KR102427793B1 - 플리커 성능이 개선된 led 구동회로 및 이를 포함하는 led 조명장치 - Google Patents

플리커 성능이 개선된 led 구동회로 및 이를 포함하는 led 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 루프백 보상부를 이용하여 LED 조명장치의 비발광 구간을 없앰으로써, 동작구간 중 발생하는 LED 조명장치의 광 출력 편차를 저감할 수 있는, 플리커 성능이 개선된 LED 조명장치를 개시한다.

Description

플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치{LED DRIVING CIRCUIT WITH IMPROVED FLICKER PERFORMANCE AND LED LUMINESCENT APPARUTUS THE SAME}
본 발명은 플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, LED 오프 구간을 제거함으로써, 동작구간 중 발생하는 LED 조명장치의 광 출력 편차를 저감할 수 있는, 플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치에 관한 것이다.
LED 구동은 직류구동 방식이 일반적이다. 직류구동 방식의 경우 SMPS 등의 AC-DC 컨버터가 필수적으로 요구되며, 이러한 전원 컨버터는 조명기구의 제조단가를 상승시키고, 조명기구의 소형화를 어렵게 하며, 조명기구의 에너지 효율을 떨어뜨리고, 짧은 수명으로 인해 조명기구의 수명을 단축시킨다는 문제점이 있다.
이러한 직류구동 방식의 문제점을 해결하기 위하여, LED의 교류구동 방식이 제안되었다. 그러나 이러한 기술에 따른 회로의 경우 입력전압과 LED에서 출력되는 전류의 불일치로 인하여 역률이 저하되는 문제가 있을 뿐 아니라, LED의 비발광 구간이 길어질 경우, 사용자가 조명의 깜빡거림을 인지하게되는 플리커 현상이 발생한다는 문제점이 있다.
도 1은 플리커(Flicker) 성능을 설명하기 위한 개념도이다. 최근 에너지 스타(Energy Star) 스펙(SPEC)의 플리커 성능의 기준이 되는 플리커의 정의와 규정은 아래와 같다.
(1) 플리커의 정의
플리커란 일정 시간 동안 조명의 밝기가 변화하는 현상을 지칭하며, 심할 경우 사용자가 빛이 흔들거리거나 또는 깜박거리는 현상을 인지할 수 있다. 이러한 플리커는 대부분 일정 시간 동안의 최대 광 출력과 최소 광 출력이 달라서 발생하게 되는 현상이다.
(2) 플리커 성능을 나타내는 지표의 종류
a) 플리커 인덱스(Flicker Index) : 도 1에 도시된 바와 같이, 플리커 인덱스란, 1주기의 광출력 파형도 상에서, 평균 광출력 이상의 면적(Area1)을 전체 광출력 면적(Area1+Area2)으로 나눈 값을 의미한다. 따라서, 플리커 인덱스는 1주기 동안 평균 광출력 이상의 광이 얼마나 발생되는지를 수치적으로 나타내는 값으로서, 플리커 인덱스가 낮을수록 플리커 수준이 양호하다.
b) 퍼센트 플리커(Percent Flicker) 또는 변조 깊이(Modulation Depth) : 퍼센트 플리커란 일정시간 동안의 최소 광량과 최대 광량을 수치화한 지표를 지칭한다. 이러한 퍼센트 플리커는 100*(최대 광량 - 최소 광량)/(최대 광량 + 최소 광량)으로 산출될 수 있다.
(3) 에너지 스타 플리커 인덱스 규정
- 광 출력 파형(Light output waveform) ≥ 120Hz
- 플리커 인덱스 ≤ 주파수 x 0.001 (at Max. Dimmer, 800Hz 이상의 경우 제외)(따라서, 120 Hz에서의 플리커 인덱스 ≤ 0.12 )
(4) 퍼센트 플리커에 대한 연구 결과
퍼센트 플리커에 대한 연구 논문들에 따르면,
퍼센트 플리커 < 0.033 x 2 x 주파수 이하는 영향이 없는 구간으로,
퍼센트 플리커 < 0.033 x 2 x 주파수 이하는 저 위험 구간으로 발표되었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, LED 조명장치의 성능에 있어 플리커 수준이 중요한 기준으로 부각되고 있다.
한편, 도 2는 종래기술에 따른 4단 순차구동 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이며, 도 3은 도 2에 개시된 종래기술에 따른 4단 순차구동 LED 조명장치의 구동전압 대 LED 구동전류의 관계를 도시한 파형도이다. 이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 종래기술에 따른 LED 조명장치의 문제점을 살펴보도록 한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)는 정류부(10), LED 발광부(20) 및 LED 구동 제어부(30)를 포함할 수 있다.
종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 정류부(10)는 외부 전원으로부터 입력되는 교류 전압(VAC)을 정류하여 정류전압(Vrec)을 생성하고, 생성된 정류전압(Vrec)을 LED 발광부(20) 및 LED 구동 제어부(30)로 출력하도록 구성된다. 이러한 정류부(10)로서 전파 정류회로, 반파 정류회로 등 공지된 다양한 정류회로 중 하나가 이용될 수 있으며, 도 2에는 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성된 브리지 전파 정류회로가 도시되어 있다. 또한, 종래기술에 따른 LED 발광부(20)는 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 4 LED 그룹(24)까지의 4개의 LED 그룹들로 구성되며, LED 구동 제어부(30)의 제어에 따라 순차적으로 점등되고 순차적으로 소등되도록 구성된다. 한편, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 순차적으로 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 4 LED 그룹(24) 점등 및 소등하는 제어기능을 수행하도록 구성된다.
특히, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 입력 전압(즉, 정류전압(Vrec))의 전압레벨에 따라 LED 구동전류를 증감시켜 순차구동 구간별로 정전류 제어기능을 수행하도록 구성되며, 이는 LED 구동전류를 정현파에 가까운 계단파 형태를 취하게 함으로써 역률(power factor: PF) 및 전고조파 왜곡률(total harmonics distortion: THD)을 개선함으로써 LED 조명장치의 전력 품질을 향상시키기 위한 것이다.
이러한 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 동작 과정을 도 3을 참조하여 보다 더 상세하게 살펴보도록 한다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 LED 그룹들의 순차 구동을 제어하기 위하여, 제 1 정전류 스위치(SW1), 제 2 정전류 스위치(SW2), 제 3 정전류 스위치(SW3), 및 제 4 정전류 스위치(SW4)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만인 구간(제 1 단 동작구간)에서는 제 1 LED 그룹(21)만을 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 1 LED 구동전류(ILED1)가 되도록 정전류 제어한다. 유사하게, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이고 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 미만인 구간(제 2 단 동작구간)에서는, 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-오프하고 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-온함으로써, 제 1 LED 그룹(21) 및 제 2 LED 그룹(22)만을 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 2 LED 구동전류(ILED2)가 되도록 정전류 제어한다. 또한, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 이상이고 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 미만인 구간(제 3 단 동작구간)에서는, 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-오프하고 제 3 정전류 스위치(SW3)를 턴-온함으로써, 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 3 LED 그룹(23)을 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 3 LED 구동전류(ILED3)로 정전류 제어한다. 마지막으로, 종래기술에 따른 LED 구동 제어부(30)는 정류전압(Vrec)이 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 이상인 구간(제 4 단 동작구간)에서는, 제 3 정전류 스위치(SW3)를 턴-오프하고 제 4 정전류 스위치(SW4)를 턴-온함으로써, 제 1 LED 그룹(21) 내지 제 4 LED 그룹(24) 모두를 턴-온하고 LED 구동전류(ILED)를 제 4 LED 구동전류(ILED4)로 정전류 제어한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 단 동작구간에서의 LED 구동전류(즉, 제 1 LED 구동전류(ILED1))보다 제 2 단 동작구간에서의 LED 구동전류(즉, 제 2 LED 구동전류(ILED2))가 더 크도록 제어되며, 마찬가지로 제 2 LED 구동전류(ILED2)보다 제 3 LED 구동전류(ILED3)가 더 크도록 제어되고, 제 4 LED 구동전류(ILED4)가 가장 크도록 제어된다. 이에 따라, 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 전체 광 출력은 도 3에 도시된 바와 같이 계단파 형태를 가지게 된다. 따라서, 이러한 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)를 이용하는 경우, 동작구간에 따라 발광되는 LED들의 총 수 및 구동전류가 상이하기 때문에 동작구간별로 광 출력이 상이하며, 따라서 사용자가 동작구간별 광 출력의 차이로 인한 불편함을 느낄 수 있고, 전술한 바와 같은 플리커가 열악해진다는 문제점이 있다. 즉, 이상에서 설명된 바와 같은 종래기술에 의한 순차구동 방식의 LED 조명장치의 경우, 퍼센트 플리커가 100%에 달하기 때문에 개선이 필요한 실정이다.
