KR101516576B1 - 히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치 - Google Patents

히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치 Download PDF

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천준필
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Abstract

히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치를 개시한다.
입력전압이 변동함에도 정적으로 각 스위치 모듈을 스위칭하여 엘이디 전력을 일정하게 유지하도록 하는 히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치를 제공한다.

Description

히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치{LED Lighting Apparatus With Hysteresis Control}
본 실시예는 히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 입력전압이 변동함에도 정적(Static)으로 각 스위치 모듈을 스위칭하여 엘이디 전력을 일정 범위 내에서 동작하도록 하는 히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아님을 밝혀둔다.
엘이디(LED: Light Emitting Diode)는 전력 소모가 작고 반영구적으로 긴 수명을 가지며 기존의 형광등에 필적할 정도의 휘도(Brightness)특성을 갖는 장점이 존재하므로, 현재 활발한 연구가 이루어지고 있으며 차츰 조명 광원으로서 방전등을 대체하는 엘이디 조명등(엘광등)으로 널리 사용되고 있는 추세다.
이러한, 엘이디 구동을 위한 회로에 피드백(Feedback)을 이용한 능동소자(예컨대, 증폭기, 스위치 소자, 비교기 등)가 없는 단순 수동소자만을 이용하는 경우 입력전압 변동 시 출력 특성이 변한다. 이는 원하지 않는 전력(Power)에서 동작하거나 역률(Power Factor), 총 고조파 왜율(THD: Total Harmonic Distortion) 등의 기준에서 벗어나 엘이디 구동회로의 신뢰성을 저하시키는 문제가 있다.
본 실시예는 입력전압이 변동함에도 정적으로 각 스위치 모듈을 스위칭하여 엘이디 전력을 일정 범위 내에서 동작하도록 하는 히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 고조파(Harmonic) 감쇄, 역률(Power Factor) 조절 또는 전류 제한을 위해 입력 전원 포트와 연결되는 필터부; 상기 필터부의 출력에 연결되어, 상기 필터부에서 발생한 교류 전류를 직류 전류로 정류하는 정류부; 상기 정류부의 양단에 직렬로 연결된 발광 다이오드 어레이(LED(Light Emitting Diode) Array)를 포함하며, 상기 정류부에서 발생한 출력전압(VO)을 수신하여 동작하는 엘이디 부하회로; 및 상기 엘이디 부하회로의 일부와 병렬로 연결되며, 상기 출력전압(VO)에 의해 생성된 센싱출력(Vc)을 이용하여 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치를 제공한다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 스위칭부는, 상기 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 1 비율로 상기 센싱출력(Vc)을 발생하고, 상기 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 2 비율로 제 2 센싱출력(VR2)을 발생하는 전압 분배부; 일단으로 상기 센싱출력(Vc)이 입력되는 정전압부; 구동전원(Vcc) 입력단, (+) 입력단, (-) 입력단 및 출력단을 구비하며, 상기 센싱출력(Vc)을 상기 구동전원(Vcc) 입력단으로 인가받으며, 상기 제 2 센싱출력(VR2)을 상기 (+) 입력단으로 입력받고, 상기 정전압부의 일단이 상기 (-) 입력단에 연결되는 차동증폭기; 상기 차동증폭기의 상기 출력단의 출력레벨에 따라 온 또는 오프로 스위칭하며, 일단이 상기 센싱출력(Vc)에 연결되는 제 2 스위치(Q3); 및 상기 제 2 스위치(Q3)의 일단의 전압에 의해 스위칭을 제어하며, 상기 발광 다이오드 어레이의 일부와 병렬로 연결되어 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭하는 제 1 스위치(Q4)를 포함한다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 정전압부는 상기 센싱출력(Vc)이 입력되는 일단의 전압이 소정의 레벨까지 상기 출력전압(VO)에 비례하는 전압을 인가하나, 상기 출력전압(VO)의 레벨이 소정의 크기를 초과하는 경우 상기 센싱출력(Vc)이 입력되는 일단의 전압 레벨을 일정하게 한다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 스위칭부는 상기 차동증폭기의 (-) 입력단의 전압(V-)이 (+) 입력단의 전압(V+)보다 높은 경우, 상기 제 2 스위치(Q3)가 오프로 스위칭되고 상기 제 1 스위치(Q4)가 온으로 스위칭되어, 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n이 되도록 하며, 상기 차동증폭기의 (+) 입력단의 전압(V+)이 (-) 입력단의 전압(V-)보다 높은 경우, 상기 제 2 스위치(Q3)가 온으로 스위칭되고, 상기 제 1 스위치(Q4)가 오프로 스위칭되어 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n + △n이 되도록 한다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 전압 분배부는 상기 정류부와 병렬로 연결되되, 상기 정류부에 순차적으로 직렬 연결된 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2), 제 3 저항(R3)을 포함하며, 상기 제 1 저항, 상기 제 2 저항, 상기 제 3 저항(R1 + R2 + R3)의 크기와 상기 제 1 저항, 제 2 저항(R1 + R2)의 크기에 따라 상기 출력전압(VO)과 상기 센싱출력(Vc) 간의 전압을 분배하며, 상기 제 1 저항(R1)과 상기 제 2 저항(R2)의 접점에서 상기 센싱출력(Vc)이 발생하고, 상기 제 2 저항(R2)과 상기 제 3 저항(R3)의 접점에서 상기 제 2 센싱출력(VR2)이 발생한다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 스위칭부는 상기 센싱출력(Vc)과 상기 정전압부의 일단 사이에 직렬 연결된 제 4 저항(R4)을 포함하고, 상기 센싱출력(Vc)과 상기 제 2 스위치(Q3)의 일단 사이에 직렬 연결된 제 7 저항(R7)을 포함하며, 상기 제 4 저항(R4)은 상기 정전압부에 전류(I4)를 흘려주어 적정 전압을 생성하며, 상기 제 7 저항(R7)은 제 2 스위치(Q3)가 온으로 스위칭될 때 발생하는 부하 효과(Loading Effect)를 이용하여 히스테리스시 간격을 조절한다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 정전압부는 제너 다이오드(Zener Diode)를 포함하되, 상기 차동증폭기의 (-) 입력단의 전압(V-)은 상기 제너 다이오드의 캐소드(Cathode)에 연결되어 상기 발광 다이오드 어레이 초기 동작 시 상기 제너 다이오드의 항복전압(Vz)이 항상 인가되어, 상기 제 1 스위치(Q4)가 온이되고, 상기 제 2 스위치(Q3)가 오프되어 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n이 되도록 한다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 스위칭부에 인가되는 상기 출력전압(VO)은 입력전압(vs)의 증가에 따라 증가될수록 상기 센싱출력(Vc)이 