KR20130073549A - 발광 다이오드 구동 장치 - Google Patents

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KR20130073549A
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박득희
차상현
이재신
이창석
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 구동 장치를 공개한다. 상기 발광 다이오드 구동 장치는 적어도 하나 이상의 다이오드들을 포함하는 복수의 발광 다이오드 그룹; 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹 각각과 연결되어, 해당 제어 신호가 활성화되면 연결된 발광 다이오드 그룹을 구동시키는 스위치를 복수 개 포함하는 스위치부 그룹; 및 상기 복수의 발광 다이오드 그룹으로 입력되는 입력 전압과 상기 상기 복수의 발광 다이오드 그룹에서 출력되는 출력 전압을 비교하여 비교 값을 산출하고, 상기 비교 값을 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 스위치 제어부를 포함한다. 이러한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치는 발광 다이오드 그룹으로 입력되는 입력 전압와 발광 다이오드 그룹에서 출력되는 출력 전압의 차이값을 이용하여 복수의 다이오드 그룹을 선택적으로 구동시킴으로써, 순방향 전압 산포에 따른 발열 문제를 개선할 수 있다.

Description

발광 다이오드 구동 장치{LIGHT EMITTING DIODE DRIVinG DEVICE}
본 발명은 발광 다이오드 구동 장치에 관한 것으로, 특히, 전력 손실에 의한 발열 문제를 개선하기 위한 발광 다이오드 구동 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 부피가 작고 전력 소모를 줄일 수 있으며, 발광 구동이 빠르고 발광 수명이 긴 것과 같은 장점 때문에, 점점 더 많은 조명 장치에서 발광 다이오드가 기존의 조명 광원을 대체하고 있다.
일반적으로, 발광 다이오드 구동 장치는 교류(AC) 입력을 트랜스포머(Transformer)와 평활 커패시터(Capacitor)를 포함하는 컨버터(Converter)를 이용하여 직류(DC) 신호로 변환함으로써, 발광 다이오드를 구동한다.
이때, 트랜스포머는 1차측과 2차측을 전기적으로 분리시키는 장점이 있지만, 부피가 크고 비용(cost)이 높은 단점이 있다.
평활 캐패시터는 대용량의 전해 콘덴서를 사용하는 것이 일반적인데, 이 또한, 부피가 크고 비용이 높으며, 그 수명은 발광 다이오드의 수명보다 짧기 때문에 전체 시스템의 수명을 단축시키는 영향을 준다.
이러한, 문제를 해결하기 위하여 트랜스포머와 평활 캐패시터를 포함하는 컨버터를 사용하는 LED 구동 장치 대신 정전류원을 사용하는 LED 구동 장치도 제안된 바 있다.
그러나, 상기 정전류원을 구비하는 LED 구동 장치의 경우, 입력 전압에서 구동된 다이오드들의 전압을 뺀 만큼의 전압이 정전류원의 드레인에 걸리기 때문에 정전류원의 출력 저항이 커지게 된다.
출력 저항의 증가 현상은 LED 구동 장치 내에 발열 및 전력 손실(Power loss)의 증가를 초래하며, 그에 의해 LED 구동 장치의 신뢰성을 저하시키는 단점이 있다.
한국 공개 특허 제2011-0013167호(2011년 2월 9일)
본 발명은 트랜스포머와 평활 캐패시터 없이도 발광 다이오드를 구동할 수 있는 동시에, 전력 손실 및 발열 문제를 개선할 수 있는 발광 다이오드 구동 장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 상기 발광 다이오드 구동 장치는 적어도 하나 이상의 다이오드들을 포함하는 복수의 발광 다이오드 그룹; 상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹 각각과 연결되어, 해당 제어 신호가 활성화되면 연결된 발광 다이오드 그룹을 구동시키는 스위치를 복수 개 포함하는 스위치부 그룹; 및 상기 복수의 발광 다이오드 그룹으로 입력되는 입력 전압과 상기 상기 복수의 발광 다이오드 그룹에서 출력되는 출력 전압을 비교하여 비교 값을 산출하고, 상기 비교 값을 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 스위치 제어부를 포함한다.
상기 발광 다이오드 구동 장치는, 교류 전원과 정류 회로로 구성되는 전원부를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어부는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 비교 신호를 생성하는 전압 비교부; 상기 전압 비교부에서 출력된 상기 비교 신호와 램프 신호의 차를 이용해 펄스 신호를 생성하고, 생성된 상기 펄스 신호의 듀티를 결정하는 듀티 결정부; 및 상기 듀티 결정부에서 출력된 출력 신호에 응답하여 상기 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 출력부를 포함할 수 있다.
