KR101552824B1 - 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정류 전압으로 조명을 수행하며 플리커를 개선한 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 개시하며, 상기 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로는, 정류 전압에 응답하여 발광 다이오드 채널들의 순차적인 발광에 대응하는 전류 경로를 제공하는 전류 제어 회로; 및 상기 정류 전압에 의한 충전과 상기 발광 다이오드 채널들에 대한 방전을 수행하는 충방전 모듈을 포함하며, 상기 충방전 모듈의 충전 타이밍과 충전 전압 및 방전 타이밍 중 하나 이상을 제어하여서 적어도 제어 구간 동안 상기 충방전 모듈에서 상기 발광 다이오드 채널들에 전압을 공급하며, 상기 제어 구간은 상기 채널들에 공급되는 전류의 양이 가장 낮은 최저 전류 시점을 포함하도록 설정되는 플리커 저감 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 정류 전압으로 조명을 수행하며 플리커를 개선한 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 광의 품질 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 정류하여 상용 주파수의 대략 두 배의 리플을 갖는 정류 전압으로 발광 다이오드를 구동하도록 설계되는 것이 일반적이다.
상기한 교류 다이렉트 방식의 발광 다이오드 조명 장치는 인턱터 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 직렬로 연결된 많은 수의 발광 다이오드들이 발광할 수 있는 레벨의 정류 전압으로 동작하도록 설계된다.
발광 다이오드 조명 장치는 많은 수의 발광 다이오드들이 정류 전압의 리플의 증감에 따라 발광 다이오드 채널 별로 순차적으로 발광 또는 소광되도록 구성될 수 있다.
발광 다이오드 조명 장치의 구동을 위하여 공급되는 정류 전압은 리플을 갖는 특성에 의하여 발광 다이오드 채널들을 발광하지 못하는 수준으로 낮아지는 구간을 갖는다.
즉, 발광 다이오드 조명 장치의 정류 전압이 리플에 의하여 실질적으로 발광 다이오드의 발광 전압 이하로 떨어진다. 그러므로, 발광 다이오드 채널에 공급되는 전류는 최저 전류 이하로 하강한 후 다시 증가하는 구간을 갖는다.
상기와 같이 전체 발광 다이오드 채널이 일시적으로 소광됨에 따라서 플리커(Flicker)가 발생하며, 상기한 플리커는 조명을 이용하는 이용자의 사용감 저하나 피로도 증가 등의 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
일예로, 일본의 경우 정류 전압을 이용하는 발광 다이오드 조명 장치에 대하여 PSE 규격으로 플리커 레벨에 대한 기준을 규정하고 있다. 일 예로, PSE 규격은 100Hz 내지 500Hz의 주파수 특성을 갖는 정류 전압을 이용하여 발광 다이오드를 구동하는 경우 광 출력이 100％를 기준으로 5％ 이상을 유지하도록 플리커 레벨에 대한 기준을 제시하고 있다.
따라서, 정류 전압 특성에 따라 구동되는 발광 다이오드 조명 장치는 플리커를 개선할 수 있도록 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 플리커 발생을 감소시킬 수 있는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 충전 타이밍, 충전 전압 및 방전 타이밍 중 적어도 하나 이상을 제어하여서 플리커 발생을 감소시킬 수 있는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 제공함을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 충전된 전압을 플리커가 발생하는 구간에 방전하여 발광 다이오드 채널들이 최소 발광 상태를 유지함으로써 플리커 발생을 감소시킬 수 있는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 정류 전압의 최대치(피크 전압)보다 낮은 레벨의 전압으로 충전을 수행한 후 플리커가 발생하는 구간에 충전된 전압을 방전하여 플리커 발생을 감소시킬 수 있는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 제공함을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명에 따른 복수의 발광 다이오드 채널로 구분된 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로는, 정류 전압에 응답하여 상기 발광 다이오드 채널들의 순차적인 발광에 대응하는 전류 경로를 제공하는 전류 제어 회로; 및 상기 정류 전압에 의한 충전과 상기 발광 다이오드 채널들에 대한 방전을 수행하는 충방전 모듈을 포함하며, 상기 충방전 모듈의 충전 타이밍과 충전 전압 및 방전 타이밍 중 하나 이상을 제어하여서 적어도 제어 구간 동안 상기 충방전 모듈에서 상기 발광 다이오드 채널들에 전압을 공급하며, 상기 제어 구간은 상기 채널들에 공급되는 전류의 양이 가장 낮은 최저 전류 시점을 포함하도록 설정되는 플리커 저감 회로;를 포함함을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면 충전 타이밍, 충전 전압 및 방전 타이밍 중 적어도 하나 이상을 제어하여서 플리커를 감소시킬 수 있어서 정류 전압으로 구동되는 발광 다이오드 조명 장치의 신뢰성이 개선되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 적은 용량의 캐패시터를 이용하여 전압의 충방전에 의한 플리커를 충분히 개선할 수 있다. 그러므로, 캐패시터가 적용됨에도 불구하고, 본 발명은 수명이나 역률의 저하가 최소화될 수 있고, 플리커 또한 개선되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 발광 다이오드 조명 장치가 최소 발광 상태를 유지하면서 조명을 수행함에 따라서 플리커 발생을 해소할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 정류 전압의 최대치(피크 전압)보다 낮은 레벨의 전압으로 충전을 수행하므로 전원 소모량을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로의 바람직한 실시예를 나타내는 회로도.
도 2는 도 1의 전류 제어 회로의 일예로 예시된 상세 회로도.
도 3은 일반적인 발광 다이오드 조명 장치의 플리커 발생을 설명하는 파형도.
도 4 내지 도 7은 도 1의 실시예에 따른 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타내는 회로도.
도 9는 본 발명에 따른 또다른 실시예를 나타내는 회로도.
도 10은 도 9의 충방전 모듈, 방전 스위치 및 방전 타이밍 제어부의 일 예를 나타내는 상세 회로도.
도 11은 도 9의 충방전 모듈, 방전 스위치 및 방전 타이밍 제어부의 다른 일 예를 나타내는 상세 회로도.