커지며, 상기 전압 분배부에 의해 상기 차동증폭기의 (+) 입력단의 전압 (V+)의 크기가 증가되며, 상기 차동증폭기의 (+) 입력단의 전압 (V+)이 (-) 입력단의 전압 (V-)보다 커질 경우 상기 차동증폭기 내의 제 6 저항(R6)에 상기 차동증폭기의 게인(Gain)에 비례한 전압이 인가되어 상기 제 2 스위치(Q3)가 온이 되는 동시에 상기 제 1 스위치(Q4)가 오프되어 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n + △n이 된다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 스위칭부는 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛을 상기 센싱출력(Vc)에 병렬로 연결하되, 상기 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛 각각은 상기 차동증폭기, 상기 제 2 스위치(Q3) 및 상기 제 1 스위치(Q4)를 포함하며, 순차적으로 직렬 연결된 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Zn 저항(RZn)을 포함하는 제 2 전압 분배부를 상기 정전압부에 병렬로 연결하고, 상기 정전압부의 일단 및 직렬 연결한 상기 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Zn 저항(RZn) 회로 내의 저항 소자 상의 각 접점에서 발생하는 출력을 상기 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛의 상기 차동증폭기의 (-) 입력단에 각각 연결한다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 스위칭부는 상기 제 1 스위치(Q4)가 온으로 스위칭되는 타이밍과 오프로 스위칭되는 타이밍이 상기 입력 전원의 한주기의 중심점을 기준으로 서로 대칭되지 않는 타이밍을 갖는다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 스위칭부는 상기 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 1 비율로 상기 센싱출력(Vc)을 발생하고, 상기 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 2 비율로 제 2 센싱출력(VR2)을 발생하는 전압 분배부; 일단으로 상기 센싱출력(Vc)이 입력되는 정전압부; 구동전원(Vcc) 입력단, (+) 입력단, (-) 입력단 및 출력단을 구비하며, 상기 센싱출력(Vc)을 상기 구동전원(Vcc) 입력단으로 인가받으며, 상기 제 2 센싱출력(VR2)을 상기 (+) 입력단으로 입력받고, 상기 정전압부의 일단이 상기 (-) 입력단에 연결되는 비교기(Comparator); 상기 비교기의 상기 출력단의 출력레벨에 따라 온 또는 오프로 스위칭하며, 일단이 상기 센싱출력(Vc)에 연결되는 제 2 스위치(Q3); 및 상기 제 2 스위치(Q3)의 일단의 전압에 의해 스위칭을 제어하며, 상기 발광 다이오드 어레이의 일부와 병렬로 연결되어 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭하는 제 1 스위치(Q4)를 포함한다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 스위칭부는 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛을 상기 센싱출력(Vc)에 병렬로 연결하되, 상기 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛 각각은 상기 비교기, 상기 제 2 스위치(Q3) 및 상기 제 1 스위치(Q4)를 포함하며, 순차적으로 직렬 연결된 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Zn 저항(RZn)을 포함하는 제 2 전압 분배부를 상기 정전압부에 병렬로 연결하고, 상기 정전압부의 일단 및 직렬 연결한 상기 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Zn 저항(RZn) 회로 내의 저항 소자 상의 각 접점에서 발생하는 출력을 상기 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛의 상기 비교기의 (-) 입력단에 각각 연결한다.
또한, 엘이디 조명 장치의 상기 발광 다이오드 어레이는 제 1 스위치(Q4)와 병렬로 연결된 발광 다이오드들을 포함하는 제 m 발광 다이오드 어레이(△n); 및 상기 제 m 발광 다이오드 어레이(△n)와 직렬로 연결된 발광 다이오드들을 포함하는 제 1 발광 다이오드 어레이(n)를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 엘이디 조명 장치에서 히스테리시스 제어를 이용하여 입력전압이 변동함에도 정적으로 각 스위치 모듈을 스위칭하여 엘이디 전력을 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 단일 스위칭 회로를 포함하는 엘이디 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 다단 스위칭 회로를 포함하는 엘이디 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 스위칭부의 차동증폭기의 입력단에 인가되는 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 히스테리시스를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 엘이디 조명 장치가 다단 스위치 유닛(차동증폭기)으로 구현된 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 엘이디 조명 장치가 다단 스위치 유닛(비교기)으로 구현된 것을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따른 다단 스위치에서의 히스테리시스를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 단일 스위칭 회로를 포함하는 엘이디 조명 장치를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 단일 스위칭 회로를 포함하는 엘이디 조명 장치는 필터부(110), 정류부(120), 엘이디 부하회로(130) 및 스위칭부(140)를 포함한다.
필터부(110)는 교류 전원(입력 전원)에 직렬 또는 병렬로 연결된다. 이러한 필터부(110)는 고조파 필터(Harmonic Filter)로 구현될 수 있다. 정류부(120)는 필터부(110)의 출력에 연결되어, 필터부(110)에서 발생한 교류 전류를 직류 전류로 정류한다. 엘이디 부하회로(130)는 정류부(120)의 양단에 직렬로 연결된 발광 다이오드 어레이(LED(Light Emitting Diode) Array)를 포함하며, 정류부(120)에서 발생한 출력 전압(VO)의 발광 다이오드 어레이에 인가되어 발광 다이오드가 점등되도록 한다.
스위칭부(140)는 엘이디 부하회로(130)의 일부와 병렬로 연결되며, 출력전압(VO)에 의해 생성된 센싱출력(Vc)을 이용하여 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭한다. 이러한 스위칭부(140)는 단일 스위칭 회로(One-Stage Switching Circuit)로 구현될 수 있다. 즉, 이러한, 단일 스위칭 회로는 센싱출력(Vc)을 이용하여 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭하는데, 이때 반드시 LCC 또는 LC 회로에서만 적용되는 것은 아니라, 입력단이 임피던스로 구성된 경우 어떠한 회로에도 적용가능하다. 또한, 단일 스위칭 회로에에서 측정단의 센싱출력(Vc)이 바뀌게 되며, 이에 따른 히스테리시스(Hysteresis)가 발생하는데 이때 단일 스위칭 회로 내의 저항을 사용하여 히스테리시스를 제어할 수 있다. 단일 스위칭 회로에 대한 구체적인 설명은 도 3을 통해 기재토록 한다.
