KR20090060878A

KR20090060878A - 병렬 발광다이오드 정전류 구동 회로

Info

Publication number: KR20090060878A
Application number: KR1020070127853A
Authority: KR
Inventors: 안병학
Original assignee: 주식회사 그린씨앤씨텍
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-06-15
Also published as: KR100952499B1

Abstract

본 발명은 병렬 LED 정전류 구동 회로에 관한 것이다. 본 발명에 따른 병렬 LED 구동 회로는, 피드백 전압에 따라 공급 전압을 직류 출력전압으로 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터부; 상기 DC-DC 컨버터부의 직류 출력전압이 일단에 인가되는 복수의 LED 어레이가 병렬 연결되어 형성되는 LED 어레이부; 상기 복수의 LED 어레이의 타단에 각각 연결되어 정전류가 흐르도록 해주는 복수의 전류 미러를 포함하는 전류 미러부; 및, 상기 복수의 LED 어레이의 타단의 전압을 상기 DC-DC 컨버터부로 피드백 시키는 피드백부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 병렬 LED 정전류 구동 회로에 있어서, 발광 다이오드의 순방향 전압 강하 및 발열 현상에 따른 발광 다이오드 소자 및 트랜지스터 소자의 손상을 최소화 할 수 있다.

발광 다이오드(LED), 전류 미러, 펄스폭변조(PWM), 피드백, 정전류 구동

Description

병렬 발광다이오드 정전류 구동 회로{PARALLEL LIGHT EMITTING DIODE UNIFORM CURRENT DRIVING DEVICE}

본 발명은 병렬 발광다이오드 정전류 구동 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 DC-DC 컨버터로 복수의 발광다이오드 어레이를 안정적으로 정전류로 구동할 수 있는 병렬 발광다이오드 정전류 구동 회로에 관한 것이다.

백라이트(backlight)는 디스플레이 패널을 조명하는 장치로서, 기존에는 광원으로서 냉음극선관 램프(CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 사용하였으나, CCFL을 사용할 경우, 수은 사용으로 인하여 환경 유해 문제가 발생할 수 있으며, 응답속도가 15ms 정도로 느리고, 색재현성이 NTSC 대비 75% 정도가 낮다. 또한 사전에 설정된 백색광을 생성하는 등 여러 문제점이 발생하기 때문에, 최근 들어 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode) 소자가 광원으로서 더욱 각광받고 있다.

발광 다이오드(LIGHT EMITTING DIODE, LED)는 CCFL과 비교할 때, 친환경적이며, 응답 속도가 수 nano 초로서 고속 응답이 가능하며, 임펄스(Impulse) 구동이 가능하며, 색재현성이 80%에서 100% 이상이다.

또한 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발광하는 발광 다이오드의 광량을 조정하 여 백라이트의 휘도 및 색 온도를 임의로 조정할 수 있다는 장점이 있다.

이러한 발광 다이오드를 점등시키는 구동 장치는 다수의 발광 다이오드 소자가 직렬로 연결되어 형성된 LED 어레이를 포함한다. 그리고, 직렬 연결된 발광 다이오드마다 순방향 전압 편차가 존재하기 때문에, LED 구동 장치는 정전류로 구동되어야 한다.

발광 다이오드의 광특성은 발광 다이오드를 통과하는 전류에 의해 결정되므로, 발광 다이오드의 효과적인 제어를 위하여 발광 다이오드의 전류를 센싱하여 피드백(feedback)하여 발광 다이오드의 양단 전압을 조절하는 것이 바람직하다.

도 1은 종래 기술에 따른 LED 구동 회로를 나타낸 회로도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, LED 구동 회로(100)는 공급된 전원(Vcc)을 발광 다이오드 회로의 구동에 필요한 전압으로 변환하는 DC-DC 컨버터부(110), 여러 개의 LED가 직렬로 연결되어 있는 LED 어레이(120), 센싱 저항(RS)을 포함한다.

