KR101184148B1 - 발광다이오드 시스템 및 발광다이오드 모듈 개수 인식 방법 - Google Patents

발광다이오드 시스템 및 발광다이오드 모듈 개수 인식 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 병렬로 연결되는 발광다이오드 모듈의 개수를 결정하는 사용할 수 있는 모듈 개수 인식 보조블록을 포함하는 단위 발광다이오드 모듈을 개시(introduce)한다. 상기 단위 발광다이오드 모듈은, 발광다이오드 어레이 및 모듈 개수 인식 보조블록을 포함한다. 상기 발광다이오드 어레이는 복수 개의 발광다이오드가 직렬로 연결된 적어도 2개의 발광다이오드 라인들이 병렬로 연결되어 있다. 상기 모듈 개수 인식 보조블록은 제1 검출단자 및 제2 검출단자 사이에 배치된 수동소자를 포함한다. 상기 수동소자는 상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자로부터 인가되는 모듈 개수 인식용 신호에 대한 응답특성을 상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자를 통해 표시한다.

Description

발광다이오드 시스템 및 발광다이오드 모듈 개수 인식 방법{light emitting diode system and the method for detecting the number of a light emitting diode module}
본 발명은 발광다이오드 시스템에 관한 것으로, 특히 병렬로 연결되는 발광다이오드 모듈에 병렬로 연결되는 발광다이오드 모듈의 개수를 인식하는데 사용되는 모듈 개수 인식 보조블록을 구비하는 발광다이오드 모듈을 구비하는 발광다이오드 시스템에 관한 것이다.
발광다이오드가 사용되는 시스템에는 복수 개의 발광다이오드 어레이가 사용된다. 발광다이오드 어레이는 복수 개의 발광다이오드 라인을 포함하는데, 각각의 발광다이오드 라인은 직렬로 연결된 복수 개의 발광다이오드를 포함한다. 발광다이오드 라인에 포함되는 발광다이오드의 개수는 공급되는 전압의 크기를 감안하여 한정되는 것이 일반적이다. 따라서 상당한 크기의 발광다이오드 시스템을 구현하기 위해서는 복수 개의 발광다이오드 어레이가 사용되어야 한다.
복수 개의 발광다이오드 어레이는 하나의 전원으로부터 전력을 공급받는 것이 일반적이다. 해당 전원에 복수 개의 발광다이오드 모듈이 직렬로 연결되는 경우 전압의 크기는 크게 되는 단점이 있기 때문에, 복수 개의 발광다이오드 모듈이 병렬로 연결하여 사용한다. 또한 복수 개의 발광다이오드 모듈에는 전압이 아닌 전류의 형태로 전력을 공급한다. 이는 발광다이오드 모듈에서 발생 되는 열에 의하여 각각의 발광다이오드 모듈에 강하되는 전압의 크기는 서로 다르게 되는 문제가 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.
하나의 발광다이오드 모듈에 공급하여야 하는 전류의 양은 일정하므로, 병렬로 연결되는 발광다이오드 모듈의 개수는 공급하는 전류의 양을 결정하는데 가장 중요한 요인이 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 병렬로 연결되는 발광다이오드 모듈의 개수를 결정하는 사용할 수 있는 모듈 개수 인식 보조블록을 포함하는 단위 발광다이오드 모듈을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 병렬로 연결되는 발광다이오드 모듈의 개수를 인식하고, 이에 따라 발광다이오드 모듈 전체에 공급되는 정전류의 크기를 제어하는 발광다이오드 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 병렬로 연결되는 발광다이오드 모듈의 개수를 인식하고, 이에 따라 발광다이오드 모듈 전체에 공급되는 정전류의 크기를 제어하는 발광다이오드 모듈 개수 인식 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 단위 발광다이오드 모듈은, 발광다이오드 어레이 및 모듈 개수 인식 보조블록을 포함한다. 상기 발광다이오드 어레이는 복수 개의 발광다이오드가 직렬로 연결된 적어도 2개의 발광다이오드 라인들이 병렬로 연결되어 있다. 상기 모듈 개수 인식 보조블록은 제1 검출단자 및 제2 검출단자 사이에 배치된 수동소자를 포함한다. 상기 수동소자는 상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자로부터 인가되는 모듈 개수 인식용 신호에 대한 응답특성을 상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자를 통해 표시한다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 발광다이오드 시스템은, 발광다이오드 모듈 블록 및 전원 제어장치를 포함한다. 