KR20180069313A - 발광 다이오드 조명 장치 및 그의 보조 전원 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드 조명 장치를 개시하며, 배터리를 이용하고, 발광 다이오드 그룹에서 출력되는 전류를 이용하여 배터리를 충전하고, 배터리의 충전 전압에 대응하는 예비 전압을 발광 다이오드 그룹에 제공할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 조명 효율과 전력 효율을 개선할 수 있다.

Description

발광 다이오드 조명 장치 및 그의 보조 전원 회로{LED LIGHTING APPARATUS AND AUXILIARY POWER CIRCUIT THEREOF}

본 발명은 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 충전을 위한 전력 효율을 개선하고, 배터리를 이용하여 조명 효율을 개선한 발광 다이오드 조명 장치 및 그의 보조 전원 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. 교류 다이렉트 방식에 의한 조명 장치는 교류 전압을 정류 전압으로 변환하고 정류 전압을 이용한 전류 구동에 의하여 발광 다이오드가 발광하도록 구성된다. 정류 전압은 교류 전압이 전파 정류된 전압을 의미한다. 상기한 교류 다이렉트 방식에 의한 조명 장치는 인덕터 및 캐패시터를 사용하지 않고 정류 전압을 사용하기 때문에 역률(POWER FACTOR)이 양호한 특성이 있다.

정류 전압은 리플을 가지므로 낮은 정류 전압을 이용하는 발광 다이오드 조명 장치는 정전과 같은 응급 상황에 정상적으로 정류 전압을 공급받기 어렵다.

발광 다이오드 조명 장치는 상기한 응급 상황에도 수 십분 또는 수 시간 이상 발광을 유지하기 위하여 예비 전압을 공급받기 위한 배터리의 채용이 고려될 수 있다.

배터리는 충전 상태를 유지해야 하며, 발광 다이오드 조명 장치는 조명 효율과 전력 효율을 저하시키지 않으면서 배터리를 충전 충전하도록 구성되어야 한다.

또한, 발광 다이오드 조명 장치는 예비 전압을 공급하기 위한 보조 전원 회로를 간단하면서 적은 부품으로 구성할 수 있어야 한다.

본 발명은 응급 상황에 조명을 위한 예비 전압을 공급하는 배터리를 발광 다이오드의 발광에 이용된 전류를 이용하여 충전하여서 전력 효율을 개선하고, 배터리의 충전 전압을 이용하여 응급 상황에도 발광을 유지할 수 있는 발광 다이오드 조명 장치 및 그의 보조 전원 회로를 제공함을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 발광 다이오드 조명 장치는 조명 효율과 전력 효율을 저하시키지 않으면서 예비 전압의 공급을 위한 배터리를 충전하고, 적은 부품의 간단한 구조로 예비 전압을 공급할 수 있는 발광 다이오드 조명 장치 및 그의 보조 전원 회로를 제공함을 다른 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치는, 복수 개의 발광 다이오드 그룹을 포함하며, 정류 전압과 예비 전압 중 어느 하나에 의해 발광하는 조명부; 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹에 발광에 대응한 전류 경로를 제공하며, 상기 전류 경로의 정류 전류를 레귤레이션하는 드라이버; 충전과 방전이 가능한 배터리; 상기 배터리의 충전을 위하여 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹 중 하나의 출력단에서 출력되는 충전 전류를 상기 배터리로 전달하는 것을 제어하고, 상기 배터리의 상기 충전 전압에 대응하는 상기 예비 전압을 상기 조명부에 제공하는 것을 제어하는 보조 전원 회로; 및 상기 드라이버의 상기 상기 정류 전류와 상기 보조 전원 회로의 상기 충전 전류를 센싱하는 센싱 저항;을 포함함을 특징으로 한다.

