KR101868391B1

KR101868391B1 - 발광 다이오드 조명 장치

Info

Publication number: KR101868391B1
Application number: KR1020160113766A
Authority: KR
Inventors: 유정현; 최윤규; 이성권
Original assignee: 주식회사 에이디텍
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2018-07-19
Also published as: KR20180032698A

Abstract

본 발명은 정전류 모드와 정전력 모드를 선택할 수 있는 발광 다이오드 조명 장치를 개시하며, 정류 전압의 피크 전압을 검출한 피크 값의 변화를 따르는 정전력 보상 신호와 미리 설정된 레벨의 내부 기준 전압 중 하나를 선택하여 기준 전압을 생성하며, 기준 전압을 이용하여 구동 전류를 제어함으로써 정전류 모드 뿐만 아니라 전력 소모를 일정하게 유지할 수 있는 정전력 모드를 수행할 수 있다.

Description

발광 다이오드 조명 장치{LED LIGHTING APPARATUS}

본 발명은 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정전류 모드와 정전력 모드를 선택해서 사용할 수 있는 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것이다.

최근 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)가 조명 장치의 광원으로 이용되고 있으며, 상기와 같이 발광 다이오드를 광원으로 이용하는 조명 장치는 발광 다이오드 조명 장치라 한다.

발광 다이오드는 에너지 소비량, 수명 및 광질 등과 같은 다양한 요소에서 다른 광원들과 차별화되는 이점을 갖는다. 그러나, 발광 다이오드 조명 장치는 발광 다이오드의 정전류 특성을 만족할 수 있도록 설계되어야 하며 이를 위하여 많은 회로의 추가적인 구성을 필요로 한다.

보다 구체적으로, 발광 다이오드 조명 장치는 발광 다이오드의 정전류 특성을 만족시키기 위하여 다양한 방식이 사용되고 있다. 대표적으로는 스위칭 방식 전원장치(SMPS, Switching mode power supply)가 주로 사용되고 있으며, 구성 방식에 따라 플라이백(Flyback), 벅(Buck), 부스트(Boost), 벅-부스트(Buck-Boost) 등의 다양한 종류가 있다.

스위칭 방식 전원장치(SMPS)는 트랜스포머(Transformer), 인덕터(Inductor) 및 전자기 간섭 필터(EMI filter, Electro-magnetic interference filter)의 여러 부품 등 많은 부품이 사용되는 단점이 있다.

이를 해소하기 위하여, 상용 교류 전원을 이용하면서도 트랜스포머(Transformer), 인덕터(Inductor) 등을 사용하지 않고 부품 사용을 최소화 한 발광 다이오드 조명 장치가 개발되고 있다. 대표적으로 한국 특허출원 10-2014-0030583호 등의 발광 다이오드 조명 장치가 예시될 수 있다.

상기한 발광 다이오드 조명 장치는 IC 내부의 고정된 전압을 기준 전압으로 사용하며 LED 그룹, 발광에 따른 전류 경로를 제공하는 스위치들 및 전류 경로의 전류를 센싱하는 전류 센싱부의 구동 전류의 크기를 일정하게 제어한다.

상기한 발광 다이오드 조명 장치는 입력 전압의 크기가 일정하게 유지되는 경우 구동 전류를 일정하게 유지할 수 있다. 그러나 입력 전압의 크기가 변할 경우, 상기한 발광 다이오드 조명 장치는 LED 그룹에서 소비하는 전체 소비 전력이 일정하게 유지되지 않고 변화되는 문제점을 갖는다.

즉, 종래의 발광 다이오드 조명 장치는 상용 교류 전원의 크기가 증가함에 따라 소비 전력이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 교류 전원의 크기가 일정하지 않은 환경에서 LED 그룹과 발광에 따른 전류 경로를 제공하는 스위치들에 흐르는 전류를 일정하게 유지하거나(정전류 모드) 전체 소비 전력을 일정하게 유지하는(정전력 모드) 것을 선택할 수 있는 발광 다이오드 조명 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 발광 다이오드 조명 장치는, 정류 전압을 제공하는 정류부; 직렬 연결된 복수의 LED 그룹을 포함하며 상기 정류 전압에 대응하여 발광하는 조명부; 상기 복수의 LED 그룹에 각각 연결되는 스위치들; 상기 스위치들에 연결되어서 상기 조명부에 흐르는 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 제공하는 전류 검출부; 상기 정류 전압의 주기적인 변화를 따르는 검출 신호를 제공하는 전압 검출부; 상기 검출 신호를 이용하여 상기 정류 전압의 피크 전압을 검출한 피크 값을 제공하는 피크전압 검출부; 상기 피크 값의 변화를 따르는 정전력 보상 신호를 출력하는 정전력 보상부; 정전류 모드에 대응하여 미리 정해진 레벨의 내부 기준 전압에 대응하는 기준 전압을 제공하고, 정전력 모드에 대응하여 상기 정전력 보상 신호의 변화에 대응하는 상기 기준 전압을 제공하는 기준 전압 제공부; 및 상기 기준 전압에 대응하여 상기 스위치들에 대응하는 서로 다른 레벨을 갖는 채널 기준 전압들을 생성하며, 상기 센싱 전압과 상기 채널 기준 전압들을 비교하여 상기 스위치들에 스위칭 제어 신호들을 각각 제공하는 스위칭 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 발광 다이오드 조명 장치는 상기 기준 전압 제공부에서 출력되는 상기 기준 전압을 상기 검출 신호에 따라 조절하여 상기 스위칭 제어부로 제공하는 기준 전압 조절부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명은 LED 그룹과 발광에 따른 전류 경로를 제공하는 스위치들에 흐르는 구동 전류를 일정하게 유지하는 정전류 모드와 전체의 소비 전력을 일정하게 유지하는 정전력 모드를 선택적으로 수행할 수 있다.

