KR20170101341A - 단일 광원 고장 법규를 충족하는 자동차용 램프회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 LED 램프에 흐르는 전류의 크기를 미리 설정한 전류의 크기와 비교하고, 비교결과에 따라 현상유지 또는 모든 LED에 흐르는 전류를 자동으로 차단하도록 함으로써, 자동차 램프에 대해 규정한 단일 광원 고장 법규(one light source fail code)를 충족하는 자동차용 램프회로에 관한 것으로, 전원으로부터 공급되는 전류의 크기를 제한하는 전류제한부와; 복수의 발광다이오드가 직렬로 연결되며 복수의 다이오드 스트링을 포함하는 광원부; 및 상기 전류제한부로부터 인가되는 전류 중 일부의 전류를 상기 광원부에 전달하고, 상기 광원부에 전달되는 전류의 크기가 미리 설정한 전류의 크기에 비해 작은 경우에는 이를 감지하여 상기 전원으로부터 상기 광원부로 전달되는 전류의 공급을 차단하는 고장감지부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

단일 광원 고장 법규를 충족하는 자동차용 램프회로{VEHICLE LAMP CIRCUIT MEETING ONE LIGHT SOURCE FAIL CODE}

본 발명은 자동차용 램프회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 LED 램프에 흐르는 전류의 크기를 미리 설정한 전류의 크기와 비교하고, 비교결과에 따라 현상유지 또는 모든 LED에 흐르는 전류를 자동으로 차단하도록 함으로써, 자동차 램프에 대해 규정한 단일 광원 고장 법규(one light source fail code)를 충족하는 자동차용 램프회로에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 전후방에는 자동차의 폭을 표시하는 차 폭 표시램프, 자동차의 방향지시 표시램프 및 브레이크 표시램프 등이 있다. 최근에는 이들 램프들을 단일 광원(one light source)으로 구현하는 대신 소비전력이 적고, 적은 열이 발생하며 수명이 긴 발광다이오드(Light Emitting Diode)를 직렬로 연결하여 사용하는 것이 일반적이다. 자동차를 운행하는 운전자의 입장에서는 자동차의 전후좌우에 설치된 모든 램프의 동작을 운전중에는 확인할 수 없다. 물론 운전을 시작하기 전에 자동차의 전후방을 눈으로 확인할 수는 있지만, 브레이크 램프나 방향지시등을 혼자서 확인하는 것은 상당히 복잡하고 번거로운 일이다.

따라서, 자동차에 사용되는 램프의 오동작을 운전자 앞쪽에 설치된 전광 패널을 통해 운전자가 알 수 있도록 하기 위한 법규(단일 광원 고장)가 제정되어 있다. 즉, 1개 이상의 광원이 사용된 램프에서 적어도 하나의 광원이 오동작을 할 경우, 나머지 모든 광원이 고장 난 것으로 표시하도록 설계하라는 것이다. 예를 들면, 복수의 발광다이오드가 사용된 자동차용 단일 램프에서 적어도 하나의 발광다이오드가 고장이 나서 턴 오프 (Turn Off) 되었을 때, 전체 발광다이오드가 고장이 난 것으로 반응하도록 설계하라는 것인데, 이러한 법규를 만족시키기 위해서 자동차에 사용되는 램프에는 복수의 발광다이오드가 직렬로 연결되어 있다. 직렬로 연결된 복수의 발광다이오드 즉 다이오드 스트링 (Diode String)중 하나라도 턴 오프 된다면 다이오드 스트링 전체가 턴 오프되기 때문이다.

상술한 바와 같이, 발광다이오드를 이용하여 밝은 빛을 내는 램프를 구현하기 위해서는 직렬로 연결되는 발광다이오드의 수가 늘어나야 한다. 직렬로 연결되는 발광다이오드의 수가 늘어난다는 것은, 발광다이오드 스트링의 양단자에 인가되는 전압차이가 커야한다는 것을 의미하고, 12V(Volts)의 전압을 제공하는 자동차용 배터리보다 높은 전압이 필요할 경우, 배터리로부터 인가되는 전압인 12V를 승압하여 사용하여야 한다는 단점이 있다.

