KR101069556B1

KR101069556B1 - 조명용 고출력 엘이디 구동 회로

Info

Publication number: KR101069556B1
Application number: KR1020100136646A
Authority: KR
Inventors: 이진욱
Original assignee: 주식회사 케이지테크
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2011-10-05

Abstract

조명용 고출력 엘이디를 정전류 구동하는 LED의 정전류 구동회로가 제공된다. 상기 입력되는 전압을 제어전압에 대응하는 레벨로 변환하여 일정한 정전압을 출력하는 전원공급기와; 상기 전원공급기로부터 출력되는 정전압에 의해 구동되는 LED스트링과; 상기 LED스트링의 캐소드와 접지사이에 직렬 접속되며, 전류제어전압의 레벨에 적응하여 상기 LED스트링에 흐르는 전류량을 제어하고 그 전류량을 감지하여 전류감지전압을 출력하는 모스트랜지스터 및 전류감지와; 내부에 미리 설정된 기준전압과 상기 전류감지전압을 비교하여 상기 전류감지전압이 상기 기준전압에 추종토록 전류제어전압을 상기 모스트랜지스터에 제공하는 정전류구동기를 포함하여 구성된다.

Description

조명용 고출력 엘이디 구동 회로{Illumination power LED driving circuit}

본 발명은 조명용 고출력 엘이디(light emitting diode : 이하 "LED"라 칭함) 구동회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조명용 LED의 정전류 구동을 위한 엘이디 구동회로에 관한 것이다.

최근에 들어 인류가 직면한 최대의 위기인 기후변화에 대응하려는 노력이 전 세계적으로 다양한 분야에서 이루어지고 있다. 기후변화의 가장 큰 원인은 화석에너지의 사용으로 인한 온실가스 배출로 알려져 있다 국내에서도 범세계적인 기후변화대응 활동에 앞장서고 이를 저탄소 녹색성장의 발판으로 삼으려는 노력이 시작되고 있다 기후변화의 주범으로 알려진 온실가스를 효과적으로 감축하기 위해서는 사회 각 분야에서 다양한 방법을 실천하여야 한다.

그 중 화석 에너지의 사용을 억제하고 신재생에너지 보급을 확대하는 방안이 온실가스의 배출량을 줄이는 데 매우 효과적이다 그 가운데 현재 사용되고 있는 조명을 조명용 LED로 교체함으로써 낮은 전력소모와 현저히 긴 수명으로 많은 에너지를 절약함으로써 온실가스를 감축하려는 연구가 진행되고 있다.

또한 빛의 조도, 휘도, 파장 등 여러 부분을 제어할 수 있어 이를 통한 응용부분 또한 확대되고 있다. 조명용 LED의 단점으로는 발열이 심하고 이로 인한 반도체의 특성열화로 인하여 전류량이 변화하고 밝기가 변화한다. 또한 기존의 정전압회로를 통하여 조명용 LED를 구동할 경우 밝기가 불안정하여 조명으로써의 역할을 할 수 없을 뿐만 아니라, 조명용 LED 자체가 소손될 수 있다 이를 방지하기 위하여 조명용 LED의 정전류 구동은 필수 불가결한 요소라 하겠다.

조명용 LED를 정전류 구동하기 위한 종래의 기술은 전원공급회로와 LED의 애노드 사이 또는 LED의 캐소드와 접지사이에 트랜지스터 또는 모스트랜지스터(MOS FET)로 구성되는 정전류회로를 설치하여 일정한 LED에 일정한 전류가 흐르도록 제어하는 방식이 일반적으로 적용되고 있다. 이와 같은 종래의 회로로서는 특허문헌 1에 기재된 "전원안정화 기능을 갖는 교류전원 엘이디 조명장치"를 그 예로 들 수 있다.

공개특허 제10-2010-0045342호(2010. 05. 03. 공개) 위 특허문헌 1에 기재된 LED의 정전류구동회로는 브리지정류기와 LED램프의 애노드 사이에 트랜지스터와 저항으로 구성된 정전류 회로를 접속하여 LED램프로 일정한 정전류를 공급하도록 구성된 것이나, LED로 흐르는 전류를 감지하여 정전류를 제어하는 구성이 아니어서 정밀도가 떨어지는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 조명용 LED(Power LED)를 정전류 구동하는 조명용 고출력 엘이디 구동 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 LED에 공급되는 전류를 조절하여 LED의 휘도를 자유자재로 조절할 수 있도록 한 LED의 정전류 구동회로를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 전압을 제어전압에 대응하는 레벨로 변환하여 일정한 정전압을 출력하는 전원공급기와; 상기 전원공급기로부터 출력되는 정전압에 의해 구동되는 LED스트링과; 상기 LED스트링의 캐소드와 접지사이에 직렬 접속되며, 전류제어전압의 레벨에 적응하여 상기 LED스트링에 흐르는 전류량을 제어하고 그 전류량을 감지하여 전류감지전압을 출력하는 모스트랜지스터 및 전류감지와; 내부에 미리 설정된 기준전압과 상기 전류감지전압을 비교하여 상기 전류감지전압이 상기 기준전압에 추종토록 전류제어전압을 상기 모스트랜지스터에 제공하는 정전류구동기로 구성함을 특징으로 한다.

