KR101008432B1 - Digital dimming driving circuit for led - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제어 루프 주파수와 PWM 주파수를 상이하게 분리한 디지털 디밍 LED 구동 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제어 루프 주파수가 PWM 주파수의 1/4 배이며, 예측제어를 이용하여 초기 돌입 전류 제거하고, 종래와 비교하여 비교적 성능이 낮은 제어 보드부(예를 들어, MCU)를 사용하여 비용을 절감하면서, 고주파 PWM에서도 디지털 제어 시스템을 구축할 수 있는 디지털 디밍 LED 구동 회로를 제공한다.The present invention relates to a digital dimming LED driving circuit that separates the control loop frequency and the PWM frequency differently. More specifically, the control loop frequency is 1/4 times the PWM frequency, and the initial inrush current is removed by using predictive control. The present invention provides a digital dimming LED driving circuit capable of constructing a digital control system even at a high frequency PWM while reducing costs by using a control board unit (eg, MCU) having a relatively low performance as compared with the related art.

특히, 본 발명에 따른 디지털 디밍 LED 구동 회로는: 적색, 녹색, 및 청색 LED용 직류-직류 변환부들에 전원을 제어하고, 상기 적색, 녹색, 청색 LED 어레이에 흐르는 전류를 제어하도록, 제어 루프 주파수를 공급하고, 상기 제어 루프 주파수와 상이한 PWM 주파수를 공급하는 제어 보드부를 포함한다. In particular, the digital dimming LED driving circuit according to the present invention comprises: a control loop frequency to control power to DC-DC converters for red, green, and blue LEDs, and to control current flowing through the red, green, and blue LED arrays. And a control board unit for supplying a PWM frequency different from the control loop frequency.

디밍, PWM 주파수, 예측 제어 Dimming, PWM Frequency, Predictive Control

Description

디지털 디밍 LED 구동 회로 {DIGITAL DIMMING DRIVING CIRCUIT FOR LED}DIGITAL DIMMING DRIVING CIRCUIT FOR LED}

본 발명은 제어 루프 주파수와 PWM 주파수를 상이하게 분리한 디지털 디밍 LED 구동 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제어 루프 주파수가 PWM 주파수의 1/4 배이며, 예측제어를 이용하여 초기 돌입 전류 제거하고, 종래와 비교하여 비교적 성능이 낮은 제어 보드부(예를 들어, MCU)를 사용하여 비용을 절감하면서, 고주파 PWM에서도 디지털 제어 시스템을 구축할 수 있는 디지털 디밍 LED 구동 회로를 제공할 수 있다.The present invention relates to a digital dimming LED driving circuit that separates the control loop frequency and the PWM frequency differently. More specifically, the control loop frequency is 1/4 times the PWM frequency, and the initial inrush current is removed by using predictive control. According to the related art, a digital dimming LED driving circuit capable of constructing a digital control system even at a high frequency PWM while reducing costs by using a control board unit (eg, MCU) having relatively low performance can be provided.

LED는 색 재현율이 매우 높고, 색 온도 및 휘도를 세부적으로 조절할 수 있어 감성 조명에 적용하여 최근 각광받는 추세이다. 또한, LED는 열손실이 작은 광원으로서 백열구에 비해 전력소비량이 매우 작아 에너지절약이 가능하며, 수명 및 유지보수 면에서도 우수한 특징을 나타낸다. 또한, LED를 사용한 조명광원은 LED의 조합으로 풀-칼라 광원의 색깔을 구현할 수 있으며, 기계적 강도가 우수하고 전력을 적게 소모한다. LEDs have a high color reproducibility, and the color temperature and brightness can be adjusted in detail, so they have recently been applied to emotional lighting. In addition, the LED is a light source with a low heat loss, so the power consumption is very small compared to the incandescent bulb, and energy saving is possible. In addition, the illumination light source using the LED can realize the color of the full-color light source by the combination of the LED, excellent mechanical strength and consumes less power.

한편, 고출력 LED는 기존의 소형 LED와 달리 파워레이트가 1W를 넘어가기 때문에, 안정적인 동작과 효율을 갖는 드라이버 회로를 필요로 한다. 또한, 조명 제 품의 경우, 수십 내지 수백 W의 파워를 소모하기 때문에, 저항을 이용한 드라이빙 기법은 고효율을 지향하는 LED 조명시스템에 맞지 않다. High power LEDs, on the other hand, require a driver circuit with stable operation and efficiency because the power rate exceeds 1W, unlike conventional small LEDs. In addition, since lighting products consume power of tens to hundreds of watts, driving techniques using resistors are not suitable for high efficiency LED lighting systems.

