KR20120104788A

KR20120104788A - 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치

Info

Publication number: KR20120104788A
Application number: KR1020110022410A
Authority: KR
Inventors: 이승호
Original assignee: 이승호
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-09-24

Abstract

본 발명은 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치에 관한 것으로, 교류전원(50)을 정류하여 직류전원을 제1 및 제2 출력(T11,T12)을 통해 출력하는 정류부(100); 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결되어, 상기 정류부(100)의 출력 전압을 검출하는 전압 검출부(200); 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결된 제1 발광 회로부(300); 상기 제1 발광 회로부(300)와 상기 정류부(100)의 제2 출력단(T12) 사이에 직렬로 연결된 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDGn)을 갖는 제2 발광 회로부(400); 상기 제2 발광 회로부(400)의 캐소드 단자(TCn)와 상기 정류부(100)의 제2 출력단(T12) 사이에 연결되어, 상기 제2 발광 회로부(400)를 통해 흐르는 전류를 조절하는 스위치 회로부(500); 및 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압(Vd)의 크기에 따라, 제1 발광 회로부(300)의 동작을 제어하고, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDGn)에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 스위치 회로부(500)를 제어하는 전류 제어부(600)를 구비할 수 있다.

Description

벅부스트형 발광 다이오드 전원장치{BUCK BOOST TYPE POWER SUPPLY FOR LIGHT EMISSION DIODE}

본 발명은 조명 장치나 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치에 관한 것으로, 특히 별도의 역율제어를 위한 회로와 평활용 콘덴서를 구비하지 않고서도, 교류전력을 정류하고 제1 발광 동작과 제2 발광 동작을 통해서, 적정 이상의 역율과 전력효율을 갖는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치에 관한 것이다.

일반적으로, 발광 다이오드는 주로 LCD 백라이트, 옥내외 디스플레이와 조명기구 분야에 적용되고 있으며, 이러한 적용분야의 특성상 발광 다이오드 밝기의 정밀한 제어와 입력전력 대비 발광 다이오드로 출력되는 전력의 비율, 즉 전력효율은 매우 중요하다.

이때, 발광 다이오드에서 출력되는 빛의 밝기, 즉 광속은 전류에 가장 직접적인 영향을 받으며, 다이오드에 걸리는 전압의 미세한 전압 변동에도 전류가 크게 변하기 때문에 발광 다이오드 전원장치에 있어서는 전류의 정밀한 제어가 필수적이다.

한편, 발광 다이오드 전원장치의 기술에 대한 정확한 이해를 위해선 발광 다이오드의 기본적인 동작특성에 대한 이해가 선행되어야 하며, 이에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 1은 발광 다이오드의 인가 전압-전류 특성 그래프로서, 도 1을 참조하면, 일반적인 다이오드와 마찬가지로 발광 다이오드의 전류는 전압에 지수적인 함수관계를 가지며, 인가 전압이 동작전압(Vb) 이하에서는 매우 작은 전류가 흐르다가 인가 전압이 동작전압(Vb) 이상에서는 전류는 지수적으로 증가한다.

도 2는 발광 다이오드의 전류-출력광속 특성 그래프이고, 도 3은 발광 다이오드의 온도-출력광속 특성 그래프이다.

도 2의 특성 그래프는, 발광 다이오드의 전류와 광속은 선형적 비례관계를 보이지만, 전류가 증가할수록 광속의 증가는 다소 감소하게 되는데, 이는 도 3에 보인 바와 같이, 입력된 전력이 모두 빛 에너지로 변환되지 못하고 일부가 열 에너지로 변환됨에 따라 발광 다이오드 소자의 온도가 높아져 광전환 효율을 감소시키기 때문이다.

또한, 온도의 증가는 모든 반도체 소자의 수명을 단축시키므로, 발광 다이오드에 일정한 전류를 지속적으로 흘리기 보다는 일정주기로 전류를 끊어 발광 다이오드의 자체 발열에 의한 온도 증가를 감소시키면 입력전력대비 광변환 효율 향상과 수명의 연장에 유리하기 때문에 발광 다이오드 제어회로에서 이와 같은 펄스구동 방식을 많이 사용하고 있다.

도 4는 종래 기술의 발광 다이오드 선형 구동회로도로서, 도 4에 도시된 구동회로는, 종래의 발광 다이오드 전원장치중 가장 간단한 방식인 선형 구동회로(Linear driving circuit)의 한 예이다.

도 4에 도시된 구동 회로는, 교류(AC) 전원(21)을 직류(DC) 전원으로 변환하는 정류부(22)와, 상기 정류부(22)에서 정류된 직류 전원을 평활하는 콘덴서(C2)와, 복수의 발광 다이오드를 포함하는 발광부(29)에 과전류가 공급되는 것을 방지하기 위해, 상기 콘덴서(C2)에 의해 평활된 전원의 전류를 제한하는 저항(R2)을 포함할 수 있다.

이와 같은 종래 기술의 발광 다이오드 구동회로는, 저렴한 비용으로 구현이 용이하다는 장점으로 인하여 일부 적용분야에 널리 사용되고 있으나, 전력효율이 낮다는 단점을 갖는 것이 문제점이다.

도 5는 도 4의 구동회로에 의해 평활된 전압 파형(Vrec) 및 교류입력전류(I) 파형도로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 선형 구동회로에서는, 입력전압이 다이오드 동작전압 이하의 구간에서는 전류가 흐르지 않아서 전류파형이 입력파형과 일치하지 않게 동작하기 때문에 입력전류파형 때문에 역율이 나쁘고, 이러한 나쁜 역율을 개선하여 규격을 만족시키기 위해선 별도의 역율제어회로의 구비가 필요하다는 문제점이 있다. 도 5에서, Em은 최대 전압이고, Vb는 발광 다이오드 동작전압이다.

이러한 도 4에 도시된 구동회로가 갖는 문제점을 개선하기 위해서, 도 6에 도시된 바와 같은 벅컨버터형 구동회로가 사용될 수 있다.

도 6은 종래 기술의 벅컨버터(Buck converter)형 발광 다이오드 구동회로도로서, 도 6에 도시된 벅컨버터형 발광 다이오드 구동회로는, 도 4의 선형 구동회로의 낮은 전력효율을 극복할 수 있는 구동회로로써, 이 벅컨버터형 발광 다이오드 구동회로는, 교류전원(31)을 직류전원으로 변환하는 정류부(32)와, 상기 정류부(32)로부터의 전원을 평활하는 평활용 콘덴서(C3)와, 스위치 온 시간 동안에 흐르는 전류를 이용하여 에너지를 축적하고 스위치 오프되면 앞서 축적된 에너지를 이용하여 에너지가 모두 소진될 때까지 전류를 흐르게 하는 인덕터(L3)와, 스위치 오프시 인덕터에 축적된 에너지에 의해서 흐르게 되는 전류를 발광 다이오드 앞으로 환류시키는 환류다이오드(Df3)와, 복수의 발광 다이오드를 포함하는 발광부(39) 및 인덕터(L3)에 흐르는 전류의 경로를 온/오프하는 스위치(SW3)와, 상기 스위치(SW3)의 온/오프 동작을 제어하는 스위치 제어부(33)로 구성되어 있다.

