KR101517207B1

KR101517207B1 - 제어 장치 및 이를 이용하는 ｌｅｄ 발광 장치

Info

Publication number: KR101517207B1
Application number: KR1020080110028A
Authority: KR
Inventors: 강은철; 권덕기; 김주호
Original assignee: 페어차일드코리아반도체 주식회사
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2015-05-04
Also published as: US8169163B2; KR20100050908A; US20100110059A1

Abstract

본 발명은 연속적으로 직렬 연결되어 있는 복수의 LED로 구성된 복수의 LED 열을 포함하는 발광 장치의 제어 장치에 관한 것이다.

제어 장치는 복수의 LED 열 각각에 연결되어, 복수의 LED 열에 인가되는 출력 전압에 대응하고 상기 복수의 LED 열 각각의 감지 전압순차적으로 전달하는 복수의 스위치, 복수의 감지 전압을 전달받고, 소정의 기준 전압과 비교하여 비교 결과에 따라 클록 제어 신호를 생성하는 비교기, 클록 제어 신호에 따라 주기가 변하는 클록 신호를 생성하는 클록신호 생성부, 및 클록 신호에 따라 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 시프트 레지스터를 포함한다.

LED, 백라이트

Description

제어 장치 및 이를 이용하는 ＬＥＤ 발광 장치{CONTROL DEVICE AND LED LIGHT EMITTING DEVICE USING THE CONTROL DEVICE}

본 발명은 LED로 구성된 발광 장치의 제어 장치에 관한 것이다. 특히, 복수의 LED가 직렬 연결되어 이루어진 LED 열이 다수 포함되어 있는 발광 장치를 구동하는 제어 장치에 관한 것이다.

발광 장치는 영상을 표시하거나, LCD와 같은 표시 장치의 광원으로 사용될 수 있다. 특히 다수의 LED로 구성된 발광 장치는 LCD 표시 장치의 백라이트(back light)로서 널리 사용된다. LED 발광 장치는 복수의 LED 소자가 직렬로 배열되어 형성하는 복수의 LED 열을 포함하고 있으며, 복수의 LED 열 각각에 출력 전압을 공급하는 컨버터를 포함한다. 복수의 LED 열 각각의 일단에는 출력 전압이 공급되고, 타단에는 복수의 LED 열 각각에 흐르는 전류를 정규화하는 정전류원이 연결되어 있다. LED 소자에 전류가 흘러 발광하면, LED 양단 전류 방향대로 전압 강하가 발생한다. 또한, LED 소자 특성상 모든 LED 소자의 전압 강하는 일정하지 않다. 따라서 컨버터는 충분한 전압을 복수의 LED 열 각각에 공급하여, 전압 강하에 관계없이 LED 열의 모든 LED가 발광 할 수 있도록 한다. 정전류원은 싱크 전류원을 포함하고 있으고, 복수의 LED 열 각각에 싱크 전류원이 연결되어 전류를 일정하게 유지한다. 싱크 전류원에 전압이 인가되면, 소비 전력이 발생하고, 이를 줄이기 위해서는 싱크 전류원에 가장 낮은 전압이 인가되는 것이 바람직하다.

그러나 싱크 전류원을 동작하기 위해서는 소정의 기준 전압 이상이 필요하므로, 싱크 전류원에 인가되는 전압을 무작정 낮출 수는 없다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 컨버터의 출력 전압을 제어할 수 있는 제어 장치 및 이를 포함하는 LED 발광 장치를 제공할 필요가 있다.

