KR20080100225A

KR20080100225A - 온도 제어 ｌｅｄ 어레이

Info

Publication number: KR20080100225A
Application number: KR1020087021431A
Authority: KR
Inventors: 샤노프라사드 쿤자판
Original assignee: 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-11-14
Also published as: JP2009525617A; US20070182337A1; EP1980140A1; CN101401486B; CN101401486A; US7414370B2; WO2007092355A1

Abstract

LED 어레이가 트랜지스터에 연결되어 양 측에 동일한 양의 전류가 흐르게 하는 램프가 개시된다. 트랜지스터의 제어 단자(예를 들어, 베이스)에서의 전압 레벨은 동작 온도가 상승할 때 전류 크기가 감소하도록 제어된다. 그 결과, LED 어레이에서 LED 접합으로부터 생성된 열은 감소하고, 이에 의해 동작 온도에서의 증가를 보상한다.

Description

온도 제어 ＬＥＤ 어레이{TEMPERATURE CONTROLLED LED ARRAY}

본 발명은 일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 어레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온에서 동작하는 램프에서의 LED의 동작 신뢰도를 증가시키는 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 자동차의 브레이크등/후미등과 같은 램프의 사용에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED)는 일반적으로 반도체 p-n 접합을 포함하며, 정방향으로흐르는 전류에 직접적으로 비례하는 강도를 갖는 빛을 생성한다. 이러한 많은 LED들은 종종 어레이로서 형성되어, 원하는 레벨의 강도를 갖는 빛을 함께 생성한다.

LED 어레이는 드라이버 회로 및 케이스와 같은 다른 부품과 함께 차례로 패키징될 수 있다. 이와 같은 애플리케이션 중 하나는 자동차에서 브레이크등 및 후미등으로 LED 어레이 기반의 램프를 사용하는 것이다. 일반적으로, 브레이크등은 인가되는 브레이크에 응답하여 어느 한 강도의 빛을 생성하며, 후미등은 특히 야간에 다른 강도의 빛을 생성한다.

LED 어레이 기반의 램프가 갖는 하나의 문제점은 LED 어레이가 높은 동작 온도에서(즉, 램프 또는 자동차의 일반적인 주위 환경에서) 오동작을 일으키기 쉬울 수 있다는 것이다. 이러한 오동작의 원인은 동작 온도가 LED 내에서 LED 재료(P-N 접합, 케이스, 리드를 연결하기 위한 PN 접합의 와이어 본딩을 포함하는)를 파손/연소시킬 수 있는 P-N 접합의 온도에서의 증가를 일으켜서, 이에 의해 LED 어레이의 주위에서 온도를 더 증가시킨다는 것이다.

따라서, 고온에서 동작하는 램프에서 LED 어레이의 동작 신뢰성을 증가시키는 방법 및 장치가 요구된다.

본 발명은 아래와 같이 간단히 설명된 첨부 도면을 참조하여 설명된다.

도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 램프의 일부에 대한 상세를 도시한 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 온도 보상이 제공되는 방법을 도시한 회로 수준의 도면이다.

도 3은 일 실시예에서 주위 온도/동작 온도의 다양한 값에 대한 LED 어레이를 통과하는 정방향 전류의 값을 포함하는 테이블이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 어레이의 상이한 강도 레벨이 제공되는 방법을 도시한 LED 드라이버 블록(110)과 관련된 LED 어레이의 회로도이다.

상기 도면들에서, 유사한 도면 부호는 일반적으로 동일하거나, 기능적으로 유사하거나, 그리고/또는 구조적으로 유사한 구성요소를 나타낸다. 구성요소가 먼저 나오는 도면은 대응하는 도면 부호에서의 가장 왼쪽부분의 숫자(들)에 의해 표시된다.

1. 개요

본 발명의 일 양태에 따라 제공된 램프는 제어 단자에서의 전압에 의해 결정되는 크기의 전류를 통과시키는 트랜지스터와 전류의 크기에 비례한 강도를 갖는 빛을 생성하는 LED 어레이를 포함한다. 그 다음, 드라이버 블록은 동작 온도가 상승할 때 전류 크기가 감소되도록 상기 제어 단자에서의 전압 레벨을 조정한다. 그 결과, LED 어레이에 의해 생성된 열은 동작 온도가 상승할 때 감소하며, 이에 의해 LED 또는 램프의 다른 부품에 대한 손상과 같은 문제점들을 방지한다.