또한, 전술한 바와 같은 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 경우 LED 발광부(20)에 제공되는 구동전압, 즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 기초하여 순차구동을 제어하도록 구성되어 있다. 그러나, 이러한 전압검출 방식의 경우, LED 온도에 따른 전류/전압 특성을 제대로 반영하지 못한다는 문제점이 있다. 즉, LED 그룹의 순방향 전압이 "LED의 동작 온도"에 따라 상이하지만, 전압검출 방식의 경우 이러한 LED의 온도에 따른 I/V 특성을 제대로 반영하지 못하기 때문에, 동작구간이 변경되는 시점(예를 들어, 제 1 단 동작구간에서 제 2 단 동작구간으로 변경되는 시점)에 LED 구동전류(LED 광 출력)가 순간적으로 떨어지거나 겹쳐지는(overshoot)되는 현상이 발생하여 LED 조명장치(100)의 광 출력이 일정하지 못하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 비발광 구간을 제거하여 광출력의 편차를 저감함으로써 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는, 플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 교류 순차 구동 방식의 LED 조명장치에 있어, 이중 방전 경로를 통해 이중으로 방전이 가능한 루프백 보상부를 이용하여 회로 효율을 높이고 광량을 증가시킬 수 있는, 플리커 성능이 개선된 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 다른 일 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 전파정류하고, 전파정류된 정류전압을 제 1 구동전압으로서 LED 발광부에 제공하는 정류부; 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되고, 비보상 구간에서 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 상기 제 1 구동전압으로서 공급받아 발광하며, 보상구간에서 루프백 보상부로부터 제 2 구동전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; 제 m LED 그룹(m은 n 미만의 양의 정수) 및 제 m+1 LED 그룹 사이의 노드와 LED 구동 제어부 사이에 위치되고, 충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 상기 보상구간의 제 1 보상 구간 동안 제 2 세트의 LED 그룹(제 m+1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹)에 상기 제 2 구동전압을 제공하고, 상기 보상구간의 제 2 보상 구간 동안 상기 제 2 세트의 LED 그룹 및 제 1 세트의 LED 그룹(상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 m LED 그룹) 각각에 상기 제 2 구동전압을 제공하는 루프백(loop-back) 보상부; 및 상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹의 구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하는, LED 조명장치가 개시된다.
바람직하게, 상기 루프백 보상부는 제 1 방전 경로를 통해 상기 제 m+1 LED 그룹의 애노드단에 연결되고, 제 2 방전 경로를 통해 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 세트의 LED 그룹은 상기 제 1 보상 구간 동안 상기 제 1 구동전압에 의해 구동되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 보상 구간 및 상기 제 2 보상 구간 동안, 상기 제 1 세트의 LED 그룹과 상기 제 2 세트의 LED 그룹은 서로 독립적으로 구동되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 각각 제 1 LED 구동전류 값 내지 제 n LED 구동전류 값 중 대응되는 LED 구동전류 값을 설정할 수 있는 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 제 n LED 구동전류 설정부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 상기 제 n LED 구동전류 설정부 각각은 가변저항으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하며 정류부로부터 전파정류된 정류전압을 제 1 구동전압으로서 제공받는 LED 발광부의 구동을 제어하는 LED 구동회로로서, 제 m LED 그룹(m은 n 미만의 양의 정수) 및 제 m+1 LED 그룹 사이의 노드와 LED 구동 제어부 사이에 위치되고, 충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 상기 보상구간의 제 1 보상 구간 동안 제 2 세트의 LED 그룹(상기 제 m+1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹)에 상기 제 2 구동전압을 제공하고, 상기 보상구간의 제 2 보상 구간 동안 상기 제 2 세트의 LED 그룹 및 제 1 세트의 LED 그룹(상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 m LED 그룹) 각각에 상기 제 2 구동전압을 제공하는 루프백 보상부; 및 상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹의 구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하는, LED 구동회로가 개시된다.
바람직하게, 상기 루프백 보상부는 제 1 방전 경로를 통해 상기 제 m+1 LED 그룹의 애노드단에 연결되고, 제 2 방전 경로를 통해 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 세트의 LED 그룹은 상기 제 1 보상 구간 동안 상기 제 1 구동전압에 의해 구동되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 보상 구간 및 상기 제 2 보상 구간 동안, 상기 제 1 세트의 LED 그룹과 상기 제 2 세트의 LED은 서로 독립적으로 구동되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 각각 제 1 LED 구동전류 값 내지 제 n LED 구동전류 값 중 대응되는 LED 구동전류 값을 설정할 수 있는 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 제 n LED 구동전류 설정부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 상기 제 n LED 구동전류 설정부 각각은 가변저항으로 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 루프백(loop back) 보상부를 이용하여 비발광 구간을 제거함으로써 광출력의 편차를 저감하여 사용자에게 자연스러운 광을 제공할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이중 방전 경로를 통해 이중으로 방전이 가능한 루프백 보상부를 이용함으로써 회로 효율을 높이고 광량을 증가시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 플리커(Flicker) 성능을 설명하기 위한 개념도.
도 2는 종래기술에 따른 4단 순차구동 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 종래기술에 따른 LED 조명장치의 구동전압과 LED 구동전류 간의 관계를 나타낸 파형도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 동작구간별 스위치 제어상태, LED 그룹별 구동전류, 및 루프백 보상부 충방전 전류를 도시한 구성 블록도.
도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 시간에 따른 정류전압, 제 1 LED 그룹 구동전류, 제 2 그룹 LED 구동 전류, 및 루프백 보상부 충방전 전류를 도시한 파형도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
본 발명의 실시예에서, 용어 'LED 그룹'이란 복수의 LED들(또는 복수의 발광셀들)이 직렬/병렬/직병렬로 연결되어, LED 구동모듈의 제어에 따라 하나의 단위로서 동작이 제어되는(즉, 같이 점등/소등되는) LED들의 집합을 의미한다.
또한, 용어 '제 1 순방향 전압레벨(Vf1)'은 제 1 LED 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미하며, 용어 '제 2 순방향 전압레벨(Vf2)'은 직렬로 연결된 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨(즉, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨과 제 2 LED 그룹의 순방향 전압레벨을 더한 전압레벨)을 의미하고, 용어 '제 3 순방향 전압레벨(Vf3)'은 직렬로 연결된 제 1 내지 제 3 LED 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미한다. 즉, '제 n 순방향 전압레벨(Vfn)'은 직렬로 연결된 제 1 내지 제 n LED 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨(즉, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨 내지 제 n LED 그룹의 순방향 전압레벨들을 모두 더한 전압레벨)을 의미한다.
또한, 용어 '구동전압 검출기반의 순차구동 방식' 또는 '구동전압 검출기반의 다단구동 방식'이란, 시간에 따라 크기가 변화하는 입력전압을 인가받아 LED를 구동하는 LED 구동모듈에 있어, 인가되는 입력전압의 증가에 따라 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 발광시키고, 인가되는 입력전압의 감소에 따라 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 소등시키는 구동방식을 의미한다. 또한, 용어 '구동전류 검출기반의 순차구동 방식' 또는 '구동전류 검출기반의 다단구동 방식'이란, 시간에 따라 크기가 변화하는 입력전압을 인가받아 LED를 구동하는 LED 구동모듈에 있어, LED 발광부 또는 LED 발광부에 연결된 정전류 스위치에 흐르는 LED 구동전류의 증감에 따라 LED 발광부를 구성하는 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 점등 및 소등시키는 구동방식을 의미한다. 한편 구동전압 검출방식 또는 구동전류 검출방식인지와 무관하게, 순차구동방식 또는 다단구동 방식에 있어, 제 1 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹만이 발광하는 동작구간을 의미하며, 제 2 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹만이 발광하는 동작구간을 의미하고, 유사하게, 제 n 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹 모두가 발광하는 동작구간을 의미한다.
