KR20110051904A - 절전형 엘이디용 전원 공급장치 - Google Patents

절전형 엘이디용 전원 공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절전형 LED용 전원 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED의 발광을 위해 사용되는 에너지를 절감하여 에너지 효율을 높임은 물론, 배선 결선이 간단하고, LED의 화이트 발란스 조절이 용이하며, 안정적인 LED 발광을 가능하게 하는 절전형 LED용 전원 공급장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치는, 외부로부터 전원을 공급받아 변환하는 전원 변환부와, 전원 변환부로부터 전원을 공급받아 레드 LED에 동작 전원을 공급하는 레드 LED 전원 공급부와, 전원 변환부로부터 전원을 공급받아 그린 LED에 동작 전원을 공급하는 그린 LED 전원 공급부와, 전원 변환부로부터 전원을 공급받아 블루 LED에 동작 전원을 공급하는 블루 LED 전원 공급부 및 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부를 각각 제어하는 DSP(Digital Signal Processor)부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
LED, 픽셀, DSP, 전원공급장치, 절전, 화이트 발란스

Description

절전형 엘이디용 전원 공급장치{Power saving type power supplier for LED}
본 발명은 절전형 LED용 전원 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED의 발광을 위해 사용되는 에너지를 절감하여 에너지 효율을 높임은 물론, 배선 결선이 간단하고, LED의 화이트 발란스 조절이 용이하며, 안정적인 LED 발광을 가능하게 하는 절전형 LED용 전원 공급장치에 관한 것이다.
최근 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 전광판은 고정된 기존의 전광판과는 달리 다양하게 변경되는 문자 및 그래픽 등을 표출할 수 있어서, 광고나 홍보, 상황판 및 그 외 정보전달매체 등으로 그 응용범위가 확대되고 있고, 특히 실시간으로 정보를 내보낼 수 있어서, 시시각각 변화하는 산업현장의 정보나 뉴스를 전달하는 정보전달매체로서 각광받고 있다.
이런 LED 전광판은 자연스러운 색 표현을 위해서 레드 LED(Red LED)와, 그린 LED(Green LED) 및 블루 LED(Blue LED)를 조합하여 픽셀(Pixel)을 구성하고, 각 픽셀의 화이트 발란스(white balance)를 맞춘다.
화이트 발란스를 맞추기 위해서, 일반적으로는 색밀도가 상대적으로 낮은 2개의 레드 LED(Red LED)와, 상대적으로 색밀도가 높은 1개의 그린 LED(Green LED) 및 1개의 블루 LED(Blue LED)를 조합하여 하나의 픽셀을 구성한다.
그리고, 이러한 픽셀들이 복수개(보통 256개) 모여 하나의 LED 모듈을 구성하고, 복수개의 LED 모듈은 하나의 공통된 전원 공급기를 통해 동시에 전원을 공급받고, 화면의 크기에 따라 이러한 구성을 계속하여 확장해 나가면서 LED 전광판 시스템을 구축한다.
즉, 도 1과 같이, 복수개의 LED 모듈(30)은 하나의 전원 공급기(20)를 통해 공통적으로 전원을 공급받고, 전광판의 크기를 확장하여야 하는 경우에는 이러한 1개의 전원 공급기(20)와 복수개의 LED 모듈(30)로 이루어진 단위 구성을 계속하여 추가하고, 각 전원 공급기는 상용 전원(10)과 공통 연결되어 교류 전원을 입력받는다.
또한, 도 2와 같이, 각 픽셀은 상술한 바와 같이 레드 LED 2개와, 그린 LED 1개 및 블루 LED 1개를 포함한 4개의 LED로 이루어지되, 이러한 4개의 LED는 모두 전원 공급기(도 1의 20 참조)로부터 3.8[v]의 전원을 공통적으로 입력받는다.
따라서, 상대적으로 색밀도가 작은 레드 LED는 입력단에 전압 분배용 저항(40)을 연결하여 입력된 3.8[v]의 전원을 약 1.5[v]까지 전압 강하시킨 후 해당 레드 LED로 전원이 공급되도록 하여야 한다.
그러나, 이상과 같은 종래의 기술에서는 도 1과 같이 각 전원 공급기(20)와 LED 모듈(30)간의 전원 공급을 위한 배선 결선이 복잡함은 물론, 전원 공급기(20) 에서 LED 모듈로 많은 전류를 공급하여야 하므로 배선 자체의 저항에 의한 에너지 손실이 많아지는 문제점이 있었다.
또한, 도 2와 같이, 하나의 전원 공급기(20)를 통해 서로 다른 색의 모든 LED에 동일한 동작 전원을 인가하고, 그 대신 색밀도가 상대적으로 작은 레드 LED 전단에 전압 분배용 저항(40)을 사용하므로, 상기 전압 분배용 저항(40)에서 에너지가 손실됨은 물론, 전압 분배용 저항(40)에서의 에너지 소모과정에서 많은 열이 발생한다는 문제점이 있었다.
