KR20150143231A

KR20150143231A - 차량용 엘이디 램프

Info

Publication number: KR20150143231A
Application number: KR1020140078784A
Authority: KR
Inventors: 이동원
Original assignee: 이동원
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-12-23

Abstract

본 발명에 따른 차량용 LED 램프는, 복수개의 LED 블록들이 직렬로 연결된 부하; 상기 부하의 각 LED 블록 전류를 제한하는 복수개의 전류원;과 상기 복수개의 전류원을 제어하여 전류량을 변경하는 제어기;를 구비하고, 상기 제어기는 어느 한 시점에서, 상기 복수개의 전류원 중 어느 하나만 전류가 흐르도록 제어하고, 나머지 전류원은 모두 전류량 0 가 되도록 제어하고, 차량전압이 높아지면 점등 LED 블록 개수는 증가하고, 부하전류는 감소하도록 제어하는 것;을 특징으로 한다.

Description

차량용 엘이디 램프{LED Lamp for Vehicle}

본 발명은 차량용 램프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하를 다수개의 LED 블록으로 구성하고, 차량전압에 따라 점등되는 LED 블록 개수를 다르게 하면서도 밝기가 일정한 차량용 LED 램프에 관한 것이다.

차량용 램프(실내등, 안개등, 스톱램프...) 는 일반적으로 백열 전구를 사용하다가, 최근에는 LED 램프를 채용하는 추세이다.

통상, 차량용 전장시스템 허용 입력전압은 11 V ~ 15 V 정도의 범위를 가진다. 이것은 전장시스템이 배터리 전압( 12 V ) 과 발전기 전압 ( 13 V ~ 15 V ) 모두에서 정상적으로 동작하여야 하기 때문이다.

최근에 개발된 차량용 LED 램프 기술 중에서, 한국 등록특허 10-1263031, 한국 공개특허 10-2012-0003730 ( 이하, "730" 기술이라 칭함 ) 등은 부하를 단일 LED 블록으로 구성하여서, 효율이 낮으며, 열이 많이 발생하는 문제점이 있다. 보다 상세히 설명하면, 상기 730 기술에서는, 허용 입력하한 전압(배터리 전압) 에서 LED 가 점등 되도록 LED 블록을 구성하고, 허용 입력하한보다 높은 전압(발전기 전압) 이 공급될 때는 잉여 전압을 제1 트랜지스터에서 소비하도록 하였다. 즉, 차량 운행 중에는 잉여전압이 발생하여서 상기 제1 트랜지스터에서 소비되므로 효율이 낮고 열이 많이 발생한다.

또한, 한국 등록특허 10-1349047 (부스트 회로), 한국 등록특허 10-1125014 (벅 회로) 등은 코일을 포함하는 스위칭 방식을 채용하였다. 상기 기술들 에서는 스위칭 노이즈가 많이 발생하며, 상기 노이즈가 차량에 장착된 각종 마이크로 프로세서에 악 영향을 주는 문제점이 있다.

한국 등록특허 10-1263031 한국 공개특허 10-2012-0003730 한국 등록특허 10-1349047 한국 등록특허 10-1125014 한국 공개특허 10-2009-0082276

본 발명은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 도출한 것이다. 즉, 효율이 종래기술 보다 높아서 열 발생이 상대적으로 작으며, 또한 코일을 포함하는 스위칭 회로를 사용하지 않음으로써 스위칭 노이즈 발생을 억제한 차량용 LED 램프를 제공하는데 있다.

이를 위해, 본 발명에 따른 차량용 LED 램프는, 복수개의 LED 블록들이 직렬로 연결된 부하; 상기 부하의 각 LED 블록 전류를 제한하는 복수개의 전류원;과 상기 복수개의 전류원을 제어하여 전류량을 변경하는 제어기;를 구비 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제어기는 어느 한 시점에서, 상기 복수개의 전류원 중 어느 하나만 전류가 흐르도록 제어하고, 나머지 전류원은 모두 전류량 0 가 되도록 제어하고, 차량전압이 높아지면 점등 LED 블록 개수는 증가하고, 부하전류는 감소하도록 제어하는 것;이 바람직하다.

또한, 상기 제어기는 상기 복수개의 전류원 중 어느 하나만 전류가 흐르도록 동작하고, 나머지 전류원은 모두 전류량 0 가 되도록 하는 기준전압에 히스테리시스 특성을 가지는 것;이 바람직하다.

