WO2017069522A1 - 플리커리스 ｌｅｄ 드라이버 장치 - Google Patents

플리커리스 ｌｅｄ 드라이버 장치 Download PDF

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WO2017069522A1
WO2017069522A1 PCT/KR2016/011783 KR2016011783W WO2017069522A1 WO 2017069522 A1 WO2017069522 A1 WO 2017069522A1 KR 2016011783 W KR2016011783 W KR 2016011783W WO 2017069522 A1 WO2017069522 A1 WO 2017069522A1
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transistor
voltage
terminal
control
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PCT/KR2016/011783
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김상옥
김병오
김동식
심현철
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㈜유양디앤유
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Publication date
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    • H05B47/10—Controlling the light source
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • 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

  • This embodiment relates to a flickerless LED driver device having a Visual Lighting Communication (VLC) function.
  • VLC Visual Lighting Communication
  • the LED (Light Emitting Diode) light source is very fast at about 30 ns to 250 ns for converting an electrical signal into light.
  • VLC visible light communication
  • Visible light communication is a communication using visible light wavelength (380 nm to 780 nm) that is visible to the human eye, and transmits and receives data using switching of a photo diode (PD) constituting an LED lighting device.
  • PD photo diode
  • Visible light communication uses this light principle to perform additional communication functions in addition to the basic lighting function.
  • the present embodiment has an object to provide a LED driver device that adds a VLC function to the LED device that is supplied with illumination and suppresses the ripple of the luminous current.
  • a transformer including a primary winding receiving an alternating voltage and a secondary winding derived from the primary winding to generate a first induced voltage; A secondary winding circuit receiving the first induced voltage and applying a first DC voltage to a light emitting diode (LED) module; A current detector which detects a driving current flowing in the secondary winding in the secondary winding circuit; A current controller configured to receive a signal for the driving current and generate a control signal for controlling a light emitting current flowing through the LED module; And a ripple attenuator connected to the LED module to receive a VLC signal and the current control signal, to control a luminous current corresponding to the VLC signal, and to suppress a ripple of the luminous current. It provides an LED driver device comprising a (Ripple Attenuator).
  • a transformer including a primary winding receiving an alternating voltage, a secondary winding and a tertiary winding derived from the primary winding to generate a first induced voltage and a second induced voltage, respectively;
  • a secondary winding circuit receiving the first induced voltage and applying a first DC voltage to a light emitting diode (LED) module;
  • a third winding circuit configured to receive the second induced voltage and generate a second DC voltage;
  • a current detector which detects a driving current flowing in the secondary winding in the secondary winding circuit;
  • a current controller configured to receive a signal for the driving current and generate a control signal for controlling a light emitting current flowing through the LED module;
  • a second transistor connected to the LED module to control a current corresponding to the VLC signal by receiving a VLC signal;
  • a first transistor configured to receive the current control signal to suppress ripple of a current flowing through the LED module.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an LED driver device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a view schematically showing an LED driver device according to another embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an LED driver device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an LED driver device according to an embodiment of the present invention.
  • the LED driver device 100 may include a power input unit 110, a transformer 120, a second winding circuit 130, a current detector 150, and a current controller. 160, a ripple attenuation unit 170, and a VLC input unit 180.
  • the LED driver device 100 shown in FIG. 1 is according to an embodiment, and not all the components shown in FIG. 1 are required components, and in some embodiments, some components included in the LED driver device 100 may be included. May be changed or removed or other components may be added.
  • the LED driver apparatus 100 receives a VLC signal and controls a current flowing in the LED module 135 to correspond to the received VLC signal.
  • the power input unit 110 is connected to the primary winding 122 of the transformer 120 and applies an AC voltage to the primary winding 122.
  • the induced voltage ie, the first induced voltage
  • the power input unit 110 may generate an AC voltage such that a first induced voltage having a desired magnitude can be generated in a no load state in which the load of the second winding circuit 130, that is, the LED module 135 and the ripple attenuator 170 is removed.
  • Set the size of is applied to the power input unit (110).
  • the transformer 120 increases or decreases the voltage for driving the LED module 135 in which the plurality of light emitting diodes are connected in series according to the magnitude of the voltage input to the primary winding 122.
  • Transformer 120 is derived from the voltage of the core 124, winding primary winding 122, the primary winding 122, the primary winding 122 is wound around the winding 2 to generate a first induced voltage Secondary winding 126.
  • the core 124 may be implemented to a predetermined thickness using a magnetic material such as silicon steel sheet, permalloy, ferrite, or the like.
  • the primary winding 122 and the secondary winding 126 may be wound around the core 124 according to a predetermined winding ratio.
  • the voltage of the secondary winding 126 is induced by the voltage of the primary winding 122 in proportion to the ratio of the number of turns of the primary winding 122 and the secondary winding 126.
  • the second winding circuit 130 is connected to the secondary winding 126, the second winding circuit 130 is derived from the voltage of the primary winding 122, the first induced voltage generated in the secondary winding 126 Is authorized.
  • the second winding circuit 130 converts the first induced voltage into a first DC voltage corresponding thereto and converts the first DC voltage to the load, that is, the LED module 135 and the ripple attenuator 170 in which the light emitting diodes are connected in series. Is authorized by.
  • the second winding circuit 130 may include a first diode D 1 having one side connected to one terminal of the secondary winding 126 and a second resistor R having one side connected to the other terminal of the secondary winding 126. 2 ), and has a structure including a first capacitor (C 1 ) connected between the other side of the first diode (D 1 ) and the other side of the second resistor (R 2 ).
  • the current detector 150 is connected in parallel with the second resistor R 2 of the second winding circuit 130.
  • the second resistor R 2 is described as being included in the component of the second winding circuit 130, it may be embodied as a component of the current detector 150.
  • the current detector 150 detects a driving current flowing in the second winding circuit 130.
  • the current detector 150 provides a control voltage corresponding to the driving current detected by the second winding circuit 130 to the current controller 160.
  • the current detector 150 is connected to one side and the other side of the second resistor (R 2) using the potential difference between one side and the other side of the second resistor (R 2) detecting the driving current flowing through the second coil circuit 130
  • the current detector 150 may be implemented in any manner as long as the current can be detected, such as a Hall sensor, a fuse, or a non-contact sensing method. Do.
  • the current detector 150 outputs a control voltage corresponding to the detected driving current and provides it to the current controller 160.
  • the current controller 160 provides a control signal corresponding to the control voltage to the ripple attenuation unit 170 to control the light emitting current flowing through the LED module 135.
  • the current controller 160 is connected to the current detector 150 and the ripple attenuator 170, and the ripple attenuator 170 is configured to allow the light emitting current corresponding to the VLC signal received from the VLC input unit 180 to flow. 135) to suppress the ripple of the luminous current.
  • the ripple attenuator 170 controls the light emission of the LED module 135 according to the control signal received from the current controller 160.
  • the current controller 160 receives a control voltage corresponding to the driving current detected by the current detector 150 from the current detector 150, and controls and outputs a control signal according to the increase or decrease of the control voltage.
  • the current controller 160 transmits the control signal to the ripple attenuation unit 170.
  • the ripple attenuator 170 receives a control signal from the current controller 160 and operates in a CC mode (Constant Current Mode) for controlling a current flowing in the LED module 135 to flow constantly.
  • CC mode Constant Current Mode
  • the ripple attenuator 170 prevents an overcurrent from flowing due to a short circuit of a circuit or an element in the LED module 135 or the ripple attenuator 170.
  • the ripple attenuator 170 receives the VLC signal from the VLC input unit 180 and controls the light emitting current corresponding to the VLC signal to flow to the LED module 135. In addition, the ripple attenuation unit 170 removes the ripple of the light emitting current corresponding to the VLC signal according to the received control signal.
  • FIG. 2 is a view schematically showing an LED driver device according to another embodiment of the present invention.
  • the LED driver device 200 includes a power input unit 210, a transformer 220, a second winding circuit 230, a third winding circuit 240, A current detector 250, a current controller 260, a ripple attenuator 270, and a VLC input unit 280 are included. Not all components shown in FIG. 2 are required components, and some components included in the LED driver device 200 may be changed or removed, or other components may be added.
  • the power input unit 210 is connected to the primary winding 222 of the transformer 120 and applies an AC voltage to the primary winding 222.
  • the first induced voltage is induced in the secondary winding 226 and the second induced voltage is induced in the tertiary winding 228 by the AC voltage applied to the primary winding 222 by the power input unit 210.