상기 전압 비교부는, 상기 입력 신호의 레벨을 감지하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터; 상기 아날로그-디지털 컨버터의 출력을 입력으로 받아 상기 입력 신호의 레벨에 해당하는 기준 전압을 생성하는 디지털-아날로그 컨버터; 복수의 발광 다이오드 그룹의 상기 출력 전압을 감지하고, 감지된 상기 출력 전압 값을 평균화하는 평균화부; 상기 디지털-아날로그 컨버터에서 생성된 기준 전압과 상기 평균화부에서 생성된 출력 전압의 차를 통해 전류 에러 값을 산출하고, 상기 산출된 에러값을 증폭시킨 비교 신호를 상기 듀티 결정부로 제공하는 비교부를 포함할 수 있다.
상기 듀티 결정부는, 펄스 폭 변조 동작이 가능하도록 상기 램프 신호를 생성하는 오실레이터부; 상기 오실레이터부에서 제공되는 상기 램프 신호와 상기 전압 비교부에서 제공되는 비교 신호를 입력 신호의 차를 이용해 상기 펄스 신호로 생성하는 펄스 신호 생성부; 및 기준 클럭에 응답하여 상기 펄스 신호 생성부에서 제공되는 펄스 신호를 래치하는 래치부를 포함할 수 있다.
상기 기준 클럭은, 상기 오실레이터부에서 생성되는 신호일 수 있다.
상기 기준 클럭은, 상기 램프 신호일 수 있다.
상기 제어 신호 출력부는, 상기 듀티 결정부에서 출력된 신호의 레벨을 버퍼링시키는 버퍼부; 및 상기 전압 비교부의 아날로그-디지털 컨버터의 출력에 응답하여 상기 듀티 결정부에서 출력된 신호를 상기 복수의 제어신호로 생성하여 상기 스위치부 그룹으로 출력시키는 디먹스부를 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어부는, 상기 입력 전압을 이용하여 상기 듀티 결정부로 제공될 내부 전원 전압을 발생시키는 전압 생성부를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 상기 발광 다이오드 구동 장치는, 직렬로 연결되는 복수의 발광 다이오드 그룹; 복수의 발광 다이오드 그룹 각각과 접지 전압단 사이에 연결되어 해당 제어 신호가 활성화되면, 연결된 발광 다이오드 그룹을 구동시키는 스위치를 복수 개 포함하는 스위치부 그룹; 상기 복수의 발광 다이오드 그룹으로 입력되는 입력 전압와 센싱 저항을 통해 감지된 복수의 발광 다이오드 그룹의 출력 전압을 비교하여 비교 값을 산출하고, 상기 비교 값을 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 스위치 제어부를 포함할 수 있다.
상기 센싱 저항은, 상기 스위치부 그룹의 일단과 상기 접지 전압단 사이에 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드 구동 장치는, 교류 전원과 정류 회로로 구성되는 전원부를 더 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어부는, 상기 입력 전압과 상기 출력 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 의해 산출된 상기 비교 값을 증폭시키는 전압 비교부; 상기 전압 비교부에서 출력된 비교 신호와 램프 신호의 차를 이용해 펄스 신호를 생성하고, 생성된 상기 펄스 신호의 노이즈를 제거하는 듀티 결정부; 및 상기 듀티 결정부에서 출력된 출력 신호에 응답하여 상기 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 출력부를 포함할 수 있다.
상기 전압 비교부는, 상기 입력 신호의 레벨을 감지하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터; 상기 아날로그-디지털 컨버터의 출력을 입력으로 받아 상기 입력 신호의 레벨에 해당하는 기준 전압을 생성하는 디지털-아날로그 컨버터; 상기 센싱 저항으로부터 상기 출력 전압을 감지하고, 감지된 상기 출력 전압 값을 평균화하는 평균화부; 및 상기 디지털-아날로그 컨버터에서 생성된 기준 전압과 상기 평균화부에서 생성된 출력 전압의 차를 통해 전류 에러 값을 산출하고, 상기 산출된 에러값을 증폭시킨 비교 신호를 상기 듀티 결정부로 제공하는 비교부를 포함할 수 있다.
