KR20130107019A - 발광 다이오드 조명 시스템 - Google Patents

발광 다이오드 조명 시스템 Download PDF

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김남진
타쿠야 와타나베
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 조명 시스템에 관한 것으로 특히, 발광 다이오드를 이용하는 조명 시스템에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 교류 전원을 정류하며 제 1단자 및 제 2단자를 포함하는 정류부; 상기 정류부의 제 1단자에 애노드가 연결되는 복수의 LED를 포함하는 발광부; 상기 발광부와 정류부의 제 2단자 사이에 연결되어, 상기 발광부의 캐소드와 연결되는 충전 경로 및 상기 발광부의 애노드와 연결되는 방전 경로를 가지는 충방전부; 및 상기 충방전부를 통하여 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 전력 제어부를 포함하여 구성된다.

Description

발광 다이오드 조명 시스템 {System for lighting using light emitting diode}
본 발명은 조명 시스템에 관한 것으로 특히, 발광 다이오드를 이용하는 조명 시스템에 관한 것이다.
조명 기기에 대한 광원, 발광 방식, 구동 방식 등에 대한 연구들이 진행되고 있으며, 최근에는 효율, 색 다양성, 디자인의 자율성 등에 장점이 있는 발광 다이오드(light emitting diode; LED)가 조명의 광원으로 주목받고 있다.
발광 다이오드는 순 방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로서, 수명이 길고, 소비 전력이 낮으며, 대량 생산에 적합한 전기적, 광학적, 물리적 특성을 가지고 있다.
이러한 발광 다이오드를 조명의 광원으로 효과적으로 이용하기 위하여 상용 교류 전원으로 구동할 수 있는 구동 시스템이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 교류 전원으로 LED를 구동하는 경우에 발생할 수 있는 플리커(flicker), 역률 저하, 전원 전압 변동에 의한 LED 전류 변동과 같은 현상을 해결할 수 있는 발광 다이오드를 이용하는 조명 시스템을 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 본 발명은, 교류 전원을 정류하며 제 1단자 및 제 2단자를 포함하는 정류부; 상기 정류부의 제 1단자에 애노드가 연결되는 복수의 LED를 포함하는 발광부; 상기 발광부와 정류부의 제 2단자 사이에 연결되어, 상기 발광부의 캐소드와 연결되는 충전 경로 및 상기 발광부의 애노드와 연결되는 방전 경로를 가지는 충방전부; 및 상기 충방전부를 통하여 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 전력 제어부를 포함하여 구성된다.
여기서, 전력 제어부는, 상기 발광부와 연결되는 전력 제어 소자; 및 상기 전력 제어 소자를 제어하는 제어 회로를 포함한다.
이러한 제어 회로는, 정류부를 통과한 전압이 발광부의 동작 전압보다 높고 동작 전압에 충방전부의 전압을 더한 값보다 낮을 경우에 발광부로 전류를 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어 회로는, 정류부를 통과한 전압이 발광부의 동작 전압에 충방전부의 전압을 더한 값보다 높을 경우에는 발광부로 전류가 흐르는 동시에 충방전부를 충전시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 제어 회로는, 정류부를 통과한 전압이 발광부의 동작 전압보다 낮은 경우에는 상기 충방전부의 전하를 방전시키는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 2관점으로서, 본 발명은, 발광 다이오드 조명 시스템에 있어서, 직렬 연결된 다수의 발광 다이오드를 포함하는 발광부; 교류 전원을 정류하여 출력한 맥류 전압을 상기 발광부에 공급하는 정류부; 상기 발광부에 연결되는 충방전부; 및 상기 맥류 전압의 크기가 제 1 조건을 만족하는 경우에는 상기 발광부로 전류가 흐르도록 하고, 상기 맥류 전압의 크기가 제 2 조건을 만족하는 경우에는 상기 발광부로 전류가 흐르도록 하는 동시에 상기 충방전부를 충전하며, 상기 맥류 전압의 크기가 제 3 조건을 만족하는 경우에는 상기 충방전부의 전하를 방전하여 상기 발광부를 구동하는 전력 제어부를 포함하여 구성된다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
먼저, SMPS(Switching Mode Power Supply)를 사용하지 않는 교류 전원에 의한 LED 구동 회로에 있어서, 직접 교류 전원에 의해 구동할 수 있으며, LED가 점등하지 않는 기간이 없이 연속적으로 구동이 가능하다.