나아가, LED는 백열등이나 형광등 등과 같은 재래식 조명과 달리 전기 에너지를 빛 에너지로 전달하는 효율이 매우 높아 최고 90%까지 에너지를 절감할 수 있고, 또 반도체 소자의 특성상 그 두께가 매우 얇으면서도 휘도는 높아서 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 평판형 디스플레이장치의 백라이트(back-light)로서도 각광받고 있으며, 점차 냉음극형광등(CCFL: Cold Cathode Flurecnet Lamp)을 대신할 백라이트로서 확고한 자리를 잡아가고 있다.
한편, 이상과 같이 LCD의 백라이트로서 사용되고 있는 LED 장치는 LCD 패널의 후방 측면에서 발광하는 에지 방식 및 LCD 패널의 후방 직하에서 발광하는 직하 방식으로 분류되며, 이들 방식 모두 레드 LED와, 그린 LED 및 블루 LED가 조합된 하나의 클러스터 단위(필요에 따라서는 화이트 LED를 더 포함함)로 동작한다.
따라서, LCD의 백라이트로서 사용되는 LED 장치 역시 전술한 바와 같이 배선 결선이 복잡하고, 배선 자체의 저항에 의한 에너지 손실이 많아짐은 물론, 색밀도 가 상대적으로 작은 레드 LED 전단에 전압 분배용 저항을 사용하므로, 상기 전압 분배용 저항에서 에너지가 손실됨은 물론, 전압 분배용 저항에서의 에너지 소모과정에서 많은 열이 발생한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, LED의 발광을 위해 사용되는 에너지를 절감하여 에너지 효율을 높임은 물론, 배선 결선이 간단하고, LED의 화이트 발란스 조절이 용이하며, 안정적인 LED 발광을 가능하게 하는 절전형 LED용 전원 공급장치을 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치는, 레드 LED와, 블루 LED 및 그린 엘이디를 조합하여 픽셀(Pixel)을 구성한 LED 전광판 시스템에 있어서, 외부로부터 전원을 공급받아 변환하는 전원 변환부와; 상기 전원 변환부로부터 전원을 공급받아 상기 레드 LED에 동작 전원을 공급하는 레드 LED 전원 공급부와; 상기 전원 변환부로부터 전원을 공급받아 상기 그린 LED에 동작 전원을 공급하는 그린 LED 전원 공급부와; 상기 전원 변환부로부터 전원을 공급받아 상기 블루 LED에 동작 전원을 공급하는 블루 LED 전원 공급부; 및 상기 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부를 각각 제어하여, 상기 레드 LED 전원 공급부는 상기 전원 변환부로부터 공급된 전원을 상기 레드 LED 동작 전원으로 변환하고, 상기 그린 LED 전원 공급부는 상기 전원 변환부로부터 공급된 전원을 상기 그린 LED 동작 전원으로 변환하며, 상기 블루 LED 전원 공급부는 상기 전원 변환부로부터 공급된 전원을 상기 그린 LED 동작 전원으로 변환하도록 제어하 는 DSP(Digital Signal Processor)부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부는, 상기 각 LED에 공급될 직류 전원 공급을 위한 정류 회로를 각각 포함하되, 상기 각 정류 회로는 상기 DSP부에 의해 주파수 및 펄스 폭이 각각 제어되는 정류용 트랜지스터를 포함하되, 상기 정류용 트랜지스터는 도통시 다이오드보다 작은 전압이 걸리는 정류용 트랜지스터인 것이 바람직하다.
또한, 상기 전원 변환부는, 외부로부터 상용 교류 전원을 입력받아 직류로 변환함과 동시에 변압기 1차측 입력에 적합한 크기로 변압하는 AC/DC 변환부와; 상기 AC/DC 변환부로부터 직류 전원을 입력받아 교류로 변환하여 상기 변압기 1차측으로 출력하는 DC 스위칭부; 및 상기 DC 스위칭부로부터 교류 전원을 입력받아 변압하는 상기 변압기;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 DSP부는 상기 AC/DC 변환부를 제어하는 파워 팩터 콘트롤(PFC: Power Factor Control) 기능을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 DSP부는 상기 DC 스위칭부를 제어하는 펄스폭 스위칭 변조 기능을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 DSP부는 주변 환경의 색온도에 따라 상기 레드 LED와, 그린 LED 및 블루 LED의 구동을 제어함으로서 상기 LED의 화이트 발란스(white balance)를 조절하는 화이트 발란스 조절 기능을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부의 출력단에는 각각 피드백용 전원 안정화 필터가 구비되고, 상기 각 전 원 안정화 필터의 출력단은 상기 DSP부의 입력단에 연결되며, 상기 DSP부는 상기 전원 안정화 필터를 통해 입력된 상기 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부의 출력 전원을 감시하여 상기 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부를 제어하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치에 의하면, LED의 발광을 위해 사용되는 에너지를 절감하여 에너지 효율을 높임은 물론, 배선 결선이 간단하고, LED의 화이트 발란스 조절이 용이하며, 안정적인 LED 발광을 가능하게 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
단, 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치는 LED 장치를 포함하는 다양한 장치에 적용 가능할 것이나, 이하에서는 LED를 이용하여 각각의 화소(pixel)를 표시하는 전광판 및 LED를 백라이트로서 사용하는 LCD에 적용되는 것을 일 예로 들어 설명한다. 그러므로, 본 발명이 이상과 같은 전광판 및 LCD에만 적용 가능한 것이 아님은 당업자 수준에서 자명할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치를 나타낸 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치를 나타낸 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치의 픽셀을 나타낸 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치의 LED 전원 공급부를 나타낸 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치의 LED 모듈 연결 상태도이며, 도 8은 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치의 전력선 모뎀 인터페이스를 나타낸 구성도이다.
