KR20070015857A - Led driving device - Google Patents
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Abstract
LED를 정전류로 구동함과 함께, LED에 공급하는 전압을 최적화함으로써 LED를 포함하는 회로 소자군의 발열을 저멸하여, 조광 시에도 백라이트 유닛을 안정되게 점등시킬 수 있는 LED 구동 장치를 제공한다. 본 발명의 LED 구동 장치는, DC/DC 컨버터(8), 구동 전류 제어 회로(10), 전압 비교 회로(12) 및 출력 전압 제어 회로(13)로 공급 전압 제어용의 제1 부귀환 폐루프 CL1을 형성하고, 또한, 구동 전류 제어 회로(10) 및 정전류 제어 회로(11)로 정전류 제어용의 제2 부귀환 폐루프 CL2를 형성하고, 공급 전압 제어용의 제1 부귀환 폐루프 CL1의 주파수 응답 특성을 정전류 제어용의 제2 부귀환 폐루프 CL2의 주파수 응답 특성의 1/20 이하로 설정함으로써, 정전류 제어의 응답성을 손상시키지 않고 공급 전압 제어용의 제1 부귀환 폐루프 CL1을 안정적으로 동작시키도록 한 것이다. By driving the LED at a constant current and optimizing the voltage supplied to the LED, the heat generation of the group of circuit elements including the LED is reduced to provide an LED driving device capable of stably lighting the backlight unit even during dimming. The LED drive device of the present invention is the first negative feedback closed loop CL1 for supply voltage control to the DC / DC converter 8, the drive current control circuit 10, the voltage comparison circuit 12, and the output voltage control circuit 13. And a second negative feedback closed loop CL2 for constant current control with the drive current control circuit 10 and the constant current control circuit 11, and the frequency response characteristic of the first negative feedback closed loop CL1 for supply voltage control. Is set to 1/20 or less of the frequency response characteristic of the second negative feedback closed loop CL2 for constant current control so that the first negative feedback closed loop CL1 for supply voltage control can be stably operated without impairing the responsiveness of the constant current control. It is.
LED, 전류, 전압, 출력 전압, 정전류, 부귀환 폐루프, 저항, 조광율 LED, current, voltage, output voltage, constant current, negative feedback closed loop, resistance, dimming rate
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 LED 구동 회로의 블록도. 1 is a block diagram of an LED driving circuit of a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 LED 구동 회로의 회로도. Fig. 2 is a circuit diagram of the LED driving circuit of the first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 LED 구동 회로의 전압의 오실로 파형도. Fig. 3 is an oscillation waveform diagram of the voltage of the LED driving circuit of the first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 LED 구동 회로의 블록도. Fig. 4 is a block diagram of the LED driving circuit of the second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 LED 구동 회로의 회로도. Fig. 5 is a circuit diagram of the LED driving circuit of the second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 LED 구동 회로의 전압의 오실로 파형도(그 1). Fig. 6 is an oscillation waveform diagram (No. 1) of the voltage of the LED driving circuit of the second embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제2 실시예의 LED 구동 회로의 전압의 오실로 파형도(그 2). Fig. 7 is an oscillation waveform diagram (No. 2) of the voltage of the LED driving circuit of the second embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제3 실시예의 LED 구동 회로의 블록도. Fig. 8 is a block diagram of the LED driving circuit of the third embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제3 실시예의 LED 구동 회로의 회로도. Fig. 9 is a circuit diagram of the LED driving circuit of the third embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제3 실시예의 제어 기준치 작성 회로의 일례를 도시하는 회로도. 10 is a circuit diagram showing an example of a control reference value creating circuit according to a third embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 제3 실시예의 VREF2의 설정의 개념을 도시하는 설명도. Fig. 11 is an explanatory diagram showing the concept of setting V REF2 in the third embodiment of the present invention.
도 12는 LED를 이용한 일반적인 백라이트 구조를 도시하는 도면. 12 illustrates a general backlight structure using LEDs.
도 13은 종래의 LED 구동 회로의 블록도. 13 is a block diagram of a conventional LED drive circuit.
도 14는 종래의 LED 구동 회로의 회로도. 14 is a circuit diagram of a conventional LED driving circuit.
도 15는 본 발명의 제3 실시예와 종래예의 조광율-전류간의 특성을 도시하는 그래프. Fig. 15 is a graph showing the characteristic between the dimming rate and the current in the third embodiment and the conventional example of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: LED(발광 다이오도)1: LED (light emitting diode)
8: DC/DC 컨버터8: DC / DC converter
9: 평활 회로9: smoothing circuit
10: 출력 구동 소자10: output drive element
11: 정전류 제어 회로11: constant current control circuit
12: 전압 비교 회로12: voltage comparison circuit
13: 출력 전압 제어 회로13: output voltage control circuit
14: 스위칭 소자14: switching element
15: 다이오드 15: Diode
16: 인덕터16: inductor
17: 평활 컨덴서17: smoothing condenser
18: 트랜지스터18: transistor
19: 부귀환 증폭기19: negative feedback amplifier
20: 전압 비교 증폭기20: voltage comparison amplifier
21: 비교기21: Comparator
22: 마이너스측 증폭기22: negative side amplifier
23: 플러스측 증폭기23: plus side amplifier
24: 제어 기준치 작성 회로24: control reference value creation circuit
25: 미러 회로25: mirror circuit
31: 차전압 산출 회로31: differential voltage output circuit
32: 제어 기준치 작성 회로32: control reference value creation circuit
33: 조광율 판정 회로33: light control ratio determination circuit
[특허 문헌1] 일본 특허 공개 2003-152224호 공보[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-152224
본 발명은, LED 구동 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an LED drive device.
종래, 네비게이션 등의 액정용의 백라이트에는, 광원으로서 수은이 봉입된 냉음극 형광 램프가 사용되어 왔지만, 최근 유해 물질인 수은의 사용을 줄이기 위해서, 대신할 광원으로서 백색이나 RGB 등의 발광 다이오드 소자를 사용한 백라이트 유닛이 주목받으며 서서히 상품화되고 있다. Conventionally, a cold cathode fluorescent lamp containing mercury as a light source has been used as a backlight for liquid crystals such as navigation, but in order to reduce the use of mercury, which is a hazardous substance, a light emitting diode element such as white or RGB is used as a light source to replace. The used backlight unit attracts attention and is gradually commercialized.
도 12는 발광 다이오드 소자(LED)를 사용한 일반적인 백라이트 유닛을 도시하는 도면이다. 백라이트 유닛은 도광판(103), 백 프레임(104), 프론트 프레임(106)을 구비하고 있다. 백 프레임(104)은 LED 실장용 기판(102)을 내장하고 있 다. LED 실장용 기판(102)에는, 백색 등의 LED(101)가 배열되고, 이들 LED(101)로부터 발생하는 광이 도광판(103)에서 편향되어, 광학 시트(105) 등을 투과해서 표시부(107)로부터 액정에 조사된다. 또한, 종래에는, 이 LED(101)와 LED 실장용 기판(102) 대신에, 광원으로서 수은이 봉입된 냉음극 형광 램프가 사용되고 있었던 것이다. 12 is a diagram illustrating a general backlight unit using a light emitting diode element (LED). The backlight unit includes a
이하, LED의 점등을 제어하는 종래의 기술을 설명한다. LED의 발광 휘도는 흐르는 전류의 크기에 의존한다. 이 때문에, LED를 안정되게 점등시키기 위해서는, LED를 정전류로 구동할 필요가 있다. 도 13은 LED를 정전류 구동하도록 구성된 종래의 점등 회로의 블록도이며, 도 14는 구체적 회로예의 회로도이다. Hereinafter, a conventional technique of controlling the lighting of the LED will be described. The luminous brightness of the LED depends on the magnitude of the current flowing through it. For this reason, in order to make a LED light stably, it is necessary to drive LED with a constant current. Fig. 13 is a block diagram of a conventional lighting circuit configured to drive a constant current of an LED, and Fig. 14 is a circuit diagram of a specific circuit example.
