KR101406189B1

KR101406189B1 - 발광회로의 구동방법

Info

Publication number: KR101406189B1
Application number: KR1020110108509A
Authority: KR
Inventors: 박병훈; 김희준; 신상현; 김동환; 김선호
Original assignee: 주식회사 우리조명지주
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2014-06-13
Also published as: KR20130044444A

Abstract

본 개시는 각각 적어도 하나의 피엔접합 발광소자를 가지며 서로 직렬연결된 제1 그룹 및 제2 그룹과, 제1 그룹과 제2 그룹 사이에 연결되며 온(on) 상태에서 제2 그룹을 바이패스(bypass)시키는 제1 스위치를 구비하는 발광회로의 구동방법에서, 전압이 주기적으로 상승 및 하강하는 전원을 공급하는 단계; 제1 스위치를 온(on)시킨 상태에서, 공급된 전원에 의해 제1 그룹을 발광시키는 단계; 전압이 제1 그룹을 턴온(turn-on)시키는 제1 발광전압보다는 크고 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 턴온시키는 제2 발광전압보다는 작은 제1 전압에서 제1 스위치를 오프(off)하는 단계; 그리고 제1 스위치가 오프된 상태에서 공급된 전원에 의해 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법에 관한 것이다.

Description

발광회로의 구동방법{DRIVING METHOD OF LIGHT EMITTING CIRCUIT}

본 개시는 전체적으로 발광회로의 구동방법에 관한 것으로, 특히 AC 직접구동형 발광회로의 효율을 향상하고, 균일한 발광을 할 수 있는 발광회로의 구동방법에 관한 것이다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

최근 조명 산업에서 백열전구 및 형광등 외의 기타 여러 조명 장치가 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode) 조명장치로 대체되는 추세에 따라 LED 조명장치에 안정적인 전원공급을 위한 정전류 전원장치의 기술 발전이 두드러지고 있다. LED 조명시장에서의 경쟁력을 갖추기 위해서는 제품가격 하락이 필요한 실정이며, 이를 위하여 원자재 비중의 약 30%를 차지하는 드라이버(Driver)의 저가격화가 적절한 대안으로 떠오르고 있다.

LED 구동방식으로는 DC구동， AC구동， PWM구동으로 분류할 수 있다.

DC 구동을 위해서는 교류전압을 낮은 직류전압으로 바꾸어주는 AC/DC 컨버터 등을 필요로 하게 된다. 이러한 추가적인 회로의 구성은 구동회로를 복잡하게 만들고 추가적인 전력 소모를 야기하며， 제품의 원가를 상승시키고 전체 효율을 낮게 하는 주요 원인이 된다.

DC 구동의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근에는 PWM 구동방식을 이용한 일 예로, 도 1에 도시된 것과 같이, SMPS(Switching Mode Power Supply) 방식의 전원공급장치가 사용된다. SMPS 방식은 온도보상 및 광출력 제어가 간단하고 세밀한 제어가 가능하지만 교류(50㎐~60㎐)를 직류로 변환하여 사용하므로 이에 따른 고난도의 기술이 필요하고, 상용전압에서는 회로가 복잡하다는 단점이 있다.

이에 따라 LED 드라이버의 가격을 낮추기 위한 방법으로, 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이, SMPS를 이용하지 않고 교류 전원으로 LED를 직접구동하는 AC 직접 구동형 LED 드라이버가 개시되어 있다.

AC 직접 LED 구동방식은 특별한 능동소자를 사용하지 않고 수동소자만을 사용하여 교류전원으로 LED를 구동할 수 있는 장점이 있다. 이 방식에서는 교류전원을 직류전원으로 바꾸기 위한 컨버터가 필요하지 않게 되어 부품의 소형화 및 저가격화가 획기적으로 이루어질 수 있다. 또한, 회로의 복잡도가 줄어들게 되어 고장에 따른 유지비용을 절감할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 것과 같은 종래의 AC 직접 구동형 LED드라이버는 계단형태의 전류흐름을 가져서 역률을 개선하는 데 큰 효과가 있었다. 그러나 계단형태의 전류 모양을 만들기 위한 구동회로는 그 구성이 복잡할 뿐만 아니라 LED 그룹별 전류를 불균등하게 만들어 LED 그룹간 조도가 불균일하게 되는 문제점이 있었다.

또한 종래의 AC 직접 구동형 LED드라이버는 리니어 방식의 정전류 회로를 포함하고 있는데, 리니어 방식의 정전류 회로에서 발생하는 손실은 입력전압 변동에 따른 전체손실의 95%이상을 차지한다. 따라서 스위치 회로를 이용하여 발광될 LED의 개수를 입력전압에 따라 조절함으로써 효율 및 역률 향상을 꾀하고 있다. 그러나 AC 직접 구동형 LED드라이버가 다른 구동방식에 비해 경쟁력을 갖기 위해서는 효율 및 역률을 더욱 향상할 필요가 있다.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.

