KR20160055520A - 조명부하 구동장치 및 조명부하 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류 직결형(AC Direct type)으로 하나 이상의 조명부하를 구동하는 조명부하 구동장치 및 조명부하 구동방법에 관한 것으로서, 외부에서 입력된 제1 디밍제어신호를 교류 입력전원의 주파수와 동일한 주파수의 제2 디밍제어신호로 변경하고, 제2 디밍제어신호에 따라 조명부하의 밝기를 제어하는 조명부하 구동장치 및 조명부하 구동방법에 관한 것이다.

Description

조명부하 구동장치 및 조명부하 구동방법{DEVICE FOR DRIVING ILLUMINATION LOADS AND METHOD FOR DRIVING LLUMINATION LOADS}

본 발명은 조명부하 구동장치 및 조명부하 구동방법에 관한 것이다.

다양한 조명부하 중에서 최근에 발광 다이오드(Light Emitting Diode;LED, 이하 '엘이디'라 칭함)의 고효율, 저전력 특성 등이 주목받게 됨에 따라, 엘이디를 활용하는 다양한 조명장치들이 개발되고 있다.

일반적인 엘이디 조명장치들은 대부분 전원 변환을 위한 트랜스포머, 역률 개선을 위한 PFC(Power Factor Corrector) 및 EMI(Electro Magnetic Interference) 저감을 위한 수단 등을 구비한다. 특히, 교류전원을 인가받아 작동하는 엘이디 조명장치들에는 교류-직류 컨버터가 포함되는 것이 일반적이다.

그러나, 이러한 트랜스포머나 PFC, EMI 저감수단 등은 크기가 크고 가격이 상대적으로 높은 편이어서, 엘이디 조명장치의 소형화 및 제조원가 절감 측면에서 한계가 있었다. 또한 일반적으로 사용되는 엘이디의 수명에 비해 교류-직류 컨버터의 수명은 상대적으로 짧은 편이어서, 엘이디 조명장치의 수명은 교류-직류 컨버터의 수명시간으로 크게 제한 단축된다.

이러한 엘이디 조명장치들에 대한 대안으로써 교류 직결형(AC Direct type) 발광 다이오드 조명장치에 대한 연구가 이루어지고 있다.

그러나, 교류 직결형 조명장치들의 경우, 입력되는 교류전원의 주파수 특성이 지역별로 서로 상이하므로, 일정 주파수의 디밍제어신호(예를 들어 PWM 디밍신호 등)를 통해 엘이디 밝기를 제어하는 경우에는, 디밍제어신호와 교류 입력전원의 주파수가 지역에 따라 서로 일치하지 않을 수 있다. 따라서 이러한 주파수 불일치로 인하여 플리커(flicker) 현상이 발생하는 등의 불안정한 밝기 제어가 수행되게 된다.

본 발명의 일 목적은, 교류 직결방식으로 구동되면서도 안정적이고 효율적인 밝기 제어를 가능하게 하는 조명부하 구동장치 및 조명부하 구동방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기 목적은, 교류 직결방식으로 구동함에 있어, 교류 입력전원의 주파수와 동일한 주파수의 디밍제어신호에 따라 조명부하의 밝기를 제어하는 조명부하 구동장치 및 조명부하 구동방법이 제공됨에 의해 달성된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 교류 직결방식으로 조명부하를 구동함에 있어 디밍제어신호와 교류 입력전원의 주파수 불일치에 따른 플리커 현상을 방지할 수 있다.

또한 상기와 같은 본 발명에 따르면, 교류 직결방식으로 조명부하를 구동함에 있어 안정적인 PWM(Pulse Width Modulation) 디밍제어를 수행할 수 있다.

아울러 상기와 같은 본 발명에 따르면, 교류 직결방식으로 조명부하를 구동함에 있어 보다 효율적인 밝기 제어를 수행할 수 있다.

다만 본 발명의 범위가 상술한 효과에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 1은 위상 디밍 제어를 수행하는 교류 직결형 조명장치의 개략적인 구성도.
도 2는 PWM 디밍제어를 수행하는 교류 직결형 조명장치의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명부하 구동장치의 개략적인 회로도.
도 4는 도 3 및 도 5의 조명부하 구동장치의 주요 부분에 대한 신호 파형을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명부하 구동장치의 개략적인 회로도.

