KR101129287B1

KR101129287B1 - Ｌｅｄ 구동 시스템

Info

Publication number: KR101129287B1
Application number: KR1020100043834A
Authority: KR
Inventors: 정동열; 설경식
Original assignee: 주식회사 디엠비테크놀로지
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2012-03-27
Also published as: KR20110124460A

Abstract

LED 구동 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 시스템은, LED(Light Emitting Diode) 부하에 일정한 구동 전압을 공급하기 위한 DC/DC 변환기 및 LED 구동 제어부를 구비한 LED 구동 시스템에 있어서, LED 구동 제어부는, LED 부하에 LED 구동 전류를 공급하는 전류원부; LED 부하에 LED 구동 전류가 정상적으로 공급될 수 있도록 DC/DC 변환기의 듀티비를 제어하는 DC/DC 제어부; 및 LED 구동 전류의 제어 및 DC/DC 변환기의 출력 전압의 과전압 방지를 위해 각각 설치된 LED 구동 전류 값 설정저항 및 과전압 방지 설정저항을 고정한 채, LED 구동 전류 및 과전압 보호전압 중의 적어도 하나를 조절하는 규격 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＬＥＤ 구동 시스템{LED Driving System}

본 발명의 실시예는 LED(Light Emitting Diode) 구동 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED 백라이트(Back Light)에서 LED 규격과 구성이 패널마다 다름으로 인해 LED 구동 전류, 과전압보호(OVP: Over Voltage Protection) 전압 등의 설정이 다르게 요구되더라도 LED 구동 IC(Integrated Circuit)에서 LED 구동 전류나 과전압보호 전압 등을 설정하는 저항 등의 외부 소자 값을 변경하지 않는 공용화된 LED 구동 시스템에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display)는 TV, 모니터, 의료기기, 노트북, 휴대폰 등의 디스플레이 장치로 광범위하게 사용되고 있다. LCD는 자체적으로 발광할 수 없으므로 LCD에 화면을 나타내기 위해서는 LCD 후면에서 빛을 비추어 주는 백라이트가 필요하다. 이러한 백라이트로는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Florescent Lamp)과 LED(Light Emitting Diode)가 사용되어 왔다.

휴대폰의 경우 LED 백라이트가 전면적으로 사용되며, 노트북 및 소형 포터블(Portable) 기기에서는 일정 부분에 LED 백라이트가 사용되는 것에 비해 모니터나 TV의 경우에는 최근까지도 냉음극관 백라이트가 주로 사용되어 왔다. 그러나 최근에는 수은과 같은 환경 유해 요소를 함유하지 않아 환경 친화적이며 또한 에너지를 적게 소모하는 LED 백라이트가 모니터와 TV 등에도 적용되어 냉음극관 백라이트를 급속도로 대체하고 있다.

LCD의 화면 밝기, 즉 휘도는 백라이트의 밝기에 의해서 결정되며 LCD 패널이 커질수록 요구되는 백라이트의 밝기도 증가하여야 하므로, 이에 따라 LED 백라이트에 사용되는 LED 수도 증가하여야 한다. LED 밝기는 일반적으로 LED 크기가 클수록 증가하며 이에 따라 LED 구동에 필요한 구동 전류도 증가한다.

LCD 모니터 혹은 LCD TV의 LED 백라이트 시스템에서 LED 드라이버는 LED에 일정 전류를 공급하는 단수 혹은 다수의 전류원과 이 전류원들에 걸리는 전압들 중에서 최소 전압이 일정 전압이 되도록 부궤환 제어하는 DC/DC 변환기로 구성 되어 진다.

LED 백라이트에서 LED 구성은 보통 다수 LED가 직렬로 연결되어 하나의 LED 스트링(String)을 구성하며 이 LED 스트링이 다수로 병렬로 연결되는 직병렬 방식의 구성이 많이 사용된다. LED 스트링 하나를 흔히 채널이라고도 부르며 다수의 채널이 모여 LED 백라이트가 구성된다. 이러한 직병렬 연결의 구성 방법은 모든 LED를 하나의 스트링으로 구성하는 방식에 비해 LED 구동 전압을 낮출 수 있는 장점이 있다.

LED 드라이버의 DC/DC 변환기는 LED 구동에 필요한 구동 전압을 공급하기 위하여 SMPS(Switching Mode Power Supply) 혹은 어댑터(Adapter)로부터 직류 전원을 입력 받아 LED 구동 전류원에 걸리는 전압 중에서 최소 전압이 에러 앰프의 기준 전압과 같아지도록 DC/DC 변환기의 출력 전압을 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하는 것으로 보통 승압형 DC/DC 변환기가 흔히 사용된다.

