KR20100128932A - Ｌｅｄ 드라이버 - Google Patents

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KR20100128932A
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Abstract

본 발명의 LED 드라이버는, 교류 전압 입력부; 적어도 2개의 교류 구동 LED 스트링 유닛들; 및 상기 교류 LED 스트링 유닛들의 전류 밸런싱을 맞추기 위해, 상기 각 교류 LED 스트링들 유닛의 전류 경로에 위치하는 적어도 2개의 밸런싱 커패시터들을 포함한다.
LED 드라이버, DC-AC 변환, 발광 다이오드, 백라이트

Description

ＬＥＤ 드라이버{LED Driver}
본 발명은 LED(Light Emitting Diode)들에 구동 전력을 공급하는 LED 드라이버에 관한 것이다.
다수개의 LED(Light Emitting Diode) 스트링들로 이루어진 LED 광원 장치는 조명 응용기기나 LDC 패널의 백라이트 등을 위한 폭넓은 용도로 빠르게 보급되고 있다.
전체적으로 고 광도를 가지는 LED는 모니터 및 텔레비전(이하에서 집합적으로 모니터라 함)에 기반한 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트를 포함한 많은 응용기기에서 사용될 수 있다. 대형 LCD 모니터에서, LED는 일반적으로 직렬로 연결된 LED로 이루어진 하나 이상의 스트링에 공급되어 공통 전류를 공유한다.
LCD 모니터에 대한 백라이트를 공급하기 위해, 두 가지 기본 기술 중 하나가 일반적으로 사용된다. 제 1 기술은 백색 LED로 구성된 하나 이상의 스트링을 사용하고, 백색 LED는 일반적으로 형광체(물질)를 가지는 청색 LED를 포함한다. 이 형 광체는 LED에 의해 발생된 청색 광을 흡수하며, 백색 광을 방출한다. 제 2 기술에서는, 유색 LED로 구성된 하나 이상의 개별적인 스트링이 인접하게 배치되어, 서로 조합된 광이 백색 광처럼 보이도록 한다.
그런데, LED 스트링을 이루는 각 LED 소자들간의 특성(예: 순방향 전압강하) 편차로 인하여, 동종의 LED들로 이루어진 LED 스트링들도 서로 다른 전기적 특성(예: 전압 강하)을 나타낸다. 그 때문에, LED 스트링 각각을 통해 동일한 전류가 흐르도록 하기 위해, 서로 다른 전압 강하를 보상할 각각의 LED 스트링에 직렬로 연결된 제어 가능한 정전류원 등을 추가로 필요로 한다.
즉, 상기 LED 스트링들의 서로 다른 전압 강하를 보상하도록 동작하는 손실 능동 소자(dissipative active element)를 적용할 수 있다. 그러나, 상기 손실 능동 소자는 현저한 열원으로서, 전체 LED 드라이버에 대한 방열 비용이 증가하고 전력 전달 효율이 낮아져서 전원 공급 장치의 용량이 크게 요구하는 문제를 야기한다.
본 발명은 발열 손실을 억제할 수 있는 LED 드라이버를 제공하고자 한다.
또는, 본 발명은 전력 낭비를 억제할 수 있는 LED 드라이버를 제공하고자 한다.
또는, 본 발명은 저렴한 구조로 LED 스트링들 간의 전류 밸런싱을 제공할 수 있는 LED 드라이버를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 드라이버는, 교류 전압 입력부; 적어도 2개의 교류 구동 LED 스트링 유닛들; 및 상기 교류 LED 스트링 유닛들의 전류 밸런싱을 맞추기 위해, 상기 각 교류 LED 스트링들 유닛의 전류 경로에 위치하는 적어도 2개의 밸런싱 커패시터들을 포함한다.
상기 구성에 따른 본 발명의 LED 드라이버를 실시함에 의해, LED 드라이버의 발열 손실을 억제할 수 있는 이점이 있다.
또는, 본 발명의 LED 드라이버는, LED 드라이버의 구동 전력 손실을 억제할 수 있는 이점이 있다.
또는, 본 발명의 LED 드라이버는, 그 제작 비용을 절감할 수 있는 이점이 있 다.
또는, 본 발명의 LED 드라이버는, 간단한 구조로 LED 스트링들 간의 전류 밸런싱을 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 리니어 구동 방식으로 LED 스트링들의 구동 전력을 평활화하는 LED 드라이버의 구조를 도시한다.
도시한 바와 같이, 각 LED 스트링들은 공통의 전력 공급부(11)로부터 구동 전력을 공급받으며, 각 LED 스트링들(14)이 형성하는 전류 경로에는 바이폴라 트랜지스터(13)와 OP앰프(12)로 이루어진 고정 전류원들(19)이 연결된다. 도시한 회로에서는 상기 고정 전류원들(19)에 의해 각 LED 스트링에 동일한 전류가 공급되므로, 상기 LED 스트링들간에 다소 특성 편차가 존재하여도, 각 LED 스트링(14)의 휘도를 균일하게 유지시킬 수 있다.
도시한 방식의 LED 드라이버는, 정확한 전류 제어가 가능하며, 디밍(dimming) 등 부가 기능(function)의 구현이 용이한 장점이 있는 반면, 서로 다른 순방향 전압 강하값들을 가지는 LED 스트링들을 일방적으로 동일한 크기의 전류가 흐르도록 강제함에 의해, 상기 전류 경로상의 저항 성분(16)에 의한 발열 손실이 발생하는 단점이 있다.