도 2는 본 실시예에 따른 다단 스위칭 회로를 포함하는 엘이디 조명 장치를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 다단 스위칭 회로를 포함하는 엘이디 조명 장치는 필터부(110), 정류부(120), 엘이디 부하회로(130) 및 스위칭부(140)를 포함한다.
필터부(110)는 교류 전원(입력 전원)에 직렬 또는 병렬로 연결된다. 이러한 필터부(110)는 고조파 필터로 구현될 수 있다. 정류부(120)는 필터부(110)의 출력에 연결되어, 필터부(110)에서 발생한 교류 전류를 직류 전류로 정류한다. 엘이디 부하회로(130)는 정류부(120)의 양단에 직렬로 연결된 발광 다이오드 어레이를 포함하며, 정류부(120)에서 발생한 출력 전압(VO)의 발광 다이오드 어레이에 인가되어 발광 다이오드가 점등되도록 한다.
스위칭부(140)는 엘이디 부하회로(130)의 일부와 병렬로 연결되며, 출력전압(VO)에 의해 생성된 센싱출력(Vc)을 이용하여 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭한다. 이러한 스위칭부(140)는 다단 스위칭 회로(Multi-Stage Switching Circuit)로 구현될 수 있다. 즉, 이러한, 다단 스위칭 회로는 센싱출력(Vc)을 이용하여 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭하는데, 이때 반드시 LCC 또는 LC 회로에서만 적용되는 것은 아니며, 입력단이 임피던스로 구성된 경우 어떠한 회로에도 적용가능하다. 또한, 다단 스위칭 회로에에서 측정단의 센싱출력(Vc)이 바뀌게 되며, 이에 따른 히스테리시스가 발생하는데 이때 단일 스위칭 회로 내의 저항을 사용하여 히스테리시스를 제어할 수 있다. 다단 스위칭 회로에 대한 구체적인 설명은 도 6,7을 통해 기재토록 한다.
도 3은 본 실시예에 따른 히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치는 필터부(110), 정류부(120), 엘이디 부하회로(130) 및 스위칭부(140)를 포함한다. 본 실시예에 따른 히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치가 필터부(110), 정류부(120), 엘이디 부하회로(130) 및 스위칭부(140)만을 포함하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 본 실시예에 따른 히스테리시스 제어를 이용한 엘이디 조명 장치에 포함되는 구성 요소에 대하여 다양하게 수정 또는 변형하여 적용 가능할 것이다.
필터부(110)는 교류 전원(입력 전원)에 직렬 또는 병렬로 연결된다. 즉, 필터부(110)는 교류 전원(입력 전원)에 직렬로 연결되는 인덕턴스 소자(L1)와, 인덕턴스 소자(L1)와 병렬로 연결되는 제 1 캐패시턴스 소자(C1)와 인덕턴스 소자(C1)와 직렬로 연결되는 제 2 캐패시턴스 소자(C2)를 포함한다. 여기서, 인덕턴스 소자(L1)에는 인덕터가 구현되고, 제 1 캐패시턴스 소자(C1) 및 제 2 캐패시턴스 소자(C2)에는 캐패시터가 구현될 수 있다. 이러한, 인덕턴스 소자(L1), 제 1 캐패시턴스 소자(C1), 제 2 캐패시턴스 소자(C2)는 필터부(110)에 포함되어 고조파 필터 및 역률(Power Factor)을 만족시키는 회로를 구현한다.
정류부(120)는 필터부(110)의 출력에 연결되어, 필터부(110)에서 발생한 교류 전류를 직류 전류로 정류한다. 이때, 정류부(120)는 풀브릿지 정류기(Full Bridge Rectifier)가 사용될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 정류부(120)와 병렬로 연결되는 캐패시터(C0)를 구비한다.
엘이디 부하회로(130)는 정류부(120)의 양단에 직렬로 연결된 발광 다이오드 어레이(LED(Light Emitting Diode) Array)를 포함하며, 정류부(120)에서 발생한 출력 전압(VO)의 발광 다이오드 어레이에 인가되어 발광 다이오드가 점등되도록 한다. 즉, 엘이디 부하회로(130)는 발광 다이오드 어레이를 포함하는데, 발광 다이오드 어레이는 복수의 발광 다이오드 그룹(예컨대, 제 1 발광 다이오드 그룹 내지 제 N 발광 다이오드 그룹)으로 이루어지며, 발광 다이오드 그룹에는 발광 다이오드 병렬로 연결되어 있다. 이때, 엘이디 부하회로(130)는 풀브릿지 정류기인 정류부(120)에 직렬 연결된 발광 다이오드 어레이를 사용하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 다이오드 어레이는 제 1 스위치(Q4)(149)와 병렬로 연결된 발광 다이오드들을 포함하는 제 m 발광 다이오드 어레이(△n) 및 제 m 발광 다이오드 어레이(△n)와 직렬로 연결된 발광 다이오드들을 포함하는 제 1 발광 다이오드 어레이(n)를 포함한다.
스위칭부(140)는 엘이디 부하회로(130)의 일부와 병렬로 연결되며, 출력전압(VO)에 의해 생성된 센싱출력(Vc)을 이용하여 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭한다. 이러한, 스위칭부(140)는 전압 분배부(142), 정전압부(144), 차동증폭기(146), 제 2 스위치(Q3)(148) 및 제 1 스위치(Q4)(149)를 포함한다. 또한, 스위칭부(140)는 센싱출력(Vc)과 정전압부(144)의 일단 사이에 직렬 연결된 제 4 저항(R4)을 포함하고, 센싱출력(Vc)과 제 2 스위치(Q3)(148)의 일단 사이에 직렬 연결된 제 7 저항(R7)을 포함한다.
스위칭부(140)는 제 1 스위치(Q4)가 온으로 스위칭되는 타이밍과 오프로 스위칭되는 타이밍이 입력 전원의 한주기의 중심점을 기준으로 서로 대칭되지 않는 타이밍을 갖는다. 즉, 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수 변동 시 제 2 스위치(Q3)(148)가 온 또는 오프로 스위칭됨에 따라 발생하는 부하 효과(Loading Effect)로 입력전압(vs)이 증가방향으로 발생한 전압(VS1)과 입력전압(vs)이 감소방향으로 발생한 전압(VS2)이 동일하지 않은 히스테리시스가 형성이 되는 것이다. 여기서, 히스테리시스란 이력현상으로서, 어떤 값이 주기 또는 범위를 갖고 움직일 때 출발지로 돌아오지 못하고 다른 값으로 떨어지는 현상을 일컫는다.
