KR20140135083A - 복수의 구동단을 가지는 발광 다이오드 발광 장치 - Google Patents

Abstract

LED 발광 장치는 복수의 구동단을 포함한다. 제1 구동단은, 제1 전류에 의해 구동되는 제1 발광 장치 및 제1 발광 장치에 병렬로 결합되어 있는 제1 전류 제어기를 포함한다. 제1 전류 제어기는 양단에 구축된 전압에 따라 제2 전류를 전도시키며, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 합이 제1 값을 초과하지 않도록 상기 제2 전류를 레귤레이팅하도록 구성되어 있다. 제2 구동단은, 제3 전류에 의해 구동되는 제2 발광 장치 및 제2 발광 장치에 직렬로 결합되어 있는 제2 전류 제어기를 포함한다. 제2 전류 제어기는, 양단에 구축된 전압에 따라 제4 전류를 전도하고 제3 전류와 제4 전류의 합이 제2 값을 초과하지 않도록 제4 전류를 레귤레이팅하도록 구성되어 있다.

Description

복수의 구동단을 가지는 발광 다이오드 발광 장치{LIGHT-EMITTING DIODE LIGHTING DEVICE HAVING MULTIPLE DRIVING STAGES}

본 출원은 2013년 5월 15일에 출원된 미국 가특허출원 No. 61/823,409에 대한 우선권을 주장하는 바이다.

본 발명은 복수의 구동단을 가지는 LED 발광 장치에 관한 것이며, 특히 넓은 동작 전압 범위 및 높은 신뢰도를 제공하는 복수의 구동단을 가지는 LED 발광 장치에 관한 것이다.

종래의 백열전구에 비해, 발광 다이오드(LED)는 소비전력이 낮고, 수명이 길고, 소형이고, 워밍업 시간이 없고, 반응속도가 빠르며, 소형 또는 어레이 장치로 제조할 수 있다는 이점이 있다. 실외 디스플레이, 교통 신호등, 및 휴대폰, 노트북 컴퓨터 또는 개인휴대단말(PDA)과 같은 다양한 전자 기기용 액정 디스플레이(LCD) 백라이트 외에, LED는 백열등의 형광 대신 실내/실외 발광 장치로서 폭넓게 사용되고 있다.

정류된 교류(alternative-current: AC) 전압에 의해 직접 구동되는 LED 발광 장치는 직렬 연결된 복수의 LED를 채택하여 필요한 밝기를 제공한다. LED의 수가 증가할수록, LED 발광 장치를 턴 온 시키는데 필요한 순방향 바이어스 전압이 높아지므로, LED 발광 장치의 유효 동작 전압 범위가 감소한다. LED 수가 감소할수록, 정류된 전압이 그 최대 레벨에 있을 때의 큰 구동 전류는 LED의 신뢰도에 영향을 미칠 수가 있다. 그러므로 유효 동작 전압 범위 및 신뢰도를 개선할 수 있는 LED 발광 장치가 요망된다.

본 발명은 제1 구동단 및 제2 구동단을 가지는 LED 발광 장치를 제공한다. 제1 구동단은, 제1 전류에 따라 광을 제공하는 제1 발광 장치; 및 제1 발광 장치에 병렬로 결합되어 있고 양단에 구축된 전압에 따라 제2 전류를 전동하며 제1 전류와 제2 전류의 합이 제1 값을 초과하지 않도록 제2 전류를 레귤레이팅하도록 구성되어 있는 제1 전류 제어기를 포함한다. 제2 구동단은, 제1 발광 장치에 직렬로 결합되어 제3 전류에 따라 광을 제공하는 제2 발광 장치; 및 제2 발광 장치에 직렬로 결합되어 있고 제3 전류가 상기 제1 값보다 큰 제2 전류 설정을 초과하지 않도록 상기 제3 전류를 레귤레이팅하도록 구성되어 있는 제2 전류 제어기를 포함하며, 상기 제1 발광 장치 및 상기 제2 발광 장치 각각은 하나의 LED 또는 복수의 LED를 포함한다.

