KR20160094020A - 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로 및 제어 방법 - Google Patents

발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전고조파왜률을 줄이기(Reduction) 위한 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로를 개시하며, 정류 전압의 변화 형상에 대응하여 발광 다이오드 그룹들의 발광에 대응한 전류 경로 상의 구동 전류를 제어하는 전고조파왜률 저감 회로를 포함한다.

Description

발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로 및 제어 방법{CIRCUIT AND METHOD TO CONTROL LED LIGHTING APPARATUS}
본 발명은 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전고조파왜률(Total Harmonic Distortion : 이하 "THD"라 함)을 줄이기(Reduction) 위한 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로 및 제어 방법에 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 정류 전압으로 변환하고 정류 전압을 이용한 전류 구동에 의하여 발광 다이오드가 발광하도록 구성된다. 정류 전압은 교류 전압이 전파 정류된 전압을 의미한다. 상기한 조명 장치는 인덕터 및 캐패시터를 사용하지 않고 정류 전압을 사용하기 때문에 역률(POWER FACTOR)이 양호한 특성이 있다.
발광 다이오드를 이용하는 상기한 조명 장치는 정류 전압의 변화에 따르는 발광에 대응하여 전류 경로를 제공할 수 있도록 전류 레귤레이션을 수행하는 드라이버를 포함한다.
교류 다이렉트 방식으로 구동되는 조명 장치의 드라이버는 발광에 대응한 전류 경로를 제공하기 위한 전류 레귤레이션에 의하여 정류 전압의 변화에 대응하여 전류를 비 선형적으로 제어하도록 구성될 수 있다.
조명 장치는 상기한 전류의 비 선형적 제어로 인하여 THD가 높은 문제점을 갖는다. 따라서, 조명 장치는 THD를 줄여서 전력 효율을 개선할 필요성이 있다.
본 발명의 목적은 발광 다이오드의 발광 및 소광을 위하여 전류가 비 선형적으로 제어되는 것을 완화시켜서 THD를 줄일 수 있는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로 및 제어 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 정류 전압의 변화에 대응하여 발광하는 하나 이상의 발광 다이오드 그룹을 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로는, 센싱 전압과 상기 하나 이상의 발광 다이오드 그룹에 각각 대응하는 기준 전압들을 비교함으로써 상기 하나 이상의 발광 다이오드 그룹의 구동 전류를 위한 전류 경로를 제공하는 드라이버; 및 상기 드라이버에서 출력되는 구동 전류가 상기 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부를 따르도록 제어하는 전고조파왜률 저감 회로;를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치의 제어 방법은, 정류 전압의 변화에 대응하여 하나 이상의 발광 다이오드 그룹이 순차적으로 발광하는 단계; 발광하는 상기 하나 이상의 발광 다이오드 그룹의 순차적인 발광 상태에 대응하여 드라이버가 센싱 전압과 상기 하나 이상의 발광 다이오드 그룹에 각각 대응하는 기준 전압들을 비교함으로써 전류 경로를 제공하는 단계; 상기 전류 경로를 제공하는 과정에서 상기 드라이버가 상기 정류 전압의 변화에 대응하여 상기 전류 경로 상의 구동 전류를 1차 제어하는 단계; 및 전고조파왜률 저감 회로가 상기 드라이버에서 출력되는 상기 구동 전류를 상기 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부를 따르도록 2차 제어하는 단계;를 포함함으로써 상기 구동 전류는 상기 1차 및 2차 제어에 의하여 상기 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부를 따르는 파형을 가짐을 특징으로 한다.
본 발명은 발광 다이오드 그룹의 발광 및 소광에 대응하여 변화되는 전류의 비 선형적인 변화 폭을 감소시킬 수 있다. 따라서, 발광 다이오드를 포함하는 조명 장치의 THD를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로의 바람직한 실시예를 나타내는 회로도.
도 2는 도 1의 드라이버의 상세 회로도
도 3은 도 1의 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 4는 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로의 다른 실시예를 나타내는 회로도.
도 5는 도 4의 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 6은 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로의 또다른 실시예를 나타내는 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 발명은 조명을 위하여 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 반도체 발광 특성을 갖는 광원을 이용할 수 있으며, 반도체 발광 특성을 갖는 광원은 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명은 교류 다이렉트 방식으로 개시될 수 있으며, 도 1의 실시예의 조명 장치는 교류 전원에 의하여 발광 다이오드를 포함하는 조명부가 발광하며, 조명부의 발광에 대응하여 전류를 규제하기 위한 전류 레귤레이션을 수행하도록 구성된다.
본 발명은 전원부(100), 조명부(200), 드라이버(300), 센싱 저항(Rs1) 및 전고조파왜률 저감 회로(400)를 포함한다.
전원부(100)는 외부에서 유입되는 교류 전압을 정류하여서 정류 전압으로 출력하는 구성을 갖는다. 전원부(100)는 교류 전압을 갖는 교류 전원(VAC) 및 교류 전원(VAC)을 정류하여 정류 전압을 출력하는 정류 회로(12)를 포함할 수 있다.
