KR20140100673A - 발광 소자 구동 장치 및 발광 소자 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 의한 발광 소자 구동 장치는 일정한 주기의 리플(ripple)이 포함된 직류 전류를 공급하는 전원부와, 발광 소자 배열을 포함하며, 상기 발광 소자 배열은 복수개의 단위 발광 소자 배열을 포함하고, 각각의 상기 단위 발광소자 배열은 발광 소자 스트링과, 상기 발광 소자 스트링에 상기 전원부가 공급하는 직류를 공급하거나 차단하는 스위치 및 상기 전원부가 공급한 직류 전류를 평활(smoothing)하는 커패시터를 포함하고, 상기 스위치를 도통시키거나 차단하도록 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 직류 전류의 주기를 상기 복수개(n)와 서로 소(relatively prime)인 개수(m)의 구간으로 분할하여 각 구간의 직류 전류가 상기 복수개의 단위 발광 소자 배열에 순차적으로 인가되도록 상기 스위치를 제어한다.

Description

발광 소자 구동 장치 및 발광 소자 구동 방법 {Apparatus for Driving Light Emitting Device and Method of Driving Light Emitting Device}
본 발명은 발광 소자 구동 장치 및 발광 소자 구동 방법에 관한 것이다.
발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaAlP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor)의 일종으로, 재료를 변경하여 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자이다. 이러한 발광소자는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 광 효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점과 친환경, 저소비전력 등의 이유로 TV, 컴퓨터, 조명, 자동차 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있으며, 점차적으로 활용분야를 넓혀 나가고 있다.
이러한 발광소자를 광원으로 이용한 조명장치를 가정이나 사무실 또는 옥외 등에서 사용하는 상용 교류(AC) 전원을 이용하여 구동하는 경우에는, 일반적으로 교류를 직류로 변환한 후, 변환된 직류 전압을 목적하는 전압레벨로 변환한다.
이와 같은 발광 다이오드 등의 구동회로에 관한 선행특허로는 미국 공개특허 2011-0148323호 및 한국 공개특허 제2012-0129633호 등이 있다.
발광 다이오드는 양단에 인가된 전압에 대하여 전류가 지수 함수적으로 증가하는 특성을 가진다. 따라서, 발광 다이오드 스트링들에 인가되는 전류들 간에 편차가 있으면 전류의 편차에 의하여 발광 다이오드의 광량이 불균일하게 되는 문제점이 있다. 특히, 사람의 눈은 밝기의 절대값에는 둔감하나, 두 밝기의 상대적인 차이에는 민감하므로, 이와 같은 광량의 편차는 어느 스트링은 밝고, 다른 스트링은 어둡게 인식되어 사람의 눈에는 얼룩진 것처럼 보이는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 전류 종래 기술의 문제점인 스트링별 인가되는 전류의 불균일성을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 각 발광 다이오드 스트링에 인가되는 전류를 일정하게 유지할 수 있는 발광 다이오드 구동 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적 중 하나는 각 발광 다이오드 스트링에 인가되는 전류를 일정하게 유지하여 발광 다이오드를 이용한 조명장치의 광량을 균일하게 할 수 있는 발광 다이오드 구동 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 의한 발광 소자 구동 장치는, 일정한 주기의 리플(ripple)이 포함된 직류 전류를 공급하는 전원부와, 발광 소자 배열을 포함하며, 상기 발광 소자 배열은 복수개의 단위 발광 소자 배열을 포함하고, 각각의 상기 단위 발광소자 배열은 발광 소자 스트링과, 상기 발광 소자 스트링에 상기 전원부가 공급하는 직류를 공급하거나 차단하는 스위치 및 상기 전원부가 공급한 직류 전류를 평활(smoothing)하는 커패시터를 포함하고, 상기 스위치를 도통시키거나 차단하도록 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 직류 전류의 주기를 상기 복수개(n)와 서로 소(relatively prime)인 개수(m)의 구간으로 분할하여 각 구간의 직류 전류가 상기 복수개의 단위 발광 소자 배열에 순차적으로 인가되도록 상기 스위치를 제어한다.