다양한 도면을 도해되어 있는 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적은 당업자에게 자명하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 발광 장치에 대한 도면이다.
도 2 및 도 3은 복수의 구동단 내의 전류 제어기의 동작을 나타내는 도면이다.
도 4는 LED 발광 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 전류 제어기의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 LED 발광 장치에 대한 도면이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 발광 장치(10)에 대한 도면이다. LED 발광 장치(10)는 전력 공급 회로(110) 및 (N+1) 구동단 ST₁~ST_{N +1}을 포함한다. 전력 공급 회로(110)는 포지티브 주기 및 네거티브 주기를 가지는 AC 전압 VS를 수신하고 브리지 정류기(112)를 사용하여 네거티브 주기에서 AC 전압 VS를 변환하여, 정류된 AC 전압 V_AC를 제공하도록 구성되어 있으며, 이 정류된 AC 전압 V_AC의 값은 시간에 따라 주기적으로 가변하여 (N+1) 구동단을 구동한다. 다른 실시예에서, 전력 공급 회로(110)는 임의의 AC 전압 VS를 수신하고, AC-AC 변환기를 사용하여 전압 변환을 수행하며, 그 변환된 AC 전압 VS를 브리지 정류기(112)를 사용하여 정류하여, 정류된 AC 전압을 제공하며, 이 정류된 AC 전압의 값은 시간에 따라 주기적으로 가변한다. 전력 공급 회로(110)의 구성은 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

각각의 구동단은 발광 장치 및 전류 제어기를 포함한다. 각각의 전류 제어기는 조정 가능한 전류원 및 전류 센서를 포함한다. A₁~A_{N +1}은 대응하는 구동단 ST₁~ST_N+1에서의 발광 장치를 각각 나타낸다. CC₁~CC_{N +1}은 대응하는 구동단 ST₁~ST_{N +1}에서의 전류 제어기를 각각 나타낸다. IS₁~IS_{N +1}은 대응하는 전류 제어기 CC₁~CC_{N +1}에서의 조정 가능한 전류원을 각각 나타낸다. CS₁~CS_{N +1}은 대응하는 전류 제어기 CC₁~CC_N+1에서의 전류 센서를 각각 나타낸다. V_AK1~V_{AK (N+1)}은 대응하는 조정 가능한 전류원 IS₁~IS_{N +1} 양단에 구축된 전압을 각각 나타낸다. I_AK1~I_AKN은 대응하는 조정 가능한 전류원 IS₁~IS_{N +1}을 통해 흐르는 전류를 각각 나타낸다. I_LED1~I_LEDN은 발광 장치 A₁~A_N을 통해 흐르는 전류를 각각 나타낸다. I_SUM1~I_SUMN은 대응하는 구동단 ST₁~ST_N을 통해 흐르는 전류를 각각 나타낸다. I_LED는 구동단 ST_{N +1}을 통해 흐르는 전류를 나타내며, LED 발광 장치(100)를 통해 흐르는 전체 전류를 나타내기도 한다.

제1 내지 N번째 구동단 ST₁~ST_N에서, 전류 센서 CS₁~CS_N은 대응하는 구동단 ST₁~ST_N을 통해 흐르는 전체 전류 I_SUM1~I_SUMN과 연관되어 있는 피드백 전압 V_FB1~V_FBN을 제공하도록 구성되어 있다. 대응하는 발광 장치 A₁~A_N에 병렬로 결합되어 있는 조정 가능한 전류원 IS₁~IS_N은 대응하는 피드백 전압 V_FB1~V_FBN에 따라 전류 I_AK1~I_AKN을 레귤레이팅하도록 구성되어 있다. 바꿔 말하면, 제1 내지 N번째 구동단 ST₁~ST_N의 최대 전류 설정 I_ST1~I_STN에 대응하는 조정 가능한 전류원 IS₁~IS_N 및 대응하는 전류 센서 CS₁~CS_N에 의해 각각 결정된다.

(N+1)번째 구동단 ST_{N +1}에서, 대응하는 발광 장치 A_{N +1}에 직렬로 결합되어 있는 전류 센서 CS_{N +1}은 (N+1)번째 구동단 ST_{N +1}을 통해 흐르는 전체 전류 I_LED와 연관되어 있는 피드백 전압 V_{FB (N+1)}을 제공하도록 구성되어 있다. 대응하는 발광 장치 A_{N +1}에 직렬로 결합되어 있는 조정 가능한 전류원 IS_{N +1}은 피드백 전압 V_{FB (N+1)}에 따라 전류 I_LED를 레귤레이팅하도록 구성되어 있다. 바꿔 말하면, LED 발광 장치(100)의 최대 전류 설정이라고도 하는 (N+1)번째 구동단의 최대 전류 설정 I_{SET (N+1)}은 조정 가능한 전류원 IS_{N +1} 및 전류 센서 CS_{N +1}에 의해 결정된다.

본 발명의 실시예에서, 발광 장치 A₁~A_{N +1} 각각은 하나의 LED 또는 직렬 결합된 복수의 LED를 채택할 수 있다. 도 1은 단일 접합 LED, 복수 접합 고전압(HV) LED, 또는 다양한 유형의 LED의 임의 조합으로 이루어질 수 있는 복수의 LED를 사용하는 실시예를 도시하고 있다. 발광 장치 A₁~A_{N +1}의 유형 및 구성은 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 특정한 구동단에서, 대응하는 전류 제어기를 턴 온 시키기 위한 강하 전압 V_DROP는 대응하는 발광 장치를 턴 온 시키기 위한 컷인 전압(cut-in voltage) V_CUT보다 작다. 컷인 전압 V_CUT의 값은 대응하는 발광 장치 내의 LED의 수 또는 유형과 관련이 있으며 다른 어플리케이션에서는 다를 수도 있다.

