KR102638108B1 - 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로는, 1개의 반도체와 1개의 1차와 2차의 권선을 갖는 유도기전력 발생을 시킬 수 있는 트렌스포머 회로를 포함하는 구동 회로로서, 반도체의 출력단이 트렌스포머의 1차 권선에 연결되어지고 전원의 인가에 따라 1차권선에 기전력은 2차권선에 유도 기전력을 발생시켜 트렌지스터를 동작시키고 동시에 생성되는 발진 전압으로 발광다이오드를 발광시키는 것을 특징으로 한다.

Description

초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로{CIRCUIT FOR DRIVING A LIGHT EMITTING DIODE IN ULTRA LOW VOLTAGE}

본 발명은 발광다이오드 구동 회로에 대한 것으로서, 특히, 초저전압에서 구동이 가능하도록 하는 회로에 대한 것이다.

통상적으로 엘이디발광다이오드는 액정표시장치(Liquid Crystal Display ; LCD)의 백라이트 용으로 사용되고 있었는바, 액정표시장치는 액정패널과, 액정패널을 구동하는 패널구동부와, 패널구동부에 구동전압을 공급하는 DC/DC 컨버터를 구비하며, 액정패널은 스스로 발광하지 못하는 비 발광소자이므로 액정 표시 장치는 그 액정패널에 광을 제공하는 백라이트에 이용되는 발광 다이오드는 다른 냉음극관 형광 램프 등에 비해 수명이 길고 점등 속도가 빠를 뿐만 아니라 소비전력이 적고 내충격성에 강하며 소형화 및 박막화에 적합하여 많이 사용되고 있다.

또한 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED, 이하 LED라 함)는 친환경적이며, 응답속도가 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이고, 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능하며, 색재현성이 100% 이상이고 적색, 녹색, 청색 LED의 광량을 조정하여 휘도, 색온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박단소화에 적합한 장점들을 가지므로, 최근 LCD 패널 등의 백라이트용 광원으로 적극적으로 채용되고 있는 실정이다.

최근에는 엘이디를 조명등의 발광램프로 사용하게 되면서 다른 조명등의 광원에 비해 에너지 절감 효과가 뛰어나고 반영구적으로 사용할 수 있어 차세대 광원으로 인식되고 있으며, 조명등에 사용되는 엘이디의 휘도가 낮은 문제점이 크게 개선되고 있어서, 엘이디를 응용한 응용 시장이 산업 전반으로 확산하여 본격적인 엘이디 시대를 예고하고 있다.

그러나 지금까지의 기술에 따르면, 엘이디조명등은 엘이디정격 이외에 구동을 위하여 소모되는 전력이 대부분 열로 전환되며, 이러한 열이 엘이디로 하여금 정격의 밝기를 내지 못하게 하고, 계속되는 온도의 증가로 인해서 엘이디의 밝기는 물론, 엘이디의 수명을 감소시키고 있다는 문제점이 있다.

또한, 엘이디에서 발생하는 열을 감지하려고 하는 경우에도 구동 회로에서 발생하는 열과 함께 감지되어, 엘이디 열화의 원인이 되는 정확한 엘이디 발열감지와 전원 제어를 수행하기 어려운 문제점이 존재한다.

특히, 발광다이오드는 통상적으로 2볼트 10밀리암페어의 조건에서 사용하여 발광이 이루어지도록 하고 있는데, 이런 조건 이외의 점등이나 점멸에 있어서는 부가적인 회로를 추가하여야만 구동이 가능할 수 밖에 없다는 문제가 있다. 특히 미소전원의 경우 시각적 인지를 위한 용도로는 더욱 그러하다.

