KR101807682B1

KR101807682B1 - 조정 가능한 연색 지수를 가진 led 조명 장치

Info

Publication number: KR101807682B1
Application number: KR1020150031834A
Authority: KR
Inventors: 홍-빈 수; 이-메이 리; 영-신 치앙
Original assignee: 아이엠엘 인터내셔널
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2017-12-12
Also published as: US20150257214A1; TWI565356B; CN104902615A; US9265102B2; TW201536109A; KR20150105260A

Abstract

본 LED 조명 장치는 제1 내지 제3 발광 장치 및 제1 내지 제3 전류 제어기를 포함한다. 제1 내지 제2 발광 장치는 제1 컬러의 광을 제공하기 위해 정류된 AC 전압에 의해 구동된다. 제3 발광 장치는 제1 컬러와는 다른 제2 컬러의 광을 제공하기 위해 정류된 AC 전압에 의해 구동된다. 제1 내지 제3 전류 제어기는 제1 전류 설정, 제2 전류 설정 및 제3 전류 설정 각각에 따라 제1 내지 제3 전류 제어기를 통해 흐르는 전류를 조절하도록 구성된다. 이로써, 본 LED 조명 장치의 연색 지수가 유연하게 조정될 수 있다.

Description

조정 가능한 연색 지수를 가진 LED 조명 장치{LIGHT-EMITTING DIODE LIGHTING DEVICE WITH ADJUSTABLE COLOR RENDERING INDEXES}

본 특허출원은 출원일 2014년 3월 7일에 출원된 미국 가출원 제61/949,264의 이익을 향유한다.

본 발명은 LED 조명 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는, 고역률(high power factor)과 조정 가능한 연색 지수(color rendering index)를 가진 LED 조명 장치에 관한 것이다.

정류된 교류(alternative-current; AC) 전압에 의해 직접 구동되는 LED 조명 장치는 대체로 요구되는 휘도(luminance)를 제공하기 위해 직렬로 접속된 복수의 LED를 사용한다. LED의 수가 늘어남에 따라, 더 높은 순방향 바이어스 전압 (forward-bias voltage)이 LED 조명 장치를 턴온하기 위해 필요하므로, LED 조명 장치의 유효 작동 전압 범위(effective operational voltage range)가 줄어든다. LED의 수가 줄어듦에 따라, 정류된 전압이 그것의 최대 레벨에 있을 때, 큰 구동 전류가 LED의 신뢰성에 영향을 줄 수 있다. 그러므로, 유효 작동 전압 범위와 신뢰성을 향상시킬 수 있는 LED 조명 장치가 필요하다.

또한, 연색성(color rendering)은, 국제조명위원회(International Commission on Illumination; CIE)에 의해 정의된, 기준광(reference illuminant) 하에서 그들의 색 보임(color appearance)과의 의식적 또는 무의식적인 비교에 의한 물체의 색 보임 상의 광 효과(effect of an illuminant)를 나타낸다. 연색 지수(color rendering index; CRI)는, 이상적 또는 자연 광원과 비교하여, 다양한 물체의 컬러를 정확하게 나타낼 수 있는 광원의 성능에 대한 정량적 측정치이다. 일반적으로, 높은 CRI를 가진 광원은 사진(photography)과 시네마토그래피(cinematography)와 같은, 색에 민감한 어플리케이션(color-critical application)에 바람직하다. 그러나, 종래의 LED 조명 장치의 CRI는, 일반적으로 60-70으로, 매우 좋지 않다. 따라서, 유효 작동 전압 범위, 신뢰성과 연색 지수를 향상시킬 수 있는 LED 조명 장치가 필요하다.