LED 백라이트에 사용되는 LED의 정격과 구성은 LCD 패널마다 다르게 구성 될 수 있다. 예를 들어, 같은 크기의 LCD 패널이더라도 저휘도 LED를 사용하면서 LED 스트링 수, 즉 채널 수를 많게 하여 전체적인 LCD 패널의 휘도를 맞추는 구성을 할 수도 있으며, 혹은 고휘도 LED를 사용하면서 채널 수를 적게 하여 LCD 패널의 휘도를 맞추는 구성을 할 수도 있다. LCD 패널에 사용되는 LED 백라이트의 LED 규격과 구성이 이와 같이 다름에 따라 LCD 패널마다 요구되는 구동 전류와 채널 수, 채널을 구성하는 LED 스트링 전압 등이 달라진다. 이때, LED 스트링 전압이 다르므로 과전압보호(OVP) 전압도 패널마다 다르게 설정해 주어야 한다. 이와 같이, LED 백라이트 구성이 규격화되어 있지 않고 LCD 패널마다 다르게 구성되기 때문에 LCD 패널마다 LED 구동 전류, 과전압보호 전압 설정 등이 다른 LED 구동 시스템을 설계 생산하여야 하며, 따라서 생산 및 관리 비용이 증가하는 문제가 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예는, LED 백라이트에서 LED 규격과 구성이 패널마다 다름으로 인해 LED 구동 전류, 과전압보호 전압 등의 설정이 다르게 요구되더라도 LED 구동 IC에서 LED 구동 전류나 과전압보호 전압 등을 설정하는 저항 등의 외부 소자 값을 변경하지 않는 공용화된 LED 구동 시스템을 제공하는 것으로서, 특히 LED 구동 전류나 과전압보호 전압이 외부 소자에 의해 이미 설정된 LED 구동 시스템에서 LCD 스케일러(Scaler) 보드의 마이크로프로세서로부터 LED 구동 전류, 과전압보호 전압 등을 변경할 수 있도록 디지털 혹은 아날로그 제어 신호를 하나 혹은 그 이상의 핀으로 입력 받아 LED 구동 IC의 외부 소자 값을 변경하지 않으면서도 다양한 LCD 패널의 LED 백라이트 규격에 대응할 수 있는 LED 구동 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 시스템은, LED 부하에 일정한 구동 전압을 공급하기 위한 DC/DC 변환기 및 LED 구동 제어부를 구비한 LED 구동 시스템에 있어서, LED 구동 제어부는, LED 부하에 LED 구동 전류를 공급하는 전류원부; LED 부하에 LED 구동 전류가 정상적으로 공급될 수 있도록 DC/DC 변환기의 듀티비(Duty Ratio)를 제어하는 DC/DC 제어부; 및 LED 구동 전류의 제어 및 DC/DC 변환기의 출력 전압의 과전압 방지를 위해 각각 설치된 LED 구동 전류 값 설정저항 및 과전압 방지 설정저항을 고정한 채, LED 구동 전류 및 과전압 보호전압 중의 적어도 하나를 조절하는 규격 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 규격 변환부는, LCD 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 LED 구동 전류의 변경을 위한 제어신호를 수신하는 디지털 제어 로직; 및 수신된 제어신호에 대응하여 LED 구동 전류의 전류값 설정 전압의 이득을 제어하는 전류이득 제어기를 포함할 수 있다.

또한, 규격 변환부는, LCD 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 과전압보호 전압의 변경을 위한 제어신호를 수신하는 디지털 제어 로직; 및 수신된 제어신호에 대응하여 과전압보호 전압의 비교 기준전압을 제어하는 과전압 기준전압 제어기를 포함할 수도 있다.

또한, 규격 변환부는, 전류이득 제어기에 의한 이득이 증가할수록 DC/DC 변환기의 듀티비 제어전압을 생성하는 에러앰프의 기준전압이 증가하도록 제어하는 에러앰프 기준전압 제어기를 더 포함할 수 있다.

또한, 규격 변환부는, LED 부하 중 사용하지 않는 채널에 대응하는 전류원이 오프 되도록 전류원부를 제어하는 전류원 온/오프 제어기를 더 포함할 수도 있다.

또한, 규격 변환부는, LCD 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 LED 구동 전류의 변경을 위한 아날로그 제어입력신호를 수신하여 디지털 변환하는 제1 A/D 변환기; 및 디지털 변환된 제어입력신호에 대응하여 LED 구동 전류의 전류값 설정전압의 이득을 제어하는 전류이득 제어기를 포함할 수 있다.

또한, 규격 변환부는, LCD 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 과전압보호 전압의 변경을 위한 아날로그 제어입력신호를 수신하여 디지털 변환하는 제2 A/D 변환기; 및 디지털 변환된 제어입력신호에 대응하여 과전압보호 전압의 비교 기준전압을 제어하는 과전압 기준전압 제어기를 포함할 수도 있다.

또한, 규격 변환부는, LED 구동 제어부의 제1 핀의 상태를 디코딩하여 LED 구동 전류의 변경을 위한 신호를 출력하는 제1 인터페이스 로직; 및 출력된 신호에 대응하여 LED 구동 전류의 전류값 설정 전압의 이득을 제어하는 전류이득 제어기를 포함할 수 있다.

