KR20150134175A - 엘이디 모듈 보호회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 모듈 보호회로에 관한 것이다.
본 발명에 따른 LED 모듈 보호회로는 전원부(Vcc)로부터 전력을 공급받아 구동되는 적어도 하나의 LED를 구비하는 LED 모듈과; 상기 LED 모듈의 입력단과 상기 LED 모듈의 출력단 사이에 전기 접속되며, 상기 LED 모듈의 입력단 전압을 기준전압으로 하고 상기 LED 모듈의 출력단 전압을 비교전압으로 하여 기준전압과 비교전압과의 차를 출력하는 과전압 검출부와; 상기 LED 모듈의 입력단과 상기 LED 모듈의 출력단 사이에 전기 접속되고, 상기 과전압 검출부의 출력신호에 따라 온오프 되어 상기 LED 모듈의 전압 및 전류를 안정화시키는 보호회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

엘이디 모듈 보호회로{PROTECTING CIRCUIT FOR LED MODULE}

본 발명은 LED 모듈 보호회로에 관한 것으로, 특히 LED 모듈에 과전압이나 과전류 인가시 LED 모듈이 손상되는 것을 방지하기 위한 LED 모듈 보호회로에 관한 것이다.

일반적인 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD, 이하 LCD라 함)의 백라이트의 광원으로 사용된 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL, 이하 CCFL이라 함)은 수은 가스를 사용하므로 환경 오염을 유발할 수 있고, 응답속도가 느리며, 색재현성이 낮을 뿐만 아니라 LCD 패널의 경박단소화에 적절하지 못한 단점이 있다.

이에 비해 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED, 이하 LED라 함)는 친환경적이며, 응답속도가 수 나노 초로 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이고, 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능하며, 색재현성이 100% 이상이고 적색, 녹색, 청색 LED의 광량을 조정하여 휘도, 색온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박단소화에 적합한 장점들을 가지므로, 최근 LCD 패널 등의 백라이트용 광원으로 적극적으로 채용되고 있는 실정이다.

이와 같이, LED를 채용한 LCD 백라이트에서 LED를 다수 개 직렬연결하여 사용하는 경우, 상기 LED에 일정한 정전류를 제공할 수 있는 구동회로가 필요하다. LED를 일정한 전류로 구동하기 위한 구동회로에는 PWM 방식 직류-직류 컨버터가 주로 사용되고 있다.

도 1은 종래의 PWM 방식 직류-직류 컨버터를 나타낸 도면으로, 종래의 강압식(buck type) 직류-직류 컨버터를 이용한 LED 구동회로의 일례를 도시한 회로도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 강압식 직류-직류 컨버터는, 직류전원(Vin)의 (+)단에 인덕터(L)가 LED 어레이(11)가 직렬연결되고, 인덕터(L)와 LED 어레이(11)에 병렬로 다이오드(D)가 병렬연결된다. 또한, LED 어레이(11)와 다이오드(D)의 접속노드와 직류전원(Vin)의 (-)단에 스위치(12)와 전압검출 저항(Rs)이 직렬로 연결된다. 전압검출 저항(Rs)에서 검출되는 전압값은 PWM 제어부(13)에 입력되고, PWM 제어부(13)는 검출된 전압값에 따라 스위치(12)의 온-오프의 듀티비를 조정한다.

상기 스위치(12)가 온인 경우에, 직류전원(Vin)에서 공급되는 전류는 인덕터(L)를 통해 LED 어레이(11)로 전달된다. 이때, 인덕터(L)에는 에너지가 축적된다.

스위치(12)가 오프인 경우에, 인덕터(L)에 축적된 에너지에 의해 LED 어레이(11)에 전원이 공급된다. PWM 제어부(13)는 전압검출 저항(Rs)의 저항값에 따라 스위치(12) 온/오프의 듀티비를 조정함으로써 상기 LED 어레이(11)에 공급되는 전원을 조절하게 된다.

