KR101683438B1 - 조명 시스템 및 그의 제어 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디머(Dimmer)에 의하여 위상이 제어된 전원을 이용하여 발광하고, 광원의 발광 상태를 개선하는 조명 시스템 및 그의 제어 회로를 개시하며, 부하에 공급되는 전류 또는 부하의 전류 경로에 흐르는 전류에 의한 충전과 방전을 수행하며, 이에 의하여 생성되는 충전 전압을 이용하여 전류 제어를 수행하여서 시머(Shimmer)를 개선할 수 있다.

Description

조명 시스템 및 그의 제어 회로{LIGHTING SYSTEM AND CONTROL CIRCUIT THEREOF}

본 발명은 조명 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디머(Dimmer)에 의하여 위상이 제어된 전원을 이용하여 발광하고, 광원의 발광 상태를 개선하는 조명 시스템 및 그의 제어 회로에 관한 것이다.

조명 시스템은 에너지 절감을 위하여 적은 양의 에너지로 높은 발광 효율을 갖는 광원을 이용하도록 개발되고 있다. 조명 시스템에 이용되는 대표적인 광원은 발광 다이오드(LED)가 예시될 수 있다.

발광 다이오드는 에너지 소비량, 수명 및 광질 등과 같은 다양한 요소에서 다른 광원들과 차별화되는 이점을 갖는다. 발광 다이오드는 전류에 의하여 구동되는 특성을 갖는다. 그러므로, 발광 다이오드를 광원으로 하는 조명 시스템은 전류 구동을 위한 추가적인 회로가 많이 필요한 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하고자, 조명 시스템은 교류 다이렉트 방식(AC DIRECT TYPE)으로 교류 전원을 발광 다이오드에 제공하도록 개발된 바 있다. 상기 교류 다이렉트 방식의 조명 시스템은 교류 전원을 정류 전압으로 변환하고 정류 전압을 이용한 전류 구동에 의하여 발광 다이오드가 발광하도록 구성된다. 교류 다이렉트 방식의 조명 시스템은 인덕터 및 캐패시터를 사용하지 않고 정류 전압을 사용하기 때문에 역률(POWER FACTOR)이 양호한 특성이 있다. 정류 전압은 정류기의 전파 정류에 의하여 교류 전압이 전파 정류된 전압을 의미한다.

또한, 상기한 조명 시스템은 교류 전원을 이용하여 정류 전압을 제공하는 전원 회로와 정류 전압에 대응하여 광원을 구동하기 위한 전류 제어를 수행하는 전원 제어부를 포함할 수 있다. 대개의 경우, 전원 제어부는 원-칩(One-chip)으로 제작되어서 조명 시스템에 실장될 수 있다.

조명 시스템에서 전원 회로는 디밍 기능을 갖도록 구성될 수 있으며, 디밍(Dimming) 기능은 전원 회로에 채용되는 디머(Dimmer)에 의하여 구현될 수 있다. 디머는 내부의 충전 전압의 변화에 대응하여 교류 전압의 위상이 트리거되는 위치가 결정되도록 구성된다. 즉, 디머는 위상이 제어된 교류 전압을 출력할 수 있으며, 광원은 위상 제어된 교류 전압에 대응하는 밝기로 발광한다.

상기한 디머에 의하여, 조명 시스템의 밝기는 조명 시스템의 성능에 따라 광원의 턴오프 레벨부터 최대 발광 레벨 범위에서 조절될 수 있다. 히스테리시스 특성을 갖는 경우 디머는 20~80%의 전력 공급 효율을 가질 수 있고, 히스테리시스 특성이 없는 경우 디머는 5~95 %의 전력 공급 효율을 가질 수 있다.

일반적으로 디머는 내부의 다이액(DIAC)이나 트라이액(TRIAC)의 특성 차이로 인하여 부하에 따라서 호환성이 떨어지는 문제점을 갖는다. 이에 대하여 공개특허 10-2012-0019372(공개일 : 2012년 03월 06일, 발명의 명칭 : LED 구동 회로 및 이것을 사용한 LED 조명등 기구)에 개시된 바 있다. 디머 입장에서 광원을 구동하기 위한 전류 제어를 수행하는 전원 제어부는 부하로 작용될 수 있다.

저항 특성을 갖는 부하에 적용되는 경우, 디머는 양호한 특성을 발현할 수 있다. 저항 특성을 갖는 부하는 백열 전등이 예시될 수 있고, 선형성 부하로 정의할 수 있다.

그러나, 리액턴스를 갖는 전원 제어부나 교류 다이렉트 방식에 대응한 전류 레귤레이션을 수행하는 전원 제어부와 같은 부하에 대응하여, 디머는 호환성의 한계를 갖는다. 여기에서, 리액턴스를 갖는 부하는 플라이백(Flyback)이나 벅(Buck) 타입의 전원 제어부가 예시될 수 있다. 상기한 바에서, 리액턴스를 갖는 전원 제어부나 교류 다이렉트 방식에 대응한 전류 레귤레이션을 수행하는 전원 제어부는 비선형성 부하로 정의할 수 있다.

디머는 상기한 비선형 부하에 대응하여 양질의 교류 파형을 제공하는데 한계가 있다. 구체적으로, 디머는 RC 특성에 의하여 지연이 불규칙하게 발생하는 출력 전압을 제공할 수 있다. 그리고, 디머는 트라이액(Triac)의 동작 특성에 의하여 턴온을 유지하는 폭(턴온 폭)이 달라지도록 출력 전압을 제공할 수 있다. 특히, 포지티브(Positive) 출력 전압과 네가티브(Negative) 출력 전압의 턴온 폭이 달라질 수 있다. 또한, 디머는 포지티브 출력과 네가티브 출력의 크기(진폭)가 다르게 출력 전압을 제공할 수 있다.

그러므로, 디머를 채용하고 비선형성 부하를 갖는 경우, 조명 시스템은 디머의 불안정한 동작 특성에 의하여 광원의 밝기가 균일하게 유지되기 어렵다. 특히, 교류 다이렉트 방식으로 교류 전원이 광원에 제공되는 경우, 광원은 포지티브 출력과 네가티브 출력의 크기가 다른 디머의 출력 전압에 의하여 불규칙하게 떨리도록 발광될 수 있다. 발광된 상태에서 조도가 불규칙하게 변화되어 떨리는 현상을 시머(Shimmer)라 한다. 특히, 상기한 시머는 광원이 낮은 조도로 발광하는 경우 심화될 수 있다.

그러므로, 비선형성 부하를 갖는 조명 시스템은 디머를 이용한 디밍 기능을 구현하기 위하여 광원의 발광 상태를 안정화시키는 것이 필요하다.

본 발명은 비선형성 부하에 대응하여 디머를 이용한 디밍 기능을 구현할 수 있는 조명 시스템 및 그의 제어 회로를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 비선형 부하에 대응하여 디머를 이용한 디밍 기능을 제공하고, 디머의 불규칙한 출력 전압에 기인한 시머를 해소할 수 있는 조명 시스템 및 그의 제어 회로를 제공함을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 비선형 부하에 대응하여 디머를 이용한 디밍 기능을 제공하고, 디머의 불규칙한 출력 전압에 의한 불안정한 발광 상태를 해소하고, 제조 단가를 절감하고, 개선된 전기적 효율성을 갖는 조명 시스템 및 그의 제어 회로를 제공함을 또다른 목적으로 한다.

