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KR20160150440A - 위상 제어 디밍이 가능한 led 구동회로 및 이를 포함하는 led 조명장치 - Google Patents

위상 제어 디밍이 가능한 led 구동회로 및 이를 포함하는 led 조명장치 Download PDF

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KR20160150440A
KR20160150440A KR1020150088433A KR20150088433A KR20160150440A KR 20160150440 A KR20160150440 A KR 20160150440A KR 1020150088433 A KR1020150088433 A KR 1020150088433A KR 20150088433 A KR20150088433 A KR 20150088433A KR 20160150440 A KR20160150440 A KR 20160150440A
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KR
South Korea
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led
voltage
rectified voltage
driving
rectified
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Withdrawn
Application number
KR1020150088433A
Other languages
English (en)
Inventor
정혜만
Original Assignee
서울반도체 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울반도체 주식회사 filed Critical 서울반도체 주식회사
Priority to KR1020150088433A priority Critical patent/KR20160150440A/ko
Publication of KR20160150440A publication Critical patent/KR20160150440A/ko
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명장치는, 위상 제어 디머로부터 인가되는 위상이 제어된 교류전압을 정류하고, 정류전압을 출력하는 정류부; 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; 및 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 상기 정류전압에 기초하여 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 상기 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 LED 구동 제어부를 포함하며, 상기 LED 구동 제어부는 상기 정류전압의 전압레벨을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 디밍레벨을 검출하도록 구성된다.

Description

위상 제어 디밍이 가능한 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치{LED DRIVING CIRCUIT CAPABLE OF PHASE CUT DIMMING AND LIGHTING APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 위상 제어 디밍이 가능한 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로, 다양한 유형의 위상 제어 디머와 호환가능한 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치에 관한 것이다.
LED가 개발되어 조명장치에 사용되면서, 단순히 일정한 광 출력을 제공하는 LED 조명장치뿐만 아니라 사용자의 필요에 따라 다양한 레벨의 광 출력을 제공할 수 있는 디밍이 가능한 LED 조명장치가 널리 사용되고 있다.
디밍이 가능한 LED 조명장치의 경우 다양한 유형의 디머들 중 하나의 유형의 디머와 사용되며, 사용되는 유형의 디머와 호환될 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 아날로그 디머와 함께 사용되는 LED 조명장치의 경우, 아날로그 디머로부터 입력되는 아날로그 디밍신호로부터 선택된 디밍레벨을 검출하여 디밍제어를 수행할 수 있도록 구성된다. 다른 예에 있어, 포워드 위상 제어 디머(forward pahse cut dimmer)(예를 들어, 트라이악(triac) 디머)와 함께 사용되는 LED 조명장치의 경우, 포워드 위상 제어 디머에 의해 위상이 제어된 전원으로부터 선택된 디밍레벨을 검출하여 디밍제어를 수행할 수 있도록 구성된다. 또 다른 예에 있어, 리버스 위상 제어 디머(reverse pahse cut dimmer)(예를 들어, IGBT 또는 FET 디머)와 함께 사용되는 LED 조명장치의 경우, 리버스 위상 제어 디머에 의해 위상이 제어된 전원으로부터 선택된 디밍레벨을 검출하여 디밍제어를 수행할 수 있도록 구성된다.
도 1은 2가지 유형의 위상 제어 디밍을 설명하기 위한 파형도를 도시한다. 구체적으로, 도 1의 (a)는 교류 전원의 1 주기 동안의 전압 파형을 도시하고 있으며, 도 1의 (b)는 포워드 위상 제어 디머에 의해 위상이 제어된 전압 파형을 도시하고, 도 1의 (c)는 리버스 위상 제어 디머에 의해 위상이 제어된 전압 파형을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 위상 제어 디머는 교류 전원의 교류전압을 선택된 디밍레벨에 따라 위상 제어하여 LED 조명장치로 출력한다. 보다 더 구체적으로, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 포워드 위상 제어 디머는 교류전압의 반주기를 기준으로 전방으로 디밍레벨에 따라 위상을 제어하여 출력하도록 구성되며, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 리버스 위상 제어 디머는 교류전압의 반주기를 기준으로 후방으로 디밍레벨에 따라 위상을 제어하여 출력하도록 구성된다.
따라서, 이와 같은 위상 제어 디머와 함께 사용되기 위한 LED 조명장치는 입력되는 전압(즉, 위상이 제어된 전압)으로부터 입력 전압의 크기와 위상 정보를 검출할 수 있는 기능을 구비해야 한다. 이러한 요구사항을 충족시키기 위하여 일반적으로 ZDC(Zero Cross Detection)라는 검출 기법이 이용된다. 특히, 트라이악 디머를 사용하는 경우, LED 조명장치는 트라이악 디머의 구동에 필요한 트리거 전류, 래칭 전류, 및 유지 전류를 적절히 제공하기 위한 블리더 회로(Bleeder Circuit)를 포함하고 있어, 이러한 블리더 회로를 적절하게 구동하기 위하여 전술한 바와 같은 입력 전압의 크기 및 위상 정보를 또한 필요로 한다.
