KR20140123175A - Led조명의 순차구동 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED조명의 순차구동 제어장치에 관한 것으로, 교류 입력전원 전압이 전파정류되어 인가된 라인전압의 레벨에 따라 다단으로 직렬구성된 LED그룹의 공급전원을 스위칭하므로, 제한된 전원공급부의 전압을 가지고도 LED그룹의 단수를 높일 수 있으며, LED그룹의 단수를 높임으로 출력파워를 높이거나, 효율, 역율, THD특성을 개선하도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 공급된 교류전원을 전파정류하여 공급하는 라인전압에 의해 점,소등되는 제1내지 제N LED그룹과, 상기 각 LED그룹 사이에 형성된 탭을 통해 공급전원을 제어하는 제1 내지 제N 탭스위칭부와, 상기 LED그룹에 공급되는 전류를 검출하는 전류검출부와, 상기 전류검출부의 레벨에 따라 상기 각 LED그룹을 순차적으로 점,소등하는 LED조명의 순차구동 제어장치에 있어서, 상기 전류검출부에서 검출된 상기 각 LED그룹의 전류값과 기 설정된 기준전압을 비교하여 그 오차를 증폭하는 오차증폭부; 상기 오차증폭부의 출력값에 의해 상기 각 탭스위칭부의 순차구동을 제어하는 제1 내지 제N 구동부; 상기 라인전압의 레벨을 검출하고, 순차구동 제어신호를 발생하는 라인전압검출부; 상기 라인전압검출부의 순차구동제어신호에 의해 상기 각 구동부를 제어하는 순차구동제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

LED조명의 순차구동 제어장치 {Apparatus for Sequential Drive Control of LED lighting}

본 발명은 교류입력전원을 사용하는 발광다이오드(이하, LED라 칭함) 조명 제어장치에 관한 것으로서, 교류 입력 전원 전압을 전파정류하여 인가된 라인전압의 레벨에 따라 다단으로 직렬구성된 LED그룹의 공급전원을 스위칭하므로, 제한된 전원공급부의 전압을 가지고도 LED그룹의 단수를 높일 수 있으며, LED그룹의 단수를 높임으로 출력파워를 높이거나, 효율, 역율, THD특성을 개선하도록 하는 LED조명의 순차구동 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 조명장치는 상용화 시장에서 고효율, 고역률, 저고조파의 전기적 특성뿐 아니라, 조명장치의 고수명화, 저가격화, 부품의 간소화, 제작의 간편화, 친환경화등이 요구되고 있다.

이러한 시장의 요구 조건에 맞추어 조명 설계자는 다양한 광원를 사용하여 변화하는 조명시장에 대응하고 있으며 광범위한 조명장치 중 현재 LED 광원의 다양한 장점으로 인해 LED 조명시장이 확대되고 있으며 각광받고 있는 추세이다.

LED 조명장치는 다수의 LED소자가 하나 이상의 그룹으로 직렬 연결되어 있으며, 각 그룹을 제어신호에 의해 각각 구동시키게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 3단 LED그룹으로 구성된 순차구동방식의 LED구동장치의 회로도이고, 도 2는 5단 LED그룹으로 구성된 순차구동방식의 LED구동장치의 회로도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 상용전원을 전파정류하여 LED구동 전원으로 공급하는 라인전압에 의해 직렬로 연결된 3개의 LED그룹(LED Group 1 ~ 3)에 공급하여 각 LED그룹을 점등한다.

상기 각 LED그룹(LED Group 1 ~ 3)은 3단계로 나누어진 라인전압의 출력 레벨에 따라 LED그룹(LED Group 1 ~ 3)이 각각 점등하게 된다.

다음 표 1은 라인전압의 레벨에 따라 동작하는 LED그룹의 구동상태를 표시한 것다.

라인전압레벨	동작구동부	동작트랜지스터	동작 LED그룹
레벨3(낮을때)	제3,제2,제1구동부	MN3,MN2,MN1	LED그룹3
레벨2(중간)	제2,제1구동부	MN2,MN1	LED그룹2,3
레벨1(높을때)	제1구동부	MN1	LED그룹1,2,3

즉, 라인전압 레벨이 낮은 영역일 때는 제1 내지 제3구동부의 구동에 의해 연동되는 각각 연결된 트랜지스터(MN1~3)이 모두 턴온되고, 그에 따라 라인전압이 제3LED그룹에만 인가되어 점등되고, 나머지 제2, 제3LED그룹은 바이패스시켜 소등된다.

