KR101517225B1 - 엘이디 모듈 구동 장치 - Google Patents

Abstract

엘이디 모듈 구동장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치는 직렬 연결된 복수의 엘이디 소자를 가진 엘이디 모듈부와, 교류 전원을 입력받아 직류로 정류하며 정류된 전원을 상기 엘이디 모듈부로 공급하는 정류부와, 상기 엘이디 모듈부와 상기 정류부의 타단 사이에 연결되어 정전류를 제공하는 전류 제어부를 포함하는 엘이디 모듈 구동장치에 있어서, 전류 제어부는, 엘이디 모듈부를 통과한 맥류를 이용하여 스위칭하는 스위칭부와, 엘이디 모듈부를 흐르는 부하전류를 검출하고, 검출된 부하전류의 크기에 따라 스위칭부로부터 출력되는 스위칭전압을 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압으로 변환하여 출력하는 제어전압 출력부 및 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압에 의해 제어되어 정전류를 제공하는 정전류 구동부;를 포함하고, 제어전압 출력부는, 엘이디 모듈부에 흐르는 전류를 검출하는 션트 저항과, 션트 저항에 걸리는 전압과 기준전압을 비교하여 비교결과에 따라 서로 다른 레벨의 전압신호를 출력하는 비교기와, 비교기로부터 출력된 전압신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프되고, 턴 온 또는 턴 오프 동작 상태에 따라 스위칭부로부터 출력되는 스위칭전압을 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압으로 전환시키는 스위치를 포함한다.

Description

엘이디 모듈 구동 장치{DEVICE OF OPERATING LIGHTING EMITTING DIODE MODULE}

본 발명은 엘이디 모듈 구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개의 발광 다이오드(LIGHTING EMITTING DIODE ; 이하 엘이디)가 순방향으로 연결된 엘이디 모듈을 구동시키는 엘이디 모듈 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 엘이디 모듈 구동장치는 엘이디 모듈에 교류전원을 공급하여 엘이디 모듈을 구동시킨다.

엘이디 모듈은 복수의 엘이디 소자가 직렬, 병렬 혹은 직병렬로 연결되어 구성되는데, 엘이디 소자는 순방향의 직류 전류로 점등되고 인가되는 전압의 변동에 따라 소비 전력이 크게 변동하는 특징이 있다.

교류전원의 상승으로 엘이디 모듈에 인가되는 교류전압이 상승하면 엘이디 소자에는 정격전류 이상의 과도한 전류가 흐르게 되어 엘이디 모듈이 과열됨에 따라 엘이디 소자의 수명을 크게 단축시킨다.

또한, 교류전압이 기준전압 이하가 되어 엘이디 소자에 인가되는 교류전압이 낮아지면 엘이디 소자에는 정격전류 이하의 과소한 전류가 흘러 엘이디 소자의 빛의 밝기가 어두워져 조명으로 사용하기에는 부적합하게 되고 교류전압이 불균일한 경우에 빛이 떨리는 현상이 발생하여 조명으로 사용하기에 적합하지 않다.

예를 들면, 기존의 엘이디 모듈 구동장치는 교류전압을 브리지 다이오드의 두 입력 단자로 인가하고, 브리지 다이오드에 의하여 정류된 전류를 션트 저항으로 보내며, 이 션트 저항에 의하여 제어된 전류에 따라 엘이디 모듈이 발광하도록 구동하는 구조이다.

이와 같이 션트 저항의 전류 제어에 의한 기존의 엘이디 모듈 구동장치는 매우 쉽고 간단한 구조로 되어 있으나, 엘이디 모듈에 정전류를 공급하기 위해서는 교류전압이 항상 정전압으로 공급되어야 하는 단점이 있다. 교류전압은 상용 계통의 전압으로 일예로, 10~20% 수준의 전압 변동률을 가지며, 공장 밀집 지역 또는 상업 지역에서의 전압 변동률은 이보다 더 큰 전압 변동률을 가질 수 있다.

