KR20150145290A - Led 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

Led 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 장치 Download PDF

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KR20150145290A
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김창섭
강규철
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 실시 형태에 따른 LED 구동 장치는, 교류 전원을 정류하여 정류 전원을 생성하는 정류부, 상기 복수의 LED 그룹이 상기 정류 전원을 입력받아 동작하도록 상기 정류 전원의 레벨에 기초하여 상기 복수의 LED 그룹 각각의 동작을 제어하는 교류 구동부, 및 DALI 통신 프로토콜에 의해 수신한 제어 커맨드에 기초하여 상기 교류 구동부의 동작을 제어하며, 상기 정류 전원을 구동 전원으로 인가받아 동작하는 제어부를 포함한다.

Description

LED 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 장치{DRIVING DEVICE FOR LEDs AND LIGHTING DEVICE INCLUDING THEM}
본 발명은 LED 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 낮은 소비전력, 고휘도 등의 여러 장점 때문에 광원으로서 널리 사용된다. 특히 최근 발광소자는 조명장치 및 대형 액정디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)용 백라이트(Backlight) 장치로 채용되고 있다. 이러한 발광소자는 조명장치 등 각종 장치에 장착되기 용이한 패키지형태로 제공되며, 특히 최근에는 교류(AC)-직류(DC) 컨버터 없이 교류 전원으로 LED를 바로 구동할 수 있는 AC 스텝 드라이버 방식의 LED 구동 장치가 다양하게 연구되고 있다. 또한, 다양한 방면으로 조명용으로서 LED의 사용 비중이 증가함에 따라 복수의 조명 장치를 통합 제어할 수 있는 방안으로 DALI 프로토콜을 이용하는 조명 시스템이 제안된 바 있다.
당 기술분야에서는, 동시에 교류-직류 컨버터 없이 LED를 교류 전원으로 구동할 수 있으면서, 동시에 무선 제어를 이용하여 LED의 동작을 제어할 수 있는 조명 시스템이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치는, 복수의 LED 그룹을 구동하는 LED 구동 장치에 있어서, 교류 전원을 정류하여 정류 전원을 생성하는 정류부, 상기 복수의 LED 그룹이 상기 정류 전원을 입력받아 동작하도록 상기 정류 전원의 레벨에 기초하여 상기 복수의 LED 그룹 각각의 동작을 제어하는 교류 구동부, 및 DALI 통신 프로토콜에 의해 수신한 제어 커맨드에 기초하여 상기 교류 구동부의 동작을 제어하며, 상기 정류 전원을 구동 전원으로 인가받아 동작하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 정류 전원을 강압하여 상기 제어부에 상기 구동 전원으로 공급하는 전압 강하부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 교류 구동부는, 상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 증가하면 상기 복수의 LED 그룹 중에서 턴-온되는 LED 그룹의 수를 증가시키고, 상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 감소하면 상기 복수의 LED 그룹 중에서 턴-온되는 LED 그룹의 수를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 교류 구동부는 상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 증가하면 상기 복수의 LED 그룹 중에서 서로 직렬로 연결되어 턴-온되는 LED 그룹의 수를 증가시키고, 상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 감소하면 상기 복수의 LED 그룹 중에서 서로 병렬로 연결되어 턴-온되는 LED 그룹의 수를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 복수의 LED 그룹 각각은 동일한 전류가 인가될 때 서로 다른 광출력을 갖는 제1 LED 그룹 및 제2 LED 그룹을 포함하며, 상기 제1 LED 그룹은 상기 제2 LED 그룹보다 높은 광출력을 가질 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 교류 구동부는, 상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 증가하면 상기 제1 LED 그룹과 상기 제2 LED 그룹을 턴-온시키고, 상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 감소하면 상기 제1 LED 그룹을 턴-온시키고 상기 제2 LED 그룹은 턴-오프시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 교류 구동부는, 상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 증가하면 상기 제1 LED 그룹과 상기 제2 LED 그룹을 서로 직렬로 연결하여 턴-온시키고, 상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 감소하면 상기 제1 LED 그룹과 상기 제2 LED 그룹을 서로 병렬로 연결하여 턴-온시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 상기 DALI 통신 프로토콜에 의해 수신한 상기 제어 커맨드를 상기 제어부에 전달하는 DALI 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치는, 복수의 LED 그룹을 구동하는 LED 구동 장치에 있어서, 교류 전원을 정류하여 정류 전원을 생성하는 정류부, 상기 복수의 LED 그룹이 상기 정류 전원을 입력받아 동작하도록 상기 정류 전원의 레벨에 기초하여 상기 복수의 LED 그룹 각각의 동작을 제어하며, 소정의 직류 전원을 생성하는 교류 구동부, 및 DALI 통신 프로토콜에 의해 수신한 제어 커맨드에 기초하여 상기 교류 구동부의 동작을 제어하며, 상기 직류 전원을 구동 전원으로 인가받아 동작하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 형태에서 조명 장치는, 복수의 LED 그룹을 포함하는 발광부, 및 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 LED 구동 장치를 포함할 수 있다.