도 2는 구동단 ST₁~ST_{N +1} 내의 전류 제어기의 동작을 나타내는 도면이다. 제1 구동단 ST₁을 설명의 목적으로 사용한다. 0 < V_AK1 < V_DROP일 때는, 전류 제어기 CC₁은 완전하게 턴 온 되지 않으며, 발광 장치 A₁은 오프 상태를 유지한다. 이러한 환경 하에서, 전류 제어기 CC₁은 전류 IAK1 및 전체 전류 I_SUM1이 특정한 방식으로 전압 V_AK1과 함께 변하는 반면 전류 I_LED1은 0을 유지하는 선형 모드에서 전압-제어 장치로서 동작한다.

V_AK1 > V_DROP일 때, 전류 I_SUM1은 제1 구동단 ST₁의 최대 전류 설정 I_SET1에 도달하고, 전류 제어기 CC₁은 정전류 모드(constant-current mode)로 전환하여 전류 제한기(current limiter)로서 기능한다. 전류 검출기 CS₁은 전류 I_SUM1의 값을 모니터링하도록 구성되어 있으며, 이 값의 변동은 피드백 전압 V_FB1에 의해 반영된다. 예를 들어, V_DROP < V_AK1 < V_CUT일 때, 발광 장치 A₁은 오프 상태를 유지하고 전류 제어기 CC₁은 전류원 IS₁을 통해 흐르는 전류 I_AK1을 상수 값 I_SET1로 클램핑하도록 구성되어 있다. V_AK1 > V_CUT일 때, 발광 장치 A₁은 턴 온 되고 전류 I_LED1은 증가하기 시작한다. 그러므로 전류 제어기 CC₁은 피드백 전압 V_FB1에 따라 전류원 IS₁을 통해 흐르는 전류 I_AK1을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 제1 구동단을 통해 흐르는 전체 전류 I_SUM1은 전압 V_AK1과 함께 변하는 대신 상수 값 I_SET1에서 유지될 수 있다.

전압 V_AK1이 턴-오프 전압 V_OFF에 도달하면, 전류 I_AK1은 0으로 강하하고, 전류 제어기 CC₁은 컷-오프 모드로 전환한다. 바꿔 말하면, 전류 제어기 CC₁은 개방-회로 장치로서 기능하여, 전류 I_LED1 및 전류 I_SUM1이 전압 V_AK1과 함께 증가할 수 있도록 한다.

도 1은 (N+1)번째 구동단 ST_{N +1}의 동작을 나타내는 도면이다. 0 < V_{AK (N+1)} < V_DROP일 때, 전류 제어기 CC_{N +1}이 완전하게 턴 온 되지 않는다. 이러한 환경 하에서는, 전류 제어기 CC_{N +1}은 전류 ILED가 특정한 방식으로 전압 V_{AK (N+1)}과 함께 변하는 선형 모드에서 전압-제어 장치로서 동작한다. V_{AK (N+1)} > V_DROP일 때는, 전류 I_LED는 (N+1)번째 구동단 ST_{N +1}의 최대 전류 설정 I_{SET (N+1)}에 도달하고, 전류 제어기 CC_{N +1}은 정전류 모드로 전환하여 전류 제한기로서 기능한다. 전류 검출기 CS_{1 +1}은 전류 I_LED의 값을 모니터링하도록 구성되어 있으며, 이 값의 변동은 피드백 전압 V_{FB (N+1)}에 의해 반영될 수 있다. 그러므로 전류 제어기 CC_{N +1}은 전류 I_LED가 I_{SET (N+1)} 이하로 강하하면 선형 모드로 다시 전환할 수 있다.

도 4는 LED 발광 장치(100)의 동작을 나타내는 도면이다. 본 실시예는 설명의 목적을 위해 N=2인 때를 사용한다. 전압 V_AK~V_AK3은 정류된 AC 전압 V_AC와 연관되어 있고 이 값은 시간에 따라 주기적으로 가변하므로, t₀-t₁₁의 주기를 사용하여 설명하며, 여기서 t₀-t₅ 간의 주기는 정류된 AC 전압 V_AC의 상승 주기에 속하고t₆-t₁₁ 간의 주기는 정류된 AC 전압 V_AC의 하강 주기에 속한다.

t₀ 이전에는, 정류된 AC 전압 V_AC가 작고 전압 V_AK1~V_AK3은 충분하지 않아 발광 장치 A₁~A₃ 또는 전류 제어기 CC₁~CC₃을 턴 온 시키지 못한다. 그러므로 3개의 구동단 ST₁~ST₃ 내의 전류 제어기 CC₁~CC₃ 모두는 컷오프 모드(cut-off mode)에서 동작하고 LED 발광 장치(100)의 전체 전류 I_LED는 0이다.

