KR101698948B1

KR101698948B1 - 복수의 구동단 및 선로/부하 레귤레이션 제어를 구비한 발광 다이오드 조명 장치

Info

Publication number: KR101698948B1
Application number: KR1020150054631A
Authority: KR
Inventors: 알베르토 조반니 비비아니; 디미트리 고더; 춘 루; 카이-윈 청
Original assignee: 아이엠엘 인터내셔널
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2017-01-23
Also published as: JP2016015473A; KR20160008090A; CN105307324A; US20160007416A1; JP5973618B2; TW201603641A; US9313839B2; TWI565358B; CN105307324B

Abstract

LED 조명 장치는 정류된 AC 전압에 의해 구동되는 복수의 발광 소자를 포함한다. 상기 복수의 발광 소자는 복수의 전류 제어기를 사용한 다단 구동 방식(multi-stage driving scheme)으로 융통성 있게 온된다. 최고 전류 레벨과 두 번째 높은 전류 레벨을 가지는 두 구동단의 전류 설정 값은 정류된 AC 전압(V_AC) 변화에 따라 또는 정류된 AC 전압의 변화에 기인한 발광 소자의 듀티 사이클의 변화에 따라 조정된다. 본 발명은 정류된 AC 전압이 그 상한과 하한 사이에서 약간 변동하는 경우 LED 조명 장치의 선로/부하 레귤레이션을 향상시킬 수 있다.

Description

복수의 구동단 및 선로/부하 레귤레이션 제어를 구비한 발광 다이오드 조명 장치 {LIGHT-EMITTING DIODE LIGHTING DEVICE HAVING MULTIPLE DRIVING STAGES AND LINE/LOAD REGULATION CONTROL}

본 발명은 복수의 구동단을 구비한 LED 조명 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 동작 전압 범위를 향상시키기 위한 복수의 구동단 및 선로/부하 레귤레이션(line/load regulation)을 구비한 LED 조명 장치에 관한 것이다.

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2014년 7월 3일에 출원된 미국 가특허출원 제62/020,410호에 대한 혜택을 주장한다.

정류된 교류 전류(alternative-current, AC)로 구동되는 LED 조명 장치는 일반적으로 필요한 휘도(luminance)를 제공하기 위해 직렬로 연결된 복수의 LED를 채용한다. LED 조명 장치를 구동하는 종래의 방법에서, LED는 유효 동작 전압 범위를 증가시키기 위해 단계적으로 점등될 수 있다. 선로 레귤레이션(line regulation)은, 정류된 AC 전압이 변화할 때 밝기나 전력의 변화를 거의 보이지 않는 LED 조명 장치의 능력이다. 부하 레귤레이션(load regulation)은 부하 전압의 차이에도 불구하고 램프 간(lamp-to-lamp) 밝기의 일관성(consistency)이다. 선로와 부하의 변화(variation)는, 부하 전압의 감소가 사실상 정류된 AC 전압(선로 전압)의 증가라는 점에서 유사하다. 전류는 각 단(stage)에 걸쳐 수립된(established) 전압에 따라 종래기술의 LED 조명 장치의 각 단에서 독립적으로 조절되기 때문에, LED 조명 장치의 전체 선로/부하 레귤레이션은 원하는 값이 될 수 없다. 따라서, 유효 동작 전압 범위(effective operational voltage range)를 향상시키고 선로/부하 레귤레이션을 향상시킬 수 있는 LED 조명 장치에 대한 필요성이 있다.