여기에서, 교류 전원(VAC)은 상용 전원일 수 있다.
정류 회로(12)는 교류 전원(VAC)의 정현파 파형을 갖는 교류 전압을 전파 정류한 정류 전압을 출력한다. 정류 전압은 상용 교류 전압의 반 주기 단위로 전압 레벨이 승하강하는 리플 성분을 갖는 특성이 있다. 본 발명의 실시예에서 정류 전압의 상승 또는 하강은 정류 전압의 리플 성분의 상승 또는 하강을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
조명부(200)는 발광 다이오드들을 포함하며, 발광 다이오드들은 복수의 발광 다이오드 그룹으로 구분된다. 조명부(200)는 전원부(100)에서 제공되는 정류 전압의 증감에 의하여 발광 다이오드 그룹 별로 순차적으로 발광 및 소광된다.
도 1의 조명부(200)는 네 개의 발광 다이오드 그룹(LED1, LED2, LED3, LED4)을 포함한 것을 예시한다. 그리고, 각 발광 다이오드 그룹(LED1, LED2, LED3, LED4)은 하나 이상의 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 설명의 편의를 위하여 하나의 다이오드 부호로 도면에 표기한다.
드라이버(300)는 센싱 전압과 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)에 각각 대응하는 기준 전압들을 비교함으로써 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)에 대한 전류 경로를 제공하도록 구성된다.
드라이버(300)는 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)의 출력단에 각각 연결되는 단자들(C1~C4), 그라운드에 연결을 위한 단자(GND) 및 센싱 저항(Rs1)이 연결된 단자(Ri)를 갖는다. 드라이버(300)는 단자들(C1~C4)과 단자(Ri) 간의 전류 경로의 변화를 제어하고 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)의 발광에 대응하는 구동 전류를 출력한다. 드라이버(300)에서 출력되는 구동 전류는 조명부(200)에 제공되는 전류 Id와 동일하다. 그러므로, 구동 전류는 Id로 표시한다.
센싱 저항(Rs1)은 상술한 바와 같이 드라이버(300)버의 단자(Ri)와 그라운드 사이에 구성되며, 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)의 발광 상태에 대응하는 센싱 전압을 제공한다.
전고조파왜률 저감 회로(400)는 센싱 저항(Rs1)에 연결되며 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부를 따르도록 구동 전류를 제어하도록 구성된다. 여기에서, 전고조파왜률 저감 회로(400)는 추가적인 센싱 저항(Rs2)을 포함하며 센싱 저항(Rs2)에 흐르는 전류를 제어함으로써 정류 전압의 변화에 비례하도록 센싱 전압을 변화시킬 수 있다.
전고조파왜률 저감 회로(400)는 센싱 저항(Rs2)과 전류 제어 소자를 포함한다. 센싱 저항(Rs2)은 센싱 저항(Rs1)에 병렬로 연결되며 드라이버(300)의 단자(Ri)와 전류 제어 소자 사이에 구성된다. 전류 제어 소자는 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부 따르는 제어 전압(S1)에 의하여 센싱 저항(Rs2)을 흐르는 전류를 제어하도록 구성되며, 베이스에 제어 전압(S1)이 인가되는 NPN 트랜지스터(Q1)를 포함할 수 있다. 제어 전압(S1)은 저항(R)을 통하여 전달될 수 있다. 보다 구체적으로, NPN 트랜지스터(Q1)는 콜렉터에 센싱 저항(Rs2)이 연결되고 에미터는 그라운드에 연결되며 베이스에 제어 전압(S1)이 인가되도록 구성된다.
본 발명에서 제어 전압은 정류 회로(12)에서 출력되는 정류 전압(S0), 마지막으로 발광하는 발광 다이오드 그룹(LED4)을 제외한 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3)의 출력 전압(S1~S3) 중 어느 하나가 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 발광 다이오드 그룹(LED1)의 출력 전압이 제어 전압(S1)으로 이용되는 것을 예시한다.
한편, 드라이버(300)는 각 발광 다이오드 그룹(LED1, LED2, LED3, LED4)의 발광에 대응한 전류 경로를 제공하며, 전류 경로의 구동 전류 Id의 흐름을 규제하는 전류 레귤레이션을 수행한다.
조명부(200)의 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)은 정류 전압의 변화에 대응하여 순차적으로 발광하거나 소광한다.
정류 전압이 상승하여서 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3, LED4) 별 발광 전압에 순차적으로 도달하면, 드라이버(300)는 각 발광 다이오드 그룹(LED1, LED2, LED3, LED4)의 발광에 대응한 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.
드라이버(300)는 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)의 발광 상태에 대응하고 전고조파왜률 저감 회로(400)의 구동 전류 Id 제어에 의하여 정류 전압의 변화를 적어도 일부 따르도록 변화하는 센싱 전압을 제공받는다.
상기한 드라이버(300)는 도 2와 같이 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)에 대한 전류 경로를 제공하는 스위칭 회로들(31~34)과 기준 전압들 VREF1~VREF4을 제공하기 위한 기준 전압 공급부(20)를 포함한다.
