KR20220048718A - 단일 채널 기반 다기능 led 램프 구동 시스템 및 방법 - Google Patents

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김진현
강소정
이철성
이가희
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에스엘 주식회사
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Abstract

본 발명은 단일 채널 기반 다기능 LED 램프 구동 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED(Light Emitting Diode) 램프 구동 시스템은, 램프 기능별 구분되는 제 1 광원 그룹 및 제 2 광원 그룹; 입력전압을 상기 램프 기능별로 필요한 전압으로 조정하여 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹에 인가하는 단일의 LED 램프 구동 모듈; 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹의 온 오프(On/Off)를 제어하는 스위칭 모듈; 및 상기 LED 램프 구동 모듈과 연동하여 상기 스위칭 모듈의 온 오프 시간을 시분할 제어하여 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹의 광량을 제어하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.

Description

단일 채널 기반 다기능 LED 램프 구동 시스템 및 방법{System for Single channel based multi-function LED lamp drive and thereof method}
본 발명은 단일 채널 기반 다기능 발광 다이오드(Light Emitting Diode) (이하, LED라 칭함) 램프 구동 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다기능 LED 램프를 시분할 제어하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 야간 주행 시에 차량 주변에 위치한 대상물을 용이하게 확인하기 위한 조명 기능 및 다른 차량이나 도로 이용자들에게 차량의 주행 상태를 알리기 위한 신호 기능을 가지는 다양한 차량용 램프 장치들을 구비하고 있다. 예를 들어, 다양한 차량용 램프들 중 전조등 및 안개등 등은 조명 기능을 목적으로 하며, 방향 지시등, 제동등 및 차폭등 등은 신호 기능을 목적으로 하는 것이다.
이러한 차량의 램프로서 다수의 LED를 사용하는데, 다수의 LED를 동시에 구동하려는 경우, 각각의 LED의 편차에 의해 같은 전압으로 구동할 시 전류 편차가 발생하여 밝기가 서로 다르게 된다.
따라서, 다수의 LED를 구동하는 경우에는 대부분 정전압 구동방식보다는 정전류 구동방식을 사용한다. 특히, 밝기를 미세하게 조절해야 하는 경우에는 정전류 구동방식을 더 선호하게 된다.
도 1은 종래 LED 구동용 전원 공급 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 다기능 LED 램프 구동 시스템은 ICU(11), 마이컴(12), LED 드라이버(13) 및 LED 부하(14)를 포함할 수 있다.
ICU(11)는 IPS를 통해 마이컴(12)으로 램프 구동 신호를 제공하고, LED 드라이버(13)로 전원을 함께 제공할 수 있다.
마이컴(12)은 IPS로부터 램프 구동 신호를 받아 LED 드라이버(13)를 통해 정전류를 제어할 수 있다.
LED 드라이버(13)는 DC-DC 구동 반도체로 램프 각 기능별로 대응하여 배치될 수 있다. 이때, LED 부하(14)는 각 LED 드라이버에 연결되게 배치될 수 있다.
LED 드라이버(13)는 IPS로부터 전원을 받고 마이컴(12)으로 부터 제어 신호를 받아 LED를 정전류 제어하며 고장진단을 수행할 수 있다.
즉 ICU(SJB)에 있는 지능형 파워 스위칭 소자(IPS)가 램프의 제어 신호 및 전원을 공급하는 역할을 하는 동시에 배선의 단선 및 쇼트를 감지할 수 있다. 또한, ICU(11)는 마이컴(12)으로부터 Low beam, Turn Signal의 고장(Open, Short)정보를 램프 기능별 별도의 Tell-Tale 배선 회로로 수신할 수 있다.
