KR100564138B1

KR100564138B1 - 듀얼전압 전원공급장치

Info

Publication number: KR100564138B1
Application number: KR1020010046363A
Authority: KR
Inventors: 김재남
Original assignee: 주식회사 레다트; 김재남
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2006-03-27
Also published as: KR20030012366A; CN1258169C; EP1288904A2; JP2003101073A; EP1288904A3; CN1421839A; US20030034966A1

Abstract

듀얼전압전원장치는, 다수의 쌍을 이루거나 그룹화된 발광다이오드들로 이루어진 부하에 양극전압을 순방향바이어스 는 양극전원전압부와 음극전압을 역방향바이어스하는 음극전압전압부로 구성되는 듀얼전압 전원부와, 양극 및/또는 음극전압을 부하에 공급하도록 듀얼전압전원부의 작동을 제어하는 멀티컬러 발광다이오드 드라이버로 구성되고 이들을 단일모듈로 출력하므로, 다수의 모듈이 다양한 영상 또는 동영상을 나타내도록하는 영상표시시스템의 축소를 용이하게 한다.

멀티컬러발광다이오드드라이버용 듀얼전압 파워소스장치, 멀티컬러 발광다이오드 드라이버장치.

Description

듀얼전압 전원공급장치{DUAL VOLTAGE POWER SUPPLY APPARATUS}

도 1 은 다수의 발광다이오드를 구동시키는 단일전압 단자를 가진 종래의 발광다이오드드라이버를 도시한 회로도,
도 2 는 다수의 발광다이오드를 구동시키는 종래의 발광다이오드 드라이버를 도시한 회로도,

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티컬러발광다이오드드라이버를 구비한 듀얼전압 전원장치를 도시해 놓은 회로도,

도 4 는 본 발명 듀얼전압 전원장치에 쌍을 이루어 병렬연결된 컬러발광다이오드의 연결상태를 보인 회로도,

도 5 는 도 4 에 도시된 듀얼전압전원장치를 다른 형태로 도시해 놓은 회로도,

도 6 은 도 4 에 도시된 듀얼전압전원장치를 또다른 형태로 도시해 놓은 회로도,

도 7 은 도 5 및 도 6 에 도시된 시그널스위치부를 도시해 놓은 회로도

삭제

도 8 은 본 발명에 따라 다수의 멀티컬러발광다이오드드라이버를 구비한 듀얼전압 전원장치를 마이크로프로세서부가 제어가능함을 나타내는 블록선이다.
♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♠

1, 1', 1" : 듀얼전압전원장치 2 : 마이크로프로세서부

3 : 전원부 4, 5 : 스위칭부

7 : 양극 전압전원부 8 : 음극 전압전원부

PC1 - PC3 : 포토커플러 Q1, Q2 : 전계효과트랜지스터

DL1, DL2 : 듀얼발광다이오드군

본 발명은 양극성및 부극성의 듀얼 전압을 공급할 수 있는 멀티컬러 발광다이오드드라이버장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예컨데 상호 병렬 연결된 스트링타입의 다수의 발광다이오드거나 병렬 연결된 다수의 듀얼컬러 발광다이오드가 프린트 기판이거나 전광판상에 적절히 배열된 영상표시장치를 구동하도록 제어할 수 있는 발광다이오드드라이버와 듀얼전원공급부로 구성시킨 LED표시장치 듀얼전압 전원공급장치에 관한 것이다.

보통 LED(LIGHT EMITTING DIODE)로서의 발광다이오드소자는 전광판등의 표시소자로써 동영상 또는 정지영상과 같은 표시장치에서 많이 이용되고 있다. 이 LED 표시장치는 통상LED의 휘도레벨을 결정하는 휘도변조장치를 구비한다. 이 표시장치가 비례고정펄스폭 변조방식은 이용하면, 구동주파수등의 한계로 인하여 제한된 변조범위밖에 얻을 수 없었다. 이는 영상의 선명도 및 해상도의 제한을 가져 왔다.

