KR20160047711A - Led 구동장치 및 led 구동방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은 LED 구동장치 및 LED 구동방법에 관한 것으로서, 상용교류전원을 공급하는 전원부와, 전원부로부터 공급되는 상용교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류부와, 정류부로부터 공급되는 직류전원으로 동작하며, 다수 개의 LED가 직렬로 접속되어 있는 LED부가 하나 이상 구비된 LED 모듈과, LED 모듈로 인가되는 전압의 크기, LED 모듈과 충방전 제어부에 흐르는 전류의 크기, 또는 이들의 조합을 기초로 하여 LED 모듈을 구동하기 위한 제어신호를 생성하여 출력하는 구동 제어부, 그리고 LED 모듈의 출력측에 접속되며, 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호를 토대로 LED 모듈에 인가되는 전압으로 충전을 수행함과 동시에 LED 모듈을 구동시키는 충전모드, LED 모듈에 인가되는 전압과 기 충전된 전압을 이용하여 LED 모듈을 구동시키는 방전모드, 충전 또는 방전 없이 LED 모듈에 인가되는 전압만으로 LED 모듈을 구동시키는 직결모드 중 어느 하나의 모드로 동작하는 충방전 제어부로 구성된다.
따라서, 본 발명은 낮은 최대전류로 LED를 동작시켜 LED의 광효율을 높이고, 모든 LED를 직렬로 구동시켜 LED 간 밝기 편차를 없앨 수 있으며, LED 제어를 위한 배선을 단순화하여 개발 및 생산성을 향상시킨다.

Description

LED 구동장치 및 LED 구동방법{Driving apparatus and method of Light Emitting Diode}
본 발명은 입력전압이 클 경우에는 LED(Light Emitting Diode) 출력측에 연결된 충전소자를 충전하면서 LED를 구동시키고, 입력전압이 부족할 경우에는 입력전압과 함께 충전소자에 충전된 전압으로 LED를 구동시키며, LED 구동전압이 입력전압보다 작고 입력전압과 충전소자에 충전된 전압의 차보다 클 때(즉 입력전압이 LED를 구동시킬 수 있는 전압일 때)는 입력전압만으로 LED를 구동시키는 LED 구동장치 및 LED 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로 LED는 친환경적이고, 응답속도가 수 나노 초로 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이다. 그리고 LED는 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능하고 색 재현성이 100% 이상이고 적색, 녹색, 청색 LED의 광량을 조정하여 휘도, 색 온도 등을 임의로 변경할 수 있다. 이와 같이 LED는 LCD(Liquid Crystal Display) 패널의 경박단소화에 적합한 장점들을 가지고 있기 때문에 최근에 조명기기는 물론, LCD 패널의 백라이트용 광원으로도 많이 응용되고 있다.
LED 하나는 점광원이지만, 복수의 LED가 모이면 선광원이나 면광원을 형성하여 조명장치로 활용할 수 있다. LED를 이용한 조명장치는 낮은 전력소모로 인해 에너지 절감 효과가 우수하며, 각종 유해물질이 포함된 기존의 전등을 대체하여 환경오염을 줄일 수 있다.
LED를 이용한 조명장치는 다수 개의 LED가 직렬로 접속된 LED 모듈이 하나 이상 구비될 수 있는데, LED 모듈을 구동하기 위해서는 직렬 접속된 LED의 순방향 동작 전압의 합보다 큰 전압을 LED 모듈로 인가시켜야 한다.
통상적인 LED 구동장치는 상용교류전원을 직류전원으로 정류시키고, 정류된 직류전원을 스위치 모드 전원 공급기(Switch mode power supply)를 통해 일정한 크기의 직류전원으로 변환하여 LED 모듈로 공급한다. 그러나 SMPS는 고속 스위칭을 통해 일정 크기의 직류전원을 생성하기 때문에 노이즈가 많이 발생되어 주변 회로 소자에 간섭을 일으켜 악영향을 주는 경우가 많다. 이러한 악영향을 보완하기 위하여 SMPS를 이용한 LED 구동장치는 노이즈 필터 등 다른 회로 부품들이 추가적으로 사용되어야 하며, 이에 따라 부피와 무게가 커지고 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
이러한 SMPS를 이용한 LED 구동장치가 갖는 문제점을 해결하기 위하여 교류 직결형 LED 구동장치가 개발되어 사용되고 있다. 교류 직결형 구동(AC Direct drive)이란 상용교류전원을 직류전원으로 정류시키고 정류된 직류전원을 SMPS를 통해 일정한 크기의 직류전원으로 변환하여 LED 모듈로 공급하는 대신 정류된 직류전원을 그대로 LED 모듈로 공급하여 구동하는 방식을 의미한다.
