KR101552823B1 - 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전류 제어 기능을 갖는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 개시하며, 상기 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로는 복수의 채널로 구분된 발광 다이오드 조명 장치를 제어하며, 정류 전압에 응답하여 상기 채널들의 순차적인 턴온에 대응하는 전류 경로를 제공하는 전류 제어 회로; 및 상기 채널들 중 마지막으로 턴온되는 채널에 대응하여 구성되며, 상기 정류 전압이 설정치 이상으로 상승하면 상기 채널들 중 마지막으로 턴온되는 상기 채널에 인가되는 상기 정류 전압에 포함된 상기 설정치 이상의 잉여 전압에 대한 전류 제어를 수행하는 잉여 전압 완충 회로;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로{CIRCUIT TO CONTROL LED LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전압 완충 기능을 갖는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로에 관한 것이다.
조명 기술은 에너지 절감을 위하여 광원으로 발광 다이오드(LED)를 채택하는 추세로 개발되고 있다.
고휘도 발광 다이오드는 에너지 소비량, 수명 및 광질 등과 같은 다양한 요소에서 다른 광원들과 차별화되는 이점을 갖는다.
그러나, 발광 다이오드를 광원으로 하는 조명 장치는 발광 다이오드가 정전류에 의하여 구동되는 특성에 의하여 추가적인 회로가 많이 필요한 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하고자 개발된 일 예가 교류 다이렉트 방식(AC DIRECT TYPE)의 조명 장치이다.
교류 다이렉트 방식의 발광 다이오드 조명 장치는 상용 전원을 정류한 정류 전압으로 발광 다이오드를 구동하도록 설계되는 것이 일반적이다.
상기한 교류 다이렉트 방식의 발광 다이오드 조명 장치는 인덕터 및 캐패시터를 사용하지 않고 정류 전압을 입력 전압으로 바로 사용하기 때문에 역률(POWER FACTOR)이 양호한 특성이 있다.
발광 다이오드 조명 장치에 구성되는 개별 발광 다이오드는 일예로 2.8V나 3.8V에서 동작되도록 설계될 수 있다. 그리고, 발광 다이오드 조명 장치는 경우에 따라 직렬로 연결된 많은 수의 발광 다이오드들이 턴온할 수 있는 레벨의 정류 전압으로 동작하도록 설계된다.
발광 다이오드 조명 장치는 많은 수의 발광 다이오드들이 정류 전압의 증감에 따라 채널 별로 순차적으로 턴온 또는 턴오프되도록 구성될 수 있다.
한편, 발광 다이오드 조명 장치는 다양한 환경에서 구동될 수 있으며 그에 따라 사용되는 지역의 전력계통 환경이나 불안정한 전력 특성에 의하여 전압 설계치보다 높은 전압이 인가될 수 있다.
즉, 발광 다이오드 조명 장치는 포함된 발광 다이오드들을 동작시키는데 필요한 전압 이상의 과전압 인가 상태에서 구동될 수 있으며, 이 경우 발광 다이오드들이 모두 턴온된 상태에서 과전압에 의한 과전류가 발생할 수 있다.
상기한 과전류는 발광 다이오드 조명 장치의 전류 제어 회로에 영향을 미칠 수 있으며, 심한 경우 오동작이나 발열에 의한 열적 스트레스로 인한 부품 손상이 야기될 수 있다. 특히 전류 제어 회로를 포함하는 집적회로 칩의 손상을 야기할 수 있다.
