KR20140018835A - Thdi 바이패스 회로를 가지는 솔리드 스테이트 조명 드라이버 - Google Patents

Thdi 바이패스 회로를 가지는 솔리드 스테이트 조명 드라이버 Download PDF

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KR20140018835A
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조지 리
아서 영
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아메리칸 브라이트 라이팅, 아이엔씨.
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Abstract

전체 고조파 왜("THDi") 바이패스 회로를 가지는 솔리드 스테이트 조명 드라이버 및 시스템이 개시된다. 솔리드 스테이트 드라이버는 제2 조명 세그먼트에 직렬로 접속된 제1 조명 세그먼트를 가지는 솔리드 스테이트 램프에 전원을 공급한다. THDi 바이패스 회로는 제1 조명 세그먼트를 바이패스하고 구동 전압이 낮을 때에 LED 의 제2 조명 세그먼트에 전원을 공급한다. 결과적으로, 솔리드 스테이트 램프는 전력 사이클의 대부분에 있어서 발광하게 되고 THDi를 감소하게 된다.

Description

THDI 바이패스 회로를 가지는 솔리드 스테이트 조명 드라이버{SOLID STATE LIGHTING DRIVER WITH THDI BYPASS CIRCUIT}
본 출원은 2010년 8월 27일자로 출원된 미국 특허 가출원번호 61/377,846 호에 대한 미국 연방법 35의 제 119(e) 조에 따른 우선권을 주장하며, 동 출원의 전 개시내용은 본 명세서에 참조된다.
본 발명은 일반적으로 솔리드 스테이트 (solid state) 조명 드라이버 및 조명 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 LED 조명 시스템에 관한 것이다.
솔리드 스테이트 조명 장치들은 백열등과 같은 종래의 조명 장치와 비교할 때 더 높은 효율성 및 더 긴 수명을 제공한다는 점에서 점점 더 일반적으로 사용되고 있다. 그러나, 솔리드 스테이트 조명 장치에 전력을 공급하는 드라이버들은 솔리드 스테이트 조명 장치에 비해서 상당히 짧은 수명을 나타내고 있으며, 종종 과도한 전체적인 고조파 왜(歪)를 가진다.
따라서, 솔리드 스테이트 조명 드라이버 및 시스템을 개선하려고 하는 필요성이 있어 왔다.
제1 실시형태에 있어서, 전류 구동회로 및 바이패스 회로를 포함하는 조명 구동회로가 제공된다. 전류 구동회로는 전력 사이클을 가지는 교류(AC) 전원에 접속되어 있으며, 그 구동회로는 제1 조명 세그먼트 및 제2 조명 세그먼트를 가지는 솔리드 스테이트 램프에 전류를 제공하도록 구성된다. 구동회로는 제1 조명 세그먼트의 입력에 직접 접속되도록 구성되며, 제2 조명 세그먼트의 입력은 제1 조명 세그먼트의 출력에 직접 접속되도록 구성된다. 바이패스 회로는 전류 구동회로에 접속되고 제2 조명 세그먼트의 입력에 접속되도록 구성되며, 여기에서 바이패스 회로는 전력 사이클내에서의 시간주기 동안 구동회로로부터 제2 조명 세그먼트로의 바이패스 전류를 제공하도록 구성된다.
조명 구동회로의 제1의 바람직한 실시예에 있어서, 제1 조명 세그먼트는 바람직하게는 직렬접속된 다수 개의 제1 발광 다이오드(LED)들을 포함하며, 제2 조명 세그먼트는 바람직하게는 직렬접속된 다수 개의 제2 LED들을 포함한다. 바람직하게는 바이패스 회로는 제2 조명 세그먼트의 입력 전압에 근거하여 구동회로로부터의 바이패스 전류를 제2 조명 세그먼트에 공급한다. 바람직하게는, 바이패스 회로는 제2 조명 세그먼트의 입력 전압이 역치를 초과할 때에는 구동회로로부터의 바이패스 전류를 종료하도록 구성된다. 바람직하게는, 바이패스 회로는 구동회로 및 제2 조명 세그먼트의 입력에 전기적으로 접속된 드레인 및 소스를 가지는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 (MOSFET)를 더 포함한다. MOSFET의 게이트는 바람직하게는 제2 조명 세그먼트의 입력측에 접속된다. 전류의 총 고조파 왜는 바람직하게는 15% 미만이다. 구동회로의 역률은 바람직하게는 95%를 초과한다. AC 전원은 바람직하게는 120 볼트 전원을 포함한다. AC 전원은 바람직하게는 240 볼트 전원을 포함한다.