연속적으로 직렬 연결되어 있는 복수의 LED로 구성된 복수의 LED 열을 포함하는 발광 장치를 제어 하는 장치로서, 본 발명의 한 특징에 따른 상기 제어 장치는, 상기 복수의 LED 열 각각에 연결되어, 상기 복수의 LED 열에 인가되는 출력 전압에 대응하고 상기 복수의 LED 열 각각의 감지 전압을 순차적으로 전달하는 복수의 스위치, 상기 복수의 감지 전압을 전달받고, 소정의 기준 전압과 비교하여 비교 결과에 따라 클록 제어 신호를 생성하는 비교기, 상기 클록 제어 신호에 따라 주기가 변하는 클록 신호를 생성하는 클록 신호 생성부, 및 상기 클록 신호에 따라 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 시프트 레지스터를 포함한다. 상기 제어 장치는 상기 복수의 LED 열 각각의 말단에 복수의 싱크 전류원을 더 포함하고, 상기 복수의 감지 전압 각각은 상기 복수의 싱크 전류원에 공급되는 전압이며, 상 기 기준 전압은 상기 싱크 전류원이 동작하기 위해 필요한 최소 전압이다. 상기 클록 신호 생성부는, 상기 클록 제어 신호를 통해 상기 복수의 감지 전압 중 상기 기준 전압보다 낮은 감지 전압이 감지되면, 상기 낮은 감지 전압이 상기 기준 전압에 도달하는 시점에 따라 상기 클록 신호의 주기를 결정한다. 상기 클록 신호 생성부는, 소정의 주기를 가지는 내부 클록 신호를 생성하는 오실레이터, 및 상가 내부 클록 신호 및 상기 클록 제어 신호에 대응하는 신호를 전달받는 제1 논리 연산부를 포함하며, 상기 제1 논리 연산부는 상기 클록 제어 신호가 제1 레벨인 경우, 상기 내부 클록 신호에 따라 클록 신호를 생성하고, 상기 클록 제어 신호가 제2 레벨인 경우, 제3 레벨의 클록 신호를 생성한다. 상기 클록 신호 생성부는, 상기 클록 제어 신호 및 상기 제어 장치 기동시 소정 기간 동안 펄스 신호가 되고 정상 상태에서는 일정한 레벨인 리셋 신호를 입력받는 제2 논리 연산부를 더 포함하고, 상기 정상 상태동안, 상기 제2 논리 연산부는 상기 클록 제어 신호에 따라 출력 신호의 레벨을 결정하여 상기 제1 논리 연산부로 전달한다. 상기 비교기는 반전 단자에 상기 감지 전압을 전달받고, 비반전 단자에 상기 기준 전압이 인가되며, 상기 제1 논리 연산부는 NOR 게이트이고, 상기 제2 논리 연산부는 AND 게이트이며, 상기 제1 레벨은하이 레벨이고, 상기 제2 레벨 및 제3 레벨은 로우 레벨이다. 또한, 상기 시프트 레지스터는, 상기 클록 신호를 상기 복수의 LED 열 개수에 대응하는 수만큼 카운트 하여 시작 신호를 생성하는 카운터를 포함하고, 상기 시작 신호가 발생한 제1 시점으로부터 상기 클록 신호의 한 주기 지연된 시점부터 상기 클록 신호의 한 주기 단위로 상기 시작 신호를 순차적으로 복수의 스위치 각각에 출력한다. 상기 시프트 레지스터는, 상기 복수의 LED 열 개수에 대응하는 수만큼 복수의 플립플롭을 포함하고, 상기 복수의 플립플롭 중 n(n은 2 이상의 자연수) 번째 플립플롭은, 상기 제1 시점을 기준으로 상기 클록 신호의 n 번째 주기 동안 입력 되는 n-1 번째 플립플롭의 출력 신호를 클록 신호의 n+1 번째 주기 동안 n+1 플립플롭으로 출력한다. 상기 복수의 스위치 각각은 상기 복수의 플립플롭 각각으로부터 출력되는 출력 신호에 의해 스위칭 동작이 제어된다. 상기 제어 장치는, 상기 클록 제어 신호에 따라 상기 출력 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성하는 피드백 신호 생성부를 더 포함하고, 상기 피드백 신호 생성부는 커패시터, 상기 클록 제어 신호에 따라 스위칭 동작하는 충전 스위치 및 방전 스위치, 상기 충전 스위치가 턴 온 되면, 상기 커패시터에 충전 전류를 공급하는 충전 전류원, 상기 방전 스위치가 턴 온 되면, 상기 커패시터를 방전 시키는 방전 전류원 및 상기 커패시터의 양단의 전압에 따라 스위칭 동작하는 피드백 스위치를 포함하고, 상기 충전 스위치 및 방전 스위치는 서로 교대로 온/오프된다.

연속적으로 직렬 연결되어 있는 복수의 LED로 구성된 복수의 LED 열을 포함하는 본 발명의 다른 특징에 따른 LED 발광 장치는, 전력 스위치 및 인덕터를 포함하고, 상기 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 인덕터에 흐르는 전류를 제어하여 상기 복수의 LED 열에 인가되는 출력 전압을 생성하는 컨버터; 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부; 및 상기 복수의 LED 열에 인가되는 출력 전압에 대응하고 상기 복수의 LED 열 각각의 감지 전압을 소정의 기준 전압과 비교하여 비교 결과에 따라 주기가 변하는 클록 신호를 생성하며, 상기 클록 신호 에 따라 상기 복수의 감지 전압을 순차적으로 측정하며, 상기 비교 결과에 따라 상기 출력 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성하고 상기 PWM 제어부로 전달하는 제어 장치를 포함한다. 상기 제어 장치는, 상기 복수의 LED 열 각각에 연결되어, 상기 복수의 LED 열에 인가되는 출력 전압에 대응하는 복수의 감지 전압을 순차적으로 전달하는 복수의 스위치, 상기 복수의 감지 전압을 전달받고, 상기 기준 전압과 비교하여 비교 결과에 따라 클록 제어 신호를 생성하는 비교기, 상기 클록 제어 신호에 따라 주기가 변하는 클록 신호를 생성하는 클록신호 생성부, 및 상기 클록 신호에 따라 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 시프트 레지스터를 포함한다. 상기 제어 장치는, 상기 복수의 LED 열 각각의 말단에 복수의 싱크 전류원을 더 포함하고, 상기 복수의 감지 전압 각각은 상기 복수의 싱크 전류원에 공급되는 전압이며, 상기 기준 전압은 상기 싱크 전류원이 동작하기 위해 필요한 최소 전압이다. 상기 클록 신호 생성부는, 상기 클록 제어 신호를 통해 상기 복수의 감지 전압 중 상기 기준 전압보다 낮은 감지 전압이 감지되면, 상기 낮은 감지 전압이 상기 기준 전압에 도달하는 시점에 따라 상기 클록 신호의 주기를 결정한다. 상기 클록 신호 생성부는, 소정의 주기를 가지는 내부 클록 신호를 생성하는 오실레이터, 및 상가 내부 클록 신호 및 상기 클록 제어 신호에 대응하는 신호를 전달받는 제1 논리 연산부를 포함하며, 상기 제1 논리 연산부는 상기 클록 제어 신호가 제1 레벨인 경우, 상기 내부 클록 신호에 따라 클록 신호를 생성하고, 상기 클록 제어 신호가 제2 레벨 인경우, 제3 레벨의 클록 신호를 생성한다. 상기 클록 신호 생성부는, 상기 클록 제어 신호 및 상기 제어 장치 기동시 소정 기간 동안 펄스 신호가 되고 정상 상태에서는 일정한 레벨인 리셋 신호를 입력받는 제2 논리 연산부를 더 포함하고, 상기 정상 상태 동안, 상기 제2 논리 연산부는 상기 클록 제어 신호에 따라 출력 신호의 레벨을 결정하여 상기 제1 논리 연산부로 전달한다. 또한, 상기 시프트 레지스터는, 상기 클록 신호를 상기 복수의 LED 열 개수에 대응하는 수만큼 카운트 하여 시작 신호를 생성하는 카운터를 포함하고, 상기 시작 신호가 발생한 제1 시점으로부터 상기 클록 신호의 한 주기 지연된 시점부터 상기 클록 신호의 한 주기 단위로 상기 시작 신호를 순차적으로 복수의 스위치 각각에 출력한다. 상기 제어 장치는, 커패시터, 상기 클록 제어 신호에 따라 스위칭 동작하는 충전 스위치 및 방전 스위치, 상기 충전 스위치가 턴 온 되면, 상기 커패시터에 충전 전류를 공급하는 충전 전류원, 상기 방전 스위치가 턴 온 되면, 상기 커패시터를 방전 시키는 방전 전류원, 및 상기 커패시터의 양단의 전압에 따라 스위칭 동작하는 피드백 스위치를 더 포함하고, 상기 충전 스위치 및 방전 스위치는 서로 교대로 온/오프 된다. 상기 PWM 제어부는, 상기 피드백 신호에 따라 상기 전력 스위치의 듀티를 제어한다.

