KR101694998B1 - Ｌｅｄ 전력 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 전력 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 에에 따른 LED 전력 제어 장치는, 입력되는 1차 DC 전압을 2차 DC 전압으로 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터; 적어도 하나 이상의 LED를 포함하며, 상기 2차 DC 전압에서 소정의 제1 전압을 분배받아 구동하는 LED 모듈; 상기 2차 DC 전압에서 소정의 제2 전압을 분배받고, 상기 LED 모듈의 부하 특성에 의하여 상기 제1 전압이 가변하면, 가변된 만큼의 가변전압에 따라 상기 제2 전압의 크기가 가변하는 LED 모듈 제어부; 상기 2차 DC 전압에서 미리 고정된 제3 전압을 분배받고, 상기 LED 모듈과 상기 LED 모듈 제어부로 흐르는 정전류를 센싱하는 정전류 검출부; 및 상기 LED 모듈 제어부에 걸리는 상기 제2 전압 변화를 센싱하고, 상기 출력되는 2차 DC 전압에 상기 가변전압이 추가 또는 차감되도록 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제1 전압, 상기 제2 전압 및 상기 제3 전압의 합은, 상기 2차 DC 전압과 동일하다.

Description

ＬＥＤ 전력 제어 장치{APPARATUS FOR LED POWER CONTROL}
본 발명은 LED 전력 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LED 조명 장치의 전력을 제어하는 LED 전력 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 LED(Light Emitting Diode) 소자는 1907년 세상에 처음 알려진 후 다른 전자 소자에 비해 기술 진화의 속도가 늦게 발전되어 왔다. 하지만 20세기 후반에 들어 LED는 획기적인 기술 개발과 다양한 응용제품 적용으로 산업 전반을 넘어 인류에 있어 필수적인 반도체 발광소자로 자리잡고 있다.
LED 응용분야 확대에 있어서 최근 고 휘도, 고 신뢰성 LED를 응용하여 자동차, 조명, 디스플레이, 장신구, 완구, 인테리어 등 다양한 분야의 제품에 LED를 적용되어 제품이 출시되고 있다. 반면 LED 관련 주변기술을 살펴보면 응용 제품 개발에 비해 기술 발전이 미진하다.
본 발명은 LED 조명 장치로 제공되는 전력을 제어하여, LED 조명 장치의 초기 효율이 LED 모듈의 부하특성에 영향을 받지 않고 그대로 유지되는 LED 전력 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 복수의 LED 모듈들로 구성된 LED 조명 장치가 LED 모듈의 부하특성에 의하더라도 LED 조명 장치의 전체 효율을 개선시킬 수 있는 LED 전력 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 복수의 LED 모듈들로 구성된 LED 조명 장치에서 일부 LED 모듈이 동작하지 못하더라도, 나머지 LED 모듈을 동작시킬 수 있는 LED 전력 제어 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 LED 전력 제어 장치는 입력되는 1차 DC 전압을 2차 DC 전압으로 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터; 적어도 하나 이상의 LED를 포함하며, 상기 2차 DC 전압에서 소정의 제1 전압을 분배받아 구동하는 LED 모듈; 상기 2차 DC 전압에서 소정의 제2 전압을 분배받고, 상기 LED 모듈의 부하 특성에 의하여 상기 제1 전압이 가변하면, 가변된 만큼의 가변전압에 따라 상기 제2 전압의 크기가 가변하는 LED 모듈 제어부; 상기 2차 DC 전압에서 미리 고정된 제3 전압을 분배받고, 상기 LED 모듈과 상기 LED 모듈 제어부로 흐르는 정전류를 센싱하는 정전류 검출부; 및 상기 LED 모듈 제어부에 걸리는 상기 제2 전압 변화를 센싱하고, 상기 출력되는 2차 DC 전압에 상기 가변전압이 추가 또는 차감되도록 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 DC/DC 컨버터의 앞 단에 위치하여 상기 1차 DC 전압의 역률을 개선하는 PFC를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 LED 모듈 제어부에 걸리는 상기 제2 전압 변화를 센싱하고, 상기 센싱된 전압에서 상기 LED 모듈 제어부의 초기 전압을 차감한 가변전압을 산출하고, 상기 산출된 가변전압에 대응하는 펄스신호를 출력하는 MCU; 상기 출력된 펄스신호를 적분하여 DC 제어 신호를 출력하는 피드백 제어부; 및 상기 출력된 DC 제어 신호에 대응하는 컨버팅 제어 신호를 출력하는 스위칭 제어부;를 포함하고, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 컨버팅 제어 신호에 따라 상기 출력되는 2차 DC 전압을 가변할 수 있다.