따라서, 기존에는 엘이디 소자의 수명과 빛 특성을 확보하기 위한 정전류 구동이 매우 제한적이며 따라서, 빛의 흔들림 현상인 플리커(flicker) 등을 유발할 수 있고, 온도에 따라 변화하는 엘이디 소자의 동작전압을 일정하게 유지하지 못하여 엘이디 모듈의 수명을 단축시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 교류전원의 전압이 변동되더라도 엘이디 모듈에 정전류를 흐르게 할 수 있는 엘이디 모듈 구동장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 직렬 연결된 복수의 엘이디 소자를 가진 엘이디 모듈부와, 교류 전원을 입력받아 직류로 정류하며 정류된 전원을 상기 엘이디 모듈부로 공급하는 정류부와, 상기 엘이디 모듈부와 상기 정류부의 타단 사이에 연결되어 정전류를 제공하는 전류 제어부를 포함하는 엘이디 모듈 구동장치에 있어서, 상기 전류 제어부는, 상기 엘이디 모듈부를 통과한 맥류를 이용하여 스위칭하는 스위칭부; 상기 엘이디 모듈부를 흐르는 부하전류를 검출하고, 상기 검출된 부하전류의 크기에 따라 상기 스위칭부로부터 출력되는 스위칭전압을 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압으로 변환하여 출력하는 제어전압 출력부; 및 상기 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압에 의해 제어되어 정전류를 제공하는 정전류 구동부;를 포함하고, 상기 제어전압 출력부는, 상기 엘이디 모듈부에 흐르는 전류를 검출하는 션트 저항; 상기 션트저항에서 출력되어 비반전 입력단자에 입력되는 전압과 반전 입력단자에 입력되는 전압을 비교하여 비교결과에 따라 서로 다른 레벨의 전압신호를 출력하는 비교기; 상기 비교기로부터 출력된 전압신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프되고, 턴 온 또는 턴 오프 동작 상태에 따라 상기 스위칭부로부터 출력되는 스위칭전압을 상기 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압으로 전환시키는 스위치; 및 부 온도계수(Negative Temperature Coefficient)를 갖으며, 상기 비교기의 반전 입력단자에 캐소드가 연결된 제너다이오드;를 포함하는 엘이디 모듈 구동장치가 제공될 수 있다.

삭제

또한, 상기 비교기는 상기 입력전압이 상기 제너다이오드의 제너전압보다 높으면 상기 스위치를 턴 온 시키도록 하이신호를 출력하고, 상기 입력전압이 상기 제너다이오드의 제너전압보다 낮으면 상기 스위치를 턴 오프시키도록 로우신호를 출력할 수 있다.

삭제

또한, 상기 제너다이오드는 대표 제너전압(Typical zener voltage) 기준으로 2.4V 내지 5.6V 범위의 전압값을 가진 제너다이오드일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 직렬 연결된 복수의 엘이디 소자를 가진 엘이디 모듈부에 정전류를 공급하는 엘이디 모듈 구동장치에 있어서, 교류전압을 직류전압으로 정류하여 상기 엘이디 모듈부로 공급하는 정류부; 상기 정류부에서 출력된 전압을 상기 엘이디 모듈부에 공급하거나 차단하는 제1 스위치; 상기 엘이디 모듈부에 흐르는 전류를 검출하는 션트저항; 상기 션트저항에서 출력되어 비반전 입력단자에 입력되는 전압과 반전 입력단자에 입력되는 전압을 비교하여 상기 비반전 입력단자에 입력된 전압값이 상기 반전 입력단자에 입력된 전압값보다 높으면 하이신호를 출력하고, 상기 비반전 입력단자에 입력된 전압값이 상기 반전 입력단자에 입력된 전압값보다 낮으면 로우신호를 출력하는 비교기; 상기 비교기의 반전 입력단자에 캐소드가 연결되고 부 온도계수(Negative Temperature Coefficient)를 갖는 제너다이오드; 및 상기 비교기에서 출력된 하이신호에 의해 턴 온되어 상기 엘이디 모듈부에 공급되는 전압이 차단되도록 상기 제1 스위치를 턴 오프시키고, 상기 비교기에서 출력된 로우신호에 의해 턴 오프되어 상기 엘이디 모듈부에 전압이 공급되도록 상기 제1 스위치를 턴 오프시키는 제2 스위치; 를 포함하는 엘이디 모듈 구동장치가 제공될 수 있다.

