KR20050077016A

KR20050077016A - 하나 이상의 발광 수단을 구동시키는 방법 및 그 방법을행하기 위한 트리거 회로

Info

Publication number: KR20050077016A
Application number: KR1020050005550A
Authority: KR
Inventors: 폴커 지프
Original assignee: 쉐프네커 비젼 시스템즈 저머니 게엠베하 운트 코.카게
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2005-07-29
Also published as: US20050218837A1; US7187134B2; EP1558063A1; DE102004003844A1

Abstract

본 발명은 하나 이상의 발광 수단을 구동시키는 방법 및 그러한 방법을 행하기 위한 트리거 회로에 관한 것이다. 자동차에서는 발광 수단을 LED에 의해 형성하는 일이 점점 더 늘고 있다. 그러한 발광 기구의 경우에는 차내 배선 망의 동작 전압이 커지는 일이 있을 수 있기 때문에, 높은 전압에서는 발광 기구의 전력 손실이 크다, 또한, 자동차 차내 배선 망은 불안정하기 일쑤이다. 간단한 구조적 설계로 확실한 동작을 보장하기 위해, 정해진 전류/전압 값을 상회할 경우에 발광 수단을 펄스 모드 동작으로 동작시킨다. 트리거 회로는 발광 수단에 공급되는 전류/전압 신호의 일부를 공급받는 하나 이상의 마이크로컨트롤러를 구비하고, 마이크로컨트롤러는 스위치의 개재 하에 발광 수단이 접속되는 출력을 구비한다. 펄스 모드 동작 시에는 손실 전력의 증가가 현격히 줄어들고, 조도 변동이 조정 보상되게 된다. 그러한 구동 방법 및 트리거 회로는 자동차의 발광 기구에 사용되는 것이 바람직하다.

Description

하나 이상의 발광 수단을 구동시키는 방법 및 그 방법을 행하기 위한 트리거 회로{METHOD FOR DRIVING AT LEAST LUMINOUS MEANS AND TRIGGER CIRCUIT FOR PERFORMING SUCH METHOD}

본 발명은 하나 이상의 발광 수단을 구동시키는 청구항 1의 전제부에 따른 방법 및 그러한 방법을 행하기 위한 청구항 7의 전제부에 따른 트리거 회로에 관한 것이다.

자동차에서는 발광 수단을 LED(발광 다이오드)에 의해 형성하는 일이 점점 더 늘고 있다. 그러한 발광 기구의 경우에는 통상적으로 9 내지 16 볼트인 차내 배선 망의 동작 전압이 커지는 일이 있을 수 있기 때문에, 높은 전압에서는 발광 기구의 전력 손실이 크다는 문제점이 있다. 발광 기구를 13.5 V의 전형적인 정상 동작 전압에서 풀 스케일의 조도로 설계한다면, 그러한 발광 기구를 16 V의 차내 배선 망에 사용할 경우에 보다 더 높은 전력이 발생되는데, 그것은 저항률의 설계에 의해 전류가 과비례적으로 증가되기 때문이다. 그 경우, 발광 기구에 있는 LED, 저항, 플라스틱 요소 등과 같은 소자는 그 부하 한계에 이르는데, 왜냐하면 발광 기구 내의 온도 및 회로 기판 상의 온도가 과비례적인 전류 증가로 인해 급격히 상승되기 때문이다. 그러한 이유로, 발광 기구 내의 LED의 실장 밀도가 현재와 같은 상황에서는 발광 기구의 구성에 안전 장치가 내장되어야 한다. 그로 인해, 높은 기술적 비용이 발생되게 된다. 그 때문에, 그러한 비용을 다소간 낮게 유지시키기 위해, 발광 기구의 조도는 정상 전압에서 풀 스케일로 방출되지 않는다. 냉각 장치를 사용하기도 하는데, 다만 그것은 다시 부가의 구조적 비용이 든다는 것을 의미한다.

또 다른 문제점은 현재의 자동차 차내 배선 망이 점점 더 불안정해지고 있다는데 있다. 그것은 자동차에서 많은 전류를 소요하는 전기적 보조 시스템들의 수가 점차 늘고 있는데 그 원인이 있다. 그러한 전기적 보조 시스템은 예컨대 전기 스티어링 시스템, 파워 윈도우, 보조 난방 시스템 등이다. 그러한 시스템에서는, 특히 다름 아닌 신속 응답형 LED 발광 기구의 경우에는 전압 강하가 일어나기 일쑤이다. 그러한 전압 강하는 확연하게 보일 수 있는 조도 변동으로 나타난다.