또한, 발광부를 이루는 LED의 전류 리플의 주파수가 교류 전원 주파수의 4배로 변환되므로 인간의 눈에 플리커로 쉽게 느껴지지 않고, 나아가 발광부를 이루는 LED 열에 병렬로 커패시터를 추가하여 전류를 평활하는 경우에도 리플 주파수가 높으므로 소용량으로 동등의 평활 효과를 얻을 수 있으며, 역률의 저하도 작은 효과가 있다.
따라서, 플리커, 역률 저하, 전원 전압 변동에 의한 LED 전류 변동과 같은 교류 전원으로 LED를 구동하는 경우에 발생할 수 있는 현상을 간결한 회로로 해결할 수 있다.
즉, SMPS를 사용하지 않는 LED 구동 회로에 있어서, 적은 전력 손실로 LED 전류의 제어가 가능한 효과가 있는 것이다.
도 1은 발광 다이오드 조명 시스템의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 2는 발광 다이오드 조명 시스템의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 2의 회로에 의한 동작 파형의 예를 나타내는 파형도이다.
도 4는 도 2의 회로에 의해 전류의 전원 전압 의존성이 개선된 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 2의 회로에 전류 검출 회로를 부가한 예를 나타내는 회로도이다.
도 6a 및 도 6b, 도 10a 및 도 10b는 도 1의 회로에 의한 방전 기간의 동작 및 파형을 나타내는 도이다.
도 7a 및 도 7b, 도 9a 및 도 9b는 도 1의 회로에 의한 도통 기간의 동작 및 파형을 나타내는 도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 1의 회로에 의한 충전 기간의 동작 및 파형을 나타내는 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, LED 조명 시스템은, 교류 전원(10)을 정류하는 정류부(20)를 포함하는데, 이 정류부(20)는 제 1단자(21)와 제 2단자(22)를 포함한다.
이러한 정류부(20)는 브리지 다이오드를 이용할 수 있으며, 이 브리지 다이오드에서는 교류 전원(10)을 전파 정류하여 맥류 전압으로 만들 수 있다.
정류부(20)의 제 1단자(21)에는 서로 직렬로 연결된 복수의 LED(L1, ... , Ln)를 포함하는 발광부(30)가 연결된다. 이때, 제 1단자(21)에는 LED의 양극, 즉 애노드가 연결되도록 발광부(30)가 연결된다.
이러한 발광부(30)에는 충방전부(40)가 연결된다. 이러한 충방전부(40)는, 발광부(30)와 정류부(20)의 제 2단자(22) 사이에 연결되어, 발광부(30)의 음극, 즉 캐소드와 연결되는 충전 경로를 가진다.
또한, 충방전부(40)는 발광부(30)의 애노드와 연결되어, 애노드 측으로 전하가 방전되는 방전 경로를 가지게 된다.
이와 같은 충방전부(40)는, 발광부(30)와 직렬로 연결되는 축전기(C1)를 포함하며, 이러한 축전기(C1)의 충전 경로와 방전 경로를 형성하기 위한 다이오드를 포함한다.
즉, 이러한 다이오드는 축전기(C1)와 발광부(30)의 캐소드 사이에 연결되어, 축전기(C1) 방향으로 순 방향으로 연결되는 제 1다이오드(D1) 및 축전기(C1)와 발광부(30)의 애노드 사이에 연결되어, 애노드 방향으로 순 방향으로 연결되는 제 2다이오드(D2)를 포함하여 구성된다.
한편, 이러한 충방전부(40)와 병렬로 연결되어 충방전부(40)를 통하여 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 전력 제어부(50)가 구성된다.
