KR20120041093A - 발광 다이오드 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

복수의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 장치를 위한 구동 장치로서, 교류 전압을 입력받아 정류 전압을 출력하는 정류부; 및 상기 정류 전압을 소정의 구간별로 센싱하여 미리 저장된 데이터에 따라 상기 복수의 발광 다이오드를 구동하는 구동 제어부를 포함하는 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.

Description

발광 다이오드 구동 장치{DEVICE FOR DRIVING LIGHT EMITTIING DIODE}
본 발명은 발광 다이오드 구동 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력 전원을 소정의 구간별로 센싱하여 미리 저장된 데이터에 따라 복수의 발광 다이오드를 구동하는 발광 다이오드 구동 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드를 구동하기 위한 종래 기술에서는 대부분의 응용에서 발광 다이오드 구동을 위한 컨버터를 이용한다. 응용분야에 맞게 발광 다이오드가 선택되면, 이 발광 다이오드의 적절한 동작을 위한 전류 또는 전압이 컨버터에 포함된 구동회로에서 정의되고 규정된 전류 또는 전압 출력을 발광 다이오드로 공급하게 된다.
종래의 발광 다이오드 구동 회로는 컨버터를 이용하여 발광 다이오드를 구동하거나, 컨버터를 이용하지 않으면서 브릿지 다이오드를 통해 정류 전압을 이용하여 발광 다이오드를 구동할 수도 있으며, 평활회로를 추가하여 발광 다이오드를 구동할 수도 있다.
컨버터를 사용하는 일반적인 발광 다이오드 구동회로는 안정적으로 발광 다이오드를 구동할 수 있다는 장점이 있는 반면, 가격, 크기 및 컨버터의 중요한 기능을 수행하는 전해 커패시터의 수명이 발광 다이오드의 수명에 비해 매우 작은 것이 문제점으로 널리 알려져 있다. 또한 커패시터를 이용한 평활회로를 사용할 경우에도 전해 커패시터가 사용되므로 커패시터 수명 문제가 똑같이 대두된다.
종래의 발광 다이오드 구동 회로에서는 발광 다이오드의 전류-전압 특성상 일정 전압이 발광 다이오드에 인가되기 전까지는 발광 다이오드는 오프(OFF) 상태로 존재하며 이로 인해 입력 전압이 발광 다이오드의 턴온(turn-on) 전압에 이르기 전까지는 입력 전류가 흐르지 않는 상태가 존재한다. 이와 같은 전류-전압 동작 특성으로 인해 입력 유효전력과 입력 실효전력의 비로 표현되는 역률이 저하되게 되며, 고조파 성분이 증가하게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 조명 기구 수명 문제를 야기하는 컨버터를 사용하지 않고 발광 다이오드를 구동하는 발광 다이오드 구동 장치를 제공하는데 있다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고조파, 및 역률을 제어함과 동시에 입력전압 변동에 따른 발광 다이오드 밝기 변동을 억제할 수 있는 발광 다이오드 구동 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발광 다이오드의 발광 효율을 높임으로써 전체 발광 다이오드 조명 기구의 효율을 높일 수 있는 발광 다이오드 구동 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일측면에 의하면, 복수의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 장치를 위한 구동 장치로서, 교류 전압을 입력받아 정류 전압을 출력하는 정류부; 및 상기 정류 전압을 소정의 구간별로 센싱하여 미리 저장된 데이터에 따라 상기 복수의 발광 다이오드를 구동하는 구동 제어부를 포함하는 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
상기 구동 제어부는, 상기 정류 전압의 주파수에 대응하는 소정의 구간을 설정하고, 설정된 구간을 카운트한 데이터에 따라 서브 구간을 선택하고, 선택된 서브 구간에 대응하는 미리 저장된 구동 데이터에 따라 상기 복수의 발광 다이오드를 구동하기 위한 구동 제어신호를 출력할 수 있다.
상기 구동 제어부는, 상기 정류 전압에 따라 동기 신호 및 클럭 신호를 발생하는 동기 신호 및 클럭 발생부; 상기 서브 구간별로 상기 발광 다이오드 장치를 구동하기 위한 구동 데이터를 저장하는 구동 데이터 저장부; 상기 동기 신호 및 상기 클럭 신호에 따라 생성된 카운트 클럭수를 이용하여 상기 서브 구간을 판단하고 상기 구동 데이터 저장부로부터 해당 서브 구간에 대응하는 디지털 구동 신호를 출력하는 디지털 제어부; 및 상기 디지털 구동 신호를 입력받아 상기 구동 제어 신호를 출력하는 디지털-아날로그 제어부를 포함할 수 있다.