DC-DC 컨버터부(110)는 공급 전원(Vcc)을 LED 구동에 필요한 직류 전압(Vo)으로 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터(112)와 피드백된 전압에 따라 DC-DC 컨버터(112)를 제어하는 DC-DC 컨트롤러(114)를 포함한다.

그리고, DC-DC 컨버터(112)는 인덕터(L), 트랜지스터(Q), 다이오드(D), 커패시터(C)를 포함한다.

인덕터(L), 트랜지스터(Q) 및 다이오드(D)는 전력 변환 회로로 작동하여, 입력 전압 Vcc를 LED 구동에 필요한 전압으로 변환시켜 출력한다. 그리고, 커패시터(C)는 다이오드(D)를 통과한 출력 전압을 직류 전압으로 평활화한다.

한편, DC-DC 컨버터부(110)의 출력단에는 복수의 발광 다이오드(LED1, LED2, …, LEDN)가 직렬로 연결되어 LED 어레이(120)를 형성한다.

즉, 다이오드(D)의 캐소드는 발광 다이오드(LED1)의 애노드에 연결되고, 발광 다이오드(LEDN)의 캐소드는 센싱 저항(RS)의 제1단에 연결된다. 또한, 센싱 저항(RS)의 제2단은 접지 전원에 연결된다.

도 1에서와 같이, 종래 기술에 따른 LED 구동 회로(100)에 의하면LED 어레이(120)의 일단과 센싱 저항(RS)의 제1단을 연결한다. 그리고, 센싱 저항(RS)의 제1단에 감지된 전압을 DC-DC 컨트롤러(114)에 피드백하여 출력을 제어하도록 한다.

즉, 피드백된 센싱 저항(RS) 제1단의 전압이 기준 전압보다 높은 경우, DC-DC 컨트롤러(114)는 트랜지스터(Q)의 스위칭을 제어하여 LED 어레이(120)로 출력되는 전압(Vo)을 낮추도록 한다.

한편, 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제어하기 위하여 모든 발광 다이오드를 직렬로 연결하는 것이 편리하나, 이 경우 LED 어레이에 인가되는 출력 전압이 높아지며, 백라이트를 블록 별로 세분화할 수 없으므로, 복수의 LED 어레이를 병렬로 연결하도록 할 필요가 있다.

그러나, 발광 다이오드는 순방향 전압과 순방향 전류의 특성이 일치하지 않는다. 일반적으로, 정전류 상태에서 다이오드는 온도가 1℃씩 상승할 때마다, 약 2mV의 전압 강하가 발생하므로, 발광 다이오드의 경우 온도가 증가할수록 순방향 전압과 순방향 전류의 특성이 불안정해진다.

따라서, 병렬로 연결된 다수의 LED 어레이를 동일한 출력 전압(Vo)으로 구동하게 되면 발광 다이오드의 특성 값에 따라서 병렬 회로마다 다른 전류가 흘러 휘도가 불균일해진다.

또한, 높은 전류가 흐르는 발광 다이오드는 온도가 더욱 높아지면서 많은 양의 순방향전류가 흐르게 되고, 결국 발광 다이오드 소자의 수명이 짧아지는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 LED 어레이마다 별도의 DC-DC 컨버터를 구동할 수도 있으나, 지나치게 많은 개수의 DC-DC 컨버터의 사용으로 인하여 가격 경쟁력이 문제가 된다.

따라서, DC-DC 컨버터의 개수를 줄이기 위하여 다음의 도 2와 같이 전류 미러(current mirror)를 이용하는 LED 구동 회로가 제안되었다.

도 2는 종래 기술에 따른 다른 LED 구동 회로를 나타낸 회로도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, LED 구동 회로(200)는 DC-DC 컨버터부(210), LED 어레이부(220) 및 전류 미러부(230)를 포함한다.

도 2에 따른 회로도는 도 1과 달리, 복수의 LED 어레이가 병렬 연결되어 LED 어레이부(220)를 형성하며, 각각의 LED 어레이에는 전류 미러가 연결되어 있다.

