KR20090068103A

KR20090068103A - Ｌｅｄ 구동장치

Info

Publication number: KR20090068103A
Application number: KR1020080050283A
Authority: KR
Inventors: 위재경
Original assignee: 정태훈
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-06-25

Abstract

본 발명은 LED 조명을 구동하기 하기 위한 구동장치에 있어서, DC 전압을 인가 받아 LED 어레이부로 구동 전압을 전달하기 위한 전압레귤레이터 모듈과 LED 어레이부의 PWM을 제어하기 위한 게이트 드라이버를 구비하되, 전압 레귤레이터 모듈과 상기 게이트 드라이버는 온-칩 형태로 구성되는 LED 구동장치를 제공한다.

LED, 구동장치

Description

ＬＥＤ 구동장치 {LED Driving Apparatus}

본 발명은 비효율적이고, 수명이 짧은 형광등, 백열등과 같은 조명 시스템의 차세대 대체품으로 각광받고 있는 LED(Light Emitting Diode)의 효율적인 전원 공급 및 구동을 위한 구동 장치에 관한 것이다.

일상 생활에 있어 상용 교류 전원을 이용한 형광등 및 백열전구는 일반적으로 가장 많이 사용되고 있다. 그러나, 갈수록 조명에 대한 수요가 많아지고 그 적용분야가 많아짐에 따라, 전체적인 소비전력에 따른 부하는 나날이 늘어가고 실정에 있고 이를 줄이려는 노력이 다각적으로 행해지고 있고, 형광등 및 백열전구 등의 대체품으로 최근에 LED가 조명장치 및 디스플레이장치로 널리 사용되고 있다.

LED는 에너지 절감효과가 뛰어나고, 수명이 100,000시간에 달하여 반영구적이며 소형화 경량화가 가능할 뿐만 아니라 컬러화가 가능하여 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있어 미래의 조명을 대치할 것으로 각광받고 있는 실정이다.

LED를 제어하는 방식은 크게 2가지로 나누어진다. 첫째는 선형 전압/전류 제어방식이다. 하지만, 첫 번째 방식은 구성방식이 간단한 반면에 효율이 저조하여 열의 발생이 크기 때문에 LED의 수명을 단축시키는 단점을 가지고 있다. 둘째는 PWM 제어 방식으로 선형제어 방식에 비해 효율이 좋아서 LED에 발생되는 열을 감소할 수 있어, LED의 수명을 반영구적으로 높일 수 있다.

이러한, LED는 많은 이점을 가지고 있지만, 가전조명으로 사용하기에는 아직까지 부족한 면이 많이 있다. 특히 가정에서는 교류 전원전압(AC 220V)을 사용하고 있으나, LED는 종류에 따라 알맞은 직류 전원전압으로 구동되어야 한다. LED는 SMPS(SWITCH MODE POWER SUPPLY)나 아답터를 직류(DC) 전원을 사용하여 구동하는 형태가 대부분이며, 상용 교류 전원으로 LED를 구동하는 경우, 직류변환 장치가 필요하며, 수동소자를 통해 회로를 구성한 제품의 경우 LED를 구동하기에는 안정도가 떨어지는 등 여러 가지 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기존의 비효율적이고, 수명이 짧은 형광등, 백열등과 같은 주요 가전용 조명시스템 대신 에너지 절감성과 반영구적인 수명 때문에 차세대 가전용 조명시장을 이끌어 가리라 예상되는 LED(Light Emitting Diode)의 효율적인 제어를 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전압 레귤레이션 모듈과 다수의 LED를 각기 제어하기 위한 게이트 드라이버를 하나의 칩으로 구현한 LED 드라이버 온-칩 IC를 제공하고, 이에 추가하여 변압기, 마이크로컨트롤러, 그리고 주변회 로(sensor, volume controller)들이 단일 모듈을 포함하여 구성된다.