도 12는 도 9의 실시예에 따른 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 13은 전류 제어 회로에 구성되는 트랜지스터들의 액티브 영역들을 예시한 레이아웃도.
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 발명에 따른 실시예는 교류 다이렉트 방식으로 구동되는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 개시한다.
교류 다이렉트 방식으로 발광 다이오드 조명을 위한 정류 전압은 교류 전압이 전파 정류된 리플을 가지며 도 3 내지 도 7 및 도 12와와 같이 리플이 반복적으로 승하강하는 특성을 갖는 전압을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로는 도 1과 같이 조명등(10)의 발광을 위한 전류 레귤레이팅이 수행되는 구성을 갖는다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 조명등(10), 교류 전원이 변환된 정류 전압을 조명등(10)에 제공하는 전원부, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 별로 발광을 위한 전류 경로를 제공하는 전류 제어 회로(14) 및 플리커 저감 회로를 포함한다.
조명등(10)은 발광 다이오드들(LED)을 포함하며, 발광 다이오드들은 복수의 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 구분된다. 조명등(10)은 전원부에서 제공되는 정류 전압의 리플에 의하여 발광 다이오드 채널 별로 순차적으로 발광 및 소광된다.
도 1의 조명등(10)은 네 개의 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)을 포함한 것을 예시한다. 그리고, 각 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)은 같거나 다른 복수의 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 각 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 별로 도시된 점선은 발광다이오드들의 도시를 생략한 것을 의미한다.
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 3 내지 도 7 및 도 12와 같이 교류 전압의 반 주기 단위로 전압 레벨이 승하강하는 리플을 갖는 특성이 있다. 본 발명에 따른 실시예에서 정류 전압의 상승 또는 하강은 정류 전압의 리플의 상승 또는 하강을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
전류 제어 회로(14)는 각 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_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 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)이 순차적으로 발광되거나 소광된다.
정류 전압이 상승하여서 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 별 발광 전압에 순차적으로 도달하면, 전류 제어 회로(14)는 각 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 별로 발광을 위한 전류 경로를 제공한다. 전류 제어 회로(14)의 C1, C2, C3, C4는 각 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 별로 전류 경로를 제공하기 위한 단자를 의미한다.
여기에서, 발광 다이오드 채널(CH4)을 발광시키는 발광 전압 VCH4은 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)을 모두 발광하는 전압으로 정의되고, 발광 다이오드 채널(LED_CH3)을 발광시키는 발광 전압 VCH3은 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3)을 모두 발광하는 전압으로 정의되며, 발광 다이오드 채널(LED_CH2)을 발광시키는 발광 전압 VCH2은 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2)을 모두 발광하는 전압으로 정의되고, 발광 다이오드 채널(LED_CH1)을 발광시키는 발광 전압 VCH1은 발광 다이오드 채널(LED_CH1)만 발광하는 전압으로 정의된다.
전류 제어 회로(14)는 전류 센싱 저항(Rs)에 의하여 전류 센싱 전압을 제공받는다. 전류 센싱 전압은 조명등(10)의 발광 다이오드 채널 별 발광 상태에 따라 다르게 형성되는 전류 경로에 의하여 가변될 수 있다. 이때, 전류 센싱 저항(Rs)에 흐르는 전류는 정전류일 수 있다.
한편, 상기한 전류 제어 회로는(14)는 도 2와 같이 구성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 전류 제어 회로(14)는 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_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 발광 다이오드 채널(LED_CH2)이 발광하는 시점에 스위칭 회로(30_1)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF1은 발광 다이오드 채널(LED_CH2)의 발광 전압 VCH2에 의하여 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 전류 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.
그리고, 기준 전압 VREF2은 발광 다이오드 채널(LED_CH3)이 발광하는 시점에 스위칭 회로(30_2)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF2는 발광 다이오드 채널(LED_CH3)의 발광 전압 VCH3에 의하여 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 전류 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.
그리고, 기준 전압 VREF3은 발광 다이오드 채널(LED_CH4)이 발광하는 시점에 스위칭 회로(30_3)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF3은 발광 다이오드 채널(LED_CH4)의 발광 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 발광하기 위한 선택적인 전류 경로를 형성한다.
스위칭 회로들(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)은 정류 전압이 인가되는 위치에서 먼 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_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 출력하도록 구성된다.
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.
일 실시예로 전압 제어부(48)가 실시예에 포함되지 않고, 충전 타이밍 제어부(40)가 충전 스위치(44)를 직접 제어하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 플리커 저감 회로는 미리 정해진 충전 구간 동안 정류 전압에 의한 충전을 수행하고 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)에 공급되는 전류의 양이 가장 낮은 최저 전류 시점을 포함하는 제어 구간 동안 전압을 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)에 방전하는 동작을 수행한다.
여기에서, 플리커 저감 회로는 정류 전압에 의한 충전과 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)에 대한 방전을 수행하는 충방전 모듈(60)을 포함하여서 충방전 모듈(60)의 충전 타이밍과 충전 전압 및 방전 타이밍 중 하나 이상을 제어하여서 적어도 제어 구간 동안 상기 충방전 모듈에서 상기 발광 다이오드 채널들에 전압을 공급한다. 상기한 플리커 저감 회로는 충전과 방전을 수행하는 충방전 모듈(50), 충전 구간 동안 정류 전압을 충방전 모듈(50)에 제공하는 충전 제어 회로 및 제어 구간 동안 충방전 모듈(50)의 전압을 복수의 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 제공하는 방전 제어 회로를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 충방전 모듈(60)은 캐패시터(C)를 포함하여 구성되거나 밸리-필(Valley Fill) 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 충방전 모듈(60)은 정전압원으로 구성될 수 있으며, 상세한 구성의 예시는 도 10 및 도 11을 참조하여 후술한다.
그리고, 충전 제어 회로는 정류 전압을 충방전 모듈(60)에 제공하는 것을 스위칭하는 충전 스위치(44) 및 충전 구간 동안 충전 스위치(44)를 턴온시키는 충전 타이밍 제어부(40)를 포함할 수 있다.