상기 듀티 결정부는, 펄스 폭 변조 동작이 가능하도록 램프 신호를 생성하는 오실레이터부; 상기 오실레이터부에서 제공되는 상기 램프 신호와 상기 전압 비교부에서 제공되는 비교 신호를 입력 신호의 차를 이용해 상기 펄스 신호로 생성하는 펄스 신호 생성부; 및 기준 클럭에 응답하여 상기 펄스 신호 생성부에서 제공되는 펄스 신호를 래치하여 펄스 신호의 노이즈를 방지하는 래치부를 포함할 수 있다.
상기 기준 클럭은, 상기 오실레이터부에서 생성되는 신호일 수 있다.
상기 기준 클럭은, 상기 램프 신호일 수 있다.
상기 제어 신호 출력부는, 상기 듀티 결정부에서 출력된 신호의 레벨을 버퍼링시키는 버퍼부; 및 상기 전압 비교부의 아날로그-디지털 컨버터의 출력에 응답하여 상기 듀티 결정부에서 출력된 신호를 상기 제어신호로 생성하여 상기 스위치부 그룹으로 출력시키는 디먹스부를 포함할 수 있다.
상기 스위치 제어부는, 상기 입력 전압을 이용하여 상기 듀티 결정부로 제공될 내부 전원 전압을 발생시키는 전압 생성부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 발광 다이오드 구동 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치는 트랜스포머와 평활 캐패시터 없이도 발광 다이오드를 구동할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치는 발광 다이오드의 입력 전압의 변화에 따라 턴온되는 발광 다이오드 그룹의 수를 조절할 수 있으므로, 불필요한 전력 손실과 발열 문제를 해결할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 블럭도이다.
도2는 도1의 스위치 제어부를 나타내는 상세 블럭도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 출력 파형을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 발광 다이오드 구동 장치를 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는 발광 다이오드 그룹(110), 스위치부 그룹(120), 전원부(130) 및 스위치 제어부(140)를 포함한다.
발광 다이오드 그룹(110)은 직렬로 연결되는 제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(G1, G2, G3)을 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(G1, G2, G3) 각각에는 적어도 하나 이상의 다이오드들이 직렬로 연결되며, 각 다이오드는 하나의 음극(cathode)과 하나의 양극(anode)을 가진다.
스위치부 그룹(120)은 제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(G1, G2, G3) 각각과 대응되어 연결되는 제1 내지 제3 스위치부(SW1, SW2, SW3)를 포함할 수 있다.
제1 스위치부(SW1)는 제1 제어 신호(A)에 응답하여 제1 발광 다이오드 그룹(G1)을 동작시킬 수 있다.
이러한, 제1 스위치부(SW1)는 일 예로, 엔모스 트랜지스터로 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예와 같이 한정되는 것이 아니라, 스위칭 소자이면 모두 가능하다.
이때, 제1 스위치부(SW1)의 일단은 제1 및 제2 발광 다이오드 그룹(G1, G2) 사이에 형성된 노드(N1)와 연결되고, 제1 스위치부(SW1)의 타단은 접지 전압단(Vss)과 연결되며, 제1 스위치부(SW1)의 게이트는 스위치 제어부(140)로부터 제공된 제1 제어 신호(A)를 게이트 신호로 제공받을 수 있다.
제2 스위치부(SW2)는 제2 제어 신호(B)에 응답하여 제1 및 제2 발광 다이오드 그룹(G1, G2)을 동시에 동작시킬 수 있다.
이러한, 제2 스위치부(SW2)는, 일 예로, 엔모스 트랜지스터로 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예와 같이 한정되는 것이 아니라, 스위칭 소자이면 모두 가능하다.
이때, 제2 스위치부(SW2)의 일단은 제2 및 제3 발광 다이오드 그룹(G2, G3) 사이에 형성된 노드(N2)와 연결되고, 제2 스위치부(SW2)의 타단은 접지 전압단(Vss)과 연결되며, 제2 스위치부(SW2)의 게이트는 스위치 제어부(140)로부터 제공된 제2 제어 신호(B)를 게이트 신호로 제공받을 수 있다.
제3 스위치부(SW3)는 제3 제어 신호(C)에 응답하여 제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(G1, G2, G3)을 동시에 동작시킬 수 있다.
이러한, 제3 스위치부(SW3)는 일 예로, 엔모스 트랜지스터로 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예와 같이 한정되는 것이 아니라, 스위칭 소자이면 모두 가능하다.