상기 발광다이오드 모듈 블록은 복수 개의 발광다이오드를 포함하는 발광다이오드 어레이 및 제1 검출단자 및 제2 검출단자 사이에 설치된 모듈 개수 인식 보조블록을 포함하는 적어도 2개의 단위 발광다이오드 모듈이 병렬로 연결되어 있다. 상기 전원 제어장치는 상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자에 모듈 개수 인식용 신호를 공급하고 상기 모듈 개수 인식용 신호에 대한 상기 모듈 개수 인식 보조블록의 응답특성을 이용하여 정전류를 생성하고, 상기 정전류를 상기 발광다이오드 모듈 블록에 공급하는 기능을 수행한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 모듈 개수 인식 방법은, 복수 개의 발광다이오드를 포함하는 발광다이오드 어레이 및 제1 검출단자 및 제2 검출단자 사이에 설치된 모듈 개수 인식 보조블록을 포함하는 적어도 2개의 단위 발광다이오드 모듈이 병렬로 연결되어 있는 발광다이오드 모듈 블록 및 상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자에 모듈 개수 인식용 신호를 공급하고 상기 모듈 개수 인식용 신호에 대한 상기 모듈 개수 인식 보조블록의 응답특성을 이용하여 정전류를 생성하고, 상기 정전류를 상기 발광다이오드 모듈 블록에 공급하는 전원 제어장치를 구비하는 발광다이오드 시스템에 적용되며, 모듈 개수 인식용 신호를 상기 모듈 개수 인식 보조블록에 공급하는 모듈 개수 인식용 신호 공급단계, 상기 모듈 개수 인식용 신호에 대한 상기 모듈 개수 인식 보조블록의 응답특성을 검출하는 응답특성 검출단계 및 상기 검출된 응답특성을 이용하여 병렬로 연결된 상기 발광다이오드 모듈의 개수를 인식하는 모듈 개수 인식단계를 포함한다.
본 발명은 특별한 장치를 추가하거나 직접 제어하지 않더라도, 정전류원이 전류를 공급하는 병렬로 연결된 발광다이오드 블록의 개수를 간단한 방법으로 인식하고, 인식된 개수를 반영하여 공급하여야 하는 정전류의 양을 용이하게 확정할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드 시스템을 나타낸다.
도 2는 발광다이오드 어레이의 내부회로를 나타낸다.
도 3은 모듈 개수 인식 보조블록을 구성하는 수동소자를 나타낸다.
도 4는 직렬 연결된 저항과 커패시터를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 RC회로에서 정현파신호가 저항에 인가된 경우의 파형도를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 발광다이오드 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 발광다이오드 시스템(100)은, 전원 제어장치(110) 및 발광다이오드 모듈 블록(120)을 포함한다.
발광다이오드 모듈 블록(120)은 복수 개의 발광다이오드를 포함하는 발광다이오드 어레이(122, 125, 128) 및 제1 검출단자(VCDP) 및 제2 검출단자(VCDN) 사이에 설치된 모듈 개수 인식 보조블록(123, 126, 129)을 포함하는 적어도 2개의 단위 발광다이오드 모듈(121, 124, 127)이 병렬로 연결되어 있다.
도 2는 발광다이오드 어레이의 내부회로를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 복수 개의 발광다이오드가 직렬로 연결된 발광다이오드 라인들을 복수 개 포함하며, 복수 개의 발광다이오드 라인들은 서로 병렬로 연결되어 있다.
도 3은 모듈 개수 인식 보조블록을 구성하는 수동소자를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 모듈 개수 인식 보조블록은 제1 검출단자(VCDP) 및 제2 검출단자(VCDN) 사이에 커패시터(C)를 설치함으로써 구현할 수 있다.
전원 제어장치(110)는 제1 검출단자(VCDP) 또는 제2 검출단자(VCDN)에 모듈 개수 인식용 신호를 공급하고 모듈 개수 인식용 신호에 대한 모듈 개수 인식 보조블록의 응답특성을 이용하여 정전류(iS)를 생성하고, 정전류(iS)를 상기 발광다이오드 모듈 블록에 공급하며, 정전류 생성/공급장치(111), 신호생성기(112), 저항(R), 스위치(SW) 및 검출기(113)를 구비한다.
