KR20160047175A - 조명 장치의 구동 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드를 포함하는 조명 장치에서 플리커(Flicker)를 개선한 조명 장치의 구동 회로를 개시하며, 미리 설정된 레벨 이상의 정류 전압을 이용하여 크기가 제한된 전류에 의한 충전을 수행하여 충전 전압을 확보하고, 미리 설정된 레벨 미만의 정류 전압에 대응하여 충전 전압의 방전을 수행함으로써 발광 다이오드 그룹을 포함하는 조명부에 제공되는 정류 전압에 대한 보상을 수행하여서 플리커를 개선할 수 있다.

Description

조명 장치의 구동 회로{DRIVING CIRCUIT OF LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 다이오드를 포함하는 조명 장치에서 플리커(Flicker)를 개선한 구동 회로에 관한 것이다.
조명 장치는 에너지 절감을 위하여 적은 양의 에너지로 높은 발광 효율을 갖는 광원을 이용하도록 개발되고 있다. 조명 장치에 이용되는 대표적인 광원은 발광 다이오드(LED)가 예시될 수 있다.
발광 다이오드는 에너지 소비량, 수명 및 광질 등과 같은 다양한 요소에서 다른 광원들과 차별화되는 이점을 갖는다. 발광 다이오드는 전류에 의하여 구동되는 특성을 갖는다. 그러므로, 발광 다이오드를 광원으로 하는 조명 장치는 전류 구동을 위한 추가적인 회로가 많이 필요한 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하고자, 조명 장치는 교류 다이렉트 방식(AC DIRECT TYPE)으로 교류 전원을 발광 다이오드에 제공하도록 개발된 바 있다. 조명 장치는 교류 전원을 교류가 정류된 전압으로 변환하고 교류가 정류된 전압을 이용한 전류 구동에 의하여 발광 다이오드가 발광하도록 구성된다. 상기한 조명 장치는 인덕터 및 캐패시터를 사용하지 않고 교류가 정류된 전압을 그대로 사용하기 때문에 역률(POWER FACTOR)이 양호한 특성이 있다.
교류가 정류된 전압(이하, "정류 전압"이라 함)은 정류기의 전파 정류에 의하여 교류 전압이 전파 정류된 전압을 의미한다.
상술한 조명 장치는 교류가 정류된 전압의 특성에 의하여 소등되는 구간이 발생하며 그에 따라 플리커가 발생하는 문제점을 가질 수 있다. 그러므로, 발광 다이오드를 이용하여 조명을 구현하는 조명 장치는 정류 전압의 특성에 의하여 발생하는 플리커를 간단한 회로를 이용하여 저감시킬 필요성이 있다.
본 발명의 목적은 콘덴서를 이용하여 정류 전압을 충방전하고 간단하면서 적은 부품 수로 구성되는 회로를 이용하여 플리커를 해소할 수 있는 조명 장치의 구동 회로를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 광량이 비교적 높은 발광 다이오드들에 대해서 정류 전압을 충방전하여 플리커를 해소하고, 광량이 비교적 낮은 발광 다이오드들에 대해서 개별적인 충방전을 구현하여 플리커를 해소할 수 있는 조명 장치의 구동 회로를 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 광량이 비교적 낮은 발광 다이오드들의 발광에 대응하여 전류 경로의 전류를 따르도록 충전을 제어함으로써 역률을 개선할 수 있는 조명 장치의 구동 회로를 제공함에 있다.
본 발명의 정류 전압을 이용하는 조명 장치의 구동 회로는, 상기 정류 전압에 대응하여 발광하며 복수의 발광 다이오드 그룹으로 구분되는 발광 다이오드들을 포함하는 조명부; 적어도 하나 이상의 발광 다이오드를 통하여 제공되는 제1 레벨 이상의 상기 정류 전압을 이용하여 크기가 제한된 전류에 의한 제1 충전을 수행하여서 충전 전압을 확보하고, 상기 제1 레벨보다 낮은 제2 레벨 미만의 상기 정류 전압에 대응하여 상기 조명부의 입력단에 상기 충전 전압을 제1 방전하는 플리커 제어 회로; 및 상기 조명부의 발광을 위한 전류 경로를 제공하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 정류 전압을 이용하는 조명 장치는, 상기 정류 전압에 대응하여 발광하며 복수의 발광 다이오드 그룹으로 구분되는 발광 다이오드들을 포함하는 조명부; 미리 설정된 레벨 이상의 상기 정류 전압을 이용하여 크기가 제한된 전류에 의한 제1 충전을 수행하여 충전 전압을 확보하고, 미리 설정된 레벨 미만의 상기 정류 전압에 대응하여 상기 충전 전압의 제1 방전을 수행함으로써, 상기 조명부에 제공되는 상기 정류 전압에 대한 보상을 수행하는 플리커 제어 회로; 및 상기 조명부의 발광을 위한 전류 경로를 제공하는 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명은 저용량의 콘덴서를 이용하여 정류 전압을 충방전함에 의하여 발광 다이오드를 이용하는 조명 장치의 플리커를 해소할 수 있고, 간단하면서 적은 부품 수의 회로를 이용하여서 플리커를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 광량이 비교적 높은 발광 다이오드들에 대해서 정류 전압을 충방전하고, 광량이 비교적 낮은 발광 다이오드들에 대해서 개별적인 충방전을 구현하여 조명 장치의 플리커를 해소할 수 있다.