본 발명은 초저전압 조건에서도 발광다이오드를 점등시킬 수 있는 전원회로를 제안하며, 이를 통해 다양한 분야에서 매우 낮은 전압에서도 동작될 수 있는 발광다이오드를 이용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로는, 1차와 2차권선을 갖고 2차에 유도되는 전압을 이용 발광 다이오드를 점등 시키고 그 전압은 동시에 트렌지스터를 구동하여 연속적인 반복동작이 이루어지도록 하는 회로로서, 드라이브 전압이 에미터와 콜렌터에 연결 되어진 트렌스 1차 권선 그라운드 측으로 인가되는 회로로 구성되고, 상기 1차 코일에 인가된 전원에 의해 유도 기전력이 발생하는 2차 코일을 포함하는 트렌스포머와, 상기 트렌스포머의 2차 코일과 병렬로 연결되어, 상기 유도 기전력에 의해 발광하는 발광다이오드와, 상기 2차 코일에 발생한 유도 기전력을 상기 트렌지스터로 귀환하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

제안되는 본 발명의 전원회로에 의해서, 매우 낮은 전압에서도 안정적으로 발광다이오드를 점등, 소등, 및 점멸할 수 있는 장점이 있으며, 다양한 응용이 쉽게 가능해지며, 다양한 분야에서 활용될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로이다.
도 4는 도 1의 A에서의 파형을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1의 B에서의 파형을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1의 C에서의 파형을 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 1에 도시된 회로의 A에서 나타날 수 있는 파형의 일례와 기생발진이 발생한 경우의 파형을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로의 구성을 보여주는 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로이다.

도 1에 도시된 실시예의 회로 구성은 기본 회로에 해당하고, 도 2 및 도 3은 실시 양태에 따라 기생발진이나 사용전압 범위를 넓히기 위한 구성이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 트렌스포머(T1) 1개로 구성된 유도회로가 구성됨으로써, 초저전압에서의 발광다이오드가 구동가능하도록 하는 것을 특징으로 하며, 트렌지스터(TR1)의 콜렉터에 트렌스회로(T1)의 1차 권선이 연결되고, 드라이브 전압이 트렌지스터(TR1)의 에미터측과 그라운드에 드라이브 전압이 인가되면 트렌스포머(T1)의 2차 권선에는 1차 권선으로부터 유도된 유도 기전력이 발생하도록 구성된다.

그리고, 이러한 순시성 2차 유도 기전력은 발광다이오드(D1)를 구동시켜 발광되도록 하는 것과 함께, 트렌지스터(TR1)의 베이스로 귀환된다.

귀환된 유도 기전력은 트렌지스터(TR1)의 바이어스원이 되어 트렌지스터를 동작시키게 되고, 상기 트렌지스터(TR1)는 유도 기전력이 존재하는 동안 콜렉터와 에미터는 통전되며, 이후에 이러한 동작의 반복에 의해 발광다이오드는 발광이 이루어지게 된다.

상기 발광다이오드(D1)의 애노드측에 제 1 저항(R1)이 더 구성될 수 있으며, 저항(R1) 값에 따라 발광다이오드(D1)에 인가되는 전압이나 전류값의 조절이 가능하다.

도 4, 도 5, 도 6은 도 1에 도시된 회로의 각부

ⓐ, ⓑ, ⓒ에서 나타나는 파형의 일례를 보여주는 도면이다. 전원 회로에 드라이브 전압(전원)을 인가하는 순간 트렌스포머(T1)의 1차 코일에 공급된 전원 전압이 인가되고, 인가된 전원 전압으로 트렌스포머(T1)의 1차 코일은 코어를 자화시켜 2차 코일로 유도 기전력을 발생시키게 된다.

이때, 트렌스포머(T1)에 발생된 2차 유도 기전력의 파형 모양은 도 4, 도 5, 도 6과 같이 트렌지스터 각부 ⓐ, ⓑ, ⓒ에 도시된 그래프와 같이 나타난다. 도시된 파형의 모양은 회로의 시정수나 회로 여건, 부품값의 오차 등에 따라 다양한 모양의 파형이 될 수 있으나, 중요한 것은 트렌스포머(T1)를 자화시킬 수 있는 전압이어야 하고, 이와 함께 발광다이오드(D1)를 발광시킬 수 있는 전압과 전류가 되어야 하는 것이다. 이를 위하여, 트렌스포머(T1)의 코일 권선비, 감겨지는 코일의 굵기와 코어의 용량, 주파수 특성, 투자율 등이 적절이 조절될 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 회로의 A에서 나타나는 파형의 일례를 보여주는 도면이다. 전원 회로에 드라이브 전압(전원)을 인가하는 순간 트렌스포머(T1)의 1차 코일에 공급된 전원 전압이 인가되고, 인가된 전원 전압으로 트렌스포머(T1)의 1차 코일은 코어를 자화시켜 2차 코일로 유도 기전력을 발생시키게 된다.

