KR20160031722A - Ac 직결구동 led 플리커 개선 회로 - Google Patents

Ac 직결구동 led 플리커 개선 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로에 관한 것으로, 교류입력전원을 정류하여 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부로부터 공급된 전원에 의해 점등하는 복수의 LED; 상기 복수의 LED의 후단에 연결되어서 제어부로부터 입력되는 스위칭제어신호에 의해서 온 동작하여서 LED 구동 임계 전압에 이른 LED의 전류를 스위칭하는 복수의 LED동작스위치; 상기 LED에 입력되는 입력 전압이 상승하여 LED 구동 임계 전압에 도달하는지를 감지하고, 복수의 LED의 각 구동 임계 전압에 이른 경우에는 각 LED에 연결된 상기 LED동작스위치를 동작시키기 위한 스위칭제어신호를 출력하여 LED동작스위치를 동작 제어하는 제어부; LED와 병렬 연결되어서 상기 LED가 입력 전압의 사이클에 따라 점등 및 소등됨으로 인해 발생하는 플리커링(flickering)을 제거하기 위한 플리커 개선 콘덴서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, LED의 점등과 소등에 따라서 발생하는 플리커 현상을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Description

AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로{CIRCUIT FOR IMPROVING FLICKER IN AC DIRECT DRIVING LED}
본 발명은 AC 직결구동 LED(Light emitting diode)에 관한 것으로, 특히 LED의 점등과 소등에 따라서 발생하는 플리커 현상을 최소화하여 LED 램프의 광품질을 향상시킬 수 있도록 하는 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로에 관한 것이다.
일반적으로 LED(예컨대 LED 램프 등)을 구동하는 방식에는 전통적으로 AC-DC 컨버터 방식이 알려져 있다. 그러나 이 AC-DC 컨버터 방식은 SMPS(Switching Mode Power Supply) 방식으로서 제품의 단가가 제품가격의 약 25% 수준으로 매우 비싸서 LED 램프의 확산에 걸림돌이 되고 있고 이러한 문제점을 해결하기 위하여 초저가 구동방식인 AC 직결구동 방식이 대체 기술로 제시되고 있다.
도 1에는 종래기술에 의한 일반적인 AC 직결구동 LED 구동 회로가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 개시된 AC 직결구동 LED 구동 회로에 있어서 입력 전압(Vin) 파형에 따른 LED 전류(ILED) 파형과 LED의 구동 순서를 나타내는 개념도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1에 개시된 AC 직결구동 LED 구동 회로에 있어서 입력 전압(Vin) 파형에 따른 LED 전류(ILED) 파형도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래기술에 의한 일반적인 AC 직결구동 LED 구동 회로는 상용교류전원(10a)로부터 입력되는 교류전원을 전파정류하는 브리지 다이오드(10b)와, 브리지 다이오드(10b)로부터 공급되는 전파정류된 전원에 의해서 점등하는 복수의 LED(11,12,13,14)와, 복수의 LED(11,12,13,14)의 후단에 연결되어서 제어부(30)로부터 입력되는 스위칭제어신호에 의해서 온 동작하여서 LED 구동 임계 전압(VF)에 이른 LED의 전류를 스위칭하는 복수의 LED동작스위치(21,22,23,24)와, LED(11,12,13,14)에 입력되는 입력 전압(VIN)이 상승하여 LED 구동 임계 전압(VF)에 도달하는지를 감지하고 복수의 LED(11,12,13,14)의 각 구동 임계 전압(LED1 VF, LED2 VF, LED3 VF, LED4 VF,)에 이른 경우에는 각 LED(11,12,13,14)에 연결된 LED동작스위치(21,22,23,24)를 동작시키기 위한 스위칭제어신호를 출력하여 LED동작스위치를 동작 제어하는 제어부(30)를 포함하여 구성된다.
이때 복수의 LED인 LED1(11), LED2(12), LED3(13), LED4(14)는 하나의 고전압 LED일수도 있고 다수의 LED의 그룹일 수도 있다.
그리고, 도면번호 (40)은 도 1에 도시된 AC 직결구동 LED 구동 회로에서 입력전류와 출력전류를 일정하게 유지하기 위한 전류원(40)이다.
상기와 같은 구성에 의한 종래기술에 의한 일반적인 AC 직결구동 LED 구동 회로의 LED 구동 동작에 대해서 간단히 기술한다.