교류 구동부는 별도의 교류-직류 컨버터 없이 정류부가 출력하는 정류 전원으로 LED를 바로 구동할 수 있다. 또한, DALI 통신 프로토콜에 의해 제어 커맨드를 수신하여 LED의 조도, 발광 시간, 예약 설정 등을 조절하는 제어부의 구동 전원으로 정류 전원, 또는 교류 구동부의 회로 내에서 생성되는 직류 전원을 이용함으로써 LED 구동 장치를 간단하게 구현할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치의 동작에 따른 복수의 LED 그룹의 연결 구조를 나타내는 회로도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치를 포함하는 조명 장치에 적용될 수 있는 LED 패키지를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치를 포함할 수 있는 조명 장치를 나타낸 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시 형태가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 구동 장치(100)는 정류부(110), 교류 구동부(120), 제어부(130), 및 전압 강하부 등을 포함할 수 있다. 정류부(110)는 상용 교류 전원(VAC)을 입력받아 정류 전원(VREC)을 생성할 수 있으며, 다이오드 브릿지 회로를 포함할 수 있다. 한편, 도 1에 도시한 LED 구동 장치(100)는 복수의 LED 그룹을 갖는 발광부(10)와 함께 조명 장치에 포함될 수 있다.
정류부(110)가 출력하는 정류 전원(VREC)은 교류-직류 변환기 등에 의해 직류 전원으로 변환되는 과정없이 발광부(10)에 직접 인가될 수 있다. 발광부(10)는 복수의 LED 그룹을 포함할 수 있으며, 각 LED 그룹의 턴-온 및 턴-오프 여부는 정류 전원(VREC)의 한 주기 내에서 레벨 변화에 따라 결정될 수 있다. 복수의 LED 그룹 각각의 턴-온 및 턴-오프 여부는 교류 구동부(120)에 의해 결정될 수 있다.
일반적으로 교류-직류 변환기를 포함하는 LED 구동 장치와 달리, 본 발명의 실시 형태에 따른 LED 구동 장치(100)는 교류 구동부(120)에 의해 정류 전원(VREC)으로 LED가 동작할 수 있다. 한 주기 내에서 레벨이 증가 및 감소하는 정류 전원(VREC)의 특성에 기초하여, 교류 구동부(120)는 정류 전원(VREC)의 레벨에 따라 턴-온되는 LED의 수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 교류 구동부(120)는 한 주기 내에서 정류 전원(VREC)의 레벨을 몇 개의 구간으로 구분하고, 정류 전원(VREC)의 레벨이 높은 구간에서 많은 수의 LED를 턴-온할 수 있다.
제어부(130)는 교류 구동부(120)의 동작을 제어할 수 있으며, 일 실시예로 DALI(Digital Addressable Lighting Interface) 통신 프로토콜에 따른 제어 커맨드를 외부로부터 수신할 수 있다. DALI 통신 프로토콜에 따라 제어부(130)가 수신한 제어 커맨드에 의해 교류 구동부(120)의 동작이 제어될 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 예약 동작 관련 제어 커맨드를 수신하여 교류 구동부(120)가 발광부(10)를 발광시키는 시간을 설정하거나, 또는 밝기 관련 제어 커맨드를 수신하여 교류 구동부(120)가 제어하는 발광부(10)의 밝기를 제어할 수 있다. 일 실시형태에서, 제어부(130)는 DALI 통신 프로토콜에 따른 제어 커맨드를 수신하고 분석할 수 있는 마이크로 컨트롤러를 포함할 수 있다.
제어부(130)는 다수의 능동 소자를 포함할 수 있으며, 따라서 제어부(130)가 동작하기 위해서는 소정의 구동 전원이 필요할 수 있다. 본 실시 형태에 따른 LED 구동 장치(100)에서, 제어부(130)의 동작에 필요한 구동 전원은 정류 전원(VREC)에 의해 공급될 수 있다. 정류 전원(VREC)을 그대로 구동 전원으로 사용하거나, 또는 전압 강하부(140)에 의해 정류 전원(VREC)의 레벨을 낮춰서 구동 전원으로 사용할 수도 있다. 전압 강하부(140)는 제어부(130)와 별도의 모듈로 도 1에 도시되었으나, 제어부(130)와 함께 하나의 모듈로 구현될 수도 있다.
한편, 제어부(130)는 DALI 통신 프로토콜에 따라 제어 커맨드를 수신하기 위해, 외부의 컨트롤러와 DALI BUS에 의해 연결될 수 있다. 제어부(130)는 외부의 컨트롤러와 2-선 인터페이스에 의해 연결될 수 있으며, 반이중(Half-duplex) 방식의 디지털 통신 프로토콜인 DALI 프로토콜 규약에 따라서, 외부 컨트롤러와 제어부(130) 사이에서 송수신되는 신호는 포워드 프레임(Forward Frame) 및 백워드 프레임(Backward Frame) 데이터를 포함할 수 있다. 포워드 프레임은 총 19 비트의 데이터를 포함할 수 있으며, 상기 19 비트의 데이터에는 제어하고자 하는 교류 구동부(120)의 주소(Address) 정보 및 제어하고자 하는 명령에 대응하는 커맨드 정보 등이 포함될 수 있다.
다음으로 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 LED 구동 장치(200)는 정류부(210), 교류 구동부(220) 및 제어부(230)를 포함할 수 있다. 정류부(210)는 상용 교류 전원(VAC)을 입력받아 정류 전원(VREC)을 출력할 수 있으며, 정류 전원(VREC)은 직류로 변환되는 과정없이 발광부(20)로 바로 전달되어 복수의 LED 그룹에 대한 구동 전원으로 이용될 수 있다. 한편, 도 2에 도시한 LED 구동 장치(200)는 복수의 LED 그룹을 갖는 발광부(20)와 함께 조명 장치에 포함될 수 있다.