상기 동기 신호 및 클럭 발생부는, 상기 정류 전압을 인가받아 상기 정류 전압의 주파수에 동기된 동기 신호를 출력하는 동기 신호 발생부; 상기 동기 신호를 이용하여 소정의 주기를 갖는 클럭 신호를 출력하는 오실레이터; 상기 클럭 신호를 카운트하여 카운트 클럭수에 해당하는 2진 데이터를 출력하는 이진 카운터; 및 상기 카운트 클럭수에 따라 상기 오실레이터의 동작 주파수를 제어하는 클럭 조절부를 포함할 수 있다. 상기 동기 신호 발생부는 상기 정류 전압을 소정의 전압 레벨 이하로 제한하여 동기 신호로 출력할 수 있다.
상기 클럭 조절부는 상기 카운트 클럭수와 소정의 기준 클럭수의 비교 결과에 따라, 상기 오실레이터의 동작 주파수를 증감시킬 수 있다.
상기 기준 클럭은 교류 전압의 주파수에 따라 설정될 수 있다.
상기 서브 구간은 상기 카운트 클럭수에 따라 설정될 수 있다.
상기 구동 데이터 저장부는 상기 서브 구간에 대응하는 어드레스를 저장하고, 각 어드레스별로 미리 설정된 구동 데이터를 저장할 수 있다.
상기 구동 데이터는 상기 발광 다이오드 장치를 구성하는 발광 다이오드의 개수 및 특성, 교류 전압의 크기 및 주파수, 상기 발광 다이오드 장치의 소비 전력, 역률, 고조파 특성을 고려하여 설정될 수 있다. 상기 구동 데이터는 상기 발광 다이오드 장치를 구동하기 위한 전류의 크기 및 펄스폭의 정보를 포함할 수 있다.
상기 구동 데이터 저장부는 ROM 코딩 기반 전류 제어가 가능하게 하는 롬 데이터를 저장하는 ROM 셀(cell) 형태로 구현될 수 있다. 상기 롬 데이터는 복수개의 채널을 각각 제어할 수 있도록 구성되고, 각 채널마다 마다 전류 제어 비트, PWM 제어 비트, 출력 제어 비트를 갖도록 구성될 수 있다.
상기 디지털 제어부는 상기 카운트 클럭수에 따라 어드레스 신호를 발생하고, 상기 구동 데이터 저장부로부터 해당 어드레스 신호에 대응하는 구동 데이터를 리드하기 위한 제어 신호를 발생할 수 있다. 상기 디지털 제어부는 상기 제어신호에 따라 해당 구동 데이터를 리드하여 디지털 구동 신호를 출력할 수 있다.
상기 디지털-아날로그 제어부는, 상기 디지털 구동 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 변환된 아날로그 신호를 펄스폭 변조하여 상기 구동 제어신호를 출력할 수 있다.
상기 발광 다이오드 구동 장치는 상기 구동 제어 신호에 따라 상기 발광 다이오드 장치를 구성하는 각 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제어하는 정전류 구동부를 더 포함할 수 있다. 상기 정전류 구동부는 복수의 전류 싱크부를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 전류 싱크부는 상기 발광 다이오드 장치를 구성하는 발광 다이오드의 개수, 어레이 수 또는 배치에 따라 그 개수 및 배치가 결정될 수 있다.
상기 각 전류 싱크부는 상기 구동 제어 신호와 상기 발광 다이오드의 검출 전압이 동일하도록 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
상기 각 전류 싱크부는, 일단이 접지된 저항; 상기 구동 제어 신호가 입력되는 비반전 단자 및 상기 저항에 따른 검출 전압이 입력되는 반전 단자를 포함하는 연산 증폭기; 및 대응되는 발광 다이오드의 일단과 상기 저항의 타단 사이에 연결되어 상기 연산 증폭기의 출력에 의해 제어되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 구동 장치는 상기 구동 제어부를 구동하기 위한 제어전압을 공급하는 제어 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 구동 제어부는 집적회로 소자로 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 소정의 전원이 인가되는 전원단자; 적어도 하나의 발광 다이오드의 일단 및 타단에 각각 연결된 접속단자; 상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 일단 및 타단 중 어느 하나에 연결된 제어단자를 포함하고, 상기 전원의 주파수에 따라 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 흐르는 전류를 상기 제어단자를 통해 제어하는 발광 다이오드 구동 IC가 제공된다.
본 발명에 의하면, 교류 전압을 입력받아 정류 전압을 변환하고 정류 전압을 소정의 구간별로 센싱하여 미리 저장된 데이터에 따라 발광 다이오드 장치를 구성하는 복수의 발광 다이오드를 구동함으로써, 컨버터를 사용하지 않음에 따라 발광 다이오드 장치의 수명을 연장시킬 수 있고, 미리 저장된 데이터에 기반하여 발광 다이오드 장치에 흐르는 전류값이 설정됨에 따라, 입력되는 교류 전압이 변동하여도 그 전압에 무관하게 발광 다이오드 장치는 일정한 밝기를 유지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 발광 다이오드의 특성, 발광 다이오드의 개수, 구동 전원의 전압과 주파수, 소비 전력, 각종 조명 규격에서 요구하는 효율, 역률, 및 고조파 사양에 대응하는 구동 데이터에 따라 발광 다이오드 장치를 구동시킴으로써 발광 다이오드의 발광 효율을 최적화함과 아울러 발광 다이오드 장치의 동작 신뢰성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 동기신호 및 클럭 발생부의 상세 블록도이다.