여기서, 상기 피드백 제어부는 포토 커플러를 사용하여 상기 DC 제어 신호를 상기 스위칭 제어부로 출력할 수 있다.
여기서, 상기 컨버팅 제어 신호는 상기 DC/DC 컨버터의 입력측 온/오프를 조절할 수 있다.
여기서, 상기 LED 모듈 제어부는 MOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 MCU는 상기 MOS 트랜지스터의 드레인과 소스 사이의 전압을 센싱할 수 있다.
또한, 상기 LED 모듈, 상기 LED 모듈 제어부 및 상기 정전류 검출부를 포함하는 채널이 복수이고, 상기 복수의 채널들이 병렬 연결된 경우, 상기 제어부는 상기 복수의 LED 모듈 제어부들 각각에 걸리는 전압을 센싱하고, 센싱된 전압들 중 최소값을 갖는 LED 모듈 제어부를 선택하고, 상기 선택된 LED 모듈 제어부의 가변전압이 상기 2차 DC 전압에 추가 또는 차감되도록 상기 DC/DC 컨버터를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 센싱된 전압들 중 전압값이 ‘0’인 경우에는, 상기 ‘0’의 전압값을 갖는 LED 모듈 제어부를 상기 선택에서 제외시킬 수 있다.
본 발명에 따른 LED 전력 제어 장치를 사용하면, LED 조명 장치로 제공되는 전력을 제어하여, LED 조명 장치의 초기 효율이 LED 모듈의 부하특성에 영향을 받지 않고 그대로 유지되는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 복수의 LED 모듈들로 구성된 LED 조명 장치가 LED 모듈의 부하특성에 의하더라도 LED 조명 장치의 전체 효율을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 복수의 LED 모듈들로 구성된 LED 조명 장치에서 일부 LED 모듈이 동작하지 못하더라도, 나머지 LED 모듈을 동작시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치의 블록 구성도로서, 1채널 LED 전력 제어 장치의 블록 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치의 일 실시 예로서, 1 채널 회로 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치의 블록 구성도.
도 4는 도 3에 도시된 4채널 LED 전력 제어 장치의 회로 구성도.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치의 블록 구성도로서, 1채널 LED 전력 제어 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치(100)는 PFC(110), DC/DC 컨버터(120), LED 모듈(130), LED 모듈 제어부(140), 제어부(160)을 포함할 수 있다. 여기서, 제어부(160)는 정전류 검출부(150), MCU(161), 피드백 제어부(163) 및 스위칭 제어부(165)를 포함할 수 있다.
PFC(110)는 역률보상회로(Power Factor Correction Circuit)이다. DC/DC 컨버터(120)의 앞 단에 구성되어 DC/DC 컨버터(120)로 입력되는 1차 DC 전압의 역률을 보상한다. 이러한 PFC(110)는 PFC(110)로 입력되는 입력 전류가 PFC(110)으로 입력되는 입력 전압의 파형을 따라가도록 만듦으로써 1차 DC 전압의 역률을 보상한다.
DC/DC 컨버터(120)는 PFC(110)로부터 출력되는 1차 DC 전압을 입력받고, 스위칭 제어부(165)의 제어 신호에 따라 LED 모듈(130)을 구동하기 위한 2차 DC 전압을 생성한다. 생성된 2차 DC 전압은 직렬 연결된 LED 모듈(130), LED 모듈 제어부(140) 및 정전류 검출부(150)에 인가된다. 따라서 LED 모듈(130), LED 모듈 제어부(140) 및 정전류 검출부(150)에 걸리는 전체 전압은 2차 DC 전압과 같다.
