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KR100979835B1 - Constant Current Driver for LED Lighting System - Google Patents

Constant Current Driver for LED Lighting System Download PDF

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KR100979835B1
KR100979835B1 KR1020080032020A KR20080032020A KR100979835B1 KR 100979835 B1 KR100979835 B1 KR 100979835B1 KR 1020080032020 A KR1020080032020 A KR 1020080032020A KR 20080032020 A KR20080032020 A KR 20080032020A KR 100979835 B1 KR100979835 B1 KR 100979835B1
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transistor
constant voltage
light emitting
load
stage switching
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KR1020080032020A
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오창훈
김상천
박칠근
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 각종 조명 시스템에 사용되는 발광 다이오드에 정전류를 공급하는 장치에 관한 것으로서, 정전류 구동 집적회로(IC)나 마이크로 프로세서 등의 고가 소자를 사용하지 않고도 간단하게 발광 다이오드에 정전류를 공급할 수 있다. 특히, 발광 다이오드에 정전류를 공급하는 부하단 트랜지스터에 부궤환 효과를 나타내는 피드백 저항 소자를 사용하여, 트랜지스터별 특성 차이로 인해 나타날 수 있는 구동 전류의 편차를 줄여 항상 일정한 정전류를 공급할 수 있으므로, 조명용 발광 다이오드를 안정적으로 구동시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for supplying a constant current to light emitting diodes used in various lighting systems. The present invention can easily supply a constant current to a light emitting diode without using expensive devices such as a constant current driver integrated circuit (IC) or a microprocessor. In particular, by using a feedback resistor element having a negative feedback effect on a load transistor supplying a constant current to the light emitting diode, the constant current can be supplied at all times by reducing the variation of the driving current which may appear due to the characteristics of each transistor. The diode can be driven stably.

발광 다이오드, 정전류, 공급, 피드백 저항, 트랜지스터, 조명 Light emitting diode, constant current, supply, feedback resistor, transistor, lighting

Description

발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치{ Constant Current Driver for LED Lighting System }Constant Current Driver for LED Lighting {Constant Current Driver for LED Lighting System}

본 발명은 발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 발광 다이오드(LED)를 이용하는 각종 조명 시스템에 사용되어 발광 다이오드에 정전류를 공급하는 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a constant current supply device for light emitting diode lighting, and more particularly, to a device for supplying a constant current to a light emitting diode used in various lighting systems using light emitting diodes (LEDs).

발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 반도체 제조 공정을 이용하여 제작되는 발광 소자로써 1920년대 반도체 소자에 전압을 가하면 발광 현상이 일어나는 현상이 관측된 이후로 1960년대 말경부터 실용화되기 시작했으며, 발광 다이오드와 관련한 연구와 개발이 꾸준히 이루어져 왔다.Light Emitting Diode (LED) is a light emitting device manufactured using a semiconductor manufacturing process. Since the phenomenon of light emission occurs when voltage is applied to a semiconductor device in the 1920s, it has been put into practical use since the late 1960s. Research and development related to this have been done steadily.

근래 들어 발광 다이오드의 여러 장점으로 인해 기존의 백열등을 대체할 정도의 광 특성을 가진 조명용 발광 다이오드에 대한 관심이 커지고 있으며, 기존 조명 시스템에 사용되는 발광 소자를 형광등이나 백열등에서 발광 다이오드로 대체한 제품들이 속속 출시되고 있다.Recently, due to various advantages of light emitting diodes, there is a growing interest in light emitting diodes that have light characteristics that can replace conventional incandescent lamps. Products that replaced light emitting devices used in conventional lighting systems with fluorescent diodes or incandescent lamps Are being released one after another.

최근에는 기존 조명 장치에 필적할 정도의 휘도(Brightness) 특성을 가진 발광 다이오드 조명 시스템이 발표되고 있다. 그러나, 아직 발광 다이오드 소자, 패키지, 발광 다이오드를 포함하는 광학 시스템, 발광 다이오드 제어 회로 등 여러 관련 분야에서 많은 연구가 필요한 상황이다.Recently, a light emitting diode lighting system having brightness characteristics comparable to existing lighting devices has been announced. However, much research is still needed in various related fields such as light emitting diode devices, packages, optical systems including light emitting diodes, and light emitting diode control circuits.

한편, 발광 다이오드는 전류로 구동되는 소자이므로 발광 다이오드가 동일한 밝기를 유지하도록 하기 위해서는 반드시 일정한 전류를 공급해야 한다.On the other hand, since the light emitting diode is a device driven by a current, a constant current must be supplied to maintain the same brightness of the light emitting diode.

