KR20200109019A - 광원 구동장치 - Google Patents

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KR20200109019A
KR20200109019A KR1020190027970A KR20190027970A KR20200109019A KR 20200109019 A KR20200109019 A KR 20200109019A KR 1020190027970 A KR1020190027970 A KR 1020190027970A KR 20190027970 A KR20190027970 A KR 20190027970A KR 20200109019 A KR20200109019 A KR 20200109019A
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Abstract

광원 구동장치는 제4 제어부(과전압 보호회로)의 제어신호를 이용하여 제2 제어부의 제3 스위치를 스위칭 제어하여, 과전압이 발생되는 일부 구간에서만 제4 제어부의 제어신호에 제3 스위치를 턴온되고, 이후에는 제3 스위치를 턴오프시켜, 광원의 발광의 차단을 신속히 해제하여 발광 상태로 복귀되도록 할 수 있다.

Description

광원 구동장치{Apparatus of driving a light source}
실시예는 광원 구동장치에 관한 것이다.
광원으로 발광다이오드(LED)가 널리 사용되고 있다. 이러한 발광 다이오드는 차량 및 조명 업계에서 유망 시장으로 부상하고 있다. 발광다이오드는 반영구적이고 고휘도 및 고출력이 가능하므로, 최근 들어 차량용 광원으로 활발하게 개발되고 있다.
차량용 광원을 구동하기 위해서 광원 구동장치가 필요하다. 구동장치에는 보호회로가 구비된다. 통상 차량을 주행하기 위해 시동을 켜는 경우, 일시적인 과전압이 발생되고, 이러한 과전압이 구동장치로 공급되는 입력전압에 유입된다. 광원 구동장치는 이러한 과전압으로부터 광원을 보호하여 준다.
종래의 광원 구동장치는 광원 중 하나의 광원이 고장 등으로 인해 단선되는 경우 모든 광원의 발광이 차단되도록 하는 1-out-all-out 기능을 구현한다.
하지만, 종래의 광원 구동장치에서는 과전압이 유입되는 경우, 보호회로의 동작에 의해 과전압만 제거되어야 하는데, 보호회로의 동작으로 과전압의 제거와 동시에 1-out-all-out 기능도 구현되어 제품 불량을 야기하여 제품 신뢰도를 저하시키는 문제가 있다.
한편, 이러한 1-out-all-out 기능은 차량 시동 전원을 강제적으로 끄지 않는 이상 지속되고 이에 따라 광원의 꺼짐 상태도 지속된다. 따라서, 운전자는 시동을 켜고 주행하는 경우, 1-out-all-out 기능의 구현에 의해 광원의 꺼짐 상태가 지속되는데도 불구하고, 광원이 차량의 외부에 장착된 관계로 이러한 광원의 꺼짐을 인지하지 못한다. 이에 따라, 운전자가 후속 조치, 예컨대 광원의 발광으로 회복(recovery)되도록 하는 조치를 취하지 못하며, 특히 상대방 운전자는 운전자 차량의 광원이 꺼져 있어 해당 운전자 차량의 상태를 모르기 때문에 자칫 대형 사고가 발생될 수 있다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 새로운 기능을 구현한 광원 구동장치를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 신속한 방전이 가능한 광원 구동장치를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 제품 불량을 방지할 수 있는 광원 구동장치를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있는 광원 구동장치를 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 광원 구동장치는, 입력전원에 연결되고 각각 복수의 발광소자를 포함하는 복수의 스트링을 포함하는 광원; 상기 입력전원, 상기 광원 및 접지에 연결되는 제1 제어부; 상기 입력전원, 상기 제1 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제1 스위치; 상기 제1 제어부, 상기 제1 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제2 제어부; 상기 제1 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제2 스위치; 상기 입력전원, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제3 제어부; 및 상기 입력전원, 상기 제2 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제4 제어부를 포함한다. 발광 모드, 과전압 보호 모드 및 비발광 모드 중 하나로 동작될 수 있다. 상기 과전압 보호 모드에서 상기 제4 제어부가 과전압을 방전시킬 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 광원 구동장치는, 입력전원에 연결되고 각각 복수의 발광소자를 포함하는 복수의 스트링을 포함하는 광원; 상기 입력전원, 상기 광원 및 접지에 연결되는 제1 제어부; 상기 입력전원, 상기 제1 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제1 스위치; 상기 제1 제어부, 상기 제1 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제2 제어부; 상기 제1 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제2 스위치; 상기 입력전원, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제3 제어부; 및 상기 입력전원, 상기 제2 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제4 제어부를 포함한다. 상기 과전압 보호 모드는 상기 입력전압의 상기 최대값보다 큰 제1 전압이 인가되는 제1 구간과 상기 제1 구간 이후에 상기 입력전압의 상기 최대값 이하의 제2 전압이 인가되는 제2 구간으로 구분될 수 있다. 상기 제1 구간동안 상기 제4 제어부는 상기 제1 전압을 방전시키고 상기 제1 전압을 이용하여 상기 제2 제어부를 제어하여, 제1 출력전압보다 작은 제2 출력전압이 생성되도록 하고, 상기 제1 제어부는 상기 제2 출력전압을 이용하여 상기 광원의 발광을 차단시킬 수 있다.
실시예에 따른 광원 구동장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 광원에 포함된 복수의 발광소자 중 적어도 하나의 발광소자가 단선되는 경우, 신속히 모든 발광소자의 발광을 차단하는 1-out-all-out 기능을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 과전압이 신속히 방전되도록 하여 광원의 손상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 과전압이 인가되더라도 과전압이 인가되는 구간에만 일시적으로 광원의 발광을 차단하고, 이후에는 광원의 발광으로 신속히 회복되도록 하여, 제품 불량을 방지하고 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 광원 구동장치를 도시한다.
도 2는 실시예에 따른 광원 구동장치에서 정상 모드로 동작하는 모습을 보여준다.
도 3은 실시예에 따른 광원 구동장치에서 과전압 보호 모드의 과전압 인가 구간에서의 동작을 보여준다.
도 4는 실시예에 따른 광원 구동장치에서 과전압 보호 모드의 종료 시점 이후의 동작을 보여준다.
도 5a는 과전압이 포함된 입력전압의 파형을 보여준다.
도 5b는 제3 스위치의 베이스 전압의 파형을 보여준다.
도 5c는 제1 노드의 전압을 보여준다. 도 5d는 제2 스위치의 콜렉터-에미터 간 전압의 파형을 보여준다.
도 6은 실시예에 따른 광원 구동장치에서 비발광 모드로 동작하는 모습을 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “B 및(와) C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '연결'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 연결되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '연결＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 광원 구동장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 광원 구동장치는 광원(110)을 포함할 수 있다.
광원(110)은 입력전원(103)에 연결되어 입력전원(103)의 입력전압에 의해 발광될 수 있다. 입력전원(103)은 예컨대, 9V 내지 16V의 범위를 갖는 입력전압을 공급할 수 있다. 입력전원(103)은 차량에 장착된 배터리로부터 공급되거나 DC-DC 컨버터에서 공급될 수도 있다. DC-DC 컨버터는 배터리의 전압을 원하는 전압으로 변환할 수 있다.
예컨대, 광원(110)은 차량의 램프일 수 있다. 차량의 램프로는 예컨대, 제동등(Break Lamp), 미등(Tail Lamp), 후진등(Backup Lamp) 또는 방향지시등(Turn Signal Lamp)이 있을 수 있다.
입력전압은 차량의 해당 램프의 동작 제어에 의해 공급될 수 있다. 예컨대, 입력전압은 운전자의 명령이나 조작이 입력될 때에 한해, 제어장치(미도시)의 제어 하에 입력전원(103)에서 입력전압이 생성되어 광원(110)으로 공급되거나 미리 생성된 입력전압이 광원(110)으로 공급될 수 있다. 예컨대, 운전자가 브레이크 페달을 밟는 경우, 이러한 운전자의 행동에 응답하여 입력전원(103)에 의해 생성된 입력전압이 광원(110)으로 공급될 수 있다.