이러한 램프는 본 발명의 다른 양태에 따라 자동차의 브레이크등/후미등으로 사용되도록 변형된다.

본 발명의 여러 양태들은 이하 예시적인 목적으로 예들을 참조하여 설명된다. 본 발명에 대한 완전한 이해를 제공하기 위하여, 많은 구체적인 상세, 관계 및 방법들이 설명되었다는 것이 이해되어야만 한다. 본 발명의 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명은 하나 또는 그 이상의 상기 구체적인 상세 없이도 실시될 수 있으며, 또는 다른 방법 등을 이용하여 실시될 수 있다는 것을 용이하게 인식할 것이다. 다른 경우에 있어서, 본 발명을 불분명하게 하는 것을 방지하기 위하여 공지의 구조 또는 동작은 상세하게 나타내지 않는다.

2. 램프

도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 램프의 일부에 대한 상세를 도시한 블록도 이다. LED 어레이(130), 트랜지스터(140), 저항(Re, 150) 및 LED 드라이버 블록(110)을 포함하는 도면이 도시된다. 각 구성요소가 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.

설명의 편의를 위하여, 도 1은 단지 하나의 LED 어레이와 관련 트랜지스터(140) 및 저항(150)만을 포함하는 것으로 도시되었다. 자동차 조명 애플리케이션은 일반적으로 LED 어레이(LED 어레이(130)와 유사한)와 관련 트랜지스터 및 저항들을 다수 이용한다. 그 다음, LED 드라이버 블록(110)은 이러한 LED 어레이 각각에 후술되는 신호를 제공할 수 있다.

LED 어레이(130)는 직렬로 연결되고 경로(113) 상에서 전압에 의해 전력이 공급되는 하나 또는 그 이상의 LED를 포함한다. LED 어레이(130)에 의해 방출된 빛의 강도는 어레이를 통과하는 (그리고 경로(134) 상에 도시된) 전류에 비례할 것이다. 후술되는 자동차에서의 후미등으로서의 구성에 대하여, 전류는 브레이크가 인가될 때(경로(101)에 의해 표시된 바와 같이) 더 높은 빛의 강도를 생성하고 램프가 후미등으로서 동작할 때(경로(103)에 의해 표시된 바와 같이) 더 낮은 강도를 생성하도록 제어된다.

트랜지스터(140)는 베이스 단자(경로(114)에 연결), 이미터 단자(경로(145)에 연결) 및 콜렉터 단자(경로(134)에 연결)를 포함하는 BJT(bipolar junciton transistor)로서 도시된다. 트랜지스터(140)는 경로(114) 상의 전압이 기설정된 문턱값을 초과할 때 ON 상태이며 그 외의 경우에 OFF 상태이다.

또한, 트랜지스터(140)(그리고 LED 어레이(130))를 통해 흐르는 전류의 크기 는 경로(114) 상의 전압 레벨과 저항(150)에 의해 제공된 저항값에 의해 설정된다. 저항(150)은 베이스 전류(경로(145) 상의)와 이에 따른 LED 전류(경로(134) 상의)의 필요한 값을 설정하는데 이용된다. 저항값이 고정된다고 가정하면, 경로(114) 상에서 전압을 증가시킴으로써 전류도 증가될 수 있다.

LED 드라이버 블록(110)은 빛을 ON/OFF하기 위하여 경로(114) 상의 전압 레벨을 제어한다. 높은 동작 온도에서 전압 레벨이 낮아지도록 경로(114) 상의 전압 레벨이 제어된다. 그 결과, 경로(134) 상의 LED 전류가 이에 따라 감소하며, 이에 의해 LED 어레이(130)에서 LED의 접합 온도(junction temperature)를 감소시킨다.

자동차 애플리케이션에서의 이용에 대하여, 경로(101)가 브레이크가 인가되는 것을 나타낼 때, 높은 전압이 경로(114) 상에 인가되고, 램프가 경로(103)에 의해 표시된 바와 같이 단순히 후미등으로서만 동작하는 것이 필요할 때 낮은 전압(그러나 트랜지스터(140)를 턴온하기에는 충분히 높은)이 경로(114) 상에 인가된다. 브레이크등에 대응하는 높은 전압을 인가할 때, 경로(114) 상의 전압 레벨(그리고 경로(134) 상의 전류)는 동작 온도에 잠재적으로 비례하여 감소한다.