이를 위하여 종래에는 일반적으로 정전류 구동 집적회로(IC)나 마이크로 프로세서 등을 이용하여 정전류 구동 회로를 구성하고 있으나 이러한 소자의 가격 때문에 생산비용이 높아지는 문제점이 있었다.To this end, in general, a constant current driving circuit is generally configured using a constant current driving integrated circuit (IC) or a microprocessor, but there is a problem in that the production cost increases due to the price of such a device.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 정전류 구동 집적회로(IC)나 마이크로 프로세서 등의 고가 소자를 사용하지 않고도 간단하게 발광 다이오드에 정전류를 공급함과 아울러 구동 전류의 편차를 줄여 조명용 발광 다이오드를 효율적으로 구동시킬 수 있는 발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, it is possible to simply supply a constant current to the light emitting diode without using expensive devices such as a constant current driving integrated circuit (IC) or a microprocessor and to reduce the deviation of the driving current SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a constant current supply device for light emitting diode lighting that can efficiently drive a light emitting diode for lighting.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치는, 발광 다이오드(LED)를 구동하기 위해 입력되는 구동제어신호에 따라 정전압 제어신호를 발생시키는 입력부; 상기 입력부에서 발생된 정전압 제어신호에 따라 정전압을 발생시키는 정전압 발생부; 하나 이상의 발광 다이오드가 포함되는 부하에 연결되고, 상기 정전압 발생부에서 발생시킨 정전압에 따라 도통 상태가 결정되는 부하단 스위칭부; 및 상기 부하단 스위칭부와 접지 사이에 위치하여, 상기 부하단 스위칭부를 통해 전류가 흐를 수 있는 경로를 형성하는 피드백 저항 소자를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the constant current supply device for LED lighting according to the present invention, the input unit for generating a constant voltage control signal in accordance with the drive control signal input to drive the light emitting diode (LED); A constant voltage generator configured to generate a constant voltage according to the constant voltage control signal generated by the input unit; A load stage switching unit connected to a load including one or more light emitting diodes and having a conductive state determined according to a constant voltage generated by the constant voltage generator; And a feedback resistor element positioned between the load stage switching unit and the ground to form a path through which the current can flow through the load stage switching unit.

상기 입력부는 베이스 단에 상기 구동제어신호가 입력되는 트랜지스터 Q1을 포함하고, 상기 트랜지스터 Q1의 컬렉터 단과 전원 사이에는 전류제한용 저항 소자 R1이 연결되며, 상기 트랜지스터 Q1의 에미터 단과 접지 사이에는 전류제한용 저항 소자 R2가 연결되도록 구성할 수 있다.The input unit includes a transistor Q1 through which the driving control signal is input to a base terminal, a current limiting resistor R1 is connected between a collector terminal of the transistor Q1 and a power supply, and a current limit is connected between the emitter terminal and the ground of the transistor Q1. The resistance resistor R2 can be configured to be connected.

이때, 상기 트랜지스터 Q1의 컬렉터 단에 인가되는 전압이 상기 정전압 제어신호의 역할을 수행할 수 있다.In this case, the voltage applied to the collector terminal of the transistor Q1 may serve as the constant voltage control signal.

상기 트랜지스터 Q1은 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 구성될 수 있다.The transistor Q1 may be configured using a bipolar transistor.

상기 정전압 발생부는 베이스 단에 상기 정전압 제어신호가 입력되는 트랜지스터 Q2를 포함하고, 상기 트랜지스터 Q2의 컬렉터 단은 전원에 연결되며, 상기 트랜지스터 Q2의 에미터 단과 접지 사이에는 전류제한용 저항 소자 R3과 R4가 직렬 연결되도록 구성할 수 있다.The constant voltage generator includes a transistor Q2 through which the constant voltage control signal is input to a base end, a collector end of the transistor Q2 is connected to a power supply, and a current limiting resistor R3 and R4 between the emitter end and the ground of the transistor Q2. Can be configured to be connected in series.

이때, 상기 저항 소자 R3과 R4의 공통 접점에 나타나는 전압을 상기 정전압으로 사용할 수 있다.In this case, a voltage appearing at the common contact between the resistors R3 and R4 may be used as the constant voltage.

상기 트랜지스터 Q2는 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 구성될 수 있다.The transistor Q2 may be configured using a bipolar transistor.

상기 부하단 스위칭부는 바이폴라 트랜지스터를 포함하여 구성될 수 있다.The load stage switching unit may include a bipolar transistor.

또한, 상기 부하단 스위칭부는 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터 또는 FET(Field Effect Transistor)를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the load stage switching unit may include a metal oxide semiconductor (MOS) transistor or a field effect transistor (FET).

이때, 상기 부하단 스위칭부는 상기 트랜지스터의 게이트 단에 상기 정전압 발생부에서 발생된 정전압이 인가되고, 드레인 단은 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는 부하를 통해 전원에 연결되며, 소스 단은 상기 피드백 저항 소자를 통해 접지에 연결되도록 구성될 수 있다.In this case, the load stage switching unit is applied to a constant voltage generated by the constant voltage generator in the gate terminal of the transistor, the drain terminal is connected to the power supply through a load including one or more light emitting diodes, the source terminal is the feedback resistor element It can be configured to be connected to ground through.

상기 부하단 스위칭부는 상기 트랜지스터에 과도한 전압이 인가되지 않도록 하기 위해 부하와 직렬 연결되는 분압용 저항 소자를 더 포함하여 구성될 수 있다.The load stage switching unit may further include a voltage divider resistor connected in series with a load to prevent an excessive voltage from being applied to the transistor.

상기 각 실시예의 정전류 공급 장치는 상기 부하단 스위칭부와 피드백 저항 소자의 쌍을 복수 개 포함하고, 상기 각 부하단 스위칭부와 피드백 저항 소자의 쌍은 상기 부하에 병렬로 공통 연결되도록 구성함으로써, 상기 부하에 흐르는 전류의 크기를 조절할 수도 있다.The constant current supply apparatus of each embodiment includes a plurality of pairs of the load stage switching unit and the feedback resistance element, and each pair of load stage switching unit and the feedback resistance element is configured to be commonly connected in parallel to the load, You can also adjust the magnitude of the current through the load.

