KR20110018546A - Ｌｅｄ 구동 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 LED 구동 회로는, 적어도 2개의 LED 스트링; 상기 적어도 2개의 LED 스트링의 전류 경로를 각각 조절하기 위한 적어도 2개의 정전류 제어 블록; 상기 적어도 2개의 정전류 제어 블록의 전압을 검출하는 검출부; 및 상기 검출된 전압에 따라 상기 적어도 2개의 LED 스트링으로 구동 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함한다.
LED 구동 회로, 정전류 제어, 발열량, 전원 공급

Description

ＬＥＤ 구동 회로{LED Driving Circuit}
본 발명은 정전류 제어 수단을 구비한 LED 구동 회로에 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 스트링으로 이루어진다.
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 형광체는 LED에 의해 발생된 청색 광을 흡수하며, 백색 광을 방출한다. 제 2 기술에 서는, 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 정전류 제어 블록을 추가로 필요로 한다. 이는 상기 LED 스트링들의 서로 다른 전압 강하를 보상하도록 동작하는 손실 능동 소자(dissipative active element)를 적용한 것이다. 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.
예컨대, 도 1에 도시한 바와 같은 종래 기술에 의한 LED 구동 회로는, 전원 공급부(10), LED 스트링(20), 및 정전류 제어 모듈(40)을 구비한다.
상기 정전류 제어 모듈(40)은 LED 스트링(10)를 균일한 휘도로 동작시키기 위해, LED 스트링(20) 및 자신을 통과하여 흐르는 전류를 피드백 받아, 출력 진폭을 가변시키면서 정전류를 유지시킨다.
또한, 상기 정전류 제어 모듈(40)은 LED 스트링(10)의 휘도 디밍을 선형적으로 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 신호를 생성하여, 듀티(duty) 비를 제어할 수 있다.
또한, 상기 정전류 제어 모듈(40)은, 선형적으로 스위칭 동작하여, LED 스트링(10)의 전압 증감에 따른 전압 차이를 흡수하는 부하 역할을 한다.
도시한 구성에서 LED 스트링(20)를 이루는 직렬 연결 LED 소자들의 수량이 많아 전원을 높게 인가할 경우, 상기 정전류 제어 모듈(40)을 이루는 소자들은, 고전압 및 고전력의 높은 소자 정격을 요구받는다. 또한, 구동 전원이 증가하면 특히 선형 동작하는 스위치 소자의 고 전력에 따른 발열 문제가 심화된다.
그 결과, 도시한 정전류 제어 모듈(40)을 구성하기 위한 소자들의 선택의 폭이 좁아지고, 제작 비용이 증대되는 문제를 야기시킨다.
본 발명은 발열량을 줄일 수 있는 LED 보호 수단을 포함하는 LED 구동 회로를 제공하고자 한다.
또는, 본 발명은 제작 비용이 저렴한 LED 보호 수단을 포함하는 LED 구동 회로를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 회로는, 적어도 2개의 LED 스트링; 상기 적어도 2개의 LED 스트링의 전류 경로를 각각 조절하기 위한 적어도 2개의 정전류 제어 블록; 상기 적어도 2개의 정전류 제어 블록의 전압을 검출하는 검출부; 및 상기 검출된 전압에 따라 상기 적어도 2개의 LED 스트링으로 구동 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함한다.
상기 구성에 따른 본 발명의 LED 구동 회로를 실시하면, 효율적으로 LED 소자들을 구동하여, 발열량을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또는, 본 발명의 LED 구동 회로는, 저렴한 소자들로 구성하여 제작 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 회로를 도시한다.
도시한 LED 구동 회로는, 적어도 2개의 LED 스트링(120); 상기 LED 스트링의 전류 경로를 각각 조절하기 위한 적어도 2개의 정전류 제어 블록(140); 상기 적어도 2개의 정전류 제어 블록의 전압을 검출하는 검출부(160); 및 상기 검출된 전압에 따라 상기 적어도 2개의 LED 스트링(120)으로 구동 전원을 공급하는 전원 공급부(200)를 포함할 수 있다.
도시한 정전류 제어 블록(140)은, 상기 LED 스트링(120)의 전류 경로에 정전류가 흐르게 하는 정전류원(144); 상기 LED 스트링(120)의 전류 경로에 가변 저항 성분을 제공하는 선형 소자(142); 및 상기 LED 스트링(120)의 전류 경로의 전기적 특성에 따라 상기 선형 소자의 저항값을 조절하는 피드백 제어 소자(150)를 포함할 수 있다.
도시한 선형 소자(142)로서, 베이스 단자 전류에 따라 채널 폭을 선형적으로 조절하는 바이폴라 트랜지스터를 적용할 수 있다.
도시한 피드백 제어 소자(150)는, -입력단으로 상기 선형 소자(142)와 상기 정전류원(144)의 연결 노드의 전압을 입력받고, +입력단으로 PWM 신호를 입력받고, 출력단이 상기 바이폴라 트랜지스터의 베이스 단자에 연결된 연산 증폭기(152); 및 상기 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호 생성기(154)를 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 전원 생성부(200)를 보다 구체적으로 나타낸 일 실시예의 LED 구동 회로를 도시한다.
