KR102256633B1 - 발광 소자 구동 장치 및 이를 포함하는 발광 모듈 - Google Patents

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Abstract

실시 예는 직렬 연결되는 복수의 발광 소자 어레이들을 제어하는 발광 소자 구동 장치에 관한 것으로, 교류 신호를 정류하여 정류 신호를 출력하는 정류부 및 상기 정류 신호의 레벨을 감지하고 감지된 정류 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하고, 비교한 결과에 기초하여 상기 복수의 발광 소자 어레이들 중 제1 그룹과 상기 복수의 발광 소자 어레이들 중 제2 그룹을 직렬 또는 병렬하는 제어부를 포함하며,상기 제어부는 상기 감지된 정류 신호의 레벨의 크기에 기초하여, 상기 병렬 연결되는 제1 및 제2 그룹들의 발광 소자 어레이들을 순차 구동하거나, 또는 상기 직렬 연결되는 제1 및 제2 그룹들의 발광 소자 어레이들을 순차 구동한다.

Description

발광 소자 구동 장치 및 이를 포함하는 발광 모듈{Apparatus of driving a light emitting device and A ligjt emitting module including the same}
실시 예는 발광 소자를 구동하는 발광 소자 구동 장치 및 이를 포함하는 발광 모듈에 관한 것이다.
반도체 기술의 발전으로 인하여, 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)의 효율성이 많이 향상되었다. 이에 따라, LED는 백열 전구나 형광등과 같은 기존의 조명 장치에 비하여 수명이 길고 에너지 소모가 적어 경제적일 뿐만 아니라 친환경적이라는 장점을 갖는다. 이러한 장점들로 인해, LED는 현재 신호등이나 액정 디스플레이(LCD:Liquid Crystal Display) 같은 평판 표시 장치의 백라이트 등을 대체할 광원으로 주목받고 있다.
일반적으로 LED를 조명 장치로 사용하는 경우, 복수의 LED는 직렬이나 병렬로 연결되고, 발광 소자 제어 장치에 의해 그의 점등과 소등이 제어된다. 이와 같이, 복수의 LED를 제어하는 발광 소자 제어 장치는 일반적으로 교류(AC:Alternating Current) 전압을 정류하고, 정류된 맥류 전압에 의해 복수의 LED의 점등과 소등을 제어한다.
실시 예는 넓은 교류 입력 전원 범위에서 발광부를 구동할 수 있는 발광 소자 구동 장치 및 이를 포함하는 발광 모듈을 제공한다.
실시 예는 직렬 연결되는 복수의 발광 소자 어레이들을 제어하는 발광 소자 구동 장치에 관한 것으로, 교류 신호를 정류하여 정류 신호를 출력하는 정류부; 및 상기 정류 신호의 레벨을 감지하고 감지된 정류 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하고, 비교한 결과에 기초하여 상기 복수의 발광 소자 어레이들 중 제1 그룹과 상기 복수의 발광 소자 어레이들 중 제2 그룹을 직렬 또는 병렬하는 제어부를 포함하며,상기 제어부는 상기 감지된 정류 신호의 레벨의 크기에 기초하여, 상기 병렬 연결되는 제1 및 제2 그룹들의 발광 소자 어레이들을 순차 구동하거나, 또는 상기 직렬 연결되는 제1 및 제2 그룹들의 발광 소자 어레이들을 순차 구동한다.
상기 제어부는 상기 정류 신호의 레벨이 상기 기준 전압 이하일 때, 상기 제1 그룹에 속하는 적어도 하나의 발광 소자 어레이와 상기 제2 그룹에 속하는 적어도 하나의 발광 소자 어레이를 병렬로 연결하고, 상기 정류 신호의 레벨이 상기 기준 전압 초과일 때, 상기 제1 그룹에 속하는 발광 소자 어레이들과 상기 제2 그룹에 속하는 발광 소자 어레이들을 직렬 연결할 수 있다.
상기 제1 그룹은 첫 번째 발광 소자 어레이부터 제1 노드까지 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들을 포함할 수 있고, 상기 제2 그룹은 상기 제1 노드부터 마지막 번째 발광 소자 어레이까지 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들을 포함할 수 있으며, 상기 제1 노드는 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들 중 어느 인접하는 2개의 발광 소자 어레이들의 접점일 수 있다.
상기 제어부는 상기 정류부의 일단과 상기 제1 노드 사이를 연결하며, 상기 감지된 정류 신호의 레벨과 상기 기준 전압을 비교한 결과에 기초하여 상기 정류부의 일단과 상기 제1 노드 사이의 전류 패스를 형성하는 전환 스위치부; 및 복수의 스위치들을 포함하며, 상기 복수의 스위치들 각각은 상기 직렬 연결되는 복수의 발광 소자 어레이들 중 대응하는 어느 하나의 출력단과 연결되는 스위칭부를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 스위치들은 상기 감지된 정류 신호의 레벨의 크기에 기초하여, 스위칭될 수 있다.
상기 제어부는 상기 정류 신호의 레벨을 감지하고, 감지된 결과에 따른 감지 전압을 제공하는 입력 전압 감지부; 상기 감지 전압과 상기 기준 전압(Vref)을 비교하고, 비교한 결과에 따른 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 감지 전압의 레벨에 기초하여 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로; 상기 정류부의 일단과 상기 제1 노드 사이를 연결하며, 상기 제1 제어 신호에 기초하여 스위칭하는 전환 스위치부; 및 제2 제어 신호들에 기초하여 스위칭하는 복수의 스위치들을 포함하며, 상기 복수의 스위치들 각각은 상기 직렬 연결되는 복수의 발광 소자 어레이들 중 대응하는 어느 하나의 출력단과 상기 제어 회로 사이에 연결되는 스위칭부를 포함할 수 있다.
