KR100963138B1 - 엘이디 구동장치 - Google Patents

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조규형
이강호
우영진
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한국과학기술원
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

본 발명은 엘이디(Light Emitting Diode; LED) 구동장치 등에 관한 것이다.
본 발명에 따른 엘이디 구동장치는 전원입력부로부터 공급되는 에너지를 직렬 접속된 복수 개의 커패시터에 충전하고, 복수 개의 커패시터에 충전된 각 에너지에 따른 전류를 합하여 출력하는 전하펌프부, 전하펌프부로부터 출력되는 전류에 따라 발광하는 발광부, 전원입력부로부터 공급되는 에너지가 전하펌프부에 충전되도록 제어하는 충전 스위치 및 전하펌프부에 충전된 에너지에 따른 전류가 발광부로 출력되도록 제어하는 출력 스위치를 포함한다.
본 발명에 따른 엘이디 구동장치는 인덕터 또는 변압기 대신 크기가 작은 커패시터 및 다이오드 소자가 이용됨으로써, 소형화될 수 있다. 뿐만 아니라, 직렬의 형태로 에너지가 충전되고, 충전된 에너지가 각각 병렬 형태로 분산되어 다음 단으로 전달되는 방식으로 구동됨에 따라, 높은 입력전압을 사용할 경우에도 높은 전력효율을 가질 수 있다.
엘이디 구동회로, 전하펌프, 다이오드, 발광 다이오드

Description

엘이디 구동장치{APPARATUS OF DRIVING LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 엘이디(Light Emitting Diode; LED) 구동장치 등에 관한 것이다.
일반적으로 엘이디 구동장치는 복수 개의 엘이디가 직렬 연결된 엘이디 발광부와 엘이디 발광부에 일정한 정전류를 제공하기 위한 엘이디 구동회로를 포함한다. 엘이디 발광부를 구동하기 위한 엘이디 구동회로에는 주로 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation 이하, PWM) 방식의 직류-직류 컨버터가 사용되고 있다.
도1은 종래의 강압식(Buck type) 직류-직류 컨버터를 이용한 엘이디 구동회로를 나타낸 회로도이다.
도1에서 도시된 바와 같이, 종래의 강압식 직류-직류 컨버터를 이용한 엘이디 구동회로는 직류전원(Vin)의 (+)단에 인덕터(L1) 및 엘이디 발광부(120)가 각각 직렬로 연결된다. 또한, 다이오드(D1)는 인덕터(L1) 및 엘이디 발광부(120)와 병렬로 연결된다. 또한, 엘이디 발광부(120) 및 다이오드(D1)의 접속노드(N1)와 직류전원(Vin)의 (-)단 사이에는 전압검출저항(Rs1) 및 스위치(S1)가 직렬로 연결된다. 전압검출저항(Rs1)에서 검출되는 전압 값은 PWM 제어부(110)에 입력된다. PWM 제어부(110)는 검출된 전압 값에 따라 스위치(S1)의 듀티비를 조정한다.
제1 스위치(S1)가 온 구간일 경우, 직류전원(Vin)으로부터 공급되는 전류는 인덕터(L1), 엘이디 발광부(120) 및 전압검출저항(Rs1)을 통해 접지로 흐르게 된다. 이때, 인덕터(L1)에는 에너지가 축적된다. 제1 스위치(S1)가 오프 구간일 경우, 인덕터(L1)에 축적된 에너지가 전류 형태로 방전되고, 방전된 전류는 엘이디 발광부(120)로 공급된다. 이때, 엘이디 발광부(120)로부터 출력되는 전류는 다이오드(D1)를 통해 환류된다.
