WO2011118869A1 - 발광 다이오드 회로 및 이를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치 - Google Patents

발광 다이오드 회로 및 이를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치 Download PDF

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WO2011118869A1
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WO
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emitting diode
voltage signal
light emitting
pulse width
transistor
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PCT/KR2010/002355
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English (en)
French (fr)
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한솔
권미화
조재명
오영하
조용민
조혜민
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제이엠씨엔지니어링 주식회사
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Publication date
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    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
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    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting diode lighting apparatus, and more particularly, to a light emitting diode circuit of a pulse width modulation method using an extremely low frequency and a light emitting diode lighting apparatus including the same.
  • a light emitting diode device is a semiconductor device that emits light when a voltage is applied in a forward direction.
  • the light emitting diode device has a low power consumption and a fast reaction speed compared to an incandescent lamp or a fluorescent lamp, and thus is widely used in various fields.
  • the light emitting diode device has a P-N junction structure, and emits light by light generated by recombination of electrons and holes injected from the electrode at the P-N junction portion.
  • a conventional LED lighting apparatus drives a light emitting diode element by applying a direct current to the light emitting diode element by a direct application method or by applying a high frequency pulse width modulated signal by a pulse width modulation method.
  • a direct current to the light emitting diode element by a direct application method or by applying a high frequency pulse width modulated signal by a pulse width modulation method.
  • the conventional LED lighting device is provided with a separate device such as a heat sink, which is not suitable for miniaturization of the LED lighting device, and heat is continuously maintained. If it occurs, there is a limit.
  • a separate device such as a heat sink.
  • One object of the present invention is to provide a light emitting diode circuit that does not generate electromagnetic waves, prevents heat generation of light emitting diode elements and transistors, and reduces unnecessary power consumption.
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting diode illumination device including the light emitting diode circuit.
  • the light emitting diode circuit is the first to nth (th) to generate the intermediate voltage signal based on the pulse width modulated signal having an extremely low frequency of 60Hz or more and 1kHz or less
  • n is an integer greater than or equal to 1
  • an intermediate voltage signal generating unit first to m (where m is an integer greater than or equal to n) generating a driving voltage signal based on the intermediate voltage signal;
  • a first to mth light emitting diode elements connected to the first to mth driving voltage signal generators to emit light based on the driving voltage signals.
  • At least one driving voltage signal generation unit among the first to mth driving voltage signal generation units may be generated at one of the first to nth intermediate voltage signal generators.
  • the first to n-th intermediate voltage signal generation unit receives the pulse width modulated signal through a first resistor, an emitter terminal connected to a ground voltage and the intermediate voltage signal
  • Each of the first transistor having a collector terminal for outputting a may be included.
  • the first to m th driving voltage signal generators may include a base terminal receiving the intermediate voltage signal, an emitter terminal connected to a power supply voltage, and the driving voltage signal through a second resistor. And a second resistor having an output collector terminal, and a third resistor connected between the power supply voltage and the base terminal of the second transistor.
  • the first transistor may be an NPN junction transistor
  • the second transistor may be a PNP junction transistor
  • the first to third resistors may have the same resistance value.
  • the pulse width modulated signal turns on the first transistor in an active period of the pulse width modulated signal and turns off the first transistor in an inactive period of the pulse width modulated signal. You can.
  • the intermediate voltage signal may turn on the second transistor in an activation period of the pulse width modulation signal and turn off the second transistor in an inactivation period of the pulse width modulation signal. Can be.
  • the driving voltage signal emits the first to m th light emitting diode elements in an activation period of the pulse width modulation signal and in the inactivation period of the pulse width modulation signal.
  • the m-th light emitting diode device may be non-light-emitting.
  • the pulse width modulated signal is generated by dividing a main clock signal, and the period and frequency of the pulse width modulated signal are activated and deactivated of the pulse width modulated signal. Even if the ratio of the section is changed, it may not be changed.
  • the brightness of the light output from the light emitting diode device may increase as the activation period of the pulse width modulation signal increases, and as the activation period of the pulse width modulation signal decreases, the brightness decreases.
  • the LED lighting apparatus may include a power supply circuit, a DC-DC conversion circuit, a pulse width modulation circuit and a light emitting diode circuit.
  • the light emitting diode circuit is a first to n-th (where n is an integer of 1 or more) medium voltage signal generating unit for generating a medium voltage signal based on a pulse width modulated signal having an extremely low frequency of 60Hz or more and 1kHz or less,
  • a first to m th driving voltage signal generation unit generating a driving voltage signal based on the intermediate voltage signal (where m is an integer greater than or equal to n) and the first to m th driving voltage signal generators It may include a first to m-th light emitting diode device for emitting light based on the driving voltage signal.
  • At least one driving voltage signal among the first to mth driving voltage signal generators may be included in one of the first to nth intermediate voltage signal generators.
  • the generation unit may be connected.
  • the first to n-th intermediate voltage signal generator is a base terminal for receiving the pulse width modulated signal through a first resistor, an emitter terminal connected to a ground voltage and the intermediate voltage
  • Each of the first transistors includes a collector terminal for outputting a signal.
  • the first to m th driving voltage signal generators may include a base terminal configured to receive the intermediate voltage signal through a second resistor, an emitter terminal connected to a power supply voltage, and the driving voltage signal. And a second resistor having a collector terminal for outputting a third resistor and a third resistor connected between the power supply voltage and a base terminal of the second transistor.
  • the first transistor may be an NPN junction transistor
  • the second transistor may be a PNP junction transistor
  • the first to third resistors may have the same resistance value.
  • the light emitting diode circuit prevents heat generation of the light emitting diode device and the transistor without generating an electromagnetic wave by using a pulse width modulated signal having an extremely low frequency, and without having a separate device such as a heat sink.
  • power consumption can be reduced by maintaining the light emitting diode element at an appropriate brightness.
  • the LED lighting apparatus includes the light emitting diode circuit so that the user does not expose the user to electromagnetic waves when the light emitting diode device emits light, thereby preventing malfunction and shortening of life due to heat generation, and unnecessary power consumption. Can be reduced.
  • the LED circuit is manufactured in a simple and compact structure, the LED lighting device is suitable for low cost and mass production.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a conventional light emitting diode circuit.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a light emitting diode circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the light emitting diode circuit of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a pulse width modulated signal input to the light emitting diode circuit of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating power consumption according to the pulse width modulation signal of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a light emitting diode lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of a street light including the light emitting diode illumination device of FIG. 6.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a conventional light emitting diode circuit.
  • a conventional LED circuit 100 includes a first resistor R1, a second resistor R2, series-connected LED elements D1, D2, D3, and a first transistor Q1. It may include.
  • the first resistor R1 may include a first terminal receiving a high frequency pulse width modulation signal PWM from an external pulse width modulation circuit and a second terminal connected to the first transistor Q1.
  • the first transistor Q1 has a base terminal for receiving the pulse width modulation signal PWMS through the first resistor R1, an emitter terminal connected to the ground voltage GND, and the LED elements D1 and D2 connected in series. It may include a collector terminal connected to the D3).
  • the second resistor R2 may include a first terminal connected to the power supply voltage VCC and a second terminal connected to the LED elements D1, D2, and D3 connected in series.
  • the LED elements D1, D2, and D3 connected in series may be connected between the second terminal of the second resistor R2 and the collector terminal of the first transistor Q1.
  • the conventional LED circuit 100 may simultaneously blink the LED devices D1, D2, and D3 connected in series based on a high frequency pulse width modulation signal PWM outputted from an external pulse width modulation circuit.
  • a high frequency pulse width modulation signal PWM outputted from an external pulse width modulation circuit.
  • people are not aware that the light is blinking when the light flickers above a certain frequency, so that a lighting device such as a fluorescent lamp blinks with a constant period to reduce power consumption and prevent overload.
  • the conventional LED circuit 100 also uses a characteristic of the LED device having a fast response speed, and applies the high-frequency pulse width modulation signal PWM to the first transistor Q1 to connect the LED devices in series. (D1, D2, D3) can be flashed at the same time.
  • the brightness of light output from the series-connected LEDs D1, D2, and D3 may be adjusted according to a ratio of an activation period and an inactivation period of the pulse width modulation signal PWMS, that is, a duty ratio.
  • a ratio of an activation period and an inactivation period of the pulse width modulation signal PWMS that is, a duty ratio.
  • the first transistor Q1 since the first transistor Q1 is turned off in the inactive period of the pulse width pulse width modulation signal PWM, no voltage is applied to the series-connected LED elements D1, D2, and D3 in the forward direction.
  • the LED elements D1, D2, and D3 connected in series cannot emit light.
  • the LED elements D1, D2, and D3 connected in series may blink according to a turn-on or turn-off operation of the first transistor Q1.
  • the first transistor Q1 is turned off.
  • the first transistor Q1 when the light emitting diode elements D1, D2, and D3 are connected in series is loaded because the LEDs D1, D2, and D3 connected in series are loaded. It will generate a lot of heat.
  • the light emitting diode elements D1, D2, D3 also generates a lot of heat.
  • a problem occurs that the first transistor Q1 and the light emitting diode elements D1, D2, and D3 connected in series are burned down or their performance is gradually degraded.
