KR20110134336A

KR20110134336A - Ｌｅｄ 구동 집적 회로

Info

Publication number: KR20110134336A
Application number: KR1020110099340A
Authority: KR
Inventors: 윤한규
Original assignee: 주식회사 파워넷
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2011-12-14

Abstract

정류된 전압의 전력효율을 조절하는 전력효율 교정부, 상기 전력효율 교정부의 출력을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부 및 상기 트랜스포머의 양단 출력을 정류한후 합성하여 구형파 형태의 신호로 적어도 하나의 LED를 구동하는 LED 구동 집적 회로가 개시된다. LED 구동 집적 회로는, 상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 듀티제어를 하는 주파수 듀티 제어부; 상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 주파수제어를 하는 주파수 제어부; 상기 주파수 듀티 제어부 및 상기 주파수 제어부의 출력신호에 따라 발진을 하는 오실레이터; 상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 전력효율 교정부를 제어하는 PFC 제어부를 구비할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 구동 집적 회로{LED driving IC}

본 발명은 LED에 관한 것으로 특히, LED(Light Emitting Diode)를 구동하기 위한 집적 회로(IC , Intergrated Circuit)에 관한 것이다.

일반적으로 현재 널리 사용하고 있는 LED(Light Emitting Diode)는 가전, TV, 모니터 등 전자제품에서 여러 가지 신호 전달용 또는 발광용으로 많이 사용하고 있다.

이러한 LED는 LED에 인가되는 전압이 문턱 전압(Threshold Voltage) 이상이면 LED에 전류가 흐르기 시작하여 빛이 발생한다. 이러한 LED를 구동하기 위해서 건전지, 밧데리 또는 전원 공급 장치(Power Supply) 등을 이용하여 저전압 직류전원을 공급하게 된다.

상술한 저전압 직류 전원을 공급하는 장치로는 전원 공급 장치가 주로 사용되는데, 전원 공급 장치는 상용 교류 전원을 공급받아 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하고, 이를 다시 LED 구동용 전원으로 변환하여 LED에 공급한다.

이때, LED 구동용 전원은 외부로부터의 디밍(Dimming) 신호에 따라 공급 및 차단이 제어되며 이에 따라 LED의 휘도가 조절될 수 있다.

한편, 상술한 종래의 전원 공급 장치를 사용하여 LED를 구동하는 경우에는, 상용 교류 전원을 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하여 LED를 구동하며, 교류 전원을 입력받는 1차 코일 및 1차 코일과 전자기 결합되어 권선비에 따라 전압을 변환하는 2차 코일을 갖는 트랜스포머 (Transformer)를 사용한다.

LED 제어 방식으로는 이 트랜스포머의 출력을 정전류 출력으로 제어하여 LED를 점등 하거나, LED 출력단에 정전류 회로의 이용, 또는 BOOST 회로와 정전류 회로의 이용 등이 많이 사용되는데, 이러한 제어 방식은 전력 변환 효율이 낮아지고 회로가 복잡해지는 문제가 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 LED 구동의 제어 방식을 나타낸다.

도 1은 종래 기술에 의한 LED 구동 방식의 예시 도로, SMPS의 DC출력을 정전류 방식으로 제어하여 LED를 구동하는 방식이다.

도 1에 도시된 방식은 가장 보편적인 방식으로 LED의 출력을 FEEDBACK 받아 SMPS의 2차 출력 전류를 조절하여 LED를 구동한다.

이 방식은 적은 수의 LED를 구동하는데 유리하다.

LED의 수가 많아지면, 다수의 LED가 직렬로 연결(이하 CHANNEL)된 여러 채널(CHANNEL)을 병렬로 연결하여 구동해야 하는데, 이 경우에 LED 채널에 트랜지스터 등을 이용한 정전류 회로를 추가하여 구동하여야 한다.

그러나 이러한 방법은 높은 전압에 의한 반도체 소자의 내압의 상승, 전기캡(ELEC- CAP)의 내압 및 용량 증가, 병렬 구동에서 각 채널의 전류 밸런스를 위한 정전류 회로 추가 등을 하여야하므로 회로가 복잡해지고, 전력 소비량의 증가 등 많은 문제점이 발생하게 된다.

