KR101487927B1 - Ｌｅｄ채널의 단락 감지오류를 방지하는 ｌｅｄ 드라이버 - Google Patents

Ｌｅｄ채널의 단락 감지오류를 방지하는 ｌｅｄ 드라이버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 채널의 단락 감지오류를 방지하는 LED 드라이버에 관한 것으로서, LED 디밍(dimming) 동작을 위한 아날로그 디밍신호의 급격한 변동이 있더라도 그 피드백 응답 속도를 조절하여 LED 채널의 단락 감지의 오류를 방지하는 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은, 아날로그 디밍신호(ADIM)의 응답 속도를 조절하여 출력하는 아날로그 디밍신호 지연부; 상기 아날로그 디밍신호 지연부의 출력을 정입력 받고, 피드백 전압(VFB)을 부입력 받아 양자의 전압 레벨을 비교하여 출력하는 전압비교부; 상기 전압비교부의 출력이 소정의 단락 감지 레벨(Short Detect Level) 이하의 값으로 측정되면 LED 채널에 단락이 발생한 것으로 판단하는 단락판단부; 상기 전압비교부의 출력이 (+)면 LED 채널로 공급되는 LED 채널전압(VLED)을 높여서 공급하고, 전압비교부의 출력이 (-)면 상기 LED 채널전압(VLED)을 낮춰서 공급하는 LED 채널전압 생성부; 상기 LED 채널에 흐르는 전류를 온/오프(ON/OFF)하는 PWM 디밍제어부; 및 상기 LED 채널에 흐르는 전류에 상응하는 피드백 전압(VFB)을 상기 전압비교부에 부입력하는 피드백 전압검출부;를 포함하는 LED 드라이버를 제공한다.

Description

ＬＥＤ채널의 단락 감지오류를 방지하는 ＬＥＤ 드라이버{LED Driver for Preventing Short Detecting Error of LED channel}
본 발명은 LED 채널의 단락 감지오류를 방지하는 LED 드라이버에 관한 것으로서, LED 디밍(dimming) 동작을 위한 아날로그 디밍신호의 급격한 변동이 있더라도 그 피드백 응답 속도를 조절하여 LED 채널의 단락 감지의 오류를 방지하는 기술에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: 이하 'LED'라 함)는 친환경적이며, 고속 응답이 가능하고, 임펄시브(impulsive) 구동이 가능하며, 색재현성이 100% 이상이고 적색, 녹색, 청색 LED의 광량을 조정하여 휘도, 색온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박단소화에 적합한 장점들을 가지므로, 최근 LCD 패널 등의 백라이트용 등 다양한 장치의 광원으로 적용되고 있다.
이와 같이, LED를 채용한 전자장치 등에서 다수 개의 LED를 직렬 연결하여 사용하는 경우, 상기 LED에 일정한 정전류를 제공할 수 있는 구동회로가 필요하며 사용자가 휘도와 색온도 등을 임의로 조정하거나 온도 보상 등을 위해 LED의 휘도(brightness)를 조정하는 것을 디밍(dimming)이라 한다.
이와 같은 디밍의 방식은 크게 나누어 보자면, 복수의 LED가 배열된 LED 채널을 온-오프하는 펄스 신호의 펄스폭을 조정하는 PWM 디밍과 LED 채널에 흐르는 전류 크기를 조정하는 아날로그 디밍이 있다.
상기 아날라고 디밍의 경우, 백라이트 등의 LED가 채용된 장치에서 LED의 휘도를 조정하기 위해, 입력 전압으로부터 승압하여 생성하는 LED 채널 구동 전압의 크기를 조절함으로써 LED 채널에 흐르는 전류의 크기를 직접 조정하게 된다.
이 때, LED 드라이버는 드라이버 내 회로와 백라이트 등의 LED가 채용된 장치의 안정성을 담보하기 위해, LED 채널의 단락(short) 여부를 주기적으로 검사·감지하여 호스트 장치에 알려야 한다.
만일 LED 채널 또는 LED 채널상 어느 하나 이상의 LED가 단락(short) 되면, LED 채널에 연결된 스위치 등의 소자 양단에 걸리는 전압이 지속적으로 상승하고, 구동회로는 지속적인 부스팅 동작을 수행하게 되어 구동전압의 승압에 의한 구동회로의 손괴 및 회로의 안정성을 저해하는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, LED 드라이버의 효율적, 안정적 동작을 보장하기 위해, LED 채널의 단락을 정확히 감지하여 불필요한 구동전압의 승압을 방지함으로써, 드라이버 회로의 손괴를 방지하고 동작의 효율성을 담보하는 LED 드라이버 구조가 요구되고 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, LED의 휘도(Brightness)를 조절하기 위한 디밍(dimming) 동작 시 LED 채널의 단락(short) 감지의 오류를 방지하는 LED 드라이버를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 LED 채널의 단락(short) 감지의 오류를 간편하게 제거함으로써 감지오류에 따른 고전압 입력으로 인한 고온, 열발생 현상을 제거하여 회로의 안정성을 담보하며 전력 효율이 우수한 LED 드라이버를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 아날로그 디밍신호(ADIM)의 응답 속도를 조절하여 출력하는 아날로그 디밍신호 지연부; 상기 아날로그 디밍신호 지연부의 출력을 정입력 받고, 피드백 전압(VFB)을 부입력 받아 양자의 전압 레벨을 비교하여 출력하는 전압비교부; 상기 전압비교부의 출력이 소정의 단락 감지 레벨(Short Detect Level) 이하의 값으로 측정되면 LED 채널에 단락이 발생한 것으로 판단하는 단락판단부; 상기 전압비교부의 출력이 (+)면 LED 채널로 공급되는 LED 채널전압(VLED)을 높여서 공급하고, 전압비교부의 출력이 (-)면 상기 LED 채널전압(VLED)을 낮춰서 공급하는 LED 채널전압 생성부; 상기 LED 채널에 흐르는 전류를 온/오프(ON/OFF)하는 PWM 디밍제어부; 및 상기 LED 채널에 흐르는 전류에 상응하는 피드백 전압(VFB)을 상기 전압비교부에 부입력하는 피드백 전압검출부;를 포함하는 LED 드라이버를 제공한다.