이러한 전력 제어부(50)는, 발광부(30)와 연결되는 전력 제어 소자(F1) 및 이 전력 제어 소자(F1)를 제어하는 제어 회로(51)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 전력 제어 소자(F1)로서는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 소자가 이용될 수 있고, 또한 바이 폴라 트랜지스터(bi-polar transistor)가 이용될 수도 있다.
이때, 이 제어 회로(51)는, 발광부(30)의 동작 전압을 검출하여 전력 제어 소자(F1)를 제어함으로써 전류의 흐름 방향을 제어한다.
즉, 이러한 제어 회로(51)는, 정류부(20)를 통과한 전압이 발광부(30)의 동작 전압보다 높고, 이 동작 전압에 충방전부(40)의 축전기(C1)의 전압을 더한 값보다 낮을 경우에 발광부(30)로 전류를 흐르도록 제어한다.
그리고, 제어 회로(51)는, 정류부(20)를 통과한 전압이 발광부(30)의 동작 전압에 충방전부(40)의 축전기(C1)의 전압을 더한 값보다 높을 경우에는 발광부(30)로 전류가 흐르는 동시에 축전기(C1)를 충전시키도록 제어한다.
또한, 이러한 제어 회로(51)는, 정류부(20)를 통과한 전압이 발광부(30)의 동작 전압보다 낮은 경우에는 충방전부(40)의 축전기(C1)의 전하를 방전시키도록 회로를 제어하는 것이다.
한편, 발광부(30)에는 전류 평활부(C2)가 연결되어 발광부(30)를 흐르는 전류가 평활시켜 전류의 맥동이 억제시킬 수 있다.
이하, 도 1과 같은 회로의 구성 및 동작을 자세히 설명한다.
위에서 설명한 바와 같이, 이와 같은 LED 조명 회로는, 교류 전원(10)을 브리지 다이오드(20)로 정류한 맥류 전압을 발광부(30)와 축전기(C1)를 직렬 접속시킨 회로를 통해 정류부(20)의 제 2단자(22)에 접속시킨다.
또한, 축전기(C1)의 플러스 전극으로부터 제 2다이오드(D2)를 직렬 접속된 발광부(30)의 애노드에 접속시킨다. 직렬 접속된 LED(L1, ... , Ln) 열을 포함하는 발광부(30)의 음극에는 전력 제어 소자(F1)의 드레인(또는 컬렉터)을 접속시키고, 전력 제어 소자(F1)의 소스(또는 에미터)를 정류부(20)의 제 2단자(22)에 접속시킨다.
전력 제어 소자(F1)의 게이트(또는 베이스)는, 정류부(20)를 이루는 브리지 다이오드 출력의 맥류 전압이 발광부(30)의 동작 전압(Vf)보다 낮을 때 "하이(high)"(SW ON) 상태가 되고, 맥류 전압이 발광부(30)의 동작 전압(Vf)과 축전기(C1)의 전압의 합보다 높을 때 "로우(low)"(SW OFF) 상태가 되며, 맥류 전압이 발광부(30)의 동작 전압(Vf)보다 높고 발광부(30)의 동작 전압(Vf)에 축전기(C1)의 전압을 더한 값보다 낮을 때에는 능동 영역에서 동작하여, 이에 따른 전류 값이 필요한 값이 되도록 제어 회로(51)에 의해 제어된다.
맥류 전압이 발광부(30)의 동작 전압(Vf)에 축전기(C1)의 전압을 합한 값보다 높을 때에는, 발광부(30), 제 1다이오드(D1)를 통해 충전 전류가 흘러 축전기(C1)에 전하가 축적된다.
여기서, 발광부(30)의 동작 전압(Vf)을 맥류 전원 전압의 피크 전압의 절반보다 낮은 값으로 설정하면, 축전기(C1)는 발광부(30)의 동작 전압(Vf)보다 높은 전압까지 충전된다.
이어서, 발광부(30)의 동작 전압(Vf)보다 맥류 전원 전압이 낮은 기간에 전력 제어 소자(F1)를 온(on) 시키면, 정류부(20)에는 역 전압이 걸려 비 도통 상태가 되므로, 축전기(C1)에 축적된 전하가, 제 2다이오드(D2), 발광부(30), 전력 제어 소자(F1)를 통해 방전된다.
