KR101188916B1 - 광원 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광원을 구동하는 광원 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 전원부로부터 입력된 전원신호를 광원에 공급하는 스위치부, 광원의 휘도를 조절하기 위한 디밍 제어 신호를 수신하여 디밍 제어 신호에 상응하여 스위치부를 온/오프 시키는 로직 신호를 생성하는 스위치 제어부 및 로직 신호를 승압한 게이트 제어 신호를 스위치부에 제공하는 승압부를 포함하는 광원 구동 장치를 제공할 수 있다.

Description

광원 구동 장치{DRIVER FOR LIGHT SOURCE}

본 발명은 광원 구동 장치에 관한 것이다.

LED는 표시 장치의 백라이트, 조명 등에 사용된다. LED를 구동하는 구동 장치는 스위치부의 게이트 단에 입력되는 온/오프 신호에 따라 광원에 전류를공급한다.

종래 광원 구동 장치는 LED에 흐르는 전류가 소정의 피크치를 가지도록 제어하는 아날로그 디밍 제어와 소정의 듀티 사이클을 가진 펄스폭변조(PWM; Pulse Width Modulation)신호를 이용하여 LED에 흐르는 전류를 소정의 주파수로 온/오프 제어하는 PWM 디밍 제어를 통해 LED의 휘도를 조정한다. 종래 광원 구동 장치는 구형파 형상의 전류가 인가된다. 구형파의 피크는 LED의 최대 정격 전류이고 최소치가 0이면 구형파 전류를 평균하면 LED에 공급되는 평균 전류를 구할 수 있다.

LED에 흐르는 전류의 크기는 LED의 휘도를 결정하는 중요한 요소이다.

따라서 구형파의 피크를 높일 수 있으면, 똑 같은 휘도를 가지는 LED조명을 구동함에 있어 더 긴 오프 시간을 가지면서 동일한 평균 전류가 인가되어 효율을 높일 수 있다. 또한 종래의 기술과 동일한 오프 시간을 가지게 되면 LED에 흐르는 전류가 커짐에 따라 더 높은 휘도를 가질 수 있다. 그러나, 종래 광원 구동 장치의 경우 게이트 제어 신호를 생성하는 로직 회로에서 높은 전압의 스위치 온 신호를 생성하기 어려운 문제가 있다.

본 발명의 해결하려는 과제는 LED에 공급되는 전류량을 제어하는 스위치부에 높은 레벨의 온 전압을 인가하여 LED에 공급되는 피크 전류를 크게 하여 동일한 오프 시간에 더 밝은 휘도의 LED 구동이 가능하고, 오프 시간이 길어도 LED에 동일한 평균 전류를 인가하여 고효율의 구현할 수 있는 광원 구동 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 광원을 구동하는 광원 구동 장치에 있어서, 전원부로부터 입력된 전원신호를 광원에 공급하는 스위치부; 광원의 휘도를 조절하기 위한 디밍 제어 신호를 수신하여 상기 디밍 제어 신호에 상응하여 상기 스위치부를 온/오프 시키는 로직 신호를 생성하는 스위치 제어부; 및 상기 로직 신호를 승압한 게이트 제어 신호를 상기 스위치부에 제공하는 승압부를 포함하는 광원 구동 장치를 제공할 수 있다.

상기 승압부는 상기 입력된 로직 신호의 전압 레벨을 설정된 레벨로 변환하는 레벨 쉬프트; 및 상기 레벨 쉬프트에서 입력된 변환된 로직 신호를 승압한 게이트 제어 신호를 상기 스위치부에 출력하는 게이트 드라이버를 더 포함할 수 있다.

상기 승압부는 상기 게이트 드라이버에 하이 전압 출력을 위한 기준 전압을 공급하는 전압 레귤레이터를 더 포함할 수 있다.

상기 광원 구도 장치는 상기 광원에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함하되, 상기 전류 검출부는 저항 소자일 수 있다.

상기 스위치 제어부는 상기 전류 검출부에 상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류가 설정값 이상이면 상기 스위치부를 오프 시키는 로직 신호를 출력하고, 상기 설정값 미만이면 상기 스위치부를 온 시키는 로직 신호를 출력할 수 있다.

상기 광원 구동 장치는 상기 광원에 흐르는 전류의 급격한 변화를 방지하도록 상기 광원과 상기 전원부 사이에 병렬 연결된 다이오드 및 인덕터를 더 포함할 수 있다.