LED 모듈(130)은 DC/DC 컨버터(120)에서 출력되는 2차 DC 전압에서 소정의 구동전압을 취하여 구동한다. LED 모듈(130)은 복수의 LED들을 포함할 수 있다. 복수의 LED들은 직렬로 연결되어 입력되는 소정의 구동전압에 의해 발광한다.
일반적으로 LED는 LED의 접합(Junction)온도에 따라 PN 접합 에너지 밴드갭이 변화하기 때문에 LED의 순방향 전압(Forward voltage, VF)이 변한다. 즉, LED의 접합온도가 상승하면, PN 접합 에너지 밴드갭이 낮아져 결과적으로 VF가 낮아진다. 반면, LED의 접합온도가 하강하면, PN 접합 에너지 밴드갭이 높아져 결과적으로 VF가 상승한다. 예를 들어, LED의 접합온도가 상온(약 25도)에서 대략 50도로 상승하면 LED의 VF가 온도 상승 전보다 약 0.1도 정도가 떨어진다. 따라서 15개의 LED가 직렬 연결된 LED 모듈(130)의 접합온도가 상온(약 25도)에서 대략 50도로 상승하면, LED 모듈(130)의 양단 전압은 온도 상승 전보다 1.5 볼트(V)정도 떨어진다. 이렇게 LED 모듈(130)의 접합온도에 따라 VF가 변경되는 것을 이하에서는 ‘LED 모듈의 부하 특성’이라고 명하도록 한다.
LED 모듈 제어부(140)의 양단 전압은 LED 모듈의 부하 특성에 따라 LED 모듈(130)에 걸리는 전압이 변경되면, 변경된 전압이 추가되거나 차감된다.
정전류 검출부(150)는 LED 모듈(130)과 LED 모듈 제어부(140)에 흐르는 정전류를 모니터링한다.
LED 모듈(130), LED 모듈 제어부(140) 및 정전류 검출부(150)의 구체적인 동작을 도 2에 도시된 회로도를 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치의 일 실시 예로서, 1 채널 회로 구성도이다.
도 2를 참조하면, LED 모듈(130)은 복수의 LED들(D1 ~ Dn)을 포함하며, 복수의 LED들(D1 ~ Dn)은 직렬 연결된다. LED 모듈 제어부(140)는 MOS 트랜지스터(M)를 포함하고, 정전류 검출부(150)는 저항(R)을 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터에서 출력되는 2차 DC 전압(VDC)은 복수의 LED들(D1 ~ Dn)의 양단 전압, MOS 트랜지스터(M)의 드레인과 소스 사이의 전압 및 저항(R)의 양단 전압의 합과 같다.
LED 모듈 제어부(140)의 기능을 갖는 MOS 트랜지스터(M)의 드레인 단자는 LED 모듈(130)의 출력단자와 연결되고, 소스 단자는 저항(R)의 일단과 연결되고, 게이트 단자로는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호가 인가된다.
정전류 검출부(150)의 기능을 갖는 저항(R)의 일단은 MOS 트랜지스터(M)의 소스 단자와 연결되고 타단은 접지된다. 저항(R)의 양단 전압은 미리 결정된 정전압이 걸린다. 따라서, 저항(R)의 저항 값이 결정되면, 정전류가 발생한다. 발생된 정전류(IDC)는 LED 모듈(130)과 LED 모듈 제어부(140)에 흐른다. 예를 들면, 저항(R)의 양단 전압이 1(V)로 고정된 경우에 저항(R)의 저항값을 10(Ω)으로 결정하면, 100mA의 정전류(IDC)가 발생하고, 발생된 100mA 전류는 LED 모듈(130)과 LED 모듈 제어부(140)에 흐른다.