  • the conventional LED circuit 100 includes a separate device such as a heat sink, so that the first transistor Q1 and the LED elements D1, D2, and D3 connected in series are provided. The heat generated from) was released to the outside.
  • a conventional method is not only applicable to light emitting diode lighting devices such as street lamps, which are temporary and thus have to be operated for a long time without management by the user, and are connected in series with the light emitting diode circuit 100 in series.
  • the number of elements D1, D2, and D3 increases, there is a problem in that the number and / or size of a separate device such as a heat sink and the like must increase.
  • the conventional light emitting diode circuit 100 is not suitable for miniaturization of the light emitting diode lighting apparatus, and when the light emitting diode circuit 100 operates continuously for a long time, there is a limit to dissipating heat. have.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a light emitting diode circuit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the light emitting diode circuit 200 may include the first to nth (where n is an integer of 1 or more) intermediate voltage signal generator 220_1,..., 220_n, and the first to mth, where m may be an integer greater than or equal to n).
  • the driving voltage signal generators 240_1 to 240_m and the first to m th light emitting diode elements 260_1 to 260_m may be included.
  • the first to nth intermediate voltage signal generators 220_1 to 220_n may generate the intermediate voltage signal MS based on the pulse width modulation signal PWM having an extremely low frequency of 60 Hz to 1 kHz. .
  • the first to n-th intermediate voltage signal generator 220_1 to 220_n may drive at least one of the first to m-th driving voltage signal generators 240_1 to 240_m, respectively. It may be connected to the voltage signal generator.
  • the first intermediate voltage signal generator 200_1 is connected to the first to kth driving voltage signal generators 240_1,..., 240_k, and the nth intermediate voltage.
  • the signal generator 220_n may be connected to the first to m th driving voltage signal generators 240_l,..., 240_m. Accordingly, the first to n th intermediate voltage signal generators 220_1, ..., 220_n respectively transmit the intermediate voltage signals (1) to the first to m th driving voltage signal generators 240_1, ..., 240_m connected thereto. MS).
  • the first to k th light emitting diode elements 260_1 to 260_k form a column in the LED lighting apparatus, and the first to m th light emitting diode elements 260_l to.
  • the first to nth intermediate voltage signal generators 220_1 to 220_n respectively provide the intermediate voltage signal MS for driving each column. Can be understood.
  • the first to m th driving voltage signal generators 240_1 to 240_m are based on the intermediate voltage signal MS generated from the first to n th intermediate voltage signal generators 220_1 to 220_n.
  • the driving voltage signal DS can be generated.
  • the first to m th light emitting diode elements 260_l,..., 260_m may emit light.
  • the first to mth light emitting diode elements 260_l,..., 260_m cannot emit light.
  • the load for performing the flashing operation of the first to m th light emitting diode elements 260_l,..., 260_m based on the pulse width modulation signal PWM is applied to the first to nth.
  • the intermediate voltage signal generator 220_1 to 220_n and the first to m th driving voltage signal generators 240_1 to 240_m are distributed, the first to m th light emitting diode elements 260_l to. No heat is generated in the internal elements of the light emitting diode circuit 200 at the time of light emission of 260_m).
  • the first to m th light emitting diode elements 260_l,..., 260_m are connected to the first to m th driving voltage signal generators 240_1, ..., 240_m, respectively, and the first to m th driving voltage signals.
  • the light may be emitted based on the driving voltage signal DS generated by the generators 240_1,..., 240_m.
  • the first to m th light emitting diode elements 260_l,..., 260_m are formed by the driving voltage signal DS generated based on the activation period and the inactivation period of the pulse width modulation signal PWM. It can blink continuously.
  • the pulse width modulated signal PWM may have an extremely low frequency of 60 Hz or more and 1 kHz or less, and may include the first to m th light emitting diode elements based on the pulse width modulated signal PWMS having an extremely low frequency of 60 Hz or more and 1 kHz or less. Flashing 260_l, ..., 260_m) is unrecognizable to humans. As a result, the light emitting diode circuit 200 may provide proper lighting, and does not expose the user to electromagnetic waves during lighting, prevents malfunction and shortening of life due to heat generation, and reduces unnecessary power consumption.
  • the LED circuit 200 may include a unit unit corresponding to one column of the LED lighting apparatus (for example, the first intermediate voltage signal generator 220_1-the first to kth driving voltage signal generators 240_1, ..., 240_k)-Since the first to k-th light emitting diode elements 260_1 and ... 260_k) are manufactured in a simple and compact structure, they are used in a light emitting diode lighting apparatus requiring low cost and mass production. Can be.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the light emitting diode circuit of FIG. 2.
  • the light emitting diode circuit 200 may include first to n-th intermediate voltage signal generators 220_1 to 220_n and first to m-th driving voltage signal generators 240_1 to. 240_m) and first to m-th light emitting diode elements 260_1 to 260_m.
  • the first to n th intermediate voltage signal generators 220_1 to 220_n and the first to m th driving voltage signal generators 240_1 to 240_m may include the first to m th light emitting diodes. It can be manufactured in a two-stage structure for driving the elements (260_1, ..., 260_m).
  • Each of the first to n-th intermediate voltage signal generators 220_1, ..., 220_n may include a first resistor R1 and a first transistor Q1.
  • the first resistor Q1 is a first terminal receiving a pulse width modulation signal PWM output from an external pulse width modulation circuit and a second terminal connected to the base terminal of the first transistor Q1. It may be provided.
  • the first transistor Q1 is an NPN junction transistor, which is a base terminal for receiving the pulse width modulation signal PWMS through the first resistor R1, an emitter terminal connected to the ground voltage GND, and an intermediate voltage. It may be provided with a collector terminal for outputting a signal (MS).
  • the first transistor Q1 is turned on in the activation period of the pulse width modulation signal PWM, and the first transistor Q1 is turned off in the deactivation period of the pulse width modulation signal PWM.
  • the intermediate voltage signal MS may have a predetermined voltage level only in the activation period of the pulse width modulation signal PWMS.
  • the first transistor Q1 does not operate in an active region, but operates in a cutoff region and a saturation region.
  • Each of the first to m th driving voltage signal generators 240_1,..., 240_m may include a second resistor R2, a third resistor R3, and a second transistor Q2.
  • the second resistor R2 may include a first terminal receiving the intermediate voltage signal DS and a second terminal connected to the base terminal of the second transistor Q2.
  • the third resistor R3 may include a first terminal connected to the base terminal of the second transistor Q2 and a second terminal connected to the power supply voltage VCC.
  • the second transistor Q2 is a PNP junction transistor, and includes a base terminal receiving the intermediate voltage signal MS through the second resistor R2, an emitter terminal connected to the power supply voltage VCC, and a driving voltage signal ( And a collector terminal for outputting DS).
  • the second transistor Q2 is turned on in the activation period of the pulse width modulation signal PWM, and the second transistor Q2 is turned off in the deactivation period of the pulse width modulation signal PWM.
  • the driving voltage signal DS may have a predetermined voltage level only in the activation period of the pulse width modulation signal PWM.
  • the second transistor Q1 also operates in the cutoff region and the saturation region, not in the active region.
  • first and second transistors Q1 and Q2 are illustrated as bipolar transistors in FIG. 3, field effect transistors may be used as the first and second transistors Q1 and Q2, according to an embodiment.
  • resistance values of the first to third resistors R1, R2, and R3 may be variously determined according to required conditions.
  • the resistance values of the first to third resistors R1, R2, and R3 may be the same.
  • the first transistor Q1 when the first to m-th light emitting diode elements 260_1,..., 260_m emit light, the first transistor Q1 outputs the intermediate voltage signal MS at the collector terminal, and the second transistor Q2.
  • the first to m th light emitting diode elements 260_1 to 260_m are continuously formed based on the driving voltage signal DS generated by the first to m th driving voltage signal generators 240_1 to 240_m. Can blink.
  • the first to m th light emitting diode elements 260_l,..., 260_m are forwarded by the driving voltage signal DS, the first to m th light emitting diode elements 260_l...
  • the light emitting diode circuit 200 turns on the first transistor Q1 in the activation period of the pulse width modulation signal PWM provided by the external pulse width modulation circuit, and deactivates the pulse width modulation signal PWM. Turns off the first transistor Q1.
  • the second transistor Q2 is generated by the intermediate voltage signal MS output from the collector terminal of the first transistor Q1. Is turned on.
  • the first transistor Q1 is turned off in the inactive period of the pulse width modulation signal PWMS, the second transistor Q2 is also turned off.
  • the first and second transistors Q1 and Q2 are turned on only during the activation period of the pulse width modulated signal PWMS, and the first and second transistors Q1 and Q2 are turned on by the driving voltage signal DS.
  • the forward voltage is applied to the first to m th light emitting diode elements 260_1 to 260_m. Therefore, the first to m-th light emitting diode elements 260_1 to 260_m emit light in the activation period of the pulse width modulation signal PWM and do not emit light in the inactivation period of the pulse width modulation signal PWM. It can blink continuously.