도 2와 같이 전파 정류된 AC 전압이 영(zero) 전압부터 상승해 전압이 LED1(11)의 임계전압(LED1 VF)에 도달하면 제1 LED동작스위치(21)가 온되어서 제1 LED동작스위치(21) 및 제4 LED동작스위치(24)를 통해서 정전류 제어되고, 전압이 계속 상승하여 LED2(12)의 임계전압(LED2 VF)에 도달하면 제2 LED동작스위치(22)가 온되어서 제2 LED동작스위치(22) 및 제4 LED동작스위치(24)를 통해서 정전류 제어되며, LED3(13)의 임계전압(LED3 VF)에 도달하면 제3 LED동작스위치(23)가 온되어서 제3 LED동작스위치(23) 및 제4 LED동작스위치(24)를 통해서 정전류 제어되며, 마지막으로 LED로 입력되는 입력 전압(VIN)이 LED4(14)의 임계전압(LED4 VF)에 도달하면 제4 LED동작스위치(24)를 통해서 정전류 제어되어서 모든 LED(11,12,13,14)가 점등된다.
따라서 입력 전압(VIN)의 상승구간(rising time)에서는 LED1(11)의 점등, LED1과 LED2의 점등, LED1과 LED2와 LED3의 점등, LED1과 LED2와 LED3와 LED4의 점등이라는 4 단계로 순차 점등된다.
그리고, 입력 전압이 위상 90°을 지나서 하락하면 점등 순서와는 역순으로 순차 소등하게 된다.
즉, 하강구간(falling time)에서는 LED4(14)의 구동 임계 전압(LED4 VF)보다 입력 전압(VIN)이 낮아지므로 제3 LED 동작스위치(23) 및 제4 LED 동작스위치(24)를 통해서 전류가 제어되어서 LED4(14)가 가장 먼저 소등되고, 순차적으로 LED3(13), LED2(12) 및 LED1(11)이 소등된다.
상기의 동작에서 알 수 있듯이 LED1이 가장 먼저 점등되고 가장 늦게 소등되므로 LED1(11)에 가장 많은 전류가 흐름을 알 수 있다. 따라서 도 3의 LED 전류(ILED)의 전류파형도에서 알 수 있듯이 전류가 흐르지 않거나 입력 전압의 사이클에 따라서 점등되는 LED 수가 다르므로 LED의 밝기에 많은 차이가 발생한다.
그리고, 이 방식은 도 2와 같이 AC 영(zero) 전압 시 LED에 전류가 흐르지 않고 또한 AC 전압 상승에 따라 순차적으로 각각의 LED 혹은 LED그룹이 동작함에 의해 도 3의 ILED와 같은 매우 큰 전류 리플이 발생되어 인체에 유해하다고 알려진 120Hz 플리커(Flicker)가 매우 크게 발생되고 있다.
현재 시장에 판매되고 있는 AC 직결구동 IC들은 이에 대한 대응책이 없어 기존 AC-DC 컨버터의 Valley-Fill 회로를 적용하거나 입력단[브리지 다이오드 후단]에 임의의 전해콘덴서를 삽입해 LED의 전체 구동 임계 전압 근방에서 수동 충전하고 필요시 방전제어를 통해 이를 개선하려 하고 있으나 AC 직결구동 제어에서 얻은 높은 역율(PF)과 THD-I가 저하되는 문제가 있고, 그리 높지 않은 효율 또한 더욱더 낮아지는 비효율적인 방식이라고 할 수 있다.