도 6에 도시한 벅컨버터형 발광 다이오드 구동회로에서는, 상기 스위치(SW3)를 온/오프 시간조절(PWM 방식) 및/또는 주파수 조절(PFM 방식)을 통해 상기 인턱터(L3)에 흐르는 전류를 제어하면 통상 90% 이상의 높은 전력효율을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 도 6에 도시된 벅컨버터형 발광 다이오드 구동회로에서는, 전술한 선형 구동회로와 마찬가지로 입력전압이 다이오드 동작전압 이하 구간에서는 전류가 흐르지 않아서 전류파형이 입력파형과 일치하지 않게 동작하기 때문에 역율이 낮다는 문제점이 있다.

또한, 낮은 역율을 개선하기 위해선 별도의 역율 제어회로가 구비되어야 하는 문제점과, 전류의 안정적인 제어를 위해선 고전압 대용량의 콘덴서를 사용해야 하는 문제점이 여전히 존재한다.

본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 별도의 역율제어회로와 평활용 콘덴서를 구비하지 않고서도, 교류전력을 정류하고 제1 발광 동작과 제2 발광 동작을 통해서, 적정 이상의 역율과 전력효율을 가지며, 또한 미리 설정한 전력을 발광 다이오드에 공급하여 일정한 광속을 출력할 수 있도록 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 주요 기술적인 측면은, 교류전원을 정류하여 직류전원을 제1 및 제2 출력을 통해 출력하는 정류부; 상기 정류부의 제1 출력단에 연결되어, 상기 정류부의 출력 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 정류부의 제1 출력단에 연결된 제1 발광 회로부; 상기 제1 발광 회로부와 상기 정류부의 제2 출력단 사이에 직렬로 연결된 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹을 갖는 제2 발광 회로부; 상기 제2 발광 회로부의 캐소드 단자와 상기 정류부의 제2 출력단 사이에 연결되어, 상기 제2 발광 회로부를 통해 흐르는 전류를 조절하는 스위치 회로부; 및 상기 전압 검출부에 의해 검출된 검출전압의 크기에 따라, 제1 발광 회로부의 동작을 제어하고, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 스위치 회로부를 제어하는 전류 제어부를 구비하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치를 제안하는 것이다.

본 발명의 주요 기술적인 측면에서, 상기 스위치 회로부는, 상기 제2 발광 회로부의 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹 각각의 캐소드 단자 각각과 상기 정류부의 제2 출력단 사이에 연결되어, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹 각각을 통해 흐르는 전류를 조절하는 제1 내지 제n 스위치를 포함할 수 있다.

상기 전류 제어부는, 상기 전압 검출부에 의해 검출된 검출전압의 크기에 따라, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 제1 내지 제n 스위치의 전기 전도도를 제어할 수 있다.

상기 전류 제어부는, 상기 전압 검출부에 의해 검출된 검출전압과 그 변화율에 따라 설정된 목표전류가 상기 제2 발광 회로부의 제1 발광 다이오드 그룹 내지 제n 발광 다이오드 그룹까지 지속적으로 흐르도록 상기 스위치 회로부의 제1 내지 제n 스위치의 전기 전도도를 제어할 수 있다.

본 발명의 제1 기술적인 측면은, 상기 제1 발광 회로부는, 상기 정류부의 제1 출력단에 연결된 일단을 갖는 인덕터; 상기 인덕터의 타단에 애노드가 연결되고, 상기 인덕터의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 초단 다이오드 그룹은, 상기 인덕터의 타단에 연결된 애노드를 갖는 환류다이오드; 및 상기 환류다이오드의 캐소드와 상기 인덕터의 일단 사이에, 상기 환류다이오드와 동일한 방향으로 연결된 1개 이상의 발광 다이오드를 갖는 발광부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 기술적인 측면은, 상기 제1 발광 회로부는, 상기 정류부의 제1 출력단에 연결된 일단을 갖는 인덕터; 및 상기 제2 발광 회로부의 제n 발광 다이오드 그룹의 캐소드단에 애노드가 연결되고, 상기 인덕터의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 초단 다이오드 그룹은, 상기 제2 발광 회로부의 제n 발광 다이오드 그룹의 캐소드단에 연결된 애노드를 갖는 환류다이오드; 및 상기 환류다이오드의 캐소드와 상기 인덕터의 일단 사이에, 상기 환류다이오드와 동일한 방향으로 연결된 1개 이상의 발광 다이오드를 갖는 발광부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 기술적인 측면은, 상기 제1 발광 회로부는, 상기 정류부의 제1 출력단에 연결된 일단을 갖는 인덕터; 상기 제2 발광 회로부의 제n 발광 다이오드 그룹의 캐소드단에 애노드가 연결되고, 상기 인덕터의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹; 및 상기 인덕터의 타단과 상기 정류부의 제2 출력단 사이에 연결되어, 상기 초단 다이오드 그룹에 흐르는 전류를 조절하는 초단 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제4 기술적인 측면은, 상기 제1 발광 회로부는, 상기 정류부의 제1 출력단에 연결된 일단을 갖는 인덕터; 상기 인덕터의 타단에 연결된 애노드가 연결되고, 상기 인덕터의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹; 및 상기 인덕터의 타단과 상기 정류부의 제2 출력단 사이에 연결되어, 상기 초단 다이오드 그룹에 흐르는 전류를 조절하는 초단 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 초단 다이오드 그룹은, 상기 인덕터의 타단에 연결된 애노드를 갖는 환류다이오드; 및 상기 환류다이오드의 캐소드와 상기 인덕터의 일단 사이에, 상기 환류다이오드와 동일한 방향으로 연결된 1개 이상의 발광 다이오드를 갖는 발광부를 포함할 수 있다.

본 발명의 제1 기술적인 측면에서, 상기 전류 제어부는, 상기 전압 검출부에 의해 검출된 검출전압의 크기가 미리 설정된 제1 기준전압보다 작을 경우에는 제1 발광 동작모드로 설정하고, 상기 검출전압의 크기가 미리 설정된 제1 기준전압보다 작지 않을 경우에는 제2 발광 동작모드로 설정하여, 상기 제1 발광 동작모드에서는 제1 발광 회로부의 동작을 제어하고, 상기 제2 발광 동작모드에서는 상기 제2 발광 회로부의 동작을 제어할 수 있다.

상기 전류 제어부는, 상기 제1 발광 동작모드에서, 상기 제1 발광 회로부의 발광부에 흐르는 전류를 조절하기 위해, 상기 초단 스위치를 미리 정해진 시간동안 온으로 제어하여, 상기 초단 스위치의 온시간 동안에 상기 인덕터에 축적된 에너지를 이용하여 상기 제1 발광 회로부의 발광부를 동작시킬 수 있다.

상기 전류 제어부는, 상기 제2 발광 동작모드에서는, 상기 전압 검출부에 의해 검출된 검출전압의 크기에 따라, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 제1 내지 제n 스위치의 전기 전도도를 제어할 수 있다.

상기 전류 제어부는, 발광 다이오드의 수명과 광효율을 향상시키기 위해, 상기 스위치 회로부(500)와, 상기 제1 발광 회로부(300)의 초단 스위치(SW0)를 펄스방식으로 온/오프 제어하여 상기 제1 발광 회로부 및 상기 제2 발광 회로부를 점등/소등을 반복하는 펄스 동작 모드로 제어할 수 있다.

상기 초단 스위치 및 상기 스위치 회로부의 제1 내지 제n 스위치 각각은, 1개 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다.

본 발명의 제1 내지 제4 기술적인 측면에서, 상기 스위치 회로부의 제1 내지 제n 스위치 각각은, 1개 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다.

상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹 각각은 1개 또는 서로 직렬로 연결된 2개 이상의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹 각각은, 2개 이상의 발광 다이오드를 갖는 직렬 스트링이 1개 또는 2개 이상 병렬로 연결될 수 있다.

