KR100859040B1 - 엘이디 백라이트 구동회로 - Google Patents

엘이디 백라이트 구동회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 TFT-LCD 등의 액정패널에 사용되는 LED 백라이트 구동회로에 관한 것으로서, PWM 디밍(dimming) 스타트 시에 컨버터 스위칭 듀티를 점차적으로 늘려 소음 발생 현상을 개선함을 특징으로 한다. 이를 위하여 LED 백라이트 구동회로는, 디밍(dimming)신호를 입력받는 PWM_D 단자의 온/오프에 따라 동작하여, LED 백라이트의 출력전류레벨에 따라 고주파 펄스 신호를 발생시키는 PWM IC와, 상기 고주파 펄스 신호를 게이트 단자에서 입력받아 LED 백라이트 구동전압을 스위칭하는 FET 스위칭소자와, 상기 스위칭되는 출력전압에 따라 발광 동작하는 LED 백라이트와, 상기 LED 백라이트에 연결되어 출력전류를 감지하여 이에 반비례하는 출력전류레벨을 공급하는 피드백블록과, 상기 PWM IC의 출력전류레벨 인식전압단자에 입력되는 인식전압을 얻기 위하여, 상기 피드백블록에 직렬 연결되어 출력전류레벨을 인식전압으로 변환시키는 복수의 변환저항과, 상기 출력전류레벨 인식전압단자에서 인식되는 출력전류레벨의 인식전압을 서서히 증가시켜주는 소음감쇄부를 구비한다.
LCD, LED, 구동회로, 드라이버, 돌입전류, 소음, FET, 스위칭, PWM

Description

엘이디 백라이트 구동회로 {LED backlight driver}
도 1은 종래의 LED 백라이트 구동회로 도면이다.
도 2는 종래의 LED 백라이트 구동회로 하에서 출력전류레벨 인식전압과 게이트 신호 파형을 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 소음감쇄부가 구비되어 있는 LED 백라이트 구동회로 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 백라이트 구동회로 하에서 출력전류레벨 인식전압과 게이트 신호 파형을 도시한 그림이다.
도 5는 PWM_D 신호의 ON/OFF에 따른 각 신호값의 파형을 도시한 그림이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20: PWM IC 21: 피드백블록
22: LED 백라이트 23: FET 스위칭소자
24: 소음감쇄부 25: 스위칭신호 전압단
본 발명은 TFT-LCD 등의 액정패널에 사용되는 LED 백라이트 구동회로에 관한 것이다.
TFT-LCD 패널 등의 액정패널에서 LED 백라이트(back light)를 점등시키고 백라이트의 점등을 안정시키기 위하여, LED 백라이트를 구동시키는 LED 백라이트 구동회로가 사용되는데, 상기 LED 백라이트 구동회로에서는 소정의 스위칭을 통해 전압변환을 수행하는 컨버터(예컨대, boost converter)가 사용된다. 상기 LED 백라이트 구동회로는, 도 1에 도시된 바와 같이 PWM_D 온/오프 신호에 의해 온/오프되며 LED 백라이트의 출력전류레벨에 따라 펄스폭 증감하는 고주파 펄스형 게이트신호를 발생시키는 PWM IC(10)와, PWM IC(10)로부터 출력되는 게이트 신호에 따라 구동전압을 스위칭하는 FET 스위칭소자(13)와, 전류리플(ripple)을 줄이기 위한 인덕터(L), 출력전압을 일정하게 유지하기 위해 커패시터(C), LED 백라이트로부터의 역방향 전류를 제한하는 다이오드(D), 스위칭되는 출력전압에 따라 발광 동작하는 LED 백라이트(12)와, 상기 PWM IC에 LED 백라이트의 출력전류 레벨을 제공하는 피드백블록(11)과, 상기 피드백블록에 직렬 연결되어 출력전류레벨을 전압레벨로 변환시키는 변환저항(R1,R2,R3)을 구비한다.
상기 구조를 가지는 LED 백라이트 구동회로에서는, 전원(V0) 측에서 LED 백라이트(12) 측으로 에너지가 공급되는 능동구간에서는 FET 스위칭소자(13)가 개방되어 다이오드(D)를 통해 LED 백라이트(12) 측으로 전압이 공급되고, 반대로, 전원 측에서 LED 측으로 에너지가 전달되지 않는 수동구간에서는 FET 스위칭소자(13)가 도통되어 다이오드(D)를 통해 LED 백라이트(12) 측으로 전압이 공급되지 않는다. 따라서 출력전압의 제어방법은 일정한 스위칭 주파수에서 능동구간과 수동구간의 비(duty rate)를 변화시켜주면 된다.