만일 운전자의 명령이나 조작이 입력되지 않는 경우, 입력전원(103)으로부터 입력전압이 생성되지 않거나 광원(110)으로의 입력전압의 공급이 차단될 수 있다. 예컨대, 운전자가 브레이크 페달의 밟는 동작을 해제하는 경우, 이러한 운전자의 행동에 응답하여 입력전원(103)에 의해 입력전압이 생성되지 않거나 입력전압의 공급이 차단될 수 있다.
광원(110)은 예컨대, 입력전원(103)에 대해 병렬로 연결되는 복수의 스트링(string, 112, 114)를 포함할 수 있다. 스트링 대신에 어레이(array)나 블록(block)으로 지칭될 수도 있다.
예컨대, 제1 스트링(112)는 복수의 발광소자(LED1, LED2)를 포함할 수 있다. 발광소자(LED1 내지 LED4)는 발광다이오드(LED)와 같은 반도체 발광소자, 그 반도체 발광소자가 채택된 발광소자패키지나 발광디바이스를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 발광소자(LED1, LED2)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 예컨대, 제2 스트링(114)는 복수의 발광소자(LED3, LED4)를 포함할 수 있다. 복수의 발광소자(LED3, LED4)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 다른 예로서, 각 스트링(112, 114)에 포함된 복수의 발광소자(LED1 내지 LED4)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 각 스트링(112, 114)에 포함되는 발광소자(LED1 내지 LED4)의 개수나 발광소자(LED1 내지 LED4)의 연결 방법 등은 다양한 차량 램프의 사양이나 특성에 따라 달라질 수 있다.
광원(110)은 각 스트링(112, 114)에 병렬로 연결되는 커패시터(C2, C3)를 포함할 수 있다.
입력전원(103)의 입력전압은 외부 상황에 따라 가변될 수 있다. 예컨대, 운전자의 브레이크 페달을 밟는 세기에 따라 입력전압이 커질 수 있다. 입력전원(103)의 입력전압이 가변되는 경우, 광원(110)의 광 출력의 세기 또한 달라질 수 있다.
실시예에 따른 광원 구동장치는 제1 제어부(120)를 포함할 수 있다.
제1 제어부(120)는 입력전원(103)에 연결되어 광원(110)의 발광을 제어할 수 있다. 예컨대, 제1 제어부(120)는 입력전원(103)으로부터 입력전압을 입력받아, 광원(110)에 이 입력전압에 따른 구동전류가 흐르도록 할 수 있다. 따라서, 제1 제어부(120)가 입력전원(103)에서 입력전압을 입력받는 경우 광원(110)이 발광되고, 입력전원(103)에서 입력전압을 제공받지 못하는 경우 광원(110)이 발광되지 않을 수 있다. 나중에 설명하겠지만, 광원(110)은 다른 강제적인 수단, 예컨대 제2 스위치(Q2)의 제어에 의해 발광 또는 비발광될 수 있다. 비발광은 광원(110)의 발광이 차단되어 광이 발광되지 않는 것을 의미할 수 있다.
제1 제어부(120)는 입력전원(103)과 제1 노드(n1) 사이에 연결되는 하나 이상의 저항기(R5, R6)와 제1 노드(n1)와 접지(GND) 사이에 연결되는 하나 이상의 스위치(Q4, Q5)를 포함할 수 있다. 저항기(R5, R6)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 하나 이상의 스위치(Q4, Q5)는 광원(110)에 포함되는 스트링(112, 114)의 개수만큼 구비될 수 있다. 예컨대, 제4 스위치(Q4)는 광원(110)의 제1 스트링(112)에 연결되고, 제5 스위치(Q5)는 광원(110)의 제2 스트링(114)에 연결될 수 있다.
예컨대, 제4 스위치(Q4)는 제1 노드(n1)에 연결되는 베이스단자, 제1 스트링(112)에 연결되는 콜렉터단자 및 접지(GND)에 연결되는 에미터단자를 포함할 수 있다. 예컨대, 제5 스위치(Q5)는 제1 노드(n1)에 연결되는 베이스단자, 제2 스트링(114)에 연결되는 콜렉터단자 및 접지(GND)에 연결되는 에미터단자를 포함할 수 있다.
제1 제어부(120)는 하나 이상의 저항기(R7, R8)을 포함할 수 있다. 제7 저항기(R7)은 제4 스위치(Q4)와 접지(GND) 사이에 연결되고, 제8 저항기(R8)는 제5 스위치(Q5)와 접지(GND) 사이에 연결될 수 있다. 제7 저항기(R7)는 제4 스위치(Q4)가 턴온되는 경우, 제1 스트링(112)에 포함되는 발광소자(LED1, LED2)에 흐르는 구동전류값을 결정할 수 있다. 제8 저항기(R8)는 제5 스위치(Q5)가 턴온되는 경우, 제2 스트링(114)에 포함되는 발광소자(LED3, LED4)에 흐르는 구동전류값을 결정할 수 있다.
예컨대, 광원(110)의 제1 스트링(112)에 포함된 발광소자(LED1, LED2)는 다음과 같은 구동전류(ILED)에 의해 발광될 수 있다. 제2 스트링(114)에 포함된 발광소자(LED3, LED4)에 흐르는 구동전류도 하기 수학식 1과 수학식 2이 동일하게 적용될 수 있다.
[수학식 1]
ILED=β×Ib
β는 상수이고, Ib는 제4 스위치(Q4)의 베이스전류를 나타낼 수 있다.
수학식 1에서, 베이스전류(Ib)는 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00001
Vreg는 제1 노드(n1)의 전압을 나타내고, Vbe는 제4 스위치(Q4)의 베이스-에미터 간의 전압을 나타내며, R7은 제7 저항기(R7)의 저항값을 나타낼 수 있다.
제1 노드(n1)의 전압은 제2 제어부(130)의 제1 제너다이오드(ZD1)의 항복전압과 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 제3 스위치(Q3)가 턴온되는 경우, 제1 노드(n1)과 제5 노드(n5) 사이가 단락되므로 제1 노드(n1)의 전압은 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 가질 수 있다. 예컨대, 제3 스위치(Q3)가 턴오프되는 경우, 제1 노드(n1)의 전압은 제1 제너다이오드(ZD1)의 항복전압과 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)의 합(Vtotal)을 가질 수 있다.
실시예에서는 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)과 수학식 2에 나타낸 제4 스위치(Q4)의 베이스-에미터 간의 전압이 동일하다고 가정한지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이러한 경우, 제3 스위치(Q3)가 턴온되는 경우, 제1 노드(n1)의 전압은 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 가지므로, 수학식 2에 제1 노드(n1)의 전압을 대입하면 베이스전류(Ib)가 0이 되고, 이 값을 수학식 1에 대입하면 제1 발광소자(LED1)의 구동전류(ILED)는 0이 되어 제1 스트링(112)에 포함된 발광소자(LED1, LED2)이 발광되지 않을 수 있다. 즉, 제3 스위치(Q3)가 턴온되는 경우, 광원(110)의 각 스트링(112, 114)에 포함된 복수의 발광소자(LED1 내지 LED4)는 발광되지 않을 수 있다.