정전류 생성/공급장치(111)는 제어신호(CON)에 응답하여 정전류(iS)를 생성하며, 신호생성기(112)는 모듈 개수 인식용 신호(TS)를 생성한다. 저항(R)은 신호생성기(112) 및 제1 검출단자(VCDP) 사이에 설치된다. 스위치(SW)는 저항(R)과 병렬 연결된다. 검출기(113)는 제1 검출단자(VCDP)에 표시되는 모듈 개수 인식 보조블록의 입력신호에 대한 응답특성을 이용하여 정전류의 양을 제어하는데 사용되는 제어신호(CON)를 생성한다. 여기서 입력신호는 저항(R) 또는 제1 검출단자(VCDP)에 직접 인가된다.
이하에서는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 발광다이오드 시스템의 동작에 대하여 설명한다.
먼저 발광다이오드 시스템을 구성하는 단위 발광다이오드 모듈(121, 124, 127)에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 단위 발광다이오드 모듈(121, 124, 127)은 종래에는 존재하지 않았던 발광다이오드 모듈이 복수 개 병렬로 연결되었을 경우 몇 개의 발광다이오드 모듈이 병렬로 연결되었는가를 인식하는데 사용하는 모듈 개수 인식 보조블록(123, 126, 129)를 구비한다. 모듈 개수 인식 보조블록(123, 126, 129)은 커패시터로 구현할 수 있는데, 이는 커패시터에 전력을 충전시키거나 방전시킬 수 있다는 특징 및 커패시터의 임피던스 특성 때문이다.
복수 개의 발광다이오드 모듈이 소비하는 전력이 동일하다고 가정하면, 정전류(iS)를 발광다이오드 모듈에 공급하는 전원 제어장치(110)로부터 생성되어 전달되는 정전류(iS)의 양은, 병렬로 연결된 발광다이오드 모듈의 개수에 따라 달라진다. 따라서, 병렬로 연결된 발광다이오드 모듈의 개수를 인식하는 것은 시스템을 운영하는데 있어서 상당히 중요한 요인이 된다.
본 발명에 따른 발광다이오드 모듈에는 2개의 검출단자(VCDN, VCDP) 사이에 설치한 모듈 개수 인식 보조블록(123, 126, 129)이 각각 포함되어 있는데, 서로 병렬로 연결되었을 때의 검출단자(VCDN, VCDP)에서의 전기적 특성이 변하는 것을 통해 병렬로 연결된 발광다이오드 모듈의 개수를 인식하는 것이다.
즉, 신호생성기(12)에서 생성된 모듈 개수 인식용 신호(TS)를 모듈 개수 인식 보조블록에 전달하면서 2개의 검출단자(VCDN, VCDP)의 전기적 특성 변화를 모니터한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 모듈 개수 인식 보조블록을 커패시터를 이용하여 구현하였다고 가정한다. 이때, 구형신호 또는 PWM신호를 저항(R)을 통해 모듈 개수 인식용 신호(TS)에 인가할 경우, 저항(R)과 커패시터의 공통단자(VCDP)에는 충전 또는 방전에 대한 정보를 모니터할 수 있다.
도 4는 직렬 연결된 저항과 커패시터를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 구형파 입력신호(Vi)가 저항(R)의 일 단자를 통해 전달될 경우, 저항(R)의 다른 일 단자와 커패시터(C)의 공통단자에서 본 출력신호(Vo)는, 저항(R)의 저항값(resistance)과 커패시터(capacitor)의 커패시턴스(capacitance)의 곱으로 정의되는 시정수(time constance) 값에 따라 충전되거나 방전되는 형태를 가진다. 즉, 출력신호의 형태에서 충전되거나 방전되는 부분의 기울기는 시정수에 의해 결정된다. 시정수(τ)는 수학식 1과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112010076765400-pat00001
수학식 1에 표시한 바와 같이, 시정수는 저항값(R)과 커패시턴스(C)의 곱에 비례하므로, 저항값이 고정되어 있을 경우 커패시턴스의 값이 변하게 되면 시정수의 값을 변하게 된다.