이때, 제3 스위치부(SW3)의 일단은 제3 발광 다이오드 그룹(G3)과 연결되고, 제3 스위치부(SW3)의 타단은 접지 전압단(Vss)과 연결되며, 제3 스위치부(SW3)의 게이트는 스위치 제어부(140)로부터 제공된 제3 제어 신호(C)를 게이트 신호로 제공받을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 스위치부 그룹(120)의 스위치들(SW1, SW2, SW3)은 해당 제어 신호(A, B, C)에 응답하여 연결된 다이오드 그룹(G1, G2, G3)을 구동시킬 수 있다.
전원부(130)는 하나의 교류 전원(도시되지 않음)과 하나의 정류 회로(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
정류 회로는 교류 전원과 연결되며, 교류 전원을 정류시켜 발광 다이오드 그룹(110) 및 스위치 제어부(140)로 제공할 수 있다. 이 때, 입력되는 정류 신호는, 일 예로, 60Hz 주기로 입력되어 발광 다이오드들이 계속 온(on) 상태를 유지할 수 있도록 한다.
스위치 제어부(140)는 발광 다이오드 그룹(110)으로 입력되는 입력 전압(Vin)와 발광 다이오드 그룹(110)에서 출력되는 출력 전압(Vout)을 비교하고, 비교 값에 기초하여 발광 다이오드 그룹(110)을 구동시키는 복수의 제어 신호들(A, B, C)을 생성할 수 있다.
즉, 스위치 제어부(140)는 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vout)의 차를 구하고, 그 차를 이용하여 각 발광 다이오드 그룹에 일정한 전류가 흐를 수 있도록 펄스 신호의 듀티를 조절함으로써, 전력 손실(Power loss)에 의한 발광 다이오드 장치 내 발열을 방지할 수 있다.
이러한, 스위치 제어부(140)는 입력 전압(Vin)와 출력 전압(Vout)를 비교하여 비교 신호를 생성하는 전압 비교부(142), 전압 비교부(142)에서 출력된 비교 신호와 램프 신호를 비교하여 펄스 신호의 듀티를 결정하는 듀티 결정부(144) 및 듀티 결정부(144)에서 출력된 신호와 아날로그-디지털 컨버터(ADC)의 출력 신호를 조합하여 제1 내지 제3 제어 신호(A, B, C)를 생성하는 제어 신호 출력부(146)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 스위치 제어부(140)의 구체적인 설명은 후술된 도2에서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는 발광 다이오드 그룹(110)으로 입력되는 입력 전압(Vin)과 발광 다이오드 그룹(110)에서 출력되는 출력 전압(Vout)의 차이값을 이용하여 복수의 다이오드 그룹을 선택적으로 구동시킬 수 있다.
더하여, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는 펄스 신호의 듀티를 조절하여 발광 다이오드 그룹(110) 별로 동일한 전류가 흐르도록 할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는, 기존과 같이, 정전류원을 이용하여 입력 전압 레벨에 상관없이 모든 다이오드들을 구동시키는 것이 아니라, 스위치부 그룹(120)을 이용하여 입력 전압 레벨에 따라 해당 다이오드 그룹만 동작시킴과 아울러 듀티를 조절하여 전류를 일정하게 유지시킬 수 있다. 그래서, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는 불필요한 전력 손실(Power loss)에 의한 발열 문제를 개선할 수 있다.
도2는 도1의 스위치 제어부를 나타내는 상세 블럭도이다.
도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 스위치 제어부(140)는 전압 비교부(142), 듀티 결정부(144) 및 제어 신호 출력부(146)를 포함한다.
전압 비교부(142)는 입력 전압(Vin)와 출력 전압(Vout)을 비교하여 비교 신호를 생성한다. 또한, 전압 비교부(142)는 필요에 따라 비교 결과를 증폭시킬 수도 있다.
이러한, 전압 비교부(142)는 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter, ADC), 디지털-아날로그 컨버터(Digital-Analog Converter, DAC), 평균화부(142a) 및 비교부(142b)를 포함하여 구성될 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(ADC)는 아날로그 값인 입력 전압(Vin)을 디지털 신호로 변환할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 예로, 도3과 같이 다이오드 그룹(110)으로 입력되어야할 입력 전압(Vin)이 370V 라고 가정한다. 그러면, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)는 인가된 입력 전압(Vin)의 레벨이 370V의 1/3배 이하이면 '00'의 제1 디지털 신호를 생성하고, 감지된 입력 전압(Vin)의 레벨이 370V의 2/3배 이하이면 '01'의 제2 디지털 신호를 생성하며, 감지된 입력 전압(Vin)의 레벨이 370V이면 '10'의 제3 디지털 신호를 생성하여 디지털-아날로그 컨버터(DAC) 및 제어 신호 출력부(146)로 제공할 수 있다.