본 발명에 따르면 컨버터의 출력 전압을 제어할 수 있는 제어 장치 및 이를 포함하는 LED 발광 장치를 제공한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 제어 장치가 적용된 LED 발광 장치를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, LED 발광 장치는 출력 전압을 공급하는 컨버터(150), LED 발광부(100), 제어 장치(300) 및 PWM 제어부(200)을 포함한다. 제어 장치(200)의 출력단은 저항(R1)의 일단 및 저항(R2)의 일단이 연결되는 접점에 연결되어 있으며, 저항(R1)의 타단은 컨버터(150)의 출력단에 연결되어, 출력 전압이 인가되고, 저항(R2)의 타단은 접지되어 있다.

LED 발광부(100)는 복수의 LED 열(S1-S32)을 포함하고 있고, 복수의 LED열 각각은(S1-S32)는 n개의 LED가 직렬 연결되어 있다. 구체적으로, LED 열(S1)은 n 개의 LED(LED1_1-LED1_n)을 포함하고 있고, n 개의 LED(LED1_1-LED1_n)는 직렬 연결되어 있다. 마찬가지로, 복수의 LED 열(S2-S32) 각각은 n 개의 LED(LED2_1- LED2_n, LED3_1-LED3_n, , LED30_1-LED30_n, LED31_1-LED31_n, LED32_1-LED32_n)를 포함하고 있다. 본 발명의 실시 예에서는 복수의 LED 열(S1-S32)을 32개로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이는 한 예시에 불과하다.

컨버터(150)는 인덕터(L), 커패시터(C), 다이오드(D) 및 스위치(M)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 스위치(11)는 NMOSFET(n-channel metal oxide semiconductor filed effect transistor)으로 구성되어 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, PMOSFET(p-channel metal oxide semiconductor filed effect transistor) 또는 BJT(bipolar junction transistor)로 구현될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 입력 전압(Vin)은 인덕터(L1)의 일단에 공급되고, 인덕터(L1)의 타단은 다이오드(D)의 애노드 전극에 연결되어 있다. 스위치(M)의 드레인 전극은 다이오드(D)의 애노드 전극 및 인덕터(L)의 타단에 연결되어 있다. 인덕터(L1)는 입력 전압(Vin)에 대응하는 인덕터 전류(IL)가 흐른다. 스위치(M)는 인덕터(L1)에 흐르는 전류를 제어한다. 커패시터(C)는 스위치(M)가 턴 오프되면, 인덕터(M)에 흐르는 전류에 의해 충전되어 출력 전압을 생성한다. 스위치(M)가 턴 온 되면, 다이오드(D)가 차단되며, 인덕터 전류(IL)는 스위치(M)를 통해 흐른다. 스위치(M)가 턴 오프되면, 다이오드(D)는 도통되고, 인덕터 전류(IL)는 다이오드(D)를 통해 흐른다. 커패시터(C)에 충전된 전압이 출력 전압(Vout)이 된다. 출력 전압을 증가시키기 위해서는 인덕터 전류(IL)가 다이오드(D)를 통해 커패시터(C)로 더 많이 전달되어야 하므로, 스위치(M)의 턴 온 시간, 즉 듀티는 증가되어야 한다. 출력 전압을 감소시키기 위해서는 인덕터 전류(IL)가 스위치(M)에 흐르면 되므로, 스위 치(M)의 턴 온 시간, 즉 듀티는 감소되어야 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 스위치(M)는 PWM 제어부(200)로부터 전달되는 게이트 신호(VG)에 따라 스위칭 동작하며, PWM 제어부(200)는 제어 장치(300)로부터 전달되는 피드백 신호(VF)에 따라 스위치(M)의 듀티를 결정한다.

