JP5937455B2

JP5937455B2 - Ｌｅｄ駆動回路

Info

Publication number: JP5937455B2
Application number: JP2012174908A
Authority: JP
Inventors: ジェヒュンハン、
Original assignee: LG Innotek Co Ltd
Current assignee: LG Innotek Co Ltd
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: TW201318470A; JP2013089591A; US8975833B2; KR102019051B1; KR20130041685A; TWI576005B; US20130093355A1

Description

本発明はＴＦＴ−ＬＣＤなどの液晶パネルに使われるＬＥＤバックライト駆動回路に関するものである。

ＴＦＴ−ＬＣＤパネルなどの液晶パネルにおいて、ＬＥＤバックライト（back light）を点灯させ、バックライトの点灯を安定させるために、ＬＥＤバックライトを駆動させるＬＥＤバックライト駆動回路が使われるが、上記ＬＥＤバックライト駆動回路では所定のスイッチングを通じて電圧変換を遂行するコンバータ（例えば、昇圧コンバータ（boost converter））が使われる。

上記ＬＥＤバックライト駆動回路は、図１に示すように、ＰＷＭ＿Ｄオン／オフ信号によってオン／オフされ、ＬＥＤバックライトの出力電流レベルによってパルス幅を増減する高周波パルス型ゲート信号を発生させるＰＷＭＩＣ１０と、ＰＷＭＩＣ１０から出力されるゲート信号によって駆動電圧をスイッチングするＦＥＴスイッチング素子１３と、電流リップル（ripple）を減らすためのインダクタＬ、出力電圧を一定に維持するためのキャパシタＣ、ＬＥＤバックライトからの逆方向電流を制限するダイオードＤ、スイッチングされる出力電圧によって発光動作するＬＥＤバックライト１２と、上記ＰＷＭＩＣにＬＥＤバックライトの出力電流レベルを提供するフィードバックブロック１１と、上記フィードバックブロックに直列連結されて出力電流レベルを電圧レベルに変換させる変換抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を備える。

上記の構造を有するＬＥＤバックライト駆動回路では、電源（Ｖ０）側からＬＥＤバックライト１２側にエネルギーが供給される能動区間ではＦＥＴスイッチング素子１３が開放されてダイオードＤを通じてＬＥＤバックライト１２側に電圧が供給され、反対に、電源側からＬＥＤ側にエネルギーが伝達されない受動区間ではＦＥＴスイッチング素子１３が導通されてダイオードＤを通じてＬＥＤバックライト１２側に電圧が供給されない。したがって、出力電圧の制御方法は一定のスイッチング周波数で能動区間と受動区間との割合（duty rate）を変化させればよい。

上記ＬＥＤバックライト駆動回路の場合、初めて駆動スターティング（starting）される時、ＰＷＭＩＣ１０の出力電流レベル認識電圧端子に出力電流レベルの認識電圧が図２のように矩形波形式により印加されるため、ＰＷＭ＿Ｄ端子にＰＷＭディミング（PWM dimming）信号オン（ON）印加時にＰＷＭＩＣのゲート信号が一定のデューティ（duty）で発生される。ところが、上記のようにＰＷＭＩＣのゲート信号が一定のデューティで発生される時、上記ゲート信号によってＦＥＴスイッチング素子が同時に駆動されるため、コンバータの内の漏洩成分により瞬間的に突入電流（Inrush Current）が発生する。上記のようにコンバータの漏洩成分により交流が遮断される部分で突入電流が発生する場合、このような突入電流によってインダクタ及びキャパシタに騷音が発生する問題がある。

本発明は、コンバータの漏洩成分により発生する突入電流を防止することによって、インダクタ及びキャパシタに発生する騷音を抑制するＬＥＤバックライト駆動回路を提供することをその目的とする。

本発明の実施形態に従うＬＥＤ駆動回路は、電源部、上記電源部の信号が入力されるＬＥＤアレイ、上記ＬＥＤアレイと連結されるＩＣ、及び上記ＩＣで認識される出力電流を徐々に増加させる突入電流制限部を含み、上記突入電流制限部は、周波数調節部及び電流調節部のうち、少なくとも１つを含む。

本発明の実施形態によれば、コンバータの漏洩成分による突入電流が発生しないようにする効果がある。

また、突入電流を防止するために周波数を上げることによって、フリッカー（Flicker）現象を防止することができ、最小輝度でＬＥＤを安定的に駆動することができる。

従来のＬＥＤバックライト駆動回路図である。従来のＬＥＤバックライト駆動回路の下で出力電流レベル認識電圧とゲート信号波形を示す図である。本発明の実施形態に従うＬＥＤバックライト駆動回路図である。図３のＣ地点に入力される電圧を時間の経過に従って示すグラフである。図３のＢ地点に入力される電圧を時間の経過に従って示すグラフである。図３のＤ地点に入力される電圧を時間の経過に従って示すグラフである。図３のＥ地点に入力される電流を従来の回路及び本発明の実施形態を比較して示す図である。図３のＥ地点に入力される電流を従来の回路及び本発明の実施形態を比較して示す図である。本発明の他の実施形態に従うＬＥＤバックライト駆動回路図である。