본 발명에 따른 조명부하 구동장치 및 조명부하 구동방법의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 부가적으로, 도면의 구성요소는 반드시 축척에 따라 그려진 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 실시예의 이해를 돕기 위해 도면의 일부 구성요소의 크기는 다른 구성요소에 비해 과장될 수 있다. 아울러 서로 다른 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타내고, 유사한 참조부호는 반드시 그렇지는 않지만 유사한 구성요소를 나타낼 수 있다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

교류 직결형 조명장치에서의 안정적인 PWM 디밍제어의 필요성

도 1은 위상 디밍 제어를 수행하는 교류 직결형 조명장치(10)의 구성도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1에서의 교류 직결형 조명장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 컨버터나 인버터를 사용하지 않고 트라이악(Triac) 또는 사이리스터(Thyristor) 등의 반도체 소자(12)를 사용하여, 교류 위상제어(13)를 통해 교류 입력전원(Vac)의 실효치(rms)를 조절함으로써, 엘이디 등의 조명부하(11)의 밝기를 제어한다. 이와 같은 위상 디밍 방식의 밝기 제어는, 교류 입력전원(Vac)의 0V 지점을 기준으로 트라이악 등의 반도체 소자(12)를 구동하여 출력전압의 실효치를 조절한다.

그러나 트라이악 등의 반도체 소자(12)는, 그 구동을 위해 사용하는 제어회로와 트라이악 등의 고유 특성 등으로 인해, 조광 동작 범위가 매우 제한적이다.

따라서 교류-직류 컨버터 등이 사용되는 조명장치와 마찬가지로 교류 직결형 조명장치의 경우에도, 엘이디 등에서의 출력전류 제어를 보다 용이하게 할 수 있는 PWM 디밍 방식의 밝기 제어를 수행하는 것이 보다 바람직하다.

도 2는 PWM 디밍제어를 수행하는 교류 직결형 조명장치(20)의 구성도를 개략적으로 나타낸 것이다.

일반적인 교류 직결형 조명장치의 경우, 입력되는 교류전원의 주파수 특성이 사용하는 지역에 따라 서로 상이하다. 예를 들어 교류전원의 주파수 특성은 사용되는 지역에 따라 48Hz 내지 63Hz 범위 등까지 서로 차이가 발생될 수 있다.

따라서 도 2와 같이 일정 주파수의 PWM 디밍제어신호를 통해 엘이디 등의 조명부하(21) 밝기를 제어하는 경우에는, PWM 디밍제어신호는 지역에 따라 교류 입력전원(Vac)과 그 주파수가 서로 불일치할 수 있으며, 이러한 주파수 불일치로 인하여 플리커 현상이 발생하는 등의 불안정한 밝기 제어가 수행될 수 있다.

상기와 같은 플리커 현상 등으로 인하여 현재 일반적인 교류 직결형 조명장치에서는, 도 2에서의 PWM 디밍 방식보다는 도 1에서의 위상 디밍 방식을 주로 채택하고 있는 실정이다.

이에 본 실시예에서는, 교류 직결방식으로 구동되면서도 안정적인 PWM 디밍제어(밝기 제어)를 가능하게 하는 조명부하 구동장치의 구성예를 채택하기로 한다. 이하에서는 이에 대해 상세히 설명하기로 한다.

제1 실시예

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 조명부하 구동장치(100)의 개략적인 회로도를 나타내고, 도 4는 도 3의 조명부하 구동장치(100)의 주요 부분에 대한 신호 파형을 나타내는 그래프이다.

본 실시예에 따른 조명부하 구동장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전원부(110), 정류부(120), 출력전류 검출부(Rsen) 및 디밍 제어부(130)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서는 조명부하로서의 엘이디 소자(141 내지 143)를 채택하고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 발광소자라면 그 어떠한 것도 사용이 가능하다. 또한 본 실시예에서는 3개의 엘이디 소자(141 내지 143)가 서로 직렬 연결되어 있는 LED 스트링(string)을 채택하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 1개의 발광소자를 포함하는 경우도 채택할 수 있을 뿐 아니라 2개 또는 4개 이상의 발광소자가 서로 직렬 연결되어 있는 경우도 채택할 수 있음은 물론이다.

전원부(110)는 교류 입력전원(Vac)를 제공한다. 이때 전원부(110)는 가정용 전원, 산업용 전원 등을 포함하는 통상의 상용전원으로 구현될 수 있다.

또한 정류부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전원부(110)와 조명부하(141 내지 143) 사이에 구비되며, 교류 입력전원(Vac)을 정류하여 상기 조명부하(141 내지 143)에 제공한다.