만약, 라인전압 레벨이 중간영역일 경우에는 제2,제3 LED그룹이 점등되도록 제1,제2구동부 및 제1,제2동작트랜지스터(MN2,MN1)을 구동시킨다.

라인전압의 레벨이 높은 영역일 때는 제1 내지 제3LED그룹이 모두 점등되도록 제1동작구동부 및 제1동작트랜지스터(MN1)를 구동시킨다. 즉, 제2,제3동작트랜지스터(MN2,MN3)는 턴오프되고, 제1동작트랜지스터(MN1)만 턴온시킴으로 제1 내지 제3LED그룹이 모두 전원이 인가되어 점등하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이 5개의 LED그룹이 직렬로 연결되어 있을 경우, 5단계로 나누어진 라인전압의 출력 레벨에 따라 제1내지 제5 LED그룹이 각각 점등된다.

다음 표 2는 라인전압의 레벨이 5단계일 경우의 각 LED그룹의 점등상태를 표시한 것이다.

라인전압레벨	동작구동부	동작트랜지스터	동작 LED그룹
레벨5(낮을때)	제5 ~ 제1구동부	MN5 ~ MN1	LED그룹5
레벨4	제4 ~ 제1구동부	MN4 ~ MN1	LED그룹4,5
레벨3	제3 ~ 제1구동부	MN3 ~ MN1	LED그룹3~5
레벨2	제2, 제1구동부	MN2,MN1	LED그룹2~5
레벨1(높을때)	제1구동부	MN1	LED그룹1~5

이와 같이 라인전압의 출력레벨에 따라 동작구동부와 동작 트랜지스터가 각각 구동하고, 그에 따라 공급된 라인전압에 의해 각 LED그룹이 점등하게 된다.

이를 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 전파정류된 라인전압이 인가되면, 제5LED그룹(LED Group5)은 라인전압의 전 구간(t1~t5)에서 동작한다. 그런데, t4~t5구간에서 전류가 흘러야 되나 전류 제어가 되지않고 있다.

제4LED그룹(LED Group4)는 라인전압의 일부 구간(t1~t4)에서 동작해야 한다. 그런데, t4구간에서 전류가 흘러야 되나 전류제어가 되지 않고 있다.

제3LED그룹(LED Group3)은 라인전압의 일부 구간(t1~t3)에서 동작한다. 즉, 파형도에 도시된 바와 같이 전체 구간에서 정상적으로 전류제어가 이루어지고 있다.

제1, 제2LED그룹(LED Group2)은 라인전압이 가장 높은 't1'영역에서만 동작한다. 즉, 전체 구간에서 정상적으로 전류제어가 이루어지고 있다.

이와 같이 순차 구동방식의 LED구동장치는 낮은 라인전압에서 제4,제5LED그룹의 전류가 원활히 흐르지 못하게 되어 LED그룹의 단수는 높였지만, 최종 역률, 효율, THD등의 특성은 개선되지 못하는 문제점이 있다.

또한, 각 동작트랜지스터의 게이트 동작전압이 VGS이고, 각 동작 구동부 간의 분리전압이 'VISO'라고 하면, 도 1에서와 같이 3단 LED그룹의 경우 최소한의 OP앰프의 출력전압 VOUT은 'VISOx2 + VGS'이고, 도 2와 같이 5단 LED그룹의 경우 최소한의 OP앰프 출력전압(VOUT)은 'VISOx4 + VGS'이다.