맥류 전압이 발광부(30)의 동작 전압(Vf)보다 높고, 발광부(30)의 동작 전압(Vf)과 축전기(C1)의 전압의 합보다 낮을 때에는, 전력 제어 소자(F1)를 적절히 능동 영역에서 제어함으로써, 교류 전원(10), 정류부(20), 발광부(30), 및 전력 제어 소자(F1)를 통해 적절히 설정된 전류가 흐른다.
이상의 회로의 동작에 의하여, 축전기(C1)의 충전시, 축전기(C1)의 방전시, 충전 기간과 방전 기간 사이의 기간 각각에 발광부(30)로 전류를 흘리는 것이 가능해진다.
여기서, 축전기(C1)에 충전되는 전하량과 방전되는 전하량은, 자동적으로 균형을 이루어가게 된다.
따라서, 축전기(C1)를 방전하는 기간에 있어서의 전력 제어 소자(F1)의 온(on) 시간을 짧게 하거나 또는 전력 제어 소자(F1)를 능동 영역에서 동작시켜 방전 전류를 제한하는 등의 방법을 통하여, 방전되는 전하량을 줄임으로써, 충전되는 전하량도 이와 같이 감소시킬 수 있다.
결과적으로 교류 전원(10)으로부터 입력되는 전력, 및 발광부(30)의 평균 전류를 감소시키는 방향으로 제어하는 것이 가능한 것이다.
또한, 발광부(30)에는 교류 전원의 1/2 주기로 축전기(C1)의 충전 전류, 방전 전류가 각 1회 흐르므로, 발광부(30)로 흐르는 전류의 리플 주파수는 교류 전원(10)의 주파수의 4배로 변환되어 인간의 눈에는 플리커(flicker)로 쉽게 인식되지 않게 된다.
한편, 발광부(30)에 병렬로 전류 평활부(C2)를 접속시킴으로써 발광부(30)를 흐르는 전류가 평활되어 전류의 맥동이 억제될 수 있다. 이러한 전류 평활부(C2)는 전해 축전기(C2)를 이용할 수 있다.
그러나, 축전기(C2)가 구비되지 않는 경우에는, 전원 연결시에, 충방전부의 축전기(C1)가 소정의 전압으로 충전될 때까지 흐르는 전류가 발광부(30)를 통해 흐르지만, 이러한 전류 평활을 위한 축전기(C2)를 추가함으로써 이러한 전류가 주로 축전기(C2)로 흐르게 되어, 발광부(30)를 흐르는 전류를 억제할 수 있다.
도 2에서는 제어 회로(51) 구성의 다른 예를 도시하고 있다. 즉, 제어 회로(51)를 연결함에 있어서, 전력 제어 소자(F1)의 소스와 제어 회로(51) 사이에 충전 전류 검출용 저항(R1) 및 방전 전류 검출 저항(R2)을 더 구성한 예를 도시하고 있다.
또한, 이들 두 저항(R1, R2)에서 바이패스(by-pass) 되어 전력 제어 소자(F1)의 소스와 제어 회로(51)를 직접 연결하여 전류 검출 신호 입력부(52)가 더 포함된다.
여기에, 전류 평활을 위한 축전기(C2) 단에 직접 연결되어 발광부(30)의 동작 전압을 검출하는 전압 입력부(53)가 더 포함된다.
따라서, 전류 검출 신호 입력부(52)를 통한 전류 검출 신호, 정류부(20)의 출력전압, 및 전압 입력부(53)를 통한 발광부(30)의 동작 전압(Vf)의 검출 신호가 제어 회로(51)로 입력된다.
이때, 충전 전류 검출 저항(R1)과 방전 전류 검출 저항(R2) 사이에 충방전부(40)의 축전기(C1)가 연결된다.
이러한 회로의 구성에서, 충방전부(40)의 축전기(C1)의 방전 전류는, 제 2다이오드(D2), 발광부(30), 전력 제어 소자(F1), 및 방전 전류 검출 저항(R2)을 통해 축전기(C1)의 음의 단자로 되돌아오므로 충전 전류 검출 저항(R1)으로는 흐르지 않는다.