한편, 종래기술에 따른 LED 조명장치에서 주로 사용하고 있는 ZCD 기법은, 입력되는 위상이 제어된 교류 맥류 전압 또는 교류전압을 직접 검출하여 교류전압의 영점(0V)을 검출함으로써 위상에 대한 기준값을 결정하는 방식이다. 이와 같은 ZCD 기법의 경우 이상에서 설명한 포워드 위상 제어 디머 및 리버스 위상 제어 디머 둘 다와 호환되기 어렵다는 문제점이 있다. 이는, 포워드 위상 제어 디머의 경우 디밍레벨에 따라 소정의 지연 시간 이후에 턴-온되며 교류전압의 크기에 의해 자동으로 턴-오프되는 반면, 리버스 위상 제어 디머의 경우 교류전압이 0V인 시점에 턴-온되어 디밍레벨에 따라 소정의 시간 동안 턴-온 상태를 유지하다가 턴-오프되기 때문이다. 따라서, 이러한 두가지 유형의 디머와 모두 호환가능하게 하기 위해서, 종래기술에 따른 LED 조명장치의 경우 별도의 타이밍 제어 회로(일반적으로, 마이크로 프로세서 또는 R-C 및 로직 회로)를 필요로 하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 디밍이 가능한 LED 조명장치에 있어, 디밍레벨에 따른 LED 구동전류의 조정이 위상이 제어된 교류전압의 위상 정보로부터 별도의 연산과정을 통해 LED 구동전류를 결정하는 방식으로 이루어지거나, 또는 별도의 입력 전압 검출 회로를 사용하여 입력되는 전압의 전압레벨을 검출하고 이에 기초한 연산 과정을 통해 LED의 구동전류를 결정하도록 구성된다. 따라서, 종래기술에 따른 LED 조명장치의 경우 회로 구성이 복잡하고 제조비용이 상승된다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은, 하나의 검출 회로를 이용해 위상이 제어된 교류전압의 위상정보와 전압레벨을 검출 및 연산하여 디밍제어를 수행할 수 있는 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 포워드 위상 제어 디머 및 리버스 위상 제어 디머 둘 다와 호환될 수 있는 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 동작구간별 LED 구동전류를 개별적으로 설정할 수 있는 LED 구동회로 및 이를 포함하는 LED 조명장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 위상 제어 디머로부터 인가되는 위상이 제어된 교류전압을 정류하고, 정류전압을 출력하는 정류부; 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; 및 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 상기 정류전압에 기초하여 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 상기 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 LED 구동 제어부를 포함하며, 상기 LED 구동 제어부는 상기 정류전압의 전압레벨을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 디밍레벨을 검출하는, LED 조명장치가 제안된다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 정류전압의 1주기를 기준으로 상기 정류전압의 전압레벨이 상기 기준전압 이상인 구간과 상기 정류전압의 전압레벨이 상기 기준전압 미만인 구간의 듀티비에 기초하여 디밍레벨을 검출하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 상기 정류부로부터 출력되는 정류전압의 전압레벨을 검출하고, 상기 정류전압에 기초하여 선택된 디밍레벨을 검출하는 검출모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 검출모듈은: 기준전압을 공급하는 기준전압 소스; 및 비반전 단자를 통해 상기 정류부에 연결되어 상기 정류전압을 입력받고, 반전 단자를 통해 상기 기준전압 소스에 연결되어 상기 기준전압을 입력받으며, 상기 정류전압과 상기 기준전압을 비교하여 구형파를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.
바람직하게, 충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 상기 LED 발광부에 구동전압을 제공하는 역률 보상부를 더 포함하며, 상기 LED 발광부는 상기 보상구간에서 상기 역률 보상부로부터 구동전압을 공급받아 발광하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 각기 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 대응하는 LED 그룹에 병렬로 연결되며, 상기 대응하는 LED 그룹의 동작구간 중 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하고, 상기 대응하는 LED 그룹의 비발광구간 동안 상기 대응하는 LED 그룹에 구동전압을 공급하는, 제 1 충방전부 내지 제 n 충방전부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 정류부로부터 정류전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부의 구동을 제어하는 LED 구동회로로서, 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 상기 정류전압에 기초하여 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 상기 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 LED 구동 제어부를 포함하며, 상기 정류전압은 디밍레벨에 따라 위상이 제어된 교류전압이 정류된 것이며, 상기 LED 구동 제어부는 상기 정류전압의 전압레벨을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 디밍레벨을 검출하는, LED 구동회로가 제안된다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 정류전압의 1주기를 기준으로 상기 정류전압의 전압레벨이 상기 기준전압 이상인 구간과 상기 정류전압의 전압레벨이 상기 기준전압 미만인 구간의 듀티비에 기초하여 디밍레벨을 검출하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 LED 구동 제어부는 상기 정류부로부터 출력되는 정류전압의 전압레벨을 검출하고, 상기 정류전압에 기초하여 선택된 디밍레벨을 검출하는 검출모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 검출모듈은: 기준전압을 공급하는 기준전압 소스; 및 비반전 단자를 통해 상기 정류부에 연결되어 상기 정류전압을 입력받고, 반전 단자를 통해 상기 기준전압 소스에 연결되어 상기 기준전압을 입력받으며, 상기 정류전압과 상기 기준전압을 비교하여 구형파를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.
바람직하게, 충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 상기 LED 발광부에 구동전압을 제공하는 역률 보상부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 각기 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 대응하는 LED 그룹에 병렬로 연결되며, 상기 대응하는 LED 그룹의 동작구간 중 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하고, 상기 대응하는 LED 그룹의 비발광구간 동안 상기 대응하는 LED 그룹에 구동전압을 공급하는, 제 1 충방전부 내지 제 n 충방전부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 위상이 제어된 교류전압의 위상정보와 전압레벨을 하나의 회로를 이용해 검출 및 연산하여 디밍제어를 수행할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, LED 구동회로 및 LED 조명장치가 포워드 위상 제어 디머 및 리버스 위상 제어 디머 둘 다와 호환될 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 동작구간별 LED 구동전류를 개별적으로 설정할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 포워드 위상 제어 및 리버스 위상 제어의 개념을 설명하기 위한 파형도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 구성 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 검출 모듈의 상세 구성 블록도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 구성 블록도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치의 구성 블록도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
본 발명의 실시예에서, 용어 'LED 그룹'이란 복수의 LED들(또는 복수의 발광셀들)이 직렬/병렬/직병렬로 연결되어, LED 구동모듈의 제어에 따라 하나의 단위로서 동작이 제어되는(즉, 같이 점등/소등되는) LED들의 집합을 의미한다.
또한, 용어 '제 1 순방향 전압레벨(Vf1)'은 제 1 LED 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미하며, 용어 '제 2 순방향 전압레벨(Vf2)'은 직렬로 연결된 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹을 구동할 수 있는 임계 전압레벨(즉, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨과 제 2 LED 그룹의 순방향 전압레벨을 더한 전압레벨)을 의미하고, 용어 '제 3 순방향 전압레벨(Vf3)'은 직렬로 연결된 제 1 내지 제 3 LED 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨을 의미한다. 즉, '제 n 순방향 전압레벨(Vfn)'은 직렬로 연결된 제 1 내지 제 n LED 그룹들을 구동할 수 있는 임계 전압레벨(즉, 제 1 LED 그룹의 순방향 전압레벨 내지 제 n LED 그룹의 순방향 전압레벨들을 모두 더한 전압레벨)을 의미한다. 이하에서는, LED 그룹들이 모두 동일한 순방향 전압레벨을 갖는 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하지만, 필요에 따라 LED 그룹들 각각의 순방향 전압레벨이 서로 상이하게 설계될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 이하에서, 제 1 순방향 전압레벨은 1Vf이며, 제 2 순방향 전압레벨은 2Vf이고, 마찬가지로 제 n 순방향 전압레벨은 nVf인 실시예를 기준으로 본 발명의 바람직한 실시예들이 설명될 것이다.