충전 타이밍 제어부(40)가 충전 스위치(44)를 직접 제어하도록 구성되는 경우 충전 구간에 대응하여 충전 스위치(44)가 턴온되고, 턴온된 충전 스위치(44)를 통하여 공급되는 정류 전압에 의하여 충방전 모듈(60)이 충전될 수 있다.
또한, 방전 제어 회로는 충방전 모듈(60)의 전압을 복수의 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 제공하는 것을 스위칭하는 방전 스위치(46) 및 제어 구간 동안 방전 스위치(46)를 턴온시키는 방전 타이밍 제어부(42)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기한 구성에 의하여 방전 타이밍 제어부(42)는 제어 구간에 대응하여 방전 스위치(46)를 턴온시키고, 턴온된 방전 스위치(46)를 통하여 충방전 모듈(60)의 전압이 복수의 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 제공될 수 있다.
이와 달리, 본 발명에 따른 실시예는 도 1과 같이 충전 타이밍 제어부(40)의 턴온 신호와 전압 제어부(48)의 전압 제어 신호가 앤드 게이트(AND)에 의하여 조합된 결과로 충전 스위치(44)가 제어되도록 구성될 수 있다.
전압 제어부(48)는 충방전 모듈(60)의 충전된 전압이 미리 정해진 충전 레벨 이상인 제1 상태와 충방전 모듈(60)에 충전된 전압이 정류 전압 이상인 제2 상태 및 정류 전압이 미리 정해진 레벨 이하인 제3 상태 중 하나 이상을 포함하는 충전 비적합 상태를 표현하는 전압 제어 신호를 출력하도록 구성된다. 전압 제어부(48)에서 출력되는 전압 제어 신호는 앤드 게이트(AND)로 제공되며, 앤드 게이트는 상술한 바와 같이 전압 제어 신호와 충전 타이밍 제어부(40)의 턴온 신호를 조합하여 충전 스위치(44)의 스위칭을 제어한다.
상기한 전압 제어부(48)가 충전 비적합 상태에 해당하지 않는 것을 표현하는 전압 제어 신호를 앤드 게이트(AND)로 제공하면, 플리커 저감 회로는 상술한 바와 같이 충전 타이밍 제어부(40)에 의하여 충전 스위치(44)가 직접 제어되는 것에 상응하는 동작을 수행한다.
전압 제어부(48)가 충전 비적합 상태에 해당하는 것을 표현하는 전압 제어 신호가 앤드 게이트(AND)로 제공되면, 플리커 저감 회로는 충전 타이밍 제어부(40)의 턴온 신호와 전압 제어 신호의 앤드 조합된 결과에 따라서 충전 스위치(44)의 턴온이 제어되는 동작을 수행한다
상기한 전압 제어부(48)의 구성에 대응하여, 플리커 저감 회로는 충방전 모듈(60), 충전 비적합 상태에 해당하지 않고 충전 구간이면 충전을 위하여 정류 전압을 충방전 모듈(60)에 제공하는 충전 제어 회로, 및 제어 구간 동안 충방전 모듈(60)의 전압을 복수의 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 제공하는 방전 제어 회로를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 충전 제어 회로는 정류 전압을 전압원인 캐패시터(C)에 제공하는 것을 스위칭하는 충전 스위치(44), 충전 구간 동안 충전 스위치(44)의 턴온을 위한 턴온 신호를 제공하는 충전 타이밍 제어부(40) 및 전압 제어 신호와 턴온 신호에 의하여 충전 비적합 상태에 해당하지 않고 충전 구간을 만족하는 시간 동안 충전 스위치(44)를 턴온시키는 스위칭 제어 회로를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 스위칭 제어 회로는 상술한 앤드 게이트(AND)로 구성될 수 있다.
상술한 바에서, 충전 비적합 상태의 제1 상태로 정의된 충방전 모듈(60)에 충전된 전압이 미리 정해진 충전 레벨 이상인 경우는 충방전 모듈(60)이 충분히 충전되어서 충전이 불필요한 상태에 해당된다. 그리고, 제2 상태로 정의된 충전 모듈(60)의 전압이 정류 전압 이상인 경우는 정류 전압의 레벨이 낮아서 충전 모듈(60)을 충전하기 어려운 상태에 해당된다. 그리고, 제3 상태로 정의된 정류 전압이 미리 정해진 레벨 이하인 경우도 정류 전압의 레벨이 낮아서 충전 모듈(60)을 충전하기 어려운 상태에 해당된다.
먼저, 도 3을 참조하여 일반적인 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로의 동작을 설명한다.
정류 전압이 초기 상태인 경우 발광 다이오드 채널들이 발광되지 않은 상태이다. 그러므로 전류 센싱 저항(Rs)은 로우 레벨의 전류 센싱 전압을 제공한다.
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 전류 센싱 전압보다 높으므로 모두 턴온된 상태를 유지한다.
그 후 정류 전압이 상승하여 발광 전압 VCH1에 도달하면, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널(LED_CH1)이 발광된다. 그리고, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널(LED_CH1)이 발광되면, 발광 다이오드 채널(LED_CH1)에 연결된 전류 제어 회로(14)의 스위칭 회로(30_1)는 전류 경로를 제공한다.
상기와 같이 정류 전압이 발광 전압 VCH1에 도달하여 발광 다이오드 채널(LED_CH1)이 발광되고 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 발광 전압 VCH2에 도달하면, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널(LED_CH2)이 발광된다. 그리고, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널(LED_CH2)이 발광되면, 발광 다이오드 채널(LED_CH2)에 연결된 제어부(14)의 스위칭 회로(30_2)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 채널(LED_CH1)도 발광 상태를 유지한다.
상기와 같이 정류 전압이 발광 전압 VCH2에 도달하여 발광 다이오드 채널(LED_CH2)이 발광되고 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 발광 다이오드 채널(LED_CH2)의 발광에 대응한 선택적인 전류 경로를 제공한다.
그 후 정류 전압이 계속 상승하여 발광 전압 VCH3에 도달하면, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널(LED_CH3)이 발광된다. 그리고, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널(LED_CH3)이 발광되면, 발광 다이오드 채널(LED_CH3)에 연결된 제어부(14)의 스위칭 회로(30_3)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2)도 발광 상태를 유지한다.