먼저, 본 발명을 개념적으로 나타낸 도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 종래에는 배선을 통해 전원 공급기(도 1의 20 참조)와 복수개의 LED 모듈(도 1의 30 참조)을 각각 연결하고, 또한 이들을 추가해가는 방식으로 LED 모듈(30)을 확장해 감에 따라 배선 결선이 복잡함에 비해, 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치은 전원공급 모듈과 LED 모듈을 일체화하고 이들을 후술하는 바와 같은 DSP부를 통해 제어하도록 함으로써 그 배선의 결선이 간단해 지도록 한다.
한편, 이러한 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 퓨즈(F) 등을 통해 110[v] 혹은 220[v]의 교류 전원을 공급하는 상용 전원부(110)와; 상기 상용 전원부(110)로부터 전원을 입력받아 LED 공급용으로 변환하는 전원 변환부(120)와; 상기 전원 변환부(120)로부터 전원을 입력받은 다음 각각 레드 LED(Red_LED)의 동작 전원과, 그린 LED(Green_LED)의 동작 전원 및 블루 LED(Blue_LED)의 동작 전원으로 변환하는 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)와; 상기 각 LED 전원 공급부(130 내지 150)들을 제어하는 DSP(Digital Signal Processor)부(170); 및 레드 LED(Red_LED)와, 그린 LED(Green_LED) 및 블루 LED(Blue_LED)의 조합으로 이루어진 픽셀(pixel)들이 배열되되, 각 LED들이 각각 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)로부터 전원을 공급받도록 배선 및 배열된 LED 배열부(190);를 포함한다.
따라서, 본 발명은 종래 기술과 차별적으로 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)를 통해 서로 다른 동작 전원을 갖는 레드 LED와, 그린 LED 및 블루 LED에 각각 최적의 동작 전원을 공급하여 각 LED를 발광시키므로 에너지 소모를 줄일 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 DSP부(170)가 주변 환경의 색온도에 따라 상기 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)의 전원 공급을 제어하여 화이트 발란스(white balance)가 조절되도록 함에 따라, 안정적인 화이트 발라스 조절이 가능하도록 함은 물론, 에너지 소모를 줄일 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 각 LED 전원 공급부의(130 내지 150) 출력단과 DSP부(170)의 입력단 사이에 피드백(feedback)용 전원 안정화 필터(160)를 더 구비하여, 각 LED 전원 공급부(130 내지 150)의 전원 출력 상태를 DSP부(170)에서 다시 입력받아 감시하고, 그에 따라 최적의 전원을 안정적으로 각 LED에 공급될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 DSP부(170) 내부에 탑재되되, 소프트웨어적으로 구현 및 제어되는 전력선 통신부(미도시) 및 상기 전력선 통신부를 통한 데이터의 입출력을 담당하는 전력선 모뎀 인터페이스(170a)를 구비하여 외부와의 통신을 가능하게 한다.
좀더 구체적으로, 상용 전원부(110)는 110[v] 혹은 220[v] 등의 교류 전원을 공급하는 것으로, 외부로부터 전원을 입력받아 본 발명의 절전형 LED용 전원 공급장치(100)의 구동 전원으로서 공급하며, 필요에 따라서는 퓨즈(F) 등과 같은 회로 차단기를 포함한다.
단, 이러한 상용 전원부(110)는 2차 전지 등으로 대체될 수 있으며, 상용 전원부(110)가 2차 전지로 대체되는 경우에는 상기 전원 변환부(120)의 구성이 다소 바뀔 수 있으나, 당업자 수준에서 이러한 변형은 자명한 것이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
전원 변환부(120)는 상용 전원부(110)로부터 60[Hz]의 교류 전원을 입력받아 LED 공급용으로 변환하는 것으로, 상기 상용의 교류 전원을 입력받아 직류로 변환함과 동시에 변압기(123) 1차측 입력에 적합한 크기로 변압하는 AC/DC 변환부(121)와, 상기 AC/DC 변환부(121)로부터 직류 전원을 입력받아 교류로 변환하여 변압기(123) 1차측으로 출력하는 DC 스위칭부(122) 및 상기 DC 스위칭부(122)로부터 교류 전원을 입력받아 변압하는 변압기(123)를 포함한다.