또한, 규격 변환부는, LED 구동 제어부의 제2 핀의 상태를 디코딩하여 과전압보호 전압의 변경을 위한 신호를 출력하는 제2 인터페이스 로직; 및 출력된 신호에 대응하여 과전압보호 전압의 비교 기준전압을 제어하는 과전압 기준전압 제어기를 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, LED 구동 전류나 과전압보호 전압이 저항 등의 외부 소자에 의해 이미 설정된 LED 구동 시스템에서 LCD 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 LED 구동 전류, 과전압보호 전압 등을 변경할 수 있도록 디지털 혹은 아날로그 제어 신호를 하나 혹은 그 이상의 핀으로 입력 받아 LED 구동 IC의 외부 소자 값을 변경하지 않으면서도 다양한 LCD 패널의 LED 백라이트 규격을 대응할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 구동 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 일반적인 반도체 회로에서 전류원의 전압 전류 특성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 구동 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 구동 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 구동 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 구동 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전류이득 제어기의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 과전압 기준전압 제어기의 예를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 구동 시스템을 간략하게 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 LED 구동 시스템(100)은 LED 부하(110), LED 부하(110)에 일정한 구동 전압을 공급하기 위한 DC/DC 변환기(120), 및 LED 구동 IC(130)을 포함한다. 도 1에서 DC/DC 변환기(120)는 출력 전압 Vo가 입력 전압 VIN 보다 높아지도록 제어하는 승압형 DC/DC 변환기로 도시하였으나, 입출력 전압 조건에 따라서는 강압형 DC/DC 변환기로 구성될 수도 있다. 또한, 도 1의 LED 구동 시스템(100)은 8 채널의 LED 스트링을 구동하는 것으로 도시하였으나, 이는 도시적인 예를 보이기 위한 것일 뿐이며 임의의 다른 채널 수로 구성될 수 있다.

도 1에서 LED 구동 IC(130) 핀 구성은 DC/DC 변환기(120)의 제어와 LED 부하(110)에 구동 전류를 공급하기 위한 기본적인 핀들만을 표시했지만, 실제의 IC에서는 PWM 주파수 설정, 디밍 제어 등의 핀이 더 포함될 수 있다. 도 1 LED 구동 IC(130)의 핀들에 대해 간단히 설명하면, VCC는 전원 입력 핀으로 IC 내의 회로 구조에 따라 DC/DC 변환기(120)의 입력 전압 VIN이 직접 연결될 수 있으며, 레귤레이터로부터 입력될 수도 있다. EN 핀은 LED 구동 IC(130)의 동작을 온(ON)/오프(OFF) 제어하는 핀으로 온 시 LED 구동 시스템(100)의 동작이 시작된다. COMP 핀은 DC/DC 변환기(120)의 부궤환 루프를 안정화하기 위한 핀이며, RISET 핀은 LED 부하(110)의 구동 전류값을 설정하기 위한 핀이다. OVP 핀은 DC/DC 변환기(120)의 출력 전압 Vo의 과전압 발생에 의한 LED 구동 시스템(100)의 오동작 혹은 손상으로부터 시스템을 보호하기 위한 핀이다. NDRV는 DC/DC 변환기(120)의 스위치(M1)를 구동하기 위한 핀으로서, 도 1에서 스위치(M1)는 IC 외부에 구현하는 것으로 도시하였지만 경우에 따라서는 LED 구동 IC(130) 내부에 구현될 수도 있다. CS 핀은 전류모드(Current Mode) 제어를 위한 핀으로서, 스위치 온 시 인덕터(L1)에 흐르는 전류를 센싱하여 센싱 저항(Rs)에서 전압으로 변환되어 LED 구동 IC(130)로 입력된다.

전류원의 용어적인 의미로는 전류원에 걸리는 전압과 무관하게 일정한 전류를 공급하는 것을 의미하지만, 실제의 반도체 회로에서 전류원은 전류원에 걸리는 전압이 어떤 최소 전압 이상인 경우에만 전류원으로 정상 동작한다. 도 2는 일반적인 반도체 회로에서 전류원의 전압 전류 특성을 보이는 것으로 전류원에 걸리는 전압 Vds가 전류원으로 동작하기 위한 최소 전압 ΔV 이상에서는 일정 전류 Io로 정상 전류원으로 동작하지만, Vds가 ΔV 보다 작아지면 전류원의 전류값 Ids도 점점 감소하는 특성을 갖는다. 반도체 회로에서 전류원의 최소 전압 ΔV는 전류원의 회로 구성 및 트랜지스터 크기 등에 의해 결정되며 어떤 임의의 값 ΔV에서 전류원의 크기 Io를 크게 하기 위해서는 전류원을 구성하는 트랜지스터의 크기를 크게 설계하여야 한다.

다음에, 도 1의 LED 구동 IC(130)의 동작을 상세하게 설명한다. 도 1의 LED 구동 IC(130)는 전류원부(140)와 DC/DC 제어부(150)를 포함한다. 여기서, 전류원부(140)는 기준전류발생기(142)와 구동전류원(144)을 포함한다. 기준전류발생기(142)는 RISET 핀과 접지 사이에 외부저항 RSET를 연결하여 구동전류원(144)의 전류 값을 설정하는 전압 Vcon을 발생한다. 따라서 구동전류원(144)의 전류값은 외부 저항 RSET 값을 조절함으로써 설정할 수 있다.