상기와 같이 정류 전압이 발광 전압 VCH3에 도달하여 발광 다이오드 채널(LED_CH3)이 발광되고, 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 발광 다이오드 채널(LED_CH3)의 발광에 대응한 선택적인 전류 경로를 제공한다.
그 후 정류 전압이 계속 상승하여 발광 전압 VCH4에 도달하면, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널(LED_CH4)이 발광된다. 그리고, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널(LED_CH4)이 발광되면, 발광 다이오드 채널(LED_CH4)에 연결된 제어부(14)의 스위칭 회로(30_4)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_ CH3)도 발광 상태를 유지한다.
상기와 같이 정류 전압이 발광 전압 VCH4에 도달하여 발광 다이오드 채널(LED_CH4)이 발광되고, 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 발광 다이오드 채널(LED_CH2)의 발광에 대응한 선택적인 전류 경로를 제공한다.
그 후 정류 전압이 계속 상승하여도, 스위칭 회로(30_4)에 제공되는 기준전압 VREF4이 정류 전압의 상한 레벨에 의하여 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 전류 센싱 전압보다 높은 레벨이므로, 스위칭 회로(30_4)는 턴온 상태를 유지한다.
상술한 바와 같이 정류 전압의 상승에 대응하여 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)이 순차적으로 발광되면 발광 상태에 대응하는 전류도 도 2와 같이 단계적으로 증가한다. 즉, 전류 제어 회로(14)는 정전류 레귤레이팅 동작을 수행하므로 발광 다이오드 채널 별 발광에 대응한 전류는 일정한 수준을 유지하고 발광되는 발광 다이오드 채널의 수가 증가하면 그에 대응하여 전류의 레벨이 증가한다.
정류 전압은 상술한 바와 같이 상한 레벨까지 상승한 후 하강을 시작한다.
정류 전압이 하강하여서 발광 전압 VCH4 이하로 떨어지면, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널(LED_CH4)이 소광된다.
조명등(10)은 발광 다이오드 채널(LED_CH4)이 소광되면, 발광 다이오드 채널들(LED_CH3, LED_CH2, LED_CH1)에 의한 발광 상태를 유지하며, 그에 따라서 발광 다이오드 채널(LED_CH3)에 연결된 스위칭 회로(30_3)에 의하여 전류 경로가 형성된다.
그 후 정류 전압이 계속 하강하여서 발광 전압 VCH3, 발광 전압 VCH2, 발광 전압 VCH1 이하로 순차적으로 떨어지면, 조명등(10)의 발광 다이오드 채널들(LED_CH3, LED_CH2, LED_CH1)은 순차적으로 소광된다.
상기한 조명등(10)의 발광 다이오드 채널들(LED_CH3, LED_CH2, LED_CH1)의 순차적 소광에 대응하여, 전류 제어 회로(14)는 스위칭 회로(30_3, 30_2, 30_1)들에 의하여 형성되는 선택적인 전류 경로를 시프트하면서 제공한다. 그리고, 전류의 레벨도 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)의 소광 상태에 대응하여 단계적으로 감소한다.
상술한 일반적인 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로는 도 3과 같이 전류의 양이 가장 낮은 최저 전류 시점을 포함하는 플리커 발생 구간이 형성되도록 동작된다.
즉, 정류 전압이 리플을 갖는 특성에 의하여 형성되는 밸리(Valley) 구간 즉 플리커 발생 구간으로 진입하면 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)에 공급되는 전류의 양이 줄어들어서 조명등(10)의 전체 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)들이 소광된다.
본 발명에 따른 실시예는 정류 전압의 리플이 조명등(10)이 최저점으로 하강한 후 다시 증가하는 밸리 구간 즉 조명등 전체 소등 구간을 제어 구간으로 설정하며, 제어 구간에 충방전 모듈(60)의 전압으로 밸리-필을 수행함으로써 조명등(10)이 최소 발광 상태를 유지하도록 동작된다.
즉, 본 발명에 따른 실시예는 밸리 구간에서 조명등(10)이 최소 발광 상태를 유지하므로 플리커 발생을 감소 시킬 수 있다.
이를 위하여 본 발명에 따른 도 1의 실시예는 도 4와 같이 발광 다이오드 채널(LED_CH1)이 발광된 후부터 발광 다이오드 채널(LED_CH2)가 발광되는 시점까지 충방전 모듈(60)에 충전을 수행하고 정류 전압이 발광전압 VCH1이하로 낮아지는 시점에 충방전 모듈(60)의 전압을 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 쪽으로 방전하여 최소 발광 상태를 유지하도록 동작될 수 있다.
이때, 최소 발광 상태는 발광 다이오드 채널(LED_CH1)이 발광을 유지하는 것으로 도 4와 같이 설정될 수 있다.
도 4와 같은 충전 동작을 구현하기 위하여 도 1의 실시예에서 충전 타이밍 제어부(40)는 충전 구간의 시작 시점과 종료 시점을 정류 전압(S1), 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 공급되는 전류(S2), 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 별 전류 경로의 전류(S3, S4, S5,S6), 전류 제어 회로(14)의 전류(S7) 즉 전류 감지 저항(Rs)으로 공급되는 전류 중 적어도 하나 이상을 판단 소스(Sa)로 선택하여 설정될 수 있다.
일예로, 정류 전압의 상승에 대응하여 발광 다이오드 채널(LED_CH1)의 전류 경로에 전류(S3)가 흐르는 동안 충전 타이밍 제어부(40)는 턴온 신호를 출력할 수 있다. 여기에서, 턴온 신호는 인에이블 상태를 표시하는 하이 레벨로 출력되는 것으로 가정한다.
전압 제어부(48)가 충전 비적합 상태에 해당하지 않는 것으로 판단하여 하이 레벨의 출력을 유지하는 것으로 가정하면, 충전 타이밍 제어부(40)의 턴온 신호는 앤드 게이트(AND)를 거쳐서 충전 스위치(44)로 전달될 수 있다. 충전 스위치(44)는 충전 타이밍 제어부(40)의 턴온 신호에 의하여 턴온되어서 정류 전압을 충방전 모듈(60)로 제공하며, 충방전 모듈(60)은 정류 전압에 의한 충전을 수행할 수 있다.