본 발명에 따른 조명 시스템은, 디머(Dimmer)를 이용하여 교류 전원의 위상을 제어한 정류 전압을 공급받는 광원; 상기 정류 전압의 상태에 대응하여 상기 광원의 발광을 위한 전류 경로를 제공하는 전원 제어부; 및 상기 디머의 특성에 의하여 변화되는 상기 전류 경로 상의 전류의 양에 대응하여 충전 또는 방전을 수행하고, 상기 충전 또는 방전에 대응하여 상기 전류 경로를 흐르는 상기 광원의 발광을 위한 전류의 양을 제어하는 전류 제어기;를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 조명 시스템의 제어 회로는, 디머(Dimmer)를 이용하여 교류 전원의 위상을 제어한 정류 전압을 이용하는 광원의 발광을 위한 전류 경로에 연결되며 상기 디머의 특성에 의하여 변화되는 상기 전류 경로 상의 전류의 양에 대응하여 충전 또는 방전을 수행하고 충전 전압을 전압을 제공하는 전류 완충 회로; 및 상기 전류 완충 회로의 상기 충전된 전압에 대응하여 상기 전류 경로에 흐르는 상기 광원의 발광을 위한 전류의 양을 제어하는 전류 제어 회로;를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 조명 시스템의 제어 회로는, 디머(Dimmer)를 이용하여 교류 전원의 위상이 제어된 전원을 광원의 발광을 위하여 전달하는 필터;를 포함하며, 상기 필터는 상기 전원에 대응하는 충전을 수행하고 충전 전압을 제공하는 충전 회로; 및 상기 충전 전압에 대응하여 상기 전원에 의하여 상기 광원으로 전달되는 전류를 제어하는 전류 제어 회로;를 포함함을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 비선형성 부하에 대응하여 디머를 이용한 디밍 기능을 구현할 수 있으며, 디머의 불규칙한 출력 전압에 기인한 시머를 해소할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 디머를 해소하기 위한 회로를 구성함에 따른 제조 단가를 절감할 수 있고, 개선된 전기적 효율성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 조명 시스템에 따른 바람직한 실시예를 예시한 회로도.
도 2는 도 1의 디머를 설명하기 위한 상세 회로도.
도 3은 도 2의 다이액의 전압과 전류 관계를 설명하는 파형도.
도 4는 교류 전압과 디밍 제어를 위해 위상 지연된 교류 전압의 관계를 설명하는 파형도.
도 5는 위상 제어된 정류 전압의 예시한 파형도.
도 6은 도 1의 실시예의 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 블록도.
도 7은 도 6의 시뮬레이션에 의한 파형도.
도 8은 도 1의 필터가 없는 경우와 있는 경우를 대비한 파형도.
도 9는 풀 앵글(Full Angle)의 정류 전압에 대응한 도 1의 실시예에 의한 파형도.
도 10은 본 발명의 조명 시스템에 의한 다른 실시예를 예시한 회로도.
도 11은 풀 앵글(Full Angle)의 정류 전압에 대응한 도 10의 실시예의 파형도.
도 12는 도 11의 파형도 설명을 위한 도 10의 실시예의 회로도.
도 13은 위상이 제어된 정류 전압에 대응한 도 10의 실시예의 파형도.
도 14는 본 발명에 따른 다른 실시예를 예시한 회로도.
도 15는 풀 앵글(Full Angle)의 정류 전압에 대응한 도 14의 실시예의 파형도.
도 16은 도 15의 파형도 설명을 위한 도 14의 실시예의 회로도.

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.

도 1은 본 발명에 따른 조명 시스템의 실시예를 예시한 회로도이다.

도 1의 실시예는 전원 회로(10), 광원(12), 전원 제어부(14) 및 필터(16)를 포함한다.

전원 회로(10)는 교류 전압을 이용하여 정류 전압을 출력하며, 이를 위하여 교류 전원(20), 디머(22) 및 정류기(24)를 포함할 수 있다.

교류 전원(20)은 교류 전압을 제공하며, 상용 교류 전원으로 구성될 수 있다.

그리고, 디머(22)는 교류 전원(20)에서 제공되는 교류 전압의 위상을 트리거하는 디밍 기능을 수행한다. 디머(22)의 구성 및 동작의 상세한 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.

디머(22)는 트라이액을 이용하는 리딩 에지 타입(Leading Edge Type) 또는 트랜지스터나 MOSFET를 이용하는 트레일링 에지 타입(Trailing Edge Type)으로 구성될 수 있다. 리딩 에지 타입은 교류 전압의 트리거된 위상에서 라이징 에지가 형성되는 것을 의미하며 라이징 에지 이후 파형이 출력된다. 이와 달리, 트레일링 에지 타입은 교류 전압의 트리거된 위상에서 폴링 예지가 형성되는 것을 의미하며 폴링 에지 이전 파형이 출력된다. 본 발명의 실시예에서 디머(22)는 리딩 에지 타입으로 구성되는 것을 예시한다.

그리고, 정류기(24)는 디머(22)의 출력 전압을 전파 정류하고, 그 결과 정류 전압을 출력한다. 정류기(24)는 통상의 브릿지 다이오드 구성을 갖도록 구성될 수 있다.

상기한 구성에 의하여, 전원회로(10)는 교류 전원(20)의 교류 전압을 디머(22)에 의하여 위상 제어하는 동작과 디머(22)의 출력 전압을 전파 정류하여 정류 전압을 출력하는 동작을 수행한다.

한편, 광원(12)은 정류 전압을 전원회로(10)에서 공급받고 정류 전압에 대응하는 발광 동작을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 광원(12)은 발광 다이오드를 이용한 것을 예시한다. 보다 바람직하게 광원(12)은 복수 개의 발광 다이오드 채널(LED1, LED2, LED3, LED4)을 포함할 수 있다. 여기에서, 각 발광 다이오드 채널(LED1, LED2, LED3, LED4)는 하나 또는 복수 개의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

또한, 전원 제어부(14)는 광원(12)에 인가되는 전원 즉 정류 전압의 상태에 대응하여 광원(12)의 발광을 위한 전류 경로를 제공한다.

전원 제어부(14)는 플라이백(Flyback)이나 벅(Buck) 타입으로 구성될 수 있다. 또한, 전원 제어부(14)는 교류 다이렉트 방식으로 전류를 광원(16)으로 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 전원 제어부(14)는 리액턴스를 갖거나 교류 다이렉트 방식으로 구동되는 비선형성 부하로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예의 전원 제어부(14)는 교류 다이렉트 방식으로 구동되는 비선형성 부하로 구성된 것으로 가정한다.

전원 제어부(14)는 광원에 포함된 발광 다이오드 채널(LED1, LED2, LED3, LED4)의 출력단에 연결되는 단자(CH1, CH2, CH3, CH4)와, 센싱 저항(Rs)이 연결되는 단자(Riset) 및 접지되는 접지 단자(GND)를 갖는다.