1. 특허문헌1: 한국공개특허공보 10-2014-0100391(2014.08.14)
2. 특허문헌2: 한국공개특허공보 10-2014-0100390(2014.08.14)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로, AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로는,
LED의 양단에 병렬로 플리커 개선 콘덴서를 병렬 구성함으로써 LED에 연속적인 전류가 흐를 수 있도록 하여 전류 리플을 최소화함으로써 플리커를 제어할 수 있도록 하고, 그리하여 LED 램프의 광품질을 향상시킬 수 있도록 하며,
또한, 복수의 LED의 종단에 메인 블로킹 다이오드를 삽입함으로써, 플리커 개선 콘덴서에 충전된 에너지가 MOSFET을 통해서 이상 방전되어서 LED를 손상시키는 것을 방지할 수 있도록 하며,
또한, 복수의 LED의 첫번 째 LED 또는 첫 번째 LED그룹을 제외한 나머지의 LED 또는 LED그룹과 각 LED그룹에 연결된 MOSFET의 사이에 내부 블로킹 다이오드를 직렬 삽입 구성함으로써, 플리커 개선 콘덴서에 충전된 에너지가 LED로 방전하여서 전류 리플을 최소화할 때에 방전되는 상대적으로 고압의 충전전류가 스위칭 온되어 있는 MOSFET을 통해서 흘러가서 LED를 손상시키거나 또는 MOSFET이나 제어부를 오동작시키는 것을 방지할 수 있도록 하며,
또한, 플리커 개선 콘덴서를 채택하더라도 입력 역율(PF), THD-I, 효율에 영향을 주지 않도록 하고, 그리하여 AC 직결구동 회로의 장점을 그대로 유지할 수 있도록 하며,
또한 종래의 일반적인 AC 직결구동 회로에 블록킹 다이오우드와 콘덴서를 외장 추가해 적용이 가능할 수 있어서 최소의 비용으로 제품을 구현할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로는, 교류입력전원을 정류하여 공급하는 전원 공급부; 상기 전원 공급부로부터 공급된 전원에 의해 점등하는 복수의 LED; 상기 복수의 LED의 후단에 연결되어서 제어부로부터 입력되는 스위칭제어신호에 의해서 온 동작하여서 LED 구동 임계 전압에 이른 LED의 전류를 스위칭하는 복수의 LED동작스위치; 상기 LED에 입력되는 입력 전압이 상승하여 LED 구동 임계 전압에 도달하는지를 감지하고, 복수의 LED의 각 구동 임계 전압에 이른 경우에는 각 LED에 연결된 상기 LED동작스위치를 동작시키기 위한 스위칭제어신호를 출력하여 LED동작스위치를 동작 제어하는 제어부; 상기 LED와 병렬 연결되어서 상기 LED가 입력 전압의 사이클에 따라 점등 및 소등됨으로 인해 발생하는 플리커링(flickering)을 제거하기 위한 플리커 개선 콘덴서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 플리커 개선 콘덴서는 상기 복수의 LED가 모두 점등된 경우에는 충전을 하고 상기 LED 중에서 적어도 어느 하나의 LED라도 소등된 경우에 상기 LED로 충전에너지를 방전하여 전류 리플을 제거함으로써 플리커를 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로에 의하면 바람직하게는, 상기 플리커 개선 콘덴서가 상기 LED동작스위치 동작시에 동작된 LED동작스위치를 경유하여 충전된 전류를 방전함으로써 상기 LED를 손상시키거나 또는 상기 제어부와 LED동작스위치를 오동작시키는 것을 방지하기 위하여 상기 LED에 직렬 연결되는 메인 블로킹 다이오드가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 블로킹 다이오드는 상기 복수의 LED의 종단의 캐소드단에 직렬 연결되어서 상기 플리커 개선 콘덴서가 상기 LED동작스위치 동작시에 동작된 LED동작스위치를 경유하여 충전된 전압을 방전함으로써 상기 LED를 손상시키거나 또는 상기 제어부와 LED동작스위치를 오동작시키는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 LED동작스위치는 MOSFET으로 구성된다.