본 발명에 따르면, 정전류 구동 집적회로(IC)나 마이크로 프로세서 등의 고가 소자를 사용하지 않고도 발광 다이오드에 정전류를 공급할 수 있다.According to the present invention, a constant current can be supplied to a light emitting diode without using expensive devices such as a constant current driver integrated circuit (IC) or a microprocessor.

특히, 트랜지스터와 저항 소자만으로 간단하게 구성할 수 있으며, 피드백 저항 소자를 이용하기 때문에 제조공정상 나타나는 트랜지스터의 특성 차이로 인한 구동 전류의 편차를 최소화할 수 있어 발광 다이오드로 안정적인 정전류를 공급할 수 있다. 이에 따라, 냉장고, 에어컨, 텔레비전 세트 등 다양한 전자제품에 적용되어 사용자에게 고품질의 조명 효과를 제공할 수 있게 된다.In particular, since the transistor and the resistance element can be easily configured, and the feedback resistance element is used, the variation of the driving current due to the difference in the characteristics of the transistor appearing in the manufacturing process can be minimized, thereby providing a stable constant current to the light emitting diode. Accordingly, the present invention may be applied to various electronic products such as a refrigerator, an air conditioner, a television set, and provide a high quality lighting effect to a user.

또한, 범용 소자만으로 구성될 수 있으므로 사용되는 부품의 상호 호환성을 높일 수 있고, 설계 변경이 용이하며, 제품의 생산 비용을 절감시키는 효과가 나타난다.In addition, since it can be composed of only general-purpose devices, it is possible to increase the interchangeability of the components used, easy design changes, and reduce the production cost of the product.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하자면, 발광 다이오드를 이용하여 어떠한 조명을 수행하는 시스템에는 기본적으로 전류가 흐름에 따라 빛을 발하는 하나 이상의 발광 다이오드(12), 발광 다이오드(12)에 정전류가 흐르도록 해주어 발광 다이오드(12)가 일정한 세기의 빛을 발할 수 있도록 하는 정전류 공급 장치(11)가 포함된다.Referring to FIG. 1, in a system for performing any illumination using a light emitting diode, at least one light emitting diode 12, which emits light as a current flows, allows a constant current to flow through the light emitting diode 12. A constant current supply device 11 is included to allow 12 to emit light of a constant intensity.

즉, 발광 다이오드(12)는 전류로 구동되는 소자이므로 발광 다이오드(12)가 일정한 밝기를 유지할 수 있도록 해주기 위해서는 정전류 공급장치(11)가 일정한 크기의 전류를 공급해 주어야 한다.That is, since the light emitting diode 12 is a device driven by a current, the constant current supply device 11 must supply a current having a constant magnitude in order to maintain the constant brightness of the light emitting diode 12.

도 2를 참조하자면, 본 발명에 따른 정전류 공급 장치(20)는 입력부(21), 정전압 발생부(22), 부하단 스위칭부(23), 피드백 저항 소자(24)를 포함하여 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 2, the constant current supply device 20 according to the present invention may include an input unit 21, a constant voltage generator 22, a load stage switching unit 23, and a feedback resistor element 24.

입력부(21)는 부하(12)를 구동시키기 위해 입력되는 구동제어신호에 따라 정전압 제어신호를 발생시키는 역할을 수행하며, 정전압 발생부(22)는 입력부(21)에서 발생시킨 정전압 제어신호에 따라 정전압을 발생시키는 역할을 수행한다.The input unit 21 serves to generate a constant voltage control signal according to a drive control signal input to drive the load 12, and the constant voltage generator 22 according to the constant voltage control signal generated by the input unit 21. It plays a role of generating constant voltage.

부하단 스위칭부(23)는 정전압 발생부(22)에서 발생된 정전압에 따라 도통 상태가 결정되는데, 부하단 스위칭부(23)는 피드백 저항 소자(24)와 함께 부하(12)에 흐르는 전류를 조절한다.The conduction state of the load stage switching unit 23 is determined according to the constant voltage generated by the constant voltage generator 22. The load stage switching unit 23 together with the feedback resistance element 24 supplies a current flowing through the load 12. Adjust.

부하단 스위칭부(23)에 연결되는 부하(12)는 도 3에 도시한 예와 같이 하나 이상의 발광 다이오드(#1~#n: n은 1 이상의 정수)가 포함된다. 부하(12)는 전원과 부하단 스위칭부(23)의 사이에 연결되며, 부하단 스위칭부(23)의 도통 상태에 따라 부하(12)에 흐르는 전류도 정해진다.The load 12 connected to the load stage switching unit 23 includes one or more light emitting diodes (# 1 to #n: n is an integer of 1 or more) as shown in FIG. 3. The load 12 is connected between the power supply and the load stage switching unit 23, and the current flowing in the load 12 is also determined according to the conduction state of the load stage switching unit 23.

부하단 스위칭부(23)와 접지 사이에는 피드백 저항 소자(24)가 위치한다.The feedback resistor element 24 is positioned between the load stage switching unit 23 and the ground.

그러므로, 부하단 스위칭부(23)가 도통 상태일 때 전류는 전원, 부하(12), 부하단 스위칭부(23), 및 피드백 저항 소자(24)로 이루어지는 경로를 따라 흐른다.Therefore, when the load stage switching section 23 is in a conducting state, current flows along a path composed of the power source, the load 12, the load stage switching section 23, and the feedback resistance element 24.

