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KR100940042B1 - Ｌｅｄ 조명 구동 장치 - Google Patents

Ｌｅｄ 조명 구동 장치 Download PDF

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KR100940042B1
KR100940042B1 KR1020090066934A KR20090066934A KR100940042B1 KR 100940042 B1 KR100940042 B1 KR 100940042B1 KR 1020090066934 A KR1020090066934 A KR 1020090066934A KR 20090066934 A KR20090066934 A KR 20090066934A KR 100940042 B1 KR100940042 B1 KR 100940042B1
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KR
South Korea
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voltage
output
circuit
driving
logic value
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KR1020090066934A
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English (en)
Inventor
진중호
박현일
Original Assignee
주식회사 동운아나텍
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Publication date
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    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix

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Abstract

본 발명은 LED 조명의 디밍 제어시 LED 조명으로 일정한 출력 전압을 인가하여 LED 조명으로 공급되는 구동 전류를 안정시킬 수 있도록 하는 LED 조명 구동 장치에 관한 것으로, AC 전원과; 상기 AC 전원에서 출력되는 전파를 정류하는 정류기와; 상기 정류기로부터 출력되는 전압의 크기를 변환하여 출력하는 변압 회로와; 피드백 전압을 이용하여 부하 크기를 감지하며, 감지된 부하 크기에 따라 상기 변압 회로의 출력 전압을 조절하여 상기 AC 전원에서 출력되는 전원의 역률을 보상하는 역률 보상 회로와; 상기 변압 회로로부터 출력되는 전압을 평활화하여 DC 전압을 출력하고 그 출력 전압을 LED 모듈로 공급하는 평활 회로와; 상기 LED 모듈에 일정한 구동 전류가 흐르도록 LED 전류를 제어하는 정전류 구동 회로와; PWM(Pulse Width Modualtion) 방식에 의해 상기 정전류 구동 회로를 제어하여 상기 LED 모듈의 전류 흐름을 조절하여 디밍을 제어하는 디밍 제어 회로와; 상기 역률 보상 회로로 피드백 전압을 인가하는 다이오드 포토커플러와; 상기 디밍 제어 회로의 제어에 따라 구동하며 일정한 출력 전압을 유지하는 샘플 앤 홀드(Sample & Hold) 회로와; 상기 샘플 앤 홀드 회로로부터 출력되는 전압과 기준 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하고 그 증폭된 전압을 출력하여 상기 다이오드 포토커플러의 구동 전압으로 인가하는 포토커플러 구동 회로를 포함하여 이루어짐으로써, LED 조명의 고장을 방지하고 수명을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

ＬＥＤ 조명 구동 장치{Light Emitting Diode Light Driving Apparatus}
본 발명은 LED 조명 구동 장치에 관한 것으로, 특히 LED 조명의 디밍 제어시 LED 조명으로 공급되는 구동 전류를 안정시킬 수 있도록 하는 LED 조명 구동 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 적은 소비전력으로 구동하면서도 백열등과 같은 조명 장치에 필적할 정도의 휘도를 가진 LED 조명에 대한 관심이 높아지고 있다.
특히 LED 조명에 일정한 전류가 흐르도록 전류를 제어하여 LED 조명을 구동시키기 위한 LED 조명 구동 장치에 대한 연구, 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한, LED 조명 구동 장치는 다양한 조명 연출 기능을 보유하고 있는데, 특히 직병렬 접속으로 배열 설치된 LED 소자들의 디밍을 변경함으로써, 다양한 조명 연출이 가능하다.
도 1은 종래의 LED 조명 구동 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 종래의 LED 조명 구동 장치의 디밍 제어 신호에 따른 출력 전압 및 LED 전류 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 LED 조명 구동 장치는 AC 전원(100)과, AC 전원(100)에서 출력되는 전파를 정류하는 정류기(110)와, 정류기(110)로부터 출력되는 전압의 크기를 변환하여 출력하는 변압 회로(120)와, 피드백 전압을 이용하여 부하 크기를 감지하며, 감지된 부하 크기에 따라 변압 회로(120)의 출력 전압을 조절하여 AC 전원(100)에서 출력되는 전원의 역률을 보상하는 역률 보상 회로(130)와, 변압 회로(120)로부터 출력되는 전압을 평활화하여 안정적인 DC 전압을 출력하여 그 출력 전압(VOUT)을 LED 모듈(10)로 공급하는 평활 회로(140)와, LED 모듈(10)에 일정한 구동 전류가 흐르도록 LED 전류(ILED)를 제어하는 정전류 구동 회로(150)와, PWM(Pulse Width Modualtion) 방식에 의해 LED 모듈(10)의 전류 흐름을 조절하여 디밍을 제어하는 디밍 제어 회로(160)와, LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)에 의해 구동하여 역률 보상 회로(130)로 피드백 전압을 인가하는 다이오드 포토커플러(170)를 포함한다.
여기서, LED 모듈(10)은 LED 소자들의 직렬 접속 구조로 구성되며, 단일 또는 다양한 색상의 빛을 선택적으로 방출할 수 있다.
변압 회로(120)는 복수 개의 트랜스포머(TF1,TF2)로 구성된다. 여기서, 제1트랜스포머(TF1)는 정류기(110)로부터 출력되는 전압을 제2트랜스포머로(TF2)로 전달하는 기능을 수행한다. 아울러, 제2트랜스포머(TF2)는 제1트랜스포머(TF1)로부터 전달되는 전압을 변환하여 출력하는 기능을 수행한다.