여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 각각 적어도 하나의 피엔접합 발광소자를 가지며 서로 직렬연결된 제1 그룹 및 제2 그룹과, 제1 그룹과 제2 그룹 사이에 연결되며 온(on) 상태에서 제2 그룹을 바이패스(bypass)시키는 제1 스위치를 구비하는 발광회로의 구동방법에서, 전압이 주기적으로 상승 및 하강하는 전원을 공급하는 단계; 제1 스위치를 온(on)시킨 상태에서, 공급된 전원에 의해 제1 그룹을 발광시키는 단계; 전압이 제1 그룹을 턴온(turn-on)시키는 제1 발광전압보다는 크고 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 턴온시키는 제2 발광전압보다는 작은 제1 전압에서 제1 스위치를 오프(off)하는 단계; 그리고 제1 스위치가 오프된 상태에서 공급된 전원에 의해 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법이 제공된다.

도 1은 PWM 구동회로의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 SMPS를 사용하지 않는 AC 구동회로의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 발광회로의 구동방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 개시된 발광회로의 구동방법이 적용되는 발광회로의 일 예를 나타내는 블록도,
도 5는 도 4에서 설명된 발광회로의 일 예를 나타내는 회로도,
도 6은 도 5에 도시된 발광회로에서 OCP 회로의 동작을 설명하는 도면,
도 7은 스위치 제어회로의 출력신호와 스위치에 인가되는 구동신호의 파형의 일 예를 나타내는 도면,
도 8은 도 5에 도시된 발광회로의 이론적 동작 파형을 설명하는 도면,
도 9는 도 8에서 입력전압과 OPC 회로의 양단 전압의 관계를 설명하는 도면,
도 10, 11 및 12는 시간 구간별로 발광회로의 동작을 나타내는 도면들,
도 13은 입력전압과 입력전류의 모양에 따른 역률을 설명하는 도면,
도 14는 발광회로의 구동방법에 따라 5W급 LED 발광회로의 전력분석 결과를 나타내는 도면,
도 15는 디밍실험의 결과를 나타내는 도면,
도 16은 본 개시에 따른 발광회로의 구동방법이 적용되는 발광회로의 다른 예를 나타내는 도면.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).

도 3은 본 개시에 따른 발광회로의 구동방법의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 3에 개시된 발광회로의 구동방법이 적용되는 발광회로의 일 예를 나타내는 블록도이다.

발광회로(100)는 정류회로(120), 정전류회로(130), 복수의 그룹(G1, G2, G3), 그룹 사이에 연결된 스위치(SW1, SW2) 및 스위치 제어회로(150)를 포함한다.

각각의 그룹(G1, G2, G3)은 적어도 하나의 피엔접합 발광소자(141)를 포함한다. 피엔접합 발광소자(141)는 LED(Light Emitting Diode)를 그 대표적인 예로 하며, 이외에도 LD(Laser Diode) 등을 예로 들 수 있다. 이하 LED(141)를 예로 하여 설명한다. 인쇄회로기판에 LED(141)가 실장되어 하나의 그룹이 형성되거나, 하나의 인쇄회로기판에 실장된 LED(141)가 복수의 그룹으로 그룹핑될 수 있다.

각 그룹(G1, G2, G3) 내의 LED(141)는 직렬 또는 병렬 연결될 수 있으며, 각 그룹(G1, G2, G3)에 포함된 LED(141)의 개수는 서로 동일하거나 다를 수 있다. 복수의 그룹(G1, G2, G3)은 직렬연결되며, 스위치 제어회로(150)에 의해 각 스위치(SW1, SW2)가 온 및 오프됨에 따라 각 그룹(G1, G2, G3)의 발광이 제어된다.

공급된 전원은 정류회로(120)에 의해 정류되어 그룹(G1)에 공급된다. 그룹(G1)에 전류가 흐를 때 전류는 정전류회로(130)에 의해 일정하게 제어된다.

발광회로(100)의 구동방법에서, 먼저 전압이 주기적으로 상승 및 하강하는 전원을 공급한다(S3). 전압이 주기적으로 상승 및 하강하는 전원은, 예를 들어, 교류전원에 의해 공급된다.

계속해서, 공급된 교류는 정류회로(120)에 의해 맥류로 변환된다(S5). 정류회로(120)는 브릿지 다이오드를 구비할 수 있으며, 도 4에 도시된 것과 같이, 교류가 맥류로 변환된다.