교류 구동부(220)는 발광부(20)에 포함되는 복수의 LED 그룹이 정류 전원(VREC)을 입력받아 동작할 수 있도록 제어할 수 있다. 특히, 교류 구동부(220)는 발광부(20)에 입력되는 정류 전원(VREC)의 특성을 조절하는 대신, 발광부(20)에 포함되는 복수의 LED 그룹의 연결 구조를 변경함으로써 발광부(20)의 안정적인 광출력 동작을 확보할 수 있다.
일 실시 형태에서, 교류 구동부(220)는 정류 전원(VREC)의 한 주기 내에서 정류 전원(VREC)의 레벨이 증가하면 복수의 LED 그룹을 서로 직렬로 연결하고, 정류 전원(VREC)의 레벨이 감소하면 복수의 LED 그룹을 서로 병렬로 연결할 수 있다. 또는, 다른 실시 형태에서 교류 구동부(220)는, 정류 전원(VREC)의 한 주기 내에서 정류 전원(VREC)의 레벨이 증가하면 복수의 LED 그룹 중에서 턴-온되는 LED 그룹의 수를 증가시키고, 반대의 경우에는 복수의 LED 그룹 중에서 턴-온되는 LED 그룹의 수를 줄일 수 있다.
정류 전원(VREC)의 한 주기 내에서 정류 전원(VREC)의 레벨의 증감에 따라 턴-온되는 LED 그룹의 수를 변동하는 실시 형태에서, 각 LED 그룹은 서로 다른 광출력을 가질 수 있다. 예를 들어, 각 LED 그룹의 광출력은, 정류 전원(VREC)의 한 주기 내에서 각 LED 그룹이 턴-온되는 시간에 비례할 수 있다. 즉, 정류 전원(VREC)의 한 주기 내에서 가장 긴 시간동안 턴-온되는 LED 그룹이 가장 높은 광출력을 가질 수 있다. 상기와 같은 실시 형태는, 교류 특성을 갖는 정류 전원(VREC)으로 LED를 발광시킴으로써 발생할 수 있는 조도 편차를 최소화하기 위한 것이며, 이에 대해서는 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
도 2에 도시한 실시 형태에서, 제어부(230)는 외부에서 전달되는 제어 커맨드를 DALI 통신 프로토콜에 따라 수신하고, 수신한 제어 커맨드에 기초하여 교류 구동부(220)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(230)는 DALI 통신 프로토콜에 따른 제어 커맨드를 수신하고 분석할 수 있는 마이크로 컨트롤러를 포함할 수 있다. 따라서, 제어부(230)가 동작하기 위해서는 소정의 구동 전원이 필요하며, 본 실시 형태에서는 제어부(230)의 동작에 필요한 구동 전원을 교류 구동부(220)가 공급할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에서 교류 구동부(220) 내부에서 생성되는 전압 중 하나가 제어부(230)에 구동 전원으로 공급될 수 있다.
정전류 방식으로 동작하는 LED의 특성을 고려하여, 교류 구동부(220) 내부에는 발광부(20)의 각 LED 그룹에 연결되는 정전류 제어 회로가 포함될 수 있다. 정류 전원(VREC)의 한 주기 내에서 증가 또는 감소하는 정류 전원(VREC)의 레벨에 따라 각 LED 그룹에 인가되는 전류를 제어하기 위해, 정전류 제어 회로는 소정의 기준 전압을 입력받을 수 있다. 이때, 정전류 제어 회로에 입력되는 기준 전압은, 각 LED 그룹이 동작할 때 필요한 전류의 크기에 따라 서로 다를 수 있으며, 제어부(230)는 상기 기준 전압을 구동 전원으로 인가받을 수 있다.
제어부(230)가 DALI 통신 프로토콜에 따라 수신하는 제어 커맨드는, 도 1의 실시 형태와 유사하게 제어하고자 하는 발광부(20)의 주소 정보, 및 발광부(20)의 발광 동작을 제어하기 위한 정보를 포함할 수 있다. 제어부(230)는 제어 커맨드에 포함된 정보에 기초하여 발광부(20)의 발광 시간, 밝기, 턴-온 및 턴-오프의 예약 등을 제어할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 LED 구동 장치(300)는 정류부(310), 교류 구동부(320) 및 제어부(330)를 포함할 수 있다. 정류부(310)는 상용 교류 전원(VAC)을 입력받아 정류 전원(VREC)을 출력할 수 있으며, 정류 전원(VREC)은 직류로 변환되는 과정없이 발광부(30)로 바로 전달되어 복수의 LED 그룹에 대한 구동 전원으로 이용될 수 있다. 한편, 도 3에 도시한 LED 구동 장치(300)는 복수의 LED 그룹을 갖는 발광부(30)와 함께 조명 장치에 포함될 수 있다.
교류 구동부(320)는 발광부(30)에 포함되는 복수의 LED 그룹이 정류 전원(VREC)을 입력받아 동작할 수 있도록 제어할 수 있다. 특히, 교류 구동부(320)는 발광부(30)에 입력되는 정류 전원(VREC)의 특성을 조절하는 대신, 발광부(30)에 포함되는 복수의 LED 그룹의 연결 구조를 변경하거나 턴-온되는 LED 그룹의 수를 조절함으로써 발광부(30)의 안정적인 광출력 동작을 확보할 수 있다. 본 실시 형태에서 교류 구동부(320)의 동작은 도 1 및 도 2에 도시한 LED 구동 장치(100, 200)에 포함되는 교류 구동부(120, 220)의 동작과 유사할 수 있다.