본 발명의 제1 구현 방식에서는 발광 다이오드(light-emitting diode; LED) 조명 장치를 제공하며, 이는, 정류된 교류(alternative-current; AC) 전압에 의해 구동되고, 제1 전류에 따라 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제1 발광 장치, 상기 제1 발광 장치와 직렬로 접속되어 있고, 상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제2 전류에 따라 상기 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제2 발광 장치, 상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제3 전류에 따라, 상기 제1 컬러와는 다른 제2 컬러의 광을 제공하기 위한 제3 발광 장치, 제1 전류 설정에 따라 상기 제1 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제1 전류 제어기, 제2 전류 설정에 따라 상기 제2 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제2 전류 제어기, 및 제3 전류 설정에 따라 상기 제3 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제3 전류 제어기를 포함하고, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있는 제1 핀, 제2 핀 및 상기 제1 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있는 제3 핀을 포함하고, 상기 제2 전류 제어기는 상기 제2 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀, 상기 정류된 AC 전압에 접속되어 있는 제2 핀 및 제3 핀을 포함하고, 상기 제3 전류 제어기는, 상기 제3 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀 및 제2 핀을 포함한다.
본 발명의 제1 구현 방식을 따르는 제2 구현 방식에서는, 상기 제3 발광 장치의 제1 단은 상기 제2 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있고, 상기 제3 전류 제어기의 제1 핀은 상기 제3 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있고, 상기 제3 전류 제어기의 제2 핀은 상기 제2 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있다.
본 발명의 제1 구현 방식을 따르는 제3 구현 방식에서는, 상기 제2 발광 장치는 복수의 LED를 포함하고, 상기 제3 전류 제어기는 상기 제3 발광 장치에 직렬로 접속되어 있고, 상기 제3 전류 제어기 및 상기 제3 발광 장치는 상기 제2 발광 장치 내의 복수의 LED 중 하나의 LED 또는 복수의 인접 LED에 병렬로 접속되어 있다.
본 발명의 제1 구현 방식을 따르는 제4 구현 방식에서는, 상기 제3 발광 장치의 제1 단은 상기 제1 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있고, 상기 제3 전류 제어기의 제1 핀은 상기 제3 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있고, 상기 제3 전류 제어기의 제2 핀은 상기 제1 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있다.
본 발명의 제1 구현 방식을 따르는 제5 구현 방식에서는, 상기 제1 발광 장치는 복수의 LED를 포함하고, 상기 제3 전류 제어기는 상기 제3 발광 장치에 직렬로 접속되어 있고, 상기 제3 전류 제어기 및 상기 제3 발광 장치는 상기 제1 발광 장치 내의 복수의 LED 중 하나의 LED 또는 복수의 인접 LED에 병렬로 접속되어 있다.
본 발명의 제1 구현 방식을 따르는 제6 구현 방식에서는, 상기 제1 내지 제3 전류 제어기 각각은: 스위치; 상기 스위치 및 대응하는 제1, 제2 또는 제3 발광 장치를 통해 흐르는 전류와 연관된 피드백 전압을 제공하도록 구성되어 있는 전류 검출 회로; 기준 전압을 제공하도록 구성되어 있는 기준 전압 생성기; 및 상기 피드백 전압과 상기 기준 전압 생성기에 의해 출력된 기준 전압 사이의 관계에 따라 상기 스위치를 작동시키도록 구성되어 있는 비교기(comparator)를 포함한다.
본 발명의 제1 구현 방식을 따르는 제7 구현 방식에서는, 상기 제2 발광 장치는 복수의 LED를 포함하고, 상기 제3 전류 제어기의 제1 핀은 상기 제3 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있고, 상기 제3 전류 제어기의 제3 핀은 상기 제3 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있고, 상기 제3 전류 제어기의 제1 핀 및 상기 제3 전류 제어기의 제2 핀은 상기 제2 발광 장치 내의 복수의 LED 중 2 개의 LED 사이에 접속되어 있다.
본 발명의 제1 구현 방식과 제7 구현 방식을 따르는 제8 구현 방식에서는, 상기 제3 전류 제어기는: 스위치; 상기 제3 발광 장치를 통해 흐르는 전류와 연관된 피드백 전압을 제공하도록 구성되어 있는 전류 검출 회로; 기준 전압을 제공하도록 구성되어 있는 기준 전압 생성기; 및 상기 피드백 전압과 상기 기준 전압 생성기에 의해 출력된 기준 전압 사이의 관계에 따라 상기 스위치를 작동하도록 구성되어 있는 비교기를 포함한다.
본 발명의 제1 구현 방식을 따르는 제9 구현 방식에서는, 상기 제1 전류 제어기 및 상기 제1 발광 장치는 제1 집적 칩(integrated chip)으로써 제조되어 있고, 상기 제2 전류 제어기 및 상기 제2 발광 장치는 제2 집적 칩으로써 제조되어 있고, 상기 제3 전류 제어기 및 상기 제3 발광 장치는 제3 집적 칩으로써 제조되어 있다.
본 발명의 제1 구현 방식을 따르는 제10 구현 방식에서는, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 전류 설정을 설정하기 위해 배치되어 있는 복수의 모드 선택 핀을 더 포함하고, 상기 제2 전류 제어기는 상기 제2 전류 설정을 설정하기 위해 배치되어 있는 복수의 모드 선택 핀을 더 포함하고, 상기 제3 전류 제어기는 상기 제3 전류 설정을 설정하기 위해 배치되어 있는 복수의 모드 선택 핀을 더 포함한다.
본 발명의 제1 구현 방식과 제10 구현 방식을 따르는 제11 구현 방식에서는, 상기 제1 전류 제어기는: 상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀은 플로팅(floating)되어 있거나 상기 제1 전류 제어기의 제1 핀에 연결되어 있고, 상기 제1 전류 제어기의 제2 모드 선택 핀은 상기 제1 전류 제어기의 제2 핀에 연결되어 있는 제1 구성; 상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀은 상기 제1 전류 제어기의 제2 핀에 연결되어 있고, 상기 제1 전류 제어기의 제2 모드 선택 핀은 상기 제1 전류 제어기의 제1 핀에 연결되어 있거나 플로팅되어 있는 제2 구성; 상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀이 상기 제1 전류 제어기의 제1 핀에 연결되어 있거나 플로팅되어 있는 제3 구성; 또는 상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀이 상기 제1 전류 제어기의 제2 핀에 연결되어 있는 제4 구성으로 배치되어 있다.
본 발명의 이러한 목적과 다른 목적은, 다양한 도면과 도표에서 도시된 바람직한 실시예의 이하의 상세한 설명을 읽은 후에는, 통상의 기술자에게 자명할 것이다.