도 4를 참조하여, 트랜지스터와 저항 소자를 이용하여 정전류 공급 장치를 구성하는 구체적인 실시예를 설명하기로 한다.Referring to FIG. 4, a specific embodiment of configuring a constant current supply device using a transistor and a resistance element will be described.

입력부(21)는 트랜지스터 Q1과 저항 소자 R1, R2를 이용하여 구성할 수 있다. 트랜지스터 Q1의 베이스 단에는 구동제어신호가 입력되고, 컬렉터 단과 전원 사이에는 전류제한용 저항 소자 R1이 연결되며, 에미터 단과 접지 사이에는 전류제한용 저항 소자 R2가 연결된다.The input unit 21 can be configured using the transistor Q1 and the resistors R1 and R2. A driving control signal is input to the base terminal of the transistor Q1, a current limiting resistor R1 is connected between the collector terminal and a power supply, and a current limiting resistor R2 is connected between the emitter terminal and ground.

이러한 실시예에서 트랜지스터 Q1의 컬렉터 단에 인가되는 전압이 정전압 제어신호의 역할을 수행할 수 있다.In such an embodiment, the voltage applied to the collector terminal of the transistor Q1 may serve as a constant voltage control signal.

트랜지스터 Q1은 바이폴라(Bipolar) 트랜지스터를 이용하여 구성될 수 있다.Transistor Q1 may be configured using a bipolar transistor.

예로서, 트랜지스터 Q1은 NPN 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 구성할 수 있는데, 이 경우 구동제어신호가 하이(High) 상태일 때 NPN 트랜지스터가 도통 상태로 되어 정전압 제어신호는 로우(Low) 상태가 된다.For example, the transistor Q1 may be configured using an NPN bipolar transistor. In this case, when the driving control signal is high, the NPN transistor is in a conductive state, and the constant voltage control signal is in a low state.

만일 트랜지스터 Q1이 PNP 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 구성된다면, 구동제어신호가 로우 상태일 때 PNP 트랜지스터가 도통 상태로 되고, 정전압 제어신호는 로우(Low) 상태가 된다.If the transistor Q1 is configured using a PNP bipolar transistor, the PNP transistor becomes conductive when the drive control signal is low, and the constant voltage control signal is low.

여기서 하이 상태와 로우 상태란 해당 트랜지스터를 온 상태 또는 오프 상태로 스위칭하는데 필요한 전압을 의미하며, 정전압 제어신호가 각 상황에 따른 전압을 갖도록 전류 제한용 소자 R1과 R2의 저항값이 결정된다.Here, the high state and the low state refer to voltages required to switch the transistor to an on state or an off state, and resistance values of the current limiting elements R1 and R2 are determined so that the constant voltage control signal has a voltage according to each situation.

정전압 발생부(22)는 트랜지스터 Q2와 저항 소자 R3 및 R4를 이용하여 구성할 수 있는데, 트랜지스터 Q2의 베이스 단에는 정전압 제어신호가 인가되고, 컬렉터 단은 전원에 연결되며, 에미터 단과 접지 사이에는 전류제한용 저항 소자 R3과 R4가 직렬 연결된다. 이러한 실시예에서 저항 소자 R3과 R4의 공통 접점에 정전압이 발생할 수 있다.The constant voltage generator 22 may be configured by using the transistor Q2 and the resistors R3 and R4. A constant voltage control signal is applied to the base terminal of the transistor Q2, the collector terminal is connected to a power supply, and between the emitter terminal and the ground. Current limiting resistors R3 and R4 are connected in series. In such an embodiment, a constant voltage may be generated at the common contact of the resistors R3 and R4.

트랜지스터 Q2는 바이폴라(Bipolar) 트랜지스터를 이용하여 구성될 수 있다.Transistor Q2 may be configured using a bipolar transistor.

예로서, 트랜지스터 Q2는 PNP 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 구성할 수 있는데, 이 경우 정전압 제어신호가 로우 상태일 때 PNP 트랜지스터가 도통 상태로 되므로 정전압은 하이 상태가 된다. 이때, 하이 상태란 전원 전압에서 PNP 트랜지스터 Q2의 에미터-컬렉터 단 전압을 차감한 전압이 저항 소자 R3과 R4에 의해 R4로 분배된 전압이다.For example, transistor Q2 can be configured using a PNP bipolar transistor. In this case, the constant voltage becomes high because the PNP transistor is in a conductive state when the constant voltage control signal is low. At this time, the high state is a voltage obtained by subtracting the emitter-collector terminal voltage of the PNP transistor Q2 from the power supply voltage to R4 by the resistors R3 and R4.

만일 트랜지스터 Q2가 NPN 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 구성된다면 정전압 제어신호가 하이 상태일 때 NPN 트랜지스터가 도통 상태로 될 것이다.If transistor Q2 is configured using an NPN bipolar transistor, the NPN transistor will be in a conductive state when the constant voltage control signal is high.

한편, 도 4에는 부하단 스위칭부(23)가 FET로 구성되는 예를 도시하였지만, 부하단 스위칭부(23)는 필요에 따라 바이폴라 트랜지스터나 MOS 트랜지스터로 구성될 수도 있으며, 이하에서 설명하는 동작 과정이 그대로 적용될 수 있다.4 illustrates an example in which the load stage switching unit 23 is constituted by FETs, the load stage switching unit 23 may be constituted by a bipolar transistor or a MOS transistor, if necessary. This can be applied as it is.