이러한 온도에 대한 보상이 본 발명의 일 양태에 따라 얻어질 수 있는 방법에 관하여 설명이 계속된다. 그 다음, 본 설명은 일 실시예에 따른 LED 드라이버 블록(110)의 회로 수준의 구현에 대하여 계속된다.

3. 온도 보상

도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 온도 보상이 제공되는 방법을 도시한 회로 수준의 도면이다. LED 드라이버 블록(110) 내에서 저항(R1, 265), 저항(R3, 270), 다이오드(D1, 280) 및 다이오드(D2, 281)를 포함하는 도면이 도시된다. 도 1의 부품의 일부는 아래의 분석에서 반복되어 사용된다. 후술하는 바와 같이, LED 드라이버 블록(110) 내의 부품은 동작 온도에서의 증가에 응답하여 경로(114) 상의 전압을 감소시켜 이에 의해 도 1의 LED 어레이(130)에서의 전류를 감소시키도록 동작한다.

저항(R1, R2) 및 다이오드(D1, D2)는 후술되는 바와 같이 경로(290) 상에서 전압(도 3에서 후술되는 바와 같이 경로(101) 상의 "브레이크 동작"을 나타내는 전업으로부터 유도될 수 있는)을 공급받아 경로(114) 상에 원하는 레벨의 전압을 제공하는 전압 분배기 네트워크를 형성한다.

다이오드(D1, D2)는 경로(134) 상에 LED 전류에 대한 온도 보상을 제공하도록 동작한다. 이것은 도 2로부터 경로(114) 상에 제공된 전압이 저항(R3) 및 다이오드(D1, D2)에서의 전압 강하의 합과 같다는 것으로 관찰함으로써 이해될 수 있다. 다이오드(D1, D2)에서의 전압 강하 각각은 도 2의 회로의 동작 온도에 반비례한다. 따라서, 온도가 변함에 따라, 다이오드(D1, D2)에서의 전압 강하는 대응하는 값에 의해 반대로(또는 음의 상관관계(negative correlation)에 의해) 변하고 이에 의해 경로(114) 상에 제공된 전압을 변경시킨다.

예를 들어, 동작 온도에서의 증가는 LED 어레이(130) 내에서의 LED 접합 온도를 증가시킬 수 있다. 그러나, 동작 온도에서의 이러한 증가는 다이오드(D1, D2)에서의 전압 강하의 대응하는 (그리고 잠재적으로 비례하는) 증가를 발생시킨 다. 결과적으로 경로(134) 상에서의 LED 전류는 이에 따라 감소하며, LED 어레이(130)에서의 전력 소모가 감소하며, LED 어레이(130) 내에서의 LED의 접합 온도는 허용가능한 한계 내에 있도록 유지된다.

예시를 위하여, 도 2의 회로의 동작이 예시적인 설계 사양에 관하여 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.

4. 예시적인 설계 사양을 갖는 일례

예시를 위하여, 램프는 다음의 설계 사양으로 설계되었다고 가정한다.

1) 도 2의 회로의 동작 온도 범위는 -40℃ 내지 +85℃

2) 각 LED(200, 210, 220 및 230-230)에 대한 최대 동작 접합 온도(Tj)는 125℃

필요한 온도 보상이 전술한 예시 사양을 충족하도록 제공된다는 것을 보여주기 위하여 회로 기능이 아래에서 설명된다. LED(200, 210, 220 및 230)는 자동차의 브레이크등에서 이용되는 것으로 가정하고, LED(200-230)를 통과하는 65㎃의 전류가 대응하는 빛의 강도의 레벨에 대하여 필요하다고 가정한다. 또한 다음의 사항들이 가정된다:

각 LED(200-230)에 대한 정격 최대 정방향 전류 = 70mA

각 LED(200-230)를 흐르는 동작 정방향 전류 = 65mA

각 LED(200-230)에서의 65mA에 대한 정방향 전압 강하 = 2.1V

경로(113) 상에서의 최대 전압 = 10.5V

필요한 적절한 값의 정전압이 경로(101, 103)에서 이용할 수 있다.

