KR102347771B1 - Ac 직결형 발광 다이오드 구동장치 - Google Patents

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Abstract

AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다. 발광 다이오드 구동장치는 교류 전원 전압을 인가 받아 정류하는 정류부와; 상기 정류부로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하는 발광 다이오드부와; 상기 발광 다이오드의 제1단에 연결되어 기설정된 주기에 따라 충전 및 방전 구간을 반복하면서, 상기 발광 다이오드부를 구동하는 캐패시터와; 상기 발광 다이오드부의 제2단에 연결되어 서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 상기 발광 다이오드부와 상기 캐패시터에 흐르는 전류의 경로를 제어하는 제1 전류 구동부와; 상기 캐패시터의 충전 및 방전을 제어하는 제2 전류 구동부와; 상기 캐패시터와 상기 제2 전류 구동부의 전류 경로 상에 연결되어, 상기 캐패시터의 충전 전압으로 상기 발광 다이오드부를 구동하는 방전 경로를 형성하는 제1 다이오드를 포함할 수 있다.

Description

AC 직결형 발광 다이오드 구동장치{AC DIRECT LED DRIVER INCLUDING CAPACITOR FOR LED DRIVER}
본 발명은 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 대한 것으로, 보다 구체적으로 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 관한 것이다.
컨버터를 사용하는 LED 구동 장치의 경우 시스템의 구성이 복잡하고 시스템의 크기와 무게를 감소시키기 힘든 단점이 있다. 또한, 역률(Power Factor) 향상을 위해서는 별도의 역률 보정 회로를 사용해야 하고, 스위칭 시 발생하는 전자파 발생을 억제하기 위한 추가적인 회로를 필요로 하므로 생산 원가가 높은 문제점이 있다.
반면, 별도의 컨버터를 사용하지 않는 교류 전원(이하, AC) 직결형 리니어 방식의 LED 구동장치의 경우, 상용 전원인 교류 전원을 직접 이용하여 전류를 제어하므로, 컨버터 방식에 비해 회로가 단순하고 역률이나 전자파 발생에 대비한 추가적인 보정 회로가 없어도 우수한 특성을 나타낸다. 또한, 컨버터 방식, 즉 SMPS(Switching Mode Power Supply) 대비 수명이 길고 신뢰성이 높은 장점이 존재한다. 또한, 교류 전원 직결형 리니어 구동 방식은 입력 전압이 높을수록 구동 전류가 증가하는 방식으로 전류 절환이 일어나기 때문에 역률 특성은 좋은 장점이 있다.
하지만, AC 직결형 리니어 구동 방식, 특히 순차 구동 방식에서는 입력 전압의 크기에 따라 각 채널의 발광 다이오드가 순차적으로 구동되어, 즉 동일하지 않은 구동 시간과 동일하지 않은 구동 전류 크기로 채널이 구동되기 때문에 채널 간의 전류 편차가 크게 나타난다.
이러한 전류 편차를 개선하기 위해서 동기식 다채널 구동 방식이 제안되어 시간적 구동 전류 편차를 최소화하였으나 입력 전압에 비례한 구동 전류 크기에 대한 편차는 여전히 존재한다.
또한, AC 직결형 구동 방식의 경우 입력 전압이 최소한의 발광 다이오드 전압 강하보다 낮으면 전류가 공급되지 않아 플리커(Flicker)가 발생하는 문제점이 있다.
여기서, 플리커는 광도의 주기적 변화가 시각적으로 느껴지는 것을 의미할 수 있으며, 플리커의 정도를 수치화하는 방법으로는 퍼센티지 플리커(Percentage Flicker)와 플리커 인덱스(Flicker Index)가 있다. 이때, 퍼센티지 플리커는 최고 광량과 최저 광량의 차를 두 값의 합으로 나눈 값을 백분율화 한 것으로 높을수록 플리커 특성이 나쁜 것을 의미한다. 한편, 플리커 인덱스는 평균을 초과하는 광량을 평균 광량으로 나눈 값으로 0 ~ 1의 값을 가지며 그 값이 낮을수록 플리커 특성이 좋은 것을 나타낸다.
이러한 플리커 특성 개선을 위해서 전원이 공급되지 않는 시간 동안 발광 다이오드를 구동할 에너지 저장소 역할을 하는 캐패시터 또는 인덕터를 사용해야 한다. 입력단에 캐패시터를 사용하거나 발광 다이오드에 병렬로 캐패시터를 사용하여 입력 전압이 발광 다이오드 전압보다 낮은 동안에 캐패시터에 저장된 전압으로 발광 다이오드에 전류를 공급하는 방식이 많이 사용되고 있다. 한편, 교류전압을 컨버터나 캐패시터 없이 직접 사용하는 리니어 구동 방식의 경우 퍼센티지 플리커는 항상 100%로 가장 나쁜 값을 보인다.
도 1은 종래의 리니어 방식의 발광 다이오드 구동 회로를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 구동 회로에서 시간(t)에 따라 입력되는 전압(VIN) 및 전류(IIN)를 나타낸다.
도 2에서 시간(t), 전압(VIN) 및 전류(IIN)의 구체적인 수치보다는 개략적인 추이가 중요하므로 상세한 수치 및 단위는 생략된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 입력 전압(VIN)이 발광 다이오드의 턴온(Turn On) 전압보다 낮은 구간에서는 발광 다이오드에 전류가 흐르지 않기 때문에 퍼센티지 플리커가 100%로 가장 높은 값을 가진다.
도 3은 정류단에 캐패시터를 연결한 종래의 발광다이오드 구동 회로를 나타낸 도면으로, 입력단에 캐패시터를 사용하여 플리커를 감소시킨 발광 다이오드 구동 회로를 나타낸다. 도 4는 도 3의 회로에서 입력 전압 및 전류 특성을 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 정류기는 교류 전원(VAC)으로부터 교류 전원 전압을 인가받고, 인가된 전압을 정류하며, 이를 발광 다이오드부(LED)로 공급하는 역할을 한다. 이렇게 정류된 전압은 캐패시터에 충전되어 LED의 구동 전압으로 사용된다.
