KR20070113681A - 전원공급장치의 구형파 제어회로 - Google Patents

전원공급장치의 구형파 제어회로 Download PDF

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김성은
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Abstract

본 발명은 LCD 패널의 백라이트용 LED의 휘도를 안정적으로 제어하기 위한 전원공급장치의 구형파 제어회로에 관한 것이다.
본 발명은, 적어도 하나 이상의 LED와; 외부에서 입력되는 상용전원을 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 요구하는 소정 레벨의 전압으로 변환하여 출력하는 전원공급장치와; 외부에서 입력되는 온/오프 제어신호에 따라 상기 전원공급장치의 온/오프 동작을 제어하는 PWM IC와; 상기 전원공급장치에서 출력된 출력전류를 정류하는 정류용 다이오드와; 상기 정류용 다이오드에서 정류된 전류를 평활함과 동시에 리플성분을 제거하고, 상기 정류 및 평활된 부하전류를 상기 LED에 공급하는 평활용 컨덴서와; 외부에서 입력되는 디밍신호의 논리상태에 따라 온/오프 상태가 제어되어 상기 평활용 컨덴서를 거쳐 출력되는 상기 부하전류가 상기 적어도 하나 이상의 LED에 공급되는 것을 스위칭하는 스위칭수단을 포함한다.
LED, 휘도 제어, 구형파, 평활 컨덴서, 충/방전, 스위칭 소자, 디밍신호

Description

전원공급장치의 구형파 제어회로{Square wave controlling curcuit in power supply}
도 1은 종래의 전원공급장치의 구형파 제어회로를 나타내는 회로도.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 각부 파형도.
도 3은 본 발명에 의한 전원공급장치의 구형파 제어회로의 일 실시예를 나타내는 회로도.
도 4는 도 3에 도시된 주요부분의 파형도.
＜도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명＞
100: 전원공급장치 101: PWM IC(펄스폭 변조용 IC)
20: LED(발광 다이오드) D1: 정류용 다이오드
C1: 평활용 컨덴서 Q1: 스위칭 소자(npn형 트랜지스터)
R1: 과부하 방지용 저항 Iout: 출력전류
Iload: 부하전류
본 발명은 LCD 패널의 백라이트용 LED의 휘도를 안정적으로 제어하기 위한 전원공급장치의 구형파 제어회로에 관한 것이다.
최근, LCD 패널의 백라이트 유닛에는, 전력효율이 높고, 제어부에 의해 광원제어가 용이한 LED가 주로 사용된다. 이때, LED의 휘도를 정확하게 제어하기 위해서는 구형파 형태의 듀티 제어가 필요하며, 이를 위해 전원공급장치에서 출력되는 전류가 LED에 도달할 때 정확한 구형파형태로 공급되어야한다.
도 1과 도 2a 및 도 2b를 참조하여 종래의 전원공급장치에 적용되는 구형파 제어회로를 설명한다.
먼저, 도 1은 종래의 전원공급장치의 구형파 제어회로를 나타내는 회로도로서, 도 1을 보면, PWM IC(Pulse Width Modulation Integrated Circuit: 펄스폭 변조용 IC)(11)를 포함하는 전원공급장치(10)의 출력단자(Vout)에는 정류용 다이오드(D1)와 평활용 컨덴서(C1)가 설치되고, 정류용 다이오드(D1) 및 평활용 컨덴서(C1)에 의해 정류 및 평활된 전압에 의해 발광되는 LED(20)가 연결되는 구성을 갖는다. 즉, 전원공급장치(10)에서 출력된 출력전류(Iout)는 정류용 다이오드(D1)와 펑활용 컨덴서(C1)에 의해 정류 및 평활되어 직류성분의 전류로 변환됨과 동시에 평활용 컨덴서(C1)에 의해 리플성분(혹은, 서지전압)이 제거되어 LED(20)와 저항(R1)을 통 해 전원공급장치(10)의 접지단자(Gnd)로 흐르는 구성을 갖는다. 여기서, LED(20)와 직렬 연결된 저항(R1)은 과부하 방지용 저항이다.
