KR101413878B1 - 발광다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치에 관한 것으로서 구동신호 증폭부가 출력하는 구동신호에 따라, 전류 미러로 구성된 정전류 출력부가 정전류를 출력하여 복수의 발광 다이오드를 구동시키고, 구동신호 증폭부의 전단에는 미리 설정된 시정수로 구동신호의 레벨을 증가시키는 디밍부를 구성하여 디밍을 구현한다.
LED, 발광 다이오드, 조명시스템, 디밍, 전류 미러, 정전류 출력부

Description

발광다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치{Apparatus for driving lighting system using Light Emitting Diode}
본 발명은 발광 다이오드(Light Emitting Diode)를 이용한 조명 시스템의 구동장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 발광 다이오드를 광원으로 사용하는 조명 시스템에 있어서, 정전류를 출력하기 위한 트랜지스터와, 디밍(dimming) 기능을 구현하기 위한 저항 및 커패시터 등의 소자를 이용하는 간단한 구성으로 발광 다이오드를 구동시키는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치에 관한 것이다.
발광 다이오드는 반도체 제조공정을 이용하여 제조되는 발광소자이다. 상기 발광 다이오드는 1920년대 반도체 소자에 전압을 인가하여 발광 현상이 관측된 이후로 1960년대 말부터 실용화되기 시작하였다. 이후 꾸준히 발광 다이오드의 효율을 개선하기 위한 연구개발이 이루어져 왔으며, 기존의 백열등을 대체할 정도의 광 특성을 가지는 발광 다이오드에 대한 관심이 커지고 있는 실정이다.
최근 들어 기존의 조명 시스템에 필적할 정도의 휘도(brightness) 특성을 가지는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템이 발표되고 있다. 그러나 발광 다이오 드, 발광 다이오드의 패키지, 발광 다이오드를 포함하는 광학 시스템 및 발광 다이오드의 제어장치 등에 대해서는 여전히 많은 연구가 필요한 실정이다.
조명 시스템에 있어서, 가장 중요한 요소들 중의 하나는 조명의 밝기를 좌우하는 휘도이다. 특정 어플리케이션에 사용되는 조명의 휘도가 결정되면, 그 다음으로 결정되어야 할 요소가 조명의 연출이다. 예를 들면, 조명 시스템이 구동되는 경우에 시간의 지연이 없이 바로 점등되거나 또는 일정 시간 간격을 두고, 조명이 점차 밝아지도록 하는 등의 조명 연출이 조명 시스템의 사용 용도에 맞도록 구동되어야 한다.
일반 가정이나 사무실 내부에 설치되는 조명 시스템은 전원을 턴 온함과 동시에 광원이 밝게 점등되는 것이 바람직하나 전자제품이나 상품 진열대 등에 설치되는 조명 시스템은 광원이 점차 밝아지도록 하는 등의 다양한 조명 연출을 하는 것이 바람직하다.
발광 다이오드는 여러 가지의 장점으로 인하여, 기존의 조명 시스템에 사용되는 백열등 및 형광등과 같은 광원을 발광 다이오드로 대체하는 조명 시스템들이 많이 출시되고 있다. 그러나 발광 다이오드를 사용하는 조명 시스템들은 휘도 및 조명 연출 등을 충족시키는 구동장치에 대해서는 개발할 여지가 아직 많이 존재하고 있다.
종래의 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템은 디밍 제어부를 구비하고, 그 디밍 제어부의 출력신호에 따라 정전류 구동부가 정전류를 발생하여 발광 다이오드로 정전류를 공급 및 점등시키도록 구성되어 있다. 그리고 발광 다이오드를 광원으로 사용하기 위해서는 복수의 발광 다이오드들 각각의 밝기가 동일하게 되도록 해야 된다. 발광 다이오드는 동일한 전류에 대하여 동일한 휘도의 광을 발생하는 특성이 있다. 그러므로 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템이 균일한 밝기를 유지하는 조명을 구현하기 위해서는 고가의 정전류 구동부를 사용하여 발광 다이오드에 정전류를 공급해야 되었다.