본 실시 형태에서, 제어부(330)는 DALI 통신 프로토콜에 따라 수신하는 제어 커맨드를 이용하여 교류 구동부(320)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(330)는 DALI 통신 프로토콜에 따른 제어 커맨드를 분석하여 교류 구동부(320)의 동작을 제어할 수 있는 마이크로 컨트롤러를 포함할 수 있으며, 따라서 제어부(330)의 동작에는 소정의 구동 전원이 필요할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시 형태에서 제어부(330)의 구동 전원은 교류 구동부(320)에 의해 충전되는 충전부(340)로부터 공급될 수 있다. 충전부(340)는 교류 구동부(320)에 의해 충전되고 제어부(330)에 소정의 직류 전원을 공급하는 배터리를 포함할 수 있다.
앞서 도 1 및 도 2의 실시 형태와 마찬가지로, 도 3의 실시 형태에 따른 LED 구동 장치(300)에서, 교류 구동부(320)는 한 주기 내에서 정류 전원(VREC)의 레벨 증감에 따라 발광부(30)에 포함되는 복수의 LED 그룹의 동작을 제어할 수 있다. 교류 구동부(320)는 한 주기 내에서 정류 전원(VREC)의 레벨 증감에 따라 복수의 LED 그룹 중에서 턴-온되는 LED 그룹의 수를 조절하거나, 또는 복수의 LED 그룹의 연결 구조를 변경할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치를 나타낸 블록도이다. 도 4 및 도 5에 도시한 LED 구동 장치(400, 500) 각각은, 복수의 LED 그룹(41, 42, 43, 44, 51, 52, 53, 54)을 갖는 발광부(40, 50)와 함께 조명 장치에 포함될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 LED 구동 장치(400)는 상용 교류 전원(VAC)을 입력받아 정류하는 정류부(410), 정류부(410)의 출력에 따라 발광부(40)의 동작을 조절하는 교류 구동부(420) 및 제어부(430) 등을 포함할 수 있다. 발광부(40)는 복수의 LED 그룹(41, 42, 43, 44)을 포함할 수 있으며, 각 LED 그룹(41, 42, 43, 44) 사이의 노드에는 스위치 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)가 연결될 수 있다. 각 스위치 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)의 동작은 정전류 제어 회로(425)에 의해 결정될 수 있다.
정전류 제어 회로(425)는 정류부가 출력하는 정류 전원의 레벨에 따라 각 스위치 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)의 턴-온 및 턴-오프를 결정할 수 있다. 정류 전원의 레벨은 한 주기 내에서 증가 및 감소하는 추세를 가질 수 있으며, 정전류 제어 회로(425)는 정류 전원의 레벨이 낮을 때 적은 개수의 LED 그룹(41, 42, 43, 44)이 턴-온되도록 스위치 소자(SW1, SW2, SW3, SW4) 중에서 일부를 턴-오프할 수 있다. 반대로, 정전류 제어 회로(425)는, 정류 전원의 레벨이 높을 때에는 많은 개수의 LED 그룹(41, 42, 43, 44)이 턴-온되도록 스위치 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)의 동작을 제어할 수 있다. 정전류 제어 회로(425)의 스위치 소자(SW1, SW2, SW3, SW4) 제어 동작 및 그에 따른 각 LED 그룹(41, 42, 43, 44)의 동작은 도 6 및 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 설명하기로 한다.
제어부(430)는 DALI 통신 프로토콜에 따라 수신하는 제어 커맨드에 기초하여 정전류 제어 회로(425)의 동작을 제어할 수 있다. 일 실시 형태에서, 제어부(430)는 정전류 제어 회로(425)가 각 스위치 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)를 턴-온 및 턴-오프하는 듀티 비(Duty Ratio)를 제어함으로써 발광부(40)의 광출력을 조절할 수 있다.
도 4에는 하나의 제어부(430)가 하나의 발광부(40)에 연결된 교류 구동부(420)의 동작을 제어하는 것으로 도시하였으나, 이와 달리 하나의 제어부(430)가 복수의 교류 구동부(420)의 동작을 제어할 수 있다. DALI 통신 프로토콜을 통해 수신하는 제어 커맨드에는 발광부(40)에 할당된 주소 정보가 포함될 수 있으며, 제어부(430)는 제어 커맨드에 포함된 주소 정보를 이용하여 복수의 발광부(40)에 연결된 복수의 교류 구동부(420) 각각의 동작을 제어할 수 있다.
다음으로 도 5를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 LED 구동 장치(500)는 상용 교류 전원(VAC)을 입력받아 정류하는 정류부(510), 정류부(510)의 출력에 따라 발광부(50)의 동작을 조절하는 교류 구동부(520) 및 제어부(530) 등을 포함할 수 있다. 교류 구동부(520)는 발광부(50)에 포함되는 복수의 LED 그룹(51, 52, 53, 54)의 양측 노드에 각각 연결되는 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)와, 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)에 포함되는 스위치 소자의 턴-온 및 턴-오프를 결정하는 스위치 제어 회로(525)를 포함할 수 있다.
