KR20100000362U

KR20100000362U - 엘이디 조명장치용 디밍회로

Info

Publication number: KR20100000362U
Application number: KR2020090016728U
Authority: KR
Inventors: 유항재
Original assignee: 유항재
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2010-01-12

Abstract

본 고안은 LED TV나 모니터, LED 조명기구에 사용되는 LED 조명장치에서, 밝기를 조절하는 디밍회로에 관한 것이다.

본 고안은, 엘이디 조명장치용 디밍회로에 있어서,

정전류를 발생시키는 정전류회로(301)와, 상기 정전류회로(301)의 출력 측에 연결되는 저항(Rs)과, 각각이 상기 정전류회로(301)와 저항(Rs)과 직렬로 연결되는 다수 개의 엘이디 블록(303-1, 303-2,...., 303-n)과, 상기 엘이디 블록 이하의 개수를 가지고 있고 각각이 대응하는 상기 엘이디 블록(303-1, 303-2,...., 303-n)과 병렬로 연결되는 디밍회로 블록(302-1, 302-2, ...., 302-n)을 포함하고;

상기 엘이디 블록(303-1, 303-2,...., 303-n) 각각은 적어도 하나의 엘이디가 직렬로 연결되어 있으며;

상기 디밍회로 블록(302-1, 302-2, ...., 302-n)은 디밍 제어 신호에 따라 온/오프되는 스위칭 회로(Q1, Q2,....Qn)와, 이 스위칭 회로(Q1, Q2,....Qn)에 직렬로 연결되는 제너다이오드(Dz-1, Dz-2,...., Dz-n)를 포함하고 있어서, 상기 디밍회로 블록(302-1, 302-2, ...., 302-n) 각각은 상기 디밍 제어 신호에 따라 대응하는 상기 엘이디 블록(303-1, 303-2,...., 303-n)에 흐르는 전류를 바이패스시키는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 고안을 이용하면, 정전류 구동방식을 사용하는 LED 조명장치에서 고주파가 발생하지 않으면서 미세한 깜박임도 없으며 디밍장치로 인한 전력 소비도 적은 LED 조명장치용 디밍장치를 제공하는 것이 가능해진다.

엘이디, 정전류회로, 디밍, 제너다이오드, 항복전압

Description

엘이디 조명장치용 디밍회로{Dimming Circuit for LED Lighting Apparatus}

최근 평판 디스플레이 장치에 대한 수요가 폭발적으로 증가함에 따라서, LCD 평판 디스플레이 장치가 각광을 받고 있는 실정이다.

그런데, 이러한 LCD 디스플레이 장치에서는 백라이트 유닛으로서 냉음극 형광램프(Cold Cathod Fluorescent Lamp : CCFL)이나 외부 전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL) 등의 다양한 형광램프를 사용해 왔으나, 이러한 형광램프가 부피가 크고 소비전력도 크며 색재현성도 떨어져서, 최근에는 부피도 적고 소비전력도 낮으며 색재현성도 높은 LED를 사용한 LED 백라이드 유닛이 많이 사용되고 있다.

또한, 조명기구 분야에 있어서도, 과거에는 삼파장 램프 등의 형광램프를 많이 사용하였지만, 형광램프의 상기와 같은 문제점 때문에 최근에는 LED를 사용한 조명기구가 많이 개발되고 시판되고 있는 실정이다.

그리고, 이러한 LED 백라이트 유닛이나 LED 조명기구(이하에서는 LED 조명장 치라고 총칭함)에서는 이러한 다수의 LED를 구동시키기 위한 LED 구동방식으로서 정전압 구동방식과 정전류 구동방식을 사용하고 있는데, 정전압 구동방식은 회로의 구성이 간단하지만 LED의 온도가 올라가면 LED의 포위드 전압이 증가하여 발광시간이 증가하면 휘도의 변화가 심해지는 문제점이 있고, 정전류 구동방식은 회로는 좀 더 복잡하지만 온도가 변화하더라도 구동전류가 일정하도록 제어되므로 발광량이 일정하게 유지되어 휘도 변화를 크기 줄일수 있다는 장점이 있어서, 최근에는 정전류 구동방식이 널리 사용되고 있는 실정이다.