본 발명에 따른 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로에 의하면, 상기 MOSFET에 직렬 연결되어서 상기 플리커 개선 콘덴서의 충전에너지가 방전시에 상기 MOSFET을 통해서 상기 LED로 전류가 방전되는 것을 차단하기 위한 내부 블로킹 다이오드가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 내부 블로킹 다이오드는 복수의 LED 중에서 첫 번째 LED를 제외한 나머지 LED 또는 LED 그룹에 연결된 MOSFFET의 드레인(Drain)단자 또는 소스(Source)단자에 직렬 연결되어서 상기 플리커 개선 콘덴서의 충전에너지가 방전시에 상기 MOSFET을 통해서 상기 LED로 전류가 방전되는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, LED의 양단에 병렬로 플리커 개선 콘덴서를 병렬 구성함으로써 LED에 연속적인 전류가 흐를 수 있도록 하여 전류 리플을 최소화함으로써 플리커를 제어할 수 있고, 그 결과 LED 램프의 광품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 LED의 종단에 메인 블로킹 다이오드를 삽입함으로써, 플리커 개선 콘덴서에 충전된 에너지가 LED로 방전하여서 플리커를 제거할 때에, 방전되는 상대적으로 고압의 충전전류가 MOSFET을 통해서 흘러가서 LED를 손상시키는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 LED의 첫번 째 LED 또는 첫 번째 LED그룹을 제외한 나머지의 LED 또는 LED그룹과 각 LED그룹에 연결된 MOSFET의 사이에 내부 블로킹 다이오드를 직렬 삽입 구성함으로써, 플리커 개선 콘덴서가 충전된 에너지를 LED로 방전하여서 전류 리플을 최소화할 때에 방전되는 상대적으로 고압의 충전전류가 스위칭 온되어 있는 MOSFET을 통해서 흘러가서 LED를 손상시키거나 또는 MOSFET이나 제어부를 오동작시키는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 플리커 개선 콘덴서를 채택하더라도 입력 역율(PF), THD-I, 효율에 영향을 주지 않으며 그 결과 AC 직결구동 회로의 장점을 그대로 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 종래의 일반적인 AC 직결구동 회로에 블록킹 다이오우드와 콘덴서를 외장 추가해 적용이 가능할 수 있어서 최소의 비용으로 제품을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 의한 일반적인 AC 직결구동 LED 구동 회로도이다.
도 2는 도 1에 개시된 AC 직결구동 LED 구동 회로에 있어서 입력 전압(Vin) 파형에 따른 LED 전류(ILED) 파형과 LED의 구동 순서를 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 1에 개시된 AC 직결구동 LED 구동 회로에 있어서 입력 전압(Vin) 파형에 따른 LED 전류(ILED) 파형도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로에 있어서 교류입력전압과 LED 전류의 파형도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로의 구성도이다.
본 발명의 실시 예들은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 실시 예들을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예들의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예들의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 실시 예들을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시 예들에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 실시 예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시 예들에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로는 도 1에 개시된 종래의 AC 직결구동 LED 구동 회로에서 문제되었던 플리커 발생을 개선한 회로이다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로의 구성도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로에 있어서 교류입력전압과 LED 전류의 파형도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로는 전원 공급부와 복수의 LED(111,112,113,114)와 복수의 LED동작스위치(121,122,123,124)와 제어부(130)와 플리커 개선 콘덴서(140)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 전원 공급부는 교류입력전원을 정류하여 LED로 공급하는 수단으로서, 전원 공급부는 예컨대 교류입력전원(101)과 브리지 다이오드(102)로 구성될 수 있다. 교류입력전원(101)(Vin)으로는 상용 교류 220V 전원이 공급될 수 있으며 본 발명의 적용이 상기 전압 크기로 한정되지는 않음은 물론이다.
상기 교류입력전원(101)은 브리지 다이오드(102)를 통해 전파 정류된 후 LED(111,112,113,114)로 공급된다.
상기 복수의 LED(111,112,113,114)는 상기 전원 공급부로부터 공급된 전원에 의해 점등하는 램프이다.
상기 LED(111,112,113,114)는 예컨대 LED1(111), LED2(112), LED3(113), LED4(114)로 구성될 수 있는데, 각 LED1,2,3,4(111)(112)(113)(114)는 하나의 고출력 LED(HV-LED)일 수도 있고 또는 다수의 LED들의 그룹일 수도 있으며, 도 4에는 4 개의 LED 또는 4 개의 LED그룹을 예를 들어서 설명하고 있으나 그 수 또는 그룹의 개수는 여기에 한정되지 않음은 물론이다.
상기 LED(111,112,113,114)는 공급되는 전력의 전압(VIN)이 미리 설정된 LED 구동 임계 전압(LED VF) 이상일 경우 점등됨은 전술한 바와 같다.
상기 복수의 LED동작스위치(121,122,123,124)는 각 LED(111,112,113,114)의 후단에 연결되어서 제어부(130)로부터 입력되는 스위칭제어신호에 의해서 스위칭 온 동작하여서 LED 구동 임계 전압(VF)에 이른 각 LED(111,112,113,114)의 전류를 스위칭하여 전류가 흐르도록 한다.
