KR101478782B1 - LED Driving Circuit for AC Driving and Dimming Based on Constant Current of Sine Wave - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고조파 규제 및 역률 규제에 적합한 정현파 전류의 AC(Alternating Current: 교류) 전원으로 LED(Light Emitting Diode)를 직접 구동 및 디밍(dimming)이 가능하도록 하며, 부품수의 증대 없이도 간단한 회로를 이용해, 낮은 AC 입력에도 구동이 가능하며 입력 AC 전압의 변동에도 전류가 일정하게 유지되어 플릭커(flicker) 특성이 우수하도록 구동할 수 있는 LED 구동 회로에 관한 것이다. The present invention provides an AC (Alternating Current) power source suitable for harmonic regulation and power factor regulation, enabling direct driving and dimming of an LED (Light Emitting Diode), and a simple circuit , An LED driving circuit capable of driving even at a low AC input, and capable of driving with excellent flicker characteristics by keeping the current constant even when the input AC voltage fluctuates.
Description
본 발명은 LED 구동 회로에 관한 것으로서, 고조파 규제 및 역률 규제에 적합한 정현파 전류의 AC(Alternating Current: 교류) 전원으로 LED(Light Emitting Diode)를 직접 구동 및 디밍(dimming)이 가능하도록 하며, 부품수의 증대 없이도 간단한 회로를 이용해, 낮은 AC 입력에도 구동이 가능하며 입력 AC 전압의 변동에도 전류가 일정하게 유지되어 플릭커(flicker) 특성이 우수하도록 구동할 수 있는 LED 구동 회로에 관한 것이다. The present invention relates to an LED driving circuit, which is capable of directly driving and dimming an LED (Light Emitting Diode) with an AC (Alternating Current) power source of a sinusoidal current suitable for harmonic regulation and power factor regulation, The present invention relates to an LED driving circuit that can be driven with a low AC input without any increase of the AC voltage and can maintain a constant current even when the input AC voltage fluctuates, so that the flicker characteristic can be excellent.
일반적으로 종래의 LED 구동 회로는, 교류 전원 전압을 브리지 다이오드의 두 입력 단자로 인가하고, 브리지 다이오드에 의하여 정류된 전류를 제어하여 LED 모듈에 구비된 LED들이 발광하도록 구동한다. 관련기술로서 대한민국특허출원번호 10-2010-0056623, 10-2010-0056683 등이 참조될 수 있다. Generally, in a conventional LED driving circuit, an AC power supply voltage is applied to two input terminals of a bridge diode, and a current rectified by a bridge diode is controlled to drive LEDs provided in an LED module to emit light. Korean Patent Application Nos. 10-2010-0056623, 10-2010-0056683, and the like can be referred to as related arts.
이외에도 대한민국특허출원번호 10-2011-0113891(엘이디 다단 구동 제어 장치)에는 도 1과 같은 LED 모듈을 구동하기 위한 회로가 개시되어 있다. 도 1과 같은 LED 구동 회로에서는, 입력 전원 Vac의 변화에 따라 주전류 iQ1이 흐를때 보조전류들(iQ2, iQ3, iQ4)의 흐름을 멈추게 하기 위해 Roff20, Roff30, Roff40을 사용하였고, 보조전류 iQ2가 흐를때 나머지 보조 전류들(iQ3, iQ4)의 흐름을 멈추게 하기 위해 D1, Roff31, 및 D2, Roff42를 사용하였고, 보조전류 iQ3이 흐를 때 나머지 보조 전류 iQ4의 흐름을 멈추게 하기 위해 D3, Roff41을 사용하였다. 또한, 주전류와 보조 전류를 센싱하기 위해 각각의 센싱 저항 들(Rsen1, Rsen2, Rsen3, Rsen4)을 사용하였다. 자세한 동작 과정은 해당 특허 문헌을 참조할 수 있다.In addition, Korean Patent Application No. 10-2011-0113891 (LED multi-stage drive control device) discloses a circuit for driving the LED module as shown in FIG. 1, in order to stop the flow of the auxiliary currents (i Q2 , i Q3 , i Q4 ) when the main current i Q1 flows according to the change of the input power source V ac , R off20 , R off30 , R off40 were used and D 1 , R off31 , and D 2 , R off42 were used to stop the flow of the remaining auxiliary currents (i Q3 , i Q4 ) when the auxiliary current i Q2 flowed, and the auxiliary current i Q3 D 3 , R off 41 was used to stop the flow of the remaining auxiliary current i Q4 when flowing. In addition, the sensing resistors R sen1 , R sen2 , R sen3 , and R sen4 are used to sense the main current and the auxiliary current. The detailed operation procedure can be referred to the patent document.