도 3은 구동 데이터 저장부에 저장된 구동 데이터를 설명하기 위한 파형도이다.
도 4 및 도 5는 디지털 제어부의 출력을 도시한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 정전류 구동부의 상세 블록도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 장치의 전압 및 전류를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 장치의 전력 소비를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 고조파 성분을 도시한 도면이다.
도 12 및 도 13은 집적 회로(IC)로 구현된 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치와 발광 다이오드 장치의 연결을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치를 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 동기신호 및 클럭 발생부의 상세 블록도이고, 도 3은 구동 데이터 저장부에 저장된 구동 데이터를 설명하기 위한 파형도이며, 도 4 및 도 5는 디지털 제어부의 출력을 도시한 도면이고, 도 6은 도 1에 도시된 정전류 구동부의 상세 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치(1)는 전원(10)으로부터 교류전압(Vac)을 입력받고, 교류전압(Vac)의 주파수에 따라 미리 저장된 데이터를 이용하여 발광 다이오드 장치(200)를 구동한다. 여기서, 발광 다이오드 장치(200)는 복수의 발광 다이오드(LED1~LED4)를 포함한다. 도 1에는 4개의 발광 다이오드가 직렬로 연결된 발광 다이오드 어레이가 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 발광 다이오드 어레이를 구성하는 발광 다이오드의 수, 발광 다이오드 어레이의 수, 각 발광 다이오드를 구성하는 발광셀들의 개수 및 연결구조는 필요에 따라 얼마든지 변경이 가능하다. 각 발광 다이오드를 구성하는 발광셀들의 개수를 조절하는 경우, 문턱전압을 조절할 수 있음에 따라 발광 다이오드의 동작 지연을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치(1)는 정류부(100), 구동 제어부(300), 정전류 구동부(400) 및 제어전원 공급부(500)를 포함한다. 정류부(100)는 전원(10)으로부터 교류전압(Vac)를 입력받아 전파 정류하여 정류전압(Vrec)을 출력한다. 예컨대, 정류부(100)는 브릿지 다이오드를 포함한다.
구동 제어부(300)는 정류전압(Vrec)의 주파수에 대응하는 소정의 구간을 설정하고, 설정된 구간을 카운트한 데이터에 따라 서브 구간을 선택하며, 선택된 서브 구간에 대응하는 미리 저장된 구동 데이터에 따라 구동 제어신호(Vcont)를 출력한다.
구체적으로, 구동 제어부(300)는 동기신호 및 클럭 발생부(310), 구동 데이터 저장부(320), 디지털 제어부(330) 및 디지털-아날로그 제어부(340)를 포함할 수 있다. 동기신호 및 클럭 발생부(310)는 도 2에 도시된 바와 같이, 동기 신호 발생부(312), 오실레이터(314), 이진 카운터(316) 및 클럭 조절부(318)를 포함한다. 동기 신호 발생부(312)는 정류전압(Vrec)을 인가받아 정류전압(Vrec)의 주파수에 동기된 동기 신호(Vsync)를 출력한다. 이를 위해 동기 신호 발생부(312)는 정류전압(Vrec)의 주파수의 수배 이상 주파수를 가지는 발진 주파수를 이용할 수 있다. 동기 신호 발생부(312)는 정류전압(Vrec)을 소정의 전압 레벨 이하로 제한하여 동기신호(Vsync)를 출력한다. 본 발명의 실시 예에서는 정류전압(Vrec)을 5V의 전압 레벨로 제한한 경우를 예를 들어 설명한다.
오실레이터(314)는 동기신호(Vsync)를 이용하여 소정의 주기를 갖는 클럭 신호(CLK)를 출력한다. 이진 카운터(316)는 클럭 신호(CLK)를 카운트하여 2진 데이터를 출력한다. 이하, 이진 카운트(316)로부터 출력된 데이터를 '카운트 클럭수'로 하여 설명한다.
클럭 조절부(318)는 카운트 클럭수에 따라 오실레이터(314)의 동작 주파수를 제어한다. 클럭 조절부(318)는 카운트 클럭수를 입력받아 소정의 기준 클럭수와 비교하여 오차 범위 내에 있는지 여부를 판단한다. 판단 결과, 카운트 클럭수와 기준 클럭수 간의 차이가 오차 범위 내에 있는 경우 오실레이터(314)의 동작 주파수를 유지한다. 반면, 카운트 클럭수와 기준 클럭수 간의 차이가 오차 범위 내에 없는 경우 오실레이터(314)의 동작 주파수를 증감시킨다. 예컨대 카운트 클럭수가 기준 클럭수보다 적은 경우에는 오실레이터(314)의 동작 주파수를 증가시키고, 카운트 클럭수가 기준 클럭수보다 많은 경우에는 오실레이터(314)의 동작 주파수를 감소시킨다. 이에 따라 동기신호(Vsync)에 대응하는 구간의 카운트 클럭수가 매 구간마다 일정하게 설정된다. 여기서, 기준 클럭수는 교류전압(Vac)의 주파수에 따라 미리 소정 값으로 설정된다.