이를 해소하기 위해 비비례 고단계 영상구동장치(대한민국 특허등록 제 260196 호 : 출원일자 1998년 3월 9일)를 적용한 전광판으로 되는 표시시스템이 개시되었으며, 이는 영상 표시를 위한 소정의 휘도구동정보(디지털 값)를 수신하고 이 정보를 비비례 가변펄스폭 변조를 수행하여 고단계의 휘도변조 신호를 발생시키고, 이후 이 신호를 LED드라이버에 공급하여 LED들이 해당휘도단계로 구동 되게하므로 고선명, 고해상도의 영상표시가 가능하게 한다.
한편, 다수의 발광다이오드의 휘도조절이 가능하다하여도 발광다이오드의 구동전류가 최적으로 조절되어야 한다. 즉, 발광다이오드 드라이버는 그에 접속된 전원에 대하여 구동전류를 발광다이오드에 효과적으로 인가하는데 따라 표시장치의 성능을 결정하게 된다. 이에따라 그의 성능의 개선기술이 매우 중요한 사안으로 대두되어 왔다.

그럼에도, 이러한 드라이버는 다수의 바이폴러용 트랜지스터 버퍼와 전류제한용 저항을 이용하여 축조되어 왔다. 대표적인것으로 도 1를 참조하여 멀티발광다이오드드라이버를 설명하면 다음과 같다.

이 드라이버는 다수의 단자를 구비하여, 단자(X₀)는 마스터선택으로 저항을 통해 전압단자(Vcc)의 트랜지스터(Tr₀)에 연결되어 있고, 단자 (X₁ - Xn) 들은 각각의 저항을 통해 각 트랜지스터(Tr₁ - Trn)에 연결되어 있다. 이 트랜지스터(Tr₁ - Trn)은 개별적으로 발광다이오드(LED₁ - LEDn)와 연결되는 동시에 트랜지스터(Tr₀)에 공통적으로 연결되어 있다.

이는 각기 발광다이오드(LED₁ - LEDn)의 애노우드 단자를 공통단자로 하고 캐소우드단자를 각각 제어하는 특징의 구조를 보이고, 발광다이오드 구동용 전원을 단일 전원으로 공급하게 되는 특징을 갖는 것이다.
즉, 각각의 발광다이오드(LED₁ - LEDn)를 발광시키기 위해서는 적어도 n + 1개의 트랜지스터와 저항이 필요하게 되는 한편, 각각의 트랜지스터 (Tr₁ - Trn)를 구동시키기 위해 n + 1 개의 별도 스위치가 필요하도록 되어 있다.

따라서, 2개의 발광다이오드를 구동시키려면 2개의 점등제어라인 하나의 전원라인과 하나의 스위칭제어라인으로되는 4개의 리드라인들이 요구된다. 이는 발광다이오드의 수에 대응하여 다수의 라인들이 요구된다는 단점이 있다.

그리고, 다수의 발광다이오드, 즉 2 개씩의 발광다이오드를 구동하기 위한 보다 개선된 방법으로는 미국특허 제 5,966,110 호(발명의 명칭 : 발광다이오드 드라이버, 출원일 1996년 11월 26일)에 개시되어 있다. 이를 등가회로로 나타내면, 이 발광다이오드 드라이버는 다수의 쌍을 이룬 다이오드를 점등하도록 공통출력단에 연결된 제 1단자와 사인파 신호의 상이하고 적당히 정류된 위상을 각각 수신하는 제 2단자들로 구성된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 전단의 싱글전원공급부는 접지선(GND)와 전원 + 5V 가 각 저항(R)을 통해 각 스위치(SW3, SW4)로 연결되는 페어(W3, W4)로서 되는 도출 전선이 3 개로 되고 있다.
이 3개의 도출전선은 접지선(GND)을 공통으로하고 페어(W3, W4)가 스위치(SW3, SW4)를 경유하여 발광다이오드군(DTL₁ - DLn)에 각각 연결되고 있다.

다수의 발광다이오드군은 각각 2 개씩 페어로하여 단일 유니트의 병렬 배열구조로 되어 있고, 이 구동회로의 특징은 단일 전원을 사용하고 2개의 제어라인을 갖는다는 것이다.