또한, 본 발명은 발광 다이오드들의 광량이 비교적 낮은 발광에 대응하여 발광 다이오드 전류 경로의 전류를 따르도록 충전을 제어함으로써 조명 장치의 역률을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 조명 장치의 구동 회로의 실시예를 예시한 회로도.
도 2는 도 1의 제어부의 상세 회로도.
도 3은 일반적인 제어 회로의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 4는 도 1의 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 5는 도 1에서 변형된 실시예를 예시한 회로도.
도 6은 본 발명의 조명 장치의 구동 회로의 다른 실시예를 예시한 회로도.
도 7은 도 6의 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 8은 도 6에서 변형된 실시예를 예시한 회로도.
도 9는 도 8의 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 10은 본 발명의 조명 장치의 구동 회로의 또다른 실시예를 예시한 회로도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
본 발명의 조명 장치는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 반도체 발광 특성을 갖는 광원을 이용할 수 있으며, 반도체 발광 특성을 갖는 광원은 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 도 1과 같이 교류 다이렉트 방식으로 구동되는 조명 장치를 이용하여 개시될 수 있다. 도 1의 실시예의 조명 장치는 교류 전원에 의하여 광원이 발광하며, 광원의 발광에 대응하여 전류를 규제하기 위한 전류 레귤레이션을 수행되도록 구성된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 전원 회로(10), 조명부(20), 제어부(30), 전류 센싱 저항(Rs) 및 플리커 제어 회로(40)를 포함한다.
전원 회로(10)는 정류 전압을 제공하며, 조명부(20)는 정류 전압에 의하여 발광하고, 제어부(30)는 조명부(20)의 발광에 대응한 전류를 규제하기 위한 전류 레귤레이션을 수행하고 발광을 위한 전류 경로를 제공한다. 그리고, 전류 센싱 저항(Rs)은 전류 경로를 제공하며 제어부(30)의 전류 레귤레이션을 위한 센싱 전압을 제공한다. 플리커 제어 회로(40)는 플리커가 저감될 수 있도록 정류 전압을 보상하기 위한 충방전을 수행한다.
이 중, 전원 회로(10)는 전원(Vs) 및 정류 회로(12)를 포함한다. 여기에서, 전원(Vs)은 교류 전력을 제공하는 상용 교류 전원일 수 있다.
정류 회로(12)는 교류 전압의 부극성 전압을 정극성 전압으로 변환한다. 즉,정류 회로(12)는 교류 전원(Vs)에서 제공되는 교류 전력의 정현파 파형을 갖는 교류 전압을 전파 정류한 정류 전압을 출력한다. 정류 전압은 상용 교류 전압의 반 주기 단위로 전압 레벨이 승하강하는 리플을 갖는 특성이 있다. 본 발명의 실시예에서 정류 전압의 상승 또는 하강은 정류 전압의 리플 성분의 상승 또는 하강을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 광원으로 구성되는 조명부(20)는 정류 회로(12)에서 제공되는 정류 전압에 의하여 발광된다.
조명부(20)는 복수의 발광 다이오드를 포함하고, 복수의 발광 다이오드가 다수의 발광 다이오드 그룹으로 구분되어서 순차적으로 발광 또는 소광하도록 구성될 수 있다. 도 1에서 조명부(20)는 네 개의 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)으로 구분하여 표시된다. 각 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)은 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결된 하나 이상의 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 도 1에서 설명의 편의를 위하여 복수의 발광 다이오드가 직렬로 연결된 것을 예시한다.
한편, 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹(LED3, LED4)에는 개별적으로 병렬로 연결된 플리커 제어 소자로서 캐패시터(C3, C4)가 구성될 수 있다. 또한, 캐피시터들(C3, C4)에 의한 역방향 전류 흐름을 방지하기 위하여 다이오드들(D3, D4)가 발광 다이오드 그룹(LED3, LED4)들의 입력단에 개별적으로 직렬로 구성된다.
제어부(30)는 전류를 규제하며 조명부(20)의 발광에 대응하여 전류의 흐름을 유도한다. 이를 위하여, 제어부(30)는 각 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)의 발광을 위한 전류 레귤레이션을 수행하고, 일단이 접지된 각 전류 센싱 저항(Rs)과 더불어 발광을 위한 전류 경로를 제공하도록 구성된다.
도 1의 실시예는 정류 전압의 상승 또는 하강에 대응하여 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)이 순차적으로 발광되거나 소광된다.
제어부(30)는 정류 전압이 상승하여서 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4) 별 발광 전압에 순차적으로 도달하면 발광을 위한 전류 경로를 제공한다.
여기에서, 발광 다이오드 그룹(LED4)을 발광시키는 발광 전압 V4은 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3, LED4)을 모두 발광시키는 전압으로 정의된다. 발광 다이오드 그룹(LED3)을 발광시키는 발광 전압 V3은 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3)을 모두 발광시키는 전압으로 정의된다. 발광 다이오드 그룹(LED2)을 발광시키는 발광 전압 V2은 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)을 모두 발광시키는 전압으로 정의된다. 발광 다이오드 그룹(LED1)을 발광시키는 발광 전압 V1은 발광 다이오드 그룹(LED1)만 발광시키는 전압으로 정의된다.
제어부(30)는 전류 센싱 저항(Rs)에 의하여 센싱 전압을 제공받는다. 센싱 전압은 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹 별 발광 상태에 따라 제어부(30) 내에 가변된 위치에 형성되는 전류 경로에 의하여 가변될 수 있다. 이때, 전류 센싱 저항(Rs)에 흐르는 전류는 발광 다이오드 그룹 별에 대응하는 크기가 제한된 전류일 수 있다.