발광부(50)는 복수의 LED 그룹(51, 52, 53, 54)을 포함할 수 있으며, 각 LED 그룹(51, 52, 53, 54) 사이에는 다이오드(D1, D2, D3)가 연결될 수 있다. 다이오드(D1, D2, D3)는 각 LED 그룹(51, 52, 53, 54) 양측의 노드에 연결되는 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)와 함께 각 LED 그룹(51, 52, 53, 54)의 연결 구조를 결정하는 데에 이용될 수 있다.
각 LED 그룹(51, 52, 53, 54)의 연결 구조는 스위치 제어 회로(525)가 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)에 포함되는 스위치 소자의 턴-온 및 턴-오프를 제어함으로써 결정될 수 있다. 스위치 제어 회로(525)는 정류부(510)가 출력하는 정류 전원의 레벨에 따라 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)에 포함되는 스위치 소자를 조절할 수 있다. 예를 들어, 정류부(510)가 출력하는 정류 전원의 레벨이 피크 값에 가깝게 증가하면, 스위치 제어 회로(525)는 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)에 포함되는 스위치 소자를 조절하여 각 LED 그룹(51, 52, 53, 54)이 서로 직렬로 연결되도록 제어할 수 있다. 반대로, 정류 전원의 레벨이 기준 전위에 가깝게 감소하면, 스위치 제어 회로(525)는 각 LED 그룹(51, 52, 53, 54)이 서로 병렬로 연결되도록 제어할 수 있다.
제어부(530)는 DALI 통신 프로토콜에 의해 전달되는 제어 커맨드를 수신하여 스위치 제어 회로(525)의 동작을 제어할 수 있다. 일 실시 형태에서 발광부(50)의 광출력은 스위치 제어 회로(525)가 조절하는 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)에 포함되는 스위치 소자의 듀티 비에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 제어부(530)는 스위치 제어 회로(525)가 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)의 스위치 소자의 듀티 비를 높이도록 제어하여 발광부(50)의 광출력을 증가시키거나, 또는 듀티 비를 낮추도록 제어하여 발광부(50)의 광출력을 감소시킬 수 있다. 즉, 정류부(510)가 출력하는 정류 전원이 한 주기 내에서 갖는 레벨의 증감에 따른 LED 그룹(51, 52, 53, 54)의 연결 구조 제어는 스위치 제어 회로(525)에 의해 실행될 수 있으며, 정류 전원의 크기에 관계 없는 제어, 예를 들어 발광부(50)의 광출력 또는 발광부(50)의 발광 시간 예약 설정 등과 같은 제어는 제어부(530)에 의해 실행될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치의 동작에 따른 복수의 LED 그룹의 연결 구조를 나타내는 회로도이다. 이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 도 4 및 도 5에 도시한 LED 구동 장치(400, 500)의 동작을 상세하게 설명한다.
우선 도 6과 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 도 4에 도시한 LED 구동 장치(400)의 동작을 설명한다. 도 6을 참조하면, 정류부(410)가 생성하는 정류 전원(VREC)은 한 주기 내에서 복수의 구간으로 구분될 수 있다. 도 6에서 정류 전원(VREC)은 한 주기 내에서 총 8개의 구간(t1~t8)으로 구분되는 것으로 도시하였으나, 이는 하나의 실시 형태일 뿐이며 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것은 아니다.
정류 전원(VREC)이 기준 전위(0V)보다 크고 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 구간(t1, t8)에서, 정전류 제어 회로(425)는 제2~제4 스위치 소자(SW2, SW3, SW4)를 턴-오프시키고 제1 스위치 소자(SW1)를 턴-온시킬 수 있다. 따라서, 정류 전원(VREC)이 기준 전위(0V)보다 크고 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 구간(t1, t8)에서는, 제1 LED 그룹(41)에만 전류가 흐르게 되어 제1 LED 그룹(41)만이 발광할 수 있다.
정류 전원(VREC)이 제1 임계 전압(Vth1)보다 크고 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 구간(t2, t7)에서 정전류 제어 회로(425)는 제2 스위치 소자(SW2)를 턴-온하고 제1, 제3, 제4 스위치 소자(SW1, SW3, SW4)를 턴-오프하여, 제1, 제2 LED 그룹(41, 42)이 발광하도록 제어할 수 있다. 또한, 정류 전원(VREC)이 제2 임계 전압(Vth2)보다 크고 제3 임계 전압(Vth3)보다 작은 구간(t3, t6)에서는, 제3 스위치 소자(SW3)가 턴-온되고 제1, 제2, 제4 스위치 소자(SW1, SW2, SW4)가 턴-온되어 제1~제3 LED 그룹(41, 42, 43)이 발광할 수 있다. 정류 전원(VREC)이 제3 임계 전압(Vth3)보다 크고 정류 전원(VREC)의 피크 값(Vpeak)보다 작은 구간(t4, t5)에서는 제4 스위치 소자(SW4)만이 턴-온되고 제1~제3 스위치 소자(SW1, SW2, SW3)가 턴-오프되어 모든 LED 그룹(41, 42, 43, 44)이 발광할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 정류 전원(VREC)의 한 주기 내에서 정류 전원(VREC)의 레벨에 따른 각 LED 그룹(41, 42, 43, 44)의 연결 구조를 나타낸 등가 회로도이다. 우선, 도 7a는 정류 전원(VREC)이 기준 전위(0V)보다 크고 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 구간(t1, t8)에서 각 LED 그룹(41, 42, 43, 44)의 연결 구조를 나타낸다. 도 7a를 참조하면, 정류 전원(VREC)이 기준 전위(0V)보다 크고 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 구간(t1, t8)에서는 제1 스위치 소자(SW1)만이 턴-온되어 제1 LED 그룹(41)만 발광할 수 있다. 제1 LED 그룹(41)에 흐르는 전류는 정전류 I1으로 정의될 수 있다.