한편, 이러한 LED 조명장치에서는 사용자의 설정에 의해서 또는 주변 환경에 따르는 자동 조정에 의해서, LED의 조명장치의 휘도를 조절하는 디밍장치가 필요한데, 종래기술의 정전류 구동방식에서는 도1과 같은 PWM 방식의 디밍장치를 많이 사용한다.

그래서, LED 어레이(210)(LED 디스플레이 장치에서는 각 열에 각각 적색, 녹색, 청색 LED들을 배치하여 삼원색을 구성하고, LED 조명기구에서는 하나의 백색 LED 열만 사용하거나 백색 LED열과 특수 파장 LED열들을 조합한다)에 흐르는 전류(If)가 PWM제어부(230)가 동작하지 않는 상태에서 어떤 원인에 의해 증가하면 저항(Rs)의 전압이 증가해서 기준전압(Vref)과의 차이가 적어져서 트랜지스터(Q)의 베이스에 인가되는 전압이 감소하여 전류(If)가 감소하고, 전류(If)가 어떤 원인에 의해 감소하면 반대로 트랜지스터(Q)의 베이스에 인가되는 전압이 증가하여 전류(If)가 증가하는 방식으로 정전류 동작을 수행한다.

그리고, PWM제어부(230)가 동작하는 상태에서는, 이 PWM제어부(230)에서는 원하는 디밍 정도에 따라 펄스의 듀티비를 조정(휘도를 높게 하려면 듀티비가 크고 휘도를 낮게 하려면 듀티비를 작게 한다)하여, 펄스의 하이레벨에서는 트랜지스터(Q)에 인가되는 전압이 최고로 되어서 트랜지스터(Q)가 턴온되어 결과적으로 정전류(If)가 흐르고, 로우레벨에서는 트랜지스터(Q)가 턴오프되어서 결과적으로 전류(If)가 흐르지 않게 되어, 결국 이러한 트랜지스터(Q)의 턴온과 턴오프의 시간 비율(듀티비)에 의해 휘도가 조절되게 한다.

그런데, 이러한 정전류 구동방식의 PWM 디밍 장치에서는 펄스의 듀티비를 조절하는 방식이므로, 펄스인가에 따른 고주파 발생으로 인하여 인체에 해롭고, 펄스의 주파수가 낮은 경우에는 미세한 깜박임이 발생하여 시력에 악영향을 미친다.

본 고안은 이상과 같은 종래의 PWM 방식 디밍장치의 문제점을 감안하여, 정전류 구동방식을 사용하는 LED 조명장치에서 고주파가 발생하지 않으면서 미세한 깜박임도 없는 디밍회로를 제공하고, 이 디밍회로에서는 소비전력도 적어서 발열이 적게 한다.

이상과 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 고안은, 엘이디 조명장치용 디밍회로에 있어서,

상기 디밍회로 블록(302-1, 302-2, ...., 302-n)은 디밍 제어 신호에 따라 온/오프되는 스위칭 회로(Q1, Q2,....Qn)와, 이 스위칭 회로(Q1, Q2,....Qn)에 직렬로 연결되는 제너다이오드(Dz-1, Dz-2,...., Dz-n)를 포함하고 있어서, 상기 디밍회로 블록(302-1, 302-2, ...., 302-n) 각각은 상기 디밍 제어 신호에 따라 대응 하는 상기 엘이디 블록(303-1, 303-2,...., 303-n)에 흐르는 전류를 바이패스시키는 것을 특징으로 한다.

이제, 도면을 참고로 하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도2는 일반적인 정전류 방식의 LED 구동장치에서 직렬로 연결된 전체 LED어레이(303)를 각각이 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED블록들(303-1, 303-2, ...., 303-n)로 분할하고, 각 LED블록(303-1, 303-2, ...., 303-n)에 대해 각각의 디밍회로(302-1, 302-2 ..... 302-n)를 설치한다.