구동 데이터 저장부(320)는 서브 구간별로 발광 다이오드 장치(200)를 구동하기 위한 구동 데이터가 저장된다. 구동 데이터 저장부(320)는 서브 구간에 대응하는 어드레스를 포함하며, 각 어드레스 별로 미리 설정된 구동 데이터가 저장된다. 여기서, 서브 구간은 카운트 클럭수에 따라 설정되며, 본 발명의 실시 예에서는 정류전압(Vrec)의 주파수에 대응하는 한 구간을 90개의 서브 구간으로 설정한 경우를 예를 들어 설명한다. 구동 데이터 저장부(320)는 메모리를 포함하며, 예컨대 ROM(Read Only Memory)을 포함할 수 있다. 즉, 구동 데이터 저장부(320)는 ROM 코딩 기반 전류 제어가 가능하게 하는 롬 데이터를 저장하는 ROM 셀(cell) 형태로 구현될 수 있다. 일반적으로 ROM은 n비트 X m워드로 구성된다. 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 장치(200)가 복수의 채널로 구성되는 경우, ROM 데이터는 복수의 채널을 각각 제어할 수 있도록 각 채널의 전류 제어 비트, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 비트, 출력 제어 비트 등을 가질 수 있다. 또한, 구동 제어부(300)의 특성을 수정하기 위한 최상위 또는 최하위 2비트를 예비 비트(reserved bit)로 가질 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 구동 데이터는 발광 다이오드 장치(200) 내의 발광 다이오드의 수 및 특성, 교류전압(Vac)의 크기 및 주파수, 발광 다이오드 장치(200)의 소비 전력, 역률, 고조파 특성 등을 고려하여 미리 설정된 값이며, 발광 다이오드 장치(200)를 구동하기 위한 전류의 크기 및 펄스 폭, 정전류 구동부(400)를 선택적으로 제어하기 위한 정보 등이 포함된다. 예컨대, 구동 데이터는 도 3에 도시된 바와 같이, 90개의 서브 구간에 대응하는 전류 크기에 대한 정보를 포함할 수 있다. 도 3에서 가로축은 시간을 나타내며, 세로축은 실효 전류를 나타낸다. 여기에서의 수치는 예시로 든 것이며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
디지털 제어부(330)는 카운트 클럭수를 이용하여 서브 구간을 판단하고, 구동 데이터 저장부(320)로부터 해당 서브 구간에 대응하는 디지털 구동 신호를 출력한다. 디지털 제어부(330)는 카운트 클럭수에 따라 어드레스 신호를 발생하고, 구동 데이터 저장부(320)로부터 어드레스 신호에 대응하는 구동 데이터를 리드(read)하기 위한 제어신호를 발생한다. 디지털 제어부(330)는 제어신호에 따라 구동 데이터를 리드하여 디지털 구동 신호를 출력한다. 디지털 제어부(330)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 2진 데이터 '0'에 대응하여 0V의 디지털 구동 신호를 발생하고, 2진 데이터 '1'에 대응하여 5V의 디지털 구동 신호를 발생한다. 디지털 제어부(330)는 카운트 클럭수가 미리 설정된 값만큼 변화될 때마다 어드레스 신호를 발생한다. 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 제어부(330)는 카운트 클럭수가 16개로 증가할 때마다 어드레스 신호를 순차적으로 발생하는 경우를 예를 들어 설명한다.
디지털-아날로그 제어부(340)는 디지털 구동 신호를 입력받아 구동 제어신호(Vcont)를 출력한다. 본 발명의 실시 예에 따른 디지털-아날로그 제어부(340)는 복수의 스위칭 소자(미도시)를 포함하여, 정전류 구동부(400)를 구성하는 복수의 전류 싱크부 중 선택된 전류 싱크부에 구동 제어신호(Vcont)를 출력한다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 정전류 구동부(400)를 구성하는 복수의 전류 싱크부에 구동 제어신호(Vcont)를 동시에 출력할 수 있다. 또한, 디지털-아날로그 제어부(340)는 디지털 구동 신호를 아날로그 변환한 후, 변환된 아날로그 신호를 PWM(Pulse Width Modulation)하여 구동 제어신호(Vcont)로 출력할 수 있다.