예시의 목적으로 아래의 계산이 LED(200)에 관하여 보여진다. (LED(200-230)가 동일한 특성을 지닌다고 가정하면, 아래의 계산은 LED(210-230)에도 역시 적용된다

동작 정방향 전류 (경로(134) 상의 이미터 전류(Ie)) = 65mA

LED(200)에서의 정방향 전압 강하(Vf) = 2.10V

수학식 1 및 수학식 2로부터 다음이 얻어진다.

전력 소모(Pd) = Vf x IE

= 2.1 x 0.065

= 0.136W

LED(200) 케이스(미도시)의 열저항(Rj) = 325℃/W

수학식 3 및 수학식 4로부터 다음이 얻어진다.

LED(200)의 접합 온도에서의 증가(ΔT) = Pd x Rj

= 0.136 x 325

= 44.2℃

따라서, 85℃의 최대 주위 동작 온도(Ta)에 대하여, Tj는 다음과 같이 주어진다.

Tj = Ta + ΔT = 129.2℃

수학식 6으로부터 접합 온도는 허용 최대값인 125℃를 초과하는 것을 알 수 있다.

이제, 다이오드(280, 281)의 동작이 주위 온도(Ta)에서의 증가를 효율적으로 보상하고, 허용 한계(예시적인 사양에 따라 125℃가 최대) 내에서 LED(200)의 접합 온도(Tj)를 유지하는 것을 보여준다.

브레이크의 애플리케이션은 정전압(Vb)이 경로(101)에 있도록 할 수 있다. 경로(103)는 어떠한 전압에도 연결되지 않는다고 가정한다.

따라서, 경로(114)의 전압(Vbe)은 다음과 같이 주어진다.

Vbe = VD1 + VD2 + (R1 x I_B)

여기서,

VD1은 다이오드(D1)에서의 전압 강하이며,

VD2는 다이오드(D2)에서의 전압 강하이며,

R1은 R1(270)의 저항값이며,

I_B은 R1, D1 및 D2를 포함하는 직렬 경로(275)를 통해 흐르는 전류이다.

정전압이 경로(113) 상에서 이용가능한 것으로 가정한다. 따라서, I_B의 값은 필요한 동작 온도 범위에 대하여 실질적으로 일정하다고 가정될 수 있다. 결과적으로, 수학식 7은 다음과 같이 표현될 수 있다.

Vbe = VD1 + VD2 + k1

여기서, k1은 수학식 7의 (R1 x I_B)와 같다.

알려진 바와 같이, 다이오드에서의 정방향 전압 강하(수학식 7의 VD1 및 VD2와 같은)는 다음과 같이 주어진다.

정방향 전압 강하 VD = (nkT/q)ln(I_D/I_S)

여기서,

VD = 다이오드 정방향 전압

n = 다이오드 발광 계수

k = 볼쯔만 상수

T = 온도

q = 전하량

I_D = 다이오드 정방향 전류

I_S = 다이오드의 역방향 포화 전류

정방향 전류가 낮은 값일 때, 접합 온도(다이오드(D1, D2)에 대한 Tjd)와 정방향 전압(VD, 도 2에서는 VD1 및 VD2) 사이의 관계는 대략 선형이며, 따라서, 접합 온도에서의 변화는 계수 K 만큼의 대응하는 변화를 만든다. 이러한 관계는 다음과 같이 주어진다.

ΔVD = ΔTjd/K

여기서,

ΔVD는 다이오드 정방향 전압에서의 변동이며,

ΔTjd는 다이오드 접합 온도에서의 (대응하는) 변동이며

K는 비례 계수(K의 단위는 ℃/mV이며, 그 값은 일반적으로 0.4 내지 0.8℃/mV의 범위에 있다)이다. 이 수학식은 우리의 애플리케이션에서 아래와 같이 간략하게 될 수 있다.

수학식 10a는 다음와 같이 표현될 수 있다.

ΔVD = ΔTj x K1

여기서, K1 는 1/K이고, 일반적으로 1.25 내지 2.5 mV/℃의 범위에 있다.

이 예에서 가정된 85℃의 최대 동작 온도와 25℃의 주위 온도에 대하여, 다이오드 접합 온도의 변화는 다음과 같이 주어진다.

ΔTjd = 85 - 25 = 60℃

K1에 대하여 1.25mV/℃의 최대값을 가정하면, 다이오드 정방향 전압에서의 변동은 다음과 같이 주어진다.

