KR20120026949A - Led lighting driving circuit - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A light emitting diode drive circuit for illumination is provided to reduce EMI(Electro-Magnetic Interference) or EMC(Electro-Magnetic Compatibility) by reducing switching noise. CONSTITUTION: A bridge circuit part(410) outputs positive voltage from Vac voltage. A voltage detector(420) determines the size of input voltage. The voltage detector controls an upper switch(440) and a lower switch(450). A voltage-current converter(430) generates current proportional to the input voltage. The upper switch and the lower switch change a connection state of light emitting diode groups(460).

Description

조명용 발광 다이오드 구동 회로{LED LIGHTING DRIVING CIRCUIT}LED Driving Circuit for Lighting {LED LIGHTING DRIVING CIRCUIT}

본 발명은 조명용 발광 다이오드 구동 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode driving circuit.

기존의 발광 다이오드는 휴대폰, PDA, 노트북 등에 사용되는 액정 표시 장치의 백 라이트로 많이 사용되어 왔다. 그리고 발광 다이오드 제조 기술의 발달로 효율이 증가되고 휘도가 크게 개선되어, 발광 다이오드는 TV와 같은 대형 액정 표시 장치의 광원으로 사용될 뿐만 아니라, 일반 조명, 보안등, 가로등에도 널리 사용되고 있다. 발광 다이오드는 긴 수명, 친환경성의 특징이 있으며, 지속적인 광효율 개선 노력으로 향우 일반 조명용으로 널리 사용될 것이 예상된다.Conventional light emitting diodes have been widely used as backlights of liquid crystal displays used in mobile phones, PDAs, notebooks, and the like. In addition, the light emitting diode is not only used as a light source of a large liquid crystal display device such as a TV, but also widely used in general lighting, security lamps, and street lights. Light-emitting diodes are characterized by long lifespan and eco-friendliness, and are expected to be widely used in Hwangwoo general lighting due to continuous efforts to improve light efficiency.

일반적으로 발광 다이오드는 전류 구동 방식을 사용하는데, 일반 조명용으로 발광 다이오드를 사용하는 경우에는 상용전원 AC 220V나 110V를 사용한다. 그리고 구동 방식은 크게 SMPS(Switching Mode Power Supply)와 같은 인덕터와 캐패시터를 사용하는 컨버터(Converter) 방식과 SMPS를 사용하지 않는 리니어(Linear) 방식으로 구분할 수 있다. 도 1은 컨버터 방식의 발광 다이오드 구동 회로를 설명하기 위한 도면이다. 도 1와 같은 컨버터 방식의 경우, 리니어 방식에 비해 전기적 효율 및 광 효율은 높으나, 시스템의 구성이 복잡하고 스위칭시 나타나는 노이즈가 커서 EMI와 EMC를 발생시킬 수 있다. 또한 컨버터 방식의 경우, 역률 향상을 위해서는 별도의 역률 보정 회로를 사용해야 하며, 시스템 구성 가격이 높고, 캐패시터의 수명이 LED의 수명보다 짧은 단점이 있다. 도 2는 리니어 방식의 발광 다이오드 구동 회로를 설명하기 위한 도면이다. 일반적으로 리니어 방식은 시스템의 구성은 간단하나 전기적 효율과 역률이 낮다. 도 2와 같은 리니어 방식의 경우, 입력 전압이 높은 경우에만 전류가 흐르게 되어 역률이 낮고, 입력 전압이 낮은 경우에는 발광 다이오드가 동작하지 않아서 광 효율이 낮은 단점이 있다.In general, a light emitting diode uses a current driving method. When a light emitting diode is used for general lighting, commercial power AC 220V or 110V is used. The driving method can be classified into a converter method using an inductor and a capacitor such as a switching mode power supply (SMPS) and a linear method without using an SMPS. 1 is a view for explaining a converter-type LED driving circuit. In the case of the converter method as shown in FIG. 1, the electrical efficiency and the light efficiency are higher than those of the linear method, but the configuration of the system is complicated and the noise appearing at the time of switching is large, thereby generating EMI and EMC. In addition, in case of the converter type, a power factor correction circuit must be used to improve the power factor, and the system configuration cost is high and the life of the capacitor is shorter than that of the LED. 2 is a view for explaining a linear LED driving circuit. In general, the linear system is simple in configuration but low in electrical efficiency and power factor. In the case of the linear method as shown in FIG. 2, the current flows only when the input voltage is high, and thus the power factor is low. When the input voltage is low, the light emitting diode does not operate, resulting in low light efficiency.

개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 인덕터나 캐패시터를 포함하지 않아 스위칭시 노이즈를 줄여서 EMI나 EMC의 발생을 줄이면서, 고효율, 고역률 및 고 광효율을 가지는 발광 다이오드 구동 회로를 제공하는 데 있다.The technical problem of the disclosed technology is to provide a light emitting diode driving circuit having high efficiency, high power factor and high light efficiency while reducing the occurrence of EMI or EMC by reducing noise during switching because it does not include an inductor or a capacitor.

상기의 기술적 과제를 이루기 위해 개시된 기술의 제 1 측면은 복수의 발광 다이오드 그룹들, 상기 발광 다이오드 그룹들로 입력되는 입력 전압에 기초하여 상기 발광 다이오드 그룹들의 연결 상태를 변경하는 제어부, 및 상기 입력 전압에 기초하여 상기 발광 다이오드 그룹들에 흐르는 전류의 크기를 결정하는 전압-전류 변환기를 포함하는 발광 다이오드 구동 회로를 제공하는 데 있다.A first aspect of the disclosed technology to achieve the above technical problem is a control unit for changing the connection state of the LED groups based on a plurality of LED groups, the input voltage input to the LED groups, and the input voltage To provide a light emitting diode driving circuit comprising a voltage-to-current converter for determining the magnitude of the current flowing in the LED groups based on.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technique may have the following effects. It is to be understood, however, that the scope of the disclosed technology is not to be construed as limited thereby, as it is not meant to imply that a particular embodiment should include all of the following effects or only the following effects.

일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로는 인덕터나 캐패시터를 포함하지 않아 스위칭시 노이즈를 감소시켜 EMI나 EMC의 발생을 줄이면서, 고효율, 고역률 및 고 광효율을 달성할 수 있다.The LED driving circuit according to an exemplary embodiment does not include an inductor or a capacitor, thereby reducing noise during switching to achieve high efficiency, high power factor, and high light efficiency while reducing EMI or EMC.

또한, 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로는 교류 입력의 증감에 최적화된 발광 다이오드 전압을 발광 다이오드 그룹들의 직병렬 연결을 변경하여 조절함으로써 고효율, 고역률 및 고 광효율을 달성할 수 있다.In addition, the LED driving circuit according to an exemplary embodiment may achieve high efficiency, high power factor, and high light efficiency by adjusting the LED voltage optimized for increasing or decreasing the AC input by changing the parallel connection of the LED groups.

또한, 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로는 발광 다이오드 그룹들의 직병렬 연결 변환시에도 각 발광 다이오드에 흐르는 평균전류차이를 최소화하여 넓은 교류입력의 변화에도 각 발광 다이오드의 밝기변화는 없는 고효율, 고역률 및 고 광효율의 발광 다이오드 구동이 가능하다.In addition, the LED driving circuit according to an embodiment minimizes the average current difference flowing through each LED even when the LED groups are connected in parallel and parallel, so that the brightness of each LED does not change even when a wide AC input is changed. And it is possible to drive a light emitting diode of high light efficiency.