도 13에서는, 2개 이상의 LED(201)를 직렬로 접속하고, 그 일단에 LED(201)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 저항 RCS를 접속하여 접지(GND)하고 있다. 이 LED(201)에 정전류를 흘리기 위해서, 저항 RCS에 흐르는 전류를 전압 변환한 비교 전압을 전압 비교 회로(212)에 보내어, 원하는 기준 전압과 비교한다. 또한, 전압 비교 회로(212)에서의 비교 결과에 따라서, 출력 전압 제어 회로(213)가 강압식 또는 승압식의 스위칭 방식 등의 DC/DC 컨버터(8)를 제어하여, 그 출력 전압을 평활 회로(219)에서 전력 효율이 좋은 원하는 DC 전압치(VSW2)로 하여 LED(201)에 공급함으로써, 부귀환의 폐루프 제어 CL3을 행한다. In Fig. 13, two or
도 14는 이 종래의 LED 구동 회로의 구체적 회로예이며, 다음과 같이 구성되어 있다. LED(201)에 흐르는 전류를 검출용 저항 RCS에 흘림으로써 전압 변환하고, 그 전압 변환치를 오피 앰프 등으로 구성된 오차 증폭용의 전압 비교 회로(220)의 비교치로서 사용하여, 기준 전압 VRef와 비교한다. 또한 전압 비교 회로(220)의 출력을 컴퍼레이터로 구성되는 출력 전압 제어 회로(221)에서 삼각파 VOSC2와 비교해서, 그 비교 결과에 의해 DUTY가 변화되는 펄스 형상의 방형파 전압 VG2를 생성한다. 그리고, 이 DUTY가 변화하는 펄스 형상의 방형파 전압 VG2에서 P 채널 FET로 이루어지는 스위칭 소자(214)의 게이트를 제어하여, 전원 VIN의 직류 전압을 소정의 직류 전압으로 변환해서 출력한다. 즉, SW 전원 방식의 DC/DC 컨버터(208)로서 동작한다. 그리고, 이 스위칭 소자(214)의 드레인 단자를 다이오드(215)의 캐소드와 인덕터(216)에 접속한 후, 인덕터(216)의 타단으로부터 출력되는 전압을 평활용 컨덴서(217)에서 직류 전압 VSW2로 변환하여, 전력 효율이 좋은 전압을 LED(201)군에 공급한다. 14 is a specific circuit example of this conventional LED drive circuit, and is configured as follows. Voltage conversion is performed by flowing a current flowing through the
이와 같이 해서 구성되는 부귀환 폐루프 CL3에서는, ILED×RCS=VRef(일정)로 되도록 제어되게 되고, LED(201)에 흐르는 전류 ILED는 대략 VRef/RCS의 정전류로 점등되게 된다. 즉, LED(201)에 흐르는 전류가 원하는 전류보다 큰 경우에는, 스위칭 소자(214)의 게이트에 온 기간의 폭이 좁은 펄스 형상의 방형파 전압 VG2가 공급됨으로써 LED(201)에 인가되는 평활화된 전압 VSW2는 낮아져 LED(201)의 전류를 작게 하는 방향으로 기능한다. 반대로, LED(201)에 흐르는 전류가 원하는 전류보다 작 아진 경우에는, 스위칭 소자(214)의 게이트에 온 기간의 폭이 넓은 펄스 형상의 방형파 전압 VG2가 공급됨으로써 LED(201)에 인가되는 평활화된 전압 VSW2는 높아져, LED(201)의 전류를 크게 하는 방향으로 기능한다. 이러한 부귀환 폐루프 제어에 의해, 전압 검출 저항 RCS의 전압치가 기준 전압 VREF와 동일해지는 원하는 정전류 ILED가 LED(201)에 흐름으로써 안정 상태를 만들게 된다. In the negative feedback closed loop CL3 configured in this manner, it is controlled to be I LED × R CS = V Ref (constant), and the current I LED flowing through the
이 도 14에 도시한 회로예는, 전원 VIN의 전압치가 LED(201)를 원하는 밝기로 점등시키기 위해서 필요한 최대 전압치 이상의 경우로서, 강압식 타입의 DC/DC 컨버터(208)를 구성하고 있게 된다. 그러나, DC/DC 컨버터(208)가, 전원 VIN의 전압치와 LED(201)에 공급하는 데에 필요한 최대 전압치의 대소에 따라 강압식, 승압식, 승강압식의 3종류의 타입이 이용된다. The circuit example shown in FIG. 14 is a case where the voltage value of the power supply V IN is greater than or equal to the maximum voltage value necessary to light up the
이 종래 회로의 구성에서는, DC/DC 컨버터(208)의 출력 전압을 제어함으로써 LED(201)를 정전류로 구동할 수 있음과 함께, LED(201)의 VF 규격에 상관없이 고효율 구동을 실현할 수 있어, 원하는 정전류치와 온도에 의존한 VF치에 따른 필요 최소한의 구동 전압으로 DC/DC 컨버터(208)의 출력이 제어되기 때문에, VF 규격으로부터 고려되는 전압 마진에 의한 손실은 발생하지 않는다고 하는 특징이 있었다. In the structure of this conventional circuit, by controlling the output voltage of the DC /
상기 종래 회로예와 유사한 특허의 일례로서, DC/DC 컨버터(208)의 형식을 승압식에 한정하여, 휴대 기기에 응용한 기술이 특허 문헌1에 개시되어 있다. As an example of a patent similar to the conventional circuit example,
그러나, 종래의 도 13, 도 14에 도시한 바와 같은 LED 구동 회로에서는, 전원 VIN의 전압 변동이나 외부로부터의 노이즈, 또한 전류 검출 저항 부분에 뛰어드는 외란 노이즈, 제어 루프 내의 변동이 발생하면 정전류 제어가 불안정해지고, 그 때문에 제어 루프 CL3의 응답 속도(주파수 특성) 및 게인을 그다지 높게 할 수 없는 기술적인 한계가 있다. 그 때문에, 상기한 종래 회로는, 휴대 전화 등과 같이 항상 정해진 정전류를 LED(201)에 흘림으로써 충분히 백라이트로서의 목적을 달성할 수 있는 것에는 채용하기에는 최적이었지만, 원하는 정전류치가 빈번하게 바뀌는 상품, 예를 들면 조광 기능이 필요한 분야의 상품에 채용하기에는 불충분했다. 특히, 상기한 종래 회로에서는, 조광율이 대략 10% 이하의 영역에서 안정된 조광 성능이 얻어지지 않는 데다가, 조광율에 대한 LED(201)의 전류 특성도 오차가 증대하여 비선형으로 되기 때문에, 5% 이하의 극히 낮은 조광율까지 선형의 특성이 요구되는 차재용의 네비게이션용의 액정 백라이트에의 채용을 위해서는 기술 개량이 더 요구되고 있었다. However, in the conventional LED drive circuit as shown in Figs. 13 and 14, when the voltage variation of the power supply V IN , the noise from the outside, the disturbance noise jumping into the current detection resistor portion, or the variation in the control loop occur, the constant current is generated. The control becomes unstable, and there is a technical limitation in that the response speed (frequency characteristic) and the gain of the control loop CL3 cannot be made very high. Therefore, the above-described conventional circuit is optimal to be employed to achieve a purpose as a backlight sufficiently by always passing a constant current to the
본 발명은, 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 발광 다이오드(LED)를 정전류로 구동함과 함께, LED에 공급하는 전압을 최적화함으로써 LED를 포함하는 회로 소자군의 발열을 저멸하여, 조광 시에도 백라이트 유닛을 안정되게 점등시킬 수 있는 LED 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and drives light emitting diodes (LEDs) with a constant current and optimizes the voltage supplied to the LEDs to reduce heat generation of the group of circuit elements including the LEDs. Accordingly, an object of the present invention is to provide an LED driving device capable of stably lighting a backlight unit even during dimming.