전원 제어부(14)는 발광 다이오드 채널(LED1)만 발광하는 경우 단자(CH1)와 단자(Riset) 간에 형성되는 전류 경로를 제공할 수 있고, 발광 다이오드 채널들(LED1, LED2)만 발광하는 경우 단자(CH2)와 단자(Riset) 간에 형성되는 전류 경로를 제공할 수 있으며, 발광 다이오드 채널들(LED1, LED2, LED3)만 발광하는 경우 단자(CH3)와 단자(Riset) 간에 형성되는 전류 경로를 제공할 수 있고, 전체 발광 다이오드 채널(LED1, LED2, LED3, LED4)이 발광하는 경우 단자(CH4)와 단자(Riset) 간에 형성되는 전류 경로를 제공할 수 있다. 전원 제어부(14)는 정류 전압이 각 발광 다이오드 채널들(LED1, LED2, LED3, LED4)의 발광 전압 이상 상승하는 경우 내부의 전류 레귤레이션에 의하여 전류 경로를 변환하도록 구성될 수 있다.

상기한 광원(12)과 전원 제어부(14)의 상관 관계에 의하여, 정류 전압이 상승하면 발광하는 발광 다이오드 채널의 수가 증가하고, 반대로 정류 전압이 하강하면 발광하는 발광 다이오드 채널의 수가 감소한다. 그리고, 전원 제어부(14)는 상기한 발광 상태 변화에 대응하여 변경된 전류 경로를 제공한다.

전류 경로 상의 전류 양은 정류 전압의 변화 즉 발광 다이오드 채널의 발광 상태에 따라 단계적으로 증가하며, 전류 경로를 흐르는 전류는 센싱 저항(Rs)에서 감지될 수 있다. 즉, 센싱 저항(Rs)에 흐르는 전류는 특정 발광 다이오드 채널의 발광에 대응하여 정전류임이 바람직하다. 또한 센싱 저항(Rs)에 흐르는 전류는 전류 경로의 변화에 대응하여 단계적으로 상승 또는 하강하는 계단 파형을 가질 수 있다.

한편, 전류 제어기로서 구성되는 필터(16)는 센싱 저항(Rs)을 통하여 전원 제어부(14)에 연결된다. 필터(16)는 디머(22)의 특성에 의하여 변화되는 전류 경로 상의 전류의 양에 대응하여 충전 또는 방전을 수행하고, 충전 또는 방전에 대응하여 광원(12)의 발광을 위하여 전류 경로를 흐르는 전류의 양을 제어한다.

이를 위하여, 필터(16)는 교류 전원의 한주기 단위로 충전과 방전을 수행하여서 전류 경로 상에 흐르는 전류의 양을 평준화(Equalization)하도록 구성될 수 있고, 전류 경로 상에 흐르는 전류의 양을 제어하기 위하여 방전을 위한 교류 전원의 주기의 2배 이상의 시정수를 가질 수 있다.

보다 구체적으로, 필터(16)는 전류 완충 회로와 전류 제어 회로를 포함한다.

전류 완충 회로는 저항(Ri1), 저항(Ri2) 및 캐패시터(Ci)를 포함하고, 전류 경로에 연결되어서 충전과 상기 방전을 수행하고, 교류 전원의 2배 이상의 주기에 해당하는 시정수를 가지며, 시정수에 의하여 변화되는 충전 전압을 제공할 수 있다.

여기에서, 캐패시터(Ci)는 충방전을 수행하며 충전 전압을 제공한다. 그리고, 저항(Ri1)은 센싱 저항(Rs)을 통하여 전원 제어부(14)의 전류 경로와 캐패시터(Ci) 사이에 연결되어서 캐패시터(Ci)에 대한 충전 경로를 제공한다. 그리고, 저항(Ri2)은 충전 전압을 전류 제어 회로의 트랜지스터(Qi1)의 베이스에 제공한다. 여기에서, 시정수는 캐패시터(Ci), 저항들(Ri1, Ri2)의 임피던스 값에 의하여 결정될 수 있다.

그리고, 전류 제어 회로는 트랜지스터들(Qi1, Qi2)를 포함하고, 전원 제어부(14)의 전류 경로에 포함되며, 충전 전압에 대응하여 전류 경로 상의 전류의 흐름을 제어하도록 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 전류 제어 회로의 트랜지스터들(Qi1, Qi2)는 센싱 저항(Rs)를 통하여 전원 제어부(14)의 전류 경로에 콜렉터가 공통으로 연결되며 달링턴 구조로 결합된다. 그러므로, 베이스에 인가되는 충전 전압에 의하여 트랜지스터(Qi1)는 트랜지스터(Qi2)의 베이스에 전류를 제공하며, 트랜지스터(Qi2)는 베이스의 전류의 양에 대응하여 센싱 저항(Rs) 즉 전류 경로를 흐르는 전류의 양을 제어한다. 본 실시예에서, 트랜지스터들(Qi1, Qi2)은 NPN 바이폴라 트랜지스터인 경우를 예시하였지만, 이에 한정되지 아니하며 예를 들면, 트랜지스터들(Qi1, Qi2)은 전류 제어가 가능한 PNP 트랜지스터 소자 또는 FET 일 수 있다.

한편, 상술한 구성에서 디머(22)는 도 2를 참조하여 설명될 수 있다.

디머(22)는 가변 저항(R1), 저항(R2), 캐패시터(C1), 다이액(DIAC), 트라이액(TRIAC), 저항(R) 및 캐패시터(C)를 포함한다. 여기에서, 가변 저항(R1), 저항(R2) 및 캐패시터(C1)는 직렬로 연결된다. 그리고, 저항(R2) 및 캐패시터(C1) 사이의 노드는 다이액(DIAC)의 일측에 연결된다. 다이액(DIAC)은 트라이액(TRIAC)의 게이트(G)에 캐패시터(C1)의 충전 전압(Vc)을 전달하기 위한 것이다. 트라이액(TRIAC)은 다이액(DIAC)에서 제공되는 충전 전압(Vc)에 의하여 턴온이 제어된다. 그리고, 저항(R)과 캐패시터(C)는 필터 기능을 수행한다.

상기한 디머(22)에서, 캐패시터(C1)의 충전 전압(Vc)의 레벨은 다이액(DIAC)의 동작에 영향을 미친다. 즉, 다이액(DIAC)은 일정 레벨 이상의 포지티브 충전 전압(Vc) 또는 일정 레벨 이상의 네가티브 충전 전압(Vc)에 대응하여 턴온되는 동작 특성을 갖는다. 즉, 다이액(DI)은 도 3과 같이 양방향으로 전류의 흐름을 스위칭하는 동작 특성을 가지며, 전위 차가 브레이크다운 전압(Breackdown Voltage) +Vbo 이상 또는 브레이크다운 전압 -Vbo 이하이면 턴온된다.

다이액(DIAC)이 턴온되면, 충전 전압(Vc)에 의하여 트라이액(TRIAC)은 트리거 동작을 수행한다.