도 1은 종래의 발광다이오드 스트링을 사용하는 자동차 제어회로의 일부를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 발광다이오드 스트링을 사용하는 자동차의 제어회로(100)에는, 중간에 도시된 승압 회로(110)를 이용하여 12V 전압을 승압한 후에 오른쪽에 도시된 다이오드 스트링(120)에 전달한다. 도 1에 도시된 승압회로(110)는, 차량 전압의 변동을 감안하면 벅 부스터 컨버터(Buck Boost Converter)와 같은 스위치의 개폐속도가 빠른 고속의 반도체 스위칭 소자가 복수 개 설치된 변환장치가 필요한데, 고가일 뿐만 아니라 스위칭 시 발생하는 전자파도 문제가 된다.

1. 한국 공개특허 제 10-2014-0039232호 "LED 어레이 보조 파워 서플라이" (공개일자 : 2014. 04. 01.)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 자동차에 사용되는 각각의 램프를 병렬로 구현하고, 이들 각각의 램프에 인가되는 전류의 크기가 미리 설정한 기준전류에 비해 적을 경우에는 모든 램프에 흐르는 전류를 차단하여 적어도 하나의 램프에 발생한 고장을 전체 램프에 발생한 고장과 같이 취급하도록 하는 단일 광원 고장 법규를 만족하는 자동차용 램프회로를 제공하는 것에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 단일 광원 고장 법규를 충족하는 자동차용 램프회로는, 전류제한부, 광원부 및 고장감지부를 포함한다.

상기 전류제한부는 전원으로부터 공급되는 전류의 크기를 제한하는 제1 전류제한소자 및 제2 전류제한소자를 구비한다.

상기 광원부는 복수의 발광다이오드가 직렬로 연결되며 출력단자가 접지된 제1 다이오드 스트링 및 제2 다이오드 스트링을 구비한다.

상기 고장감지부는 상기 전류제한부로부터 인가되는 전류 중 일부의 전류를 상기 광원부에 전달하고, 상기 광원부에 전달되는 전류의 크기가 미리 설정한 전류의 크기에 비해 작은 경우에는 이를 감지하여 전원으로부터 상기 광원부로 전달되는 전류의 공급을 차단한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 램프회로는 종래의 시스템에서 사용해야 했던 승압회로 또는 벅 부스터 컨버터와 같은 고가의 장치를 사용하지 않으면서도, 자동차용 램프회로에 요구되는 단일 광원 고장 법규를 충족할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 종래의 발광다이오드 스트링을 사용하는 자동차 제어회로의 일부를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 단일 광원 고장 법규를 만족하는 자동차용 램프회로를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 램프회로의 일 실시 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 램프회로의 동작에 이상이 발생한 경우의 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 자동차용 램프회로가 장착된 자동차에 설정된 PCL 및 OCL을 설명한다.

이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 LED 램프 방열장치를 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.

도 2는 본 발명에 따른 단일 광원 고장 법규를 만족하는 자동차용 램프회로를 나타내며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 램프회로의 일 실시 예를 나타내며, 도 4는 본 발명에 따른 자동차용 램프회로의 동작에 이상이 발생한 경우의 예를 나타내며, 도 5는 본 발명에 따른 자동차용 램프회로가 장착된 자동차에 설정된 PCL 및 OCL을 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 단일 광원 고장 법규를 충족하는 자동차용 램프회로(이하, "자동차용 램프회로"라 총칭함)는 전류제한부(210), 고장감지부(220) 및 광원부(230)로 구성된다.

여기서, 상기 전류제한부(210)는 전원(Vin)으로부터 공급되는 전류의 크기를 제한하는 기능을 수행한다. 오옴의 법칙에 의하면, 저항을 통해 흐르는 전류의 크기는 저항값(resistance)에 반비례하므로, 저항값이 크면 클수록 흐르는 전류는 작아지게 될 것이다. 광원부(230)를 구성하는 2개의 다이오드 스트링(231, 232)에 공급되는 전류의 크기를 각각 제어하는 제1 전류제한소자(211) 및 제2 전류제한소자(212)는, 예를 들면 일 단자가 각각 전원(Vin)에 연결된 저항(resistor, R1, R2)으로 구현할 수 있다.

또한, 상기 고장감지부(220)는 전류제한부(210)를 경유하여 인가되는 전류 중 일부의 전류를 광원부(230)에 전달하고, 광원부(230)에 전달되는 전류의 크기가 미리 설정한 전류의 크기에 비해 작은 경우에는 이를 감지하여 전원(Vin)으로부터 광원부(230)로 전달되는 전류의 공급을 차단하는 기능을 수행하며, 전류크기 설정수단(221), 제1 고장감지수단(222) 및 제2 고장감지수단(223)을 포함한다.

