KR20110100858A - 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치 - Google Patents

Abstract

광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 드라이브 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고휘도 발광 다이오드 드라이브 모듈의 입력 전력과 출력 전력을 모니터링 하여 전력 손실이 증가하는 경우 LED의 전원을 차단하지 않고 전력 손실을 자동적으로 조절하여 드라이브 모듈 및 고휘도 발광 다이오드의 파손을 방지할 수 있는 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 복수의 고휘도 발광 다이오드들로 구성되며, 구동전원을 인가받아 빛을 방출하는 빔과, 빔 구동부로 입력되는 입력전원을 측정하는 입력전원 측정부와, 듀티 사이클을 가지는 펄스폭 변조 신호를 입력받아 상기 입력전원을 구동전원으로 변환하여 출력하는 빔 구동부와, 상기 빔 구동부에서 출력되는 출력 전원을 측정하는 구동전원 측정부와, 상기 입력전원 측정부와 구동전원 측정부를 통해 측정된 입력전원과 출력 전원에 의해 손실 전력을 계산하고, 계산된 손실 전력과 미리 설정되어 있는 기준 손실 전력을 비교하여 상기 계산된 손실 전력이 더 크면 상기 듀티 사이클을 낮추어 전력 손실을 줄이는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATICALLY CONTROLLING POWER LOSS OF LIGHT EMITTING DIODE DRIVE MODULE}

본 발명은 자동차의 고휘도 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 드라이브 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고휘도 발광 다이오드 드라이브 모듈의 입력 전력과 출력 전력을 모니터링 하여 전력 손실이 증가하는 경우 LED의 전원을 차단하지 않고 전력 손실을 자동적으로 조절하여 드라이브 모듈 및 고휘도 발광 다이오드의 파손을 방지할 수 있는 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 어두운 곳에서 전방을 밝히고, 후방 또는 전방 차량에게 위치 및 진행방향 등을 알려주기 위해 다양한 라이트들을 구비한다. 이러한 라이트에는 전조등, 안개등, 브레이크 등이 있으며, 이러한 등에는 전구, 램프 또는 고휘도의 발광 다이오드(LED) 등이 적용되고 있다. 최근에는 밝으면서도 전력 소모가 적은 고휘도 LED가 많이 사용되고 있다.

통상 고휘도 LED를 구동하기 위해 고휘도 LED 드라이버 모듈을 구비한다. 고휘도 LED 드라이버 모듈의 경우, 일반적으로 정 전류계 회로를 사용하여 휘도를 일정하게 제어한다. 이를 위해 고휘도 LED 드라이버 모듈은 출력전류를 모니터링 하여 항시 같은 전류를 유지하게 한다.

그러나 고휘도 LED 드라이버 모듈은 구동 시 전력 손실(Ploss)이 발생하고 전력 손실(Ploss)은 다시 입력단에 영향을 주게 됨으로 한계 구동 시 Ploss의 증가를 가져온다. 이는 발열로 연결되어 고휘도 LED 드라이버 모듈에 무리를 주거나 파손시킬 수 있는 문제점이 있었다.

이를 방지하기 위해 일반적인 고휘도 LED 드라이버 모듈은 출력 전압이 한계 전압을 넘는 경우 LED 빔으로 제공되는 전원을 차단한다.

상술한 바와 같이 종래 고휘도 LED 드라이버 모듈은 전력 손실 발생 시 지속 적으로 전력 손실이 증가하게 되고 이로 인해 유닛에 무리가 가거나 유닛이 파손될 수 있는 문제점이 있었다.

또한, 전력 손실 증가 시 전원을 차단하는 종래 고휘도 LED 드라이버 모듈은 운전자가 운전중에 라이트가 오프될 수 있으므로 자동차 주변이 어두워져 운전자가 운전을 할 수 없는 상황에 처할 수 있는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 고휘도 발광 다이오드 드라이브 모듈의 입력 전력과 출력 전력을 모니터링 하여 전력 손실이 증가하는 경우 LED의 전원을 차단하지 않고 전력 손실을 자동적으로 조절하여 드라이브 모듈 및 고휘도 발광 다이오드의 파손을 방지할 수 있는 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치는; 복수의 고휘도 발광 다이오드들로 구성되며, 구동전원을 인가받아 빛을 방출하는 빔과, 빔 구동부로 입력되는 입력전원을 측정하는 입력전원 측정부와, 듀티 사이클을 가지는 펄스폭 변조 신호를 입력받아 상기 입력전원을 구동전원으로 변환하여 출력하는 빔 구동부와, 상기 빔 구동부에서 출력되는 출력 전원을 측정하는 구동전원 측정부와, 상기 입력전원 측정부와 구동전원 측정부를 통해 측정된 입력전원과 출력 전원에 의해 손실 전력을 계산하고, 계산된 손실 전력과 미리 설정되어 있는 기준 손실 전력을 비교하여 상기 계산된 손실 전력이 더 크면 상기 듀티 사이클을 낮추어 전력 손실을 줄이는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