또한, 정류 전압에 의해 발광하는 복수 개의 발광 다이오드 그룹을 포함하는 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치의 보조 전원 회로는, 충전과 방전이 가능한 배터리; 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹 중 하나의 출력단에서 출력되는 충전 전류를 이용하여 상기 배터리를 충전하는 것을 제어하는 차저; 상기 정류 전압을 모니터링하고 일정 레벨 이하의 상기 정류 전압에 대응하여 모니터링 신호를 제공하는 모니터; 상기 모니터링 신호에 대응하여 상기 배터리의 상기 충전 전압에 대응하는 부스팅 전압을 출력하는 부스터; 및 상기 부스팅 전압을 정류하여 예비 전압을 생성하며, 상기 예비 전압을 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹에 제공하는 정류기;를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 응급 상황의 조명을 위한 배터리를 발광 다이오드의 발광에 이용된 전류를 이용하여 충전함으로써 발광 다이오드 조명 장치의 전력 효율을 저하시키지 않고 조명 품질을 유지하면서 배터리를 충전할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 의하면 발광 다이오드 조명 장치는 발광 다이오드의 발광에 이용된 전류를 이용하여 충전된 배터리를 이용하여 적은 부품의 간단한 구조로 예비 전압을 공급할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 발광 다이오드 조명 장치의 바람직한 실시예를 나타내는 회로도.
도 2는 도 1의 드라이버의 상세 회로도.
도 3은 도 1의 보조 전원 회로의 상세 블록도.
도 4는 도 1의 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.

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 실시예는 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.

그리고, 본 발명의 실시예는 교류 다이렉트 방식으로 개시된다. 교류 다이렉트 방식은 교류 전원을 변환한 정류 전압을 이용하여 발광 다이오드를 발광하는 것을 의미한다. 여기에서 정류 전압은 상술한 바와 같이 정현파 파형을 갖는 교류 전압을 전파 정류한 파형을 갖는다. 즉, 정류 전압은 상용 교류 전압의 반 주기 단위로 전압 레벨이 승하강하는 리플 성분을 갖는 특성이 있다.

본 발명의 실시예의 설명을 위하여, 교류 전원을 변환한 정류 전압에 대응하여 발광 다이오드에 제공되는 전류는 구동 전류라 하고, 발광 다이오드의 발광에 대응하여 후술되는 드라이버(300)의 전류 경로를 통하여 흐르는 전류는 정류 전류(Irg)라 하며, 발광 다이오드의 발광에 대응하여 후술되는 보조 전원 회로(400)로 흐르는 전류는 충전 전류(Icg)라 한다.

또한, 본 발명의 실시예의 설명을 위하여, 일정 레벨 미만의 정류 전압을 비정상적 정류 전압이라 하고, 상기 일정 레벨 이상의 정류 전압을 정상 정류 전압이라 한다. 그리고, 정류 전압의 정상 또는 비정상은 예시적으로 정류 전압의 피크치를 검출하고 피크치가 일정 레벨 미만을 소정 시간 유지하는 여부에 따라 판단할 수 있다. 그리고, 상기한 비정상 정류 전압이 공급되는 상황은 응급 상황이라 하고, 정상 정류 전압이 공급되는 상황은 정상 상황이라 한다.

본 발명의 실시예는 도 1과 같이 교류 전원에 의하여 발광하는 발광 다이오드를 포함하는 조명부(200)를 포함하며, 조명부(200)의 발광에 대응하여 드라이버(300)가 전류 경로를 제공하도록 구성된다.

도 1의 실시예는 전원부(100), 조명부(200), 드라이버(300), 센싱 저항(Rs), 보조 전원 회로(400), 제1 다이오드(Dcg), 제2 다이오드(Ddis) 및 배터리(Bat)를 포함한다.

전원부(100)는 교류 전원의 교류 전압을 정류하여서 정류 전압(Vrec)으로 출력하는 구성을 갖는다. 전원부(100)는 교류 전압을 제공하는 교류 전원(Vs) 및 교류 전압을 정류하여 정류 전압을 출력하는 정류 회로(12)를 포함할 수 있다.

여기에서, 교류 전원(Vs)은 상용 전원일 수 있다.

정류 회로(12)는 교류 전압을 전파 정류한 정류 전압(Vrec)을 출력한다. 본 발명의 실시예에서 정류 전압(Vrec)의 상승 또는 하강은 정류 전압(Vrec)의 리플 성분의 상승 또는 하강을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 정류 전압(Vrec)의 상승 또는 하강에 대응하여 정류 회로(12)에서 출력되는 전류는 상기한 구동 전류(Id)에 해당된다.