상기한 제어부(30)의 상세한 구성 및 동작에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
제어부(30)는 도 2와 같이 발광 다이오드 그룹들(LED1~ LED4)에 대한 전류 경로를 제공하는 복수의 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)와 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4을 제공하기 위한 기준 전압 공급부(36)를 포함할 수 있으며, 하나의 칩으로 구성될 수 있다.
기준 전압 공급부(36)는 제작자의 의도에 따라 다양하게 서로 다른 레벨의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4을 제공하는 것으로 구현될 수 있다.
기준 전압 공급부(36)는 예시적으로 정전압이 인가되는 직렬 연결된 복수의 저항을 포함하여 저항 간의 노드 별로 서로 다른 레벨의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4을 출력하는 것으로 구성될 수 있으며, 이와 달리 서로 다른 레벨의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4을 제공하는 독립적인 전압공급원들을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
서로 다른 레벨의 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4은 기준 전압 VREF1이 가장 낮은 전압 레벨을 가지며 기준 전압 VREF4이 가장 높은 전압 레벨을 갖도록 제공될 수 있다.
여기에서, 기준 전압 VREF1은 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광하는 시점에 스위칭 회로(31)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF1은 발광 다이오드 그룹(LED2)의 발광에 대응하여 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.
그리고, 기준 전압 VREF2은 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광하는 시점에 스위칭 회로(32)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF2는 발광 다이오드 그룹(LED3)의 발광에 대응하여 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.
그리고, 기준 전압 VREF3은 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광하는 시점에 스위칭 회로(33)를 턴오프하기 위한 레벨을 갖는다. 보다 구체적으로 기준 전압 VREF3는 발광 다이오드 그룹(LED4)의 발광에 대응하여 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.
그리고, 기준전압 VREF4은 정류 전압의 상한 레벨 영역에서 스위칭 회로(34)를 통한 전류 경로를 유지하도록 설정됨이 바람직하다.
한편, 스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)은 전류 레귤레이션 및 전류 경로 형성을 위하여 센싱 전압을 제공하는 센싱 저항(Rs)에 공통으로 연결된다.
스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)은 전류 센싱 저항(Rs)에서 센싱된 센싱 전압과 기준 전압 생성 회로(36)의 각각의 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4를 비교하여서 조명부(20)를 발광하기 위한 선택적인 전류 경로를 형성한다.
제어부(30)의 스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)은 각 발광 다이오드 그룹(LED1, LEED2, LED3, LED4)의 발광에 대응하여 크기가 제한된 전류의 흐름을 유도하며, 각 발광 다이오드 그룹(LED1, LED2, LED3, LED4)의 순차적인 발광에 대응하여 설정된 전류를 초과하지 않도록 전류 레귤레이션을 수행한다.
즉, 스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)은 자신에 설정된 규제 전류 값 이하의 전류에 대해서는 전류 레귤레이션 동작을 수행하지 않고 자신에 설정된 규제 전류 값 이상의 전류에 대해서는 규제된 레벨을 초과하지 않도록 전류 레귤레이션 동작을 수행한다.
스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)은 정류 전압이 인가되는 위치에서 먼 발광 다이오드 그룹(LED1, LED2, LED3, LED4)에 연결된 것일수록 높은 레벨의 기준 전압을 제공받는다.
각 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)는 비교기(38)와 스위칭 소자(37)를 포함하며, 스위칭 소자(37)는 NMOS 트랜지스터로 구성됨이 바람직하다.
각 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)의 비교기(38)는 포지티브 입력단(+)에 기준 전압이 인가되고, 네가티브 입력단(-)에 센싱 전압이 인가되며, 출력단으로 기준 전압과 센싱 전압을 비교한 결과를 출력한다.
그리고, 각 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)의 스위칭 소자(37)는 게이트로 인가되는 각 비교기(38)의 출력에 따라 스위칭 동작을 수행한다.
플리커 제어 회로(40)와 플리커 제어 소자인 캐패시터(C3, C4)가 적용된 본 발명의 실시예의 이해를 위하여, 플리커 제어 회로(40)와 플리커 제어 소자인 캐패시터(C3, C4)가 적용되지 않은 상태의 제어부(30)의 동작이 도 3을 참조하여 설명될 수 있다.
정류 전압은 도 3과 같이 주기적으로 상승 및 하강한다.
정류 전압이 초기 상태인 경우, 각 스위칭 회로(31, 32, 33, 34)는 포지티브 입력단(+)에 인가되는 기준 전압들 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4이 네가티브 입력단(-)에 인가되는 전류 센싱 저항(Rs) 양단의 센싱 전압보다 높으므로 모두 턴온된 상태를 유지한다. 이때, 스위칭 회로(31)에 흐르는 전류는 스위칭 회로(31)에 의하여 규제되는 전류 값 이하이다. 그러므로, 스위칭 회로(31)는 흐르는 전류를 규제하지 않는다. 즉, 스위칭 회로(31)에 의한 전류 레귤레이션 동작은 수행되지 않는다.
그 후 정류 전압이 상승하여 발광 전압 V1에 도달하면, 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광된다. 발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광되면, 발광 다이오드 그룹(LED1)에 연결된 제어부(30)의 스위칭 회로(31)는 전류 경로를 제공한다.