역률 보상 회로(130)는 AC 전원(100)으로부터 출력된 AC 전원 전압 및 AC 입력 전류(IAC)의 위상을 일치시켜 AC 전원(100)의 역률을 보상하는 역률 보상 제어기(132)와, 역률 보상 제어기(132)의 제어에 따라 온/오프 스위칭 구동하여 변압 회로(120)의 출력 전압을 조절하는 스위치 소자(SW)를 포함한다.
역률 보상 제어기(132)는 소정의 저항(R1, R2, R3)에 의해 전압분배된 AC 전원 전압을 입력받아 AC 전원 전압 및 AC 입력 전류(IAC)의 위상을 일치시키며, 제1트랜스포머(TF1)를 통해 스위치 소자(SW)에 흐르는 전류량을 감지하며 스위치 소자(SW)의 구동 신호를 출력한다. 이때, 역률 보상 제어기(132)는 LED 모듈(10)의 부하 크기에 따라 구동 신호의 동작 주파수를 제어하여 출력함으로써, 스위치 소자(SW)를 구동을 제어하게 된다.
디밍 제어 회로(160)는 PWM 제어기에서 발생되는 PWM 신호(PWM)에 의해 온/오프 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 전류 흐름을 조절하는 제1스위치 소자(SW1)를 포함한다.
정전류 구동 회로(150)는 두 개의 증폭기(OP1, OP2), 다이오드(D1, D2), 제너 다이오드(ZD) 및 LED 모듈(10)의 출력 전압을 센싱하는 센스 저항(Rs)을 포함하여 구성되며, 센스 저항(Rs)에 걸리는 전압(Vs)를 이용하여 다이오드 포토커플러(170)의 구동을 위한 전압을 출력하는 한편, 디밍 제어 회로(160)의 제어에 따라 LED 모듈(10)에 일정한 구동 전류가 흐르도록 LED 전류(ILED)를 제어한다.
그러나, 종래의 LED 조명 구동 장치는 LED 조명의 디밍 제어시, PWM 신호(PWM)의 로직값에 따라서 정전류 구동 회로(150)의 출력단(OPTO) 전압 크기의 변 동폭이 크고 매우 불안정하기 때문에, PWM 신호(PWM)의 로직값이 하이(High)일 때, LED 모듈(10)로 공급되는 LED 조명 구동 장치의 출력 전압(VOUT)이 OVP(Over Voltage Protection) 전압까지 상승하게 되고, 로직값이 천이하는 구간에서는 LED 모듈(10)에 과전류가 발생하여 LED 모듈(10)을 구성하는 LED 소자들의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, LED 조명의 디밍 제어시 LED 조명으로 일정한 출력 전압을 인가하여 LED 조명으로 공급되는 구동 전류를 안정시킬 수 있도록 하는 LED 조명 구동 장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 구동 장치는, AC 전원과; 상기 AC 전원에서 출력되는 전파를 정류하는 정류기와; 상기 정류기로부터 출력되는 전압의 크기를 변환하여 출력하는 변압 회로와; 피드백 전압을 이용하여 부하 크기를 감지하며, 감지된 부하 크기에 따라 상기 변압 회로의 출력 전압을 조절하여 상기 AC 전원에서 출력되는 전원의 역률을 보상하는 역률 보상 회로와; 상기 변압 회로로부터 출력되는 전압을 평활화하여 DC 전압을 출력하고 그 출력 전압을 LED 모듈로 공급하는 평활 회로와; 상기 LED 모듈에 일정한 구동 전류가 흐르도록 LED 전류를 제어하는 정전류 구동 회로와; PWM(Pulse Width Modualtion) 방식에 의해 상기 정전류 구동 회로를 제어하여 상기 LED 모듈의 전류 흐름을 조절하여 디밍을 제어하는 디밍 제어 회로와; 상기 역률 보상 회로로 피드백 전압을 인가하는 다이오드 포토커플러와; 상기 디밍 제어 회로의 제어에 따라 구동하며 일정한 출력 전압을 유지하는 샘플 앤 홀드(Sample & Hold) 회로와; 상기 샘플 앤 홀드 회로로부터 출력되는 전압과 기준 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하고 그 증폭된 전압을 출력하여 상기 다이오드 포토커플러의 구동 전압으로 인가하는 포토커플러 구동 회로를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 구동 장치는, 복수 개의 LED 모듈이 병렬 접속 구조로 연결 설치되어 구성된 LED 조명 구동 장치에 있어서, AC 전원과; 상기 AC 전원에서 출력되는 전파를 정류하는 정류기와; 상기 정류기로부터 출력되는 전압의 크기를 변환하여 출력하는 변압 회로와; 피드백 전압을 이용하여 부하 크기를 감지하며, 감지된 부하 크기에 따라 상기 변압 회로의 출력 전압을 조절하여 상기 AC 전원에서 출력되는 전원의 역률을 보상하는 역률 보상 회로와; 상기 변압 회로로부터 출력되는 전압을 평활화하여 DC 전압을 출력하고 그 출력 전압을 각 LED 모듈로 공급하는 평활 회로와; LED 모듈에 일정한 구동 전류가 흐르도록 LED 전류를 제어하는 정전류 구동 회로와; PWM(Pulse Width Modualtion) 방식에 의해 상기 정전류 구동 회로를 제어하여 LED 모듈의 전류 흐름을 조절하여 디밍을 제어하는 디밍 제어 회로와; 상기 역률 보상 회로로 피드백 전압을 인가하는 다이오드 포토커플러와; 상기 디밍 제어 회로의 제어에 따라 구동하며 일정한 출력 전압을 유지하는 샘플 앤 홀드(Sample & Hold) 회로를 포함하되, 각 LED 모듈의 출력단에 각각 상기 정전류 구동 회로, 상기 디밍 제어 회로 및 상기 샘플 앤 홀드 회로가 연결된 구조로 구성되며, 상기 각 샘플 앤 홀드 회로에서 출력되는 전압을 입력받아 그 입력된 전압들 중 크기가 가장 작은 전압을 검출 및 출력하는 저전압 검출 기와; 상기 저전압 검출기로부터 출력되는 전압과 기준 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하고 