또한, 전류크기설정수단(221)은 일 단자가 접지(GND)된 저항(R3)으로 구현할 수 있으며, 저항(R3)에 강하되는 전압의 크기에 따라 제1 고장감지수단(222) 및 제2 고장감지수단(223)을 흐르는 전류의 크기가 결정된다.

상기 제1 고장감지수단(222) 및 제2 고장감지수단(223)은 PNP 타입의 바이폴라 트랜지스터(Bipolar Transistor)로 구현되었다고 가정하고 설명한다. 제1 고장감지수단(222)의 이미터 단자는 제1 전류제한 소자(211)의 다른 일 단자에 연결되고, 베이스 단자는 전류크기설정수단(221)의 다른 일 단자에 연결되며, 컬렉터 단자는 제1 다이오드 스트링(231)의 일 단자에 연결된다. 제2 고장감지수단(223)의 이미터 단자는 제2 전류제한 소자(212)의 다른 일 단자에 연결되고, 베이스 단자는 전류크기설정수단(221)의 다른 일 단자에 연결되며, 컬렉터 단자는 제2 다이오드 스트링(232)의 일 단자에 연결된다.

상기 광원부(230)는 고장감지부(220)로부터 인가되는 전류를 이용하여 발광하는 직렬로 연결된 복수의 발광다이오드로 구성되며 다른 일 단자가 각각 접지(GND)된 제1 다이오드 스트링(231) 및 제2 다이오드 스트링(232)으로 구현된다.

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 램프회로의 일 실시 예를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 제1 전류제한 소자(211), 제2 전류제한소자(212) 및 전류크기설정수단(221)은 각각 10Ω(Ohm), 10Ω 및 2.5kΩ(kilo-ohm)의 저항으로 구현되었고, 전원(Vin)으로는 13V(Volts)의 직류 전원이 인가되며, 전원(Vin)과 전류제한부(110) 사이에는 역전압 인가 방지용 다이오드(D1)가 설치되어 있다. 상기와 같은 소자의 값으로 구현된 경우 제1 다이오드 스트링(231) 및 제2 다이오드 스트링(232)에는 각각 135.1mA (milli-Ampere)의 전류가 흐른다는 것을 알 수 있다. 다시 말하면, 도 3에 도시된 램프회로는 제1 다이오드 스트링(231) 및 제2 다이오드 스트링(232)을 구성하는 각각의 발광다이오드(LED1 ~ LED4)의 동작에 문제가 없을 경우 제1 다이오드 스트링(231) 및 제2 다이오드 스트링(232)에는 각각 135.1mA의 전류가 흘러야 한다는 것이다.

설명의 편의를 위해, 본 발명에 따른 자동차용 램프회로(200)가 정상적으로 동작할 때, 제1 다이오드 스트링(231) 및 제2 다이오드 스트링(232)에 흐르는 전류, 즉 제1 고장감지수단(222) 및 제2 고장감지수단(223)으로부터 제1 다이오드 스트링(231) 및 제2 다이오드 스트링(232)에 인가되는 전류의 크기(기준전류)는 135.1mA라고 가정한다.

이하에서는 도 3에 도시된 자동차용 램프회로의 동작을 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명에 따른 자동차용 램프회로의 동작에 이상이 발생한 경우의 예를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 제2 다이오드 스트링(232)을 구성하는 발광다이오드 중 적어도 하나가 정상적으로 동작하지 않고 있는 경우, 동작하지 않고 턴 오프 된 발광다이오드는 전기적으로 볼 때 하이임피던스(High Impedance) 상태가 될 것인데, 여기서는 1MΩ (Mega-Ohm)의 등가 저항으로 표시한다. 동작하지 않는 발광다이오드의 하이 임피던스 성분에 의해 제2 다이오드 스트링(232)에는 135.1mA의 전류가 아니라 10.48μA (Micro-Ampere)의 전류가 흐르게 될 것이다. 다시 말하면, 제2 고장감지수단(223)으로 구현된 바이폴라 트랜지스터의 컬렉터 전류(i_C)가 0A에 가까운 값으로 감소하며, 이는 전류크기설정수단(221)에 강하되는 전압의 크기를 증가시키고, 최종적으로는 제1 다이오드 스트링(231)에 공급되는 전류로 차단하게 된다.

