KR102201098B1 - Pwm을 이용한 led 램프 밝기 제어 회로 - Google Patents

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김종원
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로무 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 높은 주파수의 제어신호를 이용하여 LED 밝기를 조절하는 경우에도, 충분히 높은 콘트라스 비를 얻을 수 있는 램프 밝기 제어 회로에 관한 것으로서, 상기 램프 밝기 제어 회로는 전원부와 상기 램프에 결합 가능하도록 구성된 에너지 전달부, 상기 에너지 전달부에 결합되고, 제1 제어신호에 응답하여 상기 전원부로부터 공급되는 에너지가 상기 에너지 전달부에 저장되게 그리고 상기 저장된 에너지가 상기 램프로 전달되게 제어하도록 구성된 PWM 제어부 및 상기 에너지 전달부에 결합된 방전부를 포함한다. 상기 방전부는 제2 제어신호에 응답하여 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지를 방전시키도록 구성된다.

Description

PWM을 이용한 LED 램프 밝기 제어 회로{CIRCUIT FOR CONTROLLING LUMINANCE OF AN LED USING PULSE WIDTH MODULATION}
본 발명은 LED 밝기 제어에 관한 것으로, 특히 PWM을 이용한 LED 램프 밝기 제어 회로에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 소형, 경량, 저전압 구동, 긴 수명 등의 장점을 가지는 친환경적인 광원으로써 형광등을 대체할 차세대 광원으로 주목받고 있다. 이와 같은 흐름에 맞춰 텔레비전, 모니터 등의 디스플레이 장치에서 사용되는 백라이트가 CCFL 백라이트(형광등)에서 LED 백라이트로 교체되고 있다.
백라이트로 사용되는 LED의 경우, 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 밝기를 조정하는 것이 일반적이며, 구형파의 PWM 제어신호의 하이레벨과 로우레벨 간의 듀티비를 조정함으로써 LED의 밝기가 조정된다. PWM 제어신호가 하이레벨에 있는 경우 LED가 켜지고 로우레벨에 있는 경우 LED가 꺼지며, 결국 LED가 켜져 있는 시간과 LED가 꺼져 있는 시간의 비율을 조절하여 LED의 밝기를 제어하는 것이다. 이때, PWM 제어신호가 하이레벨에서 로우레벨로 바뀌더라도 LED가 즉시 꺼지지는 않으며, 회로 내의 에너지 저장 소자들에 저장되어 있는 에너지가 소진되면서 점차 꺼지게 된다.
최근에는 고주파의 PWM 제어신호가 사용되면서, PWM 제어신호의 로우레벨이 유지되는 시간이 짧아지게 된다. 이 경우, PWM 제어신호가 하이레벨에서 로우레벨로 바뀐 후 LED가 완전히 꺼지기도 전에 PWM 제어신호가 다시 하이레벨로 바뀌는 현상이 나타난다. PWM 제어신호가 로우레벨인 경우에도 LED가 완전히 꺼지지 않으므로, LED의 밝기를 제어할 수 있는 범위가 제한적이게 된다. 이에 따라, 높은 주파수의 PWM 제어신호을 이용하여 LED 밝기를 조절하는 경우, 충분히 높은 콘트라스트 비를 얻을 수 없는 문제가 발생한다.
본 발명은 높은 주파수의 제어신호를 이용하여 LED 밝기를 조절하는 경우에도 충분히 높은 콘트라스 비를 얻을 수 있는 LED 램프 밝기 제어 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 램프 밝기 제어 회로는 전원부와 상기 램프에 결합 가능하도록 구성된 에너지 전달부, 상기 에너지 전달부에 결합되고, 제1 제어신호에 응답하여 상기 전원부로부터 공급되는 에너지가 상기 에너지 전달부에 저장되게 그리고 상기 저장된 에너지가 상기 램프로 전달되게 제어하도록 구성된 PWM 제어부 및 상기 에너지 전달부에 결합된 방전부를 포함한다. 여기서, 상기 방전부는 제2 제어신호에 응답하여 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지를 방전시키도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 제1 제어신호는 상기 제2 제어신호와 같다.