도시한 LED 구동 회로는, 적어도 2개의 LED 스트링(120-1, 120-2); 상기 적어도 2개의 LED 스트링(120-1, 120-2)의 전류 경로를 각각 조절하기 위한 적어도 2개의 정전류 제어 블록(140-1, 140-2); 상기 적어도 2개의 정전류 제어 블록(140-1, 140-2)의 전압을 검출하는 검출부(162); 외부의 교류 전원(AC)으로부터 인가받은 전원을 직류 전원으로 변환하는 PFC(Power Factor Correction) 컨버터(220); 상기 PFC 컨버터(220)가 변환한 직류 전원을, 상기 검출부(162)에서 검출된 전압에 따라, 다른 전압의 직류 전원으로 변환하는 SMPS(switched-mode power supply)(240); 및 상기 SMPS(240)의 출력 직류 전원을 LED 구동에 적합한 직류 전원으로 변환하여 상기 적어도 2개의 LED 스트링으로 공급하는 DC-DC 컨버터(260)를 포함한다.
도시한 LED 구동 회로에서는, 상기 검출부(162)가 상기 적어도 2개의 정전류 제어 블록(140-1, 140-2)의 전압을 직접 검출하지 않고, 상기 적어도 2개의 정전류 제어 블록(140-1, 140-2)의 전압에 따라 결정되는, 상기 SMPS(240)와 DC-DC 컨버터(260)의 연결 노드의 전압을 검출한다.
도면에서 상기 SPMS의 1차측과 2차측의 전기적 영향을 차단하기 위하여, 상기 검출부(162)는 포토 커플러 구조를 포함할 수 있다.
상기 SPMS는 직류를 교류로 변환하기 위한 스위칭 소자들; 및 상기 스위칭 소자를 구동하는 구동 신호가 상기 스위칭 소자에 전달되는 것을 단속하는 단속 스위치 소자를 더 구비하고, 상기 단속 스위치 소자가 상기 검출부(162)의 출력 신호 에 따라 온/오프되도록 구현할 수 있다.
한편, 전원 공급부에 대한 피드백 제어의 효율을 높이기 위하여, 상기 검출부(162) 및 SMPS(240)를 이용한 피드백 제어와 함께, 상기 적어도 2개의 정전류 제어 블록(140-1, 140-2)에서 직접 검출된 전압을 상기 DC-DC 컨버터(260)에 적용한 피드백 제어를 이용할 수 있다.
이를 위해, 도시한 LED 구동 회로는, 상기 정전류 제어 블록(140-1, 140-2)과 LED 스트링(120-1, 120-2)의 연결 노드의 전압에 따라, 상기 SMPS(240)의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부(190)를 더 포함할 수 있다.
상기 PWM 제어부(190)는, 상기 정전류 제어 블록(140-1, 140-2)과 LED 스트링(120-1, 120-2)의 연결 노드의 전압을 입력받아, 소정의 연산 처리를 수행한 결과에 따라, 상기 DC-DC 컨버터(260)의 스위칭 소자를 구동하기 위한 PWM 신호를 생성한다. 예컨대, 상기 DC-DC 컨버터(260)가 전하 펌프를 구비하고, 상기 스위칭 소자가 상기 전하 펌프의 펌핑 동작을 위한 소자라고 가정한다. 이 경우, 상기 PWM 제어부(190)는 상기 정전류 제어 블록(140-1, 140-2)과 LED 스트링(120-1, 120-2)의 연결 노드의 전압(적어도 2개의 연결 노드들의 전압들 중 어느 하나의 전압)이 과도하게 높아지면, 상기 전하 펌프가 펌핑 빈도가 낮아지도록, 상기 스위칭 소자에 대한 PWM 제어 신호를 조정하여 인가할 수 있다.
도 4는 도 2의 전원 생성부(200)를 보다 구체적으로 나타낸 다른 실시예의 LED 구동 회로를 도시한다.
도시한 LED 구동 회로는, 적어도 2개의 LED 스트링(120-1, 120-2); 상기 적어도 2개의 LED 스트링(120-1, 120-2)의 전류 경로를 각각 조절하기 위한 적어도 2개의 정전류 제어 블록(140-1, 140-2); 상기 적어도 2개의 정전류 제어 블록(140-1, 140-2)의 전압을 검출하는 검출부(162); 외부의 교류 전원(AC)으로부터 인가받은 전원을 직류 전원으로 변환하는 PFC(Power Factor Correction) 컨버터(220); 및 상기 PFC 컨버터(220)가 변환한 직류 전원을, 상기 검출부(162)에서 검출된 전압에 따라, 다른 전압의 직류 전원으로 변환하여, 상기 적어도 2개의 LED 스트링(120-1, 120-2)으로 공급하는 SMPS(switched-mode power supply)(240)을 포함한다.