교류를 공급하고 맥류로 변환하는 것을 하나의 과정으로서 주기적으로 상승 및 하강하는 전원을 공급하는 단계로 보아도 무방하다.

주기적으로 전압이 상승 및 하강하는 전원의 일 예로 도 4에 맥류가 도시되어 있지만, 이러한 전원의 파형은 정류회로(120)의 구성을 변경함에 따라 도 4에 도시된 것과 다르게 다양한 형태로 변형될 수 있다.

도 5는 도 4에서 설명된 발광회로(100)의 일 예를 나타내는 회로도이다.

도 5에는 도 4에 블록도로 나타낸 발광회로(100)에 대응하는 실재적인 발광회로가 나타나 있다.

발광회로(100)는 직렬연결된 제1 그룹(G1), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)을 구비하며, 각 그룹별 LED(141)의 개수 및 배열은, 예를 들어, 그룹에 따라 제1 그룹(G1)에는 직렬로 연결된 22개 LED(141)가 병렬된 2개의 어레이로， 제2 그룹(G2)는 8개 LED(141)가 직렬로, 제3 그룹(G3)는 11개 LED(141)가 직렬로 구성될 수 있다.

정전류회로(130)의 일 예로 과전류보호(OCP; over current protection) 회로(130)가 나타나 있고, OCP회로(130)는 제1 그룹(G1), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)이 한 개의 OCP회로(130)만을 사용할 수 있도록 제1 그룹(G1)의 앞쪽에 위치한다. 이와 다르게, 정전류회로(130)는 제1 그룹(G1), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)의 뒤에 전류 경로가 합쳐지는 곳에 하나가 위치할 수도 있다. 도 5에 도시된 발광회로는, 예를 들어, 40mA로 정전류 제어를 수행한다. 따라서 전체적으로 LED(141)에는 40mA의 전류가 흐르게 되며 제1 그룹(G1)은 병렬구조로 인하여 제1 그룹(G1)의 각 LED(141)는 20mA의 전류가 흐른다.

도 5에는 가변저항과 비교기(comparator; OP-AMP로 표시됨)를 구비하는 스위치 제어회로(150)가 예시되어 있다. 본 개시에서는 스위치의 오프시간을 종래와 다르게 제어하여 발광회로(100)의 효율을 향상하는 특징을 가진다. 스위치의 오프시간의 제어는, 예를 들어, 가변저항을 조절하여 비교기의 기준전압을 설정하여 이루어질 수 있다.

제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 스위치 제어회로(150)의 비교기의 입력전압과 기준전압의 비교동작에 의한 신호에 의하여 온 및 오프되어 제1 그룹(G1), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)으로 흐르는 전류의 경로를 바꾸어준다.

제1 스위치(SW1)는 제1 그룹과 제2 그룹 사이에 연결되고, 제2 스위치(SW2)는 제2 그룹과 제3 그룹 사이에 연결된다. 제1 스위치(SW1)가 온되면 제2 그룹은 바이패스(bypass)되며, 제2 스위치(SW2)가 온되면 제3 그룹이 바이패스 된다.

도 6은 도 5에 도시된 발광회로(100)에서 OCP회로(130)의 동작을 설명하는 도면이다.

도 6에 도시된 OCP회로(130)는 TR1의 특성 곡선에 따라 동작하여 Q1의 베이스단으로 흐르는 전류를 제어한다. OCP회로(130)의 동작은 입력전압이 상승함에 따라 Va의 전압이 증가하고 Q1의 베이스 전류는 증가한다. 따라서 Q1이 액티브(active) 영역에서 온되어 Q1의 컬렉터에서 이미터로 전류가 흐르게 된다. Q1으로 흐르는 전류에 의하여 V2의 전압이 증가하게 되고 TR1의 베이스단에 전류가 흘러 TR1이 온되어 전류가 도통하게 되면 V1의 전압이 0에 가깝게 되고 이에 따라 Q1에 흐르는 전류는 차단된다. 그 결과 회로에 흐르는 전류가 일정하게 유지된다.

도 7은 스위치 제어회로(150)의 출력신호와 스위치에 인가되는 개폐신호의 파형의 일 예를 나타내는 도면이다.

비교기는 입력전압과 기준전압의 비교동작에 의해 신호를 출력한다. 제1 스위치(SWl)과 제2 스위치(SW2)는 입력전압의 크기에 따라 시간차를 두어 구동되어야 하기 때문에 비교기는, 도 7a에 도시된 것과 같이, 각각의 비교기준전압에 의하여 동작된다. 도 7b에는 반전된 스위치 개폐신호(sg1, sg2; 도 5참조)가 나타나 있으며, 각각 제1 스위치(SWl)와 제2 스위치(SW2)에 각각 입력되어야 할 개폐신호를 나타낸다. 스위치의 온/오프 주기는, 예를 들어, 120 Hz이다.