상기의 과정을 쉽게 이해하기 위해서는 먼저 바이폴라 트랜지스터의 전기적인 특성을 이해할 필요가 있다. 바이폴라 트랜지스터의 전류와 관련된 식 중 하나를 표시하면 이하의 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

i_C ∝ V_BE

상기 수학식 1을 참조하면, 컬렉터 전류(i_C)의 크기는 베이스와 이미터 사이의 전압차이(V_BE)에 비례한다는 것이다. 만일 제2 다이오드 스트링(232)을 구성하는발광다이오드 중 적어도 하나가 턴 오프 되면, 제2 다이오드 스트링(232)에 전류가 미리 설정한 135.1mA의 크기가 아니라 10.48μA의 크기의 전류가 흐르게 된다.

수학식 1을 참조하면, 컬렉터 전류(i_C)가 10.48μA로 되기 위해서는 이미터의 전압(V_E)과 베이스의 전압(V_B)의 차이가 줄어들어야 한다. 이미터의 전압(V_E)은 고정되어 있으므로 베이스의 전압(V_B)이 이미터의 전압(V_E)의 크기와 유사한 크기로 증가하게 될 것이다. 이는 전류크기 결정수단(221)에 강하되는 전압(V₃)이 증가하게 되며, 최종적으로는 제1 고장감지수단(222)의 컬렉터 전류(i_C)의 크기도 감소시켜 제1 다이오드 스트링(131)에 흐르는 전류의 크기도 135.1mA가 아니라 9.408mA로 감소하게 됨을 알 수 있다.

실제로는 제1 고장감지수단(122)의 컬렉터 전류(i_C)의 크기가 10.48μA 보다는 많은 9.408mA가 되므로, 제1 다이오드 스트링(231)을 구성하는 발광다이오드는 완전히 턴 오프 되는 것이 아니라 희미한 상태가 될 것이다.

한편, 자동차에는 미리 설정된 전류의 양보다 적게 흐르는 경우, 이를 오동작으로 인식하여 전원을 차단하는 기능이 있다. 본 발명에 따른 자동차용 램프장치를 자동차에 설치하여 사용할 때, 자동차에 이미 설치되어 있는 오동작 시 전원차단 기능과 합쳐지게 되므로, 상술한 바와 같이 제1 다이오드 스트링(231)에 135.1mA 크기의 전류가 흐르지 않고 9.408mA 크기의 전류가 흐른다고 판단한 경우에는, 제1 다이오드 스트링(231)에 공급되는 전원을 차단하고, 램프의 오동작표시를 전면 패널에 디스플레이 하게 될 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 자동차용 램프회로가 장착된 자동차에 설정된 PCL 및 OCL을 설명한다.

도 5를 참조하면, 자동차에 설치된 전자기기의 보호를 위해, 자동차에는 전류 크기의 상한치(Programmable Current Limit; PCL) 및 하한치(Open Current Limit; OCL)을 설정해 놓는다. 전류 크기의 상한치(PCL)는, PCL 이상의 전류가 전자기기에 흐르는 경우에는 전자기기에 손상이 가해질 수 있다고 판단되는 전류의 크기이고, 전류 크기의 하한치(OCL)은 OCL 이하의 전류가 흐르는 경우에는 정상적인 동작이 아니라고 판단되는 전류의 크기를 정의한 것이다.

통상적으로, 자동차에 설치된 전자기기에 전류 상한치(PCL) 보다는 적고 전류 하한치(OCL) 보다는 큰 전류가 흐르는 경우 자동차 제어장치는 해당 전자기기가 정상적으로 동작(정상동작 영역)한다고 인식한다. 전류 하한치(OCL)가 9.408mA보다 크게 설정되어 있다면, 9.408mA 크기의 전류가 흐르는 제1 다이오드 스트링(231)은 정상적으로 동작하지 않는다고 판단하여, 자동차의 제어장치(도시되지 않음)는 자동차용 램프회로(200)에 공급되는 전류를 차단하게 된다.