따라서 충전 전류 검출 저항(R1)은 축전기(C1)의 방전시의 전류 검출 신호 입력부(52)를 통한 전류 검출 신호에는 영향을 주지 않는다.
마찬가지로, 축전기(C1)의 충전시에는, 교류 전원(10), 정류부(20), 발광부(30), 제 1다이오드(D1), 축전기(C1), 및 충전 전류 검출 저항(R1)을 통해, 정류부(20), 교류 전원(10)으로 전류가 되돌아오므로, 전류 검출 신호 입력부(52)를 통한 전류 검출 신호는 충전 전류 검출 저항(R1)과 충전 전류에 의해 정해지고 방전 전류 검출 저항(R2)의 영향을 받지 않는다.
교류 전원(10)으로부터, 정류부(20), 발광부(30), 전력 제어 소자(F1), 방전 전류 검출 저항(R2), 및 충전 전류 검출 저항(R1)을 통해, 축전기(C1)를 통하지 않고 전류를 흐르게 하는 경우에는, 방전 전류 검출 저항(R2) 및 충전 전류 검출 저항(R1) 모두가 전류 검출 신호에 영향을 줄 수 있다.
이와 같은 3개의 전류의 흐름은 시간적으로 분리되어 있으므로, 전류 검출 신호 입력부(52)를 통한 전류 검출 신호의 값으로부터 제어 회로(51)에서 LED 구동 전류를 산출하는 것이 가능한 것이다.
도 3에서는 도 2의 회로에 의한 동작 파형의 예를 도시하고 있다.
각각의 파형은, 정류부(20)에 의해 정류된 맥류 전압(74), 정류부(20)의 출력 전류(72), 발광부(30)의 전류(73), 및 전력 제어 소자(F1)의 드레인(컬렉터) 전류(74)를 나타낸다.
정류부(20)에서 정류된 맥류 전압이 발광부(30)의 동작 전압(Vf)보다 낮은 기간은 축전기(C1)의 전하를 방전하는 "방전 기간"이 된다. 즉, 전력 제어 소자(F1)의 드레인(컬렉터) 전류(74) 중, 방전 기간에 흐르는 것이 방전 전류이다. 이러한 방전 전류의 피크(peak) 값은, 방전 전류 검출 저항(R2)의 양단 전압이 소정의 설정 값을 넘지 않도록 제어 회로(51)에 의해 제어된다.
정류부(20)의 출력전압이 발광부(30)의 동작 전압(Vf)보다 높고, 발광부(30)의 동작 전압(Vf)과 축전기(C1)의 전압의 합보다 낮을 때에는, "도통 기간"이 되어, 축전기(C1)를 통하지 않고, 발광부(30)로 전류가 흐른다.
전류 파형은, 전압 입력부(53)를 통한 전원 전압 검출 신호와 전류 검출 신호 입력부(52)를 통한 전류 검출 신호를 기초로 소정의 파형이 되도록 제어 회로(51)에 의해 제어된다.
도 3에서, 정류부(20)의 출력 전류(72) 중, 도통 기간에 흐르는 전류가 "도통 기간"에 교류 전원(10)으로부터 공급되는 전류이다.
정류부(20)에 의해 정류된 맥류 전압이 발광부(30)와 축전기(C1)의 전압의 합보다 높을 때는 "충전 기간"이 되어, 교류 전원(10)으로부터 정류부(20), 발광부(30), 및 제 1다이오드(D1)를 통해 축전기(C1)에 충전된다.
도 3에서, 정류부(20)의 출력 전류(72) 중, 충전 기간에 흐르고 있는 전류가 충전 전류이다.
이와 같이, "방전 기간", "도통 기간" 및 "충전 기간"에 흐르는 전류는, 발광부(30) 및 이 발광부(30)에 병렬 접속된 평활 축전기(C2)로 흐른다. 그리고 이러한 발광부(30)의 전류(73)는 평활 축전기(C2)에 의해 평활되어 리플이 감소될 수 있다.