본 발명의 제1 측면은 LED 조명을 구동하기 하기 위한 구동장치에 있어서, DC 전압을 인가 받아 LED 어레이부로 구동 전압을 전달하기 위한 전압레귤레이터 모듈; 및 LED 어레이부의 PWM을 제어하기 위한 게이트 드라이버를 구비하되, 상기 전압 레귤레이터 모듈과 상기 게이트 드라이버는 온-칩 형태로 구성되는 LED 구동장치를 제공한다.

본 발명의 제2 측면은 LED 조명을 구동하기 하기 위한 구동장치에 있어서, LED 구동을 위하여 펄스폭 제어신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러; DC 전압을 인가 받아 LED 어레이부로 구동 전압을 전달하기 위한 전압레귤레이터 모듈; 및 상기 마이크로 컨트롤러로 상기 펄스폭 제어신호를 입력받아 LED의 PWM을 제어하기 위한 게이트 드라이버를 구비하되, 상기 전압 레귤레이터 모듈과 상기 게이트 드라이버는 온-칩 형태로 구성된 LED 구동장치를 제공한다.

본 발명의 제3 측면은 LED 조명을 구동하기 하기 위한 구동장치에 있어서, LED 구동을 위하여 구동 전압 레벨 제어신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러; DC 전압을 인가 받아 LED 어레이부로 구동 전압을 전달하되, 상기 마이크로 컨트롤러로부터 상기 구동 전압 레벨 제어신호를 전달받아 상기 구동전압을 조절하는 전압레귤레이터 모듈; 및 LED의 PWM을 제어하기 위한 게이트 드라이버를 구비하되, 상기 전압 레귤레이터 모듈과 상기 게이트 드라이버는 온-칩 형태로 구성된 LED 구동장 치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 전압레귤레이터 모듈에는 변압기가 추가로 접속되고, 상기 전압레귤레이터 모듈에 의해 상기 마이크로컨트롤러, 상기 게이트 드라이버에 전원을 공급하고, 상기 게이트 드라이버에는 전류제어부와 전류센싱부가 각각 접속되고, 상기 전류제어부는 PWM을 제어하고, 상기 전류센싱부는 과도 전류를 방지한다.

또한, 마이크로컨트롤러에 접속된 리모트 컨트롤러 또는 볼륨 컨트롤러를 더 구비할 수 있다.

한편, 게이트 드라이버는 복수개의 서브 게이트 드라이버를 구비하고, 각 서브 게이트 드라이버는 이에 접속된 LED 그룹들을 개별적으로 구동한다.

또한, LED부는 복수개의 LED 그룹으로 분리되고, 상기 각 LED 그룹에 전달되는 구동 전압을 달리하기 위한 전압 레벨 제어부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

종래에는 다수의 LED를 제어하기 위해서는 와이어 수가 증가하고, 드라이버 모듈의 크기가 커져 원가상승의 문제가 발생하였으나, 본 발명은 하나의 온-칩 구조를 통해 수많은 LED를 각기 제어하기 위해 게이트 드라이버를 이용함으로 인해 더 나은 와이어빌리티(wirablility)를 가지기 때문에 드라이버 모듈 자체가 단순하고 조작이 간편하여 원가상승 문제를 해결할 수 있다.

또한, 기존의 LED 제어 모듈은 여러 개의 전압을 사용하는 경우에 각각의 전 압 레귤레이션 모듈이 필요하게 됨으로 인해 모듈의 면적이 거대해져, 가정용 조명으로 사용하기에는 부적합하지만, 본 발명에서는 전압 레귤레이션 모듈과 다수의 LED를 각기 제어하기 위한 게이트 드라이버를 하나의 칩에서 모든 전원전압을 공급하기 때문에 모듈의 면적을 최소화하여, 소형 가정용 조명 장치에도 사용하기가 용이한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 전압 레귤레이션 모듈 타입의 선택 구성이 가능하기 때문에 그 응용에 따라 칩 자체의 교환 없이도 최대효율로 전원전압을 공급할 수 있기 때문에 저전력으로 최대 LED 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, On-chip화에 의해 기존의 LED 제어 모듈 구성시 사용되는 I.C 및 수동소자의 감소로 인해 대량 생산시 큰 폭의 원가절감 효과를 가져올 뿐만 아니라, 모듈 구성이 간단해 조명 제작자가 손쉽게 구성할 수 있어 인건비 절감의 효과도 가져 올 수 있는 효과가 있다

또한, 게이트 드라이버를 사용하여 더 나은 와이어빌리티(wirability)로 대폭 향상시켜주며, LED의 개별 또는 그룹별 듀티 제어가 가능하여 개개의 빛의 색깔과 밝기를 효율적으로 제어할 수 있다는 장점을 가진다.

