KR20150014591A - Mcu를 이용한 발광소자 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MCU를 이용하여 발광소자의 출력 변동을 실시간으로 제어함과 동시에 구동 전압을 조절하는 발광소자 구동 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치는, 외부의 전원공급부로부터 인가되는 전원전압을 직류전압으로 변환하여 발광소자 어레이로 공급하는 DCDC컨버터, 발광소자 어레이에 흐르는 전류를 싱크하여 정전류가 되도록 제어하는 정전류 제어부, 정전류 제어부로부터 발광소자 어레이에 흐르는 전류값을 검출하여 제1 디지털 신호로 변환한 후 설정된 목표 전류값과의 차이에 대응되는 제1 PWM신호를 생성하여 정전류 제어부를 제어하고, 정전류 제어부로부터 발광소자 어레이의 케소드 전압을 검출하여 직류전압과 발광소자 어레이의 캐소드 전압의 전압차를 제2 디지털 신호로 변환한 후 설정된 전압차에 대응되는 제2 PWM신호를 생성하는 MCU, MCU에 의해 생성된 상기 제2 PWM신호를 변환하여 피드백 전압을 생성하는 PWM신호 변환부 및 피드백 전압을 분압하여 DCDC컨버터로 전달하는 분압기를 포함할 수 있다.

Description

MCU를 이용한 발광소자 구동 장치{APPARATUS FOR DRIVING THE LAMP USING MCU}
본 발명은 조명 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MCU(Micro Control Unit)를 이용한 디지털 방식의 발광소자 구동 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)를 포함하는 발광소자 기술은 기술경쟁으로 인하여 아주 빠르게 고효율화가 이루어지고 있다. 백색 LED가 개발되면서 일반 조명, 고효율 조명 시장으로 확산되고 있으며, 자동차 조명으로서도 각광받고 있다.
특히, 발광소자에 대한 구동회로를 설계하는 경우, 다양한 종류의 구동 회로를 구현할 수 있으나, 구동 회로는 사용 용도와 발광소자의 구동 특성, 발광소자 배열의 구성 등에 따라 구동 회로의 효율 및 발광소자의 수명 등에 많은 영향을 미치므로 이에 대한 심도있는 연구가 필요한 실정이다.
일반적으로 LED를 포함하는 발광소자 구동 장치는 아날로그 방식을 이용하고 있는 바, 종래기술로서 전기 부하 작동을 위한 전력 공급 시스템 및 방법이 소개되어 있다. 종래기술을 살펴보면, 전류원(1)은 전기적 부하(3)의 접속을 위한을 수단(2)에 접속된다. 전압 태핑 노드(4)는 상기 전류원(1)과 상기 전기적 부하(3) 사이에 형성되어 비교기(5)의 반전 입력단자에 접속된다. 상기 비교기(5)의 비반전 입력단자는 기준 한계치(Vc)를 공급받는 구성이다. 상기 비교기(5)의 출력은 할당된 트랜지스터(7)의 제어 입력에 접속된다. 공통 신호 라인(8)은 DC 전압 조정기의 구동을 위하여 DC 전압 조정기(10)의 피드백 입력단자에 접속된다. 상기 DC 전압 조정기(10)는 입력 전압을 공급하기 위한 입력(11)단자와, 입력 전압 및 공통 신호 라인(8)의 레벨에 기초하여 공급 전압(VDD)을 제공하기 위한 출력(12)단자를 가진다. 다른 전기적 부하(13, 23) 및 전류원(20, 21) 역시 동일한 방식으로 연결될 수 있다. 트랜지스터(7, 17, 27)와 함께 비교기(5, 15, 25)는 상기 각각의 전압 태핑 노드(4, 14, 24)를 통하여 전기적 부하(3, 13, 23) 및 전류원(1, 20, 21)을 포함하는 가지들 각각에 접속된다. 이 경우, 전류원들(1, 20, 21) 중 하나가 기준 한계치(Vc) 미만의 전압을 가지면, 상기 공통 신호 라인(8)의 피드백 전압(UV)을 DC 전압 조정기(10)가 감지하여 출력(12)에서 전압(VDD)을 증가시켜 보상한다.