상기 LED 백라이트 구동회로의 경우, 처음 구동 스타팅(starting)될 때 PWM IC(10)의 출력전류레벨 인식전압단자에 출력전류레벨의 인식전압이 도 2와 같이 구형파 형식으로 인가되기 때문에 PWM_D 단자에 PWM 디밍(PWM dimming) 신호 ON 인가 시에 PWM IC의 게이트신호가 일정한 듀티(duty)를 가지고 발생된다. 그런데, 상기와 같이 PWM IC의 게이트신호가 일정한 듀티를 가지고 발생될 때 상기 게이트신호로 인해 FET 스위칭소자가 동시에 구동되기 때문에 컨버터 내의 누설성분에 의해 순간적으로 돌입전류(Inrush Current)가 발생된다. 상기와 같이 컨버터의 누설성분에 의해 교류가 차단되는 부분에서 돌입전류가 발생되는 경우, 이러한 돌입전류로 인해 인덕터 및 커패시터에 소음이 발생되는 문제가 있다.
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 안출된 것으로서, 컨버터의 누설성분에 의해 발생되는 돌입전류를 방지함으로써, 인덕터 및 커패시터에 발생되는 소음을 억제하는 LED 백라이트 구동회로를 제안함을 목적으로 한다.
상기 목적을 이루기 위하여 본 발명은, 디밍(dimming)신호를 입력받는 PWM_D 단자의 온/오프에 따라 동작하여, LED 백라이트의 출력전류레벨에 따라 고주파 펄스 신호를 발생시키는 PWM IC와, 상기 고주파 펄스 신호를 게이트 단자에서 입력받아 LED 백라이트 구동전압을 스위칭하는 FET 스위칭소자와, 상기 스위칭되는 출력전압에 따라 발광 동작하는 LED 백라이트와, 상기 LED 백라이트에 연결되어 출력전류를 감지하여 이에 반비례하는 출력전류레벨을 공급하는 피드백블록과, 상기 PWM IC의 출력전류레벨 인식전압단자에 입력되는 인식전압을 얻기 위하여, 상기 피드백블록에 직렬 연결되어 출력전류레벨을 인식전압으로 변환시키는 복수의 변환저항과, 상기 출력전류레벨 인식전압단자에서 인식되는 출력전류레벨의 인식전압을 서서히 증가시켜주는 소음감쇄부를 구비한다.
또한, 상기 소음감쇄부는, 휘도조절하는 펄스 형태의 디밍(dimming) 신호를 베이스 신호로서 입력받아, 상기 디밍 신호와 반전되는 형태의 컬렉터-이미터 전압을 출력하는 제1트랜지스터와, 상기 제1트랜지스터의 컬렉터단자를 제2트랜지스터의 베이스 신호로서 입력받아, 상기 제1트랜지스터의 컬렉터-이미터 전압과 반전되는 형태의 제2트랜지스터의 컬렉터-이미터 전압을 출력하는 제2트랜지스터와, 상기 제1트랜지스터의 컬렉터 단자와 상기 제2트랜지스터의 베이스 단자의 노드점에 연결되어 있는 스위칭신호 전압단과, 상기 변환저항의 노드점 및 상기 제2트랜지스터의 컬렉터 단자에 연결되어, 상기 제2트랜지스터의 컬렉터-이미터 개방 구간에서 상기 피드백블록의 출력전류에 의한 충전이 이루어지며, 컬렉터-이미터 도통 구간에서 방전이 이루어지는 커패시터를 구비한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 백라이트 구동회로를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 LED 백라이트 구동회로는, PWM_D 단자의 온/오프 신호에 의해 온/오프되며 LED 백라이트의 출력전류레벨에 따라 펄스폭 증감하는 고주파 펄스형 게이트신호를 발생시키는 PWM IC(20)와, PWM IC(20)로부터 출력되는 게이트 신호에 따라 구동전압을 스위칭하는 FET 스위칭소자(23)와, 스위칭되는 출력전압에 따라 발광 동작하는 LED 백라이트(22)와, 상기 PWM IC에 LED 백라이트의 출력전류레벨을 제공하는 피드백블록(21)과, 상기 피드백블록(21)에 직렬 연결되어 출력전류레벨을 전압레벨로 변환시키는 변환저항(R1,R2,R3), 출력전류레벨 인식전압단자에서 인식되는 출력전류레벨 전압을 서서히 증가시켜주는 소음감쇄부(24)를 구비한다.
또한, LED 백라이트 구동회로는, 전류리플(ripple)을 줄이기 위한 인덕터(L), 출력전압을 일정하게 유지하기 위해 커패시터(C), LED 백라이트로부터의 역방향 전류를 제한하는 다이오드(D)를 구비하여 안정적인 구동전력을 공급한다..
상기 피드백블록(21)은, LED 백라이트(22)에 흐르는 전류가 크면 출력전류를 줄이고, 반대로, LED 백라이트에 흐르는 전류가 작으면 출력전류를 크게 한다.