또한, 전원공급장치(10)내의 PWM IC(11)는 외부에서 인가되는 펄스폭 변조용 디밍(Dimming)신호를 입력받기 위한 디밍신호 입력단자(PWM_D)와, LED(20)의 종단에서 검출되는 전압에 따라 전원공급장치(10)에서 출력되는 출력전류(Iout)를 제어하도록 LED(20)의 종단 전압을 피드백(Feedback)하기 위한 피드백 단자(F/B)를 포함한다.
이와 같이 구성된 종래의 구형파 제어회로에 대한 동작을 도 2a 및 도 2b에 도시된 파형도를 참조하여 설명한다.
외부에서 상용전원(예를 들면, 24[V])이 입력되었을 때(도시되지 않았음), 전원공급장치(10)는 외부의 상용전원을 후단의 LED(20)에서 요구하는 전압레벨(예를 들면, 2.5[V])로 변환한 후, 출력단자(Vout)를 통해 출력한다. 이때, 전원공급장치(10)의 출력단자(Vout)에서 출력되는 출력전류를 Iout로 가정하여 설명한다.
또한, 외부에서 입력되는 구형파 형태의 펄스폭 변조용 디밍신호는 PWM IC(11)의 PWM_D단자로 입력되며, PWM IC(11)는 상기한 디밍신호에 따라 전원공급장치(10)의 출력전압(Vout)을 온/오프시킨다.
이때, 외부에서 입력되는 상기의 디밍신호는 도 2a에 도시된 바와 같이, 정확한 구형파의 신호이며, 이에 따라 전원공급장치(10)에서 출력되는 출력전류(Iout)도 정확한 구형파를 유지한다.
여기서, 상기의 디밍신호가 논리 "하이"상태일 때 즉, LED(20)를 구동하고자 하는 상태일 때에는, 전원공급장치(10)에서 출력되는 출력전류(Iout)가 평활용 컨덴서(C1)에 우선적으로 공급되고, 이에 따라 LED(20)에 공급되는 부하전류(Iload)는 도 2a에 도시된 바와 같이 일정시간동안 서서히 증가된 후 목표하는 부하전류값에 도달한다.
또한, 상기의 디밍신호가 논리 "로우"상태로 전환될 때 즉, LED(20)를 정지하고자 하는 상태일 때에는, 전원공급장치(10)에서 출력되는 출력전류(Iout)는 차단되지만, 평활용 컨덴서(C1)에서 충전되어 있던 전류가 일정시간동안 방전되어 LED(20)에 공급된 후 평활용 컨덴서(C1)가 완전 방전되면 LED(20)에 공급되는 전류가 차단되는 현상이 발생한다.
한편, LED(20)의 휘도를 조정하기 위해 외부에서 입력되는 상기 디밍신호의 듀티를 가변함에 있어서, 상기 듀티가 최대치에 가까워지면 평활용 컨덴서(C1)의 충/방전 작용에 의해 도 2b에 도시된 바와 같이, 디밍신호가 논리 "로우"상태인 경우에도 LED(20)에 부하전류(Iload)가 계속 공급되는 현상이 발생한다.
결국, 상기한 종래의 구형파 제어회로에 의하면, 외부에서 입력되는 디밍신호에 대응하여 LED(20)에 공급되는 부하전류(Iload)가 정확한 구형파 형태로 공급되지 못하므로, LED(20)의 휘도가 정확하게 제어되지 않는 현상이 발생한다. 이러한 경우, LCD 패널의 휘도가 고르지 않아 불량률이 증가하는 원인이 된다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점(들)을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 LED에 공급되는 전류를 정확한 구형파가 되도록 제어함으로써, LCD 패널의 휘도를 보다 안정적으로 유지할 수 있도록 한 전원공급장치의 구형파 제어회로를 제공함에 있다.