  • the transformer 220 is derived from the voltage of the core 224 wound around the winding, the primary winding 222 to which an alternating voltage is applied, and the primary winding 222 to induce voltages (that is, the first induced voltage and the second induced). Secondary windings 226 and tertiary windings 228, which respectively produce a voltage).
  • the primary winding 222, the secondary winding 226, and the tertiary winding 228 may be wound around the core 224 according to a preset winding ratio.
  • the turns ratio of the primary winding 222, the secondary winding 226, and the tertiary winding 228 may be set as 1: 1: 0.5, and in the transformer 220, the winding ratio is 1 in proportion to the winding ratio.
  • An induced voltage is generated in each of the secondary winding 226 and the tertiary winding 228 by the voltage of the secondary winding 222.
  • the second winding circuit 230 is connected to the secondary winding 226, the second winding circuit 230 is derived from the voltage of the primary winding 222, the first induced voltage generated in the secondary winding 226 Is authorized.
  • the second winding circuit 230 converts the first induced voltage into a first DC voltage corresponding thereto, and converts the first DC voltage to the LED module 235 and the ripple attenuator 270 to which the light emitting diode is connected in series. Is authorized.
  • the second winding circuit 230 may include a first diode D 1 having one side connected to one terminal of the secondary winding 226 and a second resistor R having one side connected to the other terminal of the secondary winding 226. 2 ), and has a structure including a first capacitor (C 1 ) connected between the other side of the first diode (D 1 ) and the other side of the second resistor (R 2 ).
  • the current detector 250 is connected in parallel with the second resistor R 2 of the second winding circuit 230.
  • the current detector 250 detects a driving current flowing in the second winding circuit 230.
  • the current detector 250 transmits a control voltage corresponding to the driving current detected by the second winding circuit 230 to the current controller 260.
  • the third winding circuit 240 includes a second diode D 2 having one side connected to one terminal of the tertiary winding 228, the other terminal of the tertiary winding 228, and the other side of the second diode D 2 . It has a structure including a second capacitor (C 2 ) connected between the terminals.
  • the third winding circuit 240 converts the AC induction voltage of the second winding circuit 230 into a second DC voltage, and converts the converted second DC voltage into the current detector 250, the current controller 260, and the VLC input unit ( 280 is supplied as an internal power supply.
  • the current detector 250 is connected in parallel with the second resistor R 2 of the second winding circuit 230.
  • the current detector 250 detects a driving current flowing in the second winding circuit 230.
  • the current detector 250 outputs a control voltage corresponding to the driving current detected by the second winding circuit 230 and provides it to the current controller 260.
  • the current controller 260 controls the light emitting current flowing through the LED module 235 by providing a control signal corresponding to the received control voltage to the ripple attenuation unit 270.
  • the current controller 260 is connected to the current detector 250 and the ripple attenuator 270, and the current controller 260 is an LED module 135 so that the luminous current corresponding to the VLC signal received from the VLC input unit 280 flows. ) And suppress the ripple of the luminous current.
  • the current controller 260 receives a control voltage corresponding to the driving current detected by the current detector 250 from the current detector 250 and controls the magnitude of the control signal according to the increase or decrease of the control voltage.
  • the ripple attenuator 270 includes a first transistor M 1 and a second transistor M 2 connected in series.
  • the LED module 235, the first transistor M 1 , and the second transistor M 2 are connected in a cascode form.
  • a second transistor (M 2) is only the current lead-connected to the LED module 235, a second transistor (M 2) is a control terminal of the second transistor (M 2) a VLC signal received from the VLC input unit 280 The light emission current corresponding to the VLC signal is controlled to flow through the LED module 235.
  • the current inlet is connected to the current intake terminal of the second transistor M 2 , and the first transistor M 1 receives the control signal output from the current controller 260. Received at the control stage of 1 ) to suppress the ripple of the luminous current flowing through the LED module 235.
  • the VLC input unit 280 includes a VLC controller 281 and a first resistor R 1 .
  • the VLC controller 281 generates a VLC signal and provides it to the control terminal of the second transistor M 2 .
  • the first resistor R 1 is connected between the VLC controller 281 and the control terminal of the second transistor M 2 of the ripple attenuator 270 to rapidly change the magnitude of the VLC signal 270. ) of the second to ensure that the voltage at the control terminal of the transistor (M 2) change suddenly and a damping (damping) serves to prevent a malfunction of the second transistor (M 2).
  • the first transistor M 1 and the second transistor M 2 are metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), but an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) and a Bipolar Junction Transistor (BJT). It can also be implemented as a variety of transistors.
  • MOSFETs metal oxide semiconductor field effect transistors
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • BJT Bipolar Junction Transistor
  • the first transistor M 1 is illustrated as a p-MOS in the present embodiment, the present invention is not limited thereto, and the first transistor M 1 may be implemented with various elements such as an n-MOS transistor and an npn transistor, and the second transistor M 2 may be n ⁇ . Although illustrated as a MOS, it may be implemented in various devices such as a p-MOS and a pnp transistor.
  • the drain terminal of the n-MOS is a current inflow terminal and the source terminal is a current inflow terminal.
  • the gate terminal becomes a control terminal.
  • the source terminal of the p-MOS is a current inlet and the drain terminal is a current drawer. Stage, and the gate terminal is a control stage.
  • the collector of the NPN BJT is defined as the current inlet, and the NPN BJT of the transistor where the current is output.
  • the emitter can be defined as the current draw stage and the base can be defined as the control stage.
  • the positions of the current inlet and the current outlet are opposite to those of the NPN BJT.
  • the ripple attenuator 270 receives the control signal of the current controller 160 and controls the current flowing in the LED module 235 to operate in a constant current mode in which the current flowing in the LED module 235 is constant. do. In addition, the ripple attenuator 170 prevents an overcurrent from flowing due to a short circuit of a circuit or a component of the LED module 235 or the ripple attenuator 270.
  • the ripple attenuator 270 receives the VLC signal from the VLC input unit 280 and controls the luminous current corresponding to the VLC signal to flow to the LED module 235. In addition, the ripple attenuator 270 removes ripples that may occur in the light emitting current corresponding to the VLC signal according to the received control signal.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an LED driver device according to another embodiment of the present invention.
  • the LED driver device 300 includes a power input unit 310, a transformer 320, a second winding circuit 330, a third winding circuit 340, a current detector 350, and a current controller. 360, a ripple attenuator 370, a coupling 380, and a VLC input 390. Not all components illustrated in FIG. 3 are required components, and some components included in the LED driver device 300 may be changed or removed, or other components may be added.
  • the power input unit 310 is connected to the primary winding 322 of the transformer 320 and applies an AC voltage to the primary winding 322.
  • the first induced voltage is generated in the secondary winding 326 by the AC voltage applied to the primary winding 322 by the power input unit 310, and the second induced voltage is generated in the tertiary winding 328.
  • the transformer 320 is derived from the core 324 wound around the winding, the primary winding 322 receiving the alternating voltage, and the voltages of the primary winding 322 to induce the induced voltage (that is, the first induced voltage and the second induced). Secondary winding 326 and tertiary winding 328, respectively, to produce a voltage).
  • the primary winding 322, the secondary winding 326, and the tertiary winding 328 may be wound around the core 324 according to a preset winding ratio.
  • the winding ratio of the primary winding 322, the secondary winding 326, and the tertiary winding 328 may be set as 1: 1: 0.5, and in the transformer 320, the winding ratio is 1 in proportion to the winding ratio.
  • An induced voltage is generated in each of the secondary winding 326 and the tertiary winding 328 by the voltage of the secondary winding 322.
  • the power input unit 310 has a first size having a desired size in a state where no load of the secondary winding circuit 330, that is, the LED module 335, the first transistor M 1 , and the second transistor M 2 is removed.
  • the magnitude of the AC voltage is set and applied to the power input unit 310 to generate an induced voltage.
  • the second winding circuit 330 is connected to the secondary winding 326, the second winding circuit 330 is derived from the voltage of the primary winding 322, the first induced voltage generated in the secondary winding 326 Is authorized.
  • the second winding circuit 330 converts the first induced voltage into a first DC voltage corresponding thereto and converts the first DC voltage into a load, that is, the LED module 335 and the first transistor in which a plurality of light emitting diodes are connected in series. M 1 ) and the second transistor M 2 .