도 4는 정류된 입력 전원(VIN)과, 하나의 발광 다이오드에 흐르는 전류(ILED) 및 입력 전류(IIN)을 나타낸다.
입력 전원(VIN)이 캐패시터에 충전되면 입력 전원보다 낮은 충전 전압이 기준 전압이 되고, 이 기준 전압에 따라 입력 전류(IIN)의 흐름이 제어된다. 도시된 바와 같이, 종래의 경우 짧은 충전 시간 동안 높은 충전 전류(IIN)가 발생한다.
도 3과 같은 구동 장치의 경우, 발광 다이오드 전압을 정류된 입력 전압보다 낮게 설정하여 구동할 경우 퍼센티지 플리커를 “0%”까지도 만족할 수 있으나 짧은 시간 동안 고전류로 캐패시터를 충전하여야 하므로 돌입 전류가 큰 문제가 있다. 또한, 역률이 0.6 이하로 매우 낮고 THD는 40% 이상의 높은 값을 나타내기 때문에 활용 측면에 있어 매우 제한적이다.
정리하면, 정류기를 거친 입력단에 캐패시터를 사용하여 정류된 전압으로 발광 다이오드를 구동하는 도 3과 같은 방식은 플리커 특성은 매우 개선되나 전원 인가 시 큰 전류가 발생하여 여러 조명의 병렬 동작 시 돌입 전류로 인하여 과전류 차단기가 작동할 우려가 있으며, 트라이악 사용 시에는 계속적인 큰 돌입 전류가 발생하는 문제가 있다. 또한, 역률과 THD 특성도 좋지 않아 사용이 제한적이다.
도 5는 정류단에 캐패시터를 연결한 또 다른 종래의 발광다이오드 구동 회로를 나타낸 도면으로, 플리커를 줄이기 위하여 캐패시터를 발광 다이오드와 병렬로 연결한 구동 회로를 나타낸다. 도 6은 도 5의 회로에서의 입력 전압, 입력 전류 및 발광 다이오드 전류를 도시한 그래프이다.
도 5의 구동 회로는 도 3에 도시된 종래의 구동 방식의 문제점인 충전 과전류 및 낮은 역률을 해결하기 위하여 적용될 수 있다. 그러나 도 6에 도시된 바와 같이, 캐패시터에 저장된 전압은 발광다이오드의 전압과 동일하기 때문에 방전 시 LED 전류가 가파르게 감소하는 단점이 있어 도 3 대비 같은 플리커 특성을 위해서는 더 큰 값의 캐패시터가 요구된다.
한편, 최근의 LED 조명에 대해서는 플리커 규정을 한층 더 강화시키려는 움직임이 활발하다. 규정 강화의 근거는 높은 퍼센티지 플리커를 갖는 조명에 장시간 노출된 경우 민감한 사람에게서 어지러움이나 발작 같은 문제를 일으킬 수 있다는 연구 보고가 있기 때문이다. 즉, 교류 전원을 직접 사용하는 리니어 방식은 스위칭 방식 대비 시스템의 단순함에서 오는 높은 신뢰성, 경박단소한 시스템과 낮은 제조 원가 등의 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 향후 제정될 것으로 전망되는 새로운 규정에서 요구하는 플리커 특성을 만족하지 못할 경우 일반 조명에 있어 더 이상 사용될 수 없는 문제점이 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같은 종래의 캐패시터를 사용한 발광다이오드 구동의 경우 과도한 충전 전류와 낮은 역률의 문제점으로 사용처가 매우 제한되고 있다.
향후 더 강화될 것으로 전망되는 새로운 플리커 특성을 만족하고 효율은 높으며 인덕터나 트랜스포머를 사용하지 않아 경박 단소한 특징을 갖는 LED 구동 방식이 요구된다.
한국공개특허 제10-2017-0029999호(2017.03.16.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플리커 특성이 개선되는 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고효율, 고역률 특성을 만족시키고, 과도한 충전 전류를 감소시키는 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 균일한 광특성 및 고 광효율을 만족시키면서 저 THD의 특성을 만족시킬 수 있는 AC 직결형 리니어 발광 다이오드 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치는, 교류 전원 전압을 인가받아 정류하는 정류부와; 상기 정류부로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하는 발광 다이오드부와; 상기 발광 다이오드의 제1단에 연결되어 기설정된 주기에 따라 충전 및 방전 구간을 반복하면서, 상기 발광 다이오드부를 구동하는 캐패시터와; 상기 발광 다이오드부의 제2단에 연결되어 서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 상기 발광 다이오드부와 상기 캐패시터에 흐르는 전류의 경로를 제어하는 제1 전류 구동부와; 상기 캐패시터의 충전 및 방전을 제어하는 제2 전류 구동부와; 상기 캐패시터와 상기 제2 전류 구동부의 전류 경로 상에 연결되어, 상기 캐패시터의 충전 전압으로 상기 발광 다이오드부를 구동하는 방전 경로를 형성하는 제1 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 전류 구동부는, 상기 발광 다이오드부의 상기 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET과; 상기 제1 MOSFET의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하고, 상기 제2 전류 구동부는, 상기 캐패시터에 드레인 단자가 연결된 제2 MOSFET과; 상기 제2 MOSFET의 소스 단자 및 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 전류 구동부는, 상기 발광 다이오드부의 상기 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET과; 상기 제1 MOSFET의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하고, 상기 제2 전류 구동부는, 상기 캐패시터와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제2 전류 구동부로부터 상기 캐패시터로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 제2 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 다이오드는 상기 제2 저항과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 전류 구동부는, 상기 발광 다이오드부와 상기 제1 MOSFET 사이에 직렬로 연결되는 제1 캐스코드 소자를 더 포함하고, 상기 제2 전류 구동부는, 상기 캐패시터와 상기 제2 MOSFET 사이에 직렬로 연결되는 제2 캐스코드 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 전류 구동부는, 상기 제1 MOSFET의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제1 OP 앰프를 더 포함하고, 상기 제2 전류 구동부는, 상기 제2 MOSFET의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제2 OP 앰프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 전류 구동부는, 상기 발광 다이오드부의 상기 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET과; 상기 제1 MOSFET의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하고, 상기 제2 전류 구동부는, 상기 정류부에 애노드가 연결되고, 상기 발광 다이오드부의 상기 제1단에 캐소드가 연결되어 있는 제3 다이오드와; 상기 캐패시터에 드레인 단자가 연결된 제2 MOSFET과; 상기 제3 다이오드의 애노드에 드레인 단자가 연결되고, 상기 제2 MOSFET과 소스 커플된 제3 MOSFET과, 상기 제2 MOSFET의 소스 단자와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제2 전류 구동부는, 상기 제3 다이오드의 애노드와 상기 제3 MOSFET의 드레인 단자 사이에 연결되어, 상기 제3 MOSFET에 흐르는 전류가 입력 전압의 크기에 비례하도록 하는 제3저항을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제2 전류 구동부로부터 상기 캐패시터로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 제2 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 다이오드는 상기 제2 저항과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 전류 구동부는, 상기 발광 다이오드부 상기 제1 MOSFET 사이에 