전압 분배부(142)는 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 1 비율로 센싱출력(Vc)을 발생하고, 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 2 비율로 제 2 센싱출력(VR2)을 발생한다. 이러한, 전압 분배부(142)는 정류부(120)와 병렬로 연결되되, 정류부(120)에 순차적으로 직렬 연결된 제 1 저항(R1), 제 1 저항 (R2), 제 3 저항(R3)을 포함하며, 제 1 저항, 제 2 저항, 제 3 저항(R1 + R2 + R3)의 크기와 제 1 저항, 제 2 저항(R1 + R2)의 크기에 따라 출력전압(VO)과 센싱출력(Vc) 간의 전압을 분배한다. 이때, 제 1 저항(R1)과 제 2 저항(R2)의 접점에서 센싱출력(Vc)이 발생하고, 제 1 저항 (R2)과 제 3 저항(R3)의 접점에서 제 2 센싱출력(VR2)이 발생한다. 또한, 제 2 저항(R2), 제 3 저항(R3)은 기 설정된 비율에 따라 차동증폭기(146)의 (+) 입력단의 전압(V+)의 전압크기 조절한다.
정전압부(144)는 일단으로 센싱출력(Vc)이 입력된다. 또한, 정전압부(144)는 제 4 저항(R4)과 직렬로 연결되는데, 제 4 저항(R4)은 정전압부에 전류(I4)를 흘려주어 적정 전압을 생성한다. 이러한, 정전압부(144)는 센싱출력(Vc)이 입력되는 일단의 전압이 소정의 레벨까지 출력전압(VO)에 비례하는 전압을 인가하나, 출력전압(VO)의 레벨이 소정의 크기를 초과하는 경우 센싱출력(Vc)이 입력되는 일단의 전압 레벨을 일정하게 한다. 이때, 정전압부(144)는 제너 다이오드로 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 만약, 정전압부(144)가 제너 다이오드로 이루어진 경우, 차동증폭기(146)의 (-) 입력단의 전압(V-)은 제너 다이오드의 캐소드(Cathode)에 연결되어 발광 다이오드 어레이 초기 동작 시 제너 다이오드의 항복전압(Vz)이 항상 인가되어, 제 1 스위치(Q4)가 온이되고, 제 2 스위치(Q3)(148)가 오프되어 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n이 되도록 한다.
차동증폭기(146)는 구동전원(Vcc) 입력단, (+) 입력단, (-) 입력단 및 출력단을 구비한다. 차동증폭기(146)의 구동전원(Vcc) 입력단은 센싱출력(Vc)을 인가받으며, 차동증폭기(146)의 (+) 입력단은 제 2 센싱출력(VR2)을 입력받으며, 차동증폭기(146)의 (-) 입력단은 정전압부의 일단에 연결된다.
제 2 스위치(Q3)(148)는 트랜지스터(Transistor)로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)로 구현 가능하다. 이러한, 제 2 스위치(Q3)(148)는 차동증폭기(146)의 출력단의 출력레벨에 따라 온 또는 오프로 스위칭하며, 일단이 센싱출력(Vc)에 연결된다. 한편, 제 2 스위치(Q3)(148)의 일단은 제 7 저항(R7)과 연결되는데, 제 7 저항(R7)은 제 2 스위치(Q3)(148)가 온으로 스위칭될 때 발생하는 부하 효과를 이용하여 히스테리스시 간격을 조절한다.
제 1 스위치(Q4)(149)는 MOSFET으로 구현될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 트랜지스터로 구현 가능하다. 이러한, 제 1 스위치(Q4)(149)는 제 2 스위치(Q3)(148)의 일단의 전압에 의해 스위칭을 제어하며, 발광 다이오드 어레이의 일부와 병렬로 연결되어 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭한다.
이하, 제 2 스위치(Q3)(148) 및 제 1 스위치(Q4)(149)의 동작에 대해 설명하자면 다음과 같다. 차동증폭기(146)의 (-) 입력단의 전압(V-)이 (+) 입력단의 전압(V+)보다 높은 경우, 제 2 스위치(Q3)(148)가 오프로 스위칭되고 제 1 스위치(Q4)(149)가 온으로 스위칭되어, 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n이 되도록 한다. 또한, 차동증폭기(146)의 (+) 입력단의 전압(V+)이 (-) 입력단의 전압(V-)보다 높은 경우, 제 2 스위치(Q3)(148)가 온으로 스위칭되고, 제 1 스위치(Q4)(149)가 오프로 스위칭되어 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n + △n이 되도록 한다.
스위칭부(140)에 인가되는 출력전압(VO)은 입력전압(vs)의 증가에 따라 증가될수록 센싱출력(Vc)이 커지며, 전압 분배부(142)에 의해 차동증폭기의 (+) 입력단의 전압 (V+)의 크기가 증가된다. 이후, 차동증폭기(146)의 (+) 입력단의 전압 (V+)이 (-) 입력단의 전압 (V-)보다 커질 경우 차동증폭기(146) 내의 제 6 저항(R6)에 차동증폭기(146)의 게인에 비례한 전압이 인가되어 제 2 스위치(Q3)가 온이 되는 동시에 제 1 스위치(Q4)가 오프되어 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n + △n이 되는 것이다.
전술한, 도 1에 도시된 엘이디 부하회로(130)의 출력전압(VO)을 센싱한 값인 센싱출력(Vc)을 이용하여 발광 다이오드 어레이에 병렬로 연결된 제 1 스위치(Q4)를 스위칭하여 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수를 조절한다. 엘이디 부하회로(130)에 연결된 발광 다이오드 개수가 바뀔 경우, 발광 다이오드에 소모되는 전력이 바뀌며, 이와 같은 원리를 이용하기 위해 제 1 스위치(Q4)(149)를 스위칭할 수 있는 회로를 구성해야 한다. 제 1 저항(R1)은 출력전압(VO)와 센싱출력(Vc)간의 전압분배역할, 제 2 저항(R2), 제 3 저항(R3)는 전압분배를 이용한 차동증폭기(146)의 (+) 입력단의 전압(V+)의 전압크기 조절한다. 제 4 저항(R4)은 정전압부(144)에 포함된 제너 다이오드로 전류를 흘려주어 적정 전압을 만든다. 제 5 저항(R5), 제 6 저항(R6)은 차동증폭기(146)의 게인 조절한다. 제 7 저항(R7)은 제 2 스위치(Q3) 턴온(Turn-on) 시 발생하는 부하 효과를 이용하여 히스테리스시 간격을 조절하는 역할을 한다.