그 후, 정류 전압이 상승하여 발광 다이오드 채널(LED_CH2)이 발광되면 발광 다이오드 채널(LED_CH1)과 전류 제어 회로(14) 간의 전류 경로는 형성되지 않는다. 그러므로 충전 타이밍 제어부(40)는 턴온 신호를 출력하지 않고, 그에 연동하여 충전 스위치(44)는 턴오프된다. 즉, 충방전 모듈(60)의 충전이 중지된다.
충전 타이밍 제어부(40)는 충전 구간의 개시 시점은 정류 전압의 상승에 대응하여 발광 다이오드 채널(LED_CH1)과 전류 제어 회로(14)의 단자(C1) 간에 전류(S3)가 흐르기 시작하는 시점으로 설정되고 충전 구간의 종료 시점은 정류 전압의 상승에 대응하여 발광 다이오드 채널(LED_CH1)과 전류 제어 회로(14)의 단자(C1) 간의 전류(S3)의 흐름이 종료되는 시점으로 설정되도록 구성될 수 있다.
충전 타이밍 제어부(40)는 정류 전압의 하강에 대응하여 발광 다이오드 채널(CH1)의 전류 경로에 전류(S3)가 흐르는 경우에 대응하여 턴온 신호를 출력하는 것이 방지될 수 있다. 즉, 충전 타이밍 제어부(40)에서 턴온 신호의 출력은 정류 전압의 상승에 제한될 수 있다.
이를 위하여, 충전 타이밍 제어부(40)는 일예로 정류 전압이 상승하여 발광 전압(VCH1)에 도달하면 충전 상태로 전환되면서 한 번만 턴온 신호를 출력하고 그 이후 충전 상태를 유지하다가 정류 전압이 발광 전압(VCH1) 이하로 낮아지면 충전하지 않는 상태로 전환되도록 구성함으로써 정류 전압의 상승에만 대응하여 턴온 신호를 출력하도록 구현될 수 있다. 이는 당업자에 의하여 용이하게 실시할 수 있는 정도의 기술이므로 이에 대한 구체적인 도시는 생략한다.
상기한 도 4의 실시예의 충전 구간을 설명하기 위하여 발광 다이오드 채널(LED_CH1)의 전류(S3)를 이용하는 것을 예시하였으나, 이에 제한되지 않으며 제작자의 의도에 따라서 충전 타이밍 제어부(40)는 정류 전압(S1)의 레벨, 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 공급되는 전류(S2)의 양, 전류 제어 회로(14)의 전류(S7)의 양을 검출하여 정류 전압의 상승에 대응하여 발광 다이오드 채널(LED_CH1)이 발광되는 구간 동안 충전이 수행되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 제어 구간은 정류 전압이 발광 다이오드 채널들의 최소 발광 상태를 유지하는 발광 전압보다 낮은 레벨을 갖는 구간을 포함하도록 설정됨이 바람직하며, 이에 대응한 충전 구간은 정류 전압이 제어 구간의 정류 전압보다 높은 레벨을 갖는 구간으로 설정됨이 바람직하다.
즉, 충전 구간은 정류 전압이 발광 다이오드 채널들의 최소 발광 상태를 유지하는 발광 전압과 같거나 높은 레벨을 갖는 구간을 포함하도록 설정될 수 있으며, 정류 전압의 최대치보다 낮은 레벨로 설정됨이 바람직하다.
본 발명에 따른 실시예는 정류 전압의 최대치보다 낮은 전압으로 충전을 수행함으로써 전원 소모를 절감하는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예로 충전 구간은 도 5와 같이 발광 다이오드 채널(LED_CH1)이 발광되는 시점 즉 정류 전압이 발광 전압 VCH1 이상 상승하는 시점을 개시 시점으로 설정하고 발광 다이오드 채널(LED_CH3)이 발광되는 시점 즉 정류 전압이 발광 전압 VCH3 이상 상승하는 시점을 종료 시점으로 설정될 수 있다.
도 5의 실시예와 같이 충전 구간을 설정하는 경우 충방전 모듈(60)의 충전 시간을 충분히 확보하고 높은 레벨로 충방전 모듈(60)이 충전되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예로 충전 구간은 도 6과 같이 발광 다이오드 채널(LED_CH2)이 발광되는 시점 즉 정류 전압이 발광 전압 VCH2 이상 상승하는 시점을 개시 시점으로 설정하고 발광 다이오드 채널(LED_CH3)이 발광되는 시점 즉 정류 전압이 발광 전압 VCH3 이상 상승하는 시점을 종료 시점으로 설정될 수 있다.
도 6의 실시예와 같이 충전 구간을 설정하는 경우 높은 레벨로 충방전 모듈(60)이 충전되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 도 7과 같이 정류 전압이 상승하는 구간과 하강하는 구간에 대하여 각각 충전이 수행될 수 있도록 실시예가 구성될 수 있다.
이를 위하여, 충전 타이밍 제어부(40)는 정류 전압(S1), 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 공급되는 전류(S2), 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 별 전류 경로의 전류(S3, S4, S5, S6), 전류 제어 회로(14)의 전류(S7) 즉 전류 감지 저항(Rs)으로 공급되는 전류 중 선택된 판단 소스가 정류 전압의 상승 또는 하강에 대응하여 충전 구간에 만족하는 상태로 진입하면 충전을 위한 턴온 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기와 같이 충방전 모듈(60)에 충전된 전압은 방전 타이밍 제어부(42)에 의하여 제어 구간 동인 방전 스위치(46)가 턴온되면 도 4 내지 도 7과 같이 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 방전될 수 있다.
도 4 내지 도 7과 같은 방전 동작을 구현하기 위하여 도 1의 실시예에서 방전 타이밍 제어부(42)는 제어 구간의 시작 시점과 종료 시점을 정류 전압(S1), 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 공급되는 전류(S2), 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 별 전류 경로의 전류(S3, S4, S5,S6), 전류 제어 회로(14)의 전류(S7) 즉 전류 감지 저항(Rs)으로 공급되는 전류 중 적어도 하나 이상을 판단 소스(Sb)로 선택하여 설정될 수 있다.