본 발명은 복수의 구동단을 갖는 LED 조명 장치를 제공한다. LED 조명 장치는, 제1 발광 소자(luminescent device), 제2 발광 소자, 전압 검출기, 제1 전류 제어기 및 제2 전류 제어기를 포함한다. 제1 발광 소자는 제1 전류에 따른 빛을 제공하기 위해 정류된 AC 전압에 의해 구동된다. 제2 발광 소자는 제1 발광 소자에 직렬로 연결되고, 제2 전류에 따른 빛을 제공하기 위해 정류된 AC 전압에 의해 구동된다. 전압 검출기는 정류된 AC 전압의 피크 레벨의 변화를 모니터하고 정류된 AC 전압의 피크 레벨과 연관된 보상 전압을 생성하도록 구성된다. 제1 전류 제어기는 제1 발광 소자와 병렬로 연결되고, 제1 전류가 제1 전류 설정 값(current setting)을 초과하지 않도록 제1 전류를 조절하고; 보상 전압에 따라 제1 전류 설정 값을 조정하도록, 구성된다. 제2 전류 제어기는 상기 제2 발광 소자에 직렬로 연결되고, 제2 전류가 제2 전류 설정 값을 초과하지 않도록 제2 전류를 조절하고; 보상 전압에 따라 제2 전류 설정 값을 조정하도록, 구성된다.

본 발명의 이들 및 다른 목적은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상을 지식을 가진 자(이하, 당업자)에게 여러 도면에 나타낸 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 읽은 후에 의심의 여지 없이 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치의 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 장치의 도면이다.
도 3∼도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치에 의해 수행되는 조정 방법을 도시하는 도면이다.
도 7∼도 10은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 LED 조명 장치를 제조하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 LED 조명 장치를 제조하는 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치(100)의 도면이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 장치(200)의 도면이다. LED 조명 장치(100)와 LED 조명 장치(200)는 각각 전력 공급 회로(110) 및 (N+2)개의 구동단(ST_1∼ST_N+2)(N은 양의 정수임)을 포함한다. 전력 공급 회로(100)는 양의 구간과 음의 구간을 가지는 AC 전압(VS)을 공급받아 브리지 정류기(112)를 사용하여 음의 구간의 AC 전압(VS)의 출력을 변환하도록 구성되어, 그 값이 시간에 따라 주기적으로 변화하는 정류된 AC 전압(V_AC)을 LED 조명 장치(100, 200)를 구동하기 위해 제공한다. 다른 실시예에서, 전력 공급 회로(110)는 임의의 AC 전압(VS)을 공급받아, AC-AC 변환기를 사용하여 AC 전압(VS)의 변환을 수행하고, 브리지 정류기(112)를 사용하여 변환된 AC 전압(VS)을 정류할 수 있으므로, 그 값이 시간에 따라 주기적으로 변화하는 정류된 AC 전압(V_AC)을 제공할 수 있다. 그러나, 전력 공급 회로(110)의 구성은 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.

각각의 구동단(ST_1∼ST_N+2)은 대응하는 전류 제어기에 의해 조정되는 발광 소자를 포함한다. LED_1∼LED_N ₊₂는 각각 대응하는 구동단(ST_1∼ST_N+2)에서의 발광 소자를 나타낸다. CC_1∼CC_N는 각각 대응하는 구동단(ST_1∼ST_N+2)에서의 전류 제어기를 나타낸다.

구동단(ST_1∼ST_N+2)은 각각 정전류 설정 값(constant current setting)을 가지는 전류 제어기(CC_1∼CC_N)에 의해 구동된다. 각각의 전류 제어기(CC_1∼CC_N)는 전류 검출기(10), 스위치(20), 비교기(30), 및 참조 전압 생성기(40)를 포함한다. 전류 제어기(CC_1∼CC_N)의 전류 검출기(10)는 전류 제어기(CC_1∼CC_N)의 스위치(20)와 발광 소자(LED_1∼LED_N ₊₂) 각각을 통해 흐르는 전류의 합을 검출하도록 구성되어, 대응하는 피드백 전압(V_F1∼V_FN)을 제공한다. 각 스위치(20)는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET), 양극성 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor, BJT) 또는 다른 유사한 기능을 가지는 소자를 포함할 수 있다. 도 1∼2에서는, N 채널 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(N-channel metal-oxide-semiconductor field effect transistor, N-MOSFET)가 설명을 위해 사용되지만, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 전류 제어기(CC_1∼CC_N)의 참조 전압 생성기(40)는 각각 일정한 참조 전압(V_R1 ∼V_RN)을 제공하도록 구성되어 있다. 참조 전압(V_R1 ∼V_RN)의 값이 각각 구동단(ST_1∼ST_N+2)의 최대 전류 레벨을 결정한다. 각 비교기(30)는 대응하는 일정한 참조 전압에 연결된 양의 입력단(positive input end), 대응하는 피드백 전압에 연결된 음의 입력단(negative input end), 및 대응하는 스위치(20)의 제어단에 연결된 출력단(output end)을 포함한다.

