KR20110092526A - Ｌｅｄ 구동 장치 및 이를 포함하는 ｌｅｄ 조명 장치 - Google Patents

Ｌｅｄ 구동 장치 및 이를 포함하는 ｌｅｄ 조명 장치 Download PDF

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Abstract

다양한 LED 연결 구조를 갖는 복수의 LED 어레이를 효율적으로 구동할 수 있는 LED 구동 장치 및 이를 포함하는 LED 조명 장치가 개시된다. 상기 LED 구동 장치는, 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 방식으로 연결된 복수의 LED를 포함하는 복수의 LED 어레이를 구동하기 위한 LED 구동 장치에 있어서, 입력 전압을 스위칭 방식으로 변환하여 상기 LED 어레이를 구동하기 위한 순방향 전압을 생성하는 스위칭 구동부; 및 상기 복수의 LED 어레이 중 적어도 하나에 연결되어 상기 연결된 LED 어레이에 흐르는 순방향 전류를 선형 제어 방식으로 일정하게 유지하는 적어도 하나의 선형 구동부를 포함할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 구동 장치 및 이를 포함하는 ＬＥＤ 조명 장치{LED DRIVING APPARATUS AND LED LAMP COMPRISING THE SAME}
본 발명은 LED를 구동하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 LED 연결 구조를 갖는 복수의 LED 어레이를 동시 구동할 수 있는 LED 구동 장치 및 이를 포함하는 LED 조명 장치에 관한 것이다.
최근 조명 분야에서는 기존의 형광등 또는 백열등을 대체하는 새로운 광원으로서 LED가 급속도로 개발 보급되고 있다. 이 LED는 현재까지 사용되던 형광등 또는 백열등을 대체하여 추후 대부분의 조명 장치에서 광원으로 사용될 것으로 전망되고 있다.
이러한 LED는 일반 가정용 조명 뿐만 아니라, 자동차의 전조등, 차폭등, 미등 및 실내등과 같은 자동차용 조명에도 급속도로 보급되고 있다. 그러나, 자동차용 LED 조명에서 LED를 구동하기 위한 구동 장치로는 주로 선형 방식의 구동 장치가 사용되고 있다.
이 선형 방식의 구동장치는 자동차 배터리에서 제공되는 전압과 LED를 구동하기 위한 순방향 전압의 차이에서 발열로 인한 에너지 소모가 발생한다. 또한 선형 구동 장치는 저전류에서는 회로가 단순하지만, 고전류로 갈수록 효율이 저하되고 소모 전력의 한계로 인해 추가적인 구동 장치가 필요하게 되는 단점이 있다.
이러한 선형 방식의 단점을 해결하기 위해 고급 차량에는 효율이 우수한 스위칭 방식의 구동장치가 채용되고 있는 추세이다. 그러나, 자동차에 사용되는 램프들을 구성하는 다수의 LED 어레이들은 각각이 서로 다른 순방향 전압이나 순방향 전류를 필요로 하며, 특히 하나의 램프 장치에서도 디자인이나 운전편의를 제공하기 위해 서로 다른 밝기로 LED를 구동해야 하는 등 다수의 채널로 LED 어레이를 구동하여야 하는 경우가 빈번하게 발생한다. 따라서, 복수의 LED 어레이마다 고가의 스위칭 구동 장치를 적용하는 것은 제조 단가를 증가 시킬 뿐만 아니라, 스위칭 구동 장치를 구현하는데 필요한 여러가지 주변부품들(예를 들어, 인덕터, 쇼트키 다이오드, MOSFET)로 인해 추가적인 비용 증가와 사이즈 증가 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 다양한 LED 연결 구조를 갖는 복수의 LED 어레이를 효율적으로 구동할 수 있는 LED 구동 장치 및 이를 포함하는 LED 조명 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 방식으로 연결된 복수의 LED를 포함하는 복수의 LED 어레이를 구동하기 위한 LED 구동 장치에 있어서.