상기와 같이 정류 전압이 발광 전압 V1에 도달하여 발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광되고 스위칭 회로(31)를 통한 전류 경로가 형성되면, 전류 센싱 저항(Rs)의 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 그러나, 이때의 센싱 전압의 레벨은 낮기 때문에 스위칭 회로들(31, 32, 33, 34)의 턴온 상태는 변경되지 않는다. 그리고, 스위칭 회로(31)에 흐르는 전류는 스위칭 회로(31)의 전류 레귤레이션 동작에 의하여 규제된다.
그 후 정류 전압이 발광 전압 V1 이상으로 상승할 수 있다. 이때, 스위칭 회로(32)에 흐르는 전류는 스위칭 회로(32)에 의하여 규제되는 전류 값 이하이다. 그러므로, 스위칭 회로(32)는 흐르는 전류를 규제하지 않는다. 즉, 스위칭 회로(31)에 의한 전류 레귤레이션 동작이 수행되고, 스위칭 회로(32)에 의한 전류 레귤레이션 동작은 수행되지 않는다.
그 후 정류 전압이 계속 상승하여 발광 전압 V2에 도달하면, 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광된다. 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광되면, 발광 다이오드 그룹(LED2)에 연결된 제어부(30)의 스위칭 회로(32)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 그룹(LED1)도 발광 상태를 유지한다.
상기와 같이 정류 전압이 발광 전압 V2에 도달하여 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광되고 스위칭 회로(32)를 통한 전류 경로가 형성되면, 전류 센싱 저항(Rs)의 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF1보다 높다. 그러므로, 스위칭 회로(31)의 스위칭 소자(37)는 비교기(38)의 출력에 의하여 턴오프된다. 즉, 스위칭 회로(31)는 턴오프되고, 스위칭 회로(32)가 발광 다이오드 그룹(LED2)의 발광에 대응한 선택적인 전류 경로를 제공한다. 이때, 스위칭 회로(32)에 흐르는 전류는 스위칭 회로(32)의 전류 레귤레이션 동작에 의하여 규제된다.
그 후 정류 전압이 계속 상승하여 발광 전압 V3에 도달하면, 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광된다. 그리고, 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광되면, 발광 다이오드 그룹(LED3)에 연결된 제어부(30)의 스위칭 회로(33)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)도 발광 상태를 유지한다.
상기와 같이 정류 전압이 발광 전압 V3에 도달하여 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광되고 스위칭 회로(33)를 통한 전류 경로가 형성되면, 전류 센싱 저항(Rs)의 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF2보다 높다. 그러므로, 스위칭 회로(32)의 스위칭 소자(37)는 비교기(38)의 출력에 의하여 턴오프된다. 즉, 스위칭 회로(32)는 턴오프되고, 스위칭 회로(33)가 발광 다이오드 그룹(LED3)의 발광에 대응한 선택적인 전류 경로를 제공한다. 이때, 스위칭 회로(33)에 흐르는 전류는 스위칭 회로(33)의 전류 레귤레이션 동작에 의하여 규제된다.
그 후 정류 전압이 발광 전압 V4에 도달하면, 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광된다. 그리고, 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광되면, 발광 다이오드 그룹(LED4)에 연결된 제어부(30)의 스위칭 회로(34)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3)도 발광 상태를 유지한다.
상기와 같이 정류 전압이 발광 전압 V4에 도달하여 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광되고, 스위칭 회로(34)를 통한 전류 경로가 형성되면, 전류 센싱 저항(Rs)의 센싱 전압의 레벨이 상승한다. 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF3보다 높다. 그러므로, 스위칭 회로(33)의 스위칭 소자(37)는 비교기(38)의 출력에 의하여 턴오프된다. 즉, 스위칭 회로(33)는 턴오프되고, 스위칭 회로(34)가 발광 다이오드 그룹(LED4)의 발광에 대응한 선택적인 전류 경로를 제공한다. 이때, 스위칭 회로(34)에 흐르는 전류는 스위칭 회로(34)의 전류 레귤레이션 동작에 의하여 규제된다.
그 후 정류 전압이 발광 전압 V4 이상으로 상승할 수 있다. 이때, 스위칭 회로(34)는 전류 레벨에 대응하여 흐르는 전류를 규제할 수 있다. 그리고, 정류 전압이 계속 상승하여도, 스위칭 회로(34)에 제공되는 기준전압 VREF4이 정류 전압의 상한 레벨 영역에서 전류 센싱 저항(Rs)에 형성되는 전류가 소정의 크기가 제한된 전류 형태가 되도록 스위칭 회로(34)는 턴온 상태를 유지한다.
상술한 바와 같이 정류 전압의 상승에 대응하여 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)이 순차적으로 발광되면 전류 경로 상의 전류도 도 3과 같이 계단 전류 파형을 갖도록 단계적으로 증가한다.
제어부(30)는 상기와 같이 전류 레귤레이션 동작을 수행한다. 그러므로, 발광 다이오드 그룹 별 발광에 대응한 전류는 일정한 수준을 유지하고 발광되는 발광 다이오드 그룹의 수가 증가하면 그에 대응하여 레벨이 증가한다.
한편, 정류 전압은 상술한 바와 같이 상한 레벨까지 상승한 후 하강을 시작한다. 정류 전압이 하강하여서 발광 전압 V4 이하로 떨어지면, 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹(LED4)이 소광된다.