그러나, 이와 같은 종래의 LED 구동 회로에서는, 도 1에서는 4단의 전류 레벨 수를 예시하였으나, 전류 레벨의 수를 증가시켜 광효율 및 고조파 특성을 개선하기 위하여, 전류 레벨 수를 더 늘림에 따라 위와 같이 보조전류의 흐름을 차단하기 위한 다이오드, 저항 등의 부품의 수가 기하급수적으로 증가하는 문제점이 있다. However, in such a conventional LED driving circuit, although the number of current levels of four stages is illustrated in FIG. 1, in order to increase the number of current levels to improve the light efficiency and the harmonic characteristic, There is a problem that the number of parts such as diodes and resistors for cutting off the flow of auxiliary current exponentially increases.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 정현파 전류의 AC(Alternating Current: 교류) 전원으로 LED(Light Emitting Diode)를 직접 구동 및 디밍(dimming)이 가능하도록 하며, 부품수의 큰 증대 없이도 간단한 회로를 이용해, 낮은 AC 입력에도 구동이 가능하며, 입력 AC 전압의 변동에도 전류가 일정하게 유지되어 플릭커(flicker) 특성이 우수하도록 구동할 수 있는 LED 구동 회로를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an AC (alternating current) AC power source capable of driving and dimming an LED (Light Emitting Diode) Provides an LED driving circuit that can be driven with low AC input using a simple circuit without a large increase in the number of parts, and can keep the current constant even when the input AC voltage fluctuates, thereby achieving excellent flicker characteristics I have to.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, LED 구동 회로는, 직렬 연결된 복수 LED(Light Emitting Diode)의 각 음의 단자에 연결되는 각각의 3단자 스위치를 이용하여, 상기 각 음의 단자 각 접속점으로부터 접지 단자로 흐르는 각각의 전류를 제어하기 위한 제어회로를 포함하되, 상기 복수 LED에 입력된 전원의 상승과 하강에 대하여 각각 상기 복수 LED를 이루는 양의 단자 쪽의 하나 이상의 LED와 음의 단자쪽 마지막 LED를 순차 발광시키고 그 역순으로 순차 오프시키기 위하여, 상기 제어회로는, 상기 전원의 상승에 따라 차례로 온되는 상기 하나 이상의 LED 에 각각 연결된 보조전류용 스위치 및 상기 마지막 LED에 연결된 주전류용 스위치를 포함하고, 상기 보조전류용 스위치와 상기 주전류용 스위치가 차례로 온되어 해당 LED를 발광시키고, 상기 주전류용 스위치와 상기 보조전류용 스위치가 차례로 오프되어 해당 LED를 오프시키되, 상기 보조전류용 스위치의 다른 단자와 상기 보조전류용 스위치를 오프시키는 회로의 한 단자가 모두 동일 점점에 연결되며 상기 주전류용 스위치가 온될 때 전류가 흐르는 저항에 상기 접점이 연결되어 제어를 받는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an LED driving circuit including a plurality of LEDs connected in series to a plurality of light emitting diodes And a control circuit for controlling each current flowing from the negative terminal connection point to the ground terminal using each three-terminal switch, wherein the plurality of LEDs In order to sequentially emit one or more LEDs on the positive terminal side of the LED and the last LED on the negative terminal side and sequentially turn off in the reverse order, the control circuit controls the one or more LEDs And a main current switch connected to the last LED, wherein the auxiliary current switch and the main current switch One of the circuits for turning off the corresponding LED and turning off the other terminal of the auxiliary current switch and the auxiliary current switch, And the contact is connected to a resistor through which a current flows when the main current switch is turned on.
상기 주전류용 스위치와 하나 이상의 상기 보조전류용 3단자 스위치로서, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), 또는 바이폴라트랜지스터가 사용될 수 있다.As the main current switch and the at least one auxiliary current three-terminal switch, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) or a bipolar transistor may be used.
상기 주전류용 스위치의 전류를 제어하거나 오프시키기 위한 3단자 스위치로서, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), 바이폴라트랜지스터, 또는 션트 레귤레이터(shunt regulator)가 사용되며, 하나 이상의 상기 보조전류용 스위치의 전류를 제어하거나 오프시키기 위한 3단자 스위치로서, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), 또는 바이폴라트랜지스터가 사용될 수 있다.A metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), a bipolar transistor, or a shunt regulator is used as a three-terminal switch for controlling or turning off the current of the main current switch, (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), or a bipolar transistor, can be used as a three-terminal switch for controlling or turning off the current of the switch.
상기 보조전류용 스위치를 제어하는 회로가 다이오드 없이 모두 동일한 회로로 이루어질 수 있다.The circuit for controlling the auxiliary current switch can be made of the same circuit without a diode.
한 단자가 해당 LED가 연결된 상기 주전류용 스위치의 다른 단자에 연결된 저항을 포함한 회로에 N개(N은 자연수)의 포토커플러를 포함한 회로가 연결되고, 상기 포토커플러에 연결되는 각 스위치를 온 또는 오프시켜 상기 다른 단자에 연결된 저항과 연결되는 저항을 변화시켜 상기 각 스위치의 온 또는 오프 조합에 따른 복수의 디밍 단계를 수행할 수 있다.A circuit including N (N is a natural number) photocouplers is connected to a circuit including a resistor whose one terminal is connected to another terminal of the main current switch to which the corresponding LED is connected, and each switch connected to the photocoupler is turned on And a plurality of dimming steps corresponding to on / off combinations of the switches can be performed by changing a resistance connected to the resistors connected to the other terminals.
상기 LED 구동 회로는, DC LED 소자들로 이루어진 상기 복수 LED를 갖는 LED 모듈, 또는 AC LED 소자들로 이루어진 상기 복수 LED를 갖는 LED 모듈을 구동하기 위한 것을 특징으로 한다.The LED driving circuit is characterized by driving the LED module having the plurality of LEDs formed of DC LED elements or the LED module having the plurality of LEDs formed of AC LED elements.
본 발명에 따른 LED 구동 회로에 따르면, 부품수의 큰 증대 없이도 간단한 회로를 이용해, 낮은 정현파 전류의 AC 입력에도 LED(Light Emitting Diode)를 구동이 가능하며, 효율적인 디밍(dimming)이 가능하고, 입력 AC 전압의 변동에도 전류가 일정하게 유지되어 플릭커(flicker) 특성이 우수하도록 구동할 수 있다. According to the LED driving circuit of the present invention, it is possible to drive an LED (Light Emitting Diode) even with an AC input of a low sine wave current by using a simple circuit without a large increase in the number of parts, The current can be kept constant even when the AC voltage fluctuates and the flicker characteristic can be improved.