  • the pulse width modulated signal PWMS may have an extremely low frequency of 60 Hz or more and 1 kHz or less, and the first to m th light emitting diode elements 260_l according to an activation period and an inactivation period of the pulse width modulation signal PWMS. , ..., 260_m) is not visible to human. Therefore, the light emitting diode circuit 200 does not expose the user to electromagnetic waves during illumination, prevents malfunction and shortening of life due to heat generation, and reduces unnecessary power consumption.
  • the pulse width modulation signal By adjusting the activation period of the PWMS to be large, the brightness of the light output by the first to m-th light emitting diode elements 260_1,..., 260_m is increased, and the activation period of the pulse width modulation signal PWM is reduced.
  • the brightness of the light output by the first to m-th light emitting diode elements 260_1,..., 260_m may be reduced.
  • the pulse width modulated signal PWM may be generated by dividing a main clock signal input to the LED lighting apparatus, and the period and frequency of the pulse width modulated signal PWM are determined by the pulse width modulated signal PWMS. It does not change even if the ratio between the active and inactive sections of PWMS) is changed.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a pulse width modulated signal input to the light emitting diode circuit of FIG. 3.
  • the pulse width modulated signal PWMS may have a period of T0.
  • T1 corresponds to the time corresponding to the logic state 'high', that is, the activation period of the pulse width modulation signal PWMS
  • T2 corresponds to the time corresponding to the logic state 'low', that is, the pulse width modulation signal PWMS. May correspond to the deactivation interval of.
  • the period T0 of the pulse width modulation signal PWMS has a constant value even when the activation section T1 and the inactivation section T2 of the pulse width modulation signal PWMS are changed.
  • the first to m th light emitting diode elements 260_1,..., 260_m emit light during the activation period T1 of the pulse width modulation signal PWM, and the pulse width modulation signal PWMS.
  • the first to m th light emitting diode elements 260_1 to 260_m may not emit light during the deactivation period T2.
  • the activation period T1 and the inactivation period T2 of the pulse width modulation signal PWMS may be determined according to the brightness degree required to output the first to m th light emitting diode elements 260_1,..., 260_m. Can be.
  • the pulse width modulated signal may have a very low frequency of 675hz, the first to m-th LED element
  • the duty ratio of the pulse width modulated signal PWMS can be adjusted in 256 steps according to the degree of brightness required to output 260_1, ..., 260_m.
  • the light emitting diode circuit 200 adjusts the duty ratio of the pulse width modulation signal PWM by dividing the duty ratio into 256 steps, thereby requiring the first to m-th light emitting diode elements 260_1 to 260_m to be output.
  • the power consumption can be controlled according to the degree of brightness, and a two-stage structure for emitting the first to m-th light emitting diode elements 260_1,..., 260_m can be used to efficiently generate heat generated in the internal elements. It can be suppressed.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating power consumption according to the pulse width modulation signal of FIG. 4.
  • the light emitting diode circuit 200 has a pulse width modulation signal PWMS having an extremely low frequency in order to adjust the brightness of light output from the first to m th light emitting diode elements 260_1 to 260_m.
  • the duty ratio of can be adjusted up to 256 levels (ie, OF to FF).
  • the light emitting diode circuit 200 adjusts the ratio, that is, the duty ratio, of the activation period T1 and the inactivation period T2 of the pulse width modulated signal PWMS having the extremely low frequency to 256 steps (that is, from OF to FF),
  • the current consumption A and power consumption W of the light emitting diode circuit 200 may be controlled, and heat generation of the internal device may be adjusted accordingly.
  • the smaller the activation period T1 of the pulse width modulation signal PWM that is, the closer the data DATA is to 0F
  • the consumption current A of the LED circuit 200 the smaller the activation period T1 of the pulse width modulation signal PWM (that is, the closer the data DATA is to 0F)
  • the consumption current A of the LED circuit 200 the smaller the activation period T1 of the pulse width modulation signal PWM (that is, the closer the data DATA is to 0F)
  • the consumption current A of the LED circuit 200 the smaller the activation period T1 of the pulse width modulation signal PWM (that is,
  • This can be big.
  • heat generation of the internal elements of the light emitting diode circuit 200 may be relatively large.
  • the LED circuit 200 suppresses the heat generation of the internal elements through the two-stage structure, even if the activation period T1 of the pulse width modulation signal PWM is large, Small compared to
  • the period and frequency of the pulse width modulated signal PWMS are also changed. Brightness of the light output from the light emitting diode device cannot be precisely adjusted according to the required conditions.
  • the activation period T1 and the deactivation period T2 of the pulse width modulation signal PWM are generated. Even if the ratio is changed to 256 steps (ie, OF to FF), the period and frequency of the pulse width modulated signal PWM are not changed.
  • the pulse width modulation signal PWM input to the light emitting diode circuit 200 has an extremely low frequency of 60 Hz or more and 1 kHz or less, so that the first to m th light emitting diode elements 260_1,. .., 260_m) can be flashed.
  • the light emitting diode circuit 200 does not expose a user to electromagnetic waves during light emission of the first to m th light emitting diode elements 260_1,. And reduce unnecessary power consumption.
  • FIG. 5 the current consumption A and power consumption W of the light emitting diode circuit 200 according to the brightness of the light output from the first to m th light emitting diode elements 260_1,..., 260_m are shown.
  • This is one example, and the current consumption (A) and power consumption (W) of the light emitting diode circuit 200 by adjusting the brightness of the light output from the first to m-th light emitting diode elements (260_1, ..., 260_m) ) May be variously changed according to the specification of the light emitting diode circuit 200.
  • FIG. 5 the current consumption A and power consumption W of the light emitting diode circuit 200 according to the brightness of the light output from the first to m th light emitting diode elements 260_1, ..., 260_m)
  • the light emitting diode circuit 200 changes the ratio of the activation section T1 and the inactivation section T2 of the pulse width modulation signal PWMS having an extremely low frequency to 256 steps (that is, from OF to FF).
  • the brightness of the light output from the first to m-th light emitting diode elements 260_1 to 260_m is divided into 16 stages.
  • this is only one example, and the step of adjusting the brightness of light may be variously changed according to the specification of the light emitting diode circuit 200.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a light emitting diode lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the LED lighting apparatus 300 may include a power supply circuit 320, a DC-DC conversion circuit 340, a pulse width modulation circuit 360, and a light emitting diode circuit 380.
  • the LED lighting apparatus 300 includes a main controller 390 for controlling the power supply circuit 320, the DC-DC conversion circuit 340, the pulse width modulation circuit 360, and the light emitting diode circuit 380. ) May be further included.
  • the power supply circuit 320 may include a plurality of batteries, and the plurality of batteries may be provided in the power supply circuit 320 in a removable form.
  • the power supply circuit 320 may determine whether one battery to supply the battery power (POW) from among the plurality of batteries by determining whether the plurality of batteries are removed or not, and determining the discharge degree of the plurality of batteries. . For example, whether the plurality of batteries are attached or detached and a degree of discharge may be determined based on a voltage level of an output voltage provided by each of the plurality of batteries. Meanwhile, when one battery among the plurality of batteries provides the battery power (POW) required for the LED lighting apparatus 300, charging may be performed on the remaining batteries. As such, since the plurality of batteries alternately provide the battery power (POW) in the LED lighting apparatus 300, the LED lighting apparatus 300 does not operate due to the lack of power due to the discharge of the batteries. can do.
  • the DC-DC conversion circuit 340 may convert the battery power POWER supplied from the power supply circuit 320 into a light emitting diode power CPOW required for driving the light emitting diode circuit 380.
  • the light emitting diode power source CPOW may have a voltage level preset by the user according to a required condition. For example, when the battery power supply has a voltage level of 20V, the light emitting diode power supply CPOW may be generated by step-down converting by about 12V.
  • the LED circuit 380 is operated based on the LED power output CPOW output from the DC-DC conversion circuit 340, the LED circuit 380 is operated based on the battery power POWER. Compared to the case, the power consumption is relatively low, and heat generation of the internal devices can be effectively reduced accordingly.
  • the pulse width modulation circuit 360 receives the LED power supply PWM to generate a pulse width modulation signal PWM having a constant duty ratio.
  • the pulse width modulated signal PWM has an extremely low frequency so low that a human cannot recognize that the light emitting diode element is blinking.
  • the frequency of the pulse width modulated signal PWMS may have a value between 60 Hz and 1 kHz.
  • the pulse width modulation circuit 360 may be implemented using the NE555 chip. In detail, when the pulse width modulation circuit 360 needs to increase the brightness of light output from the LED device, the pulse width modulation circuit 360 increases the activation period of the pulse width modulation signal PWM to increase the time for emitting the LED. .
  • the activation period of the pulse width modulation signal (PWMS) is kept constant, and the activation period and the inactivation period of the pulse width modulation signal PWM are adjusted.
  • the light emitting diode circuit 380 operates based on the pulse width modulated signal PWM. As described above, the light emission time of the light emitting diode element may be determined according to the duty ratio of the pulse width modulated signal PWM.
  • the light emitting diode circuit 380 is a first to n-th intermediate voltage signal generator for generating a parametric voltage signal based on a pulse width modulated signal having an extremely low frequency of 60 Hz or more and 1 kHz or less, based on the intermediate voltage signal
  • the first to m-th driving voltage signal generator for generating a driving voltage signal and the first to m-th driving voltage signal generator is connected to include a first to m-th light emitting diode element for emitting light based on the driving voltage signal; Can be.