도시한 LED 구동 회로의 상기 검출부(162)는, 상기 정전류 제어 블록(140-1, 140-2)과 LED 스트링(120-1, 120-2)의 연결 노드의 전압들(2개 이상)을 검출한 값을 혼합하여 입력받는다. 도시한 적어도 2개의 검출 전압들의 혼합기(M)는, 2개의 아날로그값에 대한 적산기나 평균값을 구하는 연산기로 구현될 수 있다.
또한, 상기 SPMS(240)의 1차측과 2차측의 전기적 영향을 차단하기 위하여, 상기 검출부(162)는 포토 커플러 구조를 포함할 수 있다.
상기 SPMS(240)는, 직류를 교류로 변환하기 위한 스위칭 소자들; 및 상기 스위칭 소자를 구동하는 구동 신호가 상기 스위칭 소자에 전달되는 것을 단속하는 단속 스위치 소자를 더 구비하고, 상기 단속 스위치 소자가 상기 검출부(162)의 출력 신호에 따라 온/오프되도록 구현될 수 있다.
도 5는 도 3의 LED 구동 회로에 적용될 수 있는 DC-DC 컨버터(260)의 일 실시예를 도시한다. 도시한 DC-DC 컨버터(260)는 전하 펌프 구조를 구비하며, FET(Field Effect Transistor)(Q)의 온/오프에 따라 전하 펌핑이 이루어진다. 도 3의 PWM 제어 신호는 상기 FET(Q)를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어할 수 있다.
도 6은 도 3 또는 도 4의 LED 구동 회로에 적용될 수 있는 SPMS(240)의 일 실시예를 도시한다.
도시한 SPMS(240)는, 직류를 교류로 변환하기 위한 스위칭 소자들로서 4개의 FET(S1 ~ S4); 및 상기 스위칭 소자를 구동하는 구동 신호가 상기 스위칭 소자에 전달되는 것을 단속하는 단속 스위치 소자(SW1); 및 트랜스포머(T)를 포함한다. 여기서, 상기 단속 스위치 소자(SW1)는 도 3 또는 도 4의 검출부(162)의 출력 신호(C)에 의해 온/오프되도록 구현될 수 있다.
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.
예컨대, 설명의 편의를 위해 상기에서는 2개의 LED 스트링들을 구동하는 LED 구동 회로로 구체화하여 설명하였지만, 3개 이상의 LED 스트링들을 구동하는 LED 구동 회로에도 본 발명의 사상을 용이하게 적용할 수 있으며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.
도 1은 종래기술에 따른 LED 구동 회로를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동 회로를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 구동 회로를 도시한 회로도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED 구동 회로를 도시한 회로도.
도 5는 본 발명의 LED 구동 회로에 적용될 수 있는 DC-DC 컨버터의 일 실시예를 도시한 회로도.
도 6은 본 발명의 LED 구동 회로에 적용될 수 있는 SPMS의 일 실시예를 도시한 회로도.

Claims (9)

  1. 적어도 2개의 LED 스트링;
    상기 적어도 2개의 LED 스트링의 전류 경로를 각각 조절하기 위한 적어도 2개의 정전류 제어 블록;
    상기 적어도 2개의 정전류 제어 블록의 전압을 검출하는 검출부; 및
    상기 검출된 전압에 따라 상기 적어도 2개의 LED 스트링으로 구동 전원을 공급하는 전원 공급부
    를 포함하는 LED 구동 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 공급부는,
    SMPS(switched-mode power supply);
    상기 SMPS의 출력 직류 전원을 LED 구동을 위한 직류 전원으로 변환하여 상기 적어도 2개의 LED 스트링으로 공급하는 DC-DC 컨버터; 및
    상기 검출된 전압에 따라, 상기 SMPS의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부
    를 포함하는 LED 구동 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 SMPS와 DC-DC 컨버터의 연결 노드의 전압을 검출하는 LED 구동 회로.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 PWM 제어부는,
    상기 각 LED 스트링와 정전류 제어 블록의 연결 노드의 전압을 입력받는 LED 구동 회로.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 전원 공급부는,
    외부의 교류 전원으로부터 인가받은 전원을 직류 전원으로 변환하여 상기 SPMS에 공급하는 PFC Power Factor Correction 컨버터를 포함하는 LED 구동 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    검출된 전압값을 광신호로 변환하여 전달하는 포토 커플러를 포함하는 LED 구동 회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전류 제어 블록은,
    상기 LED 스트링의 전류 경로에 정전류가 흐르게 하는 정전류원;
    상기 LED 스트링의 전류 경로에 가변 저항 성분을 제공하는 선형 소자; 및
    상기 LED 스트링의 전류 경로의 전기적 특성에 따라 상기 선형 소자의 저항값을 조절하는 피드백 제어 소자
    를 포함하는 LED 구동 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원 공급부는,
    상기 적어도 2개의 LED 스트링으로 직류 전원을 공급하는 SMPS(switched-mode power supply); 및
    상기 검출된 전압에 따라, 상기 SMPS의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부
    를 포함하는 LED 구동 회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 검출부는,
    상기 각 LED 스트링와 정전류 제어 블록의 연결 노드의 전압을 검출하는 LED 구동 회로.
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