상기 전환 스위치부는 상기 정류부의 일단과 상기 제1 노드 사이를 연결하는 제1 전환 스위치; 및 상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제1 전환 스위치의 동작을 제어하는 게이트 제어 전압을 상기 제어 회로로부터 상기 제1 전환 스위치에 제공하는 제2 전환 스위치를 포함할 수 있다.
상기 전환 스위치부는 상기 제1 전환 스위치의 제1 드레인과 제1 게이트 사이에 연결되는 제1 저항; 및 상기 제1 전환 스위치의 상기 제1 게이트와 상기 제2 전환 스위치 사이에 연결되는 제2 저항을 더 포함할 수 있다. 또한 상기 전환 스위치는 상기 제1 전환 스위치의 제1 소스와 상기 제1 게이트 사이에 연결되는 제너 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 전환 스위치부는 상기 제1 그룹의 발광 소자 어레이 중 마지막 번째 발광 소자 어레이의 음극 단자와 상기 제1 노드 사이에 연결되는 제1 다이오드를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 전환 스위치부는 상기 제1 전환 스위치와 상기 제1 노드 사이에 연결되는 제2 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 제2 노드와 상기 정류부의 타단 사이에 연결되는 제1 커패시터를 포함하는 보호부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 노드는 상기 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들 중 마지막 발광 소자 어레이와 상기 복수의 스위치들 중 상기 마지막 발광 소자 어레이와 대응하는 스위치가 접속하는 노드일 수 있다.
상기 보호부는 제3 노드와 상기 정류부의 타단 사이에 연결되는 제2 커패시터를 더 포함할 수 있으며, 상기 제3 노드는 상기 마지막 발광 소자 어레이 직전의 발광 소자 어레이와 이와 대응하는 스위치가 접속하는 노드일 수 있다. 또는 상기 보호부는 제3 노드와 상기 정류부의 타단 사이에 연결되는 소스 및 드레인, 및 상기 제어 회로에 의하여 제어되는 게이트를 포함하는 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 그룹의 발광 소자 어레이들의 개수와 상기 제2 그룹의 발광 소자 어레이들의 개수는 동일할 수 있다.
실시 예에 따른 발광 모듈은 직렬 연결되는 복수의 발광 소자 어레이들을 포함하는 발광부; 및 실시 예에 따른 발광 소자 구동 장치를 포함한다.
넓은 교류 입력 전원 범위에서 발광부를 구동할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 모듈의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 2는 일 실시 예에 따른 발광 소자 구동 장치를 포함하는 발광 모듈의 구성도를 나타낸다.
도 3은 정류 신호의 레벨이 기준 전압 이하일 때, 발광 소자 구동 장치의 동작을 나타낸다.
도 4는 정류 신호의 최대치의 레벨이 기준 전압 초과일 때, 발광 소자 구동 장치의 동작을 나타낸다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 발광 소자 구동 장치를 포함하는 발광 모듈의 구성도를 나타낸다.
도 6a는 도 1에 도시된 교류 전원부로부터 공급되는 교류 신호의 파형도를 나타낸다.
도 6b는 도 1에 도시된 정류부로부터 출력되는 정류 신호를 나타낸다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 따른 발광 소자 구동 장치를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 모듈(100)의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 발광 모듈(100)은 빛을 발생하는 발광부(101), 및 발광부(101)의 구동 및 제어하는 발광 소자 구동 장치(102)를 포함한다.
발광부(101)는 직렬 연결된 복수의 발광 소자 어레이들(LED1 내지 LEDn, n>1인 자연수)을 포함한다.
예컨대, 발광부(101)는 순차적으로 직렬 연결되는 제1 번째 내지 제n 번째 발광 소자 어레이들(LED1 내지 LEDn, n>1인 자연수)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 n=4일 경우를 도시하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 발광 소자 어레이들(LED1 내지 LEDn, n>1인 자연수) 각각은 1개 이상의 발광 소자, 예컨대, 발광 소자 다이오드(Light Emitting Diode)를 포함할 수 있다.
발광 소자 어레이에 포함되는 발광 소자의 수가 복수 개일 경우, 복수의 발광 소자들은 서로 직렬 연결되거나, 병렬 연결되거나, 또는 직렬 및 병렬 연결될 수 있다.
발광 소자 구동 장치(102)는 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들(LED1 내지 LEDn, n>1인 자연수)의 점등을 제어한다.
발광 소자 구동 장치(102)는 교류 전원부(110), 정류부(120), 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
교류 전원부(110)는 교류 신호(Vac)를 정류부(120)에 제공한다.
도 6a는 도 1에 도시된 교류 전원부(110)로부터 공급되는 교류 신호(Vac)의 파형도를 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 교류 신호(Vac)는 최대치가 MAX이고, 최소치가 MIN인 사인파(sine wave) 또는 코사인파(cosine wave)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 교류 신호(Vac)는 최대치가 약 100 내지 220 볼트(V)일 수 있고, 50㎐ 내지 60㎐의 주파수를 갖는 교류 전압일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정류부(120)는 교류 전원부(110)로부터 제공되는 교류 신호(Vac)를 정류하고, 정류된 결과에 따른 맥류 신호(ripple current)인 정류 신호(VR)를 출력한다.