DC/DC 제어부(150)는 LED 부하(110)에 LED 구동 전류가 정상적으로 공급될 수 있도록 DC/DC 변환기(120)의 출력 전압을 제어하기 위한 것으로, 구동전류원(144)의 출력 전압 CS1 ~ CS8을 입력 받아 그 중에서 최소 전압을 Vmin으로 출력하는 최소전압 선택회로(152), 최소전압 선택회로(152)의 출력전압 Vmin과 에러앰프 기준전압 Vr,err을 입력 받아 DC/DC 변환기(120)의 듀티비 제어 전압을 생성하는 에러앰프(154), 에러앰프(154)의 출력 전압과 센싱 전압 CS를 입력으로 받아 PWM 제어신호 NDRV를 출력하는 전류모드 PWM 제어기(156), DC/DC 변환기(120)의 출력 전압 Vo의 과전압 상태를 검출하는 과전압 비교기(158)를 포함한다. 여기서, 에러앰프(154)는 부궤환에 의해 최소전압 선택회로(152)의 출력전압 Vmin이 에러앰프 기준전압 Vr,err 전압과 같아지도록 제어한다. 에러앰프(154)의 출력단 COMP 핀에 연결된 저항 Rc와 커패시터 Cc는 DC/DC 변환의 부궤환 루프(Loop)를 안정화하기 위해 것으로서, DC/DC 변환기(120)가 정상 상태(Steady State)에 도달하면 커패시터 Cc에는 최소전압 선택회로(152)의 출력전압 Vmin과 에러앰프(154)의 기준전압 Vr,err이 같아지도록 듀티비를 제어하는 에러 전압을 충전하고 있다. 도 1에서 부궤환 루프를 안정화하기 위한 저항 Rc와 커패시터 Cc는 COMP 핀에 외부로 연결하여 보상하는 예를 보였지만, IC 내부에 구현할 수도 있으며 다른 변형된 구성으로 부궤환 루프가 안정화 되도록 할 수도 있다. 전류모드 PWM 제어기(156)는 DC/DC 변환기(120)의 전류모드 제어를 위해 스위치 M1이 온 될 때 인덕터 L1의 전류를 센싱하여 센싱 저항 Rs에서 전압으로 변환된 값을 CS 핀으로부터 입력 받으며, 이 CS 핀 전압에 얼마의 이득을 곱하고 기울기 보상(Slope Compensation)한 신호가 에러앰프(154) 출력 전압보다 커지는 시점에서 스위치 M1이 오프 되도록 제어한다. 과전압 비교기(158)는 DC/DC 변환기(120) 출력 전압 Vo의 과전압 발생에 의한 LED 구동 시스템(100)의 오동작 혹은 손상으로부터 시스템을 보호하기 위한 것으로 Vo를 저항 R1과 R2로 분압하여 OVP 핀으로 입력하고 이 분압된 전압을 과전압 비교기(158)에서 과전압 비교 기준전압 Vr,ovp와 비교함으로써 Vo의 과전압 상태를 검출한다. 과전압 발생시 과전압 비교기(158)의 출력 DOWN은 하이가 되며 과전압 상태가 해소될 때까지 DC/DC 변환기(120)의 스위칭을 멈추고 동시에 과전압을 일으킨 채널들을 부궤환 제어 루프에서 제거한다. 과전압 보호기능은 LED 구동 시스템(100)의 OLP(Open LED Protection) 기능에 있어서 핵심적인 역할을 한다. LED 스트링 중 하나 이상이 오픈 되면 해당하는 전류원에 걸리는 전압 VCSx (핀 CS1 ~ CS8에 걸리는 전압의 하나)는 영으로 되므로 최소전압 선택회로(152)의 출력전압 Vim은 영이 된다. 따라서 LED 구동 IC(130)의 에러앰프(154) 출력 전압 COMP는 계속 증가하여 최대 전압으로 포화된다. 이에 따라 DC/DC 변환기(120)는 최대 듀티비로 동작하고 출력 전압 Vo는 계속해서 증가한다. Vo가 과전압 상태에 이르면 PWM 스위칭 동작을 멈추며 동시에 오픈된 LED 스트링들을 구동하는 전류원들의 출력 전압들은 DC/DC 변환기(120)의 부궤환 제어에 관여하지 않도록 하고 오픈 되지 않은 정상적인 LED 스트링들로만 정상 동작할 수 있도록 한다.