조명부(200)는 직렬 연결된 발광 다이오드를 포함하는 복수 개의 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)을 포함하며, 정류 전압(Vrec)과 예비 전압(Vemr) 중 어느 하나에 의해 발광하도록 구성된다.

상기한 조명부(200)는 전원부(100)에서 제공되는 정류 전압(Vrec)의 증감에 의하여 발광 다이오드 그룹 별로 순차적으로 발광 및 소광된다. 조명부(200)는 비정상 정류 전압(Vrec)이 공급되는 경우 예비 전압(Vemr)에 의해 발광된다.

도 1의 조명부(200)는 네 개의 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)을 포함한 것을 예시한다. 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 복수 개의 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)에 발광에 대응한 전류 경로를 제공하며, 전류 경로의 정류 전류(Irg)를 레귤레이션하도록 구성된다.

보다 구체적으로, 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 채널 단자들(C1~C4), 그라운드에 연결을 위한 그라운드 단자(GND) 및 센싱 저항(Rs)이 연결된 센싱 단자(Ri)를 갖는다. 드라이버(300)는 채널 단자들(C1~C4)과 센싱 단자(Ri) 간의 전류 경로의 변화를 제어한다.

센싱 저항(Rs)은 정류 전류(Irg)가 출력되는 드라이버(300)의 센싱 단자(Ri)에 연결되고 후술되는 제1 다이오드(Dcg)를 통하여 충전 전류(Icg)가 출력되는 보조 전원 회로(400)의 접지 단자(GND_A)에 연결된다.

상기한 구성에 의하여 센싱 저항(Rs)은 드라이버(300)의 정류 전류(Irg)와 보조 전원 회로(400)의 충전 전류(Icg)가 합쳐진 구동 전류(Id)를 센싱한 센싱 전압을 제공한다.

센싱 저항(Rs)을 흐르는 구동 전류(Id)는 조명부(200)의 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)의 발광 상태에 따라 변화될 수 있다.

배터리(Bat)는 충전과 방전이 가능하며, 보조 전원 회로(400)를 통하여 제공되는 충전 전류(Icg)에 대응하여 충전을 수행하고, 충전 전압에 대응한 전류를 보조 전원 회로(400)로 방전하도록 구성된다. 배터리(Bat)는 포지티브 전극이 보조 전원 회로(400)의 충전 전압(Vcg) 단자에 연결되고 네가티브 전극이 상기한 보조 전원 회로(400)의 접지 단자(GND_A)에 연결되도록 구성된다.

보조 전원 회로(400)는 배터리(Bat)의 충전을 위하여 복수 개의 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4) 중 하나의 출력단에서 출력되는 충전 전류(Icg)를 배터리(Bat)로 전달하는 것을 제어하고, 배터리(Bat)의 충전 전압(Vcg)에 대응하는 예비 전압(Vemr)을 조명부(200)에 제공하는 것을 제어한다.

본 발명의 실시예는 보조 전원 회로(400)가 직렬로 연결된 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4) 중 마지막 단에 연결된 발광 다이오드 그룹(LED4)의 출력단에서 출력되는 충전 전류(Icg)를 수신하도록 구성된다.

보조 전원 회로(400)는 하나의 집적 회로로 제작될 수 있으며, 배터리(Bat)와 연결을 위한 충전 전압(Vcg) 단자와 접지 단자(GND_A)를 포함할 수 있고, 발광 다이오드 그룹(LED4)에서 출력되는 충전 전류(Icg)를 수신하는 단자와 발광 다이오드 그룹(LED1)의 입력측에 예비 전압(Vemr)을 제공하는 단자를 포함하도록 구성될 수 있다.

보조 전원 회로(400)는 모니터(500), 차저(600), 부스터(800) 및 정류기(900)를 포함하도록 구성된다.

모니터(500)는 정류 전압(Vrec)을 모니터링하고 일정 레벨 이하의 정류 전압(Vrec) 즉 비정상 정류 전압(Vrec)에 대응하여 모니터링 신호(SEN)를 제공하도록 구성된다.