MOS 트랜지스터(M)의 드레인과 소스 사이의 전압은 2차 DC 전압(VDC)에서 LED 모듈(130)의 양단 전압과 저항(R)의 양단 전압을 차감한 나머지 전압을 갖는다. 저항(R)의 양단 전압은, 앞서 설명한 바와 같이, 일정한 전압값으로 고정되므로, 결국 LED 모듈의 부하 특성에 따라 MOS 트랜지스터(M)의 드레인과 소스 사이의 전압은 결정된다.
도 2에 도시된 LED 모듈(130)과 LED 모듈 제어부(140)의 동작을 구체적인 예들을 들어서 설명하기로 한다.
LED 모듈(130)은 직렬 연결된 15개의 LED들이 패키징된 것을 사용하였다. 그리고 LED 하나당 순방향 전압(VF)은 LED의 종류에 따라 다르지만, 아래의 4가지 예들은 순방향 전압(VF)이 각각 2.9, 3.0, 3.1, 3.2(V)이다. 따라서, LED 모듈(130)의 전체 순방향 전압은 43.5, 45, 46.5, 48(V)이 된다. 그리고 초기 2차 DC 전압(VDC)은 50(V), 저항(R)의 양단 정전압은 1(V), 저항(R)의 저항값은 10(Ω), LED 모듈(130)의 접합온도가 상온(약 25도)일 때를 조건으로 실험하였다.
4가지 예들(3.2(V), 3.1(V), 3.0(V), 2.9(V)) 각각에 대한 MOS 트랜지스터(M)의 드레인과 소스 사이에 걸리는 전압(VDS)과 효율(%)을 표로 정리하면 아래의 <표 1>과 같다

 초기 LED 하나의 순방향 전압(초기 LED 모듈(130)의 전체 순방향 전압)
3.2(48) 3.1(46.5) 3.0(45) 2.9(43.5)
VDS 1(V) 2.5(V) 4(V) 5.5(V)
효율 96(%) 93(%) 90(%) 91.5(%)
이후 LED 모듈(130)의 접합온도가 대략 50도 정도 상승하면, LED 모듈의 부하 특성으로 인해 LED 모듈(130)의 전체 순방향 전압이 대략 1.5(V)씩 떨어진다. LED 모듈의 부하 특성에 의한 4가지 예들의 VDS와 효율을 정리하면 아래의 <표 2>와 같다. 아래의 <표 2>에서 효율이 떨어지는 것은 MOS 트랜지스터(M)의 드레인과 소스 사이에 걸리는 전압이 상승하여 MOS 트랜지스터(M)에 열이 발생되기 때문이다.

 초기 LED 하나의 순방향 전압(초기 LED 모듈(130)의 전체 순방향 전압)
3.2(46.5) 3.1(45) 3.0(43.5) 2.9(42)
VDS 2.5(V) 4(V) 5.5(V) 7(V)
효율 93(%) 90(%) 87(%) 84(%)
<표 1> 및 <표 2>에서 첫 번째 예을 참조하면, 초기 LED 모듈(130)의 전체 순방향 전압이 LED 모듈의 부하 특성에 의하여 48(V)에서 46.5(V)로 감소한 것을 확인할 수 있고, 감소한 1.5(V)만큼이 MOS 트랜지스터(M)의 드레인과 소스 사이에 추가됨을 확인할 수 있다.
정리하면 초기 LED 모듈(130)이 필요로 하는 순방향 전압은 LED 모듈의 부하 특성에 의하여 변경되고, 변경된 만큼의 전압은 MOS 트랜지스터(M)의 VDS를 변화시킨다. 따라서, 후기 효율이 초기 효율보다 낮아진다.
그러면, 이하에서는 후기 효율을 초기 효율로 유지하기 위한 본 발명의 LED 전력 제어 장치를 도 1을 다시 참조하여 설명하도록 한다.