또한, 도 2는 SMPS의 DC 출력을 BOOST 회로를 이용 승압하여 다수의 LED CHANNEL을 구동하는 방식이다.

이 방식은 높은 전압을 이용하여 LED 채널을 구동함으로써 채널수를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

이 방법은 BOOST 회로를 추가하여 전압을 상승시킨 후, LED 채널 후단에 트랜지스터 등을 이용한 정전류 회로를 추가하여 구동하여야 한다.

따라서, 이러한 방법도 도1과 마찬가지로 높은 전압에 의한 반도체 소자의 내압의 상승, 전지캡의 내압 및 용량 증가, 병렬 구동에서 각 CHANNEL의 전류 밸런스를 위한 정전류 회로 추가 등으로 인해 회로가 복잡해지고, 전력 소비량의 증가 등 많은 문제점이 발생하게 된다.

도 3은 종래 기술에 의한 LED 구동 방식의 예시 도로, 전원공급장치(SMPS)의 DC 출력을 LED 채널수 만큼의 BOOST 회로를 사용하여 높은 전압으로 승압하고, 높은 전압으로 다수의 LED를 구동하는 방식이다.

이 방법도 다수의 LED 및 LED 채널별 BOOST 회로를 이용 제어하여야 함으로, 회로가 복잡해지며 전력 소비량의 증가 등 많은 문제점이 발생하게 된다.

이와 같이. 도 1 내지 도 3에서와 같이 종래에는 높은 전압 또는 다수의 채널을 구동 시, 지금까지의 방식에서는 회로의 복잡성과 효율의 문제가 발생하게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로 1차 전원을 이용하여 2차 전원단의 LED를 직접 구동하는 방식의 LED 구동 집적회로를 제공함으로써, 회로를 간소화하고 효율을 증대시키는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 LED 구동 집적 회로는,

정류된 전압을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부 및 상기 트랜스포머의 양단 출력으로 LED를 구동하는 LED 구동 집적 회로로서,

상기 LED의 전류를 피드백받아 듀티제어를 하는 주파수 듀티 제어부;

상기 주파수 듀티 제어부의 출력신호에 따라 발진을 하는 오실레이터를 포함한다.

정류된 전압을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부 및 상기 트랜스포머의 양단 출력을 정류한후 합성하여 구형파 형태의 신호로 적어도 하나의 LED를 구동하는 LED 구동 집적 회로로서,

상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 듀티제어를 하는 주파수 듀티 제어부;

상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 주파수제어를 하는 주파수 제어부;

상기 주파수 듀티 제어부 및 상기 주파수 제어부의 출력신호에 따라 발진을 하는 오실레이터를 포함한다.

정류된 전압의 전력효율을 조절하는 전력효율 교정부, 상기 전력효율 교정부의 출력을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부 및 상기 트랜스포머의 양단 출력을 정류한후 합성하여 구형파 형태의 신호로 적어도 하나의 LED를 구동하는 LED 구동 집적 회로로서,

상기 주파수 듀티 제어부 및 상기 주파수 제어부의 출력신호에 따라 발진을 하는 오실레이터;

상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 전력효율 교정부를 제어하는 PFC 제어부를 포함한다.

상기 집적회로는 필요에 따라 상기 피드백 신호를 감지하여 과전압 또는 쇼트 발생시에 전원을 차단하는 프로텍션부를 더 포함하고,

상기 오실레이터는 외부의 싱크신호, 디밍신호 등에 의해 휘도가 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 스위칭부는 각종(Half OR Full Bridge, Push-pull 등) 토폴로지를 사용하여 1차 전원을 스위칭하고, 스위칭된 전원을 LED 구동을 위한 트랜스포머의 1차 코일에 전달한다.

상기 트랜스포머의 출력은 스위칭부의 출력인 1차 코일측의 전원 공급 파형에 따라 2차 코일에서 출력을 내며, 이를 LED를 구동하기 위해 정류 회로에서 +전원으로 정류하고, 1차 코일의 스위칭 파형에 따라 출력이 변화되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 트랜스포머의 출력은 LED와의 사이에 Vpeak 감소 회로나, 전류 밸런스 회로 등은 부가될 수 있으나, 기존의 전기캡, 부스트 회로 등 DC 평활 회로를 생략한 것을 특징으로 한다.