본 발명에서 상기 아날로그 디밍신호 지연부는, 상기 아날로그 디밍신호(ADIM)를 정입력받고, 부입력단 및 출력단이 연결되어 형성되는 제 2OTA(Operational Transconductance Amplifier) 및 상기 제 2OTA의 출력단 및 부입력단에 연결되는 노드와 연결되는 제1커패시터를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제 1커패시터는, 입력되는 아날로그 디밍신호(ADIM)에 변동이 있더라도 제2OTA의 출력이 급격하게 변하는 것을 제한하여 전압비교부의 출력이 단락감지 레벨(Short Detect Level)까지 떨어지는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 전압비교부는, 상기 아날로그 디밍신호 지연부의 출력을 정입력 받고, 상기 피드백 전압(VFB)을 부입력받아 양자의 차이를 전류로 출력하는 제 1OTA(Operational Transconductance Amplifier)로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 LED 채널전압 생성부는, 상기 전압비교부의 출력을 입력받아 이에 상응하는 듀티(duty)를 갖는 펄스를 생성하는 PWM 컨트롤러(Pulse Width Moduration Controller) 및 상기 PWM 컨트롤러에서 생성된 펄스에 의하여 생성되는 출력전압을 LED 채널에 공급하는 부스트 컨터버(Boost converter)를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 PWM 컨트롤러는, 상기 전압비교부의 출력이 (+)값으로 증가하면 스위칭 펄스의 온(on) 시간을 증가시키고, 상기 전압비교부의 출력이 (-)값으로 증가하면 스위칭 펄스의 온(on) 시간을 감소시키도록 동작하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 LED 채널전압 생성부는, 상기 아날로그 디밍신호 지연부의 출력과 피드백 전압(VFB)의 차이가 발생하는 경우, LED 채널전압(VLED)을 상승시키거나 하강시켜 아날로그 디밍신호 지연부의 출력과 피드백 전압(VFB)의 차이를 줄이도록 동작하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 PWM 디밍제어부는, PWM 디밍신호(PDIM)를 입력받아LED 채널에 흐르는 전류를 조절하는 제 2스위칭 소자(MDIM)를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 PWM 디밍신호(PDIM)는, 상기 제 2스위칭 소자(MDIM)에 입력되는 펄스의 듀티(duty)를 변경하여 LED 채널에 흐르는 전류(Current)의 온-오프 타임(On/OFF-Time)의 비율을 조절함으로써 개개의 LED의 휘도를 변경하는 펄스 신호인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 피드백 전압 검출부는, 상기 PWM 디밍제어부와 그라운드 사이에 위치하는 피드백 전압 검출 저항(RFB)을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 아날로그 디밍신호(ADIM)는, 상기 LED 채널전압(VLED)을 조절하여 상기 피드백 전압(VFB)를 변화시킴으로써 LED 채널에 흐르는 전류(Current)를 조절하여 개개의 LED의 휘도를 변경하는 전압 신호인 것이 바람직하다.
본 발명의 LED 채널의 감지오류를 방지하는 LED 드라이버에 의하면, LED의 휘도(Brightness)를 조절하기 위한 디밍(dimming) 동작 시 LED 채널의 단락(short) 감지의 오류를 방지하는 LED 드라이버를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, LED 채널의 단락(short) 감지의 오류를 간편하게 제거함으로써 감지오류에 따른 고전압 입력으로 인한 고온, 열발생 현상을 제거하여 회로의 안정성을 담보하며 전력 효율이 우수한 LED 드라이버를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 LED 드라이버의 구성도.
도 2는 종래기술에 따른 LED 채널의 단락시 피드백 전압, LED 채널 전압 등의 변화모습을 나타낸 그래프.
도 3은 종래기술에 따른 아날로그 디밍신호의 변화에 따른 LED 채널 전압, 피드백 전압 및 전압비교부 출력단 전압의 변화 모습을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 드라이버의 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 드라이버의 상세구성도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 디밍신호의 변화에 따른 LED 채널 전압, 피드백 전압, 아날로그 디밍신호 지연부의 출력신호 및 전압비교부의 출력신호의 변화 모습을 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 LED 드라이버의 구성도이다.
종래의 LED 드라이버는 전압비교부(100), 단락판단부(200), LED 채널전압 생성부(300), LED 채널(400), PWM 디밍제어부(500) 및 피드백 전압 검출부(600)로 이루어져 있다.
LED의 휘도를 일정하게 유지하기 위한 동작은 아래와 같다.
