KR20130078500A - Ｌｅｄ 구동 회로 및 이를 이용한 조명 장치 - Google Patents

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KR20130078500A
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류영기
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Abstract

조명 장치가 개시된다. 본 조명 장치는, 복수의 LED 소자가 직렬로 연결된 LED 어레이, AC 전원을 입력받는 입력부, 입력받은 AC 전원을 전파 정류하고, 전파 정류된 AC 전원을 LED 어레이에 공급하는 정류 회로, 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기에 따라서 복수의 LED 소자를 선택적으로 점등시키는 제어 회로를 포함하고, 제어 회로는, 복수의 LED 소자 사이의 복수의 노드를 선택적으로 접지시키는 복수의 스위칭 소자, 및, 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기에 따라서, 복수의 스위칭 소자 중 하나의 스위칭 소자만을 턴-온 시키는 복수의 비교기를 포함한다.

Description

ＬＥＤ 구동 회로 및 이를 이용한 조명 장치{LED DRIVER CIRCUIT AND LIGHT APPARATUS HAVING THE SAME IN}
본 발명은 LED 구동 회로 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 회로 구성만으로 복수의 LED 소자를 높은 효율로 동작시킬 수 있는 LED 구동 회로 및 이를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드는 환경 유해 물질을 사용하지 않아 친환경적이며, 임펄스 구동이 가능한 이점이 있다. 그리고 색 재현성이 우수하며, 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드의 광량을 조정하여 휘도, 색 온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 경박단소화에 적합한 장점들을 가지므로, 최근에는 발광 다이오드를 이용하여 조명 광원으로 많이 채용되고 있는 실정이다.
이와 같이 발광 다이오드를 채용한 조명 장치는 발광 다이오드에 일정한 전압을 제공할 수 있는 구동 회로가 필요하다. 이에 따라, 종래에는 교류 전원을 전파 정류하고, 전파 정류된 전압 크기를 센싱하고, 센싱된 전압 크기에 따라서 발광 다이오드에 선택적으로 전파 전압을 인가하였다.
그러나 전파 정류된 전압의 크기를 센싱하기 위해서는 고전압용 센싱 저항이 필요하기 때문에 LED 구동 회로를 소형화하기 어려운 문제점이 있었으며, 고전압용 센싱 저항의 산포로 인하여 발광 다이오드에 흐르는 전류를 정밀하게 제어할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 간단한 회로 구성만으로 복수의 LED 소자를 높은 효율로 동작시킬 수 있는 LED 구동 회로 및 이를 이용한 조명 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치는, 복수의 LED 소자가 직렬로 연결된 LED 어레이, AC 전원을 입력받는 입력부, 상기 입력받은 AC 전원을 전파 정류하고, 전파 정류된 AC 전원을 상기 LED 어레이에 공급하는 정류 회로, 상기 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기에 따라서 상기 복수의 LED 소자를 선택적으로 점등시키는 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 복수의 LED 소자 사이의 복수의 노드를 선택적으로 접지시키는 복수의 스위칭 소자 및, 상기 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기에 따라서, 상기 복수의 스위칭 소자 중 하나의 스위칭 소자만을 턴-온 시키는 복수의 비교기를 포함한다.
이 경우, 본 조명 장치는, 상기 전파 정류된 AC 전원을 기설정된 크기의 DC 전원으로 변압하는 컨버터, 및, 상기 컨버터에서 변압된 전압을 이용하여 서로 다른 전압 크기를 갖는 복수의 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성부를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 컨버터는, JFET(junction gate field-effect transistor)인 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 JFET는, 드레인이 상기 전파 정류된 AC 전원을 입력받고, 게이트가 접지되고, 소스가 기설정된 크기의 DC 전원을 출력하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 스위칭 소자는, nMOS(n-channel MOSFET)인 것이 바람직하다.