그런데, 도 1의 LED 구동 시스템(100)에서는 LCD 패널마다 사용되는 LED 규격이 달라질 때마다 과전압 보호를 설정하기 위한 저항 R1과 R2, 그리고 LED 휘도 차이에 따라 다르게 요구되는 LED 구동 전류를 설정하기 위해 RSET 값을 다르게 설정해야 하며 이는 LCD 모니터, TV 등의 생산과 관리 비용을 증가시키는 단점이 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 구동 시스템(300)을 나타낸 도면으로서, 도 1의 LED 구동 시스템(100)이 LED 규격이 달라질 때마다 이에 대응하여 외부 소자 값을 달리한 LED 구동 시스템을 구비해야 함으로써 생산 및 관리 비용이 증가하는 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로 LED 규격이 변경하더라도 외부 소자의 변경 없이 공용화된 LED 구동 시스템을 제공하기 위한 것이다. 보다 상세하게는 LCD 패널의 LED 규격 변경에 대응할 수 있도록 LED 구동 IC 내에 규격 변환부(Specification Conversion Block)를 더 부가하여 LED 규격이 변경되더라도 LCD 스케일러 보드로부터 디지털 혹은 아날로그 제어 입력을 받아 LED 구동 전류, 과전압보호 전압 등의 변경을 외부 소자 값의 변경 없이 설정할 수 있도록 하는 것이다. 이하 본 발명의 실시예에 따라 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 3의 LED 구동 시스템(300)은 도 1의 LED 구동 시스템(100)과 마찬가지로 LED 부하(310), DC/DC 변환기(320) 및 LED 구동 IC(330)를 포함한다. 여기서 LED 구동 IC(330)는, 도 1의 LED 구동 시스템(100)의 LED 구동 IC(130)가 전류원부(140)와 DC/DC 제어부(150)로만 구성되는 것과는 다르게 규격 변환부(Specification Conversion Block)(360)를 더 포함하여 구성되며, 이미 고정된 LED 구동 전류값 설정 저항 RSET과 과전압 설정 저항 R1과 R2에 대해서도 LED 구동 전류와 과전압을 변경하여 설정할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 구동 시스템(300)은 도 1의 LED 구동 시스템(100)에서의 문제를 해결하기 위하여, 어느 특정 LED 백라이트의 LED 규격에 맞춰 이미 고정된 RSET, R1, R2 값을 변경하지 않으면서도, 또 다른 LED 규격에 대응할 수 있도록 LED 구동 IC 내에 규격 변환부(360)를 추가한 것을 특징으로 한다. 이와 같이 규격 변환부(360)를 추가함으로써, LCD 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 LCD 패널에 따라 다르게 요구되는 LED 규격에 대응할 수 있도록, LED 구동 전류와 과전압보호 전압을 변경 할 수 있는 제어 입력을 디지털 혹은 아날로그 입력 형태로 받아 어떤 임의의 값으로 고정된 RSET, R1, R2 값에 대해서도 다양한 LED 백라이트 규격에 대응할 수 있도록 한다. 이에 따라 LED 구동 시스템(300)은 다양한 LED 백라이트 규격에 대해서도 공용화된 단일 보드로 생산이 가능하여 생산 비용과 관리비용을 줄일 수 있게 해준다. 이하, 도 3을 참조하여 제2 실시예에 따른 LED 구동 시스템(300)의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.

도 3의 규격 변환부(360)는 디지털 제어 로직(361), 전류이득 제어기(363) 및 과전압 기준전압 제어기(365)를 포함한다.

디지털 제어 로직(361)은 LCD 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 LED 구동 전류와 과전압보호 전압을 변경할 수 있는 디지털 제어 신호를 입력 받는다. 디지털 제어 신호의 입력은 단 하나의 핀으로 디지털 제어 신호를 입력 받는 1-wire 통신 방식을 사용할 수 있으며, 혹은 데이터를 보내는 핀과 클럭을 보내는 핀의 두 개의 통신 핀을 사용하는 SMBUS 혹은 I²C 등의 통신 방식이 사용될 수도 있다.

전류이득제어기(363)는 구동 전류원(344)의 전류 값을 변경하기 위한 것으로서, 기준 전류원(342)으로부터 구동전류원(344)의 전류값 설정 전압 Vcon을 입력받아 구동 전류원(344)의 새로운 전류값 설정 전압 Vcon1을 출력하며, Vcon1 전압의 변경은 전류이득 제어기(363)의 이득을 변경하여 이룰 수 있다. 따라서 마이크로프로세서가 전류이득 제어기(363)의 이득을 변경하는 디지털 제어 신호를 입력하면 구동 전류원(344)의 전류값, 즉 LED 구동 전류를 변경할 수 있게 된다.

과전압 비교기(358)에서 DC/DC 변환기(320) 출력 Vo의 과전압 임계값은 다음의 수학식 1과 같이 주어지며 이 값보다 출력 Vo가 높아지는 순간 과전압 상태가 된다.

위의 수학식 1에서 볼 수 있듯이, 어떤 고정된 R1, R2 값에 대해서도 과전압 비교 기준전압 Vr,ovp를 변경하면 과전압 설정을 변경할 수 있음을 알 수 있다.