상기 종래의 다기능 LED 램프 구동 시스템은 램프 기능별로 중복된 LED 드라이버(13) 및 고가의 지능형 파워 스위칭 소자(IPS)의 사용으로 시스템 가격 상승이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 단일 채널 기반으로 복수의 LED 램프를 시분할 제어하여 시스템 가격 상승을 최소화할 수 있는 단일 채널 기반 다기능 LED 램프 구동 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 LED(Light Emitting Diode) 램프 구동 시스템은, 램프 기능별 구분되는 제 1 광원 그룹 및 제 2 광원 그룹; 입력전압을 상기 램프 기능별로 필요한 전압으로 조정하여 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹에 인가하는 단일의 LED 램프 구동 모듈; 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹의 온 오프(On/Off)를 제어하는 스위칭 모듈; 및 상기 LED 램프 구동 모듈과 연동하여 상기 스위칭 모듈의 온 오프 시간을 시분할 제어하여 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹의 광량을 제어하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹은 병렬 연결되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹은 각각 적어도 하나 이상의 발광다이오드 소자(LED)가 직렬 연결된 구조를 포함하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭 모듈은, 상기 제 1 광원 그룹 중 제 1 기능을 수행하는 제 1 LED 그룹에 병렬 연결되어, 제 1 LED 그룹의 온 오프를 제어하는 제 1 스위치; 상기 제 1 광원 그룹 중 제 2 기능을 수행하는 제 2 LED 그룹에 병렬 연결되어, 제 2 LED 그룹의 온 오프를 제어하는 제 2 스위치; 및 상기 제 1 광원 그룹 중 제 3 기능을 수행하는 제 3 LED 그룹에 병렬 연결되어, 제 3 LED 그룹의 온 오프를 제어하는 제 3 스위치를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 스위칭 모듈은, 상기 LED 램프 구동 모듈의 출력단과 상기 제 1 광원 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위치; 및 상기 LED 램프 구동 모듈의 출력단과 상기 제 2 광원 그룹의 입력단에 연결되는 제 2 스위치를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 기능은 로우빔(Low beam) 기능, 상기 제 2 기능은 하이빔(High beam) 기능, 상기 제 3 기능은 서브하이빔(Sub-High beam) 기능을 포함하고,
상기 제 2 광원 그룹은 주간주행등(DRL; Daytime Running Lamp) 기능 또는 미등(Positioning Lamp) 기능을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 LED 램프 구동 모듈은, 주간주행등 기능 온 시 입력 전압을 감압하여 상기 제 2 광원 그룹에 제공하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 LED 램프 구동 모듈은, 하이빔 기능 온 시 입력 전압을 승압하여 상기 제 1 광원 그룹에 제공하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 LED 램프 구동 모듈은, 로우빔 기능 온 시 입력 전압과 상기 로우빔 기능을 수행하기 위해 필요한 전압의 차이에 따라 상기 입력 전압을 승압 또는 감압하여 상기 제 1 광원 그룹에 제공하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 LED 램프 구동 모듈은, 입력전압단과 접지전압단 사이에 직렬 연결되는 제 1 스위칭 소자; 및 제 2 스위칭 소자; 출력전압단과 접지전압단 사이에 직렬 연결되는 제 3 스위칭 소자; 및 제 4 스위칭 소자; 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자의 공통 노드와 제 3 스위칭 소자 및 제 4 스위칭 소자의 공통 노드 사이에 연결되는 인덕터를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어 모듈은, 상기 제 1 광원 그룹이 온 시 상기 제 2 광원 그룹이 오프 되도록 제어하고, 상기 제 2 광원 그룹이 온 시 상기 제 1 광원 그룹이 오프 되도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제 1 광원 그룹이 복수개의 기능별 LED 그룹을 포함하며, 상기 제어 모듈은, 상기 LED 그룹 중 듀티비(duty rate)가 가장 큰 그룹부터 순차적으로 점등 되도록 상기 스위칭 모듈을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어 모듈은, 상기 제 1 광원 그룹의 점등 비율(DUTY)이 상기 제 2 광원 그룹의 점등 비율보다 길게 설정하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 제어 모듈은, 상기 제 1 광원 그룹 또는 상기 제 2 광원 그룹의 점등 비율(DUTY)과 출력 전류 최대값을 기반으로 상기 제 1 광원 그룹 또는 상기 제 2 광원 그룹에 인가되는 출력전류값을 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 입력 전류의 안정화를 수행하는 입력단 커패시터; 출력 전류의 안정화를 수행하는 출력단 커패시터; 및 충전된 전류의 방전을 수행하는 비교 커패시터를 더 포함하는 것을 포함할 수 있다.
실시 예에일 실시 예에 있어서, 상기 제어 모듈은, 상기 단일의 LED 램프 구동 모듈로부터 출력된 출력 전류가 미리 정한 수치 이하이면 오픈(OPEN)상태로 인한 고장인 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어 모듈은, 상기 제 1 광원 그룹 내의 복수개의 LED 그룹 각각의 양단 또는 상기 제 2 광원 그룹의 양단의 전압 차가 미리 정한 수치 이하이면 쇼트(SHORT)상태로 인한 고장인 것으로 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제어 모듈은, 상기 제 1 광원 그룹 또는 상기 제 2 광원 그룹 내에 고장이 발생한 LED 그룹이 존재하면, 상기 고장이 발생한 LED 그룹을 제외하고 동작하는 페일 세이프(FAIL-SAFE) 동작을 수행하도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 LED(Light Emitting Diode) 램프 구동 방법은 램프 기능별 구분되는 제 1 광원 그룹 및 제 2 광원 그룹에 인가되는 전압을 조정하여 출력하는 단계; 및 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹과 연결된 스위칭 모듈의 온 오프 시간을 시분할 제어하여, 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹의 온 오프(On/Off) 및 광량 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 기술은 단일 채널 기반으로 복수의 LED 램프를 시분할 제어하여 시스템 가격 상승을 최소화할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 종래 LED 구동용 전원 공급장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 채널 기반의 다기능 LED 램프 구동 시스템을 포함하는 차량 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a는 도 2의 LED 램프 구동 모듈의 세부 구성도이다.