  • the second winding circuit 330 may include a first diode D 1 having one side connected to one terminal of the secondary winding 326 and a second resistor R having one side connected to the other terminal of the secondary winding 326. 2 ), a first capacitor C 1 connected between the other side of the first diode D 1 and the other side of the second resistor R 2 , and a third capacitor C 3 connected in parallel with the first capacitor C 1 . ) And a third resistor R 3 connected in parallel with the third capacitor C 3 .
  • the third capacitor C 3 is connected between the terminal of the second winding circuit 330 where the first DC voltage is generated and the GND terminal corresponding to the other terminal of the secondary winding 326 to be included in the first DC voltage. Suppresses high frequency component voltages.
  • the third resistor R 3 is connected between the terminal of the second winding circuit 330 where the first DC voltage is generated and the GND terminal, and is generated by the change of the luminous current of the LED module 335.
  • a bleeder resistor is used to allow a constant current to flow in the LED module 335 to prevent a change in voltage applied to the LED module 335.
  • LED driver device 300 when a short or open of the LED module 335, the first transistor M 1 , or the second transistor M 2 occurs due to the third resistor R 3 . Can protect.
  • the VLC input unit 390 includes a VLC controller 391 and a first resistor R 1 .
  • the VLC input unit 390 generates a VLC control signal and provides it to the control terminal of the second transistor M 2 .
  • a first resistor (R 1) is the case where the VLC signal suddenly changes to not change drastically the voltage of the control terminal of the second transistor (M 2) of the ripple reduction section 370, the second transistor (M 2) Damping (Damping) to prevent the malfunction of the.
  • the current detector 350 includes an amplifier 351, a sixth resistor R 6 , a seventh resistor R 7 , and an eighth resistor R 8 .
  • the sixth resistor R 6 and the seventh resistor R 7 connected in series with the positive and negative input terminals of the amplifier 351 are attenuated against a sudden change in the sensed voltage sensed by the second resistor R 2 . 351 serves to deliver the positive and negative input.
  • the second resistor R 2 may also be implemented as a component of the current detector 350 rather than a component of the second winding circuit 330.
  • the coupling part 380 includes a ninth resistor R 9 , a second zener diode Z 2 , and a fourth transistor Q 4 .
  • the ninth resistor R 9 receives the amplified voltage signal output from the current detector 350 and transmits the amplified voltage signal to the control terminal of the fourth transistor Q 4 through the second zener diode Z 2 .
  • the fourth transistor Q 4 prevents a malfunction by acting as a damping function.
  • the second zener diode Z 2 supplies a bias voltage to the control terminal of the fourth transistor Q 4 .
  • the fourth transistor Q 4 amplifies the amplified voltage signal (first output voltage) output from the current detector 350 to control the second output voltage generated at the current inlet of the fourth transistor Q 4 . Forward to 360.
  • the current detector 350 detects a driving current flowing in the second winding circuit 330.
  • the current detector 350 provides a control voltage corresponding to the driving current detected by the second winding circuit 330 to the current controller 360 via the coupling unit 380.
  • the current controller 360 includes a third transistor Q 3 , a first zener diode Z 1 , a fourth resistor R 4 , a fourth capacitor C 4 , a third diode D 3 , and a fifth resistor. (R 5 ).
  • the second output voltage amplified by the engaging portion 380, the third is input to the control terminal of the transistor (Q 3), the third transistor current is output to the current take-off end of the (Q 3), the first transistor (M 1) Is supplied to the control stage.
  • the third diode D 3 has a cathode connected to the current inlet of the third transistor Q 3 , and an anode connected to the second DC voltage generated in the third winding circuit 340.
  • the third diode D 3 prevents the current from flowing into the third winding circuit 240 generating the second DC voltage when the voltage of the current input terminal of the third transistor Q 3 is greater than the second DC voltage. do.
  • the fifth resistor R 5 is connected between the terminal of the second winding circuit 330 where the first DC voltage is generated and the current input terminal of the third transistor Q 3 to draw the current of the third transistor Q 3 . Limit the voltage.
  • the fourth diode D 4 connected between one side of the fifth resistor R 5 and the current input terminal of the third transistor Q 3 is a short circuit of the LED module 335, and the magnitude of the first DC voltage is equal to the second DC voltage. When the voltage is lower than the voltage, the current may be prevented from flowing from the third winding circuit 240 in which the second DC voltage is generated to the terminal direction of the second winding circuit 330 in which the first DC voltage is generated.
  • a fourth resistance (R 4) is a bias voltage of a connected between the first control terminal of the terminal and the third transistor (Q 3) of the second coil circuit 330 to a DC voltage generating a third transistor (Q 3) Supply.
  • the first zener diode Z 1 has a cathode connected to the control terminal of the third transistor Q 3 and an anode connected to GND to limit the bias voltage of the third transistor Q 3 .
  • a fourth capacitor (C 4) is connected between the third transistor (Q 3) of the control stage and GND to suppress the transient variation of voltage of the control terminal of the third transistor (Q 3).
  • the current detector 350 outputs a control voltage corresponding to the detected driving current and provides the control voltage to the current controller 360 via the coupling unit 380.
  • the combiner 380 receives the control voltage, amplifies it, generates an amplified voltage signal, and provides the amplified voltage signal to the current controller 360.
  • the current controller 360 generates a control signal corresponding to the amplified voltage signal and provides the control signal to the ripple attenuator 370, and the ripple attenuator 370 emits light emitted through the LED module 335 according to the received control signal. Control to suppress ripple.
  • the ripple attenuator 370 receives a control signal output from the current controller 360 and operates in a CC mode (Constant Current Mode) for controlling a current flowing in the LED module 335 to flow constantly.
  • the ripple attenuator 370 may prevent an overcurrent from flowing through the shorted device when at least one of the LED module 335, the first transistor M 1 , and the second transistor M 2 is shorted.
  • the magnitude of the current flowing by controlling the first transistor M 1 is controlled.
  • the short circuit of at least one element of the LED module 335, the first transistor M 1 , and the second transistor M 2 may be caused by a large first DC voltage or an LED module 335.
  • the present invention may occur when at least one element of the first transistor M 1 and the second transistor M 2 is burned out, but the present invention is not limited thereto.
  • the third transistor Q 3 is controlled so that a large current flows in the third transistor Q 3 , and as the current flows in the third transistor Q 3 a lot, the third transistor Q 3 is controlled.
  • the voltage applied to the gate terminal of one transistor M 1 increases.
  • the first transistor current limit flowing through the first transistor (M 1) when a voltage is higher to the gate of the (M 1) is an LED module 335, a first transistor (M 1) and second It is possible to limit the current flowing through the transistor M 2 .
  • the third transistor Q 3 is illustrated as an npn transistor, various transistors such as various types of MOSFETs may be used unless the present invention is limited thereto.
  • a fifth capacitor (C 5) comprises a first transistor (M 1) connected between the control stage and GND first transistor (M 1) delay (Delay) for placing the first of a predetermined size on a control signal supplied to the control end of the The magnitude of the ripple current flowing through the transistor M 1 is adjusted.
  • the ripple attenuator 370 receives the VLC signal from the VLC input unit 390, and the LED module 335, the first transistor M 1 , and the second transistor M in which the luminous current corresponding to the VLC signal is cascaded. 2 ) to control the flow through, and also to remove the ripple of the luminous current which may be caused by the VLC signal.
  • the size of the ripple to be removed is determined according to the change of the drain-source resistance RDSon value of the first transistor M 1 . If the ripple current value to be removed is large, the loss generated in the first transistor M 1 becomes large.
  • the transistor of claim 1 as heat indicated temperature of the first transistor (M 1) is of a greater loss of the first transistor (M 1) generated from the (M 1) is raised.
  • the driving current flowing through the secondary winding of the transformer for supplying the LED is detected so that the LED module operates in the CC mode (Constant Current Mode) by controlling the control signal corresponding to the driving current. It is effective.
  • the LED driver device receives the VLC signal and the current control signal, thereby controlling the luminous current corresponding to the VLC signal to flow and suppressing the ripple (or flicker) of the luminous current.
