KR102061667B1 - 역률 개선 기능을 구비한 다채널 led의 교류 직결형 구동 장치 - Google Patents

역률 개선 기능을 구비한 다채널 led의 교류 직결형 구동 장치 Download PDF

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Abstract

직,병렬의 LED들의 다채널을 직렬로 연결하고 교류 전원을 직접 다채널에 공급하되, 입력 전압의 레벨에 따라 그 레벨에 적합하게 다채널의 연결 상태를 조정하여 다채널 모두에 균일하게 전류를 분배하는, 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 관한 것으로서, 교류 전원을 정류하는 정류부; 직렬로 배열되는 다수의 LED 채널로서, 각 LED 채널은 다수의 LED로 구성되는, 복수의 LED 채널; 마지막 순서의 LED 채널 외에 나머지 LED 채널 각각에 대응되도록 구성되는 다수의 전류 제어부로서, 각 전류 제어부는 해당 LED 채널에 공급되는 전류를 다음 LED 채널로 분기하도록 제어하는, 다수의 전류 제어부; 각 전류 제어부에 대응되도록 구성되는 다수의 전류 제한부로서, 각 전류 제한부는 저항으로 구성되어 해당 전류 제어부가 미러링 하여 분기하는 전류의 크기를 제한하는, 다수의 전류 제한부; 및, 상기 교류 전원의 입력 전압의 크기에 따라 상기 다수의 전류 제어부를 활성화 하는 다채널 전류구동부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 장치에 의하여, 입력 전압의 레벨에 따라 다채널의 연결 상태를 조정하여 다채널 모두에 균일하게 전류를 분배함으로써, 플리커 현상을 개선하면서도 역률을 개선하고 광 효율을 극대화할 수 있다.

Description

역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류 직결형 구동 장치 { A driving apparatus for AC direct multi-channel LED light with ability of improving power-factor }
본 발명은 직,병렬의 LED들의 다채널을 직렬로 연결하고 교류 전원을 직접 다채널에 공급하되, 입력 전압의 레벨에 따라 그 레벨에 적합하게 다채널의 연결 상태를 조정하여 다채널 모두에 균일하게 전류를 분배하는, 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 각 채널에 공급되는 전류를 다음 채널로 분기하는 전류 제어부를 단일 회로 칩으로 구비하고, 전류 제어부 앞단에 저항 소자로 구성하여 분기되는 전류의 크기를 조절하는 전류 제한부를 구비하는, 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 교류 전원 직결형 방식의 LED 구동 장치는 상용 교류 전원을 직접 이용하여 LED 모듈에 공급되는 전류를 제어한다. 교류 전원 직결형 방식은 콘덴서를 사용하지 않기 때문에, 콘덴서의 ??은 수명에 따른 LED 조명 장치의 수명 단축 문제를 해결할 수 있고, 콘덴서의 설치 공간이나 중량을 줄임으로써 전원장치를 보다 소형화 시킬 수 있다. 따라서 최근에는 교류 전원 직결형 방식의 LED 구동 장치가 SMPS(Switching Mode Power Supply)를 이용한 직류 전원 이용 방식 보다 선호되고 있다.
그러나 교류 전원 직결형 방식은 전류의 크기가 주기적으로 변동되는 교류 전원을 이용하기 때문에, 플리커(flicker)가 발생되는 문제점을 가진다. 플리커라 함은, 광도의 주기적 변화가 시각적으로 느껴지는 것을 말한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 입력 전압의 레벨에 따라 그 레벨에 적합하게 발광 다이오드의 연결 상태를 조정할 수 있는 다채널 동기식 LED 구동 회로 기술이 제시되고 있다[특허문헌 1].
도 1에서 보는 바와 같이, 종래기술에 따른 다채널 동기식 LED 구동 회로는 정류부(100), 복수의 발광 다이오드(210,220,230,240), 전류 검출기(310,320,330), 전류 미러(411,421,431)와 다이오드(412,422,432), 및 순차 전류구동부(500)로 구성된다.
정류부(100)는 브릿지 다이오드(110) 등으로 구성되어, 입력되는 교류 전원(AC)을 정류하며, 정류된 전류를 발광 다이오드(210,220,230,240)로 공급한다. 이때, 도 2에서 보는 바와 같이, 정류된 교류 전원은 정류된 후 평활화 되지 않았기 때문에, 시간에 따라 전압의 크기가 변동된다.
또한, 복수 개의 발광 다이오드(210,220,230,240)는 직렬로 연결되는데, 그 사이에 다이오드(412,422,432)를 통해 직렬로 연결된다. 이때, 공급되는 전압(또는 입력 전압)의 크기에 따라, 다이오드(412,422,432)를 통해 다음 발광 다이오드(210,220,230,240)에 전류가 공급되거나, 전압이 낮아 다이오드(412,422,432)를 통해 공급되지 않을 수 있다.
도 3에서 보는 바와 같이, 공급되는 전압의 크기는 구간 0, 1, 2, ..., 4와 같이 5개로 구분될 수 있다. 구간 0은 입력 전압(Vin)이 제1 발광 다이오드(210)의 구동 전압(VLED1) 이하인 구간이다. 이 구간에서는 입력 전압이 작아 모든 발광 다이오드(210,220,230,240)가 턴 오프된다.
또한, 구간 1은 입력 전압(Vin)이 제1 발광 다이오드(210)의 구동 전압(VLED1) 보다 크고 제1 내지 제2 발광 다이오드(210,220)의 구동 전압(VLED1+VLED2) 보다 작은 구간이다. 이때, 제1 발광 다이오드(210)에만 입력 전류가 공급되고, 제2 발광 다이오드(220)는 제1 다이오드(412)를 통한 전압이 낮아 구동될 만큼의 전류가 공급되지 않으며, 이후 발광 다이오드(220,230,240)도 다이오드(412,422,432)를 통해서는 전류가 공급되지 않는다.
또한, 구간 2는 입력 전압(Vin)이 제1 내지 제2 발광 다이오드(210,220)의 구동 전압(VLED1+VLED2) 보다 크고 제1 내지 제3 발광 다이오드(210,220,230)의 구동 전압(VLED1+VLED2+VLED3) 보다 작은 구간이다. 이때, 제1 내지 제2 발광 다이오드(210,220)에만 입력 전류가 공급되고, 제3 발광 다이오드(220)는 제2 다이오드(422)를 통해 충분한 전류가 공급되지 않고, 이후 발광 다이오드(230,240)도 다이오드(422,432)를 통해서는 전류가 공급되지 않는다.