일 예로, 상기 서로 소인 개수(m)는 상기 복수개(n) 보다 하나 더 크거나 더 작은 수이다.
일 예로, 상기 전원부는 입력 전압을 스텝 다운(step down)하는 벅 컨버터를 포함한다.
일 예로, 상기 전원부는 입력 교류 전압을 정류하는 정류회로(rectifying circuit); 및 상기 정류회로의 출력 전압 레벨을 스텝 업(step up)하여 출력하는 부스트 컨버터(boost converter)를 더 포함한다.
일 예로, 상기 발광 소자 구동 장치는 상기 복수개 발광 소자 배열에 흐르는 전류를 감지하는 전류 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 전류 센서가 감지한 전류 값에 따라 상기 전원부를 제어한다.
일 예로, 전원부의 출력단은 상기 복수개(n)의 단위 발광 소자 배열의 일단과 전기적으로 연결된다.
일 예로, 상기 발광 소자 스트링은 복수개의 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)들이 전기적으로 연결되어 형성된다.
일 예로, 상기 커패시터는, 일단이 상기 발광 소자 스트링에 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함한다.
일 실시예에 의한 발광 소자 구동 방법은 일정한 주기의 리플(ripple)이 포함된 직류 전류를 형성하는 단계와, 상기 형성된 전류를 복수개(n)의 단위 발광 소자 배열에 인가하는 단계로, 상기 일정한 주기의 리플이 포함된 입력 전압을 상기 복수개(n)와 서로 소(relatively prime)인 개수(m)의 구간으로 분할하여 분할된 구간의 전류를 상기 복수개의 단위 발광 소자 배열에 순차적으로 인가한다.
일 예로, b상기 서로 소인 개수(m)는 상기 복수개(n) 보다 하나 더 크거나 더 작은 수이다(단, m은 2와 같거나 크고, n은 2와 같거나 큰 자연수).
일 예로, 상기 직류 전류를 형성하는 단계는, 교류 전압을 인가 받는 단계와상기 입력 교류 전압을 정류하는 단계 및 정류된 전압의 레벨을 변환하는 단계를 포함한다.
일 실시예 따른 발광 소자 구동 방법은 소정 개수의 구간으로 구분될 수 있는 주기를 가지는 리플(ripple)이 포함된 직류 전류를 출력하는 전원 회로부와, 상기 전원 회로부와 연결된 복수개의 단위 발광 소자 배열을 포함하는 발광 소자 배열로, 상기 단위 발광 소자 배열은 전원 회로부가 출력한 전류을 인가하거나 차단하는 스위치와, 전원 회로부가 출력한 전류를 인가받아 발광하는 복수개의 발광 소자들이 전기적으로 연결된 발광 소자 스트링 및 상기 발광 소자 스트링에 인가되는 전류를 평활하는 커패시터를 포함하며, 서로 인접한 두 주기 동안 동일한 단위 발광 소자 배열에 인가되는 전류의 구간이 상이하도록 상기 스위치를 제어한다.
일 예로, 단위 발광 소자 배열의 개수와 상기 구간의 개수는 서로 소(relatively prime)이다.
일 예로, 상기 단위 발광 소자 배열의 개수와 상기 구간의 개수의 차는 1이다.
일 예로, 상기 전원 회로부는 입력 전압을 스텝 다운(step down)하는 벅 컨버터를 포함한다.
일 예로, 상기 전원 회로부는 입력 교류 전압을 정류하는 정류회로(rectifying circuit); 및 상기 정류회로의 출력 전압 레벨을 스텝 업(step up)하여 출력하는 부스트 컨버터(boost converter)를 더 포함한다.
일 예로, 상기 발광 소자 구동 장치는 상기 복수개 발광 소자 배열에 흐르는 전류를 감지하는 전류 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 전류 센서가 감지한 전류 값에 따라 상기 전원부를 제어한다.
일 예로,전원부의 출력단은 상기 복수개(n)의 단위 발광 소자 배열의 일단과 전기적으로 연결된다.
일 예로, 상기 발광 소자 스트링은 복수개의 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)들이 전기적으로 연결되어 형성된다.
일 예로, 상기 커패시터는 일단이 상기 발광 소자 스트링에 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함한다.