일반적으로 드라이버의 제어회로는 주로 아날로그 제어회로를 사용해왔고, 외부적으로 디밍을 디지털로 구현하여, LED 조명 시스템을 구축해왔다. 최근 MCU 기능의 향상과 함께 LED 드라이버 내부 구조까지 디지털 제어를 하는 방법이 소개되었다. 특히, 디지털 방식은 LED 모듈 숫자가 많아질수록 그 장점이 부각된다.In general, driver control circuits have mainly used analog control circuits, and have externally implemented dimming digitally to construct LED lighting systems. Recently, how to digitally control the internal structure of the LED driver with the improvement of the MCU function was introduced. In particular, the digital method has its advantages as the number of LED modules increases.

기존의 디지털 제어방식은 PWM 주파수와 동일한 제어루프를 가짐으로써, 디지털에서 사용할 수 있는 최대한의 제어 루프 주파수를 제공한다. 이 방식은 가장 좋은 성능을 보장할 수 있지만, 스위칭 주파수가 수백 kHz에 해당하는 시스템에서는 MCU(Micro Computer Unit)의 연산속도의 한계점 때문에 적용이 어렵다. 색온도 제어를 위한 LED 드라이버를 구성할 경우, 디지털 디밍에 의해 주파수가 매우 높게 설계되기 때문이다. 이러한 이유로 인하여, PWM의 주파수가 일반적인 SMPS보다 더 높게 설계되며, 수백 kHz 이상으로 설계된다. 결과적으로 기존의 방식들로 시스템을 구성할 경우, MCU의 연산량이 너무 많게 되어, MCU의 가격이 올라가는 문제점이 있다.Conventional digital control methods have the same control loop as the PWM frequency, providing the maximum control loop frequency that can be used digitally. This method guarantees the best performance, but is difficult to apply due to the limitations of the computational speed of the microcomputer unit (MCU) in systems with switching frequencies of several hundred kHz. This is because, when configuring the LED driver for color temperature control, the frequency is designed to be very high by digital dimming. For this reason, the frequency of the PWM is designed to be higher than the typical SMPS, and designed to be hundreds of kHz or more. As a result, when the system is configured in the conventional manner, the amount of computation of the MCU becomes too large, which increases the price of the MCU.