또한, 구간 3은 입력 전압(Vin)이 제1 내지 제3 발광 다이오드(210,220,230)의 구동 전압(VLED1+VLED2+VLED3) 보다 크고 제1 내지 제4 발광 다이오드(210,220,230,240)의 구동 전압(VLED1+VLED2+VLED3+VLED4) 보다 작은 구간이다. 마찬가지로 제1 내지 제3 발광 다이오드(210,220,230)에만 입력 전류가 공급되고, 제4 발광 다이오드(240)는 다이오드(432)를 통해서는 전류가 공급되지 않는다.
그리고 마지막 구간 4는 제1 내지 제4 발광 다이오드(210,220,230,240)의 구동 전압(VLED1+VLED2+VLED3+VLED4) 보다 큰 구간이다. 이 구간에서는 발광 다이오드(210,220,230,240) 모두에 다이오드(412,422,432)를 통해서 전류가 공급된다.
또한, 전류 검출기(310,320,330)는, 순차 전류구동부(500)의 입력 전류의 흐름에 따라 활성화되어, 발광 다이오드(210,220,230,240)에 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류를 전류 미러(411,421,431)에 제공한다.
즉, 제1 내지 제3 전류 검출기(310,320,330)는 각각 제1 내지 제3 발광 다이오드(210,220,230)의 출력에 연결되어, 제1 내지 제3 발광 다이오드(210,220,230)에 흐르는 전류를 검출한다. 또한, 각 전류 검출기(310,320,330)는 각각 제1 내지 제3 전류 미러(411,421,431)에 연결되고, 순차 전류구동부(500)에 연결되어 검출된 전류를 순차 전류구동부(500)로 제공한다.
또한, 전류 미러(411,421,431)는, 각 전류 검출기(310,320,330)에 의하여 검출된 전류를 제공받아 미러링하고, 미러링된 전류를 다음 발광 다이오드(220,230,240)에 공급한다. 이때, 제1 내지 제3 전류 미러(411,421,431)는 각각 제1 내지 제3 발광 다이오드(210,220,230)에 흐르는 전류를 미러링하여, 그 다음 발광 다이오드(220,230,240)로 전달하는데, 미러링되는 전류는 각각의 발광 다이오드(210,220,230)에 흐르는 전류의 크기와 동일한 크기인 것에 한정되지 않고 제1 내지 제3 발광 다이오드(210,220,230)에 흐르는 전류에 대하여 비례 관계를 가질 수도 있다.
한편, 제1 내지 제3 다이오드(412,422,432)는, 각각 제1 내지 제3 발광 다이오드(210,220,230)의 출력과 그 다음 발광 다이오드(220,230,240)에 연결되어, 각각 제1 내지 제3 전류 미러(411,421,431)에 의하여 미러링되는 전류가 제1 내지 제3 발광 다이오드(210,220,230)로 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 순차 전류구동부(500)는, 입력 전압 레벨에 따라 전류 검출기(310,320,330)를 활성화함으로써, 전류 미러(411,421,431)가 검출된 전류를 미러링하도록 하고, 이를 통하여 미러링된 전류를 발광 다이오드(220,230,240)의 구동 전류로 사용할 수 있도록 한다. 즉, 순차 전류구동부(500)는, 내부에 스위칭 소자를 구비하고, 입력 전압 레벨에 따라 상이한 경로에 전류를 도통시키게 되는데, 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같은 입력 전압 레벨의 구간에 있어서는, 구간 0에서는 모든 경로에 전류가 도통되지 않으며, 구간 1에서는 제1 경로에만 제1 입력 전류(I1)가 도통되고, 구간 2에서는 제2 경로에만 제2 입력 전류(I2)가 도통되며, 구간 3에서는 제3 경로에만 제3 입력 전류(I3)가 도통되고, 구간 4에서는 제4 경로에만 제4 입력 전류(I4)가 도통되도록 할 수 있다.
도 3과 같이 입력 전압(Vin)이 변동되는 각 구간에서의 발광 다이오드 구동 장치의 동작이 도 4에 도시되고 있다.
도 4에서 보는 바와 같이, 구간 0에서는, 순차전류구동부(500)에 구동 전류(Iin)가 흐르지 않으므로, 모든 발광 다이오드(210,220,230,240)는 턴오프 상태가 된다.
구간 1에서는, 순차전류구동부(500)의 제1 경로가 도통되어 제1 입력 전류(I1)가 제1 발광 다이오드(210)를 통하여 흐르게 되고, 이는 제1 전류검출기(310)에 의하여 검출되고, 검출된 전류는 제1 전류 미러(411)에 의하여 미러링 되어 제2 발광 다이오드(220)로 흐르게 된다. 또한, 제2 발광 다이오드(220)를 통하여 흐르는 전류는 제2 전류검출기(320)에 의하여 검출되고, 검출된 전류는 제2 전류 미러(421)에 의하여 미러링 되어 제3 발광 다이오드(230)로 흐르게 된다. 이와 같이, 모든 발광 다이오드(210,220,230,240)에 전류가 흐른다. 즉, 이 경우, 4개의 발광 다이오드(210,220,230,240)가 병렬로 연결된 것과 같다. 따라서 각 발광 다이오드의 부하가 동일하다면 동일한 전류가 흐른다.
구간 2에서는, 순차전류구동부(500) 내 제1 경로는 차단되고, 제2 경로만이 도통되어 제2 입력 전류(I2)가 흐르게 된다. 따라서 제2 입력 전류(I2)가 제1 발광 다이오드(210) 및 제2 발광 다이오드(220)를 통하여 흐르게 된다. 이때, 제2 발광 다이오드(220)를 통하여 흐르는 전류는, 제2 전류검출기(320)에 의하여 검출되고, 검출된 전류는 제2 전류 미러(421)에 의하여 미러링 되어 제3 발광 다이오드(230)로 흐르게 된다. 마찬가지로 이후 제4 발광 다이오드(240)도 미러링된 전류가 흐르게 된다.
이 경우, 3개의 발광 다이오드(220,230,240)가 병렬로, 여기에 제1 발광 다이오드(210)가 직렬로 연결된 경우와 같다. 따라서 제1 발광 다이오드(210)의 전류 크기와, 제2 내지 제4의 발광 다이오드(220,230,240)의 전류 크기의 합이 같다. 즉, 제2 내지 제4의 발광 다이오드(220,230,240)의 전류 크기는 제1 발광 다이오드(210)의 전류 크기 보다 1/3배 작다.
구간 3에서는, 순차전류구동부(500) 내 제1 경로 및 제2 경로는 차단되고, 제3 경로만이 도통되어 제3 입력 전류(I3)가 흐르게 된다. 따라서 제3 입력 전류(I3)가 제1 내지 제3 발광 다이오드(210,220,230)를 통하여 흐르게 된다. 이때 제3 발광 다이오드(230)를 통하여 흐르는 전류는 제3 전류검출기(330)에 의하여 검출되고, 제3 전류 미러(431)에 의하여 미러링 되어 제4 발광 다이오드(240)로 흐르게 된다.