이 경우, 상기 제1 제어신호는 일련의 제1 전압 레벨 및 상기 일련의 제1 전압 레벨과교호하는 일련의 제2 전압 레벨을 포함하는 구형파이다. 상기 방전부는, 상기 제1 전압 레벨에 응답하여 비활성화되며, 상기 제2 전압 레벨에 응답하여 활성화되어 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지를 방전시키도록 구성된다. 또한, 상기 PWM 제어부는, 상기 제1 전압 레벨에 응답하여 상기 전원부로부터 공급되는 에너지가 상기 에너지 전달부에 저장되게 그리고 상기 저장된 에너지가 상기 램프로 전달되게 제어하고, 상기 제2 전압 레벨에 응답하여 상기 전원부로부터 상기 에너지 전달부로의 에너지 공급을 차단하게 제어하도록 더 구성된다.
일 실시예에서, 상기 PWM 제어부는 상기 제1 제어신호에 응답하여, 상기 전원부로부터 공급되는 에너지가 상기 에너지 전달부에 저장되고 상기 저장된 에너지가 상기 램프로 전달되는 제1 동작 모드 또는 상기 전원부로부터 상기 에너지 전달부로의 에너지 공급이 차단되는 제2 동작 모드에 있도록 상기 에너지 전달부를 제어하도록 더 구성된다. 상기 방전부는 상기 제2 제어신호에 응답하여, 상기 에너지 전달부가 제1 동작 모드에 있을 때 비활성화되고, 상기 에너지 전달부가 제2 동작 모드에 있을 때 활성화되어 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지를 방전시키도록 더 구성된다.
본 발명의 램프 밝기 제어 방법은 전원부와 상기 램프에 결합 가능하도록 구성된 에너지 전달부 및 상기 에너지 전달부에 결합된 방전부를 제공하는 단계, 제1 시간 구간 동안에, 상기 전원부로부터 공급되는 에너지가 상기 에너지 전달부에 저장되고 상기 저장된 에너지가 상기 램프로 전달되고 상기 방전부가 비활성화되도록 제어하는 단계 및 제2 시간 구간 동안에, 상기 전원부로부터 상기 에너지 전달부로의 에너지 공급이 차단되고 상기 방전부를 활성화시켜 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지가 방전되도록 제어하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 방법은 상기 제1 시간 구간 동안에, 상기 램프를 상기 에너지 전달부에 결합시키도록 제어하는 단계 및 상기 제2 시간 구간 동안에, 상기 램프를 상기 에너지 전달부로부터 분리시키도록 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면 높은 주파수의 제어신호를 이용하여 LED 밝기를 조절하는 경우에도, 충분히 높은 콘트라스 비를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 램프 밝기 제어 회로를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 제1 제어신호와 제2 제어신호의 파형을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 LED 램프 밝기 제어 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 램프 밝기 제어 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 램프 밝기 제어 회로를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 LED 램프 밝기 제어 회로를 시뮬레이션하기 위한 회로를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 회로의 제1 시뮬레이션 결과 및 제2 시뮬레이션의 결과를 도시한 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 램프 밝기 제어 회로(100)를 도시한 도면이다. 도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(100)는 전원부(110)에 결합된 에너지 전달부(120)을 포함할 수 있다. 에너지 전달부(120)는 전원부(110)로부터의 에너지를 충전하고 충전된 에너지를 방전하는 동작을 반복할 수 있다. 일 실시예에서, 에너지 전달부(120)는 다이오드(122), 커패시터(124) 및 인덕터(126)를 포함할 수 있다. 이 경우, 다이오드(122)가 직렬로 연결된 커패시터(124) 및 인덕터(126)와 병렬로 결합될 수 있고, 다이오드(122)의 일단과 커패시터(124)의 일단에 전원부(110)가 결합될 수 있다. 이와 같은 구성에서는 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로 전달된 에너지가 커패시터(124)와 인덕터(126)에 저장될 수 있다.
도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(100)는 에너지 전달부(120)에 결합된 램프(130)를 더 포함할 수 있다. 램프(130)는 에너지 전달부(120)에 저장된 에너지를 전달 받아 빛 에너지를 방출할 수 있다. 일 실시예에서, 램프(130)는 적어도 하나의 LED를 포함할 수 있다.
