KR20080113591A - 발광소자 구동회로 및 그 동작방법 - Google Patents

발광소자 구동회로 및 그 동작방법 Download PDF

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이광현
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Abstract

본 발명은 발광소자 구동회로 및 그 동작방법에 관한 것이다. 본 발명은 교류전원으로부터 정류된 직류전압을 공급받고 위상차를 갖도록 제1 및 제2제어신호를 출력하는 제어부를 구비한다. 상기 제어부의 제 1 및 제2제어신호에 따라 위상차가 발생되어 상기 직류전압이 출력되도록 제1 및 제2스위칭부를 구동하는 제1 및 제2구동부가 구비된다. 상기 제1 및 제2스위칭부에는 동시에 서로 다른 상태를 출력하도록 온/오프 동작하는 한 쌍의 스위칭소자가 구비된다. 상기 제1 및 제2스위칭부의 동작에 따라 상기 직류전압을 소정 레벨로 승압/강압하는 제1 및 제2트랜스포머가 구비된다. 상기 제1 및 제2트랜스포머에 의해 변압된 교류전압에 의해 점등되는 발광소자가 구비된다. 상기 발광소자에 흐르는 전류값을 감지하여 상기 제어부로 피드백하는 감지부가 구비된다. 상기 발광소자가 점등된 상태에서 상기 제어부는 상기 감지부로부터 피드백받은 전류값에 따라 상기 위상차를 조절하여 상기 제1 및 제2트랜스포머의 1차측으로 인가되는 전류양을 조절하여 일정한 정압을 유지하도록 한다. 이와 같이, 본 발명은 발광소자에 흐르는 전류값을 피드백하여 그 전류값에 따라 상기 발광소자에 흐르는 전류양을 제어하여 전압을 안정화하므로 별도의 안정회로가 요구되지 않아 구동회로의 원가를 줄일 수 있고, 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.
Figure P1020070062260
CCFL, EEFL, 구동회로, 피드백, 위상차

Description

발광소자 구동회로 및 그 동작방법{LIGHT DRIVING CIRCUIT AND OPERATING METHOD THEREOF}
도 1은 종래기술에 의한 발광소자 구동회로의 구성블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실기 예에 따른 발광소자 구동회로의 회로 구성도.
도 3은 도 2의 스위칭 소자의 온/오프 상태도.
도 4는 도 3에 도시된 스위칭부의 출력전압과 트랜스포머의 입력전압 및 출력전압의 파형도.
<<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>>
100: 전원부 110 : 정류부
120: 제어부 130, 140: 구동부
150, 160: 스위칭부 170 : 감지부
180: 발광소자 R1~R3 : 저항
C1~C6: 캐패시터 L1~L2 : 인덕터
T1, T2: 트랜스포머 Q1~Q4: 스위칭소자
본 발명은 발광소자 구동회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광소자의 밝기를 일정하게 유지하도록 정전압을 제어하는 발광소자 구동회로 및 그 동작방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉음극 형광 램프(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp) 및 외부 전극 형광 램프(EEFL:External Electrode Fluorescent Lamp)는 액정디스플레이(LCD:Liquid Crystal Display)의 백라이트(backlight)로 사용된다.
상기한 바와 같은 발광소자를 점등시키기 위해서는 스위칭모드 파워 서플라이(SMPS: Switching Mode Power Supply)와 같이 전압을 안정화하는 소자가 필요하였다.
상기 에스엠피에스(SMPS)가 포함되어 발광소자를 점등시키기 위한 구동회로가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 구동회로는 상용전원(AC)을 입력으로 받아 직류전원으로 정류하는 정류부(10)를 구비한다. 상기 정류부(10)에 의해 정류된 직류전원을 저전압 또는 고전압으로 변환하는 직류/직류 컨버터(20)가 구비된다. 여기서, 상기 직류/직류 컨버터(20)는 상기 정류부(10)에 의해 정류된 직류전압/전류를 안정화시키는 역할을 수행한다. 그리고, 상기 직류/직류 컨버터(20)에 의해 변압된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터(30)가 구비된다. 상기 인버터(30)에서 출력되는 교류전압을 입력으로 받아 발광소자는 점등된다. 상기 발광소자에 흐르는 전류값을 검출하여 검출된 입력전류의 변동분을 피드백받아 상기 직류/직류 컨버터(20)의 동작을 제어부하는 밝기제어부(40)가 구비된다.