각 비교기(30)는 대응하는 참조 전압과 대응하는 피드백 전압 사이의 관계에 따라 제어 신호를 출력하도록 구성되어, 대응하는 스위치(20)를 통해 흐르는 전류를 조정한다. 이하, 구동단(ST₁)의 동작을 사용하여 설명한다. V_F1<V_R1인 경우, 전류 제어기(CC₁)의 비교기(30)는 피드백 전압 V_F1이 V_R1에 도달할 때까지 스위치(20)를 통해 흐르는 전류를 증가시키기 위해 제어 신호를 상승(raise)시키도록 구성되어 있다. V_F1>V_R1인 경우, 전류 제어기(CC₁)의 비교기(30)는 피드백 전압 V_F1이 V_R1에 도달할 때까지 스위치(20)를 통해 흐르는 전류를 감소시키기 위해 제어 신호를 하락(decrease)시키도록 구성되어 있다. 다시 말해, 전류 제어기(CC_1∼CC_N)는 각각 구동단(ST_1∼ST_N+2)을 구동하기 위한 정전류 설정 값(I_SET1∼I_SETN)을 제공하여, 발광 소자(LED_1∼LED_N)를 통해 흐르는 전류(I_LED1∼I_LEDN)가 정류된 AC 전압(V_AC)의 전 사이클 동안에 각자의 전류 설정 값을 초과하지 않도록 한다.

LED 조명 장치(100) 및 LED 조명 장치(200)에서는, 구동단 ST₁및 ST_N+2는 조정 가능한 전류 설정 값 I_SET _(N+1)및 I_SET _(N+2)를 가지는 조정 가능한 전류 제어 유닛(150)에 의해 제어된다. 조정 가능한 전류 제어 유닛(150)은 전류 검출기(11), 전압 검출기(12), 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50), 전류 제어기(CC_N ₊₁) 및 전류 제어기(CC_N ₊₂)를 포함한다.

전류 검출(11)는 스위치(21) 및 스위치(22)를 통해 흐르는 전체 전류를 검출하도록 구성되어, 정류된 AC 전압(V_AC)에 따라 변화하는 대응하는 피득백 전압(V_FB)을 제공한다.

LED 조명 장치(100)에서, 전압 검출기(12)는 전력 공급 회로(110)에 연결되고 정류된 AC 전압(V_AC)의 피크 레벨을 검출하도록 구성되어, 대응하는 보상 전압(V_LR)을 제공한다. LED 조명 장치(200)에서, 전압 검출기(12)는 발광 소자(LED_N ₊₂)에 연결되고 발광 소자(LED_N ₊₂)의 듀티 사이클을 검출하도록 구성되어, 대응하는 보상 전압(V_LR)을 제공한다. 본 발명에서, 전압 검출기(12)는 하나 또는 다수의 저항기, 커패시터, 유사한 기능을 갖는 다른 소자, 또는 이들의 임의 조합을 포함할 수 있다. 그러나, 전압 검출기(12)의 구성은 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.