따라서, LED그룹의 단수를 5단, 7단 등으로 높이게 되면 OP앰프의 출력전압이 부족하게 되어 높은 쪽의 구동부(예를 들어 제4, 제5구동부)가 동작하지 않는 문제가 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 교류 입력전원 전압이 전파정류되어 인가된 라인전압의 레벨에 따라 다단으로 직렬구성된 LED그룹의 공급전원을 스위칭하므로, 제한된 전원공급부의 전압을 가지고도 LED그룹의 단수를 높일 수 있으며, LED그룹의 단수를 높임으로 출력파워를 높이거나, 효율, 역율, THD특성을 개선하도록 하는 LED조명의 순차구동 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 LED조명의 순차구동 제어장치는 공급된 교류전원을 전파정류하여 공급하는 라인전압에 의해 점,소등되는 제1내지 제N LED그룹과, 상기 각 LED그룹 사이에 형성된 탭을 통해 공급전원을 제어하는 제1 내지 제N 탭스위칭부와, 상기 LED그룹에 공급되는 전류를 검출하는 전류검출부와, 상기 전류검출부의 레벨에 따라 상기 각 LED그룹을 순차적으로 점,소등하는 LED조명의 순차구동 제어장치에 있어서, 상기 전류검출부에서 검출된 상기 각 LED그룹의 전류값과 기 설정된 기준전압을 비교하여 그 오차를 증폭하는 오차증폭부; 상기 오차증폭부의 출력값에 의해 상기 각 탭스위칭부의 순차구동을 제어하는 제1 내지 제N 구동부; 상기 라인전압의 레벨을 검출하고, 순차구동 제어신호를 발생하는 라인전압검출부; 상기 라인전압검출부의 순차구동제어신호에 의해 상기 각 구동부를 제어하는 순차구동제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 순차구동제어부는 상기 라인전압검출부의 순차구동제어신호에 따라 상기 오차증폭부에서 상기 제2,제3구동부로 출력신호를 온,오프 스위칭하는 제1,제2스위칭부로 구성되고, 상기 라인전압검출부는 상기 검출된 라인전압의 크기에 따라 레벨을 고,중,저로 나누고, 상기 제1, 제2스위칭부를 제어하는 순차구동제어신호를 출력함에 따라 상기 제2,제3구동부를 통해 제2,제3탭스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 LED조명의 순차구동 제어장치는 라인전압의 레벨에 따라 다단으로 직렬구성된 LED그룹의 공급전원을 스위칭하게 되고, 라인전압을 검출하여 라인전압 레벨에 따라 스위칭부를 각각 적절히 온/오프하게 되어 오차증폭부가 항상 3개의 구동부만 제어하게 되므로, LED그룹을 3단,5단,7단으로 올리더라도 오차증폭부의 낮은 출력전압으로 제어가 가능한 효과가 있으며, 효율, 역율, THD특성 등을 개선하는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 3단 LED그룹으로 구성된 순차구동방식의 LED구동장치의 회로도이고,
도 2는 종래기술에 따른 5단 LED그룹으로 구성된 순차구동방식의 LED구동장치의 회로도이고,
도 3은 도 2에서 라인전압과 각 LED그룹의 공급 전류를 표시한 타이밍 차트이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED조명의 순차구동 제어장치의 구성도이고,
도 5는 3단 전압레벨로 분류된 라인전압 파형도이고,
도 6a 내지 6c는 라인전압 레벨이 고,중,저전압일 경우 각 스위칭부의 상태 및 그에 따른 각 구동부 제어 표시도이고,
도 7은 종래기술(a) 및 본 발명(b)의 라인전압 출력 파형에 따른 각 LED그룹의 점,소등상태 비교 표시도이고,
도 8은 라인전압 출력 파형에 따른 각 LED그룹에 공급되는 전류 파형도이다.

본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED조명의 순차구동 제어장치의 회로 구성도로서, 교류전원을 전파정류하여 공급하는 라인전압부(101)와, 상기 라인전압부(101)에서 공급된 전원에 의해 점,소등되는 제1 내지 제5 LED그룹(111~115)과, 상기 각 LED그룹(111~115) 사이에 형성된 탭을 통해 공급전원을 제어하는 제1 내지 제5 탭스위칭부(MN1~MN5)와, 상기 점등된 LED그룹에 공급되는 전류를 검출하는 전류검출부(121)와, 상기 전류검출부(121)의 레벨과, 기준전압설정부(123)에서 기 설정된 기준전압을 비교 및 오차를 증폭하는 오차증폭부(122)와, 상기 오차증폭부(122)의 출력값에 의해 상기 각 탭스위칭부(MN1~MN5)의 순차구동을 제어하는 제1 내지 제5 구동부(131~135)와, 상기 라인전압부(101)로부터 공급된 전원을 정전압으로 상기 오차증폭부(122) 및 기준전압설정부(123)로 공급하는 전원공급부(124)와, 상기 라인전압부(101)에서 공급된 라인전압의 레벨을 검출하고, 순차구동 제어신호를 발생하는 라인전압검출부(125); 상기 라인전압검출부(125)의 순차구동제어신호에 의해 상기 각 구동부(131~135)를 제어하는 순차구동제어부(126)로 구성된다.