도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(100)는 에너지 전달부(120)에 결합된 PWM 제어부(140)를 더 포함할 수 있다. PWM 제어부(140)는 제1 제어신호에 응답하여 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 전달/저장 및 에너지 전달부(120)에 저장된 에너지의 램프(130)로의 전달 각각을 제어할 수 있으며, 이에 따라 램프(130)의 구동을 제어할 수 있다.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 제1 제어신호는 일정 주기를 가지는 구형파일 수 있다. 이 경우, 상기 구형파는 일련의 하이레벨 신호 및 상기 일련의 하이레벨 신호와 교호하는 일련의 로우레벨 신호를 포함할 수 있다. 여기서 제1 제어신호 내의 하이레벨 신호와 로우레벨 신호의 시간비(듀티비)를 조정하여 램프(130)의 밝기를 조정할 수 있다. 즉, 하이레벨 신호의 비율이 높아질수록 램프(130)의 밝기가 증가하고, 반대로 로우레벨 신호의 비율이 높아질수록 램프(130)의 밝기가 감소한다.
일 실시예에서, PWM 제어부(140)는 트랜지스터 M을 포함할 수 있다. 이 경우, 도시되지 않았지만 PWM 제어부(140)는 제1 제어신호의 하이레벨 신호에 응답하여 트랜지스터 M의 게이트에 인가되는 구형파 전압을 생성하는 구형파 전압 생성부를 포함할 수 있다. 상기 트랜지스터 M의 게이트 전압에 응답하여 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 전달/저장 및 에너지 전달부(120)에 저장된 에너지의 램프(130)로의 전달이 제어된다.
도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(100)는 에너지 전달부(120), 예컨대 커패시터(124)에 결합되는 방전부(150)를 더 포함할 수 있다. 방전부(150)는 제2 제어신호에 응답하여 에너지 전달부(120)에 저장된 에너지를 방전시킬 수 있다. 본 실시예의 경우, 방전부(150)가 커패시터(124)에 병렬로 결합되어, 커패시터(124)에 저장되어 있는 에너지를 방전하는데 특히 효과적일 수 있다. 방전부(150)는, 예컨대 저항 및 LED와 같은 임피던스 소자, 및 에너지 회수 회로 등과 같이 에너지 전달부(120) 내에 저장된 에너지를 방전시키는 구성을 포함할 수 있다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이, 제2 제어신호는 일정 주기를 가지는 구형파일 수 있다. 이 경우, 상기 구형파는 일련의 하이레벨 신호 및 상기 일련의 하이레벨 신호와 교호하는 일련의 로우레벨 신호를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 제어신호는 제1 제어신호와 동일한 신호일 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 제어신호는 제1 제어신호와 상이한 신호일 수 있다. 이 경우, 제2 제어신호는 제1 제어신호가 반전된 신호일 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(100)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 이하의 동작은 제1 제어신호 및 제2 제어신호가 동일한 신호라는 가정하에 설명된다. 도 3(a)는 제1 제어신호의 파형을 나타내고, 도 3(b)는 PWM 제어부(140) 내의 트랜지스터 M의 게이트 전압 파형을 나타낸다. 또한, 도 3(c)는 램프(130)에 흐르는 전류를 나타낸다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 제1 제어신호는 일련의 하이레벨 신호와 일련의 로우레벨 신호가 교호하는 구형파일 수 있다. 이 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 제1 제어신호 내의 하이레벨 신호와 로우레벨 신호의 시간비(듀티비)에 따라 램프(130)의 밝기가 결정된다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 제1 제어신호가 하이레벨 신호인 시간 구간 동안, PWM 제어부(140) 내의 구형파 전압 생성부에 의해 트랜지스터 M의 게이트에 일정 주기를 갖는 구형파 전압이 인가될 수 있다(제1 동작 모드). 트랜지스터 M의 게이트에 인가되는 전압이 고전압일 때는 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로 에너지가 공급되는 에너지 전달부(120) 내에 에너지가 저장되며, 저전압일 때는 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 공급이 차단되어 에너지 전달부(120) 내에 저장되어 있는 에너지가 램프(130)로 전달되어 램프(130)가 구동된다.
