KR100957819B1 - 발광 다이오드 구동 회로 및 이를 포함하는 발광 다이오드 장치 - Google Patents

Abstract

불필요한 전력 소모와 전자기파의 발생을 줄일 수 있는 발광 다이오드 구동 회로가 개시된다. 발광 다이오드 구동 회로는 복수의 배터리들의 탈착 상태들 및 출력 전압 레벨들을 감지하여 복수의 배터리들 중 전원 공급 배터리를 선택하여 배터리 전원을 제공하는 전원 공급부, 배터리 전원을 발광 다이오드의 동작에 적합한 발광 다이오드 전원으로 변환하는 DC-DC 변환부, 및 발광 다이오드 전원에 기초하여 기 설정된 주파수를 가지는 펄스 폭 변조 구동 신호를 생성하는 펄스 폭 변조부를 포함한다.

Description

발광 다이오드 구동 회로 및 이를 포함하는 발광 다이오드 장치{Light Emitting Diode driving circuit and apparatus including the same}

본 발명은 발광 다이오드 구동 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 배터리들을 통하여 발광 다이오드 전원을 제공하며 저주파 펄스 폭 변조 구동 신호를 생성하여 발광 다이오드를 구동하는 발광 다이오드 구동 회로 및 발광 다이오드 구동 회로를 포함하는 발광 다이오드 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 PN 접합 다이오드의 한 종류로서 순방향으로 전압을 가했을 때, 적외선 또는 빛으로 변환하여 출력하는 반도체 소자이다. 발광 다이오드는 전계 발광(Electroluminescence) 효과에 의하여 빛을 발생하며, 발생되는 빛의 파장에 의하여 발광 다이오드 조명의 색상이 결정된다. 발광 다이오드에 의하여 발생되는 빛의 파장은 발광 다이오드를 구성하는 재료에 따라 상이해질 수 있다.

발광 다이오드는 백열 전구나 형광등보다 소비 전력이 낮고 반응 속도가 빨라 응용 범위가 확대되고 있다. 일반적으로 사람은 조명이 일정 주파수 이상으로 점멸하는 경우, 이를 인지하지 못하기 때문에 조명 장치는 전력 소비를 줄이고 과 부하를 방지하기 위하여 일정한 주기를 가지고 점멸한다.

빠른 점멸 속도를 가지는 발광 다이오드의 특성을 이용하여 고주파 신호를 인가하여 발광 다이오드를 구동할 수도 있으나, 고주파 신호에 의한 전자기 유도 현상에 따라 발생하는 전자기파는 사용자의 건강에 부정적 영향을 미친다.

일정한 색상과 밝기를 유지하는 발광 다이오드 조명 장치의 경우, 디스플레이 장치와 같이 표시 정보가 변화하지 않기 때문에 고주파 신호를 통하여 구동할 필요는 없다. 또한 사용자는 일정한 범위 이상의 조도를 인식할 수 없으며, 다이오드의 특성 상 문턱 값에 도달하게 되면 여분의 전류는 열로 방출되기 때문에, 직류(Direct Current)로 발광 다이오드를 구동하는 경우에는 불필요한 전류 소모와 열 발생이 증가하게 된다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 충전식 배터리의 교체로 인한 채터링 발생을 줄이며, 소비 전력을 최소화 할 수 있는 발광 다이오드 구동 회로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저주파 펄스 폭 구동 신호를 생성하여 발광 다이오드의 밝기를 조절하여 전자기파 및 열 발생을 최소화할 수 있는 발광 다이오드 구동 회로를 포함하는 발광 다이오드 장치를 제공하는 것이다.

상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로는 전원 공급부, DC-DC 변환부, 및 펄스 폭 변조부를 포함한다. 상기 전원 공급부는 복수의 배터리들의 탈착 상태들 및 출력 전압 레벨들을 감지하여 상기 복수의 배터리들 중 전원 공급 배터리를 선택하여 배터리 전원을 제공한다. 상기 DC-DC 변환부는 상기 배터리 전원을 발광 다이오드의 동작에 적합한 발광 다이오드 전원으로 변환한다. 상기 펄스 폭 변조부는 상기 발광 다이오드 전원에 기초하여 1kHz 이하의 주파수를 가지는 펄스 폭 변조 구동 신호를 생성한다.