여기서, AC/DC 변환부(121)는 상용 전원부(110)로부터 입력된 110[v] 혹은 220[v] 등의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 이때 그 크기는 일 예로 변압기(123)의 1차측 입력에 적합한 약 400[v] 전원으로 변환한다.
이러한 전원 변환은 DSP부(170)에 의해 제어되며, 이를 위해 DSP부(170)는 AC/DC 변환부(121)를 제어하는 파워 팩터 콘트롤(PFC: Power Factor Control) 기능을 포함한다.
따라서, 기성 제품으로 공급되는 변압기(123)를 그대로 채택하여 본 발명의 구현을 가능하게 하고, 공급된 상용 전원이 110[v]인지 혹은 220[v] 인지의 여부와 무관하게 DSP부(170)의 제어하에 소프트웨어적으로 제어가능하며, 변압기(123)가 최대 효율을 갖는 입력 전원을 공급할 수 있게 한다.
DC 스위칭부(122)는 변압기(123)의 1차측 입력에 적합하도록 상기 AC/DC 변환부(121)를 통해 입력된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 것으로, 자체에 전계효과 트랜지스터(FET:Field Effect Transistor) 등의 스위칭 트랜지스터(미도시)를 포함하고 있어서, 특정 주파수에 동기한 스위칭 온/오프를 통해 교류 전원을 발생시킨다.
이러한 스위칭 역시 DSP부(170)에 의해 제어되며, 이를 위해 DSP부(170)는 DC 스위칭부(122)를 제어하는 펄스폭 스위칭 변조(PWM: Pulse Width Modualtion) 기능을 포함하고 있다.
따라서, 변압기(123)가 최대 효율을 갖는 입력 전원을 소프트웨어적으로 유연하게 조절하여 해당 변압기(123)에 제공할 수 있도록 한다.
그리고, 변압기(123)는 알려진 바와 같이 입력측인 1차측 권선과 출력측인 2차측 권선으로 이루어져 있으며, 입력측인 1차측은 상기 DC 스위칭부(122)의 출력단과 연결되어 있고, 출력측인 2차측은 각 LED 전원 공급부(130 내지 150)와 연결되어 있다.
LED 전원 공급부(130 내지 150)는 에너지 절감을 위해 서로 다른 동작 전원을 갖는 레드 LED(Red_LEd)와, 그린 LED(Green_LED) 및 블루 LED(Blue_LED)에 각각 독립전인 동작 전원을 공급하는 것으로, 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)를 포함한다.
즉, 하나의 픽셀(Pixel)은 그 색밀도 차이를 고려하여 2개의 레드 LED와, 1개의 그린 LED 및 1개의 블루 LED로 이루어지고, 이때 색밀도가 작은 레드 LED는 보통 1.5[v]의 동작 전원으로 발광되고, 그 외 그린 LED와 블루 LED는 보통 각각 3.8[v]의 동작 전원으로 발광된다.
그러므로, 본 발명은, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 LED에 각각 독립적인 전원을 공급하도록 레드 LED에 동작 전원을 공급하는 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED에 동작 전원을 공급하는 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED에 동작 전원을 공급하는 블루 LED 전원 공급부(150)를 각각 구비한다.
따라서, 종래와 같이 하나의 전원 공급부(도 1의 20 참조)를 통해 레드 LED와, 그린 LED 및 블루 LED 모두에 동일한 동작 전원을 인가하고, 이때 상대적으로 색밀도가 낮은 레드 LED에는 전압 분배용 저항(도 2의 40 참조)을 연결함으로써, 그 전압 분배용 저항(20)을 통해 전압 강하가 이루어진 입력 전원을 레드 LED에 공급하는 과정에서 에너지가 낭비되는 것을 방지한다.
예컨대, 레드 LED 2개와, 그린 LED 1개 및 블루 LED 1개를 포함한 총 4개의 LED가 하나의 픽셀을 구성하고, 이러한 픽셀이 256개 모여 하나의 모듈을 구성하는 경우, 종래에는 각 LED에 공통적으로 3.8[v]가 인가되고, 전류는 0.02[A]가 인가되므로, 총 소비 전력은 3.8[v]×0.02[A]×256×4 = 77.82[W]가 된다.
반면, 본 발명은 2개의 레드 LED에는 1.5[v]가 독립적으로 인가되고, 1개의 그린 LED와 1개의 블루 LED에는 각각 3.8[v]가 독립적으로 인가되므로, 그 소비 전력은 (1.5[v]×0.02[A]×256×2) + (3.8[v]×0.02[A]×256×2) = 46.58[W]가 되어, 종래에 비해 약 40% 정도의 에너지 절감 효과가 있음을 알 수 있다.