이 경우 정류부(120)는 브릿지 다이오드(bridge diode) 등을 포함할 수 있다.

여기서 브릿지 다이오드는 통상의 브릿지 다이오드로서 4개의 다이오드로 구성될 수 있으며, 교류 입력전원(Vac)을 전파 정류하여 조명부하(141 내지 143)에 공급한다.

또한 라인필터는, 도 3에는 도시되지 않았으나 교류 입력전원(Vac)이 입력되는 양단에 병렬 연결되어 있는 2개의 커패시터와, 교류 입력전원(Vac)이 입력되는 양단 각각에 직렬 연결되어 있는 2개의 인덕터를 포함할 수 있으며, 이를 통해 교류 입력전원(Vac)의 전자파 간섭을 필터링하게 된다.

그리고 출력전류 검출부(Rsen)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 정류부(120) 및조명부하(141 내지 143)에 연결되는 것으로, 조명부하(141 내지 143)에 흐르는 전류를 검출한다.

출력전류 검출부(Rsen)는, 조명부하 구동장치(100)로부터 출력되는 전류를 검출하는 것이므로, 엘이디 출력전류(Io)의 정보가 반영된다.

한편 본 실시예에 따른 디밍 제어부(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 출력전류 검출부(Rsen)에 연결되는 것으로, 외부에서 입력된 일정 주파수의 제1 디밍제어신호(S1)를 교류 입력전원(Vac)의 주파수와 동일한 주파수의 제2 디밍제어신호(S2)로 변경 출력한다. 이때 제1 및 제2 디밍제어신호(S1, S2)는 도 4에 도시된 바와 같이 PWM 신호이며, 상기 디밍 제어부(130)는 변경된 제2 디밍제어신호(S2)에 따라 각 조명부하(141 내지 143)의 밝기를 제어하게 된다.

상기와 같은 디밍 제어부(130)를 통해 본 실시예의 조명부하 구동장치(100)는, 교류 입력전원(Vac)의 주파수와 동일한 주파수의 PWM 디밍제어신호(제2 디밍제어신호)에 따라 조명부하의 밝기를 제어할 수 있다.

따라서 본 실시예의 조명부하 구동장치(100)는, PWM 디밍방식을 교류 직결형 조명장치에 적용하는 경우에 발생될 수 있는 플리커 현상(즉 PWM 디밍제어신호와 교류 입력전원의 주파수 불일치에 따른 플리커 현상)을 방지할 수 있게 된다.

이를 통해 결국 본 실시예는, 교류 직결방식으로 조명부하를 구동함에 있어 안정적인 PWM 디밍제어를 수행할 수 있을 뿐 아니라, 위상 디밍 방식보다 효율적인 밝기 제어를 수행할 수 있게 된다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 상기와 같은 디밍 제어부(130)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.

본 실시예의 디밍 제어부(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 턴 온 시점 감지부(131), 듀티 정보 인식부(132) 및 디밍제어신호 출력부(133)를 포함할 수 있다.

턴 온 시점 감지부(131)는, 출력전류 감지부(Rsen)에 연결되어 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점을 감지한다. 즉 도 4의 (a)에 도시된 각 사이클에서의 턴 온 시점(A, B, C...)을 감지하는 것이다.

이는 엘이디 출력전류(Io)의 주파수와 위상이 교류 입력전원(Vac)의 주파수와 위상과 동일하므로, 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점을 감지함으로써 이를 통해 교류 입력전원(Vac)의 주파수와 위상 정보를 얻을 수 있기 때문이다.

결국 디밍 제어부(130)는, 도 4의 (a) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 턴 온 시점 감지부(131)에 의해 감지된 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점 정보로부터 제2 디밍제어신호(S2)의 턴 온 시점을 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점과 일치시킬 수 있으며, 이에 따라 제2 디밍제어신호(S2)의 주파수와 위상을 교류 입력전원(Vac)의 주파수와 위상과 일치시킬 수 있게 된다.

이러한 턴 온 시점 감지부(131)는 도 3에 도시된 바와 같이 미분기(131-1)를 포함할 수 있으며, 상기 미분기(131-1)는 엘이디 출력전류(Io)가 흐르는 조명부하(141 내지 143), 즉 출력전류 검출부(Rsen)에 그 일단이 연결된다.

턴 온 시점 감지부(131)는 상기와 같은 미분기(131-1)를 통하여, 엘이디 출력전류(Io)가 흐르지 않다가 다시 흐르는 시점, 즉 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점에서 그 출력 레벨을 변경(예를 들어 로우 레벨에서 하이 레벨로 변경)하여 출력할 수 있게 되며, 이를 통해 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점(A, B, C...)을 감지할 수 있게 된다.