더욱 상세하게 설명하면, 도 2에 따른 회로도에 의하면, LED 어레이부(220)는 복수의 LED 어레이(도 2에서는 N개로 표시함)가 병렬로 연결되어 있으며, 각각의 LED 어레이는 복수의 발광 다이오드(도 2에서는 N개로 표시함)가 직렬 연결되어 있다.

그리고, 전류 미러부(230)는 LED 어레이에 대응하는 개수의 전류 미러를 포함하며, 각각의 전류 미러는 트랜지스터, 비교기 및 센싱 저항을 포함한다.

도 2와 같이 전류 미러 방식을 사용하는 경우, 출력 전압(Vo)의 일부를 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)가 내압으로 분담하게 되어, 각각의 LED 어레이의 전류를 정전류로 유지시킬 수 있다.

따라서, 도 2에 따르면 복수의 LED 어레이에 전류가 흐름에 따라 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인-소스 전압(Vds)이 증가하게 된다.

그러나, LED 구동 회로가 소비하는 열 에너지는 LED 어레이를 통과하는 전류와 트랜지스터의 드레인-소스 전압(Vds)을 곱한 값에 비례하므로, 트랜지스터의 드레인-소스 전압(Vds)가 증가함에 따라 LED 구동 회로가 소비하는 열 에너지도 증가한다.

따라서, 종래 기술에 의하면, 트랜지스터의 드레인-소스 전압(Vds)가 증가하므로, 발광 다이오드 및 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 소자의 온도가 상승하고 효율이 저하가 되는 문제점이 발생한다.

또한, 도 1과 달리 전류 미러 회로로부터 DC-DC 컨버터로의 피드백이 없기 때문에, 발광 다이오드 소자에 장기간 전압이 걸리게 되고, 순방향 전압이 하강하게 된다. 이에 따라, LED 어레이에 연결된 트랜지스터의 드레인-소스 전압(Vds)이 상승하게 되어, 트랜지스터에 스트레스가 가중되는 문제점이 발생한다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 LED 어레이에 연결된 트랜지스터의 드레인 전압을 낮춤으로써 트랜지스터 및 발광 다이오드 소자를 보호하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 구동 회로는, 피드백 전압에 따라 공급 전압을 직류 출력전압으로 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터부; 상기 DC-DC 컨버터부의 직류 출력전압이 일단에 인가되는 복수의 LED 어레이가 병렬 연결되어 형성되는 LED 어레이부; 상기 복수의 LED 어레이의 타단에 각각 연결되어 정전류가 흐르도록 해주는 복수의 전류 미러를 포함하는 전류 미러부; 및, 상기 복수의 LED 어레이의 타단의 전압을 상기 DC-DC 컨버터부로 피드백 시키는 피드백부를 포함한다.

상기 DC-DC 컨버터부는, 상기 피드백 전압이 높아지면 상기 직류 출력전압의 크기를 줄일 수 있다.

상기 피드백부는, 상기 LED 어레이의 타단에 애노드가 연결되고, 상기 DC-DC 컨버터부의 피드백 전압 입력단에 캐소드가 연결되는 제1 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 전류 미러는, 드레인이 상기 LED 어레이의 타단에 연결되는 제1 트랜지스터; 일단은 상기 제1 트랜지스터의 소스와 연결되고 타단은 그라운드에 연결되는 제1 저항; 및, 비반전 단자에 기준 전압이 인가되고, 반전 단자에 상기 제1 트랜지스터의 소스와 상기 제 1 저항의 접점이 연결되며, 출력단은 상기 제1 트랜지스터 의 게이트와 연결되는 비교기를 포함할 수 있다.

펄스폭 변조(PWM) 신호에 따라 상기 비교기의 비반전 단자를 그라운드에 선택적으로 연결시키는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.

상기 스위칭부는, 상기 PWM 신호를 입력 받는 PWM 신호 입력단; 상기 입력되는 PWM 신호를 반전하여 출력하는 반전부; 및 상기 PWM 신호의 오프(OFF) 구간에 온(ON)되어 상기 비교기의 비반전 단자를 그라운드에 연결시키는 제2 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.