최근, 발광 다이오드 조명 장치는 대용량으로 제작될 필요성이 점차 커지고 있다. 대용량의 발광 다이오드 조명 장치의 경우 상기한 과전압에 의한 영향은 더욱 심각하게 발생할 수 있으며, 오동작이나 부품 손상에 따른 제품의 신뢰성이 저하되어 수명이 짧아지거나 신뢰성 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 전력계통 환경이나 불안정한 전력 특성에 의하여 전압 설계치보다 높은 전압이 인가되어도 발광 다이오드 턴온을 제어하기 위한 전류 제어 회로의 안정적인 전류 흐름을 보장할 수 있는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전력계통 환경이나 불안정한 전력 특성에 의하여 전압 설계치보다 높은 전압이 인가되어도 정류 전압에 포함된 잉여 전압을 완충하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 제공함을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전력계통 환경이나 불안정한 전력 특성에 의하여 전압 설계치보다 높은 전압이 인가되어도 정류 전압에 포함된 설정치 이상의 잉여 전압을 집적회로 칩 외부에서 흡수하여서 집적회로 칩에서 잉여 전압에 따른 발열이 발생하는 것을 방지하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명에 따른 복수의 채널로 구분된 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로는, 정류 전압에 응답하여 상기 채널들의 순차적인 턴온에 대응하는 전류 경로를 제공하는 전류 제어 회로; 및 마지막으로 턴온되는 채널에 대응하여 구성되며, 상기 정류 전압이 설정치 이상으로 상승하여 상기 정류 전압에 포함된 상기 설정치 이상의 잉여 전압이 발생하면 상기 잉여 전압을 완충하는 잉여 전압 완충 회로;를 포함함을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면 전력계통 환경이나 불안정한 전력 특성에 의하여 발광 다이오드 조명장치가 전압 설계치보다 높은 전압으로 구동되어도 전류 제어 회로의 안정적인 전류 흐름이 보장될 수 있어서 잉여 전압으로 인한 오동작이나 열적 스트레스로 인한 부품 손상이 방지될 수 있다. 따라서, 제품의 신뢰성이 향상되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 의하면 전력계통 환경이나 불안정한 전력 특성에 의하여 전압 설계치보다 높은 전압으로 구동되어도 과전압에 대응한 전압 완충을 집적회로 칩 외부에서 수행하여서 잉여 전압에 따른 집적회로 칩의 발열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 전력계통 환경이나 불안정한 전력 특성에 의하여 전압 설계치보다 높은 전압으로 구동되어도 정류 전압에 포함된 설정치 이상의 잉여 전압을 집적회로 칩 외부에서 흡수함으로써 전류 제어 회로의 안정적인 동작이 보장될 수 있다. 따라서, 오동작 또는 열적 스트레스로 인한 부품 손상에 따른 제품의 신뢰성 저하를 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 대용량으로 발광 다이오드 조명 장치가 설계되는 경우, 전압 설계치보다 높은 전압에 의한 구동에 따른 발열 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로의 바람직한 실시예를 나타내는 회로도.
도 2는 도 1의 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명은 전력계통 환경이나 불안정한 전력 특성에 의하여 발광 다이오드 장치가 전압 설계치보다 높은 전압으로 구동되어도 전류 제어 회로의 안정적인 전류 흐름이 보장하는 회로를 개시한다.
도 1의 실시예는 정류 전압에 의하여 발광이 이루어지며, 발광을 위한 전류 레귤레이팅이 수행되는 구성을 갖는다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 조명등(10), 상용 전원을 변환한 정류 전압을 조명등(10)에 제공하는 전원부, 조명등(10)의 채널 별로 턴온을 위한 전류 경로를 제공하는 전류 제어 회로(14) 및 잉여 전압 완충 회로(16)를 포함한다.
조명등(10)은 발광 다이오드들을 포함하며, 발광 다이오드들은 복수의 채널로 구분된다. 조명등(10)은 전원부에서 제공되는 정류 전압의 증감에 의하여 채널 별로 순차적으로 턴온 및 턴오프되어서 발광된다.
도 1의 조명등(10)은 네 개의 채널(CH1, CH2, CH3, CH4)을 포함한 것을 예시한다. 그리고, 각 채널(CH1, CH2, CH3, CH4)은 복수의 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 설명의 편의를 위하여 하나의 다이오드 부호로 도면에 표기한다.
