KR101029560B1 - 발광 다이오드 밝기 제어 회로 및 이를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치 - Google Patents

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

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Abstract

발광 다이오드 밝기 제어 회로는 DC-DC 변환 회로에서 제공된 제 1 톱니파 신호를 반전 및 증폭하여 제 2 톱니파 신호를 생성하는 반전회로 및 제 2 톱니파 신호를 수신하고, 제 2 톱니파 신호와 밝기 표시 신호를 비교하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하고 펄스 폭 변조 신호를 발광 다이오드 회로에 제공하는 비교 회로를 포함한다. 발광 다이오드 밝기 제어 회로는 톱니파를 이용하여 전압 및 전류의 변화를 감지하고 일정하게 유지시킴으로써 발광 다이오드의 밝기를 자체적으로 제어할 수 있다.

Description

발광 다이오드 밝기 제어 회로 및 이를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치{LIGHT EMITTING DIODE BRIGHTNESS CONTROL CIRCUIT AND LIGHT EMITTING DIODE APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드의 밝기를 제어하는 발광 다이오드 밝기 제어 회로 및 이를 포함하는 발광 다이오드 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 P-N 접합 다이오드의 한 종류로서 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자이며, 백열전구나 형광등에 비하여 소비 전력이 낮고 반응 속도가 빨라 최근 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 발광 다이오드는 전계 발광(Electroluminescence) 효과에 의하여 빛을 발생하며, 구체적으로 전극으로 주입된 전자와 정공이 P-N 접합 부분에서 재결합함으로써 생성되는 빛에 의하여 발광하게 된다. 최근에는 조명 장치로서 발광 다이오드의 뛰어난 성능을 이용하여 국내외에서 기존의 나트륨 가로등을 LED 가로등으로 교체하는 사업이 진행 중이다. 현재 왕복 8차선 도로의 경우 약 400와트의 나트륨 가로등을 사용하는데 이것을 LED로 대체할 경우 약 150와트로 떨어뜨릴 수 있어 사용 전기의 70% 이상을 절감할 수 있다.
일반적으로 사람은 조명이 일정 주파수 이상으로 점멸하는 경우 이를 인지하지 못하고 계속 켜져 있는 것처럼 인식하므로 이를 이용하여 고주파의 펄스 폭 변조 신호를 인가하는 펄스 폭 변조 방식이 사용된다. 이 때 발광 다이오드는 펄스 폭 변조 신호의 듀티비를 통해 밝기가 결정된다. 일반적으로 발광 다이오드 소자는 전류에 매우 민감한 특성을 가지고 있다. 발광 다이오드의 밝기는 소자에 흐르는 전류에 비례한다. 따라서 발광 다이오드 조명 장치의 핵심은 전류를 일정하게 유지하는 것이다. 그래야 밝기를 일정하게 유지할 수 있고, 상용화도 가능하다. 흔히 가로등 등으로 사용되는 발광 다이오드 조명 장치의 경우 수십 내지 수백 개의 발광 다이오드를 연결하여 사용하고, 일반적으로 중앙에서 마이컴(micro computer) 등을 통해 발광 다이오드의 밝기를 유지 및 제어한다. 그러나 연결된 가로등이 많아지면 발광 다이오드 간의 거리가 멀어지고 그 결과 전원 소스와의 거리가 멀어지게 되므로 중앙에서 밝기를 제어하는 방식은 한계가 있다. 특히 원거리에 있는 발광 다이오드의 경우 중앙에서 효율적으로 밝기를 제어하는데 어려움이 있다. 따라서, 각각의 발광 다이오드 회로가 독립적으로 밝기를 제어할 수 있는 근본적인 해결책이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 톱니파를 이용하여 전압과 전류의 변화를 감지하고 일정하게 유지시킴으로써 발광 다이오드의 밝기를 독립적으로 제어하는 발광 다이오드 밝기 제어 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 발광 다이오드 밝기 제어 회로를 구비하는 발광 다이오드 조명 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 밝기 제어 회로는 DC-DC 변환 회로에서 제공된 제 1 톱니파 신호를 반전 및 증폭하여 제 2 톱니파 신호를 생성하는 반전회로 및 상기 제 2 톱니파 신호를 수신하고, 상기 제 2 톱니파 신호와 밝기 표시 신호를 비교하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하여 발광 다이오드 회로에 제공하는 비교 회로를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 밝기 제어 회로의 실시예들에 의하면, 상기 비교 회로는 비반전단자, 반전단자, 및 출력단을 구비한 비교기, 상기 비교기의 전원 전압과 접지 사이에 서로 직렬 연결되는 제 1 및 제 2 저항을 포함하고, 상기 제 2 톱니파 신호를 수신하여 DC 오프셋을 부가한 뒤 상기 비교기의 비반전단자에 제공하는 DC 오프셋 회로, 상기 비교기의 반전단자에 연결되는 출력단을 구비하고, 피드백 펄스 폭 변조 신호를 적분하여 상기 밝기 표시 신호를 생성하고 상기 밝기 표시 신호를 상기 비교기의 반전단자에 제공하는 적분 회로, 및 상기 비교기의 출력단과 상기 전원 전압 사이에 연결되는 풀-업(pull-up) 저항을 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 밝기 제어 회로의 실시예들에 의하면, 상기 제 2 톱니파 신호는 음의 기울기를 가질 수 있다.
상기 발광 다이오드 밝기 제어 회로의 실시예들에 의하면, 상기 비교기는 상기 제 2 톱니파 신호와 상기 밝기 표시 신호를 비교하여 상기 제 2 톱니파 신호의 레벨이 상기 밝기 표시 신호의 레벨보다 클 경우 상기 풀-업 저항에 의해 상기 비교기의 전원 전압 값을 상기 펄스 폭 변조 신호로서 출력하고 상기 제 2 톱니파 신호의 레벨이 상기 밝기 표시 신호의 레벨보다 작을 경우 로직 로우(logic low)값을 상기 펄스 폭 변조 신호로서 출력할 수 있다.