강압식 직류-직류 컨버터를 이용한 엘이디 구동회로에 공급되는 직류전원의 입력 값이 높을 경우, 인덕터(L1) 양단의 전압차는 커지게 된다. 이에 따라, 인덕터(L1)에 충전되는 전류 기울기가 증가되면서 전류 실효값이 증가하게 된다. 이에 따라, 엘이디 구동회로는 인덕터(L1)의 등가직렬저항(Equivalent Series Resistance; ESR)에 의한 전력손실이 증가하게 된다. 또한, 인덕터(L1)에 충전되는 전류의 기울기가 증가될 경우, 약간의 듀티비 조정에 있어서도 엘이디 발광부(120)의 출력에 대한 전력변화가 크게 나타날 수 있는 문제점이 있다. 또한, 발광부(120)에서 출력되는 전압 값이 엘이디 구동회로에 공급되는 직류전원의 전압 값보다 매우 낮을 경우, 스위치(S1)의 듀티비 또한 매우 낮아져야 한다. 이에 따라, 인덕터(L1)의 크기를 증가시켜야 하는 문제점이 발생될 수 있다.
도2는 종래의 승압식(Boost type) 직류-직류 컨버터를 이용한 엘이디 구동회로를 나타낸 회로도이다.
도2에서 도시된 바와 같이, 승압식 직류-직류 컨버터를 이용한 엘이디 구동회로는 직류전원(Vin)의 (+)단에 인덕터(L2)와 다이오드(D2)가 각각 직렬로 연결된 다. 또한, 다이오드(D2)와 직류전원(Vin)의 (-)단 사이에서 직렬 연결된 엘이디 발광부(220)는 엘이디 발광부(220)의 출력전압을 안전화시키는 평활 커패시터(Co2)와 서로 병렬 연결된다. 또한, 제2 스위치(S2) 및 전압검출저항(Rs2)은 인덕터(L2) 및 다이오드(D2)의 접속노드(N2)와 직류전원(Vin)의 (-)단 사이에서 서로 직렬로 연결된다. 전압검출저항(Rs2)에서 검출된전압 값은 PWM 제어부(210)에 입력된다. PWM 제어부(210)는 검출된 전압 값에 따라 스위치(S2)의 듀티비를 조정한다.
제2 스위치(S2)가 온일 경우, 직류전원(Vin)으로부터 공급되는 전류는 인덕터(L2), 제2 스위치(S2) 및 전압검출저항(Rs2)를 통해 접지로 흐르게 된다. 이때, 인덕터(L2)에는 에너지가 저장된다. 제2 스위치(S2)가 오프일 경우, 직류전원(Vin)로부터 공급되는 에너지와 인덕터(L2)에 축적된 에너지의 합에 대응하는 전류가 다이오드(D2)를 통해 엘이디 발광부(220)로 전달된다. 이때, 엘이디 발광부(220)로 전달되는 전류는 평활 커패시터(Co2)에 의해 평활된다. 이에 따라, 엘이디 발광부(220) 양단에 감지되는 전압은 직류전원(Vin)에서 공급되는 전압 값보다 크거나 같게 된다.
따라서, 승압식 직류-직류 컨버터를 이용한 엘이디 구동회로는 출력전압이 입력전압에 비해 크거나 같기 때문에 과전압에 따른 회로 소자들의 파손 우려가 있다.
도3은 종래의 플라이백(Fly-Back) 스위칭 파워 서플라이를 이용한 엘이디 구동회로를 나타낸 회로도이다.
먼저, 스위치(S3)가 온 구간일 경우, 엘이디 구동회로의 교류 전원(Vac)으로 부터 공급되는 교류 전류는 정류기(300)를 통해 전파 정류된다. 정류된 전류는 변압기(T1)의 1차측 인덕터, 제3 스위치(S3) 및 전압검출저항(Rs3)를 통해 접지로 흐르게 된다. 이때, 변압기(T1)의 1차측 인덕터에 에너지가 축적된다. 한편, 다이오드(D3)는 역방향이 되므로 변압기(T1)의 2차측 인덕터에 에너지가 전달되지 않는다. 스위치(S3)의 온 구간 동안 전압검출저항(Rs3)에서 검출된 전압 값을 이용하여 PWM 제어부(310)는 스위치(S3)의 듀티비를 조정한다. 다음, 제3 스위치(S3)가 오프 될 경우, 변압기(T1)의 1차측 인덕터에 축적된 에너지에 의해 2차측 인덕터에 연결된 다이오드(D3)와 엘이디 발광부(320)를 통해 전류가 흐르게 된다.