상기 LED 백라이트(21)에 흐르는 전류의 일부는 피드백블록(22)을 거친 후 변환저항(R1,R2,R3)를 거치면서 전압레벨로 변환되어 PWM IC(20)의 출력전류레벨 인식전압단자에 인가된다. 따라서 상기 출력전류레벨 인식전압단자의 전압레벨은 LED 백라이트의 전류가 증가되면 인식되는 전압이 증가되며, LED 백라이트의 전류가 감소되면 인식되는 전압이 감소된다.
상기에서 PWM IC(20)는 PWM_D 신호가 온(ON) 구간에서 출력전류레벨 인식전압단자의 전압레벨이 높을수록 넓은 펄스폭을 갖는 게이트신호를 출력하고, 반대로 출력전류레벨 인식전압단자의 전압레벨이 낮으면 좁은 펄스폭을 갖는 게이트신호를 출력한다. 상기 PWM_D 신호는 LED 백라이트의 휘도를 조절하는 디밍(dimming)신호로서의 역할을 하는데, 상기 PWM_D 신호를 입력받는 PWM_D 단자를 가지는 상기 PWM IC(20)는 출력전류레벨 인식전압단자에서 인식되는 전압의 레벨이 낮으면 게이트신호의 고주파 펄스의 펄스폭을 작게 하여 LED 백라이트(22) 전류를 줄여서 LED를 어둡게 하고, 출력전류레벨 인식전압단자에서 인식되는 전압의 레벨이 높으면 게이트신호의 고주파 펄스의 펄스폭을 크게 하여 LED 백라이트(22) 전류를 크게 하여 LED를 밝게 하는 방법으로 작동함으로써, 항상 균일한 밝기의 액정 패널의 LED 백라이트가 구현된다.
본 발명의 LED 백라이트 구동회로는 상기의 PWM IC(20), FET 스위칭소자(23), LED 백라이트(22), 피드백블록(21), 변환저항(R1,R2,R3) 이외에도, PWM IC의 출력전류레벨 인식전압단자에서 인식되는 출력전류레벨 인식전압을 서서히 증가시켜주 기 위한 소음감쇄부를 출력전류레벨 인식전압단자에 구현함을 특징으로 한다.
종래의 LED 백라이트 구동회로는 처음 구동(start)될 시에, 피드백블록(21)과 변환저항(R1,R2,R3)를 거쳐 출력전류레벨 인식전압단자에 입력되는 출력전류레벨 인식전압이 도 2와 같이 즉각적으로 발생되는 구형파 형태를 가지는 하드 스타트(hard start)가 일어나서, 결과적으로 컨버터에 돌입전류(Inrush Current)가 발생되어 컨버터 내 인버터나 커패시터에 소음이 발생되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 극복하기 위하여 본 발명은, LED 백라이트 구동회로의 구동 스타팅 시에, 출력전류레벨 인식전압단자에 입력되는 출력전류레벨 인식전압이 도 4와 같이 완만하게 이루어지도록 함으로써, 결과적으로 돌입전류가 발생되지 않는 소프트 스타트(soft start)가 이루어지도록 하는 소음감쇄부(24)를 출력전류레벨 인식전압단자에 두는 것을 특징으로 한다.
상기 소음감쇄부(24)는 두 개의 트랜지스터(제1트랜지스터, 제2트랜지스터), 제1,제2트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스에 입력되는 신호를 필터링하는 두 개의 R-C필터(제1 R-C필터,제2 R-C필터), 제2트랜지스터(Q2)의 베이스에 신호를 제공하는 스위칭신호 전압단(25)과, 제2트랜지스터(Q2)의 컬렉터 단자와 피드백블록(21)의 노드점에 연결되어 피드백블록(21)에서 흘려오는 출력전류에 의해 충전이 이루어지는 커패시터(Cp)로서 이루어진다.
PWM_D 신호가 ON이 되면, 상기 커패시터(Cp)의 충전 시간에 의하여 충전이 완만하게 이루어지는데, 상기 커패시터(Cp)의 충전에 의하여 출력전류레벨 인식전압에 인가되는 전압이 도 4와 같이 완만한 기울기를 가지게 된다. 이하, 도 5의 파형 그래프와 함께 상술한다.
도 5는 PWM_D 신호에 따른 각 단자에 출력되는 전압을 도시한 파형 그래프이다.