도 7b는 정류 전원(VREC)이 제1 임계 전압(Vth1)보다 크고 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 구간(t2, t7)에서 각 LED 그룹(41, 42, 43, 44)의 연결 구조를 나타낸다. 도 7b를 참조하면, 정류 전원(VREC)이 제1 임계 전압(Vth1)보다 크고 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 구간(t2, t7)에서는 제2 스위치 소자(SW2)만이 턴-온되어 제1, 제2 LED 그룹(41, 42)이 발광할 수 있다. 제1, 제2 LED 그룹(41, 42)은 서로 직렬로 연결될 수 있으며, 이때 제1, 제2 LED 그룹(41, 42)에 흐르는 정전류는 I2으로 정의될 수 있다.
마찬가지로, 도 7c와 도 7d는 정류 전원(VREC)이 제2 임계 전압(Vth2)보다 크고 제3 임계 전압(Vth3)보다 작은 구간(t3, t6) 및 정류 전원(VREC)이 제3 임계 전압(Vth3)보다 크고 정류 전원(VREC)의 피크 값(Vpeak)보다 작은 구간(t4, t5)에서 LED 그룹(41, 42, 43, 44)의 연결 구조를 나타낸다. 즉, 도 6 및 도 7a와 도 7d를 참조하면, 한 주기 내에서 정류 전원(VREC)의 레벨이 피크 값(Vpeak)에 가깝게 증가할수록 많은 수의 LED 그룹(41, 42, 43, 44)이 서로 직렬로 연결되어 발광할 수 있다. 반대로, 한 주기 내에서 정류 전원(VREC)의 레벨이 기준 전위(0V)에 가깝게 감소할수록 적은 수의 LED 그룹(41, 42, 43, 44)이 서로 직렬로 연결되어 발광할 수 있다. 따라서, 한 주기 내에서 정류 전원(VREC)의 레벨 변화에 따른 발광부(50)의 광출력 변화를 최소화하기 위해, 제1 LED 그룹(41)이 가장 높은 광출력을 갖고, 제4 LED 그룹(44)이 가장 낮은 광출력을 가질 수 있다.
한편, 교류 구동부(420)의 동작을 제어하는 제어부(430)는 동작에 필요한 구동 전원을 정전류 제어 회로로부터 전달받을 수 있다. 정전류 제어 회로(425)는 각 LED 그룹(41, 42, 43, 44)에 연결된 스위치 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)를 제어하기 위해 정류 전원(VREC)의 레벨을 제1~제3 임계 전압(Vth1, Vth2, Vth3)과 비교할 수 있다. 따라서, 정전류 제어 회로는 미리 설정된, 또는 정류 전원(VREC)의 특성에 따라 결정되는 제1~제3 임계 전압(Vth1, Vth2, Vth3)을 생성하는 회로를 가질 수 있으며, 제어부(430)는 제1~제3 임계 전압(Vth1, Vth2, Vth3) 중 적어도 하나로부터 생성되는 구동 전원을 인가받아 동작할 수 있다.
교류 구동부(420)는 제1~제3 임계 전압(Vth1, Vth2, Vth3)을 정류 전원(VREC)과 비교하여 각 스위치 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(430)는 교류 구동부(420)가 정류 전원(VREC)과 비교하는 제1~제3 임계 전압(Vth1, Vth2, Vth3) 중 적어도 일부를 조절하거나, 또는 정류 전원(VREC)의 각 구간(t1~t8)에서 각 스위치 소자(SW1, SW2, SW3, SW4)가 턴-온 및 턴-오프되는 시간을 조절함으로써 발광부(40)의 광출력 등을 제어할 수 있다.
다음으로 도 6과 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 도 4에 도시한 LED 구동 장치(400)의 동작을 설명한다. 정류부(510)가 생성하는 정류 전원(VREC)은 한 주기 내에서 복수의 구간으로 구분될 수 있다. 정류 전원(VREC)이 기준 전위(0V)보다 크고 제1 임계 전압(Vth1)보다 작은 구간(t1, t8)에서, 스위치 제어 회로(525)는 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)를 제어하여 도 8a와 같이 각 LED 그룹(51, 52, 53, 54)이 서로 병렬로 연결되도록 제어할 수 있다. 이때, 각 LED 그룹(51, 52, 53, 54)에 흐르는 전류의 합은 정전류 I1`으로 정의될 수 있다.
정류 전원(VREC)이 제1 임계 전압(Vth1)보다 크고 제2 임계 전압(Vth2)보다 작은 구간에서는, 도 8b에 도시한 바와 같이 제1, 제2 LED 그룹(51, 52)이 서로 직렬로 연결되고, 제3, 제4 LED 그룹(53, 54)이 서로 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 제1, 제2 LED 그룹(51, 52)과 제3, 제4 LED 그룹(53, 54)은 서로 병렬로 연결될 수 있다. 정류 전원(VREC)이 제2 임계 전압(Vth2)보다 크고 제3 임계 전압(Vth3)보다 작은 구간에서는, 도 8c와 같이 제1, 제3, 제4 LED 그룹(51, 53, 54)이 서로 직렬로 연결되고, 제2 LED 그룹(52)은 제1 LED 그룹(51)에 병렬로 연결될 수 있다.
