KR20190128573A - 기준전압원을 포함한 ac 직결형 발광 다이오드 구동장치 - Google Patents

기준전압원을 포함한 ac 직결형 발광 다이오드 구동장치 Download PDF

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Abstract

AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다. AC 직결형 발광 다이오드 구동장치는 정류부와, 상기 정류부로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하며 직렬로 연결되어있는 적어도 두 개의 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드부; 발광 다이오드에 개별적으로 연결되어, 발광 다이오드에 제공될 수 있는 최대 전압을 제한하는 포함하는 공통 게이트부; 서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 개별적인 발광 다이오드에 흐르는 구동 전류의 경로를 제어하는 스위칭 소자를 포함하는 전류 절환부와; 공통게이트, 및 스위칭 소자 사이에 연결되며, 스위칭 소자에 흐르는 전류와 동기된 충전 전류를 발생시키는 충전전류 제어부와; 상기 충전 전류를 받아 전압을 충전하는 기준전압원과; 상기 충전전류 제어부에 아노드가 연결되고 상기 기준전압원에 캐소드가 연결되어 상기 충전 전류를 상기 충전전류 제어부로부터 상기 기준전압원으로 흐르게 하는 다이오드부를 포함 포함할 수 있다.

Description

기준전압원을 포함한 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치{AC DIRECT LED DRIVER INCLUDING REFERENCE VOLTAGE SOURCE}
본 발명은 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 대한 것으로, 보다 구체적으로 인덕터나 트랜스포머를 사용하지 않고 고효율 및 고전류 구동 특성을 갖는 기준전압원을 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에 관한 것이다.
컨버터를 사용하는 LED 구동장치의 경우 시스템의 구성이 복잡하고 시스템의 크기와 무게를 감소시키기 힘든 단점이 있다. 또한, 역률(Power Factor) 향상을 위해서는 별도의 역률 보정 회로를 사용해야 하고, 스위칭 시 발생하는 전자파 발생을 억제하기 위한 추가적인 회로를 필요로 하므로 생산원가가 높은 문제점이 있다.
반면, 별도의 컨버터를 사용하지 않는 교류 전원 직결형 리니어 방식의 LED 구동장치의 경우, 상용 전원인 교류 전원을 직접 이용하여 전류를 제어하므로, 컨버터 방식에 비해 회로가 단순하고 역률이나 전자파 발생에 대비한 추가적인 보정 회로가 없어도 우수한 특성을 나타낸다. 또한, 컨버터 방식, 즉 SMPS(Switching Mode Power Supply) 대비 수명이 길고 신뢰성이 높은 장점이 존재한다.
그러나 DALI(Digital Addressable Lighting Interface)　나 지그비(ZIGBEE) 등과 같은 통신을 통한 조명의 다양한 제어를 위해서는 별도의 기준전압원이 필요한데 SMPS 방식의 경우 조명 구동을 위해서 트랜스포머에서 하나의 추가적인 탭을 사용하면 고효율의 전압원을 만들 수 있다.
하지만, AC 직결형 방식에서는 트랜스포머나 인덕터를 사용하지 않기 때문에 스위칭 방식에 비해서 사용할 수 있는 일반적인 리니어 방식의 기준전압원으로는 효율이 매우 낮아지는 단점이 있다. 이는 입력 전압과 출력 전압차가 크기 때문에 일반적인 방법으로 큰 전류의 구동이 가능한 리니어 기준전압원을 만들 시에는 효율이 매우 낮거나 전압을 형성하는 방식에 따라서는 THD(total harmonic distortion) 특성이 나빠지게 된다.
예를 들어, AC 220V를 기준전압 12V로 변환하는 경우, 개략적인 효율을 계산하면 최소 5.45%(12/220*100) 정도도 매우 낮아진다. 이와 같은 경우에는 저효율과 열 발생 등의 이유로 전압 레귤레이터에서 공급할 수 있는 전류가 매우 낮을 경우에는 (통상적으로 12V/1mA 이하) 사용이 가능하지만 출력 전류의 요구가 1mA 이상인 많은 응용 회로의 기준전압원으로 사용하기에는 적합하지 않을 수 있다.
종래의 트랜스포머나 인덕터를 사용하지 않는 기준전압원에서 큰 전류 구동을 하기 위해서는 큰 값을 갖는 캐패시터를 이용하여 입력 전압이 낮은 구간에서만 충전하고, 높은 전압 구간에서는 낮은 구간에서 충전된 전압을 사용하는 방식이 사용되고 있다.
도 1a는 종래의 AC 입력에서 사용 가능한 간단한 형태의 리니어 기준전압원을 나타내는 회로도이고, 도 1b는 도 1a의 리니어 기준전압원 회로에 대한 입력전압 및 전류를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 정류부는 교류 전원(VAC)으로부터 교류 전원 전압을 인가 받고, 인가된 전압을 정류하며, 정류된 전류를 발광 다이오드부(미도시)로 공급하는 역할을 한다. 이렇게 정류된 전압은 높은 전압에서 충전되어 기준전압(VDD)으로 출력된다.
도 1b는 정류된 입력 전원(VIN)과, 기준전압(VDD) 및 입력 전류(IIN)을 나타낸다.
입력 전원(VIN)이 충전되면 입력 전원보다 낮는 충전 전압(VDD)이 기준 전압이 되고, 기준 전압에 따라 입력 전류(IIN)의 흐름이 제어된다.
또한, 도 2a는 종래의 AC 입력에서 사용 가능한 다른 리니어 기준전압원을 나타내는 회로도이고, 도 2b는 도 2a의 리니어 기준전압원 회로에 대한 입력전압 및 전류를 나타낸 그래프이다.
도 2a는 도 1a와 비교하여 정류부와 기준전압 출력 사이에 충전되는 전압을 조절하기 위하여 레퍼런스 전압을 제어하는 비교기를 더 포함하고 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 경우 짧은 충전 시간 동안 높은 충전 전류가 발생한다.
또 다른 예를 들자면, 도 3a는 종래의 기준전압원을 적용한 2채널 리니어 방식의 구동 회로를 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3a의 2채널 리니어 기준전압원 회로에 대한 입력전압, 전류와 발광 다이오드 구동 전류를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 종래의 AC직접 구동 기반의 LED 조명회로는 교류전압을 전파정류하는 브리지 정류기, 정류된 직류전류에 의해 빛을 발생하는 LED 1 및 LED 2, LED 1 및 LED 2의 온 오프를 제어하는 스위치부를 포함한다.
스위치부는 LED의 출력단자(e.g., 캐소드)에 각각 병렬 연결된 스위치 소자로 구성될 수 있다. 이러한 스위치 소자는 MOSFET로 구성될 수 있다. 스위치 소자가 MOSFET로 구성되는 경우 각 LED의 출력단자(e.g., 캐소드)에 각 MOSFET의 드레인이 병렬로 연결된다. 이와 같이 구성된 종래의 AC 직접 구동 기반의 LED조명회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
전원부로부터 AC전압이 입력되면, 브리지 정류기는 AC 전압을 전파정류하여 도 3b의 (a)와 같은 맥류 파형의 동작 교류 전압(LED 구동전압)을 출력한다.
동작 교류전압은 복수의 LED로 입력된다. 동작 교류전압은 낮은 전압에 서부터 점진적으로 증가하기 때문에 동작 교류 전압이 낮은 경우 스위치부 내의 스위치 소자는 제어 회로(미도시)의 제어에 따라 모두가 오프(Off)상태(즉, Open 상태)에 있게 된다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 동작 교류전압이 증가하여 발광부의 첫 번째 LED 1의 임계전압(VLED1)보다 커지면 첫 번째 스위치 소자는 온(On) 상태(즉, Close)에 있게 된다. 따라서, 첫 번째 LED 1와 첫 번째 스위치 소자를 통해 전류 경로가 형성되어 첫 번째 LED 1가 발광한다. 이때, 각 LED를 통해 흐르는 전류는 동작 교류전압의 증가/감소에 비례하여 증가/감소된다.
이후 동작 교류전압이 증가하여 두 번째 LED 2의 임계전압(VLED2)보다 커지면 첫 번째 스위치 소자는 오프(Off) 상태(즉, Open), 두 번째 스위치 소자는 온 상태(즉, Close)에 있게 된다. 그 결과 두 개의 LED 1, LED 2와 두 번째 스위치 소자를 통하여 전류 경로가 형성되어 첫 번째 및 두 번째 LED가 발광한다.
이후 동작 교류전압이 감소하면 반대로 스위치 소자가 순차적으로 오프(Off) 상태가 되어, LED 1, LED 2는 순차적으로 발광하지 않게 된다.
도 3b의 (b)는 첫 번째 스위치 소자가 온 되었을 때 LED 1의 구동 전압에 따라 LED 1에 흐르는 전류를 도시한 것이고, (c)는 두 번째 스위치 소자가 턴온되어 스위칭 소자에 흐르는 전류를 도시한 것이고, (d)는 두 번째 스위치 소자가 턴온 되었을 때 LED 1에 흐르는 전류, 즉 입력 전류(IIN)를 도시한 것이고, (e)는 이러한 전류에 의하여 발생하는 기준전압을 도시한 것이고, (f)는 충전 전류, LED 1 및 LED 2의 발광에 따른 입력 전류를 도시한 도면이다.