제어 장치(300)는 복수의 LED 열의 말단에 연결된 전류원에 인가되는 전압을 감지하여, 출력 전압을 증가 또는 감소 시키도록 PWM 제어부(200)를 제어한다. 제어 장치(300)는 복수의 싱크 전류원(I1-I32), 비교기(340), 시프트 레지스터(390), 클록 신호 생성부(360) 및 피드백 신호 생성부(350)를 포함한다. 복수의 싱크 전류원(I1-I32)은 복수의 LED 열(S1-S32) 각각의 말단에 연결되어 소정의 전류를 싱크시킨다. 복수의 스위치(SW1-SW32)는 복수의 LED 열(S1-S32) 각각과 복수의 싱크 전류원(I1-I32)이 만나는 노드에 일단이 연결되고, 타단은 비교기(340)의 반전 단자(-)에 연결되어 있다. 복수의 스위치(SW1-SW32) 각각은 시프트 레지스터(390)로부터 출력되는 감지 제어 신호(Q1-Q32)에 따라 스위칭 동작한다. 본 발명의 실시 예에서, 복수의 스위치(SW1-SW32)는 감지 제어 신호(Q1-Q32)가 하이 레벨이면 턴 온 되고, 로우 레벨이면 턴 오프된다.

비교기(340)는 반전 단자(-)에 입력되는 전압과 기준 전압(Vref)를 비교하여, 비교 결과에 따라 클록 제어 신호(COUT)를 생성한다. 반전 단자(-)에 입력되는 전압이 기준 전압(Vref)이하면, 비교기(340)는 하이 레벨의 클록 제어 신호(COUT)를 출력하고, 반전 단자(-)에 입력되는 전압이 기준 전압(Vref) 보다 크면, 비교기(340)는 로우 레벨의 클록 제어 신호(COUT)를 출력한다. 비교기(340)의 반전 단 자(-)에 입력되는 전압은 복수의 LED 열(S1-S32) 각각의 말단 전압으로, 싱크 전류원(I1-I32)에 인가되는 감지 전압(V1-V32)이다. 복수의 스위치(SW1-SW32)가 순차적으로 턴 온 되면, 턴 온된 스위치에 대응하는 감지 전압이 반전 단자(-)에 입력된다. 이 때, 기준 전압(Vref)은 싱크 전류원(I1-I32)이 동작하기 위해서 필요한 최소 전압으로 설정할 수 있다.

클록 신호 생성부(360)는 비교기(340)의 출력 신호에 따라 감지 전압(V1-V32)을 측정하는 기간을 제어한다. 클록 신호 생성부(360)는 비교기(340)의 클록 제어 신호(COUT)를 통해 감지 전압(V1-V32) 중 기준 전압(Vref) 이하인 감지 전압이 있는지 판단한다. 클록 신호 생성부(360)는 감지 전압(V1-V32) 중 기준 전압 이하인 전압이 있는 경우, 해당 감지 전압이 기준 전압에 도달할 때까지, 해당 감지 전압과 기준 전압을 비교하도록 시프트 레지스터(390)를 제어한다. 구체적으로 기준 전압(Vref)보다 낮은 감지 전압을 측정하는 기간 동안 시프트 레지스터(390)에 입력되는 현재 클록 신호(OSCO)의 주기를 증가시켜, 다음 클록 신호의 발생을 지연시킨다. 시프트 레지스터(390)는 클록 신호(OSCO)의 한 주기 마다 복수의 감지 제어 신호(Q1-Q32)를 순차적으로 출력한다.

먼저 클록 신호 생성부(360) 및 시프트 레지스터(390)의 구체적인 구성을 설명한 후, 그 동작을 설명한다.

클록 신호 생성부(360)는 AND 게이트(364), PoR(Power on Reset)(363), NOR 게이트(361) 및 오실레이터(362)를 포함한다. AND 게이트(364)는 PoR(363)의 출력 신호 및 비교기(340)의 출력 신호를 논리 곱 연산한 결과에 따라 신호(CA)를 생성 및 출력한다. 제어 장치(300)에 전원이 공급되어 동작하기 시작하면, PoR(363)은 리셋 신호를 생성하여 AND 게이트(364)에 전달한다. 리셋 신호는 AND 게이트(364)의 출력 신호를 리셋 시키는 신호로서, 로우 레벨의 펄스 신호를 포함한다. LED 발광 장치가 초기 동작시에 컨버터(150)로부터 공급되는 출력 전압(Vout)이 충분히 높지 못한 경우, 감지 전압(V1-V32)이 기준 전압(Vref)보다 낮아, 클록 신호(OSC)의 주기를 증가시키는 클록 제어 신호(COUT)가 유지되어, 클록 신호(OSCO)의 주기가 계속 증가하여 다음 클록 신호(OSCO)가 발생하지 않을 수 있다. 이를 방지하기 위해 제어 장치(300) 기동시 로우 레벨의 펄스와 같은 리셋 신호를 출력하여 클록 신호(OSCO)가 소정 주기대로 생성되도록 한다. 오실레이터(362)는 소정 주기를 가지는 내부 클록 신호(OSC)를 생성한다. NOR 게이트(361)은 신호(CA) 및 내부 클록 신호(OSC)를 이용하여 클록 신호(OSCO)를 생성한다. 신호(CA)가 로우 레벨인 경우, 즉, 감지 전압(V1-V32) 중 기준 전압(Vref)이상인 감지 전압인 비교기(340)에 입력된 경우, NOR 게이트(361)는 내부 클록 신호(OSC)를 반전시켜 출력한다. 따라서 클록 신호(OSCO)는 내부 클록 신호(OSC)와 동일한 주기를 가진다. 반면, 신호(CA)가 하이 레벨인 경우, 즉, 감지 전압(V1-V32) 중 기준 전압(Vref) 보다 낮은 감지 전압이 비교기(340)에 입력된 경우, NOR 게이트(361)는 내부 클록 신호(OSC)에는 무관하게 로우 레벨을 가지는 클록 신호(OSCO)를 출력한다. 그러면, 감지 전압(V1-V32) 중 어느 하나가 기준 전압(Vref)보다 낮아진 시점의 클록 신호(OSCO)의 주기가 증가하게 된다. 이하 구체적인 동작 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.