도 3b는 도 2의 각 구성의 세부 회로도의 예시 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 LED 램프 구동 시스템의 구동 모드의 예시를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 LED 램프 구동 제어 컨셉을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 LED 램프 구동 시스템의 고장 판단 방법 및 페일 세이프(FAIL-SAFE) 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 LED 램프 구동 시스템의 시분할 타이밍을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, 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 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 2 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 실시 예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
차량의 헤드램프(Head lamp)는 다기능(High, Low, Turn, DRL, Fog 등) 램프로 구성되며 구체적으로 로우빔(low beam), 하이빔(high beam), 주간주행등(DRL; Daytime Running Lamp, 이하 DRL이라 칭함), 미등(Positioning Lamp, tail lamp, 이하, PSTN이라 칭함), 서브하이빔(Sub-High beam) 기능을 포함한다. 로우빔과 하이빔은 운전자의 전방시계를 확보하기 위한 것이며, DRL은 안개가 많고 기후가 습한 나라에서 차량 상호 간의 안전을 도모하여 교통사고를 예방하기 위해 운행시간이 주간이든 야간이든 사용자의 스위치 조작과는 무관하게 차량에 시동이 걸려 주행상태가 되면 자동으로 점등된다. PSTN은 차량 앞부분에 설치되는 표시등이다.
본 발명에서는 차량의 헤드램프에 적용되는 다기능 LED 램프를 단일 LED 램프 구동부를 이용하여 제어하되 시분할 제어를 통해 다기능 LED 램프의 온 오프 및 광량을 제어하는 구성을 개시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 채널 기반의 다기능 LED 램프 구동 시스템을 포함하는 차량 시스템의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 3a는 도 2의 LED 램프 구동 모듈의 세부 구성도이며, 도 3b는 도 2의 각 구성의 세부 회로도의 예시 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 LED 램프 구동 시스템(100)은 차량 내부의 헤드램프 내에 구현될 수 있다. 이때, 다기능 LED 램프 구동 시스템(100)은 차량의 내부 제어 유닛들과 일체로 형성될 수 있으며, 별도의 장치로 구현되어 별도의 연결 수단에 의해 차량의 제어 유닛들과 연결될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 다기능 LED 램프 구동 시스템(100)은 LED 램프 구동 모듈(110), 스위칭 모듈(130), LED 부하(150), 제어 모듈(160), 입력단 커패시터(161), 비교 커패시터(162) 및 출력단 커패시터(163)를 포함할 수 있다.
LED 램프 구동 모듈(110)은 다기능 램프 중 특정 기능의 램프를 온 오프하거나 광량 조절 시, 차량 배터리 전압인 입력전압을 기능별로 필요한 전압으로 조정(승압 또는 감압)하여 LED 부하(150)에 제공한다.
LED 램프 구동 모듈(110)은 고속 스위칭(DC-DC) LED 구동 반도체를 활용하여 단일의 구성으로 복수의 램프를 제어할 수 있다. LED 램프 구동 모듈(110)은 LED 램프의 기능별 필요 전압에 따라 전압을 승압 또는 감압할 수 있다. 예를 들어, 다기능 중 DRL 기능 온 시 입력 전압을 감압하여 DRL 기능을 수행하는 램프에 제공하고, 하이빔 기능 온 시 입력 전압을 승압하여 하이빔 기능의 LED 램프에 제공하고 로우빔 기능 온 시 입력 전압의 레벨에 따라 승압 또는 감압하여 로우빔 기능을 수행하는 LED 램프에 제공할 수 있다. LED 램프 구동 모듈(110)의 램프 기능별 필요 전압으로 변환하는 구성 및 방법을 도 4a 내지 도 4c를 통해 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3a 와 같이 LED 램프 구동 모듈(110)은 통신부(111), 저장부(112), 제어부(113), 및 전압 변환 스위칭부(114), 및 측정부(115)를 포함할 수 있다.
통신부(111)는 LED 램프 구동 모듈(110)이 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신과 같은 차량 네트워크 통신 기술을 기반으로 제어 모듈(160)과 제어기 내부 통신을 수행할 수 있다.