모니터(500)는 병렬 연결된 저항(도시되지 않음)과 캐패시터(도시되지 않음)를 포함하는 피크 디텍터(Peak Detector)로 구성될 수 있다. 상기한 구성에 의해서 모니터(500)는 정류 전압(Vrec)의 피크치를 검출하고, 피크치가 일정 레벨 미만을 소정 시간 이상 유지하는 경우 비정상 정류 전압으로 판단하며, 피크치가 일정 레벨 미만을 소정 시간 미만 유지하는 경우 정상 교류 전압으로 판단한다.

차저(600)는 복수 개의 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4) 중 하나의 발광 다이오드 그룹의 출력단에서 출력되는 충전 전류(Icg)를 레귤레이션하고, 충전 전류(Icg)를 이용하여 배터리(Bat)를 충전하는 것을 제어하도록 구성된다.

그리고, 차저(600)는 과충전 방지 기능과 배터리 저전압 감지 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 과충전 방지 기능은 배터리(Bat)의 충전 전압(Vcg)이 제1 목표 레벨 이상이면 레귤레이션된 충전 전류(Icg)를 배터리(Bat)에 전달하는 것을 차단하는 것이고, 배터리 저전압 감지 기능은 배터리(Bat)의 충전 전압(Vcg)이 제1 목표 레벨보다 낮은 제2 목표 레벨 이하이면 배터리 로우 신호(Bat_L)를 부스터(800)에 제공하는 것이다.

상기한 동작을 위한 차저(600)의 상세한 구성은 도 3을 참조하여 후술한다.

그리고, 부스터(800)는 모니터링 신호(SEN)에 대응하여 배터리(Bat)의 충전 전압(Vcg)에 대응하는 부스팅 전압을 정류기(900)에 제공하도록 구성된다.

보다 구체적으로 부스터(800)는 센싱 신호(SEN)를 수신하여서 비정상 정류 전압(Vrec)에 대응하는 모니터링 신호(SEN)가 수신되면 배터리(Bat)의 충전 전압(Vcg)을 승압한 부스팅 전압을 생성하며, 이를 위하여 트랜스포머를 구비하는 DC-AC 전력 변환 회로로 구성될 수 있다.

그리고, 부스터(800)는 배터리 로우 신호(Bat_L)에 대응하여 배터리(Bat)의 방전 전류의 수신을 차단하여 부스팅 전압의 출력을 중지하도록 구성될 수 있다.

또한, 정류기(900)는 부스팅 전압을 정류하여 예비 전압(Vemr)으로 출력하도록 구성된다. 본 발명의 실시예는 정류기(900)의 예비 전압(Vemr)을 발광 다이오드 그룹(LED1)의 입력단에 인가하는 것을 예시하고 있다. 그러나, 정류기의 예비 전압(Vemr)은 다른 발광 다이오드 그룹들(LED2~LED4) 중 어느 하나의 입력단에 인가될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예는 제1 다이오드(Dcg) 및 제2 다이오드(Ddis)를 포함한다. 제1 다이오드(Dcg)는 차저(600)와 센싱 저항(Rs) 사이에 구성되며, 차저(600)에서 출력되는 충전 전류(Icg)에 대한 순방향으로 구성된다. 그리고, 제2 다이오드(Ddis)는 차저(600)에 제1 다이오드(Dcg)와 병렬로 연결되며, 배터리(Bat)의 방전을 위하여 차저(600)를 통하여 배터리(Bat)를 향하는 전류에 대한 순방향으로 구성된다.

상기한 도 1의 각 부품들 중 드라이버(300)의 구성을 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

드라이버(300)는 각 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)의 발광에 대응한 전류 경로를 제공하며, 전류 경로에서 센싱 저항(Rs)으로 제공되는 정류 전류 Irec의 흐름을 규제한다.

조명부(200)의 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)은 정류 전압의 변화에 대응하여 순차적으로 발광하거나 소광한다.

정류 전압이 상승하여서 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4) 별 발광 전압에 순차적으로 도달하면, 드라이버(300)는 각 발광 다이오드 그룹(LED1~LED4)의 발광에 대응한 전류 경로를 제공한다.

여기에서, 발광 다이오드 그룹(LED4)을 발광시키는 발광 전압 V4는 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)을 모두 발광시키는 전압으로 정의된다. 발광 다이오드 그룹(LED3)을 발광시키는 발광 전압 V3은 발광 다이오드 그룹들(LED1~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.