일 예로, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹 각각은 동일한 개수의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

또는, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹중 적어도 하나는, 역율과 전력효율을 향상시키기 위해, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹중 다른 그룹에 포함되는 발광 다이오드의 개수와 다른 개수의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1, 제2 및 제3 기술적인 측면에서, 상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는, 그 전체 혹은 일부가 모노리딕IC 또는 하이브리드 IC로 구현될 수 있다.

상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는, 상기 교류전원과 정류부 사이에, EMI, EMC 특성 개선 및 서지 특성 개선을 위해 1개 이상의 인덕터를 포함하는 필터 및 서지 개선회로를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 인덕터는, PCB의 금속패턴으로 구현될 수 있다.

또한, 상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는, 상기 교류전원과 정류부 사이 또는 상기 정류부와 전압검출부 사이에 전압변환을 하기 위해, 1개 이상의 트랜스포머 코일을 포함하는 전압변환회로를 더 포함할 수 있다.

게다가, 상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는, 상기 정류부(100)는, 정류작용과 동시에 서지특성 개선할 수 있도록 정류부의 4개의 다이오드 중 적어도 하나는 TVS(Transient Voltage Suppressor) 다이오드로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 별도의 역율제어회로와 평활용 콘덴서를 구비하지 않고서도, 교류전력을 정류하고 제1 발광 동작과 제2 발광 동작을 통해서, 적정 이상의 역율과 전력효율을 가지며, 또한 미리 설정한 전력을 발광 다이오드에 공급하여 일정한 광속을 출력할 수 있다.

이에 따라, 평활용 고전압 대용량의 콘덴서를 사용하지 않으며, 별도의 역율 제어회로 없이도 대략 0.9 이상의 역율을 확보할 수 있고 안정적이면서 효과적인 전류 제어를 수행할 수 있고, 이를 통해 높은 전력효율을 가지는 효과가 있다.

도 1은 발광 다이오드의 인가 전압-전류 특성 그래프.
도 2는 발광 다이오드의 전류-출력광속 특성 그래프.
도 3은 발광 다이오드의 온도-출력광속 특성 그래프.
도 4는 종래 기술의 발광 다이오드 선형 구동회로도.
도 5는 도 4의 구동회로에 의해 평활된 전압 파형 및 교류입력전류 파형도.
도 6은 종래 기술의 벅컨버터(Buck converter)형 발광 다이오드 구동회로도.
도 7은 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제1 구현 예시도.
도 8은 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제2 구현 예시도.
도 9는 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제3 구현 예시도.
도 10은 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제4 구현 예시도.
도 11의 (A) 및 (B)는 본 발명의 정류부의 동작 설명을 위한 파형도.
도 12의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 제1 발광 회로부의 동작 설명을 위한 파형도.
도 13의 (A) 내지 (F)는 본 발명의 제2 발광 회로부의 동작 설명을 위한 파형도.
도 14의 (A) 및 (B)는 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 전력효율의 설명을 위한 파형도.
도 15의 (A) 내지 (F)는 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 펄스동작모드의 설명을 위한 파형도.
도 16의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 펄스동작모드의 상세 설명을 위한 파형도.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예는 본 발명의 기술적 사상에 대한 이해를 돕기 위해서 사용된다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 7은 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제1 구현 예시도이고, 도 8은 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제2 구현 예시도이며, 도 10은 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제4 구현 예시도이다.

도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는, 교류전원(50)을 정류하여 직류전원을 제1 및 제2 출력(T11,T12)을 통해 출력하는 정류부(100)와, 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결되어, 상기 정류부(100)의 출력 전압을 검출하는 전압 검출부(200)와, 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결된 제1 발광 회로부(300)와, 상기 제1 발광 회로부(300)와 상기 정류부(100)의 제2 출력단(T12) 사이에 직렬로 연결된 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDGn)을 갖는 제2 발광 회로부(400)와, 상기 제2 발광 회로부(400)의 캐소드 단자(TCn)와 상기 정류부(100)의 제2 출력단(T12) 사이에 연결되어, 상기 제2 발광 회로부(400)를 통해 흐르는 전류를 조절하는 스위치 회로부(500)와, 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압(Vd)의 크기에 따라, 제1 발광 회로부(300)의 동작을 제어하고, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDGn)에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 스위치 회로부(500)를 제어하는 전류 제어부(600)를 구비할 수 있다.

상기 스위치 회로부(500)는, 상기 제2 발광 회로부(400)의 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1 ~ LEDGn) 각각의 캐소드 단자(TC1~TCn) 각각과 상기 정류부(100)의 제2 출력단(T12) 사이에 연결되어, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1 ~ LEDGn) 각각을 통해 흐르는 전류를 조절하는 제1 내지 제n 스위치(SW1~SWn)를 포함할 수 있다.

상기 전류 제어부(600)는, 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압(Vd)의 크기에 따라, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDGn)에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 제1 내지 제n 스위치(SW1~SWn)를 제어하도록 이루어질 수 있다.

상기 전류 제어부(600)는, 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압과 그 변화율에 따라 설정된 목표전류가 상기 제2 발광 회로부(400)의 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDGn)에 지속적으로 흐르도록 상기 스위치 회로부(500)의 제1 내지 제n 스위치(SW1~SWn)의 전기 전도도를 제어하도록 이루어질 수 있다.

먼저, 도 7은 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제1 구현 예시도로써, 도 7을 참조하여 제1 발광 회로부(300)의 제1 실시 형태 및 그 변형 예를 설명한다.

도 7을 참조하면, 상기 제1 발광 회로부(300)는, 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결된 일단을 갖는 인덕터(L3)와, 상기 인덕터(L3)의 타단에 애노드가 연결되고, 상기 인덕터(L3)의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹(310)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 초단 다이오드 그룹(310)은 1개 이상의 발광 다이오드를 포함할 수도 있는 등, 다양한 변형된 형태로 구현될 수 있다.

이때, 상기 제1 발광 회로부(300)의 변형 예로써, 상기 초단 다이오드 그룹(310)은, 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결된 일단을 갖는 인덕터(L3)와, 상기 인덕터(L3)의 타단에 연결된 애노드를 갖는 환류다이오드(Df3)와, 상기 환류다이오드(Df3)의 캐소드와 상기 인덕터(L3)의 일단 사이에, 상기 환류다이오드(Df3)와 동일한 방향으로 연결된 1개 이상의 발광 다이오드를 갖는 발광부(LEDG)를 포함할 수 있다.

다음, 도 8은 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제2 구현 예시도로써, 도 8을 참조하여 제1 발광 회로부(300)의 제2 실시 형태 및 그 변형 예를 설명한다.

도 8을 참조하면, 상기 제1 발광 회로부(300)는, 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결된 일단을 갖는 인덕터(L3)와, 상기 제2 발광 회로부(400)의 제n 발광 다이오드 그룹(LEDGn)의 캐소드단(TCn)에 애노드가 연결되고, 상기 인덕터(L3)의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹(310)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 초단 다이오드 그룹(310)은 1개 이상의 발광 다이오드를 포함할 수도 있는 등, 다양한 변형된 형태로 구현될 수 있다.

이때, 상기 제1 발광 회로부(300)의 변형 예로써, 상기 초단 다이오드 그룹(310)은, 상기 제2 발광 회로부(400)의 제n 발광 다이오드 그룹(LEDGn)의 캐소드단(TCn)에 연결된 애노드를 갖는 환류다이오드(Df3)와, 상기 환류다이오드(Df3)의 캐소드와 상기 인덕터(L3)의 일단 사이에, 상기 환류다이오드(Df3)와 동일한 방향으로 연결된 1개 이상의 발광 다이오드를 갖는 발광부(LEDG)를 포함할 수 있다.