상기 전원공급기는 제어전압의 전압레벨에 대응하는 PWM신호를 출력하는 PWM구동기와, 상기 PWM신호의 입력에 의해 직류전압을 안정된 정전압으로 변환하여 출력하는 직류전압변환기(DC-DC Converter)로 구성된 SMPS(Switching Mode Power Supply)로 구성되며, 상기 직류전압변환기는 부스트 컨버터(Boost converter)로 구성되어 있다.

상기 정전류 구동기는 상기 직류전압변환기의 출력을 분압하여 기준전압을 설정하는 기준전압설정기와, 상기 기준전압을 가변하여 전류설정전압을 출력하는 출력전류설정기와, 상기 전류설정전압과 상기 전류감지전압을 비교하여 상기 모스트랜지스터로 전류제어전압을 공급하는 비교기로 구성함을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 조명용 고출력 엘이디 구동 회로는 LED스트링에 흐르는 전류량을 사용자가 용이하게 설정할 수 있어 LED스트링의 밝기를 쉽게 조절할 수 있고, 사용자가 설정한 밝기를 유지하도록 LED스트링을 정전류 구동함으로써 LED의 열폭주 등에 기인하는 LED램프의 소손을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 조명용 고출력 엘이디 구동 회로도.
도 2는 도 1에 도시된 정전류 구동기의 상세회로도.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 하기에 설명되는 본 발명의 실시 예는 당업자에게 본 발명의 사상을 충분하게 전달하기 위한 것임에 유의하여야 한다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 조명용 고출력 엘이디 구동 회로는 외부로부터 입력되는 직류전압(IDC)을 제어전압(CTV : Control Voltage)의 레벨에 따른 레벨의 전압으로 안정화하여 출력하는 전원공급기(10)와, 상기 전원공급기(10)의 출력전압에 의해 구동되는 다수의 LED가 직렬 접속된 LED스트링(12)과, 상기 LED스트링(12)의 최종단 LED의 캐소드와 접지사이에 직렬 접속되어 전류통로를 형성하는 모스트랜지터(14)와 및 상기 LED스트링(12)에 흐르는 전류를 감지하여 전류감지전압(iSV: Current Sensing Voltage)을 출력하는 전류감지저항(16)과, 상기 전원공급기(10)의 출력전압에 의해 동작되며, 상기 전류감지저항(16)의 출력과 내부에 설정된 기준전압이 같아지도록 추종되는 상기 모스트랜지스터(14)를 구동하는 정전류 구동기(18)로 구성되어 있다.

상기 전원공급기(10)는 SMPS로서, 제어전압(CV)의 레벨에 따른 펄스폭을 갖는 PWM신호를 출력하는 PWM구동기(11)와, 외부로부터 입력되는 직류전압(IDC)을 상기 PWM신호의 입력에 안정된 정전압으로 변환하여 출력하는 직류전압변환기(13)로 구성되며, 상기 직류전압변환기(13)는 구성이 간단한 부스트 컨버터(Boost converter)하는 것이 좋다.

이때, 상기 모스트랜지스터(14)는 상기 최종단 LED의 캐소드와 전류감지저항(16)의 사이에 채널이 접속되고, 상기 정전류 구동기(18)로부터 출력되는 전류제어전압(CCV : current control voltage)에 의해 구동된다. 상기와 같은 모스트랜지스터(14)는 N-채널형을 사용하는 것이 좋다.

또한, 상기 정전류 구동기(18)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 부스트컨버터(13)의 출력단자와 접지사이에 직렬 접속된 저항(21)과 제너다이오드(23)로 구성되어 상기 부스트 컨버터(13)의 출력 전압(Vout)을 분압하여 일정 레벨의 기준전압(Vref)으로 출력하는 기준전압설정기(20)와, 상기 기준전압(Vref)과 접지사이에 직렬 접속된 적어도 하나 이상의 가변저항(25, 27)으로 구성되어 상기 기준전압(Vref)를 가변하여 LED스트링(12)에 흐르는 전류의 양을 설정하기 위한 전류설정전압(CSV : Current Set Voltage)을 출력하는 출력전류설정기(22)와, 상기 전류설정전압(CSV)과 상기 전류감지저항(16)에 의해 감지된 전류감지전압(iSV)을 비교하여 전류제어전압(CCV)를 출력하는 비교기(24)로 구성된다.

외부로부터 직류전압(IDC)이 입력되면, 도 1에 도시된 전원공급기(10)내의 PWM구동기(11)는 제어전압(CV)의 레벨에 따른 PWM신호를 생성하여 부스트 컨버터(13)의 제어단자(CTL)로 공급한다. 상기 부스트 컨버터(13)는 제어단자(CTL)로 입력되는 PWM신호에 따라 외부로부터 입력되는 직류전압(IDC)을 안정된 정전압으로 변환하여 출력전압(Vout)을 출력한다. 상기 부스트 컨버터(13)의 출력전압(Vout)은 그 출력노드에 접속된 LED스트링(12)을 구동하여 점등시키고, 정전류 구동기(18)를 구동한다.