본 발명에 의한다면 복수개의 발광 소자 스트링에 인가되는 전류를 균일하게 할 수 있어 복수의 스트링을 이용하여도 밝기 차이를 최소화 시킬 수 있다. 또한, 스트링별로 전류 센서를 두지 않고 전체적인 전류를 감지하는 하나의 전류 센서를 이용하므로 경제적인 발광 소자 구동장치를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 일 실시예에 따른 발광 소자 구동 장치의 회로도이다.
도 3은 전원부(100)에 포함된 벅 컨버터(160)의 동작 타이밍도이다.
도 4는 전원부가 출력하는 출력 전류(IL)의 한 주기를 소정의 구간으로 구분한 것을 도시한 도면이다.
도 5는 실시예에 대한 일 비교예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 대한 컴퓨터 모의 시험 결과를 도시한 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 도 1은 일 실시예에 따른 발광 소자 구동 장치의 회로도이다. 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 발광 소자의 구동 장치는 일정한 주기의 리플(ripple)이 포함된 직류 전류를 공급하는 전원부와, 발광 소자 배열을 포함하며, 발광 소자 배열은 복수개의 단위 발광 소자 배열을 포함하고, 각각의 단위 발광소자 배열은 발광 소자 스트링과, 발광 소자 스트링에 전원부가 공급하는 직류를 공급하거나 차단하는 스위치 및 일단이 발광 소자 스트링과 연결된 커패시터를 포함하고, 스위치를 도통시키거나 차단하도록 제어하는 제어부를 포함하며, 제어부는 직류 전류의 주기를 복수개(n)와 서로 소(relatively prime)인 개수(m)의 구간으로 분할하여 각 구간의 직류 전류가 복수개의 단위 발광 소자 배열에 순차적으로 인가되도록 스위치를 제어한다.
도 1을 참조하면, 전원부(100a)는 직류 전원(Vdc)을 인가하거나 차단하는 스위치(SWbuck), 전원과 스위치를 통하여 연결된 인덕터(Lbuck) 및 스위치(SWbuck)와 인덕터가 연결된 노드에 캐소드(cathode)가 연결되고, 접지전위에 애노드(anode)가 연결된 다이오드(Dbuck)를 포함한다. 전원부와 연결된 발광 소자 배열(200)은 커패시터(Ca, Cb, Cc)가 연결된 용량성 부하(Capacitive load)이므로, 도 1에 도시된 전원부(100a)는 벅 컨버터(buck converter)의 형태이다. 스위치(SWbuck)는 PMOS(P-type Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터로 도시되어 있으나, 이는 일 예로 도시된 것으로, NMOS(N-type MOS), BJT(Bipolar Junction Transistor) 스위치 등과 같이 다른 형태를 이용하여도 무방하며, 이는 이하에서 설명될 실시예 및 도면에 개시된 다른 스위치들에 대하여도 마찬가지이다.
도 2를 참조하여 전원부의 다른 실시예을 설명하면, 전원부(100b)는 입력된 교류 전압을 정류하는 정류회로부(120), 정류회로부가 출력한 신호를 입력받아 목적하는 레벨로 스텝 업(step up)하는 부스트 컨버터(boost converter, 140)를 더 포함하며, 상술한 실시예와 같은 벅컨버터(160)를 포함한다. 일 예로, 정류 회로부(120)는 도시된 바와 같이 브릿지 다이오드일 수 있으며, 도시되지 않은 다른 예로, 정류 회로부는 전파 정류 회로(full wave rectifier circuit)일 수 있다. 또 다른 예로, 정류 회로부는 반파 정류 회로(half wave rectifier circuit)일 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 전원부는 직류 전원과 연결되어 그 레벨을 스텝 업하는 부스트 컨버터와 상술한 실시예와 같은 벅 컨버터를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예는 발광 소자 배열을 흐르는 전류(IL)를 분기하여 감지하는 전류 센서(400)를 더 포함한다. 전류센서는 각각의 단위 발광 소자 배열에 흐르는 전류를 도합한 전류(IL)을 분기한 전류(IL,sense)를 감지하여 발광 소자 배열(200)의 밝기를 감지할 수 있다. 또한, 도 2를 참조하면, 정류회로부(120)에서의 역률보정을 위한 역률보정 회로부(500)를 더 포함할 수 있다.