또한, 용어 'LED 그룹 구동전류'란 동작구간과 무관하게 특정 LED 그룹을 흐르는 LED 구동전류를 의미한다. 예를 들어, 제 1 LED 그룹 구동전류는 제 1 LED 그룹을 통해 흐르는 LED 구동전류를 의미하며, 제 2 LED 그룹 구동전류는 제 2 LED 그룹을 통해 흐르는 LED 구동전류를 의미한다. 유사하게, 제 n LED 그룹 구동전류는 제 n LED 그룹을 통해 흐르는 LED 구동 전류를 의미한다. LED 그룹 구동전류를 시간에 따라 변화할 수 있다.
반면, 용어 'LED 구동전류'란 특정 동작구간에 LED 그룹(들)을 통해 흐르는 구동전류를 의미한다. 예를 들어, 제 1 LED 구동전류란 제 1 동작구간 동안 흐르는 LED 구동전류를 의미하며, 제 2 LED 구동전류는 제 2 동작구간 동안 흐르는 LED 구동전류를 의미한다. 유사하게, 제 n LED 구동전류는 제 n 동작구간 동안 흐르는 LED 구동 전류를 의미한다. LED 구동전류는 시간에 따라 변화하지 않고 정전류 스위치에 의해 미리 결정된 값으로 정전류 제어될 수 있다.
또한, 용어 '제 1 구동전압'이란 입력전압 자체 또는 입력전압이 일정하게 처리되어(예를 들어, 정류회로 등의 과정을 통한 처리) LED 그룹들에 1차적으로 공급되는 구동전압을 의미한다. 또한, 용어 '제 2 구동전압'이란 입력전압이 에너지 저장 소자(예를 들어, 루프백 보상부)에 저장된 후, 에너지 저장 소자로부터 LED 그룹들에 2차적으로 공급되는 구동전압을 의미한다. 이러한 제 2 구동전압은, 예시적으로, 입력전압이 캐패시터에 저장된 후, 충전된 캐패시터로부터 LED 그룹들에 공급되는 구동전압일 수 있다. 따라서, 특별히 '제 1 구동전압' 또는 '제 2 구동전압'으로 구별되어 지칭되는 경우 외에, 용어 '구동전압'은 LED 그룹들에 공급되는 제 1 구동전압 및/또는 제 2 구동전압을 포괄하는 의미이다.
또한, 용어 '보상구간'이란 순차구동 방식에 있어, 입력전압(정류전압)의 전압레벨이 미리 설정된 순방향 전압레벨 미만인 구간으로서 LED 그룹(들)에 구동전류를 공급하지 못하는 구간을 의미한다. 예를 들어, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vf1 미만인 구간을 의미한다. 또한, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vf2 미만인 구간을 의미한다. 따라서 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 보상구간은 정류전압의 전압레벨이 Vfn 미만인 구간을 의미한다.
또한, 용어 '제 1 보상 구간'이란 에너지 저장 소자가 LED 그룹(들)에 1차적으로 제 2 구동전압을 제공하는 구간을 의미하며, '제 2 보상 구간'이란 에너지 저장 소자가 LED 그룹(들)에 1차적으로 제 2 구동전압을 제공하는 구간을 의미한다. 예를 들어, 본 발명에 있어, 루프백 보상부가 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 보상구간 동안 제 2 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹에 1차적으로 제 2 구동전압을 공급할 수 있으며, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 보상구간 동안 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹에 1차적으로 제 2 구동전압을 공급할 수 있다. 이러한 경우, 제 1 보상 구간은 정류전압의 전압레벨이 Vf2 미만인 구간을 의미하며, 제 2 보상 구간은 정류전압의 전압레벨이 Vf1 미만인 구간을 의미한다. 이러한 제 1 보상 구간 및 제 2 보상 구간은 LED 구동회로를 설계하기에 따라 다양하게 변경될 수 있으므로, 절대적인 의미로 이해되지 않아야 한다.
또한, 용어 'LED 그룹의 세트'란 특정 보상 구간 동안 동일한 방전 경로(회로)를 통해 제 2 구동전압을 제공받는 LED 그룹(들)을 의미한다.
또한, 용어 '비보상 구간(정상 동작구간)'이란 루프백 보상부에 의해 제 2 구동전압이 제공되지 않는 구간을 의미하며, 용어 '충전 구간'이란 루프백 보상부가 충전되는 구간을 의미한다. 비보상 구간과 충전 구간이 동일할 수도 있으며, 또는 충전 구간이 비보상 구간의 일 부분일 수도 있다.
또한, 본 명세서 내에서 임의의 특정 전압, 특정 시점, 특정 온도 등을 나타내기 위하여 사용되는 V1, V2, V3,..., t1, t2,..., T1, T2, T3, 등의 용어는 절대적인 값을 나타내기 위하여 사용되는 것이 아니라 서로를 구분하기 위하여 사용되는 상대적인 값이다.
LED 조명장치(1000)의 제 1 실시예의 구성 및 기능
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플리커 성능이 개선된 LED 조명장치(이하 'LED 조명장치'라 함)의 개략적인 구성 블록도이다. 이하에서, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대해 간략하게 살펴보도록 한다.
먼저, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)를 구성하고 있는 전반적인 기술적 사상을 살펴보도록 한다. 이상에서 기술된 바와 같이, 종래기술에 따른 순차구동 방식의 교류 LED 조명장치의 경우, LED 발광부(20)에 공급되는 구동전압의 전압레벨에 따라 LED 그룹들이 순차적으로 점등 및 소등되기 때문에, 구동전압의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만인 구간에서 LED 그룹들 중 어떤 LED 그룹도 발광하지 않는 비발광 구간이 발생하게 된다. 또한, 종래기술에 따른 순차구동 방식의 교류 LED 조명장치의 경우, LED 발광부(20)에 공급되는 구동전압의 전압레벨이 상승할수록 점등되는 LED의 수가 증가되며, LED 발광부(400)에 공급되는 구동전압의 전압레벨이 하강할수록 점등되는 LED의 수가 감소되게 된다. 순차구동 방식의 교류 LED 조명장치의 이러한 특징들 때문에, 특히 플리커 성능이 열악하다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 가장 기본적인 기술적 사상은, LED 조명장치(1000)의 동작 중 LED 조명장치(1000)의 LED 발광부(400)가 발광하지 않는 구간, 즉, 비발광 구간을 제거함으로써, LED 조명장치(1000)의 플리커 성능을 개선하는 것이다. 이러한 기능을 수행하기 위하여, 본 발명에서는 루프백(loop back) 방식의 보상부를 제안하며, 이러한 루프백 보상부(300)를 통해 비발광 구간에서 LED 발광부(400)에 제 2 구동전압을 공급함으로써 비발광 구간을 제거하도록 구성된다.
또한, 전술한 바와 같은 플리커 성능과 관련하여, 순차구동 방식의 교류 LED 조명장치에서 플리커 성능이 열악한 이유는, 동작구간별로 점등되는 LED들의 수가 상이하기 때문이다. 즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 증가함에 따라 LED 그룹들이 순차적으로 점등되고 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 감소함에 따라 LED 그룹들이 순차적으로 소등되기 때문에, 동작구간별로 점등되는 LED들의 수가 달라서 동작구간별로 광출력의 편차가 발생하게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 동작구간별로 점등되는 LED들의 수가 동일하게 유지되거나, 또는 동작구간별로 점등되는 LED들의 수의 편차를 최소화하도록 구성된 LED 조명장치를 제안한다. 이러한 본 발명에 따른 LED 조명장치의 제어방식에 대해서는 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6을 참조하여 후술하도록 한다.
이제 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 정류부(200), 루프백 보상부(300), LED 발광부(400) 및 LED 구동 제어부(500)를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 구성요소들 중, 루프백 보상부(300), 및 LED 구동 제어부(500)가 LED 구동회로를 구성할 수 있다.