그 다음, 도 9는 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제3 구현 예시도로써, 도 9를 참조하여 제1 발광 회로부(300)의 제3 실시 형태 및 그 변형 예를 설명한다.

도 9를 참조하면, 상기 제1 발광 회로부(300)는, 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결된 일단을 갖는 인덕터(L3)와, 상기 제2 발광 회로부(400)의 제n 발광 다이오드 그룹(LEDGn)의 캐소드단(TCn)에 애노드가 연결되고, 상기 인덕터(L3)의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹(310)과, 상기 인덕터(L3)의 타단과 상기 정류부(100)의 제2 출력단(T12) 사이에 연결되어, 상기 초단 다이오드 그룹(310)에 흐르는 전류를 조절하는 초단 스위치(SW0)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 초단 다이오드 그룹(310)은 1개 이상의 발광 다이오드를 포함할 수도 있는 등, 다양한 변형된 형태로 구현될 수 있다.

그리고, 도 10은 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 제4 구현 예시도로써, 도 10을 참조하여 제1 발광 회로부(300)의 제4 실시 형태 및 그 변형 예를 설명한다.

도 10을 참조하면, 상기 제1 발광 회로부(300)는, 상기 제1 발광 회로부(300)는, 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결된 일단을 갖는 인덕터(L3)와, 상기 인덕터(L3)의 타단에 연결된 애노드가 연결되고, 상기 인덕터(L3)의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹(310)과, 상기 인덕터(L3)의 타단과 상기 정류부(100)의 제2 출력단(T12) 사이에 연결되어, 상기 초단 다이오드 그룹(310)에 흐르는 전류를 조절하는 초단 스위치(SW0)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 초단 다이오드 그룹(310)은 1개 이상의 발광 다이오드를 포함할 수도 있는 등, 다양한 변형된 형태로 구현될 수 있다.

이때, 상기 제1 발광 회로부(300)의 변형 예로써, 상기 초단 다이오드 그룹(310)은, 상기 인덕터(L3)의 타단에 연결된 애노드를 갖는 환류다이오드(Df3)와, 상기 환류다이오드(Df3)의 캐소드와 상기 인덕터(L3)의 일단 사이에, 상기 환류다이오드(Df3)와 동일한 방향으로 연결된 1개 이상의 발광 다이오드를 갖는 발광부(LEDG)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1 발광 회로부(300)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 인덕터(L3), 초단 스위치(SW0), 환류다이오드(Df3), 발광부(LEDG) 및 제2 발광 회로부(400)를 포함하는 벅부스트(Buck boost)형으로 연결될 수 있다.

상기 전류 제어부(600)는, 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압의 크기가 미리 설정된 제1 기준전압(Vref1)보다 작을 경우에는 제1 발광 동작모드로 설정하고, 상기 검출전압의 크기가 미리 설정된 제1 기준전압(Vref1)보다 작지 않을 경우에는 제2 발광 동작모드로 설정하여, 상기 제1 발광 동작모드에서는 제1 발광 회로부(300)의 동작을 제어하고, 상기 제2 발광 동작모드에서는 상기 제2 발광 회로부(400)의 동작을 제어하도록 이루어질 수 있다.

상기 전류 제어부(600)는, 상기 제1 발광 동작모드에서, 상기 제1 발광 회로부(300)의 발광부(LEDG)에 흐르는 전류를 조절하기 위해, 상기 초단 스위치(SW0)를 미리 정해진 시간동안 온으로 제어하여, 상기 초단 스위치(SW0)의 온시간 동안에 상기 인덕터(L3)에 축적된 에너지를 이용하여 상기 제1 발광 회로부(100)의 발광부(LEDG)를 동작시키도록 이루어질 수 있다.

상기 전류 제어부(600)는, 상기 제2 발광 동작모드에서는, 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압의 크기에 따라, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDGn)에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 제1 내지 제n 스위치(SW1~SWn)를 제어하도록 이루어질 수 있다.

상기 전류 제어부(600)는, 발광 다이오드의 수명과 광효율을 향상시키기 위해, 상기 스위치 회로부(500)와, 상기 제1 발광 회로부(300)의 초단 스위치(SW0)를 펄스방식으로 온/오프 제어하여, 상기 제1 발광 회로부(300) 및 상기 제2 발광 회로부(400)를 점등/소등을 반복하는 펄스 동작 모드로 제어하도록 이루어질 수 있다.

상기 초단 스위치(SW0) 및 상기 스위치 회로부(500)의 제1 내지 제n 스위치(SW1~SWn) 각각은, 1개 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있다.

다시, 도 7 내지 도 10을 참조하면, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1 ~ LEDGn) 각각은, 1개 또는 서로 직렬로 연결된 2개 이상의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1 ~ LEDGn) 각각은, 2개 이상의 발광 다이오드를 갖는 직렬 스트링(String)이 1개 또는 2개 이상 병렬로 연결될 수 있다.

또는, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1 ~ LEDGn) 각각은, 동일한 개수의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

또는, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1 ~ LEDGn)중 적어도 하나는, 역율과 전력효율을 향상시키기 위해, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1 ~ LEDGn)중 다른 그룹에 포함되는 발광 다이오드의 개수와 다른 개수의 발광 다이오드를 포함할 수 있다.

한편, 상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는, 그 전체 혹은 일부가 모노리딕IC 또는 하이브리드 IC로 구현될 수 있다.

게다가, 상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는, 상기 교류전원(50)과 정류부(100) 사이에, EMI(ElectroMagnetic Interference), EMC(ElectroMagnetic Compatibility) 특성 개선 및 서지(Surge) 특성 개선을 위해. 1개 이상의 인덕터를 포함하는 필터 및 서지(Surge) 개선회로를 포함할 수 있다.

상기 인덕터(L3)는, PCB(Printed Circuit Board)의 금속패턴으로 구현될 수 있다.

또한, 상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는, 상기 교류전원(50)과 정류부(100) 사이 또는 상기 정류부와 전압검출부 사이에 전압변환을 하기 위해, 1개 이상의 트랜스포머 코일을 포함하는 전압변환회로를 더 포함할 수 있다.

도 11의 (A) 및 (B)는 본 발명의 정류부의 동작 설명을 위한 파형도이다.

도 11의 (A)는 상기 정류부(100)로 입력되는 교류전원의 교류전압(Vac)의 파형도이고, 도 11의 (B)는 상기 정류부(100)에서 정류된 양의 사인파를 갖는 직류전압(Vrec)이다.

도 12의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 제1 발광 회로부의 동작 설명을 위한 파형도이다.

도 12의 (A)는 제1 발광 동작모드와 제2 발광 동작모두의 기준을 표시하고 있고, 도 12의 (B)는 초단 스위치(SW0)의 온/오프 동작을 보이는 도면이고, 도 12의 (C)는 인덕터(L3)의 전류 파형이고, 도 12의 (D)는 제1 발광 회로부(300)의 발광부(LEDG)의 전류 파형이다.

도 13의 (A) 내지 (F)는 본 발명의 제2 발광 회로부의 동작 설명을 위한 파형도이다.