이와 같은 종래의 강압식 직류-직류 컨버터를 이용한 LED 구동회로에서, 회로 외부의 이상 환경 또는 구동회로 자체의 동작 이상에 의해 LED 어레이(11)의 양단이 단락되는 경우, 과전류가 회로에 흐르게 되어 다이오드(D) 및 스위치(12) 등이 파손될 수 있으며, LED 어레이(11)에 포함된 LED에도 정격전류 이상으로 과전류가 흘러 파손될 수 있다.

게다가 직류전원(Vin)을 공급하는 스위치 모드 파워 서플라이(Switch Mode Power Supply: SMPS)로부터 축적되어 있는 전류가 구동회로로 유입될 수 있어 더 큰 문제가 발생할 수 있다.

따라서, LED(부하)의 단락 또는 개방 시 발생하는 과전류 또는 과전압에 의한 소자 파손을 방지할 수 있는 과전압 보호 또는 과전류 보호 기능을 구비한 보호회로가 요구되고 있다.

대한민국 등록특허공보 10-0674867

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 LED 모듈에 과전압이나 과전류 인가시 LED 모듈이 손상되는 것을 방지할 수 있는 LED 모듈 보호회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은 간단한 회로구성을 통해 과전압이나 과전류 인가시 LED 모듈이 손상되는 것을 방지할 수 있는 LED 모듈 보호회로를 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 보호회로는 전원부(Vcc)로부터 전력을 공급받아 구동되는 적어도 하나의 LED를 구비하는 LED 모듈과; 상기 LED 모듈의 입력단과 상기 LED 모듈의 출력단 사이에 전기 접속되며, 상기 LED 모듈의 입력단 전압을 기준전압으로 하고 상기 LED 모듈의 출력단 전압을 비교전압으로 하여 기준전압과 비교전압과의 차를 출력하는 과전압 검출부와; 상기 LED 모듈의 입력단과 상기 LED 모듈의 출력단 사이에 전기 접속되고, 상기 과전압 검출부의 출력신호에 따라 온오프 되어 상기 LED 모듈의 전압 및 전류를 안정화시키는 보호회로부를 포함하며, 상기 보호회로부는

상기 과전압 검출부의 출력단에 전기 접속되는 신호절감저항(R5)과; 상기 신호절감저항에 게이트가 전기 접속되고, 상기 LED 모듈의 입력단에 애노드단이 전기 접속되어 상기 과전압 검출부의 출력신호에 따라 온오프 되는 SCR과; 상기 SCR의 케소드단에 캐소드단이 전기 접속되는 제너다이오드와; 일측이 상기 제너다이오드의 애노드단에 전기 접속되고, 타측이 상기 LED 모듈의 출력단에 접속되는 제4 분배저항(R6)과; 상기 제너다이오드의 캐소드단과 상기 제4 분배저항(R6)의 타측단에 접속되는 전류제한저항(R7); 및 상기 제4 분배저항(R6)과 상기 전류제한저항(R7)의 접속단 및 상기 LED 모듈의 출력단 사이에 접속되는 제5 분배저항(R8)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 보호회로에서 상기 과전압 검출부는 출력단이 상기 신호절감저항(R5)과 전기 접속되고, 기준전압단이 상기 LED 모듈의 입력단을 통해 전력을 공급받으며, 비교전압단이 상기 LED 모듈의 출력단을 통해 전력을 공급받아 상기 비교전압단의 전압이 상기 기준전압단의 기준전압을 넘는 경우에 상기 출력단으로 하이 레벨의 신호를 출력하는 전압비교기와; 상기 LED 모듈의 입력단과 상기 전압비교기의 기준전압단 사이에 전기 접속되는 제1 전압분배저항(R1)과; 상기 LED 모듈의 출력단과 상기 전압비교기의 비교전압단 사이에 전기 접속되는 제2 전압분배저항(R2)과; 일단이 상기 제1 전압분배저항(R1)과 상기 기준전압단이 연결되는 지점 사이에 전기 접속되고, 타단이 상기 제2 전압분배저항(R2)과 상기 비교전압단이 연결되는 지점 사이에 전기 접속되는 제3 전압분배저항(R3)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 보호회로에서, 상기 보호회로는 상기 제4 전압분배저항(R6)과 상기 전류안정화저항(R7)과의 접속점 및 상기 LED 모듈의 출력단 사이에 전기 접속되는 제5 전압분배저항(R8)을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 보호회로에서, 상기 과전압 검출부는 상기 신호절감저항(R5)과 상기 전압비교기의 출력단 사이 및 상기 제1 전압분배저항과 상기 제3 전압분배저항과의 사이에 전기 접속되어 노이즈를 제거하는 캐패시터(C1) 및 저항(R4)을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 LED 모듈 보호회로에 의하면, LED 모듈(100)의 입력단 또는 출력단에서 과전압 또는 과전류가 감지되는 경우 보호회로를 구동시켜 LED 모듈 양단의 전압을 안정화하고 전류 상한치를 제어함으로써 LED가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 PWM 방식 직류-직류 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 보호회로의 회로도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 보호회로의 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 보호회로는 LED 모듈(100), 과전압 검출부(200) 및 보호회로부(300)를 포함한다.