제2 실시형태에 있어서, 솔리드 스테이트 램프와, 전류 구동회로 및 바이패스 회로를 포함하는 조명 시스템이 제공된다. 솔리드 스테이트 램프는 제1 조명 세그먼트 및 제2 조명 세그먼트를 가지며, 제2 조명 세그먼트의 입력은 제1 조명 세그먼트의 출력에 접속된다. 전류 구동회로는 전력사이클을 가지는 교류 (AC) 전원에 접속되며 전류 구동회로는 솔리드 스테이트 램프에 전류를 공급하도록 구성된다. 구동회로는 제1 조명 세그먼트의 입력에 접속된다. 바이패스 회로는 전류 구동회로 및 제2 조명 세그먼트의 입력에 접속된다. 바이패스 회로는 전력 사이클 내의 시간 주기동안 구동회로로부터의 바이패스 전류를 제2 조명 세그먼트로 공급하도록 구성된다.
바람직한 제2 실시예에 있어서, 제1 조명 세그먼트는 바람직하게는 직렬접속된 다수 개의 제1 발광 다이오드(LED)들을 포함하며, 제2 조명 세그먼트는 바람직하게는 직렬접속된 다수 개의 제2 LED들을 포함한다. 바람직하게는 바이패스 회로는 제2 조명 세그먼트의 입력 전압에 근거하여 구동회로로부터의 바이패스 전류를 제2 조명 세그먼트에 공급한다. 바람직하게는, 바이패스 회로는 제2 조명 세그먼트의 입력 전압이 역치를 초과할 때에는 구동회로로부터의 바이패스 전류를 종료하도록 구성된다. 바람직하게는, 바이패스 회로는 구동회로 및 제2 조명 세그먼트의 입력에 전기적으로 접속된 드레인 및 소스를 가지는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 (MOSFET)를 더 포함한다. MOSFET의 게이트는 바람직하게는 제2 조명 세그먼트의 입력측에 접속된다. 전류의 총 고조파 왜(THDi)는 바람직하게는 15% 미만이다.
제3 실시형태에 있어서는, 광생성 방법이 제공된다. 이 방법은, 전력 사이클을 가지는 교류(AC)를 제공하는 것과, 교류를 전파(全波) 정류신호를 형성하도록 정류하는 것과, 전파 정류신호에 근거하여 구동전류를 생성하는 것과, 제1 조명 세그먼트 및 그 제1 조명 세그먼트에 접속된 제2 조명 세그먼트를 가지는 솔리드 스테이트 램프에 전력을 공급하는 것과, 전력 공급 주기에 구동전류로부터의 전류를 제2 조명 세그먼트로 바이패스 시키는 것과, 바이패스된 전류에 의하여 제2 조명 세그먼트로부터 광을 생성하는 것을 포함한다.
바람직한 제3 실시예에 있어서, 이 방법은, 전압에 근거하여 바이패스 전류를 종료하는 것 및, 구동전류에 의하여 제1 조명 세그먼트 및 제2 조명 세그먼트로부터 광을 생성하는 것을 더 포함한다. 바이패스 전류의 종료는 바람직하게는 제2 조명 세그먼트의 입력 전압에 근거한다.
본 발명의 이들 및 기타 특징 및 장점들은 이하의 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시예들의 서술내용으로부터 보다 명백해진다.
도 1은, 직렬접속된 다수개의 LED들을 가지는 조명 조립체의 기능적 블록도를 나타낸다.
도 2는, 도 1에 도시된 조명 조립체에 대한 전압 및 전류의 예시적인 그래프를 나타낸다.
도 3은, LED 의 조명 세그먼트와 병렬인 예시적 바이패스 회로를 가지는 조명 조립체의 기능적인 블록도를 나타낸다.
도 4는, 도 3에 도시된 조명 조립체에 대한 전압 플롯 및 전류 플롯의 예시적인 그래프를 나타낸다.
도 5는, 예시적인 바이패스 회로를 가지는 조명 조립체의 일 실시예의 기능적인 블록도를 나타낸다.
도 6은, 예시적인 바이패스 회로를 가지는 조명조립체의 다른 실시예의 기능적인 블록도를 나타낸다.
도 7은, 도 5에 도시된 조명 조립체에 대한 전압 및 전류의 예시적인 그래프를 나타낸다.