한편, 이상과 같이 레드 LED와, 그린 LED 및 블루 LED가 각각 독립적으로 동작 전원을 공급받기 위해서, 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)는 DSP부(170)에 의해 각각 제어되고, 그에 따라 전원 변환부(120)에서 출력된 전원을 상기 각 LED에 적합한 동작 전원으로 변환한다.
이를 위해, 일 예로 DSP부(170)가 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)를 펄스폭 제어 방식으로 제어하는 경우, 레드 LED 전원 공급부(130)는 상대적으로 작은 스위칭 펄스폭으로 제어되고, 그린 LED 전원 공급부(140)와 블루 LED 전원 공급부(150)는 상대적으로 큰 스위칭 펄스폭으로 제어됨으로써, 레드 LED에는 1.5[v]의 전원을 인가하고, 그린 LED와 블 루 LED에는 3.8[v]의 전원을 인가한다.
한편, 본 발명의 LED 전원 공급부(130 내지 150)들은, 도 6에 도시된 바와 같이, 변압기(123) 2차측의 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 각 LED에 공급할 수 있도록 정류 회로(FET_A)와, 스위칭 회로(FET_B) 및 평활 회로(C1, C2, L) 등을 포함한다.
그리고, 정류 회로(FET_A)와 스위칭 회로(FET_B)는 각각 DSP부(170)에 의해 스위칭 제어되는 정류용 트랜지스터(FET_A)와 스위칭 트랜지스터(FET_B)로 이루어지는데, 각 트랜지스터(FET_A, FET_B)는 DSP부(170)에서 제공되되, 서로 동기화된 2개의 펄스폭 신호에 의해 동시에 제어된다.
따라서, 상기 동일한 펄스폭 신호에 의해 동시에 스위칭되는 정류용 트랜지스터(FET_A)와 스위칭 트랜지스터(FET_B)를 통해 SMPS(Switched Mode Power Supply) 방식으로 각 LED에 동작 전원을 공급하고, 이때 평활 회로(C1, C2, L)에 의해 직류 전원으로 변환할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명은 정류 회로(FET_A)로서 정류용 트랜지스터(FET_A)를 사용하는데, 본 발명의 정류용 트랜지스터(FET_A)는 에너지 절감을 위해 종래의 정류 다이오드(미도시) 대신 채택된 것으로, 일 예로 정류용 전계효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor)가 사용된다.
따라서, 정류용 다이오드의 순방향 도통시 전압은 0.7[v]인 것에 비해, 정류용 전계효과 트랜지스터의 도통시 전압은 0.3[v]이므로, 전력 손실을 1/2이하로 줄일 수 있게 된다. 더욱이, 정류 회로가 4개의 정류용 다이오드를 사용하는 브릿지 다이오드인 경우라면 상기 브릿지 다이오드에 비해 더욱더 많은 전력 손실을 줄일 수 있게 된다.
단, 본 발명이 정류 회로(FET_A)로서 정류용 트랜지스터를 채택한 이유는 정류용 다이오드보다 도통시 소모 전압이 작은 것을 선택하기 위한 것이므로, 정류용 다이오드보다 토통시 소모되는 전압이 작다면 이상과 같은 정류용 전계효과 트랜지스터(FET)를 비롯한 그 외 다양한 트랜지스터 역시 사용될 수 있을 것이다.
피드백용 전원 안정화 필터(160)는 DSP부(170)에서 각 LED 전원 공급부(130 내지 150)의 전원 공급상태를 감시하고, 그 결과에 따라 LED 전원 공급부(130 내지 150)를 적응적으로 제어할 수 있도록 출력 정보를 피드백하는 것으로, 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)의 출력단과 DSP부(170)의 입력단 사이에 각각 설치된다.
따라서, 전원 안정화 필터(160)가 각 LED 전원 공급부(130 내지 150)에서 출력 중인 전원을 입력받아 각종 노이즈나 불요 전원을 제거한 후 이를 DSP부(170)로 재공급함으로써, 해당 DSP부(170)에서 비례적분미분(PID: Proportional-Integral-Derivative)제어를 통해 LED 전원 공급부(130 내지 150)의 출력을 미세하면서도 연속적으로 제어할 수 있게 한다.
DSP부(170)는 이상과 같은 전원 변환부(120) 및 각 LED 전원 공급부(130 내지 150)를 비롯한 그 외 시스템의 전반적인 동작을 제어하는 것으로, 전술한 바와 같이 AC/DC 변환부(121)를 제어하기 위한 파워 팩터 콘트롤(PFC) 기능과, DC 스위칭부(122)를 제어하기 위한 펄스폭 스위칭 변조(PWM) 기능 및 각 LED 전원 공급부(130 내지 150)를 제어하기 위한 비례적분미분(PID) 기능 등을 포함한다.