제3 스위치(Q3)가 턴오프되는 경우, 제1 노드(n1)의 전압은 제1 제너다이오드(ZD1)의 항복전압과 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)의 합에 해당하는 전압(Vtotal)을 가지므로, 수학식 2에 제1 노드(n1)의 전압을 대입하면 베이스전류(Ib)가 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00002
수학식 3을 수학식 1에 대입하면 제1 스트링(112)에 포함된 발광소자(LED1, LED2)의 구동전류(ILED)는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
ILED=β×(VZD1/((β+1)R7)
따라서, 제1 스트링(112)에 포함된 발광소자(LED1, LED2)는 수학식 4에 나타낸 구동전류(ILED)에 상응하는 휘도로 발광될 수 있다.
실시예에 따른 광원 구동장치는 제1 스위치(Q1)을 포함할 수 있다.
제1 스위치(Q1)는 입력전원(103)에 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 스위치(Q1)는 제1 저항기(R1)을 통해 입력전원(103)에 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 스위치(Q1)는 입력전원(103) 및 상기 제1 제어부(120)에 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 스위치(Q1)는 제5 노드(n5)에 연결되는 베이스단자, 제2 노드(n2)에 연결되는 콜렉터단자 및 접지(GND)에 연결되는 에미터단자를 포함할 수 있다.
제1 스위치(Q1)의 스위칭 여부에 따라 서로 상이한 모드로 동작될 수 있다.
예컨대, 제1 스위치(Q1)이 턴오프되는 경우, 제1 모드로 동작될 수 있다. 제1 모드는 광원(110)의 발광을 차단시키는 모드, 즉 래치 모드(latch mode)일 수 있다. 래치 모드는 비발광 모드로 지칭될 수 있다. 래치 모드에서는 입력전원(103)의 입력전압이 제2 노드(n2)를 경유하여 제3제어부(140)로 공급되고, 입력전압을 바탕으로 제3 제어부(140)에서 분배되는 분배 전압에 의해 제2 스위치(Q2)가 턴온되어, 광원(110)의 각 스트링(112, 114) 내에 포함된 발광소자(LED1 내지 LED4)의 발광이 차단될 수 있다.
구체적으로, 제1 스위치(Q1)가 턴오프되는 경우 래치 모드가 선택되어 래치 모드가 실행될 수 있다. 즉, 제1 스위치(Q1)가 턴오프되는 경우, 래치 모드로 동작될 수 있다. 구체적으로, 제1 스위치(Q1)가 턴오프되는 경우, 입력전원(103)의 입력전압이 제3 제어부(140)로 공급되어 래치 모드로 동작될 수 있다. 즉, 제3 제어부(140)의 동작으로 제3 제어부(140)에서 제어신호가 출력되고, 이러한 제어신호에 의해 제2 스위치(Q2)가 턴온될 수 있다. 제어신호는 전압값을 가질 수 있다. 제3 제어부(140)로 공급되는 입력전원(103)의 입력전압은 제3 제어부(140)의 동작을 트리거(trigger)시키기 위한 전압일 수 있다. 제2 스위치(Q2)가 턴온되므로써, 제1 노드(n1)의 전압이 접지(GND)의 전압, 예컨대 0V가 되므로 제4 및 제5 스위치(Q5)가 턴오프되어 광원(110)의 각 스트링(112, 114) 내에 포함된 발광소자(LED1 내지 LED4)의 발광이 차단될 수 있다.
예컨대, 제1 스위치(Q1)이 턴온되는 경우, 제2 모드로 동작될 수 있다. 제2 모드는 광원(110)을 발광시키는 발광 모드일 수 있다. 발광 모드에서는 입력전원(103)의 입력전압이 제2 노드(n2) 및 제1 스위치(Q1)을 경유하여 접지(GND)로 흐를 수 있다. 이에 따라, 제2 스위치(Q2)가 턴온되지 않고 턴오프 상태로 유지되므로 광원(110)의 각 스트링(112, 114) 내에 포함된 발광소자(LED1 내지 LED4)가 지속적으로 발광될 수 있다.
실시예에 따른 광원 구동장치는 제2 제어부(130)을 포함할 수 있다. 제2 제어부(130)는 제1 스위치(Q1)를 제어할 수 있다. 제2 제어부(130)는 제1 제어부(120), 제4 제어부(150) 및 제1 스위치(Q1)에 연결될 수 있다.
제2 제어부(130)는 일정한 전압을 유지하도록 하는 정전압회로(132)와 정전압회로(132)의 제어신호(또는 출력전압)를 변경하는 제3 스위치(Q3)를 포함할 수 있다. 정전압회로(132)는 일정한 전압은 유지하도록 하는 항복전압을 갖는 제1 제너다이오드(ZD1)을 포함할 수 있다. 제1 제너다이오드(ZD1)는 제1 노드(n1)와 제5 노드(n5) 사이에 연결될 수 있다. 정전압회로(132)는 제1 노드(n1)에 유입되는 노이즈를 제거하기 위한 필터로서 커패시터(C1)을 포함할 수 있다. 커패시터(C1)는 제1 제너다이오도(ZD1)과 병렬로 연결될 수 있다. 정전압회로(132)는 제5 노드(n5)와 접지(GND)에 연결되는 제4 저항기(R4)를 포함할 수 있다.
제3 스위치(Q3)는 제4 제어부(150)에 연결되는 베이스단자, 제1 노드(n1)에 연결되는 콜렉터단자 및 제5 노드(n5)에 연결되는 에미터단자를 포함할 수 있다. 제4 제어부(150)의 제어신호(또는 출력전압)에 의해 제3 스위치(Q3)가 스위칭 제어될 수 있다. 제4 제어부(150)의 제어신호는 전압 분배에 의해 생성된 분배 전압일 수 있다. 제3 스위치(Q3)의 스위칭 제어에 따라 제2 제어부(130)의 제어신호의 세기, 레벨 또는 값이 달라질 수 있다.
예컨대, 제3 스위치(Q3)가 턴오프되는 경우, 제2 제어부(130)의 제어신호는 제1 제너다이오드(ZD1)의 항복전압과 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)의 합에 해당하는 전압(Vtotal)을 가질 수 있다. 제1 스위치(Q1)는 이 전압(Vtotal)을 갖는 제어신호에 의해 턴온될 수 있다. 제2 제어부(130)의 제어신호는 출력전압일 수 있다.
예컨대, 제3 스위치(Q3)가 턴온되는 경우, 제2 제어부(130)의 제어신호는 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 가질 수 있다. 제1 스위치(Q1)는 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 갖는 제어신호에 의해 턴온될 수 있다.
따라서, 제3 스위치(Q3)가 턴오프되거나 턴온되는 것에 관계없이 제1 스위치(Q1)는 턴온될 수 있다. 다만, 제3 스위치(Q3)가 턴오프될 때와 제3 스위치(Q3)가 온될 때에 턴온된 제1 스위치(Q1)를 통해 흐르는 전류는 상이할 수 있다.
예컨대, 제3 스위치(Q3)가 턴오프될 때에는 제2 제어부(130)의 제어신호는 제1 제너다이오드(ZD1)의 항복전압과 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)의 합에 해당하는 전압(Vtotal)을 가지는데 반해, 제3 스위치(Q3)가 턴온될 때에는 제2 제어부(130)의 제어신호는 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 가지므로, 제3 스위치(Q3)가 턴오프될 때의 제2 제어부(130)의 제어신호가 제3 스위치(Q3)가 턴온될 때의 제2 제어부(130)의 제어신호보다 큰 레벨을 가질 수 있다. 따라서, 전자가 후자보다 제1 스위치(Q1)를 통해 더 큰 전류가 흐르므로, 전자의 경우에는 입력전원(103)의 입력전압이 모두 제1 스위치(Q1)을 통해 접지로 흐르는데 반해, 후자의 경우에는 입력전원(103)의 입력전원이 일부는 제1 스위치(Q1)을 통해 접지로 흐르고 다른 일부는 제3 제어부(140)를 통해 제2 스위치(Q2)로 공급될 수 있다.