도 1은 종래의 LED 구동 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 입력 전원(Vac) 변화에 따라 따른 주전류와 보조전류들(iQ1,iQ2, iQ3, iQ4)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 4단 회로를 3단으로 할때의 실시예이다.
도 5는 도 4의 입력 전원(Vac) 변화에 따라 따른 주전류와 보조전류들(iQ1, iQ2, iQ3)의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 회로에 디밍 회로를 추가한 실시예이다.
도 7은 도 2의 회로에 대한 실험 결과이다.
도 8은 도 4의 회로에 대한 실험 결과이다.1 is a view for explaining a conventional LED driving circuit.
2 is a diagram for explaining an LED driving circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the main current and the auxiliary currents (i Q1 , i Q2 , i Q3 , i Q4 ) according to the change of the input power source (V ac ) of FIG.
Fig. 4 shows an embodiment in which the four-stage circuit of Fig. 2 has three stages.
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the main current and the auxiliary currents (i Q1 , i Q2 , i Q3 ) according to the change of the input power source V ac of FIG.
6 is an embodiment in which a dimming circuit is added to the circuit of FIG.
Figure 7 shows the experimental results for the circuit of Figure 2;
Figure 8 shows the experimental results for the circuit of Figure 4;
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동 회로를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining an LED driving circuit according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 LED 구동 회로는, 직렬 연결된 2개 이상의 복수 LED(Light Emitting Diode)(D1, D2, D3, D4)를 갖는 LED 모듈(110)을 구동하기 위하여, 정류부(10)와 기타 제어회로를 포함한다.2, an LED driving circuit according to an exemplary embodiment of the present invention includes an
정류부(10)(예, 브리지 다이오드)는 교류 전원 Vac을 입력받아 직류, 즉, 양의 전압으로 정류된 전원을 LED 모듈(110)로 공급한다. 브리지 다이오드는 직렬 연결된 2개의 다이오드의 2세트가 병렬로 연결되며, 직렬 연결 접속점들이 교류 전원 Vac 의 입력 단자들이 되고, 병렬 연결 접속점들이 출력 단자들이 된다. The rectifying part 10 (for example, a bridge diode) receives AC power Vac and supplies DC power, that is, rectified to a positive voltage, to the
LED 모듈(110)의 직렬 연결된 LED들(D1, D2, D3, D4)의 각 음의 단자에 연결되는 각각의 3단자 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4)를 포함하는 제어회로가, LED들의 각 음의 단자 접속점으로부터 접지 단자로 흐르는 각각의 전류(iQ1, iQ2, iQ3, iQ4)를 제어하여, 정류부(10)에서 정류된 전원의 상승과 하강에 대하여 각각 LED 모듈(110)의 LED들을 이루는 양의 단자 쪽의 하나 이상의 LED(D1, D2, D3)와 음의 단자쪽 마지막 LED(D4)를 순차 발광시키고 그 역순으로 순차 오프시키도록 동작한다. 여기서, 3단자 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4)는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), 바이폴라트랜지스터일 수 있다. 또한, 3단자 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4)의 오프(off)를 제어하는 회로 중 Q1의 게이트에 연결되는 스위치(q1)도 MOSFET 또는 바이폴라트랜지스터로 이루어질 수 있으며, 3단자 스위치Q2, Q3, Q4의 각 게이트에 연결되는 스위치 q 2, q 3, q 4는, MOSFET, 바이폴라트랜지스터, 또는 션트 레귤레이터(도 4의 U1 참조) 등으로 이루어질 수 있다. Each of the three-terminal switches Q 1 , Q 2 , Q 3 and Q 4 connected to the respective negative terminals of the series-connected LEDs D 1 , D 2 , D 3 and D 4 of the LED module 110 (I Q1 , i Q2 , i Q3 , i Q4 ) flowing from each negative terminal connection point of the LEDs to the ground terminal to control the rise and fall of the power rectified by the rectification section 10 One or more LEDs (D 1 , D 2 , D 3 ) on the positive terminal side of the LEDs of the
이하에서, 도 2 또는 도 4와 같이, LED 모듈(110)은 4개의 LED들(D1, D2, D3, D4)을 포함하거나, 도 5와 같이, LED 모듈(210)은 3개의 LED들(D1, D2, D3)을 포함하는 것으로 예를 들어 설명하지만, 직렬 연결된 2개 이상의 LED를 포함하는 모든 LED 모듈을 구동하기 위하여 하기하는 바와 같은 방식으로 구동할 수 있으며, LED 모듈에 5개, 6개.. 등 더 많은 LED를 포함시키고 해당 LED들을 구동하는 전류 제어 레벨 수를 증가시켜 고조파 특성을 개선할 수도 있다. 2 and 4, the
특히, 본 발명의 LED 구동 회로는, 기존과 같이 전류 제어 레벨 수를 증가시켜도 부품수의 큰 증대 없이 간단한 회로를 이용해, 낮은 정현파 전류의 입력(Vac)에도 LED 모듈을 구동이 가능하며, 효율적인 디밍(dimming)이 가능하고, 입력 AC 전압의 변동에도 전류가 일정하게 유지되어 플릭커(flicker) 특성이 우수하도록 구동할 수 있도록 하였다.In particular, the LED driving circuit of the present invention can drive an LED module even at a low input of a sine wave current (Vac) by using a simple circuit without increasing the number of parts even if the number of current control levels is increased, (dimming) is possible, and the current is kept constant even when the input AC voltage fluctuates, so that the flicker characteristic can be improved.