도 13의 (A)는 도 13의 (A)는 검출전압(Vd)의 크기에 제2 발광 동작모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 13의 (B)는 초단 스위치(SW0)의 온/오프 동작을 보이는 도면이고, 도 13의 (C)는 제1 스위치(SW1)의 온/오프 동작을 보이는 도면이고, 도 13의 (D)는 제2 스위치(SW2)의 온/오프 동작을 보이는 도면이고, 도 13의 (E)는 제3 스위치(SW3)의 온/오프 동작을 보이는 도면이다. 그리고, 도 13의 (F)는 인덕터의 전류 파형이다.

도 14의 (A) 및 (B)는 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 전력효율의 설명을 위한 파형도이다.

도 14의 (A)는 검출전압(Vd)의 크기에 제1 발광 동작모드 및 제2 발광 동작모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 14의 (B)는 입력전류(Pin) 및 출력전력에 따른 전력효율(Pout)을 보이는 도면이다.

도 15의 (A) 내지 (F)는 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 펄스동작모드의 설명을 위한 파형도이다.

도 15의 (A)는 도 13의 (A)는 검출전압(Vd)의 크기에 제2 발광 동작모드에서의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 15의 (B)는 초단 스위치(SW0)의 온/오프 동작을 보이는 도면이고, 도 15의 (C)는 제1 스위치(SW1)의 온/오프 동작을 보이는 도면이고, 도 15의 (D)는 제2 스위치(SW2)의 온/오프 동작을 보이는 도면이고, 도 15의 (E)는 제3 스위치(SW3)의 온/오프 동작을 보이는 도면이다. 그리고, 도 15의 (F)는 인덕터의 전류 파형이다.

전술한 도 12 내지 도 15에서, 스위치 동작, 즉 초단 스위치, 제1 내지 제3 스위치 동작 도면에서, 세로 높이는 스위치를 통해 전류를 흘릴 수 있는 정도를 나타내는 전기 전도도를 의미한다.

도 16의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 발광 다이오드 전원장치의 펄스동작모드의 상세 설명을 위한 파형도이다.

도 16의 (A)는 도 15의 제3 스위치(SW3)의 온/오프 동작 파형중 PA 부분에 대한 확대도이고, 도 16의 (B)는 인덕터의 전류 파형의 확대도이고, 도 16의 (C)는 제2 발광 회로부(400)의 제1,제2 및 제3 발광 다이오드그룹(LEDG1,LEDG2,LEDG3)을 통해 흐르는 전류이다. 그리고, 도 16의 (D)는 제1 발광 회로부(300)의 발광부(LEDG)를 통해 흐르는 전류이다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 설명한다.

먼저, 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10에 도시된 본 발명의 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치중에서 공통되는 구성요소에 대해 설명한다.

도 7, 도 8, 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치에서, 정류부(100)는, 교류전원(50)을 정류하여 직류전원을 제1 및 제2 출력(T11,T12)을 통해 출력한다.

여기서, 상기 교류전원(50)은 도 11에 도시한 바와 같이, 통상적인 교류전원인 경우 일정한 주파수를 가지고 음과 양을 반복하는 정상 사인파이다. 이러한 교류전원의 파형은 상기 정류부(100)를 거치면서 정류되어 양의 사인파를 갖는 직류전압(Vrec)으로 변환된다.

이때, 전압 검출부(200)는, 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결되어, 상기 정류부(100)의 출력 전압의 크기를 검출하여 검출전압(Vd)을 제공한다.

또한, 본 발명의 제1 발광 회로부(300)는, 상기 정류부(100)의 제1 출력단(T11)에 연결되어 보조 발광부로서 동작하고, 본 발명의 제2 발광 회로부(400)는, 상기 정류부(100)의 제2 출력단(T12) 사이에 직렬로 연결되는 주 발광부로서 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDGn)을 포함한다.

그리고, 상기 스위치 회로부(500)는, 상기 제2 발광 회로부(400)의 캐소드 단자(TCn)와 상기 정류부(100)의 제2 출력단(T12) 사이에 연결되어, 상기 제2 발광 회로부(400)를 통해 흐르는 전류를 조절한다.

이때, 상기 전류 제어부(600)는, 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압(Vd)의 크기에 따라, 제1 발광 회로부(300)의 동작을 제어할 수 있고, 또한 상기 스위치 회로부(500)를 제어하여 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDGn)에 흐르는 적정 전류를 조절할 수 있다.

보다 구체적으로는, 상기 스위치 회로부(500)는, 도 7 내지 도 10에 도시한 바와 같이 구현될 수 있으며, 이와 같이 구현되는 경우, 제1 내지 제n 스위치(SW1~SWn)를 포함할 수 있으며, 이러한 제1 내지 제n 스위치(SW1~SWn)를 통해, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1 ~ LEDGn) 각각을 통해 흐르는 전류를 조절할 수 있다.

한편, 본 발명의 제1 발광 회로부(300)는, 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10과 같이 다양한 실시형태로 구현될 수 있으며, 이러한 다양한 실시 형태중에서 도 10에 도시한 실시형태를 중심으로 설명한다.

이하, 도 10에 도시한 바와 같이, 기술 설명의 편의를 위해, 상기 제2 발광 회로부(400)는 3개의 제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(LEDG1 ~ LEDG3)을 포함하고, 상기 스위치 회로부(500)는, 제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(LEDG1 ~ LEDG3) 각각의 전류를 조절하기 위해 제1 내지 제3 스위치(SW1~SW3)를 포함하는 구현 예를 중심으로 설명한다.

도 10을 참조하면, 상기 전류 제어부(600)는, 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압(Vd)의 크기에 따라, 상기 제1 내지 제3 스위치(SW1~SW3)를 개별적으로 온/오프 제어하여, 상기 제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDG3)에 흐르는 적정 전류를 조절할 수 있다.

도 10에 도시한 바와 같이, 상기 제1 발광 회로부(300)는 보조적인 발광부로써 동작하고, 상기 제2 발광 회로부(400)는 주 발광부로써 동작할 수 있다.

즉, 상기 제1 발광 회로부(300)는, 상기 제2 발광 회로부(400)가 켜지는 구간 동안에는, 상기 인덕터(L3)에 에너지가 축적되고, 상기 제2 발광 회로부(400)가 꺼지는 구간 동안에는 상기 인덕터(L3)에 축적된 에너지로 이용하여 상기 제1 발광 회로부(300)의 발광부(LEDG)를 켜는 동작을 기본 동작 원리로 한다.

우선, 상기 제1 발광 회로부(300)에 대해 구체적으로 설명한다.

도 10을 참조하면, 상기 전류 제어부(600)는, 상기 제1 발광 동작모드에서, 상기 초단 스위치(SW0)를 미리 정해진 시간동안 온으로 제어하여, 상기 제1 발광 회로부(300)의 발광부(LEDG)에 흐르는 전류를 조절한다.

이때, 상기 제1 발광 회로부(300)에서, 상기 초단 스위치(SW0)의 온시간 동안에 상기 인덕터(L3)에 축적된 에너지에 의해서, 상기 제1 발광 회로부(100)의 발광부(LEDG)가 동작한다.

이어서, 상기 인덕터(L3)에 축적된 에너지가 완전히 소진되기 전에 상기 스위치 회로부(500) 내의 제1 스위치(SW1)를 온시켜 제2 발광 회로부(400)의 제1 발광 다이오드그룹(LEDG1)의 발광 다이오드를 동작시키면, 상기 제1 및 제2 발광 회로부(300,400)에 포함되는 복수의 발광 다이오드중에서 하나 이상의 발광 다이오드를 항상 켜지게 할 수 있다.