상기 발광 다이오드 밝기 제어 회로의 실시예들에 의하면, 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 상기 피드백 펄스 폭 변조 신호의 평균값에 따라 변하면서 상기 발광 다이오드 회로로부터 출력되는 광의 밝기를 일정하게 유지시킬 수 있다.
상기 발광 다이오드 밝기 제어 회로의 실시예들에 의하면, 상기 피드백 펄스 폭 변조 신호의 평균값이 감소할 경우 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간이 늘어나고, 상기 피드백 펄스 폭 변조 신호의 평균값이 증가할 경우 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간이 줄어들 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명 장치는 제 1 전원 전압을 공급하는 전원 공급 회로, 상기 제 1 전원 전압을 수신하고, 제 2 전원 전압 및 제 1 톱니파 신호를 공급하는 DC-DC 변환 회로, 상기 제 2 전원 전압 및 상기 제 1 톱니파 신호를 수신하고, 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 밝기 제어 회로, 및 상기 펄스 폭 변조 신호를 수신하고, 상기 밝기 제어 회로에 피드백 펄스 폭 변조 신호를 제공하는 발광 다이오드 회로를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 조명 장치의 실시예들에 의하면, 상기 밝기 제어 회로는 상기 DC-DC 변환 회로에서 제공된 제 1 톱니파 신호를 반전 및 증폭하여 제 2 톱니파 신호를 생성하는 반전 회로 및 상기 제 2 톱니파 신호를 수신하고, 상기 제 2 톱니파 신호와 밝기 표시 신호를 비교하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하여 상기 발광 다이오드 회로에 제공하는 비교 회로를 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드 조명 장치의 실시예들에 의하면, 상기 DC-DC 변환 회로는 상기 DC-DC 변환 회로에 포함되는 커런트 미러(current mirror)를 사용하여 상기 제 1 톱니파 신호를 상기 반전 회로에 제공할 수 있다.
상기 발광 다이오드 조명 장치의 실시예들에 의하면, 상기 제 1 톱니파 신호의 주파수는 상기 DC-DC 변환 회로에 포함되는 커패시터의 커패시턴스에 의해 결정될 수 있다.
상기 발광 다이오드 밝기 제어 회로의 실시예들에 의하면, 상기 발광 다이오드 회로로부터 출력되는 광의 밝기는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간의 길이에 비례할 수 있다.
상기 발광 다이오드 밝기 제어 회로의 실시예들에 의하면, 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화구간에서 상기 발광 다이오드 회로에 포함되는 적어도 하나의 트랜지스터가 턴온되고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 비활성화 구간에서 상기 적어도 하나의 트랜지스터가 턴오프될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 밝기 제어 회로는 톱니파를 이용하여 전압 및 전류의 변화를 감지하고 일정하게 유지시킴으로써 발광 다이오드의 밝기를 자체적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 조명 장치는 상기 발광 다이오드 밝기 제어 회로를 구비함으로써, 독립적으로 밝기를 제어할 수 있어 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있고, 간단하면서도 소형화된 구조로 제작되기 때문에 원-칩(one-chip)화가 가능하고 저비용 및 대량 생산에 적합하다.
다만, 본 발명의 효과는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 종래의 중앙처리형 밝기 제어 방식의 발광 다이오드 조명 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 밝기 제어 회로를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 반전 회로를 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 비교 회로를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 톱니파 신호 및 제 2 톱니파 신호를 나타내는 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명 장치의 밝기 제어 동작을 나타내는 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7a의 발광 다이오드 조명 장치의 밝기 제어 동작을 나타내는 순서도이다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 7a의 발광 다이오드 회로에서 출력되는 광의 조도가 낮을 때 밝기를 제어하는 동작을 나타내는 그래프이다.
도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 7a의 발광 다이오드 회로에서 출력되는 광의 조도가 높을 때 밝기를 제어하는 동작을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 발광 다이오드 조명 장치가 연결되어 사용되는 실시예를 나타낸다.
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 조명 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드 조명 장치(10)는 전원 공급 회로(100), DC-DC 변환 회로(200), 밝기 제어 회로(300), 및 발광 다이오드 회로(400)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 발광 다이오드 조명 장치(10)는 전원 공급 회로(100) 및 DC-DC 변환 회로(200)를 제어하는 메인 컨트롤러(500)를 더 포함할 수 있다.
전원 공급 회로(100)는 충전가능한 복수의 배터리들을 포함할 수 있으며, 복수의 배터리들은 탈착이 가능한 형태로 전원 공급 회로(100) 내에 구비될 수 있다. 일 실시예에서 전원 공급 회로(100)는 복수의 배터리들의 탈착 여부를 판단하고, 복수의 배터리들의 방전 정도를 파악함으로써 복수의 배터리들 중에서 제 1 전원 전압(POW1)을 공급할 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(10)에 요구되는 제 1 전원 전압(POW1)을 제공하는 경우, 나머지 배터리들에 대해서는 충전이 진행될 수 있다. 이와 같이, 발광 다이오드 조명 장치(10)에서는 복수의 배터리들이 번갈아 가면서 제 1 전원 전압(POW1)을 제공하기 때문에, 발광 다이오드 조명 장치(10)가 배터리들의 방전에 의한 전원 부족으로 인해 동작하지 못하는 문제점을 해소할 수 있다.