  • VLC controller 351 amplifier

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Abstract

플리커리스 LED 드라이버 장치를 개시한다. 교류전압을 인가받는 1 차 권선 및 상기 1 차 권선으로부터 유도되어 제1 유도전압을 생성하는 2 차 권선을 포함하는 변압기; 상기 제1 유도전압을 인가받아 LED(Light Emitting Diode) 모듈로 제1 직류전압을 인가하는 제2 차 권선회로; 상기 제2 차 권선회로에서 상기 2 차 권선에 흐르는 구동전류를 검출하는 전류 검출부; 상기 구동전류에 대한 신호를 수신하여 상기 LED 모듈에 흐르는 발광전류를 제어하는 제어신호를 발생하는 전류 제어부; 및 상기 LED 모듈에 연결되어, VLC(Visual Light Communication) 신호 및 상기 전류 제어신호를 수신하고 상기 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 흐르도록 제어하고 상기 발광전류의 리플(Ripple)을 억제하는 리플 감쇠부(Ripple Attenuator)를 포함하는 LED 드라이버 장치를 제공한다.

Description

플리커리스 ＬＥＤ 드라이버 장치
본 실시예는 VLC(Visual Lighting Communication) 기능을 가진 플리커리스 LED 드라이버 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 LED(Light Emitting Diode) 광원은 전기 신호를 빛으로 바꿀 수 있는 속도가 약 30 ns ∼ 250 ns로서 매우 빠르며, 이와 같은 LED 광원의 특성을 이용하여 LED 광원의 빠른 온-오프 스위칭을 할 수 있다. LED는 이러한 특성으로 인하여 조명뿐 아니라 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication)에도 이용 가능하다.
가시광 통신은 사람의 눈에 보이는 가시광 파장(380 nm∼780 nm)을 이용한 통신으로서, LED 조명장치를 구성하는 광 다이오드(PD: Photo Diode)의 스위칭을 이용하여 데이터를 송·수신한다.
일반적으로 광원이 초당 100번 이상 점멸하면 사람의 눈은 이 광원의 깜빡임을 인식하지 못하는데, 가시광 통신은 이러한 빛의 원리를 이용하여 기본적인 조명기능 이외에 부가적인 통신 기능을 수행한다.
본 실시예는 전원을 공급받아 조명을 제공하는 LED 장치에 VLC 기능을 부가하고 발광전류의 리플을 억제하는 LED 드라이버 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 교류전압을 인가받는 1 차 권선 및 상기 1 차 권선으로부터 유도되어 제1 유도전압을 생성하는 2 차 권선을 포함하는 변압기; 상기 제1 유도전압을 인가받아 LED(Light Emitting Diode) 모듈로 제1 직류전압을 인가하는 제2 차 권선 회로; 상기 제2 차 권선 회로에서 상기 2 차 권선에 흐르는 구동전류를 검출하는 전류 검출부; 상기 구동전류에 대한 신호를 수신하여 상기 LED 모듈에 흐르는 발광전류를 제어하는 제어신호를 발생하는 전류 제어부; 및 상기 LED 모듈에 연결되어, VLC(Visual Light Communication) 신호 및 상기 전류 제어신호를 수신하고 상기 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 흐르도록 제어하고 상기 발광전류의 리플(Ripple)을 억제하는 리플 감쇠부(Ripple Attenuator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치를 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 교류전압을 인가받는 1 차 권선, 상기 1 차 권선으로부터 유도되어 제1 유도전압 및 제2 유도전압을 각각 생성하는 2 차 권선 및 3 차 권선을 포함하는 변압기; 상기 제1 유도전압을 인가받아 LED(Light Emitting Diode) 모듈로 제1 직류전압을 인가하는 제2 차 권선 회로; 상기 제2 유도전압을 인가받아 제2 직류전압을 발생하는 제3차 권선 회로; 상기 제2 차 권선 회로에서 상기 2 차 권선에 흐르는 구동전류를 검출하는 전류 검출부; 상기 구동전류에 대한 신호를 수신하여 상기 LED 모듈에 흐르는 발광전류를 제어하는 제어신호를 발생하는 전류 제어부; 상기 LED 모듈에 연결되어, VLC(Visual Light Communication) 신호를 수신하여 상기 VLC 신호에 대응되는 전류가 흐르도록 제어하는 제2 트랜지스터; 및 상기 전류 제어신호를 수신하여 상기 LED 모듈에 흐르는 전류의 리플(Ripple)을 억제하는 제1 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치를 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 LED 드라이버 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 LED 드라이버 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 LED 드라이버 장치를 구현한 회로를 나타낸 도면이다.
이하, 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본발명의 일 실시예에 따른 LED 드라이버 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본발명의 일 실시예에 따른 LED 드라이버 장치(100)는 전원 입력부(110), 변압기(120), 제2 권선회로(130), 전류 검출부(150), 전류 제어부(160), 리플 감쇠부(170) 및 VLC 입력부(180)를 포함한다. 도 1에 도시된 LED 드라이버 장치(100)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 1에 도시된 모든 구성요소가 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 LED 드라이버 장치(100)에 포함된 일부 구성요소가 변경 또는 제거되거나 다른 구성요소가 추가될 수 있다.
도 1에서, LED 드라이버 장치(100)는 VLC 신호를 입력받아 입력받은 VLC 신호에 대응하도록 LED 모듈(135)에 흐르는 전류를 제어한다.
전원 입력부(110)는 변압기(120)의 1 차 권선(122)과 연결되며, 1 차 권선(122)에 교류전압을 인가한다. 전원 입력부(110)가 1 차 권선(122)에 인가한 교류전압에 의하여 2 차 권선(126)에 유도전압(즉, 제1 유도전압)이 생성된다. 여기서, 전원 입력부(110)는 제2 권선회로(130)의 부하, 즉, LED 모듈(135) 및 리플 감쇠부(170)를 제거한 무부하 상태에서 원하는 크기의 제1 유도전압이 생성 가능하도록 교류전압의 크기를 설정하여 전원 입력부(110)에게 인가한다.
변압기(120)는 1 차 권선(122)에 입력되는 전압의 크기에 따라 복수의 발광다이오드가 직렬로 연결된 LED 모듈(135)을 구동시키기 위한 전압을 증가 또는 감소시키는 동작을 수행한다.
일 실시예에 따른 변압기(120)는 권선이 감기는 코어(124), 교류전압을 인가받는 1 차 권선(122), 1 차 권선(122)의 전압으로부터 유도되어 제1 유도전압을 생성하는 2 차 권선(126)을 포함한다. 여기서, 코어(124)는 규소강판, 퍼멀로이(Permalloy), 페라이트(Ferrite) 등의 자성재료를 이용하여 소정의 두께로 구현될 수 있다. 1 차 권선(122) 및 2 차 권선(126)은 기 설정된 권선수비에 따라 코어(124)에 권취될 수 있다. 변압기(120)에서는 1 차 권선(122) 및 2 차 권선(126)의 권선수 비에 비례하여 1 차 권선(122)의 전압에 의해 2 차 권선(126)의 전압이 유도된다.
제2 권선회로(130)는 2 차 권선(126)과 연결되며, 제2 권선회로(130)는 1 차 권선(122)의 전압으로부터 유도되어 2 차 권선(126)에서 생성된 제1 유도전압을 인가받는다. 제2 권선회로(130)는 제1 유도전압을 그에 대응하는 제1 직류전압으로 변환하고 제1 직류전압을 부하, 즉, 발광 다이오드가 직렬로 연결된 LED 모듈(135) 및 리플 감쇠부(170)에게 인가한다.
제2 권선회로(130)는, 2 차 권선(126)의 일측 단자에 그 일측이 연결된 제1 다이오드(D1), 2 차 권선(126)의 타측 단자에 그 일측이 연결된 제2 저항(R2), 제1 다이오드(D1)의 타측과 제2 저항(R2)의 타측 사이에 연결된 제1 커패시터(C1)를 포함하는 구조를 갖는다.
전류 검출부(150)는 제2 권선회로(130)의 제2 저항(R2)과 병렬로 연결된다. 여기서, 제2 저항(R2)은 제2 권선회로(130)의 구성요소에 포함되는 것으로 설명하였으나, 전류 검출부(150)의 구성요소로서 구현하는 것도 가능하다.
전류 검출부(150)는 제2 권선회로(130)에 흐르는 구동전류를 검출한다. 전류 검출부(150)는 제2 권선회로(130)에서 검출된 구동전류에 대응하는 제어전압을 전류 제어부(160)에게 제공한다.