그러므로, 교류 전원의 크기가 일정하지 않은 환경에서도 LED 그룹과 스위치들에 흐르는 전류를 일정하게 유지하거나 발광 다이오드 조명 장치의 전체 소비 전력을 일정하게 유지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치는 상용 교류 전원의 크기가 증가하여도 소비 전력의 소모를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 블록도.
도 2는 도 1의 상세 회로도.
도 3은 스위칭 제어부(70)를 상세히 예시하는 회로도.
도 4는 정전류 모드와 정전력 모드에 대한 정류 전압(VIN) 대 소비 전력의 관계를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치의 다른 실시예를 나타내는 블록도.
도 6은 도 5의 상세 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.

본 발명의 발광 다이오드 조명 장치는 정전류 모드(Constant Current Mode, CC mode)와 정전력 모드(Constant Power Mode, CP mode)를 선택 가능하도록 제공함으로써 전류를 일정하게 유지하거나 전체 소비 전력을 일정하게 유지하는 것을 선택할 수 있는 구성을 갖는다.

본 발명의 발광 다이오드 조명 장치의 바람직한 실시예는 도 1 및 도 2와 같이 실시될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 다이오드 조명 장치의 실시예는 정류부(10), 조명부(20), 스위치들(SW1~SW4), 전류 검출부(30), 전압 검출부(40), 기준 전압 제공부(50), 기준 전압 조절부(60), 스위치 제어부(70), 피크 전압 검출부(80) 및 정전력 보상부(90)를 포함한다.

정류부(10)는 교류 전원(Vs)에 대응한 정류 전압(VIN)을 제공한다. 보다 구체적으로, 정류부(10)는 교류 전원(Vs)과 브릿지 결합된 다이오드들(D1~D4)을 포함하며, 교류 전원(Vs)은 정현파 파형을 갖는 교류 전압을 공급하고, 브릿지 결합된 다이오드들(D1~D4)은 교류 전원(Vs)의 교류 전압을 전파 정류한 정류 전압(VIN)을 제공한다. 여기에서, 교류 전원(Vs)은 상용 교류 전원이 이용될 수 있다.

조명부(20)는 정류부(10)에서 제공되는 정류 전압(VIN)을 수신하는 LED 어레이를 포함하며, LED 어레이는 4 개의 LED 그룹들(LED1~LED4)을 포함하는 것으로 예시한다. LED 그룹들은 본 발명의 실시를 위하여 4개로 예시하였으나 제작자의 의도에 따라 다양한 수로 예시될 수 있다. 본 발명의 실시예는 간략한 도시를 위하여 LED 그룹들(LED1~LED4)을 각각 하나의 발광 다이오드로 표현하였으나 이에 제한되지 않고 각 LED 그룹들(LED1~LED4)은 둘 이상의 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결된 발광 다이오드들을 포함할 수 있다.

정류 전압(VIN)은 교류 전압이 반파 정류됨에 의하여 형성되며 교류 전압의 반 주기 단위로 레벨이 상승 및 하강한다. 정류 전압(VIN)이 한 주기 내에서 상승하는 경우, LED 그룹들(LED1~LED4)은 정류 전압(VIN)이 인가되는 위치를 기준으로 가까운 곳에서 먼 곳으로 순차적으로 발광하며, 발광하는 LED 그룹의 수가 증가한다. 이와 반대로, 정류 전압(VIN)이 한 주기 내에서 하강하는 경우, LED 그룹들(LED1~LED4)은 정류 전압(VIN)이 인가되는 위치를 기준으로 먼 곳에서 가까운 곳으로 순차적으로 소광하며, 발광하는 LED 그룹의 수가 감소한다.

스위치들(SW1~SW4)은 LED 그룹들(LED1~LED4)의 출력단에 각각 연결되며, 스위칭 제어 신호(Vc1~Vc4)의 상태에 따라 동작이 제어된다. 스위치들(SW1~SW4)은 NMOS 트랜지스터로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 스위치들(SW1~SW4)은 스위칭 제어 신호(Vc1~Vc4)가 게이트에 인가되고 각 LED 그룹들(LED1~LED4)의 출력이 드레인에 연결되며 전류 검출부(30)를 구성하는 전류 센싱 저항(Rsen)이 소스에 연결되도록 구성된다.