상기 제어부(130)는 LED(111,112,113,114)에 입력되는 입력 전압(VIN)이 상승하여 LED 구동 임계 전압(VF)에 도달하는지를 감지하고, 복수의 LED(111,112,113,114)의 각 구동 임계 전압(LED1 VF, LED2 VF, LED3 VF, LED4 VF)에 이른 경우에는 각 LED(111,112,113,114)에 연결된 LED동작스위치(121,122,123,124)를 동작시키기 위한 스위칭제어신호를 출력하여 LED동작스위치(121,122,123,124)를 동작 제어한다.
상기 플리커 개선 콘덴서(140)는 LED(111,112,113,114)의 양단에 병렬 연결되어서 LED(111,112,113,114)가 입력 전압(VIN)의 사이클에 따라 점등 및 소등됨으로 인해 발생하는 플리커링(flickering) 현상을 최소화 내지 제거하기 위한 소자이다.
상기 플리커 개선 콘덴서(150)는 복수의 LED(111,112,113,114) 전체의 양단에 병렬 연결됨으로써 발광램프인 LED의 개수가 증감되더라도 설치를 쉽게 할 수 있어서 LED(111,112,113,114)의 개수 증감을 용이하게 할 수 있고, 또한 LED(111,112,113,114)의 개수 또는 그룹수가 증가하더라도 효율에는 변동이 없게 되는 이점이 있다.
상기 플리커 개선 콘덴서(150)는 복수의 LED(111,112,113,114)가 모두 점등된 경우에는 충전을 하고 충전된 이후에 전체 LED(111,112,113,114) 중에서 적어도 어느 하나의 LED라도 소등된 경우에는 충전되었던 충전에너지를 LED(111,112,113,114)로 방전(이하 이 경우의 방전을 "정상 방전"이라고도 칭함)함으로써 LED(111,112,113,114)에 전류가 연속적으로 흐르게 하고 그리하여 전류 리플을 최소화함으로써 플리커의 발생을 차단할 수 있게 한다.
도 4 및 도 6에 개시된 본 발명의 일 실시예에 있어서 상기 플리커 개선 콘덴서(150)는 직렬 연결된 복수의 LED(111,112,113,114)[또는 복수의 LED 그룹]의 양단에 병렬 연결되어 있는 실시예를 보이고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 LED(111,112,113,114)[또는 복수의 LED 그룹] 각각에 일대일로 병렬 구성될 수도 있으며 이 경우에도 본원발명의 기술적 범위에 속한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로에 있어서, 충전된 상기 플리커 개선 콘덴서(150)가 상기 LED동작스위치(121,122,123,124) 동작시에 충전된 전압을 방전하여 상기 LED(111,112,113,114)를 손상시키거나 또는 상기 제어부(130)와 LED동작스위치(121,122,123,124)를 오동작시키는 것을 방지하기 위하여 LED(111,112,113,114)의 후단에 직렬 연결되는 메인 블로킹 다이오드(161)가 더 포함되어서 구성되는 것이 바람직하다.
상기 메인 블로킹 다이오드(161)는 상기 복수의 LED(111,112,113,114)의 종단의 캐소드단에 직렬 연결되어서 플리커 개선 콘덴서(150)가 LED동작스위치(121,122,123,124)의 동작시에 동작된 LED동작스위치(121,122,123,124)를 경유하여 충전된 전압을 방전함으로써 LED를 손상시키거나 또는 제어부(130)와 LED동작스위치(121,122,123,124)를 오동작시키는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 블로킹 다이오드(161)의 기능 및 동작에 대해서 상세 설명한다.
상기 플리커 개선 콘덴서(150)가 추가되면 입력 전압(VIN)의 첫 번째 사이클에서 즉, 전체 LED(111,112,113,114)가 모두 점등되면 플리커 개선 콘덴서(150)에는 전체 LED의 구동 임계 전압(모든 LED의 토탈 구동 임계 전압)만큼의 전압이 충전되고, 이렇게 충전된 전압은 입력 전압(VIN)의 두 번째 사이클에서 제1 LED동작스위치(121)가 온 동작하여서 LED1(111)이 점등될 때에 플리커 개선 콘덴서(150) -> LED1(111) -> 제1 LED동작스위치(121) -> LED4(114)의 경로를 따라서 상대적으로 고전압인 플리커 개선 콘덴서(150)의 충전전압이 급격히 방전(이하에서는 "이상 방전"이라고도 한다)된다.