삭제

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치를 도시한 개략도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치의 작동을 도시한다.
도 9와 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전류 제어기를 도시한 개략도이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LED 조명 장치(101 내지 103)를 도시한 개략도이다. 각 LED 조명 장치(101 내지 103)는 전원 공급 회로(110), 복수의 발광 장치 및 복수의 전류 제어기를 포함한다. 전원 공급 회로(110)는 양과 음의 주기를 가지는 AC 전압(VS)을 수신하고 브리지 정류기 (bridge rectifier)(112)를 이용하여 음의 주기의 AC 전압(VS)의 출력을 변환하도록 구성되어 있으므로, 전압 값이 시간에 대해 주기적으로 변하는 정류된 AC 전압(V_AC)을 제공하여 복수의 발광 장치를 구동한다. 또 다른 실시예에서, 전원 공급 회로(110)는 임의의 AC 전압(VS)을 수신할 수 있고, AC-AC 변환기를 이용하여 전압 변환을 실행할 수 있고, 브리지 정류기(112)를 이용하여 변환된 AC 전압(VS)을 정류할 수 있으므로, 전압 값이 시간에 따라 주기적으로 변하는 정류된 AC 전압(V_AC)를 제공한다. 전원 공급 회로(110)의 구성은 본 발명의 범위에 제한되지 않는다.

본 발명에서, 각 발광 장치는 하나의 LED 또는 직렬로 접속되어 있는 복수의 LED를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3은 단일 접합(single-junction) LED, 다중 접합(multi-junction) 고전압(high-voltage; HV) LED 또는 다양한 유형의 LED의 임의의 조합으로 구성될 수 있는, 복수의 LED를 이용하는 실시예를 도시한다. 그러나, 발광 장치(A₁ 내지 A_N+2)의 유형 및 구성은 본 발명의 범위에 제한되지 않는다.

도 1에 도시된 실시예에서, LED 조명 장치(101)는 (N+2)개의 발광 장치 (A₁ 내지 A_N+2) 및 (N+2)개의 전류 제어기(CC₁ 내지 CC_N ₊ ₂)를 포함한다 (N은 양의 정수임). 발광 장치 A₁ 내지 A_N+1은 직렬로 접속되어 있다. 전류 제어기 CC₁ 내지 CC_N은 발광 장치 A₁ 내지 A_N에 각각 병렬로 접속되어 있다. 전류 제어기 CC_N ₊₁ 내지 CC_N+2는 발광 장치 A_N+1 내지 A_N+2에 각각 직렬로 접속되어 있다. 발광 장치 A_N+2 및 전류 제어기 CC_N ₊₂는 발광 장치 A_N+1 내의 하나, 복수 또는 모든 LED에 병렬로 접속되어 있다. 발광 장치 A₁ 내지 A_N+1은 제1 컬러를 제공하기 위해 배치되어 있으며, 발광 장치 A_N+2는 제1 컬러와는 다른 제2 컬러를 제공하기 위해 배치되어 있다. 예를 들면, 제1 컬러와 제2 컬러는 상이한 색 온도를 가질 수 있다.

도 2에 도시된 실시예에서, LED 조명 장치(102)는 (N+2)개의 발광 장치 (A₁ 내지 A_N+2) 및 (N+2)개의 전류 제어기(CC₁ 내지 CC_N ₊ ₂)를 포함한다 (N은 양의 정수임). 발광 장치 A₁ 내지 A_N+1은 직렬로 접속되어 있다. 전류 제어기 CC₁ 내지 CC_N은 발광 장치 A₁ 내지 A_N에 각각 병렬로 접속되어 있다. 전류 제어기 CC_N ₊₁ 내지 CC_N+2는 발광 장치 A_N+1 내지 A_N+2에 각각 직렬로 접속되어 있다. 발광 장치 A_N+2 및 전류 제어기 CC_N ₊₂는 발광 장치 A₁ 내지 A_N 중 어느 하나 내의 하나, 복수 또는 모든 LED에 병렬로 접속되어 있다. 발광 장치 A₁ 내지 A_N+1은 제1 컬러를 제공하기 위해 배치되어 있으며, 발광 장치 A_N+2는 제1 컬러와는 다른 제2 컬러를 제공하기 위해 배치되어 있다. 예를 들면, 제1 컬러와 제2 컬러는 상이한 색 온도를 가질 수 있다.