도 1은 일반적인 교류 직결형 LED 구동장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, LED 모듈(3)에 다수 개의 LED가 직렬로 접속되어 있는 LED부가 세 개(LM1, LM2, LM3) 구비되고, 스위치부(5)가 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2) 두 개가 구비되어 LM1과 LM2 사이에 제1스위치(SW1)가 연결되고 LM2와 LM3 사이에 제2스위치(SW2)가 연결된 것을 예로 하여 설명한다. 이때 LED 모듈(3) 및 스위치부(5)는 사용환경에 따라 수량을 변경하여 사용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 전원부(1)는 상용교류전원을 정류부(2)로 공급한다.
정류부(2)는 통상적인 브릿지 다이오드로서, 전원부(1)로부터 공급되는 상용교류전원을 직류전원으로 정류하여 LED 모듈(3)로 출력한다.
LED 모듈(3)은 각각 다수 개의 LED가 직렬로 결합된 세 개의 LED부(LM1, LM2, LM3)로 구성되며, 정류부(2)로부터 공급되는 직류전원으로 발광하되, 스위치부(5)의 쇼트 또는 오픈 동작에 따라 직렬 접속된 최대 수의 LED가 구동되도록 한다.
순차구동 제어부(4)는 LED 모듈(3)로 인가되는 전원의 크기, LED 모듈(3)에 흐르는 전류의 크기, 또는 이들의 조합을 기초로 하여 LED 모듈(3)에서 직렬 접속된 최대 수의 LED를 구동하기 위한 제어신호를 생성한 후, 생성된 제어신호를 스위치부(5)로 출력한다.
스위치부(5)는 LM1과 LM2 사이에 연결되는 제1스위치(SW1)와 LM2와 LM3 사이에 연결되는 제2스위치(SW2)로 구성되며, 순차구동 제어부(4)의 제어신호를 토대로 제1스위치(SW1) 또는 제2스위치(SW2)의 쇼트 또는 오픈을 수행하여 인가되는 전원의 크기에 따라 LED 모듈(3)이 순차구동될 수 있도록 한다. 즉 LM1, LM2, LM3가 모두 동작하는 상태에서 인가되는 전원의 크기에 따라 LM1과 LM2만 동작(제2스위치(SW2)를 쇼트)시키거나, 또는 LM1만 동작(제1스위치(SW1)를 쇼트)시키도록 하는 것이다.
정전류원(CC, Constant Current)은 순차구동 제어부(4)의 제어를 토대로 동작하여 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2)가 전류제어에 의해 리니어하게 동작할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
이처럼 종래의 교류 직결형 LED 구동방식은 입력전압의 크기에 따라 LED의 직렬 수를 바꾸어 효율을 높이면서 역율도 좋아지도록 구성하였다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 교류 직결형 LED 구동방식은 LED의 동작이 순차적으로 점등과 소등을 반복하게 되고 이러한 LED마다 점등시간의 차이로 인해 LED 간 밝기의 편차가 큰 문제점이 있었다.
이를 해소하기 위해 LED 간 밝기 편차를 줄이기 위해 입력전압 단계별로 정전류 크기를 다르게 동작시켰으나, 이 방법은 광 리플을 증가시키면서 최대전류를 크게 하기 때문에 LED의 광효율이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 교류 직결형 LED 구동방식은 LED를 구동시킬 때 LED 블록별로 제어회로와 연결시켜 주어야 하기 때문에 연결선이 많아지게 되고, 이로 인해 제품화할 때 디자인하기 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0023901호 2014. 2. 27. 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0086560호 2014. 7. 8.
본 발명은, LED 출력측에 입력전압의 크기에 따라 충전, 방전을 수행하는 충방전 제어회로를 연결하고, 입력전압과 LED 구동전압의 크기를 토대로 방전모드, 충전모드, 직결모드 중 어느 하나의 모드로 LED를 구동시키는 LED 구동장치 및 LED 구동방법을 제공한다.