본 발명의 목적은 전제된 형식의 방법 및 전제된 유형의 트리거 회로를 간단한 구조적 설계로 확실한 동작이 보장되도록 구성하는 것이다.

그러한 목적은 전제된 형식의 방법에서 본 발명에 따라 청구항 1에 특징져진 특징들에 의해 달성되고, 전제된 유형의 트리거 회로에서 본 발명에 따라 청구항 7에 특징져진 특징에 의해 달성되게 된다.

본 발명에 따른 방법에 의하면, LED인 것이 바람직한 발광 수단을 미리 주어진 전류/전압 값을 초과할 경우에 펄스 모드 동작으로 동작시킨다. 입력 전압이 그러한 미리 주어진 값을 상회하면, 입력 전압의 그러한 전압 상승은 펄스 모드 동작에 의해 보상되게 된다. 그럼으로써, 손실 전력의 증가가 현격히 줄어들게 된다. 그러한 펄스 모드 동작에 의거하여, 발광 수단의 조도 변동이 탁월하게 조정될 수 있다. 발광 수단의 급전 전압이 미리 주어진 전류/전압 값을 하회한 채로 유지되면, 동작은 펄스 모드 없이 이뤄져서 조도가 상실되지 않게 된다.

전압이 미리 주어진 전류/전압 값을 상회할 때에야 비로소 본 발명에 따른 트리거 회로에 의해 펄스 모드 동작으로 스위칭된다.

각종의 발광 수단을 구동시키기 위해, 마이크로컨트롤러가 그에 상응하는 입력 및 출력을 갖는 것이 바람직하다. 다수의 발광 수단이 하나의 발광 필드로 통합될 수 있다. 단일의 발광 기구에 다수의 발광 필드가 있을 수도 있다. 즉, 그러한 발광 필드는 예컨대 후미 발광 기구에 있는 브레이크등, 후미등, 점멸등일 수 있다. 각각의 발광 필드에 대해 하나의 발광 기구가 마련되는 것도 가능하다. 단일의 또는 다수의 발광 기구에 발광 수단을 분배하는 것은 임의로 이뤄질 수 있다. 그와 같이 다양하게 구성하는데는 각종의 발광 수단을 전술된 형식대로 펄스 모드 동작으로 스위칭할 수 있는 단일의 마이크로컨트롤러로도 충분하다.

본 발명의 또 다른 특징은 추가의 청구항들, 이후의 상세한 설명, 및 첨부 도면으로부터 명확하게 파악될 것이다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 도시된 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

발광 수단은 트리거 회로에 의해 적절하게 구동된다. 도시된 실시예에서는 발광 필드(1)가 직렬 접속된 다수의 발광 수단(2)을 구비하는데, 그러한 발광 수단(2)은 LED인 것이 바람직하다. 발광 필드(1)는 예컨대 직렬 접속된 4개의 발광 수단(2)을 구비한다. 도 1에는 추가의 발광 필드(3)가 예시적으로 도시되어 있는데, 그 발광 필드(3)도 역시 연이어 직렬 접속된 다수의 발광 수단(4), 바람직하게는 LED를 구비한다. 그와 같은 방식으로, 서로 각각 병렬 접속되는 추가의 발광 필드가 마련될 수 있다. 도 2에는 또 하나의 제3 발광 필드(5)가 예시적으로 도시되어 있는데, 그 발광 필드(5)도 역시 LED의 형태의 발광 수단을 구비한다. LED는 발광 기능을 각각 행하는 LED 필드(1, 3, 5)를 형성한다.

