KR20140059627A - 교류 ｌｅｄ 구동 및 조광 제어장치와 그 방법 - Google Patents

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강현구
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Abstract

본 발명은 교류 발광다이오드 광원부의 광 출력을 발광다이오드의 전체 점등을 기본으로 하여 제어할 수 있는 교류 발광다이오드 구동 및 조광 제어 장치와 그 방법에 관한 것으로, 교류 발광다이오드(LED) 구동 및 조광 제어장치는, 시간에 따라 주기적으로 전압의 크기가 변하는 입력전압을 수신하는 입력전압 수신부와, 조광레벨의 고저에 따라 복수의 LED 그룹을 구비한 LED 광원부가 발광하는 시간인 발광구간의 길이를 조절하기 위한 신호로서, 입력전압이 최대값을 가지는 시점인 기준시점에서 생성된 구형파 신호의 전연부 및 후연부의 위치를 기준시점 양측에서 일정 폭으로 조정함으로써 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성하는 조광 제어부와, 조광신호에 응답하여 입력전압, 입력전압에 따른 구동전압 및 구동전류 중 적어도 어느 하나를 제한하는 구동제어신호를 LED 광원부에 인가함으로써 조광레벨 하에서 입력전압의 크기가 증가함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 증가하거나 입력전압의 크기가 감소함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 감소하도록 LED 광원부의 구동 및 조광을 제어하는 LED 발광제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

교류 ＬＥＤ 구동 및 조광 제어장치와 그 방법{CONTROLLING APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING AND DIMMING OF LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 교류 발광다이오드 구동 및 조광 제어장치와 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 교류 발광다이오드 광원부의 광 출력을 발광다이오드의 전체 점등을 기본으로 하여 제어할 수 있는 교류 발광다이오드 구동 및 조광 제어 장치와 그 방법에 관한 것이다.
조광 장치(Dimmer)는 램프의 조도를 조절하거나 변화시키는 장치를 지칭하는 말로서, 트라이액(Triac) 스위치나 FET(Field effect transistor) 스위치 등을 이용한 위상제어 조광기가 널리 이용되고 있다.
종래의 위상제어 조광기를 구비한 교류 LED(Light emitting diode) 조명 시스템의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 도 1은 미국등록특허 제7,081,722호의 LED 다중위상 구동 회로를 이용하는 종래의 교류 LED 조명 시스템에 위상제어 조광기를 부가한 형태로 도시되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 교류 LED 조명 시스템은 위상제어 조광기(2)와 교류(AC) LED 모듈(4)을 구비하고, 교류 LED 모듈(4)은 정류기(Rectifier)와 복수의 LED 그룹(Group 1, Group 2, …… Group n)(n은 임의의 자연수)과 각 LED 그룹을 독립적으로 또는 순차적으로 온(ON) 구동하기 위한 복수의 구동스위치(PS1, PS2, …… PSn)를 구비한다. 각 LED 그룹은 하나 이상의 발광다이오드 소자를 구비하고, 복수의 발광다이오드 소자를 구비하는 경우, 그것들은 서로 직렬 또는 직-병렬 연결된다.
종래의 위상제어 조광기를 구비한 교류 LED 조명 시스템에서는 교류 LED 모듈(4)의 광 출력을 원하는 세기로 조절하기 위해 정류기의 입력단에 연결된 조광기(2)를 통해 입력 교류 전압(VAC)의 위상을 제어하도록 구성된다. 즉, 교류 LED 조명 시스템에서는 위상제어 조광기(2)에서의 조광레벨의 고저에 따라, 조광기(2) 내 스위칭 소자의 지연 동작을 통해 입력 주기 전압의 위상 일부를 제거하고, 그에 의해 입력 주기 전압의 남은 위상 구간에 대응하여 복수의 LED 그룹의 광 출력을 제어한다.
예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 교류 LED 조명 시스템은 순방향 또는 역방향 위상제어 방식으로 동작하는 위상제어 조광기(2)로부터 입력 교류 전압의 주기 파형에서 조광기 내 지연 동작(S OFF 구간에 대응)에 의해 전연부(leading edge) 또는 후연부(trailing edge)가 제거된 출력 전압(S ON 구간에 대응)을 수신하고, 수신한 출력 전압의 파형을 추종하는 계단형의 구동 전류(LED 전류)를 복수의 LED 그룹에 공급함으로써 조광기(2)에서의 조광레벨의 고저에 따라 복수의 LED 그룹의 광출력(LED 광출력)을 제어한다.
전술한 종래 기술의 교류 LED 조명 시스템에서는, LED 전류가 조광기(2)의 출력 전압의 파형을 추종하도록 복수의 LED 그룹 중 어느 제2 LED 그룹이 턴-온 될 때 그 바로 앞 시점에서 턴-온된 제1 LED 그룹을 턴-오프하는 방식으로 복수의 LED 그룹을 순차구동함으로써 시스템의 전력 손실을 감소시킨다.
그러나, 트라이액 스위치를 이용하는 종래의 위상제어 조광기를 교류 LED 조명 시스템의 조광기로 사용하는 경우, 트라이액 소자 고유의 특징인 돌입전류(Inrush current), 래칭전류(Latching current), 홀드전류(Hold current) 등의 조건을 충족시킬 수 있도록 별도의 부가적인 회로를 구비해야만 한다. 따라서, 조광기의 구조가 복잡해지고 제조 비용이 증가하는 단점이 있다.
또한, FET 등의 반도체 스위치를 이용하는 종래의 위상제어 조광기를 교류 LED 조명 시스템의 조광기로 사용하는 경우, 트라이액 스위치를 이용한 조광기보다 조광 제어 특성은 좋지만, 조광 범위가 좁은 단점이 있다. 게다가, 교류 LED 조명 시스템에서는 위상제어 조광기의 출력 전압의 파형에 의해 부분 점등 현상을 발생시키는 단점이 있다.
예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 교류 LED의 동작 구간은 입력 주기 전압의 최대값에서 주기 전압의 영전위까지가 되는데, 순방향 위상제어 방식의 조광기의 경우 입력 주기 전압의 최대값 지점에서부터 영전위까지 서서히 감소함에 따라서 LED 그룹들이 단계적으로 소등하기 시작하고, 따라서, 교류 LED 모듈(4)에서는 특정 LED 그룹이 먼저 소등하게 되어 부분 점등(Local dimming) 현상과 같은 문제가 발생하는 단점이 있다.
위의 경우와 유사하게, 도 3에 도시한 바와 같이, FET 스위치를 이용한 역방향 위상제어 방식의 조광기의 경우, 입력 주기 전압의 영전위 지점에서부터 전압의 최대값까지 서서히 증가함에 따라 LED 광원부 내의 LED 그룹들 중 특정 LED 그룹이 먼저 점등하기 시작하고, 따라서 LED 광원부에서는 적어도 하나의 발광다이오드를 구비한 특정 LED 그룹이 빈번히 먼저 점등하게 되어 부분 점등 현상과 같은 문제가 발생하는 단점이 있다.