상기 방식과 같이 동작하는 LED 구동 회로에서, 집적회로는 LED의 출력 전류를 피드백 받아 트랜스포머 1차측의 스위칭부를 제어함으로써 LED를 직접구동하는 트랜스포머의 2차 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서는, 1차 PFC 출력 전압을 제어함으로써 절연 트랜스포머를 이용하여 LED를 직접 구동하는 집적 회로를 제공함으로써, 직류(DC) 변환을 하지 않으므로 효율의 증대를 가져올 수 있다.

또한, 직류 변환부의 전기캡(ELEC-CAP)이 필요없고, 부스트(BOOST) 회로(IC, IC 주변회로, BOOST를 위한 Inductor, ELEC-CAP, FET, DIODE 등) 등의 회로가 필요 없으므로 회로가 간소화 될 수 있다.

또한, LED 직접 구동을 위한 제어 집적회로를 제공함으로써, 트랜스포머의 출력 단에 전기캡, 부스트 회로 등이 없이 LED를 구동하므로 저 전압에서 고전압까지 LED 채널의 전압에 맞추어 출력 전압을 설계할 수 있어, LED의 채널수를 줄일 수 있다.

또한, LED DIRECT 구동을 위한 제어 IC에 의한 트랜스포머의 출력은 다이오드의 정류를 거쳐 직접 LED로 출력 됨으로써, CONTROL 부의 제어 IC에서 LED 구동 전류를 주파수의 DUTY를 이용 가변이 가능해 지며, 공진형의 경우 주파수의 변환으로도 LED 구동 전류의 변환이 가능한 것을 특징으로 한다.

또한 필요에 따라 LED 구동 집적회로는 LED의 전류량에 따라 PFC의 출력 전압을 제어함으로써, PFC 출력 전압을 LED 구동을 위한 BOOST 회로로 쓸 수 있는 가변성을 갖는다.

이러한 제어 집적회로의 제공으로 인해 효율 개선 및 회로의 간소화를 위해 각종 스위칭 토팔로지(SWITCHING TOPOLOGY, Half OR Full Bridge, Push-pull, Flyback, Forward 등)로 구동하는 절연 트랜스포머를 이용한 LED의 직접 구동이 가능하게 된다.

또한, 출력을 구동 IC의 주파수, 듀티, PFC 전압 변화 등을 이용하여 다양하게 설계 할 수 있음으로 설계가 용이해지는 이점이 있다.

도 1 내지 도 3은 종래의 LED 구동 방식을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 방식을 나타낸 블록도이다.
도 5는 도 4의 각부 파형도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 집적 회로의 구성도이다.

아래에서는 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 실시예에 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 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.

도 4은 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 방식의 예시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 AC 입력 부(100), AC 정류부(200, DC 포함), 전력효율 교정부(300), 스위칭부(400), 트랜스포머(500), 제어부(600), 다이오드(710, 720), LED부(800)를 포함한다.

도 4의 블록도에서 내부 회로구성요소들은 설명을 위한 개략적인 도시일뿐 실제 연결관계는 아니며, 다른 구성요소들이 추가로 연결되며, 해당 블록의 내부 구성은 이 분야에서 잘 알려져 있으므로 상세 구성은 도시하지 않았다.

도 4를 참조하면, AC 전원은 AC 입력부(100)에서 입력되고, AC 정류부(200)를 통해 직류로 변환된다.

그리고 나서, 전력효율 교정부(300)에서 소정의 전압으로 출력된다.

스위칭부(400)는 하프(HALF) or 풀브릿지(FULL BRIDGE)를 이용한 스위칭방식으로 스위칭을 하며, 제어부(600)의 제어로 1차 PFC 출력 전압을 스위칭한다.

그리고 필요에 따라 제어부(600)는 스위칭부(400) 또는 전력효율 교정부(300)를 제어하여 원하는 출력전압을 얻을 수 있다.

그리고 나서, 스위칭부(400)의 출력전압은 LED 구동하기 위한 절연 트랜스포머(500)를 통해 소정의 권선비에 따라 유도전류를 생성하게 된다. 여기서, 도 5를 참조하면, 스위칭부(400)의 출력신호(SWITCHING SIGNAL1, SWITCHING SIGNAL2)에 따라 절연 트랜스포머(500)의 양단으로 스위칭 신호가 출력되고, 2개의 출력은 각각 다이오드(710, 720)에 의해 정류된후(SECONDARY DIODE OUT1, SECONDARY DIODE OUT2) 하나의 +전원의 신호로 합성되어(LED INPUT VOLT, LED INPUT CURRENT) LED부(800)의 LED(810, 820)를 구동한다.