전술한 바와 같이, 전류 제어기 CC₁~CC₃의 턴-온 전압은 본 발명에서의 대응하는 발광 장치 A₁~A₃의 턴-온 전압보다 작다. t₀에서, 정류된 AC 전압 V_AC는 충분히 크게 되고 이에 따라 전압 V_AK~V_AK3은 전류 제어기 CC₁~CC₃ 및 발광 장치 A₃을 턴 온 시킬 수 있으나, 발광 장치 A₁~A₂를 턴 온 시키기에는 여전히 불충분하며, 이에 의해 전류 I_LED는 전류 제어기 CC₁~CC₃ 및 발광 장치 A₃을 통해 흐를 수 있다. t₀~t₁ 사이에서, 3개의 전류 제어기 CC₁~CC₃ 모두는 LED 발광 장치(100)의 전체 전류 I_LED가 특정한 방식으로 정류된 AC 전압 V_AC와 함께 증가하는 선형 모드에서 동작한다.

전류 I_LED가 I_SET1에 도달할 때의 t₁에서는, 제1 구동단 ST₁ 내의 전류 제어기 CC₁이 정전류 모드로 전환하는 반면, 제2 및 제3 구동단 ST₂~ST₃ 내의 전류 제어기 CC₂~CC₃은 선형 모드에서 계속 동작한다. t₁~t₂ 사이에서는, 정류된 AC 전압 V_AC가 충분히 크게 되고 이에 따라 전압 V_AK1은 발광 장치 A₁을 턴 온 시킬 수 있고, 전류 I_LED는 정류된 AC 전압 V_AC와 함께 증가하기 시작한다. 전류 검출기 CS₁에 의해 모니터링되고 있는 전류 I_LED1의 증가에 응답해서, 정전류 모드에서 동작하는 전류 제어기 CC₁은 이에 따라 전류 I_AK1을 감소시킬 수 있고 따라서 LED 발광 장치(100)의 전체 전류 I_LED는 정류된 AC 전압 V_AC의 레벨과 관계없이 상수 값(I_LED=I_SET1)에서 유지된다.

전류 I_AK1이 0으로 강하할 때의 t₂에서는, 제1 구동단 ST₁ 내의 전류 제어기 CC₁이 컷오프 모드로 전환하는 반면, 제2 및 제3 구동단 ST₂~ST₃ 내의 전류 제어기 CC₂~CC₃은 선형 모드에서 계속 동작한다. t₂~t₃ 사이에서는, 전류 I_LED는 발광 장치 A₁ 및 A₃ 및 전류 제어기 CC₂~CC₃을 통해 흐르게 되고 정류된 AC 전압 V_AC와 함께 증가한다.

전류 I_LED가 I_SET2에 도달할 때의 t₃에서는, 제2 구동단 ST₂ 내의 전류 제어기 CC₂가 정전류 모드로 전환하는 반면, 제1 구동단 ST₁ 내의 전류 제어기 CC₁은 컷오프 모드에서 계속 동작하고 제3 구동단 ST₃ 내의 전류 제어기 CC₃은 선형 모드에서 계속 동작한다. t₃~t₄ 사이에서는, 정류된 AC 전압 V_AC가 충분히 크게 되고 이에 따라 전압 V_AK2는 발광 장치 A₂를 턴 온 시킬 수 있고, 전류 I_LED2는 정류된 AC 전압 V_AC와 함께 증가하기 시작한다. 전류 검출기 CS₂에 의해 모니터링되고 있는 전류 I_LED2의 증가에 응답해서, 정전류 모드에서 동작하는 전류 제어기 CC₂는 이에 따라 전류 I_AK2를 감소시킬 수 있고 따라서 LED 발광 장치(100)의 전체 전류 I_LED는 정류된 AC 전압 V_AC의 레벨과 관계없이 상수 값(I_LED=I_SET2)에서 유지된다.

전류 I_AK2가 0으로 강하할 때의 t₄에서는, 제2 구동단 ST₂ 내의 전류 제어기 CC₂가 컷오프 모드로 전환하는 반면, 제1 구동단 ST₁ 내의 전류 제어기 CC₁은 컷오프 모드에서 계속 동작하고 제3 구동단 ST₃ 내의 전류 제어기 CC₃은 선형 모드에서 계속 동작한다. t₄~t₅ 사이에서는, 전류 I_LED는 발광 장치 A₁~A₃ 및 전류 제어기 CC₃을 통해 흐르게 되고 정류된 AC 전압 V_AC와 함께 증가한다.

