 발생부(106), 전류 제어 클록 발생부(107) 및 가변 제어 클록 발생부(108)는 클록의 듀티비를 변경함으로써 제어신호를 발생시켜 PWM 제어부(104)로 출력한다.
한편, 서로 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹(120-1~120-4)은 복수의 LED 램프가 서로 연결되어 형성되고, 해당되는 LED 드라이버(115-1~115-4)의 스위칭 트랜지스터가 턴온되는 동안에 DC/DC 컨버터(112)로부터 전원을 공급받아 점등된다.
각 LED 그룹(120-1~120-4)의 LED 드라이버(115-1~115-4)는 내부에 스위칭 트랜지스터를 포함하여, PWM 제어부(104)로부터 입력되는 전류 PWM 제어신호에 의해서 턴온 및 턴오프되어 자신이 연결된 LED 그룹으로 전류가 흐르도록 하여 LED 그룹을 점등 및 소등시킨다. 스위칭 트랜지스터는 PWM 제어부(104)로부터 입력되는 PWM 제어신호의 ON 듀티 동안 턴온되고, OFF 듀티 동안 턴오프된다. 또한, LED 드라이버(115-1~115-4)는 자신에 연결된 LED 그룹(120-1~120-4)에 흐르는 전류를 감지하여 전압 제어 클록 발생부(106) 및 전류 제어 클록 발생부(107)로 출력한다.
PWM 제어부(104)는 전압 제어 클록 발생부(106), 전압 제어 클록 발생부(106) 및 가변 제어 클록 발생부(108)로부터 입력되는 제어 신호에 따라서 전압 PWM 제어신호를 DC/DC 컨버터(112)로 출력하고, 전류 PWM 제어 신호를 생성하여 복수의 LED 드라이버(115-1~115-4)들 중 어느 하나로 출력한다.
LED 그룹(120-1~120-4)의 Vf 값이 LED1 < LED2 < LED3 < LED4 라고 가정하면, PWM 제어부(104)는 LED 1 드라이버(115-1)로 제어 신호를 출력하여 DC/DC 컨버터(112)의 입력 전압값이 0인 시점부터 DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압값(Vout)이 LED 1 그룹(120-1)의 Vf값을 초과하지 않고, LED 1 그룹(120-1)에 흐르는 전류가 사전에 정의된 전류값을 초과하지 않는 동안 LED 1 그룹(120-1)을 점등한다.
그 후, DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압값(Vout)이 LED 1 그룹(120-1)의 Vf값을 초과하거나 LED 1 그룹(120-1)에 흐르는 전류가 사전에 정의된 전류값을 초과하는 경우에, 전류 PWM 제어신호를 LED 2 드라이버(115-2)로 출력하여 LED 2 그룹(120-2)을 점등하고, 동일한 방식으로 DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압값(Vout)이 LED 2 그룹(120-2)의 Vf값을 초과하고 LED 2 그룹(120-2)에 흐르는 전류가 사전에 정의된 전류값을 초과하는 경우에는, 전류 PWM 제어신호를 LED 3 드라이버(115-3)로 출력하여 LED 3 그룹(120-3)을 점등한다. 동일한 방식으로 DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압이 최대치에 도달할때까지 LED 4 그룹(120-4)까지 점등한 후, DC/DC 컨버터(112)의 출력 전압이 감소함에 따라서 PWM 제어부(104)는 전류 PWM 제어신호를 LED 4 드라이버(115-4)에서부터 LED 1 드라이버(115-1)로 순차적으로 출력하면서 LED 4 그룹(120-4)에서부터 LED 1 그룹(120-1) 순서로 점등한다.