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~VREF4를 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. 기준 전압 공급부(20)는 상기한 구성과 달리 서로 다른 레벨의 기준 전압들 VREF1~ VREF4를 각각 제공하는 독립적인 전압공급원들을 포함하는 것으로 구성될 수 있다. 그리고, 기준 전압 공급부(20)는 센싱 저항(Rs)과 그라운드를 공유하며 이를 위하여 그라운드 단자(GND)에 연결된다.

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 기준 전압은 점차 높은 레벨을 갖도록 설정될 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 VREF2는 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 영역에서도 레귤레이션이 되도록 레벨이 설정됨이 바람직하다.

한편, 스위칭 회로들(31~34)은 전류 레귤레이션 및 전류 경로 형성을 위하여 센싱 단자(Ri)를 통하여 센싱 저항(Rs)에 공통으로 연결된다.

스위칭 회로들(31~34)은 센싱 저항(Rs)의 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 구동 전류 Id의 흐름을 제어하기 위한 스위칭 동작을 수행한다.

또한, 상기한 도 1의 각 부품들 중 차저(600)의 구성을 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

차저(600)는 과충전 방지 회로(640), 전류 레귤레이션 회로(620) 및 배터리 저전압 감지 회로(660)를 포함한다.

이 중, 전류 레귤레이션 회로(620)는 충전 전류(Icg)를 레귤레이션하여 배터리(Bat)로 제공하도록 구성된다.

과충전 방지 회로(640)는 배터리(Bat)의 충전 전압(Vcg)을 센싱하며, 배터리(Bat)가 제1 목표 레벨 이상으로 충전된 경우 제어신호(Sov)를 전류 레귤레이션 회로(620)로 제공하여 충전 전류(Icg)가 배터리(Bat)로 제공되는 것을 차단한다.

배터리 저전압 감지 회로(660)는 배터리(Bat)의 충전 전압(Vcg)을 센싱하며, 배터리(Bat)가 제1 목표 레벨 이하의 제2 목표 레벨 미만으로 된 경우 배터리 로우 신호(Bat_L)를 출력하도록 구성된다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 실시예는 설명의 편의를 위하여 정상 정류 전압(Vrec)에 대응하여 드라이버(300)에 의하여 전류 경로가 제공되는 제1 동작과 배터리(Bat)를 충전하고 비정상 정류 전압(Vrec)에 대응하여 예비 전압(Vemr)을 조명부(200)에 제공하는 제2 동작으로 구분하여 설명될 수 있다.

본 발명의 실시예의 제1 동작은 도 4를 참조하여 설명될 수 있다.

정류 전압(Vrec)이 초기 상태인 경우, 각 스위칭 회로(31~34)는 포지티브 입력단(+)에 인가되는 기준 전압들(VREF1~VREF4)이 네가티브 입력단(-)에 인가되는 센싱 전압보다 높으므로 모두 턴온된 상태를 유지한다. 이때 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)은 소광 상태이다.

그 후, 정류 전압(Vrec)이 상승하여 발광 전압(V1)에 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. 즉 스위칭 회로(31)에 의하여 전류 경로가 형성된다.

발광 다이오드 그룹(LED1)이 발광하면, 스위칭 회로(31)에 의한 전류 경로에 정류 전류(Irg)의 흐름이 개시된다. 그러나, 이때의 센싱 전압의 레벨은 낮기 때문에 스위칭 회로들(31~34)의 턴온 상태는 변경되지 않는다.

그 후 정류 전압(Vrec)이 발광 전압(V2)에 도달하는 과정에서, 정류 전류(Irg)는 스위칭 회로(31)의 레귤레이션 동작에 의하여 일정한 양을 유지하도록 규제된다.

정류 전압(Vrec)이 발광 전압(V2)에 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 정류 전류(Irg)의 흐름이 개시되며, 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압(VREF1)보다 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.

그 후 정류 전압(Vrec)이 발광 전압(V3)에 도달하는 과정에서, 정류 전류(Irg)는 스위칭 회로(32)의 레귤레이션 동작에 의하여 일정한 양을 유지하도록 규제된다.

