KR20170119366A

KR20170119366A - 오토디밍 led 구동 회로

Info

Publication number: KR20170119366A
Application number: KR1020160047179A
Authority: KR
Inventors: 정세진; 최유수; 이포; 김형욱; 김준봉
Original assignee: 주식회사 실리콘핸즈
Priority date: 2016-04-18
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2017-10-27
Also published as: KR101990928B1

Abstract

본 발명은 LED 구동 회로에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 오토디밍 LED 구동 회로가 제공된다. 오토디밍 LED 구동 회로는 교류 전원을 반파 정류하여 생성한 입력전압을 이용하여 제1 직류 전압 및 제2 직류 전압을 생성하는 직류 전압 발생부, 상기 제2 직류 전압에 의해 동작하며, 상기 입력전압에 의해 메인 클럭을 생성하는 클럭 발생부, 상기 제2 직류 전압에 의해 동작하며, 상기 메인 클럭을 분주하여 오토디밍 레벨에 연관된 작동 클럭을 출력하는 주파수 분주기, 상기 제1 직류 전압을 이용하여 복수의 기준전압을 생성하고, 상기 작동 클럭에 의해 상기 복수의 기준전압을 순차적으로 출력하는 오토디밍 및 DC 레벨 제어부 및 상기 제2 직류 전압에 의해 동작하며, 순차적으로 출력된 상기 복수의 기준전압을 이용하여 복수의 LED에 인가되는 전류량을 제어하는 LED 드라이버를 포함한다.

Description

오토디밍 LED 구동 회로{LED driver with auto-dimming}

본 발명은 LED 구동 회로에 관한 것이다.

저전력 및 고효율의 LED(Light Emitting Diode)는 실내외 조명 장치의 광원으로 폭넓게 이용되고 있다. 종래에는 교류를 직류로 변환하여 LED를 구동하였으나, 최근 들어, 교류 전원에 직접 연결하여 구동할 수 있는 구동 회로가 등장하였다.

조명 턴 온 또는 턴 오프시 밝기를 점진적으로 증가 또는 감소시키는 오토디밍 기능을 구비한 LED 구동 회로를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 오토디밍 LED 구동 회로가 제공된다. 오토디밍 LED 구동 회로는 교류 전원을 반파 정류하여 생성한 입력전압을 이용하여 제1 직류 전압 및 제2 직류 전압을 생성하는 직류 전압 발생부, 상기 제2 직류 전압에 의해 동작하며, 상기 입력전압에 의해 메인 클럭을 생성하는 클럭 발생부, 상기 제2 직류 전압에 의해 동작하며, 상기 메인 클럭을 분주하여 오토디밍 레벨에 연관된 작동 클럭을 출력하는 주파수 분주기, 상기 제1 직류 전압을 이용하여 복수의 기준전압을 생성하고, 상기 작동 클럭에 의해 상기 복수의 기준전압을 순차적으로 출력하는 오토디밍 및 DC 레벨 제어부 및 상기 제2 직류 전압에 의해 동작하며, 순차적으로 출력된 상기 복수의 기준전압을 이용하여 복수의 LED에 인가되는 전류량을 제어하는 LED 드라이버를 포함한다.

여기서, 상기 오토디밍 및 DC 레벨 제어부는, 상기 작동 클럭에 의해 스위치 선택 신호를 출력하는 쉬프트 레지스터, 상기 제1 직류 전압을 이용하여 상기 복수의 기준전압을 출력하는 기준전압 발생기 및 상기 스위치 선택 신호에 따라 상기 복수의 기준전압을 순차적으로 출력하는 기준전압 선택 스위치를 포함할 수 있다.

한편, 상기 오토디밍 및 DC 레벨 제어부는, 상기 입력전압이 인가된 후 조명 턴 온 신호가 입력되기 이전에 상기 복수의 기준전압 중 LED의 밝기를 최소로 하는 기준전압을 출력하며, 조명 턴 온 신호가 입력되면 상기 복수의 기준전압을 순차적으로 출력할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 조명 턴 온 또는 턴 오프시 밝기를 점진적으로 증가 또는 감소시킬 수 있다.

이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다.
도 1은 오토디밍 LED 구동 회로의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 오토디밍 및 DC 레벨 제어부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 LED 드라이버의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 LED 드라이버에 의한 LED 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 오토디밍 LED 구동 회로의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 오토디밍 LED 구동 회로는 직류 전압 발생부(100), 클럭 발생부(110), 주파수 분주기(120), 오토디밍 및 DC 레벨 제어부(130), LED 드라이버(140)를 포함한다.