여기서, 제1 디지털 신호는 제1 스위치부(SW1)를 구동하는 신호로 적용될 수 있고, 제2 디지털 신호는 제2 스위치부(SW2)를 구동하는 신호로 적용될 수 있으며, 제3 디지털 신호는 제3 스위치부(SW3)를 구동하는 신호로 적용될 수 있다.
한편, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)로 입력되는 입력 전압(Vin)의 레벨은 전원부(130)에서 다이오드 그룹(110)으로 입력되는 레벨이 아니라, 전압 비교부(142) 앞단에 형성된 전압 분배부(141)에 의해 분배된 전압이다.
전압 분배부(141)를 이용하여 입력 전압(Vin)의 전류를 분배하여 아날로그-디지털 컨버터(ADC)로 입력하면, 추후에 후술될 비교부(142b) 및 펄스 신호 생성부(144b)의 내압(동작 범위)을 맞추는데 유리하다.
디지털-아날로그 컨버터(DAC)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)의 출력을 입력으로 받아 교류 입력 레벨에 해당하는 기준 전압을 비교부(142b)로 제공할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 기준 전압 값은, 입력 전압(Vin)의 레벨에 대응하여 결정되는 것으로, 가변적일 수 있다.
그러나, 본 발명에서 디지털-아날로그 컨버터(DAC)는 본 발명의 일 실시예와 같이 한정되는 것이 아니라, 경우에 따라 적용되지 않을 수 있다. 디지털-아날로그 컨버터(DAC)를 적용하지 않는 경우에는, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에 입력되는 전압을 기준 전압으로 대체할 수 있다.
평균화부(142a)는 발광 다이오드 그룹(110)과 접지 전압단(Vss) 사이에 형성된 센싱 저항(RS)을 통해 발광 다이오드 그룹(110)의 출력 전압(Vout)을 감지하고, 감지된 출력 전압(Vout)값을 평균화하여 비교부(142b)로 제공할 수 있다.
비교부(142b)는 디지털-아날로그 컨버터(DAC)에서 제공되는 기준 전압과 평균화부(142a)에서 제공되는 출력 전압(Vout)을 비교하고, 비교한 비교 신호를 듀티 결정부(144)로 제공할 수 있다.
보다 구체적으로, 비교부(142b)는 기준 전압보다 출력 전압(Vout)이 큰 경우, 하이 레벨의 비교 신호를 생성하여 듀티 결정부(144)로 출력할 수 있다.
반면에, 비교부(142b)는 기준 전압보다 출력 전압(Vout)이 작은 경우, 로우 레벨의 비교 신호를 생성하여 듀티 결정부(144)로 출력할 수 있다.
듀티 결정부(144)는 램프 신호와 전압 비교부(142)로부터 출력된 비교 신호의 차를 산출하여 펄스 신호의 듀티를 결정함과 동시에 노이즈(Noise)를 제거할 수 있다.
이러한, 듀티 결정부(144)는 오실레이터부(144a), 펄스 신호 생성부(144b) 및 래치부(144c)를 포함하여 구성될 수 있다.
오실레이터부(144a)는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 동작을 위해 램프(Ramp) 신호를 생성하여 펄스 신호 생성부(144b)로 제공할 수 있다.
펄스 신호 생성부(144b)는 오실레이터부(144a)에서 제공되는 램프 신호와 전압 비교부(142)에서 제공되는 비교 신호를 입력 신호로 받고, 입력된 램프 신호 및 비교 신호의 차이를 이용해 펄스 신호를 생성하여 래치부(144c)로 출력시킬 수 있다. 펄스 신호 생성부(144b)는 일 예로, 증폭기로 이루어질 수 있다.
이때, 본 발명에서의 램프 신호는 주기성을 갖는 클럭(clock) 신호이고, 비교 신호는 피드백(feedback)에 의해서 레벨이 정해지는 직류(DC) 신호이다.
그에 의해, 펄스 신호 생성부(144b)는 램프 신호가 비교부의 비교 신호보다 크면, 로우 레벨의 펄스 신호를 생성할 수 있다.
반면에, 펄스 신호 생성부(144b)는 램프 신호가 비교부의 출력보다 낮으면 하이 레벨의 펄스 신호를 생성할 수 있다.