상기 PWM 신호의 오프 구간에 상기 제1 트랜지스터의 드레인에 유기되는 전압을 상기 PWM 신호 입력단으로 방전시키는 방전 경로가 형성될 수 있다.

상기 방전 경로는, 상기 제1 트랜지스터의 드레인에 애노드가 연결되고, 상기 PWM 신호 입력단에 캐소드가 연결되는 제2 다이오드를 포함할 수 있다.

상기 제1 트랜지스터의 드레인과 상기 제2 다이오드의 애노드 사이를 연결하는 제2 저항을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 다이오드의 애노드는 상기 제2 저항을 통해 상기 제1 트랜지스터의 드레인과 상기 LED 어레이의 타단에 연결될 수 있다.

상기 LED 어레이는 복수의 발광 다이오드가 직렬로 연결될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 병렬 LED 정전류 구동 회로에 있어서, 발광 다이오드의 순방향 전압 강하 및 발열 현상에 따른 발광 다이오드 소자 및 트랜지스터 소자의 손상을 최소화 할 수 있다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 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, 그 중간에 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.

그리고 명세서 전체에서 전압을 유지한다는 표현은 특정 2점간의 전위 차가 시간 경과에 따라 변화하여도 그 변화가 설계상 허용될 수 있는 범위 내이거나 변화의 원인이 당업자의 설계 관행에서는 무시되고 있는 기생 성분에 의한 경우를 포함한다. 또한 방전 전압에 비해 반도체 소자(트랜지스터, 다이오드 등)의 문턱 전압이 매우 낮으므로 문턱 전압을 0V로 간주하고 근사 처리한다.

이하에서는, 도 3내지 도 5를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 회로에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 구동 회로를 나타낸 회로도이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, LED 구동 회로(300)는 DC-DC 컨버터부(310), LED 어레이부(320), 전류 미러부(330) 및 피드백부(340)를 포함한다.

먼저, DC-DC 컨버터부(310)는 공급 전원(Vcc)을 LED 구동 회로의 구동에 필요한 직류 전압으로 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터(312)와 피드백된 전압을 이용하여 DC-DC 컨버터(312)의 출력 전압을 제어하는 DC-DC 컨트롤러(314)를 포함한다.

DC-DC 컨버터(312)는 인덕터(L), 트랜지스터(Q), 다이오드(D), 커패시터(C)를 포함한다.

인덕터(L)의 제1단은 공급 전원(Vcc)와 연결되며, 제2단은 다이오드(D)의 애노드와 연결된다. 그리고, 트랜지스터(Q)의 드레인은 인덕터(L1)의 제2단과 다이오드(D)의 애노드의 접점에 연결되고, 소스는 접지 전원과 연결된다.

그리고, 커패시터(C)의 제1단은 다이오드(D)의 캐소드에 연결되고, 제2단은 접지 전원에 연결된다.

이때, 도 3에서는 DC-DC 컨버터(312)를 승압형(Boost) 방식으로 표시하였으나, 플라이백형(Flyback), 강압형(Buck), 또는 강압-승압형(Buck-Boost) 방식으로 구현될 수 있으며, 이에 대한 설계 변경은 당업자라면 용이하게 실시할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

DC-DC 컨트롤러(314)는 피드백(FB) 단자와 게이트(Gate) 단자를 포함하며, 피드백(FB) 단자는 다이오드(DF1, DF2, …, DFN)의 캐소드와 연결되며, 게이트(Gate) 단자는 트랜지스터(Q)의 게이트에 연결된다.

여기서, 인덕터(L), 다이오드(D) 및 트랜지스터(Q)는 전력 변환 회로로 작동 하여, 입력 전압(Vcc)을 LED 구동에 필요한 전압으로 변환시켜 출력한다. 그리고, 커패시터(C)는 다이오드(D)를 통과한 전압을 직류 전압으로 평활화하여 전압(Vo)를 LED 어레이부(320)로 출력한다.