ΔVD = 75mV

따라서, 25℃ 내지 85℃의 주위 온도에서의 변동에 대하여, 각 다이오드(D1, D2)에서의 정방향 전압 강하에서의 변동은 75mV이며, 다이오드(D1, D2)의 직렬 결합에서의 전압 강하는 다음과 같이 주어진다.

ΔVD1 + ΔVD2 = 150mV

경로(114)가 LED 드라이버 블록(110)으로부터 끊어진다면, 경로(114) 상에서의 전압(Vbe)은 다음과 같이 주어진다.

Vbe (LED 드라이버 블록(110)이 없는 경우) = (12 x 0.065) + 0.7

= 1.48 V

여기서,

12Ω은 Re의 저항값이며,

0.065(앞에서 가정된 동작 정전압 전류인 65mA)는 Re를 흐르는 전류이며,

0.7은 트랜지스터(140)의 컷인(cut-in) 베이스-이미터 전압이다.

LED 드라이버 블록(110)이 경로(114)에 연결되면, 수학식 12의 Vbe는 150mV(수학식 11b)만큼 감소하여 다음과 같이 주어진다.

Vbe (LED 드라이버 블록(110)이 연결된 경우) = 1.48 - 0.15 = 1.33 V

따라서, 다이오드(D1, D2)의 연결은 85℃의 동작 온도에서 Vbe를 1.48V에서 1.33V로 효과적으로 감소시킨다.

이에 따라, 경로(134) 상에서 (그리고, 트랜지스터(140)의 베이스 전류를 무시한다면 경로(145) 상에서) 정방향 전류(Ie)의 대응하는 값은 다음과 같이 주어진다.

Ie = (1.33 - 0.7)/12

= 52.5 mA

여기서,

1.33은 수학식 13에서 계산된 Vbe의 값이며,

0.7은 트랜지스터(140)의 컷인 베이스-이미터 전압이며,

12Ω은 Re의 저항값이다.

따라서, LED(200)의 접합 온도에서의 변동의 대응하는 값은 다음과 같이 주어진다.

ΔTj = Pd x Rj

= 0.052 x 2.1 x 325

= 35.5℃

여기서,

Pd는 소모된 전력이며 0.052A(수학식 14에서 계산된 52mA)에 2.1V(LED(200)에서의 정방향 전압 강하)를 곱한 값과 동일하며,

Rj는 수학식 4에서 주어진다.

따라서, 수학식 15로부터 LED(200)의 접합 온도(Tj)는 다음과 같이 주어진다.

Tj = Ta + ΔTj

= 85 + 35.35

= 120.5℃

수학식 16으로부터 LED(200)의 접합 온도(Tj)는 설계 사양에 의해 허용되는 125℃의 최대값보다 더 작다는 것을 알 수 있다.

따라서, 다이오드(D1, D2)에서의 정방향 전압 강하의 변동은 온도를 효율적으로 보상하며 LED(200)의 접합 온도를 허용 한계 내에 유지시키는 것을 도와준다는 것을 알 수 있다. LED(210-230)의 접합 온도는 LED 드라이버 블록(110)의 다이이오드(D1, D2)의 동작에 의해 허용 한계 내에서 유사한 방법으로 유지된다.

도 3은 다양한 주위 온도 값에 대하여 LED 어레이(130)를 통해 흐르는 정방향 전류의 값을 포함하는 테이블이다. 제1열은 주위 온도에 대한 목록이며, 제2열은 주위 온도에 대하여 대응하는 정전압 전류에 대한 목록이다. 제2열에 리스트된 정방향 전류의 다양한 값에 대한 대응하는 접합 온도는 이 예시에서 필요한 허용 한계 내에 있다는 것이 검증된다.

또한, LED 어레이(130) 내에서의 LED의 강도 레벨에 대한 제어를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 자동차에서, "브레이크" 표시는 일반적으로 "후미"등의 강도보다 더 높은 강도를 필요로 한다. 도 1 및 2의 LED 드라이버 블록(110)은 전술한 온도 보상 특징을 제공하면서도 LED의 강도 제어(브레이크 표시와 후미등 동작을 위한)를 용이하게 하는 특징을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 양태에 따라 이러한 특징을 예시하기 위하여 설명이 계속된다.

5. 브레이크 및 후미 표시를 제공하기 위한 LED 강도 제어

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 어레이의 상이한 강도 레벨이 제공되는 방법을 도시한 LED 드라이버 블록(110) 및 관련 LED 어레이의 회로도이다. LED 어레이(130), 트랜지스터(140), 저항(Re, 150) 및 LED 드라이버 블록(110)을 포함하는 도면이 도시된다.