이하의 바람직한 실시예들은 솔리드 스테이트 조명 드라이버 및 시스템에 관한 것이다. 발광 다이오드(LED)와 같은 솔리드 스테이트 조명 장치들은 백열등과 같은 종래의 광원과 비교할 때 실질적으로 더 큰 전력효율 및 동작수명을 발휘한다. 그러나, 전형적으로 교류(AC) 120 볼트(V)를 공급하는 현재의 조명 장치내에 LED를 새롭게 장착하는 것에는 여러 문제점들이 있다. LED는 정방향 바이어스 구성에서 동작할 때에만 발광하며 LED의 발광파장에 따라서는 1.9V 내지 3.2V 의 범위에서 정방향 전압강하를 가진다. LED는 120 VAC 전원에 대하여 최대 전압에 가까운 전체 전압강하를 가지는 LED 열을 형성하도록 직렬접속될 수 있다. 그러나, LED들은 전력 사이클의 일부에서만 발광을 하므로 전력 효율이 감소되고 더 큰 전체 고조파 왜(Total Harmonic Distortion: THDi)를 나타낸다.
일 실시예에 있어서는, 구동전압이 낮을 때에 LED의 제1 조명 세그먼트를 바이패스하고 LED의 제2 조명 세그먼트에 전력을 공급하는 THDi 바이패스 회로에 의하여 THDi가 감소된다. LED의 제1 조명 세그먼트에 걸리는 전압이 역치에 도달하면, THDi 바이패스 회로는 LED의 제2 조명 세그먼트로의 바이패스 전류를 종료하고 구동회로가 전체 LED 열에 전력을 공급하게 된다. 결과적으로, LED 열은 전력 사이클의 더 많은 부분을 통하여 발광하게 되고 THDi가 감소하게 된다.
LED 를 구동하기 위한 대부분의 종래의 접근방법들은 스위치 모드 전원 공급장치와 같은 외부 LED 드라이버 또는 수동적, 저항성 방법을 사용하여 AC 라인 전압을 낮은 DC 전압으로 변환하는 구동회로를 채택한다. 실시예들은 제한된 수의 부품을 채택하여 능동적으로 단순하면서도 직접적인 고전압 또는 오프라인 LED 솔루션을 제공한다. 또한, 실시예들은 가변적인 전압과 감소된 THDi를 가지며 향상된 역율과 안정된 구동전류에 대한 탁월한 성능을 제공한다. 또한, 실시예들은 전형적으로 LED 의 앞에 놓이는 전해 캐패시터에 의존하는 종래의 접근방식에 비교할 때 더 향상된 구동수명을 발휘한다. 실시예들은 종래의 LED 드라이버에서 사용되는 통상의 전해 캐패시터와는 달리 긴 동작수명을 가질 수 있는 한 개의 세라믹 캐패시터를 채택하고 있다. 실시예들은 종래의 LED 드라이버들의 단점을 극복하는 능동적이고 단순하며 저렴하고 효과적인 오프라인 구동방법을 제공한다.
솔리드 스테이트 조명 시스템 및 드라이버에 관한 기술은, 미합중국 공개공보 제 2008/0265801 호 및 제 2010/0045198 호에 의하여 개시되며, 이들 양자는 리(Lee) 등이 출원한 것으로서, 본 명세서에 참고로 결합된다.
도 1은 직렬로 접속된 다수의 LED를 가지는 조명 조립체(101)의 기능적인 블록도를 나타낸다. AC 전원(102)은 핀(106) 및 (104)을 통하여 브리지 정류기(110)에 전기적으로 접속된다. 브리지 정류기(110)는 다이오드 (111),(112),(113) 및 (114)를 포함한다. 브리지 정류기(110)는 AC 라인 전압을 정류하고 출력(103) 측으로 전파 정류신호를 공급한다. 브리지 정류기(110)의 출력(103)은 한류기(120)에 접속된다. 한류기(120)는 이하에서 논의되는 바와 같은 전류 구동회로일 수 있다. 한류기(120)는 LED 모듈(130a) 내지 (130m)에 직렬로 접속된다. LED 모듈(130a)과 같은 각각의 LED 모듈은 3개의 직렬 접속된 LED(131),(132) 및 (133)를 가진다. 따라서, 직렬로 접속된 13개의 LED 모듈 또는 39개의 LED가 있게 된다. 마지막 LED 모듈(130m)의 출력은 핀(105)을 통하여 브리지 정류기(110)에 접속된다.
도 2는 도 1에 도시한 조명 조립체에 대한 전압(201) 및 전류(251)의 예시적인 그래프를 나타낸다. 전압(201)은 도 1에서 Vin 및 Vout 으로 도시된 한류기(120)의 출력(125) 및 LED 모듈(130m)의 출력(126)에서의 전압차를 나타낸다. 전류(251)는 LED 모듈 (130a) 내지 (130m)을 통하여 흐르는 전류이다. 전압(201)은 브리지 정류기(110)의 결과로서 전파 정류된 패턴을 나타내며 싸인파의 절대치로서 변화된다. 전압(201)은, 통상적인 120 볼트 상용라인에 대하여 점(220)에서 O V로부터 변화하고 점(210)에서 대략 최대 170 V 까지 증가하게 된다.