각각의 발광다이오드 모듈 블록에는 하나의 커패시터가 포함되어 있으므로, 이들이 병렬로 연결된다면 커패시터의 전기적 특성에 의해 전체 커패시턴스의 크기는 증가 되어, 결국 시정수의 크기가 커지게 된다. 출력신호(Vo)의 기울기는 시정수의 역수에 비례하므로, 시정수가 커진다는 것은 기울기가 완만하게 것을 의미하며 이는 충전 및 방전에 걸리는 시간이 늦어지게 된다는 것을 의미한다. 이러한 사실을 바탕으로 병렬 연결된 발광다이오드 블록의 개수를 추정할 수 있다.
도 4에 도시된 RC 회로의 구성을 도 1에 적용할 경우, 도 4에 대한 설명을 도 1에 그대로 적용할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 발광다이오드 시스템의 경우 신호생성기(112)에서 생성시킨 모듈 개수 인식용 신호를 저항(R)을 경유하여 모듈 개수 인식 보조블록에 인가시킨 후, 제1 출력단자(VCDP)에서 강하되는 신호의 형태를 통해, 병렬로 연결된 발광다이오드 모듈의 개수를 인식할 수 있다.
병렬로 연결된 발광다이오드 블록의 개수를 입출력 신호의 형태를 통해서도 인식할 수 있지만, 직렬로 연결된 RC회로의 임피던스(impedance)를 통해서도 인식할 수 있다. RC회로의 임피던스(Z)는 수학식 2와 같이 표시할 수 있다.
Figure 112010076765400-pat00002
여기서 XC는 용량성 리액턴스(capacitive reactance)를 의미한다. 도 1에 도시된 본 발명에 따른 발광다이오드 시스템의 경우, 저항(R)이 고정되어 있으므로, 커패시터의 용량성 리액턴스의 크기에 의해 임피던스의 크기가 결정된다.
도 5는 도 4에 도시된 RC회로에서 정현파신호가 저항에 인가된 경우의 파형도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 저항과 커패시터를 분리하고 저항에 정현파를 인가하였을 때 저항 양 단자 사이에서는 저항전압신호(VR)가 검출되고, 커패시터에 정현파를 인가하였을 때 커패시터 양 단자 사이에서는 커패시터전압신호(VC)가 검출e되며, 이들 사이는 서로 90도의 위상차이가 있다. 이때, 저항 양 단자 사이에서 검출되는 전압신호(VR)와 전류신호(I)의 위상은 동일하다.
그러나 저항과 커패시터를 직렬로 연결하고, 저항에 정현파를 인가하였을 때, 저항과 커패시터의 공통단자에서 검출되는 합성전압신호(VS)는 저항에 정현파를 인가하였을 때 검출되는 저항전압신호(VR)는 위상(θ) 만큼의 차이가 있다. 합성전압신호(VS)는 수학식 3과 같이 표시할 수 있고, 위상(θ)은 수학식 4와 같이 표시할 수 있다.
Figure 112010076765400-pat00003
Figure 112010076765400-pat00004
저항(R)과 병렬로 연결된 스위치(SW)가 턴 온 될 경우, 스위치가 이상적인 경우라면 저항이 0(zero)이므로, 임피던스는 용량성 리액턴스와 동일한 값을 가지게 될 것이다.