부스트 컨버터(boost converter, 140)는 정류 회로부가 출력한 신호를 입력받아 스위치(SWboost)의 듀티비를 조절하여 목적하는 레벨로 스텝 업(step up) 한다. 즉, 스위치(SWboost)가 닫힌 상태에서 전류는 인덕터(Lboost)를 통하여 스위치(SWboost)를 거쳐 흐르나, 스위치가 열리면 다이오드(Dboost)을 통하여 흘러 커패시터(C1)에 전하를 축적하므로 커패시터(C1) 양단에는 전위차가 형성된다. 이러한 과정에서 다이오드(Dboost)가 이상적이라고 가정한다면 커패시터(C1)에 형성되는 전위차는 키르히호프의 전압법칙(Kirchoff's Voltage Law, KVL)에 의하여 정류회로(120) 양단의 전위차와 인덕터(Lboost) 양단의 전위차를 합한 것과 같으므로, 커패시터(C1) 양단에 형성되는 전위차(Vc1)는 정류 회로 전위에 비하여 큰 값이며, 그 값은 스위치의 듀티비에 따라 조절할 수 있다.
도 3은 전원부(100)에 포함된 벅 컨버터(160)의 동작 타이밍도이다. 벅 컨버터(160)는 도 1에 도시된 바와 같이 직접 직류전원(Vdc)이 인가되어 구동되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 교류를 입력받아 전환된 직류(Vdc)가 인가되어 구동된다. 도시되지는 않았지만, 직류전원을 부스트 컨버터에 연결하여 스텝 업(step up)한 후 이를 벅 컨버터에 연결하여 벅 컨버터를 구동할 수 있다. 도 3을 참조하면, P1 구간 초기에 인덕터(Lbuck)와 용량성 부하인 발광소자 배열에 에너지가 저장되어 있지 않은 상태를 가정한다. 최초로 스위치(SWbuck)가 턴 온되면, 인덕터(Lbuck)의 초기조건에 의하여 인덕터는 개방 회로(open circuit)과 등가(equivalent)로 인덕터를 통하여 흐르는 전류(IL)는 없으며, VL로 도시된 바와 같이 인덕터 양단에 직류전원의 전압(Vdc)이 전부 인가된다. 따라서, Vo로 도시된 바와 같이 발광 소자 배열 양단에는 전압이 인가되지 않는다. 시간이 경과함에 따라 인덕터를 통하여 흐르는 전류가 증가하면서 인덕터 양단에 인가되는 전위(VL)는 감소하며 점차 발광 소자 배열 양단에 전위차(Vo)가 형성된다.
인덕터와 직류전원이 연결된 후, 상당한 시간이 경과하여 정상 상태(steady state)에 도달하면 인덕터(Lbuck) 양단은 단락회로(short circuit)과 등가(equivalent)이나, 정상상태에 도달하기 전인 인덕터에 에너지가 완전히 충전되지 않은 상태에서는 인덕터가 도선과 등가로 보이지 않으며 인덕터의 전위차가 소멸하지 않고 남아 있다. 따라서, 키르히호프의 전압법칙(KVL)상 용량성 부하 양단에 형성되는 전위차는 Vo에 도시된 바와 같이 전원전압(Vdc)에서 인덕터 양단 전압(VL)을 뺀 값이므로, 전원전압(Vdc)에 비하여 작은 값이다.
P2 구간을 참조하면, 인덕터(Lbuck)에 에너지가 완전히 충전되지 않은 상태에서 스위칭이 일어나 인덕터에 전원이 인가되지 않으면 인덕터(Lbuck)가 저장한 에너지는 전류의 형태로 다이오드(Dbuck)를 통하여 흐른다. 발광소자 배열(200)은 용량성 부하(capacitive load)이므로, 용량성 부하의 특성상 부하 양단의 전압(Vo)은 연속으로 유지되어 P2 구간동안 일정하게 유지된다. P2 구간이 길어지면 인덕터에 충전된 에너지가 고갈됨에 따라 인덕터를 통하여 흐르는 전류(IL)는 0에 수렴할 것이나, 전류가 소멸되기 이전에 스위칭이 수행된다.