한편, 상기 LED 어레이는, 애노드가 상기 전파 정류된 AC 전원을 입력받는 제1 LED 소자, 및, 애노드가 상기 제1 LED 소자의 캐소드와 연결되는 제2 LED 소자를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 스위칭 소자는, 일 단이 상기 제1 LED 소자의 캐소드 및 상기 제2 LED 소자의 애노드와 공통 연결되고, 타 단이 저항을 통하여 접지되는 제1 스위칭 소자, 및, 일 단이 상기 제2 LED 소자의 캐소드와 연결되고, 타 단이 상기 저항을 통하여 접지되는 제2 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 기준전압 생성부는, 제1 기준 전압 및 상기 제1 기준 전압보다 전압 크기가 큰 제2 기준 전압을 생성할 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 비교기는, 상기 제1 기준 전압이 상기 제1 스위칭 소자의 타 단의 전압보다 크면 상기 제1 스위칭 소자를 턴-온 시키는 제1 비교기 및, 상기 제2 기준 전압이 상기 제2 스위칭 소자의 타 단의 전압보다 크면 상기 제2 스위칭 소자를 턴-오프 시키는 제2 비교기를 포함할 수 있다.
한편, 본 실시 예에 따른 복수의 LED 소자를 구동하는 LED 구동 회로에 있어서, 전파 정류된 AC 전원을 기설정된 크기의 DC 전원으로 변압하는 컨버터, 상기 컨버터에서 변압된 전압을 이용하여 서로 다른 전압 크기를 갖는 복수의 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성부, 상기 복수의 LED 소자 사이의 복수의 노드를 선택적으로 접지시키는 복수의 스위칭 소자, 및, 상기 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기 및 상기 복수의 기준전압을 비교하여, 상기 복수의 스위칭 소자 중 하나의 스위칭 소자만을 턴-온 시키는 복수의 비교기를 포함한다.
이 경우, 상기 컨버터는, JFET(junction gate field-effect transistor)인 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 JFET는, 드레인이 상기 전파 정류된 AC 전원을 입력받고, 게이트가 접지되고, 소스가 기설정된 크기의 DC 전원을 출력하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 스위칭 소자는, nMOS(n-channel MOSFET)인 것이 바람직하다.
한편, 상기 복수의 LED 소자는, 애노드가 상기 전파 정류된 AC 전원을 입력받는 제1 LED 소자, 및, 애노드가 상기 제1 LED 소자의 캐소드와 연결되는 제2 LED 소자를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 스위칭 소자는, 일 단이 상기 제1 LED 소자의 캐소드 및 상기 제2 LED 소자의 애노드와 공통 연결되고, 타 단이 저항을 통하여 접지되는 제1 스위칭 소자, 및, 일 단이 상기 제2 LED 소자의 캐소드와 연결되고, 타 단이 상기 저항을 통하여 접지되는 제2 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 기준전압 생성부는, 제1 기준 전압 및 상기 제1 기준 전압보다 전압 크기가 큰 제2 기준 전압을 생성할 수 있다.
이 경우, 상기 복수의 비교기는, 상기 제1 기준 전압이 상기 제1 스위칭 소자의 타 단의 전압보다 크면, 상기 제1 스위칭 소자를 턴-온 시키는 제1 비교기, 및, 상기 제2 기준 전압이 상기 제2 스위칭 소자의 타 단의 전압보다 크면, 상기 제2 스위칭 소자를 턴-오프 시키는 제2 비교기를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 LED 구동 회로 및 이를 이용한 조명 장치는 외부에 추가적인 센싱 회로 없이 간단한 비교기 구성만으로 복수의 LED 소자를 선택적으로 구동시킬 수 있으며, IC의 패키지(package) 상태로 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 2는 도 1의 조명 장치의 회로도,
도 3은 도 1의 정류 회로에서 출력되는 전파 정류 전원의 파형도,
도 4 내지 도 7은 도 1의 제어 회로의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 8은 도 2에 도시된 각 노드의 파형도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조명 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 조명 장치(100)는 입력부(110), 정류 회로(120), LED 어레이(130), 컨버터(140), 기준 전압 생성부(150) 및, 제어 회로(160)로 구성될 수 있다.
입력부(110)는 AC 전원(또는 교류 전원)을 입력받는다.
