KR101263671B1 - 피드백 회로 및 이를 적용한 ｌｅｄ 백라이트 구동장치 - Google Patents

피드백 회로 및 이를 적용한 ｌｅｄ 백라이트 구동장치 Download PDF

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Abstract

피드백 회로 및 LED 백라이트 구동장치가 제공된다. 본 피드백 회로는, 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성부, 복수개의 부하들에 인가되는 전압 중에서 최저 전압을 검출하여 출력하는 최저 전압 검출부, 최저 전압 검출부의 출력 전압과 설정 전압의 차이 전압을 출력하는 감산부, 감산부로부터 출력된 차이 전압에 따라 게인값을 조절하여 피드백 전압을 출력하는 게인 제어부, 피드백 전압을 상기 DC-DC 컨버터로 피드백하는 전류 미러부를 포함하는 피드백 회로를 제공할 수 있게 되어, 회로의 복잡도가 낮고 면적이 작으며 전력소모가 작은 피드백 회로를 제공할 수 있게 된다.

Description

피드백 회로 및 이를 적용한 ＬＥＤ 백라이트 구동장치 {Feedback circuit and LED backlight driving device applying the same}
본 발명은 피드백 회로 및 이를 적용한 ＬＥＤ 백라이트 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 DC-DC 회로에 피드백 전압을 제공하기 위한 피드백 회로 및 이를 적용한 ＬＥＤ 백라이트 구동장치에 관한 것이다.
최근 친환경적이고, 저 소비전력 특성이 요구되는 LED 백라이팅 시스템에서 효율적인 전력 관리는 매우 중요한 요소가 되었다. 이와 더불어, 가속화 되는 LCD 제품의 슬림화로 인하여 최적의 전력 관리는 중요한 기술적 구현 목표로 떠오르고 있다.
일반적으로 효율적인 전력 관리 방법은 LED 스트링에 필요한 출력 전압을 갖도록 DC/DC 컨버터를 제어하는 것이다. 각 LED 스트링에서 필요한 전압은 LED의 Vf와 주변온도 및 에이징 효과에 의해 변하게 된다. 따라서, DC/DC 컨버터는 지속적으로 이러한 변화를 보상하여, 원하는 출력값을 유지 할 수 있도록 하게 된다.
도 1은 기존의 LED 백라이팅 시스템의 전력 관리 방법을 도시한 도면이다. 기존의 방법에서는 LED 스트링의 각 열의 전압을 기준 전압과 비교하여, 해당 열수에서 가장 낮은 전압을 선택하기 위한 비교기와 비교기의 입력에 따라서 DC-DC의 출력전압을 제어하기 위한 DC/DC 전압 제어 블록으로 시스템이 구성된다. 기존의 방법을 이용하여, 전력관리를 수행할 경우, 제어 블록의 복잡도와 회로 면적의 증가, 고집적화 및 디지털 적인 출력 제어로 DC-DC전압의 세밀한 제어가 어려워 시스템의 안정도 감소와 전력 손실이 증가할 수 있는 문제점이 있다. 이에 따라, 이를 개선하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성부, 복수개의 부하들에 인가되는 전압 중에서 최저 전압을 검출하여 출력하는 최저 전압 검출부, 최저 전압 검출부의 출력 전압과 설정 전압의 차이 전압을 출력하는 감산부, 감산부로부터 출력된 차이 전압에 따라 게인값을 조절하여 피드백 전압을 출력하는 게인 제어부, 피드백 전압을 상기 DC-DC 컨버터로 피드백하는 전류 미러부를 포함하는 피드백 회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 복수개의 부하들에 직류 전압을 제공하는 DC-DC 컨버터에 피드백 전압을 제공하는 피드백 회로는, 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성부; 상기 복수개의 부하들에 인가되는 전압 중에서 최저 전압을 검출하여 출력하는 최저 전압 검출부; 상기 최저 전압 검출부의 출력 전압과 설정 전압의 차이 전압을 출력하는 감산부; 상기 감산부로부터 출력된 차이 전압에 따라 게인값을 조절하여 피드백 전압을 출력하는 게인 제어부; 및 상기 피드백 전압을 상기 DC-DC 컨버터로 피드백하는 전류 미러부;를 포함한다.
그리고, 상기 감산부는, 상기 최저 전압 검출부의 출력 전압이 상기 설정 전압보다 크거나 같은 경우 차이 전압을 출력하지 않고, 상기 최저 전압 검출부의 출력 전압이 상기 설정 전압보다 작은 경우 차이 전압을 출력할 수도 있다.
또한, 상기 감산부는, 최저 전압 검출부의 출력 전압과 상기 설정 전압이 입력되는 차동 증폭기(Difference Amplifier)를 포함할 수도 있다.
