KR20110003113A - Ｌｅｄ 드라이버와 ｓｍｐｓ 간 피드백 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 TV의 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 복수의 LED 채널의 로컬 디밍에 있어서, PWM 디밍 신호가 모두 오프되는 구간에서 별도의 ALL_PWM_OFF 신호를 생성하여 LED 채널에 일정한 전압을 공급함으로써, LED 출력전압이 최대 또는 최소로 형성하는 것을 방지하여 장기간 오프된 후 구동되더라도 안정적인 출력전압을 형성하여 안정된 화질 구현을 할 수 있는 피드백 회로에 관한 것이다.
본 발명의 복수의 LED 채널을 구동하기 위한 드라이버와 SMPS 사이의 피드백 회로는: 상기 복수의 LED 채널들 각각에 대한 PWM 디밍 신호들이 모두 오프(OFF)인 경우에, All_PWM_OFF 신호를 생성하는 All_PWM_OFF 신호 생성부; 상기 PWM 디밍 신호를 상기 복수의 LED 채널에 전달하는 디밍 신호 인가부; 상기 All_PWM_OFF 신호를 전달하는 All_PWM_OFF 신호 인가부; 상기 All_PWM_OFF 신호 인가부와 연결된 제1스위치; 상기 제1스위치 및 상기 디밍 신호 인가부와 연결되고 상기 제1스위치와 상보적으로 동작하는 제2스위치; 및 상기 All_PWM_OFF 신호가 상기 All_PWM_OFF 신호 인가부에 인가되는 경우, 상기 DC/DC 컨버터에 일정한 전압을 공급하는 보호부;를 포함한다.
LED 로컬 디밍, PWM_OFF, DC/DC 컨버터 피드백 회로

Description

ＬＥＤ 드라이버와 ＳＭＰＳ 간 피드백 회로{FEEDBACK CIRCUIT BETWEEN DIMMING DRIVER AND SMPS FOR LED}
본 발명은 TV의 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 복수의 LED 채널의 로컬 디밍에 있어서, PWM 디밍 신호가 모두 오프되는 구간에서 별도의 ALL_PWM_OFF 신호를 생성하여 LED 채널에 일정한 전압을 공급함으로써, LED 출력전압이 최대 또는 최소로 형성하는 것을 방지하여 장기간 오프된 후 구동되더라도 안정적인 출력전압을 형성하여 안정된 화질 구현을 할 수 있는 피드백 회로에 관한 것이다.
근래의 LCD-TV의 백라이트 유닛(Back Light Unit)의 광원은 대부분 CCFL을 적용하여 제품을 구성하고 있지만, 최근 들어 새로운 광원으로 LED를 채택한 백라이트 유닛의 개발이 활발히 이루어 지고 있다.
LED를 구동하는 회로는 로컬 디밍(Local Dimming)이라는 신기술이 적용이 되는데, 여기서 저전력으로 화질을 개선하기 위하여 단순한 백라이트 유닛의 광원을 구동하는 것 뿐만 아니라, 영상을 제어하는 모듈과 디지털 통신을 통해 광원을 효과적으로 제어할 수 있는 FPGA를 채용하고 있다.
또한, LED 컨버터의 특성은 기존의 스위칭 방식과 달리 리니어(Linear) 방식 이 적용이 됨으로써 하나의 DC/DC 컨버터가 하나의 채널을 구동하는 방식이 아니라, 하나의 DC/DC 컨버터로 복수의 채널(다채널)을 구동하는 방식으로 진화하고 있다.
이는 다채널 구동 시, 부하에 따른 피드백이 다이나믹하다는 의미이기도 하며, 전체 피드백 중 모든 채널이 오프(off)구간에서 DC/DC 출력이 동작 전압이 아닌 대기 전압 상태로 존재하게 되어, LED를 재 구동하는 경우, 동작 전압까지 전압을 끌어올리거나 내리는 데 소요되는 시간(라이징/폴링 시간: Rising/Falling Time)에 영향을 미쳐, LED 초기 안정화된 출력에 영향을 미치게 된다.