LED 어레이(130)는 LED(200, 210, 220, 230)을 포함하는 것으로 도시되며, LED 드라이버 블록(110)은 저항(R1, 265), 저항(R2, 266), 저항(R3, 270), 저항(R4, 495), 저항(R5, 491), 다이오드(D1, 280), 다이오드(D2, 281), 다이오드(D3, 410), 다이오드(D4, 450), 다이오드(D5, 440), 제너 다이오드(Z1, 481), 제너 다이오드(Z2, 482) 및 트랜지스터(460)을 포함하는 것으로 도시된다. 도 1의 나머지 부품들이 간단한 설명을 위하여 반복된다.

저항(R1, R2) 및 다이오드(D1, D2)는 전술한 바와 같이 LED 어레이(130)로부 터 대응하는 원하는 레벨의 강도를 얻기 위하여 경로(290) 상에서 전압을 공급받아 경로(114) 상에 원하는 레벨의 전압을 제공하는 전압 분배기 네트워크를 형성한다. 저항(R5, R4)은 전류 제한 저항이다. 다이오드(D5)는 브레이크(101)와 접지(105) 사이의 전압이 음인 경우에 제너 다이오드(Z2)에 대한 손상을 방지하기 위하여 사용된다. 다이오드(D1, D2)는 전술한 바와 같이 경로(134) 상에서 LED 전류의 온도 보상을 제공하도록 동작하며, 이에 대한 설명은 간소화를 위해 여기서는 생략한다.

"브레이크" 동작 및 "후미등 ON" 동작을 나타내는 전압은 각각 경로(101) 및 경로(103) 상에서 외부에서 제공되며, 일반적으로 동일한 공급원에 의해 제공된다. 다이오드(D3)는 경로(103) 상으로부터 오는 듯한 경로(101) 상으로 제공되는 전압을 차단한다. 유사하게, 다이오드(D4)는 경로(101) 상으로부터 오는 듯한 경로(103) 상으로 제공되는 전압을 차단한다. 따라서, 다이오드(D3, D4)는 각각 경로(101, 103)에 대응하는 "브레이크" 및 "후미등 ON" 전압을 제공하는 전압원에 대한 보호를 제공한다. LED 어레이(130)에 전류를 공급하기 위한 경로(112) 상의 전압은 경로(101, 103) 상의 전압에서 D4 또는 D3에 의한 다이오드 강하를 뺀 것과 같거나 더 크다. 도 4의 예시적인 실시예에서, 경로(101, 103) 상의 전압은 동일하며, 14V가 되도록 선택된다.

제너 다이오드(Z1)는 5.1V의 항복 전압을 갖는다. 따라서, 경로(103) 상의 전압이 5.1V와 D3에 의한 다이오드 강하(일반적으로 0.7V)를 더한 값보다 더 클 때, Z1의 동작은 경로(290) 상에 5.1V의 전압이 존재하게 한다. 유사하게, 제너 다이오드(Z2)는 5.1V의 항복 전압을 갖는다. 따라서, 경로(101) 상의 전압이 5.1V 와 D5에 의한 다이오드 강하(일반적으로 0.7V)를 더한 값보다 더 클 때, Z2의 동작은 경로(291) 상에 5.1V의 전압이 존재하게 한다.

트랜지스터(460)는 베이스(제어) 단자(경로(291)에 연결), 이미터 단자(경로(292)에 연결) 및 콜렉터 단자(경로(290)에 연결)를 포함하는 BJT(bipolar junction transistor)로서 도시된다. 이미터 단자와 콜렉터 단자는 전류 경로가 사이에 존재하는 한 쌍의 단자를 형성한다. 트랜지스터(460)는 경로(101) 상의 전압이 5.1V와 D5에 의한 다이오드 강하(일반적으로 0.7V)를 합한 값을 초과할 때 ON 상태이며 그 외의 경우에 OFF 상태이다.

다음으로, 브레이크가 인가될 때에 대응하여 LED 어레이(130)의 제1의 (높은) 강도 레벨을(즉, 대응하는 전압이 경로(101) 상에 있다), 후미등 기능만이 필요할 때에 대응하여 LED 어레이(130)의 다른 제2의 (낮은) 강도 레벨을(즉, 대응하는 전압이 경로(103) 상에 있으며, 경로(101) 상에는 전압이 없다) 얻는 것을 예시하는 도 4의 회로의 동작이 설명된다.

