KR100738463B1

KR100738463B1 - 발광 다이오드 구동 장치

Info

Publication number: KR100738463B1
Application number: KR1020060079473A
Authority: KR
Inventors: 유수엽
Original assignee: 주식회사 우영
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2007-07-11

Abstract

본 발명은 PWM 방식으로 LED의 휘도를 제어하는 경우 안정적인 정전류 제어가 가능할 뿐만 아니라 소비 전력을 저감할 수 있고 LED의 사양이 변경되는 경우에도 소자 교체가 필요 없는 LED 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여, 본 발명은 흐르는 전류에 따라 발광하는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는 발광부; 인가되는 제어 신호에 의해 턴온 및 턴오프하고, 턴온 및 턴오프 비율에 의해 상기 발광 다이오드의 발광 휘도를 제어하는 스위칭부; 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류를 일정하게 유지시켜 주는 정전류 구동부; 상기 정전류 구동부에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정부; 및 출력 전압의 조정이 가능하고, 상기 정전류 구동부에 인가되는 전압을 최소로 유지하는 출력 전압을 상기 발광부의 발광 다이오드에 공급하는 가변 전압 전원부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치를 제공한다.

Description

발광 다이오드 구동 장치{Apparatus of driving light emitting diode}

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 일 예를 도시하는 회로도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 다른 예를 도시하는 회로도이다.

도 3a는 PWM 방식으로 제어되는 이상적인 전류 파형을 도시한 것이다.

도 3b 및 도 3c는 종래 구동 장치를 이용하여 PWM 방식으로 제어되는 경우 생성되는 왜곡된 전류 파형을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 구조를 도시하는 회로도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 구조를 도시하는 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

41: 발광부 411,412,413: 발광 다이오드

42: 스위칭부 43: 정전류 구동부

44: 전압 측정부 45: 가변 전압 전원부

46: PWM 제어 신호 47: 정전류 구동부 제어 신호

본 발명은 LED 구동 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PWM 방식으로 LED의 휘도를 제어하는 경우 안정적인 정전류 제어가 가능할 뿐만 아니라 소비 전력을 저감할 수 있고 LED의 사양이 변경되는 경우에도 소자 교체가 필요 없는 LED 구동 장치에 관한 것이다.

액정 디스플레이 장치와 같은 자발광형이 아닌 디스플레이 장치에서는 백라이트가 구비되어 있다. 이와 같은 백라이트의 광원으로서 예를 들면 형광판을 사용하는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 타입이 주류이다. 하지만, 상기 CCFL은 수은을 사용하여 환경 오염의 문제가 있고, 소비 전력이 높다는 문제점이 지적되고 있다.

CCFL을 대체할 수 있는 백라이트 광원으로서 LED(Light Emitting Diode)가 주목 받고 있다. 특히, 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED의 각 원색을 개별적으로 사용하고, 광학적으로 합성 가법으로 혼색하여 백색을 얻는 방법은 색의 밸런스를 조절하기가 쉽기 때문에 다양한 용도로 이용하는 것이 연구되고 있다.

기본적으로 LED는 전류에 따라 휘도가 변하는 특성을 갖고, 순방향 전압은 개체차의 편차나 온도로 변동한다. 따라서, 특히, LED를 액정 패널 등의 백라이트로서 사용하는 경우 일정하고 균일한 휘도를 제공하기 위해서 상기 LED를 구동하는 장치에는 정전류 특성이 필수적이다.