  • the first to n-th intermediate voltage signal generator and the first to m-th driving voltage signal generator may be provided with first and second transistors, respectively.
  • the load for emitting the first to m th light emitting diode elements is distributed to two stage transistors, that is, the first and second transistors, the light emitting diode circuit (when the first to m th light emitting diode elements emit light, 380 does not generate heat.
  • the light emitting diode circuit when it has been described above, overlapping description will be omitted.
  • the LED lighting apparatus 300 may further include a main controller 390.
  • the main controller 390 receives a command signal from an external source, such as a host, generates a control signal CON, and converts the control signal CON into a power supply circuit 320, a DC-DC conversion circuit 340, and a pulse width modulation.
  • the circuit 360 and the light emitting diode circuit 380 may be provided.
  • the main controller 390 may control the criteria for selecting battery power (POW) in the power supply circuit 320, and the light-emitting diode to step-down conversion in the DC-DC conversion circuit 340
  • the voltage level of the power source CPOW may be controlled, the duty ratio of the pulse width modulation signal PWM generated by the pulse width modulation circuit 360 may be controlled, and a variable resistor is present in the light emitting diode circuit 380. In this case, the resistance value can be controlled.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of a street light including the light emitting diode illumination device of FIG. 6.
  • the street light 400 may include a photovoltaic device 440, an external power supply 460, and a light emitting diode lighting device 300.
  • the photovoltaic device 440 may supply power to the light emitting diode lighting device 300 by receiving photovoltaic light and performing photoelectric conversion.
  • the street light 400 may generate power by itself by receiving photo sunlight and performing photoelectric conversion during the daytime. In this case, when only the rechargeable battery of the LED lighting apparatus 300 is replaced every few years, the street lamp 400 may be permanently used.
  • the external power supply 460 fails to generate power for a long time in the photovoltaic device 440 due to deterioration of weather or the like, the external power supply 460 may prevent the LED lighting device 300 from being discharged. EPOW) can be supplied separately.
  • the street lamp 400 is designed to be prioritized to supply power from the photovoltaic device 440 and to subordinated power from the external power supply 460. Can be.
  • the LED lighting apparatus 300 may operate based on the power source EPOW received from the solar power generator 440 and / or the external power supply 460.
  • the LED lighting device 300 includes a power supply circuit 320, a DC-DC conversion circuit 340, a pulse width modulation circuit 360, a light emitting diode circuit 380, and a main controller 390. It may include. However, since it has been described above, overlapping description will be omitted.
  • the power supply circuit 320 of the LED lighting apparatus 300 may include a plurality of batteries, and the remaining batteries may be charged while supplying battery power (POW) from one of them. have.
  • POW battery power
  • the street light 400 is provided in the power supply circuit 320 of the LED lighting apparatus 300 based on the power source EPOW supplied from the solar power generator 440 and / or the external power supply 460.
  • the LED lighting apparatus 300 does not operate due to lack of power due to the discharge of the batteries.
  • the LED circuit, the LED lighting apparatus, and the street lamp including the same have been described with reference to the drawings, the above description is an example and the technology does not depart from the technical spirit of the present invention. Modifications and variations may be made by those skilled in the art.
  • the specific circuit diagram of the light emitting diode circuit is one example for performing a function of the light emitting diode circuit, and design changes such as addition and / or omission of some elements may be possible in a range performing the same function. Therefore, the technical idea of the present invention should not be limited to the embodiments of the present invention.
  • the present invention can be variously applied to a light emitting diode lighting apparatus using a light emitting diode element.
  • the present invention can be applied to light emitting diode lighting devices such as flash-lights, street-lights, astral-lamps, and back-lights of liquid crystal display devices.
  • driving voltage signal generator 260 light emitting diode element
  • DC-DC conversion circuit 360 pulse width modulation circuit

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

발광 다이오드 회로는 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부, 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부 및 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 포함한다. 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부는 60Hz 이상 1kHz 이하의 주파수를 갖는 극 저주파 신호인 펄스 폭 변조 신호에 기초하여 매개 전압 신호를 생성한다. 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부는 매개 전압 신호에 기초하여 구동 전압 신호를 생성한다. 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자는 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부에 연결되어 구동 전압 신호를 기초로 발광한다. 따라서, 발광 다이오드 회로는 발광 다이오드 소자의 발광에 따른 발열을 방지할 수 있다.

Description

발광 다이오드 회로 및 이를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치
본 발명은 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 극 저주파를 이용하는 펄스 폭 변조 방식의 발광 다이오드 회로 및 이를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드 소자는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로서, 백열전구나 형광등에 비하여 소비 전력이 낮고 반응 속도가 빨라 최근 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 구체적으로, 발광 다이오드 소자는 P-N 접합 구조로 이루어져 있으며, 전극으로부터 주입된 전자와 정공이 P-N 접합 부분에서 재결합함으로써 생성되는 빛에 의하여 발광하게 된다.
일반적으로, 종래의 발광 다이오드 조명 장치는 발광 다이오드 소자에 직접 인가 방식으로 직류 전류를 인가하거나, 또는 펄스 폭 변조 방식으로 고주파의 펄스 폭 변조 신호를 인가함으로써 발광 다이오드 소자를 구동한다. 그 결과, 종래의 발광 다이오드 조명 장치에서는 발광 다이오드 소자 및 이를 구동하기 위한 트랜지스터에 많은 열이 발생한다.
이러한 발열 문제를 해결하기 위하여, 종래의 발광 다이오드 조명 장치는 히트 싱크(heat sink; 방열판) 등과 같은 별도의 장치를 구비하고 있는데, 이는 발광 다이오드 조명 장치의 소형화에 적합하지 않을 뿐만 아니라, 열이 지속적으로 발생하는 경우에는 한계가 있다. 따라서, 히트 싱크 등과 같은 별도의 장치를 구비하지 않는 근본적인 해결책이 요구된다.
본 발명의 일 목적은 전자파를 발생하지 않고, 발광 다이오드 소자 및 트랜지스터의 발열을 방지하며, 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있는 발광 다이오드 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 발광 다이오드 회로를 구비하는 발광 다이오드 조명 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 기술적 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 회로는 60Hz 이상 1kHz 이하의 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호에 기초하여 매개 전압 신호를 생성하는 제 1 내지 제 n(단, n은 1이상의 정수) 매개 전압 신호 생성부, 상기 매개 전압 신호에 기초하여 구동 전압 신호를 생성하는 제 1 내지 제 m(단, m은 n보다 크거나 같은 정수) 구동 전압 신호 생성부 및 상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부에 연결되어 상기 구동 전압 신호를 기초로 발광하는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 회로의 실시예들에 의하면, 상기 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부 중에서 하나의 매개 전압 신호 생성부에는 상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부 중에서 적어도 하나 이상의 구동 전압 신호 생성부가 연결될 수 있다.
상기 발광 다이오드 회로의 실시예들에 의하면, 상기 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부는 제 1 저항을 통하여 상기 펄스 폭 변조 신호를 수신하는 베이스 단자, 접지 전압에 연결된 에미터 단자 및 상기 매개 전압 신호를 출력하는 컬렉터 단자를 구비하는 제 1 트랜지스터를 각각 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 회로의 실시예들에 의하면, 상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부는 제 2 저항을 통하여 상기 매개 전압 신호를 수신하는 베이스 단자, 전원 전압에 연결된 에미터 단자 및 상기 구동 전압 신호를 출력하는 컬렉터 단자를 구비하는 제 2 트랜지스터 및 상기 전원 전압과 상기 제 2 트랜지스터의 베이스 단자 사이에 연결되는 제 3 저항을 각각 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 회로의 실시예들에 의하면, 상기 제 1 트랜지스터는 NPN 접합형 트랜지스터이고, 상기 제 2 트랜지스터는 PNP 접합형 트랜지스터이며, 상기 제 1 내지 제 3 저항은 서로 동일한 저항 값을 가질 수 있다.
상기 발광 다이오드 회로의 실시예들에 의하면, 상기 펄스 폭 변조 신호는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간에서 상기 제 1 트랜지스터를 턴온시키고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 비활성화 구간에서 상기 제 1 트랜지스터를 턴오프시킬 수 있다.
상기 발광 다이오드 회로의 실시예들에 의하면, 상기 매개 전압 신호는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간에서 상기 제 2 트랜지스터를 턴온시키고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 비활성화 구간에서 상기 제 2 트랜지스터를 턴오프시킬 수 있다.
상기 발광 다이오드 회로의 실시예들에 의하면, 상기 구동 전압 신호는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간에서 상기 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 발광시키고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 비활성화 구간에서 상기 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 비발광시킬 수 있다.
상기 발광 다이오드 회로의 실시예들에 의하면, 상기 펄스 폭 변조 신호는 메인 클럭(main clock) 신호를 분주함으로써 생성되고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 주기 및 주파수는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간과 비활성화 구간의 비가 변경되더라도 변경되지 않을 수 있다.