전원부는 외부에서 유입되는 교류 전압을 정류하여서 정류 전압으로 출력하는 구성을 갖는다.
전원부는 교류 전압을 갖는 교류 전원(VAC) 및 교류 전원(VAC)을 정류하여 정류 전압을 출력하는 정류 회로(12)를 포함할 수 있다.
여기에서, 교류 전원(VAC)은 상용 전원일 수 있다.
정류 회로(12)는 교류 전원(VAC)의 정현파 파형을 갖는 교류 전압을 전파 정류하여 정류 전압을 출력한다. 정류 전압은 도 2와 같이 상용 교류 전압의 반 주기 단위로 전압 레벨이 승하강하는 파형 성분을 갖는 특성이 있다. 본 발명에 따른 실시예에서 정류 전압의 상승 또는 하강은 정류 전압의 파형 성분의 상승 또는 하강을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
전류 제어 회로(14)는 각 채널(CH1, CH2, CH3, CH4)의 발광을 위한 전류 레귤레이팅을 수행한다.
전류 제어 회로(14)는 일단이 접지된 전류 센싱 저항(Rs)을 통하여 전류 레귤레이팅을 위한 전류 경로를 제공하도록 구성된다.
본 발명에 따른 실시예는 정류 전압의 상승 또는 하강에 대응하여 조명등(10)의 각 채널(CH1, CH2, CH3, CH4)이 순차적으로 턴온되어서 발광되거나 턴오프되어서 소광된다.
정류 전압이 상승하여서 채널들(CH1, CH2, CH3, CH4) 별 턴온 전압에 순차적으로 도달하면, 전류 제어 회로(14)는 각 채널(CH1, CH2, CH3, CH4) 별로 발광을 위한 전류 경로를 제공한다.
여기에서, 채널(CH4)을 턴온시키는 턴온 전압 VCH4은 채널들(CH1, CH2, CH3, CH4)을 모두 턴온하는 전압으로 정의되고, 채널(CH3)을 턴온시키는 턴온 전압 VCH3은 채널들(CH1, CH2, CH3)을 모두 턴온하는 전압으로 정의되며, 채널(CH2)을 턴온시키는 턴온 전압 VCH2은 채널들(CH1, CH2)을 모두 턴온하는 전압으로 정의되고, 채널(CH1)을 턴온시키는 턴온 전압 VCH1은 채널(CH1)만 턴온하는 전압으로 정의된다.
전류 제어 회로(14)는 전류 센싱 저항(Rs)에 의하여 전류 센싱 전압을 제공받는다. 전류 센싱 전압은 조명등(10)의 채널 별 턴온 상태에 따라 다르게 형성되는 전류 경로에 의하여 가변될 수 있다. 이때, 전류 센싱 저항(Rs)에 흐르는 채널별 전류는 정전류일 수 있다.
한편, 상기한 전류 제어 회로는(14)는 채널들(CH1, CH2, CH3, CH4)에 대한 전류 경로를 제공하는 복수의 스위칭 회로(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)와 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4을 제공하기 위한 기준 전압 공급부(20)를 포함한다.
기준 전압 공급부(20)는 제작자의 의도에 따라 다양하게 서로 다른 레벨의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4을 제공하는 것으로 구현될 수 있다.
기준 전압 공급부(20)는 예시적으로 정전압이 인가되는 직렬 연결된 복수의 저항을 포함하여 저항 간의 노드 별로 서로 다른 레벨의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4을 출력하는 것으로 구성될 수 있으며 이와 달리 서로 다른 레벨의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4을 제공하는 독립적인 전압공급원들을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
서로 다른 레벨의 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4은 기준 전압 VREF1이 가장 낮은 전압 레벨을 가지며 기준 전압 VREF4가 가장 높은 전압 레벨을 가지고, 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4의 순으로 점차 전압 레벨이 높도록 제공될 수 있다.
