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KR200467121Y1 - 발광 다이오드의 정전류 구동회로 및 발광장치 - Google Patents

발광 다이오드의 정전류 구동회로 및 발광장치 Download PDF

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KR200467121Y1
KR200467121Y1 KR2020110005007U KR20110005007U KR200467121Y1 KR 200467121 Y1 KR200467121 Y1 KR 200467121Y1 KR 2020110005007 U KR2020110005007 U KR 2020110005007U KR 20110005007 U KR20110005007 U KR 20110005007U KR 200467121 Y1 KR200467121 Y1 KR 200467121Y1
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KR
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light emitting
terminal
emitting diode
resistor
compensation
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융-천 루
Original Assignee
엑셀리언스 엠오에스 코포레이션
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Abstract

제어부, 벅 컨버터, 그리고 보상부를 포함하는 발광 다이오드(LED)의 정전류 구동회로가 제공된다. 상기 제어부는 입력단자 및 출력단자를 포함하고, 상기 출력단자를 통해 제어신호를 출력한다. 상기 벅 컨버터는 입력 전원에 연결되고, 상기 제어부의 상기 출력단자와 발광 다이오드 스트링 사이에 연결된다. 상기 보상부는 상기 발광 다이오드 스트링과 상기 제어부의 상기 입력단자 사이에 연결된다. 상기 제어부는 상기 입력단자를 통해 상기 보상부의 보상신호를 입력받는다. 또한, 발광장치가 제공된다.

Description

발광 다이오드의 정전류 구동회로 및 발광장치{A constant current driving circuit of light emitting diode and a lighting apparatus}
본 고안은 구동회로 및 발광장치에 관한 것이다. 특히, 본 고안은 발광 다이오드(LED)의 정전류 구동회로 및 발광장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 작은 부피, 적은 전력 소비 및 높은 내구성을 가지기 때문에, 공정 기술이 점차 발달함에 따라 광원으로써 LED를 사용하는 제품들이 주목받고 있다. 바이어스(bias)의 아주 작은 변화가 LED의 동작 범위 내에서 구동 전류의 상당한 변화를 야기할 수 있기 때문에, LED는 정전류에 의해 구동되어야 한다; 즉, 전류가 정격 전류값을 초과한다면, LED는 손상될 것이다.
LED를 구동하기 위한 일반적인 방법에 따르면, 제어 칩에 의해 출력되는 제어 신호는 일반적으로 LED에 연결된 스위치를 온/오프 시키는데 사용된다. 또한, 제어 칩이 LED를 통과하여 흐르는 전류가 과도하게 높다는 것을 탐지하면, 출력 신호에 의해 스위치가 오프(off)되고, LED를 통과하여 흐르는 전류는 에너지 소산에 따라 점차적으로 감소된다.
그러나, 이러한 출력 신호 전달에 시간이 걸리고, 이것은 전파 지연(propagation delay) 현상을 야기하기 때문에, 제어 칩이 지나치게 큰 전류를 탐지할 때, 제어 칩이 즉각적으로 스위치를 오프 시킬 수 없게 된다.
따라서 지연 구간이 지난 후에야, LED를 흐르는 과도한 전류가 제어될 수 있으며, LED의 동작 주파수(operating frequency)가 변화할 때 정전류에 의해 LED를 구동시킬 수 없고, 장시간 사용으로 인한 LED의 손상을 초래할 수 있다.
따라서, LED의 정전류 구동 기술을 제공하기 위한 기술개발이 진행되고 있다.
본 고안은 발광 다이오드(LED)의 정전류 구동회로를 제공하며, 정전류 구동회로는 제어부, 벅 컨버터(buck converter), 보상부(compensation unit)를 포함한다. 상기 제어부는 제1입력단자 및 제1출력단자를 포함하고, 제어 신호를 상기 제1출력단자를 통해 출력한다. 상기 벅 컨버터는 입력 전원에 연결되고, 상기 제어부의 상기 제1출력단자와 LED 스트링(string) 사이에 연결된다. 상기 보상부는 상기 LED 스트링과 상기 제어부의 상기 제1입력단자 사이에 연결된다. 상기 제어부는 상기 제1입력단자를 통해 상기 보상부의 보상신호(compensation signal)를 입력받는다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 LED 스트링은 상기 벅 컨버터의 제1끝단 및 제2끝단 사이에 연결된다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 보상부는 제2입력단자 및 제2출력단자를 포함한다. 상기 제2입력자는 상기 벅 컨버터의 상기 제2끝단에 연결되고, 상기 제2출력단자는 상기 제어부의 상기 제1입력단자에 연결된다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 보상부는 보상저항(compensation resistor) 및 제1저항을 포함한다. 상기 보상저항은 상기 LED 스트링과 상기 제어부의 상기 제1입력단자 사이에 연결된다. 상기 제1저항은 상기 보상저항과 그라운드(ground) 사이에 연결된다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 보상저항의 저항값은 10Ω에서 500kΩ 까지 이다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 보상부는 상기 보상저항과 상기 제1저항 사이에 연결되는 필터저항(filter resistor)을 더 포함한다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 보상저항의 저항값은 10kΩ에서 90MΩ 까지 이다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 보상부는 상기 필터저항과 상기 그라운드 사이에 연결되는 필터 커패시터(filter capacitor)를 더 포함한다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 LED의 정전류 구동회로는 상기 LED 스트링의 두 끝단에 연결되는 커패시터를 더 포함한다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 벅 컨버터는 다이오드, 인덕터, 스위치를 포함한다. 상기 다이오드는 상기 입력 전원과 상기 LED 스트링 사이에 연결된다. 상기 인덕터는 상기 다이오드 및 상기 LED 스트링 사이에 연결되며, 상기 LED 스트링, 상기 인덕터 및 상기 다이오드는 루프를 형성한다. 상기 스위치의 일단은 상기 다이오드 및 상기 인덕터에 연결되고 타단은 상기 보상부에 연결된다.