DC-DC 변환 회로(200)는 전원 공급 회로(100)로부터 공급되는 제 1 전원 전압(POW1)을 발광 다이오드 회로(400)의 구동에 필요한 제 2 전원 전압(POW2)으로 변환할 수 있다. 제 2 전원 전압(POW2)은 요구되는 조건에 따라 사용자에 의하여 기 설정된 전압 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전원 전압(POW1)이 16 내지 25V의 전압 레벨을 가질 경우, 제 2 전원 전압(POW2)은 5 내지 12V 정도로 스텝-다운 변환(step-down converting)됨으로써 생성될 수 있다. 이와 같이, DC-DC 변환 회로(200)에서 출력되는 제 2 전원 전압(POW2)에 기초하여 발광 다이오드 회로(400)가 동작하게 되므로, 제 1 전원 전압(POW1)에 기초하여 발광 다이오드 회로(400)가 동작하는 경우에 비해서 상대적으로 소모 전력이 적을 뿐만 아니라, 소모 전력의 감소에 따라서 내부 소자들의 열 발생도 효과적으로 감소될 수 있다. 한편 전원 공급 회로(100)의 배터리 들이 방전됨에 따라 전원 공급 회로(100)에서 제공되는 제 1 전원 전압(POW1)의 레벨도 감소할 수 있지만, DC-DC 변환 회로(200)에 의해 제 2 전원 전압(POW2)의 레벨은 일정하게 유지될 수 있다.
또한 DC-DC 변환 회로(200)는 밝기 제어 회로(300)에서 사용되는 톱니파 신호를 생성할 수 있다. 구체적으로 DC-DC 변환 회로(200)는 내부에 포함된 커런트 미러(current mirror)를 사용하여 제 1 톱니파 신호(STW1)를 밝기 제어 회로(300)에 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 밝기 제어 회로(300)는 톱니파 신호와 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)를 비교하여 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 생성할 수 있다. 이때 제 1 톱니파 신호(STW1)로 DC-DC 변환 회로(200)에서 생성되는 신호를 사용함으로써 별도의 톱니파 발생기 또는 별도의 커런트 미러를 구비하지 않아도 되므로 칩의 면적을 감소시킬 수 있고 전력 소모가 줄어들어 전체적으로 발광 다이오드 조명 장치(10)의 효율성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 DC-DC 변환 회로(200)는 NJM2360 칩을 이용하여 구현될 수 있다. 이때 제 1 톱니파 신호(STW1)로 상기 NJM2360 칩의 타이밍 커패시터(Timing Capacitor; CT) 단자에서 출력되는 신호를 사용할 수 있다. 상기 CT 단자는 접지와 연결되고, CT 단자와 접지 사이에 하나의 커패시터가 연결된다. 이때 상기 커패시터의 커패시턴스에 따라 제 1 톱니파 신호(STW1)의 주파수가 결정된다. 따라서 상기 커패시터의 커패시턴스를 통해 제 1 톱니파 신호(STW1)의 주파수를 조절할 수 있다. 예를 들어 상기 커패시터의 커패시턴스를 줄이면 제 1 톱니파 신호(STW1)의 주파수가 증가한다. 또한 전술한 바와 같이, 밝기 제어 회로(300)는 제 1 톱니파 신호(STW1)와 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)를 비교하여 새로운 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 생성하므로 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 제 1 톱니파 신호(STW1)와 동기화되어 같은 주파수를 가지게 된다. 따라서 상기 커패시터의 커패시턴스를 통해 제 1 톱니파 신호(STW1) 및 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 주파수를 조절할 수 있다. 기설정된 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 주파수는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 듀티비가 변경되더라도 변경되지 않는다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 톱니파를 이용하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 본 발명의 원리는 다채널 충전 장치로서도 활용될 수 있다. 이에 의하면 톱니파를 이용하여 다채널로 펄스 폭 변조 신호를 생성하여 배열로 구성된 리튬배터리팩을 단 시간에 충전할 수 있다. 이러한 충전 장치에는 정밀한 전류 제어가 요구되어 고주파의 펄스 폭 변조 신호가 필요하므로, 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 커패시터의 커패시턴스를 줄여 고주파의 펄스 폭 변조 신호를 생성할 수 있다.
밝기 제어 회로(300)는 DC-DC 변환 회로(200)로부터 제 2 전원 전압(POW2) 및 제 1 톱니파 신호(STW1)를 수신하고, 발광 다이오드 회로(400)로부터 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)를 수신하여 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 생성한다. 전술한 바와 같이, 밝기 제어 회로(300)는 톱니파 신호와 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)를 비교하여 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 생성할 수 있다.
발광 다이오드 회로(400)는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)에 기초하여 동작하며, 발광 다이오드 소자의 발광 시간은 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 듀티비에 따라 결정될 수 있다. 실시예에 있어서, 발광 다이오드 회로(400)는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)에 기초하여 매개 전압 신호를 생성하는 복수의 매개 전압 신호부, 매개 전압 신호에 기초하여 구동 전압 신호를 생성하는 복수의 구동 전압 신호부, 및 복수의 구동 전압 신호부에 연결되어 구동 전압 신호를 기초로 발광하는 복수의 발광 다이오드 소자를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 매개 전압 신호 생성부와 상기 복수의 구동 전압 신호 생성부에는 각각 제 1 및 제 2 트랜지스터가 구비될 수 있다. 이때 상기 복수의 발광 다이오드 소자를 발광시키기 위한 부하가 2단의 트랜지스터 즉, 제 1 및 제 2 트랜지스터에 분산되므로 상기 복수의 발광 다이오드 소자가 발광할 때, 발광 다이오드 회로(400)에는 열이 발생하지 않는다.
실시예에 따라 발광 다이오드 조명 장치(10)는 메인 컨트롤러(500)를 더 포함할 수 있다. 메인 컨트롤러(500)는 호스트와 같은 외부로부터 명령 신호(CMD)를 수신하여 제어 신호(CON)를 생성하고, 제어 신호(CON)를 전원 공급 회로(100), DC-DC 변환 회로(200)에 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 메인 컨트롤러(500)는 전원 공급 회로(320)에서 제 1 전원 전압(POW1)을 선택하기 위한 기준을 제어할 수 있고, DC-DC 변환 회로(200)에서 스텝-다운 변환하는 제 2 전원 전압(POW2)의 전압 레벨을 제어할 수 있다. 다만, 이는 하나의 예시로서 메인 컨트롤러(500)의 기능은 요구되는 조건에 따라 다양하게 설계될 수 있다.