도 8은 도 5에 도시된 발광회로(100)의 이론적 동작 파형을 설명하는 도면이다. 도 9는 도 8에서 입력전압과 OCP회로(130)의 양단 전압의 관계를 설명하는 도면이다.

도 10, 11 및 12는 시간 구간 별로 발광회로(100)의 동작을 나타내는 도면들이다.

도 8 내지 도 12는 공급된 맥류에 의해 발광회로(100)가 발광하는 동작을 설명한다.

시간 구간 t0≤t<t1 동안, 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같이, 제1 스위치(SW1)과 제2 스위치(SW2)가 온되고 제1 그룹(G1)의 양단전압은 입력전압의 변화에 따라 증가한다. 이 구간에서의 입력전압은 제1 그룹(Gl)이 턴온(turn-on)되는 제1 발광전압(V(G1)on); 도 9 참조)보다 낮으므로, 도 10a에 도시된 것과 같이, 발광회로(100)는 발광하지 않는다.

다음으로 t1≤t<t2 동안, 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같이, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 온되어 있는 상태에서 제1 그룹(G1)의 양단전압이 제1 발광전압(V(G1)on)을 넘는 순간, 도 10b에 도시된 것과 같이, 제1 그룹(G1)을 발광시킬 수 있는 전류가 흐르게 되어 제1 그룹(G1)에 불이 켜진다(S10). 이 때, 제1 그룹(G1) 에 흐르는 전류는 OCP회로(130)에 의하여 정전류 제어된다.

제1 그룹(G1)이 발광된 후 t<t2에서, 입력전압이 제1 발광전압(V(G1)on)보다는 크고 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 턴온시키는 제2 발광전압(V(G1+G2)on)보다는 작은 제1 전압(V1)에서 제1 스위치(SW1)를 오프한다(S20). 이때, 입력전압이 제2 발광전압(V(G1+G2)on)보다 낮으므로 발광회로(100)는 빛을 내지 않는다.

계속해서 t2≤t<t3 동안, 제1 스위치(SW1)를 오프한 상태로 t=t2에서 입력전압이 제2 발광전압(V(G1+G2)on)을 넘어서면, 도 11a에 도시된 것과 같이, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)을 발광시킬 수 있는 전류가 흘러 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)가 함께 발광한다(S30).

이론적으로는 t<t2에서 제1 스위치(SW1)를 오프하면 발광회로(100)가 꺼지고, t=t2에서 발광회로(100)가 다시 불이 켜지지만 육안으로는 깜박임을 느낄 수 없다.

이후, 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)이 함께 발광된 후, t<t3에서 입력전압이 제2 발광전압(V(G1+G2)on)보다는 크고 제1 그룹(G1), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)을 함께 턴온시키는 제3 발광전압(V(G1+G2+G3)on)보다는 작은 제2 전압(V2)에서 제2스위치를 오프한다(S40). 이때, 입력전압이 제3 발광전압(V(G1+G2+G3)on)보다 낮으므로 발광회로(100)는 발광하지 않는다.

다음으로, t3≤t≤t4 동안, 제2 스위치(SW2)를 오프한 상태(제1 스위치(SW1)는 오프되어 있음)로 t=t3에서 입력전압이 제2 발광전압(V(G1+G2)on)을 넘어서면, 도 11b에 도시된 것과 같이, 제1 그룹(G1), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)을 발광시킬 수 있는 전류가 흘러 제1 그룹(G1), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)가 함께 발광한다(S50).

제2 스위치(SW2)를 오프한 후 입력전압이 제3 발광전압(V(G1+G2+G3)on)을 넘어서는 과정에서 이론적으로 발광회로(100)가 꺼졌다가 다시 턴온된다. 입력전압이 정점을 지나 t=t4에서 다시 제3 발광전압(V(G1+G2+G3)on)이 되기까지 제1 그룹(Gl), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)이 함께 발광한다.

다음으로, t4<t≤t5동안, 전압이 제2 발광전압(V(G1+G2)on)보다는 크고 제3 발광전압(V(G1+G2+G3)on)보다는 작은 제3 전압(V3)에서 제2 스위치(SW2)를 온하여, 도 12a에 도시된 것과 같이, 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)이 함께 발광한다(S60). t4<t에서는 전압이 제3 발광전압(V(G1+G2+G3)on)보다 낮아지므로 제2 스위치(SW2)가 온되기 전에는 이론적으로는 발광회로(100) 전체가 꺼지며, 제2 스위치(SW2)가 온되면서 발광회로(100)의 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)이 다시 턴온되지만 육안으로는 깜박임을 느낄 수 없다.