다시, DC/DC 컨버터(112)의 입력 전압이 0점에 도달하고 다시 증가하기 시작하면 상술한 바와 동일한 방식으로, LED 1 드라이버(115-1)에서 LED 4 드라이버(115-4)로 전류 PWM 제어신호를 순차적으로 출력하여 LED 1 그룹(120-1)부터 LED 4 그룹(120-4)을 순차적으로 점등한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서 DC/DC 컨버터(112)에서 출력되는 전압과, PWM 제어부(104)로부터 각 LED 드라이버(115-1~115-4)의 스위칭 트랜지스터로 입력되는 전류 PWM 제어신호를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 먼저, DC/DC 컨버터(112)는 PWM 제어부(104)의 PWM 제어신호에 의해서 단속적으로 전압의 크기를 변환하여 도 2의 상단에 도시된 바와 같은 전압 파형을 출력한다. 도 2에 도시된 바와 같이, PWM 제어부(104)는 DC/DC 컨버터(112)의 입력 전압값이 0에 가까울수록 DC/DC 컨버터(112)로 입력되는 PWM 제어신호의 듀티비를 크게 설정하고, 입력 전압값이 커질수록(즉, 위상이 90도에 가까울수록) 듀티비를 작게 설정하여 LED 그룹(120-1~120-4)으로 전달되는 에너지를 가능한 일정하게 유지한다.
이 때, 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 무한히 작게 조절이 가능하다면 후술하는 바와 같이, 각 LED 드라이버(115-1~115-4)에 대한 PWM 전류 제어를 수행할 필요가 없으나, LED 그룹(120-1~120-4)으로 입력되는 전압의 듀티비가 너무 작아지면 LED가 꺼지는 문제점이 발생하므로, 본 발명은 LED 그룹으로 인가되는 전압의 PWM 제어와 LED에 흐르는 전류의 정전류 제어를 동시에 수행한다.
도 2의 하단을 참조하면, PWM 제어부(104)는 1주기 동안에 LED 1 드라이버(115-1)로부터 LED4 드라이버(115-4) 순으로, 다시 LED4 드라이버(115-4)로부터 LED 1 드라이버(115-1) 순으로 전류 PWM 제어신호를 출력한다. 따라서, 1주기 동안 LED 1(120-1)부터 LED 4(120-4)까지, 다시 LED 4(120-4)부터 LED 1(120-1)까지 순차적으로 LED가 점등되고, 각각의 LED가 점등되는 구간에서, 각 LED는 전류 PWM 제어신호에 따라서 고속으로 점등과 소등을 반복한다.
PWM 제어부(104)는 전류 제어 클록 발생부(107)에서 입력되는 제어 신호에 따라서 LED 그룹(120-1~120-4)에 일정한 전류가 흐르도록 전류 PWM 제어신호를 출력하는데, LED 그룹(120-1~120-4)에 걸리는 전압값이 높아질수록 LED 그룹(120-1~120-4)에 흐르는 전류의 크기 또한 커지게 된다.　따라서, PWM 제어부(104)는 전류값이 커짐에 따라서, 전류 제어 클록 발생부(107)에서 입력되는 클록 제어 신호에 따라서 LED 드라이버(115-1~115-4)로 출력되는 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시켜 LED 그룹(120-1~120-4)에 단속적으로 전류가 흐르게 함으로써, 전체적으로 LED 그룹(120-1~120-4)에 일정한 전류가 흐르도록 제어한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 예에서는, 입력 전압을 단순히 PWM 제어를 통해서 단속적으로 변환하는 것으로 설명하였다.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, PWM 제어신호의 ON 타임 동안에, DC/DC 컨버터(112)에서 출력되어 LED 그룹(120-1~120-4)으로 입력되는 전압의 크기는 서서히 증가하거나 감소하게 되므로, LED에서 방출하는 빛의 밝기에는 변화가 나타난다. 비록, 일반인의 눈에는 이러한 미세한 밝기의 변화가 명확하게 인지되지 않는다 하더라도, 안정적인 세기의 빛을 출력하기 위해서, 본 발명의 DC/DC 컨버터(112)는 각 LED 그룹(120-1~120-4)에 대응되는 영역에서 출력전압을 해당 LED 그룹(120-1~120-4)의 Vf 값에 대응되는 값으로 승압 또는 강압시켜 출력한다(도 3의 302 참조).
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 DC/DC 컨버터(112)로 입력되는 전압파형(301)과 DC/DC 컨버터(112)에서 출력되는 전압 파형(301)의 일 예를 도시하는 도면이다. 단, 도 3에 도시된 그래프는 실제 PWM 제어에 따라서 단속적으로 출력되는 전압 파형의 포락선을 도시하였음을 주의해야 한다.