P3 구간에서, 스위치(SWbuck)를 통하여 인덕터(Lbuck)는 다시 직류 전원에 연결되어 인덕터(Lbuck)에 에너지가 충전된다. 인덕터(Lbuck)에 직류 전원이 연결됨에 따라 인덕터를 통하여 흐르는 전류(IL)은 스위칭 직전의 전류값으로부터 인덕터에 에너지가 완전히 충전될 때까지 증가한다. 다만, 상술한 P1 구간과 마찬가지로 정상상태에 도달하기 이전에 스위칭을 수행한다. 따라서 발광 소자 배열 양단에 형성되는 전압(Vo)은 항상 인가된 직류 전원의 전압보다 작거나 같으며, 전원부(100)가 발광소자 배열(200)로 인가하는 전류(IL)는 스위치(SWbuck)의 스위칭에 의한 소정의 주기를 가진다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 발광 소자 배열(200)은 복수개의 단위 발광소자 배열들을 포함하며, 각각의 단위 발광 소자 배열(200a, 200b, 200c)은 각각 발광 소자 스트링(Sa, Sb, Sc)과, 상기 발광 소자 스트링에 상기 전원부가 공급하는 직류를 공급하거나 차단하는 스위치(SWa, SWb, SWc) 및 전원부가 공급한 전류를 균일하게 유지하는 커패시터(Ca, Cb, Cc)을 포함한다. 또한, 도면상에는 단지 세 개의 단위 발광 소자 배열들만이 도시되어 있으나 이는 순전히 쉬운 설명, 용이한 이해와 간명한 도시를 위한 것이다. 따라서 단위 발광 소자 배열들은 적어도 두 개 이상일 수 있다. 발광소자 배열(200)은 복수개의 단위 발광 소자 배열들(200a, 200b, 200c)이 병렬로 연결된 형태이다. 다만, 단위 발광 소자 배열들은 직선형태, 방사형태 또는 매트릭스 형태 등으로 배치되어 조명기구 등으로 사용될 수 있다.
도 4는 전원부가 출력하는 출력 전류(IL)의 한 주기를 소정의 구간으로 구분한 것을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 전원부가 출력한 전류(IL)는 전원부의 구동 특성상 소정의 주기를 가지는 리플(ripple)을 포함한다. 전류에 포함된 리플의 주기를 단위 발광 소자 배열들의 개수와 서로 소(relatively prime)인 개수의 구간으로 분할한다. 일 예로, 단위 발광 소자 배열 4개를 사용한다면, 전류에 포함된 리플의 주기를 4와 서로 소인 5개의 구간으로 나눌 수 있으며, 7개의 구간 또는 9개의 구간 등으로 나눌 수 있다. 다른 예로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 3개의 단위 발광 소자 배열을 사용한다면, 리플의 주기를 3과 서로 소인 2, 4, 5 또는 7개 등의 구간으로 나눌 수 있다.
일 실시예로 도 4a를 참조하면, 도 1에 도시된 회로에서, 단위 발광 소자 스트링의 개수는 세 개 이다. 따라서, 리플의 주기를 네 개의 구간으로 구분할 수 있다. 다른 실시예로 도 4b를 참조하면, 단위 발광 소자의 개수는 세 개이므로, 리플의 주기를 두 개의 구간으로 구획할 수 있다. 또 다른 실시예로 도 4c를 참조하면, 리플의 주기를 다섯 구간으로 구분할 수 있다.
바람직하게는 단위 발광 소자의 개수를 n이라 하고, 하나의 리플 주기 내에 포함된 구간의 개수를 m이라 한다면, | n - m | = 1인 관계, 즉 n과 m의 차이가 1인 경우가 스위칭 속도 확보의 측면에서 바람직하다. 이와 같이 주기를 단위 발광 소자 스트링의 개수(n)와 서로 소인 소정의 개수(m)의 구간으로 구분하고, 각 구간의 전류를 순차적으로 각각의 단위 발광 소자 스트링에 인가하면 각각의 단위 발광 소자 스트링에는 인접하는 각 주기별로 서로 다른 구간의 전류가 인가된다.