플라이백 스위칭 파워 서플라이를 이용한 엘이디 구동회로에는 사이즈가 큰 변압기가 사용된다. 따라서, 변압기는 엘이디 구동회로의 면적을 증가시키는 요인이 될 수 있다. 또한, 강압식 직류-직류 컨버터와 마찬가지로 높은 입력전원이 사용될 경우, 플라이백 스위칭 파워 서플라이를 이용한 엘이디 구동회로는 변압기 양단에 감지되는 전압차가 크므로 전류 실효값이 증가하게 된다. 이에 따라, 엘이디 구동회로의 전력손실이 증가되는 문제점이 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 크기가 최소화되고, 높은 입력 전원에도 전력효율이 높은 엘이디 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 엘이디(Light Emitting Diode; LED) 구동장치는 전원입력부 로부터 공급되는 에너지를 직렬 접속된 복수 개의 커패시터에 충전하고, 복수 개의 커패시터에 충전된 각 에너지에 따른 전류를 합하여 출력하는 전하펌프부, 전하펌프부로부터 출력되는 전류에 따라 발광하는 발광부, 전원입력부로부터 공급되는 에너지가 전하펌프부에 충전되도록 제어하는 충전 스위치 및 전하펌프부에 충전된 에너지에 따른 전류가 발광부로 출력되도록 제어하는 출력 스위치를 포함한다.
전원입력부는 전하펌프부로 에너지를 공급하는 직류전원 및 직류전원에 의한 고주파 노이즈를 차단하는 제1입력 커패시터를 포함하는 것이 바람직하다.
전원입력부는 전하펌프부로 에너지를 공급하는 교류전원, 교류전원에 의한 고주파 노이즈를 차단하는 노이즈 필터 및 교류전원으로부터 공급되는 에너지를 전파 정류하는 전파 정류기를 포함하는 것이 바람직하다.
노이즈 필터는 고주파 노이즈를 차단하는 인덕터 및 인덕터의 양단에 각각 접속되고, 서로 병렬 연결된 제2 입력 커패시터 및 제3 입력 커패시터를 포함하는 것이 바람직하다.
전파 정류기는 브릿지 다이오드 정류기(Bridge Diode Rectifier)인 것이 바람직하다.
전하펌프부에 전원입력부로부터 공급되는 에너지가 충전될 경우, 전하펌프부에 흐르는 전류에 의한 전압을 검출하는 전압검출저항을 더 포함하는 것이 바람직하다.
충전 스위치 및 출력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
제어부는 전압검출저항으로부터 검출된 전압과 기설정된 기준전압을 비교하여 비교 데이터를 생성하는 비교부 및 비교 데이터에 따라 충전 스위치및 출력 스위치의 스위칭 동작을 위한 스위칭 제어신호를 생성하는 스위치 구동부를 포함하는 것이 바람직하다.
제어부는 발광부의 조도조절을 위한 디밍(Dimming)신호를 비교부로 출력하는 디밍부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
제어부는 발광부의 단락에 의해 과전류가 발생되는 것을 방지하는 보호회로부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
충전 스위치 및 출력 스위치에는 각각 서로 반전된 위상을 갖는 스위칭 제어신호가 인가되는 것이 바람직하다.
전하펌프부는 직렬 접속되어 전원입력부로부터 공급되는 에너지를 충전하는 복수 개의 전하펌프 커패시터, 전하펌프 커패시터 사이에 각각 직렬 접속되고, 전하펌프 커패시터의 충전 시 도통되는 복수 개의 충전 다이오드 , 충전 다이오드와 전하펌프 커패시터에 각각 병렬 접속되고, 전하펌프 커패시터의 방전 시 도통되는 복수 개의 방전 다이오드를 포함하는 것이 바람직하다.
전하펌프부 및 발광부 사이에 병렬 접속되는 전하펌프부를 복수 개 더 포함하고, 복수 개의 전하펌프부가 충전 및 방전됨에 따라 전원입력부로부터 공급되는 에너지가 발광부에 순차적으로 전달되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 엘이디 구동장치는 인덕터 또는 변압기 대신 크기가 작은 커 패시터 및 다이오드 소자가 이용됨으로써, 소형화될 수 있다. 뿐만 아니라, 직렬의 형태로 에너지가 충전되고, 충전된 에너지가 각각 병렬 형태로 분산되어 다음 단으로 전달되는 방식으로 구동됨에 따라, 높은 입력전압을 사용할 경우에도 높은 전력효율을 가질 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엘이디(Light Emitting Diode; LED) 구동장치에 대해 설명한다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 엘이디 구동장치를 나타낸 도면이다.