기준 전압 공급부(20)는 제작자의 의도에 따라 다양하게 서로 다른 레벨의 기준 전압들 VREF1~VREF4를 제공하는 것으로 구현될 수 있다.
기준 전압 공급부(20)는 예시적으로 정전압(VDD)이 인가되는 직렬 연결된 복수의 저항을 포함하며 저항 간의 노드 별로 서로 다른 레벨의 기준 전압들 VREF1~ VREF4을 출력하는 것으로 구성될 수 있다. 복수의 저항은 그라운드(GND)에 연결된다. 이와 달리 서로 다른 레벨의 기준 전압들 VREF1~ VREF4를 각각 제공하는 독립적인 전압공급원들을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
서로 다른 레벨의 기준 전압들 VREF1~ VREF4은 기준 전압 VREF1이 가장 낮은 전압 레벨을 가지며 기준 전압 VREF4가 가장 높은 전압 레벨을 가지고, 기준 전압 VREF1, VREF2, VREF3, VREF4의 순으로 점차 전압 레벨이 높도록 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 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 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 VREF3은 발광 다이오드 그룹(LED4)의 발광에 대응하여 형성되는 센싱 전압보다 낮은 레벨로 설정될 수 있다.
그리고, 기준전압 VREF4는 정류 전압의 상한 레벨 영역에서 센싱 전압보다 높도록 설정됨이 바람직하다.
한편, 스위칭 회로들(31~34)은 전류 레귤레이션 및 전류 경로 형성을 위하여 센싱 저항(Rs1)에 공통으로 연결된다.
스위칭 회로들(31~34)은 센싱 전압과 기준 전압 생성 회로(20)의 각각의 기준 전압들 VREF1~VREF4를 비교하여서 조명부(200)의 발광에 대응하는 전류 경로를 형성한다.
스위칭 회로들(31~34)은 정류 전압이 인가되는 위치에서 먼 발광 다이오드 그룹에 연결된 것일수록 높은 레벨의 기준 전압을 제공받는다.
각 스위칭 회로(31~34)는 비교기(50)와 스위칭 소자를 포함하며, 스위칭 소자는 NMOS 트랜지스터(52)로 구성됨이 바람직하다.
각 스위칭 회로(31~34)의 비교기(50)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(31~34)의 NMOS 트랜지스터(52)는 게이트로 인가되는 각 비교기(50)의 출력에 따라 스위칭 동작을 수행한다.
도 1의 실시예에서, 전고조파왜률 저감 회로(400)는 센싱 저항(Rs1)에 연결되는 센싱 저항(Rs2)을 포함하며 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부를 따르도록 구동 전류를 제어한다.
보다 구체적으로, 전고조파왜률 저감 회로(400)는 정류 전압의 변화 형상의 일부 따르는 전압으로서 제어 전압(S1)을 이용하며, NPN 트랜지스터(Q1)은 제어 전압(S1)의 변화에 대응하여 센싱 저항(Rs2)의 전류량을 제어한다.
제어 전압(S1)은 발광 다이오드 그룹(LED1)이 턴온하는 발광 전압 V1보다 높은 레벨의 정류 전압의 변화를 따른다. 그러므로, 제어 전압(S1)은 발광 다이오드 그룹(LED1)이 턴온된 후 정류 전압의 변화 형상에 비례하여 증가 및 감소한다.
제어 전압(S1)에 의하여 NPN 트랜지스터(Q1)는 전류 제어를 수행하며, 센싱 저항(Rs2)의 전류는 도 3의 전류 Is2와 같이 표현될 수 있다. 센싱 저항(Rs2)을 흐르는 전류 Is2는 제어 전압(S1)이 변화되는 전 구간에 대응하여 변화되며, NPN 트랜지스터(Q1)는 제어 전압(S1)의 전압 변화에 대응하여 전류를 제어할 수 있는 용량의 것으로 설계됨이 바람직하다.
상기한 바와 같은 NPN 트랜지스터(Q1)을 이용한 전류 제어는 전고조파왜률 저감 회로(400)의 저항값 변화를 유도한다. 즉, 도 1의 전고조파왜률 저감 회로(400)는 정류 전압의 상승에 대응하여 NPN 트랜지스터(Q1)의 전류량이 증가하면 저항값이 감소하고, 정류 전압의 하강에 대응하여 NPN 트랜지스터(Q1)의 전류량이 감소하면 저항값이 증가하는 효과를 갖는다.
즉, 전고조파왜률 저감 회로(400)는 정류 전압의 변화에 반비례하는 저항값을 갖는다.
이와 달리, 센싱 저항(Rs1)은 고정 저항값을 갖는다.
센싱 저항(Rs1)과 전고조파왜률 저감 회로(400)는 드라이버(300)의 전류 경로에 대하여 병렬로 연결된다. 그러므로, 드라이버(300)의 전류 경로에 작용하는 저항값은 전고조파왜률 저감 회로(400)의 저항값의 변화를 따른다. 즉, 드라이버(300)의 전류 경로에 작용하는 저항값은 전고조파왜률 저감어 회로(400)의 저항값이 낮아지는 것에 비례하여 낮아지고 전고조파왜률 저감 회로(400)의 저항값이 높아지는 것에 비례하여 높아진다.