직렬로 연결되는 제1 캐스코드 소자를 더 포함하고, 상기 제2 전류 구동부는, 상기 캐패시터와 상기 제2 MOSFET 사이에 직렬로 연결되는 제2 캐스코드 소자와; 상기 제3 다이오드의 애노드와 상기 제3 MOSFET 사이에 직렬로 연결되는 제3 캐스코드 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 전류 구동부는, 상기 제1 MOSFET의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제1 OP 앰프를 더 포함하고, 상기 제2 전류 구동부는, 상기 제2 MOSFET의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제2 OP 앰프와; 상기 제3 MOSFET의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제3 OP 앰프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 전류 구동부는, 상기 발광 다이오드부의 상기 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET과; 상기 제1 MOSFET의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하고, 상기 제2 전류 구동부는, 상기 정류부에 애노드가 연결되고, 상기 발광 다이오드부의 상기 제1단에 캐소드가 연결되어 있는 제3 다이오드와; 상기 캐패시터와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항과; 상기 제3 다이오드의 애노드에 드레인 단자가 연결되어 있는 제3 MOSFET과; 상기 제3 MOSFET의 소스 단자와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제3 저항과; 소정의 전압과 상기 제2 저항 양단의 전압을 비교하여 상기 제3 MOSFET의 턴 온 여부를 제어하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광 다이오드 구동장치에 있어서, 상기 제1 전류 구동부는, 상기 발광 다이오드부의 상기 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET과; 상기 제1 MOSFET의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하고, 상기 제2 전류 구동부는, 상기 정류부에 애노드가 연결되고, 상기 발광 다이오드부의 상기 제1단에 캐소드가 연결되어 있는 제3 다이오드와; 상기 캐패시터와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항과; 상기 제3 다이오드의 애노드에 드레인 단자가 연결되어 있는 제3 MOSFET과; 상기 제3 MOSFET의 소스 단자와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제3 저항과; 상기 제2 저항 양단의 전압을 검출하여 제3 MOSFET의 턴 온 여부를 제어하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 플리커 특성이 개선되는 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고효율, 고역률 특성을 만족시키고, 과도한 충전 전류를 감소시키는 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 균일한 광특성 및 고 광효율을 만족시키면서 저 THD의 특성을 만족시킬 수 있는 AC 직결형 리니어 발광 다이오드 구동 장치가 제공된다.
이를 통해, 인덕터나 트랜스포머를 사용하는 컨버터 방식 대비 고주파수의 스위칭 동작을 하지 않아 EMI 필터가 필요 없으며 전체 시스템이 매우 간단할 뿐만 아니라 제조 원가를 절감할 수 있는 낮은 퍼센티지 플리커 특성을 갖는 AC 직결형 발광다이오드 구동회로가 제공된다.
도 1은 종래의 리니어 방식의 발광 다이오드 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 구동 회로에서 시간(t)에 따라 입력되는 전압(VIN) 및 전류(IIN)를 나타낸 그래프이다.
도 3은 정류단에 캐패시터를 연결한 종래의 발광다이오드 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 회로에서 입력 전압 및 전류 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 정류단에 캐패시터를 연결한 또 다른 종래의 발광다이오드 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 회로에서의 입력 전압, 입력 전류 및 발광 다이오드 전류를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 대한 회로도이다.
도 8은 도 7의 회로가 정상 상태에서 동작할 때의 입력전압, 입력전류, 캐패시터 전압 및 발광 다이오드부에 흐르는 전류 등 중요 소자에 흐르는 전류 및 중요 노드의 전압을 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 7에서 캐패시터와 제2 전류 구동부 사이에 다이오드를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 10은 도 7에서 제1 다이오드를 제2 저항과 병렬로 연결한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 11은 도 7에서 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부를 캐스코드 회로로 구현한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 12는 도 7에서 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부에 OP 앰프를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 13은 도 11의 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부에 OP 앰프를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 14는 도 7에서 제2 전류 구동부가 저항으로 구성되는 구동장치에 대한 회로도이다.
도 15는 도 14에서 캐패시터와 제2 전류 구동부 사이에 다이오드를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 대한 회로도이다.
도 17은 도 7의 회로의 중요 소자에 흐르는 전류 및 중요 노드의 전압을 나타낸 그래프이다.
도 18은 도 16에서 제3 다이오드와 제3 MOSFET과 사이에 저항을 추가한 구동 장치에 대한 회로도이다.
도 19는 도 16에서 캐패시터와 제2 전류 구동부 사이에 다이오드를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 20은 도 16에서 제1 다이오드를 제2 저항과 병렬로 연결한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 21은 도 16에서 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부를 캐스코드 회로로 구현한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 22는 도 16에서 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부에 OP 앰프를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 23은 도 22의 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부에 OP 앰프를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 대한 회로도로써, 제2 전류 구동부는 제2 저항의 전압을 검출하기 위한 비교기를 포함한다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 대한 회로도로써, 제2 전류 구동부는 제2 저항의 전압을 검출하기 위한 인버터를 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 대한 회로도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치는 정류부(100), 발광 다이오드부(LED, 200), 캐패시터(C, 300), 제1 전류 구동부(400), 제2 전류 구동부(500) 및 제1 다이오드(600)를 포함할 수 있다.