스위치들(SW1~SW4)은 LED 그룹들(LED1~LED4) 별로 구성되며 스위칭 제어 신호(Vc1~Vc4)의 레벨에 따라 턴온 또는 턴오프된다. 턴온된 스위치들(SW1~SW4)은 스위칭 제어 신호(Vc1~Vc4)의 증가 또는 감소에 따라 흐르는 구동 전류의 양을 증가 또는 감소시킨다. 그러므로, 스위치들(SW1~SW4)은 스위칭 제어 신호(Vc1~Vc4)에 의하여 LED 그룹들(LED1~LED4) 별 전류 경로 형성 및 전류 경로를 통한 전류의 흐름을 제어한다.

전류 검출부(30)는 일단이 접지에 연결되고 타단이 스위치들(SW1~SW4)의 소스와 공통으로 연결된 전류 센싱 저항(Rsen)을 포함하며, 스위치들(SW1~SW4)을 통하여 전달되는 구동 전류(ILED)에 대응하는 센싱 전압을 제공한다.

전압 검출부(40)는 정류 전압(VIN)의 주기적인 변화를 따르는 검출 신호(VSEN)를 제공한다. 보다 구체적으로, 전압 검출부(40)는 직렬 연결된 저항들(R1, R2)을 포함하여 구성될 수 있다. 직렬 연결된 저항들(R1, R2)은 정류부(10)에서 출력되는 정류 전압(VIN)을 제공받고, 직렬 연결된 저항들(R1, R2) 사이의 노드에서 검출 신호(VSEN)이 출력된다. 즉, 검출 신호(VSEN)는 정류 전압(VIN)이 저항들(R1, R2)에 의하여 분압된 전압이다.

피크 전압 검출부(80)는 전압 검출부(40)의 검출 신호(VSEN)를 이용하여 정류 전압(VIN)의 피크 전압을 검출한 피크 값(PDout)을 제공한다. 이를 위하여 피크 전압 검출부(80)는 검출 신호(VSEN)에 의한 충방전을 수행하며, 충전 전압을 정류 전압(VIN)의 피크 전압을 검출한 피크 값(PDout)으로 출력한다.

이를 위하여, 피크 전압 검출부(80)는 오차 증폭부(82), 스위칭 소자인 NMOS 트랜지스터(Q1), 캐패시터(Cpd) 및 저항(Rpd)를 포함하여 구성된다.

오차 증폭부(82)의 비반전 입력 단자(+)는 전압 검출부(40)의 검출 신호(VSEN)를 수신하고, 오차 증폭부(82)의 반전 입력 단자(-)는 병렬로 구성된 저항(Rpd)과 캐패시터(Cpd)에 연결된다. 그리고, 오차 증폭부(82)의 출력은 NMOS 트랜지스터(Q1)의 게이트에 연결된다.

NMOS 트랜지스터(Q1)는 드레인에 정전압 VDD이 인가되고 소스에 병렬로 구성된 저항(Rpd)와 캐패시터(Cpd)가 연결되도록 구성된다.

여기에서, 저항(Rpd)과 캐패시터(Cpd)는 충전 및 방전 시정수를 결정한다.

상기한 구성에서, 오차 증폭부(82)는 캐패시터(Cpd)의 충전 전압과 전압 검출부(40)의 검출 신호(VSEN)을 비교하여 오차에 대응하는 출력을 NMOS 트랜지스터(Q1)의 게이트로 제공한다. 즉, 오차 증폭부(82)는 검출 신호(VSEN)가 캐패시터(Cpd)의 충전 전압보다 높은 경우 NMOS 트랜지스터(Q1)를 턴온시키고, 검출 신호(VSEN)가 캐패시터(Cpd)의 충전 전압보다 낮은 경우 NMOS 트랜지스터(Q1)를 턴오프시킨다.

캐패시터(Cpd)는 NMOS 트랜지스터(Q1)가 턴온된 경우 정전압 VDD의 인가에 의하여 충전을 수행하고 NMOS 트랜지스터(Q1)가 턴오프된 경우 충전 전압을 저항(Rpd)을 통하여 방전시킨다.

상기한 구성에 의해서, 피크 전압 검출부(80)는 검출 신호(VSEN)에 의한 캐패시터(Cpd)의 충전 또는 방전을 수행하며, 상기 충전 또는 방전에 의하여 형성된 캐패시터(Cpd)의 충전 전압을 피크 값(PDout)으로 출력한다. 그러므로, 피크 값(PDout)은 검출 신호(VSEN)가 캐패시터(Cpd)의 충전 전압보다 높은 경우 상승되고, 검출 신호(VSEN)가 캐패시터(Cpd)의 충전 전압보다 낮은 경우 하강된다.

정전력 보상부(90)는 피크 값(PDout)의 변화를 따르는 정전력 보상 신호(VCP)를 출력한다.

이를 위하여, 정전력 보상부(90)는 오차 증폭부(92)를 포함할 수 있으며, 오차 증폭부(92)는 저항(R3)을 통하여 피크 전압 검출부(80)의 피크 값(PDout)이 반전 입력 단자(-)에 인가되고, 저항(R4)를 통하여 반전 입력 단자(-)와 출력 단자가 연결되며, 내부 기준 전압(VREF)이 비반전 입력 단자(+)에 인가되도록 구성된다.