일 실시예에 있어서, 상기 전원 공급부는 배터리 뱅크, 배터리 비교기, 전원 제어기, 및 전원 출력단을 포함할 수 있다. 상기 배터리 뱅크는 상기 복수의 배터리들을 각각 포함하며, 배터리의 탈착 상태 및 출력 전압 레벨을 감지하여 배터리 확인 신호 및 배터리 방전 감지 신호를 활성화하는 복수의 배터리부들을 포함할 수 있다. 상기 배터리 비교기는 상기 복수의 배터리들의 출력 전압 레벨들을 비교하여 배터리 비교 신호를 생성할 수 있다. 상기 전원 제어기는 상기 배터리 확인 신호, 배터리 방전 감지 신호, 및 배터리 비교 신호에 기초하여 배터리 제어 신호를 생성할 수 있다. 상기 전원 출력단은 상기 배터리 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 배터리들 중 하나를 상기 전원 공급 배터리로 선택하여 상기 전원 공급 배터리의 출력 전압을 배터리 전원으로 제공할 수 있다. 상기 복수의 배터리부들 각각은 상기 배터리, 방전 감지부 및 배터리 확인부를 포함할 수 있다. 상기 배터리는 탈착이 가능하며, 상기 출력 전압을 제공할 수 있다. 또한, 상기 배터리는 4단자 망 회로에 의하여 충전이 가능하며, 여러 채널을 통하여 동시에 복수의 배터리들이 충전될 수 있다. 상기 방전 감지부는 상기 배터리에서 수신된 출력 전압 레벨이 기설정된 전압 레벨 이하인 경우, 상기 배터리 방전 감지 신호를 활성화할 수 있으며, 상기 배터리 확인부는 상기 출력 전압에 응답하여 상기 배터리의 탈착 여부를 판단하여 상기 배터리 확인 신호를 활성화할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 확인 신호는 배터리가 상기 배터리부들에 장착된 경우, 활성화될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 방전 감지부는 제1 방전 감지 회로 및 제2 방전 감지 회로를 포함할 수 있다. 제1 방전 감지 회로는 상기 출력 전압과 제1 전압을 비교하여 상기 출력 전압이 상기 제1 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 경우, 제1 배터리 방전 감지 신호를 활성화할 수 있으며, 상기 제2 방전 감지 회로는 상기 출력 전압과 상기 제1 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 전압을 비교하여 상기 출력 전압이 상기 제2 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 경우, 제2 배터리 방전 감지 신호를 활성화할 수 있다. 예를 들어, 제1 배터리 방전 감지 신호는 제2 배터리 방전 감지 신호보다 먼저 활성화될 수 있다. 상기 전원 제어부는 상기 배터리 비교 신호 및 제1 배터리 방전 감지 신호에 기초하여 상기 배터리 제어 신호를 생성할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 배터리 확인부는 상기 배터리의 출력 전압레벨이 기설정된 전압 레벨 이상인 경우, 배터리 확인 신호를 활성화하고, 상기 배터리 확인 신호에 응답하여 배터리 방전 감지 초기화 신호를 활성화할 수 있다. 상기 배터리 방전 감지 초기화 신호는 논리 상태 '로우'로 설정되어 초기화될 수 있으며, 활성화되어 논리 상태 '하이'에 상응할 수 있다. 예를 들어, 상기 펄스 폭 변조부는 상기 펄스 폭 변조 구동 신호의 듀티 비를 조절하여 발광 다이오드의 밝기를 조절할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 발광 다이오드 구동 회로는 외부로부터 명령 신호를 수신하여 발광 다이오드 구동에 적합한 신호로 변환하여 제어 신호를 생성하는 구동 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 배터리 제어 신호는 상기 제어 신호에 기초하여 생성될 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 장치는 발광 다이오드 구동 회로 및 발광 다이오드 부를 포함한다. 상기 발광 다이오드 구동 회로는 복수의 배터리들의 탈착 상태들 및 출력 전압 레벨들을 감지하여 복수의 배터리들 중 전원 공급 배터리를 선택하고 상기 전원 공급 배터리에 기초하여 1kHz 이하의 주파수를 가지는 펄스 폭 변조 구동 신호를 생성한다. 상기 발광 다이오드 부는 상기 펄스 폭 변조 구동 신호에 응답하여 발광하는 복수의 발광 다이오드들을 포함한다. 상기 발광 다이오드 구동 회로는 상기 펄스 폭 변조 구동 신호의 듀티 비를 조절하여 상기 복수의 발광 다이오드들의 밝기를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로는 복수의 배터리들의 탈착 상태 및 방전 여부를 감지하여 채터링 발생 없이 배터리 전원을 공급할 수 있으며, 저주파 펄스 폭 변조 구동 신호를 생성하여, 발광 다이오드의 적정한 밝기를 유지하면서 소모 전류 및 열 발생을 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 장치는 복수의 배터리들의 전압 레벨에 따라 전원 공급 배터리를 선택하고 전자기파를 발생하지 않는 저주파 펄스 폭 변조 구동 신호를 생성하여 복수의 발광 다이오드들을 구동하여 저전력으로 구동 가능하며 열 발생을 최소화할 수 있어 휴대성을 향상 시킬 수 있다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 발광 다이오드 구동 회로는 전원 공급부(100), DC-DC 변환부(200) 및 펄스 폭 변조부(300)를 포함할 수 있다.

전원 공급부(100)는 복수의 배터리들을 포함할 수 있으며, 복수의 배터리들은 탈착이 가능한 형태로 구현될 수 있다. 전원 공급부(100)는 배터리들의 탈착 여부를 판단하며, 배터리들의 방전 정도를 파악하여 전원을 공급할 배터리를 결정한다. 배터리들의 탈착 여부 및 방전 정도는 각 배터리들이 제공하는 출력 전압 레벨 에 기초하여 판단될 수 있다. 복수의 배터리들 중 하나의 배터리가 발광 다이오드의 구동에 필요한 배터리 전원(BAT_POWER)을 제공하는 경우, 다른 배터리들은 충전기에 제공되어 충전될 수 있다. 실시예에 따라, 충전기는 발광 다이오드 회로와 별도로 구현될 수 있으며, 발광 다이오드 내부에 4단자 충전 뱅크(150)가 포함되어 구현될 수도 있다. 따라서 복수의 배터리들은 번갈아 가면서 발광 다이오드에 배터리 전원(BAT_POWER)을 제공하여 배터리의 방전에 의한 전원 배터리의 부족으로 인하여 발광 다이오드를 구동하지 못하는 문제점을 개선할 수 있다. 전원 공급부(100)는 배터리 전원(BAT_POWER)을 DC-DC 변환부(200)에 제공한다.

DC-DC 변환부(200)는 배터리 전원(BAT_POWER)을 발광 다이오드의 구동에 필요한 발광 다이오드 전원(LED_VDD)으로 변환한다. 발광 다이오드 전원(LED_VDD)은 미리 설정된 전압 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리 전원(BAT_POWER)이 20V의 전압 레벨을 가질 경우, 발광 다이오드 전원(LED_VDD)은 12V 정도로 스텝-다운 변환(Step-down converting)되어 제공될 수 있다.

펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)부(300)는 발광 다이오드 전원(LED_VDD)을 수신하여 일정한 듀티 비(Duty ratio)를 가지는 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)를 생성한다. 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)의 주파수는 발광 다이오드가 점멸하는 것을 사람이 인식할 수 없을 정도로 낮은 주파수 값을 가지며, 예를 들어, 60Hz에서 1kHz사이의 값을 가질 수 있다.

발광 다이오드는 펄스 폭 변조 구동 신호 구동 신호(LED_DR)에 응답하여 발광하며, 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)의 듀티 비에 의하여 발광 다이오드의 밝 기가 조절된다. 즉, 듀티 비는 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)가 논리 상태 '하이'에 상응하는 시간과 논리 상태 '로우'에 상응하는 시간에 의하여 결정되는 것으로, 이는 발광 다이오드가 턴-온 되는 시간과 턴-오프 되는 시간에 상응한다. 따라서 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)의 듀티 비를 제어하게 되면, 발광 다이오드가 턴-온 및 턴-오프 되는 시간이 제어된다. 사용자가 인식할 수 없는 시간 동안에 발광 다이오드가 턴-온 되는 시간이 길수록 전체 발광 다이오드의 밝기는 밝아진다.