이에 따라, 발광 다이오드를 이용하는 조명 시스템에서, 통상 발광 다이오드가 전부 꺼진 상태가 길어지면, 시인성 깜박임(Flicker)의 정도가 심해지는 문제가 발생되나, 본 발명의 기술에 의하면, 시인성 깜박임 문제를 개선할 수 있게 된다.

또한, 상기 전류 제어부(600)는, 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압과 그 변화율에 따라 설정된 목표전류가 상기 제2 발광 회로부(400)의 제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDG3)에 지속적으로 흐르도록 상기 스위치 회로부(500)의 제1 내지 제3 스위치(SW1~SW3)의 전기 전도도를 제어한다.

즉, 도 10을 참조하면, 상기 제1 발광 회로부(300)는, 초단 스위치(SW0)를 포함하는 경우, 인덕터(L3), 초단 다이오드 그룹(310) 및 초단 스위치(SW0)를 포함할 수 있고, 여기서, 상기 초단 다이오드 그룹(310)은, 도 10에 도시한 바와 같이, 환류다이오드(Df3) 및 발광부(LEDG)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 본 발명의 발광 다이오드의 전원장치는, 제1 발광 회로부(300)가 동작하는 제1 발광 동작모드와, 제2 발광 회로부(400)가 동작하는 제2 발광 동작모드로 구분하여 발광 제어동작을 수행할 수 있다. 이러한 제1 발광 동작모드와 제2 발광 동작모드에 대해 설명한다.

일단, 상기 전류 제어부(600)는, 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압의 크기가 미리 설정된 제1 기준전압(Vref1)보다 작을 경우에는 제1 발광 동작모드로 설정하고, 상기 검출전압의 크기가 미리 설정된 제1 기준전압(Vref1)보다 작지 않을 경우에는 제2 발광 동작모드로 설정하여, 상기 제1 발광 동작모드에서는 제1 발광 회로부(300)의 동작을 제어할 수 있고, 상기 제2 발광 동작모드에서는 상기 제2 발광 회로부(400)의 동작을 제어할 수 있다.

여기서, 제1 발광 동작모드에서는, 상기 정류부(100)에서 출력되는 전압이 낮아 상기 제2 발광 회로부(400)의 발광 다이오드를 켤 수 없는 구간에서 효과적이다. 또한, 필요에 따라서는 제1 발광 회로부(300)는 제2 발광 회로부(400)의 발광 다이오드를 켤 수 있는 구간에서도 동작될 수 있다.

첫 번째, 도 10 및 도 12를 참조하여 제1 발광 동작모드에서의 제1 발광 회로부(300)의 동작을 설명한다.

도 12의 (A)에서, 상기 정류부(100)에서 출력되는 직류전압(Vrec)은, 정류된 사인파의 모양의 파형으로써, 시간적으로 변화한다.

이때, 제1 발광 회로부(300)의 초단 스위치(SW0)를, 도 12의 (B)에 보인 바와 같이 온/오프(on/off)를 반복하는 펄스모드로 구동하면, 도 12의 (C)에 보인 바와 같이, 상기 인턱터(L3)의 전류는 상기 초단 스위치(SW0)의 온(on) 구간에서는 증가하여, 상기 인덕터(L3)에 에너지가 축적된다. 이후 상기 초단 스위치(SW0)를 오프(off)되면, 상기 흐르던 전류가 상기 초단 스위치(SW0)를 통해서는 더 이상 흘러갈 수 없게 된다.

이러한 상황에서, 상기 인덕터(L3)에는 축적된 에너지로 인해 전류를 계속 흘리려고 하므로, 오프된 초단 스위치(SW0)를 통하지 않고, 상기 초단 다이오드 그룹(310)의 환류다이오드(Df4)와 발광부(LEDG)를 통하여 흐르게 된다. 이 전류의 흐름에 의해 도 12의 (D)에 도시된 바와 같이, 상기 제1발광 회로부(300)의 발광부(LEDG)에 포함된 발광 다이오드가 발광하게 된다.

전술한 바와 같이, 환류전류 흐름의 과정에서 인덕터(L3)에 축적되었던 에너지는 소모되며, 이에 비례하여 인덕터(L3)의 전류도 감소한다. 여기서, 초단 스위치(SW0)의 오프 구간이 길어지면 축적된 에너지가 완전히 소진되어 전류가 영(ZERO)으로 감소할 수 있으므로, 완전히 영이 되는 시간보다 짧은 시간 동안 오프하게 되면 상기 인덕터(L3)의 전류는 계속 흐르게 할 수 있다.

두 번째, 도 10 및 도 13을 참조하여 제2 발광 동작모드에서의 제2 발광 회로부(400)의 동작을 설명한다.

도 10을 참조하면, 상기 전류 제어부(600)는, 상기 제2 발광 동작모드에서는, 상기 전압 검출부(200)에 의해 검출된 검출전압의 크기에 따라, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹(LEDG1~LEDGn)에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 제1 내지 제n 스위치(SW1~SWn)를 제어할 수 있다.

도 10 및 도 13을 참조하면, 제2 발광 동작모드에서는, 상기 정류부(100)에서 출력되는 전압이 증가하여 상기 제2 발광 회로부(400)의 제1 내지 제3 발광 다이오드그룹(LEDG1,LEDG2,LEDG3)중 하나 이상의 발광 다이오드그룹을 켤 수 있는 구간에서 효과적이다. 또한, 필요에 따라서는 제2 발광 회로부(400)는 상기 제1 발광 회로부(300)의 인덕터(L3)의 동작을 이용하여 이 보다 낮은 전압에서도 동작될 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 전류 제어부(600)는, 전압 검출부(200)에서 상기 정류부(100)의 출력전압(Vrec)을 검출하여, 이 검출전압(Vd)의 크기에 근거하여 현재의 입력전압으로 켤 수 있는 발광 다이오드그룹의 개수를 결정하고, 이와 같이 결정된 발광 다이오드그룹에 해당하는 스위치를 온시키고, 해당 발광 다이오드그룹에 목표전류가 지속적으로 흐르도록 스위치 회로부(500)의 해당 스위치의 전기 전도도를 조절한다.

예를 들어 보다 상세히 설명하면, 본 발명의 전류 제어부(600)는, 상기 검출전압(Vd)이 제1 기준전압(Vref1)보다 증가하면 제1 스위치(SW1)를 온시키고, 상기 검출전압(Vd)이 제2 기준전압(Vref2)과 제3 기준전압(Vref3) 사이에서는 상기 제1 스위치(SW1)를 오프시키고, 제2 스위치(SW2)를 온시키고, 또는 검출전압(Vd)이 제3 기준전압(Vref3) 이상에서 제2 스위치(SW2)를 오프시키고, 제3 스위치(SW3)를 온시킨다.

여기서, 제1, 제2 및 제3 기준전압(Vref1,Vref2,Vref3)은 사전에 미리 크기를 제1 기준전압(Vref1) < 제2 기준전압(Vref2) < 제3 기준전압(Vref3)으로 설정된다.

한편, 도 13의 (C) 내지 (F)에서, 제1, 제2 및 제3 스위치(SW1,SW2,SW3)의 세로 높이는 전기 전도도를 의미한다. 이에 따라, 상기 전류 제어부(600)는 지속적으로 해당 스위치의 전기 전도도를 조절하여 각각의 구간에서의 목표전류를 흐르게 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도 13에 도시한 바와 같이, 상기 스위치 회로부(500)의 제1, 제2 및 제3 스위치(SW1,SW2.SW3)의 온/오프를 수행하면 검출전압(Vd)이 제1 기준전압(Vref1)~제2 기준전압(Vref3) 사이에서는 제1 발광 다이오드그룹(LEDG1)의 발광 다이오드만 점등시킬 수 있다.