그러나, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 종래기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다. 즉 종래기술에 따른 구동회로는 정류부와 인버터 사이에 전압안정화를 위한 직류/직류 컨버터가 별도로 구비되므로 구동회로의 부피 및 무게가 증가한다. 그리고, 상기 직류/직류 컨버터의 구동시 발생되는 열로 인해 구동회로의 발열이 증가하여 성능 및 수명을 저하시킨다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 안정화 회로 없이 발광소자로 인가되는 입력전압 및 전류를 일정하게 유지하는 발광소자 구동회로 및 그 동작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 교류전원으로부터 정류된 직류전압을 인가받고, 위상차를 갖도록 제1 및 제2제어신호를 출력하는 제어부; 상기 제1 및 제2제어신호에 의해 상기 위상차가 발생되어 상기 직류전압이 출력되도록 제1 및 제2스위칭부를 스위칭하는 제1 및 제2구동부; 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 출력되는 직류전압을 발광소자가 필요로 하는 레벨의 교류전압으로 변압하는 제1 및 제2트랜스포머; 그리고 상기 발광소자 에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 상기 발광소자에 흐르는 전류값을 감지하여 상기 제어부로 피드백하는 감지부를 포함하여 구성된다.
상기 제1 및 제2스위칭부에는 동시에 서로 다른 상태를 출력하도록 온/오프(on/off)동작하는 한 쌍의 스위칭소자가 구비된다.
상기 제1 및 제2스위칭부는 상기 구동신호에 의해 직류전압이 상기 위상차를 갖으며 출력하도록 동작한다.
상기 스위칭소자는 전기장효과트랜지스터(FET:Field Effect Transistor)를 사용한다.
상기 제1 및 제2트랜스포머의 1차측에는 공진 캐패시터(C6)가 구비된다.
상기 감지부는 상기 제1 및 제2트랜스포머의 2차측에 구비되는 저항(R2, R3)소자를 포함하여 구성된다.
상기 저항소자는 직렬 연결된다.
상기 제어부는 상기 저항소자에 흐르는 전류값을 참조하여 전압을 안정화하도록 한다.
상기 발광소자는 냉음극 형광 램프(CCFL) 또는 외부 전극 형광 램프(EEFL)를
사용한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 직류전압이 위상차를 갖도록 제어신호에 따라 스위칭하는 단계; 상기 스위칭 동작에 따라 직류전압을 교류전압으로 변압하는 단계; 상기 변압된 교류전압으로 발광소자를 점등하는 단계; 그리고 상기 발광소자 점등시 발광소자에 흐르는 전류값을 감지하고 감지 결과에 따라 상기 전 류값을 조절하는 단계를 포함한다.
상기 변압단계는, 상기 변압된 교류전압을 공진하여 정현파를 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 스위칭동작은 상기 제어신호에 따라 소정 시간차를 가지고 스위칭된다.
상기 전류값 조절단계는, 상기 감지한 전류값을 기준값과 비교하는 단계와; 상기 비교결과 상기 전류값이 상기 기준값보다 크면 상기 전류값을 감소시키고, 상기 전류값이 상기 기준값보다 작으면 상기 전류값을 증가시켜 전압을 안정화하는 단계를 포함한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 발광소자로의 입력전압을 일정하게 유지하도록 제어하는 안정회로 없이 정전압을 유지하여 일정한 밝기를 유지할 수 있게 한다.
이하, 본 발명에 의한 발광소자 구동회로 및 그 방법을 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시 예를 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 발광소자 구동회로의 구성은 도 2에 도시된 회로구성을 참조하여 상세하게 설명한다.
도시된 바에 따르면, 본 발명의 구동회로는 교류전원 즉, 상용전원(AC)을 입력으로 받아 공급하는 전원부(100)와 상기 전원부(100)로부터 제공되는 교류전원을 직류전압으로 정류하는 정류부(110)를 구비한다. 여기서, 상기 전원부(100)는 과전류로부터 구동회로를 보호하기 위한 휴즈(F1)과 낙뢰와 같은 순간적인 고전압 또는 인입 전압의 스파크 등으로부터 구동회로를 보호하기 위한 서지(Z1)를 구비한다. 그리고, 상기 교류전원(AC)을 필터링하기 위한 필터부(102)가 구비된다. 상기 필터부(102)는 도 2에 도시된 바와 같이 네 개의 캐패시터(C1 내지 C4)와 두 개의 인덕터(L1 및 L2)로 구성된다.