조명부(20)는 발광 다이오드 그룹(LED4)이 소광되면 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED2, LED1)에 의한 발광 상태를 유지하며, 그에 따라서 발광 다이오드 그룹(LED3)에 연결된 스위칭 회로(33)에 의하여 전류 경로가 형성된다.
그 후 정류 전압이 발광 전압 V3, V2, V1 이하로 순차적으로 하강하면, 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED2, LED1)은 순차적으로 소광된다.
상기한 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED2, LED1)의 순차적 소광에 대응하여, 제어부(30)는 스위칭 회로(33, 32, 31)들에 의하여 형성되는 선택적인 전류 경로를 시프트하면서 제공한다. 그리고, 전류 경로 상의 전류도 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3)의 소광 상태에 대응하여 계단 전류 파형을 갖도록 단계적으로 감소한다.
상술한 바와 같이, 플리커 제어 회로(40)와 플리커 제어 소자인 캐패시터(C3, C4)가 적용되지 않은 상태에서 정류 전압을 이용하는 조명 장치는 정류 전압이 발광 다이오드 그룹들(LED1)의 발광 전압 V1보다 낮은 경우 소광된다. 그러므로, 플리커가 발생될 수 있다.
상술한 플리커는 본 발명의 실시예에 적용된 플리커 제어 회로(40)와 캐패시터(C3, C4)의 작용에 의하여 저감될 수 있다. 이에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에서 Vrec는 정류 회로(12)에서 출력되는 정류 전압을 의미하고, Irec는 조명부(20)에 제공되는 전류를 의미하며, Vc와 Ic는 플리커 제어 회로(40)의 캐패시터(Cs)에 충전되는 충전 전압과 충전 전류를 의미하고, I1~I4는 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)에 흐르는 전류를 의미한다.
도 1의 플리커 제어 회로(40)는 미리 설정된 레벨 이상의 정류 전압 Vrec을 이용하여 크기가 제한된 전류에 의한 제1 충전을 수행하여 충전 전압 Vc을 확보하고, 미리 설정된 레벨 미만의 정류 전압 Vrec에 대응하여 충전 전압 Vc의 제1 방전을 수행함으로써, 조명부(20)에 제공되는 정류 전압 Vrec에 대한 보상을 수행하도록 구성된다.
여기에서, 플리커 제어 회로(40)는 적어도 하나의 발광 다이오드 또는 적어도 하나의 발광 다이오드 그룹을 발광할 수 있는 정류 전압 Vrec에 대응하여 제1 방전을 수행할 수 있다. 도 1의 플리커 제어 회로(40)에 구성되는 캐패시터(Cs)의 최대 충전 전압은 발광 다이오드 그룹(LED2)의 발광 전압 V2와 동일한 것으로 가정하면, 플리커 제어 회로(40)는 발광 다이오드 그룹(LED1, LED2)을 발광할 수 있는 발광 전압 V2 미만의 정류 전압 Vrec에 대응하여 제1 방전을 수행할 수 있다.
이를 위하여, 플리커 제어 회로(40)는 제1 경로 소자, 전류 회로, 제2 경로 소자 및 충방전 소자를 포함할 수 있다.
제1 경로 소자로서 다이오드(D1)가 구성될 수 있으며, 다이오드(D2)는 미리 설정된 레벨 이상 즉, 발광 전압 V2 이상의 정류 전압 Vrec에 대응하여 제1 충전을 위한 제1 경로를 형성한다.
그리고, 전류 회로는 NPN 트랜지스터(Q)와 정전압원을 포함할 수 있다. 여기에서, 정전압원은 제너 다이오드(ZD)로 구성될 수 있다. 제너 다이오드(ZD)는 캐패시터(Cs)와 NPN 트랜지스터(Q)의 베이스 간에 구성된다. 그에 따라 다이오드(D1)에 의하여 제1 경로가 형성되는 경우, NPN 바이폴라 트랜지스터(Q)는 제너 다이오드(ZD)에 의한 정전압과 NPN 트랜지스터(Q)의 베이스-에미터간 전압 차에 대응하는 크기가 제한된 전류를 캐패시터(Cs)에 제공한다. NPN 트랜지스터(Q)의 베이스와 콜렉터 간에 저항(R2)이 구성되고, NPN 트랜지스터(Q)의 에미터와 캐패시터(Cs) 간에 저항(R1)이 구성된다.
충방전 소자로서 캐패시터(Cs)가 구성되며, 제2 경로 소자로서 다이오드(D2)가 구성된다.
즉, 조명부(20)의 입력단의 정류 전압의 레벨 변화에 대응하여 제1 경로가 형성되면 캐패시터(Cs)는 NPN 트랜지스터(Q)에서 제공되는 크기가 제한된 전류에 의하여 제1 충전된다. 그리고, 조명부(20)의 입력단의 정류 전압의 레벨이 캐패시터(Cs)의 충전 전압보다 낮아지면 제2 경로가 다이오드(D2)에 의하여 형성되어서 제1 방전이 수행된다.
상기한 동작에 의하여, 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V2 미만인 경우 캐패시터(Cs)의 제1 방전에 의하여 정류 전압 Vrec을 보상하는 전압이 조명부(20)에 제공될 수 있어서 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)의 발광이 유지될 수 있다. 그 결과, 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)의 전류 I1, I2는 일정한 레벨을 유지할 수 있다.