상기 전압비교부(100)는 피드백 전압검출부(600)로부터 피드백 전압(VFB)을 부입력받고, 임의의 디밍 전압값을 갖는 아날로그 디밍신호(ADIM)을 정입력 받아 양자의 차이에 해당하는 전류를 출력한다.
상기 전압비교부(100)의 출력 전류는 단락판단부(200)의 패시브 소자에 의해 전압비교부의 출력단 전압을 변화시켜 감지하고, LED 채널전압 생성부(300)는 전압비교부의 출력단 전압에 상응하여 LED 채널전압(VLED)을 조절하여 공급함으로써, 상기 피드백 전압(VFB)이 아날로그 디밍신호(ADIM)과 레벨이 같게 유지되어, 개개의LED 는 아날로그 디밍신호(ADIM)의 레벨에 상응하는 밝기를 유지하게 된다.
이 때, LED 채널(400)이 단락(short)되면, 순간적으로 PWM 디밍제어부(500) 내 스위칭 소자의 드레인 전압과 그 소스단 전압인 피드백 전압(VFB)은 하나의 LED 양단에 걸리는 전압인 LED 정바이어스 전압(VF)만큼 증가하게 되고, 전압비교부(100)의 부입력인 피드백 전압(VFB)이 짧은 순간에 크게 증가하기 때문에 전압비교부(100)는 큰 값의 (-) 전류를 출력하고, 전압비교부 출력단의 전압은 소정의 단락 감지 레벨(Short Detect Level)보다 낮게 변화하여, 단락이 발생함을 감지하게 된다.
도 2는 종래기술에 따른 LED 채널의 단락시 피드백 전압, LED 채널 전압 등의 변화모습을 나타낸 그래프이다.
LED 채널(400)에 형성되는 다수의 LED 중 어느 하나의 LED가 단락(short)되는 경우, PWM 디밍제어부(500) 내 스위칭 소자의 드레인 전압(VD)이 단락된 LED 양단의 전압(VF _ LED)만큼 상승하게 된다.
즉, LED 채널(400)의 정상동작시에는 상기 드레인 전압(VD)은 구동전압인 LED 채널전압(VLED)에서 n개의 LED 양단에 걸리는 전압(n?VF _ LED)을 뺀 값을 나타내는데, 만일 하나의 LED가 단락되었을 경우에는 하나의 LED 양단에 걸리는 전압(VF _ LED)만큼 상승하게 될 것이다.
또한, PWM 디밍제어부(500) 내 스위칭 소자의 소스단 전압이라 할 수 있는 피드백 전압(VFB)도 상기 드레인 전압(VD)의 상승에 비례하여 상승하게 된다.
이와 같이 전압비교부(100)로 입력되는 피드백 전압(VFB)이 상승됨에도 불구하고 일정한 아날로그 디밍신호(ADIM)값이 상기 전압비교부(100)로 입력되면, 전압비교부(100)의 출력전류는 (-)값으로 상승하여 그 출력단의 전압은 단락 감지 레벨(Short Detect Level)보다 낮게 변화하여, 단락이 발생함을 감지하게 된다(도 2의 (c) 참조).
따라서, LED 채널(400)의 단락으로 인해 상기 피드백 전압(VFB)이 상승하는 경우에는 전압비교부(100)의 출력전류값을 하강시키도록 LED 채널전압 생성부(300) 내 PWM 제어기의 듀티비가 줄어들도록 펄스 생성을 조절하여 LED 채널전압(VLED)을 강압시키도록 드라이버가 작동하게 된다.
즉, 상기 피드백 전압(VFB)이 일시적으로 상승하더라도, 제 1OTA(110)의 출력전류값 및 LED 채널전압(VLED)이 하강하도록 부스팅 동작하여 제 2스위칭 소자(MDIM)(510)의 드레인 전압(VD) 및 피드백 전압(VFB)은 원래의 전압으로 회복되게 된다.
다만, 실제로 LED 채널의 단락이 발생하지 아니함에도 불구하고, 전압비교부(100)의 출력전류값 및 LED 채널전압(VLED)이 하강하도록 부스팅 동작한다면, 회로의 안정성 면에서 문제가 발생하므로, 본 발명에서는 전압비교부(100)의 출력값이 단락감지레벨까지 떨어졌는지 여부를 정밀하게 조사하고자 하는 목적에서 고안되었다.
도 3은 종래기술에 따른 아날로그 디밍신호의 변화에 따른 LED 채널 전압, 피드백 전압 및 전압비교부 출력단 전압의 변화 모습을 나타낸 그래프이다.
LED의 일정한 휘도를 유지하기 위해서는 아날로그 디밍신호(ADIM)와 피드백 전압(VFB)이 동일한 레벨을 유지하여야 한다. 그런데, 아날로그 디밍신호(ADIM)의 레벨이 급격하게 변화하면, LED 채널전압(VLED)의 조절함으로써 피드백 전압(VFB)을 변화된 아날로그 디밍신호(ADIM)의 레벨에 맞춰서 전압비교부(100)에 입력하여야 LED의 일정한 휘도를 유지할 수 있다.