이 경우, 2개의 발광 다이오드(230,240)가 병렬로, 여기에 제1 및 제2 발광 다이오드(210,220)가 직렬로 연결된 경우와 같다. 따라서 제1 및 제2 발광 다이오드(210,220)의 전류 크기는 같다. 그리고 제1 또는 제2 발광 다이오드(210,220)의 전류 크기와, 제3 내지 제4의 발광 다이오드(230,240)의 전류 크기의 합이 같다. 즉, 제3 내지 제4의 발광 다이오드(230,240)의 전류 크기는 제1 또는 제2 발광 다이오드(210,220)의 전류 크기 보다 1/2배 작다.
따라서 종래기술에 따른 멀티 발광 다이오드의 교류 직결형 구동 장치는 입력 전압의 크기에 따라, 각 발광 다이오드의 밝기가 차이가 난다는 문제점이 있다. 즉, 앞서, 구간 2 또는 3과 같이, 미러링되기 이전의 발광 다이오드와, 미러링되는 발광 다이오드 간에는 공급되는 전류의 크기가 차이가 있으므로, 각 발광 다이오드의 밝기가 차이가 발생된다. 이로 인해, 멀티 발광 다이오드의 플리커 현상이 발생되는 문제점이 있다.
다시 말하면, LED 직렬 또는 병렬로 구동된 다채널을 구동하기 위한 교류 직결형 구동장치는 LED 소자의 개수에 따라 회로설계가 불가피하며 채널별로 전류가 균일하게 되지 않는다. 즉, LED의 일부 채널은 병렬로 구성되므로, LED에 따라 밝기가 달라진다. 채널간의 균일성(uniformity)을 맞추기 위해 채널별로 전류를 제한해야 하며, 특히 각 채널별로 바이어스 전류를 제어할 수 있어야 한다.
한국등록특허 제10-1802887호(2017.11.29.공고)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 직,병렬의 LED들의 다채널을 직렬로 연결하고 교류 전원을 직접 다채널에 공급하되, 입력 전압의 레벨에 따라 그 레벨에 적합하게 다채널의 연결 상태를 조정하여 다채널 모두에 균일하게 전류를 분배하는, 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 각 채널에 공급되는 전류를 다음 채널로 분기하는 전류 제어부를 단일 회로 칩으로 구비하고, 전류 제어부 앞단에 저항 소자로 구성하여 분기되는 전류의 크기를 조절하는 전류 제한부를 구비하는, 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 관한 것으로서, 교류 전원을 정류하는 정류부; 직렬로 배열되는 다수의 LED 채널로서, 각 LED 채널은 다수의 LED로 구성되는, 복수의 LED 채널; 마지막 순서의 LED 채널 외에 나머지 LED 채널 각각에 대응되도록 구성되는 다수의 전류 제어부로서, 각 전류 제어부는 해당 LED 채널에 공급되는 전류를 다음 LED 채널로 분기하도록 제어하는, 다수의 전류 제어부; 각 전류 제어부에 대응되도록 구성되는 다수의 전류 제한부로서, 각 전류 제한부는 저항으로 구성되어 해당 전류 제어부가 미러링 하여 분기하는 전류의 크기를 제한하는, 다수의 전류 제한부; 및, 상기 교류 전원의 입력 전압의 크기에 따라 상기 다수의 전류 제어부를 활성화 하는 다채널 전류구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 있어서, 상기 전류 제어부는 단일 IC 칩으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 있어서, 상기 구동 장치는, 각 LED 채널로 공급되는 미러링 전류의 역류를 방지하기 위하여, 해당 LED 채널의 캐소드와 다음 LED 채널의 애노드 사이에 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 있어서, 상기 전류 제한부는 해당 LED 채널의 직렬 연결의 순서에 비례하는 개수의 단위 저항을 병렬로 연결하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 있어서, 상기 구동 장치는, 상기 다채널 전류구동부에 디밍 신호를 인가하는 디밍제어 회로부; 및, 상기 다수의 LED 채널의 마지막 LED 채널의 애노드로부터 제어 전원을 공급받아, 상기 디밍제어 회로부로 전원을 공급하는 전압안정 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 있어서, 상기 전압안정 회로부는 충전용 콘덴서로 구성되는 충전부를 구비하되, 정류된 교류 전원이 오프(off)되어 온(on)으로 점멸되는 시간 보다 긴 시간 동안 제어 전원을 공급하도록 용량이 산정되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 의하면, 입력 전압의 레벨에 따라 다채널의 연결 상태를 조정하여 다채널 모두에 균일하게 전류를 분배함으로써, 플리커 현상을 개선하면서도 역률을 개선하고 광 효율을 극대화할 수 있는 효과가 얻어진다.
특히, 본 발명에 따른 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 의하면, 전류 분기를 제어하는 전류 제어부의 앞단에, 전류 제한부의 저항을 구비함으로써, 각 LED 채널의 전류를 미세하게 조정할 수 있고, 이를 통해 각 채널 간의 균제도를 제고할 수 있고, 채널 간의 전류 편차를 제어할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 의하면, 디밍제어 회로부의 공급 전원을 LED 채널의 최종단으로부터 공급받음으로써, 역률에 영향 없이 디밍 제어 회로에 전원을 공급할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 의하면, 각 채널별 전류의 분기 제어를 위한 동일 규격의 단일 회로 칩과, 전류량의 분배를 위한 저항 소자로 구성함으로써, 회로 구성을 모듈화 하여 쉽게 조립화 하거나 확장할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 의하면, 전압안정 회로부에 충전용 콘덴서로 구성되는 충전부를 구비하여, 정류된 교류 전원이 오프(off)되어 온(on)으로 점멸되는 시간 보다 긴 시간 동안 제어 전원을 공급함으로써, 전원이 오프(off)된 이후 일정시간 동작되는 디밍제어 회로를 제공할 수 있는 효과가 얻어진다.
도 1은 종래기술에 따른 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치의 구성에 대한 블록도.
도 2는 종래기술에 따른 정류 전압을 나타낸 그래프.
도 3은 종래기술에 따른 정류된 입력 전압의 크기에 따른 구간을 나타낸 그래프.
도 4는 종래기술에 따른 정류된 입력 전압의 각 구간에 따른 발광 다이오드에 공급되는 전류에 대한 그래프.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치의 구성에 대한 블록도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치의 세부 회로도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 정류부의 회로도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다채널 LED 채널의 회로도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전류 제어부 및 전류 제한부에 대한 회로도.