트랜지스터 M의 게이트에 고전압과 저전압이 반복되어 인가됨에 따라, 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 공급 및 에너지 전달부(120)에 저장되어 있는 에너지의 램프(130)로의 전달이 반복된다(제1 동작 모드). 제1 제어신호가 하이레벨 신호로 일정시간 이상 유지되면 램프(130)에 흐르는 전류가 정상상태에 도달하여 램프(130)를 구동하는 "구동전류"로 유지된다.
제1 제어신호가 하이레벨 신호인 시간 구간 동안, 트랜지스터 M의 게이트에 구형파 전압이 인가되는 것(제1 동작 모드)과 동시에 방전부(150)가 비활성화될 수 있다. 이 경우, 방전부(150)가 에너지 전달부(120)에 저장되어 있는 에너지를 소진하지 않으므로, 에너지 전달부(120)에 저장되어 있는 에너지는 모두 램프(130)로 전달되어 램프(130)를 구동하는데 사용된다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 제1 제어신호가 로우레벨 신호인 시간 구간 동안, 트렌지스터 M의 게이트에 인가되는 전압이 저전압으로 유지되어 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 공급이 차단된다(제2 동작 모드). 이 경우, 에너지 전달부(120)의 커패시터(124) 및 인덕터(126) 내에 저장되어 있는 에너지가 있으므로, 램프(130)가 즉시 꺼지지 않고 램프(130)에서 에너지를 소진하면서 램프(130)에 흐르는 전류가 서서히 감소한다.
본 발명의 경우, 제1 제어신호가 로우레벨 신호인 제2 시간 구간 동안에 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 공급이 차단되는 것(제2 동작 모드)과 동시에 방전부(150)가 활성화되어 에너지 전달부(120)에 저장된 에너지를 방전시킬 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 에너지 전달부(120)에 저장된 에너지가 램프(130)와 방전부(150)에서 함께 소진되므로, 제1 제어신호가 하이레벨 신호에서 로우레벨 신호로 바뀐 후 램프(130)에 흐르는 전류를 빠르게 감소시킬 수 있다.
램프(130)에 흐르는 램프전류를 도시하는 도 3(c)에서 실선은 방전부(150)가 포함된 본 발명에 따른 결과이고, 점선은 방전부(150)가 포함되지 않은 경우의 비교 결과이다. 도시된 바와 같이, 방전부(150)가 램프(130)와 함께 에너지 전달부(120) 내에 저장되어 있는 에너지를 방전시키는 본 발명의 경우가 램프전류를 더욱 빠르게 감소시키는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 방전부(150)가 추가됨으로써, 로우레벨 신호가 짧게 유지되는 고주파 제어신호를 사용하는 경우에도 램프(130)의 밝기를 충분히 어둡게 제어할 수 있으며, 높은 콘트라스트 비를 얻을 수 있다.
상기의 동작은 제1 제어신호 및 제2 제어신호가 동일한 신호라는 가정하에 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며 제2 제어신호는 제1 제어신호와 상이한 신호가 사용될 수 있다. 이 경우, 방전부(150)는 제2 제어신호에 응답하여, 에너지 전달부(120)가 제1 동작 모드에 있을 때 비활성화되고, 에너지 전달부(120)가 제2 동작 모드에 있을 때 활성화되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기의 동작은 제1 제어신호가 하이레벨 신호인 시간 구간 동안 트랜지스터 M의 게이트에 구형파 전압이 인가되는 동시에 방전부(150)가 비활성화되고, 제1 제어신호가 로우레벨 신호인 시간 구간 동안 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 공급이 차단되는 동시에 방전부(150)가 활성화되는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며 반대로 제1 제어신호가 로우레벨 신호인 시간 구간 동안 트랜지스터 M의 게이트에 구형파 전압이 인가되는 동시에 방전부(150)가 비활성화되고, 제1 제어신호가 하이레벨 신호인 시간 구간 동안 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 공급이 차단되는 동시에 방전부(150)가 활성화되도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 램프 밝기 제어 회로(400)를 도시한 도면이다. 본 실시예의 경우, 방전부(410)를 제외한 구성이 도 1에 도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(100)와 동일하다. 도 1에 도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(100)에서는 방전부(150)가 에너지 전달부(120)의 커패시터(124)에 병렬로 결합되는 반면, 본 실시예에서는 방전부(410)가 직렬로 연결된 커패시터(124) 및 인덕터(126)에 병렬로 결합된다.