LED 필드(1, 3, 5)는 자동차의 차내 급전 전압에 의해 급전된다. 차내 급전 전압은 통상적으로 9 내지 16 볼트이다. 발광 필드(1, 3, 5)의 상류에는 차단 다이오드의 형태의 역전압 보호 장치(reverse battery protection)(6)(도 1을 참조)가 접속된다. 예시적으로 도시된 발광 필드는 예컨대 자동차의 브레이크등, 후미등, 점멸등일 수 있거나 후미 안개등일 수도 있다. 각각의 발광 필드는 전압 신호(7 내지 9)를 받는다. 각각의 발광 필드(1, 3, 5)는 각각의 스위치(10 내지 12)를 경유하여 마이크로컨트롤러(13)에 접속된다. 그러한 스위치(10 내지 12)는 이제 막 설명하려는 대로 발광 필드(1, 3, 5)의 발광 수단(2, 4)의 펄싱(pulsing) 또는 펄스 모드 동작에 사용되는 MOSFET인 것이 바람직하다.

전압 신호(7 내지 9)는 각각의 다이오드(D1, D2, Dn)를 경유하여 전압 소자(14)에 공급된다. 전압 중의 일부는 다이오드(D1, D2, Dn)에 의해 디커플링되어 마이크로컨트롤러(13)에 전압을 공급한다. 각각의 발광 필드(1, 3, 5)에 대해 원하는 광도가 입력(Input 1, Input 2, Input n)에서 마이크로컨트롤러(13)에 입력 신호로서 전달된다. 입력(Input 1, Input 2, Input n)의 상류에는 저항(R3, R5, Rnn)이 각각 접속된다.

입력(Input 1, Input 2, Input n)에 인가되는 입력 신호에 의해, 각각의 발광 필드(1, 3, 5)에 대해 요구되는 광도 값이 마이크로컨트롤러(13)에 전달된다.

마이크로 컨트롤러(13)의 아날로그 입력(17)에는 입력 전압(U_B) 중에서 일정하게 책정된 부분이 측정에 할당된다. 그러한 입력 전압의 일부는 저항(R1 및 R2)에 의해 결정될 수 있다. 아날로그 입력(17)에 인가되는 전압 신호에 의해 각각의 발광 필드에서의 조도가 각각 보상될 수 있게 된다.

마이크로컨트롤러(13)에 있는 입력(Input 1, Input 2, Input n)에 인가되는 입력 신호에 의거하여, 마이크로컨트롤러는 출력(Port 6, Port 7, Port 8)에서 발광 필드(1, 3, 5)를 원하는 대로 활성화시키는 전압 신호를 발생시킨다.

각각의 발광 필드(1, 3, 5)에 인가되는 전압은 마이크로컨트롤러(13)에 의해 측정된다. 마이크로컨트롤러(13)에 의해 측정된 전압이 정상 값을 상회하면, 그 즉시로 마이크로컨트롤러(13)가 해당 스위치(10, 11, 12)를 트리거링한다. 그러한 정상 값은 차내 급전 전압(U_B)보다 약간 더 낮은 것이 바람직한데, 그래야만 경우에 따라 발생되는 부하 강하 시에 충분한 제어 비축분이 가용될 수 있게 된다. 전압이 정상 값을 상회하는 즉시로, 트리거 회로가 펄스 모드 동작으로 스위칭된다. 마이크로컨트롤러(13)는 입력((Input 1, Input 2, Input n)에 인가된 입력 전압을 기반으로 하여 펄스 폭을 계산하고, 출력(Port 6 내지 Port 8)을 경유하여 스위치(10 내지 12)에 해당 신호를 공급한다. 펄스 폭은 입력 전압의 여하에 따라 가변적으로 세팅된다. 스위치(10 내지 12)는 100 ㎐를 넘는 것이 바람직한 매우 높은 주파수로 스위칭된다. 그럼으로써, 스트로보스코프 효과가 발생되지 않아서 LED(2, 4)가 깜빡거리지 않고, 그에 따라 펄스 모드 동작에도 불구하고 조도 변동이 인지될 수 없게 된다. 그와 같이 하여, 손실 전력의 증가가 줄어들게 된다.

도 1에는 트리거 회로의 전술된 동작이 개략적으로 도시되어 있다. 전압 측정 시에 발광 필드의 급전 전압이 정상 값을 하회하는 것이 확인된 경우에는 스위치(10 내지 12)가 닫혀진 채로 유지된다. 즉, LED(2, 4)가 펄스 모드로 동작되지 않음으로써, LED가 최적의 조도로 빛을 발하게 된다. 전압이 정상 값을 상회하는 경우에야 비로소 마이크로컨트롤러(13)에 의해 스위치(10 내지 12)를 동작시킴으로써 펄스 모드 동작으로 스위칭되게 된다. 발광 필드(1, 3, 5)의 급전 전압이 높으면 높을수록 펄스가 더욱 더 짧아진다.