정류 회로(120)는 입력받은 AC 전원을 전파 정류하고, 전파 정류된 AC 전원을 LED 어레이(130)에 공급한다. 구체적으로, 정류 회로(120)는 입력부(110)를 통하여 입력받은 AC 전원을 전파 정류하고, 전파 정류된 AC 전원을 컨버터(140) 및 LED 어레이(130)에 공급한다.
LED 어레이(130)는 직렬로 연결된 복수의 LED 소자를 포함한다. 구체적으로, LED 어레이(130)는 복수의 LED 소자를 포함하며, 복수의 LED 소자는 직렬로 연결된다. 본 실시 예에서는 하나의 LED 어레이를 이용하는 것만을 도시하고 설명하였지만, 구현시에는 복수의 LED 어레이를 이용하는 형태로도 구현할 수 있다. 또한, 병렬 연결된 복수의 LED 소자 그룹이 직렬 연결된 형태로도 LED 어레이를 구현할 수도 있다.
컨버터(140)는 전파 정류된 AC 전원을 기설정된 크기의 DC 전원으로 변압한다. 구체적으로, 컨버터(140)는 정류 회로(120)에서 전파 정류된 AC 전원을 기설정된 크기의 DC 전원으로 변압할 수 있다. 이러한 컨버터(140)는 JFET(junction gate field-effect transistor)로 구현될 수 있으며, 일반적인 AC/DC 컨버터를 이용하여 구현될 수 있다.
기준 전압 생성부(150)는 변압된 전압을 이용하여 서로 다른 전압 크기를 갖는 복수의 기준 전압을 생성한다. 구체적으로, 기준 전압 생성부(150)는 컨버터(140)에서 변압된 전압을 이용하여 서로 다른 전압 크기를 갖는 복수의 기준 전압을 생성할 수 있다. 이러한 기준 전압의 개수는 후술할 제어 회로의 비교기 개수에 대응된다. 예를 들어, 비교기 개수가 도 2에 도시된 바와 같이 4개인 경우, 기준 전압 생성부(150)는 서로 다른 전압 값을 갖는 4개의 기준 전압을 생성할 수 있다. 기준 전압 생성부(150)에서 생성되는 기준 전압의 크기는 시스템 환경에 따라 달라질 수 있는바, 다양한 실험에 의하여 최적의 값이 선택될 수 있다.
제어 회로(160)는 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기에 따라서 복수의 LED 소자를 선택적으로 점등시킨다. 구체적으로, 제어 회로(160)는 복수의 스위칭 소자 및 복수의 비교기로 구성되며, 정류 회로(120)에서 전파 정류된 AC 전원의 크기에 따라서, 발광될 LED 소자의 개수를 변경하여 LED 소자를 점등시킬 수 있다. 제어 회로(160)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다.
이상과 같이 본 실시 예에 따른 조명 장치는 별도의 센싱 회로 없이 간단한 비교기 및 스위칭 소자만으로 복수의 LED 소자를 구동시킬 수 있는바, 조명 장치의 크기를 작게 구현할 수 있다. 또한, 본 실시 예에 따른 조명 장치는 입력되는 AC 전원의 크기에 대응되게 선택적으로 발광되는 LED 소자의 개수를 변경하여 구동시키는바, 높은 효율을 갖게 된다.
도 1을 설명함에 있어서, 컨버터(140), 기준 전압 생성부(150) 및 제어 회로(160)를 별도의 구성인 것으로 도시하고 설명하였으나, 구현시에는 상술한 컨버터(140), 기준 전압 생성부(150) 및 제어 회로(160)는 하나의 칩으로 구현될 수 있으며, 하나의 장치(예를 들어, LED 구동 장치)로 구현할 수도 있다.
도 2는 도 1의 조명 장치의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 조명 장치(100)는 입력부(110), 정류 회로(120), LED 어레이(130), 컨버터(140), 기준 전압 생성부(150) 및, 제어 회로(160)로 구성될 수 있다.
입력부(110)는 AC 전원을 입력받는다.
정류 회로(120)는 입력받은 AC 전원을 전파 정류하고, 전파 정류된 AC 전원을 LED 어레이에 공급한다. 구체적으로, 정류 회로(120)는 4개의 다이오드로 구성되는 브리지 전파 정류 회로로 구현될 수 있다.