도 1은 컨버터 방식의 발광 다이오드 구동 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 리니어 방식의 발광 다이오드 구동 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로를 나타내는 블록도이다.
도 4는 개시된 기술의 다른 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로를 나타내는 블록도이다.
도 5는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로를 나타내는 회로도이다.
도 6은 입력 전압의 크기에 따른 도 5의 전압 검출기의 동작 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 동작 영역별 그룹핑된 발광 다이오드의 연결 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 입력 전압과 입력 전류를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 입력 전압의 변동에 따른 입력 전류의 변동을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 최대 전류를 제한하는 전압-전류 변환기를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 상측 및 하측 절환기, 및 발광 다이오드 그룹들을 나타내는 다른 회로도이다.
도 12는 발광 다이오드의 그룹이 두 개일 경우에 적용 가능한 상측 및 하측 절환기와 발광 다이오드 어레이를 나타내는 회로도이다.
도 13은 발광 다이오드의 그룹이 두 개일 경우에 영역별 발광 다이오드 그룹의 연결상태 및 구동 회로를 나타내는 도면이다.
도 14는 발광 다이오드의 그룹이 세 개일 경우에 적용 가능한 상측 및 하측 절환기와 발광 다이오드 어레이를 나타내는 회로도이다.
도 15는 발광 다이오드의 그룹이 세 개일 경우에 영역별 발광 다이오드 그룹의 연결상태 및 구동회로를 나타내는 도면이다.
도 16은 발광 다이오드의 그룹이 여섯 개일 경우에 상측 및 하측절환기와 발광 다이오드 어레이를 나타내는 회로도이다.
도 17은 발광 다이오드의 그룹이 여섯 개일 경우에 영역별 발광 다이오드 그룹의 연결상태 및 구동회로를 나타내는 도면이다.
도 18은 네 개의 발광 다이오드 그룹들과 네 개의 전류원들을 사용할 경우의 발광 다이오드 구동 회로를 나타내는 회로도이다.
도 19는 네 개의 발광 다이오드 그룹들과 네 개의 전류원들을 사용할 경우의 영역별 발광 다이오드 그룹의 연결상태 및 구동회로를 나타내는 도면이다.
도 20은 두 개의 발광 다이오드 그룹들과 두 개의 전류원들을 사용할 경우의 구동 회로를 나타내는 회로도이다.
도 21은 두 개의 발광다이오드 그룹들과 두 개의 전류원들을 사용할 경우의 영역별 발광 다이오드 그룹의 연결상태 및 구동회로를 나타내는 도면이다.
도 22는 세 개의 발광 다이오드 그룹들과 세 개의 전류원들을 사용할 경우의 구동회로를 나타내는 회로도이다.
도 23은 세 개의 발광다이오드 그룹과 세 개의 전류원을 사용할 경우의 영역별 발광다이오드 그룹의 연결상태 및 구동회로를 나타내는 도면이다.
도 24는 상측 및 하측 절환기에 포함되어 있는 스위치의 구동을 위한 회로도를 나타내는 도면이다.
도 25는 도 4의 전압-전류 변환기가 저항으로 구현된 일 예를 나타내는 회로도이다.
1 is a view for explaining a converter-type LED driving circuit.
2 is a view for explaining a linear LED driving circuit.
3 is a block diagram illustrating a light emitting diode driving circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
4 is a block diagram illustrating a light emitting diode driving circuit according to another exemplary embodiment of the disclosed technology.
5 is a circuit diagram illustrating a light emitting diode driving circuit according to an embodiment of the disclosed technology.
FIG. 6 is a diagram for describing an operation region of the voltage detector of FIG. 5 according to the magnitude of an input voltage.
FIG. 7 is a diagram illustrating a connection state of grouped LEDs in each operation region of FIG. 6.
8 is a diagram for describing an input voltage and an input current.
9 is a diagram for describing a change in input current according to a change in input voltage.
10 is a view for explaining a voltage-to-current converter for limiting the maximum current.
FIG. 11 is another circuit diagram illustrating upper and lower switchers and LED groups according to an embodiment. FIG.
12 is a circuit diagram illustrating an upper and lower switch and a light emitting diode array applicable to two groups of light emitting diodes.
FIG. 13 is a view illustrating a connection state and a driving circuit of LED groups for respective regions when there are two groups of LEDs.
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating a top and bottom switch and a light emitting diode array applicable to three groups of light emitting diodes.
FIG. 15 is a view illustrating a connection state and a driving circuit of LED groups for respective regions when there are three groups of LEDs.
FIG. 16 is a circuit diagram illustrating an upper and a lower switch and a light emitting diode array when there are six groups of light emitting diodes.
17 is a diagram illustrating a connection state and a driving circuit of LED groups for respective regions when there are six groups of LEDs.
FIG. 18 is a circuit diagram illustrating a light emitting diode driving circuit when four light emitting diode groups and four current sources are used.
FIG. 19 is a view illustrating a connection state and a driving circuit of LED groups for respective regions when four LED groups and four current sources are used.
20 is a circuit diagram illustrating a driving circuit in the case of using two LED groups and two current sources.
FIG. 21 is a view illustrating a connection state and a driving circuit of a light emitting diode group for each region when two light emitting diode groups and two current sources are used.
FIG. 22 is a circuit diagram showing a driving circuit in the case of using three LED groups and three current sources.
FIG. 23 is a view illustrating a connection state and a driving circuit of light emitting diode groups for respective regions when three light emitting diode groups and three current sources are used.
24 is a diagram illustrating a circuit diagram for driving a switch included in an upper and a lower switch.
FIG. 25 is a circuit diagram illustrating an example in which the voltage-current converter of FIG. 4 is implemented as a resistor.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the disclosed technique is merely an example for structural or functional explanation and the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments may be variously modified and may have various forms, and thus the scope of the disclosed technology should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.On the other hand, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as "include" or "have" refer to features, numbers, steps, operations, components, parts, or parts thereof described. It is to be understood that the combination is intended to be present, but not to exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Each step may occur differently from the stated order unless the context clearly dictates the specific order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the disclosed technology belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted to be consistent with meaning in the context of the relevant art and can not be construed as having ideal or overly formal meaning unless expressly defined in the present application.

도 3은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로를 나타내는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 발광 다이오드 구동 회로는 제어부(310), 전압-전류 변환기(320) 및 복수의 발광 다이오드 그룹들(330)을 포함한다.3 is a block diagram illustrating a light emitting diode driving circuit according to an embodiment of the disclosed technology. Referring to FIG. 3, the LED driving circuit includes a controller 310, a voltage-to-current converter 320, and a plurality of LED groups 330.

제어부(310)는 발광 다이오드 그룹들(330)로 입력되는 입력 전압에 기초하여 발광 다이오드 그룹들(330)의 연결 상태를 변경한다. 제어부(310)는 전압 검출기(312) 및 절환기(314)를 포함한다.The controller 310 changes the connection state of the LED groups 330 based on input voltages input to the LED groups 330. The controller 310 includes a voltage detector 312 and a switch 314.

전압 검출기(312)는 입력 전압의 크기를 검출하고, 입력 전압의 크기에 기초하여 제어 신호를 생성한다. 여기에서, 전압 검출기(312)는 입력 전압의 크기가 증가하면, 발광 다이오드 그룹들(330) 중 직렬로 연결되는 그룹의 개수를 증가시키고 병렬로 연결되는 그룹의 개수를 감소시킨다. 반대로, 전압 검출기(312)는 입력 전압의 크기가 감소하면, 발광 다이오드 그룹들(330) 중 직렬로 연결되는 그룹의 개수를 감소시키고 직렬로 연결되는 그룹의 개수를 증가시킨다. 예를 들어, 발광 다이오드 그룹들(330)이 n 개이고, 하나의 발광 다이오드 그룹에 의한 전압 강하가 VLED , G1이면, 전압 검출기(312)는 발광 다이오드 그룹들(330)에 의한 전압 강하가 VLED , G1이상 n× VLED , G1이하가 되도록 발광 다이오드 그룹들(330)의 직병렬 연결 상태를 변경시키는 제어 신호를 생성한다. The voltage detector 312 detects the magnitude of the input voltage and generates a control signal based on the magnitude of the input voltage. Here, when the magnitude of the input voltage increases, the voltage detector 312 increases the number of groups connected in series among the LED groups 330 and decreases the number of groups connected in parallel. In contrast, when the magnitude of the input voltage decreases, the voltage detector 312 reduces the number of groups connected in series among the LED groups 330 and increases the number of groups connected in series. For example, if there are n LED groups 330 and the voltage drop caused by one LED group is V LED , G1 , the voltage detector 312 has a voltage drop caused by the LED groups 330. LED, and generates a control signal for changing the serial-to-parallel connection of the LED group 330 so that the G1 more than n × V LED, G1 below.