도 1a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 입력 전압이 낮은 구간에서만 충전하고, 높은 전압 구간에서는 낮은 구간에서 충전된 전압을 사용하는 방식의 경우, 짧은 충전 시간 동안 발생된 높은 충전 전류로 인하여 역률이 감소하고 THD가 크게 증가하여 LED 조명에서 요구되는 전기적 특성을 만족시키지 못하는 문제가 발생한다.
시스템이 간단하면서도 역률이나 THD 특성이 우수한 기준전압원이 없으면 통신을 통한 다양한 조명 제어와 같은 많은 전류 공급이 필요한 응용조명분야에 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치는 사용할 수 없게 된다.
따라서, 별도의 SMPS를 사용하지 않는 AC 직결형 발광 다이오드 구동 장치의 장점을 유지하면서 역률이나 THD의 특성 저하를 최소화할 수 있는 고효율 기준전압원이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고효율 및 고전류 공급이 가능한 기준전압원을 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 역률 및 THD 특성 감소가 적은 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예예 따른 발광 다이오드 구동장치는 교류 전원 전압을 인가 받아 정류하는 정류부; 상기 정류부로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하며 직렬로 연결되어있는 적어도 두 개의 제1 발광 다이오드 및 제2 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드부; 기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드에 개별적으로 연결되어, 상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드에 제공될 수 있는 최대 전압을 제한하는 제1 공통 게이트와 제2 공통 게이트를 포함하는 공통 게이트부; 서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 상기 제1 발광 다이오드 및 상기 제2 발광 다이오드에 흐르는 구동 전류의 경로를 제어하는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 포함하는 전류 절환부와; 기 제1 공통 게이트와 상기 제2 공통게이트, 및 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자 사이에 연결되며, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류와 동기된 충전 전류를 발생시키는 충전전류 제어부와; 기 충전 전류를 받아 전압을 충전하는 기준전압원과; 상기 충전전류 제어부에 아노드가 연결되고 상기 기준전압원에 캐소드가 연결되어 상기 충전 전류를 상기 충전전류 제어부로부터 상기 기준전압원으로 흐르게 하는 제1 다이오드와 제2 다이오드를 포함하는 다이오드부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 충전전류 제어부는 상기 제1 공통 게이트와 상기 제1 스위칭 소자 사이에 연결되는 제1 충전전류 제어부와 상기 제2 공통 게이트와 상기 제2 스위칭 소자 사이에 연결되는 제2 충전전류 제어부를 포함하고, 상기 제1 공통 게이트의 드레인은 상기 제1 발광 다이오드의 캐소드에 연결되고, 상기 제1 공통 게이트의 소오스는 상기 제1 충전전류 제어부에 연결되고, 상기 제1 공통 게이트의 게이트는 기설정된 입력전압원에 연결되어 상기 제1 전류 절환부에서 발생한 구동전류를 상기 제1 발광 다이오드로 제공하고, 상기 제2 공통 게이트의 드레인은 상기 제2 발광 다이오드의 캐소드에 연결되고, 상기 제2 공통 게이트의 소오스는 상기 제2 충전전류 제어부에 연결되고, 상기 제2 공통 게이트의 게이트는 기설정된 입력전압원에 연결되어 상기 제2 전류 절환부에서 발생한 구동전류를 상기 제2 발광 다이오드로 제공할 수 있다.
또한, 상기 제1 충전전류 제어부의 제1 단자는 상기 제1 공통 게이트에 연결되고, 상기 제1 충전전류 제어부의 제2 단자는 상기 제1 스위칭 소자에 연결되며, 상기 제1 충전전류 제어부의 제3 단자는 상기 제1 다이오드에 연결되고, 상기 제2 충전전류 제어부의 제1 단자는 상기 제2 공통 게이트에 연결되고, 상기 제2 충전전류 제어부의 제2 단자는 상기 제2 스위칭 소자에 연결되며, 상기 제2 충전전류 제어부의 제3 단자는 상기 제2 다이오드에 연결될 수 있다.
또한, 상기 전류 전환부는 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 더 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자는, 게이트 단자는 제1 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제1 충전전류 제어부에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제1 MOSFET을 포함하고, 상기 제1 MOSFET은 상기 제1 레벨이 상기 제1 발광 다이오드의 구동 전압 이상이고 상기 제1 발광 다이오드의 구동 전압 및 상기 제2 발광 다이오드의 구동 전압의 합 이하인 경우 턴온되고, 상기 제2 스위칭 소자는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제2 충전전류 제어부에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제2 MOSFET을 포함하고, 상기 제2 MOSFET는 상기 제2 레벨이 상기 제1 발광 다이오드의 구동 전압 및 상기 제2 발광 다이오드의 구동 전압의 합을 초과하는 경우에 턴온될 수 있다.
한편, 상기 제1 공통 게이트 및 상기 제2 공통 게이트는 NPN 트랜지스터 또는 IGBT를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 충전전류 제어부 및 상기 제2 충전전류 제어부는 캐스코드 전류미러, 윌슨 전류미러, 위들러 전류미러 및 피킹 전류미러 중 적어도 하나의 형태로 구현된 전류미러회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 충전전류 제어부 및 상기 제2 충전전류 제어부는 앰프를 포함하여 충전 전류를 발생시키는 전류미러회로를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 충전전류 제어부 및 상기 제2 충전전류 제어부는 저항과 PMOS 트랜지스터를 사용하여 충전 전류를 발생시키는 전류미러회로를 포함할 수 있다.
한편, 선택적으로 상기 전류 전환부는 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 더 포함하고, 상기 충전전류 제어부는, 상기 저항에 의하여 발생하는 저항 전압과 기설정된 기준 전압을 입력 받는 비교기와; 상기 비교기의 출력에 연결되고, 상기 비교기의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치 및 제2 스위치와, 상기 제1 스위치와 상기 제1 다이오드 사이에 연결되어 있는 제1 저항과 상기 제2 스위치와 상기 제2 다이오드 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하고, 상기 저항 전압이 상기 기준 전압 보다 낮으면 상기 제1 스위치는 턴온되고 상기 제2 스위치는 턴오프 되고, 상기 저항 전압이 상기 기준 전압 보다 높으면 상기 제1 스위치는 턴오프되고 상기 제2 스위치는 턴온될 수 있다.