도 3에서 과전압 기준전압 제어기(365)는 기 설정된 과전압 설정 값을 디지털 제어 입력에 따라 과전압 설정 저항 R1과 R2의 변경 없이 변경하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 디지털 제어 로직(361)으로부터 디지털 제어 신호를 입력 받아 과전압 비교기(358)의 과전압 비교 기준전압 Vr,ovp 값을 변경하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 시스템(300)에서 규격 변환부(360)는 마이크로프로세서로부터 전류이득 제어기(363)의 이득과 과전압 기준전압 제어기(365)를 통한 과전압 비교 기준전압 Vr,ovp를 변경함으로써 다양한 LCD 패널의 다양한 LED 백라이트 규격에 대해서도 LED 구동 시스템(300)을 공용화할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 구동 시스템(400)을 나타낸 도면이다. 도 4의 LED 구동 시스템(400)은 도 3의 LED 구동 시스템(300)의 경우와 마찬가지로, LED 구동 IC(430)에 규격 변환부(460)을 두어 다양한 LED 규격의 백라이트에 대해서도 LED 구동 전류와 과전압 설정을 변경할 수 있게 한 것으로서, 보다 상세하게는 도 3의 규격 변환부(360)에 에러앰프 기준전압 제어기(467)) 및 전류원 온/오프 제어기(469)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

LED 구동 시스템(400)의 DC/DC 제어기(450)는 구동 전류원(444)의 출력 전압 중 가장 작은 전압이 에러앰프(454)의 기준전압 Vr,err과 같아지도록 제어하는데 구동 전류원(444)의 전류값이 클수록 구동 전류원(444)을 구성하는 반도체소자, 즉 트랜지스터의 크기도 크게 설계하여야 한다. 따라서 구동 전류원(444)를 구성하는 트랜지스터의 크기는 최대 LED 구동 전류에서도 전류원으로 동작하도록 설계되어 있다. 구동 전류원(444)의 크기가 최대 LED 구동 전류에 맞추어져 있으므로 LED 구동 전류가 작아지는 경우에는 구동 전류원(444)에 걸리는 전압이 낮아지더라도 전류원으로 정상 동작하는데 아주 문제가 없게 된다. 부궤환 제어에 의해 구동전류원(444)에 걸리는 전압은 에러앰프(454)의 기준전압 Vr,err과 같으므로 LED 구동전류가 작아질수록 Vr,err를 작게 해주면 LED 구동 IC(430)에서 소모되는 전력을 줄일 수 있고 따라서 효율을 높일 수 있다.

도 4의 에러앰프 기준전압 제어기(467)는 전술한 전력 소모를 줄이고 효율을 높이기 위한 것으로, 전류이득 제어기(463)의 이득이 클수록 구동 전류원(444)의 전류값 설정 전압 Vcon1이 커지고 이에 따라 LED 구동 전류가 증가하므로 에러앰프 기준전압 제어기(467)는 전류이득 제어기(463)의 이득이 증가할수록 에러앰프 기준전압 Vr,err이 증가하도록 디지털 제어 로직(461)으로부터 제어 신호를 입력받아 Vr,err를 제어한다.

도 4에서 LED 구동 시스템(400)은 최대 8개의 LED 스트링을 구동하는 것으로 하였으나, LED 백라이트에서 사용하는 LED의 휘도에 따라 채널 수가 달라질 수 있다. 예를 들어, 저휘도 LED를 사용하는 경우에는 LED 백라이트의 전체적인 휘도를 맞추기 위해 8개의 채널을 모두 사용하지만, 고휘도 LED를 사용하는 경우에는 3개 혹은 4개의 채널로도 휘도를 맞출 수 있다. 도 4의 LED 구동 시스템(400)에서 8개의 채널보다 적은 수의 채널을 사용하는 경우, LED 스트링이 연결되어 있지 않은 채널들은 오픈 LED 상태이므로 LED 구동 시스템(400)이 동작하면 DC/DC 변환기(420)의 출력 Vo는 과전압 상태까지 도달한 후 오픈된 채널을 부궤환 제어 루프로부터 제거하고 이후 정상적으로 동작할 수 있게 된다.

도 4의 LED 구동 시스템(400)에서 전류원 온/오프 제어기(469)는 사용하지 않는 채널의 전류원은 처음부터 오프시키고 부궤환 제어 루프로부터도 제외시키기 위한 것으로서, 마이크로프로세서로부터 몇 개의 채널을 사용하는지에 대한 채널 수 정보를 디지털 제어 로직(461)을 통해 입력 받고 로직 변환된 출력에 따라 전류원 온/오프 제어기(469)는 사용하지 않는 채널의 전류원을 오프시키고 부궤환 루프에서 제외시킨다. 이에 따라 도 4의 LED 구동 시스템(400)은 채널 수가 최대 구동 채널 수보다 작은 경우에도 시스템이 동작을 시작한 후 DC/DC 변환기(420)의 출력 전압 Vo가 과전압 상태에까지 도달한 후 정상 전압을 찾아가는 동작이 아닌 처음부터 정상 전압으로 찾아가는 동작을 할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 LED 구동 시스템(500)을 나타낸 도면으로서, 규격 변환부(560)가 마이크로프로세서로부터 LED 구동 전류와 과전압 설정을 위해 디지털 제어신호 대신에 아날로그 제어신호를 입력 받는 경우로, LED 구동 전류의 이득을 변경하여 LED 구동 전류를 변경하기 위한 아날로그 제어입력 ACTRL1을 마이크로프로세서로부터 입력 받는 A/D 변환기 I(561) 및 과전압 설정의 변경을 위한 아날로그 제어 입력 ACTRL2를 마이크로프로세서로부터 입력 받는 A/D 변환기 II(562)의 두 개의 변환기가 각각 전류이득 제어기(563)의 이득과 과전압 기준전압 제어기(565)의 과전압 기준전압 Vr,ovp를 변경하도록 제어한다.