그러므로, 상기 3개의 도출전선중 전선(W3)에 병렬로 연결된 발광다이오드군(DL₁ - DLn)은 스위치(SW3)의 온시 발광하게 되고, 다른 전선(W4)에 병렬로 연결된 발광다이오드군(DL₁ - DLn)은 다른 스위치(SW4)의 온시에 발광하게 된다. 발광다이오드군은 색이 다른 발광다이오드들로 쌍을 이룰수 있고 스위치(SW3, SW4)의 동작 특성에 따라 다이오드 개별적으로 점등시키거나 발광색의 혼합이 가능하도록 점멸등시켜 효과적인 색영상을 디스플레이할 수 있다.

그러나, 이 발광다이오드 드라이버는 병렬 연결구조의 발광다이오드를 구성함에 있어서 인쇄회로기판상에서 회로구성을 하지 아니하고, 전선에 직접 취부하는 구성으로는 도출 전선이 3 개가 필요할 뿐만 아니라 접속부위도 증가하게 된다는 불편함이 뒤따르게 되었다.
따라서, 프린트기판상에 쌍을 이루거나 그룹화된 다수의 발광다이오드를 실장하기가 용이하고 도출전선의수가 최소로되고 발광다이오드의 구동제어가 용이하다면 매우 바람직함을 알 수 있다.

본 발명은 종래의 싱글전압 단자를 구비한 발광다이오드드라이버의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 다수의 쌍을 이루거나 군을 이룬 발광다이오드를 병렬로 배열되도록한 부하에 대하여 정극성전압을 순방향 바이어스시키고 음극성 전압을 역방향 바이어스시키는 듀얼전압전원부와 듀얼전압전원부가 제어신호의 입력에 따라 상기부하에 정극성 및 음극성 전압을 인가하도록 제어하는 멀티컬러 발광다이오드드라이버들로 구성되어 있다.

삭제

이하, 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거하여 설명한다.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티컬러발광다이오드드라이버를 구비한 듀얼전압 전원장치를 도시해 놓은 회로도이다. 이 듀얼전압전원장치(1)는 양극전압전원부(7)와 음극전압전원부(8)를 통해 양극 및 음극의 듀얼 전압(+ 5V 또는 - 5V)을 부하에 공급할 수 있는 듀얼전압전원부와 양음극의 전압전원부가 해당전압을 출력하도록 제어하는 멀티컬러 발광다이오드드라이버로 구성된다. 도 4 에는 듀얼전압전원장치(1)가 접속된 부하, 예컨데 다수의 발광다이오드가 병렬 연결된 스트링이라든지 병렬 연결된 다수의 듀얼컬러 발광다이오드(DL₁ - DLn)를 구동하도록 연결되어 있다.

듀얼전압전원부에서 양극전압전원부(7)은 + 5V의 전원에 연결되어 양전압을 순방향바이어스시켜 출력하는 N채널 전계효과 트랜지스터(Q1)를 구비하며, 음극전압전원부(8)는 - 5V의 전원에 연결되어 음전압을 역방향 바이어스시켜 출력하는 N채널 전계효과 트랜지스터(Q2)를 구비한다. 이들 전압공급부(7), (8)들은 각기 멀티컬러 발광다이오드 드라이버(9)에 의하여 작동제어된다. 이 드라이버(9)는 제3도에 설명된 비비례가변 펄스폭변조 장치와 같은 발광다이오드구동 제어장치로 부터 제어신호를 수신하는 제어단자(X),(Y)를 가진다. 제어단자(X)는 저항(R1)을 경유하여 포토커플러 (PC1)에 연결되며, 제어단자(Y)는 저항(R2)와 (R3)를 경유하여 포토커플러(PC2)와 (PC3)에 연결되어 있다. 포토커플러(PC1)는 저항(R4)을 통해 그의 수광트랜지스터의 콜렉터에 양극 제어전압( + 12V)의 전원이 연결되고, 수광트랜지스터의 에미터에는 저항(R6)을 통하여 전계효과트랜지스터(Q1)에 연결되는 동시에 포토커플러(PC2)의 수광트랜지스터에 연결된다. 이 포토커플러(PC2)는 그의 에미터가 저항(R5)을 경유하여 음극성 제어전원(- 18V)에 연결되고 동시에 저항(R7)을 경유하여 전계효과 트랜지스터(Q2)의 게이트에 접속된다. 포토커플러(PC3)는 그의 수광 트랜지스터의 콜렉터의 전계효과트랜지스터(Q2)의 게이트에 연결되어 있다.

