KR101474080B1 - Led 구동 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 구동 회로에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 입력전원을 구동전원으로 변환하여 제공하는 전원 변환부; 상기 구동전원에 의해 구동되는 LED 모듈; 상기 LED 모듈의 출력전압 변동에 따라 스위칭 동작을 제어하는 컨트롤 IC; 및 상기 컨트롤 IC의 제어에 따라 스위칭 동작을 수행하는 적어도 하나의 스위치; 를 포함하고, 상기 컨트롤 IC는 상기 적어도 하나의 스위치의 듀티를 조절하여 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 제어하는 LED 구동 회로를 제안한다.

Description

LED 구동 회로{LED DRIVING CIRCUIT}
본 발명은 LED 구동 회로에 관한 것이다.
최근 들어, 디스플레이 산업은 음극선관(Cathode Ray Tube;CRT)을 주로 사용하는 디스플레이 장치에서 고해상도와 대화면화 등의 사용자 요구를 반영한 평판 디스플레이(Flat Panel Display: FPD) 장치로 대체되고 있는 추세이다.
특히 대형 디스플레이 장치의 경우 경박단소화의 이점으로 인해 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 장치가 급진적인 성장세를 보이고 있으며 향후 가격과 시장성 측면에서 주도적 역할을 할 것으로 기대하고 있다.
한편, 기존의 액정 디스플레이 장치에는 백라이트 광원으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)가 주로 사용되었지만, 최근에는 전력 소모, 수명 및 친환경성 등과 같은 다양한 장점으로 인해 점차적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)가 사용되고 있는 추세이다.
이러한 발광 다이오드를 구동하기 위해 상용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 전원 공급 회로와 발광 다이오드에 직류 전원의 공급을 제어하는 구동 회로가 일반적으로 채용된다. 전원 공급 회로는 절연 기능을 강화하기 위해 트랜스포머를 기준으로 1차측과 2차측으로 구분할 수 있는데, 1차측은 상용 교류 전원을 정류 및 평활하여 전원을 스위칭하는 회로로 구성되고, 2차측은 트랜스포머에 의해 변압된 전원을 정류하여 부하를 구동하는 회로로 구성된다.
즉, 일반적으로 1차측에는 전원 스위칭 제어 회로가 형성되고, 2차측에는 상술한 구동 회로가 형성되는데, 일반적으로 2차측에는 DC/DC 변환부를 구비하여 트랜스포머에 의해 전달되는 전원을 다시 변압하여 발광 다이오드를 구동하는 방식이 이용된다.
다만, DC/DC 컨버터부를 채택하여 발광 다이오드를 구동하는 경우, 발광 다이오드 구동 장치의 제조 원가가 상승하고, 부피가 커지는 문제점이 있다.
하기의 선행기술문헌 중 특허문헌 1은 조명용 발광 소자 구동 장치에 관한 것으로서, 정류부, PFC부 및 절연형 DC/DC 컨버터부로 구성되어 발광 다이오드 모듈을 구동하는 내용을 개시하고 있으나, DC/DC 컨버터부를 제거하고, 스위칭 소자의 듀티를 이용하여 LED에 흐르는 전류를 직접 제어하여 LED 모듈을 구동하는 내용은 개시하고 있지 못하다.
한국 공개특허공보 제2010-0134944호
본 발명의 과제는 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 DC/DC 컨버터부를 제거하고, 스위칭 소자의 듀티를 조절하여 LED 모듈에 흐르는 전류를 직접 제어함으로써 상기 LED 모듈을 구동하는 LED 구동 회로를 제공한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 입력전원을 구동전원으로 변환하여 제공하는 전원 변환부; 상기 구동전원에 의해 구동되는 LED 모듈; 상기 LED 모듈의 출력전압 변동에 따라 스위칭 동작을 제어하는 컨트롤 IC; 및 상기 컨트롤 IC의 제어에 따라 스위칭 동작을 수행하는 듀티 제어부;를 포함하고, 상기 컨트롤 IC는 상기 제1 스위치의 듀티를 조절하여 상기 LED 모듈에 흐르는 평균 전류의 크기를 제어하는 LED 구동 회로를 제안한다.
또한, 교류 전원을 정류하여 상기 입력전원을 생성하는 정류부를 더 포함하는 LED 구동 회로를 제안한다
또한, 상기 전원 변환부는 상기 LED 모듈의 전압을 낮추기 위해 스위칭 동작을 수행하는 적어도 두 개의 스위칭 소자를 갖는 스위치부를 포함하는 LED 구동 회로를 제안한다.
또한, 상기 컨트롤 IC는 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 감지하여 상기 스위치부의 스위칭 동작을 제어하는 LED 구동 회로를 제안한다.
또한, 상기 LED 모듈은 직렬 연결된 복수의 LED를 포함하는 복수의 LED 어레이를 포함하고, 상기 LED 어레이는 상호 병렬 연결되는 LED 구동 회로를 제안한다.
본 발명에 따르면, DC/DC 컨버터부를 제거하고, 스위칭 소자의 듀티를 조절하여 LED 모듈에 흐르는 전류를 직접 제어하고 상기 LED 모듈을 구동함으로써, LED 구동 회로의 제조 원가를 절감하고, 부피를 줄일 수 있으며 효율을 개선시킬 수 있다..
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 회로의 블록도이다.
도2는 도1의 LED 구동 회로에서 전원 변환부의 일 실시예를 회로도로 나타낸 블록도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 제1 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 회로의 블록도이다.
도2는 도1의 LED 구동 회로에서 전원 변환부의 일 실시예를 회로도로 나타낸 블록도이다.