삭제

또한, 상기 제1 스위치와 연결되는 제3 스위치와, 상기 제3 스위치를 턴 온시키기 위한 제2 제너다이오드를 포함하고, 상기 제1 스위치 및 제3 스위치는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 FET(Field Effect Transistor)이고, 상기 제1 스위치는 드레인단이 상기 엘이디 모듈부의 일측과 연결되고, 소스단이 상기 션트저항의 일측과 연결되고, 상기 제3 스위치는 드레인단이 상기 제1 스위치의 드레인단과 연결되고, 게이트단과, 상기 제1 스위치의 드레인단과 연결된 드레인단이 제1저항을 개재하여 연결되며, 소스단이 제2저항을 개재하여 상기 제1 스위치의 게이트단에 연결되며, 상기 제3 스위치의 소스단에는 상기 제3 스위치에 게이트전압을 제공하도록 상기 제2 제너다이오드의 캐소드가 연결되며, 상기 제2 제너다이오드의 애노드는 상기 정류부의 일측과 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 엘이디 모듈부를 통과한 후 제2 스위치로 입력되는 전류에 대한 정전류 제어를 비교기(U1)와 제3 스위치(Q1)를 이용하여 수행함으로써 교류전원이 변동되더라도 보다 효과적인 정전류 제어를 수행할 수 있고 회로 구성을 단순화할 수 있으며 회로 구성 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 비교기의 기준전압에 사용되는 제너다이오드(ZD2)를 온도 상승시 제너전압이 낮아지는 효과가 나타내는 6V 미만의 제너다이오드를 사용함으로써 온도가 상승하더라도 낮은 제너전압을 유지할 수 있다. 이로 인해 션트 저항(R4)의 전압값을 더욱 민감하게 받아들일 수 있어 보다 효과적인 정전류 제어를 수행할 수 있고 소비전력을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 제어회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치에서 비교기(U1)가 하이신호 또는 로우신호를 출력하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치에서 비교기(U1)의 출력신호가 로우신호일 때 제3 스위치가 턴 오프되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치에서 비교기(U1)의 출력신호가 하이신호일 때 제3 스위치가 턴 온되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 전압과 전류의 파형도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 제2 제너다이오드를 6V 미만의 제너전압을 갖는 제너다이오드로 사용하고 평균온도 25도일 때 엘이디 모듈부에 흐르는 전류 및 그 전류의 실효값을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 제2 제너다이오드를 6V 미만의 제너전압을 갖는 제너다이오드로 사용하고 평균온도 85도일 때 엘이디 모듈부에 흐르는 전류 및 그 전류의 실효값을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 제2 제너다이오드에 적용될 수 있는 제품의 전기적인 특성을 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 제2 제너다이오드에 적합한 온도변화 특성을 가진 제너다이오드를 선정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 제어회로도이다.

도 1을 참조하면, 엘이디 모듈 구동장치는 정류부(10), 엘이디 모듈부(20), 전류 제어부(30)를 포함한다.

정류부(10)는 입력되는 교류전원을 정류한다.

정류부(10)는 교류 전원을 입력받아 직류로 정류하는 정류 회로이다. 예를 들면, 정류부(10)는 4개의 다이오드를 사용한 브리지 다이오드(BD1)를 포함할 수 있다. 브리지 다이오드(BD1)는 입력된 교류전압을 맥류전압으로 정류한다. 정류부(10)는 브리지 다이오드(BD1)를 예시하였으나, 다양한 형태의 공지의 정류회로가 사용될 수 있다.

정류부(10)에 의해 정류된 전압은 엘이디 모듈부(20)에 공급된다.

엘이디 모듈부(20)는 일측이 정류부(10)와 연결되고, 타측이 전류 제어부(30)와 연결된다.

엘이디 모듈부(20)는 복수의 엘이디 소자를 포함할 수 있다. 엘이디 모듈부(20)의 복수의 엘이디 소자는 브리지 다이오드(BD1)로부터의 정류된 전압에 따라 발광할 수 있다. 엘이디 모듈부(20)는 직렬 연결된 복수 엘이디 소자를 포함하며, 병렬 연결된 복수의 엘이디 소자의 복수 세트가 직렬로 연결된 구조도 가능하다. 이와 같이, 복수의 엘이디 소자는 직렬, 병렬 혹은 직병렬 중 적어도 어느 하나의 조합으로 연결될 수 있다. 또한, 엘이디 모듈부(20)의 복수의 엘이디 소자는 단방향 혹은 양방향 중 적어도 어느 하나의 조합으로 연결될 수 있다.

전류 제어부(30)는 스위칭부(31), 제어전압 출력부(32) 및 정전류 구동부(33)를 포함한다.

스위칭부(31)는 일측이 엘이디 모듈부(20)의 출력측과 정류부(10)의 타측 사이에 직렬 연결된 제1 저항(R1) 및 제1 제너다이오드(ZD1), 이 제1 제너다이오드(ZD1)의 제1 제너전압(VZ1)에 의해 온 또는 오프되는 제1 스위치(M1)를 포함한다. 여기서, 제1 스위치(M1)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)일 수 있으며, N형 MOSFET일 수 있고, 경우에 따라서는 일부 회로 변경과 함께 P형 MOSFET로 대체할 수 있다. 이외에도 FET(Field Effect Transistor)나 TR(Transistor) 등 각종 전자적인 스위치일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 제1 스위치(M1)는 MOSFET로 한정하여 설명한다.

제1 스위치(M1)는 제1 저항(R1)의 양단에 게이트 단자(G)와 드레인 단자(D)가 연결되고, 나머지 단자인 소스 단자(S)는 제어전압 출력부(32)와 연결된다.