LED는 적외선 LED 의 경우 대략 1.9 V 로부터 백색 또는 청색 LED 의 경우 대략 3.2 V 까지의 정방향 전압 Vf을 가진다. LED들은 정방향 전압 Vf 아래에서 구동될 때 최소 누설전류를 나타낸다. 그러나, 구동전류는 LED들이 정방향 전압 Vf을 넘어서 구동될 때는 급격하게 증가된다. 도 2는 각각 3.2 V 의 정방향 전압 Vf을 각각 가지는 39개의 LED를 가지는 실시예에 대한 예시적인 그래프를 도시한다. 따라서, 전류(251)는 LED 모듈 (130a) 내지 (130m)의 전위가 LED당 3.2 V 곱하기 39개의 LED 들에 대하여 대략 126 V 의 전체 전압강하가 있게 되는 점(205)에서 급격하게 증가하게 된다. 전류(251)는 한류기(120)의 결과로 상한 영역(255)에서 일정하게 남아 있게 된다. 일단 전위가 126 V 로 강하하면, 전류(251)는 점(260)에서 거의 0에 가까이 떨어진다.
조명 조립체(101)는 양호한 역률을 나타내지만 높은 THDi 를 겪게 된다. 많은 전기 회사들은 낮은 THDi 를 가지는 조명장치에 대해서 환급금을 제공하고 있다. 따라서, THDi 바이패스 회로는 요구되는 20% 수준의 아래로 THDi 를 낮추도록 설계된다.
도 3은 예시적인 THDi 바이패스 회로(310)를 가지는 조명 조립체(301)의 기능적인 블록도를 나타낸다. 조명 조립체(301)는 직렬접속된 LED 모듈(130a) 내지 (130j)를 포함하는 제1 조명 세그먼트(302)와 직렬접속된 LED 모듈(130k) 내지 (130m)을 포함하는 제2 조명 세그먼트(303)을 가진다. 제2 조명 세그먼트(303)의 입력은 점(127)에서 제1 조명 세그먼트(302)의 출력에 직접 접속된다. 조명 조립체(301)는 브리지 정류기(110) 및 한류기(120)를 가진다. 바이패스 회로(310)는 라인(304)을 통하여 한류기(120)의 출력을 공급받는다. 바이패스 회로(310)는 또한, 제1 조명 세그먼트(302)의 출력(127) 및, 제2 조명 세그먼트(303)의 출력(126)에도 접속된다. 바이패스 회로(310)는 점(127)에서 제2 조명 세그먼트(303)의 입력으로 바이패스 전류를 공급한다. 바이패스 회로(310)는 LED 중의 몇개가 낮은 전압 및 낮은 전류레벨에서 발광하기에 충분히 전원을 공급하도록 구성된다.
도 4는 도 3에 도시한 조명 조립체(301)에 대한 전압(305) 및 전류(350)의 예시적인 그래프를 나타낸다. 전압(305)은 도 3에서 Vin 및 Vout 으로 도시된 한류기(120)의 출력(125) 및 LED 모듈(130m)의 출력(126)에서의 전압차를 나타낸다. 전류(350)는 한류기(120)로부터 흐르는 전류이며, 한류기(120)에 의하여 예를 들면 20 밀리암페어(mA)와 같은 최대 구동전류로 제한된다. 최대 전류수준은 본 비한정적인 실시예에서는 대략 20 mA 이지만, 기타의 최대 전류수준이 채택될 수도 있음은 이해가능하다.