도 3에 도시된 실시예에서, LED 조명 장치(103)는 (N+2)개의 발광 장치 (A₁ 내지 A_N+2) 및 (N+2)개의 전류 제어기(CC₁ 내지 CC_N ₊ ₂)를 포함한다 (N은 양의 정수임). 발광 장치 A₁ 내지 A_N+1은 직렬로 접속되어 있다. 전류 제어기 CC₁ 내지 CC_N은 발광 장치 A₁ 내지 A_N에 각각 병렬로 접속되어 있다. 전류 제어기 CC_N ₊₁은 발광 장치 A_N+1에 직렬로 접속되어 있다. 전류 제어기 CC_N ₊₂는 발광 장치 A_N+2에 병렬로 접속되어 있다. 발광 장치 A_N+2 및 전류 제어기 CC_N ₊₂는 발광 장치 A_N+1에 직렬로 접속되어 있다. 한 구성에서, 발광 장치 A_N+2는 전원 공급 회로(110)와 발광 장치 A_N+1 사이에 접속될 수 있다. 또 다른 구성에서, 발광 장치 A_N+2는 발광 장치 A_N+ ₁와 발광 장치 A₁ 사이에 접속될 수 있다. 도 3에 도시된 또 다른 구성에서, 발광 장치 A_N+2는 발광 장치 A_N+1 내의 두 개의 인접한 LED 사이에 접속될 수 있다. 발광 장치 A₁ 내지 A_N+1은 제1 컬러를 제공하도록 구성되어 있으며, 발광 장치 A_N+2는 제1 컬러와는 다른 제2 컬러를 제공하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 제1 컬러와 제2 컬러는 상이한 색 온도를 가질 수 있다.

각각의 전류 제어기 CC₁ 내지 CC_N ₊₂는 제1 핀(A), 제2 핀(K), 제3 핀(CS) 및 n개의 모드 선택 핀(MS1 내지 MSn)을 가지는 칩으로 제조될 수 있다 (n은 2ⁿ(N+1)을 만족하는 양의 정수임). 전류 제어기 CC₁ 내지 CC_N ₊₂에서, 모드 선택 핀(MS1 내지 MSn)은 그것의 제1 핀(A) 또는 제2 핀(K)에 접속되어 있거나 플로팅(floating)되어 있다.

도 1 내지 도 3에서, V_AK1 내지 V_AK(N+2)는 대응하는 전류 제어기 CC₁ 내지 CC_N ₊₂ 각각에 인가되는 전압을 나타낸다. I_AK1 내지 I_AK(N+2)는 대응하는 전류 제어기 CC₁ 내지 CC_N ₊₂ 각각에 흐르는 전류를 나타낸다. I_LED1 내지 I_LED(N+2)는 대응하는 발광 장치 A₁ 내지 A_N+2 각각에 흐르는 전류를 나타낸다.

도 4 내지 도 8은 N=3이고 n=2일 때의 실시예에서의 LED 조명 장치(101 내지 103)의 작동을 도시한다. 도 4 내지 도 8은 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅의 전류-전압(I-V) 곡선을 각각 도시한다. V_C1 내지 V_C5는 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅가 각각 작동되기 시작한 때의 컷인 전압(cut-in voltage)을 나타낸다. V_DROP1 내지 V_DROP5는 전류 I_AK1 내지 I_AK5가 각각 대응하는 전류 설정 I_MAX1 내지 I_MAX5에 도달했을 때의 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅의 드롭아웃 전압(drop-out voltage)을 나타낸다. 본 발명의 실시예에서, 대응하는 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅를 턴온시키기 위한 컷인 전압 V_C1 내지 V_C5는 각각 대응하는 발광 장치 A₁ 내지 A₅를 턴온시키기 위한 컷인 전압보다 작다. 특정 발광 장치에 인가되는 전압이 컷인 전압을 넘는 경우, 그 특정 발광 장치는 컨덕팅 온 상태(conducting ON state)가 될 수 있으며, 특정 발광 장치에 인가되는 전압이 컷인 전압을 넘지 않는 경우, 그 특정 발광 장치는 넌컨덕팅 오프 상태(non-conducting OFF state)가 될 수 있다.

도 4 내지 도 8에서, 0<V_AK1<V_DROP1, 0<V_AK2<V_DROP2, 0<V_AK3<V_DROP3, 0<V_AK4<V_DROP4, 또는 0<V_AK5<V_DROP5일때 정류된 전압 V_AC의 상승 기간 및 하강 기간 동안, 각각의 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅는 완전하게 턴온되지 않고, 전류 I_AK1 내지 I_AK5가 각각 전압 V_AK1 내지 V_AK5에 따라 일정한 방식으로 변하는 리니어 모드(linear mode) 내에서 전압 제어 장치로써 작동한다. 예를 들면, 전류 제어기 CC₁이 MOS(metal-oxide-semiconductor) 트랜지스터를 이용하여 구현된다면, 전류 I_AK1와 전압 V_AK1 사이의 관계는 리니어 영역에서 동작하는 때의 MOS 트랜지스터의 I-V 특성에 대응할 것이다.

도 4 내지 도 8에서, V_AK1>V_DROP1, V_AK2>V_DROP2, V_AK3>V_DROP3, V_AK4>V_DROP4, 또는 V_AK5>V_DROP5일때 정류된 전압 V_AC의 상승 시간 및 하강 시간 동안, 각각의 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅는 정전류 모드(constant-current mode)로 작동하고 전류 제한기(current limiter)로써 기능한다. 그러므로, 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅를 통해 흐르는 전류 I_AK1 내지 I_AK5가, 전압 V_AK1 내지 V_AK5에 따라 변화하지 않고, 각각 전류 설정 I_MAX1 내지 I_MAX5로 고정될 수 있다.