도 1은 종래 방식에 따른 LED 로컬 디밍 드라이버와 SMPS(Switch Mode Power Supply) 간 피드백을 나타내는 블럭도이다. SMPS의 일종인 DC/DC 컨버터(20)로 도시하였다. 도시된 바와 같이, FPGA(10)가 동작하기 위해서는 3.3V; 2.5V; 1.2V의 전원이 필요하며, 이 전원들은 입력전원 24V(90)를 스텝-다운 컨버터(일명, 벅:Buck: 50)를 사용하여, 10V 전원을 생성한 다음, 이 10V 전압은 각각에 맞는 레귤레이터들(60, 70, 80)을 사용하여 3.3 V; 2.5V; 1.2V 전압으로 FPGA(10)에 공급된다.
FPGA(10)는 LED 드라이버의 구동 회로에 휘도를 조절하기 위해 전류를 가변할 수 있도록 2가지 형태의 신호를 발생시킨다. 첫 번째 신호는 펄스의 폭을 조절해주는 PWM(Pulse Width Modulation) 디밍 신호(S10)이고, 두 번째 신호는 진폭(Amplitude)을 조절해 주는 리니어(Linear) 디밍 신호이다.
저전력, 고화질에 효과를 가지는 로컬 디밍의 기본원리는 PWM신호를 원하는 시간에 원하는 듀티를 인가시켜 TV의 컨트라스트(Contrast)의 대폭 개선이 가능하도록 동작시키는 원리이다.
이러한 방식은 모든 PWM 신호가 오프인 경우, DC/DC 컨버터(20)의 피드백 값을 극한(최대 또는 최소: Max or Min)으로 가게 하여 출력전압을 최대 또는 최소로 형성하게 한다. 따라서, 다시 PWM 신호가 들어와서 구동할 경우 과도가 발생하여 LED(40)가 깜박거리거나(Flicker) 이중 점등 현상 등이 발생하여 화질에 영향을 주는 문제점이 대두되고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 TV의 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 복수의 LED 채널의 로컬 디밍에 있어서, PWM 디밍 신호가 모두 오프되는 구간에서 별도의 ALL_PWM_OFF 신호를 생성하여 LED 채널에 일정한 전압을 공급함으로써, LED 출력전압이 최대 또는 최소로 형성하는 것을 방지하여 장기간 오프된 후 구동되더라도 안정적인 출력전압을 형성하여 안정된 화질 구현을 할 수 있는 피드백 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 복수의 LED 채널을 구동하기 위한 드라이버와 SMPS 간 피드백 회로는: 상기 복수의 LED 채널들 각각에 대한 PWM 디밍 신호들이 모두 오프(OFF)인 경우에, All_PWM_OFF 신호를 생성하는 All_PWM_OFF 신호 생성부; 상기 PWM 디밍 신호를 상기 복수의 LED 채널에 전달하는 디밍 신호 인가부; 상기 All_PWM_OFF 신호를 전달하는 All_PWM_OFF 신호 인가부; 상기 All_PWM_OFF 신호 인가부와 연결된 제1스위치; 상기 제1스위치 및 상기 디밍 신호 인가부와 연결되고 상기 제1스위치와 상보적으로 동작하는 제2스위치; 및 상기 All_PWM_OFF 신호가 상기 All_PWM_OFF 신호 인가부에 인가되는 경우, 상기 DC/DC 컨버터에 일정한 전압을 공급하는 보호부;를 포함한다.