전류 검출부(150)가 제2 저항(R2)의 일측 및 타측에 연결되어 제2 저항(R2)의 일측 및 타측 사이의 전위차를 이용하여 제2 권선회로(130)에 흐르는 구동전류를 검출하는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 홀 센서(소자) 방식, 퓨즈 방식, 비접촉 센싱 방식 등과 같이 전류를 검출할 수 있다면 그 어떤 방식으로도 전류 검출부(150)가 구현 가능하다.
전류 검출부(150)는 검출된 구동전류에 대응하는 제어전압을 출력하여 전류 제어부(160)에게 제공한다.
전류 제어부(160)는 제어전압에 대응하는 제어신호를 리플 감쇠부(170)에게 제공하여 LED 모듈(135)에 흐르는 발광전류를 제어한다.
전류 제어부(160)는 전류 검출부(150) 및 리플 감쇠부(170)와 연결되며, 리플 감쇠부(170)는 VLC 입력부(180)로부터 입력받은 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 흐르도록 LED모듈(135)을 제어하고 발광전류의 리플을 억제한다. 여기서, 리플 감쇠부(170)는 전류 제어부(160)로부터 수신한 제어신호에 따라 LED모듈(135)의 발광을 제어한다.
전류 제어부(160)는 전류 검출부(150)에서 검출된 구동전류에 대응하는 제어전압을 전류 검출부(150)로부터 수신하여 제어전압의 증감에 따라 제어신호의 크기를 제어하여 출력한다. 전류 제어부(160)는 이 제어신호를 리플 감쇠부(170)에게 전달한다.
리플 감쇠부(170)는 전류 제어부(160)로부터 제어신호를 입력받아 LED 모듈(135)에 흐르는 전류가 일정하게 흐르도록 제어하는 CC 모드(Constant Current Mode)로 동작한다. 여기서, 리플 감쇠부(170)는 LED 모듈(135) 또는 리플 감쇠부(170) 내의 회로나 소자의 단락(Short)으로 인한 과전류가 흐르지 않도록 방지한다.
리플 감쇠부(170)는 VLC 입력부(180)로부터 VLC 신호를 수신하여 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 LED 모듈(135)에 흐르도록 제어한다. 또한, 리플 감쇠부(170)는 수신된 제어신호에 따라 VLC 신호에 대응되는 발광전류의 리플을 제거한다.
도 2는 본발명의 다른 실시예에 따른 LED 드라이버 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본발명의 다른 실시예에 따른 LED 드라이버 장치(200)는 전원 입력부(210), 변압기(220), 제2 권선회로(230), 제3 권선회로(240), 전류 검출부(250), 전류 제어부(260), 리플 감쇠부(270) 및 VLC 입력부(280)를 포함한다. 도 2에 도시된 모든 구성요소가 필수 구성요소는 아니며, LED 드라이버 장치(200)에 포함된 일부 구성요소가 변경 또는 제거되거나 다른 구성요소가 추가될 수 있다.
전원 입력부(210)는 변압기(120)의 1 차 권선(222)과 연결되며, 1 차 권선(222)에 교류전압을 인가한다. 전원 입력부(210)가 1 차 권선(222)에 인가한 교류전압에 의하여 2 차 권선(226)에 제1 유도전압이 유도되고 3 차 권선(228)에 제2 유도전압이 유도된다.
변압기(220)는 권선이 감겨 있는 코어(224), 교류전압을 인가받는 1 차 권선(222), 1 차 권선(222)의 전압으로부터 유도되어 유도전압(즉, 제1 유도전압 및 제2 유도전압)을 각각 생성하는 2 차 권선(226) 및 3차 권선(228)을 포함한다.
1 차 권선(222), 2 차 권선(226) 및 3 차 권선(228)은 기 설정된 권선수비에 따라 코어(224)에 권취될 수 있다. 예컨대, 1 차 권선(222), 2 차 권선(226) 및 3 차 권선(228)의 권선수비는 1 : 1 : 0.5 와 같이 설정될 수 있으며, 변압기(220)에서는 이 권선수비에 비례하여 1 차 권선(222)의 전압에 의해 2 차 권선(226) 및 3 차 권선(228) 각각에 유도전압이 발생된다.
제2 권선회로(230)는 2 차 권선(226)과 연결되며, 제2 권선회로(230)는 1 차 권선(222)의 전압으로부터 유도되어 2 차 권선(226)에서 생성된 제1 유도전압을 인가받는다. 제2 권선회로(230)는 제1 유도전압을 그에 대응하는 제1 직류전압으로 변환하고 제1 직류전압을 부하 즉, 발광 다이오드가 직렬로 연결된 LED 모듈(235) 및 리플 감쇠부(270)에게 인가한다.
제2 권선회로(230)는, 2 차 권선(226)의 일측 단자에 그 일측이 연결된 제1 다이오드(D1), 2 차 권선(226)의 타측 단자에 그 일측이 연결된 제2 저항(R2), 제1 다이오드(D1)의 타측과 제2 저항(R2)의 타측 사이에 연결된 제1 커패시터(C1)를 포함하는 구조를 갖는다.
전류 검출부(250)는 제2 권선회로(230)의 제2 저항(R2)과 병렬로 연결된다.
전류 검출부(250)는 제2 권선회로(230)에 흐르는 구동전류를 검출한다. 전류 검출부(250)는 제2 권선회로(230)에서 검출된 구동전류에 대응하는 제어 전압을 전류제어부(260)에게 전송한다.
제3 권선회로(240)는, 3 차 권선(228)의 일측 단자에 그 일측이 연결된 제2 다이오드(D2), 3 차 권선(228)의 타측 단자와 제2 다이오드(D2)의 타측 단자 사이에 연결된 제2 커패시터(C2)를 포함하는 구조를 갖는다.
제3 권선회로(240)는 제2 권선회로(230)의 교류 유도전압을 제2 직류전압으로 변환하여, 변환된 제2 직류전압을 전류검출부(250), 전류제어부(260) 및 VLC 입력부(280)의 내부전원으로서 공급한다.
전류 검출부(250)는 제2 권선회로(230)의 제2 저항(R2)과 병렬로 연결된다.
전류 검출부(250)는 제2 권선회로(230)에 흐르는 구동전류를 검출한다. 전류 검출부(250)는 제2 권선회로(230)에서 검출된 구동전류에 대응하는 제어전압을 출력하여 전류 제어부(260)에게 제공한다.
전류 제어부(260)는 수신한 제어전압에 대응하는 제어신호를 리플 감쇠부(270)에게 제공하여 LED 모듈(235)에 흐르는 발광전류를 제어한다.
전류 제어부(260)는 전류 검출부(250) 및 리플 감쇠부(270)와 연결되며, 전류 제어부(260)는 VLC 입력부(280)로부터 입력받은 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 흐르도록 LED모듈(135)을 제어하고 발광전류의 리플을 억제한다.
전류 제어부(260)는 전류 검출부(250)에서 검출된 구동전류에 대응하는 제어전압을 전류 검출부(250)로부터 수신하여 제어전압의 증감에 따라 제어신호의 크기를 제어한다.
리플 감쇠부(270)는 직렬 연결된 제1 트랜지스터(M1)와 제2 트랜지스터(M2)를 포함한다. 여기서 LED 모듈(235), 제1 트랜지스터(M1)와 제2 트랜지스터(M2)는 캐스코드(Cascode) 형태로 연결된다.
제2 트랜지스터(M2)는 전류 인입단이 LED 모듈(235)에 연결되고, 제2 트랜지스터(M2)은 VLC 입력부(280)로부터 입력받은 VLC 신호를 제2 트랜지스터(M2)의 제어단에서 수신하여 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 LED 모듈(235)에 흐르도록 제어한다.
제1 트랜지스터(M1)는 전류인입단이 제2 트랜지스터(M2)의 전류인출단과 연결되며, 제1 트랜지스터(M1)는 전류 제어부(260)에서 출력한 제어신호를 제1 트랜지스터(M1)의 제어단에서 수신하여 LED 모듈(235)에 흐르는 발광전류의 리플을 억제한다.
VLC 입력부(280)는 VLC 제어기(281, VLC Controller)와 제1 저항(R1)을 포함한다. VLC 제어기(281)는 VLC 신호를 발생하여 제2 트랜지스터(M2)의 제어단에게 제공한다. 제1 저항(R1)은, VLC 제어기(281)와 리플 감쇠부(270)의 제2 트랜지스터(M2)의 제어단 사이에 연결되어 VLC 신호의 크기가 급격하게 변하는 경우 리플 감쇠부(270)의 제2 트랜지스터(M2)의 제어단의 전압이 급격하게 변하지 않도록 하여 제2 트랜지스터(M2)의 오동작을 방지하는 댐핑(Damping) 역할을 한다.