전류 I_LED가 I_SET3에 도달할 때의 t₅에서는, 제3 구동단 ST₃ 내의 전류 제어기 CC₃이 정전류 모드로 전환하는 반면, 제1 및 제2 구동단 ST₁~ST₂ 내의 전류 제어기 CC₁~CC₂는 컷오프 모드에서 계속 동작한다. t₅~t₆ 사이에서, 전류 I_LED는 정류된 AC 전압 V_AC의 레벨과 관계없이 상수 값(I_LED=I_SET3)에서 유지된다. 전류 I_LED가 I_SET3보다 작게 될 때의 t₆에서, 전류 제어기 CC₃은 선형 모드로 다시 전환하므로, 전류 I_LED는 정류된 AC 전압 V_AC와 함께 증가할 수 있다. 상승 주기 동안의 간격 t₀~t₁, t₁~t₂, t₂~t₃, t₃~t₄, 및 t₄~t₅는 하강 주기 동안의 간격 t₁₀~t₁₁, t₉~t₁₀, t₂~t₃, t₈~t₉, 및 t₆~t₇에 각각 대응한다. 그러므로 t₆~t₁₁ 동안의 LED 발광 장치의 동작은 위에서 상세히 설명한 바와 같이 t₀~t₅ 동안의 발광 장치의 동작과 유사하다.

아래 표는 전류 제어기 CC₁~CC₃의 동작 모드를 요약한 것이며, 모드 1은 선형 모드를 나타내고, 모드 2는 정전류 모드를 나타내며, 모드 3은 컷오프 모드를 나타낸다.

	t0~t1 t10~t11	t1~t2 t9~t10	t2~t3 t8~t9	t3~t4 t7~t8	t4~t5 t6~t7	t5~t6
전류 제어기 CC1	모드 1	모드 2	모드 3	모드 3	모드 3	모드 3
전류 제어기 CC2	모드 1	모드 1	모드 1	모드 2	모드 3	모드 3
전류 제어기 CC3	모드 1	모드 1	모드 1	모드 1	모드 1	모드 2

도 5는 본 발명에 따른 전류 제어기 CC의 실시예를 나타내는 도면이다. 전류 제어기 CC는 조정 가능한 전류원 IS 및 전류 센서 CS를 포함한다. 전류 센서 CS는 피드백 전압 V_FB를 제공함으로써 전류 I_SUM을 검출하도록 배치된 저항기 R_SENSE를 포함한다. 조정 가능한 전류원 IS는 트랜지스터(20), 연산 증폭기(30) 및 전압 발생기(40)를 포함한다. 트랜지스터(20)는 전계 효과 트랜지스터(FET), 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 또는 그외 유사한 기능을 가진 장치를 포함할 수 있다. 도 5에서는, N-채널 금속상보형반도체 전계 효과 트랜지스터(N-MOSFET)를 사용하여 설명하고 있지만, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 전압 발생기(40)는 기준 전압 V_REF를 제공하도록 구성되어 있다. 연산 증폭기(30)는 기준 전압 V_REF에 결합되어 있는 포지티브 입력단, 피드백 전압 V_FB에 결합되어 있는 네거티브 입력단, 및 트랜지스터(20)의 제어단에 결합에 결합되어 있는 출력단을 포함한다. V_GND는 전류 제어기 CC에서의 기준 노드를 나타낸다.

전류 제어기 CC의 전류 설정 I_SET는 (V_REF/R_SENSE)와 같다. I_SUM < I_SET일 때, 연산 증폭기(30)는 그 출력 전압을 상승시켜 트랜지스터(20)를 통해 흐르는 전류를 증가시키고 그에 따라 피드백 전압 V_FB가 기준 전압 V_REF에 이르도록 구성되어 있다. I_SUM > I_SET일 때, 연산 증폭기(30)는 그 출력 전압을 감소시켜 트랜지스터(20)를 통해 흐르는 전류를 감소시키고 그에 따라 기준 전압 V_REF가 기준 전압 V_REF에 이르도록 구성되어 있다. 예를 들어, 제1 구동단 ST₁의 전류 설정 I_SET1은 (V_REF1/R_SENSE1)와 같고, 제2 구동단 ST₂의 전류 설정 I_SET2는 (V_REF2/R_SENSE2)와 같고, ..., N번째 구동단 ST_N의 전류 설정 I_SET1은 (V_REFN/R_SENSEN)와 같다. 전류 설정 I_{SET (N+1)}의 값은 전류 설정 I_SET1~I_SETN의 어느 것보다도 크다.