또한, 상기 부하는 직렬 연결된 LED 개수가 5개 이하 이고; 상기 복수개의 LED 블록중 제일 낮은 전압에서 점등되는 제1 LED 블록은 복수개의 LED 가 직렬 연결되어 구성되고, 나머지 LED 블록은 직렬 연결 LED 개수가 단수개인 것;이 바람직하다.

또한,상기 제1 LED 블록의 직렬 LED 개수는 2개 인 것;이 바람직 하다.

또한,상기 제1 LED 블록의 직렬 LED 개수는 3개 인 것;이 바람직 하다.

이상과 같은 본 발명에 따른 차량용 LED 램프는, 효율이 종래기술 보다 높아서 에너지가 절감되고, 열 발생이 상대적으로 작으며, 또한 코일을 포함하는 스위칭 회로를 사용하지 않음으로써 스위칭 노이즈 발생을 억제한 차량용 LED 램프가 제공되는 효과가 있다.

도1 은 본 발명의 개념 회로도 이다.
도2 는 본 발명의 또 다른 개념 회로도 이다.
도3 은 본 발명의 또 다른 개념 회로도 이다.
도4 는 본 발명의 구체적인 회로도 이다.
도5 는 본 발명의 또 다른 구체적인 회로도 이다.
도6 는 본 발명의 또 다른 구체적인 회로도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.

또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석해서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공기구성 및 기능에 대한 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 핵심 개념은, 차량용 LED 램프에서 부하인 LED 를 다수개의 블록으로 구성하고, 낮은 전압(배터리 전압) 이 공급될 때는 적은 개수의 직렬 LED 를 상대적으로 많은 전류로 구동하고, 높은 전압(발전기 전압) 이 공급될 때는 많은 개수의 직렬 LED 를 상대적으로 적은 전류로 구동하여서, LED 램프의 밝기를 일정하게 하는 것이다. 또한, 본 발명을 반도체 집적회로로 구현할 경우 칩면적을 줄이기 위하여 복수개의 전류원을 사용하는 것이 특징이다.

공칭전압이 12 V 인 배터리를 사용하는 차량에 있어서, 전장시스템 허용 입력전압은 11 V ~ 15 V 정도의 범위를 가진다. 상기 허용 입력전압 범위에서 무조건 동작하도록 하기 위해서는 설계 입력전압 범위를 상기 전압범위보다는 넓게 설정하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 실시예 에서는, 설계 입력전압을 10 V ~ 16 V 로 가정 하여서 설명한다.

이하 도1 을 참고하여 본 발명에 따른 차량용 LED 램프의 일 예를 설명한다.

먼저, 도1 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 LED 램프는, 차량이 공급하는 직류전압(VIN), 부하를 구성하는 제1 LED 블록(11) 내지 제3 LED 블록(13) 및 상기 각 블록의 전류를 제한하는 제1 전류원(CS11) 내지 제3 전류원(CS13) 을 포함하여 구성 된다.

상기 제1 LED 블록(11) 내지 제3 LED 블록(13) 은 모두 직렬로 연결되고, 상기 제1 LED 블록(11) 의 아노드에 직류전압(VIN) 이 공급된다. 그리고 제1 LED 블록(11) 의 캐소드와 접지 사이에 제1 전류원(CS11) 이 설치된다. 또한, 제2 LED 블록(12) 의 캐소드와 접지 사이에 제2 전류원(CS12) 가 설치된다. 동일한 방법으로, 제3 LED 블록(13) 의 캐소드와 접지 사이에 제3 전류원(CS13) 이 설치된다.

여기서, 상기 제1 LED 블록(11) 은 3 개의 LED 가 직렬 연결된 것이며, 병렬연결 LED 개수 제한은 없다. 또한, 상기 제2 LED 블록(12) 및 제3 LED 블록(13) 은 1 개의 LED 가 직렬로 연결된 것이며, 병렬연결 LED 개수의 제한은 없다.

이하, 상기 부하를 구성하는 각 LED 의 동작전압을 3 V 그리고 상기 각 전류원이 정상적으로 동작하기 위해서 필요한 전류원 양단 최소전압을 0.5 V 로 가정하여서 설명한다.

차량전압(VIN) 이 15.5 V ( = 3 V x 5 직렬 LEDs + 전류원 0.5 V ) 이상일 경우는, 상기 제3 전류원(CS13) 은 전류가 흐르도록 동작하고, 상기 제1 전류원 (CS11) 및 제2 전류원(CS12) 는 전류량 0 가 되도록 동작(전류차단)하여서, (직렬) LED 5 개를 점등하는 것이 바람직하다. 즉 부하를 통과한 전류는 제3 전류원(CS13) 을 통해서만 접지로 흐르도록 제어기(미도시) 가 전류원들을 제어하는 것이 바람직하다.