그리고, 상기 기준전압 생성부는, 연산 증폭기, MOS(Metal Oxid Semiconducter) 트랜지스터, 및 2개의 저항 소자를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 최저 전압 검출부는, 상기 복수개의 노드와 각각 연결된 복수개의 BJT(Bipolar Junction Transistor)를 이용하여 상기 복수개의 부하들에 인가되는 전압 중에서 최저 전압을 검출할 수도 있다.
그리고, 상기 최저 전압 검출부는, 상기 기준 전압 생성부와 접지단 사이에 직렬로 연결된 제1 저항, 제2 저항 및 제3 저항을 포함하고, 상기 복수개의 BJT는 상기 제1 저항과 상기 제2 저항의 사이 노드에 연결되고, 상기 감산부는 상기 제2 저항과 상기 제3 저항의 사이 노드에 연결될 수도 있다.
또한, 상기 게인 제어부는, 상기 차이 전압이 입력되는 연산 증폭기를 이용하여 차이 전압에 따라 게인값을 조절할 수도 있다.
그리고, 상기 전류 미러부는, 2개의 MOS 트랜지스터를 이용하여 상기 게인 제어부에서 출력되는 전류와 동일한 전류를 상기 DC-DC 컨버터로 흐르게 함으로써, 상기 피드백 전압을 상기 DC-DC 컨버터로 피드백할 수도 있다.
또한, 상기 복수개의 노드는, 복수개의 LED(Light Emitting Diode)일 수도 잇다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른, LED 백라이트 구동장치는, 상술된 피드백 회로에 의해 피드백 전압을 제공받는 DC-DC 컨버터를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성부, 복수개의 부하들에 인가되는 전압 중에서 최저 전압을 검출하여 출력하는 최저 전압 검출부, 최저 전압 검출부의 출력 전압과 설정 전압의 차이 전압을 출력하는 감산부, 감산부로부터 출력된 차이 전압에 따라 게인값을 조절하여 피드백 전압을 출력하는 게인 제어부, 피드백 전압을 상기 DC-DC 컨버터로 피드백하는 전류 미러부를 포함하는 피드백 회로를 제공할 수 있게 되어, 회로의 복잡도가 낮고 면적이 작으며 전력소모가 작은 피드백 회로를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 기존의 LED 백라이팅 시스템의 전력 관리 방법을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 피드백 회로를 포함하는 LED 백라이트 구동장치를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 피드백 회로(100)를 포함하는 LED 백라이트 구동장치를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 피드백 회로(100)는 복수개의 LED(300)로부터 전압을 입력받아 DC-DC 컨버터(200)로 피드백 전압(VFB)을 피드백하는 것을 확인할 수 있다. 그러면, DC-DC 컨버터(200)는 복수개의 LED(300)에 걸리는 전압이 설정된 전압으로 유지되도록 하여, LED 백라이트 구동장치는 복수개의 LED(300)에 최적의 전압을 제공함과 동시에 소비 전력을 최적화할 수 있게 된다.
구체적으로, 피드백 회로(100)는 기준전압 생성부(110), 최저 전압 검출부(120), 감산부(130), 게인 제어부(140), 및 전류 미러부(150)를 포함한다.
기준전압 생성부(110)는 피드백 회로(100)에서 사용되는 기준 전압을 생성한다. 기준전압 생성부(110)는 기준 전압(VREF)이 입력되는 연산 증폭기(112), MOS(Metal Oxid Semiconducter) 트랜지스터(114), 및 2개의 저항 소자(116, 118)를 포함한다. MOS(Metal Oxid Semiconducter) 트랜지스터(114)는 게이트 단자에 연산 증폭기(112)의 출력단이 연결된다. 그리고, 2개의 저항 소자(116, 118)는 MOS 트랜지스터(114)와 접지단 사이에 직렬로 연결된다.
기준전압 생성부(110)는 최저 전압 검출부(120)에 기준전압을 제공하게 된다.
최저 전압 검출부(120)는 복수개의 LED(300)에 인가되는 전압 중에서 최저 전압을 검출하여 출력한다. 최저 전압 검출부(120)는 복수개의 LED(300)와 각각 연결된 복수개의 BJT(Bipolar Junction Transistor)(Q1 ~ QN)를 이용하여, 복수개의 LED(300)들에 인가되는 전압 중에서 최저 전압을 검출한다. 구체적으로, 복수개의 LED(300)가 총 N개(CH_1 ~ CH_N)가 있다면, 그에 대한 N개의 전압(VC_1 ~ VC_N)이 복수개의 BJT(Q1 ~ QN)에 각각 인가된다.