트라이액(TRIAC)의 트리거 동작을 개시하는 시점이 교류 전압의 위상이 트리거되는 시점이다. 그러므로, 트라이액(TRIAC)은 충전 전압(Vc)이 브레이크다운 전압 +Vbo, -Vbo에 도달하는 시점마다 주기적으로 트리거 동작을 개시하며, 그 결과 교류 전압의 위상이 트리거된다.

교류 전압의 위상이 트리거되는 시점은 가변 저항(R1)에 의하여 제어될 수 있다. 가변 저항(R1)의 값을 줄이면 캐패시터(C1)의 충전 속도가 빨라져서 트라이액(TRIAC)의 트리거 동작 개시 시점이 빨라지며, 광원(16)에 제공되는 전류의 양이 증가한다. 즉, 충전 전압의 파형은 도 4의 화살표 A와 같이 "Vc"에서 "Vcd"로 이동되며, 그에 대응하여 교류 전압의 트리거 위상은 화살표 B의 방향으로 제어되는 제어되는 결과를 얻는다.

반대로, 가변 저항(R1)의 값을 크게 하면 캐패시터(C1)의 충전 속도가 느려져서 트라이액(TRIAC)의 트리거 동작 개시 시점이 느려지며, 광원(16)에 제공되는 전류의 양이 줄어든다. 즉, 충전 전압의 파형은 도 4의 화살표 A의 반대 방향으로 이동되며, 그에 대응하여 교류 전압의 트리거 위상은 화상표 B의 반대 방향으로 제어되는 결과를 얻는다.

도 4에서 P1은 충전 전압(Vc)이 브레이크다운 전압 +Vbo에 도달한 시점을 지시하는 것이고, P2는 위상이 시프트된 충전 전압(Vcd)이 브레이크다운 전압 +Vbo에 도달한 시점을 지시한 것이다.

즉, 가변 저항(R1)의 저항값을 조절하면 도 4와 같이 트라이액(TRIAC)의 트리거 동작 개시 시점을 조절할 수 있다. 그 결과, 도 4와 같이 트리거 위상이 제어된 교류 전압(솔리드(Solid) 해칭 부분)이 디머(22)에서 정류기(24)로 제공될 수 있다.

디머(22)는 트라이액(TRIAC)의 트리거 동작 개시 시점 이후 전류의 흐름을 보장하며, 그 결과 리딩 에지 타입으로 교류 전압의 위상이 제어된다.

그리고, 정류기(24)는 디머(22)의 트리거 위상이 제어된 교류 전압을 전파 정류하고, 그 결과 도 5와 같은 정류 전압을 출력할 수 있다.

상술한 바와 같이, 전원부(10)는 트리거 위상이 제어된 도 5와 같은 정류 전압을 전원 필터(12)에 제공할 수 있으며, 전원 필터(12)는 정류 전압에 대응한 충전 동작과 전류 제어를 수행한다.

한편, 도 5를 참조하면, 정류 전압은 교류 전압의 반 주기 단위로 발생될 수 있다. 즉, 교류 전압의 포지티브 영역과 네가티브 영역에 대응한 파형을 포함한다. 그러나, 정류 전압은 디머(22)의 특성에 의하여 포지티브 영역과 네가티브 영역 간의 진폭(T)에 차이가 발생한다.

도 5와 같이 포지티브 영역과 네가티브 영역에 대응하여 진폭의 차가 있는 정류 전압을 이용하여 광원(12)을 발광시키는 경우, 발광 상태가 떨리는 시머가 발생할 수 있다.

본 발명의 실시예는 필터(16)에 의하여 상기한 시머를 해소할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의한 필터(16)에 의하여 시머가 해소되는 것은 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 도 5의 정류 전압에 대응하도록 진폭의 차이를 갖는 구형파를 반복적으로 제공하여 시뮬레이션을 실행하는 것을 예시한 회로도이고, 시뮬레이션 결과는 도 7과 같이 도시될 수 있다.

도 7에서, a)는 정류 전압을 대신한 광원(12)의 입력 전압(V7a)이고, b)는 광원(12)의 입력 전류(I7b)이며, c)는 캐패시터(Ci)의 충전 전압(Vci)이고, d)는 센싱 저항(Rs) 및 저항(Ri1)을 통하여 캐패시터(Ci)에 충전되는 전류(I7d)이며, e)는 트랜지스터(Qi2)의 베이스에 제공되는 전류(I7e)이고, f)는 트랜지스터(Qi2)의 콜렉터로 유입되는 전류(I7f)이며, g)는 트랜지스터(Qi2)의 콜렉터-에미터 간 전압(V7g)이다.

도 7 a)와 같이 반복적으로 진폭의 차이를 갖는 입력 전압(V7a)이 광원(12)으로 인가되면, 전원 제어부(14)의 전류 경로를 통하여 흐르는 전류(I7d)의 양은 도 7 d)와 같이 입력 전압(V7a)의 진폭의 차이에 따라 변화될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 필터(16)가 적용되지 않는 경우, 도 7d)의 센싱 저항(Rs)을 흐르는 전류(I7d)의 양에 대응하는 밝기로 광원(12)은 발광될 수 있다. 이때, 도 7 d)의 전류(I7d)의 양은 입력 전압(V7a)의 진폭의 차이에 대응하도록 반복적으로 변화된다. 결과적으로, 광원(12)의 발광을 위한 전류의 양이 반복적으로 변하되고, 시머가 발생한다.

본 발명의 실시예에 따른 필터(16)는 충전 및 방전과 전류 제어를 수행함에 의하여 반복적으로 진폭의 차이를 갖는 입력 전압이 제공되어도 도 7 f)와 같이 광원(12)의 발광을 위한 전류의 양이 평준화(Equalization)되도록 제어할 수 있고, 결과적으로 시머의 발생이 방지될 수 있다.

보다 구체적으로, 필터(16)의 캐패시터(Ci)는 진폭이 큰 입력 전압(V7a)이 유지되는 제1 충전 구간(T71)과 진폭이 작은 입력 전압(V7a)이 유지되는 제2 충전 구간(T73) 동안 충전을 수행한다.

그리고, 필터(16)의 캐패시터(Ci)는 진폭이 큰 입력 전압(V7a)의 인가가 종료된 후 진폭이 작은 입력 전압(V7a)의 인가가 개시되기까지 구간인 제1 방전 구간(T72)과 진폭이 작은 입력 전압(V7a)의 인가가 종료된 후 진폭이 큰 입력 전압(V7a)의 인가가 개시되기 까지 구간인 제2 방전 구간(T74) 동안 상기 시정수에 의하여 방전을 수행한다.

캐패시터(Ci)는 제2 충전 구간(T73) 보다 제1 충전 구간(T71)에서 높은 레벨의 충전 전압(Vci)을 갖도록 충전이 수행된다. 제1 방전 구간(T72)의 개시 시점의 충전 전압(Vci)의 레벨은 제2 방전 구간(T74)의 개시 시점의 충전 전압(Vci)의 레벨 보다 높다. 그리고, 제1 방전 구간(T72)과 제2 방전 구간(T74) 동안의 캐패시터(Ci)의 방전에는 동일한 시정수가 적용된다. 제1 방전 구간(T72)과 제2 방전 구간(T74)이 유지되는 시간이 동일한 것으로 가정하면, 제1 방전 구간(T72)의 종료 시점 즉 제2 충전 구간(T73)의 개시 시점의 충전 전압(Vci)은 제2 방전 구간(T74)의 종료 시점 즉 제1 충전 구간(T71)의 개시 시점보다 높은 레벨을 갖는다.