여기서, 상기 발광 다이오드부가 N개의 발광 다이오드를 포함하고, 상기 공통 게이트부가 N개의 공통 게이트를 포함하고, 상기 전류 절환부가 N개의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 다이오드 부가 N개의 다이오드를 포함하고, 상기 충전전류 제어부는 상기 저항 전압과 각각 상이한 기설정된 N-1개의 기준 전압을 입력 받는 N-1개의 비교기와, 상기 N-1개의 비교기의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프 되는 N개의 스위치와, 상기 N-1개의 비교기의 출력에 따라 상기 N개의 스위치를 턴온 또는 턴오프하는 로직 블록과, 상기 N개의 스위치와 상기 N개의 다이오드 사이에 연결되어 있는 N개의 저항을 포함할 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 전류 절환부는 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 더 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자는 게이트 단자는 제1 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제1 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제1 MOSFET을 포함하고, 상기 제2 스위칭 소자는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제2 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제2 MOSFET을 포함하고,
상기 충전전류 제어부는, 상기 제2 MOSFET의 드레인 전압과 상기 제2 MOSFET의 소오스 전압을 입력 받는 비교기와; 상기 비교기의 출력에 연결되고, 상기 비교기의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치 및 제2 스위치와, 상기 제1 스위치와 상기 제1 다이오드 사이에 연결되어 있는 제1 저항과 상기 제2 스위치와 상기 제2 다이오드 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하고, 상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 제2 MOSFET의 소오스 전압 보다 낮으면 상기 제1 스위치는 턴온되고 상기 제2 스위치는 턴오프 되고, 상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 제2 MOSFET의 소오스 전압 보다 높으면 상기 제1 스위치는 턴오프되고 상기 제2 스위치는 턴온될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 전류 절환부는 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 더 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자는 게이트 단자는 제1 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제1 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제1 MOSFET을 포함하고, 상기 제2 스위칭 소자는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제2 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제2 MOSFET을 포함하고,
상기 충전전류 제어부는, 상기 제2 MOSFET의 드레인 전압과 상기 기설정된 기준 전압을 입력 받는 비교기와; 상기 비교기의 출력에 연결되고, 상기 비교기의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치 및 제2 스위치와, 상기 제1 스위치와 상기 제1 다이오드 사이에 연결되어 있는 제1 저항과 상기 제2 스위치와 상기 제2 다이오드 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하고, 상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 기설정된 기준 전압 보다 낮으면 상기 제1 스위치는 턴온되고 상기 제2 스위치는 턴오프 되고, 상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 기설정된 기준 전압 보다 높으면 상기 제1 스위치는 턴오프되고 상기 제2 스위치는 턴온될 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 전류 절환부는 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 더 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자는 게이트 단자는 제1 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제1 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제1 MOSFET을 포함하고, 상기 제2 스위칭 소자는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제2 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제2 MOSFET을 포함하고, 상기 충전전류 제어부는, 상기 제2 MOSFET의 드레인 전압과 상기 제2 MOSFET의 소오스 전압을 검출하는 NMOS 또는 NPN 트랜지스터와; 상기 NMOS 또는 NPN 트랜지스터의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치 및 제2 스위치와, 상기 제1 스위치와 상기 제1 다이오드 사이에 연결되어 있는 제1 저항과 상기 제2 스위치와 상기 제2 다이오드 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하고, 상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 기설정된 기준 전압 보다 낮으면 상기 제1 스위치는 턴온되고 상기 제2 스위치는 턴오프 되고, 상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 기설정된 기준 전압 보다 높으면 상기 제1 스위치는 턴오프되고 상기 제2 스위치는 턴온될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 발광 다이오드 구동장치는, 교류 전원 전압을 인가 받아 정류하는 정류부; 상기 정류부로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하며 직렬로 연결되어있는 적어도 두 개의 제1 발광 다이오드 및 제2 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드부; 서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 상기 제1 발광 다이오드 및 상기 제2 발광 다이오드에 흐르는 구동 전류의 경로를 제어하는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자, 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 포함하는 전류 절환부와; 상기 제1 스위칭 소자와 상기 저항 사이에 연결되는 제1 충전전류 제어부와 상기 제2 스위칭 소자와 상기 저항 사이에 연결되는 제2 충전전류 제어부를 포함하며, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류와 동기된 충전 전류를 발생시키는 충전전류 제어부와; 상기 충전 전류를 받아 전압을 충전하는 기준전압원과; 상기 충전전류 제어부에 아노드가 연결되고 상기 기준전압원에 캐소드가 연결되어 상기 충전 전류를 상기 충전전류 제어부로부터 상기 기준전압원으로 흐르게 하는 제1 다이오드와 제2 다이오드를 포함하는 다이오드부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고효율 및 고전류 공급이 가능한 기준전압원을 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 역률 및 THD 특성 감소가 적은 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 고주파수의 스위칭 동작이 수반되지 않기 때문에 EMI 필터와 같은 노이즈 필터가 필요 없으므로 전체 시스템이 매우 간단하고 제조 원가를 절감할 수 있는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다양한 전류 미러를 포함하는 충전 제어부를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전류 전환부에 포함되는 스위칭 소자의 전압을 센싱하여 충전 전류를 제어할 수 있는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비교기를 포함하여 충전 전류를 제어할 수 있는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전계 효과 다이오드를 사용하여 충전 전류를 제어할 수 있는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발광 다이오드의 인가되는 최대 전압을 조절하고 충전 전류에 흐르는 전류를 발광 다이오드로 흐르게 할 수 있는 전류 전환부를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 제공된다.
도 1a는 종래의 AC 입력에서 사용 가능한 간단한 형태의 리니어 기준전압원을 나타내는 회로도이다.
도 1b는 도 1a의 리니어 기준전압원 회로에 대한 입력전압 및 전류를 나타낸 그래프이다.
도 2a는 종래의 AC 입력에서 사용 가능한 다른 리니어 기준전압원을 나타내는 회로도이다.
도 2a는 도 2a의 리니어 기준전압원 회로에 대한 입력전압 및 전류를 나타낸 그래프이다.
도 3a는 종래의 기준전압원을 적용한 2채널 리니어 방식의 구동 회로를 나타낸 도면이다.
도 3b는 도 3a의 2채널 리니어 기준전압원 회로에 대한 입력전압, 전류와 발광 다이오드 구동 전류를 나타낸 도면이다.
도 4a은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 4b은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에서, 기준전압원에 공급되는 전류와 부하에서 소비되는 전류가 같을 경우 각 소자의 전류 및 전압의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4c은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에서, 기준전압원에 공급되는 전류가 부하에서 소비되는 전류보다 더 클 경우 각 소자의 전류 및 전압의 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 4 채널의 발광 다이오드를 구동하는 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따라 충전전류 제어부에 포함되는 전류미러회로 사용될 수 있는 윌슨 전류미러를 나타낸 도면이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따라 충전전류 제어부에 포함되는 전류미러회로 사용될 수 있는 위들러 전류미러를 나타낸 도면이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따라 충전전류 제어부에 포함되는 전류미러회로 사용될 수 있는 피킹 전류미러를 나타낸 도면이다.
도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따라 충전전류 제어부에 포함되는 전류미러회로 사용될 수 있는 앰프를 나타낸 도면이다.
도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따라 충전전류 제어부에 포함되는 전류미러회로 사용될 수 있는 또 다른 피킹전류미러를 나타낸 도면이다.
도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따라 충전전류 제어부에 포함되는 전류미러회로 사용될 수 있는 저항과 PMOS를 사용한 회로를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전전류 제어부를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 발광 다이오드를 구동하는 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 9은 도 7의 충전전류 제어부에 다른 스위칭 소자를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전전류 제어부를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 11은 도 10의 충전전류 제어부에 다른 스위칭 소자를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 비교기를 포함하는 충전전류 제어부를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 13은 도 12의 충전전류 제어부에 다른 스위칭 소자를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 NMOS를 이용하는 비교기를 포함하는 충전전류 제어부를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 15는 도 14의 충전전류 제어부에 다른 스위칭 소자를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미 한다.
도 4a은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치는 정류부(100), 발광 다이오드부(200), 공통 게이트부(300), 충전전류 제어부(400), 다이오드부(600), 전류 절환부(500) 및 기준전압원(700)을 포함할 수 있다.
정류부(100)는 교류 전원(AC)으로부터 교류 전원 전압을 인가받고, 인가된 전압을 정류하며, 정류된 전류를 발광 다이오드부(200)로 공급하는 역할을 한다. 도시된 바와 같이, 정류부(100)는 브릿지(Bridge) 다이오드일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 양과 음 두 가지 방향으로 변화하는 교류 전류를 한 가지 방향만 갖는 전류로 변환시킬 수 있는 한 어떠한 회로로 구현될 수 있다.
발광 다이오드부(200)는 정류부(100)로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하며, 직렬로 연결되어있는 적어도 두 개의 제1 발광 다이오드(210) 및 제2 발광 다이오드(220)를 포함할 수 있다.
발광 다이오드부(200)가 N개(N은 2 이상의 자연수)의 발광 다이오드를 포함한다면, 각 발광 다이오드의 캐소드는 이에 대응하는 공통 게이트에 각각 연결될 수 있고, 이를 통하여 발광 다이오드에 흐르는 전류가 검출될 수 있다.
공통 게이트부(300)는 제1 발광 다이오드(210)와 제2 발광 다이오드(220)에 개별적으로 연결되어, 제1 발광 다이오드(210)와 상기 제2 발광 다이오드(220)에 제공될 수 있는 최대 전압을 제한하는 제1 공통 게이트(310)와 제2 공통 게이트(320)를 포함한다.
또한, 공통 게이트부(300)는 충전전류 제어부(400)와 전류 절환부(500)에 연결되어 전류 절환부(500)에 흐르는 전류와 이 전류에 동기되어 발생하는 충전 전류를 모두 발광 다이오드부(200)에 흐르게 하는 역할을 한다.
도시된 바와 같이, 제1 공통 게이트(310)의 드레인은 제1 발광 다이오드(210)의 캐소드에 연결되고, 소오스는 제1 충전전류 제어부(410)에 연결되고, 게이트는 기설정된 입력전압원에 연결되어 제1 전류 절환부(500)에서 발생한 구동전류(I1)를 제1 발광 다이오드(210)로 제공한다.
유사하게, 제2 공통 게이트(320)의 드레인은 제2 발광 다이오드(220)의 캐소드에 연결되고, 소오스는 제2 충전전류 제어부(420)에 연결되고, 게이트는 기설정된 입력전압원에 연결되어 제2 전류 절환부(500)에서 발생한 구동전류(I2)를 제2 발광 다이오드(220)로 제공한다.
공통 게이트(310. 320)에 연결된 기설정된 입력전압원은 기준전압원이 출력할 수 있는 최대 전압, 즉 발광 다이오드에 제공되는 최대 전압이 될 수 있다. 이러한 공통 게이트(310. 320)의 입력전압원은 임의로 설정되고, 발광 다이오드의 사양에 따라 변경될 수 있다.
이러한 제1 공통 게이트(310) 및 제2 공통 게이트(320)는 NPN 트랜지스터 또는 IGBT로 구현될 수 있다.
충전전류 제어부(400)는 공통 게이트부(300)와 전류 절환부(500) 사이에 연결되어 전류 절환부(500)에 흐르는 전류와 동기된 충전 전류를 발생시킨다.