또는 검출전압(Vd)이 제2 기준전압(Vref2)~제3 기준전압(Vref3) 사이에서는 제1 발광 다이오드그룹(LED1)의 발광 다이오드와 제2 발광 다이오드그룹(LEDG2)의 발광 다이오드를 점등시킬 수 있다.

또는 검출전압(Vd)이 제3 기준전압(Vref3) 이상에서는 제1,제2 및 제3 발광 다이오드그룹(LED1,LED2,LED3) 모두의 발광 다이오드를 점등시키게 된다.

또한, 이 경우에도, 상기 스위치 회로부(400)의 해당 스위치의 온/오프와 전기 전도도를 조절하면, 도 13에 나타낸 바와 같이, 인덕터 전류의 파형과 같은 인덕터(L3)에 전류를 흐르게 할 수 있으며, 이에 따라 입력전압의 크기에 따라 목표전류를 적절히 설정하면 대략 0.9 이상의 우수한 역율을 얻을 수 있다.

한편, 도 14를 참조하면, 본 발명의 전원장치에 입력되는 입력전력(Pin)은 입력전압과 전류의 곱으로 계산할 수 있으며, 본 발명의 제1 및 제2 발광 회로부(300,400)의 발광 다이오드를 켜는데 사용된 출력전력(Pout)은 해당 발광 다이오드에 인가된 전압과 전류의 곱으로 계산할 수 있다.

도 14에는, 도 13에 도시한 제1 및 제2 발광 회로부(300,400)의 동작에 의한 입력전력(Pin)과 출력전력(Pout)을 나타내었다. 도 14에서, 입력전력(Pin)과 출력전력(Pout)의 차이, 즉 발광 다이오드 동작에 사용되지 않고 열로 소모된 전력 손실은 빗금친 영역과 같다.

이상에서의 설명에서는, 설명의 편의상, 제2 발광 회로부(400)에 3개의 제1, 제2 및 제3 발광 다이오드그룹(LEDG1,LEDG2,LEDG3)을 포함하는 경우에 대해 설명하였으나, 이와 달리, 발광 다이오드그룹의 개수를 변경하거나 각 발광 다이오드그룹내에 포함되는 발광 다이오드의 개수를 적절히 조정하면 전력손실을 줄여 전력효율을 높일 수 있다.

다른 한편, 전술한 도 13의 (A) 내지 (F)가, 제2 발광 동작모드에서 각 스위치들이 각 전압 구간에서 계속 온상태를 유지하는 회로동작을 설명한 것이라면, 도 15 및 도 16은 각 스위치들이 계속 온 상태를 유지하지 않고, 온/오프를 반복하는 제2 발광 동작모드에서의 펄스동작모드에 대해 보이고 있다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 전류 제어부(600)는, 스위치 회로부(500)의 제1, 제2, 제3 스위치(SW1,SW2,SW3)의 온/오프의 비율과 주기 및 전기 전도도를 지속적으로 조절하여, 해당 발광 다이오드 그룹에서 목표전류에 근접하여 전류가 흐르도록 제어할 수 있다.

특히, 도 16을 참조하여, 도 15의 PA 부분을 확대하여 펄스동작모드에 대해 설명하면, 도 16에 나타낸 바와 같이, 인덕터(L3)에 흐르는 전류는 제3 스위치(SW3)의 오/오프와 전기 전도도에 따라 증가와 감소를 반복한다.

이때, 제3 스위치(SW3)가 온 상태인 경우, 상기 제3 스위치(SW3)를 통해 흐르는 전류는 제1, 제2 및 제3 발광 다이오드그룹(LEDG, LEDG2, LEDG3)을 모두 발광시키는데 기여하며, 상기 제3 스위치(SW3)가 오프되면, 상기 제3 스위치(SW3)를 통해 전류가 흐르지 못하게 된다.

이에 따라, 상기 제3 스위치(SW3)를 통해 흐르던 전류는 제1 발광 회로부(300)의 초단 다이오드 그룹(310)에 포함되는 환류다이오드(Df3)와 발광부(LEDG)를 통하여 흐르게 되며, 상기 제1 발광 회로부(300)의 발광부(LEDG)에 포함된 발광 다이오드의 발광에 기여하게 된다.

전술한 바와 같이, 발광 다이오드는 켜졌다 꺼졌다를 반복하여 동작하는 것이 지속적으로 켜진 상태로 동작할 때 보다 광효율이 증가하며 수명이 증가하게 된다. 이러한 이유로 펄스동작모드로 동작하면 광효율과 장치의 수명을 연장하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

즉, 상기 전류 제어부(600)는, 발광 다이오드의 수명과 광효율을 향상시키기 위해, 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 상기 스위치 회로부(500)와, 상기 제1 발광 회로부(300)의 초단 스위치(SW0)를 펄스방식으로 온/오프 제어하여, 상기 제1 발광 회로부(300) 및 상기 제2 발광 회로부(400)를 점등/소등을 반복하는 펄스 동작 모드로 제어할 수 있다.

또 다른 한편, 최근, 이산화탄소 가스 배출에 의한 지구 온난화, 환경오염 및 화석에너지 고갈 문제를 해결하기 위해, 종래의 백열등과 형광등에 대한 사용금지가 각 국에서 추진되고 있어, 종래의 백열등과 형광등을 대체하는 소위 발광 다이오드 백열등과 형광등 및 이를 이용한 조명시장이 급격하게 성장하고 있다.

이러한 발광 다이오드 백열등과 형광등에 종래의 기술로 구현된 전원장치를 사용한 경우에는 별도의 역율제어회로와 고전압고용량 콘덴서가 필요하기 때문에 공간적 제약이 많고, 제품의 수명도 단축되며, 제품 생산 비용의 높아지는 문제가 있다.

이에 따라, 본 발명의 발광 다이오드 전원장치가, 제1 발광 동작과 제2 발광 동작을 통해서, 별도의 역율개선회로 및 고용량 콘덴서가 필요 없는 제품으로 제공될 수 있게 되었으므로, 조명이나 디스플레이의 수명향상과 가격경쟁력의 향상을 얻을 수 있다.

50 : 교류전원 100 : 정류부
200 : 전압 검출부 300 : 제1 발광 회로부
310 : 초단 다이오드 그룹 400 : 제2 발광 회로부
500 : 스위치 회로부 600 : 전류 제어부
T11,T12 : 제1 및 제2 출력
LEDG1~LEDGn : 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹
TC1~TCn : 캐소드 단자 SW1~SWn : 제1 내지 제n 스위치
L3 : 인덕터 Df3 : 환류다이오드
LEDG : 발광부 SW0 : 초단 스위치