그러나, 종래기술은 아날로그 방식을 채용하고 있으므로, 전압조정기로부터 고정된 값의 전류만을 싱크할 수 있다는 한계가 있었다. 또한, 발광소자에 따라 구동에 요구되는 전압, 전류, 발광소자 편차가 상이하고, 이에 따라 이들을 제어하기 위한 구동 회로 역시 변경되어야 한다는 문제가 있었다. 아울러, 발광소자의 구동 특성에 적합하지 않은 구동 회로를 사용하는 경우, 발열 발생 등으로 인하여 발광소자 자체는 물론이고 이들에 대한 구동 회로의 신뢰성을 확보할 수 없다는 문제가 있었다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, MCU를 이용한 디지털 방식의 발광소자 구동 장치를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명은 다양한 구동 특성을 갖는 발광소자들을 보다 광범위하게, 통합적으로 제어하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 발광소자 및 구동 회로의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 MCU(400)를 이용한 발광소자 구동 장치는, 외부의 전원공급부로부터 인가되는 전원전압을 직류전압(Vout)으로 변환하여 발광소자 어레이(200)로 공급하는 DCDC컨버터(100), 상기 발광소자 어레이(200)에 흐르는 전류를 싱크하여 정전류가 되도록 제어하는 정전류 제어부(300), 상기 정전류 제어부(300)로부터 상기 발광소자 어레이(200)에 흐르는 전류값을 검출하여 제1 디지털 신호로 변환한 후 설정된 목표 전류값과의 차이에 대응되는 제1 PWM신호를 생성하여 상기 정전류 제어부(300)를 제어하고, 상기 정전류 제어부(300)로부터 상기 발광소자 어레이(200)의 캐소드 전압을 검출하여 상기 직류전압과 상기 발광소자 어레이(420)의 캐소드 전압의 전압차를 제2 디지털 신호로 변환한 후 상기 제2 디지털 신호와 매칭된 직류전압에 대응되는 제2 PWM신호를 생성하는 MCU(400), 상기 MCU(400)에 의해 생성된 상기 제2 PWM신호를 변환하여 피드백 전압을 생성하는 PWM신호 변환부(500) 및 상기 피드백 전압을 분압하여 상기 DCDC컨버터(100)로 전달하는 분압기(600)를 포함한다.
또한, 상기 분압기(600)는 하이저항(610)(RH) 및 로우저항(620)(RL)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 MCU(400)는 상기 직류전압(Vout)과 발광소자 어레이(200)의 캐소드 전압의 전압편차를 산출하는 비교모듈(410), 상기 발광소자 어레이로 부터 검출된 전류값을 제1 디지털신호로 변환하고, 상기 전압차를 제2 디지털신호로 변환하는 ADC 모듈(420) 및 상기 제1디지털 신호를 제1 PWM신호로 변환하고, 상기 제2 디지털신호를 제2 PWM신호로 변환하는 PWM변환 모듈(430)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 비교모듈(410)은 상기 직류전압(Vout)을 상기 발광소자 어레이(200)에 포함된 스트링 각각의 출력 전압과 비교하여 가장 큰 전압차를 산출한다.