본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 구동 장치는, 직렬 접속된 복수의 발광 다 이오드와, 상기 직렬 접속된 발광 다이오드의 애노드측에 직류 전원의 출력 전압을 소정의 전압치로 변환하여 공급하는 DC/DC 컨버터와, 상기 직렬 접속된 발광 다이오드의 캐소드측에 일단이 접속된 구동 전류 제어 회로와, 상기 구동 전류 제어 회로의 타단에, 그 일단이 접속되고, 그 타단이 접지된 전류 검출용의 저항과, 상기 복수의 직렬 접속된 발광 다이오드에 공급하는 출력 전압을 제어하기 위해, 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 출력 전압 제어 회로와, 상기 출력 전압 제어 회로에 출력 전압 명령을 내리기 위해서, 상기 전류 검출용의 저항에 흐르는 전류를 변환한 전압을 제1 비교 전압으로 하고, 원하는 기준 전압과 비교해서 차전압을 상기 출력 전압 제어 회로에 출력하는 전압 비교 회로와, 상기 전류 검출용의 저항에 흐르는 전류를 변환한 제2 비교 전압을 정전류 제어를 위한 소정 전압과 비교해서, 상기 구동 전류 제어 회로를 그 통전 전류가 정전류로 되도록 제어하는 정전류 제어 회로를 구비하고, 상기 DC/DC 컨버터, 구동 전류 제어 회로, 전압 비교 회로 및 출력 전압 제어 회로로 구성되는 폐루프를 공급 전압 제어용의 제1 부귀환 폐루프로 하고, 상기 구동 전류 제어 회로 및 정전류 제어 회로로 구성되는 폐루프를 정전류 제어용의 제2 부귀환 폐루프로 한 것이다. The LED driving apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of light emitting diodes connected in series and DC / converting the output voltage of a DC power supply to a predetermined voltage value to an anode side of the series connected light emitting diodes. A DC converter, a drive current control circuit having one end connected to the cathode side of the series-connected light emitting diode, a resistor for current detection having one end connected to the other end of the drive current control circuit and grounded at the other end thereof; And an output voltage control circuit for controlling the DC / DC converter to control output voltages supplied to the plurality of series-connected light emitting diodes, and to issue an output voltage command to the output voltage control circuit. The voltage obtained by converting the current flowing through the resistance of the circuit is regarded as the first comparison voltage, and the difference voltage is output to the output voltage control circuit in comparison with the desired reference voltage. A constant current control circuit for comparing the voltage comparison circuit and a second comparison voltage obtained by converting a current flowing through the current detecting resistor with a predetermined voltage for constant current control, and controlling the drive current control circuit so that the energized current becomes a constant current. And a closed loop composed of the DC / DC converter, the drive current control circuit, the voltage comparison circuit, and the output voltage control circuit as a first negative feedback closed loop for supply voltage control, and the drive current control circuit and the constant current control. The closed loop composed of the circuit is a second negative feedback closed loop for constant current control.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 구동 장치는, 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드와, 상기 직렬 접속된 발광 다이오드의 애노드측에, 직류 전원의 출력 전압을 소정의 전압치로 변환하여 공급하는 DC/DC 컨버터와, 상기 직렬 접속된 발광 다이오드의 캐소드측에 일단이 접속된 구동 전류 제어 회로와, 상기 구동 전류 제어 회로의 타단에, 그 일단이 접속되고, 그 타단이 접지된 전류 검출용의 저 항과, 상기 복수의 직렬 접속된 발광 다이오드에 효율적인 최적치의 전압을 공급하기 위해서, 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 출력 전압 제어 회로와, 상기 구동 전류 제어 회로의 양단의 차전압을 산출하는 차전압 산출 회로와, 상기 출력 전압 제어 회로에 출력 전압 명령을 내리기 위해서, 상기 차전압 산출 회로가 산출한 차전압을 제1 비교 전압으로 하고, 원하는 기준 전압과 비교해서 전압차를 상기 출력 전압 제어 회로에 출력하는 전압 비교 회로와, 상기 전류 검출용의 저항에 흐르는 전류를 변환한 제2 비교 전압을 정전류 제어를 위한 소정 전압과 비교해서, 상기 구동 전류 제어 회로를 그 통전 전류가 정전류로 되도록 제어하는 정전류 제어 회로를 구비하고, 상기 DC/DC 컨버터, 구동 전류 제어 회로, 차전압 산출 회로, 전압 비교 회로 및 출력 전압 제어 회로로 구성되는 폐루프를 공급 전압 제어용의 제1 부귀환 폐루프로 하고, 상기 구동 전류 제어 회로 및 정전류 제어 회로로 구성되는 폐루프를 정전류 제어용의 제2 부귀환 폐루프로 한 것이다. In addition, the LED driving apparatus according to the second embodiment of the present invention converts and supplies an output voltage of a DC power supply to a predetermined voltage value to a plurality of light emitting diodes connected in series and to an anode side of the light emitting diodes connected in series. A DC / DC converter, a drive current control circuit whose one end is connected to the cathode side of the series-connected light emitting diode, and one end thereof connected to the other end of the drive current control circuit, and the other end is used for current detection. The difference between the output voltage control circuit for controlling the DC / DC converter and the difference voltage between the both ends of the drive current control circuit in order to supply an optimum voltage efficiently to the plurality of series-connected light emitting diodes. In order to give an output voltage command to the voltage calculating circuit and the output voltage control circuit, the difference voltage calculated by the difference voltage calculating circuit is a first comparison voltage, A voltage comparison circuit for outputting a voltage difference to the output voltage control circuit in comparison with a reference voltage to be compared; and a second comparison voltage obtained by converting a current flowing through the resistance for current detection; A closed loop comprising a DC / DC converter, a drive current control circuit, a differential voltage calculation circuit, a voltage comparison circuit, and an output voltage control circuit, having a constant current control circuit for controlling the drive current control circuit so that the energizing current is a constant current. Is a first negative feedback closed loop for supply voltage control, and a closed loop composed of the drive current control circuit and the constant current control circuit is used as a second negative feedback closed loop for constant current control.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초해서 상세히 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the Example of this invention is described in detail based on drawing.
(제1 실시예)(First embodiment)
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 LED 구동 장치의 블록도이다. 도 1에서, 참조 부호 1은 발광 다이오드(LED), 참조 부호 8은 DC/DC 컨버터, 참조 부호 9는 평활 회로, 참조 부호 10은 구동 전류 제어 회로, 참조 부호 11은 정전류 제어 회로, 참조 부호 12는 전압 비교 회로, 참조 부호 13은 출력 전압 제어 회로를 나타내고 있다. 1 is a block diagram of an LED driving device of a first embodiment of the present invention. In Fig. 1,
2개 이상의 LED(1)를 직렬로 접속하고, 그 애노드측에는, 배터리 등의 DC 전 원 VIN으로부터의 직류 전력을 DC/DC 변환하기 위한 강압식 또는 승압식, 혹은 승강압식의 스위칭 또는 쵸퍼 방식 등의 DC/DC 컨버터(8)가 평활 회로(9)를 통해서 접속되어 있다. 또한, LED(1)의 캐소드측에는, 트랜지스터나 FET 등의 구동 전류 제어 회로(10), 전류 검출용의 저항 RCS가 순차적으로 접속되어 있고, 이 저항 RCS의 타단은 접지(GND)되어 있다. Two or