본 발명의 실시예에 따른 도 3, 도 4 및 도 5의 LED 구동 시스템(300, 400 및 500)에서 LED구동 IC(330, 430 및 530) 내에 부가하여 어떤 임의로 고정된 LED 구동 전류의 설정 저항 및 과전압 설정 저항의 변경 없이도 LED 구동 전류의 변경과 과전압의 설정 변경이 가능하도록 하는 규격 변환부(360, 460 및 560)는 스케일러보드의 마이크로프로세서로부터 디지털 혹은 아날로그 제어신호를 입력 받아 제어하는 경우의 실시예들을 나타낸 것이지만, 조금 원시적인 방법으로 LED 구동 전류의 변경과 과전압의 설정 변경이 가능하도록 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 LED 구동 시스템(600)을 나타낸 도면으로서, 마이크로프로세서로부터 제어 입력을 입력 받는 것이 아니라 어떤 핀의 상태 즉 오픈, 그라운드, 전원 등의 상태에 따라 LED 구동 전류와 과전압 설정의 변경이 가능하도록 구현된 것이다. 도 6의 규격 변환부(660)는 입력 핀 CTRL1 상태를 디코딩하여 LED 구동 전류를 변경할 수 있도록 전류이득 제어기(663)의 이득을 변경하는 인터페이스로직 I(661)과 입력 핀 CTRL2의 상태를 디코딩하여 과전압 기준전압 제어기(665)의 과전압 기준 전압 Vr,ovp를 변경할 수 있도록 하는 신호를 출력하는 인터페이스로직 II(662)를 포함한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전류이득 제어기(720) 구현의 한 예를 보이는 도로 기준전류 발생기(710)와 한 채널의 구동 전류원(730)를 함께 도시하였다. 여기서, 기준전류 발생기(710), 전류이득 제어기(720) 및 구동 전류원(730)은 설명을 용이하게 하기 위하여 독립적인 부재번호를 부여하였지만, 도 3 내지 도 6에서 설명한 각각의 LED 구동 시스템에 적용되는 기준전류 발생기, 구동 전류원 및 전류이득 제어기와 동일하다.

기준전류 발생기(710)는 기준전압원 Vset, 앰프 A1, 트랜지스터 M2, 전류미러(712)와 기준전류 설정 저항 RSET과 전압 변환 저항 R3로 구성되어 있다. 부궤환에 의해 앰프 A1의 +단자와 -단자 전압이 같아지므로 RSET 저항에는 Vset 전압이 걸리고 따라서 트랜지스터 M2에는 Vset/RSET의 전류가 흐른다. 이 전류가 전류미러(712)를 통과하여 R3에서 Vcon 전압으로 변경되며 이때 Vcon은 Vset*(R3/RSET)로 주어진다.

전류이득 제어기(720)는 Vcon 전압을 증폭하여 구동 전류원(730)의 전류값 제어 전압 Vcon1을 출력한다. 도 7의 예에서는 궤환 저항 값을 변경하여 이득을 변경하도록 구성한 예를 나타낸 것으로서, 직렬로 연결된 궤환 저항 R5 ~ R8 각각에 병렬로 스위치 트랜지스터 M5 ~ M8이 연결되어 스위치 트랜지스터 M5 ~ M8의 온/오프 상태에 따라 총 궤환 저항 값이 변하도록 하여 이득을 변경하는 것이다.

스위치 구동 로직(722)은 스위치 트랜지스터 M5 ~ M8를 온/오프 제어한다. 구동 전류원(730)은 앰프 A3와 트랜지스터 M10의 부궤환에 의해 저항 R10에는 Vcon1 전압이 걸리고 따라서 전류원의 전류값은 Vcon1/R10 이 된다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 과전압 기준전압 제어기의 예를 나타낸 도면이다. 여기서, 과전압 기준전압 제어기는 도 3 내지 도 6에서 설명한 각각의 LED 구동 시스템에 적용되는 과전압 기준전압 제어기와 동일하다.