계속해서, t5<t≤t6에서 입력전압이 제1 발광전압(V(G1)on)보다는 크고 제2 발광전압(V(G1+G2)on)보다는 작은 제4 전압(V4)에서 제1 스위치(SW1)를 온하여, 도 12b에 도시된 것과 같이, 제2 그룹(G2)은 꺼지고 제1 그룹(G1)만 발광한다(S70). t5<t에서는 입력전압이 제2 발광전압(V(G1+G2)on)보다 낮아지므로 제1 스위치(SW1)가 온되기 전에는 이론적으로 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)가 꺼졌다가 제1 스위치(SW1)가 온되면서 제1 그룹(G1)만 다시 턴온된다.

이후, t6<t≤t7 동안, 입력전압이 제1 발광전압(V(G1)on)보다 낮아져 발광회로(100)에는 발광시킬 만큼의 전류가 흐르지 않게 되고 발광회로(100)는 꺼진다.

전압의 주기적 변동에 따라 상기 t0-t7의 과정이 반복된다.

발광회로(100)의 효율은 입력전력과 LED(141)에서 소비전력의 비로 표현할 수 있다. 따라서 전체 손실은 LED(141)에서 소비전력을 제외한 OCP회로(130)에서의 손실과 스위치 제어회로(150)의 손실로 나타낼 수 있다. 그 중 전체 손실의 95% 이상을 차지하는 OCP회로(130)의 손실을 줄이는 것이 효율 향상에 매우 중요하다.

다시 도 9를 참조하면, OCP회로(130)에 걸리는 전압과 전류의 곱이 OCP회로(130)의 손실로 볼 수 있다. 그런데 전류는 정전류 제어되므로 도 9에 도시된 OCP회로(130)에 걸리는 전압의 파형과 수평축이 이루는 면적이 작아질수록 손실이 감소하여 발광회로(100)의 효율이 상승한다.

본 개시에서는 전술된 것과 같이, 입력전압의 상승기에는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 각각 입력전압이 제1 발광전압(V(G1)on) 및 제2 발광전압(V(G1+G2)on)에 도달하기 전에 오프되고, 입력전압의 하강기에는 제2 스위치(SW2) 및 제1 스위치(SW1)가 각각 입력전압이 제2 발광전압(V(G1+G2)on) 및 제1 발광전압(V(G1)on)에 도달한 이후에 온된다. 이와 같이 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 오프 또는 온 시간을 제어함에 따라 도 9에 도시된 OCP회로(130)에 의한 손실의 면적이 빗금친 부분만큼 감소함을 알 수 있다. 그 결과 발광회로(100)의 효율이 향상된다.

또한, 본 개시에서는 선택적으로 제1 그룹(G1)의 LED(141) 개수를 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)보다 많게 구성하였다. 이로 인해 도 9에 도시된 것과 같이 제1 발광전압(V(G1)on)이 상승하여 OCP회로(130)에 걸리는 전압의 상승 시작점이 늦추어 지고, 그 결과 OCP회로(130)에 의한 손실 면적이 감소되어 효율이 향상된다.

도 13은 입력전압과 입력전류의 모양에 따른 역률을 설명하는 도면이다.

역률이란 피상전력에 대한 유효전력의 비율을 의미하며, 전기기기에 실제로 걸리는 전압과 전류가 얼마나 유효하게 일을 하는가 하는 비율을 의미한다. 역률이 크다는 것은 유효전력이 피상전력에 근접하는 것으로서 부하측에서 보면 같은 용량의 전기기기를 최대한 유효하게 이용하는 것을 의미한다.

일반적으로 역률은 전압과 전류의 위상이 얼마나 일치하는가로 말할 수 있다. 도 13은 발광회로의 동작시 전류 위상을 전압에 일치되는 정도를 증가시키는 방법을 나타내는데, 역률은 도 13에서와 같이 입력전압과 입력전류 사이의 간격이 좁아질수록 개선된다.

도 14는 발광회로(100)의 구동방법에 따라 5W급 LED(141) 발광회로(100)의 전력분석 결과를 나타내는 도면이다.