LED 어레이(130)는 직렬로 연결된 복수의 LED 소자를 포함한다. 구체적으로, LED 어레이(130)는 제1 LED 소자(130-1), 제2 LED 소자(130-2), 제3 LED 소자(130-3) 및 제4 LED 소자(130-4)로 구성될 수 있다. 본 실시 예에서는 4개의 LED 소자를 이용하는 형태에 대해서만 도시하고 설명하였지만, 구현시에는 2개, 3개의 LED 소자 및 5개 이상의 LED 소자를 이용하는 형태로도 구현될 수 있다.
제1 LED 소자(130-1)는 애노드가 전파 정류된 AC 전원을 입력받고, 캐소드가 제2 LED 소자(130-2)의 애노드 및 제1 스위칭 소자(161-1)의 일 단에 공통 연결된다.
제2 LED 소자(130-2)는 애노드가 제1 LED 소자(130-1)의 캐소드와 제1 스위칭 소자(161-1)의 일 단에 공통 연결되고, 캐소드가 제3 LED 소자(130-3)의 애노드 및 제2 스위칭 소자(161-2)의 일 단에 공통 연결된다.
제3 LED 소자(130-3)는 애노드가 제2 LED 소자(130-2)의 캐소드와 제2 스위칭 소자(161-2)의 일 단에 공통 연결되고, 캐소드가 제4 LED 소자(130-4)의 애노드 및 제3 스위칭 소자(161-3)의 일 단에 공통 연결된다.
제4 LED 소자(130-4)는 애노드가 제3 LED 소자(130-3)의 캐소드와 제3 스위칭 소자(161-3)의 일 단에 공통 연결되고, 캐소드가 제4 스위칭 소자(161-4)의 일 단에 공통 연결된다.
컨버터(140)는 전파 정류된 AC 전원을 기설정된 크기의 DC 전원으로 변압한다. 구체적으로, 컨버터(140)는 JFET(junction gate field-effect transistor)로 구현될 수 있다. 도시된 예에서는 JFET을 이용하여 컨버터를 구현하였으나, 구현시에는 일반적인 AC/DC 컨버터를 이용하여 컨버터를 구현할 수도 있다.
JFET는 드레인이 저항(R1)을 통하여 전파 정류된 AC 전원을 입력받고, 게이트가 접지되고, 소스가 기설정된 크기의 DC 전원(VCC)(예를 들어, 15V)을 출력한다. 입력된 전파 정류된 AC 전원에 대응하여 발생하는 DC 전원(VCC)의 파형은 도 8에 도시되어 있다.
기준 전압 생성부(150)는 변압된 전압을 이용하여 서로 다른 전압 크기를 갖는 복수의 기준 전압을 생성한다. 구체적으로, 기준 전압 생성부(150)는 컨버터(140)에서 생성된 DC 전원(VCC)을 이용하여 제1 비교기(163-1)에 제공되는 제1 기준 전압, 제2 비교기(163-2)에 제공되는 제2 기준 전압, 제3 비교기(163-3)에 제공되는 제3 기준 전압 및 제4 비교기(163-4)에 제공되는 제4 기준 전압을 생성할 수 있다. 생성된 4 개의 기준 전압은 제1 기준 전압 내지 제4 기준 전압 순서로 점차 더 큰 전압 값을 갖는다. 예를 들어, 제1 기준 전압이 1V인 경우, 제2 기준 전압은 1.1V, 제3 기준 전압은 1.2V, 제4 기준 전압은 1.3V일 수 있다.
제어 회로(160)는 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기에 따라서 복수의 LED 소자(130-1, 130-2, 130-3, 130-4)를 선택적으로 점등시킨다. 구체적으로, 제어 회로(160)는 복수의 스위칭 소자(161) 및 복수의 비교기(163)로 구성될 수 있다.