도 3의 (a)는 급격하게 감소된 아날로그 디밍신호(ADIM)에 따라 LED 채널전압(VLED) 및 피드백 전압(VFB)이 감소하는 모습을 도시하고 있다. 즉, 아날로그 디밍신호(ADIM)가 갑자기 급격하게 줄어들어 전압비교부(100)에 입력되게 되면, 피드백 전압(VFB)도 아날로그 디밍신호(ADIM)의 레벨에 맞추도록 레벨이 하강되는데, 문제는 실제 LED 채널(400)에 단락(short)이 발생되지 않더라도 아날로그 디밍신호(ADIM)의 급격한 변화만으로 단락(short)으로 판정할 수 있다는 것이다.
즉, 도 3의 (b)에서 보는 바와 같이, 아날로그 디밍신호(ADIM)의 급격한 감소만으로도 전압비교부(100)의 출력값이 (-)의 값으로 급격히 증가하여 단락 감지 레벨(short detect level) 아래로 하강할 수 있으므로, 실제 단락여부에 관계없이 단락으로 판정할 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 실제 LED 채널(400)에 단락(short)이 발생하지 않은 경우에도 단락으로 감지하여 구동전압을 급격히 변경하는 동작을 방지하고 정밀하게 LED 채널(400)의 단락 여부를 감지함으로써, LED 드라이버의 안정성과 우수한 전력효율을 가져오는 드라이버 구조가 필요하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 드라이버의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 드라이버의 상세구성도이다.
본 발명의 LED 드라이버는, 아날로그 디밍신호(ADIM)의 응답 속도를 조절하여 출력하는 아날로그 디밍신호 지연부(700), 상기 아날로그 디밍신호 지연부의 출력을 정입력 받고, 피드백 전압(VFB)을 부입력 받아 양자의 전압 레벨을 비교하여 출력하는 전압비교부(100), 상기 전압비교부의 출력이 소정의 단락 감지 레벨(Short Detect Level) 이하의 값으로 측정되면 LED 채널(400)에 단락이 발생한 것으로 판단하는 단락판단부(200),상기 전압비교부의 출력이 (+)면 LED 채널로 공급되는 LED 채널전압(VLED)을 높여서 공급하고, 전압비교부의 출력이 (-)면 상기 LED 채널전압(VLED)을 낮춰서 공급하는 LED 채널전압 생성부(300), 상기 LED 채널에 흐르는 전류를 온/오프(ON/OFF)하는 PWM 디밍제어부(500) 및 상기 LED 채널에 흐르는 전류에 상응하는 피드백 전압(VFB)을 상기 전압비교부에 부입력하는 피드백 전압검출부(600)를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 아날로그 디밍신호(ADIM)는, 상기 LED 채널전압(VLED)을 조절하여 상기 피드백 전압(VFB)를 변화시킴으로써 LED 채널에 흐르는 전류(Current)를 조절하여 개개의 LED의 휘도를 변경하는 전압 신호인 것이 바람직하다.
상기 전압비교부(100)는, 상기 아날로그 디밍신호 지연부(700)의 출력을 정입력 받고, 상기 피드백 전압(VFB)을 부입력받아 양자의 차이를 전류로 출력하는 제 1OTA(110)로 형성될 수 있다.
상기 아날로그 디밍신호 지연부(700)는 아날로그 디밍신호(ADIM)를 정입력받고, 부입력단 및 출력단이 연결되어 형성되는 제 2OTA(710)와 상기 제 2OTA의 출력단 및 부입력단에 연결되는 노드와 연결되는 제1커패시터(720)를 구비하여 형성될 수 있다.
입력되는 아날로그 디밍신호(ADIM)에 급격한 변동이 있더라도 제 2OTA(710)의 출력이 급격하게 변하는 것을 제 1커패시터(720)가 제한하여 전압비교부(100)의 출력이 단락감지 레벨(Short Detect Level)까지 떨어지는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
상기 LED 채널전압 생성부(300)는, 상기 전압비교부(100)의 출력을 입력받아 이에 상응하는 듀티(duty)를 갖는 펄스를 생성하는 PWM 컨트롤러(340) 및 상기 PWM 컨트롤러에서 생성된 펄스에 의하여 생성되는 출력전압을 LED 채널에 공급하는 부스트 컨터버(350)로 형성될 수 있다.
이 때, PWM 컨트롤러(350)는, 전압비교부(100)의 출력이 (+)값으로 증가하면 스위칭 펄스의 온(on) 시간을 증가시키고, 전압비교부(100)의 출력이 (-)값으로 증가하면 스위칭 펄스의 온(on) 시간을 감소시키도록 동작될 수 있다.
즉, LED 채널전압 생성부(300)는, 상기 아날로그 디밍신호 지연부(700)의 출력과 피드백 전압(VFB)의 차이가 발생하는 경우, 부스트 컨버터(350)의 출력전압인 LED 채널전압(VLED)을 상승시키거나 하강시키도록 동작하여 종국에는 아날로그 디밍신호 지연부의 출력과 피드백 전압(VFB)의 차이를 줄이도록 동작하게 된다.
상기 PWM 디밍제어부(500)는 PWM 디밍신호(PDIM)를 입력받아LED 채널에 흐르는 전류를 조절하는 제 2스위칭 소자(MDIM)(510)를 구비할 수 있다. 이 때, PWM 디밍신호(PDIM)는, 상기 제 2스위칭 소자(MDIM)(510)에 입력되는 펄스의 듀티(duty)를 변경하여 LED 채널(400)에 흐르는 전류의 온-오프 타임(On/OFF-Time)의 비율을 조절함으로써 개개의 LED의 휘도를 변경하는 펄스 신호이다.