전류 제어기(CC_N ₊₁)는 스위치(21), 비교기(31) 및 참조 전압 생성기(41)를 포함한다. 전류 제어기(CC_N ₊₂)는 스위치(22), 비교기(32) 및 참조 전압 생성기(42)를 포함한다. 참조 전압 생성기(41)는 보상 전압(V_LR)의 함수인 참조 전압(V_REF1)을 제공하도록 구성되어 있다. 참조 전압 생성기(42)는 보상 전압(V_LR)의 함수인 참조 전압(V_REF2)을 제공하도록 구성되어 있다. 비교기(31)는 참조 전압(V_REF1)에 연결된 양의 입력단, 피드백 전압(V_FB)에 연결된 음의 입력단, 및 스위치(21)의 제어단에 연결된 출력단을 포함한다. 비교기(32)는 참조 전압(V_REF2)에 연결된 양의 입력단, 피드백 전압(V_FB)에 연결된 음의 입력단, 및 스위치(22)의 제어단에 연결된 출력단을 포함한다. 비교기(31)는 참조 전압(V_REF1)과 피드백 전압(V_FB) 사이의 관계에 따라 스위치(21)에 제어 신호를 출력하도록 구성되어, 스위치(21)를 통해 흐르는 전류를 조정한다. 비교기(32)는 참조 전압(V_REF2)과 피드백 전압(V_FB) 사이의 관계에 따라 스위치(22)에 제어 신호를 출력하도록 구성되어, 스위치(22)를 통해 흐르는 전류를 조정한다.

선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)은 보상 전압(V_LR)에 따라 전류 제어기(CC_N+1)의 참조 전압 생성기(41) 및 전류 제어기(CC_N ₊₂)의 참조 전압 생성기(42)를 동작시키도록 구성되어 있다. 참조 전압(V_REF1 _∼V_REF2)의 값은 각각 구동단(ST_N+1∼ST_N+2)의 최대 전류 레벨을 결정한다. 본 발명에서, 참조 전압 생성기(41∼42)에 의해 제공된 참조 전압 V_REF1 및 V_REF2는 더 높은 보상 전압(V_LR)에 응답하여 더 작아지도록, 그리고 더 작은 보상 전압(V_LR)에 응답하여 더 커지도록 조정된다.

도 3∼도 6은 본 발명의 실시예에 따른 참조 전압 생성기(41∼42) 및 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)에 의해 수행되는 조정 방법을 나타낸 도면이다. 세로축은 참조 전압 V_REF1 또는 V_REF2의 값을 나타낸다. 가로축은 보상 전압(V_LR)의 값을 나타낸다. 설명을 위해, 참조 전압 생성기(41∼42) 및 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)의 유효 동작 범위(effective operational range)는, 보상 전압(V_LR)이 최대값 V_MAX와 최소값 V_MIN 사이인 때라고 가정한다. V_T는 그 공칭 경계(nominal bound)에서 정류된 AC 전압(V_AC)인 경우 보상 전압(V_LR)의 값을 나타낸다.

도 3에 나타낸 실시예에서, 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)은 참조 전압 V_REF1 또는 V_REF2의 변화가 보상 전압(V_LR)의 선형 함수가 되도록 참조 전압 생성기(41∼42)를 동작시키도록 구성되어 있다. 히스테리시스 영역(HYS)은 보상 전압(V_LR)의 작은 변화에 기인한 빈번한 참조 전압 조정을 회피하기 위해 채용될 수 있다.

도 4에 나타낸 실시예에서, 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)은 참조 전압 V_REF1 또는 V_REF2의 변화가 보상 전압(V_LR)의 포물선 함수가 되도록 참조 전압 생성기(41∼42)를 동작시키도록 구성되어 있다. 히스테리시스 영역(HYS)은 보상 전압(V_LR)의 작은 변화에 기인한 빈번한 참조 전압 조정을 회피하기 위해 채용될 수 있다.