그리고, DC-DC 컨버터부(310)의 출력 전압(Vo)이 발광 다이오드의 순방향 전압보다 클 때 LED 구동 회로(300)가 정상적으로 구동되므로, DC-DC 컨버터부(310)는 출력 전압(Vo)을 조절하여 LED 어레이부(320)에 정격 전압이 인가되도록 할 수 있다.

LED 어레이부(320)는 액정표시장치(LCD, liquid crystal display) 등 디스플레이의 백라이트에 장착되는 것으로서, 복수의 LED 어레이(도 3에서는 N개로 표시함)가 병렬로 연결되어 있으며, 각각의 LED 어레이에는 복수의 발광 다이오드(도 3에서는 N개로 표시함)가 직렬로 연결되어 있다.

전류 미러부(330)는 LED 어레이에 각각 연결되는 복수의 전류 미러를 포함하며, 각각의 전류 미러는 트랜지스터, 비교기 및 센싱 저항을 포함한다.

트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인은 각각 발광 다이오드(LED1, LED2, …, LEDN)의 캐소드에 연결되고, 게이트는 각각 비교기(U1, U2, …, UN)의 출력단에 연결된다.

또한 센싱 저항(RS1, RS2, …, RSN)의 제1단은 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 소스에 연결되고, 제2단은 접지 전원(0V)에 연결된다.

그리고, 비교기(U1, U2, …, UN)의 비반전단자(+)에는 기준 전압(Vref)이 입력되고, 반전단자(-)에는 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 소스와 센싱 저항(RS1, RS2, …, RSN)의 접점이 연결된다.

전류 미러부(330)는 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인-소스 전압(Vds)을 조절함으로써 LED 어레이에 흐르는 전류를 일정하게 유지시킨다.

이에 대해 더욱 상세하게 설명하면, LED 구동 회로(300)에서 발광 다이오드의 발광이 반복되는 경우, 발광 다이오드의 온도 상승에 따른 순방향 전압 강하로 인하여 동일 전압이 인가됨에도 LED 어레이의 양단 사이에 흐르는 전류는 상승한다.

즉, DC-DC 컨버터부(210)에서 출력되는 전압(Vo)의 크기는 일정하므로, LED 어레이 양단에 걸리는 순방향 전압이 감소하는 경우, LED 어레이를 통과하는 전류량은 증가할 수 있다.

따라서, 비교기(U1, U2, …, UN)는 센싱 저항(RS1, RS2, …, RSN)에 걸리는 전압을 통해 현재 LED 어레이에 흐르는 전류를 감지하여, 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인-소스 전압(Vds)을 조절함으로써 LED 어레이에 흐르는 전류를 일정하게 유지시킬 수 있다.

피드백부(340)는 DC-DC 컨버터부(310)와 전류 미러부(330) 사이에 연결되어, 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 전압을 DC-DC 컨트롤러(314)의 피드백(FB) 단자로 피드백 시킨다.

다이오드(DF1, DF2, …, DFN)의 캐소드는 DC-DC 컨트롤러(314)의 피드백(FB) 단자와 연결되고, 다이오드(DF1, DF2, …, DFN)의 애노드는 각각 발광 다이오드(LED 1N, LED 2N, …, LED NN)의 캐소드와 연결되어, DC-DC 컨버터부(310)로 피 드백 되는 전류의 역류를 방지한다.

피드백부(340)는 전류 미러부(330)의 전압, 즉 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 전압을 감지하여 DC-DC 컨트롤러(314)의 피드백(FB) 단자에 전달한다.

피드백부(340)를 통해 감지된 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 전압이 증가하는 경우, DC-DC 컨버터부(310)는 출력 전압(Vo)의 크기를 낮춤으로써 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 전압을 낮아지도록 한다.

이와 같은 네가티브 피드백(negative feedback) 방식에 의하여 트랜지스터(QC1, …, QCN)의 드레인 전압을 일정하게 유지시킴으로써, 전류 미러부(330)의 과도한 발열을 방지할 수 있다.

또한, 트랜지스터(QC1, …, QCN)의 드레인-소스 전압(Vds)을 낮추게 되어 발광 다이오드 소자를 보호할 수 있다.