상기 피드백 전압 검출부(600)는 상기 PWM 디밍제어부(500)와 그라운드(ground) 사이에 위치하는 피드백 전압 검출 저항(RFB)(620)을 구비할 수 있다.
이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 전압비교부(100), 단락판단부(200), LED 채널전압 생성부(300), PWM 디밍제어부(500), 피드백 전압검출부(600) 및 아날로그 디밍신호 지연부(700)에 각각 적용할 수 있는 소자를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
전술한 바대로 상기 아날로그 디밍신호 지연부(700)은 아날로그 디밍신호(ADIM)의 응답 속도를 조절하여 상기 제 1OTA에 입력하는 제 2OTA(710) 및 제 1커패시터(720)로 형성될 수 있고, 상기 전압비교부(100)는 아날로그 디밍신호 지연부의 출력과 피드백 전압(VFB)의 전압 레벨 비교치를 PWM 컨트롤러로 전달하는 제 1OTA(110)로 형성될 수 있다. 또한, 상기 LED 채널전압 생성부(300)는 상기 제 1OTA(110)의 전압 레벨 비교치를 전송받아 이에 상응하는 듀티(Duty)를 갖는 펄스를 생성하는 PWM 컨트롤러(340), 상기 PWM 컨트롤러에서 생성된 펄스를 입력받아 LED 채널전압(VLED)을 생성하는 부스트 컨버터(350)로 형성될 수 있으며, 상기 PWM 디밍신호 제어부(500)는 PWM 디밍신호(PDIM)를 입력 받아LED 채널에 흐르는 전류를 조절하는 제 2스위칭 소자(MDIM)(510)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 LED 채널(400)은 복수의 LED가 직렬로 배열되어 형성될 수 있으며, 피드백 전압 검출부(600)는 PWM 디밍제어부(500)와 그라운드(ground) 사이에 피드백 전압 검출 저항(RFB)(620)을 구비할 수 있다.
상기 제 1OTA(110)는 정입력되는 응답 속도가 지연된 아날로그 디밍신호의 레벨, 즉 아날로그 디밍신호 지연부 출력단 전압 레벨과 부입력되는 피드백 전압(VFB)의 레벨을 비교하여 그 비교결과를 PWM 컨트롤러(340)로 전달하는 기능을 수행한다.
상기 제 1OTA(110)는 아날로그 디밍신호 지연부 출력단 전압과 부입력되는 피드백 전압(VFB)의 레벨 차이를 전류로 출력하게 되는데, 이에 의해 제 1OTA(110)의 출력단 전압이 변화하게 되고, 단락감지부(200)가 제 1OTA(110)의 출력단 전압의 변화를 감지하여 단락 감지 레벨 이하로 떨어지게 되는 경우 LED 채널에 단락이 발생한 것으로 판정하게 된다.
상기 피드백 전압(VFB)은 PWM 디밍신호 제어부(500) 내 제 2스위칭 소자(MDIM)(510)의 소스단 전압일 수 있으며, 피드백 전압 검출 저항(RFB)(620)에 의해 검출되어 상기 제 1OTA(110)의 부입력단에 입력될 수 있다.
상기 아날로그 디밍신호(ADIM)는 부스트 컨버터(340)의 출력단 전압인 LED 채널전압(VLED)을 조절하여 상기 피드백 전압(VFB)를 변화시킴으로써 LED 채널(400)에 흐르는 전류를 조절하여 개개의 LED의 휘도를 변경하는 전압 신호라 할 수 있다.
예를 들어LED 채널(400)이 단락(short)되면, 제 2스위칭 소자(MDIM)(510)의 드레인단 전압(VD)이 하나의 LED 양단에 걸리는 정바이어스 전압(VF)만큼 상승하게 되고, 이에 비례하여 피드백 전압(VFB)도 상승하게 되어 상기 제 1OTA(110)에 입력되게 되는 바, 부스트 컨버터(340)의 출력단 전압인 LED 채널전압(VLED)을 강압시키는 방향으로 드라이버가 동작하게 된다.
따라서, LED 채널(400)이 단락(short)되면 피드백 전압(VFB)이 상승하여 제 1OTA(110)에 부입력되고, 상기 피드백 전압(VFB)과 아날로그 디밍신호(ADIM)와의 차이가 커져서 제1OTA(110)의 출력단 전압값이 낮아지게 되므로, 상기 PWM 컨트롤러(340)에서 생성되는 펄스의 듀티가 감소하여 LED 채널전압(VLED)을 강압시키도록 동작된다.
이 때, LED 채널전압(VLED)이 강압되면, 제 2스위칭 소자(MDIM)(510)의 드레인단 전압(VD) 및 피드백 전압(VFB)도 강압되고, 이와 같은 피드백 작용은 아날로그 디밍신호(ADIM)와 피드백 전압(VFB)의 레벨이 같아질 때까지 지속되며, 결국 LED는 아날로그 디밍신호(ADIM)에 상응하는 휘도를 유지하게 된다.
만일, 상기 LED 채널전압(VLED)이 지나치게 강압되어, 피드백 전압(VFB)의 레벨이 아날로그 디밍신호(ADIM)보다 낮아진다면, 상기 제 1OTA(110)의 출력전류는 (+)로 상승하여 제 1OTA(110) 출력단 전압값이 높아지게 된다. 이 때에는 상기 PWM 컨트롤러(340)에서 생성되는 펄스의 듀티가 증가하여 LED 채널전압(VLED)을 승압시키도록 동작되어 피드백 전압(VFB) 레벨을 상승시키는 피드백 작용이 구현되게 된다.