먼저, LED 발광부(400)는 복수의 LED 그룹들로 구성될 수 있으며, LED 발광부(400)에 포함된 복수의 LED 그룹들은 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 순차적으로 발광되고, 순차적으로 소등된다. 도 4에는 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)을 포함하고 있는 LED 발광부(400)가 개시되어 있으나, 필요에 따라 LED 발광부(400)에 포함되는 LED 그룹의 수가 다양하게 변경될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 다만, 이하에서는, 설명과 이해의 편의를 위하여 LED 발광부(400)가 2개의 LED 그룹들로 구성된 실시예를 기준으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, LED 발광부(400)는 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(미도시)까지의 4개의 LED 그룹들로 구성될 수도 있으며, 또는, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 n LED 그룹(미도시)까지의 n개의 LED 그룹들로 구성될 수도 있지만, 본 발명의 기술적 요지를 그대로 포함하고 있는 한, 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
한편, 실시예를 구성하기에 따라, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)은 각각 서로 상이한 순방향 전압레벨을 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)이 각각 상이한 수의 LED 소자를 포함하여 구성되는 경우 또는 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)이 상이한 방식의 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 연결관계를 가질 경우, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)은 서로 다른 순방향 전압레벨을 가지게 될 것이다. 다만, 본 발명의 바람직할 실시예에 있어, 제 1 LED 그룹(410), 제 2 LED 그룹(420) 각각은 보상구간에서 루프백 보상부(300)에 의해 공급되는 제 2 구동전압에 의해 구동될 수 있는 순방향 전압레벨을 가지도록 설계되어야 한다. 이와 같이 설계되는 경우, 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 교류 전압(VAC)의 전 주기에서 항상 턴-온 상태를 유지할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 정류부(200)는 외부 전원으로부터 입력되는 교류전압(VAC)을 정류하여 정류전압(Vrec)을 생성 및 출력하도록 구성된다. 이러한 정류부(200)로서 전파 정류회로, 반파 정류회로 등 공지된 다양한 정류회로 중 하나가 이용될 수 있다. 정류부(200)는 생성된 정류전압(Vrec)을 루프백 보상부(300), LED 발광부(400), LED 구동 제어부(500)로 제공하도록 구성된다. 도 4에는 4개의 다이오드(D1, D2, D3, D4)로 구성된 브리지 전파 정류회로가 도시되어 있다.
한편, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 충전구간에서 정류전압(Vrec)을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 LED 발광부(400)에 제 2 구동전압을 제공하도록 구성된다. 도 4에는 제 1 커패시터(C1)가 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)로서 도시되어 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 다양한 보상회로들(예를 들어, 밸리필 회로 등) 중 하나가 필요에 따라 채택되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 루프백 보상부(300)의 가장 주요한 특징들 중 하나는, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)가 2차에 걸쳐 제 2 구동전압을 LED 발광부(400)에 제공하도록 구성된다는 점이다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상인 구간에서 충전되고, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만인 구간(이하 '제 1 보상 구간'이라 함) 동안 제 2 LED 그룹(420)에 제 2 구동전압을 공급하며, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만인 구간(이하 '제 2 보상 구간'이라 함) 동안 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)에 병렬로 제 2 구동전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 또한, 보다 바람직하게, 제 1 보상 구간 및 제 2 보상 구간 동안, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)이 서로 독립적으로 구동되도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1 보상 구간 동안 제 1 LED 그룹(410)이 정류전압(Vrec)에 의해 독립적으로 구동되고 제 2 LED 그룹(420)은 제 2 구동전압에 의해 독립적으로 구동될 수 있으며, 제 2 보상 구간 동안 제 1 LED 그룹(410)이 제 1 방전회로에 의해 제공되는 제 2 구동전압에 의해 독립적으로 구동되고 제 2 LED 그룹(420)이 제 2 방전회로에 의해 제공되는 제 2 구동전압에 의해 독립적으로 구동될 수 있다. 이하에서 도면들을 참조하여 더 구체적으로 살펴본다.
이상과 같은 기능을 구현하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)의 일단은 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 LED 구동 제어부(500)에 연결되며, 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통하지 않은 별도의 전류 경로(P6)를 통해 LED 구동 제어부(500)에 추가로 연결될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 그 타단이 충전 경로(P3)를 통해 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420) 사이의 노드에 연결되며, 제 1 방전 경로(P4)를 통해 제 2 LED 그룹(420)의 애노드단에 연결되고, 제 2 방전 경로(P5)를 통해 제 1 LED 그룹(410)의 애노드단에 연결될 수 있다. 따라서, 도 4의 실시예에 있어, 제 1 LED 그룹(410)이 제 1 세트의 LED 그룹이며, 제 2 LED 그룹(420)이 제 2 세트의 LED 그룹이다.
물론 실시예를 구성하기에 따라, 루프백 보상부(300)의 타단이 다른 LED 그룹의 애노드단들에 연결될 수도 있으며, 제 1 보상 구간 및 제 2 보상 구간 동안 도 4에 도시된 실시예와는 상이한 LED 그룹(들)에 제 2 구동전압을 제공하도록 구성될 수도 있다. 이러한 다른 실시예에 대해서는, 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.
또한, 도 4에 도시된 실시예에 있어, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 충전 경로(P3)를 통해 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420) 사이의 노드에 연결됨으로써, 제 2 동작구간(즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상인 구간)에서 충전되도록 구성되어 있다. 다만 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)가 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(미도시)까지의 4개의 LED 그룹들을 포함하는 경우, 루프백 보상부(300)는 제 4 동작구간(즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 이상인 구간)에서 충전될 수도 있다(이러한 경우, 루프백 보상부(300)가 충전 경로(P3)를 통해 제 3 LED 그룹(미도시)과 제 4 LED 그룹 사이의 노드에 연결됨). 또한, 유사하게, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)가 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 n LED 그룹(미도시)까지의 n개의 LED 그룹들을 포함하는 경우, 루프백 보상부(300)는 제 n 동작구간(즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 n 순방향 전압레벨(Vfn) 이상인 구간)에서 충전될 수도 있다는 것을 주의해야 한다.
즉, 이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)의 충전 구간, 제 1 보상 구간, 및 제 2 보상 구간은 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있다는 점을 명심해야 한다.
또한, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)에 의해 보상되는 순방향 전압레벨은 루프백 보상부(300)를 구성하는 에너지 충방전 소자(예를 들어, 도 4의 제 1 커패시터(C1) 등)의 용량에 따라 다양하게 설계될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같은, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 LED 발광부(400)에 연결된 정전류 스위치들(SW1 및 SW2)을 제어하여 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)의 구동을 제어하도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 크게 2가지 방식으로 정류전압(Vrec)의 전압레벨을 결정할 수 있다. 일 실시예에 있어, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨을 직접적으로 검출하고, 이에 기초하여 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)의 구동을 제어하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시예에 있어, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 LED 발광부(400)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED) 또는 LED 발광부(400)에 연결된 정전류 스위치(들)(SW1 및 SW2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 검출된 LED 구동전류(ILED)에 기초하여 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)의 구동을 제어하도록 구성될 수도 있다. 이하에서, 설명 및 이해의 편의를 위하여 구동전압을 직접적으로 검출하도록 구성된 실시예를 기준으로 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)에 대해 설명하지만, 본 발명이 구동전류 검출방식을 이용하여 다수의 LED 그룹들 간의 구동을 제어하도록 구성된 LED 조명장치에도 마찬가지로 적용될 수 있다는 것을 주의해야 한다.
또한, 본 발명에 따른 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2) 각각은 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 턴-온되어 전류 경로를 연결하거나 또는 턴-오프되어 전류 경로를 분리하며, 연결된 전류 경로를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하여 LED 구동전류(ILED)를 미리 설정된 값으로 정전류 제어하는 기능을 수행하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 정전류 스위치(SW1)는 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420) 사이의 노드와 LED 구동 제어부(500) 사이에 위치되어 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 제 1 전류 경로(P1)를 연결하거나 또는 분리하는 기능을 수행하게 된다. 유사하게, 제 2 정전류 스위치(SW2)는 제 2 LED 그룹(420)과 LED 구동 제어부(500) 사이에 위치되어 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 제 2 전류 경로(P2)를 연결하거나 또는 분리하는 기능을 수행하게 된다. 도 4에는 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)가 LED 구동 제어부(500) 외부에 별도의 스위치들로서 구현된 실시예가 도시되어 있으나, 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)가 LED 구동 제어부(500) 내에 포함될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다.