그 증폭된 전압을 출력하여 상기 다이오드 포토커플러의 구동 전압으로 인가하는 포토커플러 구동 회로를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 LED 조명 구동 장치에 의하면, LED 조명의 디밍 제어시 LED 조명으로 일정한 출력 전압을 인가하여 LED 조명으로 공급되는 구동 전류를 안정시킴으로써, LED 조명의 고장을 방지하고 수명을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 조명 구동 장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 구동 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 LED 조명 구동 장치의 디밍 제어 신호에 따른 출력 전압 및 LED 전류 형태를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 LED 조명 구동 장치는 AC 전원(100)과, AC 전원(100)에서 출력되는 전파를 정류하는 정류기(110)와, 정류기(110)로부터 출력되는 전압의 크기를 변환하여 출력하는 변압 회로(120)와, 피드백 전압을 이용하여 부하 크기를 감지하며, 감지된 부하 크기에 따라 변압 회로(120)의 출력 전압을 조절하여 AC 전원(100)에서 출력되는 전원의 역률을 보상하 는 역률 보상 회로(130)와, 변압 회로(120)로부터 출력되는 전압을 평활화하여 안정적인 DC 전압을 출력하고 그 출력 전압(VOUT)을 LED 모듈(10)로 공급하는 평활 회로(140)와, LED 모듈(10)에 일정한 구동 전류가 흐르도록 LED 전류(ILED)를 제어하는 정전류 구동 회로(150)와, PWM(Pulse Width Modualtion) 방식에 의해 정전류 구동 회로(150)를 제어하여 LED 모듈(10)의 전류 흐름을 조절하여 디밍을 제어하는 디밍 제어 회로(160)와, 역률 보상 회로(130)로 피드백 전압을 인가하는 다이오드 포토커플러(170)와, 디밍 제어 회로(160)의 제어에 따라 구동하며 일정한 출력 전압을 유지하는 샘플 앤 홀드(Sample & Hold)(180) 회로와, 샘플 앤 홀드 회로(180)로부터 출력되는 전압과 기준 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하고 그 증폭된 전압을 출력하여 다이오드 포토커플러(170)의 구동 전압으로 인가하는 포토커플러 구동 회로(190)를 포함한다. 예를 들어, 정전류 구동 회로(150), 디밍 제어 회로(160) 샘플 앤 홀드 회로(180) 및 포토커플러 구동 회로(190)는 단일 IC 내에 구현되는 것이 바람직하다. 한편, LED 모듈(10)의 출력단에는 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)의 전압 상승 제한을 위하여 제2제너다이오드(ZD2)가 병렬 연결되는 것이 바람직하다.
여기서, AC 전원(100), 정류기(110), 변압 회로(120), 역률 보상 회로(130), 평활 회로(140) 및 다이오드 포토커플러(170)는 종래의 LED 조명 구동 장치를 구성하는 AC 전원(100), 정류기(110), 변압 회로(120), 역률 보상 회로(130), 평활 회로(140) 및 다이오드 포토커플러(170)와 그 기술적 구성 및 기능이 동일하므로, 자 세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 정전류 구동 회로(150)는 접지단에 연결된 제1제너다이오드(ZD1), LED 모듈(10)의 출력단에 연결된 센스 저항(Rs), 제1제너다이오드(ZD1)에 걸리는 전압과 센스 저항(Rs)에 걸리는 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하여 출력하는 제1증폭기(OP1) 및 제1증폭기(OP1)로부터 출력된 전압을 입력받음에 따라 온/오프 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 전류 흐름을 조절하는 제1스위치 소자(SW1)를 포함한다. 예를 들어, 제1스위치 소자(SW1)는 파워 트랜지스터(Power Transistor) 등으로 이루어질 수 있다.
즉, 정전류 구동 회로(150)의 제1증폭기(OP1) 출력에 의해 제1스위치 소자(SW1)가 온 스위칭 구동하면, LED 모듈(10)에는 일정 크기의 LED 전류(ILED)가 흐르게 된다. 이때, LED 전류(ILED)의 크기는 제1제너다이오드(ZD1)에 걸리는 전압값인 'VZD1'을 센스 저항(Rs)의 크기로 나누어 산출된다.
한편, 디밍 제어 회로(160)는 PWM 제어기로부터 발생된 PWM 신호(PWM)를 입력받으면, 디밍 제어 신호(DIM)를 출력하는 한편, S/H 제어 신호(S/H)를 생성하여 출력하는 데드 타임부(162)와, 디밍 제어 신호(DIM)에 의해 온/오프 스위칭 구동하여 제1증폭기(OP1)의 출력 전압을 제1스위치 소자(SW1)의 구동 신호로 전달 또는 차단시킴으로써, 제1스위치 소자(SW1)의 구동을 제어하는 제2스위치 소자(SW2)를 포함한다.
여기서, 데드 타임부(162)는 PWM 신호(PWM)를 입력받으면 입력된 PWM 신 호(PWM)를 그대로 디밍 제어 신호(DIM)로 출력하는 한편, PWM 신호(PWM)의 로직값이 천이되는 구간에 각각 데드 타임 구간(DT1, DT2)을 부여하여 S/H 제어 신호(S/H)를 생성하여 출력한다. 여기서, S/H 제어 신호(S/H)는 디밍 제어 신호(DIM)와 동위상을 가지지만, 데드 타임 구간(DT1, DT2)에 해당하는 논 오버랩(Non Overlap) 시간 구간을 가진다.