참고로, 제1OTA(110) 및 PWM 컨트롤러(340) 사이의 노드에 제2커패시터(210), 제 3커패시터(220) 및 제1저항(230)이 형성될 수 있는데, 이는 전체 시스템의 주파수 특성을 개선하기 위해 추가될 수 있다.
상기 PWM 컨트롤러(340)은 제 1OTA(110) 출력단 전압을 입력받아 이에 상응하는 듀티(Duty)를 갖는 펄스를 생성하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 PWM 컨트롤러(340)는 응답속도가 지연된 아날로그 디밍신호와 피드백 전압(VFB)의 레벨 차이에 의한 제 1OTA 출력단 전압 레벨에 상응하는 듀티를 갖는 펄스를 생성한다고 할 수 있다.
상기 PWM 컨트롤러(340)는 상기 제 1OTA(110)의 출력 전류가 (+)값으로 증가하면 스위칭 펄스의 온(on) 시간 또는 듀티(duty)를 증가시키고, 상기 제 1OTA(110)의 출력 전류가 (-)값으로 증가하면 스위칭 펄스의 온(on) 시간 또는 듀티(duty)를 감소시키도록 동작하게 된다.
즉, 상기 피드백 전압(VFB)값이 상승하여 아날로그 디밍신호(ADIM)값보다 커지면, 제 1OTA(110)의 출력전류는 (-)값으로 상승하므로 PWM컨트롤러(340)는 스위칭 펄스의 듀티를 감소시켜 부스트 컨버터(350)의 출력 전압인LED 채널전압(VLED)을 감소시키도록 동작하게 된다. 이에 비해 상기 피드백 전압(VFB)값이 하강하여 아날로그 디밍신호(ADIM)값보다 작아지면, 제 1OTA(110)의 출력전류는 (+)값으로 상승하여 PWM컨트롤러(340)는 스위칭 펄스의 듀티를 증가시켜 부스트 컨버터(350)의 출력 전압인 LED 채널전압(VLED)을 증가시키도록 동작하게 된다.
따라서, 상기 PWM컨트롤러(340)는 제 1OTA(110)의 출력전류 및 이로 인한 제 1OTA 출력단 전압값의 변화를 이용하여 LED 채널전압(VLED)을 증가시키거나 감소시켜, 피드백 전압(VFB)의 레벨이 아날로그 디밍신호(ADIM)의 레벨과 같아지도록 조절함으로써 개개의 LED의 휘도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한 LED 드라이버의 사용자는 상기 아날로그 디밍신호(ADIM)의 레벨을 변경시켜 LED 드라이버에 입력함으로써 개개의 LED의 휘도를 조정할 수도 있을 것이다.
상기 LED 채널전압(VLED)은 상기 PWM 컨트롤러(340)에서 생성된 펄스에 의하여 생성되는 부스트 컨터버(Boost converter)(340)의 출력 전압일 수 있다. 즉 상기 LED 채널전압(VLED)은 PWM 컨트롤러(340)에서 생성된 펄스에 의한 스위칭 동작으로 승압 또는 강압이 이루어지고, 그 크기는 펄스 폭(Pulse Width)에 의해 조정될 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 LED 채널전압(VLED)을 인가하기 위해 부스트 컨버터(Boost converter)가 채용될 수 있는데, 입력전원(VDD)에 인덕터(L)와 다이오드(D)가 직렬 연결되며, 상기 다이오드(D)와 제 4커패시터(320) 및 LED 채널이 서로 병렬 연결된다. 또한, 상기 인덕터(L)와 다이오드(D)의 접속노드에 제 1스위칭 소자(MBST)(310)가 연결된다.
상기 제 1스위칭 소자(MBST)(310)는 MOSFET으로 형성될 수 있으며 게이트 전압을 조정하여 스위치 역할을 수행할 수 있는데, 상기 PWM 컨트롤러(340)에서 생성된 펄스를 게이트로 입력 받아 스위치 기능을 수행한다.
상기 PWM 컨트롤러(340)의 펄스에 의해 제 1스위칭 소자(MBST)(310)가 온(on)인 경우, 상기 입력전원(VDD)에서 공급되는 전류는 인덕터(L) 및 스위치(S)를 통해 흐르게 되고 상기 인덕터(L)에는 에너지가 저장된다.
이에 비해 제 1스위칭 소자(MBST)(310)가 오프(Off)일 경우에는, 상기 입력전원(VDD)과 인덕터(L)에 축적된 에너지의 합이 다이오드(D)를 통과하여 LED 채널(400)에 전달된다. 이 때, LED 채널(400)로 전달되는 전압은 제 4커패시터(320)에 의해 평활되어 전달되며, 그 값은 입력전압(VDD)보다 크거나 같게 된다.
이상 본 발명에 부스트 컨버터(Boost converter)가 채용된 경우에 대하여 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 발명의 필요에 따라 강압식(Buck type) 컨버터를 이용하는 것도 가능할 것이다.