엘이디 조명장치의 센싱출력(Vc)은 센싱부의 저항에 의해 결정된다. 초기 n개의 발광 다이오드의 개수만 구동 시 센싱출력(Vc)은 제 2 저항(R2), 제 3 저항(R3), 제 4 저항(R4), 제 5 저항(R5)에 의해 결정된다. 또한, 제 1 스위치(Q4)(149)가 온으로 스위칭 시 나머지 저항인 제 6 저항(R6), 제 7 저항(R7)에 의해 센싱출력(Vc)이 결정된다.
발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n개인 경우 제 1 저항(R1)에서 접지로 들여다 본 저항(도 1의 'X'와 접지 사이의 등가 저항)을 'Re1'라 하고, 이 경우의 전위를 센싱출력(Vc)이라 한다. 한편, 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n + △n 개인 경우, 제 1 저항(R1)에서 접지로 들여다 본 저항(도 1의 'X'와 접지 사이의 등가 저항)을 'Re2'라 하고, 이 경우의 전위를 센싱출력(Vc`)이라 할 경우 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.(단 [수학식1]은 제 1 스위치(Q4)(149)가 MOSFET인 경우의 예시이며, 제 1 스위치(Q4)(149)를 BJT로 구현하여도 전술한 도 1의 회로는 정상 동작하나 [수학식 1]은 달라지게 된다.)
Figure 112013054301416-pat00001
또한, 제 2 저항(R2), 제 3 저항(R3)은 차동증폭기(146)의 (+) 입력단의 전압(V+)에 기준전압을 만들기 위한 전압분배용 저항이며 다른 저항에 비해 큰 값을 가진다. 제 4 저항(R4)은 정전압부(144)에 포함된 제너 다이오드에 흐르는 전류를 조절함으로써 제너 다이오드의 정전압을 인가시켜주는 역할을 한다. 제 5 저항(R5), 제 6 저항(R6)은 차동증폭기(146)의 전압게인을 조절하는 역할을 하며 제 7 저항(R7)은 부하효과에 의해 생기는 히스테리시스 간격을 조절하는 역할을 한다.
도 4는 본 실시예에 따른 스위칭부의 차동증폭기의 입력단에 인가되는 전압을 설명하기 위한 도면이다.
엘이디 조명 장치의 원리는 차동증폭기(146)의 (-) 입력단의 전압(V-)과 (+) 입력단의 전압(V+)의 비교를 통한 스위칭에 있다. 여기서, 차동증폭기(146) 대신 비교기(Comparator)를 사용해도 된다. 차동증폭기(146)에서 (-) 입력단의 전압(V-)은 정전압부(144)에 포함된 제너 다이오드의 캐소드에 연결되어 있어 엘이디 부하회로(130)의 초기 동작 시 제너 다이오드의 (항복) 전압(Vz)이 항상 인가되어 있다. 그리고, 초기 구동에는 제 1 스위치(Q4)(149)이 온되어있고, 제 2 스위치(Q3)(148)이 오프되어 상태로서 n의 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수만 동작한다. 여기서, 입력전압(vs) 증가에 따른 출력전압(VO)이 증가할수록 센싱출력(Vc)가 커지며, 이는 전압분배에 의해 차동증폭기(146)의 (+) 입력단의 전압(V+)의 크기를 증가시킨다.
이러한, 출력전압(VO)이 커지면서 차동증폭기(146)의 (+) 입력단의 전압(V+)가 (-) 입력단의 전압(V-)보다 커질 경우 차동증폭기(146)의 내의 콜렉터(Collector) 저항인 제 6 저항(R6)에 차동증폭기(146)의 게인에 비례한 전압이 인가되어 제 2 스위치(Q3)(148)가 온되도록 한다. 이와 동시에 제 2 스위치(Q3)(148)로 모든 전류가 모두 흐르게되므로 제 1 스위치(Q4)(149)는 오프되고 n + △n의 발광 다이오드가 점등하게 된다. 즉, 입력전압(vs)이 증가할수록 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 증가하여 발광 다이오드 어레이에 인가되는 전력을 조정(Regulation)하는 것이다.
도 5은 본 실시예에 따른 히스테리시스를 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 제 2 스위치(Q3)(148)가 온으로 스위칭될때의 전압(Vo1)과 제 2 스위치(Q3)(148)가 오프로 스위칭될때의 전압(Vo2)을 통해 히스테리시스가 나타난다. 즉, 제 2 스위치(Q3)가 온으로 스위칭되는 타이밍과 오프로 스위칭되는 타이밍이 입력 전원의 한주기(반파)의 중심점을 기준으로 서로 대칭되지 않는 타이밍을 갖게 되는 것이다.
도 6은 본 실시예에 따른 엘이디 조명 장치가 다단 스위치 유닛(차동증폭기)으로 구현된 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 차동증폭기를 이용하는 복수의 스위칭 유닛을 포함한 엘이디 조명장치이다. 즉, 복수의 스위칭 유닛을 포함한 엘이디 조명장치의 스위칭부(140)는 전압 분배부(142), 정전압부(144), 차동증폭기(146), 제 2 스위치(Q3) 및 제 1 스위치(Q4)를 포함한다. 전압 분배부(142)는 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 1 비율로 센싱출력(Vc)을 발생하고, 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 2 비율로 제 2 센싱출력(VR2)을 발생한다. 정전압부(144)는 일단으로 센싱출력(Vc)이 입력된다. 차동증폭기(146)는 구동전원(Vcc) 입력단, (+) 입력단, (-) 입력단 및 출력단을 구비하며, 센싱출력(Vc)을 구동전원(Vcc) 입력단으로 인가받으며, 제 2 센싱출력(VR2)을 (+) 입력단으로 입력받고, 정전압부(144)의 일단이 (-) 입력단에 연결된다. 제 2 스위치(Q3)(148)는 차동증폭기(146)의 출력단의 출력레벨에 따라 온 또는 오프로 스위칭하며, 일단이 센싱출력(Vc)에 연결된다. 제 1 스위치(Q4)(149)는 제 2 스위치(Q3)(148)의 일단의 전압에 의해 스위칭을 제어하며, 발광 다이오드 어레이의 일부와 병렬로 연결되어 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭한다.