전압(305)이 0 V로부터 증가하여 점(312)에서 ~25 V에 도달함에 따라서, 바이패스 회로(310)는 출력(127)으로 구동전류의 일부를 바이패스하도록 구성되며, 따라서 제2 조명 세그먼트(303)내의 LED [즉, LED 모듈(130k) 내지 (130m)]들은 전류 플롯의 범위(352)에 의하여 도시된 전류로 발광할 수 있다. 전압(305)이 점(314)에서 대략 80 V 의 전압에 도달하면, 바이패스 회로는 바이패스 전류를 도출하는 것을 종료하는데, 그 이유는 전압 Vbypass 가 제1 조명 세그먼트(302)를 통하여 흐르는 전류의 결과로 충분히 높기 때문이다. 전압이 상기한 대략 80 V 로 상승하면, 전류(305)는 전류 플롯의 범위(353)으로 도시한 바와 같이 상승하게 된다. 전압(305)이 점(316)에서 대략 126 V 에 도달하게 되면, 제1 및 제2 조명 세그먼트(302) 및 (303)의 양자는 예를 들어 한류기(120)에 의하여 대략 20 mA 로 제한된 일정한 전류레벨(356)에서 발광하게 된다. 전압(305)이 점(318)에서 대략 126 V의 아래로 떨어질 때, 전류는 전류 플롯의 범위(357)로 도시한 바와 같이 떨어지게 된다. 전압(305)이 점(320)에서 대략 80 V 의 아래쪽으로 떨어지면, 전류(350)는 전류 플롯의 범위(358)로 도시한 바와 같이 떨어지게 된다. 전압(305)이 점(322)에서 대략 25 V 로 떨어지면, 전류는 전류레벨(359)에서 종료하게 된다.
도 5는, 120 볼트 적용예에 대하여 구성된 예시적인 THDi 바이패스 회로(560)를 가지는 조명 조립체(501)의 일 실시예에 대한 기능적인 블록도이다. 조명 조립체(501)는 구동회로(520) 및 바이패스 회로(560)를 포함한다. 조명 조립체는 또한, 직렬접속된 LED 모듈(130a) 내지 (130j)를 포함하는 제1 조명 세그먼트(502) 및, LED 모듈(130k) 내지 (130m)을 포함하는 제2 조명 세그먼트(503)을 더 포함한다. 바이패스 회로는 전력 사이클내에서의 주기동안 LED 모듈(130k) 내지 (130m)을 포함하는 제2 조명 세그먼트(503)에 전원을 공급하도록 구성된다. 제1 조명 세그먼트(502)의 출력은 점(526)에서 제2 조명 세그먼트(503)의 입력에 접속된다. 도 5는 본 비한정적인 실시예에서 LED 열을 도시하고 있지만, 제2 조명 세그먼트의 입력이 제1 조명 세그먼트의 출력에 접속되는 제1 조명 세그먼트 및 제2 조명 세그먼트를 가지는 다른 방식의 솔리드 스테이트 램프가 하나 이상의 실시예에 의하여 고안될 수 있음은 명백하다.
전류 구동회로(520)는 전력 사이클을 가지는 교류(AC) 전원(102)에 접속된다. 구동회로(520)는 제1 및 제2 조명 세그먼트(520) 및 (503)에 전류 I1 을 공급하며 제1 조명 세그먼트(502)의 입력에 직접 전기적으로 접속된다. 구동회로(520)는 이하에서 도 6에서 도시된 구동회로(620)와 관련하여 논의되는 바와 같은 한류기 또는 전류원일 수 있다.
바이패스 회로(560)는 전류 구동회로(520)의 출력 및 제2 조명 세그먼트(503)의 입력에 전기적으로 접속된다. 바이패스 회로는 전력 사이클시의 시간 주기에 전원을 공급하는 동안 제2 조명 세그먼트로 구동회로로부터의 바이패스 전류Ibp 를 공급한다. 바이패스 회로(560)는 점(526)에서의 제2 조명 세그먼트의 입력의 전압 V2 에 근거하여 구동회로로부터의 바이패스 전류를 제2 조명 세그먼트(503)로 공급할 수 있다.
바이패스 회로는 저항(512) 및 (514)과, 세라믹 캐패시터(518) 및 다이오드(516)와 관련하여 사용되는 N 채널 확장형 MOSFET(510)으로 구성될 수 있다. 이 회로는 지정된 수의 LED 들에 전원을 공급하도록 LED 열들 내에서 접속하는 탭 포인트(526)를 가진다.
일 실시예에서, 바이패스 회로(560)는 전류 구동회로(520)의 출력 및 확장형 MOSFET (510)(Q2)의 드레인에 접속된 저항(512)(R2)을 포함한다. MOSFET(510)의 소스는 제2 조명 세그먼트(503)의 입력에 접속된다. MOSFET(510)의 게이트는 캐패시터(518)(C1) 및 다이오드(516)(DD1)에 접속된 저항(R3)에 접속된다. 캐패시터(518)는 제2 조명 세그먼트(503)의 출력에 접속되고 다이오드(516)는 제2 조명 세그먼트(503)의 입력에 접속된다. 일 실시예에 있어서, MOSFET(510)는 예를 들어 Zetex 에 의하여 제조된 ZVN4525E6 와 같은 250 V 의 N 채널 확장형 MOSFET일 수 있으며, 저항(512) 및 (514)들은 4.7K Ohm 저항이고, 캐패시터(518)들은 0.01㎌/100V 캐패시터이다.