한편, 상기 제 2스위칭 소자(MDIM)(510)는 소정의 PWM 디밍신호(PDIM)를 입력받아LED 채널에 흐르는 전류를 조절하여 개개의LED의 휘도를 조절하는 기능을 수행한다. 또한, 제 2스위칭 소자(MDIM)(510)는 MOSFET으로 형성될 수 있으며 게이트 전압을 조정하여 스위치 역할을 수행할 수 있을 것이다.
상기 PWM 디밍신호(PDIM)는 제 2스위칭 소자(MDIM)에 입력되는 펄스의 듀티(duty)를 변경하여 LED 채널에 흐르는 전류(Current)의 온-오프 타임(On/OFF-Time)의 비율을 조절함으로써 개개의 LED의 휘도를 변경하는 펄스 신호라고 할 수 있다.
즉, 상기 PWM 디밍신호(PDIM)는 그 스위칭 펄스의 온(on)에 의해 직렬 연결된 LED들로부터 피드백 전압 검출 저항(RFB)으로 흐르는 전류를 차단하거나 허용함으로써, 개개의 LED의 밝기를 조정하는 역할을 수행한다고 할 수 있다.
한편, 아날로그 디밍신호 지연부(700)의 제 2OTA(710)는 부입력단과 출력단이 연결되도록 형성하여 버퍼(buffer)로의 기능을 수행할 수 있으며, 제 2OTA(710)의 부입력단과 출력단의 연결노드에 연결되는 제 1커패시터(720)에 의해 상기 제 2OTA 출력 응답속도가 지연되게 된다.
즉, 제 2OTA(710)에 정입력되는 아날로그 디밍신호(ADIM)의 응답 속도를 조절하여 제 1OTA(110)에 정입력하는 기능을 수행하게 된다. 이와 같이 상기 제 2OTA(710) 및 제1커패시터(720)는 아날로그 디밍신호(ADIM)의 응답 속도를 조절하여 아날로그 디밍신호(ADIM)의 급격한 변동이 있더라도 제 1OTA(110)의 출력 변화를 완만하게 조정함으로써 LED 채널의 단락여부 감지의 오류를 방지한다.
전술한 바대로, 아날로그 디밍신호(ADIM)는 사용자의 선택에 따라 상대적으로 짧은 순간에 변화하나, 피드백 전압(VFB)은 LED 드라이버의 피드백 동작에 의해 일정한 시간이 경과된 후 아날로그 디밍신호(ADIM)와 동일레벨로 변경된다.
즉, 아날로그 디밍신호 지연부(700)가 존재하지 않으면, 아날로그 디밍신호(ADIM)가 변경되는 순간에는 아날로그 디밍신호(ADIM)와 피드백 전압(VFB)의 차이가 커서 결국 단락으로 인식하게 되고, 만일 아날로그 디밍신호(ADIM)와 피드백 전압(VFB)의 차이가 크지 않다면 단락 감지도 이루어지지 않게 된다.
따라서, 본 발명에서는 제 2OTA(710) 및 제 1커패시터(720)를 채용하여 아날로그 디밍신호(ADIM)를 급격하게 변경하더라도 아날로그 디밍신호(ADIM)의 응답속도가 지연되어 피드백 작용에 관여하기 때문에 지연된 아날로그 디밍신호(ADIM)와 피드백 전압(VFB)의 레벨 차이는 작게 유지되어 아날로그 디밍신호(ADIM)의 급격한 변화만으로 단락(short)으로 판정하는 오류를 제거할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 아날로그 디밍신호의 변화에 따른 LED 채널 전압, 피드백 전압, 아날로그 디밍신호 지연부의 출력신호 및 전압비교부의 출력신호의 변화 모습을 나타낸 그래프이다.
본 발명에서는 단락 감지의 오류에 따른 오동작을 방지하기 위하여, 상기 아날로그 디밍신호 지연부(700)는 그 내부에 제 2OTA(710) 및 제1커패시터(720)를 구비하여 아날로그 디밍신호(ADIM)의 응답 속도를 지연시키기 위한 회로를 구현할 수 있다.
즉, 입력되는 아날로그 디밍신호(ADIM)가 급격하게 줄어들어도 제 2OTA(710) 및 제1커패시터(720)에 의해 피드백 응답 속도가 일정 정도 지연된 아날로그 디밍신호(ADIM)가 제 1OTA(110)로 입력되어, 아날로그 디밍신호(ADIM) 및 피드백 전압(VFB)의 차이로 인한 제 1OTA출력단 전압값이 단락 감지 레벨(Short Detect Level)까지 떨어지는 것을 방지함으로써 단락 판정의 오류에 따른 드라이버의 오동작을 방지하게 된다(도 6의 (b)참조).
도 6의 (a)를 참조하면, 제 2OTA(710)로 입력되는 아날로그 디밍신호(ADIM)가 급격히 감소하더라도, 상기 제 2OTA(710)는 상기 아날로그 디밍신호(ADIM)의 하강 에지 시점을 지연시켜 상기 제1OTA(110) 출력단 전압값이 단락감지 레벨(Short Detect Level)까지 떨어지는 것을 방지하게 된다.
여기서 상기 제 2OTA(710)는 부입력단과 출력단이 연결되도록 형성하여 버퍼(buffer)로의 기능을 수행할 수 있으며, 제 2OTA(710)의 부입력단과 출력단이 연결된 노드에 추가되는 제 1커패시터(720)에 의해 상기 제 2OTA 출력의 응답속도가 지연되게 된다.