정류 전압 Vrec이 발광 전압 V3, V4 미만인 경우 각각의 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED4)에는 캐패시터들(C3, C4)의 잔류된 충전 전압에 의하여 소량의 전류가 흐를 수 있다. 즉, 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V3 이상이면 캐패시터(C3)가 충전되고 발광 전압 V4 이상이면 캐패시터들(C3, C4)가 충전된다. 이와 반대로, 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V4 미만이면 캐패시터(C4)가 방전되고 발광 전압 V3 미만이면 캐패시터들(C3, C4)가 방전된다. 상기한 과정에 의하여 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED4)은 광량은 변동되지만 연속적으로 발광을 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1의 실시예는 정류 전압 Vrec이 낮은 경우에도 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)이 소광되지 않고 일정한 밝기를 유지할 수 있으며, 그 결과 플리커가 개선될 수 있다.
또한, 도 1의 실시예는 작은 용량의 캐패시터(Cs)를 이용하여 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)의 광량이 비교적 높은 발광을 위한 충전과 방전을 수행할 수 있다. 즉, 간단한 부품으로 플리커를 개선할 수 있는 효과가 있다.
한편, 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V2 이상인 경우 캐패시터(Cs)의 충전 전압은 플리커 제어 회로(40)의 상술한 제1 충전에 의하여 충전되며, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)는 정류 전압 Vrec에 의하여 발광을 유지할 수 있다.
그리고, 정류 전압 Vrec이 발광 전압들 V3, V4 이상으로 상승하고 하강하는 경우, 제어부(30)의 동작에 의하여 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)에 흐르는 전류는 계단 파형을 갖도록 규제될 수 있다.
한편, 정류 전압 Vrec이 발광 전압들 V3, V4 이상으로 상승하고 하강하는 경우, 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED4)의 발광과 캐패시터들(C3, C4)의 충전이 병행된다. 도 4와 같이 캐패시터(C3)는 캐패시터(C4) 보다 많은 시간 충전을 수행할 수 있다.
상술한 캐패시터들(C3, C4)의 충방전에 의하여 플리커가 개선될 수 있다.
한편, 도 1의 실시예는 역률을 개선하기 위하여 도 5와 같이 충전 제어 회로(50)를 더 포함할 수 있다. 충전 제어 회로(50)는 전류 센성 저항(Rs)의 센싱 전압을 이용하여 캐패시터(Cs)에 충전되는 전류의 양을 제어하기 위한 트랜지스터(Qc)를 포함할 수 있으며, 다이오드(Dc)는 트랜지스터(Qc)의 에미터-콜렉터 간 역방향 전류 흐름이 방지되는 것을 설명하기 위하여 등가적으로 표현된 것이다.
상술한 충전 제어 회로(50)는 제어부(30)에 의하여 형성되는 전류 경로의 전류량에 대비하여 캐패시터(Cs)에 충전을 위하여 공급되는 전류의 양이 비례하도록 제어한다. 그에 따라서, 정류 전압 Vrec이 발광 전압들 V3, V4 이상으로 상승하고 하강하는 경우에 대응하여 캐패시터(Cs)의 충전을 위하여 공급되는 전류의 양이 후술되는 도 9와 같이 계단 파형을 가질 수 있다.
상기와 같은 충전 제어 회로(50)의 전류 제어는 캐패시터(Cs)에 충전되는 전류의 급격한 변화를 방지할 수 있으며, 그 결과 역률을 개선할 수 있다.
상술한 도 1 및 도 5의 실시예는 충전과 방전이 동일한 노드 즉 조명부(20)의 입력단에 대하여 적용되도록 구성된 것을 예시하고 있다.
이와 달리, 본 발명은 충전과 방전이 상이한 노드에 적용되도록 구성될 수 있으며, 도 6은 이에 대한 실시예를 도시한 것이다. 도 6의 실시예는 도 1과 비교하여 플리커 제어 회로(40)의 제1 경로를 형성하는 다이오드(D1)가 연결되는 노드가 다르며 다른 구성 요소들은 동일하다. 그러므로, 도 1과 동일한 구성과 동작에 대한 도 6의 설명은 생략한다.
도 6의 실시예에서, 플리커 제어 회로(40)는 적어도 하나 이상의 발광 다이오드를 통하여 제공되는 제1 레벨 이상의 정류 전압 Vrec을 이용하여 크기가 제한된 전류에 의한 제1 충전을 수행하여서 충전 전압 Vc을 확보하고, 제1 레벨보다 낮은 제2 레벨 미만의 정류 전압 Vrec에 대응하여 조명부(20)의 입력단에 충전 전압 Vc을 제1 방전하도록 구성된다.
여기에서, 플리커 제어 회로(40)는 적어도 두 개의 발광 다이오드 그룹을 발광할 수 있는 제1 레벨 이상의 정류 전압을 제1 충전을 위하여 제공받도록 구성될 수 있고, 적어도 하나의 발광 다이오드 그룹을 발광할 수 있는 제2 레벨 미만의 상기 정류 전압에 대응하여 제1 방전을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 6의 실시예에서, 플리커 제어 회로(40)는 제1 레벨이 발광 전압 V3에 대응하며 제2 레벨이 발광 전압 V2에 대응하도록 구성된다.
즉, 플리커 제어 회로(40)는 도 7과 같이 발광 다이오드 그룹(LED1)을 발광할 수 있는 발광 전압 V2 미만의 정류 전압 Vrec에 대응하여 제1 방전을 수행하며, 발광 다이오드 그룹(LED2)를 발광할 수 있는 발광 전압 V3 이상의 정류 전압 Vrec에 대응하여 제1 충전을 수행한다. 플리커 제어 회로(40)는 발광 전압 V2과 발광 전압 V3 사이의 정류 전압 Vrec에 대응하여 제1 충전 또는 제1 방전이 중지되고 충전 전압 Vc이 유지된다.