본 발명은, 입력전압이 클 경우에는 LED 출력측에 직렬로 연결된 충전소자를 충전하면서 LED를 구동시키는 충전모드로 동작하고, 입력전압이 부족할 경우에는 입력전압과 함께 충전소자에 충전된 전압으로 LED를 구동시키는 방전모드로 동작하며, LED 구동전압이 입력전압보다 작고 입력전압과 충전소자에 충전된 전압의 차보다 클 때는 입력전압만으로 LED를 구동시키는 직결모드로 동작하는 LED 구동장치 및 LED 구동방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동장치는, 상용교류전원을 공급하는 전원부와, 전원부로부터 공급되는 상용교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류부와, 정류부로부터 공급되는 직류전원으로 동작하며, 다수 개의 LED가 직렬로 접속되어 있는 LED부가 하나 이상 구비된 LED 모듈과, LED 모듈로 인가되는 전압의 크기, LED 모듈과 충방전 제어부에 흐르는 전류의 크기, 또는 이들의 조합을 기초로 하여 LED 모듈을 구동하기 위한 제어신호를 생성하여 출력하는 구동 제어부, 그리고 LED 모듈의 출력측에 접속되며, 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호를 토대로 LED 모듈에 인가되는 전압으로 충전을 수행함과 동시에 LED 모듈을 구동시키는 충전모드, LED 모듈에 인가되는 전압과 기 충전된 전압을 이용하여 LED 모듈을 구동시키는 방전모드, 충전 또는 방전 없이 LED 모듈에 인가되는 전압만으로 LED 모듈을 구동시키는 직결모드 중 어느 하나의 모드로 동작하는 충방전 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동방법은, (1) 전원부로부터 상용교류전원이 공급되면, 정류부에서 직류전원으로 정류한 후 다수 개의 LED가 직렬로 접속되어 있는 LED부가 하나 이상 구비된 LED 모듈로 출력하는 단계와, (2) 구동 제어부는, (1) 단계를 통해 정류부에서 LED 모듈에 인가되는 전압을 확인하여 LED 모듈 구동전압과 비교 판단하는 단계와, (3) 구동 제어부는, (2) 단계의 판단결과 LED 모듈 구동전압이 LED 모듈에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서에 충전된 전압의 차보다 작으면, LED 모듈의 동작모드를 충전모드로 설정하고 LED 모듈의 출력측에 접속된 충방전 제어부 내의 충전용 콘덴서를 충전시키면서 LED 모듈이 구동하도록 제어하는 단계와, (4) 구동 제어부는, (2) 단계의 판단결과 LED 모듈 구동전압이 LED 모듈에 인가되는 전압보다 작고 LED 모듈에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서에 충전된 전압의 차보다 크면, LED 모듈의 동작모드를 직결모드로 설정하고 충방전 제어부 내의 충전용 콘덴서를 충전하거나 충전된 전압을 방전할 필요없이 LED 모듈에 인가되는 전압만으로 LED 모듈이 구동하도록 제어하는 단계, 그리고 (5) 구동 제어부는, (2) 단계의 판단결과 LED 모듈에 인가되는 전압이 LED 모듈 구동전압보다 작으면, LED 모듈의 동작모드를 방전모드로 설정하고 충방전 제어부 내의 충전용 콘덴서에 충전된 전압과 LED 모듈에 인가되는 전압을 이용하여 LED 모듈이 구동하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 LED 구동장치 및 LED 구동방법에 따르면, 입력전압과 LED 구동전압의 크기를 토대로 방전모드, 충전모드, 직결모드 중 어느 하나의 모드로 LED를 구동시키기 때문에 입력전압의 크기에 따라 LED의 직렬 수를 바꿈에 따라 LED에 흐르는 전류의 최대치가 커지는 종래의 구동방식과 달리 낮은 최대전류로 LED를 동작시킬 수 있으므로 LED의 광효율을 높일 수 있다.
또한, 모든 LED를 단차 동작 없이 직렬로 구동시키기 때문에 LED마다 점등시간의 차이로 인해 LED 간 밝기의 편차가 크게 발생하는 종래의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, LED 제어를 위한 연결 배선을 최소화시켜 배선이 단순화되기 때문에 회로 개발시 디자인을 용이하게 수행할 수 있으며, 이에 따라 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 교류 직결형 LED 구동장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 LED 모듈로 입력되는 전압의 파형, LED 모듈과 충방전 제어부의 충전용 콘덴서에 흐르는 전류에 따른 각 모드별 LED 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 충방전 제어부의 방전모드, 직결모드, 충전모드에 따른 회로동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 전류제어소자의 쇼트 또는 오픈 동작에 따른 충방전 제어부의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 LED 구동장치를 적용한 응용 예를 각각 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 구동방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 LED 구동장치 및 LED 구동방법을 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 LED 모듈로 입력되는 전압의 파형, LED 모듈과 충방전 제어부의 충전용 콘덴서에 흐르는 전류에 따른 각 모드별 LED 구동을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 2의 충방전 제어부의 방전모드, 직결모드, 충전모드에 따른 회로동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 전류제어소자의 쇼트 또는 오픈 동작에 따른 충방전 제어부의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 LED 구동장치는, 전원부(10), 정류부(20), 하나 이상의 LED부(LM11, LM12. LM13)를 포함하는 LED 모듈(30), 구동 제어부(40), 충방전 제어부(50) 등으로 구성된다. 이러한 본 발명의 LED 구동장치는 종래의 구동방식과 비교할 때 LED 모듈의 단자 수가 줄어들고, LED 간 밝기편차가 없으며, 최대동작전류를 낮추면서 종래의 90%보다 높은 97% 정도의 LED 구동 효율을 얻을 수 있다.
전원부(10)는 외부로부터 입력되는 상용교류전원을 정류부(20)로 출력한다.
정류부(20)는 통상적인 브릿지 다이오드 등으로 구성되며, 전원부(10)로부터 공급되는 상용교류전원을 직류전원으로 정류하여 LED 모듈(30)로 출력한다.
LED 모듈(30)은 정류부(20)로부터 공급되는 직류전원으로 동작하며, 다수 개의 LED가 직렬로 접속되어 있는 LED부가 하나 이상 구비되어 있다. 이때 본 발명에서는 LED부가 LM11, LM12. LM13의 세 개인 것을 예로 하여 설명하지만, 이에 한정되지 않고 사용환경에 따라 다르게 설정할 수 있다.