많은 응용에서, 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅는 상이한 전류 설정을 제공해야 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 모드 선택 핀 MS1 및 MS2를 설정함으로써 유연한 전류 설정을 가진 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅를 사용하는 유연한 설계를 제공할 수 있다. 설명을 위해 도 4 내지 도 8에 도시된 실시예에서, 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₄는 I_MAX1<I_MAX2<I_MAX3<I_MAX4가 되도록 구성되어 있다. 그러나, 전류 설정 I_MAX1 내지 I_MAX4의 값은 본 발명의 범위에 제한되지 않는다.

많은 응용에서, LED 조명 장치(101 내지 103)는 특정 CRI를 제공하도록 요구될 수 있다. 전술한 바와 같이, N=3이고 n=2일 때의 실시예에서, 발광 장치 A₁ 내지 A₄는 제1 컬러를 제공하도록 구성되어 있고, 발광 장치 A5는 제1 컬러와 다른 제2 컬러를 제공하기 위해 구성되어 있다. 따라서 본 발명은 전류 제어기 CC₅를 이용하여 발광 장치 A₅의 휘도를 조절할 수 있으므로, LED 조명 장치(101 내지 103)의 CRI를 향상시킬 수 있다. 그러므로, 발광 장치 A₅에 의해 제공되는 제2 컬러의 밝기는 상이한 등급의 연색 지수를 달성하도록 용이하게 선택될 수 있다. 설명의 위해 도 8에 도시된 실시예에서, 전류 제어기 CC₅는 I_MAX5=I_MAX3가 되도록 구성되어 있다. 그러나, 전류 설정 I_MAX5의 값은 본 발명의 범위에 제한되지 않는다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전류 제어기 CC_A를 도시하는 개략도이다. 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 제어기 CC_B를 도시하는 개략도이다. 전류 제어기 CC_A는 LED 조명 장치(101 내지 102) 내의 전류 제어기 CC₁ 내지 CC_N ₊₂와 LED 조명 장치(103) 내의 전류 제어기 CC₁ 내지 CC_N ₊ ₁를 구현하기 위해 이용될 수 있다. 전류 제어기 CC_B는 LED 조명 장치(103) 내의 전류 제어기 CC_N ₊₂를 구현하기 위해 이용될 수 있다.

각 전류 제어기 CC_A 및 CC_B는 스위치(20), 전류 검출 회로(30), 조정 가능한 기준 전압 생성기(40) 및 비교기(50)를 포함한다.

스위치(20)는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor; FET), 양극성 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor; BJT) 또는 이와 유사한 기능을 가진 다른 장치를 포함할 수 있다. 도 9 내지 도 10에서, N타입 MOS 트랜지스터가 도시되어 있으나, 본 발명의 범위에 제한되지는 않는다.

전류 검출 회로(30)는 피드백 전압 V_FB를 제공하기 위해 제2 핀(K)과 제3 핀 (CS) 사이에 접속되어 있는 저항을 포함할 수 있다. LED 조명 장치(101 내지 103)의 전류 제어기 CC₁ 내지 CC_N ₊₂에서 이용하기 위한 전류 검출 회로(30)의 등가 저항 R₁ 내지 R_N+2는 동일하거나 상이한 값을 가질 수 있다. 그러나, 전류 검출 회로(30)의 구성은 본 발명의 범위에 제한되지 않는다.

도 9에서 도시된 실시예에서, 전류 검출 회로(30)는 스위치(30)과 제1 핀(A)와 제3 핀(CS) 사이에 접속되어 있는 발광 장치를 통해 흐르는 총 전류의 양을 모니터하도록 구성되어 있다. 만일 스위치(20)와 발광 장치를 통해 흐르는 총 전류의 양이 너무 많으면, 전류 제어기 CC_A는 스위치(20)를 턴 오프하거나 스위치(20)를 통해 흐르는 전류를 줄이도록 구성되어 있음으로써, 전체적인 전류 I_AK를 일정한 값으로 유지하도록 한다.

도 10에 도시된 실시예에서, 전류 검출 회로(30)는 제1 핀(A) 및 제3 핀(CS) 사이에 접속되어 있는 발광 장치를 통해 흐르는 전류를 모니터하도록 구성되어 있다. 만일 발광 장치를 통해 흐르는 전류가 너무 많으면, 전류 제어기 CC_B는 스위치(20)를 턴 오프하여 전류를 분로하도록 구성되어 있어, 전체적인 전류 I_AK를 일정한 값으로 유지하도록 한다.