정류 전원(VREC)이 제3 임계 전압(Vth3)보다 크고 정류 전원(VREC)의 피크 값(Vpeak)보다 작은 구간에서는 모든 LED 그룹(51, 52, 53, 54)이 서로 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 정류 전원(VREC)의 한 주기 내에서 레벨 변화에 관계없이 각 LED 그룹(51, 52, 53, 54)이 항상 발광할 수 있으며, 다만 정류 전원(VREC)의 한 주기 내에서 레벨 변화에 따라 각 LED 그룹(51, 52, 53, 54)의 연결 구조가 바뀔 수 있다. 한편 본 실시 형태에서는, LED 그룹(51, 52, 53, 54) 각각의 광출력이 서로 실질적으로 동일할 수 있다.
한편 본 실시 형태에서, DALI 통신 프로토콜에 따라 수신한 제어 커맨드에 기초하여 스위치 제어 회로(525)의 동작을 제어하는 제어부(530)는, 그 동작에 필요한 구동 전원을 스위치 제어 회로(525)로부터 공급받을 수 있다. 스위치 제어 회로(525)는 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)의 동작을 제어하기 위해 정류 전원(VREC)의 레벨을 제1~제3 임계 전압(Vth1, Vth2, Vth3)과 비교할 수 있다. 이를 위해, 스위치 제어 회로(525)는 소정의 제1~제3 임계 전압(Vth1, Vth2, Vth3)을 생성하는 회로를 포함할 수 있으며, 제어부(530)는 제1~제3 임계 전압(Vth1, Vth2, Vth3) 중 적어도 하나로부터 생성되는 구동 전원을 공급받을 수 있다. 이때, 제어부(530)에 공급되는 구동 전원은 도 3에 도시한 실시 형태에 따라 별도의 충전부를 통해 공급될 수도 있다.
제어부(530)는 제어 커맨드에 기초하여 스위치 제어 회로(525)의 동작을 제어함으로써 발광부(50)의 광출력 등을 조절할 수 있다. 일 실시 형태에서, 제어부(530)는 스위치 제어 회로(525)가 정류 전원(VREC)과 비교하는 제1~제3 임계 전압(Vth1, Vth2, Vth3) 중 적어도 일부를 조절하거나, 또는 정류 전원(VREC)의 각 구간에서 제1, 제2 스위치 회로부(521, 523)에 포함된 스위치 소자의 턴-온 및 턴-오프 시간을 조절하여 발광부(50)의 광출력 등을 제어할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 구동 장치에 의해 동작할 수 있는 LED 패키지를 나타낸 것이다. 도 9 및 도 10에 도시한 LED 패키지는 도 1 내지 도 5의 발광부(10, 20, 30, 40, 50)에 포함될 수 있다.
도 9를 참조하면, 반도체 발광소자 패키지(1000)는 반도체 발광소자(1001), 패키지 본체(1002) 및 한 쌍의 리드 프레임(1003)을 포함하며, 반도체 발광소자(1001)는 리드 프레임(1003)에 실장되어 와이어(W)를 통하여 리드 프레임(1003)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시 형태에 따라, 반도체 발광소자(1001)는 리드 프레임(1003) 아닌 다른 영역, 예컨대, 패키지 본체(1002)에 실장될 수도 있을 것이다. 또한, 패키지 본체(1002)는 빛의 반사 효율이 향상되도록 컵 형상을 가질 수 있으며, 이러한 반사컵에는 반도체 발광소자(1001)와 와이어(W) 등을 봉지하도록 투광성 물질로 이루어진 봉지체(1005)가 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 반도체 발광소자 패키지(2000)는 반도체 발광소자(2001), 실장 기판(2010) 및 봉지체(2003)를 포함한다. 또한, 반도체 발광소자(2001)의 표면 및 측면에는 파장변환부(2002)가 형성될 수 있다. 반도체 발광소자(2001)는 실장 기판(2010)에 실장되어 와이어(W) 및 도전성 기판(209)(도 3 참조)를 통하여 실장 기판(2010)과 전기적으로 연결될 수 있다.
실장 기판(2010)은 기판 본체(2011), 상면 전극(2013) 및 하면 전극(2014)을 구비할 수 있다. 또한, 실장 기판(2010)은 상면 전극(2013)과 하면 전극(2014)을 연결하는 관통 전극(2012)을 포함할 수 있다. 실장 기판(2010)은 PCB, MCPCB, MPCB, FPCB 등의 기판으로 제공될 수 있으며, 실장 기판(2010)의 구조는 다양한 형태로 응용될 수 있다.
파장변환부(2002)는 형광체나 양자점 등을 포함할 수 있다. 봉지체(2003)는 상면이 볼록한 돔 형상의 렌즈 구조로 형성될 수 있지만, 실시 형태에 따라, 표면을 볼록 또는 오목한 형상의 렌즈 구조로 형성함으로써 봉지체(2003) 상면을 통해 방출되는 빛의 지향각을 조절하는 것이 가능하다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 LED 구동 장치를 조명 장치에 적용한 예를 나타낸다.