도 2는 종래의 중앙처리형 밝기 제어 방식의 발광 다이오드 조명 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 중앙처리형 밝기 제어 방식의 발광 다이오드 조명 장치(20)는 전원 공급 회로(210), DC-DC 변환 회로(220), 펄스 폭 변조 회로(230), 및 발광 다이오드 회로(240)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 발광 다이오드 조명 장치(20)는 전원 공급 회로(210), DC-DC 변환 회로(220), 및 펄스 폭 변조 회로(230)를 제어하는 메인 컨트롤러(250)를 더 포함할 수 있다.
이때 메인 컨트롤러(250)는 도 1의 발광 다이오드 조명 장치(10)와 마찬가지로 전원 공급 회로(210) 및 DC-DC 변환 회로(220)를 제어할 뿐만 아니라 펄스 폭 변조 회로(230)에도 제어 신호(CON)를 보내서 발광 다이오드의 밝기를 제어할 수 있다. 일반적으로 종래의 중앙처리형 밝기 제어 방식의 발광 다이오드 조명 장치(20)에서는 마이크로프로세서 등을 구비한 마이컴(micro computer)을 통해 발광 다이오드의 밝기를 직접 제어할 수 있다. 일 실시예에서 메인 컨트롤러(250)는 펄스 폭 변조 회로(250)에서 생성되는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 듀티비를 제어할 수 있다. 다만 전술한 바와 같이, 이러한 중앙처리형 밝기 제어 방식의 발광 다이오드 조명 장치(20)는 연결된 발광 다이오드 조명 장치(20), 예를 들어 가로등 등이 많아지면 발광 다이오드 간의 거리가 멀어지고 발광 다이오드의 개수가 증가하게 되므로 중앙에서 밝기를 제어하는데 한계가 있다. 특히 원거리에 있는 발광 다이오드의 경우 중앙에서 효율적으로 밝기를 제어하는데 어려움이 있다. 한편 펄스 폭 변조 회로(230)는 제 2 전원 전압(POW2)을 수신하여 일정한 듀티비를 가지는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 생성한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 밝기 제어 회로를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 밝기 제어 회로(300)는 반전 회로(310) 및 비교 회로(320)를 포함할 수 있다.
반전 회로(310)는 도 1의 DC-DC 변환 회로(200)로부터 제 1 톱니파 신호(STW1)를 수신하여 이를 반전시킨 후 제 2 톱니파 신호(STW2)를 비교 회로(320)에 제공할 수 있다. 실시예에 따라, 반전 회로(310)는 복수의 저항 및 연산 증폭기로 이루어진 반전증폭기를 포함할 수 있다.
비교 회로(320)는 반전 회로(310)로부터 제 2 톱니파 신호(STW2)를 수신하고, 도 1의 발광 다이오드 회로(400)로부터 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)를 수신한다. 또한 도 1의 DC-DC 변환 회로(200)로부터 제 2 전원 전압(POW2)을 수신한다. 실시예에 따라, 비교 회로(320)는 비교기(comparator), 커패시터 및 복수의 저항을 포함할 수 있다.
실시예에 따라 비교 회로(320)는 제 2 톱니파 신호(STW2)와 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)를 적분하여 생성된 밝기 표시 신호를 비교하여 제 2 톱니파 신호(STW2)가 상기 밝기 표시 신호보다 클 경우 풀-업 저항(도 5의 Rpu 참조)에 의해 비교 회로(320)의 제 2 전원 전압(POW2) 값을 펄스 폭 변조 신호(PWMS)로서 출력하고 제 2 톱니파 신호(STW2)가 상기 밝기 표시 신호보다 작을 경우 로직 로우(logic low) 값을 펄스 폭 변조 신호(PWMS)로서 출력할 수 있다. 이때 제 2 톱니파 신호(STW2)는 음의 기울기를 가질 수 있다. 그러면 비교회로(320)는 제 2 톱니파 신호(STW2)의 음의 기울기를 갖는 경사 구간에서 제 2 톱니파 신호(STW2)와 기준 전압인 상기 밝기 표시 신호가 만나는 순간을 탐지하여 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 레벨을 결정할 수 있다. 그 결과, 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)의 평균값이 감소한 경우 펄스 폭 변조 신호(PMWS)의 활성화 구간을 늘리고, 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)의 평균값이 증가한 경우 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간을 줄임으로써 도 1의 발광 다이오드 회로(400)로부터 출력되는 광의 밝기를 일정하게 유지시킬 수 있다. 한편 도 1의 DC-DC 변환 회로(200)에서 공급되는 제 1 톱니파 신호(STW1)는 양의 기울기를 가지므로 반전 회로(310)는 제 1 톱니파 신호(STW1)를 반전하여 제 2 톱니파 신호(STW2)를 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 반전 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 반전 회로(310)는 연산증폭기(AMP), 제 1 및 제 2 커패시터(C41, C42), 및 제 1 내지 제 4 저항(R41, R42, R43, R44)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 연산증폭기(AMP)는 전원 전압으로 제 2 전원 전압(POW2)을 받고, 다른 한 쪽 전원은 접지되는 단전원 증폭기일 수 있다. 제 1 저항(R41)은 접지에 한 쪽 끝이 연결되고 연산증폭기(AMP)의 비반전단자에 다른 한 쪽 끝이 연결된다. 제 2 저항(R42)은 제 1 저항(R41)과 연산증폭기(AMP)의 비반전단자 사이에 있는 제 1 노드(N41)에 한쪽 끝이 연결되고, 연산증폭기(AMP)의 전원 전압(POW2) 사이에 다른 한 쪽 끝이 연결된다. 실시예에 따라, 제 1 저항(R41) 및 제 2 저항(R42)은 같은 저항 값을 가질 수 있다. 