절환기(314)는 스위치를 포함하며, 제어 신호에 따라 발광 다이오드 그룹들(330)을 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결 상태를 변경한다. 절환기(314)는 상측 절환기와 하측 절환기를 포함한다. 상측 절환기는 일단이 입력 전압을 공급하는 전압원과 연결되고, 타단이 발광 다이오드 그룹들(330)과 연결된다. 상측 절환기는 전압원과 발광 다이오드 그룹(330)의 아노드 사이에 접속되며, 각 발광 다이오드 그룹(330)의 아노드의 연결 상태를 변경한다. 하측 절환기는 일단이 발광 다이오드 그룹들(330)과 연결되고, 타단이 전압-전류 변환기(320)와 연결된다, 하측 절환기는 전압-전류 변환기(320)와 발광 다이오드 그룹들(330)의 캐소드 사이에 접속되며, 각 발광 다이오드 그룹(330)의 캐소드의 연결 상태를 변경한다.The switch 314 includes a switch and changes the connection state of the LED groups 330 in series, parallel or a combination of series and parallel according to a control signal. The switch 314 includes an upper switch and a lower switch. The upper switch has one end connected to a voltage source supplying an input voltage, and the other end connected to the LED groups 330. The upper switch is connected between the voltage source and the anode of the LED group 330, and changes the connection state of the anode of each LED group 330. The lower switch is connected at one end to the LED groups 330 and the other end is connected to the voltage-to-current converter 320. The lower switch is between the voltage-to-current converter 320 and the cathode of the LED groups 330. Is connected to and changes the connection state of the cathode of each LED group 330.

전압-전류 변환기(320)는 입력 전압에 기초하여 발광 다이오드 그룹들(330)에 흐르는 전류의 크기를 결정한다. 전압-전류 변환기(330)는 저항으로 구현될 수도 있으며, 복수의 전류원들로 구현될 수도 있다.The voltage-to-current converter 320 determines the magnitude of the current flowing in the LED groups 330 based on the input voltage. The voltage-to-current converter 330 may be implemented with a resistor or may be implemented with a plurality of current sources.

복수의 발광 다이오드 그룹들(330)은 제어부(310)의 제어에 따라 연결 상태가 변경된다. 각 발광 다이오드 그룹(330)은 서로 직렬로 연결된 발광 다이오드들을 포함한다. 그리고 각 발광 다이오드 그룹(330)은 다이오드에 의해 직렬로 연결되거나, 스위치에 의해 직렬로 연결될 수 있다.
The connection state of the plurality of LED groups 330 is changed under the control of the controller 310. Each LED group 330 includes light emitting diodes connected in series with each other. Each LED group 330 may be connected in series by a diode or in series by a switch.

도 4는 개시된 기술의 다른 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로를 나타내는 블록도이다. 도 4는 복수의 발광 다이오드들이 직병렬로 하나의 그룹을 형성하고 4개의 발광 다이오드 그룹들이 다이오드를 통해 서로 직렬로 연결되어 있다. 도 4를 참조하면, 발광 다이오드 구동 회로(400)는 브릿지 회로부(410), 전압 검출기(420), 전압-전류 변환기(430), 상측 절환기(440), 하측 절환기(450), 발광 다이오드 그룹들(460)을 포함한다.4 is a block diagram illustrating a light emitting diode driving circuit according to another exemplary embodiment of the disclosed technology. 4 illustrates a plurality of light emitting diodes forming a group in parallel and four light emitting diode groups are connected to each other in series through a diode. Referring to FIG. 4, the LED driving circuit 400 includes a bridge circuit 410, a voltage detector 420, a voltage-to-current converter 430, an upper switch 440, a lower switch 450, and a light emitting diode. Groups 460.

브릿지 회로부(410)는 +와 -로 교번하는 VAC 전압으로부터 + 전압만 출력하는 정류 기능을 수행한다. 여기에서, 브릿지 회로부(410)의 출력은 발광 다이오드 구동 회로의 입력 전압 VIN에 해당한다.The bridge circuit unit 410 performs a rectifying function of outputting only a + voltage from a V AC voltage alternated with + and −. Here, the output of the bridge circuit unit 410 corresponds to the input voltage V IN of the LED driving circuit.

전압 검출기(420)는 입력 전압 VIN 의 크기를 판단하고, 상측 절환기(440)와 하측 절환기(450)를 제어한다.The voltage detector 420 determines the magnitude of the input voltage V IN and controls the upper switch 440 and the lower switch 450.

전압-전류 변환기(430)는 입력 전압 VIN에 비례하는 전류를 생성하여, 발광 다이오드 그룹들(460)에 제공한다. 전압-전류 변환기(430)는 발광 다이오드 그룹들(460) 내의 발광 다이오드들에 흐르는 전류의 크기를 결정한다. 전압-전류 변환기(430)는 입력 전압과 상관 없이 정전류원으로 구성할 수 있으며, 정전류원으로 구성하는 경우 역률은 감소하나 전기적 효율과 광 효율의 상승을 기대할 수 있다.The voltage-to-current converter 430 generates a current proportional to the input voltage V IN and provides it to the LED groups 460. The voltage-current converter 430 determines the magnitude of the current flowing to the light emitting diodes in the light emitting diode groups 460. The voltage-current converter 430 may be configured as a constant current source irrespective of the input voltage. When the voltage-current converter 430 is configured as a constant current source, the power factor may be decreased, but electrical and light efficiency may be increased.

상측 절환기(440)와 하측 절환기(450)는 전압 검출기(420)의 제어에 따라 발광 다이오드 그룹들(460)의 연결 상태를 변경한다. 상측 절환기(440)와 하측 절환기(450)는 발광 다이오드 그룹들(460)을 직렬 또는 병렬로 연결하여, 입력 전압 VIN에 적합하게 발광 다이오드 그룹들(460)이 연결될 수 있도록 한다. 발광 다이오드 그룹들(460)은 다이오드를 통하여 다른 발광 다이오드 그룹들과 연결되며, 하나의 발광 다이오드 어레이를 구성한다.
The upper switch 440 and the lower switch 450 change the connection state of the LED groups 460 under the control of the voltage detector 420. The upper switch 440 and the lower switch 450 connect the LED groups 460 in series or in parallel so that the LED groups 460 can be connected to the input voltage V IN . The LED groups 460 are connected to other LED groups through a diode, and constitute one LED array.

도 5는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로를 나타내는 회로도이다.5 is a circuit diagram illustrating a light emitting diode driving circuit according to an embodiment of the disclosed technology.

도 5를 참조하면, 전압 검출기(520)는 전압 분배 저항(R1, R2, R3, R4), 비교기(522), 기준 전압원(Vref), 로직/레벨 시프트(524)를 포함한다. 전압 검출기(520)는 전압 분배 저항(R1, R2, R3, R4)과 비교기(522)를 통하여 입력 전압 VIN의 크기를 판단하고, 로직/레벨 시프트(524)를 통하여 입력 전압 VIN의 크기에 따라 상측 절환기(540) 및 하측 절환기(550) 내의 스위치를 온 오프 제어한다.Referring to FIG. 5, the voltage detector 520 includes voltage divider resistors R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , comparator 522, reference voltage source V ref , and logic / level shift 524. do. The voltage detector 520 determines the magnitude of the input voltage V IN through the voltage divider resistors R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 and the comparator 522, and inputs the input voltage through the logic / level shift 524. According to the size of V IN , the switches in the upper switch 540 and the lower switch 550 are turned on and off.