도 3을 참조하면, DC/DC 컨버터(112)는 입력되는 전압 파형을 먼저 본원의 LED 그룹(120-1~120-4)에 적합하도록 감압하면서(도 3의 303 참조), 각 LED 그룹(120-1~120-4)이 선택되는 구간의 출력 전압 값이 선택된 LED의 Vf 값보다 낮으면, 도 3의 원안에 도시된 바와 같이, 출력 전압 값을 해당 LED 그룹의 Vf값까지 승압시켜 해당 구간에서는 일정한 전압 값을 출력한다. 도 3에 도시된 예에서, V1은 첫 번째로 선택된 LED 1 그룹(120-1)의 Vf 값에 대응되는 값이고, V2 내지 V4는 LED 2 그룹(120-2) 내지 LED 4 그룹(120-4)의 Vf 값에 대응되는 값이다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로의 구성에 대해서 설명하였다. 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 LED 조명용 통합 전원 집적 회로의 동작 과정을 살펴보면, 먼저, 교류 전원이 정류부(101)로 입력되면, 정류부(101)는 교류 전원을 평활화 되지 않은 직류 전원으로 변환하여 DC/DC 컨버터(112)로 출력한다.
제로 위상 검출부(102)는 정류부(101)에서 출력되는 전압의 크기가 0인 점을 검출하여 PWM 제어부(104)로 출력하는 한편, 입력 전원이 0인 동안에 LED 1 그룹(120-1)을 점등할 수 있도록 LED 1 드라이버(115-1)로 기본 전원을 공급하여 LED 1그룹(120-1)을 점등시키고, PWM 제어부(104)는 LED 1 드라이버(115-1)로 전류 PWM 제어신호를 출력하여 LED 1을 점등시킨다.
전압 제어 클록 발생부(106)는 입력 전압(Vin), DC/DC 컨버터(112)의 출력전압(Vout), 및 LED 1 그룹에 흐르는 전류를 감지하여 전압 PWM 제어신호의 듀티비의 가감을 지시하는 전압 클록 제어신호를 PWM 제어부(104)로 출력하고, PWM 제어부(104)는 전압 클록 제어신호에 따라서 DC/DC 컨버터(112)로 전압 PWM 제어 신호를 출력한다.
DC/DC 컨버터(112)는 전압 PWM 제어 신호에 따라서 단속적으로 입력 전압(Vin)을 변환하여 출력 전압(Vout)을 LED 그룹(120-1~120-4)으로 출력한다. 이 때, 출력 전압 검출부(103)는 실제 출력 전압을 감지하여 PWM 제어부(104)로 출력하고, PWM 제어부(104)는 출력 전압 검출부(103)로부터 입력되는 출력 전압 신호에 따라서 PWM 제어를 수행한다. 이 때, DC/DC 컨버터(112)는 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, PWM 제어부(104)에서 선택한 LED 그룹에 전압이 공급되는 동안에는 해당 LED 그룹의 Vf 값에 대응되도록 전압을 승압시켜 일정한 전압을 출력한다.
또한, 바람직하게는 LED 1 그룹(120-1)을 구성하는 LED 어레이 갯수는 가능한 적게하여, LED 1 그룹(120-1)의 Vf를 낮춰서 LED 점등에 필요한 전압과 점등시간을 짧게하여, 0전압에서부터의 LED 1 그룹(120-1)의 턴온 시간을 줄여 플리커 현상을 감소시킬 수 있다.
한편, 전류 제어 클록 발생부(107)는 LED 1 그룹(120-1)에 흐르는 전류를 감지하여, LED 1 그룹(120-1)으로 입력되는 전압이 증가함에 따라서 LED 1 그룹에 흐르는 전류가 증가하는 것을 방지하고, LED 1 그룹에 일정한 전류가 흐르도록 LED 1 드라이버(115-1)로 출력하는 전류 PWM 제어 신호의 듀티비를 감소시키도록 지시하는 클록 제어신호를 PWM 제어부(104)로 출력하고, PWM 제어부(104)는 전류 제어 클록 발생부(107)로부터 입력되는 클록 제어신호에 따라서 전류 PWM 제어 신호의 듀티비를 감소시켜 LED 1 드라이버(115-1)로 출력한다.