또한, 입력 전압(VIN)이 상승하여서 제2 LED동작스위치(122)가 온 동작하여서 LED2(112)가 점등될 때에 플리커 개선 콘덴서(150) -> LED1(111), LED2(112) -> 제2 LED동작스위치(122) -> LED4(114)의 경로를 따라서 상대적으로 고전압인 플리커 개선 콘덴서(150)의 충전전압이 급격히 방전된다.
마찬가지로, 입력 전압(VIN)이 더 상승하여서 제3 LED동작스위치(123)가 온 동작하여서 LED3(113)가 점등될 때에 플리커 개선 콘덴서(150) -> LED1(111), LED2(112), LED3(113) -> 제3 LED동작스위치(123) -> LED4(114)의 경로를 따라서 상대적으로 고전압인 플리커 개선 콘덴서(150)의 충전전압이 급격히 방전된다.
구동 임계 전압 이상의 고전압이 들어온 LED4(114)는 큰 손상을 입게 될 수 있고, 또한 제1,2,3 LED동작스위치(121,122,123)나 제어부(130)에 오동작을 일으킬 수 있다.
상기와 같은 플리커 개선 콘덴서(150)의 이상 방전에 따른 문제점을 예방하기 위해서 즉, 이상 방전에 따른 방전전류가 LED(111,112,113,114)로 이상 침투하는 것을 차단하기 위해서 LED(111,112,113,114) 중에서 가장 마지막에 위치한 종단 LED(114)의 후단과 제3 LED동작스위치(123) 사이에 메인 블로킹 다이오드(161)를 삽입 구성하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로에 있어서, 상기 LED동작스위치는 MOSFET으로 구성되는 것이 바람직하다.
이때, MOSFET에는 제1 MOSFET(121), 제2 MOSFET(122), 제3 MOSFET(123) 및 제4 MOSFET(124)이 마련된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로에 있어서, 상기 MOSFET(121,122,123,124)에 직렬 연결되어서 플리커 개선 콘덴서(150)에 충전된 전압이 방전시에 MOSFET(121,122,123,124)을 통해서 LED(111,112,113,114) 쪽으로 전류가 방전되는 것을 차단하기 위한 내부 블로킹 다이오드(162,163)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 내부 블로킹 다이오드(162,163)는 복수의 LED(111,112,113,114) 중에서 첫 번째 LED(111)[또는 첫 번째 LED(111)에 연결된 제1 MOSFET(121)]를 제외한 나머지 LED(112,113)에 연결된 MOSFFET(122,123)의 드레인(Drain)단자 또는 소스(Source)단자에 직렬 연결되어서 플리커 개선 콘덴서(150)의 충전에너지가 방전시에 MOSFET(122,123)을 통해서 LED로 전류가 방전되는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.
만약 메인 블로킹 다이오드(161)만이 있고 제2 내부 블로킹 다이오드(163)가 없는 경우, 제1 MOSFET(121)이 온 동작되면 플리커 개선 콘덴서(150)의 충전전압은 LED1(111) -> 제1 MOSFET(121) -> 제3 MOSFET(123)의 내부 다이오드 -> LED3(113)의 경로를 통해서 이상 방전되고, 그 결과 LED3(113)가 상대적 고전압인 방전전압에 의해서 손상되는 문제가 발생할 수 있고, 이러한 문제를 해결하기 위해서 제2 내부 블로킹 다이오드(163)가 부가적으로 구성되었다.
마찬가지로, 만약 메인 블로킹 다이오드(161)과 제2 내부 블로킹 다이오드(163)만이 있고 제1 내부 블로킹 다이오드(162)가 없는 경우, 제1 MOSFET(121)이 온 동작되면 플리커 개선 콘덴서(150)의 충전전압은 LED1(111) -> 제1 MOSFET(121) -> 제2 MOSFET(122)의 내부 다이오드 -> LED2(112)의 경로를 통해서 이상 방전되고 그 결과 LED2(112)가 상대적 고전압인 방전전압에 의해서 손상되는 문제가 발생할 수 있고, 이러한 문제를 해결하기 위해서 제1 내부 블로킹 다이오드(162)가 부가적으로 구성되었다.