후미등 ON 동작:

경로(101) 상에 전압이 없을 때, 트랜지스터(460)는 OFF 상태에 있다. 전원에 대한 원하는 값(후미등을 ON 상태로 표시하기 위한)이 경로(103)(후미) 상에 있을 때, 제너 다이오드(Z1)는 항복 영역에서 동작하며, 5.1V가 경로(290) 상에 존재한다.

R1, R3, D1 및 D2는 전압 분배기 네트워크를 형성한다. 따라서, 경로(290) 상의 5.1V의 전압에 대하여, 경로(114) 상의 전압의 값은 다음과 같이 주어진다.

Vbe = [(5.1 - 0.78) x (33/33033)] + 0.78 V

여기서,

Vbe는 경로(114) 상의 전압이며,

5.1V는 경로(290) 상의 전압이며,

33은 저항(R3)의 저항값이며,

33000은 저항(R1)의 저항값이며,

0.78V은 D1 및 D2 각각에 의한 다이오드 강하(0.39V로 가정)의 합이다.

수학식 17로부터, Vbe(후미등 ON을 위한)는 대략 1.3V이다.

따라서, 이미터 전류(경로 145)의 값과 그에 따른 LED 전류(경로 134)는 다음과 같이 주어진다.

LED 전류 = (0.78 - 0.7)/12(근사적으로)

= 6.66mA

따라서, 6.66mA에 대응하는 강도가 LED 어레이(130)에 의해 제공된다.

브레이크등 동작:

필요한 값의 전압(브레이크 동작을 나타내는)이 경로(101) 상에 인가된다. 따라서, 제너 다이오드(Z2)는 항복 영역에서 동작하고 경로(291) 상에 5.1V가 존재하며, 이에 의해 트랜지스터(460)를 턴온한다. 따라서, 저항(R2)은 경로(290) 상에 연결된다. 이것은 저항(R1) 및 저항(R2)이 병렬로 효율적으로 연결되도록 한다. R2의 값(본 예에서는 680Ω으로 가정)이 R1의 값(33000Ω)보다 훨씬 더 작기 때문에, R1 및 R2의 실제 병렬 저항값은 R2의 값, 즉 680Ω에 근사할 수 있으며, 저항(R1)의 효과는 아래의 계산으로부터 제거될 수 있다.

R2, R3, D1 및 D2 는 전압 분배기 네트워크를 형성한다. 따라서, 경로(291) 상의 5.1V의 전압에 대하여, 경로(114) 상의 전압의 값은 다음과 같이 주어진다.

Vbe = [(5.1 - 1.3) x (33/713)] + 1.3 V

여기서,

Vbe는 경로(114) 상의 전압이며,

5.1V는 경로(290) 상의 전압이며,

33Ω은 저항(R3)의 저항값이며,

713Ω은 R2의 저항값(680Ω) 및 R3의 저항값(33Ω)의 합이며,

1.3V은 전압 강하(D1 및 D2 각각 0.39V)와 BJT(460)의 베이스-이미터 접합에 의한 0.52V 강하의 합이다.

수학식 19로부터, Vbe(브레이크등 동작 위한)는 대략 1.48V이다.

LED 전류 = (1.48 - 0.7)/12(근사적으로)

= 65mA

따라서, 65mA에 대응하는 강도가 LED 어레이(130)에 의해 제공된다.

따라서, LED 드라이버 블록은 LED 어레이(130)가 후미등 동작을 위한 낮은 레벨과 브레이크 동작을 위한 높은 레벨의 2개의 강도 레벨을 제공하는 것을 가능하게 한다는 것을 알 수 있다.

6. 결론

본 발명에 대한 다양한 실시예들이 전술되었지만, 이들은 한정이 아닌 예로써 설명되었다는 것이 이해되어야만 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 어떠한 예시적인 실시예에 의해서도 한정되어서는 안되며, 다음의 청구범위와 그 균등물에 따라 정의되어야만 한다.