도 2의 실시예에서는 제1 트랜지스터(M1)와 제2 트랜지스터(M2)가 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)인 경우를 예로 들었지만 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor) 등 다양한 트랜지스터로도 구현될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 제1 트랜지스터(M1)가 p-MOS인 것으로 예시되어 있으나 이에 한정되지 않고 n-MOS 및 npn 트랜지스터 등 다양한 소자로 구현할 수 있고, 제2 트랜지스터(M2)가 n-MOS인 것으로 예시되어 있으나 p-MOS 및 pnp 트랜지스터 등 다양한 소자로 구현될 수 있다.
제1 트랜지스터(M1) 또는 제2 트랜지스터(M2)가 n-MOS로 구현되는 경우에는, n-MOS의 드레인(Drain) 단자는 전류 인입단이 되고 소오스(Source) 단자는 전류 인출단이 되며, 게이트(Gate) 단자는 제어단이 된다. 또한, 제1 트랜지스터(M1) 또는 제2 트랜지스터(M2)가 p-MOS로 구현되는 경우에는, p-MOS의 소오스(Source) 단자는 전류 인입단이 되고 드레인(Drain) 단자는 전류 인출단이 되며, 게이트(Gate) 단자는 제어단이 된다.
마찬가지로, 제1 트랜지스터(M1) 또는 제2 트랜지스터(M2)가 NPN BJT로 구현되는 경우에는, NPN BJT의 컬렉터(Collector)를 전류 인입단으로 정의하고, 전류가 출력되는 트랜지스터의 NPN BJT의 이미터(Emitter)를 전류 인출단으로 졍의하고 베이스(Base)를 제어단으로 정의할 수 있다. PNP BJT의 경우에는 전류 인입단 및 전류 인출단의 위치가 NPN BJT의 경우와는 서로 반대가 된다.
리플 감쇠부(270)는 전류 제어부(160)의 제어신호를 입력받아 LED 모듈(235)에 흐르는 전류가 일정하도록 하는 CC 모드(Constant Current Mode)로 동작하도록 LED 모듈(235)에 흐르는 전류를 제어한다. 또한, 리플 감쇠부(170)는 LED 모듈(235) 또는 리플 감쇠부(270)의 회로나 구성 소자의 단락(Short)으로 인한 과전류가 흐르지 않도록 방지한다.
리플 감쇠부(270)는 VLC 입력부(280)로부터 VLC 신호를 수신하여 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 LED 모듈(235)에 흐르도록 제어한다. 또한 리플 감쇠부(270)는 수신된 제어신호에 따라 VLC 신호에 대응되는 발광전류에 발생할 수 있는 리플을 제거한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 드라이버 장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, LED 드라이버 장치(300)는 전원 입력부(310), 변압기(320), 제2 권선회로(330), 제3 권선회로(340), 전류 검출부(350), 전류 제어부(360), 리플 감쇠부(370), 결합부(380) 및 VLC 입력부(390)를 포함한다. 도 3에 도시된 모든 구성요소가 필수 구성요소는 아니며, LED 드라이버 장치(300)에 포함된 일부 구성요소가 변경 또는 제거되거나 다른 구성요소가 추가될 수 있다.
전원 입력부(310)는 변압기(320)의 1 차 권선(322)과 연결되며, 1 차 권선(322)에 교류전압을 인가한다. 전원 입력부(310)가 1 차 권선(322)에 인가한 교류전압에 의하여 2 차 권선(326)에 제1 유도전압이 생성되고 3 차 권선(328)에 제2 유도전압이 생성된다.
변압기(320)는 권선이 감겨 있는 코어(324), 교류전압을 인가받는 1 차 권선(322), 1 차 권선(322)의 전압으로부터 유도되어 유도전압(즉, 제1 유도전압 및 제2 유도전압)을 각각 생성하는 2 차 권선(326) 및 3차 권선(328)을 포함한다.
1 차 권선(322), 2 차 권선(326) 및 3 차 권선(328)은 기 설정된 권선수비에 따라 코어(324)에 권취될 수 있다. 예컨대, 1 차 권선(322), 2 차 권선(326) 및 3 차 권선(328)의 권선수비는 1 : 1 : 0.5 와 같이 설정될 수 있으며, 변압기(320)에서는 이 권선수비에 비례하여 1 차 권선(322)의 전압에 의해 2 차 권선(326) 및 3 차 권선(328) 각각에 유도전압이 발생된다.
전원 입력부(310)는 제2 차 권선회로(330)의 부하, 즉, LED 모듈(335), 제1 트렌지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)를 제거한 무부하 상태에서 원하는 크기의 제1 유도전압이 생성되도록 교류전압의 크기를 설정하여 전원 입력부(310)에게 인가한다.
제2 권선회로(330)는 2 차 권선(326)과 연결되며, 제2 권선회로(330)는 1 차 권선(322)의 전압으로부터 유도되어 2 차 권선(326)에서 생성된 제1 유도전압을 인가받는다. 제2 권선회로(330)는 제1 유도전압을 그에 대응하는 제1 직류전압으로 변환하고 제1 직류전압을 부하, 즉, 복수의 발광 다이오드가 직렬로 연결된 LED 모듈(335), 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)에게 인가한다.
제2 권선회로(330)는, 2 차 권선(326)의 일측 단자에 그 일측이 연결된 제1 다이오드(D1), 2 차 권선(326)의 타측 단자에 그 일측이 연결된 제2 저항(R2), 제1 다이오드(D1)의 타측과 제2 저항(R2)의 타측 사이에 연결된 제1 커패시터(C1), 제1 캐패시터(C1)와 병렬로 연결된 제3 캐패시터(C3), 제3 캐패시터(C3)와 병렬로 연결된 제3 저항(R3)을 포함하는 구조를 갖는다.
제3 캐패시터(C3)는 제1 직류전압이 발생하는 제2 권선회로(330)의 단자와 2 차 권선(326)의 타측 단자에 해당하는 GND 단자 사이에 연결되어 제1 직류전압에 포함된 고주파성분 전압을 억제한다.
제3 저항(R3)은 제1 직류전압이 발생하는 제2 권선회로(330)의 단자와 GND 단자 사이에 연결되어 LED 모듈(335)의 발광전류의 변화에 의해서 발생하는 LED 모듈(335)에 인가되는 전압의 변동을 일으키는 것을 방지하기 위하여 LED 모듈(335)에 일정한 전류를 흐르게 하는 블리더(Bleeder) 저항이다. 제3 저항(R3)으로 인하여 LED 모듈(335)이나 제1 트랜지스터(M1) 또는 제2 트랜지스터(M2)의 단락(Short)이나 오픈(Open) 등의 고장시 LED 드라이버 장치(300)를 보호할 수 있다.
VLC 입력부(390)는 VLC 제어기(391)와 제1 저항(R1)을 포함한다. VLC 입력부(390)는 VLC 제어신호를 발생하여 제2 트랜지스터(M2)의 제어단에게 제공한다. 제1 저항(R1)은, VLC 신호의 크기가 급격하게 변하는 경우 리플 감쇠부(370)의 제2 트랜지스터(M2)의 제어단의 전압이 급격하게 변하지 않도록 하여 제2 트랜지스터(M2)의 오동작을 방지하는 댐핑(Damping) 역할을 한다.
전류 검출부(350)는 증폭기(351), 제6 저항(R6), 제7 저항(R7) 및 제8 저항(R8)을 포함한다.
제2 저항(R2)은 제2 권선회로(330)에 흐르는 구동전류(Isnes)를 감지하고 이를 증폭된 전압신호인 감지전압(Vsens = Isens * R2)으로 변환한다. 증폭기(351)의 양과 음의 입력단에 직렬로 각각 연결된 제6 저항(R6)과 제7 저항(R7)은 제2 저항(R2)에 감지된 감지전압의 급격한 변동에 대하여 감쇠하여 증폭기(351)의 양과 음의 입력단에 전달하는 역할을 한다. 제8 저항(R8)은 증폭기(351)의 출력단과 음의 입력단 사이에 연결되고, 증폭기의 이득은 제7 저항(R7)과 제8 저항(R8)의 비율(Gain = R8 / R7)로 표시할 수 있다.