구동 제어부(40)는 LED 모듈(30)로 인가되는 전압의 크기, LED 모듈(30)과 충방전 제어부(50)에 흐르는 전류의 크기, 또는 이들의 조합을 기초로 하여 LED 모듈(30)을 구동하기 위한 제어신호를 생성하며, 생성된 제어신호를 충방전 제어부(50)로 출력한다.
충방전 제어부(50)는 LED 모듈(30)의 출력측에 접속되며, LED 모듈(30)에 인가되는 전압으로 충전을 수행함과 동시에 LED 모듈(30)을 구동시키는 충전모드, LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 기 충전된 전압을 이용하여 LED 모듈(30)을 구동시키는 방전모드, 충전 또는 방전 없이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압만으로 LED 모듈을 구동시키는 직결모드 중 어느 하나의 모드로 동작한다.
정전류원(CC1)은 충방전 제어부(50)의 출력측에 직렬 접속되고, 구동 제어부(40)의 제어를 토대로 동작하여 충방전 제어부(50)의 제1전류제어소자(SW11), 제2전류제어소자(SW12)가 구동 제어부(40)의 제어에 의해 리니어하게 동작할 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 또한, 정전류원(CC1)은 충방전 제어부(50)가 충전모드로 동작하여 전압이 높을 때 일정전류 이상 흐르지 않도록 제한하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 충방전 제어부(50)는, 충전용 콘덴서(C1), 정류용 다이오드(D1)(D2), 전류제어소자(SW11)(SW12) 등으로 구성된다. 이때 충방전 제어부(50)는 사용 환경에 따라 하나 이상 직렬로 접속하여 사용할 수 있음은 물론이다.
충전용 콘덴서(C1)는 LED 모듈(30)의 출력측에 직렬 접속되고, 충전모드 동작시 LED 모듈(30)에 인가되는 전압으로 충전하며, 방전모드 동작시 충전된 전압을 방전한다.
제1정류용 다이오드(D1)는 LED 모듈(30)의 출력측과 충전용 콘덴서(C1)의 양극(+) 사이에 접속되어 전류를 일 방향으로만 흐르도록 한다.
제2정류용 다이오드(D2)는 충전용 콘덴서(C1)의 음극(-) 측에 접속되어 전류를 일 방향으로만 흐르도록 한다.
제1전류제어소자(SW11)는 통상적인 스위치(전류제어소자는 스위치 이외에 트랜지스터, 반도체소자, 릴레이 등 공지의 모든 소자를 사용할 수 있음)로 구성되고, 충전용 콘덴서(C1)의 양극(+)과 제2정류용 다이오드(D2)의 캐소드(음극) 사이에 병렬 접속되며, 구동 제어부(40)로부터 입력되는 제어신호를 토대로 전류 제어(예를 들어, 쇼트 또는 오픈) 동작을 수행하여 LED 모듈(30)이 구동되도록 한다.
제2전류제어소자(SW12) 또한 통상적인 스위치로 구성되고, 제1정류용 다이오드(D1)의 애노드(양극)와 충전용 콘덴서(C1)의 음극(-) 사이에 병렬 접속되며, 구동 제어부(40)로부터 입력되는 제어신호를 토대로 전류 제어(예를 들어, 쇼트 또는 오픈) 동작을 수행하여 LED 모듈(30)이 구동되도록 한다.
이와 같이 구성된 충방전 제어부(50)의 구동을 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
LED 모듈 구동전압이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 차보다 작으면, 충방전 제어부(50)는 구동 제어부(40)로부터 입력되는 제어신호를 토대로 제1전류제어소자(SW11) 및 제2전류제어소자(SW12)를 모두 오픈시켜 LED 모듈(30)에 인가되는 전압으로 충전용 콘덴서(C1)를 충전함과 동시에 LED 모듈(30)을 구동시키는 충전모드로 동작한다. 즉 입력전압이 높은 경우 정전류 제어소자에 전압이 많이 걸리게 되어 열이 많이 발생하는데, 이 잉여전압으로 LED 모듈(30)의 출력측에 직렬로 배치된 충방전 제어부(50)의 충전용 콘덴서(C1)를 충전하면서 LED 모듈(30)을 구동시키는 것이다. 충전모드의 경우 전류는 LED 모듈(30)->제1정류용 다이오드(D1)->충전용 콘덴서(C1)의 양극(+)->제2정류용 다이오드(D2)->정전류원(CC1)을 순차적으로 흐른다.