정류부(100)는 교류 전원(AC)으로부터 교류 전원 전압을 인가받고, 인가된 전압을 정류하며, 정류된 전류를 발광 다이오드부(200)로 공급하는 역할을 한다. 도시된 바와 같이, 정류부(100)는 브릿지(Bridge) 다이오드일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 양과 음 두 가지 방향으로 변화하는 교류 전류를 한 가지 방향만 갖는 전류로 변환시킬 수 있는 한 어떠한 회로로 구현될 수 있다.
발광 다이오드부(200)는 정류부(100)로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하며, 서로 연결되어 있는 적어도 하나의 발광 다이오드가 연결되어 있는 채널로 구현될 수 있다. 발광 다이오드부(200)에 포함되어 있는 발광 다이오드의 개수 및 연결 방식(직렬 또는 병렬)은 구동장치가 사용될 조명의 종류에 따라 다양하게 변형 가능하며, 하나의 채널을 구성하는 발광 다이오드는 동시에 턴 온 또는 턴 오프 될 수 있다.
캐패시터(300)는 발광 다이오드부(200)의 제1단에 연결되어, 기설정된 주기에 따라 충전 및 방전 구간을 반복하면서, 발광 다이오드부(200)를 구동한다. 캐패시터(300)는 방전 구간 동안 충전되었던 전압으로 발광 다이오드부(200)를 구동하며, 이러한 캐패시터(300)의 충방전은 제2 전류 구동부(500)에 의하여 제어될 수 있다.
제1 전류 구동부(400)는 발광 다이오드부(200)의 제2단에 연결되어 서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 발광 다이오드부(200)에 흐르는 전류의 경로를 제어하고, 제2 전류 구동부(500)는 캐패시터(300)의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 즉, 제1 전류 구동부(400)는 발광 다이오드부(200)를 구동하는 역할을 하고, 제2 전류 구동부(500)는 캐패시터(300)를 충전하는 역할을 한다.
제1 전류 구동부(400) 및 제2 전류 구동부(500)는 발광 다이오드부(200)와 캐패시터(300)에 흐르는 전류의 경로를 제어하는 스위칭 소자로서, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, M1,M2)을 포함할 수 있고, 스위칭 소자(M1, M2)와 접지단에 연결되어 스위칭 소자(M1, M2)의 구동 전류를 제어하는 저항(R1, R2)을 각각 포함할 수 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전류 구동부(400)는 발광 다이오드부(200)의 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET(M1)과, 제1 MOSFET(M1)의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항(R1)을 포함하고, 제2 전류 구동부(500)는 캐패시터(300)에 드레인 단자가 연결된 제2 MOSFET(M2)과, 제2 MOSFET(M2)의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항(R2)을 포함한다.
제1 MOSFET(M1) 및 제2 MOSFET(M2)에 흐르는 전류 IM1(I1)과 IM2(I2)는 하기 수학식과 같을 수 있다.
[수학식 1]
IM1 = (V1 - VGS,M1) / R1
IM2 = (V2 - VGS,M2) / R2
수학식 1에서 V1은 제1 MOSFET(M1)의 턴 온을 위한 게이트 전압이고, VGS,M1은 제1 MOSFET(M1)의 게이트-소스 간의 전압을 의미한다. 또한, V2는 제2 MOSFET(M2)의 턴 온을 위한 게이트 전압이고, VGS,M2는 제2 MOSFET(M2)의 게이트-소스 간의 전압을 나타낸다.
이러한 제1 MOSFET(M1) 및 제2 MOSFET(M2)은 MOSFET 이외에 BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 같은 드레인-소오스 간에 역병렬 다이오드를 포함하지 않는 스위칭 소자로 구성될 수 있다.
또한, 발광 다이오드 구동장치는 캐패시터(300)와 제2 전류 구동부(400)의 전류 경로 상에 연결되어, 캐패시터(300)의 충전 전압으로 발광 다이오드부(200)를 구동하는 방전 경로를 형성하는 제1 다이오드(600)를 더 포함할 수 있다.
제1 다이오드(600)는 캐패시터(300)의 방전 경로를 제공하며, 입력 전압이 캐패시터(300)에 저장된 전압보다 낮을 때 턴 온되어 제1 전류 구동부(400)가 발광 다이오드부(200)를 구동하도록 하는 전류 경로를 제공하는 역할을 한다. 제1 다이오드(600)가 없을 경우 제2 저항(R2)과 제2 MOSFET(M2)의 소스-드레인 간의 기생 다이오드를 통해 전류 경로가 제공될 수도 있으나, 이 경우 방전 시 효율이 감소된다. 또한, 제2 MOSFET(M2)이 집적화된 MOSFET일 경우 기생 소자로서 다이오드가 형성될 수 있으며 이 때는 내부 기생 다이오드가 제1 다이오드(600)를 대신할 수 있다.
제2 전류 구동부(500) 및 제1 다이오드(600)에 의한 캐패시터(300)의 충방전을 살펴보면 다음과 같다.
캐패시터(300)의 전압은 발광 다이오드부(200)의 전압, 제1 전류 구동부(400) 및 제2 전류 구동부(500)에 의해서 결정되며, 캐패시터(300)의 전압이 발광 다이오드부(200)의 전압보다 낮은 경우는 방전 없이 계속적으로 충전하게 되고 발광 다이오드부(200)의 전압보다 높아지면 충전과 방전을 반복하면서 정상 상태(Steady-state Condition)에 도달하게 된다. 이 때 캐패시터(300)의 최저 전압이 발광 다이오드부(200)의 전압보다 크면 발광 다이오드부(200)의 전류가 “0A” 로 감소하는 구간이 없어지게 되고, 발광 다이오드부(200)에 흐르는 전류값은 제1 전류 구동부(400)에서 설정한 전류값으로 일정하게 되어 플리커가 감소하게 된다.
도 8은 도 7의 회로가 정상 상태에서 동작할 때의 입력 전압, 입력 전류, 캐패시터 전압 및 발광 다이오드부에 흐르는 전류 등 중요 소자에 흐르는 전류 및 중요 노드의 전압을 나타낸 그래프이다.
입력 전압(VIN)의 크기와 캐패시터(300)의 전압에 따라 두 구간으로 구분하여 설명될 수 있다.