도시된 예에서 부하단 스위칭부(23)의 FET Q4(이하, 트랜지스터 Q4라 한다)의 게이트 단에는 정전압 발생부(22)에서 발생된 정전압이 인가되며, 드레인 단은 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는 부하(12)를 통해 전원에 연결되고, 소스 단은 피드백 저항 소자 R6(24)을 통해 접지에 연결된다.In the illustrated example, the constant voltage generated by the constant voltage generator 22 is applied to the gate terminal of the FET Q4 (hereinafter referred to as transistor Q4) of the load stage switching unit 23, and the drain terminal includes one or more light emitting diodes. It is connected to the power supply via the load 12, and the source terminal is connected to the ground through the feedback resistor element R6 (24).

그러므로, 정전압 발생부(22)는 트랜지스터 Q4의 종류에 따라 적절한 정전압을 트랜지스터 Q4의 게이트 단에 인가할 수 있어야 한다.Therefore, the constant voltage generator 22 should be able to apply an appropriate constant voltage to the gate terminal of the transistor Q4 in accordance with the type of the transistor Q4.

도시된 예에서는 정전압 발생부(22)가 발생하는 정전압이 하이 상태일 때 트랜지스터 Q4가 도통 상태로 되고, 로우 상태일 때 비도통 상태로 된다.In the illustrated example, when the constant voltage generated by the constant voltage generator 22 is in a high state, the transistor Q4 is in a conductive state, and is in a non-conductive state when in a low state.

또한, 부하단 스위칭부(23)는 트랜지스터 Q4의 드레인 단에 과도한 전압이 인가되지 않도록 하기 위하여 부하(12)와 직렬 연결되는 분압용 저항 소자 R5를 더 포함하도록 구성할 수 있다.In addition, the load stage switching unit 23 may be configured to further include a voltage dividing resistor R5 connected in series with the load 12 in order not to apply an excessive voltage to the drain terminal of the transistor Q4.

위에서 설명한 바와 같이, 피드백 저항 소자 R6(24)은 부하단 스위칭부(23)와 접지 사이에 위치하여 부하단 스위칭부(23)가 도통 상태가 되었을 때 전원, 부하(12), 분압용 저항 소자 R5, 트랜지스터 Q4, 피드백 저항 소자 R6(24)의 경로를 통해 전류가 흐르게 된다.As described above, the feedback resistor R6 (24) is located between the load stage switching unit 23 and the ground, when the load stage switching unit 23 is in a conductive state, the power supply, the load 12, the voltage divider resistance element. Current flows through the path of R5, transistor Q4, and feedback resistor R6 (24).

이제 도 4를 참조하여 설명한 상기 실시예에 관하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.Now, the embodiment described with reference to FIG. 4 will be described in more detail.

입력부(21)를 구성하는 트랜지스터 Q1의 베이스에 구동제어신호로서 하이 상태의 전압을 구동제어신호로서 인가하면, 트랜지스터 Q1은 오프(OFF) 상태에서 온(ON) 상태로 되어 전원으로부터 저항 소자 R1, 트랜지스터 Q1, 저항 소자 R2를 경유하여 전류가 흐른다.When a high state voltage is applied as the drive control signal to the base of the transistor Q1 constituting the input unit 21 as the drive control signal, the transistor Q1 is turned from the OFF state to the ON state and the resistors R1, Current flows through the transistor Q1 and the resistor R2.

이때, 전류제한용 저항 소자 R1과 R2의 저항값을 적절히 분배하였다면, 트랜지스터 Q1의 컬렉터 단에는 정전압 발생부(22)의 트랜지스터 Q2를 도통시킬 수 있는 로우 상태의 전압(정전류 제어신호)이 인가되므로, 트랜지스터 Q2도 오프 상태에서 온 상태로 된다.At this time, if the resistance values of the current limiting resistors R1 and R2 are properly distributed, a low voltage (constant current control signal) is applied to the collector stage of the transistor Q1 to enable the transistor Q2 of the constant voltage generator 22 to conduct. The transistor Q2 is also turned on from the off state.

이에 따라, 전원으로부터 트랜지스터 Q2, 저항 소자 R3와 R4를 경유하여 전류가 흐르고, 저항 소자 R4에는 하이 상태의 정전압이 인가된다.As a result, a current flows from the power supply via the transistors Q2, the resistors R3 and R4, and a high voltage constant voltage is applied to the resistor R4.

이 정전압은 부하단 스위칭부(23)를 구성하는 트랜지스터 Q4의 게이트 단에 인가되며 트랜지스터 Q4의 드레인 전류(ID ( Q4 ))를 일정 값으로 유지시킨다.This constant voltage is applied to the gate terminal of the transistor Q4 constituting the load stage switching section 23 and maintains the drain current I D ( Q4 ) of the transistor Q4 at a constant value.

이때, 트랜지스터 Q4의 드레인 단에는 전원과의 사이에 부하(12)뿐 아니라 분압용 저항 소자 R5가 위치하고 있으므로, 트랜지스터 Q4의 컬렉터 단에 과도한 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.At this time, since the voltage-dividing resistor R5 as well as the load 12 is positioned at the drain terminal of the transistor Q4, an excessive voltage can be prevented from being applied to the collector terminal of the transistor Q4.