본 고안의 일 실시예에서, 상기 제어부는 클럭 발생기(clock generator), SR플립플롭(SR flip-flop) 및 비교기를 포함한다. 상기 SR플립플롭은 상기 클럭 발생기 및 상기 벅 컨버터 사이에 연결된다. 상기 SR플립플롭은 세트단자(set terminal) 및 리셋단자(reset terminal)를 포함하고, 상기 세트단자를 통해 클럭 신호를 받는다. 상기 비교기는 양극단자(positive terminal), 음극단자(negative terminal) 및 제3출력단자를 포함한다. 상기 양극단자는 상기 보상부에 연결되며, 상기 음극단자는 기준전압(reference voltage)을 받고, 상기 제3출력단자는 상기 SR플립플롭의 상기 리셋단자에 연결된다.
본 고안은 또한 LED 스트링 및 정전류 구동회로를 포함하는 발광장치를 제공한다. 상기 정전류 구동회로는 상기 LED 스트링에 연결되고, 전술한 상기 제어부, 상기 벅 컨버터 및 상기 보상부를 포함한다.
상술한 설명에 따르면, 본 고안에서, 상기 보상부는 상기 입력 전원과 상기 LED의 교차전압(cross-voltage)에 따라 변화되는 보상신호를 제공하기 위해 상기 LED 스트링과 상기 제어부의 상기 제1입력단자 사이에 연결되며, 따라서 상기 LED를 통해 흐르는 전류는 상기 LED의 교차전압 또는 지연시간의 변화 및 동작 주파수의 변화에 의한 영향을 받지 않고 실질적으로 일정한 값으로 유지된다.
본 고안은 발광 다이오드(LED)의 정전류 구동회로(constant current driving circuit)와 관련된 것으로, LED를 통과하여 흐르는 전류를 거의 일정한 값으로 유지할 수 있다.
본 고안은 발광장치에 관한 것으로, 일정한 밝기를 갖는 LED 광원을 제공할 수 있다.
전술한 특성 및 다른 특성들, 그리고 본 고안의 장점들을 이해시키기 위하여, 몇몇 예시적인 실시예들이 이하에서 도면과 함께 상세히 설명된다.
도면들은 더 깊은 이해를 제공하기 위해 포함된 것이고, 본 명세서에 통합되고 하나의 부분을 구성한다. 도면들은 본 고안의 실시예들을 묘사하고, 해설과 함께 본 고안의 원리들을 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 본 고안의 제1실시예에 따른 발광장치를 나타낸 회로도이다.
도 2는 도 1의 발광 다이오드(LED) 스트링의 전류가 시간에 따라 변하는 것을 나타낸 개략도이다.
도 3A 내지 도 3C는 다른 주파수에서의 시간에 따라 변하는 기준전압 및 보상신호를 나타낸 개략도이다.
도 4A 내지 4C는 다른 주파수에서의 시간에 따라 변하는 도 1의 기준전압 및 보상신호를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 고안의 제2실시예에 따른 발광장치를 나타낸 회로도이다.