래치부(144c)는 기준 클럭에 응답하여 펄스 신호 생성부(144b)의 출력인 펄스 신호를 래치(Latch)함으로써, 펄스 신호의 듀티를 결정함과 동시에 펄스 신호의 노이즈(noise)를 제거할 수 있다. 여기서, 기준 클럭은 오실레이터부(144a)에 생성된 램프 신호일 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 래치부(144c)는 일 예로, RS 플립플럽으로 형성될 수 있다.
래치부(144c)의 출력은 펄스 형태로 형성되며, 제어 신호 출력부(146)를 거쳐 스위치부 그룹(120)의 게이트들에 인가됨으로써 스위칭 온(On)/오프(Off)를 제어하는데 이용될 수 있다.
제어 신호 출력부(146)는 듀티 결정부(144)에서 출력된 신호와 아날로그-디지털 컨버터(ADC)의 출력 신호를 조합하여 제1 내지 제3 제어 신호(A, B, C)를 생성하여 스위치부 그룹(120)으로 출력할 수 있다.
이러한, 제어 신호 출력부(146)는 버퍼부(146a) 및 디먹스(Demux)부(146b)를 포함하여 구성될 수 있다.
버퍼부(146a)는 듀티 결정부(144)에서 출력된 신호의 레벨을 버퍼링시켜 디먹스부(146b)로 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 버퍼부(146a)는 도면에는 개시하지 않았지만, 일 예로, 짝수 개의 인버터로 이루어질 수 있다.
디먹스부(146b)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)의 출력 신호와 듀티 결정부(144)에서 출력된 신호를 조합하여 제1 내지 제3 제어 신호(A, B, C)로 생성하여 스위치부 그룹(120)으로 출력시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 디먹스부(146b)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에서 제1 디지털 신호가 입력되면, 제1 스위치부(SW1)를 동작시키는 제1 제어 신호(A)만 활성화시킬 수 있다. 이때, 제1 제어 신호(A)의 듀티 주기는 듀티 결정부(144)에서 출력된 신호에 의해 결정될 수 있다.
또는, 디먹스부(146b)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에서 제2 디지털 신호가 입력되면, 제2 스위치부(SW2)를 동작시키는 제2 제어 신호(B)만 활성화시킬 수 있다. 이때, 제2 제어 신호(B)의 듀티 주기는 듀티 결정부(144)에서 출력된 신호에 의해 결정될 수 있다.
또는, 디먹스부(146b)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에서 제3 디지털 신호가 입력되면, 제3 스위치부(SW3)를 동작시키는 제3 제어 신호(C)만 활성화시킬 수 있다. 이때, 제3 제어 신호(C)의 듀티 주기는 듀티 결정부(144)에서 출력된 신호에 의해 결정될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치는, 교류 전류를 이용하여 오실레이터부(144a) 및 래치부(144c)에 제공될 내부 전원 전압을 발생시키는 전압 생성부(143)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 내부 전원 전압은 일 예로, 20V 정도의 고전압(VCC)일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는 발광 다이오드 그룹(110)으로 입력되는 입력 전압(Vin)와 발광 다이오드 그룹(110)에서 출력되는 출력 전압(Vout)의 차이값을 이용하여 복수의 다이오드 그룹(110)을 선택적으로 구동시킬 수 있다.
더하여, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는 펄스 신호의 듀티를 조절하여 발광 다이오드 그룹(110) 별로 동일한 전류가 흐르도록 할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치는(100), 기존과 같이 정전류원을 이용하여 입력 전압 레벨에 상관없이 모든 다이오드들을 구동시키는 것이 아니라, 스위치부 그룹(120)을 이용하여 입력 전압 레벨에 따라 해당 다이오드 그룹만 동작시킴과 아울러 듀티를 조절하여 전류를 일정하게 유지시킬 수 있다. 그래서, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는 순방향 전압(Voltage Foward) 산포에 따른 발열 문제를 개선할 수 있다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 출력 파형을나타내는 도면이다.
먼저, 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치(100)는 발광 다이오드 그룹(110)으로 입력되는 입력 전압(Vin)과 발광 다이오드 그룹(110)에서 출력되는 출력 전압(Vout)의 차이 값을 이용하여 듀티가 조절된 제1 내지 제3 제어 신호(A, B, C)를 순차적으로 활성화시킬 수 있다.
그러면, 제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(G1, G2, G3)은 제1 내지 제3 제어 신호(A, B, C)에 대응하여 순차적으로 구동되고, 발광 다이오드 그룹(110)의 출력 신호는 도3과 같이, 계단 형태로 형성될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(G1, G2, G3) 각각은 N 개의 다이오드를 포함하고, 각 다이오드의 순방향 전압(VF)은 동일할 수 있다.