일 예로서, 통신부(111)는 제어 모듈(160)과 통신을 수행할 수 있으며, 특히 측정부(115)에 의해 측정된 LED 부하(150)의 전압값 또는 출력 전류값을 제어 모듈(160)로 전송한다. 이에 제어 모듈(160)은 통신부(111)를 통해 수신한 LED 부하(150)의 전압 또는 전류값을 이용하여 LED 부하(150)의 고장 여부를 판단할 수 있다. 더불어 통신부(111)는 목표 전압 및 전류의 출력값을 제어모듈(160)로부터 수신 받을 수 있다. 고장 여부 판단과 관련하여 추후 도 7 및 도 8을 기반으로 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
저장부(112)는 제어부(113)에 의해 구동되는 데이터 및/또는 알고리즘이 저장될 수 있다. 저장부(112)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
제어부(113)는 각 구성요소의 동작을 제어할 수 있으며, 통신부(111), 저장부(112), 제어부(113), 전압 변환 스위칭부(114), 및 측정부(115)와 전기적으로 연결될 수 있고, 각 구성들을 전기적으로 제어할 수 있으며, 소프트웨어의 명령을 실행하는 전기 회로가 될 수 있으며, 이에 의해 후술하는 다양한 데이터 처리 및 계산을 수행할 수 있다.
전압 변환 스위칭부(114)는 헤드램프의 구동 모드에 따라 입력 전압 VIN을 전압 강하 또는 승압시켜 LED 부하(150)로 출력할 수 있다.
이를 위해, 전압 변환 스위칭부(114)는 도 4a 내지 도 4c와 같이, 트랜지스터 M1, M2, M3, M4, 인덕터 L1, 저항 R1을 포함한다. 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 LED 램프 구동 시스템의 구동 모드의 예시를 나타내는 도면이다.
도 4a와 같이 헤드램프의 구동 모드가 DRL 모드인 경우, 전압 변환 스위칭부(114)는 감압(BUCK)하여 DRL 기능을 수행하는 LED 소자(152)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 입력전압이 9~16V(차량 배터리 전압)일 때, DRL 점등을 위한 6V로 감압을 수행하여 출력한다. 이를 위해 트랜지스터 M4는 항상 온 상태를 유지하고 M3는 오프 상태를 유지한 상태에서, 클럭 사이클이 시작되면 트랜지스터 M2가 온 되면서 인덕터 L1의 전류가 감소하게 된다. 나머지 클럭 사이클 동안 트랜지스터 M2가 오프되고 M1은 다시 온되어 인덕터 L1의 전류가 충전될 수 있다.
또한, 도 4b와 같이 헤드램프 구동 모드가 하이빔 모드인 경우 전압 변환 스위칭부(114)는 전압을 승압(Boost)하여 하이빔 기능을 수행하는 LED 그룹(154)으로 출력할 수 있다.
예를 들어 입력전압이 차량 배터리전압인 9~16V이면, LED 그룹(153, 154, 155)를 점등하기 위해 총 28V의 전압으로 승압하여 LED 부하(150)로 출력할 수 있다. 이를 위해, 트랜지스터 M1은 항상 온되고 M2는 항상 오프된 상태에서, 클럭 사이클이 시작되면 M3이 온되어 입력된 전류가 인덕터 L1에 충전된다. 이후 나머지 클럭 사이클 동안 M3이 오프되고 M4가 온되면 인덕터 L1에 충전된 전류가 감소한다.
또한, 도 4c와 같이 헤드램프 구동 모드가 로우빔 모드인 경우 전압 변환 스위칭부(114)는 입력 전압 레벨에 따라 입력전압을 승압 또는 감압(Buck-Boost)하여 로우빔 기능을 수행하는 LED 그룹(153)로 출력할 수 있다.
예를 들어, 입력전압이 9V~16V인 경우 로우빔 모드 구동을 위한 12V로 승압하거나 감압할 수 있다. 이를 위해 트랜지스터 M1~M4의 모든 스위치가 스위칭 주파수에 맞게 동작할 수 있다.
전압 변환 스위칭부(114)는 기능별 LED의 온 오프에 따라 출력전압을 감압 또는 승압시킬 수 있는 H-브릿지(H-Bridge)를 포함할 수 있으며, H-브릿지는 동기식 구동 H-브릿지일 수 있다.
도 3b와 같이 병렬 연결되는 스위치 Q4, Q5는 각 출력단이 제 1 광원 그룹(151) 및 제 2 광원 그룹(152)에 각각 연결될 수 있다.
스위치 Q5는 듀티비 변경을 통해 제 2 광원 그룹(152)의 광량을 조절할 수 있다. 이때, 제 1 광원 그룹(151)이 온 될 때 제 2 광원 그룹(152)는 오프되고, 제 2 광원 그룹(152)이 온 될 때 제 1 광원 그룹(151)는 오프된다. 측정부(115)는 LED 부하(150)에 걸린 전압을 측정할 수 있다. 즉 측정부(115)는 LED 부하(150)의 각 기능별 LED 소자의 양단에 걸리는 전압을 측정할 수 있다. 이때, 측정부(115)는 통상의 전압 또는 전류 측정기의 구성을 이용할 수 있다.