이때, 트렌스포머(T1)에 발생된 2차 유도 기전력의 파형 모양은 도 4에 도시된 그래프와 같다. 도시된 파형의 모양은 회로의 시정수나 회로 여건, 부품값의 오차 등에 따라 다양한 모양의 파형이 될 수 있으나, 중요한 것은 트렌스포머(T1)를 발진시킬 수 있는 전압이어야 하고, 이와 함께 발광다이오드(D2)를 발광시킬 수 있는 전압과 전류가 되어야 하는 것이다. 이를 위하여, 트렌스포머(T1)의 코일 권선비, 감겨지는 코일의 굵기와 코어의 용량, 주파수 특성, 투자율 등이 적절이 조절될 수 있다.

한편, 도 4, 도 5, 도6과 같이 각부의 유도전압 파형이 발생하고 있는 상태에서 회로에 원하지 않는 변수가 발생할 경우, 즉, 스트레이 케패시턴스의 증가 또는 온도에 따른 드리프트, 사용 환경의 변화, 습도 등의 변동에 따라 원치 않는 동작이 일어날 수 있는데, 이러한 현상은 능동 소자, 즉, 반도체 등을 사용하는 대개의 회로에서 발생할 수 있는 현상이다.

이때, 회로는 불필요한 파형을 원하는 파형과 함께 발생하게 되는데, 도 8에 도시된 파형은 정상적인 도 7의 파형에서 불필요한 파형의 발생이 일어난 경우를 가정하여 도시한 파형도이다. 이러한 불필요한 파형의 발생을 기생 발진이라 할 수 있다.

이와 같은 구조를 통해, 1개의 반도체와 1개의 트렌스포머를 구성시켜 트렌스포머에서 발생된 2차 유도 기전력을 이용하여 발광다이오드를 점등 및 점멸하도록 할 수 있다. 상기의 설명에서는 PNP 트렌지스터를 예로 들어 설명하였으나, NPN 트렌지스터나 이를 대체할 수 있는 반도체 소자를 본 발명의 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 적용하는 것이 가능할 것이다.

다음으로, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예들의 회로에 대해서 설명하여 본다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로이다.

먼저, 도 2를 설명하면, 도 1에 도시된 제 1 실시예의 구동 회로에서, 트렌지스터(TR1)의 베이스와 콜렉터 사이에 보정 다이오드(D2)와, 제 2 캐패시터(C2)가 추가로 병렬구성되는 경우이다.

이것은 트렌스의 2차권선에 유기된 유도 기전력이 트렌지스터 베이스로 궤환되어지는 전압의 보정과, 기생 발진을 방지하기 위한 중화 회로로서, 추가된 보정 다이오드(D2)는 공급 전압이 낮아지게 될 경우에 코일에서 발생할 수 있는 역기 전압을 트렌지스터(TR1)의 베이스로 되돌려 반도체 동작의 최선을 도모하기 위한 보정 회로이다.

반도체 특성상 기본적으로 바이어스 전압에 의한 왜곡 현상이 있을 수 있기 때문에 본래의 발진되는 주파수 외에도 불필요한 파형이 발생할 수 있으며, 회로의 시정수와 여러 조건이 충분하지 못할 경우에 이러한 불필요한 발진이 본래의 목적된 발진을 방해하여 불필요한 파형이 발생할 수 있고, 이러한 파형은 반도체의 입력과 출력의 역위상을 같은 위상으로 중화시킴으로써, 해결이 가능하다.