도 1은 제어 루프 주기와 PWM 주기가 동일한 종래 기술을 도시한 타이밍 블럭도이다. PWM 출력이 주기마다 바뀐다. PWM 듀티(d1 내지 d9)는 상황에 따라 모두 같을 수도 다를 수도 있다. 이 방법은 LED처럼 고주파 PWM을 요구하는 시스템에서 변환시간이 빠른 ADC를 필요로 하기 때문에, MCU의 사양을 올리는 원인이 된다.1 is a timing block diagram illustrating a prior art in which a control loop period and a PWM period are the same. PWM output changes from cycle to cycle. The PWM duty d 1 to d 9 may be the same or different depending on the situation. This method requires an ADC with a fast conversion time in a system requiring a high frequency PWM such as LED, which causes the specification of the MCU to increase.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 제어 루프 주파수와 PWM 주파수를 상이하게 분리한 디지털 디밍 LED 구동 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 제어 루프 주파수가 PWM 주파수의 1/4 배이며, 예측제어를 이용하여 초기 돌입 전류 제거하고, 종래와 비교하여 비교적 성능이 낮은 제어 보드부(예를 들어, MCU)를 사용하여 비용을 절감하면서, 고주파 PWM에서도 디지털 제어 시스템을 구축할 수 있는 디지털 디밍 LED 구동 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above-mentioned problem, an object of the present invention is to provide a digital dimming LED driving circuit that separates the control loop frequency and the PWM frequency differently. In addition, the control loop frequency is 1/4 times the PWM frequency, the initial inrush current is eliminated by using predictive control, and the cost is reduced by using a control board part (eg, MCU) which is relatively low in performance compared to the conventional method. In addition, an object of the present invention is to provide a digital dimming LED driving circuit capable of constructing a digital control system even in a high frequency PWM.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 디지털 디밍 LED 구동 회로는: 적색광을 발광하는 복수의 적색 LED가 직렬 연결된 적어도 하나의 적색 LED 어레이와, 녹색광을 발광하는 복수의 녹색 LED가 직렬 연결된 적어도 하나의 녹색 LED 어레이, 및 청색광을 발광하는 복수의 청색 LED가 직렬 연결된 적어도 하나의 청색 LED 어레이를 포함하는 광원부; 외부로부터 입력받은 직류 전압을 상기 적색 LED 어레이를 구동하는데 적절한 크기의 직류 전압으로 변환하는 적색 LED용 직류-직류 변환부와, 상기 외부로부터 입력받은 직류 전압을 상기 녹색 LED 어레이를 구동하는데 적절한 크기의 직류 전압으로 변환하는 녹색 LED용 직류-직류 변환부, 및 상기 외부로부터 입력받은 직류 전압을 상기 청색 LED 어레이를 구동하는데 적절한 크기의 직류 전압으로 변환하는 청색 LED용 직류-직류 변환부를 포함하는 SMPS부; 및 상기 적색, 녹색, 및 청색 LED용 직류-직류 변환부들에 전원을 제어하고, 상기 적색, 녹색, 청색 LED 어레이에 흐르는 전류를 제어하도록, 제어 루프 주파수를 공급하고, 상기 제어 루프 주파수와 상이한 PWM 주파수를 공급하는 제어 보드부를 포함한다. In order to achieve the above object, the digital dimming LED driving circuit of the present invention comprises: at least one red LED array in series with a plurality of red LEDs emitting red light and at least one in series with a plurality of green LEDs emitting green light A light source unit including a green LED array and at least one blue LED array connected in series with a plurality of blue LEDs emitting blue light; DC-DC converter for red LED converts the DC voltage received from the outside into a DC voltage of a size suitable for driving the red LED array, and the DC voltage received from the outside of the size suitable for driving the green LED array. SMPS unit including a DC-DC converter for converting the DC voltage into a DC, DC-DC converter for converting the DC voltage received from the outside into a DC voltage of a size suitable for driving the blue LED array ; And supplying a control loop frequency to control power to the DC-DC converters for the red, green, and blue LEDs, and controlling the current flowing through the red, green, and blue LED arrays, and a PWM different from the control loop frequency. It includes a control board for supplying a frequency.

또한, 상기 제어 보드부는 상기 적색, 녹색 및 청색 LED용 직류-직류 변환부들의 전원을 각각 독립적으로 제어하고, 상기 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이에 흐르는 전류를 각각 독립적으로 제어하는 것이 바람직하다.The control board unit may independently control power of the DC-DC converters for the red, green, and blue LEDs, and independently control currents flowing through the red, green, and blue LED arrays, respectively.

또한, 상기 제어 루프 주파수는 상기 PWM 주파수의 1/4배인 것이 바람직하다.In addition, the control loop frequency is preferably 1/4 times the PWM frequency.

또한, 상기 제어 보드부는 상기 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이에 흐르는 초기 돌입 전류를 단계별로 공급하도록 샘플링된 전류값이 저장된 예측 제어 테이블을 더 포함하는 것이 바람직하다.The control board unit may further include a prediction control table in which a sampled current value is stored to supply an initial inrush current flowing in the red, green, and blue LED arrays step by step.

또한, 상기 예측 제어 테이블에 저장된 상기 샘플링된 전류값은 상기 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이에 대하여 각각 독립적인 것이 바람직하다.In addition, the sampled current values stored in the prediction control table are preferably independent of the red, green, and blue LED arrays, respectively.

본 발명에 따르면, 디지털 디밍 LED 구동 회로에서 예측제어를 이용하여 초기 돌입 전류 제거하고, 제어 루프 주파수와 PWM 주파수를 상이하게 분리하여 종래와 비교하여 비교적 성능이 낮은 제어 보드부(예를 들어, MCU)를 사용하여 비용을 절감하고, 고주파 PWM에서도 디지털 제어 시스템을 구축할 수 있으며, 낮은 제어 루프 주파수로 인하여 MCU의 아이들 타임(idle time)을 확보하기 쉽고, 병렬 운전 에 유리한 디지털 디밍 LED 구동 회로를 제공할 수 있다.According to the present invention, a control board unit (eg, MCU) having a relatively low performance compared to the conventional method by removing initial inrush current by using predictive control in the digital dimming LED driving circuit and differently separating the control loop frequency and the PWM frequency. ), It is possible to reduce the cost, to build a digital control system even at high frequency PWM, and to control the idle time of the MCU due to the low control loop frequency. Can provide.