본 발명은 적어도 하나 이상의 LED와; 외부에서 입력되는 상용전원을 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 요구하는 소정 레벨의 전압으로 변환하여 출력하는 전원공급장치와; 외부에서 입력되는 온/오프 제어신호에 따라 상기 전원공급장치의 온/오프 동작을 제어하는 PWM IC와; 상기 전원공급장치에서 출력된 출력전류를 정류하는 정류용 다이오드와; 상기 정류용 다이오드에서 정류된 전류를 평활함과 동시에 리플성분을 제거하고, 상기 정류 및 평활된 부하전류를 상기 LED에 공급하는 평활용 컨덴서와; 외부에서 입력되는 디밍신호의 논리상태에 따라 온/오프 상태가 제어되어 상기 평활용 컨덴서를 거쳐 출력되는 상기 부하전류가 상기 적어도 하나 이상의 LED에 공급되는 것을 스위칭하는 스위칭수단을 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예(들)에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 회로의 구성소 자 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명에 의한 전원공급장치의 구형파 제어회로의 일 실실예를 도시한 회로도이고, 도 4는 도 3에 도시된 주요부분의 동작파형도이다.
먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 구성을 설명하면, PWM IC(101)를 포함하는 전원공급장치(100)의 출력단자(Vout)에는 정류용 다이오드(D1)와 평활용 컨덴서(C1)가 설치되고, 정류용 다이오드(D1) 및 평활용 컨덴서(C1)에 의해 정류 및 평활된 전압에 의해 발광되는 LED(20)가 연결되는 구성을 갖는다. 또한, LED(20)의 종단에는 외부에서 입력되는 디밍신호에 따라 상기 전원공급장치(100)에서 출력되는 전류가 LED(20)를 통해 흐르는 것을 스위칭하는 스위칭 수단(Q1)이 연결된다. 여기서, 상기한 스위칭 수단(Q1)은 통상의 스위칭용 트랜지스터(npn형 트랜지스터를 예로 설명하였음), FET 등을 사용할 수 있다.
즉, 전원공급장치(10)에서 출력된 출력전류(Iout)는 정류용 다이오드(D1)와 펑활용 컨덴서(C1)에 의해 정류 및 평활되어 직류성분의 전류로 변환됨과 동시에 평활용 컨덴서(C1)에 의해 리플성분(혹은, 서지전압)이 제거되어 LED(20)와 스위칭 수단(Q1) 및 저항(R1)을 통해 전원공급장치(10)의 접지단자(Gnd)로 흐르는 구성을 갖는다. 여기서, LED(20)와 직렬 연결된 저항(R1)은 과부하 방지용 저항이다.
또한, 전원공급장치(10)내의 PWM IC(11)는 외부에서 인가되는 온/오프 제어신호(시스템 구동용 온/오프 신호)를 입력받기 위한 온/오프신호 입력단자(On/Off)와, LED(20)의 종단에서 검출되는 전압에 따라 전원공급장치(10)에서 출력되는 출력전류(Iout)를 제어하도록 LED(20)의 종단 전압을 피드백(Feedback)하기 위한 피드백 단자(F/B)를 포함한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
시스템(예를 들면, LCD 패널)의 전원이 온 상태이면, 외부에서 입력되는 온/오프 제어신호는 상시 온 상태를 유지하고, 이에 따라 PWM IC(101) 내의 온/오프 입력단자(On/Off)에는 논리 "하이"상태의 온/오프 제어신호가 계속 입력된다.
외부에서 입력된 온/오프 제어신호가 온 상태이면, PWM IC(101)는 전원공급장치(100)를 동작시켜 출력단자(Vout)를 통해 소정 레벨의 출력전류(Iout)를 출력한다. 즉, 외부에서 상용전원(예를 들면, 24[V])가 입력되었을 때(도시되지 않았음), 전원공급장치(100)는 외부의 상용전원을 후단의 LED(20)에서 요구하는 전압레벨(예를 들면, 2.5[V])로 변환한 후, 출력단자(Vout)를 통해 출력한다.