입력 전압을 스위칭 방식으로 변환하여 상기 LED 어레이를 구동하기 위한 순방향 전압을 생성하는 스위칭 구동부; 및
상기 복수의 LED 어레이 중 적어도 하나에 연결되어 상기 연결된 LED 어레이에 흐르는 순방향 전류를 선형 제어 방식으로 일정하게 유지하는 적어도 하나의 선형 구동부
를 포함하는 LED 구동 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 복수의 LED 어레이 중 선형 구동부가 연결되지 않는 LED 어레이에 직렬연결된 보상용 저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 스위칭 구동부 및 상기 적어도 하나의 선형 구동부를 제어하여 상기 복수의 LED 어레이에 흐르는 순방향 전류의 크기를 조정하는 디밍제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
입력 전압을 스위칭 방식으로 변환하여 LED 어레이를 구동하기 위한 순방향 전압을 생성하는 스위칭 구동부;
상기 스위칭 구동부에서 생성된 순방향 전압을 인가 받아 발광하며, 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 방식으로 연결된 복수의 LED를 포함하는 복수의 LED 어레이; 및
상기 복수의 LED 어레이 중 적어도 하나에 연결되어 상기 연결된 LED 어레이에 흐르는 순방향 전류를 선형 제어 방식으로 일정하게 유지하는 선형 구동부
를 포함하는 LED 조명 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 복수의 LED 어레이 중 적어도 일부는 서로 다른 크기의 순방향 전류로 구동될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 복수의 LED 어레이는 LED 직렬 연결의 수가 상호 동일할 수 있다. 이 실시형태에서, 상기 복수의 LED 어레이 중 선형 구동부가 연결되지 않는 LED 어레이에 직렬연결된 보상용 저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 스위칭 구동부 및 상기 적어도 하나의 선형 구동부를 제어하여 상기 복수의 LED 어레이에 흐르는 전류의 크기를 조정하는 디밍제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 스위칭 구동부를 통해 순방향 전압에 상응하는 전압을 제공함으로써 각 LED 어레이에 연결된 선형 구동부 또한 자체적으로 소모하여야 하는 에너지가 매우 적으므로 용량이 큰 IC로 구현하지 않아도 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, LED 어레이의 직렬연결 수를 조정하기 위해 등가저항을 적용함으로써 LED 어레이 구성에 더욱 유연성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 각 LED 어레이마다 고가의 스위칭 구동부를 사용하지 않으며 필요한 LED 어레이에만 단순한 구조를 갖고 저가인 선형 구동부를 적용함으로써, 제조 단가의 절감 및 회로구조를 단순화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 하나의 스위칭 구동부만 사용함으로써, 스위칭 구동부를 구현하는데 필요한 많은 수의 부품들, 예를 들어, 인덕터, 쇼트키 다이오드, MOSFET 등이 추가로 필요하지 않으므로 비용 및 사이즈 절감의 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 구동 장치 및 LED 조명 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 어레이의 다양한 연결구조를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 구동 장치 및 LED 조명 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 구동 장치는, LED 어레이(11-1 내지 11-3)을 구동하기 위한 순방향 전압(Vf)을 생성하는 스위칭 구동부(12) 및 LED 어레이(11-2, 11-3)에 흐르는 순방향 전류를 선형 제어 방식으로 일정하게 유지하는 적어도 하나의 선형 구동부(13-1, 13-2)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 조명 장치는, 상기 LED 구동 장치에 더하여 복수의 LED 어레이(11-1 내지 11-3)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 구동 장치 및 LED 조명 장치는 전술한 구성에 더하여 디밍제어부(14)를 더 포함할 수 있다.
상기 스위칭 구동부(12)는 입력되는 직류 전압(입력 전압)을 LED 어레이(11-1 내지 11-3)의 구동에 필요한 순방향 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. 통상 입력전압의 크기는 LED 어레이(11-1 내지 11-3)의 구동에 필요한 순방향 전압의 크기와는 다르며, LED 어레이(11-1 내지 11-3) LED의 종류나 연결 개수 등에 따라 순방향 전압의 크기가 달라질 수 있으므로, 상기 스위칭 구동부(12)는 입력 전압의 크기를 변환하여 LED 구동에 필요한 구동전압의 크기에 대응되는 크기의 전압을 생성하고 이를 출력한다.
한편, 상기 스위칭 구동부(12)는 스위칭 소자의 온/오프 듀티비를 제어하여 출력되는 전류의 크기를 일정하게 제어하는 정전류 제어를 수행할 수 있다. 당업계에 통상적인 기술으로 알려진 바와 같이, 상기 스위칭 구동부(12)는 LED 어레이(11-1 내지 11-3)의 적어도 일부에 흐르는 전류를 검출하고 검출된 전류의 크기와 사전 설정된 기준 전류의 크기를 비교하여 LED 어레이(11-1 내지 11-3)에 흐르는 전류의 크기가 일정하게 유지될 수 있도록 스위칭 소자의 온/오프 듀티비를 제어하여 LED 어레이(11-1 내지 11-3)로 제공되는 전류의 크기를 제어할 수 있다.