또한, 상기 보호부는: 일단이 상기 제1스위치에 연결되고, 타단은 상기 제2스위치에 연결된 캐패시터부; 상기 캐패시터부에 연결된 제3스위치; 및 상기 캐패 시터부와 상기 제3스위치에 연결되어 누설 전류를 보상하는 저항;을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 All_PWM_OFF 신호가 상기 All_PWM_OFF 신호 인가부에 인가되는 경우, 상기 제 1스위치가 턴-온(turn-on)되어 상기 보호부가 동작하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 보호부가 동작하면 상기 캐패시터부에 충전된 전압이 상기 DC/DC 컨버터에 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 All_PWM_OFF 신호가 인가되지 않는 경우, 상기 제2스위치가 턴-온되어 상기 PWM 디밍 신호가 상기 디밍 신호 인가부에 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 All_PWM_OFF 신호 생성부는 상기 복수의 LED 채널들 각각에 대한 PWM 디밍 신호들을 입력으로 갖는 노어(NOR) 게이트로 구현되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 All_PWM_OFF 신호 생성부는 상기 복수의 LED 채널들 각각에 대한 PWM 디밍 신호들을 입력으로 갖는 낸드(NAND) 게이트로 구현되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 TV의 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 복수의 LED 채널의 로컬 디밍에 있어서, PWM 디밍 신호가 모두 오프되는 구간에서 별도의 ALL_PWM_OFF 신호를 생성하여 LED 채널에 일정한 전압을 공급함으로써, LED 출력전압이 최대 또는 최소로 형성하는 것을 방지하여 장기간 오프된 후 구동되더라도 안정적인 출력전압을 형성하여 안정된 화질 구현을 할 수 있는 피드백 회로를 제공하 는 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 LED 드라이버와 DC/DC 컨버터에 대한 피드백 회로는 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 아래의 도면을 참조한 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 드라이버와 SMPS 간 피드백 회로의 블럭도이다. 일 실시예에 따라 SMPS는 DC/DC 컨버터(20)로 도시하였다.
도시된 바와 같이, 스텝-다운 컨버터(일명, 벅:Buck: 50)를 사용하여, 입력전원 24V(90)으로부터 10V 전원을 생성한 다음, 레귤레이터들(60, 70, 80)을 통하여 10V의 전원으로부터 3.3 V; 2.5V; 1.2V 전원을 각각 FPGA(10)에 공급하고 있다. FPGA(10)는 제어 IC(30)로 PWM 디밍 신호를 전달한다. 상기 PWM 디밍 신호를 기초로 제어 IC(30)는 LED 채널들(40)의 휘도를 조절한다. FPGA(10)는 LED가 직렬 또는 병렬로 연결된 LED 채널들 각각 하나에 대해 별도의 PWM 디밍 신호(S10)를 생성한다. 복수의 LED 채널의 각각에 해당하는 이러한 기본 원리는 도 1에 도시된 종래기술과 동일하다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모든 PWM 신호가 오프인 경우, FPGA(10)에서 All_PWM_OFF 신호(S100)를 생성한다. 따라서, 모든 PWM 신호가 오프인 구간에서 DC/DC 컨버터(20)를 특정 전압으로 유지시킴으로써 대기전압(최대 전 압 또는 최소 전압)으로 전압이 변화되는 것을 방지할 수 있다.
종래기술에서는 모든 PWM 신호가 오프인 경우, DC/DC 컨버터(20)의 피드백 값을 극한(최대 또는 최소: Max or Min)으로 가게되어 출력전압을 최대 또는 최소로 형성되어, 다시 PWM 신호가 들어와서 구동할 경우 과도가 발생하여 LED(40)가 깜박거리거나(Flicker) 이중 점등 현상 등이 발생하여 화질에 영향을 주었다.
본 발명에 따른 피드백 회로의 보다 구체적인 회로도는 도 3에 도시되어 있다. 도 3의 회로도는 도 2의 DC/DC 컨버터(20)를 SMPS(200)으로 도시하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 회로와 함께 도시하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 LED 채널을 구동하기 위한 드라이버와 SMPS 간 피드백 회로는 All_PWM_OFF 신호 인가부(310); 디밍 신호 인가부(320); 제1스위치(330); 제2스위치(340); 및 제3스위치(350), 캐패시터부(360), 및 저항(370)를 갖는 보호부를 포함한다.