도 2는 스위칭 방식으로 LED 스트링들의 구동 전력을 평활화하는 LED 드라이 버의 구조를 도시한다.
도시한 LED 드라이버의 각 LED 스트링들(24)은 스위칭 구동용 DC-DC 컨버터들(21)을 각각 구비한다. 도시한 바와 같이, 각 LED 스트링의 출력 전류를 감지한 스위칭 제어 IC(31)가 감지한 전류에 따라 각 DC-DC 컨버터(21)의 스위칭 트랜지스터(32)를 시분할 제어하여, 해당 LED 스트링(24)으로 흐르는 평균 전류를 조정한다.
도시한 방식의 LED 드라이버는, 저항 성분으로 인한 발열 손실을 억제할 수 있는 장점이 있는 반면, 정확한 전류 제어 과정이 비교적 복잡하며, 비용이 증대하며, 부가 기능 구현이 어려운 단점이 있다.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 LED 드라이버의 개념을 도시한 블록도이다.
도시한 LED 드라이버는, 교류 전압 입력부로서 트랜스포머(102); 적어도 2개의 교류 구동 LED 스트링 유닛들(106); 및 상기 교류 LED 스트링 유닛들(106)의 전류 밸런싱을 맞추기 위해, 상기 각 교류 LED 스트링들 유닛(106)의 전류 경로에 위치하는 적어도 2개의 밸런싱 커패시터들(105)을 포함한다. 또한, 전원 공급측에, 직류 전원 공급부(11)와 함께, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 DC-AC 컨버터(101)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 각 교류 구동 LED 스트링 유닛(106-1 ~ 106-n)은, 직렬 연결된 다수개의 LED를 포함하는 LED 스트링(103); 및 교류 전압을 정류하여 상기 LED 스트링에 공급하는 정류기(107)를 포함할 수 있다.
도 3의 정류기들(107)은, 반파 정류 회로, 전파 정류 회로 등 다양한 방식의 정류 회로들 중 하나를 적용할 수 있다. 도 4에서는 정류 효율 및 안정성이 높아 널리 사용되는 4개의 다이오드로 구성된 브릿지 정류 회로를 포함하는 LED 드라이버의 일 실시예의 구조를 도시한다.
도 4에 도시한 LED 드라이버는, 적어도 2개의 LED 스트링들(130); LED 드라이버로 교류 전압을 인가하는 교류 전원으로서 DC-AC 컨버터(110); 입력 포트로 상기 DC-AC 컨버터(110)의 교류 전압을 공급받는 트랜스포머부(120); 상기 트랜스포머부(120)의 출력 포트로부터 교류 전압을 공급받아 직류 전압으로 변환하여 상기 각 LED 스트링들(130)로 공급하는 정류 회로로서 적어도 2개의 브릿지 정류기들(270); 및 일단이 상기 트랜스포머의 출력 포트의 일 라인에 연결되고, 타단이 상기 정류기에 연결된 적어도 2개의 밸런싱 커패시터들(150)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 브릿지 정류기들(270)이 상기 LED 스트링들(130)로 공급하는 전력 중 리플 성분을 억제하기 위하여, 상기 LED 스트링들(130)과 병렬로 연결된 적어도 2개의 리플 제거 커패시터들(250)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 LED 스트링들(130)은, 상기 정류기들(270)부터 상기 LED 스트링들(130)로의 방향으로 전류가 흐르도록 배치되었다.
또한, 상기 트랜스포머부의 출력 포트 또는 상기 밸런싱 커패시터의 공통 노드에 전류 측정 장치를 위치시킬 수 있다. 상기 전류 측정 장치로서는 전류 측정용 트랜스포머(190)를 구비하였으나, 전류 측정을 하지 않는 경우 생략될 수도 있다.
상기 DC-AC 컨버터(110)는, 4개의 스위칭 트랜지스터를 이용하여, 상기 트랜스포머부(120)의 입력측 코일에 인가하는 전류의 방향을 바꿔주는 방식으로, 직류 전압을 교류 전압으로 변환할 수 있다. 도면과 달리 LLC 회로를 가지는 DC-AC 컨버터 회로 등 다른 컨버터 회로를 적용할 수 있음은 물론이다.
한편, 도시하지는 않았지만, 상기 LED 드라이버는, 상기 DC-AC 컨버터(110)의 4개의 스위칭 트랜지스터를 제어하는 제어 신호들(C1, C2)을 생성하는 제어부를 구비할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전류 측정 장치에서 측정된 전류를 입력받아, 상기 전류가 일정하도록 피드백 제어하는데, 상기 제어 신호들(C1, C2)을 이용할 수 있다.
도시한 LED 드라이버의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