상측 및 하측 절환기(540, 550)는 다이오드와 스위치들(SU1, SU2, SU3, SP1, SP2, SD1, SD2, SD3)을 포함하며, 전압 검출기(520)의 제어에 따라 스위치들(SU1, SU2, SU3, SP1, SP2, SD1, SD2, SD3)이 온 오프되어, 발광 다이오드 그룹들(560)의 연결 상태를 변경한다.The upper and lower switchers 540 and 550 include diodes and switches S U1 , S U2 , S U3 , S P1 , S P2 , S D1 , S D2 , S D3 , and the voltage detector 520. According to control, the switches S U1 , S U2 , S U3 , S P1 , S P2 , S D1 , S D2 , and S D3 are turned on to change the connection state of the LED groups 560.

전압-전류 변환기(530)는 저항(R5, R6, RS), 증폭기(532) 및 트랜지스터(534)를 포함한다. 전압-전류 변환기(530)는 고역률 특성을 만족하기 위하여 입력 전압 VIN의 크기에 비례하는 전류를 발생시키고, 입력 전압 VIN의 최대 변동에 따른 출력의 변화를 최소화하기 위하여 최대 전류를 제한할 수 있다.
Voltage-to-current converter 530 includes resistors R 5 , R 6 , R S , amplifier 532, and transistor 534. The voltage-to-current converter 530 generates a current proportional to the magnitude of the input voltage V IN to satisfy the high power factor, and limits the maximum current to minimize the change in output due to the maximum change in the input voltage V IN . Can be.

도 6은 입력 전압의 크기에 따른 도 5의 전압 검출기의 동작 영역을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a diagram for describing an operation region of the voltage detector of FIG. 5 according to the magnitude of an input voltage.

입력 전압 VIN의 크기에 따른 전압 검출기의 동작 영역은 다음의 수학식 1에 따른다.The operating region of the voltage detector according to the magnitude of the input voltage V IN is according to Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기에서, VREF는 기준 전압, R1 내지 R4는 입력 전압 분배 저항, VTH는 입력 전압 분할 기준 전압을 나타낸다.Here, V REF represents a reference voltage, R 1 to R 4 represent an input voltage divider resistor, and V TH represents an input voltage division reference voltage.

전압 검출기(520)는 기준 전압 VREF과 저항 분배된 입력 전압을 비교기를 통하여 비교하여, 최대 전압을 기준으로 발광 다이오드 그룹의 개수에 해당하는 동작 영역을 설정한다.The voltage detector 520 compares the reference voltage V REF with a resistor divided input voltage through a comparator to set an operation region corresponding to the number of LED groups based on the maximum voltage.

도 7은 도 6의 동작 영역별 그룹핑된 발광 다이오드의 연결 상태를 나타내는 도면이다. 도 7에서 다이오드의 전압 강하는 발광 다이오드 그룹의 전압 강하에 비해, 매우 작으므로 편의상 회로도에 나타내지 않았다.FIG. 7 is a diagram illustrating a connection state of grouped LEDs in each operation region of FIG. 6. In FIG. 7, the voltage drop of the diode is very small compared to the voltage drop of the LED group, and thus is not shown in the circuit diagram for convenience.

도 7에 나타난 것과 같이, 전체 발광 다이오드들의 전압 강하는 하나의 그룹된 발광 다이오드가 최소 전압에 해당하며, 연결 상태에 따라 2배, 3배 및 4배의 전압 강하를 나타낼 수 있다. 입력 전압 VIN이 가장 낮은 영역인 A구간에서는 도 7의 (a)와 같이 4개의 발광 다이오드 그룹을 모두 병렬 연결하여, 낮은 입력 전압에도 그룹된 발광 다이오드가 전류를 흐를 수 있도록 한다. 두 번째 영역인 B 구간에서는 도 7의 (b)와 같이 두 개의 직렬 연결된 그룹을 병렬 연결하여, 상승된 입력 전압 VIN에 상응하여 발광 다이오드의 연결 상태를 최소 발광 다이오드 전압의 2배가 되도록 변경한다. 따라서 입력 전압에 가깝게 전체 발광 다이오드의 전압을 조정하여 효율을 향상시킨다. 만일 B 구간에서 도 7의 (a)와 같은 연결 상태를 유지하는 경우에는, 전류원에 걸리는 전압이 증가하여 큰 전력 소모를 일으키고 효율을 감소시키게 된다. 동일한 방법으로, 입력 전압 VIN이 상승함에 따라 C, D 구간에서는 각각 하나의 발광 다이오드 그룹의 3배 및 4배의 발광 다이오드 전압 강화를 갖도록 연결 상태를 변경하여 효율을 향상시킬 수 있다. 입력 전압 VIN이 감소하는 경우에는, 즉, 도 6의 D, C, B, A 구간에서 도 7의 (d), (c), (b), (a)의 순서의 그룹된 발광 다이오드의 연결을 변경하여 최대 효율의 특성을 달성할 수 있다. 각 구간별 스위치의 턴온 및 턴 오프 상태는 다음의 표 1과 같다.As shown in FIG. 7, the voltage drop of all the light emitting diodes corresponds to a minimum voltage of one grouped light emitting diode, and may represent two, three, and four times the voltage drop depending on the connection state. In section A, where the input voltage V IN is the lowest, all four LED groups are connected in parallel as shown in FIG. 7A so that the grouped LEDs can flow current even at a low input voltage. In the second section, section B, two series-connected groups are connected in parallel as shown in FIG. 7 (b) to change the connection state of the light emitting diode to be twice the minimum light emitting diode voltage in correspondence with the increased input voltage V IN . . Therefore, the efficiency is improved by adjusting the voltage of the entire light emitting diode close to the input voltage. If the connection state as shown in (a) of FIG. 7 is maintained in the section B, the voltage applied to the current source is increased, causing a large power consumption and reducing the efficiency. In the same manner, as the input voltage V IN increases, the connection state may be changed to have three times and four times the LED voltage enhancement of each LED group in the C and D sections, thereby improving efficiency. When the input voltage V IN decreases, that is, in the sections D, C, B, and A of FIG. 6, the grouped light emitting diodes in the order of (d), (c), (b), and (a) of FIG. By changing the connection, the characteristic of maximum efficiency can be achieved. The turn on and turn off states of the switches for each section are shown in Table 1 below.

상측절환기Upper switch 하측절환기Lower side changer SU1SU1 SU2SU2 SU3SU3 SP1SP1 SD1SD1 SD2SD2 SD3SD3 SP4SP4 A 구간A section ONON ONON ONON OFFOFF ONON ONON ONON OFFOFF B 구간B section OFFOFF ONON OFFOFF OFFOFF OFFOFF ONON OFFOFF OFFOFF C 구간
(두조합)
C section
(Two combinations)
OFFOFF OFFOFF OFFOFF ONON OFFOFF OFFOFF ONON OFFOFF
ONON OFFOFF OFFOFF OFFOFF OFFOFF OFFOFF OFFOFF ONON D 구간D section OFFOFF OFFOFF OFFOFF OFFOFF OFFOFF OFFOFF OFFOFF OFFOFF

도 7 및 표 1에서 나타난 바와 같이, C 구간에서는 두 개의 연결 상태가 가능하며, 도 5의 상측 절환기(540)에 포함된 스위치 SP1을 사용하거나, 하측 절환기(550)에 포함된 SP2를 사용할 수 있다. 입력 전압 VIN의 한 주기에서 C 구간은 두번 발생하므로 발광 다이오드의 평균 전류를 일정하게 유지하기 위해서 두 조합을 교번하여 사용할 수 있다. 만일, 두 가지 중 어느 하나만을 사용하는 경우에는, 사용하지 않는 스위치는 생략될 수 있다.As shown in FIG. 7 and Table 1, two connection states are possible in the section C, using the switch SP1 included in the upper switch 540 of FIG. 5, or SP2 included in the lower switch 550. Can be used. Since the C section occurs twice in one period of the input voltage V IN , the two combinations may be alternately used to keep the average current of the light emitting diode constant. If only one of the two is used, the unused switch can be omitted.