도 10은 본 발명의 전류제한부에 의한 전류 특성을 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 전류제한부를 종래기술과 대비하여 비교한 회로도로서, (A) 미러링 하지 않는 회로, (B) 미러링하는 회로, (C) 전류 제한을 위한 저항을 구비한 본발명의 회로.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 채널에 콘덴서를 추가한 구성을 나타낸 회로도.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 입력 전압의 레벨을 나타낸 그래프.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 디밍제어 회로부 및 전압안정 회로부에 대한 회로도.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 역률 개선 기능을 구비한 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치의 개략적인 구성을 도 5 내지 도 14을 참조하여 설명한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치는 상용 AC전원을 정류하는 정류부(10), 직병렬로 배열된 다수의 LED로 구성되는 복수의 LED채널(21,22,23,24), 각 채널 간의 균일성을 맞추기 위한 전류 제어부(41,42,43), 각 채널별 전류 제어부에 인가되는 바이어스 전류를 제어하는 전류 제한부(31,32,33), 및, 입력 전압 레벨에 따라 전류 제어부(41,42,43)를 활성화 하는 다채널 전류구동부(50)로 구성된다. 또한, 추가적으로, 입력 전압의 레벨을 검출하는 전압변동 검출부(60), 다채널 전류구동부(50)에 디밍 신호를 인가하는 디밍제어 회로부(80), 및, 디밍제어 회로부(80)에 전압을 공급하는 전압안정 회로부(70)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치의 회로 구성을 예시하고 있다.
먼저, 정류부(10)는 상용 전원, 즉, AC 전원(또는 교류 전원)을 공급받고, 공급받은 AC 전원을 정류한다. 바람직하게는, 도 7에서 보는 바와 같이, 정류부(10)는 다이오드 브릿지 회로로 구성될 수 있다. 정류된 교류 전원은 정류된 후 평활화 되지 않았기 때문에, 시간에 따라 전압의 크기가 변동된다.
다음으로, 각 LED 채널(21,22,23,24)은 다수 개의 LED 소자가 직렬 또는 병렬로 연결되어 배열된다. 이때, 각 LED 채널(21,22,23,24)의 LED 소자의 구성이 다른 LED 채널과 서로 상이할 수 있다.
도 8은 각 LED 채널(21,22,23,24)의 LED 소자가 연결된 형태를 예시되고 있다. 도 8과 같이, 제1 및 제2 LED 채널(21,22)은 병렬로 연결된 2개의 LED 소자들이 전체적으로 직렬로 연결된 형태이고, 제3 및 제4 LED 채널(23,24)은 다수의 LED 소자를 직렬로 연결된 형태이다. 즉, 제1 및 제2 LED 채널(21,22)의 LED 소자의 구성은 제3 및 제4 LED 채널(23,24)의 LED 소자의 구성과는 상이하다.
또한, 전류 제어부(41,42,43)는 각 채널 간의 균일성을 맞추기 위해, 이전 채널에 공급되는 전류를 다음 LED 채널로 분기한다. 즉, 이전 채널의 전류를 미러링하여 미러링된 전류를 다음 LED 채널로 분기한다.
각 전류 제어부(41,42,43)는 마지막에 배열된 LED 채널을 제외한 나머지 LED 채널 각각에 대응되도록 구성된다.
바람직하게는, 전류 제어부(41,42,43)는 전류를 미러링하는 단일 IC 칩(또는 단일 칩)으로 구성된다. 단일 칩은 입력(IN) 단자, 출력(OUT) 단자, 전원(VIN) 단자, 제어(SO) 단자로 구성된다.
먼저, 제어(S0) 단자는 다채널 전류구동부(50)에 연결되어, 다채널 전류구동부(50)의 연결 단자(L1,L2,L3)에서 온(on)시키면, 입력(IN) 단자에서 제어(SO) 단자로 경로(path)가 형성된다. 따라서 LED 채널(21,22,23)의 캐소드에서 전류(또는 검출 전류)가 흐르면, 해당 경로, 즉, 채널의 캐소드 - 입력(IN) 단자 - 제어(SO) 단자 - 연결 단자(L1,L2,L3)의 경로로 전류가 흐른다. 이때, 입력(IN) 단자로 흐르는 검출 전류를 센싱하여, 전원(VIN) 단자에서 출력(OUT) 단자로 전류가 분기된다(또는 미러링 된다). 즉, 단일 칩 또는 전류 제어부(41,42,43)는 분기 동작(또는 미러링 동작)이 수행된다(또는 활성화 된다).
이에 반해, 다채널 전류구동부(50)의 연결 단자(L1,L2,L3)에서 오프(off)시키면, 검출 전류의 경로(path)가 생성되지 않기 때문에 단일 칩 또는 전류 제어부(41,42,43)는 동작되지 않는다(비활성화 된다).
특히, 전원(VIN) 단자는 이전 LED 채널에 전류가 공급되는 단자(또는 이전 LED 채널의 애노드 단자)에 연결되어, 이전 LED 채널에 공급되는 전류를 분기(또는 미러링) 한다. 이때, 미러링 되는 전류량을 제한하기 위하여 전류 제한부(31,32,33)가 이전 채널의 애노드와 전원 단자의 사이에 구비된다.
도 9에서 보는 바와 같이, 제1 전류 제어부(41)의 전원(VIN) 단자(또는 단일칩의 전원 단자)는 제1 LED 채널(21)에 공급되는 전원 단자(VDD) 또는 제1 LED 채널(21)의 애노드와 연결된다. 이때, 제1 LED 채널(21)의 공급 전원 단자(VDD)와, 제1 전류 제어부(41)의 전원(VIN) 단자 사이에 제1 전류제한부(31)가 구비된다.
또한, 제2 전류제어부(42)의 전원(VIN) 단자는 제2 LED 채널(22)의 애노드(L2A)와 연결된다. 이때, 제2 LED 채널(22)의 애노드(L2A)와, 제2 전류제어부(42)의 전원(VIN) 단자 사이에 제2 전류제한부(32)가 구비된다.
또한, 제3 전류제어부(43)의 전원(VIN) 단자는 제3 LED 채널(23)의 애노드(L3A)와 연결된다. 이때, 제3 LED 채널(23)의 애노드(L3A)와, 제3 전류제어부(43)의 전원(VIN) 단자 사이에 제3 전류제한부(33)가 구비된다.
다음으로, 입력(IN) 단자는 해당 LED 채널의 출력 또는 캐소드와 연결되어, 해당 LED 채널의 출력을 검출한다.
도 9와 같이, 제1 전류 제어부(41)의 입력(IN) 단자는 제1 LED 채널(21)의 캐소드(L1K)와 연결된다. 또한, 제2 및 제3 전류 제어부(42,43)의 입력(IN) 단자도 각각 제2 및 제3 LED 채널(22,23)의 캐소드(L2K,L3K)와 연결된다.