따라서, 제3 스위치(Q3)의 턴온/오프를 제어함으로써, 과전압이 인가되는 경우에는 과전압이 제4 제어부(150)에 의해 방전되는 동안, 즉 제3 스위치(Q3)가 턴온되는 동안에만 일시적으로 광원(110)의 발광이 차단되고, 과전압이 제4 제어부(150)에 의해 방전되어 제3 스위치(Q3)가 턴오프되는 경우에는 광원(110)의 발광 차단의 해제로 인해 광원(110)의 발광이 회복(recovery)되도록 할 수 있다. 이에 따라, 래치 모드가 실행되지 않도록 하여 제품 불량이 방지될 수 있다.
과전압은 예컨대, 입력전압의 입력전압의 최대값보다 큰 전압일 수 있다. 예컨대, 차량의 시동을 켜는 경우, 배터리의 고전압에 의해 순간적으로 예컨대, 45V의 전압이 발생되고, 이러한 과전압이 입력전원(103)의 입력전압에 포함되어 광원(110)으로 공급될 수 있다. 실시예에서는 이러한 과전압이 제4 제어부(150)에 의해 접지(GND)로 신속히 방전되도록 함으로써 광원(110)이 보호될 수 있다.
종래에는 과전압이 인가되는 경우, 래치 모드가 계속 실행되어 운전자가 인위적으로 강제로 시동을 껐다가 다시 켜지 않는 한 계속하여 광원의 발광이 차단되어 제품 불량이 야기될 수 있다. 나아가 이러한 문제는 상대측 운전자가 운전자 차량의 상황, 예컨대 운전자가 제동등, 미등, 후진등 또는 방향지시등을 동작시켰는지를 파악하지 못해, 자칫 대형 사고를 유발시킬 수 있다.
실시예에 따르면, 과전압이 인가되더라도 제4 제어부(150)의 제어신호를 이용하여 제2 스위치(Q2)를 턴온/오프 제어하여 과전압이 인가되는 일시적인 구간 동안에만 광원(110)의 발광이 차단되고 그 이후에는 광원(110)의 발광으로 회복(recovery)되도록 하여, 제품 불량을 방지하고 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 광원 구동장치는 제2 스위치(Q2)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 스위치(Q2)는 제1 제어부(120), 제1 스위치(Q1) 및 접지(GND)에 연결될 수 있다. 예컨대, 제2 스위치(Q2)는 제1 제어부(120), 제3 제어부(140) 및 접지(GND)에 연결될 수 있다. 예컨대, 광원(110)은 제2 스위치(Q2)의 스위칭 제어에 의해 발광 또는 비발광될 수 있다. 비발광은 광원(110)의 스트링(112, 114)에 포함된 발광소자(LED1 내지 LED4)의 발광이 차단되는 것을 의미할 수 있다.
제2 스위치(Q2)는 제3 노드(n3)에 연결되는 베이스단자, 제1 노드(n1)에 연결되는 콜렉터단자 및 접지(GND)에 연결되는 에미터단자를 포함할 수 있다. 제2 스위치(Q2)의 콜렉터단자 및 에미터단자에 제5 커패시터(C5)가 연결될 수 있다.
제2 스위치(Q2)가 턴오프되는 경우, 제1 제어부(120)의 제어에 의해 광원(110)이 발광될 수 있다. 제2 스위치(Q2)가 턴온되는 경우, 제1 노드(n1)의 전압이 접지(GND)의 전압, 예컨대 0V과 동일해지므로, 제1 노드(n1)의 전압에 의해 제1 제어부(120)의 제4 및 제5 스위치(Q4, Q5)가 턴오프되어 광원(110)의 발광이 차단될 수 있다. 따라서, 제2 스위치(Q2)의 턴온에 의해 광원(110)의 발광이 차단되는 광원(110)의 각 스트링(112, 114)에 포함된 발광소자(LED1 내지 LED4)의 발광이 차단되는 래치 동작이 실행될 수 있다.
실시예에 따른 광원 구동장치는 제3 제어부(140)를 포함할 수 있다.
제3 제어부(140)는 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2) 사이에 연결될 수 있다. 제1 스위치(Q1) 에 의해 제3 제어부(140)이 제어되고, 제3 제어부(140)에 의해 제2 스위치(Q2)가 제어될 수 있다. 예컨대, 제1 스위치(Q1)에 의해 래치 모드로 선택되는 경우, 즉 제1 스위치(Q1)가 턴오프되는 경우, 제3 제어부(140)는 제2 스위치(Q2)의 스위칭 제어를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 스위치(Q1)가 턴오프되는 경우, 입력전원(103)의 입력전압이 제2 노드(n2)를 경유하여 제3 제어부(140)로 공급될 수 있다. 제3 제어부(140)는 입력전원(103)의 입력전압을 분배하여 제어신호(또는 출력전압)를 생성할 수 있다. 제3 제어부(140)의 제어신호에 의해 제2 스위치(Q2)가 스위칭 제어될 수 있다.
예컨대, 제3 제어부(140)의 제어신호가 로우레벨인 경우 제2 스위치(Q2)는 턴오프되고, 제3 제어부(140)의 제어신호가 하이레벨인 경우 제2 스위치(Q2)는 턴온될 수 있다. 구체적으로, 제1 스위치(Q1)가 턴오프되어 입력전원(103)의 입력전압이 제2 노드(n2)를 경유하여 제3 제어부(140)로 공급되는 경우, 제3 제어부(140)에서 생성된 제어신호는 하이레벨을 가질 수 있다. 제1 스위치(Q1)가 턴온되어 입력전원(103)의 입력전압이 제3 제어부(140)로 공급되지 않고 제2 노드(n2) 및 제1 스위치(Q1)을 경유하여 접지로 공급되는 경우, 제3 제어부(140)에서 생성된 제어신호는 로우레벨을 가질 수 있다. 하이레벨은 제2 스위치(Q2)를 턴온시킬 수 있고, 로우레벨은 제2 스위치(Q2)를 턴오프시킬 수 있다. 로우레벨은 제3 제어부(140)에 포함된 다이오드(D1)의 문턱전압과 동일할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제3 제어부(140)는 복수의 저항기(R1 내지 R3)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 저항기(R1)는 입력전원(103)과 제2 노드(n2) 사이에 연결될 수 있다. 제2 저항기(R2)는 제2 노드(n2)에 연결되고, 제3 저항기(R3)는 제2 저항기(R2)에 병렬로 연결될 수 있다.
제3 제어부(140)는 다이오드(D1)를 포함할 수 있다. 다이오드(D1)은 제2 저항기(R2)에 직렬로 그리고 제3 저항기(R3)에 병렬로 연결될 수 있다. 예컨대, 다이오드(D1)는 제2 저항기(R2)와 제3 노드(n3) 사이에 연결되거나 제3 저항기(R3)와 제3 노드(n3) 사이에 연결될 수 있다. 제3 제어부(140)는 제2 저항기(R2)에 직렬로 그리고 제3 저항기(R3)에 병렬로 연결되는 커패시터(C4)를 포함할 수 있다.
예컨대, 제3 제어부(140)의 제어신호는 제1 내지 제3 저항기(R3)의 분배에 의해 산출되는 분배 전압(V1)과 다이오드(D1)의 문턱전압의 합일 수 있다.
예컨대, 다이오드(D1)의 문턱전압이 분배 전압(V1)에 비해 무시할 수 있을 정도로 작은 값을 가지는 경우, 제3 제어부(140)의 제어신호는 분배 전압(V1)일 수 있다.
이하의 설명에서는 제3 제어부(140)의 제어신호가 제1 내지 제3 저항기(R3)의 분배에 의해 산출되는 분배 전압(V1)인 것으로 가정하여 설명하지만, 이에 대해서는 한정하지 않느다.