이러한, 엘이디 조명장치의 스위칭부(140)는 센싱출력(Vc)에 병렬로 연결된 제 1 내지 제 3 스위칭 유닛을 포함한다. 도 6에서는 엘이디 조명장치가 스위치 유닛이 3단인 경우를 나타냈지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛을 포함하도록 구현될 수 있다. 이때, 제 1 내지 제 3 스위칭 유닛 각각은 차동증폭기(146), 제 2 스위치(Q3)(148) 및 제 1 스위치(Q4)(149)를 포함한다. 또한, 스위칭부(140)는 정전압부(144)에 병렬로 연결된 순차적으로 직렬 연결된 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Z3 저항(RZ3)을 포함하는 제 2 전압 분배부(410)를 포함한다. 여기서, 제 2 전압 분배부(410)는 스위칭 유닛이 n단으로 구현되는 경우 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Zn 저항(RZn)을 포함하는 것으로 구현될 수 있다. 또한, 정전압부(144)의 일단 및 직렬 연결한 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Z3 저항(RZ3) 회로 내의 저항 소자 상의 각 접점에서 발생하는 출력을 제 1 내지 제 3 스위칭 유닛의 차동증폭기(146)의 (-) 입력단에 각각 연결한다.
도 1에서는 하나의 스위칭 회로부(유닛)를 이용하여 정적 변동률(Static Regulation)을 구현하였지만, 더 넓은 전압 범위에서도 정적 변동률을 구현하기 위해 다단의 스위칭 유닛을 이용하는 것이 가능하다. 즉, 도 4에 도시된 3 단의 스위칭 유닛을 적용한 예시이다. 정전압부(144)에 포함된 제너 다이오드를 이용한 뒤, 그 전압을 제 2 전압 분배부(410)의 저항(Rz1, Rz2, Rz3)로 분압하여 각각의 전압(VG1 -, VG2 -, VG3 -)을 저항(Rz1, Rz2, Rz3)에 각각 인가함으로써 그 기준전압을 달리할 수 있다. 이때, 제 2 전압 분배부(410)의 각 저항(Rz1, Rz2, Rz3)에 인가되는 전압(VG1 -, VG2 -, VG3 -)은 [수학식 2]와 같다. 이때, 다단의 스위칭 유닛은 반드시 '3 단'으로 구현되는 것이 아니라 'n 단'으로 구현될 수 있으므로, 제 2 전압 분배부(410)의 저항은 Rz1 내지 Rz3를 포함하는 것으로 구현될 수 있다.
Figure 112013054301416-pat00002
도 7은 본 실시예에 따른 엘이디 조명 장치가 다단 스위치 유닛(비교기)으로 구현된 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 비교기(510)를 이용하는 복수의 스위칭 유닛을 포함한 엘이디 조명장치이다. 즉, 복수의 스위칭 유닛을 포함한 엘이디 조명장치의 스위칭부(140)는 전압 분배부(142), 정전압부(144), 비교기(510), 제 2 스위치(Q3) 및 제 1 스위치(Q4)를 포함한다.
전압 분배부(142)는 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 1 비율로 센싱출력(Vc)을 발생하고, 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 2 비율로 제 2 센싱출력(VR2)을 발생한다. 정전압부(144)는 일단으로 센싱출력(Vc)이 입력된다. 비교기(510)는 구동전원(Vcc) 입력단, (+) 입력단, (-) 입력단 및 출력단을 구비하며, 센싱출력(Vc)을 구동전원(Vcc) 입력단으로 인가받으며, 제 2 센싱출력(VR2)을 (+) 입력단으로 입력받고, 정전압부(144)의 일단이 (-) 입력단에 연결된다. 제 2 스위치(Q3)(148)는 비교기(510)의 출력단의 출력레벨에 따라 온 또는 오프로 스위칭하며, 일단이 센싱출력(Vc)에 연결된다. 제 1 스위치(Q4)(149)는 제 2 스위치(Q3)(148)의 일단의 전압에 의해 스위칭을 제어하며, 발광 다이오드 어레이의 일부와 병렬로 연결되어 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭한다.
이러한, 엘이디 조명장치의 스위칭부(140)는 센싱출력(Vc)에 병렬로 연결된 제 1 내지 제 3 스위칭 유닛을 포함한다. 도 7에서는 엘이디 조명장치가 스위치 유닛이 3단인 경우를 나타냈지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제 1 내지 제 3 스위칭 유닛을 포함하도록 구현될 수 있다. 이때, 제 1 내지 제 3 스위칭 유닛 각각은 비교기(510), 제 2 스위치(Q3)(148) 및 제 1 스위치(Q4)(149)를 포함한다. 또한, 스위칭부(140)는 정전압부(144)에 병렬로 연결된 순차적으로 직렬 연결된 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Z3 저항(RZ3)을 포함하는 제 2 전압 분배부(410)를 포함한다. 여기서, 정전압부(144)의 일단 및 직렬 연결한 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Z3 저항(RZ3) 회로 내의 저항 소자 상의 각 접점에서 발생하는 출력을 제 1 내지 제 3 스위칭 유닛의 비교기(510)의 (-) 입력단에 각각 연결한다.
전술한 도 6 및 도 7은 도 1의 스위치 회로 '1 개'를 '3 개'로 만들었을 경우의 예를 나타낸 경우이다. 즉, 도 1의 원리를 이용하여 도 4, 도 5와 같이 '3 개'와 같은 다단의 회로를 구성하여 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수를 조절할 수 있다. 여기서, 정전압부(144)에 포함된 제너 다이오드의 전압은 다시 저항을 이용하여 각 전압레벨을 세분화할 수 있으며 이를 이용하여 입력전압(vs) 변동에 따라 각 발광 다이오드 어레이를 순차적으로 바꿀 수 있는 다단 스위치 회로를 구현할 수 있는 것이다.
전술한 도 6의 경우 복수의 스위치가 필요하게 되므로, 도 7의 경우 비교기를 이용하여 동일한 동작을 구현할 수 있는 것이다.