본 발명에 있어, 전술한 바와 같은 본 발명의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)는 다양한 공지된 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같은 정전류 제어기능과 관련하여, 본 발명에 따른 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2) 각각은 전류 검출하기 위한 센싱 저항, 기준 전류 값과 현재 검출된 전류 값을 비교하기 위한 차동 증폭기, 차동 증폭기의 출력에 따라 경로의 연결을 제어하며, 또한 경로가 연결된 경우 경로를 통해 흐르는 LED 구동전류 값을 정전류로 제어하도록 구성되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 발명의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)를 구성하는 스위칭 소자는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 접합형 트랜지스터(BJT), 접합형 전계효과 트랜지스터(JFET), 사이리스터(Silicon controlled rectifier), 트라이악(Triac) 중 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 LED 구동 제어부(500)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨을 검출하고, 검출된 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)를 제어하여 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)의 구동을 제어하도록 구성된다. 이러한 LED 구동 제어부(500)의 상세한 기능에 대해서는 도 5 내지 도 6을 참조하여 이하에서 구체적으로 살펴본다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 동작구간별 스위치 제어상태, LED 그룹별 구동전류, 및 루프백 보상부 충방전 전류를 도시한 구성 블록도이다. 또한, 도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 시간에 따른 정류전압, 제 1 LED 그룹 구동전류, 제 2 그룹 LED 구동 전류, 및 루프백 보상부 충방전 전류를 도시한 파형도이다.
이하에서, 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6을 참조하여, 도 4에 도시된 바와 같은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 동작과정에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
먼저, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, LED 조명장치(1000)의 초기 기동시 루프백 보상부(300)의 충전이 이루어지지 않은 상태이다. 따라서, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)에 도달하기 이전에는 제 1 LED 그룹(410) 또는 제 2 LED 그룹(420)을 통해 LED 구동전류가 흐르지 않는다. 이러한 상태에서, 제 1 정전류 스위치(SW1)가 턴-온 상태이며, 제 2 정전류 스위치(SW2)가 턴-오프 상태이다. 시간의 경과에 따라 LED 발광부(400)에 공급되는 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨, 즉, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이 되는 시점(도 6의 시점(t1))부터 제 1 LED 그룹(410)에 제 1 전류(I1)가 흐르기 시작하여 제 1 LED 그룹(410)이 점등되어 제 1 동작구간에 진입한다. 이러한 제 1 동작구간 동안(도 6의 시점(t1) ~ 시점(t2))의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)의 제어상태 및, LED 그룹 구동전류(ILED_G)가 도 5a에 도시되어 있다. 도 5a에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 동작구간 동안 제 1 전류(I1)가 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르며, 따라서, 제 1 전류(I1)가 제 1 LED 구동전류(ILED1)이며 동시에 제 1 LED 그룹 구동전류(ILEDG_1)이다. 또한, 제 1 동작구간 동안, 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르는 제 1 LED 구동전류(ILED1)는 미리 설정된 제 1 LED 구동전류 값으로 제 1 정전류 스위치(SW1)에 의해 정전류 제어되게 된다.
시간이 경과함에 따라 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 상승하여 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이 되는 시점(도 6의 시점(t2))에, LED 구동 제어부(500)가 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-오프하여 제 1 전류 경로(P1)를 분리하고, 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-온하여 제 2 전류 경로(P2)를 연결함으로써 제 2 동작구간에 진입한다. 이러한 제 2 동작구간 동안의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)의 제어상태 및, LED 그룹 구동전류(ILED_G)가 도 5b에 도시되어 있다. 도 5b 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 제 2 동작구간(도 6의 시점(t2) ~ 시점(t3), 시점(t7) ~ 시점(t8)) 동안, '제 2 전류(I2) + 제 3 전류(I3)'(즉, 제 1 LED 그룹 구동전류(ILEDG_1))가 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르게 되어 제 1 LED 그룹(410)이 발광하고, 제 2 전류(I2)(즉, 제 2 LED 그룹 구동전류(ILEDG_2))가 제 2 LED 그룹(420)을 통해 흐르게 되어 제 2 LED 그룹(420)이 발광하게 된다. 또한, 이러한 제 2 동작구간 동안, 충전 전류(제 3 전류(I3))가 충전 경로(P3)를 통해 루프백 보상부(300)에 흐르게 되어 루프백 보상부(300)가 충전된다. 따라서, 이러한 실시예에 있어, 제 2 동작구간이 충전 구간에 해당되게 된다. 또한, 도 5b 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 제 2 동작구간 동안, 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르는 제 1 LED 그룹 구동전류(ILEDG_1)는 '제 2 전류(I2) + 제 3 전류(I3)'이며, 제 2 LED 그룹을 통해 흐르는 제 2 LED 그룹 구동전류(ILEDG_2)는 제 2 전류(I2)이고, 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 정전류 제어되는 제 2 LED 구동전류(ILED2)는 '제 2 전류(I2) + 제 3 전류(I3)'이다. 따라서, 이러한 제 2 동작구간 동안, 제 2 LED 구동전류(ILED2)(즉, 제 2 전류(I2) + 제 3 전류(I3))가 미리 설정된 제 2 LED 구동전류 값으로 제 2 정전류 스위치(SW2)에 의해 정전류 제어되게 된다. 또한, 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, LED 조명장치(1000)의 초기 기동시를 제외하면, 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 계속해서 점등상태를 유지하기 때문에(즉, 발광하는 LED들의 수가 동일하기 때문에), LED 구동전류의 정전류 제어를 위한 미리 설정된 제 1 LED 구동전류 값 및 미리 설정된 제 2 LED 구동전류 값이 자유롭게 설정될 수 있다. 도 6에 있어, LED 구동전류의 정전류 제어를 위한 미리 설정된 제 1 LED 구동전류 값 및 미리 설정된 제 2 LED 구동전류 값이 거의 동일한 전류값으로 설정되어 있다. 반면, 일부 LED 그룹이 정류전압(Vrec)의 1주기의 일부분 동안 소등되는 다른 실시예에 있어, LED 구동전류의 정전류 제어를 위한 LED 구동전류 값이 점등되는 LED들의 수에 반비례하거나 또는 실질적으로 반비례하도록 구성될 수도 있다. 이러한 다른 실시예에 대해서는, 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 시간의 경과에 따라 정류전압(Vrec)이 최대 전압레벨에 도달한 후 점차 감소하여 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만이 되는 시점(도 6의 시점(t3))에, LED 구동 제어부(500)가 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-오프하여 제 2 전류 경로(P2)를 분리하고 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-온하여 제 1 전류 경로(P1)를 연결함으로써, 제 1 보상 구간에 진입한다. 이러한 제 1 보상 구간(정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만인 구간, 도 6의 시점(t3) ~ 시점(t4), 시점(t6) ~ 시점(t7), 시점(t8) ~ 시점(t9)) 동안의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)의 제어상태 및, LED 그룹 구동전류(ILED_G)가 도 5c에 도시되어 있다. 도 5c 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 보상 구간 동안 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이므로 제 1 LED 그룹(410)은 정류전압(Vrec)에 의해 구동되며, 제 2 LED 그룹(420)은 루프백 보상부(300)로부터 제 1 방전 경로(P4)를 통해 공급되는 제 2 구동전압에 의해 구동된다. 도 5c에 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 제 1 보상 구간 동안, 전술한 바와 같은 제 1 동작구간과 같이, 제 1 LED 그룹(410)을 통해 제 1 전류(I1)가 흐르게 된다. 따라서, 제 1 보상 구간 동안의 제 1 LED 그룹 구동전류(ILEDG_1)는 제 1 전류(I1)이며, 제 1 전류(I1)가 제 1 정전류 스위치(SW1)에 의해 미리 설정된 제 1 LED 구동전류 값으로 정전류 제어되게 된다. 반면, 도 5c에 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 제 1 보상 구간 동안 제 2 정전류 스위치(SW2)가 턴-오프되어 있는 상태이므로, 루프백 보상부(300) -> 제 1 방전 경로(P4) -> 제 2 LED 그룹(420) -> 루프백 보상부(300)로 이어지는 제 1 방전 회로가 구성되며, 그에 따라 제 1 방전 회로를 통해 제 4 전류(I4)가 제 2 LED 그룹(420)을 통해 흐르게 되어 제 2 LED 그룹(420)이 점등 상태를 유지하게 된다. 이때, 동작구간별 광출력 편차를 감소시키거나 또는 제거하기 위하여, 제 1 보상 구간 동안 제 2 LED 그룹(420)을 통해 흐르는 제 4 전류(I4)는 제 2 동작구간 동안 제 2 LED 그룹을 통해 흐르는 제 2 전류(I2)와 동일한 값이 되도록 구성될 수 있다.