발광 다이오드의 구동 효율(Efficiency)은 다음의 수학식 2와 같다.The driving efficiency of the light emitting diode is shown in Equation 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기에서, VIN은 입력 전압, VLED는 발광 다이오드에 걸리는 전압을 나타낸다.Here, V IN represents an input voltage, and V LED represents a voltage across a light emitting diode.

입력 전압 VIN이 변동될 경우, VLED 전압을 VIN 전압에 가깝게 유지하고 전체 LED가 동시에 발광되어야 전기적 효율과 발광 다이오드의 광 효율을 높일 수 있고, 각 LED의 밝기 변화를 막을 수 있다. 본 실시예에 따르면, 입력 전압 VIN의 증감에 따라 발광 다이오드 그룹의 연결 상태를 변경함으로써 전기적 효율과 광 효율을 대폭 개선할 수 있다.V LED when input voltage V IN fluctuates V IN voltage Maintaining close to the voltage and emitting all LEDs at the same time can increase the electrical efficiency and the light efficiency of the light emitting diode, and prevent the change of brightness of each LED. According to the present exemplary embodiment, the electrical efficiency and the light efficiency can be greatly improved by changing the connection state of the LED group according to the increase or decrease of the input voltage V IN .

전압-전류 변환기(530)는 전압분배저항(R5, R6), 증폭기(532), 트랜지스터(534) 및 센싱저항(RS)을 포함할 수 있다. 전압에 비례하는 전류를 생성하는 회로는 매우 다양하게 구현될 수 있으므로, 본 실시예에서 제시된 회로는 하나의 예에 불과하다. 예를 들어, 전류원 대신에 저항을 사용하여 전류를 제한할 수도 있다.The voltage-to-current converter 530 may include voltage distribution resistors R 5 and R 6 , an amplifier 532, a transistor 534, and a sensing resistor R S. Since the circuit for generating a current proportional to the voltage can be implemented in various ways, the circuit presented in this embodiment is just one example. For example, a resistor may be used instead of a current source to limit the current.

전압분배저항(R5, R6)은 입력 전압 VIN에 비례한 기준전압을 생성하고 증폭기(532), 트랜지스터(534) 및 센싱저항(RS)은 입력 전압 VIN에 비례한 전류원을 형성하며 전류량을 결정하여 발광 다이오드들을 구동한다. 여기에서, 전류원의 크기는 다음의 수학식 3과 같다.The voltage divider resistors R 5 and R 6 generate a reference voltage proportional to the input voltage V IN , and the amplifier 532, transistor 534 and sensing resistor R S form a current source proportional to the input voltage V IN . And determine the amount of current to drive the light emitting diodes. Here, the size of the current source is shown in Equation 3 below.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기에서 ILED는 발광 다이오드에 흐르는 전류, IIN은 입력 전류, VIN 입력 전압, RS는 센싱 저항, R5와 R6는 분배저항을 나타낸다.Where I LED is the current through the light emitting diode, I IN is the input current, V IN is the input voltage, R S is the sensing resistor, and R 5 and R 6 are the distribution resistors.

전류원에 의해 정해진 전류는 입력 전압으로부터 발광다이오드를 거쳐 흐르기 때문에, 제어를 위한 다른 블록의 전류가 발광 다이오드의 전류에 비해 매우 작은 것을 고려하면 입력 전류와 동일하다고 볼 수 있다. 또한 전류원은 입력 전압에 비례한 전류 형태를 가지며 동일한 위상이기 때문에, 저항부하와 동일한 특성을 나타내므로 고 역률을 달성할 수 있다.
Since the current determined by the current source flows from the input voltage to the light emitting diode, the current of another block for controlling is very small compared to the current of the light emitting diode. In addition, since the current source has a current shape proportional to the input voltage and is in the same phase, it exhibits the same characteristics as the resistance load, thereby achieving a high power factor.

도 8은 입력 전압과 입력 전류를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 입력 전압의 변동에 따른 입력 전류의 변동을 설명하기 위한 도면이다. 도 9의 (a)는 입력 전압이 ±20% 변할 때의 입력전압 및 입력전류를 나타내는 도면이다. 입력 전압에 따라 입력전류가 변하는 경우 이론적으로 역률은 "1"일 수 있으나, 이 경우 입력 전압의 변화에 따라 발광 다이오드의 출력 변화가 발생할 수 있다. 따라서 입력 전압 변동에 따른 발광 다이오드의 출력 변화를 최소화하고 발광 다이오드 보호를 위해 도 9의 (b)와 같이 최대 전류를 제한할 필요가 있다. 최대 전류를 제한하면 역률의 감소효과는 있으나 전체적인 전류 형태가 유지되므로 조명 시스템의 역률 표준 기준치인 "0.9" 이상은 쉽게 달성할 수 있다.8 is a diagram for describing an input voltage and an input current, and FIG. 9 is a diagram for describing a variation of an input current according to a variation of an input voltage. FIG. 9A is a diagram showing an input voltage and an input current when the input voltage changes by ± 20%. When the input current changes according to the input voltage, the power factor may theoretically be “1”, but in this case, the output change of the light emitting diode may occur according to the change of the input voltage. Therefore, it is necessary to limit the maximum current as shown in FIG. 9B to minimize the change in output of the LED according to the input voltage variation and to protect the LED. Limiting the maximum current has the effect of reducing the power factor, but the overall current form is maintained, so that the power factor standard threshold of "0.9" or more can be easily achieved.

도 10은 최대 전류를 제한하는 전압-전류 변환기를 설명하기 위한 도면이다. 도 10의 (a)에 나타난 것과 같이, 입력 전압을 분배한 전압의 최대치를 제한하여 최대 전류를 제한할 수 있다. 도 10의 (b)는 도 10의 (a)의 전압 제한 회로(1010)를 트랜지스터(1020)와 전압원(1030)으로 간단히 구현한 일 예이며, 최대 전류를 제한하는 회로는 이와 달리 다양한 회로로 구현될 수 있다. 최대전류는 다음의 수학식 4와 같다.10 is a view for explaining a voltage-to-current converter for limiting the maximum current. As shown in FIG. 10A, the maximum current may be limited by limiting the maximum value of the voltage divided by the input voltage. FIG. 10B is an example in which the voltage limiting circuit 1010 of FIG. 10A is simply implemented as the transistor 1020 and the voltage source 1030. The circuit for limiting the maximum current is different from the various circuits. Can be implemented. The maximum current is given by Equation 4 below.

Figure pat00004
Figure pat00004

여기에서 IMAX는 최대 발광 다이오드 전류, VMAX는 증폭기 "+" 입력 최대 전압, VREF는 기준 전압, VGS는 MOSFET의 게이트-소스 간 전압, RS는 센싱 저항을 나타낸다.
Where I MAX is the maximum light-emitting diode current, V MAX is the amplifier "+" input maximum voltage, V REF is the reference voltage, V GS is the gate-source voltage of the MOSFET, and R S is the sensing resistor.

도 11은 일 실시예에 따른 상측 및 하측 절환기, 및 발광 다이오드 그룹들을 나타내는 다른 회로도이다. 도 5와 비교하여, 도 11은 발광 다이오드 그룹(1130)에서 다이오드 대신에 스위치(S1, S2, S3)를 사용하였다. 발광 다이오드 그룹(1130) 내의 다이오드는 도 11에 나타난 것과 같이, 모두 스위치로 대체할 수 있다.FIG. 11 is another circuit diagram illustrating upper and lower switchers and LED groups according to an embodiment. FIG. In comparison with FIG. 5, FIG. 11 used switches S 1 , S 2 , and S 3 instead of diodes in the LED group 1130. The diodes in LED group 1130 may all be replaced with switches, as shown in FIG. 11.