스위칭 모듈(130)은 제어 모듈(160)에 의해 온 오프되는 복수의 스위치 Q1, Q2, Q3, Q4, Q5를 포함한다. 아래 표 1 및 도 9를 참조하여 스위칭 모듈(130)의 스위치 Q1, Q2, Q3, Q4, Q5의 동작에 대해 추후 설명하기로 한다.
LED 부하(150)는 LED 램프 구동 모듈(110)로부터 직류 전원을 공급받아 각각 발광하는 복수의 LED 스트링을 포함할 수 있다. 도 1의 LED 부하(150)는 도 3b와 같이, 제 1 광원 그룹(151)과 제 2 광원 그룹(152)의 병렬로 구성될 수 있다.
제 1 광원 그룹(151)은 SUB, HIGH, LOW 기능으로 동작하는 LED 그룹(155, 154, 153)을 포함하고 제 2 광원 그룹(152)은 DRL/PSTN 기능으로 동작 할 수 있는 복수개의 LED 소자가 직렬 연결된 구조를 가진다. 이때, LED 그룹(155, 154, 153) 각각은 적어도 하나 이상의 LED 소자가 각각 직렬 연결되고, 제 1 광원 그룹(151)은 LED 그룹(155, 154, 153) 직렬 연결되어 스위칭 모듈(130)의 온 오프에 의해 그 점등 또는 소등이 제어되고, 제 2 광원 그룹(152)은 DRL/PSTN 기능을 수행하는 복수개의 LED 소자가 직렬 연결되어 구성될 수 있다.
제 1 광원 그룹(151)과 제 2 광원 그룹(152)은 동시에 점등될 수 없으므로, 제 1 광원 그룹(151)과 제 2 광원 그룹(152) 중 동시 제어가 필요한 LED 제어를 위해 제어 모듈(160)은 스위칭 모듈(130)의 각 스위치 Q1 내지 Q5를 시간 분할하여 제어함으로써, 제 1 광원 그룹(151)과 제 2 광원 그룹(152)이 동시에 점등되는 효과를 얻도록 할 수 있다. 이때, 제 1 광원 그룹(151)의 LED 그룹(153, 154, 155)는 듀티비가 가장 큰 LED 소자부터 순차 점등할 수 있다.
아래 표 1은 헤드램프 기능별 LED 전압 레벨의 예시와 스위치 동작에 대한 테이블이다. 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 LED 램프 구동 시스템의 시분할 타이밍을 나타내는 도면이다.
Figure pat00001
표 1 및 도 9를 참조하면, 복수의 스위치 Q1, Q2, Q3는 직렬 연결되는 펑션(Function) 스위치로서 스위치 Q1, Q2, Q3 각각은 SUB, HIGH, LOW 기능의 LED 그룹(153, 154, 155)로의 전류 인가를 각각 제어한다. 각 스위치 Q1, Q2, Q3는 LED 그룹(153, 154, 155)에 각각 병렬 연결되어 바이패스(Bypass) 기능을 수행한다. 또한 각 스위치 Q1, Q2, Q3는 듀티비(DUTY RATE)의 변경을 통해 LED 그룹(153, 154, 155)의 광량을 제어할 수 있다. 스위치 Q1, Q2, Q3가 모두 닫힐 때 즉 모두 온 상태가 될 때 스위치 Q1, Q2, Q3를 통해 전류가 접지전압단으로 흐르게 되어, 제 1 광원 그룹(151)에 전류가 공급되지 않으므로 LED 그룹(153, 154, 155)은 모두 소등(OFF)한다.
반면, 스위치 Q4, Q5는 인에이블 스위치로서, 동시에 온 될 수 없다. 즉 제 1 광원 그룹(151)과 제 2 광원 그룹(152)는 동시에 점등될 수 없다.
이에 스위치 Q5는 오프되고 Q4가 온 된 상태에서, 스위치 Q1이 오프되고 스위치 Q2, Q3가 온 상태이면, 전류가 LED 그룹(153)으로 흐르게 되어 LOW 기능의 LED 그룹(153)이 점등하게 된다. 또한 스위치 Q5는 오프되고 Q4가 온 된 상태에서, 스위치 Q2가 오프되고 나머지 스위치 Q1, Q3가 온 상태이면, 전류가 하이빔 기능의 LED 그룹(154)으로 흐르게 되어 하이빔 기능의 LED 그룹(154)이 점등된다.
또한, 스위치 Q5는 오프되고 Q4가 온 된 상태에서, 스위치 Q3이 오프되고 스위치 Q1, Q2가 온 상태이면, 전류가 SUB 기능을 수행하는 LED 그룹(155)으로 흐르게 되어 LED 그룹(155)이 점등하게 된다.
도 3b와 같이 병렬 연결되는 스위치 Q4, Q5는 각 출력단이 제 1 광원 그룹(151) 및 제 2 광원 그룹(152)에 각각 연결될 수 있다.