또한, 사용자의 편리성을 위해 리모트 컨트롤러, 볼륨제어 방식, 터치 방식, 그리고 음성신호 해석을 통한 LED 온/오프(on/off) 및 밝기를 제어 할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면 온-칩 내에 자체 링오실레이터를 내장하고 있어, 클럭 주파수의 제어가 가능하기 때문에 관측자가 정상적인 조명 변화를 느낄 수 있는 알맞은 주파수로 동작시킬 수 있게 된다.

또한, LED 온-칩 구조, 마이크로 컨트롤러, 변압기 및 파워 MOSFET을 단일 모듈로 구성하여 에너지 절감성과 반영구적인 수명 때문에 차세대 가전용 조명시장을 이끌어 가리라 예상되는 LED의 스마트 컨트롤이 가능하도록 하는 효과가 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시의 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동장치의 개략적인 블럭도이다.

본 발명의 실시예에 따른 LED 구동장치는 마이크로컨트롤러(300), 전압레귤레이터 모듈(Voltage Regulator Module; 100), 게이트 드라이버(200), LED 어레이부(400), 퓨즈(410), 전류제어부(1000) 및 전류센싱부(600)를 구비한다. 여기서 본 실시예의 주된 특징 중 하나는 전압레귤레이터 모듈(Voltage Regulator Module; 100)과 게이트 드라이버(200)를 온-칩(On-Chip)구조로 형성하는 것이다.

리모트 컨트롤러(800;Remote controller), 볼륨 컨트롤러(또는 음성 신호 센 서)(900)는 사용자의 요구에 따라 조명의 색깔, 밝기 등을 조절하기 위하여 사용자로부터 정보를 입력받는 수단으로, 리모트 컨트롤러(800;Remote controller), 볼륨 컨트롤러(또는 음성 신호 센서)(900)에 의해 감지되는 전기적 신호는 마이크로컨트롤러(300)를 통해 처리되고, 처리된 디지털 신호(digital signal)는 전압레귤레이터 모듈(100)과 게이트 드라이버(200)에 각각 전달가능하다. 마이크로컨트롤러(300)로부터 전압레귤레이터 모듈(100)에 전달되는 신호는 구동 전압(Vout1) 레벨 제어신호(Vout1 Voltage level control signal)로 LED 어레이부(400)에 인가되는 전압(Vout1)을 제어하기 위한 신호이고, 마이크로 컨트롤러(300)로부터 게이트 드라이버(200)에 전달되는 신호는 게이트 드라이버(200)가 인가되는 듀티를 결정하기 위한 펄스폭 제어신호(Pulse Width Control Signal)이다.

도 1에서는 마이크로컨트롤러(300)로부터 전압레귤레이터 모듈(100)와 게이트 드라이버(200)에 2개의 신호를 전달하는 것으로 도시하고 있지만, 필요에 따라서는 구동 전압(Vout1) 전압레벨 제어신호(Vout1 Voltage level control signal) 단독으로, 또는 펄스폭 제어신호(Pulse Width Control Signal) 단독으로 사용되는 것도 가능하고 마이크로 컨트롤러(300) 자체를 구비하지 않도록 구성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 색깔과 휘도를 조절할 필요가 없는 조명의 경우에는 마이크로 컨트롤러(300) 구성을 없애고 구동 전압(Vout1) 전압레벨과 펄스 폭을 일정한 값으로 고정할 수 있음을 의미한다.

