KR20100119664A - Ｐｗｍ 전류 구동을 위한 전압 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디를 구동하는 구동회로에서 전류의 효율을 증대시킬 수 있는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시예는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치에 있어서, 엘이디에 정전압을 제공하는 정전압부와, 엘이디에 정전류를 제공하는 정전류부와, 외부의 입력에 따라 PWM신호를 조절하여 정전류부에 제공하고, 정전류부의 단자전압을 PWM신호에 비하여 지연되게 전압을 측정하여 정전압부의 정전압을 제어하는 제어부를 포함한다.

엘이디, PWM, 정전압

Description

ＰＷＭ 전류 구동을 위한 전압 제어 장치{VOLTAGE CONTROL APPARATUS FOR PWM DRIVE}

본 발명은 엘이디를 구동하는 구동회로에서 전류의 효율을 증대시킬 수 있는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, LED는 직류전류를 받아 빛을 발하는 반도체 소자로 현재 적색, 녹색, 청색, 주황 등 여러 색을 발하는 소자가 개발되어 있고, 그 전력 회로에 따라 수 mwatt부터 수 watt까지 개별소자로 개발되어 있다. 이 LED를 구동하기 위해서는 소정 레벨의 직류 전압이 사용될 수 있다.

또한, 통상적으로 구동장치의 전원회로에 입력되는 전원은 교류 전압이 입력된다. 따라서, LED 램프를 구동하기 위한 직류 구동 전압을 생성하기 위해서는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 그 직류 전압을 직류 구동 전압으로 변환하여야 한다.

그리고, LED의 입력측에 정전압이 공급되고, 엘이디의 출력측에 저항이 연결 될 수 있다. 이것은, 전압을 일정전압 이하로 제어하여 LED의 전류를 제어할 수 있다. 이때, LED의 온도변화에 따른 전기적 특성 변화에 따라 LED의 전류가 변하면 LED의 발광조도가 변한다. 따라서, 저항값을 크게 하여 LED의 단자의 전압변화에 따라 그 전류값이 변하지 않도록 한다.

그러나, 저항을 사용하는 전류제어 방법은 저항에서 전력소모가 많이 발생하는 문제점이 있다.

또한, LED에 정전압원과 정전류원이 직렬로 연결된 회로보다 안정적인 전류구동회로기로 구성될 수 있다. 이때, 정전류원에 PWM신호를 보내어 전류를 정밀하게 제어할 수 있다.

그러나, 보통 정전압원의 전압설정은 풀(FULL)부하에서 정전류원에 최적인 전압값이 고정되게 설정되거나, 정전류원의 전류의 크기를 조절하기도 한다. 이러한, 정전류원 제어방법은 제어가 디지털제어방식에 비해 정밀하게 제어되지 못하는 단점이 있다.

또한, 디지털 제어인 정전류 제어 방식은 고정된 정전압원을 사용하는 경우가 많아, 기온의 강하 등으로 LED에 요구되는 전압을 상승시킬 수 없어서, 정전류의 제어가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명 의 목적은 입력전력 대비 출력전력의 비가 높아질 수 있으므로, 효율이 극대화 되는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 정전류회로의 전력소비가 적어 정전류회로의 발열이 낮아지게 되어 회로의 신뢰성이 확보될 수 있는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전류의 정밀제어가 가능하여 엘이디에 일정한 전류가 흐르게 되어 엘이디의 밝기가 일정하게 유지될 수 있는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치을 제공하고자 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치에 있어서, 엘이디에 정전압을 제공하는 정전압부와, 엘이디에 정전류를 제공하는 정전류부와, 외부의 입력에 따라 PWM신호를 조절하여 정전류부에 제공하고, 정전류부의 단자전압을 PWM신호에 비하여 지연되게 전압을 측정하여 정전압부의 정전압을 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 입력전력 대비 출력전력의 비가 높아질 수 있으므로, 효율이 극대화 되는 이점이 있다.