다음으로, 출력(OUT) 단자는 다음 LED 채널의 입력 또는 애노드에 연결되어, 다음 LED 채널로 미러링된 전류(또는 분기된 전류)를 공급한다.
도 9와 같이, 제1 전류 제어부(41)의 출력(OUT) 단자는 다음 LED 채널인 제2 LED 채널(22)의 애노드(L2A)와 연결된다. 마찬가지로, 제2 및 제3 전류 제어부(42,43)의 출력(OUT) 단자도 각각 제3 및 제4 LED 채널(23,24)의 애노드(L3A,L4A)와 연결된다.
앞서 설명한 바와 같이, 다채널 전류구동부(50)에서 제어(S0) 단자와의 연결(L1,L2,L3)을 온(on)시키면, 입력(IN) 단자에서 제어(SO) 단자로 경로(path)가 형성되고, 검출 전류가 흐르게 된다. 이때, 입력(IN) 단자로 흐르는 검출 전류를 센싱하여, 전원(VIN) 단자에서 출력(OUT) 단자로 전류가 미러링 된다.
출력(OUT) 단자로 전류가 미러링 되면, 출력(OUT) 단자에 연결된 다음 순서의 LED 채널(22,23,24)에 전류가 공급된다. 따라서 다음 순서의 LED 채널(22,23,24)은 발광된다.
한편, 전류 제어부(41,42,43)는 제1 LED 채널(21)의 3배 만큼의 전류를 제2 LED 채널(22)로 보내준다. 이것은 제1 LED 채널(21)의 전류를 제2 내지 제4 LED 채널(22,23,24)의 전류와 같게 진행하기 위한 것이다. 그리고 제2 LED 채널(22)에서는 제2 LED 채널(22)에 흐르는 전류의 2배 만큼의 전류를 제3 LED 채널(23)로 보내야 하고, 제3 LED 채널(23)에서 같은 전류를 제4 LED 채널(24)로 보내줘야 동일한 전류가 흐르게 된다.
특히, 전류 제어부(41,42,43)는 미러링 단자(S1,S2)에 의해 분기되는 전류(미러링 전류)의 양을 조절한다. 전류 제어부(41,42,43)의 단일 칩 내에서, 3배, 2배, 1배 등 전류의 크기를 제어하는 내부 회로를 구비한다. 즉, 입력 단자에 흐르는 전류를 센싱하여, S1과 S2 등에 의해 설정된 배율(1~3배)만큼의 전류를 VDD - OUT 으로 전류를 흐르게 하는 회로를 구비한다.
한편, 다음 LED 채널로 공급되는 미러링 전류의 역류를 방지하기 위하여, 해당 LED 채널의 캐소드와 다음 LED 채널의 애노드 사이에는 다이오드(41b,42b,43b)가 구비된다.
도 9에서 보는 바와 같이, 제1 다이오드(41b)가 제1 LED 채널(21)의 캐소드(L1K)와 제2 LED 채널(22)의 애노드(L2A) 사이에 구비된다. 또한, 제2 다이오드(42b)가 제2 LED 채널(22)의 캐소드(L2K)와 제3 LED 채널(23)의 애노드(L3A) 사이에 구비되고, 제3 다이오드(43b)가 제3 LED 채널(23)의 캐소드(L3K)와 제4 LED 채널(24)의 애노드(L4A) 사이에 구비된다.
다음으로, 전류 제한부(31,32,33)는 각 채널별 전류 제어부(41,42,43)에 인가되는 바이어스 전류를 제어한다. 즉, 각 전류 제한부(31,32,33)는 저항으로 구성되어 각 채널별 전류 제어부(41,42,43)에 인가되는 바이어스 전류를 제어한다.
각 전류 제한부(31,32,33)는 전류 제어부(41,42,43) 각각에 대응되도록 구성된다.
즉, 전류 제한부(31,32,33)는 해당 채널의 직렬 연결의 순서에 비례하는 개수의 기본적인 단위 저항(이하 단위 저항)을 병렬로 연결한다.
도 9와 같이, 제1 전류 제한부(31)는 단위 저항(RT3) 1개를 연결한다. 제2 전류 제한부(32)는 단위 저항(RT1,RT2) 2개를 병렬로 연결한다. 제3 전류 제한부(33)는 단위 저항(RB1,RB2,RB3) 3개를 병렬로 연결하여 구성된다.
전류 제한부(31,32,33)는 채널별 전류를 미세 조정하거나, 발열 특성을 좋게 하기 위한 것이다. 예를 들면, 제1 LED 채널(21)에 전류가 흐를 때, 제2 LED 채널(22)로 전류를 분기해야 동시에 동작된다. 제2 LED 채널(22)로 분기되는 전류의 경로(path)에 제1 전류 제한부(31)의 저항이 구비된다. 따라서 제1 전류 제한부(31)의 저항을 통하여, 제2 LED 채널(22)로의 미러링 전류를 미세 조절할 수 있다.
이때, 제1 LED 채널(21)의 전류를 제2 내지 제4 LED 채널(22,23,24)의 전류와 같게 진행하기 위해서, 제1 LED 채널(21)의 3배 만큼의 전류를 제2 LED 채널(22)로 보내줘야 한다. 그리고 제2 LED 채널(22)에서는 제2 LED 채널(22)에 흐르는 전류의 2배 만큼의 전류를 제3 LED 채널(23)로 보내야 하고, 제3 LED 채널(23)에서 같은 전류를 제4 LED 채널(24)로 보내줘야 동일한 전류가 흐르게 된다.
전류 제한부(31,32,33)의 저항들은 이러한 전류를 조절하기 위한 저항 값이다. 제1 LED 채널(21)에서 제2 LED 채널(22)로 가는 전류의 경우, 저항으로 전류를 제한할 수 있으며, 제1 전류 제한부(31)의 저항 양단에 걸릴 수 있는 최대 전압은 입력이 VLED1+VLED2 가 되는 경우이다. 이 경우, 양단의 걸리는 전압은 VLED1+VLED2-VLED2가 된다. 따라서 최대 전류는 VLED1/R로 제한이 된다. 이는 제2 LED 채널(22), 제3 LED 채널(23)도 동일하여 VLED2/R, VLED3/R로 최대 전류가 제한이 된다.
즉, 제1 LED 채널(21)의 전류가 흐르면, 제1 전류 제한부(31)를 통하여 제2 LED 채널(22)로 전류를 미러링되어 분기하고, 제2 LED 채널(22)의 전류가 흐르면 제2 전류 제한부(32)를 통하여 제3 LED 채널(23)로 전류를 넘겨 주게 된다. 이러한 방법을 통하여, 제1 LED 채널(21)만 전류가 흐르면 제2 내지 제4 LED 채널(22,23,24)도 모두 흐르게 된다.