제어부(160)는 LED 모듈 제어부(140)에 걸리는 전압을 센싱하고, LED 모듈 제어부(140)의 초기에 걸렸던 전압보다 증가 또는 감소된 가변전압을 산출한다. 그리고 DC/DC 컨버터(120)에서 출력되는 2차 DC 전압이 가변전압만큼 추가 또는 차감되도록 DC/DC 컨버터(120)를 제어한다. 이러한 제어부(160)는 MCU(161), 피드백 제어부(163) 및 스위칭 제어부(165)를 포함할 수 있다.
MCU(161)는 LED 모듈 제어부(140)의 양단의 전압을 센싱하고, 센싱된 전압에서 초기 양단 전압을 차감하여 가변전압을 아날로그 데이터로 산출한다. 그리고 MCU(150)는 산출된 아날로그 데이터 값에 대응하는 펄스신호를 생성한다. 그리고 생성된 펄스신호를 피드백 제어부(163)로 출력한다. 여기서, MCU(161)는 펄스신호의 듀티비(duty ratio)를 LED 모듈 제어부(140)의 양단 전압값에 따라 다르게 결정할 수 있다. 예를 들면, LED 모듈 제어부(140)의 양단 전압값이 높아지면 이에 대응하여 듀티비를 크게 하거나 반대로 듀티비를 작게 조절할 수 있다.
피드백 제어부(163)는 MCU(161)에서 출력되는 펄스신호를 입력받아 이를 적분하여 DC 제어 신호로 변환한다. 그리고 변환된 DC 제어 신호를 스위칭 제어부(165)로 전달한다. DC 제어 신호의 전압값은 펄스신호의 듀티비에 따라 다르다. 즉, 입력되는 펄스신호의 듀티비가 크면 DC 제어 신호의 전압값은 펄스신호의 듀티비가 작은 경우의 DC 제어 신호의 전압값보다 크다. 여기서, DC 제어 신호를 스위칭 제어부(165)로 전달할 때, 포토 커플러(Photo Coupler)를 이용하여 DC 제어 신호를 스위칭 제어부(165)로 전달할 수 있다. 포토 커플러를 이용하면 입력측과 출력측이 절연되므로, 전력손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.
스위칭 제어부(165)는 피드백 제어부(163)로부터 DC 제어 신호를 전달받아 DC/DC 컨버터(120)를 제어하기 위한 컨버팅 제어 신호를 생성한다. 컨버팅 제어 신호는 DC 제어 신호에 따라 소정의 듀티비를 갖는다. 따라서 소정의 듀티비를 갖는 컨버팅 제어 신호는 DC/DC 컨버터(120)의 입력측(1차측)의 온/오프 시간을 조절할 수 있다. 온되는 시간이 길면 DC/DC 컨버터(120)에서 출력되는 2차 DC 전압의 크기는 커지고, 온되는 시간이 짧으면 2차 DC 전압의 크기는 작아진다. 결국, DC/DC 컨버터(120)는 컨버팅 제어 신호에 따라 1차 DC 전압을 2차 DC 전압으로 변환할 수 있다.
그러면, 이하에서는 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치의 동작을 설명하도록 한다.
LED 모듈(130)의 초기 순방향 전압이 LED 모듈의 부하 특성에 의하여 떨어지면, 떨어진 만큼의 전압이 LED 모듈 제어부(140)의 양단에 추가로 걸린다. 이 때, MCU(161)는 LED 모듈 제어부(140)의 양단 전압을 센싱하여 LED 모듈 제어부(140)의 양단 전압에 해당하는 듀티비를 갖는 펄스신호를 피드백 제어부(163)로 출력한다.
펄스신호를 입력받은 피드백 제어부(163)는 펄스신호를 적분하여 DC 제어 신호를 생성하고, 생성된 DC 제어 신호를 스위칭 제어부(165)로 출력한다. 여기서, 피드백 제어부(163)는 DC 제어 신호를 포토 커플러를 사용하여 스위칭 제어부(165)로 전달할 수 있다.