상기 LED 모듈(100)은 다수의 LED가 하나의 패키지 내에 배열된 집합체로서 본 실시예에서는 다수의 LED가 직렬 접속된 구조이며 전원부(Vcc)로부터 전력을 공급받아 구동된다.

상기 과전압 검출부(200)는 상기 LED 모듈(100)의 출력단과 보호회로부(300) 사이에 전기 접속되어 LED 모듈(100)의 입력측 전압과 출력측 전압을 비교하여 그에 따른 신호를 보호회로부(300)로 출력한다.

상기 과전압 검출부(200)는 전압비교기(210) 및 제1 내지 제3 전압분배저항(R1~R3)을 포함한다.

상기 전압비교기(210)는 출력단이 보호회로부(300)의 일측과 연결되고, 기준전압단(-)이 LED 모듈(100)의 입력측 전압을 공급받고, 비교전압단(+)이 LED 모듈(100)의 출력측 전압을 공급받도록 구성된다. 여기서, 전압비교기(210)는 비교전압단의 전압이 기준접압단의 전압보다 큰 경우 출력단으로 하이 레벨의 신호를 출력하여 SCR(310)을 턴 온(turn on) 시킴으로써 보호회로부(300)가 동작할 수 있도록 한다. 또한, 전압비교기(210)는 비교전압단의 전압이 기준접압단의 전압 보다 작은 경우 로우 레벨의 신호를 출력하여 SCR(310)을 턴 오프(turn off) 시킨다.

상기 제1 전압분배저항(R1)은 LED 모듈(100)의 입력단과 전압비교기(210)의 기준전압단 사이에 전기 접속된다. 이러한 제1 전압분배저항(R1)은 LED 모듈(100)의 입력단 즉, 애노드단에 흐르는 전압을 강하시킨 상태로 기준전압단의 기준전압으로 설정하는 역할을 한다.

상기 제2 전압분배저항(R2)은 LED 모듈(100)의 출력단과 전압비교기(210)의 비교전압단 사이에 전기 접속된다. 이러한 제2 전압분배저항(R2)은 LED 모듈(100)의 출력단 즉 캐소드단에 흐르는 전압을 강하시킨 상태로 비교전압단의 비교전압을 형성하는 역할을 한다.

상기 제3 전압분배저항(R3)은 일단이 제1 전압분배저항(R1)과 기준전압단이 연결되는 지점 사이에 전기 접속되고, 타단이 제2 전압분배저항(R2)과 비교전압단이 연결되는 지점 사이에 전기 접속된다.

또한, 상기 과전압 검출부(200)는 노이즈 제거를 위한 캐패시터(C1) 및 저항(R4)을 더 포함할 수 있다.