한편, 여기서도 제2 저항(R2)이 제2 권선회로(330)의 구성요소가 아닌 전류 검출부(350)의 구성요소로서 구현될 수도 있다.
결합부(380)는 제9 저항(R9), 제2 제너 다이오드(Z2) 및 제4 트랜지스터(Q4)를 포함한다. 제9 저항(R9)은 전류 검출부(350)에서 출력된 증폭된 전압신호를 수신하여 제2 제너 다이오드(Z2)을 거쳐 제4 트랜지스터(Q4)의 제어단에 전달하고, 증폭된 전압신호가 급격하게 변하는 경우 댐핑(Damping) 역할을 함으로써 제4 트랜지스터(Q4)의 오동작을 방지한다.
제2 제너 다이오드(Z2)는 제4 트랜지스터(Q4)의 제어단에 바이어스 전압을 공급한다. 제4 트랜지스터(Q4)는 전류 검출부(350)에서 출력된 증폭된 전압신호(제1 출력전압)를 증폭하여 제4 트랜지스터(Q4)의 전류 인입단에서 생성된 제2 출력 전압을 전류 제어부(360)에게 전달한다.
전류 검출부(350)는 제2 권선회로(330)에 흐르는 구동전류를 검출한다. 전류 검출부(350)는 제2 권선회로(330)에서 검출된 구동전류에 대응하는 제어전압을 결합부(380)를 거쳐서 전류 제어부(360)로 제공한다.
전류 제어부(360)는 제3 트랜지스터(Q3), 제1 제너 다이오드(Z1), 제4 저항(R4), 제4 캐패시터(C4), 제3 다이오드(D3) 및 제5 저항(R5)을 포함한다.
결합부(380)에서 증폭된 제2 출력 전압은 제3 트랜지스터(Q3)의 제어단으로 입력되고, 제3 트랜지스터(Q3)의 전류 인출단으로 전류가 출력되어 제1 트랜지스터(M1)의 제어단에 공급된다. 제3 다이오드(D3)는 캐소드(Cathode)가 제3 트랜지스터(Q3)의 전류 인입단에 연결되고, 애노드(Anode)가 제3 권선회로(340)에서 발생한 제2 직류전압에 연결된다. 제3 다이오드(D3)는 제3 트랜지스터(Q3)의 전류 인입단의 전압이 제2 직류전압보다 큰 경우 제2 직류전압을 발생하는 제3 권선회로(240)으로 전류가 유입되는 것을 방지한다.
제5 저항(R5)은 제1 직류전압이 발생하는 제2 권선회로(330)의 단자와 제3 트랜지스터(Q3)의 전류 인입단 사이에 연결되어 제3 트랜지스터(Q3)의 전류 인입단 전압을 제한한다. 제5 저항(R5)의 일측과 제3 트랜지스터(Q3)의 전류 인입단 사이에 연결된 제4 다이오드(D4)는 LED 모듈(335)의 단락으로 제1 직류전압의 크기가 제2 직류전압보다 낮은 경우, 제2 직류전압이 발생되는 제3 권선회로(240)로부터 제1 직류전압이 발생되는 제2 권선회로(330)의 단자 방향으로 전류가 유입되는 것을 방지하기 위하여 사용할 수 있다.
제4 저항(R4)은 제1 직류전압이 발생하는 제2 권선회로(330)의 단자와 제3 트랜지스터(Q3)의 제어단 사이에 연결되어 제3 트랜지스터(Q3)의 바이어스 전압을 공급한다.
제1 제너 다이오드(Z1)는 캐소드가 제3 트랜지스터(Q3)의 제어단에 연결되고, 애노드가 GND에 연결되어 제3 트랜지스터(Q3)의 바이어스 전압을 제한한다.
제4 캐패시터(C4)는 제3 트랜지스터(Q3)의 제어단과 GND 사이에 연결되어 제3 트랜지스터(Q3)의 제어단의 전압의 일시적 변동을 억제한다.
전류 검출부(350)는 검출된 구동전류에 대응하는 제어전압을 출력하여 결합부(380)을 거쳐 전류 제어부(360)에게 제공한다. 결합부(380)는 제어전압을 수신하여 이를 증폭하여 증폭된 전압신호를 발생하여 전류 제어부(360)에게 제공한다.
전류 제어부(360)는 증폭된 전압신호에 대응하는 제어신호를 발생하여 리플 감쇠부(370)에게 제공하고, 리플 감쇠부(370)는 수신한 제어신호에 따라 LED 모듈(335)에 흐르는 발광전류의 리플을 억제하도록 제어한다.
리플 감쇠부(370)는 전류 제어부(360)에서 출력된 제어신호를 입력받아 LED 모듈(335)에 흐르는 전류가 일정하게 흐르도록 제어하는 CC 모드(Constant Current Mode)로 동작한다. 또한 리플 감쇠부(370)는 LED 모듈(335), 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2) 중 적어도 어느 하나의 소자가 단락(Short)되는 경우 단락된 소자에 과전류가 흐르지 않도록 제1 트랜지스터(M1)를 제어하여 흐르는 전류의 크기를 제어한다. 여기서, LED 모듈(335), 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2) 중 적어도 어느 하나의 소자가 단락(Short)되는 것은, 제1 직류전압이 너무 커지거나 LED 모듈(335), 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2) 중 적어도 어느 하나의 소자가 소손되는 경우에 발생할 수 있으나 본발명이 이에 한정되지는 않는다.
예컨대, 제1 직류전압이 너무 커지는 경우, 제3 트랜지스터(Q3)는 제3 트랜지스터(Q3)에 전류가 많이 흐르도록 제어되고, 제3 트랜지스터(Q3)에 전류가 많이 흐름에 따라 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 단자에 인가되는 전압이 높아진다. 따라서, 이와 같이 제1 트랜지스터(M1)의 게이트에 높아진 전압이 인가되는 경우에 제1 트랜지스터(M1)에 흐르는 전류가 제한됨으로써 LED 모듈(335), 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)를 통하여 흐르는 전류를 제한할 수 있다.
참고로, 제3 트랜지스터(Q3)가 npn 트랜지스터인 것으로 예시하였지만, 본발명이 이에 한정되지는 않으면, 여러 형태의 MOSFET 등 다양한 트랜지스터를 사용할 수도 있다.
제5 캐패시터(C5)는 제1 트랜지스터(M1)의 제어단과 GND 사이에 연결되어 제1 트랜지스터(M1)의 제어단에 공급되는 제어신호에 일정 크기의 지연(Delay)를 두어 제1 트랜지스터(M1)를 통하여 흐르는 리플 전류의 크기를 조절한다.
리플 감쇠부(370)는 VLC 입력부(390)로부터 VLC 신호를 수신하여 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 캐스코드 형태로 연결된 LED 모듈(335), 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)를 통하여 흐르도록 제어하고, 또한 VLC 신호에 의해 발생할 수 있는 발광전류의 리플을 제거한다. 제1 트랜지스터(M1)는 온(ON) 상태의 드레인-소스 저항(RDSon) 값의 변화에 따라 제거되는 리플의 크기가 정해진다. 만약 제거되는 리플 전류값이 크다면, 제1 트랜지스터(M1)에서 발생하는 손실이 커진다. 제1 트랜지스터(M1)에서 발생하는 손실이 커지는 것은 제1 트랜지스터(M1)의 열로 나타나 제1 트랜지스터(M1)의 온도가 상승하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, LED에 전원을 공급하는 변압기의 2 차 권선에 흐르는 구동전류를 검출하여 구동전류에 대응하는 제어신호를 LED 모듈이 CC 모드(Constant Current Mode)로 동작하도록 하는 효과가 있다.
또한, LED 드라이버 장치는 VLC 신호 및 전류 제어신호를 수신하여, VLC 신호에 대응되는 발광전류가 흐르도록 제어하고 발광전류의 리플(Ripple)(또는 플리커(Flicker))을 억제하는 효과가 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 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.