DC 제어 신호를 입력받은 스위칭 제어부(165)는 DC 제어 신호에 대응하는 듀티비를 갖는 컨버팅 제어 신호를 생성하여 DC/DC 컨버터(120)로 출력한다.
컨버팅 제어 신호를 입력받은 DC/DC 컨버터(120)는 컨버팅 제어 신호에 따라 온/오프하여, 초기 2차 DC 전압값에서 LED 모듈 제어부(140)에 추가로 걸린 전압값을 차감한 만큼의 새로운 2차 DC 전압을 출력한다.
따라서, 새로운 2차 DC 전압을 입력받은 LED 모듈 제어부(140)의 양단 전압은 초기에 걸렸던 전압값으로 되돌아오고, 이에 따라 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치는 LED 모듈의 부하 특성에 의하더라도 초기 효율을 그대로 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치의 블록 구성도로서, 4 채널 LED 전력 제어 장치의 블록 구성도이다. 여기서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치는 4 채널뿐만 아니라 설계자가 원하는 복수의 채널들로 구현할 수 있음에 유의해야 한다.
도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치는 도 1에 도시된 LED 모듈(130), LED 모듈 제어부(140) 및 정전류 검출부(150)를 복수개 사용하여 구성한 것이다.
도 3을 참조하면, PFC(310), DC/DC 컨버터(320), 제1 내지 제4 LED 모듈(330a ~ 330d), 제1 내지 제4 LED 모듈 제어부(340a ~ 340d), 제1 내지 제4 정전류 제어부(350a ~ 350d), MCU(361), 피드백 제어부(363), 스위칭 제어부(365)는 도 1에 도시된 PFC(110), DC/DC 컨버터(120), LED 모듈(130), LED 모듈 제어부(140), 정전류 검출부(150), MCU(161), 피드백 제어부(163) 및 스위칭 제어부(165)와 동일한 기능을 갖는다. 따라서 이들의 구체적인 설명은 앞서 상술한 내용으로 대체하고, 부가적인 기술적인 특징을 설명하도록 한다.
직렬 연결된 제1 LED 모듈(330a), 제1 LED 모듈 제어부(340a) 및 제1 정전류 검출부(350a)는 채널 1(CH 1)을 형성하고, 직렬 연결된 제2 LED 모듈(330b), 제2 LED 모듈 제어부(340b) 및 제2 정전류 검출부(350b)는 채널 2(CH 2)를 형성하고, 직렬 연결된 제3 LED 모듈(330c), 제3 LED 모듈 제어부(340c) 및 제3 정전류 검출부(350c)는 채널 3(CH 3)을 형성하고, 직렬 연결된 제4 LED 모듈(330d), 제4 LED 모듈 제어부(340d) 및 제4 정전류 검출부(350d)는 채널 4(CH 4)을 형성한다.
LED 모듈들(330a, 330b, 330c, 330d) 각각의 전체 순방향 전압은 동일한 것이 바람직하나, 현재 LED 공정의 한계로 인해, LED 모듈들(330a, 330b, 330c, 330d) 각각의 전체 순방향 전압을 동일하게 생산하기는 어렵다. 따라서, LED 모듈들(330a, 330b, 330c, 330d) 각각의 전체 순방향 전압이 모두 다르고, LED 모듈의 부하 특성이 발생한 경우에, 각 채널들(CH1, CH2, CH3, CH4)로 입력되는 하나의 2차 DC 전압의 전압이 바람직하게 선택되어야 한다.
이에 도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치는 아래와 같은 동작을 수행한다.
제어부(360)가 복수의 LED 모듈 제어부들(340a, 340b, 340c, 340d) 각각에 걸리는 전압을 센싱하고, 센싱된 전압들 중 최소값을 갖는 LED 모듈 제어부를 선택한다. 그리고 선택된 LED 모듈 제어부의 가변전압이 2차 DC 전압에 추가 또는 차감되도록 DC/DC 컨버터(320)를 제어한다.