직류 전압 발생부(100)는 입력전압 Vin을 이용하여, 오토디밍 LED 구동 회로의 아날로그 및 디지털 로직의 구동에 필요한 직류 전압을 생성한다. 직류 전압 발생부(100)는 아날로그 로직을 포함하는 오토디밍 및 DC 레벨 제어부(130)에 제1 직류 전압 Vdc1을 제공하고, 오토디밍 LED 구동 회로의 나머지 디지털 로직에 제2 직류 전압 Vdc2를 제공한다. 일 예로, 제1 직류 전압 Vdc1은 16V이며, 제2 직류 전압 Vdc2는 4V이다. 제1 직류 전압 Vdc1은 레퍼런스 전압 Vref를 생성하는데 이용될 수 있다.

클럭 발생부(110)는 메인 클럭 Cmain을 생성한다. 클럭 발생부(110)는, 예를 들어, 엣지 디텍터이며, 상승 엣지 또는 하강 엣지를 갖는 신호를 이용하여 메인 클럭을 생성할 수 있다. 도 1은 클럭 발생부(110)가 입력전압 Vin을 이용하여 메인 클럭 Cmain을 생성하는 경우를 도시하고 있다. 이 경우, 실질적으로 60Hz의 주파수를 갖는 AC 전압은 반파 정류되어 실질적으로 120 Hz의 주파수를 갖는 입력전압 신호 Vin이 된다. 따라서 메인 클럭 Cmain의 주파수는 실질적으로 120Hz가 된다. 한편, 일정한 주기로 상승 엣지 또는 하강 엣지를 갖는 신호로서 입력전압 Vin에 연관된 신호라면 메인 클럭 Cmain을 생성하는데 이용될 수 있다.

주파수 분주기(120)는 메인 클럭 Cmain을 이용하여 작동 클럭 Cworking을 생성한다. 도 1에서, 주파수 분주기(120)는 메인 클럭 Cmain을 1/16 분주하여 실질적으로 7.5Hz의 주파수를 갖는 작동 클럭 Cworking을 출력한다. 여기서, 예시로 설명한 분주비 1/16는 메인 클럭 Cmain의 주파수, 오토디밍 레벨의 개수, 및 오토디밍 시간 중 어느 하나 또는 그 조합에 따라 달라질 수 있다. 도 1에서, 16개의 오토디밍 레벨이 예시되어 있으며, 오토디밍 레벨 1에서 오토디밍 레벨 16까지 증가하거나 오토디밍 레벨 16에서 오토디밍 레벨 1으로 감소하는데 소요되는 오토디밍 시간은 2초로 예시되어 있다. 그러나, 이는 단순한 예시이며, 오토디밍 레벨의 개수 및 오토디밍 시간은 변경 가능하다.

오토디밍 및 DC 레벨 제어부(130)는 오토디밍을 구현하기 위한 복수의 기준전압 Vrefn을 생성한다. 조명 턴 온 신호가 없는 상태에서, 오토디밍 및 DC 레벨 제어부(130)는 오토디밍 레벨 1에 상응하는 기준전압인 Vref1을 출력하며, 조명 턴 온 신호가 입력되면, 오토디밍 및 DC 레벨 제어부(130)는 오토디밍 시간 동안 오토디밍 레벨 1에 상응하는 제1 기준전압 Vref1부터 오토디밍 레벨 16에 상응하는 제16 기준전압 Vref16까지 순차적으로 출력한다. 오토디밍 및 DC 레벨 제어부(130)는 작동 클럭 Cworking에 의해 동작하며, 제1 직류 전압 Vdc1을 이용하여 복수의 기준전압 Vrefn을 생성한다. 오토디밍 및 DC 레벨 제어부(130)는 이하 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 여기서, 조명 턴 온 신호는 스위치 또는 센서에 의해 생성될 수 있다. 스위치는 사람의 조작에 의해 조명 턴 온 신호 및 조명 턴 오프 신호를 생성할 수 있다. 센서는 사람의 출입 또는 움직임을 감지하여 조명 턴 온 신호 또는 조명 턴 오프 신호를 생성할 수 있다.