실시예에 따라. 발광 다이오드 구동 회로는 구동 제어기(400)를 더 포함할 수 있다. 구동 제어기(400)는 호스트와 같은 외부로부터 명령 신호(CMD)를 수신하여 제어 신호(CON)를 생성한다. 제어 신호(CON)는 전원 공급부(100), DC-DC 변환부(200), 및 펄스 폭 변조부(300)에 제공될 수 있다. 제어 신호(CON)는 전원 공급부(100)에서 배터리 전원을 선택하는 기준을 상이하게 조절할 수 있으며, DC-DC 변환부(200)에서 스텝-다운 변환하는 발광 다이오드 전원(LED_VDD)의 전압 레벨을 조절할 수 있다. 또한, 펄스 폭 변조부(300)에서 생성되는 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)의 듀티 비를 조절할 수 있다. 구동 제어기(400)는 외부로부터의 명령 신호(CMD)를 발광 다이오드 구동 회로의 동작에 적합한 제어 신호(CON)로 변환하는 인터페이스로서 기능할 수도 있다.

도 2는 도 1의 전원 공급부를 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 전원 공급부(100)는 전원 제어기(110) 및 배터리 뱅크(120), 배터리 비교기(130) 및 전원 출력단(140)을 포함할 수 있으며, 배터리 뱅크(120)는 복수의 배터리부들(121a, 121b, , 121n)을 포함할 수 있다.

전원 제어기(110)는 도 1의 구동 제어부(400)로부터 제어 신호(CON)를 수신하여 배터리 뱅크(120)에 포함된 복수의 배터리부들을 선택하는 기준을 설정할 수 있다. 예를 들어, 배터리 비교 신호(CMP)를 수신하여, 복수의 배터리들 중에서 출력 전압 레벨이 가장 높은 배터리를 공급 배터리로 선택하여 출력 전압이 낮은 배터리들을 충전할 시간을 확보하도록 하거나, 출력 전압 레벨이 가장 낮은 배터리를 공급 배터리로 선택하여 먼저 방전 시킨 후에 충전하도록 하는 등으로 공급 배터리 선택 방법을 설정할 수 있다. 전원 제어기(110)는 배터리 뱅크(120)에 포함된 배터리부들(121a, 121b, , 121n)로부터 각각 배터리 확인 신호(BAT_IN), 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)를 수신하고, 배터리 비교기(130)로부터 배터리 비교 신호(CMP)를 수신하여 배터리 제어 신호(BAT_CON)를 생성한다.

배터리 뱅크(120)는 복수의 배터리부들(121a, 121b, , 121n)을 포함할 수 있다. 복수의 배터리부들(121a, 121b, , 121n)은 각각 배터리 확인 신호(BAT_IN) 및 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)를 생성할 수 있다. 배터리 확인 신호(BAT_IN)는 배터리의 탈착 상태를 나타내며, 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)는 배터리의 전압 레벨이 기설정된 전압 레벨 이하가 된 경우, 활성화되어 배터리의 방전 여부를 나타낸다.

배터리 비교기(130)는 배터리 뱅크(120)에 포함된 복수의 배터리들의출력 전압 레벨들(BATs)을 비교하여 배터리 비교 신호(CMP)를 생성한다. 배터리 비교 신호(CMP)는 전원 제어기(110)에 제공되며, 배터리 제어 신호(BAT_CON)를 생성하는 기초가 된다. 배터리 비교 신호(CMP)는 배터리들의 출력 전압 레벨들(BATs)을 감지 하여 비교한다. 예를 들어, 배터리 비교 신호(CMP)는 전체 배터리들 중에서 가장 출력 전압 레벨이 높은 배터리 정보 혹은 배터리 간의 출력 전압 레벨 비율을 포함하고 있을 수 있다. 실시예에 따라, 배터리 비교 신호(CMP)는 각 배터리 출력 전압 레벨을 전체 배터리 출력 전압의 합으로 나눈 값을 가질 수도 있다. 또한, 배터리 뱅크(120)가 두 개의 배터리부들을 포함하는 경우, 배터리 비교 신호(CMP)는 하나의 배터리 출력 전압 레벨을 다른 배터리 출력 전압 레벨로 나눈 값일 수 있다. 전원 제어기(110)는 배터리 비교 신호(CMP)에 기초하여 배터리 제어 신호(BAT_CON)를 생성할 수 있다. 다만, 배터리를 선택하는 기준은 제어 신호(CON)에 기초하여 상이해질 수 있다. 즉, 복수의 배터리들 중에서 출력 전압 레벨이 가장 높은 배터리를 전원 공급 배터리로 선택하여 배터리 사용 시간을 최대화하거나, 출력 전압 레벨이 가장 낮은 배터리를 전원 공급 배터리로 선택하여 먼저 방전시킴으로써, 충전을 필요로 하는 배터리들을 선별해낼 수 있다.

전원 출력단(140)은 배터리 제어 신호(BAT_CON)에 기초하여 복수의 배터리들 중 하나를 전원 공급 배터리로 선택하여 전원 공급 배터리의 출력 전압을 배터리 전원(POWER_BAT)으로 제공한다. 예를 들어, 전원 출력단(140)은 복수의 배터리부들(121a, 121b, , 121n)에 각각 연결된 스위치들로 구성될 수 있으며, 배터리 제어 신호(BAT_CON)에 응답하여 선택된 전원 공급 배터리에 연결된 출력단을 연결 시켜, 배터리 전원(POWER_BAT)으로 제공할 수 있다.

실시예에 따라, 전원 공급부(100)는 4단자 충전 뱅크(150)를 더 포함할 수 있다.

4단자 충전 뱅크(150)는 배터리 뱅크(120)에 포함된 상응하는 배터리부들(121a, 121b, , 121n)과 연결된 4단자 충전부들을 포함하여 복수의 배터리들을 충전한다.

4단자 충전 뱅크(150)는 배터리 출력 전압(BAT) 및 출력 전류에 기초하여 외부에서 공급 되는 직류 전원을 이용하여 배터리를 충전할 수 있다. 4단자 충전 뱅크(150)의 충전 동작에 대해서는 후술하도록 한다.

도 3은 도 2의 배터리부를 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 배터리부(121)는 배터리(123), 방전 감지부(125), 및 배터리 확인부(127)를 포함할 수 있다.

배터리(123)는 충전이 가능한 임의의 전압 제공 장치일 수 있으며, 또한 탈착이 가능하여 배터리 확인부(127)에 의하여 배터리 탈착 상태가 확인된다. 탈착 상태는 배터리들의 출력 전압 레벨을 감지하여 감지될 수 있다.