그리고, 제2스위치 소자(SW2)는 디밍 제어 신호(DIM)의 로직값이 제2로직값이 되면, 제2로직값이 된 시점(T1')으로부터 제2로직값이 유지되는 시간 동안 오프 스위칭 구동하여 제1증폭기(OP1)의 출력 전압을 제1스위치 소자(SW1)의 구동 신호로 전달함으로써, 정전류 구동 회로(150)를 구동시킨다. 이때 정전류 구동 회로(150)가 구동함에 따라 LED 모듈(10)에는 정전류 구동 회로(150)에 의해 셋팅된 정전류가 흐르게 되고, 그로 인해 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)은 일정 크기로 하강하게 된다.
이후, 제2스위치 소자(SW2)는 디밍 제어 신호(DIM)의 로직값이 제1로직값이 되면, 제1로직값이 된 시점(T2')으로부터 제1로직값이 유지되는 시간 동안 온 스위칭 구동하여 제1스위치 소자(SW1)로 전달되는 제1증폭기(OP1)의 출력 전압을 차단시킴으로써, 정전류 구동 회로(150)를 구동을 중단시킨다. 이와 같이 정전류 구동 회로(150)의 구동이 중단됨에 따라 LED 모듈(10)의 전류 흐름 역시 중단된다. 여기서, 디밍 제어 신호(DIM)의 제1로직값은 예컨대, 하이(High) 또는 로우(Low)가 될 수 있으며, 이때 디밍 제어 신호(DIM)의 제1로직값이 하이이면 제2로직값은 로우가 되고, 제1로직값이 로우이면 제2로직값은 하이가 되는 것이 바람직하다.
한편, 샘플 앤 홀드 회로(180)는 디밍 제어 회로(160)로부터 출력되는 S/H 제어 신호(S/H)가 제1로직값일 때의 출력 전압을 샘플링하고, S/H 제어 신호(S/H)가 제1로직값에서 제2로직값으로 천이되는 경우에 제1로직값일 때 샘플링되었던 출력 전압을 출력함으로써, 일정 전압의 출력을 유지한다. 여기서, S/H 제어 신호(S/H)의 제1로직값은 예컨대, 하이(High) 또는 로우(Low)가 될 수 있으며, 이때 S/H 제어 신호(S/H)의 제1로직값이 하이이면 제2로직값은 로우가 되고, 제1로직값이 로우이면 제2로직값은 하이가 되는 것이 바람직하다.
이러한, 샘플 앤 홀드 회로(180)는 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)을 충전하는 커패시터(C1)와, LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo) 또는 커패시터(C1)의 충전 전압과 입력 전압과의 차이값에 해당하는 전압을 단위 이득으로 버퍼링하여 출력하되, 출력 전압을 피드백하여 입력 전압으로 사용하는 제2증폭기(OP2)와, 데드 타임부(162)로부터 출력되는 S/H 제어 신호(S/H)의 로직값에 따라 온/오프 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)을 제2증폭기(OP2) 및 커패시터(C1)로 전달하거나 차단시키는 제3스위치 소자(SW3)를 포함한다.
여기서, 제2증폭기는 제3스위치 소자(SW3)가 온 스위칭 구동하는 경우 LED 모듈(10)의 출력단으로부터 LED 모듈의 출력 전압(Vo)을 입력받아 입력된 LED 모듈의 출력 전압(Vo)과 피드백된 자신의 출력 전압과의 차이값에 해당하는 전압을 단위 이득으로 버퍼링하여 출력하는 한편, 제3스위치 소자(SW3)가 오프 스위칭 구동하는 경우 LED 모듈의 출력 전압(Vo)이 충전되어 있는 커패시터(C1)의 충전 전압과 피드백된 자신의 출력 전압과의 차이값에 해당하는 전압을 단위 이득으로 버퍼링하 여 출력함으로써, 포토커플러 구동 회로(190)의 입력단(FB2)으로 일정 크기의 전압을 인가한다. 이에 따라, 포토커플러 구동 회로(190)의 입력단(FB2)에는 항상 제2증폭기(OP2)에서 출력된 일정 크기의 전압이 걸리게 된다.
그리고, 제3스위치 소자(SW3)는 데드 타임부(162)로부터 출력된 S/H 제어 신호(S/H)가 제1로직값일 때 온 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)을 제2증폭기(OP2)의 입력단 및 커패시터(C1)로 전달하는 한편, S/H 제어 신호(S/H)가 제2로직값일 때에는 오프 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)이 제2증폭기(OP2)의 입력단 및 커패시터(C1)로 전달되지 못하도록 차단시킨다.
즉, 제3스위치 소자(SW3)는 디밍 제어 신호(DIM)의 로직값이 제2로직값이 된 시점(T1')으로부터 제1데드 타임 구간(DT1)에 해당하는 시간이 지난 이후, S/H 제어 신호(S/H)의 로직값이 제1로직값이 되면, 제1로직값이 된 시점(T1)으로부터 제1로직값이 유지되는 시간(t1) 동안 온 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)을 제2증폭기(OP2)의 입력단 및 커패시터(C1)로 전달하는 한편, S/H 제어 신호(S/H)의 로직값이 제2로직값이 되면, 제2로직값이 된 시점(T2)으로부터 제2로직값이 유지되는 시간 동안 오프 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)이 제2증폭기(OP2)의 입력단 및 커패시터(C1)로 전달되지 못하도록 차단시킨다.