본 발명의 다른 목적은 정전류회로의 전력소비가 적어 정전류회로의 발열이 낮아지게 되어 회로의 신뢰성이 확보될 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전류의 정밀제어가 가능하여 엘이디에 일정한 전류가 흐르게 되어 엘이디의 밝기가 일정하게 유지될 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부한 도면에 의하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 엘이디(10)에 정전압을 제공하는 정전압부(30)와, 엘이디(10)에 정전류를 제공하는 정전류부(50)와, 외부의 입력에 따라 PWM신호를 조절하여 정전류부(50)에 제공하고, 정전류부(50)의 단자전압을 PWM신호에 비하여 지연되게 전압을 측정하여 정전압부(30)의 정전압을 제어하는 제어부(90)를 포함한다.

먼저, 엘이디(10)는 다수개가 직렬로 연결될 수 있다. 여기서, 정전압부(30) 및 정전류부(50)가 구동되어 엘이디(10)는 점등될 수 있다. 이때, PWM신호발생기(70)에서 사용자가 원하는 밝기 제어값에 해당되는 PWM신호를 제어하면 엘이디(10)는 밝기가 조절될 수 있다. 또한, PWM신호는 제어부(90)에 의해 제어될 수도 있다. 따라서, 제어부(90)는 엘이디(10)의 출력측 전압을 측정하고 이를 근거로 정전압부(30)의 전압을 제어하여 최적의 전압을 엘이디(10)에 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 정전류부(50)에 PWM신호를 보내고 그 신호를 측정하여 전류의 정밀 Digital 제어가 가능하다. 또한, 정전압부(30)의 전압이 조절될 수 있으 므로, 기온의 강하 등으로 엘이디(10)에서 요구되는 전압이 상승될 수 있다. 따라서, 전압의 상승에 따라 충분한 전류의 제어가 가능하다.

그리고, 제어부(90)는 정전압부(30)의 출력값을 제어하도록 출력값을 설정하는 구동전압조절부(91)와, 엘이디(10)의 출력측 전압을 측정하는 전압측정부(92)와, 전압측정부(92)에서 측정된 측정값과 구동전압조절부(91)의 제어하에 정전압을 출력하는 정전압부(30)의 출력값을 비교하는 비교부(93)와, 비교부(93)의 비교에 의해 출력값보다 측정값이 높으면 측정값을 기준으로 구동전압조절부(91)를 제어하고, 출력값보다 측정값이 낮으면 설정값으로 상기 구동전압조절부(91)를 제어하는 판단부(94)를 포함할 수 있다.

여기서, 본 발명이 제조될 때 성능검사 및 노화테스트(Aging Test) 하는 과정에서 엘이디(10)에 필요한 최적의 설정(전압)값(Factory Setting)을 구동전압조절부(91)에 설정하여 기록하게 된다.

이때, 설정값은 엘이디(10)의 전압강하와 전류원의 정전류가 유지되기 위한 최저전압으로 설정되는 것이 바람직하다. 보통 정전류부(50)는 약 0.7~0.8V의 단자 전압이 필요하다. 이 단자전압이 설정값으로 설정될 수 있다.

그러므로, 평상시에는 엘이디(10)의 출력측에서 측정되는 전압값과 설정값을 비교 판단하여 측정값 또는 설정값으로 구동전압조절부(91)를 제어할 수 있으므로, 엘이디(10)는 최적의 전압값으로 운용될 수 있다.

그리고, 판단부(94)는 전압측정부(92)에서 전압이 측정되지 않으면, 설정값으로 상기 구동전압조절부(91)를 제어하는 것이 바람직하다.

여기서, 엘이디(10)의 밝기를 높이기 위해서는 PWM신호의 ON 시간의 시비를 크게 조절시켜 엘이디(10)의 밝기를 높일 수 있다. 또한, PWM신호의 ON 시간의 시비를 작게 조절하면 엘이디(10)의 밝기는 어둡게(dimming) 조절될 수 있다.

이때, 엘이디(10)를 어둡게 조절할 때, PWM신호의 ON 시간이 짧아지게 된다. 여기서, ON 시간이 너무 짧으면 정전류부(50)의 단자전압을 정확하게 측정하지 못하므로, 측정된 전압을 신회할 수 없다.

그러면, ON 시간의 측정시간은 조절되지 못하므로 상대적으로 짧은 ON 시간에서는 전압이 측정되지 않는다. 그러면, 판단부(94)는 이를 판단하여 최적의 설정값으로 미리 설정된 설정(전압)값으로 구동전압조절부(91)를 제어하여 엘이디(10)를 제어할 수 있다.