상기 LED스트링(12)내의 LED들이 점등되면, 전류감지저항(16)은 LED스트링(12)과 상기 모스트랜지스터(14)의 드레인-소오스간을 통해 접지로 흐르는 전류를 감지하여 그에 대응하는 전류감지전압(iSV)을 비교기(24)의 반전단자(-)로 공급한다.

한편 상기 정전류 구동기(18)내 기준전압설정기(20)는 상기 출력전압(Vout)을 분압하여 일정한 레벨을 유지하는 기준전압(Vref)을 출력하며, 상기 기준전압(Vref)은 2개의 가변저항(25, 27)이 직렬 접속되어 구성된 출력전류설정기(22)에 의해 조절되어 비교기(24)의 비반전단자(+)로 입력된다. 이때, 상기 2개의 가변저항(25, 27)은 LED스트링(12)의 밝기, 즉, LED스트링(12)으로 흐르는 전류를 설정하기 위한 것으로 상기 기준전압을 분압하여 전류설정전압(CSV)을 출력한다.

따라서 도 2에 도시된 비교기(24)는 비반전단자(+)로 입력되는 전류설정전압(CSV)과 반전단자(-)로 입력되는 전류감지전압(iSV)의 레벨을 비교하여 전류제어전압(CCV)을 출력하여 모스트랜지스터(14)를 구동함으로써 LED스트링(12)에는 항상 일정한 전류가 흘러 구동됨을 알 수 있다.

즉, 전류감지저항(16)에 많은 전류가 흘러 전류감지전압(iSV)이 기준전압(Vref)에 기초하여 설정되는 전류설정전압(CSV)보다 높아져 비교기(24)의 비반전단자(-)의 전압이 올라가면, 비교기(24)로부터 출력되는 전류제어전압(CCV)이 낮아져 모스트랜지스터(14)에 흐르는 전류를 감소시켜 LED스트링(12)의 도통전류를 감소시킨다.

반면에 상기 전류감지저항(16)에 의해 감지된 전류감지전압(iSV)이 전류설정전압(CSV)보다 낮은 레벨로 감소되면 그 반대로 작용하면서 비교기(24)의 출력전압이 높아짐으로써 모스트랜지스터(14)에 흐르는 전류를 증가시켜 LED스트링(12)에 흐르는 전류량을 증가시킨다.

즉, 상기 정전류 구동기(18)와 모스트랜지스터(14) 및 전류감지저항(16)은 LED스트링(12)에 흐르는 전류에 대응하는 전류감지전압(iSV)이 전류설정전압(CSV)과 같아지도록 동작됨으로써 상기 LED스트링(12)내의 LED램프들은 정전류에 의해 구동됨을 알 수 있다.

상기 LED스트링(12)내의 LED램프들이 정전류 구동되면, LED에서 발생하는 열폭주 등과 같은 원인에 의한 LED소손을 방지할 수 있게 된다는 것은 자명하다.

10 : 전원공급기, 11: PWM구동기, 12 : LED스트링, 13 : 부스트 컨버터, 14 : 모스트래지스터, 16 : 전류감지저항, 18 : 정전류 구동기, 20: 기준전압설정기, 24 : 비교기,

Claims

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조명용 고출력 엘이디 구동 회로에 있어서,
제어전압의 전압레벨에 대응하는 PWM신호를 출력하는 PWM구동기(11)와, 상기 PWM신호의 입력에 의해 직류전압을 안정된 정전압으로 변환하여 출력하는 부스트 컨버터(13)로 구성된 전원공급기(10)와;
상기 부스트 컨버터(13)로부터 출력되는 정전압에 의해 구동되는 LED스트링(12)과; 상기 LED스트링(12)의 캐소드와 접지 사이에 직렬 접속되며, 전류제어전압(CCV)에 적응하여 상기 LED스트링(12)에 흐르는 전류량을 제어하고 그 전류량을 감지하여 전류감지전압(iSV)을 상기 PWM구동기(11)의 제어전압으로 제공하는 모스트랜지스터(14) 및 전류감지저항(16)와;
상기 부스트 컨버터(13)의 출력단자와 접지사이에 직렬 접속된 저항(21)과 제너다이오드(23)로 구성되어 상기 부스트 컨버터(13)의 출력 전압(Vout)을 분압하여 일정한 레벨의 기준전압(Vref)으로 출력하는 기준전압설정기(20)와, 상기 기준전압(Vref)과 접지 사이에 직렬 접속된 적어도 하나 이상의 가변저항(25, 27)으로 구성되어 상기 기준전압(Vref)을 가변하여 전류설정전압(CSV)으로 출력하는 출력전류설정기(22)와, 상기 전류설정전압(CSV)와 상기 전류감지저항(16)에 의해 감지된 전류감지전압(iSV)을 비교하여 상기 전류감지전압(iSV)가 상기 전류설정전압(CSV)에 추종되도록 하는 상기 전류제어전압(CCV)을 출력하는 비교기(24)로 구성된 정전류구동기로 구성함을 특징으로 하는 조명용 고출력 엘이디 구동 회로.