또한, 용어 '구동전압 검출기반의 순차구동 방식' 또는 '구동전압 검출기반의 다단구동 방식'이란, 시간에 따라 크기가 변화하는 입력전압을 인가받아 LED를 구동하는 LED 구동모듈에 있어, 인가되는 입력전압의 증가에 따라 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 발광시키고, 인가되는 입력전압의 감소에 따라 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 소등시키는 구동방식을 의미한다. 또한, 용어 '구동전류 검출기반의 순차구동 방식' 또는 '구동전류 검출기반의 다단구동 방식'이란, 시간에 따라 크기가 변화하는 입력전압을 인가받아 LED를 구동하는 LED 구동모듈에 있어, LED 발광부 또는 LED 발광부에 연결된 정전류 스위치에 흐르는 LED 구동전류의 증감에 따라 LED 발광부를 구성하는 복수의 LED 그룹들을 순차적으로 점등 및 소등시키는 구동방식을 의미한다. 한편 구동전압 검출방식 또는 구동전류 검출방식인지와 무관하게, 순차구동방식 또는 다단구동 방식에 있어, 제 1 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹만이 발광하는 동작구간을 의미하며, 제 2 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹 및 제 2 LED 그룹만이 발광하는 동작구간을 의미하고, 유사하게, 제 n 단 동작구간은 상기 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹 모두가 발광하는 동작구간을 의미한다.
또한, 본 명세서에 있어, '제 1 동작구간'은 LED 발광부에 제공되는 구동전압이 제 1 순방향 전압레벨(1Vf) 이상이고 제 2 순방향 전압레벨(2Vf) 미만인 구간을 의미하며, '제 2 동작구간'은 LED 발광부에 제공되는 구동전압이 제 2 순방향 전압레벨(2Vf) 이상이고 제 3 순방향 전압레벨(3Vf) 미만인 구간을 의미하며, 마찬가지로 '제 n 동작구간'은 LED 발광부에 제공되는 구동전압이 제 n 순방향 전압레벨(nVf) 이상인 구간을 의미한다.
또한, 본 명세서에 있어, '비보상 구간'이란 입력되는 정류전압(Vrec)이 구동전압(Vp)으로서 LED 발광부 등에 제공되는 구간을 의미하며, '충전 구간'이란 비보상 구간 중 역률 보상부가 정류전압(Vrec)에 의해 충전되는 구간을 의미하고, '보상 구간(또는 방전 구간)'이란 역률 보상부에 충전된 전하가 방전됨으로써 구동전압(Vp)이 LED 발광부 제공되는 구간을 의미한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 역률 보상부가 제 1 순방향 전압레벨(1Vf)을 보상하도록 구성된 경우, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(1Vf) 미만인 구간에서는 역률 보상부에 의해 구동전압(Vp)이 LED 발광부에 제공되며, 이러한 경우 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨(1Vf) 미만인 구간이 보상구간이 된다. 다른 예로서, 본 발명에 따른 역률 보상부가 제 2 순방향 전압레벨(2Vf)을 보상하도록 구성된 경우, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 2 순방향 전압레벨(2Vf) 미만인 구간이 보상구간이 된다.
또한, 본 명세서 내에서 임의의 특정 전압, 특정 시점, 특정 온도 등을 나타내기 위하여 사용되는 V1, V2, V3,..., t1, t2,..., T1, T2, T3, 등의 용어는 절대적인 값을 나타내기 위하여 사용되는 것이 아니라 서로를 구분하기 위하여 사용되는 상대적인 값이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 위상 제어 디밍이 가능한 LED 조명장치(이하, LED 조명장치'라 함)의 구성 및 기능
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 구성 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시된 검출 모듈의 상세 구성 블록도이며, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
이하에서, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 구성 및 기능에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 외부의 위상 제어 디머(미도시)로부터 입력되는 위상 제어된(phase cut) 교류전압(또는 '입력전압'이라고도 함)을 입력받고, 입력된 위상 제어된 교류전압으로부터 현재 선택된 디밍레벨을 검출하며, 검출된 디밍레벨에 기초하여 발광하도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같은 파형의 전압을 출력하는 포워드 위상 제어 디머 및 도 1의 (c)에 도시된 바와 같은 파형의 전압을 출력하는 리버스 위상 제어 디머와 호환될 수 있도록 구성된다. 포워드 위상 제어 디머 및 리버스 위상 제어 디머 자체는 이미 공지된 기술을 채택하고 있는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 하며, 이하에서 '위상 제어 디머'라는 용어는 포워드 위상 제어 디머 및 리버스 위상 제어 디머를 포괄하는 용어로서 사용된다.
전술한 바와 같은 기능을 수행하기 위하여, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)는, 서지 보호부(100), 정류부(200), LED 발광부(400) 및 LED 구동 제어부(500)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같은, 서지 보호부(100)는 교류전원과 정류부(200) 사이에 위치되어, 과전압 및 과전류로부터 정류부(200), LED 발광부(400), LED 구동 제어부(500)를 보호하는 기능을 수행하도록 구성된다. 이러한 서지 보호부(100)는 EMI 필터, 바리스터 등의 공지된 다양한 서지 보호 소자 및/또는 서지 보호 회로를 포함할 수 있으며, 이미 공지된 기술을 채택하고 있는 바, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 LED 조명장치(1000)의 정류부(200)는 전술한 바와 같은 위상 제어 디머(미도시)로부터 입력되는 위상 제어된 교류전압(즉, 입력전압(Vin))을 정류하여 위상 제어된 정류전압(Vrec)(이하 '정류전압(Vrec)'라 함)을 생성하고, 생성된 정류전압(Vrec)을 LED 발광부(400) 및 LED 구동 제어부(500)로 출력하도록 구성된다. 이러한 정류부(200)로서 전파 정류회로, 반파 정류회로 등 공지된 다양한 정류회로 중 하나가 이용될 수 있다.
