KR20120017914A - Ｌｅｄ 구동 장치 - Google Patents

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KR20120017914A
KR20120017914A KR1020100080865A KR20100080865A KR20120017914A KR 20120017914 A KR20120017914 A KR 20120017914A KR 1020100080865 A KR1020100080865 A KR 1020100080865A KR 20100080865 A KR20100080865 A KR 20100080865A KR 20120017914 A KR20120017914 A KR 20120017914A
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백창훈
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

LED 발광시 발생하는 열로 인한 온도 상승으로 LED에서 방출되는 광량이 저하되는 것을 보상할 수 있는 LED 구동 장치가 개시된다. 상기 LED 구동 회로는, 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 광원부를 구동하기 위한 LED 구동장치로서, 상기 LED의 발광시 방출되는 열에 의한 온도 변화를 검출하는 온도 변화 검출부; 상기 온도 변화 검출부에 검출된 온도 변화에 따른 LED 광량 변화를 보상할 수 있는 구동 전류의 크기를 결정하는 제어부; 및 상기 제어부에서 결정된 구동 전류의 크기에 대응되는 구동전류를 상기 LED에 제공하는 LED 구동부를 포함할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 구동 장치{LED DRIVING APPARATUS}
본 발명은 LED 구동 장치에 관한 것으로, LED 발광시 발생하는 열로 인한 온도 상승으로 LED에서 방출되는 광량이 저하되는 것을 보상할 수 있는 LED 구동 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 기술의 발전에 따라 반도체로 제조되는 광원인 발광 다이오드(LED)의 고출력화가 이루어져 왔다. 이에 따라 기존의 백열등 또는 형광등과 같은 조명용 램프를 LED를 광원으로 적용한 램프로 대체시키고자 하는 연구가 활발하게 이루어지고 있으며 일부 기술분야에서는 이미 기존 램프를 대체하는 새로운 광원으로 이용되고 있다.
이러한 LED를 이용한 램프를 구동하기 위해서는 LED를 구동하기 위한 구동회로가 필요하다. LED를 구동하기 위한 구동회로는, 상용의 교류(AC) 전원으로부터 LED에 직접 제공되는 직류 전류를 생성하는데 필요한 정류 회로, 역률 개선(PFC) 회로, 전압 변환 회로등이 필요하다. 특히, LED는 발광되는 광량이 그에 흐르는 구동 전류의 크기에 따라 변화하므로 일정한 밝기의 발광을 유지하기 위해서는 구동에 제공되는 전류의 크기를 일정하게 유지하는 정전류 구동이 이루어져야 한다.
한편, LED는 반도체 특성 상 광을 방출하는 과정에서 많은 양의 열이 발생하고, 이러한 열의 발생으로 인해 온도가 상승하면서 발광량이 저하되는 특성을 갖는다. 따라서, LED에 대한 정전류 구동이 이루어지는 과정에서 열이 발생하므로 LED 광원의 휘도가 저하되므로, 온도 상승에 따른 휘도 저하의 문제를 해결할 수 있는 LED 구동 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 LED 발광시 발생하는 열로 인한 온도 상승으로 LED에서 방출되는 광량이 저하되는 것을 보상할 수 있는 LED 구동 회로를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 PWM 방식의 LED 구동부를 사용한 경우 LED 발광시 발생하는 열로 인한 온도 상승으로 LED에서 방출되는 광량이 저하되는 것을 효과적으로 보상할 수 있는 LED 구동 회로를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은,
적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 광원부를 구동하기 위한 LED 구동장치에 있어서,
상기 LED의 발광시 방출되는 열에 의한 온도 변화를 검출하는 온도 변화 검출부;
상기 온도 변화 검출부에 검출된 온도 변화에 따른 LED 광량 변화를 보상할 수 있는 구동 전류의 크기를 결정하는 제어부; 및
상기 제어부에서 결정된 구동 전류의 크기에 대응되는 구동전류를 상기 LED에 제공하는 LED 구동부
를 포함하는 LED 구동 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 LED 구동부는, 듀티비 및 진폭이 제어되는 펄스 형태의 구동 전류를 상기 LED로 제공하는 PWM 방식 구동부이며, 상기 제어부는, 상기 온도 변화 검출부에서 검출된 온도 변화에 따른 LED 광량 변화를 보상할 수 있도록 상기 펄스 형태의 구동 전류의 진폭을 결정하는 방식으로 동작할 수 있다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 온도 변화 검출부로부터 검출된 온도 변화에 대응되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부로 제공하는 아날로그/디지털 변환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시형태는, 상기 온도변화 검출부는, 온도 변화에 따라 저항값이 변동되는 온도 계수 저항을 포함하며, 상기 온도 계수 저항에 일정한 전압을 제공하여 상기 온도 계수 저항의 저항값 변동에 따른 전류크기 변동을 이용하여 온도 변화를 검출할 수 있다.
본 발명에 따르면, LED 구동부에 LED의 열로 인한 광량 저하를 보상할 수 있는 구동전류값을 직접 제공함으로써 온도 변화가 발생하는 경우에도 일정한 휘도의 광을 방출하게 할 수 있다.
더하여, 본 발명에 따르면, PWM 방식의 LED 구동부에서 제공되는 펄스 형태의 구동전류의 진폭을 제어함으로써 구동전류의 듀티비를 제어하는 경우 발생하는 전류 변동폭의 제약을 극복할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 구동장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 구동장치에서 제공되는 펄스 형태의 구동전류를 도시한 도면이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 전류의 크기에 따른 LED 발광량 및 온도에 따른 LED 발광량을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 구동장치를 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 구동장치는 LED(L)를 적어도 하나 포함하는 LED 광원부(10)에 구동 전류를 제공하여 LED가 일정한 휘도로 발광할 수 있게 할 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 구동장치는, LED 광원부에 포함된 LED의 발광시 방출되는 열에 의한 온도 변화를 검출하는 온도 변화 검출부(20)와, 상기 온도 변화 검출부(20)에 검출된 온도 변화에 따른 LED 광량 변화를 보상할 수 있는 구동 전류의 크기를 결정하는 제어부(40) 및 상기 제어부(40)에서 결정된 구동 전류의 크기에 대응되는 구동전류를 상기 LED에 제공하는 LED 구동부(50)를 포함할 수 있다. 더하여, 본 발명의 일실시형태는, 상기 온도 변화 검출부(20)로부터 검출된 온도 변화에 대응되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부로 제공하는 아날로그/디지털 변환부(20)를 더 포함할 수 있다.