스위치 Q5는 점등 비율(DUTY RATE) 변경을 통해 제 2 광원 그룹(152)의 광량을 조절할 수 있다. 이때, 제 1 광원 그룹(151)이 온 될 때 제 2 광원 그룹(152)는 오프되고, 제 2 광원 그룹(152)이 온 될 때 제 1 광원 그룹(151)은 오프된다.제어 모듈(160)은 다기능 LED 램프 구동 시스템(100)의 각 구성요소들 간에 전달되는 신호를 처리할 수 있다. 제어 모듈(160)은 예를 들어, 차량에 탑재되는 ECU(electronic control unit), MCU(Micro Controller Unit) 또는 다른 하위 제어기일 수 있다.
제어 모듈(160)은 LED 부하(150)의 제어를 위해 스위칭 모듈(130)의 온 오프를 시분할 제어할 수 있다. 제어 모듈(160)은 출력되는 PWM 신호의 한 주기를 특정 비율(Duty)로 나누어 제어할 수 있다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 LED 램프 구동 제어 컨셉을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 및 도 6을 참조하면 5ms를 한 주기로 하여 제어됨을 알 수 있다.
제어 모듈(160)은 제 1 광원 그룹(151)이 온 시 제 2 광원 그룹(152)이 오프되도록 제어하고, 제 2 광원 그룹(152)이 온 시 제 1 광원 그룹(152)이 온 되도록 제어할 수 있다. 제어 모듈(160)은 제 1 광원 그룹(151) 선택 시 제 2 광원 그룹(152)에 전류가 흐르지 않도록 제어한다.
제어 모듈(160)은 제 1 광원 그룹(151)이 복수개의 기능별 LED 그룹을 포함하며, LED 그룹 중 듀티비가 가장 큰 그룹부터 순차적으로 점등 되도록 스위칭 모듈(130)을 제어할 수 있다.
제어 모듈(160)은 제 1 광원 그룹의 점등 비율(DUTY)이 제 2 광원 그룹(152)의 점등 비율보다 길게 설정할 수 있다. 즉 제 1 광원 그룹의 점등 비율(DUTY)과 제 2 광원 그룹(152)의 점등 비율이 상이하다. 제 1 광원 그룹(151)의 하이빔 기능, 로우빔 기능이 DRL이나 PSTN보다 필요 전류치가 높으므로, 제 1 광원 그룹의 점등 비율을 제 2 광원 그룹(152)의 점등비율보다 길게 설정하여 필요한 전류를 제공할 수 있도록 한다.
제어 모듈(160)은 제 1 광원 그룹(151) 또는 제 2 광원 그룹(152)의 점등 비율(DUTY)과 출력 전류 최대값을 기반으로 제 1 광원 그룹(151) 또는 제 2 광원 그룹(152)에 인가되는 출력전류값을 산출할 수 있다.
도 9를 참조하면 제어 모듈(160)은 시분할 제어를 통해 스위치 Q1, Q2, Q3, Q4, Q5를 온 오프시킨다.
즉 스위치 Q5가 온되고 나머지 스위치 Q1~Q4가 오프 상태이면, 제 2 광원 그룹(152)이 점등 되도록 LED 램프 구동 모듈은 PSTN/DRL을 위한 전압 예를 들어 6V의 전압을 제 2 광원 그룹(152)으로 제공한다. 이어 스위치 Q4가 온되고 스위치 Q5는 오프되고, 스위치 Q1이 오프되고 나머지 스위치 Q2, Q3이 온 상태가 되면 제 2 광원 그룹(152)이 소등되고 제 1 LED 그룹(153)이 점등되어 로우빔 기능을 수행한다. 이때 LED 램프 구동 모듈(110)은 제 1 LED 그룹(153)이 점등을 위해 12V의 출력전압을 출력한다.
제 1 LED 그룹(153)이 점등되어 있는 상태에서 스위치 Q4의 온 상태 및 스위치 Q5의 오프상태가 유지되고, 스위치 Q1이 오프된 상태에서 스위치 Q2가 오프되고 스위치 Q3만 온 상태가 되면 제 1 LED 그룹(153)이 점등된 상태에서 제 2 LED 그룹(154)가 점등되어, 하이빔 기능과 로우빔 기능이 동시에 수행된다. 이때 LED 램프 구동 모듈(110)은 제 1 LED 그룹(153) 및 제 2 LED 그룹(154)의 점등을 위해 22V의 출력전압을 출력한다
이어 제 1 LED 그룹(153) 및 제 2 LED 그룹(154)이 점등되어 있는 상태에서 스위치 Q4의 온 상태 및 스위치 Q5의 오프상태가 유지되고 스위치 Q1, Q2, Q3이 모두 오프되면, 제 1 LED 그룹(153), 제 2 LED 그룹(154), 및 제 3 LED 그룹(155)이 모두 점등되어, 로우빔 기능, 하이빔 기능, 서브 하이빔 기능이 동시에 수행된다. 이때 LED 램프 구동 모듈(110)은 제 1 LED 그룹(153), 제 2 LED 그룹(154), 및 제 3 LED 그룹(155)의 점등을 위해 28V의 출력전압을 출력한다
결국, 제 1 LED 그룹(153)이 가장 먼저 점등되고, 그 다음 제 2 LED 그룹(154)이 점등되고 그 다음 제 3 LED 그룹(155)이 점등되어 기능별 스위칭 모듈(130)의 각 스위치 Q1, Q2, Q3 순으로 오프되어 각 스위치의 오프 시간이 상이하나, 클로즈 시간은 동일하게 된다.