본 발명의 실시예에서, 감지 저항기 R_SENSE1~R_{SENSE (N+1)}는 프로그래머블 저항기 어레이로서 실행될 수 있으며 이에 따라 전류 제어기 CC₁~CC_{N +1}의 턴 온/오프 시퀀스를 탄력적으로 조정할 수 있다. 바꿔 말하면, 전류 설정 I_{SET (N+1)}를 가장 크게 설정하고, 전류 설정 I_SET1~I_SETN은 소망하는 턴 온/오프 시퀀스에 따라 다른 관계를 가질 수 있다. 본 실시예에서 도 4에 설명된 바와 같이 N=2일 때, 감지 저항기 R_SENSE1~R_SENSE3은 I_SET1 < I_SET2 < I_SET3이 되도록 선택된다. 그렇지만, 전류 설정 I_SET1~I_SETN의 관계는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 발광 장치(200)에 대한 도면이다. LED 발광 장치(200)는 전력 공급 회로(110) 및 (N+1) 구동단 ST₁~ST_{N +1}을 포함한다(N은 1보다 큰 양의 정수이다). LED 발광 장치(200) 내의 제1 내지 N번째 구동단 ST₁~ST_N의 구성 및 동작은 위에서 설명된 바와 같이 LED 발광 장치(100)의 구성 및 동작과 유사하다. LED 발광 장치(200) 내의 (N+1)번째 구동단 ST₁~ST_N의 구성 및 동작은 위에서 설명된 바와 같이 LED 발광 장치(100)의 구성 및 동작과 유사하지만, LED 발광 장치(200) 내의 (N+1)번째 구동단 ST₁~ST_N은 고전압 트랜지스터(60) 및 전압 클램핑 회로(70)를 더 포함한다. 고전압 트랜지스터(60)는 FET, BJT 또는 그외 유사한 기능을 가진 장치를 포함할 수 있다. 도 6에서는, N-MOSFET를 사용하여 설명하고 있지만, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. AC 전압 VS가다소 변동되고 정류된 AC 전압 V_AC가 그 설계상의 상한보다 높게 상승하는 시나리오에서, 전압 클램핑 회로(70)는 전류 제어기 CC_{N +1} 양단에 구축된 전압을 상한에 클램핑하고 정류된 AC 전압 V_AC의 변동으로 인한 과잉 전압(redundant voltage)을 고전압 트랜지스터(60) 상에서 강하시킬 수 있으며, 이에 의해 발광 장치 A₁~A_{N +1} 및 전류 제어기 CC₁~CC_{N +1}을 고전압으로부터 보호할 수 있다. 정류된 AC 전압 V_AC의 변동으로 인한 과잉 전압이 고전압 트랜지스터(60)의 드레인-소스 전압 상한(upper drain-source voltage limit)을 초과하는 다른 시나리오에서는, 전압 클램핑 회로(70)는 트랜지스터(60)를 턴 오프시킴으로써 발광 장치 A₁~A_{N +1} 및 전류 제어기 CC₁~CC_N+1을 과전압으로부터 보호할 수 있다.

전술한 복수의 구동단 방식에 따르면, 본 발명은 복수의 전류 제어기를 사용해서 복수의 발광 장치를 유연하게 턴 온 시킬 수 있다. 본 발명의 LED 발광 장치는 전체 LED 전류가 LED의 컷인 전압 대신 각각의 구동단의 전류에 따라 레귤레이팅되므로 다른 수량 및 다른 유형의 발광 장치를 채택할 수 있다.

당업자라면 본 발명의 지침을 유지하면서 장치 및 방법에 대한 다양한 변형 및 대안이 이루어질 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 설명은 첨부된 청구의 범위의 경계에 의해서만 제한되는 것으로 파악되어야 한다.

Claims (15)