또한, 최저 전압 검출부(120)는 기준 전압 생성부(110)와 접지단 사이에 직렬로 연결된 제1 저항(RD1), 제2 저항(RD2) 및 제3 저항(RD3)을 포함한다. 그리고, 복수개의 BJT(Q1 ~ QN)는 제1 저항(RD1)과 제2 저항(RD2)의 사이 노드(VD1)에 연결되고, 감산부(130)는 제2 저항(RD2)과 제3 저항(RD3)의 사이 노드(VD2)에 연결된다.
이를 통해, 최저 전압 검출부(120)는 N개의 전압(VC_1 ~ VC_N) 중 최저 전압을 검출하여 감산부(130)로 출력하게 된다.
감산부(130)는 최저 전압 검출부(120)의 출력 전압과 설정 전압(VHD)의 차이 전압을 출력한다. 감산부(130)는 최저 전압 검출부(120)의 출력 전압과 설정 전압이 입력되어 차이전압을 출력하는 차동 증폭기(Difference Amplifier)(135)를 포함한다. 그리고, 감산부(130)는 최저 전압 검출부(120)의 출력 전압이 설정 전압(VHD)보다 크거나 같은 경우 차이 전압을 출력하지 않는다. 반면, 감산부(130)는 최저 전압 검출부(120)의 출력 전압이 설정 전압(VHD)보다 작은 경우 차이 전압을 출력하게 된다.
게인 제어부(140)는 감산부(130)로부터 출력된 차이 전압에 따라 게인값을 조절하게 된다. 게인 제어부(140)는 연산 증폭기(145), 가변저항(147) 및 저항(RG1)을 포함한다. 그리고, 게인 제어부(140)는 차이 전압이 입력되는 연산 증폭기(145)를 이용하여 차이 전압에 따라 게인값을 조절하여 피드백 전압(VFB)을 출력하게 된다.
전류 미러부(150)는 피드백 전압(VFB)을 DC-DC 컨버터(200)로 피드백하게 된다. 전류 미러부(150)는 두개의 MOS 트랜지스터(153, 156)를 포함한다. 전류 미러부(150)는 2개의 MOS 트랜지스터(153, 156)를 이용하여 게인 제어부(140)에서 출력되는 전류와 동일한 전류를 DC-DC 컨버터(200)로 흐르게 한다. 이를 통해, 전류 미러부(150)는 게인값에 따라 피드백 전압을 DC-DC 컨버터로 피드백하게 되는 것이다.
이와 같은 구성의 피드백 회로(100)는 복수개의 LED(300)가 최적의 전압을 공급받을 수 있도록 DC-DC 컨버터(200)에 피드백 전압(VFB)를 공급하게 된다. 구체적으로, 복수개의 LED(300)에 걸리는 최저 전압이 설정 전압(VHD)보다 낮은 경우, 피드백 전압(VFB)도 낮아지게 되고, 이에 따라 DC-DC 컨버터(200)는 출력 전압(VOUT)을 높이게 된다. 따라서, DC-DC 컨버터(200)는 복수개의 LED(300)에 최적의 전압을 제공하게 된다.
또한, 종래의 피드백 회로는 비교기를 이용하여 구현된 반면, 본 실시예에 따른 피드백 회로(100)는 BJT를 이용하여 구현되었으므로, 종래에 비해 크기가 작아지고 전력소모도 작아지게 된다. 이는 BJT가 비교기에 비해 크기가 작고 전력 소모가 적기 때문이다. 이에 따라, 회로의 복잡도가 낮고 면적이 작으며 전력소모가 작은 피드백 회로(100)를 제공할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에서, 복수개의 부하가 복수개의 LED(300)인 것으로 설명하였지만, 이는 일 예에 불과하며, 이외에 다른 부하에도 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 실시예에 따른 피드백 회로(100)가 적용되는 DC-DC 컨버터(200)는 다양한 종류가 될 수 있으며, 예를 들어, Boost DC-DC 컨버터, Buck DC-DC 컨버터 및 Buck-Boost DC-DC 컨버터, LDO(Low Drop Output)에 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 실시예에 따른 피드백 회로(100)는 DC-DC 컨버터(200)를 포함하는 LED 백라이트 구동장치에 포함될 수도 있음은 물론이다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 피드백 회로 110 : 기준 전압 생성부
120 : 최저 전압 검출부 130 : 감산부
140 : 게인 제어부 150 : 전류 미러부
200 : DC-DC 컨버터 300 : 복수개의 LED