상기한 구성에 의하여, 정전력 보상부(90)는 피크 값(PDout)과 내부 기준 전압(VREF)을 비교하며, 피크 값(PDout)이 상승하면 하강되는 정전력 보상 신호(VCP)를 출력하고, 피크 값(PDout)이 하강하면 상승되는 정전력 보상 신호(VCP)를 출력한다.

기준 전압 제공부(50)는 정전류 모드에 대응하여 미리 정해진 레벨의 내부 기준 전압(VREF)에 대응하는 기준 전압(VREFO)을 제공하고, 정전력 모드에 대응하여 정전력 보상 신호(VCP)의 변화에 대응하는 기준 전압(VREFO)을 제공한다.

이를 위하여, 기준 전압 제공부(50)는 선택부(54), 평균 전류 검출부(52) 및 오차 증폭부(54)를 포함한다.

선택부(54)는 정전류 모드를 활성화하기 위하여 외부로부터 제공되는 제어 신호(M_CC)에 대응하여 내부 기준 전압(VREF)를 선택하여 오차 증폭부(56)의 비반전 입력 단자(+)에 제공하도록 구성된다. 그리고, 선택부(54)는 정전력 모드를 활성화하기 위하여 외부로부터 제공되는 제어 신호(M_CP)에 대응하여 정전력 보상 신호(VCP)를 선택하여 오차 증폭부(56)의 비반전 입력 단자(+)에 제공하도록 구성된다.

평균 전류 검출부(52)는 구동 전류(ILED)의 평균 전류에 대응하는 전압을 제공하도록 구성된다. 보다 바람직하게는 평균 전류 검출부(52)는 전류 검출부(30)의 전류(ISEN)를 이용하여 구동 전류(ILED)의 평균 전류에 대응하는 전압을 오차 증폭부(56)의 반전 입력 단자(-)에 제공하도록 구성될 수 있다.

오차 증폭부(56)는 선택부(54)의 출력과 평균 전류 검출부(52)의 출력을 비교한 결과를 기준 전압(VREFO)으로 출력한다. 오차 증폭부(56)는 캐패시터(C1)를 통하여 반전 입력 단자(-)와 출력단이 연결된다.

오차 증폭부(56)는 정전류 모드의 경우 선택부(54)에서 제공되는 내부 기준 전압(VREF)과 평균 전류 검출부(52)의 출력을 비교한 결과를 기준 전압(VREFO)으로 출력하고 정전력 모드의 경우 선택부(54)에서 제공되는 정전력 보상 신호(VCP)와 평균 전류 검출부(52)의 출력을 비교한 결과를 기준 전압(VREFO)으로 출력한다.

스위칭 제어부(70)는 기준 전압(VREFO)을 이용하여 스위치들(SW1~SW4)에 대응하는 서로 다른 레벨을 갖는 채널 기준 전압들(M1~M4)을 생성하며, 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압과 채널 기준 전압들(M1~M4)을 비교하여 스위치들(SW1~SW4)에 스위칭 제어 신호들(Vc1~Vc4)을 각각 제공한다.

도 3을 참조하면, 스위치 제어부(70)는 채널 기준 전압 제공부(74) 및 오차증폭기들(A1~A4)을 포함한다.

채널 기준 전압 제공부(74)는 기준 전압(VREFO)을 전류로 변환하는 전류 변환 회로와 직렬로 연결된 복수 개의 저항(Rr1~Rr5)을 포함한다.

채널 기준 전압 제공부(74)의 전류 변환 회로는 기준 전압(VREFO)에 의하여 정전압(VDD)을 분압하여 서로 다른 레벨을 갖는 채널 기준 전압들(M1~M4)로 제공하며, 이를 위하여 기준 전압(VREFO)에 대응하는 출력을 제공하는 버퍼(76)와 버퍼(76)의 출력에 의하여 정전압(VDD)에 의한 전류를 제어하는 트랜지스터(Qm)를 포함한다.

그리고, 직렬 연결된 저항들(Rr1~Rr5)은 트랜지스터(Qm)와 접지 사이에 직렬 연결되며, 이들 간의 각 노드를 통하여 채널 기준 전압들(M1~M4)이 출력된다. 이때, 채널 기준 전압들(M1~M4)은 서로 다른 레벨을 가지며 채널 기준 전압(M1)이 가장 낮은 레벨을 갖고 채널 기준 전압(M4)이 가장 높은 레벨을 갖는다.

그리고, 오차증폭기들(A1~A4)은 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압과 채널 기준 전압들(M1~M4)을 비교하여 오차에 대응하는 스위칭 제어 신호들(Vc1~Vc4)을 생성하며, 스위치들(SW1~SW4)에 각각 스위칭 제어 신호(Vc1~Vc4)를 제공한다.

그러므로, 스위치들(SW1~SW4)은 정전류 모드에 의하여 내부 기준 전압(VREF)을 이용하여 생성된 기준 전압(VREFO)에 의하여 분압된 채널 기준 전압들(M1~M4)과 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압을 비교한 결과에 의하여 동작이 제어되며, 내부 기준 전압(VERF)이 미리 설정된 레벨을 유지함에 따라 정전류가 흐르도록 구동 전류를 레귤레이션한다.