그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 PWM신호 변환부(500)는 상기 제2 PWM신호가 입력되는 제1스위칭 소자, 일단이 상기 제1스위칭 소자와 연결되고 타단이 상기 분압기(600)의 노드에 연결되는 제1저항 및 일단이 상기 분압기(600)의 노드에 연결되고 타단이 접지되는 제1커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 PWM신호 변환부(500)는 상기 제2 PWM신호가 입력되는 제2스위칭 소자, 상기 제2스위칭 소자의 동작에 대응하여 출력 전류를 조절하는 바이어스 회로(520), 상기 바이어스 회로(520)로부터 출력 전류를 인가받아 동작하는 제3스위칭 소자, 일단이 상기 제3스위칭 소자와 연결되고 타단이 상기 분배기의 노드에 연결되는 전류미러(540), 일단이 상기 제3스위칭 소자에 연결되고 타단이 접지되는 제2저항 및 일단이 상기 분배기의 노드에 연결되고 타단이 접지되는 제3저항을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 PWM신호 변환부(500)는 상기 제2 PWM신호가 입력되는 저역필터(560) 및 입력단자가 상기 저역필터(560)의 출력단과 연결되고, 출력단자가 상기 분배기의 노드에 연결되는 전압팔로워(580)를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 PWM신호 변환부(500)는 일단이 상기 전압팔로워(580)의 출력단자와 연결되고 타단이 상기 분배기의 노드에 연결되는 제4저항, 일단이 상기 분배기의 노드에 연결되고, 타단이 접지되는 제5저항 및 일단이 상기 분배기의 노드에 연결되고, 타단이 접지되는 제2커패시터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광소자 어레이(200)는 차량 램프용으로 이용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 MCU를 이용하여 발광소자를 디지털 방식으로 구동시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면 다양한 구동 특성 및 구동 조건을 갖는 발광소자에 대한 구동을 가능케함으로써, 구동 회로의 설계 자유도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 발광소자 및 구동 회로의 신뢰성을 향상시키고, 수명을 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치의 전체적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치의 개략적인 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 PWM신호 변환부의 내부 회로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PWM신호 변환부의 내부 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PWM신호 변환부의 내부 회로를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치가 도 3의 PWM신호 변환부(500)를 포함하는 경우 PWM 신호에 따라 변동되는 직류전압(Vout) 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치가 도 4의 PWM신호 변환부(500)를 포함하는 경우 PWM 신호에 따라 변동되는 직류전압(Vout) 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치가 도 5의 PWM신호 변환부(500)를 포함하는 경우 PWM 신호에 따라 변동되는 직류전압(Vout) 그래프이다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 임의의 실시예는 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치의 전체적인 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치는 DCDC컨버터(100), 발광소자 어레이(200), 정전류 제어부(300), MCU(400), PWM신호 변환부(500) 및 분압기(600)를 포함한다.
DCDC컨버터(100)는 외부의 전원공급부로부터 인가되는 전원전압을 PWM신호 변환부(500)로부터 전달받은 피드백 전압에 따라 직류전압(Vout)으로 변환하여 발광소자 어레이(200)로 공급한다. 한편, 외부의 전원공급부는 발광소자 구동 장치로 전원을 공급해주는 역할을 한다.
발광소자 어레이(array)(200)는 상기 DCDC컨버터(100)로부터 공급된 직류전압(Vout)에 대응하는 전류에 따라 빛을 방출한다. 여기서 발광소자 어레이(200)를 구성하는 발광소자는 복수개일 수 있으며, 발광소자에는 LED, OLED를 포함하는 다양한 종류의 광원이 포함될 수 있다.
정전류 제어부(300)는 발광소자 어레이(200)에 포함된 발광소자 스트링(210) 각각에 흐르는 전류를 독립적으로 싱크하고, MCU(400)로부터 인가되는 제1 PWM신호를 이용하여 발광소자 스트링(210) 각각에 흐르는 전류를 정전류(constant current)가 되도록 제어하는 역할을 한다.
MCU(400)는 정전류 제어부(300)로부터 발광소자 어레이(200)의 전류값을 검출하여 ADC(Analog to Digital Converting)에 의해 디지털 신호로 변환한 후 설정된 목표 전류값과의 차이에 대응되는 제1 PWM신호를 생성한다.
여기서 제1 PWM신호는 발광소자 어레이(200)를 정전류 제어하기 위한 신호로서 발광소자 어레이(200)에 포함된 발광소자 스트링(210) 각각에 대하여 개별적으로 생성될 수 있다. 즉, 발광소자 스트링(210)이 N개인 경우 제1-1 PWM신호부터 제1-N PWM신호가 생성되므로 각 발광소자 스트링(210)에 대한 독립적인 제어를 가능하게 한다.