한편, LED 발광부(400)는 복수의 LED 그룹들로 구성될 수 있으며, LED 발광부(400)에 포함된 복수의 LED 그룹들은 LED 구동 제어부(500)의 제어에 따라 순차적으로 발광되고, 순차적으로 소등된다. 도 4에는 제 1 LED 그룹(410), 제 2 LED 그룹(420), 제 3 LED 그룹(430), 및 제 4 LED 그룹(440)을 포함하고 있는 LED 발광부(400)가 개시되어 있으나, 필요에 따라 LED 발광부(400)에 포함되는 LED 그룹의 수 및/또는 각각의 LED 그룹에 포함되는 LED들의 수가 다양하게 변경될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 다만, 이하에서는, 설명과 이해의 편의를 위하여 LED 발광부(400)가 4개의 LED 그룹들로 구성된 실시예를 기준으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, LED 발광부(400)는 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430)까지의 3개의 LED 그룹들로 구성될 수도 있으며, 본 발명의 기술적 요지를 그대로 포함하고 있는 한, 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
또한, 실시예를 구성하기에 따라, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)은 각각 서로 상이한 순방향 전압레벨을 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)이 각각 상이한 수의 LED 소자를 포함하여 구성되는 경우 또는 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440) 각각이 상이한 방식의 직렬 또는 병렬 또는 직병렬 연결관계를 가질 경우, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)은 서로 다른 순방향 전압레벨을 가지게 될 것이다. 물론, 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)의 전부 또는 일부가 동일한 순방향 전압레벨을 갖도록 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 LED 발광부(400)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED) 또는 LED 발광부(400)에 연결된 정전류 스위치(들)(미도시)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 검출된 LED 구동전류(ILED)에 기초하여 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)의 순차구동을 제어하며, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 LED 발광부(400)의 디밍제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)가 LED 구동회로를 구성할 수 있다. 물론, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)가 전술한 바와 같은 구동전압 검출기반의 순차구동 방식을 이용하여 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)의 순차구동을 제어하도록 구성될 수도 있으며, 이러한 경우에도 본 발명의 요지를 이용하는 한 본 발명의 권리범위에 속함은 당업자에게 자명할 것이다.
전술한 바와 같은 기능을 수행하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 제어 모듈(510), 검출 모듈(520), 내부 전원 모듈(530), 보호 모듈(540), 디밍 제어 모듈(550), LED 구동전류 설정모듈(560), 제 1 정전류 스위치(SW1), 제 2 정전류 스위치(SW2), 제 3 정전류 스위치(SW3), 및 제 4 정전류 스위치(SW4)를 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 검출 모듈(520)은 입력되는 정류전압(Vrec)에 기초하여 현재 선택된 디밍레벨을 검출하고, 검출된 디밍레벨을 제어 모듈(510)로 출력하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 검출 모듈(520)은 전술한 바와 같은 ZCD 기법을 이용하여 디밍레벨을 검출하는 것이 아니라, 입력되는 정류전압(Vrec)과 기준전압(Vref)을 비교함으로써 현재 선택된 디밍레벨을 검출하도록 구성된다. 이때, 바람직하게, 기준전압(Vref)은 일정한 전압레벨을 갖는 직류 전압일 수 있다. 도 3은 도 2에 도시된 검출 모듈(520)의 상세 구성 블록도로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 모듈(520)은 비교기(522), 기준전압 소스(526), 버퍼(524)를 포함할 수 있다. 비교기(522)의 비반전 입력단에는 2개의 분압 저항들(RVLS _1)에 의해 분압된 정류전압(Vrec)이 입력되며, 비교기(522)의 반전 입력단에는 기준전압 소스(526)로부터 공급되는 기준전압(Vref)이 입력된다. 비교기(522)는 입력되는 분압된 정류전압(Vrec)과 기준전압(Vref)을 비교하여 그 결과를 비교신호로서 출력하도록 구성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 비교기(522)로부터 출력되는 비교신호는 소정의 듀티비를 갖는 구형파이다. 즉, 분압된 정류전압(Vrec)이 기준전압(Vref) 이상인 구간에서는 하이 레벨(high level)이고 기준전압(Vref)보다 작은 구간에서는 로우 레벨(low level)인 구형파가 비교기(522)로부터 출력된다. 실시예를 구성하기에 따라서, 디밍레벨은 1주기 동안의 비교신호의 로우 신호와 하이 신호의 듀티비에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 비교기(522)로부터 출력되는 비교신호는 버퍼(524) 및 커패시터(CVSO)를 이용해 소정의 전압레벨을 갖는 디밍레벨 검출신호로 변환될 수 있으며, 디밍레벨 검출신호가 제어 모듈(510)로 입력된다. 도 3에는 전술한 바와 같은 비교기(522)의 비반전 단자에 입력되는 분압된 정류전압(Vrec), 비교기(522)의 반전 단자에 입력되는 기준전압(Vref), 비교기(522)로부터 출력되는 비교신호 및 버퍼(524)로부터 출력되는 디밍레벨 검출신호가 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 4를 참조하여, 이상에서 설명된 비교기(522)의 동작과정에 대해 보다 상세하게 살펴보도록 한다. 먼저, 도 4의 (a)는 교류전압(Vac)의 1주기 동안의 파형을 도시하고 있으며, 도 4의 (b)는 본 발명의 정류부(200)로부터 출력되는 정류전압(Vrec)의 2주기(교류전압(Vac)의 1주기) 동안의 파형 및 기준전압(Vref)의 파형을 도시하고 있고, 도 4의 (c)는 본 발명의 비교기(522)로부터 출력되는 비교신호(com_sig)의 파형을 도시하고 있다. 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비교기(522)의 반전 입력단에는 기준전압 소스(526)로부터 공급되는 기준전압(Vref)이 입력되며, 비교기(522)의 비반전 입력단에는 분압된 정류전압(Vrec)이 입력된다. 따라서, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 기준전압(Vref)의 전압레벨 이상이 되는 시점(t11, t13)부터 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 기준전압(Vref)의 전압레벨 미만이 되는 시점(t12, 14)까지 비교기(522)는 하이 레벨인 비교신호(com_sig)를 출력하며, 그 외의 구간에서는 로우 레벨인 비교신호(com_sig)를 출력한다. 그 결과가 도 4의 (c)에 도시되어 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 검출 모듈(520)은 소정의 전압레벨을 갖는 직류의 기준전압(Vref)과 분압된 정류전압(Vrec)의 전압레벨을 비교함으로써 현재 선택된 디밍레벨을 검출하도록 구성된다. 따라서, 회로 구성이 단순하며, 포워드 위상 제어 디머 및 리버스 위상 제어 디머 둘 모두와 호환될 수 있는 장점이 있다.