전술한 종래 기술의 부분 점등 현상을 조광레벨의 고저의 일례에 따라 도시하면 도 4와 같다. 도 4에서 서로 직렬 연결된 4개의 발광다이오드(D1, D2, D3, D4)는 도 1의 복수의 LED 그룹 중 4개의 LED 그룹에 각각 대응할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 조광기(2)에서 4개의 조도 레벨 중 가장 낮은 조도 레벨인 제1 조광레벨(DL1)이 설정되고 설정된 제1 조광레벨에 따라 조광기(2)가 입력 교류 전압을 위상제어하면, 각 발광다이오드의 캐소드에 직렬 연결되는 복수의 구동 스위치 중 제1 구동 스위치(PS1)에 구동제어신호가 인가되면, 주기 전압 파형의 제1 서브 구간(SP1)에서 제1 발광다이오드(D1)만이 점등한다.
이와 유사하게, 제2 조광레벨(DL2)에서 제2 구동 스위치(PS2)에 구동제어신호가 인가되면, 주기 전압의 제1 서브 구간(SP1)에서 제1 발광다이오드(D1)가 먼저 점등하고, 이어서 제2 서브 구간(SP2)에서 제1 및 제2 발광다이오드(D1, D2)가 점등한다. 제3 조광레벨(DL3)에서 제3 구동 스위치(미도시)에 구동제어신호가 인가되면, 주기 전압 파형의 제1 서브 구간(SP1)에서 제1 발광다이오드(D1)가 점등하고, 제1 서브 구간에 이어지는 제2 서브 구간(SP2)에서 제1 및 제2 발광다이오드(D1, D2)가 점등하고, 제2 서브 구간에 이어지는 제3 서브 구간(SP3)에서 제1 내지 제3 발광다이오드(D1, D2, D3)가 점등한다. 그리고, 제4 조광레벨(DL3)에서 제4 구동 스위치(미도시)에 구동제어신호가 인가되면, 주기 전압의 제1 서브 구간(SP1)에서 제1 발광다이오드(D1)가 점등하고, 제1 서브 구간에 이어지는 제2 서브 구간(SP2)에서 제1 및 제2 발광다이오드(D1, D2)가 점등하고, 제2 서브 구간에 이어지는 제3 서브 구간(SP3)에서 제1 내지 제3 발광다이오드(D1, D2, D3)가 점등하고, 제3 서브 구간에 이어지는 제4 서브 구간(SP4)에서 제1 내지 제4 발광다이오드(D1, D2, D3, D4)가 점등한다.
위에서 설명한 바와 같이, 종래의 교류 LED 조명 시스템에서는 조광기가 입력 교류 전압을 위상 제어할 때, 위상제어된 주기 전압의 파형에 따라 특정 발광다이오드(제1 발광다이오드)만 켜지는 구간이 많기 때문에 부분 점등의 문제가 발생한다. 게다가, 특정 발광다이오드는 과도한 발광으로 인하여 상대적으로 수명이 짧아지고 그에 따라 다른 발광다이오드의 수명과는 상관없이 해당 LED 그룹이나 조명 시스템 전체의 수명이 짧아지는 문제점이 있다.
미국등록특허 제7,081,722호(2006.07.25)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 교류 발광다이오드(LED) 구동 및 조광 제어장치와 그 방법은, LED 광원부의 광 출력을 발광다이오드의 전체 점등을 기본으로 하여 제어함으로써 LED 광원부에서의 부분 점등 현상을 제거하고 수명을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치와 그 방법은, LED 광원부의 광 출력을 발광다이오드의 전체 점등을 기본으로 하여 다중위상(multiphase) 또는 순차구동 방식으로 제어함으로써 LED 광원부에서의 부분 점등 현상을 제거하고 시스템 효율과 수명을 향상시키는 것을 다른 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 교류 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED) 구동 및 조광 제어장치는, 시간에 따라 주기적으로 전압의 크기가 변하는 입력전압을 수신하는 입력전압 수신부; 조광레벨의 고저에 따라 복수의 LED(Light emitting diode) 그룹을 구비한 LED 광원부가 발광하는 시간인 발광구간의 길이를 조절하기 위한 신호로서, 입력전압이 최대값을 가지는 시점인 기준시점에서 생성된 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)의 위치를 기준시점 양측에서 일정 폭으로 조정함으로써 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성하는 조광 제어부; 및 조광신호에 응답하여 입력전압, 상기 입력전압에 따른 구동전압 및 구동전류 중 적어도 어느 하나를 제한하는 구동제어신호를 LED 광원부에 인가함으로써 조광레벨 하에서 입력전압의 크기가 증가함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 증가하거나 입력전압의 크기가 감소함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 감소하도록 LED 광원부의 구동 및 조광을 제어하는 LED 발광제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치에 있어서, 조광 제어부는, 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)의 위치를 기준시점을 기준으로 좌우 대칭적으로 조정함으로써 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치에 있어서, 조광 제어부는 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)의 위치를 기준시점을 기준으로 기준시점 양측에서 서로 다른 거리에 위치하도록 조정함으로써, 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치에 있어서, 조광 제어부는, 입력전압의 영점을 검출하는 영점 검출부; 영점에 기초하여 입력전압이 최대값을 가지는 시점인 기준시점을 검출하는 위상 검출부; 및 구형파 펄스의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)가 조광레벨의 고저에 따라 기준시점을 기준으로 기준시점 양측으로 일정 폭만큼 연장된 조광신호를 생성하는 조광신호 생성부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치에 있어서, LED 발광제어부는, 조광신호에 기초하여 복수의 LED 그룹을 순차구동하기 위한 구동제어신호를 출력하는 PWM(Pulse Width Modulation) 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치에 있어서, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는, 복수의 LED 그룹에 흐르는 전류를 각각 제어하기 위한 복수의 구동 스위치를 더 포함한다. 여기서, 각 LED 그룹에 직렬 연결되는 각 구동 스위치는 구동제어신호에 응답하여 선택적으로 온 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치에 있어서, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는, 구동 스위치를 통해 흐르는 전류를 검출하여 LED 발광제어부에 제공하는 보호회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치에 있어서, LED 발광제어부는 보호회로부로부터의 전류검출 신호에 기초하여 복수의 LED 그룹을 정전류 구동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치에 있어서, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는, 조광레벨의 고저를 조절하기 위한 조광 기준신호를 생성하여 조광 제어부에 공급하는 조광 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치에 있어서, 입력전압 수신부는 입력 교류 전원을 정류하여 입력전압을 출력하는 정류부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법은, 시간에 따라 주기적으로 전압의 크기가 변동하는 입력전압을 수신하는 제1 단계; 입력전압이 최대값을 가지는 시점인 기준시점에서 구형파 신호를 생성하는 제2 단계; 기준시점 양측에서 구형파 신호의 전연부(raising edge)와 후연부(falling edge)의 위치를 조정함으로써 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성하는 제3 단계; 및 조광신호에 기초하여 복수의 LED 그룹을 구비한 LED 광원부에 구동제어신호를 인가함으로써 조광레벨의 고저에 따라 제한된 입력전압에 따른 구동전압 또는 구동전류로 ED 광원부의 구동 및 조광을 제어하는 제4 단계;를 포함하고, LED 광원부는 조광레벨 하에서 입력전압의 크기가 증가함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 증가하거나 입력전압의 크기가 감소함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 감소하도록 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법에 있어서, 제3 단계는, 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)의 위치를 기준시점을 기준으로 좌우 대칭적으로 조정함으로써 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법에 있어서, 제3 단계는, 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)의 위치를 기준시점을 기준으로 기준시점 양측에서 서로 다른 거리에 위치하도록 조정함으로써, 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법에 있어서, 제4 단계는, 복수의 LED 그룹을 순차구동하는 PWM(Pulse Width Modulation) 구동제어신호를 LED 광원부에 인가함으로써 LED 광원부의 구동 및 조광을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법에 있어서, 교류 LED 구동 및 조광 제어방법은, 구동제어신호에 의해 온 또는 오프 구동되는 구동 스위치를 보호하고 LED 광원부의 구동 전류를 미리 설정된 범위로 제한하기 위해 구동 스위치에 흐르는 전류를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법에 있어서, 교류 LED 구동 및 조광 제어방법은, 제3 단계 전에, 조광 인터페이스로부터 조광레벨의 고저를 나타내는 조광 기준 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법에 있어서, 제1 단계는, 외부 입력 교류 전원을 정류하여 입력전압을 수신하는 것을 특징으로 한다.