여기서, 전류 파형을 보면, 방전 전류 파형(74)은 피크 전류가 제한되어 전류가 큰 부분은 거의 구형파로 되어 있음을 알 수 있다.
따라서, 방전 전류가 피크 전류에 도달하고 있는 기간이 일정해지도록 제어하면, 방전 전하는 충전 전하와 균형을 이루므로 충전 전류도 거의 일정해지고, 결과적으로 발광부(30)에 흐르는 전류를 거의 일정하게 제어하는 것이 가능한 것이다.
도 4에서는 도 2의 회로에 의해 발광부(30)를 흐르는 전류의 전원 전압 의존성이 개선된 결과를 나타내고 있다. LED 전원 편차와 AC 전원 편차에 대한 그래프로서, 그래프가 거의 선형에 가까운 것을 알 수 있다.
즉, LED 전원 편차의 증감에 대하여 AC 전원 편차의 증감이 거의 일정한 것을 알 수 있다.
이상과 같은 LED 조명 시스템은, SMPS(Switching Mode Power Supply)를 사용하지 않는 교류 전원에 의한 LED 구동 회로에 있어서, 직접 교류 전원에 의해 구동할 수 있으며, LED가 점등하지 않는 기간이 없이 연속적으로 구동이 가능하다.
또한, 위에서 설명한 바와 같이, 발광부(30)를 이루는 LED의 전류 리플의 주파수가 교류 전원 주파수의 4배로 변환되므로 인간의 눈에 플리커로 쉽게 느껴지지 않고, 나아가 발광부(30)를 이루는 LED 열에 병렬로 커패시터를 추가하여 전류를 평활하는 경우에도 리플 주파수가 높으므로 소용량으로 동등의 평활 효과를 얻을 수 있으며, 역률의 저하도 작은 효과가 있다.
따라서, 플리커, 역률 저하, 전원 전압 변동에 의한 LED 전류 변동과 같은 교류 전원으로 LED를 구동하는 경우에 발생할 수 있는 현상을 간결한 회로로 해결할 수 있다.
즉, SMPS를 사용하지 않는 LED 구동 회로에 있어서, 적은 전력 손실로 LED 전류의 제어가 가능한 것이다.
도 5에서는, 도 3의 회로에 발광부(30)의 전류를 직접 검출하는 전류 검출 회로(60)를 추가하여, 이 전류 검출 회로(60)에 의한 발광부(30)의 전류 검출 신호를 제어 회로(51)로 입력하도록 한 구성을 나타내고 있다.
이하, 도 1의 회로에 의한 동작을 시간의 진행에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
정류부(20)를 통과한 맥류 전압을 기준으로 설명하면, 먼저, 맥류 전압(Vr)이 발광부(30)의 동작 전압(Vf)보다 낮은 기간에서의 동작을 설명한다.
즉, 도 1의 회로의 구성에서 제 2다이오드(D2)의 동작 전압(Vf)도 함께 고려한다면, 축전기(C1)의 전압(Vc)에서 제 2다이오드(D2)의 동작 전압(Vf)을 뺀 값보다 낮은 구간에서는, 도 6a 및 도 6b에서 도시하는 바와 같이, 전력 제어 소자(F1)가 온(on) 되어 전력 제어 소자(F1)를 통하여 전류(Isw)가 흐르게 된다.
위에서 설명한 바와 같이, 발광부(30)의 동작 전압보다 맥류 전압(Vr)이 낮은 기간에 전력 제어 소자(F1)가 온(on) 되어, 정류부(20)에는 역 전압이 걸려 비도통 상태가 되므로, 축전기(C1)에 축적된 전하가, 제 2다이오드(D2), 발광부(30), 전력 제어 소자(F1)를 통해 방전된다.
여기서, 맥류 전압(Vr), 전력 제어 소자(F1)에 걸리는 전압(Vd) 및 입력 전류(Iin)는 그 위상이 거의 일치함을 할 수 있다.