[제1실시예]
도 1은 본 고안의 제1실시예에 따른 발광장치를 나타낸 회로도이다. 발광장치(100)는 발광 다이오드(LED) 스트링(110) 및 정전류 구동회로(constant current driving circuit, 120)를 포함한다. LED 스트링(110)은 예시적으로, 직렬 연결된 복수의 LED(112)로 구성된다.(3개의 LED가 도1에 도식적으로 묘사되어있다.) 정전류 구동회로(120)는 LED 스트링(110)에 연결되고, LED 스트링(110)을 구동하기 위해 적용되며, 본 실시예의 정전류 구동회로(120)는 LED 스트링(110)의 동작 주파수가 변화하는 경우에 LED 스트링(110)을 통과하여 흐르는 전류를 일정한 값으로 실질적으로 유지할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 정전류 구동회로(120)는 제어부(122), 벅 컨버터(buck converter, 124) 및 보상부(compensation unit, 126)를 포함한다. 제어부(122)는 입력단자(IP1) 및 출력단자(OP1)을 포함하고, 출력단자(OP1)를 통해 제어신호(Sctl)를 출력한다. 벅 컨버터(124)는 입력전원(Vin)에 연결되고, 제어부(122)의 출력단자(OP1) 및 LED 스트링(110) 사이에 연결된다. 또한, 보상부(126)는 LED 스트링(110)과 제어부(122)의 입력단자(IP1) 사이에 연결된다. 제어부(122)는 입력단자(IP1)를 통해 보상부(126)의 보상신호(Scmp)를 입력받는다. 또한, LED 스트링(110)은 벅 컨버터(124)의 제1끝단(E1) 및 제2끝단(E2) 사이에 연결된다. 보상부(126)는 입력단자(IP2) 및 출력단자(OP2)를 포함하고, 입력단자(IP2)는 벅 컨버터(124)의 제2끝단(E2)에 연결되며, 출력단자(OP2)는 제어부(122)의 입력단자(IP1)에 연결된다.
상세하게, 벅 컨버터(124)는 다이오드(D1), 인덕터(L1) 및 스위치(Q1)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다이오드(D1)는 입력전원(Vin) 및 LED 스트링(110)에 연결된다. 인덕터(L1)는 다이오드(D1)와 LED 스트링(110) 사이에 연결되며, LED 스트링(110), 인덕터(L1) 및 다이오드(D1)은 루프(loop)를 형성한다. 스위치(Q1)의 일단은 다이오드(D1) 및 인덕터(L1)에 연결되고, 타단은 보상부(126)에 연결된다.
한편, 제어부(122)는 클럭 발생기(122a), SR플립플롭(SR flip-flop, 122b) 및 비교기(comparator, 122c)를 포함한다. SR플립플롭(122b)은 클럭 발생기(122a)와 벅 컨버터(124) 사이에 연결된다. SR플립플롭(122b)은 세트단자(S), 리셋단자(R), 출력단자(Q)를 포함한다. SR플립플롭(122b)은 세트단자(S)를 통해 클럭 신호(Sclk)를 입력받고, 출력단자(Q)를 통해 제어신호(Sctl)를 출력한다. 비교기(122c)는 양극단자(EP), 음극단자(EN) 및 출력단자(OP3)를 포함한다. 양극단자(EP)는 보상신호(Scmp)를 입력 받기 위해 보상부(126)에 연결되며, 음극단자(EN)는 기준전압(Vref)를 입력받고, 출력단자(OP3)는 SR플립플롭(122b)의 리셋단자(R)에 연결된다. 본 실시예에서, 제어부(122)는 예시적으로, 제어 칩이며, 그리고 상기 제어 칩은 전술한 다양한 장치들을 포함한다. 또한, 보상부(126)는 보상저항(Rcmp) 및 저항(R1)을 포함한다. 보상저항(Rcmp)은 LED 스트링(110)과 제어부(122)의 입력단자(IP1) 사이에 연결되며, 노드(N1)의 전압은 입력전원(Vin)과 LED 스트링(110)의 교차전압(cross-voltage, Vled)의 차이이다.(즉, Vin-Vled) 또한, 저항(R1)은 보상저항(Rcmp)과 그라운드(ground) 사이에 연결된다.
도 2는 도 1의 LED 스트링(110)의 전류(Iled)가 시간에 따라 변하는 것을 나타낸 개략도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상세하게는, 도 1의 클럭 발생기(122a)는 벅 컨버터(124)의 스위치(Q1)를 온(on)시키도록, 각각의 클럭 펄스에 SR플립플롭(122b)의 세트단자(S)를 트리거(trigger)시키기 위하여 SR플립플롭(122b)의 세트단자(S)로 클럭 신호(Sclk)를 공급한다. 도 2의 주기(Ton) 동안 스위치(Q1)가 온(on) 상태가 되면, LED 스트링(110)을 통과하여 흐르는 전류(Iled)는 도 1에 도시된 경로(P1)를 따라 전달되고, 순차적으로 인덕터(L1) 및 스위치(Q1)를 통과하여 그라운드로 흐르며, LED 스트링(110) 및 인덕터(L1)를 통과하여 흐르는 전류(Iled)는 시간이 지남에 따라(도 2에 도시됨) 점차적으로 증가되고, 따라서 저항(R1)의 교차전압은 그에 상응하여 증가된다. LED 스트링(110)을 통과하여 흐르는 전류(Iled)가 저항(R1)의 교차전압(즉, 보상신호 Scmp)이 기준전압(Vref, 예를 들어 1V) 보다 높아지도록 하는 전류 피크(Ipeak)까지 증가하면, 비교기(122c)는 벅 컨버터(124)의 스위치(Q1)를 오프시키기 위해 SR플립플롭(122b)의 리셋단자(R)를 트리거 시킨다. 이후, 스위치(Q1)가 주기(Toff) 동안 오프(off) 상태가 되면, LED 스트링(110)의 전류(Iled)는 LED 스트링(110), 인덕터(L1) 및 다이오드(D1)에 의해 형성된 루프에서 경로(P2)를 따라 순환하게 되고, 전류(Iled)는 다음 클럭 펄스가 발생될 때까지 LED 스트링(110)의 에너지 소산에 따라 점차적으로 Imin으로 감소한다. 따라서, LED 스트링(110)의 전류(Iled)는 주기적인 톱니파형(sawtooth waveform)을 나타내고, 평균이 Iav인 대체로 안정적인 전류이다.