또한 특정 제어신호에 따라 발광 다이오드의 휘도를 0∼100％로 점진적으로 증가시키는 기능을 제공하는 디밍 제어부는 통상적으로 고가의 마이크로 프로세서를 사용하고 있다.
이와 같이 고가의 디밍 제어부 및 정전류 구동부 등의 사용은 조명 시스템의 생산원가를 상승시키는 요인으로 작용하게 된다.
그러므로 발광 다이오드를 사용하는 조명 시스템을 대중화시키기 위해서는 단순한 형태를 가지는 저가의 구동장치를 개발하는 것이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서 발광 다이오드를 정전류로 구동시키기 위한 트랜지스터와, 디밍(dimming) 기능을 위한 저항 및 커패시터 등의 소자를 이용하는 간단한 구성으로 발광 다이오드를 구동시키는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치를 제공한다.
본 발명의 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치에 따르면, 구동신호를 구동신호 증폭부가 구동신호를 증폭하고, 그 증폭한 구동신호에 따라 정전류 출력부가 정전류를 출력하여 발광 다이오드를 점등시킨다.
상기 정전류 출력부는 예를 들면, 전류 미러로 구성되는 것으로서 상기 구동신호 출력부가 출력하는 구동신호에 따라 제 1 엔모스 또는 제 1 피모스 트랜지스터가 기준전류를 발생하고, 발생한 기준전류가 제 2 엔모스 또는 제 2 피모스 트랜지스터로 복제되어 발광 다이오드로 정전류를 공급한다.
상기 제 2 엔모스 또는 제 2 피모스 트랜지스터는 복수 개가 병렬 연결되는 것으로서 그 복수 개의 제 2 엔모스 또는 제 2 피모스 트랜지스터와 발광 다이오드의 사이에 복수의 저항을 병렬 연결한다.
또한 상기 제 2 엔모스 또는 제 2 피모스 트랜지스터는 복수 개가 병렬 연결되는 것으로서 그 복수 개의 제 2 엔모스 또는 제 2 피모스 트랜지스터들 각각에 발광 다이오드를 각기 접속한다.
그러므로 본 발명의 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치는, 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드와, 구동신호 입력단자로 입력되는 구동신호를 증폭하는 구동신호 증폭부와, 상기 구동신호 증폭부의 출력전류를 정전류로 변환하여 상기 복수의 발광 다이오드로 출력하는 정전류 출력부를 포함하여 구성됨을 특징으 로 한다.
상기 구동신호 입력단자와 상기 구동신호 증폭부의 사이에는, 상기 복수의 발광 다이오드의 밝기가 점차 증가되도록 하는 디밍부를 더 포함하고, 상기 디밍부는 상기 구동신호 입력단자로 입력되는 구동신호를 미리 설정된 시정수에 따라 증가시켜 상기 구동신호 증폭부로 출력하는 시정수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 디밍부는, 상기 구동신호 입력단자로 입력되는 구동신호의 전압을 분할하여 상기 시정수부로 출력하는 전압 분할부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 정전류 출력부는 전류 미러로서 상기 구동신호 출력부의 출력 전압에 따라 기준전류를 발생하는 제 1 엔모스 트랜지스터와, 상기 제 1 엔모스 트랜지스터로 흐르는 전류가 복제되어 상기 복수의 발광 다이오드로 정전류를 출력하는 제 2 엔모스 트랜지스터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 구동신호 출력부와 상기 제 1 엔모스 트랜지스터의 사이에 복수의 저항이 병렬 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 엔모스 트랜지스터는 2개 이상 복수 개이고, 상기 복수 개의 제 2 엔모스 트랜지스터와 상기 복수의 발광 다이오드의 사이에는 복수 개의 저항이 병렬 접속되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제 2 엔모스 트랜지스터는 2개 이상 복수 개이고, 상기 복수 개의 제 2 엔모스 트랜지스터들 각각에 복수 개의 발광 다이오드가 각기 직렬 접속되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 정전류 출력부는 상기 구동신호 출력부의 출력 전압에 따라 기준전류를 발생하는 제 1 피모스 트랜지스터와, 상기 제 1 피모스 트랜지스터로 흐르는 전류가 복제되어 상기 복수의 발광 다이오드로 정전류를 출력하는 제 2 피모스 트랜지스터를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 구동신호 출력부와 상기 제 1 피모스 트랜지스터의 사이에 복수의 저항이 병렬 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 피모스 트랜지스터는 2개 이상 복수 개이고, 상기 복수 개의 제 2 피모스 트랜지스터와 상기 복수의 발광 다이오드의 사이에는 복수 개의 저항이 병렬 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 피모스 트랜지스터는 2개 이상 복수 개이고, 상기 복수 개의 제 2 피모스 트랜지스터들 각각에 복수 개의 발광 다이오드가 각기 직렬 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치는 트랜지스터와, 저항 및 커패시터를 사용하여 발광 다이오드에 정전류를 공급하고, 디밍 기능을 수행하는 것으로서 회로의 구성이 간단하다.