트랜스포머(120)에서 공급되는 교류 전압은 밸런싱 커패시터들(150)을 통과하여 브릿지 정류기(270)의 입력 포트(D1과 D3의 연결 노드 및 D2와 D4의 연결 노드)에 공급된다. 상기 브릿지 정류기(270)의 출력 포트(D1과 D2의 연결 노드 및 D3와 D4의 연결 노드)로는 정류된 맥동파 형태의 직류가 출력되며, 상기 리플 제거 커패시터(250)에 의해 리플이 억제된 직류 전압이, LED 스트링들(130)로 공급된다.
도시한 LED 드라이버는, 각 LED 스트링들(130)의 특성 편차로 인하여 순방향 전압 강하에 편차가 존재하는 경우, 상기 A 방향으로 전류가 흐르는 구간에서는, 상기 편차에 의해 상기 각 밸런싱 커패시터들(150)에 서로 양이 다른 전하가 축적될 뿐이다. 상기 서로 다른 양으로 축적된 전하는, 각 커패시터들(150) 상호간에 상쇄되거나 상기 B 방향으로 전류가 흐르는 구간에서 소거된다. 결국, 도시한 LED 드라이버의 경우, 각 LED 스트링들(130)의 순방향 전압 강하에 편차가 존재하여도, 상기 LED 스트링들(130)에 전류 편차(또는 이로 인한 휘도 편차)가 발생하지 않는다.
한편, 상기 A 방향 전류 경로 및 B 방향 전류 경로를 살펴보면, 2 전류 경로상에는 저항 성분이 존재하지 않는다. 따라서, 도시한 LED 드라이버는 저항 성분으로 인한 발열 손실을 크게 억제할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 정류 회로가 구동하는데 안정성을 높이기 위해, 정류 회로를 이루는 부분에 저항을 더 배치할 수 있다. 예컨대, 상기 도 4의 각 LED 스트링들(130) 및 정류기들(270) 사이에 저항들을 연결할 수 있다.
도 5는 도 4의 LED 드라이버 구조에서 브릿지 정류기(270)의 입력 포트 중 한 노드(D2와 D4의 연결 노드)와 트랜스포머(120)의 출력 포트 중 한 노드 사이에 부가 저항들(285)을 배치한 구조를 도시한다.
도 6은 도 4의 LED 드라이버 구조에서 각 LED 스트링들(130)의 캐소드측 노드와, 브릿지 정류기(270)와 밸런싱 커패시터들(250)의 연결 노드 사이에, 부가 저항들(295)을 배치한 구조를 도시한다.
도 7은 도 4의 LED 드라이버 구조에서 각 LED 스트링들(130)과 밸런싱 커패 시터들(250)의 연결 노드와, 상기 브릿지 정류기(270)의 출력 포트 중 한 노드(D3와 D4의 연결 노드) 사이에 부가 저항들(280)을 배치한 구조를 도시한다. 도 7의 구조에서는 상기 LED 스트링들(130)과 밸런싱 커패시터들(250)의 연결 노드를 접지시킬 수 있다. 이 경우, 상기 부가 저항들(280)은 일종의 접지 바이어스 저항의 역할을 수행하게 된다.
도 5 내지 도 7의 회로는 저항 소자를 포함하나, 도 1 및 도 2의 회로와 비교할 때, 그 값이 미약하여 발열 손실을 최소화할 수 있다.
도 8은 도 4의 LED 드라이버 구조에서, 상기 각 LED 스트링들(130) 및 정류기들(270) 사이에 연결된 개별 제어용 트랜지스터들(290)을 더 포함하는 구조를 도시한다. 이 경우, LED 드라이버의 제어부는, 상기 개별 제어용 트랜지스터(290)의 베이스에 인가하는 전압으로, 특정 LED 스트링에 공급되는 전력을 개별적으로 제어할 수 있다.
도 9는 도 4의 LED 드라이버 구조에서, 상기 각 LED 스트링들(130) 및 정류기들(270) 사이에 연결된 개별 제어용 트랜지스터들(290);
각 LED 스트링들(130)과 개별 제어용 트랜지스터들(290)의 연결 노드와, 상기 브릿지 정류기(270)의 출력 포트 중 한 노드(D3와 D4의 연결 노드) 사이에 연결된 접지 바이어스 저항들(280); 및 각 LED 스트링들(130)과 개별 제어용 트랜지스터들(290) 사이에 연결된 부가 저항들(295)을 더 포함하는 구조를 도시한다.
본 발명의 기술사상은 상기 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 리니어 구동 방식으로 LED 스트링들의 구동 전압을 평활화하는 LED 드라이버의 구조를 도시한 회로도.
도 2는 스위칭 방식으로 LED 스트링들의 구동 전압을 평활화하는 LED 드라이버의 구조를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 사상에 따른 LED 드라이버의 개념을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 드라이버를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 드라이버를 도시한 회로도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 드라이버를 도시한 회로도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 드라이버를 도시한 회로도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 드라이버를 도시한 회로도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 드라이버를 도시한 회로도.