以下、本発明の好ましい実施形態に対して添付図面を参照しつつ詳細に説明する。その他の実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。明細書の全体に亘って同一参照符号は同一構成要素を指し示す。

図３は、本発明の実施形態に従うＬＥＤバックライト駆動回路図である。本発明の実施形態に従うＬＥＤバックライト駆動回路は、電源部２０、電流リップル（ripple）を減らすためのインダクタＬ１、出力電圧を一定に維持するためのキャパシタＣ１、ＬＥＤアレイ６０からの逆方向電流を制限するダイオードＤ１を備えて安定した駆動電力を供給する。スイッチング素子Ｑ１は、ＬＥＤアレイ６０に流れる電流が大きければ出力電流を減らし、反対に、ＬＥＤバックライトに流れる電流が小さければ出力電流を大きくする。

また、ＬＥＤアレイ６０、ＩＣ５０、及び突入電流制限部１００を含み、上記突入電流制限部１００は、周波数調節部１１０及び電流調節部１２０を含むことができる。

上記周波数調節部１１０及び電流調節部１２０は、相互並列に連結される。

上記電圧分配抵抗Ｒ２、Ｒ３により分圧された電圧は、直列に連結された第４抵抗Ｒ４を通じて電流調節部に入力され、直列に連結された第１キャパシタＣ１を通じて周波数調節部に入力される。

上記ＩＣ５０は一般的によく使われている方式であって、ＬＥＤアレイ６０のカソード端に連結された出力がＩＣ５０の内部ＦＥＴ５１とＥＲＲＡＭＰ５２に接続されてＲｓ及びＲａとＲｉｓｅｎ１によりＬＥＤアレイ６０に印加される電流を制限し、ＥＲＲＡＭＰ５２の出力がＯＳＣと比較されて出力が一定であるようにゲートドライバ５５を制御する役割をする。

ＬＥＤ駆動回路は、初めて駆動される時に突入電流が発生しないソフトスタート（soft start）のために低い電流が入力されなければならないが、この際、低い輝度でもＬＥＤアレイ６０が消灯されず、正常に動作するためには、周波数を増加させる必要がある。例えば、初期駆動電流時の周波数は５００ｋＨｚでありうる。

しかしながら、初期駆動が完了し、ＬＥＤアレイ６０が正常に動作する場合にも周波数が続けて高い値として入力されれば、インダクタＬ１及びスイッチング素子Ｑ１に発熱が問題となることがあり、これによって、駆動回路が損傷されるという問題点がある。これを解消するためには、初期駆動電流が入力された時点から一定時間、例えば１秒乃至１．５秒の時間が経過した後には自動で周波数を低めて（例えば、２００ｋＨｚ）電流を増加させる必要があるが、このために周波数調節部１１０及び電流調節部１２０が存在する。

上記周波数調節部１１０及び電流調節部１２０の動作原理については図４乃至図６を参考にして後述する。図４は図３のＣ地点に入力される電圧を時間の経過に従って示すグラフであり、図５は図３のＢ地点に入力される電圧を時間の経過に従って示すグラフであり、図６は図３のＤ地点に入力される電圧を時間の経過に従って示すグラフである。

まず、電流調節部１２０の駆動原理について説明する。初期駆動を通じてＣ地点にｔ１の時点で５Ｖのハイ信号が印加されれば、Ａ地点には電圧分配抵抗Ｒ２、Ｒ３により電圧が入力される。例えば、Ｒ２が５ｋΩであり、Ｒ３が１０ｋΩであれば、Ａ地点には３．３３Ｖの電圧が入力される。

図４に示すように、Ｃ地点に５Ｖのハイ信号が引続き入力されるので、上記Ａ地点に３．３３Ｖの電圧が引続き入力され、これによってＢ地点はＲ４とＣ２により時間の経過に従ってＣ２に電圧が充電される。この際、Ｑ３のゲートにターンオン電圧が確保されてＱ３がターンオンされる前まではＲｉｓｅｎ２抵抗はフローティング状態で存在するようになる。したがって、Ｒｉｓｅｎ１抵抗のみ存在するようになって突入電流を防止することができる。

上記Ｃ２の容量が大きいほどＱ３がターンオンされる時間は長くなり、これは必要によって適切に調節できることは勿論である。

しかしながら、時間が経過するにつれて、図５に示すように、Ｂ地点の電圧はＣ２により増加するようになり、ｔ２時点でＱ３のターンオン電圧以上の電圧がＱ３のゲートに入力されてＱ３はターンオンされる。上記Ｑ３はＮチャンネル型ＦＥＴでありうる。

上記Ｑ３がターンオンされればＲｉｓｅｎ１及びＲｉｓｅｎ２は並列連結され、これによって、合成抵抗値が減少するようになって、ＩＣ５０に入力される電流値が増加する。これによって、駆動に必要な安定した電流をＬＥＤアレイ６０に供給できるようになる。

即ち、Ｃ２充電がなされる間、初期駆動時に突入電流が流入することを防止し、Ｃ２充電が完全になされた後には合成抵抗値が減少するようになって、ＩＣ５０に入力される電流値が増加する。