삭제

이상과 같이 구성되는 본 발명의 듀얼전압 전원장치는 도 4 에 도시된 바와 같이 부하(Z)가 접속되어 있으며, 이 부하(Z)는 2 개의 와이어상에 순방향 바이어스된 일련의 발광다이오드군과에 역방향 바이어스된 일련의 발광다이오드군으로 접속되어 있는 듀얼발광다이오드군(DL₁ - DLn)들로 구성된다.

본 발명의 듀얼전압 전원장치의 동작설명을 하면, 먼저 드라이버(9)의 제어단자(X)에 하이레벨(+ 5 V)이 인가될 때 저항(R1)을 통해 포토커플러 (PC1)를 턴온하고, 정극 제어단자의 전압(+ 12 V)은 저항(R4)과 저항(R6)의 분배된 값으로 전계효과트랜지스터(Q1)의 게이트에 인가된다. 이때, 전계효과트랜지스터(Q1)가 턴온상태로 되므로 그의 소스에 연결된 부하(Z)에는 양극 전원단자의 + 5 V가 인가된다.

한편, 제어단자(X)에 로우레벨이 인가되고 다른 제어단자(Y)에 하이레벨이 인가된때 포토커플러(PC1)가 턴오프되고, 다른 포토커플러(PC2, PC3)들은 동시에 턴온된다. 이후 전계효과 트랜지스터(Q1)는 턴오프되고, 전계효과트랜지스터(Q2)는 그의 소스전위보다 낮은 게이트전위 (- 18 V)가 0 V 로 이전함에 따라 부하(Z)에 음극 전압 - 5 V을 인가한다.

즉, 제어단자(Y)에 하이레벨이 인가된 경우 포토커플러 (PC2)도 턴온하게 되고, 전계효과트랜지스터(Q1)의 게이트전압은 저항(R5)와 (R6)의 분배된 전압값(약 - 16.3 V)으로 전계효과트랜지스터(Q1)의 소스전위보다 낮은 값으로 되어 전계효과트랜지스터(Q1)를 턴 오프 시킨다.

여기서, 주목되는 것은 제어단자(X)에 하이레벨의 전압이 인가될지라도 전계 효과트랜지스터(Q1)의 게이트전위가 그의 소스전위(- 5 V) 보다 낮아야 한다. 이를 위하여 양극제어전압( + 12V)에 대하여 상호 작동하도록 전계효과트랜지스터 (Q2)의 게이트에 연결된 전위가 음전압( - 18V)이어야 한다.

그러므로, 듀얼전압전원장치(1)는 양극 및/또는 음극전압을 부하(Z)에 관련된 2 개의 와이어상에 공급하여 순방향 바이어스된 발광다이오드 예컨데 적색발광, 다이오드와, 역방향 바이어스된 발광다이오드 예컨데 녹색발광 다이오드가 병렬로 접속된 다수의 듀얼발광다이오드(DL₁ - DLn)이 적색 및/또는 녹색을 발광되게 한다.

도 5 및 도 6 은 도 4 에 도시된 듀얼전압전원장치를 각기 다른 실시예이다. 도시 도 7A 및 7B는 도 5 및 도 6 에 도시된 논리스위칭부(4, 5)를 도시해 놓은 회로도이다.

제어단자(X, Y)가 논리스위칭부(4 : 5)에 각기 연결되며 이 논리스위칭부의 4 또는 5는 저항(R11, R12)을 통해 포토 커플러(PC11, PC12)에 연결된다. 이 포토 커플러(PC11, PC12)에는 P 채널 전계효과트랜지스터(Q11)와 N 채널 전계효과트랜지스터(Q12)가 각각 연결되며, 이 P 채널 전계효과트랜지스터(Q11)와 N 채널 전계효과트랜지스터(Q12)사이에는 부하(Z)가 연결된다. 여기서 주목되는 것은 논리스위칭부(5)가 포토커플러 (PC11)대신에 도6에 도시와 같이 트랜지스터(Q100)이 연결되는 경우도 있다.
양극 전압전원부(7)과 음극전압전원부(8)은 도3의 듀얼전압전원부와 동일하고 단 도6의 음극전압전원부(8)의 음극단자는 정지되어 있다.