즉, 전류 제한부(31,32,33)는 이전 LED 채널에서 다음 LED 채널로 온(On)/오프(off) 채널 점등이 전환될 때, 구성된 저항에 의해 가파르게 상승 혹은 하강하는 것을 둔화시킨다. 따라서 전체적으로 EMI 특성이 좋아진다. 또한, 일부 저항에 의한 전압 감소로 인해, 구동 IC 칩의 열을 감소시킨다.
도 10은 전류 제한부(31,32,33)의 저항을 구비하지 않는 경우(검정색 파형)와 저항을 구비한 경우(빨간색 점선 파형)의 전압을 도시하고 있다. 즉, 검정색 파형에서 저항을 추가하게 되면, 붉은 점선처럼 바뀌어 나타난다. 즉, EMI(Electro Magnetic Interference, 전자잡음방해)의 특성이 개선된다.
특히, 전류 제한부(31,32,33)에 의해 미세 조정이 가능하다. 가령 제1 LED 모듈(21)와 다채널 전류구동부(50)의 L1핀으로 통하는 전류를 센싱하여, 입력전원으로부터 전류 제한부(31,32,33)의 저항을 통해 제2 내지 제4 LED 모듈(22,23,24) 방향으로 전류를 흐르게 하여 균제도 특성을 좋게 한다. 또한, 이와 같이 전류를 넘겨 줄 때, 저항을 통하여 미세 조정을 할 수 있다.
즉, 전원(VIN)단자-출력(OUT)단자로의 흐르는 전류량을 미세 조절 및 열 분산을 위한 저항이다. 종래기술[특허문헌 1]에 따르면, 4채널 구동 시, 각 채널의 균제도 특성이 완벽하게 일치하지는 않으며, 1, 2채널이 다른 채널에 비해 밝고, 3,4 채널이 어둡게 나타난다. 이럴 경우, 도 6의 LED 배치도와 같이 1,2채널의 LED를 병렬로 배치하면 1,2 채널 LED에 흐르는 전류는 반으로 줄어들게 되며, 1,2채널의 밝기가 3,4채널보다 오히려 어두워진다. 이럴 때, 이 저항으로 뒤에 있는 LED 채널로 보내는 전류를 감소시켜서 전체적인 밝기를 조절할 수 있다.
그리고, 열 분산의 경우, 저항 양단에 걸리는 전압만큼 전류 제어부(41,42,43) 양단 전압이 덜 걸리게 되어, 전류 제어부(41,42,43)에 발생하는 열을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 각 LED 채널의 전압(VF)이 100V라고 가정하고, 전원(VIN) 150V가 인가되었을 때, 그 차이 만큼의 전압(50V)만큼, 전류구동부(50)와 전류제어부에 인가가 된다. 전류구동부 특성상, 연결단자 L1, L2, L3로 커짐에 따라, 전류량이 크게 세팅되기 때문에, 뒷 채널에서는 전류제어부에 전압이 모두 걸리게 된다. 다시 말해서,
L1쪽 전압 분배 : LED1채널(100V) + 전류제어부(41)의 센싱전압 + 메인전류구동부(50)으로 형성이 되는데, 이때의 전류제어부의 센싱전압은 센싱만을 하기 때문에 수 볼트 이내만 걸리게 되고, 메인 전류구동부(50)에서 나머지를 담당한다. 메인 IC는 보통 전력을 소모할 수 있도록 충분히 크게 설계가 되기 때문에 발열이 심하지 않다.
L2쪽 전압 분배 : 전류제한부(31, 저항)+LED2채널(100V) + 전류제어부(VDD-OUT path) + 메인 전류구동부(50), 이 때의 메인 전류구동부(50)의 L2는 L1보다 충분히 크게 설정이 되어 있기 때문에, 메인 전류구동부(50)에 걸리는 전압이 수 볼트 이내로 낮게 인가된다. 이러한 이유로 나머지 높은 전압이 전류제어부 쪽에 인가된다. 이 때, 전류 제한부에 인가되는 전압을 저항에서 나눠가지게 되어, 전류 제한부의 발열특성을 좋게 한다.
도 11에서 보는 바와 같이, (A)는 일반적인 구조로서, 낮은 전압에서 앞 채널만 구동이 되어 균제도가 나쁘게 나타난다. 이를 보완하기 위해, (B)와 같이 낮은 전압일 때, 병렬 구조로 변경하여 전류를 동일하게 해주면 된다[특허문헌 1]. 그러나 이러한 병렬 구조 변경 시, 두 LED 채널 간에 걸리는 전압 차이 및 흐르는 전류 편차가 존재한다. 따라서 이를 미세 조정하기 위한 저항을 (C)와 같이 추가 구비한다. 이와 같은 경우 I2 = (V1-VF)/R 에 의해 전류가 제한이 된다. 이때의 VF는 LED 채널의 전압에 해당된다.
또한, 도 12에서 보는 바와 같이, LED 채널과 병렬로 콘덴서를 추가하면, 플리커 특성 개선과, 채널간 전류 편차도 줄어들게 할 수 있다. 각 채널 간 다이오드(diode)의 연결은 커패시터에 충전된 전류가, 오로지 병렬 연결된 LED 채널로만 흐르게 하기 위한 것이다. 이 때의 LED 채널 양단의 전압 VLED 는 커패시터의 전압 VC와 같으며, LED 채널이 켜지는 구간을 t라고 했을 때, ΔVLED= ΔVC= I*t / C에 의해 C의 크기에 따라, LED 양단 전압의 편차가 줄어든다. 따라서, 플리커 특성 및 균제도 특성을 개선시킬 수 있다
구체적으로, 콘덴서의 양 단이 각 LED 채널(21,22,23,24)의 애노드와 캐소드에 연결된다. 즉, 도 12와 같이, LED 채널의 양 끝단에, 콘덴서를 추가한다.
다음으로, 다채널 전류구동부(50)는 입력 전압 레벨에 따라 전류 제어부(41,42,43)를 활성화 한다.
다채널 전류구동부(50)는 입력 전압의 레벨을 측정하여, 입력 전압의 레벨에 따라 전류 제어부(41,42,43)와 연결되는 연결 라인 또는 연결 단자(L1,L2,L3)를 온(on) 시킨다. 전류 제어부(41,42,43)는 연결 라인(L1,L2,L3)에 따라 온(on)되어 구동되거나, 오프(off)되어 구동되지 않는다.
입력 전압(Vin)의 레벨은 도 13과 같다. 즉, 입력 전압(Vin)은 구간 0, 1, 2, 3, 4 등 5개의 구간으로 구분될 수 있다.