정류 전압(Vrec)이 발광 전압(V3)에 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 정류 전류(Irg)의 흐름이 개시되며, 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압(VREF2)보다 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.

그 후 정류 전압(Vrec)이 발광 전압(V4)에 도달하는 과정에서, 정류 전류(Irg)는 스위칭 회로(33)의 레귤레이션 동작에 의하여 일정한 양을 유지하도록 규제된다.

정류 전압(Vrec)이 발광 전압(V4)에 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 전류 경로에 정류 전류(Irg)의 흐름이 개시되며, 이때의 센싱 전압의 레벨은 기준 전압(VREF3)보다 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.

그 후 정류 전압(Vrec)은 상한 레벨까지 상승한 후 하강을 시작한다.

정류 전압(Vrec)은 상한 레벨까지 도달하는 과정에서, 정류 전류(Irg)는 스위칭 회로(34)의 레귤레이션 동작에 의하여 일정한 양을 유지하도록 규제된다.

이와 반대로, 정류 전압(Vrec)이 상한 레벨에서 발광 전압 V4, V3, V2, V1 이하로 단계적으로 감소하면, 발광 다이오드 그룹들(LED4~LED1)은 순차적으로 소광된다. 그리고, 발광 다이오드 그룹들(LED4~LED1)의 소광에 대응하여 정류 전류(Id)도 단계적으로 줄어든다.

상술한 바와 같이, 드라이버(300)는 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)의 발광 상태 변화에 대응하여 전류 경로를 변경하여 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예는 발광 다이오드 그룹들(LED1~LED4)의 발광에 의하여 드라이버(300)의 전류 경로를 경유하는 정류 전류(Irg)는 드라이버(300)에서 센싱 저항(Rs)를 통하여 흐른다.

한편, 본 발명의 실시예는 배터리(Bat)를 충전하고 예비 전압(Vemr)을 조명부(200)에 제공하는 제2 동작을 수행한다.

먼저, 보조 전원 회로(400)에 의하여 배터리(Bat)가 충전되는 동작을 설명한다.

정류 전압(Vrec)이 발광 전압(V4) 이상에서 변화되는 경우, 드라이버(300)는 발광에 대응한 전류 경로를 제공하고 구동 전류(Id)를 일정한 레벨의 정류 전류(Irg)로 레귤레이션한다.

이때 정류 전압(Vrec)은 발광 전압(V4)보다 높은 레벨을 갖는다. 정류 전압(Vrec)과 발광 전압(V4)의 차는 잉여 전압으로 이해될 수 있으며, 잉여 전압에 대응하는 양의 전류가 드라이버(300)의 레귤레이션에 의해 드라이버(300)를 통해 흐르는 동시에 보조 전원 회로(400)의 충전 전류(Icg)로도 제공된다.

즉, 드라이버(300)의 레귤레이션 레벨에 해당하는 구동 전류(Id)의 일부는 충전 전류(Icg)로서 보조 전원 회로(400)의 차저(600)로 흐른다.

차저(600)의 전류 레귤레이션 회로(620)는 충전 전류(Icg)에 대한 레귤레이션을 수행하며 레귤레이션된 충전 전류(Icg)를 배터리(Bat)로 제공한다.

배티러(Bat)는 전류 레귤레이션 회로(620)에서 제공되는 충전 전류(Icg)에 의해서 충전된다.

본 발명의 실시예에서 배터리(Bat)가 과충전되는 것은 상술한 과충전 방지 회로(640)에 의해 전류 레귤레이션 회로(620)의 동작이 제어됨으로써 방지될 수 있다.

상기와 같이 배터리(Bat)를 충전하는 경우, 발광 다이오드 그룹(LED4)의 출력단에서 제공되는 충전 전류(Icg)는 보조 전원 회로(400)의 차저(600)의 전류 레귤레이션 회로(620), 배터리(Bat), 제1 다이오드(Dcg) 및 센싱 저항(Rs)를 경유하는 경로로 흐른다.

한편, 보조 전원 회로(400)는 배터리(Bat)의 충전 전압에 대응하는 예비 전압(Vemr)을 발광 다이오드 그룹(LED1)의 입력단에 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 보조 전원 회로(400)는 배터리(Bat)가 저전압인 경우 예비 전압(Vemr)을 출력하지 않는다.