복수의 스위칭 소자(161)는 복수의 LED 소자 사이의 복수의 노드를 선택적으로 접지시킨다. 구체적으로, 복수의 스위칭 소자(161)는 제1 스위칭 소자(161-1), 제2 스위칭 소자(161-2), 제3 스위칭 소자(161-3) 및 제4 스위칭 소자(161-4)로 구성될 수 있다.
제1 스위칭 소자(161-1)는 제1 비교기(163-1)의 제어 신호에 따라 선택적으로 제1 LED 소자(130-1)의 캐소드를 접지시킨다. 구체적으로, 제1 스위칭 소자(161-1)는 게이트가 제1 비교기(163-1)의 출력단과 연결되고, 드레인이 제1 LED 소자(130-1)의 캐소드 및 제2 LED 소자(130-2)의 애노드와 공통 연결되고, 소스가 저항을 통하여 접지와 연결되는 nMOS(n-channel MOSFET)로 구현될 수 있다.
제2 스위칭 소자(161-2)는 제2 비교기(163-2)의 제어 신호에 따라 선택적으로 제2 LED 소자(130-2)의 캐소드를 접지시킨다. 구체적으로, 제2 스위칭 소자(161-2)는 게이트가 제2 비교기(163-2)의 출력단과 연결되고, 드레인이 제2 LED 소자(130-2)의 캐소드 및 제3 LED 소자(130-3)의 애노드와 공통 연결되고, 소스가 저항을 통하여 접지와 연결되는 nMOS(n-channel MOSFET)로 구현될 수 있다.
제3 스위칭 소자(161-3)는 제3 비교기(163-3)의 제어 신호에 따라 선택적으로 제3 LED 소자(130-3)의 캐소드를 접지시킨다. 구체적으로, 제3 스위칭 소자(161-3)는 게이트가 제3 비교기(163-3)의 출력단과 연결되고, 드레인이 제2 LED 소자(130-2)의 캐소드 및 제4 LED 소자(130-4)의 애노드와 공통 연결되고, 소스가 저항을 통하여 접지와 연결되는 nMOS(n-channel MOSFET)로 구현될 수 있다.
제4 스위칭 소자(161-4)는 제4 비교기(163-4)의 제어 신호에 따라 선택적으로 제4 LED 소자(130-4)의 캐소드를 접지시킨다. 구체적으로, 제4 스위칭 소자(161-4)는 게이트가 제4 비교기(163-4)의 출력단과 연결되고, 드레인이 제4 LED 소자(130-4)의 캐소드와 연결되고, 소스가 저항을 통하여 접지와 연결되는 nMOS(n-channel MOSFET)로 구현될 수 있다.
복수의 비교기(163)는 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기에 따라서, 복수의 스위칭 소자 중 하나의 스위칭 소자만을 턴-온 시킨다. 구체적으로, 복수의 비교기(163)는 제1 비교기(163-1), 제2 비교기(163-2), 제3 비교기(163-3), 제4 비교기(163-4)로 구성될 수 있다.
제1 비교기(163-1)는 제1 기준 전압이 제1 스위칭 소자(161-1)의 소스의 전압보다 크면 제1 스위칭 소자(161-1)를 턴-온 시킨다. 구체적으로, 제1 비교기(163-1)는 음의 단자가 제1 스위칭 소자(161-1)의 소스와 연결되고, 양의 단자가 제1 기준 전압을 입력받고, 비교 결과를 제1 스위칭 소자(161-1)의 게이트에 전달하는 OP-AMP로 구현될 수 있다.
제2 비교기(163-2)는 제2 기준 전압이 제2 스위칭 소자(161-2)의 소스의 전압보다 크면 제2 스위칭 소자(161-2)를 턴-온 시킨다. 구체적으로, 제2 비교기(163-2)는 음의 단자가 제2 스위칭 소자(161-2)의 소스와 연결되고, 양의 단자가 제2 기준 전압을 입력받고, 비교 결과를 제2 스위칭 소자(161-2)의 게이트에 전달하는 OP-AMP로 구현될 수 있다.