LED(1)에 효율적인 최적치의 전압을 공급하기 위해서, 출력 전압 제어 회로(13)에서 DC/DC 컨버터(8)를 제어한다. 또한, 구동 전류 제어 회로(10)가 LED(1)에 정전류를 흘리도록 제어하기 위해서, 이 구동 전류 제어 회로(10)는 정전류 제어 회로(11)에서 제어한다. In order to supply the optimum optimal voltage to the
DC/DC 컨버터(8)의 제어는 종래와 마찬가지이며, 저항 RCS에 흐르는 전류 ILED를 전압 변환한 비교 전압(=RCS×ILED)을 전압 비교 회로(12)로 보내어, 원하는 기준 전압 VREF와 비교한다. 또한, 전압 비교 회로(12)에서의 비교 결과에 따라서, 출력 전압 제어 회로(13)가 DC/DC 컨버터(8)를 제어하고, 그 출력 전압을 평활 회로(9)에서 전력 효율이 좋은 원하는 DC 전압치(VSW1)로서 LED(1)에 공급함으로써, 부귀환의 폐루프 제어 CL1을 행한다. The control of the DC /
정전류 제어 회로(11)에 의한 정전류 제어는, 상기한 전압 검출 저항의 비교 전압을 소정치와 비교해서, 구동 전류 제어 회로(10)의 통전 전류가 정전류로 되도록 제어함으로써, 부귀환의 폐루프 제어 CL2를 행한다. The constant current control by the constant
본 실시예의 LED 구동 장치는, LED(1)에 효율적인 최적치의 전압을 공급하기 위한 공급 전압 제어용 폐루프 CL1을 구성하는 회로군 중에, LED(1)에 정전류를 흘리기 위한 제어용의 폐루프 CL2를 구성한 회로군이 존재하는 구성이며, 공급 전압 제어용의 폐루프 CL1과 LED(1)에 정전류를 흘리기 위한 정전류 제어용의 폐루프 CL2와의 경로의 일부가 공통되는 구성으로 되어 있다. 폐루프 CL1과 폐루프 CL2의 공통 부분은, LED(1)에 흐르는 전류를, 검출 저항 RCS를 사용해서 전압 정보로 변환하는 부분이며, 이 검출 저항 RCS의 전압은 정전류 제어 회로(11) 및 전압 비교 회로(12) 각각의 비교치로 하고 있다. 즉, LED(1)에 흐르는 전류를 전류 검출용 저항 RCS에 의해 전류-전압 변환한 전압치(ILED×RCS)를 공급 전압 제어용의 비교 정보로 함과 동시에, 정전류 제어용의 비교 정보로서도 이용함으로써, 각각의 제어용의 폐루프 CL1, CL2는 원하는 기준치 VRef, Io×VR과 일치하도록 부귀환 제어한다. 여기에서, 공급 전압 제어용의 폐루프 CL1의 주파수 응답을 정전류 제어용의 폐루프 CL2의 주파수 응답의 1/20 이하로 설정함으로써, 정전류 제어의 응답성을 손상시키지 않고 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1을 안정적으로 동작시킬 수 있다. 즉, 각 부귀환 폐루프 CL1, CL2의 주파수의 응답 특성이 20배 이상이나 다르다는 점에서 서로가 간섭하여 불안정해지지 않기 때문에, 정전류 제어용의 부귀환 폐루프 CL2의 이득 및 주파수 응답을 높게 설정할 수 있다는 점에서, 매우 정밀도가 좋은 정전류 특성을 달성할 수 있다. The LED drive device of the present embodiment comprises a closed loop CL2 for control for flowing a constant current to the
도 2는 본 실시예의 LED 구동 장치의 구체적인 회로도이다. 도 2에서, 참조 부호 14는 MOS-FET, 참조 부호 15는 다이오드, 참조 부호 16은 인덕터, 참조 부호 17은 컨덴서, 참조 부호 18은 LED 구동 소자(트랜지스터), 참조 부호 19는 부귀환 증폭 회로, 참조 부호 20은 전압 비교 증폭기, 참조 부호 21은 비교기(컴퍼레이터)를 나타내고 있다. 또한, LED의 부호 「1」은 도 1과 마찬가지의 부호를 이용하고 있다. 2 is a specific circuit diagram of the LED driving device of the present embodiment. 2,
도 1과 도 2를 대조하면서 설명한다. 도 1의 DC/DC 컨버터(8)에 상당하는 것이, 도 2의 P 채널의 MOS-FET(14)과 다이오드(15)이고, 출력 전압 제어 회로(13)가 컴퍼레이터(21), 전압 비교 회로(12)가 전압 비교 증폭기(20), 평활 회로(9)가 인덕터(16)와 평활 컨덴서(17)이다. 본 실시예의 회로는 강압형의 스위칭 전원 방식의 DC/DC 컨버터 구성으로 되어 있다. 또한, 도 1에서 구동 전류 제어 회로(10)에 상당하는 것이, 트랜지스터(18)이고, 정전류 제어 회로(11)에 상당하는 것이 트랜지스터(18)를 부하로 한 부귀환 증폭 회로(19)이다. It demonstrates, comparing FIG. 1 and FIG. Corresponding to the DC /
여기서, 트랜지스터(18)의 에미터 출력 전류는 일부가 저항을 통해 분기되고, 차동 증폭기에 의해 구성되는 부귀환 증폭 회로(19)의 한 쪽의 입력 단자로 귀환되어 있다. 그리고, 이 부귀환 증폭 회로(19)의 출력은 트랜지스터(18)의 베이스 전극에 공급되어 있다. 트랜지스터(18) 및 부귀환 증폭 회로(19)에 의해 구성되는 귀환 회로는, 펄스 발신 회로를 구성하고 있으며, 그 발신 펄스의 듀티비는, 부귀환 증폭 회로(19)의 다른 쪽의 입력 단자에 공급되는 기준 전압(I0×가변 저항 VR의 저항치로 결정되는 전압) 레벨을 조정함으로써 조정할 수 있다. Here, the emitter output current of the
이어서, 이렇게 구성된 LED 구동 장치의 동작에 대하여 설명한다. 우선, LED(1)에 전력 효율이 좋은 필요 최저의 최적 전압을 공급하기 위한 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1은 다음과 같이 동작한다. LED(1)에 흐르는 전류를 제어하는 구동 전류 제어 회로(10)가 정전류 동작 및 응답성에 추종할 수 없게 되는 포화 영역에서 동작하지 않기 때문에 필요한 대부분의 최저 전압치를 미리 제어 목표치로 하여 전압 비교 증폭기(20)의 제1 기준치 VRef로서 설정하고 있다. 전압 비교 증폭기(20)에서는, LED(1)에 흐르는 전류를 검출 저항 Rcs를 사용하여 전압치 VE(=RCS×ILED)로 변환하고, 그 전압치 VE를 비교 정보로서 이용하고, 기준 전압치 VRef와 이 비교 전압 VE를 비교한다. 또한 전압 비교 증폭기(20)의 출력을 컴퍼레이터(21)에서 삼각파 VOSC1과 비교해서, 그 비교 결과에 의해 DUTY가 변화하는 펄스 형상의 방형파 전압 VG1을 생성한다. 그리고, 이 DUTY가 변화하는 펄스 형상의 방형파 전압 VG1에서 P 채널 FET(14)의 게이트를 제어하여, 직류 전원의 직류 전압 VIN을 소정의 직류 전압 VSW1로 변환해서 출력한다. 이 FET(14)의 직류 출력은, 평활용의 인덕터(16)와 컨덴서(17)에서 평활화하여, 전력 효율이 좋은 전압으로서 LED(1)에 공급한다. Next, operation | movement of the LED drive device comprised in this way is demonstrated. First, the negative feedback closed loop CL1 for supply voltage control for supplying the
다른 한편, LED(1)에 원하는 일정한 전류를 흘리기 위한 정전류 제어용의 폐루프 CL2의 동작은, 앞의 공급 전압 제어용의 부귀환 루프 CL1에 대한 부귀환 전압 치 VE를 공통으로 이용하고, 이것과 원하는 전류치에 대응한 제2 기준 전압치(I0×가변 저항 VR의 저항치)를 비교하여, 그 오차에 따라 구동 전류 제어 회로(10)를 부귀환 루프 제어한다. On the other hand, the operation of the closed loop CL2 for the constant current control for flowing the desired constant current to the
여기서, 전술한 바와 같이, 공급 전압 제어용의 폐루프 CL1의 주파수 응답이 정전류 제어용의 폐루프 CL2의 주파수 응답의 1/20 이하로 설정된다. 이 설정은 주로, 공급 전압 제어용의 폐루프 CL1에 포함되는 평활용의 인덕터(16)와 컨덴서(17)의 시정수를 소정의 값으로 설정함으로써 가능하다. 즉, 이 시정수를 크게 설정함으로써 정전류 제어용의 폐루프 CL2 내의 트랜지스터(18)의 온·오프 동작에 대해서도 항상 일정한 공급 전압을 LED(1)에 공급하는 것이 가능하다. Here, as described above, the frequency response of the closed loop CL1 for supply voltage control is set to 1/20 or less of the frequency response of the closed loop CL2 for constant current control. This setting is mainly possible by setting the time constants of the smoothing
도 3은 본 실시예의 LED 구동 장치의 전압의 오실로 파형도이다. 입력 전압 VIN에 대하여 LED(1)에 원하는 정전류가 흐르는 데에 필요한 전력 변환 효율이 좋은 전압치 VSW1이 공급되고, 게다가 선형이고 안정된 정전류 ILED로 되어 있는 것을 알 수 있다. 여기에서, 전력 변환 효율이 좋은 전압 VSW1이란, LED(1)가 주위의 온도 조건 하에서 원하는 전류를 흘리는 데에 필요한 각 VF(순방향 전압)를 더한 전압과 구동 전류 제어 회로(10)를 구성하는 트랜지스터(18)가 새츄레이션(포화)하지 않고 동작하는 상태에서의 콜렉터-에미터 전극간 전압과 검출 저항 RCS의 전압을 총합한 전압치로 된다. 3 is an oscillation waveform diagram of the voltage of the LED driving apparatus of the present embodiment. It can be seen that the voltage value V SW1 having a good power conversion efficiency required for the desired constant current to flow to the
본 실시예의 LED 구동 장치에 따르면, 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드에 공급하는 전압을 제어하기 위한 제1 부귀환 폐루프 외에, 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드에 공급하는 전류를 제어하기 위한 제2 부귀환 폐루프를 설정했기 때문에, 발광 다이오드에 항상 정전류에서 구동함과 함께, 발광 다이오드에 공급하는 전압을 최적화함으로써, 발광 다이오드를 포함하는 회로 소자군의 발열을 저멸하여, 조광 시에도 백라이트 유닛을 안정되게 점등시킬 수 있다. According to the LED driving apparatus of the present embodiment, in addition to the first negative feedback closed loop for controlling the voltage supplied to the plurality of light emitting diodes connected in series, the second part for controlling the current supplied to the plurality of light emitting diodes connected in series Since the feedback closed loop is set, the light emitting diode is always driven at a constant current and the voltage supplied to the light emitting diode is optimized, thereby eliminating heat generation in the group of circuit elements including the light emitting diode, thereby stabilizing the backlight unit even during dimming. Can be turned on.