배터리(123)는 4단자 망을 가지는 충전 뱅크에 의하여 충전될 수 있다. 4단자 망을 통하여 배터리에 제공되는 입력 전압, 입력 전류, 출력 전압, 및 출력 전류를 측정하여 배터리의 현재 출력 전압 및 출력 전류에 기초하여 열 발생을 제어하고 충전 정도를 확인할 수 있다. 또한, 복수의 배터리들은 충전 동작은 각각 제어되며, 복수의 배터리들이 동시에 충전될 수 있다.

방전 감지부(125)는 상응하는 배터리(123)의 출력 전압 레벨을 감지하여 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)를 활성화한다. 방전 감지부(125)는 배터리(123)의 출력 전압이 발광 다이오드에 제공되는 등으로 전압 레벨이 기설정된 전압 레벨 보다 낮아진 경우, 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)를 활성화한다. 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)는 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)및 제2 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_2)를 포함할 수 있으며, 기설정된 전압 레벨은 약 4.2V 정도일 수 있다. 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)가 활성화되면, 상응하는 배터리(123)의 출력 전압이 발광 다이오드를 구동할 수 없을 정도로 방전된 것으로 판단하고, 배터리(123)의 출력 전압이 모두 방전 되어 발광 다이오드의 동작이 멈추는 것을 방지하기 위하여, 전원 제어기(110)에 의하여 다른 배터리를 사용하도록 전원 출력단(140)을 제어할 수 있다. 다만, 본 발명에서는 단일 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)에 의하여 배터리 중 전원 공급 배터리를 선택하는 것이 아니라, 방전 판단을 위한 상이한 전압 레벨을 가지는 기준 전압들에 기초하여 배터리 출력 전압 레벨을 감지하여 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)가 먼저 활성화되고 이후에 제2 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_2)가 활성화된다. 따라서 배터리가 모두 방전되기 이전에 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)가 활성화되어 다른 배터리를 전원 공급 배터리로 이용하도록 하여 발광 다이오드의 발광 동작이 중지되지 않고 연속적으로 구동될 수 있도록 한다.

배터리 확인부(127)는 상응하는 배터리(123)가 현재 배터리부(121)에 장착되어 있는지 여부를 확인한다. 또한, 배터리 확인부(127)는 배터리(123)가 분리되었다가 다시 장착되었을 경우, 배터리 방전 감지 초기화 신호(Q_RST)를 활성화하여, 방전 감지부(125)를 초기화한다. 방전 감지부(125)를 초기화하여, 종전 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)는 논리 상태 '로우'가 되는 등으로 초기화된다.

도 4는 도 3의 방전 감지부의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.

도 4를 참조하면, 방전 감지부(125)는 제1 방전 감지 회로(1251), 제2 방전 감지 회로(1253) 및 플립 플롭(1255)을 포함할 수 있다.

제1 방전 감지 회로(1251)에 포함된 제1 비교기(CP1)는 제1 노드(ND1)의 전압 레벨이 제2 노드(ND2)의 전압 레벨 보다 낮아진 경우, 제 4 노드(ND4)의 전압 레벨을 활성화하여 논리 상태 '하이' 에 상응하도록 한다. 다만, 제4 노드(ND4)의 전압 레벨은 방전 이전의 임계 값에 상응하여, 배터리의 출력 전압 레벨에 따라 일정한 값을 가지지 않고 논리 상태 '하이' 및 논리 상태 '로우' 사이를 변동(fluctuate)할 수 있다. 따라서 제1 방전 감지 회로(1251)는 제1 노드(ND1)의 전압 레벨이 제2 노드(ND2)의 전압 레벨 보다 낮아진 경우, 제4 노드(ND4)의 전압 레벨을 변동 시킨다. 다만, 제1 노드(ND1)의 전압 레벨이 제2 노드(ND2)의 전압 레벨과 실질적으로 동일한 경우, 제4 노드(ND4)의 전압 레벨은 불안정하게 변동하여, 클럭 신호(CLK)로 플립 플롭(1255)에 제공된다. 클럭 신호(CLK)가 생성되는 시점은 이는 배터리 출력 전압 레벨이 임계값 근처에 도달한 시점에 상응할 수 있다. 따라서 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)는 배터리의 출력 전압 레벨이 제2 노드(ND2)의 전압 레벨 부근에 도달한 경우, 활성화될 수 있다.

제2 방전 감지 회로(1253)에 포함된 제2 비교기(CP2)는 제1 노드(ND1)의 전압 레벨이 제3 노드(ND3)의 전압 레벨 보다 낮아진 경우, 제5 노드(ND5)의 전압 레벨을 활성화하여 논리 상태 '하이'에 상응하도록 한다. 따라서 제2 방전 감지 회로(1253)는 제1 노드(ND1)의 전압 레벨이 제3 노드(ND3)의 전압 레벨 보다 낮아진 경우, 제5 노드(ND5)의 전압 레벨을 논리 상태 '하이'에 상응하도록 하여 제2 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_2)를 활성화한다.

제3 노드(ND3)의 전압 레벨은 제2 노드(ND2)의 전압 레벨 보다 낮기 때문에, 제1 방전 감지 회로(1251)의 제4 노드(ND4)의 전압 레벨이 제5 노드(ND5)의 전압 레벨보다 먼저 변화한다. 즉, 제 4 노드(ND4)의 전압 레벨이 먼저 논리 상태 '하이'와 논리 상태 '로우' 사이에서 트리거(trigger)할 수 있다. 일반적으로 배터리(123)의 방전을 판단하기 위한 기준 전압에 상응하는 전압 레벨은 제3 노드(ND3)의 전압 레벨일 수 있다. 그러나 하나의 배터리가 모두 방전 된 이후에 다른 배터리의 출력 전압에 기초하여 발광 다이오드를 구동하게 될 경우, 다른 배터리로 전원을 교체하는 과정에서 발광 다이오드가 깜박이는 등으로 발광 다이오드의 연속적인 구동이 불가능할 수 있다. 따라서 제3 노드(ND3)의 전압 레벨 보다 높은 전압 레벨을 가지는 제2 노드(ND2)의 전압 레벨을 기준으로 하여 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)를 생성하여 현재 발광 다이오드를 구동하는 전원 공급 배터리를 교체하여 연속적으로 발광 다이오드를 구동할 수 있도록 한다. 제4 노드(ND4)의 전압 레벨이 변동하는 경우, 배터리(123)의 전압 레벨이 방전 유무를 판단하기 위하여 기설정된 상태 부근을 지날 때 발생할 수 있다. 플립 플롭(1255)은 제 4 노드(ND4)의 전압 레벨을 클럭 신호(CLK)로 하여, 클럭 신호(CLK)에 응답하여 전원 전압(VDD)을 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)로 제공한다. 따라서 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)는 배터리(123)의 출력 전압이 완전히 방전되었다고 판단될 수 있는 시각 보다 빠른 시점에서 생성되어 발광 다이오드를 연속적으로 구동할 수 있도록 한다.