도 6b는 도 1에 도시된 정류부(120)로부터 출력되는 정류 신호(VR)를 나타낸다. 도 6b를 참조하면, 정류부(120)는 도 6a에 도시된 교류 신호(Vac)를 전파 정류하고 도 6b에 도시된 바와 같은 맥류 신호(VR)를 출력할 수 있다. 예컨대, 정류 신호(VR)는 전파 정류된 교류 전압일 수 있다.
제어부(130)는 정류부(120)로부터 제공되는 정류 신호(VR)의 레벨에 기초하여, 발광부(101)의 직렬 연결된 발광 소자 어레이들(D1 내지 Dn, n>1인 자연수)의 점등 및 소등을 제어한다.
예컨대, 제어부(130)는 정류 신호(VR)의 레벨이 기준 전압(Vref) 이하일 때(VR≤Vref), 제1 그룹의 발광 소자 어레이(예컨대, LED1과 LED2) 및 제2 그룹의 발광 소자 어레이(예컨대, LED3와 LED4)를 병렬 연결하고, 정류 신호(VR)의 레벨에 기초하여 병렬 연결되는 제1 및 제2 그룹들의 발광 소자 어레이들을 순차적으로 구동할 수 있다. 예컨대, 기준 전압(Vref)은 발광 소자 어레이들의 개수 및 발광 소자 어레이의 동작 전압에 기초하여 설정될 수 있다. 예컨대, 기준 전압(Vref)은 160[V]일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 그룹은 첫 번째 발광 소자 어레이(예컨대, LED1)부터 제1 노드(N1)까지 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들을 포함할 수 있으며, 제2 그룹은 제1 노드(N1)부터 마지막 번째 발광 소자 어레이(LEDn, 예컨대, n=4)까지 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들을 포함할 수 있다. 제1 노드(N1)는 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들 중 어느 인접하는 2개의 발광 소자 어레이들의 접점일 수 있다.
예컨대, 제1 그룹의 발광 소자 어레이들의 개수와 제2 그룹의 발광 소자 어레이들의 개수는 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 예컨대, 제어부(130)는 정류 신호(VR)의 레벨이 기준 전압(Vref) 초과일 때(VR>Vref), 정류 신호(VR)의 레벨에 기초하여 제1 내지 제n 발광 소자 어레이들을 순차적으로 구동할 수 있다.
발광 소자 구동 장치는 교류 전원부(110)와 정류부(120) 사이에 연결되는 퓨즈(fuse, 미도시)를 더 포함할 수 있다. 퓨즈는 순간적으로 높은 레벨을 갖는 교류 신호로부터 발광 소자 구동 장치(102)를 보호하는 역할을 한다. 즉, 순간적으로 높은 레벨을 갖는 교류 신호가 제공될 때, 퓨즈가 끊어짐으로 높은 레벨을 갖는 교류 신호로부터 발광 소자 구동 장치(102)가 보호될 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 발광 소자 구동 장치(102A)를 포함하는 발광 모듈(100A)의 구성도를 나타낸다. 도 1과 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 설명을 간략하게 하거나 생략한다.
도 2를 참조하면, 발광 모듈(100A)은 발광부(101), 및 발광 소자 구동 장치(102A)를 포함할 수 있다. 발광 소자 구동 장치(102A)는 교류 전원부(110), 정류부(120A), 및 제어부(130A)를 포함할 수 있다.
정류부(120A)는 4개의 다이오드들(BD1, BD2, BD3, BD4)을 포함하는 전파 다이오드 브릿지 회로로 구현될 수 있으며, 정류부(120A)의 양단(a,b)으로 정류 신호(VR)를 출력할 수 있으며, 정류부(120A)의 일단(a)은 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들 중 첫 번째 발광 소자 어레이(LED1)의 양극 단자에 접속할 수 있다. 또한 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들 중 마지막 번째 발광 소자 어레이(LEDn)의 음극 단자는 정류부(120A)의 타단(b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(130A)는 입력 전압 감지부(210), 제어 회로(220), 전환 스위치부(230), 스위칭부(240), 및 보호부(250)를 포함할 수 있다.
입력 전압 감지부(210)는 정류부(120A)로부터 제공되는 정류 신호(VR)의 레벨을 감지하고, 감지된 결과에 따른 감지 전압(Vs)을 제어 회로(220)에 제공한다.
예컨대, 입력 전압 감지부(210)는 정류부(120A)의 양단(a,b)에 직렬 연결되는 저항들(예컨대, R1 내지 R3)을 포함하는 전압 분배기의 형태로 구현될 수 있으며, 직렬 연결되는 저항들 중 적어도 하나의 걸리는 전압을 감지 전압(Vs)으로 제어 회로(220)에 제공할 수 있다.
제어 회로(220)는 입력 전압 감지부(210)로부터 제공되는 감지 전압(Vs)에 기초하여, 전환 스위치부(230)를 제어하는 제1 제어 신호(S1), 및 스위칭부(230)를 제어하는 제2 제어 신호들(S21 내지 S2n, n>1인 자연수)를 생성할 수 있다.