유사하게, 도 6은 조명 조립체(601)은 240 볼트 적용형태로 구성되는 예시적인 바이패스 회로(660)를 가지는 조명 조립체(601)의 일 실시예의 기능적 블록도를 나타낸다. 조명 조립체(601)는 전류 구동회로(620) 및 바이패스 회로(660)를 포함한다. 조명 조립체는 직렬접속된 LED 모듈(130a) 내지 (130v)를 포함하는 제1 조명 세그먼트(603) 및, LED 모듈(130w) 내지 (130z)을 포함하는 제2 조명 세그먼트(604)을 더 포함한다. 바이패스 회로는 전력 사이클내에서의 주기동안 LED 모듈(130w) 내지 (130z)을 포함하는 제2 조명 세그먼트(604)에 전원을 공급하도록 구성된다. 제1 조명 세그먼트(603)의 출력은 점(626)에서 제2 조명 세그먼트(604)의 입력에 접속된다.
조명 조립체(601)는 전류 구동회로(620) 및 바이패스 회로(660)를 포함한다. 전류 구동회로(620)는 전력 사이클을 가지는 교류(AC) 전원(602)에 접속된다. 구동회로(620)는 제1 조명 세그먼트(603)의 입력에 직접 접속된다. 전류 구동회로(620)는 일정 전류를 제공하도록 저항(655)과 함께 사용되는 N 채널 결핍형 MOSFET(650)를 포함할 수 있다. 전류는 저항(655)에 의하여 제어된다. MOSFET(650)및 저항(655)들은 넓은 범위의 전압에 대해서 일정한 구동전류를 제공하도록 구성된다. 일 실시예에 있어서, MOSFET(650)는 낮은 저항으로 AC 운용(예를 들면 유럽형의 350V)에서 사용되는 높은 Vds 및 Supertex 에 의하여 제조된 DN3135 와 같은 높은 Idss 를 가지는 N 채널 결핍형 MOSFET 일 수 있다.
바이패스 회로(660)는 전류 구동회로(620) 및 제2 조명 세그먼트(604)의 입력에 전기적으로 접속된다. 바이패스 회로(660)는 전력 사이클시의 시간 주기에 전원을 공급하는 동안 제2 조명 세그먼트(604)에 구동회로로부터 바이패스 전류 Ibp 를 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 바이패스 회로(660)는 전류 구동회로(620)의 출력 및 확장형 MOSFET (610)(Q2)의 드레인에 접속된 저항(612)(R2)을 포함한다. MOSFET(610)의 소스는 제2 조명 세그먼트(604)의 입력에 접속된다. MOSFET(610)의 게이트는 캐패시터(618)(C1) 및 다이오드(616)(DD1)에 접속된 저항(614)(R3)에 접속된다. 캐패시터(618)는 제2 조명 세그먼트(604)의 출력에 접속되고 다이오드(616)는 제2 조명 세그먼트의 입력에 접속된다. 일 실시예에 있어서, MOSFET(610)는 예를 들어 Zetex 에 의하여 제조된 ZVN4525E6 와 같은 250 V의 N 채널 확장형 MOSFET일 수 있으며, 저항(612)은 15K Ohm 저항, 저항(614)은 4.7K Ohm 저항이고, 캐패시터(618)들은 0.01㎌ 200V 캐패시터이다.
도 7은 바이패스 회로(560)의 효과를 보여주는 도 5에 도시된 조명 조립체용 전압 플롯(702) 및 저류 플롯(750)의 예시적인 그래프를 나타낸다. 도 1에 도시된 조명 조립체(101)과 관련하여 상술한 바와 같이, 바이패스 회로(560) 및 (660)와 같은 바이패스 회로를 채택하지 않은 회로는 전위가 각각 대략 130 V 또는 260 에 도달할 때까지는 LED를 현저하게 발광시키지 않는다. 바이패스 회로를 가지는 실시예들은 전위가 130 V 보다 낮을 때에 LED 내에서 낮은 LED들에 전원을 공급하고 발광하도록 한다.