제3 비교기(163-3)는 제3 기준 전압이 제3 스위칭 소자(161-3)의 소스의 전압보다 크면 제3 스위칭 소자(161-3)를 턴-온 시킨다. 구체적으로, 제3 비교기(163-3)는 음의 단자가 제3 스위칭 소자(161-3)의 소스와 연결되고, 양의 단자가 제3 기준 전압을 입력받고, 비교 결과를 제3 스위칭 소자(161-3)의 게이트에 전달하는 OP-AMP로 구현될 수 있다.
제4 비교기(163-4)는 제4 기준 전압이 제4 스위칭 소자(161-4)의 소스의 전압보다 크면 제4 스위칭 소자(161-4)를 턴-온 시킨다. 구체적으로, 제4 비교기(163-4)는 음의 단자가 제3 스위칭 소자(161-3)의 소스와 연결되고, 양의 단자가 제4 기준 전압을 입력받고, 비교 결과를 제4 스위칭 소자(161-4)의 게이트에 전달하는 OP-AMP로 구현될 수 있다.
이하에서는 정류 회로에서 전파 정류된 AC 전원의 크기에 따른 제어 회로의 동작을 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 1의 정류 회로에서 출력되는 전파 정류 전원의 파형도이다.
도 3을 참조하면, 정류 회로(120)는 AC 전원을 전파 정류하는바, 도 3에 도시된 바와 같은 전원이 LED 어레이 제공된다. 이하에서는 정류 회로(120)의 출력 전원이 ① 구간, ② 구간인 경우의 제어 회로의 동작을 도 4를 참조하여 설명하고, 정류 회로(120)의 출력 전원이 ③ 구간인 경우의 제어 회로의 동작을 도 5를 참조하여 설명하고, 정류 회로(120)의 출력 전원이 ④ 구간인 경우의 제어 회로의 동작을 도 6을 참조하여 설명하고, 정류 회로(120)의 출력 전원이 ⑤ 구간인 경우의 제어 회로의 동작을 도 7을 참조하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 정류 회로(120)의 출력 전원이 ① 구간인 경우, 정류 회로(120)의 출력 전원은 제1 LED 소자(130-1)를 턴-온 시키기에 충분한 전압이 아닌바, 어떠한 전류 패스도 형성되지 않아, 제1 LED 소자(130-1), 제2 LED 소자(130-2), 제3 LED 소자(130-3) 및 제4 LED 소자(130-4) 모두는 발광되지 않는다. 그러나 저항(R5)에 전류가 흐르지 않는바, 제1 스위칭 소자(161-1)의 소스의 전압 역시 0V를 가질 것이고, 제1 비교기(163-1)는 제1 기준 전압은 제1 스위칭 소자(161-1)의 소스의 전압보다 큰바, 제1 스위칭 소자(161-1)를 턴-온 시킨다. 그러나 상술한 바와 같이 정류 회로(120)의 출력 전원은 제1 LED 소자(130-1)를 턴-온 시키기에 충분한 전압이 아닌바, 정류 회로(120)와 접지 사이에 전류 패스가 생성되지는 않는다.
이후에 정류 회로(120)의 출력 전원이 ② 구간인 경우, 정류 회로(120)의 출력 전원은 하나의 LED 소자를 턴-온 시키기에 충분한 전압인바, 제1 LED 소자(130-1)에는 전류가 흐르게 되어 발광을 하게 되고, 정류 회로(120)와 제1 LED 소자(130-1), 제1 스위칭 소자(161-1)를 경유하는 전류 패스가 생성된다.
도 5를 참조하면, 정류 회로(120)의 출력 전원이 ③ 구간인 경우, 제2 비교기(163-2)는 제2 기준 전압이 제2 스위칭 소자(161-2)의 소스의 전압보다 큰바, 제2 스위칭 소자(161-2)를 턴-온 시킨다. 그리고 정류 회로(120)의 출력 전원은 두 개의 LED 소자를 턴-온 시키기에 충분한 전압인바, 제1 LED 소자(130-1) 및 제2 LED 소자(130-2)에는 전류가 흐르게 되어 발광하게 되고, 정류 회로(120)와 제1 LED 소자(130-1), 제2 LED 소자(130-2) 및 제2 스위칭 소자(161-2)를 경유하는 전류 패스가 생성된다. 이때, 제1 비교기(163-1)의 음의 단자의 전압 크기가 증가하게 되는바, 제1 비교기(163-1)는 제1 스위칭 소자(161-1)를 턴-오프하게 된다.