제1 스위치(M1)는 엘이디 모듈부(20)에 공급되는 전압이 소정 레벨을 초과하면 제1 제너다이오드(ZD1)의 양단은 제1 제너전압(VZ1)을 유지하고, 제1 스위치(M1)은 이 제1 제너전압(VZ1)에 의해 턴 온된다. 이때, 제1 스위치(M1)이 턴 온되면 제1 스위치(M1)의 소스 단자(S)에 제1 제너전압(VZ1)에 상응하는 레벨의 전압이 출력된다. 후술하겠지만, 제2 스위치(M2)는 제1 스위치(M1)의 소스 단자(S)로부터 출력된 전압에 의해 제2 스위치(M2)가 턴 온된다.

정전류 구동부(33)는 일측이 엘이디 모듈부(20)와 연결되고, 타측이 제어전압 출력부(32) 및 정류부(10)와 연결되고, 제어전압 출력부(32)의 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압에 따라 동작 영역을 달리하는 제2 스위치(M2)를 포함한다.

제2 스위치(M2)는 제1 스위치(M1)과 마찬가지로 MOSFET일 수 있으며, N형 MOSFET일 수 있고, 경우에 따라서는 일부 회로 변경과 함께 P형 MOSFET로 대체할 수 있다. 또한, FET나 TR 등 각종 전자적인 스위치일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 제2 스위치(M2)는 MOSFET로 한정하여 설명한다.

제2 스위치(M2)는 엘이디 모듈부(20)의 출력측에 드레인 단자(D)가 연결되고, 제1 스위치(M1)의 소스 단자(S)에 제2 저항(R2)를 개재하여 게이트 단자(G)가 연결되며, 제어전압 출력부(33)의 션트 저항(R4)에 소스 단자(S)가 연결된다.

제어전압 출력부(32)는 엘이디 모듈부(20)를 흐르는 부하전류를 검출하고, 검출된 부하전류의 크기에 따라 스위칭부(31)로부터 출력되는 스위칭 전압을 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압으로 변환하여 출력한다.

제어전압 출력부(32)는 션트 저항(R4), 비교기(U1), 제3 스위치(Q1)를 포함한다.

션트 저항(R4)는 엘이디 모듈부(20)에 흐르는 전류를 검출할 수 있도록 제2 스위치(M2)를 통과한 전류값을 검출하는 역할을 한다. 션트 저항(R4)는 제2 스위치(M2)의 소스 단자(S)와 정류부(10)이 타측 사이에 연결된다. 션트 저항(R4)는 제2 스위치(M2)를 통과한 전류값에 대응하는 전압값이 양단에 인가된다.

비교기(U1)는 션트 저항(R4)를 통해 검출된 전류값에 대응하는 전압값과 기준 전압값을 비교하고 그 비교결과에 따라 하이신호 또는 로우신호를 출력한다. 예를 들면, 비교기(U1)는 비반전 입력단자(+)에 입력된 입력전압과 반전 입력단자(-)에 입력된 기준전압을 비교하여 입력전압이 기준전압보다 크면 하이(Hihg)신호를 출력하고, 입력전압이 기준전압보다 적으면 로우(Low)신호를 출력한다.

비교기(U1)의 비반전 입력단자(+)는 저항(R3)를 개재하여 션트 저항(R4)의 일측과 연결된다. 이 션트 저항(R4)의 일측은 제2 스위치(M2)의 소스단자와 션트 저항(R4) 사이의 접속점일 수 있다. 비교기(OP1)의 반전 입력단자(-)는 제2 제너다이오드(ZD2)를 개재하여 션트 저항(R4)의 타측과 연결된다. 제2 제너다이오드(ZD2)의 캐소드(Cathode)는 비교기(U1)의 반전 입력단자(-)와 연결되고, 애노드(Anode)는 션트 저항(R4)의 타측과 연결된다. 비교기(U1)의 (+) 전원단자는 저항(R2)의 타측에 연결되고, (-) 전원단자는 접지측에 연결된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치에서 비교기(U1)가 하이신호 또는 로우신호를 출력하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 비교기(U1)는 비반전 입력단자(+)에 입력된 입력전압(VR 4)와 반전 입력단자(-)에 입력된 기준전압(VZ2)를 비교하여 입력전압(VR4)이 기준전압(VR4)보다 크면 하이(High)신호를 출력하고, 입력전압(VR4)이 기준전압(VZ2)보다 적으면 로우(Low)신호를 출력한다.

다시 도 1을 참조하면, 제3 스위치(Q1)는 비교기(U1)의 출력신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치에서 비교기(U1)의 출력신호가 로우신호일 때 제3 스위치가 턴 오프되는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치에서 비교기(U1)의 출력신호가 하이신호일 때 제3 스위치가 턴 온되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제3 스위치(Q1)는 비교기(U1)의 출력신호가 하이신호일 때 턴 온되고, 출력신호가 로우신호일 때 턴 오프된다.