상기 발광 다이오드 회로의 실시예들에 의하면, 상기 발광 다이오드 소자로부터 출력되는 광의 밝기는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간이 클수록 세지고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간이 작을수록 약해질 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 조명 장치는 전원 공급 회로, DC-DC 변환 회로, 펄스 폭 변조 회로 및 발광 다이오드 회로를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 발광 다이오드 회로는 60Hz 이상 1kHz 이하의 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호에 기초하여 매개 전압 신호를 생성하는 제 1 내지 제 n(단, n은 1이상의 정수) 매개 전압 신호 생성부, 상기 매개 전압 신호에 기초하여 구동 전압 신호를 생성하는 제 1 내지 제 m(단, m은 n보다 크거나 같은 정수) 구동 전압 신호 생성부 및 상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부에 연결되어 상기 구동 전압 신호를 기초로 발광하는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 조명 장치의 실시예들에 의하면, 상기 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부 중에서 하나의 매개 전압 신호 생성부에는 상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부 중에서 적어도 하나 이상의 구동 전압 신호 생성부가 연결될 수 있다.
상기 발광 다이오드 조명 장치의 실시예들에 의하면, 상기 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부는 제 1 저항을 통하여 상기 펄스 폭 변조 신호를 수신하는 베이스 단자, 접지 전압에 연결된 에미터 단자 및 상기 매개 전압 신호를 출력하는 컬렉터 단자를 구비하는 제 1 트랜지스터를 각각 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 조명 장치의 실시예들에 의하면, 상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부는 제 2 저항을 통하여 상기 매개 전압 신호를 수신하는 베이스 단자, 전원 전압에 연결된 에미터 단자 및 상기 구동 전압 신호를 출력하는 컬렉터 단자를 구비하는 제 2 트랜지스터 및 상기 전원 전압과 상기 제 2 트랜지스터의 베이스 단자 사이에 연결되는 제 3 저항을 각각 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 조명 장치의 실시예들에 의하면, 상기 제 1 트랜지스터는 NPN 접합형 트랜지스터이고, 상기 제 2 트랜지스터는 PNP 접합형 트랜지스터이며, 상기 제 1 내지 제 3 저항은 서로 동일한 저항 값을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 회로는 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호를 이용함으로써 전자파를 발생하지 않고, 히트 싱크 등과 같은 별도의 장치를 구비하지 않고도 발광 다이오드 소자 및 트랜지스터의 발열을 방지하며, 발광 다이오드 소자를 적절한 밝기로 유지시킴으로써 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 조명 장치는 상기 발광 다이오드 회로를 구비함으로써, 발광 다이오드 소자의 발광 시에 사용자를 전자파에 노출시키지 않고, 발열에 따른 오동작 및 수명 단축을 방지하며, 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 발광 다이오드 회로가 간단하면서도 소형화된 구조로 제조되기 때문에, 발광 다이오드 조명 장치는 저비용 및 대량 생산에 적합하다.
다만, 본 발명의 유리한 효과는 상기 언급된 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 상기의 측면들 및 다른 측면들과 이점들은 수반하는 도면들과 함께 하기의 본 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 발광 다이오드 회로를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 회로를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 발광 다이오드 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 3의 발광 다이오드 회로에 입력되는 펄스 폭 변조 신호를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 4의 펄스 폭 변조 신호에 따른 소모 전력을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 6의 발광 다이오드 조명 장치를 구비하는 가로등의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 1은 종래의 발광 다이오드 회로를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 발광 다이오드 회로(100)는 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2), 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3) 및 제 1 트랜지스터(Q1)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제 1 저항(R1)은 외부의 펄스 폭 변조 회로로부터 고주파의 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 수신하는 제 1 단자 및 제 1 트랜지스터(Q1)와 연결되는 제 2 단자를 포함할 수 있다. 제 1 트랜지스터(Q1)는 제 1 저항(R1)을 통하여 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 수신하는 베이스 단자, 접지 전압(GND)에 연결되는 에미터 단자 및 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)과 연결되는 컬렉터 단자를 포함할 수 있다. 제 2 저항(R2)은 전원 전압(VCC)과 연결되는 제 1 단자 및 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)과 연결되는 제 2 단자를 포함할 수 있다. 또한, 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)은 제 2 저항(R2)의 제 2 단자와 제 1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자 사이에 연결될 수 있다.
종래의 발광 다이오드 회로(100)는 외부의 펄스 폭 변조 회로로부터 출력되는 고주파의 펄스 폭 변조 신호(PWMS)에 기초하여 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)을 동시에 점멸시킬 수 있다. 일반적으로 사람은 조명이 일정 주파수 이상으로 점멸하는 경우, 조명이 점멸하고 있음을 인지하지 못하기 때문에, 형광등과 같은 조명 장치는 전력 소비를 줄이고 과부하를 방지하기 위하여 일정한 주기를 가지고 점멸하는 방식을 이용한다. 이에, 종래의 발광 다이오드 회로(100)도 빠른 반응 속도를 갖는 발광 다이오드 소자의 특성을 이용하여, 고주파의 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 제 1 트랜지스터(Q1)에 인가함으로써 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)을 동시에 점멸시킬 수 있다.
직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)로부터 출력되는 광의 밝기는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간과 비활성화 구간의 비 즉, 듀티비(duty ratio)에 따라 조절될 수 있다. 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에서 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴온되면, 전원 전압(VCC)과 접지 전압(GND) 사이에 전류가 흐르게 되고, 그 결과 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)에 순방향으로 전압이 가해지므로, 직렬 연결된 발광 다이오드 소자(D1, D2, D3)들은 동시에 발광할 수 있다. 반면에, 펄스 폭 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 비활성화 구간에서는 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴오프되기 때문에, 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)에 순방향으로 전압이 가해지지 않아, 직렬 연결된 발광 다이오드 소자(D1, D2, D3)들은 발광할 수 없다.
이와 같이, 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)은 제 1 트랜지스터(Q1)의 턴온 또는 턴오프 동작에 따라 점멸하게 되는데, 종래의 발광 다이오드 회로(100)에서는 제 1 트랜지스터(Q1)에 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)을 동시에 구동해야 하는 부하(load)가 걸리기 때문에, 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)의 발광 시에 제 1 트랜지스터(Q1)에는 많은 열이 발생하게 된다. 또한, 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)의 발광 시에 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)에도 많은 전류가 흐르게 되므로, 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)에도 많은 열이 발생하게 된다. 그 결과, 제 1 트랜지스터(Q1) 및 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)이 타버리거나 또는 성능이 점차적으로 저하되는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 발광 다이오드 회로(100)는 히트 싱크(heat sink) 등과 같은 별도의 장치를 구비함으로써, 제 1 트랜지스터(Q1) 및 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)에서 발생하는 열을 외부로 방출하였다. 그러나, 이러한 종래의 방식은 임시방편적이어서 사용자에 의한 관리 없이 오랜 기간 동작해야 하는 가로등과 같은 발광 다이오드 조명 장치에는 적용하기 어려울 뿐만 아니라, 종래의 발광 다이오드 회로(100)에 포함되는 직렬 연결된 발광 다이오드 소자들(D1, D2, D3)의 수가 증가함에 따라, 히트 싱크 등과 같은 별도의 장치의 개수 및/또는 크기가 증가해야 하는 문제점이 있다. 이와 같이, 종래의 발광 다이오드 회로(100)는 발광 다이오드 조명 장치의 소형화에 적합하지 않고, 발광 다이오드 회로(100)가 오랜 기간 동작하여 열이 지속적으로 발생하는 경우에는 열을 방출하는 데에 한계가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 회로를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 발광 다이오드 회로(200)는 제 1 내지 제 n(단, n은 1이상의 정수) 매개 전압 신호 생성부(220_1, ..., 220_n), 제 1 내지 제 m(단, m은 n보다 크거나 같은 정수) 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m) 및 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)를 포함할 수 있다.
제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부(220_1, ..., 220_n)는 60Hz 이상 1kHz 이하의 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)에 기초하여 매개 전압 신호(MS)를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부(220_1, ..., 220_n)는 각각 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m) 중에서 적어도 하나 이상의 구동 전압 신호 생성부에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 매개 전압 신호 생성부(200_1)는 제 1 내지 제 k 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_k)에 연결되고, 제 n 매개 전압 신호 생성부(220_n)는 제 l 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_l, ..., 240_m)에 연결될 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부(220_1, ..., 220_n)는 각각 자신과 연결된 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m)에 매개 전압 신호(MS)를 제공할 수 있다. 이 때, 제 1 내지 제 k 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_k)가 발광 다이오드 조명 장치에서 하나의 열(column)을 이루고, 제 l 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)가 발광 다이오드 조명 장치에서 다른 열을 이루는 경우에는, 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부(220_1, ..., 220_n)가 각 열을 구동하기 위한 매개 전압 신호(MS)를 각각 제공하는 것으로 이해될 수 있다.