충전전류 제어부(400)는 제1 공통 게이트(310)와 전류 절환부(500)의 제1 스위칭 소자(510)에 연결되며, 제1 스위칭 소자(510)에 흐르는 전류와 동기된 충전 전류를 발생시키는 제1 충전전류 제어부(410), 제2 공통 게이트(320)와 전류 절환부(500)의 제2 스위칭 소자(520)에 연결되며, 제2 스위칭 소자(520)에 흐르는 전류와 동기된 충전 전류를 발생시키는 제2 충전전류 제어부(420)를 포함할 수 있다.
제1 충전전류 제어부(410)의 제1 단자는 제1 공통 게이트(310)에 연결되고, 제2 단자는 제1 스위칭 소자(510)에 연결되며, 제3 단자는 제1 다이오드(610)에 연결되고, 제2 충전전류 제어부(420)의 제1 단자는 제2 공통 게이트(320)에 연결되고, 제2 단자는 제2 스위칭 소자(520)에 연결되며, 제3 단자는 제2 다이오드(620)에 연결되어 있다.
전류 절환부(500)는 서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 제1 발광 다이오드(210) 및 제2 발광 다이오드(220)에 흐르는 구동 전류의 경로를 제어하는 제1 스위칭 소자(510) 및 제2 스위칭 소자(520), 접지단과 연결되어 제1 스위칭 소자(510)와 제2 스위칭 소자(520)에 흐르는 전류를 결정하는 저항(Rs)을 포함할 수 있다.
제1 스위칭 소자(510)는, 게이트 단자는 제1 레벨의 입력전압(V1)을 입력 받고, 드레인 단자는 제1 충전전류 제어부(410)에 연결되며, 소오스 단자는 저항(Rs)에 연결되는 제1 MOSFET으로 구현될 수 있고, 이 때, 제1 MOSFET은 제1 레벨이 제1 발광 다이오드(210)의 구동 전압 이상이고 제1 발광 다이오드(210)의 구동 전압 및 제2 발광 다이오드(220)의 구동 전압의 합 이하인 경우 턴온된다.
또한, 제2 스위칭 소자(520)는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압(V2)을 입력 받고, 드레인 단자는 제2 충전전류 제어부(420)에 연결되며, 소오스 단자는 저항(Rs)에 연결되는 제2 MOSFET으로 구현될 수 있고, 이 때, 제2 MOSFET은 제2 레벨이 제1 발광 다이오드(210)의 구동 전압 및 제2 발광 다이오드(220)의 구동 전압의 합을 초과하는 경우에 턴온될 수 있다.
기준전압원(700)은 충전 전류를 받아 전압을 충전하고 이를 부하에 제공하는 역할을 한다. 본 실시예의 경우, 기준전압원(700)은 제1 발광 다이오드(210)와 제2 발광 다이오드(220)를 구동하는 전원으로 사용된다.
충전 전류의 전달을 위하여 다이오드부(600)는 제1 충전전류 제어부(410)에 아노드가 연결되고 기준전압원(700)에 캐소드가 연결되어 충전 전류를 제1 충전전류 제어부(400)로부터 기준전압원(700)으로 흐르게 하는 제1 다이오드(610)와 제2 충전전류 제어부(420)에 아노드가 연결되고 기준전압원(700)에 캐소드가 연결되어 충전 전류를 제2 충전전류 제어부(420)로부터 기준전압원(700)으로 흐르게 하는 제2 다이오드(620)를 포함할 수 있다.
도 4b은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에서, 기준전압원에 공급되는 전류와 부하에서 소비되는 전류가 같을 경우 각 소자의 전류 및 전압의 파형을 나타낸 도면이다.
도 4b를 참조하여 본 실시예에 따른 각 소자의 전류 및 전압을 설명하면 다음과 같다.
상술한 바와 같이, 전류 절환부(500)는 입력 전압 레벨(V1, V2)에 따라 발광 다이오드를 선택적으로 구동하는 역할을 하는데, 제1 발광 다이오드(210)가 턴온하기에 충분할 경우 제1 발광 다이오드(210)를 구동하는 전류를 발생시키고, 제 1 발광 다이오드(210)와 직렬로 연결된 제2 발광 다이오드(220)까지 턴온하기에 충분한 전압일 경우 제1 발광 다이오드(210)를 구동하는 제1 스위칭 소자(M1, 510)을 턴오프시키고 제2 발광 다이오드(220)를 구동하는 제2 스위칭 소자(M2, 520)를 턴온하여 직렬로 연결된 제1 발광 다이오드(210) 및 제2 발광 다이오드(220)를 구동한다.
입력 전압이 제1 발광 다이오드(210)가 턴온하기에 충분할 경우(VLED1) 도 4b의 (a)와 같이 전류 절환부(500) 동작에 의해서 제1 스위칭 소자(M1, 510)에는 전류 I1 = (V1-VGS) / RS 의 전류가 흐르고 제2 스위칭 소자(M2, 520)에는 전류 I2 = 0A가 흐른다.
이 경우 제1 충전전류 제어부(410)는 전류 미러의 동작에 의해서 I1에 동기화된 충전 전류 IC1를 생성한다. IC1은 도 4b의 (b)와 같이 I1에 비례하거나 일정한 전류값을 가질 수 있다.
후속적으로, 입력 전압이 제2 발광 다이오드(220)까지 턴온하기에 충분할 경우 (VLED1 + VLED2), 도 4b의 (c)와 같이 제1 스위칭 소자(M1, 510)에는 흐르는 전류는 I1 = 0A 가 되고, 제2 스위칭 소자(M2, 520)에는 전류 I2 = (V2-VGS) / RS 가 흐른다.
이 때, 도 4b의 (d)와 같이 충전 전류 IC1 는 0 A가 되고 제2 충전전류 제어부(420)에는 I2에 동기화된 충전 전류 IC2가 생성 된다.
이와 같이 IC1 과 IC2는 각각 I1과 I2에 동기되어 생성되며, 대응되는 각 전류가 흐르지 않을 때에는 같이 흐르지 않게 동작한다.
도 4b의 (e) 및 도 4b의 (f)는 제2 스위칭 소자(520)가 턴온 되었을 때 LED 1에 흐르는 전류, 즉 입력 전류 및 이에 대응하여 생성된 충전 전류 도시한 것이고, (g)는 이러한 전류에 의하여 발생하는 기준전압을 도시한 것이다.
또한, 각 공통 게이트에 흐르는 전류(IL)는 전류 절환부(500)에 흐르는 전류와 충전 전류의 합으로 표현되며, 제1 공통 게이트(310)에 흐르는 전류는 IL1 = I1 + IC1, 제2 공통 게이트(310)에 흐르는 전류는 IL2 = I2 + IC2 가 된다. 그 결과 충전 전류도 전류 절환부(500)의 전류와 동기되어 발광 다이오드(210, 220) 구동에 사용됨에 따라 기준전압원(700)의 효율이 높아지게 되며 역률이나 THD의 특성 감소가 적은 효과가 있다.
정리하면, 충전 전류가 기준전압원(700)의 부하에서 사용되는 전류와 평균값이 같으면, 충전 전류 IC1과 IC2는 I1과 I2에 비례한 파형을 나타내고, 이 경우 발광 다이오드 구동장치는 역률이나 THD 의 감소 없이 동작될 수 있다.
한편, 도 4c은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치에서, 기준전압원에 공급되는 전류가 부하에서 소비되는 전류보다 더 클 경우 각 소자의 전류 및 전압의 파형을 나타낸 도면이다.
일반적으로 부하에서 요구되는 전류보다 충전 전류가 크기 때문에 충전 전류 IC2가 IC1에 비해 전류값이 크고 동작 구간이 넓어 IC2가 동작하는 구간 동안 기준전압원(700)의 출력 전압(VOUT)은 최대값인 VOUT , MAX = VG - VGS - VOV로 상승하게 된다. 여기서, VOV는 제2 스위칭 소자(M2)의 오버드라이브 전압(overdrive voltage)을 의미하며, 스위칭 소자가 포화 상태일 때의 전압을 의미한다.
이와 같이, 출력 전압이 최대값에 도달할 경우 충전 전류(IC2)는 도 4c의 (d)와 같이 감소하게 된다. 기준전압원(700)에서 필요한 전류는 발광 다이오드(210, 220) 구동 전류에 비해 작은 값이고 충분히 긴 시간 동안 충전되기 때문에 (도 4c의 (d)) 때문에 종래의 방식과 같은 짧은 시간에 충전시키는 것과는 달리 입력전류 파형 형태를 크게 왜곡하지 않는다. 이를 통해 부하에서 요구되는 전류보다 충전 전류가 크다 할지라도 역률이나 THD 특성의 변화는 최소화가 된다.
이와 같이, 본 실시예에 따르는 발광 다이오드 구동장치는 AC 입력 전압의 증감에 따라 발광 다이오드 전압에 맞게 전류를 구동하는 전류 절환부(500)에 동기되어 기준전압원(700)에 전류를 공급하고 동시에 이 전류가 발광 다이오드(210, 220)를 구동함으로써 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치가 갖는 고역률과 저 THD 특성은 유지하면서도 효율이 높고 고전류 구동이 가능한 기준전압원을 제공할 수 있다.