상기의 구성에 의해 본 발명에 따른 교류 발광다이오드(LED) 구동 및 조광 제어장치와 그 방법은, 교류 LED 광원부의 광 출력을 발광다이오드의 전체 점등을 기본으로 하여 제어함으로써 조명 장치나 백라이트 유닛 등으로 사용되는 교류 LED 광원부에서의 부분 점등 현상을 제거하고 교류 LED 광원부와 조명 시스템의 수명을 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치와 그 방법은, 교류 LED 광원부의 광 출력을 발광다이오드의 전체 점등을 기본으로 하여 다중위상(multiphase) 또는 순차구동 방식으로 제어함으로써 교류 LED 광원부에서의 부분 점등 현상을 제거하고 장치의 효율을 높이고 교류 LED 광원부와 조명 시스템의 수명을 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 위상제어 조광기를 구비한 LED(Light emitting diode) 조명 시스템의 일례에 대한 개략적인 블록도.
도 2는 도 1의 LED 조명 시스템의 작동 타이밍도.
도 3은 도 1의 LED 조명 시스템의 다른 작동 타이밍도.
도 4는 도 1의 LED 조명 시스템의 조광레벨에 따른 LED 광원부의 광 출력을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치의 블록도.
도 6은 도 5의 교류 LED 구동 및 조광 제어장치의 조광 제어부에 대한 개략적인 블록도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법의 순서도.
도 8 내지 도 12는 도 7의 교류 LED 구동 및 조광 제어방법을 조광레벨에 따라 나타낸 도면들.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법을 조광레벨에 따라 나타낸 도면.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되므로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면 복수의 형태를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 교류 LED(Light emitting diode) 구동 및 조광 제어장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치(10)는 입력전압 수신부, 조광 제어부(12), LED 발광제어부(13), 스위칭부(14) 및 보호회로부(15)를 구비한다.
입력전압 수신부는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치에 공급되는 입력 교류 전원(6)에 직렬 연결되어 교류 전원(6)을 정류한 입력전압(Vin)과 입력전류를 수신하기 위한 수단이나 구성부이다. 본 실시예에서 입력전압 수신부는 입력 교류 전원(6)을 전파 정류하여 입력전압(Vin) 및 입력전류를 출력하는 정류부(16)를 구비한다. 정류부(16)는 브릿지 다이오드(Bridge diode) 등으로 구현될 수 있다. 그리고, 입력전압 수신부는 교류 전원(6)이 인가되는 입력단(11)을 구비할 수 있다.
또한, 구현에 따라서, 입력전압 수신부에는 입력 교류 전원이나 입력 교류 전원을 정류한 입력 전원 상의 노이즈 제거, 서지 전압 차단, 전자기간섭 제거 등을 위한 적어도 하나의 보호회로가 구비될 수 있다.
조광 제어부(12)는 조광레벨의 높고 낮음(고저)에 따라 LED 광원부의 발광구간의 길이를 조절하기 위한 조광신호를 생성하고, 생성한 조광신호를 LED 발광제어부(13)로 출력한다. 특히, 본 실시예에 따른 조광 제어부(12)는 입력 전압의 주기 전압이 최대값을 가지는 시점인 기준시점에서 구형파 신호를 생성하고 생성한 구형파 신호에 기초하여 LED 광원부(20)의 구동 및 조광을 제어함으로써 LED 광원부(20)의 발광다이오드 전체가 점등하는 것을 기본으로 하여 LED 광원부(20)의 광 출력을 제어한다.
구현에 따라서, 조광 제어부(12)는 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)가 조광레벨의 조광 점등시점 및 조광 소등시점에 각각 대응할 때, 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 기준시점을 기준으로 기준시점 양측에서 좌우 대칭적으로 연장되거나 축소되도록 조광신호를 생성할 수 있다.
또한, 구현에 따라서, 조광 제어부(12)는 구형파 신호의 전연부 및 후연부가 조광레벨의 조광 점등시점 및 조광 소등시점에 각각 대응할 때, 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 기준시점을 기준으로 기준시점 양측에서 서로 다른 폭으로 연장되거나 축소되도록 조광신호를 생성할 수 있다.
전술한 실시예에 의하면, LED 광원부(20)의 조광 제어 시에 조광 제어부(12)는 LED 광원부(20)의 정격 입력 전압(구동 전압 등)에 대응하는 입력전압의 최대값에서 가장 낮은 레벨의 조광신호를 생성하므로, 조광레벨의 고저에 상관없이 LED 광원부(20)의 LED 전체가 점등하는 것을 기본으로 하여 LED 광원부(20)의 발광을 제어한다.
전술한 조광신호는 예를 들어 조광 인터페이스(도 3의 17 참조)에서의 입력 신호(조광 기준신호 등)에 따라 미리 정해진 조광레벨을 지정하기 위한 신호일 수 있다. 그 경우, 조광 인터페이스에서의 입력 신호는 아날로그 또는 디지털 신호일 수 있으며, 또한 유선 또는 무선 신호일 수 있다. 이를 위해, 조광 제어부(12)는 아날로그 디지털 컨버터, 통신 인터페이스 등을 구비할 수 있으나, 이러한 신호 처리를 수행하는 아날로그 디지털 컨버터나 통신 인터페이스는 이미 잘 알려져 있으므로 그에 대한 상세설명은 생략한다.
또한, 구현에 따라서, 조광신호는 조광 제어부(12)나 교류 LED 구동 및 조광 제어장치(10)에 탑재된 메모리 장치 등의 저장부(미도시)에 미리 저장된 조광데이터를 포함하는 신호일 수 있다. 조광데이터는 조명 시스템의 서로 다른 밝기를 지정하기 위한 복수의 조광레벨과 각 조광레벨에 대한 실행 조건(시간, 사람 감지 등)을 저장할 수 있다. 그 경우, 조광 제어부(12)는 기설정된 시간에 따라 저장부에 저장된 조광데이터를 읽어내고, 읽어낸 조광데이터에 포함된 조광레벨의 고저에 따라 특정 조광신호를 생성할 수 있다.