본 발명에 따른 디지털 디밍 LED 구동 회로는 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 아래의 도면을 참조한 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.The digital dimming LED driving circuit according to the present invention will be clearly understood by the detailed description with reference to the following drawings showing a preferred embodiment of the present invention, including the technical effect for the above object.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 디밍 LED 구동 회로의 블럭도이다.2 is a block diagram of a digital dimming LED driving circuit according to an embodiment of the present invention.

디지털 디밍 LED 구동 회로는 외부 공급 전원(10), SMPS부(20), 광원부(30), 및 제어 보드부(40)를 포함한다. The digital dimming LED driving circuit includes an external power supply 10, an SMPS unit 20, a light source unit 30, and a control board unit 40.

외부 공급 전원(10)은 LED 구동 회로로 직류 전원을 공급하기 위한 장치이다. The external power supply 10 is a device for supplying DC power to the LED drive circuit.

SMPS부(20)는 외부 공급 전원(10)으로부터 입력받은 직류 전압을 광원부(30)를 구동하는데 적절한 크기의 직류 전압으로 변환한다. SMPS부(20)는 적색 LED 어레이를 구동하는데 적절한 크기의 직류 전압으로 변환하는 적색 LED용 직류-직류 변환부(21), 녹색 LED 어레이를 구동하는데 적절한 크기의 직류 전압으로 변환하는 녹색 LED용 직류-직류 변환부(22), 및 청색 LED 어레이를 구동하는데 적절한 크기의 직류 전압으로 변환하는 청색 LED용 직류-직류 변환부(23)를 포함한다. The SMPS unit 20 converts the DC voltage received from the external power supply 10 into a DC voltage having an appropriate size to drive the light source unit 30. The SMPS unit 20 is a DC-DC converter 21 for red LEDs that converts a DC voltage of an appropriate size to drive a red LED array, and a DC for green LEDs that converts a DC voltage of an appropriate size for driving a green LED array. A direct current converter 22, and a direct current to direct current converter 23 for a blue LED which converts the direct current voltage of a size suitable for driving the blue LED array.

광원부(30)는 적색광을 발광하는 복수의 적색 LED가 직렬 연결된 적어도 하 나의 적색 LED 어레이(31), 녹색광을 발광하는 복수의 녹색 LED가 직렬 연결된 적어도 하나의 녹색 LED 어레이(32), 및 청색광을 발광하는 복수의 청색 LED가 직렬 연결된 적어도 하나의 청색 LED 어레이(33)를 포함한다.The light source unit 30 includes at least one red LED array 31 connected in series with a plurality of red LEDs emitting red light, at least one green LED array 32 connected in series with a plurality of green LEDs emitting green light, and blue light. A plurality of blue LEDs emitting light includes at least one blue LED array 33 connected in series.

제어 보드부(40)는 적색, 녹색, 및 청색 LED용 직류-직류 변환부들(21, 22, 23)에 공급되는 전원을 제어하고, 상기 적색, 녹색, 청색 LED 어레이(31, 32, 33)에 흐르는 전류를 제어하도록, 제어 루프 주파수를 공급하고, 상기 제어 루프 주파수와 상이한 PWM 주파수를 공급한다. 예를 들어, 이러한 제어 보드부(40)는 광원 및 전원 공급을 제어할 수 있는 제어기로서 작용하는 MCU(Micro Computer Unit) 일 수 있다. The control board unit 40 controls the power supplied to the DC-DC converters 21, 22, and 23 for the red, green, and blue LEDs, and the red, green, and blue LED arrays 31, 32, and 33. To control the current flowing in the control loop frequency, a control frequency and a PWM frequency different from the control loop frequency are supplied. For example, such a control board unit 40 may be a microcomputer unit (MCU) serving as a controller capable of controlling a light source and a power supply.