1. 복수의 구동단을 가지는 발광 다이오드(LED) 발광 장치에 있어서,
   제1 구동단 및 제2 구동단을 포함하며,
   상기 제1 구동단은,
   제1 전류에 따라 광을 제공하는 제1 발광 장치; 및
   상기 제1 발광 장치에 병렬로 결합되어 있고, 양단에 구축된 전압에 따라 제2 전류를 전도시키며, 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 합이 제1 값을 초과하지 않도록 상기 제2 전류를 레귤레이팅하도록 구성되어 있는 제1 전류 제어기
   를 포함하며,
   상기 제2 구동단은,
   상기 제1 발광 장치에 직렬로 결합되어 제3 전류에 따라 광을 제공하는 제2 발광 장치; 및
   상기 제2 발광 장치에 직렬로 결합되어 있고 상기 제3 전류가 상기 제1 값보다 큰 제2 전류 설정을 초과하지 않도록 상기 제3 전류를 레귤레이팅하도록 구성되어 있는 제2 전류 제어기
   를 포함하며,
   상기 제1 발광 장치 및 상기 제2 발광 장치 각각은 하나의 LED 또는 복수의 LED를 포함하는, 발광 다이오드 발광 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 제1 전압을 초과하지 않으면, 정류된 교류(AC) 전압의 상승 주기 동안, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제2 전류가 상기 정류된 AC 전압에 따라 증가하는 제1 모드에서 동작하고;
   상기 제1 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 상기 제1 전압을 초과하고 상기 제2 전류가 0보다 크면, 상기 상승 주기 동안, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 합이 상기 제1 값에서 유지되는 제2 모드에서 동작하며;
   상기 제1 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 상기 제1 전압을 초과하고 상기 제2 전류가 0과 같으면, 상기 상승 주기 동안, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 전류 제어기가 턴 오프 되는 제3 모드에서 동작하는, 발광 다이오드 발광 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 상기 제1 전압을 초과하지만 상기 제1 발광 장치의 턴-온 전압보다 작으면, 상기 상승 주기 동안, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제2 전류를 상기 제1 값에 클램핑함으로써 제2 모드에서 동작하도록 구성되어 있으며;
   상기 제1 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 상기 제1 발광 장치의 턴-온 전압을 초과하면, 상기 상승 주기 동안, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 합이 상기 제1 값에서 유지되도록 상기 제1 전류가 증가함에 따라 상기 제2 전류를 감소시킴으로써 제2 모드에서 동작하도록 구성되어 있는, 발광 다이오드 발광 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 제1 전압을 초과하지 않으면, 상기 정류된 AC 전압의 하강 주기 동안, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제2 전류가 상기 정류된 AC 전압에 따라 감소하는 제1 모드에서 동작하고;
   상기 제1 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 상기 제1 전압을 초과하고 상기 제2 전류가 0보다 크면, 상기 하강 주기 동안, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 합이 상기 제1 값에서 유지되는 제2 모드에서 동작하며;
   상기 제1 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 상기 제1 전압을 초과하고 상기 제2 전류가 0과 같으면, 상기 하강 주기 동안, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 전류 제어기가 턴 오프 되는 제3 모드에서 동작하는, 발광 다이오드 발광 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 상기 제1 전압을 초과하지만 상기 제1 발광 장치의 턴-온 전압보다 작으면, 상기 하강 주기 동안, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제2 전류를 상기 제1 값에 클램핑함으로써 제2 모드에서 동작하도록 구성되어 있으며;
   상기 제1 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 상기 제1 발광 장치의 턴-온 전압을 초과하면, 상기 하강 주기 동안, 상기 제1 전류 제어기는 상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 합이 상기 제1 값에서 유지되도록 상기 제1 전류가 증가함에 따라 상기 제2 전류를 감소시킴으로써 제2 모드에서 동작하도록 구성되어 있는, 발광 다이오드 발광 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제1 전류 제어기는,
   상기 제1 전류와 상기 제2 전류의 합과 연관되어 있는 제1 피드백 전압을 제공하도록 구성되어 있는 제1 전류 센서; 및
   상기 제1 전류 제어기가 상기 제1 모드에서 동작할 때 상기 정류된 AC 전압에 따라 상기 제2 전류를 전도하고,
   상기 제1 전류 제어기가 상기 제2 모드에서 동작할 때 상기 제1 피드백 전압 전압에 따라 상기 제2 전류를 레귤레이팅하며, 그리고
   상기 제1 전류 제어기가 상기 제3 모드에서 동작할 때 스위칭 오프하도록 구성되어 있는 제1 조정 가능한 전류원