보다 구체적으로, 도3의 그래프의 제1 구간(S1) 및 제6 구간(S6)은 제1 스위치부(SW1)가 활성화되어 제1 발광 다이오드 그룹(G1)만이 구동했을 경우이고, 이 구간에서는 N* VF만큼의 전압이 발생할 수 있다.
그리고, 제2 구간(S2) 및 제5 구간(S5)은 제2 스위치부(SW2)가 활성화되어 제1 및 제2 발광 다이오드 그룹(G1, G2)가 동작했을 경우이고, 이 구간에서는 2N*VF만큼의 전압이 발생할 수 있다.
그리고, 제3 구간(S3) 및 제4 구간(S4)은 제3 스위치부(SW3)가 활성화되어 제1 내지 제3 발광 다이오드 그룹(G1, G2, G3)이 구동했을 경우이고, 이 가간에서는 3N*VF만큼의 전압이 발생할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는, 기존과 같이 정전류원을 이용하여 입력 전압 레벨에 상관없이 모든 다이오드들을 구동시키는 것이 아니라, 스위치부 그룹(120)을 이용하여 입력 전압 레벨에 따라 해당 다이오드 그룹만 동작시킴으로써, 불필요한 전력 손실(Power loss)에 의한 발열 문제를 개선할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는 발광 다이오드 그룹(110)으로 입력되는 입력 전압(Vin)이 증가하면, 도2의 스위치 제어부(140)를 이용하여 제1 내지 제3 구간(S1, S2, S2)과 듀티를 감소시킬 수 있다.
반면에, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는 발광 다이오드 그룹(110)으로 입력되는 입력 전압(Vin)이 감소하면, 도2의 스위치 제어부(140)를 이용하여 제4 내지 제6 구간(S4, S5, S6)과 같이 듀티를 증가시킬 수 있다.
상술한 바와 같이이, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치(100)는 입력 전압(Vin)의 증가 구간(S1, S2, S3) 및 감소 구간(S4, S5, S6)에 따라 듀티를 조절하는 조절할 수 있는데, 이는, 발광 다이오드 구동 장치(100) 내 전류(I1, I2, I3)를 일정하게 유지시킴으로써 보다 정확히 전력 손실에 따른 발열 문제를 개선할 수 있다.
100: 발광 다이오드 구동 장치
110: 발광 다이오드 그룹
120: 스위치부 그룹
130: 전원부
140: 스위치 제어부
142: 전압 비교부
144: 듀티 결정부
146: 제어 신호 출력부

Claims (19)

  1. 적어도 하나 이상의 다이오드들을 포함하는 복수의 발광 다이오드 그룹;
    상기 복수 개의 발광 다이오드 그룹 각각과 연결되어, 해당 제어 신호가 활성화되면 연결된 발광 다이오드 그룹을 구동시키는 스위치를 복수 개 포함하는 스위치부 그룹; 및
    상기 복수의 발광 다이오드 그룹으로 입력되는 입력 전압과 상기 상기 복수의 발광 다이오드 그룹에서 출력되는 출력 전압을 비교하여 비교 값을 산출하고, 상기 비교 값을 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 스위치 제어부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 구동 장치는,
    교류 전원과 정류 회로로 구성되는 전원부를 더 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 입력 전압과 상기 출력 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 비교 신호를 생성하는 전압 비교부;
    상기 전압 비교부에서 출력된 상기 비교 신호와 램프 신호의 차를 이용해 펄스 신호를 생성하고, 생성된 상기 펄스 신호의 듀티를 결정하는 듀티 결정부; 및
    상기 듀티 결정부에서 출력된 출력 신호에 응답하여 상기 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 출력부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전압 비교부는,
    상기 입력 신호의 레벨을 감지하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 아날로그-디지털 컨버터의 출력을 입력으로 받아 상기 입력 신호의 레벨에 해당하는 기준 전압을 생성하는 디지털-아날로그 컨버터;
    복수의 발광 다이오드 그룹의 상기 출력 전압을 감지하고, 감지된 상기 출력 전압 값을 평균화하는 평균화부; 및
    상기 디지털-아날로그 컨버터에서 생성된 기준 전압과 상기 평균화부에서 생성된 출력 전압의 차를 통해 전류 에러 값을 산출하고, 상기 산출된 에러값을 증폭시킨 비교 신호를 상기 듀티 결정부로 제공하는 비교부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 듀티 결정부는,
    펄스 폭 변조 동작이 가능하도록 상기 램프 신호를 생성하는 오실레이터부;
    상기 오실레이터부에서 제공되는 상기 램프 신호와 상기 전압 비교부에서 제공되는 비교 신호를 입력 신호의 차를 이용해 상기 펄스 신호로 생성하는 펄스 신호 생성부; 및