논리스위칭부(4, 5)는 도7A에 도시와 같이 제어단자(X, Y)사이에 저항(R101)에 의하여 트랜지스터(Q101)가 연결되어 있다. 또 도7B에 도시와 같이 제어단자(X)는 배타적오아게이트 (EOR1)와 앤드게이트(A1)의 일측단자에 연결되고 제어단자(Y)는 배타적오아게이트(EOR1)의 타측단자와 앤드게이트(A2)에 각각 연결되고 있다. 여기서 배타적오아게이트(EOR1)의 출력단은 앤드게이트(A1)의 타측단자에 연결되며, 앤드게이트(A2)의 출력단자는 순차적으로 앤드게이트(A2, A3)들에 연결되어 있다.

이와 같이 구성되는 듀얼전압전원장치의 동작을 설명하면, 도5에서 제어단자(X)에 인가된 하이레벨(+ 5 V)의 제어신호는 스위칭부(4)와 저항(R11)을 통해 포토커플러(PC11)를 턴온시키고, 이에 따라 전계효과트랜지스터(Q11)가 턴온상태로 되므로 소스에 출력의 양극성 정압으로 + 5 V를 부하(Z)에 인가한다.

제어단자(X)가 로우레벨(0 V)이고 제어단자(Y)가 하이레벨일 때 포토커플러 (PC11)는 턴오프되고, 다른 포토커플러(PC12)와 스위칭부(4)의 트랜지스터(Q101)는 동시에 턴온된다. 즉, 하이레벨 신호가 스위칭부(4)와 저항(R12)을 통해 포토커플러(PC12)을 턴온시키고 전계효과트랜지스터 (Q11)가 턴오프된 상태에서 다른 전계효과트랜지스터(Q12)를 턴온시키므로 부하(Z)에는 음극전압 - 5 V을 인가한다.

그러므로, 제어단자(Y)가 하이레벨일 때 스위칭부(4)의 트랜지스터(Q101)도 동시에 턴온되어 있으므로 전계효과트랜지스터(Q11)는 오프상태로 유지된다. 이후 듀얼발광다이오드로 구성되는 부하의 동작은 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

도 6에서 제어단자(X)가 하이레벨(+ 5 V) 일 때 스위칭부(5)와 저항(R11)을 통해 트랜지스터(Q100)를 턴온시키고, 이에 따라 전계효과트랜지스터 (Q11)가 턴온상태로 되므로 소스에 양극전압 + 5 V가 부하(Z)에 인가된다.

제어단자(X)가 로우레벨(0 V)이고 제어단자(Y)가 하이레벨일 때 트랜지스터(Q100)가 턴오프되고 포토커플러(PC12)는 턴온된다. 즉, 제어하이레벨신호스위칭부(5)의 앤드게이트(A2 - A4)와 저항(R12)을 통해 포토커플러(PC12)를 턴온시킨다. 전계효과트랜지스터(Q11)가 턴오프된 상태에서 다른 전계효과트랜지스터(Q12)가 턴온되므로 음극전압 - 5 V가 부하(Z)에 인가된다.

전술한 바와 같이 제어단자(Y)가 하이레벨일 때 이 제어신호가 스위칭부(5)의 배타적 오아게이트(EOR1)와 앤드게이트(A1)를 통해 로우레벨되고, 전계효과트랜지스터(Q11)를 오프상태로 유지하게 된다. 이후 듀얼발광다이오드로 구성되는 부하의 동작은 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.