次に、周波数調節部１１０の駆動原理を説明すると、Ａ地点の３．３３Ｖ電圧が周波数調節部１１０に入力され、Ｃ１及びＲ１により時間の経過に従う電圧の変化は図６のように表れるようになる。即ち、ｔ１の時点で周波数調節部１１０に含まれるＱ２がターンオンされて動作するようになり、これによってＲｆｒｅｑ１及びＲｆｒｅｑ２が並列連結される構成で動作するようになる。これによって、合成抵抗値が減少するようになるので、出力周波数が増加する。

しかしながら、時間が経過するにつれて、Ｑ２のゲート端に入力される電圧が減少するようになり、Ｑ２のターンオン電圧以下に減少するようになれば、Ｑ２はターンオフされる。Ｑ２がターンオフされれば、Ｒｆｒｅｑ２はフローティング状態となり、結局Ｒｆｒｅｑ１のみ作用するようになる。これによって、出力周波数が減少する。上記周波数調節部１１０の出力周波数の減少により素子の発熱問題を減少させることができる。上記Ｑ２はＮチャンネル型ＦＥＴでありうる。

図７及び図８は、図３のＥ地点に入力される電流を従来の回路及び本発明の実施形態を比較して示す図である。各々、図７は従来の回路であり、図８は発明の実施形態に従う電流値を表す。

図７に示すように、初期ターンオン電圧印加時、インダクタＬ１を通過する電流は３．２Ａまでピーク電流が上昇する一方、本発明の実施形態によれば１．５７Ａまでピーク電流が減少したことが分かる。

本発明の実施形態において、上記周波数調節部１１０及び電流調節部１２０は選択的に含まれることができる。即ち、突入電流制限部１００はユーザの必要によって周波数調節部１１０のみ含んだり電流調節部１２０のみ含むことができ、周波数調節部１１０及び電流調節部１２０を同時に含むことができる。

図９は、本発明の他の実施形態に従うＬＥＤバックライト駆動回路図である。図３の回路と比較して周波数調節部２１０に含まれるＱ２がＮ型でないＰ型として適用することによって、図３のＲ１及びＣ１が削除されて費用低減及び回路簡素化の面で有利な効果がある。この際、Ｑ２のゲートに入力される電圧の波形はＱ３のゲートに入力されるそれと同一である。

以上、実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず１つの実施形態のみに限定されるものではない。延いては、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。

以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するのでない。本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、多様な変形及び応用が可能であることが同業者にとって明らかである。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができ、このような変形及び応用にかかわる差異点も、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims

電源部と、
前記電源部の信号が入力されるＬＥＤアレイと、
前記ＬＥＤアレイと連結されるＩＣと、
前記ＩＣで認識される出力電流を徐々に増加させる突入電流制限部と、を含み、
前記突入電流制限部は、周波数調節部及び電流調節部のうち、少なくとも１つを含み、
前記周波数調節部は、第１ＦＥＴ、第１キャパシタ、及び第１抵抗を含み、前記第１抵抗は一端が接地と連結され、他端が前記第１ＦＥＴのゲートと連結され、
前記電流調節部は、第２ＦＥＴ、第２キャパシタ、及び第２抵抗を含み、前記第２キャパシタは一端が接地と連結され、他端が前記第２ＦＥＴのゲートと連結されることを特徴とする、ＬＥＤ駆動回路。
前記第１ＦＥＴは、Ｎ型ＦＥＴであることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記Ｎ型ＦＥＴのドレインに連結された抵抗を含むことを特徴とする、請求項２に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記第２ＦＥＴはＮ型ＦＥＴであることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記Ｎ型ＦＥＴのドレインに連結された抵抗を含むことを特徴とする、請求項４に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記周波数調節部及び電流調節部は同時に備えられ、前記周波数調節部及び電流調節部は並列に連結されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記周波数調節部及び電流調節部は、電圧分配抵抗により分圧された電圧が入力されることを特徴とする、請求項６に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記電圧分配抵抗により分圧された電圧は直列に連結された第４抵抗を通じて電流調節部に入力され、直列に連結された第１キャパシタを通じて周波数調節部に入力されることを特徴とする、請求項７に記載のＬＥＤ駆動回路。
電源部と、
前記電源部の信号が入力されるＬＥＤアレイと、
前記ＬＥＤアレイと連結されるＩＣと、
前記ＩＣで認識される出力電流を徐々に増加させる突入電流制限部と、を含み、
前記突入電流制限部は、周波数調節部及び電流調節部を含み、前記周波数調節部はＰ型ＦＥＴを含み、前記電流調節部はＮ型ＦＥＴを含み、前記Ｐ型ＦＥＴ及びＮ型ＦＥＴのゲート端には同一な電圧が入力されることを特徴とする、ＬＥＤ駆動回路。
前記電流調節部は、ＦＥＴ、キャパシタ、及び抵抗を含み、前記キャパシタは一端が接地と連結され、他端が前記ＦＥＴのゲートと連結されることを特徴とする、請求項９に記載のＬＥＤ駆動回路。