점(701)에서 702에서의 전압이 대략 0 V 와 대략 25 V 의 사이에 있을 때, 전류는 제1 평탄영역(751)내에서 나타낸 바와 같이 거의 0 mA 에 가깝게 된다. 전압(702)이 대략 25 V 를 초과하게 되면, VD > VS 이면 캐패시터(618)(C1)가 MOSFET(610)를 준비상태에 있게 하므로, MOSFET(610)는 구동전류로부터 바이패스 전류를 도출하기 시작하고 LED(503)의 제2 세그먼트에 전압을 공급하고 발광하도록 한다. 전압이 대략 100 V 에 근접하게 되면, 제1 세그먼트(502)내의 LED 들이 전기를 도출하기 시작하므로 MOSFET(510)의 드레인에서의 전압은 MOSFET(510)의 소스에서의 전압보다 적게 된다. 이는 MOSFET(510)를 스위칭 오프하도록 하고 제2 평탄영역(752)에 의하여 나타나는 바와 같은 바이패스 전류의 흐름을 종료하는 효과를 가진다. MOSFET(510)는 전압이 대략 100 V 위에 있을 때에는 바이패스 전류를 도출하지 않는다. 따라서, 바이패스 회로(560)는 전류 구동회로의 전압이 역치, 본 실시예에서는 대략 100 V 를 초과할 때에는 구동회로로부터의 바이패스 전류의 흐름을 종료하도록 구성된다. 일단 전압이 대략 130 V 에 도달하게 되면, 제1 조명 세그먼트(502) 및 제2 조명 세그먼트(503)내의 모든 LED들은 제3 평탄 영역(753)에 의하여 나타내는 바와 같이 구동전류에 의하여 완전히 전원을 공급받게 된다. 점(705)에서 전압이 대략 100 V 로 강하하게 되면, MOSFET(510)는 제4 평탄영역(754)에 의하여 나타내는 바와 같이 바이패스 전류를 도출하기 시작한다. 전압이 대략 25 V 의 아래로 강하하게 되면, 제5 평탄영역(755)에 의하여 나타낸 바와 같이 LED들의 제1 및 제2 조명 세그먼트로 어떠한 현저한 전류도 흐르지 않게 된다.
바이패스 회로(560)의 하나의 중요한 특성은, 바이패스 전류가 전압 탐지 또는 DC 변환을 사용하지 않으면 턴온 및 턴오프 되지 않는다는 점이다. 또한, 바이패스 회로(560)는 내재적으로 긴 수명을 가지는 5개의 부품만을 포함한다.
THDi는 LED에 대한 위치에서 설정된 구동전류, 입력전압 및 탭과 같은 회로변수들에 따라서 저항치를 변화시킴으로써 20% 미만으로 감소될 수 있다. 20% 미만의 THDi 가 달성될 수 있다. 실시예들은 11% 미만의 THDi를 나타낼 수도 있다. 또한, 실시예들에 의하여 발휘되는 역률은 95%를 초과하여 99%에 달하였다.
한 개 이상의 THDi 바이패스 회로가 THDi의 값을 더 감소시키도록 채택될 수 있다. 한 실시예에 있어서, 다수 개의 THDi 바이패스 회로를 가지는 조명 조립체가 독립적으로 작동한다. THDi 바이패스 회로 2세트는 THDi의 값을 대략 10% 감소시키며, THDi 바이패스 회로 3세트는 THDi의 값을 대략 5% 미만으로 감소시킨다.
비록 본 발명은 특정한 실시예를 참조하여 논의되었지만, 본 발명개념은 논의된 장점을 달성하도록 다르게 실시될 수 있음은 명백히 이해가능할 것이다. 상술한 바람직한 실시예들은, 실시예의 THDi를 감소시키는 전체 고조파 왜("THDi")를 가지는 솔리트 스테이트 조명 드라이버 및 시스템으로서만 일차적으로 기술되었다. 이와 관련하여, 솔리드 스테이트 드라이버 및 시스템들은 도시 및 설명의 목적만을 위하여 나타낸 것이다.
또한, 상기 내용들은 본 명세서에서 개시된 형태로 본 발명을 한정하도록 의도한 것이 아니다. 따라서, 관련된 기술의 내용, 기술 및 지식과 관련된 변경 및 변형들은 본 발명의 범위내에 속하는 것이다. 본 명세서에서 기술된 실시예들은 개시된 발명을 이용하도록 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 실시하기 위하여 알려진 형태를 설명함을 의도한 것이며, 본 발명의 용도 또는 특정한 실시분야에 필요한 것으로 고려되는 다양한 변경 및 선택적인 실시예 또는 등가물들은 본 발명에 속한 것이다.