정전류 구동부(400)는 구동 제어신호(Vcont)에 따라 발광 다이오드 장치(200)에 흐르는 전류를 제어한다. 정전류 구동부(400)는 복수의 전류 싱크부를 포함하며, 발광 다이오드 장치(200)를 구성하는 발광 다이오드의 개수, 어레이 수, 배치에 따라 그 개수 및 배치가 결정된다. 본 발명의 실시 예에서는 4개의 발광 다이오드(LED1~LED4)에 각각 대응하는 제1 내지 제4 전류 싱크부(410, 420, 430, 440)를 포함한다. 제1 내지 제4 전류 싱크부(410, 420, 430, 440)의 각 제어단자(P1, P2, P3, P4)는 대응하는 발광 다이오드(LED1~LED4)의 캐소드 단자에 연결된다.
구체적으로, 제1 전류 싱크부(410)는 도 6에 도시된 바와 같이, 연산 증폭기(411), 스위칭 소자(413) 및 저항(415)을 포함한다. 제1 전류 싱크부(410)는 구동 제어신호(Vcont)와 검출 전압(Vs)이 동일하도록 LED 전류를 제어한다. 연산 증폭기(411)는 구동 제어신호(Vcont)가 입력되는 비반전 단자(+) 및 저항(415)에 따른 검출 전압(Vs)이 입력되는 반전 단자(-)를 포함한다. 스위칭 소자(413)는 대응하는 발광 다이오드의 일단과 저항(415)의 일단 사이에 연결되어 연산 증폭기(411)의 출력에 의해 제어된다. 스위칭 소자(413)는 MOSFET를 포함하며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 저항(415)의 타단은 접지되어 있다. 저항(415)에는 스위칭 소자(413)를 통해 LED 전류가 흐르므로, 저항(415)의 양단에는 검출 전압(Vs)이 발생한다.
제어전원 공급부(500)는 전원(10)으로부터 교류 전압(Vac)을 입력받아 전파 정류 및 전압 강하하여 구동 제어부(300) 및 정전류 구동부(400)를 구동하기 위한 제어전압(Vcc)을 출력한다.
이하, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동장치의 동작을 설명한다. 본 발명의 실시 예에서는 발광 다이오드 하나를 구동하기 위한 구동 전류가 1mA인 경우를 예를 들어 설명한다.
도 7은 교류전압(Vac), 정류전압(Vrec), 동기신호(Vsync) 및 클럭신호(CLK)를 도시한 파형도이고, 도 8은 디지털 제어부(330) 및 디지털-아날로그 제어부(340)의 동작을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 파형도이다.
도 7을 참조하면, 먼저 정류부(100)는 교류전압(Vac)을 입력받아 전파 정류하여 정류전압(Vrec)을 출력한다. 그 다음, 동기신호 발생부(312)는 정류전압(Vrec)을 전압 강하하여 동기신호(Vsync)를 출력한다. 동기신호(Vsync)는 정류전압(Vrec)의 주파수에 대응하는 주기(T1)를 가지며, 오실레이터(314)는 동기신호(Vsync)의 한 주기(T1)마다 미리 설정된 카운트 클럭수를 갖는 클럭신호(CLK)를 출력한다. 이진 카운터(316)는 클럭신호(CLK)를 카운트하여 디지털 제어부(330)에 전달한다.
한편, 도 8을 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 장치(200)가 제1 서브구간(ST1) 동안 1mA, 제2 서브구간(ST2) 동안 2mA, 제3 서브구간(ST3) 동안 3mA, 제4 서브구간(ST4) 동안 4mA의 전류로 구동되도록 설정된다. 그러면, (b)에 도시된 바와 같이, 구동 데이터 저장부(320)에는 제1 서브구간(ST1)이 어드레스 신호 A1로 설정되고, 어드레스 신호 A1에 대응하여 이진 데이터 '0001'이 저장된다. 마찬가지로, 제2 서브구간(ST2)은 어드레스 신호 A2로 설정되고, 어드레스 신호 A2에 대응하여 이진 데이터 '0010'이 저장된다. 제3 서브 구간(ST3)은 어드레스 신호 A3로 설정되고, 어드레스 신호 A3에 대응하여 이진 데이터 '0011'이 저장된다. 제4 서브 구간(ST4)은 어드레스 신호 A4로 설정되고, 어드레스 신호 A4에 대응하여 이진 데이터 '0100'이 저장된다.
그 다음, 디지털 제어부(330)는 이진 카운터(316)로부터 출력된 카운트 클럭수가 소정의 개수, 예컨대 16개가 되면 어드레스 신호 A1를 발생하고, 어드레스 신호 A1에 대응하는 구동 데이터를 리드하기 위한 제1 제어신호를 발생한다. 그러면, 제1 제어신호에 따라 제1 서브구간(ST1) 동안 어드레스 신호 A1에 대응하는 디지털 구동 신호를 발생한다. 그 다음, 디지털-아날로그 제어부(340)는 (d)에 도시된 바와 같이, 제1 서브구간(ST1) 동안 출력된 디지털 구동 신호를 아날로그 변환하여 1V의 구동 제어신호(Vcont)로 출력한다.