방전부(410)는 제1 실시예에서와 마찬가지로 제2 제어신호에 응답하여 에너지 전달부(120)에 저장된 에너지를 방전시킬 수 있으며, 예컨대 저항 및 LED와 같은 임피던스 소자 및 에너지 회수 회로 등을 포함할 수 있다. 도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(400)의 동작은 도 3을 참조하여 설명된 도 1의 LED 램프 밝기 제어 회로(100)의 동작과 실질적으로 동일하다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 램프 밝기 제어 회로(500)를 도시한 도면이다. 본 실시예의 경우, LED 램프 밝기 제어 회로(500)가 램프(130)의 일단, 예컨대 램프(130)의 상단에 직렬로 연결된 스위치(510)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(100)와 동일하다. 램프(130)의 상단에 직렬로 연결된 스위치(510)는 제2 제어신호에 응답하여 램프(130)와 에너지 전달부(120) 사이의 연결을 끊을 수 있다. 본 실시예에서는 스위치(510)가 램프(130)의 상단에 직렬로 연결된 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않으며 스위치(510)는 램프(130)의 하단에 직렬로 연결될 수도 있다.
일 실시예에서, 스위치(510)는 제2 제어신호에 응답하여 방전부(150)가 비활성화될 때 램프(130)와 에너지 전달부(120) 사이를 연결해주고, 방전부(150)가 활성활될 때 램프(130)와 에너지 전달부(120) 사이의 연결을 끊을 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 방전부(150)가 활성화되어 에너지 전달부(120)에 저장된 에너지를 방전시키는 동시에 스위치(510)가 램프(130)와 에너지 전달부(120) 사이의 연결을 끊어주므로, 에너지 전달부(120) 내에 저장되어 있는 에너지가 램프(130)로 전달되지 않고 모두 방전부(150)에서 소진된다. 따라서, 본 실시예에 따르면 램프(130)가 더 높은 콘트라스트 비를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는 도 1에 도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(100)의 램프(130)의 일단에 스위치(510)가 추가되는 경우를 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 도 4에 도시된 LED 램프 밝기 제어 회로(400)의 램프(130)의 일단에도 스위치(510)가 추가될 수 있다. 이 경우에도, 본 실시예와 유사한 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 LED 램프 밝기 제어 회로를 시뮬레이션하기 위한 회로를 도시한 도면이다. 본 시뮬레이션은 방전부(150)의 추가에 의해 램프(130)에 흐르는 전류가 얼마나 빨리 감소하는지를 확인하고자 하는 목적에서 실시된다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 도 6에 도시된 회로(600)에서 방전부(150)를 제거한 상태로 제1 시뮬레이션을 실행하고, 도 6에 도시된 회로(600) 상태 그대로 제2 시뮬레이션을 실행한다.
도시된 바와 같이, 전원부(110)는 200 V의 전압원이며, 에너지 전달부(120) 의 커패시터(124) 및 인덕터(126)는 각각 10 ㎌ 및 470 μH이다. 또한, 램프(130)는 직렬로 연결된 LED 24개를 포함한다. 제2 시뮬레이션에서 사용되는 방전부(150)는 저항(610)과 스위치(620)를 포함하며, 상기 저항(610)은 40 Ω이다.
제1 시뮬레이션에서는 PWM 제어부(140)를 제어하는 신호로 제1 제어신호가 사용되며, 제2 시뮬레이션에서는 동일한 제1 제어신호가 PWM 제어부(140) 및 방전부(150)를 제어하는 제어신호로 사용된다. 여기서, 제1 제어신호는 일련의 하이레벨 신호와 일련의 로우레벨 신호를 포함하는 구형파이며, 제1 제어신호 내의 하이레벨 신호와 로우레벨 신호의 시간비(듀티비)는 램프(130)의 구동시에 램프(130) 양단에 걸리는 전압이 99 V가 되도록 설정된다.