즉, 본 실시예의 LED 구동 장치에 따르면, 예를 들면 차재용의 내비게이션에 이용하는 액정 백라이트와 같이, 극히 낮은 조광 성능이 요구되고, 이 결과 발광 다이오드에 공급하는 전류치가 빈번하게 바뀌게 되는 장치에서도, 전압 기준을 조광율에 따라 가변으로 함으로써, 충분히 대응 가능하여, 예를 들면 5% 이하와 같은 극히 낮은 조광율 영역에서도 안정된 조광 성능을 얻을 수 있다. That is, according to the LED drive device of the present embodiment, extremely low dimming performance is required, for example, a liquid crystal backlight used for in-vehicle navigation, and as a result, even in a device in which the current value supplied to the light emitting diode changes frequently, By making it variable according to a dimming ratio, it can fully respond and can obtain stable dimming performance even in the extremely low dimming region like 5% or less.
또한, 본 발명에 따르면, 공급 전압 제어용의 제1 부귀환 폐루프의 주파수 응답 특성을 정전류 제어용의 제2 부귀환 폐루프의 주파수 응답 특성의 1/20 이하로 설정함으로써, 정전류 제어의 응답성을 손상시키지 않고 공급 전압 제어를 안정적으로 행할 수 있다. 즉, 각 부귀환 폐루프의 주파수의 응답 특성이 20배 이상이나 다르기 때문에 상호 간섭하여 불안정하게 되지 않으므로, 정전류 제어용의 제2 부귀환 폐루프의 이득 및 주파수 응답을 높게 설정할 수 있어, 상당히 정밀도가 양호한 정전류 특성을 달성할 수 있다. Further, according to the present invention, the response of the constant current control is set by setting the frequency response characteristic of the first negative feedback closed loop for supply voltage control to 1/20 or less of the frequency response characteristic of the second negative feedback closed loop for constant current control. Supply voltage control can be performed stably without damaging. That is, since the response characteristics of the frequencies of the negative feedback closed loops are 20 times or more different, they do not interfere with each other and become unstable, so that the gain and the frequency response of the second negative feedback closed loop for constant current control can be set high, so that the accuracy is quite high. Good constant current characteristics can be achieved.
그 때문에, 전압 기준을 조광율에 따라 가변으로 함으로써, 원하는 정전류치가 빈번하게 바뀌는 분야의 상품이나 매우 낮은 조광 성능이 필요한 분야의 상품에도 충분히 대응 가능한데, 특히 차재용의 네비게이션의 액정 백라이트에 필요한 5% 이하의 극히 낮은 조광율 영역에서의 선형의 전류 특성을 달성할 수 있다. Therefore, by varying the voltage reference according to the dimming rate, the product can be sufficiently adapted to a product in a field where a desired constant current value changes frequently or a field in which a very low dimming performance is required, in particular 5% or less required for a liquid crystal backlight for vehicle navigation. Linear current characteristics in the extremely low dimming region can be achieved.
(제2 실시예)(2nd Example)
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 LED 구동 장치의 블록도이다. 본 실시예는, 도 1에 도시한 제1 실시예의 LED 구동 장치의 구성에 대하여, 차전압 산출 회로(31)를 부가한 것을 특징으로 한다. 이 차전압 산출 회로(31)는, 구동 전류 제어 회로(10)의 드레인-소스 전극간 전압 또는 콜렉터-에미터 전극간 전압을 산출하는 것이며, 산출한 차전압을 전압 비교 회로(12)에 대하여 출력하는 것이다. 또한, 도 4에서, 도 1과 동일한 요소에는 동일한 부호를 이용해서 도시하고 있다. 4 is a block diagram of the LED driving device of the second embodiment of the present invention. This embodiment is characterized in that a difference
복수 개의 LED(1)를 직렬로 접속하고, 그 애노드측에는, 배터리 등의 DC 전원 VIN으로부터 전력 효율이 좋은 전압을 공급하기 위한 강압식 또는 승압식, 혹은 승강압식의 스위칭 또는 쵸퍼 방식 등의 DC/DC 컨버터(8)를 평활 회로(9)를 통해서 접속하고 있다. 또한, LED(1)의 캐소드측은 트랜지스터나 FET 등의 구동 전류 제어 회로(10)를 통해서 전류 검출용의 저항 RCS를 접속하고, 이 저항 RCS의 타단을 접지(GND)하고 있다. A plurality of
본 실시예의 LED 구동 장치는, LED(1)에 전력 효율이 좋은 최적치의 전압을 공급하기 위한 공급 전압 제어용 폐루프 CL1을 구성하는 회로군과, LED(1)에 일정한 전류를 흘리기 위한 정전류 제어용의 폐루프 CL2를 구성하는 회로군을 완전히 별도로 존재하는 구성으로 하고 있다. The LED drive device of the present embodiment is a circuit group constituting a closed loop CL1 for supply voltage control for supplying an optimal voltage with high power efficiency to the
이어서, 이렇게 구성된 LED 구동 장치의 동작에 대하여 설명한다. 우선, LED군에 전력 효율이 좋은 필요 최저의 최적 전압을 공급하기 위해, LED(1)에 흐르는 전류를 제어하는 구동 전류 제어 회로(10)가 정전류 동작 및 응답성에 추종할 수 없게 되는 포화 영역에서 동작하지 않기 때문에 필요한 대부분의 최저 전압치를 미리 제어 목표치로 하여 전압 비교 회로(12)의 제1 기준치로서 설정하고 있다. 전압 비교 회로(12)에서는 이 기준 전압치와, 차전압 산출 회로(31)에서 산출한 전압 비교치, 즉, 구동 전류 제어 회로(10)의 드레인-소스 전극간 전압 또는 콜렉터-에미터 전극간 전압과 비교한다. 그리고 이 전압 비교 회로(12)의 출력에 따라, 출력 전압 제어 회로(13), DC/DC 컨버터(8), 평활 회로(9)에 의해 구동 전류 제어 회로(10)가 포화하지 않는 전압으로 되도록 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1을 동작시킨다. Next, the operation of the LED driving device configured as described above will be described. First, in order to supply the LED group with the lowest power required and the most efficient and efficient, the drive
다른 한편, LED(1)에 원하는 일정한 전류를 흘리기 위한 정전류 제어용의 폐루프 CL2의 동작은, LED(1)에 흐르는 전류를, 검출 저항 Rcs를 사용하여 전압 정보 ILED×Rcs로 변환하고, 그 전압치와 원하는 전류치에 대응한 기준 전압치를 비교하여, 그 오차에 따라 구동 전류 제어 회로(10)를 부귀환 루프 제어한다. On the other hand, the operation of the closed loop CL2 for constant current control for flowing a desired constant current to the