한편, 포토커플러 구동 회로(190)는 샘플 앤 홀드 회로(180)로부터 출력되는 전압과 기준 전압 공급부로부터 공급되는 제1기준 전압(Vref1)의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하여 출력하는 제3증폭기(OP3)와, 제3증폭기(OP3)로부터 출력되는 전압과 제2기준 전압(Vref2)의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하여 출력하는 제4증 폭기(OP4)를 포함한다. 이러한, 포토커플러 구동 회로(190)는 도면에는 도시되지 않았지만 제3증폭기(OP3) 및 제4증폭기(OP4)로 기준 전압을 공급하는 기준 전압 공급기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 포토커플러 구동 회로(190)는 서로 직병렬 연결된 저항(R5) 및 복수 개의 커패시터(C2,C3)로 구성되어 궤환 피드백 루프의 극·영점을 보상하는 극·영점 보상기(192)가 제3증폭기(OP3)에 병렬 연결되어 구성되는 것이 바람직하다. 이에, 본 발명에 따른 LED 조명 구동 장치는 극·영점 보상기(192)에 의한 궤환 피드백 루프의 극·영점 보상을 통하여 충분한 위상 영유를 확보하게 된다.
전술한 바와 같은 구성에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 구동 장치의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 디밍 제어 회로(160)의 데드 타임부(162)는 PWM 신호(PWM)를 입력받으면 입력된 PWM 신호(PWM)를 그대로 디밍 제어 신호(DIM)로 출력하여 정전류 구동 회로(150)를 제어하는 한편, PWM 신호(PWM)의 로직값이 천이되는 구간에 각각 데드 타임 구간(DT1, DT2)을 부여하여 S/H 제어 신호(S/H)를 생성하고, 생성된 S/H 제어 신호(S/H)를 출력하여 샘플 앤 홀드 회로(180)로 입력한다.
예를 들어, 디밍 제어 회로(160)의 제2스위치 소자(SW2)는 디밍 제어 신호(DIM)의 로직값이 로우가 되면, 로직값이 로우가 된 시점(T1')으로부터 로우 레벨이 유지되는 시간 동안 오프 스위칭 구동하여 제1증폭기(OP1)의 출력 전압을 제1스위치 소자(SW1)의 구동 신호로 전달함으로써, 정전류 구동 회로(150)를 구동시키는 한편, 디밍 제어 신호(DIM)의 로직값이 하이가 되면, 로직값이 하이가 된 시 점(T2')으로부터 하이 레벨이 유지되는 시간 동안 온 스위칭 구동하여 제1스위치 소자(SW1)로 전달되는 제1증폭기(OP1)의 출력 전압을 차단시킴으로써, 정전류 구동 회로(150)를 구동을 중단시킨다. 이와 같이 정전류 구동 회로(150)의 구동이 중단됨에 따라 LED 모듈(10)의 전류 흐름 역시 중단된다
한편, 정전류 구동 회로(150)는 디밍 제어 회로(160)의 제어에 따라 LED 모듈(10)의 전류 흐름을 제어한다. 이때, LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)은 센스 저항(Rs)에 걸린 전압과 제1스위치 소자(SW1)의 양단에 걸린 전압, 예컨대 제1스위치 소자(SW1)가 파워 트랜지스터로 이루어진 경우 제1스위치 소자의 드레인-소스 양단에 걸린 전압의 합에 해당하는 크기를 가진다.
이와 같이 정전류 구동 회로(150)가 구동함에 따라 LED 모듈(10)에는 정전류 구동 회로(150)에 의해 셋팅된 정전류가 흐르게 되고, 그로 인해 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)은 일정 크기로 하강하게 된다.
한편, 샘플 앤 홀드 회로(180)는 디밍 제어 회로(160)로부터 출력되는 S/H 제어 신호(S/H)를 입력받아 그 입력된 S/H 제어 신호(S/H)가 제1로직값일 때의 출력 전압을 샘플링하고, S/H 제어 신호가 제1로직값에서 제2로직값으로 천이되는 경우에 제1로직값일 때 샘플링되었던 출력 전압을 출력함으로써, 일정 전압의 출력을 유지한다.
즉, 샘플 앤 홀드 회로(180)의 제3스위치 소자(SW3)는 데드 타임부(162)로부터 출력된 S/H 제어 신호(S/H)가 제1로직값일 때 온 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)을 제2증폭기(OP2)의 입력단 및 커패시터(C1)로 전달하는 한편, S/H 제어 신호(S/H)가 제2로직값일 때에는 오프 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)이 제2증폭기(OP2)의 입력단 및 커패시터(C1)로 전달되지 못하도록 차단시킨다.
예를 들어, 제3스위치 소자(SW3)는 디밍 제어 신호(DIM)의 로직값이 로우가된 된 시점(T1')으로부터 제1데드 타임 구간(DT1)에 해당하는 시간이 지난 이후, S/H 제어 신호(S/H)의 로직값이 하이가 되면, 로직값이 하이가 된 시점(T1)으로부터 하이 레벨이 유지되는 시간(t1) 동안 온 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)을 제2증폭기(OP2)의 입력단 및 커패시터(C1)로 전달하는 한편, S/H 제어 신호(S/H)의 로직값이 로우가 되면, 로직값이 로우가 된 시점(T2)으로부터 로우 레벨이 유지되는 시간 동안 오프 스위칭 구동하여 LED 모듈(10)의 출력 전압(Vo)이 제2증폭기(OP2)의 입력단 및 커패시터(C1)로 전달되지 못하도록 차단시킨다.