결과적으로 드라이버(300)의 전류 경로에 작용하는 저항값이 정류 전압의 변화에 반비례하여 가변하므로, 드라이버(300)의 전류 경로의 구동 전류 Id의 전류량을 규제하기 위한 센싱 전압도 정류 전압의 변화에 반비례하여 가변된다. 그러므로, 드라이버(300)의 전류 경로의 전류량은 센싱 전압이 낮아지는 만큼 증가하고 센싱 전압이 높아지는 만큼 감소한다.
일례로, 발광 다이오드 그룹(LED1)의 발광 전압 V1과 발광 다이오드 그룹(LED2)의 발광 전압 V2 사이에서 정류 전압이 변화되는 것으로 가정한다. 이때, 후술하는 설명에 의하여 스위칭 경로는 스위칭 회로(31)에 의하여 제공될 수 있다.
상기한 경우, 정류 전압이 발광 전압 V1에서 발광 전압 V2를 향하여 점차 증가하면, 드라이버(300)의 스위칭 회로(31)에 피드백되는 센싱 전압이 점차 낮아지며, 그에 대응하여 스위칭 회로(31)에 의하여 형성되는 전류 경로의 구동 전류 Id가 점차 증가한다. 이때, 고정된 저항값을 갖는 센싱 저항(Rs1)의 전류 Is1는 일정한 양을 유지한다. 그러므로, 전류 경로의 구동 전류 Id의 전류 증가분은 전고조파왜률 저감 회로(400)의 센싱 저항(Rs2)을 통하여 흐르는 전류 Is2에 대응된다.
반대로, 정류 전압이 발광 전압 V2에서 발광 전압 V1를 향하여 점차 감소하면, 드라이버(300)의 스위칭 회로(31)에 피드백되는 센싱 전압이 점차 높아지며, 그에 대응하여 스위칭 회로(31)에 의하여 형성되는 전류 경로의 구동 전류 Id가 점차 감소한다. 이때, 고정된 저항값을 갖는 센싱 저항(Rs1)의 전류 Is는 일정한 양을 유지한다. 그러므로, 전류 경로의 구동 전류 Id의 전류 감소분은 전고조파왜률 저감 회로(400)의 센싱 저항(Rs2)을 통하여 흐르는 전류 Is2에 대응된다.
본 발명의 실시예는 전고조파왜률 저감 회로(400)의 동작에 의하여 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부를 따르도록 구동 전류 Id의 변화가 상술한 바와 같이 제어될 수 있다.
상술한 도 1 및 도 2와 같이 구성되는 본 발명의 실시예의 동작에 대하여 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
정류 전압 Vrec가 초기 상태인 경우, 각 스위칭 회로(31~34)는 포지티브 입력단(+)에 인가되는 기준 전압들 VREF1~VREF4이 네가티브 입력단(-)에 인가되는 센싱 전압보다 높으므로 모두 턴온된 상태를 유지한다.
그 후, 정류 전압 Vrec가 상승하여 발광 전압 V1에 도달하면, 발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광한다. 발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광하면, 발광 다이오드 그룹(LED1)에 연결된 스위칭 회로(31)는 전류 경로를 제공한다.
발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광하면, 스위칭 회로(31)에 의한 전류 경로에 구동 전류 Id의 흐름이 개시된다. 그러나, 이때의 센싱 전압의 레벨은 낮기 때문에 스위칭 회로들(31~34)의 턴온 상태는 변경되지 않는다.
그 후 정류 전압 Vrec가 발광 전압 V2에 도달하는 과정에서, 스위칭 회로(31)에 의한 전류 경로의 구동 전류 Id는 전고조파왜률 저감 회로(400)의 작용에 의한 전류 Is2의 증가를 따라 점차 증가한다.
정류 전압 Vrec가 발광 전압 V2에 도달하면, 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광한다. 그리고, 발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광하면, 발광 다이오드 그룹(LED2)에 연결된 스위칭 회로(32)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 그룹(LED1)도 발광 상태를 유지한다.
발광 다이오드 그룹(LED2)이 발광하면, 스위칭 회로(32)에 의한 정류 경로에 구동 전류 Id의 흐름이 개시되며, 센싱 저항(Rs1)에 의하여 센싱 전압의 레벨이 정류 전압 Vrec의 변화에 대응하여 상승한다. 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF1보다 높다. 그러므로, 스위칭 회로(31)의 NMOS 트랜지스터(52)는 비교기(50)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.
스위칭 회로(32)에 의한 전류 경로의 구동 전류 Id의 전류량은 스위칭 회로(31)에 의한 전류 경로의 전류량에서 비 선형적으로 증가한다. 이때, 구동 전류 Id의 전류량은 정류 전압 Vrec가 발광 전압 V2로 상승하는 과정에서 정류 전압 Vrec의 증가에 비례하여 증가된 상태이다. 그러므로, 본 발명에 의한 발광 다이오드 그룹(LED2)의 발광 시점의 전류 경로 변경에 의한 구동 전류 Id의 전류량의 비 선형적 증가폭은 전고조파왜률 저감 회로(400)의 작용을 배제한 경우보다 상당히 감소될 수 있다. 그러므로, 구동 전류 Id의 비 선형적 증가폭이 감소된 만큼 THD 발생이 저감될 수 있다.
