KR20110007706A - 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디 전원의 구동 장치 - Google Patents

스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디 전원의 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디 전원의 구동 장치는, 교류 전압 또는 교류 전류를 발생 시키는 교류 전원부(310); 상기 교류 전류를 인가 받아 일정한 크기의 직류 전류로 정류하는 정전류 장치(320); 및 N+1(N은 자연수) 개의 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN )를 포함하는 엘이디(LED) 전원부(330)를 구비하되, 상기 정전류 장치(320)는 상기 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN ) 각각에 대응한 N+1(N은 자연수) 개의 정전류원(A0, A1, ..... AN-1, AN ), 상기 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN )와 상기 정전류원(A0, A1, ..... AN-1, AN )의 스위칭을 하는 복수의 스위치로 구성된 스위치 그룹 및 상기 스위치를 컨트롤하는 스위치 컨트롤러(325)를 포함하는 장치를 제공 한다.
본 발명의 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디 전원의 구동 장치는 복수 개 연결된 발광다이오드가 턴 오프(turn off) 되는 시간 간격(toff)을 현저하게 감소시키고, 상대적으로 턴 온(turn on) 되는 시간 간격(ton)을 늘림으로 엘이디 전원이 장시간 어두워 지지 않고 곧바로 일정한 크기의 밝은 빛을 내는 장점이 있다.
엘이디, 조명, 스위치 컨트롤러, 정 전류 장치

Description

스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디 전원의 구동 장치{LED POWER DRIVING APPARATUS USING SWITCH CONTROLLER}
본 발명은 엘이디 전원의 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전류 장치 내에 스위치 컨트롤러를 구비하여 발광다이오드의 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합 연결을 구현하여 다양한 범위의 턴온 전압을 구현하는 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디 전원의 구동 장치에 관한 것이다.
근래에 형광등 대체의 조명기구로서 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 "엘이디(LED)" 라 칭함)를 사용하는 것이 개발 되었다.
엘이디(LED)는 전기운반체가 전자와 상대되는 개념의 정공인 피(P)형 반도체와 운반체가 전자인 엔(N)형 반도체를 접합한 접합면에 소수 캐리어를 주입하여 전자가 보다 높은 에너지 준위로 여기 되도록 한 후 다시 안정된 상태로 상기 주입된 전자와 정공이 재결합되게 하면 여기 된 에너지가 빛의 파장대를 가진 전자파로 방사되어 가시 영역권 또는 근적외선 영역권의 빛으로 방출되도록 한 발광소자 이다.
최근 엘이디(LED)는 비약적인 반도체 기술의 발전에 힘입어 저휘도의 범용제품에서 탈피하여, 고휘도, 고품질의 제품으로 생산이 가능해졌다. 또한, 고특성의 청색(blue)과 백색(white) 다이오드의 구현이 현실화됨에 따라서, 엘이디(LED)는 그 응용가치가 확대되고 있는 실정이다.
도 1은 종래의 엘이디 전원의 구동 장치를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 엘이디 전원의 구동 장치(100)는 교류 전압 또는 교류 전류를 발생시키는 교류 전원부(110), 복수의 발광다이오드를 구비한 엘이디(LED) 전원부(130), 교류 전류를 일정한 크기의 직류 전류로 정류하는 정전류 장치(140)를 구비한다.
하지만, 종래의 정전류 장치(140)는 내부에 스위치 컨트롤러가 없어서 엘이디 전원부(130)에 구비된 복수의 발광다이오드에 대해 이미 결정된 직렬 연결(도 2a 참조) 또는 이미 결정된 직병렬 연결 방식(도 2b 참조) 만 사용 가능하였다.
이로 인해, 종래의 엘이디 전원의 구동 장치(100)는 다양한 범위의 턴 온(turn on) 전압을 갖는 발광 다이오드 연결 방식을 구현 하는 데 제한이 있었고, 결국 발광다이오드를 턴 온(turn on) 시키는 시간 간격(ton)이 짧았다. 즉 상대적으로 발광다이오드를 턴 오프(turn off) 시키는 시간 간격(toff)이 길어서 일정 시간 간격(toff) 동안 엘이디 전원의 조명이 어두워지는 문제점이 있었다.(도3 참조)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 정전류 장치 내에 스위치 컨트롤러를 구비하여 발광다이오드의 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합 연결을 구현하여 다양한 범위의 턴온 전압을 구현하는 엘이디 전원의 구동 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디 전원의 구동 장치는, 교류 전압 또는 교류 전류를 발생 시키는 교류 전원부(310); 상기 교류 전류를 인가 받아 일정한 크기의 직류 전류로 정류하는 정전류 장치(320); 및 N+1(N은 자연수) 개의 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN )를 포함하는 엘이디(LED) 전원부(330)를 구비하되, 상기 정전류 장치(320)는 상기 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN ) 각각에 대응한 N+1(N은 자연수) 개의 정전류원(A0, A1, ..... AN-1, AN ), 상기 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN )와 상기 정전류원(A0, A1, ..... AN-1, AN )의 스위칭을 하는 복수의 스위치로 구성된 스위치 그룹 및 상기 스위치를 컨트롤하는 스위치 컨트롤러(325)를 포함하는 장치를 제공 한다.