즉, 상기 보정 다이오드(D2)와 병렬 연결된 제 2 캐패시터(C2)는 이러한 중화 작용을 하도록 돕는 회로 구성이 된다. 불필요한 파형이 발생하게 되면, 본래 원하는 파형의 모양을 변형시키고 이로 인해 동작 파형의 파고, 즉, 파형의 전압과 파형의 주기 변동 등을 일으켜 동작이 멈추거나 오동작 또는 회로의 전기적인 파괴를 일으킬 수 있는 상황을 추가된 중화 회로들로 완화하는 것이 가능하다.

도 3에 도시된 추가 실시예의 경우는, 도 2의 실시예에서 트렌지스터(TR1)의 에미터와 그라운드(어스 또는 접지)에 병렬로 제너 다이오드(D3)가 구성되고, 상기 제너 다이오드(D3)의 애노드는 그라운드에, 캐소드는 트렌지스터(TR1)의 에미터측에 연결되도록 구성되고, 제너 다이오드의 제너특성을 이용하기 위해 상기 제너 다이오드(D3)의 캐소드와 드라이브 전압이 인가되는 부위 사이에는 추가 저항(R2)이 구성될 수 있다.

이러한 추가 저항(R2)와, 제너 다이오드(D3)의 구성은 전원 회로의 사용 전압(인가 전압)의 범위를 넓히기 위한 것으로서, 도 2에 도시된 전원 회로에서의 전원 전압(사용전압, 인가전압)을 변동시키면 전원 전압의 변동에 따라 반도체의 동작 전압도 변동되는데, 이때 반도체가 트렌지스터의 경우라면 바이어스 전압이 초과되도록 전압이 변동될 때 트렌지스터는 전기적인 파괴가 이루어질 수 있다.

이러한 회로에 추가 저항(R2)와 제너 다이오드(D3)를 도 3에 도시된 바와 같이 구성하게 되면, 1차로 트렌지스터(TR1)에 흐르는 전류와 추가 저항(R2)에 의한 전압 강하가 일어나게 되고, 전원 전압을 더 높은 전압으로 변동시키면 제너 다이오드(D3)가 통전을 시작하여 추가 저항(R2)에는 더 많은 전압 강하가 이루어진다.

따라서, 트렌지스터(TR1) 회로에는 변동되는 전원 전압에 상관없이 제너 다이오드(D3)가 갖는 고유 전압이 공급되어지고, 도 1과 도 2에 예시된 실시예의 전원 회로보다 사용 전압의 폭은 넓어질 수 있다.

Claims (5)

1. 트렌스포머를 이용한 발진회로를 포함하는 구동 회로로서,
   드라이브 전압이 에미터로 인가되도록 구성되는 회로구성으로 트렌지스터와,
   상기 트렌지스터의 콜렉터측에 1차 코일이 연결되도록 구성되고, 상기 1차 코일에 인가된 전원에 의해 유도 기전력이 발생하는 2차 코일을 포함하는 트렌스포머와,
   상기 트렌스포머의 2차 코일과 병렬로 연결되면서, 상기 유도 기전력에 의하여 발광되는 발광다이오드를 포함하고,
   상기 2차 코일에 발생한 유도 기전력은 상기 발광다이오드를 구동시켜 발광되도록 하는 것과 함께 상기 트렌지스터를 동작시키도록 구성되고, 상기 트렌지스터는 상기 유도 기전력이 존재하는 동안 상기 콜렉터와 에미터는 통전되는 것을 특징으로 하는 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 2차 코일에 발생한 유도 기전력을 상기 트렌지스터로 귀환하도록 하기 위한 제 1 캐패시터를 더 포함하고,
   상기 제 1 캐패시터는 상기 트렌지스터의 베이스와, 상기 트렌스포머의 2차 코일 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 트렌지스터의 베이스와 콜렉터 사이에서 병렬연결되는 보정 다이오드와, 제 2 캐패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 트렌지스터의 에미터측에 캐소드가 연결되고, 애노드가 그라운드로 연결되는 제너 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제너 다이오드의 캐소드와 드라이브 전압이 인가되는 부위 사이에 구성된 추가 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초저전압으로 가능한 발광다이오드의 구동 회로.
   

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