또한, 스위치들(SW1~SW4)은 정전력 모드에 의하여 정전력 보상 신호(VCP)를 이용하여 생성된 기준 전압(VREFO)에 의하여 분압된 채널 기준 전압들(M1~M4)과 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압을 비교한 결과에 의하여 동작이 제어되며, 정전력 보상 신호(VCP)가 정류 전압(VIN)의 피크치에 따라 가변됨에 따라 정전력을 유지하도록 구동 전류의 양을 제어한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 도 1 및 도 2의 실시예의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 정전류 모드에서 도 1 및 도 2의 실시예의 동작을 설명한다. 정전류 모드에서 기준 전압(VREFO)은 미리 설정된 내부 기준 전압(VREF)에 의해 결정된다. 즉, 전압 검출부(40), 피크 전압 검출부(80) 및 정전력 보상부(90)의 동작에 의하여 결정되는 정전력 보상 신호(VCP)는 기준 전압(VREFO)에 반영되지 않는다.

각 스위치(SW1~SW4)는 정류 전압(VIN)의 초기 상태에서 턴온을 유지한다. 여기에서, 초기 상태는 정류 전압(VIN)의 레벨이 낮아서 LED 그룹들(LED1~LED4)이 발광하지 않은 상태를 의미한다. 초기 상태에서, 채널 기준 전압(M1~M4)보다 낮은 레벨의 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압이 오차증폭기(A1~A4)의 네가티브 단자(-)에 인가된다. 그러므로, 오차증폭기(A1~A4)는 하이 레벨의 신호를 출력하고, 스위치들(SW1~SW4)은 턴온 상태를 유지한다.

각 스위치들(SW1~SW4)은 각 채널 기준 전압(M1~M4)보다 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압의 레벨이 높아지면 해당 LED 그룹과 전류 센싱 저항(Rsen) 간의 전류 경로를 차단한다.

정류 전압(VIN)이 초기 상태에서 상승하여 LED 그룹(LED1)을 발광시키는 레벨에 도달하면, LED 그룹(LED1)은 발광하고, LED 그룹(LED1)의 발광을 위한 전류 경로는 턴온된 스위치(SW1)에 의하여 형성된다. 구동 전류(ILED)는 LED 그룹(LED1)에서 전류 경로를 제공하는 스위치(SW1)를 경유하여 전류 센싱 저항(Rsen)으로 흐른다.

스위치(SW1)에 의한 전류 경로는 정류 전압(VIN)이 LED 그룹들(LED1, LED2)을 발광시킬 수 있는 레벨에 도달할 때까지 유지되며, 전류 경로를 통하여 흐르는 구동 전류(ILED)는 일정한 레벨을 유지하도록 레귤레이션된다. 즉, 정류 전압(VIN)이 상승하여도, 미리 설정된 레벨을 유지하는 내부 기준 전압(VERF)을 따르는 채널 기준 전압(M1)이 일정한 레벨을 유지하고, 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압이 오차 증폭기(A1)에 피드백되므로, 스위치(SW1)는 흐를 수 있는 전류량을 일정하게 유지하는 정전류 모드 동작을 수행한다.

그 후 정류 전압(VIN)이 LED 그룹들(LED1, LED2)을 발광시키는 레벨에 도달하면, LED 그룹들(LED1, LED2)이 발광하고, LED 그룹들(LED1, LED2)의 발광을 위한 전류 경로는 스위치(SW2)에 의하여 형성된다. 구동 전류(ILED)는 LED 그룹들(LED1, LED2)에서 전류 경로를 제공하는 스위치(SW2)를 경유하여 전류 센싱 저항(Rsen)으로 흐른다.

이때, 발광 상태의 변화에 따라, 전류 센싱 저항(Rsen)의 전류량은 증가되며 센싱 전압이 상승한다. LED 그룹들(LED1, LED2)의 발광에 의한 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압은 채널 기준 전압(M1) 이상으로 상승한다. 그러므로, 오차 증폭기(A1)의 출력에 의하여 스위치(SW1)는 턴오프된다.

스위치(SW2)에 의한 전류 경로는 정류 전압(VIN)이 LED 그룹들(LED1~LED3)을 발광시킬 수 있는 레벨에 도달할 때까지 유지되며, 전류 경로를 통하여 흐르는 구동 전류(ILED)는 일정한 레벨을 유지하도록 레귤레이션된다. 즉, 정류 전압(VIN)이 상승하여도, 미리 설정된 레벨을 유지하는 내부 기준 전압(VERF)을 따르는 채널 기준 전압(M2)이 일정한 레벨을 유지하고, 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압이 오차 증폭기(A2)에 피드백되므로, 스위치(SW2)는 흐를 수 있는 전류량을 일정하게 유지하는 정전류 모드 동작을 수행한다.

그 후 정류 전압(VIN)이 LED 그룹들(LED1~LED3)을 발광시키는 레벨에 도달하면, LED 그룹들(LED1~LED3)이 발광하고, LED 그룹들(LED1~LED3)의 발광을 위한 전류 경로는 스위치(SW3)에 의하여 형성된다. 구동 전류(ILED)는 LED 그룹들(LED1~LED3)에서 스위치(SW3)를 경유하여 전류 센싱 저항(Rsen)으로 흐른다.