조정 가능한 기준 전압 생성기(40)는 전압 V_AK1 내지 V_AK(N+2)와 연관된 복수의 기준 전압 V_REF1 내지 V_REF(N+2)를 제공하고 2 개의 모드 선택 핀 MS1 및 MS2의 로직 레벨에 따라 복수의 기준 전압 V_REF1 내지 V_REF(N+2)를 출력하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 조정 가능한 기준 전압 생성기(40)는 전류 제어기 CC₁ 내의 비교기(50)에 기준 전압 V_REF1를 제공한다. 유사하게, 기준 전압 V_REF2 내지 V_REF(N+2)는 각각 대응하는 전류 제어기 CC₂ 내지 CC_(N+2)에 제공될 수 있다.

비교기(50)는 피드백 전압 V_FB와 대응하는 기준 전압 사이의 관계에 따라 스위치(20)를 작동하도록 구성되어 있어, 각 전류 제어기를 통해 흐르는 전류가 그것의 전류 설정치를 넘지 않도록 한다. 예를 들면, N=3이고 n=2일 때의 실시예에서, 전류 제어기 CC₁의 최대 전류 설정치 I_MAX1는 (V_REF1/R₁)에 의해 결정될 수 있고, 전류 제어기 CC₂의 최대 전류 설정치 I_MAX2는 (V_REF2/R₂)에 의해 결정될 수 있고, 전류 제어기 CC₃의 최대 전류 설정치 I_MAX3는 (V_REF3/R₃)에 의해 결정될 수 있고, 전류 제어기 CC₄의 최대 전류 설정치 I_MAX4는 (V_REF4/R₄)에 의해 결정될 수 있고, 전류 제어기 CC₅의 최대 전류 설정치 I_MAX5는 (V_REF5/R₅)에 의해 결정될 수 있다. 각 전류 제어기의 모드 선택 핀 MS1 및 MS2의 로직 레벨을 설정함으로써, 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅는 상이한 전류 설정을 제공할 수 있다. 다음의 표는 도 1 내지 도 3의 실시예에 따른 전류 제어기 CC₁ 내지 CC₅의 전류 설정의 예시이나, 본 발명의 범위에 제한되지는 않는다.

전류 제어기	모드 선택 핀		기준 전압	전류 설정
전류 제어기	MS1	MS2	기준 전압	값	비율
CC₁	0	1	V_REF1	I_MAX1	35%
CC₂	1	0	V_REF2	I_MAX2	55%
CC₃	1	1	V_REF3	I_MAX3	80%
CC₄	0	0	V_REF4	I_MAX4	100%
CC₅	0	1	V_REF5	I_MAX5	35%

본 발명에서, 전류 제어기와 발광 장치의 대응하는 쌍은, 전류 제어기 CC₁와 발광 장치 A₁을 포함하는 집적 칩 U₁, 전류 제어기 CC₂와 발광 장치 A₂를 포함하는 집적 칩 U₂... 및 전류 제어기 CC_N ₊₂와 발광 장치 A_N+2를 포함하는 집적 칩 U_N+2와 같은 집적 칩으로써 제조될 수 있다. 집적 칩 A₁ 내지 A_N+2는 독립형 장치 (stand-alone device)로써 동일한 제조 과정으로 제조될 수 있다. 상이한 응용에 따라, 다양한 LED 조명 장치가 모드 선택 핀의 로직 레벨을 설정하기 위해 선택된 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB) 레이아웃(layout)을 가진 집적 칩 A₁ 내지 A_N+2를 이용하여 제조될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 제조 과정을 복잡하게 하지 않으면서 다양한 특성을 가진 LED 조명 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 LED 조명 장치에서, 일부 발광 장치는 정류된 AC 전압이 역률을 향상시키기 위해 모든 발광 장치의 전체적인 턴 온 전압에 도달하기 전에 작동할 수 있다. 전류 제어기는 탄력적인 전류 설정을 제공할 수 있어, 각 발광 장치의 밝기가 상이한 정도의 연색 지수를 얻기 위해 쉽게 선택될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 LED 조명 장치는 유효 작동 전압 범위, 신뢰성 및 연색 지수를 향상시킬 수 있다.

통상의 기술자는, 본 발명의 동기가 유지되는 한, 수많은 본 발명의 장치 및 방법의 변경 및 대체를 만들 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다. 이에 따라, 전술한 개시는 본 청구항의 범위 및 경계에 의해서만 제한되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