상기 스위치부는 3단자 트랜지스터 소자로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 광원에 공급되는 전류를 제어하는 스위치부에 높은 레벨의 스위치 온 전압을 공급하여 효율을 개선된 광원 공급 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광원 구동 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 광원 구동 장치의 회로 구성의 일예를 도시한 회로도.
도 3은 도 2에 도시된 회로에 의해 광원에 흐르는 전류의 파형을 도시한 파형도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 광원 구동 장치 및 방법에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광원 구동 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 본 발명의 광원 구동 장치는 조명용 LED를 구동하는 광원 구동 장치를 예를 들어 설명한다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 표시장치의 LED 백라이트를 구동하는 광원 구동 장치에 사용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광원 구동 장치는 스위치 제어부(100), 스위치부(300) 및 승압부(200)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 스위치 제어부(100)는 광원의 휘도를 조절하기 위한 디밍 제어 신호를 수신하여 로직 신호를 생성할 수 있다. 스위치 제어부(100)는 PWM 신호와 아날로그 디밍 신호를 수신하여 스위치부(300)에 인가될 온/오프 신호의 신호 파형인 로직 신호를 생성할 수 있다. 생성된 로직 신호는 승압부(200)에 전송된다.

승압부(200)는 생성된 로직 신호를 더 높은 전압 레벨로 변경하여 입력된 게이트 제어 신호에 따라 스위치부(300)를 온/오프 하여 전원부(400)의 전류를 광원(500)에 공급한다. 승압부(200)의 전압 레벨에 따라 광원(500)에 공급되는 전류량이 결정될 수 있다.

스위치부(300)는 3단자 스위치 소자 예를 들면, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)가 사용될 수 있다. 스위치부(300)는 전원부(400), 승압부(200) 및 광원(500)과 연결되어 승압부(200)에서 입력되는 게이트 제어 신호에 따라 전원부(400)에서 입력되는 전류를 광원(500)에 공급할 수 있다. 스위치부(300)는 전압에 따라 전류 공급량이 달라지므로 고전압 스위치 소자를 사용한다.

승압부(200)는 스위치 제어부(100)에서 입력된 로직 신호를 승압하여 스위치부(300)에 제공한다. 승압부(200)는 스위치부(300)의 게이트단에 고전압을 공급하여 스위치 온 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 승압부(200)는 약 15V의 전압을 견딜 수 있는 소자들이 사용된다.

본 실시 예의 승압부(200)는 스위치 제어부(100)에서 입력된 로직 신호의 레벨을 최대 15V까지 승압된 게이트 제어 신호를 스위치부(300)에 제공할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 15V이상의 전압을 견디는 스위치부(300)에는 더 높은 전압을 인가할 수 있다.

이하, 본 발명의 광원 구동 장치를 도 2 및 도 3을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 광원 구동 장치의 일 예를 도시한 회로도이고, 도 3은 도 2에 도시된 회로에 의해 광원에 흐르는 전류의 파형을 도시한 파형도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 스위치 제어부(100)는 제1 비교부(140), 제2 비교부(150), OR 게이트(130), S-R플립플롭(120) 및 AND 게이트(110)를 포함할 수 있다.

제1 비교부(140)는 비반전입력단자에 아날로그 디밍 신호가 입력되고, 반전입력단자에 전류 검출부(R)로부터 검출된 피드백 전압이 인가된다. 제1 비교부(140)는 아날로그 디밍 신호가 피드백 전압보다 클 경우 논리적 하이(High)를 출력하고, 작을 경우 논리적 로우(Low)를 출력한다.

제2 비교부(150)는 비반전입력단자에 기준전압이 인가되고, 반전입력단자에 피드백 전압이 입력된다. 제2 비교부(150)는 피드백 전압이 기준전압보다 클 경우 논리적 하이를 출력하고, 피드백 전압이 기준전압보다 작을 경우 논리적 로우를 출력한다.

OR 게이트(130)는 제1 비교부(140)와 제2 비교부(150)에서 출력된 신호를 OR 연산하여 S-R 플립플롭(120)의 입력단(R)으로 공급한다.

S-R 플립플롭(120)은 오실레이터(430)와 OR 게이트(130)의 입력을 받아 로직 연산하여 신호를 출력한다. 예를 들면, S-R 플립플롭(120)은 오실레이터(430)에서 입력되는 신호가 하이일 경우에 논리적 하이를 출력한다. S-R 플립플롭(120)은 OR 게이트(130)에서 출력되는 신호가 논리적 하이일 경우 논리적 로우 신호를 출력한다.

S-R 플립플롭(120)은 피드백 전압이 기준전압 또는 아날로그 디밍 신호의 전압보다 큰 경우에 논리적 로우를 출력하며, 그 이외의 경우에는 논리적 하이를 출력한다. 이에 따라, 스위치 제어부(100)는 광원에 공급될 전류가 최대 정격 전류를 넘지 않는 한도 이내에서 소정의 피크전류를 유지하도록 논리 신호를 출력할 수 있다. S-R 플립플롭(120)에서 출력된 논리 신호는 AND 게이트(110)에 공급된다.