마찬가지로, 디지털 제어부(340)는 카운트 클럭수가 16개만큼 증가되면 어드레스 신호 A2를 발생하고, 어드레스 신호 A2에 대응하는 구동 데이터를 리드하기 위한 제2 제어신호를 발생하고, 제2 제어신호에 따라 제2 서브구간(ST2) 동안 어드레스 신호 A2에 대응하는 디지털 구동 신호를 발생한다. 그러면, 디지털-아날로그 제어부(340)는 2V의 구동 제어신호(Vcont)를 출력한다.
그 다음, 도 1을 참조하여, 정전류 구동부(400) 및 발광 다이오드 장치(200)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 정류전압(Vrec)이 인가되기 시작하면, 제1 발광 다이오드(LED1)에 전류가 흐르기 시작한다. 이때, 디지털-아날로그 제어부(340)는 제1 서브 구간(ST1) 동안 제1 정전류 구동부(410)에 1V의 제1 구동 제어신호(Vcont_1)를 인가한다. 그러면, 경로(P1)를 통해 1mA로 제한된 전류가 흘러 제1 발광 다이오드(LED1)가 발광한다. 그 다음, 디지털-아날로그 제어부(340)는 제1 정전류 구동부(410)를 오프시킨다. 그 다음, 정류전압(Vrec)의 전압 레벨이 점차 증가하여 제1 및 제2 발광 다이오드(LED1, LED2)에 전류가 흐른다. 이때, 디지털-아날로그 제어부(340)는 제2 서브 구간(ST2) 동안 제2 정전류 구동부(410)에 2V의 제2 구동 제어신호(Vcont_2)를 인가한다. 그러면, 경로(P2)를 통해 2mA로 제한된 전류가 흘러 제1 및 제2 발광 다이오드(LED1, LED2)가 발광한다. 마찬가지로, 제3 서브 구간(ST3) 동안에는 경로(P3)를 통해 3mA의 전류가 흘러 제1 내지 제3 발광 다이오드(LED1~LED3)가 발광한다. 즉, 본 발명은 정류전압(Vrec)이 인가되어 복수의 발광 다이오드(LED1~LED4)가 발광할 때, 각 발광 다이오드에 흐르는 전류의 크기를 복수의 서브 구간별로 미리 저장된 구동 데이터에 따라 제한함으로써 정류전압(Vrec)의 변동과 무관하게 발광 다이오드 장치(200)의 구동을 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 장치(200)의 전압 및 전류를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 정류 전압(Vrec)의 크기가 변화하더라도 발광 다이오드 장치(200)에 흐르는 전류는 일정함을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 장치(200)의 전력 소비를 나타낸 도면이다. 도 10에서 가로축은 시간을 나타내며, 세로축은 유효 전력을 나타낸다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명은 발광 다이오드 장치(200)를 구동하기 위한 전류를 미리 설정함에 따라 발광 다이오드 장치(200)의 전력 소비를 제어할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동 장치(1)의 고조파 성분을 도시한 도면이다. 도 11에서 가로축은 고조파 차수를 나타내며, 세로축은 고조파율을 나타낸다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구동 데이터는 교류 전압(Vac)의 고조파를 고려하여 미리 설정함에 따라 10% 미만의 저조파 성분만 일부 나타나는 것을 알 수 있다.
도 1 내지 도 11에서 설명되었던 발광 다이오드 구동 장치(1)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현되어 다양한 발광 장치에 실장될 수 있다. 발광 다이오드 구동 장치가 집적회로로 구현됨에 따라 발광 장치를 소형화할 수 있다.
도 12 및 도 13은 집적 회로(IC)로 구현된 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치(1)와 발광 다이오드의 연결을 보여주고 있다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 IC는 전원(10)이 입력되는 제1 전원전압 단자(VT1, VT2), 정류전압(Vrec)이 입력되는 제2 전원전압 단자(VRT1, VRT2) 및 복수의 발광 다이오드(LED11~LED18)의 각 캐소드 단자와 연결되는 복수의 연결단자(CT1~CT8)를 포함한다. 여기서, 전원(10)은 교류 전압(Vac)을 공급한다. 발광 다이오드(LED11~LED18) 간의 연결은 교류 전압(Vac)의 레벨에 따라 도 12 및 도 13과 같이 선택될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드(LED11~LED14) 각각은 복수의 발광셀을 갖는 하나의 발광 다이오드 칩으로 구성되어, 각 발광 다이오드 칩의 턴 온 전압이 40~50V인 경우를 예를 들어 설명한다.
구체적으로, 교류 전압(Vac)이 200V~270V인 경우, 예컨대 220V인 경우, 본 발명의 실시 예에 따른 IC는 도 12에 도시된 바와 같이 제1 발광 다이오드 어레이(200a) 및 제2 발광 다이오드 어레이(200b)를 운용하고 있다. 제1 발광 다이오드 어레이(200a)에는 서로 직렬 연결된 제1 발광 다이오드 내지 제4 발광 다이오드(LED11 - LED14)가 연결되어 있으며, 제2 발광 다이오드 어레이(200b)에는 서로 직렬 연결된 제5 발광 다이오드 내지 제8 발광 다이오드(LED15 - LED18)가 연결되어 있다.