주기(Toff) 동안 인덕터(L1)를 통과하여 흐르는 전류(Iled)는
Figure 112011042609568-utm00001
= Vled x Toff / L 로 나타내어질 수 있고, 도 2에 따르면, Iav = Ipeak - (
Figure 112011042609568-utm00002
/2)로 알려져 있기 때문에, 전류(Iled)의 평균은 Iav = Ipeak - (Vled x Toff / 2L)로 나타내어질 수 있다. 따라서, 위의 등식에 따르면, LED 스트링(110)을 통과하여 흐르는 전류(Iled)의 평균(Iav)은 정전류 제어의 효과를 달성하도록 전류 피크(Ipeak) 및 주기(Toff)를 조절함으로써 일정한 값으로 유지될 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 주기(Toff)는 일정한 것으로 가정되고, 정전류 제어 효과를 달성하기 위해 전류 피크(Ipeak)는 일정한 값으로 유지되어야 하며, 이는 이하에서 상세히 설명된다.
도 3A 내지 3C는 다른 주파수에서의 시간에 따라 변하는 기준전압 및 보상신호를 나타낸 개략도이고, t1은 일반적인 칩 내에서 신호가 전달되는데 필요한 시간이며, 즉, 칩에 의해 과도한 전류가 감지된 때로부터 스위치가 확실히 오프 되는 시간까지의 지연 시간이다. 도 3A에 따르면, 상술한 바와 같이, LED 스트링(110)을 통과하여 흐르는 전류(Iled)가 증가하여 보상신호(Scmp)가 기준전압(Vref) 보다 커지도록 야기하면, 스위치(Q1)는 LED 스트링(110)을 통과하여 흐르는 전류(Iled)의 계속적인 증가를 막기 위해 오프 된다. 그러나, 도 3A에 도시된 바와 같이, 신호 전달에는 일정한 시간(t1)이 필요하기 때문에, 스위치(Q1)가 확실히 오프 될 때, 보상신호(Scmp)는 실질적으로 d1 양만큼 기준전압(Vref)을 초과한다. 간단하게, 동작 주파수 Fs = 50KHz 에 상응하는 전류 피크는 Ipeak1으로 맞추어진다.
LED 스트링(110)의 듀티 사이클이 D=Vled/Vin 이고, Vled는 LED 스트링(110)의 교차전압이며, LED 스트링(110)의 동작 주파수는 Fs = D/Ton = (1-D)/Toff 이기 때문에, LED 스트링(110)의 동작 주파수는 입력전원(Vin) 및 전류 피크(Ipeak)를 변화시키는 교차전압(Vled)의 영향을 받기 쉽다. 상세하게는, 도 3B에 도시된 바와 같이, 지연시간(t1)이 일정한 경우에, LED 스트링(110)의 동작 주파수(Fs)가 50KHz에서 100KHz 까지 증가하면(즉, 보상신호(Scmp)의 기울기가 증가하면), 신호 전달에는 여전히 일정한 시간(t1)이 필요하기 때문에, 발광장치(100)가 보상부(126)를 포함하지 않는 경우, 스위치(Q1)가 확실히 오프 될 때 보상신호(Scmp)는 실질적으로 d2>d1 인 d2만큼 기준전압(Vref)을 초과한다. 이러한 방법으로, LED 스트링(110)의 전류 피크는 Ipeak1에서 Ipeak2로 증가하고, 여기서 Ipeak2는 동작 주파수 Fs=100KHz에 상응하는 전류 피크이다. 유사하게, LED 스트링(110)의 동작 주파수가 100KHz에서 150KHz까지 증가하면(즉, 보상신호(Scmp)의 기울기가 더 증가하면), 신호 전달에는 여전히 일정한 시간(t1)이 필요하기 때문에, 스위치(Q1)이 확실히 오프 될 때 보상신호(Scmp)는 실질적으로 d3>d2 인 d3만큼 기준전압(Vref)을 초과한다. 이러한 방법으로, LED 스트링(110)의 전류 피크는 Ipeak2에서 Ipeak3로 증가하고, 여기서 Ipeak3는 동작 주파수 Fs=150KHz에 상응하는 전류 피크이다. 상술한 바에 따르면, 동작 주파수(Fs)가 입력 전원(Vin) 또는 교차전압(Vled)의 변화에 따라 변하면, LED 스트링(110)의 전류 피크(Ipeak)는 그에 상응하여 변하고(즉, Ipeak1에서 Ipeak2로 증가하거나, Ipeak2에서 Ipeak3로 증가하는), LED 스트링(110)을 통과하여 흐르는 전류(Iled)의 평균(Iav)은 일정한 값으로 유지될 수 없다.