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 LED 구동 장치의 구체 회로도이다. 이 제2 실시예의 회로 구성은, 도 2에 도시한 제1 실시예의 회로 구성에 대하여, 마이너스측 증폭기(22), 플러스측 증폭기(23)를 추가적으로 부가한 구성을 특징으로 한다. 또한, 도 5에서, 도 2와 동일한 요소에는 동일한 부호를 이용해서 도시하고 있다. Fig. 5 is a specific circuit diagram of the LED driving device of the second embodiment of the present invention. The circuit configuration of this second embodiment is characterized by a configuration in which a
도 5에 대하여 도 4와 대조하면서 설명한다. 도 4에서 DC/DC 컨버터(8)에 상당하는 것이, 도 5에서 P 채널의 MOS-FET(14)와 다이오드(15)이고, 출력 전압 제어 회로(13)가 컴퍼레이터(21), 전압 비교 회로(12)가 전압 비교 증폭기(20), 평활 회로(9)가 인덕터(16)와 컨덴서(17)이다. 본 실시예의 회로는, 제1 실시예와 마찬가지로 강압형의 스위칭 전원 방식의 DC/DC 컨버터 구성으로 되어 있다. 또한, 도 4에서 구동 전류 제어 회로(10)에 상당하는 것이 트랜지스터(18)이고, 정전류 제어 회로(11)에 상당하는 것이, 트랜지스터(18)를 부하로 한 부귀환 증폭 회로(19)이다. It demonstrates, comparing FIG. 5 with FIG. Corresponding to the DC /
우선, 공급 전압 제어용 폐루프 CL1에서는, LED(1)에 전력 효율이 좋은 필요 최저의 최적 전압 VSW1을 공급하기 위해서, LED(1)에 흐르는 전류를 제어하는 트랜지스터(18)가 정전류 동작 및 응답성에 추종할 수 없게 되는 포화 영역에서 동작하지 않기 위해서 필요한 최저 전압 이상의 값을 미리 제어 목표치 VRef1(I1×R2)로서 전압 비교 증폭기(20)에 부여한다. 그리고, 구동 전류 제어 회로(10)의 드레인-소스간의 차전압 또는 콜렉터-에미터간의 차전압을 증폭기(22), 증폭기(23), 저항 R(31), 미러 회로(25), 저항 R(32)로 구성되어 있는 차전압 산출 회로(31)에서 산출하여, 그 차전압을 비교치 VCOMP로서 전압 비교 증폭기(20)에 대하여 출력한다. 제1 실시예와 마찬가지로, 전압 비교 회로(12)인 전압 비교 증폭기(20), 출력 전압 제어 회로(13)인 컴퍼레이터(21)는, 이 비교치 VCOMP가 목표치 VRef1과 일치하도록 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1을 동작시킨다. 또한, 이 공급 전압 제어용의 전압 증폭기(20)의 기준치 VRef1(I1×R2)는 일정치로 한정하지 않고, 2종류 이상의 설정치로부터 LED(1)에 흘리는 전류나 조광율에 따라 선택 가능하도록 해도 된다. First, in the closed loop CL1 for supply voltage control, the
다른 한편, 정전류 제어용 폐루프 CL2에서는, LED(1)에 흐르는 전류 ILED를 전류 검출용 저항 RCS에 의해 전류-전압 변환하고, 그 전압치 VE(=ILED×RCS)를 정전류용의 부귀환 증폭기(19)의 비교 정보로 하고, 목표로 하는 LED(1)의 전류에 대응한 기준 전압치 VRef2(=I0×R1)와 일치하도록 트랜지스터(18)의 베이스 전류를 제어하여, 부귀환 증폭 회로 동작시킨다. 이에 의해, 트랜지스터(18)는 원하는 정전류를 LED(1)로부터 잡아당기고자 동작한다. On the other hand, in the closed loop CL2 for constant current control, the current I LED flowing through the
여기서, 전술한 제1 실시예와 마찬가지로, 공급 전압 제어용의 폐루프 CL1의 주파수 응답이 정전류 제어용의 폐루프 CL2의 주파수 응답의 1/20 이하로 설정된다. 이 설정은 제1 실시예와 마찬가지로, 주로, 공급 전압 제어용의 폐루프 CL1에 포함되는 평활용의 인덕터(16)와 컨덴서(17)의 시정수를 소정의 값으로 설정함으로써 가능하다. 즉, 이 시정수를 크게 설정함으로써 정전류 제어용의 폐루프 CL2 내의 트랜지스터(18)의 온·오프 동작에 대해서도 항상 일정한 공급 전압을 LED(1)에 공급하는 것이 가능하다. Here, as in the first embodiment described above, the frequency response of the closed loop CL1 for supply voltage control is set to 1/20 or less of the frequency response of the closed loop CL2 for constant current control. As in the first embodiment, this setting is mainly possible by setting time constants of the smoothing
도 6은 구동 전류 제어 회로(10)인 트랜지스터(18)의 콜렉터 전압 VC, 에미터 전압 VE의 오실로 파형도이고, 도 7은 직류 전원 전압 VIN , LED 구동 전압 VSW1, 그리고 LED 전류 ILED의 오실로 파형도이다. 입력 전압 VIN에 대하여 LED(1)에 원하 는 정전류가 흐르는 데에 필요한 전력 변환 효율이 좋은 전압치 VSW가 공급되고, 게다가 선형이고 안정된 정전류 ILED로 되어 있는 것을 알 수 있다. 여기에서, 전력 변환 효율이 좋은 전압 VSW란, LED(1)가 주위의 온도 조건 하에서 원하는 전류를 흘리는 데에 필요한 각 VF를 더한 전압과 트랜지스터(18)가 새츄레이션하지 않은 동작 상태에서의 콜렉터-에미터 전극간 전압과 검출 저항 RCS의 전압을 총합한 전압치이다. 6 is an oscillation waveform diagram of the collector voltage V C , the emitter voltage V E of the
본 실시예에 따르면, 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1의 주파수 응답이 정전류 제어용의 부귀환 폐루프 CL2의 주파수 응답의 1/20 이하로 설정함으로써, 정전류 제어의 응답성을 손상시키지 않고 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1을 안정적으로 동작시킬 수 있다. 즉, 각 부귀환 폐루프 CL1, CL2의 주파수의 응답성이 20배 이상이나 다르다는 점에서 서로가 간섭하여 불안정해지지 않기 때문에, 정전류 제어용의 부귀환 폐루프 CL2의 이득 및 주파수 응답을 높게 설정할 수 있고, 이에 의해 매우 정밀도가 좋은 정전류 특성을 달성할 수 있다. 그 때문에, 전압 기준을 조광율에 따라서 가변으로 함으로써, 원하는 정전류치가 빈번하게 바뀌는 분야의 상품이나 매우 낮은 조광 성능이 필요한 분야의 상품에도 충분히 대응 가능하며, 특히 차재용의 네비게이션의 액정 백라이트에 필요한 5% 이하의 극히 낮은 조광율 영역에서의 선형의 전류 특성을 달성할 수 있다. According to this embodiment, the frequency response of the negative feedback closed loop CL1 for supply voltage control is set to 1/20 or less of the frequency response of the negative feedback closed loop CL2 for constant current control, so that the supply voltage is not impaired without compromising the responsiveness of the constant current control. The negative feedback closed loop CL1 for control can be operated stably. That is, since the frequency response of each of the negative feedback closed loops CL1 and CL2 is 20 times or more different, they do not interfere with each other and become unstable, so that the gain and frequency response of the negative feedback closed loop CL2 for constant current control can be set high. As a result, a very accurate constant current characteristic can be achieved. Therefore, by varying the voltage reference according to the dimming rate, it is possible to sufficiently cope with a product in a field where a desired constant current value changes frequently or a product in a field where a very low dimming performance is required, and is particularly required for a liquid crystal backlight for vehicle navigation. Linear current characteristics can be achieved in the following extremely low dimming region.