그 후 정류 전압 Vrec가 발광 전압 V3에 도달하는 과정에서, 스위칭 회로(32)에 의한 전류 경로의 구동 전류 Id는 전고조파왜률 저감 회로(400)의 작용에 의한 전류 Is2의 증가를 따라 점차 증가한다.
정류 전압 Vrec가 발광 전압 V3에 도달하면, 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광한다. 발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광하면, 발광 다이오드 그룹(LED3)에 연결된 스위칭 회로(33)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2)도 발광 상태를 유지한다.
발광 다이오드 그룹(LED3)이 발광하면, 스위칭 회로(33)에 의한 정류 경로에 구동 전류 Id의 흐름이 개시되며, 센싱 저항(Rs1)에 의하여 센싱 전압의 레벨이 정류 전압 Vrec의 변화에 대응하여 상승한다. 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF2보다 높다. 그러므로, 스위칭 회로(32)의 NMOS 트랜지스터(52)는 비교기(50)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.
스위칭 회로(33)에 의한 전류 경로의 구동 전류 Id의 전류량은 스위칭 회로(32)에 의한 전류 경로의 전류량에서 비 선형적으로 증가한다. 이때, 구동 전류 Id의 전류량은 정류 전압 Vrec가 발광 전압 V3로 상승하는 과정에서 정류 전압 Vrec의 증가에 비례하여 증가된 상태이다. 그러므로, 본 발명에 의한 발광 다이오드 그룹(LED3)의 발광 시점의 전류 경로 변경에 의한 구동 전류 Id의 전류량의 비 선형적 증가폭은 전고조파왜률 저감 회로(400)의 작용을 배제한 경우보다 상당히 감소될 수 있다. 그러므로, 구동 전류 Id의 비 선형적 증가폭이 감소된 만큼 THD 발생이 저감될 수 있다.
그 후 정류 전압 Vrec가 발광 전압 V4에 도달하는 과정에서, 스위칭 회로(33)에 의한 전류 경로의 구동 전류 Id는 전고조파왜률 저감 회로(400)의 작용에 의한 전류 Is2의 증가를 따라 점차 증가한다.
정류 전압 Vrec가 발광 전압 V4에 도달하면, 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광한다. 발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광하면, 발광 다이오드 그룹(LED4)에 연결된 스위칭 회로(34)는 전류 경로를 제공한다. 이때, 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3)도 발광 상태를 유지한다.
발광 다이오드 그룹(LED4)이 발광하면, 스위칭 회로(34)에 의한 정류 경로에 구동 전류 Id의 흐름이 개시되며, 센싱 저항(Rs1)에 의하여 센싱 전압의 레벨이 정류 전압 Vrec의 변화에 대응하여 상승한다. 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압 VREF3보다 높다. 그러므로, 스위칭 회로(33)의 NMOS 트랜지스터(52)는 비교기(50)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 의한 전류 경로의 구동 전류 Id의 전류량은 스위칭 회로(33)에 의한 전류 경로의 전류량에서 비 선형적으로 증가한다. 이때, 구동 전류 Id의 전류량은 정류 전압 Vrec가 발광 전압 V4로 상승하는 과정에서 정류 전압 Vrec의 증가에 비례하여 증가된 상태이다. 그러므로, 본 발명에 의한 발광 다이오드 그룹(LED4)의 발광 시점의 전류 경로 변경에 의한 구동 전류 Id의 전류량의 비 선형적 증가폭은 전고조파왜률 저감 회로(400)의 작용을 배제한 경우보다 상당히 감소될 수 있다. 그러므로, 구동 전류 Id의 비 선형적 증가폭이 감소된 만큼 THD 발생이 저감될 수 있다.
그 후 정류 전압 Vrec는 상한 레벨까지 상승한 후 하강을 시작한다.
정류 전압 Vrec가 상한 레벨까지 도달하는 과정에서, 스위칭 회로(34)에 의한 전류 경로의 구동 전류 Id는 전고조파왜률 저감 회로(400)의 작용에 의한 전류 Is2의 증가를 따라 점차 증가한다.
이와 반대로, 정류 전압 Vrec가 상한 레벨에서 발광 전압 V4까지 하강하는 과정에서, 스위칭 회로(34)에 의한 전류 경로의 구동 전류 Id는 전고조파왜률 저감 회로(400)의 작용에 의한 전류 Is2의 감소에 따라 점차 감소한다.
정류 전압 Vrec가 발광 전압 V4 이하로 떨어지면, 발광 다이오드 그룹(LED4)이 소광한다. 발광 다이오드 그룹(LED4)이 소광되면, 발광 다이오드 그룹들(LED3, LED2, LED1)에 의한 발광이 유지되며, 발광 다이오드 그룹(LED3)에 연결된 스위칭 회로(33)에 의하여 전류 경로가 형성된다.