도1 및 도2를 참조하면, LED 구동 회로는 전원 변환부(100), 컨트롤 IC(200), LED 모듈(300) 및 듀티 제어부(400)를 포함할 수 있다. 또한 상기 LED 구동 회로는 정류부(500)를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 변환부(100)는 입력 전원을 제공받아 상기 LED 모듈(300)의 구동을 위한 구동전원으로 변환하여 제공할 수 있다.
상기 전원 변환부(100)는 플라이백(Flyback) 컨버터일 수 있다. 상기 전원 변환부(100)는 트랜스포머, 상기 트랜스포머의 1차측에 위치한 스위칭 소자(110), 상기 트랜스포머의 2차측에 위치한 선형 회로부(120)을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 전원 변환부(100)는 상기 정류부(500)에서 출력되는 전원을 스위칭하여 사전에 설정된 전압 레벨을 갖는 제1 직류 전원 및 제2 직류 전원을 생성할 수 있으며, 이를 각각 제1 출력단(OUT1) 및 제2 출력단(OUT2)으로 출력할 수 있다.
상기 전원 변환부(100)는 상기 LED 모듈(300)의 전압을 낮추기 위해 스위칭 동작을 수행하는 적어도 두 개의 스위칭 소자를 갖는 스위치부를 포함할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 스위칭 소자는 상기 트랜스포머의 2차측에 위치할 수 있으며, 일 실시예로는 계전기(Relay)가 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 회로의 경우 상기 적어도 두 개의 스위칭 소자는 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)일 수 있다.
상기 제2 및 상기 제3 스위치(SW2, SW3)의 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 LED 모듈(300)은 상기 구동 전원을 상기 전원 변환부(100)로부터 제공받아 동작할 수 있다. 이때 상기 LED 모듈(300)은 적어도 하나의 LED를 포함할 수 있으며, 다양한 개수와 다양한 전기적 연결 관계를 갖는 LED를 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 LED 모듈(300)는 직렬 연결된 복수의 LED를 포함하는 LED 어레이를 포함할 수 있으며, 상기 LED 어레이는 복수인 것을 특징으로 한다.
또한, LED 모듈(300)이 LED를 적용하는 어플리케이션에 따라, 직렬 연결 또는 병렬 연결 또는 직렬과 병렬 연결이 혼용된 형태의 전기적 구조로 연결된 복수의 LED를 포함할 수도 있다. 나아가 상기 복수의 LED 어레이는 상호 병렬 연결될 수 있다.
상기 정류부(500)는 교류 전원(AC)를 정류하여 상기 입력전원을 생성하고 생성한 입력 전원을 상기 전원 변환부(100)에 전달할 수 있다.
나아가 상기 정류부(500)는 상기 교류 전원의 EMI(Electro-Magnetic Interference)를 제거하는 EMI 제거 필터(도면 미도시)와, 상기 EMI 제거 필터로부터의 전자기 간섭이 제거된 교류 전원을 정류 및 평활하는 정류기(도면 미도시)를 포함할 수 있다.
상기 듀티 제어부(400)는 상기 컨트롤 IC(200)의 제어에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 상기 듀티 제어부(400)는 스위칭 동작을 수행할 수 있는 제1 스위치(SW1)을 포함할 수 있다. 상기 제1 스위치(SW1)는 상기 컨트롤 IC(200)에서 제공되는 PWM 신호에 따라 스위칭 동작하여 상기 LED 모듈(300)에 흐르는 평균 전류의 크기를 제어함으로써 상기 LED 모듈(300)에 흐르는 빛의 밝기를 조절할 수 있다.
즉, 상기 컨트롤 IC(200)는 상기 LED 모듈(300)의 출력전압 변동에 따라 스위칭 동작을 제어할 수 있으며, 보다 상세하게는 상기 전원 변환부(100)의 출력 전압 변동에 대한 LED 전류 변경을 상기 제1 스위치(SW1)의 듀티를 조절함으로써 직접 제어할 수 있다.
한편, 상기 컨트롤 IC(200)는 상기 제2 및 상기 제3 스위치(SW2, SW3)를 각각 스위칭 동작하기 위한 제2 및 제3 게이트 신호(G2, G3)를 생성할 수 있다.
이때, 상기 제2 및 제3 게이트 신호(G2, G3)는 상기 LED 모듈(300)에 흐르는 전류에 따라 생성될 수 있다. 즉, 상기 LED 모듈(300)에 흐르는 전류는 저항 소자(R)에 의해 검출되고, 상기 저항 소자(R)에 의해 검출된 피드백 성분은 일 실시예로서 포토 커플러(미도시) 등을 이용하여 상기 컨트롤 IC(200)로 제공됨으로써, 상기 제2 및 상기 제3 게이트 신호(G2, G3)를 생성될 수 있다.
보다 상세하게는, LED 모듈(300)에 사전에 허용된 범위 이상의 전류가 흐를때 상기 제1 스위치(SW1)의 듀티가 낮아지게 되며, 이를 상기 컨트롤 IC(200)에서 피드백 받아 전원 변환부(100)의 출력 전압을 낮출 수 있도록 상기 제2 및 상기 제3 게이트 신호(G2, G3) 중 적어도 하나를 생성하게 된다. 이하 상기 제2 및 상기 제3 게이트 신호(G2, G3) 모두 생성된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
생성된 상기 제2 및 상기 제3 게이트 신호(G2, G3)는 각각 제2 및 제3 스위치(SW2, SW3)로 제공되어, 상기 트랜스포머 2차측에 사전에 설정된 코일을 쇼트(Short)시킴으로써 상기 전원 변환부(100)의 출력 전압을 낮출 수 있다. 이로써, 상기 LED 모듈(300)에 흐르는 전류를 사전에 허용된 범위 이하로 낮출 수 있다.
즉, DC/DC 컨버터부를 제거하고, 스위칭 소자의 듀티를 조절하여 LED 모듈에 흐르는 전류를 직접 제어함으로써 상기 LED 모듈을 구동함으로써, LED 구동 회로의 제조 원가를 절감하고, 부피를 줄일 수 있으며 효율을 개선시킬 수 있다..
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 전원 변환부
200: 컨트롤 IC
300: LED 모듈
400: 듀티 제어부
500: 정류부