또한 본 발명은 소비되는 전력을 미리 예측하여 각 소자의 정격을 초과하지 않도록 설계할 수 있고, 범용의 부품들을 사용하여 부품들의 상호 호환성을 촉진시 킬 수 있으며, 회로 설계의 변경을 용이하게 함으로써 제품의 생산비용을 현저하게 절감시킬 수 있다.
이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.
따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.
도 1은 발광 다이오드를 이용한 일반적인 조명 시스템의 구동장치의 구성을 보인 블록도이다. 여기서, 부호 100은 디밍 제어부이다. 상기 디밍 제어부(100)는 예를 들면, 마이크로 프로세서를 사용하는 것으로서 사용자의 조작에 따라 밝기를 0∼100％의 범위에서 조절하기 위한 디밍 제어신호를 발생한다.
부호 110은 정전류 구동부이다. 상기 정전류 구동부(110)는 상기 디밍 제어부(100)가 발생하는 디밍 제어신호에 따라 가변되는 정전류를 발생하고, 발생한 정전류를 발광 다이오드(120)로 출력하여 발광 다이오드(120)를 점등시킨다.
이러한 조명 시스템은 발광 다이오드(120)를 0∼100％의 범위에서 밝기를 조 절하기 위하여 고가의 마이크로 프로세서 등을 사용하여 디밍 제어부(100)를 구성해야 한다. 그리고 발광 다이오드(120)로 정전류를 공급하기 위하여 고가의 정전류 구동부(110)를 사용해야 된다. 그러므로 조명 시스템을 제조하는데 소요되는 제조 원가가 상승하게 된다.
도 2는 본 발명의 구동장치의 바람직한 일 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 여기서, 부호 200은 구동신호 증폭부이다. 상기 구동신호 증폭부(200)는 구동신호 입력단자(Vin)가 트랜지스터(TR1)의 베이스에 접속되고, 제 1 구동전압 단자(Vdd1)가 저항(R1)을 통해 트랜지스터(TR1)의 콜렉터에 접속되어 트랜지스터(TR1)의 에미터에 접지 저항(R2)이 접속된다. 그리고 상기 저항(R1) 및 트랜지스터(TR1)의 콜렉터의 접속점이 트랜지스터(TR2)의 베이스에 접속되고, 트랜지스터(TR2)의 에미터에는 상기 제 1 구동전압 단자(Vdd1)가 접속되어 트랜지스터(TR2)의 콜렉터로 증폭된 구동신호가 출력되게 구성된다.
부호 210은 정전류 출력부이다. 상기 정전류 출력부(210)는 예를 들면, 전류 미러로 구성되는 것으로서 상기 트랜지스터(TR2)의 콜렉터가 저항(R3)을 통해 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 드레인과 제 1 및 제 2 엔모스 트랜지스터(NM1, NM2)의 게이트에 공통 접속된다. 상기 제 1 및 제 2 엔모스 트랜지스터(NM1, NM2)의 소스는 접지에 접속되고, 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)의 드레인에는 제 2 구동전압 단자(Vdd2)가, 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드(LED)를 통해 접속된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 구동장치는 제 1 및 제 2 구동전압 단자(Vdd1, Vdd2)에 구동전압이 인가된 상태에서 구동신호 입력단자(Vin)로 입력되는 소정의 전압 레벨을 가지는 구동신호는 구동신호 증폭부(200)의 트랜지스터(TR1)의 베이스에 인가되어 트랜지스터(TR1)가 턴 온된다.