일예로, 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 공급되는 전류(S2)의 양이 미리 정해진 일정 수준 즉 발광 다이오드 채널(LED_CH1)만 발광된 상태에 대응하여 공급되는 전류의 양 이하로 떨어지면, 방전 타이밍 제어부(42)는 턴온 신호를 출력할 수 있다. 여기에서, 턴온 신호는 인에이블 상태를 표시하는 하이 레벨로 출력되는 것으로 가정한다.
방전 타이밍 제어부(42)의 턴온 신호가 방전 스위치(46)로 전달되면, 방전 스위치(46)는 턴온되어서 캐패시터(C)에 충전된 전압을 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 방전한다. 여기에서, 다이오드(D)는 정류 전압이 입력되는 상태와 충방전 모듈(60)에 의하여 발광 다이오드 채널들에 인가되는 전압을 구분하기 위하여 추가된 부품이다.
상술한 바와 같이 충방전 모듈(60)에 충전된 전압이 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 방전되면, 조명등(10)은 도 4 또는 도 7과 같이 최소한 발광 다이오드 채널(LED_CH1)이 발광되는 최소 발광 상태를 유지할 수 있다.
만약, 충방전 모듈(60)에 충전된 전압이 도 5 및 도 6과 같이 발광 전압 VCH2 이상의 전압으로 충전된 경우, 조명등(10)은 도 5 및 도 6과 같이 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2)이 발광되는 최소 발광 상태를 유지할 수 있다.
한편, 전압제어부(48)는 충방전 모듈(60)에 연결됨으로써 충전된 전압이 미리 정해진 충전 레벨 이상인 제1 상태를 판단할 수 있다.
그리고, 전압 제어부(48)는 충방전 모듈(60)에 충전된 전압이 정류 전압 이상인 제2 상태 및 정류 전압이 미리 정해진 레벨 이하인 제3 상태를 판단하기 위하여 도 8과 같이 정류 전압(S1) 또는 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 공급되는 전류(S2)를 판단 소스(Sc)로 제공받도록 도 8과 같이 구성될 수 있다.
전압 제어부(48)는 정류 전압(S1) 또는 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 공급되는 전류(S2)와 충방전 모듈(60)에 충전된 전압을 비교하여 제2 상태를 판단할 수 있으며, 일정한 레벨을 갖는 내부의 기준 전압과 정류 전압(S1)의 레벨을 비교하여 제3 상태를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 실시예로 도 9가 예시될 수 있으며, 도 9의 실시예는 플리커 저감 회로로 방전 타이밍 제어부(42), 방전 스위치(46) 및 충방전 모듈(60)을 포함하여 구성될 수 있다. 도 9의 실시예에서 도 1과 동일한 부품은 동일 부호로 표시하며, 이들에 대한 중복 설명은 생략한다.
방전 타이밍 제어부(42)는 제어 구간의 시작 시점과 종료 시점을 정류 전압(S1), 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 공급되는 전류(S2), 발광 다이오드 채널(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 별 전류 경로의 전류(S3, S4, S5,S6), 전류 제어 회로(14)의 전류(S7) 즉 전류 감지 저항(Rs)으로 공급되는 전류 중 적어도 하나 이상을 판단 소스(Sb)로 선택하여 설정될 수 있다.
그리고, 충방전 모듈(60)은 도 10과 같이 캐패시터(C)를 포함하여 구성되거나 또는 도 11과 같이 밸리 필 회로를 포함하여 구성될 수 있다.
충방전 모듈(60)은 노드 N1의 정류 전압(S1과 동일)으로 충전을 수행하며, 방전 스위치(46)가 턴온되는 경우 노드 N2를 통하여 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 쪽으로 전압을 공급한다.
그리고, 방전 스위치(46)는 방전 타이밍 제어부(42)의 제어에 의하여 온/오프 동작을 수행한다.
즉, 방전 타이밍 제어부(42)는 판단 소스(Sb)를 기반으로 하여 제어 구간에서 방전 스위치(46)가 턴온될 수 있도록 제어하며, 방전 스위치(46)가 턴온되면 상술한 바와 같이 충방전 모듈(60)의 전압이 노드 N2를 통하여 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 쪽으로 공급된다.
상기한 도 9의 충방전 모듈, 방전 스위치 및 방전 타이밍 제어부는 도 10과 같이 실시될 수 있다.
여기에서, 충방전 모듈(60)은 캐패시터(C1)와 다이오드(D1)을 포함하며, 다이오드(D1)은 노드 N1의 정류 전압을 캐패시터(C1)에 일방향으로 전달하기 위한 것이고, 캐패시터(C1)는 충방전 소자로 구성된 것이다.
그리고, 방전 타이밍 제어부(42)는 저항들(R3, R4) 및 트랜지스터(Q2)를 포함하여 구성될 수 있다. 트랜지스터(Q2)는 NPN 형 바이폴라 트랜지스터로 구성될 수 있다. 병렬 연결된 저항들(R3, R4)은 판단 소스(Sb)를 분압하여 트랜지스터(Q2)의 베이스로 전달하도록 구성되고, 트랜지스터(Q2)는 베이스의 전압 상태에 따라서 저항(R2)에 인가되는 전압의 상태를 가변시키도록 구성된다.
그리고, 방전 스위치(46)는 저항들(R1, R2), 트랜지스터(Q1) 및 다이오드(D2)를 포함하여 구성될 수 있다. 트랜지스터(Q1)는 NMOS 트랜지스터로 구성될 수 있다. 저항(R1)은 트랜지스터(Q1)의 게이트와 소스 사이에 구성되고, 저항(R2)은 트랜지스터(Q1)의 게이트와 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 사이에 구성된다. 그리고, 트랜지스터(Q1)의 소스는 캐패시터(C1)에 연결되며 드레인은 다이오드(D2)를 통하여 노드 N2에 연결된다.