LED를 이용한 백라이트에서 휘도의 제어 방법으로서 두 가지 방법이 알려져 있다. 그 중 하나는 LED에 공급되는 구동 전류의 레벨을 제어하는 전류치 제어 방식이다. 다른 하나는 구동 전류 레벨은 일정하게 유지하고 펄스 폭 변조(PWM) 방식이다. PWM은 펄스 신호의 듀티비를 조정하는 방법을 말한다. 여기서 듀티비라고 하는 것은 한 주기에 대한 하이 신호의 시간의 비를 말하며, PWM 제어란 듀티비를 조정함으로써 제어값을 조정하는 것을 말한다. 예를 들면, 펄스 신호의 듀티비가 변함으로써 이 신호의 평균값이 변화게 되며, 이러한 평균값을 제어 신호값으로 사용할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 일 예를 도시하는 회로도이다. 도 1을 참조하면, 종래 발광 다이오드 구동 장치는 전원(11)에 LED(12) 및 저항(13)이 직렬로 연결되어 있다. 저항(13)의 크기를 변경 또는 조절하여 LED(12)에 흐르는 전류 레벨을 조절함으로써 LED(12)의 휘도를 제어한다.

하지만, 상기 종래 장치는 직렬 연결시 저항도 커지고 전압 변동에 따라 전류가 변하여 정밀한 정전류 제어가 어렵고, 저항(13)에서 전력 손실 및 발열이 많은 문제점이 있다. 또한, 사용되는 LED의 개수 또는 사양이 변경되는 경우 그에 따라 회로에 사용되는 저항들을 모두 교체해야 하는 불편함이 있고, 저전류에서는 LED(12)에서 방출되는 빛의 색이 변하는 문제점도 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 다른 예를 도시하는 회로도이다. 도 2를 참조하면, 종래 발광 다이오드 구동 장치는 가변 전원(21)에 LED(22), 스위치(23) 및 저항(24)이 직렬로 연결되어 있다. 스위치(23)를 이용하 여 LED(22)에 흐르는 전류를 일정한 타이밍으로 온/오프하여, 그 온/오프 기간의 비율에 의해 휘도를 조절하는 PWM 제어 방식이 사용된다. 전압 측정부(25)가 저항(24)의 전압을 감지하여 LED(22)에 흐르는 전류를 정밀 제어한다.

하지만, 상기 종래 장치를 이용하여 PWM 방식으로 제어하는 경우, 도 3a와 같은 이상적인 전류 공급 파형이 생성되는 대신에, 도 3b 및 도 3c와 같은 왜곡된 파형이 생성되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 PWM 방식으로 LED의 휘도를 제어하는 경우 안정적인 정전류 제어가 가능할 뿐만 아니라 소비 전력을 저감할 수 있고, LED의 사양이 변경되는 경우에도 소자 교체가 필요 없는 LED 구동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 흐르는 전류에 따라 발광하는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는 발광부; 인가되는 제어 신호에 의해 턴온 및 턴오프하고, 턴온 및 턴오프 비율에 의해 상기 발광 다이오드의 발광 휘도를 제어하는 스위칭부; 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류를 일정하게 유지시켜 주는 정전류 구동부; 상기 정전류 구동부에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정부; 및 출력 전압의 조정이 가능하고, 상기 정전류 구동부에 인가되는 전압을 최소로 유지하는 출력 전압을 상기 발광부의 발광 다이오드에 공급하는 가변 전압 전원부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치를 제공한다.

상기 스위칭부는 상기 가변 전압 전원의 전압 출력 라인에 대해 상기 발광부 와 직렬로 연결되고, 제어 단자에 PWM 제어 신호가 인가되는 트랜지스터를 포함할 수 있다.

상기 정전류 구동부는 정전류 구동부 제어 신호를 인가 받아 일정하게 유지되는 전류의 세기를 제어 가능할 수 있다.

상기 정전류 구동부는 하나 이상의 증폭기 및 스위칭 소자를 포함할 수 있다.

상기 가변 전압 전원부는 상기 전압 측정부로부터 측정된 전압을 수신하여 정전류 구동부에 인가되는 전압을 최소로 유지하는 신호를 가변 전압 전원에 인가하는 최소 전압 신호 출력부를 포함할 수 있다.

상기 최소로 유지되면 출력되는 전압은 상기 발광 다이오드의 구동 전압 범위에서 최소일 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 발광 다이오드 구동 장치는 발광부(41), 스위칭부(42), 정전류 구동부(43), 전압 측정부(44) 및 가변 전압 전원부(45)를 포함한다.