또한, 축전기(C1)의 충전 전압과 방전 전압은 일정한 폭을 가지는 레벨에서 제어되고, 이러한 충전 전압과 방전 전압보다 용량이 큰 축전기(C1)를 구비할 수 있으므로, 축전기(C1)의 수명은 직류 구동에 있어서의 평활 축전기보다 매우 클 수 있다.
이후, 맥류 전압(Vr)이 발광부(30)의 동작 전압보다 높고, 발광부(30)의 동작 전압(Vled)과 축전기(C1)의 전압의 합보다 낮은 구간에 대하여 설명한다.
즉, 도 1의 회로의 구성에서 제 1다이오드(D1)의 동작 전압(Vf)과 제 2다이오드(D2)의 동작 전압(Vf)도 함께 고려한다면, 맥류 전압(Vr)에서 제 2다이오드(D2)의 동작 전압(Vf)을 뺀 값보다 축전기(C1) 전압(Vc)과, 제 1다이오드(D1)의 동작 전압(Vf)과, 발광부(30)의 동작 전압(Vled)의 합보다 작을 때는, 도 7a 및 도 7b에서 도시하는 바와 같이, 전력 제어 소자(F1)를 능동 영역에서 제어한다.
따라서, 교류 전원(10), 정류부(20), 발광부(30), 및 전력 제어 소자(F1)를 통해 적절히 설정된 전류가 흐른다.
다음에, 맥류 전압(Vr)이 발광부(30)의 동작 전압(Vled)과 축전기(C1)의 전압(Vc)의 합보다 높은 구간에 대하여 설명한다.
즉, 도 1의 회로 구성에서는, 맥류 전압(Vr)이 발광부(30)의 동작 전압(Vled)과 축전기(C1)의 전압(Vc) 및 제 1다이오드(D1)의 동작 전압(Vf)보다 클 경우에는, 도 8a 및 도 8b에서 도시하는 바와 같이, 교류 전원(10)으로부터 정류부(20), 발광부(30), 및 제 1다이오드(D1)를 통해 축전기(C1)에 충전된다.
다음에, 다시 맥류 전압(Vr)에서 제 2다이오드(D2)의 동작 전압(Vf)을 뺀 값보다 축전기(C1) 전압(Vc)과, 제 1다이오드(D1)의 동작 전압(Vf)과, 발광부(30)의 동작 전압(Vled)의 합보다 작아지는 경우에는, 도 9a 및 도 9b에서 도시하는 바와 같이, 전력 제어 소자(F1)를 능동 영역에서 제어한다.
따라서, 교류 전원(10), 정류부(20), 발광부(30), 및 전력 제어 소자(F1)를 통해 적절히 설정된 전류가 흐른다. 이 상태에서의 동작은 도 7a 및 도 7b에서 도시하는 상태와 동일하게 동작한다.
이후, 다시 도 1의 회로의 구성, 축전기(C1)의 전압(Vc)에서 제 2다이오드(D2)의 동작 전압(Vf)을 뺀 값보다 낮은 상태가 되면, 도 10a 및 도 10b에서 도시하는 바와 같이, 전력 제어 소자(F1)가 온(on) 되어 전력 제어 소자(F1)를 통하여 전류(Isw)가 흐르게 된다.