도4를 참조하면, 본 발명에 따른 엘이디 구동장치는 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지를 직렬 접속된 복수 개의 커패시터에 충전하고, 복수 개의 커패시터에 충전된 각 에너지에 따른 전류를 합하여 출력하는 전하펌프부(410), 전하펌프부(410)로부터 출력되는 전류에 따라 발광하는 발광부(420), 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지가 전하펌프부(410)에 충전되도록 제어하는 충전 스위치(SW1) 및 전하펌프부(410)에 충전된 에너지에 따른 전류가 발광부(420)로 출력되도록 제어하는 출력 스위치(SWo)를 포함한다.
전원입력부(400)는 에너지를 공급하는 직류전원(Vin) 및 직류전원(Vin)에 의한 고주파 노이즈를 차단하고, 전원을 안정화시키기 위한 제1 입력 커패시터(Cin)를 포함할 수 있다. 제1 입력 커패시터(Cin)는 직류전원(Vin)과 서로 병렬로 연결된다.
전하펌프부(410)는 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지가 충전되는 복수 개의 전하펌프 커패시터(C1, C2)를 포함한다. 복수 개의 전하펌프 커패시터(C1, C2)는 서로 직렬로 연결된다. 전하펌프부(410)는 복수 개의 충전 다이오드(D1, D2) 및 방전 다이오드(D3, D4)를 포함한다. 충전 다이오드(D1, D2)는 복수 개의 전하펌프 커패시터(C1, C2) 사이에 각각 직렬로 접속된다. 충전 다이오드(D1, D2)는 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지가 각 전하펌프 커패시터(C1, C2)에 충전될 때 도통된다. 따라서, 복수 개의 충전 다이오드(D1, D2)는 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지가 전하펌프부(410)로 충전될 때 각각의 전하펌프 커패시터(C1, C2)를 직렬로 연결시키는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 서로 직렬 연결된 각 전하펌프 커패시터(C1, C2)에는 에너지가 직렬 형태로 축적될 수 있게 된다. 방전 다이오드(D3, D4)는 충전 다이오드(D1, D2) 및 전하펌프 커패시터(C1, C2)에 병렬로 연결될 수 있다. 방전 다이오드(D3, D4)는 각 전하펌프 커패시터(C1, C2)에 충전된 에너지가 방전될 때 도통된다. 따라서, 복수 개의 방전 다이오드(D3, D4)는 전하펌프부(410)에서 충전된 에너지가 방전될 때 각 전하펌프 커패시터(C1, C2)를 서로 병렬로 연결시키는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 각 전하펌프 커패시터(C1, C2)에 충전된 에너지는 분산되어 방전될 수 있게 된다.
발광부(420)는 전하펌프부(410)에서 방전된 에너지에 따라 발광하게 된다. 여기서, 방전되는 에너지의 형태는 전류를 의미한다. 따라서, 발광부(420)는 전하펌프부(410)에서 출력되는 전류에 따라 발광하게 된다. 또한, 전하펌프부(410)에 충전된 에너지가 발광부(420)로 출력되도록 제어하는 출력 스위치(SWo)가 설치될 수 있다. 출력 스위치(SWo)는 발광부(420)와 직렬로 연결될 수 있다. 여기서, 출력 스위치(SWo)는 모스 트랜지스터로 구현될 수 있다.