방전부(150) 내의 스위치(620)는 제1 제어신호의 하이레벨 신호에 응답하여 방전부(150)와 에너지 전달부(120) 사이의 연결을 끊고, 제1 제어신호의 로우레벨 신호에 응답하여 방전부(150)와 에너지 전달부(120) 사이를 연결하도록 구성된다. 이와 같은 구성에 의하여, 제1 제어신호의 로우레벨 신호에 응답하여 방전부(150) 내의 저항(610)이 에너지 전달부(120)에 저장된 에너지를 램프(130)와 함께 방전시키게 된다.
도 7은 도 6에 도시된 회로(600)의 제1 시뮬레이션 결과 및 제2 시뮬레이션의 결과를 도시한 도면이다. 도 7(a) 및 도 7(c)는 도 6에 도시된 회로(600)에서 방전부(150)를 제거한 상태로 제1 시뮬레이션을 실행한 결과를 나타내며, 도 7(b) 및 도 7(d)는 도 6에 도시된 회로(600) 상태 그대로 제2 시뮬레이션을 실행한 결과를 나타낸다.
도 7(a)는 제1 시뮬레이션에서 PWM 제어부(140)를 제어하는 제1 제어신호를 도시한다. 제1 제어신호는 도시된 바와 같이 하이레벨 신호와 로우레벨 신호를 포함하는 구형파이다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 제어신호가 하이레벨 신호인 시간 구간 동안 전원부(110)로부터 공급되는 에너지가 에너지 전달부(120)에 저장되는 동작 그리고 상기 저장된 에너지가 램프(130)로 전달되는 동작이 반복되어 램프(130)가 구동된다. 도 7(a)의 약 4 ㎳ 지점에서 제1 제어신호가 하이레벨 신호에서 로우레벨 신호로 바뀌며, 이에 응답하여 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 공급이 차단된다.
도 7(c)는 제1 시뮬레이에서 램프(130)에 흐르는 전류를 도시한다. 도시된 바와 같이 제1 제어신호가 하이레벨 신호로 일정시간 이상 유지되어 램프(130)에 흐르는 전류가 정상상태에 도달한 약 830 ㎃로 유지된다. 도 7(c)의 약 4 ㎳ 지점에서 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 공급이 차단되고, 에너지 전달부(120)의 커패시터(124) 및 인덕터(126) 내에 저장되어 있는 에너지가 램프(130)에서 소진되면서 램프(130)에 흐르는 전류가 서서히 감소한다. 도시된 바와 같이, 제1 제어신호가 하이레벨 신호에서 로우레벨 신호로 바뀐 후 약 0.4 ㎳ 동안 램프(130)에 흐르는 전류가 약 830 ㎃에서 약 160 ㎃로 약 670 ㎃ 감소한 것을 확인할 수 있다.
도 7(b)는 제2 시뮬레이션에서 PWM 제어부(140) 및 방전부(150)를 제어하는 제1 제어신호를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1 제어신호는 제1 시뮬레이션에서와 동일한 신호이다. 제1 시뮬레이션에서와 마찬가지로, 제1 제어신호가 하이레벨 신호인 시간 구간 동안 전원부(110)로부터 공급되는 에너지가 에너지 전달부(120)에 저장되는 동작 그리고 상기 저장된 에너지가 램프(130)로 전달되는 동작이 반복되어 램프(130)가 구동된다(제1 동작 모드). 또한, 제1 제어신호가 하이레벨 신호인 시간 구간 동안 스위치(620)가 에너지 전달부(120)와 방전부(150) 사이의 연결을 끊어 방전부(150)를 비활성화시킨다. 도 7(c)의 약 4 ㎳ 지점에서 제1 제어신호가 하이레벨 신호에서 로우레벨 신호로 바뀌며, 이에 응답하여 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 공급이 차단되고(제2 동작 모드), 스위치(620)가 에너지 전달부(120)와 방전부(150)를 연결하여 방전부(150)를 활성화시킨다.
도 7(d)는 제2 시뮬레이션에서 램프(130)에 흐르는 전류를 도시한다. 도시된 바와 같이 제1 제어신호가 하이레벨 신호로 일정시간 이상 유지되어 램프(130)에 흐르는 전류가 정상상태에 도달한 약 830 ㎃로 유지된다. 제1 제어신호가 하이레벨 신호인 시간 구간 동안은 방전부(150)가 비활성화되어 있으므로, 제1 시뮬레이션과 동일한 결과가 나타난다.