즉, 교류 전압(Vac)이 200V~270V인 경우, 예컨대 220V인 경우 제1 발광 다이오드 내지 제4 발광 다이오드(LED11~LED14)가 서로 직렬 연결되어 하나의 채널을 구성한다. 발광 다이오드(LED11)의 애노드 단자는 제2 전원전압 단자(VRT1)에 연결되어 있고, 캐소드 단자는 연결단자(CT1) 및 발광 다이오드(LED12)의 애노드 단자에 연결되어 있다. 제2 발광 다이오드(LED12)의 캐소드 단자는 연결단자(CT2) 및 제3 발광 다이오드(LED13)의 애노드 단자에 연결되어 있다. 제3 발광 다이오드(LED13)의 캐소드 단자는 연결단자(CT3) 및 제4 발광 다이오드(LED14)의 애노드 단자에 연결되어 있다. 연결 단자(CT1~CT4)는 도 1에 도시된 제1 내지 제4 전류 싱크부(410, 420, 430, 440)의 각 제어단자(P1, P2, P3, P4)에 연결된다. 제5 발광 다이오드 내지 제8 발광 다이오드(LED15~LED18)도 하나의 채널을 구성하며, 제1 발광 다이오드 내지 제4 발광 다이오드(LED11~LED14)의 연결과 동일한 방식으로 연결된다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 IC는 전원(10)으로부터 교류 전원 90V~150V, 예컨대, 110V를 공급받는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이 제3 발광 다이오드 어레이(200c) 및 제4 발광 다이오드 어레이(200d)를 운용하고 있다. 제3 발광 다이오드 어레이(200c)에는 서로 직렬 연결된 제1 발광 다이오드 및 제2 발광 다이오드(LED11, LED12)와, 서로 직렬 연결된 제3 발광 다이오드 및 제4 발광 다이오드(LED13, LED14)가 서로 병렬 연결되어 있다. 제4 발광 다이오드 어레이(200d)에는 서로 직렬 연결된 제5 발광 다이오드 및 제6 발광 다이오드(LED15, LED16)와, 서로 직렬 연결된 제7 발광 다이오드 및 제8 발광 다이오드(LED17, LED18)가 서로 병렬 연결되어 있다. 여기에서, 직렬 연결된 제1 발광 다이오드(LED21) 및 제2 발광 다이오드(LED22)와, 서로 직렬 연결된 제3 발광 다이오드(LED23) 및 제4 발광 다이오드(LED24)에 인가된다.
구체적으로, 교류 전압(Vac)이 110V인 경우 제1 발광 다이오드 및 제2 발광 다이오드(LED11, LED12)가 서로 직렬 연결되어 하나의 채널을 구성한다. 제1 발광 다이오드(LED11)의 애노드 단자는 제2 전원전압 단자(VRT1)에 연결되어 있고, 캐소드 단자는 연결단자(CT1) 및 제2 발광 다이오드(LED12)의 애노드 단자에 연결되어 있다. 제2 발광 다이오드(LED12)의 캐소드 단자는 연결단자(CT2) 및 제3 발광 다이오드(LED13)의 애노드 단자에 연결되어 있다. 이와 마찬가지로, 제3 발광 다이오드(LED13)의 애노드 단자는 제2 전원전압 단자(VRT1)에 연결되어 있고, 캐소드 단자는 연결단자(CT3) 및 제4 발광 다이오드(LED14)의 애노드 단자에 연결되어 있다. 제4 발광 다이오드(LED14)의 캐소드 단자는 연결단자(CT4)에 연결되어 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
1 : 발광 다이오드 구동 장치 10 : 전원
100 : 정류부 200 : 발광 다이오드 장치
300 : 구동 제어부 310 : 동기신호 및 클럭 발생부
320 : 구동 데이터 저장부 330 : 디지털 제어부
340 : 디지털-아날로그 제어부 400 : 정전류 구동부
500 : 제어 전원 공급부

Claims (23)

  1. 복수의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치로서,
    교류 전압을 입력받아 정류 전압을 출력하는 정류부; 및
    상기 정류 전압을 소정의 구간별로 센싱하여 미리 저장된 데이터에 따라 상기 복수의 발광 다이오드를 구동하는 구동 제어부를 포함하는 발광 다이오드 구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 구동 제어부는,
    상기 정류 전압의 주파수에 대응하는 소정의 구간을 설정하고, 설정된 구간을 카운트한 데이터에 따라 서브 구간을 선택하고, 선택된 서브 구간에 대응하는 미리 저장된 구동 데이터에 따라 상기 복수의 발광 다이오드에 구동 제어신호를 출력하는 발광 다이오드 구동 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 구동 제어부는,
    상기 정류 전압에 따라 동기 신호 및 클럭 신호를 발생하는 동기 신호 및 클럭 발생부;
    상기 서브 구간별로 상기 발광 다이오드 장치를 구동하기 위한 구동 데이터를 저장하는 구동 데이터 저장부;
    상기 동기 신호 및 상기 클럭 신호에 따라 생성된 카운트 클럭수를 이용하여 상기 서브 구간을 판단하고 상기 구동 데이터 저장부로부터 해당 서브 구간에 대응하는 디지털 구동 신호를 출력하는 디지털 제어부; 및
    상기 디지털 구동 신호를 입력받아 상기 구동 제어 신호를 출력하는 디지털-아날로그 제어부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 동기 신호 및 클럭 발생부는,
    상기 정류 전압을 인가받아 상기 정류 전압의 주파수에 동기된 동기 신호를 출력하는 동기 신호 발생부;