본 발명은 복수 개 연결된 발광다이오드가 턴 오프(turn off) 되는 시간 간격(toff)을 현저하게 감소시키고, 상대적으로 턴 온(turn on) 되는 시간 간격(ton)을 늘림으로 엘이디 전원이 장시간 어두워 지지 않고 곧바로 일정한 크기의 밝은 빛을 내는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치 를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치(300)은 교류 발생부(313) 및 정류기(315)를 포함하는 교류 전원부(310), 정전류 장치(320), 엘이디(LED) 전원부(330)을 구비한다.
교류 발생부(313)는 외부에서 공급되는 전력으로 220V 전압, 60Hz 주파수를 갖는 전원 공급단으로 정현파(sine wave)를 발생시키며, 정류기(315)는 브릿지 회로 등을 이용하여 상기 정현파를 양극의 반파(half wave)로 정류한 교류 전압 또는 교류 전류를 정전류 장치(320)로 입력하는 역할을 한다.
정전류 장치(320)는 정류기(315)를 통해 입력된 반파 교류 전압 또는 반파 교류 전류를 일정한 크기의 직류 전류(Id)로 정류 하여 이를 엘이디(LED) 전원부(330)로 입력 한다.
엘이디(LED) 전원부(330)는 복수의 발광다이오드를 구비하여, 정전류 장치(320)에 구비된 스위치 컨트롤러(315)에 의해 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용할 수 있다. 상기 발광 다이오드는 적색(R), 녹색(G), 파란색(B) 중 어느 하나 이상의 파장의 빛을 방출하도록 하여 사용 환경에 적합한 다채색 조명을 구현할 수 있음은 당연하다.
도 5는 본 발명의 정전류 장치를 구성하는 스위치 및 스위치 컨트롤러를 상세히 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 정전류 장치(320)는 교류전원부(310)와 N+1(N은 자연수, 이하 같다) 개의 발광다이오드 (D0, D1 .... DN-1, DN ) 간의 각각을 스위칭 하는 N+1 개의 제1 스위치 그룹 (psw0, psw1...pswN-1, pswN ), N+1 개의 발광다이오드 (D1, D2 .... DN-1, DN )와 이들 각각에 대응한 정전류원 (A0, A1, ..... AN-1, AN ) 간 스위칭 하는 N+1 개의 제2 스위치 그룹(nsw0, nsw1...nswN-1, nswN ) 및 N+1 개의 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN)의 이웃 간 스위칭 하는 제3 스위치 그룹(tsw0, tsw1...tswN-1)을 구비한다.
또한 정전류 장치(320)는 N+1 개의 제1 스위치 그룹(psw0, psw1...pswN-1, pswN ), N+1 개의 제2 스위치 그룹(nsw0, nsw1...nswN-1, nswN ) 및 N 개의 제3 스위치 그룹(tsw0, tsw1...tswN-1) 각각을 컨트롤하는 스위치 컨트롤러(325)를 구비한다.
이하 상기 제1 스위치 그룹(psw0, psw1...pswN-1, pswN ), 제2 스위치 그룹(nsw0, nsw1...nswN-1, nswN ) 및 제3 스위치 그룹(tsw0, tsw1...tswN-1)의 스위칭 동작에 의해 N+1 개의 발광 다이오드를 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합으로 연결하는 방식을 설명한다.
첫 번째로 N+1 개의 발광다이오드 (D0, D1 .... DN-1, DN ) 전부를 직렬 연결할 경우, psw0는 턴 온(turn on), nsw0는 턴 오프(turn off), tsw0는 턴 온(turn on), psw1는 턴 오프(turn off)..... nswN - 1는 턴 오프(turn off), tswN -1 는 턴 온(turn on), pswN 는 턴 오프(turn off), nswN 는 턴 온(turn on)하면 된다.
이 경우 만일 1개의 발광 다이오드를 턴 온(turn on)시키기 위해 요구 되는 문턱(threshold) 전압을 Vth 라 하고, 복수개의 발광 다이오드가 동일한 Vth를 갖는 다고 할 경우, N+1 개의 직렬 연결된 발광 다이오드 전체를 턴 온(turn on) 시키기 위해 걸리는 전체 턴 온 전압(VT) 값은 (N+1)× Vth 가 된다.