먼저, 구간 0은 입력 전압(Vin)이 제1 LED 채널(21)의 전압(이하 제1 채널 전압) VCH1 보다 작은 경우일 때의 구간이다. 이 경우, 다채널 전류구동부(50)는 모든 연결 라인(L1,L2,L3)을 오프(off)시킨다. 따라서 각 채널에서 전류를 미러링 하지 않는다. 또한, 입력 전압(Vin)이 제1 LED 채널(21)의 필요 전압 보다 작으므로, 제1 LED 채널(21)도 턴 오프되고, 나머지 LED 채널(22,23,24) 모두 턴 오프 된다. 따라서 구간 0은 전원이 오프되는 구간으로 볼 수 있고, 마지막 LED 채널(24)로부터 전원을 공급받는 전압안정 회로부(70)에도 공급 전원이 오프되는 구간이다.
다음으로, 구간 1은 입력 전압(Vin)이 제1 LED 채널(21)의 전압(또는 제1 채널 전압) VCH1 보다 크고 제1 및 제2 LED 채널(21,22)의 전압(이하 제1 및 제2 채널 전압)의 합 VCH1+VCH2 보다 작은 구간이다. 이 경우, 다채널 전류구동부(50)는 연결 라인(L1,L2,L3)를 모두 온(on) 시킨다.
따라서 구간 1에서, 제1 LED 채널(21)이 켜지게 되고, L1으로 전류가 흘러 미러링이 동작된다. 즉, 제1 전류 제어부(41)에 의해, 제1 LED 채널(21)에 흐르는 전류를 제2 LED 채널(22)로 3배 만큼 보내고, 제2 LED 채널(22)에 흐르는 전류는 L2로 흐른다. 이때 제2 전류 제어부(42)가 동작하여 제3 LED 채널(23)에 2배를, 다시 제4 LED 채널(24)에 1배를 흐르게 한다. 즉, 구간 1에서, 모든 LED 채널(21,22,23,24)에서는모두 동일한 크기의 전류가 흐른다.
또한, 구간 2는 입력전압(Vin)이 제1 및 제2 채널 전압의 합(VCH1+VCH2) 보다 크고, 제1 내지 제3 전압의 합(VCH1+VCH2+VCH3) 보다 작은 구간이다. 이 경우, 다채널 전류구동부(50)는 제2 및 제3 연결 라인(L2,L3)을 온(on) 시키고, 제1 연결 라인(L1)을 오프(off)시킨다.
즉, 연결 라인(L1)으로 흐르는 전류가 없어서 제1 전류 제어부(41)의 IC칩은 동작되지 않는다. 제2 LED 채널(22)에 흐르는 전류는 L2로 흐르고 제2 전류 제어부(42)에 의해 제3 LED 채널(23)로 2배를, 제3 LED 채널(23)에 흐르는 전류를 제4 LED 채널(24)에 1배가 흐른다. 즉, 구간 2에서, 제2 내지 제4 LED 채널(22,23,24)에서는모두 동일한 크기의 전류가 흐른다. 그리고 제1 LED 채널(21)과, 나머지 제2 내지 제4 LED 채널(22,23,24)의 전류량을 동일하므로, 다음 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
ICH1 = 3×ICH2 = 3×ICH3 = 3×ICH4
이때, ICH1, ICH2, ICH3, ICH4, 는 각각 제1 내지 제4 LED 채널의 전류이다.
다음으로, 구간 3은 입력전압(Vin)이 제1 내지 제3 전압의 합(VCH1+VCH2+VCH3) 보다 크고, 제1 내지 제4 전압의 합(VCH1+VCH2+VCH3+VCH4) 보다 작은 구간이다. 이 경우, 다채널 전류구동부(50)는 제3 연결 라인(L3)을 온(on) 시키고, 제1 및 제2 연결 라인(L1,L2)을 오프(off)시킨다.
즉, 연결 라인(L1,L2)으로 흐르는 전류가 없어서 제1 및 제2 전류 제어부(41,42)의 IC칩은 동작되지 않는다. 제3 LED 채널(22)에 흐르는 전류는 L3으로 흐르고 제3 전류 제어부(43)에 의해 제3 LED 채널(23)에 흐르는 전류를 제4 LED 채널(24)에 1배가 흐른다. 즉, 구간 3에서, 제3 내지 제4 LED 채널(23,24)에서는 모두 동일한 크기의 전류가 흐른다. 그리고 제1 또는 제2 LED 채널(21,22)과, 나머지 제3 내지 제4 LED 채널(23,24)의 전류량을 동일하므로, 다음 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
ICH1 = ICH2 = 2×ICH3 = 2×ICH4
다음으로, 구간 4는 입력전압(Vin)이 제1 내지 제4 전압의 합(VCH1+VCH2+VCH3 +VCH4) 보다 큰 구간이다. 이 경우, 다채널 전류구동부(50)는 모든 연결 라인(L1,L2,L3)을 오프(off)시킨다.
연결 라인(L1,L2,L3)으로 흐르는 전류가 없어서 제1 내지 제3 전류 제어부(41,42,43)의 IC칩은 동작되지 않는다. 직렬로 연결된 제1 내지 제4 LED 채널(21,22,23,24)에 입력 전압(Vin)이 공급된다. 따라서 모든 LED 채널에 공급되는 전류량은 동일하다.
다음으로, 전압변동 검출부(60)는 입력 전압의 레벨을 검출한다.
즉, 도 13에서 보는 바와 같이, 전압변동 검출부(60)는 입력 전압(Vin)의 크기를 검출하여, 해당 입력 전압(Vin)의 크기가 어느 구간에 속하는지를 판단한다.
전압변동 검출부(60)는 외부 전원(입력 AC전원)의 크기를 검출하고, 전원이 변하여도 일정한 파워를 공급하거나, 혹은 과전압 등의 보호회로를 구비한다.
다음으로, 디밍제어 회로부(80)는 다채널 전류구동부(50)에 디밍 신호를 인가하는 회로이고, 전압안정 회로부(70)는 LED채널(21,22,23,24)에서의 전원을 디밍제어 회로부(80)로 공급할 때, 해당 전압을 안정화 하기 위한 회로이다.
도 5에는 디밍제어 회로부(80)와 전압안정 회로부(70)의 구성에 대한 블록도가 도시되고, 도 10에는 디밍제어 회로부(80)와 전압안정 회로부(70)의 세부 회로가 도시되고 있다.
도 5 또는 도 10에서 보는 바와 같이, 전압안정 회로부(70)는 제어 전원을 입력받는 제어전원 입력부(71), 전압을 조정하는 전압 조정부(72), 조정된 전압을 충전하는 충전부(73), 및, 오프신호를 검출하는 오프신호 검출부(74)로 구성된다.
또한, 디밍제어 회로부(80)는 디밍 제어 명령을 입력받는 인터페이스부(81), 주변 환경의 상태를 측정하는 센서부(82), 디밍제어 신호를 생성하는 디밍제어부(83), 및, 디밍 제어에 따라 신호 레벨을 정합시키는 신호레벨 정합부(84)로 구성된다.