5W급 발광회로(100)의 제1 그룹(G1)에는 22개 LED(141)를 직렬+병렬로，제2 그룹(G2)는 8개 LED(141)를 직렬로， 제3 그룹(G3)는 11개 LED(141)를 직렬로 구성하였다. OCP회로(130)의 손실율 감안하여 제1 스위치(SW1)의 오프동작 전압은 입력전압이 약 66V일 때， 제2 스위치(SW2)의 오프동작 전압은 약 82V일 때로 정하였다. 비교기의 양(+)단자의 전압은 다이오드 출력전압올 전압분배하여 최고치를 3V로 낮추어 입력하였다. 비교기의 음(-)단자에 설정되는 기준전압은 스위치 구동전원을 전압분배하여 제1 스위치(SW1)가 입력전압이 약 66V가 될 때，제2 스위치(SW2)는 입력전압이 약 82V될 때 오프되도록 설정하였다.

도 14에는 본 개시에 따라 발광회로(100)를 구동한 결과로서 발광회로(100)의 입력전압(매끄러운 사인파형)과 입력전류가 나타나 있다. 도 14a는 종래의 AC 직접 구동 방식의 결과를 보여주고, 도 14b는 본 개시에 따른 발광회로(100)의 구동방법의 결과를 나타낸다.

도 14a에 나타난 종래의 계단형태의 전류파형을 만들지 않고도 도 14b에 도시된 것과 같이 입력전압과 입력전류의 간격이 더 좁아져 역률이 개선됨을 알 수 있다.

또한, 본 개시에 따른 발광회로(100)의 구동방법에서는 각 그룹(G1, G2, G3)에 동일한 전류가 흐르게 되므로 밝기의 불평형은 일어나지 않는다. 한편, 스위치 오프/온 시간을 발광회로의 구동방법과 같이 제어할 때 전류가 흐르는 시간이 짧아져서 밝기 감소가 발생할 가능성이 있지만 LED(141)를 직렬로 배열하고 짧은 시간 더 큰 전류를 흘려 밝기 감소가 발생하지 않도록 문제를 해결하였다.

도 15는 디밍실험의 결과를 나타내는 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 개시에 따른 발광회로(100)의 구동과 함께 디밍실험시 최저 디밍레벨과 최고레벨에서 LED(141)의 디밍동작이 이루어짐을 알 수 있다. 이 조광실험을 통해 발광회로의 구동방법에서도 위상제어 디밍동작이 정상적으로 이루어짐을 알 수 있다.

도 16은 본 개시에 따른 발광회로의 구동방법이 적용되는 발광회로의 다른 예를 나타내는 도면이다.

발광회로의 구동방법은 교류를 이용한 양방향 구동회로에도 적용될 수 있다. 발광회로(500)는 브릿지 다이오드를 이용한 정류회로를 사용할 필요가 없고, 제1 그룹(G1), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)과는 병렬로 역방향으로 제4 그룹(G4), 제5 그룹(G5) 및 제6 그룹(G6)이 추가된 것을 제외하고는 도 5에 도시된 발광회로(100)와 유사하다. 제4 그룹(G4), 제5 그룹(G5) 및 제6 그룹(G6)은 직렬연결되어 있고, 제2 스위치(SW2)는 제4 그룹(G4)과 제5 그룹(G5) 사이에 연결되고, 제1 스위치(SW1)는 제5 그룹(G5)과 제6 그룹(G6) 사이에 연결되어 있다.

예를 들어, 전압이 순방향일 때 직렬연결된 제1 그룹(G1), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)이 도 3 내지 도 12에서 설명된 발광회로의 구동방법과 실질적으로 동일하게 구동되고, 전압이 역방향일 때 직렬연결된 제4 그룹(G4), 제5 그룹(G5) 및 제6 그룹(G6)이 도 3 내지 도 12에서 설명된 발광회로의 구동방법과 실질적으로 동일하게 구동될 수 있다. 다만 역방향 구동에서는 제2 스위치(SW2)가 제1 전압에서 오프되고, 제4 전압에서 온되어 순방향 구동에서의 제1 스위치(SW1)와 같은 방식으로 동작하고, 제1 스위치(SW1)가 제2 전압에서 오프되고, 제3 전압에서 온되어 순방향 구동에서의 제2 스위치(SW2)와 같은 방식으로 동작한다. 스위치 제어회로(150)에서는 이와 같이 순방향/역방향 구동을 위한 스위치 개폐신호(sg1, sg2)를 출력할 수 있다.

이하, 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.

(1) 제1 스위치를 오프하는 단계는 비교기의 입력전압과 기준전압의 비교동작에 의한 스위치 개폐신호에 의하여 이루어지며, 비교기의 기준전압은 가변저항에 의해 조절되어 전원의 전압이 제1 전압일 때 제1 스위치가 오프되도록 설정된 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.

(2) 전원을 공급하는 단계에서 공급된 교류를 정류회로에 의해 맥류로 변환하는 단계; 그리고 제1 그룹에 연결된 과전류보호(Over Current Protection)회로에 의해 정전류 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.