그리고 듀티 정보 인식부(132)는, 외부로부터 입력된 일정 주파수의 제1 디밍제어신호(S1)가 입력되어 그 듀티 정보를 인식한다. 그 후 도 3에 도시된 바와 같이 인식된 상기 듀티 정보를 디밍제어신호 출력부(133)로 출력한다.

이러한 듀티 정보 인식부(132)는, 교류 입력전원(Vac)과 동일한 주파수의 제2 디밍제어신호(S2)를 생성함에 있어, 상기 제2 디밍제어신호(S2)의 오프 시점을 결정하기 위해 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보를 제공하는 것이다.

결국 디밍 제어부(130)는, 도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 듀티 정보 인식부(132)에 의해 인식된 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보로부터 제2 디밍제어신호(S2)의 오프 시점을 결정할 수 있게 된다.

또한 디밍제어신호 출력부(133)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 턴 온 시점 감지부(131)로부터 출력된 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점 정보와 듀티 정보 인식부(132)로 출력된 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보를 입력받는다.

그리고 디밍제어신호 출력부(133)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 가산기 형태로 구현될 수 있으며, 이를 통해 엘이디 출력전류(Io)의 턴온 시점 정보 및 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보를 가산하여 PWM 디밍 제어를 위한 제2 디밍제어신호(S2)를 생성 출력하게 된다.

즉 디밍 제어부(130)는, 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점 정보 및 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보를 토대로, 도 4의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 외부로부터 입력된 일정 주파수의 제1 디밍제어신호(S1)를 엘이디 출력전류(Io)의 주파수와 동일한(즉 교류 입력전원의 주파수와 동일한) 제2 디밍제어신호(S2)로 변경시킬 수 있게 된다.

결국 디밍 제어부(130)는, 교류 입력전원(Vac)의 주파수와 동일한 제2 디밍제어신호(S2)에 따라 각 조명부하(141 내지 143)의 밝기를 제어할 수 있으며, 이에 따라 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, PWM 디밍 방식이 적용된 엘이디 출력전류(Io')를 생성 출력할 수 있게 된다.

한편 본 실시예의 조명부하 구동장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 스위칭부(140) 및 스위칭 제어부(150)를 포함한다.

본 실시예의 스위칭부(140)는, 조명부하(141 내지 143)에 연결되는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 스위칭 소자(Q1, Q2) 및 비교기(OP1, OP2)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 구성을 통해 상기 스위칭부(140)는 해당 조명부하(141 내지 143)에 대한 전류공급채널을 형성한다.

이 경우 스위칭 소자(Q1, Q2)는, FET 스위칭 소자로 구현될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 스위칭 동작을 수행할 수 있다면 그 어떠한 스위칭 소자도 채택할 수 있음은 물론이다.

또한 본 실시예의 스위칭 제어부(150)는, 디밍 제어부(130)로부터 출력된 제2 디밍제어신호(S2) 및 비교기(OP1, OP2)의 출력이 입력되는 앤드 게이트로 구현될 수 있다.

상기와 같은 구성을 통해 스위칭 제어부(150)는, 제2 디밍제어신호(S2)에 따라 스위칭부(140)의 스위칭 소자(Q1, Q2)를 온오프 시킴으로써, 조명부하(141 내지 143)를 구동할 수 있게 된다.

예를 들어 스위칭 제어부(150)는, 하이 레벨의 제2 디밍제어신호(S2)가 입력되면 엘이디 출력전류(Io) 및 비교기 기준전압(Vref1, Vref2)의 비교를 통해 스위칭 소자(Q1, Q2)를 순차적으로 턴 온 시키며, 로우 레벨의 제2 디밍제어신호(S2)가 입력되면 스위칭 소자(Q1, Q2)를 턴 오프 시킨다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 PWM 디밍 제어 동작을 설명한다.

엘이디 출력전류(Io)가 흐르지 않다가 다시 흐르는 시점, 즉 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점에서 그 출력 레벨을 변경(예를 들어 로우 레벨에서 하이 레벨로 변경)하는 턴 온 시점 감지부(131)를 통하여, 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점(A, B, C...)을 감지할 수 있으며, 이를 통해 교류 입력전원(Vac)의 주파수와 위상 정보를 얻는다.