또한, PWM신호의 OFF 시간이 짧고, ON 시간이 길어 측정된 정전류부(50)의 단자전압이 신뢰할 수 있을 때에는 새롭게 변경되는 측정값으로 구동전압조절부(91)를 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예는 PWM신호발생기(70)는 PWM신호의 듀티값을 256단계로 나누고, 외부의 입력에 따라 256단계 중 어느 하나의 선택된 단계에 따라 엘이디(10)의 밝기를 조절하는 밝기조절부(80)를 포함할 수 있다.

즉, 밝기조절부(80)는 듀티값을 조절하여 ON 타임 및 OFF 타임의 시비를 정밀하게 조절하는 것으로, 엘이디(10)의 밝기를 조절할 수 있다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(90)는 정전류부(50)가 안정화 되도록 측정시간을 지연시키는 ON 지연시간조절부(95)와, ON 지연시간조절부(95)의 지연되는 측정시간에 정전류부(50)의 단자전압을 측정하고, 측정된 측정값을 저장하는 샘플홀드부(96)와, 전압측정부(96)의 측정값을 디지털로 컨버팅하는 A/D컨버터(97)와, A/D컨버터(97)에서 컨버팅된 값을 근거로 상기 정전압부(30)에 정전압제어값을 제공하는 전압조절부(98)를 포함할 수 있다.

그리고, 정전류부(50)의 전류는 PWM신호에 의하여 ON-OFF가 제어되며, 이 전류는 0%~100%의 두 전류값의 2가지 레벨을 갖는다.

전류가 0%일 때는 PWM신호에서 엘이디(10)의 OFF신호에 해당하는 값이다. 이때, 정전류부(50)의 단자전압은 높은 값을 가지게 되나, 정전류부(50)의 전력손실과는 거의 무관하게 된다.

전류가 100%인 경우 즉 PWM신호에서 엘이디(10)의 ON 신호는 정전류부(50)에서 전력이 소모되는 구간이다. 즉, 정전류의 전류값과 정전류부(50)의 단자전압의 곱은 정전류부(50)의 전력손실이 되며, 이때 전력의 소모값이 크면, 전체 시스템의 전력효율에 영향을 미치게 된다.

따라서, 가급적 정전류부(50)의 정전류 구동성능을 저하시키지 않는 범위 내에서 그 전압을 최소한으로 유지하는 것이 최적의 구동방법이 될 수 있다.

본 발명에서는 정전류부(50)의 단자전압을 측정하는 회로 및 알고리즘을 개발하고 이 측정된 값을 바탕으로 정전압부(30)의 전압을 미세조절 하는 알고리즘을 기본으로 한다.

정전류부(50)의 전압은 도 5에 도시된 바와 같이 측정될 수 있다. 먼저, 사용자가 밝기조절부(80)를 이용하여 원하는 밝기를 256단계로 조절할 수 있다. 이 때, 밝기의 범위는 0~100%의 범위의 값을 256단계 즉, 0~255의 단계값으로 변화되어 조절될 수 있다.

이 256단계의 값은 PWM신호의 ON-OFF신호로 변환되어 정전류부(50)에 PWM제어신호로 인가된다. 정전류의 ON-OFF신호로 인가되는 PWM신호에 따라 정전류회로인 정전류부(50)에서 단속되는 전류는 엘이디(10)를 구동하므로, 정전류부(50)의 전류는 도 5에서와 같이 변하게 된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 단자전압의 오름과 내림의 늦음은 정전류부(50)의 주변 정전용량에 의하여 발생되며 제어신호에 비하여 그 값의 지연이 발생된다.

여기서, 정확하게 측정해야하는 정전류부(50)의 단자전압은 "B"영역이다. 정전류부(50)가 "B"영역에서 동작될 때 가장 낮은 단자전압을 가지게 되며, 이때 단자전압이 너무 낮거나 높으면 정전류동작이 불안전 하거나, 발열이 심하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 도 4 및 5에서와 같이, PWM신호의 ON시간이 시작되면 ON 지연시간조절부(95)에 의해 "A"영역이 지나가도록 ON 시간이 지연되고, ON 시간이 지연된 후에 샘플홀드부(96)가"B"영역에서 단자전압을 샘플링 한다.