도 9 및 도 10의 구성에 따른 실시예의 동작을 도 12를 참조하여 설명한다. 도 12는 정류 전압이 발광 다이오드 채널(LED_CH1)의 발광전압 VCH1 이하로 떨어지는 밸리 구간을 제어 구간으로 설정한 것을 예시한다. 그리고, 제어 구간 동안 판단 소스(Sb)는 활성화된다.
도 9 및 도 10의 실시예 구성에 의하여, 정류 전압이 발광 전압 VCH1 이상을 유지하면서 상승 및 하강하는 구간에 대응하여 판단 소스(Sb)는 활성화되지 않는다.
판단 소스(Sb)가 활성화되지 않으면, 방전 타이밍 제어부(42)의 트래지스터(Q2)는 턴오프 상태를 유지하고, 그에 연동하여 방전 스위치(46)의 트랜지스터(Q1)도 턴오프 상태를 유지한다.
판단 소스(Sb)가 활성화되지 않으면, 다이오드(D1)를 통하여 정류 전압이 캐패시터(C1)로 공급되며, 이때 정류 전압은 발광 전압 VCH1 이상을 유지하면서 상승 및 하강하는 레벨을 유지하는 상태이다. 그러므로, 캐패시터(C1)는 도 12와 같이 정류 전압의 상승에 대응하여 충전을 수행하며 정류 전압이 하강하면 충전된 상태를 유지한다.
그 후, 정류 전압이 발광 전압 VCH1 이하로 떨어지면, 판단 소스(Sb)가 활성화된다. 판단 소스(Sb)가 활성화되면 방전 타이밍 제어부(42)의 트랜지스터(Q2)가 턴온되어서 콜렉터-에미터 간의 스위칭 전압은 하이 레벨로 천이된다. 상기한 트랜지스터(Q2)의 턴온에 연동하여서 방전 스위치(46)의 트랜지스터(Q1)도 게이트에 인가되는 하이 레벨의 전압에 의하여 턴온된다.
즉, 판단 소스(Sb)의 활성화에 의하여, 트랜지스터(Q1) 및 다이오드(D2)를 포함하는 전류 경로가 형성된다. 그에 따라서, 캐패시터(C1)에 충전된 전압은 방전 스위치(46)에 형성된 전류 경로를 통하여 노드 N2에 인가된다. 결국 캐패시터(C1)에 충전된 전압은 노드 N2를 통하여 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4) 쪽으로 공급된다.
따라서, 제어 구간 동안 캐패시터(C1)의 충전된 전압이 방전되며, 본 발명에 따른 실시예는 최소 발광 상태 이상의 조도를 유지하므로, 플리커 발생을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 9의 실시예에서 충방전 모듈(60)은 도 11과 같이 밸리 필 회로를 포함하여 구성될 수 있다. 도 11에서 방전 타이밍 제어부(42) 및 방전 스위치(46)는 도 10과 동일한 구성을 가지며, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 11의 충방전 모듈(60)에서, 캐패시터들(C2, C3)과 다이오드들(D3, D4, D5)가 밸리 필 회로에 해당된다.
캐패시터(C2)와 캐패시터(C3) 사이에는 다이오드(D4)가 순방향으로 연결되고, 다이오드(D1)와 캐패시터(C3) 사이에는 다이오드(D4)가 역방향으로 연결되며, 다이오드(D1)에 대하여 캐패시터(C2)와 다이오드(D5)가 병렬로 연결되고, 다이오드(D4)는 접지된 다이오드(D3)와 캐패시터(C3) 사이에 연결되며, 다이오드(D3)는 캐패시터(C2)와 접지 사이에 역방향으로 연결된다.
상술한 바와 같이 밸리 필 회로 충방전 모듈(60)에 구성됨에 따라서, 충방전 모듈(60)은 충전에 대응하여 캐패시터들(C2, C3)이 등가적으로 직렬로 연결된 구성을 가지며 방전에 대응하여 캐패시터들(C2, C3)가 등가적으로 병렬로 연결된 구성을 갖는다.
그리고, 판단 소스(Sb)의 비활성화에 대응하여 방전 스위치(46)는 턴오프 상태를 유지하므로 상술한 충방전 모듈(60)은 다이오드(D1)을 통하여 공급되는 정류 전압에 의한 충전을 수행한다.
그리고, 판단 소스(Sb)의 활성화에 대응하여 방전 스위치(46)는 턴온된다. 그로므로, 상술한 충방전 모듈(60)은 충전된 전압을 방전 스위치(46)에 형성된 전류 경로를 통하여 노드 N2로 제공하며, 결국 충방전 모듈(60)에 충전된 전압은 노드 N2를 통하여 발광 다이오드 채널들(LED_CH1, LED_CH2, LED_CH3, LED_CH4)로 공급된다.
따라서, 제어 구간 동안 캐패시터(C1)의 충전된 전압이 방전되며, 본 발명에 따른 실시예는 최소 발광 상태 이상의 조도를 유지하므로 플리커 발생을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 실시예에서, 전류 제어 회로(14)는 전류 경로를 형성하기 위한 스위칭 회로(30_1, 30_2, 30_3, 30_4)에 스위칭 소자로 각각 트랜지스터(50)를 포함한다.
각 트랜지스터(50)는 액티브 영역을 도 13과 같이 전류량에 대응하여 서로 다른 크기로 형성할 수 있다.
즉, 전류 제어 회로(14)에서 전류 경로를 제공하는 각 트랜지스터(50)는 전류 소모량에 대응하여 조절된 저항값을 가질 수 있다.
즉, 많은 전류가 흐르는 트랜지스터(50)는 액티브 영역을 크게 구성하여 낮은 저항값을 갖도록 설계할 수 있으며, 그 결과 전류 제어 회로(14)의 발열이 개선될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예가 구성됨으로써 정류 전압으로 구동되는 발광 다이오드 조명 장치는 전체 소광되는 구간없이 최소 발광 상태 이상의 조도를 유지하므로 플리커가 발생되는 것이 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예에 의하면 적은 용량의 캐패시터를 이용하여 전압의 충방전에 의한 플리커를 충분히 개선할 수 있다. 그러므로, 캐패시터가 적용됨에도 불구하고, 본 발명은 수명이나 역률의 저하가 최소화될 수 있고, 플리커 또한 개선되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 정류 전압의 피크치(최대치)보다 낮은 레벨로 플리커 감소를 위한 충전을 수행하므로 불필요한 과도한 전압에 의한 충전이 방지될 수 있어서 전력 소모를 최소화할 수 있다.