LED 발광제어부(13)는 조광 제어부(12)로부터의 조광신호에 응답하여 구동제어신호를 LED 광원부(20)에 인가함으로써 조광레벨의 고저에 따라 LED 광원부(20)에 공급되는 입력전압(Vin), 입력전압에 따른 구동전압 및 구동전류 중 적어도 어느 하나를 제한하고, 이러한 제한에 의해 복수의 LED 그룹을 구비한 LED 광원부(20)의 구동 및 조광을 동시에 제어한다.
본 실시예에서, LED 발광제어부(13)는 입력전압(Vin)의 크기가 증가함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 증가하거나 입력전압(Vin)의 크기가 감소함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 감소하도록 LED 광원부(20)의 구동 및 조광을 제어한다. 이러한 LED 발광제어부(13)는 조광신호에 기초하여 복수의 LED 그룹을 순차구동하기 위한 구동제어신호를 출력하는 PWM(Pulse Width Modulation) 컨트롤러를 구비할 수 있다. 복수의 LED 그룹에 대한 순차구동을 위한 구조나 방법은 미국등록특허 제7,081,722호 등에 자세히 기재되어 있으므로 그에 대한 상세설명은 생략한다.
스위칭부(14)는 LED 발광제어부(13)로부터의 구동제어신호 인가에 따라 온 또는 오프 동작하는 반도체 스위치를 구비한다. 반도체 스위치는 n-채널 MOSFET 등으로 구현될 수 있다. 스위칭부(14)의 동작에 의해 LED 광원부(20)에 공급되는 구동 전압 및 구동 전류는 조광레벨의 고저에 따라 제한될 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 스위칭부(14)는 LED 광원부(20)의 복수의 LED 그룹을 순차구동하기 위해 각 LED 그룹의 캐소드 측에 연결되는 복수의 구동 스위치(도 1의 PS1, PS2, PSn 참조)를 구비할 수 있다.
보호회로부(15)는 LED 광원부(20)에 흐르는 전류와 저항기(R1) 양단의 전압을 검출하고 검출된 전류값 및 전압값에 기초하여 LED 전류가 제어되도록 함으로써 LED 광원부(20)의 발광을 일정하게 유지하고, 이상 전류로부터 LED 광원부(20)와 스위칭부(14)를 보호한다.
본 실시예에서 저항기(R1)는 구동 스위치(Q1)와 뉴트럴(Neutral) 또는 그라운드(Ground)와의 사이에 직렬 연결된다. 구동 스위치가 MOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor)로 형성되는 경우, 보호회로부(15)는 구동 스위치의 제2 단자(예컨대, n-채널 MOSFET의 소오스)와 저항기(R1)의 일측 단자에 공통 연결되어 구동 스위치(Q1)에 흐르는 LED 전류를 검출하고, 검출된 LED 전류값을 구동 제어부(124)에 인가하도록 구현할 수 있다.
또한, 보호회로부(15)는 LED 광원부(20)의 정전류 구동을 위한 전류 싱크부로 구현될 수 있다. 그 경우, 보호회로부(15)는 연산 증폭기를 이용하여 구동 스위치의 제2 단자와 그라운드(또는 뉴트럴) 간의 전압, 즉 저항기(R1)의 양단에 걸리는 전압이 소정의 기준 전압(구동제어신호 등)과 동일하도록 LED 전류를 정전류 제어할 수 있다.
또한, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치(10)는 제어전원 공급부(17) 등을 더 구비할 수 있다. 제어전원 공급부(17)는 정류부(16)의 출력단에 직렬 연결되어 교류 LED 구동 및 조광 제어장치(10)에 필요한 내부 전원을 공급하거나 동기 신호를 생성하여 조광제어부(12)나 LED 발광제어부(13)에 공급하도록 구현될 수 있다. 이러한 제어전원 공급부(17)에 대하여는 본 기술분야에 이미 잘 알려져 있으므로 그에 대한 상세설명은 생략한다.
LED 광원부(20)는 복수의 발광다이오드와 입력전압에 대응하는 정격 구동전압을 구비한다. LED 광원부(20)는 서로 직렬 또는 직-병렬 연결되는 복수의 LED 패키지나 LED 스트링을 구비할 수 있다. 또한, LED 광원부(20)는 LED 어레이 등으로 불릴 수 있다.
도 6은 도 5의 교류 LED 구동 및 조광 제어장치의 조광 제어부의 개략적인 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 조광 제어부(12)는 영점 검출부(121), 위상 검출부(122) 및 조광신호 생성부(123)를 구비한다.
영점 검출부(121)는 입력전압(Vin)의 영점 또는 영전위를 검출한다. 영점 검출부(Zero crossing detector, 121)는 입력전압이 0V인 시점을 검출한다. 본 실시예에서 영점 검출부(121)는 사인파(Sin wave) 형태의 교류 입력 전압을 전파 정류한 입력전압의 성분 값이 영인 위상(또는 그 시점)을 검출하는 수단이나 이에 상응하는 기능을 수행하는 구성부로 구현된다.
위상 검출부(122)는 영점 검출부(121)로부터의 영점 검출 신호에 기초하여 입력전압이 최대값을 나타내는 시점인 기준시점을 검출한다. 영점 검출 신호는 입력전압의 영점 또는 영전위에 대한 위상이나 시점 정보를 포함하는 신호이다. 기준시점은 서로 인접한 두 영점 또는 두 영점에 대한 두 시점들 사이의 중간 시점을 계산하는 방식으로 검출될 수 있다.
또한, 위상 검출부(122)는 교류 LED 구동 및 위상 제어장치에서 출력되고 있는 현재의 펄스 신호를 판단한다. 펄스 신호(동기 신호 등)는 제어전압 공급부(16)에서 생성되어 교류 LED 구동 및 위상 제어장치에 공급될 수 있다.
조광신호 생성부(123)는 위상 검출부(122)로부터의 기준시점과 조광 인터페이스(17)로부터의 조광 기준신호에 기초하여 구형파 펄스를 발생시킨다. 본 실시예에서 조광신호 생성부(123)는 입력전압이 최대값을 가지는 기준시점을 기준으로 하여 구형파 펄스의 전연부(raising edge)와 후연부(falling edge)를 기준시점 양측으로 일정 폭만큼 연장한 조광신호를 생성하고, 생성된 조광신호를 LED 발광제어부로 출력한다.
또한, 구현에 따라서, 조광신호 생성부(123)는 입력전압으로부터 동기신호를 출력하고, 출력된 동기신호를 이용하여 소정 주기의 클럭 신호를 출력하고, 클럭 신호를 카운트하여 2진 데이터(카운트 클럭수에 대응)를 출력하고, 카운트 클럭수에 따라 오실레이터의 동작 주파수를 제어하도록 구현될 수 있다. 그리고, 조광신호 생성부(123)는 카운트 클럭수를 이용하여 구형파 신호(조광신호에 대응)의 인에이블 구간(발광구간에 대응)을 판단하고, 판단된 인에이블 구간 동안 LED 발광제어부에서 구동제어신호가 출력되도록 구현될 수 있다. 구동제어신호는 스위칭부(14)의 구동 스위치의 제어 단자나 보호회로부(15)의 연산 증폭기에 인가될 수 있다.