본 발명의 실시예에서는 트랜스포머(500)의 출력 전압으로 직접 LED부(800)를 구동하게 되며, 종래와 같이 전기캡이나 부스트 회로 등을 거치지 않고 직접 LED를 구동하게 된다. 따라서 회로가 간소화 될 수 있다.

그리고 도 4를 참조하면, 제어부(600)는 LED부(800)로부터 구동 전류를 피드백받아 스위칭 신호(SWICHING SIGNAL) 및 제어신호(PFC CONTROL)를 생성하여 트랜스포머(500)의 입력신호를 제어하며, 이렇게 함으로써 LED를 직접 구동하는 트랜스포머(500)의 출력을 제어할 수 있게 된다.

도 4의 제어부(600)는 대표적인 LED 직접 구동을 위한 집적회로의 예시일뿐 스위칭부(400)의 토폴로지(Half OR Full Bridge, Push-pull, Flyback, Forward 등)나, 제어부(600)의 제어 방식은 필요에 따라 변형이 가능하다. 그리고, 전력효율 교정부(300)는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 경우에 따라서는 전류 밸런스 또는 Vpeak 감소를 위한 부가 회로가 추가 될 수도 있다. 또한, 토폴로지, 부가 회로 등에 따라 제어부의 기능 추가 또는 감소가 이루어 질 수 있다.

상기 제어부(600)의 트랜스포머 출력 제어 방식을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 집적회로의 구성도이다.

도 6을 참조하면, 제어부(600)는 오실레이터(610), 주파수 듀티 제어부(620), 주파수 제어부(630), PFC 제어부(650), 프로텍션부(640)를 포함한다.

제어부(600)는 트랜스포머(500)의 2차측에 있는 LED부(800)의 구동신호를 피드백 받아 1차측의 스위칭부(400)를 제어함으로써 LED를 직접 구동하는 절연 트랜스포머(500)의 출력을 제어하게 된다.

집적회로의 피드백 입력(FEEDBACK)은 LED 구동 전류로서 제어부(600)는 LED 구동 전류의 Peak 및 RMS를 입력받는다.

그리고, 주파수 듀티 제어부(620)는 전류 RMS의 피드백을 받아 오실레이터를 이용하여 스위칭부(400)의 스위칭 신호의 듀티를 제어하여 LED 구동 전류의 RMS 및 Peak를 맞추게 된다. 그리고, 주파수 제어부(630)는 전류 RMS의 피드백을 받아 오실레이터(610)를 이용하여 스위칭부(400)의 스위칭 신호의 주파수를 제어하여 LED 구동 전류의 RMS 및 Peak를 맞추게 된다.

상기 제어부(600)의 스위칭신호의 주파수 또는 듀티 제어는 스위칭부(400)의 토폴로지, LED 구동 부가 회로에 따라 선택적으로 사용되거나 둘다 사용될 수 있다.

또한, 트랜지스터를 이용한 정전류 회로 또는 전력효율 교정부(300)가 있을 시에는 PFC 제어부(650)가 LED 구동 전류의 Peak를 검출하여 전력효율 교정부(300)의 출력 전압을 변경하여 LED부(800) 구동 전류의 Peak를 제어 할 수 있다.

그리고, 프로텍션부(640)는 LED부(800) 구동 전류의 피드백신호(FEEDBACK)를 입력받아 설정치 이상의 전류 Peak, 무 전류(GND SHORT) 등이 감지된 경우에 전원을 차단하거나 기타 보호 회로를 동작시켜 제어부(600) 또는 구동회로 전체를 보호하게 된다.