여기에서, 기준 전압 VREF1은 채널(CH2)이 턴온하는 시점에 스위칭 회로(30_1)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF1은 채널(CH2)의 턴온 전압 VCH2에 의하여 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 전류 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.
그리고, 기준 전압 VREF2은 채널(CH3)이 턴온하는 시점에 스위칭 회로(30_2)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF2는 채널(CH3)의 턴온 전압 VCH3에 의하여 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 전류 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.
그리고, 기준 전압 VREF3은 채널(CH4)이 턴온하는 시점에 스위칭 회로(30_3)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF3은 채널(CH4)의 턴온 전압 VCH4에 의하여 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 전류 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.
그리고, 기준전압 VREF4는 정류 전압의 상한 레벨 영역에서 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 전류가 소정의 정전류 형태가 되도록 설정됨이 바람직하다.
한편, 스위칭 회로들(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)은 전류 레귤레이팅 및 전류 경로 형성을 위하여 전류 센싱 전압을 제공하는 전류 센싱 저항(Rs)에 공통으로 연결된다.
스위칭 회로들(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)은 전류 센싱 저항(Rs)에서 센싱된 전류 센싱 전압과 기준 전압 생성 회로(20)의 각각의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4를 비교하여서 조명등(10)을 턴온하기 위한 선택적인 전류 경로를 형성한다.
스위칭 회로들(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)은 정류 전압이 인가되는 위치에서 먼 채널(CH1, CH2, CH3, CH4)에 연결된 것일수록 높은 레벨의 기준 전압을 제공받는다.
각 스위칭 회로(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)는 비교기(50)와 스위칭 소자를 포함하며, 스위칭 소자는 NMOS 트랜지스터(52)로 구성됨이 바람직하다.
각 스위칭 회로(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)의 비교기(50)는 포지티브 입력단(+)에 기준 전압이 인가되고, 네가티브 입력단(-)에 전류 센싱 전압이 인가되며, 출력단으로 기준 전압과 전류 센싱 전압을 비교한 결과를 출력한다.
그리고, 각 스위칭 회로(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)의 NMOS 트랜지스터(52)는 게이트로 인가되는 각 비교기(50)의 출력에 따라 스위칭 동작을 수행한다.
한편, 잉여 전압 완충 회로(16)는 전류 제어 회로(14)가 포함되는 집적회로 칩의 외부에 구성되는 것이 바람직하며, 마지막으로 턴온되는 채널(CH4)의 전류경로상에 직렬로 구성될 수 있다.
상기한 구성에 의하여 잉여 전압 완충회로(16)는 과전압이 인가되는 경우 정류 전압에 포함된 잉여 전압에 대응하여 채널(CH4)에서 전류 제어 회로(14)로 흐르는 전류를 제한하는 동작을 수행한다.
즉, 잉여 전압 완충 회로(16)는 채널(CH4)의 전류경로상에 직렬로 구성되어서 과전압 상태의 잉여 전압에 대응한 전압 완충을 수행하여 전류 제어 회로(14)로 과전류 유입을 제어할 수 있다. 잉여 전압 완충 회로(16)는 전압 완충을 전압 흡수로 수행할 수 있다.
또한, 잉여 전압 완충 회로(16)는 채널(CH4)의 전류경로상에 직렬로 구성되어서 과전압 상태의 정류 전압에 포함된 설정치 이상의 잉여 전압을 흡수하여서 전류 제어 회로(14)로 공급되는 전압 완충을 수행할 수 있다.
상기한 잉여 전압 완충 회로(16)는 잉여 전압 상승에 대응하는 검출 전압을 제공하는 잉여전압 검출부와 검출 전압에 따라 마지막으로 턴온되는 채널(CH4)과 전류 제어 회로(14) 간의 전류 제어를 수행하는 스위칭부를 포함할 수 있다.