예컨대, 제어 회로(220)는 감지 전압(Vs)과 기준 전압(Vref)을 비교하고, 비교한 결과에 따라 제1 제어 신호(S1)를 생성할 수 있다. 예컨대, 기준 전압(Vref)은 발광부(101)의 동작 전압(Vf), 및 발광부(101)에 포함되는 발광 소자들의 개수에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 기준 전압은 160[V]일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 예컨대, 제어 회로(220)는 감지 전압(Vs)의 레벨에 기초하여, 제2 제어 신호들(S21 내지 S2n, n>1인 자연수)을 생성할 수 있다.
전환 스위치부(230)는 정류 신호(VR) 및 기준 전압(Vref)을 비교한 결과에 따라, 제1 그룹의 발광 어레이들(예컨대, LED1과 LED2) 및 제2 그룹의 발광 어레이들(LED3,LED4)을 직렬 또는 병렬 연결한다.
예컨대, 전환 스위치부(230)는 정류부(120A)의 일단(a)과 제1 노드(N1) 사이를 연결하며, 제어 회로(220)로부터 제공되는 제1 제어 신호(S1)에 기초하여, 제1 그룹의 발광 어레이들(예컨대, LED1과 LED2) 및 제2 그룹의 발광 어레이들(LED3,LED4)을 직렬 또는 병렬 연결할 수 있다.
예컨대, 전환 스위치부(230)는 제1 제어 신호(S1)에 기초하여, 정류부(120A)의 일단(a)과 제1 노드(N1) 간에 전류 패스를 형성하거나 또는 형성하지 않을 수 있다.
전환 스위치부(230)는 정류부(120A)의 일단(a)과 제1 노드(N1) 사이를 연결하는 제1 전환 스위치(Q1-1), 및 제1 제어 신호(S1)에 기초하여 제1 전환 스위치(Q1-1)의 동작을 제어하는 게이트 제어 전압(Ge)을 제어 회로(220)로부터 제1 전환 스위치(Q1-1)에 제공하는 제2 전환 스위치(Q1-2)를 포함할 수 있다.
제1 전환 스위치(Q1-1)는 제1 게이트, 및 정류부(120A)의 일단(a)과 제1 노드(N1)에 연결되는 제1 소스 및 제1 드레인을 포함할 수 있다.
제2 전환 스위치(Q1-2)는 제1 제어 신호(S1)가 인가되는 제2 게이트, 및 제1 전환 스위치(Q1-1)의 제1 게이트와 제어 회로(220)에 연결되는 제2 소스 및 제2 드레인을 포함할 수 있다.
제2 전환 스위치(Q1-2)는 제1 제어 신호(S1)에 응답하여 제어 회로(220)로부터 게이트 제어 전압(Ge)을 제1 전환 스위치(Q1-1)의 제1 게이트로 제공할 수 있다.
즉 제1 제어 신호(S1)에 응답하여, 제1 전환 스위치(Q1-1)의 턴 온 또는 턴 오프가 결정될 수 있고, 정류부(120A)의 일단(a)과 제1 노드(N1) 간에 전류 패스를 형성하거나 또는 형성하지 않을 수 있다.
제1 및 제2 전환 스위치들(Q1-1, Q1-2)은 트랜지스터, 예컨대, FET(Field Effect Transistor) 트랜지스터, 또는 BJT 트랜지스터로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 전환 스위치부(230)는 제1 전환 스위치(Q1-1)의 제1 드레인과 제1 게이트 사이에 연결되는 저항(R4), 및 제1 전환 스위치(Q1-1)의 제1 게이트와 제2 전환 스위치(Q1-2) 사이에 연결되는 저항(R5)을 더 포함할 수 있다.
저항들(R3, R4)은 제1 전환 스위치(Q1-1)가 턴 온될 수 있도록 바이어스하는 역할을 할 수 있다. 예컨대, 제2 전환 스위치(Q1-2)가 턴 온되면, 제1 전환 스위치(Q1-1)의 게이트 전압을 동작 전압 이하로 유지할 수 있고, 저항들(R4, R5)을 통하여 제2 전환 스위치(Q1-2)로 전류가 흐를 수 있고, 이로 인하여 제2 전환 스위치(Q1-2)의 콜렉터에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
또한 전환 스위치부(230)는 제1 전환 스위치(Q1-1)의 제1 소스와 제1 게이트 사이에 연결되는 제너 다이오드(ZD1)를 더 포함할 수 있다.
제너 다이오드(ZD1)는 제2 전환 스위치(Q1-2)가 턴 오프될 때, 제1 전환 스위치(Q1-1)의 게이트 전압에 일정한 전압이 걸리도록 하여 제1 전환 스위치(Q1-1)의 게이트 전압을 안정화시킬 수 있다.
또한 전환 스위치부(230)는 제1 그룹의 발광 소자 어레이 중 마지막 번째 발광 소자 어레이의 음극 단자와 제1 노드(N1) 사이에 연결되는 제1 다이오드(D1)를 더 포함할 수 있다.
제1 전환 스위치(Q1-1)가 턴 온되어 제1 그룹과 제2 그룹이 병렬 연결될 때, 제1 다이오드(D1)는 제1 전환 스위치(Q1-1)를 흐르는 전류가 제1 노드(N1)로부터 제2 스위치(Q2)로 흐르는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
또한 전환 스위치부(230)는 제1 전환 스위치(Q1-1)와 제1 노드(N1) 사이에 연결되는 제2 다이오드(D2)를 더 포함할 수 있다.