그 결과 전압분배에 의해 제 2 전원 전압(POW2)의 절반의 전압이 제 1 노드(N41), 즉 연산증폭기(AMP)의 비반전단자에 인가될 수 있다. 일반적인 반전증폭기는 비반전단자가 접지되어 있으나, 이와 달리 제 2 전원 전압(POW2)의 절반의 전압이 비반전단자에 DC 오프셋으로 인가되는 형태이다. 그 결과, 연산증폭기(AMP)는 연산증폭기(AMP)의 출력범위(제 2 전원 전압(POW2) ~ 접지)의 중간 지점을 기준 전압으로 삼아 입력 전압을 반전시킬 수 있다. 예를 들어, 제 2 전원 전압(POW2)이 5V이면 연산증폭기(AMP)의 비반전단자에 2.5V가 인가되고, 연산증폭기(AMP)는 5V와 0V의 중간 지점인 2.5V를 기준 전압으로 삼아 입력 전압을 반전시킬 수 있다. 이를 통해 연산증폭기(AMP)의 출력 범위(제 2 전원 전압(POW2) ~ 접지)를 넘어가는 파형이 왜곡되는 클램핑 현상을 방지할 수 있다. 제 3 저항(R43)의 한 쪽 끝은 반전 회로(310)로 입력되는 제 1 톱니파 신호(STW1)를 수신하고, 다른 한 쪽 끝은 연산증폭기(AMP)의 반전단자와 연결된다. 제 4 저항(R44)은 연산증폭기(AMP)의 출력단에서 피드백 되어 제 3 저항(R43)과 연산증폭기(AMP)의 반전단자 사이에 있는 제 2 노드(N42)에 연결된다. 그 결과, 입력 신호인 제 1 톱니파 신호(STW1)는 제 3 저항(R43)과 제 4 저항(R44)의 비(R44/R43)만큼 증폭될 수 있다. 반전 회로(310)의 입력단에 연결되는 제 1 커패시터(C41)와 출력단에 연결되는 제 2 커패시터(C42)는 신호의 클램핑 현상을 방지하여 전원을 안정화시킬 수 있다. 반전 회로(310)의 동작은 도 6을 참조하여 자세히 후술한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 비교 회로를 나타내는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 비교 회로(320)는 DC 오프셋 회로(321), 적분 회로(323), 비교기(CP), 및 풀-업 저항(Rpu)을 포함할 수 있다.
DC 오프셋 회로(321)는 제 1 저항(R51) 및 제 2 저항(R52)을 포함하고, 제 1 저항(R51)은 비교기(CP)의 전원 전압(POW2)과 비교기(CP)의 비반전단자 사이에, 제 2 저항(R52)은 비교기(CP)의 비반전단자와 접지 사이에 연결된다. 도 3의 반전 회로(310)에서 제공된 제 2 톱니파 신호(STW2)는 제 1 저항(R51)과 제 2 저항(R52) 사이에 있는 제 1 노드(N51)를 지나 비교기(CP)의 비반전단자로 인가된다. 제 1 노드(N51)에는 제 2 전원 전압(POW2)이 제 1 저항(R51)과 제 2 저항(R52)의 비에 따라 전압분배 되어 인가된다. 그 결과, 입력 신호인 제 2 톱니파 신호(STW2)는 제 1 노드(N51)를 지나면서 DC 오프셋을 추가한 뒤 비교기(CP)의 비반전단자로 인가된다. 따라서 신호의 클램핑 없이 제 2 톱니파 신호(STW2)의 모든 구간을 비교기(CP)에서 이용할 수 있다.
적분 회로(323)는 제 3 내지 제 5 저항(R53, R54, R55) 및 커패시터(C51)를 포함할 수 있다. 일반적으로 입력 신호가 저항과 커패시터를 차례로 지날 경우 회로는 적분 회로로 동작하고, 입력 신호가 커패시터와 저항을 차례로 지날 경우 회로는 미분 회로로 동작한다. 제 5 저항(R55)의 일단을 통해 입력되는 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)는 제 5 저항(R55) 및 커패시터(C51)를 차례로 지나면서 적분되고, 그 결과가 제 5 저항(R55)과 커패시터(C51) 사이의 제 2 노드(N52)에 출력될 수 있다. 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)는 펄스파 형태를 가지므로 제 2 노드(N52)에 출력되는 신호는 삼각파 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)의 활성화 구간은 삼각파의 상승 구간에 대응되고, 비활성화 구간은 삼각파의 하강 구간에 대응된다. 이때, 적분 회로의 시상수(τ=RC)가 클수록 삼각파의 상승 및 하강 곡선의 기울기가 작아진다. 따라서 커패시터(C51)의 커패시턴스를 크게 하여 시상수를 크게 하면 거의 DC 신호에 가까운 출력 신호를 얻을 수 있다. 일 실시예에서, 커패시터(C51)의 커패시턴스를 크게 하여 제 2 노드(N52)에 미세한 굴곡이 있는 DC 신호를 얻을 수 있다. 이후 상기 DC 신호는 제 3 저항(R53) 및 제 4 저항(R54)에 의한 전압분배를 거쳐 밝기 표시 신호(REF)로서 비교기(CP)의 반전단자에 인가된다. 한편 상기 DC 신호의 DC 값은 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM) 전압의 평균값에 비례한다. 또한 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM) 전압의 평균값은 현재 도 1의 발광 다이오드 회로(400)로부터 출력되는 광의 밝기에 비례한다. 따라서 밝기 표시 신호(REF)는 도 1의 발광 다이오드 회로(400)로부터 출력되는 광의 밝기를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 현재 출력되고 있는 광의 조도가 높으면 밝기 표시 신호(REF)의 DC 값이 크고, 광의 조도가 낮으면 밝기 표시 신호(REF)의 DC 값이 작을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 톱니파를 이용하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 본 발명의 원리는 다채널 충전 장치로서도 활용될 수 있다. 구체적으로, 배터리의 충전 상태를 나타내는 전류를 밝기 표시 신호(REF)에 대응되는 기준 신호로 삼고 톱니파와 비교하여 충전이 완료될 때까지 계속 펄스 신호를 내보냄으로써 충전 여부를 정밀하게 측정하고 단 시간에 다채널 충전을 완료할 수 있다. 이때 이러한 충전 장치에는 정밀한 전류 제어가 요구되는데, 비교기(CP)의 전원 전압(POW2)을 높이면 비교 범위가 넓어져서 충전의 정밀도를 높일 수 있다.