제 1 광원 그룹(151)과 제 2 과원 그룹(152)은 서로 상이한 듀티비를 가지며, 각 광원 그룹에 인가되는 출력 전류는 아래 수학식 1과 같이, 듀티비에 따라 계산될 수 있다.
Figure pat00002
이때, 제어 모듈(160)은 제 1 광원 그룹과 제 2 광원 그룹은 동시에 점등되지 않도록 제 1 광원 그룹(151)과 제 2 광원 그룹(152)의 상단에 각각 구비된 스위치 Q4, Q5를 제어한다.
또한, 제어 모듈(160)은 LED 램프 구동 모듈(110)와 통신을 수행하여 전류 제어 및 고장 판단을 수행하고, 고장 판단에 따른 페일 세이프 동작(Fail-safe action)을 수행할 수 있다.
제어 모듈(160)은 단일의 LED 램프 구동 모듈(110)로부터 출력된 출력 전류값이 목표 전류값의 50% 이하인 경우 LED 부하(150)가 오픈(OPEN) 상태로 판단할 수 있다. 예를 들어, 로우빔 기능을 수행하는 LED 그룹(153)이 오픈된 경우 도 7과 같이, LED 램프 구동 모듈(110)의 출력 전압은 매우 커지고 출력 전류는 낮아지게 되며 전류 출력 유무를 통해 오픈 여부를 판단할 수 있다. 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 LED 램프 구동 시스템의 고장 판단 방법 및 페일 세이프 동작을 설명하기 위한 도면이다.
제어 모듈(160)은 기능별 LED 그룹(153, 154, 155)의 각각의 양단의 전압 차이를 확인하여 쇼트(SHORT) 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 8과 같이 하이빔 기능을 수행하는 LED 그룹(154)의 양단의 전압 V_TAP1과 V_TAP2의 전압 차이가 미리 정한 전압(예, 2V)보다 작으면 LED 그룹(154)의 쇼트 상태로 판단할 수 있다.
이처럼 LED 부하(150)의 고장이 판정되면, 제어 모듈(160)은 고장이 발생하여 동작 불가능한 LED 소자를 제외한 나머지 LED 소자를 동작하여 우회할 수 있다. 예를 들어, 도 8과 같이 로우빔 기능을 수행하는 LED 그룹(153)에 고장이 발생한 경우, LED 그룹(153)을 제외한나머지 LED 그룹(154, 155)를 동작시킬 수 있다.
또한 스위치 Q1~Q3의 스위칭 전환 시, 스위치 오프 기간이 설정될 수 있으며, 제어 모듈(120)은 전류의 오버슛(Overshoot), 언더슛(Undershoot)을 방지하기 위해 출력단 커패시터(163), 비교 커패시터(162)에 충전된 전류가 충분히 방전 된 이후 다음 기능의 스위치를 제어하도록 한다.
입력단 커패시터(161)는 퓨즈 박스(미도시)와 LED 램프 구동 모듈(110) 사이에 배치되어 입력 전류의 안정화를 수행한다.
비교 커패시터(162)는 LED 램프구동 모듈(110)과 접지전압단 사이에 구비되고, 특히 제어부(113)와 접지전압단 사이에 구비되어 빠른 방전 비교 동작을 수행할 수 있다.