먼저, 도 2에서, LED 모듈(110)의 직렬 연결된 LED들(D1, D2, D3, D4)의 각 음의 단자에 연결되는 각각의 3단자 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4)를 포함하는 제어회로는, 정류부(10)에서 정류된 전원의 상승에 따라 차례로 온(on)되는 하나 이상의 LED(D1, D2, D3)에 각각 연결된 보조전류용 스위치(Q4, Q3, Q2) 및 마지막 LED(D4)에 연결된 주전류용 스위치(Q1)를 포함한다. 2 , each of the three-terminal switches Q 1 , Q 2 , and Q 3 connected to the negative terminals of the series-connected LEDs D 1 , D 2 , D 3 , and D 4 of the
이와 같은 제어회로의 스위치들(Q1, Q2, Q3, Q4)과 기타 회로들의 제어에 따라, 보조전류용 스위치(Q4, Q3, Q2)와 주전류용 스위치(Q1)가 차례로 온되어 각각에 연결된 해당 LED를 그 순서대로 발광시킬 수 있으며, 주전류용 스위치(Q1)와 보조전류용 스위치(Q4, Q3, Q2)가 차례로 오프되어 각각에 연결된 해당 LED를 그 순서대로(발광때의 역순) 오프시킬 수 있다. The switches of the same control circuit (Q 1, Q 2, Q 3, Q 4) and according to the control of other circuits, a switch for a second current (Q 4, Q 3, Q 2) switch (Q 1 for the main current ) is turned on in order that can emit light to the LED connected to each in that order, the switch for the main current switches (Q 1) and the auxiliary current for (Q 4, Q 3, Q 2) is turned off in turn coupled to respective The LEDs can be turned off in that order (in the reverse order of the light emission).
이를 위하여, 도 2와 같이, 각 보조전류용 스위치(Q4, Q3, Q2)의 LED 반대쪽의 단자와 보조전류용 스위치(Q4, Q3, Q2)를 오프시키는 회로(스위치 Q4, Q3, Q2각각의 게이트 단자에 연결되는 회로)의 한 단자가 모두 동일 점점에 연결되며, 이 동일 접점은 주전류용 스위치(Q1)가 온될 때 전류가 흐르는 저항(예, Rgs1, Rs1, Rsen1, Rsen2 등)에 연결되어 제어를 받는다. To this end, as shown in Figure 2, each of the secondary current switch (Q 4, Q 3, Q 2) circuit for turning off the terminal and the secondary current switch (Q 4, Q 3, Q 2) for the LED opposite the (switch Q 4 , Q 3 , and Q 2 ) are connected to the same point, which is a resistor through which current flows when the main current switch Q 1 is turned on (for example, R connected to gs1, R s1, R sen1, R sen2, etc.) under the control.
이와 같이, 각 보조전류용 스위치(Q4, Q3, Q2)를 제어하는 회로(스위치 Q4, Q3, Q2각각의 게이트 단자에 연결되는 회로)가 종래와 같이 다이오드 없이 모두 동일한 회로로 이루어지며, 이에 따라 LED 모듈(110)의 LED 수를 증가시킴에 따른 전류 제어 레벨 수를 증가시켜도 부품수의 큰 증대 없이 회로가 간단해진다.In this way, each of the secondary current switch (Q 4, Q 3, Q 2) circuit for controlling the (switch Q 4, Q 3, a circuit coupled to the gate terminal of Q 2, respectively), both without a diode as in the prior art the same circuit The circuit is simplified without increasing the number of components even if the number of current control levels is increased by increasing the number of LEDs of the
좀 더 이해를 돕기 위하여, 예를 들어, n개의 LED 로 구성된 LED 모듈(110)에 대하여, 입력 전압(Vac)이 양 이고, 전압이 증가해서 1/4의 순방향전압(1/4*n*VF)(VF 는 LED 순방향 전압) 보다 커지면(도 3의 (b) 참조), 입력 전류는 정류부(10)의 다이오드(BD1)를 통과하고, LED 모듈(110)의 1/4(예, D1)을 통과해 저항 RB, 제너다이오드ZDB, RB4를 통해 MOSFET Q4를 구동하고, MOSFET Q4를 통해 전류가 흐르기 시작한다(D1 발광). 이때 흐르는 전류는 센싱 저항들(Rsen2+ Rsen1)을 통해 전압으로 바뀌고 이 전압은 Roff4를 통해 MOSFET q4의 게이트를 구동한다. 물론 이때 q4의 게이트에 걸리는 전압은 Roff4와 Rgs4 저항의 분배 전압으로 결정되며 이 전압이 q4를 구동하면, MOSFET Q4에 흐르는 보조 전류 iQ4는 도 3의 (a)와 같이 일정하게 제어된다.For example, for an
즉, 주 전류(iQ1)를 센싱할 때에는 Rsen1이 사용되고, 보조 전류(iQ2, iQ3, iQ4)를 센싱할 때에는 (Rsen2 + Rsen1)이 사용되며, 이렇게 함으로 보조 전류와 주 전류를 분리할 수 있어서 설계의 자유도를 키울 수 있다. 더 간단하게 하기 위해 Rsen2를 없애고 Rsen1로 일원화하는 것도 가능하다. That is, when sensing the primary current (i Q1) R sen1 are used, and when sensing a second current (i Q2, Q3 i, i Q4) (R sen2 + R sen1 ) is used, so that the auxiliary current and the main current can be separated to increase the degree of design freedom. For simplicity, it is also possible to remove R sen2 and unify it to R sen1 .