도 8에서 제 1 기준전압 Vref1은 제 2 기준전압 Vref2보다 큰 값이다. 앰프 A4와 트랜지스터 M13에 의한 부궤환에 의해 저항 R13에는 제 1 기준전압 Vref1이 걸리고 마찬가지로 앰프 A5와 트랜지스터 M11에 의한 부궤환에 의해 저항 R11에는 제 2 기준전압 Vref2이 걸린다. 따라서 저항 R11에는 Vref2/R11의 전류가 흐른다. 이 전류는 트랜지스터 M11에도 같은 전류가 흐르고 전류 미러(810)로 입력되고 전류미러(810)의 출력은 다시 전류 미러(820)로 입력된다. 전류 미러(810, 820)의 이득이 1인 경우 저항 R12에는 Vref2/R11의 전류가 흐른다. 따라서 과전압 비교 기준전압 Vr,ovp는 Vref1 - Vref2 * (R12 / R11)로 주어진다. 그런데 R12는 각각의 저항 R12A ~ R12D에 스위치 트랜지스터 M12A ~ M12D가 각각 병렬로 연결된 후 다시 이들 저항이 직렬로 연결되어 스위치 트랜지스터의 온/오프 상태에 따라 저항값을 변경할 수 있고 따라서 과전압 비교 기준전압 Vr,ovp를 변경할 수가 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 300, 400, 500, 600 : LED 구동 시스템
110, 310, 410, 510, 610: LED 부하
120, 320, 420, 520, 620: DC/DC 변환기
130, 330, 430, 530, 630: LED 구동 IC
140, 340, 440, 540, 640: 전류원부
142, 342, 442, 542, 642: 기준전류 발생기
144, 344, 444, 544, 644: 구동 전류원
150, 350, 450, 550, 650: DC/DC 제어부
152, 352, 452, 552, 652: 최소전압 선택회로
154, 354, 454, 554, 654: 에러앰프
156, 356, 456, 556, 656: 전류모드 PWM 제어기
158, 358, 458, 558, 658: 과전압 비교기
360, 460, 560, 660: 규격 변환부

Claims

LED(Light Emitting Diode) 부하에 일정한 구동 전압을 공급하기 위한 DC/DC 변환기 및 LED 구동 제어부를 구비한 LED 구동 시스템에 있어서,
상기 LED 구동 제어부는,
상기 LED 부하에 LED 구동 전류를 공급하는 전류원부;
상기 LED 부하에 LED 구동 전류가 정상적으로 공급될 수 있도록 상기 DC/DC 변환기의 듀티비를 제어하는 DC/DC 제어부; 및
상기 LED 구동 전류의 제어 및 상기 DC/DC 변환기의 출력 전압의 과전압 방지를 위해 각각 설치된 LED 구동 전류 값 설정저항 및 과전압 방지 설정저항을 고정한 채, 상기 LED 구동 전류 및 과전압 보호전압 중의 적어도 하나를 조절하는 제어 로직과 제어기를 포함하는 규격 변환부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 규격 변환부는,
LCD(Liquid Crystal Display) 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 상기 LED 구동 전류의 변경을 위한 제어신호를 수신하는 디지털 제어 로직; 및
수신된 상기 제어신호에 대응하여 상기 LED 구동 전류의 전류값 설정 전압의 이득을 제어하는 전류이득 제어기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 규격 변환부는,
LCD 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 상기 과전압의 변경을 위한 제어신호를 수신하는 디지털 제어 로직; 및
수신된 상기 제어신호에 대응하여 상기 과전압의 과전압 비교 기준전압을 제어하는 과전압 기준전압 제어기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 규격 변환부는,
상기 전류이득 제어기에 의한 이득이 증가할수록 상기 DC/DC 변환기의 듀티비 제어전압을 생성하는 에러앰프의 기준전압이 증가하도록 제어하는 에러앰프 기준전압 제어기
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 시스템.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 규격 변환부는,
상기 LED 부하 중 사용하지 않는 채널에 대응하는 전류원이 오프되도록 상기 전류원부를 제어하는 전류원 온/오프 제어기
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 규격 변환부는,
LCD 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 상기 LED 구동 전류의 변경을 위한 아날로그 제어입력신호를 수신하여 디지털 변환하는 제1 A/D 변환기; 및
디지털 변환된 상기 제어입력신호에 대응하여 상기 LED 구동 전류의 전류값 설정 전압의 이득을 제어하는 전류이득 제어기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 규격 변환부는,
LCD 스케일러 보드의 마이크로프로세서로부터 상기 과전압의 변경을 위한 아날로그 제어입력신호를 수신하여 디지털 변환하는 제2 A/D 변환기; 및
디지털 변환된 상기 제어입력신호에 대응하여 상기 과전압의 과전압 비교 기준전압을 제어하는 과전압 기준전압 제어기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 규격 변환부는,
상기 LED 구동 제어부의 제1 핀의 상태를 디코딩하여 상기 LED 구동 전류의 변경을 위한 신호를 출력하는 제1 인터페이스 로직; 및
출력된 상기 신호에 대응하여 상기 LED 구동 전류의 전류값 설정 전압의 이득을 제어하는 전류이득 제어기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 규격 변환부는,
상기 LED 구동 제어부의 제2 핀의 상태를 디코딩하여 상기 과전압의 변경을 위한 신호를 출력하는 제2 인터페이스 로직; 및
출력된 상기 신호에 대응하여 상기 과전압의 과전압 비교 기준전압을 제어하는 과전압 기준전압 제어기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 시스템.