또한, 이와 같은 기준전압원은 인덕터나 트랜스포머를 사용하지 않으면서도 조명의 효율과 역률을 증가시키고 THD 특성의 저하를 최소화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 4 채널의 발광 다이오드를 구동하는 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예예 따른 발광 다이오드 구동장치는 4개의 발광 다이오드(200)를 구동하기 위하여 4개의 NMOS로 이루어진 공통 게이트부(300), 공통 게이트부(300)에 연결되어 있으며 4개의 발광 다이오드의 온/오프를 제어하는 전류 절환부(500), 전류 절환부(500)에 연결되어 이에 대응하는 개별적인 충전 전류를 생성하기 위한 충전전류 제어부(400), 4개의 다이오드를 포함하는 다이오드부(600)를 포함한다.
본 실시예에 따를 경우, 도 4a의 2개의 발광 다이오드 구동에 비해 4 단계로 입력 전류가 형성되어 더 높은 역률과 더 낮은 값의 THD를 기대할 수 있다. 충전전류 제어부(400)의 동작이 4 단계로 나누어서 동작할 뿐 동작 원리는 2채널과 동일하다. 채널의 수가 많아질수록 구동 효율, 역률 및 THD 특성이 더 개선되기 때문에, 발광 다이오드 수가 증가할수록 기준전압원(700)의 충전 동작에 따른 THD의 특성 감소 현상은 더 작아지게 된다.
본 발명에 따라 복수의 채널, 즉 복수의 발광 다이오드 N개를 구동하는 발광 다이오드 구동장치의 구성을 정리하면 다음과 같다.
발광 다이오드 구동장치는 발광 다이오드를 N 개 사용할 경우, 각 발광 다이오드의 캐소드에 각각 연결되는 N 개의 공통 게이트, 각 공통 게이트의 소오스에 연결되는 N 개의 충전전류 제어부, N 개의 충전전류 제어부에 각 스위칭 소자의 드레인이 연결되는 전류 절환부, 각 충전전류 제어부에 아노드가 연결되는 N 개의 다이오드, N 개의 다이오드의 캐소드에 연결되는 기준전압원을 포함할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 발명의 일 실시예에 따라 충전전류 제어부(400)에 포함되는 전류미러회로를 도시한 도면이다.
도 6a는 전류 미러로 사용된 윌슨 전류미러를 도시하고 있고, 도 6b는 전류 미러로 사용된 위들러 전류미러, 도 6c는 피킹 전류미러를 도시하고 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전전류 제어부(400)는 도 6d와 같이 앰프를 포함하여 구현될 수도 있고, 도 6e와 같이 또 다른 피킹 회로로 구현될 수 도 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 충전전류 제어부(410) 및 제2 충전전류 제어부(420)는 도 6f와 같이 저항과 PMOS 트랜지스터를 사용하여 충전 전류를 발생시키는 전류미러회로를 포함할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전전류 제어부를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 구동장치는 도 4a에 도시되어 있는 정류부(100), 발광 다이오드부(200), 공통 게이트부(300), 다이오드부(600), 전류 절환부(500) 및 기준전압원(700)을 포함할 수 있다.
다만, 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400a)는 도 4a의 충전전류 제어부(400)가 아닌 변형된 방식으로 충전 전류를 제어한다. 도 4a의 충전전류 제어부(400)는 전류 절환부(500)의 전류 절환을 감지하여 동기화된 충전 전류를 생성하는 반면 도 7의 충전전류 제어부(400a)는 전류 절환부(500)에 나타난 전압 변화를 감지하여 동기화된 충전 전류를 생성한다.
이를 위하여 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400a)는 전류 절환부(500)에 포함되어 있는 저항(RS)에 의하여 발생하는 저항 전압(VS)과 기설정된 기준 전압(VREF)을 입력 받는 비교기(431)와, 비교기(431)의 출력에 연결되고, 비교기(431)의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치(Mc1,433) 및 제2 스위치(Mc2 ,435)와, 제1 스위치(433)와 제1 다이오드(610) 사이에 연결되어 있는 제1 저항(R1 , 437)과 제2 스위치(435)와 제2 다이오드(620) 사이에 연결되어 있는 제2 저항(R2 , 439)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 제1 스위치(433)와 제2 스위치(435)가 NMOS로 구현되는 경우, 제1 스위치(433)와 제2 스위치(435)의 게이트는 비교기(430)의 출력과 연결되고, 제1 스위치(433)와 제2 스위치(435)의 드레인에 공통 게이트(310, 320)의 소오스가 연결되고, 제1 스위치(433)와 제2 스위치(435)의 소오스에 제1저항(437) 및 제2 저항(439)이 각각 연결된다.
전류 전환부(500)에서 입력 전압의 크기가 제1 발광 다이오드(210)가 턴온하기에 충분하지만 제2 발광 다이오드(220)가 턴온하기에 충분하지 않을 경우, 제1 스위칭 소자(M1, 510)는 액티브(Active) 영역에서 동작하지만 제2 스위칭 소자(M2, 520)는 트라이드(Triode) 영역에서 동작한다. 따라서, 저항 전압(VS) 또는 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 소오스 전압은 제1 스위칭 소자(M1, 510)의 게이트 전압(V1)에서 제1 스위칭 소자(M1, 510)의 게이트-소오스 간 전압(VGS , M1)의 차로 표현될 수 있다(VS = V1 - VGS , M1 ). 한편, 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 드레인 전압(VD2)은 저항 전압(VS)과 같기 때문에(VD2 = VS), 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 드레인-소오스 간 전압(VDS2)은 0V가 된다.
이후, 입력 전압의 상승으로 제 1 발광 다이오드(210)와 제2 발광 다이오드(220)가 모두 턴온하기에 충분할 경우, V2>V1으로 설정되어 있기 때문에 제2 스위칭 소자(M2, 520)는 턴온하여 액티브 영역에서 동작하고 저항 전압(VS)의 상승으로 제1 스위칭 소자(M1, 510)는 턴오프된다.
이 경우, 저항 전압(VS) 또는 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 소오스 전압은 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 게이트 전압(V2)에서 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 게이트-소오스 간 전압(VGS , M2)의 차로 표현될 수 있다(VS = V2 - VGS , M2).
한편, 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 드레인 전압(VD2)은 제2 공통 게이트(320)의 게이트 전압(VG)에서 제2 공통 게이트(320)의 게이트-소오스 간 전압(VGS)을 뺀 값이 될 수 있다(VD2 = VG -VGS).
상기 VS = V2 - VGS , M2 과 VD2 = VG -VGS의 관계를 통하여 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 드레인-소오스 간 전압(VDS2= VD2- VS)을 정리하면, VDS2 = VG - VGS - V2 + VGS,M2 로 표현할 수 있다.
이 때, 제2 공통 게이트(320)의 게이트-소오스 간 전압(VGS)과 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 게이트-소오스 간 전압(VGS , M2)의 크기가 동일하다고 가정하고, 제2 공통 게이트(320)의 게이트 전압(VG)을 12V, 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 게이트 전압(V2)을 3V라고 가정하면, 대략적으로 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 드레인-소오스 간 전압(VDS2)은 9V 가 된다.
이와 같이 전류가 절환될 때에는 저항 전압(VS), 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 드레인 전압(VD2), 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 드레인-소오스 간 전압(VDS2)이 변경되기 때문에 이를 충전전류 제어부(400a)에서 검출하여 발광 다이오드부(200)의 구동 전류와 기준전압원(700)의 충전 전류를 동기시키는 동작을 수행하게 된다.
이러한 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 전압 변화에 대응하여 제1 스위치(433)와 제2 스위치(435)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
제1 발광 다이오드(210)만 턴온하여 저항 전압(VS)의 전압이 기설정된 기준 전압(VREF)보다 낮을 때 제1 스위칭 소자(M1, 510)가 턴온되고 제2 스위칭 소자(M2, 520)가 턴오프된 상태이기 때문에 비교기(431)에서 이를 검출하여 제1 스위치(Mc1,433)를 턴온시키고 제2 스위치(Mc2 ,435)를 턴오프 시킨다. 이 때 충전 전류(IC1)는 IC1 = (VG - VGS , MC1) / R1 로 표현될 수 있다.
한편, 제 1 발광 다이오드(210) 및 제2 발광 다이오드(220)가 턴온 될 경우 제1 스위칭 소자(M1, 510)는 턴오프 되고 제2 스위칭 소자(M2, 520)는 턴온 되며 저항 전압(VS)이 기준 전압(VREF) 보다 높아져 제1 스위치(Mc1,433)는 턴오프되고 제2 스위치(Mc2 ,435)는 턴온 된다. 이 경우 충전 전류(IC2)는 IC2 = (VG - VGS , MC2) / R2 로 표현될 수 있다.