또한, 입력 전압(Vac)이 양이고, 전압이 더욱 증가해서 n개로 구성된 LED 모듈(110)에 대하여 2/4의 순방향전압(2/4*n*VF) 보다 커지면(도 3의 (b) 참조), 입력 전류는 정류부(10)의 다이오드(BD1)를 통과하고, LED 모듈(110)의 반(D1, D2)을 통과해 이미 켜져 있던 MOSFET Q3을 통해 전류가 흐르기 시작한다(D1, D2 발광). 이때 흐르는 전류는 센싱 저항들(Rsen2 + Rsen1)을 통해 전압으로 바뀌고 이 전압은 Roff3을 통해 q3의 게이트를 구동한다. 물론 이때 q3의 게이트에 걸리는 전압은 Roff3과 Rgs3 저항의 분배 전압으로 결정되며 이 전압이 q3을 구동하면, MOSFET Q3에 흐르는 보조 전류 iQ3은 도 3의 (a)와 같이 일정값을 갖는다. 이때 Roff3과 Rgs3 저항 값은 iQ3 의 전류가 iQ4의 전류보다 더 커지도록 설계되어 센싱 저항들(Rsen2 + Rsen1)을 통해 바뀌는 전압도 상승하며, 이렇게 설계하면 보조 전류 iQ3를 일정하게 제어하면서 동시에 이 전압으로 Roff4를 통해 MOSFET q4를 완전히 켜서(on)(q4게이트 전압은 Roff4과 Rgs4 저항의 분배 전압으로 결정됨), 보조 스위치 Q4의 동작을 멈추게(0ff)하므로, 기존에 흐르던 전류 iQ4는 도 3의 (a)와 같이 전류의 흐름이 멈춘다. When the input voltage Vac is positive and the voltage further increases and becomes larger than 2/4 forward voltage (2/4 * n * V F ) with respect to the n LED modules 110 ), The input current passes through the diode BD 1 of the rectifying section 10 and passes through the half of the LED module 110 (D 1 , D 2 ) to start current flow through the MOSFET Q 3 that has already been turned on (D 1 , D 2 radiation). At this time, the current flowing through the sensing resistors (R sen2 + R sen1 ) is converted into a voltage, which drives the gate of q 3 through R off3 . Of course, this time q voltage applied to the gate of the 3 R off3 and R gs3 are determined by the distribution voltage of the resistor when the voltage is driven to q 3, predetermined as the secondary current i Q3 is (a) of Figure 3 flowing through the MOSFET Q 3 Lt; / RTI > At this time, the R off3 and R gs3 resistance values are designed such that the current of i Q3 is larger than the current of i Q4 so that the sensing resistances R sen2 + R sen1 ), and this design will control the auxiliary current i Q3 to be constant, while at the same time turning on the MOSFET q 4 through R off4 (the gate voltage of q 4 is R off4 , R gs4 resistance), and the operation of the auxiliary switch Q 4 is stopped (0ff). As a result, the flow of the current i Q4 is stopped as shown in FIG. 3 (a).
또한, 입력 전압(Vac)이 양 이고, 전압이 더욱 증가해서 n개로 구성된 LED 모듈(110)에 대하여 3/4의 순방향 전압(3/4*n*VF) 보다 커지면, 입력 전류는 정류부(10)의 다이오드(BD1)를 통과하고, LED 모듈(110)의 3/4(D1, D2, D3)을 통과해 이미 켜져 있던 MOSFET Q2를 통해 전류가 흐르기 시작한다(D1, D2, D3 발광). 흐르는 전류는 센싱저항들(Rsen2 + Rsen1)을 통해 전압으로 바뀌고 이 전압은 Roff2을 통해 q2의 게이트를 구동한다. 물론 이때 q2의 게이트에 걸리는 전압은 Roff2과 Rgs2 저항의 분배 전압으로 결정되며 이 전압이 q2를 구동하면, MOSFET Q2에 흐르는 보조 전류 iQ2는 도 3의 (a)와 같이 일정한 값을 갖는다. 이때 Roff2과 Rgs2 저항 값은 iQ2의 전류가 iQ3의 전류보다 더 커지도록 설계되어 센싱저항들(Rsen2 + Rsen1)을 통해 바뀌는 전압도 상승하며, 이렇게 설계하면 보조 전류 iQ2를 일정하게 제어하면서 동시에 이 전압으로 Roff3과 Roff4 통해 MOSFET q3과 q4를 완전히 켜서(on), 보조 스위치 Q3과 Q4의 동작을 멈추게(0ff)하므로, 기존에 흐르던 전류 iQ3과 iQ4는 도 3의 (a)와 같이 전류의 흐름이 멈춘다. Further, when the input voltage Vac is positive and the voltage further increases to be larger than the forward voltage 3/4 * n * V F for the