다시 도 1을 참조하면, 제3 스위치(Q1)는 비교기(U1)의 출력단자에 베이스 단자(B)가 연결되고, 제1 다이오드(D1)의 양단에 컬렉터 단자(C)와 이미터 단자(E)가 연결된다. 제3 스위치(Q1)의 컬렉터 단자(C)는 제1 스위치(M1)의 소스 단자(S)와 제2 저항(R2)를 개재하여 연결됨과 동시에 제2 스위치(M2)의 게이트 단자(G)에 연결된다.

제3 스위치(Q1)는 턴 오프 동작시 제1 레벨의 구동전압을 출력하고, 턴 온 동작시 제2 레벨의 구동전압을 출력한다. 제1 레벨의 구동전압은 제3 스위치(Q1)가 턴 오프 동작할 때 제1 스위치(M1)의 소스 단자(S)로부터 제2 스위치(M2)의 게이트 단자(G)에 출력되는 전압이고, 제2 레벨의 구동전압은 제3 스위치(Q1)가 단락 상태로 동작할 때 제1 스위치(M1)의 소스 단자(S)로부터 제2 스위치(M2)의 게이트 단자(G)에 출력되는 전압이다.

이하에서는 상기한 구성을 갖는 엘이디 모듈 구동장치의 제어회로의 동작을 설명한다.

정류부(10)에 의해 정류된 전압이 엘이디 모듈부(20)에 공급되면, 엘이디 모듈부(20)로부터 출력된 전류는 제1 스위치(M1)으로 흐른다. 이때, 제1 제너다이오드(ZD1) 양단은 제1 제너전압을 유지하고, 제1 스위치(M1)는 제1 제너전압에 의해 턴온된다. 제1 스위치(M1)이 턴 온되면, 제1 스위치(M1)의 소스 단자(S)와 연결된 제2 스위치(M2)의 게이트 단자(G)에 전압이 공급되어 제2 스위치(M2)도 함께 턴 온된다.

제2 스위치(M2)가 턴 온 됨에 따라 엘이디 모듈부(20)로부터 출력된 전류가 제2 스위치(M2)를 거쳐 션트 저항(R4)로 흐른다. 이때, 제2 스위치(M2)를 통과한 전류는 엘이디 모듈부(20)를 구동시키는 전류의 역할을 한다.

션트 저항(R4)에 입력된 전류는 션트 저항(R4)에 의해 전압(VR4)으로 바뀌고 이 전압(VR4)은 제3 저항(R3)를 통해 비교기(U1)의 비반전 입력단자(+)에 입력된다. 이때, 비교기(U1)의 비반전 입력단자(+)에 입력되는 전압은 제3 저항(R3)과 션트 저항(R4)에 의해 결정되는 분배 전압일 수 있다.

이와 함께 비교기(U1)의 반전 입력단자(-)에는 션트 저항(R4)의 일측과 연결된 제1 제너다이오드(ZD2)의 제2 제너전압(기준전압)(VZ2)이 입력된다.

비교기(U1)는 비반전 입력단자(+)에 입력된 전압값(VR4)이 반전 입력단자(-)에 입력된 기준전압(VZ2)보다 높으면 하이신호를 출력한다. 비교기(U1)는 비반전 입력단자(+)에 입력된 전압값(VR4)이 반전 입력단자(-)에 입력된 기준전압(VZ2)보다 낮으면 로우신호를 출력한다.

비교기(U1)의 출력신호가 로우신호이면, 제3 스위치(Q1)가 턴 오프된다. 제3 스위치(Q1)가 턴 오프되면, 제2 스위치(M2)는 제1 레벨의 구동전압에 따라 포화영역에서 동작한다. 한편, 비교기(UI)의 출력신호가 하이신호이면, 제3 스위치(Q1)가 턴 온된다. 제3 스위치(Q1)가 턴 온되면, 션트 저항(R4)에 인가되는 제어전압이 제2 스위치(M2)의 게이트 단자(G)-소스 단자(S)에 역전압 상태로 인가되어 제2 스위치(M2)는 활성영역에서 동작하며, 이에 따라, 엘이디 모듈부(20)를 흐르는 부하전류는 정전류 특성을 갖는다.

이와 같이 비교기(U1)의 출력에 따라 제3 스위치(Q1)의 게이트 전압 크기가 조절되므로 제2 스위치(M2)에 흐르는 전류를 일정하게 제어할 수 있다.

이상과 같은 방식을 이용하여 교류전압이 변동되더라도 엘이디 모듈부(20)에 정전류를 흐르게 할 수 있다. 즉, 교류전압이 높아지면 션트 저항(R4)에 걸리는 전압값도 올라가 비교기(U1)에 더 많은 전압을 가하므로 제3 스위치(Q1)을 턴 온시킴으로써 엘이디 모듈부(20)에 흐르는 전류를 제한할 수 있다(도 5 참조).