그러므로, 진폭이 큰 입력 전압과 진폭이 작은 입력 전압이 입력됨에도 불구하고, 제1 충전 구간(T71)과 제2 충전 구간(T73)에는 동일한 양의 전류가 트랜지스터(Qi1)의 베이스에 제공된다. 결과적으로, 트랜지스터(Qi2)의 베이스에는 제1 충전 구간(T71)과 제2 충전 구간(T73)에는 동일한 양의 전류가 공급된다. 그러므로, 트랜지스터(Qi2)는 제1 충전 구간(T71)에 흐르는 전류의 양과 제2 충전 구간(T73)에 흐르는 전류의 양이 같도록 제어한다.

상기한 동작에 의하여, 본 발명의 필터(16)는 도 7 f)와 같이 진폭이 큰 입력 전압에 대응하는 전류의 양과 진폭이 작은 입력 전압에 대응하는 전류의 양을 평준화하도록 동작된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 반복적으로 진폭의 차이를 갖는 입력 전압이 제공되어도 필터(16)의 동작에 의하여 광원(12)의 발광을 위한 전류의 양이 평준화(Equalization)될 수 있다. 즉, 광원(12)의 밝기가 균일화될 수 있고, 결과적으로 시머의 발생이 방지될 수 있다.

상기한 도 6 및 도 7의 시뮬레이션 결과와 대비할 수 있도록, 도 8은 필터(16)가 없는 경우 실제 측정한 전류의 파형(WN1, WN2)과 필터(16)가 있는 경우의 실제 측정한 전류의 파형(WA1, WA2)를 예시한다.

도 8을 참조하면, 필터(16)가 없는 경우, 진폭이 큰 입력 전압에 대응한 파형(WN1)과 진폭이 작은 입력 전압에 대응한 파형(WN2) 간에 전류의 양에 차이가 발생함을 알 수 있다.

이와 달리, 필터(16)가 있는 경우, 진폭이 큰 입력 전압에 대응한 파형(WA1)과 진폭이 작은 입력 전압에 대응한 파형(WA2) 간에 전류의 양에 차이가 미미함을 알 수 있다.

한편, 풀 앵글(Full Angle)의 정류 전압에 대응한 도 1의 실시예의 동작은 도 9에 의하여 설명될 수 있다.

도 9 a)는 광원(10)에 인가되는 정류 전압과 광원(12)을 발광하는 구동 전류를 나타내는 것이고, 도 9 b)는 캐패시터(Ci)의 충전 전압(VCi)과 트랜지스터(Qi1)의 베이스-에미터 간 전압을 나타내는 것이며, 도 9 c)는 트랜지스터(Qi2)의 콜렉터-에미터 간 전압을 나타내는 것이고, 도 9 d)는 트랜지스터(Qi2)의 베이스 전류를 나타내는 것이며, 도 9 e)는 트랜지스터(Qi1)의 베이스 전류를 나타내는 것이다.

도 9의 파형을 참조하면, 정류 전압이 인가되기 시작하는 초기 구간에 대응하여, 본 발명의 실시예는 트랜지스터(Qi1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)이 일정한 레벨에 도달하기 전까지 광원(12)의 발광을 위한 충분한 전류 경로를 형성하지 않는다.

정류 전압이 인가되고 일정 시간이 경과하여서, 캐패시터(Ci)의 충전 전압(VCi)과 트랜지스터(Qi1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)이 일정한 레벨에 도달하면, 트랜지스터(Qi1)의 동작에 의한 전류 제어가 개시된다. 즉, 캐패시터(Ci)의 충전 전압(VCi)이 일정한 레벨에 도달한 안정적인 상태에서, 도 9 e)의 트랜지스터(Qi1)의 베이스 전류는 서서히 증가하며, 그에 대응하여 도 9 d)의 트랜지스터(Qi2)의 베이스 전류도 서서히 증가한다. 트랜지스터(Qi1)의 베이스 전류와 트랜지스터(Qi2)의 베이스 전류는 유사한 엔벨로프(Envelope)를 형성한다. 그리고, 트랜지스터들(Qi1, Qi2)의 동작이 활성화되면, 도 9 c)의 트랜지스터(Qi2)의 콜렉터-에미터 간 전압은 점차 줄어든다.

본 발명에 따른 실시예는 캐패시터(Ci)에 충전 전압(VCi)과 트랜지스터들(Qi1, Qi2)의 동작에 상태에 의하여 전원 제어부(14)의 전류 경로 상의 전류 흐름이 제어된다. 따라서, 이러한 원리에 의해서 정류 전압이 순간적으로 불안정한 상태로 광원(12)에 제공되는 구동 전류는 필터(16)에 의하여 안정적으로 제어될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예는 교류 다이렉트 방식의 비선형성 부하에 대응하여 디머를 이용한 디밍 기능을 구현할 때 시머를 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 적층형 캐패시터나 NPN 바이폴라 트랜지스터 또는 달링턴 회로와 같이 저렴한 부품을 이용하여 시머를 개선할 수 있으며, 그에 따라서 제조 단가가 절감될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예는 낮은 전력의 고효율을 갖도록 필터를 구성할 수 있어서 양호한 전기적 효율성을 얻을 수 있다.

상기한 도 1 내지 도 6의 실시예는 전원 제어부(14)의 전류 경로 상의 전류를 제어함으로써 시머를 개선하는 것을 제시하고 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 부하에 공급하는 전류를 제어함으로써 디머에 의하여 발생될 수 있는 시머를 개선할 수 있다.

이를 위하여 도 10의 실시예가 구성될 수 있으며, 도 10의 본 발명의 실시예는 필터(18)가 전원 회로(10)와 광원(12) 사이에 구성된다. 도 10의 실시예는 도 1과 대비하여 필터(18)의 위치와, 필터(18)의 구성에 차이점이 있다. 그러므로, 전원회로(10), 광원(12) 및 전원 제어부(14)에 대한 중복된 설명은 생략한다.

이하, 도 10의 실시예의 구성 및 동작을 설명한다.

필터(18)는 디머(22)를 이용하여 교류 전원의 위상을 제어한 정류 전압을 광원(12)의 발광을 위하여 전달하도록 구성된다. 이를 위하여 필터(18)는 충전 회로(30)와 전류 제어 회로(32)를 포함한다. 충전 회로(30)는 전원 회로(10)에서 제공되는 전원 즉 정류 전압에 대응하는 충전을 수행하고 충전 전압을 제공하도록 구성된다. 그리고, 전류 제어 회로(32)는 충전 전압을 이용하여 광원(12)에 공급되는 전류를 일차적으로 제어하도록 구성된다.