도 5에 나타낸 실시예에서, 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)은 참조 전압 V_REF1 또는 V_REF2가 상이한 기울기를 갖는 보상 전압(V_LR)에 따라 변화하도록 참조 전압 생성기(41∼42)를 동작시키도록 구성되어 있다. 히스테리시스 영역(HYS)은 보상 전압(V_LR)의 작은 변화에 기인한 빈번한 참조 전압 조정을 회피하기 위해 채용될 수 있다.

도 6에 나타낸 실시예에서, 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)은, 참조 전압 V_REF1 및 V_REF2의 변화가 보상 전압(V_LR)이 증가함에 따라 참조 전압 보상 전압(V_LR)의 임의의 함수가 되도록 참조 전압 생성기(41∼42)를 동작시키도록 구성되어 있다. 히스테리시스 영역(HYS)은 보상 전압(V_LR)의 작은 변화에 기인한 빈번한 참조 전압 조정을 회피하기 위해 채용될 수 있다.

본 발명에서, 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)은, 참조 전압 V_REF1 및 V_REF2가 더 높은 보상 전압(V_LR)에 응답하여 더 작은 값으로, 그리고 더 작은 보상 전압(V_LR)에 응답하여 더 큰 값으로 조정될 수 있는 한, 임의의 방식으로 참조 전압 생성기(41∼42)를 동작시킬 수 있다. 도 3∼도 6에 도시된 전압 관계는 예시를 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.

도 7∼도 10은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치(100, 200)의 동작을 나타낸 도면이다. N=1인 경우의 실시예를 사용하여 설명한다. 도 7에서, 곡선 A는 그 공칭 경계에서 정류된 AC 전압(V_AC)을 나타내고, 곡선 B는 그 하한(lower bound)에서 정류된 AC 전압(V_AC)을 나타내고(이는 부하 전압의 증가 또는 AC 전압(VS)의 감소에 기인한 것일 수 있음), 곡선 C는 그 상한(upper bound)에서 정류된 AC 전압(V_AC)을 나타낸다(이는 부하 전압의 감소 또는 AC 전압(VS)의 증가에 기인한 것일 수 있음).

도 8에서, I_LED _{_A}는 그 공칭 경계에서 정류된 AC 전압(V_AC)에 의해 구동되는 경우 LED 조명 장치(100) 또는 LED 조명 장치(200)의 전체 전류를 나타낸다. 전류 제어기(CC₁-CC₃)는 각각 구동단(ST₁-ST₃)에 대해 전류 설정 값 I_SET1, I_SET2A 및 I_SET3A를 제공하도록 구성되어 있다. 그 공칭 경계에서 정류된 AC 전압(V_AC)에 의해 구동되는 경우 LED 조명 장치(100) 또는 LED 조명 장치(200)의 선로/부하 레귤레이션 LR_A는 시간 t에 걸친 전류 I_LED _{_A}의 적분으로 나타난다.

도 9에서, I_LED _{_B}는 그 하한에서 정류된 AC 전압(V_AC)에 의해 구동되는 경우 LED 조명 장치(100) 또는 LED 조명 장치(200)의 전체 전류를 나타낸다. 전류 제어기(CC₁-CC₃)는 각각 구동단(ST₁-ST₃)에 대해 전류 설정 값 I_SET1, I_SET2B 및 I_SET3B를 제공하도록 구성되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이, LED 조명 장치(100)의 전압 검출기(12)는 정류된 AC 전압(V_AC)의 피크 레벨의 변화를 모니터할 수 있고, LED 조명 장치(200)의 전압 검출기(12)는 정류된 AC 전압(V_AC)의 변화에 기인한 발광 소자(LED_N ₊₂)의 전도 듀티 사이클의 변화를 모니터할 수 있다. 따라서, 그 하한에서 정류된 AC 전압(V_AC)은 결과적으로 더 작은 보상 전압(V_LR)을 초래하고, 이에 기초하여 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)은 참조 전압 생성기(41∼42)에 참조 전압 V_REF1 및 V_REF2을 증가시키도록 지시한다. 더욱 구체적으로는, 조정 가능한 전류 설정 값 I_SET2B는 전류 설정 값 I_SET2A보다 큰 값으로 설정되고, 조정 가능한 전류 설정 값 I_SET3B는 전류 설정 값 I_SET3A보다 큰 값으로 설정된다. 그 하한에서 정류된 AC 전압(V_AC)에 구동되는 경우 LED 조명 장치(100) 또는 LED 조명 장치(200)의 선로/부하 레귤레이션 LR_B는 시간 t에 걸친 전류 I_LED _{_B}의 적분으로 나타난다. 도 9로부터 알 수 있듯이, 정류된 AC 전압(V_AC)의 감소가 LED 조명 장치(100) 또는 LED 조명 장치(200)의 전도 듀티 사이클을 단축하는 경우, 본 발명은 가장 높은 레벨 및 두 번째로 높은 레벨을 갖는 두 구동단의 전류 설정 값을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 선로/부하 레귤레이션 LR_A와 선로/부하 레귤레이션 LR_B 사이의 차이를 줄일 수 있다.