그러면, 샘플 앤 홀드 회로(180)의 제2증폭기는 제3스위치 소자(SW3)가 온 스위칭 구동하는 경우 LED 모듈(10)의 출력단으로부터 LED 모듈의 출력 전압(Vo)을 입력받아 입력된 LED 모듈의 출력 전압(Vo)과 피드백된 자신의 출력 전압과의 차이값에 해당하는 전압을 단위 이득으로 버퍼링하여 출력하는 한편, 제3스위치 소자(SW3)가 오프 스위칭 구동하는 경우 LED 모듈의 출력 전압(Vo)이 충전되어 있는 커패시터(C1)로부터 충전 전압을 입력받아 입력된 전압과 피드백된 자신의 출력 전압과의 차이값에 해당하는 전압을 단위 이득으로 버퍼링하여 출력함으로써, 포토커플러 구동 회로(190)의 입력단(FB2)으로 일정 크기의 전압을 인가한다.
이에 따라, S/H 제어 신호(S/H)가 제2로직값일 때에도 포토커플러 구동 회 로(190)의 입력단(FB2)에는 S/H 제어 신호(S/H)가 제1로직값일 때의 출력 전압이 전달된다. 다시 말해서, 디밍 제어시 디밍 제어 회로(160)로부터 출력되는 S/H 제어 신호(S/H)의 로직값에 상관없이, S/H 제어 신호(S/H)가 제1로직값일 때 샘플링되었던 샘플 앤 홀더 회로(180)의 출력 전압이 항상 유지된다.
이후, 포토커플러 구동 회로(190)는 샘플 앤 홀드 회로(180)로부터 항상 일정 크기로 출력되는 전압을 입력받아 구동하여 출력단(OPTO)을 통해 항상 일정 크기의 출력 전압을 출력함으로써 다이오드 포토커플러(170)를 안정적으로 구동시키게 된다.
이에, 다이오드 포토커플러(170)는 LED 조명 구동 장치의 디밍 제어를 위한 구동시 포토커플러 구동 회로(190)로부터 항시 일정 크기의 전압을 입력받아 구동함으로써, 항상 일정 크기의 피드백 전압(FB1)을 안정적으로 출력하게 되어 LED 조명 구동 장치로 하여금 항상 일정 크기의 출력 전압(VOUT)을 유지할 수 있도록 해 준다. 이에 따라 LED 모듈(10)에는 항상 안정된 구동 전류가 흐르게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 구동 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, LED 조명 구동 장치는 온/오프 스위칭 구동하여 포토커플러 구동 회로(190)에서 출력되는 전압을 다이오드 포토커플러(170)로 스위칭하는 제4스위치 소자(SW4)와, LED 모듈(10)의 출력단에 발생하는 과전압을 검출하여 검출 신호를 출력하는 과전압 검출기(200)와, LED 모듈(10)의 출력단에 발생하는 과전류를 검출하여 검출 신호를 출력하는 과전류 검출기(210)와, 과전압 검출기(200) 및 과전류 검출기 중 어느 하나 이상으로부터 검출 신호를 입력받음에 따라 제4스위치 소자(SW4)를 구동시키는 스위치 구동 소자(215)를 더 포함한다.
스위치 구동 소자(215)는 평상시 제4스위치 소자(SW4)를 온 스위칭 구동하고 있다가, 과전압 검출기(200) 및 과전류 검출기(210) 중 어느 하나 이상으로부터 검출 신호를 입력받으면, 제4스위치 소자(SW4)를 오프 스위칭 구동시켜 포토커플러 구동 회로(190)로부터 출력되는 전압이 다이오드 포토커플러(170)로 전달되지 못하도록 차단시킨다.
또한, 스위치 구동 소자(215)는 과전압 검출기(200) 및 과전류 검출기(210) 중 어느 하나 이상으로부터 검출 신호를 입력받으면, 데드 타임부(162)의 구동을 중단시켜 디밍 제어 회로(160)의 작동을 중단시키는 것이 바람직하다.
이에 따라 LED 모듈(10)의 출력단에서 발생할 수 있는 과전류 및 과전압에 의한 LED 조명 구동 장치의 내부 손상을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 조명 구동 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, LED 조명 구동 장치에 복수 개의 LED 모듈(10)이 병렬 접속 구조로 연결 설치된 경우에, LED 조명 구동 장치는 AC 전원(100)과, AC 전원(100)에서 출력되는 전파를 정류하는 정류기(110)와, 정류기(110)로부터 출력되는 전압의 크기를 변환하여 출력하는 변압 회로(120)와, 피드백 전압(FB1)을 이용하여 부하 크기를 감지하며, 감지된 부하 크기에 따라 변압 회로(120)의 출력 전 압을 조절하여 AC 전원(100)에서 출력되는 전원의 역률을 보상하는 역률 보상 회로(130)와, 변압 회로(120)로부터 출력되는 전압을 평활화하여 안정적인 DC 전압을 출력하고 그 출력 전압(VOUT)을 각 LED 모듈(10)로 공급하는 평활 회로(140)와, LED 모듈(10)에 일정한 구동 전류가 흐르도록 LED 전류(ILED)를 제어하는 정전류 구동 회로(150)와, PWM(Pulse Width Modualtion) 방식에 의해 정전류 구동 회로(150)를 제어하여 LED 모듈(10)의 전류 흐름을 조절하여 디밍을 제어하는 디밍 제어 회로(160)와, 역률 보상 회로(130)로 피드백 전압(FB1)을 인가하는 다이오드 포토커플러(170)와, 디밍 제어 회로(160)의 제어에 따라 구동하며 일정한 출력 전압을 유지하는 샘플 앤 홀드(Sample & Hold)(180) 회로를 포함하되, 각 LED 모듈(10)의 출력단에 각각 정전류 구동 회로(150), 디밍 제어 회로(160) 및 샘플 앤 홀드 회로(180)가 연결된 구조로 구성되며, 각 샘플 앤 홀드 회로(180)에서 출력되는 전압을 입력받아 그 입력된 전압들 중 크기가 가장 작은 전압을 검출 및 출력하는 저전압 검출기(220)와, 저전압 검출기(220)로부터 출력되는 전압(FB2)과 기준 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하고 그 증폭된 전압을 출력하여 다이오드 포토커플러(170)의 구동 전압으로 인가하는 포토커플러 구동 회로(190)를 포함하는 것이 바람직하다.
