KR101653595B1 - 발광 다이오드 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 구동 장치에 관한 것으로서, 상기 발광 다이오드 구동 장치의 한 특징은 직렬로 연결되어 있고 적어도 하나의 발광 다이오드를 구비한 발광 다이오드부, 교류 전원을 정류해 정류 전압을 생성하여 상기 발광 다이오드부로 인가하는 정류부, 상기 정류부와 상기 발광 다이오드부 사이에 연결되고, 상기 발광 다이오드부를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지용 저항, 그리고 상기 정류부 및 상기 전류 감지용 저항과 연결되어 있고, 상기 정류 전압의 크기 또는 교류 전원의 크기에 따라 충전 동작과 방전 동작을 실시하여 방전 전압을 출력하고, 상기 전류 감지용 저항에 의해 감지된 전류에 따라 동작 상태가 제어되어 상기 방전 전압을 상기 발광 다이오드부로 인가하여 상기 발광 다이오드부를 점등시키는 최소 전류 공급부를 포함한다. 이로 인해, 교류 전원이 인가되면 발광 다이오드에 흐르는 전류를 감지하여 문턱 전압 이하에서도 모든 발광 다이오드에 전류가 흐르도록 하는 전류 스위치를 구현하여 발광 다이오드의 구동 시간이 증가하여 깜박임이 줄어들고 발광량이 개선된다.

Description

발광 다이오드 구동 장치{APPARATUS FOR DRIVING LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 발광 다이오드 구동 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode, LED)는 일반적인 다이오드 특성과 같이 순방향 전압이 인가될 때 인가되는 전압의 크기가 문턱 전압 이상이면 턴온되어 전류가 흘러 빛이 방출되는 특성을 가지고 있다.
교류 전원의 전압(이하, '전원 전압'이라 함)에 직접 구동되는 직결 형태의 발광 다이오드는 전파 정류기에 연결되어 있고, 이때, 한 개 이상의 발광 다이오드는 직렬 형태로 연결되거나, 직렬 형태와 병렬 형태의 연결 구조가 혼합된 직병렬 형태로 연결되어 있다.
이러한 발광 다이오드는 위에 기재된 것처럼, 턴온 전압 이상의 전압이 인가되면 발광 다이오드는 턴온되어 발광 다이오드를 통해 전류가 흐르지만, 턴온 전압 미만의 전압이 인가될 때는 턴오프되어 발광 다이오드에는 전류가 흐르지 않는다.
따라서, 전원 전압의 한 주기를 기준으로 할 때 발광 다이오드의 턴온 구간이 짧아 발광 다이오드가 일정 구간에서는 발광되지 않는다. 이는 빛의 깜박임[플리커(flicker) 현상]을 유발하게 되고, 이런 플리커 현상이 빛에 민감한 사람에게는 악영향을 미칠 수 있어서 법적으로 규제하는 국가도 있다.
따라서 전원 한 주기에서의 전압 변동으로 턴오프 되어 발광되지 않는 구간이 없도록 하면서, 동시에 역률, 전고조파 왜곡 등의 여러 규제를 동시에 만족하는 구동 장치의 개발이 필요하다.
도 1은 교류 전원(AC)에 정류 다이오드부(Dr), 전류 조절 저항(Rr) 및 직렬로 연결된 복수의 발광 다이오드를 구비한 발광 다이오드부(De)가 직렬로 연결된 발광 다이오드 구동 회로를 도시한다.
도 2는 도 1에서 인가한 교류 전원(AC)의 전압(이하, '전원 전압'이라 함)(VAC)과 교류 전원(AC)의 전류(즉, 전원 전류)(IAC) 그리고 정류 다이오드부(Dr)에 의해 정류된 전압인 정류 전압(Vcc)과 발광 다이오드부(De)에 흐르는 정류 전류(Icc)의 파형을 도시한다.
도 1과 같이, 전원 전압(VAC)이 정류 다이오드부(Dr)를 통과하면 전파 정류되어 전파 정류된 정류 전압(Vcc)이 저항(Rr)을 거쳐서 발광 다이오드부(De)로 인가된다.
정류 전압(Vcc)의 크기가 직렬로 연결된 복수의 발광 다이오드를 구비한 발광 다이오드부(De)의 전체 순방향 문턱전압(즉, 각 발광 다이오드의 순방향 문턱 전압의 합)(Vth1) 이하이면, 도 2와 같이 일정시간(t1, t3) 동안 발광 다이오드부(De)는 턴오프되어 발광 다이오드부(De)로 전류(Icc)가 흐르지 않는 문제가 있다.
하지만, 정류 전압(Vcc)이 순방향 문턱전압(Vth1)보다 큰 경우(t2) 발광 다이오드부(De)가 턴온되어 발광 다이오드부(De)를 통해 전류(Icc)가 흐르기 시작하고, 흐르는 전류(Icc)의 크기는 정류 전압(Vcc)과 순방향 문턱전압(Vth1) 차이를 저항(Rr)으로 나눈 값에 해당하는 값이다. 따라서, 정류전압(Vcc)이 증가하면 발광 다이오드부(De)에 흐르는 전류가 최대허용전류보다 커지는 문제가 있다.
직렬로 연결되는 발광 다이오드의 개수에 비례하여 발광 다이오드부(De)의 턴온 동작에 필요한 전압의 크기, 즉 순방향 문턱전압(Vth1)의 크기가 증가하므로, 발광 다이오드부(De)의 턴온 구간이 짧아진다.
이로 인해, 발광 다이오드부(De)에 속한 발광 다이오드의 깜박임은 더 커지고, 전고조파 왜곡의 크기가 증가하고 발광 다이오드부(De)의 발광량도 저하된다.
발광 다이오드부(De)의 순방향 문턱 전압(Vth1)을 낮추거나 전원 전압(VAC)이 증가할 경우, 허용 전류 이상의 전류가 발광 다이오드부(De)에 흐를 수 있어 발광 다이오드부(De)의 수명이 단축되며 동작의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 발생한다.
전고조파 왜곡은 다양한 전기적인 잡음을 일으키는 원인으로서, 세계적으로 규제 대상이며, 발광 다이오드부(De)의 발광량이 저하되면 저하된 만큼 더 많은 발광 다이오드를 사용해야 하므로 발광 다이오드를 구비한 발광 장치의 제조 비용이 증가한다.
다음, 도 3은 전고조파 왜곡을 개선하는 발광 다이오드 구동 회로를 도시한다.
도 3을 참고로 하면, 전원(AC)에 전류 조절용 저항(R), 제1 발광 다이오드부(Da) 및 제2 발광 다이오드부(Db)가 직렬로 연결되어 있고, 제1 발광 다이오드부(Da)는 역병렬 형태로 연결되어 있는 두 개의 발광 다이오드(Da1, Da2)를 구비하고, 또한, 제2 발광 다이오드부(Db) 역시 역병렬 형태로 연결되어 있는 두 개의 발광 다이오드(Db1, Db2)를 구비한다.
도 3에 도시한 발광 다이오드 구동 회로는 전고조파 왜곡을 개선하기 위해 커패시터(C1)가 저항(R)과 제1 발광 다이오드부(Da)사이의 연결점(na)과 제1 발광 다이오드부(Da)와 제2 발광 다이오드부(Db)사이의 연결점(nb)에 연결되어 있고, 전원 전압(VAC)은 정류기 없이 저항(R)을 거처 바로 제1 및 제2 발광 다이오드부(Da, Db)에 연결되어 있다.
도 4는 도 3의 제1 및 제2 발광 다이오드부(Da, Db)에 인가한 전원 전압(VAC)과 전류(IAC), 저항(R)을 통과한 전압(VR), 제1 발광 다이오드부(Da)를 흐르는 전류(IDa) 및 제2 발광 다이오드부(Db)를 흐르는 전류(IDb)의 파형을 도시한다.
전압(VR)의 크기가 순방향 문턱전압(Vth2)보다 작을 때 제1 발광 다이오드부(Da)에는 전류가 흐르지 않고, 전체 순방향 문턱전압(Vth2) 이상일 때 전원 전압(VAC)의 양(+)의 반주기 동안 제1 발광 다이오드부(Da)의 순방향 발광 다이오드(Da2)에 전류(IDa2)가 흐르며, 전원 전압(VAC)의 음(-)의 반주기 동안 제1 발광 다이오드부(Da)의 역방향 발광 다이오드(Da1)에 전류(IDa1)가 흘러서 제1 발광 다이오드부 전류(IDa)가 된다.
순방향 문턱전압(Vth2)보다 작을 경우, 제2 발광 다이오드부(Db)에는 전원 전압(VAC)이 양(+)의 방향으로 상승할 때 커패시터(C1)를 통하여 충전 전류가 흐르며, 전원 전압(VAC)이 음(-)의 방향으로 상승할 때에도 커패시터(C1)를 통하여 방전 전류가 흐른다.
순방향 문턱전압(Vth2) 이상일 때, 전원 전압(VAC)의 양(+)의 반주기 동안 제1 발광 다이오드부(Da)의 순방향 발광 다이오드(Da2)를 통하여 제2 발광 다이오드부(Db)의 순방향 발광 다이오드(Db2)에 전류(IDb2)가 흐르며, 전원 전압(VAC)의 음(-)의 반주기동안 제1 발광 다이오드부(Da)의 역방향 발광 다이오드(Da1)를 통하여 제2 발광 다이오드부(Db)의 역방향 발광 다이오드(Db1)에 전류(IDb1)가 흘러서 제2 발광 다이오드부 전류(IDb)가 된다.
하지만, 전원 전압(VAC)이 하강할 때는 커패시터(C1)를 통하여 전류가 흐르지 않으며 순방향 문턱전압(Vth2)보다 작을 때에서는 제1 발광 다이오드부(Da)와 같이 제2 발광 다이오드부(Db)에도 전류가 흐르지 않는다.
전원 전압(VAC)이 상승할 때는 제2 발광 다이오드부(Db)를 통하여 커패시터(C1)에 충방전 전류를 발생하여 전원 전압(VAC)에서 흐르는 전류(IAC)의 전고조파 왜곡을 어느 정도 개선시킬 수 있다. 하지만, 발광 다이오드(Da1, Da2, Db1, Db2)의 깜박임은 여전히 존재하는 문제점을 갖고 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 순방향 문턱 전압 이하에서도 발광 다이오드를 구동시켜 발광 다이오드의 깜박임과 발광량을 개선하는 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 발광 다이오드 구동 장치는 직렬로 연결되어 있고 적어도 하나의 발광 다이오드를 구비한 발광 다이오드부, 교류 전원을 정류해 정류 전압을 생성하여 상기 발광 다이오드부로 인가하는 정류부, 상기 정류부와 상기 발광 다이오드부 사이에 연결되고, 상기 발광 다이오드부를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지용 저항, 그리고 상기 정류부 및 상기 전류 감지용 저항과 연결되어 있고, 상기 정류 전압의 크기 또는 교류 전원의 크기에 따라 충전 동작과 방전 동작을 실시하여 방전 전압을 출력하고, 상기 전류 감지용 저항에 의해 감지된 전류에 따라 동작 상태가 제어되어 상기 방전 전압을 상기 발광 다이오드부로 인가하여 상기 발광 다이오드부를 점등시키는 최소 전류 공급부를 포함한다.