이때, 발광 상태의 변화에 따라, 전류 센싱 저항(Rsen)의 전류량은 증가되며 센싱 전압이 상승한다. LED 그룹들(LED1~LED3)의 발광에 의한 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압은 채널 기준 전압(M2) 이상으로 상승한다. 그러므로, 오차 증폭기(A2)의 출력에 의하여 스위치(SW2)는 턴오프된다.

스위치(SW3)에 의한 전류 경로는 정류 전압(VIN)이 LED 그룹들(LED1~LED4)을 발광시킬 수 있는 레벨에 도달할 때까지 유지되며, 전류 경로를 통하여 흐르는 구동 전류(ILED)는 일정한 레벨을 유지하도록 레귤레이션된다. 즉, 정류 전압(VIN)이 상승하여도, 미리 설정된 레벨을 유지하는 내부 기준 전압(VERF)을 따르는 채널 기준 전압(M3)이 일정한 레벨을 유지하고, 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압이 오차 증폭기(A3)에 피드백되므로, 스위치(SW3)는 흐를 수 있는 전류량을 일정하게 유지하는 정전류 모드 동작을 수행한다.

그 후 정류 전압(VIN)이 LED 그룹들(LED1~LED4)을 발광시키는 레벨에 도달하면, LED 그룹들(LED1~LED4)이 발광하고, LED 그룹들(LED1~LED4)의 발광을 위한 전류 경로는 스위치(SW4)에 의하여 형성된다. 구동 전류(ILED)는 LED 그룹들(LED1~LED4)에서 스위치(SW4)를 경유하여 전류 센싱 저항(Rsen)으로 흐른다.

이때, 발광 상태의 변화에 따라, 전류 센싱 저항(Rsen)의 전류량은 증가되며 센싱 전압이 상승한다. LED 그룹들(LED1~LED4)의 발광에 의한 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압은 채널 기준 전압(M3) 이상으로 상승한다. 그러므로, 오차 증폭기(A3)의 출력에 의하여 스위치(SW3)는 턴오프된다.

스위치(SW4)에 의한 전류 경로는 정류 전압(VIN)이 최고치로 상승한 후 LED 그룹들(LED1~LED4)을 발광시키는 레벨보다 낮아질 때까지 유지되며, 전류 경로를 통하여 흐르는 구동 전류(ILED)는 일정한 레벨을 유지하도록 레귤레이션된다. 즉, 정류 전압(VIN)이 상승하여도, 미리 설정된 레벨을 유지하는 내부 기준 전압(VERF)을 따르는 채널 기준 전압(M4)이 일정한 레벨을 유지하고, 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압이 오차 증폭기(A4)에 피드백되므로, 스위치(SW4)는 흐를 수 있는 전류량을 일정하게 유지하는 정전류 모드 동작을 수행한다.

정류 전압(VIN)이 LED 그룹들(LED1~LED3, LED1~LED2, LED1)을 발광시키는 레벨 이하로 점차 떨어지면, LED 그룹들(LED3, LED2, LED1)은 순차적으로 소광된다. 상기한 정류 전압(VIN)의 하강에 대응하여 전류 센싱 저항(Rsen)의 센싱 전압이 하강하고, 결과적으로 전류 경로는 정류 전압(VIN)의 상승과 반대로 순차적으로 스위치들(SW3~SW1)로 변경된다.

정류 전압(VIN)이 초기 상태의 수준으로 하강하면, LED 그룹들(LED1~LED4)이 모두 소광된다.

한편, 본 발명의 도 1 및 도 2의 실시예가 정전력 모드로 동작되는 것을 설명한다.

정전력 모드에서 기준 전압(VREFO)은 정전력 보상 신호(VCP)에 의해 결정된다. 정전력 보상 신호(VCP)는 정류 전압(VIN)의 피크 값(PDout)의 변화에 따라 변화된다.

즉, 교류 전원의 크기가 상승하면, 정류 전압(VIN)의 피크 값(PDout)이 상승하고, 정전력 보상부(90)에서 출력되는 정전력 보상 신호(VCP)는 감소하며, 기준 전압 제공부(50)는 하강한 레벨의 기준 전압(VREFO)을 제공한다.

이에 스위칭 제어부(70)의 각 스위치들(SW1~SW4)은 기준 전압(VREFO)이 하강하는 만큼 전류 구동 능력이 줄어든다. 즉, 각 스위치들(SW1~SW4)은 교류 전원의 크기가 상승한 것을 보상하기 위하여 낮은 레벨로 구동 전류(ILED)에 대한 레귤레이션을 수행한다.

한편, 교류 전원의 크기가 하강하면, 정류 전압(VIN)의 피크 값(PDout)이 감소하고, 정전력 보상부(90)에서 출력되는 정전력 보상 신호(VCP)는 증가하며, 기준 전압 제공부(50)는 상승한 레벨의 기준 전압(VREFO)을 제공한다.

이에 스위칭 제어부(70)의 각 스위치들(SW1~SW4)은 기준 전압(VREFO)이 상승하는 만큼 전류 구동 능력이 증가한다. 즉, 각 스위치들(SW1~SW4)은 교류 전원의 크기가 하강한 것을 보상하기 위하여 높은 레벨로 구동 전류(ILED)에 대한 레귤레이션을 수행한다.