상기 정류부(110)는 네 개의 다이오드로 구성되는 브리지 다이오드(112)로 구성된다. 그리고, 상기 정류부(110)에서 출력된 직류전압에 포함된 고조파 노이즈를 제거하여 평활하시키는 하나의 캐패시터(C5)가 구비된다.
상기 정류부(110)에 의해 정류된 직류전압을 전원으로 공급받아 위상차를 갖도록 제1제어신호(S1)와 제2제어신호(S2)를 출력하는 제어부(120)가 구비된다. 여기서, 상기 제어부(120)로 인가되는 전압은 상기 정류부(110)의 출력단에 연결된 저항(R1)의 저항값에 의해 결정된다. 그리고, 상기 위상차는 동일한 주파수를 갖는 파형이 소정 시간간격을 두고 발생하는 것을 의미한다.
상기 제어부(120)의 제어신호(S1, S2)에 따라 상기 위상차가 발생되어 상기 직류전압이 출력되도록 구동신호를 생성하는 제1 및 제2구동부(130, 140)를 구비한다.
상기 제1 및 제2구동부(130, 140)의 구동신호에 따라 교대로 온/오프(on/off)되는 한 쌍의 스위칭소자로 구성되는 제1 및 제2스위칭부(150, 160)가 구비된다. 여기서, 상기 스위칭소자는 전기장효과트랜지스터(FET:Field Effect Transistor)를 사용할 수 있다. 이외에도 온/오프 동작을 수행할 수 있는 모든 스위칭소자의 사용이 가능하다. 상기 제1스위칭부(150)는 상기 제1구동부(130)의 출력단에 병렬로 연결되고, 동시에 서로 다른 상태를 출력하도록 온/오프동작하는 한 쌍의 스위칭 소자(Q1, Q2)가 구비된다. 상기 제1구동부(130)의 구동신호에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 제1스위칭소자(Q1)가 온 상태이면 제2스위칭소자(Q2)는 오프 상태로 동작한다. 그리고, 상기 제2스위칭부(160)는 상기 제2구동부(140)의 출력단에 연결되고, 동시에 서로 다른 상태를 출력하도록 온/오프동작하는 한 쌍의 스위칭소자(Q3, Q4)가 구비된다. 여기서, 상기 스위칭소자(Q3, Q4)는 상기 제1스위칭부(150)의 스위칭소자(Q1, Q2)와 동일한 동작을 수행한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제3스위칭소자(Q3)는 온 상태로 제4스위칭소자(Q4)는 오프 상태로 동시에 동작한다.
상기 제1 및 제2스위칭부(150, 160)의 동작에 따라 상기 정류부(110)에 의해 정류된 직류전압이 상기 스위칭소자(Q1 내지 Q4)를 통해 출력된다. 이때, 제1스위칭부(150)를 통해 출력되는 제1출력전압(V01)과 제2스위칭부(160)의 동작에 의해 출력되는 제2출력전압(V02 또는 V02')는 상기 제1제어신호(S1)과 제2제어신호(S2)에 의해 상기 위상차를 갖는다.
상기 제1 및 제2출력전압(V01, V02)를 입력으로 받아 강압/승압을 수행하는 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)가 구비된다. 상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)는 1차측으로 입력되는 입력전압을 소정 비율로 강압/승압시켜 2차측으로 전달하는 역할을 한다.
상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 1차측으로 입력되는 입력전압(V01, V02 또는 V02')를 공진하여 정현파 파형을 형성하도록 하는 캐패시터(C6)이 구비된다. 상기 캐패시터(C6)는 상기 제1트랜스포머(T1)와 제2트랜스포머(T2) 1차측 사이 에 배치된다.
상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 2차측으로 공급된 교류전압(Vtr)에 의해 점등되는 발광소자(180)가 구비된다. 상기 발광소자로는 냉음극 형광 램프 및 외부 전극 형광 램프를 사용할 수 있다.