이로 인해, LED 조명 구동 장치는 각 LED 모듈(10)의 출력 전압 중 크기가 가장 작은 전압에 의거하여 각 LED 모듈(10)에 적절한 구동 전류가 흐르도록 각 LED 모듈(10)로 인가되는 출력 전압(VOUT)을 세팅함으로써, LED 조명의 전력 소비 효율을 향상시키게 된다.
도 1은 종래의 LED 조명 구동 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 종래의 LED 조명 구동 장치의 디밍 제어 신호에 따른 출력 전압 및 LED 전류 형태를 예시적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 조명 구동 장치의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 LED 조명 구동 장치의 디밍 제어 신호에 따른 출력 전압 및 LED 전류 형태를 예시적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 조명 구동 장치의 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 조명 구동 장치의 구성을 도시한 도면.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***
10: LED 모듈 100: AC 전원
110: 정류기 120: 변압 회로
130: 역률 보상 회로 132: 역률 보상 제어기
140: 평활 회로 150: 정전류 구동 회로
160: 디밍 제어 회로 162: 데드 타임부
170: 다이오드 포토커플러 180: 샘플 앤 홀드 회로
190: 포토커플러 구동 회로 192: 극·영점 보상기
200: 과전압 검출기 210: 과전류 검출기
215: 스위치 구동 소자 220: 저전압 검출기

Claims (15)

  1. AC 전원과;
    상기 AC 전원에서 출력되는 전파를 정류하는 정류기와;
    상기 정류기로부터 출력되는 전압의 크기를 변환하여 출력하는 변압 회로와;
    피드백 전압을 이용하여 부하 크기를 감지하며, 감지된 부하 크기에 따라 상기 변압 회로의 출력 전압을 조절하여 상기 AC 전원에서 출력되는 전원의 역률을 보상하는 역률 보상 회로와;
    상기 변압 회로로부터 출력되는 전압을 평활화하여 DC 전압을 출력하고 그 출력 전압을 LED 모듈로 공급하는 평활 회로와;
    상기 LED 모듈에 일정한 구동 전류가 흐르도록 LED 전류를 제어하는 정전류 구동 회로와;
    PWM(Pulse Width Modualtion) 방식에 의해 상기 정전류 구동 회로를 제어하여 상기 LED 모듈의 전류 흐름을 조절하여 디밍을 제어하는 디밍 제어 회로와;
    상기 역률 보상 회로로 피드백 전압을 인가하는 다이오드 포토커플러와;
    상기 디밍 제어 회로의 제어에 따라 구동하며 일정한 출력 전압을 유지하는 샘플 앤 홀드(Sample & Hold) 회로와;
    상기 샘플 앤 홀드 회로로부터 출력되는 전압과 기준 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하고 그 증폭된 전압을 출력하여 상기 다이오드 포토커플러의 구동 전압으로 인가하는 포토커플러 구동 회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정전류 구동 회로는,
    접지단에 연결된 제1제너다이오드와;
    상기 LED 모듈의 출력단에 연결된 센스 저항과;
    상기 제1제너다이오드에 걸리는 전압과 상기 센스 저항에 걸리는 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하여 출력하는 제1증폭기와;
    상기 제1증폭기로부터 출력된 전압을 입력받음에 따라 온/오프 스위칭 구동하여 상기 LED 모듈의 전류 흐름을 조절하는 제1스위치 소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 LED 모듈에 흐르는 LED 전류의 크기는 상기 제1제너다이오드에 걸리는 전압값을 상기 센스 저항의 크기로 나누어 산출되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 디밍 제어 회로는,
    PWM 제어기로부터 발생된 PWM 신호를 입력받으면, 디밍 제어 신호를 출력하는 한편, S/H 제어 신호를 생성하여 출력하는 데드 타임부와;
    상기 디밍 제어 신호에 의해 온/오프 스위칭 구동하여 상기 제1증폭기의 출력 전압을 상기 제1스위치 소자의 구동 신호로 전달 또는 차단시킴으로써, 상기 제1스위치 소자의 구동을 제어하는 제2스위치 소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 데드 타임부는,
    상기 PWM 제어기로부터 PWM 신호를 입력받으면, 입력된 PWM 신호를 그대로 디밍 제어 신호로 출력하는 한편, PWM 신호의 로직값이 천이되는 구간에 각각 논 오버랩(Non Overlap) 시간 구간에 해당하는 데드 타임 구간을 부여하여 S/H 제어 신호를 생성 및 출력하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2스위치 소자는,
    상기 디밍 제어 신호의 로직값이 제2로직값이 되면, 제2로직값이 된 시점으로부터 제2로직값이 유지되는 시간 동안 오프 스위칭 구동하여 상기 제1증폭기의 출력 전압을 상기 제1스위치 소자의 구동 신호로 전달하는 것을 특징으로 하는 한편, 상기 디밍 제어 신호의 로직값이 제1로직값이 되면, 제1로직값이 된 시점으로부터 제1로직값이 유지되는 시간 동안 온 스위칭 구동하여 상기 제1스위치 소자로 전달되는 상기 제1증폭기의 출력 전압을 차단시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 샘플 앤 홀드 회로는,