즉, 도 6의 실시예는 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V2 미만인 경우 캐패시터(Cs)의 제1 방전에 의하여 정류 전압 Vrec을 보상하는 전압이 조명부(20)에 제공될 수 있다. 그러므로, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)의 발광이 유지될 수 있다. 그 결과, 조명부(20)의 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)의 전류 I1 I2는 일정한 레벨을 유지할 수 있다.
정류 전압 Vrec이 발광 전압 V3, V4 미만인 경우 각각의 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED4)에는 캐패시터들(C3, C4)의 잔류된 충전 전압에 의하여 소량의 전류가 흐를 수 있다.
즉, 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V3 이상이면 캐패시터(C3)가 충전되고 발광 전압 V4 이상이면 캐패시터들(C3, C4)가 충전된다. 이와 반대로, 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V4 미만이면 캐패시터(C4)가 방전되고 발광 전압 V3 미만이면 캐패시터들(C3, C4)가 방전된다. 상기한 과정에 의하여 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED4)은 광량은 변동되지만 연속적으로 발광을 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 6의 실시예는 정류 전압 Vrec이 낮은 경우에도 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)이 소광되지 않고 일정한 밝기를 유지할 수 있으며, 그 결과 플리커가 개선될 수 있다.
또한, 도 6의 실시예는 작은 용량의 캐패시터(Cs)를 이용하여 발광 다이오드 그룹(LED1)의 광량이 비교적 높은 발광을 위한 충전과 방전을 수행할 수 있다. 즉, 간단한 부품으로 플리커를 개선할 수 있는 효과가 있다.
한편, 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V3 이상인 경우 캐패시터(Cs)의 충전 전압은 플리커 제어 회로(40)의 상술한 제1 충전에 의하여 충전되며, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)는 정류 전압 Vrec에 의하여 발광을 유지할 수 있다.
그리고, 정류 전압 Vrec이 발광 전압들 V3, V4 이상으로 상승하고 하강하는 경우, 제어부(30)의 동작에 의하여 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)에 흐르는 전류는 계단 파형을 갖도록 규제될 수 있다.
한편, 정류 전압 Vrec이 발광 전압들 V3, V4 이상으로 상승하고 하강하는 경우, 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED4)의 발광과 캐패시터들(C3, C4)의 충전이 병행된다. 도 7와 같이 캐패시터(C3)는 캐패시터(C4) 보다 많은 시간 충전을 수행할 수 있다.
즉, 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V3 이상이면 캐패시터(C3)가 충전되고 발광 전압 V4 이상이면 캐패시터들(C3, C4)가 충전된다. 이와 반대로, 정류 전압 Vrec이 발광 전압 V4 미만이면 캐패시터(C4)가 방전되고 발광 전압 V3 미만이면 캐패시터들(C3, C4)가 방전된다. 상기한 과정에 의하여 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED4)은 광량은 변동되지만 연속적으로 발광을 유지할 수 있다.
상술한 캐패시터들(C3, C4)의 충전에 의하여 플리커가 개선될 수 있다.
한편, 도 6의 실시예는 역률을 개선하기 위하여 도 8과 같이 충전 제어 회로(50)를 더 포함할 수 있다. 충전 제어 회로(50)는 도 5와 동일하게 구성되며 동일한 동작을 수행하므로 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 8의 충전 제어 회로(50)도 제어부(30)에 의하여 형성되는 전류 경로의 전류량에 대비하여 캐패시터(Cs)에 충전을 위하여 공급되는 전류의 양이 비례하도록 제어한다. 그에 따라서, 정류 전압 Vrec이 발광 전압들 V3, V4 이상으로 상승하고 하강하는 경우에 대응하여 캐패시터(Cs)의 충전을 위하여 공급되는 전류의 양이 도 9와 같이 계단 파형을 가질 수 있다.
상기와 같은 충전 제어 회로(50)의 전류 제어는 캐패시터(Cs)에 충전되는 전류의 급격한 변화를 방지할 수 있으며, 그 결과 역률을 개선할 수 있다.
또한, 도 6의 실시예는 부품의 간소화를 위하여 도 10과 같이 플리커 제어 회로(40)가 변형 실시될 수 있다. 플리커 제어 회로(40)는 전류 회로로서 저항(Rf)을 포함한다. 도 10의 실시예의 나머지 구성은 도 6의 실시예와 동일하므로 이에 대하 중복 설명은 생략하며, 도 10의 실시예의 동작도 도 6의 실시예와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략한다.