이 샘플링하는 시간은 매우 짧은 시간이며, 이 시간동안 샘플링된 전압값은 샘플홀드부(96)에서 일정시간 유지되며, 유지된 전압값은 A/D컨버터(97)에서 디지털신호로 컨버팅되고, 컨버팅된 전압값은 전압조절부(98)를 통해 정전압부(30)에 제공된다. 이때, 컨버팅된 전압값은 별도의 컴퓨터에 기록될 수 있다.

이 컨버팅된 전압값은 정전류부(50)의 단자전압이므로 이 값이 적정한 값이 되도록 전압조절부(98)는 정전압부(30)의 전압을 미세조절 하게 된다. 즉, 정전압부(30) 전압원의 전압을 증가하면 정전류부(50)의 단자전압은 상승하게 된다.

이상, 본 발명에 의한 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치 및 그 제조장치에 대해 설명하였다. 상기 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치를 보인 회로도.

도 2는 도 1의 요부를 보인 블록도.

도 3은 본 발명의 정전류부의 PWM 제어신호를 보인 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치를 보인 회로도.

도 5는 본 발명의 PWM신호와 정전류부의 단자전압 측정영역을 상세히 보인 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엘이디 30 : 정전압부

50 : 정전류부 70 : PWM신호발생기

90 : 제어부

Claims (4)

1. PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치에 있어서,

   엘이디(10)에 정전압을 제공하는 정전압부(30);

   상기 엘이디(10)에 정전류를 제공하는 정전류부(50);

   외부의 입력에 따라 PWM신호를 조절하여 정전류부(50)에 제공하고, 상기 정전류부(50)의 단자전압을 PWM신호에 비하여 지연되게 전압을 측정하여 상기 정전압부(30)의 정전압을 제어하는 제어부(90)를 포함하며,

   상기 제어부(90)는

   상기 정전압부(30)의 출력값을 제어하도록 출력값을 설정하는 구동전압조절부(91);

   상기 엘이디(10)의 출력측 전압을 측정하는 전압측정부(92);

   상기 전압측정부(92)에서 측정된 측정값과 상기 구동전압조절부(91)의 제어하에 정전압을 출력하는 정전압부(30)의 출력값을 비교하는 비교부(93);

   상기 비교부(93)의 비교에 의해 출력값보다 측정값이 높으면 측정값을 기준으로 상기 구동전압조절부(91)를 제어하고, 출력값보다 측정값이 낮으면 설정값으로 상기 구동전압조절부(91)를 제어하는 판단부(94)를 포함하는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 판단부(94)는

   상기 전압측정부(92)에서 정전류회로의 단자전압이 PWM신호의 ON 시간이 적어 측정되지 않으면, 설정값으로 상기 구동전압조절부(91)를 제어하는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치.
3. PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치에 있어서,

   엘이디(10)에 정전압을 제공하는 정전압부(30);

   상기 엘이디(10)에 정전류를 제공하는 정전류부(50);

   상기 정전류부(50)에 PWM신호를 제공하는 PWM신호발생기(70);

   상기 정전류부(50)의 단자전압을 PWM신호에 비하여 지연되게 전압을 측정하여 상기 정전압부(30)의 정전압을 제어하는 제어부(90)를 포함하며,

   상기 제어부(90)는

   상기 정전류부(50)가 안정화 되도록 측정시간을 지연시키는 ON 지연시간조절부(95);

   상기 ON 지연시간조절부(95)의 지연되는 측정시간에 상기 정전류부(50)의 단자전압을 측정하고, 측정된 측정값을 저장하는 샘플홀드부(96);

   상기 전압측정부(96)의 측정값을 디지털로 컨버팅하는 A/D컨버터(97);

   상기 A/D컨버터(97)에서 컨버팅된 값을 근거로 상기 정전압부(30)에 정전압 제어값을 제공하는 전압조절부(98)를 포함하는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 PWM신호발생기(70)는

   PWM신호의 듀티값을 256단계로 나누고, 외부의 입력에 따라 256단계 중 어느 하나의 선택된 단계에 따라 상기 엘이디(10)의 밝기를 조절하는 밝기조절부(80)를 포함하는 PWM 전류 구동을 위한 전압 제어 장치.

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