그리고 듀티 정보 인식부(132)를 통하여, 외부로부터 입력된 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보를 인식한다.

그 후 턴 온 시점 감지부(131)로부터 출력된 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점 정보 및 듀티 정보 인식부(132)로부터 출력된 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보는 디밍제어신호 출력부(133)에 입력된다.

그 후 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점 정보 및 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보는 상기 디밍제어신호 출력부(133)에 의해 가산되며, 이를 통해 PWM 디밍 제어를 위한 제2 디밍제어신호(S2)가 생성 출력되게 된다.

그 후 하이 레벨의 제2 디밍제어신호(S2)가 스위칭 제어부(150)에 입력되면, 엘이디 출력전류(Io) 및 비교기 기준전압(Vref1, Vref2)의 비교를 통해 스위칭 소자(Q1, Q2)는 순차적으로 턴 온 되어 엘이디 출력전류(도 4의 (d)에서의 하이 레벨 형태의 엘이디 출력전류)가 조명부하(141 내지 143)에 흐르게 된다. 이러한 PWM 디밍 제어를 통해 교류 입력전원(Vac)과 조명부하(141 내지 143)의 출력전압의 위상을 서로 일치시킬 수 있으며, 이에 따라 일정 수준 이상의 역률 및 고조파 왜곡(Total Harmonic Distortion, THD)을 얻을 수 있게 된다.

한편 만약 로우 레벨의 제2 디밍제어신호(S2)가 스위칭 제어부(150)에 입력되면, 스위칭 소자(Q1, Q2)는 턴 오프 되어 각 조명부하(141 내지 143)에는 엘이디 출력전류(Io)가 흐르지 않게 된다.

결국 본 실시예의 경우, 교류 입력전원(Vac)의 주파수와 동일한 주파수의 PWM 디밍제어신호(제2 디밍제어신호)에 따라 조명부하의 밝기를 제어할 수 있으며, 이에 따라 PWM 디밍제어신호와 교류 입력전원의 주파수 불일치에 따른 플리커 현상을 방지할 수 있게 된다.

이를 통해 결국 본 실시예는, 교류 직결방식으로 조명부하를 구동함에 있어 안정적인 PWM 디밍제어를 수행할 수 있을 뿐 아니라, 위상 디밍 방식보다 효율적인 밝기 제어를 수행할 수 있게 된다.

제2 실시예

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명부하 구동장치(200)의 개략적인 회로도를 나타낸다. 한편 도 5의 조명부하 구동장치(200)의 주요 부분에 대한 신호 파형은 도 3의 조명부하 구동장치(100)와 동일하므로 도 4에 도시된 신호 파형과 동일한 형태를 가진다.

본 실시예에서는 조명부하로서 엘이디 소자(241 내지 243)를 채택하고 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 발광소자라면 그 어떠한 것도 사용이 가능하다. 또한 본 실시예에서는 제1 실시예와 마찬가지로 3개의 엘이디 소자(241 내지 243)가 서로 직렬 연결되어 있는 LED 스트링을 채택하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 1개의 발광소자를 포함하는 경우도 채택할 수 있을 뿐 아니라 2개 또는 4개 이상의 발광소자가 서로 직렬 연결되어 있는 경우도 채택할 수 있음은 물론이다.

본 실시예에 따른 조명부하 구동장치(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 전원부(210), 정류부(220), 출력전류 검출부(Rsen), 디밍 제어부(230), 스위칭부(240) 및 스위칭 제어부(250)를 포함할 수 있다.

본 실시예의 전원부(210), 정류부(220), 출력전류 검출부(Rsen), 디밍 제어부(230), 스위칭부(240) 등은, 제1 실시예와 그 구성 및 기능이 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 따라서 이하에서는 제1 실시예의 조명부하 구동장치(100)와 상이한 구성(스위칭 제어부(250) 등) 및 이에 따른 동작과정을 중심으로 설명하기로 한다.

본 실시예의 스위칭 제어부(250)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 그 일단이 출력전류 검출부(Rsen)에 연결되며, 디밍 제어부(230)로부터 출력된 제2 디밍제어신호(S2)가 입력되는 디밍 제어 스위치(250)로 구현될 수 있다.

이 경우 디밍 제어 스위치(250)는, FET 스위칭 소자로 구현될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 스위칭 동작을 수행할 수 있다면 그 어떠한 스위칭 소자도 채택할 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 구성을 통해 스위칭 제어부(250)는, 제2 디밍제어신호(S2)에 따라 스위칭부(240)의 스위칭 소자(Q1, Q2)를 온오프 시킴으로써, 조명부하(241 내지 243)를 구동할 수 있게 된다.