Claims (14)

  1. 정류 전압을 이용하는 조명 장치의 구동 회로에 있어서,
    상기 정류 전압에 대응하여 발광하며 복수의 발광 다이오드 그룹으로 구분되는 발광 다이오드들을 포함하는 조명부;
    적어도 하나 이상의 발광 다이오드를 통하여 제공되는 제1 레벨 이상의 상기 정류 전압을 이용하며 크기가 제한된 전류에 의한 제1 충전을 수행하여서 충전 전압을 확보하고, 상기 제1 레벨보다 낮은 제2 레벨 미만의 상기 정류 전압에 대응하여 상기 조명부의 입력단에 상기 충전 전압을 제1 방전하는 플리커 제어 회로; 및
    상기 조명부의 발광을 위한 전류 경로를 제공하는 제어부;를 포함함을 특징으로 하는 조명 장치의 구동 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 플리커 제어 회로는 적어도 하나의 상기 발광 다이오드 그룹을 발광할 수 있는 상기 제1 레벨 이상의 상기 정류 전압을 상기 제1 충전을 위하여 제공받는 조명 장치의 구동 회로.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 플리커 제어 회로는 적어도 하나의 발광 다이오드 그룹을 발광할 수 있는 제2 레벨 미만의 상기 정류 전압에 대응하여 상기 제1 방전을 수행하는 조명 장치의 구동 회로.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 플리커 제어 회로는,
    적어도 하나 이상의 발광 다이오드를 통하여 제공되는 제1 레벨 이상의 상기 정류 전압에 대응하여 상기 제1 충전을 위한 제1 경로를 형성하는 제1 경로 소자;
    상기 제1 경로 소자를 경유하여 전류가 유입되면 상기 전류를 제공하는 전류 회로;
    상기 제2 레벨 미만의 상기 정류 전압에 대응하여 상기 제1 방전을 위한 제2 경로를 형성하는 제2 경로 소자; 및
    상기 전류에 의한 상기 제1 충전과 상기 제2 경로를 통한 상기 제1 방전을 수행하는 충방전 소자;를 포함하는 조명 장치의 구동 회로.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 전류 회로는,
    상기 제1 경로 형성에 대응하여 상기 충방전 소자에 전류를 제공하는 NPN 바이폴라 트랜지스터; 및
    상기 제1 경로 형성에 대응하여 상기 NPN 바이폴라 트랜지스터의 베이스에 정전압을 형성하는 정전압원;을 포함하며,
    상기 NPN 바이폴라 트랜지스터는 상기 정전압에 대응하여 상기 충방전 소자에 상기 제1 충전을 위한 상기 전류를 제공하는 조명 장치의 구동 회로.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 전류 회로는,
    상기 제1 경로 소자와 상기 충방전 소자 간을 연결하는 저항을 포함하는 조명 장치의 구동 회로.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 충전을 위하여 공급되는 상기 전류의 양은 상기 조명부의 발광을 위한 상기 전류 경로의 전류량의 변화에 비례하도록 제어하는 충전 제어 회로를 더 포함하는 조명 장치의 구동 회로.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 조명부는 상기 발광 다이오드 그룹에 개별적으로 병렬 연결되어서 제2 충전 또는 제2 방전을 수행하는 적어도 하나의 캐패시터를 더 포함하는 조명 장치의 구동 회로.
  9. 정류 전압을 이용하는 조명 장치의 구동 회로에 있어서,
    상기 정류 전압에 대응하여 발광하며 복수의 발광 다이오드 그룹으로 구분되는 발광 다이오드들을 포함하는 조명부;
    미리 설정된 레벨 이상의 상기 정류 전압을 이용하여 크기가 제한된 전류에 의한 제1 충전을 수행하여 충전 전압을 확보하고, 미리 설정된 레벨 미만의 상기 정류 전압에 대응하여 상기 충전 전압의 제1 방전을 수행함으로써, 상기 조명부에 제공되는 상기 정류 전압에 대한 보상을 수행하는 플리커 제어 회로; 및
    상기 조명부의 발광을 위한 전류 경로를 제공하는 제어부;를 포함함을 특징으로 하는 조명 장치의 구동 회로.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 플리커 제어 회로는 적어도 하나의 발광 다이오드 또는 적어도 하나의 발광 다이오드 그룹을 발광할 수 있는 것보다 낮은 상기 정류 전압에 대응하여 상기 제1 방전을 수행하는 조명 장치의 구동 회로.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 플리커 제어 회로는,
    미리 설정된 레벨 이상의 상기 정류 전압에 대응하여 상기 제1 충전을 위한 제1 경로를 형성하는 제1 경로 소자;
    상기 제1 경로 소자를 경유하여 전류가 유입되면 상기 전류를 제공하는 전류 회로;
    미리 설정된 레벨 미만의 상기 정류 전압에 대응하여 상기 제1 방전을 위한 제2 경로를 형성하는 제2 경로 소자; 및
    상기 전류에 의한 상기 제1 충전과 상기 제2 경로를 통한 상기 제1 방전을 수행하는 충방전 소자;를 포함하는 조명 장치의 구동 회로.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 전류 회로는,
    상기 제1 경로 형성에 대응하여 상기 충방전 소자에 전류를 제공하는 NPN 바이폴라 트랜지스터; 및
    상기 제1 경로 형성에 대응하여 상기 NPN 바이폴라 트랜지스터의 베이스에 정전압을 형성하는 정전압원;을 포함하며,
    상기 NPN 바이폴라 트랜지스터는 상기 정전압에 대응하여 상기 충방전 소자에 상기 제1 충전을 위한 상기 전류를 제공하는 조명 장치의 구동 회로.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 충전을 위하여 공급되는 상기 전류의 양은 상기 조명부의 발광을 위한 상기 전류 경로의 전류량의 변화에 비례하도록 제어하는 충전 제어 회로를 더 포함하는 조명 장치의 구동 회로.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 조명부는 상기 발광 다이오드 그룹에 개별적으로 병렬 연결되어서 제2 충전 또는 제2 방전을 수행하는 적어도 하나의 캐패시터를 더 포함하는 조명 장치의 구동 회로.
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