도 10에서, I_LED _{_C}는 그 상한에서 정류된 AC 전압(V_AC)에 의해 구동되는 경우 LED 조명 장치(100) 또는 LED 조명 장치(200)의 전체 전류를 나타낸다. 전류 제어기(CC₁-CC₃)는 각각 구동단(ST₁-ST₃)에 대해 전류 설정 값 I_SET1, I_SET2C 및 I_SET3C를 제공하도록 구성되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이, LED 조명 장치(100)의 전압 검출기(12)는 정류된 AC 전압(V_AC)의 피크 레벨에서 변화를 모니터할 수 있고, LED 조명 장치(200)의 전압 검출기(12)는 정류된 AC 전압(V_AC)의 변화에 기인한 발광 소자(LED_N ₊₂)의 전도 듀티 사이클의 변화를 모니터할 수 있다. 따라서, 그 상한에서 정류된 AC 전압(V_AC)은 결과적으로 더 큰 보상 전압(V_LR)을 초래하고, 이에 기초하여 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)은 참조 전압 생성기(41∼42)에 참조 전압 V_REF1 및 V_REF2을 감소시키도록 지시한다. 더욱 구체적으로는, 조정 가능한 전류 설정 값 I_SET2C는 전류 설정 값 I_SET2A보다 작은 값으로 설정되고, 조정 가능한 전류 설정 값 I_SET3C는 전류 설정 값 I_SET3A보다 작은 값으로 설정된다. 그 상한에서 정류된 AC 전압(V_AC)에 의해 구동되는 경우 LED 조명 장치(100) 또는 LED 조명 장치(200)의 선로/부하 레귤레이션 LR_C는 시간 t에 걸친 전류 I_LED _{_C} 적분으로 나타난다. 도 10으로부터 알 수 있듯이, 정류된 AC 전압(V_AC)의 증가가 LED 조명 장치(100) 또는 LED 조명 장치(200)의 전도 듀티 사이클을 증가시키는 경우, 본 발명은 가장 높은 레벨 및 두 번째로 높은 레벨을 갖는 두 구동단의 전류 설정 값을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 선로/부하 레귤레이션 LR_A와 선로/부하 레귤레이션 LR_C 사이의 차이를 줄일 수 있다.

도 8∼도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 조정 가능한 전류 제어 유닛(150)은 전류(I_LED _{_A})의 평균값(또는 시간 t에 걸친 전류(I_LED _{_A})의 평균 적분), 전류(I_LED _{_B})의 평균값(또는 시간 t에 걸친 전류(I_LED _{_B})의 평균 적분), 및 전류(I_LED _{_C})의 평균값(또는 시간 t에 걸친 전류(I_LED _{_C})의 평균 적분)이 가능한 한 서로 가까울 수 있도록 해준다. 그 공칭 경계에서 정류된 AC 전압(V_AC)인 경우 선로/부하 레귤레이션 LR_A의 값, 그 하한에서 정류된 AC 전압(V_AC)인 경우 선로/부하 레귤레이션 LR_B의 값, 그리고 그 상한에서 정류된 AC 전압(V_AC)인 경우 선로/부하 레귤레이션 LR_B의 값이 가능한 한 서로 가까울 수 있으므로, LED 조명 장치의 선로/부하 레귤레이션을 향상시킬 수 있다.