전원공급장치(100)의 출력단자(Vout)를 통해 출력된 출력전류(Iout)는 정류 용 다이오드(D1) 및 평활용 컨덴서(C1)에 의해 정류 및 평활되는데, 이때 외부에서 입력되는 상기의 디밍신호의 논리상태에 관계없이 출력전류(Iout)는 일정시간동안 평활용 컨덴서(C1)를 충전시키게 된다. 이후, 평활용 컨덴서(C1)가 완전 충전상태가 되면, 전원공급장치(100)와 정류용 다이오드(D1) 및 평활용 컨덴서(C1)의 루프는 폐쇄되는 상태가 되어 회로는 차단된다. 이때, 전원공급장치(100)에서 서지성 전압(혹은, 리플성 전압)이 출력되면, 상기에서 언급한 바와 같이, 전원공급장치(100)와 정류용 다이오드(D1) 및 평활용 컨덴서(C1)의 루프가 폐쇄되어 있더라도, 평활용 컨덴서(C1)는 상기의 서지성 전압(혹은, 리플성 전압)을 제거하는 역할을 담당한다.
이때, 외부에서 입력되는 디밍신호가 논리 "하이"상태이면, 상기한 디밍신호가 스위칭 수단(Q1)의 베이스에 인가되고, 이때 스위칭 수단(Q1)이 npn형 트랜지스터로 가정하였으므로, 스위칭 수단(Q1)은 턴-온되어 전원공급장치(100) → 정류용 다이오드(D1) → LED(20) → 스위칭 수단(Q1) → 과부하 방지용 저항(R1)의 루프가 형성된다.
스위칭 수단(Q1)이 턴-온되면, 전원공급장치(100)에서 출력되어 정류용 다이오드(D1) 및 평활용 컨덴서(C1)를 거친 부하전류(Iload)는 LED(20)에 공급되고, 이에 따라 LED(20)는 작동된다. 이때, 평활용 컨덴서(C1)는 완전 충전상태이므로, 전원공급장치(100)에서 출력되는 출력전류(Iout)는 평활용 컨덴서(C1)에 공급되지 않고 곧바로 LED(20)에 공급된다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 전원공급장치(100)에서 출력되는 출력전류(Iout)가 평활용 컨덴서(C1)에서 충전되는 시간이 제 거되어 정확한 구형파 형태로 LED(20)에 공급된다.
한편, 외부에서 입력되는 디밍신호가 논리 "로우"상태이면, 상기한 디밍신호가 스위칭 수단(Q1)의 베이스에 인가되고, 이때 스위칭 수단(Q1)이 npn형 트랜지스터로 가정하였으므로, 스위칭 수단(Q1)은 턴-오프되어 전원공급장치(100) → 정류용 다이오드(D1) → LED(20) → 스위칭 수단(Q1) → 과부하 방지용 저항(R1)의 루프가 폐쇄되고 결국, 회로는 차단된다.
따라서, 평활용 컨덴서(C1)에 충전된 전류는 LED(20)에 공급되지 못하므로, 평활용 컨덴서(C1)의 방전전류가 발생하지 않아 부하전류(Iload)는 완전 차단된 상태를 유지한다.
그러므로, 도 4에 도시된 바와 같이 평활용 컨덴서(C1)에서 방전되는 방전전류가 LED(20)에 공급되는 것이 차단되어 부하전류(Iload)는 정확한 구형파 형태로 나타난다.
따라서, 외부에서 입력되는 구형파형태의 디밍신호에 대응하여 LED(20)에 공급되는 부하전류(Iload)가 정확한 구형파형태로 공급되므로, LED(20)가 정확하게 온/오프되어 LCD 패널의 휘도가 안정화된다.