[부호의 설명]
100, 200, 300: LED 드라이버 장치
110, 210: 전원 입력부 120, 220: 변압기
122, 222: 1 차 권선 124, 224, 324: 코어
126, 226, 326: 2 차 권선 130, 230, 330: 제2 권선회로
135, 235, 335: LED모듈
150, 250, 350: 전류 검출부 160, 260, 360: 전류 제어부
170, 270, 370: 리플 감쇠부 180, 280, 390: VLC 입력부
228, 328: 3 차 권선 240, 340: 제3 권선회로
281, 391: VLC 제어기 351: 증폭기
380: 결합부
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Claims (15)

  1. 교류전압을 인가받는 1 차 권선 및 상기 1 차 권선으로부터 유도되어 제1 유도전압을 생성하는 2 차 권선을 포함하는 변압기;
    상기 제1 유도전압을 인가받아 LED(Light Emitting Diode) 모듈로 제1 직류전압을 인가하는 제2 차 권선회로;
    상기 제2 차 권선회로에서 상기 2 차 권선에 흐르는 구동전류를 검출하는 전류 검출부;
    상기 구동전류에 대한 신호를 수신하여 상기 LED 모듈에 흐르는 발광전류를 제어하는 제어신호를 발생하는 전류 제어부; 및
    상기 LED 모듈에 연결되어, VLC(Visual Light Communication) 신호 및 상기 제어신호를 수신하고 상기 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 흐르도록 제어하고 상기 발광전류의 리플(Ripple)을 억제하는 리플 감쇠부(Ripple Attenuator)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 검출부는, 검출된 상기 구동전류에 대응하는 제어전압을 상기 구동전류에 대한 신호로서 출력하여 상기 전류 제어부로 전송하고,
    상기 전류 제어부는 상기 제어전압을 수신하여 상기 제어전압의 증감에 따라 상기 제어신호의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 전류 검출부는,
    전압을 증폭하는 증폭기;
    상기 제2 권선회로의 제2 저항의 일측과 상기 증폭기의 양의 입력단 사이에 연결된 제6 저항;
    상기 제2 저항의 타측과 상기 증폭기의 음의 입력단 사이에 연결된 제7 저항; 및
    상기 증폭기의 출력단과 상기 음의 입력단 사이에 연결되어 상기 제7 저항과의 비율로 상기 증폭기의 이득을 제1 출력 전압으로서 상기 출력단에 출력되도록 하는 제8 저항
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    일측이 상기 증폭기의 출력단과 직렬로 연결된 제9 저항;
    캐소드(Cathode)에 상기 제9 저항의 타측이 연결된 제2 제너 다이오드(Zener Diode); 및
    제어단에 상기 제2 제너 다이오드의 애노드(Anode)가 연결된 제4 트랜지스터를 구비하여, 제1 출력 전압이 증폭된 전압 증폭신호가 상기 제4 트랜지스터의 전류 인입단에서 생성되도록 하는 결합부를 포함하고,
    상기 결합부는 상기 전압 증폭신호를 상기 전류 제어부에게 전달하는 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 전류 제어부는,
    제어단에 상기 전압 증폭신호가 입력되는 제3 트랜지스터;
    캐소드에 상기 제3 트랜지스터의 제어단이 연결되고 애노드가 GND에 연결되어 상기 제3 트랜지스터의 바이어스 전압을 공급하는 제1 제너 다이오드;
    상기 제1 직류전압이 발생하는 단자와 상기 제3 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 상기 제3 트랜지스터의 바이어스 전압을 공급하는 제4 저항;
    상기 제3 트랜지스터의 제어단과 GND 사이에 연결되어 상기 제3 트랜지스터의 제어단 전압의 일시적 변동을 억제하는 제4 캐패시터; 및
    상기 제1 직류전압이 발생하는 단자와 상기 제3 트랜지스터의 전류 인입단 사이에 연결되어 상기 제3 트랜지스터의 전류 인입단 전압을 제한하는 제5 저항
    을 포함하며, 상기 제3 트랜지스터의 전류 인출단에서 상기 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 직류전압이 발생하는 단자와 GND 사이에 연결되어 상기 제1 직류전압의 고주파성분 전압을 억제하는 제3 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 직류전압이 발생하는 단자와 GND 사이에 연결되어 상기 LED 모듈 및 상기 발광전류의 변화에 의해서 상기 LED 모듈의 전압 변동을 일으키는 것을 방지하기 위하여 일정한 전류를 흐르게 하는 블리더(Bleeder) 저항인 제3 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 리플 감쇠부는,
    전류 인입단이 상기 LED 모듈에 연결되고, 제어단으로 상기 VLC 신호를 수신하여 상기 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 전류 인출단에 흐르도록 제어하는 제2 트랜지스터; 및
    상기 제어신호를 수신하여 상기 발광전류의 리플(Ripple)을 억제하는 제1 트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  9. 교류전압을 인가받는 1 차 권선, 상기 1 차 권선으로부터 유도되어 제1 유도전압 및 제2 유도전압을 각각 생성하는 2 차 권선 및 3 차 권선을 포함하는 변압기;
    상기 제1 유도전압을 인가받아 LED(Light Emitting Diode) 모듈로 제1 직류전압을 인가하는 제2 차 권선회로;
    상기 제2 유도전압을 인가받아 제2 직류전압을 발생하는 제3차 권선회로;
    상기 제2 차 권선회로에서 상기 2 차 권선에 흐르는 구동전류를 검출하는 전류 검출부;
    상기 구동전류에 대한 신호를 수신하여 상기 LED 모듈에 흐르는 발광전류를 제어하는 제어신호를 발생하는 전류 제어부;
    상기 LED 모듈에 연결되어, VLC(Visual Light Communication) 신호를 수신하여 상기 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 흐르도록 제어하는 제2 트랜지스터; 및
    상기 제어신호를 수신하여 상기 LED 모듈에 흐르는 발광전류의 리플(Ripple)을 억제하는 제1 트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 LED 모듈 및 상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터가 캐스코드(Cascode) 형태로 연결되며,
    상기 제1 트랜지스터의 제어단에는 상기 전류 제어부로부터 발생한 상기 제어신호가 입력되고, 상기 제1 트랜지스터의 전류 인입단은 상기 제2 트랜지스터의 전류 인출단과 연결되며, 상기 제1 트랜지스터의 전류 인출단은 GND로 연결되어 상기 LED 모듈에 흐르는 전류의 리플(Ripple)을 억제하며,
    상기 제2 트랜지스터의 전류 인입단에 상기 LED 모듈이 연결되고, 상기 제2 트랜지스터의 제어단에 VLC(Visual Light Communication) 신호를 수신하여 상기 VLC 신호에 대응되는 발광전류가 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 온 저항(Rdson) 값의 변화에 따라 제거되는 리플의 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 직류전압이 발생하는 단자와 GND 사이에 연결되어 상기 LED 모듈, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터의 전류의 변화에 의해서 전압 변동을 일으키는 것을 방지하기 위하여 일정한 전류를 흐르게 하는 블리더(Bleeder) 저항인 제3 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 제어단과 GND 사이에 연결되어, 상기 제어신호에 지연(Delay)를 두어 상기 발광전류의 리플 전류량을 제어하는 제5 캐패시터를 포함하는 LED 드라이버 장치.
  14. 제9 항에 있어서, 상기 전류 제어부는,
    제어단에 상기 구동전류에 대한 신호가 입력되는 제3 트랜지스터;
    캐소드(Cathode)가 상기 제3 트랜지스터의 전류 인입단에 연결되고 애노드가 상기 제2 직류전압에 연결되어 상기 제3 트랜지스터의 전류 인입단의 전압이 상기 제2 직류전압보다 큰 경우 상기 제2 직류전압 방향으로 전류 유입을 방지하는 제3 다이오드;
    캐소드에 상기 제3 트랜지스터의 제어단이 연결되고 애노드가 GND에 연결되어 상기 제3 트랜지스터의 바이어스 전압을 공급하는 제1 제너 다이오드;
    상기 제1 직류전압이 발생하는 단자와 상기 제3 트랜지스터의 제어단 사이에 연결되어 상기 제3 트랜지스터의 바이어스 전압을 공급하는 제4 저항;
    상기 제3 트랜지스터의 제어단과 GND 사이에 연결되어 상기 제3 트랜지스터의 제어단 전압의 일시적 변동을 억제하는 제4 캐패시터; 및
    상기 제1 직류전압이 발생하는 단자와 상기 제3 트랜지스터의 전류 인입단 사이에 연결되어 상기 제3 트랜지스터의 전류 인입단 전압을 제한하는 제5 저항
    을 포함하며, 상기 제3 트랜지스터의 전류 인출단에서 상기 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 전류 제어부에서, 상기 제2 직류전압을 수신해서 상기 LED 모듈, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터의 단락(Short)시 상기 제3 트랜지스터에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버 장치.
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