시프트 레지스터(390)는 클록 신호(OSCO)에 따라 변하는 시간 단위로 감지 제어 신호(Q1-Q32)를 순차적으로 출력한다. 시프트 레지스터(390)는 N-비트 카운터(391) 및 D 플립플롭(301-332)을 포함한다. N-비트 카운터(391) 및 D 플립플롭(301-332)는 클록 신호(OSCO)에 따라 동작한다. 구체적으로 N-비트 카운터(391)입력되는 클록 신호(OSCO)의 주기를 카운트 하여 소정 주기의 기간이 경과되면, 클록 신호(OSCO)의 한 주기 동안 펄스 신호를 생성하여 D 플릴플롭(301)에 전달한다. 여기서 소정 주기는 복수의 LED 열(S1-S32)의 개수에 대응한다. 구체적으로, N-비트 카운터(391)는 클록 신호(OSCO)를 32주기 단위로 카운트 하여, 32주기가 끝나고, 다음 주기가 시작하는 시점에 동기 되어 클록 신호(OSCO)의 정상 주기에 해당하는 기간 동안 하이 레벨을 가지는 펄스 신호를 출력한다. 이때, 정상 주기란 감지 전압(V1-V32)이 기준 전압(Vref) 이상일 때, 클록 신호(OSCO)의 주기로서, 내부 클록 신호(OSC)의 주기와 동일하다. D 플립플롭(301-332)은 현재 클록 신호(OSCO)의 한 주기 동안 입력단(D)에 입력된 신호를 다음 클록 신호(OSCO)의 한 주기 동안 출력한다. 본 발명의 한 실시 예에 따른 D 플립플롭은 클록단(CLK)에 입력되는 클록 신호(OSCO)의 하강 시점(falling edge timing)을 클록 신호(OSCO)의 새로운 한 주기로 판단한다. D 플립플롭은 클록단(CLK)에 입력되는 다음 클록 신호(OSCO)의 하강 시점에 동기되어, 입력단(D)를 통해 현재 클록 신호(OSCO)의 한 주기 동안 입력단으로 입력된 신호를 다음 클록 신호(OSCO)의 한 주기 동안 출력한다. N-비트 카운터(391)는 클록 신호(OSCO)의 하강 시점을 카운트하여 클록 신호(OSCO)의 주기를 카운트 한다. D 플립플롭(301-332)의 개수는 복수의 LED 열(S1-S32)의 개수에 따라 결정되고, D 플립플롭(301-332)의 출력 신호인 감지 제어 신호(Q1-Q32)는 대 응하는 스위치(SW1-SW32)의 온 오프를 제어한다. 시프터 레지스터(390)의 구체적인 동작 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.

피드백 신호 생성부(350)는 클록 제어 신호(COUT)을 이용하여 출력 전압(Vout)에 대한 피드백 정보를 생성한다. 본 발명의 실시 예에서는 피드백 신호 생성부(350)를 PWM 제어부(200)와 별개의 구성으로 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, PWM 제어부(200)가 피드백 신호 생성부(350)를 포함할 수 있다. 피드백 신호 생성부(350)는 스위치(P1, N1, N2), 커패시터, 방전 전류원(IN) 및 충전 전류원(IP)을 포함한다. 스위치(P1, N1)의 게이트 전극에는 클록 제어 신호(COUT)가 입력되고, 스위치(P1)의 소스 전극에는 충전 전류원(IP)가 연결되어 있다. 전압(VCC)는 충전 전류원(IP)를 동작시키기 위한 전압이다. 스위치(N1)의 소스 전극에는 방전 전류원(IN)이 연결되어 있다. 스위치(P1) 및 스위치(N1)의 드레인 전극이 연결되어 있는 접점에는 커패시터(C1)의 일단 및 스위치(N2)의 게이트 전극이 연결되어 있다. 커패시터(C1)의 타단 및 스위치(N2)의 소스 전극은 접지되어 있고, 스위치(N2)의 드레인 전극은 저항(R1) 및 저항(R2)가 연결되어 있는 접점에 연결되어 있다. 먼저, 기준 전압(Vref)보다 낮은 감지 전압(V1-V32)이 발생하는 경우, 하이 레벨의 클록 제어 신호(COUT)에 의해 스위치(N1)가 턴 온되고, 방전 전류원(IN)의 전류에 의해 커패시터(C1)의 전압이 감소한다. 그러면, 스위치(N2)가 턴 오프되어, 피드백 신호(VF)의 전압이 증가한다. PWM 제어부(200)는 피드백 신호(VF)가 증가하면, 스위치(M)의 듀티를 증가시켜, 인덕터 전류(IL)가 다이오드(D)를 통해 커패시터(C)로 흐르게 한다. 그러면 출력 전압(Vout)이 증가하여 감지 전 압(V1-V32)이 증가한다. 반대로, 기준 전압(Vref)보다 높은 감지 전압(V1-V32)이 발생하는 경우, 로우 레벨의 클록 제어 신호(COUT)에 의해 스위치(P1)가 턴 온되고, 충전 전류원(IP)의 전류에 의해 커패시터(C1)의 전압이 증가한다. 그러면, 스위치(N2)가 턴 온되어, 피드백 신호(VF)의 전압이 감소한다. PWM 제어부(200)는 피드백 신호(VF)가 감소하면, 스위치(M)의 듀티를 증가시켜, 인덕터 전류(IL)가 스위치(M)로 흐르게 한다. 그러면 출력 전압(Vout)이 감소하여 감지 전압(V1-V32)이 감소한다.