본 발명에서, 스위치(22)는 스위치(20) 및 스위치(21)보다 높은 내구성(열적 및/또는 전기적 스트레스하에서 동작하는 능력)이 된다. 예를 들어, 스위치(22)는 고전압 트랜지스터일 수 있는 한편, 스위치(20) 및 스위치(21)는 저전압 트랜지스터일 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 LED 조명 장치(100)를 제조하는 실시예를 나타내는 도면이다. 도 12는 본 발명에 따른 LED 조명 장치(200)를 제조하는 실시예를 나타낸 도면이다. 전류 검출기(11), 스위치(21), 비교기(31∼32), 참조 전압 생성기(41∼42), 및 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)은 동일한 칩(60)에 집적될 수 있다. 스위치(21)는 저전압 트랜지스터를 채용할 수 있기 때문에, 칩(60)은 저전압 프로세스로 제조될 수 있다.

도 1, 도 2, 도 11 및 도 12에 나타낸 실시예에서, 구동단(ST_1∼ST_N)은 각각 정전류 설정 값을 갖는 전류 제어기(CC_1∼CC_N)에 의해 각각 제어된다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 전류 제어기(CC_1∼CC_N)를 생략할 수 있다.

본 발명은 직접, 정류된 AC 전압(V_AC)의 피크 레벨의 변화를 모니터할 수 있거나 정류된 AC 전압(VAC)의 변화에 기인한 발광 소자의 전도 듀티 사이클의 변화를 모니터할 수 있어, 이에 따라 가장 높은 전류 레벨 및 두 번째 높은 전류 레벨을 갖는 두 구동단의 전류 설정 값을 조정할 수 있다. 정류된 AC 전압(VAC)이 그 상한과 하한 사이에서 약간 변화하더라도, 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛(50)과 참조 전압 생성기(41∼42)는 LED 조명 장치의 선로/부하 레귤레이션을 향상시킬 수 있다.

이상에서 언급한 선로/부하 레귤레이션 제어 기능을 구비한 다단 구동 방식에 의하면, 본 발명은 LED 조명 장치의 유효 동작 전압 범위 및 선로/부하 레귤레이션을 향상시킬 수 있다.

당업자는 본 발명의 교시내용을 유지하면서 장치 및 방법에 대한 다양한 수정과 변경이 이루어질 수 있음을 알 것이다. 따라서, 이상의 개시내용은 첨부된 청구항들의 범위에 의해서만 한정되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