제어부(300)는 전류를 구간별로 구획하여 각 구간의 전류를 각각의 단위 발광 소자 배열에 순차적으로 인가되도록 각각의 스위치들(SWa, SWb, SWc)을 제어한다. 일 실시예로, 도 4a를 참조하면, 단위 발광소자 배열의 개수가 3개 이므로, 한 주기를 4개의 구간으로 나눈다. 제어부(300)는 첫 주기(T1) 최초 구간의 전류를 단위 발광 소자 스트링(200a)에 인가하고, 두 번째 구간의 전류 및 세 번째 구간의 전류를 순차적으로 단위 발광 소자 스트링(200b) 및 단위 발광 소자 스트링(200c)에 인가한 후, 다음 구간의 전류를 다시 단위 발광 소자 스트링(200a)부터 순차적으로 인가하도록 스위치들(SWa, SWb, SWc)을 제어한다. 다른 실시예로, 도 4b를 참조하면, 한 주기가 2개의 구간으로 구획된다. 제어부(300)는 최초 주기의 최초 구간은 단위 발광 소자 스트링(200a)에 인가하고, 이어지는 주기의 각 구간에 대하여 계속하여 순차적으로 단위 발광 소자 스트링(200b), 단위 발광 소자 스트링(200c) 및 다시 단위 발광 소자 스트링(200a)에 인가하도록 스위치들(SWa, SWb, SWc)을 제어한다. 또 다른 실시예로, 도 4c를 참조하면, 한 주기가 5개의 구간으로 구획된다. 제어부(300)는 최초 주기의 최초 구간은 단위 발광 소자 스트링(200a)에 인가하고, 이어지는 주기의 각 구간에 대하여 순차적으로 단위 발광 소자 스트링(200b), 단위 발광 소자 스트링(200c) 및 단위 발광 소자 스트링(200a)에 계속하여 인가하도록 스위치들(SWa, SWb, SWc)을 제어한다.
제어부(300)가 위에서 설명된 실시예와 같이 스위치들(SWa, SWb, SWc)을 제어함에 따라 스트링별 밝기 차이를 감소시킬 수 있다. 일 비교예로 도시된 도 5를 참조하면, 일정한 주기의 리플이 포함된 전류를 스위칭을 통하여 세 개의 단위 발광 소자 스트링에 인가하는 경우를 가정한다. 이 때 한 주기를 세 개의 구간으로 구획하여 세 개의 스트링(a, b, c)에 인가한다면, 각 스트링(a, b, c)에 인가되는 각 주기의 구간은 동일하다. 각 구간별 평균 전류를 구하여 도시하면 도 5의 점선과 같이 a 구간의 평균전류(Iavg,a), b 구간의 평균전류(Iavg,b) 및 c 구간의 평균 전류(Iavg,c) 값은 서로 다르므로 커패시터를 연결하여 발광 다이오드에 인가되는 전류를 평균화한다 하여도 각각의 스트링으로 인가되는 전류의 평균값이 다를 수 밖에 없어 스트링별 밝기 차이가 존재한다. 따라서, 비교예와 같이 스위칭을 수행하여 발광 소자 스트링을 구동한다면 스트링별 밝기 차이가 존재하여 전체적으로 얼룩이 있는 것처럼 보인다.
그러나, 본 실시예에 의한다면 제어부(300)는 동일한 단위 발광 소자 스트링으로 서로 인접한 두 주기 동안 인가되는 전류의 구간이 상이하도록 스위치를 제어한다. 즉, 도 4a를 참조하면, 스트링a에는 최초 주기의 최초 구간, 마지막 구간, 두 번째 주기에서 세 번째 구간, 세 번째 주기에서 두 번째 구간의 전류가 인가된다. 또한, 스트링 b에는 최초 주기(T1)의 두 번째 구간, 두 번째 주기(T2)의 최초 및 마지막 구간, 세 번째 주기(T3)의 세 번째 구간의 전류가 인가된다. 즉, 도 4a를 참조하면 a 스트링에는 최초 주기(T1)에서 첫 번째와 네 번째 구간의 전류가, 두 번째 주기에서 세 번째 구간의 전류가 인가되어 서로 인접한 주기에서 서로 다른 구간의 전류가 인가된다. 도 4b에 도시된 실시예에서도 마찬가지로, a 스트링에는 첫 번째 주기의 최초 구간의 전류가, 두 번째 주기에서는 두 번째 구간의 전류가 인가된다. 따라서 비교예와 같이 어느 한 스트링에 계속 동일 구간의 전류가 계속 인가되지 않고, 인접한 주기에서 서로 다른 구간들의 전류가 인가된다.