발광부(41)는 흐르는 전류에 비례하는 휘도로 발광하는 하나 이상의 발광 다이오드들(411, 412, 413)을 포함한다. 하나 이상의 발광 다이오드들(411, 412, 413)은 서로 직렬로 연결되어 있다.

스위칭부(42)는 발광부(41)에 직렬로 연결되어 있다. 스위칭부(42)는 인가되는 제어 신호에 의해 턴온 및 턴오프하고, 턴온 및 턴오프 비율에 의해 상기 발광 다이오드의 발광 휘도를 제어한다.

구동 전류 레벨은 일정하게 유지하면서 스위칭부(42)를 제어함으로써 펄스 폭 변조(PWM) 제어가 가능하다. PWM은 펄스 신호의 듀티비를 조정하는 방법을 말한다. 여기서 듀티비라고 하는 것은 한 주기에 대한 하이 신호의 시간의 비를 말하며, PWM 제어란 듀티비를 조정함으로써 제어값을 조정하는 것을 말한다. 듀티비의 제어는 미리 프로그래밍된 PWM 제어 신호(46)에 의해 이루어진다.

스위칭부(42)는 가변 전압 전원(45)의 전압 출력 라인에 대해 상기 발광부(41)와 직렬로 연결되고, 제어 단자에 PWM 제어 신호(46)가 인가되는 트랜지스터를 포함할 수 있다.

스위칭부(42)에 사용될 수 있는 트랜지스터는 특별히 제한되지 않고, 예컨대, 전계 효과 트랜지스터 또는 바이폴라 트랜지스터일 수 있다.

정전류 구동부(43)는 스위칭부(42)에 직렬로 연결되며, 발광 다이오드들(411, 412, 413)에 흐르는 전류를 일정하게 유지시켜 준다.

정전류 구동부(43)는 정전류 구동부 제어 신호(47)를 인가 받아 일정하게 유지되는 전류의 세기를 제어한다. 즉, 사용되는 LED의 개수 또는 사양이 변경되는 경우에도 간단하게 정전류 구동부 제어 신호(47)를 재설정함으로써 회로에 사용되는 부품 또는 소자를 교체할 필요 없이 적용이 가능하다.

정전류 구동부(43)는 발광 다이오드들(411, 412, 413)에 흐르는 전류를 일정 하게 유지시킬 수 있는 모든 종류의 정전류 구동 회로가 사용될 수 있다. 예컨대, 도 5에 상세하게 도시되어 있는 정전류 구동부(43)도 적용 가능하다. 도 5에 도시되어 있는 정전류 구동부는 하나 이상의 증폭기 및 스위칭 소자를 포함하고 있다.

전압 측정부(44)는 정전류 구동부(43)에 병렬로 연결되어 정전류 구동부(43)의 양단에 인가되는 전압을 측정한다.

가변 전압 전원부(45)는 발광부(41) 및 정전류 구동부(43) 사이에 연결되고, 출력 전압의 조정이 가능하다.

가변 전압 전원부(45)는 정전류 구동부(43)에 인가되는 전압을 최소로 유지하는 출력 전압을 발광부(41)의 발광 다이오드들(411, 412, 413)에 공급한다.

가변 전압 전원부(45)는 상기 전압 측정부(44)로부터 측정된 전압을 수신하여 정전류 구동부(43)에 인가되는 전압을 최소로 유지하는 신호를 가변 전압 전원에 인가하는 최소 전압 신호 출력부(미도시)를 포함한다.

발광 다이오드들(411, 412, 413)의 경우 일정 전압, 예컨대 2.6 V 이상을 인가하여야 전류가 흐르면서 발광하고 그보다 높은 일정 전압, 예컨대 2.7 V 이상을 인가하면 소자가 타버린다. 즉, 발광 다이오들(411, 412, 413)에는 일정 범위의 구동 전압이 인가되어야만 한다.