출력단 커패시터(163)는 전압 변환 스위칭부(114)와 LED 부하(150) 사이에 배치될 수 있고, LED 램프 구동 모듈(110)의 출력 전류의 안정화를 위한 동작을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 단일 채널 즉 단일의 LED 램프 구동 모듈을 이용하여 다기능 LED를 구동할 수 있으며, 스위칭 모듈(130)을 시분할 제어하여 복수개의 LED의 점등을 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 램프 기능별 구분되는 제 1 광원 그룹 및 제 2 광원 그룹;
    입력전압을 상기 램프 기능별로 필요한 전압으로 조정하여 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹에 인가하는 단일의 LED 램프 구동 모듈;
    상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹의 온 오프(On/Off)를 제어하는 스위칭 모듈; 및
    상기 LED 램프 구동 모듈과 연동하여 상기 스위칭 모듈의 온 오프 시간을 시분할 제어하여 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹의 광량을 제어하는 제어 모듈;
    을 포함하는 LED(Light Emitting Diode) 램프 구동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹은 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹은 각각 적어도 하나 이상의 발광다이오드 소자(LED)가 직렬 연결된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스위칭 모듈은,
    상기 제 1 광원 그룹 중 제 1 기능을 수행하는 제 1 LED 그룹에 병렬 연결되어, 제 1 LED 그룹의 온 오프를 제어하는 제 1 스위치;
    상기 제 1 광원 그룹 중 제 2 기능을 수행하는 제 2 LED 그룹에 병렬 연결되어, 제 2 LED 그룹의 온 오프를 제어하는 제 2 스위치; 및
    상기 제 1 광원 그룹 중 제 3 기능을 수행하는 제 3 LED 그룹에 병렬 연결되어, 제 3 LED 그룹의 온 오프를 제어하는 제 3 스위치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 스위칭 모듈은,
    상기 LED 램프 구동 모듈의 출력단과 상기 제 1 광원 그룹의 입력단에 연결되는 제 1 스위치; 및
    상기 LED 램프 구동 모듈의 출력단과 상기 제 2 광원 그룹의 입력단에 연결되는 제 2 스위치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 기능은 로우빔(Low beam) 기능, 상기 제 2 기능은 하이빔(High beam) 기능, 상기 제 3 기능은 서브하이빔(Sub-High beam) 기능을 포함하고,
    상기 제 2 광원 그룹은 주간주행등(DRL; Daytime Running Lamp) 기능 또는 미등(Positioning Lamp) 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 램프 구동 모듈은,
    주간주행등 기능 온 시 입력 전압을 감압하여 상기 제 2 광원 그룹에 제공하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 램프 구동 모듈은,
    하이빔 기능 온 시 입력 전압을 승압하여 상기 제 1 광원 그룹에 제공하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 램프 구동 모듈은,
    로우빔 기능 온 시 입력 전압과 상기 로우빔 기능을 수행하기 위해 필요한 전압의 차이에 따라 상기 입력 전압을 승압 또는 감압하여 상기 제 1 광원 그룹에 제공하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 램프 구동 모듈은,
    입력전압단과 접지전압단 사이에 직렬 연결되는 제 1 스위칭 소자; 및 제 2 스위칭 소자;
    출력전압단과 접지전압단 사이에 직렬 연결되는 제 3 스위칭 소자; 및 제 4 스위칭 소자;
    제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자의 공통 노드와 제 3 스위칭 소자 및 제 4 스위칭 소자의 공통 노드 사이에 연결되는 인덕터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제 1 광원 그룹이 온 시 상기 제 2 광원 그룹이 오프되도록 제어하고, 상기 제 2 광원 그룹이 온 시 상기 제 1 광원 그룹이 오프 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 광원 그룹이 복수개의 기능별 LED 그룹을 포함하며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 LED 그룹 중 듀티비(duty rate)가 가장 큰 그룹부터 순차적으로 점등 되도록 상기 스위칭 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제 1 광원 그룹의 점등 비율(DUTY)이 상기 제 2 광원 그룹의 점등 비율보다 길게 설정하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제 1 광원 그룹 또는 상기 제 2 광원 그룹의 점등 비율(DUTY)과 출력 전류 최대값을 기반으로 상기 제 1 광원 그룹 또는 상기 제 2 광원 그룹에 인가되는 출력전류값을 산출하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    입력 전류의 안정화를 수행하는 입력단 커패시터;
    출력 전류의 안정화를 수행하는 출력단 커패시터; 및
    충전된 전류의 방전을 수행하는 비교 커패시터;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.

  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 단일의 LED 램프 구동 모듈로부터 출력된 출력 전류가 미리 정한 수치 이하이면 오픈(OPEN)상태로 인한 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제 1 광원 그룹 내의 복수개의 LED 그룹 각각의 양단 또는 상기 제 2 광원 그룹의 양단의 전압 차가 미리 정한 수치 이하이면 쇼트(SHORT)상태로 인한 고장인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제 1 광원 그룹 또는 상기 제 2 광원 그룹 내에 고장이 발생한 LED 그룹이 존재하면, 상기 고장이 발생한 LED 그룹을 제외하고 동작하는 페일 세이프(FAIL-SAFE) 동작을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED 램프 구동 시스템.
  19. 램프 기능별 구분되는 제 1 광원 그룹 및 제 2 광원 그룹에 인가되는 전압을 조정하여 출력하는 단계; 및
    상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹과 연결된 스위칭 모듈의 온 오프 시간을 시분할 제어하여, 상기 제 1 광원 그룹 및 상기 제 2 광원 그룹의 온 오프(On/Off) 및 광량 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 LED(Light Emitting Diode) 램프 구동 방법.
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