    기준 클럭에 응답하여 상기 펄스 신호 생성부에서 제공되는 펄스 신호를 래치하는 래치부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 기준 클럭은, 상기 오실레이터부에서 생성되는 신호인 발광 다이오드 구동 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 기준 클럭은, 상기 램프 신호인 발광 다이오드 구동 장치.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 제어 신호 출력부는,
    상기 듀티 결정부에서 출력된 신호의 레벨을 버퍼링시키는 버퍼부; 및
    상기 전압 비교부의 아날로그-디지털 컨버터의 출력에 응답하여 상기 듀티 결정부에서 출력된 신호를 상기 복수의 제어신호로 생성하여 상기 스위치부 그룹으로 출력시키는 디먹스부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  9. 제3 항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 입력 전압을 이용하여 상기 듀티 결정부로 제공될 내부 전원 전압을 발생시키는 전압 생성부를 더 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  10. 직렬로 연결되는 복수의 발광 다이오드 그룹;
    복수의 발광 다이오드 그룹 각각과 접지 전압단 사이에 연결되어 해당 제어 신호가 활성화되면, 연결된 발광 다이오드 그룹을 구동시키는 스위치를 복수 개 포함하는 스위치부 그룹;
    상기 복수의 발광 다이오드 그룹으로 입력되는 입력 전압와 센싱 저항을 통해 감지된 복수의 발광 다이오드 그룹의 출력 전압을 비교하여 비교 값을 산출하고, 상기 비교 값을 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 스위치 제어부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 센싱 저항은,
    상기 스위치부 그룹의 일단과 상기 접지 전압단 사이에 형성되는 발광 다이오드 구동 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 구동 장치는,
    교류 전원과 정류 회로로 구성되는 전원부를 더 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 입력 전압과 상기 출력 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 의해 산출된 상기 비교 값을 증폭시키는 전압 비교부;
    상기 전압 비교부에서 출력된 비교 신호와 램프 신호의 차를 이용해 펄스 신호를 생성하고, 생성된 상기 펄스 신호의 노이즈를 제거하는 듀티 결정부; 및
    상기 듀티 결정부에서 출력된 출력 신호에 응답하여 상기 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 출력부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전압 비교부는,
    상기 입력 신호의 레벨을 감지하여 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 아날로그-디지털 컨버터의 출력을 입력으로 받아 상기 입력 신호의 레벨에 해당하는 기준 전압을 생성하는 디지털-아날로그 컨버터;
    상기 센싱 저항으로부터 상기 출력 전압을 감지하고, 감지된 상기 출력 전압 값을 평균화하는 평균화부; 및
    상기 디지털-아날로그 컨버터에서 생성된 기준 전압과 상기 평균화부에서 생성된 출력 전압의 차를 통해 전류 에러 값을 산출하고, 상기 산출된 에러값을 증폭시킨 비교 신호를 상기 듀티 결정부로 제공하는 비교부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 듀티 결정부는,
    펄스 폭 변조 동작이 가능하도록 램프 신호를 생성하는 오실레이터부;
    상기 오실레이터부에서 제공되는 상기 램프 신호와 상기 전압 비교부에서 제공되는 비교 신호를 입력 신호의 차를 이용해 상기 펄스 신호로 생성하는 펄스 신호 생성부; 및
    기준 클럭에 응답하여 상기 펄스 신호 생성부에서 제공되는 펄스 신호를 래치하여 펄스 신호의 노이즈를 방지하는 래치부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 기준 클럭은, 상기 오실레이터부에서 생성되는 신호인 발광 다이오드 구동 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 기준 클럭은, 상기 램프 신호인 발광 다이오드 구동 장치.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 제어 신호 출력부는,
    상기 듀티 결정부에서 출력된 신호의 레벨을 버퍼링시키는 버퍼부; 및
    상기 전압 비교부의 아날로그-디지털 컨버터의 출력에 응답하여 상기 듀티 결정부에서 출력된 신호를 상기 제어신호로 생성하여 상기 스위치부 그룹으로 출력시키는 디먹스부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는,
    상기 입력 전압을 이용하여 상기 듀티 결정부로 제공될 내부 전원 전압을 발생시키는 전압 생성부를 더 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
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