이러한 방식으로, 입력 전압(Vin)이 증가함에 따라서 전압 PWM 제어신호 및 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시켜 LED 1 그룹에 흐르는 전류를 일정하게 유지하다가, 듀티비를 더 이상 감소시킬 수 없는 임계치에 도달하면, PWM 제어부(104)는 다음 LED 2 드라이버(115-2)를 선택하여 전류 PWM 제어 신호를 출력하고, DC/DC 컨버터(112)는 PWM 제어부(104)로부터 입력되는 전압 PWM 제어신호에 따라서 LED 2 그룹(120-2)의 Vf 에 대응되는 전압을 출력함으로써, LED 1 그룹(120-1)은 소등되고 LED 2 그룹(120-2)이 점등된다.
LED 2 그룹(120-2)이 선택된 상태에서 입력 전압이 지속적으로 증가함에 따라서 PWM 제어부(104)는 상술한 방식으로 LED 3 드라이버(115-3) 및 LED4 드라이버(115-4)를 차례로 선택하여, LED 3 그룹(120-3) 및 LED 4 그룹(120-4)을 순차적으로 점등한다.
한편, 입력 전압(Vin)이 감소하기 시작하면, DC/DC 컨버터(112)는 출력 전압을 LED 4의 Vf 에 대응되는 값으로 출력하며, PWM 제어부(104)는 전압 제어 클록 발생부(106)로부터 입력되는 제어신호에 따라서 DC/DC 컨버터(112)로 출력하는 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 증가시킨다. 또한, PWM 제어부(104)는 입력 전압이 감소함에 따라서, LED 4 그룹에 일정한 전류가 흐르도록 LED4 드라이버(115-4)로 입력되는 듀티비를 증가시킨다.
입력 전압이 더 감소함에 따라서 LED 4에 일정한 전류를 유지하기 어려워지면, PWM 제어부(104)는 LED 3 드라이버(115-3)를 선택하여 전류 PWM 제어신호를 출력하고, DC/DC 컨버터(112)로 LED 3의 Vf에 대응되는 전압을 출력하도록 전압 PWM 제어신호를 출력한다. 이렇게 되면, LED 4 그룹은 소등되고, LED 3 그룹이 점등된다.
이러한 방식으로, PWM 제어부(104)는 LED 2 그룹 및 LED 1 그룹을 순차적으로 점등하고, 입력 전압이 0점에 도착하면, 상술한 과정이 반복된다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로의 구성 및 동작에 대해서 설명하였다.
상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명용 통합 전원 집적 회로는 연색성을 향상시키기 위해서 연색성 LED(114) 및 연색성 LED 드라이버(109)를 추가로 포함할 수 있다.
연색성 LED(114)는 LED 조명이 방출하는 빛의 스펙트럼을 확대하여 사물의 색깔이 자연광에서 식별하는 것과 같은 효과를 나타내기 위한 것으로서, 본 발명은 LED 1 그룹 내지 LED 4 그룹에 병렬로 사전에 정의된 색의 LED를 연색성 LED(114)로서 설치하였고, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 적색 LED를 연색성로서 사용하였으나, 적색 이외에 청색 LED 등도 이용될 수 있음은 물론이다.
연색성 LED 드라이버(109)는 연색성 LED(114)로 일정한 전류가 흐르도록 조절하는 기능을 수행한다. 연색성 LED 드라이버(109)는 연색성 LED(114) 양단의 전압을 읽어서 연색성 LED(114)에 흐르는 전류를 측정하고, 측정된 전류 값에 의해서 스스로 PWM 제어를 수행하여 단속적으로 연색성 LED(114)에 흐르는 전류를 제어한다.