트리거 회로의 소자는 발광 기구에 장착되는 것이 바람직하다. 전압 측정은 발광 기구의 외부에서 외적으로 행해질 수도 있다. 그 경우, 해당 전압 값은 버스를 경유하여 마이크로컨트롤러(13)에 공급된다.

전술된 트리거 회로에 의해, 전압 상한에서 손실 전력의 증가를 현격히 줄일 수 있으면서도 그를 위해 많은 비용을 쓸 필요가 없게 된다.

예컨대, 발광 필드(1)가 13.5 볼트의 정상 전압에 맞춰 그 크기가 설정되었다면, 그로부터 손실 전력은 다음의 식과 같이 주어진다:

저항률 R(도 1을 참조)은 다음의 식으로 계산된다:

정상 전압을 13.5 볼트로, 그리고 다이오드 전압을 2.5 볼트로 각각 정한다면, 4개의 다이오드의 경우에 전압 U_{F, Dioden}은 10 볼트로 주어진다. 추가로, 전류 강도 I_{LED, Soll}이 60 ㎃인 것으로 가정하기로 한다.

전술된 관계로부터, 58 옴의 저항률과 0.81 와트의 손실 전력 P_tot가 주어지게 된다.

이제, 발광 기구를 16 볼트에서 비펄스 모드로 동작시킨다면, 손실 전력은 다음의 식과 같이 주어진다:

여기서, 실제 전류 강도는 다음의 식과 같이 계산된다:

정상 배터리 전압 U_{bat, nom}을 16 볼트로, 다이오드 전압을 2.5 볼트로, 그리고 저항률을 58 옴으로 각각 가정한다면, 실제 전류 강도 I_{LED, Ist}는 103 ㎃로, 그리고 손실 전력 P_tot는 1.65 와트로 주어지게 된다.

그것은 전압 상한에서, 예컨대 16 볼트에서 손실 전력이 13.5 볼트의 정상 전압에 비해 2배보다도 더 많이 증가된다는 것을 의미한다.

그에 반해, 발광 기구를 16 볼트에서 전술된 트리거 회로에 의해 펄스 모드로 동작시키면, 손실 전력 P_tot가 현격히 더 작아진다. 예시적 사안에서는 I_LED와 조도의 관계가 비례적인 것으로, 예컨대 2배의 전류 강도는 2배의 조도와 같은 것으로 가정하기로 한다. 펄스의 듀티 사이클은 다음의 식과 같이 주어진다:

즉, 펄스는 정상 값을 상회하는 전압에서 시작된다. 손실 전력은 다음의 식으로 계산된다:

여기서, LED의 실제 전류 강도는 다음의 식으로 계산된다:

정상 배터리 전압 U_{bat, nom}을 16 볼트, 다이오드 전압 U_{F, Dioden}을 2.5 볼트, 그리고 저항률을 58 옴으로 각각 가정하기로 한다. 듀티 사이클 D = 0.58로 가정하면, 전술된 관계에 입각하여 손실 전력 P_tot가 단지 0.955 와트로 주어지게 된다. 즉, 펄스 모드 동작에 의한 손실 전력의 감소는 0.955 와트: 1.65 와트 = 42 %에 달하게 된다.