또한, LED 모듈 구동전압이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압보다 작고 LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 차보다 크면, 충방전 제어부(50)는 구동 제어부(40)로부터 입력되는 제어신호를 토대로 제1전류제어소자(SW11)는 쇼트시키고 제2전류제어소자(SW12)는 오픈시키거나, 또는 제2전류제어소자(SW12)는 쇼트시키고 제1전류제어소자(SW11)는 오픈시켜 충전용 콘덴서(C1)를 충전하거나 또는 충전된 전압을 방전할 필요없이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압만으로 LED 모듈(30)을 구동시키는 직결모드로 동작한다. 즉 입력전압이 조금 낮아져 충전용 콘덴서(C1)의 충전전압 때문에 LED 모듈(30)에 전류가 흐르지 못할 위치의 입력전압이 되면, 충전용 콘덴서(C1)를 거치지 않고 입력전압으로 직접 LED 모듈(30)을 구동시키는 것이다. 직결모드의 경우 전류는 LED 모듈(30)->제1정류용 다이오드(D1)->제1전류제어소자(SW11)->정전류원(CC1), 또는 LED 모듈(30)->제2전류제어소자(SW12)->제2정류용 다이오드(D2)->정전류원(CC1)을 순차적으로 흐른다.
또한, LED 모듈(30)에 인가되는 전압이 LED 모듈 구동전압보다 작으면, 충방전 제어부(50)는 구동 제어부(40)로부터 입력되는 제어신호를 토대로 제1전류제어소자(SW11) 및 제2전류제어소자(SW12)를 모두 쇼트시켜 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압과 LED 모듈(30)에 인가되는 전압을 이용하여 LED 모듈(30)을 구동시키는 방전모드로 동작한다. 즉 입력전압이 LED의 문턱전압보다 낮아져서 전류가 흐르지 못하면 충전되었던 충전용 콘덴서(C1)를 역으로 직렬 연결하여 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압을 입력전압에 더해서 LED 모듈(30)을 구동시키는 것이다. 방전모드의 경우 전류는 LED 모듈(30)->제2전류제어소자(SW12)->충전용 콘덴서(C1)의 음극(-)->충전용 콘덴서(C1)의 양극(+)->제1전류제어소자(SW11)->정전류원(CC1)을 순차적으로 흐른다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 LED 구동장치를 적용한 응용 예를 각각 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2 내지 도 5에 설명한 충방전 제어부(50)를 제어하는 구동 제어부(40)를 기존의 제품화되어 있는 교류 직결형 순차제어 IC를 사용하면서, 입력측에 1단 또는 다단의 벨리필 회로부(60)를 적용시켜 출력 리플을 줄이고, 입력전류의 PFC(Power Factor Correction, 역율 보정), THD(Total Harmonic Distortion, 전 고조파 왜율)와 출력 리플 특성 보완을 위해 LED 모듈(30)에 1단 또는 다단의 순차구동을 적용하는 역율 개선부(70)를 추가한 응용 회로이다.
도 7은 도 2 내지 도 5에 설명한 충방전 제어부(50)를 제어하는 구동 제어부(40)를 통해 충방전 제어부(50) 및 LED 모듈(30)의 동작을 제어하는 것이 아니고, LED 모듈(30)의 입력측과 출력측, 충방전 제어부(50)의 출력측, 정전류원의 출력측에 전류검출부를 각각 구비한 후 전류검출부에서 검출한 전류를 토대로 직접 LED 모듈(30) 및 충방전 제어부(50)의 동작을 제어하는 응용 회로이다.
도 8은 도 2 내지 도 5에 설명한 충방전 제어부(50)를 제어하는 구동 제어부(40)를 하나 이상의 오차 증폭기를 사용하여 구현한 응용 회로로서, 오차 증폭기의 기준전압과 이득을 조정하여 원하는 전류파형을 만들고, 필요에 따라 오차증폭을 개별로 생략할 수 있다.
도 9는 도 2 내지 도 5에 설명한 구동 제어부(40) 및 충방전 제어부(50)의 구성을 트랜지스터 구동방식으로 구현한 응용 회로이다.
이때 도 6 내지 도 8에 사용되는 역율 개선부(70)는 LED 모듈(30)의 입력측과 LED 모듈(30)에 하나 이상 구비된 LED부 중 어느 하나의 LED부 출력단 또는 어느 하나 이상의 LED부 각각의 출력단 사이에 병렬 접속되며, LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충방전 제어부(50)에 기 충전된 전압의 합이 LED 모듈 구동전압보다 작으면, 구동 제어부(40)로부터 입력되는 제어신호(도 7에서는 전류검출부의 I4 전류검출에 따른 제어신호)를 토대로 LED 모듈(30)에 하나 이상 구비된 LED부 중 일부 LED부에 전압이 공급되지 않도록 하여 LED 모듈이 1단 또는 다단의 순차구동을 수행하도록 한다.
이러한 역율 개선부(70)는 도 6 및 도 8에서와 같이 구동 제어부(40)로부터 입력되는 제어신호를 토대로 전류 제어(예를 들어, 쇼트 또는 오픈) 동작을 수행하는 전류제어소자를 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 역율 개선부(70)는 도 7에서와 같이 LED 모듈(30)의 입력측에 접속되어 LED 모듈로 인가되는 전류의 크기를 검출하며, 검출된 전류를 토대로 전류제어소자의 동작을 제어하는 전류검출부와, 전류검출부의 제어를 토대로 전류 제어(예를 들어, 쇼트 또는 오픈) 동작을 수행하는 전류제어소자를 포함하여 구성할 수 있다.