전압 레귤레이터 모듈(100)은 게이트 드라이버(200)와 함께 하나의 칩으로 구현하여 온-칩(on-chip) 구조로 형성하는데, 이러한 온-칩(on-chip) 구조는 더 나 은 와이어빌리티(wirability)로 향상시켜 주고 제조 공정이 단순하게 할 수 있다. 마이크로컨트롤러(300)는 전압레귤레이터 모듈(100)과 게이트 드라이버(200)와 함께 하나의 칩으로 구현한 온-칩(on-chip) 구조에서 제외하는 것이 바람직하다.

전압 레귤레이터 모듈(100)은 변압기(700)로부터 전압을 인가 받아서 마이크로컨트롤러(300), 게이트 드라이버(200)에 내부 전압(Vout2, 예를 들어 3.3V)을 인가하는 기능을 수행하고, LED 어레이부(400)에 LED 구동을 위한 전압(Vout1)을 인가한다.

전압 레벨의 측면에서 LED의 직렬연결 개수에 의해 전압레귤레이터 모듈(100)은 적절한 전원 전압레벨을 공급해야 한다. 만약, 3.3V LED를 직렬로 20개 사용할 경우 전압 레귤레이터 모듈(100)은 66V의 전원 전압레벨을 공급할 수 있어야 하며, 전술한 경우처럼 10개의 직렬 LED들을 사용할 경우에는 33V의 전원전압 레벨을 공급해야 한다.

전압 레귤레이터 모듈(100)은 전력 측면에서 예컨대 허용 전류가 50mA@3.3V인 LED를 10X3 line의 6 묶음, 총 180개의 LED로 조명장치를 구성할 경우, 이 조명 장치에 안정된 전력을 공급하기 위해서 전압레귤레이터 모듈(100)은 최대 9A@33V, 297W의 출력을 내도록 구성할 수 있다. 이러한 고출력을 위해서는 Buck/Boost 타입 보다는 Sepic이나 Flyback 타입의 컨버터를 사용해 전력을 공급해 주는 것이 바람직하고 상대적으로 낮은 출력파워를 요구하는 조명장치를 위해서는 구성이 간편한 Buck/Boost 타입으로 파워를 공급하는 것이 더 효율적이다. 따라서, 필요에 따라서는 그 응용에 따라 다른 컨버터를 사용할 수 있도록 설계하여, 저전력/고효율 로 조명장치의 파워공급을 할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다. 또한, 전압 레귤레이터 모듈(Voltage Regulator Module; 100)을 buck, Boost, Sepic, Flyback, 등의 타입으로 복수개를 함께 집적하여 제작하고 간단히 스위치 기능 및 외부 수동소자의 배열 등을 이용하여 컨버터를 체인지 하는 것도 가능하다.

게이트 드라이버(200)는 복수의 서브 게이트 드라이버들(sub-gate driver; 200-1,...,200-n)로 구성되고, 각 서브 게이트 드라이버들은 마이크로 컨트롤러(300)로부터의 펄스폭 제어신호(Pulse Width control signal)를 입력받아 이를 이용하여 전류 제어부(1000)를 제어한다.

LED 어레이부(400)는 예를 들어 백색의 LED를 그룹 별로 나누어 N개의 그룹으로 나누어 구동할 수도 있고, R,G,B,W 등 서로 다른 색깔을 발광하는 LED들을 그룹으로 묶어서 각각 구동할 수 있다. 예를 들어, R,G,B로 LED를 나누어 구동하는 경우 각 LED 그룹에 인가되는 전압과 전류를 다르게 구성할 수도 있다. 이는 R, G, B LED들은 그 특성상 전압레벨에 따른 밝기가 다를 수 있으므로 서로 다른 전압레벨과 전류인가를 할 수 있도록 하는 것이 필요할 수 있기 때문이다. 즉, R, G, B 각각이 동일한 휘도로 온 상태에 있을 때 백색을 나타낼 수 있고, 각각의 휘도를 조절함에 따라 전체 조명의 색깔을 변경할 수 있다.