빔 구동부는, 배터리의 전원(B+)을 입력받는 제1입력단과 제2입력단과 구동전압을 출력하는 제1출력단과 접지되는 제2출력단으로 구성되는 트랜스포머와, 접지되는 이미터와, 제어부(10)로부터 PWM 신호를 입력받는 베이스와, 배터리의 전원(B+)을 입력받는 컬렉터로 구성되는 제1트랜지스터(Q1)와, 상기 제1트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 연결되는 베이스와 접지되는 이미터와 배터리 전원(B+)을 인가받는 컬렉터로 구성되는 제2트랜지스터(Q2)와 상기 트랜스포머의 제2입력단과 연결되는 드레인과, 접지되는 소스와, 상기 제2트랜지스터의 이미터를 통해 출력되는 펄스를 입력받는 게이트로 구성되어, 상기 펄스 입력에 상기 트랜스포머의 제1입력단으로 입력되는 입력전원을 스위칭하여 변환된 구동전원을 출력하는 제3트랜지스터(Q3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1트랜지스터 및 제2트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터이고, 상기 제3트랜지스터는 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력 손실 자동 조절 방법은; 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 방법에 있어서, 빔 스위치에 의해 상기 빔이 구동되는지를 검사하는 빔 구동 검지 과정과, 빔 구동이 감지되면 입력전원 측정부와 구동 전원 측정부를 통해 입력 전력 및 출력 전력을 계산하고, 상기 입력전력 및 출력 전력에 의해 전력 손실을 계산하는 전력 손실 측정 과정과, 상기 계산된 전력 손실과 미리 설정되어 있는 기준 전력 손실을 비교하여 상기 계산된 전력 손실이 기준 전력 손실보다 큰지를 판단하는 안전 구동 모드 전환 여부 판단 과정과, 상기 판단 결과 계산된 전력 손실이 기준 전력 손실보다 크면 펄스폭변조 신호의 듀티 사이클을 감소하여 빔 구동부로 출력하는 전력 손실 조절 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전력 손실 자동 조절 방법은; 상기 전력 손실 조절 과정에서 안전 구동 모드 전환에 의한 전력 손실 조절 과정 후, 측정되는 전력 손실이 기준 전력 손실보다 작아져 정상 상태로 돌아왔는지를 판단하는 회복 판단 과정과, 상기 정상 상태로 돌아온 것으로 판단되면 듀티 사이클을 정상 모드 듀티 사이클로 전환하는 정상 모드 전환 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전력 손실 증가 시 PWM 신호의 듀티 사이클을 조절하여 전력 손실을 줄일 수 있으므로 전력손실에 의한 과열로부터 LED 드라이버 모듈의 파손을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 전력 손실을 조절할 수 있으므로 고휘도 LED로 제공되는 전원을 차단하는 상태를 만들지 않음으로 어두운 밤에 자동차 등의 오프로 인해 운전자를 당황하게 하지 않으며, 운전자를 어둠으로부터 보호할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치의 블록 구성을 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 전력 손실 자동 조절 장치의 회로도를 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 방법을 나타낸 흐름도

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치의 구성 및 전력 손실 자동 조절 방법을 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치의 블록 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 전력 손실 자동 조절 장치의 회로도를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전력 손실 자동 조절 장치는 제어부(10)와 빔 스위치(20)와 입력전원 측정부(30)와 빔 구동부(40)와 구동전원 측정부(50)와 빔(60)을 포함한다.

빔(60)은 도 2에서 보여지는 바와 같이 복수개의 LED들로 구성되어, 자동차의 전조등, 후미등, 안개등 등에 구성될 수 있으며, 구동 전원을 인가받아 빛을 방출한다.

빔 스위치(20)는 배터리(Battery: B)와 연결되어 배터리(B)로부터 입력되는 전원을 공급하거나 차단한다.

입력전원 측정부(30)는 상기 빔 스위치(20)가 온 되었을 때, 배터리(B)의 전원을 인가받아 입력전류 및 입력전압을 측정하여 제어부(10)로 출력한다. 상기 입력전원 측정부(30)는 입력 전압을 측정하기 위한 비교기와 입력 전류를 측정하기 위한 비교기를 포함하여 구성된다.