본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 구동 제어 장치에 의하면 엘이디 모듈부(20)를 통과한 후 제2 스위치(M2)로 입력되는 전류에 대한 정전류 제어를 비교기(U1)와 제3 스위치(Q1)를 이용하여 수행함으로써 보다 효과적인 정전류 제어를 수행할 수 있고 회로 구성을 단순화할 수 있으며 회로 구성 비용을 절감할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 비교기(U1)은 션트 저항(R4)에 걸리는 전압값을 읽어 들여 제2 제너다이오드(ZD2)의 제2 제너전압(VZ2)인 기준전압과 비교하고, 비교결과에 따라 서로 다른 신호를 출력한다.

제2 제너다이오드(ZD2)는 상황에 따라 기준전압을 가변할 수 있다.

제2 제너다이오드(ZD2)는 애벌런치(Avalanche)나 항복(Breakdown) 전압 특성이 낮은 전압에서 이루어지도록 도핑한 소자이다.

일반적으로 제너다이오드는 약 5V 내지 6V를 중심으로 애벌런치 (Avalanche)나 항복(Breakdown) 효과로 나누어 항복현상이 나타난다.

예를 들면, 제너다이오드는 5V 이하 또는 6V 미만에서는 (-)온도계수(부 온도계수(Negative Temperature Coefficient))를 가지고, 5V 초과 또는 6V 이상부터는 (+)온도계수(정 온도계수(Positive Temperature Coefficient))를 갖는다. 부 온도계수는 어떤 온도에 도달하면 온도 상승에 대하여 급격히 저항값이 감소하는 부 특성계수를 갖는다.

제2 제너다이오드(ZD2)를 6V 미만의 제너전압을 갖는 제너다이오드로 사용시 온도 상승으로 인하여 제2 제너다이오드(ZD2)의 제2 제너전압(Vz2)이 하강한다. 따라서, 션트 저항(R4)의 전압값을 더욱 민감하게 받아들여 소비전력이 줄어드는 현상을 보인다. 즉, 교류 전원의 변동에 의해 온도가 상승하더라도 비교기(U1)의 출력이 하이신호를 출력할 확률이 높아지므로 그 만큼 제3 스위치(Q1)를 턴 온 시킬 확률도 높아지므로 그 만큼 소비전력을 줄일 수 있다.

한편, 제2 제너다이오드(ZD2)를 6V 이상의 제너전압을 갖는 제너다이오드로 사용시 온도 상승으로 인하여 제너전압(Vz)이 상승하므로, 제3 스위치(Q1)가 턴 온되도록 비교기(U1)가 하이신호를 출력하게 하기 위해서는 비교기(U1)의 비반전 입력단자(+)에 보다 높은 전압값이 입력되어야 한다. 이를 위해서는 션트 저항(R4)에 보다 높은 전압값이 걸려야 하므로 엘이디 모듈 구동장치가 보다 둔감하게 작동한다. 즉, 비교기(U1)의 기준전압이 높아진 상태이므로 션트 저항(R4)에 보다 높은 전압값이 걸려야만 비교기(U1)가 하이신호를 출력할 수 있다. 이에 따라 제3 스위치(Q1)가 턴 오프에서 턴 온으로 스위칭 전환이 상대적으로 늦게 이루어지므로 정전류 제어가 보다 둔감하게 이루어진다.

안정적인 엘이디 모듈 구동장치를 구현하기 위해서는 예를 들면, 제2 제너다이오드를 6V 미만의 제너전압을 갖는 제너다이오드로 사용하거나 부 온도계수를 갖는 제너다이오드로 사용할 필요가 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 제2 제너다이오드를 6V 미만의 제너전압을 갖는 제너다이오드로 사용하고 평균온도 25도일 때 엘이디 모듈부에 흐르는 전류 및 그 전류의 실효값을 나타낸 그래프이다.

도 6을 참조하면, 제2 제너다이오드(ZD2)에 6V 미만의 제너전압을 갖는 제너다이오드를 사용했을 때 엘이디 모듈부(20)에 도통되는 전류 및 그 전류의 실효값(Root Mean Square ; RMS)을 나타낸다. 평균온도 25도를 기준으로 한 그래프이다.

전류 그래프는 제2 제너다이오드(ZD2)를 제너전압 2.7V인 제너다이오드로 사용하고, 션트 저항(R4)을 10Ω으로 사용했을 때 엘이디 모듈부(20)에 흐르는 전류 그래프이다.