차량전압(VIN) 이 12.5 V ( = 3 V x 4 직렬 LEDs + 전류원 0.5 V ) 이상 15.5 V 미만일 경우는, 상기 제2 전류원(CS12) 는 전류가 흐르도록 동작하고, 제1 전류원 (CS11) 및 제3 전류원 (CS13) 은 전류량 0 가 되도록 동작(전류차단)하여서, (직렬) LED 4 개를 점등하는 것이 바람직하다. 즉 부하를 통과한 전류는 제2 전류원(CS12) 를 통해서만 접지로 흐르도록 제어기(미도시)가 전류원들을 제어하는 것이 바람직하다.

차량전압(VIN) 이 12.5 V 미만인 경우 [ 또는, 차량전압(VIN)이 9.5 V ( = 3 V x 3 직렬 LEDs + 전류원 0.5 V ) 이상 12.5 V 미만일 경우 ] 는, 제1 전류원(CS11) 은 전류가 흐르도록 동작(전류차단)하고, 제2 전류원(CS12) 및 제3 전류원(CS13) 은 전류량 0 가 되도록 동작하여서, (직렬) LED 3 개를 점등하는 것이 바람직하다. 즉 부하를 통과한 전류는 제1 전류원(CS11) 을 통해서만 접지로 흐르도록 제어기(미도시)가 전류원들을 제어하는 것이 바람직하다.

상기 제어기(미도시)가 각 전류원들을 제어할 때, 노이즈에 의한 빈번한 제어 [ 즉, 전류원의 동작/동작(전류차단)의 빈번한 상태변화 ]를 방지하기 위하여 히스테리시스 특성을 가지는 것이 바람직하다.

일반적으로, LED 밝기는 구동전류에 비례한다. 본 실시예에 따른 차량용 LED 램프는, 차량전압(VIN) 에 따라 점등되는 LED 개수가 다르므로, 램프의 밝기를 동일하게 하기 위해서는 구동 전류를 다르게 하는 것이 바람직하다. 즉, (직렬) LED 3 개의 경우 구동전류를 100 mA 라고 가정하면 밝기는 300 ( = 100 mA x 3 LEDs, 단위는 무시) 이 된다. 따라서 (직렬) LED 4 개의 경우 밝기를 300 으로 하려면, 제2 전류원(CS12)는 75 mA ( = 300 / 4 LEDs) 로 구동하면 된다. 또한, (직렬) LED 개수가 5 개의 경우 밝기를 300 으로 하려면, 제3 전류원(CS13)은 60 mA ( = 300 / 5 LEDs) 로 구동하면 된다. 여기서, 구동전류 "100 mA" 는 부하에 흐르는 최대전류를 상징적으로 서술한 것이며, 특별한 수치로 제한한 것은 아니다.

요약하면, 본 발명에 따른 차량용 LED 램프는 차량전압이 높아지면, 점등되는 직렬 LED 개수는 증가하고, 구동전류는 감소하여서 램프의 밝기가 일정하게 된다. 또한 종래기술에서는 잉여전압(열로 방출) 이었던 것이, 본 발명에서는 LED 구동전압(빛으로 방출) 이 되므로 전원효율이 높아지며, 열 발생량이 줄어든다. 그리고, 코일을 포함하는 스위칭 회로를 사용하지 않음으로써 스위칭 노이즈 발생을 억제한 차량용 LED 램프가 개시 된다.

도2 는 도1 회로에서 제3 LED 블록(13) 및 제3 전류원(CS13) 을 제거한 것이다.

도2 회로를 사용하여서 각 전류원의 최대 소비전력을 계산해 보면, 제1 전류원 (CS11) 의 최대 소비전력은 300 mW ( LED 1 개가 추가로 점등되는데 필요한 전압 3 V 와 구동전류 100 mA 의 곱 ) 가 된다. 그리고, 제2 전류원(CS12) 의 최대 소비전력은 262.5 mW [ 3.5 V ( = 16 - 12.5 V ) 와 구동전류 75 mA 의 곱 ] 가 된다.

반면에, 단일 LED 블록 ( 3 개 LED 직렬 ) 으로 구성된 종래의 기술에서는 최대 소비전력이 650 mW [ 6.5 V ( = 16 - 9.5 V ) 와 구동전류 100 mA 의 곱 ] 로써 본 발명 보다 전류원에서 열이 2 배 이상 발생한다.

이상, 본 발명의 제1 실시예를 상세히 설명하였다.

이하 도3 을 참고하여 본 발명에 따른 차량용 LED 램프의 일 예를 설명한다.