발광 다이오드(light-emitting diode; LED) 조명 장치로서,
정류된 교류(alternative-current; AC) 전압에 의해 구동되고, 제1 전류에 따라 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제1 발광 장치;
상기 제1 발광 장치와 직렬로 접속되어 있고, 상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제2 전류에 따라 상기 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제2 발광 장치;
상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제3 전류에 따라, 상기 제1 컬러와는 다른 제2 컬러의 광을 제공하기 위한 제3 발광 장치;
제1 전류 설정에 따라 상기 제1 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제1 전류 제어기;
제2 전류 설정에 따라 상기 제2 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제2 전류 제어기; 및
제3 전류 설정에 따라 상기 제3 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제3 전류 제어기
를 포함하고,
상기 제1 전류 제어기는,
상기 제1 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있는 제1 핀;
제2 핀; 및
상기 제1 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있는 제3 핀
을 포함하고,
상기 제2 전류 제어기는,
상기 제2 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀;
상기 정류된 AC 전압에 접속되어 있는 제2 핀; 및
제3 핀
을 포함하고,
상기 제3 전류 제어기는, 상기 제3 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀; 및
제2 핀
을 포함하며,
상기 제3 발광 장치의 제1 단은 상기 제2 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있고,
상기 제3 전류 제어기의 제1 핀은 상기 제3 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있고,
상기 제3 전류 제어기의 제2 핀은 상기 제2 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있는,
LED 조명 장치.
발광 다이오드(light-emitting diode; LED) 조명 장치로서,
정류된 교류(alternative-current; AC) 전압에 의해 구동되고, 제1 전류에 따라 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제1 발광 장치;
상기 제1 발광 장치와 직렬로 접속되어 있고, 상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제2 전류에 따라 상기 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제2 발광 장치;
상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제3 전류에 따라, 상기 제1 컬러와는 다른 제2 컬러의 광을 제공하기 위한 제3 발광 장치;
제1 전류 설정에 따라 상기 제1 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제1 전류 제어기;
제2 전류 설정에 따라 상기 제2 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제2 전류 제어기; 및
제3 전류 설정에 따라 상기 제3 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제3 전류 제어기
를 포함하고,
상기 제1 전류 제어기는,
상기 제1 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있는 제1 핀;
제2 핀; 및
상기 제1 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있는 제3 핀
을 포함하고,
상기 제2 전류 제어기는,
상기 제2 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀;
상기 정류된 AC 전압에 접속되어 있는 제2 핀; 및
제3 핀
을 포함하고,
상기 제3 전류 제어기는, 상기 제3 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀; 및
제2 핀
을 포함하고,
상기 제2 발광 장치는 복수의 LED를 포함하고,
상기 제3 전류 제어기는 상기 제3 발광 장치에 직렬로 접속되어 있고,
상기 제3 전류 제어기 및 상기 제3 발광 장치는 상기 제2 발광 장치 내의 복수의 LED 중 하나의 LED 또는 복수의 인접 LED에 병렬로 접속되어 있는,
LED 조명 장치.
발광 다이오드(light-emitting diode; LED) 조명 장치로서,
정류된 교류(alternative-current; AC) 전압에 의해 구동되고, 제1 전류에 따라 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제1 발광 장치;
상기 제1 발광 장치와 직렬로 접속되어 있고, 상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제2 전류에 따라 상기 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제2 발광 장치;
상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제3 전류에 따라, 상기 제1 컬러와는 다른 제2 컬러의 광을 제공하기 위한 제3 발광 장치;
제1 전류 설정에 따라 상기 제1 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제1 전류 제어기;
제2 전류 설정에 따라 상기 제2 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제2 전류 제어기; 및
제3 전류 설정에 따라 상기 제3 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제3 전류 제어기
를 포함하고,
상기 제1 전류 제어기는,
상기 제1 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있는 제1 핀;
제2 핀; 및
상기 제1 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있는 제3 핀
을 포함하고,
상기 제2 전류 제어기는,
상기 제2 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀;
상기 정류된 AC 전압에 접속되어 있는 제2 핀; 및
제3 핀
을 포함하고,
상기 제3 전류 제어기는, 상기 제3 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀; 및
제2 핀
을 포함하고,
상기 제3 발광 장치의 제1 단은 상기 제1 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있고,
상기 제3 전류 제어기의 제1 핀은 상기 제3 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있고,
상기 제3 전류 제어기의 제2 핀은 상기 제1 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있는,
LED 조명 장치.
발광 다이오드(light-emitting diode; LED) 조명 장치로서,