이때, 스위칭 회로(33)에 의한 전류 경로의 구동 전류 Id의 전류량은 스위칭 회로(34)에 의한 전류 경로의 전류량에서 비 선형적으로 감소한다. 그러나, 구동 전류 Id의 전류량은 정류 전압이 발광 전압 V3로 하강하는 과정에 정류 전압 Vrec의 감소에 비례하여 감소된 상태이다. 그러므로, 본 발명에 의한 발광 다이오드 그룹(LED4)의 소광 시점의 전류 경로 변경에 의한 구동 전류 Id의 비 선형적 감소폭은 전고조파왜률 저감 회로(400)의 작용을 배제한 경우보다 상당히 감소될 수 있다. 그러므로, 구동 전류 Id의 비 선형적 감소폭이 감소된 만큼 THD 발생이 저감될 수 있다.
그 후 정류 전압 Vrec가 발광 전압들 V3~V1 이하로 순차적으로 하강하면, 발광 다이오드 그룹들(LED3~LED1)은 순차적으로 소광된다.
상기한 발광 다이오드 그룹들(LED3~LED1)의 순차적 소광 시점에 스위칭 회로들(32, 31)에 의한 전류 경로의 구동 전류 Id의 전류량은 비 선형적으로 감소한다. 그러나, 정류 전압이 하강하는 과정에 전류 경로의 구동 전류 Id의 전류량이 정류 전압 Vrec의 감소에 비례하여 감소된 상태이다. 그러므로, 본 발명에 의한 발광 다이오드 그룹(LED3~LED2)의 소광 시점의 전류 경로 변경에 의한 구동 전류 Id의 비 선형적 감소폭은 전고조파왜률 저감 회로(400)의 작용을 배제한 경우보다 상당히 감소될 수 있다. 그러므로, 구동 전류 Id의 비 선형적 감소폭이 감소된 만큼 THD 발생이 저감될 수 있다.
도 1의 실시예에서, 센싱 저항(Rs1)이 무한대로 커지면 구동 전류 Id는 전고조파왜률 저감 회로(400)의 전류 변화 형상을 따라갈 수 있다. 도 1의 실시예에서 센싱 저항(Rs1)이 무한대로 커지는 경우의 실시예는 도 4와 같이 동일하게 표현될 수 있다.
도 4의 실시예는 센싱 저항(Rs3)에 전고조파왜률 저감 회로(410)가 직렬로 연결된 것을 예시한다. 도 4의 실시예도 전고조파왜률 저감 회로(410)의 작용에 의한 구동 전류 Id의 변화에 의하여 THD 발생이 저감될 수 있다. 도 4의 실시예는 도 1과 비교하여 전원부(100), 조명부(200), 드라이버(300) 및 센싱 저항(Rs3)이 동일한 부품을 이용하여 구성되므로 이들에 대한 중복 설명은 생략한다. 센싱 저항은 도 1의 센싱 저항(Rs2)과 구분을 위하여 “Rs3”으로 표시하고 센싱 저항(Rs3)을 흐르는 전류도 “Is3”으로 표시한다.
도 4의 실시예는 전고조파왜률 저감 회로(410)가 센싱 저항(Rs3)에 대하여 직렬로 구성되며, 정류 전압 Vrec의 변화를 적어도 일부를 따르도록 구동 전류 Id를 변화시키도록 구성된다. 보다 구체적으로, 전고조파왜률 저감 회로(410)는 정류 전압 Vrec의 변화에 비례하도록 구동 전류 Id의 양을 변화시킨다.
이를 위하여, 전고조파왜률 저감 회로(410)는 정류 전압 Vrec의 변화를 적어도 일부 따르는 제어 전압에 의하여 구동되며 센싱 저항(Rs3)과 그라운드 간의 전류 흐름을 제어하는 전류 제어 소자를 포함하도록 구성될 수 있다. 전류 제어 소자는 NPN 트랜지스터(Q2)를 포함하여 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, NPN 트랜지스터(Q2)는 콜렉터에 센싱 저항(Rs3)이 연결되고 에미터는 그라운드에 연결되며 베이스에 제어 전압(S1)이 인가되도록 구성된다.
도 4의 실시예에서 제어 전압은 도 1의 실시예와 같이 정류 회로(20)에서 출력되는 정류 전압(S0), 마지막으로 발광하는 발광 다이오드 그룹(LED4)을 제외한 발광 다이오드 그룹들(LED1, LED2, LED3)의 출력 전압(S1~S3) 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
보다 구체적으로, 전고조파왜률 저감 회로(410)는 정류 전압 Vrec의 변화를 일부 따르는 전압으로서 제어 전압(S1)을 이용하며, NPN 트랜지스터(Q2)는 제어 전압(S1)의 변화에 대응하여 센싱 저항(Rs3)의 전류량을 제어한다.
제어 전압(S1)에 의하여 동작되는 NPN 트랜지스터(Q2)는 도 4와 같이 정류 전압의 변화를 따라가도록 센싱 저항(Rs3)의 전류 Is3의 양을 제어할 수 있다. NPN 트랜지스터(Q2)는 제어 전압(S1)의 변화에 대응하여 전류 Is3를 제어할 수 있는 용량의 것으로 설계됨이 바람직하다.