한편, 시간의 경과에 따라 정류전압(Vrec)이 점차 감소하여 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만이 되는 시점(도 6의 시점(t4))에, LED 구동 제어부(500)가 제 2 보상 구간에 진입할 수 있다. 이러한 제 2 보상 구간(정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만인 구간, 도 6의 시점(t4) ~ 시점(t6), 시점(t8) ~ 시점(t10)) 동안의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)의 제어상태 및, LED 그룹 구동전류(ILED_G)가 도 5d에 도시되어 있다. 도 5d에 도시되어 있는 바와 같이, 제 2 보상 구간 동안의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)의 제어상태는 제 1 보상 구간 동안의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)의 제어상태와 동일하며, 루프백 보상부(300)의 전압레벨과 정류전압(Vrec)의 전압레벨 사이의 전위차에 의해 자연적으로 제 1 방전 회로 및 제 2 방전 회로가 형성되게 된다. 즉, 도 5d에 도시된 바와 같이, 이러한 제 2 보상 구간 동안, 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420)이 각각 루프백 보상부(300)에 병렬로 연결되어 제 2 구동전압을 공급받게 된다. 보다 구체적으로, 제 2 보상 구간 동안 제 2 LED 그룹(420)은 전술한 바와 같은 제 1 방전 회로를 통해 루프백 보상부에 연결되어, 제 4 전류(I4)에 의해 구동된다. 반면, 제 1 LED 그룹(410)은, 루프백 보상부(300) -> 제 2 방전 경로(P5) -> 제 1 LED 그룹(410) -> 제 1 정전류 스위치(SW1) -> LED 구동 제어부(500) -> 루프백 보상부(300)로 이어지는 제 2 방전 회로를 통해 루프백 보상부(300)에 연결된다. 이러한 제 2 보상 구간 동안, 제 2 방전 회로를 통해 제 5 전류(I5)가 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르게 되어 제 1 LED 그룹(410)이 점등 상태를 유지하게 된다. 따라서, 제 2 보상 구간 동안 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르는 제 1 LED 그룹 구동전류(ILEDG_1)는 제 5 전류(I5)이며, 동작구간별 광출력 편차를 감소시키거나 또는 제거하기 위하여 제 2 보상 구간 동안 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르는 제 5 전류(I5)가 제 1 보상 구간 동안 제 1 LED 그룹을 통해 흐르는 제 1 전류(I1)와 동일한 값으로 제 1 정전류 스위치(SW1)에 의해 정전류 제어될 수 있다. 이러한 결과가 도 6에 도시되어 있다.
또한, 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 이러한 제 1 보상 구간 및 제 2 보상 구간 동안 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 각기 별도의 전류 경로를 이용하여 서로 독립적으로 구동되게 된다.
이상에서 LED 조명장치(1000)의 초기 기동시의 정류전압(Vrec)의 1주기 동안의 제 1 정전류 스위치(SW1) 및 제 2 정전류 스위치(SW2)의 제어상태 및, LED 그룹 구동전류(ILED_G)를 설명하였다. 초기 기동 이후에, LED 조명장치(1000)는 정류전압(Vrec)의 1주기동안 정류전압(Vrec)의 증감에 따라 "도 5d의 제 2 보상 구간 -> 도 5c의 제 1 보상 구간 -> 도 5b의 제 2 동작 구간(충전 구간) -> 도 5c의 제 1 보상 구간 -> 도 5d의 제 2 보상 구간"에 대한 제어가 순차적으로 수행되며, 정류전압(Vrec)의 매주기마다 이러한 제어가 주기적으로 반복된다. 또한, 이러한 구성으로 인하여, 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)는 LED 조명장치(1000)의 초기 기동 이후의 정류전압(Vrec)의 전주기에 걸쳐 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 점등 상태를 유지할 수 있다.
LED 조명장치(2000)의 제 2 실시예의 구성 및 기능
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)는 제 3 LED 그룹(430), 제 3 정전류 스위치(SW3), 및 제 3 전류 경로(P7)를 더 포함하며, 루프백 보상부(300)의 일단이 제 3 정전류 스위치(SW3)를 통해 LED 구동 제어부(500)에 연결된다는 점을 제외하면 도 4에 도시된 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성이 유사하다. 따라서, 중복되는 구성 및 기능에 대해서는 도 4에 대한 설명을 참조하기로 하며, 이하에서 제 1 실시예와의 차이점을 위주로 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)에 대하여 살펴보도록 한다.
도 7에 도시되어 있는 제 2 실시예에 있어, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 제 2 동작구간 및 제 3 동작구간 동안 충전되고, 이러한 충전 구간 동안 LED 구동 제어부(500)가 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430)의 순차구동을 제어하도록 구성된다는 측면에 있어 제 1 실시예와 상이하다. 또한, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만인 구간(제 1 보상 구간) 동안 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430)에 제 2 구동전압을 공급하며, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만인 구간(제 2 보상 구간) 동안 제 1 세트의 LED 그룹(도 7에서 제 1 LED 그룹(410)) 및 제 2 세트의 LED 그룹(도 7에서 서로 직렬로 연결된 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430)) 각각에 제 2 구동전압을 공급하도록 구성될 수 있다.
이를 구체적으로 살펴보면, LED 조명장치(2000)의 초기 기동시 제 1 정전류 스위치(SW1)가 턴-온되어 있고, 제 2 정전류 스위치(SW2) 및 제 3 정전류 스위치(SW3)가 턴-오프되어 있는 상태이다. 이러한 상태에서 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 상승하여 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)에 도달하는 시점부터 제 1 LED 구동전류(ILED1)가 흐르기 시작하여 제 1 LED 그룹(410)이 발광한다.
계속해서 시간의 경과에 따라 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2)에 도달하는 시점에, LED 구동 제어부(500)는 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-오프하고, 제 2 정전류 스위치(SW2) 및 제 3 정전류 스위치(SW3)를 턴-온함으로써 제 2 동작구간에 진입한다. 이러한 제 2 동작구간 동안 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 점등되며, 충전 경로(P3)를 통해 충전 전류가 루프백 보상부(300)에 공급된다. 또한, 제 1 실시예와 유사하게, 제 2 실시예의 이러한 제 2 동작구간 동안, '충전 전류 + 제 2 LED 구동전류()'가 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르며, 제 2 LED 구동전류()가 제 2 LED 그룹(420)을 통해 흐르고, 충전 전류가 루프백 보상부(300)를 통해 흐른다. 다만, 제 1 실시예와 달리, 제 2 실시예의 제 2 동작구간 동안 제 2 정전류 스위치(SW2)는 제 2 LED 구동전류(ILED2)만을 미리 설정된 값으로 정전류 제어하도록 구성된다.
계속해서 시간의 경과에 따라 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 3 순방향 전압레벨(Vf3)에 도달하는 시점에, LED 구동 제어부(500)는 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-오프함으로써 제 3 동작구간에 진입한다. 이러한 제 3 동작구간 동안 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430)이 점등되며, 동시에 충전 경로(P3)를 통해 충전 전류가 루프백 보상부(300)에 공급된다. 제 2 실시예의 이러한 제 3 동작구간 동안, '충전 전류 + 제 3 LED 구동전류(ILED3)'가 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르며, 제 3 LED 구동전류()가 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430)을 통해 흐르고, 충전 전류가 루프백 보상부(300)를 통해 흐른다. 제 3 정전류 스위치(SW3)는 '충전 전류 + 제 3 LED 구동전류(ILED3)'를 미리 설정된 값으로 정전류 제어한다.
또한, 시간의 경과에 따라 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 최고점에 도달한 후 하강하기 시작하여 다시 제 2 순방향 전압레벨(Vf2)에 도달하는 시점에, LED 구동 제어부(500)는 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-온함으로써 다시 제 2 동작구간에 진입한다.
계속해서 시간의 경과에 따라 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 하강하여 다시 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)에 도달하는 시점에, LED 구동 제어부(500)는 제 2 정전류 스위치(SW2) 및 제 3 정전류 스위치(SW3)를 턴-오프하고 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-온함으로써 제 1 보상 구간에 진입한다. 이러한 제 1 보상 구간 동안, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이므로 제 1 LED 그룹(410)은 정류전압(Vrec)에 의해 구동되며, 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430)은 루프백 보상부(300)로부터 제 1 방전 경로(P4)를 통해 공급되는 제 2 구동전압에 의해 구동된다. 즉, 이러한 제 1 보상 구간 동안 제 2 정전류 스위치(SW2) 및 제 3 정전류 스위치(SW3)가 턴-오프되어 있는 상태이므로, 루프백 보상부(300) -> 제 1 방전 경로(P4) -> 제 2 LED 그룹(420) -> 제 3 LED 그룹(430) -> 루프백 보상부(300)로 이어지는 제 1 방전 회로가 구성되며, 그에 따라 제 1 방전 회로를 통해 제 1 방전 전류(예를 들어, 도 5c의 제 4 전류(I4))가 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430)을 통해 흐르게 되어 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430)이 점등 상태를 유지하게 된다.