상기 스위칭 구동부(12)는 당업계에 알려진 승압식 직류/직류 변환기(Boost type DC/DC converter), 강압식 직류/직류 변환기(Buck type DC/DC converter) 또는 두 가지 방식을 혼용한 DC/DC 변환기(Buck-Boost type DC/DC converter)를 모두 채용할 수 있다.
상기 선형 구동부(13-1, 13-2)는 상기 스위칭 구동부(12)로부터 순방향 전압을 제공받는 다수의 LED 어레이(11-1 내지 11-3) 중 적어도 일부에 직렬연결되어 자신이 연결된 LED 어레이에 제공되는 전류를 일정하게 유지할 수 있다. 예를 들어, 상기 선형 구동부(13-1, 13-2)는 트랜지스터를 이용하여 구현될 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 선형 구동부(13-1, 13-2)는 자신이 연결된 LED 어레이에 흐르는 전류의 크기를 검출하고 이 검출된 전류의 크기와 사전 설정된 기준 전류의 크기를 비교한 결과에 따라 LED 어레이에 콜렉터가 연결된 트랜지스터의 베이스 전류를 조정하는 방식으로 구현될 수 있다. 즉, 상기 선형 구동부(13-1, 13-2)는 전술한 비교결과에 따라 베이스 전류를 조정함으로써 트랜지스터의 콜렉터로부터 에미터로 흐르는 전류의 크기를 제어하는 방식으로 구현될 수 있다.
상기 LED 어레이(11-1 내지 11-3)는 상호 직렬, 병렬 및 직병렬 혼용 방식으로 연결된 복수의 LED를 포함할 수 있다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 어레이의 다양한 연결구조를 도시한다. 상기 LED 어레이(11-1 내지 11-3)는 도 2 및 도 3에 도시한 것과 같이 직렬연결과 병렬연결이 혼용되어 연결된 LED(D)로 구현될 수도 있고 도 4에 도시한 것과 같이 LED(D)의 직렬연결만으로 구현될 수도 있다.
예를 들어, 도 2의 LED 어레이에 사용된 LED(D)들이 개당 50 ㎃의 순방향 전류가 요구되는 LED라고 하면, LED 어레이는 7 개의 LED가 병렬연결된 구조를 가지므로 LED 어레이 전체에는 총 350 ㎃의 순방향 전류가 요구된다. 또한, 도 3의 LED 어레이에 사용된 LED(D)들이 개당 150 ㎃의 순방향 전류가 요구되는 LED라고 하면, LED 어레이는 5 개의 LED가 병렬연결된 구조를 가지므로 LED 어레이 전체에는 총 750 ㎃의 순방향 전류가 요구된다. 도 3에서 저항(R)은 직병렬의 연결구조를 형성하는데 부족한 LED를 대체하는 등가저항이다. 또한, 도 4의 LED 어레이는 세 개의 LED 만 직렬연결된 구조로서 하나의 LED가 300 ㎃의 순방향 전류가 요구되는 LED라고 하면 전체 LED 어레이도 300 ㎃의 순방향 전류가 요구된다.
본 발명의 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 같이 서로 다른 크기의 순방향 전류를 필요로하는 LED 어레이를 하나의 스위칭 구동부(12)의 출력에 연결하고, 이 LED 어레이들 중 적어도 일부에 각각 선형 구동부(14-1, 14-2)를 연결하여, 스위칭 구동 방식과 선형 구동 방식을 혼용한다. 상기 하나의 스위칭 구동부(12)의 출력에 연결되는 LED 어레이들(11-1 내지 11-3)은 동일한 크기의 순방향 전압이 인가되므로, 이 동일한 크기의 순방향 전압에 의해 동작할 수 있도록 직렬 연결되는 LED의 수가 상호 동일하게 설정되는 것이 바람직하다. 일례로서, 전술한 도 2 내지 도 4는 세 개의 LED가 직렬연결을 형성하는 구조를 도시한다.
한편, LED 어레이들 중 선형 구동부(14-1, 14-2)가 연결되지 않는 LED 어레이(11-1)는 선형 구동부(14-1, 14-2)가 연결되지 않는 LED 어레이(11-1)에서 선형 구동부(14-1, 14-2)에 의한 전압 강하 성분(헤드룸)을 고려하여 이를 보상하기 위한 보상저항을 해당 LED 어레이(11-1)에 직렬로 연결할 수 있다.