한편, 내부 전원모듈(530)은 입력되는 정류전압(Vrec)으로부터 LED 구동 제어부(500) 내부에서 사용되는 내부 전원을 생성하고, 구성요소들로 생성된 내부 전원을 공급하도록 구성된다.
본 발명에 따른 보호모듈(540)은 크게 2가지 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 첫째, 본 발명에 따른 보호모듈(540)은 LED 구동 제어부(500) 내부에 구비된 온도 센서(미도시)로부터 출력되는 온도 정보를 입력받고, 입력된 온도 정보에 따라 현재 검출되는 LED 구동 제어부(500) 내부 온도가 미리 설정된 온도(예를 들어, 150℃) 이상인 경우 LED 구동 제어부(500)의 동작을 중단하도록 구성될 수 있다. 둘째, 본 발명에 따른 보호모듈(540)은 입력되는 정류전압(Vrec)을 모니터링하고, 과전압 또는 과전류가 입력되는 경우 LED 구동 제어부(500)의 동작을 중단하도록 구성될 수 있다.
한편, 디밍 제어 모듈(550)은 위상 제어 디밍 방식이 아니라, 아날로그 디밍 방식이 이용되는 경우, ADIM 단자를 통해 입력되는 아날로그 디밍 신호에 기초하여 선택된 디밍레벨을 검출하고, 검출된 디밍레벨을 LED 구동전류 설정모듈(560)로 출력하도록 구성될 수 있다. 위상 제어 디밍 방식이 이용되는 경우 디밍 제어 모듈(550)은 사용되지 않을 수 있다.
LED 구동전류 설정모듈(560)은 외부의 LED 구동전류 설정용 저항들(Rset-1, Rset-2, Rset-3, Rset-4)의 저항값에 기초하여 동작구간별 LED 구동전류 값을 설정하는 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 제 1 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-1)은 제 1 단 동작구간 동안의 제 1 LED 구동전류(ILED1) 값을 설정하기 위한 저항이며, 제 2 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-2)은 제 2 단 동작구간 동안의 제 2 LED 구동전류(ILED2) 값을 설정하기 위한 저항이고, 제 3 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-3)은 제 3 단 동작구간 동안의 제 3 LED 구동전류(ILED3) 값을 설정하기 위한 저항이며, 제 4 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-4)은 제 4 단 동작구간 동안의 제 4 LED 구동전류(ILED4) 값을 설정하기 위한 저항이다. 이러한 점에 있어, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)는 종래의 LED 조명장치와 차별화될 수 있다. 즉, 기존의 LED 조명장치의 경우, 하나의 LED 구동전류 설정용 저항만이 구비되며, 그에 따라 기준이 되는 기준 LED 구동전류 값이 설정되고, 동작구간별 LED 구동전류의 값은 기준이 되는 기준 LED 구동전류 값의 비율로서 결정되도록 구성된다. 이는, 역률 개선 및 전고조파 왜곡(Total Harmonic distortion: THD)을 개선하기 위해 LED 구동전류(ILED)가 입력되는 정류전압(Vrec)의 파형에 근사하도록, 본 발명에 따른 제어 모듈(510)이 제 1 단 동작구간으로부터 제 4 단 동작구간까지 순차적으로 LED 구동전류(ILED)의 값이 증가하게 LED 구동전류(ILED)를 정전류 제어하도록 구성되었기 때문이다. 즉, '제 1 LED 구동전류(ILED1) < 제 2 LED 구동전류(ILED2) < 제 3 LED 구동전류(ILED3) < 제 4 LED 구동전류(ILED4)'의 관계가 성립되도록 각 동작구간별 LED 구동전류를 제어하도록 제어 모듈(510)이 구성될 수 있다. 이러한 관계가 도 5의 (b)에 도시되어 있다. 즉, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 입력되는 정류전압(Vrec)의 파형에 근사하도록, 제 1 LED 구동전류(ILED1)로부터 제 4 LED 구동전류(ILED4)까지 순차적으로 전류 값이 증가하도록 구성된다.