(3) 발광회로는 제2 그룹과 직렬연결된 제3 그룹과, 제2 그룹 및 제3 그룹 사이에 연결되며 온 상태에서 제3 그룹을 바이패스(bypass)시키는 제2 스위치를 더 포함하며, 제1 스위치가 오프되는 단계와, 제1 그룹과 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계에서, 제2 스위치는 온 상태인 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.

(4) 전압이 제2 발광전압보다는 크고 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 턴온시키는 제3 발광전압보다는 작은 제2 전압에서 제2 스위치를 오프하는 단계; 그리고 제2 스위치를 오프시킨 상태에서 공급된 전원에 의해 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.

(5) 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 발광시키는 단계 이후,

전압이 제2 발광전압보다는 크고 제3 발광전압보다는 작은 제3 전압에서 제2 스위치를 온하여 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.

(6) 제2 스위치를 온하여 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계 이후, 전압이 제1 발광전압보다는 크고 제2 발광전압보다는 작은 제4 전압에서 제1 스위치를 온하여 제1 그룹을 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.

(7) 제1 그룹이 제2 그룹보다 많은 개수의 피엔접합 발광소자를 가지는 것을 특징으로 하는 발광회로 구동방법.

(8) 제1 그룹이 제2 그룹 및 제3 그룹보다 많은 개수의 피엔접합 발광소자를 가지며, 제1 그룹은 병렬연결된 복수의 어레이를 포함하며, 각 어레이는 직렬연결된 복수의 피엔접합 발광소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광회로 구동방법.

(9) 전원을 공급하는 단계에서 공급된 교류를 정류회로에 의해 맥류로 변환하는 단계; 정류회로와 제1 그룹 사이에서 제1 그룹에 연결된 과전류보호(Over Current Protection)회로에 의해 정전류 제어하는 단계; 맥류의 전압이 제2 발광전압보다는 크고 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 턴온시키는 제3 발광전압보다는 작은 제2 전압에서 제2 스위치를 오프하는 단계; 제2 스위치를 오프시킨 상태에서 공급된 맥류에 의해 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 발광시키는 단계; 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 발광시키는 단계 이후, 맥류의 전압이 제3 발광전압보다 작고 제2 발광전압보다는 큰 제3 전압에서 제2 스위치를 온하여 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계; 그리고 맥류의 전압이 제2 발광전압보다 작고 제1 발광전압보다는 큰 제4 전압에서 제1 스위치를 온하여 제1 그룹을 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치의 구동방법.

(10) 발광회로는 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹과 병렬로 역방향으로 연결된 제4 그룹, 제5 그룹 및 제6 그룹을 더 포함하며, 제2 스위치는 제4 그룹과 제5 그룹 사이에 연결되고, 제1 스위치는 제5 그룹과 제6 그룹 사이에 연결되며, 전원을 공급하는 단계에서 공급된 교류의 순방향에서 직렬연결된 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 구동하고, 교류의 역방향에서 직렬연결된 제4 그룹, 제5 그룹 및 제6 그룹을 구동하며, 역방향 구동에서 제2 스위치는 제1 전압에서 오프되고, 제4 전압에서 온되며, 역방향 구동에서 제1 스위치는 제2 전압에서 오프되고, 제3 전압에서 온되어 양방향으로 구동하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.

본 개시에 따른 다른 발광회로의 구동방법에 의하면, AC 직접 구동형 발광회로의 효율 및 역률이 향상된다.

또한, AC 직접 구동형 발광회로의 LED 그룹별 발광이 균등하게 된다.