상술한 바와 같이, 복수의 LED 채널들 각각에 대한 PWM 디밍 신호가 모두 오프(OFF)인 경우에 FPGA(10, 도 2 참조)의 All_PWM_OFF 신호 생성부에서 All_PWM_OFF 신호(S100)를 생성한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 회로의 All_PWM_OFF 신호 생성부를 논리회로로 도시한 블럭도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따라 상기 All_PWM_OFF 신호 생성부는 상기 복수의 LED 채널들 각각에 대한 PWM 신호들을 입력으로 갖는 낸드(NAND) 게이트(410)로 구현될 수 있다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따라 All_PWM_OFF 신호 생성부는 상기 복수의 LED 채널들 각각에 대한 PWM 디밍 신호들을 입력으로 갖는 노어(NOR) 게이트(420)로 구현될 수 있다.
이렇게 생성된 All_PWM_OFF 신호(S100)는 All_PWM_OFF 신호 인가부(310)에 전달된다. 즉, 모든 PWM 디밍 신호가 오프인 경우, All_PWM_OFF 신호(S100)가 All_PWM_OFF 신호 인가부(310)에 인가되지만, 그 이외의 경우(하나의 PWM 디밍 신호라도 발생하는 경우)에는 발생된 PWM 디밍 신호가 디밍 신호 인가부(320)을 통해 해당 LED 채널(40)에 전달된다.
한편, 상기 All_PWM_OFF 신호 인가부(310)는 제1스위치(330)와 연결되고, 제2스위치(340)는 제1스위치(330) 및 상기 디밍 신호 인가부(320)와 연결된다. 제2스위치(340)는 제1스위치(330)와 상보적으로 동작한다. 다시 말해, 제1스위치(330)는 All_PWM_OFF 신호(S100)가 인가되는 경우에 턴-온(ON)되어 보호부를 동작시키고, 제2스위치(340)는 All_PWM_OFF 신호(S100)가 인가되지 않는 경우에 턴-온되어 상기 PWM 디밍 신호가 디밍 신호 인가부(320)에 공급되어 LED 채널들(40)에 대한 로컬 디밍을 하도록 한다.
즉, 본 발명은 All_PWM_OFF 신호(S100)가 발생하지 않으면, 정상적인 피드백 동작을 하고, All_PWM_OFF 신호(S100)가 인가되고 유지되는 경우에는 낸드 게이트(410) 또는 노어 게이트(420)를 통하여 All_PWM_OFF 신호(S100)가 생성되도록 FPGA(10)의 CODE를 조정한다.
All_PWM_OFF 신호(S100)가 상기 All_PWM_OFF 신호 인가부(310)에 인가되는 경우에 보호부는 SMPS(200) 즉, 도 2의 DC/DC 컨버터(20)-에 일정한 전압을 공급한다. 보호부는 제3스위치(350), 캐패시터부(360), 및 저항(370)을 포함한다.
캐패시터부(360)는 일단이 제1스위치(330)에 연결되고 타단은 제2스위치(340)에 연결된다. All_PWM_OFF 신호(S100)가 상기 All_PWM_OFF 신호 인가부에 인가되는 경우 제 1스위치가 턴-온되고 보호부가 동작한다. 이 때, 캐패시터부(360)에 충전된 전압이 상기 SMPS(200)에 공급된다.
따라서, All_PWM_OFF 신호(S100)로 인하여 SMPS(200)에서 공급되는 전압을 캐패시터부(360)에 충전된 특정 전압으로 유지시킴으로써 전압이 대기전압(최대 또는 최소 전압)으로 변화되는 것을 방지할 수 있다. 동시에, LED가 장시간 오프된 후 다시 구동되는 경우에도 안정적인 출력전압을 형성하여 안정된 화질 구현을 할 수 있다.
또한, 보호부는 캐패시터부에 연결된 제3스위치(350)을 통하여 충전된 전압을 SMPS(200)로 전달하고, 저항(370)은 제3스위치(350) 및 캐패시터부(360)에 연결되어 누설 전류를 보상한다.