정류된 교류(alternative-current; AC) 전압에 의해 구동되고, 제1 전류에 따라 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제1 발광 장치;
상기 제1 발광 장치와 직렬로 접속되어 있고, 상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제2 전류에 따라 상기 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제2 발광 장치;
상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제3 전류에 따라, 상기 제1 컬러와는 다른 제2 컬러의 광을 제공하기 위한 제3 발광 장치;
제1 전류 설정에 따라 상기 제1 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제1 전류 제어기;
제2 전류 설정에 따라 상기 제2 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제2 전류 제어기; 및
제3 전류 설정에 따라 상기 제3 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제3 전류 제어기
를 포함하고,
상기 제1 전류 제어기는,
상기 제1 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있는 제1 핀;
제2 핀; 및
상기 제1 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있는 제3 핀
을 포함하고,
상기 제2 전류 제어기는,
상기 제2 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀;
상기 정류된 AC 전압에 접속되어 있는 제2 핀; 및
제3 핀
을 포함하고,
상기 제3 전류 제어기는, 상기 제3 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀; 및
제2 핀
을 포함하고,
상기 제1 발광 장치는 복수의 LED를 포함하고,
상기 제3 전류 제어기는 상기 제3 발광 장치에 직렬로 접속되어 있고,
상기 제3 전류 제어기 및 상기 제3 발광 장치는 상기 제1 발광 장치 내의 복수의 LED 중 하나의 LED 또는 복수의 인접 LED에 병렬로 접속되어 있는,
LED 조명 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 내지 제3 전류 제어기 각각은:
스위치;
상기 스위치 및 대응하는 제1, 제2 또는 제3 발광 장치를 통해 흐르는 전류와 연관된 피드백 전압을 제공하도록 구성되어 있는 전류 검출 회로;
기준 전압을 제공하도록 구성되어 있는 기준 전압 생성기; 및
상기 피드백 전압과 상기 기준 전압 생성기에 의해 출력된 기준 전압 사이의 관계에 따라 상기 스위치를 작동시키도록 구성되어 있는 비교기(comparator)
를 포함하는,
LED 조명 장치.
발광 다이오드(light-emitting diode; LED) 조명 장치로서,
정류된 교류(alternative-current; AC) 전압에 의해 구동되고, 제1 전류에 따라 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제1 발광 장치;
상기 제1 발광 장치와 직렬로 접속되어 있고, 상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제2 전류에 따라 상기 제1 컬러의 광을 제공하기 위한 제2 발광 장치;
상기 정류된 AC 전압에 의해 구동되고, 제3 전류에 따라, 상기 제1 컬러와는 다른 제2 컬러의 광을 제공하기 위한 제3 발광 장치;
제1 전류 설정에 따라 상기 제1 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제1 전류 제어기;
제2 전류 설정에 따라 상기 제2 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제2 전류 제어기; 및
제3 전류 설정에 따라 상기 제3 전류를 조절하도록 구성되어 있는 제3 전류 제어기
를 포함하고,
상기 제1 전류 제어기는,
상기 제1 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있는 제1 핀;
제2 핀; 및
상기 제1 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있는 제3 핀
을 포함하고,
상기 제2 전류 제어기는,
상기 제2 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀;
상기 정류된 AC 전압에 접속되어 있는 제2 핀; 및
제3 핀
을 포함하고,
상기 제3 전류 제어기는, 상기 제3 발광 장치에 접속되어 있는 제1 핀; 및
제2 핀
을 포함하고,
상기 제2 발광 장치는 복수의 LED를 포함하고,
상기 제3 전류 제어기의 제1 핀은 상기 제3 발광 장치의 제1 단에 접속되어 있고,
상기 제3 전류 제어기의 제3 핀은 상기 제3 발광 장치의 제2 단에 접속되어 있고,
상기 제3 전류 제어기의 제1 핀 및 상기 제3 전류 제어기의 제2 핀은 상기 제2 발광 장치 내의 복수의 LED 중 2 개의 LED 사이에 접속되어 있는,
LED 조명 장치.
제6항에 있어서,
상기 제3 전류 제어기는:
스위치;
상기 제3 발광 장치를 통해 흐르는 전류와 연관된 피드백 전압을 제공하도록 구성되어 있는 전류 검출 회로;
기준 전압을 제공하도록 구성되어 있는 기준 전압 생성기; 및
상기 피드백 전압과 상기 기준 전압 생성기에 의해 출력된 기준 전압 사이의 관계에 따라 상기 스위치를 작동하도록 구성되어 있는 비교기
를 포함하는,
LED 조명 장치.
제1항 내지 제4항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전류 제어기 및 상기 제1 발광 장치는 제1 집적 칩(integrated chip)으로써 제조되어 있고, 상기 제2 전류 제어기 및 상기 제2 발광 장치는 제2 집적 칩으로써 제조되어 있고, 상기 제3 전류 제어기 및 상기 제3 발광 장치는 제3 집적 칩으로써 제조되어 있는,
LED 조명 장치.
제1항 내지 제4항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 전류 설정을 설정하기 위해 배치되어 있는 복수의 모드 선택 핀을 더 포함하고,
상기 제2 전류 제어기는 상기 제2 전류 설정을 설정하기 위해 배치되어 있는 복수의 모드 선택 핀을 더 포함하고,
상기 제3 전류 제어기는 상기 제3 전류 설정을 설정하기 위해 배치되어 있는 복수의 모드 선택 핀을 더 포함하는,
LED 조명 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 전류 제어기는:
상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀은 플로팅(floating)되어 있거나 상기 제1 전류 제어기의 제1 핀에 연결되어 있고, 상기 제1 전류 제어기의 제2 모드 선택 핀은 상기 제1 전류 제어기의 제2 핀에 연결되어 있는 제1 구성;
상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀은 상기 제1 전류 제어기의 제2 핀에 연결되어 있고, 상기 제1 전류 제어기의 제2 모드 선택 핀은 상기 제1 전류 제어기의 제1 핀에 연결되어 있거나 플로팅되어 있는 제2 구성;
상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀이 상기 제1 전류 제어기의 제1 핀에 연결되어 있거나 플로팅되어 있는 제3 구성; 또는
상기 제1 전류 제어기의 제1 모드 선택 핀과 제2 모드 선택 핀이 상기 제1 전류 제어기의 제2 핀에 연결되어 있는 제4 구성
으로 배치되어 있는,
LED 조명 장치.
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