한편, 2개의 발광 다이오드만 구동할 경우, 비교기(431)의 출력에 따라 제2 스위치(Mc2 ,435) 없이 제2 저항(R2) 만으로도 동작 가능하므로, 제2 스위치(Mc2 ,435)는 충전전류 제어부(400a)의 구성에서 생략될 수 있다.
제1 스위치(Mc1,433)와 제2 스위치(Mc2 ,435)의 동작을 정리하면, 저항 전압(VS)이 기준 전압(VREF) 보다 낮으면 제1 스위치(Mc1,433)는 턴온 되고 제2 스위치(Mc2 ,435)는 턴오프 되고, 저항 전압(VS)이 기준 전압(VREF) 보다 높으면 제1 스위치(Mc1,433)는 턴오프 되고 제2 스위치(Mc2 ,435)는 턴온 된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 발광 다이오드를 구동하는 기준전압원을 갖는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 도 8은 도 7의 전압 변화 검출을 이용한 충전전류 제어부(400b)를 4개의 발광 다이오드 구동에 적용했을 경우를 나타내고 있다. 발광 다이오드가 4 채널이 되었으므로, 발광 다이오드 구동장치 도 5와 같이 4개의 NMOS로 이루어진 공통 게이트부(300), 공통 게이트부(300)에 연결되어 있으며 4개의 발광 다이오드의 온/오프를 제어하는 전류 절환부(500) 및 4개의 다이오드를 포함하는 다이오드부(600)를 포함한다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400b)는 전류 절환부(500)에 포함되어 있는 저항(RS)에 의하여 발생하는 저항 전압(VS)과 기설정된 기준 전압(VREF)을 입력 받는 세 개의 비교기(431a, 431b, 431c)와, 비교기(431a, 431b, 431c)의 출력에 연결되고, 비교기(431a, 431b, 431c)의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치(Mc1,434a) 내지 제4 스위치(Mc4 ,434d)와, 제1 스위치(Mc1,434a) 내지 제4 스위치(Mc4 ,434d)와 제1 다이오드(610) 내지 제4 다이오드(640) 사이에 개별적으로 연결되어 있는 제1 저항(R1 , 438a) 내지 제4 저항(R4 , 438d)을 포함할 수 있다.
또한, 충전전류 제어부(400b)는 3개의 비교기(431a, 431b, 431c)의 출력에 따라 4개의 스위치(434a-434d)를 턴온 또는 턴오프하는 로직 블록(432)을 더 포함할 수 있다.
충전전류 제어부(400b)는, 3개의 비교기(431a, 431b, 431c)의 출력을 이용해서 전류 절환부(500)에 동기된 하나의 충전 경로만 턴온하게 구성된다.
이러한 구동을 위한 조건을 정리하면 전류 절환부(500)의 스위칭 소자의 게이트 전압은 V1< V2< V3< V4 이며, 비교기(431a, 431b, 431c)의 기준 전압은 VREF1< VREF2< VREF3를 만족하며, 전류 절환부(500)의 제1 스위치(Mc1,434a) 내지 제4 스위치(Mc4 ,434d)는 순차적으로 턴온 하는 동작을 한다.
로직 블록(432)은 비교기(431a, 431b, 431c)의 출력 전압이 모두 하이 상태면 제1 스위치(Mc1,434a) 만을 턴온시키고, 제1 비교기(431a)만 로우 상태면 제2 스위치(Mc2,434b) 만을 턴온시키며, 제1 비교기(431a)와 제2 비교기(431b)가 로우 상태면 제3 스위치(Mc3,434c)만을 턴온시키며, 비교기(431a, 431b, 431c) 출력이 모두 로우 상태이면 제4 스위치(Mc4,434d)만 턴온시키는 동작을 수행한다. 그 결과 각 발광 다이오드 구동, 각 발광 다이오드의 턴온 및 턴 오프와 동기화된 충전 전류를 발생시킬 수 있다.
이와 같이, 채널이 복 수개일 때의 발광 다이오드 구동장치를 일반화하면 다음과 같다. 발광 다이오드부가 N개의 발광 다이오드를 포함하고, 공통 게이트부가 N개의 공통 게이트를 포함하고, 전류 절환부가 N개의 스위칭 소자를 포함하고, 다이오드부가 N개의 다이오드를 포함하면, 충전전류 제어부는 저항 전압과 각각 상이한 기설정된 N-1개의 기준 전압을 입력 받는 N-1개의 비교기와, N-1개의 비교기의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프 되는 N개의 스위치와, N-1개의 비교기의 출력에 따라 N개의 스위치를 턴온 또는 턴오프하는 로직 블록과, N개의 스위치와 상기 N개의 다이오드 사이에 연결되어 있는 N개의 저항을 포함할 수 있다.
도 9은 도 7의 충전전류 제어부에 다른 스위칭 소자를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400c)는 제1 스위치(433a) 및 제2 스위치(435a)로 NMOS 대신 PMOS를 포함하고 있다. 이 경우, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 게이트는 비교기(431)의 출력과 연결되고, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 소오스에 공통 게이트(310, 320)의 소오스가 연결되고, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 드레인에 제1저항(437) 및 제2 저항(439)이 각각 연결된다.
제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)가 NMOS 대신 PMOS로 구현되었으므로, 위상을 맞추기 위하여 비교기(431)의 플러스 및 마이너스 입력은 서로 바뀐다. 도 7에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400c)에서도 제2 스위치(435b)는 생략될 수 있다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 충전전류 제어부를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예예 따른 발광 다이오드 구동장치는 도 4a에 도시되어 있는 정류부(100), 발광 다이오드부(200), 공통 게이트부(300), 다이오드부(600), 전류 절환부(500) 및 기준전압원(700)을 포함할 수 있으며, 도 7과 같이 변형된 방식으로 충전 전류를 제어하는 충전전류 제어부(400d)를 포함한다.
본 실시예에 따른 제1 스위칭 소자(M1, 510)는, 게이트 단자는 제1 레벨의 입력 전압을 입력 받고, 드레인 단자는 제1 공통 게이트(310)에 연결되며, 소오스 단자는 접지단에 연결되어 있는 저항(Rs)에 연결되는 제1 MOSFET으로 구성될 수 있고, 제2 스위칭 소자(M2, 520)는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 제2 공통 게이트(320)에 연결되며, 소오스 단자는 저항(Rs)에 연결되는 제2 MOSFET로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400d)는 전류 절환부(500)에 나타난 전압 변화를 감지하기 위하여 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 드레인-소오스 간 전압(VDS , M2)을 검출하고, 이를 통해 충전 전류를 동기화시킨다. 이를 위하여 충전전류 제어부(400d)는 제2 MOSFET의 드레인 전압(VD2)과 제2 MOSFET의 소오스 전압(VS2)을 입력 받는 비교기(431)와, 비교기(431)의 출력에 연결되고, 비교기(431)의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치(433) 및 제2 스위치(435)를 포함할 수 있다.
또한, 충전전류 제어부(400d)는 제1 스위치(433)와 제1 다이오드(610) 사이에 연결되어 있는 제1 저항(437)과 제2 스위치(435)와 제2 다이오드(620) 사이에 연결되어 있는 제2 저항(439)을 포함할 수 있다.
충전전류 제어부(400d)의 동작을 살펴보면, 제2 MOSFET의 드레인 전압(VD2)이 제2 MOSFET의 소오스 전압(VS2) 보다 낮으면 제1 스위치(433)는 턴온되고 제2 스위치(435)는 턴오프 되고, 제2 MOSFET의 드레인 전압(VD2)이 제2 MOSFET의 소오스 전압(VS2) 보다 높으면 제1 스위치(433)는 턴오프되고 제2 스위(435)치는 턴온 됨으로써, 충전 전류가 생성될 수 있다.
한편, 도 7에서 설명한 바와 같이, 제2 스위치(Mc2 ,435)는 충전전류 제어부(400d)의 구성에서 생략될 수 있다.
도 11은 도 10의 충전전류 제어부에 다른 스위칭 소자를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400e)는 제1 스위치(433a) 및 제2 스위치(435a)로 NMOS 대신 PMOS를 포함하고 있다. 이 경우, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 게이트는 비교기(431)의 출력과 연결되고, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 소오스에 공통 게이트(310, 320)의 소오스가 연결되고, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 드레인에 제1저항(437) 및 제2 저항(439)이 각각 연결된다.
제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)가 NMOS 대신 PMOS로 구현되었으므로, 위상을 맞추기 위하여 비교기(431)의 플러스 및 마이너스 입력은 서로 바뀐다. 도 7에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400e)에서 제2 스위치(435a)는 생략될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 비교기를 포함하는 충전전류 제어부를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
본 실시예예 따른 발광 다이오드 구동장치는 도 4a에 도시되어 있는 정류부(100), 발광 다이오드부(200), 공통 게이트부(300), 다이오드부(600), 전류 절환부(500) 및 기준전압원(700)을 포함할 수 있으며, 도 10과 같이 변형된 방식으로 충전 전류를 제어하는 충전전류 제어부(400f)를 포함한다.