보다 구체적으로, 배터리 저전압 감지 회로(660)에 의해 배터리(Bat)가 제2 목표 레벨 이하의 충전 전압(Vcg)을 갖는 것으로 판단되면, 부스터(800)는 비정상 정류 전압(Vrec)에 대응하여 모니터(500)에서 모니터링 신호(SEN)가 수신되어도 배터리(Bat)의 전류를 수신하는 것을 차단하여 부스팅 전압을 생성하지 않는다. 그러므로, 정류기(900)는 예비 전압(Verm)을 출력하지 않는다.

본 발명의 실시예에서 보조 전원 회로(400)는 배터리(Bat)의 충전 전압이 제2 목표 레벨 이상이고 비정상 정류 전압(Vrec)에 대응하는 모니터링 신호(SEN)가 생성되는 경우 예비 전압(Vemr)을 발광 다이오드 그룹(LED1)의 입력단으로 출력한다.

보다 구체적으로, 부스터(800)가 배터리(Bat)의 충전 전압(Vcg)을 받아서 부스팅 전압을 생성하여 정류기(900)로 제공하고, 정류기(900)는 부스팅 전압을 정류한 예비 전압(Vemr)을 출력한다.

예비전압(Vemr)은 그 전압의 크기에 따라 발광다이오드 그룹(LED1) 또는 그 다음의 발광다이오드 그룹(LED2)들을 발광할 수 있으며, 적어도 하나의 발광다이오드 그룹을 지나온 전류는 드라이버(300)에서 센싱 저항(Rs)를 통하여 흐르게 되고 드라이버(300)에 의해 전류 레귤레이션된다.

상기와 같이 예비전압(Vemr) 생성을 위하여 부스터(800)에 배터리(Bat) 전류를 방전하는 경우, 방전을 위한 전류는 배터리(Bat)의 양극, 보조 전원 회로(400)의 부스터(800)를 경유하여 제2 다이오드(Ddis)를 통해 배터리(Bat)의 음극으로 귀환하는 경로로 흐른다.

본 발명의 실시예는 비정상 정류 전압(Vrec)이 제공되거나 정전되는 응급 상황에 대응하여 조명을 위한 예비 전압(Vemr)을 제공할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 비정상 정류 전압(Vrec)에 의해 조명이 일시적으로 소등되는 것을 방지할 수 있으므로 조명 품질을 개선할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예는 잉여 전압에 대응하는 발광다이오드 그룹의 구동 전류(Id)의 일부 전류를 낭비하지 않고 충전 전류로 이용할 수 있으며, 충전 전류에 의해 배터리를 충전할 수 있으므로 전력 효율을 개선할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예는 간단한 구조와 적은 부품을 이용하여 배터리의 충전과 예비 전압을 제공을 구현할 수 있다.

Claims (12)