본 실시예는 배터리가 극한적으로 방전 (예를 들어 공칭전압의 75% 수준) 된 경우 에도 실내등과 같은 차량용 LED 램프를 동작가능 하도록 하는 실시예이다.

먼저, 도3 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 LED 램프는, 차량이 공급하는 직류전압(VIN), 부하를 구성하는 제1 LED 블록(21) 내지 제3 LED 블록(23) 및 상기 각 블록의 전류를 제한하는 제1 전류원(CS21) 내지 제3 전류원(CS23) 을 포함하여 구성 된다.

상기 제1 LED 블록(21) 내지 제3 LED 블록(23) 은 모두 직렬로 연결되고, 제1 LED 블록(21) 의 아노드에 직류전압(VIN) 이 공급된다. 그리고 제1 LED 블록(21) 의 캐소드와 접지 사이에 상기 제1 전류원(CS21) 이 설치된다. 또한, 제2 LED 블록(22) 의 캐소드와 접지 사이에 제2 전류원(CS22) 가 설치된다. 동일한 방법으로, 제3 LED 블록(23) 의 캐소드와 접지 사이에 제3 전류원(CS23) 이 설치된다.

여기서, 상기 제1 LED 블록(21) 은 2 개의 LED 가 직렬 연결된 것이며, 병렬연결 LED 개수 제한은 없다. 또한, 상기 제2 LED 블록(22) 내지 제3 LED 블록(23) 은 1 개의 LED 가 직렬로 연결된 것이며, 병렬연결 LED 개수의 제한은 없다.

차량전압(VIN) 이 12.5 V ( = 3 V x 4 직렬 LEDs + 전류원 0.5 V ) 이상일 경우는 , 제3 전류원(CS23) 은 전류가 흐르도록 동작하고, 제1 전류원(CS21) 및 제2 전류원(CS22) 는 전류량 0 가 되도록 동작(전류차단) 하여서, (직렬) LED 4 개를 점등하는 것이 바람직하다. 즉 부하를 통과한 전류는 제3 전류원(CS23) 을 통해서만 접지로 흐르도록 제어기(미도시)가 전류원들을 제어하는 것이 바람직하다.

차량전압(VIN) 이 9.5 V ( = 3 V x 3 직렬 LEDs + 전류원 0.5 V ) 이상 12.5 V 미만일 경우는, 제2 전류원(CS22) 는 전류가 흐르도록 동작하고, 제1 전류원(CS21) 및 제3 전류원 (CS23) 은 전류량 0 가 되도록 동작(전류차단) 시켜서, (직렬) LED 3 개를 점등하는 것이 바람직하다. 즉 부하를 통과한 전류는 제2 전류원(CS22) 를 통해서만 접지로 흐르도록 제어기(미도시)가 전류원들을 제어하는 것이 바람직하다.

차량전압(VIN)이 9.5 V 미만인 경우 [ 또는, 차량전압(VIN) 이 6.5 V ( = 3 V x 2 직렬 LEDs + 전류원 0.5 V ) 이상 9.5 V 미만일 경우 ] 는, 제1 전류원(CS21) 은 전류가 흐르도록 동작하고, 제2 전류원(CS22) 내지 제3 전류원(CS23) 은 전류량 0 가 되도록 동작(전류차단) 하여서,(직렬) LED 2 개를 점등하는 것이 바람직하다. 즉 부하를 통과한 전류는 제1 전류원(CS21) 을 통해서만 접지로 흐르도록 제어기(미도시)가 전류원들을 제어하는 것이 바람직하다.

일반적으로, LED 밝기는 구동전류에 비례한다. 본 실시예에 따른 차량용 LED 램프는, 차량전압(VIN) 에 따라 점등되는 LED 개수가 다르므로, 램프의 밝기를 동일하게 하기 위해서는 구동 전류를 다르게 하는 것이 바람직하다. 즉, (직렬) LED 3 개의 경우 구동전류를 100 mA 라고 가정하면 밝기는 300 ( = 100 mA x 3 LEDs, 단위는 무시) 이 된다. 따라서 (직렬) LED 4 개의 경우 밝기를 300 으로 하려면, 제3 전류원(CS23) 을 75 mA ( = 300 / 4 LEDs) 로 구동하면 된다. 여기서, 구동전류 "100 mA" 는 부하에 흐르는 최대전류를 상징적으로 서술한 것이며, 특별한 수치로 제한한 것은 아니다.