상기 트랜지스터(TR1)가 턴 온되면, 제 1 구동전압 단자(Vdd1)의 구동전압이 저항(R1), 트랜지스터(TR1) 및 저항(R2)을 통해 접지로 흐르게 된다. 그러면, 트랜지스터(TR2)의 베이스에는 바이어스 전압이 인가되어 트랜지스터(TR2)가 턴 온된다.
상기 트랜지스터(TR2)가 턴 온되면, 제 1 구동전압 단자(Vdd1)에서 트랜지스터(TR2) 및 정전류 출력부(210)의 저항(R3)을 통해 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 드레인 및 게이트에 인가되므로 제 1 및 제 2 엔모스 트랜지스터(NM1, NM2)가 턴 온된다.
상기 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)가 턴 온되면, 상기 제 1 구동전압 단자(Vdd1)에서 트랜지스터(TR2), 저항(R3) 및 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)를 순차적으로 통해 접지로 기준전류가 흐르게 된다.
여기서, 상기 제 1 구동전압 단자(Vdd1)에서 트랜지스터(TR2), 저항(R3) 및 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)를 순차적으로 통해 접지로 흐르는 기준전류는 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
Figure 112007091065765-pat00001
여기서, ID(NM1)는 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)로 흐르는 기준전류이고, Ddd1은 제 1 구동전압 단자(Vdd1)에 인가되는 구동전압이며, VCE,SAT(TR2)는 트랜지스터(TR2)가 포화(saturation) 상태일 경우에 콜렉터와 에미터 사이의 전압이며, VDS(NM1)은 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 드레인과 소스 사이의 전압이다.
Figure 112007091065765-pat00002
여기서, ID(NM1)는 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)로 흐르는 기준전류이고, K(NM1)는 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 물질상수이며, VGS(NM1)는 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 게이트와 소스 사이의 전압이며, Vt(NM1)는 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 드레시홀드 전압이다.
상기 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 게이트와 소스 사이의 전압 VGS(NM1)는 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 드레인과 소스 사이의 전압 VDS(NM1)과 동일하므로 상기 수학식 2는 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112007091065765-pat00003
상기 트랜지스터(TR2) 및 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 스펙을 참고하여 상기 트랜지스터(TR2)가 포화(saturation) 상태일 경우에 콜렉터와 에미터 사이의 전압 VCE,SAT(TR2)과 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 물질상수 K(NM1)를 확인한 후 수학식 1 및 수학식 3을 연립하면, 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)로 흐르는 기준전류 ID(NM1)를 산출할 수 있다.
이와 같이 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)로 흐르는 기준전류 ID(NM1)는 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)에 전류 미러로 연결되어 있는 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)로 복제되어 제 2 구동전압 단자(Vdd2)에서 복수의 발광 다이오드(LED)들과 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)를 통해 접지로 정전류가 흐르게 되고, 복수의 발광 다이오드(LED)들은 점등된다.
여기서, 제 1 및 제 2 엔모스 트랜지스터(NM1, NM2)의 게이트에는 동일한 전압이 인가되어 있으므로 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)의 드레인으로 흐르는 전류는 다음의 수학식 4와 같다.
Figure 112007091065765-pat00004
여기서, ID(NM2)는 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)의 드레인으로 흐르는 전류이고, 기준전류이고, K(NM2)는 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)의 물질상수이며, VDS(NM2)는 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)의 드레인과 소스 사이의 전압이며, Vt(NM2)는 제 2 엔모 스 트랜지스터(NM2)의 드레시홀드 전압이다.
상기 제 1 및 제 2 엔모스 트랜지스터(NM1, NM2)를 동일한 소자로 사용한다고 가정하면, 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 드레인으로 흐르는 전류는 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)의 드레인으로 동일하게 복제된다. 즉, 엔모스 트랜지스터(NM1, NM2)의 드레인으로 흐르는 전류는 동일하다.