도 6을 참조하면, 정류 회로(120)의 출력 전원이 ④ 구간인 경우, 제3 비교기(163-3)는 제3 기준 전압이 제3 스위칭 소자(161-3)의 소스의 전압보다 큰바, 제3 스위칭 소자(161-3)를 턴-온 시킨다. 그리고 정류 회로(120)의 출력 전원은 세 개의 LED 소자를 턴-온 시키기에 충분한 전압인바, 제1 LED 소자(130-1), 제2 LED 소자(130-2) 및 제3 LED 소자(130-3)에는 전류가 흐르게 되어 발광하게 되고, 정류 회로(120)와 제1 LED 소자(130-1), 제2 LED 소자(130-2), 제3 LED 소자(130-3) 및 제3 스위칭 소자(161-3)를 경유하는 전류 패스가 생성된다. 이때, 제2 비교기(163-2)의 음의 단자의 전압 크기가 증가하게 되는바, 제2 비교기(163-2)는 제2 스위칭 소자(161-2)를 턴-오프하게 된다.
도 7을 참조하면, 정류 회로(120)의 출력 전원이 ⑤ 구간인 경우, 제4 비교기(163-4)는 제4 기준 전압이 제4 스위칭 소자(161-4)의 소스의 전압보다 큰바, 제4 스위칭 소자(161-4)를 턴-온 시킨다. 그리고 정류 회로(120)의 출력 전원은 네 개의 LED 소자를 턴-온 시키기에 충분한 전압인바, 제1 LED 소자(130-1), 제2 LED 소자(130-2), 제3 LED 소자(130-3), 제4 LED 소자(130-4)에는 전류가 흐르게 되어 발광하게 되고, 정류 회로(120)와 제1 LED 소자(130-1), 제2 LED 소자(130-2), 제3 LED 소자(130-3), 제4 LED 소자(130-4) 및 제4 스위칭 소자(161-4)를 경유하는 전류 패스가 생성된다. 이때, 제3 비교기(163-3)의 음의 단자의 전압 크기가 증가하게 되는바, 제3 비교기(163-3)는 제3 스위칭 소자(161-3)를 턴-오프하게 된다.
도 8은 도 2에 도시된 각 노드의 파형도이다. 구체적으로, Vin은 정류 회로(120)를 통하여 전파 정류된 AC 전원의 파형도이고, Vcc는 컨버터(140)의 출력 전압의 파형도이다. 그리고 Gate1은 제1 비교기(163-1)의 출력 전원의 파형도이고, Gate 2는 제2 비교기(163-2)의 출력 전원의 파형도이고, Gate 3은 제3 비교기(163-3)의 출력 전원의 파형도이고, Gate 4는 제4 비교기(163-4)의 출력 전원의 파형도이다. 그리고 ILED는 LED 어레이(130)에 흐르는 전류의 파형도이다.
도 8을 참조하면, 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기에 따라서, 순차적으로 복수의 스위칭 소자를 턴-온, 턴-오프 제어하고, 이에 따라서, 높은 효율을 복수의 LED 소자를 구동함을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도식하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 개재의 범위 내에 있게 된다.
100: 조명 장치 110: 입력부
120: 정류 회로 130: LED 어레이
140: 컨버터 150: 기준 전압 생성부
160: 제어 회로 200: LED 구동 회로.