제1 전류원(CS21) 은 배터리가 극한적으로 방전 (예를 들어 공칭전압의 75% 수준, 여기서는 9.5 V ) 된 경우에 동작하므로 상기 제2 전류원(CS22) 보다 많은 전류는 바람직하지 않을 수 있다. 즉, 제1 전류원(CS21)은 상기 제2 전류원(CS22) 와 동일한 전류 또는 그 이하의 전류로 설계하는 것이 바람직하다. 물론 그렇게 설계하지 않을 수도 있다.

요약하면, 본 발명에 따른 차량용 LED 램프는 차량전압이 높아지면, 점등되는 직렬 LED 개수는 증가하고, 구동전류는 감소하여서 램프의 밝기가 일정하게 된다. 또한 종래기술에서는 잉여전압(열로 방출) 이었던 것이, 본 발명에서는 LED 구동전압(빛으로 방출) 이 되므로 전원효율이 높아지며, 열 발생량이 줄어들고, 배터리가 극한 적으로 방전된 경우에도 동작한다. 그리고, 코일을 포함하는 스위칭 회로를 사용하지 않음으로써 스위칭 노이즈 발생을 억제한 차량용 LED 램프가 개시 된다.

도3 회로를 사용하여서 각 전류원의 최대 소비전력을 계산해 보면, 제2 전류원 (CS22) 의 최대 소비전력은 300 mW ( LED 1 개가 추가로 점등되는데 필요한 전압 3 V 와 구동전류 100 mA 의 곱 ) 가 된다. 그리고, 제3 전류원(CS23) 의 최대 소비전력은 262.5 mW [ 3.5 V ( = 16 - 12.5 V ) 와 구동전류 75 mA 의 곱 ] 가 된다.

반면에, 단일 LED 블록( 3 개 LED 직렬 ) 으로 구성된 종래의 기술에서는 최대 소비전력이 650 mW [ 6.5 V ( = 16 - 9.5 V ) 와 구동전류 100 mA 의 곱 ] 로써 본 발명 보다 전류원에서 열이 2 배 이상 발생한다.

이상, 본 발명의 제2 실시예를 상세히 설명하였다.

이하 도4 을 참고하여 본 발명에 따른 차량용 LED 램프의 일 예를 설명한다.

도4 는 도1 회로에서 전류원을 더욱 상세하게 도시한 것이다. 따라서 설명의 편의를 위하여 중복되는 설명은 생략하고, 전류원의 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명을 한다.

먼저, 전류량 설정전압(VSET) 은 저항(RSH) 및 저항(RSL) 을 사용하여서 DC 전압(DC5V) 을 분압하여서 생성된다. 그리고, 제1 전류원(CS11) 은 전류원에 흐르는 전류량을 센싱하는 제1 센싱저항(RS11), 설정된 전류가 흐르고 잉여전압을 소비하는 제1 FET (M11), 및 상기 전류량 설정전압(VSET) 와 상기 제1 센싱저항(RS11) 의 전압이 일치하도록 상기 제1 FET (M11) 을 조정하는 제1 OP-AMP (A1) 을 포함하여 구성된다. 제2 전류원(CS12) 및 제3 전류원(CS13) 의 구성은 상기 제1 전류원 (CS11) 구성과 동일 하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 제1 전류원 (CS11) 의 정전류 공급 기능은 제1 센싱저항(RS11) 으로 센싱한 전압을 제1 OP-AMP (A1) 에 네거티브 피드백 함으로써 구현된다. 즉, 제1 OP-AMP (A1) 은 전류량 설정전압(VSET) 와 제1 센싱저항(RS11) 의 전압이 일치하도록 제1 FET (M11) 을 조정한다. 전류원의 설정 전류량은 설정전압(VSET) 를 센싱저항 (RS11) 값으로 나누어 구함은 당연하다.

도4 에서 전류량 설정전압(VSET) 는 모든 전류원에 공급되었다. 즉 모든 전류원의 센싱저항에 걸리는 최대 전압은 모두 동일하다. 만약 전류량 설정전압(VSET) 을 0.2 V 로 설정하고, 제1 FET (M11) 의 포화전압을 0.3 V 로 가정하면, 제1 전류원 (CS11) 이 정상적으로 동작하기 위해서 필요한 전류원 양단 최소전압은 0.5 V 가 된다.

또한, 전류량 설정전압(VSET) 를 변경하면, 전류원에 흐르는 전류가 변경되어, LED 의 밝기가 변하는 디밍 기능을 구현할 수 있다. 전류량 설정전압(VSET) 의 변경은 가변저항이나 마이컴 등의 부품을 사용한 공지기술로 구현이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.