예를 들어 스위칭 제어부(250)는, 하이 레벨의 제2 디밍제어신호(S2)가 입력되면 턴 온 되어 엘이디 출력전류(Io) 패스를 형성하게 되며, 이에 따라 엘이디 출력전류(Io) 및 비교기 기준전압(Vref1, Vref2)의 비교를 통해 스위칭 소자(Q1, Q2)는 순차적으로 턴 온 되게 된다.

또한 예를 들어 스위칭 제어부(250)는, 로우 레벨의 제2 디밍제어신호(S2)가 입력되면 턴 오프 되어 엘이디 출력전류(Io) 패스를 형성하지 않게 되며, 이에 따라 스위칭 소자(Q1, Q2)는 턴 오프 되게 된다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 PWM 디밍 제어 동작을 설명한다.

엘이디 출력전류(Io)가 흐르지 않다가 다시 흐르는 시점, 즉 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점에서 그 출력 레벨을 변경(예를 들어 로우 레벨에서 하이 레벨로 변경)하는 턴 온 시점 감지부(231)를 통하여, 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점(A, B, C...)을 감지할 수 있으며, 이를 통해 교류 입력전원(Vac)의 주파수와 위상 정보를 얻는다.

그리고 듀티 정보 인식부(232)를 통하여, 외부로부터 입력된 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보를 인식한다.

그 후 턴 온 시점 감지부(231)로부터 출력된 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점 정보 및 듀티 정보 인식부(232)로부터 출력된 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보는 디밍제어신호 출력부(233)에 입력된다.

그 후 엘이디 출력전류(Io)의 턴 온 시점 정보 및 제1 디밍제어신호(S1)의 듀티 정보는 상기 디밍제어신호 출력부(233)에 의해 가산되며, 이를 통해 PWM 디밍 제어를 위한 제2 디밍제어신호(S2)가 생성 출력되게 된다.

그 후 하이 레벨의 제2 디밍제어신호(S2)가 스위칭 제어부(250)에 입력되면, 상기 스위칭 제어부(250)는 턴 온 되어 엘이디 출력전류(Io) 패스가 형성되게 된다. 이에 따라 엘이디 출력전류(Io) 및 비교기 기준전압(Vref1, Vref2)의 비교를 통해 스위칭 소자(Q1, Q2)는 순차적으로 턴 온 되게 되어 엘이디 출력전류(도 4의 (d)에서의 하이 레벨 형태의 엘이디 출력전류)가 조명부하(241 내지 243)에 흐르게 된다. 이러한 PWM 디밍 제어를 통해 교류 입력전원(Vac)과 조명부하(241 내지 243)의 출력전압의 위상을 서로 일치시킬 수 있으며, 이에 따라 일정 수준 이상의 역률 및 THD를 얻을 수 있게 된다.

한편 만약 로우 레벨의 제2 디밍제어신호(S2)가 스위칭 제어부(250)에 입력되면, 상기 스위칭 제어부(250)는 턴 오프 되어 엘이디 출력전류(Io) 패스가 형성되지 않게 된다. 이에 따라 스위칭 소자(Q1, Q2)는 턴 오프 되게 되어 각 조명부하(241 내지 243)에는 엘이디 출력전류(Io)가 흐르지 않게 된다.

결국 본 실시예도 제1 실시예와 마찬가지로, 교류 입력전원(Vac)의 주파수와 동일한 주파수의 PWM 디밍제어신호(제2 디밍제어신호)에 따라 조명부하의 밝기를 제어할 수 있으며, 이에 따라 PWM 디밍제어신호와 교류 입력전원의 주파수 불일치에 따른 플리커 현상을 방지할 수 있게 된다.

이를 통해 결국 본 실시예는, 제1 실시예와 마찬가지로 교류 직결방식으로 조명부하를 구동함에 있어 안정적인 PWM 디밍제어를 수행할 수 있을 뿐 아니라, 위상 디밍 방식보다 효율적인 밝기 제어를 수행할 수 있게 된다.

본 발명의 도면들에 도시된 다양한 요소들의 기능들은 적절한 소프트웨어와 관련되어 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어뿐만 아니라 전용 하드웨어의 이용을 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 이런 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서, 또는 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별 프로세서에 의해 제공될 수 있다.