상기 최소 전류 공급부는 상기 정류부 및 접지에 연결되어 있고, 상기 정류 전압의 크기에 따라 충전 동작과 방전 동작을 실시하여 방전 전압을 출력하는 충방전 유닛, 그리고 상기 충방전 유닛과 상기 전류 감지용 저항에 연결되어 있고, 상기 전류 감지용 저항에 의해 감지된 전류에 따라 동작 상태가 제어되어 상기 충방전 유닛에서 출력되는 상기 방전 전압을 상기 발광 다이오드부로 인가하여 상기 발광 다이오드부를 점등시키는 전류 제어부를 포함하는 것이 좋다.
상기 충방전 유닛은 상기 정류부의 출력단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 충전용 다이오드, 상기 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 타측 단자는 접지되어 있는 커패시터, 그리고 상기 커패시터의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 상기 전류 제어부에 캐소드 단자가 연결되어 있는 방전용 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 충방전 유닛은 출력 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 상기 충전용 다이오드의 애노드 단자에 타측 단자가 연결되어 있는 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 전류 제어부는 정류부의 출력 단자에 에미터 단자가 연결되어 있고 충방전 유닛의 출력 단자에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 제1 트랜지스터, 상기 발광 다이오드부의 입력 단자에 에미터 단자가 연결되어 있고, 정류부의 출력 단자에 베이스 단자가 연결되어 있는 제2 트랜지스터, 그리고 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 소스 단자가 연결되어 있고, 상기 충방전 유닛의 출력 단자에 드레인 단자가 연결되어 있는 제3 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제3 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제3 트랜지스터의 소스 단자에 연결되어 있다.
상기 최소 전류 공급부는 상기 정류부와 연결되어 있고, 상기 정류 전압의 크기에 따라 충전 동작과 방전 동작을 실시하여 방전 전압을 출력하는 충방전 유닛, 상기 충방전 유닛과 접지 사이에 직렬로 연결되어 있어, 상기 충방전 유닛을 통해 상기 충방전 유닛과 직렬로 충전 동작이 이루어지는 적어도 하나의 보조 충방전 유닛, 그리고 상기 충방전 유닛과 상기 전류 감지용 저항에 연결되어 있고, 상기 전류 감지용 저항에 의해 감지된 전류에 따라 동작 상태가 제어되어 상기 충방전 유닛에서 출력되는 상기 방전 전압을 상기 발광 다이오드부로 인가하여 상기 발광 다이오드부를 점등시키는 전류 제어부를 포함할 수 있다.
상기 충방전 유닛은 상기 정류부의 출력단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 충전용 다이오드, 상기 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 상기 적어도 하나의 보조 충방전 유닛에 타측 단자가 연결되어 있는 커패시터, 그리고 상기 커패시터의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 상기 전류 제어부에 캐소드 단자가 연결되어 있는 방전용 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 충방전 유닛은 출력 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 상기 충전용 다이오드의 애노드 단자에 타측 단자가 연결되어 있는 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 보조 충방전 유닛은 상기 충방전 유닛이나 바로 이전에 위치한 다른 보조 충방전 유닛에 위치한 커패시터에 애노드 단자가 연결된 충전용 다이오드, 상기 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있는 커패시터, 상기 커패시터의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고, 상기 충방전 유닛이나 바로 이전에 위치한 다른 보조 충방전 유닛에 위치한 방전용 다이오드에 캐소드 단자가 연결된 제1 방전용 다이오드, 그리고 상기 커패시터의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 상기 충방전 유닛이나 바로 이전에 위치한 다른 보조 충방전 유닛에 위치한 커패시터의 타측 단자에 캐소드 단자가 연결되어 있는 제2 방전용 다이오드를 포함할 수 있다. 이때, 상기 커패시터의 타측 단자는 접지되어 있거나 다음 단에 위치한 보조 충방전 유닛의 충전용 다이오드의 애노드 단자에 연결된다.
상기 최소 전류 공급부는 교류 전원에 연결되어 있는 제1 커패시터와 제2 커패시터를 포함하며, 상기 교류 전원의 크기에 따라 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터를 번갈아 가며 충전 동작과 방전 동작을 실시하여 방전 전압을 출력하는 충방전 유닛, 그리고 상기 충방전 유닛과 상기 전류 감지용 저항에 연결되어 있고, 상기 전류 감지용 저항에 의해 감지된 전류에 따라 동작 상태가 제어되어 상기 충방전 유닛에서 출력되는 상기 방전 전압을 상기 발광 다이오드부로 인가하여 상기 발광 다이오드부를 점등시키는 전류 제어부를 포함할 수 있다.
상기 충방전 유닛은 교류 전원의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 제1 충전용 다이오드, 상기 제1 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 전류 제어부에 캐소드 단자가 연결되어 있는 제1 방전용 다이오드, 교류 전원의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 제2 충전용 다이오드, 그리고 상기 제2 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 전류 제어부에 캐소드 단자가 연결되어 있는 제2 방전용 다이오드를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 커패시터의 일측 단자는 상기 제1 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 연결되어 있고, 상기 제1 커패시터의 타측 단자는 교류 전원의 타측 단자에 연결되어 있으며, 상기 제2 커패시터의 일측 단자는 상기 제2 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 연결되어 있고, 상기 제2 커패시터의 타측 단자는 교류 전원의 일측 단자에 연결되어 있다.
상기 전류 제어부는 정류부의 출력 단자에 에미터 단자가 연결되어 있고 충방전 유닛의 출력 단자에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 제1 트랜지스터, 상기 발광 다이오드부의 입력 단자에 에미터 단자가 연결되어 있고, 정류부의 출력 단자에 베이스 단자가 연결되어 있는 제2 트랜지스터, 그리고 상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 소스 단자가 연결되어 있고, 상기 충방전 유닛의 출력 단자에 드레인 단자가 연결되어 있는 제3 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제3 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제3 트랜지스터의 소스 단자에 연결되어 있다.
상기 최소 전류 공급부는 교류 전원에 연결되어 있는 제1 커패시터와 제2 커패시터를 포함하며, 상기 교류 전원의 크기에 따라 상기 제1 커패시터와 상기 제2 커패시터를 번갈아 가며 충전 동작과 방전 동작을 실시하여 방전 전압을 출력하는 충방전 유닛, 상기 제1 커패시터와 상기 교류 전원 사이에 직렬로 연결되어 있어, 상기 제1 커패시터를 통해 상기 제1 커패시터와 직렬로 충전 동작이 이루어지는 적어도 하나의 제1 보조 충방전 유닛, 상기 제2 커패시터와 상기 교류 전원 사이에 직렬로 연결되어 있어, 상기 제2 커패시터를 통해 상기 제2 커패시터와 직렬로 충전 동작이 이루어지는 적어도 하나의 제2 보조 충방전 유닛, 그리고 상기 충방전 유닛과 상기 전류 감지용 저항에 연결되어 있고, 상기 전류 감지용 저항에 의해 감지된 전류에 따라 동작 상태가 제어되어 상기 충방전 유닛에서 출력되는 상기 방전 전압을 상기 발광 다이오드부로 인가하여 상기 발광 다이오드부를 점등시키는 전류 제어부를 포함할 수 있다.
상기 충방전 유닛은 교류 전원의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 제1 충전용 다이오드, 상기 제1 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 전류 제어부에 캐소드 단자가 연결되어 있는 제1 방전용 다이오드, 교류 전원의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 제2 충전용 다이오드, 그리고 상기 제2 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 전류 제어부(21)에 캐소드 단자가 연결되어 있는 제2 방전용 다이오드를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 커패시터의 일측 단자는 상기 제1 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 연결되어 있고, 상기 제1 커패시터의 타측 단자는 상기 적어도 하나의 제1 보조 충방전 유닛에 연결되어 있으며, 상기 제2 커패시터의 일측 단자는 상기 제2 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 연결되어 있고, 상기 제2 커패시터의 타측 단자는 상기 적어도 하나의 제2 보조 충방전 유닛에 연결되어 있다.
상기 적어도 하나의 제1 보조 충방전 유닛은 상기 충방전 유닛 또는 이전 단의 적어도 하나의 제1 보조 충방전 유닛의 커패시터의 타측 단자에 애노드 단자가 연결된 충전용 다이오드, 상기 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있는 커패시터, 다음 단의 제1 보조 충방전용 유닛의 제1 보조 충방전용 다이오드의 캐소드 단자나 교류 전원의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 상기 충전용 다이오드의 애노드 단자에 캐소드 단자가 연결된 제1 방전용 다이오드, 그리고 상기 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고, 상기 충방전용 유닛의 제1 방전용 다이오드의 애노드 단자 또는 이전 단의 적어도 하나의 제1 보조 충방전 유닛의 제2 방전용 다이오드의 애노드 단자에 캐소드 단자가 연결되어 있는 제2 방전용 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 제2 보조 충방전 유닛은 상기 충방전 유닛 또는 이전 단의 적어도 하나의 제2 보조 충방전 유닛의 커패시터의 타측 단자에 애노드 단자가 연결된 충전용 다이오드, 상기 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있는 커패시터, 다음 단의 제2 보조 충방전용 유닛의 제1 보조 충방전용 다이오드의 캐소드 단자나 교류 전원의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 상기 충전용 다이오드의 애노드 단자에 캐소드 단자가 연결된 제1 방전용 다이오드, 그리고 상기 충전용 다이오드의 캐소드 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고, 상기 충방전용 유닛의 제2 방전용 다이오드의 애노드 단자 또는 이전 단의 적어도 하나의 제2 보조 충방전 유닛의 제2 방전용 다이오드의 애노드 단자에 캐소드 단자가 연결되어 있는 제2 방전용 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 발광 다이오드 구동 장치는 직렬로 연결되어 있고 적어도 하나의 발광 다이오드를 구비한 제1 발광 다이오드부와 상기 제1 발광 다이오드부에 연결되어 있고 적어도 하나의 발광 다이오드를 구비한 제2 발광 다이오드부를 구동하는 발광 다이오드 구동 장치로서, 상기 제1 발광 다이오드부에 연결되어 있는 교류 전원을 정류하는 정류부, 상기 정류부와 상기 제1 발광 다이오드부 사이에 연결되고, 상기 제1 발광 다이오드부를 통해 흐르는 전류를 감지하는 전류 감지용 저항, 상기 정류부 및 상기 전류 감지용 저항과 연결되어 있고, 상기 정류 전압의 크기 또는 교류 전원의 크기에 따라 충전 동작과 방전 동작을 실시하여 방전 전압을 출력하고, 상기 전류 감지용 저항에 의해 감지된 전류에 따라 동작 상태가 제어되어 상기 방전 전압을 상기 제1 발광 다이오드부로 인가하는 최소 전류 공급부, 상기 제1 발광 다이오드부와 상기 제2 발광 다이오드부 사이에 연결되어 있고, 상기 제1 발광 다이오드부를 통해 흐르는 전류를 감지하는 제1 저항, 상기 제1 발광 다이오드부와 상기 제1 저항 사이에 연결되어 역전류를 방지하는 역전류 방지부, 상기 제2 발광 다이오드부와 접지 사이에 연결되어 있고, 상기 제2 발광 다이오드부를 통해 흐르는 전류를 감지하는 제2 저항, 상기 제1 저항과 연결되어 있고, 상기 제1 저항에서 감지된 전류에 따라 상기 제2 발광 다이오드부의 점등 상태를 제어하는 제1 발광 다이오드 보조 구동부, 그리고 상기 제2 저항과 연결되어 있고, 상기 제2 저항에서 감지된 전류에 따라 상기 제1 발광 다이오드부의 점등 상태를 제어하는 제2 발광 다이오드 보조 구동부를 포함한다.