상기 보호회로부(300)는 과전압 검출부(200)의 전압비교기(210)의 출력단 및 LED 모듈(100)의 입력단과 출력단 사이에 전기 접속되어 과전류 검출부(200)의 출력신호에 따라 LED 모듈(100)의 전압 및 전류를 안정화시키는 역할을 한다.

이러한 보호회로부(300)는 SCR(310), 제너다이오드(320), 신호절감저항(R5), 제4 전압분배저항(R6), 전류제한저항(R7) 및 제5 전압분배저항(R8)을 포함한다.

상기 SCR(310)은 게이트가 과전압 검출부(200)의 출력단에 전기 접속되고, 애노드가 LED 모듈(100)의 입력단에 전기 접속되고, 캐소드가 제너다이오드의 캐소드에 전기 접속된다. 이러한 SCR(310)은 과전압 검출부(200)로부터 인가되는 게이트 전압에 따라 턴온 또는 턴오프 되어 제너다이오드(320)로의 전류 흐름을 온/오프 한다.

상기 제너다이오드(320)는 캐소드가 SCR(310)의 케소드와 전기 접속되고, 애노드가 LED 모듈(100)의 출력단과 전기 접속된다. 이러한 제너다이오드(320)는 역방향 전압이 일정 전압이상이 되면 더 이상 상승하지 않도록 하는 전류 싱크(sink) 역할을 하며, 따라서 LED 모듈(100)의 전압이 올라가지 않도록 정전압을 만드는 역할을 한다.

상기 신호절감저항(R5)은 과전압 검출부(200)의 출력단과 SCR(310)의 게이트 사이에 전기 접속되어 SCR(310)의 게이트 인가 전압을 조절한다.

상기 제4 전압분배저항(R6)은 제너다이오드(320)의 애노드와 LED 모듈(100)의 출력단 사이에 전기 접속되어 전압을 강하시킨다.

상기 전류제한저항(R7)은 제너다이오드(320)의 캐소드와 LED 모듈(100)의 출력단 사이에 병렬로 전기 접속된다. 이러한 전류제한저항(R7)은 전류 상한치를 제한하여 전류를 안정화시키는 역할을 한다.

상기 제5 전압분배저항(R8)은 제4 전압분배저항(R6)과 전류안정화저항(R7)과의 접속점 및 LED 모듈(100)의 출력단 사이에 전기 접속되어 전압을 강하시킨다.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 모듈 보호회로의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.

다시 도 2를 참조하면, 먼저, 정상적인 구동시에 전원부(Vcc)는 LED 모듈 보호회로로 전력을 공급하며, 이때, 전원부(Vcc)는 교류를 직류로 정류하여 LED 모듈(100)로 공급함으로써 다수의 LED를 정상적으로 발광시킨다.

이와 같이 전원부(Vcc)로부터 전력을 공급받아 발광하는 LED는 과열이나 노후화 및 전력 경로의 오염 등 다양한 요인에 의해 전압강하가 발생하게 된다.

특히, PWM 구동회로(미도시)에서 이상 발생으로 과전압이 발생하게 되는 경우, 과전압이 계속적으로 LED 모듈(100)로 흘러들게 되면 LED를 손상시킬 수 있어 치명적인 수명저하나 발열과 같은 현상이 발생하게 된다.

이와 같이 LED 모듈에서 일부 LED가 손상되어 발열이 발생하면 LED 모듈(100) 선로에서 전류가 상승하게 된다.

이 경우, 전압비교기(210)의 비교전압단(+)에 인가되는 전압이 기준전압단(-)에 인가되는 전압보다 높아 전압비교기(210)의 출력단에 하이 레벨의 전위를 형성하며, 이에 따라 SCR(310)이 턴 온(turn on) 되어 제너다이오드(320) 및 전류제한저항(R7) 단자로 전류를 도통시킴으로써 전압을 안정화하고 전류 상한치를 제어하는 역할을 한다.