또한, 용어 "제어부"의 명시적 이용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 지칭하는 것으로 해석되지 말아야 하며, 제한 없이, 마이크로 프로세서(MCU), 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 비휘발성 저장장치를 묵시적으로 포함할 수 있다.

본 명세서의 청구항들에서, 특정 기능을 수행하기 위한 수단으로서 표현된 요소는 특정 기능을 수행하는 임의의 방식을 포괄하고, 이러한 요소는 특정 기능을 수행하는 회로 요소들의 조합, 또는 특정 기능을 수행하기 위한 소프트웨어를 수행하기 위해 적합한 회로와 결합된, 펌웨어, 마이크로코드 등을 포함하는 임의의 형태의 소프트 웨어를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 본 발명의 원리들의 '일 실시예' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 이 실시예와 관련되어 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다.

따라서, 표현 '일 실시예에서'와, 본 명세서 전체를 통해 개시된 임의의 다른 변형례들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.

본 명세서에서 방법이 일련의 단계를 포함하는 것으로 기술되는 경우, 여기에 제시된 그러한 단계의 순서는 반드시 그러한 단계가 실행될 수 있는 순서인 것은 아니며, 임의의 기술된 단계는 생략될 수 있고/있거나 여기에 기술되지 않은 임의의 다른 단계가 그 방법에 부가 가능할 것이다.

본 명세서에서 ‘연결된다’ 또는 ‘연결하는’등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 다른 구성요소와 전기적 또는 비 전기적 방식으로 직접 또는 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.

또한 본 명세서에서 서로 "인접하는" 것으로 기술된 대상은, 그 문구가 사용되는 문맥에 대해 적절하게, 서로 물리적으로 접촉하거나, 서로 근접하거나, 서로 동일한 일반적 범위 또는 영역에 있는 것일 수 있다.

또한 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 아울러 본 명세서에서 사용되는 ‘포함한다’ 또는 ‘포함하는’으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 명세서를 통해 개시된 모든 실시예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 200: 조명부하 구동장치 110, 210: 전원부
120, 220: 정류부 130, 230: 디밍 제어부
131, 231: 턴 온 시점 감지부 131-1, 231-1: 미분기
132, 232: 듀티 정보 인식부 133, 233: 디밍제어신호 출력부
140, 240: 스위칭부 150, 250: 스위칭 제어부
Rsen: 출력전류 검출부

Claims (26)

1. 교류 직결형(AC Direct type)으로 하나 이상의 조명부하를 구동하는 조명부하 구동장치에 있어서,
   외부에서 입력된 제1 디밍제어신호를 교류 입력전원의 주파수와 동일한 주파수의 제2 디밍제어신호로 변경하고, 상기 제2 디밍제어신호에 따라 상기 조명부하의 밝기를 제어하는 조명부하 구동장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 조명부하에 흐르는 출력전류의 턴 온 시점 정보 및 상기 제1 디밍제어신호의 듀티 정보를 토대로, 상기 제1 디밍제어신호를 상기 제2 디밍제어신호로 변경하는 디밍 제어부를 포함하는 조명부하 구동장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 디밍 제어부는,
   상기 출력전류의 턴 온 시점을 감지하는 턴 온 시점 감지부;
   상기 제1 디밍제어신호가 입력되어 그 듀티 정보를 인식하는 듀티 정보 인식부; 및
   감지된 상기 턴 온 시점과 인식된 상기 듀티 정보를 가산하여 상기 제2 디밍제어신호를 생성 출력하는 디밍제어신호 출력부;
   를 포함하는 조명부하 구동장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 턴 온 시점 감지부는,
   상기 출력전류가 흐르는 조명부하에 그 일단이 연결되는 미분기를 포함하는 조명부하 구동장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 조명부하에 연결되는 스위칭부;
   상기 조명부하 및 상기 디밍 제어부에 연결되며, 상기 출력전류를 검출하는 출력전류 검출부; 및
   상기 제2 디밍제어신호에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 소자를 온 오프 시키는 스위칭 제어부;
   를 더 포함하는 조명부하 구동장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 스위칭 제어부는, 상기 제2 디밍제어신호가 입력되는 앤드 게이트인 조명부하 구동장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 스위칭 제어부는,
   상기 출력전류 검출부에 연결되며, 상기 제2 디밍제어신호가 입력되는 디밍 제어 스위치인 조명부하 구동장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 조명부하는, 발광 다이오드(Light Emitting Diode)인 조명부하 구동장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 조명부하가 복수개의 발광 다이오드인 경우, 각각의 발광 다이오드는 서로 직렬 연결되는 조명부하 구동장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 디밍제어신호는, 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 신호인 조명부하 구동장치.
    