100 : 발광회로 120 : 정류회로
130 : 정전류 회로 140 : LED
150 : 스위치 제어회로 G1, G2, G3 : 그룹

Claims

각각 적어도 하나의 피엔접합 발광소자를 가지며 서로 직렬연결된 제1 그룹 및 제2 그룹과, 제1 그룹과 제2 그룹 사이에 연결되며 온(on) 상태에서 제2 그룹을 바이패스(bypass)시키는 제1 스위치를 구비하는 발광회로의 구동방법에서,
전압이 주기적으로 상승 및 하강하는 전원을 공급하는 단계;
제1 스위치를 온(on)시킨 상태에서, 공급된 전원에 의해 제1 그룹을 발광시키는 단계;
전압이 제1 그룹을 턴온(turn-on)시키는 제1 발광전압보다는 크고 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 턴온시키는 제2 발광전압보다는 작은 제1 전압에서 제1 스위치를 오프(off)하는 단계; 그리고
제1 스위치가 오프된 상태에서 공급된 전원에 의해 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계;를 포함하고,
발광회로는 제2 그룹과 직렬연결된 제3 그룹과, 제2 그룹 및 제3 그룹 사이에 연결되며 온 상태에서 제3 그룹을 바이패스(bypass)시키는 제2 스위치를 더 포함하며,
전압이 제2 발광전압보다는 크고 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 턴온시키는 제3 발광전압보다는 작은 제2 전압에서 제2 스위치를 오프하는 단계; 그리고, 제2 스위치를 오프시킨 상태에서 공급된 전원에 의해 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 발광시키는 단계;를 포함하고,
제1 스위치가 오프되는 단계와, 제1 그룹과 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계에서, 제2 스위치는 온 상태이며,
전압의 상승에 따라, 제1 그룹, 제1, 2 그룹, 그리고 제1, 2, 3 그룹을 정전류 제어를 통해 순차적으로 발광시키되,
제1 발광전압보다는 크고 제2 발광전압보다는 작은 제1 전압에서 제1 스위치가 오프(off)됨에 따라, 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹 중 어느 것도 발광되지 않고,
제2 발광전압보다는 크고 제3 발광전압보다는 작은 제2 전압에서 제2 스위치가 오프(off)됨에 따라, 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹 중 어느 것도 발광되지 않는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.
청구항 1에 있어서,
제1 스위치를 오프하는 단계는 비교기의 입력전압과 기준전압의 비교동작에 의한 스위치 개폐신호에 의하여 이루어지며, 비교기의 기준전압은 가변저항에 의해 조절되어 전원의 전압이 제1 전압일 때 제1 스위치가 오프되도록 설정된 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.
청구항 1에 있어서,
전원을 공급하는 단계에서 공급된 교류를 정류회로에 의해 맥류로 변환하는 단계; 그리고
제1 그룹에 연결된 과전류보호(over current protection)회로에 의해 정전류 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.
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청구항 1에 있어서,
제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 발광시키는 단계 이후,
전압이 제2 발광전압보다는 크고 제3 발광전압보다는 작은 제3 전압에서 제2 스위치를 온하여 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.
청구항 6에 있어서,
제2 스위치를 온하여 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계 이후,
전압이 제1 발광전압보다는 크고 제2 발광전압보다는 작은 제4 전압에서 제1 스위치를 온하여 제1 그룹을 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.
청구항 1에 있어서,
제1 그룹이 제2 그룹보다 많은 개수의 피엔접합 발광소자를 가지는 것을 특징으로 하는 발광회로 구동방법.
청구항 1에 있어서,
제1 그룹이 제2 그룹 및 제3 그룹보다 많은 개수의 피엔접합 발광소자를 가지며, 제1 그룹은 병렬연결된 복수의 어레이를 포함하며, 각 어레이는 직렬연결된 복수의 피엔접합 발광소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광회로 구동방법.
청구항 1에 있어서,
전원을 공급하는 단계에서 공급된 교류를 정류회로에 의해 맥류로 변환하는 단계;
정류회로와 제1 그룹 사이에서 제1 그룹에 연결된 과전류보호(Over Current Protection)회로에 의해 정전류 제어하는 단계;
맥류의 전압이 제2 발광전압보다는 크고 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 턴온시키는 제3 발광전압보다는 작은 제2 전압에서 제2 스위치를 오프하는 단계;
제2 스위치를 오프시킨 상태에서 공급된 맥류에 의해 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 발광시키는 단계;
제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 함께 발광시키는 단계 이후, 맥류의 전압이 제3 발광전압보다 작고 제2 발광전압보다는 큰 제3 전압에서 제2 스위치를 온하여 제1 그룹 및 제2 그룹을 함께 발광시키는 단계; 그리고
맥류의 전압이 제2 발광전압보다 작고 제1 발광전압보다는 큰 제4 전압에서 제1 스위치를 온하여 제1 그룹을 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.
청구항 7에 있어서,
발광회로는 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹과 병렬로 역방향으로 연결된 제4 그룹, 제5 그룹 및 제6 그룹을 더 포함하며, 제2 스위치는 제4 그룹과 제5 그룹 사이에 연결되고, 제1 스위치는 제5 그룹과 제6 그룹 사이에 연결되며,
전원을 공급하는 단계에서 공급된 교류의 순방향에서 직렬연결된 제1 그룹, 제2 그룹 및 제3 그룹을 구동하고, 교류의 역방향에서 직렬연결된 제4 그룹, 제5 그룹 및 제6 그룹을 구동하며, 역방향 구동에서 제2 스위치는 제1 전압에서 오프되고, 제4 전압에서 온되며, 역방향 구동에서 제1 스위치는 제2 전압에서 오프되고, 제3 전압에서 온되어 양방향으로 구동하는 것을 특징으로 하는 발광회로의 구동방법.