도5 는 도4 회로에서 센싱저항(전력저항) 들의 배치를 다르게 한 것이다. 즉, 제3 센싱저항이 도4 에서는 저항(RS13) 으로 구현되지만, 도5 에서는 저항(RS21), 저항(RS22) 및 저항(RS23) 의 직렬로 구현된다. 그리고, 제2 센싱저항은 도4 에서는 저항(RS12) 로 구현되지만 도5 에서는 저항(RS21) 및 저항(RS22) 의 직렬로 구현된다. 즉, 전류원을 반도체 집적회로로 구현할 경우, 도5 회로가 도4 회로 보다 작은 면적으로 구현될 수 있다.

구체적인 수치로 예를 들면, 도4 에서 제1 센싱저항(RS11) 내지 제3 센싱저항 (RS13) 을 각각 10, 15, 20 오옴이라 가정하면 집적회로로 구현될 저항은 45 오옴 이다. 반면에 도5 에서는 저항(RS21) 내지 저항(RS23) 을 각각 10, 5, 5 오옴으로 구현할 수 있어서 집적회로로 구현될 저항은 20 오옴 이 된다. 즉, 저항들의 배치를 다르게 함으로써 센싱저항(전력저항) 이 차지하는 면적을 1/2 이하로 줄일 수 있다.

도6 회로에서는, 센싱저항(RS31) 을 모든 OP-AMP [ 제1 OP-AMP (A1) 내지 제3 OP-AMP (A3) ] 에서 공용으로 사용하여 센싱저항(전력저항)이 차지하는 면적을 더욱 줄인 것이다. 그리고, 직류전압(VDIM) 을 저항으로 분압하여서, 제1 전류량 설정전압 (VSET1), 제2 전류량 설정전압(VSET2), 및 제3 전류량 설정전압(VSET3) 을 생성하였다.

그리고 전압은 제1 전류량 설정전압(VSET1) > 제2 전류량 설정전압(VSET2) > 제3 전류량 설정전압(VSET3) 이다. 상기 제1 전류량 설정전압(VSET1) 은 제1 OP-AMP (A1) 에 공급하고, 상기 제2 전류량 설정전압(VSET2) 는 제2 OP-AMP (A2) 에 공급하고, 상기 제3 전류량 설정전압(VSET3) 은 제3 OP-AMP (A3) 에 공급하였다.

따라서 제1 FET (M31) 내지 제3 FET (M33) 을 통과하여 흐르는 설정 전류량은 각각 (VSET1) / (RS31), (VSET2) / (RS31) 및 (VSET3) / (RS31) 이 되어서, 점등되는 직렬 LED 개수가 많아지면 LED 구동전류는 줄어들게 된다. 이때 어느 한 시점에서, 1 개의 전류원이 동작하고, 나머지 전류원들은 차단 되어야 함은 당연하다.

그리고, 직류전압(VDIM) 을 변경하면, 전류원에 흐르는 전류가 변경되어, LED 의 밝기가 변하는 디밍 기능을 구현할 수 있다. 직류전압(VDIM) 의 변경은 가변저항이나 마이컴 등의 부품을 사용한 공지기술로 구현이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.

이하 도7 을 참고하여 본 발명에 따른 차량용 LED 램프의 일 예를 설명한다.

도7 회로는 본 발명을 또 다른 방식으로 구현한 일 예이다. 앞서 설명한 실시예들은, LED 블록의 개수와 전류원들의 개수가 동일한 것들 이었다. 반면에, 본 실시예는 전류원의 개수가 한 개인 경우이다.

먼저 도7 회로를 살펴보면, 차량이 공급하는 직류전압(VIN), 부하를 구성하는 제1 LED 블록(11) 내지 제3 LED 블록(13), 상기 각 블록들의 전류를 제한하는 전류원 (CS51), 부하전류가 제2 LED 블록(12) 를 바이패스 하도록 하는 스위치(SW12), 및 부하전류가 제3 LED 블록(13) 을 바이패스 하도록 하는 스위치(SW13) 를 포함하여 구성되어 있다.

그리고, 상기 제1 LED 블록(11) 내지 제3 LED 블록(13) 및 전류원(51) 은 모두 직렬로 연결되어 있다. 그리고 상기 스위치(12) 및 스위치(13) 은 직렬로 연결되어 있다.

여기서, 상기 제1 LED 블록(11) 은 2 개의 LED 가 직렬 연결된 것이며, 병렬연결 LED 개수 제한은 없다. 또한, 상기 제2 LED 블록(12) 및 제3 LED 블록(13) 은 1 개의 LED 가 직렬로 연결된 것이며, 병렬연결 LED 개수의 제한은 없다.