한편, 역율 개선부(70)는 도 2 내지 도 5의 실시예에서는 별도로 언급하지 않았으나, 적용이 가능함은 물론이다.
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 LED 구동방법의 일 실시예를 도 10을 참조하여 상세하게 설명한다. 이때 본 발명의 방법에 따른 각 단계는 사용 환경이나 당업자에 의해 순서가 변경될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
우선, 전원부(10)로부터 상용교류전원이 공급되면, 정류부(20)에서 이를 직류전원으로 정류하고, 정류된 직류전원을 LED 모듈(30)로 출력하여 다수 개의 LED가 직렬로 접속되어 있는 하나 이상의 LED부(LM11, LM12, LM13)가 구동되도록 한다(S10).
그러면 구동 제어부(40)는 S10 단계를 통해 정류부(20)에서 LED 모듈(30)에 인가되는 전압을 확인하고, 입력전압과 LED 모듈 구동전압을 비교한다(S20).
비교결과 LED 모듈 구동전압이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 차보다 작은지를 판단한다(S30). S30 단계의 판단결과 LED 모듈 구동전압이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 차보다 작으면, 구동 제어부(40)는 LED 모듈(30)의 동작모드를 충전모드로 설정한다(S40). 그리고 LED 모듈(30)의 출력측에 접속된 충방전 제어부(50) 내의 충전용 콘덴서(C1)를 충전시키면서 LED 모듈(30)을 구동하도록 제어한다(S50).
또한, 구동 제어부(40)는 S30 단계의 판단결과 LED 모듈 구동전압이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 차보다 작지 않으면, LED 모듈 구동전압이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압보다 작고 LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 차보다 큰지를 판단한다(S60). S60 단계의 판단결과 LED 모듈 구동전압이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압보다 작고 LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 차보다 크면, 구동 제어부(40)는 LED 모듈(30)의 동작모드를 직결모드로 설정한다(S70). 그리고 충방전 제어부(50) 내의 충전용 콘덴서(C1)를 충전하거나 또는 충전된 전압을 방전할 필요없이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압만으로 LED 모듈(30)을 구동하도록 제어한다(S80).
또한, 구동 제어부(40)는 S60 단계의 판단결과 LED 모듈 구동전압이 LED 모듈(30)에 인가되는 전압보다 작고 LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 차보다 크지 않으면, LED 모듈에 인가되는 전압이 LED 모듈 구동전압보다 작은지를 판단한다(S90). 즉 정류된 입력전압만으로 LED 모듈(30)을 동작시킬 수 있는 전압인지를 판단하는 것이다. S90 단계의 판단결과 LED 모듈(30)에 인가되는 전압이 LED 모듈 구동전압보다 작으면, 구동 제어부(40)는 LED 모듈(30)의 동작모드를 방전모드로 설정한다(S100). 그리고 충방전 제어부(50) 내의 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압과 LED 모듈(30)에 인가되는 전압을 동시에 이용하여 LED 모듈(30)을 구동하도록 제어한다(S110).
한편, 구동 제어부(40)는 S30 내지 S110 단계를 통해 LED 모듈(30)의 동작모드를 충전모드, 직결모드, 방전모드 중 어느 하나로 설정하여 동작하는 과정에서, LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충방전 제어부(50) 내의 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 합이 LED 모듈 구동전압보다 작은지를 판단한다(S120).
S120 단계의 판단결과 LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충방전 제어부(50) 내의 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 합이 LED 모듈 구동전압보다 작으면, 구동 제어부(40)는 LED 모듈(30)에 하나 이상 구비된 LED부 중 일부 LED부에 전압을 공급하지 않도록 제어한다(S130). 즉 구동 제어부(40)는 LED 모듈(30)의 입력측과 LED 모듈(30)에 하나 이상 구비된 LED부 중 어느 하나의 LED부 출력단 또는 어느 하나 이상의 LED부 각각의 출력단 사이에 병렬 접속되는 역율 개선부(70)의 동작을 제어하여 LED 모듈(30)에 하나 이상 구비된 LED부 중 일부 LED부에 전압을 공급하지 않도록 하는 것이다.
그러면 LED 모듈(30)은 역율 개선부(70)의 제어동작을 토대로 1단 또는 다단의 순차구동을 수행한다(S140). 즉 LED 모듈(30)에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서(C1)에 충전된 전압의 합이 LED 모듈 구동전압보다 낮더라도 LED 모듈(30)은 꺼지지 않고 일부를 동작시킬 수 있게 되는 것이다.