제1 전환 스위치(Q1-1)가 턴 오프되어 제1 그룹과 제2 그룹이 직렬 연결될 때, 제2 다이오드(D2)는 제2 발광 소자 어레이(LED2)로부터 제1 노드(N1)로 흐르는 전류가 제너 다이오드(ZD1), 저항(R5), 및 제2 전환 스위치(Q1-2)를 통하여 흐르는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
스위칭부(240)는 복수의 스위치들(Q1 내지 Qn, n>1인 자연수)을 포함하며, 복수의 스위치들(Q1 내지 Qn, n>1인 자연수) 각각은 직렬 연결되는 복수의 발광 소자 어레이들(LED1 내지 LEDn, n>1인 자연수) 중 대응하는 어느 하나의 출력단(예컨대, 음극 단자)과 연결될 수 있다.
복수의 스위치들(Q1 내지 Qn, n>1인 자연수) 각각은 제2 제어 신호들(S21 내지 S2n, n>1인 자연수) 중 대응하는 어느 하나에 응답하여 스위칭될 수 있다.
복수의 스위치들(Q1 내지 Qn, n>1인 자연수) 각각은 바이폴라 트랜지스터로 구현될 수 있으며, 대응하는 어느 하나의 출력단(예컨대, 음극 단자)과 제어 회로(220)를 연결하는 이미터 및 컬렉터, 및 대응하는 제2 제어 신호가 입력되는 베이스를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서는 복수의 스위치들 각각은 전계 효과 트랜지스터의 형태로 구현될 수도 있으며, 이때 제2 제어 신호는 전계 효과 트랜지스터의 게이트에 입력될 수 있다.
보호부(250)는 정류 신호(VR)에 서지 전압(surge voltage)이 포함될 때, 서지 전압에 대한 버퍼 역할을 함으로써, 스위칭부(240))의 스위치들(Q3, Q4)을 보호할 수 있다.
보호부(250)는 스위칭부(240)의 스위치들(Q21 내지 Q2n, n>1인 자연수)과 발광 소자 어레이들(LED1 내지 LEDn, n>1인 자연수)이 접속하는 접점들 중 적어도 하나와 정류부(120A)의 타단(b) 사이에 연결되는 적어도 하나의 커패시터를 포함할 수 있다.
예컨대, 보호부(250)는 마지막 발광 소자 어레이(예컨대, LED4)와 스위치들 중 마지막 발광 소자 어레이(예컨대, LED4)와 대응하는 스위치(예컨대, Q4)가 접속하는 제2 노드(N2)와 정류부(120A)의 타단(b) 사이에 연결되는 제1 커패시터(C4), 및 마지막 발광 소자 어레이(예컨대, LED4) 직전의 발광 소자 어레이(예컨대, LED3)와 이에 대응하는 스위치(예컨대, Q3)가 접속하는 제3 노드(N3)와 정류부(120A)의 타단(b) 사이에 연결되는 제2 커패시터(C3)를 포함할 수 있다.
서지 전압의 유입으로 인하여 정류 전압(VR)의 레벨이 발광 소자 어레이들(LED1 내지 LEDn, n>1인 자연수)의 총 동작 전압의 합 이상일 때, 제3 및 제4 스위치들(Q3, Q4)에는 높은 전압이 인가되고, 이로 인하여 제3 및 제4 스위치들(Q3,Q4)에서 소모되는 전력이 증가하여, 과다 발열이 발생할 수 있다.
서지 전압의 유입으로 인하여 정류 전압(VR)의 레벨이 증가할 때, 보호부(250)의 제1 및 제2 커패시터들(C3,C4)에 의하여 제3 및 제4 스위치들(Q3, Q4)에 걸리는 전압이 낮아질 수 있고, 이로 인하여 제3 및 제4 스위치들(Q3,Q4)의 과다 발열을 방지할 수 있다. 서지 전압이 제1 및 제2 커패시터들(C3,C4)에 분배되어 걸리고, 이로 인하여 제3 및 제4 스위치들(Q3,Q4)에 걸리는 전압이 낮아지기 때문이다.
도 3은 정류 신호(VR)의 레벨이 기준 전압(Vref) 이하일 때, 발광 소자 구동 장치(102A)의 동작을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 입력 전압 감지부(210)에 의하여 제공되는 감지 전압(Vs)에 기초하여, 제어 회로(220)는 정류 전압(VR)의 레벨을 감지할 수 있다.
감지되는 정류 전압(VR)의 레벨이 기준 전압(Vref) 이하일 때, 제1 제어 신호(S1)에 응답하여, 전환 스위치부(230)의 제1 전환 스위치(Q1-1)는 턴 온될 수 있고, 제1 그룹의 발광 소자 어레이들(예컨대, LED1과 LED2) 및 제2 그룹의 발광 소자 어레이들(예컨대, LED3,LED4)을 병렬 연결될 수 있다.
감지되는 정류 전압(VR)이 제1 전압 레벨(LV1) 미만인 구간(VR<LV1)에서, 제2 제어 신호들(예컨대, S21 내지 S24)에 의하여 제1 내지 제4 스위치들(예컨대, Q1 내지 Q4)은 모두 턴 오프될 수 있고, 병렬 연결되는 제1 및 제2 그룹들의 발광 소자 어레이들(예컨대, D1과 D2, D3와 D4)은 모두 턴 오프될 수 있다.