또한, 시간의 경과에 따라 정류전압(Vrec)이 점차 감소하여 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만이 되는 시점에, LED 구동 제어부(500)가 제 2 보상 구간에 진입할 수 있다. 이러한 제 2 보상 구간 동안의 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 3 정전류 스위치(SW3)의 제어상태는 제 1 보상 구간 동안의 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 3 정전류 스위치(SW3)의 제어상태와 동일하며, 루프백 보상부(300)의 전압레벨과 정류전압(Vrec)의 전압레벨 사이의 전위차에 의해 자연적으로 제 1 방전 회로 및 제 2 방전 회로가 형성되게 된다. 즉, 이러한 제 2 보상 구간 동안, 제 1 세트의 LED 그룹(제 1 LED 그룹(410))과 제 2 세트의 LED 그룹(서로 직렬로 연결된 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430))이 각각 루프백 보상부(300)에 병렬로 연결되어 제 2 구동전압을 공급받게 된다. 보다 구체적으로, 제 2 보상 구간 동안 제 2 LED 그룹(420) 및 제 3 LED 그룹(430)은 전술한 바와 같은 제 1 방전 회로를 통해 루프백 보상부에 연결되어, 제 1 방전 전류에 의해 구동된다. 반면, 제 1 LED 그룹(410)은, 루프백 보상부(300) -> 제 2 방전 경로(P5) -> 제 1 LED 그룹(410) -> 제 1 정전류 스위치(SW1) -> LED 구동 제어부(500) -> 루프백 보상부(300)로 이어지는 제 2 방전 회로를 통해 루프백 보상부(300)에 연결된다. 이러한 제 2 보상 구간 동안, 제 2 방전 회로를 통해 제 2 방전 전류(예를 들어, 도 5d의 제 5 전류(I5))가 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르게 되어 제 1 LED 그룹(410)이 점등 상태를 유지하게 된다.
초기 기동 이후에, LED 조명장치(1000)는 정류전압(Vrec)의 1주기동안 정류전압(Vrec)의 증감에 따라 "제 2 보상 구간 -> 제 1 보상 구간 -> 제 2 동작 구간(충전 구간) -> 제 3 동작구간(충전 구간) -> 제 2 동작 구간(충전 구간) -> 제 1 보상 구간 -> 제 2 보상 구간"에 대한 제어가 순차적으로 수행되며, 정류전압(Vrec)의 매주기마다 이러한 제어가 주기적으로 반복된다. 또한, 이러한 구성으로 인하여, 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)는 LED 조명장치(1000)의 초기 기동 이후의 정류전압(Vrec)의 전주기에 걸쳐 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 점등 상태를 유지하며, 제 3 LED 그룹(430)이 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 선택적으로 점등/소등될 수 있다.
한편, 이상에서 살펴본 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)에 있어 동작구간에 따라 제 3 LED 그룹(430)이 선택적으로 점등/소등되기 때문에, 동작구간별로 발광하게 되는 LED들의 수에 차이가 생긴다. 따라서, 동작구간에 따른 광 출력 편차를 제거하거나 또는 최소화하기 위하여, 동작구간별로 LED 그룹(들)을 통해 흐르는 LED 구동전류의 크기를 서로 상이하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430) 모두가 점등되는 동작 구간(제 1 보상 구간, 제 2 보상 구간, 제 3 동작 구간) 동안의 LED 구동 전류의 크기를 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)만이 점등되는 동작 구간(제 2 동작 구간) 동안의 LED 구동 전류의 크기보다 더 작은 전류 값으로 제어할 수 있다. 이때, LED 구동 전류의 크기는 발광되는 LED들의 수에 반비례하거나 근사적으로 반비례하도록 결정될 수 있다.
또한, 제 3 LED 그룹(430)이 선택적으로 점등/소등되기 때문에, 제 3 LED 그룹(430)을 구성하는 LED들의 수를 제 1 LED 그룹(410) 및/또는 제 2 LED 그룹(420)의 LED들의 수보다 더 작게 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 제 3 LED 그룹(430)이 선택적으로 점등/소등되기 때문에, 제 3 LED 그룹(430)의 순방향 전압레벨을 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨 및/또는 제 2 LED 그룹(420)의 순방향 전압레벨보다 더 작게 구성하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
이상에서 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430)을 포함하는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)의 동작 과정에 대하여 설명하였다. 그러나, 동일한 원리가 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 n LED 그룹(미도시)을 포함하는 다른 실시예에 따른 LED 조명장치에도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 다른 실시예에 있어, 루프백 보상부(300)의 일단이 제 n 정전류 스위치(미도시)를 통해 LED 구동 제어부(500)에 연결되며, 루프백 보상부(300)의 그 타단이 충전 경로(P3)를 통해 제 1 LED 그룹(410)과 제 2 LED 그룹(420) 사이의 노드에 연결되며, 제 1 방전 경로(P4)를 통해 제 2 LED 그룹(420)의 애노드단에 연결되고, 제 2 방전 경로(P5)를 통해 제 1 LED 그룹(410)의 애노드단에 연결되는 경우를 상정하도록 한다. 이러한 실시예에 있어, 루프백 보상부(300)의 충전 구간은 제 2 동작 구간 내지 제 n 동작 구간이며, 충전 구간 동안 제 2 LED 그룹(420) 내지 제 n LED 그룹이 순차 구동된다. 또한, 보상 구간에서 루프백 보상부(300)에 각기 병렬로 연결되는 제 1 세트의 LED 그룹은 제 1 LED 그룹이며, 제 2 세트의 LED 그룹은 서로 직렬로 연결된 제 2 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹이다. 따라서, 제 1 보상 구간(정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 미만인 구간) 동안 루프백 보상부(300)가 제 2 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹에 제 2 구동전압을 공급하며, 제 2 보상 구간(정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만인 구간) 동안 루프백 보상부(300)가 제 1 세트의 LED 그룹 및 제 2 세트의 LED 그룹 각각에 제 2 구동전압을 공급할 수 있다.
또한, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(미도시)을 포함하고, 루프백 보상부(300)의 일단이 제 4 정전류 스위치(미도시)를 통해 LED 구동 제어부(500)에 연결되며, 루프백 보상부(300)의 그 타단이 충전 경로(P3)를 통해 제 2 LED 그룹(420)과 제 3 LED 그룹(430) 사이의 노드에 연결되며, 제 1 방전 경로를 통해 제 3 LED 그룹(430)의 애노드단에 연결되고, 제 2 방전 경로를 통해 제 1 LED 그룹(410)의 애노드단에 연결되는 또 다른 실시예를 상정해 본다. 이러한 또 다른 실시예에 있어, 제 1 세트의 LED 그룹은 서로 직렬로 연결된 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이며, 제 2 세트의 LED 그룹은 서로 직렬로 연결된 제 3 LED 그룹(430) 및 제 4 LED 그룹이다. 또한, 이러한 실시예에 있어, 충전 구간은 제 3 동작 구간 및 제 4 동작 구간이며, 제 1 보상 구간은 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이고 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 미만인 구간이며, 제 2 보상 구간은 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 미만인 구간이다. 따라서, 충전 구간 동안 제 3 LED 그룹(430) 및 제 4 LED 그룹이 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 순차구동되며, 제 1 보상 구간 동안 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)이 정류전압(Vrec)의 전압레벨에 따라 순차구동된다. 또한, 제 1 보상 구간 동안 루프백 보상부(300)가 제 3 LED 그룹(430) 및 제 4 LED 그룹(즉, 제 2 세트의 LED 그룹)에 제 2 구동전압을 공급하며, 제 2 보상 구간 동안 루프백 보상부(300)가 제 1 세트의 LED 그룹(서로 직렬로 연결된 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)) 및 제 2 세트의 LED 그룹(서로 직렬로 연결된 제 3 LED 그룹(430) 및 제 4 LED 그룹) 각각에 제 2 구동전압을 공급할 수 있다.
이상에 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 루프백 보상부(300)는 다양한 구성의 LED 그룹들에 적용될 수 있으며, 본원에서 설명되는 특정 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 주의해야 한다.