상기 최소 전류 공급부는 상기 정류부와 접지 또는 상기 정류부와 교류 전원에 연결되어 있고, 상기 정류 전압이나 상기 교류 전원의 크기에 따라 충전 동작과 방전 동작을 실시하여 방전 전압을 출력하는 충방전 유닛, 그리고 상기 충방전 유닛과 상기 전류 감지용 저항에 연결되어 있고, 상기 전류 감지용 저항에 의해 감지된 전류에 따라 동작 상태가 제어되어 상기 충방전 유닛에서 출력되는 상기 방전 전압을 상기 발광 다이오드부로 인가하여 상기 발광 다이오드부를 점등시키는 전류 제어부를 포함한다.
상기 제1 발광 다이오드 보조 구동부는 제1 발광 다이오드부의 입력 단자에 입력 단자가 연결되어 있고 출력 단자와 제어 단자가 서로 연결되어 있는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터의 출력 단자에 입력 단자가 연결되어 있고 상기 제1 저항의 타측 단자와 상기 제2 발광 다이오드부 사이에 출력 단자가 연결되어 있는 제2 트랜지스터, 그리고 상기 제1 발광 다이오드부의 입력 단자에 입력 단자가 연결되어 있고 상기 제1 트랜지스터의 출력 단자에 제어 단자가 연결되어 있고 상기 제2 트랜지스터의 제어 단자와 상기 제1 저항의 일측 단자에 출력 단자가 연결되어 있는 제3 트랜지스터를 포함한다.
또한, 상기 제2 발광 다이오드 보조 구동부는 제1 발광 다이오드부의 출력 단자에 입력 단자가 연결되어 있고 출력 단자와 제어 단자가 서로 연결되어 있는 제1 트랜지스터, 상기 제1 트랜지스터의 출력 단자에 입력 단자가 연결되어 있고 출력 단자는 접지되어 있는 제2 트랜지스터, 그리고 상기 제1 발광 다이오드부의 출력 단자에 입력 단자가 연결되어 있고 상기 제1 트랜지스터의 출력 단자에 제어 단자가 연결되어 있고 상기 제2 트랜지스터의 제어 단자와 상기 제2 저항의 일측 단자에 출력 단자가 연결되어 있는 제3 트랜지스터를 포함한다.
이러한 특징에 따르면, 교류 전원이 인가되면 발광 다이오드에 흐르는 전류를 감지하여 문턱 전압 이하에서도 모든 발광 다이오드에 전류가 흐르도록 하는 전류 스위치를 구현한다. 이로 인해, 발광 다이오드의 구동 시간이 증가하여 깜박임이 줄어들고 발광량이 개선된 효과가 있다.
또한, 발광량이 높고 전압변동에 따른 과전류를 방지하여 조명장치의 신뢰성이 매우 높으며 전고조파 왜곡이 개선된 효과가 있다.
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추가로 직렬로 연결된 복수의 발광 다이오드 구동 유닛에 의해 과전압 방지효율이 더욱더 향상된다.
추가로, 정전류부는 복수의 정전류 유닛을 구비하여, 전압과 전력을 분배하므로, 정전류부의 동작이 안정적이고 정전류부의 수명이 연장된다.
도 1은 종래의 교류용 발광 다이오드 구동 회로의 한 예에 대한 회로도이다.
도 2는 도 1에서의 교류 전압, 교류 전류, 정류 전압 및 정류 전류에 대한 파형도를 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 교류용 발광 다이오드 구동 회로의 다른 예에 대한 회로도이다.
도 4는 도 3에서의 교류 전압, 교류 전류, 정류 전압, 정류 전류에 대한 파형도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 한 예에 따른 회로도이다.
도 6은 도 5에서의 교류 전압, 교류 전류, 정류 전압, 정류 전류에 대한 파형도를 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 11은 각각은 5에 도시한 발광 다이오드 구동 장치에서 최소 전류 공급부의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 한 예에 따른 회로도이다.
도 13은 도 12에서의 교류 전압, 교류 전류, 정류 전압, 정류 전류에 대한 파형도를 도시한 도면이다.
도 14은 도 12에 도시한 발광 다이오드 구동 장치에서 최소 전류 공급부의다른 예를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다.
먼저, 도 5을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 5을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치는 교류 전원(AC)에 연결되어 있는 정류부(10), 정류부(10)에 일측 단자가 연결되어 있는 저항(R10), 저항(R10)의 일측 단자와 타측 단자 사이에 연결되어 있는 최소 전류 공급부(20), 최소 전류 공급부(20)에 연결되어 있는 정전류부(30), 그리고 정전류부(30)에 연결되어 있는 발광 다이오드부(40)를 구비한다.
교류 전원(AC)는 가정이나 사무실에 공급되는 교류 전원이다.
정류부(10)는 직렬로 연결되어 접지되어 있는 다이오드(D11, D12)로 이루어진 하나의 다이오드열과 역시 직렬로 연결되어 접지되어 있는 다이오드(D13, D14)로 이루어진 다른 다이오드열을 구비하고, 이들 두 다이오드열은 병렬로 연결되어 있다.
이러한 정류부(10)의 동작에 교류 전원(AC)은 전파 정류되고, 이로 인해 정류부(10)는 전파 정류된 전압인 정류 전압(Vcc)을 출력한다.
저항(R10)은 발광 다이오드부(40)에 흐르는 전류를 이용하여 발광 다이오드부(40)에 인가되는 전압의 크기를 판정하여 발광 다이오드부(40)의 동작 상태를 제어한다. 따라서, 저항(R10)은 전류 감지용 저항으로 기능한다.
따라서 발광 다이오드부(40)에 순방향 문턱 전압(Vth3) 이상의 전압이 인가되어 저항(R10)에 정해진 일정 전류가 흐르게 되면, 최소 전류 공급부(20)의 동작이 차단된다.
반대로, 발광 다이오드부(40)에 순방향 문턱 전압(Vth3) 미만의 전압이 인가되어 저항(R10)에 일정 전류가 흐르지 않게 되면, 최소 전류 공급부(20)에 충전된 전압에 의해 최소 전류 공급부(20)가 동작하여, 발광 다이오드부(40)를 점등시킨다.
따라서, 최소 전류 공급부(20)의 동작에 의해, 발광 다이오드부(40)는 정류부(10)에서 출력되는 정류 전압(Vcc)의 크기가 순방향 문턱 전압(Vth3) 이상일 때뿐만 아니라 순방향 문턱 전압(Vth3) 미만에서도 발광된다.
본 예에서, 순방향 문턱 전압(Vth3)은 직렬로 연결된 발광 다이오드부(40)에 구비된 각 발광 다이오드(LED41-LED4n)의 문턱 전압을 모두 합한 전압으로서, 발광 다이오드부(40)를 점등시키기 위한 전압을 말한다.
최소 전류 공급부(20)는 정류 전압(Vcc)인 입력 전압이 설정 전압인 발광 다이오드부(30)의 순방향 문턱 전압 미만으로 저항(R10)을 통해 일정 전류가 흐르지 않게 될 때 설정된 최소 전류를 정전류부(30)를 통하여 발광 다이오드부(40)로 공급하여 발광 다이오드부(40)의 순방향 문턱 전압 미만에서도 발광 다이오드부(40)의 점등 동작이 이루어질 수 있도록 한다.
이러한 최소 전류 공급부(20)는 저항(R10)의 양측 단자에 연결되어 있는 전류 제어부(21), 그리고 정류부(10)의 출력 단자[또는 저항(R10)의 일측 단자]), 전류 제어부(21) 및 접지에 연결되어 있는 충방전 유닛(22)을 구비한다
전류 제어부(21)는 정류부(10)의 출력 단자[또는 저항(R10)의 일측 단자]에 에미터 단자가 연결되어 있고 충방전 유닛(22)의 출력 단자에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 트랜지스터(예, 제1 트랜지스터)(TR11), 저항(R10)의 타측 단자[또는 정전류부(30)의 입력 단자]에 에미터 단자가 연결되어 있고, 정류부(10)의 출력 단자에 베이스 단자가 연결되어 있는 트랜지스터(예, 제2 트랜지스터)(TR12), 그리고 게이트 단자와 연결된 소스 단자는 트랜지스터(TR11)의 베이스 단자에 연결되어 있고, 충방전 유닛(22)의 출력 단자에 드레인 단자가 연결되어 있는 트랜지스터(예, 제3 트랜지스터)(TR13)를 구비한다.
이때, 서로 연결되어 있는 트랜지스터(TR13)의 컬렉터 단자와 트랜지스터(TR11)의 드레인 단자는 충방전 유닛(22)의 출력 단자와 연결된 입력 단자인 단자(c)를 이루고, 저항(R10)의 일측 단자에 공통으로 연결되어 있는 트랜지스터(TR11)의 에미터 단자와 트랜지스터(TR12)의 베이스 단자는 전류 제어부(21)의 제어 단자인 단자(a)를 이루며, 저항(R10)의 타측 단자에 연결되어 있는 트랜지스터(TR12)의 에미터 단자는 전류 제어부(21)의 출력 단자인 단자(b)를 이룬다.
제1 및 제2 트랜지스터(TR11, TR12)는 npn 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)로 이루어져 있고, 제3 트랜지스터(TR13)는 접합 전계 효과 트랜지스터(JFET)로 이루어져 있다.
저항(R10)에 의해 발광 다이오드부(40)에 흐르는 전류는 해당 지점(A)에서 감지되고, 감지된 전류의 크기에 따라 트랜지스터(TR12)의 동작이 제어되어 전류 제어부(21)는 동작되거나 동작되지 않는다.
이때, 전류 제어부(21)와 저항(R10)은 일정한 크기의 전류를 출력하는 정전류 회로로 기능하며, 저항(R10)의 값을 조정하여 트랜지스터(TR12)의 동작을 제어하는 전류의 크기가 제어 가능하다.
따라서, 정류부(10)의 정류 전압(Vcc)의 크기가 설정 전압인 순방향 문턱 전압(Vth3) 이상의 전압일 경우, 전류 제어부(21)의 제2 트랜지스터(TR12)가 턴온되어 트랜지스터(TR11)는 턴오프 상태가 되어 전류 제어부(21)의 상태는 비동작 상태가 된다.
하지만, 정류부(10)의 정류 전압(Vcc)의 크기가 순방향 문턱 전압(Vth3) 미만일 경우, 트랜지스터(TR12)는 턴오프되고 제1 트랜지스터(TR11)는 턴온되어 전류 제어부(21)는 동작 상태가 된다. 이로 인해, 충방전 유닛(22)의 방전 전압에 의해 제1 트랜지스터(TR11)와 저항(R10)을 통해 발광 다이오드부(40)로 전류가 흐르게 된다.
이로 인해, 발광 다이오드부(40)는 정류 전압(Vcc)의 크기가 순방향 문턱 전압(Vth3) 미만에서도 점등된다.