트랜지스터 Q4의 게이트 단에 인가되는 기준 전압(정전압: VG ( Q4 ))과 트랜지스터 Q4의 드레인 전류(ID ( Q4 ))는 다음의 수학식 1과 수학식 2로 표시할 수 있다.The reference voltage (constant voltage: V G ( Q4 ) ) applied to the gate terminal of the transistor Q4 and the drain current I D ( Q4 ) of the transistor Q4 may be represented by the following equations (1) and (2).

Figure 112008024886303-pat00001
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Figure 112008024886303-pat00002
Figure 112008024886303-pat00002

이와 같이 트랜지스터 Q4의 소스 저항인 피드백 저항 소자 R6(24)은 트랜지스터 Q4의 편차에 의한 전류 오차를 최소화하는 기능을 수행할 수 있다.As such, the feedback resistor R6 24, which is a source resistor of the transistor Q4, may perform a function of minimizing a current error caused by the variation of the transistor Q4.

도 5는 피드백 저항 소자 R6(24)의 바이어스 안정화(Bias Stability) 기능을 설명하기 위한 것으로서, 특성이 서로 다른 트랜지스터를 트랜지스터 Q4로 사용하였을 때의 측정 그래프이다.FIG. 5 is for explaining the bias stabilization function of the feedback resistance element R6 24, and is a measurement graph when transistors having different characteristics are used as the transistor Q4.

도 5a는 피드백 저항 소자 R6(24)이 없을 때의 VGS ( Q4 )-ID ( Q4 ) 곡선으로서, 트랜지스터 Q4에 흐르는 전류 ID ( Q4 )는 아래와 같은 수학식 3으로 표현이 가능하다.5A is a V GS ( Q4 ) −I D ( Q4 ) curve in the absence of the feedback resistor R6 (24), and the current I D ( Q4 ) flowing in the transistor Q4 can be expressed by the following equation (3).

Figure 112008024886303-pat00003
Figure 112008024886303-pat00003

여기서, K( Q4 )는 트랜지스터 Q4의 특성을 나타내는 상수이고, 't'는 'threshold'를 표시한다.Here, K ( Q4 ) is a constant representing the characteristics of transistor Q4, and 't' represents 'threshold'.

수학식 3과 같이 트랜지스터 Q4의 K값과 Vt값이 동일하면 각 트랜지스터는 동일 기준 전압 VGS ( Q4 )에 대해 동일 전류를 유지한다. 그러나, 도 5a와 같이 각 트랜지스터 Q4(FET1, FET2)는 제조 공정상의 편차로 인하여 VGS ( Q4 )-ID ( Q4 ) 곡선의 편차가 발생하고, 동일 기준 전압 VG1에 대해 ID1, ID2와 같이 전류 오차가 생긴다.As shown in Equation 3, when the K value and the V t value of the transistor Q4 are the same, each transistor maintains the same current with respect to the same reference voltage V GS ( Q4 ) . However, as shown in FIG. 5A, each transistor Q4 (FET1, FET2) has a deviation of the V GS ( Q4 ) -I D ( Q4 ) curve due to the variation in the manufacturing process, and I D1 , I for the same reference voltage V G1 . Current error occurs as in D2 .

또한, 트랜지스터 Q4의 드레인 전류는 수학식 3과 같이 기준 전압의 제곱에 비례하므로 전류를 증가시켜 구동할수록 전류 오차는 커진다.In addition, since the drain current of the transistor Q4 is proportional to the square of the reference voltage as in Equation 3, the current error increases as the current is increased and driven.

도 5b는 피드백 저항 소자 R6(24)이 있을 때의 VGS ( Q4 )-ID ( Q4 ) 곡선이다. 피드백 저항 소자 R6(24)에 의한 부하선(ID(Q4))은 수학식 2와 같으며, 결과적으로 전류 오차(ID3~ID4)가 작아지는 것을 알 수 있다.5B is a V GS ( Q4 ) −I D ( Q4 ) curve with the feedback resistive element R6 24. The load line I D (Q4) by the feedback resistance element R6 24 is as shown in Equation 2, and as a result, it can be seen that the current errors I D3 to I D4 are reduced.

도 6은 피드백 저항 소자 R6(24)의 유무에 따라 특성(O1~O4)이 서로 다른 여러 트랜지스터를 트랜지스터 Q4로 사용하였을 때의 측정 그래프이다.FIG. 6 is a measurement graph when several transistors having different characteristics (O1 to O4) depending on the presence or absence of the feedback resistance element R6 (24) are used as the transistor Q4.

도 6a는 피드백 저항 소자 R6(24)가 없을 때의 VGS ( Q4 )-ID ( Q4 ) 곡선에 관한 것으로서, 기준 전압 VG1에 대해 트랜지스터의 드레인 전류는 약 40~60mA로 변동하여 드레인 전류에 약 20mA의 편차가 발생함을 확인할 수 있다.6A relates to the V GS ( Q4 ) -I D ( Q4 ) curve in the absence of the feedback resistor R6 (24), where the drain current of the transistor varies from about 40 to 60 mA with respect to the reference voltage V G1 . It can be seen that there is a deviation of about 20mA.