복수의 구동단(driving stage)을 가지는 발광 다이오드(light-emitting diode, LED) 조명 장치로서,
제1 전류에 따른 빛을 제공하기 위해 정류된 교류(AC) 전압에 의해 구동되는 제1 발광 소자(luminescent device);
상기 제1 발광 소자에 직렬로 연결되고 제2 전류에 따른 빛을 제공하기 위해 상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되는 제2 발광 소자;
상기 정류된 AC 전압의 피크 레벨의 변화를 모니터하고 상기 정류된 AC 전압의 피크 레벨과 연관된 보상 전압을 생성하도록 구성된 전압 검출기;
상기 제1 발광 소자와 병렬로 연결되고 상기 제1 전류가 제1 전류 설정 값(current setting)을 초과하지 않도록 상기 제1 전류를 조절하고; 상기 보상 전압에 따라 상기 제1 전류 설정 값을 조정하도록, 구성된 제1 전류 제어기; 및
상기 제2 발광 소자에 직렬로 연결되고 상기 제2 전류가 제2 전류 설정 값을 초과하지 않도록 상기 제2 전류를 조절하고; 상기 보상 전압에 따라 상기 제2 전류 설정 값을 조정하도록, 구성된 제2 전류 제어기
를 포함하고,
상기 제1 전류 제어기는,
제1 제어 신호에 따라 제3 전류를 전도하도록 구성된 제1 스위치;
상기 제1 전류와 상기 제3 전류의 합을 모니터하고 대응하는 피드백 전압을 제공하도록 구성된 전류 검출기;
상기 제1 전류 설정 값과 연관된 제1 참조 전압을 제공하고 상기 보상 전압에 따라 상기 제1 참조 전압을 조정하도록 구성된 제1 참조 전압 생성기; 및
상기 제1 참조 전압과 상기 피드백 전압 사이의 관계에 따라 상기 제1 제어 신호를 생성하도록 구성된 제1 비교기
를 포함하며,
상기 제2 전류 제어기는,
제2 제어 신호에 따라 상기 제2 전류를 전도하도록 구성된 제2 스위치;
상기 제2 전류 설정 값과 연관된 제2 참조 전압을 제공하고 상기 보상 전압에 따라 상기 제2 참조 전압을 조정하도록 구성된 제2 참조 전압 생성기; 및
상기 제2 참조 전압과 상기 피드백 전압 사이의 관계에 따라 상기 제2 제어 신호를 생성하도록 구성된 제2 비교기
를 포함하고,
상기 LED 조명 장치가,
상기 보상 전압이 제2 값과 동일한 경우 상기 제1 참조 전압 또는 상기 제2 참조 전압이 제1 값으로 조정되거나 상기 보상 전압이 제4 값과 동일한 경우 상기 제1 참조 전압 또는 상기 제2 참조 전압이 제3 값으로 조정될 수 있도록, 상기 보상 전압에 따라 상기 제1 참조 전압 생성기 및 상기 제2 참조 전압 생성기를 동작시키도록 구성된 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛
을 더 포함하고, 여기서 상기 제1 값은 제3 값보다 크고, 상기 제2 값은 상기 제4 값보다 작은 것인, LED 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 스위치의 내구성(durability)은 상기 제1 스위치의 내구성보다 높은, LED 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 스위치, 상기 제1 비교기, 상기 제1 참조 전압 생성기, 상기 제2 비교기, 상기 제2 참조 전압 생성기 및 상기 선로/부하 레귤레이션 보상 제어 유닛은 동일한 칩에 집적되어 있는, LED 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 정류된 AC 전압을 제공하도록 구성된 전력 공급 회로를 더 포함하고,
상기 전압 검출기는 각각의 구동 사이클 동안에 상기 정류된 AC 전압의 피크 레벨을 검출하기 위해 상기 전력 공급 회로에 연결되어 있는, LED 조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 전압 검출기는 상기 정류된 AC 전압의 변화에 기인한 상기 제2 발광 소자의 전도 듀티 사이클(conducting duty cycle)의 변화를 검출하기 위해 상기 제2 발광 소자에 연결되어 있는, LED 조명 장치
제1항에 있어서,
상기 제1 발광 소자 및 상기 제2 발광 소자에 직렬로 연결되고 제4 전류에 따른 빛을 제공하기 위해 상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되는 제3 발광 소자를 더 포함하는 LED 조명 장치.
제6항에 있어서,
상기 제3 발광 소자는 상기 정류된 AC 전압과 상기 제1 발광 소자 사이에 연결되어 있는, LED 조명 장치.
제6항에 있어서,
상기 제3 발광 소자와 병렬로 연결되고 상기 제4 전류가 제3 전류 설정 값을 초과하지 않도록 상기 제4 전류를 조절하도록 구성된 제3 전류 제어기를 더 포함하고, 상기 제3 전류 설정 값은 상수 값인, LED 조명 장치.
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