상술한 본 발명에 따른 자동차용 램프회로(200)는 자동차의 전방 및 후방에 설치되어 자동차의 폭을 표시하는 차 폭 표시램프에 적용하는 것은 물론, 자동차의 방향지시 표시램프 및 브레이크 표시램프 등에도 적용할 수 있음은 물론이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 램프회로는, 종래의 시스템에서 사용해야 했던 승압회로 또는 벅 부스터 컨버터와 같은 고가의 장치를 사용하지 않으면서도, 자동차용 램프회로에 요구되는 단일 광원 고장 법규를 충족하는 램프회로를 제공한다. 또한, 본 발명을 사용하기 위해 추가해야 하는 회로도 간단하기 때문에, 이를 디스크리트 소자(descrete component)로 구현하는 것은 물론 집적회로로 구현하는 것도 간단하다.

이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 승압회로 120: 다이오드 스트링
210: 전류제한부 211: 제1 전류제한소자
212: 제2 전류제한소자 220: 고장감지부
221: 전류크기 설정수단 222: 제1 고장감지수단
223: 제2 고장감지수단 230: 광원부
231: 제1 다이오드 스트링 232: 제2 다이오드 스트링

Claims (6)

1. 전원으로부터 공급되는 전류의 크기를 제한하는 전류제한부와;
   복수의 발광다이오드가 직렬로 연결되며 복수의 다이오드 스트링을 포함하는 광원부; 및
   상기 전류제한부로부터 인가되는 전류 중 일부의 전류를 상기 광원부에 전달하고, 상기 광원부에 전달되는 전류의 크기가 미리 설정한 전류의 크기에 비해 작은 경우에는 이를 감지하여 상기 전원으로부터 상기 광원부로 전달되는 전류의 공급을 차단하는 고장감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 광원 고장 법규를 충족하는 자동차용 램프회로.
   
2. 전원으로부터 공급되는 전류의 크기를 제한하는 제1 전류제한소자 및 제2 전류제한소자를 구비하는 전류제한부와;
   복수의 발광다이오드가 직렬로 연결되며 출력단자가 접지된 제1 다이오드 스트링 및 제2 다이오드 스트링을 구비하는 광원부; 및
   상기 전류제한부로부터 인가되는 전류 중 일부의 전류를 상기 광원부에 전달하고, 상기 광원부에 전달되는 전류의 크기가 미리 설정한 전류의 크기에 비해 작은 경우에는 이를 감지하여 상기 전원으로부터 상기 광원부로 전달되는 전류의 공급을 차단하는 고장감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 광원 고장 법규를 충족하는 자동차용 램프회로.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 전류제한소자는 일 단자가 상기 전원단자에 연결되고 다른 일 단자는 상기 고장감지부에 연결되는 제1 저항이며;
   상기 제2 전류제한소자는 일 단자가 상기 전원단자에 연결되고 다른 일 단자는 상기 고장감지부에 연결되는 제2 저항인 것을 특징으로 하는 단일 광원 고장 법규를 충족하는 자동차용 램프회로.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 고장감지부는,
   일 단자가 접지된 전류크기 설정수단과;
   제1 단자는 상기 제1 전류제한소자의 다른 일 단자에 연결되고, 제2 단자는 상기 전류크기 설정수단의 다른 일 단자에 연결되며, 제3 단자는 상기 광원부에 연결되는 제1 고장감지수단; 및
   제1 단자는 상기 제2 전류제한소자의 다른 일 단자에 연결되고, 제2 단자는 상기 전류크기 설정수단의 다른 일 단자에 연결되며, 제3 단자는 상기 광원부에 연결되는 제2 고장감지수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 광원 고장 법규를 충족하는 자동차용 램프회로.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 전류크기 설정수단은, 일 단자가 접지된 제3 저항이며;
   상기 제1 고장감지수단은 상기 제1 단자가 이미터 단자, 상기 제2 단자가 베이스 단자, 상기 제3 단자가 컬렉터 단자인 제1 바이폴라 트랜지스터이며;
   상기 제2 고장감지수단은 상기 제1 단자가 이미터 단자, 상기 제2 단자가 베이스 단자, 상기 제3 단자가 컬렉터 단자인 제2 바이폴라 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 단일 광원 고장 법규를 충족하는 자동차용 램프회로.
   
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 전원 및 상기 전류제한부 사이에는 역전압 유입 방지용 다이오드가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 단일 광원 고장 법규를 충족하는 자동차용 램프회로.

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