그러므로 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)의 드레인에 직렬로 연결되어 있는 복수의 발광 다이오드(LED)를 소정의 전류로 구동시키기 위해서는 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 드레인에 직렬로 연결되어 있는 저항(R3)의 값을 적정하게 조정하여 제어할 수 있다.
한편, 발광 다이오드를 이용하는 조명 시스템은 백열등 및 형광등을 사용하는 조명 시스템과는 달리 소비되는 전력을 정확하게 예측하여 각각의 소자에서 정격을 초과하는 전력이 공급되지 않도록 설계하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 구동장치의 바람직한 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시 예는 상기 저항(R3)에 복수 개의 저항(R3-1, R3-2, R3-3, …)을 병렬로 연결한다. 그리고 상기 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)에 복수 개의 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2-1, NM2-2, …)를 병렬로 연결하며, 상기 직렬 연결된 복수의 발광 다이오드(LED)와 상기 병렬 연결된 복수의 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2, NM2-1, NM2-2, …)의 드레인의 사이에 저항(R4, R4-1, R4-2, …)을 병렬로 연결한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예는 트랜지스터(TR2)의 콜렉터와 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 드레인의 사이에 복수 개의 저항(R3, R3-1, R3-2, R3-3, …)을 구비함으로써 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1)의 드레인으로 흐르는 전류가 많더라도 저항(R3, R3-1, R3-2, R3-3, …)에서 소비되는 전력을 분산시켜 정격 전력을 초과하지 않도록 할 수 있고, 또한 저항(R3, R3-1, R3-2, R3-3, …)에서 발생되는 열을 분산시킬 수 있다.
그리고 정전류 출력부(210)는 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2)에 복수의 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2-1, NM2-2, NM2-3, …)를 병렬로 접속시킴으로써 복수의 발광 다이오드(LED)로 흐르는 전류를 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2, NM2-1, NM2-2, NM2-3, …)의 개수만큼 증가시킬 수 있다. 또한 복수의 발광 다이오드(LED)와 복수의 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2, NM2-1, NM2-2, …)의 사이에 복수의 저항(R4, R4-1, R4-2)을 병렬로 연결하여 전류를 분산시킴으로써 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2, NM2-1, NM2-2, …)의 드레인 전압을 적정한 레벨로 조절할 수 있고, 복수의 저항(R4, R4-1, R4-2)에서 발생되는 열을 분산시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 구동장치의 바람직한 또 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 도 4에 도시된 본 발명의 또 다른 실시 예는 상기 병렬로 연결한 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2, NM2-2, …)의 드레인 각각에 복수의 발광 다이오드(LED1, LED2, …)와 저항(R4, R5)을 각기 직렬로 접속하였다.
이와 같이 구성된 본 발명의 또 다른 실시 예는 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2, NM2-2, …)의 드레인을 각기 분리시켰으므로 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2, NM2-2, …)의 드레인에 복수의 발광 다이오드(LED1, LED2, …)를 각기 직렬로 연결하여 점등시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 구동장치의 바람직한 또 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 도 5에 도시된 본 발명의 또 다른 실시 예는 디밍부(500)와, 레귤레이터(510)를 더 포함한다. 상기 디밍부(500)는 구동신호 입력단자(Vin)에 저항(R11, R12)을 직렬 접속하여 구동신호 입력단자(Vin)로 입력되는 구동신호의 전압을 분할하는 전압 분할부를 구비한다. 그리고 상기 저항(R11, R12)의 접속점을 저항(R13, R14)을 통해 트랜지스터(TR1)의 베이스에 접속하며, 저항(R13, R14)의 접속점과 접지의 사이에 커패시터(C11)를 접속하여 상기 전압 분할부의 출력전압을 미리 설정된 시정수에 따라 증가시켜 상기 트랜지스터(TR1)의 베이스에 시정수부를 구비한다.