한편, LED(20)의 종단에서 피드백된 전류는 PWM IC(101)의 피드백 단자(F/B)에 공급되고, PWM IC(101)는 피드백된 전류의 레벨을 분석하여 전원공급장치(100)의 출력전류(Iout)를 미세 조정함으로써, 항상 일정한 레벨의 부하전류(Iload)가 LED(20)에 공급되도록 제어한다.
또한, 상기한 외부의 온/오프 제어신호가 오프상태이면 즉, 사용자가 시스템 의 구동을 정지하면, PWM IC(101)는 전원공급장치(100)의 작동을 차단하여 더 이상 LED(20)에 부하전류(Iload)가 공급되지 않도록 한다.
또한, 상기한 스위칭 수단(Q1)은 LED(20)의 종단에 설치된 것으로 한정하여 설명하였으나, 상기 스위칭 수단(Q1)이 LED(20)의 전단에 설치되어도 무방하며, 이 경우, 상기한 설명에서와 같은 동일한 효과를 얻을 수 있음이 자명하다.
이와 같이, 본 발명은 LCD 패널 등에 사용되는 LED의 휘도를 제어하기 위해 스위칭모드 파워 서플라이 등의 전원공급장치에서 출력되는 출력전류를 정확한 구형파로 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예(들)에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 외부에서 입력되는 구형파형태의 디밍신호에 대응하여 LED에 공급되는 부하전류를 정확한 구형파형태로 공급되도록 함으로써, LED의 온/오프가 안정되고, 이에 따라 LCD 패널의 휘도가 안정화되어 신뢰성 있는 LCD 패널을 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 적어도 하나 이상의 LED;
    외부에서 입력되는 상용전원을 상기 적어도 하나 이상의 LED에서 요구하는 소정 레벨의 전압으로 변환하여 출력하는 전원공급장치;
    외부에서 입력되는 온/오프 제어신호에 따라 상기 전원공급장치의 온/오프 동작을 제어하는 PWM IC;
    상기 전원공급장치에서 출력된 출력전류를 정류하는 정류용 다이오드;
    상기 정류용 다이오드에서 정류된 전류를 평활함과 동시에 리플성분을 제거하고, 상기 정류 및 평활된 부하전류를 상기 LED에 공급하는 평활용 컨덴서; 및
    외부에서 입력되는 디밍신호의 논리상태에 따라 온/오프 상태가 제어되어 상기 평활용 컨덴서를 거쳐 출력되는 상기 부하전류가 상기 적어도 하나 이상의 LED에 공급되는 것을 스위칭하는 스위칭수단을 포함하는 전원공급장치의 구형파 제어회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭수단은 외부에서 입력되는 상기 디밍신호의 논리상태에 따라 온/오프상태가 제어되는 스위칭용 트랜지스터를 포함하며;
    상기 스위칭용 트랜지스터는 상기 디밍신호가 논리 "하이"일 때 상기 부하전류가 상기 LED에 공급되도록 스위칭되고, 상기 디밍신호가 논리 "로우"상태일 때 상기 부하전류가 상기 LED에 공급되는 것을 차단하도록 스위칭되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 구형파 제어회로.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 스위칭수단은 외부에서 입력되는 상기 디밍신호의 논리상태에 따라 온/오프상태가 제어되는 스위칭용 FET를 포함하며;
    상기 스위칭용 FET는 상기 디밍신호가 논리 "하이"일 때 상기 부하전류가 상기 LED에 공급되도록 스위칭되고, 상기 디밍신호가 논리 "로우"상태일 때 상기 부하전류가 상기 LED에 공급되는 것을 차단하도록 스위칭되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 구형파 제어회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 수단은 상기 LED의 전단 및 종단 중 어느 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 전원공급장치의 구형파 제어회로.
KR1020060047243A 2006-05-25 2006-05-25 전원공급장치의 구형파 제어회로 KR20070113681A (ko)

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KR101053278B1 (ko) * 2010-03-23 2011-08-01 삼성전기주식회사 램프 구동 장치
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