따라서, 본 실시예에서는 정전류 구동회로(100)의 보상부(126)가 상기 문제를 해결하기 위해 사용된다. 도 4A 내지 4B는 다른 주파수에서의 시간에 따라 변하는 도 1의 기준전압 및 보상신호를 나타낸 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에서, 보상부(126)의 보상저항(Rcmp)은 LED 스트링(110)과 제어부(122)의 입력단자(IP1) 사이에 연결된다. 노드(N1)의 전압은 (Vin-Vled)이기 때문에, 노드(N2)의 전압은 (Vin-Vled) x R1/(Rq + Rcmp)(즉, 보상신호(Scmp))로 나타내어질 수 있고, 여기서 저항(R1)의 저항값은 예시적으로, 10Ω보다 작거나 같고, 보상저항(Rcmp)의 저항값은 예시적으로, 10Ω에서 500kΩ까지이다. 따라서, 도 4A 및 4B에 도시된 바와 같이, 입력 전원(Vin) 및 LED 스트링(110)의 교차전압(Vled)의 차이가 증가하면(예시적으로, 입력 전원(Vin)이 증가하거나, 교차전압(Vled)가 감소하면), LED 스트링(110)의 듀티 사이클(D)은 감소하고, 따라서 동작 주파수(Fs)가 100KHz에서 150KHz로 증가할 때, 노드(N2)의 전압(즉, 보상신호(Scmp))은 상기 차이가 증가함에 따라 증가한다. 이러한 방법으로, 비록 동작 주파수(Fs)가 증가하여 보상신호(Scmp)의 기울기가 증가하더라도, 보상신호(Scmp)는 입력 전원(Vin) 및 LED 스트링(110)의 교차전압(Vled)의 차이에 직접적으로 비례하기 때문에, 보다 높은 보상값(dcmp3)이 제공된다(dcmp3>dcmp2). 따라서, 도 4B와 비교하여 도 4C의 보상신호(Scmp)는 보다 앞서 스위치(Q1)를 오프 시킬 수 있도록 보다 앞서서 기준전압(Vref)을 초과한다. 이러한 방법으로, LED 스트링(110)의 전류(Iled)의 계속적인 증가를 피할 수 있고, 도 4C및 도 4B의 전류 피크는 LED 스트링(110)을 흐르는 전류가 정전류가 되도록(즉, 도 2의 전류 평균(Iav)이 실질적으로 일정한 값으로 유지되도록) 실질적으로 거의 같은 크기로 유지된다(즉, Ipeak3≒ Ipeak2). 즉, 본 실시예의 정전류 구동회로(120)에서 보상부(126)에 의해 공급되는 보상신호(Scmp)는 LED 스트링(110)의 동작 주파수의 변화에 따라 자동적으로 조절될 수 있고, 따라서 도 3B 및 3C의 전류 피크가 크게 변화하는 문제를 피할 수 있다.
한편, 입력 전원(Vin) 및 LED 스트링(110)의 교차전압(Vled)의 차이가 감소하면(예를 들어, 입력 전원(Vin)이 감소하거나 교차전압(Vled)가 증가하면), LED 스트링(110)의 듀티 사이클(D)은 증가하고, 따라서 동작 주파수(Fs)가 100KHz에서 50KHz로 감소할 때, 노드(N2)의 전압(즉, 보상신호(Scmp))은 상기 차이가 감소함에 따라 감소한다. 이러한 방법으로, 비록 동작 주파수(Fs)가 감소하여 보상신호(Scmp)의 기울기가 감소하더라도, 보상신호(Scmp)가 상기 차이에 직접적으로 비례하기 때문에, 보다 작은 보상값(dcmp1)이 제공된다(dcmp1<dcmp2). 따라서, 도 4B와 비교하여, 도 4A의 보상신호(Scmp)는 더 이후에 스위치(Q1)를 오프 시키도록 더 이후에 기준전압(Vref)을 초과한다. 이러한 방법으로, 도 4C 및 4B의 전류 피크는 LED 스트링(110)을 통과하여 흐르는 전류가 정전류가 되도록(즉, 도 2의 전류 평균(Iav)이 실질적으로 일정한 값을 유지하도록) 실질적으로 거의 같은 크기(즉, Ipeak1≒ Ipeak2)로 유지된다. 즉, 본 실시예의 정전류 구동회로(120)에서 보상부(126)에 의해 공급되는 보상신호(Scmp)는 LED 스트링(110)의 동작 주파수의 변화에 따라 자동적으로 조절될 수 있고, 따라서 도 3B 및 3C의 전류 피크가 크게 변화하는 문제를 피할 수 있다.