이하 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 제어 장치의 구동 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 내부 클록 신호, 클록 신호, 클록 제어 신호, 감지 전압, 기준 전압 및 감지 제어 신호를 나타낸 도면이다.

먼저 시점 T11-T12 동안, 클록 신호(OSCO1) 한 주기 동안 감지 전압(V32)을 감지하기 위한 감지 제어 신호(Q32)가 하이 레벨이 된다. 그러면 비교기(340)의 반전 단자에는 감지 전압(V32)이 전달된다.

시점 T11에서, N-비트 카운터(391)는 시점 T11 직전의 32 주기의 클록 신호(OSCO)카운트를 마치고, 새롭게 카운트를 시작한다. 시점 T11에 동기되어 N-비트 카운터(391)는 정상 클록 주기 동안 하이 레벨을 가지는 시작 신호(Q0)를 출력한다. 시작 신호(Q0)가 D 플립플롭(301)의 입력단(D)에 전달되고, 클록 신호(OSCO1)가 클록단(CLK)에 전달되면, D 플립플롭(301)은 기간 T11-T12, 즉 클록 신호(OSCO1)의 한 주기 동안 입력되는 시작 신호(Q0)를 시점 T12에 입력되는 클록 신 호(OSCO2)의 한 주기 동안 감지 제어 신호(Q1)로 출력한다. D 플립플롭(301)은 시점 T12부터 하이 레벨의 감지 제어 신호(Q1)를 생성하고, 하이 레벨이 된 감지 제어 신호(Q1)에 의해 스위치(SW1)가 턴 온되어, 전력 전압(V1)이 비교기(340)의 반전 단자에 전달된다. 비교기(340)은 전력 전압(V1)이 기준 전압(Vref)보다 낮은 전압이므로, 하이 레벨의 클록 제어 신호(COUT)를 생성하여 AND 게이트(364)에 전달한다. 그러면 AND 게이트(364)는 하이 레벨의 신호(CA)를 NOR 게이트(361)로 전달하며, NOR 게이트(361)은 내부 클록 신호(OSC)에 관계없이 로우 레벨의 클록 신호(OSCO2)를 출력한다. 로우 레벨의 클록 신호(OSCO2)가 유지되는 기간에 따라 클록 신호(OSCO2)의 주기가 결정된다. 결과적으로 클록 신호(OSCO2)의 주기는 증가한다. 하이 레벨의 클록 제어 신호(COUT)에 의해 스위치(N1)가 턴 온되고, 커패시터(C1)의 전압이 감소하여 스위치(N2)는 턴 오프된다. 그러면 피드백 신호(VF)가 증가하고, PWM 제어부(200)는 스위치(M)의 듀티를 증가시켜, 출력 전압(Vout)을 증가시킨다. 기간 T12-T13 동안, 출력 전압(Vout)이 증가하므로, 감지 전압(V1) 역시 증가하고, 시점 T13에 감지 전압(V1)이 기준 전압(Vref)에 도달하면, 비교기(340)는 로우 레벨의 클록 제어 신호(COUT)를 생성한다. 시점 T13에 내부 클록 신호(OSC)는 하이 레벨이고, 신호(CA)는 로우 레벨이 되므로, 시점 T13 이후 NOR 게이트(361)는 내부 클록 신호(OSC)를 반전시켜 클록 신호(OSCO)를 생성한다. 즉, D 플립플롭(301)은 한 주기의 클록 신호(OSCO1)동안 입력된 시작 신호(Q0)를 한 주기의 클록 신호(OSCO2)동안 다음 D 플립플롭(302)로 출력한다. 감지 전압(V1)을 측정하는 기간 동안, 앞서 언급한 현재 클록 신호는 도 2의 클록 신호(OSCO1)에 해당하 고, 다음 클록 신호는 도 2의 클록 신호(OSCO2)에 해당한다.

시점(T14)에, 클록 신호(OSCO3)의 하강 시점이 발생하면, D 플립플롭(302)은 한 주기의 클록 신호(OSCO2) 동안 입력된 감지 제어 신호(Q1)를 출력한다. 그러면, 감지 제어 신호(Q2)는 하이 레벨이 되어, 감지 전압(V2)가 비교기(340)의 반전 단자(-)에 입력된다. 비교기(340)는 감지 전압(V2)이 기준 전압(Vref)보다 높은 전압이므로 로우 레벨의 클록 제어 신호(COUT)를 출력한다. 그러면 신호(CA)는 로우 레벨이 되므로, NOR 게이트(361)는 내부 클록 신호(OSC)를 반전하여 클록 신호(OSCO)로 출력한다. 로우 레벨의 클록 제어 신호(COUT)에 의해 스위치(P1)가 턴 온되고, 커패시터(C1)의 전압이 증가하여, 스위치(N2)가 턴 온된다. 그러면, 피드백 신호(VF)는 감소하며, PWM 제어부(200)는 스위치(M)의 듀티를 감소시켜, 출력 전압(Vout)을 감소시킨다. 그러면, 감지 전압(V2)도 감소한다. 이와 같은 동작이 계속 반복되면서 32개의 LED 열(S1-S32) 각각에 대응하는 감지 전압(V1-V32)을 기준 전압(Vref)에 가까운 전압으로 유지한다. 그러면 싱크 전류원(I1-I32)의 전류의 크기가 정규화(regulate)되어 32개의 LED 열(S1-S32)에 포함되어 있는 모든 LED의 발광량이 일정하게 유지된다.