도 5에 도시한 것처럼, 충방전 유닛(22)은 저항(R10)의 일측 단자에 일측 단자가 연결된 저항(R21), 저항(R21)의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D21), 다이오드(D21)의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 타측 단자는 접지되어 있는 커패시터(C21), 그리고 커패시터(C21)의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 전류 제어부(21)에 캐소드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D22)를 구비한다.
이때, 다이오드(D21)는 커패시터(C21)를 충전시키기 위한 충전용 다이오드이고, 다이오드(D22)는 커패시터(C21)에 방전 경로를 제공하여 커패시터(C21)를 방전시키기 위한 방전용 다이오드이다.
이로 인해, 전류 제어부(21)의 동작 상태에 따라 커패시터(C21)의 방전 전압이 정전류부(30)를 거쳐 발광 다이오드부(40)로 인가되도록 하여, 정류 전압(Vcc)의 크기가 순방향 문턱 전압(Vth3) 미만에서도 발광 다이오드부(40)의 점등 동작이 이루어지도록 한다.
저항(R21)은 역률(power factor)을 개선하거나 왜곡을 방지하기 위해 커패시터(C21)의 충전 전류를 조절하기 위한 저항이다.
하지만, 이러한 저항(R21)은 필요에 따라 생략 가능하다. 저항(R21)이 생략될 경우, 다이오드(D21)의 애노드 단자는 바로 저항(R10)의 일측 단자와 연결된다.
정전류부(30)는 최소 전류 공급부(20)의 저항(R10)의 타측 단자에 드레인 단자(또는 입력 단자)가 연결되어 있고 게이트 단자(또는 제어 단자)와 출력 단자인 소스 단자가 서로 연결되어 있는 트랜지스터(TR31)를 이루어져 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 다른 구조를 갖는 정전류부가 사용될 수 있다.
본 예에서, 트랜지스터(TR31)는 접합 전계 효과 트랜지스터(JFET, junction field effect transistor)로 이루어진다.
이러한 정전류부(30)는 정류 전압(Vcc)이 설정 전압 이상으로 상승하더라도 설정 전류를 초과하지 않고 정해진 크기의 일정 전류, 즉 설정 전류를 출력하여, 정류 전압(Vcc)의 변화에 관계없이 설정 전류를 공급한다. 이로 인해, 전원의 한 주기에서의 발광 기간을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 발광 다이오드부(40)에 허용된 최대 전류까지 전류의 공급도 이루어진다.
따라서, 전원 전압(VAC)의 전압 변화에 따른 과전류가 발광 다이오드부(40)로 인가되지 않으므로 발광 다이오드부(40)를 구비한 조명 장치의 수명이 증가되며 발광량이 향상된다.
발광 다이오드부(40)는 정전류부(30)의 출력 단자와 접지 사이에 순방향으로 직렬 연결되어 있는 적어도 하나의 발광 다이오드(LED41-LED4n)를 구비한다.
각 발광 다이오드(LED41-LED4n)는 자신의 문턱 전압 이상의 전압이 인가될 때 도통되어 발광하게 되므로, 발광 다이오드부(40)는 순방향 문턱 전압(Vth3) 이상일 때 점등된다.
다음, 도 6을 참고로 하여, 이러한 구조를 갖는 발광 다이오드 구동 장치의 동작을 상세히 설명한다.
먼저, 도 6의 (a)에 도시한 것과 같은 교류 전원의 전압(VAC)이 정류부(10)에 인가되면, 정류부(10)는 교류 신호를 전파 정류하여 직류 신호로 변환하므로, 정류부(10)는 도 6의 (b)와 같은 정류 전압(Vcc)을 출력한다.
이러한 정류 전압(Vcc)은 저항(R10)을 거쳐 정전류부(30)로 인가된다.
이미 설명한 것처럼, 정전류부(30)의 동작에 의해, 정전류부(30)에서 출력되는 전류의 크기는 설정 크기를 넘어서지 않는다. 따라서, 정류 전압(Vcc)의 전압 변동으로 인한 과전류가 발생하지 않아, 발광 다이오드 구동 장치의 수명이 증가하고, 발광 다이오드부(40)가 허용하는 최대 전류까지 전류의 공급이 가능하므로, 발광 다이오드부(40)의 발광량이 향상된다.
다음, 정류 전압(Vcc)의 크기가 증가하여 정류 전압(Vcc)의 크기가 설정 전압, 즉, 발광 다이오드부(40)의 점등 동작에 필요한 전압인 순방향 문턱 전압(Vth3)에 도달하면, 발광 다이오드부(40)에 존재하는 모든 발광 다이오드(LED41-LED4n)는 점등된다. 이로 인해, 발광 다이오드부(40)를 흐르는 정류 전류(Icc)의 크기는 도 6의 (c)와 같다.
이 상태일 때, 즉, 정류 전압(Vcc)의 크기가 순방향 문턱 전압(Vth3) 이상일 경우, 전류 제어부(21)의 트랜지스터(TR12)의 턴온 동작과 트랜지스터(TR11)의 턴오프 동작에 의해 충방전 유닛(22)과 정전류부(30) 사이의 전기적인 연결은 차단된다.
또한, 정류 전압(Vcc)의 크기가 충방전 커패시터(C21)의 전압보다 큰 값을 가질 경우, 정류 전압(Vcc)은 저항(R21)와 다이오드(D21)를 거쳐 커패시터(C21)에 충전 동작이 행해진다.
이처럼, 정류 전압(Vcc)에 의해 발광 다이오드부(40)가 점등되고 충방전 유닛(22)의 커패시터(C21)의 충전 동작이 완료된 후, 정류 전압(Vcc)이 설정 전압인 순방향 문턱 전압(Vth3)보다 낮은 값을 갖게 되면, 전류 제어부(21)의 제2 트랜지스터(TR12)는 턴오프되고 제1 트랜지스터(TR11)는 턴온되어 전류 제어부(21)는 동작 상태가 되고, 이로 인해, 전류 제어부(21)에 의해 충방전 유닛(22)과 정전류부(30)는 전기적으로 연결된 상태가 된다.
이처럼 전류 제어부(21)가 동작 상태일 때, 정류 전압(Vcc)이 정해진 전압 미만[예, 순방향문턱 전압(Vth3) 미만]으로 감소하면, 커패시터(C21)의 충전 전압은 다이오드(D22)를 통해 방전되고, 방전된 커패시터(C21)의 방전 전압은 전류 제어부(21)의 트랜지스터(TR11)와 저항(R10)을 통해 정전류부(30)로 인가되어 정전류부(30)을 거쳐 발광 다이오드부(40)로 인가된다.
이때, 커패시터(C21)를 통해 방전된 방전 전압의 크기는 적어도 발광 다이오드부(40)의 순방향 문턱 전압이므로, 발광 다이오드부(40)의 점등 동작이 행해진다.
따라서, 이러한 충방전 유닛(22)의 동작에 의해 정류 전압(Vcc)의 크기가 순방향 문턱 전압(Vth3) 이하로 감소하더라고 발광 다이오드부(40)는 도 6의 (c)와 같이 점등 상태를 유지한다.
이처럼, 전원(AC)의 상태에 무관하게 항상 발광 다이오드부(40)를 통해 일정 크기 이상의 전류가 흐르도록 하므로, 발광 다이오드부(40)를 흐르는 전류의 단락 문제가 해결된다.
또한, 전원 전압(VAC)을 정류한 정류 전압(Vcc)에 의해 저항(R21)을 통해 커패시터(C21)의 충전 동작이 행해지므로, 역률이 향상되고 전고조파 왜곡의 발생이 감소된다.
다음, 도 7 및 도 8을 참고로 하여, 도 5에 도시한 최소 전류 공급부의 다른 예를 설명한다.
도 7 및 도 8에서, 도 5와 동일한 구조를 갖고 같은 동작을 실시하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였고, 그에 대한 자세한 설명 또한 생략한다.
도 5와 비교할 때, 도 7과 도 8에 도시한 발광 다이오드 구동 장치는 최소 전류 공급부(201, 202)의 구조를 제외하면 동일한 구조를 갖고 있으므로, 최소 전류 공급부에 대해서만 자세히 설명한다.
도 7과 도 8에 도시한 최소 전류 공급부(201, 202)는 도 5에 도시한 것과 동일하게 전류 제어부(21)와 충방전 유닛(22a)을 구비하고 있다.
이때, 전류 제어부(21)는 도 5에 도시한 전류 제어부(21)과 동일하며, 충방전 유닛(22a)은 커패시터(C21a)의 타측 단자가 접지되는 대신 보조 충방전 유닛(231, 231a)에 연결되어 있는 것을 제외하면 도 5에 도시한 충방전 유닛(22)과 동일하다.
하지만, 도 7 및 도 8에서 최소 전류 공급부(201, 202)는 이들 이외에 충방전 유닛(22a)과 접지 사이에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 보조 충방전 유닛(231, 231a, 232)을 더 구비한다.
도 7은 최소 전류 공급부(201)가 충방전 유닛(22a)과 접지 사이에 하나의 보조 충방전 유닛(231)을 구비한 경우를 도시한 도면이고, 도 8은 최소 전류 공급부(202)가 충방전 유닛(22a)과 접지 사이에 두 개의 보조 충방전 유닛인 제1 및 제2 보조 충방전 유닛(231a, 232)을 구비한 경우를 도시한 도면이다.
각 보조 충방전 유닛(231, 231a, 232)은 일부 구성요소의 연결 상태가 상이한 것을 제외하면 동일한 구조를 갖고 있다.
즉, 바로 이전 단[예, 충방전 유닛(22a)이나 바로 이전에 위치한 다른 보조 충방전 유닛]에 위치한 커패시터(C21a, C31)에 애노드 단자가 연결된 다이오드(D31), 다이오드(D31)의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결된 커패시터(C31, C31a), 커패시터(C31, C31a)의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고, 바로 이전 단[예, 충방전 유닛(22a)이나 바로 이전에 위치한 다른 보조 충방전 유닛]에 위치한 방전용 다이오드(D22, D32)에 캐소드 단자가 연결된 다이오드(D32), 그리고 커패시터(C31, C31a)의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 바로 이전 단[예, 충방전 유닛(22a)이나 바로 이전에 위치한 다른 보조 충방전 유닛]에 위치한 커패시터(C21, C31, C31a)의 타측 단자에 캐소드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D33)를 구비한다.
이때, 접지에서 전류 제어부(21) 쪽으로 순방향으로 직렬 연결된 적어도 하나의 다이오드(D32)와 접지에서 커패시터(C21) 쪽으로 순방향으로 직렬 연결된 적어도 하나의 다이오드(D33)는 커패시터(C21)와 적어도 하나의 커패시터(C31)를 방전시키기 위한 방전용 다이오드이다.
이로 인해, 충방전 유닛(22a)의 커패시터(C21a)에 직렬로 연결된 적어도 하나의 커패시터(C31)가 존재하여 커패시터(C21a, 31)의 충전 동작을 직렬로 행해진다.
이때, 커패시터(C21a, 31)가 직렬로 연결되어 있으므로 하나의 커패시터(C21)를 구비할 때보다 각 커패시터(C21a, C31)에 충전되는 충전 전압의 크기는 1/2로 감소한다.
또한, 충방전 유닛(22a)의 방전용 다이오드(D22)에 순방향으로 직렬 연결된 적어도 하나의 방전용 다이오드(D32)로 존재하고, 접지에서 전류 제어부(21) 쪽으로 순방향 직렬 연결된 적어도 하나의 다이오드(D33)에 의해 커패시터(C21a, C31)의 방전 동작은 병렬로 행해진다.