본 실시예에서는 다수의 발광 다이오드들이 직렬로 연결된 한 그룹이 4개인 경우의 발광 다이오드 구동 회로를 기준으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 2개 이상의 그룹으로 이루어진 경우에도 모두 적용될 수 있다. 그리고 발광 다이오드 그룹의 수에 따라 전압 검출기에서 동작 영역의 범위와 수를 정할 수 있으며, 발광 다이오드의 전압 강하는 모든 그룹이 직렬로 연결된 상태가 최대 발광다이오드 전압 강하를 가지고, 모든 그룹이 병렬로 연결된 상태가 최소 발광 다이오드 전압 강하를 가지며, 그룹의 직병렬 조합으로 영역별로 발광 다이오드 전압 강하를 달리할 수 있다.In the present embodiment, the light emitting diode driving circuit in the case where there are four groups in which a plurality of light emitting diodes are connected in series is described as a reference. However, the present invention is not limited thereto, and the present invention may be applied to two or more groups. The range and number of operating regions in the voltage detector can be determined according to the number of LED groups, and the voltage drop of the LEDs has a maximum LED drop in which all groups are connected in series, and all groups are connected in parallel. The state has a minimum light emitting diode voltage drop, and the light emitting diode voltage drop may be changed for each region by a series-parallel combination of groups.

도 12는 발광 다이오드의 그룹이 두 개일 경우에 적용 가능한 상측 및 하측 절환기와 발광 다이오드 어레이를 나타내는 회로도이고, 도 13은 발광 다이오드의 그룹이 두 개일 경우에 영역별 발광 다이오드 그룹의 연결상태 및 구동 회로를 나타내는 도면이다. 입력 전압 구간을 두 영역으로 나누어, 저전압 영역에서는 도 13의 (a)의 병렬 연결을, 고전압 영역에서는 도 13의 (b)의 직렬 연결을 사용할 수 있다.FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a top and bottom switch and a light emitting diode array applicable to two groups of light emitting diodes. FIG. 13 is a connection state and a driving circuit of LED groups for respective regions when two groups of light emitting diodes are used. It is a figure which shows. The input voltage section may be divided into two regions, and the parallel connection of FIG. 13A may be used in the low voltage region, and the series connection of FIG. 13B may be used in the high voltage region.

도 14는 발광 다이오드의 그룹이 세 개일 경우에 적용 가능한 상측 및 하측 절환기와 발광 다이오드 어레이를 나타내는 회로도이고, 도 15는 발광 다이오드의 그룹이 세 개일 경우에 영역별 발광 다이오드 그룹의 연결상태 및 구동회로를 나타내는 도면이다. 전체 병렬이 최소의 발광 다이오드 전압 강하를 나타내고 전체 직렬이 최대의 발광 다이오드 전압 강하를 나타낸다. 즉 그룹이 세 개일 경우 최소 발광 다이오드 전압 강하가 "1"이면, 1, 2, 3배의 전압 강하를 가질 수 있다. 2배의 전압 강하를 갖는 경우 상측 두 그룹이 병렬 연결되거나 하측 두 그룹이 병렬 연결되어도 같은 2개의 발광 다이오드 전압 강하를 나타낸다. 둘 중 하나의 경우만 사용한다면, 하나의 스위치를 생략할 수 있다.FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an upper and lower switch and an LED array applicable when three groups of LEDs are used. FIG. 15 is a connection state and a driving circuit of LED groups for respective regions when there are three groups of LEDs. It is a figure which shows. The entire parallel represents the smallest LED drop and the entire series represents the largest LED drop. That is, when there are three groups, when the minimum light emitting diode voltage drop is "1", the voltage drop may be 1, 2, 3 times. When the voltage drop is twice, the same voltage drop of the two LEDs is shown even when the upper two groups are connected in parallel or the lower two groups are connected in parallel. If you use only one of the two cases, you can omit one switch.

4개의 발광 다이오드 그룹을 사용하는 경우 3배의 전압 강하를 가지는 연결 상태를 만들 때와 마찬가지로 상하측 중 어느 두 그룹을 병렬 연결해도 무방하지만, 병렬 연결되는 두 그룹이 나머지 그룹에 비해 평균 전류가 감소하는 현상이 발생할 수 있으므로 두 그룹의 조합을 모두 사용하여 교대로 연결을 변경하거나 한 주기의 연결 상태를 고려하여 평균치가 같도록 제어할 수 있다.In the case of using four LED groups, the two groups connected in parallel can be connected in parallel as in the case of making a connection with a voltage drop of three times, but the average current is reduced in the two groups connected in parallel compared to the other groups. The combination of the two groups can be used to change the connection alternately, or the average value can be controlled in consideration of the connection state of one cycle.

이와 같이 n개의 발광 다이오드 그룹을 사용할 경우, 조정 가능한 발광 다이오드의 전압 강하도 n개로 늘어나게 된다. 최대 입력전압이 AC 220V 혹은 AC 110V 로 이미 정해져 있으므로, 발광 다이오드의 그룹 수가 증가할수록 전압 검출기()의 비교기, 분재저항, 스위치, 다이오드의 수는 증가하지만, 입력 전압 대비 발광 다이오드의 전압을 미세 조정 가능하여 효율을 더 상승시킬 수 있다. 추가된 다이오드와 스위치에서 효율 감소는 발생할 수 있지만, 수 ~ 수십 Ohm의 스위치 턴온 저항 값으로도 입력 전압의 증감에 따라 연결 상태를 변경하지 않는 경우보다 훨씬 높은 효율을 나타낸다.When using n groups of light emitting diodes as described above, the voltage drop of the adjustable light emitting diodes also increases to n. Since the maximum input voltage is already set to AC 220V or AC 110V, the number of comparator, bonsai resistor, switch, and diode of the voltage detector increases as the number of LED groups increases, but finely adjusts the voltage of the LED against the input voltage. It is possible to further increase the efficiency. Efficiency reductions can occur with added diodes and switches, but switch turn-on resistance values of several to several tens of Ohms provide much higher efficiency than without changing the connection state as the input voltage increases or decreases.

도 16은 발광 다이오드의 그룹이 여섯 개일 경우에 상측 및 하측절환기와 발광 다이오드 어레이를 나타내는 회로도이고, 도 17은 발광 다이오드의 그룹이 여섯 개일 경우에 영역별 발광 다이오드 그룹의 연결상태 및 구동회로를 나타내는 도면이다. 도 16 및 도 17에서, 전부 병렬인 경우가 최소 전압 강하를 나타내고, 전부 직렬인 경우는 최대 전압강하를 나타낸다. 전압 강하가 최소값의 2배인 경우와 3배인 경우는 회로도에 나타나듯이 쉽게 결정되며 4배와 5배인 경우는 어느 그룹을 병렬 처리하느냐에 따라 연결 상태가 달라질 수 있다. 이러한 내용은 설명되지 않은 다른 그룹수인 5, 7, 8, 9, ... 에서도 동일한 방법으로 적용할 수 있다.FIG. 16 is a circuit diagram illustrating an upper and a lower switch and a light emitting diode array when there are six groups of light emitting diodes. FIG. 17 illustrates a connection state and a driving circuit of LED groups for each region when there are six groups of light emitting diodes. Drawing. In FIG. 16 and FIG. 17, the case where all are parallel shows the minimum voltage drop, and when it is all series, the maximum voltage drop is shown. When the voltage drop is twice or three times the minimum value, it is easily determined as shown in the circuit diagram. In the case of four times and five times, the connection state may vary depending on which group is parallelized. The same can be applied to the other groups 5, 7, 8, 9, ... which are not explained.