빔 구동부(40)는 상기 배터리(B)의 전원을 입력전원으로 인가받고, 제어부(10)로부터 펄스폭변조(Pulse Width Modulation: PWM) 신호를 입력받고, 입력되는 PWM의 듀티 사이클에 따라 상기 입력되는 입력전원을 구동 전원으로 변환하여 출력한다.

빔 구동부(40)는 배터리의 전원(B+)을 입력받는 제1입력단과 제2입력단과 구동전압을 출력하는 제1출력단과 접지되는 제2출력단으로 구성되는 트랜스포머와, 접지되는 이미터와, 제어부(10)로부터 PWM 신호를 입력받는 베이스와, 배터리의 전원(B+)을 입력받는 컬렉터로 구성되는 제1트랜지스터(Q1)와, 상기 제1트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 연결되는 베이스와 접지되는 이미터와 배터리 전원(B+)을 인가받는 컬렉터로 구성되는 제2트랜지스터(Q2)와 상기 트랜스포머의 제2입력단과 연결되는 드레인과, 접지되는 소스와, 상기 제2트랜지스터의 이미터를 통해 출력되는 펄스를 입력받는 게이트로 구성되어, 상기 펄스 입력에 상기 트랜스포머의 제1입력단으로 입력되는 입력전원을 스위칭하여 변환된 구동전원을 출력하는 제3트랜지스터(Q3)를 포함한다. 상기 제1트랜지스터(Q1) 및 제2트랜지스터(Q2)는 배터리 전원(B+)으로 빔(60)을 구동하기 위한 것이다. 또한 빔 구동부(40)는 상기 제3트랜지스터(Q3)의 게이트로 정전원을 제공하기 위해 애노드가 접지되고, 케소드가 제2트랜지스터의 게이트에 연결되는 제너 다이오드(도시하지 않음)를 더 포함할 수도 있다. 상기 제1트랜지스터(Q1)는 NPN 바이폴라 트랜지스터이고, 제2트랜지스터(Q2)는 PNP 바이폴라 트랜지스터이며, 제3트랜지스터(Q3)는 전계효과트랜지스터(FET)이다.

구동전원 측정부(50)는 상기 빔 구동부(40)에서 출력되는 구동 전원의 전압 및 전류를 측정하여 상기 제어부(10)로 출력한다.

제어부(10)는 스위치 신호의 입력에 의해 본 발명에 따른 전력 손실 자동 조절 동작을 제어한다. 특히 제어부(10)는 상기 입력전원 측정부(30)로부터 입력전압값 및 입력전류값을 인가받아 입력 전력을 계산하고, 상기 구동전원 측정부로부터 출력 전압 및 출력 전류값을 입력받아 출력 전력(Pout)을 계산하며, 상기 입력 전력(Pin)과 출력 전력(Pout)에 의해 전력 손실(Ploss=Pin-Pout)을 계산하고, 계산된 전력 손실(Ploss)이 미리 설정되어 있는 기준 전력 손실(Pref)보다 큰지를 판단하여 큰 경우 PWM 신호의 듀티 사이클을 낮게 조절하여 출력 전력(Pout)을 줄이고, 출력전력의 감소에 의해 전력 손실(Ploss)를 줄이게 된다.

또한 제어부(10)는 상기 전력 손실(Ploss)이 기준 전력 손실(Pref)보다 커 강제 전력 손실 조절을 수행하는 안전 구동 모드임을 나타내기 위한 상태 플래그를 구비하고, 상기 안전 구동 모드에서 전력 손실이 정상 범주 내로 돌아온 경우 일반적인 듀티 사이클을 가지는 PWM을 출력하여 정상 모드로 전환한다.

도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 방법을 나타낸 흐름도이다. 이하 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한다.

우선, 제어부(10)는 빔 스위치(20)로부터 스위치 신호가 입력되어 빔 구동 개시 요청이 발생하는지를 검사한다(S311). 빔 구동이 개시되면 제어부(10)는 정상 모드의 듀티 사이클을 가지는 PWM을 빔 구동부(40)로 출력하여 빔을 구동한다.

제어부(10)는 상기 빔(60)의 구동 후, 입력전원 측정부(30)를 통해 입력전원, 즉 입력 전압 및 입력 전류를 측정한다(S313).

상기 입력전압 및 전류가 계산되면, 제어부(10)는 구동전원 측정부(50)를 통해 출력 전압 및 출력 전류를 측정한다(S315).

제어부(10)는 입력 전압, 전류 및 출력 전압, 전류가 측정되면 측정된 값들에 의해 입력 전력(Pin) 및 출력 전력(Pout)을 계산하며(S317), 상기 입력 전력(Pin)과 출력 전력(Pout)에 의해 전력 손실(Ploss)를 계산한다(S319).