LED 조명장치(3000)의 제 3 실시예의 구성 및 기능
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 도 8을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(3000)의 구성과 기능에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 8에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(3000)는 제 1 LED 구동전류(ILED1)를 원하는 값으로 설정하기 위한 제 1 LED 구동전류 설정부(610), 및 제 2 LED 구동전류(ILED2)를 원하는 값으로 설정하기 위한 제 2 LED 구동전류 설정부(620)를 더 포함할 수 있다. 이러한 점 외에는, 도 4에 도시된 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성이 유사하다. 따라서, 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(3000)의 중복되는 구성 및 기능에 대해서는 도 4 내지 도 6에 대한 설명을 참조하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 종래기술에 따른 LED 조명장치(1000)의 경우, 제 1 LED 구동전류(ILED1), 제 2 LED 구동전류(ILED2), 제 3 LED 구동전류(ILED3), 및 제 4 LED 구동전류(ILED4)를 각기 설정할 수 없다는 문제점이 있었다. 즉, 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 경우 계단파 형태로 각 동작구간별 LED 구동전류(ILED)를 제어하도록 구성되어 있으므로, 일반적으로 하나의 LED 구동전류(예를 들어, 제 4 LED 구동전류(ILED4))를 설정하고, 나머지 LED 구동전류들은 설정된 LED 구동전류의 비율로서 제어하도록 구성되어 있었다. 예를 들어, 제 3 LED 구동전류(ILED3)는 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 80~95%, 제 2 LED 구동전류(ILED2)는 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 65~80%, 제 1 LED 구동전류(ILED1)는 제 4 LED 구동전류(ILED4)의 30~65%로 설정되는 방식이었다. 그러나, 이러한 종래기술에 따른 LED 조명장치(100)의 경우 각각의 LED 구동전류(ILED)만을 별도로 설정할 수 없다는 문제점이 있으며, 이는 특히 플리커 성능을 개선하기 위하여 전술한 바와 같이 비율에 따라 LED 구동전류를 조정하는 것이 아니라, 동작구간별로 임의적으로 LED 구동전류를 설정하기 힘들다는 점에서 문제가 됐다. 따라서, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(4000)의 경우, 제 1 LED 구동전류 설정부(610) 및 제 2 LED 구동전류 설정부(620)를 각기 별도로 구비하여, 필요에 따라 각각의 LED 구동전류(ILED)를 설정할 수 있도록 구성된다. 도 8에 있어, 이러한 제 1 LED 구동전류 설정부(610), 및 제 2 LED 구동전류 설정부(620)가 각기 가변저항을 이용하여 구현될 실시예가 도시되어 있지만, 다른 적적한 소자(예를 들어, 커패시터 등) 또는 다른 적절한 회로로 구동전류 설정부가 구현될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
LED 조명장치(1000)의 제 4 실시예의 구성 및 기능
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치의 개략적인 구성 블록도이다. 도 9를 참조하여, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성과 기능에 대하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 9에 도시된 본 발명의 제 4 실시예에 따른 LED 조명장치(4000)는 제 3 LED 그룹(430) 대신 의사 부하(dummy load)(630)를 포함한다는 점을 제외하면, 도 7을 참조하여 설명한 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)와 유사하다.
도 9에 도시된 실시예에 있어 의사부하(630)는 제 1 저항(R1)으로 구현된다. 의사부하(630)는 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상인 구간에서 의사부하(630)를 통해 전류를 흐르게 하여 의사부하(630)에 걸리는 전압만큼 루프백 보상부(300)에 충전되는 충전량을 증가시키기 위해 포함될 수 있다. 따라서, 루프백 보상부(300)에 충전되는 충전량이 증가되기 때문에, 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨, 즉, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1)을 크게 설정할 수 있다는 장점이 있다. 다시 말하면, 다른 조건이 동일하다고 가정할 때, 의사부하(630)를 포함함으로써, 정류전압(Vrec)의 전범위에서 발광상태를 유지하는 제 1 LED 그룹(410)에 포함되는 LED들의 수를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 플리커 성능을 개선할 수 있다.
1000, 2000, 3000, 4000 : LED 조명장치
200 : 정류부 300 : 루프백 보상부
400 : LED 발광부 410 : 제 1 LED 그룹
420 : 제 2 LED 그룹 430 : 제 3 LED 그룹
500 : LED 구동 제어부
SW1 : 제 1 정전류 스위치 SW2 : 제 2 정전류 스위치
SW3 : 제 3 정전류 스위치
610: 제 1 LED 구동전류 설정부 620: 제 2 LED 구동전류 설정부

Claims (12)

  1. 교류전원에 연결되어 인가되는 교류전압을 전파정류하고, 전파정류된 정류전압을 제 1 구동전압으로서 LED 발광부에 제공하는 정류부;
    제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되고, 비보상 구간에서 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 상기 제 1 구동전압으로서 공급받아 발광하며, 보상구간에서 루프백 보상부로부터 제 2 구동전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부;
    제 m LED 그룹(m은 n 미만의 양의 정수) 및 제 m+1 LED 그룹 사이의 노드와 LED 구동 제어부 사이에 위치되고, 충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 상기 보상구간의 제 1 보상 구간 동안 제 2 세트의 LED 그룹(제 m+1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹)에 상기 제 2 구동전압을 제공하고, 상기 보상구간의 제 2 보상 구간 동안 상기 제 2 세트의 LED 그룹 및 제 1 세트의 LED 그룹(상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 m LED 그룹) 각각에 상기 제 2 구동전압을 제공하는 루프백(loop-back) 보상부; 및
    상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹의 구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하며,
    상기 루프백 보상부는 제 1 방전 경로를 통해 상기 제 m+1 LED 그룹의 애노드단에 연결되고, 제 2 방전 경로를 통해 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되는, LED 조명장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 LED 그룹은 상기 제 1 보상 구간 동안 상기 제 1 구동전압에 의해 구동되는, LED 조명장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 구간 및 상기 제 2 보상 구간 동안, 상기 제 1 세트의 LED 그룹과 상기 제 2 세트의 LED 그룹은 서로 독립적으로 구동되는, LED 조명장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 각각 제 1 LED 구동전류 값 내지 제 n LED 구동전류 값 중 대응되는 LED 구동전류 값을 설정할 수 있는 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 제 n LED 구동전류 설정부를 더 포함하는, LED 조명장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 상기 제 n LED 구동전류 설정부 각각은 가변저항으로 구성되는, LED 조명장치.
  7. 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하며 비보상 구간에서 정류부로부터 전파정류된 정류전압을 제 1 구동전압으로서 제공받고 보상구간에서 루프백 보상부로부터 제 2 구동전압을 공급받는 LED 발광부의 구동을 제어하는 LED 구동회로로서,
    제 m LED 그룹(m은 n 미만의 양의 정수) 및 제 m+1 LED 그룹 사이의 노드와 LED 구동 제어부 사이에 위치되고, 충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 상기 보상구간의 제 1 보상 구간 동안 제 2 세트의 LED 그룹(상기 제 m+1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹)에 상기 제 2 구동전압을 제공하고, 상기 보상구간의 제 2 보상 구간 동안 상기 제 2 세트의 LED 그룹 및 제 1 세트의 LED 그룹(상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 m LED 그룹) 각각에 상기 제 2 구동전압을 제공하는 루프백 보상부; 및
    상기 정류전압의 전압레벨에 따라 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹의 구동을 제어하는 LED 구동 제어부를 포함하며,
    상기 루프백 보상부는 제 1 방전 경로를 통해 상기 제 m+1 LED 그룹의 애노드단에 연결되고, 제 2 방전 경로를 통해 상기 제 1 LED 그룹의 애노드단에 연결되는, LED 구동회로.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 세트의 LED 그룹은 상기 제 1 보상 구간 동안 상기 제 1 구동전압에 의해 구동되는, LED 구동회로.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 구간 및 상기 제 2 보상 구간 동안, 상기 제 1 세트의 LED 그룹과 상기 제 2 세트의 LED은 서로 독립적으로 구동되는, LED 구동회로.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 각각 제 1 LED 구동전류 값 내지 제 n LED 구동전류 값 중 대응되는 LED 구동전류 값을 설정할 수 있는 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 제 n LED 구동전류 설정부를 더 포함하는, LED 구동회로.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 LED 구동전류 설정부 내지 상기 제 n LED 구동전류 설정부 각각은 가변저항으로 구성되는, LED 구동회로.
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