MCU(361)가 제1 내지 제4 LED 모듈 제어부(340a, 340b, 340c, 340d)의 양단 전압을 센싱하고, 센싱된 전압값들 중 최소의 전압값을 갖는 LED 모듈 제어부를 선택한다. 그리고 선택된 LED 모듈 제어부의 전압 변화인 가변전압에 대응하는 듀티비를 갖는 펄스신호를 피드백 제어부(363)로 출력한다.
피드백 제어부(363)은 입력되는 펄스신호를 적분하여 DC 제어 신호를 생성하고 이를 스위칭 제어부(365)로 출력한다. 스위칭 제어부(365)는 입력된 DC 제어 신호를 컨버팅 제어 신호로 변환하고, 이를 DC/DC 컨버터(320)로 제공한다. 그러면, DC/DC 컨버터(320)는 컨버팅 제어 신호에 따라 2차 DC 전압을 출력한다.
이러한 동작에 의해, 초기 효율이 LED 부하 특성에 의하여 떨어지는 정도를 최소화할 수 있다. 그러면, 이러한 동작을 회로도로 구현하여 이하에서 살펴보기로 한다.
도 4는 도 3에 도시된 4채널 LED 전력 제어 장치의 회로 구성도이다. 도 4에 도시된 회로 구성도는 <표 1>과 <표 2>에 기재된 4가지 예들을 순차적으로 병렬 연결한 것이다. 초기 2차 DC 전압(VDC)은 50(V)이고, 각 채널로 흐르는 정전류는 100mA이므로 전체 정전류(IDC)는 400mA이다.
각 채널 당 초기 효율과 LED 모듈의 부하 특성에 따른 후기 효율을 표로 정리하면, 아래의 <표 3>과 같다.
채널1 채널2 채널3 채널4 전체효율
초기 효율(%) 96 93 90 87 91.5
후기 효율(%) 93 90 87 84 88.5
후기 효율을 개선하기 위해, MCU(361)가 제1 내지 제4 LED 모듈 제어부(340a, 340b, 340c, 340d)의 양단 전압을 각각 센싱하고, 센싱된 전압들에서 최소값을 갖는 LED 모듈 제어부를 선택한다. 그리고 선택된 LED 모듈 제어부의 가변전압을 산출한다. 그리고, 산출된 가변전압에 대응하는 듀티비를 갖는 펄스신호를 출력한다. 출력된 펄스신호는 피드백 제어부(363), 스위칭 제어부(365)을 거쳐 컨버팅 제어 신호로 변환되고, 이 신호는 DC/DC 컨버터(320)를 제어하여 새로운 2차 DC 전압이 출력되도록 한다. 도 4에 도시된 회로도에서는 채널 1에서의 측정된 전압값이 선택되고, 이 선택된 전압값에 따라 새로운 2차 DC 전압(48(V))이 모든 채널들(CH1, CH2, CH3, CH4)로 입력된다.
따라서, 채널 1의 경우 새로운 2차 DC 전압에 의하여 채널 효율이 초기 효율로 다시 유지될 수 있고, 다른 채널들의 경우 새로운 2차 DC 전압에 의하여 채널 효율이 후기 효율보다 개선된다. 따라서 새로운 2차 DC 전압에 의하여 모든 채널의 전체 효율은 개선된다.
또한, 도 3 내지 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치는 모든 채널들(CH1, CH2, CH3, CH4) 중에서 적어도 하나의 이상의 채널이 동작하지 않는 경우에도 나머지 채널들을 동작시킬 수 있다. 예를 들면, 채널 4의 제4 LED 모듈(330d)이 수명을 다하거나 파손되어 2차 DC 전압이 인가되더라도 동작하지 못하는 경우, 제4 LED 모듈 제어부(340d)의 양단 전압은 0이 되므로, MCU(361)는 센싱된 제1 내지 제3 LED 모듈 제어부(340a, 340b, 340c)의 양단 전압들을 가지고 처리한다. 즉, 제4 LED 모듈 제어부(340d)의 양단 전압은 제외하고 앞서 상술한 동작을 한다. 따라서, 도 3 내지 도 4에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 전력 제어 장치는 채널 4를 제외한 나머지 채널들을 구동시킬 수 있는 이점이 있다.