도 8은 본 실시예에 따른 다단 스위치에서의 히스테리시스를 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 입력전압(Vs) 변동에 따라 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수를 조절하여 발광 다이오드의 전력을 조절하는 예시를 나타낸다. 또한, 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수 변동 시 도 5에 도시된 화살표 방향과 같은 히스테리시스가 형성이 된다. 이는 각 발광 다이오드 어레이에 연결된 스위치가 온 또는 오프로 스위칭됨에 따라 부하 효과가 발생하고, 이로 인해 입력전압(Vs)이 증가방향으로 발생한 전압(VS1)과 입력전압(vs)이 감소방향으로 발생한 전압(VS2)이 같지 않다.
히스테리시스의 크기인 'VH1(VS1 - VS2)', 'VH2', 'VH3' 각각이 너무 작아서도 안되고, 너무 커져도 안된다. 여기서, 입력전압(vs)은 이상적인 전원이 아닌 조금의 전압변동을 포함하는 전원을 말한다. 만약, 발광 다이오드 어레이의 전력 동작점을 'VH1(VS1 - VS2)'(또는 'VH2', 'VH3') 사이로 선정하고 입력전압(Vs)이 어느 정도 변이(Variation)를 포함하여 변동할 경우, 'VH1(VS1 - VS2)'(또는 'VH2', 'VH3')가 너무 작으면 우리 눈에 보일 정도로 스위칭하며 깜박깜박(Flickering)할 것이고, 'VH1(VS1 - VS2)'(또는 'VH2', 'VH3')가 너무 크면 입력전압 증가 및 감소에 따른 적절한 위치에서 스위칭을 기대할 수 없다.
이러한, 'VH1(VS1 - VS2)'(또는 'VH2', 'VH3') 의 조절은 도 1에서 부하 효과를 조절하는 제 7 저항(R7)의 크기를 조절함으로써 가능하다. 제 7 저항(R7)가 클수록 'VH1(VS1 - VS2)'(또는 'VH2', 'VH3')는 증가하며 제 7 저항(R7)이 작아질수록 'VH1'(또는 'VH2', 'VH3')는 점차 작아진다. 여기서, 제 7 저항(R7)이 더 작아지면 'VH1(VS1 - VS2)'(또는 'VH2', 'VH3')가 음수가 되어 부하 효과에 의한 발진현상이 일어나게 된다. 즉, [수학식 1]에서 'Re1'의 전위인 센싱출력(Vc) > 'Re2'의 전위인 센싱출력(Vc`)인 경우 발진현상이 일어나게 된다. 그러므로 제 7 저항(R7)를 적절한 크기로 조절하여 'VH1(VS1 - VS2)'(또는 'VH2', 'VH3')를 조절해야 한다.
즉, 다단식(Multi-Stage)으로 구현한 것 중 3단의 경우 도 8과 같이 입력전압 변동에 따라 발광 다이오드 전력이 정적으로 조정되면서 구동되는 것이다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 필터부 120: 정류부
130: 엘이디 부하회로 140: 스위칭부
142: 전압 분배부 144: 정전압부
146: 차동증폭기 148: 제 2 스위치
149: 제 1 스위치 510: 제 2 전압 분배부
520: 비교기

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 고조파(Harmonic) 감쇄, 역률(Power Factor) 조절 또는 전류 제한을 위해 입력 전원 포트와 연결되는 필터부;
    상기 필터부의 출력에 연결되어, 상기 필터부에서 발생한 교류 전류를 직류 전류로 정류하는 정류부;
    상기 정류부의 양단에 직렬로 연결된 발광 다이오드 어레이(LED(Light Emitting Diode) Array)를 포함하며, 상기 정류부에서 발생한 출력전압(VO)을 수신하여 동작하는 엘이디 부하회로; 및
    상기 엘이디 부하회로의 일부와 병렬로 연결되며, 상기 출력전압(VO)에 의해 생성된 센싱출력(Vc)을 이용하여 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭하는 스위칭부
    를 포함하되, 상기 스위칭부는 상기 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 1 비율로 상기 센싱출력(Vc)을 발생하고, 상기 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 2 비율로 제 2 센싱출력(VR2)을 발생하는 전압 분배부; 일단으로 상기 센싱출력(Vc)이 입력되는 정전압부; 구동전원(Vcc) 입력단, (+) 입력단, (-) 입력단 및 출력단을 구비하며, 상기 센싱출력(Vc)을 상기 구동전원(Vcc) 입력단으로 인가받으며, 상기 제 2 센싱출력(VR2)을 상기 (+) 입력단으로 입력받고, 상기 정전압부의 일단이 상기 (-) 입력단에 연결되는 차동증폭기; 상기 차동증폭기의 상기 출력단의 출력레벨에 따라 온 또는 오프로 스위칭하며, 일단이 상기 센싱출력(Vc)에 연결되는 제 2 스위치(Q3); 및 상기 제 2 스위치(Q3)의 일단의 전압에 의해 스위칭을 제어하며, 상기 발광 다이오드 어레이의 일부와 병렬로 연결되어 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭하는 제 1 스위치(Q4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 정전압부는,
    상기 센싱출력(Vc)이 입력되는 일단의 전압이 소정의 레벨까지 상기 출력전압(VO)에 비례하는 전압을 인가하나, 상기 출력전압(VO)의 레벨이 소정의 크기를 초과하는 경우 상기 센싱출력(Vc)이 입력되는 일단의 전압 레벨을 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 차동증폭기의 (-) 입력단의 전압(V-)이 (+) 입력단의 전압(V+)보다 높은 경우, 상기 제 2 스위치(Q3)가 오프로 스위칭되고 상기 제 1 스위치(Q4)가 온으로 스위칭되어, 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n이 되도록 하며,
    상기 차동증폭기의 (+) 입력단의 전압(V+)이 (-) 입력단의 전압(V-)보다 높은 경우, 상기 제 2 스위치(Q3)가 온으로 스위칭되고, 상기 제 1 스위치(Q4)가 오프로 스위칭되어 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n + △n이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압 분배부는,
    상기 정류부와 병렬로 연결되되, 상기 정류부에 순차적으로 직렬 연결된 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2), 제 3 저항(R3)을 포함하며,
    상기 제 1 저항, 상기 제 2 저항, 상기 제 3 저항(R1 + R2 + R3)의 크기와 상기 제 1 저항, 제 2 저항(R1 + R2)의 크기에 따라 상기 출력전압(VO)과 상기 센싱출력(Vc) 간의 전압을 분배하며,