충전 구간에 해당하는 구간 1 동안에는 정류기(100)의 입력 전압(VIN)에 의해서 발광 다이오드부(200)가 구동되며 캐패시터가 충전된다.
방전 구간에 해당하는 구간 2 동안에는 입력 전압(VIN)이 아닌 캐패시터(300)가 방전하여 발광 다이오드부(200)를 구동하는 구간에 해당하고, 각 구간에 대한 조건은 다음 식과 같다.
[수학식 2]
구간 1: VIN > VC + VOH (C 충전)
구간 2: VIN < VC - VD1 (C 방전)
여기서, VOH는 제1 MOSFET(M1)과 제2 MOSFET(M2)이 전류원으로 동작하기 위한 드레인 최소 전압을 나타내며, VD1은 제1 다이오드(600)의 턴 온 전압을 나타낸다.
구간 1에서는 입력 전압(VIN)이 캐패시터(300)에 저장된 전압보다 높은 상태이므로 IM1의 전류로 발광 다이오드부(200)를 구동하고 IM2의 전류로 캐패시터(300)를 동시에 충전하게 된다.
구간 2 동안에는, 입력 전압(VIN)이 캐패시터(300)의 전압보다 낮아서 제1 다이오드(600)가 턴 온하면서 캐패시터(300)의 전압으로 인하여 IM1의 전류로 발광 다이오드부(200)가 구동된다. 여기서, 설명의 간략성을 위해서 VOH와 VD1을 생략하였다.
플리커를 낮추거나 제거하기 위해서는 하기 수학식과 같이 구간 2에서의 캐패시터(300) 최소 전압값이 발광 다이오드부(200) 전압과 제1 전류 구동부(400)의 최소 전압인 VOH의 합보다 커야 한다.
[수학식 3]
VC,MIN ≥ VLED + VOH
또한, 정상 상태에서는 구간 1 동안에 충전되는 캐패시터(300)의 전압이 구간 2 동안에 방전되는 캐패시터(300)의 전압과 같아야 하므로 하기 수학식을 만족해야 한다. 여기서 동작 설명의 간략성을 위해서 다이오드에 의한 전압 강하와 VOH는 무시하였다.
[수학식 4]
VC,CHARGE = IM2 Х t1 / C
VC,DISCHARGE = IM1 Х t2 / C
IM2 = IM1 Х t2 / t1
여기서, t1은 구간 1의 유지 시, 즉 충전 시간을 의미하고, t2는 구간 2의 유지 시간, 즉 방전 시간을 의미한다. VC,CHARGE는 충전 시 캐패시터(300)의 전압을 나타내고, VC,DISCHARGE는 방전 시 캐패시터(300)의 전압을 나타낸다.
발광 다이오드부(200)의 전압이 입력 전압(VIN) 대비 클수록 효율은 증가하나 캐패시터(300)의 충전 시간이 감소하므로, IM1보다 큰 값의 IM2가 요구된다. 또한 캐패시터(300)의 용량이 적을수록 충전과 방전이 빠르게 진행되어 플리커 특성이 나빠지게 되는 결과를 초래할 수 있다.
도 9는 도 7에서 캐패시터와 제2 전류 구동부 사이에 다이오드를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도시된 바와 같이, 발광 다이오드 구동장치는 제2 전류 구동부(500)로부터 캐패시터(300)로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 제2 다이오드(610)를 더 포함할 수 있다.
제2 다이오드(610)는 캐패시터(300) 방전 시 제2 MOSFET(M2)의 역방향 다이오드나 집적회로 시 형성되는 내부 다이오드의 사용에 의한 전류 흐름을 방지하는 역할을 할 수 있다.
도 10은 도 7에서 제1 다이오드를 제2 저항과 병렬로 연결한 구동장치에 대한 회로도이다.
도시된 바와 같이, 제1 다이오드(600)는 제2 저항(R2)과 병렬로 연결될 수 있으며, 나머지 회로에 대한 전류 경로는 도 7과 동일하다.
도 11은 도 7에서 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부를 캐스코드 회로로 구현한 구동장치에 대한 회로도이다.
본 실시예에 따를 경우, 제1 전류 구동부(400)는 발광 다이오드부(200)와 제1 MOSFET(M1) 사이에 직렬로 연결되는 제1 캐스코드 소자(M11)를 더 포함하고, 제2 전류 구동부(500)는 캐패시터(300)와 제2 MOSFET(M2) 사이에 직렬로 연결되는 제2 캐스코드 소자(M22)를 더 포함할 수 있다.
제1 캐스코드 소자(M11) 및 제2 캐스코드 소자(M22)는 제1 MOSFET(M1) 및 제2 MOSFET(M2)와 같이 MOSFET 소자로 구현될 수 있으며, 캐스코드 회로를 활용하면, 출력 임피던스를 증가시켜 드레인 전압 변동에 의한 구동 전류의 변동을 최소화할 수 있다.
도 12는 도 7에서 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부에 OP 앰프를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도시된 바와 같이, 제1 전류 구동부(400)는 제1 MOSFET(M1)의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제1 OP 앰프(410)를 더 포함하고, 제2 전류 구동부(500)는 제2 MOSFET(M2)의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제2 OP 앰프(510)를 더 포함할 수 있다.
OP 앰프를 발광 다이오드 구동장치에 적용함으로써, 제1 전류 구동부(400) 및 제2 전류 구동부(500)의 특성을 개선할 수 있다. 구체적으로, 제1 OP 앰프(410) 및 제2 OP 앰프(510)의 사용으로 인하여 제1 MOSFET(M1)에 흐르는 전류(IM1)와 제2 MOSFET(M2)에 흐르는 전류(IM2)가 교차되는 시간이 줄어들 뿐만 아니라 출력 임피던스가 증가되고, IM1과 IM2 설정 시 VGS에 의한 영향을 제거할 수 있어 구동 전류의 온도나 공정 파라미터 변동에 의한 구동전류 변동량을 최소화할 수 있다.