110: PFC
120: DC/DC 컨버터
130: LED 모듈
140: 정전류 제어부
150: 정전류 검출부
160: 제어부
161: MCU
163: 피드백 제어부
165: 스위칭 제어부

Claims (8)

  1. 입력되는 1차 DC 전압을 2차 DC 전압으로 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터;
    상기 DC/DC 컨버터에 직렬로 연결되고, 적어도 하나 이상의 LED를 포함하며, 상기 2차 DC 전압에서 소정의 제1 전압을 분배받아 구동하는 LED 모듈;
    상기 LED 모듈에 직렬로 연결되고, 상기 2차 DC 전압에서 소정의 제2 전압을 분배받고, 상기 LED 모듈의 부하 특성에 의하여 상기 제1 전압이 가변하면, 가변된 만큼의 가변전압에 따라 상기 제2 전압의 크기가 가변하는 LED 모듈 제어부;
    상기 LED 모듈 제어부에 직렬로 연결되고, 상기 2차 DC 전압에서 미리 고정된 제3 전압을 분배받고, 상기 LED 모듈과 상기 LED 모듈 제어부로 흐르는 정전류를 센싱하는 정전류 검출부; 및
    상기 LED 모듈 제어부와 연결되고, 상기 LED 모듈 제어부에 걸리는 상기 제2 전압 변화를 센싱하고, 상기 출력되는 2차 DC 전압에 상기 가변전압이 추가 또는 차감되도록 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제1 전압, 상기 제2 전압 및 상기 제3 전압의 합은, 상기 2차 DC 전압과 동일하고,
    상기 제어부는,
    상기 LED 모듈 제어부에 연결되고, 상기 LED 모듈 제어부에 걸리는 상기 제2 전압의 변화를 센싱하고, 상기 센싱된 전압에서 상기 LED 모듈 제어부의 초기 전압을 차감한 가변전압을 산출하고, 상기 산출된 가변전압에 대응하는 펄스신호를 출력하는 MCU;
    상기 MCU에 연결되고, 상기 펄스신호를 적분하여 DC 제어 신호로 변환하는 피드백 제어부; 및
    상기 피드백 제어부에 연결되고, 상기 DC 제어 신호를 입력받아 상기 DC/DC 컨버터를 제어하기 위한 컨버팅 제어 신호를 생성하는 스위칭 제어부;를 포함하고,
    상기 DC/DC 컨버터는 상기 컨버팅 제어 신호에 따라 상기 출력되는 2차 DC 전압을 가변하는, LED 전력 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터의 앞 단에 위치하여 상기 1차 DC 전압의 역률을 개선하는 PFC를 더 포함하는 LED 전력 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 제어부는 포토 커플러를 사용하여 상기 DC 제어 신호를 상기 스위칭 제어부로 출력하는 LED 전력 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨버팅 제어 신호는 상기 DC/DC 컨버터의 입력측 온/오프를 조절하는 LED 전력 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 모듈 제어부는 MOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 MCU는 상기 MOS 트랜지스터의 드레인과 소스 사이의 전압을 센싱하는 LED 전력 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 모듈, 상기 LED 모듈 제어부 및 상기 정전류 검출부를 포함하는 채널이 복수이고, 상기 복수의 채널들이 병렬 연결된 경우,
    상기 제어부는 상기 복수의 LED 모듈 제어부들 각각에 걸리는 전압을 센싱하고, 센싱된 전압들 중 최소값을 갖는 LED 모듈 제어부를 선택하고, 상기 선택된 LED 모듈 제어부의 가변전압이 상기 2차 DC 전압에 추가 또는 차감되도록 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 LED 전력 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 센싱된 전압들 중 전압값이 ‘0’인 경우에는, 상기 ‘0’의 전압값을 갖는 LED 모듈 제어부를 상기 선택에서 제외시키는 LED 전력 제어 장치.
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