발광 필드(1, 3, 5)는 서로 별개로 동작된다. 마이크로컨트롤러(13)는 입력 신호의 여하에 따라 각각의 발광 필드에 대해 펄스 모드 동작을 위한 해당 펄스 폭을 산출한다. 발광 필드(1, 3, 5)는 단일의 발광 기구에 마련될 수 있다. 그러한 발광 기구는 예컨대 자동차의 후미 발광 기구일 수 있다. 그 경우, 발광 필드는 예컨대 브레이크등, 후미등, 또는 점멸등이다. 그러나, 각각의 발광 필드에 대해 하나의 발광 기구가 마련될 수도 있다. 단일의 또는 다수의 발광 기구에 발광 수단(2, 4)을 분배하는 것은 임의로 이뤄질 수 있다. 즉, 각각의 발광 필드(1, 3, 5)는 예시적으로 도시된 4개의 발광 수단(2, 4)보다 더 많거나 적은 발광 수단을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 발광 수단 구동 방법 및 그 방법을 행하기 위한 트리거 회로에서는 발광 수단을 미리 주어진 전류/전압 값을 초과할 경우에 펄스 모드 동작으로 동작시킨다. 즉, 입력 전압이 그러한 미리 주어진 값을 상회하면, 입력 전압의 그러한 전압 상승이 펄스 모드 동작에 의해 보상되게 된다. 그럼으로써, 손실 전력의 증가가 현격히 줄어들게 된다. 그러한 펄스 모드 동작에 의거하여, 발광 수단의 조도 변동이 탁월하게 조정될 수 있다. 또한, 발광 수단의 급전 전압이 미리 주어진 전류/전압 값을 하회한 채로 유지되면, 동작은 펄스 모드 없이 이뤄져서 조도가 상실되지 않게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 트리거 회로의 원리적 결선도;

도 2는 본 발명에 따른 트리거 회로의 실시예를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 3, 5 : 발광 필드

2, 4 : 발광 수단

10 내지 12 : 스위치

13 : 마이크로컨트롤러

17, Input1, Input 2, Input n : 입력

Port 6, Port 7, Port 8 : 출력

U_B : 동작 전압

R1, R2, R3, R4, R5, R6, Rnn, Rnm : 저항

D1, D2, Dn : 다이오드

OSC(oscilloscope): 오실로스코프

FET(Field Effect Transistor): 전계 효과 트랜지스터

Claims

하나 이상의 발광 기구에서 전류/전압이 급전되는 하나 이상의 발광 수단, 바람직하게는 하나 이상의 LED를 구동시키는 방법에 있어서,

정해진 전류/전압 값을 상회할 경우에 발광 수단(2, 4)을 펄스 모드 동작으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 하나 이상의 발광 수단을 구동시키는 방법.
제1항에 있어서, 발광 수단(2, 4)을 가변 펄스 폭으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 발광 수단 구동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 펄스 폭을 발광 수단(2, 4)에 공급되는 전류/전압 신호에 의존하여 다르게 세팅하는 것을 특징으로 하는 발광 수단 구동 방법.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 정해진 전류/전압 값을 하회할 경우에 펄싱이 없는 정상 동작으로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 발광 수단 구동 방법.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 정해진 전류/전압 값을 동작 전압 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 발광 수단 구동 방법.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 펄스 주파수를 약 100 ㎐보다 더 높게 하는 것을 특징으로 하는 발광 수단 구동 방법.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따른 방법을 행하기 위한 트리거 회로에 있어서,

트리거 회로는 발광 수단(2, 4)에 공급되는 전류/전압 신호의 일부를 공급받는 하나 이상의 마이크로컨트롤러(13)를 구비하고, 마이크로컨트롤러(13)는 스위치(10 내지 12)의 개재 하에 발광 수단(2, 4)이 접속되는 출력(Port6, Port7, …)을 구비하는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
제7항에 있어서, 마이크로컨트롤러(13)의 입력(17)에 동작 전압(U_B)의 일부가 인가되는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
제7항 또는 제8항에 있어서, 마이크로컨트롤러(13)의 입력(17, Input 1, Input 2, …, Input n)의 상류에 저항(R1, R2, …, Rnn)이 접속되는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 마이크로컨트롤러(13)의 급전 전압은 하나 이상의 다이오드(D1, D2, …, Dn)를 경유하여 공급되는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 스위치(10 내지 12)는 MOSFET인 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
제7항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 다수의 발광 수단(2, 4)이 발광 필드(1, 3, 5)로 통합되는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
제12항에 있어서, 발광 필드(1, 3, 5)에 발광 수단(2, 4)이 직렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
제7항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 다수의 발광 필드(1, 3, 5)가 마이크로컨트롤러(13)에 접속되는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
제14항에 있어서, 다수의 발광 필드(1, 3, 5)가 발광 기구에 마련되는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
제14항에 있어서, 각각의 발광 필드(1, 3, 5)가 발광 기구에 마련되는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.