비교기(CP)는 비반전단자로 입력되는 제 2 톱니파 신호(STW2)와 반전단자로 입력되는 밝기 표시 신호(REF)를 비교하여 제 2 톱니파 신호(STW2)의 레벨이 밝기 표시 신호(REF)의 레벨보다 클 경우 풀-업 저항(Rpu)에 의해 비교기(CP)의 제 2 전원 전압(POW2) 값을 펄스 폭 변조 신호(PWMS)로서 출력하고 제 2 톱니파 신호(STW2)의 레벨이 밝기 표시 신호(REF)의 레벨보다 작을 경우 로직 로우(logic low) 값을 펄스 폭 변조 신호(PWMS)로서 출력한다. 밝기 표시 신호(REF)의 DC 값이 상대적으로 작을 경우, 제 2 톱니파 신호(STW2)의 레벨이 밝기 표시 신호(REF)의 레벨보다 큰 구간이 길어지게 되고, 따라서 비교기(CP)에서 출력되는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 상대적으로 활성화 구간이 길어지게 된다. 이와 반대로 밝기 표시 신호(REF)의 DC 값이 상대적으로 클 경우, 제 2 톱니파 신호(STW2)의 레벨이 밝기 표시 신호(REF)의 레벨보다 큰 구간이 짧아지게 되고, 따라서 비교기(CP)에서 출력되는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 상대적으로 활성화 구간이 짧아지게 된다. 상술한 바와 같이 밝기 표시 신호(REF)는 현재 발광 다이오드 회로에서 출력되는 광의 밝기를 나타낼 수 있으므로, 현재 출력되는 광의 조도가 낮으면 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간을 늘리고 현재 출력되는 광의 조도가 높으면 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간을 줄임으로써 발광 다이오드 회로로부터 출력되는 광의 밝기를 일정하게 유지시킬 수 있다. 일반적으로 비교기(CP)는 기준 전압과 입력 전압을 비교하고 상기 기준 전압으로 DC 신호를 사용한다. 따라서 전술한 바와 같이 커패시터(C51)의 커패시턴스를 크게 하여 거의 DC 신호에 가까운 밝기 표시 신호(REF)를 만들고 이를 비교기(CP)의 기준 전압으로 사용할 수 있다. 일 실시예에 따르면 비교기(CP)는 LM393 칩을 이용하여 구현될 수 있다. 이때 상기 LM393 칩은 출력이 오픈 컬렉터이므로 출력에 풀-업(pull-up)을 해야 한다. 따라서 비교기(CP)의 출력단과 전원 전압(POW2) 사이에 풀-업 저항(Rpu)을 연결하여 풀-업을 할 수 있다. 비교 회로(320)의 동작은 도 7a 내지 7b를 참조하여 자세히 후술한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 톱니파 신호 및 제 2 톱니파 신호를 나타내는 그래프이다.
다시 도 4를 참조하면, 연산증폭기(AMP)는 단전원 증폭기일 수 있다. 실시예에 따라 접지와 연산증폭기(AMP)의 비반전단자 사이에 연결된 제 1 저항(R41)과 제 1 노드(N41)와 제 1 저항(R42) 사이에 연결된 제 2 저항(R42)은 같은 저항 값을 가질 수 있다. 그 결과 전압분배에 의해 제 2 전원 전압(POW2)의 절반의 전압이 제 1 노드(N41), 즉 연산증폭기(AMP)의 비반전단자에 DC 오프셋으로 인가될 수 있다. 그 결과, 연산증폭기(AMP)는 연산증폭기(AMP)의 출력범위(제 2 전원 전압(POW2) ~ 접지)의 중간 지점을 기준 전압으로 삼아 입력 전압을 반전시킬 수 있다. 예를 들어, 제 2 전원 전압(POW2)이 5V이면 연산증폭기(AMP)의 비반전단자에 2.5V가 인가되고, 연산증폭기(AMP)는 5V와 0V의 중간 지점인 2.5V를 기준 전압으로 삼아 입력 전압을 반전시킬 수 있다. 도 6을 참조하면, 상단의 제 1 톱니파 신호(STW1)는 연산증폭기의 제 2 전원 전압(POW2)의 절반의 전압을 기준으로 반전되어 제 2 톱니파 신호(STW2)가 된다. 이로써 제 2 톱니파 신호(STW2)는 음의 기울기를 가질 수 있다. 제 1 톱니파 신호(STW1) 및 제 2 톱니파 신호(STW2)는 같은 주파수, 즉 같은 주기(T)를 가진다. 상기 주파수는 도 1의 DC-DC 변환 회로(200)에 포함되는 커패시터의 커패시턴스에 의해 결정될 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명 장치의 밝기 제어 동작을 나타내는 도면이다.