여기에서, 충전 회로(30)는 다이오드(D1), 저항(Ra), 및 캐패시터들(Ca)을 포함한다. 충전 회로(30)는 전원 회로(10)와 폐루프를 형성하며, 다이오드(D1), 저항(Ra) 및 캐패시터(Ca)는 폐루프 형성을 위하여 직렬로 연결된다.

상기한 구성에서 다이오드(D1)는 정류 전압에 의해 역바이어스 경로가 형성되는 것을 차단한다. 보다 구체적으로 설명하면, 충전 회로(30)는 전압 레벨이 제로(Zero)가 되는 영역을 포함하는 정류 전압을 제공받는다. 그러므로, 일시적으로 캐패시터(Ca)의 충전 전압이 전원 회로(10)의 정류 전압보다 높을 수 있다. 이때 충전 전압에 의한 역바이어스 경로가 형성될 수 있다. 그러나, 상기한 역바이어스 경로를 통한 전류 흐름은 다이오드(D1)에 의하여 차단될 수 있다.

그리고, 저항(Ra)은 다이오드(D1)를 통하여 캐패시터(Ca)에 정류 전압을 전달하며, 캐패시터(Ca)는 충전을 수행하고 충전 전압을 제공한다. 상기한 구성에서 저항(Ra)과 다이오드(D1)는 전류 제어 회로(32)에 제공되는 정류 전압을 충전을 위하여 캐패시터(Ca)에 공급하는 회로로서 역할을 수행한다.

상술한 바 구성에 의하여, 충전 회로(30)는 다이오드(D1)와 저항(Ra)을 통하여 입력되는 정류 전압을 캐패시터(Ca)에 충전하고 캐패시터(Ca)의 충전 전압을 전류 제어 회로(32)에 제공할 수 있다.

한편, 전류 제어 회로(32)는 전원 제어부(14)로 공급되는 전류를 제어한다. 전류 제어는 충전 회로(30)에서 제공되는 충전 전압에 대응하여 수행될 수 있다. 그리고, 상기한 전류 제어를 위하여 전류 제어 회로(32)는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)와 저항(Rb)을 포함한다.

NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)는 콜렉터가 충전 회로(30)의 다이오드(D1)와 병렬로 연결되고 에미터가 광원(12)에 연결되며 베이스가 저항(Rb)을 통하여 캐패시터(Ca)와 저항(Ra) 사이의 노드에 연결되도록 구성된다.

상기한 구성에 의하여 캐패시터(Ca)의 충전 전압이 저항(Rb)을 통하여 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)의 베이스로 제공되며, NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)는 전원 회로(10)에서 전원 제어부(14)로 전달하는 전류를 충전 전압에 상응하여 제한한다.

여기에서, 저항(Rb)는 저항(Ra) 보다 큰 저항값을 갖는 것으로 구성될 수 있으며, 저항(Rb)은 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)가 턴온하는데 필요한 전류를 제공할 수 있도록 저항값이 설정됨이 바람직하다.

상기한 도 10의 구성을 갖는 본 발명의 실시예의 동작은 도 11 및 도 12를 참조하여 설명될 수 있다.

도 11은 풀 앵글(Full Angle)을 갖도록 위상이 제어된 정류 전압이 전원 회로(10)에서 제공되는 경우를 예시한 파형도이다. 그리고, 도 12는 도 11의 파형도를 참조하여 도 10의 회로도 상의 전압과 전류 형성 위치를 표시한 것이다. 도 11에서 위치 P 이전은 과도 상태를 의미하고 위치 P 이후는 안정 상태를 의미한다.

도 11에서, V1은 전원 회로(10)에서 출력되는 정류 전압이고, I1은 전원 회로(10)와 필터(18)의 충전 회로(30) 사이의 노드에 흐르는 전류이며, V2는 캐패시터(Cc)의 충전 전압이고, V3는 부하인 광원(12) 및 전원 제어부(14)로 공급되는 전압이다. 충전 전압(V2)와 부하에 공급되는 전압(V3)은 비교를 위하여 하나의 파형도에 도시한다. 여기에서, 정류 전압(V1)은 교류 전류가 정류기(24)에서 전파 정류된 결과 출력되는 전압이므로 리플을 갖는다. 그리고, 충전 전압(V2)은 DC 레벨이 점차적으로 증가하는 파형을 갖도록 형성되며, 부하에 공급되는 전압(V3)은 정류 전압(V1)에 대응하는 리플 성분을 갖는다.

도 11에서, I2는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)의 베이스에 제공되는 전류이며, I3는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)의 콜렉터에 입력되는 전류이고, I4는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)의 에미터에서 출력되는 전류 즉 부하인 광원(12) 및 전원 제어부(14)로 공급되는 전류이다.

필터(18)는 전원 회로(10)에서 정류 전압(V1)과 전류(I1)를 제공받는다. 전원이 공급되는 초기에 전원 회로(10)에서 제공되는 전류(I1)는 과도 상태로 제공될 수 있다. 충전 회로(30)의 다이오드(D1)와 저항(Ra)은 캐패시터(Ca)로 전류가 공급되도록 전류 경로를 제공하며, 충전 회로(30)의 캐패시터(Ca)는 정류 전압(V1)에 대응한 충전을 수행한다.

캐패시터(Ca)에 저장되는 충전 전압(V2)은 시간이 경과함에 따라 점차적으로 증가하는 엔벨로프(Envelope)를 형성하며 과도 상태 동안 증가한다.

캐패시터(Ca)의 충전 전압(V2)이 상승하면, 저항(Rb)를 통하여 흐르는 전류(I2)는 점차적으로 증가한다. 전류(I2)의 증가는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)의 동작에 영향을 미친다. 즉, 전류(I2)의 증가에 대응하여 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)를 통과하는 전류의 양이 증가한다. 즉, NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)에 입력되는 전류(I3)와 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)에서 출력되는 전류(I4)는 점차적으로 증가된다.

트랜지스터(Qc)를 통과하는 전류는 전원 제어부(14)의 전류 레귤레이션 동작에 영향을 받는다. 전원 제어부(14)는 전류 레귤레이션에 의한 전류 제어를 수행하며 그에 따라 정류 전압(V1)의 상승과 하강에 대응하여 주기적으로 증가 및 감소하는 계단 파형을 갖도록 광원(12)에 흐르는 전류를 제어한다.

따라서, 상기한 바와 같은 전류 증가에 대응하여 광원(12)에 걸리는 전압(V3)도 점차 증가되도록 전원 제어부(14)가 광원(12)을 제어한다.

충전 전압(V2)은 전원이 과도 상태로 공급되는 동안 점차 증가하고 전원이 안정 상태로 공급되면 일정한 수준으로 레벨이 유지된다.

상기한 과도 상태에 대응하는 충전 전압(V2)은 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)가 전류를 대부분 바이패스(Bypass)할 수 정도로 충분한 전압 레벨을 갖지 않는다. 그러므로, 과도 상태에는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)는 최대 전류 이하로 전달하는 전류의 양을 제한한다. NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)의 베이스에 제공되는 전류(I2)는 클램핑(Clamping)되어서 충전 전압(V2)의 상승을 따라간다. 그러므로, NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)에 입력되는 전류(I3)와 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)에서 출력되는 전류(I4)도 충전 전압(V2)의 상승을 따라가는 엔벨로프를 갖는다.