도 8 은 본 발명에 따라 다수의 모듈화된 듀얼전압전원장치를 이용한 표시장치를 구성한 블록선도이다. 멀티컬러발광 다이오드드라이버를 구비한 듀얼전압 전원장치(1)는 전광판등의 표시장치로 구성되도록 다수개로 배열하여 마이크로프로세서부(2)에 의하여 제어된다.
이 마이크로프로세서부(2)는 다수의 제어신호를 출력하여 다수의 듀얼전압전원장치(1, 1', 1")의 제어단자(X, Y)에 인가한다. 전원부(3)는 스위칭모드 전원장치이며, 예컨데 + 12 V, + 5 V, - 18 V 및 - 5 V 등을 출력하여 듀얼 전압전원장치(1, 1' --- 1")에 공급한다. 이 듀얼 전압전원장치(1, 1' --- 1")의 출력(P1 - P64)은 각각 양극전압 및/또는 음극전압을 2 개의 도선에 연결된 부하(Z)에 공급하여 순방향 바이어스된 발광다이오드군을 예컨데 적색으로 발광시키거나 역방향 바이어스된 발광다이오드군을 예컨데 녹색으로 발광시키게 된다.

따라서, 마이크로 프로세서부(2)는 각각의 듀얼전압전원장치(1, 1' --- 1")를 선택하여 제어전압 양극 및/또는 음극의 제어신호를 출력하므로, 전광판이거나 다른 표시장치등이 다양한 영상이거나 동영상을 표현하도록 한다.

삭제

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 영상표시장치에 적용되도록한 것으로 듀얼전압전원장치는 양극 및 음극전압전원부와 멀티칼라 발광다이오드 드라이버들로 구성되며, 단 2개의 출력단을 갖는 구성으로 모듈화되고, 다수모듈로써 소정의 패턴으로 전광판이거나 영상장치로 구성되어서 원하는 영상이거나 동영상을 표시하도록 표현하도록 하는데, 용이하게 한다.
본 발명은 모델링된 듀얼전압공급부를 일례로하여 설명했지만, 기술적 요지가 벗어나지 않는 범위내에서 2 와이어상 여러가지 색의 듀얼발광다이오드를 발광시키도록 변형시키도 좋다.

Claims

+5V의 양극전압단자에 연결되어 양극전압을 순방향 바이어드 시키는 N채널 전계효과 트랜지스터(Q1)로 이루어진 양극전압전원부(7)와 -5V의 음극전압단자에 연결되어 음극전압을 역방향 바이어스시키는 다른 N채널 전계효과 트랜지스터(Q2)를 구비한 음극전압전원부(8)들로 구성되는 듀얼전압전원부와;

하나의 제어단자(X)에 연결되고 그의 콜렉터에 양극제어전압(+12V)이 인가되는 포토커플러(PC1), 다른제어단자(Y)에 연결되고 그의 에미터에 음극제어전원(-18V)이 인가되는 다른 포토커플러(PC2)와 다른 제어단자(Y)에 동시에 연결되고 그의 콜렉터가 다른 전계효과 트랜지스터(Q2)의 게이트에 연결되게 또 다른 포토커플러(PC3)들을 구비한 드라이브(9)들로 이루어지게 한 듀얼전압전원장치.
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제 1항에 있어서,

멀티컬러발광다이오드 드라이버는 제어단자에 연결되어 제어신호를 출력하는 스위칭부와 스위칭부의 출력신호에 의하여 턴온되어 해당전계효과 트랜지스터에 양극 및 음극 전압을 인가하는 포토커플러들로 구성시킨 듀얼전압전원장치
제 1항에 있어서,

멀티컬러발광다이오드 드라이버는 제어단자에 연결되어 그들의 제어신호를 출력하는 스위칭부와 스위칭부의 신호에 의하여 턴온되어 해당전계효과 트랜지스터에 양극 및 음극전압을 인가하는 트랜지스터와 포토커플러로 구성시킨 듀얼전압전원장치
제 1항에 있어서,

스위칭부가 두개의 제어단자사이에 연결되는 트랜지스터로 구성되게한 듀얼전압전원장치
제 1항에 있어서,

스위칭부가 배타적오아게이트에 연결된 하나의 제어단자와 3개의 앤드게이트에 차례로 연결된 다른 제어단자를 구비한 듀얼전압전원장치
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