그리고, MCU(400)는 발광소자 어레이(200)의 발광소자 스트링(210) 각각의 캐소드 전압을 검출한다. 또한, MCU(400)는 DCDC컨버터(100)로부터 인가되는 직류전압(Vout)과 발광소자 어레이(200)의 캐소드 전압의 전압차에 대응되는 제2 PWM신호를 생성한 후 PWM신호 변환부(500)로 전달하는 역할을 한다. 제2 PWM신호는 DCDC컨버터(100)에 의해 공급되는 직류전압(Vout)을 조절하기 위한 신호로서, DCDC컨버터(100)로부터 인가되는 직류전압(Vout)과 발광소자 어레이(200)의 캐소드 전압의 전압차에 대응하여 설정된 값에 따라 MCU에서 생성된다.
PWM신호 변환부(500)는 제2 PWM신호를 변환하여 직류인 피드백 전압을 생성하는 역할을 한다. PWM신호 변환부(500)가 피드백 전압을 생성하기 위한 실시예는 다양할 수 있는 바, 이하 별도로 설명하기로 한다.
분압기(600)는 직류전압(Vout)을 분압하여 DCDC컨버터(100)로 전달하는 역할을 한다. 이 경우, PWM신호 변환부(500)로부터 전달되는 전압이 분배기의 노드(A)에 중첩되어 피드백정보가 생성되고, 피드백정보를 DCDC컨버터(100)가 입력받아 발광소자 어레이(200)의 구동에 적합한 직류전압(Vout)이 출력되도록 제어 한다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치는 MCU(400)를 이용하여 ADC 변환 및 PWM신호의 듀티비 조정을 수행함으로써 설계 변경 없이 서로 다른 구동 특성 갖는 발광소자에 적합한 전압 제어를 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치의 개략적인 내부 구조를 나타낸 도면이다.
우선, DCDC컨버터(100)는 적어도 하나 이상의 인덕터, 트랜지스터 및 다이오드를 포함한다. 대표적인 DCDC컨버터(100)에는 벅(Buck) 컨버터, 부스트(Boost) 컨버터, 포워드(Forward) 컨버터, 플라이백(Flyback) 컨버터 등이 있다. DCDC컨버터(100)는 내부의 트랜지스터에서 발생하는 스위칭(on/off) 동작에 따라 발광소자 어레이(200) 측으로 직류전압(Vout)을 공급하게 된다.
발광소자 어레이(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 발광소자가 적어도 하나 이상 직렬 연결된 발광소자 스트링(210)을 포함할 수 있다. 또한, 복수개의 발광소자 스트링(210)(제1 발광소자 스트링 내지 제N 발광소자 스트링)이 병렬로 연결될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 한편, 복수개의 발광소자 스트링(210) 각각에 직렬 연결된 발광소자의 개수는 동일하거나 상이할 수 있다.
정전류 제어부(300)는 내부에 적어도 하나 이상의 트랜지스터(T1-Tn) 및 저항소자(r1-rN)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(T1-Tn) 및 저항소자(r1-rN)의 개수는 발광소자 어레이(200)에 포함된 발광소자 스트링(210)의 수와 동일한 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다. 트랜지스터(T1-Tn) 및 저항소자(r1-rN)는 발광소자 스트링(210) 각각에 흐르는 전류를 싱크하여 정전류(constant current)를 유지하기 위한 구성이다.
또한, 트랜지스터(T1-Tn) 각각은 MCU(400)로부터 제1 PWM신호가 공급되면 스위칭(on/off) 동작을 하여 특정 발광소자 스트링(210)에 흐르는 전류량을 조절한다. 그리고, MCU(400)는 저항소자(r1-rN) 양단의 전압을 감지하여 발광소자 스트링(210) 각각에 흐르는 전류정보를 검출할 수 있다. MCU(400)는 검출된 전류정보를 이용하여 설정된 전류에 대응하는 제1 PWM신호를 생성 및 조절하게 된다.
MCU(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 비교모듈(410), ADC 모듈(420) 및 PWM변환 모듈(430)을 포함한다.