실효 전류값은 약 55mA를 상회한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 제2 제너다이오드를 6V 미만의 제너전압을 갖는 제너다이오드로 사용하고 평균온도 85도일 때 엘이디 모듈부에 흐르는 전류 및 그 전류의 실효값을 나타낸 그래프이다.

도 7를 참조하면, 제2 제너다이오드(ZD2)에 6V 미만의 제너전압을 갖는 제너다이오드를 사용했을 때 엘이디 모듈부(20)에 도통되는 전류 및 그 전류의 실효값(Root Mean Square ; RMS)을 나타낸다. 평균온도 85도를 기준으로 한 그래프이다.

전류 그래프는 제2 제너다이오드(ZD2)를 제너전압 2.7V인 제너다이오드로 사용하고, 션트 저항(R4)을 10Ω을 사용했을 때 엘이디 모듈부(20)에 흐르는 전류 그래프이다.

도 6과 마찬가지로 실효 전류값은 약 55mA를 정도를 나타낸다.

도 6 및 도 7의 전류 그래프에서 알 수 있듯이 제2 제너다이오드(ZD2)에 6V 미만의 제너전압을 갖는 제너다이오드를 사용하면 온도가 상승하더라도 엘이디 모듈부(20)에 흐르는 전류를 낮출 수 있어 시스템적으로도 더욱 안정된 제품을 만들수 있다.

반면 6V 이상의 제너전압을 갖는 제너다이오드를 사용시 위의 현상과 반대로 온도가 상승하면 전류값이 상승한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 제2 제너다이오드에 적용될 수 있는 제품의 전기적인 특성을 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 3.6V 제너다이오드와 6.8V 이상의 제너다이오드의 온도에 따른 제너전압을 확인할 수 있다.

도 9 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 모듈 구동장치의 제2 제너다이오드에 적합한 온도변화 특성을 가진 제너다이오드를 선정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 제품명 MM3Z3V6B의 제너다이오드의 제너전압과 제너전류에 따른 온도변화를 설명하기 위한 그래프이고, 도 10은 제품명 MM3Z6V8C의 제너다이오드의 제너전압과 제너전류에 따른 온도변화를 설명하기 위한 그래프이며, 도 11은 제품명 MM3Z11VB의 제너다이오드의 제너전압과 제너전류에 따른 온도변화를 설명하기 위한 그래프이며, 도 12는 제품명 MM3Z24VB의 제너다이오드의 제너전압과 제너전류에 따른 온도변화를 설명하기 위한 그래프이며, 도 13은 제품명 MM3Z36VB의 제너다이오드의 제너전압과 제너전류에 따른 온도변화를 설명하기 위한 그래프이다.

도 9를 참조하면, MM3Z3V6B의 3.6V 제너다이오드는 동일 전류치에서 온도가 상승할수록 제너전압(VZ)이 낮아지는 것을 볼수 있다.

한편, 도 10을 참조하면, MM3Z6V8C의 6.8V 제너다이오드는 동일 전류치에서 온도가 상승할수록 제너전압(VZ)이 높아지는것을 볼 수 있다.

도 11, 도 12 및 도 13을 참조하면, MM3Z11VB , MM3Z24VB , MM3Z36B의 11V , 24V , 36V 의 제너다이오드도 동일전류치에서 온도상승에 따라 제너전압(VZ)가 상승하는 것을 볼 수 있다.

이상의 설명과 도 8에서 알 수 있듯이 제2 제너다이오드를 굵은 사각박스로 표시된 제너전압 6V 미만의 제너다이오드를 제2 제너다이오드(ZD2)를 사용할 경우, 동일 전류치에서 온도가 상승할수록 제너전압이 낮아지는 효과를 구현할 수 있어 교류전원이 변동되더라도 제3 스위치의 도통구간을 원하는 구간에 맞춰 도통이 가능하므로 보다 정밀한 정전류 제어가 가능하다. 또한, 부 온도계수를 갖는 제너다이오드로 사용해서 동일한 효과를 얻을 수 있다.

예를 들면, 제2 제너다이오드(ZD2)의 제너전압은 2.28V 내지 5.88V 범위의 전압값을 가지며, 대표 제너전압(Typical zener voltage)으로는 2.4V 내지 5.6V 범위를 만족하면 온도가 상승하더라도 제너전압이 낮아지는 효과를 만족할 수 있다.