제2 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_2)는 제1 노드(ND1)의 전압 레벨이 제3 노드(ND3)의 전압 레벨보다 낮은 경우에 활성화된다. 따라서 제2 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_2)는 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)보다 늦게 활성화될 수 있다.

플립 플롭(1255)은 논리 게이트 소자들로 구현될 수 있으며, 제4 노드(ND4)의 전압 레벨에 응답하여 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)를 활성화한다. 또한 배터리 확인부(127)로부터 수신한 배터리 방전 감지 초기화 신호(Q_RST)에 응답하여 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)를 초기화한다.

방전 감지부(125)에서는 배터리(123)의 출력 전압 레벨이 기설정된 값보다 낮은 경우를 감지하여 전원 제어기(110)에 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)를 제공함으로써, 복수의 배터리들 중에서 발광 다이오드를 구동할 전원 공급 배터리를 선택할 수 있도록 한다.

도 5는 도 3의 배터리 확인부의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.

도 5를 참조하면, 배터리 확인부(127)는 제1 비교기(CP1) 및 제1 내지 제5 저항(R51, R52, R53, R54, R55) 및 캐패시터(C51)를 포함할 수 있다.

배터리 확인부(127)는 배터리 출력 전압(BAT)을 수신하여 배터리 확인 신호(BAT_IN) 및 배터리 초기화 신호(Q_RST)를 생성한다.

제1 비교기(CP1)는 비반전 단자로 배터리 출력 전압(BAT)을 수신하고, 반전 단자로 전원 전압(VDD)이 제2 및 제3 저항(R52, R53)에 의하여 배분된 전압을 입력 받는다. 따라서 반전 단자의 전압 레벨과 배터리 출력 전압(BAT)의 전압 레벨을 비 교하여, 배터리 출력 전압(BAT)이 기설정된 전압 레벨 이상인 경우, 배터리 확인 신호(BAT_IN)를 활성화한다. 또한, 배터리가 제거되었다가 다시 부착되는 순간에는 배터리 출력 전압(BAT)에 순간적인 변화가 일어날 것이므로, 캐패시터(C51)을 통하여 전하가 공급되어 배터리 방전 감지 초기화 신호(Q_RST)가 활성화된다.

배터리 확인부(127)는 복수의 배터리들이 발광 다이오드 내부에 장착되어 있는지, 혹은 다른 장치에 제공되어 충전 상태이므로 배터리부(121)가 배터리가 장착되지 않은 상태로 있는지 확인한다. 또한 방전 감지부(125)에서 배터리가 방전된 것으로 판단된 경우, 상기 설명한 바와 같이 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)가 활성화되므로, 배터리(123)가 새로이 충전되어 배터리부(120)에 장착된 경우, 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)를 초기화하여 방전 여부를 다시 감지할 필요가 있으므로, 배터리 방전 초기화 신호(Q_RST)를 활성화하여 방전 감지부(125)에 제공한다. 방전 감지부(125)의 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)는 배터리 방전 초기화 신호(Q_RST)에 응답하여 비활성화되는 방식으로 초기화 된다. 예를 들어, 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT)는 논리 상태 '로우'에 상응하도록 비활성화 될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 2내지 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로의 동작을 설명하도록 한다.

BAT는 배터리 출력 전압, BAT_IN은 배터리 확인 신호, Q_RST는 배터리 방전 감지 초기화 신호, Q_BAT_1은 제1 배터리 방전 감지 신호, 및 Q_BAT_2는 제2 배터 리 방전 감지 신호를 나타낸다.

t1 시점에서 배터리(123)가 배터리부(121)에 장착되어, 배터리 확인부(127)에서는 배터리(123)의 출력 전압(BAT)이 기설정된 전압 레벨보다 높은 경우, 배터리 확인 신호(BAT_IN)를 활성화하며, 배터리 방전 감지 초기화 신호(Q_RST)가 활성화된다. 배터리 방전 감지 초기화 신호(Q_RST)에 응답하여, 제1 및 제2 배터리 방전 감지 신호들(Q_BAT_1, Q_BAT_2)이 논리 상태 '로우'로 초기화 된다. 장착된 배터리(123)에 기초하여 발광 다이오드를 구동하는 경우, 일정 시간이 경과하게 되면, 배터리(123)의 전하가 소모되어 출력 전압 레벨이 감소하고, t2 시점에서는 도 4의 제2 노드(ND2)의 전압보다 배터리 출력 전압(BAT)이 작아져, 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)가 활성화된다. 제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)에 응답하여, 전원 제어기(110)에서는 현재 사용하고 있는 전원 공급 배터리를 제외한 다른 배터리를 전원 공급 배터리로 선택하도록 하는 배터리 제어 신호(BAT_CON)를 생성하여 전원 출력단(140)에 제공할 수 있다.

제1 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_1)가 활성화된 후, t3 시점에서 제2 배터리 방전 감지 신호(Q_BAT_2)가 활성화될 수 있다. 따라서 t2 시점과 t3 시점 사이는 배터리(123)가 완전히 방전되지는 않았지만, 방전이 예상되는 시간으로, 이 시간에 다른 배터리를 전원 공급 배터리로 선택하여 배터리 전원(POWER_BAT)을 공급하도록 하여야 발광 다이오드가 점멸되는 채터링(chattering) 현상을 방지할 수 있어 하나의 배터리가 방전되더라도 연속적으로 발광 다이오드를 구동시킬 수 있다.

도 7a은 본 발명의 일 실시예에 따른 4단자 충전부를 개념적으로 나타내는 도면이다.

도 7a를 참조하면, 4단자 충전부는 제1 및 제2 입력 단자들(IN1, IN2) 및 제1 및 제2 출력 단자들(OUT1, OUT2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 입력 단자들(IN1, IN2)은 배터리(123)를 충전하기 위하여 입력 되는 충전 단자들로 교류 전원을 변환하여 직류 전원을 제공하는 SMPS(Switching Mode Power Supply)에 의하여 제공될 수 있다. 제1 및 제2 출력 단자들(OUT1, OUT2)은 배터리(123)의 양 전극 및 음 전극 양단에 상응할 수 있다.