비교모듈(410)은 DCDC컨버터(100)로부터 발광소자 어레이(200)로 공급되는 직류전압(Vout)과 발광소자 어레이(200)의 캐소드 전압의 전압차를 산출하는 역할을 한다.
상술한 바와 같이 발광소자 어레이(200)에 포함된 발광소자 스트링(210)은 복수개일 수 있는 바, 이 경우 비교모듈(410)은 DCDC컨버터(100)로부터 발광소자 어레이(200)로 공급되는 직류전압(Vout)을 발광소자 어레이(200)에 포함된 발광소자 스트링(210) 각각의 캐소드 전압과 비교하여 가장 큰 전압차를 선택 및 산출한다.
일 예로서, 발광소자 어레이(200)로 공급되는 직류전압(Vout)이 10V이고, 발광소자 어레이(200)에 포함된 발광소자 스트링(210)이 3개이며, 발광소자 스트링(210)의 출력 전압이 각각 1V, 2V, 3V인 경우를 가정할 수 있다. 여기서 전압차는 각각 9V, 8V, 7V이므로 비교모듈(410)에 의해 가장 큰 전압차인 9V가 산출된다. 이렇게 가장 큰 전압차를 선택함으로써, DCDC컨버터(100)가 발광소자 어레이(200)에 포함된 모든 발광소자 스트링(210)을 구동시킬 수 있는 직류전압(Vout)으로 제어하여 공급할 수 있게 된다.
ADC 모듈(420)은 ADC(Analog to Digital converting) 변환을 통해 발광소자 어레이(200)의 전류를 제1 디지털신호로 변환하고, DCDC컨버터(100)로부터 발광소자 어레이(200)로 공급되는 직류전압(Vout)과 발광소자 어레이(200)의 캐소드 전압의 전압차를 제2 디지털신호로 변환하는 역할을 한다.
PWM변환 모듈(430)은 ADC 모듈(420)로부터 전달된 제1 디지털 신호를 설정된 목표 전류값과의 차이에 대응되는 제1 PWM신호로 변환하고, 제2 디지털신호를 설정된 전압차에 대응되는 제2 PWM신호로 변환하는 역할을 한다.
제1 PWM신호 및 제2 PWM신호는 각각 독립적인 듀티비를 가진다. 한편, 듀티비(Duty cycle)란 펄스폭변조(PWM, Pulse Width Modulation) 방식에 있어서 펄스 주기에 대한 펄스폭의 비율을 나타내는 수치이며 단위는 %이다.
듀티비는 발광소자 어레이(200)가 구동되는 동안 MCU(400)의 제어에 의해 0%부터 100%까지의 범위에서 계속적으로 조절된다. 따라서, 펄스 주기 당 발광소자 어레이(200)에 대한 제어가 가능하다.
PWM변환 모듈(430)의 실시예는 다양할 수 있는 바, 이하에서 도3 내지 도 5를 참조하여 별도로 설명하기로 한다.
분압기(600)는 DCDC컨버터(100)의 출력단에 연결된 하이저항(610)(RH) 및 접지되는 로우저항(620)(RL)으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이 경우 하이저항(610)(RH)과 로우저항(620)(RL)의 비율을 조절함으로써 DCDC컨버터(100)의 입력가능 범위에 포함되도록 피드백 전압을 정확히 분압할 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM신호 변환부(500)의 내부 회로를 나타낸 도면이다.
우선, 도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 PWM신호 변환부(500)는 제1스위칭 소자(Q1), 제1저항(R1) 및 제1커패시터(C1)를 포함할 수 있다.
제1스위칭 소자(Q1)는 제2 PWM신호가 입력되는 구성으로서, 제2 PWM신호의 듀티비에 따라 스위칭(on/off) 모드를 변경하여 전류를 조절하는 역할을 한다.