플리커 개선 콘덴서(150)에 의한 충전된 전압의 방전은 정상적으로 방전되어야만 플리커 제거 효율이 높아지는데, 상기와 같이 이상 방전이 발생하면 플리커 제거 효율이 저하되므로 상기 메인 블로킹 다이오드(161)와 제1,2 내부 블로킹 다이오드(162,163)는 그 기능이 매우 중요하다고 할 수 있다.
미설명의 140은 전류원임은 전술한 바와 같다.
한편, 도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로의 구성도가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로는 도 4에 도시된 실시예에서 복수의 LED오프스위치(125,126,127)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 LED오프스위치(125,126,127)는 입력 전압의 하강시(falling time)에 복수의 LED(111,112,113,114)가 온(on)된 순서로 LED(111,112,113,114)를 순차 오프(off)하기 위하여 LED(111,112,113,114)에 병렬연결되는 스위칭소자이다.
이때, 상기 제어부(130)는 교류입력전원의 전압 하강시에 LED(111,112,113,114)를 소등하기 위한 스위칭제어신호를 LED오프스위치(125,126,127)로 출력한다.
상기 LED오프스위치(125,126,127)의 구성 채택에 의해서 각 LED(111,112,113,114)들의 밝기를 균일하게 할 수 있어서 각 LED(111,112,113,114) 간의 밝기 편차 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기 LED오프스위치(125,126,127)를 부가적으로 채택하더라도 상기 플리커 개선 콘덴서(150)의 적어도 하나의 LED 소등시에 충전전류를 방전하여 전류 흐름을 연속적으로 하는 동작은 그대로 수행될 수 있으며, 따라서 플리커 개선 콘덴서(150)를 이용한 플리커 제거 기술은 전압 하강시에 LED오프스위치(125,126,127)의 순차적 동작시에도 그대로 적용될 수 있게 된다.
그리고, 상기와 같이 LED오프스위치(125,126,127)를 채택하고 LED(111,112,113,114)의 점등의 역순으로 LED(111,112,113,114)를 소등 즉, LED1(111) -> LED1(111), LED2(112) -> LED1(111), LED2(112), LED3(113) -> LED1(111), LED2(112), LED3(113), LED4(114) 순서로 소등하기 위하여 제1 LED오프스위치(125), 제2 LED오프스위치(126) 및 제3 LED오프스위치(127)를 순차로 동작시키는 경우 LED(111,112,113,114)들의 전류가 같아지므로 더욱더 효과적으로 플리커 제거가 가능하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로에 있어서, 상기 LED오프스위치(125,126,127)는 MOSFET으로 구성되고, 상기 플리커 개선 콘덴서(150)와 LED오프스위치(125,126,127) 사이에 구비되어서 플리커 개선 콘덴서(150)에 충전된 전압이 방전시에 LED오프스위치(125,126,127)를 통해서 LED(111,112,113,114) 쪽으로 전류가 방전되는 것을 차단하기 위한 오프스위치 블로킹 다이오드(164)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
이에 의하면, 플리커 개선 콘덴서(150)에 충전된 에너지가 LED오프스위치(125,126,127)를 통해서 LED(111,112,113,114) 쪽으로 이상 방전하는 것을 차단할 수 있는 이점이 있다.
다음은 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 다른 실시예에 의한 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로의 동작에 대해서 기술한다.
먼저 도 4에 개시된 회로의 동작을 설명한다.
전파 정류된 입력 전압이 영(zero) 전압부터 점차 상승하여 전압이 각 LED(111,112,113,114)의 구동 임계 전압에 이를 때마다 각 LED(111,112,113,114)가 점등되고, 이때 플리커 개선 콘덴서(150)는 전체 LED의 구동 임계 전압값의 합산 전압값으로 충전된다.
그리고, 입력 전압이 강하하면서 임계전압 이하로 내려가면 LED4(114)로부터 순차로 LED가 오프하는데, 이때 전체 LED(111,112,113,114)의 구동 임계 전압값의 합산 전압값으로 충전되어 있던 플리커 개선 콘덴서(150)가 방전(정상 방전)을 하게 되어서 LED(111,112,113,114)로 방전전류가 흐르고 이는 전류의 흐름이 연속적으로 되어서 플리커 발생을 최소화 할 수 있게 되는 것이다.