그러나, 플리커 성능 개선, 감성 조명 구현 등의 다양한 이유들에 기인하여, 각 동작구간별 LED 구동전류를 개별적으로 제어해야할 필요성이 생기게 되었다. 따라서, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 제 1 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-1) 내지 제 4 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-4)을 이용하여 제 1 단 동작구간 LED 구동전류(ILED1) 내지 제 4 단 동작구간 LED 구동전류(ILED4)를 각기 원하는 값으로 설정할 수 있도록 구성될 수 있다. 도 5의 (c)는 제 1 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-1) 내지 제 4 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-4)을 이용하여, '제 1 LED 구동전류(ILED1) > 제 2 LED 구동전류(ILED2) > 제 3 LED 구동전류(ILED3) > 제 4 LED 구동전류(ILED4)'의 관계가 되도록 각 동작구간별 LED 구동전류를 설정한 상태를 도시한다. 한편, 도 5의 (d)는 제 1 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-1) 내지 제 4 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-4)을 이용하여, '제 4 LED 구동전류(ILED4) > 제 3 LED 구동전류(ILED3) > 제 1 LED 구동전류(ILED1) > 제 2 LED 구동전류(ILED2)'의 관계가 되도록 각 동작구간별 LED 구동전류를 설정한 상태를 도시한다. 이상에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 구동전류 설정모듈(560)은 외부의 LED 구동전류 설정용 저항들(Rset-1, Rset-2, Rset-3, Rset-4)을 이용하여 사용자가 원하는 대로 동작구간별 LED 구동전류를 각기 독립적으로 설정하여 제어할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제어 모듈(510)은 전술한 바와 같이 구동전류 검출기반의 순차구동 방식을 이용하여 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)의 순차구동을 제어하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)에 있어, LED 발광부(400)에 공급되는 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨, 즉, 제 1 순방향 전압레벨(Vf1) 이상이 되는 시점부터 제 1 LED 그룹(410)에 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며 그에 따라 제 1 LED 그룹(410)이 점등된다. LED 조명장치(1000)의 최초 기동시 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 4 정전류 스위치(SW4)가 모두 턴-온되어 있는 상태이다. 이때, 제 1 LED 그룹(410)을 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)는 미리 설정된 제 1 LED 구동전류(ILED1)의 값으로 제 1 정전류 스위치(SW1)에 의해 정전류 제어되게 된다. 한편, 이러한 상태로, LED 발광부(400)에 공급되는 정류전압(Vrec)이 계속해서 상승하여 제 1 LED 그룹(410)의 순방향 전압레벨과 제 2 LED 그룹(420)의 순방향 전압레벨을 더한 전압레벨, 즉, 제 2 순방향 전압레벨(Vf2) 이상이 되는 시점부터 제 2 LED 그룹(420)에도 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며 그에 따라 제 2 LED 그룹(420) 또한 점등된다. 이러한 시점에서, 제 2 LED 그룹(420)과 제 2 전류경로(P2)를 통해 연결되어 있는 제 2 정전류 스위치(SW2)가 턴-온되어 있는 상태이며, 그에 따라 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 검출될 수 있다. 제어 모듈(510)은 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 과도상태(전류가 상승 및/또는 하강하는 상태)를 지나 정상적으로 정전류 상태를 유지하는지 판단한다. 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 정상적인 정전류 상태를 유지하는 경우, 제어 모듈(510)은 LED 발광부(400)에 공급되는 정류전압(Vrec)이 제 1 LED 그룹(410) 및 제 2 LED 그룹(420)을 구동하기에 충분한 것으로 판단하여 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-오프함으로써, 제 2 동작구간에 진입한다. 이러한 제 2 동작구간에서, 제 2 정전류 스위치(SW2)는 LED 발광부(400)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 미리 설정된 제 2 LED 구동전류(ILED2)의 값으로 정전류 제어하는 기능을 수행하게 된다.
유사하게, LED 발광부(400)에 공급되는 정류전압(Vrec)이 계속해서 상승하여 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 이상이 되는 시점부터 제 3 LED 그룹(430)에도 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며 그에 따라 제 3 LED 그룹(430) 또한 점등된다. 이러한 시점에서, 제어 모듈(510)은 제 3 정전류 스위치(SW3)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 제 3 정전류 스위치(SW3)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 과도상태(전류가 상승 및/또는 하강하는 상태)를 지나 정상적으로 정전류 상태를 유지하는지 판단한다. 제 3 정전류 스위치(SW3)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 정상적인 정전류 상태를 유지하는 경우, 제어 모듈(510)은 LED 발광부(400)에 공급되는 정류전압(Vrec)이 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 3 LED 그룹(430)을 구동하기에 충분한 것으로 판단하여 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-오프함으로써, 제 3 동작구간에 진입한다.
또한, LED 발광부(400)에 공급되는 정류전압(Vrec)이 계속해서 상승하여 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 이상이 되는 시점부터 제 4 LED 그룹(440)에도 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며 그에 따라 제 4 LED 그룹(440) 또한 점등된다. 이러한 시점에서, 제어 모듈(510)은 제 4 정전류 스위치(SW4)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 제 4 정전류 스위치(SW4)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 과도상태(전류가 상승 및/또는 하강하는 상태)를 지나 정상적으로 정전류 상태를 유지하는지 판단한다. 제 4 정전류 스위치(SW4)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)가 정상적인 정전류 상태를 유지하는 경우, 제어 모듈(510)은 LED 발광부(400)에 공급되는 정류전압(Vrec)이 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)을 구동하기에 충분한 것으로 판단하여 제 3 정전류 스위치(SW3)를 턴-오프함으로써, 제 4 동작구간에 진입한다.
한편, 시간이 경과함에 따라, LED 발광부(400)에 공급되는 정류전압(Vrec)이 최고점을 지나 하강하여 제 4 순방향 전압레벨(Vf4) 미만이 되는 시점부터 제 4 LED 그룹(440)을 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 제어 모듈(510)은 제 4 LED 그룹(440) 또는 제 4 정전류 스위치(SW4)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, LED 구동전류(ILED)가 검출되지 않거나 또는 검출된 LED 구동전류(ILED)의 값이 미리 설정된 값 이하인 경우, 제 3 동작구간에 진입한 것으로 판단하고 제 3 정전류 스위치(SW3)를 턴-온한다. 따라서, 제 3 전류경로(P3)를 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며, 그에 따라 제 3 정전류 스위치(SW3)가 LED 구동전류(ILED)의 정전류 제어기능을 다시 수행하게 된다.