상기 전력 손실이 계산되면 제어부(10)는 전력 손실(Ploss)과 미리 설정되어 있는 기준 전력 손실(Pref)을 비교하여 계산된 전력 손실(Ploss)가 기준 전력 손실보다 다 큰지를 판단한다(S321).

이때, 계산된 전력 손실(Ploss)이 기준 전력 손실(Pref)보다 크다면 안전 구동 모드를 설정하고, PWM의 듀티사이클을 변경, 구체적으로 낮게하여 출력한다(S323).

반면, 계산된 전력 손실(Ploss)가 기준 전력 손실(Pref)보다 작다면 제어부(10)는 현재 모드가 정상 모드인지 안전 구동 모드인지를 판단한다(S325).

현재 모드가 정상모드인 경우 제어부(10)는 상기 S313단계 이후의 과정을 반복하여 지속적으로 입력 전력과 출력 전력에 의해 전력 손실(Ploss)를 모니터링한다. 그러나 안전 구동 모드이면 제어부(10)는 듀티 사이클을 정상 시로 되돌리고(S327) 정상모드로 전환한 후 상기 S313단계로 돌아가 이후의 과정을 반복 수행한다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시 예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

10: 제어부 20: 빔 스위치
30: 입력전원 측정부 40: 빔 구동부
50: 구동전원 측정부 60: 빔

Claims (5)

1. 복수의 고휘도 발광 다이오드들로 구성되며, 구동전원을 인가받아 빛을 방출하는 빔과,
   빔 구동부로 입력되는 입력전원을 측정하는 입력전원 측정부와,
   듀티 사이클을 가지는 펄스폭 변조 신호를 입력받아 상기 입력전원을 구동전원으로 변환하여 출력하는 빔 구동부와,
   상기 빔 구동부에서 출력되는 출력 전원을 측정하는 구동전원 측정부와,
   상기 입력전원 측정부와 구동전원 측정부를 통해 측정된 입력전원과 출력 전원에 의해 손실 전력을 계산하고, 계산된 손실 전력과 미리 설정되어 있는 기준 손실 전력을 비교하여 상기 계산된 손실 전력이 더 크면 상기 듀티 사이클을 낮추어 전력 손실을 줄이는 제어부를 포함하는 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 빔 구동부는,
   배터리의 전원(B+)을 입력받는 제1입력단과 제2입력단과 구동전압을 출력하는 제1출력단과 접지되는 제2출력단으로 구성되는 트랜스포머와,
   접지되는 이미터와, 제어부(10)로부터 PWM 신호를 입력받는 베이스와, 배터리의 전원(B+)을 입력받는 컬렉터로 구성되는 제1트랜지스터(Q1)와,
   상기 제1트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 연결되는 베이스와 접지되는 이미터와 배터리 전원(B+)을 인가받는 컬렉터로 구성되는 제2트랜지스터(Q2)와,
   상기 트랜스포머의 제2입력단과 연결되는 드레인과, 접지되는 소스와, 상기 제2트랜지스터의 이미터를 통해 출력되는 펄스를 입력받는 게이트로 구성되어, 상기 펄스 입력에 상기 트랜스포머의 제1입력단으로 입력되는 입력전원을 스위칭하여 변환된 구동전원을 출력하는 제3트랜지스터(Q3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 트랜지스터는 바이폴라 트랜지스터이고, 상기 제3트랜지스터는 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 장치.
   
4. 발광 다이오드 드라이브 모듈의 전력 손실 자동 조절 방법에 있어서,
   빔 스위치에 의해 상기 빔이 구동되는지를 검사하는 빔 구동 검지 과정과,
   빔 구동이 감지되면 입력전원 측정부와 구동 전원 측정부를 통해 입력 전력 및 출력 전력을 계산하고, 상기 입력전력 및 출력 전력에 의해 전력 손실을 계산하는 전력 손실 측정 과정과,
   상기 계산된 전력 손실과 미리 설정되어 있는 기준 전력 손실을 비교하여 상기 계산된 전력 손실이 기준 전력 손실보다 큰지를 판단하는 안전 구동 모드 전환 여부 판단 과정과,
   상기 판단 결과 계산된 전력 손실이 기준 전력 손실보다 크면 펄스폭변조 신호의 듀티 사이클을 감소하여 빔 구동부로 출력하는 전력 손실 조절 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 전력 손실 조절 과정에서 안전 구동 모드 전환에 의한 전력 손실 조절 과정 후, 측정되는 전력 손실이 기준 전력 손실보다 작아져 정상 상태로 돌아왔는지를 판단하는 회복 판단 과정과,
   상기 정상 상태로 돌아온 것으로 판단되면 듀티 사이클을 정상 모드 듀티 사이클로 전환하는 정상 모드 전환 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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