차량전압(VIN) 이 12.5 V ( = 3 V x 4 직렬 LEDs + 전류원 0.5 V ) 이상일 경우는, 상기 스위치(SW12) 및 스위치(SW13) 을 차단시켜서, (직렬) LED 4 개를 점등하는 것이 바람직하다. 즉 부하전류는 (직렬) LED 4 개를 통과해서 전류원(CS51) 을 통해서 접지로 흐르도록 제어기(미도시)가 스위치들을 제어하는 것이 바람직하다.

차량전압(VIN) 이 9.5 V ( = 3 V x 3 직렬 LEDs + 전류원 0.5 V ) 이상 12.5 V 미만일 경우는, 스위치(SW12) 와 스위치(SW13) 중 하나는 차단시키고 나머지는 도통시켜서, (직렬) LED 3 개를 점등하는 것이 바람직하다. 즉 부하전류는 (직렬) LED 3 개를 통과해서 전류원(CS51) 을 통해서 접지로 흐르도록 제어기(미도시)가 스위치들을 제어하는 것이 바람직하다.

차량전압(VIN) 이 9.5 V 미만인 경우 [ 또는, 차량전압(VIN)이 6.5 V ( = 3 V x 2 직렬 LEDs + 전류원 0.5 V ) 이상 9.5 V 미만일 경우 ] 는, 스위치(SW12) 및 스위치(SW13) 을 도통시켜서, (직렬) LED 2 개를 점등하는 것이 바람직하다. 즉 부하전류는 (직렬) LED 2 개를 통과해서 전류원(CS51) 을 통해서 접지로 흐르도록 제어기(미도시)가 스위치들을 제어하는 것이 바람직하다.

일반적으로, LED 밝기는 구동전류에 비례한다. 본 실시예에 따른 차량용 LED 램프는, 차량전압(VIN) 에 따라 점등되는 LED 개수가 다르므로, 램프의 밝기를 동일하게 하기 위해서는 구동 전류를 다르게 하는 것이 바람직하다. 즉, (직렬) LED 2 개의 경우 구동전류를 100 mA 라고 가정하면 밝기는 200 ( = 100 mA x 2 LEDs, 단위는 무시) 이 된다. 따라서 (직렬) LED 3 개의 경우 밝기를 200 으로 하려면, 전류원(CS51) 은 66.7 mA ( = 200 / 3 LEDs) 로 구동하면 된다. 또한, (직렬) LED 4 개의 경우 밝기를 200 으로 하려면, 전류원(CS51) 은 50 mA ( = 200 / 4 LEDs) 로 구동하면 된다. 여기서, 여기서, "100 mA" 는 부하에 흐르는 최대전류를 상징적으로 서술한 것이며, 특별한 수치로 제한한 것은 아니다.

이하, 도7 의 회로를 하나의 집적회로(Integrated Circuit, 이하 "IC" 라 칭함)로 구현하는 경우를 살펴본다. 보다 상세하게는, IC 에서 칩면적의 대부분을 차지하는 것은 부하전류가 통과하는 전력소자들이므로, 전류원(CS51), 스위치(CS12) 및 스위치 (CS13) 의 크기(전류량)를 살펴본다.

앞에서 서술하였듯이, 도7 에서 (직렬) LED 2 개를 점등할 경우는 상기 스위치(SW12) 및 스위치(SW13) 을 도통하고, 상기 전류원(CS51) 을 100 mA 로 설정하여야 한다. 즉 부하전류는 상기 스위치(SW12) 및 스위치(SW13) 그리고 상기 전류원(CS51) 모두를 통과하므로 모두 100 mA 급으로 제작하여야 한다. 그리고, (직렬) LED 3 개를 점등할 경우와 (직렬) LED 4 개를 점등할 경우는 부하전류량이 각각 66.7 mA 와 50 mA 로써, (직렬) LED 2 개를 점등할 경우 보다 작다. 따라서 칩면적은 부하전류 300 mA 급으로 제작하면 된다.

도8 은 도7 회로를 개선(칩면적 축소)한 것으로, 모든 회로구성은 동일하고, 부하전류를 바이패스 시키는 스위치의 배치가 다른 것이다. 즉, 도7 에서 스위치(SW12) 및 스위치(SW13) 은 직렬이고, 도8 에서 스위치(SW22) 및 스위치(SW23) 은 병렬이다.