상기한 바에 의하여, NPN 트랜지스터(Q2)를 이용한 전고조파왜률 저감 회로(410)는 도 5와 같이 발광 다이오드 그룹(LED1)의 발광 시점 이후부터 정류 전압 Vrec의 상승을 따라 가도록 전류 Is3를 제어한다. 즉, 전고조파왜률 저감 회로(410)는 발광 다이오드 그룹(LED1)의 발광 시점 이후부터 정류 전압 Vrec의 상승을 따라 가도록 전류 경로의 구동 전류 Id를 증가시킨다. 여기에서, 전류 경로의 구동 전류 Id는 센싱 저항(Rs3)를 흐르는 전류 Is3와 동일하게 표현될 수 있다. 이와 반대로, NPN 트랜지스터(Q2)를 이용한 전고조파왜률 저감 회로(410)는 정류 전압 Vrec의 하강을 따라 가도록 전류 경로의 구동 전류 Id를 감소시킨다.
그러므로, 도 4의 실시예에 의하여, 각 발광 다이오드 그룹의 발광 시점 또는 소광 시점의 전류 경로 변경에 의한 구동 전류 Id의 비 선형적 변화폭은 전고조파왜률 저감 회로(410)의 작용을 배제한 경우보다 현격히 감소될 수 있다. 그러므로, 구동 전류 Id의 비 선형적 감소폭이 감소된 만큼 THD 발생이 저감될 수 있다.
또한, 본 발명은 도 6과 같이 변형 실시될 수 있다.
도 6의 실시예는 도 4와 비교하여 전원부(100), 조명부(200), 드라이버(300), 센싱 저항(Rs3) 및 전고조파왜률 저감 회로(410)가 동일한 부품을 이용하여 구성되므로 이들에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 6의 실시예는 도 4와 비교하여 센싱 저항(Rs3)이 전류 경로를 형성하고 센싱 전압을 제공하기 위한 단자(Ri)와 드라이버(300)의 그라운드 단자(GND)에 사이에 연결되는 점에 차이가 있다.
결과적으로, 전고조파왜률 저감 회로(410)는 센싱 저항(Rs3)과 드라이버(300)에 그라운드로 연결되는 경로를 제공하며 발광에 대응하는 구동 전류 Id를 변화시키도록 구성된다.
도 6의 실시예에서 드라이버(300)에 제공되는 센싱 전압은 센싱 저항(Rs3)이 단자(Ri)와 그라운드 단자(GND) 사이에 연결됨에 의하여 도 1의 전고조파왜률 저감 회로(400)가 배제된 경우와 동일하게 제공될 수 있다.
그러므로, 도 6의 실시예에서 전고조파왜률 저감 회로(410)를 배제한 경우, 구동 전류 Id는 드라이버(300)의 전류 레귤레이션 동작에 의하여 도 3의 전류 Is3와 동일한 파형을 가질 수 있다.
센싱 저항(Rs3)이 그라운드 단자(GND)에 연결된 구조에 의하여, 도 6의 실시예의 드라이버(300)에 제공되는 센싱 전압은 전고조파왜률 저감 회로(410)의 작용과 무관하게 정류 전압 Vrec 변화에 대응하는 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)의 발광 상태에 대응하여 변화하는 레벨로 제공될 수 있다.
도 6의 실시예의 전고조파왜률 저감 회로(410)는 센싱 저항(Rs3)이 그라운드 단자(GND)에 연결된 구조에 의하여 결정된 구동 전류 Id를 정류 전압 Vrec의 변화의 적어도 일부를 따르도록 변화시킨다.
그러므로, 전고조파왜률 저감 회로(410)는 도 3의 전류 Is3와 동일한 파형을 갖도록 제어되는 구동 전류 Id를 정류 전압 Vrec의 변화의 적어도 일부를 따르도록 변화시킨다.
도 6의 실시예도 발광 다이오드 그룹(LED1)의 출력 전압을 제어 전압 S1으로 이용한다. 그러므로, 전고조파왜률 저감 회로(410)는 발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광하는 동안 정류 전압 Vrec의 변화를 따르도록 구동 전류 Id를 제어한다.
상기한 도 6의 실시예도 각 발광 다이오드 그룹의 발광 시점 또는 소광 시점의 전류 경로 변경에 의한 구동 전류 Id의 비 선형적 변화폭이 전고조파왜률 저감 회로(410)의 작용을 배제한 경우보다 현격히 감소될 수 있다. 그러므로, 구동 전류 Id의 비 선형적 감소폭이 감소된 만큼 THD 발생이 저감될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 구동 전류 Id에 대한 두 단계의 제어를 수행한다.