또한, 입력 전압(Vac)이 양 이고, 전압이 더욱 증가해서 n개로 구성된 LED 모듈(110)에 대하여 전체 순방향 전압(n*VF) 보다 커지면, 입력 전류는 정류부(10)의 다이오드(BD1)를 통과하고, LED 모듈(110) 전체(D1, D2, D3, D4)를 통과해 이미 켜져 있던 MOSFET Q1을 통해 전류가 흐르기 시작한다(D1, D2, D3, D4 발광). 흐르는 전류는 센싱저항(Rsen1)을 통해 전압으로 바뀌고 이 전압은 RS1을 통해 q1의 게이트를 구동한다. 물론 이때 q1의 게이트에 걸리는 전압은 RS1과 Rgs1 저항의 분배 전압으로 결정되며 이 전압이 q1을 구동하면, MOSFET Q1에 흐르는 주 전류 iQ1은 도 3의 (a)와 같이 일정한 값을 갖는다. 이때 RS1과 Rgs1 저항 값은 iQ1의 전류가 iQ2의 전류보다 더 커지도록 설계되어 센싱저항(Rsen1)을 통해 바뀌는 전압도 상승하며, 이렇게 설계하면 주 전류 iQ1을 일정하게 제어하면서 동시에 이 전압으로 Roff2, Roff3과 Roff4 통해 MOSFET q2, q3과 q4를 완전히 켜서(on), 보조 스위치 Q2, Q3과 Q4의 동작을 멈추게(0ff)하므로, 기존에 흐르던 전류 iQ2, iQ3과 iQ4는 도 3의 (a)와 같이 전류의 흐름이 멈춘다. 도 7의 시뮬레이션 결과와 같이, 시뮬레이션을 통하여 위와 같은 4단계의 전류 레벨을 확인할 수 있었다.When the input voltage Vac is positive and the voltage further increases and becomes greater than the total forward voltage n * VF for the
즉, MOSFET q2, q3, q4의 역할이 보조 스위치 Q2, Q3, Q4가 동작을 할 때에는 액티브(active) 영역에서 동작하여 전류를 제어하는 역할을 하고, 주 스위치(Q1)가 동작하거나, 다른 보조 스위치가 동작하여 전류가 흐를 시에는 자신과 연결되어 있는 보조 스위치의 동작을 멈추게 하는 2중의 역할을 한다.That is, when the auxiliary switches Q 2 , Q 3 , and Q 4 operate, the MOSFETs q 2 , q 3 , and q 4 operate in an active region to control the current, and the main switch Q 1 ) Operates, or when another auxiliary switch is operated and current flows, the operation of the auxiliary switch connected to the auxiliary switch is stopped.
위에서 LED 모듈(110)에 4개의 LED들(D1, D2, D3, D4)를 포함하는 경우에 대하여 설명하였고, 도 4와 같이 LED 모듈(210)이 3개의 LED들(D1, D2, D3)을 포함하는 경우에도 위에서 기술한 바와 유사하게 동작될 수 있다. 4, the
즉, LED 모듈(210)의 직렬 연결된 LED들(D1, D2, D3)의 각 음의 단자에 연결되는 각각의 3단자 스위치(Q1, Q2, Q3)를 포함하는 제어회로가, LED들(D1, D2, D3)의 각 음의 단자 접속점으로부터 접지 단자로 흐르는 각각의 전류(iQ1, iQ2, iQ3)를 제어하여, 정류부에서 정류된 전원의 상승과 하강에 대하여 각각 LED 모듈(210)의 LED들을 이루는 양의 단자 쪽의 하나 이상의 LED(D1, D2)와 음의 단자쪽 마지막 LED(D3)를 순차 발광시키고 그 역순으로 순차 오프시키도록 동작할 수 있다. 여기서도 각 보조전류용 스위치(Q3, Q2)를 제어하는 회로(스위치 Q3, Q2각각의 게이트 단자에 연결되는 회로)가 종래와 같이 다이오드 없이 모두 동일한 회로로 이루어진다. That is, a control circuit (not shown) including each three-terminal switch Q 1 , Q 2 , Q 3 connected to each negative terminal of the series-connected LEDs D 1 , D 2 , D 3 of the LED module 210 (I Q1 , i Q2 , i Q3 ) flowing from each negative terminal connection point of the LEDs (D 1 , D 2 , D 3 ) to the ground terminal to control the rise One or more LEDs (D 1 , D 2 ) on the positive terminal side and the last LED (D 3 ) on the negative terminal side constituting the LEDs of the
예를 들어, 보조 전류 iQ3는 주전류 iQ1가 흐르거나 보조 전류 iQ2가 흐르면 차단되고, 입력전류에는 입력 전압(Vac)이 LED 모듈(210)의 1/3의 순방향 전압보다 커지면 보조 전류 iQ3이 흐르고, 입력 전압(Vac)이 LED 모듈(210)의 2/3의 순방향 전압보다 커지면 보조 전류 iQ2가 흐르고, 입력 전압(Vac)이 LED 모듈(210)의 3/3의 순방향 전압보다 커지면 주 전류 iQ1이 흐른다. 이는 입력 전원(Vac) 변화에 따라 따른 주전류와 보조전류들(iQ1,iQ2, iQ3)의 관계를 나타내는 도 5를 참조하면 쉽게 이해할 수 있다.For example, the auxiliary current i Q3 is interrupted when the main current i Q1 flows or the auxiliary current i Q2 flows, and when the input voltage Vac is greater than the forward voltage of 1/3 of the
도 6은 도 2의 회로에 디밍(dimming) 회로를 추가한 실시예이다.FIG. 6 shows an embodiment in which a dimming circuit is added to the circuit of FIG. 2. FIG.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 구동 회로는, 직렬 연결된 2개 이상의 복수 LED(예, D1, D2, D3, D4)를 갖는 LED 모듈(110)을 구동하기 위하여, 정류부(10)와 디밍회로(120), 및 기타 제어회로를 포함한다. 디밍회로(120)는 포토 커플러들(PC0, PC1, PC2), 커패시터(Con), 제너다이오드(ZDon), 3단자 스위치들(Qon, q5, q6), 저항들(Rdim0, Rdim1, Rdim2, Rsen12, Rsen13, RB5, RB6), 스위치들(SW0, SW1, SW2)을 포함한다. 6, an LED driving circuit according to another embodiment of the present invention drives an