여기서, 직렬 LED 개수에 따른 스위치의 도통/차단 상태만 다르고, 전류원 설정량은 동일하므로 설명의 편의를 위하여 중복되는 설명은 생략하고, 칩면적의 대부분을 차지하는 스위치(SW22) 및 스위치(SW23) 그리고 전류원(CS52) 의 크기(전류량)에 대하여 상세히 설명을 한다.

도8 에서 (직렬) LED 2 개를 점등할 경우는 상기 스위치(SW22) 는 도통하고, 스위치(SW23) 은 차단하고, 상기 전류원(CS52)을 100 mA 로 설정하여야 한다. 즉 부하전류는 스위치(SW22) 와 전류원(CS52) 를 통과하므로 상기 스위치(SW22) 및 전류원(CS52) 는 모두 100 mA 급으로 제작하여야 한다. 그리고, (직렬) LED 3 개를 점등할 경우는 부하전류량이 66.7 mA 이므로 스위치(SW23)은 66.7 mA 급으로 제작하면 된다. 따라서 칩면적은 부하전류량 266.7 mA 급으로 제작하여야 한다.

이상, 한 개의 전류원을 사용하는 회로를 IC로 구현하는 경우에 칩면적에 대하여 설명하였다. 이하, 다수개의 전류원을 사용한 도3 회로를 IC 로 구현할 경우 칩면적에 대하여 설명한다.

동일한 조건 [ (직렬) 점등 LED 개수, 구동전류] 에서 전류원 전류량을 살펴보면, 제1 전류원(CS21) 은 100 mA, 제 전류원(CS22)는 66.7 mA 그리고 제3 전류원(CS23)은 50 mA 이다. 즉, 도3 회로의 칩면적은 부하전류량 216.7 mA 급이다.

따라서 본 발명에 따른 회로를 하나의 IC 로 제작할 경우, 전류원을 다수개 사용하는 것이 전류원을 한 개 사용하는 것 보다 칩면적이 작아서 원가 경쟁력이 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하였다.

본 발명에서는 공칭전압이 12 V 인 배터리를 사용하는 차량용 LED 램프를 기준으로 설명하였으나, 24 V, 36 V 등의 배터리를 사용하는 차량용 LED 램프에도 본 발명의 개념을 적용할 수 있음은 당연하다. 이 경우 각 LED 블록은 다수개의 LED 로 구성될 수 있음은 물론이다.

이상, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 살펴보았으나 이는 예시에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형된 실시예가 가능함을 이해하여야 할 것이다. 그러므로, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술내용을 쉽게 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

VIN 차량전압, 직류전압
11, 12, 13, 21, 22, 23 LED 블록
CS11, CS12, CS13, CS21, CS22, CS23 전류원
CS51, CS52 전류원
SW12, SW13, SW21, SW22 스위치
A1, A2, A3 OP-AMP
VSET, VSET1, VSET2, VSET3 전류량 설정전압
M11, M12, M13, M21, M22, M23 전류원 출력 FET
RS11, RS12, RS13, RS21, RS22, RS23, RS31 전류 센싱저항

Claims

차량용 LED 램프에 있어서,
복수개의 LED 블록들이 직렬로 연결된 부하;
상기 부하의 각 LED 블록 전류를 제한하는 복수개의 전류원;과
상기 복수개의 전류원을 제어하여 전류량을 변경하는 제어기;를 구비하고,

상기 제어기는 어느 한 시점에서, 상기 복수개의 전류원 중 어느 하나만 전류가 흐르도록 제어하고, 나머지 전류원은 모두 전류량 0 가 되도록 제어하고, 차량전압이 높아지면 점등 LED 블록 개수는 증가하고, 부하전류는 감소하도록 제어하는 것;을 특징으로 하는 차량용 LED 램프.
제1 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 복수개의 전류원 중 어느 하나만 전류가 흐르도록 동작하고, 나머지 전류원은 모두 전류량 0 가 되도록 하는 기준전압에 히스테리시스 특성을 가지는 것;을 특징으로 하는 차량용 LED 램프.
제1항에 있어서,
상기 부하는 직렬 연결된 LED 개수가 5개 이하 이고;
상기 복수개의 LED 블록중 제일 낮은 전압에서 점등되는 제1 LED 블록은 복수개의 LED 가 직렬 연결되어 구성되고, 나머지 LED 블록은 직렬 연결 LED 개수가 단수개인 것;을 특징으로 하는 차량용 LED 램프.
제3 항에 있어서,
상기 제1 LED 블록의 직렬 LED 개수는 2개 인 것;을 특징으로 하는 차량용 LED 램프.
제3 항에 있어서,
상기 제1 LED 블록의 직렬 LED 개수는 3개 인 것;을 특징으로 하는 차량용 LED 램프.