또한, 구현에 따라서 전술한 조광신호 생성부(123)는 LED 발광제어부(도 5의 13 참조)와 함께 위상 시프트 PWM 제어기(130)로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 구현에 따라서 조광 인터페이스(18)를 구비할 수 있다. 그 경우, 조광 인터페이스(18)는 LED 광원부(20)의 조도를 조절하기 위한 사용자 장치(조광기)에 대응하는 것으로 사용자 입력에 따라 그 출력 값이 변하는 아날로그, 디지털 또는 이들의 조합 형태를 구비할 수 있다. 조광 인터페이스(18)는 LED 광원부(20)의 광 출력 제어를 위해 다이얼 방식, 버튼 방식, 터치 방식 등의 조광기 구조를 구비할 수 있다.
또한, 조광 인터페이스(18)는 기존의 다양한 구조를 이용하여 구현하는 것이 가능한데, 예를 들어, 저항기를 포함한 부하; 저항기 및 캐패시터를 포함한 부하; 저항기 및 인덕터를 포함한 부하; 및 저항기, 캐패시터 및 인덕터를 포함한 부하 중 적어도 어느 하나에 대응하도록 구현될 수 있다.
또한, 조광 인터페이스(18)는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치의 외부에 노출되도록 설치되거나 교류 LED 구동 및 조광 제어장치와는 독립적인 별도의 장치로 설치될 수 있다. 예를 들어, 조광 인터페이스(18)는 LED 광원부(20)와 교류 LED 구동 및 조광 제어장치를 포함한 LED 모듈이나 LED 램프에 결합하는 조광기로 구현될 수 있다. 이러한 조광 인터페이스(17)는 LED 램프의 하우징에 LED 램프와 함께 일체로 설치되거나 구현에 따라서 LED 램프의 종류나 구조에 상관없이 건물 벽 등의 다양한 위치에 분리되어 설치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법의 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법은 우선 시간에 따라 주기적으로 전압의 크기가 변동하는 입력전압을 수신한다(S71). 입력전압은 입력 교류 전압을 정류한 전압인 것이 바람직하다.
다음, 입력전압이 최대값을 가지는 시점인 기준시점에서 구형파 펄스를 생성한다(S72). 기준시점에서 구형파 펄스를 생성하는 것은 기준시점에 구형파 펄스의 폭 중앙이 위치하도록 구형파 펄스를 생성하는 것이 바람직하다. 하지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 기준시점에 구형파 펄스의 전연부(raising edge)가 위치하도록 구형파 펄스를 생성하는 것이나, 기준시점에 구형파 펄스의 후연부(falling edge)가 위치하도록 구형파 펄스를 생성하는 것을 포함할 수 있다.
다음, 기준시점 양측에서 구형파 신호의 전연부와 후연부의 위치를 조정함으로써 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성한다(S73). 구형파 신호의 전연부와 후연부의 위치를 조정하는 것은 기준시점에서 생성한 구형파 신호에서 조광레벨의 고저에 따라 미리 설정된 폭만큼 구형파 신호의 전연부 및/또는 후연부의 위치를 기준시점 양측에서 연장하거나 축소하는 것에 대응한다. 조광신호는 복수의 LED(Light emitting diode) 그룹을 구비한 LED 광원부가 발광하는 시간인 발광구간의 길이를 조절하기 위한 신호에 대응할 수 있다.
다음, 조광신호에 기초하여 상기 입력전압, 상기 입력전압에 따른 구동전압 및 구동전류 중 적어도 어느 하나를 제한하기 위한 구동제어신호를 LED 광원부에 인가함으로써 조광레벨 하에서 입력전압의 크기가 증가함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 증가하거나 입력전압의 크기가 감소함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 감소하도록 LED 광원부의 구동 및 조광을 제어한다(S74).
본 실시예에 의하면, LED 광원부의 복수의 LED 그룹을 순차구동 방식으로 구동제어하면서 LED 그룹 전체의 발광을 기본으로 하여 LED 광원부의 조광을 제어할 수 있다.
도 8 내지 도 12는 도 7의 교류 LED 구동 및 조광 제어방법을 조광레벨에 따라 나타낸 도면들이다.
도 8 내지 도 12는 교류 LED 광원부를 가장 낮은 광 출력으로 제어하기 위한 제1 조광레벨에서부터 가장 높은 광 출력으로 제어하기 위한 제5 조광레벨까지의 각 구동 및 조광 제어 과정과 해당 광 출력을 도시한다.
이하의 실시예에서 설명의 편의를 위해 서로 직렬 연결된 4개의 발광다이오드를 구비한 교류 LED 광원부를 포함하고, 4개의 발광다이오드를 순차구동하는 LED 조명 시스템을 가정하여 설명한다. 도시의 편의상 각 발광다이오드의 캐소드에 연결되는 구동 스위치(도 1의 PS1, PS2,……, PSn 참조)는 생략한다.
우선, 도 8을 참조하면, 조광레벨이 기설정 레벨 중 가장 낮은 광 출력(제1 광 출력)에 해당하는 제1 조광레벨일 때, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 입력전압(Vin)이 최대값을 가지는 시점인 기준시점(t0)에서 구형파 신호를 생성하고 생성된 구형파 신호에 기초하여 LED 광원부를 구동 및 조광 제어한다. 여기서, 구형파 신호는 그대로 조광신호(RS1)로 이용될 수 있다. 또한, 구현에 따라서, 구형파 신호는 미리 설정된 폭만큼 그 폭이 연장되거나 축소된 조광신호(RS1)를 생성하는데 이용될 수 있다.
본 실시예에서 조광신호(RS1)에 기초한 구동제어신호가 LED 광원부의 제4 구동 스위치에 인가되면, 입력전압(Vin)에 따른 구동 전압 및 구동 전류(ILED)가 입력 주기 전압의 특정 서브 구간(t1~t2) 동안 LED 광원부에 공급되고, 특정 서브 구간 동안 제1 내지 제4 LED(D1, D2, D3, D4) 전체가 실질적으로 동시에 점등한다.
특정 서브 구간은 제1 서브 구간(SP1)에 대응하고, 또한 구형파 신호 또는 조광 신호(RS1)의 폭 구간에 대응한다. 제4 구동 스위치는 제4 발광다이오드의 캐소드에 제1 단자(n-채널 MOSFET의 드레인 등)가 연결된 구동 스위치에 대응할 수 있다.
다음, 도 9를 참조하면, 조광 인터페이스에서의 조광레벨이 제1 광 출력보다 큰 제2 광 출력을 가지는 제2 조광레벨일 때, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 입력전압(Vin)이 최대값을 가지는 시점인 기준시점(t0)에서 구형파 신호를 생성하고 생성된 구형파 신호의 전연부와 후연부를 기준시점 양측에서 좌우 대칭적으로 연장하거나 축소하여 조광신호(RS2)를 생성한다. 본 실시예의 조광신호(RS2)는, 도 8의 조광신호(RS1)보다 연장된 폭을 구비하고, 이하에서 설명할 도 10의 조광신호(RS3)보다 축소된 폭을 구비한다.