Claims (20)

  1. 전력 사이클을 가지는 교류(AC) 전원에 접속된 전류 구동회로로서, 제1 조명 세그먼트 및 제2 조명 세그먼트를 가지는 솔리드 스테이트 램프에 전류를 제공하도록 구성되고, 구동회로는 제1 조명 세그먼트의 입력에 직접 접속되도록 구성되며, 제2 조명 세그먼트의 입력은 제1 조명 세그먼트의 출력에 직접 접속되도록 구성되는 전류 구동회로; 및,
    전류 구동회로에 접속되고, 제2 조명 세그먼트의 입력에 접속되도록 구성되는 바이패스 회로로서, 바이패스 회로는 전력 사이클 내에서의 시간주기 동안 구동회로로부터 제2 조명 세그먼트로의 바이패스 전류를 제공하도록 구성되는 바이패스 회로를 포함하는 조명 구동회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제1 조명 세그먼트는 직렬접속된 다수 개의 제1 발광 다이오드(LED)들을 포함하며; 또한,
    제2 조명 세그먼트는 직렬접속된 다수 개의 제2 LED들을 포함하는 조명 구동회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    바이패스 회로는 제2 조명 세그먼트의 입력 전압에 근거하여 구동회로로부터의 바이패스 전류를 제2 조명 세그먼트에 공급하는 조명 구동회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    바이패스 회로는 제2 조명 세그먼트의 입력 전압이 역치를 초과할 때에는 구동회로로부터의 바이패스 전류를 종료하도록 구성되는 조명 구동회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    바이패스 회로는 구동회로 및 제2 조명 세그먼트의 입력에 전기적으로 접속된 드레인 및 소스를 가지는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 (MOSFET)를 더 포함하는 조명 구동회로.
  6. 제 5 항에 있어서, MOSFET의 게이트는 제2 조명 세그먼트의 입력에 접속되는 조명 구동회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    전류의 총 고조파 왜(THDi)가 15% 미만인 조명 구동회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    구동회로의 역률이 95%를 초과하는 조명 구동회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    AC 전원은 120 볼트 전원을 포함하는 조명 구동회로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    AC 전원은 240 볼트 전원을 포함하는 조명 구동회로.
  11. 제1 조명 세그먼트 및 제2 조명 세그먼트를 가지며, 제2 조명 세그먼트의 입력은 제1 조명 세그먼트의 출력에 접속되는 솔리드 스테이트 램프와;
    전력사이클을 가지는 교류 (AC) 전원에 접속되는 전류 구동회로로서, 솔리드 스테이트 램프에 전류를 공급하도록 구성되며, 구동회로는 제1 조명 세그먼트의 입력에 접속되는 전류 구동회로와;
    전류 구동회로 및 제2 조명 세그먼트의 입력에 접속되는 바이패스 회로로서, 바이패스 회로는 전력 사이클 내의 시간 주기동안 구동회로로부터의 바이패스 전류를 제2 조명 세그먼트로 공급하도록 구성되는 바이패스 회로를 포함하는 조명시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제1 조명 세그먼트는 직렬접속된 다수 개의 제1 발광 다이오드(LED)들을 포함하며; 또한,
    제2 조명 세그먼트는 직렬접속된 다수 개의 제2 LED들을 포함하는 조명 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    바이패스 회로는 제2 조명 세그먼트의 입력 전압에 근거하여 구동회로로부터의 바이패스 전류를 제2 조명 세그먼트에 공급하는 조명 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    바이패스 회로는 제2 조명 세그먼트의 입력 전압이 역치를 초과할 때에는 구동회로로부터의 바이패스 전류를 종료하도록 구성되는 조명 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    바이패스 회로는 구동회로 및 제2 조명 세그먼트의 입력에 전기적으로 접속된 드레인 및 소스를 가지는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터 (MOSFET)를 더 포함하는 조명 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    MOSFET의 게이트는 제2 조명 세그먼트의 입력측에 접속되는 조명 시스템.
  17. 제 11 항에 있어서,
    전류의 총 고조파 왜(THDi)는 15% 미만인 조명 시스템.
  18. 전력 사이클을 가지는 교류(AC)를 제공하는 것과;
    교류를 전파(全波) 정류신호를 형성하도록 정류하는 것과;
    전파 정류신호에 근거하여 구동전류를 생성하는 것과;
    제1 조명 세그먼트 및 그 제1 조명 세그먼트에 접속된 제2 조명 세그먼트를 가지는 솔리드 스테이트 램프에 전력을 공급하는 것과;
    전력 공급 주기에 구동전류로부터의 전류를 제2 조명 세그먼트로 바이패스 시키는 것; 및,
    바이패스된 전류에 의하여 제2 조명 세그먼트로부터 광을 생성하는 것을 포함하는 광생성 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    전압에 근거하여 바이패스 전류를 종료하는 것; 및,
    구동전류에 의하여 제1 조명 세그먼트 및 제2 조명 세그먼트로부터 광을 발생하는 것을 더 포함하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    바이패스 전류의 종료는 바람직하게는 제2 조명 세그먼트의 입력 전압에 근거하는 방법.
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