그래서, 정전류회로(301)에서 출력되는 전류(It)는 LED블록(303-1, 303-2, ...., 303-n)에 입력되는 전류(Ia-1, Ia-2,.....Ia-n) 또는 바이패스되는 전류(Ib-1, Ib-2,....Ib-n)가 되는데, 이 바이패스되는 전류(Ib-1, Ib-2,....Ib-n)는 디밍 제어 전압(Vd-1, Vd-2,....Vd-n)의 온/오프 전압에 의해 결정되는 트랜지스터(Q1, Q2,....Qn)의 온/오프에 따라서 LED블록(303-1, 303-2, ...., 303-n) 각각에 흐르는 각각의 전류(Ia-1, Ia-2,.....Ia-n)가 바이패스되어 형성된다.

결국, LED 어레이(303)에서 최대 휘도를 나타나게 하기 위해서는, 디밍 제어 전압(Vd-1, Vd-2,....Vd-n) 모두를 로우 레벨(오프 전압)로 하여 트랜지스터(Q1, Q2,....Qn) 모두를 오프시켜서 전류(It) 전체가 LED블럭(303-1, 303-2, ...., 303-n) 모두로 흐르게 하면 된다.

또한, LED 어레이(303)에서 중간 휘도를 나타나게 하기 위해서는, 디밍 제어 전압(Vd-1, Vd-2,....Vd-n) 중에서 반 정도를 하이 레벨(온 전압)로 하여, 하이레벨 전압이 인가된 트랜지스터(Q)만이 도통되어, 도통된 트랜지스터(Q)에 해당하는 LED블록만이 인가전류가 바이패스되어 이 LED블럭들이 오프되어, 결국 LED블록(303-1, 303-2, ...., 303-n)들 중에서 반 정도만 켜지게 되어 중간 정도의 휘도를 달성하게 된다.

따라서, 디밍 제어 전압(Vd-1, Vd-2,....Vd-n) 단자들 중에서 얼마만큼 많은 단자에 온 전압이 인가되느냐에 따라서 디밍 정도가 비례하게 된다.

이때, 제너다이오드(Dz-1, Dz-2,...., Dz-n)를 사용하는 이유는, 이 위치에 저항을 사용하는 경우에 트랜지스터(Q1, Q2,....Qn) 각각이 턴온되는 동안에 흐르는 각각의 바이패스 전류(Ib-1, Ib-2,....Ib-n)에 의해, 이 저항에서 큰 전력소비가 발생하여, 디밍회로(302-1, 302-2 ..... 302-n)에서 발열이 되는 것을 방지하기 위함이다.

즉, 제너다이오드(Dz)는 능동소자이기 때문에 트랜지스터(Q)가 턴온되어 제너다이오드(Dz)에 전류(Ib)가 흘러도 수동소자인 저항에 비하여 소비전력이 적으므로, 동작되는 디밍회로(302)에서의 소비전력이 최소화되어 디밍회로(302)에 의해 낭비되는 전력이 최소화되어, 대부분의 소비전력은 LED 어레이(303)에서 소비하게 된다.

결국, 디밍 정도가 클수록(낮은 휘도 상태일수록) 많은 디밍회로(302-1, 302-2 ..... 302-n)가 동작하여, 각각의 디밍회로에 설치된 저항들에서의 전력 소비로 인한 발열로 인하여, 어두운 조명 상태에서 불필요한 전력 소비가 발생하며 발열도 크게 되는 문제점을 해결하기 위하여, 본 고안에서 제너다이오드(Dz)가 설치된다.

이제, 제너다이오드(Dz-1, Dz-2,...., Dz-n) 각각의 항복전압(Vz1, Vz2,...., Vzn)을 어떻게 정하는지 설명하기로 한다.

k번째 블록에 있는 제너다이오드(Dz-k)의 항복전압(Vzk)과 트랜지스터(Qk) 도통시의 콜렉터-에이터 간의 전압(Vqk)의 합이, k번째 블록에 있는 LED블록(303-k)에 있는 전체 LED(p개)의 온시의 전압의 합(Vk1+Vk2+.....Vkp) 보다는 작아야, LED 블록(303-k)이 아니라 디밍회로(302-k)로 전류가 흘러서, LED블럭(303-k)의 엘이디들이 오프(소등)가 되어 디밍 동작이 이루어진다. 즉, 디밍이 되기 위해서는 (Vqk+Vzk) < (Vk1+Vk2+.....Vkp)이 되어야 한다.