그림 6b는 10옴의 저항값을 갖는 피드백 저항 소자 R6(24)이 있을 때의 VGS(Q4)-ID(Q4) 곡선에 관한 것으로서, VG1과 동일한 기준 전압 VG2에 대해 트랜지스터의 드레인 전류는 약 40~44mA로 변동하여 드레인 전류에 약 4mA의 편차가 발생함을 알 수 있다. 즉, 트랜지스터 Q4의 드레인 전류에 대한 편차가 크게 감소한다.Figure 6b shows the V GS (Q4) -I D (Q4) curve with a feedback resistor R6 (24) with a resistance of 10 ohms, draining the transistor for a reference voltage V G2 equal to V G1. It can be seen that the current varies from about 40 to 44 mA, resulting in a deviation of about 4 mA in the drain current. In other words, the variation with respect to the drain current of the transistor Q4 is greatly reduced.

한편, 피드백 저항 소자(24)는 수학식 2에 나타낸 바와 같이 일정 값의 드레인 전류의 얻기 위해 조정 가능하며, 발광 다이오드와 같이 수십 mA 이상의 전류를 요구하는 회로에서는 일정 값(예: 100 옴) 이하의 저항값을 갖도록 구성하는 것이 바람직할 수 있다.On the other hand, the feedback resistor element 24 is adjustable to obtain a constant value of drain current as shown in Equation 2, and in a circuit requiring a current of several tens of mA or more, such as a light emitting diode, the feedback resistance element 24 is equal to or less than 100 ohms. It may be desirable to configure to have a resistance value of.

또한, 피드백 저항 소자(24)는 상기와 같은 바이어스 안정화 역할뿐 아니라 온도 변화나 전원 변동에 대해 부궤환(Negative Feedback) 효과를 나타낼 수 있다.In addition, the feedback resistor element 24 may exhibit a negative feedback effect on temperature change or power supply fluctuation as well as the above-described bias stabilizing role.

일반적으로 트랜지스터는 온도가 증가하거나 드레인 전압이 증가하면 동일한 게이트 전압을 인가하더라도 드레인 전류는 증가한다.In general, when the transistor increases in temperature or the drain voltage increases, the drain current increases even if the same gate voltage is applied.

그러나, 피드백 저항 소자(24)가 존재하는 경우 온도나 드레인 전압이 증가하여 드레인 전류가 증가하면, 증가한 드레인 전류로 인해 피드백 저항 소자(24)에 인가되는 전압도 증가한다. 피드백 저항 소자(24)에 인가되는 전압이 증가하면 트랜지스터의 게이트와 소스 단 사이 전압(VGS)은 감소하게 되므로(트랜지스터의 게이트 전압은 일정하기 때문), 드레인 전류가 다시 감소하게 된다.However, when the feedback resistance element 24 is present, if the drain current increases due to an increase in temperature or drain voltage, the voltage applied to the feedback resistance element 24 also increases due to the increased drain current. When the voltage applied to the feedback resistor element 24 increases, the voltage V GS between the gate and source terminals of the transistor decreases (since the gate voltage of the transistor is constant), so that the drain current decreases again.

결과적으로 온도 또는 드레인 전압이 증가하여 트랜지스터의 드레인 전류가 증가하면 피드백 저항 소자(24)가 부궤환 효과를 나타내어 다시 드레인 전류를 감 소시키게 되므로, 피드백 저항 소자(24)가 없을 때에 비해 온도 변화나 드레인 전압의 변동에 둔감하게 된다.As a result, when the drain current of the transistor increases due to an increase in temperature or drain voltage, the feedback resistance element 24 exhibits a negative feedback effect, thereby reducing the drain current again. It becomes insensitive to the fluctuation of the drain voltage.

한편, 본 발명에 따른 정전류 공급 장치(20)는 도 7에 도시된 실시예와 같이 부하단 스위칭부와 피드백 저항 소자의 쌍(71-1과 72-1 ~ 71-k와 72-k)을 복수 개 포함하도록 구성할 수 있다.Meanwhile, the constant current supply device 20 according to the present invention uses a pair of load stage switching unit and feedback resistor elements 71-1 and 72-1 to 71-k and 72-k as shown in the embodiment shown in FIG. It can be comprised so that a plurality may be included.

이러한 실시예에서 각 부하단 스위칭부와 피드백 저항 소자의 쌍(71-1과 72-1 ~ 71-k와 72-k)은 병렬로 부하(12)에 공통 연결되며, 부하(12)에 속한 발광 다이오드에 흐르는 전류는 각각의 부하단 스위칭부와 피드백 저항 소자의 쌍을 통해 공급될 수 있는 전류의 합이 된다.In this embodiment each pair of load stage switching and feedback resistor elements 71-1 and 72-1 to 71-k and 72-k are commonly connected to the load 12 in parallel and belong to the load 12. The current flowing through the light emitting diode is the sum of the currents that can be supplied through the pair of load stage switching units and the feedback resistance element.

상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.The above-described embodiments are intended to help the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified and implemented by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. to be.