또한, 제어 보드부(40)는 상기 적색, 녹색 및 청색 LED용 직류-직류 변환부들(21, 22, 23)의 전원을 각각 독립적으로 제어한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 보드부(40)는 적색 LED용 직류-직류 변환부(21)의 전원을 제어하기 위하여 신호 S421를 공급하고, 녹색 LED용 직류-직류 변환부(22)의 전원을 제어하기 위하여 신호 S422를 공급하며, 적색 LED용 직류-직류 변환부(23)의 전원을 제어하기 위하여 신호 S423을 공급한다. 예를 들어, 상기 신호들 S421, S422, S423 의 스위칭 PWM 주파수는 350 kHz로 공급된다. In addition, the control board unit 40 independently controls the power of the DC-DC converters 21, 22, and 23 for the red, green, and blue LEDs. As shown in FIG. 2, the control board unit 40 supplies a signal S421 to control the power supply of the DC-DC converter 21 for a red LED, and the DC-DC converter 22 for a green LED. The signal S422 is supplied to control the power supply, and the signal S423 is supplied to control the power supply of the DC-DC converter 23 for the red LED. For example, the switching PWM frequencies of the signals S421, S422, and S423 are supplied at 350 kHz.

또한, 제어 보드부(40)는 상기 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(31, 32, 33)에 흐르는 전류를 각각 독립적으로 제어한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제어 보드부(40)는 적색 LED 어레이(31)에 흐르는 전류를 제어하기 위하여 신호 S431을 공급하고, 녹색 LED 어레이(32)에 흐르는 전류를 제어하기 위하여 신호 S432을 공급하 며, 청색 LED 어레이(33)에 흐르는 전류를 제어하기 위하여 신호 S433을 공급한다. 예를 들어, 상기 신호들 S431, S432, S433 의 디밍 PWM 주파수는 100 kHz로 공급된다. In addition, the control board unit 40 independently controls the current flowing through the red, green, and blue LED arrays 31, 32, and 33, respectively. As shown in FIG. 2, the control board 40 supplies the signal S431 to control the current flowing through the red LED array 31, and the signal S432 to control the current flowing through the green LED array 32. It supplies the signal S433 to control the current flowing in the blue LED array (33). For example, the dimming PWM frequency of the signals S431, S432, S433 is supplied at 100 kHz.

또한, 상기 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(31, 32, 33)는 상기 제어 보드부(40)로 피드백 신호를 전달한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 적색 LED 어레이(31)는 패드백 신호인 신호 S314를 제어 보드부(40)로 전달하고, 녹색 LED 어레이(32)는 피드백 신호인 신호 S324을 제어 보드부(40)로 전달하며, 청색 LED 어레이(33)는 피드백 신호인 신호 S334을 제어 보드부(40)로 전달한다. In addition, the red, green, and blue LED arrays 31, 32, and 33 transmit feedback signals to the control board unit 40. As shown in FIG. 2, the red LED array 31 transmits a signal S314, which is a padback signal, to the control board unit 40, and the green LED array 32 transmits a signal S324, which is a feedback signal, to the control board unit 40. ), The blue LED array 33 transmits a signal S334 which is a feedback signal to the control board unit 40.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 디밍 회로의 제어 루프 주파수는 PWM 주파수의 1/4배인 것이 바람직하다. 즉, 제어 루프의 주기는 PWM 주기의 4배인 것이 바람직하다.On the other hand, the control loop frequency of the LED dimming circuit according to an embodiment of the present invention is preferably 1/4 times the PWM frequency. That is, the period of the control loop is preferably four times the PWM period.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 루프 주기와 PWM 주기를 나타내는 타이밍 블럭도이다. 상기 제어 루프 주기와 PWM 주기가 상이하며, 제어 루프 주기는 PWM 주기의 4배이다. 즉, LED를 제어하기 위하여 필요한 샘플링 주기를 PWM주기와 상이하게 설계한 경우이다. LED에서 디지털 디밍을 위하여 PWM 주파수가 최소 주파수값으로 제한될 수 있으므로, 이와 같은 방법을 이용하여 제어 루프 주파수와 PWM 주파수를 분리한다. 3 is a timing block diagram illustrating a control loop period and a PWM period according to an embodiment of the present invention. The control loop period is different from the PWM period, and the control loop period is four times the PWM period. In other words, the sampling period required to control the LED is designed to be different from the PWM period. The PWM frequency can be limited to the minimum frequency value for digital dimming in the LED, so use this method to separate the control loop frequency from the PWM frequency.