상기 LED 광원부(10)는 적어도 하나의 LED(L)를 포함하는 광원으로서, 다양한 개수와 다양한 전기적 연결관계를 갖는 LED(L)를 포함할 수 있다. 상기 LED 광원부(10)는 LED를 적용하는 애플리케이션에 따라, 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 직렬과 병렬 연결이 혼용된 형태의 전기적 연결구조로 연결된 복수의 LED를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 예와 같이, 상기 LED 광원부(10)는 직렬 연결된 복수의 LED(L)를 포함하는 LED 어레이가 복수개 포함되며, 상기 복수의 LED 어레이는 상호 병렬 연결될 수 있다.
상기 온도변화 검출부(20)는, LED(L)에서 방출되는 열에 의해 발생되는 온도 변화를 검출하여 출력할 수 있다. 상기 온도변화 검출부(20)는 온도 변화에 따라 저항값이 변동되는 온도 계수 저항(Rt)을 포함할 수 있다. 상기 온도 계수 저항(Rt)은 온도가 증가함에 따라 저항값이 상승하는 정온도 계수(PTC) 저항 또는 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소하는 부온도 계수(NTC) 저항이 채용될 수 있다. 상기 온도변화 검출부(20)는 상기 온도 계수 저항에 일정한 전압을 제공하여 상기 온도 계수 저항의 저항값 변동에 따른 전류크기 변동을 이용하여 온도 변화를 검출할 수 있다. 예를 들어 정온도 계수 저항을 채용한 경우, 온도가 증가함에 따라 저항값이 상승하므로 일정한 전압을 제공한 경우 전류는 감소하게 된다. 이 감소되는 전류의 크기에 따라 증가한 온도 변화의 크기를 검출할 수 있다. 반대로 부온도 계수 저항을 채용한 경우, 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소되므로 일정한 전압을 제공한 경우 전류는 증가하게 된다. 이 증가되는 전류의 크기에 따라 증가한 온도 변화의 크기를 검출할 수 있다.
상기 제어부(40)는 상기 온도변화 검출부(20)에서 출력된 온도 변화에 따른 LED 구동 전류의 크기를 결정한다. 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, LED에서 방출되는 광량은 구동 전류의 크기가 증가할수록 커지고, 온도가 상승할수록 감소하는 특성을 갖는다. 따라서, 상기 제어부(40)는 이러한 광량과 전류의 관계 광량과 온도의 관계를 사전에 파악하여 룩업 테이블 형태로 저장하고, 온도 변화에 따른 광량 변동을 보정할 수 있는 적절한 구동 전류값을 결정하여 출력한다. 즉 상기 제어부(40)는 LED 발열에 의해 온도가 상승한 경우 LED 광량이 저하되는 것으로 판단하고 구동전류를 증가시키고, 온도가 하강한 경우 과도한 LED 발광을 차단하기 위해 구동전류를 감소시킬 수 있다.
상기 온도변화 검출부(20)에서 검출되어 출력되는 온도변화에 대응되는 신호는 아날로그 신호(예를 들어 전류의 크기)일 수 있으며, 상기 제어부(40)는 디지털 방식으로 구동되는 마이크로 프로세서가 채용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시형태는, 온도변화 검출부(20)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부(40)로 전달하는 아날로그/디지털 변환부를 더 포함할 수 있다.
상기 LED 구동부(50)는 상기 LED 광원부(10)로 제공되는 구동 전류(If)의 크기를 조정함과 동시에 일정한 정전류로 제공될 수 있도록 제어한다. 상기 LED 구동부(50)는 당업계에 잘 알려진 다양한 정전류 구동 회로가 채용될 수 있으며, 단일 칩으로 집적된 LED 구동 IC가 채용될 수 있다.
특히, 본 발명의 일실시형태는, 상기 LED 구동부(50)로서 펄스 형태의 구동전류를 제공하는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 방식으로 동작할 수 잇다. 이러한 PWM 방식의 LED 구동부는 펄수 형태의 구동전류의 진폭(amplitude) 및 듀티비(duty ratio)를 제어함으로써 LED 발광부(10)에 제공되는 전류의 크기를 적절하게 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 펄스 형태의 구동 전류의 제어방법을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시형태에 따른 LED 구동 장치는 제어부(40)에서 결정된 구동 전류의 크기에 따라 LED 구동부(50)가 펄스의 진폭(amplitude)를 증가 또는 감소시키는 방식으로 LED 광원부(10)의 LED(L)에 제공되는 구동전류의 크기를 제어할 수 있다. 상기 도 2에서, 참조 부호 'C'는 펄스형태 구동전류의 주기를 나타내며, 'D1'은 온(on) 듀티, 'D2'는 오프(off) 듀티를 나타낸다. 통상, PWM 제어 방식의 LED 구동부에서는 상기 온/오프 듀티의 비를 제어하여 LED에 제공되는 전류의 크기를 제어하도록 동작하나, 듀티비 제어를 통한 제어되는 구동전류의 제어 범위에는 한계가 있다. 본 발명은 온도 변동에 따른 광량저하를 보상할 수 있는 구동전류 크기를 제어부(40)에서 결정하고, 결정된 크기의 구동전류를 제공할 수 있도록 상기 LED 구동부(50)는 펄스 형태의 구동전류의 진폭을 조정한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, LED의 열로 인한 광량 저하를 보상할 수 있는 구동전류값을 LED 구동부에 직접 제공함으로써 온도 변화가 발생하는 경우에도 일정한 휘도의 광을 방출하게 할 수 있다.
더하여, 본 발명에 따르면, PWM 방식의 LED 구동부에서 제공되는 펄스 형태의 구동전류의 진폭을 제어함으로써 구동전류의 듀티비를 제어하는 경우 발생하는 전류 변동폭의 제약을 극복할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: LED 발광부 20: 온도변화 검출부
30: 아날로그/디지털 변환부 40: 제어부
50: LED 구동부 L: LED
Rt: 온도 계수 저항