두 번째로 N+1(자연수) 개의 발광다이오드 (D0, D1 .... DN -1, DN ) 전부를 병렬 연결할 경우, psw0는 턴 온(turn on), nsw0는 턴 온(turn on), tsw0는 턴 오프(turn off), psw1는 턴 온(turn on), ..... nswN-1는 턴 온(turn on), tswN-1 는 턴 오프(turn off), pswN 는 턴 온(turn on), nswN 는 턴 온(turn on)하면 된다.
이 경우 만일 1개의 발광 다이오드를 턴 온(turn on)시키기 위해 요구 되는 문턱(threshold) 전압을 Vth 라고 하고, 복수개의 발광 다이오드가 동일한 Vth를 갖는 다고 할 경우, 이 경우 N+1 개의 병렬 연결된 발광 다이오드 전체를 턴 온(turn on) 시키기 위해 걸리는 전체 턴 온 전압(VT) 값은 Vth가 된다.
상기 첫 번째 및 두 번째 연결 방식을 응용하면 직렬, 병렬, 직병렬 혼합 연결방식을 자유로이 구현할 수 있고, 사용자는 최소 문턱 전압값(Vth) 이상 최대 문턱 전압값 ((N+1)× Vth) 이하의 전압 범위 내에서 발광다이오드를 연결한 방식의 개수에 대응하는 턴 온 전압(turn on voltage)을 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 스위치 컨트롤러를 구성하는 회로를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 스위치 컨트롤러(325)는 전압비교부(520), 디멀티플렉서(540)을 구비한다.
전압비교부(520)는 교류전원부(310)에서 발생된 시간에 따라 변동하며 정류된 반파로 입력되는 변동전압과 N+1(자연수) 개의 발광다이오드 (D0, D1 .... DN-1, DN ) 각각의 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 연결에 의해 구현 가능한 턴온 전압(V Vth0, Vth1,... VthN-1,VthN)을 비교한 후 비교 데이터(Vd0, Vd1, .... VdN-1, VdN(533))를 디멀티플렉서(540)로 전송한다. 여기서 상기 비교 데이터 (Vd0, Vd1, .... VdN-1, VdN)의 값은 변동 전압에 따라 0V 또는 5V의 데이터 값으로 출력된다.
디멀티플렉서(540)는 전압비교부(520)에서 전송된 비교 데이터(Vd0, Vd1, .... VdN-1, VdN (533)을 입력 신호로 하여 복수의 출력 회선에 해당하는 제1 다이오드(D0)를 스위칭 하는 제1 다이오드 스위치(psw0, nsw0, tsw0, 551)... 제N-1 다이오드(DN-1)를 스위칭 하는 제N 다이오드 스위치(pswn-1, nswn-1, tswn-1, 553) 및 제N 다이오드(DN)를 스위칭 하는 제 N+1 다이오드 스위치(pswn, nswn, 555)를 개별적으로 선택하여 스위치를 컨트롤 한다.
이로써, 사용자는 디멀티플렉서(540)의 스위치 컨트롤을 이용하여 N+1 개의 발광다이오드 (D0, D1 .... DN-1, DN ) 각각에 대해 상기 도5에서 이미 설명한 방식에 의해 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 연결을 구현할 수 있다.
만일 상기 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 연결을 통해 구현된 발광다이오드 각각을 턴 온 시키는 턴 온 전압이 Vth0, Vth1, .... VthN-1, VthN 인 경우라면, 사용자는 최소 문턱값(Vth) 이상 최대 문턱값 ((N+1)× Vth)의 범위 내에서 턴 온 전압이 Vth0 < Vth1 < , .... < VthN-1 < VthN 처럼 계층적인 크기의 값(도8 참조)을 갖도록 실시할 수 있다.
도 7은 본 발명의 교류전원부에서 출력하는 반파 정류된 정현파를 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치의 시간에 따른 엘이디가 턴 온 되는 전압을 계층적으로 표시한 것이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치는 턴온 전압이 Vth0 < Vth1 < , .... < VthN-1 < VthN 처럼 계층적인 크기를 갖게 하여 턴 오프(turn off) 되는 시간 간격(toff)을 종전의 기술에 비해 현저하게 감소시키는 것을 확인 할 수 있다. 즉 턴 온(turn on) 되는 시간 간격(ton)을 늘림으로 엘이디 전원의 조명 밝기가 장시간 어두워 지지 않고 곧바로 일정한 크기의 밝은 빛을 내도록 하게 할 수 있는 것이다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 종래의 엘이디 전원의 구동 장치를 도시한 것이다.