Claims (12)

  1. 교류 전압 입력부;
    적어도 2개의 교류 구동 LED 스트링 유닛들; 및
    상기 교류 LED 스트링 유닛들의 전류 밸런싱을 맞추기 위해, 상기 각 교류 LED 스트링들 유닛의 전류 경로에 위치하는 적어도 2개의 밸런싱 커패시터들
    을 포함하는 LED 드라이버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 교류 구동 LED 스트링 유닛은,
    직렬 연결된 다수개의 LED를 포함하는 LED 스트링; 및
    교류 전압을 정류하여 상기 LED 스트링에 공급하는 정류기
    를 포함하는 LED 드라이버.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸런싱 커패시터들은 일측이 공통으로 연결된 LED 드라이버
  4. 제 2 항에 있어서,
    직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 DC-AC 컨버터를 포함하고,
    상기 교류 전압 입력부는, 상기 DC-AC 컨버터에서 변환된 교류 전압을 상기 교류 구동 LED 스트링 유닛들로 전달하는 트랜스포머를 포함하는 LED 드라이버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 각 밸런싱 커패시터는 일단이 상기 트랜스포머의 출력 포트의 일 라인에 연결되고, 타단이 상기 정류기에 연결된 LED 드라이버.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 정류기는,
    4개의 다이오드로 구성된 브릿지 정류 회로를 포함하는 LED 드라이버.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 브릿지 정류 회로의 DC 출력단의 저전위단과 접지전압단 사이에 연결된 접지 바이어스 저항을 포함하는 LED 드라이버.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 LED 스트링들과 병렬로 연결된 적어도 2개의 리플 제거 커패시터들
    을 포함하는 LED 드라이버.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 트랜스포머부의 출력 포트에 위치한 전류 측정 장치
    를 포함하는 LED 드라이버.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전류 측정 장치에서 측정한 전류에 따라
    상기 DC-AC 컨버터의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하는 LED 드라이버.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 LED 스트링들 및 정류기들 사이에 연결된 저항들
    을 포함하는 LED 드라이버.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 LED 스트링들 및 정류기들 사이에 연결된 개별 제어용 트랜지스터들
    을 포함하는 LED 드라이버.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101312619B1 (ko) * 2011-09-21 2013-10-14 주식회사 디에스이 대전력 엘이디 전구용 ｒｃ전원 제어장치
US8686650B2 (en) 2010-11-09 2014-04-01 Samsung Display Co., Ltd. LED backlight device

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