제1 스위치(Q1)가 턴오프되어 입력전원(103)의 입력전압이 제2 노드(n2)를 경유하여 제3 제어부(140)로 공급되는 경우, 제3 제어부(140)에서 생성된 제어신호는 제1 내지 제3 저항기(R3)의 분배에 의해 산출되는 분배 전압(V1)에 해당하는 하이레벨의 전압을 가질 수 있다. 따라서, 제3 제어부(140)의 하이레벨의 전압에 의해 제2 스위치(Q2)가 턴온될 수 있다.
제1 스위치(Q1)가 턴온되어 입력전원(103)의 입력전압이 제1 스위치(Q1)을 경유하여 접지(GND)로 공급되어 제3 제어부(140)로 공급되지 않는 경우, 제3 제어부(140)에서 생성된 제어신호는 다이오드(D1)의 문턱전압에 해당하는 로우레벨을 가질 수 있다. 따라서, 제3 제어부(140)의 로우레벨의 전압에 의해 제2 스위치(Q2)는 턴오프될 수 있다.
실시예에 따른 광원 구동장치는 제4 제어부(150)를 포함할 수 있다.
제4 제어부(150)는 입력전원(103), 제2 제어부(130) 및 접지(GND)에 연결될 수 있다.
제4 제어부(150)는 과전압으로부터 광원(110)을 보호할 수 있다. 예컨대, 입력전원(103)의 입력전압에 주변 환경, 예컨대 정전기나 스파트(apark)의 영향으로 정전기 전압이 포함되는 경우, 일시적으로 입력전압의 기 설정된 최대 전압보다 큰 전압이 광원(110)으로 유입되어 광원(110)의 발광소자(LED1 내지 LED4)가 손상될 수 있다. 제4 제어부(150)는 입력전원(103)으로부터 과전압을 포함하는 입력전압(이하, 과전압이라 함)이 공급되는 경우, 이 과전압이 제4 제어부(150)를 경유하여 접지(GND)로 방전되도록 할 수 있다. 따라서, 제4 제어부(150)는 과전압보호회로, 정전기방지회로 등으로 지칭될 수도 있다.
제4 제어부(150)는 제2 제너다이오드(ZD2)와 적어도 둘 이상의 저항기(R9, R10)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 제너다이오드(ZD2)와 제9 저항기(R9)는 입력전원(103)과 제4 노드(n4) 사이에 연결될 수 있다. 제2 제너다이오드(ZD2)와 제9 저항기(R9)는 서로 직렬로 연결될 수 있다. 제10 저항기(R10)는 제4 노드(n4)와 접지(GND) 사이에 연결될 수 있다. 제2 제너다이오드(ZD2)는 입력전압에 의해 도통되지 않고 과전압에 의해 도통되는 항복전압을 가질 수 있다. 제4 노드(n4)에는 제9 및 제10 저항기(R9, R10)에 의한 분배되는 분배 전압이 생성될 수 있다. 과전압이 제4 제어부(150)로 공급되는 경우, 제4 노드(n4)에는 과전압이 제9 및 제10 저항기(R9, R10)에 의한 분배된 분배 전압이 생성될 수 있다.
입력전원(103)으로부터 과전압이 제3 제어부(140)로 유입되는 경우, 과전압은 제2 제너다이오드(ZD2)의 항복전압보다 크므로, 제2 제너다이오드(ZD2)가 도통될 수 있다. 이에 따라, 제2 제너다이오드(ZD2)와 제9 및 제10 저항기(R9, R10)를 경유하여 접지(GND)로 이러지는 전류 통로(pass)가 형성되어, 과전압이 신속히 접지(GND)로 방전될 수 있다. 과전압이 제3 제어부(140)를 통해 방전되므로, 과전압이 광원(110)으로 유입되지 않아 광원(110)의 손상이 방지될 수 있다. 제7 및 제8 저항기(R7, R8)의 각 저항값은 비교적 작아 전류가 용이하게 흐를 수 있다.
한편, 제4 노드(n4)는 제2 제어부(130)의 제3 스위치(Q3)의 베이스단자에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제3 스위치(Q3)는 제4 노드(n4)의 전압에 의해 스위칭 제어될 수 있다. 즉, 제4 노드(n4)의 전압이 로우레벨인 경우 제3 스위치(Q3)가 턴오프되고, 제4 노드(n4)의 전압이 하이레벨인 경우 제3 스위치(Q3)가 턴온될 수 있다.
제4 노드(n4)의 전압에 의해 제2 제어부(130)의 제어신호가 조절될 수 있다.
예컨대, 입력전원(103)의 입력전압에 과전압이 포함되지 않는 경우, 즉 정상전압을 갖는 경우(발광 모드), 제4 제어부(150)의 제2 제너다이오드(ZD2)가 도통되지 않고 이에 따라 제4 노드(n4)에는 로우레벨의 전압이 될 수 있다. 제4 노드(n4)의 로우레벨의 전압에 의해 제2 제어부(130)의 제3 스위치(Q3)가 턴오프될 수 있다. 이에 따라 제3 제어부(140)의 제어신호는 제1 제너다이오드(ZD1)의 항복전압과 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)의 합에 해당하는 하이레벨(Vtotal)을 가질 수 있다. 이러한 하이레벨의 제어신호(Vtotal)에 의해 제1 스위치(Q1)는 턴온되어 입력전원(103)의 입력전압이 제3 제어부(140)의 제1 저항기(R1) 및 제1 스위치(Q1)를 경유하여 접지(GND)로 방전되고 또한 제1 제어부(120)와 제2 제어부(130)를 통한 전류 패스가 형성되고 제1 노드(n1)의 전압이 하이레벨을 가지므로 제4 및 제5 스위치(Q4, Q5)를 턴온시켜 광원(110)이 발광될 수 있다.
예컨대, 입력전원(103)의 입력전압에 과전압이 포함되는 경우(과전압 보호 모드), 제4 노드(n4)에는 제9 및 제10 저항기(R9, R10)에 의한 분배되는 분배 전압이 생성되는데, 이 분배 전압은 하이레벨의 전압일 수 있다. 제4 노드(n4)의 하이레벨의 전압에 의해 제2 제어부(130)의 제3 스위치(Q3)가 턴온될 수 있다. 이러한 경우, 제2 제어부(130)의 제어신호는 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 가질 수 있다. 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 갖는 제어신호에 의해 제1 스위치(Q1)는 턴온될 수 있다. 따라서, 입력전원(103)의 입력전압이 제1 저항기(R1)를 통해 생성된 전류 중 일부는 제1 스위치(Q1)를 통해 흐르고 다른 일부는 제3 제어부(140)를 경유하여 제2 스위치(Q2)의 베이스단자로 공급될 수 있다. 이러한 경우, 제1 노드(n1)의 전압은 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 가지므로, 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 갖는 제4 노드(n4)의 전압에 의해 제4 스위치(Q4)나 제5 스위치(Q5)의 베이스전류(Ib)는 수학식 2에 의해 0이 될 수 있다. 이에 따라, 수학식 1에 의해 광원(110)의 각 스트링(112, 114)에 포함된 복수의 발광소자(LED1 내지 LED4)의 구동전류(ILED)가 0이 되어 발광소자(LED1 내지 LED4)의 발광이 차단될 수 있다.
이후에, 입력전원(103)의 입력전압에 포함된 과전압이 방전되어 입력전압의 최대값 이하로 낮아지는 경우, 제4 제어부(150)의 제2 제너다이오드(ZD2)가 개방되어 더 이상 제4 제어부(150)를 통한 방전 경로가 형성되지 않게 된다. 이러한 경우, 제4 노드(n4)는 접지(GND)의 전압이나 이에 근접한 전압을 가지게 되고, 이러한 제4 노드(n4)의 전압에 의해 제3 스위치(Q3)는 턴오프될 수 있다. 제3 스위치(Q3)의 턴오프에 의해 제1 노드(n1)의 전압은 제1 제너다이오드(ZD1)의 항복전압과 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)의 합에 해당하는 전압(Vtotal)을 가질 수 있다. 이러한 경우, 광원(110)의 각 스트링(112, 114)에 포함된 복수의 발광소자(LED1 내지 LED4)는 수학식 3 및 수학식 4에 의해 산출된 구동전류(ILED)에 상응하는 휘도로 발광될 수 있다.