바람직하게는, (Vqk+Vzk) 가 (Vk1+Vk2+.....Vkp) 보다 약간 작게 하여, 디밍회로(302)가 하나씩 동작할 때마다, 정전류회로(301) 및 저항(Rs)에 추가적으로 가해지는 전압이 약간씩만 증가하게 하여, 저항(Rs)에서의 추가적인 소비전력을 최소화하고, 정전류회로(301) 양단 전압이 동작 허용 범위 내에 존재하게 하는 것이 바 람직하다.

예를 들어, 각각의 LED블록이 10개씩의 LED를 가지고 있고, 블록 수가 5개이며, 각 LED에서의 전압강하가 3볼트이며, 트랜지스터(Q)의 도통시의 콜렉터-에미터 전압이 0.1볼트라면, 5단계의 디밍이 가능해지고, 각 블록의 전압강하값은 3볼트 X 10개 = 30볼트이므로 각 제너다이오드(Dz)의 항복전압(Vz)이 30 - 0.1=29.9볼트보다 약간 작은 것을 선택하는 것이 바람직하다.

이상에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 고안은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 고안의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다는 것을 유의해야 한다.

예를 들어, 이상에서는 디밍회로(302)의 수와 LED 블럭(303)의 수가 동일한 것으로 기재하였으나, 일부의 LED 블록(303)에만 디밍회로(302)를 설치하는 것도 가능하다.

도1은 종래기술에 따른 LED 조명장치용 PWM방식의 디밍회로.

도2는 본 고안에 따른 LED 조명장치용 디밍회로.

Claims

엘이디 조명장치용 디밍회로에 있어서,

정전류를 발생시키는 정전류회로(301)와, 상기 정전류회로(301)의 출력 측에 연결되는 저항(Rs)과, 각각이 상기 정전류회로(301)와 저항(Rs)과 직렬로 연결되는 다수 개의 엘이디 블록(303-1, 303-2,...., 303-n)과, 상기 엘이디 블록 이하의 개수를 가지고 있고 각각이 대응하는 상기 엘이디 블록(303-1, 303-2,...., 303-n)과 병렬로 연결되는 디밍회로 블록(302-1, 302-2, ...., 302-n)을 포함하고;

상기 엘이디 블록(303-1, 303-2,...., 303-n) 각각은 적어도 하나의 엘이디가 직렬로 연결되어 있으며;

상기 디밍회로 블록(302-1, 302-2, ...., 302-n)은 디밍 제어 신호에 따라 온/오프되는 스위칭 회로(Q1, Q2,....Qn)와, 이 스위칭 회로(Q1, Q2,....Qn)에 직렬로 연결되는 제너다이오드(Dz-1, Dz-2,...., Dz-n)를 포함하고 있어서, 상기 디밍회로 블록(302-1, 302-2, ...., 302-n) 각각은 상기 디밍 제어 신호에 따라 대응하는 상기 엘이디 블록(303-1, 303-2,...., 303-n)에 흐르는 전류를 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 디밍회로.
제1항에 있어서,

상기 스위칭 회로(Q1, Q2,....Qn)는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 디밍회로.
제1항에 있어서,

상기 엘이디 블록(303-1, 303-2,...., 303-n) 개수와 상기 디밍회로 블록(302-1, 302-2, ...., 302-n) 개수가 동일한 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 디밍회로.
제1항에 있어서,

상기 디밍회로 블록(302-1, 302-2, ...., 302-n) 각각은, 제너다이오드(Dz)의 항복전압(Vz)과 스위칭회로(Q)의 전압강하의 합이, 대응하는 엘이디 블록(303)내에 있는 모든 엘이디의 온시의 전압강하 값의 합 보다 작도록, 상기 제너다이오드(Dz)의 항복전압(Vz)이 정해지는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 디밍회로.
제1항에 있어서,

상기 엘이디 조명장치가 엘이디 백라이트 유닛인 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 디밍회로.
제1항에 있어서,

상기 엘이디 조명장치가 엘이디 조명기구인 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치용 디밍회로.