KR20040096566A - Ｌｅｄ 어레이를 구동하기 위한 스위칭 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 어레이(array)를 위한 회로에 관한 것으로, 더 자세하게는, 도로 표식을 위한 LED 어레이에 관한 것이다. LED 어레이의 밝기를 제어하기 위해, 어레이를 통과하는 전류가 조절된다. 본 발명에 따르면, 상기 어레이는 평균강도가 다음 변조 방식들 중 적어도 하나로 조절되는 펄스형 전류에 의해 구동된다. 이 방식들은 주파수 변조, 펄스폭 변조, 그리고 크기 변조이다. 평균 전류강도는 변조방식 중 두 가지의 조합으로 조절되는 것이 바람직하다.

Description

ＬＥＤ 어레이를 구동하기 위한 스위칭 디바이스{SWITCHING DEVICE FOR DRIVING A LED ARRAY}
WO 0020691에는 도로 표식으로 사용되는 LED 어레이(array)를 개시하고 있다. 도로 주행자에 의해 인식되는 관련 도로 표식의 밝기는, 예를 들어 낮 시간 및 영향을 미치는 기상 조건과 같은, 현지 상황에 의해 상당히 영향을 받는다. 한편, 인식되는 밝기는 표식이 적절히 주시될 수 있도록 충분히 밝아야하고, 반면, 이러한 밝기는 주행자의 시선이 안전한 도로 주행에 중요한 다른 주시 대상물로부터 너무 떨어지지 않도록, 또는 눈부시게 만들지 않도록 제한되어야 한다.
본 발명은 LED 어레이를 구동하기 위한 스위치 디바이스에 관한 것이다.
도 1은 스위칭 디바이스의 일 실시예의 회로도.
본 발명은 위와 같이 발생하는 문제에 대한 해결책을 제공한다. 본 발명에 따르면, LED 어레이(array)를 구동하기 위한 스위칭 디바이스는 평균강도의 펄스형 전류로 LED 어레이를 구동하며, 또한, LED 어레이를 통과하는 전류의 평균강도를 펄스형 전류의 주파수 변조, 펄스 폭 변조, 그리고 진폭 변조 방식 중 적어도 한가지로 조절하는 수단을 포함한다는 특징을 가진다. 펄스형 전류 변조 방식들 중 두가지의 조합으로 조절하는 것이 바람직하다.
LED의 광 발생은 LED를 통과하는 전류의 강도에 의존하기 때문에, 펄스형 전류 조절이 매우 유리한데. 왜냐하면, 펄스형 조절은 비교적 간단한 방식으로 현대의 전자 전원 회로에 의해 구현될 수 있기 때문이다. LED를 통과하는 전류의 변조방식 중 적어도 두 가지를 조합함으로써 평균 전류강도의 매우 광범위한 제어가 실현된다. 결과적으로, LED 어레이(array)로 형성된 표식의 밝기는 크게 변화될 수 있는 지역적으로 영향을 받는 상황에 잘 적응될 수 있다. 제어 범위는 변조 방식중 3가지로 된 조합에 의해 유리하게 증가될 수 있다.
LED 어레이(array)를 통과하는 평균 전류의 조정을 통한 밝기 제어의 적절한 방식은, 평균 공칭 전류(Inom)와 0.05 Inom 사이의 범위에서 전류강도의 펄스 폭 변조를 통한 조절로서, 여기에 진폭변조가 중첩되어 평균전류강도를 0.05 Inom에서 0.05x10-3까지 조절하는 방식에 기초한다.
도면에 도시된 스위칭 디바이스는 전원에 연결하기 위한 입력단(JP1)을 가지고 있다. 동작 조건으로 LED양단의 작은 순방향 전압만이 존재하는 LED의 일반 성질은 저전압 전원이 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 출력단(JP2)은 동작되는 LED 어레이를 연결하는데 적합하다. 스위칭 디바이스의 동작을 간단하게 확인하기 위해, LED(D2)과 저항(R9)의 직렬 조합이 이 출력단에 평행하게 연결되어 있다.
상기 출력단과 상기 직렬 조합에 평행한 반도체 스위칭 요소(Q3)가 제공되는데, 여기서 이 스위칭 요소의 주 전극(EQ3)는 입력단과 출력단 사이에 연결된 반도체 스위치(Q2)의 주 전극(EQ2)에 연결된다. 반도체 스위치(Q2)의 제어 전극(GQ2)은 반도체 스위칭 요소(Q3)의 제어 전극(GQ3)와 공유 제어 회로에 연결되어 있다.
제어 전극(GQ2, GQ3)는 트랜지스터(Q1)과 직렬로 연결된 전위차계(R10)의 중간 탭(2)에 연결되어 있다. 전위차계(R10)의 중간 탭(2)의 위치는 반도체 스위치(Q2)와 반도체 스위칭 요소(Q3)를 통하는 전류의 전도 정도를 결정한다.
전위차계(R10)와 트랜지스터(Q1)의 직렬 조합은 연산증폭기(U2B)주위에 형성된 펄스 폭 변조기의 출력단을 구성한다. 연산증폭기(U2B)의 출력단(7)은 트랜지스터(Q1)의 베이스에 연결되어 있다. 연산증폭기(U2B)의 입력단(5)은 오실레이터의 부분인 캐패시터(C5)에 연결되어 있고, 연산증폭기(U2B)의 입력단(6)은 가변 저항 분배기(R7, R6, R5)에 연결되어 있다. 출력단(7)의 신호가 트랜지스터(Q1)를 각각 온/오프시키는 동안 걸리는 오실레이터 주파수의 사이클당 시간은 가변 전압 분배기를 이용해 가변됨으로써, 전류 펄스의 펄스 폭이 반도체 스위치(Q2)에 의해 가변될 수 있다.
캐패시터(C5)와 연산증폭기(U2A)는, 캐패시터(C5)와 임피던스(R4, R12)가 함께 전압 분배기 회로를 구성하는, 오실레이션 회로의 일부를 형성한다. R4는 여기서 가변 저항이고, 이것은 오실레이션 회로에 의해 발생하는 주파수가 조정될 수 있도록해, 그럼으로써 가변되게 한다. 결과적으로, 전류 펄스 주파수는 그에 따라 변할 것이다.
실제 구현에 있어서, 연산증폭기(U2A, U2B)는 TS393CN 형의 단일 IC로 구성된다. 트랜지스터(Q1)은 BC548C 형이고, 반도체 스위치(Q2)는 BC639 형이고, 반도체 스위칭 요소(Q3)는 BC640 형이다. 오실레이터 회로는 200Hz의 디폴트 주파수를 가지고 있다. 전위차계(R10)는 4.7kΩ의 강도와 100% 제어 범위를 가지고 있다. 스위칭 디바이스는 15V 직류 전원에 연결되도록 설계된다. 스위칭 디바이스는 도로 표식용 LED 어레이를 구동하고, 이 LED 어레이는 Nichia NSPW300BS 형의 총 400개의 LED로 구성되어 있다. 보통의 조건에서는 어레이의 각 LED를 통과하는 평균 전류가 20mA가 되도록 전원이 영향을 받는다. 빛의 밝기는, 배타적으로 전압 분배기(R7, R6, R5)만을 가변시킴으로써, 각각의 LED를 통과하는 평균 전류가 1mA에 대응하는 수준까지 제어되어 낮아진다. 그런 다음 펄스 폭은 2%의 듀티 사이클(duty cycle)로 변조된다. 빛의 밝기를 더 감소시키기 위하여는, 전위차계(R10)의 설정이 변한다. 전위차계(R10)의 모든 제어 범위가 활용되면, 각 LED를 통과하는 평균 전류는 1㎂로 감소될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은, LED 어레이를 구동하기 위한 스위칭 디바이스 등에 이용할 수 있다.