즉, 충전된 전압은 LED4(114)부터 전류가 흐르지 않는 구간이 발생하면서 방전이 시작되고, 도 5와 같이 LED 전류(ILED) 파형을 개선해 전류 리플을 최소화함에 따라서 플리커를 개선할 수 있고 또한 그 정도를 제어할 수 있다.
한편, 상기 메인 블로킹 다이오드(161)와 제1,2 내부 블로킹 다이오드(162,163)의 구성에 의해서 이상 방전을 예방할 수 있음은 물론이다.
도 4와 같이 회로 구성을 하더라도 역률(PF)과 THD-I는 동일한 수준을 유지할 수 있고, 입력 효율은 메인 블로킹 다이오드(161), 제1,2 내부 블로킹 다이오드(162,163)의 구동손실만큼만 미세하게 하락하는 수준에서 퍼센트 플리커와 인덱스 플리커를 동시에 만족시킬 수 있다.
또한 플리커 개선 콘덴서(150)는 수요자의 요구 수준에 따라 그 용량을 조절해 적당한 플리커 수준을 셋팅할 수 있다.
다음으로 도 6에 개시된 다른 실시예에 의한 회로의 동작을 설명한다.
도 6에 개시된 회로의 경우에도 기본적으로 도 4에 개시된 실시예와 동일하며 다만 도 6에 개시된 실시예는 입력 전압 하강시에 LED(111,112,113,114)의 소등이 점등된 순서와 반대로 소등되는데 이 경우에도 플리커 개선 콘덴서(150)의 방전이 발생하여서 LED(111,112,113,114)로 방전 전류가 흐르고 따라서 플리커 개선 효과가 발생됨은 동일하다.
특히 도 6에 개시된 실시예의 경우에는 LED(111,112,113,114) 간의 밝기 편차가 없어서 플리커 제거를 위한 제어가 더욱더 효과적으로 할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술분야에 있어 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있다.
111,112,113,114 : LED 121,122,123,124 : LED동작스위치
125, 126, 127 : LED오프스위치 130 : 제어부
140 : 플리커 개선 콘덴서 150 : 플리커 개선 콘덴서
161 : 블로킹 다이오드 162 : 제1 내부 블로킹 다이오드
163 : 제2 내부 블로킹 다이오드 164 : 오프스위치 블로킹 다이오드

Claims (4)

  1. 교류입력전원을 정류하여 공급하는 전원 공급부;
    상기 전원 공급부로부터 공급된 전원에 의해 점등하는 복수의 LED;
    상기 복수의 LED의 후단에 연결되어서 제어부로부터 입력되는 스위칭제어신호에 의해서 온 동작하여서 LED 구동 임계 전압에 이른 LED의 전류를 스위칭하는 복수의 LED동작스위치;
    상기 LED에 입력되는 입력 전압이 상승하여 LED 구동 임계 전압에 도달하는지를 감지하고, 복수의 LED의 각 구동 임계 전압에 이른 경우에는 각 LED에 연결된 상기 LED동작스위치를 동작시키기 위한 스위칭제어신호를 출력하여 LED동작스위치를 동작 제어하는 제어부;
    상기 LED와 병렬 연결되어서 상기 LED가 입력 전압의 사이클에 따라 점등 및 소등됨으로 인해 발생하는 플리커링(flickering)을 제거하기 위한 플리커 개선 콘덴서;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플리커 개선 콘덴서는 상기 복수의 LED가 모두 점등된 경우에는 충전을 하고 상기 LED 중에서 적어도 어느 하나의 LED라도 소등된 경우에 상기 LED로 충전에너지를 방전함으로써 플리커를 제거하는 것을 특징으로 하는 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 플리커 개선 콘덴서가 상기 LED동작스위치 동작시에 동작된 LED동작스위치를 경유하여 충전된 전압을 방전함으로써 상기 LED를 손상시키거나 또는 상기 제어부와 LED동작스위치를 오동작시키는 것을 방지하기 위하여 상기 LED에 직렬 연결되는 메인 블로킹 다이오드가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 LED동작스위치는 MOSFET으로 구성되고,
    상기 MOSFET에 직렬 연결되어서 상기 플리커 개선 콘덴서의 충전에너지가 방전시에 상기 MOSFET을 통해서 상기 LED 쪽으로 전류가 방전되는 것을 차단하기 위한 내부 블로킹 다이오드가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 AC 직결구동 LED 플리커 개선 회로.
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