도 1 및 도 2의 실시예는 정전력 모드에서 교류 전원의 크기 변화에 대응하여 구동 전류(ILED)의 양을 변화시킴으로써 소비 전력을 일정하게 유지할 수 있다.

정전류 모드와 정전력 모드에서 정류 전압(VIN) 대 소비 전력의 관계는 도 4를 참조하여 이해할 수 있으며, 정전력 모드에서 소비 전력이 일정하게 유지됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 도 5 및 도 6과 같이 기준 전압 조절부(60)를 더 포함하도록 실시될 수 있다.

기준 전압 조절부(60)는 기준 전압 제공부(50)에서 출력되는 기준 전압(VREFO)을 전압 검출부(40)의 검출 신호(VSEN)에 따라 조절하여 스위칭 제어부(70)로 제공하도록 구성된다. 도 5 및 도 6의 실시예에서 스위칭 제어부(70)에 제공되는 기준 전압은 도 1 및 2의 실시예와 구분을 위하여 Mout로 표시한다.

기준 전압 조절부(60)는 기준 전압 제공부(50)에서 출력되는 기준 전압(VREFO)과 전압 검출부(40)의 검출 신호(VSEN)를 곱셈 연산하는 곱셈부를 포함하도록 구성될 수 있으며, 곱셈부는 검출 신호(VSEN)를 이용하여 기준 전압(VREFO)을 선형 증폭하여 기준 전압(Mout)으로 스위칭 제어부(70)에 출력한다. 기준 전압(VREFO)이 일정하게 유지되는 경우, 선형 증폭도는 검출 신호(VSEN)에 따라 결정될 수 있다.

검출 신호(VSEN)는 주기적으로 변화되는 정류 전압(VIN)의 변화를 따른다.

그러므로, 기준 전압 조절부(60)에서 출력되는 기준 전압(Mout)도 검출 신호(VSEN)의 주기적인 변화를 따른다.

그러므로, 도 5 및 도 6의 실시예서 스위칭 제어부(70)는 정류 전압(VIN)의 변화를 따르는 기준 전압(Mout)을 이용하여 구동 전류의 흐름을 제어한다.

기준 전압(Mout)이 변화하면, 채널 기준 전압들(M1~M4)도 변화한다.

보다 구체적으로, 발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광한 후 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광하는 구간, 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광한 후 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광하는 구간, 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광한 후 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광하는 구간, 및 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광한 후 정류 전압(VIN)이 피크치로 상승하는 구간과 같이 정류 전압(VIN)이 상승하는 구간들에서, 기준 전압(Mout)과 채널 기준 전압들(M1~M4)은 정류 전압(VIN)의 변화를 따라 상승한다. 이 경우, 오차 증폭기(A1~A4)의 출력은 상승하고, 스위치들(SW1~SW4)의 전류 구동 능력도 상승한다. 그러므로, 상기한 각 구간 동안 스위치들(SW1~SW4)은 도 1 및 도 2의 실시예와 같이 일정한 양으로 구동 전류의 흐름을 제어하지 않고 정류 전압(VIN)의 변화를 따르도록 구동 전류의 양을 점차 증가시킨다.

이와 반대로, 정류 전압(VIN)이 피크치로 상승한 후 발광 다이오드 그룹(LED4)이 소광되는 구간, 발광 다이오드 그룹(LED4)이 소광된 후 발광 다이오드 그룹(LED3)이 소광되는 구간, 발광 다이오드 그룹(LED3)이 소광된 후 발광 다이오드 그룹(LED2)이 소광되는 구간, 발광 다이오드 그룹(LED2)이 소광된 후 발광 다이오드 그룹(LED1)이 소광되는 구간과 같이 정류 전압(VIN)이 하강하는 구간들에서, 기준 전압(Mout)과 채널 기준 전압들(M1~M4)은 정류 전압(VIN)의 변화를 따라 하강한다. 이 경우, 오차 증폭기(A1~A4)의 출력은 하강하고, 스위치들(SW1~SW4)의 전류 구동 능력도 하강한다. 그러므로, 상기한 각 구간 동안 스위치들(SW1~SW4)은 도 1 및 도 2의 실시예와 같이 일정한 양으로 구동 전류의 흐름을 제어하지 않고 정류 전압(VIN)의 변화를 따르도록 구동 전류의 양을 점차 하강시킨다.

상기한 도 5 및 도 6의 실시예도 정전력 모드를 선택할 수 있다. 그에 따라 기준 전압(VREFO)은 정전력 보상 신호(VCP)에 의해 결정되며, 기준 전압 조절부(60)에서 출력되는 기준 전압(Mout)은 정류 전압(VIN)의 피크 값(PDout)의 변화를 보상할 수 있도록 출력된다.

결과적으로 스위치들(SW1~SW4)은 정류 전압(VIN)의 주기적인 변화와 정류 전압(VIN)의 피크 값(PDout)의 변화를 따르도록 구동 전류의 양을 제어함으로써 전력 소모가 균일하게 유지될 수 있도록 구동 전류(ILED)의 흐름을 제어한다.

그러므로, 도 5 및 도 6의 실시예는 정전력 모드에서 교류 전원의 크기 변화에 대응하여 구동 전류(ILED)의 양을 변화시킴으로써 소비 전력을 일정하게 유지할 수 있다.