도 7 및 도 8에 도시한 한 것처럼, 충방전 유닛(22a)과 직접 연결되는 첫 번째 단의 보조 충방전 유닛(231, 231a)의 다이오드(D31)의 애노드 단자는 커패시터(C21a)의 타측 단자에 연결되고, 다이오드(D32)의 캐소드 단자는 방전용 다이오드(D22)의 애노드 단자에 연결된다.
또한, 마지막 단에 위치한 보조 충방전 유닛(232)의 커패시터(C31)의 타측 단자는 접지와 연결되어 있고 나머지 단의 보조 충방전 유닛(231a)의 커패시터(C31a)의 타측 단자는 바로 다음에 위치한 바로 다음 단의 보조 충방전 유닛의 다이오드(D31)의 애노드 단자에 연결된다.
본 예의 경우, 최소 전류 공급부(202)는 최대 두 개의 보조 충방전 유닛(231a, 232)을 구비하고 있지만, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 충방전 유닛의 개수를 증가시킬 수 있다.
도 7의 경우, 커패시터(C21)는 도 5와 동일하게, 정류 전압(Vcc)은 충방전 유닛(22a)의 커패시터(C21a)와 보조 충방전 유닛(231)의 커패시터(C31)가 직렬 연결 되어 있으므로 1/2Vcc씩 충전하게 된다.
하지만, 시간이 경과하여 정류 전압(Vcc)의 크기가 설정 전압[예, 순방향 문턱 전압(Vth3)] 미만으로 감소하게 되며, 충방전 유닛(22)과 보조 충방전 유닛(231)에 위치한 커패시터(C21a, C31)에 충전되어 있던 전하는 동작 상태인 전류 제어부(21)를 거쳐 정전류(30) 쪽으로 방전되어 발광 다이오드부(40)로 인가된다. 이로 인해, 발광 다이오드부(40)에 전류가 흘러 발광 다이오드부(40)는 점등된다.
즉, 도 7에서, 충방전 유닛(22a)의 커패시터(C31)는 다이오드(D32)와 다이오드(D22)를 거쳐 전류 제어부(21) 쪽으로 방전된다.
이처럼, 각각 병렬적으로 행해지는 커패시터(C31, C21a)의 방전 동작에 의한 각 커패시터(C31, C21a)의 방전 전압은 동작 상태인 전류 제어부(21)를 통해 발광 다이오드부(40)에 인가되어 발광 다이오드부(40)는 점등되므로, 도 6의 (c)와 같이 순방향 문턱 전압(Vth3) 미만에서도 발광 다이오드부(40)에 전류가 흐르게 된다.
또한, 도 8의 경우, 정류 전압(Vcc)에 직렬로 연결된 커패시터(C21a, C31)의 충전 동작은 직렬로 행해진다.
이처럼, 세 개의 커패시터(C21a, C31)에 대한 충전 동작이 완료된 후, 정류 전압(Vcc)이 설정 전압[예, 순방향 문턱 전압(Vth3)] 미만으로 감소하면, 세 개의 커패시터(C21a, C31)는 충전 시와는 달리 서로 다른 경로를 통해 방전 동작이 행해진다.
즉, 마지막 보조 충방전 유닛인 제2 보조 충방전 유닛(232)의 커패시터(C31)는 제2 보조 충방전 유닛(232)의 다이오드(D32)-제1 보조 충방전 유닛(231a)의 다이오드(D32)-충방전 유닛(22)의 다이오드(D22)를 통해 전류 제어부(21) 쪽으로 방전된다.
첫 번째 보조 충방전 유닛인 제1 보조 충방전 유닛(231a)의 커패시터(C31a)는 제2 보조 충방전 유닛(232)의 다이오드(D32)-커패시터(C31a)-제1 보조 충방전 유닛(231a)의 다이오드(D32)-충방전 유닛(22)의 다이오드(D22)를 통해 전류 제어부(21) 쪽으로 방전된다
또한, 충방전 유닛(22a)의 커패시터(C21a)는 제1 및 제2 보조 충방전 유닛(232, 231a)의 각 다이오드(D33)-커패시터(C21a)-충방전 유닛(22)의 다이오드(D22)를 통해 전류 제어부(21) 쪽으로 방전된다
따라서 충전 시와 달리 커패시터(C21, C31)의 방전 동작은 병렬적으로 행해진다.
이미 설명한 것처럼, 이러한 커패시터(C21, C31a, C31)의 방전 동작으로 인해 동작 상태인 전류 제어부(21)와 정전류부(30)를 거쳐 발광 다이오드부(40)로 전류가 통해 흐르게 되어 발광 다이오드부(40)는 발광된다.
이때, 이미 설명한 것처럼, 병렬적으로 커패시터(C21, C31, C31a)의 방전 동작이 행해져, 최소 전류 공급부(201, 202)의 보조 충방전 유닛의 개수가 증가할수록 각 커패시터(C21a, C31a, C31)에 충전되는 전압의 크기는 감소하는 대신 정전류부(30) 쪽으로 흐르는 전류의 크기는 증가한다.
이로 인해, 도 5에 비해, 도 6의 경우는 커패시터(C21a, C31)의 충전 전압의 크기는 2배 감소하는 대신 전류의 크기는 2배 증가하고, 도 7의 경우는 전압의 크기는 3배 감소하는 대신 전류의 크기는 3배 증가하게 된다.
이로 인해, 최소 전력 공급부(201, 202)에서 소모되는 전력의 크기를 감소시키면서, 발광 다이오드부(40)의 안정적인 점등 동작이 행해진다.
도 5, 도 7 및 도 8의 경우 최소 전류 공급부(20, 201, 202)는 접지에 연결되어 있는 충방전 유닛(22) 또는 충방전 유닛(22a)과 적어도 하나의 보조 충방전 유닛(231, 231a, 232)을 구비한다.
하지만, 도 9 내지 도 11에 도시한 최소 전류 공급부의 다른 예에서 충방전 유닛와 보조 충방전 유닛은 전원(AC)에 연결된다. 이러한 최소 전류 공급부를 제외하면, 도 9 내지 도 11에 도시한 발광 다이오드 구동 장치의 구조는 도 5, 도 7 및 도 8에 도시한 발광 다이오드 구동 장치의 구조와 동일하여, 동일한 구성요소에 대해서는 같은 도면 부호를 부여하고 자세한 동작 설명은 생략한다.
따라서, 최소 전류 공급부(203-205)의 구조에 대하여 설명한다.
먼저, 도 9를 참고로 하여 최소 전류 공급부(203)의 구조를 설명한다
도 9에 도시한 것처럼, 최소 전류 공급부(203)는 정류부(10)와 정전류부(30) 사이에 위치한 저항(R10)과 저항(R10)의 양 단에 연결된 전류 제어부(21)를 구비하고 있고, 추가로 전류 제어부(21)와 전원(AC) 사이에 위치한 충방전 유닛(24)을 구비한다.
충방전 유닛(24)은 교류 전원(AC)의 일측 단자에 일측 단자가 연결되어 있는 저항(R41), 저항(R41)의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D41), 다이오드(D41)의 캐소드 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 전류 제어부(21)에 캐소드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D42), 교류 전원(AC)의 타측 단자에 일측 단자가 연결되어 있는 저항(R42), 저항(R42)의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D43), 다이오드(D43)의 캐소드 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 전류 제어부(21)에 캐소드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D44), 다이오드(D41)의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 교류 전원(AC)의 타측 단자에 타측 단자가 연결된 커패시터(예, 제1 커패시터)(C41), 그리고 다이오드(D43)의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 교류 전원(AC)의 일측 단자에 타측 단자가 연결된 커패시터(예, 제2 커패시터)(C42)를 구비한다.
이때, 저항(R41, R42)은 도 5의 저항(R21)과 동일한 역할을 하므로, 생략 가능하다.
다이오드(D41)는 커패시터(C41)의 충전을 위한 충전용 다이오드이고 다이오드(D43)는 커패시터(C421)의 충전을 위한 충전용 다이오드이며, 다이오드(D42)는 커패시터(C41)의 방전을 위한 방전용 다이오드이고 다이오드(D44)는 커패시터(C42)의 방전을 위한 방전용 다이오드이다.
이러한 충방전 유닛(24)의 동작은 다음과 같다.
즉, 발광 다이오드부(40)의 동작이 이미 설명한 것처럼, 정류 전압(Vcc)의 크기가 설정 전압[예, 순방향 문턱 전압(Vth3)] 이상이 되면, 정전류부(30)를 거쳐 발광 다이오드부(40)로 인가되는 전압에 의해 발광 다이오드부(40)의 모든 발광 다이오드(LED41-LED4n)는 점등 상태가 된다.
이처럼, 정류 전압(Vcc)의 크기에 따라 발광 다이오드부(40)의 점등 동작이행해질 때, 최소 전류 공급부(203)의 충방전 유닛(24)은 전원 전압(VAC)[도 6의 (a)]의 매 반 주기마다 두 개의 커패시터(C41, C42) 중 하나는 충전 동작이 행해지고 나머지 하나의 커패시터는 방전 동작이 행해진다.
이때, 전원 전압(VAC)의 매 반주기마다 충전 동작이 행해지고 방전 동작이 행해지는 커패시터(C41, C42)의 종류는 번갈아 변한다.
즉, 도 6의 (a)처럼 어느 한 반주기(T11) 동안 인가되는 전원 전압)(VAC)의 크기가 설정 전압(즉, 다이오드의 문턱 전압) 이상일 때, 저항(R41)과 다이오드(D41)를 거쳐 제1 커패시터(C41)에 충전 동작이 행해진다.
이러한 반 주기(T11) 동안 다른 커패시터인 제2 커패시터(C42)는 충전 동작 대신 방전 동작을 행한다. 따라서, 제2 커패시터(C42)에 충전된 전하는 다이오드(D44)와 동작 상태인 전류 제어부(21)를 거쳐 정전류부(30) 쪽으로 방전이 이루어진다. 이때, 정정류부(30) 쪽으로 인가되는 전하에 의한 방전 전압은 적어도 순방향 문턱 전압의 크기를 갖는다.
따라서, 이러한 커패시터(C42)의 방전 동작에 의해, 정류 전압(Vcc)의 크기가 순방향 문턱 전압(Vth3) 미만으로 감소하여도 발광 다이오드부(40)는 점등 상태를 유지하여 도 6의 (c)와 같은 해당 크기의 전류가 발광 다이오드부(40)를 통해 흐르게 된다.
이런 상태에, 도 6의 (a)와 같이 전원 전압(VAC)의 다음 반주기(T12)가 진행되면, 저항(R41, R42)과 연결되어 있는 전원(AC)의 극성이 이전 반주기(T11)때와는 반대로 바뀌게 된다.
따라서, 이전 반주기(T11)에서 충전 동작이 행해졌던 커패시터(C41)는 방전동작을 행하게 되며 방전 동작이 행해졌던 커패시터(C42)는 충전 동작이 행해진다.
이로 인해, 해당 주기(T12) 동안 커패시터(C41)는 다이오드(D4)를 통해 발광 다이오드부(40) 쪽으로 전하를 방전하게 되고, 커패시터(C42)는 저항(R41)과 다이오드(D41)를 거쳐 인가되는 전하에 의해 충전 동작이 행해진다.