이때 전술한 설명에서 LED 모듈(30)에 인가되는 입력전압과 LED 모듈 구동전압을 비교 판단하는 S30 내지 S50의 충전모드, S60 내지 S80의 직결모드, S90 내지 S110의 방전모드는 사용 상태나 환경에 따라 변경하여 적용될 수 있음은 물론이며, S120 내지 S140 단계는 역율 개선부(70)를 구비하지 않은 경우 수행하지 않고 생략될 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동방법은 전압 제어를 토대로 한 동작을 예로 하여 설명하였지만, LED 구동방식은 전압 제어 이외에 도 11에서와 같이 전류 제어를 토대로 수행할 수도 있다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 구동방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도로서, 전술한 도 10의 전압 제어에 의한 LED 구동방식과 동일하므로 여기에서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이처럼, 본 발명은 낮은 최대전류로 LED를 동작시킬 수 있으므로 LED의 광효율 및 역율을 높일 수 있다. 또한, 모든 LED를 직렬로 구동시키기 때문에 LED 간에 발생하는 밝기 편차를 없앨 수 있다. 또한, LED 제어를 위한 배선을 단순화시킬 수 있으므로 회로 개발이 용이함은 물론, 생산성이 향상된다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 전원부 20 : 정류부
30 : LED 모듈 40 : 구동 제어부
50 : 충방전 제어부 60 : 밸리필 회로부
70 : 역율 개선부 LM11, LM12, LM13 : LED부
SW11, SW12, CL1, CL2 : 전류제어소자 C1 : 충전용 콘덴서
D1, D2 : 정류용 다이오드 CC1 : 정전류원

Claims (10)

  1. 상용교류전원을 공급하는 전원부,
    상기 전원부로부터 공급되는 상용교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류부,
    상기 정류부로부터 공급되는 직류전원으로 동작하며, 다수 개의 LED가 직렬로 접속되어 있는 LED부가 하나 이상 구비된 LED 모듈,
    상기 LED 모듈로 인가되는 전압의 크기, 상기 LED 모듈과 충방전 제어부에 흐르는 전류의 크기, 또는 이들의 조합을 기초로 하여 상기 LED 모듈을 구동하기 위한 제어신호를 생성하여 출력하는 구동 제어부, 그리고
    상기 LED 모듈의 출력측에 접속되며, 상기 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호를 토대로 상기 LED 모듈에 인가되는 전압으로 충전을 수행함과 동시에 상기 LED 모듈을 구동시키는 충전모드, 상기 LED 모듈에 인가되는 전압과 기 충전된 전압을 이용하여 상기 LED 모듈을 구동시키는 방전모드, 충전 또는 방전 없이 상기 LED 모듈에 인가되는 전압만으로 상기 LED 모듈을 구동시키는 직결모드 중 어느 하나의 모드로 동작하는 충방전 제어부
    를 포함하는 LED 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는,
    상기 LED 모듈의 출력측에 직렬 접속되고, 충전모드 동작시 상기 LED 모듈에 인가되는 전압으로 충전하며, 방전모드 동작시 충전된 전압을 방전하는 충전용 콘덴서,
    상기 LED 모듈의 출력측과 상기 충전용 콘덴서의 양극(+) 사이에 접속되는 제1정류용 다이오드,
    상기 충전용 콘덴서의 음극(-) 측에 접속되는 제2정류용 다이오드,
    상기 충전용 콘덴서의 양극(+)과 상기 제2정류용 다이오드의 캐소드(음극) 사이에 병렬 접속되며, 상기 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호를 토대로 전류 제어 동작을 수행하는 제1전류제어소자, 그리고
    상기 제1정류용 다이오드의 애노드(양극)와 상기 충전용 콘덴서의 음극(-) 사이에 병렬 접속되며, 상기 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호를 토대로 전류 제어 동작을 수행하는 제2전류제어소자
    를 포함하는 LED 구동장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는,
    LED 모듈 구동전압이 상기 LED 모듈에 인가되는 전압과 상기 충전용 콘덴서에 충전된 전압의 차보다 작으면, 상기 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호를 토대로 상기 제1전류제어소자 및 상기 제2전류제어소자를 모두 오픈시켜 상기 LED 모듈에 인가되는 전압으로 상기 충전용 콘덴서를 충전함과 동시에 상기 LED 모듈을 구동시키는 충전모드로 동작하고,
    상기 LED 모듈에 인가되는 전압이 상기 LED 모듈 구동전압보다 작으면, 상기 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호를 토대로 상기 제1전류제어소자 및 상기 제2전류제어소자를 모두 쇼트시켜 상기 충전용 콘덴서에 충전된 전압과 상기 LED 모듈에 인가되는 전압을 이용하여 상기 LED 모듈을 구동시키는 방전모드로 동작하며,