위에서 설명한 바와 같이, 발광부(30)의 동작 전압보다 맥류 전원 전압이 낮은 기간에 전력 제어 소자(F1)가 온(on) 되어, 정류부(20)에는 역 전압이 걸려 비 도통 상태가 되므로, 축전기(C1)에 축적된 전하가, 제 2다이오드(D2), 발광부(30), 전력 제어 소자(F1)를 통해 방전되며, 이는 도 6a 및 도 6b에서 도시하는 상태와 동일하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 교류 전원 20: 정류부
30: 발광부 40: 충방전부
50: 전력 제어부 60: 전류 검출 회로

Claims (20)

  1. 교류 전원을 정류하며 제 1단자 및 제 2단자를 포함하는 정류부;
    상기 정류부의 제 1단자에 애노드가 연결되는 복수의 LED를 포함하는 발광부;
    상기 발광부와 정류부의 제 2단자 사이에 연결되어, 상기 발광부의 캐소드와 연결되는 충전 경로 및 상기 발광부의 애노드와 연결되는 방전 경로를 가지는 충방전부; 및
    상기 발광부를 통하여 흐르는 전류의 흐름을 제어하는 것으로, 상기 발광부와 연결되는 전력 제어 소자 및 상기 전력 제어 소자를 제어하는 제어 회로를 포함하는 전력 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 정류부를 통과한 전압이 상기 발광부의 동작 전압보다 높고 상기 동작 전압에 충방전부의 전압을 더한 값보다 낮을 경우에 상기 발광부로 전류를 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 정류부를 통과한 전압이 상기 발광부의 동작 전압에 충방전부의 전압을 더한 값보다 높을 경우에는 상기 발광부로 전류가 흐르는 동시에 상기 충방전부를 충전시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 정류부를 통과한 전압이 상기 발광부의 동작 전압보다 낮은 경우에는 상기 충방전부의 전하를 방전시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전력 제어부는, 상기 전력 제어 소자의 소스와 상기 제어 회로 사이에 연결되는 충전 전류 검출용 저항 및 방전 전류 검출 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 충방전부는, 상기 충전 전류 검출 저항과 상기 방전 전류 검출 저항 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제어 회로에는,
    상기 전력 제어 소자의 소스와 연결되는 전류 검출 신호 입력부; 및
    상기 발광부의 동작 전압을 검출하는 전압 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 충방전부는,
    축전기; 및
    상기 축전기의 방전 및 충전 경로 형성을 위한 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 다이오드는,
    상기 축전기와 발광부의 캐소드 사이에 연결되어, 상기 축전기 방향으로 순방향으로 연결되는 제 1다이오드; 및
    상기 축전기와 발광부의 애노드 사이에 연결되어, 상기 애노드 방향으로 순방향으로 연결되는 제 2다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 발광부로 입력되는 전류를 평활하는 축전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 발광부에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 정류부의 출력 전압의 크기에 따라, 상기 전력 제어 소자가 온(on)/오프(off) 또는 능동 제어되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  13. 발광 다이오드 조명 시스템에 있어서,
    직렬 연결된 다수의 발광 다이오드를 포함하는 발광부;
    교류 전원을 정류하여 출력한 맥류 전압을 상기 발광부에 공급하는 정류부;
    상기 발광부에 연결되는 충방전부; 및
    상기 맥류 전압의 크기가 제 1 조건을 만족하는 경우에는 상기 발광부로 전류가 흐르도록 하고, 상기 맥류 전압의 크기가 제 2 조건을 만족하는 경우에는 상기 발광부로 전류가 흐르도록 하는 동시에 상기 충방전부를 충전하며, 상기 맥류 전압의 크기가 제 3 조건을 만족하는 경우에는 상기 충방전부의 전하를 방전하여 상기 발광부를 구동하는 전력 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 1 조건은, 상기 맥류 전압이 상기 발광부의 동작 전압보다 높고 상기 동작 전압에 충방전부의 전압을 더한 값보다 낮을 경우인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 제 2 조건은, 상기 맥류 전압이 상기 발광부의 동작 전압에 충방전부의 전압을 더한 값보다 높을 경우인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 제 3 조건은, 상기 맥류 전압이 상기 발광부의 동작 전압보다 낮은 경우인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 충방전부는, 상기 발광부와 정류부 사이에 연결되어, 상기 발광부의 캐소드와 연결되는 충전 경로 및 상기 발광부의 애노드와 연결되는 방전 경로를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  18. 제 13항에 있어서, 상기 전력 제어부는,
    상기 발광부와 연결되는 전력 제어 소자; 및
    상기 전력 제어 소자를 제어하는 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 전력 제어부는, 상기 전력 제어 소자의 소스와 상기 제어 회로 사이에 연결되는 충전 전류 검출용 저항 및 방전 전류 검출 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 제어 회로에는,
    상기 전력 제어 소자의 소스와 연결되는 전류 검출 신호 입력부; 및
    상기 발광부의 동작 전압을 검출하는 전압 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 시스템.
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