도 1은 발광 다이오드 구동에 관한 개요,1 is an overview of driving a light emitting diode;

도 2는 본 발명에 따른 정전류 공급 장치의 일 실시예,2 is an embodiment of a constant current supply device according to the present invention,

도 3은 부하에 관한 예,3 is an example of a load,

도 4는 본 발명에 따른 정전류 공급 장치의 구체적인 실시예,4 is a specific embodiment of a constant current supply device according to the present invention;

도 5와 도 6은 서로 다른 특성을 갖는 트랜지스터를 사용하였을 때 피드백 저항 소자의 유무에 따른 전류 편차의 측정 그래프,5 and 6 are graphs of measurement of the current deviation depending on the presence or absence of a feedback resistance element when using transistors having different characteristics;

도 7은 본 발명에 따른 정전류 공급 장치의 또 다른 실시예이다.7 is another embodiment of a constant current supply device according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

11,20: 정전류 공급 장치 12: 부하11,20: constant current supply 12: load

21: 입력부 22: 정전압 발생부21: input unit 22: constant voltage generator

23,71-1~71-k: 부하단 스위칭부23,71-1 to 71-k: load stage switching unit

24,72-1~72-k: 피드백 저항 소자24,72-1 to 72-k: feedback resistor

R1~R6: 저항 소자 Q1,Q2,Q4: 트랜지스터R1 to R6: resistor elements Q1, Q2 and Q4: transistors

Claims (10)

발광 다이오드(LED)를 구동하기 위해 입력되는 구동제어신호에 따라 정전압 제어신호를 발생시키는 입력부;An input unit for generating a constant voltage control signal according to a driving control signal input to drive a light emitting diode (LED); 상기 입력부에서 발생된 정전압 제어신호에 따라 정전압을 발생시키는 정전압 발생부;A constant voltage generator configured to generate a constant voltage according to the constant voltage control signal generated by the input unit; 하나 이상의 발광 다이오드가 포함되는 부하에 연결되고, 상기 정전압 발생부에서 발생시킨 정전압에 따라 도통 상태가 결정되는 부하단 스위칭부; 및A load stage switching unit connected to a load including one or more light emitting diodes and having a conductive state determined according to a constant voltage generated by the constant voltage generator; And 상기 부하단 스위칭부와 접지 사이에 위치하여, 상기 부하단 스위칭부를 통해 전류가 흐를 수 있는 경로를 형성하는 피드백 저항 소자를 포함하고,A feedback resistor element disposed between the load stage switching unit and the ground to form a path through which the current flows through the load stage switching unit; 상기 부하단 스위칭부는 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터 또는 FET(Field Effect Transistor)를 포함하며,The load stage switching unit includes a metal oxide semiconductor (MOS) transistor or a field effect transistor (FET), 상기 트랜지스터의 게이트 단에 상기 정전압 발생부에서 발생된 정전압이 인가되고, 드레인 단은 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는 부하를 통해 전원에 연결되며, 소스 단은 상기 피드백 저항 소자를 통해 접지에 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치.A constant voltage generated by the constant voltage generator is applied to a gate terminal of the transistor, a drain terminal is connected to a power source through a load including one or more light emitting diodes, and a source terminal is configured to be connected to ground through the feedback resistor element. A constant current supply for light emitting diode lighting, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 입력부는 베이스 단에 상기 구동제어신호가 입력되는 트랜지스터 Q1을 포함하고, 상기 트랜지스터 Q1의 컬렉터 단과 전원 사이에는 전류제한용 저항 소자 R1이 연결되며, 상기 트랜지스터 Q1의 에미터 단과 접지 사이에는 전류제한용 저항 소자 R2가 연결되어,The input unit includes a transistor Q1 through which the driving control signal is input to a base terminal, a current limiting resistor R1 is connected between a collector terminal of the transistor Q1 and a power supply, and a current limit is connected between the emitter terminal and the ground of the transistor Q1. The resistance element R2 is connected, 상기 트랜지스터 Q1의 컬렉터 단에 인가되는 전압이 상기 정전압 제어신호의 역할을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치.And a voltage applied to the collector terminal of the transistor Q1 serves as the constant voltage control signal. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 트랜지스터 Q1은 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치.And the transistor Q1 is configured using a bipolar transistor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 정전압 발생부는 베이스 단에 상기 정전압 제어신호가 입력되는 트랜지스터 Q2를 포함하고, 상기 트랜지스터 Q2의 컬렉터 단은 전원에 연결되며, 상기 트랜지스터 Q2의 에미터 단과 접지 사이에는 전류제한용 저항 소자 R3과 R4가 직렬 연결되어, 상기 저항 소자 R3과 R4의 공통 접점에 상기 정전압이 발생하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치.The constant voltage generator includes a transistor Q2 through which the constant voltage control signal is input to a base end, a collector end of the transistor Q2 is connected to a power supply, and a current limiting resistor R3 and R4 between the emitter end and the ground of the transistor Q2. Is connected in series so that the constant voltage is generated at a common contact between the resistor elements R3 and R4. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 트랜지스터 Q2는 바이폴라 트랜지스터를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치.And the transistor Q2 is configured using a bipolar transistor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 부하단 스위칭부는 트랜지스터에 과도한 전압이 인가되지 않도록 하기 위하여 부하와 직렬 연결되는 분압용 저항 소자를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치.And the load stage switching unit further comprises a voltage divider resistor connected in series with the load to prevent an excessive voltage from being applied to the transistor. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 부하단 스위칭부와 피드백 저항 소자의 쌍을 복수 개 포함하고, 상기 각 부하단 스위칭부와 피드백 저항 소자의 쌍은 상기 부하에 병렬로 공통 연결되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명을 위한 정전류 공급 장치.And a plurality of pairs of the load stage switching unit and the feedback resistance element, wherein each pair of the load stage switching unit and the feedback resistance element are connected in common to the load in parallel. .
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