충전 스위치(SW1)는 전원입력부(400)와 전하펌프부(410) 사이에 직렬로 연결된다. 여기서, 충전 스위치(SW1)는 모스 트랜지스터로 구현될 수 있다. 충전 스위치(SW1)는 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지가 전하펌프부(410)에 충전되도록 제어하는 역할을 한다. 먼저, 충전 스위치(SW1)가 온 상태이고, 출력 스위치(SWo)가 오프 상태일 경우, 도5-a에서 도시된 바와 같이, 전원입력부(400)로부터 공급되는 전류는 전하펌프 커패시터(C1, C2) 및 충전 스위치(D1, D2)를 통해 흐르게 된다. 이에 따라, 각각의 전하펌프 커패시터(C1, C2)에는 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지가 동일하게 나누어져 충전된다. 이때, 출력 스위치(SWo)는 오프이므로 발광부(420)에는 에너지가 전달되지 않는다. 다음, 충전 스위치(SW1)가 오프 상태이고, 출력 스위치(SWo)가 온 상태일 경우, 도5-b에서 도시된 바와 같이, 각 전하펌프 커패시터(C1, C2)에 충전된 에너지는 발광부(420)로 방전된다. 여기서, 전하펌프 커패시터(C1, C2)에 충전된 각 에너지는 전류 형태로 출력된다. 이때, 전하펌프 커패시터(C1, C2)로부터 출력되는 전류의 방향은 충전 다이오드(D1, D2)에 대해 역방향이며, 방전 다이오드(D3, D4)에 대해 순방향을 갖는다. 이에 따라, 전하펌프 커패시터(C1, C2)에 충전된 각 에너지는 방전 다이오드(D3, D4)를 통해 분산되어 방전된다. 즉, 전하펌프 커패시터(C1, C2)로부터 분산되어 출력되는 전류는 전하펌프부(410)와 발광부(410)의 접속노드(N)에서 합쳐지고, 합쳐진 전류는 발광부(420)로 전달된다.
전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지가 전하펌프부(410)에 충전되고, 전 하펌프부(410)에 충전된 에너지가 발광부(420)로 전달되도록 도6에서 도시된바와 같이, 충전 스위치(SW1) 및 출력 스위치(SWo)에는 서로 반전된 위상을 갖는 스위칭 제어신호(453,455)가 각각 인가된다.
충전 스위치(SW1)와 전원입력부(400) 사이에 직렬 연결된 전압검출저항(Rs)이 더 포함될 수 있다. 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지가 전하펌프부(410)에 충전될 경우, 전하펌프부(410)에 흐르는 전류는 충전 스위치(SW1) 및 전압검출저항(Rs)을 통해 접지로 흐르게 된다. 이때, 전압검출저항(Rs)은 전하펌프부(410)로부터 흐르는 전류에 의한 전압(445)을 검출하게 된다.
도7은 본 발명에 따른 엘이디 구동장치의 제어부를 나타낸 도면이다.
도4와 결부하여 도7을 참조하면, 제어부(430)는 전압검출저항(Rs)에 의해 검출된 전압(Rs)을 이용하여 충전 스위치(SW1)와 출력 스위치(SWo)의 스위칭 동작을 제어하게 된다. 제어부(430)는 전압검출저항(Rs)으로부터 검출된 전압(445)과 기설정된 기준전압(443)을 비교하여 비교 데이터(447)를 생성하는 비교부(440) 및 충전 스위치(SW1) 및 출력 스위치(SWo)의 스위칭 동작을 위한 스위칭 제어신호(453,455)를 생성하는 스위치 구동부(450)를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(430)는 디밍부(460)를 더 포함할 수 있다. 디밍부(460)는 외부 신호(463)를 입력 받아 발광부(420)의 조도조절을 위한 디밍(Dimming)신호를 비교부(440)로 출력하게 된다. 또한, 제어부(430)는 발광부(420)의 단락에 의해 과전류가 발생되는 것을 방지하는 보호회로부(470)를 더 포함할 수 있다. 즉, 보호회로부(470)는 발광부(420)의 엘이디(LED)가 단락 될 때 발생되는 과전류로부터 엘이디구동장치의 내부 회로를 보호 하는 역할을 수행하게 된다.
도8 및 도9는 본 발명에 따른 확장된 전하펌프부를 포함하는 엘이디 구동장치를 나타낸 회로도이다.
도8을 참조하면, 본 발명에 따른 엘이디구동장치는 전하펌프부(410)와 발광부(420)사이에 병렬 접속되는 복수 개의 전하펌프부(413)를 더 포함할 수 있다.