상기 제어부(600)의 전류 제어(휘도 조절)는 외부 제어 신호인 PWM DIMMING 신호로 인한 휘도 제어 외에 스위칭 신호의 듀티를 제어하여 휘도를 변경할 수도 있다. 또한 상기 제어부(600)는 외부의 동기신호(SYNC)를 받아 출력 주파수를 동기화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한 외부로부터 동기신호(SYNC), 디밍신호(ANALOG DIM 또는 PWM-DIM 신호) 등을 입력받아 출력을 제어할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 집적회로는 필요에 따라 다양하게 출력 제어 기능을 추가 할 수 있으며, 제어 방식을 주파수 제어, 듀티 제어, PFC 제어중 하나의 기능을 선택적으로 사용하거나 모든 기능을 추가하여 사용할 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에서는 1차 전력효율 교정부 출력 전압을 제어함으로써 절연 트랜스포머를 이용하여 LED를 직접 구동하는 집적 회로를 제공함으로써, 직류(DC) 변환을 하지 않으므로 효율의 증대를 가져올 수 있다.

또한, LED 직접 구동을 위한 집적회로에 의한 트랜스포머의 출력은 다이오드의 정류를 거쳐 직접 LED로 출력됨으로써, 제어부에서 LED 구동 전류를 주파수의 듀티를 이용하여 가변이 가능해 지며, 공진형의 경우 주파수의 변환으로도 LED 구동 전류의 변환이 가능하다.

또한, 출력을 구동 IC의 주파수, DUTY, PFC 전압 변화 등을 이용하여 다양하게 설계 할 수 있음으로 설계가 용이해지는 이점이 있다.

이상에서 본 발명의 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

정류된 전압을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부 및 상기 트랜스포머의 양단 출력으로 LED를 구동하는 LED 구동 집적 회로로서,
상기 LED의 전류를 피드백받아 듀티제어를 하는 주파수 듀티 제어부;
상기 주파수 듀티 제어부의 출력신호에 따라 발진을 하는 오실레이터를 포함하고,
상기 오실레이터는 외부의 싱크신호 또는 디밍신호에 의해 휘도가 제어되는 것을 특징으로 하는 LED 구동 집적 회로.
정류된 전압을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부 및 상기 트랜스포머의 양단 출력을 정류한후 합성하여 구형파 형태의 신호로 적어도 하나의 LED를 구동하는 LED 구동 집적 회로로서,
상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 듀티제어를 하는 주파수 듀티 제어부;
상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 주파수제어를 하는 주파수 제어부;
상기 주파수 듀티 제어부 및 상기 주파수 제어부의 출력신호에 따라 발진을 하는 오실레이터를 포함하고,
상기 오실레이터는 외부의 싱크신호 또는 디밍신호에 의해 휘도가 제어되는 것을 특징으로 하는 LED 구동 집적 회로.
정류된 전압의 전력효율을 조절하는 전력효율 교정부, 상기 전력효율 교정부의 출력을 트랜스포머로 스위칭하는 스위칭부 및 상기 트랜스포머의 양단 출력을 정류한후 합성하여 구형파 형태의 신호로 적어도 하나의 LED를 구동하는 LED 구동 집적 회로로서,
상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 듀티제어를 하는 주파수 듀티 제어부;
상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 주파수제어를 하는 주파수 제어부;
상기 주파수 듀티 제어부 및 상기 주파수 제어부의 출력신호에 따라 발진을 하는 오실레이터;
상기 LED의 전류를 피드백받아 상기 트랜스포머의 출력이 일정한 전압이 되도록 전력효율 교정부를 제어하는 PFC 제어부를 포함하고,
상기 오실레이터는 외부의 싱크신호 또는 디밍신호에 의해 휘도가 제어되는 것을 특징으로 하는 LED 구동 집적 회로.
제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서,
상기 집적회로는 상기 피드백 신호를 감지하여 과전압 또는 쇼트 발생시에 전원을 차단하는 프로텍션부를 더 포함하는 LED 구동 집적 회로.
제4항에 있어서,
상기 스위칭부는 토폴로지를 사용하여 상기 트랜스포머의 1차측 전원을 스위칭하고, 스위칭된 전원을 LED 구동을 위한 상기 트랜스포머의 1차 코일에 전달하며,
상기 트랜스포머의 출력은 상기 스위칭부의 출력인 1차 코일측의 전원 공급 파형에 따라 2차 코일에서 출력을 내며, 이를 상기 LED를 구동하기 위해 정류 회로에서 +전원으로 정류하는 것을 특징으로 하는 LED 구동 집적 회로.