Claims (10)

  1. 복수개의 부하들에 직류 전압을 제공하는 DC-DC 컨버터에 피드백 전압을 제공하는 피드백 회로에 있어서,
    상기 복수개의 부하들에 인가되는 전압 중에서 최저 전압을 검출하여 출력하는 최저 전압 검출부;
    상기 최저 전압 검출부의 출력 전압과 설정 전압의 차이 전압을 출력하는 감산부;
    상기 감산부로부터 출력된 차이 전압에 따라 게인값을 조절하여 피드백 전압을 출력하는 게인 제어부; 및
    상기 피드백 전압을 상기 DC-DC 컨버터로 피드백하는 전류 미러부;를 포함하고,
    상기 감산부는,
    상기 최저 전압 검출부의 출력 전압이 상기 설정 전압보다 크거나 같은 경우 차이 전압을 출력하지 않고, 상기 최저 전압 검출부의 출력 전압이 상기 설정 전압보다 작은 경우 차이 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 피드백 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감산부는,
    최저 전압 검출부의 출력 전압과 상기 설정 전압이 입력되는 차동 증폭기(Difference Amplifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 피드백 회로.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 최저 전압 검출부는,
    상기 복수개의 노드와 각각 연결된 복수개의 BJT(Bipolar Junction Transistor)를 이용하여 상기 복수개의 부하들에 인가되는 전압 중에서 최저 전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 피드백 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 최저 전압 검출부는,
    직렬로 연결된 제1 저항, 제2 저항 및 제3 저항을 포함하고,
    상기 복수개의 BJT는 상기 제1 저항과 상기 제2 저항의 사이 노드에 연결되고,
    상기 감산부는 상기 제2 저항과 상기 제3 저항의 사이 노드에 연결되는 것을 특징으로 하는 피드백 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 게인 제어부는,
    상기 차이 전압이 입력되는 연산 증폭기를 이용하여 차이 전압에 따라 게인값을 조절하는 것을 특징으로 하는 피드백 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전류 미러부는,
    2개의 MOS 트랜지스터를 이용하여 상기 게인 제어부에서 출력되는 전류와 동일한 전류를 상기 DC-DC 컨버터로 흐르게 함으로써, 상기 피드백 전압을 상기 DC-DC 컨버터로 피드백하는 것을 특징으로 하는 피드백 회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 노드는,
    복수개의 LED(Light Emitting Diode)인 것을 특징으로 하는 피드백 회로.
  10. 제1항, 제3항, 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 피드백 회로에 의해 피드백 전압을 제공받는 DC-DC 컨버터를 포함하는 LED 백라이트 구동장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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