Claims (4)

  1. 적어도 하나의 LED를 포함하는 LED 광원부를 구동하기 위한 LED 구동장치에 있어서,
    상기 LED의 발광시 방출되는 열에 의한 온도 변화를 검출하는 온도 변화 검출부;
    상기 온도 변화 검출부에 검출된 온도 변화에 따른 LED 광량 변화를 보상할 수 있는 구동 전류의 크기를 결정하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 결정된 구동 전류의 크기에 대응되는 구동전류를 상기 LED에 제공하는 LED 구동부
    를 포함하는 LED 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LED 구동부는, 듀티비 및 진폭이 제어되는 펄스 형태의 구동 전류를 상기 LED로 제공하는 PWM 방식 구동부이며,
    상기 제어부는, 상기 온도 변화 검출부에서 검출된 온도 변화에 따른 LED 광량 변화를 보상할 수 있도록 상기 펄스 형태의 구동 전류의 진폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도 변화 검출부로부터 검출된 온도 변화에 대응되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 제어부로 제공하는 아날로그/디지털 변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 온도변화 검출부는,
    온도 변화에 따라 저항값이 변동되는 온도 계수 저항을 포함하며,
    상기 온도 계수 저항에 일정한 전압을 제공하여 상기 온도 계수 저항의 저항값 변동에 따른 전류크기 변동을 이용하여 온도 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140077293A (ko) * 2012-12-14 2014-06-24 삼성전기주식회사 Led 구동 장치
KR20150084583A (ko) * 2014-01-14 2015-07-22 엘지이노텍 주식회사 조명장치

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