유사하게, LED 발광부(400)에 공급되는 정류전압(Vrec)이 하강하여 제 3 순방향 전압레벨(Vf3) 미만이 되는 시점부터 제 3 LED 그룹(430)을 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 제어 모듈(510)은 제 3 LED 그룹(440) 또는 제 3 정전류 스위치(SW3)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, LED 구동전류(ILED)가 검출되지 않거나 또는 검출된 LED 구동전류(ILED)의 값이 미리 설정된 값 이하인 경우, 제 2 동작구간에 진입한 것으로 판단하고 제 2 정전류 스위치(SW2)를 턴-온한다. 따라서, 제 2 전류경로(P2)를 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며, 그에 따라 제 2 정전류 스위치(SW2)가 LED 구동전류(ILED)의 정전류 제어기능을 다시 수행하게 된다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 제어 모듈(510)은 제 2 LED 그룹(440) 또는 제 2 정전류 스위치(SW2)를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, LED 구동전류(ILED)가 검출되지 않거나 또는 검출된 LED 구동전류(ILED)의 값이 미리 설정된 값 이하인 경우, 제 1 동작구간에 진입한 것으로 판단하고 제 1 정전류 스위치(SW1)를 턴-온한다. 따라서, 제 1 전류경로(P1)를 통해 LED 구동전류(ILED)가 흐르게 되며, 그에 따라 제 1 정전류 스위치(SW1)가 LED 구동전류(ILED)의 정전류 제어기능을 다시 수행하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 구동 제어부(500)는 제 2 LED 그룹들 또는 정전류 스위치들을 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 검출하고, 검출된 LED 구동전류에 따라 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)의 순차구동을 제어하도록 구성될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 각 동작구간별 LED 구동전류는 각기 제 1 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-1) 내지 제 4 LED 구동전류 설정용 저항(Rset-4)을 이용하여 설정될 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 LED 조명장치(1000)의 정류전압(Vrec)의 한 주기 동안의 정류전압(Vrec)과 LED 구동전류(ILED)의 파형이 도 5의 (a) 내지 도 5의 (d)에 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 도 5의 (b)는 '제 1 LED 구동전류(ILED1) < 제 2 LED 구동전류(ILED2) < 제 3 LED 구동전류(ILED3) < 제 4 LED 구동전류(ILED4)'의 관계가 성립되도록 각 동작구간별 LED 구동전류가 설정되어 있는 상태이며, 도 5의 (c)는 '제 1 LED 구동전류(ILED1) > 제 2 LED 구동전류(ILED2) > 제 3 LED 구동전류(ILED3) > 제 4 LED 구동전류(ILED4)'의 관계가 성립되도록 각 동작구간별 LED 구동전류가 설정되어 있는 상태이고, 도 5의 (d)는 '제 4 LED 구동전류(ILED4) > 제 3 LED 구동전류(ILED3) > 제 1 LED 구동전류(ILED1) > 제 2 LED 구동전류(ILED2)'의 관계가 성립되도록 각 동작구간별 LED 구동전류가 설정되어 있는 상태를 도시하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 제어 모듈(510)은 현재 선택된 디밍레벨에 따라 LED 발광부(400)를 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 제어함으로써 디밍제어를 수행하도록 구성된다. 일반적으로, 이러한 디밍제어는 LED의 광 출력이 LED 구동전류에 비례하는 특성에 기초하여, 제어 모듈(510)이 LED 구동전류(ILED)의 크기를 디밍레벨에 기초하여 제어함으로써 수행된다. 예를 들어, 20% 디밍레벨인 경우, 100% 디밍레벨에서의 LED 구동전류(ILED) 값의 20%로 LED 구동전류(ILED)를 제어함으로써 20% 디밍레벨에 따른 디밍제어를 수행할 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이, 현재 선택된 디밍레벨은, 위상 제어 디밍 방식을 채택한 경우 검출 모듈(520)에 의해 검출되어 제어 모듈(510)로 입력되며, 아날로그 디밍 방식을 채택한 경우 디밍 제어 모듈(550)에 의해 검출되어 LED 구동전류 설정모듈(560)을 통해 제어 모듈(510)로 입력될 수 있다.
본 발명에 따른 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 4 정전류 스위치(SW4)는 제어 모듈(510)의 제어에 따라 턴-온되거나 또는 턴-오프되며, 각각의 정전류 스위치를 통해 흐르는 LED 구동전류(ILED)를 정전류 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 4 정전류 스위치(SW4)는 다양한 공지된 기술을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 제 1 정전류 스위치(SW1) 내지 제 4 정전류 스위치(SW4) 각각은 전류 검출하기 위한 센싱 저항, 기준 전류 값과 현재 검출된 전류 값을 비교하기 위한 차동 증폭기, 차동 증폭기의 출력에 따라 경로의 연결을 제어하며, 또한 경로가 연결된 경우 경로를 통해 흐르는 LED 구동전류 값을 정전류로 제어하도록 구성되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 또한, 정전류 스위치를 구성하는 스위칭 소자는 BJT(bipolar junction transistor), FET(field effect transistor) 등의 공지된 다양한 전자식 스위칭 소자들 중 하나로 구현될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치의 구성 및 기능
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)의 구성 블록도이다. 이하에서 도 6을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)의 구성과 기능에 대해 살펴보도록 한다. 동일하거나 또는 유사한 구성요소에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 이상에서 설명된 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)에 대한 설명을 원용하도록 하며, 차이점을 위주로 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)에 대해 설명하도록 한다.
제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)는 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)의 모든 구성요소에 더하여 역률 보상부(300)를 더 포함하여 구성된다. 즉, 제 2 실시예에 따른 LED 조명장치(2000)는 비보상구간(보다 구체적으로는, 충전구간) 동안 정류전압(Vrec)에 의해 충전되고, 보상구간(방전구간) 동안 방전되어 LED 발광부(400)에 구동전압을 공급하는 역률 보상부(300)를 더 포함한다는 점에서 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)와 차이점이 있다.
도 6에는 3개의 다이오드(D5, D6, D7), 1개의 저항(R1) 및 2개의 커패시터(C1, C2)를 포함하여 구성된 밸리-필(valley-fill) 방식의 역률 보상부(300)가 도시되어 있지만, 본 발명이 이러한 밸리-필 방식의 역률 보상부에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 공지된 역률 보상회로들 중 하나가 이용될 수 있다. 역률 보상부(300) 자체는 이미 공지된 기술을 채택하고 있는 바, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치의 구성 및 기능
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(3000)의 구성 블록도이다. 이하에서 도 7을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(3000)의 구성과 기능에 대해 살펴보도록 한다. 동일하거나 또는 유사한 구성요소에 대해서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 이상에서 설명된 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)에 대한 설명을 원용하도록 하며, 차이점을 위주로 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(3000)에 대해 설명하도록 한다.
도 7에 도시된 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(3000)의 경우 제 1 LED 그룹(410)에 병렬로 연결된 제 1 충방전부(C11), 제 2 LED 그룹(420)에 병렬로 연결된 제 2 충방전부(C12), 제 3 LED 그룹(430)에 병렬로 연결된 제 3 충방전부(C13), 제 4 LED 그룹(440)에 병렬로 연결된 제 4 충방전부(C14)를 더 포함한다는 점에 있어 제 1 실시예에 따른 LED 조명장치(1000)와 차이점이 있다. 도 7에는 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440)까지의 4개의 LED 그룹들에 각기 대응하는 LED 그룹에 병렬로 연결된 제 1 충방전부(C11) 내지 제 4 충방전부(C14)까지의 4개의 충방전부가 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 5개의 LED 그룹에 포함되는 경우, 5개의 충방전부가 포함될 수 있다. 마찬가지로 LED 조명장치가 n개의 LED 그룹들을 포함하는 경우, 그에 대응되는 n개의 충방전부가 LED 조명장치에 포함될 것이다.