상기 순차구동제어부(126)는 상기 라인전압검출부(125)의 순차구동제어신호에 따라 상기 오차증폭부(122)에서 상기 제2,제3구동부(132)(133)로의 출력신호를 온,오프 스위칭하는 제1,제2스위칭부(SW1)(SW2)로 구성된다.

상기 라인전압검출부(125)는 상기 라인전압부(101)로부터 출력된 라인전압을 검출하도록 직렬연결된 저항(R1,R2,R3)의 각 단에서 검출한다.

상기 오차증폭부(122)는 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 각 구동부(131~135) 중 순차적으로 하위 3개만 구동하도록 구성된다.

여기서, 상기 LED그룹은 3단 내지 7단 또는 그 이상으로도 구성이 가능하며, 본 발명에서는 5단으로 구성된 LED그룹을 실시예로 상세히 설명한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작용을 첨부된 도 4 내지 8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED조명의 순차구동 제어장치의 회로구성도로서, 먼저 라인전압부(101)는 입력된 교류전원을 전파정류하여 라인전압으로 출력한다.

상기 제1 내지 제5 LED그룹(111~115)는 상기 라인전압부(101)로부터 공급된 라인전압을 제5 LED그룹(115)부터 제1 LED그룹(111)까지 순차적으로 공급하여 점등시킨다.

이때, 라인전압부(101)로부터 출력된 라인전압의 레벨을 고,중,저전압으로 분류하고, 각 레벨에 따라 상기 각 LED그룹(111~115)의 공급전원을 공급 또는 바이패스시킴으로, 점등 또는 소등을 제어한다.

즉, 라인전압의 레벨이 저전압일 경우에도 제4, 제5 LED그룹(114)(115)가 정상적으로 점등하게 된다.

이를 위해 먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 라인전압검출부(125)는 상기 라인전압부(101)에서 출력된 라인전압을 검출하여 고,중,저전압 레벨로 판단하고, 상기 각 레벨에 따라 다음 표 3에 도시된 바와 같이 상기 제1,제2스위칭부(SW1)(SW2)를 온/오프 제어한다.

라인전압 레벨	Va	Vb	SW1	SW2
저전압	high	low	on	off
중전압	low	high	off	on
고전압	low	low	off	off

예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이 상기 라인전압검출부(125)에서 검출된 라인전압 레벨이 저전압 레벨일 경우에는 상기 라인전압검출부(125)의 출력단(Va)을 통해 하이(high)신호를 출력하여 제1스위칭부(SW1)를 온시키고, 상기 라인전압검출부(125)의 출력단(Vb)을 통해 로우(low)신호를 출력하여 제2스위칭부(SW2)를 오프시킴으로, 상기 오차증폭부(122)의 출력신호는 제1스위칭부(SW1)을 통해 상기 제3 내지 제5구동부(133~135)의 제어가 가능하게 된다.

도 6b는 라인전압검출부(125)의 검출된 라인전압 레벨이 중전압 레벨일 경우 제1, 제2 스위칭부 동작상태를 보인 도로서, 상기 라인전압검출부(125)의 출력단(Va)(Vb)를 통해 각각 로우(low) 및 하이(high)신호를 출력하여 제1스위칭부(SW1)은 오프되고, 제2스위칭부(SW2)는 온 시킴에 따라 상기 오차증폭부(122)의 출력신호가 제2스위칭부(SW2)를 통해 상기 제2 내지 제4구동부(132~134)를 제어가 가능하다.

도 6c는 라이전압검출부(125)의 검출된 라인전압 레벨이 고전압 레벨일 경우 제1, 제2 스위칭부의 동작상태를 보인 도로서, 상기 라인전압검출부(125)의 출력단(Va)(Vb)를 통해 각각 로우(low)신호를 출력하므로, 상기 제1, 제2스위칭부(SW1)(SW2)를 모두 오프시키게 되고, 그에 따라 상기 오차증폭부(122)는 제1 내지 제3구동부(131~133)까지를 제어하게 된다.

즉, 도 7은 종래기술(a)과 본 발명(b)의 라인전압에 따른 각 LED그룹의 점등상태를 비교한 도로서, 이에 도시된 바와 같이, 저전압일 경우 상기 제3 내지 제5구동부(133)(135)의 구동에 의해 스위칭되는 제3 내지 제5 탭스위칭부(MN3~MN5)가 온되어 상기 제4,제5 LED그룹(114,115)이 정상적으로 점등된다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 라인전압에 따라 각 LED그룹의 전류파형 타이밍도로서, 상기 제5 LED그룹(115)는 라인전압의 전 구간(t1~t5)에서 온 된다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 종래기술에서 제어되지 않던 't4~t5'구간에서 전류가 정상적으로 제어가 된다.