제1 및 제2 입력 단자들(IN1, IN2) 사이의 전압을 제1 전압(V1), 제1 및 제2 출력 단자들(OUT1, OUT2) 사이의 전압을 제2 전압(V2), 제1 입력 단자(IN1)로 입력되는 전류를 제1 전류(I1), 및 제1 출력 단자에서 출력되는 전류를 제2 전류(I2)라고 한다. 제1 전압(V1)은 입력 전압, 제2 전압(V2)은 출력 전압, 제1 전류(I1)는 입력 전류, 및 제2 전류(I2)는 출력 전류에 상응할 수 있다.

V1은 입력 전압, V2는 출력 전압, I2는 출력 전류, A와 B는 전송 파라미터를 나타낸다.

여기서, I1은 입력전류, C와 D는 전송 파라미터를 나타낸다.

상기 수학식 1에서, 2차 측이 개방되어 출력전류(I2)가 0이 되는 경우, 전송 파라미터 A는 수학식 3과 같다.

상기 수학식1에서, 2차 측이 단락되어 출력 전압(V2)가 0이 되는 경우, 전송 파라미터 B는 수학식 4와 같다.

그리고, 상기 수학식 2에서 2차 측이 개방되어 출력 전류(I2)가 0이 되는 경우, 전송 파라미터 C는 수학식 5와 같다.

상기 수학식2에서, 2차 측이 단락되어 출력전압(V2)가0이 되는 경우, 전송 파라미터 D는 수학식 6과 같다.

본 발명에서는 임의의 시점에서 전송 파라미터들 A와 B를 수학식 3과 수학식 4에 기초하여 산출하여 저장하고, 출력 전압(V2), 및 출력전류(I2)를 수학식 1에 대입하여 입력 전압(V1)을 산출한다.

마찬가지로, 임의의 시점에서 전송 파라미터들 C와 D를 수학식 5와 수학식 6에 기초하여 산출하여 저장하고, 출력 전압(V2), 및 출력 전류(I2)를 수학식 2에 대입하여 입력 전류(I1)를 산출한다.

전송 파라미터들 A, B, C, 및 D를 산출하여 임의의 시간에 복수의 배터리들의 출력 전압 및 출력 전류를 감지하여 동시에 복수의 배터리들을 충전시킬 수 있다. 즉, 각 배터리(123)의 출력 전압 및 출력 전류를 감지하여 입력 전압 및 입력 전류를 산출하여 배터리(123)로 일정한 입력 전압 및 입력 전류가 공급 되도록 제어 하며, 배터리 출력 전압 및 출력 전류를 감지하여 배터리들이 모두 충전되었는 지 여부와 과전류가 흐르는 지를 판단하여 배터리 충전을 제어할 수 있다.

도 7b는 도 1의 4단자 충전 뱅크를 나타내는 도면이다.

도 7b를 참조하면, 4단자 충전 뱅크(150)는 복수의 4단자 충전부들(151a, 151b, , 151n) 및 충전 제어부(153)를 포함할 수 있다. 각 4단자 충전부들(151a, 151b, , 151n)은 배터리 입력 감지부(1511), 배터리 출력 감지부(1513)를 포함할 수 있다. 배터리 입력 감지부(1511)는 충전을 위하여 상응하는 배터리에 제공되는 입력 전압 및 입력 전류를 감지하며, 배터리 출력 감지부(1513)는 상응하는 배터리(123)로부터 배터리 출력 전압(BAT) 및 출력 전류를 감지한다.

도 7a를 참조하여 설명한 바와 같이, 복수의 4단자 충전부들(151a, 151b, , 151n)은 임의의 시점에서 각 배터리들의 전송 파라미터들을 산출하기 위하여 입력 전압, 입력 전류, 출력 전압, 및 출력 전류를 감지하여 충전 제어부(153)에 제공한다. 충전 제어부(153)는 각 배터리의 입력 전압, 입력 전류, 출력 전압, 및 출력 전류를 감지하여 전송 파라미터들을 산출하여 저장한다.

각 배터리들에 대한 전송 파라미터들은 충전 제어부(153)에 저장되어 배터리 출력 전압 및 출력 전류를 감지하여, 각 배터리 입력 전압 및 입력 전류들을 제어하고, 배터리 출력 전압에 기초하여 배터리가 충전되었는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 출력 전압 및 출력 전류를 감지하고, 이에 기초하여 전송 파라미터를 통하여 입력 전압 및 입력 전류를 산출하여 입력 전압 및 입력 전류들이 일정한 값을 가지도록 제어할 수 있으며, 출력 전압이 기설정된 전압 레벨 이상인 경우, 배터리가 충전 완료 된 것으로 판단하여 입력 전압 및 입력 전류를 제공하지 않을 수 있다. 따라서 충전 제어부(153)는 각 배터리들 마다 상이한 전송 파라미터를 가져 각각에 대하여 제어가 가능하며, 또한, 충전 제어부(153)의 제어에 의하여 충전 동작도 선택된 배터리들에만 수행할 수 있으며, 충전 동작은 일반적으로 배터리 방전 신호(Q_BAT)가 활성화된 배터리들에 수행될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 폭 변조부를 나타내는 도면이다.

펄스 폭 변조부(300)는 DC-DC 변환부(200)에서 발광 다이오드를 구동하기에 적합하도록 변환된 발광 다이오드 전원 전압(LED_VDD)을 수신하여 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)를 생성한다.

펄스 폭 변조부(300)는 제1 및 제2 비교기(CP1, CP2), 제1 내지 제6저 항(R71, R72, R73, R74, R75, R76), 제1 및 제2 캐패시터(C71, C72), 트랜지스터(Q1) 및 플립 플롭(FF)을 포함할 수 있다. 펄스 폭 변조부(300)는 NE555 칩을 이용하여 구현될 수 있다.

펄스 폭 변조부(300)의 주기 및 듀티 비는 제1 내지 제3 저항(R71, R72, R73) 및 제1 캐패시터(C71)의 값에 기초하여 결정된다.

펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)는 기설정된 주기를 가지며, 구동하고자 하는 발광 다이오드를 밝기에 따라 듀티 비가 조정된다. 예를 들어, 발광 다이오드의 밝기를 증가시키는 경우, 발광 다이오드가 턴-온 되는 시간을 증가시켜야 하므로 발광 다이오드의 턴-온 시간을 증가시켜 듀티 비가 변화하며, 발광 다이오드의 밝기를 줄이는 경우, 턴-오프되는 시간을 증가 시킨다. 즉, 발광 다이오드 구동 신호(LED_DR)가 논리 상태 '하이'에 상응하는 구간에서 발광 다이오드는 턴-온 되며, 발광 다이오드 구동 신호(LED_DR)가 논리 상태 '로우'에 상응하는 구간에서 발광 다이오드는 턴-오프 되므로, 발광 다이오드 구동 신호(LED_DR)의 주기는 일정하게 유지하도록 하되, 하나의 주기에서 턴-온 및 턴-오프 되는 시간을 조정하여 밝기를 조절할 수 있다. 일정한 DC 전원을 계속 인가하는 경우에는 발광 다이오드의 밝기는 소정 크기에서 포화하게 되며, 불필요한 전류가 흐르게 되고 열 발생 또한 증가하게 된다. 그러나 사용자는 발광 다이오드가 일정한 주파수 이상으로 점멸하는 경우, 이를 인지할 수 없으므로 발광 다이오드를 점멸 시키지 않고 지속적으로 턴-온 시킬 필요는 없으며, 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)를 제공하여 일정한 주기를 가지며 발광 다이오드를 턴-온 및 턴-오프 시키면서 원하는 밝기를 제어하여 전류 소모를 줄일 수 있으며, 열 발생도 줄일 수 있다. 사용자는 60Hz이상의 주파수로 발광 다이오드가 점멸하는 경우, 연속적으로 발광하고 있는 것으로 인지한다.

일 실시예에 있어서, 발광 다이오드를 구동시키는 경우, DC-DC 변환부(200)에서 12V의 전압이 동일하게 제공되었더라도 펄스 폭 변조기(300)를 거치지 않고, 발광 다이오드로 DC 전압을 그대로 인가 시키는 경우, 약 420mA의 전류가 흐르지만, 펄스 폭 변조기(300)를 통하여 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)를 생성하여 발광 다이오드를 구동 시키는 경우, 약 280mA의 전류로 발광 다이오드를 구동 시킬 수 있다. 따라서 적은 전류로 발광 다이오드를 구동시켜 소모 전류를 줄일 수 있어 동일한 용량의 배터리로 발광 다이오드를 구동 시킬 수 있는 시간을 증가시킬 수 있으며, 전류에 의해 발생하는 열 발생이 감소하여 열 처리를 위한 별도의 구성 요소를 줄일 수 있다. 따라서 발광 다이오드 장치를 소형화하여 구현할 수 있고, 배터리 지속 시간이 증가된다.

또한, 발광 다이오드 장치가 일정한 밝기를 가지며 제공되는 경우, 높은 주파수를 가지는 구동 신호를 통하여 발광 다이오드를 구동시키는 경우, 전자기파가 발생할 수 있다. 전자기파는 인체에 좋지 않은 영향을 미치므로 밝기를 조정하여 특별한 영상을 표시하지 않는 발광 다이오드 조명 장치의 경우에는 필요 이상으로 높은 주파수를 가지는 구동 신호를 생성할 필요가 없다. 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)가 1kHz 이하의 낮은 주파수를 가지도록 생성하게 되면, 사용자가 발광 다이오드의 점멸을 인지하지 못하는 범위 내에서 전자기파의 발생을 최소화 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 폭 변조부에서 생성된 펄스폭 변조 구동 신호를 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)는 T0의 주기를 가지며, T1은 논리 상태 '하이'에 상응하는 시간, 및 T2는 논리 상태 '로우'에 상응하는 시간이다. T1 시간 동안에는 발광 다이오드가 턴-온 되고, T2 시간 동안에는 발광 다이오드가 턴-오프된다. 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)의 주기 T0는 일정한 값을 가지도록 하며, 예를 들어, T0는 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)가 1kHz이하의 주파수를 가질 수 있도록 1ms이상일 수 있다. T1 및 T2 시간은 발광 다이오드의 밝기에 따라 상이하게 변동 될 수 있다. T1 및 T2 시간의 비율에 따라, 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)의 듀티 비가 상이해 지며, 이러한 듀티 비는 도 1의 구동 제어부(400)에서 생성된 제어 신호(CON)에 기초하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드의 밝기를 증가 시키는 경우, T1 시간을 증가 시킬 수 있다. 듀티 비에 따라 발광 다이오드에 흐르는 전류의 크기 또한 상이해질 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 장치를 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 발광 다이오드 장치(900)는 발광 다이오드 구동 회로(910) 및 발광 다이오드 부(920)를 포함할 수 있다.

발광 다이오드 구동 회로(910)는 전원 공급부, DC-DC 변환부, 펄스 폭 변조부, 및 구동 제어부를 포함하여 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)를 발광 다이오드 부(920)에 제공한다.

발광 다이오드 구동 회로(910)는 복수의 충전 가능한 배터리들을 포함하여 낮은 주파수를 가지는 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)를 생성할 수 있다. 복수의 충전 가능한 배터리들은 전원 공급부에 포함되며, 탈착이 가능하다. 따라서, 전원 공급부는 적어도 하나의 배터리만 전원 공급부에 부착되어 있는 경우에도 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)를 생성할 수 있으며, 전원 공급부는 배터리가 발광 다이오드를 구동시킬 수 있을 정도의 출력 전압을 제공할 수 있는지를 감지하여, 기설정된 전압 이하의 값을 가지기 이전에 다른 배터리의 출력 전압을 이용하여 발광 다이오드를 구동하도록 하여 배터리가 모두 방전된 이후에 다른 배터리의 출력 전압을 이용하는 경우에 발생할 수 있는 발광 다이오드의 깜박임을 방지할 수 있다.

전원 공급부에 제공되는 배터리들은 4단자 충전 뱅크에 의하여 충전될 수 있다. 4단자 충전 뱅크는 배터리의 양 전극 및 음 전극에 연결되어 입력 전압 및 입력 전류를 측정하고, 출력 전압 및 출력 전류를 측정하여 배터리의 충전 정도를 감지할 수 있으며, 복수의 배터리들을 동시에 충전할 수 있다.