도 18은 네 개의 발광 다이오드 그룹들과 네 개의 전류원들을 사용할 경우의 발광 다이오드 구동 회로를 나타내는 회로도이다. 각각의 전류원이 도 5의 전류원의 4분의 1에 해당하는 전류를 공급한다. 전류원이 하나 이상의 경우에도, 상기의 전류원 하나를 사용했을 때의 구동방식과 동작설명을 동일하게 적용할 수 있다.FIG. 18 is a circuit diagram illustrating a light emitting diode driving circuit when four light emitting diode groups and four current sources are used. Each current source supplies a current corresponding to one quarter of the current source of FIG. Even in the case where more than one current source is used, the driving method and operation description when using one of the above current sources can be applied in the same manner.

도 19는 네 개의 발광 다이오드 그룹들과 네 개의 전류원들을 사용할 경우의 영역별 발광 다이오드 그룹의 연결상태 및 구동회로를 나타내는 도면이다. 4개의 전류원을 단락시키면, 도 19의 발광 다이오드 구동 회로는 도 7의 발광 다이오드 구동 회로와 동일하게 된다. 도 19의 (a)와 (b)에 나타난 바와 같이 그룹별로 발광 다이오드 전압 강하의 편차가 있어도 동일한 전류를 흘릴 수 있는 장점이 있다. 그러나 스위치의 수와 전압-전류변환기의 수가 늘어나는 단점이 있다. 도 19의 (c)와 (d)는 하나의 전류원을 구동한 경우와 동일하다. FIG. 19 is a view illustrating a connection state and a driving circuit of LED groups for respective regions when four LED groups and four current sources are used. When the four current sources are shorted, the LED driving circuit of FIG. 19 becomes the same as the LED driving circuit of FIG. As shown in (a) and (b) of FIG. 19, there is an advantage that the same current can flow even if there is a variation in LED voltage drop for each group. However, there is a disadvantage in that the number of switches and the number of voltage-to-current converters increase. 19C and 19D are the same as when one current source is driven.

도 20은 두 개의 발광 다이오드 그룹들과 두 개의 전류원들을 사용할 경우의 구동 회로를 나타내는 회로도이고, 도 21은 두 개의 발광다이오드 그룹들과 두 개의 전류원들을 사용할 경우의 영역별 발광 다이오드 그룹의 연결상태 및 구동회로를 나타내는 도면이다.FIG. 20 is a circuit diagram illustrating a driving circuit in the case of using two LED groups and two current sources, and FIG. 21 is a connection state of the LED groups for each region in the case of using two LED groups and two current sources. It is a figure which shows a drive circuit.

도 22는 세 개의 발광 다이오드 그룹들과 세 개의 전류원들을 사용할 경우의 구동회로를 나타내는 회로도이고, 도 23은 세 개의 발광다이오드 그룹과 세 개의 전류원을 사용할 경우의 영역별 발광다이오드 그룹의 연결상태 및 구동회로를 나타내는 도면이다. 이러한 방식은 설명되지 않은 5개 이상의 발광 다이오드 그룹을 사용할 경우에도 쉽게 적용할 수 있다.FIG. 22 is a circuit diagram illustrating a driving circuit in the case of using three LED groups and three current sources, and FIG. 23 is a connection state and driving circuit of each LED group in each region when three LED groups and three current sources are used. It is a figure which shows a furnace. This approach can be easily applied even when using five or more groups of light emitting diodes which are not described.

도 24는 상측 및 하측 절환기에 포함되어 있는 스위치의 구동을 위한 회로도를 나타내는 도면이다. 도 6 내지 도 23의 회로도에서는 복잡성을 줄이기 위해서 스위치 구동 부분은 제외하였다. 구동 스위치는 N-type MOSFET 뿐만 아니라 다양한 반도체 스위치의 사용이 가능하며 다른 형태의 스위치를 구동하는 회로는 생략하고 가장 일반적으로 많이 사용하는 N-type MOSFET의 구동회로 실시예를 나타내었다.24 is a diagram illustrating a circuit diagram for driving a switch included in an upper and a lower switch. In the circuit diagrams of FIGS. 6 to 23, switch driving parts are omitted to reduce complexity. The driving switch is not only an N-type MOSFET but also a variety of semiconductor switches. The circuit for driving other types of switches is omitted, and an embodiment of the driving circuit of the N-type MOSFET is most commonly used.

스위치 구동단은 플로팅 파워서플라이를 형성하는 부트스트랩 다이오드, 저항, 캐패시터 및 전압클램프와, 전압검출기의 신호를 받아 스위치를 구동하는 레벨시프트와 구동단을 포함한다.The switch driving stage includes a bootstrap diode forming a floating power supply, a resistor, a capacitor and a voltage clamp, and a level shift and driving stage for driving a switch in response to a signal of a voltage detector.

플로팅 파워서플라이는 스위치 턴오프시 스위치의 소오스(에미터)보다 높은 전압으로부터 전압을 공급받아 부트스트랩 캐패시터를 충전시키고 전압클램프 블록은 일정전압 이상 상승하는 것을 제한한다. 부트스트랩 다이오드는 스위치 턴온시 상승하는 전압으로 인한 캐패시터의 방전을 막는다. 레벨시프트는 전압검출기의 신호를 받아 접지 레벨의 출력신호를 부트스트랩 전원에 연결된 구동단으로 전압의 레벨이 변환된 신호를 전달하며, 구동단은 신호를 증폭시켜 스위치의 턴온 및 턴오프 시간을 단축시키는 기능을 한다. 스위칭 구동단은 일반적으로 사용되는 고전압 구동 방식을 그대로 적용할 수 있으며, P-type의 구동 소자를 사용하는 경우 플로팅 파워 서플라이를 생략할 수 있다.Floating power supplies receive a voltage from a voltage higher than the source (emitter) of the switch at switch turn-off to charge the bootstrap capacitor and limit the voltage clamp block from rising above a certain voltage. Bootstrap diodes prevent capacitors from discharging due to rising voltages at switch turn-on. Level shift receives the signal of the voltage detector and transfers the output signal of the ground level to the drive terminal connected to the bootstrap power source, and the drive level amplifies the signal to shorten the turn-on and turn-off time of the switch. To function. The switching driving stage may apply a high voltage driving method that is generally used, and may omit a floating power supply when using a P-type driving device.

도 25는 도 4의 전압-전류 변환기가 저항으로 구현된 일 예를 나타내는 회로도이다.FIG. 25 is a circuit diagram illustrating an example in which the voltage-current converter of FIG. 4 is implemented as a resistor.

도면에 사용된 스위치는 N-type MOSFET 표현하였으나 N과 P 타입에 상관없이 스위치 기능을 하는 트랜지스터로 대체 가능하다. 또한, 상기 모든 도면에 사용한 스위치는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 접합형 트랜지스터(BJT), 접합형 전계효과 트랜지스터(JFET), 샤이리스트(silicon controlled rectifier), 트라이악(Triac) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The switch used in the figure represents an N-type MOSFET, but can be replaced with a transistor functioning as a switch regardless of the N and P types. In addition, the switches used in all the above drawings include metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), insulated gate bipolar transistors (IGBTs), junction transistors (BJTs), junction field effect transistors (JFETs), and silicon controlled rectifiers. It may include at least one of triac (Triac).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

Claims (18)