제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m)는 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부(220_1, ..., 220_n)로부터 생성되는 매개 전압 신호(MS)에 기초하여 구동 전압 신호(DS)를 생성할 수 있다. 이 때, 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m)에서 각각 생성되는 구동 전압 신호(DS)에 의하여 제 l 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)에 순방향 전압이 걸리는 경우, 제 l 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)는 발광할 수 있다. 반면에, 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m)에서 각각 생성되는 구동 전압 신호(DS)에 의하여 제 l 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)에 순방향 전압이 걸리지 않는 경우, 제 l 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)는 발광할 수 없다. 이와 같이, 발광 다이오드 회로(200)에서는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)에 기초한 제 l 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)의 점멸 동작을 수행하기 위한 부하가 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부(220_1, ..., 220_n)와 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m)로 분배되므로, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)의 발광 시에 발광 다이오드 회로(200)의 내부 소자에는 열이 발생하지 않는다.
제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)는 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m)에 각각 연결되어, 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m)에서 생성되는 구동 전압 신호(DS)에 기초하여 발광할 수 있다. 상술한 바와 같이, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간과 비활성화 구간에 기초하여 생성되는 구동 전압 신호(DS)에 의하여, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)는 계속적으로 점멸할 수 있다. 이 때, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 60Hz 이상 1kHz 이하의 극 저주파를 가질 수 있는데, 60Hz 이상 1kHz 이하의 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)에 기초한 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)의 점멸은 사람이 인지할 수 없다. 그 결과, 발광 다이오드 회로(200)는 적절한 조명을 제공하면서도, 조명 시에 사용자를 전자파에 노출시키지 않고, 발열에 따른 오동작 및 수명 단축을 방지하며, 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 발광 다이오드 회로(200)는 발광 다이오드 조명 장치의 하나의 열에 상응하는 단위 유닛(예를 들어, 제 1 매개 전압 신호 생성부(220_1) - 제 1 내지 제 k 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_k) - 제 1 내지 제 k 발광 다이오드 소자(260_1, ...260_k))들이 배열되는 간단하고 소형화된 구조로 제조되기 때문에, 저비용 및 대량 생산이 요구되는 발광 다이오드 조명 장치에 이용될 수 있다.
도 3은 도 2의 발광 다이오드 회로를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 발광 다이오드 회로(200)는 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부(220_1, ..., 220_n), 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m) 및 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)를 포함할 수 있다. 이 때, 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부(220_1, ..., 220_n)와 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m)는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)를 구동하기 위한 2단의 구조로 제조될 수 있다.
제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부(220_1, ..., 220_n) 각각은 제 1 저항(R1) 및 제 1 트랜지스터(Q1)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 저항(Q1)은 외부의 펄스 폭 변조 회로에서 출력되는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 수신하는 제 1 단자 및 제 1 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 연결되는 제 2 단자를 구비할 수 있다. 또한, 제 1 트랜지스터(Q1)는 NPN 접합형 트랜지스터로서, 제 1 저항(R1)을 통하여 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 수신하는 베이스 단자, 접지 전압(GND)에 연결되는 에미터 단자 및 매개 전압 신호(MS)를 출력하는 컬렉터 단자를 구비할 수 있다. 구체적으로, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에서 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴온되고, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 비활성화 구간에서 제 1 트랜지스터(Q1)는 턴오프된다. 그 결과, 매개 전압 신호(MS)는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에서만 소정의 전압 레벨을 가질 수 있다. 이 때, 제 1 트랜지스터(Q1)는 액티브 영역(active region)에서 동작하는 것이 아니라, 컷오프 영역(cutoff region)과 포화 영역(saturation region)에서 동작하는 것이다.
제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m) 각각은 제 2 저항(R2), 제 3 저항(R3) 및 제 2 트랜지스터(Q2)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 저항(R2)은 매개 전압 신호(DS)를 수신하는 제 1 단자 및 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자에 연결되는 제 2 단자를 구비할 수 있다. 제 3 저항(R3)은 제 2 트랜지스터(Q2)의 베이스 단자에 연결되는 제 1 단자 및 전원 전압(VCC)에 연결되는 제 2 단자를 구비할 수 있다. 또한, 제 2 트랜지스터(Q2)는 PNP 접합형 트랜지스터로서, 제 2 저항(R2)을 통하여 매개 전압 신호(MS)를 수신하는 베이스 단자, 전원 전압(VCC)에 연결된 에미터 단자 및 구동 전압 신호(DS)를 출력하는 컬렉터 단자를 구비할 수 있다. 구체적으로, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에서 제 2 트랜지스터(Q2)가 턴온되고, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 비활성화 구간에서 제 2 트랜지스터(Q2)는 턴오프된다. 그 결과, 구동 전압 신호(DS)는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에서만 소정의 전압 레벨을 가질 수 있다. 이 때, 제 2 트랜지스터(Q1)도 액티브 영역에서 동작하는 것이 아니라, 컷오프 영역과 포화 영역에서 동작하는 것이다.
한편, 도 3에서는 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q1, Q2)가 바이폴라 트랜지스터로 도시되었지만, 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q1, Q2)로서 전계 효과 트랜지스터가 사용될 수도 있다. 또한, 제 1 내지 제 3 저항(R1, R2, R3)의 저항 값은 요구되는 조건에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 바람직하게는, 제 1 내지 제 3 저항(R1, R2, R3)의 저항 값이 서로 동일할 수 있다. 한편, 상기에서는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)가 발광 시에 제 1 트랜지스터(Q1)가 컬렉터 단자에서 매개 전압 신호(MS)를 출력하고, 제 2 트랜지스터(Q2)가 베이스 단자에서 매개 전압 신호(MS)를 수신하여 컬렉터 단자에서 구동 전압 신호(DS) 출력하는 것으로 설명되어 있지만, 이는 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q1, Q2)가 턴온됨에 따라 전원 전압(VCC)과 접지 전압(GND) 사이에 연결된 제 2 및 제 3 저항(R2, R3)에 의하여 매개 전압 신호(MS)와 구동 전압 신호(DS)가 결정되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)는 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부(240_1, ..., 240_m)에서 생성되는 구동 전압 신호(DS)에 기초하여 계속적으로 점멸할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 전압 신호(DS)에 의하여 제 l 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)에 순방향 전압이 걸리는 경우, 제 l 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)는 발광하고, 구동 전압 신호(DS)에 의하여 제 l 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)에 순방향 전압이 걸리지 않는 경우에는 제 l 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)는 발광하지 않는다. 이와 같이, 복수의 발광 다이오드 소자들을 발광시킴에 있어서, 종래의 발광 다이오드 회로에서는 하나의 트랜지스터에 복수의 발광 다이오드 소자들을 발광시키기 위한 부하가 걸리게 되지만, 발광 다이오드 회로(200)에서는 2단의 구조 즉, 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q1, Q2)에 부하가 분배되어 걸리게 되므로, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)가 발광 시에, 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q1, Q2)와 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)에 열이 발생하지 않는다.
구체적으로, 발광 다이오드 회로(200)는 외부의 펄스 폭 변조 회로에서 제공되는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에서 제 1 트랜지스터(Q1)를 턴온시키고, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 비활성화 구간에서 제 1 트랜지스터(Q1)를 턴오프시킨다. 이 때, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에서 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴온되면, 제 1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자에서 출력되는 매개 전압 신호(MS)에 의하여 제 2 트랜지스터(Q2)가 턴온된다. 반면에, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 비활성화 구간에서 제 1 트랜지스터(Q1)가 턴오프되면, 제 2 트랜지스터(Q2)도 턴오프된다. 결국, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에서만 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q1, Q2)가 턴온되고, 제 1 및 제 2 트랜지스터(Q1, Q2)가 턴온됨으로써 구동 전압 신호(DS)에 의하여 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)에 순방향 전압이 걸리게 된다. 따라서, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에서 발광하고, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 비활성화 구간에서 발광하지 않는 방식으로 계속적으로 점멸할 수 있다.
상술한 바와 같이, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 60Hz 이상 1kHz 이하의 극 저주파를 가질 수 있는데, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간 및 비활성화 구간에 따른 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_l, ..., 260_m)의 점멸은 사람이 인지할 수 없다. 따라서, 발광 다이오드 회로(200)는 조명 시에 사용자를 전자파에 노출시키지 않고, 발열에 따른 오동작 및 수명 단축을 방지하며, 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다. 나아가, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간과 비활성화 구간의 비에 따라 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)가 출력하는 광의 밝기가 달라지므로, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간을 크게 조절함으로써 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)가 출력하는 광의 밝기를 세게 하고, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간을 작게 조절함으로써 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)가 출력하는 광의 밝기를 약하게 할 수 있다. 이 때, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 발광 다이오드 조명 장치에 입력되는 메인 클럭(main clock) 신호를 분주함으로써 생성될 수 있는데, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 주기 및 주파수는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간과 비활성화 구간의 비가 변경되더라도 변경되지 않는다.