도 2a는 종래의 엘이디 전원부의 직렬 연결된 발광다이오드를 도시한 것이다.
도 2b는 종래의 엘이디 전원부의 직렬, 병렬 혼합 연결된 발광다이오드를 도시한 것이다.
도 3은 종래의 엘이디 전원의 구동 장치에서 시간에 따른 엘이디가 턴 온 되는 전압을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 정전류 장치를 구성하는 스위치 및 스위치 컨트롤러를 상세히 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 스위치 컨트롤러를 구성하는 회로를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 교류전원부에서 출력하는 반파 정류된 정현파를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치의 시간에 따른 엘이디가 턴 온 되는 전압을 계층적으로 표시한 것이다.

Claims (10)

  1. 엘이디(LED) 전원의 구동 장치에 있어서,
    교류 전압 또는 교류 전류를 발생 시키는 교류 전원부;
    상기 교류 전류를 인가 받아 일정한 크기의 직류 전류로 정류하는 정전류 장치; 및
    N+1(N은 자연수) 개의 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN )를 포함하는 엘이디(LED) 전원부를 구비하되,
    상기 정전류 장치는 상기 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN ) 각각에 대응한 N+1(N은 자연수) 개의 정전류원(A0, A1, ..... AN-1, AN ), 상기 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN )와 상기 정전류원(A0, A1, ..... AN-1, AN )의 스위칭을 하는 복수의 스위치로 구성된 스위치 그룹 및 상기 스위치를 컨트롤하는 스위치 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 컨트롤러를 구비한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스위치 그룹은,
    상기 교류 전원부와 상기 발광다이오드 (D0, D1 .... DN-1, DN) 간 스위칭 하는 제1 스위치 그룹(psw0, psw1...pswN-1, pswN ), 상기 발광다이오드 (D1, D2 .... DN-1, DN )와 상기 정전류원(A0, A1, ..... AN-1, AN ) 간 스위칭 하는 제2 스위치 그룹 (nsw0, nsw1...nswN-1, nswN ) 및 상기 발광다이오드(D0, D1 .... DN-1, DN) 의 이웃 간 스위칭 하는 제3 스위치 그룹(tsw0, tsw1...tswN-1)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 컨트롤러를 구비한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 스위치 컨트롤러는,
    전압 비교부 및 디멀티플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 컨트롤러를 구비한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전압 비교부는,
    상기 교류전원부에서 출력된 변동 전압과 상기 발광다이오드 (D0, D1 .... DN-1, DN ) 각각의 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 연결에 의해 구현 가능한 턴 온 전압(Vth0,Vth1,...., VthN-1,VthN) 을 비교 한 후 상기 디멀티플렉서에게 비교 데이터(Vd0,Vd1,...,VdN-1,VdN)를 전송하는 것을 특징으로 하는 스위치 컨트롤러를 구비한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 비교 데이터(Vd0, Vd1, .... VdN-1, VdN)는,
    상기 변동 전압에 의존하여 0V 또는 5V 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 스위치 컨트롤러를 구비한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 디멀티플렉서는,
    상기 전압 비교부에서 전송된 비교 데이터(Vd0, Vd1, .... VdN-1, VdN)를 입력 신호로 받아 상기 스위치를 선택하는 것을 특징으로 하는 스위치 컨트롤러를 구비한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 디멀티플렉서의 스위치 선택에 의해 상기 발광다이오드의 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합 연결을 구현하는 것을 특징으로 하는 스위치 컨트롤러를 구비한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 비교 데이터(Vd0, Vd1, .... VdN-1, VdN) 각각은,
    1개의 발광 다이오드를 턴 온(turn on)시키기 위해 요구 되는 문턱 전압을 Vth 라 정의할 경우, Vth 이상 (N+1) × Vth 이하의 범위 내에서 복수 개의 값에 해당되는 데이터를 갖는 것을 특징으로 하는 스위치 컨트롤러를 구비한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 교류 전원부는,
    교류 전압의 정현파(sine wave)를 발생시키는 교류 발생부 및 상기 정현파를 반파(half wave)로 정류하는 정류기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 컨트롤러를 구비한 엘이디(LED) 전원의 구동 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 발광 다이오드는,
    적색(R), 녹색(G), 파란색(B) 중 어느 하나 이상의 파장의 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 엘이디(LED) 전원의 구동 장치.
KR1020090065287A 2009-07-17 2009-07-17 스위치 컨트롤러를 이용한 엘이디 전원의 구동 장치 KR101062193B1 (ko)

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