Claims (5)

  1. 입력전원을 구동전원으로 변환하여 제공하는 전원 변환부;
    상기 구동전원에 의해 구동되는 LED 모듈;
    상기 LED 모듈의 출력전압 변동에 따라 스위칭 동작을 제어하는 컨트롤 IC; 및
    상기 컨트롤 IC의 제어에 따라 스위칭 동작을 수행하는 듀티 제어부;
    를 포함하고,
    상기 컨트롤 IC는 상기 듀티 제어부의 듀티를 조절하여 상기 LED 모듈에 흐르는 평균 전류의 크기를 제어하는 LED 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    교류 전원을 정류하여 상기 입력전원을 생성하는 정류부를 더 포함하는 LED 구동 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원 변환부는 상기 LED 모듈의 전압을 낮추기 위해 스위칭 동작을 수행하는 적어도 두 개의 스위칭 소자를 갖는 스위치부를 포함하는 LED 구동 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤 IC는 상기 LED 모듈에 흐르는 전류를 감지하여 상기 스위치부의 스위칭 동작을 제어하는 LED 구동 회로.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 모듈은 직렬 연결된 복수의 LED를 포함하는 복수의 LED 어레이를 포함하고, 상기 LED 어레이는 병렬 연결되는 LED 구동 회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9794993B2 (en) 2015-04-30 2017-10-17 Samsung Electronics Co., Ltd. LED driving device

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