도 7a를 참조하면, 상술한 바와 같이, 발광 다이오드 회로(400)는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 수신하여 점멸한다. 보다 상세하게는 발광 다이오드 회로(400)는 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에 응답하여 점멸할 수 있다. 이때 발광 다이오드 회로(400)는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 상기 적어도 하나의 트랜지스터의 게이트로 인가되어 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간에서 상기 적어도 하나의 트랜지스터가 턴온되고, 비활성화 구간에서는 상기 적어도 하나의 트랜지스터가 턴오프될 수 있다. 발광 다이오드 회로(400)는 발광 다이오드 소자(LED)들에 직렬로 연결된 전류 센싱 저항(Rsn)을 포함할 수 있다. 전류 센싱 저항(Rsn)에는 발광 다이오드 소자(LED)들에 흐르는 전류가 동일하게 흐르므로 전류 센싱 저항(Rsn)에 의하여 발광 다이오드 소자(LED)들에 흐르는 전류의 크기를 측정할 수 있다. 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)는 전압 신호 형태로서 전류 센싱 저항(Rsn)과 전류 센싱 저항(Rsn)에 흐르는 전류의 곱이 된다. 따라서 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)는 발광 다이오드 소자(LED)들에 흐르는 전류의 크기를 나타낼 수 있다. 기타 다른 회로에 대해서는 상술한 바 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7a의 발광 다이오드 조명 장치의 밝기 제어 동작을 나타내는 순서도이다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 도 1의 전원 공급 회로(100)의 배터리들이 시간의 경과에 따라 방전됨에 따라 전원 공급 회로(100)에서 제공되는 제 1 전원 전압(POW1)의 레벨이 감소할 수 있다(S10). 그 결과, 발광 다이오드 소자(LED)에 흐르는 전류의 크기가 감소하여 발광 다이오드 소자(LED)에서 출력되는 광의 조도가 낮아질 수 있다. 그와 동시에, 전류 센싱 저항(Rsn)에 흐르는 전류의 크기도 감소하고, 따라서 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)의 평균값이 감소하고(S20), 이어서 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)를 적분한 밝기 표시 신호(REF)의 DC 값이 감소할 수 있다(S30). 그 결과, 도 7a의 비교기(CP)는 활성화 구간이 길어진 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 출력하여 발광 다이오드 소자(LED)에 흐르는 전류를 증가시킬 수 있다(S40). 따라서 상기와 같이 발광 다이오드 소자(LED)에서 출력되는 광의 조도가 낮아진 경우, 활성화 구간이 길어진 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 내보내서 발광 다이오드 소자(LED)에서 출력되는 광의 밝기를 일정하게 유지시킬 수 있다. 발광 다이오드 소자(LED)에서 출력되는 광의 조도가 낮아진 경우 어떻게 활성화 구간이 늘어난 펄스 폭 변조 신호(PWMS)를 생성할 수 있는지 도 7c를 참조하여 후술한다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 7a의 발광 다이오드 회로에서 출력되는 광의 조도가 낮을 때 밝기를 제어하는 동작을 나타내는 그래프이다.
도 7a 및 7c를 참조하면, 발광 다이오드 소자(LED)에 흐르는 전류의 크기가 감소하면 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)의 평균값이 감소할 수 있다. 즉, 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)의 피크값의 크기가 작아질 수 있다. 이어서, 피드 백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)를 적분한 밝기 표시 신호(REF)의 레벨도 감소하게 되고, 제 2 톱니파 신호(STW2)와 밝기 표시 신호(REF)가 한 주기(T) 안에서 만나는 두 교점 간의 간격이 넓어지게 된다. 결과적으로, 활성화 구간이 늘어난 펄스 폭 변조 신호(PWMS)가 생성될 수 있다. 다시 말해, DC 값을 가지는 밝기 표시 신호(REF)의 레벨에 따라 제 2 톱니파 신호(STW2)와의 교점의 위치가 달라지고, 그에 따라 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간의 길이도 달라질 수 있다. 이때 제 2 톱니파 신호(STW2)는 음의 기울기를 가질 수 있다. 그러면 출력되는 광의 조도가 낮을 때 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간을 늘릴 수 있다. 전술한 바와 같이 발광 다이오드의 밝기는 소자에 흐르는 전류에 비례하고, 따라서 발광 다이오드 조명 장치의 핵심은 전류를 일정하게 유지하는 것이다. 시간의 경과에 따라 전원을 공급하는 배터리가 방전됨에 따라 제 1 전원 전압(POW1)의 레벨이 감소될 수 있다. 그러면 발광 다이오드 소자(LED)에 흐르는 전류의 크기가 감소하고 출력되는 광의 조도는 낮아질 수 있다. 이때 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간을 늘려 발광 다이오드 회로(400) 내에 포함되는 적어도 하나의 트랜지스터가 턴온되는 시간을 늘리고, 따라서 발광 다이오드 소자(LED)에 전류가 흐르는 시간을 늘림으로써 출력되는 광의 조도를 다시 높일 수 있다. 즉 전류의 크기는 작아지되 흐르는 시간을 늘려 LED에 흐르는 전류의 총량을 일정하게 유지시키는 것이다. 전술한 바와 같이, 제 2 톱니파 신호(STW2)의 주파수, 즉 주기(T)는 도 1의 DC-DC 변환 회로(200)에 포함되는 커패시터의 커패시턴스에 의해 결정될 수 있고, 도 7c에 도시된 바와 같이 펄스 폭 변조 신호(PWMS)는 제 2 톱니파 신호(STW2)와 동기화되어 같은 주기(T)를 가질 수 있다.
도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 7a의 발광 다이오드 회로에서 출력되는 광의 조도가 높을 때 밝기를 제어하는 동작을 나타내는 그래프이다.