LED 드라이버(140)는 복수의 기준전압 Vrefn에 따라 복수의 LED(150)를 턴온 및 턴 오프한다. 복수의 탭에 연결된 복수의 LED(150)가 입력전압 Vin에 의해 순차적으로 턴 온 및 턴 오프되도록 하기 위해서, LED 드라이버(140)는 전기적 경로를 변경한다. LED 드라이버(140)는 이하 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

복수의 LED(150)는 직렬로 연결되며, 일단은 반파 정류된 입력전압 Vin을 공급받으며, 타단은 LED 드라이버(140)의 탭에 연결된다. 도 1은 직렬 연결된 4개의 LED(150)를 도시하고 있으나, 직렬 연결할 수 있는 LED의 개수가 반드시 4개로 한정되는 것은 아니다. 또한, 실제 구현시 둘 이상의 LED가 병렬로 연결될 수도 있으나, 간결하게 표현하기 위해서, 도 1은 병렬 연결된 복수의 LED를 하나의 LED 기호로 표현하였다.

오토디밍은, 조명 턴 온 신호가 입력되어 LED를 턴 온 할 때 LED의 밝기를 점진적으로 증가하는 기능이다. 즉, LED가 턴 오프 상태에서 최대 밝기 상태가 되는 것이 아니라 복수의 밝기 단계를 거쳐서 최대 밝기가 되는 기능이다. 이와 반대로, 조명 턴 온 신호가 입력되지 않거나 조명 턴 오프 신호가 입력되면 LED의 밝기는 점진적으로 감소할 수 있다. 도 1 하부에 도시된 도면은 오토디밍을 구현하기 위한 복수의 기준전압 Vrefn을 시간축으로 도시한 그래프이다. 오토디밍 레벨의 개수가 16일 때, 오토디밍 LED 구동 회로에 AC 전압이 인가되면, 오토디밍 LED 구동 회로는 LED의 최대 밝기의 1/16 수준으로 LED를 턴 온 한다. 이 때, 기준전압인 Vref1에 의해 LED가 턴 온 된다. 이후 조명 턴 온 신호가 입력되면, 약 2초의 오토디밍 시간 동안 기준전압은 제1 기준전압 Vref1부터 제16 기준전압 Vref16까지 순차적으로 변경된다. 기준전압이 변경됨에 따라 LED 밝기도 변경된다.

도 2는 도 1의 오토디밍 및 DC 레벨 제어부의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 오토디밍 및 DC 레벨 제어부(130)는 쉬프트 레지스터(131), 기준전압 발생기(132), 및 기준전압 선택 스위치(133)를 포함한다.

쉬프트 레지스터(131)는 작동 클럭 Cworking에 의해 동작하여 스위치 선택 신호 Select SW를 생성한다. 쉬프트 레지스터(131)는 작동 클럭 Cworking 입력시 16 비트로 구성된 스위치 선택 신호 Select SW를 생성할 수 있다. 이를 위해, 쉬프트 레지스터(131)은 직렬로 연결된 16개의 플립플롭을 포함할 수 있다. 직렬로 연결된 플립플롭 중 제1 플립플롭은 작동 클럭 Cworking이 입력될 때마다 논리 'HIGH'(이하에서 논리 HIGH는 '1'로 논리 LOW는 '0'으로 표시함)를 출력하고, 제2 내지 제16 플립플롭은 0을 출력하며, 다음 클럭에는 제2 플립플롭이 1을 출력하고 제1 및 제3 내지 제16 플립플롭이 0을 출력한다. 다시 말해, 16 비트의 스위치 선택 신호 Select SW는 1개의 1과 15개의 0으로 구성되며, 1은 좌에서 우 또는 우에서 좌로 쉬프트된다. 예를 들어, 조명 턴 온 신호가 입력된 후 쉬프트 레지스터(131)는 작동 클럭 Cworking의 첫 번째 클럭에서 '1000 0000 0000 0000'을 출력하고 두 번째 클럭에서 '0100 0000 0000 0000'을 출력한다. 한편, 쉬프트 레지스터(131)는 양방향 쉬프트 레지스터이다. 즉, 16번째 비트가 1을 출력하는 상태에서, 조명 턴 오프 신호가 입력되면, 1은 우에서 좌로 쉬프트된다.

기준전압 발생기(132)는 복수의 기준전압 Vrefn을 생성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 오토디밍 레벨의 개수가 16일 때, 기준전압 발생기(132)는 제1 기준전압 Vref1 내지 제16 기준전압 Vref16을 생성한다. 기준전압 발생기(132)는 도 1의 직류 전압 발생부(100)로부터 제1 직류 전압을 공급받아 복수의 기준전압 Vrefn을 생성한다.