이와 같이, 전원 전압(VAC)의 매 반주기마다 두 개의 커패시터(C41, C42) 중 하나는 충전 동작이 행해지고 나머지 하나는 발광 다이오드부(40) 쪽으로의 방전 동작이 행해져, 발광 다이오드부(40)는 정류 전압(Vcc)의 크기에 무관하게 항상 설정 전류 이상의 전류가 흐르게 된다[도 6의 (c) 참조].
도 9의 경우, 도 5와 비교할 때, 반 주기마다 위상이 교번하는 전원 전압(VAC)을 이용하여 충방전 동작이 이루어지므로, 매 반주기마다 해당 커패시터(C41, C42)의 충전 동작과 방전 동작이 행해지므로 좀더 안정적으로 발광 다이오드부(40)의 점등 동작을 제어할 수 있다.
다음, 도 10 및 도 11을 각각 참고로 하여, 전원(AC)에 연결된 최소 전원 공급부의 다른 예를 설명한다.
도 10과 도 11을 참고로 하면, 도 10 및 도 11에 도시한 최소 전류 공급부(204, 205)는 도 9에 도시한 전류 제어부(21)와 충방전 유닛(24a) 이외에 이 충방전 유닛(24a)과 전원(AC) 사이에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 보조 충방전 유닛을 더 구비한다.
이때, 적어도 하나의 보조 충방전 유닛은 충방전 유닛(24a)의 제1 커패시터(C41a)에 직렬로 연결된 적어도 하나의 제1 보조 충방전 유닛(2511, 2511a, 2512)과 충방전 유닛(24a)의 제2 커패시터(C42a)에 직렬로 연결된 적어도 하나의 제2 보조 충방전 유닛(2521, 2521a, 2522)를 구비한다. 따라서, 충방전 동작이 이루어지는 제1 및 제2 커패시터(C41a, C42a)의 타측 단자는 전원(AC)의 해당 단자와 연결되어 있는 대신, 이후에 위치한 해당 보조 충방전 유닛(2511, 2511a, 2521, 2521a)과 연결된다.
도 10은 충방전 유닛(24a)의 각 커패시터(C42a, C42a)와 전원(AC) 사이에 하나의 제1 보조 충방전 유닛(2511)과 하나의 제2 보조 충방전 유닛(2521)을 구비한 발광 다이오드 구동 장치를 도시한 도면이고, 도 11은 충방전 유닛(24a)의 각 커패시터(C41a, C42a)와 전원(AC) 사이에 두 개의 제1 보조 충방전 유닛(2511a, 2512)과 두 개의 제2 보조 충방전 유닛(2512a, 2522)을 구비한 발광 다이오드 구동 장치를 도시한 도면이다.
하나의 제1 및 제2 보조 충방전 유닛(2511, 2521)를 구비한 도 10에서, 제1및 제2 보조 충방전 유닛(2511, 2521)은 해당 커패시터(C41a, C42a)의 타측 단자에 애노드 단자가 연결된 다이오드(D511, D521), 다이오드(D511, D521)의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 전원(AC)의 타측 단자 또는 일측 단자에 타측 단자가 연결된 커패시터(C511, C521), 커패시터(C511, C521)의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 다이오드(D511, D521)의 애노드 단자에 캐소드 단자가 연결된 다이오드(D512, D522), 그리고 다이오드(D511, D521)의 캐소드 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고 다이오드(D42, D44)의 애노드 단자에 캐소드 단자가 연결되어 있는 다이오드(D513, D523)를 구비한다.
도 11과 같이, 두 개 이상의 제1 및 제2 보조 충방전 유닛(2511a, 2521a, 2512, 2522)를 구비할 경우, 첫 번째 단에 위치한 제1 및 제2 보조 충방전 유닛(2511a, 2521a)에서 다이오드(D511, D521)의 애노드 단자는 바로 이전 단인 충방전 유닛(24a)의 해당 커패시터(C41a, C42a)의 타측 단자에 연결되어 있고, 첫 번째 단과 마지막 번째 단이 아닌 가운데 단에 위치한 제1 및 제2 보조 충방전 유닛에서 다이오드(D511, D521)의 애노드 단자는 이전 단의 커패시터(C51a, C52a)의 타측 단자에 연결되어 있다.
또한, 첫 번째 단과 중간 단에 위치한 제1 및 제2 보조 충방전 유닛에서 커패터(C511a, C521a)의 타측 단자는 다음 단의 다이오드(D511, D521)의 애노드 단자와 연결되어 있는 반면, 마지막 단에 위치한 제1 및 제2 보조 충방전 유닛에서 커패시터(C511, C521)는 전원(AC)의 타측 단자나 일측 단자에 연결되어 있다.
이러한 제1 및 제2 보조 충방전 유닛에 의해, 충방전 유닛(24a)의 각 커패시터(C41a, C42a)에 적어도 하나의 커패시터, 즉 보조 커패시터(C511a, C511, C521a, C521)가 직렬로 연결되어 있어, 전원 전압(VAC)의 위상에 따라 직렬로 연결된 커패시터(C41a, C42a, C511a, C511, C521a, C521)의 충전 동작과 방전 동작이 차례대로 행해진다.
즉, 도 10의 경우, 도 9를 참고로 하여 설명한 것처럼, 해당 반주기(T11) 동안 충방전 유닛(24a)의 커패시터(C41a)의 충전 동작이 이루어지고, 커패시터(C41a)에 순방향으로 연결된 해당 제1 보조 충방전 유닛(2511)의 다이오드(D511)를 거쳐 커패시터(C511)의 충전 동작이 이루어진다.
하지만, 이 반주기 동안(T11)에 바로 이전 반주기 동안 충전 동작이 행해져 있던 커패시터(C42a)와 이 커패시터(C42a)에 직렬로 연결된 제2 보조 충방전 유닛(2521)의 커패시터(C521)는 방전 동작을 행하게 된다.
따라서, 충방전 유닛(24a)의 커패시터(C42a)는 다이오드(D522)-커패시터(C42a)-다이오드(D44)를 통해 전류 제어부(21)를 거쳐 정전류부(30) 쪽으로 방전되어 발광 다이오드부(40)를 점등시키고, 제2 보조 충방전 유닛(2521)의 커패시터(C521)는 다이오드(D523)와 다이오드(D44)를 거쳐 발광 다이오드부(40) 쪽으로 방전된다.
다음 반주기(T12)가 되어 전원 전압(VAC)의 위상이 반전되어 전원(AC)의 양단자로 인가되는 전원의 극성이 반전되면, 커패시터(C41a)와 이 커패시터(C41a)에 직렬 연결된 제1 보조 충방전 유닛(2511)의 커패시시터(C511)는 방전 동작이 이루어지고, 커패시터(C42a)와 이 커패시터(C42a)에 직렬 연결된 제2 보조 충방전 유닛(2521)의 커패시시터(C521)는 충전 동작이 행해진다.
따라서, 해당 반주기(T12) 동안 커패시터(C41a)는 제1 보조 충방전 유닛(2511)의 다이오드(D521)-커패시터(C41a)-다이오드(D42)를 통해 발광 다이오드부(40) 쪽으로 방전되고, 제1 보조 충방전 유닛(2521)의 커패시터(C511)는 다이오드(D513)와 다이오드(D42)를 거쳐 발광 다이오드부(30) 쪽으로 방전된다.
반면, 해당 반주기(T12) 동안 커패시터(C42a)는 저항(42)과 다이오드(D43)를 거쳐 충전되고, 커패시터(C42a)에 순방향으로 연결된 다이오드(D521)를 거쳐 제2 보조 충방전 유닛(2521)의 커피시터(C521) 역시 충전된다.
이러한 동작에 의해, 직렬로 연결된 커패시터(C41a, C511)의 충방전 동작과 직렬로 연결된 커패시터(C42a, C521)의 충방전 동작은 전원 전압(VAC)의 반주기마다 교대로 번갈아 행해진다.
이미 설명한 것처럼, 커패시터(C41a 및 C511, C42a, C521)의 충전 동작은 직렬로 행해지고 방전 동작은 병렬로 행해진다.
도 11에 도시한 최소 전류 공급부(205)의 동작 역시 도 10의 동작과 유사하게 행해진다.
즉, 충반전 유닛(24a)의 커패시터(C41a, C42a)의 충전 동작은 저항(R31, R32)과 다이오드(D41, D43)를 통해 행해진다.
또한, 커패시터(C41a)에 직렬로 연결된 제1 보조 충방전 유닛(2511a, 2512)의 커패시터(C511a, C511)의 충전 동작은 바로 앞에 위치한 다이오드(D511)의 도통 동작에 의해 순차적으로 행해지고, 커패시터(C42a)에 직렬로 연결된 제2 보조 충방전 유닛(2521a, 2522)의 커패시터(C521a, C521)의 충전 동작은 바로 앞에 위치한 다이오드(D521)의 도통 동작에 의해 순차적으로 행해진다.
정류 전압(Vcc)가 설정 전압 미만으로 감소하면, 각 커패시터(C41a, C511a, C511, C42a, C521a, C521)는 방전 동작을 실시한다.
이때, 커패시터(C511)는 보조 충방전 유닛(2512, 2511a)의 각 다이오드(D513)-다이오드(D42)를 통해 전류 제어부(21) 쪽으로 방전된다.
커패시터(C511a)는 보조 충방전 유닛(2512)의 다이오드(D511)-커패시터(C511a)-보조 충방전 유닛(2511a)의 다이오드(D513)-다이오드(D42)를 통해 전류 제어부(21) 쪽으로 방전된다.
또한, 커패시터(C41a)는 보조 충방전 유닛(2512, 2511a)의 각 다이오드(D511)-커패시터(C41a)-다이오드(D42)를 통해 전류 제어부(21) 쪽으로 방전된다.
이와 유사하게, 커패시터(C521)는 보조 충방전 유닛(2522, 2521a)의 각 다이오드(D523)-다이오드(D44)를 통해 전류 제어부(21) 쪽으로 방전된다.
커패시터(C521a)는 보조 충방전 유닛(2522)의 다이오드(D522)-커패시터(C521a)-보조 충방전 유닛(2521a)의 다이오드(D523)-다이오드(D44)를 통해 전류 제어부(21) 쪽으로 방전된다.
커패시터(C42a)는 보조 충방전 유닛(2522, 2521a)의 각 다이오드(D522)-커패시터(C42a)-다이오드(D44)를 통해 전류 제어부(21) 쪽으로 방전된다.
다음, 도 12을 참고로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다.
도 5, 도 7 및 도 8과 비교할 때, 도 12에 도시한 발광 다이오드 구동 장치는 발광 다이오드부(51, 52)와 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)을 더 구비하는 것을 제외하면 도 5, 도 7 및 도 8와 동일하다. 동일한 부분에 대해서는 도 5, 도 7 또는 도 8와 동일한 도면 부호를 부여한다.