즉, LED 모듈(100)의 입력단 또는 출력단에서 과전압 또는 과전류가 감지되는 경우 제너다이오드(320)와 전류제한저항(R7)을 통해 전압을 안정화하고 전류 상한치를 제어함으로써 LED가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.

따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : LED 모듈
200 : 과전압 검출부 210 : 전압비교기
300 : 보호회로부 310 : SCR
320 : 제너다이오드

Claims (4)

1. 전원부(Vcc)로부터 전력을 공급받아 구동되는 적어도 하나의 LED를 구비하는 LED 모듈과;
   상기 LED 모듈의 입력단과 상기 LED 모듈의 출력단 사이에 전기 접속되며, 상기 LED 모듈의 입력단 전압을 기준전압으로 하고 상기 LED 모듈의 출력단 전압을 비교전압으로 하여 기준전압과 비교전압과의 차를 출력하는 과전압 검출부와;
   상기 LED 모듈의 입력단과 상기 LED 모듈의 출력단 사이에 전기 접속되고, 상기 과전압 검출부의 출력신호에 따라 온오프 되어 상기 LED 모듈의 전압 및 전류를 안정화시키는 보호회로부를 포함하며, 상기 보호회로부는
   상기 과전압 검출부의 출력단에 전기 접속되는 신호절감저항(R5)과;
   상기 신호절감저항에 게이트가 전기 접속되고, 상기 LED 모듈의 입력단에 애노드단이 전기 접속되어 상기 과전압 검출부의 출력신호에 따라 온오프 되는 SCR과;
   상기 SCR의 케소드단에 캐소드단이 전기 접속되는 제너다이오드와;
   일측이 상기 제너다이오드의 애노드단에 전기 접속되고, 타측이 상기 LED 모듈의 출력단에 접속되는 제4 분배저항(R6)과;
   상기 제너다이오드의 캐소드단과 상기 제4 분배저항(R6)의 타측단에 접속되는 전류제한저항(R7); 및
   상기 제4 분배저항(R6)과 상기 전류제한저항(R7)의 접속단 및 상기 LED 모듈의 출력단 사이에 접속되는 제5 분배저항(R8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 보호회로.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 과전압 검출부는
   출력단이 상기 신호절감저항(R5)과 전기 접속되고, 기준전압단이 상기 LED 모듈의 입력단을 통해 전력을 공급받으며, 비교전압단이 상기 LED 모듈의 출력단을 통해 전력을 공급받아 상기 비교전압단의 전압이 상기 기준전압단의 기준전압을 넘는 경우에 상기 출력단으로 하이 레벨의 신호를 출력하는 전압비교기와;
   상기 LED 모듈의 입력단과 상기 전압비교기의 기준전압단 사이에 전기 접속되는 제1 전압분배저항(R1)과;
   상기 LED 모듈의 출력단과 상기 전압비교기의 비교전압단 사이에 전기 접속되는 제2 전압분배저항(R2)과;
   일단이 상기 제1 전압분배저항(R1)과 상기 기준전압단이 연결되는 지점 사이에 전기 접속되고, 타단이 상기 제2 전압분배저항(R2)과 상기 비교전압단이 연결되는 지점 사이에 전기 접속되는 제3 전압분배저항(R3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 보호회로.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보호회로는
   상기 제4 전압분배저항(R6)과 상기 전류제한저항(R7)과의 접속점 및 상기 LED 모듈의 출력단 사이에 전기 접속되는 제5 전압분배저항(R8)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 보호회로.
   
4. 제 2 항에 있어서, 상기 과전압 검출부는
   상기 신호절감저항(R5)과 상기 전압비교기의 출력단 사이 및 상기 제1 전압분배저항과 상기 제3 전압분배저항과의 사이에 전기 접속되어 노이즈를 제거하는 캐패시터(C1) 및 저항(R4)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 모듈 보호회로.

Images