도 7(d)의 약 4 ㎳ 지점에서 전원부(110)로부터 에너지 전달부(120)로의 에너지 공급이 차단되고, 스위치(620)가 에너지 전달부(120)와 방전부(150)를 연결하여 방전부(150)를 활성화시킨다. 이 경우, 방전부(150)가 활성화되므로 방전부(150) 내의 저항(610)이 에너지 전달부(120) 내의 에너지를 램프(130)와 함께 소진한다. 따라서, 제1 제어신호가 하이레벨 신호에서 로우레벨 신호로 바뀐 후 램프(130)에 흐르는 전류가 제1 시뮬레이션에 비해 빠르게 감소한다. 도시된 바와 같이, 제1 제어신호가 하이레벨 신호에서 로우레벨 신호로 바뀐 후 약 0.2 ㎳ 동안 램프(130)에 흐르는 전류가 약 830 ㎃에서 약 0 ㎃로 약 830 ㎃ 감소한 것을 확인할 수 있다.
앞서 설명한 제1 시뮬레이션의 결과와 제2 시뮬레이션의 결과 비교를 통하여 방전부(150)가 추가된 본 발명의 경우가 제1 제어신호가 하이레벨 신호에서 로우레벨 신호로 바뀐 후 램프전류를 더욱 빠르게 감소시키는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 방전부(150)가 추가됨으로써, 로우레벨 신호가 짧게 유지되는 고주파 제어신호를 사용하는 경우에도 램프(130)의 밝기를 충분히 어둡게 제어할 수 있으며, 높은 콘트라스트 비를 얻을 수 있다.
앞의 설명에서는 PWM 제어부(140)가 일정한 시간비를 갖는 하이레벨 신호와 로우레벨 신호가 교호하는 구형파를 수신하는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며 PWM 제어부(140)가 수신하는 전압의 값에 따라 내부적으로 일정한 시간비를 갖는 하이레벨 신호와 로우레벨 신호가 교호하는 구형파를 생성하여 램프(130)의 밝기를 조절하는 것도 가능하다. 예컨대, PWM 제어부(140)가 5 V의 입력을 수신하는 경우, 내부적으로 하이레벨 신호와 로우레벨 신호의 비율이 5:5인 구형파를 생성하여 램프의 밝기를 최대밝기의 50%로 제어하고, PWM 제어부(140)가 3V의 입력을 수신하는 경우, 내부적으로 하이레벨 신호와 로우레벨 신호의 비율이 3:7인 구형파를 생성하여 램프의 밝기를 최대밝기의 30%로 제어하도록 구성될 수도 있다.
100: LED 램프 밝기 제어 회로
110: 전원부
120: 에너지 전달부
122: 다이오드
124: 커패시터
126: 인덕터
130: 램프
140: PWM 제어부
150: 방전부

Claims (16)

  1. 램프 밝기 제어 회로로서,
    전원부와 상기 램프에 결합 가능하도록 구성된 에너지 전달부,
    상기 에너지 전달부에 결합되고, 제1 제어신호에 응답하여 상기 전원부로부터 공급되는 에너지가 상기 에너지 전달부에 저장되게 그리고 상기 저장된 에너지가 상기 램프로 전달되게 제어하도록 구성된 PWM(Pulse Width Modulation) 제어부 및
    상기 에너지 전달부에 결합된 방전부
    를 포함하고,
    상기 방전부는 제2 제어신호에 응답하여 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지를 상기 램프와 함께 상기 방전부에서 방전시키도록 구성되고,
    상기 에너지 전달부는 다이오드, 커패시터 및 인덕터를 포함하고,
    상기 커패시터와 상기 인덕터는 직렬로 연결되어 상기 다이오드와 병렬로 결합되고,
    상기 방전부는 상기 커패시터의 양단에 직접 결합되는,
    램프 밝기 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 제어신호는 상기 제2 제어신호와 같은, 램프 밝기 제어 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어신호는 일련의 제1 전압 레벨 및 상기 일련의 제1 전압 레벨과 교호하는 일련의 제2 전압 레벨을 포함하는 구형파이고,
    상기 방전부는,
    상기 제1 전압 레벨에 응답하여 비활성화되며, 상기 제2 전압 레벨에 응답하여 활성화되어 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지를 방전시키도록 구성된,
    램프 밝기 제어 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 PWM 제어부는,