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이로 인해, 도 12에 도시한 것처럼, 본 예에 따른 발광 다이오드 구동 장치는 교류 전원(AC)에 연결된 정류부(10), 정류부(10)에 연결된 저항(R10), 저항(R10)과 접지 사이에 연결된 최소 전류 공급부(20, 201, 202), 최소 전류 공급부(20, 201, 202)에 입력 단자가 연결된 정전류부(30), 정전류부(30)의 출력 단자에 입력 단자가 연결된 제1 발광 다이오드부(51), 제1 발광 다이오드부(51)의 출력 단자에 입력 단자가 연결된 역전류 방지부(54), 역전류 방지부(54)의 출력 단자에 일측 단자가 연결된 저항(R61), 저항(R61)의 타측 단자에 입력 단자가 연결된 제2 발광 다이오드부(52), 제2 발광 다이오드부(52)의 출력 단자와 접지 사이에 연결된 저항(R71), 정전류부(30)의 출력 단자 및 저항(R61)의 양 단자에 연결된 제1 발광 다이오드 보조 구동부(이하, '제1 LED 보조 구동부'라 함)(60), 그리고 제1 발광 다이오드부(51)의 출력 단자 및 저항(R71)의 양 단자에 연결된 제2 발광 다이오드 보조 구동부(이하, '제2 LED 보조 구동부'라 함)(70)를 구비한다.
제1 발광 다이오드부(51)와 제2 발광 다이오드부(52)는 각각 정전류부(20) 쪽에서부터 접지 쪽으로 순방향으로 직렬 연결되어 있는 적어도 하나의 발광 다이오드(LED11-LED1n, LED21-LED2n)를 구비한다.
본 예에서, 제1 발광 다이오드부(51)의 순방향 문턱 전압과 제2 발광 다이오드부(52)의 순방향 문턱 전압의 합은 총 순방향 문턱 전압(Vth4)이라 한다.
역전류 방지부(54)는 제1 발광 다이오드부(51)와 저항(R61) 사이에 순방향으로 연결되어 있는 다이오드(D54)를 구비한다.
다이오드(D54)는 제1 발광 다이오드부(51)와 제2 발광 다이오드부(52)를 전기적으로 분리하며, 저항(R61)에서 제1 발광 다이오드부(51) 쪽으로 역전류가 흐르는 것을 방지한다.
저항(R61)은 다이오드(D54)의 캐소드 단자와 제1 LED 보조 구동부(60)에 일측 단자가 연결되어 있고 제2 발광 다이오드부(52)의 입력단자에 타측 단자가 연결되어 있고, 저항(R71)은 제2 LED 보조 구동부(70)에 일측 단자가 연결되어 있고 타측 단자는 접지되어 있다.
이러한 저항(R61, R71)은 이미 설명한 저항(R10)과 유사한 기능을 수행한다.
즉, 저항(R61, R71)은 제1 및 2 발광 다이오드부(51, 52)에 흐르는 전류를 이용하여 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52) 각각에 인가되는 전압의 크기를 판정한 후, 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)의 동작 상태를 제어한다. 따라서, 저항(R61, R71) 역시 전류 감지용 저항으로 기능하다.
즉, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)에 총 순방향 문턱 전압(Vth4) 이상의 전압이 인가되어 저항(R61, R71)에 정해진 일정 전류가 흐르게 되면, 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)의 동작이 차단된다.
반대로, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)에 총 순방향 문턱 전압(Vth4) 미만의 전압이 인가되어 저항(R61, R71)에 일정 전류가 흐르지 않게 되면, 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)로 인가되는 전압에 의해 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)는 동작된다.
따라서, 저항(R61, R71)과 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)의 동작에 의해, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)는 정류부(10)에서 출력되는 정류 전압(Vcc)의 크기가 총 순방향 문턱 전압(Vth4) 이상일 때뿐만 아니라 총 순방향 문턱 전압(Vth4) 미만에서도 동작하여 발광된다.
예를 들어, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)에 구비된 발광 다이오드(LED11-LED1n, LED21-LED2n)의 개수가 서로 동일할 경우, 총 순방향 문턱전압(Vth4) 미만과 총 순방향 문턱전압의 1/2 크기[즉, 각 발광 다이오드부(51, 52)의 순방향 문턱 전압](Vth4/2) 이상의 구간에서도 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52) 각각은 동작하여 점등된다.
이로 인해, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)의 발광 시간이 증가하여 발광량과 전고조파 왜곡이 개선되며 역률(power factor) 또한 향상된다.
제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)는 이들을 구성하는 구성 요소와 이들 구성요소간의 연결관계는 서로 동일하며, 전류 제어부(21)의 구조와 실질적으로 동일하다.
이때, 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)는 각각 입력 단자(a1, a2), 제어 단자(b1, b2) 및 출력 단자(c1, c2)를 구비하고 있다.
제1 LED 보조 구동부(60)는 제1 발광 다이오드부(30)의 입력 단자, 즉, 정전류부(30)와 제1 발광 다이오드부(51) 사이에 드레인 단자가 연결되어 있고 소스 단자와 게이트 단자가 서로 연결되어 있는 제1 트랜지스터(TR61), 제1 트랜지스터(TR61)의 소스 단자에 컬렉터 단자(또는 입력 단자)가 연결되어 있고 에미터 단자(또는 출력단자)는 저항(R61)의 타측 단자와 연결되어 있는 제2 트랜지스터(TR62), 그리고 정전류부(30)의 출력 단자에 컬렉터 단자가 연결되어 있고 제1 트랜지스터(TR61)의 소스 단자에 베이스 단자(또는 제어 단자)가 연결되어 있고 제2 트랜지스터(TR6)의 베이스 단자와 저항(R61)의 일측 단자에 에미터 단자가 연결되어 있는 제3 트랜지스터(TR63)를 구비한다.
이때, 서로 연결되어 있는 트랜지스터(TR61)의 드레인 단자와 트랜지스터(TR63)의 컬렉터 단자는 제1 LED 보조 구동부(60)의 입력 단자(a1)를 각각 이루고, 제1 저항(R61)의 일측 단자에 공통으로 연결되어 있는 트랜지스터(TR62)의 베이스 단자와 트랜지스터(TR63)의 에미터 단자는 제1 LED 보조 구동부(60)의 제어 단자(c1)를 이루며, 제1 저항(R61)의 타측 단자에 연결되어 있는 트랜지스터(TR62)의 에미터 단자는 제1 LED 보조 구동부(60)의 출력 단자(b1)를 이룬다.
제1 트랜지스터(TR61)는 접합 전계 효과 트랜지스터(JFET)이고 제2 및 제3 트랜지스터(TR62, TR63)는 npn 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)로 이루어져 있다.
이미 설명한 것처럼, 제2 LED 보조 구동부(70)의 구조는 제1 LED 보조 구동부(60)의 구조와 동일하므로, 접합 전계 효과 트랜지스터인 제1 트랜지스터(TR71)와 npn 바이폴라 트랜지스터인 제2 및 제3 트랜지스터(TR72, TR73)를 구비하고 있다.
하지만, 제1 LED 보조 구동부(60)와 달리, 제1 트랜지스터(TR71)의 드레인 단자와 제3 트랜지스터(TR73)의 컬렉터 단자는 제1 발광 다이오드부(30)의 출력 단자, 즉 제1 발광 다이오드부(30)와 다이오드(D54) 사이에 연결되어 있고, 제2 트랜지스터(TR72)의 베이스 단자와 제3 트랜지스터(TR73)의 에미터 단자는 제2 발광 다이오드부(50)의 출력 단자, 즉 저항(R71)의 일측 단자 사이에 연결되어 있다.
또한, 제2 트랜지스터(TR72)의 에미터 단자는 접지되어 있다.
이때, 서로 연결되어 있는 트랜지스터(TR71)의 드레인 단자와 트랜지스터(TR73)의 컬렉터 단자는 제2 LED 보조 구동부(70)의 입력 단자(a2)를 각각 이루고, 제2 저항(R71)의 일측 단자에 공통으로 연결되어 있는 트랜지스터(TR72)의 베이스 단자와 트랜지스터(TR73)의 에미터 단자는 제2 LED 보조 구동부(60)의 제어 단자(c2)를 이루며, 제2 저항(R71)의 타측 단자, 즉 접지에 연결되어 있는 트랜지스터(TR72)의 에미터 단자는 제2 LED 보조 구동부(70)의 출력 단자(b2)를 이룬다.
각 저항(R61, R71)에 의해 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)에 흐르는 전류는 해당 지점(A1, B1)에서 감지되고, 감지된 전류의 크기에 따라 트랜지스터(TR62, TR72)의 동작이 제어되어 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)가 동작되거나 동작되지 않는다.
이때, 각 LED 보조 구동부(60, 70)와 이에 연결된 각 저항(R61, R71)은 일정한 크기의 전류를 출력하는 정전류 회로로 기능하며, 각 저항(R61, R71)의 값을 조정하여 제2 트랜지스터(TR62, TR72)의 동작을 제어하는 전류의 크기가 제어 가능하다.
따라서, 정류부(10)의 정류 전압(Vcc)의 크기가 총 순방향 문턱 전압(Vth4) 이상의 전 경우, 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)의 제2 트랜지스터(TR62, TR72)가 턴온되고, 정류부(10)의 정류 전압(Vcc)의 크기가 총 순방향 문턱 전압(Vth4)의 반(Vth4/2) 이상이고 총 순방향 문턱 전압(Vth4) 미만일 경우, 제3 트랜지스터(TR63, TR73)와 저항(R61, R71)을 통해 전류가 흐르게 된다.
따라서, 정류 전압(Vcc)이 총 순방향 문턱 전압(Vth4)의 반(Vth4/2) 이상이고 총 순방향 문턱 전압(Vth4) 미만일 때, 제1 LED 보조 구동부(60)-저항(R61)-제2 발광 다이오드부(52)-저항(R71)을 통해 전류가 흐르게 되어 제2 발광 다이오드부(52)가 점등되고, 제1 발광 다이오드부(51)-제2 LED 보조 구동부(70)-저항(R71)을 통해 전류가 흘러 제1 발광 다이오드부(51)가 점등된다.
이때, 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70) 각각을 통해 흐르는 전류의 크기는 정전류부(30)를 거처 출력되는 전류(I1)의 크기의 1/2인 I1/2가 된다.
이러한 구조를 갖는 발광 다이오드 구동 장치의 동작을 상세히 설명한다.
먼저, 도 13의 (a)에 도시한 것과 같은 교류 전원의 전압(VAC)이 정류부(10)에 인가되면, 정류부(10)는 교류 신호를 전파 정류하여 직류 신호로 변환하므로, 정류부(10)는 도 6의 (b)와 같은 정류 전압(Vcc)을 출력한다.
이러한 정류 전압(Vcc)은 정전류부(20)로 인가되고, 정전류부(20)를 통과해 해당하는 크기의 전류(I1)를 출력한다. 이때, 정전류부(10)의 동작에 의해, 정전류부(30)에서 출력되는 전류(I1)의 크기는 설정 크기를 넘어서지 않는다. 따라서, 정류 전압(Vcc)의 전압 변동으로 인한 과전류가 발생하지 않아, 발광 다이오드 구동 장치의 수명이 증가하고, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)가 허용하는 최대 전류까지 전류의 공급이 가능하므로, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)의 발광량이 향상된다.