Claims (5)

  1. LED 어레이(array)를 구동하는 스위칭 디바이스에 있어서,
    평균강도의 펄스형 전류로 LED 어레이를 구동하며, 상기 LED 어레이를 흐르는 상기 전류의 평균강도를 상기 펄스형 전류의 주파수 변조, 펄스 폭 변조, 그리고 진폭 변조 방식 중 적어도 한가지로 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수단은 상기 펄스형 전류의 변조 방식 중 두 가지의 조합으로 상기 LED 어레이를 통과하는 전류의 평균강도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 디바이스.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 수단은 상기 펄스형 전류의 주파수 변조, 펄스폭 변조, 그리고 진폭 변조의 조합으로 상기 LED 어레이를 통과하는 전류의 평균강도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 디바이스.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 평균 전류는 공칭강도 Inom을 가지고 있다는 점, 상기 평균 전류가 0.05 Inom의 세기로 내려갔을 때 상기 평균강도는 펄스폭 변조방식으로 조절된다는 점, 그리고 0.05 Inom미만의 평균 전류의 강도는 진폭 변조에 펄스폭 변조를 겹치는 방식으로 조절된다는 점을 특징으로 하는, 스위칭 디바이스.
  5. 제 4항에 있어서, 0.05x10-3미만의 평균 전류 강도는 주파수 변조 방식을 더 겹치는 방식으로 제어된다는 점을 특징으로 하는, 스위칭 디바이스.
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