PWM_D 신호(51)가 ON이 되면, 제1트랜지스터(Q)의 이미터와 베이스에는 구동전압이 걸려 제1트랜지스터는 도통 상태가 되어, 제1트랜지스터의 컬렉터-이미터에는 전압(52)이 걸리지 않는 영전압(zero voltage) 상태가 된다. 제1트랜지스터(Q1)의 컬렉터-이미터간에 영전압이 걸린 상태에서는, 스위칭신호 전압단의 전압이 도통되어 있는 제1트랜지스터(Q1)로 흘러나가기 때문에 제2트랜지스터(Q2)의 베이스 단자에는 아무런 신호도 걸리지 않게 되어 제2트랜지스터의 컬렉터-이미터 간에는 개방(open) 상태가 되어 소정의 전압이 제2트랜지스터의 컬렉터-이미터 전압(53)으로서 걸린다.
따라서 이러한 상태에서 커패시터(Cp)에는 피드백블록(21)의 출력전류에 의한 충전(54)이 이루어진다. 상기 커패시터(Cp)는 R2 상단 노드에 연결되어 있으므로, R2와 R3간의 노드점에서 인식되는 출력전류레벨의 인식전압 값에 영향을 미치게 되어, 출력전류레벨 인식전압(55)은 처음에 기울기를 가지고 상승하게 된다.
즉, 커패시터 충전이 이루어지는 동안 인식전압 값 역시 이에 비례하여 일정 기울기를 가지며 상승하게 되며, 커패시터 충전이 완전히 이루어진 후에는, 정상적인 출력전류레벨의 인식전압을 가지게 된다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시 될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.
상기에서 기술한 바와 같이 본 발명은, PWM IC의 출력전류레벨 인식전압단자에서 감지되는 전압 값을 일정 기울기를 가지며 상승시킴으로써, 컨버터의 누설성분에 의한 돌입전류가 발생되지 않도록 하는 효과가 있다. 또한, 이러한 돌입전류 현상이 발생하지 않기 때문에 인덕터 및 커패시터에 소음이 발생되지 않는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 출력전류 피드백 구동을 하는 LED 백라이트 구동회로에 있어서,
    디밍(dimming)신호를 입력받는 PWM_D 단자의 온/오프에 따라 동작하여, LED 백라이트의 출력전류레벨에 따라 고주파 펄스 신호를 발생시키는 PWM IC와,
    상기 고주파 펄스 신호를 게이트 단자에서 입력받아 LED 백라이트 구동전압을 스위칭하는 FET 스위칭소자와,
    상기 스위칭되는 출력전압에 따라 발광 동작하는 LED 백라이트와,
    상기 LED 백라이트에 연결되어 출력전류를 감지하여 이에 반비례하는 출력전류레벨을 공급하는 피드백블록과,
    상기 PWM IC의 출력전류레벨 인식전압단자에 입력되는 인식전압을 얻기 위하여, 상기 피드백블록에 직렬 연결되어 출력전류레벨을 인식전압으로 변환시키는 복수의 변환저항과,
    상기 출력전류레벨 인식전압단자에서 인식되는 출력전류레벨의 인식전압을 서서히 증가시켜주는 소음감쇄부
    를 구비한 LED 백라이트 구동회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LED 백라이트 구동회로는, 전류리플(ripple)을 줄이기 위한 인덕터, 출력전압을 일정하게 유지하기 위한 커패시터, LED 백라이트로부터의 역방향 전류를 제한하는 다이오드를 더 구비하는 LED 백라이트 구동회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소음 감쇄부는,
    휘도조절하는 펄스 형태의 디밍(dimming) 신호를 베이스 신호로서 입력받아, 상기 디밍 신호와 반전되는 형태의 컬렉터-이미터 전압을 출력하는 제1트랜지스터와,
    상기 제1트랜지스터의 컬렉터단자를 제2트랜지스터의 베이스 신호로서 입력받아, 상기 제1트랜지스터의 컬렉터-이미터 전압과 반전되는 형태의 제2트랜지스터의 컬렉터-이미터 전압을 출력하는 제2트랜지스터와,
    상기 제1트랜지스터의 컬렉터 단자와 상기 제2트랜지스터의 베이스 단자의 노드점에 연결되어 있는 스위칭신호 전압단과,
    상기 변환저항의 노드점 및 상기 제2트랜지스터의 컬렉터 단자에 연결되어, 상기 제2트랜지스터의 컬렉터-이미터 개방 구간에서 상기 피드백블록의 출력전류에 의한 충전이 이루어지며, 컬렉터-이미터 도통 구간에서 방전이 이루어지는 커패시터
    를 구비한 LED 백라이트 구동회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1트랜지스터는, 노이즈 필터링을 수행하는 제1 R-C 병렬필터가 베이스 단자에 연결되어 있는 LED 백라이트 구동회로.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2트랜지스터는, 노이즈 필터링을 수행하는 제2 R-C 병렬필터가 베이스 단자에 연결되어 있는 LED 백라이트 구동회로.
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CN102270430A (zh) * 2010-06-03 2011-12-07 罗姆股份有限公司 发光二极管驱动装置以及具备其的电子设备

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