감지되는 정류 전압(VR)이 제1 전압 레벨(LV1) 이상이고, 제2 전압 레벨(LV2) 미만인 구간(LV1≤VR<LV2)에서, 제2 제어 신호들(예컨대, S21 내지 S24)에 의하여 제1 및 제3 스위치들(예컨대, Q1, Q3)는 턴 온될 수 있고, 제2 및 제4 스위치들(예컨대, Q2, Q4)은 턴 오프될 수 있고, 제1 그룹의 제1 발광 소자 어레이(LED1)과 제2 그룹의 제3 발광 소자 어레이(예컨대, LED3)가 병렬 연결될 수 있고, 병렬 연결된 제1 및 제3 발광 소자 어레이들(예컨대, D1,D3)이 턴 온될 수 있다.
감지되는 정류 전압(VR)이 제2 전압 레벨(LV2) 이상이고, 제1 최고 레벨(MAX1) 이하인 구간(LV2≤VR<MAX1)에서, 제2 제어 신호들(예컨대, S21 내지 S24)에 의하여 제2 및 제4 스위치들(Q2,Q4)는 턴 온될 수 있고, 제1 및 제3 스위치들(Q1, Q3)은 턴 오프될 수 있고, 제1 그룹의 발광 소자 어레이들(예컨대, LED1과 LED2)과 제2 그룹의 발광 소자 어레이들(예컨대, LED3와 LED4)은 병렬 연결될 수 있고, 병렬 연결된 제1 및 제2 그룹들의 발광 소자 어레이들(예컨대, D1과 D2, D3와 D4)이 턴 온될 수 있다.
예컨대, 전압 레벨들(LV1 내지 LV2) 각각은 병렬 연결되는 제1 및 제2 그룹들을 구동할 수 있는 전압일 수 있다.
제1 전압 레벨(LV1)은 병렬 연결되는 제1 및 제2 그룹들의 제1 및 제2 발광 소자 어레이들(예컨대, LED1과 LED2)를 구동할 수 있는 전압일 수 있다. 예컨대, 제1 전압 레벨(LV1)은 제1 발광 소자 어레이 또는 제2 발광 소자 어레이의 동작 전압일 수 있다.
또한 제2 전압 레벨(LV2)은 병렬 연결되는 제1 및 제2 그룹들의 제1 내지 제4 발광 소자 어레이들(LED1과 LED2, LED3와 LED4)을 구동할 수 있는 전압일 수 있다. 예컨대, 제2 전압 레벨(LV2)은 제1 및 제2 발광 소자 어레이들의 동작 전압들의 합의 전압 레벨이거나, 또는 제3 및 제4 발광 소자 어레이들의 동작 전압들의 합의 전압 레벨일 수 있다.
제1 최고 레벨(MAX1)은 기준 전압(Vref1)보다 작거나 동일할 수 있다.
도 4는 정류 신호(VR)의 최대치의 레벨이 기준 전압(Vref) 초과일 때, 발광 소자 구동 장치(102A)의 동작을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 상술한 바와 같이, 정류 전압(VR)의 레벨이 기준 전압(Vref) 이하일 때, 제어 회로(220)에 의하여 제1 그룹의 발광 소자 어레이들(예컨대, LED1과 LED2) 및 제2 그룹의 발광 소자 어레이들(예컨대, LED3,LED4)을 병렬 연결될 수 있다.
또한 감지되는 정류 전압(VR)이 제1 전압 레벨(LV1) 미만인 구간(VR<LV1), 감지되는 정류 전압(VR)이 제1 전압 레벨(LV1) 이상이고, 제2 전압 레벨(LV2) 미만인 구간(LV1≤VR<LV2), 및 감지되는 정류 전압(VR)이 제2 전압 레벨(LV2) 이상이고, 제1 최고 레벨(MAX1) 이하인 구간(LV2≤VR<MAX1)에서는 제1 그룹의 발광 소자 어레이들 중 적어도 하나와 제2 그룹의 발광 소자 어레들 중 적어도 하나가 병렬 연결된 상태에서 상술한 바와 같이, 발광 소자 어레이들(예컨대, LED3,LED4)이 턴온 또는 턴 오프될 수 있다.
다음으로 감지되는 정류 전압(VR)이 기준 전압(Vref) 초과일 때, 제1 제어 신호(S1)에 응답하여, 전환 스위치부(230)의 제1 전환 스위치(Q1-1)는 턴 오프될 수 있고, 제1 그룹의 발광 소자 어레이들(예컨대, LED1과 LED2) 및 제2 그룹의 발광 소자 어레이들(예컨대, LED3,LED4)을 직렬 연결될 수 있다. 즉 제1 내지 제4 발광 소자 어레들(예컨대, LED1 내지 LED4)은 직렬 연결될 수 있다.
제1 그룹 및 제2 그룹이 직렬 연결된 상태에서, 감지되는 정류 전압(VR)이 제3 전압 레벨(LV3) 이상이고, 제4 전압 레벨(LV4) 미만인 구간(LV3≤VR<LV4)에서, 제2 제어 신호들(예컨대, S21 내지 S24)에 의하여 제3 스위치들(예컨대, Q3)는 턴 온될 수 있고, 제1. 제2 및 제4 스위치들(예컨대, Q1, Q2, Q4)은 턴 오프될 수 있고, 제1 내지 제3 발광 소자 어레이들(LED1 내지 LED3)은 턴 온될 수 있고, 제4 발광 소자 어레이(LED4)는 턴 오프될 수 있다.