    상기 제 1 저항(R1)과 상기 제 2 저항(R2)의 접점에서 상기 센싱출력(Vc)이 발생하고, 상기 제 2 저항(R2)과 상기 제 3 저항(R3)의 접점에서 상기 제 2 센싱출력(VR2)이 발생하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 센싱출력(Vc)과 상기 정전압부의 일단 사이에 직렬 연결된 제 4 저항(R4)을 포함하고, 상기 센싱출력(Vc)과 상기 제 2 스위치(Q3)의 일단 사이에 직렬 연결된 제 7 저항(R7)을 포함하며,
    상기 제 4 저항(R4)은 상기 정전압부에 전류(I4)를 흘려주어 적정 전압을 생성하며, 상기 제 7 저항(R7)은 제 2 스위치(Q3)가 온으로 스위칭될 때 발생하는 부하 효과(Loading Effect)를 이용하여 히스테리스시 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 정전압부는,
    제너 다이오드(Zener Diode)를 포함하되, 상기 차동증폭기의 (-) 입력단의 전압(V-)은 상기 제너 다이오드의 캐소드(Cathode)에 연결되어 상기 발광 다이오드 어레이 초기 동작 시 상기 제너 다이오드의 항복전압(Vz)이 항상 인가되어, 상기 제 1 스위치(Q4)가 온이되고, 상기 제 2 스위치(Q3)가 오프되어 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭부에 인가되는 상기 출력전압(VO)은 입력전압(vs)의 증가에 따라 증가될수록 상기 센싱출력(Vc)이 커지며, 상기 전압 분배부에 의해 상기 차동증폭기의 (+) 입력단의 전압 (V+)의 크기가 증가되며,
    상기 차동증폭기의 (+) 입력단의 전압 (V+)이 (-) 입력단의 전압 (V-)보다 커질 경우 상기 차동증폭기 내의 제 6 저항(R6)에 상기 차동증폭기의 게인(Gain)에 비례한 전압이 인가되어 상기 제 2 스위치(Q3)가 온이 되는 동시에 상기 제 1 스위치(Q4)가 오프되어 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 n + △n이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    제 1 내지 제 n 스위칭 유닛을 상기 센싱출력(Vc)에 병렬로 연결하되, 상기 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛 각각은 상기 차동증폭기, 상기 제 2 스위치(Q3) 및 상기 제 1 스위치(Q4)를 포함하며,
    순차적으로 직렬 연결된 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Zn 저항(RZn)을 포함하는 제 2 전압 분배부를 상기 정전압부에 병렬로 연결하고,
    상기 정전압부의 일단 및 직렬 연결한 상기 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Zn 저항(RZn) 회로 내의 저항 소자 상의 각 접점에서 발생하는 출력을 상기 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛의 상기 차동증폭기의 (-) 입력단에 각각 연결하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 제 1 스위치(Q4)가 온으로 스위칭되는 타이밍과 오프로 스위칭되는 타이밍이 상기 입력 전원의 한주기의 중심점을 기준으로 서로 대칭되지 않는 타이밍을 갖는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  11. 고조파 감쇄, 역률 조절 또는 전류 제한을 위해 입력 전원 포트와 연결되는 필터부;
    상기 필터부의 출력에 연결되어, 상기 필터부에서 발생한 교류 전류를 직류 전류로 정류하는 정류부;
    상기 정류부의 양단에 직렬로 연결된 발광 다이오드 어레이를 포함하며, 상기 정류부에서 발생한 출력전압(VO)을 수신하여 동작하는 엘이디 부하회로; 및
    상기 엘이디 부하회로의 일부와 병렬로 연결되며, 상기 출력전압(VO)에 의해 생성된 센싱출력(Vc)을 이용하여 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭하는 스위칭부
    를 포함하되, 상기 스위칭부는 상기 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 1 비율로 상기 센싱출력(Vc)을 발생하고, 상기 출력전압(VO)에 대한 기 설정된 제 2 비율로 제 2 센싱출력(VR2)을 발생하는 전압 분배부; 일단으로 상기 센싱출력(Vc)이 입력되는 정전압부; 구동전원(Vcc) 입력단, (+) 입력단, (-) 입력단 및 출력단을 구비하며, 상기 센싱출력(Vc)을 상기 구동전원(Vcc) 입력단으로 인가받으며, 상기 제 2 센싱출력(VR2)을 상기 (+) 입력단으로 입력받고, 상기 정전압부의 일단이 상기 (-) 입력단에 연결되는 비교기(Comparator); 상기 비교기의 상기 출력단의 출력레벨에 따라 온 또는 오프로 스위칭하며, 일단이 상기 센싱출력(Vc)에 연결되는 제 2 스위치(Q3); 및 상기 제 2 스위치(Q3)의 일단의 전압에 의해 스위칭을 제어하며, 상기 발광 다이오드 어레이의 일부와 병렬로 연결되어 상기 발광 다이오드 어레이에서 점등하는 발광 다이오드의 개수가 조절되도록 스위칭하는 제 1 스위치(Q4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    제 1 내지 제 n 스위칭 유닛을 상기 센싱출력(Vc)에 병렬로 연결하되, 상기 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛 각각은 상기 비교기, 상기 제 2 스위치(Q3) 및 상기 제 1 스위치(Q4)를 포함하며,
    순차적으로 직렬 연결된 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Zn 저항(RZn)을 포함하는 제 2 전압 분배부를 상기 정전압부에 병렬로 연결하고,
    상기 정전압부의 일단 및 직렬 연결한 상기 제 Z1 저항(RZ1) 내지 제 Zn 저항(RZn) 회로 내의 저항 소자 상의 각 접점에서 발생하는 출력을 상기 제 1 내지 제 n 스위칭 유닛의 상기 비교기의 (-) 입력단에 각각 연결하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 어레이는,
    제 1 스위치(Q4)와 병렬로 연결된 발광 다이오드들을 포함하는 제 m 발광 다이오드 어레이(△n); 및
    상기 제 m 발광 다이오드 어레이(△n)와 직렬로 연결된 발광 다이오드들을 포함하는 제 1 발광 다이오드 어레이(n)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명 장치.
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JP2012227181A (ja) * 2011-04-14 2012-11-15 Nichia Chem Ind Ltd 発光ダイオード駆動装置

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