즉, 과도 상태에는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)에 의한 전류 제어가 발생하며, 불안정한 정류 전압에 의하여 발생될 수 있는 시머가 개선될 수 있다.

그리고, 안정 상태에 대응하는 충전 전압(V2)은 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)가 대부분의 정류 전압을 바이패스할 수 있을 정도로 충분한 레벨을 갖는다. 그러므로, NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)는 광원(12)이 충분한 밝기를 낼 수 있는 전류를 전달할 수 있다. 이때, 공급 전압(V3)은 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q3)의 동작 특성에 의하여 문턱 전압에 해당하는 레벨만큼 리플 파형의 상부가 커팅된 형상의 파형을 갖는다.

그 결과 디밍 동작과 동일한 동작에 의하여 시머가 개선되는 효과가 기대될 수 있다.

한편, 도 13은 하프(Half) 앵글 수준으로 위상이 제어된 정류 전압이 전원 회로(10)에서 제공되는 경우를 예시한 파형도이다.

도 13과 같은 경우, 도 11의 풀 앵글을 갖도록 위상이 제어된 정류 전압과 대비하여 안정 상태의 충전 전압(V2)의 레벨이 낮아진다. 그리고, 과도 상태의 충전 전압(V2)의 상승도 비교적 완만하게 진행된다. 그러므로, 과도 상태에서 안정 상태로 변환되는 포인트(P)도 도 11과 대비하여 늦게 형성될 수 있다. 상기한 과도 상태와 안정 상태에 대응한 실시예의 동작은 동일하므로 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.

만약, 정류 전압의 위상 제어 하프 앵글 이하 수준으로 제어됨에 의하여 충전 전압(V2)의 레벨이 안정 상태에도 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)가 광원(12)이 충분한 밝기를 낼 수 있는 전류를 바이패스할 수 있을 정도로 보장되지 않을 수 있다. 이 경우, 과도 상태 뿐만 아니라 안정 상태에도 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)에 의한 지속적인 전류 제어가 수행될 수 있다.

도 10의 실시예는 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명된 바와 같이, 충전 회로(30)의 충전 전압에 의하여 과도 상태에 대응하여 광원(12)에 제공되는 전류가 안정화되도록 제어될 수 있다. 그러므로, 디밍 동작과 동일한 동작에 의하여 시머가 개선되는 효과가 기대될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 풀 앵글에 가깝게 위상을 제어한 디머의 동작에 대응하여 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)에서 콜렉터-에미터 간 전압 드롭(drop)을 줄일 수 있고, 그 결과 디밍 특성과 에너지 효율을 개선할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명의 실시예는 도 14와 같이 구현될 수 있으며, 도 14의 실시예의 필터(18)는 충전 전압 바이패스 회로(34)를 더 포함할 수 있다.

도 14는 도 10의 실시예와 비교하여 필터(18)에 충전 전압 바이패스 회로(34)가 더 포함된 구성을 개시하고 있다. 그리고, 전원 회로(10), 광원(12), 전원 제어부(14), 충전 회로(30) 및 전류제어 회로(32)는 동일하게 구성된 것이며, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.

충전 전압 바이패스 회로(34)는 풀 앵글에 가깝게 위상 제어된 높은 레벨의 정류 전압(V11)에 대응하여 PNP 바이폴라 트랜지스터(Q2)가 충전 회로(30)를 바이패스하는 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.

이를 위하여, 충전 전압 바이패스 회로(34)는 충전 전압 감지 회로(40)와 바이패스 제어 회로(42)를 포함한다.

여기에서, 충전 전압 감지 회로(40)는 저항들(R21, R22)과 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)를 포함한다. 여기에서, 저항들(R21, R22)은 서로 직렬로 연결되면서 캐패시터(Ca)와 병렬로 연결된다. 그리고, NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)는 베이스가 저항들(R21, R22) 사이의 노드에 연결되고, 바이패스 제어 회로(42)와 접지 간의 전류 경로를 제어하도록 구성된다.

그리고, 바이패스 제어 회로(42)는 저항들(R31, R32)과 PNP 바이폴라 트랜지스터(Q2)를 포함한다. 여기에서, 저항(R31)은 충전 회로(30)의 다이오드(D1)와 병렬로 연결되고, 저항들(R31, R32)은 직렬로 연결되며, 저항(R32)는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 연결된다. 그리고, PNP 바이폴라 트랜지스터(Q2)는 베이스가 저항들(R31, R32) 사이의 노드에 연결되고, 전류 제어 회로(32)의 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)의 베이스에 전류를 제공하도록 구성된다.

상기한 도 14의 구성을 갖는 본 발명의 실시예는 도 15 및 도 16을 참조하여 이해될 수 있다.

즉, NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스에는 저항들(R21, R22)에 의하여 분압된 충전 전압(V12)이 인가될 수 있다. 이때, NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되는 전압의 레벨은 저항들(R21, R22) 간의 저항비에 의하여 결정될 수 있다.

과도 상태에서 충전 전압(V12)은 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)를 바이패스 동작하도록 제어하기에 불충분한 레벨의 범위에서 점차적으로 증가한다.

충전 전압(V12)이 증가함에 따라서 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되는 전압(V14)도 점차적으로 증가한다. 충전 전압(V12)이 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)의 베이스에 전압을 인가하여 동작하고 있는 중에 점차적으로 증가하는 전압(V14)에 의하여 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)에는 전류가 흐르기 시작한다. NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 구동에 의한 전류가 PNP 바이폴라 트랜지스터(Q2)를 구동시킬 수 있는 레벨에 도달하면, PNP 바이폴라 트랜지스터(Q2)는 턴온된다.

결국, NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)는 충전 전압(V12)에 의하여 턴온되어 있는 중에 PNP 바이폴라 트랜지스터(Q2)의 구동에 의하여 충전 전압 보다 높은 전압 레벨로 트랜지스터(Qc)의 베이스에 제공되는 전류(I12)에 의하여 동작될 수 있다.

따라서, 도 14의 충전 전압 바이패스 회로(34)는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)가 충전 전압에 의해 공급할 수 있는 전류보다 더 많은 전류 공급이 가능하도록 제어할 수 있다.

도 14의 실시예는 풀 앵글에 가깝게 위상 제어된 높은 입력의 정류 전압에 대해 트랜지스터(Q2)의 구동에 의해 충전 전압보다 높은 레벨의 전압을 트랜지스터(Qc)의 베이스에 공급함으로써 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)의 콜렉터-에미터 간 전압에 의한 정류 전압의 드롭 현상을 줄일 수 있다.

그러므로, 도 14의 실시예는 도 10의 실시예와 같이 디밍 동작과 동일한 동작에 의하여 시머가 개선되는 효과가 기대될 수 있을 뿐만 아니라 높은 입력의 정류 전압에 대해서는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qc)의 동작 시에 전압 드롭이 감소된 것에 따라 에너지 효율이 향상될 수 있다.