그리고, 잉여 전압 완충회로(16)에 포함되는 스위칭부는 검출 전압에 따라 전류의 흐름을 제어하는 전력 FET(이하, "트랜지스터(Qz)"라 함)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 잉여전압 검출부는 채널(CH4)과 병렬로 연결된 검출 저항(Rg1), 검출 저항(Rg1)에 병렬로 연결된 전압 분압 저항(Rg2) 및 제너 다이오드(ZD)를 포함하여 구성될 수 있다. 디바이딩 저항(Rg2)은 검출 저항(Rg1)에 인가된 전압을 분압하여 잉여전압 완충 스위치의 게이트에 인가하기 위한 것이고, 한편 제너 다이오드(Zd)는 상기 완충 스위치의 게이트에 걸리는 전압을 소정의 값으로 억제하도록 하여 잉여전압 완충 스위치의 게이트의 전압을 일정하게 함으로써 발광 다이오드에 흐르는 전류를 정전류로 제한하여 잉여전압을 흡수하는 기능을 갖는다.
여기에서, 제너 다이오드(ZD)는 정전류에 대응하도록 3V 내지 50V 범위의 항복전압을 갖는 것으로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 잉여 전압 완충 회로(16)는 정상적인 정류 전압에 대응하여 제너 다이오드(ZD)가 정전압원으로 작용한다. 그러므로, 잉여 전압 완충 회로(16)는 턴온된 트랜지스터(Qz)를 경유하여 채널(CH4)과 전류 제어 회로(14)의 스위칭 회로(30_4)의 NMOS 트랜지스터(52) 사이에서 잉여전압을 흡수함으로써 정상적인 전압 인가 및 전류 흐름을 보장한다.
먼저, 정상적인 정류 전압이 인가되는 상태의 본 발명에 따른 발광 다이오드 조명 장치의 동작에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
정류 전압이 초기 상태인 경우, 각 스위칭 회로(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)는 포지티브 입력단(+)에 인가되는 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4이 네가티브 입력단(-)에 인가되는 저항(Rs) 양단의 전류 센싱 전압보다 높으므로 모두 턴온된 상태를 유지한다.
그 후 정류 전압이 상승하여 턴온 전압 VCH1에 도달하면, 조명등(10)의 채널(CH1)이 턴온된다. 그리고, 조명등(10)의 채널(CH1)이 턴온되면, 채널(CH1)에 연결된 전류 제어 회로(14)의 스위칭 회로(30_1)는 전류 경로를 제공한다.
상기와 같이 정류 전압이 턴온 전압 VCH1에 도달하여 채널(CH1)이 턴온되고 스위칭 회로(30_1)를 통한 전류 경로가 형성되면, 전류 센싱 저항(Rs)의 전류 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 그러나, 이때의 전류 센싱 전압의 레벨은 낮기 때문에 스위칭 회로들(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)의 턴온 상태는 변경되지 않는다.
그 후 정류 전압이 계속 상승하여 턴온 전압 VCH2에 도달하면, 조명등(10)의 채널(CH2)이 턴온된다. 그리고, 조명등(10)의 채널(CH2)이 턴온되면, 채널(CH2)에 연결된 제어부(14)의 스위칭 회로(30_2)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 채널(CH1)도 턴온 상태를 유지한다.
상기와 같이 정류 전압이 턴온 전압 VCH2에 도달하여 채널(CH2)이 턴온되고 스위칭 회로(30_2)를 통한 전류 경로가 형성되면, 전류 센싱 저항(Rs)의 전류 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 이때의 전류 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF1보다 높다. 그러므로, 스위칭 회로(30_1)의 NMOS 트랜지스터(52)는 비교기(50)의 출력에 의하여 턴오프된다. 즉, 스위칭 회로(30_1)는 턴오프되고, 스위칭 회로(30_2)가 채널(CH2)의 턴온에 대응한 선택적인 전류 경로를 제공한다.
그 후 정류 전압이 계속 상승하여 턴온 전압 VCH3에 도달하면, 조명등(10)의 채널(CH3)이 턴온된다. 그리고, 조명등(10)의 채널(CH3)이 턴온되면, 채널(CH3)에 연결된 제어부(14)의 스위칭 회로(30_3)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 채널들(CH1, CH2)도 턴온 상태를 유지한다.