확장된 전하펌프부를 포함하는 엘이디 구동장치는 복수 개의 전하펌프부(413,415)가 충전 및 방전됨에 따라 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지를 발광부(420)에 순차적으로 전달할 수 있다. 즉, 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지는 각 전하펌프부(413,415)를 통하여 발광부(420)에 순차적으로 전달된다.
이하에서는, 확장된 전하펌프부를 포함하는 엘이디 구동장치에 대해 설명한다. 먼저, 전원입력부(400)로부터 공급되는 에너지는 첫 번째 전하펌프부(413)의 제1 충전 스위치(SW1)가 온 되면서 첫 번째 전하펌프부(413)의 각 전하펌프 커패시터(
Figure 112008007962332-pat00001
)에 충전된다. 이후, 도9-a에서 도시된 바와 같이, 제1 충전 스위치(SW1)가 오프되고, 두 번째 전하펌프부(415)의 제2 충전 스위치(SW2)가 온 되면서, 첫 번째 전하펌프부(413)의 각 전하펌프 커패시터(
Figure 112008007962332-pat00002
)에 충전된 에너지는 병렬 형태로 분산되어 방전된다. 보다 구체적으로는, 첫 번째 전하펌프부(413)에 충전된 에너지가 방전될 때, 첫 번째 전하펌프부(413)의 각 전하펌프 커패시터(
Figure 112008007962332-pat00003
)들은 도9-b에서 도시된 바와 같이, 서로 병렬 연결되어 충전된 에너지를 병렬 형태로 분산하여 방 전시키게 된다. 여기서, 도9-b는 에너지 방전 시 도9-a에 도시된 첫 번째 전하펌프부(415)를 보다 구체적으로 나타낸 도면이다. 이후, 방전된 에너지는 두 번째 전하펌프부(415)의 전하펌프 커패시터(
Figure 112008007962332-pat00004
)들에 각각 충전된다. 이후, 제2 충전 스위치(SW2)가 오프되고 출력 스위치(SWo)가 온 될 경우, 두 번째 전하펌프부(415)에 충전된 에너지는 발광부(420)로 전달되게 된다. 이렇게, 각 전하펌프부(413,415)를 통해 발광부(420)로 에너지가 전달되기 위해서는 도10에서 도시된 바와 같이, 서로 인접한 충전 스위치(
Figure 112008007962332-pat00005
) 및 출력 스위치(SWo)에 서로 반전된 위상을 갖는 스위칭 제어신호가 각각 인가되는 것이 바람직하다.
한편, 확장된 전하펌프부(413,415)를 포함하는 엘이디 구동장치에서 첫 번째 전하펌프부(413)의 각 전하펌프 커패시터(
Figure 112008007962332-pat00006
)에 충전된 전압을 다음 수식과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112008007962332-pat00007
수학식 1에서
Figure 112008007962332-pat00008
은 첫 번째 전하펌프부(413)의 각 전하펌프 커패시터(
Figure 112008007962332-pat00009
)에 충전된 전압,
Figure 112008007962332-pat00010
은 입력전압 및
Figure 112008007962332-pat00011
은 첫 번째 전하펌프부(413)에 포함된 전하펌프 커패시터의 총 개수를 의미한다.