한편, 피드백부(340)에 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM) 신호 입력단이 PWM 신호를 입력하여 스위칭을 조절할 수 있는바, 본 발명의 제2 및 제3 실시예를 통하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 구동 회로를 나타낸 회로도이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, LED 구동 회로(400)는 DC-DC 컨버터부(410), LED 어레이부(420), 전류 미러부(430), 피드백부(440) 및 스위칭부(450)를 포함한다.

도 4에 나타낸 LED 구동 회로(400)는 도 3에 나타낸 LED 구동 회로(300)와 비교할 때, DC-DC 컨버터부(410), LED 어레이부(420), 전류 미러부(430)는 구성 요 소가 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

먼저 스위칭부(450)를 살펴보면, 스위칭부(450)는 트랜지스터(Q1, Q2, …, QN), 반전기(I1, I2, …, IN), PWM 신호 입력단을 포함한다.

트랜지스터(Q1, Q2, …, QN)의 드레인은 각각 비교기(U1, U2, …, UN)의 비반전단자(+)에 연결되며, 소스는 각각 접지에 연결된다.

반전기(I1, I2, …, IN)의 입력단에는 PWM 신호(PWM1, PWM2, …, PWMN) 를 입력 받는 PWM 신호 입력단이 연결되며, 반전기(I1, I2, …, IN)의 출력단은 트랜지스터(Q1, Q2, …, QN)의 게이트에 연결된다.

각각의 PWM 신호 입력단은 디밍(dimming) 동작 시에 PWM1, PWM2, …, PWMN 신호를 전달함으로써 각각 연결되는 트랜지스터(Q1, Q2, …, QN)의 온오프(on/off)를 제어한다.

또한, 각각의 PWM 신호 입력단은 디밍 동작을 위하여 각각의 PWM1, PWM2, …, PWMN 신호를 on/off 형태의 펄스 전압을 이용하여 전달할 수 있으며, 시리얼(serial) 통신을 이용할 수도 있다.

PWM 신호가 on 인 구간에서는, 반전기(I1, I2, …, IN)에 의해 off 신호가 게이트로 입력되므로 트랜지스터(Q1, Q2, …, QN)는 off가 되며, 비교기의 비반전단자(+)에는 기준 전압(Vref)이 인가된다.

한편 PWM 신호가 off 인 구간에서는, 반전기(I1, I2, …, IN)에 의해 on 신호가 게이트로 입력되므로 트랜지스터(Q1, Q2, …, QN)가 on이 되며, 이에 의해 비교기(U1, U2, …, UN)의 비반전단자(+)는 그라운드에 연결된다. 이때, 트랜지스 터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인에 약 10V의 높은 피크 전압이 유기될 수 있다.

피드백부(440)는 DC-DC 컨버터부(410)와 전류 미러부(430) 사이에 연결되어, 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 전압을 DC-DC 컨트롤러(414)의 피드백(FB) 단자로 피드백 시킨다.

즉, 다이오드(DF1, DF2, …, DFN)의 캐소드는 DC-DC 컨트롤러(414)의 피드백(FB) 단자와 연결되고, 애노드는 각각 저항(RP1, RP2, …, RPN)의 제1단과 연결된다. 그리고, 저항(RP1, RP2, …, RPN)의 제2단은 각각 발광 다이오드(LED 1N, LED 2N, …, LED NN)의 캐소드와 연결된다.

그리고, 다이오드(D1, D2, …, DN)의 캐소드는 각각 PWM1, PWM2, …, PWMN 신호가 입력되는 PWM 신호 입력단과 연결되고, 애노드는 저항(RP1, RP2, …, RPN)의 제1단과 연결된다.

여기서, PWM 신호가 off 되면 PWM 신호 입력단은 접지된 것과 동일한 상태가 되고, 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 전압이 급격하게 상승한다.

따라서, PWM 신호가 off 되면 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 - 저항(RP1, RP2, …, RPN) - 다이오드(D1, D2, …, DN) - PWM 신호 입력단의 방전 경로가 형성되어, 방전 경로를 통해 트랜지스터(QC1, QC2 …, QCN)의 드레인에 유기된 전압은 PWM 신호 입력단으로 방전될 수 있다.