본 실시예에 따른 제1 스위칭 소자(M1, 510)는, 게이트 단자는 제1 레벨의 입력 전압을 입력 받고, 드레인 단자는 제1 공통 게이트(310)에 연결되며, 소오스 단자는 접지단에 연결되어 있는 저항(Rs)에 연결되는 제1 MOSFET으로 구성될 수 있고, 제2 스위칭 소자(M2, 520)는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 제2 공통 게이트(320)에 연결되며, 소오스 단자는 저항(Rs)에 연결되는 제2 MOSFET로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400f)는, 전류 절환부(500)에 나타난 전압 변화를 감지하기 위하여 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 드레인 전압(VD2)을 검출하고, 이를 통해 충전 전류를 동기화시킨다. 이를 위하여 충전전류 제어부(400f)는 제2 MOSFET의 드레인 전압(VD2)과 기설정된 전압(VREF)을 입력 받는 비교기(431)와, 비교기(431)의 출력에 연결되고 비교기(431)의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치(433) 및 제2 스위치(435)를 포함할 수 있다.
또한, 충전전류 제어부(400f)는 제1 스위치(433)와 제1 다이오드(610) 사이에 연결되어 있는 제1 저항(473)과 제2 스위치(435)와 제2 다이오드(620) 사이에 연결되어 있는 제2 저항(439)을 포함할 수 있다.
충전전류 제어부(400f)의 동작을 살펴보면, 제2 MOSFET의 드레인 전압(VD2)이 기준 전압(VREF)을 보다 낮으면 제1 스위치(Mc1,433)는 턴온 되고 제2 스위치(Mc2 ,435)는 턴오프 되고, 제2 MOSFET의 드레인 전압(VD2)이 기준 전압(VREF)을 보다 높으면 제1 스위치(Mc1,433)는 턴오프 되고 제2 스위치(Mc2 ,435)는 턴온 된다.
한편, 도 7에서 설명한 바와 같이, 제2 스위치(Mc2 ,435)는 충전전류 제어부(400f)의 구성에서 생략될 수 있다.
도 13은 도 12의 충전전류 제어부에 다른 스위칭 소자를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400g)는 제1 스위치(433a) 및 제2 스위치(435a)로 NMOS 대신 PMOS를 포함하고 있다. 이 경우, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 게이트는 비교기(431)의 출력과 연결되고, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 소오스에 공통 게이트(310, 320)의 소오스가 연결되고, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 드레인에 제1 저항(437) 및 제2 저항(439)이 각각 연결된다.
제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)가 NMOS 대신 PMOS로 구현되었으므로, 위상을 맞추기 위하여 비교기(431)의 플러스 및 마이너스 입력은 서로 바뀐다. 도 7에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400g)에서 제2 스위치(435a)는 생략될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 NMOS를 이용하는 비교기를 포함하는 충전전류 제어부를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400h)는, 전류 절환부(500)에 나타난 전압 변화를 감지하기 위하여, 도 10의 실시예와 유사하게 제2 스위칭 소자(M2, 520)의 드레인-소오스 간 전압(VDS , M2)을 검출하고, 이를 통해 충전 전류를 동기화시킨다. 이를 위하여, 충전전류 제어부(400h)는 제2 MOSFET의 드레인 전압(VD2)과 제2 MOSFET의 소오스 전압(VS2)을 검출하는 NMOS(432), NMOS(432)의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치(433) 및 제2 스위치(435)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 NMOS(432)는 NPN 트랜지스터로 구현될 수도 있다.
충전전류 제어부(400h)의 동작을 살펴보면, 제2 MOSFET의 드레인 전압(VD2)이 제2 MOSFET의 소오스 전압(VS2) 보다 낮으면 제1 스위치(433)는 턴온되고 제2 스위치(435)는 턴오프 되고, 제2 MOSFET의 드레인 전압(VD2)이 제2 MOSFET의 소오스 전압(VS2) 보다 낮으면 제1 스위치(433)는 턴오프 되고 제2 스위치(435) 는 턴온 됨으로써, 충전 전류가 생성될 수 있다.
한편, 도 7에서 설명한 바와 같이, 제2 스위치(Mc2 ,435)는 충전전류 제어부(400h)의 구성에서 생략될 수 있다.
도 15는 도 14의 충전전류 제어부에 다른 스위칭 소자를 포함하는 AC 직결형 발광 다이오드 구동장치의 회로도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400i)는 제1 스위치(433a) 및 제2 스위치(435a)로 NMOS 대신 PMOS를 포함하고 있다. 이 경우, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435b)의 게이트는 NMOS(432)의 출력과 연결되고, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 소오스에 공통 게이트(310, 320)의 소오스가 연결되고, 제1 스위치(433a)와 제2 스위치(435a)의 드레인에 제1저항(437) 및 제2 저항(439)이 각각 연결된다.
도 7에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따른 충전전류 제어부(400i)에서 제2 스위치(435a)는 생략될 수 있다.
도 16은 도 4에서 공통 게이트부를 사용하지 않고 전류절환부의 NMOS와 Rs 사이에 충전전류 제어부를 연결한 회로를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 도 16에 따른 발광 다이오드 구동장치는 선행된 실시예에서 사용되었던 공통 게이트부를 포함하지 않고 있다. 공통 게이트부를 대신하여 전류 절환부(500)의 스위칭 소자(510, 520)와 충전전류 제어부(400)를 연결하여 기준전압원(700)에 충전 전류를 공급한다.
이러한 발광 다이오드 구동장치는 교류 전원 전압을 인가 받아 정류하는 정류부(100), 정류부(100)로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하며 직렬로 연결되어있는 적어도 두 개의 제1 발광 다이오드(210) 및 제2 발광 다이오드(220)를 포함하는 발광 다이오드부(200), 서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 상기 제1 발광 다이오드(210) 및 제2 발광 다이오드(220)에 흐르는 구동 전류의 경로를 제어하는 제1 스위칭 소자(510) 및 제2 스위칭 소자(520), 접지단과 연결되어 제1 스위칭 소자(510)와 제2 스위칭 소자(520)에 흐르는 전류를 결정하는 저항(RS)을 포함하는 전류 절환부(500), 제1 스위칭 소자(510)와 저항(RS) 사이에 연결되는 제1 충전전류 제어부(410)와 제2 스위칭 소자(520)와 저항(RS) 사이에 연결되는 제2 충전전류 제어부(420)를 포함하고 제1 스위칭 소자(510) 및 제2 스위칭 소자(520)에 흐르는 전류와 동기된 충전 전류를 발생시키는 충전전류 제어부(400)와, 충전 전류를 받아 전압을 충전하는 기준전압원(700)과, 충전전류 제어부(400)에 아노드가 연결되고 기준전압원(700)에 캐소드가 연결되어 충전 전류를 충전전류 제어부(400)로부터 기준전압원(700)으로 흐르게 하는 제1 다이오드(610)와 제2 다이오드(620)를 포함하는 다이오드부(600)를 포함할 수 있다.