여기서, 외부의 스위치들(SW0, SW1, SW2)의 신호에 따라 디밍이 조절될 수 있으며, 즉, Qon의 온/오프나 센싱 저항 Rsen1에 센싱 저항들 Rsen12, Rsen13이 병렬되도록 변화시켜 조광을 디밍이 조절되어 각 단계의 밝기가 조절될 수 있도록 하였다. 도 6에서, 한 단자가 해당 LED(예, D4)가 연결된 주전류용 스위치(Q1)의 다른 단자에 연결된 저항(Rsen1)을 포함한 회로(20)에 N개(N은 자연수)의 포토커플러(도면의 예에서, 3개의 PC0, PC1, PC2)를 포함한 디밍 회로(120)가 연결되며, 각 포토커플러에 연결되는 각 스위치(SW0, SW1, SW2)를 온 또는 오프시켜 위와 같은 저항(Rsen1)과 연결되는 저항값을 변화시켜 각 스위치(SW0, SW1, SW2)의 온 또는 오프 조합에 따른 복수의 디밍 단계(예, 2N-1+1)를 수행할 수 있게 된다.Here, the dimming can be controlled according to the signals of the external switches SW0, SW1, and SW2, that is, the on / off of Q on or the sensing resistances R sen12 and R sen13 to the sensing resistance R sen1 Dimming is controlled so that the brightness of each stage can be adjusted. 6, N terminals (N is a natural number) are connected to a circuit 20 including a resistor R sen1 connected to the other terminal of the main current switch Q 1 to which a corresponding LED (for example, D 4 ) A dimming circuit 120 including a photocoupler (three PC0, PC1 and PC2 in the example of the figure) is connected and the respective switches SW0, SW1 and SW2 connected to the photocouplers are turned on or off, It is possible to perform a plurality of dimming steps (for example, 2 N-1 + 1) according to the ON or OFF combination of the switches SW0, SW1, and SW2 by changing the resistance value connected to the R sen1 .
예를 들어, 스위치 SW0이 온되면 포토커플러 PC0의 1차측(다이오드)에 전류가 흐르고 2차측 트랜지스터의 컬렉트-에미트가 포화되어 낮은 전압이 되어 스위치 Qon이 오프되고, 이에 따라 LED 모듈(110)의 다이오드 D1, D2, D3, D4가 모두 오프되어 가장 낮은 I 단계(0%) 디밍이 이루어질 수 있다. For example, switch SW0 is when one
또한, 스위치 SW0가 오프된 상태에서, 스위치 SW1과 SW2가 온되면, MOSFET q5, q6 모두 오프되고 센싱 저항은 Rsen2 + Rsen1로 두번째의 II 단계 디밍이 이루어질 수 있다(도 8의 (b)의 LED 모듈로의 입력 전류 파형 참조). Also, in the switch SW0 OFF state, the switches SW1 and SW2 is when on, MOSFET q 5, q 6 are both off-sensing resistor may be formed of the second phase II dimming to R sen2 + R sen1 (Fig. 8 ( b) the input current waveform to the LED module).
또한, 스위치 SW0가 오프된 상태에서, 스위치 SW1가 온되고 스위치 SW2가 오프되면 q5는 오프, q6은 on됨으로써, 센싱저항은 Rsen2 + Rsen1 //Rsen13 로 세번째의 III 단계 디밍이 이루어질 수 있다(Rsen13 > Rsen12 가정함). "//"은 병렬 저항값을 의미한다(도 8의 (c)의 LED 모듈로의 입력 전류 파형 참조).Also, in the switch SW0 is turned off, the switch SW1 is turned on when the switch SW2 is turned off is off-q 5, q 6 are on, whereby the sensing resistance R + sen2 Rsen1 // R sen13 to be the dimming of a third phase III (R sen13 > R sen12 is assumed). Quot; // "means a parallel resistance value (see the input current waveform to the LED module of FIG. 8 (c)).
또한, 스위치 SW0가 오프된 상태에서, 스위치 SW1가 오프되고 스위치 SW2가 온면 q5는 온, q6은 오프됨으로써, 센싱 저항은 Rsen2 + Rsen1 //Rsen12 로 네번째의 IV 단계 디밍이 이루어질 수 있다(Rsen13 > Rsen12 가정함)(도 8의 (b)의 LED 모듈로의 입력 전류 파형 참조). In addition, by being in the off state, the switch SW0, a switch SW1 is off and the switch SW2 is turned on is onmyeon q 5, q 6 are turned off, the sensing resistor R sen2 + R // R sen1 sen12 may be made to the IV phase of the fourth dimming (R sen13> R assuming sen12) (see the waveform of the input current to the LED module of Fig. 8 (b)).