기준전압 선택 스위치(133)는 복수의 기준전압 Vrefn 중 하나를 선택하여 출력한다. 기준전압 선택 스위치(133)는 복수의 스위치로 구성된다. 각 스위치에는 하나의 기준전압 Vrefn가 입력되며, 한 비트의 스위치 선택 신호 Select SW에 의해 기준전압 Vrefn의 출력이 결정된다. 일 실시예로, 입력전압 Vin이 인가된 상태에서, 스위치 선택 신호 Select SW의 입력이 없는 동안, 즉, 조명 턴 온 신호가 입력되기 전까지, 기준전압 선택 스위치(133)는 제1 기준전압 Vref1을 출력할 수 있다. 제1 기준전압 Vref1에 의해, 오토디밍 및 DC 레벨 제어부(130)는 복수의 LED를 LED의 최대 밝기의 1/16 수준으로 LED를 턴 온 한다.

도 3은 LED 드라이버의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 LED 드라이버에 의한 LED 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, LED 드라이버(140)는 입력전압 Vin에 따라 전류 경로를 변경하여 직렬로 연결된 복수의 LED(150a, 150b, 150c, 150d)를 순차적으로 턴 온 및 턴 오프시킨다. 이를 위해, LED 드라이버(140)는 LED 전류 제어부(141) 및 복수의 드라이빙 트랜지스터(142a, 142b, 142c, 142d)를 포함한다.

LED 전류 제어부(141)는 복수의 기준전압 Vrefn으로 복수의 드라이빙 트랜지스터(142a, 142b, 142c, 142d)를 구동하여 복수의 LED(150a, 150b, 150c, 150d)간 전류 경로를 제어한다. 이를 위해, LED 전류 제어부(141)는 복수의 스위치(143a, 143b, 143c, 143d)를 포함한다. 복수의 스위치(143a, 143b, 143c, 143d)는 복수의 드라이빙 트랜지스터(142a, 142b, 142c, 142d) 각각의 게이트와 기준전압 Vrefn이 인가되는 LED 전류 제어부(141)의 입력단 사이에 위치하며, 입력전압 Vin에 의해 온 또는 오프된다.

복수의 드라이빙 트랜지스터(142a, 142b, 142c, 142d) 각각은 복수의 스위치(143a, 143b, 143c, 143d) 각각에 의해 턴 온 또는 턴 오프되며, 게이트에 인가되는 복수의 기준전압 Vrefn에 따라 복수의 LED전류(150a, 150b, 150c, 150d)에 공급되는 전류량을 증가시키거나 감소시킨다. 복수의 LED전류(150a, 150b, 150c, 150d)에 공급되는 전류량에 의해 LED의 밝기가 조절된다.

LED 전류 제어부(141)의 동작을 설명하기 위해 도 4를 함께 참조하면, 입력전압 Vin이 증가하기 시작하여 Vin1이 되면, 제1 LED(150a)가 턴 온 될 수 있다. 이를 위해, 제1 스위치(141a)는 온 되어 기준전압 Vrefn이 제1 드라이빙 트랜지스터(142a)에 공급된다. 이 때, 나머지 스위치(141b, 141c, 141d)는 오프되어 기준전압 Vrefn(143a)이 제2 내지 제4 드라이빙 트랜지스터(142b, 142c, 142d)에 공급되지 않는다.

입력전압 Vin이 계속 증가하여 Vin2이 되면, 제1 및 제2 LED(150a, 150b)이 턴 온 될 수 있다. 이를 위해, 제2 스위치(141b)는 온 되어 기준전압 Vrefn이 제2 드라이빙 트랜지스터(142b)에 공급된다. 이 때, 나머지 스위치(141a, 141c, 141d)는 오프되어 기준전압 Vrefn(143b)이 제1, 제3 및 제4 드라이빙 트랜지스터(142a, 142c, 142d)에 공급되지 않는다.

입력전압 Vin이 계속 증가하여 Vin3이 되면, 제1 내지 제3 LED(150a, 150b, 150c)가 턴 온 될 수 있다. 이를 위해, 제3 스위치(141c)는 온 되어 기준전압 Vrefn이 제3 드라이빙 트랜지스터(142c)에 공급된다. 이 때, 나머지 스위치(141a, 141b, 141d)는 오프되어 기준전압 Vrefn(143c)이 제1, 제2 및 제4 드라이빙 트랜지스터(142a, 142b, 142d)에 공급되지 않는다.