상기 제4 LED그룹(114)은 라인전압의 일부 구간(t1~t4)에서 온 동작을 한다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 종래기술에서 제어되지 않던 't4'구간에서 정전류가 정상적으로 제어가 된 것이다.

상기 제3 LED그룹(113)은 라인전압의 일부 구간(t1~t3)에서 동작하며, 종래기술과 마찬가지로 전체 구간에서 정상적으로 전류 제어가 된다.

상기 제2 LED그룹(112)은 라인전압의 일부 구간(t1~t2)에서 동작하며, 종래기술과 마찬가지로 전체 구간에서 정상적으로 전류 제어가 된다.

상기 제1 LED그룹(111)은 라인전압이 가장 높은 't1'영역에서만 동작하며, 기존방식과 마찬가지로 전체구간에서 정상적으로 전류가 제어된다.

이와 같이 각 LED그룹(111~115)은 출력되는 라인전압의 파형에 따라 LED그룹별로 온,오프 순차구동을 반복하게 된다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만, LED그룹을 5단 구성뿐만 아니라, 7단 구성으로 변형하는 등 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.

그러나, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.

101 : 라인전압부 111~115 : 제1 내지 제5 LED그룹
121 : 전류검출부 122 : 오차증폭부
123 : 기준전압부 124 : 전압공급부
125 : 라인전압검출부 126 : 순차구동제어부
131~135 : 제1 내지 제5 구동부 MN1~MN5 : 제1 내지 제5 탭스위칭부

Claims (5)

1. 공급된 교류전원을 전파정류하여 공급하는 라인전압에 의해 점,소등되는 제1내지 제N LED그룹과, 상기 각 LED그룹 사이에 형성된 탭을 통해 공급전원을 제어하는 제1 내지 제N 탭스위칭부와, 상기 점등된 LED그룹에 공급되는 전류를 검출하는 전류검출부와, 상기 전류검출부의 레벨에 따라 상기 각 LED그룹을 순차적으로 점,소등하는 LED조명의 순차구동 제어장치에 있어서,
   상기 전류검출부의 검출 레벨과, 기 설정된 기준전압을 비교 및 오차를 증폭하는 오차증폭부와;
   상기 오차증폭부의 출력값에 의해 상기 각 탭스위칭부의 순차구동을 제어하는 제1 내지 제N 구동부;
   상기 라인전압의 레벨을 검출하고, 순차구동 제어신호를 발생하는 라인전압검출부;
   상기 라인전압검출부의 순차구동제어신호에 의해 상기 각 구동부를 제어하는 순차구동제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 LED조명의 순차구동 제어장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 순차구동제어부는 상기 라인전압검출부의 순차구동제어신호에 따라 상기 오차증폭부에서 상기 제2,제3구동부로의 출력신호를 온,오프 스위칭하는 제1,제2스위칭부로 구성된 것을 특징으로 하는 LED조명의 순차구동 제어장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 라인전압검출부는 상기 검출된 라인전압의 크기에 따라 레벨을 고,중,저전압 레벨로 나누고, 상기 제1, 제2스위칭부를 제어하는 순차구동제어신호를 출력함에 따라 상기 제2,제3구동부를 통해 제2,제3탭스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 LED조명의 순차구동 제어장치.
   
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 라인전압검출부에서 검출된 라인전압의 레벨이 저전압 레벨일 경우 상기 제1스위칭부는 온시키고, 제2스위칭부는 오프시키며;
   상기 라인전압이 중전압 레벨일 경우 상기 제1스위칭부는 오프시키고, 제2스위칭부는 온시키며;
   상기 라인전압이 고전압 레벨일 경우 상기 제1, 제2스위칭부를 모두 오프시키는 것을 특징으로 하는 LED조명의 순차구동 제어장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제N LED그룹은 제N 탭스위칭부의 온,오프에 의해 점,소등되며;
   상기 제N-1 LED그룹은 제N-1 탭스위칭부의 온,오프에 의해 점,소등되며,
   상기 제N-2 LED그룹은 제N-2 탭스위칭부의 온,오프에 의해 점,소등되되,
   상기 제1 LED그룹까지 순차적으로 탭스위칭의 온,오프에 의해 점,소등되는 것을 특징으로 하는 LED조명의 순차구동 제어장치.
   

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