실제 구현에 있어서는, 리모트 컨트롤러(800) 등에서 사용자가 임의로 색깔과 밝기를 선택하면 리모트 컨트롤러(300)에 의해 전기적 신호가 발생되고 이 신호는 마이크로 컨트롤러(300)에서 R, G, B 각각을 제어할 수 있는 디지털 신호로 생성되며, 이 디지털 신호는 LED 어레이부(400)의 R, G, B 각각의 그룹을 분리하여 구동할 수 있도록 전압, 전류의 양을 조절할 수 있도록 한다.

LED 어레이부(400)는 복수개의 LED를 가지고, 복수개의 LED라인으로 구성할 수도 있고 각 라인은 각기 다른 파워로 각기 다른 밝기와 색깔을 연출할 수도 있음은 전술한 바와 같다.

전류 센싱부(600)는 과전류로부터의 LED 보호를 위해 LED의 소모 전류를 피드백(feed back)을 통해 모니터링 할 수 있으며, 이는 LED의 허용 전류를 초과하였을 경우 내부의 전류 센싱부(예를 들어, 저항)(600)을 통해 이를 센싱하여 과도 전류를 방지할 수 있도록 설계할 수 있다.

변압기(700)는 가정용 전압은 교류(AC)전압 이기 때문에 직류(DC)로 동작하는 LED에 적용할 수 있도록 교류전압을 직류전압으로 변환시켜주는 변압기가 필요하다.

리모트 컨트롤러(800)는 사용자의 편리성을 극대화 하기 위해 모듈 내부에 센서(remote controller sensor or voice signal sensor)를 포함하고 있으며, 이를 제어하기 위해 컨트롤러를 사용한다. 이를 통해 사용자의 조작에 의해 칩 내부의 듀티 제어 회로를 컨트롤러로 제어하여 LED의 밝기를 손쉽게 제어할 수 있다.

볼륨 제어부(900)는 사용자의 편리성을 극대화 하기 위해 모듈 내부에 볼륨 컨트롤러(Auto Gain Control 방식 및 저항 가변방식)를 포함하고 있으며, 이를 제어하기 위해 컨트롤러를 사용한다. 이를 통해 사용자의 조작에 의해 칩 내부의 듀티 제어 회로를 컨트롤러로 제어하여 LED의 밝기를 손쉽게 제어할 수 있다.

전류제어부(1000)는 게이트 드라이버(200)를 통해 나오는 PWM 신호를 받아, LED가 소모하는 총 전류를 제어한다. 따라서, 빛의 밝기를 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 전압 차에 의한 색깔 변화를 제어할 수 있다.

퓨즈(500)는 LED와 직렬로 연결되어, LED의 과전류/과전압에 의한 수명 단축을 방지한다. 과전류/과전압 발생시 직렬로 연결된 LED 그룹 중 파손된 LED를 자체 를 검출하기가 어렵기 때문에 LED에 비해 상대적으로 낮은 가격인 퓨즈를 사용하여 향후, 과전류/과전압 발생시 퓨즈의 교체를 통해 LED의 수명 증가 및 원가를 절감할 수 있다.