또한, 동작 주파수를 변화시키는 것이 피크 전류에 영향을 줄 뿐만 아니라, LED 스트링(110)의 교차전압(Vled)의 변화는 또한 전류(Iled)의 평균에 영향을 준다. 상술한 바와 같이, 전류(Iled)의 평균은 Iav = Ipeak - (Vled x Toff / 2L)로 나타낼 수 있고, 따라서 Ipeak 및 Toff 그리고 L이 일정한 값으로 유지되고 교차전압(Vled)이 감소할 때, 전류 평균(Iav)은 감소한다.
도 1을 참조하면, 노드(N2)의 전압은 (Vin-Vled) x R1/(R1+Rcmp)로(즉, 보상신호 Scmp) 나타낼 수 있기 때문에, 도 4B 및 4C에 도시된 바와 같이, 교차전압(Vled)이 감소하면(즉, 차이값(Vin-Vled)이 증가하면), 노드(N2)의 전압(즉, 보상신호(Scmp))은 상기 차이값(Vin-Vled)이 증가함에 따라 또한 증가한다. 이러한 방법으로, 비록 전류 평균(Iav)이 이론적으로 증가하더라도, 보상신호(Scmp)가 직접적으로 상기 차이에 비례하기 때문에, 보다 높은 보상값(dcmp2)(dcmp2>dcmp1)이 공급되고, 따라서 도 4A와 비교할 때, 도 4B의 보상신호(Scmp)는 보다 앞서 스위치(Q1)를 오프 시킬 수 있도록 보다 앞서 기준전압(Vref)을 초과한다. 따라서, LED 스트링(110)의 전류의 계속적인 증가를 피할 수 있고, 도 4B 및 4A의 전류의 평균은 LED 스트링(110)을 통과하여 흐르는 전류가 정전류가 되도록 실질적으로 거의 같은 크기로 유지된다(즉, Iav2≒ Iav1). 교차전압(Vled)이 증가할 때(즉, 차이값(Vin-Vled)이 감소할 때), 그 동작원리는 상술한 설명에 따라 추론될 수 있고, 자세한 내용은 반복하지 않는다.
상술한 설명에 따르면, 보상신호(Scmp)가 직접적으로 차이값(Vin-Vled)에 비례하기 때문에, LED 스트링(110)의 동작 주파수는 입력 전원(Vin) 및 교차전압(Vled)와 관련되며, 교차전압(Vled)이 변하거나 동작 주파수(Fs)가 입력 전원(Vin) 및 교차전압(Vled)가 변함에 따라 변화할 때, 보상신호(Scmp)는 정전류에 의한 LED 스트링(110) 구동 효과를 달성하도록, 전류 피크(Ipeak)의 크기를 제어하기 위해 대응적으로 조절될 수 있다. 즉, 본 실시예의 전류 피크(Ipeak)는 지연 시간 또는 동작 주파수의 변화 또는 교차전압(Vled)의 변화에 의한 영향이 보다 작고, 따라서 발광장치(100)는 일정한 밝기의 LED 광원을 제공할 수 있다.
[제2실시예]
도 5는 본 고안의 제2실시예에 따른 발광장치의 개략도이다. 발광장치(200)는 도 1의 발광장치(100)와 유사하며, 그것들 사이의 주요 차이는 본 실시예의 보상부(226)는 필터저항(Rcs) 및 필터 커패시터(Ccs)를 더 포함하고, 필터저항(Rcs)은 보상저항(Rcmp) 및 저항(R1) 사이에 연결되며, 필터 커패시터(Ccs)는 필터저항(Rcs) 및 그라운드 사이에 연결된다는 것이다. 필터저항(Rcs) 및 필터 커패시터(Ccs)는 보상신호(Scmp)의 리플(ripple)을 줄이기 위해 노드(N3)의 전압(즉, 보상신호(Scmp))을 정류하는 데 사용된다.