Claims

교류전원을 정류하여 직류전원을 제1 및 제2 출력을 통해 출력하는 정류부;
상기 정류부의 제1 출력단에 연결되어, 상기 정류부의 출력 전압을 검출하는 전압 검출부;
상기 정류부의 제1 출력단에 연결된 제1 발광 회로부;
상기 제1 발광 회로부와 상기 정류부의 제2 출력단 사이에 직렬로 연결된 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹을 갖는 제2 발광 회로부;
상기 제2 발광 회로부의 캐소드 단자와 상기 정류부의 제2 출력단 사이에 연결되어, 상기 제2 발광 회로부를 통해 흐르는 전류를 조절하는 스위치 회로부; 및
상기 전압 검출부에 의해 검출된 검출전압의 크기에 따라, 제1 발광 회로부의 동작을 제어하고, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 스위치 회로부를 제어하는 전류 제어부
를 구비하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제1항에 있어서, 상기 스위치 회로부는,
상기 제2 발광 회로부의 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹 각각의 캐소드 단자 각각과 상기 정류부의 제2 출력단 사이에 연결되어, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹 각각을 통해 흐르는 전류를 조절하는 제1 내지 제n 스위치를 포함하는 것
을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제2항에 있어서, 상기 전류 제어부는,
상기 전압 검출부에 의해 검출된 검출전압의 크기에 따라, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 제1 내지 제n 스위치를 제어하는 것
을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제3항에 있어서, 상기 전류 제어부는,
상기 전압 검출부에 의해 검출된 검출전압과 그 변화율에 따라 설정된 목표전류가 상기 제2 발광 회로부의 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹에 지속적으로 흐르도록 상기 스위치 회로부의 제1 내지 제n 스위치의 전기 전도도를 제어하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 발광 회로부는,
상기 정류부의 제1 출력단에 연결된 일단을 갖는 인덕터;
상기 인덕터의 타단에 연결된 애노드가 연결되고, 상기 인덕터의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹; 및
상기 인덕터의 타단과 상기 정류부의 제2 출력단 사이에 연결되어, 상기 초단 다이오드 그룹에 흐르는 전류를 조절하는 초단 스위치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제5항에 있어서, 상기 초단 다이오드 그룹은,
상기 인덕터의 타단에 연결된 애노드를 갖는 환류다이오드; 및
상기 환류다이오드의 캐소드와 상기 인덕터의 일단 사이에, 상기 환류다이오드와 동일한 방향으로 연결된 1개 이상의 발광 다이오드를 갖는 발광부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제6항에 있어서, 상기 전류 제어부는,
상기 전압 검출부에 의해 검출된 검출전압의 크기가 미리 설정된 제1 기준전압보다 작을 경우에는 제1 발광 동작모드로 설정하고, 상기 검출전압의 크기가 미리 설정된 제1 기준전압보다 작지 않을 경우에는 제2 발광 동작모드로 설정하여, 상기 제1 발광 동작모드에서는 제1 발광 회로부의 동작을 제어하고, 상기 제2 발광 동작모드에서는 상기 제2 발광 회로부의 동작을 제어하는 것
을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제7항에 있어서, 상기 전류 제어부는,
상기 제1 발광 동작모드에서, 상기 제1 발광 회로부의 발광부에 흐르는 전류를 조절하기 위해, 상기 초단 스위치를 미리 정해진 시간동안 온으로 제어하여, 상기 초단 스위치의 온시간 동안에 상기 인덕터에 축적된 에너지를 이용하여 상기 제1 발광 회로부의 발광부를 동작시키는 것
을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제7항에 있어서, 상기 전류 제어부는,
상기 제2 발광 동작모드에서는, 상기 전압 검출부에 의해 검출된 검출전압의 크기에 따라, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹에 흐르는 적정 전류를 조절하기 위해, 상기 제1 내지 제n 스위치를 제어하는 것
을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제7항에 있어서, 상기 전류 제어부는,
발광 다이오드의 수명과 광효율을 향상시키기 위해, 상기 스위치 회로부와, 상기 제1 발광 회로부의 초단 스위치를 펄스방식으로 온/오프 제어하여 상기 제1 발광 회로부 및 상기 제2 발광 회로부를 점등/소등을 반복하는 펄스 동작 모드로 제어하는 것
을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제7항에 있어서, 상기 초단 스위치 및 상기 스위치 회로부의 제1 내지 제n 스위치 각각은,
1개 이상의 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 발광 회로부는,
상기 정류부의 제1 출력단에 연결된 일단을 갖는 인덕터;
상기 인덕터의 타단에 애노드가 연결되고, 상기 인덕터의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹
를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제12항에 있어서, 상기 초단 다이오드 그룹은,
상기 인덕터의 타단에 연결된 애노드를 갖는 환류다이오드; 및
상기 환류다이오드의 캐소드와 상기 인덕터의 일단 사이에, 상기 환류다이오드와 동일한 방향으로 연결된 1개 이상의 발광 다이오드를 갖는 발광부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 발광 회로부는,
상기 정류부의 제1 출력단에 연결된 일단을 갖는 인덕터; 및
상기 제2 발광 회로부의 제n 발광 다이오드 그룹의 캐소드단에 애노드가 연결되고, 상기 인덕터의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹
를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제14항에 있어서, 상기 초단 다이오드 그룹은,
상기 제2 발광 회로부의 제n 발광 다이오드 그룹의 캐소드단에 연결된 애노드를 갖는 환류다이오드; 및
상기 환류다이오드의 캐소드와 상기 인덕터의 일단 사이에, 상기 환류다이오드와 동일한 방향으로 연결된 1개 이상의 발광 다이오드를 갖는 발광부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 발광 회로부는,
상기 정류부의 제1 출력단에 연결된 일단을 갖는 인덕터;
상기 제2 발광 회로부의 제n 발광 다이오드 그룹의 캐소드단에 애노드가 연결되고, 상기 인덕터의 일단에 캐소드가 연결된 1개 이상의 다이오드를 갖는 초단 다이오드 그룹; 및
상기 인덕터의 타단과 상기 정류부의 제2 출력단 사이에 연결되어, 상기 초단 다이오드 그룹에 흐르는 전류를 조절하는 초단 스위치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제16항에 있어서, 상기 초단 다이오드 그룹은,
상기 제2 발광 회로부의 제n 발광 다이오드 그룹의 캐소드단에 연결된 애노드를 갖는 환류다이오드; 및
상기 환류다이오드의 캐소드와 상기 인덕터의 일단 사이에, 상기 환류다이오드와 동일한 방향으로 연결된 1개 이상의 발광 다이오드를 갖는 발광부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제3항에 있어서, 상기 스위치 회로부의 제1 내지 제n 스위치 각각은, 1개 이상의 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹 각각은
1개 또는 서로 직렬로 연결된 2개 이상의 발광 다이오드를 포함하는 것
을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제19항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹 각각은,
2개 이상의 발광 다이오드를 갖는 직렬 스트링이 1개 또는 2개 이상 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제19항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹 각각은
동일한 개수의 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제19항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹중 적어도 하나는,
역율과 전력효율을 향상시키기 위해, 상기 제1 내지 제n 발광 다이오드 그룹중 다른 그룹에 포함되는 발광 다이오드의 개수와 다른 개수의 발광 다이오드를 포함하는 것
을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제5항, 제12항, 제14항 및 제16항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는,
그 전체 혹은 일부가 모노리딕IC 또는 하이브리드 IC로 구현되는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제5항, 제12항, 제14항 및 제16항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는,
상기 교류전원과 정류부 사이에, EMI, EMC 특성 개선 및 서지 특성 개선을 위해. 1개 이상의 인덕터를 포함하는 필터 및 서지 개선회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제5항, 제12항, 제14항 및 제16항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 인덕터는,
PCB의 금속패턴으로 구현되는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제1항에 있어서, 상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는,
상기 교류전원과 정류부 사이 또는 상기 정류부와 전압검출부 사이에 전압변환을 하기 위해, 1개 이상의 트랜스포머 코일을 포함하는 전압변환회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.
제1항 있어서, 상기 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치는,
상기 정류부는, 정류작용과 동시에 서지특성 개선할 수 있도록 정류부의 4개의 다이오드 중 적어도 하나는 TVS 다이오드로 이루어진 것을 특징으로 하는 벅부스트형 발광 다이오드 전원장치.