도 13은 도 11의 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부에 OP 앰프를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 13은 캐스코드 형태의 전류 구동부에 OP 앰프를 추가한 것을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 제1 전류 구동부(400)는 발광 다이오드부(200)와 제1 MOSFET(M1) 사이에 직렬로 연결되는 제1 캐스코드 소자(M11) 및 제1 MOSFET(M1)의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제1 OP 앰프(410)를 더 포함하고, 제2 전류 구동부(500)는 캐패시터(300)와 제2 MOSFET(M2) 사이에 직렬로 연결되는 제2 캐스코드 소자(M22) 및 제2 MOSFET(M2)의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제2 OP 앰프(510)를 더 포함할 수 있다.
도 14는 도 7에서 제2 전류 구동부가 저항으로 구성되는 구동장치에 대한 회로도이다.
본 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치는 제2 전류 구동부(500)로써, 캐패시터(300)와 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항(R2)을 포함한다. 즉, 제2 전류 구동부(500)는 도 7의 제2 MOSFET(M2)을 생략하고 제2 저항(R2)만으로 구현될 수 있다.
도 15는 도 14에서 캐패시터와 제2 전류 구동부 사이에 다이오드를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 14의 제2 전류 구동부(500), 즉 제2 저항(R2)만으로 캐패시터(300)의 충방전을 제어하는 제2 전류 구동부(500)는 도 15와 같이 캐패시터(300)로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 제2 다이오드(610)를 더 포함할 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 대한 회로도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치는 도 7과 같이, 제1 MOSFET(M1) 및 제1저항(R1)을 포함하는 제1 전류 구동부(400)를 포함한다.
한편, 제2 전류 구동부(500)는 정류부(100)에 애노드가 연결되고 발광 다이오드부(200)의 제1단에 캐소드가 연결되어 있는 제3 다이오드(D3)와, 캐패시터(300)에 드레인 단자가 연결된 제2 MOSFET(M2)과, 제3 다이오드(D3)의 애노드에 드레인 단자가 연결되고 제2 MOSFET(M2)과 소스 커플된 제3 MOSFET(M3)과, 제2 MOSFET(M2) 및 제3 MOSFET(M3)의 소스 단자와 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항(R2)을 포함한다.
도 7의 발광 다이오드 구동장치와 비교하며, 도 16에 따른 발광 다이오드 구동장치는 제2 전류 구동부(500)가 두 개의 MOSFET(M1, M2)의 스위칭 소자를 포함하여, 두 개의 MOSFET(M1, M2)은 캐패시터(300)를 순차 구동한다. 제2 MOSFET(M2)과 제3 MOSFET(M3)이 소스-커플 회로를 형성하며, 제2 MOSFET(M2)이 턴 온 되어 캐패시터(300)를 충전하는 전류가 흐르는 동안에는 제3 MOSFET(M3)은 턴 오프 되고, 제2 MOSFET(M2)이 턴 오프 되어 캐패시터(300)가 방전되는 동안에는 제3 MOSFET(M3)이 턴 온 되어 전류 경로를 형성한다.
또한, 본 실시예에 따른 제2 전류 구동부(500)는 정류부(100)와 발광 다이오드부(200)의 전류 경로 상의 제3 다이오드(D3)를 더 포함하며, 제3 다이오드(D3)는 캐패시터(300)가 방전되는 동안 제3 MOSFET(M3)를 통하여 캐패시터(300)가 아닌 정류부(100)를 통해 전류를 흐르게 한다. 이 때, 제1 MOSFET(M1), 제2 MOSFET(M2) 및 제3 MOSFET(M3)에 흐르는 전류는 아래 수학식과 같다.
[수학식 5]
IM1 = (V1 - VGS,M1) / R1
IM2 = (V2 - VGS,M2) / R2
IM3 = (V3 - VGS,M3) / R3
여기서, V2는 V3 보다 크고(V2 〉V3), 제3 MOSFET(M3)에 흐르는 전류는 발광 다이오드부(200)의 구동에는 관여하지는 않지만 캐패시터(300)의 방전 구간 동안 입력 전류를 흘려 역률을 개선하거나 트라이악 구동용 전류를 공급하는 역할을 한다.
도 17은 도 7의 회로의 중요 소자에 흐르는 전류 및 중요 노드의 전압을 나타낸 그래프이다. 도 8과 비교하여 제3 MOSFET(M3)에 흐르는 전류(I3) 그래프가 추가되었다.
상술된 바와 같이, 제2 MOSFET(M2)과 제3 MOSFET(M3)은 소스단이 서로 연결되어 있는 소스 커플 회로로써, 순차 구동부의 특성을 나타낸다. 즉, 제3 MOSFET(M3)의 전류(I3)가 흐르는 구간은 제2 MOSFET(M2)에 전류가 흐르지 않으면서 캐패시터(300)가 방전하는 구간(t2)에 해당한다.
도 18은 도 16에서 제3 다이오드와 제3 MOSFET과의 사이에 저항을 추가한 구동 장치에 대한 회로도이다.
도시된 바와 같이, 제2 전류 구동부(500)는 제3 다이오드(D3)의 애노드와 제3 MOSFET(M3)의 드레인 단자 사이에 연결되어, 제3 MOSFET(M3)에 흐르는 전류가 입력 전압의 크기에 비례하도록 하는 제3저항(R3)을 더 포함한다. 즉, 제3저항(R3)은 캐패시터(300)를 순차 구동하는 제3 MOSFET(M3)의 전류가 입력 전압의 크기에 비례하여 증가할 수 있도록 한다.
도 19는 도 16에서 캐패시터와 제2 전류 구동부 사이에 다이오드를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도시된 바와 같이, 발광 다이오드 구동장치는 제2 전류 구동부(500)로부터 캐패시터(300)로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 제2 다이오드(610)를 더 포함할 수 있다.
제2 다이오드(610)는 캐패시터(300) 방전 시 제2 MOSFET(M2)의 역방향 다이오드나 집적회로 시 형성되는 내부 다이오드의 사용에 의한 전류 흐름을 방지하는 역할을 할 수 있다.
도 20은 도 16에서 제1 다이오드를 제2 저항과 병렬로 연결한 구동장치에 대한 회로도이다.
도시된 바와 같이, 제1 다이오드(600)는 제2 저항(R2)과 병렬로 연결될 수 있으며, 나머지 회로에 대한 전류 경로는 도 16과 동일하다.