   을 포함하는, 발광 다이오드 발광 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 조정 가능한 전류원은,
   기준 전압을 제공하도록 구성되어 있는 전압 발생기;
   상기 기준 전압과 상기 제1 피드백 전압 간의 차이에 따라 제어 전압을 제공하도록 구성되어 있는 연산 증폭기; 및
   상기 제어 전압에 따라 상기 제2 전류를 전도하도록 구성되어 있는 트랜지스터
   를 포함하며,
   상기 연산 증폭기는,
   상기 기준 전압에 결합되어 있는 제1 입력단;
   상기 제1 피드백 전압에 결합되어 있는 제2 입력단; 및
   상기 제어 전압을 출력하는 출력단
   을 포함하며,
   상기 트랜지스터는,
   상기 제1 발광 장치의 제1 단에 결합되어 있는 제1 단;
   상기 제1 발광 장치의 제2 단에 결합되어 있는 제2 단; 및
   상기 연산 증폭기의 출력단에 결합되어 있는 제어단
   을 포함하며,
   상기 제1 전류 센서는, 상기 트랜지스터의 제2 단에 결합되어 있는 제1 단 및 기준 노드에 결합되어 있는 제2 단을 가지는 저항기를 포함하는, 발광 다이오드 발광 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제2 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 제2 전압을 초과하지 않으면, AC 전압의 상승 주기 동안, 상기 제2 전류 제어기는 상기 제3 전류가 상기 정류된 AC 전압에 따라 증가하는 제1 모드에서 동작하고;
   상기 제2 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 상기 제2 전압을 초과하면, 상기 상승 주기 동안, 상기 제2 전류 제어기는 상기 제3 전류가 상기 제2 값에서 유지되는 제2 모드에서 동작하는, 발광 다이오드 발광 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 제2 전압을 초과하지 않으면, 상기 정류된 AC 전압의 하강 주기 동안, 상기 제2 전류 제어기는 상기 제3 전류가 상기 정류된 AC 전압에 따라 감소하는 제1 모드에서 동작하고; 그리고
   상기 제2 전류 제어기의 양단에 구축된 전압이 상기 제2 전압을 초과하면, 상기 하강 주기 동안, 상기 제2 전류 제어기는 상기 제3 전류가 상기 제2 값에서 유지되는 제2 모드에서 동작하는, 발광 다이오드 발광 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 전류 제어기는,
    상기 제2 발광 장치에 직렬로 결합되어 있고 상기 제3 전류와 연관되어 있는 제2 피드백 전압을 제공하도록 구성되어 있는 제2 전류 센서; 및
    상기 제2 전류 제어기가 상기 제1 모드에서 동작할 때 상기 정류된 AC 전압에 따라 상기 제3 전류를 전도하고, 그리고
    상기 제2 전류 제어기가 상기 제2 모드에서 동작할 때 상기 제2 피드백 전압 전압에 따라 상기 제3 전류를 레귤레이팅하도록 구성되어 있는 제2 조정 가능한 전류원
    을 포함하는, 발광 다이오드 발광 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 조정 가능한 전류원은,
    기준 전압을 제공하도록 구성되어 있는 전압 발생기;
    상기 기준 전압과 상기 제2 피드백 전압 간의 차이에 따라 제어 전압을 제공하도록 구성되어 있는 연산 증폭기; 및
    상기 제어 전압에 따라 상기 제3 전류를 전도하도록 구성되어 있는 트랜지스터
    를 포함하며,
    상기 연산 증폭기는,
    상기 기준 전압에 결합되어 있는 제1 입력단;
    상기 제2 피드백 전압에 결합되어 있는 제2 입력단; 및
    상기 제어 전압을 출력하는 출력단
    을 포함하며,
    상기 트랜지스터는,
    상기 제1 발광 장치의 일단에 결합되어 있는 제1 단;
    제2 단; 및
    상기 연산 증폭기의 출력단에 결합되어 있는 제어단
    을 포함하며,
    상기 제2 전류 센서는, 상기 트랜지스터의 제2 단에 결합되어 있는 제1 단 및 기준 노드에 결합되어 있는 제2 단을 가지는 저항기를 포함하는, 발광 다이오드 발광 장치.
12. 제1항에 있어서,
    제3 구동단
    을 더 포함하며,
    상기 제3 구동단은,
    상기 제1 발광 장치 및 제2 발광 장치에 직렬로 결합되어 제4 전류에 따라 광을 제공하는 제3 발광 장치; 및
    상기 제3 발광 장치에 병렬로 결합되어 있고, 상기 제3 전류 제어기 양단에 구축된 전압에 따라 제5 전류를 전도하고, 상기 제4 전류와 상기 제5 전류의 합이 제3 값을 초과하지 않도록 상기 제5 전류를 레귤레이팅하도록 구성되어 있는 제3 전류 제어기
    를 포함하는, 발광 다이오드 발광 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광 장치 및 상기 제2 발광 장치를 구동하기 위해 정류된 AC 전압을 제공하도록 구성되어 있는 전력 공급 회로
    를 더 포함하는 발광 다이오드 발광 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 전력 공급 회로는 AC-AC 전압 변환기를 포함하는, 발광 다이오드 발광 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구동단은 트랜지스터 및 전압 클램핑 회로를 포함하며,
    상기 트랜지스터는,
    상기 제2 발광 장치에 결합되어 있는 제1 단;
    상기 제2 전류 제어기에 결합되어 있는 제2 단; 및
    제어 단
    을 포함하며,
    상기 전압 클램핑 회로는,
    상기 트랜지스터의 제어단에 결합되어 있고 상기 제1 전류 발광 장치 및 상기 제2 발광 장치를 구동하기 위해 정류된 AC 전압에 따라 상기 트랜지스터를 제어하도록 구성되어 있는, 발광 다이오드 발광 장치.
    

Images