10 : 정류부 20 : 엘이디 모듈부
30 : 전류 제어부 31 : 스위칭부
32 : 제어전압 출력부 33 : 정전류 구동부

Claims (8)

1. 직렬 연결된 복수의 엘이디 소자를 가진 엘이디 모듈부와, 교류 전원을 입력받아 직류로 정류하며 정류된 전원을 상기 엘이디 모듈부로 공급하는 정류부와, 상기 엘이디 모듈부와 상기 정류부의 타단 사이에 연결되어 정전류를 제공하는 전류 제어부를 포함하는 엘이디 모듈 구동장치에 있어서,
   상기 전류 제어부는,
   상기 엘이디 모듈부를 통과한 맥류를 이용하여 스위칭하는 스위칭부;
   상기 엘이디 모듈부를 흐르는 부하전류를 검출하고, 상기 검출된 부하전류의 크기에 따라 상기 스위칭부로부터 출력되는 스위칭전압을 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압으로 변환하여 출력하는 제어전압 출력부; 및
   상기 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압에 의해 제어되어 정전류를 제공하는 정전류 구동부;를 포함하고,
   상기 제어전압 출력부는,
   상기 엘이디 모듈부에 흐르는 전류를 검출하는 션트 저항;
   상기 션트저항에서 출력되어 비반전 입력단자에 입력되는 전압과 반전 입력단자에 입력되는 전압을 비교하여 비교결과에 따라 서로 다른 레벨의 전압신호를 출력하는 비교기;
   상기 비교기로부터 출력된 전압신호에 따라 턴 온 또는 턴 오프되고, 턴 온 또는 턴 오프 동작 상태에 따라 상기 스위칭부로부터 출력되는 스위칭전압을 상기 제1 레벨 또는 제2 레벨의 구동전압으로 전환시키는 스위치; 및
   부 온도계수(Negative Temperature Coefficient)를 갖으며, 상기 비교기의 반전 입력단자에 캐소드가 연결된 제너다이오드;를 포함하는 엘이디 모듈 구동장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 비교기는 상기 입력전압이 상기 제너다이오드의 제너전압보다 높으면 상기 스위치를 턴 온 시키도록 하이신호를 출력하고, 상기 입력전압이 상기 제너다이오드의 제너전압보다 낮으면 상기 스위치를 턴 오프시키도록 로우신호를 출력하는 엘이디 모듈 구동장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제너다이오드는 대표 제너전압(Typical zener voltage) 기준으로 2.4V 내지 5.6V 범위의 전압값을 가진 제너다이오드인 엘이디 모듈 구동장치.
6. 직렬 연결된 복수의 엘이디 소자를 가진 엘이디 모듈부에 정전류를 공급하는 엘이디 모듈 구동장치에 있어서,
   교류전압을 직류전압으로 정류하여 상기 엘이디 모듈부로 공급하는 정류부;
   상기 정류부에서 출력된 전압을 상기 엘이디 모듈부에 공급하거나 차단하는 제1 스위치;
   상기 엘이디 모듈부에 흐르는 전류를 검출하는 션트저항;
   상기 션트저항에서 출력되어 비반전 입력단자에 입력되는 전압과 반전 입력단자에 입력되는 전압을 비교하여 상기 비반전 입력단자에 입력된 전압값이 상기 반전 입력단자에 입력된 전압값보다 높으면 하이신호를 출력하고, 상기 비반전 입력단자에 입력된 전압값이 상기 반전 입력단자에 입력된 전압값보다 낮으면 로우신호를 출력하는 비교기;
   상기 비교기의 반전 입력단자에 캐소드가 연결되고 부 온도계수(Negative Temperature Coefficient)를 갖는 제너다이오드; 및
   상기 비교기에서 출력된 하이신호에 의해 턴 온되어 상기 엘이디 모듈부에 공급되는 전압이 차단되도록 상기 제1 스위치를 턴 오프시키고, 상기 비교기에서 출력된 로우신호에 의해 턴 오프되어 상기 엘이디 모듈부에 전압이 공급되도록 상기 제1 스위치를 턴 오프시키는 제2 스위치; 를 포함하는 엘이디 모듈 구동장치.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,
   상기 제1 스위치와 연결되는 제3 스위치와, 상기 제3 스위치를 턴 온시키기 위한 제2 제너다이오드를 포함하고,
   상기 제1 스위치 및 제3 스위치는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 또는 FET(Field Effect Transistor)이고,
   상기 제1 스위치는 드레인단이 상기 엘이디 모듈부의 일측과 연결되고, 소스단이 상기 션트저항의 일측과 연결되고,
   상기 제3 스위치는 드레인단이 상기 제1 스위치의 드레인단과 연결되고, 게이트단과, 상기 제1 스위치의 드레인단과 연결된 드레인단이 제1저항을 개재하여 연결되며, 소스단이 제2저항을 개재하여 상기 제1 스위치의 게이트단에 연결되며,
   상기 제3 스위치의 소스단에는 상기 제3 스위치에 게이트전압을 제공하도록 상기 제2 제너다이오드의 캐소드가 연결되며,
   상기 제2 제너다이오드의 애노드는 상기 정류부의 일측과 연결되는 것을 특징으로 하는 엘이디 모듈 구동장치.

Images