이에 대하여 구체적으로 설명하면, 먼저, 본 발명은 정류 전압 Vrec의 변화에 대응하여 하나 이상의 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)이 순차적으로 발광하는 단계, 발광하는 하나 이상의 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)의 순차적인 발광 상태에 대응하여 드라이버(300)가 센싱 전압과 하나 이상의 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)에 각각 대응하는 기준 전압들을 비교함으로써 전류 경로를 제공하는 단계, 전류 경로를 제공하는 과정에서 드라이버(300)가 정류 전압 Vrec의 변화 형상에 대응하여 전류 경로 상의 구동 전류 Id를 제어(1차 제어)하는 단계, 전고조파왜률 저감 회로(400, 410)가 드라이버(300)의 구동 전류 Id를 정류 전압 Vrec의 변화 형상의 적어도 일부를 따르도록 제어(2차 제어)하는 단계;를 포함한다. 상기한 구성에 의하여 본 발명은 1차 및 2차 제어에 의하여 정류 전압 Vrec의 변화 형상의 적어도 일부를 따르는 파형을 갖도록 구동 전류 Id를 제공할 수 있다.
여기에서, 2차 제어는 마지막으로 발광하는 발광 다이오드 그룹을 제외한 발광 다이오드 그룹들 중 하나의 출력 전압과 정류 전압 중 하나를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 2차 제어는 드라이버(300) 내부에 작용하는 센싱 전압을 변경함으로써 구동 전류 Id를 제어할 수 있다.
또한, 2차 제어는 드라이버(300)에서 출력되는 구동 전류(Id)를 규제하여 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 발광 다이오드 그룹의 발광 및 소광에 대응하여 구동 전류 Id의 비 선형적인 변화 폭을 감소시킬 수 있다. 따라서, 발광 다이오드를 포함하는 조명 장치의 THD를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 정류 전압의 변화에 대응하여 발광하는 하나 이상의 복수의 발광 다이오드 그룹을 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로에 있어서,
    센싱 전압과 상기 하나 이상의 발광 다이오드 그룹에 각각 대응하는 기준 전압들을 비교함으로써 상기 하나 이상의 발광 다이오드 그룹의 구동 전류를 위한 전류 경로를 제공하는 드라이버; 및
    상기 드라이버에서 출력되는 구동 전류가 상기 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부를 따르도록 제어하는 전고조파왜률 저감 회로;
    를 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전류 경로에 연결되는 제1 센싱 저항의 양단 또는 일단에 상기 전고조파왜률 저감 회로가 구성되는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전고조파왜률 저감 회로는 상기 제1 센싱 저항에 병렬로 연결되는 제2 센싱 저항을 포함하며, 상기 제2 센싱 저항에 흐르는 전류를 상기 정류 전압의 변화 형상에 비례하도록 제어하여서 상기 구동 전류를 변화시키는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 전고조파왜률 저감 회로는,
    상기 제1 센싱 저항에 병렬로 연결된 상기 제2 센싱 저항; 및
    상기 정류 전압의 변화 형상을 적어도 일부 따르는 제어 전압에 의하여 상기 제2 센싱 저항을 흐르는 전류를 제어하는 전류 제어 소자;를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어 전압은 마지막으로 발광하는 상기 발광 다이오드 그룹을 제외한 상기 발광 다이오드 그룹들 중 하나의 출력 전압 또는 상기 정류 전압을 이용하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 전고조파왜률 저감 회로는 상기 구동 전류가 상기 정류 전압의 변화 형상에 비례하도록 상기 제1 센싱 저항에 흐르는 전류를 제어하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 전고조파왜률 저감 회로는,
    상기 제1 센싱 저항에 직렬로 연결되고, 상기 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부를 따르는 제어 전압에 의하여 상기 제1 센싱 저항과 그라운드 간의 전류 흐름을 제어하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어 전압은 마지막으로 발광하는 상기 발광 다이오드 그룹을 제외한 상기 발광 다이오드 그룹들 중 하나의 출력 전압 또는 상기 정류 전압을 이용하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로.
  9. 정류 전압의 변화에 대응하여 하나 이상의 발광 다이오드 그룹이 순차적으로 발광하는 단계;
    발광하는 상기 하나 이상의 발광 다이오드 그룹의 순차적인 발광 상태에 대응하여 드라이버가 센싱 전압과 상기 하나 이상의 발광 다이오드 그룹에 각각 대응하는 기준 전압들을 비교함으로써 전류 경로를 제공하는 단계;
    상기 전류 경로를 제공하는 과정에서 상기 드라이버가 상기 정류 전압의 변화에 대응하여 상기 전류 경로 상의 구동 전류를 1차 제어하는 단계; 및
    전고조파왜률 저감 회로가 상기 드라이버에서 출력되는 상기 구동 전류를 상기 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부를 따르도록 2차 제어하는 단계;를 포함함으로써
    상기 구동 전류는 상기 1차 및 2차 제어에 의하여 상기 정류 전압의 변화 형상의 적어도 일부를 따르는 파형을 가짐을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 2차 제어는 마지막으로 발광하는 상기 발광 다이오드 그룹을 제외한 상기 발광 다이오드 그룹들 중 하나의 출력 전압 또는 상기 정류 전압을 이용하는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 2차 제어는 상기 드라이버에서 출력되는 상기 구동 전류를 규제하여 수행되는 발광 다이오드 조명 장치의 제어 방법.
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