그리고 제 2 구동전압 단자(Vdd2)와 제 1 구동전압 단자(Vdd1)의 사이에 레귤레이터를 구비하여 제 2 구동전압 단자(Vdd2)에 인가되는 제 2 구동전압을 레귤레이터(REG)로 다운 및 정전압으로 변환하고, 레귤레이터(REG)의 출력전압을 제 1 구동전압 단자(Vdd1)의 제 1 구동전압으로 공급한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 또 다른 실시 예는 제 2 구동전압 단자(Vdd2)에 인가되는 제 2 구동전압이 레귤레이터(REG)를 통해 정전압으로 변환되어 구동신호 증폭부(200)에 제 1 구동전압으로 공급된다.
일반적으로 냉장고 등과 같은 가전제품에는 12V의 전압을 구동전압으로 사용하고 있다. 그러므로 상기한 본 발명의 또 다른 실시 예에서는 12V의 전압을 제 2 구동전압 단자(Vdd2)에 제 2 구동전압으로 공급하고, 레귤레이터(REG)를 사용하여 상기 제 2 구동전압을 5V의 정전압으로 변환하여 제 1 구동전압으로 사용한다.
그리고 상기한 본 발명의 또 다른 실시 예는 복수의 발광 다이오드(LED)의 밝기가 0∼100％로 점차 증가하게 하는 것으로서 구동신호 입력단자(Vin)로 입력되는 구동신호의 전압이 디밍부(500)의 저항(R11, R12)으로 구성된 전압 분할부에 의해 분할된다. 상기 분할된 전압은 시정수부의 저항(R13)을 통해 커패시터(C11)에 충전되고, 커패시터(C11)에 충전된 전압은 저항(R14)을 통해 트랜지스터(TR1)의 베이스에 인가되는 것으로서 트랜지스터(TR1)의 베이스 전압은 시정수부의 시정수에 따라 상승하게 된다.
이와 같은 상태에서 트랜지스터(TR1)의 베이스에 그의 바이어스 전압 이상이 인가되면, 트랜지스터(TR1)가 턴 온되고, 트랜지스터(TR1)가 턴 온됨에 따라 트랜지스터(TR2)가 턴 온된다.
그러면, 상술한 바와 같이 정전류 출력부(210)가 정전류를 출력하여 복수의 발광 다이오드(LED)가 점등된다.
여기서, 트랜지스터(TR1)가 턴 온되는 초기에는 트랜지스터(TR1)의 베이스에 인가되는 바이어스 전압이 낮으므로 정전류 출력부(210)가 출력하는 정전류의 레벨 이 낮다. 그러므로 복수의 발광 다이오드(LED)로 흐르는 정전류의 세기가 낮아 복수의 발광 다이오드(LED)에서 출력되는 광의 세기는 매우 낮다.
이와 같은 상태에서 시간의 경과에 따라 트랜지스터(TR1)의 베이스에 인가되는 바이어스 전압이 점차 증가하게 된다. 그러면, 트랜지스터(TR1)의 콜렉터 전류가 증가하여 트랜지스터(TR2)의 출력전류가 증가하게 되므로 정전류 출력부(210)의 출력전류가 증가하여 복수의 발광 다이오드(LED)에서 출력되는 광의 세기가 점차 증가하게 된다. 즉, 디밍부(500)에서 출력되는 전압이 시간의 경과에 따라 점차 증가하면서 복수의 발광 다이오드(LED)에서 출력되는 광의 세기가 점차 증가하게 된다.
도 6은 본 발명의 구동장치의 바람직한 또 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도이다. 도 6에 도시된 본 발명의 또 다른 실시 예는 상기 제 1 엔모스 트랜지스터(NM1) 및 복수의 제 2 엔모스 트랜지스터(NM2, NM2-1, NM2-2, …)를 사용하지 않고, 제 1 피모스 트랜지스터(PM1) 및 복수의 제 2 피모스 트랜지스터(PM2, PM2-1, PM2-2, …)를 사용하여 구성한 것이다.
도 6을 참조하면, 입력단자(Vin)에 저항(R11, R12)을 직렬 접속하고, 저항(R11, R12)의 접속점을 저항(R13, R14)을 통해 구동신호 증폭부(200)의 트랜지스터(TR1)의 베이스에 접속하며, 저항(R13, R14)의 접속점과 접지의 사이에 커패시터(C11)를 접속하여 디밍부(500)를 구성하였다.