이와 같이, 방전 경로를 통해 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 전압을 PWM 신호 입력단으로 방전시킴으로써, 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인에 갑자기 유기된 높은 전압이 바로 DC-DC 컨트롤러(314)의 피드백 단자(FB)로 인 가되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 저항(RP1, RP2, …, RPN)의 크기를 조절함으로써 방전 경로를 통해 방전되는 전류량과 PWM이 off 시에 LED 어레이를 통과하는 전류량도 조절할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED 구동 회로를 나타낸 회로도이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, LED 구동 회로(500)는 DC-DC 컨버터부(510), LED 어레이부(520), 전류 미러부(530), 피드백부(540) 및 스위칭부(550)를 포함한다.

도 5에 나타낸 LED 구동 회로(500)는 도 4에 나타낸 LED 구동 회로(400)와 비교할 때, 피드백부(540)만 차이가 있으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

피드백부(540)는 DC-DC 컨버터부(510)와 전류 미러부(530) 사이에 연결되어, LED 어레이를 통과한 LED 전류를 저항 및 다이오드를 통해 DC-DC 컨트롤러(514)의 피드백(FB) 단자로 피드백 시킨다.

여기서, 다이오드(DF1, DF2, …, DFN)의 캐소드가 각각 피드백(FB) 단자와 연결되는 도 4와 달리, 본 발명의 제3 실시예에서는 다이오드(DS11, DS21, …, DSN1)의 캐소드와 피드백(FB) 단자 사이에 저항(R1)과 다이오드(D1)이 연결된다.

도 5에 나타낸 피드백부(540)에서 보는 바와 같이, 2개의 다이오드가 한 쌍을 이루어 각각의 LED 어레이에 대응하여 연결된다.

첫번째 LED 어레이에 연결된 다이오드에 대해서 예를 들어 설명하면, 다이오드(DS11)와 다이오드(DS12)의 애노드가 서로 연결되어, 접점은 저항(RP1)의 제1 단에 연결되고, 저항(RP1)의 제2 단은 발광 다이오드(LED1N)의 캐소드에 연결된다.

도 5에 도시한 다이오드(DS21) 및 다이오드(DS22), 다이오드(DSN1) 및 다이오드(DSN2) 역시 각각 저항(RP2), 저항(RP3)에 대하여 동일한 형태로 연결되어 있다.

그리고, 다이오드(DS11), 다이오드(DS21), 다이오드(DSN1)의 캐소드는 서로 연결되어 접점을 형성하며, 그 접점은 저항(R1)의 제1단에 연결된다. 그리고, 저항(R1)의 제2단은 다이오드(D1)의 애노드와 연결된다.

여기서, 다이오드(D1)의 캐소드는 DC-DC 컨트롤러(514)의 피드백(FB) 단자와 연결되며, 다이오드(D1)의 애노드와 접지 전원(0V) 사이에는 커패시터(C1)가 연결된다.

다이오드(DS11), 다이오드(DS21), …, 다이오드(DSN1) 및 다이오드(DS10)는 각각 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 전압을 DC-DC 컨버터부(510)에 전달하는 피드백 경로를 형성한다.

예를 들면, 첫 번째 LED 어레이의 경우, 트랜지스터(QC1)의 드레인 - 저항(RP1) - 다이오드(DS11) - 저항(R1) - 다이오드(D1) - 피드백(FB) 단자의 피드백 경로가 형성되며, 피드백 경로를 통하여 트랜지스터(QC1)의 드레인 전압이 DC-DC 컨버터부(510)로 전달된다.

그리고, 저항(R1)과 커패시터(C1)는 RC 필터를 형성하며, 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 전압 인가 시, 또는 PWM 신호 인가 시에 발생하는 리플(ripple)을 평활화하여 직류 전압(DC)으로 변환하도록 하여 피드백이 오동작 되는 것을 방지한다.