상기 디밍제어부(14)는 전술한 스위칭 구동부(12)와 선형 구동부(13)를 제어하여 상기 복수의 LED 어레이(11-1 내지 11-3)에 흐르는 순방향 전류의 크기를 조정하도록 동작할 수 있다. 전술한 예시들에서, 상기 디밍제어부(14)는 외부의 사용자 입력에 따라 LED 어레이에 흐르는 전류의 크기를 검출한 값과 비교 대상이 되는 기준 전류의 크기를 조정함으로써 디밍 제어가 수행될 수 있다. 디밍 제어의 방식으로는 아날로그 디밍 방식과 PWM 디밍 방식이 알려져 있으며, 본 발명에서는 어느 방식이 적용되더라도 상관없다.
이상에서 기술한 바와 같은 구성에 의해 본 발명은 현저한 효과를 얻을 수 있다.
종래의 선형 구동부만 사용한 구동 회로에서는, 제공되는 입력전압과 LED 어레이의 순방향 전압의 차이가 큰 경우 입력 전압과 LED 어레이의 순방향 전압의 차이만큼의 전압에 의한 에너지를 선형 구동부 자체가 열로서 소모함으로써 발열이 심하고 효율이 저하되는 등의 문제가 발생하였다. 그러나 본 발명은, 복수의 LED 어레이에서 직렬 연결되는 LED의 수를 통일하여 하나의 스위칭 구동부만으로 순방향 전압을 공급할 수 있게한다. 또한, 하나의 스위칭 구동부를 통해 순방향 전압에 상응하는 전압을 제공함으로써 각 LED 어레이에 연결된 선형 구동부 또한 자체적으로 소모하여야 하는 에너지가 매우 적으므로 용량이 큰 IC로 구현하지 않아도 되는 장점이 있다. 또한, LED 어레이의 직렬연결 수를 조정하기 위해 등가저항을 적용함으로써 LED 어레이 구성에 더욱 유연성을 가질 수 있다.
또한, 각 LED 어레이마다 고가의 스위칭 구동부를 사용하지 않으며 필요한 LED 어레이에만 단순한 구조를 갖고 저가인 선형 구동부를 적용함으로써, 제조 단가의 절감 및 회로구조의 단순화를 가져올 수 있다.
또한, 하나의 스위칭 구동부만 사용함으로써, 스위칭 구동부를 구현하는데 필요한 많은 수의 부품들, 예를 들어, 인덕터, 쇼트키 다이오드, MOSFET 등이 추가로 필요하지 않으므로 비용 및 사이즈 절감의 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
11-1 내지 11-3: LED 어레이 12: 스위칭 구동부
13-1, 13-2: 선형 구동부 14: 디밍제어부

Claims (8)

  1. 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 방식으로 연결된 복수의 LED를 포함하는 복수의 LED 어레이를 구동하기 위한 LED 구동 장치에 있어서,
    입력 전압을 스위칭 방식으로 변환하여 상기 LED 어레이를 구동하기 위한 순방향 전압을 생성하는 스위칭 구동부; 및
    상기 복수의 LED 어레이 중 적어도 하나에 연결되어 상기 연결된 LED 어레이에 흐르는 순방향 전류를 선형 제어 방식으로 일정하게 유지하는 적어도 하나의 선형 구동부
    를 포함하는 LED 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LED 어레이 중 선형 구동부가 연결되지 않는 LED 어레이에 직렬연결된 보상용 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 구동부 및 상기 적어도 하나의 선형 구동부를 제어하여 상기 복수의 LED 어레이에 흐르는 순방향 전류의 크기를 조정하는 디밍제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  4. 입력 전압을 스위칭 방식으로 변환하여 LED 어레이를 구동하기 위한 순방향 전압을 생성하는 스위칭 구동부;
    상기 스위칭 구동부에서 생성된 순방향 전압을 인가 받아 발광하며, 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 방식으로 연결된 복수의 LED를 포함하는 복수의 LED 어레이; 및
    상기 복수의 LED 어레이 중 적어도 하나에 연결되어 상기 연결된 LED 어레이에 흐르는 순방향 전류를 선형 제어 방식으로 일정하게 유지하는 선형 구동부
    를 포함하는 LED 조명 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 LED 어레이 중 적어도 일부는 서로 다른 크기의 순방향 전류로 구동되는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 LED 어레이는 LED 직렬 연결의 수가 상호 동일한 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 LED 어레이 중 선형 구동부가 연결되지 않는 LED 어레이에 직렬연결된 보상용 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 구동부 및 상기 적어도 하나의 선형 구동부를 제어하여 상기 복수의 LED 어레이에 흐르는 순방향 전류의 크기를 조정하는 디밍제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명 장치.
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