도 21은 도 16에서 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부를 캐스코드 회로로 구현한 구동장치에 대한 회로도이다.
본 실시예에 따를 경우, 제1 전류 구동부(400)는 발광 다이오드부(200)와 제1 MOSFET(M1) 사이에 직렬로 연결되는 제1 캐스코드 소자(M11)를 더 포함하고, 제2 전류 구동부(500)는 캐패시터(300)와 제2 MOSFET(M2) 사이에 직렬로 연결되는 제2 캐스코드 소자(M22) 및 제3 다이오드(D3)의 애노드와 제3 MOSFET(M3) 사이에 직렬로 연결되는 제3 캐스코드 소자(M33)를 더 포함할 수 있다.
제1 캐스코드 소자(M11), 제2 캐스코드 소자(M22) 및 제3 MOSFET(M3)는 제1 MOSFET(M1), 제2 MOSFET(M2) 및 제3 MOSFET(M3)와 같이 MOSFET 소자로 구현될 수 있으며, 캐스코드 회로를 활용하면, 출력 임피던스를 증가시켜 드레인 전압 변동에 의한 구동 전류의 변동을 최소화할 수 있다.
도 22는 도 16에서 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부에 OP 앰프를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
본 실시예에 따르면, 제1 전류 구동부(400)는 제1 MOSFET(M1)의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제1 OP 앰프(410)를 더 포함하고, 제2 전류 구동부(500)는 제2 MOSFET(M2)의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제2 OP 앰프(510) 및 제3 MOSFET(M3)의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제3 OP 앰프(520)를 더 포함할 수 있다.
OP 앰프를 발광 다이오드 구동장치에 적용함으로써, 제1 전류 구동부(400) 및 제2 전류 구동부(500)의 특성을 개선할 수 있다. 구체적으로, 제1 OP 앰프(410), 제2 OP 앰프(510) 및 제3 OP 앰프(520)의 사용으로 인하여 제1 MOSFET(M1)에 흐르는 전류(IM1)와 제2 MOSFET(M2)에 흐르는 전류(IM2)가 교차되는 시간과 제1 MOSFET(M1)에 흐르는 전류(IM1)와 제3 MOSFET(M3)에 흐르는 전류(IM3)가 교차되는 시간이 줄어들 뿐만 아니라 출력 임피던스가 증가되고, IM1과, IM2 및 IM3 설정 시 VGS에 의한 영향을 제거할 수 있어 구동 전류의 온도나 공정 파라미터 변동에 의한 구동전류 변동량을 최소화할 수 있다.
도 23은 도 22의 제1 전류 구동부 및 제2 전류 구동부에 OP 앰프를 추가한 구동장치에 대한 회로도이다.
도 23은 캐스코드 형태의 전류 구동부에 OP 앰프를 추가한 것을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 제1 전류 구동부(400)는 발광 다이오드부(200)와 제1 MOSFET(M1) 사이에 직렬로 연결되는 제1 캐스코드 소자(M11) 및 제1 MOSFET(M1)의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제1 OP 앰프(410)를 더 포함하고, 제2 전류 구동부(500)는 캐패시터(300)와 제2 MOSFET(M2) 사이에 직렬로 연결되는 제2 캐스코드 소자(M22) 및 제2 MOSFET(M2)의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제2 OP 앰프(510)를 더 포함할 수 있다. 추가적으로, 제2 전류 구동부(500)는 제3 다이오드(D3)의 애노드와 제3 MOSFET(M3) 사이에 직렬로 연결되는 제3 캐스코드 소자(M33)와 제3 MOSFET(M3)의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제3 OP 앰프(520)를 더 포함할 수 있다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 대한 회로도로써, 제2 전류 구동부는 제2 저항의 전압을 검출하기 위한 비교기를 포함한다.
본 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치의 제1 전류 구동부(400)는 도 7과 같이, 발광 다이오드부(200)의 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET(M1)과, 제1 MOSFET(M1)의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항(R1)을 포함한다.
한편, 제2 전류 구동부(500)는 정류부(100)에 애노드가 연결되고, 발광 다이오드부(200)의 제1단에 캐소드가 연결되어 있는 제3 다이오드(D3)와, 캐패시터(300)와 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항(R2)과 제3 다이오드(D3)의 애노드에 드레인 단자가 연결되어 있는 제3 MOSFET(M3)과 제3 MOSFET(M3)의 소스 단자와 접지단 사이에 연결되어 있는 제3 저항(R3)에 추가하여, 소정의 전압과 제2 저항(R2) 양단의 전압을 비교하여 제3 MOSFET(M3)의 턴 온 여부를 제어하는 비교기(530)를 포함할 수 있다.
여기서, 소정의 전압은 비교기(530)의 레퍼런스 전압이며, 비교기(530)는 레퍼런스 전압과의 비교를 통하여 제2 저항(R2)의 전압을 검출할 수 있다. 비교기(530)는 제2 저항(R2)의 전압을 검출할 수 있는 인덕터 또는 공통 에미터 등으로 교체 구현될 수 있다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 구동 캐패시터를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 대한 회로도로써, 제2 전류 구동부는 제2 저항의 전압을 검출하기 위한 인버터를 포함한다.
본 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치의 제1 전류 구동부(400)는 도 7과 같이, 발광 다이오드부(200)의 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET(M1)과, 제1 MOSFET(M1)의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항(R1)을 포함한다.
한편, 제2 전류 구동부(500)는 정류부(100)에 애노드가 연결되고, 발광 다이오드부(200)의 제1단에 캐소드가 연결되어 있는 제3 다이오드(D3)와, 캐패시터(300)와 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항(R2)과 제3 다이오드(D3)의 애노드에 드레인 단자가 연결되어 있는 제3 MOSFET(M3)과 제3 MOSFET(M3)의 소스 단자와 접지단 사이에 연결되어 있는 제3 저항(R3)에 추가하여, 제2 저항(R2) 양단의 전압을 검출하여 제3 MOSFET(M3)의 턴 온 여부를 제어하는 인버터(540)를 포함할 수 있다.