본 실시예에서, 노드(N3)의 전압은 (Vin-Vled) x (R1+Rcs)/(R1+Rcmp+Rcs)로 나타내어질 수 있고(즉, 보상신호(Scmp)), Vin은 입력전원, Vled는 LED 스트링(110)의 교차전압이다. 또한, 저항(R1)의 저항값은 10Ω과 같거나 10Ω 보다 더 작고, 보상저항(Rcmp)의 저항값은 예시적으로, 10kΩ에서 90MΩ 까지 이며, 필터저항(Rcs)의 저항값은 예시적으로, 1kΩ에서 2kΩ까지 이다. 유사하게, 보상신호(Scmp)는 교차전압(Vled)과 관련되기 때문에, 교차전압(Vled)이 변할 때, 보상신호(Scmp)는 정전류에 의한 LED 스트링(110)의 구동 효과를 달성하도록 전류 피크(Ipeak)의 크기를 제어하기 위하여 대응적으로 조절된다. 또한, 보상신호(Scmp)는 차이값(Vin-Vled)에 직접적으로 비례하기 때문에, LED 스트링(110)의 동작 주파수는 입력 전원(Vin) 및 교차전압(Vled)에 관련되고, 입력 전원(Vin) 및 교차전압(Vled)이 변함에 따라 동작 주파수(Fs)가 변할 때, 보상신호(Scmp)는 정전류에 의한 LED 스트링(110)의 구동 효과를 달성하도록 전류 피크(Ipeak)의 크기를 제어하기 위하여 대응적으로 조절된다. 즉, 본 실시예의 전류 피크(Ipeak)는 교차전압(Vled)의 변화 또는 지연 시간 또는 동작 주파수의 변화에 의한 영향이 보다 작고, 따라서 발광장치(200)는 일정한 밝기의 LED 광원을 제공할 수 있다. 관련되는 본 실시예의 발광장치(200)의 동작 원리 및 전류 구동회로(220)는 제1실시예의 그것과 유사하기 때문에, 자세한 설명은 반복하지 않는다.
그러나, 다른 실시예들에서 발광장치(200)는 오직 필터저항(Rcs) 또는 필터 커패시터(Ccs)만을 포함할 수 있고, 본 고안은 도 5의 실시예에 제한되지 않는다는 것에 주의해야 한다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 발광장치(200)는 커패시터(C1)을 더 포함한다. 커패시터(C1)는 LED 스트링(110)의 전류를 정류하기 위해 LED 스트링(110)의 두 끝단(two ends)에 연결된다.
요약하면, 본 고안의 실시예들에서, 보상부에 의해 공급되는 보상신호는 입력 전원 및 LED 스트링의 교차전압의 차이에 직접적으로 비례하기 때문에, LED 스트링의 교차전압이 변하거나 입력 전원 또는 교차전압이 변함에 따라 LED 스트링의 동작 주파수가 변할 때, 보상신호는 정전류에 의해 LED 스트링을 구동하는 효과를 달성하도록, LED 스트링을 통과하여 흐르는 전류의 피크 전류를 제어하기 위하여 대응적으로 조절될 수 있다. 따라서, 발광장치는 일정한 밝기의 LED 광원을 제공할 수 있다.
본 고안의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 본 고안의 구성에 다양한 수정 및 변형이 가해질 수 있다는 것은 당해 기술 분야의 숙련자들에게 자명하다. 언급한 바를 고려하여, 본 고안은 본 고안에 의해 제공되는 수정 및 변화들은 청구범위와 그것의 균등물의 범위에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (22)

  1. 제1입력단자 및 제1출력단자를 포함하고, 상기 제1출력단자를 통해 제어 신호를 출력하는 제어부;
    입력 전원에 연결되고, 상기 제어부의 상기 제1출력단자와 발광 다이오드 스트링 사이에 연결되며, 제 1 끝단과 제 2 끝단을 갖는 스위치를 포함하며, 상기 제 1 끝단은 상기 입력 전원과 상기 발광 다이오드 스트링에 연결되는 벅 컨버터; 그리고
    상기 발광 다이오드 스트링과 상기 벅 컨버터의 스위치의 제 2 끝단과 상기 제어부의 상기 제1입력단자 사이에 직접적으로 연결되는 보상부;
    를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1입력단자를 통해 상기 보상부의 보상신호를 입력받는 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 스트링은 상기 벅 컨버터의 제1끝단과 제2끝단 사이에 연결되는 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 보상부는 제2입력단자 및 제2출력단자를 포함하고, 상기 제2입력단자는 상기 벅 컨버터의 상기 제2끝단에 연결되며, 상기 제2출력단자는 상기 제어부의 상기 제1입력단자에 연결되는 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 보상부는,
    상기 발광 다이오드 스트링과 상기 제어부의 상기 제1입력단자 사이에 연결되는 보상저항; 그리고
    상기 보상저항과 그라운드 사이에 연결되는 제1저항;
    을 포함하는 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 보상저항의 저항값은 10Ω에서 500kΩ까지인 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 보상부는 상기 보상저항과 상기 제1저항 사이에 연결되는 필터저항을 더 포함하는 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 보상저항의 저항값은 10kΩ에서 90MΩ까지인 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 보상부는 상기 필터저항과 상기 그라운드 사이에 연결되는 필터 커패시터를 더 포함하는 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 스트링의 두 끝단에 연결되는 커패시터를 더 포함하는 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 벅 컨버터는,