다채널 전류구동부(50)에 디밍 신호를 인가하기 위해, 디밍제어 회로부(80)가 필요하다. 종래기술의 디밍 제어부는 브리지 정류부에서 분기된 전압 안정화 회로에 의해 동작된다. 그러나 이러한 디밍 제어 회로의 구성은 고역율의 전류 특성을 달성하지 못한다. 보통의 경우 0.4-0.5의 역률을 갖는다. LED 조명등 기구에서 역률 특성이 저하된다.
따라서 디밍 제어부가 동작하면서 고역율을 달성하기 위한 전압 안정화 회로가 필요하다. 이를 위해, 본 발명은 다채널 LED 채널의 마지막 번째의 채널에서 전압 안정화 회로를 분기하여 연결한다. 이를 통해, 고역율을 달성할 수 있다.
디밍제어 회로부(80)는 전원의 온(on)/오프(off)(또는 점멸동작)을 인식하기 위해, 전압 안정화 회로를 거쳐 충분히 낮은 신호로 변환하는 신호검출 회로가 구비된다.
오프(Off) 신호 이후에 다시 온(On)되기까지 소멸전류에 의해 동작되기 위해 충분히 낮은 소모 전류로 설계된다. 즉, 충전부(73)에서는 0.5-0.6초 정도 동작시킬 수 있도록, I*dt = C*dV 계산식에 의해 산정된 용량을 갖는 알루미늄 고체 반도체 소재로 구성된 콘덴서를 구비한다.
즉, 충전부(73)의 충전용 콘덴서로 유지 전류가 충전되며, 오프(Off) 신호에서 온(On) 신호가 통상의 점멸 조작보다 짧은 시간(예를 들어, 0.4초 이내) 조작에 의해 단계적 밝기를 변경할 수 있다.
구체적으로, 디밍제어 회로부(80)의 전원을, 입력 전원이 전파 전류된 전원으로 사용하기 때문에, 전파 전류된 전원이 공급되지 아니한 기간(오프 구간)이 매우 짧게 존재한다.
오프 신호는 정류된 교류전원이 0에 도달한 후 다시 일정 수준 커질 때까지 발생된다. 오프 신호의 구간 또는 오프 구간은 앞서 구간 0(또는 입력전압이 제1 LED 채널의 전압 보다 작은 경우)과, 제어전원 입력부(71)의 트랜지스터(Q1의 FET)가 꺼져 있는 구간이다. 앞의 오프 구간은 LED 채널 자체가 오프 되는 구간이고, 뒤의 오프 구간은 디밍제어부로 전압을 공급하는 제어전원 입력부의 FET(Q1)가 오프되는 구간이 되는 데, 이 오프 구간에서도 제어기가 정상적으로 동작되도록 콘덴서를 이용한다.
디밍제어 회로부(80)가 오프(off) 되면, 다시 온(on) 시에 시간 지연이 발생된다. 따라서 충전부(73)의 충전용 콘덴서를 사용하여 오프시에도 전원을 공급한다. 그래서 디밍제어 회로부(80)를 안정적 동작을 시킬 수 있다.
즉, 전압안정 회로부(70)는 AC 직결 회로와의 연결을 최종단(LED 채널의 최종단)에서 진행을 하고, 이를 통해, 역률에 영향 없이 마이컴에 전원을 공급할 수 있다.
한편, 디밍제어 회로부(80)는 전원스위치의 조작에 의한 밝기 제어를 할 수 있고, 센서 모듈 등 센서부(82)와 연결되어, 일반적인 제어 명령에 의해 밝기를 제어할 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
10 : 정류부 21,22,23,24 : LED 채널
31,32,33 : 전류제한부 41,42,43 : 전류제어부
50 : 다채널 전류구동부 60 : 전압변동 검출부
70 : 전압안정 회로부 71 : 제어전원 입력부
72 : 전압조정부 73 : 충전부
74 : 오프신호 검출부
80 : 디밍제어 회로부 81 : 인터페이스부
82 : 센서부 83 : 디밍제어부
84 : 신호레벨 정합부

Claims (5)

  1. 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치에 있어서,
    교류 전원을 정류하는 정류부;
    직렬로 배열되는 N개(N은 2이상)의 LED 채널로서, 각 LED 채널은 다수의 LED로 구성되는, N개의 LED 채널;
    마지막 순서의 LED 채널 외에 나머지 LED 채널 각각에 대응되도록 구성되는 N-1개의 전류 제어부로서, k번째 전류 제어부는 k번째 LED 채널에 공급되는 전류를 미러링하여 k+1번째 LED 채널로 분기하도록 제어하는, N-1개의 전류 제어부;
    각 전류 제어부에 대응되도록 구성되는 N-1개의 전류 제한부로서, k번째 전류 제한부는 저항으로 구성되어 k번째 전류 제어부가 미러링 하여 분기하는 전류의 크기를 제한하는, N-1개의 전류 제한부; 및,
    상기 교류 전원의 입력 전압의 크기에 따라 상기 N-1개의 전류 제어부를 활성화 하는 다채널 전류구동부를 포함하고,
    k번째 전류 제한부는 해당 LED 채널의 직렬 연결의 순서인 k에 비례하는 개수의 단위 저항을 병렬로 연결하여 구성하고,
    상기 다채널 전류구동부는 입력 전압의 크기가 1번째에서 k번째 LED 채널의 필요 전압의 합 보다 크고 1번째에서 k+1번째 LED 채널의 필요 전압의 합 보다 작은 구간에서 k번째에서 N-1번째까지의 전류 제어부를 온(on)시키고, 나머지 전류 제어부를 오프(off)시키는 것을 특징으로 하는 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어부는 단일 IC 칩으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치는,
    상기 다채널 전류구동부에 디밍 신호를 인가하는 디밍제어 회로부; 및,
    상기 다수의 LED 채널의 마지막 LED 채널의 애노드로부터 제어 전원을 공급받아, 상기 디밍제어 회로부로 전원을 공급하는 전압안정 회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압안정 회로부는 충전용 콘덴서로 구성되는 충전부를 구비하되, 정류된 교류 전원이 오프(off)되어 온(on)으로 점멸되는 시간 보다 긴 시간 동안 제어 전원을 공급하도록 용량이 산정되는 것을 특징으로 하는 다채널 LED의 교류직결형 구동 장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013225393A (ja) * 2012-04-20 2013-10-31 Rohm Co Ltd Ｌｅｄ照明機器及びこれに用いられる半導体装置
JP2016219198A (ja) * 2015-05-19 2016-12-22 ルミア株式会社 発光ダイオード照明及び発光ダイオードアレイ駆動回路

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