(제3 실시예)(Third Embodiment)
도 8은 본 발명의 제3 실시예의 LED 구동 장치의 블록도이다. 본 실시예는, 도 4에 도시한 제2 실시예에 대하여, 제어 기준치 작성 회로(32)와, 조광율 판정 회로(33)를 부가한 구성을 특징으로 한다. 또한, 도 8에서, 도 1, 도 4와 동일한 요소에는 동일한 부호를 이용하여 나타내고, 상세한 설명은 생략한다. Fig. 8 is a block diagram of the LED driving device of the third embodiment of the present invention. This embodiment is characterized by the configuration in which the control reference
복수 개의 LED(1)를 직렬로 접속하고, 그 애노드측에, 배터리 등의 DC 전원 VIN으로부터 전력 효율이 좋은 전압을 공급하기 위한 강압식 또는 승압식, 혹은 승강압식의 스위칭 또는 쵸퍼 방식 등의 DC/DC 컨버터(8)를, 평활 회로(9)를 통해서 접속하고 있다. 또한, LED(1)의 캐소드측에는 트랜지스터나 FET 등의 구동 전류 제어 회로(10), 전류 검출용의 저항 RCS를 순차적으로 접속하고, 이 저항 RCS의 타단은 접지시키고 있다. Step-down or step-up or step-down switching or chopper methods for connecting a plurality of
본 실시예에서도, LED(1)에 전력 효율이 좋은 최적치의 전압을 공급하기 위한 공급 전압 제어용 폐루프 CL1을 구성하는 회로군과, LED(1)에 일정한 전류를 흘리기 위한 정전류 제어용의 폐루프 CL2를 구성하는 회로군이 완전히 별도로 존재하는 구성으로 하고 있다. 우선, 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1의 동작은 다음과 같다. LED 군에 전력 효율이 좋은 필요 최저의 최적 전압을 공급하기 위해서, LED(1)에 흐르는 전류를 제어하는 구동 전류 제어 회로(10)가 정전류 동작하고, 또한 응답성에 추종할 수 없게 되는 포화 영역에서 동작하지 않도록 하기 위해서 필요한 최저 전압치를 미리 제어 목표치로 한다. 이 제어 목표치는, 제어 기준치 작성 회로(32)에서 작성한다. 이 제어 기준치 작성 회로(32)는 조광율 판정 회 로(33)로부터의 조광율 판정치에 따른 제어 기준치를 작성하고, 전압 비교 회로(12)에 대하여 기준치로서 출력한다. Also in this embodiment, the circuit group constituting the supply voltage control closed loop CL1 for supplying the optimal value of power efficiency to the
여기에서, 조광율 판정 회로(33)에는, 조광 제어 신호 DIM이 공급되어 있다. 이 조광 제어 신호 DIM은, LED(1)의 발광 휘도를 변화시키기 위한 제어 신호로서, LED(1)의 최대 휘도에 대한 휘도의 비율인 조광율을, 예를 들면 전류 레벨에 대응지은 신호이다. 조광율 판정 회로(33)는 입력된 조광 제어 신호 DIM의 전류 레벨로부터 조광율을 판정하고, 조광율에 따른 신호를 출력한다. Here, the dimming control signal DIM is supplied to the dimming
전압 비교 회로(12)는, 구동 전류 제어 회로(10)의 드레인-소스 전극간 전압 또는 콜렉터-에미터 전극간 전압을 차전압 산출 회로(31)에서 산출한 비교치와 기준치를 비교해서, 비교 결과를 출력 전압 제어 회로(13)에 출력한다. 출력 전압 제어 회로(13)는 종래예와 마찬가지로 동작하며, DC/DC 컨버터(8)의 출력 전압을 제어하고, 평활 회로(9)로부터 LED(1)를 통해서 구동 전류 제어 회로(10)에 흐르는 직류가 구동 전류 제어 회로(10)를 포화시키지 않는 전압으로 되도록 제어한다. The
다른 한편, LED(1)에 원하는 일정한 전류를 흘리기 위한 정전류 제어용의 폐루프 CL2의 동작은, LED(1)에 흐르는 전류를 검출 저항 Rcs를 사용하여 전압 정보로 변환하고, 그 전압치와 원하는 전류치에 대응한 기준 전압치를 비교하여, 그 오차에 따라 구동 전류 제어 회로(10)를 부귀환 루프 제어하고 있다. On the other hand, the operation of the closed loop CL2 for constant current control for flowing a desired constant current to the
조광 제어 신호 DIM은, 또한, 정전류 제어 회로(11)에도 공급되어, 조광 제어 신호 DIM에 따라 트랜지스터(18)를 포함하는 발신 회로의 출력 펄스의 듀티비를 제어한다. The dimming control signal DIM is also supplied to the constant
도 9는 본 실시예의 LED 구동 회로의 구체 회로도이다. 도 9에서, 참조 부호 24는 제어 기준치 작성 회로이다. 또한, 도 9에서, 도 2, 도 5와 동일한 요소에는 동일한 부호를 이용해서 도시하고 있다. 9 is a specific circuit diagram of the LED driving circuit of this embodiment. In Fig. 9,
이하, 도 9를 도 8과 대조하면서 설명한다. 도 8에서 DC/DC 컨버터(8)에 상당하는 것이, 도 9에서 P 채널의 MOS-FEF(14)와 다이오드(15)이고, 출력 전압 제어 회로(13)가 컴퍼레이터(21), 전압 비교 회로(12)가 전압 비교 증폭기(20), 평활 회로(9)가 인덕터(16)와 컨덴서(17)이다. 이 인덕터(16)와 컨덴서(17)는, 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로, 시정수 회로를 구성하고 있다. 본 실시예의 회로에서는 강압형의 스위칭 전원 방식의 DC/DC 컨버터 구성으로 되어 있다. 또한, 도 8에서 구동 전류 제어 회로(10)에 상당하는 것이, 트랜지스터(18)이고, 정전류 제어 회로(11)에 상당하는 것이 트랜지스터(18)를 부하로 한 부귀환 증폭 회로(19)이다. 도 9에서 증폭기(22), 증폭기(23), 저항 R(31), 미러 회로(25), 저항 R(32)은, 도 8에서 차전압 산출 회로(31)에 상당한다. 또한, 도 9에서의 제어 기준치 작성 회로(24)는, 도 8에서의 제어 기준치 작성 회로(32)에 대응하고 있다. 이 제어 기준치 작성 회로(24)는, 정전류 I1과 가변 전류 I2의 합전류 I1+I2를 저항 R2에 흘림으로써, 제1 전압 기준치 VRef1로서 가변 전압치를 전압 비교 증폭기(20)에 부여한다. 합전류 I1+I2는 조광율 판정 회로(33)의 출력 신호에 따라 결정된다. Hereinafter, it demonstrates, comparing FIG. 9 with FIG. Equivalent to the DC /
다음으로, 정전류 제어용의 부귀환 폐루프 CL2에서는 LED(1)에 흐르는 전류 ILED를 전류 검출용 저항 RCS에 의해 전류-전압 변환한 전압치 VE(=ILED×RCS)를 정전류용의 부귀환 증폭기(19)의 비교 정보로서 부귀환시킨다. 그리고 부귀환 증폭기(19)는, 이 비교 전압 VE가 목표로 하는 LED(1)의 전류에 대응한 제2 기준 전압치 VRef2(=I0×VR1)과 일치하도록 트랜지스터(18)의 베이스 전류를 제어하여, 트랜지스터(18)에 원하는 정전류를 LED(1)로부터 잡아 당기게 한다. Next, in the negative feedback closed loop CL2 for constant current control, the voltage value V E (= I LED × R CS ) obtained by current-to-voltage conversion of the current I LED flowing through the
다른 한편, 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1에서는, LED(1)에 전력 효율이 좋은 필요 최저의 최적 전압 VSW1을 공급하기 위해서, LED(1)에 흐르는 전류 ILED를 제어하는 트랜지스터(18)가 정전류 동작하고, 또한, 응답성에 추종할 수 없게 되는 포화 영역에서 동작하지 않기 위해서 필요한 최저 전압 이상의 값을 미리 제어 기준치 VRef2(=I1×R2)로서 설정하고, 트랜지스터(18)의 드레인-소스 전극간 전압 또는 콜렉터-에미터 전극간의 차전압 VCOMP를 증폭기(22), 증폭기(23), R(31), 미러 회로(25), 저항 R(32)로 구성된 차전압 산출 회로(31)에서 산출하고, 전압 비교 증폭기(20)에서 이 차전압 VCOMP와 제어 기준치 VRef2를 비교시킨다. 제1 실시예와 마찬가지로, 전압 비교 회로(12)인 전압 비교 증폭기(20), 출력 전압 제어 회로(13)인 컴퍼레이터(21)는, 이 비교치 VCOMP가 제어 기준치 VRef2와 일치하도록 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1을 동작시킨다. On the other hand, in the negative feedback closed loop CL1 for supply voltage control, the
또한, 본 실시예의 경우, 공급 전압 제어용의 전압 비교 증폭기(20)의 기준 치 VRef1는 일정치에 한정하지 않고, 2종류 이상의 설정치로부터 LED(1)에 흘리는 전류나 조광율에 따라서 가변 설정한다. 그 때문에, 제어 기준치 작성 회로(24)가(I1+I2)×R2에 의해 기준치 VRef2를 작성하지만, I1은 일정치, I2는 LED(1)에 흘리는 전류치에 비례한 가변치로 하여, LED(1)의 설정 전류치가 증가하면 I2도 증가하고, 반대로 LED(1)의 설정 전류치가 감소하면 I2도 감소하도록 하고 있다. In addition, in the present embodiment, the reference value V Ref1 of the
도 10은, 조광율에 따라서 기준치 VRef1를 변화시키는 제어 기준치 작성 회로(24)의 구체적인 회로예를 도시하고 있고, 도 11은 이 제어 기준치 작성 회로(24)가 작성하는 기준치 VRef2의 설정의 개념을 도시하는 설명도이다. 즉, 외부로부터의 조광 신호 DIM1을 조광율 판정 회로(33)에서 판정하여, 조광율이 비교적 높을 때, 예를 들면 100%일 때에는 SW1만이 온하는 신호를 이 제어 기준치 작성 회로(24)에 입력하고, 조광율이 비교적 낮을 때, 예를 들면 50%일 때에는 SW1, SW2의 양방이 온하는 신호를 입력한다. 이와 같이, 조광율에 따라서 SW1, SW2를 온, 오프시킴으로써 기준 전압치의 설정을 치밀하게 행할 수 있다. FIG. 10 shows a specific circuit example of the control reference