Claims

램프에 있어서,

제어 단자(114)를 구비하며, 상기 제어 단자(114)에서의 전압에 의해 결정되는 크기의 전류를 통과시키는 트랜지스터(140);

상기 트랜지스터(140)에 연결되며, 상기 전류의 상기 크기에 비례하는 강도를 갖는 빛을 생성하는 LED 어레이(130); 및

상기 제어 단자에 연결되며, 상기 램프의 동작 온도가 제1의 값과 같을 때 제1 레벨을 갖고, 상기 램프의 상기 동작 온도가 상기 제1의 값과 같지 않는 제2의 값과 같을 때 상기 제1의 레벨과 같지 않는 제2 레벨을 갖는 상기 전압을 생성하는 드라이버 블록(110);

을 포함하는 램프.
제1항에 있어서,

상기 제1의 값은 상기 제2의 값보다 더 크며, 상기 제1의 레벨은 상기 크기를 상기 제2의 레벨에 의한 크기에 비교하여 더 작게 하여, 상기 LED 어레이(130) 내의 LED들이 동작 온도가 증가함에 따라 전류를 작게 통과시키게 하는 것을 특징으로 하는 램프.
제2항에 있어서,

상기 트랜지스터(140) 및 상기 LED 어레이(130) 모두에 동일한 크기의 전류가 흐르도록 상기 LED 어레이(130)가 상기 트랜지스터(140)에 연결되는 것을 특징으로 하는 램프.
제2항에 있어서,

상기 드라이버 블록(110)은,

상기 동작 온도와 음의 상관관계를 갖는 교차 전압을 갖는 적어도 하나의 부품(280, 281);

을 포함하며,

상기 전압은 상기 부품(280, 281) 전체에 걸쳐 유도되는 것을 특징으로 하는 램프.
제4항에 있어서,

상기 적어도 하나의 부품(280, 281)은 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 램프.
제4항에 있어서,

상기 램프는 자동차에서 이용되며,

상기 드라이버 블록은 브레이크가 인가되는 것을 나타내는 제1 신호와 후미등이 존재한다는 것을 나타내는 제2 신호를 수신하며,

상기 드라이버 블록(110)은 브레이크가 인가되는 것을 나타내는 제1 신호(101)와 후미등이 존재한다는 것을 나타내는 제2 신호(103)를 수신하며,

상기 드라이브 블록(110)은 상기 제1 신호(101)와 상기 제2 신호(103)를 수신하며, 상기 제1 신호(101)가 상기 브레이크가 인가되는 것을 나타낼 때 제3 전압을 갖고 상기 제2 신호(103)가 상기 후미등이 있다는 것을 나타낼 때 제4 전압을 갖는 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 램프.
제6항에 있어서,

상기 드라이버 블록(110)은,

제1 저항(270), 제2 저항(265) 및 제3 저항(266);

제어 단자(291) 및 사이에 전류 채널을 갖는 한 쌍의 단자(290, 292)를 구비한 제1 트랜지스터(460); 및

제1 정전압 레퍼런스(481) 및 제2 정전압 레퍼런스(482);

을 포함하며,

상기 제2 저항(265)과, 상기 제1 트랜지스터(460) 및 상기 제3 저항(266)의 조합은 제1 노드 및 제2 노드 사이에 병렬로 연결되며,

상기 제1 신호(101) 및 상기 제2 신호(103) 각각은 상기 제1 노드에 연결되며,

상기 제1 정전압 레퍼런스(481)의 한 단자는 상기 제1 노드에 연결되며, 상기 제1 정전압 레퍼런스의 다른 단자는 정전압 레벨에 연결되며,

상기 제2 정전압 레퍼런스(482)의 한 단자는 상기 제1 트랜지스터(460)의 상기 제어 단자(291)와 상기 제1 신호(101)에 연결되며, 상기 제2 정전압 레퍼런스(482)의 다른 단자는 정전압 레벨에 연결되며,

상기 제1 트랜지스터(460)의 상기 한 쌍의 단자 중 하나(290)는 상기 제1 노드에 연결되고, 상기 제1 트랜지스터(460)의 상기 한 쌍의 단자 중 다른 하나(292)는 상기 제3 저항(266)에 연결되며,

상기 제1 저항(270)은 상기 제2 노드 및 상기 적어도 하나의 부품(280, 281) 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 램프.
제7항에 있어서,

상기 적어도 하나의 부품(280, 281)은 다이오드를 포함하며,

상기 제1 정전압 레퍼런스(481)는 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 램프.