상기와 같이 정류 전압이 턴온 전압 VCH3에 도달하여 채널(CH3)이 턴온되고, 스위칭 회로(30_3)를 통한 전류 경로가 형성되면, 전류 센싱 저항(Rs)의 전류 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 이때의 전류 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF2보다 높다. 그러므로, 스위칭 회로(30_2)의 NMOS 트랜지스터(52)는 비교기(50)의 출력에 의하여 턴오프된다. 즉, 스위칭 회로(30_2)는 턴오프되고, 스위칭 회로(30_3)가 채널(CH3)의 턴온에 대응한 선택적인 전류 경로를 제공한다.
그 후 정류 전압이 계속 상승하여 턴온 전압 VCH4에 도달하면, 조명등(10)의 채널(CH4)이 턴온된다. 그리고, 조명등(10)의 채널(CH4)이 턴온되면, 채널(CH4)에 연결된 제어부(14)의 스위칭 회로(30_4)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 채널들(CH1, CH2, CH3)도 턴온 상태를 유지한다.
상기와 같이 정류 전압이 턴온 전압 VCH4에 도달하여 채널(CH4)이 턴온되고, 스위칭 회로(30_4)를 통한 전류 경로가 형성되면, 전류 센싱 저항(Rs)의 전류 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 이때의 전류 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF3보다 높다. 그러므로, 스위칭 회로(30_3)의 NMOS 트랜지스터(52)는 비교기(50)의 출력에 의하여 턴오프된다. 즉, 스위칭 회로(30_3)는 턴오프되고, 스위칭 회로(30_4)가 채널(CH2)의 턴온에 대응한 선택적인 전류 경로를 제공한다.
그 후 정류 전압이 계속 상승하여도, 스위칭 회로(30_4)에 제공되는 기준전압 VREF4이 정류 전압의 상한 레벨 영역에서 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 전류가 소정의 정전류 형태가 되도록 스위칭 회로(30_4)는 턴온 상태를 유지한다.
상술한 바와 같이 정류 전압의 상승에 대응하여 채널들(CH1, CH2, CH3, CH4)이 순차적으로 턴온되면 턴온 상태에 대응하는 턴온 전류도 도 2와 같이 단계적으로 증가한다. 즉, 전류 제어 회로(14)는 정전류 레귤레이팅 동작을 수행하므로 채널 별 턴온에 대응한 턴온 전류는 일정한 수준을 유지하고 턴온되는 채널의 수가 증가하면 그에 대응하여 턴온 전류의 레벨이 증가한다.
정류 전압은 상술한 바와 같이 상한 레벨까지 상승한 후 하강을 시작한다.
정류 전압이 하강하여서 턴온 전압 VCH4 이하로 떨어지면, 조명등(10)의 채널(CH4)이 턴오프된다.
조명등(10)은 채널(CH4)이 턴오프되면, 채널들(CH3, CH2, CH1)에 의한 발광 상태를 유지하며, 그에 따라서 채널(CH3)에 연결된 스위칭 회로(30_3)에 의하여 전류 경로가 형성된다.
그 후 정류 전압이 계속 하강하여서 턴온 전압 VCH3, 턴온 전압 VCH2, 턴온 전압 VCH1 이하로 순차적으로 떨어지면, 조명등(10)의 채널들(CH3, CH2, CH1)은 순차적으로 턴오프된다.
상기한 조명등(10)의 채널들(CH3, CH2, CH1)의 순차적 턴오프에 대응하여, w전류 제어 회로(14)는 스위칭 회로(30_3, 30_2, 30_1)들에 의하여 형성되는 선택적인 전류 경로를 시프트하면서 제공한다. 그리고, 턴온 전류의 레벨도 채널들(CH1, CH2, CH3, CH4)의 턴오프 상태에 대응하여 단계적으로 감소한다.