한편, 제 1 충방전부(C11), 제 2 충방전부(C12), 제 3 충방전부(C13) 및 제 4 충방전부(C14)는 각기 대응하는 LED 그룹의 구동구간 동안 충전되며, 대응하는 LED 그룹의 비발광구간 동안 대응하는 LED 그룹에 구동전압을 공급하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 제 1 충방전부(C11)는 제 1 동작구간 내지 제 4 동작구간 동안 충전되고, 비발광구간(즉, 정류전압(Vrec)의 전압레벨이 제 1 순방향 전압레벨 미만인 구간) 동안 방전되어 제 1 LED 그룹(410)에 구동전압을 공급하며, 제 2 충방전부(C12)는 제 2 동작구간 내지 제 4 동작구간 동안 충전되고, 비발광구간 내지 제 1 동작구간 동안 방전되어 제 2 LED 그룹(420)에 구동전압을 공급하고, 제 3 충방전부(C13)는 제 3 동작구간 내지 제 4 동작구간 동안 충전되고, 비발광구간 내지 제 2 동작구간 동안 방전되어 제 3 LED 그룹(430)에 구동전압을 공급하며, 제 4 충방전부(C14)는 제 4 동작구간 동안 충전되고, 비발광구간 내지 제 3 동작구간 동안 방전되어 제 2 LED 그룹(420)에 구동전압을 공급한다. 따라서, 제 3 실시예에 따른 LED 조명장치(3000)의 경우 제 1 LED 그룹(410) 내지 제 4 LED 그룹(440) 전체가 계속해서 발광상태를 유지하게 된다.
1000, 2000, 3000: LED 조명장치
100: 서지 보호부 200: 정류부
300: 역률 보상부 400: LED 발광부
500: LED 구동 제어부

Claims (12)

  1. 위상 제어 디머로부터 인가되는 위상이 제어된 교류전압을 정류하고, 정류전압을 출력하는 정류부;
    제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 상기 정류부로부터 상기 정류전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부; 및
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 상기 정류전압에 기초하여 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 상기 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 LED 구동 제어부를 포함하며,
    상기 LED 구동 제어부는 상기 정류전압의 전압레벨을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 디밍레벨을 검출하는, LED 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 정류전압의 1주기를 기준으로 상기 정류전압의 전압레벨이 상기 기준전압 이상인 구간과 상기 정류전압의 전압레벨이 상기 기준전압 미만인 구간의 듀티비에 기초하여 디밍레벨을 검출하는, LED 조명장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 상기 정류부로부터 출력되는 정류전압의 전압레벨을 검출하고, 상기 정류전압에 기초하여 선택된 디밍레벨을 검출하는 검출모듈을 포함하는, LED 조명장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출모듈은:
    기준전압을 공급하는 기준전압 소스; 및
    비반전 단자를 통해 상기 정류부에 연결되어 상기 정류전압을 입력받고, 반전 단자를 통해 상기 기준전압 소스에 연결되어 상기 기준전압을 입력받으며, 상기 정류전압과 상기 기준전압을 비교하여 구형파를 출력하는 비교기를 포함하는, LED 조명장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 상기 LED 발광부에 구동전압을 제공하는 역률 보상부를 더 포함하며,
    상기 LED 발광부는 상기 보상구간에서 상기 역률 보상부로부터 구동전압을 공급받아 발광하는, LED 조명장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각기 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 대응하는 LED 그룹에 병렬로 연결되며, 상기 대응하는 LED 그룹의 동작구간 중 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하고, 상기 대응하는 LED 그룹의 비발광구간 동안 상기 대응하는 LED 그룹에 구동전압을 공급하는, 제 1 충방전부 내지 제 n 충방전부를 더 포함하는, LED 조명장치.
  7. 제 1 LED 그룹 내지 제 n LED 그룹(n은 2 이상의 양의 정수)을 포함하여 구성되며, 정류부로부터 정류전압을 공급받아 발광하는 LED 발광부의 구동을 제어하는 LED 구동회로로서,
    상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹의 순차구동을 제어하고, 동작구간별 LED 구동전류를 미리 설정된 동작구간별 LED 구동전류 값에 기초하여 정전류 제어하되, 상기 정류전압에 기초하여 디밍레벨을 검출하고 검출된 디밍레벨에 따라 상기 LED 발광부의 디밍제어를 수행하는 LED 구동 제어부를 포함하며,
    상기 정류전압은 디밍레벨에 따라 위상이 제어된 교류전압이 정류된 것이며,
    상기 LED 구동 제어부는 상기 정류전압의 전압레벨을 미리 설정된 기준전압과 비교하여 디밍레벨을 검출하는, LED 구동회로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 정류전압의 1주기를 기준으로 상기 정류전압의 전압레벨이 상기 기준전압 이상인 구간과 상기 정류전압의 전압레벨이 상기 기준전압 미만인 구간의 듀티비에 기초하여 디밍레벨을 검출하는, LED 구동회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 LED 구동 제어부는 상기 정류부로부터 출력되는 정류전압의 전압레벨을 검출하고, 상기 정류전압에 기초하여 선택된 디밍레벨을 검출하는 검출모듈을 포함하는, LED 구동회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출모듈은:
    기준전압을 공급하는 기준전압 소스; 및
    비반전 단자를 통해 상기 정류부에 연결되어 상기 정류전압을 입력받고, 반전 단자를 통해 상기 기준전압 소스에 연결되어 상기 기준전압을 입력받으며, 상기 정류전압과 상기 기준전압을 비교하여 구형파를 출력하는 비교기를 포함하는, LED 구동회로.
  11. 제 7 항에 있어서,
    충전구간에서 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하며, 보상구간에서 상기 LED 발광부에 구동전압을 제공하는 역률 보상부를 더 포함하는, LED 구동회로.
  12. 제 7 항에 있어서,
    각기 상기 제 1 LED 그룹 내지 상기 제 n LED 그룹 중 대응하는 LED 그룹에 병렬로 연결되며, 상기 대응하는 LED 그룹의 동작구간 중 상기 정류전압을 이용하여 에너지를 충전하고, 상기 대응하는 LED 그룹의 비발광구간 동안 상기 대응하는 LED 그룹에 구동전압을 공급하는, 제 1 충방전부 내지 제 n 충방전부를 더 포함하는, LED 구동회로.
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