도 2는 도 1의 게이트 드라이버가 서브 게이트 드라이버를 구비함을 설명하기 위한 상세 구성도이고, 도 3은 도 1의 LED 어레이부(400), 퓨즈(410), 전류제어부(1000), 및 전류센싱부(600)의 상세구성도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 각 서버 게이트 드라이버들(200-1,..., 200-n)은 전압레귤레이터(100)로부터 내부 구동전압(Vout2)을 인가받고 마이크로 컨트롤러(300)로부터의 펄스 폭 제어신호를 인가받는다. 각 서버 게이트 드라이버들(200-1,..., 200-n)은 자신과 대응되는 LED(400-1,...,400-n)를 제어할 수 있는 구조로 되어 있다. 따라서, LED 그룹의 개수에 따라서 서버 게이트 드라이버들(200-1,..., 200-n)의 개수가 정해진다. 예를 들어, 도 3에서와 같이 R,G,B 3개의 그룹으로 나누어 지는 경우는 서버 게이트 드라이버를 3개로 구성할 수 있다. 물론 R, G, B 각각을 더 분리하여 3개 이상으로 하는 것도 가능함은 물론이다. 또한, LED 어레이부(400)의 각 그룹과 직렬로 연결된 전압 레벨 제어부(390- 1,...,390-n)를 통해 각각의 LED 어레이부(400)에 인가되는 전압 레벨을 제어할 수 있어서 LED 어레이부(400)의 각기 다른 LED 어레이 개수를 선택할 수 있으며, 각기 다른 전원전압을 공급할 수 있다. 전압 레벨 제어부(390-1,...,390-n)는 예를 들어 가변저항 또는 직렬 저항을 통한 voltage drop을 유도하여 전압레귤레이터(100)로부터 인가되는 전입(Vout1)을 각 LED(400-1,...,400-n) 별로 다른 전압이 인가될 수 있도록 한다. 예컨대 전원전압 레벨 제어부(390-1,...,390-n)는 R,G,B 별로 다른 전압을 인가할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 사용자가 손쉽게 색깔과 휘도를 선택하여 LED 조명을 구동할 수 있게 되는 원리를 예로 들어 설명한다. 리모트 컨트롤러(800) 또는 볼륨 제어부(900)를 이용하여 사용자는 LED 조명의 색깔과 밝기를 자유자재로 선택하면, 이 선택 신호는 마이크로컨트롤러(300)를 통해 디지털 신호를 발생하게 된다. 디지털 신호는 예를 들어 LED 어레이부(400)에서 R, G, B 로 분리되어 구성되어 있는 각 LED 그룹들에 인가되는 전류 및/또는 전압을 조절하는 것이 가능하다. 이 때, 각 LED 그룹에 연결된 게이트 드라이버(200)의 각 서브 게이트 드라이버(200-1,...,200-n)를 통해서 R, G, B 의 각 LED 그룹들에 인가되는 전류 및/또는 전압을 조절한다.

이하, 전압레귤레이터 모듈(Voltage Regulator Module; 100), 게이트 드라이버(200)의 상세 구성도를 예로 들어 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 게이트 드라이버(200)의 하나의 서브 게이 트 드라이버(200-1)의 상세 구성도이다.

도 4를 참조하면, 서브 게이트 드라이버(200-1)는 마이크로 컨트롤러(300)로부터의 펄스 폭 제어신호를 입력받아 이를 이용하여 PWM 듀티를 조절하는 방식으로 전류제어부(1000-1)를 제어한다. 마이크로 컨터롤러(300)를 통해 입력되는 디지털 신호는 6bit-DAC(222)를 통해 V_REF신호로 PID 컨트롤러(223)의 하나의 입력이 된다. PID 컨트롤러(223)의 다른 입력은 전류센싱부(600)의 노드(N)에 접속되어 있다. PID 컨트롤러(223)의 세부적인 구성은 확대된 도면에 도시되어 있다.

한편, PID 컨트롤러(223)의 출력은 PWM 비교기(224)의 하나의 입력이 된다. 그리고, PWM 비교기(224)의 다른 하나의 입력은 링오실레이터(211)에 의해 생성된 클럭 신호가 레벨쉬프트(212), 디바이더(213), 램프 제너레이터(220) 등을 통과한 신호가 된다. PWM 비교기(224)를 통해서 출력되는 신호는 전류제어부(1000-1)에서 전류를 제어하는 기능을 수행하게 된다.

도 5은 도 4의 PID 컨트롤러(223)를 통해 처리된 신호(V_REF)와 램프 신호(Ramp Signal)에 의한 듀티 제어의 예를 보여준다. 즉, 이는 마이크로 컨트롤러(300)에 의해 처리되는 신호 레벨에 따라 듀티를 제어할 수 있다는 것을 보여준다. 렘프 제너레이터(220)를 통해 생성된 램프 신호와 V_REF에 따라 제어되는 PID 컨트롤러(223)를 통해 생성된 DC 전압은 PWM 비교기(224)를 통해 원하는 밝기에 적합한 펄스 신호가 생성되게 된다.