실시예에 따르면, 과전압이 인가되더라도 과전압 인가 구간(도 5의 T) 동안만 일시적으로 광원(110)의 발광이 차단되고, 그 이후에는 정상적으로 광원(110)이 발광될 수 있어, 신속한 정상 모드로의 회복(recovery)가 가능하여 제품 불량을 방지하고 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 다양한 모드에서의 동작 방법을 설명한다. 예컨대, 모드는 발광 모드(정상 모드), 과전압 보호 모드 및 비발광 모드를 포함할 수 있다.
발광 모드는 정상 전압에서 광원(110)이 발광되는 모드일 수 있다. 과전압 보호 모드는 입력전압에 과전압이 포함되는 경우 해당 과전압을 다른 방전 경로를 통해 신속히 방전하여 광원(110)의 손상을 방지하는 모드일 수 있다.
비발광 모드는 광원(110)의 복수의 스트링(112, 114)에 포함된 복수의 발광소자(LED1 내지 LED4)가 발광되는 중에 하나 또는 둘 이상의 발광소자(LED1)가 고장 등으로 커지는 경우, 즉 발광소자(LED1)가 단선(open)되는 경우 광원(110)의 복수의 스트링(112, 114)에 포함된 모든 광원(110)의 발광을 차단하는 기능, 즉 1-out-all-out 기능을 수행하는 모드일 수 있다.
[정상 모드]
도 2는 실시예에 따른 광원 구동장치에서 정상 모드로 동작하는 모습을 보여준다.
정상 모드는 과전압이 포함되는 않은 입력전압에 의해 광원(110)의 각 스트링(112, 114)에 포함된 복수의 발광소자(LED1 내지 LED4)가 발광되는 모드일 수 있다. 즉, 정상 모드에서서의 입력전압은 기 설정된 정격전압의 범위를 가질 수 있다. 이러한 경우, 과전압은 입력전압의 최대값보다 높은 전압일 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 정상 모드시, 입력전원(103)의 입력전압은 제1 제어부(120), 제4 제어부(150) 및 광원(110)으로 공급될 수 있다. 제4 제어부(150)에서는 제2 제너다이오드(ZD2)의 항복전압이 입력전압의 최대값과 같거나 이보다 높으므로, 입력전압은 제4 제어부(150)에서 방전되지 않게 된다. 제2 제어부(130)로 입력된 입력전압에 의해 제1 노드(n1)의 전압이 생성될 수 있다. 이때, 제1 노드(n1)의 전압은 제2 제어부(130)의 제1 제너다이오드(ZD1)의 전압과 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)의 합에 해당하는 전압(Vtotal)을 가지므로, 이 제1 노드(n1)이 전압에 의해 제1 스위치(Q1)가 턴온될 수 있다. 아울러, 제1 노드(n1)의 전압에 의해 제4 및 제5 스위치(Q4, Q5)의 베이스전류가 생성되고, 그 베이스전류에 따른 구동전류가 흐르므로, 광원(110)의 각 스트링(112, 114)에 포함된 복수의 발광소자(LED1 내지 LED4)는 해당 구동전류에 상응하는 휘도로 발광될 수 있다. 한편, 제1 스위치(Q1)가 턴온되므로, 입력전압이 제1 저항기(R1)를 통해 생성된 전류는 제1 스위치(Q1)를 통해 접지(GND)로 흐르고, 제3 제어부(140)로 흐르지 않을 수 있다. 제1 스위치(Q1)가 턴온되므로, 입력전압이 제1 저항기(R1)를 통해 생성된 전류는 제3 제어부(140)로 흐르지 않으므로, 제2 스위치(Q2)는 턴오프 상태를 유지하여 지속적으로 광원(110)의 발광이 유지될 수 있다.
[과전압 보호 모드]
도 3은 실시예에 따른 광원 구동장치에서 과전압 보호 모드의 과전압 인가 구간에서의 동작을 보여주고, 도 4는 실시예에 따른 광원 구동장치에서 과전압 보호 모드의 종료 시점 이후의 동작을 보여준다. 도 5는 과전압이 포함된 입력전압에 따른 파형을 보여준다. 즉, 도 5a는 과전압이 포함된 입력전압의 파형을 보여준다. 도 5b는 제4 노드의 베이스 전압의 파형을 보여준다. 도 5c는 제1 노드(n1)의 전압을 보여준다. 도 5d는 제2 스위치의 콜렉터-에미터 간 전압의 파형을 보여준다.
과전압 보호 모드에서는 도 5에 도시한 바와 같이 과전압이 인가되는 구간(T2)와 과전압이 인가되지 않는 구간(T1, T3)으로 구분되어 설명될 수 있다. 즉, 즉, 과전압을 포함하지 않는 입력전압이 인가되다가(T1), 과전압이 발생되어 입력전압에 포함되어 인가될 수 있다(T2). 이후 과전압이 방전되는 경우 다시 과전압이 포함되지 않은 입력전압이 인가될 수 있다(T3).
T1은 제1 구간, T2는 제2 구간, T3는 제3 구간으로 지칭될 수 있다. 제2 구간(T2)는 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2) 사이의 구간일 수 있다. 제2 구간(T2)은 과전압이 입력전압에 포함되는 구간으로서, 제1 시간(t1)은 과전압이 입력전압의 최대값보다 커지는 시점이고, 제2 시간(t2)은 과전압이 입력전압의 최대값보다 작아지는 시점일 수 있다. 따라서, 제1 시간(t1)에서 과전압이 발생되어 입력전압에 포함되고, 제2 시간(t2)에서 이하에 설명되는 바와 같이, 과전압이 제4 제어부(150)에 의한 방전으로 제거되어 과전압이 입력전압의 최대값보다 작아질 수 있다.
<제1 구간(T1)>
제1 구간(T1)은 과전압이 포함되지 않는 입력전압이 인가되는 구간으로서, 제1 구간(T1)에서 정상 모드로 동작되는데, 제1 구간(T1)에서의 정상 동작은 도 2에 도시된 정상 모드에서의 동작으로부터 용이하게 이해될 수 이으므로, 더 이상의 설명은 생략한다.
<제2 구간(T2)>
제2 구간(T2)은 입력전압에 정전기 등으로 과전압이 포함되어 인가되는 구간일 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제2 구간(T2)에서는 입력전압의 최대값을 초과하는 과전압이 입력전압에 포함되어 공급될 수 있다.
이러한 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 과전압에 포함된 입력전압(도 5a)은 제1 제어부(120), 제4 제어부(150) 및 광원(110)으로 공급될 수 있다. 과전압이 포함된 입력전압이 공급되는 경우, 제4 제어부(150)의 제2 제너다이오드(ZD2)가 도통되어 과전압이 제9 및 제10 저항기(R9, R10)를 경유하여 접지(GND)로 신속히 방전될 수 있다. 이러한 경우, 과전압이 제9 및 제10 저항기(R9, R10)에 의한 전압 분배되어 그 분배된 전압이 제4 노드(n4)에 생성될 수 있다. 제4 노드(n4)의 전압이 도 5b에 도시한 바와 같이 제3 스위치(Q3)의 베이스 전압일 수 있다. 도 5b에 도시한 바와 같이 제3 스위치(Q3)의 베이스 전압이 과전압이 포함되지 않는 제1 구간(T1)에서는 제4 노드(n4)의 전압이 0V이지만, 과전압이 포함된 입력전압이 제4 제어부(150)에 인가되는 경우 제4 노드(n4)의 전압은 0V에서 1.7V로 증가될 수 있다. 따라서, 제4 노드(n4)의 전압, 즉 1.7V는 적어도 제3 스위치(Q3)의 베이스-에미터 간 전압보다 크므로, 제4 노드(n4)의 전압에 의해 제3 스위치(Q3)가 턴온될 수 있다.