발광 다이오드 부(920)는 복수의 발광 다이오드들을 포함할 수 있으며, 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)에 응답하여 발광 동작을 수행한다. 발광 다이오드들이 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)에 기초하여 턴-온 및 턴-오프 동작을 반복함으로써, 소정 밝기를 유지하는 동시에 불필요한 전류의 소모 및 열 발생을 줄일 수 있으며, 발광 다이오드의 수명도 증가 시킬 수 있다. 펄스 폭 변조 구동 신호(LED_DR)가 저 주파수를 가지므로, 발광 다이오드들은 고주파 신호에 의하여 구동되는 것보다 긴 주기를 가지면서 점멸하면서 밝기가 제어될 수 있다. 펄스 폭 변 조 구동 신호(LED_DR)가 낮은 주파수를 가지므로 발광 다이오드의 구동에 있어서 발생하는 전자기파가 감소할 수 있다.

본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 회로는 복수의 배터리를 이용하여 전원 공급 배터리를 선택하여 전원을 공급하여 제공함으로써, 배터리가 방전되는 경우에도 연속적으로 발광 다이오드를 구동할 수 있어, 배터리로 구동되는 발광 다이오드 장치에 이용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 회로는 저주파 펄스 폭 변조 구동 신호를 생성하여 발광 다이오드를 구동하여 전자기파 발생을 줄일 수 있어, 사용자 건강을 보호할 수 있는 발광 다이오드 장치에 이용될 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로를 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1의 전원 공급부를 나타내는 블록도이다.

도 3은 도 2의 배터리부를 나타내는 블록도이다.

도 4는 도 3의 방전 감지부의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.

도 5는 도 3의 배터리 확인부의 일 실시예를 나타내는 회로도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 7a은 본 발명의 일 실시예에 따른 4단자 충전부를 개념적으로 나타내는 도면이다.

도 7b는 도 1의 4단자 충전 뱅크를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 폭 변조부를 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 폭 변조부에서 생성된 펄스폭 변조 구동 신호를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 장치를 나타내는 도면이다.

Claims (14)

1. 복수의 배터리들의 탈착 상태들 및 출력 전압 레벨들을 감지하여 상기 복수의 배터리들 중 전원 공급 배터리를 선택하여 배터리 전원을 제공하는 전원 공급부;

   상기 배터리 전원을 발광 다이오드의 동작에 적합한 발광 다이오드 전원으로 변환하는 DC-DC 변환부; 및

   상기 발광 다이오드 전원에 기초하여 기 설정된 주파수를 가지는 펄스 폭 변조 구동 신호를 생성하는 펄스 폭 변조부를 포함하며,

   상기 전원 공급부는

   상기 복수의 배터리들을 각각 포함하며, 배터리의 탈착 상태 및 출력 전압 레벨을 감지하여 배터리 확인 신호 및 배터리 방전 감지 신호를 활성화하는 복수의 배터리부들을 포함하는 배터리 뱅크;

   상기 복수의 배터리들의 출력 전압 레벨들을 비교하여 배터리 비교 신호를 생성하는 배터리 비교기;

   상기 배터리 확인 신호, 배터리 방전 감지 신호, 및 배터리 비교 신호에 기초하여 배터리 제어 신호를 생성하는 전원 제어기; 및

   상기 배터리 제어 신호에 응답하여 상기 복수의 배터리들 중 하나를 상기 전원 공급 배터리로 선택하여 상기 전원 공급 배터리의 출력 전압을 배터리 전원으로 제공하는 전원 출력단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
2. 제1 항에 있어서, 상기 기 설정된 주파수는 60Hz 이상 1kHz 이하의 주파수인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
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4. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 배터리부들 각각은

   탈착이 가능하며, 상기 출력 전압을 제공하는 상기 배터리;

   상기 출력 전압 레벨이 기 설정된 전압 레벨 이하인 경우, 상기 배터리 방전 감지 신호를 활성화하는 방전 감지부; 및

   상기 출력 전압에 응답하여 상기 배터리의 탈착 여부를 판단하여 상기 배터리 확인 신호를 활성화하는 배터리 확인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
5. 제4 항에 있어서, 상기 방전 감지부는

   상기 출력 전압과 제1 전압을 비교하여 상기 출력 전압이 상기 제1 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 경우, 제1 배터리 방전 감지 신호를 활성화하는 제1 방전 감지 회로; 및

   상기 출력 전압과 상기 제1 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 제2 전압을 비교하여 상기 출력 전압이 상기 제2 전압보다 낮은 전압 레벨을 가지는 경우, 제2 배터리 방전 감지 신호를 활성화하는 제 2 방전 감지 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동회로.
6. 제4 항에 있어서, 상기 배터리 확인부는 상기 출력 전압의 레벨이 기 설정된 전압 레벨 이상인 경우, 배터리 확인 신호를 활성화하고, 상기 배터리 확인 신호에 응답하여 배터리 방전 감지 초기화 신호를 활성화하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동회로.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 복수의 배터리들의 출력 전압 및 출력 전류에 기초하여 상기 복수의 배터리들을 충전하는 4단자 충전 뱅크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
8. 제7 항에 있어서, 상기 4단자 충전 뱅크는

   상기 복수의 배터리부들에 각각 연결되며 임의의 시점에서 상기 복수의 배터리들에 제공되는 입력 전압 및 입력 전류와 상기 복수의 배터리들의 출력 전압 및 출력 전류를 감지하는 복수의 충전부들; 및

   상기 복수의 배터리들에 제공되는 입력 전압 및 입력 전류와 상기 복수의 배터리들의 출력 전압 및 출력 전류에 기초하여 전송 파라미터들을 산출하며, 산출된 전송 파라미터들을 저장하고, 상기 저장된 전송 파라미터들에 기초하여 상기 복수의 배터리들의 충전 상태를 제어하는 충전 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
9. 제8 항에 있어서, 상기 충전 제어부는

   상기 전송 파라미터들과 상기 복수의 배터리들의 출력 전압 및 출력 전류에 기초하여 상기 복수의 배터리들에 제공되는 입력 전압 및 입력 전류를 도출하여 상기 복수의 배터리들에 제공되는 입력 전압 및 입력 전류를 제어하고, 상기 복수의 배터리들의 출력 전압에 기초하여 상기 복수의 배터리들의 충전 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
10. 제2 항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조부는 상기 펄스 폭 변조 구동 신호의 듀티 비를 조절하여 발광 다이오드의 밝기를 조절하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동회로.
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