10 : 전원회로 12 : 광원
14 : 전원 제어부 16, 18 : 필터
20 : 전원 22 : 디머
24 : 정류 회로 30 : 충전 회로
32 : 전류 제어 회로 34 : 충전 전압 바이패스 회로
40 : 충전 전압 감지 회로 42 : 바이패스 제어 회로

Claims (14)

1. 디머(Dimmer)를 이용하여 교류 전원의 위상을 제어한 정류 전압을 공급받는 광원;
   상기 정류 전압의 상태에 대응하여 상기 광원의 발광을 위한 전류 경로를 제공하는 전원 제어부; 및
   상기 디머의 특성에 의하여 상기 교류 전원의 포지티브 영역과 네가티브 영역의 진폭이 다른 상기 정류 전압의 변화에 대응하여 변화되는 상기 전류 경로 상의 전류의 양에 대응하여 충전 또는 방전을 수행하고, 상기 충전 또는 방전에 대응하여 상기 전류 경로를 흐르는 상기 광원의 발광을 위한 전류의 양이 평준화되도록 제어하는 전류 제어기;를 포함하며,
   상기 전류 제어기는,
   상기 전류 경로에 연결되어서 상기 충전과 상기 방전을 수행하고, 상기 교류 전원의 2배 이상의 주기에 해당하는 시정수를 가지며, 상기 시정수에 의하여 변화되는 충전 전압을 제공하는 전류 완충 회로; 및
   상기 전류 경로에 포함되며, 상기 전류 완충 회로의 상기 충전 전압에 대응하여 상기 전류 경로 상의 전류의 흐름을 제어하는 전류 제어 회로;를 포함하고,
   상기 전류 완충 회로는,
   상기 충전과 상기 방전을 수행하며 상기 충전 전압을 제공하는 캐패시터;
   상기 전류 경로와 상기 캐패시터 사이에 연결되어서 상기 캐패시터에 대한 충전 경로를 제공하는 제1 저항; 및
   상기 캐패시터의 상기 충전 전압을 상기 전류 제어 회로에 전달하는 제2 저항;을 포함하며,
   상기 시정수는 상기 캐패시터, 제1 저항 및 제2 저항에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 조명 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 광원은 직렬 연결된 둘 이상의 발광 다이오드 채널을 포함하며,
   상기 전원 제어부는 상기 광원의 발광에 대응한 전류 레귤레이션을 수행하여서 상기 둘 이상의 발광 다이오드 채널 중 어느 하나에 상기 전류 경로를 제공하는 조명 시스템.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 전류 제어기는 상기 교류 전원의 반(Half) 주기 단위로 상기 충전과 방전을 수행하여서 상기 전류 경로 상에 흐르는 상기 전류의 양을 평준화(Equalization)하는 조명 시스템.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 전류 제어기의 상기 충전을 위한 시정수는 상기 교류 전원의 주기의 2배 이상으로 형성되며, 상기 시정수에 의하여 상기 전류 경로 상에 흐르는 상기 전류 양을 제어하는 조명 시스템.
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7. 제1 항에 있어서,
   상기 전류 제어 회로는 상기 전류 경로에 공통으로 연결되며 달링턴(Darilington) 구조로 결합된 제1 및 제2 트랜지스터를 포함하며, 상기 충전 전압이 제1 트랜지스터의 베이스에 제공되고, 상기 제1 트랜지스터에 의하여 공급되는 전류가 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 제공되며, 상기 제2 트랜지스터의 동작에 의하여 상기 전류 경로를 흐르는 전류가 제어되는 조명 시스템.
8. 디머(Dimmer)를 이용하여 교류 전원의 위상을 제어한 정류 전압을 이용하는 광원의 발광을 위한 전류 경로에 연결되며 상기 디머의 특성에 의하여 상기 교류 전원의 포지티브 영역과 네가티브 영역의 진폭이 다른 상기 정류 전압의 변화에 대응하여 변화되는 상기 전류 경로 상의 전류의 양에 대응하여 충전 또는 방전을 수행하고, 상기 교류 전원의 2배 이상의 주기에 해당하는 시정수를 가지며, 상기 시정수에 의하여 변화되는 충전 전압을 제공하는 전류 완충 회로; 및
   상기 전류 완충 회로의 상기 충전 전압에 대응하여 상기 전류 경로를 흐르는 상기 광원의 발광을 위한 전류의 양이 평준화되도록 제어하는 전류 제어 회로;를 포함하며,
   상기 전류 완충 회로는,
   상기 충전과 상기 방전을 수행하며 상기 충전 전압을 제공하는 캐패시터;
   상기 전류 경로와 상기 캐패시터 사이에 연결되어서 상기 캐패시터에 대한 충전 경로를 제공하는 제1 저항; 및
   상기 캐패시터의 상기 충전 전압을 상기 전류 제어 회로에 전달하는 제2 저항;을 포함하며,
   상기 시정수는 상기 캐패시터, 제1 저항 및 제2 저항에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 조명 시스템의 제어 회로.
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10. 제8 항에 있어서,
    상기 전류 제어 회로는 상기 전류 경로에 공통으로 연결되며 달링턴(Darilington) 구조로 결합된 제1 및 제2 트랜지스터를 포함하며, 상기 충전 전압이 제1 트랜지스터의 베이스에 제공되고, 상기 제1 트랜지스터에 의하여 공급되는 전류가 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 제공되며, 상기 제2 트랜지스터의 동작에 의하여 상기 전류 경로를 흐르는 전류가 제어되는 조명 시스템의 제어 회로.
11. 디머(Dimmer)를 이용하여 교류 전원의 위상을 제어한 전원을 광원의 발광을 위하여 전달하는 필터;를 포함하며,
    상기 필터는,
    상기 디머의 특성에 의하여 상기 교류 전원의 포지티브 영역과 네가티브 영역의 진폭이 다른 정류 전압에 대응하는 충전을 수행하고 충전 전압을 제공하는 충전 회로; 및
    상기 충전 전압에 대응하여 상기 전원에 의하여 상기 광원으로 전달되는 전류의 양이 평준화되도록 제어하는 전류 제어 회로;를 포함하고,
    상기 충전 회로는 상기 전원의 상기 정류 전압을 충전을 위하여 전달하는 제1 저항을 포함하며,
    상기 전류 제어 회로에 상기 충전 전압을 전달하는 제2 저항을 포함하고,
    상기 제1 저항의 저항값은 상기 제2 저항과 같거나 큰 값을 가짐을 특징으로 하는 조명 시스템의 제어 회로.
12. 제11 항에 있어서, 상기 충전 회로는,
    저항을 통하여 전달되는 상기 정류 전압을 충전하는 캐패시터; 및
    상기 캐패시터의 상기 충전 전압이 상기 정류 전압을 제공하는 쪽으로 역방향으로 방전하는 것을 방지하는 다이오드를 포함하는 조명 시스템의 제어 회로.
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14. 제11 항에 있어서,
    상기 충전 전압이 미리 정해진 제1 레벨 이상이면 상기 충전 전압에 우선하도록 상기 정류 전압으로부터 상기 충전 전압보다 높은 전압을 생성하여 상기 전류 제어 회로에 공급하는 조명 시스템의 제어 회로.

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