특히, 조명용 LED의 경우에는 제어 루프 주파수가 빠를 필요가 없기 때문에 이러한 특성을 이용하여 제어 보드부(예를 들어, MCU)의 사양을 낮춰 비용을 절감 할 수 있다. 반면, 제어 루프 주파수와 PWM 주파수를 상이하게 설정하는 경우, 제어 루프 주파수가 작아졌기 때문에 LED 어레이를 턴-오프한 후 다시 턴-온 하는 경우, 빠른 동특성이 요구되는 초기 돌입 전류를 줄이기 어렵다.In particular, in the case of lighting LEDs, the control loop frequency does not need to be fast, and thus the cost can be reduced by lowering the specification of the control board (eg, MCU). On the other hand, when the control loop frequency and the PWM frequency are differently set, when the LED array is turned off and then turned on again because the control loop frequency is reduced, it is difficult to reduce the initial inrush current requiring fast dynamic characteristics.

따라서, 상기 제어 보드부(40)는 상기 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(31, 32, 33)에 흐르는 초기 돌입 전류를 단계별로 공급하도록 샘플링된 전류값이 저장된 예측 제어 테이블을 포함한다. 또한, 상기 예측 제어 테이블에 저장된 샘플링된 전류값은 상기 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이(31, 32, 33)에 대하여 각각 독립적인 값을 갖는다.Accordingly, the control board unit 40 includes a prediction control table in which a sampled current value is stored to supply an initial inrush current flowing through the red, green, and blue LED arrays 31, 32, and 33 step by step. In addition, the sampled current values stored in the prediction control table have independent values for the red, green, and blue LED arrays 31, 32, and 33, respectively.

상기 예측 제어 테이블을 이용하게 되면, 초기 n 단계의 듀티를 시퀀스로 만들어 ADC 변환, 제어에 의한 시간 소비를 없애고, PWM 명령을 직접 인가하여 초기 돌입 전류를 줄일 수 있다. 시뮬레이션 시퀀스로 최적화된 듀티 시퀀스를 찾아낸다. 시퀀스를 찾아내는 과정은 MCU의 이이들 타임(idle time)을 활용한다. 제어 루프 주파수보다 훨씬 더 느리게 설계하여 느린 제어 루프는 정상 상태에서의 오차를 없애는 역할을 하고, 듀티 시퀀스는 초기 돌입 전류를 막아주는 역할을 한다. 결과적으로 빠른 동특성을 갖는 시스템처럼 동작할 수 있으며, LED는 부하의 변동을 이미 알고 있는 시스템이므로 적용이 가능하다. By using the prediction control table, the duty of the initial n steps can be sequenced to eliminate time consumption by ADC conversion and control, and the initial inrush current can be reduced by directly applying a PWM command. Find the optimized duty sequence with the simulation sequence. The process of finding a sequence takes advantage of the MCU's idle time. Designed much slower than the control loop frequency, the slow control loop eliminates steady-state error while the duty sequence prevents initial inrush current. As a result, it can behave like a system with fast dynamics, and the LED can be applied because it already knows the load variation.

따라서, 제어 보드부(40)의 연산의 과부하를 줄이고, 제어 보드부(40)의 사양을 낮추면서 종래 기술과 동일한 효과를 낼 수 있으므로 비용을 절감할 수 있다. 제어 보드부(40)의 연산의 과부하를 줄일 수 있는 요인은 상술한 바와 같이(도 3 참조) 회로의 제어 루프 주파수가 낮아졌기 때문이며, 이로 인해 제어 보드부(40) 의 연산량을 줄일 수 있다. Therefore, the operation overhead of the control board 40 may be reduced, and the specification of the control board 40 may be lowered, thereby achieving the same effects as in the prior art, thereby reducing the cost. The factor that can reduce the overload of the calculation of the control board unit 40 is because the control loop frequency of the circuit is lowered as described above (see FIG. 3), which can reduce the amount of calculation of the control board unit 40.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 듀티 시퀀스를 찾는 알고리즘을 나타내는 타이밍 블럭도이다. 초기 시퀀스를 통해 인덕터 전류의 크기를 제한하는 최적화된 듀티 시퀀스를 생성하여, 느린 동특성을 갖는 시스템의 돌입 전류의 문제점을 해결할 수 있다. 4 is a timing block diagram illustrating an algorithm for finding an initial duty sequence according to an embodiment of the present invention. The initial sequence creates an optimized duty sequence that limits the magnitude of the inductor current, thus solving the problem of inrush current in systems with slow dynamics.