도 4는 도 3의 발광 다이오드 회로에 입력되는 펄스 폭 변조 신호를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 T0의 주기를 가질 수 있다. 이 때, T1은 논리 상태 '하이'에 상응하는 시간 즉, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에 상응하며, T2는 논리 상태 '로우'에 상응하는 시간 즉, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 비활성화 구간에 상응할 수 있다. 또한, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 주기(T0)는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간(T1) 및 비활성화 구간(T2)이 변경되더라도 일정한 값을 가진다. 발광 다이오드 회로(200)에서, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간(T1) 동안에는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)가 발광하고, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 비활성화 구간(T2) 동안에는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)가 비발광할 수 있다. 이 때, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간(T1) 및 비활성화 구간(T2)은 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)가 출력하도록 요구되는 밝기 정도에 따라 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 직렬 포트(serial port)를 사용하기 위하여 메인 클럭 신호가 11.0592Mhz를 갖는 경우, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 675hz의 극 저주파를 가질 수 있고, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)가 출력하도록 요구되는 밝기 정도에 따라 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 듀티비는 256단계로 나뉘어 조절될 수 있다. 이와 같이, 발광 다이오드 회로(200)는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 듀티비를 256단계로 나뉘어 조절함으로써, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)가 출력하도록 요구되는 밝기 정도에 따라 소비 전력을 제어할 수 있고, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)를 발광시키기 위한 2단의 구조를 구비함으로써 내부 소자에서 발생할 수 있는 열을 효율적으로 억제할 수 있다.
도 5는 도 4의 펄스 폭 변조 신호에 따른 소모 전력을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 발광 다이오드 회로(200)는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)에서 출력되는 광의 밝기를 조절하기 위하여 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 듀티비를 256단계(즉, OF에서 FF)까지 조절할 수 있다.
발광 다이오드 회로(200)는 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간(T1)과 비활성화 구간(T2)의 비 즉, 듀티비를 256단계(즉, OF에서 FF)까지 조절함으로써, 발광 다이오드 회로(200)의 소비전류(A) 및 소비전력(W)을 제어하고, 그에 따른 내부 소자의 발열을 조절할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간(T1)이 작을수록(즉, 데이터(DATA)가 0F에 가까워질수록) 발광 다이오드 회로(200)의 소비전류(A) 및 소비전력(W)이 작아진다. 그 결과, 발광 다이오드 회로(200)의 내부 소자들의 발열이 상대적으로 작아질 수 있다. 반면에, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간(T1)이 클수록(즉, 데이터(DATA)가 FF에 가까워질수록) 발광 다이오드 회로(200)의 소비전류(A) 및 소비전력(W)이 커질 수 있다. 그 결과, 발광 다이오드 회로(200)의 내부 소자들의 발열이 상대적으로 커질 수 있다. 하지만, 발광 다이오드 회로(200)는 2단의 구조를 통하여 내부 소자들의 발열을 억제하기 때문에, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간(T1)이 크다고 하더라도, 종래 발광 다이오드 회로에서 발생하는 발열에 비해서는 작다.
특히, 종래 발광 다이오드 회로에 입력되는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 활성화 구간(T1)과 비활성화 구간(T2)의 비가 변경되면, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 주기 및 주파수도 변경되어, 사용자가 발광 다이오드 소자에서 출력되는 광의 밝기를 요구되는 조건에 따라 정교하게 조절할 수 없다. 그러나, 본 발명에서는 발광 다이오드 회로(200)에 입력되는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 메인 클럭 신호를 분주하여 생성함에 있어서, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간(T1)과 비활성화 구간(T2)의 비가 256단계(즉, OF에서 FF)로 변경되더라도, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 주기 및 주파수가 변경되지 않게 한다. 또한, 본 발명에서는 발광 다이오드 회로(200)에 입력되는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 60Hz 이상 1kHz 이하의 극 저주파를 갖게 함으로써, 종래에 비해 긴 주기로 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)를 점멸시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 발광 다이오드 회로(200)는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)의 발광 시에 사용자를 전자파에 노출시키지 않고, 발열에 따른 오동작 및 수명 단축을 방지하며, 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다.
다만, 도 5에서는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)에서 출력되는 광의 밝기에 따른 발광 다이오드 회로(200)의 소비전류(A) 및 소비전력(W)이 나타나 있지만, 이것은 하나의 예시로서, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)에서 출력되는 광의 밝기를 조절함에 따른 발광 다이오드 회로(200)의 소비전류(A) 및 소비전력(W)은 발광 다이오드 회로(200)의 스펙에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 도 5는 발광 다이오드 회로(200)가 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간(T1)과 비활성화 구간(T2)의 비를 256단계(즉, OF에서 FF)로 변경시킬 때, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자(260_1, ..., 260_m)에서 출력되는 광의 밝기가 16단계로 나누어 조절되고 있음을 나타낸다. 그러나, 이는 하나의 예시로서, 광의 밝기가 조절되는 단계는 발광 다이오드 회로(200)의 스펙에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명 장치를 나타내는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 발광 다이오드 조명 장치(300)는 전원 공급 회로(320), DC-DC 변환 회로(340), 펄스 폭 변조 회로(360) 및 발광 다이오드 회로(380)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 발광 다이오드 조명 장치(300)는 전원 공급 회로(320), DC-DC 변환 회로(340), 펄스 폭 변조 회로(360) 및 발광 다이오드 회로(380)를 제어하는 메인 컨트롤러(390)를 더 포함할 수 있다.
전원 공급 회로(320)는 복수의 배터리들을 포함할 수 있으며, 복수의 배터리들은 탈착이 가능한 형태로 전원 공급 회로(320) 내에 구비될 수 있다. 일 실시예에서, 전원 공급 회로(320)는 복수의 배터리들의 탈착 여부를 판단하고, 복수의 배터리들의 방전 정도를 파악함으로써 복수의 배티리들 중에서 배터리 전원(POW)을 공급할 하나의 배터리를 결정할 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리들의 탈착 여부 및 방전 정도는 복수의 배터리들 각각이 제공하는 출력 전압의 전압 레벨에 기초하여 판단될 수 있다. 한편, 복수의 배터리들 중에서 하나의 배터리가 발광 다이오드 조명 장치(300)에 요구되는 배터리 전원(POW)을 제공하는 경우, 나머지 배터리들에 대해서는 충전이 진행될 수 있다. 이와 같이, 발광 다이오드 조명 장치(300)에서는 복수의 배터리들이 번갈아 가면서 배터리 전원(POW)을 제공하기 때문에, 발광 다이오드 조명 장치(300)가 배터리들의 방전에 의한 전원 부족으로 인해 동작하지 못하는 문제점을 해소할 수 있다.
DC-DC 변환 회로(340)는 전원 공급 회로(320)로부터 공급되는 배터리 전원(POW)을 발광 다이오드 회로(380)의 구동에 필요한 발광 다이오드 전원(CPOW)으로 변환할 수 있다. 발광 다이오드 전원(CPOW)은 요구되는 조건에 따라 사용자에 의하여 기 설정된 전압 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리 전원(POW)이 20V의 전압 레벨을 가질 경우, 발광 다이오드 전원(CPOW)은 12V 정도로 스텝-다운 변환(step-down converting)됨으로써 생성될 수 있다. 이와 같이, DC-DC 변환 회로(340)에서 출력되는 발광 다이오드 전원(CPOW)에 기초하여 발광 다이오드 회로(380)가 동작하게 되므로, 배터리 전원(POW)에 기초하여 발광 다이오드 회로(380)가 동작하는 경우에 비해서 상대적으로 소모 전력이 작을 뿐만 아니라, 그에 따른 내부 소자들의 열 발생도 효과적으로 감소될 수 있다.
펄스 폭 변조 회로(360)는 발광 다이오드 전원(PWMS)을 수신하여 일정한 듀티비를 가지는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 생성한다. 상술한 바와 같이, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 발광 다이오드 소자가 점멸하는 것을 사람이 인식할 수 없을 정도로 낮은 극 저주파를 갖는다. 예를 들어, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 주파수는 60Hz에서 1kHz사이의 값을 가질 수 있다. 실시예에 따라, 펄스 폭 변조 회로(360)는 NE555 칩을 이용하여 구현될 수 있다. 구체적으로, 펄스 폭 변조 회로(360)는 발광 다이오드 소자에서 출력되는 광의 밝기를 증가시켜야 하는 경우, 발광 다이오드 소자가 발광하는 시간을 증가시키기 위하여, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간을 증가시킨다. 반면에, 발광 다이오드 소자에서 출력되는 광의 밝기를 감소시켜야 하는 경우, 발광 다이오드 소자가 발광하는 시간을 감소시키기 위하여, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간을 감소시킬 수 있다. 이 때, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 주기는 일정하게 유지되면서, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간과 비활성화 구간이 조절된다.