지금까지 본 발명의 전원 집적 회로에 입력되는 전원이 교류 전원인 경우를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 전원 집적 회로가 텔레비전에 적용되어, 텔레비전 주 회로로부터 평활화 된 직류 전원을 입력받는 경우에도 동작될 수 있음은 물론이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
101 정류부
102 제로 위상 검출부
103 출력 전압 검출부
104 PWM 제어부
106 전압 제어 클록 발생부
107 전류 제어 클록 발생부
108 가변 제어 클록 발생부
109 연색성 LED 드라이버
110 외부 통신부
112 DC/DC 컨버터
114 연색성 LED
115-1~115-4 LED 드라이버
120-1~120-4 LED 그룹
130 조도 감지부
140 온도 감지부

Claims (12)

  1. 교류 전원을 입력받아 평활화되지 않은 직류 전원을 출력하는 정류부;
    전압 PWM 제어신호에 따라서, 상기 정류부로부터 입력되는 크기가 변화되는 직류 전원의 크기를 복수의 LED 그룹의 Vf 값에 대응되도록 순차적으로 변환하고, 출력 전압의 듀티비를 조절하여 출력하는 DC/DC 컨버터;
    상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전원을 입력받아 점등되고, 서로 직렬로 연결된 복수의 LED 그룹;
    상기 복수의 LED 그룹에 각각 연결되고, 전류 PWM 제어 신호에 따라서 자신이 연결된 LED 그룹에 흐르는 전류를 제어하는 복수의 LED 드라이버; 및
    상기 전압 PWM 제어신호 및 상기 전류 PWM 제어신호를 발생시켜 출력하되, 상기 복수의 LED 그룹 중 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압의 크기에 대응되는 Vf값을 갖는 LED 그룹에 연결된 LED 드라이버로 상기 전류 PWM 제어신호를 출력하고, 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압의 크기가 커질수록 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시키고, 상기 DC/DC 컨버터에서 출력되는 전압의 크기가 작아질수록 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 증가시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터의 입력 전압, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압 및 상기 LED 그룹에 흐르는 전류를 측정하여, 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비의 증가 및 감소를 지시하는 전압 클록 제어신호를 출력하는 전압 제어 클록 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 PWM 제어부는 상기 복수의 LED 그룹에 흐르는 전류의 세기가 커질수록 상기 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 감소시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    사전에 설정된 전류값과 상기 LED 드라이버에서 측정된 상기 LED 그룹에 흐르는 전류를 측정하여, 상기 전류 PWM 제어신호의 듀티비의 증가 및 감소를 지시하는 전류 클록 제어신호를 출력하는 전류 제어 클록 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    주변 조도를 감지하는 조도 감지부;
    조명 기기의 온도를 감지하는 온도 감지부; 및
    상기 조도 및 온도에 따라서 상기 전류 PWM 제어신호 및 상기 전압 PWM 제어신호의 듀티비를 조절하도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하는 가변 제어 클록 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 가변 제어 클록 발생부는
    조명 기기의 온도가 사전에 정의된 온도 이상으로 상승하는 경우에는 LED 그룹으로 전달되는 전원을 차단하도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하고,
    조도가 높아짐에 따라서 LED 그룹의 빛의 세기를 감소시키고, 조도가 낮아짐에 따라서 LED 그룹의 빛의 세기를 증가시키도록 지시하는 가변 제어신호를 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는 출력 전압값이 현재 출력 전압이 공급되는 LED 그룹의 Vf 값보다 낮으면, 상기 Vf값으로 상기 출력 전압값을 조정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    LED 조명의 연색성을 향상시키기 위해서, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 입력받아 소정의 빛을 방출하는 연색성 LED; 및
    상기 연색성 LED에 걸리는 전압을 측정하여 상기 연색성 LED의 전류를 계산하며, 상기 연색성 LED에 흐르는 전류값에 따라서 PWM 제어를 수행하여 상기 연색성 LED에 흐르는 전류를 단속적으로 제어하는 연색성 LED 드라이버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    쌍방향 통신을 수행하여, 외부로부터 원격 제어 명령을 수신하여 상기 PWM 제어부로 출력하는 외부 통신부를 더 포함하고,
    상기 PWM 제어부는 상기 원격 제어 명령에 따라서 전압 PWM 제어신호 및 전류 PWM 제어신호의 듀티비를 변경하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 외부 통신부는
    상기 교류 전원의 전압 값의 0크로스점과 상기 전압 PWM 제어신호에 동기 하여, 상기 교류 전원의 전압 값이 0인 점을 중심으로 소정 범위 내인 저 전위 상태와 상기 전압 PWM 제어 신호의 휴지 시간에 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터로 입력되는 전원의 전압 값이 0이 되는 제로 위상 시점을 검출하여 상기 PWM 제어부로 출력하고,
    상기 DC/DC 컨버터가 정류기로부터 입력되는 입력 전압 값이 0부터 소정의 전압까지의 저전압 구간동안 전압을 LED 그룹을 동작시킬 수 있는 전압까지 승압하는 동안에, 상기 LED 그룹을 동작시킬 수 있는 전원을 공급하는 제로 위상 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명용 통합 전원 집적 회로.
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