그리고 상기 구동신호 증폭부(200)의 트랜지스터(TR1)의 에미터는 접지에 접 속하여 트랜지스터(TR1)의 콜렉터에서 구동신호가 출력되게 구성된다.
상기 정전류 출력부(210)는 제 2 구동전압 단자(Vdd2)를 제 1 피모스 트랜지스터(PM21)의 소스에 접속하고, 제 1 피모스 트랜지스터(PM21)의 드레인을 제 1 피모스 트랜지스터(PM21)의 게이트 및 복수의 제 2 피모스 트랜지스터(PM22, PM22-1, …)의 게이트를 공통 접속함과 아울러 그 접속점을 병렬 접속된 복수의 저항(R25, R25-1, R25-2, …)을 통해 상기 트랜지스터(TR21)의 콜렉터에 접속하였다 그리고 상기 복수의 제 2 피모스 트랜지스터(PM22, PM22-1, …)의 소스는 제 2 구동전압 단자(Vdd2)에 접속하고, 상기 복수의 제 2 피모스 트랜지스터(PM22, PM22-1, …)의 드레인은 병렬 접속된 저항(R26, R26-1, …)을 통해, 직렬 연결된 복수의 발광 다이오드(LED)에 접속하였다.
이와 같이 구성된 본 발명의 또 다른 실시 예는 제 2 구동전압 단자(Vdd2)에 공급되는 제 2 구동전압이 정전류 출력부(210)에 공급된다.
이와 같은 상태에서 구동신호 입력단자(Vin)로 구동신호가 입력되면, 그 구동신호의 전압이 디밍부(500)의 저항(R21, R22)에 의해 분할되고, 분할된 전압이 저항(R23)을 통해 커패시터(C21)에 충전된다. 상기 커패시터(C21)에 충전된 전압은 저항(R24)을 통해 구동신호 증폭부(200)의 트랜지스터(TR21)의 베이스에 인가된다.
이와 같은 상태에서 트랜지스터(TR21)의 베이스에 그의 바이어스 전압 이상이 인가되면, 트랜지스터(TR21)가 턴 온된다.
그러면, 제 2 구동전압이 정전류 출력부(210)의 제 1 피모스 트랜지스 터(PM21), 병렬 접속된 복수의 저항(R25, R25-1, R2502, …) 및 트랜지스터(TR21)를 통해 접지로 흐르게 되고, 제 1 피모스 트랜지스터(PM21)로 흐르는 전류가 복수의 제 2 피모스 트랜지스터(PM22, PM22-1, …)로 복제된다.
그러므로 제 2 구동전압 단자(Vdd2)에서 복수의 제 2 피모스 트랜지스터(PM22, PM22-1, …), 병렬 접속된 복수의 저항(R25, R25-1, R2502, …)을 통해 복수의 발광 다이오드(LED)로 전류가 흐르게 되어 복수의 발광 다이오드(LED)가 점등된다.
여기서, 트랜지스터(TR21)가 턴 온되는 초기에는 트랜지스터(TR21)의 베이스에 인가되는 바이어스 전압이 낮으므로 정전류 출력부(210)가 출력하는 정전류의 레벨이 낮다. 그러므로 복수의 발광 다이오드(LED)로 흐르는 정전류의 세기가 낮아 복수의 발광 다이오드(LED)에서 출력되는 광의 세기는 매우 낮다.
이와 같은 상태에서 시간의 경과에 따라 트랜지스터(TR21)의 베이스에 인가되는 바이어스 전압이 점차 증가하게 된다. 그러면, 트랜지스터(TR21)의 콜렉터 전류가 증가하여 정전류 출력부(210)의 출력전류가 증가하게 되고, 복수의 발광 다이오드(LED)로 흐르는 전류가 점차 증가하여 복수의 발광 다이오드(LED)에서 출력되는 광의 세기가 점차 증가하게 된다.