그러므로, 일 실시예에 따라 본 발명에 따른 피드백 회로는 FPGA(10)의 PWM 디밍 신호를 실시간 모니터링하여 각 DC/DC구간의 PWM 신호들이 모두 오프되는 구간에서 All_PWM_OFF 신호(S100)를 발생시킨다. 또한, 하드웨어적인 추가사항 없이 FPGA(10)의 코드를 조정하여 논리 게이트(낸드 또는 노어 게이트)를 통하여 All_PWM_OFF 신호(S100)를 발생하여 스위칭 소자를 통하여 캐패시터에 충전된 특정 전압을 인가함으로써 PWM 오프 구간에서도 LED의 출력전압을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, LED 재 구동시에 DC-DC 변화에 따른 동작시 출력전류의 과도를 방지할 수 있으므로, 안정정인 출력 전류 제어로 인하여 정상적인 TV 화질을 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 종래 방식에 따른 LED 로컬 디밍 드라이버와 SMPS 간 피드백을 나타내는 블럭도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 드라이버와 SMPS 간 피드백 회로의 블럭도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 드라이버와 SMPS 간 피드백 회로의 회로도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 피드백 회로의 All_PWM_OFF 신호 생성부의 블럭도.
<<도면의 주요 부호에 대한 상세한 설명>>
200. SMPS(Switch Mode Power Supply)
310. All_PWM_OFF 신호 인가부 320. 디밍 신호 인가부
330. 제1스위치 340. 제2스위치
350. 제3스위치 360. 캐패시터부
370. 저항

Claims (7)

  1. 복수의 LED 채널을 구동하기 위한 드라이버와 SMPS 간 피드백 회로에 있어서,
    상기 복수의 LED 채널들 각각에 대한 PWM 디밍 신호들이 모두 오프(OFF)인 경우에, All_PWM_OFF 신호를 생성하는 All_PWM_OFF 신호 생성부;
    상기 PWM 디밍 신호를 상기 복수의 LED 채널에 전달하는 디밍 신호 인가부;
    상기 All_PWM_OFF 신호를 전달하는 All_PWM_OFF 신호 인가부;
    상기 All_PWM_OFF 신호 인가부와 연결된 제1스위치;
    상기 제1스위치 및 상기 디밍 신호 인가부와 연결되고 상기 제1스위치와 상보적으로 동작하는 제2스위치; 및
    상기 All_PWM_OFF 신호가 상기 All_PWM_OFF 신호 인가부에 인가되는 경우, 상기 DC/DC 컨버터에 일정한 전압을 공급하는 보호부;
    를 포함하는 피드백 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호부는: 일단이 상기 제1스위치에 연결되고, 타단은 상기 제2스위치에 연결된 캐패시터부; 상기 캐패시터부에 연결된 제3스위치; 및 상기 캐패시터부와 상기 제3스위치에 연결되어 누설 전류를 보상하는 저항;을 포함하는 피드백 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 All_PWM_OFF 신호가 상기 All_PWM_OFF 신호 인가부에 인가되는 경우, 상기 제 1스위치가 턴-온(turn-on)되어 상기 보호부가 동작하는 피드백 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호부가 동작하면 상기 캐패시터부에 충전된 전압이 상기 DC/DC 컨버터에 공급되는 피드백 회로.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 All_PWM_OFF 신호가 인가되지 않는 경우, 상기 제2스위치가 턴-온되어 상기 PWM 디밍 신호가 상기 디밍 신호 인가부에 공급되는 피드백 회로.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 All_PWM_OFF 신호 생성부는 상기 복수의 LED 채널들 각각에 대한 PWM 디밍 신호들을 입력으로 갖는 노어(NOR) 게이트로 구현되는 피드백 회로.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 All_PWM_OFF 신호 생성부는 상기 복수의 LED 채널들 각각에 대한 PWM 디밍 신호들을 입력으로 갖는 낸드(NAND) 게이트로 구현되는 피드백 회로.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104457982A (zh) * 2013-09-17 2015-03-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于光谱测量中的增强脉冲型光源装置及其实现方法

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