시점 T21는 다시 새로운 카운트가 시작되는 시점으로 앞서 설명한 바와 같이, N-비트 카운터는 시점(T21)에 시작 신호(Q0)를 생성하여 D 플립플롭(301)에 전달하고, D 플립플롭(301)은 기간 T21-T22동안 입력된 신호를 시점(T22)에 출력한다.

도 2에서는 시작 신호(Q0)가 발생하는 시점과 감지 전압(V32)를 검출하기 위 한 감지 제어 신호(Q32)가 발생하는 시점이 동일하게 도시되었다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으면, N-비트 카운터(391)는 32 주기의 클록 신호를 카운트 한 후, 소정 기간 지연 후 시작 신호(Q0)를 생성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예는 순차적으로 복수의 LED 열 각각의 감지 전압을 감지하여, 싱크 전류원이 정상 동작할 수 있도록 감지 전압을 제어하고, 기준 전압에 근접하 전압으로 감지 전압을 제어한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

연속적으로 직렬 연결되어 있는 복수의 LED로 구성된 복수의 LED 열을 포함하는 발광 장치의 제어 장치에 있어서,

상기 복수의 LED 열 각각에 연결되어, 상기 복수의 LED 열에 인가되는 출력 전압에 대응하고 상기 복수의 LED 열 각각의 감지 전압을 순차적으로 전달하는 복수의 스위치,

상기 복수의 감지 전압을 전달받고, 소정의 기준 전압과 비교하여 비교 결과에 따라 클록 제어 신호를 생성하는 비교기,

상기 클록 제어 신호에 따라 주기가 변하는 클록 신호를 생성하는 클록 신호 생성부, 및

상기 클록 신호에 따라 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 시프트 레지스터를 포함하는 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 복수의 LED 열 각각의 말단에 복수의 싱크 전류원을 더 포함하고, 상기 복수의 감지 전압 각각은 상기 복수의 싱크 전류원에 공급되는 전압이며, 상기 기준 전압은 상기 싱크 전류원이 동작하기 위해 필요한 최소 전압인 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 클록 신호 생성부는,

상기 클록 제어 신호를 통해 상기 복수의 감지 전압 중 상기 기준 전압보다 낮은 감지 전압이 감지되면, 상기 낮은 감지 전압이 상기 기준 전압에 도달하는 시점에 따라 상기 클록 신호의 주기를 결정하는 제어 장치.
제3항에 있어서,

상기 클록 신호 생성부는,

소정의 주기를 가지는 내부 클록 신호를 생성하는 오실레이터, 및

상가 내부 클록 신호 및 상기 클록 제어 신호에 대응하는 신호를 전달받는 제1 논리 연산부를 포함하며,

상기 제1 논리 연산부는 상기 클록 제어 신호가 제1 레벨인 경우, 상기 내부 클록 신호에 따라 클록 신호를 생성하고, 상기 클록 제어 신호가 제2 레벨인 경우, 제3 레벨의 클록 신호를 생성하는 제어 장치.
제4항에 있어서,

상기 클록 신호 생성부는,

상기 클록 제어 신호 및 상기 제어 장치 기동시 소정 기간 동안 펄스 신호가 되고 정상 상태에서는 일정한 레벨인 리셋 신호를 입력받는 제2 논리 연산부를 더 포함하고,

상기 정상 상태동안, 상기 제2 논리 연산부는 상기 클록 제어 신호에 따라 출력 신호의 레벨을 결정하여 상기 제1 논리 연산부로 전달하는 제어 장치.
제5항에 있어서,

상기 비교기는 반전 단자에 상기 감지 전압을 전달받고, 비반전 단자에 상기 기준 전압이 인가되며, 상기 제1 논리 연산부는 NOR 게이트이고, 상기 제2 논리 연산부는 AND 게이트이며, 상기 제1 레벨은하이 레벨이고, 상기 제2 레벨 및 제3 레벨은 로우 레벨인 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 시프트 레지스터는,

상기 클록 신호를 상기 복수의 LED 열 개수에 대응하는 수만큼 카운트 하여 시작 신호를 생성하는 카운터를 포함하고,

상기 시작 신호가 발생한 제1 시점으로부터 상기 클록 신호의 한 주기 지연된 시점부터 상기 클록 신호의 한 주기 단위로 상기 시작 신호를 순차적으로 복수의 스위치 각각에 출력하는 제어 장치.
제7항에 있어서,

상기 시프트 레지스터는,

상기 복수의 LED 열 개수에 대응하는 수만큼 복수의 플립플롭을 포함하고,

상기 복수의 플립플롭 중 n 번째 플립플롭은,

상기 제1 시점을 기준으로 상기 클록 신호의 n 번째 주기 동안 입력 되는 n-1 번째 플립플롭의 출력 신호를 클록 신호의 n+1 번째 주기 동안 n+1 플립플롭으로 출력하는 제어 장치.
제8항에 있어서,

상기 복수의 스위치 각각은 상기 복수의 플립플롭 각각으로부터 출력되는 출력 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 제어 장치.
제1항에 있어서,