제1저항(R1)은 일단이 제1스위칭 소자(Q1)와 연결되고 타단이 분압기(600)의 노드(A)에 연결된다. 제1커패시터(C1)는 일단이 상기 분압기(600)의 노드(A)에 연결되고 타단이 접지된다. 제1스위칭 소자(Q1)의 스위칭 모드가 온(on)으로 변경되면 분압기(600)의 노드(A)에서 제1저항(R1)으로 전류가 싱크된다. 제2 PWM신호의 듀티비가 증가할수록 분압기(600)의 노드(A)에서 제1저항(R1)으로 싱크되는 전류가 증가되어 최종적으로 DCDC컨버터(100)가 공급하는 직류전압(Vout)이 상승한다. 즉, MCU(400)에 의해 제2 PWM신호의 듀티비를 조절함으로써 도 6에 도시된 바와 같이 DCDC컨버터(100)로부터 공급되는 직류전압(Vout)을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PWM신호 변환부(500)의 내부 회로를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 PWM신호 변환부(500)는 제2스위칭 소자(Q2), 바이어스 회로(520), 제3스위칭 소자(Q3), 전류미러(540), 제2저항(R2) 및 제3저항(R3)을 포함할 수 있다.
제2스위칭 소자(Q2)는 제2 PWM신호가 입력되는 구성으로서, 제2 PWM신호의 듀티비에 따라 스위칭(on/off) 모드를 변경하여 전류를 조절하는 역할을 한다.
바이어스 회로(520)와 전류미러(540)는 별도의 외부 전원(VDD)을 공급받아 동작한다.
바이어스 회로(520)는 제2스위칭 소자(Q2)의 동작에 대응하여 제3스위칭 소자(Q3)로 인가되는 전류를 공급하는 역할을 한다.
제3스위칭 소자(Q3)는 바이어스 회로(520)에 의해 생성된 전류를 인가받아 스위칭(on/off) 모드를 변경하여 전류미러(540)에 흐르는 전류를 조절하는 역할을 한다.
전류미러(540)는 일단이 제3스위칭 소자(Q3)와 연결되고 타단이 분배기의 노드(A)에 연결된다. 제3스위칭 소자(Q3)의 전류값에 따라 전류미러(540)에 포함된 제4스위칭 소자(Q4)의 전류값이 결정된다. 제4스위칭 소자(Q4)의 전류값은 제5스위칭 소자(Q5)으로 미러링(mirroring)되어 제3저항(R3)에 인가된다.
제2저항(R2)은 일단이 제3스위칭 소자에 연결되고 타단이 접지되는 구성으로서, 제3스위칭 소자(Q3)에 흐르는 전류를 싱크하는 역할을 한다. 제3저항은 일단이 분배기의 노드(A)에 연결되고 타단이 접지되는 구성으로서, 제5스위칭 소자(Q5)에 흐르는 전류를 싱크하는 역할을 한다.
제5스위칭 소자(Q5)에 흐르는 전류가 제3저항(R3)에 인가되고, 제3저항(R3)의 전압은 분압기(600)의 노드(A)의 전압과 중첩되며 DCDC컨버터(100)로부터 공급되는 직류전압(Vout)이 변경된다. 즉, MCU(400)에 의해 제2 PWM신호의 듀티비를 조절하여 분압기(600)의 노드(A)의 전압과 중첩되는 제3저항(R3)의 전압인 피드백 전압을 조절할 수 있으므로, 도 7에 도시된 바와 같이 최종적으로 DCDC컨버터(100)로부터 공급되는 직류전압(Vout)을 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PWM신호 변환부(500)의 내부 회로를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, PWM신호 변환부(500)는 저역필터(560) 및 전압팔로워(580)를 포함할 수 있다.
저역필터(560)(LPF)는 제2 PWM신호가 입력되는 구성으로서 도 5에 도시된 바와 같이 저항소자와 커패시터로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
저역필터(560)는 제2 PWM신호에 포함된 노이즈를 제거하여 평탄화하는 역할을 할 수 있다.