복수의 발광 다이오드 그룹들;
상기 발광 다이오드 그룹들로 입력되는 입력 전압에 기초하여 상기 발광 다이오드 그룹들의 연결 상태를 변경하는 제어부; 및
상기 입력 전압에 기초하여 상기 발광 다이오드 그룹들에 흐르는 전류의 크기를 결정하는 전압-전류 변환기를 포함하는 발광 다이오드 구동 회로.
A plurality of LED groups;
A controller configured to change a connection state of the LED groups based on input voltages input to the LED groups; And
And a voltage-to-current converter for determining a magnitude of current flowing through the LED groups based on the input voltage.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
상기 입력 전압의 크기를 검출하고, 상기 입력 전압의 크기에 기초하여 제어 신호를 생성하는 전압 검출기; 및
스위치를 포함하며, 상기 제어 신호에 따라 스위칭을 수행하여 상기 발광 다이오드 그룹들의 연결 상태를 변경하는 절환기를 포함하는 발광 다이오드 구동 회로.
The apparatus of claim 1, wherein the control unit
A voltage detector detecting a magnitude of the input voltage and generating a control signal based on the magnitude of the input voltage; And
And a switch configured to switch according to the control signal to change the connection state of the LED groups.
제 2 항에 있어서, 상기 전압 검출기는
상기 입력 전압의 크기가 증가하면 상기 발광 다이오드 그룹들 중 직렬로 연결되는 그룹의 개수를 증가시키고, 상기 입력 전압의 크기가 감소하면 상기 발광 다이오드 그룹들 중 직렬로 연결되는 그룹의 개수를 감소시키는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 2, wherein the voltage detector is
When the magnitude of the input voltage is increased, the number of groups connected in series among the LED groups is increased, and when the magnitude of the input voltage is decreased, the light emission is decreased as the number of groups connected in series among the LED groups is decreased. Diode driving circuit.
제 2 항에 있어서,
상기 발광 다이오드 그룹들이 n 개이고, 하나의 발광 다이오드 그룹에 의한 전압 강하가 VLED , G1이면,
상기 전압 검출기는 상기 발광 다이오드 그룹들에 의한 전압 강하가 VLED , G1이상 n× VLED , G1이하가 되도록 상기 발광 다이오드 그룹들의 직병렬 연결 상태를 변경시키는 상기 제어 신호를 생성하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 2,
If the LED groups are n, and the voltage drop by one LED group is V LED , G1 ,
The voltage detector is configured to generate a light emitting diode driving circuit for changing the series-parallel connection state of the LED groups such that the voltage drop caused by the LED groups is V LED , G1 or more, n × V LED , G1 or less. .
제 4 항에 있어서, 상기 전압 검출기는
상기 입력 전압을 분배하는 전압 분배 저항들;
미리 결정된 기준 전압과 상기 분배된 전압들을 비교하는 비교기들;
상기 비교기의 비교 결과에 따라, 상기 입력 전압의 증감에 따른 상기 스위치의 온 오프를 결정하는 로직 블록을 포함하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 4, wherein the voltage detector is
Voltage divider resistors for dividing the input voltage;
Comparators for comparing a predetermined reference voltage with the divided voltages;
And a logic block configured to determine on / off of the switch according to an increase or decrease of the input voltage according to a comparison result of the comparator.
제 2 항에 있어서, 상기 발광 다이오드 그룹들은
적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 2, wherein the LED groups are
A light emitting diode driving circuit comprising at least one light emitting diode.
제 2 항에 있어서,
상기 각 발광 다이오드 그룹이 다이오드에 의해 직렬로 접속되는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 2,
A light emitting diode driving circuit in which each group of light emitting diodes is connected in series by a diode.
제 2 항에 있어서,
상기 각 발광 다이오드 그룹이 스위치에 의해 직렬로 접속되는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 2,
A light emitting diode driving circuit in which each group of light emitting diodes is connected in series by a switch.
제 2 항에 있어서, 상기 전압-전류 변환기는
저항을 포함하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 2, wherein the voltage-to-current converter
A light emitting diode driving circuit comprising a resistor.
제 2 항에 있어서,
상기 전압-전류 변환기는 적어도 하나 이상인 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 2,
And at least one voltage-to-current converter.
제 2 항에 있어서, 상기 전압-전류 변환기는
상기 입력 전압을 분배하는 전압 분배 저항들;
상기 전압 분배 저항과 + 입력 단자를 통하여 접속된 증폭기; 및
게이트 또는 베이스가 상기 증폭기의 출력 단자에 접속되고, 소오스 또는 에미터가 상기 증폭기의 - 입력 단자와 센싱 저항의 일단에 접속되는 트랜지스터를 포함하고,
상기 센싱 저항의 타단이 상기 증폭기의 접지와 접속되어, 상기 입력 전압의 크기에 비례하는 전류를 상기 발광 다이오드 그룹들에 공급하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 2, wherein the voltage-to-current converter
Voltage divider resistors for dividing the input voltage;
An amplifier connected with the voltage divider resistor through a + input terminal; And
A transistor whose gate or base is connected to the output terminal of the amplifier and whose source or emitter is connected to the − input terminal of the amplifier and one end of a sensing resistor,
The other end of the sensing resistor is connected to the ground of the amplifier, the LED driving circuit for supplying a current proportional to the magnitude of the input voltage to the LED groups.
제 2 항에 있어서, 상기 절환기는
일단이 상기 입력 전압을 공급하는 전압원과 연결되고, 타단이 상기 발광 다이오드 그룹들과 연결되는 상측 절환기; 및
일단이 상기 발광 다이오드 그룹들과 연결되고, 타단이 상기 전압-전류 변환기와 연결되는 하측 절환기를 포함하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 2, wherein the switch
An upper switch having one end connected to a voltage source supplying the input voltage and the other end connected to the LED groups; And
And a lower switch, one end of which is connected to the LED groups and the other end of which is connected to the voltage-current converter.
제 12 항에 있어서, 상기 절환기는
상기 제어 신호에 따라, 상기 발광 다이오드 그룹들을 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결 상태를 변경하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 12, wherein the switch
And a light emitting diode driving circuit for changing the connection state of the LED groups in series, parallel or a combination of series and parallel according to the control signal.
제 12 항에 있어서, 상기 상측 절환기는
상기 전압원과 상기 발광 다이오드 그룹의 아노드 사이에 접속되며, 각 발광 다이오드 그룹의 아노드의 연결 상태를 변경하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 12, wherein the upper switch
A light emitting diode driving circuit connected between the voltage source and an anode of the light emitting diode group and changing a connection state of the anode of each light emitting diode group.
제 14 항에 있어서, 상기 상측 절환기는
상기 발광 다이오드 그룹의 아노드 탭 사이에 병렬로 접속되며, 상기 발광 다이오드 그룹을 병렬로 연결하는 적어도 하나의 스위치를 포함하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 14, wherein the upper switch
And at least one switch connected in parallel between the anode tabs of the LED group, the at least one switch connecting the LED group in parallel.
제 12 항에 있어서, 상기 하측 절환기는
상기 전압-전류 변환기와 상기 발광 다이오드 그룹의 캐소드 사이에 접속되며, 각 발광 다이오드 그룹의 캐소드의 연결 상태를 변경하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 12, wherein the lower switch
A light emitting diode driving circuit connected between the voltage-current converter and a cathode of the LED group, the LED driving circuit changing a connection state of the cathode of each LED group.
제 16 항에 있어서, 상기 하측 절환기는
상기 발광 다이오드 그룹의 캐소드 탭 사이에 병렬로 접속되며, 상기 발광 다이오드 그룹을 병렬로 연결하는 적어도 하나의 스위치를 포함하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 16, wherein the lower switch
And at least one switch connected in parallel between the cathode tabs of the LED group, the at least one switch connecting the LED group in parallel.
제 2 항에 있어서, 상기 스위치는
금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET), 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 접합형 트랜지스터(BJT), 접합형 전계효과 트랜지스터(JFET), 샤이리스트(silicon controlled rectifier), 트라이악(Triac) 중 적어도 하나를 포함하는 발광 다이오드 구동 회로.
The method of claim 2, wherein the switch
At least one of a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a junction transistor (BJT), a junction field effect transistor (JFET), a silicon controlled rectifier, and a triac LED driving circuit comprising a.
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