또한, 스위치 SW0가 오프된 상태에서, 스위치 SW1과 SW2가 오프되면, MOSFET q5, q6 모두 온됨으로써, 센싱 저항은 Rsen2 + Rsen1 //Rsen12 //Rsen13 로 가장 높은 다섯번째의 V 단계(100%) 디밍이 이루어질 수 있다(도 8의 (a)의 LED 모듈로의 입력 전류 파형 참조).Also, in the switch SW0 is turned off, the switches SW1 and SW2 are turned off when, MOSFET q 5, q 6 both being on the sensing resistance R sen2 sen1 + R // R R // sen12 sen13 fifth highest in the V-step (100%) dimming can be performed (see the input current waveform to the LED module in FIG. 8 (a)).
지금까지, LED 모듈(110)의 LED(D1, D2, D3, D4)는 DC(Direct Current) LED 소자로 이루어질 때의 구동 방법을 설명하였다. 다만, 당업자라면 위에서 기술한 DC LED 소자들로 이루어진 LED모듈에 대한 제어 회로에 대한 약간의 설계변경을 통하여, AC(Alternating Current) LED 모듈을 구동하는 데에도 유사하게 적용하여 용이하게 이용할 수 있다. 예를 들어, 위와 같은 정류부(10) 없이 AC LED 소자들로 이루어진 LED 모듈을 구동하는 데에도 위에서 기술한 제어 회로의 동작 방법을 적용하여 용이하게 이용할 수 있다. Up to now, a driving method when the LEDs (D 1 , D 2 , D 3 , D 4 ) of the
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
110, 210: LED 모듈
120: 디밍회로110, 210: LED module
120: a dimming circuit
Claims (6)
상기 복수 LED에 입력된 전원의 상승과 하강에 대하여 각각 상기 복수 LED를 이루는 양의 단자 쪽의 하나 이상의 LED와 음의 단자쪽 마지막 LED를 순차 발광시키고 그 역순으로 순차 오프시키기 위하여,
상기 제어회로는, 상기 전원의 상승에 따라 차례로 온되는 상기 하나 이상의 LED 에 각각 연결된 보조전류용 스위치 및 상기 마지막 LED에 연결된 주전류용 스위치를 포함하고, 상기 보조전류용 스위치와 상기 주전류용 스위치가 차례로 온되어 해당 LED를 발광시키고, 상기 주전류용 스위치와 상기 보조전류용 스위치가 차례로 오프되어 해당 LED를 오프시키되,
상기 보조전류용 스위치의 다른 단자와 상기 보조전류용 스위치를 오프시키는 회로의 한 단자가 모두 동일 접점에 연결되며 상기 주전류용 스위치가 온될 때 전류가 흐르는 저항에 상기 동일 접점이 연결되어 제어를 받으며,
상기 주전류용 스위치의 전류를 제어하거나 오프시키기 위한 3단자 스위치로서, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), 바이폴라트랜지스터, 또는 션트 레귤레이터(shunt regulator)가 사용되고,
하나 이상의 상기 보조전류용 스위치의 전류를 제어하거나 오프시키기 위한 3단자 스위치로서, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), 또는 바이폴라트랜지스터가 사용된 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.And a control circuit for controlling each current flowing from the respective terminal connection point to the ground terminal by using respective three-terminal switches connected to respective negative terminals of a plurality of LEDs (Light Emitting Diodes) connected in series, ,
In order to sequentially turn on one or more LEDs on the positive terminal side of the plurality of LEDs and the last LED on the negative terminal side in order of the rising and falling of the power supplied to the plurality of LEDs,
Wherein the control circuit includes a switch for an auxiliary current connected to the one or more LEDs sequentially turned on in accordance with the rise of the power source and a switch for main current connected to the last LED, The main current switch and the auxiliary current switch are sequentially turned off to turn off the corresponding LED,
The other terminal of the auxiliary current switch and the terminal of the circuit for turning off the auxiliary current switch are both connected to the same contact and the same contact is connected to a resistor through which the current flows when the main current switch is turned on ,
A metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), a bipolar transistor, or a shunt regulator is used as a three-terminal switch for controlling or turning off the current of the main current switch,
Wherein a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET) or a bipolar transistor is used as a three-terminal switch for controlling or turning off the current of the at least one auxiliary current switch.
상기 주전류용 스위치와 하나 이상의 상기 보조전류용 3단자 스위치로서, MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), 또는 바이폴라트랜지스터가 사용된 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.The method according to claim 1,
Wherein a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) or a bipolar transistor is used as the main current switch and the at least one auxiliary current three-terminal switch.
한 단자가 해당 LED가 연결된 상기 주전류용 스위치의 다른 단자에 연결된 저항을 포함한 회로에 N개(N은 자연수)의 포토커플러를 포함한 회로가 연결되고, 상기 포토커플러에 연결되는 각 스위치를 온 또는 오프시켜 상기 다른 단자에 연결된 저항과 연결되는 저항을 변화시켜 상기 각 스위치의 온 또는 오프 조합에 따른 복수의 디밍 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.The method according to claim 1,
A circuit including N (N is a natural number) photocouplers is connected to a circuit including a resistor whose one terminal is connected to another terminal of the main current switch to which the corresponding LED is connected, and each switch connected to the photocoupler is turned on And a plurality of dimming steps corresponding to ON or OFF combinations of the switches are performed by changing a resistance connected to a resistor connected to the other terminal.
DC LED 소자들로 이루어진 상기 복수 LED를 갖는 LED 모듈, 또는 AC LED 소자들로 이루어진 상기 복수 LED를 갖는 LED 모듈을 구동하기 위한 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.The method according to claim 1,
An LED module having the plurality of LEDs formed of DC LED elements, or an LED module having the plurality of LEDs formed of AC LED elements.
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