또한, DSP부(170)는 그 내부에 소프트웨어적으로 구현된 전력선 통신부(미도시)를 탑재하고 있어서, 호스트 PC 등 외부와의 통신이 가능하도록 한다. 아울러 상기 전력선 통신부의 통신 인터페이스에 해당하는 전력선 모뎀 인터페이스(170a)이 상용 전원부(110)와 DSP부(170) 사이에 구비되어, 전력선을 통한 데이터 통신이 가능하게 된다.
물론, DSP부(170)는 도 7에 도시된 바와 같이 전력선 통신부 각각 고유의 ID가 부여된 복수개의 LED 모듈과의 통신을 통해 영상데이터를 큰 화면에 디스플레이할 수도 있다.
전력선 모뎀 인터페이스(170a)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 송신측 회로(Tx)와 수신측 회로(Rx)를 포함하며, 송신측 회로(Tx)는 DSP부(170)의 PWM 기능을 이용하여 송신하고, 수신측 회로(Rx)는 ADC(Analog Digital Converter) 입력 회로 등을 이용한다. 이하, 전력선 모뎀 인터페이스(170a) 자체는 이미 공지된 기술이므로 그에 대한 좀더 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 본 발명은 이상과 같이 전력선 모뎀 인터페이스(170a)를 구비함에 따라 호스트 PC를 비롯한 그 외 주변의 색온도를 감지하는 센서 등과 통신할 수 있다. 그리고, DSP부(170)는 이상과 같은 기능들 이외에 화이트 발란스 조절 기능 역 시 포함하고 있다.
따라서, 전력선 모뎀 인터페이스(170a)를 통해 센서에서 감지한 색온도 값을 제공받고, 이때 DSP부(170)가 낮과 밤 등 주변 환경의 색온도에 따라 각 픽셀의 화이트 발란스(white balance)를 조절함으로써, 밤에는 상대적으로 LED의 밝기를 낮추는 등 에너지를 절감할 수 있게 한다.
즉, 상기 센서로부터 제공된 색온도 값이 전력선 모뎀 인터페이스(170a)를 통해 DSP부(170)에 제공되고, DSP부(170)는 그 색온도 정보에 따라 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)를 각각 제어하여 동작 전원의 크기를 가변시키고, 그에 따라 각 픽셀의 화이트 발란스가 제어되도록 한다. 이를 DSP부(170)의 상술한 '화이트 발란스 조절기능'이라 한다.
화이트 발란스의 조절은 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)를 제어하는 펄스의 듀티비(duty ration)를 가변시켜고, 그에 따라 상기 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)를 통해 출력되는 전원의 크기를 가변시킴으로써 이루어질 수 있다.
따라서, 호스트 PC 등은 화이트 발란스 조절 이전이나 이후와는 무관하게 디스플레이될 영상 데이터만을 계속하여 제공하고, 화이트 발란스는 DSP부(170)에 의해 독립적으로 제어되도록 함으로써, 정밀하면서도 빠른 화이트 발란스 조절이 이루어질 수 있도록 한다.
종래에는 화이트 발란스 조절을 위해 호스트 PC에서 원래의 영상데이터를 화 이트 발란스 조절값이 반영되도록 변환하고, 그 변환된 영상신호를 그래픽 보드 등을 통해 제공함으로써 화이트 발란스 조절이 이루어지도록 했다. 그래서, 그 변환 과정에서 데이터가 손실되거나 변환모듈의 구비에 따른 제품 단가의 증가가 발생한다는 문제점이 있었다.
따라서, 종래에는 실제로 화이트 발란스 조절을 적용하지 않는 경우가 많아서 야간이나 어두운 날씨에도 LED의 밝기를 낮추지 않았고, 그에 따라 에너지 절감 효과가 미비하였으나, 본 발명은 화이트 발란스 조절을 통해 외부 환경에 따라 적응적으로 LED의 밝기를 조절함으로써 높은 에너지 절감 효과를 가질 수 있게 한다.
단, 본 발명도 이상과 같은 영상 데이터의 손실 등을 고려하지 않는다면 호스트 PC 등을 이용하여 직접 화이트 발란스를 조절할 수 있음은 자명할 것이다.
LED 드라이버(180)는 격자(grid) 형상으로 배치된 각 픽셀의 구동을 제어하는 것으로, 복수개의 픽셀들 중 호스트 PC로부터 입력되는 영상을 표현하기 위한 픽셀들을 선택하여 상기 선택된 픽셀들만 발광시킨다.
즉, 내부에 구비된 스위칭 트랜지스터의 온/오프를 제어함으로써, 레드 LED 전원 공급부(130)와, 그린 LED 전원 공급부(140) 및 블루 LED 전원 공급부(150)로부터 공급된 동작 전원을 호스트 PC에서 제공된 영상 데이터에 따라 공급 또는 제한함으로써, 픽셀들이 선택적으로 발광되고 그에 따라 영상이 표시될 수 있도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다.