Claims (16)

  1. LED 소자를 이용하는 조명 장치에 있어서,
    복수의 LED 소자가 직렬로 연결된 LED 어레이;
    AC 전원을 입력받는 입력부;
    상기 입력받은 AC 전원을 전파 정류하고, 전파 정류된 AC 전원을 상기 LED 어레이에 공급하는 정류 회로;
    상기 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기에 따라서 상기 복수의 LED 소자를 선택적으로 점등시키는 제어 회로;를 포함하고,
    상기 제어 회로는,
    상기 복수의 LED 소자 사이의 복수의 노드를 선택적으로 접지시키는 복수의 스위칭 소자; 및
    상기 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기에 따라서, 상기 복수의 스위칭 소자 중 하나의 스위칭 소자만을 턴-온 시키는 복수의 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전파 정류된 AC 전원을 기설정된 크기의 DC 전원으로 변압하는 컨버터; 및
    상기 컨버터에서 변압된 전압을 이용하여 서로 다른 전압 크기를 갖는 복수의 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨버터는,
    JFET(junction gate field-effect transistor)인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 JFET는,
    드레인이 상기 전파 정류된 AC 전원을 입력받고, 게이트가 접지되고, 소스가 기설정된 크기의 DC 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는, nMOS(n-channel MOSFET)인 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 LED 어레이는,
    애노드가 상기 전파 정류된 AC 전원을 입력받는 제1 LED 소자; 및
    애노드가 상기 제1 LED 소자의 캐소드와 연결되는 제2 LED 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 소자는,
    일 단이 상기 제1 LED 소자의 캐소드 및 상기 제2 LED 소자의 애노드와 공통 연결되고, 타 단이 저항을 통하여 접지되는 제1 스위칭 소자; 및
    일 단이 상기 제2 LED 소자의 캐소드와 연결되고, 타 단이 상기 저항을 통하여 접지되는 제2 스위칭 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기준전압 생성부는,
    제1 기준 전압 및 상기 제1 기준 전압보다 전압 크기가 큰 제2 기준 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 비교기는,
    상기 제1 기준 전압이 상기 제1 스위칭 소자의 타 단의 전압보다 크면 상기 제1 스위칭 소자를 턴-온 시키는 제1 비교기; 및
    상기 제2 기준 전압이 상기 제2 스위칭 소자의 타 단의 전압보다 크면 상기 제2 스위칭 소자를 턴-오프 시키는 제2 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  10. 복수의 LED 소자를 구동하는 LED 구동 회로에 있어서,
    전파 정류된 AC 전원을 기설정된 크기의 DC 전원으로 변압하는 컨버터;
    상기 컨버터에서 변압된 전압을 이용하여 서로 다른 전압 크기를 갖는 복수의 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성부
    상기 복수의 LED 소자 사이의 복수의 노드를 선택적으로 접지시키는 복수의 스위칭 소자; 및
    상기 전파 정류된 AC 전원의 전압 크기 및 상기 복수의 기준전압을 비교하여, 상기 복수의 스위칭 소자 중 하나의 스위칭 소자만을 턴-온 시키는 복수의 비교기;를 포함하는 LED 구동 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 컨버터는,
    JFET(junction gate field-effect transistor)인 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 JFET는,
    드레인이 상기 전파 정류된 AC 전원을 입력받고, 게이트가 접지되고, 소스가 기설정된 크기의 DC 전원을 출력하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는, nMOS(n-channel MOSFET)인 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 LED 소자는,
    애노드가 상기 전파 정류된 AC 전원을 입력받는 제1 LED 소자; 및
    애노드가 상기 제1 LED 소자의 캐소드와 연결되는 제2 LED 소자;를 포함하고,
    상기 복수의 스위칭 소자는,
    일 단이 상기 제1 LED 소자의 캐소드 및 상기 제2 LED 소자의 애노드와 공통 연결되고, 타 단이 저항을 통하여 접지되는 제1 스위칭 소자; 및
    일 단이 상기 제2 LED 소자의 캐소드와 연결되고, 타 단이 상기 저항을 통하여 접지되는 제2 스위칭 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기준전압 생성부는,
    제1 기준 전압 및 상기 제1 기준 전압보다 전압 크기가 큰 제2 기준 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 비교기는,
    상기 제1 기준 전압이 상기 제1 스위칭 소자의 타 단의 전압보다 크면, 상기 제1 스위칭 소자를 턴-온 시키는 제1 비교기; 및
    상기 제2 기준 전압이 상기 제2 스위칭 소자의 타 단의 전압보다 크면, 상기 제2 스위칭 소자를 턴-오프 시키는 제2 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
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