첫 번째 전하펌프부(413)의 에너지 방전 시, 도9-b에서 도시된 바와 같이, 첫 번째 전하펌프부(413)의 각 전하펌프 커패시터(
Figure 112008007962332-pat00012
)들은 두 번째 전하펌프부(415)와 병렬로 연결된다. 이에 따라, 첫 번째 전하펌프부(413)의 전하펌프 커패시터 하나에 충전된 전압이 두 번째 전하펌프부(415)의 총
Figure 112008007962332-pat00013
개의 전하펌프 커패시터(
Figure 112008007962332-pat00014
)에 각각 충전된다. 따라서, 두 번째 전하펌프부(415)의 전하펌프 커패시터 하나에 충전된 전압은 다음 수식과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112008007962332-pat00015
수학식 2에서
Figure 112008007962332-pat00016
은 두 번째 전하펌프부(415)의 각 전하펌프 커패시터에 충전된 전압을 의미한다. 또한,
Figure 112008007962332-pat00017
는 두 번째 전하펌프부(415)에 포함된 전하펌프 커패시터의 총 개수를 의미한다. 이와 같은 방식으로, 엘이디 구동장치에 n개의 전하펌프부가 포함될 경우, 발광부로 전달되는 전압은 다음 수식과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112008007962332-pat00018
수학식 3을 참조하여, 하나의 전하펌프부를 포함하는 엘이디 구동장치의 발광부 출 력전압을 나타내면 다음 수식과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112008007962332-pat00019
수학식3 및 수학식4를 참조하면, 확장된 전하펌프부를 포함하는 엘이디 구동장치와 하나의 전하펌프부를 포함하는 엘이디 구동장치의 발광부 출력전압이 같기 위해서는(즉,
Figure 112008007962332-pat00020
일 경우), 하나의 전하펌프부에 설치되는 전하펌프 커패시터의 총 개수(
Figure 112008007962332-pat00021
)가 확장된 전하펌프부에 설치된 n개의 전하펌프 커패시터 내 각 전하펌프 커패시터 개수들의 곱(
Figure 112008007962332-pat00022
)과 같아야 한다. 이에 따라, 하나의 전하펌프부에 설치되는 전하펌프 커패시터의 총 개수(
Figure 112008007962332-pat00023
)는 확장된 전하펌프부에 설치되는 전하펌프 커패시터의 총 개수(
Figure 112008007962332-pat00024
)보다 많아지게 된다. 따라서, 확장된 전하펌프부를 포함하는 엘이디 구동장치는 동일한 발광부 출력전압의 조건하에서 전하펌프부에 사용되는 커패시터 및 다이오드의 개수를 효율적으로 감소시킬 수 있다.
도11은 교류 전원을 이용한 엘이디 구동장치를 나타낸 회로도이다.
도11을 참조하면, 본 발명에 따른 엘이디 구동장치의 전원입력부(401)는 전하펌프부(413,415)로 에너지를 공급하는 교류 전원(Vac), 교류전원(Vac)에 의한 고주파 노이즈를 차단하는 노이즈 필터(403) 및 교류전원(Vac)으로부터 공급되는 에 너지를 전파 정류하는 전파 정류기(405)를 포함한다. 노이즈 필터(403)는 고주파 노이즈를 차단하는 인덕터(Lm) 및 인덕터(Lm)의 양단에 각각 접속되고 서로 병렬 연결된 제2 입력 커패시터(Ca)와 제3 입력 커패시터(Cb)를 포함한다. 전파 정류기(405)는 브릿지 다이오드 정류기(Bridge Diode Rectifier)인 것이 바람직하다. 10㎌ 이상의 값을 갖는 제2 및 제3 입력 커패시터(Ca, Cb)가 사용되는 엘이디 구동장치는 직류 전원의 입력을 갖는 엘이디 구동회로로 볼 수 있다. 또한, 1㎌ 이하의 작은 값을 갖는 제2 및 제3 입력 커패시터(Ca, Cb)가 사용되거나, 입력 커패시터 없이 구현되는 엘이디 구동장치의 경우, 입력의 교류 전원이 전파 정류된 상태에서 구동되므로 역률 및 왜곡률(Total Harmonic Distortion; THD)의 요건을 충족시킬 수 있다.
본 발명에 따른 엘이디 구동장치는 인덕터 또는 변압기 대신 크기가 작은 커패시터 및 다이오드 소자가 이용됨으로써, 소형화될 수 있다. 뿐만 아니라, 직렬의 형태로 에너지가 충전되고, 충전된 에너지가 각각 병렬 형태로 분산되어 다음 단으로 전달되는 방식으로 구동됨에 따라, 높은 입력전압을 사용할 경우에도 높은 전력효율을 가질 수 있다.
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도1 내지 도3은 종래의 엘이디 구동장치를 나타낸 회로도.
도4는 본 발명에 따른 엘이디 구동장치를 나타낸 회로도.
도5는 도4에서 도시된 본 발명에 따른 엘이디 구동장치의 구동방식을 나타낸 회로도.
도6은 도4에서 도시된 본 발명에 따른 엘이디 구동장치의 스위칭 제어신호를 나타낸 도면.
도7은 본 발명에 따른 엘이디 구동장치의 제어부를 나타낸 도면.