이하에서 설명할 본 발명의 다른 실시예는, 위에서 설명한 본 발명의 일 실시예가 전광판에 적용된 것을 예로 든 것임에 비해, LCD(Liquid Crystal Display)용 백라이트(back-light)로 사용되는 LED 클러스터(cluster)에 적용되는 것을 예로 들었다는 점에서 차이가 있을 뿐 실질적인 구성은 서로 동일 혹은 유사하다.
그러므로, 이하에서는 가급적 중복적인 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치가 적용되는 LCD를 나타낸 개략 사시도이며, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치를 나타낸 구성도이다.
먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 일반적인 LCD는 R/G/B 컬러 필름 등을 구비한 컬러필터 기판(F)과, 상기 컬러필터 기판(F)의 하부에 배치되되 게이트 배선 및 데이터 배선 등이 구비된 어레이 기판(P) 및 상기 어레이 기판(P)의 하부에 배치된 백라이트 기판(BL)을 포함한다.
도 9에서 상기 백라이트 기판(BL)의 전면에는 일정 간격마다 LED 클러스터(190')가 설치되어 있고, 이때 백라이트 기판(BL)의 구비된 각 LED 클러스터(190')가 그 직상 방향으로 빛을 발광하고 있어서 직상 방식을 예로 든 것이라는 것을 알 수 있다.
따라서, 백라이트 기판(BL)으로부터 직상 방향으로 빛을 발광하고 있는 상태 에서, 어레이 기판(P)의 게이트 배선 및 데이터 배선을 통해 활성화(편광특성 조절)될 픽셀을 선택하면, 상기 선택된 픽셀을 통해 투사된 빛이 컬러필터 기판(F)을 통해 표시됨으로써 화면을 구성하게 된다.
한편, 이상과 같이 백라이트로서 사용되는 백라이트 기판(BL)의 LED 클러스터(190')는 도시된 바와 같이 레드 LED와, 그린 LED 및 블루 LED를 포함하여 조합된다. 또한, 필요에 따라서는 화이트 LED를 포함하는 경우도 있지만 이러한 경우에도 상기 레드 LED와, 그린 LED 및 블루 LED를 포함하기는 마찬가지이다.
그러므로, 이러한 백라이트용으로 사용되는 LED 클러스터(190')를 구동시키는 과정에도 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 가지고 있다.
이에, 본 발명에 따른 다른 실시예는, 도 10에 도시된 바와 같이, 110[v] 혹은 220[v]의 교류 전원을 공급하는 상용 전원부(110')와; 상기 상용 전원부(110')로부터 전원을 입력받아 LED 공급용으로 변환하는 전원 변환부(120')와; 상기 전원 변환부(120')로부터 전원을 입력받은 다음 각각 레드 LED(Red_LED)의 동작 전원과, 그린 LED(Green_LED)의 동작 전원 및 블루 LED(Blue_LED)의 동작 전원으로 변환하는 레드 LED 전원 공급부(130')와, 그린 LED 전원 공급부(140') 및 블루 LED 전원 공급부(150')를 포함한다.
또한, 각 LED 전원 공급부의(130' 내지 150') 출력단과 DSP부(170')의 입력단 사이에 구비된 피드백용 전원 안정화 필터(160')와; 상기 각 LED 전원 공급부(130' 내지 150')들을 제어하는 DSP부(170'); 및 각각이 레드 LED(Red_LED)와, 그린 LED(Green_LED) 및 블루 LED(Blue_LED)의 조합으로 이루어지되, 각 LED들이 각각 레드 LED 전원 공급부(130')와, 그린 LED 전원 공급부(140') 및 블루 LED 전원 공급부(150')로부터 전원을 공급받도록 배선 및 배열된 LED 클러스터(190');를 포함한다.
단, 본 발명의 일 실시예에서는 외부와의 데이터 통신을 위해 전력선 모뎀 인터페이스(도 4의 170a 참조)를 포함하는 구성을 일 예로 들었으나, 본 발명의 다른 실시예는 LCD에 적용되는 것이고, LCD는 일반적으로 데이터 통신을 위해 전력선 통신을 사용할 필요는 없으므로, 상기 전력선 모뎀 인터페이스(170a) 대신 LCD의 전반적인 제어를 담당하는 주 프로세서와의 통신을 위한 데이터 입출력 인터페이스(170a')를 포함한다.
그러나, 상기 전력선 모뎀 인터페이스(170a)와 데이터 입출력 인터페이스(170a')들은 모두 데이터의 입출력을 위한 인터페이스에 해당하는 것으로 그 동작 및 기능이 실질적으로 동일 혹은 유사함은 당업자 수준에서 명확히 알 수 있는 것이므로, 이하에서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예 역시 종래 기술과 차별적으로 레드 LED 전원 공급부(130')와, 그린 LED 전원 공급부(140') 및 블루 LED 전원 공급부(150')를 통해 서로 다른 동작 전원을 갖는 레드 LED와, 그린 LED 및 블루 LED에 각각 최적의 동작 전원을 공급하여 각 LED를 발광시키므로 LDC의 백라이트로서 동작시 에너지 소모를 줄일 수 있게 한다.