이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이 해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 발광 다이오드를 광원으로 사용하는 조명 시스템에서 복수의 트랜지스터를 사용하여 발광 다이오드로 정전류를 공급하고, 또한 복수의 저항 및 커패시터를 사용하여 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 디밍 기능을 구현한다.
도 1은 일반적인 발광다이오드를 이용한 조명 시스템의 구성을 보인 블록도,
도 2는 본 발명의 구동장치의 바람직한 일 실시 예의 구성을 보인 회로도,
도 3은 본 발명의 구동장치의 바람직한 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도,
도 4는 본 발명의 구동장치의 바람직한 또 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도,
도 5는 본 발명의 구동장치의 바람직한 또 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도, 및
도 6은 본 발명의 구동장치의 바람직한 또 다른 실시 예의 구성을 보인 회로도이다.

Claims (13)

  1. 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드;
    구동신호 입력단자로 입력되는 구동신호를 증폭하는 구동신호 증폭부; 및
    상기 구동신호 증폭부의 출력전류를 정전류로 변환하여 상기 복수의 발광 다이오드로 출력하는 정전류 출력부를 포함하여 구성되고,
    상기 구동신호 증폭부는,
    베이스에 상기 구동신호 입력단자가 접속되고, 콜렉터에 구동전압 단자가 접속되고, 에미터에 접지가 접속되는 제 1 트랜지스터; 및
    상기 제 1 트랜지스터의 콜렉터에 베이스가 접속되고, 상기 구동전압 단자가 에미터에 접속되고, 콜렉터가 상기 정전류 출력부와 연결되는 제 2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제 1 트랜지스터가 턴 온 됨에 따라 상기 제 2 트랜지스터가 턴 온 되어 상기 구동전압 단자에 인가되는 구동전압에 따라 출력전류를 출력하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동신호 입력단자와 상기 구동신호 증폭부의 사이에;
    상기 복수의 발광 다이오드의 밝기가 점차 증가되도록 하는 디밍부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 디밍부는;
    상기 구동신호 입력단자로 입력되는 구동신호를 미리 설정된 시정수에 따라 증가시켜 상기 구동신호 증폭부로 출력하는 시정수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동신호 입력단자로 입력되는 구동신호의 전압을 분할하여 상기 시정수부로 출력하는 전압 분할부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 정전류 출력부는;
    전류 미러인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 정전류 출력부는;
    상기 구동신호 출력부의 출력 전압에 따라 기준전류를 발생하는 제 1 엔모스 트랜지스터; 및
    상기 제 1 엔모스 트랜지스터로 흐르는 전류가 복제되어 상기 복수의 발광 다이오드로 정전류를 출력하는 제 2 엔모스 트랜지스터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 구동신호 출력부와 상기 제 1 엔모스 트랜지스터의 사이에;
    복수의 저항이 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 엔모스 트랜지스터는;
    2개 이상 복수 개이고, 상기 복수 개의 제 2 엔모스 트랜지스터와 상기 복수의 발광 다이오드의 사이에는 복수 개의 저항이 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 엔모스 트랜지스터는;
    2개 이상 복수 개이고, 상기 복수 개의 제 2 엔모스 트랜지스터들 각각에 복수 개의 발광 다이오드가 각기 직렬 접속되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 정전류 출력부는;
    상기 구동신호 출력부의 출력 전압에 따라 기준전류를 발생하는 제 1 피모스 트랜지스터; 및
    상기 제 1 피모스 트랜지스터로 흐르는 전류가 복제되어 상기 복수의 발광 다이오드로 정전류를 출력하는 제 2 피모스 트랜지스터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 구동신호 출력부와 상기 제 1 피모스 트랜지스터의 사이에;
    복수의 저항이 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 피모스 트랜지스터는;
    2개 이상 복수 개이고, 상기 복수 개의 제 2 피모스 트랜지스터와 상기 복수의 발광 다이오드의 사이에는 복수 개의 저항이 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 피모스 트랜지스터는;
    2개 이상 복수 개이고, 상기 복수 개의 제 2 피모스 트랜지스터들 각각에 복 수 개의 발광 다이오드가 각기 직렬 접속되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 조명 시스템의 구동장치.
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