본 실시예에 있어서, 생성되는 구형파 신호는 기준시점이 구형파 신호의 폭을 양분하도록 구형파 신호의 중앙에 위치하는 것이 바람직하지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 구형파 신호의 전연부 또는 후연부가 기준시점에 위치하도록 생성될 수 있다.
교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 조광신호(RS2)에 기초한 구동제어신호를 특정 서브 구간(t3~t4) 동안 LED 광원부의 구동 스위치에 인가한다. 본 실시예에서 LED 발광제어부는 조광신호(SP2)에 기초하여 제1 서브 구간(SP2)에서 제3 구동 스위치를 턴-온하고, 제2 서브 구간(SP1)에서 제4 구동 스위치를 턴-온하고, 제3 서브 구간(SP3)에서 제3 구동 스위치를 턴-온한다. 여기서, 제1 및 제3 서브 구간에서 제1, 제2 및 제4 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가지고, 제2 서브 구간에서 제1, 제2 및 제3 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가진다. 제2 서브 구간은 도 8에서의 제1 서브 구간에 대응한다.
본 실시예에 의하면, 조광신호(RS2)에 기초한 구동제어신호가 입력전압(Vin)에 따라 LED 광원부의 제3 및 제4 구동 스위치에 선택적으로 인가되면, 입력전압(Vin)에 따른 구동 전압 및 구동 전류(ILED)가 입력 주기 전압의 서브 구간(t3~t4) 동안 LED 광원부에 공급된다. 즉, 제3 및 제4 구동 스위치의 동작에 따라 LED 광원부에 구동 전류가 공급되면, 제1 서브 구간(SP2)에서 제1 내지 제3 LED(D1, D2, D3)가 점등하고, 제2 서브 구간(SP1)에서 제1 내지 제4 LED(D1, D2, D3, D4) 전체가 점등하고, 제3 서브 구간(SP3)에서 제1 내지 제3 LED(D1, D2, D3)가 점등한다. 여기서, 제1 서브 구간과 제3 서브 구간 각각은 제2 서브 구간의 절반(1/2)의 구간에 해당한다.
본 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는, 도 8의 제1 조광레벨에서 단위 시간당 점등된 발광다이오드의 개수가 4개인 광 출력을 가진다고 할 때, 제2 조광레벨에서 단위 시간당 점등된 발광다이오드의 개수가 7개인 광 출력을 가진다.
다음, 도 10을 참조하면, 조광 인터페이스에서의 조광레벨이 제2 광 출력보다 큰 제3 광 출력을 가지는 제3 조광레벨일 때, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 입력전압(Vin)이 최대값을 가지는 시점인 기준시점(t0)에서 구형파 신호를 생성하고 생성된 구형파 신호의 전연부와 후연부를 기준시점 양측에서 좌우 대칭되도록 조정하여 조광신호(RS3)를 생성한다.
교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 조광신호(RS3)에 기초한 구동제어신호를 특정 서브 구간(t5~t6) 동안 LED 광원부의 구동 스위치에 인가한다. 본 실시예에서 LED 발광제어부는 조광신호(RS3)에 기초하여 제1 서브 구간(SP2)에서 제3 구동 스위치를 턴-온하고, 제2 서브 구간(SP1)에서 제4 구동 스위치를 턴-온하고, 제3 서브 구간(SP3)에서 제3 구동 스위치를 턴-온한다. 여기서, 제1 및 제3 서브 구간에서 제1, 제2 및 제4 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가지고, 제2 서브 구간에서 제1, 제2 및 제3 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가진다.
본 실시예에 의하면, 조광신호(RS3)에 기초한 구동제어신호가 입력전압(Vin)에 따라 LED 광원부의 제3 및 제4 구동 스위치에 선택적으로 인가될 때, 입력전압(Vin)에 따른 구동 전압 및 구동 전류(ILED)가 입력 주기 전압의 특정 서브 구간(t5~t6)에서 LED 광원부에 공급된다. 제3 및 제4 구동 스위치의 순차 동작에 따라 LED 광원부에 구동 전류가 공급되면, 제1 서브 구간(SP2)에서 제1 내지 제3 LED(D1, D2, D3)가 점등하고, 제2 서브 구간(SP1)에서 제1 내지 제4 LED(D1, D2, D3, D4) 전체가 점등하고, 제3 서브 구간(SP3)에서 제1 내지 제3 LED(D1, D2, D3)가 점등한다. 여기서, 제1 내지 제3 서브 구간의 길이는 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는, 도 8의 제1 조광레벨에서 단위 시간당 점등된 발광다이오드의 개수가 4개인 광 출력을 가진다고 할 때, 제3 조광레벨에서 단위 시간당 점등된 발광다이오드의 개수가 10개인 광 출력을 가진다.
다음, 도 11을 참조하면, 조광레벨이 제3 광 출력보다 큰 제4 광 출력을 가지는 제4 조광레벨일 때, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 입력전압(Vin)이 최대값을 가지는 시점인 기준시점(t0)에서 구형파 신호를 생성하고 생성된 구형파 신호의 전연부와 후연부를 기준시점 양측에서 기준시점을 기준으로 좌우 대칭되도록 조정하여 조광신호(RS4)를 생성한다.
교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 조광신호(RS4)에 기초한 구동제어신호를 특정 서브 구간(t7~t8) 동안 LED 광원부의 구동 스위치에 인가한다. 즉, LED 발광제어부는 조광신호(RS4)에 기초한 PWM 구동제어신호를 통해 제1 서브 구간(SP4)에서 제2 구동 스위치를 턴-온하고, 제2 서브 구간(SP2)에서 제3 구동 스위치를 턴-온하고, 제3 서브 구간(SP1)에서 제4 구동 스위치를 턴-온하고, 제4 서브 구간(SP3)에서 제3 구동 스위치를 턴-온하고, 제5 서브 구간(SP5)에서 제2 구동 스위치를 턴-온한다. 이때, 제1 및 제5 서브 구간에서 제1, 제3 및 제4 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가지고, 제2 및 제4 서브 구간에서 제1, 제2 및 제4 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가지며, 제3 서브 구간에서 제1, 제2 및 제3 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가진다.
본 실시예에 의하면, 조광신호(RS4)에 기초한 구동제어신호가 입력전압(Vin)에 따라 LED 광원부의 제2, 제3 및 제4 구동 스위치에 선택적으로 인가될 때, 입력전압(Vin)에 따른 구동 전압 및 구동 전류(ILED)가 입력 주기 전압의 특정 서브 구간(t7~t8)에서 LED 광원부에 공급된다. 즉, 제2, 제3 및 제4 구동 스위치의 순차 구동에 따라 LED 광원부에 구동 전류가 공급되면, 제1 서브 구간(SP4)에서 제1 및 제2 LED(D1, D2)가 점등하고, 제2 서브 구간(SP2)에서 제1 내지 제3 LED(D1, D2, D3)가 점등하고, 제3 서브 구간(SP1)에서 제1 내지 제4 LED(D1, D2, D3, D4)가 점등하고, 제4 서브 구간(SP3)에서 제1 내지 제3 LED(D1, D2, D3)가 점등하고, 제5 서브 구간(SP5)에서 제1 및 제2 LED(D1, D2)가 점등한다. 여기서, 제2 내지 제4 서브 구간의 길이는 실질적으로 동일하고, 제1 및 제5 서브 구간의 길이는 제3 서브 구간의 절반에 해당할 수 있다.