도 5를 참조하면, 내부 링오실레이터(211)를 통해 클럭 주파수를 제어 할 수 있으며, PID 컨트롤러(223)를 통해 좀더 정밀하게 듀티를 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압 레귤레이터 모듈(100)의 상세 구성도의 예들이다.

도 6은 벅타입(buck 타입)의 컨버터를 구비하는 전압 레귤레이터 모듈(100)이다. 도 6을 참조하면, 마이크로 컨트롤러(300)를 통해 전달된 Vout1 전압레벨 제어신호는 6-bit DAC(106)에 입력되어 Vcon 전압을 생성하고 이 신호는 에러앰프 및 PID 컨트롤러(114)의 하나의 입력으로 되고 에러앰프 및 PID 컨트롤러(114)의 다른 입력은 LED 어레이부(400)에 인가되는 전압에 접속된다.

또한, 에러앰프 및 PID 컨트롤러(114)의 출력은 PWM 제너레이터(116)의 하나의 입력이 되고 PWM 제너레이터(116)의 다른 하나의 입력은 링오실레이터(112)와 램프제너레이터(110)를 통해서 전달된 삼각파 신호가 할당되어 있다. 이를 통해 도 3에서와 같이 전압레귤레이터 모듈(100)의 출력 전압레벨을 조절할 수 있다. 또한, 전원전압 노이즈에도 항상 안정된 전원을 공급하기 위해서 내부 선형 레귤레이터(102)를 통해 전압레귤레이터(100) 내부 회로가 구동 되도록 한다. 또한, 다른 회로부에 전압을 공급하기 위하여 내부 선형 레귤레이터(102)를 통해 Vout2가 인가될 수 있도록 한다. 다른 회로부는 마이크로컨트롤러(300), 전압레귤레이터 모듈(100), 게이트 드라이버(200) 등을 의미한다. 또한, 과전류 방지 회로(108)와 스위치(118)를 통해 변압기(700)에서 발생하는 과전류로부터 회로를 보호한다. 한편, 전압레귤레이터(100)가 고온에서도 안정된 동작을 하기 위해 밴드갭 레퍼런 스(BandGap reference)(104)가 이용된다.

도 7a 내지도 7c는 추가로 컨버터 체인징(Boost, Sepic, Flyback) 기능이 탑재된 경우를 예시한 도면들이다. 도 7a는 벅-부스트 타입(buck-boost 타입)의 컨버터를 구비하는 전압 레귤레이터 모듈(100)이다. 도 7a를 참조하여, 설명의 편의를 위해 도 6과의 차이점을 위주로 설명하면, LED 어레이부(400)에 출력되는 단자에 L과 C가 접속된 형태가 서로 상이하다.

도 7b는 세픽 타입(sepic 타입)의 컨버터를 구비하는 전압 레귤레이터 모듈(100)이다. 도 7b를 참조하여, 설명의 편의를 위해 도 6과의 차이점을 위주로 설명하면, pull-up(PMOS), pull-down(NMOS)을 동시에 구동하지 않고, NMOS만을 구동하는 것이 서로 다르다. 또한, LED 어레이부(400)에 출력되는 단자에 L과 C가 접속된 형태가 서로 상이하다.

도 7c는 플라이백 타입(flyback 타입)의 컨버터를 구비하는 전압 레귤레이터 모듈(100)이다. 도 7c를 참조하여, 설명의 편의를 위해 도 7b와의 차이점을 위주로 설명하면, LED 어레이부(400)에 출력되는 단자에 L과 C가 접속된 형태가 서로 상이하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 게이트 드라이버(200)의 하나의 서브 게이트 드라이버(200-1)의 상세 구성도이다.

도 5는 도 4의 PID 컨트롤러(223)를 통해 처리된 신호(V_REF)와 램프 신호(Ramp Signal)에 의한 듀티 제어의 예를 보여주는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압 레귤레이터 모듈(100)의 상세 구성 일예이다.