그리고, 상기 발광소자에 흐르는 전류값(I1, I2)을 감지하여 상기 제어부(120)로 피드백하는 감지부(170)가 구비된다. 상기 감지부(170)는 상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 2차측에 배치되고, 두 개의 저항(R2, R3)이 직렬연결되어 구성된다. 본 발명에서는 전류값을 감지하여 피드백하는 것을 실시 예로 하고 있으나 전압값을 감지하여 동일한 기능을 수행할 수 있다.
상기 제어부(120)는 상기 감지부(170)로부터 피드백 받은 전류값(I1, I2)에 따라 상기 위상차를 제어하여 상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 1차측으로 입력되는 입력전압(Vin)을 일정하게 유지하도록 제어한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 전류값(I1, I2)이 기준값보다 큰 경우 제1출력전압(V01)과 제2출력전압(V02)의 위상차(A)를 줄여 입력되는 전류양을 줄이고, 상기 전류값(I1, I2)가 기준값보다 작은 경우 제1출력전압(V01)과 제2출력전압(V02')의 위상차(B)를 크게하여 입력되는 전류양을 늘리므로 정전압을 유지한다. 여기서, 상기 기준값은 발광소자를 점등하기 위해 요구되는 동작전압으로 상기 제어부(120) 내에 저장된다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 발광소자 구동회로의 동작을 상세하게 설명한다.
상용전원(AC)이 필터부(102)를 거쳐 정류부(110)에 입력되면, 상기 정류 부(110)는 교류전원을 직류전압으로 정류한다. 이어서, 캐패시터(C5)는 상기 직류전압에 포함된 고조파 노이즈를 제거하여 평활화한다.
상기 직류전압이 저항(R1)을 통해 동작에 필요한 전원으로 공급되어 구동회로가 가동되면 제어부(120)는 초기전압(0V)을 출력하기 위해 제1 및 제2스우칭부(130, 140)의 출력전압(V01, V02 또는 V02')의 위상차가 영(zero)이 되도록 제1 및 제2제어신호(S1, S2)를 출력한다. 상기 제1 및 제2제어신호(S1, S2)에 따라 제1 및 제2구동부(130, 140)는 구동신호를 생성하여 제1 및 제2스위칭부(150, 160)를 구동시킨다.
상기 제1 및 제2스위칭부(150, 160)의 스위칭소자(Q1 내지 Q4)는 상기 구동신호에 따라 온/오프 동작을 교대로 수행한다. 여기서, 상기 제1스위칭부(150)의 스위칭 소자(Q1, Q2)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1스위칭소자(Q1)는 온 상태일 때 제2스위칭소자(Q2)는 오프 상태로 서로 반대된 위상으로 동시에 동작한다. 그리고, 상기 제2스위칭부(160)의 스위칭 소자(Q3, Q4)도 상기 제2스위칭부(150)의 스위칭 소자와 동일하게 동작한다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 제3스위칭 소자(Q3)가 온 상태일 때 제4스위칭소자(Q4)는 오프 상태가 되어 서로 반대된 위상을 출력한다.
상기 제1 및 제2스위칭부(150, 160)의 스위칭소자(Q1 내지 Q4)의 동작에 따라 상기 직류전압이 상기 스위칭소자(Q1 내지 Q4)를 통해 출력된다. 상기 제1 및 제2스위칭부(150, 160)로부터 출력되는 제1 및 제2출력전압(V01, V02 또는 V02')는 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 1차측의 입력전압(Vin 또는 Vin')으로 입력된다. 이때, 상기 입력전압(Vin)은 상기 제1 및 제2제어신호(S1, S2)에 따라 발생되는 제1출력전압(V01)과 제2출력전압(V02 또는 V02')의 위상차에 의해 조절된다. 즉, 상기 입력전압(Vin 또는 Vin')은 도 4의 상기 입력전압(Vin 또는 Vin')의 듀티비(duty rate)에 의해 조절된다.
상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 1차측으로 인가된 상기 입력전압(Vin 또는 Vin')은 소정 비율로 승압 또는 강압된 교류전압으로 상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 2차측에서 출력된다. 이때, 캐패시터(C5)에 의해 상기 교류전압은 안정적인 정현파 파형을 생성하게 된다. 그리고, 상기 2차측으로 인가된 교류전압에 의해 발광소자(180)는 점등된다.