본 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는, 도 8의 제1 조광레벨에서 단위 시간당 점등된 발광다이오드의 개수가 4개인 광 출력을 가진다고 할 때, 제4 조광레벨에서 단위 시간당 점등된 발광다이오드의 개수가 12개인 광 출력을 가진다.
다음, 도 12를 참조하면, 조광레벨이 제4 광 출력보다 큰 제5 광 출력을 가지는 제5 조광레벨일 때, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 입력전압(Vin)이 최대값을 가지는 시점인 기준시점(t0)에서 구형파 신호를 생성하고 생성된 구형파 신호의 전연부와 후연부를 기준시점 양측에서 기준시점을 기준으로 좌우 대칭되도록 조정하여 조광신호(RS5)를 생성한다.
교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 조광신호(RS5)에 기초한 구동제어신호를 특정 서브 구간(t9~t10) 동안 LED 광원부의 구동 스위치에 인가한다. 즉, LED 발광제어부는 조광신호(RS5)에 기초한 PWM 구동제어신호를 통해 제1 서브 구간(SP4)에서 제2 구동 스위치를 턴-온하고, 제2 서브 구간(SP2)에서 제3 구동 스위치를 턴-온하고, 제3 서브 구간(SP1)에서 제4 구동 스위치를 턴-온하고, 제4 서브 구간(SP3)에서 제3 구동 스위치를 턴-온하고, 제5 서브 구간(SP5)에서 제2 구동 스위치를 턴-온한다. 이때, 제1 및 제5 서브 구간에서 제1, 제3 및 제4 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가지고, 제2 및 제4 서브 구간에서 제1, 제2 및 제4 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가지며, 제3 서브 구간에서 제1, 제2 및 제3 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가진다.
본 실시예에 의하면, 조광신호(RS5)에 기초한 구동제어신호가 입력전압(Vin)에 따라 LED 광원부의 제2, 제3 및 제4 구동 스위치에 선택적으로 인가될 때, 입력전압(Vin)에 따른 구동 전압 및 구동 전류(ILED)가 입력 주기 전압의 특정 서브 구간(t9~t10)에서 LED 광원부에 공급된다. 즉, 제2, 제3 및 제4 구동 스위치의 순차 구동에 따라 LED 광원부에 구동 전류가 공급되면, 제1 서브 구간(SP4)에서 제1 및 제2 LED(D1, D2)가 점등하고, 제2 서브 구간(SP2)에서 제1 내지 제3 LED(D1, D2, D3)가 점등하고, 제3 서브 구간(SP1)에서 제1 내지 제4 LED(D1, D2, D3, D4)가 점등하고, 제4 서브 구간(SP3)에서 제1 내지 제3 LED(D1, D2, D3)가 점등하고, 제5 서브 구간(SP5)에서 제1 및 제2 LED(D1, D2)가 점등한다. 여기서, 제1 내지 제5 서브 구간의 길이는 실질적으로 동일할 수 있다.
본 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는, 도 8의 제1 조광레벨에서 단위 시간당 점등된 발광다이오드의 개수가 4개인 광 출력을 가진다고 할 때, 제5 조광레벨에서 단위 시간당 점등된 발광다이오드의 개수가 14개인 광 출력을 가진다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법을 조광레벨에 따라 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 12를 참조한 앞서 설명한 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어방법은 기준시점을 기준으로 좌우 대칭적으로 연장되거나 축소된 조광신호를 이용하는 경우에 해당하고, 도 13을 참조한 본 실시예의 교류 LED 구동 및 조광 제어방법은 기준시점을 기준으로 구형파 신호의 전연부 및 후연부가 서로 다른 폭으로 연장되거나 축소된 조광신호를 이용하는 경우에 해당한다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 입력전압이 최대값을 가지는 시점인 기준시점에서 구형파 펄스를 생성하고, 기준시점 양측에서 구형파 신호의 전연부와 후연부의 위치를 서로 다르게 조정함으로써 조광레벨의 고저에 따라 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성할 수 있다. 또한, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 조광신호에 기초하여 입력전압, 입력전압에 따른 구동전압 및 구동전류 중 적어도 어느 하나를 제한하기 위한 구동제어신호를 LED 광원부에 인가함으로써 조광레벨 하에서 입력전압의 크기가 증가함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 증가하거나 입력전압의 크기가 감소함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 감소하도록 LED 광원부의 구동 및 조광을 제어할 수 있다.
전술한 좌우 비대칭 조광신호(기준시점 기준)에 대응하는 광 출력(제6 조광레벨에 대응)을 가지는 경우를 도 12의 제5 조광레벨에 대응하는 광 출력을 가지는 경우를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
조광레벨이 제6 조광레벨일 때, 교류 LED 구동 및 조광 제어장치는, 입력전압(Vin)이 최대값을 가지는 시점인 기준시점(t0)에서 구형파 신호를 생성하고, 생성된 구형파 신호의 전연부와 후연부가 기준시점 양측에서 기준시점을 기준으로 서로 다른 폭을 가진 시점에 위치하도록 조정함으로써 기준시점을 기준으로 좌우 비대칭적인 조광신호(RS6)를 생성한다.
교류 LED 구동 및 조광 제어장치는 조광신호(RS6)에 기초한 구동제어신호를 특정 서브 구간(t9~t11) 동안 LED 광원부의 구동 스위치에 인가한다. 즉, LED 발광제어부는 조광신호(RS5)에 기초한 PWM 구동제어신호를 통해 제1 서브 구간(SP4)에서 제2 구동 스위치를 턴-온하고, 제2 서브 구간(SP2)에서 제3 구동 스위치를 턴-온하고, 제3 서브 구간(SP1)에서 제4 구동 스위치를 턴-온하고, 제4 서브 구간(SP3)에서 제3 구동 스위치를 턴-온한다. 여기서, 제1 서브 구간에서 제1, 제3 및 제4 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가지고, 제2 및 제4 서브 구간에서 제1, 제2 및 제4 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가지며, 제3 서브 구간에서 제1, 제2 및 제3 구동 스위치는 턴-오프 상태를 가진다.
본 실시예에 의하면, 조광신호(RS6)에 기초한 구동제어신호가 입력전압(Vin)에 따라 LED 광원부의 제2, 제3 및 제4 구동 스위치에 선택적으로 인가될 때, 입력전압(Vin)에 따른 구동 전압 및 구동 전류(ILED)가 입력 주기 전압의 특정 서브 구간(t9~t11)에서 LED 광원부에 공급된다. 즉, 제2, 제3 및 제4 구동 스위치의 순차 구동에 따라 LED 광원부에 구동 전류가 공급되면, 제1 서브 구간(SP4)에서 제1 및 제2 LED(D1, D2)가 점등하고, 제2 서브 구간(SP2)에서 제1 내지 제3 LED(D1, D2, D3)가 점등하고, 제3 서브 구간(SP1)에서 제1 내지 제4 LED(D1, D2, D3, D4)가 점등하고, 제4 서브 구간(SP3)에서 제1 내지 제3 LED(D1, D2, D3)가 점등한다.