도 16에 도시되어 있는 발광 다이오드 구동장치의 구동 방법은 상술된 실시예에 따른 것과 대동 소이하므로 중복되는 설명은 생략된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지, 치환, 변경 및 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100: 정류부 200: 발광 다이오드부
300: 공통 게이트부 400: 충전전류 제어부
500: 전류 절환부 600: 다이오드부
700: 기준전압원

Claims (14)

  1. 교류 전원 전압을 인가 받아 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하며 직렬로 연결되어있는 적어도 두 개의 제1 발광 다이오드 및 제2 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드부;
    상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드에 개별적으로 연결되어, 상기 제1 발광 다이오드와 상기 제2 발광 다이오드에 제공될 수 있는 최대 전압을 제한하는 제1 공통 게이트와 제2 공통 게이트를 포함하는 공통 게이트부;
    서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 상기 제1 발광 다이오드 및 상기 제2 발광 다이오드에 흐르는 구동 전류의 경로를 제어하는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자를 포함하는 전류 절환부와;
    상기 제1 공통 게이트와 상기 제2 공통게이트, 및 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자 사이에 연결되며, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류와 동기된 충전 전류를 발생시키는 충전전류 제어부와;
    상기 충전 전류를 받아 전압을 충전하는 기준전압원과;
    상기 충전전류 제어부에 아노드가 연결되고 상기 기준전압원에 캐소드가 연결되어 상기 충전 전류를 상기 충전전류 제어부로부터 상기 기준전압원으로 흐르게 하는 제1 다이오드와 제2 다이오드를 포함하는 다이오드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전전류 제어부는 상기 제1 공통 게이트와 상기 제1 스위칭 소자 사이에 연결되는 제1 충전전류 제어부와 상기 제2 공통 게이트와 상기 제2 스위칭 소자 사이에 연결되는 제2 충전전류 제어부를 포함하고,
    상기 제1 공통 게이트의 드레인은 상기 제1 발광 다이오드의 캐소드에 연결되고, 상기 제1 공통 게이트의 소오스는 상기 제1 충전전류 제어부에 연결되고, 상기 제1 공통 게이트의 게이트는 기설정된 입력전압원에 연결되어 상기 제1 전류 절환부에서 발생한 구동전류를 상기 제1 발광 다이오드로 제공하고,
    상기 제2 공통 게이트의 드레인은 상기 제2 발광 다이오드의 캐소드에 연결되고, 상기 제2 공통 게이트의 소오스는 상기 제2 충전전류 제어부에 연결되고, 상기 제2 공통 게이트의 게이트는 기설정된 입력전압원에 연결되어 상기 제2 전류 절환부에서 발생한 구동전류를 상기 제2 발광 다이오드로 제공하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 충전전류 제어부의 제1 단자는 상기 제1 공통 게이트에 연결되고, 상기 제1 충전전류 제어부의 제2 단자는 상기 제1 스위칭 소자에 연결되며, 상기 제1 충전전류 제어부의 제3 단자는 상기 제1 다이오드에 연결되고,
    상기 제2 충전전류 제어부의 제1 단자는 상기 제2 공통 게이트에 연결되고, 상기 제2 충전전류 제어부의 제2 단자는 상기 제2 스위칭 소자에 연결되며, 상기 제2 충전전류 제어부의 제3 단자는 상기 제2 다이오드에 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전류 전환부는 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 더 포함하고,
    상기 제1 스위칭 소자는, 게이트 단자는 제1 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제1 충전전류 제어부에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제1 MOSFET을 포함하고,
    상기 제1 MOSFET은 상기 제1 레벨이 상기 제1 발광 다이오드의 구동 전압 이상이고 상기 제1 발광 다이오드의 구동 전압 및 상기 제2 발광 다이오드의 구동 전압의 합 이하인 경우 턴온되고,
    상기 제2 스위칭 소자는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제2 충전전류 제어부에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제2 MOSFET을 포함하고,
    상기 제2 MOSFET는 상기 제2 레벨이 상기 제1 발광 다이오드의 구동 전압 및 상기 제2 발광 다이오드의 구동 전압의 합을 초과하는 경우에 턴온되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공통 게이트 및 상기 제2 공통 게이트는 NPN 트랜지스터 또는 IGBT를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동회로.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 충전전류 제어부 및 상기 제2 충전전류 제어부는 캐스코드 전류미러, 윌슨 전류미러, 위들러 전류미러 및 피킹 전류미러 중 적어도 하나의 형태로 구현된 전류미러회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동회로.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 충전전류 제어부 및 상기 제2 충전전류 제어부는 앰프를 포함하여 충전 전류를 발생시키는 전류미러회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동회로.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 충전전류 제어부 및 상기 제2 충전전류 제어부는 저항과 PMOS 트랜지스터를 사용하여 충전 전류를 발생시키는 전류미러회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전류 전환부는 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 더 포함하고,
    상기 충전전류 제어부는,
    상기 저항에 의하여 발생하는 저항 전압과 기설정된 기준 전압을 입력 받는 비교기와;
    상기 비교기의 출력에 연결되고, 상기 비교기의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치 및 제2 스위치와,
    상기 제1 스위치와 상기 제1 다이오드 사이에 연결되어 있는 제1 저항과 상기 제2 스위치와 상기 제2 다이오드 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하고,
    상기 저항 전압이 상기 기준 전압 보다 낮으면 상기 제1 스위치는 턴온되고 상기 제2 스위치는 턴오프 되고,
    상기 저항 전압이 상기 기준 전압 보다 높으면 상기 제1 스위치는 턴오프되고 상기 제2 스위치는 턴온되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발광 다이오드부가 N개의 발광 다이오드를 포함하고,
    상기 공통 게이트부가 N개의 공통 게이트를 포함하고,
    상기 전류 절환부가 N개의 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 다이오드 부가 N개의 다이오드를 포함하고,
    상기 충전전류 제어부는 상기 저항 전압과 각각 상이한 기설정된 N-1개의 기준 전압을 입력 받는 N-1개의 비교기와, 상기 N-1개의 비교기의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프 되는 N개의 스위치와, 상기 N-1개의 비교기의 출력에 따라 상기 N개의 스위치를 턴온 또는 턴오프하는 로직 블록과, 상기 N개의 스위치와 상기 N개의 다이오드 사이에 연결되어 있는 N개의 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전류 절환부는 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 더 포함하고,
    상기 제1 스위칭 소자는 게이트 단자는 제1 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제1 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제1 MOSFET을 포함하고,
    상기 제2 스위칭 소자는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제2 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제2 MOSFET을 포함하고,
    상기 충전전류 제어부는,
    상기 제2 MOSFET의 드레인 전압과 상기 제2 MOSFET의 소오스 전압을 입력 받는 비교기와;
    상기 비교기의 출력에 연결되고, 상기 비교기의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치 및 제2 스위치와,
    상기 제1 스위치와 상기 제1 다이오드 사이에 연결되어 있는 제1 저항과 상기 제2 스위치와 상기 제2 다이오드 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하고,
    상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 제2 MOSFET의 소오스 전압 보다 낮으면 상기 제1 스위치는 턴온되고 상기 제2 스위치는 턴오프 되고,
    상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 제2 MOSFET의 소오스 전압 보다 높으면 상기 제1 스위치는 턴오프되고 상기 제2 스위치는 턴온되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전류 절환부는 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 더 포함하고,
    상기 제1 스위칭 소자는 게이트 단자는 제1 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제1 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제1 MOSFET을 포함하고,
    상기 제2 스위칭 소자는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제2 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제2 MOSFET을 포함하고,
    상기 충전전류 제어부는,
    상기 제2 MOSFET의 드레인 전압과 상기 기설정된 기준 전압을 입력 받는 비교기와;
    상기 비교기의 출력에 연결되고, 상기 비교기의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치 및 제2 스위치와,
    상기 제1 스위치와 상기 제1 다이오드 사이에 연결되어 있는 제1 저항과 상기 제2 스위치와 상기 제2 다이오드 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하고,
    상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 기설정된 기준 전압 보다 낮으면 상기 제1 스위치는 턴온되고 상기 제2 스위치는 턴오프 되고,
    상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 기설정된 기준 전압 보다 높으면 상기 제1 스위치는 턴오프되고 상기 제2 스위치는 턴온되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전류 절환부는 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 더 포함하고,
    상기 제1 스위칭 소자는 게이트 단자는 제1 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제1 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제1 MOSFET을 포함하고,
    상기 제2 스위칭 소자는, 게이트 단자는 제2 레벨의 입력전압을 입력 받고, 드레인 단자는 상기 제2 공통 게이트에 연결되며, 소오스 단자는 상기 저항에 연결되는 제2 MOSFET을 포함하고,
    상기 충전전류 제어부는,
    상기 제2 MOSFET의 드레인 전압과 상기 제2 MOSFET의 소오스 전압을 검출하는 NMOS 또는 NPN 트랜지스터와;
    상기 NMOS 또는 NPN 트랜지스터의 출력에 따라 턴온 또는 턴오프되는 제1 스위치 및 제2 스위치와,
    상기 제1 스위치와 상기 제1 다이오드 사이에 연결되어 있는 제1 저항과 상기 제2 스위치와 상기 제2 다이오드 사이에 연결되어 있는 제2 저항을 포함하고,
    상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 기설정된 기준 전압 보다 낮으면 상기 제1 스위치는 턴온되고 상기 제2 스위치는 턴오프 되고,
    상기 제2 MOSFET의 드레인 전압이 상기 기설정된 기준 전압 보다 높으면 상기 제1 스위치는 턴오프되고 상기 제2 스위치는 턴온되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
  14. 교류 전원 전압을 인가 받아 정류하는 정류부;
    상기 정류부로부터 정류된 전압을 제공받아 발광하며 직렬로 연결되어있는 적어도 두 개의 제1 발광 다이오드 및 제2 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드부;
    서로 다른 입력 전압 레벨에 따라 상기 제1 발광 다이오드 및 상기 제2 발광 다이오드에 흐르는 구동 전류의 경로를 제어하는 제1 스위칭 소자 및 제2 스위칭 소자, 접지단과 연결되어 상기 제1 스위칭 소자와 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류를 결정하는 저항을 포함하는 전류 절환부와;
    상기 제1 스위칭 소자와 상기 저항 사이에 연결되는 제1 충전전류 제어부와 상기 제2 스위칭 소자와 상기 저항 사이에 연결되는 제2 충전전류 제어부를 포함하며, 상기 제1 스위칭 소자 및 상기 제2 스위칭 소자에 흐르는 전류와 동기된 충전 전류를 발생시키는 충전전류 제어부와;
    상기 충전 전류를 받아 전압을 충전하는 기준전압원과;
    상기 충전전류 제어부에 아노드가 연결되고 상기 기준전압원에 캐소드가 연결되어 상기 충전 전류를 상기 충전전류 제어부로부터 상기 기준전압원으로 흐르게 하는 제1 다이오드와 제2 다이오드를 포함하는 다이오드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160095340A (ko) * 2015-02-03 2016-08-11 주식회사 실리콘웍스 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로
KR20170111325A (ko) * 2016-03-28 2017-10-12 주식회사 에이디텍 엘이디 조명 장치

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