    상기 입력 전원과 상기 발광 다이오드 스트링에 연결되는 다이오드; 그리고
    상기 다이오드와 상기 발광 다이오드 스트링 사이에 연결되는 인덕터;
    를 더 포함하고, 상기 발광 다이오드 스트링, 상기 인덕터 그리고 상기 다이오드는 루프를 형성하며, 상기 스위치의 제 1 끝단은 상기 다이오드와 상기 인덕터에 연결되는 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    클럭 발생기;
    상기 클럭 발생기와 상기 벅 컨버터 사이에 연결되며, 세트단자 및 리셋단자를 포함하고, 상기 세트단자를 통해 클럭 신호를 입력 받는 SR플립플롭; 그리고
    양극단자, 음극단자 그리고 제3출력단자를 포함하는 비교기;
    를 포함하고, 상기 양극단자는 상기 보상부에 연결되며, 상기 음극단자는 기준전압을 입력 받고, 상기 제3출력단자는 상기 SR플립플롭의 리셋단자에 연결되는 발광 다이오드의 정전류 구동회로.
  12. 발광 다이오드 스트링; 그리고
    상기 발광 다이오드 스트링에 연결되는 정전류 구동회로를 포함하되,
    상기 정전류 구동회로는,
    제1입력단자 및 제1출력단자를 포함하고, 상기 제1출력단자를 통해 제어 신호를 출력하는 제어부;
    입력 전원에 연결되고, 상기 제어부의 상기 제1출력단자와 발광 다이오드 스트링 사이에 연결되며, 제 1 끝단과 제 2 끝단을 갖는 스위치를 포함하며, 상기 제 1 끝단은 상기 입력 전원과 상기 발광 다이오드 스트링에 연결되는 벅 컨버터; 그리고
    상기 발광 다이오드 스트링과 상기 벅 컨버터의 스위치의 제 2 끝단과 상기 제어부의 상기 제1입력단자 사이에 직접적으로 연결되는 보상부;
    를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1입력단자를 통해 상기 보상부의 보상신호를 입력받는 발광장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 스트링은 상기 벅 컨버터의 제1끝단과 제2끝단 사이에 연결되는 발광장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 보상부는 제2입력단자 및 제2출력단자를 포함하고, 상기 제2입력단자는 상기 벅 컨버터의 상기 제2끝단에 연결되며, 상기 제2출력단자는 상기 제어부의 상기 제1입력단자에 연결되는 발광장치.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 보상부는,
    상기 발광 다이오드 스트링과 상기 제어부의 상기 제1입력단자 사이에 연결되는 보상저항; 그리고
    상기 보상저항과 그라운드 사이에 연결되는 제1저항;
    을 포함하는 발광장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 보상저항의 저항값은 10Ω에서 500kΩ까지인 발광장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 보상부는 상기 보상저항과 상기 제1저항 사이에 연결되는 필터저항을 더 포함하는 발광장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 보상저항의 저항값은 10kΩ에서 90MΩ까지인 발광장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 보상부는 상기 필터저항과 상기 그라운드 사이에 연결되는 필터 커패시터를 더 포함하는 발광장치.
  20. 제12 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 스트링의 두 끝단에 연결되는 커패시터를 더 포함하는 발광장치.
  21. 제12 항에 있어서,
    상기 벅 컨버터는,
    상기 입력 전원과 상기 발광 다이오드 스트링에 연결되는 다이오드; 그리고
    상기 다이오드와 상기 발광 다이오드 스트링 사이에 연결되는 인덕터;
    를 더 포함하고, 상기 발광 다이오드 스트링, 상기 인덕터 그리고 상기 다이오드는 루프를 형성하며, 상기 스위치의 제 1 끝단은 상기 다이오드와 상기 인덕터에 연결되는 발광장치.
  22. 제12 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    클럭 발생기;
    상기 클럭 발생기와 상기 벅 컨버터 사이에 연결되며, 세트단자 및 리셋단자를 포함하고, 상기 세트단자를 통해 클럭 신호를 입력 받는 SR플립플롭; 그리고
    양극단자, 음극단자 그리고 제3출력단자를 포함하는 비교기;
    를 포함하고, 상기 양극단자는 상기 보상부에 연결되며, 상기 음극단자는 기준전압을 입력 받고, 상기 제3출력단자는 상기 SR플립플롭의 리셋단자에 연결되는 발광장치.
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