이와 같이 각각의 스트링에 서로 다른 구간의 전류가 인가되므로 스트링에 인가되는 전류의 편차를 줄일 수 있으며, 나아가 인가된 전류를 각각의 스트링에 포함된 커패시터가 평균화하여 발광 소자 스트링에 인가하므로 스트링별 밝기 차이를 감소시킬 수 있다.
전류 센서(400)는 발광 소자 배열을 통하여 흐르는 전류를 감지한다. 종래에는 각각의 발광 소자 스트링의 밝기 차이를 보상하기 위하여 발광 소자 스트링 별로 전류 센서를 장착하였으나, 제어부(300)가 상술한 바와 같이 각각의 단위 발광 소자 스트링에 포함된 스위치(SWa, SWb, SWc)를 구동하여 스트링들을 고르게 발광시킬 수 있으므로 본 실시예에서는 전체적인 전류의 양을 감지할 수 있는 하나의 전류 센서로 충분하다.
모의시험예
이하는 세 개의 단위 발광 소자 스트링을 구동하는 예에 대한 컴퓨터 모의시험 결과를 나타낸다. 도 6a는 전원부가 발광 소자 배열에 인가하는 전류의 파형을 나타낸 것이다. 한 주기가 5usec이고, 전류의 평균값이 약 0.45A이고, 최대값 0.48A, 최소값이 0.42A 정도로 스윙하는 리플을 포함함을 알 수 있다. 도 6b는 제어부가 각각의 발광 소자 스트링에 포함된 스위치를 구동하는 구동 펄스의 파형을 나타낸 것으로, 한 주기를 4 구간으로 구획하여 SW3, SW2 및 SW1의 순서로 순차적으로 스위칭을 수행한다.
각각의 스트링에 인가되는 전압은 도시된 바와 같이 리플이 상당히 억제되어 있음을 알 수 있다. 또한, 스트링 a, b 및 c에 흐르는 전류의 평균값들은 대략 151mA, 150mA 및 149mA로 평균값들의 편차가 최대 2mA 정도에 불과하여 어느 한 스트링에 흐르는 전류에 비하여 다른 스트링에 흐르는 전류가 높거나 낮지 않고 전체적으로 고르게 분포하여 스트링간 밝기 차이가 억제됨을 알 수 있다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 전원부 200: 발광 소자 배열
300: 제어부 400: 전류 센서
500: 역률 조정 회로

Claims (20)

  1. 일정한 주기의 리플(ripple)이 포함된 직류 전류를 공급하는 전원부와,
    발광 소자 배열을 포함하며, 상기 발광 소자 배열은 복수개의 단위 발광 소자 배열을 포함하고, 각각의 상기 단위 발광소자 배열은 발광 소자 스트링과, 상기 발광 소자 스트링에 상기 전원부가 공급하는 직류를 공급하거나 차단하는 스위치 및 상기 전원부가 공급한 직류 전류를 평활(smoothing)하는 커패시터를 포함하고,
    상기 스위치를 도통시키거나 차단하도록 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 직류 전류의 주기를 상기 복수개(n)와 서로 소(relatively prime)인 개수(m)의 구간으로 분할하여 각 구간의 직류 전류가 상기 복수개의 단위 발광 소자 배열에 순차적으로 인가되도록 상기 스위치를 제어하는 발광 소자 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서로 소인 개수(m)는 상기 복수개(n) 보다 하나 더 크거나 더 작은 수인 발광 소자 구동 장치(단, m은 2와 같거나 크고, n은 2와 같거나 큰 자연수).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는 입력 전압을 스텝 다운(step down)하는 벅 컨버터를 포함하는 발광 소자 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전원부는 입력 교류 전압을 정류하는 정류회로(rectifying circuit); 및
    상기 정류회로의 출력 전압 레벨을 스텝 업(step up)하여 출력하는 부스트 컨버터(boost converter)를 더 포함하는 발광 소자구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자 구동 장치는
    상기 복수개 발광 소자 배열에 흐르는 전류를 감지하는 전류 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 전류 센서가 감지한 전류 값에 따라 상기 전원부를 제어하는 발광 소자 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    전원부의 출력단은 상기 복수개(n)의 단위 발광 소자 배열의 일단과 전기적으로 연결된 발광 소자 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자 스트링은 복수개의 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)들이 전기적으로 연결되어 형성된 발광 소자 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터는,
    일단이 상기 발광 소자 스트링에 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 발광 소자 구동 장치.