도 11의 분해사시도를 참조하면, 조명장치(5000)는 일 예로서 벌브형 램프로 도시되어 있으며, 발광모듈(5003)과 구동부(5008)와 외부접속부(5010)를 포함한다. 또한, 외부 및 내부 하우징(5006, 5009)과 커버부(5007)와 같은 외형구조물을 추가적으로 포함할 수 있다. 본 실시형태에서는, 1개의 반도체 발광소자(5001)가 회로기판(5002) 상에 실장된 형태로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수 개로 장착될 수 있다. 또한, 반도체 발광소자(5001)가 직접 회로기판(5002)에 실장되지 않고, 패키지 형태로 제조된 후에 실장될 수도 있다.
또한, 조명장치(5000)에서, 발광모듈(5003)은 열방출부로 작용하는 외부 하우징(5006)을 포함할 수 있으며, 외부 하우징(5006)은 발광모듈(5003)과 직접 접촉되어 방열효과를 향상시키는 열방출판(5004)을 포함할 수 있다. 또한, 조명장치(5000)는 발광모듈(5003) 상에 장착되며 볼록한 렌즈형상을 갖는 커버부(5007)를 포함할 수 있다. 구동부(5008)는 내부 하우징(5009)에 장착되어 소켓구조와 같은 외부접속부(5010)에 연결되어 외부 전원으로부터 전원을 제공받을 수 있다. 또한, 구동부(5008)는 발광모듈(5003)의 반도체 발광소자(5001)를 구동시킬 수 있는 적정한 전류원으로 변환시켜 제공하는 역할을 한다. 구동부(5008)는 도 1 내지 도 5에 도시한 LED 구동 장치(100, 200, 300, 400, 500) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, DALI 통신 프로토콜에 의해 외부로부터 제어 커맨드를 수신할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500 : LED 구동 장치
10, 20, 30, 40, 50 : 발광부
110, 210, 310, 410, 510 : 정류부
120, 220, 320, 420, 520 : 교류 구동부
130, 230, 330, 430, 530 : 제어부

Claims (10)

  1. 복수의 LED 그룹을 구동하는 LED 구동 장치에 있어서,
    교류 전원을 정류하여 정류 전원을 생성하는 정류부;
    상기 복수의 LED 그룹이 상기 정류 전원을 입력받아 동작하도록 상기 정류 전원의 레벨에 기초하여 상기 복수의 LED 그룹 각각의 동작을 제어하는 교류 구동부; 및
    DALI 통신 프로토콜에 의해 수신한 제어 커맨드에 기초하여 상기 교류 구동부의 동작을 제어하며, 상기 정류 전원을 구동 전원으로 인가받아 동작하는 제어부; 를 포함하는 LED 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정류 전원을 강압하여 상기 제어부에 상기 구동 전원으로 공급하는 전압 강하부; 를 더 포함하는 LED 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 교류 구동부는,
    상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원을 하나 이상의 임계 전압과 비교하고,
    상기 비교 결과에 따라 상기 복수의 LED 그룹 각각의 동작을 제어하는 LED 구동 장치
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 하나 이상의 임계 전압을 조절하여 상기 복수의 LED 그룹의 광출력을 제어하는 LED 구동 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 정류 전원과 상기 하나 이상의 임계 전압을 비교하여 상기 정류 전원의 한 주기를 복수의 구간으로 구분하고,
    상기 복수의 구간 각각의 길이를 조절하여 상기 복수의 LED 그룹의 광출력을 제어하는 LED 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 교류 구동부는,
    상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 증가하면 상기 복수의 LED 그룹 중에서 턴-온되는 LED 그룹의 수를 증가시키고,
    상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 감소하면 상기 복수의 LED 그룹 중에서 턴-온되는 LED 그룹의 수를 감소시키는 LED 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 교류 구동부는,
    상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 증가하면 상기 복수의 LED 그룹 중에서 서로 직렬로 연결되어 턴-온되는 LED 그룹의 수를 증가시키고,
    상기 정류 전원의 한 주기 내에서 상기 정류 전원의 레벨이 감소하면 상기 복수의 LED 그룹 중에서 서로 병렬로 연결되어 턴-온되는 LED 그룹의 수를 증가시키는 LED 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 DALI 통신 프로토콜에 의해 수신한 상기 제어 커맨드를 상기 제어부에 전달하는 DALI 인터페이스부; 를 더 포함하는 LED 구동 장치.
  9. 복수의 LED 그룹을 구동하는 LED 구동 장치에 있어서,
    교류 전원을 정류하여 정류 전원을 생성하는 정류부;
    상기 복수의 LED 그룹이 상기 정류 전원을 입력받아 동작하도록 상기 정류 전원의 레벨에 기초하여 상기 복수의 LED 그룹 각각의 동작을 제어하며, 소정의 직류 전원을 생성하는 교류 구동부; 및
    DALI 통신 프로토콜에 의해 수신한 제어 커맨드에 기초하여 상기 교류 구동부의 동작을 제어하며, 상기 직류 전원을 구동 전원으로 인가받아 동작하는 제어부; 를 포함하는 LED 구동 장치.
  10. 복수의 LED 그룹을 포함하는 발광부; 및
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 LED 구동 장치; 를 포함하는 조명 장치.
KR1020140074067A 2014-06-18 2014-06-18 Led 구동 장치 및 이를 포함하는 조명 장치 KR20150145290A (ko)

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