여기서, 인버터(540)는 제2 저항(R2)의 전압을 검출할 수 있는 공통 소오스 회로로 변경될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 인덕터나 트랜스포머를 사용하는 컨버터 방식 대비 고주파수의 스위칭 동작을 하지 않아 EMI 필터가 필요 없으며 전체 시스템이 매우 간단할 뿐만 아니라 제조 원가를 절감할 수 있는 낮은 퍼센티지 플리커 특성을 갖는 AC 직결형 발광다이오드 구동회로가 제공된다.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 정류부 200: 발광 다이오드부
300: 캐패시터 400: 제1 전류 구동부
500: 제2 전류 구동부 600: 제1 다이오드

Claims (15)

  1. 교류 전원 전압을 인가받아 정류하는 정류부와;
    상기 정류부로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하는 발광 다이오드부와;
    상기 발광 다이오드부의 제1단에 연결되어 기설정된 주기에 따라 충전 및 방전 구간을 반복하면서, 상기 발광 다이오드부를 구동하는 캐패시터와;
    상기 발광 다이오드부의 제2단에 연결되어 서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 상기 발광 다이오드부와 상기 캐패시터에 흐르는 전류의 경로를 제어하는 제1 전류 구동부와;
    상기 캐패시터의 충전 및 방전을 제어하는 제2 전류 구동부와;
    상기 캐패시터와 상기 제2 전류 구동부의 전류 경로 상에 연결되어, 상기 캐패시터의 충전 전압으로 상기 발광 다이오드부를 구동하는 방전 경로를 형성하는 제1 다이오드를 포함하되,
    상기 제1 다이오드는, 입력 전압이 상기 캐패시터에 저장된 전압보다 낮을 때 턴온되어 상기 제1 전류 구동부가 상기 발광 다이오드부를 구동하도록 하는 전류 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류 구동부는,
    상기 발광 다이오드부의 상기 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET과;
    상기 제1 MOSFET의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하고,
    상기 제2 전류 구동부는,
    상기 캐패시터에 드레인 단자가 연결된 제2 MOSFET과;
    상기 제2 MOSFET의 소스 단자 및 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류 구동부는,
    상기 발광 다이오드부의 상기 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET과;
    상기 제1 MOSFET의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하고,
    상기 제2 전류 구동부는,
    상기 캐패시터와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 전류 구동부로부터 상기 캐패시터로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 제2 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 다이오드는 상기 제2 저항과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전류 구동부는,
    상기 발광 다이오드부와 상기 제1 MOSFET 사이에 직렬로 연결되는 제1 캐스코드 소자를 더 포함하고,
    상기 제2 전류 구동부는,
    상기 캐패시터와 상기 제2 MOSFET 사이에 직렬로 연결되는 제2 캐스코드 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  7. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 전류 구동부는,
    상기 제1 MOSFET의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제1 OP 앰프를 더 포함하고,
    상기 제2 전류 구동부는,
    상기 제2 MOSFET의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제2 OP 앰프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류 구동부는,
    상기 발광 다이오드부의 상기 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET과;
    상기 제1 MOSFET의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하고,
    상기 제2 전류 구동부는,
    상기 정류부에 애노드가 연결되고, 상기 발광 다이오드부의 상기 제1단에 캐소드가 연결되어 있는 제3 다이오드와;
    상기 캐패시터에 드레인 단자가 연결된 제2 MOSFET과;
    상기 제3 다이오드의 애노드에 드레인 단자가 연결되고, 상기 제2 MOSFET과 소스 커플된 제3 MOSFET과,
    상기 제2 MOSFET의 소스 단자와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 전류 구동부는,
    상기 제3 다이오드의 애노드와 상기 제3 MOSFET의 드레인 단자 사이에 연결되어, 상기 제3 MOSFET에 흐르는 전류가 입력 전압의 크기에 비례하도록 하는 제3저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 전류 구동부로부터 상기 캐패시터로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 제2 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 다이오드는 상기 제2 저항과 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전류 구동부는,
    상기 발광 다이오드부 상기 제1 MOSFET 사이에 직렬로 연결되는 제1 캐스코드 소자를 더 포함하고,
    상기 제2 전류 구동부는,
    상기 캐패시터와 상기 제2 MOSFET 사이에 직렬로 연결되는 제2 캐스코드 소자와;
    상기 제3 다이오드의 애노드와 상기 제3 MOSFET 사이에 직렬로 연결되는 제3 캐스코드 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  13. 제8항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 전류 구동부는,
    상기 제1 MOSFET의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제1 OP 앰프를 더 포함하고,
    상기 제2 전류 구동부는,
    상기 제2 MOSFET의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제2 OP 앰프와;
    상기 제3 MOSFET의 게이트 단자에 출력단이 연결되어 있는 제3 OP 앰프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류 구동부는,
    상기 발광 다이오드부의 상기 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET과;
    상기 제1 MOSFET의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하고,
    상기 제2 전류 구동부는,
    상기 정류부에 애노드가 연결되고, 상기 발광 다이오드부의 상기 제1단에 캐소드가 연결되어 있는 제3 다이오드와;
    상기 캐패시터와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항과;
    상기 제3 다이오드의 애노드에 드레인 단자가 연결되어 있는 제3 MOSFET과;
    상기 제3 MOSFET의 소스 단자와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제3 저항과;
    소정의 전압과 상기 제2 저항 양단의 전압을 비교하여 상기 제3 MOSFET의 턴 온 여부를 제어하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전류 구동부는,
    상기 발광 다이오드부의 상기 제2단에 드레인 단자가 연결된 제1 MOSFET과;
    상기 제1 MOSFET의 소스 단자 및 접지단 사이에 연결되어 있는 제1 저항을 포함하고,
    상기 제2 전류 구동부는,
    상기 정류부에 애노드가 연결되고, 상기 발광 다이오드부의 상기 제1단에 캐소드가 연결되어 있는 제3 다이오드와;
    상기 캐패시터와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제2 저항과;
    상기 제3 다이오드의 애노드에 드레인 단자가 연결되어 있는 제3 MOSFET과;
    상기 제3 MOSFET의 소스 단자와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 제3 저항과;
    상기 제2 저항 양단의 전압을 검출하여 제3 MOSFET의 턴 온 여부를 제어하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
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