전압팔로워(580)(voltage follower)의 입력단자(비반전단자)가 저역필터(560)
의 출력단과 연결되고, 출력단자가 분배기의 노드(A)에 연결된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, PWM신호 변환부(500)는 일단이 전압팔로워(580)의 출력단자와 연결되고 타단이 상기 분배기의 노드(A)에 연결되는 제4저항(R4), 일단이 분배기의 노드(A)에 연결되고, 타단이 접지되는 제5저항(R5) 및 일단이 분배기의 노드(A)에 연결되고, 타단이 접지되는 제2커패시터(C2)를 더 포함할 수 있다. 제4저항(R4)과 제5저항(R5)의 저항값을 조절함으로써 전압팔로워(580)의 출력에 의해 제5저항(R5)에 인가되는 전압인 피드백 전압을 조절할 수 있다.
제2 PWM신호의 듀티비가 증가하면 저역필터(560)에서 출력되는 전압이 증가한다. 이에 따라 전압팔로워(580)로부터 출력되는 전압 역시 증가하여 분압기(600)의 노드(A)의 전압과 중첩되고, 도 8에 도시된 바와 같이 DCDC컨버터(100)로부터 공급되는 직류전압(Vout)을 제어하게 된다.
한편, 종래기술의 경우 UV단자에서 싱크되는 전류량이 제한적이기 때문에 전압제어 범위가 1~2V 편차에 불과하여, 부하전압의 특성에 따라 적용할 수 있는 분야가 한정적이었다. 예를 들어, TV 백라이트에 적용되는 LED의 구동전압은 약 1.7V, LED조명에 적용되는 LED의 구동전압은 약 2V, OLED 조명의 경우 구동전압은 약 6V, 차량조명 LED경우 구동전압은 2V~3.5V이다. 또한 각 응용분야에 따라 발광소자 어레이의 배열이 다르고, 주위 온도 환경에 따라 발생하는 발광소자 스트링의 편차가 달라지게 된다.
도 3 내지 도 5에 제시된 3가지 실시예는 MCU(400)에서 PWM신호 변환부(500)로 전달되는 제2 PWM신호를 직류전압(Vout)으로 변환하여, 분압기(600)에 인가되는 방식에 대한 것이다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 10~50% 듀티비 조건에서 실시예에 따라 DCDC컨버터(100)로부터 출력되는 직류전압(Vout)을 약 1V~10V 범위의 편차가 발생하도록 제어할 수 있으며, 듀티비를 100%로 올릴 경우, 20V 이상의 편차가 발생하도록 직류전압(Vout)의 제어 범위를 증가시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들은 직류전압(Vout)의 제어 범위가 넓기 때문에 다양한 부하 조건, 다양한 부하 어레이 편차를 갖는 부하에 적용 가능한 것이 장점이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치의 발광소자 어레이(200)는 차량에 장착되는 램프인 것이 바람직하다.
차량에는 리어 콤비네이션 램프(rear combination lamp, RCL), 데이라이트 러닝 램프(daylight running lamp, DRL), 포지셔닝 램프(positioning lamp), 백 램프(back lamp), 브레이크 램프(break lamp), 파킹 램프(parking lamp), 라이선스 플레이트 램프 등을 포함하는 다양한 용도의 램프가 장착된다. 이에 따라 각 용도에 적합한 구동 특성을 갖는 발광소자 역시 매우 다양하다. 본 발명의 실시예에 따른 MCU(400)를 이용한 발광소자 구동 장치가 차량에 장착되면 상이한 구동 특성을 갖는 발광소자들을 제어하기 위해서 복수의 구동 회로를 사용해야 하는 불편함을 제거하고 제조비용을 절감하며 신뢰성을 확보할 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : DCDC컨버터 200 : 발광소자 어레이
210 : 발광소자 스트링 300 : 정전압 제어부
400 : MCU 410 : 비교모듈
420 : ADC 모듈 430 : PWM변환 모듈
500 : PWM신호 변환부 520 : 바이어스 회로
540 : 전류미러 560 : 저역필터
580 : 전압팔로워 600 : 분압기
610 : 하이저항 620 : 로우저항

Claims (9)

  1. 외부의 전원공급부로부터 인가되는 전원전압을 직류전압으로 변환하여 발광소자 어레이로 공급하는 DCDC컨버터;