1. 복수 개의 발광 다이오드 그룹을 포함하며, 정류 전압과 예비 전압 중 어느 하나에 의해 발광하는 조명부;
   상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹에 발광에 대응한 전류 경로를 제공하며, 상기 전류 경로의 정류 전류를 레귤레이션하는 드라이버;
   충전과 방전이 가능한 배터리;
   상기 배터리의 충전을 위하여 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹 중 하나의 출력단에서 출력되는 충전 전류를 상기 배터리로 전달하는 것을 제어하고, 상기 배터리의 상기 충전 전압에 대응하는 상기 예비 전압을 상기 조명부에 제공하는 것을 제어하는 보조 전원 회로; 및
   상기 드라이버의 상기 상기 정류 전류와 상기 보조 전원 회로의 상기 충전 전류를 센싱하는 센싱 저항;을 포함함을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 보조 전원 회로는 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹 중 마지막 단에 연결된 발광 다이오드 그룹의 출력단에서 출력되는 상기 충전 전류를 수신하도록 구성되는 발광 다이오드 조명 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 센싱 저항은 상기 정류 전류와 상기 충전 전류를 합한 구동 전류를 센싱하고,
   상기 드라이버는 상기 구동 전류에 대응하는 센싱 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 전류 경로의 제공과 상기 정류 전류의 레귤레이션을 수행하는 발광 다이오드 조명 장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 보조 전원 회로는,
   상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹 중 하나의 출력단에서 출력되는 상기 충전 전류를 이용하여 상기 배터리를 충전하는 것을 제어하는 차저;
   상기 정류 전압을 모니터링하고 일정 레벨 이하의 상기 정류 전압의 비정상적인 조건에 대응하여 모니터링 신호를 제공하는 모니터;
   상기 모니터링 신호에 대응하여 상기 배터리의 상기 충전 전압에 대응하는 부스팅 전압을 출력하는 부스터; 및
   상기 부스팅 전압을 정류하여 상기 예비 전압으로 출력하는 정류기;를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치.
5. 제4 항에 있어서, 상기 차저는,
   상기 배터리의 상기 충전 전압이 제1 목표 레벨 이상이면 상기 충전 전류를 상기 배터리에 전달하는 것을 차단하는 과충전 방지 회로를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 차저는 상기 배터리의 상기 충전 전압이 제2 목표 레벨 이하이면 배터리 로우 신호를 상기 부스터에 제공하는 배터리 저전압 감지 회로를 더 포함하고,
   상기 부스터는 상기 배터리 로우 신호에 대응하여 상기 배터리의 상기 방전 전류의 수신을 차단하여 상기 부스팅 전압의 출력을 중지하는 발광 다이오드 조명 장치.
7. 제4 항에 있어서,
   상기 차저와 상기 센싱 저항 사이에 구성되며, 상기 차저에서 출력되는 상기 충전 전류에 대한 순방향으로 구성되는 제1 다이오드; 및
   접지에 연결되며, 상기 배터리의 방전을 위하여 상기 배터리를 향하는 전류에 대한 순방향으로 구성되는 제2 다이오드;를 더 포함하는 발광 다이오드 조명 장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 보조 전원 회로에 병렬로 연결된 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 더 포함하고,
   상기 제1 다이오드는 상기 충전 전류에 대하여 순방향으로 구성되어서 상기 충전 전류를 상기 센싱 저항으로 전달하고,
   상기 제2 다이오드는 상기 배터리의 방전을 위하여 상기 배터리로 향하는 전류에 대하여 순방향으로 구성되는 발광 다이오드 조명 장치.
9. 정류 전압에 의해 발광하는 복수 개의 발광 다이오드 그룹을 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 보조 전원 회로에 있어서,
   충전과 방전이 가능한 배터리;
   상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹 중 하나의 출력단에서 출력되는 충전 전류를 레귤레이션하고, 상기 충전 전류를 이용하여 상기 배터리를 충전하는 것을 제어하는 차저;
   상기 정류 전압을 모니터링하고 일정 레벨 이하의 상기 정류 전압에 대응하여 모니터링 신호를 제공하는 모니터;
   상기 모니터링 신호에 대응하여 상기 배터리의 상기 충전 전압에 대응하는 부스팅 전압을 출력하는 부스터; 및
   상기 부스팅 전압을 정류하여 예비 전압을 생성하며, 상기 예비 전압을 상기 최소한 하나의 발광 다이오드 그룹에 제공하는 정류기;를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 보조 전원 회로.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 차저는 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹의 발광에 대응한 전류 경로를 제공하는 드라이버에 연결된 센싱 저항으로 상기 배터리의 충전에 이용되는 상기 충전 전류를 출력하도록 구성되는 발광 다이오드 조명 장치의 보조 전원 회로.
11. 제9 항에 있어서, 상기 차저는,
    상기 배터리의 상기 충전 전압이 제1 목표 레벨 이상이면 레귤레이션된 상기 충전 전류를 상기 배터리에 전달하는 것을 차단하는 과충전 방지 회로를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치의 보조 전원 회로.
12. 제9 항에 있어서,
    상기 차저는 상기 배터리의 상기 충전 전압이 제2 목표 레벨 이하이면 배터리 로우 신호를 상기 부스터에 제공하는 배터리 저전압 감지 회로를 더 포함하고,
    상기 부스터는 상기 배터리 로우 신호에 대응하여 상기 배터리의 방전 전류의 수신을 차단하여 상기 부스팅 전압의 출력을 중지하는 발광 다이오드 조명 장치의 보조 전원 회로.

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