한편, 다이오드(DS12), 다이오드(DS22), …, 다이오드(DSN2)의 캐소드는 각각 PWM1, PWM2, …, PWMN 신호가 입력되는 PWM 신호 입력단과 연결된다.

다이오드(DS12), 다이오드(DS22), …, 다이오드(DSN2)는 PWM 신호가 off 시에, 트랜지스터(QC1, QC2, …, QCN)의 드레인 전압을 각각의 PWM 신호 입력단으로 방전시키는 방전 경로를 형성한다.

예를 들면, 첫 번째 LED 어레이의 경우, PWM1 신호가 off 가 되면 트랜지스터(QC1)의 드레인 - 저항(RP1) - 다이오드(DS12) - PWM1 신호 입력단의 방전 경로가 형성되며, 방전 경로를 통하여 트랜지스터(QC1)의 드레인 전압이 방전된다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 발광 다이오드의 순방향 전압 강하 및 발열 현상에 따른 발광 다이오드 소자 및 트랜지스터 소자의 손상을 최소화 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 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

피드백 전압에 따라 공급 전압을 직류 출력전압으로 변환하여 출력하는 DC-DC 컨버터부;

상기 DC-DC 컨버터부의 직류 출력전압이 일단에 인가되는 복수의 LED 어레이가 병렬 연결되어 형성되는 LED 어레이부;

상기 복수의 LED 어레이의 타단에 각각 연결되어 정전류가 흐르도록 해주는 복수의 전류 미러를 포함하는 전류 미러부; 및,

상기 복수의 LED 어레이의 타단의 전압을 상기 DC-DC 컨버터부로 피드백 시키는 피드백부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
제 1항에 있어서,

상기 DC-DC 컨버터부는,

상기 피드백 전압이 높아지면 상기 직류 출력전압의 크기를 줄이는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
제 2 항에 있어서,

상기 피드백부는,

상기 LED 어레이의 타단에 애노드가 연결되고, 상기 DC-DC 컨버터부의 피드 백 전압 입력단에 캐소드가 연결되는 제1 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
제 3 항에 있어서,

상기 전류 미러는,

드레인이 상기 LED 어레이의 타단에 연결되는 제1 트랜지스터;

일단은 상기 제1 트랜지스터의 소스와 연결되고 타단은 그라운드에 연결되는 제1 저항; 및,

비반전 단자에 기준 전압이 인가되고, 반전 단자에 상기 제1 트랜지스터의 소스와 상기 제 1 저항의 접점이 연결되며, 출력단은 상기 제1 트랜지스터의 게이트와 연결되는 비교기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
제 4 항에 있어서,

펄스폭 변조(PWM) 신호에 따라 상기 비교기의 비반전 단자를 그라운드에 선택적으로 연결시키는 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 회로.
제 5 항에 있어서,

상기 스위칭부는,

상기 PWM 신호를 입력 받는 PWM 신호 입력단;

상기 입력되는 PWM 신호를 반전하여 출력하는 반전부; 및

상기 PWM 신호의 오프(OFF) 구간에 온(ON)되어 상기 비교기의 비반전 단자를 그라운드에 연결시키는 제2 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 LED 구동 회로.
제 4 항에 있어서,

상기 PWM 신호의 오프 구간에 상기 제1 트랜지스터의 드레인에 유기되는 전압을 상기 PWM 신호 입력단으로 방전시키는 방전 경로가 형성되는 것을 특징으로 LED 구동 회로.
제 7 항에 있어서,

상기 방전 경로는,

상기 제1 트랜지스터의 드레인에 애노드가 연결되고, 상기 PWM 신호 입력단에 캐소드가 연결되는 제2 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 8 항에 있어서,

상기 제1 트랜지스터의 드레인과 상기 제2 다이오드의 애노드 사이를 연결하는 제2 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 9 항에 있어서,

상기 제1 다이오드의 애노드는 상기 제2 저항을 통해 상기 제1 트랜지스터의 드레인과 상기 LED 어레이의 타단에 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.
제 1 항에 있어서,

상기 LED 어레이는 복수의 발광 다이오드가 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 LED 구동회로.