상기 클록 제어 신호에 따라 상기 출력 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성하는 피드백 신호 생성부를 더 포함하는 제어 장치.
제10항에 있어서,

상기 피드백 신호 생성부는,

커패시터,

상기 클록 제어 신호에 따라 스위칭 동작하는 충전 스위치 및 방전 스위치,

상기 충전 스위치가 턴 온 되면, 상기 커패시터에 충전 전류를 공급하는 충전 전류원,

상기 방전 스위치가 턴 온 되면, 상기 커패시터를 방전 시키는 방전 전류원및

상기 커패시터의 양단의 전압에 따라 스위칭 동작하는 피드백 스위치를 포함하고,

상기 충전 스위치 및 방전 스위치는 서로 교대로 온/오프되는 제어 장치.
연속적으로 직렬 연결되어 있는 복수의 LED로 구성된 복수의 LED 열을 포함하는 LED 발광 장치에 있어서,

전력 스위치 및 인덕터를 포함하고, 상기 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 상기 인덕터에 흐르는 전류를 제어하여 상기 복수의 LED 열에 인가되는 출력 전압을 생성하는 컨버터,

상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부, 및

상기 복수의 LED 열에 인가되는 출력 전압에 대응하고 상기 복수의 LED 열 각각의 감지 전압을 소정의 기준 전압과 비교하여 비교 결과에 따라 주기가 변하는 클록 신호를 생성하며, 상기 클록 신호에 따라 상기 복수의 감지 전압을 순차적으로 측정하며, 상기 비교 결과에 따라 상기 출력 전압에 대응하는 피드백 신호를 생성하고 상기 PWM 제어부로 전달하는 제어 장치를 포함하는 LED 발광 장치.
제12항에 있어서,

상기 제어 장치는,

상기 복수의 LED 열 각각에 연결되어, 상기 복수의 LED 열에 인가되는 출력 전압에 대응하는 복수의 감지 전압을 순차적으로 전달하는 복수의 스위치,

상기 복수의 감지 전압을 전달받고, 상기 기준 전압과 비교하여 비교 결과에 따라 클록 제어 신호를 생성하는 비교기,

상기 클록 제어 신호에 따라 주기가 변하는 클록 신호를 생성하는 클록신호 생성부, 및

상기 클록 신호에 따라 상기 복수의 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 시프트 레지스터를 포함하는 LED 발광 장치.
제12항에 있어서,

상기 제어 장치는,

상기 복수의 LED 열 각각의 말단에 복수의 싱크 전류원을 더 포함하고, 상기 복수의 감지 전압 각각은 상기 복수의 싱크 전류원에 공급되는 전압이며, 상기 기준 전압은 상기 싱크 전류원이 동작하기 위해 필요한 최소 전압인 LED 발광 장치.
제13항에 있어서,

상기 클록 신호 생성부는,

상기 클록 제어 신호를 통해 상기 복수의 감지 전압 중 상기 기준 전압보다 낮은 감지 전압이 감지되면, 상기 낮은 감지 전압이 상기 기준 전압에 도달하는 시점에 따라 상기 클록 신호의 주기를 결정하는 LED 발광 장치.
제15항에 있어서,

상기 클록 신호 생성부는,

소정의 주기를 가지는 내부 클록 신호를 생성하는 오실레이터, 및

상가 내부 클록 신호 및 상기 클록 제어 신호에 대응하는 신호를 전달받는 제1 논리 연산부를 포함하며,

상기 제1 논리 연산부는 상기 클록 제어 신호가 제1 레벨인 경우, 상기 내부 클록 신호에 따라 클록 신호를 생성하고, 상기 클록 제어 신호가 제2 레벨인 경우, 제3 레벨의 클록 신호를 생성하는 LED 발광 장치.
제16항에 있어서,

상기 클록 신호 생성부는,

상기 클록 제어 신호 및 상기 제어 장치 기동시 소정 기간 동안 펄스 신호가 되고 정상 상태에서는 일정한 레벨인 리셋 신호를 입력받는 제2 논리 연산부를 더 포함하고,

상기 정상 상태동안, 상기 제2 논리 연산부는 상기 클록 제어 신호에 따라 출력 신호의 레벨을 결정하여 상기 제1 논리 연산부로 전달하는 LED 발광 장치.
제13항에 있어서,

상기 시프트 레지스터는,

상기 클록 신호를 상기 복수의 LED 열 개수에 대응하는 수만큼 카운트 하여 시작 신호를 생성하는 카운터를 포함하고,

상기 시작 신호가 발생한 제1 시점으로부터 상기 클록 신호의 한 주기 지연된 시점부터 상기 클록 신호의 한 주기 단위로 상기 시작 신호를 순차적으로 복수의 스위치 각각에 출력하는 LED 발광 장치.
제13항에 있어서,

상기 제어 장치는,

커패시터,

상기 클록 제어 신호에 따라 스위칭 동작하는 충전 스위치 및 방전 스위치,

상기 충전 스위치가 턴 온 되면, 상기 커패시터에 충전 전류를 공급하는 충전 전류원,

상기 방전 스위치가 턴 온 되면, 상기 커패시터를 방전 시키는 방전 전류원, 및

상기 커패시터의 양단의 전압에 따라 스위칭 동작하는 피드백 스위치를 더 포함하고,

상기 충전 스위치 및 방전 스위치는 서로 교대로 온/오프되는 LED 발광 장치.
제19항에 있어서,

상기 PWM 제어부는,

상기 피드백 신호에 따라 상기 전력 스위치의 듀티를 제어하는 LED 발광 장 치.