검출기(113)는 2개의 검출단자(VCDN, VCDP)의 임피던스를 측정하고 이를 미리 설정한 값과 비교하여 병렬로 연결된 발광다이오드 블록의 개수를 용이하게 인식할 수 있다. 검출기(113)는 시정수 또는 임피던스를 이용하여 병렬로 연결된 발광다이오드 블록의 개수를 인식하고, 인식된 값에 대응되는 제어신호(CON)를 생성하고, 정전류 생성/공급 장치(111)는 제어신호(CON)에 대응하는 정전류(iS)를 생성한다. 병렬 연결된 발광다이오드 블록의 개수를 알고 있고, 각각의 발광다이오드 블록이 소비하는 전력을 알 수 있다면 전체에 공급하는 정전류(iS)의 크기는 아주 간단하게 결정할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
110: 전압 제어장치 111: 정전류 생성/공급장치
112: 신호생성기 113: 검출기
120: 발광다이오드 모듈 블록
121, 124, 127: 단위 발광다이오드 블록
122, 125, 128: 발광다이오드 모듈
123, 126, 129: 모듈 개수 인식 보조블록

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 복수 개의 발광다이오드를 포함하는 발광다이오드 어레이 및 제1 검출단자 및 제2 검출단자 사이에 설치된 모듈 개수 인식 보조블록을 포함하는 적어도 2개의 단위 발광다이오드 모듈이 병렬로 연결되어 있는 발광다이오드 모듈 블록; 및
    상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자에 모듈 개수 인식용 신호를 공급하고 상기 모듈 개수 인식용 신호에 대한 상기 모듈 개수 인식 보조블록의 응답특성을 이용하여 정전류를 생성하고, 상기 정전류를 상기 발광다이오드 모듈 블록에 공급하는 전원 제어장치를 포함하고, 상기 모듈개수 인식 보조블록은,
    일 단자가 상기 제1 검출단자에 연결되고 다른 일 단자가 상기 제2 검출단자에 연결된 커패시터를 포함하는 발광다이오드 시스템.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서, 상기 전원 제어장치는,
    제어신호에 응답하여 상기 정전류를 생성하는 정전류 생성/공급장치;
    상기 모듈 개수 인식용 신호를 생성하는 신호생성기;
    상기 신호생성기 및 상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자 사이에 설치된 저항; 및
    상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자에 표시되는 상기 모듈 개수 인식 보조블록의 응답특성을 이용하여 정전류의 양을 제어하는데 사용되는 상기 제어신호를 생성하는 검출기를 포함하는 발광다이오드 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 응답특성은,
    상기 모듈 개수 인식용 신호의 충전 또는 방전 특성,
    상기 커패시터의 임피던스 값 중 하나인 발광다이오드 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 모듈 개수 인식용 신호의 충전 또는 방전 특성을 검출하는 경우에는,
    상기 검출기는 상기 신호생성기로부터 출력되는 신호와 상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자의 신호를 비교하는 발광다이오드 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 전원 제어장치는,
    상기 저항과 병렬로 연결된 스위치를 더 포함하고,
    상기 커패시터의 임피던스 값을 검출하는 경우 상기 스위치를 턴 온 시키는 발광다이오드 시스템.
  10. 제4항에 있어서, 상기 모듈 개수 인식용 신호는,
    구형파(square wave), PWM(Pulse Width Modulation) 및 정현파(sinusoid) 중 하나인 발광다이오드 시스템.
  11. 복수 개의 발광다이오드를 포함하는 발광다이오드 어레이 및 제1 검출단자 및 제2 검출단자 사이에 설치된 모듈 개수 인식 보조블록을 포함하는 적어도 2개의 단위 발광다이오드 모듈이 병렬로 연결되어 있는 발광다이오드 모듈 블록 및 상기 제1 검출단자 또는 상기 제2 검출단자에 모듈 개수 인식용 신호를 공급하고 상기 모듈 개수 인식용 신호에 대한 상기 모듈 개수 인식 보조블록의 응답특성을 이용하여 정전류를 생성하고, 상기 정전류를 상기 발광다이오드 모듈 블록에 공급하는 전원 제어장치를 구비하는 발광다이오드 시스템에 적용되며,
    모듈 개수 인식용 신호를 상기 모듈 개수 인식 보조블록에 공급하는 모듈 개수 인식용 신호 공급단계;
    상기 모듈 개수 인식용 신호에 대한 상기 모듈 개수 인식 보조블록의 응답특성을 검출하는 응답특성 검출단계; 및
    상기 검출된 응답특성을 이용하여 병렬로 연결된 상기 발광다이오드 모듈의 개수를 인식하는 모듈 개수 인식단계를 포함하는 발광다이오드 모듈 개수 인식 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    인식된 상기 발광다이오드 모듈의 개수를 이용하여 상기 정전류의 크기를 결정하는 정전류 크기 결정단계를 더 포함하는 발광다이오드 모듈 개수 인식 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 모듈 개수 인식 보조블록은,
    일 단자가 상기 제1 검출단자에 연결되고 다른 일 단자가 상기 제2 검출단자에 연결된 커패시터를 포함하는 발광다이오드 모듈 개수 인식방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 응답특성 검출단계는,
    상기 모듈 개수 인식용 신호에 대한 상기 모듈 개수 인식 보조블록의 충전 또는 방전 특성을 검출하거나,
    상기 모듈 개수 인식용 신호에 대한 상기 모듈 개수 인식 보조블록의 임피던스 값인 발광다이오드 모듈 개수 인식 방법.
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