    상기 제1 전압 레벨에 응답하여 상기 전원부로부터 공급되는 에너지가 상기 에너지 전달부에 저장되게 그리고 상기 저장된 에너지가 상기 램프로 전달되게 제어하고, 상기 제2 전압 레벨에 응답하여 상기 전원부로부터 상기 에너지 전달부로의 에너지 공급을 차단하게 제어하도록 더 구성된,
    램프 밝기 제어 회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 PWM 제어부는 상기 제1 제어신호에 응답하여,
    상기 전원부로부터 공급되는 에너지가 상기 에너지 전달부에 저장되고 상기 저장된 에너지가 상기 램프로 전달되는 제1 동작 모드 또는 상기 전원부로부터 상기 에너지 전달부로의 에너지 공급이 차단되는 제2 동작 모드에 있도록 상기 에너지 전달부를 제어하도록 더 구성되고,
    상기 방전부는 상기 제2 제어신호에 응답하여,
    상기 에너지 전달부가 제1 동작 모드에 있을 때 비활성화되고, 상기 에너지 전달부가 제2 동작 모드에 있을 때 활성화되어 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지를 방전시키도록 더 구성된,
    램프 밝기 제어 회로.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전부는 임피던스 소자를 포함하고,
    상기 임피던스 소자는 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지를 방전시켜 상기 램프에 흐르는 전류가 감소되도록 동작하는,
    램프 밝기 제어 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방전부는 제1 스위치를 더 포함하고,
    상기 제1 스위치는 상기 제2 제어신호에 응답하여 상기 임피던스 소자를 상기 에너지 전달부에 결합시키도록 동작하는,
    램프 밝기 제어 회로.
  8. 제6항에 있어서, 상기 임피던스 소자는 저항 및 LED 중 적어도 하나를 포함하는, 램프 밝기 제어 회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 제어신호에 응답하여 상기 램프를 상기 에너지 전달부로부터 분리시키도록 구성된 제2 스위치를 더 포함하는,
    램프 밝기 제어 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다이오드는 상기 전원부와 상기 PWM 제어부 사이에 결합되고,
    상기 램프는 상기 커패시터와 병렬로 결합되는,
    램프 밝기 제어 회로.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 램프 밝기 제어 방법으로서,
    전원부와 상기 램프에 결합 가능하도록 구성된 에너지 전달부 및 상기 에너지 전달부에 결합된 방전부를 제공하는 단계,
    제1 시간 구간 동안에, 상기 전원부로부터 공급되는 에너지가 상기 에너지 전달부에 저장되고 상기 저장된 에너지가 상기 램프로 전달되고 상기 방전부가 비활성화되도록 제어하는 단계 및
    제2 시간 구간 동안에, 상기 전원부로부터 상기 에너지 전달부로의 에너지 공급이 차단되고 상기 방전부를 활성화시켜 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지가 상기 램프와 함께 상기 방전부에서 방전되도록 제어하는 단계를 포함하는,
    램프 밝기 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방전부는 임피던스 소자를 포함하고,
    상기 임피던스 소자는 상기 에너지 전달부에 저장된 에너지를 방전시켜 상기 램프에 흐르는 전류가 감소되도록 동작하는,
    램프 밝기 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 시간 구간 동안에, 상기 임피던스 소자를 상기 에너지 전달부로부터 분리시키도록 제어하는 단계 및
    상기 제2 시간 구간 동안에, 상기 임피던스 소자를 상기 에너지 전달부에 결합시키도록 제어하는 단계를
    더 포함하는 램프 밝기 제어 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 시간 구간 동안에, 상기 램프를 상기 에너지 전달부에 결합시키도록 제어하는 단계 및
    상기 제2 시간 구간 동안에, 상기 램프를 상기 에너지 전달부로부터 분리시키도록 제어하는 단계
    를 더 포함하는 램프 밝기 제어 방법.
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