도 5 및 도 6의 다른 구성 요소들의 구성 및 동작은 도 1 및 도 2의 실시예와 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들은 LED 그룹과 발광에 따른 전류 경로를 제공하는 스위치들에 흐르는 구동 전류를 일정하게 유지하는 정전류 모드와 전체의 소비 전력을 일정하게 유지하는 정전력 모드를 선택적으로 수행할 수 있다.

Claims

정류 전압을 제공하는 정류부;
직렬 연결된 복수의 LED 그룹을 포함하며 상기 정류 전압에 대응하여 발광하는 조명부;
상기 복수의 LED 그룹에 각각 연결되는 스위치들;
상기 스위치들에 연결되어서 상기 조명부에 흐르는 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 제공하는 전류 검출부;
상기 정류 전압의 주기적인 변화를 따르는 검출 신호를 제공하는 전압 검출부;
충방전을 수행하며 피크값으로 충전 전압을 제공하는 캐패시터, 상기 캐패시터의 정전압에 의한 충전을 제어하는 스위칭 소자, 상기 캐패시터에 병렬로 연결된 저항 및 상기 검출 신호와 상기 캐패시터의 상기 충전 전압을 비교하여 상기 스위칭 소자의 동작을 제어하는 오차증폭기;를 포함하며 상기 충전 전압과 상기 검출 신호의 비교에 의하여 스위칭 소자의 동작을 제어함으로써 상기 캐패시터의 충방전을 제어하고, 상기 충전 전압을 상기 정류 전압의 피크 전압을 검출한 피크 값으로 제공하는 피크전압 검출부;
상기 피크 값과 내부 기준 전압을 비교하며, 상기 피크 값이 상기 기준 전압 이상으로 상승하면 하강하는 정전력 보상 신호를 출력하고, 상기 피크 값이 상기 기준 전압 이하로 하강하면 상승하는 상기 정전력 보상 신호를 출력하는 정전력 보상부;
외부로부터 제공되는 제어 신호에 대응하여 상기 내부 기준 전압과 상기 정전력 보상 신호 중 어느 하나를 선택하며 정전류 모드에 대응하여 상기 내부 기준 전압을 선택하고 정전력 모드에 대응하여 상기 정전력 보상 신호를 제공하는 선택부, 상기 전류 검출부에 흐르는 상기 구동 전류를 검출하며 상기 구동 전류의 평균 전류에 대응하는 전압을 제공하는 평균 전류 검출부, 및 비반전 입력 단자의 상기 선택부의 출력과 반전 단자의 상기 평균 전류 검출부의 출력을 비교한 결과를 기준 전압으로 제공하는 오차증폭부를 포함하는 기준 전압 제공부; 및
상기 기준 전압에 대응하여 상기 스위치들에 대응하는 서로 다른 레벨을 갖는 채널 기준 전압들을 생성하며, 상기 센싱 전압과 상기 채널 기준 전압들을 비교하여 상기 스위치들에 스위칭 제어 신호들을 각각 제공하는 스위칭 제어부;를 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
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제1 항에 있어서,
상기 검출 신호가 상기 충전 전압보다 높은 경우 상기 스위칭 소자의 턴온에 의해서 상기 캐패시터가 충전되고, 상기 검출 신호가 상기 충전 전압보다 낮은 경우 상기 스위칭 소자의 턴오프에 의해서 상기 캐패시터의 상기 충전 전압이 상기 저항을 통하여 방전되는 발광 다이오드 조명 장치.
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제1 항에서, 상기 스위치 제어부는,
상기 기준 전압을 이용하여 서로 다른 레벨을 갖는 상기 채널 기준 전압들을 제공하는 채널 기준 전압 제공부; 및
상기 센싱 전압과 상기 채널 기준 전압들을 비교하여 오차에 대응하는 상기 스위칭 제어 신호들을 생성하며, 상기 스위치들에 각각 상기 스위칭 제어 신호를 제공하는 오차증폭기들;을 포함하는 발광 다이오드 장치.
제8 항에서, 상기 채널 기준 전압 제공부는,
상기 기준 전압을 전류로 변환하는 전류 변환 회로; 및
상기 전류 변환 회로의 상기 전류가 흐르는 직렬로 연결된 복수 개의 저항;을 포함하며,
상기 복수 개의 저항들의 노드들에서 서로 다른 레벨로 출력되는 상기 채널 기준 전압들을 상기 채널 기준 전압들로 제공하는 발광 다이오드 조명 장치.
제1 항에 있어서,
상기 기준 전압 제공부에서 출력되는 상기 기준 전압을 상기 검출 신호에 따라 조절하여 상기 스위칭 제어부로 제공하는 기준 전압 조절부를 더 포함하는 발광 다이오드 조명 장치.
제10 항에 있어서,
상기 기준 전압 조절부는 상기 기준 전압 제공부에서 출력되는 상기 기준 전압과 상기 검출 신호를 곱셈 연산하는 곱셈부를 포함하며,
상기 곱셈부의 출력을 상기 스위칭 제어부에 상기 기준 전압으로 제공하는 발광 다이오드 조명 장치.