이와 같이 응답속도가 지연된 아날로그 디밍신호(ADIM)는 제 1OTA(110)에 정입력되어 피드백 전압(VFB)과 더불어 LED 드라이버의 피드백 작용에 관여하게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 아날로그 디밍신호(ADIM)의 급격한 변화에도 그 응답속도를 조절하여 단락 감지의 오류를 방지함으로써, 우수한 전력효율을 보장하고 회로의 안정성을 담보할 수 있는 LED 드라이버 구조를 제공할 수 있는 장점이 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 전압비교부 110: 제 1OTA
200: 단락판단부 210: 제 2커패시터
220: 제 3커패시터 230: 제 1저항
300: LED 채널전압 생성부 310: 제1스위칭 소자
320: 제4커패시터 330: LED 채널전압
340: PWM 컨트롤러 350: 부스트 컨버터
400: LED 채널 500: PWM 디밍제어부
510: 제 2스위칭 소자 600: 피드백 전압 검출부
610: 피드백 전압 620: 피드백 전압 검출 저항
700: 아날로그 디밍신호 지연부 710: 제2OTA
720: 제1커패시터

Claims (11)

  1. 아날로그 디밍신호(ADIM)의 응답 속도를 조절하여 출력하는 아날로그 디밍신호 지연부;
    상기 아날로그 디밍신호 지연부의 출력을 정입력 받고, 피드백 전압(VFB)을 부입력 받아 양자의 전압 레벨을 비교하여 출력하는 전압비교부;
    상기 전압비교부의 출력이 소정의 단락 감지 레벨(Short Detect Level) 이하의 값으로 측정되면 LED 채널에 단락이 발생한 것으로 판단하는 단락판단부;
    상기 전압비교부의 출력이 (+)면 LED 채널로 공급되는 LED 채널전압(VLED)을 높여서 공급하고, 전압비교부의 출력이 (-)면 상기 LED 채널전압(VLED)을 낮춰서 공급하는 LED 채널전압 생성부;
    상기 LED 채널에 흐르는 전류를 온/오프(ON/OFF)하는 PWM 디밍제어부; 및
    상기 LED 채널에 흐르는 전류에 상응하는 피드백 전압(VFB)을 상기 전압비교부에 부입력하는 피드백 전압검출부;
    를 포함하는 LED 드라이버.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 아날로그 디밍신호 지연부는,
    상기 아날로그 디밍신호(ADIM)를 정입력받고, 부입력단 및 출력단이 연결되어 형성되는 제 2OTA(Operational Transconductance Amplifier); 및
    상기 제 2OTA의 출력단 및 부입력단에 연결되는 노드와 연결되는 제1커패시터;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1커패시터는,
    입력되는 아날로그 디밍신호(ADIM)에 변동이 있더라도 상기 제 2OTA의 출력이 급격하게 변하는 것을 제한하여 전압비교부의 출력이 단락감지 레벨(Short Detect Level)까지 떨어지는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전압비교부는,
    상기 아날로그 디밍신호 지연부의 출력을 정입력 받고, 상기 피드백 전압(VFB)을 부입력받아 양자의 차이를 전류로 출력하는 제 1OTA(Operational Transconductance Amplifier)로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 LED 채널전압 생성부는,
    상기 전압비교부의 출력을 입력받아 이에 상응하는 듀티(duty)를 갖는 펄스를 생성하는 PWM 컨트롤러(Pulse Width Modulation Controller); 및
    상기 PWM 컨트롤러에서 생성된 펄스에 의하여 생성되는 출력전압을 LED 채널에 공급하는 부스트 컨버터(Boost converter);
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 PWM 컨트롤러는,
    상기 전압비교부의 출력이 (+)값으로 증가하면 스위칭 펄스의 온(on) 시간을 증가시키고, 상기 전압비교부의 출력이 (-)값으로 증가하면 스위칭 펄스의 온(on) 시간을 감소시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 LED 채널전압 생성부는,
    상기 아날로그 디밍신호 지연부의 출력과 피드백 전압(VFB)의 차이가 발생하는 경우, LED 채널전압(VLED)을 상승시키거나 하강시켜 아날로그 디밍신호 지연부의 출력과 피드백 전압(VFB)의 차이를 줄이도록 동작하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 PWM 디밍제어부는,
    PWM 디밍신호(PDIM)를 입력받아 LED 채널에 흐르는 전류를 조절하는 제 2스위칭 소자(MDIM)를 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 PWM 디밍신호(PDIM)는,
    상기 제 2스위칭 소자(MDIM)에 입력되는 펄스의 듀티(duty)를 변경하여 LED 채널에 흐르는 전류(Current)의 온-오프 타임(On/OFF-Time)의 비율을 조절함으로써 개개의 LED의 휘도를 변경하는 펄스 신호인 것을 특징으로 하는 LED 드라이버.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 피드백 전압 검출부는,
    상기 PWM 디밍제어부와 그라운드 사이에 위치하는 피드백 전압 검출 저항(RFB)을 구비하는 것을 특징으로 하는 LED 드라이버.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 아날로그 디밍신호(ADIM)는,
    상기 LED 채널전압(VLED)을 조절하여 상기 피드백 전압(VFB)를 변화시킴으로써 LED 채널에 흐르는 전류(Current)를 조절하여 개개의 LED의 휘도를 변경하는 전압 신호인 것을 특징으로 하는 LED 드라이버.
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