발광 다이오드 회로(380)는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)에 기초하여 동작하며, 상술한 바와 같이, 발광 다이오드 소자의 발광 시간은 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 듀티비에 따라 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 발광 다이오드 회로(380)는 60Hz 이상 1kHz 이하의 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호에 기초하여 매개 전압 신호를 생성하는 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부, 매개 전압 신호에 기초하여 구동 전압 신호를 생성하는 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부 및 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부에 연결되어 구동 전압 신호를 기초로 발광하는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 포함할 수 있다. 이 때, 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부와 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부에는 각각 제 1 및 제 2 트랜지스터가 구비될 수 있다. 이 때, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 발광시키기 위한 부하가 2단의 트랜지스터 즉, 제 1 및 제 2 트랜지스터에 분산되므로, 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자가 발광할 때, 발광 다이오드 회로(380)에는 열이 발생하지 않는다. 다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
발광 다이오드 조명 장치(300)는 메인 컨트롤러(390)를 더 포함할 수 있다. 메인 컨트롤러(390)는 호스트와 같은 외부로부터 명령 신호를 수신하여 제어 신호(CON)를 생성하고, 제어 신호(CON)를 전원 공급 회로(320), DC-DC 변환 회로(340), 펄스 폭 변조 회로(360) 및 발광 다이오드 회로(380)에 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 메인 컨트롤러(390)는 전원 공급 회로(320)에서 배터리 전원(POW)을 선택하기 위한 기준을 제어할 수 있고, DC-DC 변환 회로(340)에서 스텝-다운 변환하는 발광 다이오드 전원(CPOW)의 전압 레벨을 제어할 수 있으며, 펄스 폭 변조 회로(360)에서 생성되는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 듀티비를 제어할 수 있고, 발광 다이오드 회로(380)에 가변 저항이 존재하는 경우 저항 값을 제어할 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시로서, 메인 컨트롤러(390)의 기능은 요구되는 조건에 따라 다양하게 설계될 수 있다.
도 7은 도 6의 발광 다이오드 조명 장치를 구비하는 가로등의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 가로등(400)은 태양 광 발전 장치(440), 외부 전원 장치(460) 및 발광 다이오드 조명 장치(300)를 포함할 수 있다.
태양 광 발전 장치(440)는 태양 광을 수신하여 광전 변환을 수행함으로써 전원(EPOW)을 발광 다이오드 조명 장치(300)에 공급할 수 있다. 일반적으로, 가로등(400)은 광범위한 지역에 다수가 설치되기 때문에 발전소에서 각각의 가로등(400)에 전원을 공급하는 방식은 효율적이지 못하다. 따라서, 가로등(400)은 낮 시간 동안에 태양 광을 수신하여 광전 변환을 수행함으로써 전원(EPOW)을 자체적으로 생성할 수 있다. 이러한 경우, 수년을 주기로 발광 다이오드 조명 장치(300)의 충전 배터리만 교체하는 경우에, 가로등(400)을 영구적으로 사용할 수 있다. 또한, 외부 전원 장치(460)는 기상 악화 등으로 인하여 태양 광 발전 장치(440)에서 전원(EPOW)을 장시간 생성하지 못하는 경우에, 발광 다이오드 조명 장치(300)가 방전되는 것을 방지하기 위하여 전원(EPOW)을 별도로 공급할 수 있다. 일 실시예에서, 가로등(400)은 태양 광 발전 장치(440)에서 전원(EPOW)을 공급하는 것이 선순위가 되고, 외부 전원 장치(460)에서 전원(POW)을 공급하는 것이 후순위가 되도록 설계될 수 있다.
발광 다이오드 조명 장치(300)는 태양 광 발전 장치(440) 및/또는 외부 전원 장치(460)로부터 공급받은 전원(EPOW)에 기초하여 동작할 수 있다. 일 실시예에서, 발광 다이오드 조명 장치(300)는 전원 공급 회로(320), DC-DC 변환 회로(340), 펄스 폭 변조 회로(360), 발광 다이오드 회로(380) 및 메인 컨트롤러(390)를 포함할 수 있다. 다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 상술한 바와 같이, 발광 다이오드 조명 장치(300)의 전원 공급 회로(320)는 복수의 배터리들을 구비하고, 그 중에서 하나의 배터리에서 배터리 전원(POW)을 공급하면서, 나머지 배터리들은 충전을 수행할 수 있다. 따라서, 가로등(400)은 태양 광 발전 장치(440) 및/또는 외부 전원 장치(460)로부터 공급되는 전원(EPOW)에 기초하여 발광 다이오드 조명 장치(300)의 전원 공급 회로(320)에 구비된 복수의 배터리들을 계속적으로 충전함으로써, 발광 다이오드 조명 장치(300)가 배터리들의 방전에 의한 전원 부족으로 인해 동작하지 못하는 문제점을 해소할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 회로, 발광 다이오드 조명 장치 및 이들을 포함하는 가로등에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 발광 다이오드 회로의 구체적인 회로도는 발광 다이오드 회로의 기능을 수행하기 위한 하나의 예시로서, 동일한 기능을 수행하는 범위에서 일부 소자의 추가 및/또는 생략 등의 설계 변경은 가능한 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 실시예들에 한정되어서는 아니된다.
본 발명은 발광 다이오드 소자를 이용하는 발광 다이오드 조명 장치에 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 손전등(flash-light), 가로등(street-light), 무영등(astral-lamp), 액정 디스플레이 장치의 후면등(back-light) 등의 발광 다이오드 조명 장치에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.
[부호의 설명]
200: 발광 다이오드 회로 220: 매개 전압 신호 생성부
240: 구동 전압 신호 생성부 260: 발광 다이오드 소자
300: 발광 다이오드 조명 장치 320: 전원 공급 회로
340: DC-DC 변환 회로 360: 펄스 폭 변조 회로
380: 발광 다이오드 회로

Claims (15)

  1. 60Hz 이상 1kHz 이하의 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호에 기초하여 매개 전압 신호를 생성하는 제 1 내지 제 n(단, n은 1이상의 정수) 매개 전압 신호 생성부;
    상기 매개 전압 신호에 기초하여 구동 전압 신호를 생성하는 제 1 내지 제 m(단, m은 n보다 크거나 같은 정수) 구동 전압 신호 생성부; 및
    상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부에 연결되어 상기 구동 전압 신호를 기초로 발광하는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 포함하는 발광 다이오드 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부 중에서 하나의 매개 전압 신호 생성부에는 상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부 중에서 적어도 하나 이상의 구동 전압 신호 생성부가 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부는
    제 1 저항을 통하여 상기 펄스 폭 변조 신호를 수신하는 베이스 단자, 접지 전압에 연결된 에미터 단자 및 상기 매개 전압 신호를 출력하는 컬렉터 단자를 구비하는 제 1 트랜지스터를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 회로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부는
    제 2 저항을 통하여 상기 매개 전압 신호를 수신하는 베이스 단자, 전원 전압에 연결된 에미터 단자 및 상기 구동 전압 신호를 출력하는 컬렉터 단자를 구비하는 제 2 트랜지스터; 및
    상기 전원 전압과 상기 제 2 트랜지스터의 베이스 단자 사이에 연결되는 제 3 저항을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 회로.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 트랜지스터는 NPN 접합형 트랜지스터이고, 상기 제 2 트랜지스터는 PNP 접합형 트랜지스터이며, 상기 제 1 내지 제 3 저항은 서로 동일한 저항 값을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 회로.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 신호는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간에서 상기 제 1 트랜지스터를 턴온시키고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 비활성화 구간에서 상기 제 1 트랜지스터를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 회로.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 매개 전압 신호는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간에서 상기 제 2 트랜지스터를 턴온시키고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 비활성화 구간에서 상기 제 2 트랜지스터를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 회로.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 구동 전압 신호는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간에서 상기 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 발광시키고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 비활성화 구간에서 상기 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 비발광시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 회로.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 신호는 메인 클럭(main clock) 신호를 분주함으로써 생성되고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 주기 및 주파수는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간과 비활성화 구간의 비가 변경되더라도 변경되지 않는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 회로.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 발광 다이오드 소자로부터 출력되는 광의 밝기는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간이 클수록 세지고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간이 작을수록 약해지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 회로.
  11. 전원 공급 회로, DC-DC 변환 회로, 펄스 폭 변조 회로 및 발광 다이오드 회로를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치에 있어서,
    상기 발광 다이오드 회로는
    60Hz 이상 1kHz 이하의 극 저주파를 갖는 펄스 폭 변조 신호에 기초하여 매개 전압 신호를 생성하는 제 1 내지 제 n(단, n은 1이상의 정수) 매개 전압 신호 생성부;
    상기 매개 전압 신호에 기초하여 구동 전압 신호를 생성하는 제 1 내지 제 m(단, m은 n보다 크거나 같은 정수) 구동 전압 신호 생성부; 및
    상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부에 연결되어 상기 구동 전압 신호를 기초로 발광하는 제 1 내지 제 m 발광 다이오드 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부 중에서 하나의 매개 전압 신호 생성부에는 상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부 중에서 적어도 하나 이상의 구동 전압 신호 생성부가 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 n 매개 전압 신호 생성부는
    제 1 저항을 통하여 상기 펄스 폭 변조 신호를 수신하는 베이스 단자, 접지 전압에 연결된 에미터 단자 및 상기 매개 전압 신호를 출력하는 컬렉터 단자를 구비하는 제 1 트랜지스터를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 m 구동 전압 신호 생성부는
    제 2 저항을 통하여 상기 매개 전압 신호를 수신하는 베이스 단자, 전원 전압에 연결된 에미터 단자 및 상기 구동 전압 신호를 출력하는 컬렉터 단자를 구비하는 제 2 트랜지스터; 및
    상기 전원 전압과 상기 제 2 트랜지스터의 베이스 단자 사이에 연결되는 제 3 저항을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 트랜지스터는 NPN 접합형 트랜지스터이고, 상기 제 2 트랜지스터는 PNP 접합형 트랜지스터이며, 상기 제 1 내지 제 3 저항은 서로 동일한 저항 값을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
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