한편, 제1 노드(n1)의 전압은 제3 스위치(Q3)의 턴온/오프에 따라 달라질 수 있다. 과전압이 포함되지 않는 제1 구간(T1)에서 상술한 정상 모드의 동작에서 설명한 바와 같이, 제1 노드(n1)의 전압은 제1 노드(n1)의 전압이 제3 스위치(Q3)가 턴오프됨에 따라 제2 제어부(130)의 제1 제너다이오드(ZD1)의 항복전압과 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)의 합에 해당하는 전압(Vtotal)을 가질 수 있다. 이에 반해, 과전압이 포함된 제2 구간(T2)에서 제1 노드(n1)의 전압은 제1 노드(n1)의 전압이 제3 스위치(Q3)가 턴온됨에 따라 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 가질 수 있다. 도 5c에 도시한 바와 같이, 제1 구간(T1)에서 제1 노드(n1)의 전압은 2V가 넘는데 반해, 제2 구간(T2)에서 제1 노드(n1)의 전압은 2V보다 현저히 낮아질 수 있다.
제3 스위치(Q3)가 턴온되는 경우, 제1 노드(n1)의 전압은 도 5c에 도시한 바와 같이 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)를 가지므로, 이 제1 노드(n1)의 전압에 의해 제1 스위치(Q1)가 턴온될 수 있다. 따라서, 과전압이 포함된 입력전압이 제1 저항기(R1)을 통해 생성된 전류는 제1 스위치(Q1)를 통해서도 흐르고 제3 제어부(140)를 통해서도 흐를 수 있다. 과전압이 포함된 입력전압이 제1 저항기(R1)을 통해 생성된 전류의 일부가 제3 제어부(140)로 흘러, 제3 제어부(140)에서 전압 분배로 생성된 전압에 의해 제2 스위치(Q2)의 콜렉터-에미터 간 전압이 결정될 수 있다. 도 5d에 도시한 바와 같이, 제3 스위치(Q3)의 베이스 전압이 과전압이 포함되지 않는 제1 구간(T1)에서는 상술한 정상 모드의 동작에서 설명한 바와 같이, 제2 스위치(Q2)의 콜렉터-에미터 간 전압이 2V인데 반해, 제2 구간(T2)에서는 과전압이 포함된 입력전압이 제1 저항기(R1)을 통해 생성된 전류의 일부가 제3 제어부(140)로 흘러 제3 제어부(140)에서 전압 분배로 소정의 전압이 제어신호로 제2 스위치(Q2)로 공급되어 제2 스위치(Q2)의 콜렉터-에미터 간의 전압은 거의 1V로 감소될 수 있다. 비록 제2 스위치(Q2)의 콜렉터-에미터 간의 전압이 1V로 감소되더라도 제2 스위치(Q2)가 턴온된 것은 아니지만 제2 스위치(Q2)를 통해 전류가 미세하게 흐를 수 있다.
한편, 제3 스위치(Q3)가 턴온되는 경우, 제1 노드(n1)의 전압은 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)를 갖고, 이러한 제1 노드(n1)의 전압이 수학식 2에 대입되는 경우 베이스전류(Ib)가 0이 되고, 이 값을 수학식 1에 대입하면 제1 발광소자(LED1)의 구동전류(ILED)는 0이 될 수 있다. 이에 따라 광원(110)의 각 스트링(112, 114)에 포함된 복수의 발광소자(LED1 내지 LED4)가 발광되지 않을 수 있다.
이상에서는 제2 구간(T2)에서 제3 스위치(Q3)가 턴온되더라도 제1 스위치(Q1)가 턴온되는 것으로 설명되었지만, 제2 구간(T2)에서 제3 스위치(Q3)가 턴온되더라도 제1 스위치(Q1)가 턴오프될 수도 있다. 이러한 경우, 입력전압이 제1 저항기(R1)를 통해 생성된 전류는 제1 스위치(Q1)를 통해 흐르지 않고 제2 제어부(130)를 통해 흐를 수 있다. 이러한 경우, 제2 제어부(130)의 전압 분배로 생성된 전압에 의해 제2 스위치(Q2)가 턴온되어 결국 광원(110)의 각 스트링(112, 114)에 포함된 복수의 발광소자(LED1 내지 LED4)가 발광되지 않을 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
<제3 구간(T3)>
제2 구간(T2)에서 과전압이 제4 제어부(150)에 의해 방전되어 제거되는 경우, 제2 구간(T2)은 입력전압이 기설정된 정격전압의 최대값 이하로 낮아지는 시점(t2)에서 종료되고, 제2 시간(t2) 이후의 구간이 제3 구간(T3)으로 지칭될 수 있다.
제3 구간(T3)에서는 입력전압의 최대값보다 낮은 전압이 공급될 수 있다.
이러한 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 입력전압의 최대값보다 낮은 전압은 제1 제어부(120), 제4 제어부(150) 및 광원(110)으로 공급될 수 있다. 입력전압의 최대값보다 낮은 전압은 제4 제어부(150)의 제2 제너다이오드(ZD2)의 항복전압보다 낮으므로, 더 이상 제4 제어부(150)에 의한 방전은 동작되지 않는다. 따라서, 제4 제어부(150)의 제4 노드(n4)의 전압은 도 5b에 도시한 바와 같이 0V로 낮아질 수 있다. 따라서, 제4 노드(n4)의 전압에 의해 제3 스위치(Q3)가 턴오프되고, 이에 따라 제1 노드(n1)의 전압은 도 5c에 도시한 바와 같이 2V (제2 제어부(130)의 제1 제너다이오드(ZD1)의 항복전압과 제1 스위치(Q1)의 베이스-에미터 간 전압(Vbe)을 가질 수 있다. 2V의 제1 노드(n1)의 전압에 의해 제1 스위치(Q1)가 턴온되므로, 제1 노드(n1)의 전압에 의해 수학식 3 및 수학식 4에 의해 구동전류가 흐르게 되어 광원(110)의 발광 차단이 해제되어 광원(110)의 발광으로 회복(recovery)될 수 있다. 아울러, 제1 스위치(Q1)의 턴온에 의해 입력전압의 최대값보다 낮은 전압이 제1 저항기(R1)를 통해 생성된 전류가 제1 스위치(Q1)를 통해 접지(GND)로 흐르고 제3 제어부(140)로 흐르지 않을 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 광원 구동장치에서 비발광 모드로 동작하는 모습을 보여준다.
비발광 모드는 광원(110)의 복수의 스트링(112, 114)에 포함된 복수의 발광소자(LED1 내지 LED4)가 발광되는 중에 하나 또는 둘 이상의 발광소자(LED1)가 고장 등으로 커지는 경우, 즉 발광소자(LED1)가 단선(open)되는 경우 광원(110)의 복수의 스트링(112, 114)에 포함된 모든 광원(110)의 발광을 차단하는 기능, 즉 1-out-all-out 기능을 수행하는 모드일 수 있다.