11. 교류 입력전원을 제공하는 전원부;
    상기 전원부 및 조명부하에 연결되며, 상기 교류전원을 정류하는 정류부;
    상기 조명부하에 연결되며, 하나 이상의 조명부하에 흐르는 출력전류를 검출하는 출력전류 검출부; 및
    상기 출력전류 검출부에 연결되며, 외부에서 입력된 제1 디밍제어신호를 상기 교류 입력전원의 주파수와 동일한 주파수의 제2 디밍제어신호로 변경하고, 상기 제2 디밍제어신호에 따라 상기 조명부하의 밝기를 제어하는 디밍 제어부;
    를 포함하는 조명부하 구동장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 디밍 제어부는,
    상기 출력전류의 턴 온 시점 정보 및 상기 제1 디밍제어신호의 듀티 정보를 토대로, 상기 제1 디밍제어신호를 상기 제2 디밍제어신호로 변경하는 조명부하 구동장치.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 디밍 제어부는,
    상기 출력전류의 턴 온 시점을 감지하는 턴 온 시점 감지부;
    상기 제1 디밍제어신호가 입력되어 그 듀티 정보를 인식하는 듀티 정보 인식부; 및
    감지된 상기 턴 온 시점과 인식된 상기 듀티 정보를 가산하여 상기 제2 디밍제어신호를 생성 출력하는 디밍제어신호 출력부;
    를 포함하는 조명부하 구동장치.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 턴 온 시점 감지부는,
    상기 출력전류 검출부에 그 일단이 연결되는 미분기를 포함하는 조명부하 구동장치.
    
15. 제12항에 있어서,
    상기 조명부하에 연결되는 스위칭부; 및
    상기 제2 디밍제어신호에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 소자를 온 오프 시키는 스위칭 제어부;
    를 더 포함하는 조명부하 구동장치.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는, 상기 제2 디밍제어신호가 입력되는 앤드 게이트인 조명부하 구동장치.
    
17. 제15항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 출력전류 검출부에 연결되며, 상기 제2 디밍제어신호가 입력되는 디밍 제어 스위치인 조명부하 구동장치.
    
18. 제11항에 있어서,
    상기 조명부하는, 발광 다이오드인 조명부하 구동장치.
    
19. 제18항에 있어서,
    상기 조명부하가 복수개의 발광 다이오드를 포함하는 경우, 각각의 발광 다이오드는 서로 직렬 연결되는 조명부하 구동장치.
    
20. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 디밍제어신호는, 펄스폭 변조 신호인 조명부하 구동장치.
    
21. 교류 직결형(AC Direct type)으로 하나 이상의 조명부하를 구동하는 조명부하 구동방법에 있어서,
    외부에서 입력된 제1 디밍제어신호를 교류 입력전원의 주파수와 동일한 주파수의 제2 디밍제어신호로 변경하고, 상기 제2 디밍제어신호에 따라 상기 조명부하의 밝기를 제어하는 조명부하 구동방법.
    
22. 제21항에 있어서,
    상기 조명부하에 흐르는 출력전류의 턴 온 시점을 감지하는 단계;
    상기 제1 디밍제어신호가 입력되어 그 듀티 정보를 인식하는 단계; 및
    감지된 상기 턴 온 시점과 인식된 상기 듀티 정보를 가산하여 상기 제2 디밍제어신호를 생성 출력하는 단계;
    를 포함하는 조명부하 구동방법.
    
23. 제21항에 있어서,
    상기 조명부하는, 발광 다이오드인 조명부하 구동방법.
    
24. 제23항에 있어서,
    상기 조명부하가 복수개의 발광 다이오드인 경우, 각각의 발광 다이오드는 서로 직렬 연결되는 조명부하 구동방법.
    
25. 제21항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 디밍제어신호는, 펄스폭 변조 신호인 조명부하 구동방법.
    
26. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 조명부하 구동장치를 이용하는 조명부하 구동방법에 있어서,
    조명부하에 흐르는 출력전류의 턴 온 시점을 감지하는 단계;
    상기 제1 디밍제어신호가 입력되어 그 듀티 정보를 인식하는 단계; 및
    감지된 상기 턴 온 시점과 인식된 상기 듀티 정보를 가산하여 상기 제2 디밍제어신호를 생성 출력하는 단계;
    를 포함하는 조명부하 구동방법.

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