그러므로 본 발명에 따른 실시예에 의하여 발광 다이오드 조명 장치의 신뢰성이 형상될 수 있다.
10 : 발광 다이오드 조명등 12 : 정류 회로
14 : 전류 제어 회로 16 : 발열 제어 회로
20 : 기준 전압 공급부
30_1, 30_2, 30_3, 30_4 : 스위칭 회로
40 : 충전 타이밍 제어부 42 : 방전 타이밍 제어부
44 : 충전 스위치 46 : 방전 스위치
48 : 전압 제어부 50 : 비교기
52 : NMOS 트랜지스터 60 : 충방전 모듈

Claims (14)

  1. 복수의 발광 다이오드 채널로 구분된 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로에 있어서,
    정류 전압에 응답하여 상기 발광 다이오드 채널들의 순차적인 발광에 대응하는 전류 경로를 제공하는 전류 제어 회로; 및
    상기 정류 전압에 의한 충전과 상기 발광 다이오드 채널들에 대한 방전을 수행하는 충방전 모듈을 포함하며, 상기 정류 전압, 상기 발광 다이오드 채널들로 공급되는 전류, 상기 발광 다이오드 채널 별 상기 전류 경로의 전류, 상기 전류 제어 회로의 센싱 전류 중 하나 이상을 공통 또는 각각의 판단 소스로 이용하여 상기 충방전 모듈이 충전 타이밍 및 방전 타이밍 중 하나 이상을 제어하여 적어도 제어 구간 동안 상기 충방전 모듈에서 상기 발광 다이오드 채널들에 전압을 공급하며, 상기 제어 구간은 상기 발광 다이오드 채널들에 공급되는 전류의 양이 가장 낮은 최저 전류 시점을 포함하도록 설정되는 플리커 저감 회로;를 포함하며,
    상기 플리커 저감 회로는,
    상기 충방전 모듈의 전압이 미리 정해진 충전 레벨 이상인 제1 상태와 상기 충방전 모듈에 충전된 전압이 상기 정류 전압 레벨 이상인 제2 상태 및 상기 정류 전압이 미리 정해진 레벨 이하인 제3 상태 중 하나 이상을 포함하는 충전 비적합 상태를 표현하는 전압 제어 신호를 제공하는 전압 제어부를 포함하며,
    상기 충전 비적합 상태를 표현하는 상기 전압 제어 신호에 대응하여 상기 정류 전압에 의한 충전을 차단하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 충방전 모듈은 캐패시터 또는 밸리 필(Valley Fill) 회로 중 어느 하나를 포함하여 구성되는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플리커 저감 회로는 상기 정류 전압이 상기 발광 다이오드 채널들의 최소 발광 상태의 레벨보다 낮아지는 구간을 포함하는 상기 제어 구간에 대응하여 상기 전압을 공급하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 플리커 저감 회로는
    미리 정해진 충전 구간 동안 상기 정류 전압을 상기 충방전 모듈에 공급하는 충전 제어 회로; 및
    상기 제어 구간 동안 상기 충방전 모듈의 상기 전압을 상기 발광 다이오드 채널들에 공급하는 방전 제어 회로; 중 하나 이상을 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 충전 구간은 상기 발광 다이오드 채널들 중 최소 발광 상태를 갖는 상기 발광 다이오드 채널의 발광전압과 같거나 높은 레벨을 갖는 구간을 포함하도록 설정되는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 충전 구간은 상기 발광 다이오드 채널들 중 최대 발광 상태를 갖는 상기 발광 다이오드 채널의 발광 전압보다 낮은 레벨을 갖도록 설정되는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  8. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 충전 구간은 상기 정류 전압의 상승 영역과 하강 영역 중 하나 이상에 설정되는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  9. 제5 항에 있어서, 상기 충전 제어 회로는,
    상기 정류 전압을 상기 충방전 모듈에 제공하는 것을 스위칭하는 충전 스위치; 및
    상기 충전 구간 동안 상기 충전 스위치를 턴온시키는 충전 타이밍 제어부;를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  10. 제5 항에 있어서, 상기 방전 제어 회로는,
    상기 충방전 모듈의 전압을 상기 복수의 발광 다이오드 채널로 제공하는 것을 스위칭하는 방전 스위치; 및
    상기 제어 구간 동안 상기 방전 스위치를 턴온시키는 방전 타이밍 제어부;를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  11. 삭제
  12. 제1 항에 있어서, 상기 플리커 저감 회로는,
    상기 충전 비적합 상태에 해당하지 않고 미리 정해진 충전 구간이면 상기 정류 전압을 상기 충방전 모듈에 제공하는 충전 제어 회로; 및
    상기 제어 구간 동안 상기 충방전 모듈의 상기 전압을 상기 발광 다이오드 채널들에 공급하는 방전 제어 회로; 중 하나 이상을 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 충전 제어 회로는,
    상기 정류 전압을 상기 충방전 모듈에 제공하는 것을 스위칭하는 충전 스위치;
    상기 충전 구간 동안 상기 충전 스위치의 턴온을 위한 턴온 신호를 제공하는 충전 타이밍 제어부; 및
    상기 전압 제어 신호와 상기 턴온 신호에 의하여 상기 충전 비적합 상태에 해당하지 않고 상기 충전 구간을 만족하는 시간 동안 상기 충전 스위치를 턴온시키는 스위칭 제어 회로;를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 제어 회로는 상기 발광 다이오드 채널들 별로 전류 경로를 형성하기 위한 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자의 액티브 영역은 상기 전류의 양에 대응하여 서로 다른 크기로 형성되어서 전류 소모량에 대응하여 조절된 저항값을 갖는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.






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