    상기 동기 신호를 이용하여 소정의 주기를 갖는 클럭 신호를 출력하는 오실레이터;
    상기 클럭 신호를 카운트하여 카운트 클럭수에 해당하는 2진 데이터를 출력하는 이진 카운터; 및
    상기 카운트 클럭수에 따라 상기 오실레이터의 동작 주파수를 제어하는 클럭 조절부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 동기 신호 발생부는 상기 정류 전압을 소정의 전압 레벨 이하로 제한하여 동기 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 클럭 조절부는 상기 카운트 클럭수와 소정의 기준 클럭수의 비교 결과에 따라, 상기 오실레이터의 동작 주파수를 증감시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기준 클럭은 교류 전압의 주파수에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 서브 구간은 상기 카운트 클럭수에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동 데이터 저장부는 상기 서브 구간에 대응하는 어드레스를 저장하고, 각 어드레스별로 미리 설정된 구동 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 구동 데이터는 상기 발광 다이오드 장치를 구성하는 발광 다이오드의 개수 및 특성, 교류 전압의 크기 및 주파수, 상기 발광 다이오드 장치의 소비 전력, 역률, 고조파 특성을 고려하여 설정된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 구동 데이터는 상기 발광 다이오드 장치를 구동하기 위한 전류의 크기 및 펄스폭의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동 데이터 저장부는 ROM 코딩 기반 전류 제어가 가능하게 하는 롬 데이터를 저장하는 ROM 셀(cell) 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 롬 데이터는 복수개의 채널을 각각 제어할 수 있도록 구성되고, 각 채널마다 마다 전류 제어 비트, PWM 제어 비트, 출력 제어 비트를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  14. 청구항 3에 있어서,
    상기 디지털 제어부는 상기 카운트 클럭수에 대응하는 어드레스 신호, 상기 구동 데이터 저장부로부터 상기 어드레스 신호에 대응하는 상기 구동 데이터를 리드하는 제어신호 및 상기 제어신호에 따라 리드된 상기 구동 데이터에 대응하는 디지털 구동신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 디지털 제어부는 상기 제어신호에 따라 해당 구동 데이터를 리드하여 디지털 구동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  16. 청구항 3에 있어서, 상기 디지털-아날로그 제어부는,
    상기 디지털 구동 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 변환된 아날로그 신호를 펄스폭 변조하여 상기 구동 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 제어 신호에 따라 상기 발광 다이오드 장치를 구성하는 각 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제어하는 정전류 구동부를 더 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 정전류 구동부는 복수의 전류 싱크부를 포함하며,
    상기 복수의 전류 싱크부는 상기 발광 다이오드 장치를 구성하는 발광 다이오드의 개수, 어레이 수 또는 배치에 따라 그 개수 및 배치가 결정되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 각 전류 싱크부는 상기 구동 제어 신호와 상기 발광 다이오드의 검출 전압이 동일하도록 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 각 전류 싱크부는,
    일단이 접지된 저항;
    상기 구동 제어 신호가 입력되는 비반전 단자 및 상기 저항에 따른 검출 전압이 입력되는 반전 단자를 포함하는 연산 증폭기; 및
    대응되는 발광 다이오드의 일단과 상기 저항의 타단 사이에 연결되어 상기 연산 증폭기의 출력에 의해 제어되는 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 제어부를 구동하기 위한 제어전압을 공급하는 제어 전원 공급부를 더 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 제어부는 집적회로 소자로 구현된 발광 다이오드 구동 장치.
  23. 소정의 전원이 인가되는 전원단자;
    적어도 하나의 발광 다이오드의 일단 및 타단에 각각 연결된 접속단자;
    상기 적어도 하나의 발광 다이오드의 일단 및 타단 중 어느 하나에 연결된 제어단자를 포함하고,
    상기 전원의 주파수에 따라 상기 적어도 하나의 발광 다이오드에 흐르는 전류를 상기 제어단자를 통해 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 IC.
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