다음, 정류 전압(Vcc)의 크기가 증가하여 정류 전압(Vcc)의 크기가 설정 전압, 즉, 각 발광 다이오드부(51, 52)의 점등 동작에 필요한 전압에 도달하면, 각 발광 다이오드부(51, 52)에 존재하는 모든 발광 다이오드(LED11-LED1n, LED21-LED2n)를 발광하는데 필요한 전압이 공급된 상태가 된다. 본 예에서, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52) 각각에 존재하는 발광 다이오드(LED11-LED1n, LED21-LED2n)의 개수는 모두 동일하고 동작 특성 동일한 상태이므로, 각 발광 다이오드부(51, 52)의 구동 전압은 총 순방향 문턱 전압의 1/2에 해당하는 전압(Vth4/2)이 된다.
이 상태[즉, 정류 전압(Vcc)이 설정 전압(Vth4/2)에 도달된 상태]일 때, 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)의 제1 트랜지스터(TR61, TR71)의 소스 단자의 전압인 소스 전압에 의해 제3 트랜지스터(TR63, TR73)는 각각 턴온 상태가 된다.
이로 인해, 정전류부(20)에서 출력되는 전류(I1)의 반(I1/2)은 턴온된 제1 LED 보조 구동부(60)의 제3 트랜지스터(TR63)를 통해 저항(R61)을 거쳐 제2 발광 다이오드부(52)와 저항(R71)을 통해 흐르게 된다. 따라서, 제2 발광 다이오드부(52)는 발광된다.
또한, 정전류부(30)에서 출력되는 전류(I1)의 나머지 반(I1/2) 역시 제1 발광 다이오드부(51)를 거쳐 제2 LED 보조 구동부(70)의 제3 트랜지스터(TR73)와 저항(R71)을 통해 흘러, 제1 발광 다이오드부(510) 역시 발광 상태가 된다.
이와 같이, 정류 전압(Vcc)의 크기가 총 순방향 문턱 전압(Vth4)에 도달하지 않아도 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)는 각 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)의 동작에 의해 병렬 구동되어 발광 상태가 된다.
이러한 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)의 동작에 의해, 제2 및 제1 발광 다이오드부(51, 52)가 동작하여 저항(R61, R71)로 전류가 흐르기 시작하면, 각 접점(A1, B1)에서 저항(R61, R71)을 통해 흐르는 전류의 크기에 따라 해당하는 크기의 전압이 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)의 제2 트랜지스터(TR62, TR72)의 베이스 단자에 인가된다.
도 13의 (b)에 도시한 정류 전압(Vcc)이 증가하여 총 순방향 문턱 전압(Vth4)에 도달하면, 정류부(10)에 직렬로 연결된 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)의 모든 발광 다이오드(LED11-LED1n, LED21-LED2n)를 직렬 구동시킬 수 있는 상태가 된다.
따라서 정전류부(30)에서 출력되는 전류(I1)는 제1 발광 다이오드부(51)-다이오드(D45)-저항(R61)-제2 발광 다이오드부(52)-저항(R71)을 차례로 거쳐 접지로 흐르게 된다.
이러한 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)의 직렬 구동에 의해 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)를 흐르는 전류의 크기는 'I1'으로 증가하게 된다.
따라서, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)의 직렬 구동으로 접점(A1)의 흐르는 전류의 크기가 설정 크기(예, I1) 이상이면, 이 전류의 크기(I1)에 대응하는 증가된 전압이 제1 LED 보조 구동부(60)의 제2 트랜지스터(TR62)의 베이스 단자로 인가되어 제2 트랜지스터(TR62)는 턴오프에서 턴온 상태로 변하게 된다.
정류 전압(Vcc)이 총 순방향 문턱 전압(Vth4) 이상으로 증가하여, 접점(A1)의 전류가 설정 전류 이상이 되어, 제1 LED 보조 구동부(60)의 제2 트랜지스터(TR62)가 턴온되면, 정전류부(30)에서 출력되는 전류(I1)의 일부는 제1 및 제2 트랜지스터(TR61, TR62)를 통해 제2 발광 다이오드부(50)와 저항(R71)을 거쳐 접지로 흐르게 된다. 이로 인해, 턴온 상태를 유지하던 제3 트랜지스터(TR63)는 턴오프 상태로 바뀌게 된다.
제1 LED 보조 구동부(60)와 동일하게, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)의 직렬 구동으로 접점(B1)의 흐르는 전류의 크기가 설정 크기(I1) 이상이면, 이 전류의 크기(I1)에 대응하는 증가된 전압이 제2 LED 보조 구동부(70)의 제2 트랜지스터(TR72)의 베이스 단자로 인가되어 제2 트랜지스터(TR72)는 턴오프에서 턴온 상태로 변하게 된다.
따라서, 제2 LED 보조 구동부(70)의 제2 트랜지스터(TR72)가 턴온되면, 제1 및 제2 트랜지스터(TR71, TR72)를 통해 전류(I1)의 일부가 접지로 흐르게 되어, 제3 트랜지스터(TR73)는 턴오프 상태로 바뀌게 된다.
이처럼, 정류 전압(Vcc)이 총 순방향 문턱 전압(Vth4) 이상일 경우, 접점(A1, B1)각각에 흐르는 전류의 크기가 설정 크기 이상으로 증가하여 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)의 제2 트랜지스터(TR62, TR72)를 턴온시키고 제3 트랜지스터(TR63, TR73)를 턴오프시킴으로, 제 1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)는 제1 및 제2 LED 보조 구동부(60, 70)를 통해 병렬 방식으로 점등되는 대신 순방향 문턱 전압(Vth3)에 의해 직렬 방식으로 점등되어 구동 방식이 변하게 된다.
이러한 동작에 의해, 전원 전압(VAC)의 한 주기 동안 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)의 동작 구간은 정류 전압(Vcc)이 총 순방향 문턱 전압의 반(Vth4/2)이상을 유지하는 구간이므로, 제1 및 제2 발광 다이오드부(510, 52)의 점등 시간이 증가하여 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)의 발광량이 증가한다.
도 12와 같은 실시예에서, 최소 전류 공급부는 도 5, 도 7 또는 도 8에 도시한 최소 전류 공급부(20, 201, 202) 중 하나이고, 이미 설명한 것과 같은 동작을 통해 해당 커패시터에 대한 충전 동작과 방전 동작을 실시하여, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)를 점등시킨다.
다만, 도 5, 도 7 및 도 8의 경우와 달리 저항(R10)의 값을 이용하여 전류 공급부(21)의 동작 시기를 제어하여, 순방향 문턱 전압(Vth4/2) 미만에서도 충방전 유닛과 보조 충방전 유닛의 방전 동작에 의해 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)가 점등되도록 한다. 이때, 최소 전류 공급부(20, 201, 202)에서 정전류부(30) 쪽으로 공급되는 방전 전압의 크기는 최소 총 순방향 문턱 전압(Vth4)과 같은 크기로서 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)가 직렬 구동될 수 있도록 한다.
도 14에 도시한 발광 다이오드 구동 장치는 도 12와 비교할 때, 최소 전류 공급부의 구조를 도 9, 도 10 또는 도 11에 도시한 최소 전류 공급부(203-205)라는 것만을 제외하면 도 12에 도시한 발광 다이오드 구동 장치의 동일한 구조를 갖고 있고, 동작 또한 동일하다. 따라서, 도 14에 대한 동작 타이밍도는 도 13과 동일하며 이에 대한 자세한 동작 설명은 생략한다.
이와 같이, 제1 및 제2 발광 다이오드부(51, 52)는 정류 전압(Vcc)의 크기에 무관하게 동작이 단락되지 않으므로, 역률 개선에 효과적이고 플리커(flicker) 등의 발생이 감소된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (18)

  1. 직렬로 연결되어 있고 적어도 하나의 발광 다이오드를 구비한 제1 발광 다이오드부, 상기 제1 발광 다이오드부에 연결되어 있고 적어도 하나의 발광 다이오드를 구비한 제2 발광 다이오드부, 상기 제1 발광 다이오드부와 상기 제2 발광 다이오드부 사이에 연결되어 있고 상기 제1 발광 다이오드부를 통해 흐르는 전류를 감지하는 제1 저항(R61), 상기 제1 발광 다이오드부와 상기 제1 저항 사이에 연결되어 역전류를 방지하는 역전류 방지부, 상기 제2 발광 다이오드부와 접지 사이에 연결되어 있고 상기 제2 발광 다이오드부를 통해 흐르는 전류를 감지하는 제2 저항(R71), 상기 제1 저항(R61)과 연결되어 있고 상기 제1 저항(R61)에서 감지된 전류에 따라 상기 제2 발광 다이오드부의 점등 상태를 제어하는 제1 발광 다이오드 보조 구동부, 및 상기 제2 저항(R71)과 연결되어 있고 상기 제2 저항(R71)에서 감지된 전류에 따라 상기 제1 발광 다이오드부의 점등 상태를 제어하는 제2 발광 다이오드 보조 구동부를 포함하는 발광 다이오드부;
    교류 전원을 정류해 정류 전압을 생성하여 상기 발광 다이오드부로 인가하는 정류부;
    상기 발광 다이오드부와 상기 정류부 사이에 연결되어 상기 발광 다이오드부에 전류를 공급하는 정전류부;
    상기 정류부와 상기 정전류부 사이에 연결되고, 상기 정류부의 출력단자에 일측 단자가 연결되어 있는 저항(R21), 상기 저항(R21)의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 충전용 다이오드(D21), 상기 충전용 다이오드(D21)의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되어 있고 타측 단자는 접지되어 있는 커패시터(C21), 상기 커패시터(C21)의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있는 방전용 다이오드(D22)를 포함하는 충방전 유닛;
    상기 정류부와 상기 정전류부 사이에 연결된 전류 감지 저항(R10); 및
    상기 충방전 유닛의 상기 방전용 다이오드(D22)의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되고 상기 전류 감지 저항(R10)에 두 단자가 연결되어 정류 전압이 상기 발광 다이오드부의 문턱전압 보다 낮을 때 상기 발광 다이오드부에 전류를 공급하는 전류 제어부;를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 전류 제어부는,
    상기 정류부의 출력 단자에 에미터 단자가 연결되어 있고, 상기 방전용 다이오드(D22)의 캐소드 단자에 컬렉터 단자가 연결되어 있는 제1 트랜지스터;
    상기 제1 발광 다이오드부의 입력 단자에 에미터 단자가 연결되어 있고, 정류부의 출력 단자에 베이스 단자가 연결되어 있는 제2 트랜지스터; 및
    상기 제1 트랜지스터의 베이스 단자에 소스 단자가 연결되어 있고, 상기 방전용 다이오드(D22)의 캐소드 단자에 드레인 단자가 연결되어 있는 제3 트랜지스터;를 포함하고,
    상기 제3 트랜지스터의 게이트 단자는 상기 제3 트랜지스터의 소스 단자에 연결되어 있는 발광 다이오드 구동 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에서,
    상기 충방전 유닛은,
    상기 커패시터(C21)에 애노드 단자가 연결된 충전용 다이오드(D31);
    상기 충전용 다이오드(D31)의 캐소드 단자에 일측 단자가 연결되고 타측 단자는 접지되어 있는 커패시터(C31);
    상기 커패시터(C31)의 일측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고, 상기 방전용 다이오드(D22)에 캐소드 단자가 연결된 제1 방전용 다이오드(D32); 및
    상기 커패시터(C31)의 타측 단자에 애노드 단자가 연결되어 있고, 상기 커패시터(C31)의 타측 단자에 캐소드 단자가 연결되어 있는 제2 방전용 다이오드(D33);를 더 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
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