예컨대, 제1 발광소자(LED1)가 단선되는 경우, 제1 스트링(112)으로는 전류가 흐르지 않고, 제2 제어부(130)의 제5 및 제6 저항기(R5, R6) 및 제7 저항기(R7)를 경유하여 접지(GND)로 흐를 수 있다. 이러한 경우, 제1 노드(n1)의 전압은 제4 스위치(Q4)의 베이스-에미터 간 전압과 제7 저항기(R7)의 전압(V7)의 합일 수 있다. 따라서, 제1 노드(n1)의 전압은 대략 1V 정도가 되고, 제1 노드(n1)의 전압이 제2 제어부(130)의 제1 제너다이오드(ZD1)의 항복전압보다 낮으므로 제1 제너다이오드(ZD1)가 도통되지 않게 되어 제1 스위치(Q1)는 턴오프될 수 있다. 이러한 경우, 입력전원(103)의 입력전압이 제1 저항기(R1)를 통해 생성된 전류가 제3 제어부(140)로 공급되어, 제3 제어부(140)의 전압 분배에 의해 생성된 제어신호에 의해 제2 스위치(Q2)가 턴온될 수 있다. 제2 스위치(Q2)가 턴온됨에 따라, 제1 노드(n1)의 전압은 접지(GND)의 전압이 되어, 수학식 1 및 수학식 2에 의해 제4 및 제5 스위치(Q4, Q5)를 통해 흐르는 구동전류(ILED)가 0이 될 수 있다. 이에 따라, 제4 및 제5 스위치(Q4, Q5)에 연결된 광원(110)의 각 스트링(112, 114)에 포함된 모든 발광소자(LED1 내지 LED4)의 발광이 차단되는 1-out-all-out 기능이 구현될 수 있다.
이상의 설명에서 설명된 스위치(Q1 내지 Q5)는 npn형 BJT 트랜지스터를 포함하지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.
103: 입력전원
110: 광원
112, 114: 스트링
120: 제1 제어부
130: 제2 제어부
132: 정전압회로
140: 제3 제어부
150: 제4 제어부
Q1: 제1 스위치
Q2: 제2 스위치
Q3: 제3 스위치
n1, n2, n3, n4, n5: 노드

Claims (12)

  1. 입력전원에 연결되고 각각 복수의 발광소자를 포함하는 복수의 스트링을 포함하는 광원;
    상기 입력전원, 상기 광원 및 접지에 연결되는 제1 제어부;
    상기 입력전원, 상기 제1 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제1 스위치;
    상기 제1 제어부, 상기 제1 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제2 제어부;
    상기 제1 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제2 스위치;
    상기 입력전원, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제3 제어부; 및
    상기 입력전원, 상기 제2 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제4 제어부를 포함하고,
    발광 모드, 과전압 보호 모드 및 비발광 모드 중 하나로 동작되고,
    상기 과전압 보호 모드에서 상기 제4 제어부가 과전압을 방전시키는 광원 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 모드에서 상기 입력전원은 기 설정된 최소값과 최대값을 갖는 입력전압을 공급하고,
    상기 과전압 보호 모드에서 상기 입력전원은 상기 입력전압의 상기 최대값보다 큰 제1 전압을 공급하고,
    상기 과전압 보호 모드는 상기 입력전압의 상기 최대값보다 큰 제1 전압이 인가되는 제1 구간과 상기 제1 구간 이후에 상기 입력전압의 상기 최대값 이하의 제2 전압이 인가되는 제2 구간으로 구분되는 광원 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구간동안,
    상기 제4 제어부는 상기 제1 전압을 방전시키고, 상기 제1 전압을 이용하여 상기 제2 제어부를 제어하여 제1 출력전압보다 작은 제2 출력전압이 생성되도록 하고,
    상기 제1 제어부는 상기 제2 출력전압을 이용하여 상기 광원의 발광을 차단시키는 광원 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입력전압은 상기 제1 전압의 방전에 의해 상기 제2 구간에 상기 제2 전압이 되고,
    상기 제2 구간동안,
    상기 제4 제어부는 상기 제2 전압을 이용하여 상기 제어부를 제어하여, 상기 제1 출력전압이 생성되도록 하고,
    상기 제1 제어부는 상기 제1 출력전압을 이용하여 상기 광원을 발광시키는 광원 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 제어부는,
    상기 입력전원과 제1 노드에 연결되는 제3 저항기;
    상기 제1 노드, 제2 제어부 및 상기 광원에 연결되는 제4 스위치; 및
    상기 제4 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제4 저항기를 포함하는 광원 구동장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 제어부는,
    상기 제1 노드와 상기 제1 스위치의 베이스단자에 연결되는 제1 제너다이오드; 및
    상기 제1 노드, 상기 제1 스위치의 베이스단자 및 상기 제4 제어부에 연결되는 제3 스위치를 포함하는 는 광원 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 구간동안,
    상기 제4 제어부는 상기 제1 전압을 이용하여 제3 스위치를 턴온시키고,
    상기 제2 제어부는 상기 제3 스위치의 턴온에 의해 상기 제1 스위치의 베이스-에미터 간 전압을 상기 제2 출력전압으로 생성하는 광원 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 구간동안,
    상기 제4 제어부는 상기 제2 전압을 이용하여 상기 제3 스위치를 턴오프시키고,
    상기 제2 제어부는 상기 제3 스위치의 턴오프에 의해 상기 제1 제너다이오드의 항복전압과 상기 제1 스위치의 베이스-에미터 간 전압의 합을 상기 제1 출력전압으로 생성하는 광원 구동장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제3 제어부는,
    상기 입력전원과 제2 노드에 연결도는 제1 저항기;
    상기 제2 노드에 연결되는 적어도 하나의 제2 저항기; 및
    상기 제2 저항기와 상기 제2 스위치의 베이스단자에 연결되는 다이오드를 포함하는 광원 구동장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비발광 모드에서 상기 복수의 스트링의 상기 복수의 발광소자가 발광되는 중 적어도 하나의 발광소자가 단선되고,
    상기 비발광 모드에서 제1 노드의 전압은 제4 저항기의 저항값과 제4 스위치의 베이스-에미터 간 전압의 합을 가지며, 상기 제1 노드의 전압에 의해 제1 스위치가 턴오프되는 경우 상기 제1 및 제2 저항기에 의해 분배된 분배 전압에 의해 상기 제2 스위치가 턴온되어 상기 복수의 스트링의 상기 복수의 발광소자의 발광이 차단되는 광원 구동장치.
  11. 입력전원에 연결되고 각각 복수의 발광소자를 포함하는 복수의 스트링을 포함하는 광원;
    상기 입력전원, 상기 광원 및 접지에 연결되는 제1 제어부;
    상기 입력전원, 상기 제1 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제1 스위치;
    상기 제1 제어부, 상기 제1 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제2 제어부;
    상기 제1 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제2 스위치;
    상기 입력전원, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 접지에 연결되는 제3 제어부; 및
    상기 입력전원, 상기 제2 제어부 및 상기 접지에 연결되는 제4 제어부를 포함하고,
    상기 과전압 보호 모드는 상기 입력전압의 상기 최대값보다 큰 제1 전압이 인가되는 제1 구간과 상기 제1 구간 이후에 상기 입력전압의 상기 최대값 이하의 제2 전압이 인가되는 제2 구간으로 구분되며,
    상기 제1 구간동안 상기 제4 제어부는 상기 제1 전압을 방전시키고 상기 제1 전압을 이용하여 상기 제2 제어부를 제어하여, 제1 출력전압보다 작은 제2 출력전압이 생성되도록 하고, 상기 제1 제어부는 상기 제2 출력전압을 이용하여 상기 광원의 발광을 차단시키는 광원 구동장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 입력전압은 상기 제1 전압의 방전에 의해 상기 제2 구간에 상기 제2 전압이 되고,
    상기 제2 구간동안 상기 제4 제어부는 상기 제2 전압을 이용하여 상기 제어부를 제어하여, 상기 제1 출력전압이 생성되도록 하고, 상기 제1 제어부는 상기 제1 출력전압을 이용하여 상기 광원을 발광시키는 광원 구동장치.
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