입력전압 Vin이 계속 증가하여 Vin4이 되면, 제1 내지 제4 LED(150a, 150b, 150c, 150d)가 턴 온 될 수 있다. 이를 위해, 제4 스위치(141d)는 온 되어 기준전압 Vrefn이 제4 드라이빙 트랜지스터(142d)에 공급된다. 이 때, 나머지 스위치(141a, 141b, 141c)는 오프되어 기준전압 Vrefn(143d)이 제1 내지 제3 드라이빙 트랜지스터(142a, 142b, 142c)에 공급되지 않는다.

입력전압 Vin이 감소할 때는 상술한 순서의 반대로 제1 내지 제3 LED(150a, 150b, 150c), 제1 및 제2 LED(150a, 150b), 제1 LED(150a)의 순서로 턴 온 된다.

LED 드라이버(140)는 조명 턴 온 신호에 의해 오토디밍이 적용되지 않더라도 입력전압 Vin에 의해 상술한 동작을 수행한다. 이로 인해, 복수의 드라이빙 트랜지스터(142a, 142b, 142c, 142d)에 공급되는 기준전압 Vrefn(143a, 143b, 143c, 143d)는 일정한 주기성을 갖는다. 도 4에 도시된 기준전압 Vrefn(143a, 143b, 143c, 143d)은 1 주기의 입력전압 Vin 동안 각 드라이빙 트랜지스터(142a, 142b, 142c, 142d)에 공급되는 기준전압의 파형을 나타낸다. 즉, 기준전압 Vrefn(143a, 143b, 143c, 143d)은 입력전압 Vin에 연관되어 있다.

조명 턴 온 신호가 입력되지 않는 동안에, LED 드라이버(140)는 제1 기준전압 Vref1을 복수의 드라이빙 트랜지스터(142a, 142b, 142c, 142d)에 인가한다. 따라서, 복수의 LED(150a, 150b, 150c, 150d)는 LED의 최대 밝기의 1/16 수준으로 상술한 순서에 의해 순차적으로 턴 온 또는 턴 오프된다. 조명 턴 온 신호가 입력되면, 기준전압 Vrefn이 변경되지만 LED 드라이버(140)는 동일하게 동작한다. 즉, 오토디밍 시간 동안 기준전압이 제1 기준전압 Vref1에서 제16 기준전압 Vref16으로 증가함에 따라 복수의 LED(150a, 150b, 150c, 150d)의 밝기는 최소에서 최대로 증가한다. 조명 턴 오프 신호가 입력되면, 상술한 순서의 반대로 오토디밍 시간 동안 기준전압이 제16 기준전압 Vref16에서 제1 기준전압 Vref1으로 감소함에 따라 복수의 LED(150a, 150b, 150c, 150d)의 밝기는 최대에서 최소로 감소한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

교류 전원을 반파 정류하여 생성한 입력전압을 이용하여 제1 직류 전압 및 제2 직류 전압을 생성하는 직류 전압 발생부;
상기 제2 직류 전압에 의해 동작하며, 상기 입력전압에 의해 메인 클럭을 생성하는 클럭 발생부;
상기 제2 직류 전압에 의해 동작하며, 상기 메인 클럭을 분주하여 오토디밍 레벨에 연관된 작동 클럭을 출력하는 주파수 분주기;
상기 제1 직류 전압을 이용하여 복수의 기준전압을 생성하고, 상기 작동 클럭에 의해 상기 복수의 기준전압을 순차적으로 출력하는 오토디밍 및 DC 레벨 제어부; 및
상기 제2 직류 전압에 의해 동작하며, 순차적으로 출력된 상기 복수의 기준전압을 이용하여 복수의 LED에 인가되는 전류량을 제어하는 LED 드라이버를 포함하는 오토디밍 LED 구동 회로.
청구항 1에 있어서, 상기 오토디밍 및 DC 레벨 제어부는,
상기 작동 클럭에 의해 스위치 선택 신호를 출력하는 쉬프트 레지스터;
상기 제1 직류 전압을 이용하여 상기 복수의 기준전압을 출력하는 기준전압 발생기; 및
상기 스위치 선택 신호에 따라 상기 복수의 기준전압을 순차적으로 출력하는 기준전압 선택 스위치를 포함하는 오토디밍 LED 구동 회로.
청구항 2에 있어서, 상기 오토디밍 및 DC 레벨 제어부는,
상기 입력전압이 인가된 후 조명 턴 온 신호가 입력되기 이전에 상기 복수의 기준전압 중 LED의 밝기를 최소로 하는 기준전압을 출력하며
조명 턴 온 신호가 입력되면 상기 복수의 기준전압을 순차적으로 출력하는 오토디밍 LED 구동 회로.