    상기 LED 모듈 구동전압이 상기 LED 모듈에 인가되는 전압보다 작고 상기 LED 모듈에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서에 충전된 전압의 차보다 크면, 상기 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호를 토대로 상기 제1전류제어소자는 쇼트시키고 상기 제2전류제어소자는 오픈시키거나, 또는 상기 제2전류제어소자는 쇼트시키고 상기 제1전류제어소자는 오픈시켜 상기 충전용 콘덴서를 충전하거나 충전된 전압을 방전할 필요없이 상기 LED 모듈에 인가되는 전압만으로 상기 LED 모듈을 구동시키는 직결모드로 동작하는 LED 구동장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 충방전 제어부는,
    직렬로 하나 이상 접속하여 사용할 수 있는 LED 구동장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 충방전 제어부의 출력측에 직렬 접속되고, 상기 구동 제어부의 제어를 토대로 동작하여 상기 충방전 제어부가 상기 구동 제어부의 제어에 의해 리니어하게 동작하도록 하며, 상기 충방전 제어부가 충전모드로 동작하여 입력전압이 높을 때 일정전류 이상 흐르지 않도록 제한하는 기능을 수행하는 정전류원을 더 포함하는 LED 구동장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 모듈의 입력측과 상기 LED 모듈에 하나 이상 구비된 LED부 중 어느 하나의 LED부 출력단 또는 어느 하나 이상의 LED부 각각의 출력단 사이에 병렬 접속되며, 상기 LED 모듈에 인가되는 전압과 상기 충방전 제어부에 기 충전된 전압의 합이 상기 LED 모듈 구동전압보다 작으면, 상기 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호를 토대로 상기 LED 모듈에 하나 이상 구비된 LED부 중 일부 LED부에 전압이 공급되지 않도록 하여 상기 LED 모듈이 1단 또는 다단의 순차구동을 수행하도록 하는 역율 개선부를 더 포함하는 LED 구동장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 역율 개선부는,
    상기 구동 제어부로부터 입력되는 제어신호를 토대로 전류 제어 동작을 수행하는 전류제어소자
    를 포함하는 LED 구동장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 역율 개선부는,
    상기 LED 모듈의 입력측에 접속되어 상기 LED 모듈로 인가되는 전류의 크기를 검출하며, 검출된 전류를 토대로 전류제어소자의 동작을 제어하는 전류검출부, 그리고
    상기 전류검출부의 제어를 토대로 전류 제어 동작을 수행하는 전류제어소자
    를 포함하는 LED 구동장치.
  9. (1) 전원부로부터 상용교류전원이 공급되면, 정류부에서 직류전원으로 정류한 후 다수 개의 LED가 직렬로 접속되어 있는 LED부가 하나 이상 구비된 LED 모듈로 출력하는 단계,
    (2) 구동 제어부는, 상기 (1) 단계를 통해 상기 정류부에서 상기 LED 모듈에 인가되는 전압을 확인하여 LED 모듈 구동전압과 비교 판단하는 단계,
    (3) 상기 구동 제어부는, 상기 (2) 단계의 판단결과 LED 모듈 구동전압이 상기 LED 모듈에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서에 충전된 전압의 차보다 작으면, 상기 LED 모듈의 동작모드를 충전모드로 설정하고 상기 LED 모듈의 출력측에 접속된 충방전 제어부 내의 충전용 콘덴서를 충전시키면서 상기 LED 모듈이 구동하도록 제어하는 단계,
    (4) 상기 구동 제어부는, 상기 (2) 단계의 판단결과 LED 모듈 구동전압이 상기 LED 모듈에 인가되는 전압보다 작고 상기 LED 모듈에 인가되는 전압과 충전용 콘덴서에 충전된 전압의 차보다 크면, 상기 LED 모듈의 동작모드를 직결모드로 설정하고 상기 충방전 제어부 내의 충전용 콘덴서를 충전하거나 충전된 전압을 방전할 필요없이 상기 LED 모듈에 인가되는 전압만으로 상기 LED 모듈이 구동하도록 제어하는 단계, 그리고
    (5) 상기 구동 제어부는, 상기 (2) 단계의 판단결과 상기 LED 모듈에 인가되는 전압이 LED 모듈 구동전압보다 작으면, 상기 LED 모듈의 동작모드를 방전모드로 설정하고 상기 충방전 제어부 내의 충전용 콘덴서에 충전된 전압과 상기 LED 모듈에 인가되는 전압을 이용하여 상기 LED 모듈이 구동하도록 제어하는 단계
    를 포함하는 LED 구동방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    (6) 상기 구동 제어부는, 상기 LED 모듈의 동작모드를 충전모드, 직결모드, 방전모드 중 어느 하나로 설정하여 동작하는 과정에서, 상기 LED 모듈에 인가되는 전압과 상기 충방전 제어부 내의 충전용 콘덴서에 충전된 전압의 합이 상기 LED 모듈 구동전압보다 작은지를 판단하는 단계, 그리고
    (7) 상기 구동 제어부는, 상기 (6) 단계의 판단결과 LED 모듈에 인가되는 전압과 충방전 제어부 내의 충전용 콘덴서에 충전된 전압의 합이 LED 모듈 구동전압보다 작으면, LED 모듈에 하나 이상 구비된 LED부 중 일부 LED부에 전압을 공급하지 않도록 제어하여 1단 또는 다단의 순차구동이 이루어지도록 하는 단계를 더 수행하는 LED 구동방법.
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