상기 가변 전압 전원부(45)는 상기 발광 다이오들(411, 412, 413)의 구동 전압 범위 중에서 가능한 최소의 전압을 인가할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 회로는 LED 부하를 통하여 인가되는 정전류 회로에 인가되는 전압을 최소로 유지하여 전력 손실을 최소화할 수 있 다.

도 5를 참조하면, 도 4의 발광 다이오드 구동 장치가 보다 상세하게 도시되어 있지만, 본 발명에 따른 구동 장치는 구체적인 구성은 그에 한정되는 것은 아니다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 발광 다이오드 구동 장치의 작동 과정을 설명한다.

가변 전압 전원(45)이 전압을 출력하고, PWM 제어 신호(46)에 의해 스위치(42)가 턴 온 및 턴 오프하여 LED(411, 412, 413)에 구형파의 전류가 흐르고, LED(411, 412, 413)가 점등한다.

이 때, 정전류 구동부(43)는 회로 전체, 특히 LED(411, 412, 413)에 흐르는 구형파 전류의 하이 레벨이 일정한 전류 레벨을 유지하도록 한다. 전압 측정부(44)는 정전류 구동부(43)의 양단에 걸리는 전압을 측정하여 가변 전압 전원(45)으로 보낸다.

가변 전압 전원(45)은 상기 정전류 구동부(43)의 전압을 기초로 LED(411, 412, 413)의 구동 전압 범위 중에서 가능한 최소의 전압을 출력한다.

상술한 구성을 갖는 본 발명은 다음과 같은 효과를 달성한다.

첫째, 본 발명에 따른 LED 구동 장치를 이용하면 종래의 회로에 비해 보다 안정적인 정전류 제어가 가능하고, 따라서 LED의 휘도를 PWM 방식으로 정밀하게 제어할 수 있다.

둘째, 정전류 회로에 인가되는 전압을 감지하여 가변 전압 전원의 전압을 조절하고 LED 부하를 통하여 인가되는 정전류 회로에 인가되는 전압을 최소로 유지하여 전력 손실을 최소화할 수 있다.

셋째, 사용되는 LED의 개수 또는 사양이 변경되는 경우에도 회로에 사용되는 부품 또는 소자를 교체할 필요 없이 간단하게 조절이 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

흐르는 전류에 따라 발광하는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는 발광부;

인가되는 제어 신호에 의해 턴온 및 턴오프하고, 턴온 및 턴오프 비율에 의해 상기 발광 다이오드의 발광 휘도를 제어하는 스위칭부;

상기 발광 다이오드에 흐르는 전류를 일정하게 유지시켜 주는 정전류 구동부;

상기 정전류 구동부에 인가되는 전압을 측정하는 전압 측정부; 및

출력 전압의 조정이 가능하고, 상기 정전류 구동부에 인가되는 전압을 최소로 유지하는 출력 전압을 상기 발광부의 발광 다이오드에 공급하는 가변 전압 전원부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
제 1항에 있어서,

상기 스위칭부는 상기 가변 전압 전원의 전압 출력 라인에 대해 상기 발광부와 직렬로 연결되고, 제어 단자에 PWM 제어 신호가 인가되는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
제 1항에 있어서,

상기 정전류 구동부는 정전류 구동부 제어 신호를 인가 받아 일정하게 유지 되는 전류의 세기를 제어 가능한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
제 1항에 있어서,

상기 정전류 구동부는 하나 이상의 증폭기 및 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
제 1항에 있어서,

상기 가변 전압 전원부는 상기 전압 측정부로부터 측정된 전압을 수신하여 정전류 구동부에 인가되는 전압을 최소로 유지하는 신호를 가변 전압 전원에 인가하는 최소 전압 신호 출력부를 포함하는 발광 다이오드 구동 장치.
제 1항에 있어서,

상기 최소로 유지되면 출력되는 전압은 상기 발광 다이오드의 구동 전압 범위에서 최소인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.