    상기 발광소자 어레이에 흐르는 전류를 싱크하여 정전류가 되도록 제어하는 정전류 제어부;
    상기 정전류 제어부 로부터 상기 발광소자 어레이에 흐르는 전류값을 검출하여 제1 디지털 신호로 변환한 후 설정된 목표 전류값과의 차이에 대응되는 제1 PWM신호를 생성하여 상기 정전류 제어부를 제어하고, 상기 정전류 제어부로부터 상기 발광소자 어레이의 캐소드 전압을 검출하여 상기 직류전압과 상기 발광소자 어레이의 캐소드 전압의 전압차를 제2 디지털 신호로 변환한 후 상기 제2 디지털 신호와 매칭된 직류전압에 대응되는 제2 PWM신호를 생성하는 MCU;
    상기 MCU에 의해 생성된 상기 제2 PWM신호를 변환하여 피드백 전압을 생성하는 PWM신호 변환부; 및
    상기 피드백 전압을 분압하여 상기 DCDC컨버터로 전달하는 분압기;
    를 포함하는 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분압기는,
    하이저항 및 로우저항을 포함하는 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치
  3. 제1항에 있어서,
    상기 MCU는,
    상기 직류전압과 발광소자 어레이의 캐소드 전압의 전압차를 산출하는 비교모듈;
    상기 발광소자 어레이로부터 검출된 전류값을 제1 디지털신호로 변환하고, 상기 전압차를 제2 디지털신호로 변환하는 ADC 모듈; 및
    상기 제1 디지털 신호를 제1 PWM신호로 변환하고, 상기 제2 디지털신호를 제2 PWM신호로 변환하는 PWM변환 모듈;
    을 포함하는 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비교모듈은,
    상기 직류전압을 상기 발광소자 어레이의 발광소자 스트링 각각의 캐소드 전압과 비교하여 가장 큰 전압차를 산출하는 것을 특징으로 하는 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치
  5. 제1항에 있어서,
    상기 PWM신호 변환부는,
    상기 제2 PWM신호가 입력되는 제1스위칭 소자;
    일단이 상기 제1스위칭 소자와 연결되고 타단이 상기 분압기의 노드에 연결되는 제1저항; 및
    일단이 상기 분압기의 노드에 연결되고 타단이 접지되는 제1커패시터;
    를 포함하는 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치
  6. 제1항에 있어서,
    상기 PWM신호 변환부는,
    상기 제2 PWM신호가 입력되는 제2스위칭 소자;
    상기 제2스위칭 소자의 동작에 대응하여 출력 전류를 조절하는 바이어스 회로;
    상기 바이어스 회로로부터 출력 전류를 인가받아 동작하는 제3스위칭 소자;
    일단이 상기 제3스위칭 소자와 연결되고 타단이 상기 분배기의 노드에 연결되는 전류미러;
    일단이 상기 제3스위칭 소자에 연결되고 타단이 접지되는 제2저항; 및
    일단이 상기 분배기의 노드에 연결되고 타단이 접지되는 제3저항;
    을 포함하는 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치
  7. 제1항에 있어서,
    상기 PWM신호 변환부는,
    상기 제2 PWM신호가 입력되는 저역필터;
    입력단자가 상기 저역필터의 출력단과 연결되고, 출력단자가 상기 분배기의 노드에 연결되는 전압팔로워;
    를 포함하는 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치
  8. 제7항에 있어서,
    상기 PWM신호 변환부는,
    일단이 상기 전압팔로워의 출력단자와 연결되고 타단이 상기 분배기의 노드에 연결되는 제4저항;
    일단이 상기 분배기의 노드에 연결되고, 타단이 접지되는 제5저항; 및
    일단이 상기 분배기의 노드에 연결되고, 타단이 접지되는 제2커패시터;
    를 더 포함하는 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자 어레이는 차량 램프용인 것을 특징으로 하는 MCU를 이용한 발광소자 구동 장치
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