우선, 도 4의 듀티 시퀀스를 찾는 과정은 예측 제어 테이블에 저장된 전류값을 이용하여 d1 내지 d8로 듀티를 찾는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, PWM 주기의 4배에 해당하는 제어 루프 주기를 갖으므로 동일한 듀티 d8가 4번 반복된다. 이후, 동일한 듀티 d9가 4번 다시 반복된다. 따라서, 본 발명은 고주파 PWM을 사용하는 디지털 파워 시스템에서 제어 보드부(40, 예를 들어 MCU)의 연산량이 PWM에 비례해 증가하는 문제점을 줄여주는 장점을 갖는다. First, the process of finding the duty sequence of FIG. 4 finds the duty by d 1 to d 8 using the current value stored in the prediction control table. According to an embodiment of the present invention, since the control loop period corresponds to four times the PWM period, the same duty d 8 is repeated four times. Thereafter, the same duty d 9 is repeated four times. Accordingly, the present invention has an advantage of reducing the problem that the amount of calculation of the control board unit 40 (for example, MCU) increases in proportion to the PWM in the digital power system using the high frequency PWM.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 회로의 초기 돌입 전류 제거의 효과를 나타내는 흐름도이다. 5 is a flowchart showing the effect of the initial inrush current removal of the LED driving circuit according to an embodiment of the present invention.

인덕터에 흐르는 전류(iL)가 증가하면 LED에 흐르는 전류값(iLED)이 단계적으로 증가함을 알 수 있다. 즉, LED에 흐르는 전류값(iLED)이 단계적으로 증가하는 구간은 도 4의 듀티 시퀀스를 찾는 구간에 해당되고, 이후 LED에 흐르는 전류값(iLED)이 일정하게 유지되는 구간은 도 4의 제어 루프 주기가 PWM 주기의 4배인 구간에 각각 대응한다고 볼 것이다. As the current i L flowing through the inductor increases, the current value i LED flowing through the LED increases step by step. That is, the section in which the current value (i LED ) flowing in the LED increases step by step corresponds to the section in which the duty sequence of FIG. 4 is found, and the section in which the current value (i LED ) flowing in the LED is constantly maintained It will be seen that the control loop period corresponds to each of four times the PWM period.

따라서, 본 발명은 디지털 디밍 LED 구동 회로에서 예측제어를 이용하여 초기 돌입 전류 제거하고, 제어 루프 주파수와 PWM 주파수를 상이하게 분리하여 종래와 비교하여 비교적 성능이 낮은 제어 보드부(예를 들어, MCU)를 사용하여 비용을 절감하고, 고주파 PWM에서도 디지털 제어 시스템을 구축할 수 있으며, 낮은 제어 루프 주파수로 인하여 MCU의 아이들 타임(idle time)을 확보하기 쉽고, 병렬 운전에 유리한 디지털 디밍 LED 구동 회로를 제공할 수 있다.Accordingly, the present invention provides a control board unit having a relatively low performance compared to the conventional (for example, MCU) by removing the initial inrush current by using predictive control in the digital dimming LED driving circuit and differently separating the control loop frequency and the PWM frequency. ), It is possible to reduce the cost, to build a digital control system even at high frequency PWM, and to control the idle time of the MCU due to the low control loop frequency. Can provide.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and various substitutions, modifications and changes within the scope of the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. Changes may be made, but such substitutions, changes and the like should be regarded as belonging to the following claims.

도 1은 제어 루프 주기와 PWM 주기가 동일한 종래 기술을 도시한 타이밍 블럭도.1 is a timing block diagram illustrating a prior art in which a control loop period and a PWM period are identical.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 디밍 LED 구동 회로의 블럭도.2 is a block diagram of a digital dimming LED driving circuit according to an embodiment of the present invention.

도 3은 제어 루프 주기와 PWM 주기가 상이한 본 발명의 일 실시예에 따른 타이밍 블럭도.3 is a timing block diagram according to an embodiment of the present invention in which a control loop period and a PWM period are different.