도 10, 도 11에서는, 구동 전류 제어 회로(10)의 응답 속도가 단자 전압에 의존한다는 점에서, 조광율이 낮은 경우에는 구동 전류 제어 회로(10)의 단자 전압(FET의 경우에는 드레인-소스 전극간의 단자 전압, 트랜지스터의 경우에는 콜렉터-에미터 전극간의 전압)의 설정치를, 조광율이 높은 경우보다도 높게 할 필요가 있음을 나타내고 있다. 일반적으로, 조광율 판정을 하지 않는 경우에는, 조광율이 극히 낮을 때(예를 들면 0.5%)를 상정하여, 높은 단자 전압의 설정이 필요해진다. In FIG. 10 and FIG. 11, since the response speed of the drive
본 실시예에 따르면, 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1의 주파수 응답 특성을 정전류 제어용의 부귀환 폐루프 CL2의 주파수 응답 특성의 1/20 이하로 설정함으로써, 정전류 제어의 응답성을 손상시키지 않고 공급 전압 제어용의 부귀환 폐루프 CL1을 안정적으로 동작시킬 수 있다. 즉, 각 부귀환 폐루프 CL1, CL2의 주파수의 응답 특성이 20배 이상이나 다르다는 점에서 서로가 간섭하여 불안정해지지 않기 때문에, 정전류 제어용의 부귀환 폐루프 CL2의 이득 및 주파수 응답을 높게 설정할 수 있어, 매우 정밀도가 좋은 정전류 특성을 달성할 수 있다. 그 때문에, 원하는 정전류치가 빈번하게 바뀌는 분야의 상품이나 매우 낮은 조광 성능이 필요한 분야의 상품에도 충분히 대응 가능하여, 특히 차재용의 네비게이션의 액정 백라이트에 필요한 5% 이하의 극히 낮은 조광율 영역에서의 선형의 전류 특성을 달성할 수 있다. According to this embodiment, the frequency response characteristic of the negative feedback closed loop CL1 for supply voltage control is set to 1/20 or less of the frequency response characteristic of the negative feedback closed loop CL2 for constant current control, without impairing the responsiveness of the constant current control. The negative feedback closed loop CL1 for supply voltage control can be stably operated. That is, since the response characteristics of the frequencies of the negative feedback closed loops CL1 and CL2 are 20 times or more different, they do not interfere with each other and become unstable, so that the gain and frequency response of the negative feedback closed loop CL2 for constant current control can be set high. Therefore, a very accurate constant current characteristic can be achieved. Therefore, it is possible to meet the product of the field where the desired constant current value changes frequently and the product of the field requiring very low dimming performance, and in particular, the linearity in the extremely low dimming range of 5% or less required for the liquid crystal backlight of vehicle navigation Current characteristics can be achieved.
도 15는 본 실시예의 LED 구동 장치에 의한 조광율과 LED 전류의 특성 A를, 종래예의 특성 B, 또한 휴대 전화용 백라이트의 특성 C와 비교해서 도시한 그래프로서, 본 실시예의 LED 구동 장치에서는, 5% 이하의 극히 낮은 조광율 영역에서의 선형의 전류 특성이 얻어지고 있음을 알 수 있다. Fig. 15 is a graph showing the characteristic A of the dimming rate and the LED current by the LED driving apparatus of the present embodiment in comparison with the characteristic B of the conventional example and the characteristic C of the backlight for a mobile phone. In the LED driving apparatus of the present embodiment, It can be seen that a linear current characteristic in an extremely low dimming region of 5% or less is obtained.
본 발명에 따르면, 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드에 공급하는 전압을 제어하기 위한 제1 부귀환 폐루프 외에, 직렬 접속된 복수의 발광 다이오드에 공급하는 전류를 제어하기 위한 제2 부귀환 폐루프를 설정하기 때문에, 발광 다이오드를 항상 정전류에서 구동함과 함께, 발광 다이오드에 공급하는 전압을 최적화함으로써, 발광 다이오드를 포함하는 회로 소자의 발열을 저멸하고, 조광 시에도 백라이트 유닛을 안정화하여 점등시킬 수 있다. According to the present invention, in addition to the first negative feedback closed loop for controlling the voltage supplied to the plurality of light emitting diodes connected in series, a second negative feedback closed loop for controlling the current supplied to the plurality of light emitting diodes connected in series is provided. Since the light emitting diode is always driven at a constant current and the voltage supplied to the light emitting diode is optimized, heat generation of a circuit element including the light emitting diode can be reduced, and the backlight unit can be stabilized and turned on even during dimming. .
즉, 본 발명에 따르면, 예를 들면 차재용의 내비게이션에 이용하는 액정 백라이트와 같이, 극히 낮은 조광 성능이 요구되고, 이 결과 발광 다이오드에 공급하는 전류치가 빈번하게 바뀌게 되는 장치에서도, 전압 기준을 조광율에 따라 가변으로 함으로써, 충분히 대응 가능하여, 예를 들면 5% 이하와 같은 극히 낮은 조광율 영역에서도 안정된 조광 성능을 얻을 수 있다. That is, according to the present invention, even in an apparatus in which extremely low dimming performance is required, for example, a liquid crystal backlight used for vehicle-mounted navigation, and as a result, the current value supplied to the light emitting diode is frequently changed, the voltage reference is set to the dimming ratio. By varying accordingly, it is possible to cope sufficiently, and stable dimming performance can be obtained even in an extremely low dimming region such as 5% or less.
또한, 본 발명에 따르면, 공급 전압 제어용의 제1 부귀환 폐루프의 주파수 응답 특성을 정전류 제어용의 제2 부귀환 폐루프의 주파수 응답 특성의 1/20 이하로 설정함으로써, 정전류 제어의 응답성을 손상시키지 않고 공급 전압 제어를 안정적으로 행할 수 있다. 즉, 각 부귀환 폐루프의 주파수의 응답 특성이 20배 이상이나 다르기 때문에 상호 간섭하여 불안정하게 되지 않으므로, 정전류 제어용의 제2 부귀환 폐루프의 이득 및 주파수 응답을 높게 설정할 수 있어, 상당히 정밀도가 양호한 정전류 특성을 달성할 수 있다. Further, according to the present invention, the response of the constant current control is set by setting the frequency response characteristic of the first negative feedback closed loop for supply voltage control to 1/20 or less of the frequency response characteristic of the second negative feedback closed loop for constant current control. Supply voltage control can be performed stably without damaging. That is, since the response characteristics of the frequencies of the negative feedback closed loops are 20 times or more different, they do not interfere with each other and become unstable, so that the gain and the frequency response of the second negative feedback closed loop for constant current control can be set high, so that the accuracy is quite high. Good constant current characteristics can be achieved.
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