7a 내지도 7c는 본 발명의 실시예에 따른 전압 레귤레이터 모듈(100)의 상세 구성도의 다른 예들이다.

Claims

LED 조명을 구동하기 하기 위한 구동장치에 있어서,

DC 전압을 인가 받아 LED부로 구동 전압을 전달하기 위한 전압레귤레이터 모듈; 및

LED 어레이부의 PWM을 제어하기 위한 게이트 드라이버를 구비하되,

상기 전압 레귤레이터 모듈과 상기 게이트 드라이버는 온-칩 형태로 구성되는 LED 구동장치.
LED 조명을 구동하기 하기 위한 구동장치에 있어서,

LED 구동을 위하여 펄스폭 제어신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러;

DC 전압을 인가 받아 LED부로 구동 전압을 전달하기 위한 전압레귤레이터 모듈; 및

상기 마이크로 컨트롤러로 상기 펄스폭 제어신호를 입력받아 LED의 PWM을 제어하기 위한 게이트 드라이버를 구비하되,

상기 전압 레귤레이터 모듈과 상기 게이트 드라이버는 온-칩 형태로 구성된 LED 구동장치.
LED 조명을 구동하기 하기 위한 구동장치에 있어서,

LED 구동을 위하여 구동 전압 레벨 제어신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러;

DC 전압을 인가 받아 LED부로 구동 전압을 전달하되, 상기 마이크로 컨트롤러로부터 상기 구동 전압 레벨 제어신호를 전달받아 상기 구동전압을 조절하는 전압레귤레이터 모듈; 및

LED의 PWM을 제어하기 위한 게이트 드라이버를 구비하되,

상기 전압 레귤레이터 모듈과 상기 게이트 드라이버는 온-칩 형태로 구성된 LED 구동장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전압레귤레이터 모듈에는 변압기가 추가로 접속되고,

상기 전압레귤레이터 모듈에 의해 상기 마이크로컨트롤러, 상기 게이트 드라이버에 전원을 공급하는 LED 구동장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 게이트 드라이버에는 전류제어부와 전류센싱부가 각각 접속되고, 상기 전류제어부는 PWM을 제어하고, 상기 전류센싱부는 과도 전류를 방지하는 LED 구동장치.
제2 항 또는 제3 항에 있어서,

상기 LED는 색깔별로 분리된 그룹형태로 구성되고 서로 다른 휘도를 갖고 발광하도록 구동되도록 하는 LED 구동장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 마이크로컨트롤러에 접속된 리모트 컨트롤러 또는 볼륨 컨트롤러를 더 구비하는 LED 구동장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 게이트 드라이버는 복수개의 서브 게이트 드라이버를 구비하고, 상기 LED부는 복수개의 LED 그룹을 구비하며, 각 서브 게이트 드라이버는 각 LED 그룹을 개별적으로 구동하는 LED 구동장치.
제8 항에 있어서,

상기 LED 그룹들 각각은 퓨즈, 상기 전압레귤레이터와 접속된 전류제어부 및 상기 게이트 드라이버와 접속된 전류센싱부를 구비하는 LED 구동장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 LED부는 복수개의 LED 그룹으로 분리되고, 상기 각 LED 그룹에 전달되는 구동 전압을 달리하기 위한 전압 레벨 제어부를 더 구비하는 LED 구동장치.
LED 조명을 구동하기 하기 위한 구동장치에 있어서,

LED 구동을 위하여 펄스폭 제어신호와 구동 전압 레벨 제어신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러;

DC 전압을 인가 받아 LED 어레이부로 구동 전압을 전달하되, 상기 마이크로 컨트롤러로부터 상기 구동 전압 레벨 제어신호를 전달받아 상기 구동전압을 조절하는 전압레귤레이터 모듈; 및

상기 마이크로 컨트롤러로 상기 펄스폭 제어신호를 입력받아 LED의 PWM을 제어하기 위한 게이트 드라이버를 구비하되,

상기 전압 레귤레이터 모듈과 상기 게이트 드라이버는 온-칩 형태로 구성된 LED 구동장치.