AND 게이트(110)는 S-R 플립플롭(120)에서 출력된 논리 신호와 PWM 신호를 수신하여 AND 연산하여 논리 신호를 출력한다. 예를 들면, AND 게이트(110)는 S-R 플립플롭(120)에서 입력된 논리 신호와 PWM 신호가 모두 하이일 경우에 논리적 하이인 로직 신호를 출력하고, 나머지 경우에는 모두 논리적 로우인 로직 신호를 출력한다.

승압부(200)는 레벨 쉬프터(210), 레귤레이터(230) 및 게이트 드라이버(220)를 포함할 수 있다.

레벨 쉬프터(210)는 AND 게이트(110)에서 출력된 논리 신호를 설정된 레벨로 변환한다. 레벨 쉬프터(210)는 논리적 하이를 설정된 레벨의 신호로 변환할 수 있다. 예를 들면, 레벨 쉬프터(210)는 5 내지 15V의 설정 레벨로 논리 신호의 레벨을 변환하여 출력할 수 있다.

게이트 드라이버(220)는 스위치부(300)를 온/오프 시키는 게이트 제어 신호를 출력할 수 있다. 게이트 드라이버(220)는 스위치부(300)에 입력되는 레벨이 상승된 논리 신호를 승압하여 출력한다. 이때, 게이트 드라이버(220)는 15V 이상의 내압을 견딜 수 있는 하이전압 트랜지스터가 구비될 수 있다.

전압 레귤레이터(230)는 스위치 제어부(100)에서 입력되는 로직 신호를 승압시키기 위하여 레퍼런스 전압을 게이트 드라이버(220)에 공급한다. 전압 레귤레이터(230)는 게이트 드라이버(220)를 구동시켜 게이트 드라이버(220)가 입력된 로직 신호를 게이트 구동 신호로 변환하여 출력되도록 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 광원 구동 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, PWM 신호의 전압에 상응하여 광원에 공급되는 전류 즉, LED 전류량이 결정된다.

본 발명의 실시 예에 따른 광원 구동 장치는 다이오드(410) 및 인덕터(420)를 더 포함할 수 있다.

다이오드(410)는 전원부(400)와 스위치부(300) 사이에 연결되고, 인덕터(420)는 전원부(400)와 스위치부(300) 사이에 연결된다. 다이오드(410)와 인덕터(420)는 광원(500)에 흐르는 전류가 급격하게 변하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 광원 구동 장치는 스위치부(300)를 구동하는 높은 레벨의 게이트 제어 신호를 공급하여 광원(500)에 흐르는 전류량을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 광원 이용 효율을 높일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 스위치 제어부
110: AND 게이트
120: S-R 플립플롭
130: OR 게이트
140: 제1 비교부
150: 제2 비교부
200: 승압부
210: 레벨 쉬프터
220: 게이트 드라이버
230: 레귤레이터
300: 스위치부
400: 전원부
410: 다이오드
420: 인덕터
430: 오실레이터
500: 광원

Claims (7)

1. 광원을 구동하는 광원 구동 장치에 있어서,
   전원부로부터 입력된 전원신호를 광원에 공급하는 스위치부;
   광원의 휘도를 조절하기 위한 디밍 제어 신호를 수신하여 상기 디밍 제어 신호에 상응하여 상기 스위치부의 온/오프 시키는 로직 신호를 생성하는 스위치 제어부;
   상기 로직 신호를 승압한 게이트 제어 신호를 상기 스위치부에 제공하는 승압부; 및
   상기 광원에 흐르는 전류를 검출하는 저항 소자인 전류 검출부를 포함하되,
   상기 승압부는
   상기 로직 신호의 전압 레벨을 설정된 레벨로 변환하는 레벨 쉬프트;
   상기 레벨 쉬프트에서 변환된 로직 신호를 승압한 게이트 제어 신호를 상기 스위치부에 출력하는 게이트 드라이버; 및
   상기 게이트 드라이버에 하이 전압 출력을 위한 기준 전압을 공급하는 전압 레귤레이터를 포함하고,
   상기 스위치 제어부는
   상기 전류 검출부에 의해 검출된 전류가 설정값 이상이면 상기 스위치부를 오프 시키는 로직 신호를 출력하고, 상기 설정값 미만이면 상기 스위치부를 온 시키는 로직 신호를 출력하는 광원 구동 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 광원에 흐르는 전류의 급격한 변화를 방지하도록 상기 광원과 상기 전원부 사이에 병렬 연결된 다이오드 및 인덕터를 더 포함하는 광원 구동 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 스위치부는 3단자 트랜지스터 소자로 구현되는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.

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