전술한 좌우 비대칭형인 조광신호를 응용하면, 도 8 내지 도 12에서의 좌우 대칭형인 조광신호와의 조합 등으로 LED 조광 제어에 있어서 부분 점등의 문제점을 제거하고 조밀한 조광레벨의 구현이 가능하다.
본 실시예에 의하면, 본 발명의 교류 LED 구동 및 조광 제어장치와 그 방법에서는 입력전압이 최대값을 가지는 기준시점에 대응하여 생성되는 구형파 신호나 그와 유사한 신호라면, 신호의 중앙부가 기준시점 상에 위치하던지 신호의 전연부나 후연부가 기준시점 상에 위치하던지 상관없이 본 발명에 적용할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 교류 LED 구동 및 조광 제어장치와 그 방법은 LED 광원부의 광 출력 제어 시 LED 광원부의 발광다이오드의 전체 점등을 기본으로 할 수 있도록 기준시점에 대응하여 생성된 신호라면 기준시점 기준의 좌우 대칭 또는 좌우 비대칭 조광신호 모두를 이용할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경, 치환, 수정이 가능할 것이며, 이러한 변경, 치환, 수정 등은 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 교류 LED 구동 및 조광 제어장치
11: 입력단
12: 조광제어부
13: LED 발광제어부
14: 스위칭부
15: 보호회로부
16: 정류부
17: 제어전원 공급부
18: 조광 인터페이스

Claims (17)

  1. 시간에 따라 주기적으로 전압의 크기가 변하는 입력전압을 수신하는 입력전압 수신부;
    조광레벨의 고저에 따라 복수의 LED(Light emitting diode) 그룹을 구비한 LED 광원부가 발광하는 시간인 발광구간의 길이를 조절하기 위한 신호로서, 상기 입력전압이 최대값을 가지는 시점인 기준시점에서 생성된 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)의 위치를 상기 기준시점 양측에서 일정 폭으로 조정함으로써 상기 조광레벨의 고저에 따라 상기 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성하는 조광 제어부; 및
    상기 조광신호에 응답하여 상기 입력전압, 상기 입력전압에 따른 구동전압 및 구동전류 중 적어도 어느 하나를 제한하는 구동제어신호를 상기 LED 광원부에 인가함으로써 상기 조광레벨 하에서 상기 입력전압의 크기가 증가함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 증가하거나 상기 입력전압의 크기가 감소함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 감소하도록 상기 LED 광원부의 구동 및 조광을 제어하는 LED 발광제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조광 제어부는, 상기 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)의 위치를 상기 기준시점을 기준으로 좌우 대칭적으로 조정함으로써 상기 조광레벨의 고저에 따라 상기 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 상기 조광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조광 제어부는 상기 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)의 위치를 상기 기준시점을 기준으로 상기 기준시점 양측에서 서로 다른 거리에 위치하도록 조정함으로써, 상기 조광레벨의 고저에 따라 상기 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 상기 조광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조광 제어부는,
    상기 입력전압의 영점을 검출하는 영점 검출부;
    상기 영점에 기초하여 상기 입력전압이 최대값을 가지는 시점인 기준시점을 검출하는 위상 검출부; 및
    상기 구형파 펄스의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)가 상기 조광레벨의 고저에 따라 상기 기준시점을 기준으로 상기 기준시점 양측으로 일정 폭만큼 연장된 상기 조광신호를 생성하는 조광신호 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 LED 발광제어부는, 상기 조광신호에 기초하여 상기 복수의 LED 그룹을 순차구동하기 위한 상기 구동제어신호를 출력하는 PWM(Pulse Width Modulation) 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 LED 그룹에 흐르는 전류를 각각 제어하기 위한 복수의 구동 스위치를 더 포함하고,
    상기 각 LED 그룹에 직렬 연결되는 각 구동 스위치는 상기 구동제어신호에 응답하여 선택적으로 온 동작하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 및 조광 제어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동 스위치를 통해 흐르는 전류를 검출하여 상기 LED 발광제어부에 제공하는 보호회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 LED 발광제어부는 상기 보호회로부로부터의 전류검출 신호에 기초하여 상기 복수의 LED 그룹을 정전류 구동하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조광레벨의 고저를 조절하기 위한 조광 기준신호를 생성하여 상기 조광 제어부에 공급하는 조광 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 입력전압 수신부는 입력 교류 전원을 정류하여 상기 입력전압을 출력하는 정류부를 구비하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어장치.
  11. 시간에 따라 주기적으로 전압의 크기가 변동하는 입력전압을 수신하는 제1 단계;
    상기 입력전압이 최대값을 가지는 시점인 기준시점에서 구형파 신호를 생성하는 제2 단계;
    상기 기준시점 양측에서 상기 구형파 신호의 전연부(raising edge)와 후연부(falling edge)의 위치를 조정함으로써 조광레벨의 고저에 따라 상기 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 조광신호를 생성하는 제3 단계; 및
    상기 조광신호에 기초하여 복수의 LED 그룹을 구비한 LED 광원부에 구동제어신호를 인가함으로써 상기 조광레벨의 고저에 따라 제한된 상기 입력전압에 따른 구동전압 또는 구동전류로 상기 LED 광원부의 구동 및 조광을 제어하는 제4 단계;를 포함하고,
    상기 LED 광원부는 상기 조광레벨 하에서 상기 입력전압의 크기가 증가함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 증가하거나 상기 입력전압의 크기가 감소함에 따라 발광하는 LED 그룹의 수가 감소하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제3 단계는, 상기 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)의 위치를 상기 기준시점을 기준으로 좌우 대칭적으로 조정함으로써 상기 조광레벨의 고저에 따라 상기 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 상기 조광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제3 단계는, 상기 구형파 신호의 전연부(raising edge) 및 후연부(falling edge)의 위치를 상기 기준시점을 기준으로 상기 기준시점 양측에서 서로 다른 거리에 위치하도록 조정함으로써, 상기 조광레벨의 고저에 따라 상기 구형파 신호의 폭이 연장되거나 축소된 상기 조광신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제4 단계는, 상기 복수의 LED 그룹을 순차구동하는 PWM(Pulse Width Modulation) 구동제어신호를 상기 LED 광원부에 공급함으로써 상기 LED 광원부의 구동 및 조광을 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 구동제어신호에 의해 온 또는 오프 구동되는 구동 스위치를 보호하고 상기 LED 광원부의 구동 전류를 미리 설정된 범위로 제한하기 위해 상기 구동 스위치에 흐르는 전류를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제3 단계 전에, 조광 인터페이스로부터 상기 조광레벨의 고저를 나타내는 조광 기준 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단계는, 외부 입력 교류 전원을 정류하여 상기 입력전압을 수신하는 것을 특징으로 하는 교류 LED 구동 및 조광 제어방법.
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