도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 듀티 시퀀스를 찾는 알고리즘을 나타내는 타이밍 블럭도.4 is a timing block diagram illustrating an algorithm for finding an initial duty sequence in accordance with an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 돌입 전류 제거를 나타내는 흐름도. 5 is a flow diagram illustrating initial inrush current removal in accordance with an embodiment of the present invention.

<<도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명>><< Detailed description of the major symbols in the drawings >>

10. 외부 공급 전원 20. SMPS 부10. External supply power 20. SMPS part

21. 적색 LED용 직류-직류 변환부 22. 녹색 LED용 직류-직류 변환부21. DC-DC converter for red LED 22. DC-DC converter for green LED

23. 청색 LED용 직류-직류 변환부 30. 광원부23. DC-DC converter for blue LED 30. Light source

31. 적색 LED 어레이 32. 녹색 LED 어레이31.Red LED Array 32.Green LED Array

33. 청색 LED 어레이 40. 제어 보드부33. Blue LED Array 40. Control Board Section

Claims (5)

적색광을 발광하는 복수의 적색 LED가 직렬 연결된 적어도 하나의 적색 LED 어레이와, 녹색광을 발광하는 복수의 녹색 LED가 직렬 연결된 적어도 하나의 녹색 LED 어레이, 및 청색광을 발광하는 복수의 청색 LED가 직렬 연결된 적어도 하나의 청색 LED 어레이를 포함하는 광원부;At least one red LED array in series with a plurality of red LEDs emitting red light, at least one green LED array in series with a plurality of green LEDs emitting green light, and at least in series with a plurality of blue LEDs emitting blue light A light source unit including one blue LED array; 외부로부터 입력받은 직류 전압을 상기 적색 LED 어레이를 구동하는 직류 전압으로 변환하는 적색 LED용 직류-직류 변환부와, 상기 외부로부터 입력받은 직류 전압을 상기 녹색 LED 어레이를 구동하는 직류 전압으로 변환하는 녹색 LED용 직류-직류 변환부, 및 상기 외부로부터 입력받은 직류 전압을 상기 청색 LED 어레이를 구동하는 직류 전압으로 변환하는 청색 LED용 직류-직류 변환부를 포함하는 SMPS부; 및DC-DC converter for red LED which converts DC voltage received from the outside into DC voltage driving the red LED array, and green converts the DC voltage received from the outside into DC voltage driving the green LED array. A SMPS unit including a DC-DC converter for LEDs and a DC-DC converter for converting a DC voltage received from the outside into a DC voltage for driving the blue LED array; And 상기 적색, 녹색, 및 청색 LED용 직류-직류 변환부들에 전원을 제어하고, 상기 적색, 녹색, 청색 LED 어레이에 흐르는 전류를 제어하도록, 제어 루프 주파수를 공급하고, 상기 제어 루프 주파수와 상이한 PWM 주파수를 공급하는 제어 보드부를 포함하는 디지털 디밍 LED 구동 회로.Supply a control loop frequency to control power to the DC-DC converters for the red, green, and blue LEDs, and control the current flowing through the red, green, and blue LED arrays, and a PWM frequency different from the control loop frequency. Digital dimming LED driving circuit comprising a control board for supplying the. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어 보드부는 상기 적색, 녹색 및 청색 LED용 직류-직류 변환부들의 전원을 각각 독립적으로 제어하고, 상기 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이에 흐르는 전류를 각각 독립적으로 제어하는 디지털 디밍 LED 구동 회로.And the control board unit independently controls power of the DC-DC converters for the red, green, and blue LEDs, and independently controls the current flowing through the red, green, and blue LED arrays. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제어 루프 주파수는 상기 PWM 주파수의 1/4배인 디지털 디밍 LED 구동 회로.And said control loop frequency is one quarter of said PWM frequency. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제어 보드부는 상기 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이에 흐르는 초기 돌입 전류를 단계별로 공급하도록 샘플링된 전류값이 저장된 예측 제어 테이블을 더 포함하는 디지털 디밍 LED 구동 회로.And the control board unit further comprises a predictive control table in which a sampled current value is stored to supply an initial inrush current flowing in the red, green, and blue LED arrays step by step. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 예측 제어 테이블에 저장된 상기 샘플링된 전류값은 상기 적색, 녹색 및 청색 LED 어레이에 대하여 각각 독립적인 디지털 디밍 LED 구동 회로.And the sampled current values stored in the prediction control table are independent of the red, green, and blue LED arrays, respectively.
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