상술한 바와 달리 이와 달리 본 발명에 따른 실시예는 전력계통 환경이나 불안정한 전력 특성에 의하여 발광 다이오드 장치가 전압 설계치보다 높은 전압(이하, '과전압'이라 함)으로 구동될 수 있다.
즉, 과전압으로 본 발명에 따른 실시예가 구동될 수 있으며, 과전압 상태의 정류 전압은 설정치 이상의 잉여 전압을 포함한다.
본 발명에 따른 실시예가 정류 전압의 리플 성분의 최대치가 220V로 구동되는 것으로 설계된 것으로 가정하면 과전압 상태의 정류 전압의 파형 성분의 최대치는 250V 이상으로 상승할 수 있다.
그러므로, 과전압 상태로 구동되는 정류 전압이 점차적으로 상승하면, 채널들(CH1, CH2, CH3, CH4)은 정류 전압의 레벨에 따라서 순차적으로 턴온하여 발광한다.
마지막으로 턴온한 채널(CH4)이 발광한 상태에서도 과전압 상태의 정류 전압은 채널(CH4)을 구동하도록 설계된 설계치 즉 220V 이상으로 상승할 수 있다.
상기한 채널(CH4)에 인가되는 전압은 검출 저항(Rg1) 및 디바이딩 저항(Rg2)에 의하여 검출 및 분압되어서 제너 다이오드(ZD)의 역바이어스 전압으로 전달된다.
제너 다이오드(ZD)는 항복 전압이 3V 내지 50V 범위 내로 설정될 수 있으며 검출 저항(Rg1) 및 디바이딩 저항(Rg2)을 통하여 전달되는 전압이 항복 전압에 도달할 때까지 정전압원으로 작용하여서 트랜지스터(Qz)의 정상적인 턴온 상태를 보장한다.
채널(CH4)에 인가되는 전압이 과전압 상태로 진입하여 제너 다이오드(ZD)에 전달되는 전압이 항복 전압을 넘으면, 설계치 이상의 잉여 전압에 대응하여 제너 다이오드(ZD)는 검출 전압을 감소시켜서 트랜지스터(Qz)의 게이트 전압을 더 이상 증가하지 않도록 한다. 즉, 상기 잉여 전압의 상승에도 불구하고 제너 다이오드(ZD)의 한정된 검출 전압을 트랜지스터(Qz)의 게이트에 인가함으로써 소스-드레인 간 전압을 증가시켜서 잉여 전압의 강하를 유도한다.
보다 구체적으로, 제너 다이오드(ZD)에서 한정되는 전압이 , 트랜지스터(Qz)의 게이트에 인가되면 트랜지스터(Qz)의 전류가 더 이상 증가하지 못하고 일정하게 유지된다. 그에 따라서 트랜지스터(Qz)의 소스와 드레인 간에는 도 2의 잉여 전압(Vds)의 증여분만큼 인가되어서 트랜지스터(Qz)가 잉여 전압(Vds)을 흡수하는 결과가 된다. 잉여 전압(Vds)이 트랜지스터(Qz)의 소스와 드레인 간에 흡수됨으로써 전류 제어 회로(14)의 마지막으로 턴온되는 채널(CH4)을 위한 전류 경로를 형성하는 집적회로 칩 등의 스위칭 소자에 과전압의 인가가 방지될 수 있다.
상술한 바와 같이 잉여 전압 완충 회로(16)는 마지막으로 턴온되는 채널(CH4)에 인가되는 정류전압이 설정치 이상의 과전압으로 상승하면 잉여 전압에 대한 전압 완충을 수행하여서 전류 제어 회로(14)로 정상적인 동작을 보장한다.
따라서, 과전압 상태의 정류전압에 의한 잉여 전압이 전류 제어 회로(14)를 포함하는 집적회로 칩으로 인가되는 것이 방지될 수 있으며, 과전압 상태의 정류 전압에 포함된 잉여 전압은 집적회로 칩 외부에서 흡수되어 완충될 수 있다.