제1 그룹 및 제2 그룹이 직렬 연결된 상태에서, 감지되는 정류 전압(VR)이 제4 전압 레벨(LV4) 이상이고, 기설정된 제2 최대 레벨(MAX2) 미만인 구간(LV4≤VR<MAX2)에서, 제2 제어 신호들(예컨대, S21 내지 S24)에 의하여 제4 스위치(예컨대, Q4)는 턴 온될 수 있고, 제1 내지 제3 스위치들(예컨대, Q1 내지 Q3)은 턴 오프될 수 있고, 제1 내지 제4 발광 소자 어레이들(LED1 내지 LED4)은 턴 온될 수 있다.
제3 전압 레벨(LV3)은 직렬 연결되는 제1 내지 제3 발광 소자 어레이들(예컨대, Q1 내지 Q3)을 구동할 수 있는 전압일 수 있다. 예컨대, 제3 전압 레벨(LV3)은 제1 내지 제3 발광 소자 어레이들의 동작 전압들의 합의 전압 레벨일 수 있다.
제3 전압 레벨(LV3)은 제1 최고 레벨(MAX1)보다 크거나 동일할 수 있다.
제4 전압 레벨(LV4)은 직렬 연결되는 제1 내지 제4 발광 소자 어레이들(예컨대, Q1 내지 Q4)을 구동할 수 있는 전압일 수 있다. 예컨대, 제4 전압 레벨(LV4)은 제1 내지 제4 발광 소자 어레이들(예컨대, LED1 내지 LED4)의 동작 전압들의 합의 전압 레벨일 수 있다.
일반적인 AC direct 방식의 발광 소자 구동 장치는 입력 교류 전원이 220V일 경우 200[V] ~ 240[V]의 입력 전압 영역을 가질 수 있고, 입력 교류 전원이 110V일 경우 100[V] ~ 120[V]의 입력 전압 영역을 가질 수 있다. 이는 90[V] ~ 140[V], 180[V] ~ 264[V]의 입력 전압 영역을 갖는 SMPS 방식에 비하여 좁은 영역일 수 있다.
또한 220[V]의 구동 전압을 갖는 발광부를 구동하는 발광 소자 구동 장치에 110[V]의 AC 전원을 인가할 경우 발광부의 전류가 절반으로 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.
실시 예는 입력 교류 전원의 레벨이 변동하더라도(예컨대, 110[V] -> 220[V]), 발광부(101)에 흐르는 전류가 낮아지는 것을 방지하고, 발광부(101)를 동일한 밝기로 구동할 수 있다.
또한 실시 예는 좁은 교류 입력 전압 범위를 확대하여, 입력 교류 전압이 100[V], 120[V], 또는 230[V]인 지역에서 공용으로 사용할 수 있으며, 2가지 또는 3가지 제품에 해당하는 교류 입력 전압 영역을 1가지 제품으로 대체할 수 있다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 발광 소자 구동 장치(102B)를 포함하는 발광 모듈(100B)의 구성도를 나타낸다. 도 2와 동일한 도면 부호는 동일한 구성을 나타내며, 동일한 구성에 대해서는 설명을 간략하게 하거나 생략한다.
도 5를 참조하면, 발광 모듈(100B)은 발광부(101), 및 발광부(101)를 구동하는 발광 소자 구동 장치(102B)를 포함할 수 있다.
발광 소자 구동 장치(102B)는 교류 전원부(110), 정류부(120A), 및 제어부(130B)를 포함할 수 있다.
제어부(130B)는 입력 전압 감지부(210), 제어 회로(220), 전환 스위치부(230), 스위칭부(240), 및 보호부(250A)를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 보호부(250A)는 도 2에 도시된 보호부(250)의 제2 커패시터(C3)가 트랜지스터(Q5)로 대체될 수 있다. 트랜지스터(Q5)는 FET 트랜지스터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
트랜지스터(Q5)는 제3 노드(N3)와 정류부(120A)의 타단(b) 사이에 연결되며, 제어 회로(220)에 의하여 제공되는 제3 제어 신호(S3)에 응답하여 스위칭된다.
예컨대, 트랜지스터(Q5)는 제3 노드(N3)와 정류부(120A)의 타단(b)에 접속하는 소스 및 드레인, 및 제3 제어 신호(S3)가 입력되는 게이트를 포함할 수 있다.
제3 제어 신호(S3)는 감지된 감지 전압(Vs)의 레벨에 기초하여 생성될 수 있다. 예컨대, 서지 전압이 인가될 때의 정류 신호(VR)의 레벨은 제2 최대 레벨(MAX2)보다 크기 때문에, 제어 회로(220)는 감지 전압(Vs)의 레벨에 기초하여 판단한 정류 신호(VR)의 레벨이 제2 최대 전압(MAX) 초과일 경우 트랜지스터(Q5)를 턴 온하는 제어 신호(S3)를 생성할 수 있다.
서지 전압이 인가될 때, 제어 회로(220)는 FET 트랜지스터(Q5)를 턴 온시킴으로써, 높은 전압과 높은 주파수를 갖는 서지 전압의 일부는 FET 트랜지스터(Q5)의 내압, 예컨대, 소스_드레인 전압의 최대치만큼 FET 트랜지스터에 분배될 수 있고, 이로 인하여 스위치(Q3)에 걸리는 전압을 낮출 수 있고, 스위치(Q3)의 과다 발열을 방지할 수 있다.