도 7a 및 7d를 참조하면, 발광 다이오드 소자(LED)에 흐르는 전류의 크기가 증가하면 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)의 평균값이 증가할 수 있다. 즉, 피드백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)의 피크값의 크기가 커질 수 있다. 이어서, 피드 백 펄스 폭 변조 신호(FB_PWM)를 적분한 밝기 표시 신호(REF)의 레벨도 증가하게 되고, 제 2 톱니파 신호(STW2)와 밝기 표시 신호(REF)가 한 주기(T) 안에서 만나는 두 교점 간의 간격이 좁아지게 된다. 결과적으로, 활성화 구간이 줄어든 펄스 폭 변조 신호(PWMS)가 생성될 수 있다. 이때 제 2 톱니파 신호(STW2)는 음의 기울기를 가질 수 있다. 그러면 출력되는 광의 조도가 높을 때 펄스 폭 변조 신호(PWMS)의 활성화 구간을 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 발광 다이오드 조명 장치가 연결되어 사용되는 실시예를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 복수의 발광 다이오드 조명 장치 유닛(810, 820, 830)들이 직렬 또는 병렬로 연결되고, 각각의 발광 다이오드 조명 장치 유닛(810, 820, 830)마다 밝기 제어 회로를 구비할 수 있다. 흔히 가로등 등으로 사용되는 발광 다이오드 조명 장치의 경우 수십 내지 수백 개의 발광 다이오드를 연결하여 사용하고, 일반적으로 중앙에서 마이컴 등을 통해 발광 다이오드의 밝기를 유지 및 제어한다. 그러나 연결된 가로등이 많아지면 발광 다이오드 간의 거리가 멀어지고 그 결과 전원 소스와의 거리가 멀어지게 되므로 중앙에서 밝기를 제어하는 방식은 한계가 있다. 특히 원거리에 있는 발광 다이오드의 경우 중앙에서 효율적으로 밝기를 제어하는데 어려움이 있다. 반면에 도 8의 발광 다이오드 조명 장치(80)의 경우, 각각의 발광 다이오드 조명 장치 유닛(810, 820, 830)마다 밝기 제어 회로를 구비하여 독립적으로 발광 다이오드의 밝기를 제어할 수 있다.
본 발명은 발광 다이오드 소자를 이용하는 발광 다이오드 조명 장치에 다양하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 가로등(street-light), 손전등(flash-light), 무영등(astral-lamp), 액정 디스플레이 장치의 후면등(back-light) 등의 발광 다이오드 조명 장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 배열로 구성된 리튬배터리팩을 단 시간에 충전하는 다채널 충전 장치에도 이용될 수 있다.
상기에서는 본 발명을 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.
100: 전원 공급 회로 200: DC-DC 변환 회로
300: 밝기 제어 회로 400: 발광 다이오드 회로
500: 메인 컨트롤러

Claims (10)

  1. DC-DC 변환 회로에서 제공된 제 1 톱니파 신호를 반전 및 증폭하여 제 2 톱니파 신호를 생성하는 반전회로; 및
    상기 제 2 톱니파 신호를 수신하고, 상기 제 2 톱니파 신호와 밝기 표시 신호를 비교하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하고 상기 펄스 폭 변조 신호를 발광 다이오드 회로에 제공하는 비교 회로를 포함하고,
    상기 비교 회로는,
    비반전단자, 반전단자, 및 출력단을 구비한 비교기;
    전원 전압과 접지 사이에 서로 직렬 연결되는 제 1 및 제 2 저항을 포함하고, 상기 제 2 톱니파 신호를 수신하여 DC 오프셋을 부가한 뒤 상기 비교기의 비반전단자에 제공하는 DC 오프셋 회로;
    상기 비교기의 반전단자에 연결되는 출력단을 구비하고, 피드백 펄스 폭 변조 신호를 적분하여 상기 밝기 표시 신호를 생성하여 상기 비교기의 반전단자에 제공하는 적분 회로; 및
    상기 비교기의 출력단과 상기 전원 전압 사이에 연결되는 풀-업(pull-up) 저항을 포함하는 발광 다이오드 밝기 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 2 톱니파 신호는 음의 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 밝기 제어 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비교기는 상기 제 2 톱니파 신호와 상기 밝기 표시 신호를 비교하여 상기 제 2 톱니파 신호의 레벨이 상기 밝기 표시 신호의 레벨보다 보다 클 경우 상기 풀-업 저항에 의해 상기 비교기의 전원 전압 값을 상기 펄스 폭 변조 신호로서 출력하고, 상기 제 2 톱니파 신호가 상기 밝기 표시 신호보다 작을 경우 로직 로우(logic low) 값을 상기 펄스 폭 변조 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 밝기 제어 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티비가 상기 피드백 펄스 폭 변조 신호의 평균값에 따라 변하면서 상기 발광 다이오드 회로로부터 출력되는 광의 밝기를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 밝기 제어 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 피드백 펄스 폭 변조 신호의 평균값이 감소할 경우 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간이 늘어나고, 상기 피드백 펄스 폭 변조 신호의 평균값이 증가할 경우 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간이 줄어드는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 밝기 제어 회로.
  6. 제 1 전원 전압을 공급하는 전원 공급 회로;
    상기 제 1 전원 전압을 수신하고, 제 2 전원 전압 및 제 1 톱니파 신호를 공급하는 DC-DC 변환 회로;
    상기 제 2 전원 전압 및 상기 제 1 톱니파 신호를 수신하고, 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 밝기 제어 회로; 및
    상기 펄스 폭 변조 신호를 수신하고, 상기 밝기 제어 회로에 피드백 펄스 폭 변조 신호를 제공하는 발광 다이오드 회로를 포함하고,
    상기 밝기 제어 회로는 상기 DC-DC 변환 회로에서 제공된 상기 제 1 톱니파 신호를 반전 및 증폭하여 제 2 톱니파 신호를 생성하는 반전 회로; 및
    상기 제 2 톱니파 신호를 수신하고, 상기 제 2 톱니파 신호와 밝기 표시 신호를 비교하여 상기 펄스 폭 변조 신호를 생성하여 상기 발광 다이오드 회로에 제공하는 비교 회로를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 DC-DC 변환 회로는 상기 DC-DC 변환 회로에 포함되는 커런트 미러(current mirror)를 사용하여 상기 제 1 톱니파 신호를 상기 반전 회로에 제공하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제 1 톱니파 신호의 주파수는 상기 DC-DC 변환 회로에 포함되는 커패시터의 커패시턴스에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 발광 다이오드 회로로부터 출력되는 광의 밝기는 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화 구간의 길이에 비례하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 신호의 활성화구간에서 상기 발광 다이오드 회로에 포함되는 적어도 하나의 트랜지스터가 턴온되고, 상기 펄스 폭 변조 신호의 비활성화 구간에서 상기 적어도 하나의 트랜지스터가 턴오프되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
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