  9. 일정한 주기의 리플(ripple)이 포함된 직류 전류를 형성하는 단계와,
    상기 형성된 전류를 복수개(n)의 단위 발광 소자 배열에 인가하는 단계로, 상기 일정한 주기의 리플이 포함된 입력 전압을 상기 복수개(n)와 서로 소(relatively prime)인 개수(m)의 구간으로 분할하여 분할된 구간의 전류를 상기 복수개의 단위 발광 소자 배열에 순차적으로 인가하는 발광 소자 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 서로 소인 개수(m)는 상기 복수개(n) 보다 하나 더 크거나 더 작은 수인 발광 소자 구동 방법(단, m은 2와 같거나 크고, n은 2와 같거나 큰 자연수).
  11. 제9항에 있어서,
    상기 직류 전류를 형성하는 단계는,
    교류 전압을 인가 받는 단계와
    상기 입력 교류 전압을 정류하는 단계 및
    정류된 전압의 레벨을 변환하는 단계를 포함하는 발광 소자 구동 방법.
  12. 소정 개수의 구간으로 구분될 수 있는 주기를 가지는 리플(ripple)이 포함된 직류 전류를 출력하는 전원 회로부와,
    상기 전원 회로부와 연결된 복수개의 단위 발광 소자 배열을 포함하는 발광 소자 배열로, 상기 단위 발광 소자 배열은 전원 회로부가 출력한 전류을 인가하거나 차단하는 스위치와, 전원 회로부가 출력한 전류를 인가받아 발광하는 복수개의 발광 소자들이 전기적으로 연결된 발광 소자 스트링 및 상기 발광 소자 스트링에 인가되는 전류를 평활하는 커패시터를 포함하며,
    서로 인접한 두 주기 동안 동일한 단위 발광 소자 배열에 인가되는 전류의 구간이 상이하도록 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 발광 소자 구동 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    단위 발광 소자 배열의 개수와 상기 구간의 개수는 서로 소(relatively prime) 인 발광 소자 구동 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 단위 발광 소자 배열의 개수와 상기 구간의 개수의 차는 1인 발광 소자 구동 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 전원 회로부는 입력 전압을 스텝 다운(step down)하는 벅 컨버터를 포함하는 발광 소자 구동 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전원 회로부는 입력 교류 전압을 정류하는 정류회로(rectifying circuit); 및
    상기 정류회로의 출력 전압 레벨을 스텝 업(step up)하여 출력하는 부스트 컨버터(boost converter)를 더 포함하는 발광 소자구동 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 발광 소자 구동 장치는
    상기 복수개 발광 소자 배열에 흐르는 전류를 감지하는 전류 센서를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 전류 센서가 감지한 전류 값에 따라 상기 전원부를 제어하는 발광 소자 구동 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    전원부의 출력단은 상기 복수개(n)의 단위 발광 소자 배열의 일단과 전기적으로 연결된 발광 소자 구동 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 발광 소자 스트링은 복수개의 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)들이 전기적으로 연결되어 형성된 발광 소자 구동 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 커패시터는 일단이 상기 발광 소자 스트링에 연결된 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 발광 소자 구동 장치.
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