도 2에 도시된 보호 회로(250)는 서지 전압의 크기가 500[V] ~ 1[kV]일 때, 사용될 수 있고, 도 5에 도시된 보호 회로(250A)는 서지 전압의 크기가 1[kV] 이상일 때 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시 예는 정류 신호(VR)의 레벨이 기준 전압(Vref) 이하일 때는 제1 및 제2 그룹의 발광 소자 어레이들을 병렬 연결하여 구동하고, 정류 신호(VR)의 레벨이 기준 전압(Vref) 초과일 때는 제1 및 제2 그룹의 발광 소자 어레이들을 직렬 연결하여 구동함으로써, 넓은 교류 입력 전원 범위(예컨대, 100[V] ~ 230[V])에서 발광부(101)를 구동할 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 발광부 102: 발광 소자 구동 장치
110: 교류 전원부 120: 정류부
130: 제어부 210: 입력 전압 감지부
220: 제어 회로 230: 전환 스위치부
240: 스위칭부 250: 보호부.

Claims (15)

  1. 직렬 연결되는 복수의 발광 소자 어레이들을 제어하는 발광 소자 구동 장치에 있어서,
    교류 신호를 정류하여 정류 신호를 출력하는 정류부; 및
    상기 정류 신호의 레벨을 감지하고, 감지된 정류 신호의 레벨과 기준 전압을 비교하고, 비교한 결과에 기초하여 상기 복수의 발광 소자 어레이들 중 제1 그룹과 상기 복수의 발광 소자 어레이들 중 제2 그룹을 직렬 또는 병렬하는 제어부를 포함하며,
    상기 제1 그룹은 첫 번째 발광 소자 어레이부터 제1 노드까지 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들을 포함하고, 상기 제2 그룹은 상기 제1 노드부터 마지막 번째 발광 소자 어레이까지 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들을 포함하고, 상기 제1 노드는 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들 중 어느 인접하는 2개의 발광 소자 어레이들의 접점이고,
    상기 제어부는,
    상기 정류 신호의 레벨을 감지하고, 감지된 결과에 따른 감지 전압을 제공하는 입력 전압 감지부;
    상기 감지 전압과 상기 기준 전압을 비교하고, 비교한 결과에 따른 제1 제어 신호를 생성하고, 상기 감지 전압의 레벨에 기초하여 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로;
    상기 정류부의 일단과 상기 제1 노드 사이를 연결하며, 상기 제1 제어 신호에 기초하여 스위칭하는 전환 스위치부; 및
    제2 제어 신호들에 기초하여 스위칭하는 복수의 스위치들을 포함하며, 상기 복수의 스위치들 각각은 상기 직렬 연결되는 복수의 발광 소자 어레이들 중 대응하는 어느 하나의 출력단과 상기 제어 회로 사이에 연결되는 스위칭부를 포함하고,
    상기 전환 스위치부는,
    상기 정류부의 일단과 상기 제1 노드 사이를 연결하는 제1 전환 스위치; 및
    상기 제1 제어 신호에 기초하여 상기 제1 전환 스위치의 동작을 제어하는 게이트 제어 전압을 상기 제어 회로로부터 상기 제1 전환 스위치에 제공하는 제2 전환 스위치를 포함하는 발광 소자 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 정류 신호의 레벨이 상기 기준 전압 이하일 때, 상기 제1 그룹에 속하는 적어도 하나의 발광 소자 어레이와 상기 제2 그룹에 속하는 적어도 하나의 발광 소자 어레이를 병렬로 연결하고,
    상기 정류 신호의 레벨이 상기 기준 전압 초과일 때, 상기 제1 그룹에 속하는 발광 소자 어레이들과 상기 제2 그룹에 속하는 발광 소자 어레이들을 직렬 연결하는 발광 소자 구동 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 전환 스위치부는,
    상기 제1 전환 스위치의 제1 드레인과 제1 게이트 사이에 연결되는 제1 저항;
    상기 제1 전환 스위치의 상기 제1 게이트와 상기 제2 전환 스위치 사이에 연결되는 제2 저항; 및
    상기 제1 전환 스위치의 제1 소스와 상기 제1 게이트 사이에 연결되는 제너 다이오드를 더 포함하는 발광 소자 구동 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 전환 스위치부는,
    상기 제1 그룹의 발광 소자 어레이 중 마지막 번째 발광 소자 어레이의 음극 단자와 상기 제1 노드 사이에 연결되는 제1 다이오드; 및
    상기 제1 전환 스위치와 상기 제1 노드 사이에 연결되는 제2 다이오드를 더 포함하는 발광 소자 구동 장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    제2 노드와 상기 정류부의 타단 사이에 연결되는 제1 커패시터를 포함하는 보호부를 더 포함하며, 상기 제2 노드는 상기 직렬 연결되는 발광 소자 어레이들 중 마지막 발광 소자 어레이와 상기 복수의 스위치들 중 상기 마지막 발광 소자 어레이와 대응하는 스위치가 접속하는 노드이고,
    상기 보호부는,
    제3 노드와 상기 정류부의 타단 사이에 연결되는 제2 커패시터; 및
    상기 제3 노드와 상기 정류부의 타단 사이에 연결되는 소스 및 드레인, 및 상기 제어 회로에 의하여 제어되는 게이트를 포함하는 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 제3 노드는 상기 마지막 발광 소자 어레이 직전의 발광 소자 어레이와 이와 대응하는 스위치가 접속하는 노드인 발광 소자 구동 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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