상기한 잉여 전압에 대응한 발열을 고려하여 트랜지스터(Qz)는 발열에 대하여 안정적인 동작을 수행할 수 있는 전력 FET(Power Field Effect Transistor)로 구성됨이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 전력계통 환경이나 불안정한 전력 특성에 의하여 발광 다이오드 장치가 전압 설계치보다 높은 과전압으로 구동되어도 잉여 전력에 대응한 전압 완충을 수행하여 발광 다이오드 전류 제어 회로에서 발열이 발생하는 것이 방지될 수 있다.
그러므로, 과전압으로 인한 발광 다이오드 조명 제어 회로의 오동작이나 열적 스트레스로 인한 부품 손상이 방지될 수 있으며, 그 결과 제품의 수명과 신뢰성이 향상될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 실시예는 대용량으로 발광 다이오드 조명 장치가 설계되는 경우 전압 설계치보다 높은 전압에 의한 구동에 따른 발열 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
10 : 발광 다이오드 조명등 12 : 정류 회로
14 : 전류 제어 회로 16 : 잉여 전압 완충 회로
20 : 기준 전압 공급부
30_1, 30_2, 30_3, 30_4 : 스위칭 회로
50 : 비교기 52 : NMOS 트랜지스터

Claims (12)

  1. 복수의 채널로 구분된 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로에 있어서,
    정류 전압에 응답하여 상기 채널들의 순차적인 턴온에 대응하는 전류 경로를 제공하는 전류 제어 회로; 및
    마지막으로 턴온되는 채널에 대응하여 구성되며, 상기 정류 전압이 설정치 이상으로 상승하여 상기 정류 전압에 포함된 상기 설정치 이상의 잉여 전압이 발생하면 전압을 제한하여 상기 잉여 전압을 완충하는 잉여 전압 완충 회로;를 포함하고,
    상기 잉여 전압 완충회로는,
    상기 잉여 전압의 상승에 대응하는 검출 전압을 제공하는 잉여전압 검출부; 및
    상기 검출 전압에 따라 상기 잉여 전압을 완충하는 스위칭부;를 포함하며,
    상기 스위칭부는 상기 검출 전압에 따라 상기 잉여 전압의 흡수를 수행하는 전력 FET를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 제어 회로는 상기 전류 경로에 따른 전류센싱전압을 제공하는 전류센싱저항에 연결되며 상기 전류센싱전압에 대응하여 상기 채널의 턴온 변화에 대응한 상기 전류 경로를 제공하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 제어 회로는 상기 채널들의 순차적인 턴온에 대응한 정전류 레귤레이팅을 수행하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 제어 회로는 상기 채널들의 턴온 상태에 대응하여 레벨이 다른 기준전압을 제공하며 상기 전류 경로 상의 전류량에 대응하는 전류센싱전압과 상기 기준전압을 비교하여 상기 채널의 턴온 변화에 대응한 상기 전류 경로를 제공하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 잉여 전압 완충 회로는 상기 전류 제어 회로가 포함되는 집적회로 칩의 외부에 구성되는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 잉여 전압 완충 회로는 상기 잉여 전압에 대응하여 마지막으로 턴온되는 상기 채널에서 상기 전류 제어 회로의 상기 전류 경로로 인가되는 상기 잉여 전압을 흡수하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 잉여전압 검출부는 제너 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제너 다이오드는 3V 내지 50V 범위의 항복전압을 갖는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 잉여전압 검출부는,
    마지막으로 턴온되는 상기 채널과 병렬로 연결된 검출 저항; 및
    상기 검출 저항의 전압을 전달받아서 상기 잉여전압 상승에 대응하여 상기 검출 전압을 제공하는 제너 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  11. 삭제
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 FET의 소스-드레인 간의 전압을 증가시켜서 상기 잉여 전압의 강하를 유도하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
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