도8은 본 발명에 따른 확장된 전하펌프부를 포함하는 엘이디 구동장치를 나타낸 회로도.
도9는 도8에서 도시된 본 발명에 따른 엘이디 구동장치의 구동방식을 나타낸 회로도.
도10은 도8에서 도시된 본 발명에 따른 엘이디 구동장치의 스위칭 제어신호를 나타낸 도면.
도11은 본 발명에 따라 교류 전원을 이용한 엘이디 구동장치를 나타낸 회로도.
******** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ********
400: 전원입력부
410: 전하펌프부
420: 발광부
430: 제어부

Claims (12)

  1. 전원입력부로부터 공급되는 에너지를 직렬 접속된 복수 개의 커패시터에 충전하고, 상기 복수 개의 커패시터에 충전된 각 에너지에 따른 전류를 합하여 출력하는 전하펌프부;
    상기 전하펌프부로부터 출력되는 전류에 따라 발광하는 발광부;
    상기 전원입력부로부터 공급되는 에너지가 상기 전하펌프부에 충전되도록 제어하는 충전 스위치; 및
    상기 전하펌프부에 충전된 에너지에 따른 전류가상기 발광부로 출력되도록 제어하는 출력 스위치를 포함하는, 엘이디(Light Emitting Diode; LED) 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원입력부는,
    상기 전하펌프부로 상기 에너지를 공급하는 직류전원; 및
    상기 직류전원에 의한 고주파 노이즈를 차단하는 제1입력 커패시터를 포함하는, 엘이디 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원입력부는,
    상기 전하펌프부로 상기 에너지를 공급하는 교류전원;
    상기 교류전원에 의한 고주파 노이즈를 차단하는 노이즈 필터; 및
    상기 교류전원으로부터 공급되는 에너지를 전파 정류하는 전파 정류기를 포함하는, 엘이디 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 노이즈 필터는,
    상기 고주파 노이즈를 차단하는 인덕터; 및
    상기 인덕터의 양단에 각각 접속되고, 서로 병렬 연결된 제2 입력 커패시터 및 제3 입력 커패시터를 포함하는, 엘이디 구동장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전파 정류기는 브릿지 다이오드 정류기(Bridge Diode Rectifier)인, 엘이디 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전하펌프부에 상기 전원입력부로부터 공급되는 에너지가 충전될 경우, 상기 전하펌프부에 흐르는 전류에 의한 전압을 검출하는 전압검출저항을 더 포함하는, 엘이디 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 충전 스위치 및 상기 출력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전압검출저항으로부터 검출된 상기 전압과 기설정된 기준전압을 비교하여 비교 데이터를 생성하는 비교부; 및
    상기 비교 데이터에 따라 상기 충전 스위치 및 상기 출력 스위치의 스위칭 동작을 위한 스위칭 제어신호를 생성하는 스위치 구동부를 포함하는, 엘이디 구동장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 발광부의 단락에 의해 과전류가 발생되는 것을 방지하는 보호회로부를 더 포함하는, 엘이디 구동장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 충전 스위치 및 상기 출력 스위치에는 각각 서로 반전된 위상을 갖는 상기 스위칭 제어신호가 인가되는, 엘이디 구동장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전하펌프부는,
    직렬 접속되어 상기 전원입력부로부터 공급되는 에너지를 충전하는 복수 개의 전하펌프 커패시터;
    상기 전하펌프 커패시터 사이에 각각 직렬 접속되고, 상기 전하펌프 커패시터의 충전 시 도통되는 복수 개의 충전 다이오드; 및
    상기 충전 다이오드 및 상기 전하펌프 커패시터에 각각 병렬 접속되고, 상기 전하펌프 커패시터의 방전 시 도통되는 복수 개의 방전 다이오드를 포함하는, 엘이디 구동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전하펌프부 및 상기 발광부 사이에 병렬 접속되는 상기 전하펌프부를 복수 개 더 포함하고,
    상기 복수 개의 전하펌프부가 상기 충전 및 방전됨에 따라 상기 전원입력부로부터 공급되는 에너지가 상기 발광부에 순차적으로 전달되는, 엘이디 구동장치.
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