물론, 그 이외에도 안정적인 화이트 발라스(white balance) 조절이 가능하도 록 하고, 최적의 전원을 안정적으로 각 LED에 공급될 수 있도록 하며, 소프트웨어적으로 구현 및 제어되는 데이터 입출력 인터페이스(170a')를 통해 외부와의 통신을 가능하게 할 것이다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 절전형 LED용 전원 공급장치은 LED의 발광을 위해 사용되는 에너지를 절감하여 에너지 효율을 높임은 물론, 배선 결선이 간단하고, LED의 화이트 발란스 조절이 용이하며, 안정적인 LED 발광을 가능하게 한다.
따라서, 에너지 효율이 높아 친환경 기술로 각광받는 LED 발광 장치의 실용화를 좀더 앞당길 수 있게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 LED 발광 시스템을 나타낸 개략 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 LED 발광 시스템의 픽셀을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치의 픽셀을 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치의 LED 전원 공급부를 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치의 LED 모듈 연결 상태도이다.
도 8은 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치의 전력선 모뎀 인터페이스를 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치가 적용되는 LCD를 나타낸 개략 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절전형 LED용 전원 공급장치를 나타낸 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 상용 전원부 120: 전원 변환부
121: AC/DC 변환부 122: DC 스위칭부
123: 변압기 130: 레드 LED 전원 공급부
140: 그린 LED 전원 공급부 150: 블루 LED 전원 공급부
160: 전원 안정화 필터 170: DSP부
170a: 전력선 모뎀 인터페이스 180: LED 드라이버

Claims (7)

  1. 레드 LED와, 블루 LED 및 그린 엘이디를 포함하는 LED 장치의 구동 전원을 공급하는 절전형 LED용 전원 공급장치에 있어서,
    외부로부터 전원을 공급받아 변환하는 전원 변환부와;
    상기 전원 변환부로부터 전원을 공급받아 상기 레드 LED에 동작 전원을 공급하는 레드 LED 전원 공급부와;
    상기 전원 변환부로부터 전원을 공급받아 상기 그린 LED에 동작 전원을 공급하는 그린 LED 전원 공급부와;
    상기 전원 변환부로부터 전원을 공급받아 상기 블루 LED에 동작 전원을 공급하는 블루 LED 전원 공급부; 및
    상기 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부를 각각 제어하여, 상기 레드 LED 전원 공급부는 상기 전원 변환부로부터 공급된 전원을 상기 레드 LED 동작 전원으로 변환하고, 상기 그린 LED 전원 공급부는 상기 전원 변환부로부터 공급된 전원을 상기 그린 LED 동작 전원으로 변환하며, 상기 블루 LED 전원 공급부는 상기 전원 변환부로부터 공급된 전원을 상기 그린 LED 동작 전원으로 변환하도록 제어하는 DSP(Digital Signal Processor)부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절전형 LED용 전원 공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부는,
    상기 각 LED에 공급될 직류 전원 공급을 위한 정류 회로를 각각 포함하되, 상기 각 정류 회로는 상기 DSP부에 의해 주파수 및 펄스 폭이 각각 제어되는 정류용 트랜지스터를 포함하되,
    상기 정류용 트랜지스터는 도통시 다이오드보다 작은 전압이 걸리는 정류용 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 절전형 LED용 전원 공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는,
    외부로부터 상용 교류 전원을 입력받아 직류로 변환함과 동시에 변압기 1차측 입력에 적합한 크기로 변압하는 AC/DC 변환부와;
    상기 AC/DC 변환부로부터 직류 전원을 입력받아 교류로 변환하여 상기 변압기 1차측으로 출력하는 DC 스위칭부; 및
    상기 DC 스위칭부로부터 교류 전원을 입력받아 변압하는 상기 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 절전형 LED용 전원 공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 DSP부는 상기 AC/DC 변환부를 제어하는 파워 팩터 콘트롤(PFC: Power Factor Control) 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절전형 LED용 전원 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 DSP부는 상기 DC 스위칭부를 제어하는 펄스폭 스위칭 변조 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절전형 LED용 전원 공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 DSP부는 주변 환경의 색온도에 따라 상기 레드 LED와, 그린 LED 및 블루 LED의 구동을 제어함으로서 상기 LED의 화이트 발란스(white balance)를 조절하는 화이트 발란스 조절 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절전형 LED용 전원 공급장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부의 출력단에는 각각 피드백용 전원 안정화 필터가 구비되고, 상기 각 전원 안정화 필터의 출력단은 상기 DSP부의 입력단에 연결되며,
    상기 DSP부는 상기 전원 안정화 필터를 통해 입력된 상기 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부의 출력 전원을 감시하여 상기 레드 LED 전원 공급부와, 그린 LED 전원 공급부 및 블루 LED 전원 공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 절전형 LED용 전원 공급장치.
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