상기 발광소자(180)의 점등상태에서 감지부(170)는 상기 발광소자(180)에 흐르는 전류값(I1, I2)을 감지하여 상기 제어부(120)로 피드백한다. 상기 제어부(120)는 피드백된 상기 전류값(I1, I2)에 의해 상기 위상차를 결정한다. 도 4에 도시된 도면에 따르면, 상기 전류값(I1, I2)이 기준값보다 작으면 상기 위상차(B)로 설정하여 상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 1차측으로 흐르는 전류양(Vin')을 늘린다. 따라서, 승압된 교류전압(B')은 상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 2차측에서 출력된다. 그리고, 상기 전류값(I1, I2)이 기준값보다 크면 상기 위상차(A)를 작게 하여 상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 1차측으로 흐르는 전류양(Vin)을 줄인다. 그 결과, 상기 제1 및 제2트랜스포머(T1, T2)의 2차측에서는 강압된 교류전압(A')이 출력되어 정전압을 유지한다.
이와 같이, 본 발명에서는 별도의 정전압 안정회로 없이 발광소자에 흐르는 전류값을 피드백하여 상기 피드백된 전류값에 따라 입력되는 전류양을 조절하므로 일정한 전압을 유지할 수 있다.
이러한 본 발명의 범위는 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 발광소자 구동회로 및 그 동작방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
전압 및 전류 안정회로를 구비하지 않고 발광소자에 흐르는 전류값을 피드백하여 상기 피드백된 전류값에 따라 입력되는 전류양을 조절하므로 일정한 전압을 유지할 수 있다.
그리고, 안정회로의 구동으로 발생되는 열이 없어 구동회로의 전체적인 발열양이 감소하므로 구동회로의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.
그리고, 안정회로를 별도로 구비하지 않아도 되므로 구동회로를 구성하는데 소비되는 비용을 줄일 수 있어 원가 절감 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 교류전원으로부터 정류된 직류전압을 인가받고, 위상차를 갖도록 제1 및 제2제어신호를 출력하는 제어부;
    상기 제1 및 제2제어신호에 의해 상기 위상차가 발생되어 상기 직류전압이 출력되도록 제1 및 제2스위칭부를 스위칭하는 제1 및 제2구동부;
    상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 출력되는 직류전압을 발광소자가 필요로 하는 레벨의 교류전압으로 변압하는 제1 및 제2트랜스포머; 그리고
    상기 발광소자에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 상기 발광소자에 흐르는 전류값을 감지하여 상기 제어부로 피드백하는 감지부를 포함하여 구성되는 발광소자 구동회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2스위칭부에는 동시에 서로 다른 상태를 출력하도록 온/오프(on/off)동작하는 한 쌍의 스위칭소자가 구비되는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2스위칭부는 상기 구동신호에 의해 직류전압이 상기 위상차를 갖으며 출력하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭소자는 전기장효과트랜지스터(FET:Field Effect Transistor)인 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2트랜스포머의 1차측에는 공진 캐패시터(C6)가 구비되는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 제1 및 제2트랜스포머의 2차측에 구비되는 저항(R2, R3)소자인 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저항소자는 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 저항소자에 흐르는 전류값을 참조하여 전압을 안정화하하는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 냉음극 형광 램프(CCFL) 또는 외부 전극 형광 램프(EEFL)인 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로.
  10. 직류전압이 위상차를 갖도록 제어신호에 따라 스위칭하는 단계;
    상기 스위칭 동작에 따라 직류전압을 교류전압으로 변압하는 단계;
    상기 변압된 교류전압으로 발광소자를 점등하는 단계; 그리고
    상기 발광소자 점등시 발광소자에 흐르는 전류값을 감지하고 감지 결과에 따라 상기 전류값을 조절하는 단계를 포함하는 발광소자 구동회로의 동작방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 변압단계는, 상기 변압된 교류전압을 공진하여 정현파를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로의 동작방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭동작은 상기 제어신호에 따라 소정 시간차를 가지고 스위칭되는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로의 동작방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전류값 조절단계는,
    상기 감지한 전류값을 기준값과 비교하는 단계와;
    상기 비교결과 상기 전류값이 상기 기준값보다 크면 상기 전류값을 감소시키고, 상기 전류값이 상기 기준값보다 작으면 상기 전류값을 증가시켜 전압을 안정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동회로의 동작방법.
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