    상기 디밍 제어 회로로부터 출력되는 S/H 제어 신호가 제1로직값일 때의 출력 전압을 샘플링하고, S/H 제어 신호가 제1로직값에서 제2로직값으로 천이되는 경우에 제1로직값일 때 샘플링되었던 출력 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 샘플 앤 홀드 회로는,
    상기 LED 모듈의 출력 전압을 충전하는 커패시터와;
    상기 LED 모듈의 출력 전압 또는 상기 커패시터의 충전 전압과 입력 전압과의 차이값에 해당하는 전압을 단위 이득으로 버퍼링하여 출력하되, 출력 전압을 피드백하여 입력 전압으로 사용하는 제2증폭기와;
    상기 S/H 제어 신호의 로직값에 따라 온/오프 스위칭 구동하여 상기 LED 모듈의 출력 전압을 상기 제2증폭기 및 커패시터로 전달하거나 차단시키는 제3스위치 소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3스위치 소자는,
    상기 디밍 제어 신호의 로직값이 제2로직값이 된 시점으로부터 제1데드 타임 구간에 해당하는 시간이 지난 이후, 상기 S/H 제어 신호의 로직값이 제1로직값이 되면, 제1로직값이 된 시점으로부터 제1로직값이 유지되는 시간 동안 온 스위칭 구동하여 상기 LED 모듈의 출력 전압을 상기 제2증폭기의 입력단 및 상기 커패시터로 전달하는 한편, 상기 S/H 제어 신호의 로직값이 제2로직값이 되면, 제2로직값이 된 시점으로부터 제2로직값이 유지되는 시간 동안 오프 스위칭 구동하여 상기 LED 모듈의 출력 전압이 상기 제2증폭기의 입력단 및 상기 커패시터로 전달되지 못하도록 차단시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 포토커플러 구동 회로는,
    상기 샘플 앤 홀드 회로로부터 출력되는 전압과 기준 전압 공급부로부터 공급되는 제1기준 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하여 출력하는 제3증폭기와;
    상기 제3증폭기로부터 출력되는 전압과 제2기준 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하여 출력하는 제4증폭기와;
    상기 제3증폭기 및 상기 제4증폭기로 기준 전압을 공급하는 기준 전압 공급기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 포토커플러 구동 회로는,
    서로 직병렬 연결된 저항 및 복수 개의 커패시터로 구성되어 궤환 피드백 루프의 극·영점을 보상하는 극·영점 보상기가 상기 제3증폭기에 병렬 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED 모듈의 출력단에는 상기 LED 모듈의 출력 전압의 전압 상승 제한을 위하여 제2제너다이오드가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장 치.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    온/오프 스위칭 구동하여 상기 포토커플러 구동 회로에서 출력되는 전압을 상기 다이오드 포토커플러로 스위칭하는 제4스위치 소자와;
    상기 LED 모듈의 출력단에 발생하는 과전압을 검출하여 검출 신호를 출력하는 과전압 검출기와;
    상기 LED 모듈의 출력단에 발생하는 과전류를 검출하여 검출 신호를 출력하는 과전류 검출기와;
    상기 과전압 검출기 및 상기 과전류 검출기 중 어느 하나 이상으로부터 검출 신호를 입력받음에 따라 상기 제4스위치 소자를 오프 스위칭 구동시키는 스위치 구동 소자를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스위치 구동 소자는,
    상기 과전압 검출기 및 상기 과전류 검출기 중 어느 하나 이상으로부터 검출 신호를 입력받음에 따라 상기 디밍 제어 회로의 작동을 중단시키는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
  15. 복수 개의 LED 모듈이 병렬 접속 구조로 연결 설치되어 구성된 LED 조명 구동 장치에 있어서,
    AC 전원과;
    상기 AC 전원에서 출력되는 전파를 정류하는 정류기와;
    상기 정류기로부터 출력되는 전압의 크기를 변환하여 출력하는 변압 회로와;
    피드백 전압을 이용하여 부하 크기를 감지하며, 감지된 부하 크기에 따라 상기 변압 회로의 출력 전압을 조절하여 상기 AC 전원에서 출력되는 전원의 역률을 보상하는 역률 보상 회로와;
    상기 변압 회로로부터 출력되는 전압을 평활화하여 DC 전압을 출력하고 그 출력 전압을 각 LED 모듈로 공급하는 평활 회로와;
    LED 모듈에 일정한 구동 전류가 흐르도록 LED 전류를 제어하는 정전류 구동 회로와;
    PWM(Pulse Width Modualtion) 방식에 의해 상기 정전류 구동 회로를 제어하여 LED 모듈의 전류 흐름을 조절하여 디밍을 제어하는 디밍 제어 회로와;
    상기 역률 보상 회로로 피드백 전압을 인가하는 다이오드 포토커플러와;
    상기 디밍 제어 회로의 제어에 따라 구동하며 일정한 출력 전압을 유지하는 샘플 앤 홀드(Sample & Hold) 회로를 포함하되,
    각 LED 모듈의 출력단에 각각 상기 정전류 구동 회로, 상기 디밍 제어 회로 및 상기 샘플 앤 홀드 회로가 연결된 구조로 구성되며,
    상기 각 샘플 앤 홀드 회로에서 출력되는 전압을 입력받아 그 입력된 전압들 중 크기가 가장 작은 전압을 검출 및 출력하는 저전압 검출기와;
    상기 저전압 검출기로부터 출력되는 전압과 기준 전압의 차이값에 해당하는 전압을 증폭하고 그 증폭된 전압을 출력하여 상기 다이오드 포토커플러의 구동 전압으로 인가하는 포토커플러 구동 회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 조명 구동 장치.
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